JP2010276655A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 光学系全体が小型で、広画角かつ高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるズームレンズを得ること。
【解決手段】 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、1つ以上のレンズ群を含む後群を有し、
広角端に比べ望遠端でレンズ全長が長くなるようにレンズ群が移動してズーミングを行うズームレンズにおいて、
広角端および望遠端における該第1レンズ群の撮像面に対する相対的移動量M1、該第1レンズ群の焦点距離f1、広角端および望遠端における全系の焦点距離fw、ftを各々適切に設定すること。
【選択図】 図1

Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばビデオカメラや電子スチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置、或いは銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置に好適なものである。
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ、そして銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置は高機能化され、又装置全体が小型化されている。そしてそれに用いる撮影光学系としてレンズ全長が短く、コンパクト(小型)で高ズーム比(高変倍比)で、しかも高解像力のズームレンズであることが要求されている。これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正の屈折力を有する第1、第2、第3レンズ群と、それに続く1つ以上のレンズ群を含む後群を有するポジティブリード型のズームレンズが知られている。ポジティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の4つのレンズ群より成るズームレンズが知られている(特許文献1)。又、物体側より像側へ順に正、負、正、正、正の屈折力の5つのレンズ群より成るズームレンズが知られている(特許文献2)。又、物体側より像側へ順に正、負、正、負、正の屈折力の5つのレンズ群より成るズームレンズが知られている(特許文献3)。
特開2006−133632号公報 特開2007−292994号公報 特開2002−62478号公報
一般にズームレンズを所定のズーム比を維持しつつ、全系を小型化するためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、このようにしたズームレンズは、各レンズ面の屈折力の増加に伴いコバ厚を確保するためにレンズ肉厚が増してしまう。特に前玉有効径が増大し、レンズ系全体の短縮が不十分になってくる。また、同時に望遠端における色収差などの諸収差の補正が困難になってくる。また高ズーム比化に伴い、各レンズ及びレンズ群の組立上の倒れや偏芯などによる誤差が大きくなってくる。レンズ及びレンズ群の偏芯による敏感度が大きいと偏芯により光学性能が大きく劣化し、又防振時に光学性能が大きく劣化してくる。このためズームレンズにおいては、各レンズや各レンズ群の偏芯による敏感度をなるべく小さくするのが望ましい。
前述した4群ズームレンズや5群ズームレンズにおいて、高ズーム比とレンズ系全体の小型化を図りつつ、良好な光学性能を得るには各レンズ群の屈折力やレンズ構成、そして各レンズ群のズーミングに伴う移動条件等を適切に設定することが重要となる。特に前玉有効径を小さくし、カメラ全体のコンパクト化を図りつつ、望遠端における色収差などの諸収差を良好に補正するためには第1レンズ群の屈折力やズーミングに際しての第1レンズ群の移動条件等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成を適切に設定しないと、全系の小型化を図りつつ、広画角かつ高ズーム比で高い光学性能のズームレンズを得るのが難しくなってくる。
本発明は、光学系全体が小型で、広画角かつ高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、1つ以上のレンズ群を含む後群を有し、
広角端に比べ望遠端でレンズ全長が長くなるようにレンズ群が移動してズーミングを行うズームレンズにおいて、
広角端および望遠端における該第1レンズ群の撮像面に対する相対的移動量をM1、該第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端および望遠端における全系の焦点距離をそれぞれfw、ftとするとき、
20.0<f1/fw<50.0
7.5<M1/fw<40.0
0.2<M1/ft<0.8
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明によれば、光学系全体が小型で、広画角かつ高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
本発明の実施例1の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例1に対応する数値実施例1の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の実施例2の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例2に対応する数値実施例2の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の実施例3の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例3に対応する数値実施例3の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の実施例4の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例4に対応する数値実施例4の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の実施例5の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例5に対応する数値実施例5の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の実施例6の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C)本発明の実施例6に対応する数値実施例6の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図 本発明の撮像装置の要部概略図
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、1つ以上のレンズ群を含む後群を有している。そして広角端に比べ望遠端でレンズ全長が長くなるようにレンズ群が移動してズーミングを行う。
