JP5289922B2 - 結像光学系及びそれを有する電子撮像装置 - Google Patents

結像光学系及びそれを有する電子撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、特に電子撮像光学系に適した薄型でありながら結像性能に優れた結像光学系及びそれを有する電子撮像装置に関するものである。
デジタルカメラは高画素数化(高画質化)や小型薄型化において実用レベルを達成し、機能的にも市場的にも銀塩35mmフィルムカメラにとって代わってしまった。このため、次なる進化の方向として、さらなる高画素数化および薄型化が求められている。
薄型化の可能性を秘めた先行技術として特開2005−266129号公報(特許文献1)記載の光学系がある。これには、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群より構成された結像光学系が提案されている。ここで、第1レンズ群は正レンズ、負レンズの順に接合された1つのレンズ成分からなり、接合面が非球面である。また第2レンズ群は、正レンズ成分と負レンズ成分の順からなる。また、第3レンズ群は、1つのレンズ成分からなる。
また、特開2007−156385号公報(特許文献2)には、物体側より順に、負屈折力の第1レンズ群G1と、正屈折力の第2レンズ群G2と、正屈折力の第3レンズ群G3と、第4レンズ群を有する結像光学系が開示されている。ここで、第1レンズ群G1は1枚の両凹形状の負レンズからなり、第4レンズ群は非球面を有する。また、この結像光学系では、各レンズ群の間隔を変化させることにより変倍と焦点合わせをしている。
特開2005−266129号公報 特開2007−156385号公報
しかしながら、特許文献1記載の光学系では、像面湾曲の指標となるペッツバール和が大きく、軸外収差の補正が不十分である。
また、特許文献2記載の光学系では、色収差の補正が不十分である。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、全長を短くしても像面湾曲や色収差の補正が良好な結像光学系を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明による結像光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とより構成され、前記第1レンズ群は1つの接合レンズ成分からなり、前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズの接合からなるレンズ成分と、正の単レンズにて構成されるか、又は、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ成分と、両凸形状のレンズ成分にて構成されるか、又は、物体側から順に、正レンズ成分、像側に凹面を向けた負レンズ成分の順で構成され、前記第3レンズ群は像側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、合焦のために移動可能であり、前記第4レンズ群は非球面を有する1つのレンズ成分からなり、
広角端から望遠端まで変倍する際に、前記第2レンズ群は物体側へのみ移動し、前記第1レンズ群と前記第3レンズ群は、前記第2レンズ群とは別の移動軌跡を描きながら移動する構成を採用している。そして、さらに以下の条件式(1)、(2)を満足することが好ましい。
−1.5<fw/f4<0.0 …(1
1.0<β4w<2.0 …(2)
ここで、
f4は前記第4レンズ群の焦点距離、
fwは所定の物点に合焦したときの広角端における全系の焦点距離、
β4wは所定の物点に合焦したときの広角端における前記第4レンズ群の倍率、
前記所定の物点は合焦出来る最も遠い物点であり、
前記レンズ成分とは、単レンズ又は接合レンズを意味する。
また、本発明の電子撮像装置は、上述の結像光学系と、電子撮像素子と、を有することを特徴としている。
本発明にかかる結像光学系は、像面湾曲や色収差をはじめ各収差を良好に保ちつつ、結像光学系の全長短縮や薄型化を実現することが可能となる、という効果を奏する。特に、高画素数を保ちつつダウンサイジングされた撮像素子に適した結像光学系とすることが出来る。
以下に、本発明にかかる結像光学系をズーム光学系に適用した実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。なお、実施例の説明に先立ち、本実施形態の結像光学系の作用効果について説明する。
第1レンズ群が負の屈折力を有するズーム光学系は、負先行型ズーム光学系と称される。一般的な負先行型ズーム光学系は、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有し変倍の主力となる第2レンズ群と、正の屈折力を有し合焦が可能な第3レンズ群とより構成されている。そして、収差をより良好に補正するために、第3レンズ群の像側に第4レンズ群を設けた構成もある。本実施形態の結像光学系(ズームレンズ)も、この構成に相当する。
本実施形態の結像光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズ群と、第4レンズ群とから構成されている。ここで、第1レンズ群は1つの接合レンズ成分からなる。また第3レンズ群は1つのレンズ成分からなり、合焦のために移動可能である。また、第4レンズ群は非球面を有する1つのレンズ成分からなる。
そして、広角端から望遠端まで変倍する際に、第2レンズ群は物体側へのみ移動し、第1レンズ群と第3レンズ群は第2レンズ群とは別の移動軌跡を描きながら移動する。さらに、以下の条件式(1)を満足する。
−1.5<fw/f4<0.3 …(1)
ここで、
f4は第4レンズ群の焦点距離、
fwは所定の物点に合焦したときの広角端における全系の焦点距離、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
負先行型ズーム光学系全長短縮をさらに進めると、第2レンズ群以降の合成系の共役点間の距離を極力短くすることになる。このため第2レンズ群の正の屈折力が強くなる。すると、正のペッツバール和が著しく増大してしまう。一般的な負先行型ズーム光学系では、第1レンズ群を、物体側から順に負レンズと正レンズの2つの単体レンズで構成する。このとき、負レンズと正レンズは一定距離をおいて配置し、正レンズの屈折率を高くすることで収差を補正する。しかしながら、材料費や加工費が高価である点、第1レンズ群の組み立て要求精度が高い点、薄型化に不向きな点が課題である。そこで、本実施形態の結像光学系では、第1レンズ群を1つの接合レンズ成分のままとし、条件式(1)を満足することでペッツバール和を補正している。
条件式(1)の上限値を上回ると、ペッツバール和の補正が困難となる。一方、条件式(1)の下限値を下回ると、望遠側での糸巻き型歪曲収差やコマ収差の補正が困難になる。
また、条件式(1)に代えて、次の条件式(1’)を満足すると、より好ましい。
−1.5<fw/f4<0.0 …(1’)
さらに、条件式(1)に代えて、次の条件式(1”)を満足すると、より一層好ましい。
−1.3<fw/f4<−0.1 …(1”)
なお、条件式(1)に代えて、次の条件式(1”’)を満足するのが最も良い。
−1.3<fw/f4<−0.45 …(1”’)
なお、条件式(1)、(1’)、(1”)、又は(1”’)を満たそうとすると、第4レンズ群単独の倍率が高くなる傾向がある。この場合、第1レンズ群から第3レンズ群の合成焦点距離を短くしなくてはならない。すると、諸収差の補正が困難となる。
そこで、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(2)を満たすようにするとよい。
1.0<β4w<2.0 …(2)
ここで、
β4wは所定の物点に合焦したときの広角端における第4レンズ群の倍率、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
条件式(2)の上限値を上回ると、コマ収差、非点収差、歪曲収差の補正が困難となる。一方、下限値を下回ると、ペッツバール和が補正困難となる。
なお、条件式(2)を満足するにあたっては、第4レンズ群を極力像面に近づけることが好ましい。近づける範囲(像面近傍の範囲)とは具体的には条件式(a)で与えられる範囲と考えるのがよい。
0.01<d4iw/(Dw+Dt)<0.05 …(a)
ここで、
d4iwは広角端における第4レンズ群の最も像側の面頂から結像面までの光軸上での距離の空気換算長、
Dwは所定の物点に合焦したときの広角端での結像光学系の全長、
Dtは所定の物点に合焦したときの望遠端での結像光学系の全長、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
像面近傍では近軸軸上光線高が低いため、そこにある程度強いパワーのレンズ要素を設定しても全系の焦点距離や焦点位置に与える影響は少ない。また、第4レンズ群の屈折力を弱い正からある程度強い負にすると、変倍による射出瞳位置の変動を少なくすることができる。そのため、広角端から望遠端に至るまで、主光線の射出角度の変化が少なくなる。
一般的に、小さなサイズの撮像素子を用いると、シェーディングが生じやすい。しかしながら、本実施形態の結像光学系では、広角端から望遠端に至るまで、主光線の射出角度の変化が少ないので、小さなサイズの撮像素子を用いた場合であっても、シェーディングの発生を防止できるという相乗効果も得られる。なお、シェーディングとは、撮像面に対する入射角が適切でないために起こる翳り現象のことである。
また、本実施形態の結像光学系では、後述の実施例からわかるように、撮像素子の前方(物体側)に、撮像素子用のカバーガラスを配置している。しかしながら、第4レンズ群をカバーガラスとして用いても構わない。あるいは、第4レンズ群の最も像側の面を平面とし、この平面にカバーガラスを接合してもよい。
また、従来の負先行型ズーム光学系では、第1レンズ群と第2レンズ群による残存収差を第3レンズ群に非球面を設けて補正することが多かった。ところが、このようにすると、合焦による収差変動を招きやすかった。
そこで、本実施形態の結像光学系では、第4レンズ群に非球面を導入している。この非球面は、特に、最も物体側の面を非球面に設けるのが好ましい。このように構成すれば、残存収差を第4レンズ群にて補正することができる。また、これにより、第3レンズ群に非球面を設けたとしても、その非球面は、自ら(第3レンズ群)が発生する収差を補正する程度の非球面にすることができる。そのため、合焦による収差変動を小さく抑えることが出来る。
なお、第4レンズ群は単レンズにて構成してもよい。このような構成は、結像光学系の薄型化にとって好ましい。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(3)、(4)を満足するとよい。
1.35<n4<1.65 …(3)
30<ν4<100 …(4)
ここで、
n4は第4レンズ群の単レンズを構成する媒質のd線に対する屈折率、
ν4は第4レンズ群の単レンズを構成する媒質のアッベ数である。
条件式(3)の上限値を上回ると、ペッツバール和の補正が困難となる。一方、下限値を下回ると、コマ収差、非点収差、歪曲収差が発生しやすい。また、条件式(4)の下限値を下回るか、又は、上限値を上回っても倍率色収差が大きくなりやすい。
また、本実施形態の結像光学系では、第1レンズ群の接合レンズ成分は負レンズL1Nと正レンズL1Pを有し、負レンズL1Nと正レンズL1Pが物体側からこの順に接合されているのがよい。この様にすると、一般的な負先行型ズーム光学系(負レンズと正レンズが分離)に比べて、光学系の薄型化を実現できる。また、第2レンズ群の前側焦点位置が短くてすむ。このため第2レンズ群のパワーを上げやすく全長短縮に効果的である。
また、本実施形態の結像光学系では、こういう場合、分散の大きく異なる透明材質を接合しその負レンズL1Nと正レンズL1Pの接合面SCを非球面とするのが好ましい。このような接合レンズ成分を第1レンズ群に用いると、一般的な負先行型ズーム光学系に比べて、広角端における色コマ、倍率色収差の像高に関する高次成分(色の歪曲収差)の補正について、著しい効果を得ることができる。なお、接合面SCを形成している媒質の屈折率差は0.12以下にしたほうがよい。このようにすると、基準波長におけるザイデル収差に悪影響を及ぼすことを抑えることができる。
一方、接合面SCを非球面化しない場合は、接合面SCを形成している媒質の屈折率差を0.2以上とした方がよい。なお、屈折率差を0.3以上にすればより好ましく、0.4以上あるいは0.5以上ならばよりいっそう好ましい。しかし、0.7を超えると第1レンズ群のパワーの確保が困難となる。この場合、全長短縮に支障をきたしやすくなるか、又は色収差の補正が困難となる。
