JP4171942B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超広角域から超望遠域までをカバーする高倍率のビデオカメラ用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
民生用のビデオカメラ用のズームレンズにおいて、小型化された撮像素子の利点を生かす方向として、ズーム比が同じでより小型化を目指す方向と、実用的な大きさの中でよりズーム比の高倍率化を目指す方向とがある。
【０００３】
ところで、上記ズームレンズにおけるズーム比の高倍率化に当たっては、望遠側において、手振れによる画面の揺れが実用上の大きな問題となっている。従って、このような手振れの影響を緩和する手段として、可変頂角プリズム等を用いた光学的手振れ補正手段と、レンズの有効像円の中から狭い範囲の像を切り出して出力するようにし、手振れに応じて、この切り出す範囲を逐次可変とした、映像信号処理による手振れ補正手段とが考案されている。
【０００４】
そして、上記可変頂角プリズムを用いた手振れの補正においては、可変頂角プリズムが小さくても画角全体をカバーするようにレンズ系を構成することが、大きさ、コスト、消費電力の面から有利である。このような意図のもとに設計されたズームレンズとしては、例えば、特開平８−５９１３号公報に記載のものがある。
【０００５】
ところで、上記公報に記載されたズームレンズにあっては、ズーム比が２０倍程度であるが、昨今は、撮像素子の小型化に伴って、より大きなズーム比を有するズームレンズが求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ズーム比の高倍率化、例えば、４０倍を越えるズーム比を考えると、下記のような問題があった。
【０００７】
即ち、可変頂角プリズムを用いた光学的手振れ補正手段を用いたズームレンズにおいては、広角端の画角は狭い方が可変頂角プリズムを小さくすることができるので、レンズ系の小型化に好都合であるが、広角端における画角を狭くした分、望遠端における画角が極端に狭くなってしまって、手振れの補正後も残留している画面の揺れを拡大してしまうこととなって、手振れの補正とレンズ系の小型化とが両立し得ないという問題が発生する。
【０００８】
また、一般的に、使用者にとってズームレンズのズーム比の高倍率化は、広角側と望遠側との両方の撮影領域が広がることになって好ましいことであるが、光学式手振れ補正を使用する限り、ズームレンズの広角化が限定されてしまうこととなって、上記使用者の希望に反することになってしまう。
【０００９】
更に、上記公報に記載したような、従来のレンズ系の設計手段において、前玉の径が小さい超高倍率なズーム比を有するズームレンズにおいては、前玉、即ち、第１レンズ群の有効径によって光束が制限されるため、望遠端におけるＦ値が暗くなって第２レンズ群を通過する光束も細くなって、その結果、望遠端において第１レンズ群で発生する球面収差を第２レンズ群によって補正することができなくなるという問題が生じ、第１レンズ群を一般的な３枚のレンズで構成することができない。尚、上記望遠端において発生する球面収差を解決するためには、第１レンズ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１つの面を非球面によって構成することが有効であるが、これにはコストの増加が避けられない。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、映像信号処理による手振れ補正手段の使用を前提として、画角を、広角端においては８５°以上、望遠端においては２．５°以下とすることによって、超広角域から超望遠域までをカバーすることを可能にする小型で各種収差の補正が良好なズームレンズを提供することを課題とするものである。
【００１１】
【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、物体側より像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズと、凸レンズの第２レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズと、凸レンズの第４レンズと、凹レンズの第５レンズと凸レンズの第６レンズとの接合レンズと、凸レンズの第７レンズとによって構成し、第２レンズ群を、凹レンズの第８レンズと、凹レンズの第９レンズと凸レンズの第１０レンズとの接合レンズとによって構成し、第３レンズ群を、凸レンズの第１１レンズと、凹レンズの第１２レンズと凸レンズの第１３レンズとの接合レンズとによって構成し、第４レンズ群を、凹レンズの第１４レンズと、凹レンズの第１５レンズと凸レンズの第１６レンズとの接合レンズとによって構成し、第５レンズ群を、凸レンズの第１７レンズと、凸レンズの第１８レンズと凹レンズの第１９レンズとの接合レンズとによって構成し、ｆ１．４を第１レンズ群の第１レンズ乃至第４レンズの合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４、１．２５＜ｈ１．４＜１．５、０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５、０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５の各条件を満足するようにしたものである。
【００１２】
従って、映像信号処理による手振れ補正手段の使用を前提として、画角が広角端においては８５°以上、望遠端においては２．５°以下の画角を有し、超広角域から超望遠域までをカバーすることを可能にする小型で各種収差の補正が良好なズームレンズを構成することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、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。尚、図１乃至図４は第１の実施の形態（数値実施例１）を示し、図５乃至図８は第２の実施の形態（数値実施例２）を示すものである。
【００１４】
初めに、各実施の形態における共通の事項について説明する。
【００１５】
尚、以下の説明において、「ｓｉ」は物体側から数えてｉ番目の面、「ｒｉ」は上記面ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔、「ｎｉ」は第ｉレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率、「νｉ」は第ｉレンズのアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「Ｆｎｏ．」は開放Ｆ値、「ω」半画角を示すものとする。
【００１６】
また、各実施の形態において用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。従って、非球面形状は、非球面の深さを「ｘ」、光軸からの高さを「Ｈ」とすると、
ｘ＝Ｈ2／ｒｉ・｛１＋（１−Ｈ2／ｒｉ2）1/2｝＋Ａ４・Ｈ4＋Ａ６・Ｈ6＋Ａ８・Ｈ8＋Ａ１０・Ｈ10
によって定義されるものとする。尚、Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０は、それぞれ４次、６次、８次及び１０次の非球面係数である。
【００１７】
第１及び第２の実施の形態におけるズームレンズ１及び２は、図１及び図５に示すように、物体側より像面ＩＭＧ側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群Ｇｒ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群Ｇｒ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇｒ５とから成る１９枚構成の光学系を有する。
【００１８】
第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズＬ１と、凸レンズの第２レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズＬ３と、凸レンズの第４レンズＬ４と、凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズＬ６との接合レンズと、凸レンズの第７レンズＬ７の７枚のレンズによって構成される。
【００１９】
第２レンズ群Ｇｒ２は、凹レンズの第８レンズＬ８と、凹レンズの第９レンズＬ９と凸レンズの第１０レンズＬ１０との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２０】
