JP4096151B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、主として、民生用のビデオカメラ及び静止画ビデオカメラに使用されるズームレンズにおいて、一部の構成を変えるだけで、異なる画面寸法を有する撮像素子に略等しい画角で対応できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、特に静止画ビデオカメラ（デジタルスチルカメラ）においては、撮像素子の有効画素数が撮影画像の画質を決めるための支配的な要因になっている。また、撮像素子の画素ピッチはノイズや感度等の性能を満たす条件から決められる。
【０００３】
従って、撮像素子において、画面寸法が同じままで画素数を増やす場合には、必然的に画素ピッチを狭くせざるを得ないが、画素ピッチは極端に狭くすることができないので、限界がある。従って、撮影画像の画質を上げるために、より画素数の多い撮像素子が必要な場合には、画面寸法の大きなものを用いることになる。
【０００４】
しかし、画面寸法が大きな撮像素子を使用すると、コストが高くなるという問題があった。また、全てのユーザが必ずしも最大限の画素数を有するものを必要するとは限らないので、静止画ビデオカメラの商品ラインアップとしては、画素数が異なる撮像素子を使用した複数の機種を用意することが要求されている。
【０００５】
ところで、上記したような画素ピッチの問題によって、撮像素子では、画素数が異なると画面寸法も異なってしまうので、画素数が異なる撮像素子を使用した複数の機種を商品ラインアップに有する静止画ビデオカメラでは、異なる撮像素子の画面寸法に合った複数の撮像レンズを用意しなければならないことになるが、これら複数の撮像レンズにそれぞれ要求される画角や変倍比はあまり変わらない場合が多い。そして、新規に撮像レンズを開発し、量産化するには、人員、設備等の投資に多額の費用と長い期間を要する。
【０００６】
そこで、撮像素子の多少の画面寸法の違いを吸収することができる撮像レンズがあれば、そのための多少の追加部品が必要でも、複数の撮像レンズを開発、量産化するよりも有利な場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような撮像素子の多少の画面寸法の違いを吸収することができる技術、即ち、焦点距離の変換手段としては、従来、所謂１眼レフカメラにおいて、交換レンズ（主レンズ系）とカメラボディとの間に負レンズ群を挟んで、主レンズ系の焦点距離を拡大するテレコンバージョンレンズがあった。
【０００８】
しかし、このようなテレコンバージョンレンズは、主レンズ系を画角の狭い望遠レンズに変換する手段であって、画角を変えずに画面寸法を拡大又は縮小するものではない。また、上記テレコンバージョンレンズは、主レンズ系とカメラボディとの間に挟み込まれる構造のものであるので、テレコンバージョンレンズの長さだけレンズ系の全長が長くなってしまうという問題があった。
【０００９】
また、レンズ系の全長を変えずに、焦点距離を変換する手段として、主に業務用のビデオカメラで使用されている、所謂内蔵エクステンダー付ズームレンズがある。これは、テレコンバージョンレンズをズームレンズに内蔵させて、レンズ系の全長が延びるのを避けたものである。
【００１０】
しかし、上記内蔵エクステンダー付ズームレンズも、上記１眼レフカメラのテレコンバージョンレンズと同様に、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することはできない。
【００１１】
以上に記載したような従来技術で、ズームレンズで焦点距離を変換しようとすると、焦点距離を長くすることでしか対応できないので、必然的にＦナンバーが大きくなってしまい、また、負の屈折力を有するコンバージョンレンズを使用した場合では、レンズ全系の全長が長くなってしまう。
【００１２】
ところで、従来、５群ズームレンズとしては、物体側より順に、正、負、正、正、正の屈折力配置を有し、第２レンズ群と第４レンズ群とが可動にされた、特許公報第２７１９８３９号に記載されたもがあり、４群ズームレンズとしては、物体側より順に、正、負、正、正の屈折力配置を有し、第２レンズ群と第４レンズ群が可動にされた、特許公報第２７４６１５５号に記載されたものがあった。
【００１３】
そこで、特許公報第２７１９８３９号に記載された５群ズームレンズにおいて、第５レンズ群を取り去ることによって、特許公報第２７４６１５５号に記載のズームレンズのような４群構成にして、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することができないかを考えてみた。上記特許公報第２７１９８３９号に記載されたズームレンズにおける第５レンズ群の主な役割は、小型化に伴って射出瞳が像面に近づいてしまうのを回避することと、非球面によって収差を良好に補正することである。
【００１４】
しかし、特許公報第２７１９８３９号に記載された５群ズームレンズにおいては、第５レンズ群がレンズ全系の収差補正に深く関わっているために、第５レンズ群を取り去って、特許公報第２７４６１５５号に記載の４群ズームレンズのように物体側より順に、正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成に変更すると、収差補正のバランスが崩れて光学性能が悪化してしまう。従って、特許公報第２７１９８３９号に記載されたズームレンズでは、５群構成の場合と４群構成の場合とで構成レンズを共用することはできない。
【００１５】
更に、特許公報第２７４６１５５号に記載されたような４群ズームレンズに、正の屈折力を有する第５レンズ群を付加すると、焦点距離を短くし、Ｆナンバーを大きくしないで画面寸法を小さくすることができるが、レンズ全系の全長が短くなり易い。レンズ全系の全長が短くなってしまうと、鏡筒構造を新たに設計しなければならず、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するということは不可能である。
【００１６】
更にまた、３５ｍｍ判１眼レフカメラのカメラボディ及び撮像レンズを基本にして、３５ｍｍ判の画面サイズをフィールドレンズとリレーレンズとによって、画面寸法の小さい撮像素子状に結像させるようにした静止画ビデオカメラがある。
【００１７】
しかし、上記リレーレンズ系を使用して画面寸法を変換する手段では、リレーレンズ系が極めて大きく、また、主レンズ系のＦナンバーが、リレーレンズ系で制限されてしまうため、主レンズ系のＦナンバーが小さくて明るい場合であっても、全体として、暗くなってしまうという問題があった。しかも、全体的に暗くなってしまう。そして、このリレーレンズ系を使用した場合でも、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することは不可能である。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑み、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更する手段を得ることを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群が光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群が光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を、物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０、０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８、０．７５＜β５＜０．９、ν５２＜ν５１の各条件を満足すると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、上記第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系を構成し、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたものである。
【００２０】
従って、第５レンズ群を取り去ることによって第１の変倍光学系の焦点距離を変更するだけで、画角を変えずに画面寸法のみが変更された第２の変倍光学系が構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明ズームレンズの概要を説明する。
【００２２】
本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群が光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群が光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を、物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、
