JP2010176099A - ズームレンズ系、交換レンズ装置、及びカメラシステム - Google Patents

ズームレンズ系、交換レンズ装置、及びカメラシステム Download PDF

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Abstract

【課題】フォーカシングレンズ群がコンパクトでフォーカシングレンズ群移動時の像倍率変化の小さいズームレンズ系を提供する。
【解決手段】本発明に係るズームレンズ系は、開口絞りＡと、負のパワーを有し、最も物体側に配置される第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＡの物体側に隣接する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＡの像側に隣接する第４レンズ群Ｇ４を備える。ズーミングに際して、開口絞りＡと、開口絞りＡの物体側に隣接する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＡの像側に隣接する第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動し、開口絞りＡ及びその物体側に隣接する第３レンズ群Ｇ３の間隔と、開口絞りＡ及びその像側に隣接する第４レンズ群Ｇ４の間隔とが変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ系、詳しくは、いわゆるレンズ交換式デジタルカメラの交換レンズ装置に用いられる撮像レンズ系として好適なズームレンズ系に関する。また、本発明は、上記ズームレンズ系を内蔵した交換レンズ装置、及びカメラシステムに関する。
近年、レンズ交換式デジタルカメラシステムが急速に普及している。レンズ交換式デジタルカメラシステム（単に「カメラシステム」ともいう）は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像センサを持つカメラ本体と、撮像センサの受光面に光学像を形成するための撮像レンズ系を備えた交換レンズ装置とを備える。特許文献１〜８は、このようなレンズ交換式デジタルカメラに適用可能なズームレンズ系を開示している。
一方、撮影レンズ系及び撮像センサによって生成された画像データをカメラ本体の液晶ディスプレイなどの表示装置に表示する機能（以下、「ライブビュー機能」という）を持つカメラシステムがある（例えば、特許文献９及び特許文献１０）。
特開２００５−２８４０９７号公報 特開２００５−３５２０５７号公報 特開２００６−２２１０９２号公報 特開２００５−３１６３９６号公報 特開２００６−２６７４２５号公報 特開２００７−２１９３１５号公報 特開２００８−３１９５号公報 特開２００８−１５２５１号公報 特開２０００−１１１７８９号公報 特開２０００−３３３０６４号公報
特許文献９および特許文献１０記載のカメラシステムは、ライブビュー機能を動作させている場合、コントラストＡＦ方式により合焦動作を行う。コントラストＡＦとは、撮像センサからの画像データのコントラスト値に基づく合焦動作である。以下、コントラストＡＦの動作を説明する。
はじめに、カメラシステムは、フォーカシングレンズ群を光軸方向に高速で振動させて（以下、「ウォブリング」という）合焦状態からのズレ方向を検出する。ウォブリングの後、カメラシステムは、撮像センサの出力信号から画像領域の特定の周波数帯の信号成分を検出して、合焦状態となるフォーカシングレンズ群の最適位置を演算により算出する。その後、カメラシステムは、その最適位置にフォーカシングレンズ群を移動させて合焦動作を完了する。動画などで連続して合焦動作を行う場合、カメラシステムは、この一連の動作を繰り返す。
一般に、動画の表示は、フリッカなどによる違和感を生じないようにするために、例えば３０フレーム／秒程度の高速で行われる。したがって、レンズ交換式デジタルカメラにおける動画撮影も、基本的には同じ３０フレーム／秒で行わなければならない。そのため、フォーカシングレンズ群は、ウォブリング時に３０Ｈｚの高速に駆動する必要がある。
ところが、フォーカシングレンズ群の重量が大きいと、フォーカシングレンズ群を高速に移動させるモータやアクチュエータが大きくなってしまう。このため、鏡筒の最大径が、大きくなってしまうという問題がある。ところが、特許文献１〜８に記載のズームレンズ系は、フォーカシングレンズ群が軽量とは言い難い。
また、レンズ交換式デジタルカメラでは、ウォブリング時に被写体に対応する画像の大きさが変化することに注意する必要がある。画像の大きさの変化は、主に、フォーカシングレンズ群の光軸方向への移動によりレンズ系全体の焦点距離が変化することに起因する。ウォブリングによる撮影倍率の変化が大きい場合、撮影者は違和感を生じてしまう。
本発明の目的は、フォーカシングレンズ群がコンパクトでフォーカシングレンズ群移動時の像倍率変化の小さいズームレンズ系、ズームレンズ系を有する交換レンズ装置、及びカメラシステムを提供することである。
本発明に係るズームレンズ系は、開口絞りと、負のパワーを有し、最も物体側に配置されるレンズ群と、開口絞りの物体側に隣接するレンズ群と、開口絞りの像側に隣接するレンズ群とを備える。ズーミングに際して、開口絞りと、開口絞りの物体側に隣接するレンズ群と、開口絞りの像側に隣接するレンズ群が光軸に沿って移動し、開口絞り及びその物体側に隣接するレンズ群の間隔と、開口絞り及びその像側に隣接するレンズ群の間隔とが変化する。
また、本発明に係る交換レンズ装置は、上記のズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体と接続されるカメラマウント部とを備える。
更に、本発明に係るカメラシステムは、上記のズームレンズ系を含む交換レンズ装置と、交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、ズームレンズ系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体とを備える。
本発明によれば、フォーカシングレンズ群がコンパクトでフォーカシングレンズ群移動時の像倍率変化の小さいズームレンズ系、ズームレンズ系を有する交換レンズ装置、及びカメラシステムを提供することができる。