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である。図2(A)、(B)、(C)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3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である。図4(A)、(B)、(C)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5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である。図6(A)、(B)、(C)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7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である。図8(A)、(B)、(C)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9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である。図10(A)、(B)、(C)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11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である。図12(A)、(B)、(C)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13は本発明のズームレンズを備えるカメラ(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ビデオカメラやデジタルカメラ、TVカメラ、そして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。レンズ断面図において、左方が被写体側(物体側)(前方)で、右方が像側(後方)である。レンズ断面図において、iは物体側からのレンズ群の順番を示し、Liは第iレンズ群である。Lrは1つ以上のレンズ群を含む後群である。
図1、図7、図9、図11の実施例1、4〜6のレンズ断面図において、L1は正の屈折力の第1レンズ群、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群である。後群Lrは負の屈折力の第4レンズ群L4、正の屈折力の第5レンズ群L5より成っている。実施例1、4〜6は5つのレンズ群より成るポジティブリード型の5群ズームレンズである。図3の実施例2のレンズ断面図において、L1は正の屈折力の第1レンズ群、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群である。後群Lrは正の屈折力の第4レンズ群L4より成っている。実施例2は4つのレンズ群より成るポジティブリード型の4群ズームレンズである。図5の実施例3のレンズ断面図においてL1は正の屈折力の第1レンズ群、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群である。後群Lrは正の屈折力の第4レンズ群L4、正の屈折力の第5レンズ群L5より成っている。実施例3は5つのレンズ群より成るポジティブリード型の5群ズームレンズである。
各実施例において、SPは開口絞りであり、第3レンズ群L3の物体側に配置している。FPはフレアー絞りであり、第3レンズ群L3の像側に配置しており、不要光を遮光している。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感光面が置かれる。収差図において、d、gは各々d線及びg線、ΔM,ΔSはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はg線によって表している。ωは半画角(撮影画角の半分の値)、FnoはFナンバーである。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群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。各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように各レンズ群が移動している。
図1、図7、図9、図11の実施例1、4、5、6では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第1レンズ群L1は像側へ凸状の軌跡を描いて移動している。第2レンズ群L2は像側へ、凸状で非直線的に移動している。第3レンズ群L3は物体側へ移動している。第4レンズ群L4は物体側又は像側へ移動し、第5レンズ群は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動している。開口絞りSPは他のレンズ群と独立に移動している。フレアーカット絞りFPは第3レンズ群L3と一体的に移動している。また、第5レンズ群L5を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には各レンズ断面図の矢印5cに示すように第5レンズ群L5を前方に繰り出すことによって行っている。第5レンズ群L5に関する実線の曲線5aと点線の曲線5bは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示している。
実施例1、4、5、6では正の屈折力の第3レンズ群L3を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、光学系(ズームレンズ)全体が振動(傾動)したときの撮影画像のぶれを補正している。図3の実施例2では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第1レンズ群L1は像側へ凸状の軌跡を描いて移動している。第2レンズ群L2は像側へ、凸状で非直線的に移動している。第3レンズ群L3は物体側へ移動している。第4レンズ群L4は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動している。開口絞りSPは他のレンズ群と独立に移動している。フレアーカット絞りFPは第3レンズ群L3と一体的に移動している。また、第4レンズ群L4を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合にはレンズ断面図の矢印4cに示すように第4レンズ群L4を前方に繰り出すことによって行っている。第4レンズ群L4に関する実線の曲線4aと点線の曲線4bは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示している。さらに、実施例2では正の屈折力の第3レンズ群L3を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、光学系(ズームレンズ)全体が振動(傾動)したときの撮影画像のぶれを補正している。
図5の実施例3では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第1レンズ群L1は像側へ凸状の軌跡を描いて移動している。第2レンズ群L2は像側へ、凸状で非直線的に移動している。第3レンズ群L3は物体側へ移動している。第4レンズ群L4は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動している。第5レンズ群L5はズーミングに際して不動である。尚、ズーミングに際して第1レンズ群乃至第4レンズ群が移動しているが、第5レンズ群L5はズーミングに際して必要に応じて他のレンズ群と独立に移動しても良い。開口絞りSPは他のレンズ群と独立に移動している。フレアーカット絞りFPは第3レンズ群L3と一体的に移動している。また、第4レンズ群L4を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合にはレンズ断面図の矢印4cに示すように第4レンズ群L4を前方に繰り出すことによって行っている。第4レンズ群L4に関する実線の曲線4aと点線の曲線4bは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示している。さらに、実施例3では正の屈折力の第3レンズ群L3を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、光学系(ズームレンズ)全体が振動(傾動)したときの撮影画像のぶれを補正している。
