JP5599022B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えばビデオカメラや電子スチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置、或いは銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置に好適なものである。
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、監視カメラ、そして銀塩フィルムを用いたカメラ等の撮像装置は高機能化され、又装置全体が小型化されている。そしてそれに用いる撮影光学系としてレンズ全長が短く、コンパクト（小型）で高ズーム比（高変倍比）で、しかも高解像力のズームレンズであることが要求されている。これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正の屈折力を有する第１、第２、第３レンズ群と、それに続く１つ以上のレンズ群を含む後群を有するポジティブリード型のズームレンズが知られている。ポジティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第１〜第４レンズ群の４つのレンズ群より成るズームレンズが知られている（特許文献１、２）。
特許文献１では、第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群が変倍作用を分担し、各レンズ群の偏心に対する敏感度を下げて、沈胴構造に適した非使用時（非撮影時）の収納性を高めたズームレンズを開示している。特許文献２では、変倍レンズ群の焦点距離を短縮し、ズーミングに際して移動量を増やすことで、ズーム比１５倍以上の高ズーム比のズームレンズを開示している。この他、ポジティブリード型の高ズーム比のズームレンズとして、物体側より像側へ順に正、負、正、負、正の屈折力の５つのレンズ群より成るズームレンズが知られている（特許文献３）。
一般に高ズーム比で、全系が小型のズームレンズを得るためには、ズームレンズを構成
する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、この
ようにしたズームレンズは、ズーミングに伴う収差変動が増大し、また各レンズ及びレン
ズ群の組立上の倒れや偏芯などによる誤差が大きくなってくる。
する各レンズ群の屈折力を強めつつ、レンズ枚数を削減すれば良い。しかしながら、この
ようにしたズームレンズは、ズーミングに伴う収差変動が増大し、また各レンズ及びレン
ズ群の組立上の倒れや偏芯などによる誤差が大きくなってくる。
前述したポジティブリード型の４群ズームレンズや５群ズームレンズにおいて、高ズーム比とレンズ系全体の小型化を図りつつ、良好な光学性能を得るには各レンズ群のズーミングに伴う移動条件を適切に設定することが重要となる。特に、カメラ全体のコンパクト化を図りつつ、ズーム全域におけるコマ収差や像面湾曲などの諸収差を良好に補正するためにはズーミングに際して第２、第３レンズ群の移動条件等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成を適切に設定しないと、全系の小型化を図りつつ、高ズーム比で高い光学性能のズームレンズを得るのが難しくなってくる。
本発明は、光学系全体が小型で、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学
性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
性能が得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように、各レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第２レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β２ｗ、β２ｔ、前記第３レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β３ｗ、β３ｔ、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の光軸上の移動量をＭ３、広角端におけるレンズ全長をＬｗ、望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
３．２０＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．４０
−０．５０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１０
１１．９１２≦Ｌｗ／ｆｗ＜１４．０
なる条件を満足することを特徴としている。
前記第２レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β２ｗ、β２ｔ、前記第３レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β３ｗ、β３ｔ、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の光軸上の移動量をＭ３、広角端におけるレンズ全長をＬｗ、望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
３．２０＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．４０
−０．５０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１０
１１．９１２≦Ｌｗ／ｆｗ＜１４．０
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、光学系全体が小型で、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、１つ以上のレンズ群を含む後群を有している。そしてズーミングに際して少なくとも第２、第３レンズ群が移動する。
