JP2012027261A

JP2012027261A - ズームレンズ及びそれを備えた撮像装置

Info

Publication number: JP2012027261A
Application number: JP2010166160A
Authority: JP
Inventors: Koji Ogata; 康司小方; Yasutaka Kashiki; 康孝樫木
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-02-09
Also published as: US20120019931A1; US20140022647A1; US8767310B2; US8582212B2

Abstract

【課題】
小型で動画撮影に適したズームレンズおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るズームレンズは、物体体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４からなり、広角端から望遠端への変倍の際に第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２に挟まれる間隔が狭まり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３に挟まれる間隔が広がると共に各レンズ群に挟まれる間隔が変化し、無限遠合焦状態から至近距離合焦状態へのフォーカシングに際して、第４レンズ群Ｇ４が光軸方向に移動し、広角端にて条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ズームレンズに関するものであって、特に交換レンズシステムに用いられるとともに、動画撮影を可能とする標準ズームレンズに適したズームレンズに関する。

従来、デジタルカメラにおいては動画撮影が可能な製品が知られている。近年では、レンズ交換式のデジタルカメラにおいてもカメラボディの動画撮影機能に対応した交換レンズの検討が行われている。

従来の静止画撮影用のカメラでは、一瞬の撮影チャンスを切り取る事が目的であったため、構図を決めた後に、撮影の瞬間に狙った被写体へピントが合っていれば良く、そのための機能が求められていた。具体的には、いわゆる位相差方式のオートフォーカス（ＡＦ）機能が採用されており、早さと精度を兼ね備えたＡＦ方式であった。

しかしながら、動画撮影において、一部のプロ用ビデオカメラは熟練したカメラマンがマニュアルフォーカス（ＭＦ）にて合焦作業を行うが、多くの民生用ビデオカメラでは常時、ＡＦシステムを働かせて被写体距離に応じて合焦状態を保つ必要がある。そのための方法として、撮像素子によるコントラストＡＦ方式（いわゆる山登り方式）が採用されている。

さらに、合焦状態を維持するために、フォーカスレンズを合焦位置の光軸方向前後に、常に微小量動かすこと（ウォブリングと言われる）によってコントラストの変化を測定しておき、合焦状態が変化していると判断された場合には、フォーカスレンズを適切に移動させることによって、再度、合焦し直すように動作する。このウォブリング機能は、フレームレートに応じて非常に高速な動作が必要とされるため、ウォブリングに使用するレンズには軽量化が求められている。

また、常にフォーカスレンズを動かしているが、その移動範囲は焦点深度内となっている。従って、ウォブリング中のピンボケは認識できないよう制御されているが、像倍率の変化が大きい場合には、画像が常に揺らいでいるように見えてしまい非常に不自然となる。従って、ウォブリング時の倍率変化を小さく抑えることが重要な要求項目となっている。

さらに、ズーム時のウォブリングレンズのフォーカス感度（レンズの単位移動量に対する像面の移動量）の変化が大きいと、広角端と望遠端にてウォブリングレンズに必要とされる移動量が大きく異なってしまい、高速で微小量動かす際の制御が困難となる。従って、ウォブリングレンズのフォーカス感度の変化量は、ズーム全域で出来る限り小さくすることが望ましい。

特許文献１には、小型で安価な望遠ズームレンズの設計例が提案されている。これは、正・負・正の３群ズームタイプを採用するとともに、第２レンズ群にてフォーカシングを行うことで、構成レンズ枚数も少なく、小型で安価な望遠ズームレンズを構成することが可能となっている。

一方、特許文献２、特許文献３には、動画撮影を考慮したデジタルカメラの交換レンズシステム用途として提案されたズームレンズが提案されている。

特開２００８−７０４１０号公報特開２００９−１２２６２０号公報特開２００９−２６５６５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたズームレンズは、ウォブリング時の像倍率変化が大きく動画撮影には適するものとはなっていない。また、特許文献２、特許文献３に開示されたズームレンズは、ズーム群数が多く、レンズ構成枚数も多くなりやすく、大型でコスト高なものとなっている。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型な望遠ズームレンズに有利な正・負・正・負の４群ズームレンズであって、フォーカシング時に画面が見やすいズームレンズを提供することを目的とするものである。さらには、ウォブリング動作時での画像が見やすいズームレンズを提供することを目的とするものである。

それにより、デジタルカメラの交換レンズシステム用途に適し、動画機能にも対応しており、ウォブリングを可能とした、小型で低コスト化に有利なズームレンズを提供することが可能となる。さらには、このようなズームレンズを備えた撮像装置の提供を目的としている。

上述の課題を解決するために、本発明の接眼光学系、及び、電子ビューファインダーは以下の何れかとするものである。

本発明のズームレンズは、撮像素子の撮像面側に配置されるズームレンズであって、物体体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群からなり、
広角端から望遠端への変倍の際に第１レンズ群と第２レンズ群に挟まれる間隔が狭まり、第２レンズ群と第３レンズ群に挟まれる間隔が広がると共に各レンズ群に挟まれる間隔が変化し、
無限遠合焦状態から至近距離合焦状態へのフォーカシングに際して、第４レンズ群が光軸方向に移動し、
広角端にて以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。