各実施例では、ズーミングに際し、広角端に比べて望遠端において第1レンズ群L1と第3レンズ群L3をいずれも物体側に位置する様に移動させている。これにより広角端におけるレンズ全長を短くしつつ、高いズーム比(変倍比)が得られるようにしている。特に、各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して第3レンズ群L3を物体側に移動させることにより、第3レンズ群L3に変倍分担を持たせている。更に正の屈折力の第1レンズ群L1を物体側へ移動させることで第2レンズ群L2に大きな変倍効果を持たせて第1レンズ群L1、第2レンズ群L2の屈折力をあまり大きくすることなく20倍以上の高ズーム比を得ている。また、各実施例のズームレンズでは第4レンズ群L4または第5レンズ群L5を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。
尚、実施例1、4〜6において望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には第4レンズ群L4で行っても良い。このときは望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合、負の屈折力の第4レンズ群を後方に繰り込むことによって行う。又、各実施例では、正の屈折力の第3レンズ群L3を光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動させて、光軸に対し垂直方向に像を変移させている。これにより光学系(ズームレンズ)全体が振動(傾動)したときの撮影画像のぶれを補正している。各実施例では、可変頂角プリズム等の光学部材や防振のためのレンズ群を新たに付加することなく防振を行うようにし、これによって光学系全体が大型化するのを防止している。なお、各実施例では第3レンズ群L3を光軸と垂直方向に移動させて防振を行っているが、移動方式は第3レンズ群L3を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させれば、どのような移動方式であっても画像のぶれを補正することが可能である。例えば鏡筒構造の複雑化を許容すれば、光軸上に回転中心を持つように第3レンズ群L3を回動させて防振を行っても良い。なお、各実施例において開口絞りSPはズーミングに際して各レンズ群とは独立に移動している。これにより、広角端およびその近傍のズーム位置における中間像高からの画面周辺での光量の急峻な落ちを改善している。
第1レンズ群L1の有効レンズ径を小型にするためには、第1レンズ群L1を構成するレンズの数が少ない方が好ましい。そこで第1レンズ群L1は物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズの3枚のレンズより構成している。具体的に各実施例においては、第1レンズ群L1を負レンズと正レンズを接合した接合レンズと、正レンズより構成している。これにより高ズーム比化を図る際に発生する球面収差と色収差を良好に補正している。第3レンズ群L3は1枚の負レンズと2枚の正レンズを含む。具体的には各実施例においては第3レンズ群L3を物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズ、正レンズにより構成している。これにより防振時におけるコマ収差を良好に補正している。また第3レンズ群L3は1以上の非球面を有するように構成している。これによってズーミングに伴う球面収差の変動を良好に補正している。実施例2、3では、第4レンズ群L4を物体側の面が凸形状の1枚の正レンズより構成している。図5の実施例3では最も像面側に像面に対してズーミングの際に不動(固定)の正の屈折力の第5レンズ群L5を配置している。像面湾曲などの諸収差の補正、前玉有効径の小型化、および、変倍に寄与している。
各実施例において、広角端および望遠端における第1レンズ群L1の撮像面に対する相対的移動量をM1とする。第1レンズ群L1の焦点距離をf1、広角端および望遠端における全系の焦点距離をそれぞれfw、ftとする。このとき
20.0<f1/fw<50.0・・・・(1)
7.5<M1/fw<40.0・・・・・(2)
0.2<M1/ft<0.8・・・・・・(3)
なる条件式を満足している。ここで相対的移動量M1は広角端に比べ望遠端での光軸方向の像面に対する変位量(位置の差)に相当する。相対的移動量M1の符号は正である。
各実施例では広角端から望遠端へのズーミング(変倍)に際し、広角端よりも望遠端でレンズ全長(第1レンズ面から像面までの長さ)が長くなるように第1レンズ群が撮像面に対して相対的に移動している。これにより広画角かつ高ズーム比を実現しながら前玉有効径を縮小している。条件式(1)は全系を小型にしつつ広画角かつ高ズーム比化するために、変倍に寄与する第1レンズ群L1の焦点距離f1と広角端における全系の焦点距離fwとの比を適切に定めたものである。条件式(1)の下限を超えて第1レンズ群L1の焦点距離f1が広角端における全系の焦点距離fwに比べて小さくなると、広画角化した際に広角端における倍率色収差の補正が困難になる。また、高ズーム比化した際に望遠端においては軸上色収差、倍率色収差が増大してくる。また、第1レンズ群L1を構成する正レンズのコバの厚みを確保するのが困難になり、製造のために有効径を大きくしなければならないので良くない。また組み立ての際に第1レンズ群L1の偏芯敏感度が高くなり、光学性能の劣化の原因になる。逆に上限を超えて第1レンズ群L1の焦点距離f1が広角端における全系の焦点距離fwに比べて大きくなると高ズーム比化した際にズーミング時における第1レンズ群L1の移動量が大きくなり、全系が大型化してくる。また、望遠端において球面収差が大きくなる。更に第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が増大し、ズーミング時の像ゆれや、振動音が増大してくるので良くない。
条件式(2)は全系を小型にしつつ広画角かつ高ズーム比化するために、変倍に寄与する第1レンズ群L1の像面に対する相対的な移動量M1と広角端における全系の焦点距離fwとの比を適切に定めたものである。条件式(2)の下限を超えると第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が小さくなるため、広角端におけるレンズ全長が大きく(長く)なる。また、それに伴い周辺光量を確保するために前玉有効径が肥大化するため第1レンズ群L1をコンパクト化するのが困難になる。さらに、広角端における像面湾曲および倍率色収差の補正が困難になる。逆に条件式(2)の上限を超えると第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が大きくなるため、望遠端でのレンズ全長(第1レンズ面から像面までの距離)が長くなりコンパクト化が難しくなる。また、カメラ厚を短縮するためにレンズ鏡筒を沈胴しようとすると沈胴段数が増え、鏡筒径が大型化する。さらに、第1レンズ群L1の移動量の増大に伴いズーミング時の像ゆれや、振動音が増大してくるので良くない。また、望遠側において周辺光量を確保しようとすると前玉有効径が大きくなり、全系のコンパクト化が困難になる。
条件式(3)は全系を小型にしつつ広画角かつ高ズーム比化するために、変倍に寄与する第1レンズ群L1の像面に対する相対的な移動量M1と望遠端における全系の焦点距離ftとの比を適切に定めたものである。条件式(3)の下限を超えると第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が小さくなるため、広角端におけるレンズ全長が大きくなる。また、それに伴い広角端における周辺光量を確保するために前玉有効径が肥大化するため、第1レンズ群L1をコンパクト化するのが困難になる。さらに、望遠端において軸上色収差、倍率色収差の補正が困難となる。逆に条件式(3)の上限を超えると第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が大きくなるため、望遠端でのレンズ全長が長くなりコンパクト化が難しくなる。また、カメラ厚を短縮するためにレンズ鏡筒を沈胴しようとすると沈胴段数が増え、鏡筒径が大型化する。さらに、第1レンズ群L1の移動量の増大に伴いズーミング時の像ゆれや、振動音が増大してくるので良くない。また、望遠側での周辺光量を確保するために前玉有効径が大きくなり、全系のコンパクト化が困難になる。さらに、望遠端において球面収差が大きくなるため好ましくない。
