JP4264581B2 - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は新規な可変焦点距離レンズ系及び撮像装置に関する。詳しくは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられ、ズーム比が10倍を超える可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を備えた撮像装置に関する。
従来より、カメラにおける記録手段として、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を、各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して、記録する方法が知られている。
近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置(CPU)の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。また、撮像素子においても高集積化や小型化が図られ、高集積化により、より高い空間周波数の記録が可能となり、小型化により、カメラ全体の小型化が図れるようになってきた。
但し、上述の高集積化や小型化により、個々の光電変換素子の受光面積が狭まり、電気出力の低下に伴ってノイズの影響が大きくなる問題があった。これを防ぐために、光学系の大口径比化により撮像素子上に到達する光量を増大させたり、また、各光電変換素子の直前に微小なレンズ素子(所謂、マイクロレンズアレイ)を配置をする試みが為されてきた。前記マイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子同士の間に至る光束を光電変換素子上へ導く代わりに、レンズ系の射出瞳位置に制約を与えていた。すなわち、レンズ系の射出瞳位置が撮像素子に近づく、すなわち、撮像素子に到達する主光線が光軸となす角度が大きくなると画面周辺部へ向かう軸外光束が光軸に対して大きな角度をなし、その結果、光電変換素子上に到達せず、光量不足を招いてしまうからである。
近年、デジタルカメラが一般的になるにつれて、ユーザーニーズの多様化が進んできた。
変倍比が10倍を超えるズームレンズは被写体をより大きく撮影することが可能である。特に、レンズ一体型のカメラは、レンズ交換ができないため、カメラ自体の大きさを多少犠牲にしても、より大きな変倍比が欲しいというユーザーニーズがある。
変倍比が10倍を超えるズームレンズとして、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3等に記載されたものが知られている。
特許文献1、特許文献2に示されたズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群の4つのレンズ群を配置して成る。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、第1レンズ群が物体側へ移動し、第2レンズ群が像側へ移動し、第3レンズ群が一旦物体側へ移動した後、像側へ移動し、第4レンズ群が一旦物体側へ移動した後、像側へ移動するように構成されている。また、特許文献1に記載されたズームレンズでは第2レンズ群と第3レンズ群との間に配置された開口絞りが他のレンズ群とは別体で移動するように構成されている。
特許文献3に示されたズームレンスは、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群の4つのレンズ群を配置して成る。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、第1レンズ群と第3レンズ群とが光軸方向に固定され、第2レンズ群が像側へ移動すると共に、第2レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第4レンズ群が移動するように構成されている。
特開2005−215385号公報 特開2003−295059号公報 特開2005−128186号公報
しかしながら、前記した従来のズームレンズでは変倍作用が第2レンズ群に集中してしまうため、製造時に発生する微小なる偏心によっても、性能が劣化してしまうという問題があった。
前記特許文献1に示されたズームレンズでは、第2レンズ群が3枚の単レンズで構成されている。第2レンズ群の2番目の負レンズの像側レンズ面と該負レンズの像側に位置する正レンズの物体側レンズ面とにより、第2レンズ群で発生する正の球面収差を補正しているため、前記2つのレンズ面の相互偏心による性能劣化が大きくなりやすかった。
特許文献2や特許文献3に示されたズームレンズでは、第2レンズ群を物体側より順に、第1負レンズ、第2負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズを配置して構成している。その結果、第2負レンズの像側レンズ面の屈折力を弱めることが可能となり、第2負レンズと接合レンズとの相互偏心による性能劣化を低減している。
しかしながら、特許文献2や特許文献3に示されたズームレンズでは、第2レンズ群を構成するレンズの枚数が多く、第2レンズ群の厚みが大きくなるため、第1レンズ群のレンズ径の大型化を引き起こしてしまうという問題があった。
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて為されたものであり、高変倍比と小型化との両立に適した可変焦点距離レンズ系及び該可変焦点距離レンズ系を使用した撮像装置を提供することを課題とするものである。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、f2aを第2レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離、f2bを第2レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離、D12tを望遠端状態における第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔、ftを望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離として、条件式(1)0.15<f2a/f2b<0.3及び(2)0.3<D12t/ft<0.45を満足する。
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、条件式(1)0.15<f2a/f2b<0.3及び(2)0.3<D12t/ft<0.45を満足する。
本発明に依れば、高変倍比と小型化との両立を図ることが出来る。
以下に、本発明可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
本発明可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、以下の条件式(1)及び(2)を満足する。
(1)0.15<f2a/f2b<0.3
(2)0.3<D12t/ft<0.45
但し、
f2a:第2レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離
f2b:第2レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離
D12t:望遠端状態における第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
とする。
従って、本発明可変焦点距離レンズ系にあっては、高変倍比と小型化との両立を図ることが出来る。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、上記構成の基で、高変倍化と小型化とを両立させるために、レンズ位置状態の変化に際して第2レンズ群の負担を軽減すること、製造時に安定した光学品質を維持するために、第2レンズ群を簡易構成化することに着目した。
レンズ位置状態の変化に際する第2レンズ群の負担を軽減するとは、第2レンズ群の横倍率の変化を抑えることを意味する。
第1レンズ群の屈折力をφ1、第2レンズ群の屈折力をφ2、広角端状態における第1レンズ群と第2レンズ群との主点間隔をDw、望遠端状態における第1レンズ群と第2レンズ群との間の主点間間隔をDtとする時、広角端状態での合成屈折力φ12w及び望遠端状態での合成屈折力φ12tは
