JP4217990B2 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、ズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該ズームレンズが振動した時の撮影画像のブレを光学的に補正してブレのない画像を得るようにし、撮影画像の安定化を図った所謂防振機能を有するビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子により受光するカメラに使用するのに適したズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。
撮影時のシャッターレリーズに起因するような手ブレ又は車などの移動物体上から撮影した場合に撮影系に振動が伝わる手ブレ等により撮影画像にブレが生じる。こうした手ブレによる像ブレを補正する手段として、レンズ系を構成する一部のレンズ群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像位置をシフトさせ像ブレを補正し、また、像位置をシフトさせた際に発生する光学性能の劣化を補正した、手ブレ補正光学系が知られている。
具体的には、特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載されたズームレンズでは、正、負、正、正の屈折力のレンズ群よりなる第1レンズ群から第4レンズ群、負の屈折力を有する負部分群と正の屈折力を有する正部分群により構成される第5レンズ群が配列されて構成され、上記正部分群を光軸にほぼ垂直な方向にシフトさせることによって防振を行っている。
特開2006−98963号公報
しかしながら、特許文献1によるズームレンズでは、第5レンズ群の負部分群が1枚の負レンズで構成されているために、負部分群の屈折力が強くなり、第5レンズ群の正部分群の最も像側のレンズとの屈折力差が大きくなってしまう。そのため、第5レンズ群の負部分群と第5レンズ群の正部分群の最も像側のレンズとの間の相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなるという問題があった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、光軸方向に移動可能なレンズ群の数が少なくして、小型化に適すると共に偏心による結像性能の劣化を少なくすることを課題とする。
本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成され、前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足する。
(1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
但し、
f5a:第5aレンズ群の焦点距離
f5c:第5cレンズ群の焦点距離
とする。
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、ズームレンズと該ズームレンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成され、前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足する。
(1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
但し、
f5a:第5aレンズ群の焦点距離
f5c:第5cレンズ群の焦点距離
とする。
本発明によれば、光軸方向に移動可能なレンズ群の数が少なく、小型化に適すると共に偏心による結像性能の劣化が少ない。
以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
先ず、本発明ズームレンズについて説明する。
本発明ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成され、前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足する。
(1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
但し、
f5a:第5aレンズ群の焦点距離
f5c:第5cレンズ群の焦点距離
とする。
従って、本発明ズームレンズにあっては、第5レンズ群の負部分群である第5aレンズ群を強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズで構成することによって、第5aレンズ群と第5cレンズ群の相対偏芯による結像性能の劣化を低減することができる。すなわち、第1レンズ群乃至第4レンズ群により屈折力配置としてはズームレンズ方式が構成され、第4レンズ群を射出した光線束は収斂に向かっている。この収斂光束を第5aレンズ群により再び発散光束に転じさせるのであるから、第5aレンズ群は強い負の屈折力を有し、第5aレンズ群からはオーバー側の球面収差やオーバー側の非点収差が発生しやすい。第5aレンズ群を、このような大きな収差が発生する構成、例えば、負の単レンズで構成したとすると、偏芯や倒れなどの製造誤差による収差劣化の敏感度が高くなって、量産が困難になってしまう。なお、ここで、「強い凹面を像側に向けた」とは、物体側面の曲率半径(平面は無限大)に比較して像側面の曲率半径が小さく、且つ、像側面が像側に凹であることを意味し、また、「強い凹面を物体側に向けた」とは、像側面の曲率半径(平面は無限大)に比較して物体側面の曲率半径が小さく、且つ、物体側面が物体側に凹であることを意味する。
また、条件式(1)を満足することにより、レンズ全長の短縮化と第5aレンズ群と第5cレンズ群との相対偏芯による結像性能の劣化を軽減することができる。