｜（１００＊（ｙ1’−ｙ1）／ｙ1）｜／△ｓ＜１．２・・・（１）
｜（１００＊（ｙ0.7’−ｙ0.7）／ｙ0.7）｜／△ｓ＜１．２・・・（２）
但し、
ｙ1は、撮像面上での最大像高、
ｙ0.7は、最大像高ｙ1の0,7倍、
ｙ1’は、無限遠の物体に対して第４レンズ群を移動させて無限遠合焦時から△ｓのデ
フォーカス量が生じたときの、無限遠合焦時にｙ1の像高に至る撮影画角と同じ画角の主
光線が撮像面と交わる位置の光線高、
ｙ0.7’は、無限遠の物体に対して第４レンズ群を移動させて無限遠合焦時から△ｓの
デフォーカス量が生じたときの、無限遠合焦時にｙ0.7の像高に至る撮影画角と同じ画角
の主光線が撮像面と交わる位置の光線高、
△ｓは、８＊最大像高ｙ1／１０００
であり、ｙ1、ｙ0.7、ｙ1’、ｙ0.7’、△ｓの単位は何れもｍｍである。

以下に、本発明のズームレンズにおいて、上記構成をとる理由と作用を説明する。

正屈折力のレンズ群を最も物体側に配置した正先行タイプのズームレンズを採用することで、変倍比の確保や望遠端での明るさの確保に有利となり、望遠ズームレンズとしての好ましいレンズ配置となる。主な変倍は第１−第２レンズ群間の間隔変化と第２−第３レンズ群間の間隔変化にて行うことができる。加えて、負屈折力の第４レンズ群を配置することにより、第１ないし第３レンズ群のサイズを小さくできる。そのため、小型で安価なズームレンズを構成することに有利となる。

本発明の構成は、小型の望遠ズームレンズに適している。従来技術のように、物体側より正・負・正の屈折力配置のズームレンズにて第２レンズ群をフォーカスレンズ群とすると、近距離での収差変動は補正し易いものとなる。しかしながら、フォーカスレンズ群の重量が大きいこと、第２レンズ群のフォーカス感度の変化が大きいこと、等を理由として駆動機構の制御が困難なものとなる。

したがって、ズームレンズのフォーカスレンズ群の高速駆動（さらには、動画撮影におけるウォブリング）を考慮したフォーカス方式を実現する必要があり、フォーカス群の軽量化が求められる。さらに、ズーミング状態におけるフォーカスレンズ群のフォーカス感度の変化を小さくするためには、第３レンズ群よりも像側にフォーカスレンズ群を配置するのが良いことが分かった。そこで、本発明では、正屈折力の第３レンズ群の像側に、負屈折力の第４レンズ群を配置し、第４レンズ群にてフォーカシング（さらには、ウォブリング）を行うようにしている。ズーミングに際し、第３レンズ群と第４レンズ群は一体的に移動させることも可能であるが、これらレンズ群の間隔を可変とすることで、ズーミングに伴う像面湾曲の変化を小さくすることが可能となる。

このような構成により、本発明のズームレンズは、従来のズームレンズと比べ、フォーカシング（さらには動画撮影中のウォブリング）時に、像倍率の変化を小さく成したものである。像倍率の変化量は、像の高さによっても異なるが、特定の像高のみでは不十分であり、画面全体で変化量を小さくしなければならない。

条件式（１）と（２）は、そのための条件式であり、デフォーカス量に対する像倍率変化量の条件を規定するものである。なお、デフォーカス量△ｓの値によっても異なるが、ここでは許容深度に相当するデフォーカス量で計算している。一般的に、許容深度はＦナンバー＊許容錯乱円径で表すことができるが、本発明では、Ｆナンバー＝８、許容錯乱円径＝最大像高（ｙ1）／１０００とした。

条件式（１）と（２）のどちらか一方だけを満たすことは、比較的容易であるが、本発明のように画面全体で変化量を小さくするためには、（１）と（２）の両式を満たす必要がある。また、両式を満足することで、これ以外の像高や焦点距離状態においても像倍率変化を小さく維持することができることが分かった。条件式（１）と（２）式の上限を上回ると、像倍率の変化量が大きくなり、好ましくない。

図１は、本発明のズームレンズについて、その条件式の定義を説明するための模式図である。説明の便宜上、第１から第４の各レンズ郡中のレンズ形状、枚数は簡略化して記載するとともに、ウォブリングを想定した第４レンズ群の移動量、光路は誇張して記載している。

本発明のズームレンズは、物体側から像側（撮像面）に向かって順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群にて構成されている。

図中、光線Ａは無限遠合焦時において、撮像面の最大像高（ｙ1）の位置に入射する主
光線を示している。また、光線Ｂは無限遠合焦時において、撮像面の最大像高（ｙ1）の
０．７倍（ｙ0.7）の位置に入射する主光線を示している。

