JP2007093980A - ズームレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】ズームレンズを配置する場所が限られている場合に適し、変倍比が4.5倍程度以上で、小型で優れた結像性能を有するズームレンズを提供すること。
【解決手段】物体側より順に光軸に沿って、光路折り曲げ光学素子を備え正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とから構成され、広角端状態Wから望遠端状態Tまで焦点距離が変化する際に、前記第1レンズ群G1と前記第3レンズ群G3は像面に対して固定され、前記第2レンズ群G2と前記第4レンズ群G4と前記第5レンズ群G5がそれぞれ移動するズームレンズ。
【選択図】図2

Description

本発明は、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に適したズームレンズに関する。
CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いて、被写体像を記録する例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等は、ズームレンズの搭載が一般的である。撮影レンズとして、ズームレンズの採用が一般的になるに従い、変倍比(望遠端状態の焦点距離を広角端状態の焦点距離で割ったもの)を高めて、望遠端状態の焦点距離が大きくなるものが多くなってきた。また、望遠端状態の焦点距離が大きくなるに従い、レンズ系全長が大きくなると共に、最も物体側のレンズ群のレンズ外径が大型化してしまい、結果として鏡筒部材が大型化してしまい携帯性に不都合が生じてしまった。
そこで、デジタルスチルカメラの携帯時には各レンズ群の間隔が最小になるように各レンズ群間隔を狭めた状態でカメラ本体内に格納することによって、携帯性を高めていた。
デジタルスチルカメラの携帯性を良くするために、部分鏡筒の数を増やし、各部分鏡筒の長さを小さくして、格納状態でのカメラの厚みを減らすことも考えられる。しかし、カメラ本体の厚みが薄くなったとしても、逆に鏡筒径が太くなり、カメラ本体の高さおよび幅に影響してしまい、結果として大きくなってしまい携帯性に不都合が生じてしまう。
また、高変倍化するには、可動するレンズ群の数を増やし、レンズ系全長を積極的に変化させる方法がある。レンズ系全長が変化すると、カメラ本体内にレンズ系が収まらなくなってしまう。反対に、可動するレンズ群の数を減らして、少ないレンズ枚数でもこのようなズームレンズは実現可能であるが、変倍比を高くすると望遠端側で性能劣化を引き起こすといった不都合が生じ、高変倍で小型で高性能なズームレンズには不向きである。
ここで、レンズ系の一部に光路を略90度折り曲げられるような光学素子を用いて、携帯性の不都合を回避することが考えられる。カメラ本体より突出することがなく、使用状態においても携帯性に優れている。また、可動部分がカメラ本体内部に存在するため、表面上は可動部分が存在しない。このため防水・防滴・防塵等の用途にも効果的である。
このように、デジタルスチルカメラ等の携行時の携帯性が重視され、カメラ本体の小型化、軽量化を図るために、撮影レンズであるズームレンズの小型化および軽量化が図られている。そこで、レンズ系の一部に光路を略90度折り曲げられるようなズームレンズが提案された。このようなズームレンズを搭載することで、格納状態から使用状態へ移行する際に、カメラ本体より突出することがなく、使用状態においても携帯性に優れている。
従来の光路を折り曲げられるズームレンズでは、物体側より順に負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群で構成される負正正の3群タイプのズームレンズが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、物体側より順に正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群で構成される正負正正の4群タイプのズームレンズが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−302575号公報 特開2000−131610号公報
しかしながら、特許文献1の開示例では、小型化の為、第1レンズ群は、光路を略90度折り曲げる光学素子を備え、負の屈折力を有するレンズ群で構成しているため、変倍比が2.0倍程度であり、変倍比を高変倍化するには不向きであった。
また、特許文献2の開示例では、第1レンズ群が正の屈折力を有するレンズ群で構成し、かつ、光路を90度折り曲げる光学素子の屈折率が1.57程度と低かったため、光学素子の大きさも含めて第1レンズ群全体が大型化してしまう問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、ズームレンズを配置する場所が限られている場合に適し、変倍比が4.5倍程度以上で、小型で優れた結像性能を有するズームレンズを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、物体側より順に光軸に沿って、光路折り曲げ光学素子を備え正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とから構成され、広角端状態から望遠端状態まで焦点距離が変化する際に、前記第1レンズ群と前記第3レンズ群は像面に対して固定され、前記第5レンズ群は像側に移動し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が減少し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔が減少し、前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔が増大することを特徴とするズームレンズを提供する。