前記条件式(1)は第5cレンズ群の屈折力の大きさと、第5aレンズ群の屈折力の大きさの比の範囲を規定するものである。条件式(1)の上限値を上回った場合、第5aレンズ群の屈折力が小さくなると共に第5cレンズ群の屈折力が大きくなるため、第5aレンズ群と第5cレンズ群との間の屈折力の差が大きくなり、第5aレンズ群と第5cレンズ群との相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなる。逆に条件式(1)の下限値を下回った場合、第5aレンズ群の屈折力が大きくなると共に第5cレンズ群の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が増大すると共に第5aレンズ群と第5cレンズ群との間の屈折力の差が大きくなり、第5aレンズ群と第5cレンズ群との間の相対偏芯による結像性能の劣化が大きくなる。
なお、第3レンズ群の近傍に開口絞りを配置して、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に移動する可動レンズ群である第2レンズ群と第4レンズ群が開口絞りを挟んで位置するようにすると、レンズ径の大型化を防ぎつつ、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正することが可能である。また、第5レンズ群が開口絞りから離れて位置することになり、第5レンズ群の一部の正部分群(前記第5bレンズ群)を光軸に略垂直な方向にシフトさせるための駆動機構が第2レンズ群や開口絞りを駆動するための駆動機構と干渉することが無く、そのため駆動機構の配置の自由度が増すとともに、鏡筒外形の大型化を防ぐことができる。さらに、第5レンズ群の負部分群ではなく正部分群をシフトさせるようにしているので、歪曲収差の発生を抑えることができる。
また、レンズ系の最も像側に、変倍時に位置が固定の第5レンズ群を配置しているため、射出光線がより光軸から離れた位置にあるときに各種収差がレンズ面で補正されて、広角な焦点距離を持ち、かつ、ズーム全領域で良好な収差補正を行うことができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、f5bを第5bレンズ群の焦点距離、ftを望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離として、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
(2)0.25<f5b/ft<0.4
これによって、負の球面収差を良好に補正することができるとともに、正部分群の光軸に略垂直な方向への少ないシフト量によって手ブレによる像位置の変動を補正することができる。
条件式(2)は第5bレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、防振のための敏感度アップとズーム全域での収差補正を良好にするための条件を規定するものである。条件式(2)の上限値を上回ると、防振のための敏感度がアップするため手ブレ補正時におけるレンズ移動量を少なくすることができるが、一方で像面が補正過剰となり球面収差とのバランスを図ることが困難となる。逆に条件式(2)の下限値を下回ると、収差のバランスは良好になるが、防振のための敏感度が低下し、手ブレ補正時におけるレンズ移動量が大きくなり、レンズ外形が大きくなってしまう。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、f5を第5レンズ群の焦点距離として、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
(3)5<f5/|f5a|<7
これによって、所望の長さのバックフォーカスの確保とレンズ系全体の大きさのバランスをとることができる。
条件式(3)は第5レンズ群中の第5aレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものである。条件式(3)の上限値を上回って第5aレンズ群の屈折力が大きくなると、レンズ全長が増大してしまう。条件式(3)の下限値を下回ると、第5aレンズ群の屈折力が小さくなり、長いバックフォーカスの確保が困難になる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
(4)1.5<f5/f5c<2.5
これによって、各種収差のさらに良好な補正が可能であると共に、像ブレ補正時に生じる偏心収差を抑制し、かつ、像面移動をさらに抑制することができる。
条件式(4)は第5レンズ群中の第5cレンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものである。条件式(4)の上限値を上回って第5cレンズ群の屈折力が大きくなると、レンズ全長の短縮化には有利だが、像面湾曲や歪曲の変倍全域にわたる変動を補正するのが困難になる。また、条件式(4)の下限値を下回って第5cレンズ群の屈折力が小さくなると、レンズ全長が増大してしまう。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、fwを広角端状態におけるレンズ全系での焦点距離として、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
(5)2.5<f5/(fw・ft)1/2<4
これによって、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行いつつ広角化を図ることができる。
条件式(5)はワイド端における画角を広げるために第5レンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行いつつ広角化を図るうえでの条件式である。すなわち、条件式(5)の上限値を上回ると、ワイド端において画角をさらに広げることができるが、一方で像面が補正過剰となり球面収差とのバランスを図ることが困難となる。逆に条件式(5)の下限値を下回ると、収差のバランスは向上するが広角化を実現することができない。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
(6)0.8<f5b/(fw・ft)1/2<1.0
これによって、像ブレ補正時における偏心収差を抑制し、かつ、手ブレ時における手ブレ補正群の可動量を少なくすることができる。
