JP2006208889A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも射出瞳位置が像面から十分遠い、撮像手段として、固体撮影素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズを得ること。
【解決手段】 物体側から像側へ順に、負、正、負、正の屈折力の第1、第2、第3、第4レンズ群を有し、各レンズ群が移動するズームレンズであって、
該第2レンズ群と該第3レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d23w、d23t、該第3レンズ群と該第4レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d34w、d34t、該第3レンズ群は、1つのレンズ成分から成り、該第3レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R3a,R3bとするとき、
1.5<(d23t+d34t)/(d23w+d34w)<7.0
−5.0<(R3a+R3b)/(R3a−R3b)<1.0
なる条件を満足すること。
【選択図】 図1

Description

本発明はズームレンズに関し、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、或いは監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置に好適なものである。
固体撮像素子を用いた撮像装置用の撮影レンズには撮像装置の小型化に伴って、小型でかつ高ズーム比のズームレンズが要求されている。ズームレンズとして、最も物体側のレンズ群が負の屈折力であるネガティブリードタイプのズームレンズは前玉径を小さくしやすく小型化に有利である。
また固体撮像素子を用いた撮像装置には像側がテレセントリックであるズームレンズが像面照度を均一にすることができるので良い。このようなズームレンズとしては最も像側のレンズ群が正の屈折力のズームレンズが良い。
ネガティブリード型で最も像側のレンズ群が正の屈折力であるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負、正、負、正の屈折力の4つのレンズ群より成る4群ズームレンズが知られている(特許文献1〜5)。
特許文献1は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第4レンズ群が物体側に大きく移動するズームレンズを開示している。
特許文献2〜5は、ズーミングに際して、第2レンズ群は大きく移動するが、第4レンズ群はあまり移動しないズームレンズを開示している。
一方、ズームレンズに偶発的に振動が伝わると撮影画像にブレが生じるので、この偶発的な振動による画像のブレを補償する機構(防振機構)を具備したズームレンズが種々と提案されている。例えばズームレンズを構成する一部のレンズ群を光軸と略垂直な方向に移動させて振動する画像ブレを補償し、静止画像を得るズームレンズが知られている(特許文献6、7)。
特許文献6、7では加速度センサー等を利用してズームレンズの振動を検出し、このとき得られる信号に応じ、ズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動することにより静止画像を得ている。
ズームレンズの一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う方法は、防振のために特別に余分な光学系を必要とせず、又防振のためのレンズ群を最小構成とすることができ、駆動トルクを抑え防振のためのアクチュエーターを小型化することができるという特長がある。
特開平8−152558号公報 特開平10−333034号公報 特開2003−131130号公報 特開2004−69808号公報 特開2004−205796号公報 特開平1−116619号公報 特開平2−124521号公報
近年デジタルカメラ用のズームレンズには、高ズーム比と、撮影画角の広画角化、そして撮影される像の高画質化が強く求められている。
前述したネガティブリード型の4群ズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングに際して第2レンズ群と第4レンズ群の間隔を広げるとズーム比を高めることができる。
更に第3レンズ群に変倍作用を持たせるように他のレンズ群とは独立に移動させるとより高いズーム比が容易に得られる。
特許文献1はズーミングに際して第4レンズ群が物体側に大きく移動する構成であるため、高ズーム比が難しく、ズーム比が2.3程度である。
特許文献4、5は、ズーミングの為には、第1レンズ群を不動としている。
第1レンズ群をズーミングの為に不動にすると、変倍に伴う像面変動の補正を第1レンズ群以外のレンズ群で行う必要がある。第2レンズ群は主変倍レンズ群であり像面補正レンズ群には向いていない。第4レンズ群で変倍に伴う像面補正を行う場合は、ズーミングに際して像側に凸状の軌跡を有して移動することとなり、長いバックフォーカスを多く必要とし、レンズ系全体の小型化が難しい。また第3レンズ群で変倍に伴う像面変動の補正を行う場合は変倍作用を高めるための移動と両立するとは限らず高ズーム比化が難しい。
一方ズームレンズの一部のレンズ群を防振用の補正レンズ群とし、光軸に対して垂直方向に平行偏心させて画像ぶれを補正し、静止画像を得る光学系においては、比較的容易に画像ぶれを補正することができる利点がある。
前述した4群構成のズームレンズにて第3レンズ群を防振用の補正レンズ群として光軸と垂直な方向に動かして画像ぶれの補正を行う場合、第3レンズ群のレンズ構成は駆動トルクを小さくする為に極力小型であることが好ましい。
第3レンズ群のレンズ構成が大型化してくると、第3レンズ群を変位させる為に大きなトルクの駆動手段が必要となり、レンズ系全体が大型化してくる。
又、防振用の補正レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要であり、不適切であると、防振時において偏心収差が多く発生して、画質が低下してくる。
この為、防振機構を有するズームレンズには、画像ぶれの補正時に光学的な性能劣化が少なく、同時に良好な補正特性を得るため防振用の補正レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが必要となってくる。