図１は本発明の参考例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ参考例１のズームレンズの広角端、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。図３は本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端、望遠端における収差図である。図５は本発明の参考例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ参考例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図７は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の要部概略図である、実施例１と参考例１，２のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラ、ＴＶカメラ、そして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。レンズ断面図において、左方が被写体側（物体側）（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。Ｌｒは１つ以上のレンズ群を含む後群である。
図１、図５の参考例１、参考例２のレンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。後群Ｌｒは正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より成っている。参考例１，２は４つのレンズ群より成るポジティブリード型の４群ズームレンズである。図３の実施例１のレンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。後群Ｌｒは負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より成っている。実施例１は５つのレンズ群より成るポジティブリード型の５群ズームレンズである。
実施例１と参考例１，２において、ＳＰは開放Ｆナンバーの光束を決定するＦナンバー決定絞り（開口絞り）であり、第３レンズ群Ｌ３の物体側又は第３レンズ群Ｌ３中に配置している。ＦＰはフレアー絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の像側に配置しており、不要光を遮光している。Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する感光面が置かれる。収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角（撮影画角の半分の値）、ＦｎｏはＦナンバーである。尚、以下の実施例１と参考例１，２において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。実施例１と参考例１，２では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように各レンズ群が移動している。
図１の参考例１では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１は物体側へ移動している。第２レンズ群Ｌ２は像側へ、移動している。第３レンズ群Ｌ３は物体側へ移動している。第４レンズ群Ｌ４は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動している。開口絞りＳＰとフレアーカット絞りＦＰは第３レンズ群Ｌ３と一体的に移動している。また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合にはレンズ断面図の矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことによって行っている。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示している。さらに、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、光学系（ズームレンズ）全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。
図３の実施例１では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１は物体側へ移動している。第２レンズ群Ｌ２は像側へ移動している。第３レンズ群Ｌ３は物体側へ移動している。第４レンズ群Ｌ４は物体側へ移動している。第５レンズ群は物体側へ凸状の軌跡を描いて移動している。開口絞りＳＰとフレアーカット絞りＦＰは第３レンズ群Ｌ３と一体的に移動している。また、第５レンズ群Ｌ５を光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には各レンズ断面図の矢印５ｃに示すように第５レンズ群Ｌ５を前方に繰り出すことによって行っている。第５レンズ群Ｌ５に関する実線の曲線５ａと点線の曲線５ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示している。さらに、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を光軸に対して垂直方向に移動させることにより、光学系（ズームレンズ）全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。
図５の参考例２のズームレンズは、図１の参考例１に比べて開口絞りＳＰがズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３とは独立に移動していること、フレアーカット絞りＦＰを有していないことが異なっている。また参考例１とは第２レンズ群Ｌ２乃至第４レンズ群Ｌ４のレンズ構成が異なっている。この他の構成は図１の参考例１と同じである。実施例１と参考例１，２のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、そして１以上のレンズ群より成る後群Ｌｒとを有している。そして第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３が移動してズーミングを行う。そして第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の変倍比を適切に設定しつつ、第３レンズ群Ｌ３の移動量を大きくすることで、小型で高ズーム比のズームレンズを得ている。