図１、３、５は、それぞれ、実施の形態１、２、３に係るズームレンズ系のレンズ配置図であり、いずれも無限遠合焦状態にあるズームレンズ系を表している。
各図において、（ａ）図は広角端（最短焦点距離状態：焦点距離ｆW）のレンズ構成、
（ｂ）図は、中間位置（中間焦点距離状態：焦点距離ｆM＝√（ｆW＊ｆT））のレンズ構
成、（ｃ）図は望遠端（最長焦点距離状態：焦点距離ｆT）のレンズ構成をそれぞれ表し
ている。また各図において、（ａ）図と（ｂ）図との間に設けられた折れ線の矢印は、上から順に、広角端、中間位置、望遠端の各状態におけるレンズ群の位置を結んで得られる直線である。広角端と中間位置との間、中間位置と望遠端との間は、単純に直線で接続されているだけであり、実際の各レンズ群の動きとは異なる。更に各図において、レンズ群に付された矢印は、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングを表す。すなわち、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際の移動方向を示し
ている。
図１、３、５において、特定の面に付されたアスタリスク＊は、該面が非球面であることを示している。また各図において、各レンズ群の符号に付された記号（＋）及び記号（−）は、各レンズ群のパワーの符号に対応する。更に各図において、最も右側に記載された直線は、像面Ｓの位置を表す。像面Ｓの物体側には、光学的ローパスフィルタや撮像素子のフェースプレート等と等価な平行平板Ｐが設けられている。更に各図において、隣接するレンズ素子間に記載された直線は、開口絞りＡの位置を表す。
（実施の形態１）
実施の形態１に係るズームレンズ系は、物体側から像側へと順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、負のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４と、負のパワーを有する第５レンズ群Ｇ５とを備える。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３とからなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へと順に、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７とからなる。第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とは接合されている。また、第６レンズ素子Ｌ６の物体側面は、非球面である。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凹形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凸形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、両凸形状の第１２レンズ素子Ｌ１２とからなる。第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９とが接合されると共に、第１０レンズ素子Ｌ１０と第１１レンズ素子Ｌ１１とが接合されている。
第５レンズ群Ｇ５は、物体側から像側へと順に、両凸形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、両凹形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、両凸形状の第１５レンズ素子Ｌ１５とからなる。第１３レンズ素子Ｌ１３と第１４レンズ素子Ｌ１４とは接合されている。また、第１５レンズ素子Ｌ１５の像側面は、非球面である。
ズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との空気間隔が広角端より望遠端で長くなるように、複数のレンズ群が光軸に沿って移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１が光軸に沿って像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って物体側に移動する。第５レンズ群Ｇ５は、ズーミングに際して、像面Ｓに対して固定されている。
また、ズーミングに際して、開口絞りＡは、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４とは独立して光軸に沿った方向に移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、開口絞りＡとその物体側に隣接する第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端
より望遠端で長く、開口絞りＡとその像側に隣接する第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が広角端より望遠端で短くなるように、開口絞りＡは光軸に沿って物体側に移動する。
さらに、無限遠合焦状態から近接合焦状態へのフォーカシングに際して、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って像側へと移動する。
（実施の形態２）
