JP4405212B2 - 広角ズームレンズ - Google Patents

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Description

本発明は、TV(テレビジョン)放送用のカメラやビデオカメラ等への搭載に適した、小型で高変倍比(例えば17〜18倍程度)の広角ズームレンズに関する。
テレビカメラやビデオカメラ等に搭載されるズームレンズとしては、例えば、4群タイプのものが知られている。4群ズーム方式のレンズとしては、例えば、物体側から第2番目のレンズ群を変倍用のレンズ群とし、その変倍に伴う像面変動を第3番目のレンズ群によって補正するタイプが知られている。
このようなタイプのズームレンズの従来技術としては、例えば以下の特許文献1に記載のものがある。この特許文献1において、第3レンズ群としては、2枚および3枚構成の例が記載されている。2枚構成としては、負レンズが先行配置された接合レンズの例が記載されている。
特許第3111766号公報
近年、CCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像素子は、小型化が進んでいる。そのため、固体撮像素子を用いた撮像装置において、装置本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型軽量化が求められている。また近年では、高画質を達成するために、画素数の多い撮像素子が開発されており、それに伴いレンズ系にも、より高解像で高コントラストな性能が要求されてきている。また、使い勝手の点から、広い範囲での撮影が可能な高変倍比のズームレンズの開発が望まれている。
しかしながら、4群ズーム方式のレンズによって特に広角タイプのズームレンズを実現しようとすると、物体側から第1番目のレンズ群が大型化し、重量も重くなりがちである。そこで、小型、軽量化を図るために、第1レンズ群のレンズ枚数を減らしたり、第1レンズ群を構成する各レンズを薄型化することが考えられるが、この場合、コマ収差や像面湾曲の悪化を招きやすい。従って、小型軽量化を図りながらも、諸収差の発生を抑制した高変倍比の広角ズームレンズの開発が望まれる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型軽量化を図りながらも、ズーム全域にわたって諸収差が良好に補正され、高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現できるようにした広角ズームレンズを提供することにある。
本発明の第1および第2の観点に係る広角ズームレンズは、物体側から順に、変倍時に固定の正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に可動の負の屈折力を有する第2レンズ群と、変倍に伴う像面の変動を補正する負の第3レンズ群と、変倍時に固定の正の屈折力を有する第4レンズ群とから構成されている。さらに、各観点に係る広角ズームレンズは、それぞれ、以下の構成を有する。
特に、本発明の第1の観点に係る広角ズームレンズは、第2レンズ群が、6枚以上のレンズで構成され、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置され、かつ、以下の条件式(2)を満足するように構成されているものである。
NdG212.0 ……(2)
ただし、NdG21は、第2レンズ群における最も物体側のレンズのd線に対する屈折率を示す。
本発明の第1の観点に係る広角ズームレンズでは、このような構成にすることで、主に像面湾曲の補正がしやすくなり、第1レンズ群の小型、軽量化を図った際における収差補正がしやすくなる。さらに、以下の好ましい構成を適宜採用することで、より良好に収差補正がしやすくなり、高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現しやすくなる。
また、第2レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第1レンズと、凹レンズからなる第2レンズと、凸レンズからなる第3レンズおよび凹レンズからなる第4レンズで構成され、物体側に凹面を向けた接合面を持つ接合レンズと、凸レンズからなる第5レンズと、凹レンズからなる第6レンズとの6枚のレンズで構成されていることが好ましい。
このような構成にした場合において、第2レンズ群における接合レンズの接合面に関して、さらに以下の条件式(3)を満足するように構成されていることが、より好ましい。
−1.75<Ra/Ea<−1.05 ……(3)
ただし、Raは、第2レンズ群における接合レンズの接合面の曲率半径、Eaは、第2レンズ群における接合レンズの接合面の有効半径を示す。
本発明の第2の観点に係る広角ズームレンズは、第2レンズ群が、6枚以上のレンズで構成され、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置された構成となっており、第3レンズ群が、物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズと凹レンズとからなる接合レンズのみで構成され、かつ、以下の条件式(2)を満足するように構成されているものである。
Nd G21 >2.0 ……(2)
ただし、Nd G21 は、第2レンズ群における最も物体側のレンズのd線に対する屈折率を示す。
本発明の第2の観点に係る広角ズームレンズはさらに、上記した本発明の第1の観点に係る広角ズームレンズにおける好ましい構成を適宜採用するようにしても良い。
また、第3レンズ群における凸メニスカスレンズに関して、以下の条件式(4)を満足するように構成されていることが好ましい。
Nd G31 >1.75 ……(4)
ただし、Nd G31 は、第3レンズ群における凸メニスカスレンズのd線に対する屈折率を示す。
また、以下の条件式(5)を満足するように構成されていることが好ましい。
−5.2<R G31 /fw<−2.2 ……(5)
ただし、R G31 は、第3レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、fwは、広角端における全系の焦点距離を示す。
本発明の第2の観点に係る広角ズームレンズでは、このような構成にすることで、第1レンズ群の小型、軽量化を図った際における諸収差の補正がしやすくなり、高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現しやすくなる。
本発明の第1の観点に係る広角ズームレンズによれば、第2レンズ群を、6枚以上のレンズで構成し、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズを配置し、かつ、その凹メニスカスレンズの屈折率に関し所定の条件式(2)を満足するように構成したので、小型軽量化を図りながらも、ズーム全域にわたって諸収差が良好に補正され、高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現できる。