本発明によれば、ズームレンズを配置する場所が限られている場合に適し、変倍比が4.5倍程度以上で、小型で優れた結像性能を有するズームレンズを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態にかかるズームレンズの構成について説明する。
本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、物体側より順に光軸に沿って、光路折り曲げ光学素子を備え正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折率を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折率を有する第4レンズ群と、正の屈折率を有する第5レンズ群とから構成され、広角端状態(焦点距離が最も短い状態)から望遠端状態(焦点距離が最も長い状態)まで焦点距離が変化する際に、第1レンズ群と第3レンズ群は像面に対して固定され、第5レンズ群は像側に移動し、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が増大し、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が減少し、第3レンズ群と第4レンズ群との間隔が減少し、第4レンズ群と第5レンズ群との間隔が増大する構成であって、各レンズ群を以下のように構成することにより、変倍比が4.5倍程度以上で、小型で優れた結像性能を有するズームレンズを達成することができる。
第1レンズ群は、光路を略90度折り曲げる光路折り曲げ光学素子を有し、かつ、光束を収斂する作用を有し、広角端状態から望遠端状態まで焦点距離が変化する際に、第1レンズ群は常に固定である。第1レンズ群は各レンズ群の中で一番大きく、重量を有するレンズ群であり、この第1レンズ群を可動させる必要がないため、構造的に簡素化することが可能である。
第2レンズ群は、第1レンズ群により形成される被写体の像を拡大する作用をなし、広角端状態から望遠端状態に向かうに従い、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔を広げることにより被写体像の拡大率を高めて、焦点距離を変化させている。
第3レンズ群は、第2レンズ群によって拡大された光束を収斂させる作用をなし、単レンズまたは接合レンズで構成することが望ましい。更なる高性能化を達成するには、第3レンズ群を複数のレンズ群で構成することが望ましい。
第4レンズ群は、第3レンズ群によって収斂される光束をより収斂させる作用をなし、焦点距離を変化させる際に第3レンズ群と第4レンズ群の間隔を積極的に変化させることで、焦点距離の変化に対する、像面の変動を抑えることができる。
第5レンズ群は、広角端状態から望遠端状態に向かうに従い、像面側に移動し、第1レンズ群乃至第4レンズ群で形成される被写体像の焦点調節を行うとともに、射出瞳位置のコントロールを行っている。一般的に固体撮像素子(CCD等)は、受光効率を高めるためにマイクロレンズアレイが受光素子直前に配置されている。このため、上記カメラに用いられる光学系は、素子面から射出瞳位置を遠ざけることが必要であり、第5レンズ群がこの作用をなしている。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズでは、前記光路折り曲げ光学素子は直角プリズムであり、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
(1) ndp>1.80
ここで、ndpは直角プリズムのd線(波長λ=587.6nm)における屈折率である。
条件式(1)は、小型化を図る為に、光路折り曲げ光学素子の適切な屈折率の範囲を規定した条件式である。
条件式(1)の下限値を下回った場合、光路折り曲げ光学素子の大きさが大きくなり、ズームレンズ全体が大きくなってしまい好ましくない。結果としてカメラ本体の厚さにも影響してしまい小型化が図れなくなってしまう。または、光路折り曲げ光学素子の光路長が大きくなり、コマ収差や非点収差を良好に補正できなくなるため高い光学性能が得られなくなる。
なお、本発明の効果を確実にするために、条件式(1)の下限値を1.83にすることが好ましい。また、本発明の効果を更に確実にするために、条件式(1)の下限値を1.85にすることが更に好ましい。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、第1レンズ群に少なくとも1枚の非球面レンズを配置することが望ましい。第1レンズ群に非球面レンズを少なくとも1枚配置することにより広角端状態から望遠端状への焦点距離変化に際して発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズでは、第1レンズ群の非球面レンズは、正レンズであることが望ましい。第1レンズ群の正レンズに非球面レンズを配置することにより広角端状態から望遠端状への焦点距離変化に際して発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。更に、第1レンズ群のレンズ外径の小型化にも寄与することができる。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
(2) 1.9<f1/(−f2)<3.5
ここで、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、f2は第2レンズ群の焦点距離である。