実施の形態２に係るズームレンズ系は、物体側から像側へと順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４とを備える。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。第２レンズ素子Ｌ２の物体側面と第４レンズ素子Ｌ４の像側面とが非球面である。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７とからなる。第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とは接合されている。また、第６レンズ素子Ｌ６の物体側面は、非球面である。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へと順に、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凹形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凸形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、両凹形状の第１２レンズ素子Ｌ１２と、両凸形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、両凸形状の第１４レンズ素子Ｌ１４とからなる。第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９と第１０レンズ素子Ｌ１０とが接合されると共に、第１１レンズ素子Ｌ１１と第１２レンズ素子Ｌ１２と第１３レンズ素子Ｌ１３とが接合されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１６レンズ素子Ｌ１６と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１７レンズ素子Ｌ１７とからなる。第１５レンズ素子Ｌ１５と第１６レンズ素子Ｌ１６とは接合されている。また、第１７レンズ素子Ｌ１７の像側面は、非球面である。
ズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が広角端より望遠端で長くなるように、各レンズ群が光軸に沿って移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１が光軸沿って像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って物体側に移動する。
また、ズーミングに際して、開口絞りＡは、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３とは独立して光軸に沿った方向に移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、開口絞りＡとその物体側に隣接する第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が広角端より望遠端で長く、開口絞りＡとその像側に隣接する第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端より望遠端で短くなるように、開口絞りＡは光軸に沿って物体側に移動する。
更に、無限遠合焦状態から近接合焦状態へのフォーカシングに際して、第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って像側へと移動する。
（実施の形態３）
実施の形態３に係るズームレンズ系は、物体側から像側へと順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３と、負のパワーを有する第４レンズ群Ｇ４とを備える。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。第２レンズ素子Ｌ２の物体側面と第４レンズ素子Ｌ４の像側面とが非球面である。
第２レンズ群Ｇ２は、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へと順に、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凹形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０と、両凹形状の第１１レンズ素子Ｌ１１と、両凸形状の第１２レンズ素子Ｌ１２とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８と第９レンズ素子Ｌ９とが接合されると共に、第１０レンズ素子Ｌ１０と第１１レンズ素子Ｌ１１とが接合されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から像側へと順に、両凹形状の第１３レンズ素子Ｌ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１４レンズ素子Ｌ１４と、両凸形状の第１５レンズ素子Ｌ１５と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１６レンズ素子Ｌ１６とからなる。第１４レンズ素子Ｌ１４と第１５レンズ素子Ｌ１５とは接合されている。また、第１６レンズ素子Ｌ１６の像側面は、非球面である。
ズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端より望遠端で短く、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が広角端より望遠端で長くなるように、各レンズ群が光軸に沿って移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１が光軸沿って像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って物体側に移動する。第５レンズ群Ｇ５は、ズーミングに際して、像面Ｓに対して固定されている。開口絞りＡは、第２レンズ群Ｇ２と共に物体側に移動する。
また、ズーミングに際して、開口絞りＡは、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３とは独立して光軸に沿った方向に移動する。より詳細には、広角端から望遠端へのズーミングに際して、開口絞りＡとその物体側に隣接する第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が広角端より望遠端で長く、開口絞りＡとその像側に隣接する第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が広角端より望遠端で短くなるように、開口絞りＡは光軸に沿って物体側に移動する。
更に、無限遠合焦状態から近接合焦状態へのフォーカシングに際して、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って像側へと移動する。