具体的には第２レンズ群Ｌ２の広角端における結像倍率をβ２ｗ、第２レンズ群Ｌ２の望遠端における結像倍率をβ２ｔ、第３レンズ群Ｌ３の広角端における結像倍率をβ３ｗ、第３レンズ群Ｌ３の望遠端における結像倍率をβ３ｔとする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の光軸上の移動量をＭ３、望遠端でのレンズ全長をＬｔとする。このとき、
３．００＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．８５‥‥‥（１）
−０．５０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１０ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。ここで、レンズ全長とはレンズ最前面からレンズ最終面までの距離に、レンズ最終面から像面までの間に光学ブロックがあるときはそれを空気換算したバックフォーカスの長さを加えたものである。また、移動量Ｍ３の符号は第３レンズ群Ｌ３が広角端に比べて望遠端で物体側に位置する場合が負である。また像側に位置する場合が正である。これは他のレンズ群の移動量においても同様である。
３．００＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．８５‥‥‥（１）
−０．５０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１０ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。ここで、レンズ全長とはレンズ最前面からレンズ最終面までの距離に、レンズ最終面から像面までの間に光学ブロックがあるときはそれを空気換算したバックフォーカスの長さを加えたものである。また、移動量Ｍ３の符号は第３レンズ群Ｌ３が広角端に比べて望遠端で物体側に位置する場合が負である。また像側に位置する場合が正である。これは他のレンズ群の移動量においても同様である。
条件式（１）は、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の変倍負担を規定する式である。実施例１と参考例１，２では、第３レンズ群Ｌ３の近傍に絞りＳＰが配置されている。このため、第３レンズ群Ｌ３においては画面周辺に入射する周辺光束の上線と下線で光軸からの距離変化が大きい。このため、条件式（１）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の変倍負担が大きくなり、第３レンズ群Ｌ３内の各レンズ面の曲率半径が小さくなると、ズーム全域にわたってコマ収差を補正するのが困難になってくる。また、第２レンズ群Ｌ２は絞りＳＰから比較的離れて配置されているので、広角端では周辺光束がレンズの周縁部を通過し、望遠端では中心部を通過する。このため、条件式（１）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の変倍負担が大きくなると、第２レンズ群Ｌ２において周辺光束全体が屈折面に入射するときの入射角度の広角端と望遠端での差が大きくなる。そうすると、ズーミングによる像面湾曲の変化が大きくなるので、ズーム全域にわたって像面湾曲を良好に補正するのが困難になる。
条件式（１）の範囲内であれば、前述の問題が起こりにくい。このため、各レンズ面の曲率半径を大きくするために第２レンズ群Ｌ２や第３レンズ群Ｌ３に新たにレンズを追加する必要がなくなるので各レンズ群の枚数を少なくすることができ、小型化と光学性能の維持を図ることができる。条件式（２）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなると、第３レンズ群Ｌ３において広角端と望遠端で周辺光束の上線と下線の光軸からの距離変化が大きくなってくる。このため、ズーム全域にわたってコマ収差を補正するのが困難になってくる。また、条件式（２）の上限を超えると、第３レンズ群Ｌ３の倍率を高く維持するためには、第２レンズ群Ｌ２の移動量を増やして第３レンズ群Ｌ３の物点を変化させなければならなくなる。しかしながら、第２レンズ群Ｌ２の移動量が増えすぎると、第２レンズ群Ｌ２で周辺光束全体が屈折面に入射するときの入射角度の広角端と望遠端の差が大きくなる。そうするとズーミングによる像面湾曲の変化が大きくなるので、ズーム全域にわたって像面湾曲を良好に補正するのが困難になる。実施例１と参考例１，２においてさらに好ましくは、条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
３．２０＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．４０‥‥‥（１ａ）
−０．２０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１１‥‥‥（２ａ）
以上の如く各レンズ群を構成することにより、良好なる光学性能を有した高ズーム比のズームレンズが得られるが、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第１レンズ群Ｌ１の広角端から望遠端へのズーミングにおける光軸上の移動量をＭ１、広角端におけるレンズ全長をＬｗとする。広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。このとき、
−０．３＜Ｍ１／Ｌｗ＜−０．０５‥‥‥（３）
７．０＜Ｌｗ／ｆｗ＜１４．０ ‥‥‥（４）
なる条件のうち１以上を満足するのが良い。条件式（３）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の物体側へ移動量が多くなると、望遠端においてレンズ全長が伸びてきて、沈胴厚が増えてしまうので良くない。また、条件式（３）の上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の物体側へ移動量が少なくなると、広角側においてレンズ全長が長くなってきて、前玉有効径が大きくなってくるので良くない。実施例１と参考例１，２においてさらに好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．２０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１１‥‥‥（２ａ）