１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０（条件式１）、
０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８（条件式２）、
０．７５＜β５＜０．９（条件式３）、
ν５２＜ν５１（条件式４）
の各条件を満足すると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系を構成でき、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたことを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明ズームレンズの具体的な構成としては、第１レンズ群を、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズによって構成し、第２レンズ群を、物体側より順に、凹レンズ及び両凹レンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群を、凸単レンズによって構成し、第４レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、上記第３レンズ群内の１面と第５レンズ群の最も像側の面を非球面によって構成し、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５２を第５レンズ群の接合面の曲率半径、ｎ５１を第５レンズ群の凸レンズのｄ線における屈折率、ｎ５２を第５レンズ群の両凹レンズのｄ線における屈折率とすると、
０．１２＜｜Ｙ１／ｒ５２｜＜０．１８（条件式６）、
ｎ５１＜ｎ５２（条件式７）
の各条件を満足するようにしたものである。
【００２５】
次に、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係わるズームレンズ１を示すものである。ズームレンズ１における第１の変倍光学系２を図１に示し、第２の変倍光学系１Ｂを図２に示す。
【００２７】
上記ズームレンズ１は、５群構成のレンズ群を有する。第１レンズ群ＧＲ１は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１と両凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３によって構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４及び両凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズＬ６との接合レンズによって構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、凸レンズの第７レンズＬ７と、凹レンズの第８レンズＬ８とによって構成さる。第４レンズ群ＧＲ４は、両凸レンズの第９レンズＬ９と物体側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１０レンズＬ１０との接合レンズによって構成される。第５レンズ群Ｌ５は、凸レンズの第１１レンズと両凹レンズである第１２レンズＬ１２との接合レンズによって構成される。上記第７レンズＬ７の物体側の面と第９レンズＬ９の物体側の面は共に、非球面によって構成されている。
【００２８】
そして、上記ズームレンズ１において、第１レンズ群ＧＲ１乃至第５レンズ群ＧＲ５によって、第１の変倍光学系１Ａが構成され、また、上記第１の変倍光学系１Ａから第５レンズ群ＧＲ５を取り去ると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって第２の変倍光学系１Ｂが構成される。
【００２９】
尚、上記ズームレンズ１において、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＳＴＰが配置されると共に、第１の変倍光学系１Ａの第５レンズ群ＧＲ５と第１の撮像素子ＩＭＧ１との間及び第２の変倍光学系１Ｂの第４レンズ群ＧＲ４と第２の撮像素子ＩＭＧ２との間には、それぞれ、ローパスフィルタ、赤外線吸収フィルタ、撮像素子のカバーガラス等のフィルタＦＬが配置されている。
【００３０】
上記第５レンズ群ＧＲ５は、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって構成される第２の変倍光学系に対し、全長と画角とを略変えることなく、撮像面の画面寸法を０．８４倍にする効果を奏するものである。
【００３１】
ここで、レンズ系の全長を殆ど変えることなく、焦点距離を短縮させる手段について説明する。
【００３２】
即ち、図１７の（ａ）に示すように、焦点ｆ１を有する主レンズ系ＭＬのバックフォーカス中に正レンズ系ＡＬを付加して焦点距離を短縮すると、ｆ１の位置であった焦点が、主レンズ系ＭＬと正レンズ系ＡＬとの合成系によって物体側に移動してｆ２の位置になるため、全長は短くなる。また、図１７の（ｂ）に示すように、主レンズ系ＭＬのバックフォーカス中に、平行平面ガラスＰＳを付加すると、これらの合成によって焦点距離は変わらず、ｆ１の位置であった焦点が像側に移動してｆ２の位置になるため、全長は長くなる。
【００３３】
そこで、本発明ズームレンズにおいては、図１７の（ａ）及び（ｂ）の性質を併せ持つように、第５レンズ群ＧＲ５を構成すれば、第５レンズ群ＧＲ５の有無に係わらず、全長を変えないで、焦点距離を変更させる構成が成り立つことになる。
【００３４】
条件式１は、第５レンズ群ＧＲ５を、図１７の（ａ）及び（ｂ）の性質を併せ持つようにする為の条件を規定するものである。Ｌｅ５／Ｙ１の値が下限を越えると、図１７の（ａ）の状態に近づいて、ズームレンズ１の全長が短くなってしまう。また、Ｌｅ５／Ｙ１の値が上限を超えると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４から成る第２の変倍光学系１Ｂのバックフォーカスの範囲内に第５レンズ群ＧＲ５を配置するのが困難になる。
【００３５】
条件式２は、第５レンズ群ＧＲ５の最も物体側の面に適度な正の屈折力を持たせて、レンズ全系の焦点距離の短縮と、全長を不変に保つこととのバランスを取るための条件を規定するものである。Ｙ１／ｒ５１の値が上限を超えると、曲率半径ｒ５１を有する第５レンズ群ＧＲ５の最も物体側の面の正の屈折力が強く成り過ぎて、ズームレンズ１の全長を不変にすることが困難になる。また、Ｙ１／ｒ５１の値が下限を越えると、第５レンズ群ＧＲ５の最も像側の面が凸面になってレンズ全系の全長が長くなり過ぎるか、第５レンズ群ＧＲ５の接合面に正の屈折力が集中してコマ収差と像面湾曲の補正が困難になってしまう。
【００３６】
条件式３は、第１の変倍光学系１Ａと第２の変倍光学系１Ｂとにおける撮像素子の画面寸法の変倍倍率に関する条件を規定するものである。β５の値が下限を越えると、第５レンズ群ＧＲ５から発生する像面湾曲を補正することが困難になってしまい、また、画面寸法の小さい第１の撮像素子ＩＭＧ１に対して新規に最適化して設計した別のズームレンズに比べて、ズームレンズ１が大きくなり過ぎるため商品価値が無くなってしまう。β５の値が上限を超えると、撮像素子の画面寸法の違いによる画角への影響が１割以下になって、第５レンズ群ＧＲ５を用いてまで第１の変倍光学系１Ａと第２の変倍光学系１Ｂとで画角を正確に合わせる必要がなくなる。
【００３７】
条件式４は、色収差の補正に関する条件を規定するものである。ここで、正の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が、単レンズであると仮定すると、軸上色収差が補正不足の側に増大してしまう。これを補正するためには、凸レンズを低分散、凹レンズを高分散にしなければならない。
【００３８】
第５レンズ群ＧＲ５が、上記のような構成（凸レンズを低分散、凹レンズを高分散とする）、即ち、条件式４を満足する構成を採ることによって、第５レンズ群ＧＲ５から発生する収差を殆ど押さえ込むことができるようになる。しかし、入射光束径が小さくなった位置に配置される第５レンズ群ＧＲ５では、球面収差の補正に関する設計の自由度がほとんど無い。また、第１レンズ群ＧＲ１の入射光束径をそのままで、レンズ全系の焦点距離を縮めると、Ｆナンバーが小さくなってしまい、球面収差がアンダー側に増大してしまうことになる。そこで、第１の変倍光学系１ＡのＦナンバーは、第２の変倍光学系１ＢのＦナンバーよりも小さくならないように、絞りの開放径を変更することが望ましい。
【００３９】
以上の条件式１乃至条件式４が、画面寸法変換に関わる第５レンズ群ＧＲ５の構成に関する条件を規定するものであるが、第５レンズ群ＧＲ５の有無に係わらず良好な収差補正を達成するためには、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４から成る第２の変倍光学系１Ｂが十分に良好な性能を持っていなければならない。特に重要な収差補正を実現する上では、条件式５が重要である。
【００４０】