本発明の第2の観点に係る広角ズームレンズによれば、第2レンズ群を、6枚以上のレンズで構成し、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置された構成とし、かつ、その凹メニスカスレンズの屈折率に関し所定の条件式(2)を満足するように構成し、さらに、第3レンズ群を、物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズと凹レンズとからなる接合レンズのみで構成するようにしたので、小型軽量化を図りながらも、ズーム全域にわたって諸収差が良好に補正され、高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1(A),(B)は、本発明の一実施の形態に係る広角ズームレンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第1の数値実施例(表1)のレンズ構成に対応している。なお、図1(A)は、広角端におけるレンズ配置を示し、図1(B)は、望遠端でのレンズ配置を示している。図1(A),(B)において、符号Riは、最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側(結像側)に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目(i=1〜44)の面の曲率半径を示す。符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。なお符号Diについては、変倍に伴って移動する部分の面間隔D12,D23,D26のみ符号を付す。
この広角ズームレンズは、例えば固体撮像素子を用いたテレビカメラやビデオカメラに搭載されて使用されるものである。この広角ズームレンズは、光軸Z1に沿って、変倍時に固定の正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、変倍時に可動の負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、変倍に伴う像面の変動を補正する負の第3レンズ群G3と、変倍時に固定の正の屈折力を有する第4レンズ群G4とが、物体側より順に配設された構成となっている。絞りStは、例えば、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間に配置されている。
この広角ズームレンズの結像面(撮像面)Simgには、例えば図示しない撮像素子が配置される。第4レンズ群G4と撮像面との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材が配置されていても良い。図示した構成例では、色分解プリズム等からなる色分解光学系GCが配置されている。
第1レンズ群G1は、例えば6枚のレンズL11〜L16により構成されている。レンズL11は例えば、両凹レンズとなっている。レンズL12〜L15は例えば、両凸レンズとなっている。レンズL16は例えば、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズとなっている。
第4レンズ群G4は、例えば9枚のレンズL41〜L49により構成されている。図に示した構成例では、レンズL43とレンズL44との間の間隔が比較的大きく取られているが、これらのレンズ間には、例えば全体の焦点距離を長焦点側にシフトさせるようなエクステンダーレンズが挿入可能となっている。
第2レンズ群G2は、6枚以上のレンズで構成され、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置された構成となっている。より具体的には、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第1レンズL21と、凹レンズからなる第2レンズL22と、第3レンズL23および第4レンズL24からなる接合レンズと、凸レンズからなる第5レンズL25と、凹レンズからなる第6レンズL26との6枚のレンズで構成されていることが好ましい。接合レンズは、第3レンズL23が凸レンズ、第4レンズL24が凹レンズからなり、物体側に凹面を向けた接合面を持つように構成されていることが好ましい。
第2レンズ群G2は、最も物体側に配置された第1レンズL21に関し、以下の条件式(1)を満足するように構成されていることが好ましい。より好ましくは、条件式(2)を満足すると良い。NdG21は、第1レンズL21のd線に対する屈折率を示す。
NdG21>1.9 ……(1)
NdG21>2.0 ……(2)
さらに、第2レンズ群G2における接合レンズの接合面に関して、以下の条件式(3)を満足するように構成されていることが好ましい。ただし、Raは接合レンズの接合面の曲率半径、Eaは接合面の有効半径を示す。
−1.75<Ra/Ea<−1.05 ……(3)
第3レンズ群G3は、物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズL31と、凹レンズL32とからなる接合レンズのみで構成されている。
第3レンズ群G3における凸メニスカスレンズL31に関しては、以下の条件式(4)を満足していることが好ましい。Nd31は、凸メニスカスレンズL31のd線に対する屈折率を示す。
NdG31>1.75 ……(4)
第3レンズ群G3はさらに、以下の条件式(5)を満足するように構成されていることが好ましい。RG31は、第3レンズ群G3の最も物体側の面の曲率半径、fwは、広角端における全系の焦点距離を示す。
−5.2<RG31/fw<−2.2 ……(5)
次に、以上のように構成された広角ズームレンズの作用および効果を説明する。
この広角ズームレンズでは、第2レンズ群G2を光軸上で移動させることにより変倍が行われ、それに伴う像面の変動の補正が第3レンズ群G3を光軸上で移動させることにより行われる。第2レンズ群G2と第3レンズ群G3は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図1(A)に実線で示した軌跡を描くように移動する。
この広角ズームレンズでは、他のレンズ群に比べて相対的に第1レンズ群G1の大きさおよび重量が大きくなっている。このため、第1レンズ群G1のレンズ枚数を減らしたり、第1レンズ群G1を構成する各レンズを薄型化することにより、全体の小型、軽量化を図ることができる。この広角ズームレンズでは、その際に発生するコマ収差や像面湾曲などの諸収差を、第2レンズ群G2および第3レンズ群G3の構成を最適化することで、良好に補正している。