条件式(2)は、第1レンズ群と第2レンズ群の焦点距離比について適切な範囲を規定するための条件式である。
条件式(2)の上限値を上回った場合、第1レンズ群の屈折力が相対的に弱くなってしまい、第1レンズ群が変倍に対して効果的に寄与できなくなり、変倍比が4.5倍程度以上の高変倍比を確保できなくなってしまう。更に、第2レンズ群の屈折力が相対的に強くなってしまうため、コマ収差等の軸外収差の発生を抑えられなくなってしまい、高い光学性能が得られなくなってしまう。
条件式(2)の下限値を下回った場合、第1レンズ群の屈折力が相対的に強くなってしまい、広角側において第1レンズ群へ入射する軸外光線と光軸との成す角度が小さくなり、広角端状態で60度を越えるような画角を実現しようとすると、第1レンズ群のレンズ外径が大きくなってしまい、小型化できなくなる。
また、第2レンズ群の屈折力が相対的に弱くなるため、第2レンズ群が変倍に対して効率的に寄与できなくなってしまい、変倍比が4.5倍程度以上の高変倍比を確保できなくなってしまう。更に、第2レンズ群の移動量が大きくなってしまい、レンズ系全長が大きくなってしまう。または、コマ収差が良好に補正できなくなり高い光学性能が得られなくなる。
なお、本発明の効果を確実にするために、条件式(2)の上限値を3.4にすることが好ましい。また、本発明の効果を更に確実にするために、条件式(2)の上限値を3.2にすることが更に好ましい。また、本発明の効果を確実にするために、条件式(2)の下限値を2.0にすることが好ましい。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズでは、第4レンズ群は、第4レンズ群単独で発生する軸上収差を良好に補正するとともに射出瞳位置を像面からなるべく遠くする為に、物体側から光軸に沿って、正の屈折力を有する単レンズと負の屈折力を有する接合レンズとで構成され、物体側に凸面を向けた正レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとの接合負レンズであることが望ましい。
両凸形状の正レンズにより、軸外光束が収斂され、光軸から離れないようにすることで、レンズ径の小型化を達成することができる。また、第4レンズ群全体で正の屈折力を有することで、像面から射出瞳位置を遠ざけることが可能であり、固体撮像素子を受光素子として用いる光学系に好適である。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、第4レンズ群の光軸に沿って最も物体側のレンズの像側のレンズ面に非球面レンズを配置することが望ましい。第4レンズ群に非球面レンズを配置することにより第4レンズ群単独で発生する軸上収差の変動を良好に補正することができる。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、第5レンズ群を光軸に沿って物体側に移動させて遠距離物体から近距離物体への焦点調節を行うことが望ましい。第5レンズ群を焦点調節で移動させることで、更に良好に射出瞳の位置を補正することが可能である。
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
(3) 2.0<f5/fw<8.0
ここで、fwは広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離であり、f5は第5レンズ群の焦点距離である。
条件式(3)は、第5レンズ群の適切な焦点距離の範囲を規定するための条件式である。
条件式(3)の上限値を上回った場合、第5レンズ群の屈折力が弱まり、コマ収差及び歪曲収差が悪化して高い光学性能を得ることができなくなる。または、焦点調節時の移動量が大きくなってしまい、第5レンズ群を移動する際に必要な駆動系の部材等が大型化してしまい、他の部材と干渉する恐れがある。結果的にカメラ本体内に格納する時に省スペース化が図れなくなってしまう。
条件式(3)の下限値を下回った場合、第5レンズ群の屈折力が強まり、第5レンズ群単独で発生するコマ収差及び像面湾曲収差が大きくなりすぎて、近距離撮影時の性能変化が大きくなってしまい好ましくない。結果として最短撮影距離を短縮することが困難となってしまう。
なお、本発明の効果を確実にするために、条件式(3)の上限値を7.0にすることが好ましい。また、本発明の効果を更に確実にするために、条件式(3)の上限値を6.0にすることが更に好ましい。また、本発明の効果を確実にするために、条件式(3)の下限値を2.5にすることが好ましい。
なお、後述する本発明にかかるズームレンズの第1実施例乃至第4実施例では、第1レンズ群および第4レンズ群に非球面レンズをそれぞれ配置している。第1レンズ群に非球面レンズを配置することにより、広角端状態から望遠端状への焦点距離変化に際して発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。また、第4レンズ群に非球面レンズを配置することにより第4レンズ群単独で発生する軸上収差の変動を良好に補正することができる。
また、本発明にかかるズームレンズの第2実施例では、第2レンズ群に非球面レンズを配置している。第2レンズ群に非球面レンズを配置することにより、広角端状態から望遠端状への焦点距離変化に際して発生する軸外収差の変動を更に良好に補正することができる。
なお、本発明の実施の形態にかかるズームレンズでは、高変倍ズームレンズで発生しがちな手ブレ等に起因する像ブレによる撮影の失敗を防ぐために、レンズ系のブレを検出するブレ検出系と駆動手段とをレンズ系に組み合わせ、レンズ系を構成するレンズ群のうち1つのレンズ群の全体または一部をシフトレンズ群として偏心させることにより、ブレ検出系により検出されたレンズ系のブレに起因する像ブレ(像面位置の変動)を補正するように、駆動手段によりシフトレンズ群を駆動させ、像をシフトさせることで、像ブレを補正することが可能である。このように、本発明にかかるズームレンズは、いわゆる防振光学系として機能させることが可能である。
