JP4512359B2 - ズームレンズを備えたカメラ - Google Patents
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Description
これらの要求に対応したものとして、例えば、特許文献1には、レンズ群の屈折力が、物体側より順に、正負正負正の構成で、変倍比が5から10倍程度のものが開示されている。
特許文献1に記載の技術では、第3レンズ群が、正レンズ、負レンズおよび接合正レンズの3枚の構成であり、第3レンズ群近傍での光束径が大きくなるため、第3レンズ群で発生する収差が大きくなることが懸念される。また各レンズに対する屈折力の負担が大きくなり、第3レンズ群の各レンズにおける偏心感度が高くなるものである。また、広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群が像側へ移動するため、第3レンズ群の移動幅が制限されることも第3レンズ群の屈折力を強くすることとなっている。また、物体側にある正レンズに正の屈折力が集中するため、偏心感度が大きくなる。そのため偏心感度を考慮した構成とは言えないものである。また、第5レンズ群が接合レンズにより構成されているため、軸外の収差補正が十分でなく、高画質に対応しているとは言えない。
1<d2it/d2iw<1.6 ・・・(21)
3<{(d3t+d4t)−(d3w+d4w)}/(ft/fw)<6
・・・(22)
ただし、d2iwは広角端における前記第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面との距離、
d2itは望遠端における前記第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面との距離、
d3wは広角端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔、
d3tは望遠端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔、
d4wは広角端における前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔、
d4tは望遠端における前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔、
ftは望遠端における全系の焦点距離、
fwは広角端における全系の焦点距離である。
このようなレンズ群の構成は、正の群を先行としているので、広角端の広画角化、高変倍化、明るさに有利なレンズタイプである。また広角端から望遠端での変倍に関しては、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔が増加、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が減少するように変倍することが、このズームレンズのタイプの望ましい構成である。
広角端では、第1、第2レンズ群の合成パワーは負となり、第3、第4レンズ群の合成パワーが正となるので、第1レンズ群から第4レンズ群まででレトロフォーカスタイプが形成される。そのため充分なバックフォーカスの確保ができるから、リアフォーカス時のフォーカススペースを確保するためには有利となる。また、望遠端では、第2レンズ群と第3レンズ群が近づくので、正の合成パワーを小さくすることができ望遠端でのレンズ全長を短縮化する上で望ましい構成となる。
また、一般にズームレンズでは、変倍時の収差変動を小さくするために、各レンズ群である程度収差が小さいことが望ましいが、このようなズームレンズのタイプでは正の第3レンズ群と、正の第4レンズ群でそれぞれ反対の収差を発生させて、お互いにキャンセルさせる構成としている。
このような群構成によれば、変倍時に第4レンズ群と第5レンズ群との間隔を変化させることで、第4レンズ群で発生する収差を小さくすることができる。また、第3レンズ群の収差補正の分担を小さくすることで、それぞれの偏心感度を小さくすることができる。
また、物体側より順に正負正負正の群構成により各レンズ群のパワー配置が対称な形状となるので収差補正が容易となる。
また変倍に際し多数のレンズ群の間隔を変更することができるので、変倍比が5程度と高変倍であっても、変倍時の収差変動を抑えやすくなっている。
本発明のズームレンズは、少なくとも前記5つのレンズ群を備え、変倍に際し少なくとも第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群を移動させることにより、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が、広角端から望遠端で増加し、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が、広角端から望遠端で減少し、第3レンズ群と第5レンズ群との間隔が、広角端から望遠端で増加し、第2レンズ群の位置が、広角端よりも望遠端で物体側に移動する構成としている。この構成により第3レンズの移動幅を確保している。また、主に第2レンズ群と第3レンズ群の移動によって変倍を行い、第4レンズ群と第5レンズ群の移動によって像面の位置ずれを補正するように構成している。
本発明のズームレンズにおいて、広角端の開放Fナンバーを小さくして光学系を明るくすると、各レンズ群での収差発生が大きくなり、特に第3レンズ群と第4レンズ群との相対偏心感度が大きくなってしまう。
そのため、本発明のズームレンズでは変倍時の第3レンズ群の移動量を大きくして、第4レンズ群の変倍作用を第3レンズ群で分担させるようにする。その結果、第4レンズ群のパワーをある程度弱めることができるので、広角端の開放Fナンバーを小さくした場合でも第3レンズ群と第4レンズ群との相対偏心感度を低減することができる。
このようにすれば、第3レンズ群と第4レンズ群との相対偏心感度をより小さくすることができる。
そこで、本発明ズームレンズの群移動において、広角端から望遠までの変倍に際し、第5レンズ群を非線形に移動させることが望ましい。
このようにすれば、第1レンズ群から第3レンズ群までの変倍に伴う像面変動を良好に補正して像面位置の保証を行うことができる。