第３レンズ群Ｇｒ３は、凸レンズの第１１レンズＬ１１と、凹レンズの第１２レンズＬ１２と凸レンズの第１３レンズＬ１３との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２１】
第４レンズ群Ｇｒ４は、凹レンズの第１４レンズＬ１４と、凹レンズの第１５レンズＬ１５と凸レンズの第１６レンズＬ１６との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２２】
第５レンズ群Ｇｒ５は、凸レンズの第１７レンズＬ１７と、凸レンズの第１８レンズＬ１８と凹レンズの第１９レンズＬ１９との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２３】
そして、ズームレンズ１及び２は、ｆ１．４を第１レンズ群Ｇｒ１の第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４の合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群Ｇｒ１の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、
｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４（以下、「条件式１」という。）、
１．２５＜ｈ１．４＜１．５（以下、「条件式２」という。）、
０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５（以下、「条件式３」という。）、
０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５（以下、「条件式４」という。）
の各条件を満足するようにしたものである。
【００２４】
以上に記載したように、本発明ズームレンズ１及び２は、第１レンズ群Ｇｒ１を、超広角化の達成と望遠端の球面収差の補正を両立させることを目的として、７枚構成としたことに主な特徴を有する。
【００２５】
第１レンズ群Ｇｒ１は、第１レンズＬ１乃至第３レンズＬ３から成る負の屈折力を有する前群と、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７から成る正の屈折力を有する後群とに分けることができる。
【００２６】
上記第１レンズ群Ｇｒ１の前群は、例えば、所謂一眼レフカメラにおけるレトロフォーカス型広角レンズの前群に似た構成を有し、画角に影響される広角端の主光線の傾きを小さく変換して、上記後群以降のレンズ系が包括する画角を狭くする働きを有するものである。
【００２７】
そして、第１レンズ群Ｇｒ１の前群は、強い負の屈折力を有するにも係わらず、樽型の歪曲収差の発生を極力抑制するために、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３が、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状のレンズとされ、更に、広角端の歪曲収差を正の屈折力で補正する必要があるため、凸レンズである第２レンズＬ２によってこれを補正するようにされている。
【００２８】
上記第１レンズ群Ｇｒ１の後群は、前群で広がった光束を略アフォーカルにするための第４レンズＬ４と、収斂系を構成するための第５レンズＬ５、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７から成る。第５レンズＬ５、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７は一般的なビデオカメラ用ズームレンズの第１レンズ群に似た構成を有し、第２レンズ群Ｇｒ２とのバランスにおいて、ズーミング中における各種収差の変動を抑制する働きを持つものである。
【００２９】
そして、第５レンズＬ５以降のレンズ系に従来の（既存の）レンズ構成を適用できるようにするため、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４に略アフォーカル系の特性を持たせるための条件を規定するのが、上記条件式１である。
【００３０】
従って、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４によるアフォーカルの特性が崩れて負の屈折力を有するようになると、第５レンズＬ５乃至第７レンズＬ７の正の屈折力が強くなってしまい、ズーミングにおける中間の焦点距離域よりも望遠側において、球面収差とコマ収差を補正することが困難になる。反対に、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４によるアフォーカルの特性が崩れて正の屈折力を有するようになると、第４レンズＬ４に起因する球面収差が大きくなり、その補正が困難となる。
【００３１】
条件式２は、第５レンズＬ５以降のレンズ系に従来のレンズ構成を適用できるようにするためアフォーカル系（第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４）の各倍率を規定するためのものである。即ち、ｈ１．４の値が条件式２で規定される範囲内となるようにしたのは、ズームレンズ１及び２においてズーム比の超高倍率化と小型化を両立させるために、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径によって光束が制限されて規定される望遠端におけるＦ値を制限し、望遠端を暗くすることを収差補正の一手段として活用するためである。
【００３２】
従って、条件式２において、ｈ１．４の値が下限を越えると、第５レンズＬ５以降のレンズ系の画角が広がってしまい、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径が増大し、望遠端における球面収差、コア収差及び軸上色収差を補正することが困難となる。また、ｈ１．４の値が上限を越えると、第１レンズ群Ｇｒ１の前群の負の屈折力が強く成り過ぎてしまい、広角端における歪曲収差を補正することが困難となる。
【００３３】
条件式３は、広角端における歪曲収差を、第２レンズＬ２によってバランス良く補正することができるようにするための条件を規定するものである。
【００３４】
従って、｜ｆ１．３／ｆ２｜の値が下限を越えると、上記補正を十分に行うことができなくなり、樽型の歪曲が強く残っるようになる。また、｜ｆ１．３／ｆ２｜の値が上限を越えると、広角端における歪曲収差曲線の曲がりと倍率色収差曲線の曲がりが大きくなって、これらを中間像高と最大像高とでバランス良く補正することが困難になる。
【００３５】
条件式４は、望遠端における球面収差の補正に関する条件を規定するものである。即ち、望遠端において、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７から発生するアンダー側の球面収差を、第３レンズＬ３の像面ＩＭＧ側の面ｓ６で補正するためのものである。尚、従来のズームレンズにおいては、第１レンズ群から発生するアンダー側の球面収差は、第２レンズ群から発生するオーバー側の球面収差によって補正するように構成するのが一般的である。
【００３６】
ズームレンズ１及び２においては、広角端から望遠端にズーミングする際に、第１レンズ群Ｇｒ１及び第２レンズ群Ｇｒ２を通る光束の太さが共に増大していく時は、上記従来の場合の手法と同様に、アンダー側とオーバー側の球面収差による打ち消し合いが働くが、望遠端におけるＦ値を暗くすることを収差補正の一手段としているために、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径によって光束が制限されるので、第２レンズ群と第１レンズ群との間隔ｄ１３が大きくなるに従って、第２レンズ群Ｇｒ２を通過する光束の太さが減少に転じて、上記従来の手法であるアンダー側とオーバー側の球面収差による打ち消し合いが成り立たなくなる。従って、ズームレンズ１及び２のような望遠端が広角端に比べて極端に暗くなるズーム比が超高倍率のものにおいては、第１レンズ群Ｇｒ１から発生する球面収差は、第１レンズ群Ｇｒ１の中で極力抑え必要がある。
【００３７】
従って、ｒ６／ｆＩの値が下限を越えると、オーバー側の球面収差が強くなって補正過剰となり、逆に、ｒ６／ｆＩの値が上限を越えると、球面収差の補正が不足すると共に、上記条件式２に適合させるために、第１レンズＬ１の負の屈折力が強くなって、広角端における歪曲収差を補正することが困難となる。
【００３８】