本発明は、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも射出瞳位置が像面から十分遠い、撮像手段として、固体撮影素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズの提供を目的とする。
この他本発明は、小型化でかつ振動補償時に良好な画像を維持することができる防振機能を有したズームレンズの提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群を有し、広角端に比べて望遠端での第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が小さく、第2レンズ群と第4レンズ群との間隔が大きくなるように、広角端から望遠端へのズーミングに際して、該第2レンズ群と該第3レンズ群は物体側へ移動し、該第1レンズ群は、像側に凸状の軌跡の一部に沿って移動するズームレンズであって、
該第3レンズ群は1つのレンズ成分(単レンズ或いは接合レンズ)から成り、該第2レンズ群と該第3レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d23w、d23t、該第3レンズ群と該第4レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d34w、d34t、該第3レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R3a,R3bとするとき、
1.5<(d23t+d34t)/(d23w+d34w)<7.0
−5.0<(R3a+R3b)/(R3a−R3b)<1.0
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、高ズーム比で、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも射出瞳位置が像面から十分遠い、撮像手段として、固体撮影素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズが得られる。
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。
図1は本発明の実施例1のズームレンズの広角端(短焦点距離端)におけるレンズ断面図、図2、図3、図4はそれぞれ実施例1のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離端)における収差図である。
図5は本発明の実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図6、図7、図8はそれぞれ実施例2のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図9は本発明の実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図10、図11、図12はそれぞれ実施例3のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図13は本発明の実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図14、図15、図16はそれぞれ実施例4のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図17は本発明の実施例5のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図18、図19、図20はそれぞれ実施例5のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図21は本発明の実施例6のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図22、図23、図24はそれぞれ実施例6のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図25は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ(撮像装置)の要部概略図である。
各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。
図1、5、9、13、17、21に示したレンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。
L1は負の屈折力(光学的パワー=焦点距離の逆数)の第1レンズ群、L2は正の屈折力の第2レンズ群、L3は負の屈折力の第3レンズ群、L4は正の屈折力の第4レンズ群である。
SPは光量調整用の開口絞りであり、第2レンズ群L2の最も物体側のレンズ面より像側に(数値実施例をmm単位で表わしたときレンズ面より像側に0.5mmの位置に)位置している。
Gは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。
IPは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。
収差図においては、d,gは各々d線及びg線、ΔM、ΔSはd線のメリジオナル像面、d線のサジタル像面、倍率色収差はg線によって表わしている。FnoはFナンバー、ωは半画角である。
尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用のレンズ群(各実施例では第2、第3レンズ群L2、L3)が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
各実施例において各レンズ群は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、レンズ断面図中の矢印で示すように移動している。
具体的には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3はともに物体側に独立に移動する。第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の合成系はズーミング中常に正の屈折力を有しており、ともに物体側に独立に移動することで合成系の結像倍率を変化させてズーミングを行っている。変倍に伴う像点の移動は主に第1レンズ群L1を移動させて補正している。
