JP2011128364A - ズームレンズ,撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

ズームレンズ,撮像光学装置及びデジタル機器 Download PDF

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Abstract

【課題】高変倍・小型でありながら色収差を抑えた高性能のズームレンズ,それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供する。
【解決手段】正負正正正のズームレンズZLは、広角端(W)から望遠端(T)への変倍において少なくとも第1群Gr1が移動し、第1群Gr1が2枚以下のレンズで構成され、第3群Gr3が物体側に凸面を向けた正レンズL31を最も物体側に有し、正レンズL31の少なくとも一方の面が非球面であり、条件式:1.67>Nd31(Nd31:第3群Gr3を構成している最も物体側の正レンズL31のd線に関する屈折率),47.0>νd31(νd31:第3群Gr3を構成している最も物体側の正レンズL31のd線に関するアッベ数)を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明はズームレンズ,撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。例えば、被写体の映像を撮像素子(例えば、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサ,CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子)で取り込むデジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器に適した高変倍のズームレンズと、そのズームレンズ及び撮像素子で取り込んだ被写体の映像を電気的な信号として出力する撮像光学装置と、その撮像光学装置を搭載したデジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器と、に関するものである。
近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及しつつある。それに伴い、より小型のデジタルカメラが求められるようになってきており、撮影レンズ系にもより一層の小型化が要望されている。一方、撮像素子の画素数が年々増加の傾向にあるため、撮像素子の高画素化に対応した高い光学性能と、製品サイクルの短縮に対応できる作り易さと、が撮影レンズ系に求められている。また、ズーム比が7倍や10倍を越える高変倍ズームレンズの小型化も一般化してきており、更なる高変倍化が期待されている一方で、画質向上への期待、特に色収差低減の期待が大きい。こういった要求に応えるべく様々なタイプのズームレンズが従来より提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。
特開2003−215457号公報 特開2003−202500号公報 特開2002−244039号公報
上述したように、更なる高変倍化や小型化に加えて高性能化、特に色収差を小さくするという要求に応えていく必要があるが、従来より知られているズームレンズではこれらの要求に充分応えることができない、例えば、特許文献1,2に記載のズームレンズでは、第1群をレンズ3枚構成としているため、小型化が充分とは言い難い。特許文献3に記載のズームレンズでは、第1群をレンズ2枚構成とすることにより軽量小型化を図っているものの、色収差が大きく、高性能とは言い難い。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高変倍かつ小型でありながら色収差を抑えた高性能のズームレンズ,それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の発明のズームレンズは、物体側から順に、正パワーを有する第1群と、負パワーを有する第2群と、正パワーを有する第3群と、正パワーを有する第4群と、正パワーを有する第5群と、を含み、各群間隔を変化させることにより変倍を行う5群構成のズームレンズであって、広角端から望遠端への変倍において少なくとも前記第1群が移動し、前記第1群が2枚以下のレンズで構成され、前記第3群が物体側に凸面を向けた正レンズを最も物体側に有し、その正レンズの少なくとも一方の面が非球面であり、以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とする。
1.67>Nd31 …(1A)
47.0>νd31 …(1B)
ただし、
Nd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関する屈折率、
νd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関するアッベ数、
である。
第2の発明のズームレンズは、上記第1の発明において、前記第3群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズと、負レンズと、で構成され、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする。
−1.0<f3L/f3<−0.5 …(2)
ただし、
f3L:第3群を構成している最も像側の負レンズの焦点距離、
f3:第3群の焦点距離、
である。
第3の発明のズームレンズは、上記第1又は第2の発明において、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.4<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<1.0 …(3)
ただし、
β2w:広角端での第2群の倍率、
β2t:望遠端での第2群の倍率、
β3w:広角端での第3群の倍率、
β3t:望遠端での第3群の倍率、
である。
第4の発明のズームレンズは、上記第1〜第3のいずれか1つの発明において、前記第2群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、で構成され、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする。
0.8<SF<10 …(4)
ただし、
SF=(CR2R+CR2F)/(CR2R−CR2F)
CR2F:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの物体側面の曲率半径、
CR2R:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの像側面の曲率半径、
である。
第5の発明のズームレンズは、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、ズーム比が5〜10であることを特徴とする。
第6の発明の撮像光学装置は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明に係るズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする。