以上の如く各レンズ群を構成することにより、良好なる光学性能を有した高ズーム比のズームレンズが得られるが、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第１レンズ群Ｌ１の広角端から望遠端へのズーミングにおける光軸上の移動量をＭ１、広角端におけるレンズ全長をＬｗとする。広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。このとき、
−０．３＜Ｍ１／Ｌｗ＜−０．０５‥‥‥（３）
７．０＜Ｌｗ／ｆｗ＜１４．０ ‥‥‥（４）
なる条件のうち１以上を満足するのが良い。条件式（３）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の物体側へ移動量が多くなると、望遠端においてレンズ全長が伸びてきて、沈胴厚が増えてしまうので良くない。また、条件式（３）の上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の物体側へ移動量が少なくなると、広角側においてレンズ全長が長くなってきて、前玉有効径が大きくなってくるので良くない。実施例１と参考例１，２においてさらに好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．１８＜ Ｍ１ ／ Ｌｗ ＜ −０．０９ ‥‥‥（３ａ）
とするのが良い。条件式（４）の下限を超えると、広角端における焦点距離に対するレンズ全長が短くなりすぎ、収差補正に必要な複数のレンズを配置するのが難しくなり、十分な光学性能を維持するのが困難になる。また、上限を超えると、広角端においてレンズ全長が長くなりすぎ、前玉有効径も大きくなってくるため、全系の小型化が困難になってくる。さらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１１．９１２ ≦ Ｌｗ ／ ｆｗ ＜ １４．０ ‥‥‥（４ｘ）
又は条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
とするのが良い。条件式（４）の下限を超えると、広角端における焦点距離に対するレンズ全長が短くなりすぎ、収差補正に必要な複数のレンズを配置するのが難しくなり、十分な光学性能を維持するのが困難になる。また、上限を超えると、広角端においてレンズ全長が長くなりすぎ、前玉有効径も大きくなってくるため、全系の小型化が困難になってくる。さらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１１．９１２ ≦ Ｌｗ ／ ｆｗ ＜ １４．０ ‥‥‥（４ｘ）
又は条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１０．０ ＜ Ｌｗ ／ ｆｗ ＜ １２．０ ‥‥‥（４ａ）
とするのが良い。この他、実施例１と参考例１，２において好ましくは、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側に配置されたレンズＧ３１は、物体側のレンズ面が凸形状であるのが良い。そして、該レンズＧ３１の物体側頂点と、該レンズＧ３１の物体側のレンズ面と外周部との交点との間に、開放Ｆナンバーの光束を決定するＦナンバー決定絞りを配置するのが良い。これによれば、第３レンズ群Ｌ３とは別に絞り部材を配置しないで済むので、望遠端において第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３の間隔を狭くすることが容易となり、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量を増やすことができる。この結果、条件式（２）を満たすことが容易になる。
とするのが良い。この他、実施例１と参考例１，２において好ましくは、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側に配置されたレンズＧ３１は、物体側のレンズ面が凸形状であるのが良い。そして、該レンズＧ３１の物体側頂点と、該レンズＧ３１の物体側のレンズ面と外周部との交点との間に、開放Ｆナンバーの光束を決定するＦナンバー決定絞りを配置するのが良い。これによれば、第３レンズ群Ｌ３とは別に絞り部材を配置しないで済むので、望遠端において第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３の間隔を狭くすることが容易となり、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量を増やすことができる。この結果、条件式（２）を満たすことが容易になる。
この他、好ましくは、第１レンズ群Ｌ３は３枚のレンズから構成するのが良い。これによれば、望遠端において色収差を低減すると共に、第１レンズ群Ｌ１のレンズ枚数が多くなりすぎず、レンズ全長の短縮化や前玉有効径の小型化が容易になる。この他、好ましくは、第２レンズ群Ｌ２に含まれるレンズは全て球面形状より成るレンズであるのが良い。これによれば、研磨によるレンズ加工が容易となり、高い量産性を実現することができる。この他好ましくは、第３レンズ群Ｌ３は１以上の非球面形状のレンズ面を有するのが良い。これによれば、球面収差、コマ収差等を効果的に補正することができる。この他好ましくは、第３レンズ群Ｌ３を、光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、結像位置を変移させるのが良い。即ち防振を行うのが良い。これによれば、防振のためのプリズムやレンズ群を新たに追加せずに、手ぶれを抑制することができる。ただし、光軸に対し垂直方向への移動量から第３レンズ群Ｌ３を移動させるのが好ましいが、必ずしも第３レンズ群Ｌ３全てでなければならず一部であっても良い。この他好ましくは、実施例１と参考例１，２のズームレンズは固体撮像素子に像を形成し、記録することができる撮像装置に搭載されることが好ましい。
本発明のズームレンズを有する撮像装置では、像の記録される範囲である有効像円径を、広角側において望遠端よりも小さくするのが良い。これによれば、広角側での画面周辺部の光線の高さが抑えられるので、前玉有効径の小型化が容易になる。ただし、前玉有効径の小型化や、画面周辺部で十分な光量を求められないズームレンズにおいては、有効像円径を広角側において望遠端よりも小さくしなくても良い。