中間のズーム位置において第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の合成系の横倍率が等倍となるように構成しており、結果として第1レンズ群L1はズーミングに際して像側に凸状の軌跡で移動する。このような構成とすることで所定のズーム比を確保しつつ、ズーミングに伴う第1レンズ群L1と第2レンズ群L2の移動量を極力低減している。なお、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2がズーミングに際して以上のような移動を行うことにより、広角端から望遠端へのズーミングに向かって第1レンズ群L1と第2レンズ群L2の間隔は狭まるようにしている。
変倍機能を有する第2レンズ群L2と第3レンズ群L3を正、負の屈折力のレンズ群より成るテレフォト配置とすることで、第4レンズ群L4までの間隔を短縮し全長の短縮化を図っている。
一般に、第1レンズ群が負の屈折力より成るネガティブリードタイプのレンズ系は高ズーム化により全長が長くなりやすいが、このような構成とすることで高ズーム化と全長の短縮化の両立を図っている。
またレンズ鏡筒構造を沈胴式として非撮影時の薄型化を狙う場合、各レンズ群の沈胴位置から撮影状態までの移動ストロークが短縮されるとカム環の光軸方向の寸法が短縮されレンズ鏡筒の小型化につながる。
各実施例では沈胴状態での鏡筒ユニットの小型化を達成するために第3レンズ群L3を負の屈折力としている。
第3レンズ群L3はズーミング中第2レンズ群L2と独立に移動させている。
特に広角端から望遠端へのズーミングに際して第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の間隔を広げるようにして、ズーム比を高めている。具体的には第2レンズ群L2に比べ第3レンズ群L3の移動量が小さくなるように移動させている。このようにすると第3レンズ群L3の移動量を第2レンズ群L2と同じ移動量とするのに比べてズーム比を高めることができ、これによって望遠端の全長を短くしつつ高ズーム比化を図っている。
フォーカシングは構成レンズ枚数が少ない第3レンズ群L3もしくは第4レンズ群L4で行うのが良く、これによればフォーカスレンズユニットが小型化され好ましい。第3レンズ群L3をフォーカスレンズ群とする場合、望遠端にて結像倍率1を大きく越えるような結像倍率とすれば望遠側のフォーカス敏感度を高くすることができる。
インナーフォーカス、リアフォーカスとすると同じ被写体距離に対して望遠側では広角側に比べてレンズ繰出し量が大きくなりやすくフォーカスストロークが増大するが、このような構成とすればフォーカスストロークが短縮され、レンズ鏡筒構成にて光軸方向の小型化が図れるというメリットがある。また、第3レンズ群L3にて防振を行う場合はフォーカスを第4レンズ群L4として防振レンズ群とフォーカスレンズ群を切り分けるという構成がレンズ鏡筒の構成上好ましい。
次に各レンズ群のレンズ構成及び開口絞りSPについて説明する。
第1レンズ群L1は物体側より像側へ順に、像側の面が凹形状の負の屈折力のレンズ(負レンズ)、物体側の面が凸面でメニスカス形状の正の屈折力のレンズ(正レンズ)で構成している。このような構成により少ないレンズ枚数で、全系の小型化を図りながら諸収差を良好に補正している。
第1レンズ群L1中に非球面を用いるのが良く、これによれば広角側のズーム領域で歪曲収差、像面彎曲、望遠側のズーム領域で球面収差を良好に補正するのが容易となる。特に負レンズの像側のレンズ面にレンズ面中心から周辺に向かって曲率が緩くなるような形状の非球面を用いて、諸収差を良好に補正している。
第2レンズ群L2は物体側より像側へ順に、正レンズと負レンズからなる全体として正の屈折力の接合レンズ、負レンズと正レンズからなる正の屈折力の接合レンズで構成している。第2レンズ群L2中の最も物体側の正レンズは第1レンズ群L1を射出した軸外主光線が大きく屈折して軸外諸収差が多く発生しないよう物体側の面を凸形状にしている。また、第1レンズ群L1を発散状態で射出した軸上光束に対して球面収差の発生量を抑えるためにも物体側の面が凸形状が好ましい。更に物体側のレンズ面を非球面形状とするのが良く、これによれば大口径化した際の球面収差ならびにコマ収差等を良好に補正することができる。
第2レンズ群L2はズーミングに伴う収差変動が起こりやすいので比較的対称型のレンズ構成として、ズーミングに伴う収差変動を低減している。第2レンズ群L2は中間のズーム位置において等倍結像としているためトリプレット型の発展形である正、負、負、正レンズのレンズ構成として諸収差を良好に補正し、かつズーミングによる収差変動も小さくしている。
特に高ズーム比とする場合にはこのようなレンズ構成が収差補正上有効である。また小型化を目的としてレンズ枚数を削減する場合にも正、負、正レンズの屈折力配置を維持することが好ましい。
各実施例において、正、負、正レンズのレンズ構成で接合レンズを持たない一般的なトリプレット型であっても良く、又物体側より順に正レンズと負レンズで構成される正の屈折力の接合レンズと、正レンズの3枚レンズ構成であってもよい。この場合接合レンズとその後方の正レンズとの間の空気レンズを負の屈折力とすることでトリプレット型の屈折力配置を構成するのが良い。
開口絞りSPは第2レンズ群L2の最も物体側レンズ面の頂点より像側に位置しているため、小絞りとすることはできず、主に開放状態の光束を決めるために用いている。このような構成とすると絞りユニットのためのスペースを第1レンズ群L1と第2レンズ群L2の間に設ける必要がないため望遠端における全長の短縮が容易となる。なお光量調節を行うためには第2レンズ群L2の像側に小絞り可能な絞りユニットを設けることもしくはNDフィルターを光路中より挿脱可能に設けても良い。
第3レンズ群L3は単レンズもしくは接合レンズのみで構成され、1つのレンズ成分より成っている。
具体的には、第3レンズ群L3は1枚の負レンズ又は負レンズと正レンズの接合レンズより成り、これにより、全系の小型軽量化を図っている。第3レンズ群L3を光軸と垂直方向の成分を持つように動かして防振を行っても良い。この場合は防振ユニットの小型化、省電力化の点でこのように少ないレンズで構成とするのが好ましい。なお、防振時の色収差変動を低減するには第3レンズ群L3の色収差自体が十分小さいことが必要である。
第3レンズ群L3を1枚のレンズで構成する場合は低分散な硝材を用いて、第3レンズ群L3の色収差を低減することが好ましい。また第3レンズ群L3に正レンズと負レンズを用いて色消しを行えばさらに色収差を低減することができる。この場合は第3レンズ群L3のレンズ構成は小型軽量化の観点で負レンズと正レンズからなる負の屈折力の接合レンズのみとするのが良い。
第4レンズ群L4は正の屈折力の1つのレンズ成分から成っている。第4レンズ群L4は固体撮像素子を用いた撮影装置に好適となるよう像側がテレセントリックとなるように、フィールドレンズの役割を持たせている。