本発明のズームレンズでは、第４レンズ群を移動させることでフォーカシング、あるいは、ウォブリングを行うことを特徴とするものである。図中、光線Ａ’は、第４レンズ群がフォーカシング、あるいは、ウォブリングにより移動したことで、撮像面よりもデフォーカス量ΔＳだけ離れた位置に結像した場合における主光線Ａの変位状態が示されている。

また、光線Ｂ’は、第４レンズ群がフォーカシング、あるいは、ウォブリングにより移動したことで、撮像面よりもデフォーカス量ΔＳだけ離れた位置に結像した場合における主光線Ｂの変位状態が示されている。なお、デフォーカス量ΔＳは、前述したように、８＊最大像高（ｙ1）／１０００としている。

この光線Ａ’が撮像面において結像する像高をｙ1’、光線Ｂ’が撮像面で結像する像
高をｙ0.7’と規定している。

負屈折力の第４レンズ群は軽量化やフォーカス感度の確保に有利となる。加えて、第４レンズ群を繰り出した際は、第４レンズ群と像面との間は大きくなるものの第４レンズ群での軸外での主光線の入射高は低くなり、撮像面上での倍率変化を相殺する関係となる。よって、第４レンズ群の移動に伴う倍率の変化を抑えやすくフォーカシング（更にはウォブリング）動作での倍率変化を抑えられる。特に、動画撮影を行う場合に有利となる。このように、第４レンズ群はフォーカシングのみならず、フォーカシング前に光軸方向にウォブリング移動するレンズ群としてもよい。

また、観察条件が厳しくなり、大画面のＴＶ等で観察されても良好な動画像を得るためには、広角端にて以下の条件式（１−１）および（２−１）を満足する事がより好ましい。

｜（１００＊（ｙ1’−ｙ1）／ｙ1）｜／△ｓ＜１．０・・・（１−１）
｜（１００＊（ｙ0.7’−ｙ0.7）／ｙ0.7）｜／△ｓ＜１．０・・・（２−１）

広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群は、広角端での位置よりも望遠端にて物体側へ位置するように移動し、第２レンズ群は、像側に移動した後、物体側に移動する移動軌跡を含んで移動することが好ましい。

このような構成を採用することで、広角端でのズームレンズ全長を小さくでき、それに付随して径方向も小さくでき変倍比の確保に有利となる。また、第２レンズ群を上述の移動とすることで、主たる変倍を第２レンズ群と第３レンズ群にて負担する際のバランスを調整でき、光学性能の向上に有利となる。

第４レンズ群は、正レンズ１枚と負レンズ１枚の２枚のレンズからなることが好ましい。

第４レンズ群の軽量化を図りつつ正レンズと負レンズにて相互に収差をキャンセルしあうことで第４レンズ群での諸収差の低減に有利となる。

また、第３レンズ群は、物体側から順に正屈折力の物体側サブレンズ群と、正屈折力の像側サブレンズ群からなり、物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群との間の光軸上の空気間隔が第３レンズ群中の空気間隔のうちで最大となるように物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群を配置し、
以下の条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。

０．８＜ｆ３ｆ／ｆ３ｒ＜１．８・・・（３）
０．１＜ｄＡ／ｆ３＜０．６・・・（４）
但し、
ｆ３ｆは、第３レンズ群中の物体側サブレンズ群の焦点距離、
ｆ３ｒは、第３レンズ群中の像側サブレンズ群の焦点距離、
ｄＡは、物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群に挟まれる空気間隔の光軸上距離、
ｆ３は、第３レンズ群の焦点距離、である。

条件式（３）は、物体側サブレンズ群の焦点距離と像側サブレンズ群の焦点距離の好ましい比率に関する。物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群にて第３レンズ群の屈折力を適度に負担することで、球面収差や軸外収差のバランス良い補正が可能になる。条件式（３）の下限０．８を下回らないように、物体側サブレンズ群の屈折力負担を適度に抑えることで、球面収差の発生を抑えやすくなる。また、条件式（３）の上限１．８を上回らないようにすることで、軸外コマ収差の発生を抑えやすくなる。

条件式（４）は、物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群の間の好ましい空気間隔距離に関する。条件式（３）と合わせて、物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群は適切な距離の空気間隔を挟む事が好ましい。条件式（４）の下限０．１を下回らないようにして空気間隔距離を確保することで物体側サブレンズ群と像側サブレンズ群での収差補正の役割を分担しやすくなり、特に軸外コマ収差の補正に有利となる。また、条件式（４）の上限０．６を上回らないようにすることで、第３レンズ群の全長が大きくなりすぎないようにすることが好ましい。

また、各レンズ群が以下の条件式（５）、（６）、（７）、（８）を満足することが好ましい。
２．０＜ｆ１／ｆｗ＜４．０・・・（５）
−１．０＜ｆ２／ｆｗ＜ −０．５・・・（６）
０．５＜ｆ３／ｆｗ＜１．０・・・（７）
−１．５＜ｆ４／ｆｗ＜ −０．５・・・（８）
但し、
ｆｗは、広角端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４は、それぞれ第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群の焦点距離、である。