この場合、ズーム時全域での収差を良好に補正するためには、第5レンズ群が物体側に凸の軌跡で移動することが望ましい。すなわち、第3レンズ群と第5レンズ群の間隔が、広角端よりも望遠端で増加することが望ましい。またこの場合、広角端から望遠端への変倍時、第4レンズ群が物体側に移動することが望ましい。
このような群移動によれば、可動のレンズ群が少なくとも5つあるので、変倍時の収差の変動を良好に抑えることができ、容易に高解像化を実現することができる。
また、第2レンズ群と第3レンズ群の間に絞りを配置した上で、第1レンズ群が光軸に沿って移動し、望遠端での位置が広角端より物体側とされ、第2レンズ群が光軸に沿って像側に凸の軌跡を移動し、望遠端での位置が広角端より物体側とされるので、変倍時全域に渡り、入射瞳の位置を適切に決めることができるから、前玉径を小さく保ちつつ、半画角が35°以上の広角なズームレンズとすることができる。
本発明のズームレンズの群内構成において、第2レンズ群は、物体側より順に、負の第1レンズ、負の第2レンズ、負の第3レンズ、正の第4レンズから構成することにより、第2レンズ群で発生する収差を良好に補正することができる。
すなわち、第2レンズ群は、負の屈折力を有する前群と正の屈折率を有する後群で構成することが望ましいが、このような場合、広角域を含みかつ高変倍とすると、樽型の歪曲収差と像面湾曲の補正が難しくなる。上記群内構成によれば、第2レンズ群で発生するそれら歪曲収差および像面湾曲を良好に補正することができる。
このような構成によれば、負の屈折力を比較的多くのレンズで分担できるので、第2レンズ群で発生する収差を抑えることができる。
このような構成によれば、広角端の開放Fナンバーを小さく(明るく)する場合に第2レンズ群で発生する歪曲収差、像面湾曲をより良好に補正することができる。
また、このような構成において、第2レンズ群の物体側から順に2番目の負レンズの像側面を非球面とすることが特に望ましい。この場合、広角端における像面湾曲をさらに良好に補正できる。
特に、球面収差を良好に補正するために、正レンズ群の最も物体側の正レンズ(正の第1レンズ)を物体側の曲率がより強い正レンズとし、像面湾曲、軸外のコマ収差を良好に補正するために、正レンズ群の像側の正レンズ(正の第2レンズ)を物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズとすることが望ましい。
また特に、第3レンズ群の収差補正をする上では、物体側の正レンズ群を物体側より順に正の第1レンズ、正の第2レンズ、像側の負レンズ群を物体より順に負の第3レンズ、正の第4レンズの4枚構成とすることが望ましい。
また、このような第3レンズ群の前方(物体側)に開口絞りを配置し、変倍時に第3レンズ群と一体に移動する構成としてもよい。その場合、開口絞りに近い物体側に正レンズ群、像側に負レンズ群を配置することでズーム時の全域での球面収差、像面湾曲の補正を行うことができる。
第3レンズ群は、変倍作用をもつので小型化のために少ない移動量で変倍作用を果たすには強い正のパワーが必要となる。また、第3レンズ群が開口絞りの後ろにある場合、軸上光束が大きくなる。特に明るい光学系とする場合には光束径が大きくなる。
そこでこのような構成とすることにより、正のパワーをより多くのレンズで分担させ、第3レンズ群で発生する収差を抑えることができる。
さらにこの場合、レンズ単体の前面と後面の相対偏心感度が大きくならないように、このレンズ形状を物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの形状とすることが望ましい。このようにすれば、それぞれの面の球面収差の発生を小さくできるので、レンズ単体の前面と後面の相対偏心感度をより小さくすることができる。
また、第3レンズ群に両側非球面レンズを有する構成としてもよい。このようにすれば、第3レンズ群で発生する球面収差をさらに良好に補正できる。
このような構成によれば、加工および組み立て作業性を向上することができる。
このような構成により、軸外の像面湾曲を良好に補正できる。
また、ズーム時の全域でのレンズ全長を短縮するためには、それらの配置を、物体側に正レンズ、像側に負レンズとすることが望ましい。
また、像面湾曲をより良好に補正するためには、像側の負レンズは、物体側の曲率がより強い負レンズから構成することが望ましい。
また、負レンズの屈折力を有効に作用させ、像面湾曲の補正をさらに良好にするには、物体側の正レンズと像側の負レンズの間に空気間隔を設けることが望ましい。そのような空気間隔は、第5レンズ群の全長に対し10%以上90%以下の長さとすることが好適である。
ただし、第3レンズ群と第4レンズ群との相対偏心感度を小さくするために、第4レンズ群の屈折力を比較的弱めている場合には、第4レンズ群でフォーカスを行うと、フォーカス移動量が大きくなってしまう可能性があるので、第5レンズ群を移動することによりフォーカスを行うことがより望ましい。
そうすれば、第5レンズ群は正の屈折力を有するので、第5レンズ群を繰出すことにより、無限遠から近距離物点へフォーカシングができる。このとき、同じ被写体距離に対する繰出し量は、広角端では小さいが、望遠端では大きくなる。
広角端から望遠端の変倍に際し、第4レンズ群は光軸に沿って物体側に単調に移動し、第5レンズ群は光軸に沿って物体側に凸の軌跡を移動する。そして望遠端では、第4レンズ群と第5レンズ群の間隔が開いているから、全長を長くすることなく、フォーカシングスペースを確保できる。
また、第5レンズ群は、レンズ径が比較的小さいので、迅速なフォーカスが可能となる。
上記条件式(21)は、ズーム時の全域での収差性能を良好に保ちながら広角端のレンズ全長を短縮する適正な範囲を規定している。
条件式(21)の下限を超えると広角端において全長が長くなってしまう。
一方、条件式(21)の上限を超えると全長は短くなるものの、第2レンズ群以降の各レンズ群の屈折力が強くなるため、変倍時の収差の変動を抑えるのが困難となる。
1.01<d2it/d2iw<1.4 ・・・(21a)
であれば望ましく、
1.02<d2it/d2iw<1.2 ・・・(21b)
であればより望ましい。