φ12w=φ1+φ2−φ1・φ2・Dw
φ12t=φ1+φ2−φ1・φ2・Dt
であり、広角端状態と望遠端状態における第2レンズ群の横倍率β2w、β2tは
β2w=φ1/φ12w
β2t=φ1/φ12t
で示されるため、横倍率の変化β2t/β2wは
β2t/β2w=φ12w/φ12t
=(φ1+φ2−φ1・φ2・Dw)/(φ1+φ2−φ1・φ2・Dt)
となる。φ1>0、φ2<0なので、φ1+φ2は比較的小さく、その結果、第2レンズ群の横倍率の変化は第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔の変化量(Dw−Dt)に依存する。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔の変化量(Dw−Dt)を減らすことにより、第2レンズ群の変倍に際する負担を軽減して、レンズ位置状態の変化に伴って第2レンズ群により発生する軸外収差の発生を抑えて高性能化を図っている。
本発明可変焦点距離レンズ系における、第2レンズ群の簡易構成化とは、第2レンズ群を2つの負レンズ成分(ここで、「1つのレンズ成分」とは単レンズ又は1つの接合レンズを意味する)により構成することである。
第2レンズ群が3つ以上のレンズ成分により構成される場合、製造時にレンズ室へ組込む際に発生する偏心要因が多くなるため、安定した光学品質を得ることが難しくなってしまう。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、第2レンズ群を像側に凹面を向けたメニスカス形状で、且つ、像側に非球面を有する負レンズ及びその像側に空気間隔を隔てて配置され、両凹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負レンズにより構成することで、製造時にレンズ室へ組込む際に発生する偏心要因を減らして、安定した光学品質を実現している。
特に、本発明可変焦点距離レンズ系においては、第2レンズ群を構成する2つのレンズ成分が有する収差補正上の機能を明確化することにより、より高性能化を図り、また、製造時の組付誤差の影響を少なくして安定した光学品質を実現している。
具体的には、物体側に位置した負レンズは非球面を有し、主に、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正する役割をなし、像側に位置した接合負レンズは主に軸上収差を補正する役割をなす。前記接合負レンズは接合面により負の球面収差を発生させることにより、軸上収差を補正することが可能である。
なお、前記接合負レンズは負レンズと正レンズの2つのレンズ要素に分離することも可能ではあるが、分離した場合、この負レンズと正レンズとの相互偏心による性能劣化を充分抑える必要が生じる。これは負レンズの像側レンズ面により正の球面収差を発生させ、正レンズの物体側レンズ面により負の球面収差を発生させ、打ち消し合わせるからである。
負レンズと正レンズとの間隔を充分に広げることで、屈折力を弱めて、性能劣化を抑えることも可能であるが、レンズ径の大型化を引き起こしてしまう。また、第2レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまうため、第2レンズ群の移動量を十分に確保できなくなってしまう。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、前記したように、第2レンズ群を簡易構成化することで、第2レンズ群のレンズ厚も薄くなり、第1レンズ群のレンズ径をより小さくすることを可能にしている。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、広角端状態に比べて、望遠端状態で第1レンズ群が物体側に位置するように移動することにより、広角端状態で第1レンズ群に入射する軸外光束を光軸に近づけて、画面周辺部で発生するコマ収差を良好に補正している。
また、レンズ位置状態が広角端状態から望遠端状態へと変化するに際して、第3レンズ群を物体側へ移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴う第3レンズ群の横倍率の変化を増やし、第2レンズ群の横倍率の変化が小さくなる分を補わせている。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、以上のように構成し、且つ、前記条件式(1)及び(2)を満足することにより、高変倍化とレンズ径の小型化との両立を実現することができた。
条件式(1)0.15<f2a/f2b<0.3
条件式(1)は前記接合負レンズの焦点距離を規定する条件式であり、第2レンズ群を簡易構成化する上で必要な条件式である。
条件式(1)の上限値を上回った場合(接合負レンズの屈折力が強まる)、接合負レンズ単独で発生する正の球面収差を良好に補正することができなくなり、その結果、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
逆に、条件式(1)の下限値を下回った場合(負レンズの屈折力が強まる)、レンズ位置状態の変化に伴って、負レンズを通過する軸外光束の高さの変化が小さくなる。その結果、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することが難しくなってしまう。
条件式(2)0.3<D12t/ft<0.45
本発明可変焦点距離レンズ系においては、上記した通り、レンズ位置状態の変化に伴う第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔の変化量を小さくしている。広角端状態では第1レンズ群と第2レンズ群とが近接して配置されるため、前記間隔の変化量は望遠端状態での第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔とおおよそ近い。
また、ズーム比をZ(=ft/fw)とする時、D12t/ft=D12t/(fw・Z)で表される。fwは広角端状態での焦点距離でノーマライズする役割のため、条件式(2)は第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔の変化量をズーム比で割った値を規定するものである。
条件式(2)の上限値を上回った場合、第2レンズ群の横倍率の変化が大きくなるため、第2レンズ群を簡易構成化してしまうと、レンズ位置状態の変化に伴う、軸外収差の変動が大きくなり、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
逆に、条件式(2)の下限値を下回った場合、第2レンズ群の横倍率の変化が小さくなるが、他のレンズ群の負担が大きくなりすぎるため、所定の光学性能を得ることが難しくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第2レンズ群中の接合負レンズにより発生する軸上収差をより良好に補正して、さらなる高性能化を図るために、n2Nを第2レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する負レンズのd線に対する屈折率、n2Pを第2レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する正レンズのd線に対する屈折率として、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
(3)0.3<n2P−n2N
条件式(3)は接合負レンズ中の接合面で発生する負の球面収差を規定する条件式である。
条件式(3)の下限値を下回った場合、接合負レンズを構成する2つのレンズの間の屈折率の差が小さくなるために、接合面の曲率半径を小さくせざるを得ず、高次の球面収差が発生してしまって所定の光学性能を得ることができなくなると共に、第2レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまう。
本発明に係る可変焦点距離レンズ系にあっては、近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動する。
このとき、β2wを広角端状態における第2レンズ群の横倍率、β2tを望遠端状態における第2レンズ群の横倍率として、以下の条件式(4)及び(5)を満足することが望ましい。