〔実施例〕
以下、本発明にかかるズームレンズの各実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の各実施例にかかるズームレンズの屈折力配分および広角端状態(W)から望遠端状態(T)への焦点距離状態の変化における各レンズ群の移動の様子を示す図である。
図1において、本発明の各実施例にかかるズームレンズは、物体側から順に光軸に沿って、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5と、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等からなるフィルター群FLとから構成されている。
そして、広角端状態Wから望遠端状態Tへの焦点距離状態の変化(すなわちズーミング)に際して、第1レンズ群G1と第3レンズ群G3は像面Iに対して固定され、第5レンズ群G5は像面I側に移動し、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が減少し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間隔が増大する構成である。また、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングは、第5レンズ群G5を光軸に沿って物体側に移動させて行う構成である。
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、高さyにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離(サグ量)をS(y)、基準球面の曲率半径(近軸曲率半径)をr、円錐定数をκ、n次の非球面係数をCnとしたとき、以下の数式で表される。
S(y)=(y/r)/{1+(1−κ×y/r1/2
+C4×y+C6×y+C8×y+C10×y10
なお、各実施例において、2次の非球面係数C2は0である。各実施例の表中において、非球面には面番号の左側に*印を付している。
〔第1実施例〕
図2は、本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。なお、レンズ構成図は光軸に沿って展開して示している。
図2において、第1レンズ群G1は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と、光路を略90度折り曲げることを目的とした直角プリズムPと、両凸形状の正レンズL12と、物体側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL13から構成されている。
第2レンズ群G2は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL21と、両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL22から構成されている。
第3レンズ群G3は、物体側から順に光軸に沿って、両凸形状の正レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、物体側から順に光軸に沿って、像面I側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL41と、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL42から構成されている。
第5レンズ群G5は、両凸形状の正レンズL51で構成されている。
また、フィルター群FLは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等から構成されている。像面Iは、不図示の撮像素子上に形成され、該撮像素子はCCDやCMOS等から構成されている。
また、開口絞りSは、第3レンズ群G3の最も物体側に配置され、広角端状態Wから望遠端状態Tへのズーミングに際して、像面Iに対して固定である。
また、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングは、第5レンズ群G5を光軸に沿って物体側に移動させて行う。
次の表1に、本第1実施例にかかるズームレンズの諸元の値を掲げる。表において、fは焦点距離を、F.NOはFナンバーを、2ωは画角(単位:度)を、Bfはバックフォーカスをそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率およびアッベ数はそれぞれd線(λ=587.6nm)に対する値を示している。尚、曲率半径「∞」は平面を示し、空気の屈折率1.000000は省略してある。
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離f、曲率半径、面間隔その他の長さ等は、特記の無い場合一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「mm」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
(表1)
(全体諸元)
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f = 6.47 〜 18.00 〜 30.46
F.NO = 2.86 〜 3.73 〜 4.11
2ω = 61.52 〜 23.08 〜 13.69