以下、各実施の形態に係るズームレンズ系が満足すべき条件を説明する。なお、各実施の形態に係るズームレンズ系において、複数の満足すべき条件が規定されるが、適合する条件をできるだけ多く満足するズームレンズ系の構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏するズームレンズ系を得ることも可能である。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
−０．６５＜ｆW／ｆ1＜−０．４５ ・・・（１）
ここで、
ｆ1：最も物体側に配置されるレンズ群の焦点距離、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
である。
条件（１）は、全系の焦点距離と第１レンズ群の焦点距離との比を規定する。条件（１）の上限を超えると、非点収差や歪曲収差の補正が困難となるので、像周辺部の性能を良好にすることが困難となる。また、条件（１）の下限を下回ると、レンズ全長が大きくなると同時に、第１レンズ群の径が大きくなるので、小型化が困難となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
０．１＜ｆW／ｆOb＜０．３ ・・・（２）
ここで、
ｆOb：開口絞りの物体側に隣接するレンズ群の焦点距離、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
である。
条件（２）は、全系の焦点距離と開口絞りの物体側に隣接するレンズ群の焦点距離との比を規定する。条件（２）の上限を超えると、レンズ全長が大きくなり小型化が困難となると同時に、中間〜望遠域におけるいわゆるコマ収差の良好な補正が困難となる。また、条件（２）の下限を下回ると、開口絞りの物体側に隣接するレンズ群と、開口絞りの像側に隣接するレンズ群とに屈折パワーを分割し、両者の間隔をズームにより変化させることで得られる像面湾曲補正の効果がなくなるので、像周辺部の性能を良好にすることが困難となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
０．２５＜ｆW／ｆIm＜０．５ ・・・（３）
ここで、
ｆIm：開口絞りの像側に隣接するレンズ群の焦点距離、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
である。
条件（３）は、全系の焦点距離と開口絞りの像側に隣接するレンズ群の焦点距離との比を規定する。条件（３）の上限を超えると、軸上付近の性能に関する球面収差やコマ収差の補正が困難になり、また、開口絞りの像側に隣接するレンズ群とその前後のレンズ群との間隔が不足するので、ズームレンズ系の構成が困難となる。また、条件（３）の下限を下回ると、ズーム変倍時に開口絞りの像側に隣接するレンズ群の移動量が大きくなるので、小型化が困難となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
ＤＩＳW＜−８ ・・・（４）
ここで、
ＤＩＳW：広角端の最大像高での歪曲収差（％）、
である。
歪曲収差ＤＩＳWは、次式により求められる。
ＤＩＳW＝（Ｙ'−Ｙ）／Ｙ×１００ （単位％）
（ただし、Ｙ'：実像高 Ｙ：理想像高）
条件（４）の上限を超えると、歪曲収差の補正過剰となりコマ収差や非点収差の補正が困難になるので、小型化が困難となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
２．３＜（Ｒ11＋Ｒ12）／（Ｒ11―Ｒ12）＜１０ ・・・（５）
ここで、
Ｒ11：第１レンズ群内で最も物体側のレンズ素子の物体側曲率半径、
Ｒ12：第１レンズ群内で最も物体側のレンズ素子の像側曲率半径、
である。
条件（５）は、第１レンズ群内で最も物体側のレンズ素子の形状を規定する。条件（５）の上限を超えると、該レンズ素子の径が大きくなり、またレンズ素子の加工が困難となるので、小型化が困難となると同時に製造コストが高価となるである。また、条件（５）の下限を下回ると、負の歪曲収差が大きく発生するので、歪曲収差補正が不十分となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
２．３＜（Ｒ21＋Ｒ22）／（Ｒ21―Ｒ22）＜１０ ・・・（６）
ここで、
Ｒ21：第１レンズ群内で物体側から２番目のレンズ素子の物体側曲率半径、
Ｒ22：第１レンズ群内で物体側から２番目のレンズ素子の像側曲率半径、
である。
条件（６）は、第１レンズ群内で物体側から２番目のレンズ素子の形状を規定する。条件（６）の上限を超えると、該レンズ素子の径が大きくなり、またレンズ素子の加工が困難となるので、小型化が困難となると同時に製造コストが高価となるである。また、条件（６）の下限を下回ると、負の歪曲収差が大きく発生するので、歪曲収差補正が不十分となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
２．３＜（Ｒ31＋Ｒ32）／（Ｒ31―Ｒ32）＜１０ ・・・（７）
ここで、
Ｒ31：第１レンズ群内で物体側から３番目のレンズ素子の物体側曲率半径、
Ｒ32：第１レンズ群内で物体側から３番目のレンズ素子の像側曲率半径、
である。
条件（７）は、第１レンズ群内で物体側から３番目のレンズ素子の形状を規定する。条件（７）の上限を超えると、該レンズ素子の径が大きくなり、またレンズ素子の加工が困難となるので、小型化が困難となると同時に製造コストが高価となるである。また、条件（７）の下限を下回ると、負の歪曲収差が大きく発生するので、歪曲収差補正が不十分となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
１．４＜ＤＬ／ＹＭ＜２．５ ・・・（８）
（ただし、１００＜２ωW＜１４０）
ここで、
ＤＬ：最も像側のレンズ面の有効径、
ＹＭ：広角端での最大像高、
ωW：広角端での半画角（°）、
である。
条件（８）は、最も像側のレンズ面の有効径と最大像高との比を規定する。条件（８）の上限を超えると、最も像側のレンズ径が大きくとなるので、小型化が困難となる。また、条件（８）の下限を下回ると、光線入射角度が大きくなるのを回避するためにバックフォーカスを長くすることが必要になるので、小型化が困難となる。