第7の発明のデジタル機器は、上記第6の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
本発明によれば、物体側から順に正・負・正・正・正の5群を含む5群構成のズームレンズにおいて、第3群を構成している最も物体側の正レンズが所定の条件を満たした構成になっているため、高変倍かつ小型でありながら色収差を抑えた高い光学性能を達成することが可能である。したがって、小型・高性能で高変倍のズームレンズを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。
第1の実施の形態(実施例1)のレンズ構成図。 第2の実施の形態(実施例2)のレンズ構成図。 第3の実施の形態(実施例3)のレンズ構成図。 第4の実施の形態(実施例4)のレンズ構成図。 実施例1の収差図。 実施例2の収差図。 実施例3の収差図。 実施例4の収差図。 撮像光学装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を示す模式図。
以下、本発明に係るズームレンズ,撮像光学装置及びデジタル機器を説明する。本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、正パワーを有する第1群と、負パワーを有する第2群と、正パワーを有する第3群と、正パワーを有する第4群と、正パワーを有する第5群と、を含み、各群間隔を変化させることにより変倍を行う5群構成のズームレンズであって、広角端から望遠端への変倍において少なくとも前記第1群が移動し、前記第1群が2枚以下のレンズで構成され、前記第3群が物体側に凸面を向けた正レンズを最も物体側に有し、その正レンズの少なくとも一方の面が非球面であり、以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴としている(パワー:焦点距離の逆数で定義される量)。
1.67>Nd31 …(1A)
47.0>νd31 …(1B)
ただし、
Nd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関する屈折率、
νd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関するアッベ数、
である。
上記のようにレンズ2枚以下の第1群を移動群とする5群ズーム構成とし、第3群の最も物体側に条件式(1A)及び(1B)を満足する特徴的なレンズを配置することにより、充分な性能を確保しながらコンパクト化を図り、色収差を抑えることが可能となる。したがって、小型で高変倍・高性能のズームレンズを実現することができる。
第1群がレンズ3枚で構成されている場合、望遠端における軸上色収差及び倍率色収差を補正する上で、第3群の最も物体側の正レンズは低分散であることが望ましい。しかし、第1群がレンズ3枚で構成されることで、小型化を図ることは困難になる。それに対し、第1群をレンズ2枚で構成すると、第3群の最も物体側の正レンズの材料特性の最適化を図ることにより、色収差補正が可能となる。
条件式(1A)及び(1B)は、第3群の最も物体側に配置する正レンズ(すなわち正パワーを有する単レンズ)の最適な材料特性として、d線に関する屈折率及びアッベ数の好ましい条件範囲を規定している。条件式(1A)及び(1B)の範囲を外れると、上記正レンズの屈折率及びアッベ数の影響で収差性能が劣化する。例えば、条件式(1A)の範囲を外れて屈折率が高くなると、望遠端での球面収差及び像面湾曲の補正が困難となる。それを良好に補正するためには、レンズ枚数の追加あるいは非球面の追加が必要となるため好ましくない。一方、条件式(1B)の範囲を外れて分散が低くなると、色収差、特に望遠端での軸上色収差及び倍率色収差のバランスが悪くなり、最適化が困難となる。
上記特徴的構成によると、高変倍かつ小型でありながら色収差を抑えた高性能のズームレンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。また、撮像光学装置が軽量小型化されるため、その撮像光学装置をデジタルカメラ,携帯情報端末等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能を軽量・コンパクトに付加することが可能となる。したがって、デジタル機器のコンパクト化,高性能化,高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
高い光学性能を保持しつつコンパクトで高変倍比のズームレンズを実現する上で、ズーム比は5〜10であることが望ましく、そのなかでもズーム比6〜7であることが更に望ましい。5〜10倍程度の高いズーム比を得ようとすれば、ズームレンズの小型化,高性能化等は通常困難になるが、第3群の最も物体側に位置する正レンズ等に関する前記特徴的構成によれば、小型化,高性能化等を達成しながら高いズーム比を得ることができる。したがって、小型化と高性能化とを両立させながら高変倍化を達成することが可能となる。なお、ズーム比10を超える更なる高変倍化を図ろうとすると、第1群のレンズ枚数を3枚以上で構成する等の必要が生じて大型化を招いてしまい、大型化を抑えようとすれば光学性能の低下を招いてしまう。
前記条件式(1A)の代わりに以下の条件式(1Aa)を満たすことが望ましく、前記条件式(1B)の代わりに以下の条件式(1Ba)を満たすことが望ましい。
1.65>Nd31 …(1Aa)
45.0>νd31 …(1Ba)
これらの条件式(1Aa),(1Ba)は、前記条件式(1A),(1B)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲をそれぞれ規定している。したがって、好ましくは条件式(1Aa),(1Ba)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
第3群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズと、負レンズと、で構成され、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
−1.0<f3L/f3<−0.5 …(2)
ただし、
f3L:第3群を構成している最も像側の負レンズの焦点距離、
f3:第3群の焦点距離、
である。
第3群を上記のように構成することにより、球面収差と色収差を適切に補正することが可能となる。前記5群構成では第3群に入射する光束を収束させるように強いパワーを持った面が必要であるが、強いパワーを持たせると収差(特に球面収差)が発生しやすくなるため好ましくない。また、収差補正上、光線高さの変動を抑えることが一般的には有利である。第3群内を上記の正・負・正・負のレンズ構成とし、かつ、条件式(2)を満たすことにより、光線高さの変動を抑えることが可能になるとともに、負レンズと正レンズとの組み合わせによる色収差補正(特に望遠端での色収差補正)を効率良く行うことが可能になる。