条件式(22)の下限を超えると、第3レンズ群の移動量が小さくなるので第4レンズ群の変倍の分担が大きくなる。その結果、第4レンズ群のパワーが強くなるため、第3レンズ群と第4レンズ群との相対偏心感度が大きくなってしまう。
一方、条件式(22)の上限を超えると第3レンズ群の移動量が大きくなり、望遠端でのレンズ全長を短縮することが困難となる。
3.2<{(d3t+d4t)−(d3w+d4w)}/(ft/fw)<5.5
・・・(22a)
であれば望ましく、
3.4<{(d3t+d4t)−(d3w+d4w)}/(ft/fw)<5
・・・(22b)
であればより望ましい。
例えばCCDのような電子撮像素子のシェーディングを考慮して射出瞳位置を最適に設定することやレンズ全長の小型化することを考慮すると、第4レンズ群の最も像側の面は、軸外光線を跳ね上げる作用を持つ、物体側に凹面である面が適している。しかし、その凹面の曲率半径が最適に設定されないと第5レンズ群のあるレンズ面と作用してスポットフレアが発生することがある。
図10は、スポットフレアが発生した様子を説明するためのレンズ断面図である。第5レンズ群G5物体側のレンズ面Laで反射した光束が、再び第4レンズ群の最も像側にある、物体側に凹のレンズ面Lbで反射し、これが第5レンズ群G5像面に集光されスポットフレアが発生している。
そこで、スポットフレアが発生しないようにするには、第4レンズ群の最も像側の面の曲率半径を適切に設定する必要がある。
条件式(15)の絶対値の範囲を超えると曲率半径が小さくなるため、集光しやすくなるので、スポットフレアが発生しやすくなってしまう。
|IH/r4r|<0.3 ・・・(15a)
であれば望ましく、
|IH/r4r|<0.25 ・・・(15b)
であればより望ましい。
CCDのような電子撮像素子のシェーディングを考慮して射出瞳位置を最適に設定することやレンズ全長を小型化することを考慮すると、第5レンズ群の最も物体の面は、軸外光線を光軸側に折り曲げる作用を持つ、物体側に凸面である面が適している。ただし、第4レンズ群のあるレンズ面と作用してスポットフレアが発生しないようにするには、その凸面の曲率半径を適切に設定する必要がある(図10参照)。
条件式(16)の絶対値の範囲を超えると、曲率半径が小さくため集光しやすくなり、スポットフレアが発生しやすくなる。
|IH/r5f|<0.45 ・・・(16a)
であれば望ましく、
|IH/r5f|<0.4 ・・・(16b)
であればより望ましい。
0<(d2it−d2iw)/d2iw<0.3 ・・・(1)
ただし、d2iwは広角端における第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面の距離、d2itは望遠端における第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面の距離である。なお、このときフィルターやCCDカバーガラスは空気換算するものとする。
条件式(1)は、第2レンズ群の広角端から望遠端までの移動量と広角端での最も物体側のレンズ面と像面の距離との比の適正な範囲を規定したものである。
本発明のズームレンズでは、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔は、広角端で最小となり望遠端で最大となる。そのため、広角端における全長(第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離)が長くならないように、d2iwを小さくすることが重要である。
条件式(1)において、下限を超えると広角端において全長が長くなる。
一方、上限を超えると全長は短くなるものの、第2レンズ群以降の各レンズ群の屈折力が強くなるため変倍時の収差の変動を抑えるのが困難となる。
0.01<(d2it−d2iw)/d2iw<0.2 ・・・(1a)
であれば望ましく、
0.02<(d2it−d2iw)/d2iw<0.1 ・・・(1b)
であればより望ましい。
−2.0<f2/fw<−0.7 ・・・(3)
1.5<f3/fw<4.0 ・・・(4)
ただし、fwは広角端での全系焦点距離、f2は第2レンズ群の焦点距離、f3は第3レンズ群の焦点距離である。
条件式(3)、(4)は、第2レンズ群、第3レンズ群の各レンズ群の屈折力の適正な範囲を規定したものである。
条件式(3)、(4)を満たすことにより、各レンズ群の屈折力を適正に配置することができ、変倍時の収差の変動が小さくなり収差を良好に抑えることができる。
条件式(3)、(4)において、下限を超えると屈折力が強くなりすぎるため、変倍時の収差の変動を抑えることが困難となる。
また上限を超えると屈折力が弱くなるため、全長が長くなり、小型化できなくなる。
−1.7<f2/fw<−0.9 ・・・(3a)
2<f3/fw<3.5 ・・・(4a)
であれば望ましく、
−1.5<f2/fw<−1.1 ・・・(3b)
2.5<f3/fw<3 ・・・(4b)
であればより望ましい。
4.5<f1/fw<13.5 ・・・(2)
ただし、fwは広角端での全系焦点距離、f1は第1レンズ群の焦点距離である。
条件式(2)は、広角端から望遠端までの入射瞳位置を最適に保つ、変倍時の収差の変動を抑えるための適正な範囲を規定したものである。
下限を超えると屈折力が強くなりすぎるため、第1レンズ群で発生した歪曲収差を第2レンズ群以後で補正することが困難となる。
上限を超えると屈折力が弱くなるため、軸外光線を第1レンズ群で曲げる作用が弱くなり、全長が長くなってしまう。
5.5<f1/fw<12 ・・・(2a)
であれば望ましく、
6.5<f1/fw<10 ・・・(2b)
であればより望ましい。
2.5<f5/fw<8.5 ・・・(6)
ただし、fwは広角端での全系焦点距離、f5は第5レンズ群の焦点距離である。
条件式(6)は、広角端から望遠端までの射出瞳を最適に保ちつつ、フォーカシングによる収差の変動を抑える適正な範囲を規定したものである。
例えばデジタルカメラのようにCCDのような電子撮像素子を用いる場合、シェーディングを考慮して、使用するCCDに適した射出瞳に設計しなければならない。一般的には、軸上光線、軸外光線とも主光線がCCDに対しほぼ垂直に入射することが望ましい。