各実施の形態に係るズームレンズ系は、以下の条件を満足することが望ましい。
１．２＜ＢＦW／ＹＭ＜１．６ ・・・（９）
ここで、
ＢＦW：広角端でのバックフォーカス、
ＹＭ：広角端での最大像高、
ωW：広角端での半画角（°）、
である。
条件（９）は、広角端でのバックフォーカスと最大像高との比を規定する。条件（９）の上限を超えると、レトロフォーカスタイプの特性が大きくなり歪曲収差の補正が困難となるので、小型化が困難となる。また、条件（９）の下限を下回ると、最も像側のレンズ表面に付着した異物（ゴミ）の影が撮影画像上で目立つようになるので、レンズ装置の交換時に異物の付着に留意する必要があるなど、交換レンズ装置の取り扱いが煩雑となる。
尚、各実施の形態に係るズームレンズ系の各レンズ群は、入射光線を屈折により変更させる屈折型レンズ素子（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成しても良いし、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ素子、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ素子等のいずれか１種類または複数種類の組み合わせによって各レンズ群を構成して良い。
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係るレンズ交換式デジタルカメラシステムの概略構成図である。
本実施の形態に係るレンズ交換式デジタルカメラシステム１００（以下、単に「カメラシステム」という）は、カメラ本体１０１と、カメラ本体１０１に着脱自在に接続される交換レンズ装置２０１とを備える。
カメラ本体１０１は、交換レンズ装置２０１のズームレンズ系２０２によって形成される光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像素子１０２と、撮像素子１０２によって変換された画像信号を表示する液晶モニタ１０３と、カメラマウント部１０４とを含む。一方、交換レンズ装置２０１は、上記の実施の形態１〜３のいずれかに係るズームレンズ系２０２と、ズームレンズ系２０２を保持する鏡筒と、カメラ本体のカメラマウント部１０４に接続されるレンズマウント部２０４とを含む。カメラマウント部１０４及びレンズマウント部２０４は、物理的な接続のみならず、カメラ本体内１０１のコントローラ（図示せず）と交換レンズ装置２０１内のコントローラ（図示せず）とを電気的に接続し、相互の信号のやり取りを可能とするインターフェースとしても機能する。
本実施の形態に係るカメラシステム１００は、実施の形態１〜３のいずれかに係るズームレンズ系２０２を備えているので、ライブビュー状態でのフォーカシング時に良好な光学像を表示することができる。
以下、実施の形態１〜３に係るズームレンズ系を具体的に実施した数値実施例を説明する。後述するように、数値実施例１〜３は、それぞれ実施の形態１〜３に対応する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。また、各数値実施例において、＊印を付した面は非球面であり、非球面形状は次式で定義している。
Figure 2010176099
 ただし、数式中の各項によって表される事項は以下の通りである。
Ｚ：光軸からの高さがｈの非球面上の点から、非球面頂点の接平面までの距離
ｈ：光軸からの高さ
ｒ：頂点曲率半径
κ：円錐定数
Ａｎ：ｎ次の非球面係数
図２、４、６は、それぞれ数値実施例１、２、３に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態の縦収差図である。
各縦収差図において、（ａ）図は広角端、（ｂ）図は中間位置、（ｃ）図は望遠端における各収差を表す。各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、Ｆで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表す。
（数値実施例１）
数値実施例１のズームレンズ系は、図１に示した実施の形態１に対応する。数値実施例１のズームレンズ系の面データを表１に、非球面データを表２に、各種データを表３に、単レンズデータを表４に、ズームレンズ群データを表５に、ズームレンズ群倍率を表６に示す。
表１ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞
1 28.38150 2.00000 1.80420 46.5
2 18.00000 5.60380
3 27.51950 2.00000 1.80470 41.0
4 15.77880 4.78150
5 38.01350 1.20000 1.80420 46.5
6 16.27640 可変
7 -164.64340 1.20000 1.54811 63.4
8 28.24320 0.20000
9 17.98730 2.43420 1.84666 23.8
10 26.46060 可変
11* 62.30670 2.19420 1.64437 40.0
12 -11.80840 1.02500 1.70580 38.8
13 -25.93510 可変
14(絞り) ∞ 可変
15 79.20530 0.70000 1.84666 23.8
16 17.23340 3.31960 1.54985 46.2
17 -18.01460 1.60060
18 -9.00930 0.80000 1.50808 68.3
19 229.74730 3.41470 1.49700 81.6
20 -10.96340 0.20000
21 64.98170 2.61550 1.49700 81.6
22 -30.52050 可変
23 49.06890 2.16150 1.49700 81.6
24 -93.05230 1.00000 1.79424 35.1
25 15.67520 1.61430
26 30.40630 3.54680 1.52500 70.3
27* -27.75500 BF
像面 ∞
表２ （非球面データ）