各実施例では以上のように条件式(1)、(2)、(3)を満足するように第1レンズ群L1の焦点距離および広角端と望遠端における第1レンズ群L1の位置関係およびズーミングの際の移動量を適切に設定している。これにより、ズーム全域で高い光学性能を維持した広画角かつ高ズーム比で前玉有効径が小さく、沈胴長が短く、製造時も組み立てやすいコンパクトなズームレンズを達成している。尚、更に好ましくは条件式(1)〜(3)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
20.0<f1/fw<40.0・・・・(1a)
8.5<M1/fw<30.0・・・・・(2a)
0.3<M1/ft<0.7・・・・・・(3a)
各実施例では、以上の如く構成することにより、広画角かつ高ズーム比でズーム全域にわたり高い光学性能を有したコンパクトなズームレンズを得ることができる。
各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうち1以上を満足するのが良い。第2レンズ群L2、第3レンズ群L3の焦点距離をそれぞれf2、f3とする。
広角端におけるレンズ全長(第1レンズ面から像面までの距離)をTdwとする。
広角端における開口絞りSPと第3レンズ群L3との間隔をdswとする。
広角端および望遠端における第2レンズ群L2の横倍率をそれぞれβ2w、β2tとする。このとき
−0.15<f2/ft<−0.01・・・・・(4)
0.01<f3/f1<0.25・・・・・・(5)
0.01<Tdw/ft<1.0・・・・・・(6)
0.2<dsw/fw<10.0・・・・・・(7)
0.05<β2w/β2t<0.5・・・・・・(8)
なる条件式のうち1以上を満足するのが良い。
条件式(4)は全系を小型にしつつ高ズーム比化するために、変倍に寄与する第2レンズ群L2の焦点距離f2の範囲を適切に定めたものである。条件式(4)の下限を超えて第2レンズ群L2の焦点距離f2(負の値)が望遠端における全系の焦点距離ftに比べて小さくなると、変倍に寄与する第2レンズ群L2の負の屈折力(光学的パワー=焦点距離の逆数)が弱まる。このため、高ズーム比化するために第2レンズ群L2の移動量を大きくしなければならず、この結果、レンズ全長が長くなり全系のコンパクト化が困難になる。また、広角端におけるレンズ全長が長くなるため、周辺光量を確保するために前玉有効径も大きくなるので好ましくない。また、ズーム中間域における非点収差の補正が困難になる。逆に条件式(4)の上限を超えて第2レンズ群L2の焦点距離f2が広角端における全系の焦点距離ftに比べて大きくなると、変倍に寄与する第2レンズ群L2の負の屈折力が強くなる。この結果、広角端からズーム中間域においてコマ収差および像面変動を補正するのが困難になる。また、第2レンズ群L2が偏芯したときの光学性能の劣化に対する敏感度が高くなり、組み立てが困難になってくる。
条件式(5)は全系を小型にしつつ高ズーム比化するために、第1レンズ群L1の焦点距離f1および第3レンズ群L3の焦点距離の範囲を適切に定めたものである。条件式(5)の下限を超えて第3レンズ群L3の焦点距離f3が第1レンズ群L1の焦点距離f1に比べて小さく(短く)なると、変倍に伴う第1レンズ群L1の移動量が大きくなり、望遠端においてレンズ全長が長くなる。また、望遠端において球面収差が悪化する。更に第3レンズ群L3で防振した際に望遠側において光学性能が悪化してくるので良くない。逆に条件式(5)の上限を超えて第3レンズ群L3の焦点距離f3が第1レンズ群L1の焦点距離f1に比べて大きく(長く)なると、第1レンズ群L1のズーミングの際の移動量が小さくなり、広角端においてレンズ全長が長くなる。又、周辺光量の落ちを抑えるために前玉有効径が大きくなる。また、第1レンズ群L1の偏芯敏感度が高くなり、光学性能が悪化してくるため良くない。
条件式(6)は全系を小型にしつつ高ズーム比化するために、広角端におけるレンズ全長Tdwの範囲を適切に定めたものである。条件式(6)の下限を超えて広角端におけるレンズ全長Tdwが短くなると主に広角端における像面湾曲や歪曲の補正が困難になる。また高ズーム比化するために広角端から望遠端への変倍に際し、第1レンズ群L1を像面に対し物体側へ相対的に移動させると望遠端におけるレンズ全長が長くなり、コンパクト化が困難になる。また望遠端付近の周辺光量の急峻な落ちを低減するために前玉有効径が大きくなるため良くない。逆に条件式(6)の上限を超えて広角端におけるレンズ全長Tdwが長くなると広角端付近の周辺光量落ちを抑えるために前玉有効径を大きくしなければならず、全系のコンパクト化が困難になる。
条件式(7)は全系を小型にしつつ高ズーム比化し、良好な画質を保つために広角端における開口絞りSPと第3レンズ群L3との間隔dswの範囲を適切に定めたものである。条件式(7)の下限を超えて広角端における開口絞りSPと第3レンズ群L3との間隔dswが狭くなると広角端から中間ズーム域にかけての中間像高における周辺光量の急峻な落ちが顕著になり良くない。さらに前玉有効径が増大しコンパクト化が困難になる。条件式(7)の上限を超えて広角端における開口絞りSPと第3レンズ群L3との間隔dswが広がると広角端から中間ズーム域にかけての画面最周辺部の周辺光量がケラレ、周辺光量の絶対量が不足してくるため良くない。
条件式(8)は全系が小型でかつ高いズーム比を得るために広角端および望遠端における第2レンズ群L2の横倍率β2w、β2tを適切に定めたものである。条件式(8)の下限値を超えて広角端において第2レンズ群L2の横倍率β2wが望遠端における横倍率β2tに比べて小さくなりすぎるとズーミングに際して第2レンズ群の移動量が大きくなる。このため、レンズ全長が増大し、全系が大型化してくるので良くない。逆に条件式(8)の上限値を超えて広角端において第2レンズ群L2の横倍率β2wが望遠端における横倍率β2tに比べて大きくなりすぎるとズーム全域に渡ってコマ収差および像面変動の補正が困難になる。また、前玉有効径が増大してくるため、全系のコンパクト化が困難になる。
尚、更に収差補正及びズーミングの際の収差変動を小さくしつつレンズ系全体の小型化を図るには、条件式(4)〜(8)の数値範囲を次の如く設定するのが好ましい。
−0.12<f2/ft<−0.03・・・(4a)
0.05<f3/f1<0.25・・・・・(5a)
0.3<Tdw/ft<1.0・・・・・・(6a)
0.2<dsw/fw<8.0・・・・・・(7a)
0.05<β2w/β2t<0.30・・・(8a)
各実施例によれば、以上の諸条件で満足することにより、光学系全体が小型で、広画角かつズーム比20程度の高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。この他、各実施例によれば、該ズームレンズが振動(傾動)した時の撮影画像のぶれを補正し、像の安定化を図った各種の撮像装置に好適なズームレンズが得られる。
次に、本発明の実施例1〜6に各々対応する数値実施例1〜6を示す。各数値実施例においてiは物体側からの光学面の順序を示す。riは第i番目の光学面(第i面)の曲率半径、diは第i面と第i+1面との間の間隔、ndiとνdiはそれぞれd線に対する第i番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。またkを離心率、A4、A6、A8、A10を非球面係数、光軸からの高さ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、非球面形状は、
x=(h2/R)/[1+[1−(1+k)(h/R)21/2
+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10