次に、実施例１と参考例１，２における各レンズ群のレンズ構成について説明する。実施例１と参考例１，２のズームレンズは、物体側より像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は物体側が凸面のメニスカス形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、物体側が凸面のメニスカス形状の正レンズより成っている。これにより、ズーミングの際の倍率色収差の変動を改善している。第２レンズ群Ｌ２は、像側の面が凹形状の負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側が凸面の正レンズを含み、全てのレンズが球面レンズで構成されている。これにより、ズーミングの際の収差変動を少なくすると共に、製造を容易にし、量産性を向上している。また、負レンズを２枚以上有するようにしている。これにより、全体で負の屈折力より成る第２レンズ群Ｌ２において、１枚の負レンズで構成したときに１枚の負レンズに負の屈折力が集中し、レンズ面の曲率半径が小さくなりすぎて像面湾曲が増大し、またズーミングの際の変動が増加することを防いでいる。
第３レンズ群Ｌ３は、２枚の正レンズと、１枚の負レンズを有している。これにより、軸上色収差を低減し、さらにズーミングの際のコマ収差の変動を少なくしている。また、正レンズを２枚有するようにしている。これにより全体で正の屈折力より成る第３レンズ群Ｌ３において、１枚の正レンズで構成したときに１枚の正レンズに正の屈折力が集中し、レンズ面の曲率半径が小さくなりすぎてコマ収差が悪化することを防いでいる。また、第３レンズ群Ｌ３は非球面形状の面を有している。これにより、球面収差、コマ収差等を効果的に補正している。参考例１，２の正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、及び実施例１の正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５は、１枚の正レンズ、又は正レンズと負レンズの接合レンズより成るフォーカシング用のレンズ群である。このような構成により、フォーカスの際に移動するレンズ群の重量を軽量化して、迅速にフォーカスができるようにしている。
実施例１の負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４は１枚の負レンズより成っている。第４レンズ群Ｌ４を設けることで、絞りＳＰから離れた位置に可動レンズ群が位置するようにして、倍率色収差やコマ収差等のズーミングによる変動を補正している。以上のように各レンズ群を構成することによってレンズ全長の小型化と高ズーム比化（高倍率化）を達成すると共に、広角端から望遠端に至る全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を得ている。特に実施例１と参考例１，２によれば、１０倍以上の高いズーム比をもつ小型で全ズーム範囲において、良好な光学性能を実現したズームレンズが得られる。
次に、本発明の参考例１，実施例１，参考例２に各々対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。数値実施例１においてＤ１２の値が負となっているが、これは物体側から順にＦナンバー決定部材ＳＰ、第３レンズ群Ｌ３のレンズＧ３１と数えたためである。具体的な構成としてはＦナンバー決定部材（開口絞り）ＳＰが第３レンズ群Ｌ３の物体側のレンズＧ３１のレンズ面の物体側頂点よりも絶対値Ｄ１２だけ像側に位置していることを示している。レンズ面が非球面形状を有する場合は、曲率半径の後に＊を付加している。非球面形状はｋを離心率、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2］1/2］
＋Ｂｈ4＋Ｃｈ6＋Ｄｈ8＋Ｅｈ10
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2］1/2］
＋Ｂｈ4＋Ｃｈ6＋Ｄｈ8＋Ｅｈ10
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。
数値実施例において最後の２つの面は、フィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。実施例１と参考例１，２において、バックフォーカス（ＢＦ）はレンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側の第１レンズ面から最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。即ち第１レンズ面から像面までの距離である。数値実施例１においてｒ１２は開口絞りＳＰ、ｒ１９はフレアーカット絞りＦＰである。数値実施例２においてｒ１２は開口絞りＳＰ、ｒ１９はフレアーカット絞りＦＰである。数値実施例３においてｒ１４は開口絞りＳＰである。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 58.439 1.20 1.84666 23.9
2 32.907 4.00 1.51633 64.2
3 -167.445 0.20
4 27.301 2.70 1.58313 59.4
5 100.035 (可変)
6 256.527 1.00 1.88300 40.8
7 7.841 3.00
8 -623.051 0.50 1.71300 53.9
9 21.770 0.30
10 11.119 1.70 1.92286 18.9
11 19.586 (可変)
12(絞り) ∞ -0.30
13* 8.112 2.30 1.58313 59.4
14 -38.762 3.00
15 14.902 0.50 1.84666 23.9
16 6.729 0.90
17 23.425 1.30 1.51633 64.1
18 566.319 1.00
19 ∞ (可変)
20 14.190 2.20 1.48749 70.2
21 -116.898 (可変)
22 ∞ 1.00 1.49831 65.1
23 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-9.09166E-001 B=-4.31754E-005 C= 3.48961E-007 D= 1.04721E-008
各種データ
ズーム比 11.99
焦点距離 6.00 23.98 71.98 44.18 12.04
Fナンバー 3.60 4.42 4.94 4.65 3.99
画角 31.02 9.18 3.08 5.01 17.84
像高 3.61 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 68.75 68.89 75.26 72.37 66.75