条件式５は、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３による光線の径の縮小倍率と、第３レンズ群ＧＲ３の長さ、即ち、第３レンズ群ＧＲ３の最も物体側の面から最も像側の面までの距離との比率を規定するものである。（Ｄｉ−Ｄｏ）／（Ｄｉ・Ｌｅ３）の値が下限を越えると、第３レンズ群ＧＲ３の全長が長くなってしまい、逆に、（Ｄｉ−Ｄｏ）／（Ｄｉ・Ｌｅ３）の値が上限を超えると、第３レンズ群ＧＲ３を構成する各レンズのパワーが強くなってしまうと共に、偏心に対する許容量が小さくなって製造が困難になる。
【００４１】
図９及び図１０は、本発明の第２の実施の形態に係わるズームレンズ１０を示すものである。ズームレンズ１０における第１の変倍光学系１０Ａを図９に示し、第２の変倍光学系１０Ｂを図１０に示す。
【００４２】
上記ズームレンズ１０は、上記ズームレンズ１と同様に、５群構成のレンズ群を有する。第１レンズ群ＧＲ１は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１と凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３によって構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４及び両凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズとの接合レンズによって構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、凸レンズの第７レンズＬ７によって構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第８レンズＬ８と両凸レンズの第９レンズＬ９との接合レンズによって構成される。第５レンズ群ＧＲ５は、両凸レンズの第１０レンズＬ１０と両凹レンズの第１１レンズＬ１１との接合レンズによって構成される。上記第７レンズＬ７の像側の面と第１０レンズＬ１０の物体側の面は共に、非球面によって構成される。
【００４３】
そして、上記ズームレンズ１０においても、第１レンズ群ＧＲ１乃至第５レンズ群ＧＲ５によって、第１の変倍光学系１０Ａが構成され、また、上記第１の変倍光学系１０Ａから第５レンズ群ＧＲ５を取り去ると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって第２の変倍光学系１０Ｂが構成される。
【００４４】
また、上記ズームレンズ１０において、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＳＴＰが配置されると共に、第１の変倍光学系１０Ａの第５レンズ群ＧＲ５と第１の撮像素子ＩＭＧ１との間及び第２の変倍光学系１０Ｂの第４レンズ群ＧＲ４と第２の撮像素子ＩＭＧ２との間には、それぞれ、ローパスフィルタ、赤外線吸収フィルタ、撮像素子のカバーガラス等のフィルタＦＬが配置されている。
【００４５】
上記ズームレンズ１０は、ズームレンズ１よりもＦナンバーが明るい場合の例である。ズームレンズ１０においては、第５レンズ群ＧＲ５をズームレンズ１と同じ構成とすると、第５レンズ群ＧＲ５から発生するアンダー側の球面収差が補正できなくなる。
【００４６】
条件式６及び条件式７に規定された条件と、第５レンズ群ＧＲ５への非球面の導入は、Ｆナンバーが小さいことに対応させるためのものであり、条件式６及び条件式７により、第１の実施の形態におけるズームレンズ１の場合とは逆に、第５レンズ群ＧＲ５の第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１との接合面に適度な負の屈折力を与えて、該接合面でオーバー側の球面収差を発生させることにより、球面収差の劣化を防止するようにしたものである。しかし、この第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１との接合面の働きを、主に球面収差の補正に役立ててしまうと、コマ収差や像面湾曲を補正するための設計の自由度が不足してしまうので、第５レンズ群ＧＲ５内で入射光束径の大きい第１０レンズＬ１０の物体側の面を非球面にすることにより、諸収差のバランスを取ることが望ましい。
【００４７】
次に、上記ズームレンズ１及び１０の数値実施例を、主波長をｅ線として以下に示す。
【００４８】
尚、以下の説明において、「ｒｉ」は物体側から数えてｉ番目の面及びその曲率半径、「ｄｉ」は物体側から数えてｉ番目の面とｉ＋１番目の面の面間隔、「ｎｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線における屈折率、「νｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線におけるアッベ数とし、「ｎＦＬ」及び「νＦＬ」は上記と同様にフィルタＦＬを構成する材質の屈折率及びアッベ数とする。また、非球面は、「ｘｉ」を非球面の深さ、「Ｈ」を光軸からの高さとすると、以下の数式１によって定義されるものとする。
【００４９】
【数１】
【００５０】
表１にズームレンズ１の各数値を示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表２にズームレンズ１の各面のうち、非球面によって構成される面ｒ１２及びｒ１６の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表３にズームレンズ１の第１の変倍光学系１Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１５、ｄ１８の値を示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
表４にズームレンズ１（第１の変倍光学系１Ａ）の全長、絞り径及び条件式１乃至条件式５に係わる数値を示す。
【００５７】
【表４】
【００５８】
図３乃至図５にズームレンズ１の第１の変倍光学系１Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、破線はｇ線、一点鎖線はＣ線での値をそれぞれ示し、また、非点収差図において、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲をそれぞれ示す（以下においても同様）。
【００５９】
表５にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１５、ｄ１８の値を示す。
【００６０】
【表５】
【００６１】
表６にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの全長、絞り径及び第２の撮像素子ＩＭＧ２の画面寸法における対角線長の２分の１の長さＹ２を示す。
【００６２】
【表６】
【００６３】
図６乃至図８にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００６４】
表７にズームレンズ１０の各数値を示す。
【００６５】
【表７】
【００６６】
表８にズームレンズ１０の各面のうち、非球面によって構成される面ｒ１３及びｒ１７の４次、６次及び８次の非球面係数Ａ４、Ａ６及びＡ８を示す。
【００６７】
【表８】
【００６８】
表９にズームレンズ１０の第１の変倍光学系１０Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１３、ｄ１６の値を示す。
【００６９】
【表９】
【００７０】
表１０にズームレンズ１０（第１の変倍光学系１０Ａ）の全長、絞り径及び条件式１乃至条件式４、条件式６、条件式７に係わる数値を示す。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
図１１乃至図１３にズームレンズ１０の第１の変倍光学系１０Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００７３】
表１１にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１３、ｄ１６の値を示す。
【００７４】
【表１１】
【００７５】
表１２にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの全長、絞り径及び第２の撮像素子ＩＭＧ２の画面寸法における対角線長の２分の１の長さＹ２を示す。
【００７６】
【表１２】
【００７７】
図１４乃至図１６にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００７８】