望遠端における色収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２は、第１レンズ群Ｇｒ１の第４レンズＬ４、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７が、ν４を第４レンズＬ４を構成する材質のアッベ数、ν６を第６レンズＬ６を構成する材質のアッベ数、ν７を第７レンズＬ７を構成する材質のアッベ数とすると、
７０＜（ν４＋ν６＋ν７）／３（以下、「条件式５」という。）
の条件を満足する材質によって構成される。
【００３９】
尚、望遠レンズの色収差の補正及び２次スペクトルの補正には、レンズ系の前群の凸レンズにアッベ数が大きく、異常部分分散性を持つ材質を用いることが効果的であることが公知である。
【００４０】
しかしながら、ズームレンズ１及び２にあっては、望遠端において、入射光束は第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７で最も広がるようになっている。従って、望遠端における色収差は、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の構成によって支配されるので、凸レンズである、第４レンズＬ４、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７を、一般的な望遠レンズにおける２次スペクトルの補正に適した材質とすること、即ち、上記条件式５を満足する材質、所謂超低分散ガラスによって形成することが必要となる。尚、既存のレンズ用の光学ガラスでは、上記条件式５を満足させることはできない。
【００４１】
広角側における球面収差とコマ収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２にあっては、第３レンズ群Ｇｒ３を構成する第１１レンズＬ１１乃至第１３レンズＬ１３の各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４２】
第２レンズ群Ｇｒ２を出た発散光束を収斂光束に転じて第４レンズ群Ｇｒ４に送る働きをする第３レンズ群Ｇｒ３は、強い正の屈折力を有し、また、広角端においては最も光束が広がる部分なので、広角端における球面収差とコマ収差に関して支配的な影響力を有する部分である。従って、発散光束を収斂光束に緩やかに転じさせるためには、第３レンズ群Ｇｒ３を正の屈折力を２つのレンズ群に分け、更に、その一方に負の屈折力を有する接合面を設けるようにすることが有効であり、ズームレンズ１及び２あっては、第３レンズ群Ｇｒ３を、凸レンズ（第１１レンズＬ１１）と、凹レンズ（第１２レンズＬ１２）と凸レンズ（第１３レンズＬ１３）との接合レンズによって構成し、球面収差の発生とコマ収差の発生を抑制するようにしている。そして、更に万全を期すため、上記したように、第１１レンズＬ１１乃至第１３レンズＬ１３の各面ｓ２０乃至ｓ２４のうちの少なくとも１面を非球面とすると共に、非球面とされた面のうちの少なくとも１面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたものである。
【００４３】
広角端における非点収差と歪曲収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２にあっては、第５レンズ群Ｇｒ５を構成する第１７レンズＬ１７乃至第１９レンズＬ１９の各面ｓ３０乃至ｓ３４のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４４】
第４レンズ群Ｇｒ４で外側に跳ね上げられた主光線は、第５レンズ群Ｇｒ５において、最大像高より光線高が高くなり、射出瞳が像面より後側になるように第５レンズ群Ｇｒ５で折り曲げる必要がある。従って、主光線を緩やかに折れ曲がるようにするために、第５レンズ群ＧＲ５においては、正の屈折力を２つのレンズ群に分け、その一方に負の屈折力を有する接合面を設けるようにする。即ち、凸レンズ（第１７レンズＬ１７）と、凸レンズ（第１８レンズＬ１８）と凹レンズ（第１９レンズＬ１９）との接合レンズによって構成し、非点収差及び歪曲収差の発生を抑制するようにしている。
【００４５】
そして、更に万全を期すため、上記したように、第１７レンズＬ１７乃至第１９レンズＬ１９の各面ｓ３０乃至ｓ３４のうちの少なくとも１面を非球面とすると共に、非球面とされた面のうちの少なくとも１面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４６】
ズームレンズ１及び２は、ビデオカメラ用なので、手振れ補正手段が適用されるものである。即ち、ズームレンズ１及び２には、可変頂角プリズム等を用いた光学的手振れ補正手段ではなく、レンズの有効像円の中から狭い範囲の像を切り出して出力するようにし、手振れに応じて、この切り出す範囲を逐次可変とした、映像信号処理による手振れ補正手段が適用される。
【００４７】
尚、手振れの画面に対する影響は、一般的に、広角側では非常に小さく、望遠側になるほど大きく現れるものである。そして、映像信号処理による手振れ補正手段においては、撮像素子の有効画素範囲全体から手振れの補正後に切り出される有効画面の寸法は、ズーミングの全域において一定であり、上記有効画素範囲全体から有効画面となる部分を除いた残りの部分が、手振れの補正に用いることができる部分である。手振れの補正が殆ど必要ない広角側においても、上記手振れの補正に用いる範囲を有効に使用するようにすると、有効像円は有効画素範囲全体をカバーしなければならなくなる。
【００４８】
従って、ズームレンズ１及び２においては、広角端において、上記有効画面に対して既に十分な超広角レンズとなっているので、有効像円を広げて更に広角化を行うことは困難なので、広角側では有効画素範囲上での手振れの補正範囲を狭く制限し、望遠側では手振れ補正範囲を広くするように有効像円を設定するようにする。
【００４９】
次に、各実施の形態に固有の事項について説明する。
【００５０】
表１にズームレンズ１の各値を示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
上記表１に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシングに伴う動作によって面間隔ｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）となる。従って、表２に広角端（ｆ＝１．００）、望遠端（ｆ＝３９．８７）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝１７．５６）におけるｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９の各値を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
また、第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５において、第１２レンズＬ１２の面ｓ２０及び第１８レンズの面ｓ３２は非球面に形成されている。表３に上記面ｓ２０及びｓ３２の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
尚、上記表３中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を意味するものとする（後述する表７においても同様。）。
【００５７】
表４にズームレンズ１の前記条件式１乃至５の値と、ｆ、Ｆｎｏ．及び２ωの値を示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】
図２乃至図４にズームレンズ１の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００６０】
表５にズームレンズ２の各値を示す。
【００６１】
【表５】
【００６２】
上記表５に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシングに伴う動作によって面間隔ｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）となる。従って、表６に広角端（ｆ＝１．００）、望遠端（ｆ＝３９．７６）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝１７．１７）におけるｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９の各値を示す。
【００６３】
【表６】
【００６４】