下限を超えると屈折力が強くなりすぎるため、フォーカシングによる収差の変動が大きくなる。
また上限を超えると屈折力が弱くなるためフォーカス移動量が大きくなってしまう。
3.5<f5/fw<7.5 ・・・(6a)
であれば望ましく、
4.5<f5/fw<6.5 ・・・(6b)
であればより望ましい。
−60<f4/fw<−14 ・・・(5)
ただし、fwは広角端での全系焦点距離、f4は第4レンズ群の焦点距離である。
条件式(2)〜(6)は、[1]広角端から望遠端までの入射瞳位置を最適に保ち、前玉径を小さく保つこと、[2]変倍時の収差の変動を抑えること、[3]CCDのような電子撮像素子のシェーディングを考慮して射出瞳位置を最適に保つこと、[4]レンズ全長を小型化することにおいて、それぞれ望ましい範囲を規定している条件式である。
したがって、これら条件式を同時に満たす屈折率配置にすることにより、上記[1]〜[4]の特性のバランスを取ることができる。
また、条件式(2)、(3)、(4)、(6)の上限値、下限値において望ましい値は、上記に説明したのと同様の値である。例えば、
次の条件式(5a)と上記条件式(2a)、(3a)、(4a)、(6a)とを同時に満たすことがより望ましい。
−55<f4/fw<−19 ・・・(5a)
また、次の条件式(5b)と上記条件式(2b)、(3b)、(4b)、(6b)とを同時に満たすことがさらに望ましい。
−50<f4/fw<−24 ・・・(5b)
65<νd1p<100 ・・・(7)
15<νd1n<30 ・・・(8)
ただし、νd1pは第1レンズ群中の少なくとも1枚の正レンズのd線に対するアッベ数、νd1nは第1レンズ群中の少なくとも1枚の負レンズのd線に対するアッベ数である。
条件式(7)、(8)はともに色にじみを抑えることのできるアッベ数の適切な範囲を規定している。したがって、これら条件式(7)、(8)を満たすことにより、第1レンズ群で発生する色収差を適切に抑えることができる。
67<νd1p<95 ・・・(7a)
15<νd1n<27 ・・・(8a)
であれば望ましく、
69<νd1p<90 ・・・(7b)
20<νd1n<25 ・・・(8b)
であればより望ましい。
10<νd2p<30 ・・・(9)
75<νd2n<100 ・・・(10)
ただし、νd2pは第2レンズ群中の少なくとも1枚の正レンズのd線に対するアッベ数、νd2nは第2レンズ群中の少なくとも1枚の負レンズのd線に対するアッベ数である。
条件式(9)、(10)はともに色にじみを抑えることのできる適切な範囲を規定している。この条件式を満たすことにより、特に広角端における倍率の色収差を適切に補正することができる。
15<νd2p<27 ・・・(9a)
77<νd2n<95 ・・・(10a)
であれば望ましく、
20<νd2p<25 ・・・(9b)
80<νd2n<90 ・・・(10b)
であればより望ましい。
75<νd3p<100 ・・・(11)
10<νd3n<30 ・・・(12)
ただし、νd3pは第3レンズ群中の少なくとも1枚の正レンズのd線に対するアッベ数、νd3nは第3レンズ群中の少なくとも1枚の負レンズのd線に対するアッベ数である。
条件式(11)、(12)はともに色にじみを抑えることのできる適切な範囲を規定している。この条件式を満たすことにより、特に軸上の色収差を適切に補正することができる。
77<νd3p<95 ・・・(11a)
15<νd3n<27 ・・・(12a)
であれば望ましく、
80<νd3p<90 ・・・(11b)
20<νd3n<25 ・・・(12b)
であればより望ましい。
8.0<Lw/IH<23.5 ・・・(13)
ただし、Lwは、広角端全長(第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離、IHは最大像高である。なお、このときフィルターやCCDカバーガラスは空気換算するものとする。
条件式(13)は広角端での全長と最大像高の比の適切な範囲を規定している。下限を超えると各レンズ群のパワーが強くなるため、変倍時の収差の変動を抑えるのが困難となる。上限を超えると全長が長くなり、小型化できなくなる。
10<Lw/IH<21 ・・・(13a)
であれば望ましく、
13<Lw/IH<18 ・・・(13b)
であればより望ましい。
0.05<BFw/Lw<0.14 ・・・(14)
ただし、Lwは広角端全長(第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から像面までの距離、BFwは広角端バックフォーカスである。なお、このときフィルターやCCDカバーガラスは空気換算するものとする。
条件式(14)は広角端でのバックフォーカスと広角端での全長と最大像高の適切な範囲を規定している。上限を超えるとバックフォーカスが長くなるため、小型化できなくなる。また下限を超えると全長が長くなり、小型化できなくなる。
0.06<BFw/Lw<0.12 ・・・(14a)
であれば望ましく、
0.07<BFw/Lw<0.1 ・・・(14b)
であればより望ましい。
−3.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−0.1 ・・・(23)
ただし、r3fは第3レンズ群の最も物体側レンズの物体側の面の近軸曲率半径、r3rは第3レンズ群の最も物体側レンズの像側の面の近軸曲率半径である。
条件式(23)は第3レンズ群の最も物体側レンズの形状のシェイプファクターの適切な範囲を規定している。上限を超えると像側の曲率半径が強くなり適正な収差補正ができなくなる。また下限を超えると同様に像側の曲率半径が強くなり適正な収差補正ができなくなる。
−2.0<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−0.5 ・・・(23a)
であれば望ましく、
−1.5<(r3f+r3r)/(r3f−r3r)<−1.0 ・・・(23b)
であればより望ましい。