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 400.0000 1.20 1.84666 23.78
2 27.2400 3.05
3 ∞ 15.50 1.88300 40.76
4 ∞ 0.10
5 24.5195 4.00 1.48749 70.23
6 -64.3221 0.20
* 7 29.7317 2.85 1.58913 61.16
8 -253.6606 (d8)
9 76.9231 1.10 1.74330 49.22
10 7.7156 2.70
11 -19.5828 0.80 1.53996 59.47
12 8.8613 2.10 1.80810 22.76
13 49.7827 (d13)
14 ∞ 0.50 (開口絞りS)
15 13.9241 2.10 1.63930 44.87
16 -8.1123 0.90 1.75520 27.51
17 -164.9260 (d17)
18 9.2162 3.00 1.68893 31.08
*19 -28.2686 0.50
20 10.8338 2.20 1.49700 81.54
21 -7.0331 1.15 1.76182 26.52
22 5.6673 (d22)
23 15.3217 1.40 1.49700 81.54
24 -80.0000 (d24)
25 ∞ 1.65 1.54437 70.51
26 ∞ 0.40
27 ∞ 0.50 1.51633 64.14
28 ∞ (Bf)

(非球面データ)
第7面および第19面のレンズ面は非球面形状に形成されている。

〔第7面〕
r κ C4 C6 C8 C10
29.7317 +0.1430 -7.6034×10-6 -1.0486×10-8 -2.1121×10-10 +6.3289×10-13
〔第19面〕
r κ C4 C6 C8 C10
-28.2686 +1.6675 +1.1765×10-4 -2.2560×10-6 -5.6320×10-8 +5.0547×10-10

(可変間隔データ)
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との軸上空気間隔d8、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との軸上空気間隔d13、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との軸上空気間隔d17、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との軸上空気間隔d22、第5レンズ群G5とローパスフィルター等FLとの軸上空気間隔d24、およびバックフォーカスBfは、ズーミングに際して変化する。

広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f 6.4700 18.0000 30.4601
d8 1.4000 10.6818 14.9400
d13 14.6400 5.3582 1.1000
d17 8.1994 2.7195 1.2000
d22 3.2703 9.4422 12.0697
d24 3.0000 2.3079 1.2000
Bf 0.5900 0.5900 0.5900

(条件式対応値)
ndp1=1.88300
f1=27.05581
f2=-9.67583
f5=26.00000
fw=6.47002
(1)ndp=1.88300
(2)f1/(−f2)=2.79623
(3)f5/fw=4.01854
図3は、本第1実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。
各収差図において、FNOはFナンバーを、Yは像高を、Aは各像高に対する半画角(単位:度)をそれぞれ示している。また、非点収差図において実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差図において、実線は球面収差を示し、破線はサインコンディション(正弦条件)を示している。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
各収差図から明らかなように、本第1実施例にかかるズームレンズは、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
〔第2実施例〕
図4は、本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。なお、レンズ構成図は光軸に沿って展開して示している。
図4において、第1レンズ群G1は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と、光路を略90度折り曲げることを目的とした直角プリズムPと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12と、物体側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL13から構成されている。
第2レンズ群G2は、物体側から順に光軸に沿って、像面I側に非球面を備え物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL21と、両凹形状の負レンズL22と、両凸形状の正レンズL23から構成されている。
第3レンズ群G3は、物体側から順に光軸に沿って、両凸形状の正レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合正レンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、物体側から順に光軸に沿って、像面I側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL41と、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL42から構成されている。
第5レンズ群G5は、両凸形状の正レンズL51で構成されている。
また、フィルター群FLは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等から構成されている。
また、開口絞りSは、第3レンズ群G3の最も物体側に配置され、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、像面Iに対して固定である。
また、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングは、第5レンズ群G5を光軸に沿って物体側に移動させて行う。
次の表2に、本第2実施例にかかるズームレンズの諸元の値を掲げる。
(表2)
(全体諸元)
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f = 6.47 〜 18.00 〜 30.46
F.NO = 2.94 〜 4.05 〜 4.64
2ω = 62.67 〜 23.11 〜 6.84