条件式(2)の上限を越えると、第3群を構成している最も像側の負レンズ(すなわち、第3群の最終レンズ)のパワーが強くなって、第3群の最終レンズでの光線変化が大きくなり、その結果、収差劣化が生じ、特に球面収差が大きく発生してしまう。また、ペッツバール和が悪くなるため、正レンズのパワーを大きくしたり屈折率を上げたりする必要が生じる。このため、収差補正が更に難しくなる。条件式(2)の下限を越えると、第3群の最終レンズの負パワーが弱くなり、その前にある負レンズ(すなわち2枚目の負レンズ)の負担が増えて、結果として、上記上限を越えた場合と同様の問題が2枚目の負レンズに関して生じることになる。したがって、条件式(2)を満たせば、2枚の負レンズのパワーバランスを適正にして、良好な収差補正を達成することが可能となる。
以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
−0.9<f3L/f3<−0.55 …(2a)
この条件式(2a)は、前記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(2a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.4<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<1.0 …(3)
ただし、
β2w:広角端での第2群の倍率、
β2t:望遠端での第2群の倍率、
β3w:広角端での第3群の倍率、
β3t:望遠端での第3群の倍率、
である。
条件式(3)は、第2群の変倍比と第3群の変倍比との比で、第2群と第3群の変倍負担の割合に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)の上限を越えると、第2群の変倍負担が増大して、変倍比を稼ぐために移動量を増大させたりパワーを強くしたりする必要が生じる。移動量が大きい状態で小型化を達成しようとすると、鏡筒の構成が複雑になり、簡単な構成にすると、サイズが大きくなってコンパクト化の達成が困難になる。また、パワーを強くすると収差補正(特に色収差補正)が困難となり、レンズ枚数の追加等が必要になり、これもまたサイズアップの要因となる。逆に、条件式(3)の下限を越えると、第2群の変倍負担が減少して、第3群の変倍負担が増大する。これにより、第3群の移動量を増大させると、望遠端での全長が伸びてしまって鏡筒の肥大化を伴うことになる。あるいは、移動量を増やさずに変倍比を上げようとすると、第3群のパワーが強くなることになり、収差(例えば球面収差)の補正が困難になる。
以下の条件式(3a)を満足することが更に望ましい。
0.5<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<0.8 …(3a)
この条件式(3a)は、前記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(3a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
第2群を、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、で構成することが望ましい。通常、第2群をレンズ3枚で構成する際には、負レンズと、負レンズ及び正レンズから成る接合レンズと、で構成することになるが、高性能化を図るためには、接合レンズではなく単レンズが望ましい。第2群を単レンズで構成することにより、接合レンズの場合に接合面となる間隔の感度が増えることになるが、以下の条件式(4)を満たすことにより、その誤差感度を抑えつつ、収差補正、特に広角端での像面湾曲やコマ収差の適切な補正が可能となる。したがって、第2群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、で構成され、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.8<SF<10 …(4)
ただし、
SF=(CR2R+CR2F)/(CR2R−CR2F)
CR2F:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの物体側面の曲率半径、
CR2R:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの像側面の曲率半径、
である。
上記観点から、条件式(4)は第2群の物体側から2番目の負レンズのシェイプファクターに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(4)の下限を越えると、前記負レンズの像側面の曲率が像側に凹で、しかも、きつくなり、それによって面のパワーが強くなり、その結果、広角端での像面湾曲やコマ収差が発生し、かつ、後続の正レンズとの間隔による誤差感度が大きくなってしまい、好ましくない。逆に、条件式(4)の上限を越えると、前記負レンズの負パワーが弱くなり、それにより、収差補正、特に像面湾曲と球面収差の補正がバランスできなくなり、それを補正するために、第2群内の残りの負レンズへの負担が大きくなり、そのレンズが加工困難な形状になったり、加工性を考慮するとレンズの大型化を招いたり、レンズ枚数や非球面枚数の追加を伴うことになってしまう。
以下の条件式(4a)を満足することが更に望ましい。
1<SF<5 …(4a)
この条件式(4a)は、前記条件式(4)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(4a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
−3<f(1−2)w/fw<−1 …(5)
ただし、
f(1−2)w:広角端における第1群と第2群との合成焦点距離、
fw:広角端における全系の焦点距離、
である。
条件式(5)は、第1群と第2群との合成焦点距離に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(5)の下限を越えると、第1群と第2群との合成焦点距離が大きくなって、入射光束を収束させるパワーが弱くなり、収差補正上は好ましいが、コンパクト化とは相反することになる。逆に、条件式(5)の上限を越えると、第1群と第2群との合成焦点距離が小さくなること(つまり、第1群と第2群との合成パワーが強くなること)により、収差の発生を招くことになる。特に、広角端での像面湾曲やコマ収差の補正が困難になるため好ましくない。
以下の条件式(5a)を満足することが更に望ましい。
−2<f(1−2)w/fw<−1.4 …(5a)
この条件式(5a)は、前記条件式(5)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(5a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
0.5<f31/f3<1.2 …(6)
ただし、
f31:第3群を構成している最も物体側の正レンズの焦点距離、
f3:第3群の焦点距離、
である。