このような構成によれば、本発明のズームレンズと同様の作用効果を備えるカメラとすることができる。特に、画素ピッチが細かく高画素化された撮像素子を用いるときに高解像の撮影を行うことができる。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係るズームレンズについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る第1実施例のズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端でのレンズ断面図である。この図中において、各レンズ群の広角端から望遠端にかけての移動軌跡は矢印で模式的に示してある。符号Iは像面を示す。なお、これらの詳細な数値実施例は実施例1として後記する。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、負レンズL1(第1レンズ)と、正レンズL2(第2レンズ)と、正レンズL3(第3レンズ)とからなり、これらにより正のパワーを有するレンズ群とされる。
負レンズL1は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズで構成される。
正レンズL2、L3は、いずれも物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズで構成される。
なお、以下では誤解の恐れのない限り、負レンズL1、正レンズL2などを、総称するとき、正負や両凸、両凹などを省略して単にレンズL1、L2などと略称する場合がある。
負レンズL4は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズで構成される。
負レンズL5は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成される。そして、像側のレンズ面は非球面とされる。
負レンズL6は、両凹レンズから構成される。
正レンズL7は、両凸レンズから構成される。
正レンズL8は、両レンズ面が非球面からなり、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成される。また、正レンズL8は、物体側の曲率がより強くなっている。
正レンズL9は、物体側の凹面を向けた(像側に凸面を向けた)正メニスカスレンズから構成される。
正レンズL11は、曲率半径の絶対値が等しい両凸レンズから構成される。
負レンズL12は、曲率半径の絶対値が等しい両凹レンズから構成される。したがって、第4レンズ群G4の最も像側のレンズ面が物体側に凹面とされている。
正レンズL13は、両凸レンズから構成される。したがって、第5レンズ群G5の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面とされている。
負レンズL14は、物体側に凹面を向けた凹平レンズから構成される。
そして、正レンズL13と負レンズL14との間には空気間隔を設け、第5レンズ群の全長に対し15%以上50%以下の長さとしている。
赤外カットフィルターF1は、例えば平行平板に赤外光を遮断する蒸着を施したものなどでもよい。
光学的ローパスフィルターF2としては、結晶軸方向が調整された水晶板などからなる複屈折型ローパスフィルターや、回折効果を用いて光学的な遮断周波数特性を実現する位相型ローパスフィルターなどを好適に採用することができる。
また、カバーガラスGL1は、CCDなどの撮像素子を配置する場合のカバーガラスである。
なお、これらは場合によっては、一部または全部を割愛してもよい。
図1に示したように、第1レンズ群G1の望遠端での位置は、広角端より物体側にあり、第2レンズ群G2の望遠端での位置は、広角端より物体側にある。また、第3レンズ群G3は物体側に開口絞りを一体に有して移動する。
そして、第5レンズ群G5を物体側に繰り出すことにより、近距離の被写体にフォーカスするようになっている。
すなわち、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が、広角端から望遠端で増加し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が、広角端から望遠端で減少し、第3レンズ群G3と第5レンズ群G5との間隔が、広角端から望遠端で増加するように移動される。
図2は、本発明の実施形態の第2実施例に係るズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端でのレンズ断面図である。この図中において、各レンズ群の広角端から望遠端にかけての移動軌跡は矢印で模式的に示してある。符号Iは像面を示す。なお、これらの詳細な数値実施例は実施例2として後記する。
負レンズL28は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成される。
そして、正レンズL25、負レンズL26は、それぞれ正レンズL11、負レンズL12と同様に、両レンズ面の曲率半径の絶対値が等しい構成とされる。
また、負レンズL19は、負レンズL5と同様に像側のレンズ面は非球面とされる。
また、正レンズL22は、正レンズL8と同様に両レンズ面が非球面とされる。
図2に示したように、第1レンズ群G1の望遠端での位置は、広角端より物体側にあり、第2レンズ群G2の望遠端での位置は、広角端より物体側にある。また、第3レンズ群G3は物体側に開口絞りを一体に有して移動する。
図3は、本発明の実施形態の第3実施例に係るズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端でのレンズ断面図である。この図中において、各レンズ群の広角端から望遠端にかけての移動軌跡は矢印で模式的に示してある。符号Iは像面を示す。なお、これらの詳細な数値実施例は実施例3として後記する。
正レンズL30は、両凸レンズから構成される。
負レンズL42は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成される。
そして、正レンズL39は、正レンズL11と同様に、両レンズ面の曲率半径の絶対値が等しい構成とされる。
また、負レンズL33は、負レンズL5と同様に像側のレンズ面は非球面とされる。
また、正レンズL36は、正レンズL8と同様に両レンズ面が非球面とされる。