以上に説明したように、本発明ズームレンズは、第１レンズ群乃至第４レンズ群までを主レンズ系として共通化すると共に、この主レンズ系に第５レンズ群を付加するか否かで、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するようにして、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成したものであるので、該２つの変倍光学系で光学設計、機構設計、部品加工設備、レンズ駆動装置等を共通化することによって、設備投資額を大幅に削減することが可能になると共に、第１の変倍光学系に合わせて各種機構設計をしておけば、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去るだけで、容易に撮像素子の画面サイズが異なる機種向けの第２の変倍光学系を構成することができ、撮像装置の市場の動向に即座に対応させることが可能になる。
【００７９】
また、変倍及び合焦時における可動レンズ群の位置制御精度は、撮像素子の画素数が同じ場合には、画面寸法が小さい程画素ピッチも小さくなって、より高い精度が求められる。本発明ズームレンズにおいては、第２の変倍光学系における可動レンズ群が光軸上を微少に移動した時の像点位置の移動に与える影響が、第１の変倍光学系の第５レンズ群が縮小倍率であることによって緩和される。即ち、本発明ズームレンズは、画面寸法が小さく、画素ピッチも小さい撮像素子に対して、より高精度の可動レンズ群の位置制御を可能にする。
【００８０】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００８１】
【発明の効果】
以上に説明したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群は光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、
ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０、０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８、０．７５＜β５＜０．９、ν５２＜ν５１の各条件を満足するようにすると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系が構成され、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたことを特徴とする。
【００８２】
従って、本発明ズームレンズにあっては、第１レンズ群乃至第４レンズ群までを主レンズ系として共通化すると共に、この主レンズ系に第５レンズ群を付加するか否かで、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するようにして、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成できるようにしたものであるので、該２つの変倍光学系で光学設計、機構設計、部品加工設備、レンズ駆動装置等を共通化することによって、設備投資額を大幅に削減することができると共に、第１の変倍光学系に合わせて各種機構の設計をしておけば、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去るだけで、容易に撮像素子の画面サイズが異なる機種向けの第２の変倍光学系を構成することができ、撮像装置の市場の動向に即座に対応させることができる。
【００８４】
請求項２に記載した発明にあっては、第１レンズ群を、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズによって構成し、第２レンズ群を、物体側より順に、凹レンズ及び両凹レンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群を、凸単レンズによって構成し、第４レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群内の１面と第５レンズ群の最も像側の面を非球面によって構成し、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５２を第５レンズ群の接合面の曲率半径、ｎ５１を第５レンズ群の凸レンズのｄ線における屈折率、ｎ５２を第５レンズ群の両凹レンズのｄ線における屈折率とすると、０．１２＜｜Ｙ１／ｒ５２｜＜０．１８、ｎ５１＜ｎ５２の各条件を満足するようにしたので、高精度の可動レンズ群の位置制御が可能になり、１２倍程度の変倍比を有すると共に略１．５のＦナンバーを有し、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図８と共に、本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図は、第１の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図２】第２の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図３】第１の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図４】第１の変倍系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図５】第１の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図６】第２の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図７】第２の変倍光学系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図８】第２の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図９】図１０乃至図１６と共に、本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図は、第１の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図１０】第２の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図１１】第１の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図１２】第１の変倍系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図１３】第１の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図１４】第２の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図１５】第２の変倍光学系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図１６】第２の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図１７】本発明ズームレンズの第５レンズ群に必要な機能を説明する図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、１Ａ…第１の変倍光学系、１Ｂ…第２の変倍光学系、１０…ズームレンズ、１０Ａ…第１の変倍光学系、１０Ｂ…第２の変倍光学系、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群、ＩＭＧ１…第１の撮像素子、ＩＭＧ２…第２の撮像素子
【発明が属する技術分野】
本発明は、主として、民生用のビデオカメラ及び静止画ビデオカメラに使用されるズームレンズにおいて、一部の構成を変えるだけで、異なる画面寸法を有する撮像素子に略等しい画角で対応できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ、特に静止画ビデオカメラ（デジタルスチルカメラ）においては、撮像素子の有効画素数が撮影画像の画質を決めるための支配的な要因になっている。また、撮像素子の画素ピッチはノイズや感度等の性能を満たす条件から決められる。
【０００３】
従って、撮像素子において、画面寸法が同じままで画素数を増やす場合には、必然的に画素ピッチを狭くせざるを得ないが、画素ピッチは極端に狭くすることができないので、限界がある。従って、撮影画像の画質を上げるために、より画素数の多い撮像素子が必要な場合には、画面寸法の大きなものを用いることになる。
【０００４】
しかし、画面寸法が大きな撮像素子を使用すると、コストが高くなるという問題があった。また、全てのユーザが必ずしも最大限の画素数を有するものを必要するとは限らないので、静止画ビデオカメラの商品ラインアップとしては、画素数が異なる撮像素子を使用した複数の機種を用意することが要求されている。
【０００５】
ところで、上記したような画素ピッチの問題によって、撮像素子では、画素数が異なると画面寸法も異なってしまうので、画素数が異なる撮像素子を使用した複数の機種を商品ラインアップに有する静止画ビデオカメラでは、異なる撮像素子の画面寸法に合った複数の撮像レンズを用意しなければならないことになるが、これら複数の撮像レンズにそれぞれ要求される画角や変倍比はあまり変わらない場合が多い。そして、新規に撮像レンズを開発し、量産化するには、人員、設備等の投資に多額の費用と長い期間を要する。