条件式(6)は、物体側に凸面を向けた第3群の最も物体側の正レンズのパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。この条件式(6)は、小型化と収差補正、特に望遠端の球面収差補正を適切に行うために必要な条件である。条件式(6)の下限を越えると、物体側に凸面を向けた正レンズのパワーが強くなるか、あるいは第3群全体のパワーが弱くなる。正レンズのパワーが強くなると、収差補正、特に望遠端の球面収差が大きく発生してしまい、また、第3群全体のパワーが弱くなると、移動量の増加や第3群のレンズ径が大きくなってしまい、好ましくない。条件式(6)の上限を越えると、物体側に凸面を向けた正レンズのパワーが弱くなるか、あるいは第3群全体のパワーが強くなる。正レンズのパワーが弱くなると、球面収差の発生自体は抑えられるが、光線を収束させられないので、それ以降に続くレンズ径が上がってしまい、好ましくない。また、第3群全体のパワーが強くなることで、小型化が図れる反面、第3群における収差、特に球面収差やコマ収差が発生することになる。その結果、光学系全体にわたっての収差補正が困難になり、レンズ枚数の追加や非球面の追加等が必要になるので、好ましくない。
以下の条件式(6a)を満足することが更に望ましい。
0.65<f31/f3<1.05 …(6a)
この条件式(6a)は、前記条件式(6)が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式(6a)を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。
本発明に係るズームレンズは、画像入力機能付きデジタル機器(例えば、デジタルカメラ)用の撮像レンズとしての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成するズームレンズと、ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。
カメラの例としては、デジタルカメラ,ビデオカメラ,監視カメラ,車載カメラ,テレビ電話用カメラ,ドアホーン用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ,携帯情報機器(例えば、モバイルコンピュータ,携帯電話,携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末),これらの周辺機器(マウス,スキャナー,プリンター,メモリー等),その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種デジタル機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図9に、画像入力機能を有するデジタル機器DUの概略構成例を模式的断面で示す。図9に示すデジタル機器DUに搭載されている撮像光学装置LUは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(像面)IMを変倍可能に形成するズームレンズZL(AX:光軸,ST:絞り)と、平行平面板PT(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター,赤外カットフィルター等の光学フィルター;撮像素子SRのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズZLにより受光面SS上に形成された光学像IMを電気的な信号に変換する撮像素子SRと、を備えている。この撮像光学装置LUで画像入力機能付きデジタル機器DUを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置LUを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置LUをデジタル機器DUの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像素子SRとしては、例えば複数の画素を有するCCD型イメージセンサ,CMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。ズームレンズZLは、撮像素子SRの受光面SS上に被写体の光学像IMが形成されるように設けられているので、ズームレンズZLによって形成された光学像IMは、撮像素子SRによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器DUは、撮像光学装置LUの他に、信号処理部1,制御部2,メモリ3,操作部4,表示部5等を備えている。撮像素子SRで生成した信号は、信号処理部1で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ3(半導体メモリ,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される(例えば携帯電話の通信機能)。制御部2はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能(静止画撮影機能,動画撮影機能等),画像再生機能等の機能の制御;ズーミングやフォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部2により撮像光学装置LUに対する制御が行われる。表示部5は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子SRによって変換された画像信号あるいはメモリ3に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部4は、操作ボタン(例えばレリーズボタン),操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部2に伝達する。
ズームレンズZLは、前述したように、正・負・正・正・正の5成分ズーム構成になっており、複数のズーム群が光軸AXに沿って移動し、各群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行い、撮像素子SRの受光面SS上に光学像IMを形成する構成になっている。なお、後述する各実施の形態(図1〜図4)ではズーム群として、第1群Gr1〜第4群Gr4が移動群を構成しており、第5群Gr5が固定群を構成している。
ズームレンズZLで形成されるべき光学像IMは、例えば、撮像素子SRの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図9中の平行平面板PTに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、光学的ローパスフィルターを用いる必要はない。
次に、第1〜第4の実施の形態を挙げて、ズームレンズZLの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図1〜図4は、第1〜第4の実施の形態を構成するズームレンズZLにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(W)でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、di(i=1,2,3,...)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてi番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。各レンズ構成図中の矢印m1,m2,m3,m4は、広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおける第1群Gr1,第2群Gr2,第3群Gr3,第4群Gr4の移動をそれぞれ模式的に示しており、最も像面IM側の矢印m5は、第5群Gr5及び平行平面板PTがズーミングにおいて位置固定であることを示している。