図3に示したように、第1レンズ群G1の望遠端での位置は、広角端より物体側にあり、第2レンズ群G2の望遠端での位置は、広角端より物体側にある。また、第3レンズ群G3は物体側に開口絞りを一体に有して移動する。
また、上記の説明では、無限遠物点合焦時に広角端から望遠端に変倍する際、第1レンズ群G1が光軸に沿って像側に凸の軌跡を移動する例で説明したが、第1レンズ群G1は光軸に沿って物体側に単調に移動する軌跡にしてもよい。
fは全系焦点距離、FNOはFナンバー、ωは半画角、Wは広角端、Sは中間状態、Tは望遠端である。r1、r2、…は各レンズ面の曲率半径、d1、d2、…は各レンズ面間の間隔、nd1、nd2、…は各レンズのd線での屈折率、νd1、νd2、…は各レンズのアッベ数であり、図1の符号とそれぞれ対応している。屈折率については、d線(波長587.56nm)に対するものを表記している。これらの表記は以下の参照図面すべてに共通である。
なお非球面形状は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をyにとるとき、次の式(a)で表される。
z=(y2/r)/[1+√{1−(1+K)・(y/r)2}]
+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10 ・・・(a)
ただし、rは近軸曲率半径、Kは円錐係数、A4、A6、A8、A10は、それぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
1 r1 = 92.984 d1 = 2.30 nd1 = 1.84666 νd1 = 23.78
2 r2 = 53.176 d2 = 5.56 nd2 = 1.48749 νd2 = 70.23
3 r3 = 633.665 d3 = 0.20
4 r4 = 36.654 d4 = 5.26 nd3 = 1.72916 νd3 = 54.68
5 r5 = 119.187 d5 = (可変)
6 r6 = 49.090 d6 = 1.70 nd4 = 1.77250 νd4 = 49.60
7 r7 = 10.001 d7 = 2.75
8 r8 = 16.722 d8 = 1.50 nd5 = 1.58313 νd5 = 59.46
9 r9 = 8.732 (非球面) d9 = 5.24
10 r10= -14.056 d10= 1.00 nd6 = 1.49700 νd6 = 81.54
11 r11= 50.111 d11= 0.20
12 r12= 27.235 d12= 2.47 nd7 = 1.84666 νd7 = 23.78
13 r13= -101.004 d13= (可変)
14 r14= ∞(絞り) d14= 1.05
15 r15= 16.683 (非球面) d15= 4.00 nd8 = 1.69350 νd8 = 53.20
16 r16= 124.749 (非球面) d16= 1.98
17 r17= -44.242 d17= 2.06 nd9 = 1.52249 νd9 = 59.84
18 r18= -16.226 d18= 2.28
19 r19= -111.996 d19= 1.00 nd10= 1.84666 νd10= 23.78
20 r20= 15.401 d20= 4.45 nd11= 1.49700 νd11= 81.54
21 r21= -15.401 d21= (可変)
22 r22= 37.023 d22= 2.44 nd12= 1.84666 νd12= 23.78
23 r23= -37.023 d23= 0.40
24 r24= -30.255 d24= 1.20 nd13= 1.80100 νd13= 34.97
25 r25= 30.255 d25= (可変)
26 r26= 17.520 d26= 3.28 nd14= 1.49700 νd14= 81.54
27 r27= -101.995 d27= 1.77
28 r28= -72.328 d28= 1.21 nd15= 1.71736 νd15= 29.52
29 r29= ∞ d29= (可変)
30 r30= ∞ d30= 0.80 nd16= 1.51633 νd16= 64.14
31 r31= ∞ d31= 0.92 nd17= 1.54771 νd17= 62.84
32 r32= ∞ d32= 0.80
33 r33= ∞ d33= 0.50 nd18= 1.51633 νd18= 64.14
34 r34= ∞ d34= 0.99
I ∞ (像面)
[非球面係数]
面番号 K A4 A6 A8 A10
9 0.00 -7.81840x10-5 -1.49680x10-6 1.66070x10-8 -3.06090x10-10
15 0.00 -4.88100x10-6 -1.47920x10-6 3.24640x10-8 -5.72740x10-10
16 0.00 1.11422x10-4 -1.38829x10-6 2.48696x10-8 -4.72103x10-10
[ズームデータ(∞)]
W S T
f(mm) 7.27 15.95 34.94
FNO 2.44 2.82 3.57
ω(°) 38.19 18.84 8.83
d5 0.50 13.75 25.02
d13 18.50 7.14 2.00
d21 1.39 3.92 7.46
d25 2.41 3.95 14.01
d29 4.81 7.68 5.70
これらより、本実施例では、各収差が良好に補正されていることが分かる。
なお、上記の条件式に対応する計算値はまとめて後記する。
1 r1 = 89.651 d1 = 2.30 nd1 = 1.84666 νd1 = 23.78
2 r2 = 52.004 d2 = 5.52 nd2 = 1.48749 νd2 = 70.23
3 r3 = 472.156 d3 = 0.20
4 r4 = 36.878 d4 = 5.25 nd3 = 1.72916 νd3 = 54.68
5 r5 = 122.645 d5 = (可変)
6 r6 = 48.967 d6 = 1.70 nd4 = 1.77250 νd4 = 49.60
7 r7 = 10.000 d7 = 2.75