(4)−1<β2w<0
(5)β2t<−1
ズームレンズでは、一般に、ズームレンズを構成するレンズ群のうち、1つのレンズ群を光軸方向に移動させることにより、近距離合焦を行う。第1レンズ群が正の屈折力を有するズームレンズでは、第1レンズ群のレンズ径が大きいため、第1レンズ群を移動させることにより近距離合焦を行う場合、駆動系が大型化して、鏡筒径が大きくなってしまう。
特に、オートフォーカス機能が一般的になるにつれて、動作の高速化が求められてきた。動作の高速化には、オートフォーカス時に必要な仕事量(=重量×移動量)を減らすことが効果的であり、第1レンズ群よりも像側に配置されるレンズ群を移動させることにより近距離合焦を行う方法が適している。
ところで、従来より、正負正正4群ズームレンズにおいて、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、第2レンズ群の横倍率β2が−1倍となる位置を持つ場合、第2レンズ群により近距離合焦を行うことは難しい。これは、β2=−1となる位置では、近距離合焦が行えない上に、−1<β2<0の範囲と、β2<−1の範囲では移動方向が逆転してしまうからである。
前記したように、第4レンズ群を移動させることにより近距離合焦動作を行うことにより、第2レンズ群の横倍率β2が自由になる。その結果、第2レンズ群の屈折力を弱めることができ、収差補正上の自由度が増え、更なる高性能化を図ることができる。
条件式(4)、(5)は第4レンズ群により近距離合焦を行うことにより、第2レンズ群の横倍率の制約が無くなり、収差補正上の自由度が増えることを意味する。
また、同時に、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、第2レンズ群の横倍率が−1から0までの範囲では、第4レンズ群が一旦物体側に移動し、第2レンズ群の横倍率が−1を下回った範囲では、第4レンズ群が像側へ移動する。
所定の距離に位置する被写体に対して近距離合焦を行うのに必要な移動量は広角端状態に比べて、望遠端状態で増大する。上記の通り、第4レンズ群が移動することにより、望遠端状態において第3レンズ群と第4レンズ群との間の間隔が充分に広がるため、望遠端状態において近距離合焦に必要となる移動スペースを確保することができる。
本発明可変焦点距離レンズ系においては、前記したとおり、第2レンズ群の変倍に際する負担を軽減することにより、第2レンズ群の簡易構成化を図っているが、所定の変倍比を維持するには、第2レンズ群の変倍に関する負担を軽減した分を肩代わりするレンズ群が必要である。
そこで、本発明可変焦点距離レンズ系においては、第2レンズ群の変倍に寄与する割合を軽減したことに伴い、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、第3レンズ群を物体側に移動させることにより、第3レンズ群が変倍に際しての負担を一部担うようにしている。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系にあっては、さらなる高性能化を図るために、Δ3を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おける第3レンズ群の移動量として、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
(6)0.17<Δ3/ft<0.25
条件式(6)は第3レンズ群の変倍を担う割合を規定する条件式であり、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸上収差の変動を規定する条件式である。
条件式(6)の上限値を上回って大きくなる場合、第3レンズ群が変倍を担う割合が大きくなる、つまり、第3レンズ群の横倍率の変化が大きくなってしまう。その結果、レンズ位置状態が変化する際に第3レンズ群により発生する軸上収差の変動が大きくなり、さらなる高性能化や高変倍化を図ることが難しくなってしまう。
条件式(6)の下限値を下回って小さくなる場合、第4レンズ群の横倍率の変化が大きくなり、特に望遠端状態において第4レンズ群の移動量が非常に大きくなるので、近距離合焦を行う駆動機構の複雑化を引き起こしてしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第4レンズ群の像側に第5レンズ群を配置することが望ましく、該第5レンズ群を負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、正の屈折力を有する正部分群とにより構成することが望ましい。
第5レンズ群は以下のような機能をなす。
1つは射出瞳位置を整える機能である。負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて正の屈折力を有する正部分群を配置することにより、射出瞳位置を像面から遠ざける、すなわち、主光線が光軸に平行に近い状態で像面位置に到達することが可能となる。
もう1つは歪曲収差を補正する機能である。負の屈折力を有する負部分群の像側レンズ面が像側に強い凹面を向けるように配置することにより、広角端状態で発生しやすい負の歪曲収差を良好に補正することが可能となる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ位置状態が変化する際に前記第5レンズ群を光軸方向に固定することにより、鏡筒構造の簡略化を図ることが可能である。
本発明の一実施形態による第5レンズ群を備えた可変焦点距離レンズ系においては、第3レンズ群が正レンズと負レンズとの接合正レンズにより構成されることが望ましい。
従来の正負正正4群ズームレンズでは、負の屈折力を有するレンズ群が1つしかないため、第3レンズ群を正の屈折力を有する正部分群及び負の屈折力を有する負部分群により構成して、広角端状態で発生しやすい負の歪曲収差を補正していた。前記したように、第5レンズ群を配置することにより、第5レンズ群により負の歪曲収差を良好に補正することが可能である。その結果、第3レンズ群を正部分群と負部分群で構成する必要が無くなる。
但し、前記したとおり、第3レンズ群が変倍作用の一部を担うため、レンズ位置状態の変化に伴って発生する球面収差の補正、あるいは、色収差の補正を良好に行うために、正レンズと負レンズとの接合正レンズで構成することが望ましく、このような構成とすることにより、さらなる高性能化を図ることができる。
なお、レンズ径の小型化を図る上で、開口絞りの配置も重要である。
一般に、光学系の中央付近に開口絞りを配置した時に、各レンズ群のレンズ径を小さくすることができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、第2レンズ群と第3レンズ群との間に開口絞りを配置することにより、広角端状態において第1レンズ群に入射する軸外光束の高さを光軸に近づけて、レンズ径の小型化を図っている。また、第1レンズ群と第2レンズ群とを近接して配置することで、広角端状態では第2レンズ群を通過する軸外光束を画角の変化に従って、積極的に変化するようにでき、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができる。
また、第2レンズ群と第3レンズ群との間に開口絞りを配置した構成において、開口絞りより像側に配置されるレンズ群(以下、「後群」という)の焦点距離を適切に設定することにより、第1レンズ群をより小型化することが可能となる。
ところで、別の観点に従えば、変倍比を極端に高める場合、広角端状態における画角を広げることも必要である。
望遠端状態における焦点距離が長いほど、被写体に近づき、被写体をより大きく撮れるが、レンズ全長が大きくなってしまうという問題点もあった。レンズ一体式のカメラでは、レンズが交換できないため、ワイドコンバージョンレンズ等を取り付けないと、室内撮影に不向きであった。
本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、高変倍化を図る際に、広角端状態における画角を広げることで、コンバージョンレンズ無しでも充分室内撮影が行える点にも着目した。
一般に、広角化を図る場合、画角が広がるために、第1レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れる、つまり、第1レンズ群のレンズ径が大きくなる。