各実施の形態(図1〜図4)では、広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおいて、第1群Gr1は物体側へ単調に移動し、第2群Gr2は物体側への移動後に物体側から像側へUターン移動し(L22:第2群Gr2を構成している物体側から2番目のレンズ)、第3群Gr3は物体側へ単調に移動し(L31:第3群Gr3を構成している最も物体側のレンズ,L3L:第3群Gr3を構成している最も像側のレンズ)、第4群Gr4は物体側への移動後に物体側から像側へUターン移動する。一方、第5群Gr5及び平行平面板PTは、像面IMに対してズーム位置固定である。なお、いずれの実施の形態においても第3群Gr3は最も物体側に絞りSTを有しており、その絞りSTは第3群Gr3の一部としてズーム移動する構成(矢印m3)になっている。
第1の実施の形態(図1)では、正・負・正・正・正の5成分ズーム構成において各群が以下のように構成されている。第1群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズで構成されている。第2群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ(物体側面が非球面)と、物体側に凹の負メニスカスレンズL22と、両凸の正レンズと、で構成されている。第3群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、両凸の正レンズL31(両面非球面)と、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズL3Lと、で構成されている。第4群Gr4は、物体側に凸の正メニスカスレンズ1枚のみで構成されている。第5群Gr5は、像側に凸の正メニスカスレンズ(両面非球面)1枚のみで構成されている。
第2の実施の形態(図2)では、正・負・正・正・正の5成分ズーム構成において各群が以下のように構成されている。第1群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズで構成されている。第2群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ(両面非球面)と、物体側に凹の負メニスカスレンズL22と、物体側に凸面を向けた平凸の正レンズと、で構成されている。第3群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、両凸の正レンズL31(両面非球面)と、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズL3Lと、で構成されている。第4群Gr4は、物体側に凸の正メニスカスレンズ1枚のみで構成されている。第5群Gr5は、像側に凸の正メニスカスレンズ(両面非球面)1枚のみで構成されている。
第3の実施の形態(図3)では、正・負・正・正・正の5成分ズーム構成において各群が以下のように構成されている。第1群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズで構成されている。第2群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ(物体側面が非球面)と、物体側に凹の負メニスカスレンズL22と、両凸の正レンズと、で構成されている。第3群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、両凸の正レンズL31(両面非球面)と、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズL3Lと、で構成されている。第4群Gr4は、物体側に凸の正メニスカスレンズ1枚のみで構成されている。第5群Gr5は、像側に凸の正メニスカスレンズ(両面非球面)1枚のみで構成されている。
第4の実施の形態(図4)では、正・負・正・正・正の5成分ズーム構成において各群が以下のように構成されている。第1群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズで構成されている。第2群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ(両面非球面)と、物体側に凹の負メニスカスレンズL22と、物体側に凸面を向けた平凸の正レンズと、で構成されている。第3群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、両凸の正レンズL31(両面非球面)と、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凸の正レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズL3Lと、で構成されている。第4群Gr4は、物体側に凸の正メニスカスレンズ1枚のみで構成されている。第5群Gr5は、像側に凸の正メニスカスレンズ(両面非球面)1枚のみで構成されている。
各実施の形態を構成しているズームレンズZLには、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ(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)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ,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,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等を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが望ましい。また、各実施の形態を構成しているズームレンズZLには、光学素子としてレンズ以外に絞りSTが用いられているが、不要光をカットするための光束規制板(例えばフレアカッター)等を必要に応じて配置してもよい。
以下、本発明を実施したズームレンズの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜4(EX1〜4)は、前述した第1〜第4の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1〜第4の実施の形態を表すレンズ構成図(図1〜図4)は、対応する実施例1〜4の光学構成をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号i,曲率半径r(mm),軸上での面間隔d(mm),d線(波長587.56nm)に関する屈折率nd,d線に関するアッベ数vdを示す。面番号に*が付された面は非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系(x,y,z)を用いた以下の式(AS)で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してe−n=×10-nである。