また、本実施形態の結像光学系は、光軸方向をz、光軸に垂直な方向をhとする座標軸とし、Rを球面成分の光軸上における曲率半径、kを円錐定数、A,A,A,A10・・・を非球面係数として、非球面の形状を下記の式(5)で表した場合、
z=h2/R[1+{1−(1+k)h2/R2 1/2
+A4 h4 +A6 h6 +A8 h8 +A10h10+・・・ …(5)
以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
0.05≦|zC(hC)−zB(hB)|/tp≦0.96 …(6)
ここで、
B(h)は正レンズL1Pの空気接触面SBの形状であって、式(5)に従う形状、
C(h)は接合面SCの形状であって、式(5)に従う形状、
tpは正レンズL1Pの光軸上での厚みであり、
B =2.5a、hC=2.5aであり、
aは以下の条件式(7)に従う量、
a=(y10 )2 ・log10 γ/ fw …(7)
また、式(7)において、
10は最大像高、
γは所定の物点に合焦したときのズーム比、
また、各面の面頂を原点とするため、常にz(0)=0、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
なお、ズーム比は、望遠端での全系焦点距離/広角端での全系焦点距離、最大像高は、本実施形態の結像光学系の結像位置近傍に電子撮像素子を配置したとき、この電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)において中心から最も遠い点までの距離である。
条件式(6)の下限値を下回ると、色収差の補正が不十分になりやすい。一方、上限値を上回ると、正レンズL1Pを薄く加工しようとすると周辺部の縁肉確保が困難になる。
また、条件式(6)に代えて、次の条件式(6’)を満足するのがより望ましい。
0.15≦|zC(hC)−zB(hB)|/tp≦0.93 (6’)
さらに、条件式(6)に代えて、次の条件式(6”) を満足すると最高に良い。
0.25≦|zC(hC)−zB(hB)|/tp≦0.90 (6”)
なお、負レンズL1Nの空気接触面SA 、正レンズL1Pの空気接触面SB 、接合面SC 、のいずれかが球面であってもかまわない。
また、本実施形態の結像光学系は、光軸方向をz、光軸に垂直な方向をhとする座標軸とし、Rを球面成分の光軸上における曲率半径、kを円錐定数、A,A,A,A10・・・を非球面係数として、非球面の形状を下記の式(5)で表すと共に、
z=h2/R[1+{1−(1+k)h2/R2 1/2
+A4 h4 +A6 h6 +A8 h8 +A10h10+・・・ …(5)
偏倚量を下記の式(8)で表した場合、
Δz=z−h2/R[1+{1−h2/R2 1/2 ] …(8)
以下の条件式(9)を満足することが好ましい。
−0.070≦[ΔzC(hC)−{ΔzA(hA)+ΔzB(hB)}/2]/fw
≦0.100 …(9)
ここで、
A(h)は前記負レンズL1Nの空気接触面SAの形状であって、式(5)に従う形状、
B(h)は前記正レンズL1Pの空気接触面SBの形状であって、式(5)に従う形状、
C(h)は前記接合面SCの形状であって、式(5)に従う形状、
ΔzA(h)は前記負レンズL1Nの空気接触面SAにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
ΔzB(h)は前記正レンズL1Pの空気接触面SBにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
ΔzC(h)は前記接合面SCにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
A =3.0a、hB=2.5a、hC =2.5aであり、
aは以下の条件式(7)に従う量、
a=(y10 )2 ・log10 γ/ fw …(7)
また、式(7)において、y10 は最大像高、
γは所定の物点に合焦したときのズーム比、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点、
また、各面の面頂を原点とするため、常にz(0)=0、である。
非球面の偏倚量の度合いが大きすぎると、却って高次の色収差が大きくなりやすいよって、条件式(9)の上限値を上回らず、かつ、下限とを下回らないことが好ましい。
なお、条件式(9)に代えて、次の条件式(9’)を満足すると、より好ましい。
−0.050≦[ΔzC(hC)−{ΔzA(hA)+ΔzB(hB)}/2]/fw≦
0.075 …(9’)
さらに、条件式(9)に代えて、次の条件式(9”)を満足すると、より一層好ましい。
−0.035≦[ΔzC(hC)−{ΔzA(hA)+ΔzB(hB)}/2]/fw≦
0.055 …(9”)
ここで、負レンズL1Nの空気接触面SA 、正レンズL1Pの空気接触面SB 、接合面SC 、のいずれかが球面であってもかまわない。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(10)を満足することが好ましい。
−0.6<(r11+r13)/(r11−r13)<5 …(10)
ここで、
r11は第1レンズ群の最も物体側の面の曲率半径、
r13は第1レンズ群の最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
条件式(10)は、第1レンズ群の接合レンズ成分の形状に関する条件式である。本実施形態の結像光学系では、第1レンズ群を1つのレンズ成分のみで構成している。この場合、歪曲収差と非点収差(あるいはコマ収差)を同時に満たすことは困難である。一方、デジタルカメラの場合、画像処理により歪曲収差を容易に補正出来るが、その補正量が大きいほど画面周辺部の解像度が低下しやすい。したがって、ある程度以上の歪曲収差は許容できない。
条件式(10)の下限値を下回ると、広角端における樽型歪曲収差が大きくなりやすい。大きく発生した歪曲を画像処理にて補正すると、補正後の画像において周辺部の解像度が劣化する。一方、上限値を上回ると、非点収差(あるいはコマ収差)の補正が困難となる。
なお、条件式(10)に代えて、次の条件式(10’)を満足すると、より好ましい。
0.1<(r11+r13)/(r11−r13)<4 …(10’)
さらに、条件式(10)に代えて、次の条件式(10”)を満足すると、より一層好ましい。
0.8<(r11+r13)/(r11−r13)<3 …(10”)
ところで、色収差補正はたとえばC線とF線の2波長についての軸上色消しと倍率色消し、そして色コマや倍率色収差の像高に関する高次成分(色の歪曲収差)など色収差の高次成分のみでは不十分である。また、他の波長、特にF線に対するg線、h線など短波長の色消しも結像画像の鮮鋭度あるいは色にじみの除去という点で重要である。
そこで、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(11)を満足するとよい。
|(θgFp−θgFn)/(νdp−νdn)|<0.0045 …(11)
ここで、
θgFpは正レンズL1Pの部分分散比(ng1P−nF1P)/(nF1P−nC1P)、
θgFnは負レンズL1Nの部分分散比(ng1N−nF1N)/(nF1N−nC1N)、
νdpは正レンズL1Pのアッベ数(nd1P−1)/(nF1P−nC1P)、
νdpは負レンズL1Nのアッベ数(nd1N−1)/(nF1N−nC1N)、
nd1P、nC1P、nF1P、ng1Pは、各々正レンズL1Pのd線、C線、F線、g線に対する屈折率、
nd1N、nC1N、nF1N、ng1Nは、各々負レンズL1Nのd線、C線、F線、g線に対する屈折率を表す。
条件式(11)は、第1レンズ群を構成するレンズ材料(媒質)の光学特性についての条件式である。条件式(11)の上限値を上回ると、C線とF線の2波長についての色消しが出来たとしても、g線の色消しは十分に行ないにくい。そのため、撮像で得た画像において鮮鋭度が低下しやすい。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(12)を満足するとよい。
|(θhgp−θhgn)/(νdp−νdn)|<0.0060 …(12)
ここで、
θhgpは正レンズL1Pの部分分散比(nh1P−ng1P)/(nF1P−nC1P)、
θhgnは負レンズL1Nの部分分散比(nh1N−ng1N)/(nF1N−nC1N)、
nh1Pは正レンズL1Pのh線に対する屈折率、
nh1Nは負レンズL1Nのh線に対する屈折率を表す。
条件式(12)の上限値を上回ると、C線とF線の2波長についての色消しが出来たとしても、h線の色消しは十分に行いにくい。そのため、撮像で得た画像において紫の色にじみが発生しやすい。
また、接合レンズは、複合レンズであることが望ましい。複合レンズは、第二のレンズ表面に第一のレンズとして樹脂を密着硬化させることで実現できる。接合レンズを複合レンズにすることで、製造精度を向上させることができる。複合レンズ製造方法としては成形がある。成形では、第二のレンズに対して第一のレンズ材料(例えばエネルギー硬化型透明樹脂など)を接触させて、第一のレンズ材料を第二のレンズの一方の面上にて直接成形させる方法がある。この方法は、レンズ要素を薄くするのには極めて有効な方法である。
なお、エネルギー硬化型透明樹脂の例として、紫外線硬化型樹脂がある。また、第二のレンズには、第一のレンズを成形する前にあらかじめコーティングなど表面処理がなされていてもかまわない。また、第二のレンズの少なくとも接合側の面をあらかじめ非球面にて構成することで、これまで困難であった接合面の非球面化が容易に行える。
後述する本実施形態の結像光学系の実施例のうち、実施例1乃至実施例4及び実施例6では、第1レンズ群の接合レンズ成分に関して、負レンズ要素にガラス材料、正レンズ要素に樹脂(特にエネルギー硬化型樹脂)を用いている。これらの接合レンズ成分は、上記の方式により加工するのが望ましい。
また、接合レンズを複合レンズにする場合、第二のレンズ表面に第一のレンズとしてガラスを密着成形させてもよい。ガラスは樹脂に比べて、耐光性、耐薬品性等の耐性の面で有利である。この場合、第一のレンズ材料の特性としては、第二のレンズ材料よりも融点、転移点が低いことが必要である。複合レンズ製造方法としては成形がある。この方法は、レンズ要素を薄くするのには極めて有効な方法である。なお、第二のレンズにはあらかじめコーティングなど表面処理がなされていてもかまわない。また、第二のレンズの少なくとも接合側の面をあらかじめ非球面にて構成することで、これまで困難であった接合面の非球面化が容易に行える。
後述する本実施形態の結像光学系の実施例のうち、実施例5では、第1レンズ群の接合レンズ成分に関して、負レンズ要素に高転移点のガラスあるいはセラミックス材料、正レンズ要素に低転移点のガラス材料(転移点の差は100度以上が好ましく、後述の実施例では前者が506度で後者が350度)を用いている。これらの接合レンズ成分は、上記の方式により加工するのが望ましい。
次に、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(13)を満足することが好ましい。
−0.55<β234w<−0.25 …(13)
ここで、β234wは所定の物点に合焦したときの広角端における第2レンズ群、第3レンズ群及び第4レンズ群の合成倍率、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
本実施形態の結像光学系では、第2レンズ群とそれ以降のレンズ群が変倍系となる。条件式(13)は、これらの変倍系の倍率についての条件式である。条件式(13)の上限値を上回ると、全長の短縮が行いにくい。一方、下限値を下回ると第1レンズ群にパワーがつきすぎ、軸外収差の補正が困難となる。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(14)、(15)を満足することが好ましい。
1.0<f2/fw<2.0 …(14)
−0.05<(Dw−Dt)/(Dw+Dt)<0.05 …(15)
ここで、
f2は第2レンズ群の合成焦点距離、
Dwは所定の物点に合焦したときの広角端における光学全長(最も物体側の面頂位置から結像面までの距離)、
Dtは所定の物点に合焦したときの望遠端における光学全長(最も物体側の面頂位置から結像面までの距離)、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
本実施形態の結像光学系では、第2レンズ群が変倍の主力となる。条件式(14)の上限値を上回ると、全長を短くすることが困難となる。一方、下限値を下回ると、隣接するレンズ群と干渉しやすくなるか球面収差、コマ収差の補正が困難となる。