特に、第3レンズ群G3を、物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズL31と凹レンズL32とからなる接合レンズのみで構成することで、コマ収差と像面湾曲とを良好に補正している。
条件式(1),(2)は、第2レンズ群G2における最も物体側のレンズL21の適切な屈折率の条件を規定している。条件式(1)を満足することで、特にズーム途中(2倍〜4倍程度)での像面湾曲を良好に補正できる。好ましくは条件式(2)を満足することで、像面湾曲をより良好に補正できる。
条件式(3)は、第2レンズ群G2における接合レンズ(レンズL23,24)の接合面に関して、適切な形状を規定している。条件式(3)の上限を越えると、加工しにくくなるなど、加工上の問題が発生するので好ましくない。条件式(3)の下限を越えると、特に倍率色収差が増大するので好ましくない。
条件式(4)は、第3レンズ群G3における凸メニスカスレンズL31の適切な屈折率の条件を規定している。条件式(4)の条件値を外れると、特にコマ収差と像面湾曲が増大するので好ましくない。
条件式(5)は、第3レンズ群G3の最も物体側の面の曲率半径に関して、適切な形状を規定している。条件式(5)の範囲を外れると、特に像面湾曲が増大するので好ましくない。
以上のようにして、本実施の形態によれば、特に第2レンズ群G2および第3レンズ群G3の構成を最適化することで、小型軽量化を図りながらも、ズーム全域にわたって諸収差が良好に補正され、物体距離全般にわたって高変倍比、高解像および高コントラストな光学性能を実現できる。
次に、本実施の形態に係る広角ズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第1〜第5の数値実施例(実施例1〜5)をまとめて説明する。表1は、図1(A),(B)に示した広角ズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータ(実施例1)を示している。
表1に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、実施例1に係る広角ズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目(i=1〜44)の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1(B)において付した符号Riに対応させて、物体側からi番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Diの欄についても、同様に物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔を示す。曲率半径Riおよび面間隔Diの値の単位はミリメートル(mm)である。Ndj,νdjの欄には、色分解光学系GCも含めて、物体側からj番目(j=1〜25)のレンズ要素のd線(587.6nm)に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。
Figure 0004405212
この実施例1に係る広角ズームレンズは、変倍に伴って第2レンズ群G2および第3レンズ群G3が光軸上を移動するため、表1に示したように、これらの各群の前後の面間隔D12,D23,D26の値は可変となっている。これらの面間隔D12,D23,D26の変倍時のデータとして、広角端および望遠端における値を、以下の表2に示す。表2にはまた、広角端および望遠端での焦点距離fの値(mm)とFナンバー(FNO.)の値とについても示す。表2のデータから分かるように、実施例1に係る広角ズームレンズの変倍比は約17倍となっている。
Figure 0004405212
実施例1と同様にして、他の実施例に係る広角ズームレンズに関するレンズデータを、以下の表3〜表10に示す。表3,表4は実施例2に係る広角ズームレンズ、表5,表6は実施例3に係る広角ズームレンズ、表7,表8は実施例4に係る広角ズームレンズ、表9,表10は実施例5に係る広角ズームレンズに関するレンズデータを示している。これら実施例2〜5に係る広角ズームレンズの断面構成を、図12(A),(B)〜図15(A),(B)に示す。図12(A),(B)〜図15(A),(B)から分かるように、実施例2〜5に係る広角ズームレンズの断面構成は、図1(A),(B)とほぼ同様である。
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
Figure 0004405212
また、以下の表11に、上述の条件式(1)〜(5)に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。表11に示したように、各実施例の値が、各条件式(1)〜(5)の数値範囲内となっている。
Figure 0004405212
図2(A)〜(C)は、実施例1の広角ズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション(歪曲収差)を示している。図3(A)〜(C)は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、波長546.1nmを基準波長とした収差を示すが、球面収差図には、波長460.0nm,波長615.0nmについての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。
同様に、実施例2についての諸収差を図4(A)〜(C)(広角端)および図5(A)〜(C)(望遠端)に示す。実施例3についての諸収差も同様にして、図6(A)〜(C)(広角端)および図7(A)〜(C)(望遠端)に示す。実施例4についての諸収差も同様にして、図8(A)〜(C)(広角端)および図9(A)〜(C)(望遠端)に示す。実施例5についての諸収差も同様にして、図10(A)〜(C)(広角端)および図11(A)〜(C)(望遠端)に示す。
以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、諸収差が良好に補正され、小型化、広角化および高変倍比化が図られている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