【０００６】
そこで、撮像素子の多少の画面寸法の違いを吸収することができる撮像レンズがあれば、そのための多少の追加部品が必要でも、複数の撮像レンズを開発、量産化するよりも有利な場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような撮像素子の多少の画面寸法の違いを吸収することができる技術、即ち、焦点距離の変換手段としては、従来、所謂１眼レフカメラにおいて、交換レンズ（主レンズ系）とカメラボディとの間に負レンズ群を挟んで、主レンズ系の焦点距離を拡大するテレコンバージョンレンズがあった。
【０００８】
しかし、このようなテレコンバージョンレンズは、主レンズ系を画角の狭い望遠レンズに変換する手段であって、画角を変えずに画面寸法を拡大又は縮小するものではない。また、上記テレコンバージョンレンズは、主レンズ系とカメラボディとの間に挟み込まれる構造のものであるので、テレコンバージョンレンズの長さだけレンズ系の全長が長くなってしまうという問題があった。
【０００９】
また、レンズ系の全長を変えずに、焦点距離を変換する手段として、主に業務用のビデオカメラで使用されている、所謂内蔵エクステンダー付ズームレンズがある。これは、テレコンバージョンレンズをズームレンズに内蔵させて、レンズ系の全長が延びるのを避けたものである。
【００１０】
しかし、上記内蔵エクステンダー付ズームレンズも、上記１眼レフカメラのテレコンバージョンレンズと同様に、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することはできない。
【００１１】
以上に記載したような従来技術で、ズームレンズで焦点距離を変換しようとすると、焦点距離を長くすることでしか対応できないので、必然的にＦナンバーが大きくなってしまい、また、負の屈折力を有するコンバージョンレンズを使用した場合では、レンズ全系の全長が長くなってしまう。
【００１２】
ところで、従来、５群ズームレンズとしては、物体側より順に、正、負、正、正、正の屈折力配置を有し、第２レンズ群と第４レンズ群とが可動にされた、特許公報第２７１９８３９号に記載されたもがあり、４群ズームレンズとしては、物体側より順に、正、負、正、正の屈折力配置を有し、第２レンズ群と第４レンズ群が可動にされた、特許公報第２７４６１５５号に記載されたものがあった。
【００１３】
そこで、特許公報第２７１９８３９号に記載された５群ズームレンズにおいて、第５レンズ群を取り去ることによって、特許公報第２７４６１５５号に記載のズームレンズのような４群構成にして、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することができないかを考えてみた。上記特許公報第２７１９８３９号に記載されたズームレンズにおける第５レンズ群の主な役割は、小型化に伴って射出瞳が像面に近づいてしまうのを回避することと、非球面によって収差を良好に補正することである。
【００１４】
しかし、特許公報第２７１９８３９号に記載された５群ズームレンズにおいては、第５レンズ群がレンズ全系の収差補正に深く関わっているために、第５レンズ群を取り去って、特許公報第２７４６１５５号に記載の４群ズームレンズのように物体側より順に、正、負、正、正の屈折力配置を有する４群構成に変更すると、収差補正のバランスが崩れて光学性能が悪化してしまう。従って、特許公報第２７１９８３９号に記載されたズームレンズでは、５群構成の場合と４群構成の場合とで構成レンズを共用することはできない。
【００１５】
更に、特許公報第２７４６１５５号に記載されたような４群ズームレンズに、正の屈折力を有する第５レンズ群を付加すると、焦点距離を短くし、Ｆナンバーを大きくしないで画面寸法を小さくすることができるが、レンズ全系の全長が短くなり易い。レンズ全系の全長が短くなってしまうと、鏡筒構造を新たに設計しなければならず、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するということは不可能である。
【００１６】
更にまた、３５ｍｍ判１眼レフカメラのカメラボディ及び撮像レンズを基本にして、３５ｍｍ判の画面サイズをフィールドレンズとリレーレンズとによって、画面寸法の小さい撮像素子状に結像させるようにした静止画ビデオカメラがある。
【００１７】
しかし、上記リレーレンズ系を使用して画面寸法を変換する手段では、リレーレンズ系が極めて大きく、また、主レンズ系のＦナンバーが、リレーレンズ系で制限されてしまうため、主レンズ系のＦナンバーが小さくて明るい場合であっても、全体として、暗くなってしまうという問題があった。しかも、全体的に暗くなってしまう。そして、このリレーレンズ系を使用した場合でも、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更することは不可能である。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑み、主レンズ系の焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更する手段を得ることを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群が光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群が光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を、物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０、０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８、０．７５＜β５＜０．９、ν５２＜ν５１の各条件を満足すると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、上記第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系を構成し、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたものである。
【００２０】
従って、第５レンズ群を取り去ることによって第１の変倍光学系の焦点距離を変更するだけで、画角を変えずに画面寸法のみが変更された第２の変倍光学系が構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明ズームレンズの概要を説明する。
【００２２】
本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群が光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群が光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を、物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、
１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０（条件式１）、
０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８（条件式２）、
０．７５＜β５＜０．９（条件式３）、
ν５２＜ν５１（条件式４）
の各条件を満足すると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系を構成でき、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたことを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明ズームレンズの具体的な構成としては、第１レンズ群を、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズによって構成し、第２レンズ群を、物体側より順に、凹レンズ及び両凹レンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群を、凸単レンズによって構成し、第４レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、上記第３レンズ群内の１面と第５レンズ群の最も像側の面を非球面によって構成し、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５２を第５レンズ群の接合面の曲率半径、ｎ５１を第５レンズ群の凸レンズのｄ線における屈折率、ｎ５２を第５レンズ群の両凹レンズのｄ線における屈折率とすると、
０．１２＜｜Ｙ１／ｒ５２｜＜０．１８（条件式６）、
ｎ５１＜ｎ５２（条件式７）
の各条件を満足するようにしたものである。
【００２５】