また、本実施形態の結像光学系では、第2レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ成分と、両凸形状のレンズ成分にて構成することが好ましい。あるいは、第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズの接合からなるレンズ成分と、正の単レンズにて構成することが好ましい。その理由は以下のとおりである。
3群構成の負先行型ズーム光学系を基本構成とすると、本実施形態の結像光学系は、第3レンズ群と結像面との間に第4レンズ群を挿入した構成ということができる。ここで、第4レンズ群を挿入する関係上、全長を伸ばさぬようにパワーや主点位置など近軸配置を保った状態で、第2レンズ群と第3レンズ群を物体側にシフトする必要がある。
以下、その方法を説明する。
第1レンズ群の像側主点と第2レンズ群の物体側主点の間隔Lは以下のように表される。
L=(1−β1)×f1+{1−(1/β2)}×f2
ここで、
β1は第1レンズ群の倍率、
β2は第2レンズ群の倍率、
f1は第1レンズ群の焦点距離、
f2は第2レンズ群の焦点距離、
である。
広角側から望遠側にズーミングすることはβ2を負側に大きくすることに相当し、また、負先行型のズーム光学系はf2が正であるため、Lが最も小さくなるのは望遠端になる。
そこで、一般の負先行型のズーム光学系では、望遠端において第1レンズ群と第2レンズ群の間で干渉(衝突)が生じないように、あるいは、逆に2つのレンズ群の間に無駄な空きスペースが生じないように、負の第1レンズ群を2つのレンズ成分、あるいは、3つのレンズ成分で構成して、正の第2レンズ群を物体側から、正レンズ成分、負レンズ成分の順で構成している。
ところが、本実施形態の結像光学系のように、負の第1レンズ群を1つのレンズ成分で構成すると、第1レンズ群と第2レンズ群の間に空きスペースができてしまう。そこで、本実施形態の結像光学系では、この空きスペースを第2レンズ群の像側に移動させ、新たなレンズ群の挿入のための空きスペースを第2レンズ群の像側に形成している。そのため、本実施形態の結像光学系では、第2レンズ群の構成を、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ成分と、両凸形状のレンズ成分で構成している。このような構成をとることにより、第2レンズ群全体が前記一般的な例よりも第1レンズ群側に位置する。すなわち、第2レンズ群の物体側面と像側面の位置が、第2レンズ群の主点位置に対して第1レンズ群側に比較的寄ったところに位置する。これにより、第2レンズ群の物体側に無駄な空きスペースはなくなり、代わりに像側に空きスペースを形成することができる。その結果、この空きスペースに新たなレンズ群を配置することができる。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(16)を満足するとよい。
0.5<r23/r21<1.5 …(16)
ここで、
r21は第2レンズ群の物体側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
r23は第2レンズ群の物体側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
条件式(16)の上限値を上回ると、球面収差・コマ収差・非点収差の補正には有利だが、接合面における偏心敏感度の緩和の効果が少ない。一方、条件式(16)の下限値を下回ると、球面収差・コマ収差・非点収差の補正が困難になりやすい。
なお、条件式(16)に代えて、次の条件式(16’)を満足すると、より好ましい。
0.6<r23/r21<1.3 …(16’)
さらに、条件式(16)に代えて、次の条件式(16”)を満足すると、より一層好ましい。
0.7<r23/r21<1.1 …(16”)
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(17)、(18)を満足するとよい。
0.0<(r21+r23)/r22<1.3 …(17)
−1.0<(r24+r25)/(r24−r25)<1.0 …(18)
ここで、
r22は第2レンズ群の物体側レンズ成分におけるの接合面の曲率半径、
r24は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
r25は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
条件式(17)の上限値を上回ると、特に広角側の軸上色収差が補正不足になりやすい。一方、下限値を下回ると、球面収差やコマ収差あるいは非点収差の補正がしにくい。
条件式(18)は、第2レンズ群像側レンズ成分の形状ファクターに関する規定である。条件式(18)の下限値を下回ると、第2群の空気間隔d22 を薄くしやすいが、コマ収差あるいは非点収差の補正が困難になる。条件式(18)の上限値を上回ると、第2群の両レンズ成分周縁部の干渉で軸上距離が大きくなりがちになる。そのため、沈胴厚を薄くするのが難しくなる。
なお、条件式(17)に代えて、次の条件式(17’)を満足すると、より好ましい。
0.3<(r21+r23)/r22<1.2 …(17’)
さらに、条件式(17)に代えて、次の条件式(17”)を満足すると、より一層好ましい。
0.6<(r21+r23)/r22<1.1 …(17”)
なお、条件式(18)に代えて、次の条件式(18’)を満足すると、より好ましい。
−0.9<(r24+r25)/(r24−r25)<0.7 …(18’)
さらに、条件式(18)に代えて、次の条件式(18”)を満足すると、より一層好ましい。
−0.8<(r24+r25)/(r24−r25)<0.4 …(18”)
ところで、本実施形態の結像光学系では、第2レンズ群を、物体側から順に、正レンズ成分、像側に凹面を向けた負レンズ成分の順で構成することも可能である。この場合は、特に、負レンズ成分は物体側から順に正レンズ要素と負レンズ要素の貼り合わせとするのが良い。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(b)、(c)のいずれかをみたすとよい。
0.2<r’25/r’23<0.9 …(b)
−0.4<(r’23+r’25)/r’24<0.6 …(c)
ここで、
r’23は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
r’24は第2レンズ群の像側レンズ成分における接合面の曲率半径、
r’25は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
条件式(b)の上限値を上回ると、球面収差・コマ収差・非点収差の補正には有利だが、接合による偏心敏感度の緩和の効果が少ない。一方、条件式(b)の下限値を下回ると、球面収差・コマ収差・非点収差の補正が困難になりやすい。
条件式(c)の上限値を上回ると、特に広角側の軸上色収差が補正不足になりやすい。一方、条件式(c)の下限値を下回ると、球面収差やコマ収差あるいは非点収差の補正がしにくい。
なお、条件式(b)に代えて、次の条件式(b’)を満足すると、より好ましい。
0.3<r’25/r’23<0.8 …(b’)
さらに、条件式(b)に代えて、次の条件式(b”)を満足すると、より一層好ましい。
0.4<r’25/r’23<0.7 …(b”)
なお、条件式(c)に代えて、次の条件式(c’)を満足すると、より好ましい。
−0.2<(r’23+r’25)/r’24<0.6 …(c’)
さらに、条件式(c)に代えて、次の条件式(c”)を満足すると、より一層好ましい。
0.0<(r’23+r’25)/r’24<0.6 …(c”)
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(19)を満足するとよい。
1.0<β34t/β34w<1.7 …(19)
ここで、
β34wは所定の物点に合焦したときの広角端における第3レンズ群と第4レンズ群の合成倍率、
β34tは所定の物点に合焦したときの望遠端における第3レンズ群と第4レンズ群の合成倍率、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
条件式(19)の上限値を上回ると、第1レンズ群、第2レンズ群における収差補正の負担を軽減できるが、倍率色収差の変倍による変動が大きくなりやすい。一方、条件式(19)の下限値を下回ると、全長や第1レンズ群の径が大きくなるので、光学系が大型化を招きやすい。
なお、条件式(19)に代えて、次の条件式(19’)を満足すると、より好ましい。
1.1<β34t / β34w<1.7 …(19’)
さらに、条件式(19)に代えて、次の条件式(19”)を満足すると、より一層好ましい。
1.2<β34t / β34w<1.7 …(19”)
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(20)、(21)を満足するとよい。
0<fw /f34w<0.6 …(20)
0.2<−f4 /f3<6 …(21)
ここで、
f34wは所定の物点に合焦したときの広角端における第3レンズ群と4レンズ群の合成焦点距離、
f3は所定の物点に合焦したときの広角端における第3レンズ群の焦点距離、
f4は所定の物点に合焦したときの広角端における第4レンズ群の焦点距離、
所定の物点は合焦出来る最も遠い物点である。
変倍系を構成する後群(第3レンズ群と第4レンズ群)は、軸外収差補正の観点から正の屈折力とするのが良いが、ペッツバール和補正の点では好ましくない。したがって、条件式(20)と(21)は同時に満たすとよい。条件式(20)、(21)の上限値を上回ると、ペッツバール和が正の大きな値になりやすい。一方、条件式(20)、(21)の下限値を下回ると、コマ収差あるいは非点収差の変倍時の変動が大きくなりやすい。
なお、条件式(20)に代えて、次の条件式(20’)を満足すると、より好ましい。
0<fw /f34w<0.45 …(20’)
さらに、条件式(20)に代えて、次の条件式(20”)を満足すると、より一層好ましい。
0<fw /f34w<0.3 …(20”)
なお、条件式(21)に代えて、次の条件式(21’)を満足すると、より好ましい。
0.2<−f4 /f3<3.5 …(21’)
さらに、条件式(21)に代えて、次の条件式(21”)を満足すると、より一層好ましい。
0.2<−f4 /f3<1.6 …(21”)
また、本実施形態の結像光学系は、第3レンズ群を1つのレンズ成分のみで構成するのが良い。単レンズのみで構成するとなお良い。このようにすると、光学系をより薄型化できる。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(22)を満足することが好ましい。
0.3<r31/r25<3 …(22)
ここで、
r25は第2レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
r31は第3レンズ群の最も物体側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
光学系を沈胴させる際には、レンズ群間の隣接するレンズ面の曲率半径は近い方がデッドスペースを生まない。条件式(22)の上限値を上回るか、又は、下限値を下回ると光学系を沈胴したときの厚みを薄くすることが困難となる。
また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式(23)を満足することが好ましい。
0.4<r32/r41<1.4 …(23)
ここで、
r32は第3レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
r41は第4レンズ群の最も物体側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
条件式(23)の上限値を上回るか、又は、下限値を下回ると、光学系を沈胴したときの厚みを薄くすることが困難となる。
また、本実施形態の結像光学系では、第3レンズ群の最も物体側の面頂は、広角端における第2レンズ群の最も像側の面頂位置よりも常に像側に位置するようにしたほうが好ましい。
フォーカスは第3レンズ群にて行うのが好ましい。この場合、第2レンズ群は変倍時に移動し、第3レンズ群は変倍時とフォーカス時に移動することになる。ここで、ズームおよびフォーカスアクチュエーターの小型化を考慮すると、第2レンズ群の移動スペースと第3レンズ群の移動スペースは重ならない方がよい。また、第3レンズ群が第2レンズ群の近くまで移動をすると、第2レンズ群の変倍への寄与度を打ち消したり、変倍による色収差補正の変動が大きくなりやすい。したがって、第3レンズ群の最も物体側の面頂は、広角端における第2レンズ群の最も像側の面頂位置よりも常に像側に位置するようにしたほうが好ましい。