また、第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５において、第１２レンズＬ１２の面ｓ２０及びｓ２１と、第１８レンズの面ｓ３２は非球面に形成されている。表７に上記面ｓ２０、ｓ２１及びｓ３２の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を示す。
【００６５】
【表７】
【００６６】
表８にズームレンズ２の前記条件式１乃至５の値と、ｆ、Ｆｎｏ．及び２ωの値を示す。
【００６７】
【表８】
【００６８】
図６乃至図８にズームレンズ２の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線、一点鎖線はＣ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００６９】
このように、本発明ズームレンズ１及び２は、３５ｍｍフィルムを使用するカメラ用のレンズに換算するとｆが２５ｍｍ〜１０００ｍｍ相当の超広角域〜超望遠域をカバーするズーム比４０倍の超高倍率ズームレンズを、５群１９枚構成で、３枚の超低分散ガラスを用いると共に、有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状、所謂ガラスモールド非球面レンズを２枚用いたレンズ系によって、ズーミングの全域において歪曲収差を初めとする各種収差がバランス良く補正された高画質の画像を得ることを可能にしたものである。
【００７０】
尚、ズームレンズ１は具体的には、有効画素範囲の対角線長を４．５ｍｍ、有効画面の対角線長を３．３８ｍｍにした場合には、全長が１２５．５ｍｍ、前玉（第１レンズＬ１）径は５６ｍｍ、絞り径は約９．２ｍｍ、第２レンズ群Ｇｒ２の移動量は約３０ｍｍ、第４レンズ群Ｇｒ４の移動量は約１２ｍｍとなる。従って、第２レンズ群Ｇｒ２及び第４レンズ群Ｇｒ４の移動量が従来のズームレンズと同程度であるので、これらのレンズ群の移動機構に従来技術を適用することができるために生産性が良く、また、小型ビデオカメラ用のズームレンズとして十分実用になる大きさを有するにもかかわらず、画角８５°を越える超広角域から画角２．５°以下の超望遠域をカバーし、映像信号処理方式による手振れ補正手段にも対応して、超望遠域での手持ち撮影が可能である。
【００７１】
また、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ならないものである。
【００７２】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズと、凸レンズの第２レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズと、凸レンズの第４レンズと、凹レンズの第５レンズと凸レンズの第６レンズとの接合レンズと、凸レンズの第７レンズとによって構成し、第２レンズ群を、凹レンズの第８レンズと、凹レンズの第９レンズと凸レンズの第１０レンズとの接合レンズとによって構成し、第３レンズ群を、凸レンズの第１１レンズと、凹レンズの第１２レンズと凸レンズの第１３レンズとの接合レンズとによって構成し、第４レンズ群Ｇｒ４を、凹レンズの第１４レンズと、凹レンズの第１５レンズと凸レンズの第１５レンズとの接合レンズとによって構成し、第５レンズ群を、凸レンズの第１７レンズと、凸レンズの第１８レンズと凹レンズの第１９レンズとの接合レンズとによって構成し、ｆ１．４を第１レンズ群の第１レンズ乃至第４レンズの合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４、１．２５＜ｈ１．４＜１．５、０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５、０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５の各条件を満足するようにしたので、超広角域から超望遠域までをカバーすることができ、ズーミングの全域において各種収差、特に、球面収差をバランス良く補正することができる。
【００７３】
請求項２に記載した発明にあっては、ν４を第４レンズを構成する材質のアッベ数、ν６を第６レンズを構成する材質のアッベ数、ν７を第７レンズを構成する材質のアッベ数とすると、第４レンズ、第６レンズ及び第７レンズを、７０＜（ν４＋ν６＋ν７）／３の条件を満足する材質によって構成したので、望遠端における色収差及び２次スペクトルを効果的に補正することができる。
【００７４】
請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたので、広角側における球面収差及びコマ収差の発生を抑制することができる。
【００７５】
また、請求項５乃至請求項８に記載した発明にあっては、第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたので、広角側における非点収差及び歪曲収差の発生を抑制することができる。
【００７６】
更に、請求項９乃至請求項１６に記載した発明にあっては、望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくしたので、映像信号処理方式の手振れ補正に用いる撮像素子の有効画素範囲全体から有効画面を抜き出した手振れ補正範囲を、広角域においても有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４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、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図２】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図４】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図５】図６乃至図８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、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図６】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図７】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図８】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、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、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、Ｌ６…第６レンズ、Ｌ７…第７レンズ、Ｌ８…第８レンズ、Ｌ９…第９レンズ、Ｌ１０…第１０レンズ、Ｌ１１…第１１レンズ、Ｌ１２…第１２レンズ、Ｌ１３…第１３レンズ、Ｌ１４…第１４レンズ、Ｌ１５…第１５レンズ、Ｌ１６…第１６レンズ、Ｌ１７…第１７レンズ、Ｌ１８…第１８レンズ、Ｌ１９…第１９レンズ、ＩＭＧ…像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、超広角域から超望遠域までをカバーする高倍率のビデオカメラ用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
民生用のビデオカメラ用のズームレンズにおいて、小型化された撮像素子の利点を生かす方向として、ズーム比が同じでより小型化を目指す方向と、実用的な大きさの中でよりズーム比の高倍率化を目指す方向とがある。
【０００３】
ところで、上記ズームレンズにおけるズーム比の高倍率化に当たっては、望遠側において、手振れによる画面の揺れが実用上の大きな問題となっている。従って、このような手振れの影響を緩和する手段として、可変頂角プリズム等を用いた光学的手振れ補正手段と、レンズの有効像円の中から狭い範囲の像を切り出して出力するようにし、手振れに応じて、この切り出す範囲を逐次可変とした、映像信号処理による手振れ補正手段とが考案されている。
【０００４】
そして、上記可変頂角プリズムを用いた手振れの補正においては、可変頂角プリズムが小さくても画角全体をカバーするようにレンズ系を構成することが、大きさ、コスト、消費電力の面から有利である。このような意図のもとに設計されたズームレンズとしては、例えば、特開平８−５９１３号公報に記載のものがある。
【０００５】
ところで、上記公報に記載されたズームレンズにあっては、ズーム比が２０倍程度であるが、昨今は、撮像素子の小型化に伴って、より大きなズーム比を有するズームレンズが求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ズーム比の高倍率化、例えば、４０倍を越えるズーム比を考えると、下記のような問題があった。