条件式（５）は第１レンズ群の好ましい屈折力に関する。条件式（５）の下限２．０を下回らないように第１レンズ群の屈折力を適度に抑えることで、第１レンズ群中のレンズ枚数を抑えつつ収差補正を行いやすくなる。条件式（５）の上限４．０を上回らないように第１レンズ群の屈折力を確保することで、ズーミングに伴う第１レンズ群の移動量を低減でき、望遠端側での全長を小さくできる。

条件式（６）は第２レンズ群の好ましい屈折力に関する。条件式（６）の下限−１．０
を下回らないように第２レンズ群の屈折力を確保することで、ズーミングにおける第１レンズ群や第２レンズ群の移動量を小さくでき小型化に有利となる。条件式（６）の上限−０．５を上回らないように第２レンズ群の屈折力を抑えることで、第２レンズ群での収差補正が容易となる。

条件式（７）は第３レンズ群の好ましい屈折力に関する。条件式（７）の下限０．５を下回らないように第３レンズ群の屈折力を適度に抑えることで収差補正に有利となる。条件式（７）の上限１．０を上回らないように第３レンズ群の屈折力を確保することで小型化に有利となる。

条件式（８）は第４レンズ群の好ましい屈折力に関する。条件式（８）の下限−１．５を下回らないようにして第４レンズ群の屈折力を確保することで、フォーカシングにおける移動量を小さくでき小型化に有利となる。条件式（８）の上限−０．５を上回らないようにすることで、第４レンズ群の屈折力を適度に抑えることで、第４レンズ群での収差発生を小さくでき、少ないレンズ枚数でも収差補正が可能となる。

また、第３レンズ群中におけるレンズ同士の間の空気間隔が最大となる位置よりも物体側に明るさ絞りが配置されることが好ましい。

このような構成によれば、第３レンズ群におけるこの空気間隔の前側と後側で収差補正を分担できる。加えて、明るさ絞りをこの位置にすることで、第４レンズ群にてフォーカシングやウォブリングを行うために好ましい光線状態（第４レンズ群に入射する軸外の主光線の入射高や軸外の主光線と光軸とのなす角）となる。

さらに、明るさ絞りは、広角端から望遠端への変倍に際して第３レンズ群と一体で移動することが好ましい。このような構成によれば、第３レンズ群の径方向の小型化に有利となる。

また、第４レンズ群は、正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズの２枚のレンズ構成からなることが好ましい。このような構成は、第４レンズ群における色収差補正のための最小構成レンズ枚数であって、２枚のレンズを離して配置することにより、コマ収差等の補正に有利となる。

このとき、第４レンズ群は、以下の条件式（９）と（１０）を満足することが好ましい。
０＜ｎ４ｎ−ｎ４ｐ・・・（９）
１５＜ｖ４ｎ−ｖ４ｐ・・・（１０）
但し、
ｎ４ｐ、ｎ４ｎは、それぞれ、第４レンズ群中の正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズのｄ−ｌｉｎｅにおける屈折率、
ｖ４ｐ、ｖ４ｎは、それぞれ、第４レンズ群中の正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズのアッベ数、である。

条件式（９）を満たすように、負レンズの屈折率を高く設定することで、像面湾曲等の収差補正が良好に行える。また、条件式（１０）を満たすように、負レンズのアッベ数を大きく設定することで、色収差の良好な補正が可能となる。

また、撮像面の最大像高ｙ1は、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
８．０＜ｙ１＜２５．０・・・（１１）

条件式（１１）の下限８．０を下回らないようにして撮像面積を確保することで、高感度撮影時の信号ノイズを防ぎやすくなる。加えて、フォーカシング（更にはウォブリング）動作の移動量を大きくでき、制御が容易となる。また、条件式（１１）の上限２５．０を上回らないようにして撮像面積の増大を防ぐことで、ズームレンズの大型化を抑えやすくなる。加えて、フォーカシング（更にはウォブリング）動作するレンズも小さくなり、その動作時の電力消費を抑えやすくなる。

また、本発明は正レンズ群が先行するタイプのズームレンズであり、変倍比の確保に有利となる。シェーディング低減のためには、負屈折力の第４レンズ群を像面から適度に離せるスペックとするのがよくズームレンズが以下の条件式（１２）、（１３）を満足することが好ましい。

３．３＜ｆｔ／ｆｗ＜５．５・・・（１２）
１０°＜ ωｗ＜２０° ・・・（１３）
但し、
ｆｗは、広角端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ｆｔは、望遠端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ωｗは、広角端無限遠合焦時の最大半画角、である。

これらは、レンズ構成を用いる場合の好ましいズームレンズのスペックを特定するものである。条件式（１２）は好ましい変倍比を特定するものである。下限３．３を下回らないように変倍比を確保することでさまざまな撮影シーンに対応でき好ましい。上限５．５を上回らないようにすることで、収差変動の低減や望遠端での明るさの確保に有利となる。