また、本実施形態の結像光学系では、絞り開口に最も近いレンズ面を第2レンズ群の最も物体側の面とするのが好ましい。変倍時、変倍によるF値の変化も問題になりやすい。ここで、F値を決めるのは絞り開口である。そこで、上記のようにすると、F値の変化が少なくなる。
次に、本発明の実施例1にかかるズームレンズについて説明する。図1は本発明の実施例1にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図2は実施例1にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差(SA)、非点収差(AS)、歪曲収差(DT)、倍率色収差(CC)を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。また、FIYは像高を示している。なお、収差図における記号は、後述の実施例においても共通である。
実施例1のズームレンズは、図1に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4と、を有している。なお、以下全ての実施例において、レンズ断面図中、LPFはローパスフィルター、CGはカバーガラス、Iは電子撮像素子の撮像面を示している。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5と、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凹負レンズL7で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の負メニスカスレンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面と、負メニスカスレンズL1と正メニスカスレンズL2の接合面、第2レンズ群G2の正メニスカスレンズL3の物体側の面と、負メニスカスレンズL4の像側の面と、両凸正レンズL5の物体側の面、第3レンズ群G3の正メニスカスレンズL6の像側の面、第4レンズ群G4の両凹負レンズL7の物体側の面、の8面に設けられている。
次に、本発明の実施例2にかかるズームレンズについて説明する。図3は本発明の実施例2にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図4は実施例2にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。
実施例2のズームレンズは、図3に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4とを有している。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5と、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凹負レンズL7で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の負メニスカスレンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面と、負メニスカスレンズL1と正メニスカスレンズL2の接合面、第2レンズ群G2の正メニスカスレンズL3の物体側の面と、負メニスカスレンズL4の像側の面と、両凸正レンズL5の物体側の面、第3群G3の正メニスカスレンズL6の像側の面、第4レンズ群G4の両凹負レンズL7の物体側の面、の8面に設けられている。
次に、本発明の実施例3にかかるズームレンズについて説明する。図5は本発明の実施例3にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図6は実施例3にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。
実施例3のズームレンズは、図5に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4を有している。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズL3と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5と、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凹負レンズL7で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の負メニスカスレンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面と、負メニスカスレンズL1と正メニスカスレンズL2の接合面、第2レンズ群G2の正メニスカスレンズL3の物体側の面と、負メニスカスレンズL4の像側の面と、両凸正レンズL5の物体側の面、第3レンズ群G3の正メニスカスレンズL6の像側の面、第4レンズ群G4の両凹負レンズL7の物体側の面、の8面に設けられている。
次に、本発明の実施例4にかかるズームレンズについて説明する。図7は本発明の実施例4にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図8は実施例4にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。
実施例4のズームレンズは、図7に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、全体で正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4を有している。
第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL3と、両凸正レンズL4と、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL5で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凹負レンズL6で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の負メニスカスレンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面と、負メニスカスレンズL1と正メニスカスレンズL2の接合面、第2レンズ群G2の負メニスカスレンズL3の両面と、両凸正レンズL4の両面、第3レンズ群G3の正メニスカスレンズL5の像側の面、第4レンズ群G4の両凹負レンズL6の物体側の面、の9面に設けられている。
次に、本発明の実施例5にかかるズームレンズについて説明する。図9は本発明の実施例5にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図10は実施例5にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。
実施例5のズームレンズは、図9に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4と、を有している。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、両凹負レンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、両凸正レンズL3と、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5との接合レンズと、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の両凹負レンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面、第2レンズ群G2の両凸正レンズL3の両面、第3群G3の正メニスカスレンズL6の像側の面、第4レンズ群G4の負メニスカスレンズL7の物体側の面、の6面に設けられている。
次に、本発明の実施例6にかかるズームレンズについて説明する。図11は本発明の実施例6にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での断面図である。
図12は実施例にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間焦点距離状態、(c)は望遠端での状態を示している。
実施例6のズームレンズは、図11に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、開口絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4と、を有している。
第1レンズ群G1は、物体側より順に、両凹負レンズL1と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL2との接合レンズで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側より順に、両凸正レンズL3と、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズL4と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL5との接合レンズと、で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL6で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズL7で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
広角端から望遠端へと変倍する際には、第1レンズ群G1は、像側へ移動した後に物体側へ移動する。第2レンズ群G2は、物体側へ移動する。第3レンズ群G3は像側へ移動する。第4レンズ群G4は固定している。
非球面は、第1レンズ群G1の両凹負レンズL1の物体側の面と、正メニスカスレンズL2の像側の面、第2レンズ群G2の両凸正レンズL3の両面、第3レンズ群G3の正メニスカスレンズL6の像側の面、第4レンズ群G4の負メニスカスレンズL7の物体側の面、の6面に設けられている。
次に、上記各実施例のズームレンズを構成する光学部材の数値データを掲げる。なお、各実施例の数値データにおいて、r1、r2、…は各レンズ面の曲率半径、d1、d2、…は各レンズの肉厚または空気間隔、nd1、nd2、…は各レンズのd線での屈折率、νd1、νd2、…は各レンズのアッべ数、Fno.はFナンバー、fは全系焦点距離、D0は物体から第1面までの距離をそれぞれ表している。また、*は非球面を示している。
また、非球面形状は、光軸方向をz、光軸に直交する方向をyにとり、円錐係数をK、非球面係数をA4、A6、A8、A10としたとき、次の式(I)で表される。
z=(y2/r)/[1+{1−(1+K)(y/r)21/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10 …(I)
また、Eは10のべき乗を表している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
数値実施例1
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* 8.5026 0.6000 1.53071 55.69 2.694
2* 2.1971 0.5000 1.63387 23.38 2.045
3* 2.5878 可変 2.000
4(絞り) ∞ -0.0989 0.852
5* 1.5161 0.5000 1.53071 55.69 0.869
6 3.2620 0.1000 1.63387 23.38 0.859
7* 1.4924 0.5282 0.850
8* 3.1393 0.7000 1.53071 55.69 1.101
9 -6.2747 可変 1.202
10 -5.2682 1.0000 1.53071 55.69 1.364
11* -2.1837 可変 1.537
12* -2.5564 0.4000 1.53071 55.69 1.689
13 1590.4624 0.2000 1.916
14 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 1.993
15 ∞ 可変 2.092
像面 ∞