【０００７】
即ち、可変頂角プリズムを用いた光学的手振れ補正手段を用いたズームレンズにおいては、広角端の画角は狭い方が可変頂角プリズムを小さくすることができるので、レンズ系の小型化に好都合であるが、広角端における画角を狭くした分、望遠端における画角が極端に狭くなってしまって、手振れの補正後も残留している画面の揺れを拡大してしまうこととなって、手振れの補正とレンズ系の小型化とが両立し得ないという問題が発生する。
【０００８】
また、一般的に、使用者にとってズームレンズのズーム比の高倍率化は、広角側と望遠側との両方の撮影領域が広がることになって好ましいことであるが、光学式手振れ補正を使用する限り、ズームレンズの広角化が限定されてしまうこととなって、上記使用者の希望に反することになってしまう。
【０００９】
更に、上記公報に記載したような、従来のレンズ系の設計手段において、前玉の径が小さい超高倍率なズーム比を有するズームレンズにおいては、前玉、即ち、第１レンズ群の有効径によって光束が制限されるため、望遠端におけるＦ値が暗くなって第２レンズ群を通過する光束も細くなって、その結果、望遠端において第１レンズ群で発生する球面収差を第２レンズ群によって補正することができなくなるという問題が生じ、第１レンズ群を一般的な３枚のレンズで構成することができない。尚、上記望遠端において発生する球面収差を解決するためには、第１レンズ群を構成するレンズのレンズ面のうちの１つの面を非球面によって構成することが有効であるが、これにはコストの増加が避けられない。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、映像信号処理による手振れ補正手段の使用を前提として、画角を、広角端においては８５°以上、望遠端においては２．５°以下とすることによって、超広角域から超望遠域までをカバーすることを可能にする小型で各種収差の補正が良好なズームレンズを提供することを課題とするものである。
【００１１】
【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、物体側より像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズと、凸レンズの第２レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズと、凸レンズの第４レンズと、凹レンズの第５レンズと凸レンズの第６レンズとの接合レンズと、凸レンズの第７レンズとによって構成し、第２レンズ群を、凹レンズの第８レンズと、凹レンズの第９レンズと凸レンズの第１０レンズとの接合レンズとによって構成し、第３レンズ群を、凸レンズの第１１レンズと、凹レンズの第１２レンズと凸レンズの第１３レンズとの接合レンズとによって構成し、第４レンズ群を、凹レンズの第１４レンズと、凹レンズの第１５レンズと凸レンズの第１６レンズとの接合レンズとによって構成し、第５レンズ群を、凸レンズの第１７レンズと、凸レンズの第１８レンズと凹レンズの第１９レンズとの接合レンズとによって構成し、ｆ１．４を第１レンズ群の第１レンズ乃至第４レンズの合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４、１．２５＜ｈ１．４＜１．５、０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５、０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５の各条件を満足するようにしたものである。
【００１２】
従って、映像信号処理による手振れ補正手段の使用を前提として、画角が広角端においては８５°以上、望遠端においては２．５°以下の画角を有し、超広角域から超望遠域までをカバーすることを可能にする小型で各種収差の補正が良好なズームレンズを構成することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、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。尚、図１乃至図４は第１の実施の形態（数値実施例１）を示し、図５乃至図８は第２の実施の形態（数値実施例２）を示すものである。
【００１４】
初めに、各実施の形態における共通の事項について説明する。
【００１５】
尚、以下の説明において、「ｓｉ」は物体側から数えてｉ番目の面、「ｒｉ」は上記面ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔、「ｎｉ」は第ｉレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率、「νｉ」は第ｉレンズのアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「Ｆｎｏ．」は開放Ｆ値、「ω」半画角を示すものとする。
【００１６】
また、各実施の形態において用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。従って、非球面形状は、非球面の深さを「ｘ」、光軸からの高さを「Ｈ」とすると、
ｘ＝Ｈ2／ｒｉ・｛１＋（１−Ｈ2／ｒｉ2）1/2｝＋Ａ４・Ｈ4＋Ａ６・Ｈ6＋Ａ８・Ｈ8＋Ａ１０・Ｈ10
によって定義されるものとする。尚、Ａ４、Ａ６、Ａ８及びＡ１０は、それぞれ４次、６次、８次及び１０次の非球面係数である。
【００１７】
第１及び第２の実施の形態におけるズームレンズ１及び２は、図１及び図５に示すように、物体側より像面ＩＭＧ側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群Ｇｒ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群Ｇｒ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇｒ５とから成る１９枚構成の光学系を有する。
【００１８】
第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズＬ１と、凸レンズの第２レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズＬ３と、凸レンズの第４レンズＬ４と、凹レンズの第５レンズＬ５と凸レンズの第６レンズＬ６との接合レンズと、凸レンズの第７レンズＬ７の７枚のレンズによって構成される。
【００１９】
第２レンズ群Ｇｒ２は、凹レンズの第８レンズＬ８と、凹レンズの第９レンズＬ９と凸レンズの第１０レンズＬ１０との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２０】
第３レンズ群Ｇｒ３は、凸レンズの第１１レンズＬ１１と、凹レンズの第１２レンズＬ１２と凸レンズの第１３レンズＬ１３との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２１】
第４レンズ群Ｇｒ４は、凹レンズの第１４レンズＬ１４と、凹レンズの第１５レンズＬ１５と凸レンズの第１６レンズＬ１６との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２２】
第５レンズ群Ｇｒ５は、凸レンズの第１７レンズＬ１７と、凸レンズの第１８レンズＬ１８と凹レンズの第１９レンズＬ１９との接合レンズの３枚のレンズによって構成される。
【００２３】
そして、ズームレンズ１及び２は、ｆ１．４を第１レンズ群Ｇｒ１の第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４の合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群Ｇｒ１の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、
｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４（以下、「条件式１」という。）、
１．２５＜ｈ１．４＜１．５（以下、「条件式２」という。）、
０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５（以下、「条件式３」という。）、
０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５（以下、「条件式４」という。）
の各条件を満足するようにしたものである。
【００２４】