条件式（１３）は好ましい広角端での半画角を特定するものである。下限１０°を下回らないように画角を確保することでさまざまな撮影シーンに対応可能となる。また、上限２０°を上回らないように画角を適度に抑えることで、シェーディングの低減に有利となる。

上述のいずれかに記載のズームレンズと撮像素子とを備えた撮像装置としてもよい。

なお、上述の各構成にて、定義で示していない場合は無限遠合焦時での構成とする。また、上述の構成の複数を同時に満足することがより好ましい。

各条件式では、上限値または下限値を更に以下のようにすることがより好ましい。このような上限値または下限値を採用することで、上述の効果をさらに高めることが可能となる。

条件式（１）、（１−１）について
上限値を０．８、更には０．７とすることがより好ましい。

条件式（２）、（２−１）について
上限値を０．８、更には０．７とすることがより好ましい。

条件式（３）について
下限値を０．９とすることがより好ましい。
上限値を１．４、更には１．２とすることがより好ましい。

条件式（４）について
下限値を０．３とすることがより好ましい。
上限値を０．５とすることがより好ましい。

条件式（５）について
下限値を３．０とすることがより好ましい。
上限値を３．５とすることがより好ましい。

条件式（６）について
下限値を−０．９とすることがより好ましい。
上限値を−０．６５とすることがより好ましい。

条件式（７）について
下限値を０．６５とすることがより好ましい。
上限値を０．８とすることがより好ましい。

条件式（８）について
下限値を−１．３さらには−１．０とすることがより好ましい。
上限値を−０．７さらには−０．９とすることがより好ましい。

条件式（９）について
下限値を０．００５とすることがより好ましい。
レンズ材料の入手のし易さから上限値を０．７を設けてもよい。

条件式（１０）について
下限値を１５．２とすることがより好ましい。
レンズ材料の入手のし易さから上限値を６０を設けることとしてもよい。

条件式（１１）について
下限値を１０．０とすることがより好ましい。
上限値を２０．０、さらには１５．０とすることがより好ましい。

本発明によれば、小型で動画撮影に適したズームレンズおよび撮像装置を提供できる。

本発明のズームレンズにおける条件式の定義を説明するための模式図。本発明の実施例１のズームレンズを展開して光軸に沿ってとった断面図。本発明の実施例２のズームレンズを展開して光軸に沿ってとった断面図。本発明の実施例１のズームレンズの収差図。本発明の実施例１のズームレンズの収差図。本発明の実施例２のズームレンズの収差図。本発明の実施例２のズームレンズの収差図。本発明のズームレンズを交換レンズとして用いた撮像装置の断面図。本発明のデジタルカメラの外観を示す前方斜視図。本発明のデジタルカメラの外観を示す後方斜視図。本発明のデジタルカメラの制御構成を示すブロック図。

本発明の実施例１、実施例２のズームレンズについて図を用いて説明する。図２、図３は、本発明の実施例１、実施例２のズームレンズを展開して光軸に沿ってとった断面図で
ある。各図において（ａ）は広角端（ＷＥ）、（ｂ）は中間状態（ＳＴ）、（ｃ）は望遠端（ＴＥ）を示している。

［実施例１］
図２は、実施例１のズームレンズの断面図である。実施例１のズームレンズは、図に示すように物体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４にて構成されている。図中、Ｉは像面、Ｃはカバーガラスを示している。

第１レンズ群Ｇ１は、正レンズと負メニスカスレンズの接合レンズからなる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に順に、負レンズと、正レンズと、負レンズと、からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側に順に、絞りＳ、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズからなる前群ユニットＧ３ｆと、負レンズ、正レンズ、正レンズからなる後群ユニットＧ３ｂと、からなる。

第４レンズ群Ｇ４は、像側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、負レンズと、からなる。

この実施例１のズームレンズの動作について説明する。ズーム動作において、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ独立して移動する。フォーカス動作、ウォブリング動作は、第４レンズ群Ｇ４にて行われる。無限から近距離へのフォーカスに際し、第４レンズ群Ｇ４は像側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、広角端から望遠端までの変倍時、第２レンズ群Ｇ２との間隔を拡大しつつ、物体側に移動する。

第２レンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端への変倍時、物体側に凹な軌跡を描くように移動するとともに、第３レンズ群Ｇ３との間隔を縮小するように移動する。

第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端への変倍時、第４レンズ群Ｇ４との間隔が拡大したのち縮小するように移動する。

第４レンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端への変倍時、物体側へと移動する。

［実施例２］
図３は、実施例２のズームレンズの断面図である。実施例２のズームレンズは、図に示すように物体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３、負屈折力の第４レンズ群Ｇ４にて構成されている。図中、Ｉは像面、Ｃはカバーガラスを示している。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、負レンズと、からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側に順に、絞りＳ、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズからなる前群ユニットＧ３ｆと、負レンズ、正レンズ、正レンズからなる後
群ユニットＧ３ｂと、からなる。