非球面データ
第1面
K=4.0028
A2=0.0000E+00,A4=-1.1370E-02,A6=5.5851E-04,A8=-6.0457E-06,A10=0.0000E+00
第2面
K=-0.1905
A2=0.0000E+00,A4=1.3525E-02,A6=-1.1424E-02,A8=1.1420E-03,A10=0.0000E+00
第3面
K=-0.0960
A2=0.0000E+00,A4=-1.9989E-02,A6=-1.3814E-03,A8=2.5507E-04,A10=0.0000E+00
第5面
K=-2.9771
A2=0.0000E+00,A4=4.3512E-02,A6=-1.6218E-02,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00
第7面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=-8.4636E-02,A6=1.1205E-02,A8=-1.9411E-02,A10=0.0000E+00
第8面
K=-0.2959
A2=0.0000E+00,A4=-2.4094E-02,A6=-4.7430E-04,A8=-1.8561E-03,A10=0.0000E+00
第11面
K=-2.2427
A2=0.0000E+00,A4=-7.8393E-03,A6=5.2420E-04,A8=-4.2770E-05,A10=0.0000E+00
第12面
K=-1.5737

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 3.21529 5.21096 8.49737
Fno. 2.8000 3.5710 4.9593
2ω(°) 77.0° 46.4° 29.1°
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 12.5027 11.6539 12.2010
BF 0.31811 0.31815 0.31765
d3 4.55940 1.95683 0.50075
d9 0.69384 2.86599 5.75829
d11 2.10201 1.68368 0.79505
d15 0.31811 0.31815 0.31765

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -8.15531
2 4 4.48702
3 10 6.31766
4 12 -4.80880


〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.83 404.66
L2,L4 1.633870 1.626381 1.653490 1.671610 1.688826
L1,L3,L5,L6,L7 1.530710 1.527870 1.537400 1.542740 1.547272
L8 1.516330 1.513855 1.521905 1.526214 1.529768
数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* 11.9285 0.6000 1.48749 70.23 2.603
2* 2.1229 0.4000 1.63387 23.38 1.949
3* 2.4985 可変 1.900
4(絞り) ∞ -0.1006 0.852
5* 1.4744 0.5000 1.53071 55.69 0.864
6 3.6242 0.1000 1.63387 23.38 0.822
7* 1.4702 0.5211 0.800
8* 2.9167 0.7000 1.53071 55.69 0.900
9 -6.9978 可変 1.026
10 -5.5014 0.9000 1.53071 55.69 1.219
11* -2.2031 可変 1.391
12* -2.5245 0.4000 1.53071 55.69 1.657
13 2898.4750 0.2000 1.907
14 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 1.996
15 ∞ 可変 2.107
像面 ∞

非球面データ
第1面
K=4.0067
A2=0.0000E+00,A4=-1.0996E-02,A6=7.9874E-04,A8=-9.6596E-06,A10=0.0000E+00
第2面
K=-0.2340
A2=0.0000E+00,A4=-1.0294E-03,A6=-9.1702E-03,A8=1.2784E-03,A10=0.0000E+00
第3面
K=-0.0900
A2=0.0000E+00,A4=-2.1661E-02,A6=-1.7442E-03,A8=4.6140E-04,A10=0.0000E+00
第5面
K=-2.8754
A2=0.0000E+00,A4=3.6798E-02,A6=-1.3732E-02,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00
第7面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=-1.0439E-01,A6=1.5871E-02,A8=-2.0184E-02,A10=0.0000E+00
第8面
K=-0.3013
A2=0.0000E+00,A4=-3.0387E-02,A6=-2.0499E-03,A8=-1.4035E-03,A10=0.0000E+00
第11面
K=-2.3743
A2=0.0000E+00,A4=-8.1979E-03,A6=7.4444E-04,A8=-6.2238E-05,A10=0.0000E+00
第12面
K=-1.7555

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 3.21310 5.21317 8.49616
Fno. 2.8000 3.6183 5.0500
2ω(°) 77.0° 46.4° 29.1°
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 11.8029 11.4187 12.2426
BF 0.31857 0.31856 0.31823
d3 4.06134 1.79429 0.49852
d9 0.69508 3.01778 6.01020
d11 2.10742 1.66759 0.79513
d15 0.31857 0.31856 0.31823

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -7.45825
2 4 4.37990
3 10 6.32574
4 12 -4.75242


〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.83 404.66
L2,L4 1.633870 1.626381 1.653490 1.671610 1.688826
L3,L5,L6,L7 1.530710 1.527870 1.537400 1.542740 1.547272
L8 1.516330 1.513855 1.521905 1.526214 1.529768
L1 1.487490 1.485344 1.492285 1.495964 1.498983
数値実施例3
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* 11.0778 0.6000 1.48749 70.23 2.484
2* 2.0762 0.4000 1.63387 23.38 1.859
3* 2.4441 可変 1.800
4(絞り) ∞ -0.1007 0.876
5* 1.4617 0.5000 1.53071 55.69 0.889
6 4.0227 0.1000 1.63387 23.38 0.852
7* 1.4488 0.4458 0.831
8* 3.7770 0.7000 1.74320 49.34 0.900
9 -11.6433 可変 1.025
10 -6.3244 0.9000 1.53071 55.69 1.227
11* -2.2852 可変 1.399
12* -2.9817 0.4000 1.53071 55.69 1.695
13 4387.4018 0.2000 1.922
14 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 2.007
15 ∞ 可変 2.114
像面 ∞


非球面データ
第1面
K=4.0063
A2=0.0000E+00,A4=-1.1576E-02,A6=8.3869E-04,A8=-7.0337E-06,A10=0.0000E+00
第2面
K=-0.2695
A2=0.0000E+00,A4=2.7897E-04,A6=-1.0745E-02,A8=1.6887E-03,A10=0.0000E+00
第3面
K=-0.0896
A2=0.0000E+00,A4=-2.2372E-02,A6=-2.3166E-03,A8=6.3363E-04,A10=0.0000E+00
第5面
K=-2.7639
A2=0.0000E+00,A4=3.4158E-02,A6=-1.4938E-02,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00
第7面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=-1.0725E-01,A6=8.8637E-03,A8=-2.3989E-02,A10=0.0000E+00
第8面
K=-0.2757
A2=0.0000E+00,A4=-2.0655E-02,A6=-2.8481E-03,A8=-4.9408E-03,A10=0.0000E+00
第11面
K=-2.4884
A2=0.0000E+00,A4=-7.9658E-03,A6=6.7559E-04,A8=-5.4115E-05,A10=0.0000E+00
第12面
K=-1.7439

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 3.21274 5.21545 8.49566
Fno. 2.6664 3.4954 4.9000
2ω(°) 77.0° 46.2° 29.1°
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 11.5026 11.4095 12.3754
BF 0.31840 0.31819 0.31743
d3 3.84488 1.74737 0.49850
d9 0.69533 3.16771 6.21872
d11 2.09893 1.63108 0.79564
d15 0.31840 0.31819 0.31743

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -7.44648
2 4 4.38301
3 10 6.25840
4 12 -5.61437

〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.83 404.66
L2,L4 1.633870 1.626381 1.653490 1.671610 1.688826
L3,L6,L7 1.530710 1.527870 1.537400 1.542740 1.547272
L8 1.516330 1.513855 1.521905 1.526214 1.529768
L1 1.487490 1.485344 1.492285 1.495964 1.498983
L5 1.743198 1.738653 1.753716 1.762047 1.769040
数値実施例4
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* 13.6772 0.6000 1.53071 55.69 2.715
2* 2.6296 0.5000 1.63387 23.38 2.095
3* 3.0916 可変 2.000
4(絞り) ∞ -0.0962 0.852
5* 2.4133 0.6892 1.63259 23.27 0.844
6* 1.2886 0.2054 0.891
7* 1.8724 0.8301 1.53071 55.69 0.977
8* -3.6942 可変 1.110
9 -6.5652 1.0000 1.53071 55.69 1.299
10* -2.3968 可変 1.469
11* -2.5139 0.4000 1.53071 55.69 1.673
12 1943.1013 0.2000 1.899
13 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 1.978
14 ∞ 可変 2.083
像面 ∞