以上に記載したように、本発明ズームレンズ１及び２は、第１レンズ群Ｇｒ１を、超広角化の達成と望遠端の球面収差の補正を両立させることを目的として、７枚構成としたことに主な特徴を有する。
【００２５】
第１レンズ群Ｇｒ１は、第１レンズＬ１乃至第３レンズＬ３から成る負の屈折力を有する前群と、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７から成る正の屈折力を有する後群とに分けることができる。
【００２６】
上記第１レンズ群Ｇｒ１の前群は、例えば、所謂一眼レフカメラにおけるレトロフォーカス型広角レンズの前群に似た構成を有し、画角に影響される広角端の主光線の傾きを小さく変換して、上記後群以降のレンズ系が包括する画角を狭くする働きを有するものである。
【００２７】
そして、第１レンズ群Ｇｒ１の前群は、強い負の屈折力を有するにも係わらず、樽型の歪曲収差の発生を極力抑制するために、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３が、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状のレンズとされ、更に、広角端の歪曲収差を正の屈折力で補正する必要があるため、凸レンズである第２レンズＬ２によってこれを補正するようにされている。
【００２８】
上記第１レンズ群Ｇｒ１の後群は、前群で広がった光束を略アフォーカルにするための第４レンズＬ４と、収斂系を構成するための第５レンズＬ５、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７から成る。第５レンズＬ５、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７は一般的なビデオカメラ用ズームレンズの第１レンズ群に似た構成を有し、第２レンズ群Ｇｒ２とのバランスにおいて、ズーミング中における各種収差の変動を抑制する働きを持つものである。
【００２９】
そして、第５レンズＬ５以降のレンズ系に従来の（既存の）レンズ構成を適用できるようにするため、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４に略アフォーカル系の特性を持たせるための条件を規定するのが、上記条件式１である。
【００３０】
従って、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４によるアフォーカルの特性が崩れて負の屈折力を有するようになると、第５レンズＬ５乃至第７レンズＬ７の正の屈折力が強くなってしまい、ズーミングにおける中間の焦点距離域よりも望遠側において、球面収差とコマ収差を補正することが困難になる。反対に、第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４によるアフォーカルの特性が崩れて正の屈折力を有するようになると、第４レンズＬ４に起因する球面収差が大きくなり、その補正が困難となる。
【００３１】
条件式２は、第５レンズＬ５以降のレンズ系に従来のレンズ構成を適用できるようにするためアフォーカル系（第１レンズＬ１乃至第４レンズＬ４）の各倍率を規定するためのものである。即ち、ｈ１．４の値が条件式２で規定される範囲内となるようにしたのは、ズームレンズ１及び２においてズーム比の超高倍率化と小型化を両立させるために、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径によって光束が制限されて規定される望遠端におけるＦ値を制限し、望遠端を暗くすることを収差補正の一手段として活用するためである。
【００３２】
従って、条件式２において、ｈ１．４の値が下限を越えると、第５レンズＬ５以降のレンズ系の画角が広がってしまい、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径が増大し、望遠端における球面収差、コア収差及び軸上色収差を補正することが困難となる。また、ｈ１．４の値が上限を越えると、第１レンズ群Ｇｒ１の前群の負の屈折力が強く成り過ぎてしまい、広角端における歪曲収差を補正することが困難となる。
【００３３】
条件式３は、広角端における歪曲収差を、第２レンズＬ２によってバランス良く補正することができるようにするための条件を規定するものである。
【００３４】
従って、｜ｆ１．３／ｆ２｜の値が下限を越えると、上記補正を十分に行うことができなくなり、樽型の歪曲が強く残っるようになる。また、｜ｆ１．３／ｆ２｜の値が上限を越えると、広角端における歪曲収差曲線の曲がりと倍率色収差曲線の曲がりが大きくなって、これらを中間像高と最大像高とでバランス良く補正することが困難になる。
【００３５】
条件式４は、望遠端における球面収差の補正に関する条件を規定するものである。即ち、望遠端において、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７から発生するアンダー側の球面収差を、第３レンズＬ３の像面ＩＭＧ側の面ｓ６で補正するためのものである。尚、従来のズームレンズにおいては、第１レンズ群から発生するアンダー側の球面収差は、第２レンズ群から発生するオーバー側の球面収差によって補正するように構成するのが一般的である。
【００３６】
ズームレンズ１及び２においては、広角端から望遠端にズーミングする際に、第１レンズ群Ｇｒ１及び第２レンズ群Ｇｒ２を通る光束の太さが共に増大していく時は、上記従来の場合の手法と同様に、アンダー側とオーバー側の球面収差による打ち消し合いが働くが、望遠端におけるＦ値を暗くすることを収差補正の一手段としているために、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の有効径によって光束が制限されるので、第２レンズ群と第１レンズ群との間隔ｄ１３が大きくなるに従って、第２レンズ群Ｇｒ２を通過する光束の太さが減少に転じて、上記従来の手法であるアンダー側とオーバー側の球面収差による打ち消し合いが成り立たなくなる。従って、ズームレンズ１及び２のような望遠端が広角端に比べて極端に暗くなるズーム比が超高倍率のものにおいては、第１レンズ群Ｇｒ１から発生する球面収差は、第１レンズ群Ｇｒ１の中で極力抑え必要がある。
【００３７】
従って、ｒ６／ｆＩの値が下限を越えると、オーバー側の球面収差が強くなって補正過剰となり、逆に、ｒ６／ｆＩの値が上限を越えると、球面収差の補正が不足すると共に、上記条件式２に適合させるために、第１レンズＬ１の負の屈折力が強くなって、広角端における歪曲収差を補正することが困難となる。
【００３８】
望遠端における色収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２は、第１レンズ群Ｇｒ１の第４レンズＬ４、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７が、ν４を第４レンズＬ４を構成する材質のアッベ数、ν６を第６レンズＬ６を構成する材質のアッベ数、ν７を第７レンズＬ７を構成する材質のアッベ数とすると、
７０＜（ν４＋ν６＋ν７）／３（以下、「条件式５」という。）
の条件を満足する材質によって構成される。
【００３９】
尚、望遠レンズの色収差の補正及び２次スペクトルの補正には、レンズ系の前群の凸レンズにアッベ数が大きく、異常部分分散性を持つ材質を用いることが効果的であることが公知である。
【００４０】
しかしながら、ズームレンズ１及び２にあっては、望遠端において、入射光束は第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７で最も広がるようになっている。従って、望遠端における色収差は、第４レンズＬ４乃至第７レンズＬ７の構成によって支配されるので、凸レンズである、第４レンズＬ４、第６レンズＬ６及び第７レンズＬ７を、一般的な望遠レンズにおける２次スペクトルの補正に適した材質とすること、即ち、上記条件式５を満足する材質、所謂超低分散ガラスによって形成することが必要となる。尚、既存のレンズ用の光学ガラスでは、上記条件式５を満足させることはできない。
【００４１】
広角側における球面収差とコマ収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２にあっては、第３レンズ群Ｇｒ３を構成する第１１レンズＬ１１乃至第１３レンズＬ１３の各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４２】