本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、軸外光束が第1レンズ群に入射する高さを光軸に近づける方法として、開口絞り位置で軸外光束が光軸となす角度を小さくすることに着目した。そのため、開口絞りを第2レンズ群と第3レンズ群との間に配置し、広角端状態から望遠端状態へとレンズ位置状態が変化するのに伴って、第2レンズ群と開口絞りとの間の間隔を狭めるように、開口絞りが移動する。
従来から、撮像素子により被写体像を記録する場合、マイクロレンズアレイによるケラレが無いように、射出瞳位置が像面から離れていた。つまり、像側テレセントリック光学系に近い状態であった。
像側テレセントリック光学系では、射出瞳位置が無限遠に位置する、つまり、光学系を射出する主光線が光軸と平行となる特徴がある。つまり、開口絞りより像側に配置される部分光学系(後群)の物体側焦点位置に開口絞りが配置される。
このため、開口絞りより像側に配置される部分光学系(後群)の焦点距離が長いほど、開口絞り位置で軸外光束が光軸となす角度を小さくすることができる。
そこで、本発明の一実施形態による可変焦点レンズ系においては、後群の焦点距離を長くすることにより、広角化を図った際にも、第1レンズ群の有効径が大きくならないようにした。
以上のことから、本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ径の小型化を図るために、fwを広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離、f35wを広角端状態における第3レンズ群乃至第5レンズ群の合成焦点距離として、以下の条件式(7)を満足することが望ましい。
(7)0.25<fw/f35w<0.3
条件式(7)の上限値を上回った場合、後群の焦点距離が短くなるため、開口絞り位置で主光線が光軸となす角度が大きくなり、その結果、広角端状態において第1レンズ群に入射する軸外光束が光軸から離れて、レンズ径の小型化が充分図れなくなってしまう。
条件式(7)の下限値を下回った場合、広角端状態での焦点距離を維持するには、広角端状態における第2レンズ群と第3レンズ群との間の間隔が非常に大きくなるため、レンズ全長の短縮化が充分図れなくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、レンズ径の小径化と高性能化とのバランスを図るために、Dswを広角端状態における開口絞りから像面までの距離、TLwを広角端状態におけるレンズ全長として、以下の条件式(8)を満足することが望ましい。
(8)0.4<Dsw/TLw<0.55
条件式(8)は広角端状態での開口絞りの位置を規定する条件式である。
条件式(8)の下限値を下回った場合、開口絞りの広角端状態における位置が像面側に移動するため、第1レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまい、レンズ径のさらなる小型化が図れなくなってしまう。
逆に、条件式(8)の上限値を上回った場合、開口絞りと第2レンズ群との間の距離が短くなるため、第2レンズ群の屈折力が強くなりすぎ、その結果、画角の変化に伴うコマ収差の変動をより良好に補正することが難しくなり、さらなる高性能化を図ることが難しくなってしまう。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、開口絞りが第3レンズ群と一体的に移動することにより、鏡筒構造の簡略化を図ることができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、さらなる高性能化を図るために、第1レンズ群が、物体側より順に位置した、負レンズと正レンズとの接合レンズ及び1枚の正レンズの3枚のレンズで構成されることが望ましい。
第1レンズ群は特に望遠端状態で軸上光束が広い光束径で入射するため、負の球面収差が発生しやすい。また、軸外光束が光軸から離れて入射するため、軸外収差の発生が起こりやすい。
第1レンズ群の最も物体側に負レンズと正レンズとの接合レンズを配置することで、負の球面収差及び軸上色収差を良好に補正している。前記接合レンズの像側に配置された正レンズは主に画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正しており、各レンズの機能を明確にすることでより高い光学性能を実現することができる。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、被写体位置の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正するために、第4レンズ群を、物体側より順に位置した、像側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズにより構成することが望ましい。
ダブレット構成とすることにより、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。
本発明の一実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、色収差の発生をより良好に抑えるために、第1レンズ群に異常分散性の高い硝材を用いることが望ましい。
特に、第1レンズ群を構成するレンズのうち、接合レンズ中の正レンズを異常分散性の高い硝材とすることにより、望遠端状態で画面中心部において発生する2次分散を良好に補正することができる。
本発明の各実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、非球面レンズを用いることにより、より高い光学性能を実現することができる。特に、第5レンズ群に非球面を導入することによって、中心性能のさらなる高性能化が可能となる。
さらに、複数の非球面を用いることでより高い光学性能が得られるのは言うまでもない。
なお、本発明の各実施形態による可変焦点距離レンズ系においては、構成レンズ群のうち1つのレンズ群、あるいは、1つのレンズ群の一部の部分群をシフトレンズ群として光軸にほぼ垂直な方向にシフトすることによって、像をシフトさせることが可能である。また、カメラのブレを検出する検出系、検出系からの出力に従い補正量を演算する演算系、演算系からの出力に従い、上記シフトレンズ群をシフトさせる駆動系を組み合わせることによって、防振光学系として機能させることも可能である。
上記各構成の可変焦点距離レンズ系において、特に、第3レンズ群か第5レンズ群中の正部分群をシフトレンズ群として機能させることが望ましい。
第3レンズ群は開口絞りの近傍に配置されていて、軸外光束が光軸に近い位置を通過するため、シフトさせた際に発生する軸外収差の変動が少ないからである。また、第5レンズ群中の正部分群は射出瞳位置が像面位置から遠いため、シフトさせた際に発生する軸外収差の変動が少ないからである。
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、xをサグ量、yを光軸からの高さ、cを曲率、κを円錐定数、A、B、C、Dを4次、6次、8次、10次の非球面係数、光線の進行方向を正として、次の数1式によって定義されるものとする。
図1は本発明の第1乃至第4の実施の形態による可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示しており、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、負の屈折力を有する第2レンズ群G2、正の屈折力を有する第3レンズ群G3、正の屈折力を有する第4レンズ群G4、正の屈折力を有する第5レンズ群G5が配置されて構成され、広角端状態(上段に示す状態)より望遠端状態(下段に示す状態)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔は増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間の空気間隔は減少するように、第1レンズ群乃至第4レンズ群が光軸x上を矢印で示すように移動する。すなわち、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後、物体側へ移動し、第2レンズ群G2は像側へ移動し、第3レンズ群G3は物体側へ移動し、第5レンズ群G5は固定であって、第4レンズ群G4が各レンズ群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ともに近距離合焦時に物体側へ移動する。