なお第4レンズ群L4はズーミングにおいて固定でも良く、又移動させても良い。図1、図5、図17の実施例1、2、5において第4レンズ群L4はズーミングのためには不動である。不動とすると駆動のために必要なメカ部材、アクチュエーター等が不要となる。またズーミング中移動する場合は、広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側に多く移動しないようにするのがよい。第4レンズ群L4が物体側へ多く移動すると第4レンズ群L4の倍率が低下するため全系のズーム比を低下させてしまう。第4レンズ群L4の物体側への多少の移動は第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の倍率変化を大きくすることで所望のズーム比を維持できるが、第4レンズ群L4の物体側への移動量が大きすぎると所望のズーム比を得ることが困難となる。よって高ズーム化を図るためには広角端から望遠端へのズーミングに際して2レンズ群L2と第4レンズ群L4の間隔を広がるように構成することがよい。さらに第4レンズ群L4を広角端から望遠端へのズーミングに際して像側に移動させるとズーム作用がより高まるので良い。
各実施例では次の条件のうち1以上を満足するようにし、これによって各条件式に相当する効果を得ている。
第2レンズ群L2と該第3レンズ群L3の広角端と望遠端における間隔を各々d23w,d23t、該第3レンズ群L3と第4レンズ群L4の広角端と望遠端における間隔を各々d34w,d34t,第3レンズ群L3の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R3a、R3b、広角端から望遠端へのズーミングにおける第2レンズ群L2、第3レンズ群L3の移動量を各々M2、M3(符号は像側への移動を正、物体側への移動量を負とする。)第3レンズ群L3の焦点距離をf3、該第4レンズ群の焦点距離をf4、広角端における全系の焦点距離をfw、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2において、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離を各々DL1、DL2、第4レンズ群L4の最も物体側のレンズ面と、最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R4a、R4b、、第3レンズ群L3が負の屈折力のレンズより成るときは、負の屈折力のレンズのアッベ数をν3a、第3レンズ群L3が負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズを接合した接合レンズからなるときは、接合レンズの正の屈折力のレンズの焦点距離をf3p、接合レンズの負の屈折力のレンズと、正の屈折力のレンズの材料のアッベ数を各々ν3n、ν3pとするとき、
1.5<(d23t+d34t)/(d23w+d34w)<7.0・・・(1)
−5.0<(R3a+R3b)/(R3a−R3b)<1.0・・・(2)
0.6<M3/M2≦1.0・・・(3)
3.0<|f3|/fw<10.0・・・(4)
0.5<DL1/fw<1.5・・・(5)
0.5<DL2/fw<1.5・・・(6)
−2.5<(R4a+R4b)/(R4a−R4b)<0.0・・・(7)
2.0<f4/fw<6.0・・・(8)
50<ν3a・・・(9)
0.3<f3p/|f3|<1.8・・・(10)
10<ν3n−ν3p<50・・・(11)
なる条件の1つ以上を満足している。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
条件式(1)は第2レンズ群L2から第4レンズ群L4までの空気間隔の和について広角端と望遠端での値の比率を規定する式である。上限を超えて広角端における第2レンズ群L2から第4レンズ群L4までの空気間隔の和に対して望遠端におけるそれが大きすぎる場合は望遠端における全長が長すぎるため全系の小型化が難しい。下限を超えて広角端における第2レンズ群L2から第4レンズ群L4までの空気間隔の和に対して望遠端におけるそれが小さすぎる場合は、第4レンズ群L4が大きく物体側に移動しているか、第2レンズ群L2の物体側への移動が小さい場合である。いずれの場合もズーム比が得られにくいため高ズーム化が困難となる。
条件式(2)は第3レンズ群L3のシェープファクターを規定する式である。上限を超えて像側のレンズ面の曲率がきつすぎると第3レンズ群L3で防振する時の像倒れが多く発生する。下限を超えて物体側のレンズ面の曲率がきつすぎると防振時の偏芯コマ収差の発生が多くなってくる。
条件式(3)はズーミング時の第2レンズ群L2の移動ストロークに対する第3レンズ群L3の移動ストロークの比率を規定する式である。条件式(3)が1となるのは第2レンズ群L2と第3レンズ群L3が同じ移動ストロークの時である。条件式(3)の上限値1を越える場合は第2レンズ群L2に比べて第3レンズ群L3の方の移動ストロークが大きい場合であるが、このときは、ズーム作用を弱めてしまうため高ズーム比化が困難となる。なお条件式(3)が1の場合は高ズーム化に対する第3レンズ群L3の寄与はないがズーミングに際して第2レンズ群L2と一体とできるため鏡筒構成が簡素化されるメリットがある。下限を超えて第3レンズ群L3の移動ストロークが小さすぎると、すなわち望遠端にて第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の間隔が開きすぎると、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3で構成されるテレフォト配置が望遠側で強まりすぎ必要なレンズバックの確保が困難となる。
条件式(4)は第3レンズ群L3の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて第3レンズ群L3の屈折力が弱すぎると第2レンズ群L2と第3レンズ群L3で構成するテレフォト配置が弱まりレンズ全長を短縮する効果が薄れる。下限を超えて第3レンズ群L3の屈折力が強すぎると第3レンズ群L3で防振するときの収差変動が大きくなる。防振時の収差変動を低減するには条件式(2)と条件式(4)の双方を満たすのが好ましい。
条件式(5)は第1レンズ群L1の光軸方向の長さを規定する式である。上限を超えると第1レンズ群L1が長すぎるため小型化が難しくなる。特に第1レンズ群L1は厚みが大きいとそれにともないレンズ外径も大型化するため鏡筒径の大型化を招く。下限を超える場合はレンズ構成2枚にて空気間隔を小さくするか、負レンズ1枚で構成する場合に相当する。前者は望遠側の球面収差を十分に補正するのが難しくなる。後者の場合は色収差を良好に補正するのが難しくなる。