第２レンズ群Ｇｒ２を出た発散光束を収斂光束に転じて第４レンズ群Ｇｒ４に送る働きをする第３レンズ群Ｇｒ３は、強い正の屈折力を有し、また、広角端においては最も光束が広がる部分なので、広角端における球面収差とコマ収差に関して支配的な影響力を有する部分である。従って、発散光束を収斂光束に緩やかに転じさせるためには、第３レンズ群Ｇｒ３を正の屈折力を２つのレンズ群に分け、更に、その一方に負の屈折力を有する接合面を設けるようにすることが有効であり、ズームレンズ１及び２あっては、第３レンズ群Ｇｒ３を、凸レンズ（第１１レンズＬ１１）と、凹レンズ（第１２レンズＬ１２）と凸レンズ（第１３レンズＬ１３）との接合レンズによって構成し、球面収差の発生とコマ収差の発生を抑制するようにしている。そして、更に万全を期すため、上記したように、第１１レンズＬ１１乃至第１３レンズＬ１３の各面ｓ２０乃至ｓ２４のうちの少なくとも１面を非球面とすると共に、非球面とされた面のうちの少なくとも１面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたものである。
【００４３】
広角端における非点収差と歪曲収差の補正に関し、ズームレンズ１及び２にあっては、第５レンズ群Ｇｒ５を構成する第１７レンズＬ１７乃至第１９レンズＬ１９の各面ｓ３０乃至ｓ３４のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４４】
第４レンズ群Ｇｒ４で外側に跳ね上げられた主光線は、第５レンズ群Ｇｒ５において、最大像高より光線高が高くなり、射出瞳が像面より後側になるように第５レンズ群Ｇｒ５で折り曲げる必要がある。従って、主光線を緩やかに折れ曲がるようにするために、第５レンズ群ＧＲ５においては、正の屈折力を２つのレンズ群に分け、その一方に負の屈折力を有する接合面を設けるようにする。即ち、凸レンズ（第１７レンズＬ１７）と、凸レンズ（第１８レンズＬ１８）と凹レンズ（第１９レンズＬ１９）との接合レンズによって構成し、非点収差及び歪曲収差の発生を抑制するようにしている。
【００４５】
そして、更に万全を期すため、上記したように、第１７レンズＬ１７乃至第１９レンズＬ１９の各面ｓ３０乃至ｓ３４のうちの少なくとも１面を非球面とすると共に、非球面とされた面のうちの少なくとも１面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした。
【００４６】
ズームレンズ１及び２は、ビデオカメラ用なので、手振れ補正手段が適用されるものである。即ち、ズームレンズ１及び２には、可変頂角プリズム等を用いた光学的手振れ補正手段ではなく、レンズの有効像円の中から狭い範囲の像を切り出して出力するようにし、手振れに応じて、この切り出す範囲を逐次可変とした、映像信号処理による手振れ補正手段が適用される。
【００４７】
尚、手振れの画面に対する影響は、一般的に、広角側では非常に小さく、望遠側になるほど大きく現れるものである。そして、映像信号処理による手振れ補正手段においては、撮像素子の有効画素範囲全体から手振れの補正後に切り出される有効画面の寸法は、ズーミングの全域において一定であり、上記有効画素範囲全体から有効画面となる部分を除いた残りの部分が、手振れの補正に用いることができる部分である。手振れの補正が殆ど必要ない広角側においても、上記手振れの補正に用いる範囲を有効に使用するようにすると、有効像円は有効画素範囲全体をカバーしなければならなくなる。
【００４８】
従って、ズームレンズ１及び２においては、広角端において、上記有効画面に対して既に十分な超広角レンズとなっているので、有効像円を広げて更に広角化を行うことは困難なので、広角側では有効画素範囲上での手振れの補正範囲を狭く制限し、望遠側では手振れ補正範囲を広くするように有効像円を設定するようにする。
【００４９】
次に、各実施の形態に固有の事項について説明する。
【００５０】
表１にズームレンズ１の各値を示す。
【００５１】
【表１】
上記表１に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシングに伴う動作によって面間隔ｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）となる。従って、表２に広角端（ｆ＝１．００）、望遠端（ｆ＝３９．８７）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝１７．５６）におけるｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９の各値を示す。
【００５３】
【表２】
また、第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５において、第１２レンズＬ１２の面ｓ２０及び第１８レンズの面ｓ３２は非球面に形成されている。表３に上記面ｓ２０及びｓ３２の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を示す。
【００５５】
【表３】
尚、上記表３中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を意味するものとする（後述する表７においても同様。）。
【００５７】
表４にズームレンズ１の前記条件式１乃至５の値と、ｆ、Ｆｎｏ．及び２ωの値を示す。
【００５８】
【表４】
図２乃至図４にズームレンズ１の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、一点鎖線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００６０】
表５にズームレンズ２の各値を示す。
【００６１】
【表５】
上記表５に示すように、ズームレンズ１のズーミング及びフォーカシングに伴う動作によって面間隔ｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９は可変（ｖａｒｉａｂｌｅ）となる。従って、表６に広角端（ｆ＝１．００）、望遠端（ｆ＝３９．７６）及び広角端と望遠端との中間焦点位置（ｆ＝１７．１７）におけるｄ１３、ｄ１８、ｄ２４及びｄ２９の各値を示す。
【００６３】
【表６】
また、第３レンズ群Ｇｒ３及び第５レンズ群Ｇｒ５において、第１２レンズＬ１２の面ｓ２０及びｓ２１と、第１８レンズの面ｓ３２は非球面に形成されている。表７に上記面ｓ２０、ｓ２１及びｓ３２の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を示す。
【００６５】
【表７】
表８にズームレンズ２の前記条件式１乃至５の値と、ｆ、Ｆｎｏ．及び２ωの値を示す。
【００６７】
【表８】
図６乃至図８にズームレンズ２の広角端、広角端と望遠端との中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図において、実線はｄ線、破線はｇ線、一点鎖線はＣ線における値を示すものであり、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００６９】
このように、本発明ズームレンズ１及び２は、３５ｍｍフィルムを使用するカメラ用のレンズに換算するとｆが２５ｍｍ〜１０００ｍｍ相当の超広角域〜超望遠域をカバーするズーム比４０倍の超高倍率ズームレンズを、５群１９枚構成で、３枚の超低分散ガラスを用いると共に、有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状、所謂ガラスモールド非球面レンズを２枚用いたレンズ系によって、ズーミングの全域において歪曲収差を初めとする各種収差がバランス良く補正された高画質の画像を得ることを可能にしたものである。
【００７０】
尚、ズームレンズ１は具体的には、有効画素範囲の対角線長を４．５ｍｍ、有効画面の対角線長を３．３８ｍｍにした場合には、全長が１２５．５ｍｍ、前玉（第１レンズＬ１）径は５６ｍｍ、絞り径は約９．２ｍｍ、第２レンズ群Ｇｒ２の移動量は約３０ｍｍ、第４レンズ群Ｇｒ４の移動量は約１２ｍｍとなる。従って、第２レンズ群Ｇｒ２及び第４レンズ群Ｇｒ４の移動量が従来のズームレンズと同程度であるので、これらのレンズ群の移動機構に従来技術を適用することができるために生産性が良く、また、小型ビデオカメラ用のズームレンズとして十分実用になる大きさを有するにもかかわらず、画角８５°を越える超広角域から画角２．５°以下の超望遠域をカバーし、映像信号処理方式による手振れ補正手段にも対応して、超望遠域での手持ち撮影が可能である。
【００７１】
また、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ならないものである。