8 r8 = 16.700 d8 = 1.50 nd5 = 1.58313 νd5 = 59.46
9 r9 = 8.723 (非球面) d9 = 5.23
10 r10= -14.070 d10= 1.00 nd6 = 1.49700 νd6 = 81.54
11 r11= 51.774 d11= 0.20
12 r12= 27.208 d12= 2.46 nd7 = 1.84666 νd7 = 23.78
13 r13= -104.437 d13= (可変)
14 r14= ∞(絞り) d14= 1.05
15 r15= 16.704 (非球面) d15= 3.99 nd8 = 1.69350 νd8 = 53.20
16 r16= 122.028 (非球面) d16= 2.00
17 r17= -43.999 d17= 2.06 nd9 = 1.52249 νd9 = 59.84
18 r18= -16.227 d18= 2.28
19 r19= -114.732 d19= 1.00 nd10= 1.84666 νd10= 23.78
20 r20= 15.402 d20= 4.45 nd11= 1.49700 νd11= 81.54
21 r21= -15.402 d21= (可変)
22 r22= 37.349 d22= 2.43 nd12= 1.84666 νd12= 23.78
23 r23= -37.349 d23= 0.45
24 r24= -30.433 d24= 1.20 nd13= 1.80100 νd13= 34.97
25 r25= 30.433 d25= (可変)
26 r26= 17.283 d26= 3.15 nd14= 1.49700 νd14= 81.54
27 r27= -270.000 d27= 2.50
28 r28= -98.292 d28= 1.21 nd15= 1.84666 νd15= 23.78
29 r29= -672.762 d29= (可変)
30 r30= ∞ d30= 0.80 nd16= 1.51633 νd16= 64.14
31 r31= ∞ d31= 0.92 nd17= 1.54771 νd17= 62.84
32 r32= ∞ d32= 0.80
33 r33= ∞ d33= 0.50 nd18= 1.51633 νd18= 64.14
34 r34= ∞ d34= 0.99
I ∞ (像面)
[非球面係数]
面番号 K A4 A6 A8 A10
9 0.00 -7.72827x10-5 -1.56396x10-6 1.78948x10-8 -3.19839x10-10
15 0.00 -4.81139x10-6 -1.52549x10-6 3.27800x10-8 -5.58433x10-10
16 0.00 1.11137x10-4 -1.38855x10-6 2.22164x10-8 -3.97402x10-10
[ズームデータ(∞)]
W S T
f(mm) 7.27 15.95 34.94
FNO 2.44 2.83 3.57
ω(°) 38.21 18.85 8.84
d5 0.50 13.75 25.05
d13 18.61 7.21 2.00
d21 1.44 3.91 7.22
d25 2.42 4.01 14.16
d29 4.14 7.03 5.18
これらより、本実施例では、各収差が良好に補正されていることが分かる。
なお、上記の条件式に対応する計算値はまとめて後記する。
1 r1 = 122.912 d1 = 2.30 nd1 = 1.84666 νd1 = 23.78
2 r2 = 61.695 d2 = 5.66 nd2 = 1.48749 νd2 = 70.23
3 r3 = -672.762 d3 = 0.20
4 r4 = 34.035 d4 = 5.20 nd3 = 1.72916 νd3 = 54.68
5 r5 = 94.277 d5 = (可変)
6 r6 = 46.482 d6 = 1.70 nd4 = 1.77250 νd4 = 49.60
7 r7 = 10.000 d7 = 2.71
8 r8 = 16.700 d8 = 1.50 nd5 = 1.58313 νd5 = 59.46
9 r9 = 8.649 (非球面) d9 = 5.22
10 r10= -14.064 d10= 1.00 nd6 = 1.49700 νd6 = 81.54
11 r11= 44.051 d11= 0.20
12 r12= 26.357 d12= 2.48 nd7 = 1.84666 νd7 = 23.78
13 r13= -101.808 d13= (可変)
14 r14= ∞(絞り) d14= 1.05
15 r15= 17.190 (非球面) d15= 3.89 nd8 = 1.69350 νd8 = 53.20
16 r16= 216.123 (非球面) d16= 2.26
17 r17= -31.423 d17= 2.00 nd9 = 1.52249 νd9 = 59.84
18 r18= -15.377 d18= 2.07
19 r19= -151.834 d19= 1.00 nd10= 1.84666 νd10= 23.78
20 r20= 15.487 d20= 4.52 nd11= 1.49700 νd11= 81.54
21 r21= -15.487 d21= (可変)
22 r22= 40.466 d22= 2.37 nd12= 1.84666 νd12= 23.78
23 r23= -40.466 d23= 0.29
24 r24= -33.478 d24= 1.00 nd13= 1.80100 νd13= 34.97
25 r25= 35.225 d25= (可変)
26 r26= 17.976 d26= 3.01 nd14= 1.49700 νd14= 81.54
27 r27= -561.164 d27= 2.50
28 r28= -98.732 d28= 1.66 nd15= 1.84666 νd15= 23.78
29 r29= -672.762 d29= (可変)
30 r30= ∞ d30= 0.80 nd16= 1.51633 νd16= 64.14
31 r31= ∞ d31= 0.92 nd17= 1.54771 νd17= 62.84