第11面
K= 0.00000E+00, A4=-2.20089E-05, A6= 3.94487E-07, A8=-1.20833E-08
A10= 0.00000E+00
第27面
K= 0.00000E+00, A4= 2.10214E-05, A6= 3.03842E-07, A8=-5.10020E-09
A10= 3.03510E-11
表３ （各種データ）

ズーム比 1.88901
広角 中間 望遠
焦点距離 7.2035 9.9014 13.6074
Ｆナンバー 4.05159 4.05132 4.05095
画角 66.3562 52.1030 39.3434
像高 10.8150 10.8150 10.8150
レンズ全長 98.5591 89.9089 86.3880
ＢＦ 15.37896 15.38038 15.38118
d6 4.6119 5.0002 5.1228
d10 22.8402 11.3397 3.8203
d13 4.1081 4.5451 4.5451
d14 6.5730 4.3410 2.9031
d22 1.4352 5.6908 11.0038
入射瞳位置 19.4875 18.7345 17.8951
射出瞳位置 -51.8100 -43.0467 -42.0570
前側主点位置 25.9186 26.9580 28.2788
後側主点位置 91.3556 80.0074 72.7805
表４ （単レンズデータ）

レンズ 始面 焦点距離
1 1 -66.9386
2 3 -49.7387
3 5 -36.2870
4 7 -43.8863
5 9 58.6228
6 11 15.5866
7 12 -31.6659
8 15 -26.1502
9 16 16.5721
10 18 -17.0439
11 19 21.1542
12 21 42.1679
13 23 64.9709
14 24 -16.8222
15 26 28.2307
表５ （ズームレンズ群データ）

群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -13.97867 15.58530 9.41462 12.52518
2 7 -152.27086 3.83420 6.26891 7.68897
3 11 31.28470 3.21920 1.43403 2.68951
4 14 ∞ 0.00000 0.00000 0.00000
5 15 23.85453 12.65040 8.90700 12.84879
6 23 -273.37279 8.32260 -20.98184 -21.12964
表６ （ズームレンズ群倍率）

群 始面 広角 中間 望遠
1 1 0.00000 0.00000 0.00000
2 7 0.84506 0.84324 0.84267
3 11 -2.45788 -20.79345 5.27768
4 14 1.00000 1.00000 1.00000
5 15 0.21315 0.03471 -0.18804
6 23 1.16399 1.16400 1.16400
（数値実施例２）
数値実施例２のズームレンズ系は、図３に示した実施の形態２に対応する。数値実施例２のズームレンズ系の面データを表７に、非球面データを表８に、各種データを表９に、単レンズデータを表１０に、ズームレンズ群データを表１１に、ズームレンズ群倍率を表１２に示す。
表７ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞
1 32.40990 2.00000 1.80420 46.5
2 20.25070 8.72330
3* 36.67520 2.00000 1.80470 41.0
4 17.61820 3.96540
5 26.40450 1.00000 1.77250 49.6
6 11.56040 7.13050
7 -173.56910 1.50000 1.60602 57.4
8* 28.93190 1.07760
9 40.14290 2.51660 1.92286 20.9
10 -795.09540 可変
11* 32.69750 1.76550 1.75026 31.2
12 -33.17290 0.70000 1.84666 23.8
13 -2661.05840 可変
14(絞り) ∞ 可変
15 19.68780 2.91740 1.59983 61.5
16 -14.73320 0.70000 1.82805 29.5
17 10.85890 3.69880 1.84666 23.8
18 -30.09070 0.56030
19 44.13140 2.27710 1.49700 81.6
20 -19.65080 0.70000 1.81693 33.0
21 11.96140 4.21980 1.49700 81.6
22 -29.46250 0.20000
23 373.48610 1.82890 1.61293 37.0
24 -60.42880 可変
25 -19.48100 0.80000 1.70386 29.3
26 -23.30840 2.47450 1.48749 70.4
27 -14.25100 0.20000
28 -22.99140 1.20000 1.80470 41.0
29* -30.66820 BF
像面 ∞
表８ （非球面データ）

第3面
K= 0.00000E+00, A4= 2.99685E-05, A6=-3.78763E-08, A8= 9.24137E-11
A10=-1.31809E-14, A12= 0.00000E+00, A14= 0.00000E+00
第8面
K= 0.00000E+00, A4=-1.75600E-05, A6=-3.38870E-07, A8= 2.41772E-09
A10=-5.36007E-11, A12= 5.04722E-13, A14=-2.09740E-15
第11面
K= 0.00000E+00, A4=-2.19421E-06, A6=-2.76971E-07, A8= 6.79542E-09
A10= 0.00000E+00, A12= 0.00000E+00, A14= 0.00000E+00
第29面
K= 0.00000E+00, A4= 5.20090E-05, A6= 4.94497E-07, A8=-1.29592E-08
A10= 1.89500E-10, A12=-9.82156E-13, A14= 0.00000E+00
表９ （各種データ）

ズーム比 1.94367
広角 中間 望遠
焦点距離 7.1001 9.7001 13.8002
Ｆナンバー 3.60033 3.97447 4.76205
画角 59.1986 49.1415 37.5444
像高 10.8150 10.8150 10.8150
レンズ全長 100.5687 94.2155 92.5555
ＢＦ 15.27022 17.50109 18.06926
d10 20.3390 10.3051 2.2445
d13 2.6476 3.1012 6.3193
d14 6.0820 4.8930 1.5000
d24 2.0742 4.2594 10.2667
入射瞳位置 20.2085 19.5592 19.2050
射出瞳位置 -35.9606 -34.8164 -33.8067
前側主点位置 26.3246 27.4608 29.3340
後側主点位置 93.4687 84.5154 78.7553
表１０ （単レンズデータ）