条件式(6)は第2レンズ群L2の光軸方向の長さを規定する式である。上限を超えると第2レンズ群L2が長すぎるため小型化が難しくなる。下限を超える場合は、第2レンズ群L2の構成枚数が少ない場合であるが、ズーミングに伴う収差変動を低減するために必要な対称的なレンズ構成とすることが難しくなり光学性能が低下してくる。
条件式(7)は第4レンズ群L4のシェープファクターを規定する式である。条件式(7)にて0となるのは物体側のレンズ面と像側のレンズの曲率が等しい両レンズ面が凸形状である。条件式(7)が0より大きいと物体側のレンズ面より像側のレンズ面の曲率がきつい形状となる。上限を超えて物体側のレンズ面より像側のレンズ面の曲率がきつくなると軸上光束におけるマージナル光線の第4レンズ群L4への入射角が大きくなり球面収差の発生が多くなる。条件式(7)にて−1より小さいときは、レンズ形状が物体側に凸面を向けたメニスカス形状を意味する。下限を超えてメニスカスの度合いが強まりすぎると第4レンズ群L4への軸外光線の入射角が大きくなり非点収差の発生が多くなる。
条件式(8)は第4レンズ群L4の焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限値を超えて第4レンズ群L4の屈折力が弱すぎると特に、広角端において射出瞳を像面から遠ざける作用が薄れ固体撮像素子を用いた時の画面周辺におけるシェーディングが多くなる。下限値を超えて第4レンズ群L4の屈折力が強すぎるとフィルターを挿入するために必要な長さのバックフォーカスを確保するのが難しくなる。
条件式(9)は第3レンズ群L3を1枚の負レンズで構成としたときの該負レンズの材料のアッベ数を規定する式である。下限を超えてアッベ数が小さすぎるとすなわち分散が大きすぎると、第3レンズ群L3を光軸と垂直方向の成分を持つように動かして防振したときの色収差の変動が大きくなる。
好ましくは、条件式(9)を
60<ν3a<85・・・(9a)
とするのが良い。
条件式(9)に対して下限を限定することで、より低分散材料に限定されるため防振時の色収差変動がさらに低減される。条件式(9a)の上限値を超えると一般的に硝材の加工が難しくなる。
条件式(10)、(11)は、第3レンズ群L3を接合レンズにて構成した場合のものである。
条件式(10)は第3レンズ群L3を構成する接合レンズの正レンズの焦点距離すなわち屈折力を規定する式である。上限を超えて屈折力が弱すぎる場合は、第3レンズ群L3にて色消しを行う作用が薄れるため接合とする特長がなくなる。この場合は第3レンズ群L3を低分散の負レンズ1枚で構成した方が小型軽量化され好ましい。下限を超えて屈折力が強すぎる場合はペッツバール和が正の方向に大きくなりアンダー側の像面湾曲が多くなる。
条件式(11)は第3レンズ群L3を構成する接合レンズの正レンズと負レンズの材料のアッベ数の差を規定する式である。上限を超えてアッベ数の差が大きすぎると特に、正レンズの材料の分散が大きくなりすぎるのでよくない。アッベ数の小さいすなわち分散が大きい硝材は一般的に部分分散比が大きいため二次スペクトルが悪化しやすい。よって上限を超えると望遠側の二次スペクトルが増大する傾向となる。下限を超えてアッベ数の差が小さすぎると第3レンズ群L3にて色消しを行う作用が薄れるため接合とする特長が少なくなる。この場合は第3レンズ群L3を低分散の負レンズ1枚で構成した方が小型軽量化され好ましい。
尚、更に好ましくは、条件式(1)〜(8)、(10)、(11)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
2.0<(d23t+d34t)/(d23w+d34w)<6.0・・・(1a)
−4.0<(R3a+R3b)/(R3a−R3b)<0.98・・・(2a)
0.64<M3/M2≦1.0・・・(3a)
3.5<|f3|/fw<9.0・・・(4a)
0.6<DL1/fw<1.2・・・(5a)
0.6<DL2/fw<1.3・・・(6a)
−2.3<(R4a+R4b)/(R4a−R4b)<0.0・・・(7a)
2.5<f4/fw<5.5・・・(8a)
0.3<f3p/|f3|<1.4・・・(10a)
15<ν3n−ν3p<45・・・(11a)
以上のように、各構成を特定することにより、各実施例では負、正、負、正の屈折力の4群構成において小型かつ高変倍でありながら射出瞳を像面から十分離して固体撮像素子を用いたカメラに好適なズームレンズを達成している。
又、防振用の補正レンズ群が小型で画像ぶれの補正時の収差変動が小さい高性能なズームレンズを達成している。
尚、各実施例において、第1レンズ群L1の物体側又は/及び第4レンズ群L4の像側に屈折力の小さなレンズ群やコンバーターレンズ等を配置しても良い。
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ(撮像装置)の実施例を図25を用いて説明する。
図25において、20はカメラ本体、21は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、22は撮影光学系21によって被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)、23は撮像素子22が受光した被写体像を記録するメモリ、24は不図示の表示素子によって構成され、撮像素子22上に形成された被写体像が表示される。
このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
尚、本発明のズームレンズはビデオカメラや一眼レフカメラにも同様に適用することができる。
次に本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、iは物体側からの面の順序を示し、Riはレンズ面の曲率半径、Diは第i面と第(i+1)面の間隔、Ni、νiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。
また、最も像側の2つの面はフェースプレート等のガラス材である。
非球面形状は光軸から高さhの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてxとするとき
x=(h/R)/[1+{1−(1+k)(h/R)}1/2
+Bh+CH+Dh+Eh10
で表わされる。但し、kは円錐定数、B、C、D、Eは非球面形状、Rは近軸曲率半径である。
又「e−0x」は「×10−x」を意味している。fは焦点距離、FnoはFナンバー、ωは半画角を示す。
又、前述の各条件式と各実施例との関係を表1に示す。