で表示される。但しRは近軸曲率半径である。また例えば「E−Z」の表示は「10−Z」を意味する。
数値実施例において最後の2つの面は、フィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。各実施例において、バックフォーカス(BF)はレンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側の第1レンズ面から最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。即ち第1レンズ面から像面までの距離である。また数値実施例1乃至6におけるr15は開口絞りSPの像側の設計上のダミー面(空気面)である。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表1に示す。
[数値実施例1]
面番号 r d nd νd
1 153.057 1.70 1.80610 33.3
2 56.611 4.80 1.49700 81.5
3 -371.639 0.20
4 57.012 3.60 1.63854 55.4
5 362.533 (可変)
6 84.809 1.00 1.88300 40.8
7 9.400 2.20
8 19.326 0.80 1.88300 40.8
9 11.638 3.10
10 -29.711 0.70 1.88300 40.8
11 209.523 0.20
12 19.736 2.20 1.94595 18.0
13 171.363 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 10.920 3.00 1.58313 59.4
17* -68.199 2.90
18 31.202 0.70 1.84666 23.9
19 10.431 0.50
20 18.136 2.00 1.48749 70.2
21 -16.995 0.30
22(フレアーカット絞り)∞ (可変)
23 50.866 1.00 1.48749 70.2
24 16.232 (可変)
25 16.609 2.00 1.48749 70.2
26 84.510 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.61056e+000 A 4= 5.88474e-005 A 6=-2.17606e-008
A 8=-1.41631e-008