次に、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係わるズームレンズ１を示すものである。ズームレンズ１における第１の変倍光学系２を図１に示し、第２の変倍光学系１Ｂを図２に示す。
【００２７】
上記ズームレンズ１は、５群構成のレンズ群を有する。第１レンズ群ＧＲ１は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１と両凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３によって構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４及び両凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズＬ６との接合レンズによって構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、凸レンズの第７レンズＬ７と、凹レンズの第８レンズＬ８とによって構成さる。第４レンズ群ＧＲ４は、両凸レンズの第９レンズＬ９と物体側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１０レンズＬ１０との接合レンズによって構成される。第５レンズ群Ｌ５は、凸レンズの第１１レンズと両凹レンズである第１２レンズＬ１２との接合レンズによって構成される。上記第７レンズＬ７の物体側の面と第９レンズＬ９の物体側の面は共に、非球面によって構成されている。
【００２８】
そして、上記ズームレンズ１において、第１レンズ群ＧＲ１乃至第５レンズ群ＧＲ５によって、第１の変倍光学系１Ａが構成され、また、上記第１の変倍光学系１Ａから第５レンズ群ＧＲ５を取り去ると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって第２の変倍光学系１Ｂが構成される。
【００２９】
尚、上記ズームレンズ１において、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＳＴＰが配置されると共に、第１の変倍光学系１Ａの第５レンズ群ＧＲ５と第１の撮像素子ＩＭＧ１との間及び第２の変倍光学系１Ｂの第４レンズ群ＧＲ４と第２の撮像素子ＩＭＧ２との間には、それぞれ、ローパスフィルタ、赤外線吸収フィルタ、撮像素子のカバーガラス等のフィルタＦＬが配置されている。
【００３０】
上記第５レンズ群ＧＲ５は、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって構成される第２の変倍光学系に対し、全長と画角とを略変えることなく、撮像面の画面寸法を０．８４倍にする効果を奏するものである。
【００３１】
ここで、レンズ系の全長を殆ど変えることなく、焦点距離を短縮させる手段について説明する。
【００３２】
即ち、図１７の（ａ）に示すように、焦点ｆ１を有する主レンズ系ＭＬのバックフォーカス中に正レンズ系ＡＬを付加して焦点距離を短縮すると、ｆ１の位置であった焦点が、主レンズ系ＭＬと正レンズ系ＡＬとの合成系によって物体側に移動してｆ２の位置になるため、全長は短くなる。また、図１７の（ｂ）に示すように、主レンズ系ＭＬのバックフォーカス中に、平行平面ガラスＰＳを付加すると、これらの合成によって焦点距離は変わらず、ｆ１の位置であった焦点が像側に移動してｆ２の位置になるため、全長は長くなる。
【００３３】
そこで、本発明ズームレンズにおいては、図１７の（ａ）及び（ｂ）の性質を併せ持つように、第５レンズ群ＧＲ５を構成すれば、第５レンズ群ＧＲ５の有無に係わらず、全長を変えないで、焦点距離を変更させる構成が成り立つことになる。
【００３４】
条件式１は、第５レンズ群ＧＲ５を、図１７の（ａ）及び（ｂ）の性質を併せ持つようにする為の条件を規定するものである。Ｌｅ５／Ｙ１の値が下限を越えると、図１７の（ａ）の状態に近づいて、ズームレンズ１の全長が短くなってしまう。また、Ｌｅ５／Ｙ１の値が上限を超えると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４から成る第２の変倍光学系１Ｂのバックフォーカスの範囲内に第５レンズ群ＧＲ５を配置するのが困難になる。
【００３５】
条件式２は、第５レンズ群ＧＲ５の最も物体側の面に適度な正の屈折力を持たせて、レンズ全系の焦点距離の短縮と、全長を不変に保つこととのバランスを取るための条件を規定するものである。Ｙ１／ｒ５１の値が上限を超えると、曲率半径ｒ５１を有する第５レンズ群ＧＲ５の最も物体側の面の正の屈折力が強く成り過ぎて、ズームレンズ１の全長を不変にすることが困難になる。また、Ｙ１／ｒ５１の値が下限を越えると、第５レンズ群ＧＲ５の最も像側の面が凸面になってレンズ全系の全長が長くなり過ぎるか、第５レンズ群ＧＲ５の接合面に正の屈折力が集中してコマ収差と像面湾曲の補正が困難になってしまう。
【００３６】
条件式３は、第１の変倍光学系１Ａと第２の変倍光学系１Ｂとにおける撮像素子の画面寸法の変倍倍率に関する条件を規定するものである。β５の値が下限を越えると、第５レンズ群ＧＲ５から発生する像面湾曲を補正することが困難になってしまい、また、画面寸法の小さい第１の撮像素子ＩＭＧ１に対して新規に最適化して設計した別のズームレンズに比べて、ズームレンズ１が大きくなり過ぎるため商品価値が無くなってしまう。β５の値が上限を超えると、撮像素子の画面寸法の違いによる画角への影響が１割以下になって、第５レンズ群ＧＲ５を用いてまで第１の変倍光学系１Ａと第２の変倍光学系１Ｂとで画角を正確に合わせる必要がなくなる。
【００３７】
条件式４は、色収差の補正に関する条件を規定するものである。ここで、正の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が、単レンズであると仮定すると、軸上色収差が補正不足の側に増大してしまう。これを補正するためには、凸レンズを低分散、凹レンズを高分散にしなければならない。
【００３８】
第５レンズ群ＧＲ５が、上記のような構成（凸レンズを低分散、凹レンズを高分散とする）、即ち、条件式４を満足する構成を採ることによって、第５レンズ群ＧＲ５から発生する収差を殆ど押さえ込むことができるようになる。しかし、入射光束径が小さくなった位置に配置される第５レンズ群ＧＲ５では、球面収差の補正に関する設計の自由度がほとんど無い。また、第１レンズ群ＧＲ１の入射光束径をそのままで、レンズ全系の焦点距離を縮めると、Ｆナンバーが小さくなってしまい、球面収差がアンダー側に増大してしまうことになる。そこで、第１の変倍光学系１ＡのＦナンバーは、第２の変倍光学系１ＢのＦナンバーよりも小さくならないように、絞りの開放径を変更することが望ましい。
【００３９】
以上の条件式１乃至条件式４が、画面寸法変換に関わる第５レンズ群ＧＲ５の構成に関する条件を規定するものであるが、第５レンズ群ＧＲ５の有無に係わらず良好な収差補正を達成するためには、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４から成る第２の変倍光学系１Ｂが十分に良好な性能を持っていなければならない。特に重要な収差補正を実現する上では、条件式５が重要である。
【００４０】
条件式５は、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３による光線の径の縮小倍率と、第３レンズ群ＧＲ３の長さ、即ち、第３レンズ群ＧＲ３の最も物体側の面から最も像側の面までの距離との比率を規定するものである。（Ｄｉ−Ｄｏ）／（Ｄｉ・Ｌｅ３）の値が下限を越えると、第３レンズ群ＧＲ３の全長が長くなってしまい、逆に、（Ｄｉ−Ｄｏ）／（Ｄｉ・Ｌｅ３）の値が上限を超えると、第３レンズ群ＧＲ３を構成する各レンズのパワーが強くなってしまうと共に、偏心に対する許容量が小さくなって製造が困難になる。
【００４１】
図９及び図１０は、本発明の第２の実施の形態に係わるズームレンズ１０を示すものである。ズームレンズ１０における第１の変倍光学系１０Ａを図９に示し、第２の変倍光学系１０Ｂを図１０に示す。
【００４２】
上記ズームレンズ１０は、上記ズームレンズ１と同様に、５群構成のレンズ群を有する。第１レンズ群ＧＲ１は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１と凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３によって構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第４レンズＬ４及び両凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズとの接合レンズによって構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、凸レンズの第７レンズＬ７によって構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第８レンズＬ８と両凸レンズの第９レンズＬ９との接合レンズによって構成される。第５レンズ群ＧＲ５は、両凸レンズの第１０レンズＬ１０と両凹レンズの第１１レンズＬ１１との接合レンズによって構成される。上記第７レンズＬ７の像側の面と第１０レンズＬ１０の物体側の面は共に、非球面によって構成される。