条件式(6)は手ブレ補正時における手ブレ補正群の可動量を少なくするために第5レンズ群の屈折力の大きさの範囲を規定するものであり、ズーム領域の全体に亘って良好な収差補正を行う条件を規定するものである。すなわち、条件式(6)の上限値を上回ると、手ブレ補正時における手ブレ補正群の可動量を少なくすることができるが、一方で手ブレ補正時の収差補正を行うことが困難となる。逆に条件式(6)の下限値を下回ると、収差のバランスは向上するが手ブレ補正に必要な手ブレ補正群の可動量が大きくなりレンズ径の小型化を実現することができない。
なお、前記条件式(1)乃至(6)は、その全部を満足することが、良好な収差補正を実現し、手振れ補正時における収差変動を極小に抑え、さらに、レンズ全長の短縮とレンズ外径の小型化を図る上で望ましいが、何れか一つでも満足していれば、当該条件式の説明で示した効果を奏することができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第5bレンズ群は物体側より順に位置した、正レンズと負レンズとの接合レンズにより構成されることが望ましい。
これによって、ブレ補正のための補正レンズ群の構成を最小限として補正レンズ群の小型化及び軽量化を図ることができる。そのため、補正レンズを駆動するためのアクチュエータを小型化できるため、装置全体の小型化が実現できると共に、駆動の際の省電力化を図ることができる。また、第5bレンズ群を仮に正レンズと負レンズの分離した構成にした場合、この正レンズと負レンズの相互における、間隔誤差、偏芯誤差及び倒れ誤差による収差劣化が著しくなり、量産性が悪くなるが、第5bレンズ群を1群2枚構成の接合レンズとするとによって前記した不利益を回避することが出来る。
ブレ補正時の色収差の変動を十分小さくするためには、第5bレンズ群での色収差の発生量を小さくすることが好ましい。第5bレンズ群を正レンズと負レンズからなる一組の接合レンズで構成するのが収差補正上好ましく、このようにすることによって、第5bレンズ群の屈折力を大きくしながら第5bレンズ群自体の色収差補正が容易となるため、防振のための敏感度アップと防振時の色収差変動の低下の両方を満足することが可能になり、第5bレンズ群の屈折力を最適に設定して防振のために必要な感度を確保しながら、低分散の硝材を用いることで防振時の色収差変動を問題のないレベルに抑えることができる。
なお、第5bレンズ群の物体側の面を非球面形状とすることにより、第5レンズ群で発生する球面収差を抑制するとともに防振時に発生する偏心コマ収差を低減することができる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第4レンズ群は物体側より順に位置した、正レンズと、負レンズと、正レンズとの3枚接合レンズにより構成されることが望ましい。
これによって、軸外収差と軸上収差とを同時に補正することが可能となり、被写体位置が変化した際に発生する諸収差の変動を良好に補正することができる。
そして、負レンズの前後をそれぞれ正レンズと接合することによって、負レンズの曲率の取り得る自由度を従来と比べて格段に大きくすることが可能になり、この面から発生する球面収差の色による曲がりを著しく改善することが可能になる。
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、固体撮像素子上に像を形成することが望ましい。
固体撮像素子上に像を形成することで、光電変換した画像をメモリやテープに記録することで、ユーザーの便宜を図ることができる。
次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。
なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、次の数1式によって定義されるものとする。
Figure 0004217990
なお、yは光軸からの高さ、xはサグ量、cは曲率、κは円錐定数、A、B、…は非球面係数である。
図1は本発明の各実施の形態によるズームレンズの屈折力配分を示しており、物体側より像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群L1、負の屈折力を有する第2レンズ群L2、正の屈折力を有する第3レンズ群L3、正の屈折力を有する第4レンズ群L4、正の屈折力を有する第5レンズ群L5が配列されて構成され、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間の空気間隔は増大し、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との間の空気間隔は減少するように、第2レンズ群L2が像側へ移動する。この時、第1レンズ群L1、第3レンズ群L3,第5レンズ群L5は固定であって、第4レンズ群L4が第2レンズ群L2の移動に伴う像面位置の変動を補正するように移動すると共に近距離合焦時に物体側へ移動する。
図2は本発明の第1の実施の形態にかかるズームレンズ1のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズL11と、物体側に凸面を向けた正レンズL12とから構成される。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズL22とから構成される。第3レンズ群L3は両面に非球面を有する両凸レンズL31により構成される。第4レンズ群L4は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの3枚接合レンズL41により構成される。第5レンズ群L5は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51と、物体側に凹面を向けた負レンズL52とで構成される第5aレンズ群L5a、両凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズL53で構成される第5bレンズ群L5b、両凸レンズL54で構成される第5cレンズ群L5cより構成される。