【００７２】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズと、凸レンズの第２レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズと、凸レンズの第４レンズと、凹レンズの第５レンズと凸レンズの第６レンズとの接合レンズと、凸レンズの第７レンズとによって構成し、第２レンズ群を、凹レンズの第８レンズと、凹レンズの第９レンズと凸レンズの第１０レンズとの接合レンズとによって構成し、第３レンズ群を、凸レンズの第１１レンズと、凹レンズの第１２レンズと凸レンズの第１３レンズとの接合レンズとによって構成し、第４レンズ群Ｇｒ４を、凹レンズの第１４レンズと、凹レンズの第１５レンズと凸レンズの第１５レンズとの接合レンズとによって構成し、第５レンズ群を、凸レンズの第１７レンズと、凸レンズの第１８レンズと凹レンズの第１９レンズとの接合レンズとによって構成し、ｆ１．４を第１レンズ群の第１レンズ乃至第４レンズの合成焦点距離、ｆＩを第１レンズ群の合成焦点距離、ｈ１．４を光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズＬ４から射出する時の近軸光線の高さ、ｆ１．３を第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、ｆ２を第２レンズの焦点距離、ｒ６を第３レンズの像面側の面の曲率半径とすると、｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４、１．２５＜ｈ１．４＜１．５、０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５、０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５の各条件を満足するようにしたので、超広角域から超望遠域までをカバーすることができ、ズーミングの全域において各種収差、特に、球面収差をバランス良く補正することができる。
【００７３】
請求項２に記載した発明にあっては、ν４を第４レンズを構成する材質のアッベ数、ν６を第６レンズを構成する材質のアッベ数、ν７を第７レンズを構成する材質のアッベ数とすると、第４レンズ、第６レンズ及び第７レンズを、７０＜（ν４＋ν６＋ν７）／３の条件を満足する材質によって構成したので、望遠端における色収差及び２次スペクトルを効果的に補正することができる。
【００７４】
請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたので、広角側における球面収差及びコマ収差の発生を抑制することができる。
【００７５】
また、請求項５乃至請求項８に記載した発明にあっては、第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にしたので、広角側における非点収差及び歪曲収差の発生を抑制することができる。
【００７６】
更に、請求項９乃至請求項１６に記載した発明にあっては、望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくしたので、映像信号処理方式の手振れ補正に用いる撮像素子の有効画素範囲全体から有効画面を抜き出した手振れ補正範囲を、広角域においても有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４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、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図２】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図４】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図５】図６乃至図８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、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図６】広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図７】広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図８】望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、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、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、Ｌ６…第６レンズ、Ｌ７…第７レンズ、Ｌ８…第８レンズ、Ｌ９…第９レンズ、Ｌ１０…第１０レンズ、Ｌ１１…第１１レンズ、Ｌ１２…第１２レンズ、Ｌ１３…第１３レンズ、Ｌ１４…第１４レンズ、Ｌ１５…第１５レンズ、Ｌ１６…第１６レンズ、Ｌ１７…第１７レンズ、Ｌ１８…第１８レンズ、Ｌ１９…第１９レンズ、ＩＭＧ…像面
Claims (16)
- 物体側より像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有し、主として変倍を行うために光軸方向に移動可能とされた第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
負の屈折力を有し、変倍中の焦点位置の変動を補正すると共に焦点合わせを行うために光軸方向に移動可能とされた第４レンズ群と、
正の屈折力を有する第５レンズ群とから成り、
上記第１レンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第１レンズと、凸レンズの第２レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカス形状の第３レンズと、凸レンズの第４レンズと、凹レンズの第５レンズと凸レンズの第６レンズとの接合レンズと、凸レンズの第７レンズとによって構成され、
上記第２レンズ群は、凹レンズの第８レンズと、凹レンズの第９レンズと凸レンズの第１０レンズとの接合レンズとによって構成され、
上記第３レンズ群は、凸レンズの第１１レンズと、凹レンズの第１２レンズと凸レンズの第１３レンズとの接合レンズとによって構成され、
上記第４レンズ群は、凹レンズの第１４レンズと、凹レンズの第１５レンズと凸レンズの第１６レンズとの接合レンズとによって構成され、
上記第５レンズ群は、凸レンズの第１７レンズと、凸レンズの第１８レンズと凹レンズの第１９レンズとの接合レンズとによって構成され、
以下の各条件を満足するようにした
ことを特徴とするズームレンズ。
｜ｆＩ／ｆ１．４｜＜０．０４
１．２５＜ｈ１．４＜１．５
０．２＜｜ｆ１．３／ｆ２｜＜０．５
０．８＜ｒ６／ｆＩ＜１．５
但し、
ｆ１．４：第１レンズ群の第１レンズ乃至第４レンズの合成焦点距離、
ｆＩ：第１レンズ群の合成焦点距離、
ｈ１．４：光軸に平行で高さ１の近軸光線を物体側から入射させた時に、第４レンズから射出する時の近軸光線の高さ、
ｆ１．３：第１レンズ群の第１レンズ乃至第３レンズの合成焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｒ６：第３レンズの像面側の面の曲率半径、
とする。 - 第４レンズ、第６レンズ及び第７レンズが下記の条件を満足する材質によって構成された
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
７０＜（ν４＋ν６＋ν７）／３
但し、
ν４：第４レンズを構成する材質のアッベ数、
ν６：第６レンズを構成する材質のアッベ数、
ν７：第７レンズを構成する材質のアッベ数、
とする。 - 第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。 - 第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。 - 第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。 - 第５レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成すると共に、該非球面によって構成された面のうち、少なくとも１の面を有効径において近軸球面の深さより浅い非球面形状にした
ことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。 - 望遠端における有効像円を、広角端における有効像円よりも大きくした
ことを特徴とする請求項８に記載のズームレンズ。
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