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 105.1157 1.20 1.84666 23.78
2 18.8090 2.75
3 ∞ 13.60 1.88300 40.76
4 ∞ 0.10
5 20.0104 3.00 1.48749 70.23
6 317.3680 0.20
* 7 34.5186 3.25 1.58913 61.13
8 -30.2934 (d8)
9 308.7985 1.10 1.80610 40.92
*10 9.0093 2.35
11 -9.7641 0.80 1.67790 50.72
12 12.2915 0.15
13 13.7898 2.10 1.80810 22.76
14 -22.4799 (d14)
15 ∞ 0.50 (開口絞りS)
16 17.7926 2.25 1.61772 49.82
17 -8.9706 0.80 1.75520 27.51
18 -45.0424 (d18)
19 10.3949 3.50 1.68893 31.08
*20 -49.5230 0.80
21 14.0455 3.50 1.60300 65.44
22 -6.3755 0.90 1.80518 25.42
23 6.3557 (d23)
24 11.2796 1.50 1.49700 81.54
25 -79.9999 (d25)
26 ∞ 1.65 1.54437 70.51
27 ∞ 0.40
28 ∞ 0.50 1.51633 64.14
29 ∞ (Bf)

(非球面データ)
第7面および第10面、第20面のレンズ面は非球面形状に形成されている。

〔第7面〕
r κ C4 C6 C8 C10
34.5186 -9.0000 -4.5660×10-6 -1.5035×10-7 +5.0067×10-11 +2.6997×10-12
〔第10面〕
r κ C4 C6 C8 C10
9.0093 -0.3269 +1.0476×10-4 +2.6200×10-6 -2.9092×10-7 +7.3962×10-9
〔第20面〕
r κ C4 C6 C8 C10
-49.5230 +6.6896 +8.5731×10-5 -3.0698×10-6 +6.5220×10-8 -1.8918×10-9

(可変間隔データ)
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との軸上空気間隔d8、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との軸上空気間隔d14、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との軸上空気間隔d18、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との軸上空気間隔d23、第5レンズ群G5とローパスフィルター等FLとの軸上空気間隔d25、およびバックフォーカスBfは、ズーミングに際して変化する。

広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f 6.4700 18.0000 30.4600
d8 0.9513 8.9625 12.6165
d14 12.3390 4.3278 0.6737
d18 10.6824 3.4269 1.2000
d23 3.7239 11.5755 15.0064
d25 3.0000 2.4040 1.2000
Bf 0.5900 0.5901 0.5901

(条件式対応値)
ndp1=1.88300
f1=22.81409
f2=-9.14257
f5=20.00001
fw=6.47001
(1)ndp=1.88300
(2)f1/(−f2)=2.49537
(3)f5/fw=3.09119
図5は、本第2実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。
各収差図から明らかなように、本第2実施例にかかるズームレンズは、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
〔第3実施例〕
図6は、本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。なお、レンズ構成図は光軸に沿って展開して示している。
図6において、第1レンズ群G1は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と、光路を略90度折り曲げることを目的とした直角プリズムPと、両凸形状の正レンズL12と、物体側に非球面を備え物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13から構成されている。
第2レンズ群G2は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL21と、両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL22から構成されている。
第3レンズ群G3は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、物体側から順に光軸に沿って、像面I側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL41と、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL42から構成されている。
第5レンズ群G5は、両凸形状の正レンズL51で構成されている。
また、フィルター群FLは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等から構成されている。
また、開口絞りSは、第3レンズ群G3の最も物体側に配置され、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、像面Iに対して固定である。
また、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングは、第5レンズ群G5を光軸に沿って物体側に移動させて行う。
次の表3に、本第3実施例にかかるズームレンズの諸元の値を掲げる。
(表3)
(全体諸元)
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f = 6.47 〜 18.00 〜 30.46
F.NO = 2.80 〜 3.52 〜 4.78
2ω = 63.51 〜 23.46 〜 13.77

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 320.0658 1.20 1.84666 23.78
2 25.3258 3.00
3 ∞ 14.10 1.88300 40.76
4 ∞ 0.10
5 24.5142 4.00 1.62041 60.29
6 -62.8272 0.20
* 7 19.7316 2.10 1.58913 61.13
8 46.5290 (d8)
9 76.9231 1.10 1.81600 46.62
10 8.3668 2.05
11 -41.8601 0.80 1.70000 48.08
12 10.2906 2.00 1.80810 22.76
13 159.4667 (d13)
14 ∞ 0.50 (開口絞りS)
15 11.4850 1.50 1.74400 44.79
16 14.5674 (d16)
17 9.6286 2.35 1.69350 53.20
*18 -49.9544 0.20
19 7.3139 3.00 1.49700 81.54
20 -36.2655 1.15 1.78470 26.29
21 4.9970 (d21)
22 11.2348 2.45 1.49700 81.54
23 -80.0000 (d23)
24 ∞ 1.65 1.54437 70.51
25 ∞ 0.40
26 ∞ 0.50 1.51633 64.14
27 ∞ (Bf)