【００４３】
そして、上記ズームレンズ１０においても、第１レンズ群ＧＲ１乃至第５レンズ群ＧＲ５によって、第１の変倍光学系１０Ａが構成され、また、上記第１の変倍光学系１０Ａから第５レンズ群ＧＲ５を取り去ると、第１レンズ群ＧＲ１乃至第４レンズ群ＧＲ４によって第２の変倍光学系１０Ｂが構成される。
【００４４】
また、上記ズームレンズ１０において、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＳＴＰが配置されると共に、第１の変倍光学系１０Ａの第５レンズ群ＧＲ５と第１の撮像素子ＩＭＧ１との間及び第２の変倍光学系１０Ｂの第４レンズ群ＧＲ４と第２の撮像素子ＩＭＧ２との間には、それぞれ、ローパスフィルタ、赤外線吸収フィルタ、撮像素子のカバーガラス等のフィルタＦＬが配置されている。
【００４５】
上記ズームレンズ１０は、ズームレンズ１よりもＦナンバーが明るい場合の例である。ズームレンズ１０においては、第５レンズ群ＧＲ５をズームレンズ１と同じ構成とすると、第５レンズ群ＧＲ５から発生するアンダー側の球面収差が補正できなくなる。
【００４６】
条件式６及び条件式７に規定された条件と、第５レンズ群ＧＲ５への非球面の導入は、Ｆナンバーが小さいことに対応させるためのものであり、条件式６及び条件式７により、第１の実施の形態におけるズームレンズ１の場合とは逆に、第５レンズ群ＧＲ５の第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１との接合面に適度な負の屈折力を与えて、該接合面でオーバー側の球面収差を発生させることにより、球面収差の劣化を防止するようにしたものである。しかし、この第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１との接合面の働きを、主に球面収差の補正に役立ててしまうと、コマ収差や像面湾曲を補正するための設計の自由度が不足してしまうので、第５レンズ群ＧＲ５内で入射光束径の大きい第１０レンズＬ１０の物体側の面を非球面にすることにより、諸収差のバランスを取ることが望ましい。
【００４７】
次に、上記ズームレンズ１及び１０の数値実施例を、主波長をｅ線として以下に示す。
【００４８】
尚、以下の説明において、「ｒｉ」は物体側から数えてｉ番目の面及びその曲率半径、「ｄｉ」は物体側から数えてｉ番目の面とｉ＋１番目の面の面間隔、「ｎｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線における屈折率、「νｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線におけるアッベ数とし、「ｎＦＬ」及び「νＦＬ」は上記と同様にフィルタＦＬを構成する材質の屈折率及びアッベ数とする。また、非球面は、「ｘｉ」を非球面の深さ、「Ｈ」を光軸からの高さとすると、以下の数式１によって定義されるものとする。
【００４９】
【数１】
表１にズームレンズ１の各数値を示す。
【００５１】
【表１】
表２にズームレンズ１の各面のうち、非球面によって構成される面ｒ１２及びｒ１６の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０を示す。
【００５３】
【表２】
表３にズームレンズ１の第１の変倍光学系１Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１５、ｄ１８の値を示す。
【００５５】
【表３】
表４にズームレンズ１（第１の変倍光学系１Ａ）の全長、絞り径及び条件式１乃至条件式５に係わる数値を示す。
【００５７】
【表４】
図３乃至図５にズームレンズ１の第１の変倍光学系１Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。尚、球面収差図において、実線はｅ線、破線はｇ線、一点鎖線はＣ線での値をそれぞれ示し、また、非点収差図において、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲をそれぞれ示す（以下においても同様）。
【００５９】
表５にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１５、ｄ１８の値を示す。
【００６０】
【表５】
表６にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの全長、絞り径及び第２の撮像素子ＩＭＧ２の画面寸法における対角線長の２分の１の長さＹ２を示す。
【００６２】
【表６】
図６乃至図８にズームレンズ１の第２の変倍光学系１Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００６４】
表７にズームレンズ１０の各数値を示す。
【００６５】
【表７】
表８にズームレンズ１０の各面のうち、非球面によって構成される面ｒ１３及びｒ１７の４次、６次及び８次の非球面係数Ａ４、Ａ６及びＡ８を示す。
【００６７】
【表８】
表９にズームレンズ１０の第１の変倍光学系１０Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１３、ｄ１６の値を示す。
【００６９】
【表９】
表１０にズームレンズ１０（第１の変倍光学系１０Ａ）の全長、絞り径及び条件式１乃至条件式４、条件式６、条件式７に係わる数値を示す。
【００７１】
【表１０】
図１１乃至図１３にズームレンズ１０の第１の変倍光学系１０Ａの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００７３】
表１１にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における、焦点距離、Ｆナンバー、画角及び変倍によって変化する面間隔ｄ５、ｄ１０、ｄ１３、ｄ１６の値を示す。
【００７４】
【表１１】
表１２にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの全長、絞り径及び第２の撮像素子ＩＭＧ２の画面寸法における対角線長の２分の１の長さＹ２を示す。
【００７６】
【表１２】
図１４乃至図１６にズームレンズ１０の第２の変倍光学系１０Ｂの広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００７８】
以上に説明したように、本発明ズームレンズは、第１レンズ群乃至第４レンズ群までを主レンズ系として共通化すると共に、この主レンズ系に第５レンズ群を付加するか否かで、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するようにして、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成したものであるので、該２つの変倍光学系で光学設計、機構設計、部品加工設備、レンズ駆動装置等を共通化することによって、設備投資額を大幅に削減することが可能になると共に、第１の変倍光学系に合わせて各種機構設計をしておけば、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去るだけで、容易に撮像素子の画面サイズが異なる機種向けの第２の変倍光学系を構成することができ、撮像装置の市場の動向に即座に対応させることが可能になる。
【００７９】
また、変倍及び合焦時における可動レンズ群の位置制御精度は、撮像素子の画素数が同じ場合には、画面寸法が小さい程画素ピッチも小さくなって、より高い精度が求められる。本発明ズームレンズにおいては、第２の変倍光学系における可動レンズ群が光軸上を微少に移動した時の像点位置の移動に与える影響が、第１の変倍光学系の第５レンズ群が縮小倍率であることによって緩和される。即ち、本発明ズームレンズは、画面寸法が小さく、画素ピッチも小さい撮像素子に対して、より高精度の可動レンズ群の位置制御を可能にする。
【００８０】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００８１】
【発明の効果】
以上に説明したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置を常時固定とし、第２レンズ群は光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにし、第４レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにし、第５レンズ群を物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成し、Ｌｅ５を第５レンズ群の合成厚、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５１を第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、β５を第５レンズ群の横倍率、