図2は本発明可変焦点距離レンズ系の第1の実施の形態1のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群G1は、物体側から順に位置した、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及び物体側に凸面を向けた正レンズL12により構成される。第2レンズ群G2は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズL22により構成される。第3レンズ群G3は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正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正レンズL3により構成される。第4レンズ群G4は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正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L4により構成される。第5レンズ群G5は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51及び両凸形状で物体側に非球面を有する正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L52により構成される。そして、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSが位置していて、該開口絞りSはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向xに移動する。
表1に前記した第1の実施の形態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。この数値実施例1及び後に説明する各数値実施例のレンズデータを示す表中の面番号は物体側から第i番目の光学面を、曲率半径は物体側から第i番目の面の曲率半径を、面間隔は物体側から第i番目の光学面と第i+1番目の光学面との間の軸上面間隔を、屈折率は物体側に第i番目の光学面を有する硝材のd線(λ=587.6nm)に対する屈折率を、アッベ数は物体側に第i番目の光学面を有する硝材のd線に対するアッベ数をそれぞれ示す。また、fは焦点距離を、FNOはFナンバーを、2ωは画角をそれぞれ示す。
第7面、第12面、第15面及び第20面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例1における4次(A)、6次(B)、8次(C)、10次(D)の非球面係数を円錐定数(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。
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、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と開口絞りSとの間の面間隔D10、開口絞りSと第3レンズ群G3との間の面間隔D11、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の面間隔D14及び第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間の面間隔D17が変化する。そこで、表3に数値実施例1における上記各面間隔の広角端(f=1.000)、広角端と望遠端との間の3つの中間焦点距離(f=2.053)、(f=4.238)、(f=7.393)及び望遠端(f=14.105)における各値を焦点距離fと共に示す。
表4に数値実施例1の条件式(1)乃至(8)対応値を示す。
図3乃至図7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は第1中間焦点距離状態(f=2.053)、図5は第2中間焦点距離状態(f=4.238)、図6は第3中間焦点距離状態(f=7.393)、図7は望遠端状態(f=14.105)における諸収差図を示す。
図3乃至図7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。横収差図において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8は本発明可変焦点距離レンズ系の第2の実施の形態2のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群G1は、物体側から順に位置した、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及び物体側に凸面を向けた正レンズL12により構成される。第2レンズ群G2は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズL22により構成される。第3レンズ群G3は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正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正レンズL3により構成される。第4レンズ群G4は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正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L4により構成される。第5レンズ群G5は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51及び両凸形状で物体側に非球面を有する正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L52により構成される。そして、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSが位置していて、該開口絞りSはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向xに移動する。
表5に前記した第2の実施の形態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。
第7面、第12面、第15面及び第20面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例2における4次(A)、6次(B)、8次(C)、10次(D)の非球面係数を円錐定数(κ)と共に表6に示す。
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、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と開口絞りSとの間の面間隔D10、開口絞りSと第3レンズ群G3との間の面間隔D11、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の面間隔D14及び第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間の面間隔D17が変化する。そこで、表7に数値実施例2における上記各面間隔の広角端(f=1.000)、広角端と望遠端との間の3つの中間焦点距離(f=1.977)、(f=3.860)、(f=7.395)及び望遠端(f=14.105)における各値を焦点距離fと共に示す。
表8に数値実施例2の条件式(1)乃至(8)対応値を示す。
図9乃至図13は数値実施例2の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図9は広角端状態(f=1.000)、図10は第1中間焦点距離状態(f=1.977)、図11は第2中間焦点距離状態(f=3.860)、図12は第3中間焦点距離状態(f=7.395)、図13は望遠端状態(f=14.105)における諸収差図を示す。