(非球面データ)
第7面および第18面のレンズ面は非球面形状に形成されている。

〔第7面〕
r κ C4 C6 C8 C10
19.7316 +1.3008 -1.1218×10-5 -5.8998×10-8 -4.0488×10-11 -1.6692×10-12
〔第18面〕
r κ C4 C6 C8 C10
-49.9544 -4.3450 +1.6508×10-4 -6.5434×10-7 +3.3264×10-8 -1.0279×10-9

(可変間隔データ)
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との軸上空気間隔d8、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との軸上空気間隔d13、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との軸上空気間隔d16、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との軸上空気間隔d21、第5レンズ群G5とローパスフィルター等FLとの軸上空気間隔d23、およびバックフォーカスBfは、ズーミングに際して変化する。

広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f 6.4700 18.0000 30.4600
d8 1.4000 10.4220 12.5265
d13 12.3559 3.3345 1.2291
d16 9.2116 5.1249 1.2000
d21 4.0925 7.6787 13.9044
d23 3.0000 3.5000 1.2000
Bf 0.5901 0.5901 0.5900

(条件式対応値)
ndp1=1.88300
f1=25.45645
f2=-10.02467
f5=20.00001
fw=6.47001
(1)ndp=1.88300
(2)f1/(−f2)=2.53938
(3)f5/fw=3.09119
図7は、本第3実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。
各収差図から明らかなように、本第3実施例にかかるズームレンズは、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
〔第4実施例〕
図8、本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。なお、レンズ構成図は光軸に沿って展開して示している。
図8において、第1レンズ群G1は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL11と、光路を略90度折り曲げることを目的とした直角プリズムPと、物体側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL12から構成されている。
第2レンズ群G2は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL21と、両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL22から構成されている。
第3レンズ群G3は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL31で構成されている。
第4レンズ群G4は、物体側から順に光軸に沿って、像面I側に非球面を備えた両凸形状の正レンズL41と、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの貼り合わせからなる接合負レンズL42から構成されている。
第5レンズ群G5は、両凸形状の正レンズL51で構成されている。
また、フィルター群FLは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等から構成されている。
また、開口絞りSは、第3レンズ群G3の最も物体側に配置され、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、像面Iに対して固定である。
また、遠距離物体から近距離物体へのフォーカシングは、第5レンズ群G5を光軸に沿って物体側に移動させて行う。
次の表4に、本第4実施例にかかるズームレンズの諸元の値を掲げる。
(表4)
(全体諸元)
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f = 6.47 〜 18.00 〜 30.46
F.NO = 2.63 〜 3.44 〜 4.83
2ω = 63.44 〜 23.39 〜 6.87

(レンズデータ)
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
1 151.8990 1.20 1.84666 23.78
2 25.3592 3.00
3 ∞ 14.10 1.88300 40.76
4 ∞ 0.10
* 5 16.9142 4.45 1.60602 57.44
6 -51.6759 (d6)
7 76.9231 1.10 1.80610 40.92
8 8.7962 2.05
9 -81.0553 0.80 1.62041 60.29
10 10.2740 2.00 1.80810 22.76
11 49.1579 (d11)
12 ∞ 0.50 (開口絞りS)
13 12.3676 1.50 1.67790 50.72
14 17.0230 (d14)
15 9.7031 2.35 1.69350 53.20
*16 -66.0749 0.20 1.00000
17 7.1579 3.00 1.49700 81.54
18 -49.6439 1.20 1.76182 26.52
19 4.8092 (d19)
20 11.7865 1.40 1.51633 64.14
21 -80.0000 (d21)
22 ∞ 1.65 1.54437 70.51
23 ∞ 0.40
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ (Bf)