第17面
K = 1.06337e+002 A 4= 8.76505e-005 A 6= 1.48376e-007

各種データ
ズーム比 28.63

焦点距離 4.40 12.24 126.00 5.68 26.26 76.00
Fナンバー 2.87 4.11 5.79 3.18 4.60 5.16
画角 38.40 17.57 1.76 34.31 8.39 2.92
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 91.73 90.55 144.33 88.12 108.36 136.59
BF 7.98 8.61 10.47 7.22 15.02 18.23

d 5 0.70 17.48 70.12 3.76 37.03 62.97
d13 33.95 15.34 1.50 28.34 6.23 1.78
d15 8.09 1.50 1.50 5.44 2.32 2.24
d22 1.49 8.33 7.24 3.07 11.20 8.59
d24 6.62 6.38 20.60 7.40 3.66 9.86
d26 6.32 6.95 8.81 5.56 13.36 16.57

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 94.27
2 6 -9.71
3 16 16.49
4 23 -49.37
5 25 42.00
[数値実施例2]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 200.339 1.70 1.80610 33.3
2 55.193 4.80 1.49700 81.5
3 -405.444 0.20
4 57.441 3.60 1.77250 49.6
5 290.583 (可変)
6 45.040 1.00 1.88300 40.8
7 8.549 3.00
8 46.494 0.80 1.88300 40.8
9 15.757 2.40
10 -32.583 0.70 1.88300 40.8
11 -203.364 0.20
12 20.052 2.20 1.94595 18.0
13 139.009 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 10.224 3.00 1.58313 59.4
17* -110.324 3.13
18 33.261 0.70 1.84666 23.9
19 10.270 0.50
20 29.207 2.00 1.48749 70.2
21 -19.306 0.30
22(フレアーカット絞り)∞ (可変)
23 21.830 2.00 1.48749 70.2
24 87.057 (可変)
25 ∞ 1.00 1.51633 64.1
26 ∞
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.98557e+000 A 4= 1.18348e-004 A 6=-4.37232e-007
A 8=-2.02908e-009

第17面
K = 1.66321e+002 A 4= 2.36275e-005

各種データ
ズーム比 28.63

焦点距離 4.40 13.75 126.00 5.83 33.00 68.24
Fナンバー 2.87 4.03 6.00 3.09 4.78 5.16
画角 38.40 15.73 1.76 33.62 6.70 3.25
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 90.90 95.70 149.00 88.57 117.71 137.72
BF 11.46 19.01 12.45 12.16 25.50 23.94

d 5 0.70 23.54 70.65 5.18 46.11 62.26
d13 28.62 13.80 1.50 24.18 6.14 2.54
d15 13.40 1.79 1.50 8.97 1.64 2.22
d22 4.50 5.33 30.67 5.85 6.09 14.53
d24 9.80 17.35 10.79 10.50 23.84 22.28

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 94.82
2 6 -10.14
3 16 19.71
4 23 59.17
[数値実施例3]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 201.982 1.70 1.80610 33.3
2 55.176 4.80 1.49700 81.5
3 -400.383 0.20
4 57.434 3.60 1.77250 49.6
5 289.310 (可変)
6 45.476 1.00 1.88300 40.8
7 8.621 3.00
8 45.507 0.80 1.88300 40.8
9 15.484 2.40
10 -31.976 0.70 1.88300 40.8
11 -209.188 0.20
12 20.238 2.20 1.94595 18.0
13 165.651 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 10.476 3.00 1.58313 59.4
17* -109.714 3.19
18 33.725 0.70 1.84666 23.9
19 10.497 0.50
20 27.571 2.00 1.48749 70.2
21 -19.367 0.30
22(フレアーカット絞り)∞ (可変)
23 22.820 2.00 1.48749 70.2
24 52.535 (可変)
25 61.754 1.50 1.48749 70.2
26 234.087 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-2.02238e+000 A 4= 1.16754e-004 A 6=-3.86292e-007
A 8=-2.33352e-009