z=(c・h2)/[1+√{1−(1+K)・c2・h2}]+Σ(Aj・hj) …(AS)
ただし、
h:z軸(光軸AX)に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)、
z:高さhの位置での光軸AX方向のサグ量(面頂点基準)、
c:面頂点での曲率(曲率半径rの逆数)、
K:円錐定数、
Aj:j次の非球面係数、
である。
各種データとして、ズーム比,全系の焦点距離(f,mm),Fナンバー(Fno.),半画角(ω,°),像高(y’max,mm),レンズ全長(TL,mm),バックフォーカス(BF,mm),可変面間隔di(mm)を示し、ズームレンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離(mm)を示す。また表1に、各実施例の条件式対応値を示す。なお、バックフォーカスは、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記しており、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ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。
図5〜図8は、実施例1〜実施例4(EX1〜EX4)にそれぞれ対応する収差図であり、(W)は広角端(Wide),(M)は中間焦点距離状態(Middle),(T)は望遠端(Tele)における諸収差(左から順に、球面収差等,非点収差,歪曲収差である。)を示している。図5〜図8中、FNOはFナンバー、Y’(mm)は撮像素子SRの受光面SS上での最大像高y’max(光軸AXからの距離に相当する。)である。球面収差図において、実線d,一点鎖線g,二点鎖線cはd線,g線,c線に対する球面収差(mm)をそれぞれ表しており、破線SCは正弦条件不満足量(mm)を表している。非点収差図において、破線DMはメリディオナル面、実線DSはサジタル面でのd線に対する各非点収差(mm)を表している。また、歪曲収差図において実線はd線に対する歪曲(%)を表している。
実施例1
単位:mm
面データ
i r d nd vd
物面 ∞ ∞
1 25.907 0.900 1.92286 20.88
2 17.869 3.367 1.78335 43.16
3 119.928 可変
4* 26.625 0.700 1.85482 34.88
5 5.089 4.209
6 -9.006 0.700 1.71499 55.47
7 -73.908 0.100
8 24.515 1.652 1.94595 17.98
9 -57.838 可変
10 (絞り) ∞ 0.940
11* 7.353 2.030 1.64956 37.93
12* -32.447 0.100
13 10.936 0.700 1.92053 21.76
14 6.192 2.422 1.50231 80.29
15 -8.742 0.100
16 23.138 0.700 1.87803 33.04
17 5.278 可変
18 14.566 1.174 1.87614 33.18
19 17.058 可変
20* -49.047 1.745 1.53048 55.72
21* -17.814 0.500
22 ∞ 1.762 1.51680 64.20
23 ∞ 1.214
像面 ∞
非球面データ
第4面
K= 0.0000e+000
A4= 1.7312e-004
A6=-2.2066e-006
A8=-2.7265e-008
A10= 1.7756e-009
A12=-2.3202e-011
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第11面
K= 0.0000e+000
A4=-1.6400e-004
A6= 1.1936e-005
A8= 1.1257e-006
A10=-8.0575e-008
A12= 4.1966e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第12面
K= 0.0000e+000
A4= 9.4408e-004
A6= 1.7544e-005
A8= 1.2743e-006
A10=-7.9150e-008
A12= 5.3497e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第20面
K= 0.0000e+000
A4=-4.9252e-004
A6= 1.9015e-005
A8=-5.6887e-007
A10= 0.0000e+000
A12= 0.0000e+000
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第21面
K= 0.0000e+000
A4=-4.4237e-004
A6= 1.7862e-005
A8=-5.0126e-007
A10= 0.0000e+000
A12= 0.0000e+000
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
各種データ
ズーム比 6.74
(W) (M) (T)
f 6.000 15.582 40.448
Fno. 2.879 4.276 5.891
ω 36.868 16.108 6.348
y'max 4.500 4.500 4.500
TL 44.932 50.850 70.414
BF 2.875 2.875 2.875

d3 0.700 7.234 18.324
d9 11.923 3.810 1.000
d17 5.543 4.269 23.107
d19 2.352 11.123 3.570
ズームレンズ群データ
群(面) 焦点距離
1 ( 1- 3) 45.731
2 ( 4- 9) -6.840
3 ( 10- 17) 10.505
4 ( 18- 19) 93.296
5 ( 20- 23) 51.733
実施例2
単位:mm
面データ
i r d nd vd
物面 ∞ ∞
1 24.169 0.900 1.84666 23.78
2 17.008 3.799 1.72916 54.66
3 120.205 可変
4* 155.245 0.700 1.74330 49.33
5* 5.133 4.716
6 -11.274 0.700 1.78851 42.37
7 -28.768 0.500
8 24.649 1.617 1.94595 17.98
9 ∞ 可変
10 (絞り) ∞ 0.940
11* 6.724 2.530 1.59778 44.03
12* -18.173 0.500
13 20.717 0.700 1.90681 28.91
14 5.257 2.760 1.49700 81.61
15 -8.480 0.500
16 118.550 0.700 1.73118 54.12
17 7.090 可変
18 13.837 1.496 1.49700 81.61
19 24.198 可変
20* -30.370 1.601 1.53048 55.72
21* -14.412 0.500
22 ∞ 0.550 1.51680 64.20
23 ∞ 1.300
24 ∞ 0.500 1.51680 64.20
25 ∞ 0.610
像面 ∞
非球面データ
第4面
K= 0.0000e+000