32 r32= ∞ d32= 0.80
33 r33= ∞ d33= 0.50 nd18= 1.51633 νd18= 64.14
34 r34= ∞ d34= 1.00
I ∞ (像面)
[非球面係数]
面番号 K A4 A6 A8 A10
9 0.00 -6.77197x10-5 -2.14845x10-6 3.04835x10-8 -3.99201x10-10
15 0.00 -5.26118x10-6 -9.17773x10-7 -1.78100x10-9 9.24603x10-11
16 0.00 1.08903x10-4 -9.24134x10-7 -3.58516x10-9 1.16662x10-10
[ズームデータ(∞)]
W S T
f(mm) 7.27 15.94 34.94
FNO 2.41 2.77 3.57
ω(°) 38.21 18.92 8.84
d5 0.50 13.75 24.19
d13 18.40 7.22 2.00
d21 1.00 3.95 7.84
d25 2.43 3.72 15.21
d29 4.84 7.45 4.44
これらより、本実施例では、各収差が良好に補正されていることが分かる。
次表に、上記実施例1〜3における諸量の計算値および各条件式の値を示す。
次に、本発明の第2の実施形態に係るカメラについて説明する。
以上のような本発明の第1の実施形態に係るズームレンズは、ズームレンズで物体像を形成しその像をCCD等の電子撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下にその実施形態を例示する。
図7〜9は、本発明によるズームレンズをデジタルカメラの撮影光学系41に組み込んだ構成の概念図を示す。図7はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図8は同後方斜視図、図9はデジタルカメラ40の構成を示す断面図である。
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
F 平行平板レンズ群
F1 赤外カットフィルター
I 像面
L4、L18、L32 負レンズ(第2レンズ群の第1レンズ)
L5、L19、L33 負レンズ(第2レンズ群の第2レンズ)
L6、L20、L34 負レンズ(第2レンズ群の第3レンズ)
L7、L21、L35 正レンズ(第2レンズ群の第4レンズ)
L8、L22、L36 負レンズ(第3レンズ群の第1レンズ)
L9、L23、L37 負レンズ(第3レンズ群の第2レンズ)
L10、L24、L38 接合レンズ
L10a、L24a、L38a 両凹レンズ(第3レンズ群の負の第3レンズ)
L10b、L24b、L38b 両凸レンズ(第3レンズ群の正の第4レンズ)
L13、L27、L41 正レンズ(第5レンズ群の正レンズ)
L14、L28、L42 負レンズ(第5レンズ群の負レンズ)
40 デジタルカメラ(カメラ)
41 撮像光学系(ズームレンズ)
49 CCD(撮像素子)
Claims (4)
- 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、負の屈折力を有する第4レンズ群、正の屈折力を有する第5レンズ群から構成され、変倍に際し各レンズ群間隔が変更されるズームレンズと、該ズームレンズの像位置に配置された撮像素子とを備えたカメラにおいて、
前記第2レンズ群が、物体側より順に、負の第1レンズ、負の第2レンズ、負の第3レンズ、正の第4レンズから構成され、
前記第3レンズ群が、物体側より順に、正の第1レンズ、正の第2レンズ、負の第3レンズ、正の第4レンズから構成され、
前記第4レンズ群の最も像側のレンズ面が物体側に凹面とされ、
前記第5レンズ群の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面とされるとともに、
以下の条件式(15)、(16)を満足することを特徴とするズームレンズを備えたカメラ。
|IH/r 4r |<0.35 ・・・(15)
|IH/r 5f |<0.5 ・・・(16)
ただし、r 4r は前記第4レンズ群の最も像側の面の曲率半径、r 5f は前記第5レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径、IHは最大像高である。 - 以下の条件式(21)、(22)を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズを備えたカメラ。
1<d2it/d2iw<1.6 ・・・(21)
3<{(d3t+d4t)−(d3w+d4w)}/(ft/fw)<6
・・・(22)
ただし、d2iwは広角端における前記第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面との距離、
d2itは望遠端における前記第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と像面との距離、
d3wは広角端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔、
d3tは望遠端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔、
d4wは広角端における前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔、
d4tは望遠端における前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔、
ftは望遠端における全系の焦点距離、
fwは広角端における全系の焦点距離である。 - 前記第3レンズ群の前記第1レンズが、物体に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズを備えたカメラ。
- 前記第5レンズ群でフォーカスを行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のズームレンズを備えたカメラ。
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