レンズ 始面 焦点距離
1 1 -72.4299
2 3 -44.2038
3 5 -27.4246
4 7 -40.8059
5 9 41.4677
6 11 22.2031
7 12 -39.6802
8 15 14.5099
9 16 -7.4572
10 17 9.8316
11 19 27.6855
12 20 -9.0120
13 21 17.7169
14 23 84.9961
15 25 -184.4817
16 26 69.0474
17 28 -122.6920
表１１ （ズームレンズ群データ）

群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -12.12230 29.91340 10.94942 15.46912
2 11 48.98322 2.46550 -0.12194 0.95843
3 14 ∞ 0.00000 0.00000 0.00000
4 15 25.45122 17.10230 4.24028 9.16102
5 25 1229.08729 4.67450 91.38071 100.17790
表１２ （ズームレンズ群倍率）

群 始面 広角 中間 望遠
1 1 0.00000 0.00000 0.00000
2 11 22.26929 4.00403 2.41367
3 14 1.00000 1.00000 1.00000
4 15 -0.02469 -0.18792 -0.44370
5 25 1.06528 1.06346 1.06300
（数値実施例３）
数値実施例３のズームレンズ系は、図５に示した実施の形態３に対応する。数値実施例３のズームレンズ系の面データを表１３に、非球面データを表１４に、各種データを表１５に、単レンズデータを表１６に、ズームレンズ群データを表１７に、ズームレンズ群倍率を表１８に示す。
表１３ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞
1 29.10270 2.00000 1.80420 46.5
2 18.72460 6.62810
3* 33.72350 2.00000 1.80470 41.0
4 17.75510 3.07920
5 21.49760 1.00000 1.77250 49.6
6 11.94000 7.66960
7 -70.22520 1.50000 1.72916 54.7
8* 19.86550 1.88030
9 39.80180 3.11820 1.81888 28.9
10 -65.71620 可変
11 31.28040 1.54900 1.73511 53.9
12 -97.31430 可変
13(絞り) ∞ 可変
14 63.36590 2.39990 1.61763 60.5
15 -11.47250 0.70000 1.81825 30.9
16 9.35680 2.99550 1.84666 23.8
17 -25.28810 0.20000
18 31.67860 3.20330 1.50775 68.3
19 -8.83220 0.70000 1.81167 33.2
20 21.36660 0.58580
21 27.31390 3.73050 1.56303 53.5
22 -10.93190 可変
23 -24.80480 0.80000 1.71690 35.7
24 64.14710 0.83320
25 59.64490 1.00000 1.80550 40.2
26 13.80710 4.95450 1.68606 48.2
27 -14.14800 0.20000
28 -16.27970 1.20000 1.80470 41.0
29* -41.40740 BF
像面 ∞
表１４ （非球面データ）

第3面
K= 0.00000E+00, A4= 2.98677E-05, A6=-6.40986E-08, A8= 1.57357E-10
A10=-5.26237E-14, A12= 0.00000E+00, A14= 0.00000E+00
第8面
K= 1.84727E+00, A4=-4.99906E-05, A6=-5.14602E-07, A8=-1.15207E-09
A10= 3.85257E-11, A12=-3.69515E-13, A14= 4.16094E-16
第29面
K= 0.00000E+00, A4= 6.21262E-05, A6= 2.57957E-07, A8=-3.31437E-09
A10= 3.05951E-11, A12= 0.00000E+00, A14= 0.00000E+00
表１５ （各種データ）

ズーム比 1.94463
広角 中間 望遠
焦点距離 7.0965 9.7000 13.8000
Ｆナンバー 3.57987 3.85571 4.38377
画角 59.2169 48.8961 37.7541
像高 10.8150 10.8150 10.8150
レンズ全長 100.5819 92.8113 88.5682
ＢＦ 16.06284 19.49086 23.39216
d10 22.4000 11.2000 2.2000
d12 2.7400 4.1149 4.2556
d13 4.9520 2.7031 1.5000
d22 0.5000 1.3753 3.2933
入射瞳位置 19.3061 18.7180 17.8855
射出瞳位置 -33.7708 -27.9554 -26.4836
前側主点位置 25.3920 26.4349 27.8672
後側主点位置 93.4855 83.1113 74.7681
表１６ （単レンズデータ）