A4= 8.5122e-005
A6= 2.9514e-006
A8=-9.5981e-008
A10= 3.5149e-010
A12= 7.3725e-012
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第5面
K= 0.0000e+000
A4=-3.2246e-004
A6= 8.4749e-006
A8=-1.9667e-006
A10= 1.4433e-007
A12=-5.0070e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第11面
K= 0.0000e+000
A4=-3.4657e-004
A6= 1.2996e-005
A8=-6.7194e-007
A10= 2.8254e-008
A12= 8.6603e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第12面
K= 0.0000e+000
A4= 7.5004e-004
A6= 1.4947e-005
A8=-1.3741e-006
A10= 9.4879e-008
A12=-4.7711e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第20面
K= 0.0000e+000
A4= 1.0856e-003
A6=-4.3050e-005
A8=-1.0984e-006
A10= 7.4163e-008
A12=-8.9073e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第21面
K= 0.0000e+000
A4= 1.7208e-003
A6=-6.2513e-005
A8=-8.2771e-007
A10= 6.5111e-008
A12=-6.8675e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
各種データ
ズーム比 6.75
(W) (M) (T)
f 6.105 15.855 41.201
Fno. 2.878 4.075 5.898
ω 36.392 15.845 6.233
y'max 4.500 4.500 4.500
TL 50.137 53.862 74.652
BF 3.102 3.102 3.102

d3 0.700 6.510 17.128
d9 14.056 3.937 1.000
d17 4.999 3.853 23.964
d19 2.621 11.802 4.800
ズームレンズ群データ
群(面) 焦点距離
1 ( 1- 3) 44.142
2 ( 4- 9) -7.350
3 ( 10- 17) 11.922
4 ( 18- 19) 62.047
5 ( 20- 26) 49.965
実施例3
単位:mm
面データ
i r d nd vd
物面 ∞ ∞
1 25.369 0.900 1.92286 20.88
2 19.866 3.119 1.72916 54.70
3 138.411 可変
4* 59.525 0.700 1.75746 47.80
5 5.336 4.420
6 -8.649 0.700 1.72916 54.70
7 -31.551 0.100
8 32.440 1.651 1.92286 20.88
9 -46.253 可変
10 (絞り) ∞ 0.940
11* 7.323 1.983 1.60886 43.24
12* -94.570 0.100
13 10.510 0.700 1.86170 25.93
14 6.064 2.461 1.50379 79.94
15 -9.942 0.100
16 17.823 0.700 1.86177 34.30
17 5.515 可変
18 13.242 1.174 1.90366 31.32
19 14.916 可変
20* -258.251 1.800 1.53048 55.72
21* -18.836 0.500
22 ∞ 1.762 1.51680 64.20
23 ∞ 1.213
像面 ∞
非球面データ
第4面
K= 0.0000e+000
A4= 2.3868e-004
A6=-3.2798e-006
A8= 2.8371e-008
A10= 1.4031e-010
A12=-4.7602e-012
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第11面
K= 0.0000e+000
A4=-5.8651e-005
A6= 1.3003e-005
A8= 5.3917e-007
A10=-3.1156e-008
A12= 2.7142e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第12面
K= 0.0000e+000
A4= 8.8708e-004
A6= 2.1751e-005
A8= 2.2586e-007
A10= 5.8207e-009
A12= 2.8020e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第20面
K= 0.0000e+000
A4= 3.1453e-004
A6=-3.1001e-005
A8= 4.6868e-007
A10= 0.0000e+000
A12= 0.0000e+000
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第21面
K= 0.0000e+000
A4= 7.3016e-004
A6=-4.4594e-005
A8= 6.3982e-007
A10= 0.0000e+000
A12= 0.0000e+000
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
各種データ
ズーム比 6.00
(W) (M) (T)
f 6.108 14.958 36.626
Fno. 2.880 4.230 5.895
ω 36.380 16.743 7.004
y'max 4.500 4.500 4.500
TL 47.087 50.564 70.423
BF 2.874 2.874 2.874

d3 0.700 5.333 16.373
d9 12.896 3.904 1.000
d17 7.243 4.901 23.307
d19 1.825 12.002 5.321
ズームレンズ群データ
群(面) 焦点距離
1 ( 1- 3) 45.726
2 ( 4- 9) -7.303
3 ( 10- 17) 11.362
4 ( 18- 19) 97.961
5 ( 20- 23) 38.201
実施例4
単位:mm
面データ
i r d nd vd
物面 ∞ ∞
1 24.245 0.900 1.84666 23.78
2 16.952 3.910 1.72916 54.66
3 129.613 可変
4* 77.049 0.700 1.74330 49.33
5* 5.131 4.583
6 -13.797 0.700 1.89077 32.15
7 -39.995 0.500
8 22.586 1.717 1.94595 17.98
9 ∞ 可変
10 (絞り) ∞ 0.940
11* 11.531 2.078 1.60173 43.03
12* -11.779 0.500