第17面
K = 1.53505e+002 A 4= 2.84066e-005

各種データ
ズーム比 28.70

焦点距離 4.39 13.56 126.00 5.78 32.76 68.05
Fナンバー 2.87 3.97 6.00 3.09 4.79 5.21
画角 38.47 15.95 1.76 33.82 6.75 3.26
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 92.51 97.12 150.34 90.12 119.05 139.05
BF 6.81 6.81 6.81 6.81 6.81 6.81

d 5 0.70 23.36 70.50 5.12 45.90 62.08
d13 28.06 14.45 1.54 24.04 6.85 2.88
d15 14.55 1.81 1.76 9.74 1.50 2.29
d22 5.61 4.75 34.50 6.80 4.39 13.57
d24 3.00 12.14 1.45 3.82 19.82 17.63
d26 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15 5.15

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 95.06
2 6 -10.16
3 16 19.64
4 23 80.97
5 25 171.58
[数値実施例4]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 307.978 1.70 1.80610 33.3
2 85.602 3.80 1.49700 81.5
3 -610.374 0.20
4 75.989 3.00 1.77250 49.6
5 228.098 (可変)
6 28.794 1.00 1.88300 40.8
7 9.652 2.80
8 20.368 0.80 1.88300 40.8
9 13.623 3.50
10 -34.305 0.70 1.88300 40.8
11 56.477 0.20
12 22.818 2.20 1.94595 18.0
13 394.804 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 10.237 3.00 1.58313 59.4
17* -79.569 1.82
18 31.410 0.70 1.84666 23.9
19 11.348 0.90
20 35.371 2.00 1.48749 70.2
21 -19.032 0.30
22(フレアーカット絞り)∞ (可変)
23 18.619 1.00 1.48749 70.2
24 10.303 (可変)
25 14.182 2.00 1.48749 70.2
26 32.840 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.63057e+000 A 4= 7.79666e-005 A 6= 1.05864e-008
A 8=-1.53239e-009

第17面
K = 2.52046e+001 A 4= 4.21229e-005

各種データ
ズーム比 40.83

焦点距離 4.41 13.71 179.98 5.81 35.23 82.24
Fナンバー 2.63 4.80 8.46 3.16 5.90 6.62
画角 38.35 15.78 1.23 33.69 6.28 2.70
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 100.91 108.27 199.75 97.50 144.21 179.24
BF 10.12 16.60 8.39 10.88 24.18 23.63

d 5 0.70 27.91 110.83 4.81 63.99 94.03
d13 37.93 15.77 1.40 31.21 5.74 2.03
d15 14.23 4.71 1.41 10.64 3.98 3.15
d22 2.36 2.08 18.57 1.64 5.90 12.70
d24 3.95 9.58 27.53 6.71 8.80 12.08
d26 8.46 14.94 6.73 9.22 22.52 21.97

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 150.00
2 6 -11.68
3 16 17.90
4 23 -49.26
5 25 49.47
[数値実施例5]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 108.712 1.60 1.80610 33.3
2 47.557 4.40 1.49700 81.5
3 3130.394 0.20
4 49.171 3.50 1.63854 55.4
5 260.112 (可変)
6 73.003 1.00 1.88300 40.8
7 8.761 2.50
8 24.738 0.80 1.88300 40.8
9 12.160 2.70
10 -26.193 0.70 1.83481 42.7
11 1132.750 0.20
12 20.450 2.00 1.94595 18.0
13 1069.346 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 9.088 3.00 1.58313 59.4
17* -95.386 2.26
18 25.376 0.70 1.84666 23.9
19 8.716 0.50
20 16.452 2.00 1.48749 70.2
21 -17.657 0.30
22 ∞ (可変)
23 103.328 1.00 1.48749 70.2
24 23.001 (可変)
25 18.250 2.00 1.48749 70.2
26 202.492 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.34841e+000 A 4= 1.02225e-004 A 6= 2.58085e-007
A 8= 4.57761e-009

第17面
K = 3.36394e+001 A 4= 7.51650e-005

各種データ
ズーム比 23.87

焦点距離 4.40 14.60 105.00 5.78 40.51 86.13
Fナンバー 2.85 4.41 6.00 3.14 5.22 5.41
画角 38.41 14.86 2.11 33.82 5.46 2.58
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 81.46 89.10 138.23 79.12 114.80 134.20
BF 7.87 14.99 10.37 8.99 20.90 15.03

d 5 0.70 23.51 62.17 4.61 47.46 60.69
d13 31.32 10.24 1.53 24.26 3.40 1.50
d15 3.74 1.50 1.50 2.92 1.55 1.68
d22 2.17 4.59 5.45 2.66 5.22 5.21
d24 4.31 2.92 25.85 4.31 4.92 18.74
d26 6.21 13.33 8.71 7.33 19.24 13.37