レンズ 始面 焦点距離
1 1 -71.4283
2 3 -49.3535
3 5 -36.4264
4 7 -21.0888
5 9 30.6791
6 11 32.3664
7 14 15.9224
8 15 -6.2045
9 16 8.3996
10 18 13.9744
11 19 -7.6199
12 21 14.3714
13 23 -24.8581
14 25 -22.5233
15 26 10.9769
16 28 -34.0632
表１７ （ズームレンズ群データ）

群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -12.24192 28.87540 9.84700 13.70499
2 11 32.36640 1.54900 0.21827 0.86995
3 13 ∞ 0.00000 0.00000 0.00000
4 14 22.08394 14.51500 7.95657 12.40059
5 23 -76.17919 8.98770 -7.13515 -5.09571
表１８ （ズームレンズ群倍率）

群 始面 広角 中間 望遠
1 1 0.00000 0.00000 0.00000
2 11 -1.83232 -5.00702 12.76379
3 13 1.00000 1.00000 1.00000
4 14 0.22667 0.10984 -0.05920
5 23 1.39573 1.44073 1.49194
以下の表１９に、各数値実施例に係るズームレンズ系における各条件の対応値を示す。
表１９ （条件の対応値：数値実施例１〜３）
Figure 2010176099
本発明に係るズームレンズ系は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話機器、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、監視システムにおける監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等のデジタル入力装置に適用可能であり、特にデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の高画質が要求される撮影光学系に好適である。
実施の形態１（実施例１）に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態を示すレンズ配置図 実施例１に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態の縦収差図 実施の形態２（実施例２）に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態を示すレンズ配置図 実施例２に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態の縦収差図 実施の形態３（実施例３）に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態を示すレンズ配置図 実施例３に係るズームレンズ系の無限遠合焦状態の縦収差図 実施の形態４に係るレンズ交換式デジタルカメラシステムの概略構成図
１００ レンズ交換式デジタルカメラシステム
１０１ カメラ本体
１０２ 撮像素子
１０４ カメラマウント部
２０１ 交換レンズ装置
２０２ ズームレンズ系

Claims (9)

  1. 開口絞りと、
    負のパワーを有し、最も物体側に配置されるレンズ群と、
    前記開口絞りの物体側に隣接するレンズ群と、
    前記開口絞りの像側に隣接するレンズ群とを備え、
    ズーミングに際して、前記開口絞りと、前記開口絞りの物体側に隣接するレンズ群と、前記開口絞りの像側に隣接するレンズ群が光軸に沿って移動し、前記開口絞り及びその物体側に隣接するレンズ群の間隔と、前記開口絞り及びその像側に隣接するレンズ群の間隔とが変化する、ズームレンズ系。
  2. フォーカシングに際して、前記開口絞りの物体側に隣接するレンズ群または前記開口絞りの像側に隣接するレンズ群が光軸に沿った方向に移動する、請求項１に記載のズームレンズ系。
  3. 前記開口絞りの物体側に隣接するレンズ群は、正のパワーを有し、無限遠合焦状態から近接合焦状態へのフォーカシングに際して、光軸に沿って像側に移動する、請求項１に記載のズームレンズ系。
  4. 以下の条件を満足する、請求項１に記載のズームレンズ系：
    −０．６５＜ｆW／ｆ1＜−０．４５ ・・・（１）
    ここで、
    ｆ1：最も物体側に配置されるレンズ群の焦点距離、
    ｆW：広角端における全系の焦点距離、
    である。
  5. 以下の条件を満足する、請求項１に記載のズームレンズ系：
    ０．１＜ｆW／ｆOb＜０．３ ・・・（２）
    ここで、
    ｆOb：開口絞りの物体側に隣接するレンズ群の焦点距離、
    ｆW：広角端における全系の焦点距離、
    である。
  6. 以下の条件を満足する、請求項１に記載のズームレンズ系：
    ０．２５＜ｆW／ｆIm＜０．５ ・・・（３）
    ここで、
    ｆIm：開口絞りの像側に隣接するレンズ群の焦点距離、
    ｆW：広角端における全系の焦点距離、
    である。
  7. 以下の条件を満足する、請求項１に記載のズームレンズ系：
    ＤＩＳW＜−８ ・・・（４）
    ここで、
    ＤＩＳW：広角端の最大像高での歪曲収差（％）、
    である。
  8. 請求項１に記載のズームレンズ系と、
    前記ズームレンズ系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサとを含むカメラ本体と接続されるカメラマウント部とを備える、交換レンズ装置。
  9. 請求項１に記載のズームレンズ系を含む交換レンズ装置と、
    前記交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、前記ズームレンズ系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体とを備える、カメラシステム。
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