この実施例２のズームレンズの動作について説明する。ズーム動作において、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４は、それぞれ独立して移動する。フォーカス動作、ウォブリング動作は、第４レンズ群Ｇ４にて行われる。無限から近距離へのフォーカスに際し、第４レンズ群Ｇ４は像側へ移動する。

［数値実施例］
以下に上記実施例１、実施例２の各種数値データ（面データ、可変間隔データ、各種データ１、各種データ２）を示す。

面データには、面番号毎に各レンズ面（光学面）の曲率半径ｒ、面間隔ｄ、各レンズ（光学媒質）のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率ｎｄ、各レンズ（光学媒質）のｄ線のアッベ数νｄが示されている。曲率半径ｒ、面間隔ｄの単位はいずれもミリメートル（ｍｍ）である。面データ中、面番号の右側に付されたアスタリスク“＊”は、そのレンズ面が非球面形状であることを、また、曲率半径に記載する“∞”は、無限大であることを示している。

各種データ１には、広角端（ＷＥ）、中間（ＳＴ）、望遠端（ＴＥ）における各種ズームデータが示されている。ズームデータとしては、焦点距離、Ｆナンバー（Ｆno）、画角（２ω）、像高、バックフォーカス（ＢＦ）、可変する面間隔ｄが示されている。各種データ２には、第１〜第４レンズ群における焦点距離ｆ１〜ｆ４が示されている。

［数値実施例１］
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 87.805 5.000 1.51633 64.14
2 -87.805 2.100 1.78472 25.68
3 -178.563 d3（可変）
4 107.059 1.130 1.72916 54.68
5 18.723 1.247
6 19.754 2.205 1.84666 23.78
7 40.830 1.481
8 -47.239 1.020 1.78800 47.37
9 340.768 d9（可変）
10（絞り） ∞ 0.900
11 36.669 2.276 1.49700 81.54
12 -101.134 0.150
13 26.352 3.170 1.48749 70.23
14 -39.131 1.200 1.91082 35.25
15 401.570 10.124
16 -40.884 0.950 1.83400 37.16
17 33.793 1.277
18 63.406 2.973 1.60311 60.64
19 -25.058 0.150
20 35.694 2.290 1.77250 49.60
21 -128.815 d21（可変）
22 -37.415 1.700 1.59270 35.31
23 -22.381 4.700
24 -19.390 1.000 1.60311 60.64
25 86.781 d25（可変）
26 ∞ 4.000 1.51633 64.14
27 ∞ 0.800
像面 ∞

各種データ１
ＷＥＳＴＴＥ
焦点距離 40.804 77.526 147.015
Ｆno 4.08 4.45 5.87
２ω（゜） 30.41 15.69 8.30
像高 10.82 10.82 10.82
ＢＦ 22.819 26.667 49.994
d3 0.800 36.336 60.036
d9 19.251 5.300 1.022
d21 10.473 10.957 2.294
d25 19.380 23.228 46.555

各種データ２
ｆ１ 139.30
ｆ２ -35.21
ｆ３ 29.05
ｆ４ -38.89

［数値実施例２］
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 88.502 5.100 1.51633 64.14
2 -69.916 2.100 1.80518 25.42
3 -130.441 d3（可変）
4 89.512 1.500 1.72916 54.68
5 15.466 2.650 1.80810 22.76
6 30.504 2.010
7 -30.352 1.020 1.77250 49.60
8 -327.681 d8（可変）
9（絞り） ∞ 1.000
10 34.760 2.468 1.49700 81.54
11 -83.968 0.200
12 23.409 3.514 1.48749 70.23
13 -38.261 1.150 1.90366 31.32
14 197.372 12.654
15 -94.069 0.980 1.72342 37.95
16 24.369 1.644
17 61.320 2.598 1.60311 60.64
18 -39.599 0.200
19 26.200 2.689 1.77250 49.60
20 -284.030 d20（可変）
21 -40.239 1.680 1.67270 32.10
22 -24.829 5.000
23 -22.056 1.000 1.74100 52.64
24 153.489 d24（可変）
25 ∞ 4.000 1.51633 64.14
26 ∞ 0.800
像面 ∞

各種データ１
ＷＥＳＴＴＥ
焦点距離 40.800 77.523 147.004
Ｆno 4.08 4.56 5.91
２ω（゜） 30.79 15.83 8.33
像高 10.82 10.82 10.82
ＢＦ 22.951 28.633 49.431
d3 1.200 33.640 54.683
d8 15.853 6.439 2.100
d20 9.224 9.389 2.516
d24 19.513 25.195 45.993

各種データ２
ｆ１ 127.83
ｆ２ -28.11
ｆ３ 28.72
ｆ４ -38.15

図４、図６は、実施例１、実施例２における（ａ）広角端（ＷＥ）、（ｂ）中間（ＳＴ）、（ｃ）望遠端（ＴＥ）での無限物点における諸収差図である。また、図５、図７は、実施例１、実施例２における（ａ）広角端（ＷＥ）、（ｂ）中間（ＳＴ）、（ｃ）望遠端（ＴＥ）での撮影距離０．９ｍにおける諸収差図である。