数値実施例1
f=6.00〜 30.00 Fno= 2.63 〜 6.50 2ω=58.4゜ 〜 12.7゜
R 1 = 67.813 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.631 D 2 = 1.80
R 3 = 9.865 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 30.665 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.381 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -44.328 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.238 D 8 = 0.77
R 9 = 9.468 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 5.523 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -25.588 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 24.988 D13 = 可変
R14 = 9.866 D14 = 1.80 N 8 = 1.487490 ν 8 = 70.2
R15 = 100.000 D15 = 2.61
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

\焦点距離 6.00 17.45 30.00
可変間隔\
D 4 21.40 4.48 0.70
D11 1.33 5.06 8.80
D13 5.73 13.73 21.73

非球面係数
R2 k=-2.17011e+00 B=1.05879e-03 C=-1.45459e-05 D=2.79987e-07
E=-2.96328e-09
R6 k=-3.13049e-01 B=-1.67442e-05 C=5.31529e-08 D=-1.50332e-08
E=0.00000e+00

数値実施例2
f=5.97〜 24.00 Fno= 2.88 〜 6.45 2ω=58.6゜ 〜 15.9゜
R 1 = 53.440 D 1 = 1.60 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.598 D 2 = 1.80
R 3 = 9.362 D 3 = 2.10 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 25.181 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 4.645 D 6 = 1.80 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 13.686 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 3.760 D 8 = 0.93
R 9 = 10.543 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 3.952 D10 = 1.80 N 6 = 1.638539 ν 6 = 55.4
R11 = -12.448 D11 = 可変
R12 = -32.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.603112 ν 7 = 60.6
R13 = 32.000 D13 = 可変
R14 = 19.516 D14 = 1.50 N 8 = 1.487490 ν 8 = 70.2
R15 = -50.000 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