13 50.271 0.700 1.84666 23.80
14 13.154 0.788
15 9.541 2.608 1.49700 81.61
16 -7.360 0.500
17 41.575 0.700 1.82293 37.97
18 5.282 可変
19 11.874 1.839 1.49700 81.61
20 24.383 可変
21* -14.705 1.523 1.53048 55.72
22* -9.272 0.500
23 ∞ 0.550 1.51680 64.20
24 ∞ 1.300
25 ∞ 0.500 1.51680 64.20
26 ∞ 0.617
像面 ∞
非球面データ
第4面
K= 0.0000e+000
A4=-4.5359e-004
A6= 3.1601e-005
A8=-8.8344e-007
A10= 1.0379e-008
A12=-3.8500e-011
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第5面
K= 0.0000e+000
A4=-9.0230e-004
A6= 1.7951e-005
A8=-6.0382e-007
A10= 5.8110e-008
A12=-4.1060e-009
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第11面
K= 0.0000e+000
A4=-3.9085e-004
A6= 2.2402e-005
A8= 3.1918e-007
A10= 1.1297e-007
A12= 3.3217e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第12面
K= 0.0000e+000
A4= 6.8631e-004
A6= 2.2773e-005
A8= 2.4103e-006
A10=-1.1721e-007
A12= 1.4154e-008
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第21面
K= 0.0000e+000
A4= 1.3142e-003
A6=-3.1029e-005
A8= 1.7115e-006
A10=-4.1128e-008
A12= 3.8678e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
第22面
K= 0.0000e+000
A4= 1.8964e-003
A6=-3.8746e-005
A8= 1.9598e-006
A10=-4.2097e-008
A12= 3.8010e-010
A14= 0.0000e+000
A16= 0.0000e+000
各種データ
ズーム比 6.75
(W) (M) (T)
f 6.107 15.867 41.207
Fno. 2.875 4.326 5.894
ω 36.386 15.834 6.232
y'max 4.500 4.500 4.500
TL 52.125 52.629 74.660
BF 3.110 3.110 3.110

d3 0.700 3.461 16.881
d9 15.445 3.201 1.000
d18 5.000 6.193 25.502
d20 2.686 11.479 2.982
ズームレンズ群データ
群(面) 焦点距離
1 ( 1- 3) 43.602
2 ( 4- 9) -7.972
3 ( 10- 18) 12.685
4 ( 19- 20) 44.406
5 ( 21- 26) 43.115
Figure 2011128364
DU デジタル機器
LU 撮像光学装置
ZL ズームレンズ
Gr1 第1群
Gr2 第2群
Gr3 第3群
Gr4 第4群
Gr5 第5群
L22 第2群を構成している物体側から2番目のレンズ
L31 第3群を構成している最も物体側のレンズ
L3L 第3群を構成している最も像側のレンズ
ST 絞り
SR 撮像素子
SS 受光面
IM 像面(光学像)
AX 光軸
1 信号処理部
2 制御部
3 メモリ
4 操作部
5 表示部

Claims (7)

  1. 物体側から順に、正パワーを有する第1群と、負パワーを有する第2群と、正パワーを有する第3群と、正パワーを有する第4群と、正パワーを有する第5群と、を含み、各群間隔を変化させることにより変倍を行う5群構成のズームレンズであって、広角端から望遠端への変倍において少なくとも前記第1群が移動し、前記第1群が2枚以下のレンズで構成され、前記第3群が物体側に凸面を向けた正レンズを最も物体側に有し、その正レンズの少なくとも一方の面が非球面であり、以下の条件式(1A)及び(1B)を満足することを特徴とするズームレンズ;
    1.67>Nd31 …(1A)
    47.0>νd31 …(1B)
    ただし、
    Nd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関する屈折率、
    νd31:第3群を構成している最も物体側の正レンズのd線に関するアッベ数、
    である。
  2. 前記第3群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズと、負レンズと、で構成され、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1記載のズームレンズ;
    −1.0<f3L/f3<−0.5 …(2)
    ただし、
    f3L:第3群を構成している最も像側の負レンズの焦点距離、
    f3:第3群の焦点距離、
    である。
  3. 以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1又は2記載のズームレンズ;
    0.4<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<1.0 …(3)
    ただし、
    β2w:広角端での第2群の倍率、
    β2t:望遠端での第2群の倍率、
    β3w:広角端での第3群の倍率、
    β3t:望遠端での第3群の倍率、
    である。
  4. 前記第2群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、で構成され、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のズームレンズ;
    0.8<SF<10 …(4)
    ただし、
    SF=(CR2R+CR2F)/(CR2R−CR2F)
    CR2F:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの物体側面の曲率半径、
    CR2R:第2群を構成している物体側から2番目の負レンズの像側面の曲率半径、
    である。
  5. ズーム比が5〜10であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする撮像光学装置。
  7. 請求項6記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
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