(非球面データ)
第5面および第16面の各レンズ面は非球面形状に形成されている。

〔第5面〕
r κ C4 C6 C8 C10
16.9142 +0.4063 -1.1135×10-5 +3.9248×10-9 -5.2160×10-10 +2.5172×10-12
〔第16面〕
r κ C4 C6 C8 C10
-66.0749 +2.3477 +1.4740×10-4 +4.3207×10-7 -2.6845×10-8 +1.3277×10-10

(可変間隔データ)
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との軸上空気間隔d6、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との軸上空気間隔d11、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との軸上空気間隔d14、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との軸上空気間隔d19、第5レンズ群G5とローパスフィルター等FLとの軸上空気間隔d21、およびバックフォーカスBfは、ズーミングに際して変化する。

広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
f 6.4700 18.0000 30.4600
d6 1.4000 11.3881 13.4620
d11 13.3563 3.3685 1.2943
d14 10.6162 5.7373 1.2000
d19 4.5374 9.1886 15.7540
d21 3.0000 3.2275 1.2000
Bf 0.5901 0.5900 0.5900

(条件式対応値)
ndp1=1.88300
f1=30.27156
f2=-11.30281
f5=59.02767
fw=6.47000
(1)ndp=1.88300
(2)f1/(−f2)=2.67823
(3)f5/fw=3.09119
図9は、本第4実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。
各収差図から明らかなように、本第4実施例にかかるズームレンズは、広角端状態から望遠端状態までの各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することがわかる。
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に適したズームレンズに関し、変倍比が4.5倍程度以上で、ズームレンズを配置する場所が限られた際に使用することを考慮した、特に高変倍で小型で優れた結像性能を有する屈曲ズームレンズを実現することができる。
なお、本発明の実施例として、5群構成のレンズ系を示したが、該5群を含む6群およびそれ以上の群構成のレンズ系も本発明の効果を内在した同等のレンズ系であることは言うまでもない。また、各レンズ群内の構成においても、実施例の構成に付加レンズを加えただけのレンズ群も本発明の効果を内在した同等のレンズ群であることは言うまでもない。また、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
本発明の各実施例にかかるズームレンズの屈折力配分および広角端状態(W)から望遠端状態(T)への焦点距離状態の変化における各レンズ群の移動の様子を示す図である。 本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。 本第1実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。 本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。 本第2実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。 本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。 本第3実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。 本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。 本第4実施例にかかるズームレンズのd線(λ=587.6nm)に対する無限遠合焦状態での諸収差図であり、(a)は広角端状態(f=6.47mm)での諸収差図であり、(b)は中間焦点距離状態(f=18.00mm)での諸収差であり、(c)は望遠端状態(f=30.46mm)での諸収差である。
符号の説明
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
P 光路折り曲げ用光学素子(直角プリズム)
FL フィルタ群
S 開口絞り
I 像面

Claims (9)

  1. 物体側より順に光軸に沿って、光路折り曲げ光学素子を備え正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とから構成され、
    広角端状態から望遠端状態まで焦点距離が変化する際に、前記第1レンズ群と前記第3レンズ群は像面に対して固定され、前記第5レンズ群は像側に移動し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が減少し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔が減少し、前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔が増大することを特徴とするズームレンズ。
  2. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    前記光路折り曲げ光学素子は直角プリズムであり、以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
    ndp>1.80
    但し、
    ndp:前記直角プリズムのd線(波長λ=587.6nm)に対するの屈折率
  3. 請求項1または請求項2に記載のズームレンズにおいて、
    前記第1レンズ群に少なくとも1枚の非球面レンズを含むことを特徴とするズームレンズ。
  4. 請求項3に記載のズームレンズにおいて、
    前記非球面レンズは、正レンズであることを特徴とするズームレンズ。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.9<f1/(−f2)<3.5
    但し、
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離
    f2:前記第2レンズ群の焦点距離
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
    前記第4レンズ群は、物体側から順に光軸に沿って、物体側に凸面を向けた正レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとの接合負レンズで構成されることを特徴とするズームレンズ。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
    前記第4レンズ群の光軸に沿って最も物体側の正レンズの像側のレンズ面が非球面であることを特徴とするズームレンズ。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
    前記第5レンズ群を光軸に沿って物体側に移動させて遠距離物体から近距離物体への焦点調節を行うことを特徴とするズームレンズ。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
    2.0<f5/fw<8.0
    但し、
    fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    f5:前記第5レンズ群の焦点距離
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