図9乃至図13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。横収差図において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14は本発明可変焦点距離レンズ系の第3の実施の形態3のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群G1は、物体側から順に位置した、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及び物体側に凸面を向けた正レンズL12により構成される。第2レンズ群G2は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズL22により構成される。第3レンズ群G3は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正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正レンズL3により構成される。第4レンズ群G4は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正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L4により構成される。第5レンズ群G5は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51及び両凸形状で物体側に非球面を有する正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L52により構成される。なお、第2レンズ群G2の負レンズL21は像側レンズ面に非常に薄い樹脂層が付着されており、該樹脂層の像側面が非球面となっている。そして、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSが位置していて、該開口絞りSはレンズ位置状態が変化するに際して光軸方向xに移動する。
表9に前記した第3の実施の形態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。
第8面、第13面、第16面及び第21面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例3における4次(A)、6次(B)、8次(C)、10次(D)の非球面係数を円錐定数(κ)と共に表10に示す。
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、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と開口絞りSとの間の面間隔D11、開口絞りSと第3レンズ群G3との間の面間隔D12、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の面間隔D15及び第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間の面間隔D18が変化する。そこで、表11に数値実施例3における上記各面間隔の広角端(f=1.000)、広角端と望遠端との間の3つの中間焦点距離(f=1.977)、(f=3.860)、(f=7.394)及び望遠端(f=14.105)における各値を焦点距離fと共に示す。
表12に数値実施例3の条件式(1)乃至(8)対応値を示す。
図15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示し、図15は広角端状態(f=1.000)、図16は第1中間焦点距離状態(f=1.977)、図17は第2中間焦点距離状態(f=3.860)、図18は第3中間焦点距離状態(f=7.394)、図19は望遠端状態(f=14.105)における諸収差図を示す。
図15乃至図19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。横収差図において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が明らかである。
図20は本発明可変焦点距離レンズ系の第4の実施の形態4のレンズ構成を示す図である。第1レンズ群G1は、物体側から順に位置した、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及び物体側に凸面を向けた正レンズL12により構成される。第2レンズ群G2は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向け且つ像側に非球面を有するメニスカス形状の負レンズL21及び両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズL22により構成される。第3レンズ群G3は、物体側から順に位置した、両凸形状で物体側に非球面を有する正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正レンズL3により構成される。第4レンズ群G4は、物体側から順に位置した、物体側に凹面を向け且つ物体側に非球面を有するメニスカス形状の正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L4により構成される。第5レンズ群G5は、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL51及び両凸形状で物体側に非球面を有する正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L52により構成される。なお、第2レンズ群G2の負レンズL21は像側レンズ面に非常に薄い樹脂層が付着されており、該樹脂層の像側面が非球面となっている。そして、第3レンズ群G3の物体側に近接して開口絞りSが位置していて、該開口絞りSはレンズ位置状態が変化するに際して第3レンズ群G3と共に光軸方向xに移動する。
表13に前記した第4の実施の形態4に具体的数値を適用した数値実施例4のレンズデータを示す。
第8面、第13面、第16面及び第21面は非球面で構成されている。そこで、これら各面の数値実施例4における4次(A)、6次(B)、8次(C)、10次(D)の非球面係数を円錐定数(κ)と共に表14に示す。
広角端状態より望遠端状態へのレンズ位置状態の変化に伴って、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と開口絞りSとの間の面間隔D11、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の面間隔D15及び第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間の面間隔D18が変化する。そこで、表15に数値実施例4における上記各面間隔の広角端(f=1.000)、広角端と望遠端との間の3つの中間焦点距離(f=1.977)、(f=3.860)、(f=7.394)及び望遠端(f=14.105)における各値を焦点距離fと共に示す。
表16に数値実施例4の条件式(1)乃至(8)対応値を示す。
図21乃至図25は数値実施例4の無限遠合焦状態での諸収差図を示し、図21は広角端状態(f=1.000)、図22は第1中間焦点距離状態(f=1.977)、図23は第2中間焦点距離状態(f=3.860)、図24は第3中間焦点距離状態(f=7.394)、図25は望遠端状態(f=14.105)における諸収差図を示す。
図21乃至図25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。横収差図において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4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。
前記した各実施の形態1〜4において、第5レンズ群G5が光軸x方向に固定されているが、第5レンズ群G5中の一部部分群(例えば、正部分群L52)を光軸xに垂直な方向にシフトさせて像をシフトさせる構成とした場合において、第5レンズ群G5を光軸x方向に移動させることにより、第5レンズ群G5中の正部分群L52の横倍率を変化させ、望遠端状態と広角端状態で所定の角度だけ補正するのに必要となるシフト量を近づけることも可能である。