非球面データ
第1面
K=4.0072
A2=0.0000E+00,A4=-8.4176E-03,A6=6.0152E-04,A8=-9.5239E-06,A10=0.0000E+00
第2面
K=-0.2123
A2=0.0000E+00,A4=5.9345E-03,A6=-6.9656E-03,A8=8.9529E-04,A10=0.0000E+00
第3面
K=-0.0963
A2=0.0000E+00,A4=-1.5661E-02,A6=-6.1079E-04,A8=2.5551E-04,A10=0.0000E+00
第5面
K=-3.0798
A2=0.0000E+00,A4=-5.8494E-02,A6=-1.3279E-03,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00
第6面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=-2.0496E-01,A6=-4.6932E-03,A8=-3.5456E-02,A10=0.0000E+00
第7面
K=-0.3207
A2=0.0000E+00,A4=-5.2269E-02,A6=1.9460E-02,A8=-4.1231E-02,A10=0.0000E+00
第8面
K=-0.0871
A2=0.0000E+00,A4=7.0844E-03,A6=3.6181E-02,A8=-2.3660E-02,A10=0.0000E+00
第10面
K=-2.4635*
A2=0.0000E+00,A4=-4.7892E-03,A6=1.7045E-04,A8=-9.9897E-06,A10=0.0000E+00
第11面
K=-1.8390

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 3.20817 5.20791 8.49756
Fno. 2.8000 3.5710 4.9593
2ω(°) 77.2° 46.6° 29.1°
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 12.5013 12.1303 12.7263
BF 0.31908 0.31892 0.31949
d3 4.40441 1.99042 0.49719
d8 0.70238 3.32890 6.38409
d10 2.34699 1.76365 0.79712
d14 0.31908 0.31892 0.31949

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -8.36013
2 4 4.67639
3 9 6.56688
4 11 -4.73050

〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.83 404.66
L2 1.633870 1.626381 1.653490 1.671610 1.688826
L1,L4,L5,L6 1.530710 1.527870 1.537400 1.542740 1.547272
L3 1.632590 1.624940 1.652120 1.669410 1.685501
L7 1.516330 1.513855 1.521905 1.526214 1.529768
数値実施例5
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* -8.7248 0.5100 1.58313 59.38 3.555
2 11.5405 0.7000 2.10223 16.77 3.221
3* 19.0000 可変 3.100
4(絞り) ∞ -0.2000 1.490
5* 5.5575 1.2500 1.76802 49.24 1.591
6* -8.8354 0.2000 1.565
7 6.8330 0.9000 1.88300 40.76 1.559
8 100.0000 0.4000 1.84666 23.78 1.489
9 2.8989 可変 1.300
10 -116.1817 1.7000 1.81474 37.03 2.800
11* -7.2698 可変 3.033
12* -8.5000 0.5000 1.52542 55.78 3.000
13 -25.0000 0.2000 3.000
14 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 2.796
15 ∞ 可変 2.820
像面 ∞


非球面データ
第1面
K=-2.7964
A2=0.0000E+00,A4=4.9527E-04,A6=-1.2914E-05,A8=2.0317E-07,A10=0.0000E+00
第3面
K=-2.1642
A2=0.0000E+00,A4=3.5782E-04,A6=3.4794E-06,A8=-3.6399E-08,A10=0.0000E+00
第5面
K=-0.1501
A2=0.0000E+00,A4=-5.4199E-03,A6=-1.9877E-04,A8=-2.6909E-04,A10=0.0000E+00
第6面
K=0.3537
A2=0.0000E+00,A4=-3.7764E-03,A6=-3.1581E-04,A8=-1.7462E-040.0000E+00
第11面
K=3.0398
A2=0.0000E+00,A4=2.8242E-03,A6=-2.6491E-04,A8=2.1346E-05,A10=0.0000E+00
第12面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=7.5456E-03,A6=-1.7255E-03,A8=8.6189E-05,A10=0.0000E+00

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.01624 8.40472 14.09420
Fno. 2.8438 3.7587 5.1698
2ω(°) 65.0° 36.4° 21.8°
像高 2.800 2.800 2.800
レンズ全長 19.9454 18.3063 19.6102
BF 0.38444 0.38807 0.39522
d3 8.22258 3.78587 0.80000
d9 2.60434 5.76071 10.16598
d11 2.17407 1.81161 1.68900
d13 0.20000 0.20000 0.20000
d15 0.38444 0.38807 0.39522

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.41453
2 4 6.99570
3 10 9.45225
4 12 -24.76996


〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.84 404.66
L2 2.102230 2.084080 2.149790 2.193956 2.236910
L6 1.814740 1.808250 1.830250 1.843045 1.854169
L3 1.768020 1.763310 1.778910 1.787509 1.794710
L1 1.583126 1.580139 1.589960 1.595296 1.599721
L8 1.516330 1.513855 1.521905 1.526213 1.529768
L4 1.882997 1.876560 1.898221 1.910495 1.920919
L5 1.846660 1.836488 1.872096 1.894186 1.914294
L7 1.525420 1.522680 1.532100 1.537050 1.540699
数値実施例6
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効半径
物面 ∞ ∞
1* -9.3178 0.5100 1.48749 70.23 3.720
2 8.3000 0.4693 1.63494 23.22 3.254
3* 14.2906 可変 3.200U
4(絞り) ∞ -0.2000 1.520U
5* 4.1436 1.2500 1.76802 49.24 1.591U
6* -33.5907 0.2000 1.565U
7 6.4435 0.9000 1.88300 40.76 1.559U
8 55.9101 0.4000 1.84666 23.78 1.489U
9 2.9099 可変 1.300U
10 -86.6892 1.7000 1.80610 40.92 3.000U
11* -6.8390 可変 3.033U
12* -10.0000 0.5000 1.52542 55.78 2.800U
13 -26.0000 0.2000 3.000U
14 ∞ 0.4000 1.51633 64.14 3.000U
15 ∞ 可変 3.000U
像面 ∞


非球面データ
第1面
K=-1.0096
A2=0.0000E+00,A4=0.0000E+00,A6=4.3950E-05,A8=-9.9585E-07,A10=0.0000E+00
第3面
K=-1.8372
A2=0.0000E+00,A4=-1.5697E-04,A6=5.5163E-05,A8=6.1396E-08,A10=0.0000E+00
第5面
K=-2.3593
A2=0.0000E+00,A4=3.7665E-03,A6=1.8088E-04,A8=6.4600E-05,A10=0.0000E+00
第6面
K=-15.7369
A2=0.0000E+00,A4=2.2973E-03,A6=3.5664E-04,A8=8.2212E-05,A10=0.0000E+00
第11面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=5.9653E-04,A6=-1.1878E-05,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00
第12面
K=0.
A2=0.0000E+00,A4=-1.7882E-03,A6=3.1137E-05,A8=0.0000E+00,A10=0.0000E+00

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 4.99998 8.78989 14.33392
Fno. 2.8179 3.8485 5.1499
2ω(°) 65.2° 34.8° 21.4°
像高 2.800 2.800 2.800
レンズ全長 20.0042 18.3461 19.8114
BF 0.38121 0.37995 0.37987
d3 8.59361 3.79827 0.80000
d9 2.60000 6.10474 10.32345
d11 2.10000 1.73380 1.97877
d13 0.20000 0.20000 0.20000
d15 0.38121 0.37995 0.37987

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.51583
2 4 7.05598
3 10 9.12400
4 12 -31.26416