\焦点距離 5.97 15.35 24.00
可変間隔\
D 4 19.70 4.19 0.61
D11 0.58 0.58 0.58
D13 5.31 13.81 22.31
D15 2.98 3.98 4.98

非球面係数
R2 k=-2.09614e+00 B=1.07128e-03 C=-1.20568e-05 D=2.37375e-07
E=-2.35220e-09
R6 k=-2.54566e-01 B=-8.15332e-05 C=3.62659e-06 D=-2.02684e-07
E=0.00000e+00

数値実施例3
f=6.00〜 30.00 Fno= 2.58 〜 6.50 2ω=58.3゜ 〜 12.7゜
R 1 = 128.979 D 1 = 1.70 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.888 D 2 = 1.80
R 3 = 11.096 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 49.826 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.664 D 6 = 2.80 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 31.303 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.429 D 8 = 0.67
R 9 = 8.741 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 3.657 D10 = 2.30 N 6 = 1.638539 ν 6 = 55.4
R11 = -39.098 D11 = 可変
R12 = -8.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = -13.899 D13 = 可変
R14 = 9.780 D14 = 1.50 N 8 = 1.804000 ν 8 = 46.6
R15 = 27.000 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

\焦点距離 6.00 17.34 30.00
可変間隔\
D 4 21.12 4.50 0.70
D11 3.01 4.96 6.90
D13 4.88 14.13 23.38
D15 1.15 0.90 0.65

非球面係数
R2 k=-2.30176e+00 B=9.83321e-04 C=-1.78261e-05 D=3.69195e-07
E=-4.02137e-09
R6 k=-2.52425e-01 B=-1.54561e-05 C=-6.88624e-07 D=-1.91723e-08
E=0.00000e+00

数値実施例4
f=5.99〜 27.04 Fno= 2.80 〜 6.50 2ω=58.4゜ 〜 14.1゜
R 1 = 86.615 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.690 D 2 = 1.80
R 3 = 10.349 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 42.695 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.266 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -36.699 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.141 D 8 = 0.77
R 9 = 8.594 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 4.397 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -26.063 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.50 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 12.400 D13 = 0.70 N 8 = 1.698947 ν 8 = 30.1
R14 = 16.702 D14 = 可変
R15 = 10.613 D15 = 1.80 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R16 = 100.000 D16 = 3.0
R17 = ∞ D17 = 1.50 N10 = 1.516330 ν10 = 64.1
R18 = ∞

\焦点距離 5.99 16.20 27.04
可変間隔\
D 4 20.91 4.60 0.70
D11 1.33 2.72 4.10
D14 3.67 12.67 21.67

非球面係数
R2 k=-2.33243e+00 B=1.08172e-03 C=-1.61292e-05 D=2.91295e-07
E=-2.99332e-09
R6 k=-3.19253e-01 B=-2.11634e-05 C=1.59319e-06 D=-8.65277e-08
E=0.00000e+00

数値実施例5
f=6.00〜 30.00 Fno= 2.61 〜 6.50 2ω=58.4゜ 〜 12.7゜
R 1 = 69.786 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 5.634 D 2 = 1.80
R 3 = 9.879 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 31.531 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 5.358 D 6 = 2.58 N 3 = 1.802380 ν 3 = 40.8
R 7 = -45.863 D 7 = 0.50 N 4 = 1.698947 ν 4 = 30.1
R 8 = 4.222 D 8 = 0.77
R 9 = 9.483 D 9 = 0.50 N 5 = 1.698947 ν 5 = 30.1
R10 = 5.297 D10 = 2.00 N 6 = 1.603112 ν 6 = 60.6
R11 = -26.063 D11 = 可変
R12 = -1000.000 D12 = 0.60 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 8.000 D13 = 1.00 N 8 = 1.517417 ν 8 = 52.4
R14 = 22.207 D14 = 可変
R15 = 9.753 D15 = 1.80 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R16 = 100.000 D16 = 2.58
R17 = ∞ D17 = 1.50 N10 = 1.516330 ν10 = 64.1
R18 = ∞

\焦点距離 6.00 17.45 30.00
可変間隔\
D 4 21.32 4.46 0.70
D11 1.33 5.06 8.80
D14 4.86 12.86 20.86

非球面係数
R2 k=-2.17029e+00 B=1.06699e-03 C=-1.57267e-05 D=3.21555e-07
E=-3.47495e-09
R6 k=-3.15318e-01 B=-8.59800e-06 C=-2.41408e-07 D=-6.57306e-09
E=0.00000e+00