本発明可変焦点距離レンズ系は、前記した第1乃至第4の実施の形態1〜4と異なり、図26に示すような屈折力配置により構成することも可能である。
すなわち、本発明の第5の実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系5は、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1、負の屈折力を有する第2レンズ群G2、正の屈折力を有する第3レンズ群G3、正の屈折力を有する第4レンズ群G4が配置されて構成され、広角端状態(上段に示す状態)より望遠端状態(下段に示す状態)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔は増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間の空気間隔は減少するように、第1レンズ群乃至第4レンズ群が光軸x上を移動する。この時、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後、物体側へ移動し、第2レンズ群G2は像側へ移動し、第3レンズ群G3は物体側へ移動し、第4レンズ群G4が各レンズ群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ともに近距離合焦時に物体側へ移動する。
この第5の実施の形態においても、本発明の利点を享有することが出来る。
なお、前記した各実施の形態1〜5において、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、光電変換素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも勿論、可能である。
本発明撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、以下の条件式(1)及び(2)を満足する。
(1)0.15<f2a/f2b<0.3
(2)0.3<D12t/ft<0.45
従って、本発明撮像装置にあっては、小型に構成しながら、高変倍比による撮像が可能である。
図27は本発明撮像装置の具体的な実施の形態を示すブロック図である。
撮像装置10は可変焦点距離レンズ系20を備え、可変焦点距離レンズ系20によって形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子30を有する。なお、撮像素子としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を使用したものが適用可能である。上記可変焦点距離レンズ系20には本発明にかかる可変焦点距離レンズ系を適用することができ、図27では、図1に示した第1の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系1を各レンズ群を単レンズに簡略化して示してある。勿論、第1の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系1だけでなく、第2乃至第5の実施の形態にかかる可変焦点距離レンズ系2〜5や本明細書で示した実施の形態以外の形態で構成された本発明可変焦点距離レンズ系を使用することができる。
上記撮像素子30によって形成された電気信号は映像分離回路40によってフォーカス制御用の信号が制御回路50に送られ、映像用の信号は映像処理回路へと送られる。映像処理回路へ送られた信号は、その後の処理に適した形態に加工されて、表示装置による表示、記録媒体への記録、通信手段による転送等々種々の処理に供される。
制御回路50には、例えば、ズームボタンの操作等、外部からの操作信号が入力され、該操作信号に応じて種々の処理が為される。例えば、ズームボタンによるズーミング指令が入力されると、指令に基づく焦点距離状態とすべく、ドライバ回路51、52、53、54を介して駆動部51a、52a、53a、54aを動作させて、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3及び第4レンズ群G4を所定の位置へと移動させる。各センサ51b、52b、53b、54bによって得られた第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3及び第4レンズ群G4の位置情報は制御回路50に入力されて、ドライバ回路51、52、53、54へ指令信号を出力する際に参照される。また、制御回路50は上記映像分離回路40から送られた信号に基づいてフォーカス状態をチェックし、最適なフォーカス状態が得られるように、例えば、第4レンズ群G4をドライバ回路54を介して制御する。
上記した撮像装置10は、具体的製品としては、各種の形態を採りうる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の各種カメラ、カメラが組み込まれた携帯電話やカメラが組み込まれたPDA(Personal Digital Assistant)等々のデジタル入出力機器のカメラ部等として、広く適用することができる。
なお、本発明ズームレンズの適用範囲がデジタルカメラにのみ限定されるものではなく、銀塩フィルムを記録媒体とするカメラ等にも適用可能であることは勿論である。
その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う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。
本発明可変焦点距離レンズ系の第1乃至第4の実施の形態における屈折力配分と変倍に際しての移動の状態を模式的に示す図である。 本発明可変焦点距離レンズ系の第1の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図4乃至図7と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第1の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例1の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第1中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第2中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第3中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び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、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第2の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図10乃至図13と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第2の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例2の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第1中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第2中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第3中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び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、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第3の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図16乃至図19と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第3の