〔硝材屈折率テーブル〕・・・ 本実施例にて使用した媒質の波長別屈折率一覧
GLA 587.56 656.27 486.13 435.84 404.66
L3 1.768020 1.763310 1.778910 1.787509 1.794710
L2 1.634940 1.627290 1.654640 1.672908 1.689875
L8 1.516330 1.513855 1.521905 1.526213 1.529768
L1 1.487490 1.485344 1.492285 1.495963 1.498983
L6 1.806098 1.800248 1.819945 1.831173 1.840781
L4 1.882997 1.876560 1.898221 1.910495 1.920919
L5 1.846660 1.836488 1.872096 1.894186 1.914294
L7 1.525420 1.522680 1.532100 1.537050 1.540699
次に、各実施例における条件式の値を掲げる。
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6
fw(広角端) 3.215 3.213 3.213 3.208 5.016 5.000
fs(中間) 5.211 5.213 5.215 5.208 8.405 8.790
ft(望遠端) 8.497 8.496 8.496 8.498 14.094 14.334
半画角(広角端)・DT込み
38.5° 38.5° 38.5° 38.5° 32.5° 32.6°
半画角(中間)・DT込み
23.2° 23.2° 23.1° 23.3° 18.2° 17.4°
半画角(望遠端)・DT込み
14.6° 14.6° 14.6° 14.6° 10.9° 10.7°
γ(=ft/fw) 2.643 2.644 2.644 2.649 2.810 2.867
y10 2.25 2.25 2.25 2.25 2.80 2.80
f4(=1/φ4) -4.809 -4.752 -5.614 -4.731 -24.770 -31.264
fw/f4 -0.6686 -0.6761 -0.5722 -0.6782 -0.2025 -0.1599
β4w 1.217 1.220 1.186 1.221 1.055 1.044
d4iw/(Dw+Dt)
0.03165 0.03253 0.03277 0.03103 0.02144 0.02122
n4 1.53071 1.53071 1.53071 1.53071 1.52542 1.52542
ν4 55.69 55.69 55.69 55.69 55.78 55.78
a=(y10)2・log10γ/fw
0.6647 0.6653 0.6653 0.6677 0.7013 0.7172
hA=3.0a 1.9939 1.9960 1.9960 2.0029 2.1039 2.1517
hB=2.5a 1.6616 1.6633 1.6633 1.6691 1.7532 1.7931
hC=2.5a 1.6616 1.6633 1.6633 1.6691 1.7532 1.7931
zB(hB) 0.42874 0.44901 0.45979 0.36556 0.08417 0.11234
zC(hC) 0.65419 0.62708 0.64432 0.52950 0.13395 0.19600
|zC(hC)-zB(hB)|/tp
0.45090 0.44518 0.46133 0.32788 0.07111 0.17827
ΔzC(hC) -0.10541 -0.17670 -0.18928 -0.06813 0 0
ΔzA(hA) -0.13067 -0.12134 -0.12599 -0.09573 0.01876 0.00734
ΔzB(hB) -0.17518 -0.18509 -0.19348 -0.12371 0.00311 -0.00060
(ΔzA(hA)+ΔzB(hB))/2
-0.15293 -0.15322 -0.15974 -0.10972 0.01094 0.00337
[ΔzC (hC)-{ΔzA (hA)+ΔzB(hB)}/2]/fw
0.01478 -0.00731 -0.00920 0.01296 -0.00218 -0.00067
(r11+r13)/(r11-r13)
1.8750 1.5299 1.5662 1.5841 -0.3706 -0.2106
θgFp 0.6684 0.6684 0.6684 0.6684 0.6721 0.6679
θgFn 0.5603 0.5302 0.5302 0.5603 0.5438 0.5302
θhgp 0.6351 0.6351 0.6351 0.6351 0.6537 0.6203
θhgn 0.4756 0.4351 0.4351 0.4756 0.4501 0.4351
νdp-νdn -32.31 -46.85 -46.85 -32.31 -42.61 -47.01
(θgFp-θgFn)/(νdp-νdn)
-3.346e-3 -2.950e-3 -2.950e-3 -3.346e-3 -3.011e-3 -2.929e-3
(θhgp-θhgn)/(νdp-νdn)
-4.936e-3 -4.269e-3 -4.269e-3 -4.936e-3 -4.7782e-3 -3.940e-3
β234w -0.3943 -0.4308 -0.4314 -0.3837 -0.4041 -0.3995
f2 4.4863 4.3802 4.3821 4.6773 6.9957 7.0560
f2/fw 1.3955 1.3631 1.3643 1.4577 1.3947 1.4112
Dw+Dt 24.7037 24.0455 23.8780 25.2276 39.5556 39.8156
Dw-Dt 0.3017 -0.4397 -0.8728 -0.2250 0.3352 0.1928
(Dw-Dt)/(Dw+Dt)
0.01221 -0.01829 -0.03655 -0.00892 0.00847 0.00484
r23/r21 0.9844 0.9972 0.9912 0.7759 ――― ―――
(r21+r23)/r22
0.9223 0.8125 0.7235 ――― ――― ―――
(r24+r25)/(r24-r25)
-0.3331 -0.4116 -0.5101 -0.3273 ――― ―――
r'25/r'23 ――― ――― ――― ――― 0.4242 0.4516
(r'23+r'25)/r'24
――― ――― ――― ――― 0.0973 0.1673
β34t/β34w 1.3463 1.3527 1.3631 1.4178 1.0767 1.0204
fw/f34w 0.01882 0.01876 0.10489 0.01695 0.36976 0.41986
f4/f3 -0.7612 -0.7513 -0.8971 -0.7204 -2.6205 -3.4266
r31/r25 0.8396 0.7862 0.5432 1.7772 ――― ―――
r32/r41 0.8542 0.8727 0.7664 0.9534 ――― ―――
さて、以上のような本発明の結像光学系は、物体の像をCCDやCMOSなどの電子撮像素子で撮影する撮影装置、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、携帯端末、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。なお、ここで図示されている光学系は、一般的に用いられている光学系の例である。上記の実施例の結像光学系と置き換えることで、本発明の結像光学系を備えた撮影装置を実現できる。
図13〜図15に本発明による結像光学系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13はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図14は同後方斜視図、図15はデジタルカメラ40の光学構成を示す断面図である。
デジタルカメラ40は、この例の場合、撮影用光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路44を有するファインダー光学系43、シャッター45、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含む。そして、撮影者が、カメラ40の上部に配置されたシャッター45を押圧すると、それに連動して撮影光学系41、例えば実施例1のズームレンズ48を通して撮影が行われる。
撮影光学系41によって形成された物体像は、CCD49の撮像面上に形成される。このCCD49で受光された物体像は、画像処理手段51を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター47に表示される。また、この画像処理手段51にはメモリ等が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、このメモリは画像処理手段51と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、MO等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。
さらに、ファインダー用光路44上には、ファインダー用対物光学系53が配置されている。このファインダー用対物光学系53は、カバーレンズ54、第1プリズム10、開口絞り2、第2プリズム20、フォーカス用レンズ66からなる。このファインダー用対物光学系53によって、結像面67上に物体像が形成される。この物体像は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上に形成される。このポロプリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。
このように構成されたデジタルカメラ40によれば、撮影光学系41の構成枚数を少なくした小型化・薄型化のズームレンズを有する電子撮像装置が実現できる。なお、本発明は、上述した沈胴式のデジタルカメラに限られず、屈曲光学系を採用する折り曲げ式のデジタルカメラにも適用できる。
次に、本発明の結像光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンを図16〜図18に示す。図16はパソコン300のカバーを開いた状態の前方斜視図、図17はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図18は図16の側面図である。図16〜図18に示されるように、パソコン300は、キーボード301と、情報処理手段や記録手段と、モニター302と、撮影光学系303とを有している。
ここで、キーボード301は、外部から操作者が情報を入力するためのものである。情報処理手段や記録手段は、図示を省略している。モニター302は、情報を操作者に表示するためのものである。撮影光学系303は、操作者自身や周辺の像を撮影するためのものである。モニター302は、液晶表示素子やCRTディスプレイ等であってよい。液晶表示素子としては、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子がある。また、図中、撮影光学系303は、モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の周囲のどこであってもよい。
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、例えば実施例1のズームレンズからなる対物光学系100と、像を受光する電子撮像素子チップ162とを有している。これらはパソコン300に内蔵されている。
鏡枠の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
電子撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、パソコン300の処理手段に入力される。そして、最終的に、物体像は電子画像としてモニター302に表示される。図16には、その一例として、操作者が撮影した画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。遠隔地への画像伝達は、インターネットや電話を利用する。
次に、本発明の結像光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を図19に示す。図19(a)は携帯電話400の正面図、図19(b)は側面図、図19(c)は撮影光学系405の断面図である。図19(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、マイク部401と、スピーカ部402と、入力ダイアル403と、モニター404と、撮影光学系405と、アンテナ406と、処理手段とを有している。
ここで、マイク部401は、操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部402は、通話相手の声を出力するためのものである。入力ダイアル403は、操作者が情報を入力するためのものである。モニター404は、操作者自身や通話相手等の撮影像や、電話番号等の情報を表示するためのものである。アンテナ406は、通信電波の送信と受信を行うためのものである。処理手段(不図示)は、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行ためのものである。
ここで、モニター404は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置、特にこれらに限られない。この撮影光学系405は、撮影光路407上に配された対物光学系100と、物体像を受光する電子撮像素子チップ162とを有している。対物光学系100としては、例えば実施例1のズームレンズが用いられる。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
鏡枠の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
電子撮影素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない画像処理手段に入力される。そして、最終的に物体像は、電子画像としてモニター404に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、処理手段には信号処理機能が含まれている。通信相手に画像を送信する場合、この機能により、電子撮像素子チップ162で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する。
なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
本発明の実施例1にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例1にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明の実施例2にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例2にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明の実施例3にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例3にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明の実施例4にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例4にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明の実施例5にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例5にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明の実施例6にかかるズームレンズの(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端における無限遠物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図である。 実施例6にかかるズームレンズの無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示している。 本発明によるズーム光学系を組み込んだデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図である。 デジタルカメラ40の後方斜視図である。 デジタルカメラ40の光学構成を示す断面図である。 本発明のズーム光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコン300のカバーを開いた状態の前方斜視図である。 パソコン300の撮影光学系303の断面図である。 パソコン300の側面図である。 本発明のズーム光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である携帯電話を示す図であり、(a)は携帯電話400の正面図、(b)は側面図、(c)は撮影光学系405の断面図である。
符号の説明
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
L1〜L7 各レンズ
LPF ローパスフィルタ
CG カバーガラス
I 撮像面
E 観察者の眼球
40 デジタルカメラ
41 撮影光学系
42 撮影用光路
43 ファインダー光学系
44 ファインダー用光路
45 シャッター
46 フラッシュ
47 液晶表示モニター
48 ズームレンズ
49 CCD
50 撮像面
51 処理手段
53 ファインダー用対物光学系
55 ポロプリズム
57 視野枠
59 接眼光学系
66 フォーカス用レンズ
67 結像面
100 対物光学系
102 カバーガラス
162 電子撮像素子チップ
166 端子
300 パソコン
301 キーボード
302 モニター
303 撮影光学系
304 撮影光路
305 画像
400 携帯電話
401 マイク部
402 スピーカ部
403 入力ダイアル
404 モニター
405 撮影光学系
406 アンテナ
407 撮影光路

Claims (20)