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 88.47
2 6 -9.16
3 16 15.69
4 23 -60.94
5 25 41.00
[数値実施例6]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 340.091 1.70 1.80610 33.3
2 84.993 4.00 1.49700 81.5
3 -381.518 0.20
4 71.329 3.20 1.77250 49.6
5 202.443 (可変)
6 29.162 1.00 1.88300 40.8
7 9.781 2.60
8 21.139 0.80 1.88300 40.8
9 12.616 3.50
10 -32.545 0.70 1.88300 40.8
11 78.404 0.20
12 23.282 2.20 1.94595 18.0
13 1165.084 (可変)
14(絞り) ∞ 0.00
15 ∞ (可変)
16* 10.449 3.00 1.58313 59.4
17* -78.459 2.21
18 32.505 0.70 1.84666 23.9
19 11.179 0.70
20 25.703 2.00 1.48749 70.2
21 -22.670 0.30
22(フレアーカット絞り)∞ (可変)
23 16.271 1.00 1.48749 70.2
24 10.044 (可変)
25 13.957 2.00 1.48749 70.2
26 38.035 (可変)
27 ∞ 1.00 1.51633 64.1
28 ∞
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.30931e+000 A 4= 3.70640e-005 A 6= 2.68934e-008 A 8=-1.22390e-009

第17面
K = 5.76692e+001 A 4= 3.67189e-005

各種データ
ズーム比 34.07

焦点距離 4.40 13.59 150.00 5.81 33.76 75.16
Fナンバー 2.50 4.42 7.51 2.98 5.37 6.09
画角 38.39 15.92 1.48 33.72 6.55 2.95
像高 3.49 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 99.61 105.16 189.40 95.97 138.17 170.48
BF 9.73 15.49 12.19 10.23 22.68 22.48

d 5 0.70 26.13 101.56 4.61 59.19 86.41
d13 34.90 13.12 1.49 28.16 4.13 1.49
d15 15.80 6.33 1.49 12.30 5.07 3.62
d22 2.09 2.71 19.52 1.65 6.85 13.68
d24 4.38 9.36 21.14 7.01 8.23 10.78
d26 8.07 13.83 10.53 8.57 21.02 20.83

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 140.00
2 6 -11.58
3 16 18.30
4 23 -56.83
5 25 44.03
次に各実施例に示した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の実施形態を図13を用いて説明する。図13において、20はカメラ本体、21は実施例1〜6で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。22はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系21によって形成された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)である。23は固体撮像素子22によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。24は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子22上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。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が実現できる。
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、 d d線、 g g線、 ΔM メリディオナル像面、 ΔS サジタル像面、 SP 絞り、 FP フレアーカット絞り、 G CCDのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック

Claims (15)

  1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、1つ以上のレンズ群を含む後群を有し、
    広角端に比べ望遠端でレンズ全長が長くなるようにレンズ群が移動してズーミングを行うズームレンズにおいて、
    広角端および望遠端における該第1レンズ群の撮像面に対する相対的移動量をM1、該第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端および望遠端における全系の焦点距離をそれぞれfw、ftとするとき、
    20.0<f1/fw<50.0
    7.5<M1/fw<40.0
    0.2<M1/ft<0.8
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
    −0.15<f2/ft<−0.01
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 前記第3レンズ群の焦点距離をf3とするとき、
    01<f3/f1<0.25
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
  4. 前記ズームレンズの広角端におけるレンズ全長をTdwとするとき、
    0.01<Tdw/ft<1.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第1レンズ群は物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第3レンズ群は1枚の負レンズと2枚の正レンズを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第3レンズ群の物体側に開口絞りを有し、広角端における該開口絞りと第3レンズ群の間隔をdswとするとき
    0.2<dsw/fw<10.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  8. 広角端と望遠端における前記第2レンズ群の横倍率をそれぞれβ2w、β2tとするとき、
    0.05<β2w/β2t<0.5
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  9. 前記第3レンズ群を、光軸に対し垂直方向の成分を持つ方向に移動させて、前記ズームレンズが振動したときの撮影画像のぶれを補正することを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 前記後群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群からなり、ズーミングに際して各レンズ群が移動することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  11. 前記後群は、正の屈折力の第4レンズ群から成り、ズーミングに際して各レンズ群が移動することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  12. 前記後群は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第4レンズ群と正の屈折力の第5レンズ群から構成され、ズーミングに際して第1レンズ群乃至第4レンズ群が移動することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項のズームレンズ。
  13. 前記第3レンズ群の物体側にズーミングに際して、独立に移動する開口絞りを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  14. 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする、請求項1乃至13のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  15. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを有していることを特徴とする撮像装置。
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