また、開口絞りSPが第3レンズ群L3の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第5レンズ群L5と像面IPとの間にはフィルタFLが配置されている。そして、第5レンズ群L5の第5bレンズ群L5bを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表1に第1の実施の形態に係るズームレンズ1に具体的数値を適用した数値実施例1のレンズデータを示す。なお、表1及び他のレンズデータを示す表において、「面番号」は物体側から数えてi番目の面であることを示し、「曲率半径」は物体側から数えて第i番目の面の曲率半径を示し、「面間隔」は物体側から数えて第i番目の面と第i+1番目の面との間の軸上面間隔を示し、「屈折率」は物体側に第i面を有する硝材のd線に対する屈折率を示し、「アッベ数」は物体側に第i面を有する硝材のd線に対するアッベ数を示す。そして、曲率半径に関し「∞」は当該面が平面であることを示し、面間隔に関し「(Di)」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ1において、第2レンズ群L2の負メニスカスレンズL21の像側面(第7面)、第3レンズ群L3の両凸レンズL31の両面(第12面、第13面)、第4レンズ群L4の3枚接合レンズL41の物体側面(第14面)、第5レンズ群L5の第5bレンズ群L5bの物体側面(第22面)は非球面で構成されている。そこで、数値実施例1における前記各面の4次、6次、8次及び10次の非球面係数A、B、C、Dを円錐定数κと共に表2に示す。なお、表2及び以下の非球面係数を示す表において「E−i」は10を底とする指数表現、すなわち、「10−i」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
Figure 0004217990
ズームレンズ1において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間の面間隔D5、第2レンズ群L2と第3レンズ群(開口絞りSP)L3との間の面間隔D10、第3レンズ群L3と第4レンズ群L4との間の面間隔D13及び第4レンズ群L4と第5レンズ群L5との間の面間隔D17が変化する。そこで、数値実施例1における前記各面間隔の広角端状態(f=1.000)、中間焦点距離状態(f=4.525)及び望遠端状態(f=9.05)における各値を焦点距離f、FナンバーFNO、画角2ωと共に表3に示す。
Figure 0004217990
数値実施例1の前記条件式(1)〜(6)対応値を表4に示す。
Figure 0004217990
図3乃至図5は数値実施例1の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図3は広角端状態(f=1.000)、図4は中間焦点距離状態(f=4.525)、図5は望遠端状態(f=9.05)における諸収差図を示す。
図6乃至図8は数値実施例1の無限遠合焦状態における0.5度相当のレンズシフト状態での横収差図を示し、図6は広角端状態(f=1.000)、図7は中間焦点距離状態(f=4.525)、図8は望遠端状態(f=9.05)における横収差図を示す。
図3乃至図8の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてAは画角、yは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例1は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図9は本発明の第2の実施の形態にかかるズームレンズ2のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズL11と、物体側に凸面を向けた正レンズL12とから構成される。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL21と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズL22とから構成される。第3レンズ群L3は物体側面に非球面を有する両凸レンズL31により構成される。第4レンズ群L4は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの3枚接合レンズL41により構成される。第5レンズ群L5は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51と、物体側に凹面を向けた負レンズL52とで構成される第5aレンズ群L5a、物体側面に非球面を有する凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズL53で構成される第5bレンズ群L5b、両凸レンズL54で構成される第5cレンズ群L5cより構成される。また、開口絞りSPが第3レンズ群L3の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第5レンズ群L5と像面IPとの間にはフィルタFLが配置されている。そして、第5レンズ群L5の第5bレンズ群L5bを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表5に第2の実施の形態に係るズームレンズ2に具体的数値を適用した数値実施例2のレンズデータを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ2において、第3レンズ群L3の両凸レンズL31の物体側面(第12面)、第4レンズ群L4の3枚接合レンズL41の物体側面(第14面)、第5レンズ群L5の第5bレンズ群L5bの物体側面(第22面)は非球面で構成されている。そこで、数値実施例2における前記各面の4次、6次、8次及び10次の非球面係数A、B、C、Dを円錐定数κと共に表6に示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ2において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間の面間隔D5、第2レンズ群L2と第3レンズ群(開口絞りSP)L3との間の面間隔D10、第3レンズ群L3と第4レンズ群L4との間の面間隔D13及び第4レンズ群L4と第5レンズ群L5との間の面間隔D17が変化する。そこで、数値実施例2における前記各面間隔の広角端状態(f=1.00)、中間焦点距離状態(f=4.55)及び望遠端状態(f=9.09)における各値を焦点距離f、FナンバーFNO、画角2ωと共に表7に示す。