本発明の一実施の形態に係る広角ズームレンズの構成例を示すものであり、実施例1に対応するレンズ断面図である。 実施例1に係る広角ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例1に係る広角ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例2に係る広角ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例2に係る広角ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例3に係る広角ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例3に係る広角ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例4に係る広角ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例4に係る広角ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例5に係る広角ズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例5に係る広角ズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 本発明の実施例2に係る広角ズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例3に係る広角ズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例4に係る広角ズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例5に係る広角ズームレンズのレンズ断面図である。
符号の説明
GC…色分解光学系、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、St…絞り、Ri…物体側から第i番目のレンズ面の曲率半径、Di…物体側から第i番目と第i+1番目のレンズ面との面間隔、Z1…光軸。

Claims (8)

  1. 物体側から順に、
    変倍時に固定の正の屈折力を有する第1レンズ群と、
    変倍時に可動の負の屈折力を有する第2レンズ群と、
    変倍に伴う像面の変動を補正する負の第3レンズ群と、
    変倍時に固定の正の屈折力を有する第4レンズ群と
    から構成され、
    前記第2レンズ群は、
    6枚以上のレンズで構成され、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置され、かつ、以下の条件式(2)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする広角ズームレンズ。
    NdG212.0 ……(2)
    ただし、
    NdG21:第2レンズ群における最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
  2. 前記第2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レンズからなる第1レンズと、
    凹レンズからなる第2レンズと、
    凸レンズからなる第3レンズおよび凹レンズからなる第4レンズで構成され、物体側に凹面を向けた接合面を持つ接合レンズと、
    凸レンズからなる第5レンズと、
    凹レンズからなる第6レンズとの6枚のレンズで構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の広角ズームレンズ。
  3. さらに、前記第2レンズ群における前記接合レンズの接合面に関して、以下の条件式(3)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする請求項2に記載の広角ズームレンズ。
    −1.75<Ra/Ea<−1.05 ……(3)
    ただし、
    Ra:第2レンズ群における接合レンズの接合面の曲率半径
    Ea:第2レンズ群における接合レンズの接合面の有効半径
  4. 物体側から順に、
    変倍時に固定の正の屈折力を有する第1レンズ群と、
    変倍時に可動の負の屈折力を有する第2レンズ群と、
    変倍に伴う像面の変動を補正する負の第3レンズ群と、
    変倍時に固定の正の屈折力を有する第4レンズ群と
    から構成され、
    前記第2レンズ群が、
    6枚以上のレンズで構成され、最も物体側に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズが配置された構成となっており、
    前記第3レンズ群が、
    物体側に凹面を向けた凸メニスカスレンズと凹レンズとからなる接合レンズのみで構成され
    かつ、以下の条件式(2)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする広角ズームレンズ。
    Nd G21 >2.0 ……(2)
    ただし、
    Nd G21 :第2レンズ群における最も物体側のレンズのd線に対する屈折率
  5. 前記第2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レンズからなる第1レンズと、
    凹レンズからなる第2レンズと、
    凸レンズからなる第3レンズおよび凹レンズからなる第4レンズで構成され、物体側に凹面を向けた接合面を持つ接合レンズと、
    凸レンズからなる第5レンズと、
    凹レンズからなる第6レンズとの6枚のレンズで構成されている
    ことを特徴とする請求項4に記載の広角ズームレンズ。
  6. さらに、前記第2レンズ群における前記接合レンズの接合面に関して、以下の条件式(3)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の広角ズームレンズ。
    −1.75<Ra/Ea<−1.05 ……(3)
    ただし、
    Ra:第2レンズ群における接合レンズの接合面の曲率半径
    Ea:第2レンズ群における接合レンズの接合面の有効半径
  7. 前記第3レンズ群における凸メニスカスレンズに関して、以下の条件式(4)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする請求項ないしのいずれか1項に記載の広角ズームレンズ。
    NdG31>1.75 ……(4)
    ただし、
    NdG31:第3レンズ群における凸メニスカスレンズのd線に対する屈折率
  8. さらに、以下の条件式(5)を満足するように構成されている
    ことを特徴とする請求項ないしのいずれか1項に記載の広角ズームレンズ。
    −5.2<RG31/fw<−2.2 ……(5)
    ただし、
    G31:第3レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
    fw:広角端における全系の焦点距離
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