これら諸収差図において、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す。球面収差ＳＡは、５８７．６ｎｍ（ｄ線：実線）、４３５．８ｎｍ（ｇ線：破線）、６５６．３ｎｍ（Ｃ線：点線）の各波長について示されている。また、倍率色収差ＣＣは、ｄ線を基準としたときの４３５．８ｎｍ（ｇ線：破線）、６５６．３ｎｍ（Ｃ線：点線）の各波長について示されている。また、非点収差ＤＴは、実線がサジタル像面、破線がメリジオナル像面のものを示している。なお、ＦＮＯはＦナンバーを、ＦＩＹは最大像高を示す。

上記実施例１、実施例２について、各条件式（１）〜（１３）の値を下記に示しておく
。

実施例１実施例２
条件式（１） 0.66 0.78
条件式（２） 0.65 0.76
条件式（３） 0.95 0.95
条件式（４） 0.35 0.44
条件式（５） 3.41 3.13
条件式（６） -0.86 -0.69
条件式（７） 0.71 0.70
条件式（８） -0.95 -0.94
条件式（９） 0.010 0.068
条件式（１０） 25.30 20.50
条件式（１１） 10.82 10.82
条件式（１２） 3.60 3.60
条件式（１３） 15.21 15.40

図８は、本発明のズームレンズを用い、撮像素子として小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳなどを用いた撮像装置としての一眼ミラーレスカメラの断面図である。図８において、１は一眼ミラーレスカメラ、２は鏡筒内に配置された撮像レンズ系、３は撮像レンズ系２を一眼ミラーレスカメラ１に着脱可能とする鏡筒のマウント部であり、スクリュータイプやバヨネットタイプ等のマウントが用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを使用している。また、４は撮像素子面、５はバックモニタである。

このような構成の一眼ミラーレスカメラ１の撮像レンズ系２として、例えば上記実施例１、２に示した本発明のズームレンズが用いられる。

図９、図１０は、ズームレンズを撮影光学系４１に組み込んだ、本発明に係る撮像装置の構成の概念図を示す。図９は撮像装置としてのデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１０は同背面斜視図である。

この実施形態のデジタルカメラ４０は、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、シャッターボタン４５、液晶表示モニタ４７等を含み、デジタルカメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のズームレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が結像面近傍に設けられた撮像素子（光電変換面）上に形成される。この撮像素子で受光された物体像は、処理手段によって電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニタ４７に表示される。また、撮影された電子画像は記録手段に記録することができる。

図１１は、デジタルカメラ４０の主要部の内部回路を示すブロック図である。なお、以下の説明では、前述した処理手段５１は、例えば、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一時記憶メモリ１７、画像処理部１８等で構成され、記憶手段５２は、記憶媒体部等で構成される。

図１１に示されるように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定
情報記憶メモリ部２１は、バス２２を介して相互にデータの入力、出力が可能とされている。また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。

操作部１２は、各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する。制御部１３は、例えばＣＰＵなどからなる中央演算処理装置であって、不図示のプログラムメモリを内蔵し、プログラムメモリに格納されているプログラムに従って、デジタルカメラ４０全体を制御する。

ＣＣＤ４９は、撮像駆動回路１６により駆動制御され、撮像光学系４１を介して形成された物体像の画素ごとの光量を電気信号に変換し、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力される電気信号を増幅し、かつ、アナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力されるＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一時記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３にて指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記憶媒体を着脱自在に装着して、これらのフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する。

表示部２０は、液晶表示モニタ４７などにて構成され、撮影したＲＡＷデータ、画像データや操作メニューなどを表示する。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、操作部１２の入力操作によってＲＯＭ部から読み出された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。

このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮像光学系４１として本発明のズームレンズを採用することで、小型で動画撮像に適した撮像装置とすることが可能となる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…レンズ交換式カメラ
２…撮像レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一時記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４５…シャッターボタン
４７…液晶表示モニタ