Figure 0004217990
数値実施例2の前記条件式(1)〜(6)対応値を表8に示す。
Figure 0004217990
図10乃至図12は数値実施例2の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図10は広角端状態(f=1.00)、図11は中間焦点距離状態(f=4.55)、図12は望遠端状態(f=9.09)における諸収差図を示す。
図13乃至図15は数値実施例2の無限遠合焦状態における0.5度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図13は広角端状態(f=1.00)、図14は中間焦点距離状態(f=4.55)、図15は望遠端状態(f=9.09)における横収差図を示す。
図10乃至図15の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてAは画角、yは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例2は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
図16は本発明の第3の実施の形態にかかるズームレンズ3のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に位置した、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズL11と、物体側に凸面を向けた正レンズL12とから構成される。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズL22とから構成される。第3レンズ群L3は物体側面に非球面を有する両凸レンズL31により構成される。第4レンズ群L4は、物体側から像側へ順に位置した、物体側面に非球面を有する両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの3枚接合レンズL41により構成される。第5レンズ群L5は、物体側から像側へ順に位置した、像側に凹面を向け像側面に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL51と、物体側に凹面を向け物体側面に非球面を有する負レンズL52とで構成される第5aレンズ群L5a、凸レンズと物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズとの接合レンズL53で構成される第5bレンズ群L5b、両凸レンズL54で構成される第5cレンズ群L5cにより構成される。また、開口絞りSPが第3レンズ群L3の物体側に位置し、広角端状態から望遠端状態への変倍時に光軸方向へ固定である。さらに、第5レンズ群L5と像面IPとの間にはフィルタFLが配置されている。そして、第5レンズ群L5の第5bレンズ群L5bを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能である。
表9に第3の実施の形態に係るズームレンズ3に具体的数値を適用した数値実施例3のレンズデータを示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ3において、第2レンズ群L2の負メニスカスレンズL21の像側面(第7面)、第3レンズ群L3の両凸レンズL31の物体側面(第12面)、第4レンズ群L4の3枚接合レンズL41の物体側面(第14面)、第5レンズ群L5の第5aレンズ群L5aの負メニスカスレンズL51の像側面(第19面)、第5レンズ群L5の第5aレンズ群L5aの負メニスカスレンズL52の物体側面(第20面)は非球面で構成されている。そこで、数値実施例3における前記各面の4次、6次、8次及び10次の非球面係数A、B、C、Dを円錐定数κと共に表10に示す。
Figure 0004217990
ズームレンズ3において、広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間の面間隔D5、第2レンズ群L2と第3レンズ群(開口絞りSP)L3との間の面間隔D10、第3レンズ群L3と第4レンズ群L4との間の面間隔D13及び第4レンズ群L4と第5レンズ群L5との間の面間隔D17が変化する。そこで、数値実施例3における前記各面間隔の広角端状態(f=1.00)、中間焦点距離状態(f=4.50)及び望遠端状態(f=9.02)における各値を焦点距離f、FナンバーFNO、画角2ωと共に表11に示す。
Figure 0004217990
数値実施例3の前記条件式(1)〜(6)対応値を表12に示す。
Figure 0004217990
図17乃至図19は数値実施例3の無限遠合焦状態での諸収差図をそれぞれ示し、図17は広角端状態(f=1.00)、図18は中間焦点距離状態(f=4.50)、図19は望遠端状態(f=9.017)における諸収差図を示す。
図20乃至図22は数値実施例3の無限遠合焦状態における0.5度相当のレンズシフト状態での横収差図をそれぞれ示し、図20は広角端状態(f=1.00)、図21は中間焦点距離状態(f=4.50)、図22は望遠端状態(f=9.017)における横収差図を示す。
図17乃至図22の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。コマ収差図においてAは画角、yは像高をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例3は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
次に、本発明撮像装置について説明する。