  1. 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とより構成され、
    前記第1レンズ群は1つの接合レンズ成分からなり、
    前記第2レンズ群は、
    物体側から順に、正レンズと負レンズの接合からなるレンズ成分と、正の単レンズにて構成されるか、又は、
    物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズ成分と、両凸形状のレンズ成分にて構成されるか、又は、
    物体側から順に、正レンズ成分、像側に凹面を向けた負レンズ成分の順で構成され、
    前記第3レンズ群は像側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、合焦のために移動可能であり、
    前記第4レンズ群は非球面を有する1つのレンズ成分からなり、
    広角端から望遠端まで変倍する際に、前記第2レンズ群は物体側へのみ移動し、
    前記第1レンズ群と前記第3レンズ群は、前記第2レンズ群とは別の移動軌跡を描きながら移動し、
    以下の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする結像光学系。
    −1.5<fw/f4<0.0 …(1
    1.0<β4w<2.0 …(2)
    ここで、
    f4は前記第4レンズ群の焦点距離、
    fwは所定の物点に合焦したときの広角端における全系の焦点距離、
    β4wは所定の物点に合焦したときの広角端における前記第4レンズ群の倍率、
    前記所定の物点は合焦出来る最も遠い物点であり、
    前記レンズ成分とは、単レンズ又は接合レンズを意味する。
  2. 前記第4レンズ群は負の屈折力を有する単レンズにて構成され、
    該単レンズは、最も物体側の面が凹面でかつ非球面であり
    以下の条件式(3)、(4)を満足することを特徴とする請求項1に記載の結像光学系。
    1.35<n4<1.65 …(3)
    30<ν4<100 …(4)
    ここで、
    n4は前記第4レンズ群の単レンズを構成する媒質のd線に対する屈折率、
    ν4は前記第4レンズ群の単レンズを構成する媒質のアッベ数である。
  3. 前記第1レンズ群の接合レンズ成分は負レンズL1Nと正レンズL1Pを有し、
    前記負レンズL1Nと前記正レンズL1Pが、物体側からこの順に接合されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結像光学系。
  4. 前記第1レンズ群の前記負レンズL1Nと前記正レンズL1Pの接合面SCが非球面であることを特徴とする請求項3に記載の結像光学系。
  5. 光軸方向をz、光軸に垂直な方向をhとする座標軸とし、Rを球面成分の光軸上における曲率半径、kを円錐定数、A,A,A,A10・・・を非球面係数として、非球面の形状を下記の式(5)で表した場合、
    z=h2/R[1+{1−(1+k)h2/R2 1/2
    +A4 h4 +A6 h6 +A8 h8 +A10h10+・・・ …(5)
    以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の結像光学系。
    0.05≦|zC(hC)−zB(hB)|/tp≦0.96 …(6)
    ここで、
    B(h)は前記正レンズL1Pの空気接触面SBの形状であって、式(5)に従う形状、
    C(h)は前記接合面SCの形状であって、式(5)に従う形状、
    tpは前記正レンズL1Pの光軸上での厚みであり、
    B=2.5a、hC=2.5aであり、
    aは以下の条件式(7)に従う量、
    a=(y10 )2 ・log10 γ/ fw …(7)
    また、式(7)において、
    10 は最大像高、
    γは前記所定の物点に合焦したときのズーム比、
    また、各面の面頂を原点とするため、常にz(0)=0である。
  6. 光軸方向をz、光軸に垂直な方向をhとする座標軸とし、Rを球面成分の光軸上における曲率半径、kを円錐定数、A,A,A,A10・・・を非球面係数として、非球面の形状を下記の式(5)で表すと共に、
    z=h2/R[1+{1−(1+k)h2/R2 1/2
    +A4 h4 +A6 h6 +A8 h8 +A10h10+・・・ …(5)
    偏倚量を下記の式(8)で表した場合、
    Δz=z−h2/R[1+{1−h2/R2 1/2 ] …(8)
    以下の条件式(9)を満足することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の結像光学系。
    −0.070≦[ΔzC(hC)−{ΔzA(hA)+ΔzB(hB)}/2]/fw
    ≦0.100 …(9)
    ここで、
    A(h)は前記負レンズL1Nの空気接触面SAの形状であって、式(5)に従う形状、
    B(h)は前記正レンズL1Pの空気接触面SBの形状であって、式(5)に従う形状、
    C(h)は前記接合面SCの形状であって、式(5)に従う形状、
    ΔzA(h)は前記負レンズL1Nの空気接触面SAにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
    ΔzB(h)は前記正レンズL1Pの空気接触面SBにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
    ΔzC(h)は前記接合面SCにおける偏倚量であって、式(8)に従う量、
    A=3.0a、hB=2.5a、hC =2.5aであり、
    aは以下の条件式(7)に従う量、
    a=(y10 )2 ・log10 γ/ fw …(7)
    また、式(7)において、y10は最大像高、
    γは前記所定の物点に合焦したときのズーム比、
    また、各面の面頂を原点とするため、常にz(0)=0である。
  7. 以下の条件式(10)を満足することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の結像光学系。
    −0.6<(r11+r13)/(r11−r13)<5 …(10)
    ここで、
    r11は前記第1レンズ群の最も物体側の面の光軸近傍における曲率半径、
    r13は前記第1レンズ群の最も像側の面の光軸近傍における曲率半径である。
  8. 以下の条件式(11)を満足することを特徴とする請求項3から請求項7のいずれか一項に記載の結像光学系。
    |(θgFp−θgFn)/(νdp−νdn)|<0.0045 …(11)
    ここで、
    θgFpは前記正レンズL1Pの部分分散比(ng1P−nF1P)/(nF1P−nC1P)、
    θgFnは前記負レンズL1Nの部分分散比(ng1N−nF1N)/(nF1N−nC1N)、
    νdpは前記正レンズL1Pのアッベ数(nd1P−1)/(nF1P−nC1P)、
    νdnは前記負レンズL1Nのアッベ数(nd1N−1)/(nF1N−nC1N)、
    nd1P、nC1P、nF1P、ng1Pは、各々前記正レンズL1Pのd線、C線、F線、g線に対する屈折率、
    nd1N、nC1N、nF1N、ng1Nは、各々前記負レンズL1Nのd線、C線、F線、g線に対する屈折率を表す。
  9. 以下の条件式(12)を満足することを特徴とする請求項8に記載の結像光学系。
    |(θhgp−θhgn)/(νdp−νdn)|<0.0060 …(12)
    ここで、
    θhgpは前記正レンズL1Pの部分分散比(nh1P−ng1P)/(nF1P−nC1P)、
    θhgnは前記負レンズL1Nの部分分散比(nh1N−ng1N)/(nF1N−nC1N)、
    nh1Pは前記正レンズL1Pのh線に対する屈折率、
    nh1Nは前記負レンズL1Nのh線に対する屈折率、
    をそれぞれ表す。
  10. 以下の条件式(13)を満足することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の結像光学系。
    −0.55<β234w<−0.25 …(13)
    ここで、β234wは前記所定の物点に合焦したときの広角端における前記第2レンズ群、前記第3レンズ群及び前記第4レンズ群の合成倍率である。
  11. 以下の条件式(14)、(15)を満足することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の結像光学系。
    1.0<f2/fw<2.0 …(14)
    −0.05<(Dw−Dt)/(Dw+Dt)<0.05 …(15)
    ここで、
    f2は前記第2レンズ群の合成焦点距離、
    Dwは前記所定の物点に合焦したときの広角端における光学全長(最も物体側の面頂位置から結像面までの距離)、
    Dtは前記所定の物点に合焦したときの望遠端における光学全長(最も物体側の面頂位置から結像面までの距離)である。
  12. 以下の条件式(16)を満足することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の結像光学系。
    0.5<r23/r21<1.5 …(16)
    ここで、
    r21は前記第2レンズ群の物体側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
    r23は前記第2レンズ群の物体側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
  13. 以下の条件式(17)、(18)を満足することを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の結像光学系。
    0.0<(r21+r23)/r 22 <1.3 …(17)
    −1.0<(r24+r25)/(r24−r25)<1.0 …(18)
    ここで、
    r22は前記第2レンズ群の物体側レンズ成分における接合面の曲率半径、
    r24は前記第2レンズ群の像側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
    r25は前記第2レンズ群の像側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
  14. 以下の条件式(19)を満足することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の結像光学系。
    1.0<β34t/β34w<1.7 …(19)
    ここで、
    β34wは前記所定の物点に合焦したときの広角端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成倍率、
    β34tは前記所定の物点に合焦したときの望遠端における前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成倍率である。
  15. 以下の条件式(20)、(21)を満足することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の結像光学系。
    0<fw/f34w<0.6 …(20)
    0.2<−f4/f <6 …(21)
    ここで、
    f34は前記所定の物点に合焦したときの広角端における第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成焦点距離、
    f3は前記第3レンズ群の焦点距離、
    f4は前記第4レンズ群の焦点距離である。
  16. 以下の条件式(22)を満足することを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか一項に記載の結像光学系。
    0.3<r31/r25<3 …(22)
    ここで、
    r25は前記第2レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
    r31は前記第3レンズ群の最も物体側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
  17. 以下の条件式(23)を満足することを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の結像光学系。
    0.4<r32/r41<1.4 …(23)
    ここで、
    r32は前記第3レンズ群の最も像側の面の曲率半径、
    r41は前記第4レンズ群の最も物体側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
  18. 前記第3レンズ群の最も物体側の面頂は、広角端における前記第2レンズ群の最も像側の面頂位置よりも常に像側に位置することを特徴とする請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の結像光学系。
  19. 以下の条件式(c)を満足することを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の結像光学系。
    −0.4<(r’23+r’25)/r’24<0.6 …(c)
    ここで、
    r’23は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も物体側の面の曲率半径、
    r’24は第2レンズ群の像側レンズ成分における接合面の曲率半径、
    r’25は第2レンズ群の像側レンズ成分における最も像側の面の曲率半径であって、いずれも光軸近傍における曲率半径である。
  20. 請求項1から請求項19のいずれか一項に記載の結像光学系と、
    電子撮像素子と、
    を有することを特徴とする電子撮像装置
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