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例3の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第1中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第2中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第3中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び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、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第4の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図22乃至図25と共に本発明可変焦点距離レンズ系の第4の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例4の各種収差図を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第1中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第2中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示すものである。 第3中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び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、歪曲収差及び横収差を示すものである。 本発明可変焦点距離レンズ系の第5の実施の形態における屈折力配分と変倍に際しての移動の状態を模式的に示す図である。 本発明撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。
符号の説明
1…可変焦点距離レンズ系、2…可変焦点距離レンズ系、3…可変焦点距離レンズ系、4…可変焦点距離レンズ系、5…可変焦点距離レンズ系、G1…第1レンズ群、G2…第2レンズ群、G3…第3レンズ群、G4…第4レンズ群、G5…第5レンズ群、S…開口絞り、10…撮像装置、20…可変焦点距離レンズ系、30…撮像素子

Claims (10)

  1. 物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、
    焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、
    近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、
    前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、
    前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、
    以下の条件式(1)及び(2)を満足する
    可変焦点距離レンズ系。
    (1)0.15<f2a/f2b<0.3
    (2)0.3<D12t/ft<0.45
    但し、
    f2a:第2レンズ群中に配置した負レンズの焦点距離
    f2b:第2レンズ群中に配置した接合負レンズの焦点距離
    D12t:望遠端状態における第1レンズ群と第2レンズ群との間の間隔
    ft:望遠端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
    とする。
  2. 以下の条件式(3)を満足する
    請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
    (3)0.3<n2P−n2N
    但し、
    n2N:第2レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する負レンズのd線に対する屈折率
    n2P:第2レンズ群中に配置した接合負レンズを構成する正レンズのd線に対する屈折率
    とする。
  3. 以下の条件式(4)及び(5)を満足する
    請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
    (4)−1<β2w<0
    (5)β2t<−1
    但し、
    β2w:広角端状態における第2レンズ群の横倍率
    β2t:望遠端状態における第2レンズ群の横倍率
    とする。
  4. 以下の条件式(6)を満足する
    請求項3に記載の可変焦点距離レンズ系。
    (6)0.17<Δ3/ft<0.25
    但し、
    Δ3: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おける第3レンズ群の移動量
    とする。
  5. 前記第5レンズ群は、負の屈折力を有する負部分群と、該負部分群の像側に空気間隔を隔てて配置され、正の屈折力を有する正部分群とを有する
    請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
  6. 前記第5レンズ群は、レンズ位置状態が変化する際に、光軸方向に固定される
    請求項5に記載の可変焦点距離レンズ系。
  7. 前記第3レンズ群は正レンズと負レンズとの接合正レンズにより構成される
    請求項6に記載の可変焦点距離レンズ系。
  8. 以下の条件式(7)を満足する
    請求項5乃至請求項7の何れかに記載の可変焦点距離レンズ系。
    (7)0.25<fw/f35w<0.3
    但し、
    fw:広角端状態におけるレンズ系全体での焦点距離
    f35w:広角端状態における第3レンズ群乃至第5レンズ群の合成焦点距離
    とする。
  9. 以下の条件式(8)を満足する
    請求項8に記載の可変焦点距離レンズ系。
    (8)0.4<Dsw/TLw<0.55
    但し、
    Dsw:広角端状態における開口絞りから像面までの距離
    TLw:広角端状態におけるレンズ全長
    とする。
  10. 可変焦点距離レンズ系と、該可変焦点距離レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を有し、
    前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に配列した、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、第5レンズ群から成り、
    焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、少なくとも前記第1レンズ群乃至前記第4レンズ群の各レンズ群が可動であり、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間の間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間の間隔が減少するように、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動すると共に、前記第4レンズ群が各レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように光軸方向に移動し、
    近距離合焦に際して、第4レンズ群が光軸方向に移動し、
    前記第1レンズ群が広角端状態に比べて望遠端状態で物体側に位置し、
    前記第2レンズ群が、物体側より順に位置した、像側に凹面と非球面を有するメニスカス形状の負レンズ、両凹レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズとの接合負レンズにより構成され、
    以下の条件式(1)及び(2)を満足する
    撮像装置。
    (1)0.15<f2a/f2b<0.3
    (2)0.3<D12t/ft<0.45
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