本発明撮像装置は、ズームレンズと該ズームレンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成され、前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足する。
(1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
但し、
f5a:第5aレンズ群の焦点距離
f5c:第5cレンズ群の焦点距離
とする。
図23に本発明撮像装置の一実施形態によるデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
デジタルスチルカメラ10は、被写体像を光学的に取得するレンズ部20とレンズ部20で取得した被写体の光学像を電気的画像信号に変換し、且つ、該画像信号に種々の処理を施すと共にレンズ部を制御する機能を有するカメラ本体部30を備える。
レンズ部20は、レンズやフィルタ等の光学要素から成るズームレンズ21、ズーミングに際して変倍群を移動させるズーム駆動部22、フォーカス群を移動させるフォーカス駆動部23、シフトレンズ群を光軸に垂直な成分を持つ方向へシフトさせるシフトレンズ駆動部24、開口絞りの開放度を制御するアイリス駆動部25を備える。そして、前記ズームレンズ21には、前記したズームレンズ1〜3の何れか、あるいはそれらの数値実施例、前記実施の形態や数値実施例で示した形態以外の形態で実施した本発明ズームレンズを適用することが出来る。
カメラ本体部30にはズームレンズ21で形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子31を備える。
前記撮像素子31には、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)などが適用可能である。撮像素子31から出力された電気的画像信号は画像処理回路32で各種処理を施された後、所定の方式でデータ圧縮され、画像データとして画像メモリー33に一時保存される。
カメラ制御CPU(Central Processing Unit)34はカメラ本体部30及びレンズ部20の全体を統括的に制御するものであり、前記画像メモリー33に一時的に保存された画像データを取り出し、液晶表示装置35に表示したり、外部メモリー36に保存したりする。また、外部メモリー36に保存されている画像データを読み出して液晶表示装置35に表示する。
シャッターレリーズスイッチ、ズーミングスイッチ、等の操作部40からの信号がカメラ制御CPU34に入力され、該操作部40からの信号に基づいて各部を制御する。例えば、シャッターレリーズスイッチが操作されると、カメラ制御CPU34からタイミング制御部37へ指令が出され、ズームレンズ21からの光線が撮像素子31に入力され、且つ、タイミング制御部37によって撮像素子31の信号読み出しタイミングが制御される。
ズームレンズ21の制御に関する信号、例えば、AF(Auto Focus)信号、AE(Auto Exposure)信号、ズーミング信号等はカメラ制御CPU34からレンズ制御部38に送られ、レンズ制御部38によってズーム駆動部22、フォーカス駆動部23、アイリス駆動部25が制御されて、ズームレンズ21が所定の状態になる。
また、手振れ、例えば、撮像素子31の振動を検知する手振れセンサ39が設けられており、該手振れセンサ39が手振れを検知すると、その検知信号がカメラ制御CPU34に入力され、カメラ制御CPU34によって補正信号が生成され、該補正信号がレンズ制御部38を介してカメラ部20のシフトレンズ駆動部24に送出され、該シフトレンズ駆動部24によって手振れによる撮像素子31における像の変位をキャンセルする方向にシフトレンズ(前記第5レンズ群5Lの第5bレンズ群)を移動させる。
なお、上記実施の形態では、撮像装置をデジタルスチルカメラとして示したが、これに限らずデジタルビデオカメラとして適用することも出来る。
また、前記各実施の形態において示した各部の形状及び数値は、何れも本発明を実施するための具体化のほんの一例にすぎず、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。
本発明ズームレンズの実施の形態における屈折力配置を示す図である。 本発明ズームレンズの第1の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図4及び図5と共に第1の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例1の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図7及び図9と共に第1の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例1の0.5度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 本発明ズームレンズの第2の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図11及び図12と共に第2の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例2の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図14及び図15と共に第2の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例2の0.5度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 本発明ズームレンズの第3の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図18及び図19と共に第3の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例3の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 図21及び図22と共に第3の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例3の0.5度相当のレンズシフト状態での横収差を示すものであり、本図は広角端における横収差図である。 中間焦点距離状態における横収差図である。 望遠端状態における横収差図である。 本発明撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。