数値実施例6
f=5.97〜 24.00 Fno= 2.86 〜 6.50 2ω=58.6゜ 〜 15.9゜
R 1 = 191.427 D 1 = 1.50 N 1 = 1.859610 ν 1 = 40.3
R 2 = 6.197 D 2 = 1.80
R 3 = 10.744 D 3 = 2.20 N 2 = 1.846660 ν 2 = 23.9
R 4 = 46.157 D 4 = 可変
R 5 = 絞り D 5 = -0.50
R 6 = 4.377 D 6 = 2.00 N 3 = 1.859610 ν 3 = 40.3
R 7 = 10.125 D 7 = 0.50 N 4 = 1.846660 ν 4 = 23.9
R 8 = 3.614 D 8 = 0.60
R 9 = 11.904 D 9 = 1.20 N 5 = 1.882997 ν 5 = 40.8
R10 = -26.353 D10 = 可変
R11 = -60.117 D11 = 0.50 N 6 = 1.698947 ν 6 = 30.1
R12 = 8.966 D12 = 0.90 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R13 = 1585.629 D13 = 可変
R14 = 23.900 D14 = 1.30 N 8 = 1.882997 ν 8 = 40.8
R15 = -55.565 D15 = 可変
R16 = ∞ D16 = 1.50 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R17 = ∞

\焦点距離 5.97 14.31 24.00
可変間隔\
D 4 19.12 5.44 1.40
D10 1.00 1.00 1.00
D13 4.39 14.14 23.89
D15 3.24 2.24 1.24

非球面係数
R2 k=-2.49934e+00 B=9.13951e-04 C=-1.23291e-05 D=1.62042e-07
E=-9.96896e-10
R6 k=-2.73148e-01 B=-1.72318e-05 C=3.93719e-06 D=6.93616e-08
E=0.00000e+00
実施例1のズームレンズのレンズ断面図 実施例1のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例1のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例1のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例2のズームレンズのレンズ断面図 実施例2のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例2のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例2のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例3のズームレンズのレンズ断面図 実施例3のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例3のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例3のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例4のズームレンズのレンズ断面図 実施例4のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例4のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例4のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例5のズームレンズのレンズ断面図 実施例5のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例5のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例5のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例6のズームレンズのレンズ断面図 実施例6のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例6のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例6のズームレンズの望遠端における諸収差図 本発明の撮像装置の要部概略図
符号の説明
L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
L4 第4レンズ群
SP 開口絞り
G ガラスブロック
IP 像面
d d線
g g線
ΔM メリディオナル像面
ΔS サジタル像面

Claims (9)

  1. 物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群を有し、広角端に比べて望遠端での第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が小さく、第2レンズ群と第4レンズ群との間隔が大きくなるように、広角端から望遠端へのズーミングに際して、該第2レンズ群と該第3レンズ群は物体側へ移動し、該第1レンズ群は、像側に凸状の軌跡の一部に沿って移動するズームレンズであって、
    該第3レンズ群は1つのレンズ成分から成り、該第2レンズ群と該第3レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d23w、d23t、該第3レンズ群と該第4レンズ群の広角端と望遠端における間隔を各々d34w、d34t、該第3レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R3a,R3bとするとき、
    1.5<(d23t+d34t)/(d23w+d34w)<7.0
    −5.0<(R3a+R3b)/(R3a−R3b)<1.0
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の移動量を各々M2、M3、該第3レンズ群の焦点距離をf3、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    0.6<M3/M2≦1.0
    3.0<|f3|/fw<10.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1のズームレンズ。
  3. 前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の各レンズ群で最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離を各々DL1、DL2、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    0.5<DL1/fw<1.5
    0.5<DL2/fw<1.5
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2のズームレンズ。
  4. 前記第4レンズ群は一つのレンズ成分からなり、該第4レンズ群の最も物体側のレンズ面と、最も像側のレンズ面の曲率半径を各々R4a、R4b、該第4レンズ群の焦点距離をf4、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    −2.5<(R4a+R4b)/(R4a−R4b)<0.0
    2.0<f4/fw<6.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1、2又は3のズームレンズ。
  5. 前記第3レンズ群は負レンズより成り、該負レンズの材料のアッベ数をν3aとするとき、
    50<ν3a
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項のズームレンズ。
  6. 前記第3レンズ群は、負レンズと正レンズを接合した接合レンズからなり、該接合レンズを構成する正レンズの焦点距離をf3p、該第3レンズ群の焦点距離をf3、該接合レンズを構成する負レンズと正レンズの材料のアッベ数を各々ν3n、ν3pとするとき、
    0.3<f3p/|f3|<1.8
    10<ν3n−ν3p<50
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項のズームレンズ。
  7. 前記第3レンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように変位させて像変位を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項のズームレンズ。
  8. 固体撮像装置上に像を形成することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項のズームレンズ。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子上を有していることを特徴とする撮像装置。
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