ν５１を第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、ν５２を第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数とすると、１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０、０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８、０．７５＜β５＜０．９、ν５２＜ν５１の各条件を満足するようにすると共に、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系が構成され、第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離を略等しくしたことを特徴とする。
【００８２】
従って、本発明ズームレンズにあっては、第１レンズ群乃至第４レンズ群までを主レンズ系として共通化すると共に、この主レンズ系に第５レンズ群を付加するか否かで、焦点距離を変換するだけで画角を変えずに画面寸法のみを変更するようにして、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成できるようにしたものであるので、該２つの変倍光学系で光学設計、機構設計、部品加工設備、レンズ駆動装置等を共通化することによって、設備投資額を大幅に削減することができると共に、第１の変倍光学系に合わせて各種機構の設計をしておけば、第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去るだけで、容易に撮像素子の画面サイズが異なる機種向けの第２の変倍光学系を構成することができ、撮像装置の市場の動向に即座に対応させることができる。
【００８４】
請求項２に記載した発明にあっては、第１レンズ群を、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズによって構成し、第２レンズ群を、物体側より順に、凹レンズ及び両凹レンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群を、凸単レンズによって構成し、第４レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズによって構成し、第３レンズ群内の１面と第５レンズ群の最も像側の面を非球面によって構成し、Ｙ１を第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、ｒ５２を第５レンズ群の接合面の曲率半径、ｎ５１を第５レンズ群の凸レンズのｄ線における屈折率、ｎ５２を第５レンズ群の両凹レンズのｄ線における屈折率とすると、０．１２＜｜Ｙ１／ｒ５２｜＜０．１８、ｎ５１＜ｎ５２の各条件を満足するようにしたので、高精度の可動レンズ群の位置制御が可能になり、１２倍程度の変倍比を有すると共に略１．５のＦナンバーを有し、異なる画面寸法を有する２種類の撮像素子に対応した２つの変倍光学系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図８と共に、本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図は、第１の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図２】第２の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図３】第１の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図４】第１の変倍系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図５】第１の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図６】第２の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図７】第２の変倍光学系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図８】第２の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図９】図１０乃至図１６と共に、本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図は、第１の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図１０】第２の変倍光学系の構成を示す概略図である。
【図１１】第１の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図１２】第１の変倍系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図１３】第１の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図１４】第２の変倍光学系の広角端における諸収差を示す図である。
【図１５】第２の変倍光学系の中間焦点位置における諸収差を示す図である。
【図１６】第２の変倍光学系の望遠端における諸収差を示す図である。
【図１７】本発明ズームレンズの第５レンズ群に必要な機能を説明する図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、１Ａ…第１の変倍光学系、１Ｂ…第２の変倍光学系、１０…ズームレンズ、１０Ａ…第１の変倍光学系、１０Ｂ…第２の変倍光学系、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群、ＩＭＧ１…第１の撮像素子、ＩＭＧ２…第２の撮像素子
Claims (2)
- 物体側より順に、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レンズ群とから成ると共に、第１の撮像素子に結像する第１の変倍光学系を有し、
上記第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群は位置が常時固定とされ、
上記第２レンズ群は光軸上を移動することにより主として変倍を行うようにされ、
上記第４レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされ、
上記第５レンズ群は、物体側より順に凸レンズと両凹レンズとの接合レンズによって構成され、
下記の各条件を満足するようにされると共に、
上記第１の変倍光学系から第５レンズ群を取り去ることによって、画角を殆ど変化させずに、上記第１の撮像素子よりも画面寸法の大きな第２の撮像素子に結像する第２の変倍光学系が構成され、
上記第１の変倍光学系と第２の変倍光学系とは、光軸上における前玉から像面までの距離が略等しくされている
ことを特徴とするズームレンズ。
１．５＜Ｌｅ５／Ｙ１＜３．０
０．１２＜Ｙ１／ｒ５１＜０．１８
０．７５＜β５＜０．９
ν５２＜ν５１
但し、
Ｌｅ５：第５レンズ群の合成厚、
Ｙ１：第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、
ｒ５１：第５レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、
β５：第５レンズ群の横倍率、
ν５１：第５レンズ群の凸レンズのアッベ数、
ν５２：第５レンズ群の両凹レンズのアッベ数
とする。 - 第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズ及び物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズによって構成され、
第２レンズ群は、物体側より順に、凹レンズ及び両凹レンズと凸レンズとの接合レンズによって構成され、
第３レンズ群は、凸単レンズによって構成され、
第４レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズと凸レンズとの接合レンズによって構成され、
上記第３レンズ群内の１面と第５レンズ群の最も像側の面は、非球面によって構成され、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
０．１２＜｜Ｙ１／ｒ５２｜＜０．１８
ｎ５１＜ｎ５２
但し、
Ｙ１：第１の撮像素子の画面寸法における対角線長の２分の１の長さ、
ｒ５２：第５レンズ群の接合面の曲率半径、
ｎ５１：第５レンズ群の凸レンズのｄ線における屈折率、
ｎ５２：第５レンズ群の両凹レンズのｄ線における屈折率
とする。
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