符号の説明
1…ズームレンズ、2…ズームレンズ、3…ズームレンズ、L1…第1レンズ群、L2…第2レンズ群、L3…第3レンズ群、L4…第4レンズ群、L5…第5レンズ群、L41…正レンズと、負レンズと、正レンズとの3枚接合レンズ、L5a…第5aレンズ群、L5b…第5bレンズ群、L5c…第5cレンズ群、L51…強い凹面を像側に向けた負レンズ、L52…強い凹面を物体側に向けた負レンズ、L53…正レンズと負レンズとの接合レンズ、10…デジタルスチルカメラ(撮像装置)、21…ズームレンズ、31…撮像素子(個体撮像素子)

Claims (10)

  1. 物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成されるズームレンズであって、
    前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、
    前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、
    前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
    但し、
    f5a:第5aレンズ群の焦点距離
    f5c:第5cレンズ群の焦点距離
    とする。
  2. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式(2)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (2)0.25<f5b/ft<0.4
    但し、
    f5b:第5bレンズ群の焦点距離
    ft:望遠端状態におけるレンズ全系での焦点距離
    とする。
  3. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (3)5<f5/|f5a|<7
    但し、
    f5:第5レンズ群の焦点距離
    とする。
  4. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式(4)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (4)1.5<f5/f5c<2.5
  5. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式(5)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (5)2.5<f5/(fw・ft)1/2<4
    但し、
    fw:広角端状態におけるレンズ全系での焦点距離
    とする。
  6. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    以下の条件式(6)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    (6)0.8<f5b/(fw・ft)1/2<1.0
  7. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    前記第5bレンズ群は物体側より像側へ順に位置した、正レンズと負レンズとの接合レンズにより構成されることを特徴とするズームレンズ。
  8. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    前記第4レンズ群は物体側より像側へ順に位置した、正レンズと、負レンズと、正レンズとの3枚接合レンズにより構成されることを特徴とするズームレンズ。
  9. 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
    固体撮像素子上に像を形成することを特徴とするズームレンズ。
  10. ズームレンズと該ズームレンズによって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    前記ズームレンズは、物体側より像側へ順に配置した、正の屈折力を有し像面に対して固定された第1レンズ群と、負の屈折力を有し光軸上を移動することによって変倍作用を行う第2レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第3レンズ群と、正の屈折力を有し光軸上を移動することによって結像位置の変動を補正すると共に物体距離の変化に伴う結像位置の変化を補正する第4レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に対して固定された第5レンズ群とから構成され、
    前記第5レンズ群は、物体側より像側へ順に位置した、負の屈折力を有する第5aレンズ群、正の屈折力を有する第5bレンズ群、正の屈折力を有する第5cレンズ群から成り、
    前記第5aレンズ群が物体側から像側へ順に位置した、強い凹面を像側に向けた負レンズと、強い凹面を物体側に向けた負レンズの2枚のレンズから構成され、
    前記第5bレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることが可能であり、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする撮像装置。
    (1)−4.0<f5c/f5a<−1.5
    但し、
    f5a:第5aレンズ群の焦点距離
    f5c:第5cレンズ群の焦点距離
    とする。
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