Claims

撮像素子の撮像面側に配置されるズームレンズであって、
物体体側から像側に順に、
正屈折力の第１レンズ群、
負屈折力の第２レンズ群、
正屈折力の第３レンズ群、
負屈折力の第４レンズ群からなり、
広角端から望遠端への変倍の際に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に挟まれる間隔が狭まり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群に挟まれる間隔が広がると共に各レンズ群に挟まれる間隔が変化し、
無限遠合焦状態から至近距離合焦状態へのフォーカシングに際して、前記第４レンズ群が光軸方向に移動し、
広角端にて以下の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする
ズームレンズ。
｜（１００＊（ｙ1’−ｙ1）／ｙ1）｜／△ｓ＜１．２・・・（１）
｜（１００＊（ｙ0.7’−ｙ0.7）／ｙ0.7）｜／△ｓ＜１．２・・・（２）
但し、
ｙ1は、前記撮像面上での最大像高、
ｙ0.7は、前記最大像高ｙ1の0,7倍、
ｙ1’は、無限遠の物体に対して前記第４レンズ群を移動させて無限遠合焦時から△ｓ
のデフォーカス量が生じたときの、無限遠合焦時に前記ｙ1の像高に至る撮影画角と同じ
画角の主光線が前記撮像面と交わる位置の光線高、
ｙ0.7’は、無限遠の物体に対して前記第４レンズ群を移動させて無限遠合焦時から△
ｓのデフォーカス量が生じたときの、無限遠合焦時に前記ｙ0.7の像高に至る撮影画角と
同じ画角の主光線が前記撮像面と交わる位置の光線高、
△ｓは、８＊最大像高ｙ1／１０００
であり、ｙ1、ｙ0.7、ｙ1’、ｙ0.7’、△ｓの単位は何れもｍｍである。
前記第４レンズ群は、前記フォーカシング前に光軸方向にウォブリング移動することを特徴とする
請求項１記載のズームレンズ。
広角端にて以下の条件式（１−１）、（２−１）を満足することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のズームレンズ。
｜（１００＊（ｙ1’−ｙ1）／ｙ1）｜／△ｓ＜１．０・・・（１−１）
｜（１００＊（ｙ0.7’−ｙ0.7）／ｙ0.7）｜／△ｓ＜１．０・・・（２−１）
広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群は、広角端での位置よりも望遠端にて物体側へ位置するように移動し、前記第２レンズ群は、像側に移動した後、物体側に移動する移動軌跡を含んで移動することを特徴とする
請求項１乃至請求項３の何れかに記載のズームレンズ。
前記第４レンズ群は、正レンズ１枚と負レンズ１枚の２枚のレンズからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群は、物体側から順に正屈折力の物体側サブレンズ群と、正屈折力の像側サブレンズ群からなり、
前記物体側サブレンズ群と前記像側サブレンズ群との間の光軸上の空気間隔が前記第３
レンズ群中の空気間隔のうちで最大となるように前記物体側サブレンズ群と前記像側サブレンズ群を配置し、
以下の条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のズームレンズ。
０．８＜ｆ３ｆ／ｆ３ｒ＜１．８・・・（３）
０．１＜ｄＡ／ｆ３＜０．６・・・（４）
但し、
ｆ３ｆは、前記第３レンズ群中の前記物体側サブレンズ群の焦点距離、
ｆ３ｒは、前記第３レンズ群中の前記像側サブレンズ群の焦点距離、
ｄＡは、前記物体側サブレンズ群と前記像側サブレンズ群に挟まれる空気間隔の光軸上距離、
ｆ３は、前記第３レンズ群の焦点距離、である。
以下の条件式（５）、（６）、（７）、（８）を満足することを特徴とする
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のズームレンズ。
２．０＜ｆ１／ｆｗ＜４．０・・・（５）
−１．０＜ｆ２／ｆｗ＜ −０．５・・・（６）
０．５＜ｆ３／ｆｗ＜１．０・・・（７）
−１．５＜ｆ４／ｆｗ＜ −０．５・・・（８）
但し、
ｆｗは、広角端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４は、それぞれ前記第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群の焦点距離、である。
前記第３レンズ群中におけるレンズ同士の間の空気間隔が最大となる位置よりも物体側に明るさ絞りが配置されることを特徴とする
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のズームレンズ。
前記明るさ絞りは、広角端から望遠端への変倍に際して前記第３レンズ群と一体で移動することを特徴とする
請求項８記載のズームレンズ。
前記第４レンズ群は、正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズの２枚のレンズ構成からなることを特徴とする
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のズームレンズ。
前記第４レンズ群は、以下の条件式（９）と（１０）を満足することを特徴とする
請求項１０に記載のズームレンズ。
０＜ｎ４ｎ−ｎ４ｐ・・・（９）
１５＜ｖ４ｎ−ｖ４ｐ・・・（１０）
但し、
ｎ４ｐ、ｎ４ｎは、それぞれ、前記第４レンズ群中の前記正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズのｄ−ｌｉｎｅにおける屈折率、
ｖ４ｐ、ｖ４ｎは、それぞれ、前記第４レンズ群中の前記正屈折力のメニスカス単レンズと負屈折力の単レンズのアッベ数、である。
前記撮像面の最大像高ｙ1は、以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のズームレンズ。
８．０＜ｙ１＜２５．０・・・（１１）
以下の条件式（１２）、（１３）を満足することを特徴とする
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のズームレンズ。
３．３＜ｆｔ／ｆｗ＜５．５・・・（１２）
１０°＜ ωｗ＜２０° ・・・（１３）
但し、
ｆｗは、広角端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ｆｔは、望遠端無限遠合焦時のズームレンズ全系焦点距離、
ωｗは、広角端無限遠合焦時の最大半画角、である。
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のズームレンズと、
前記撮像素子と、を備えたことを特徴とする
撮像装置。