BF 8.29 15.01 9.14 15.33 11.72
d 5 0.60 15.79 25.62 21.74 8.59
d11 29.74 8.98 1.04 3.84 17.00
d19 4.62 3.62 13.95 5.95 3.94
d21 7.12 13.84 7.97 14.16 10.55
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 43.44
2 6 -9.42
3 12 17.43
4 20 26.10
5 22 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 58.439 1.20 1.84666 23.9
2 32.907 4.00 1.51633 64.2
3 -167.445 0.20
4 27.301 2.70 1.58313 59.4
5 100.035 (可変)
6 256.527 1.00 1.88300 40.8
7 7.841 3.00
8 -623.051 0.50 1.71300 53.9
9 21.770 0.30
10 11.119 1.70 1.92286 18.9
11 19.586 (可変)
12(絞り) ∞ -0.30
13* 8.112 2.30 1.58313 59.4
14 -38.762 3.00
15 14.902 0.50 1.84666 23.9
16 6.729 0.90
17 23.425 1.30 1.51633 64.1
18 566.319 1.00
19 ∞ (可変)
20 14.190 2.20 1.48749 70.2
21 -116.898 (可変)
22 ∞ 1.00 1.49831 65.1
23 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-9.09166E-001 B=-4.31754E-005 C= 3.48961E-007 D= 1.04721E-008
各種データ
ズーム比 11.99
焦点距離 6.00 23.98 71.98 44.18 12.04
Fナンバー 3.60 4.42 4.94 4.65 3.99
画角 31.02 9.18 3.08 5.01 17.84
像高 3.61 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 68.75 68.89 75.26 72.37 66.75
BF 8.29 15.01 9.14 15.33 11.72
d 5 0.60 15.79 25.62 21.74 8.59
d11 29.74 8.98 1.04 3.84 17.00
d19 4.62 3.62 13.95 5.95 3.94
d21 7.12 13.84 7.97 14.16 10.55
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 43.44
2 6 -9.42
3 12 17.43
4 20 26.10
5 22 ∞
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 39.323 1.20 1.84666 23.9
2 22.950 4.50 1.69680 55.5
3 166.497 0.20
4 31.714 2.50 1.71300 53.9
5 93.247 (可変)
6 -559.441 1.00 1.83400 37.2
7 6.763 2.90
8 -24.286 0.60 1.77250 49.6
9 19.578 0.20
10 12.694 1.90 1.92286 18.9
11 79.126 (可変)
12(絞り) ∞ 1.75
13* 8.842 1.90 1.58313 59.4
14 -48.359 4.00
15 28.901 0.50 1.84666 23.9
16 8.059 0.30
17 16.070 1.40 1.51633 64.1
18 -35.157 1.00
19 ∞ (可変)
20 -64.639 0.55 1.48749 70.2
21 -247.351 (可変)
22 13.891 2.00 1.60311 60.6
23 -1228.224 (可変)
24 ∞ 1.00 1.49831 65.1
25 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-8.24140E-001 B=-4.18452E-005 C=-3.86514E-007 D= 2.43674E-008
各種データ
ズーム比 12.51
焦点距離 5.52 21.79 69.10 39.94 11.27
Fナンバー 3.60 4.39 4.66 4.48 4.06
画角 32.36 10.08 3.21 5.54 18.98
像高 3.50 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 65.46 70.42 76.89 74.15 67.00
BF 9.53 15.87 9.60 15.67 12.86
d 5 0.60 14.78 23.86 20.28 8.10
d11 22.86 7.16 2.00 3.74 12.95
d19 1.84 2.13 2.82 2.50 1.90
d21 2.23 2.09 10.22 3.56 2.80
d23 8.36 14.70 8.43 14.50 11.69
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 39.22
2 6 -7.34
3 12 16.77
4 20 -179.68
5 22 22.79
6 24 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 39.323 1.20 1.84666 23.9
2 22.950 4.50 1.69680 55.5
3 166.497 0.20
4 31.714 2.50 1.71300 53.9
5 93.247 (可変)
6 -559.441 1.00 1.83400 37.2
7 6.763 2.90
8 -24.286 0.60 1.77250 49.6
9 19.578 0.20
10 12.694 1.90 1.92286 18.9
11 79.126 (可変)
12(絞り) ∞ 1.75
13* 8.842 1.90 1.58313 59.4
14 -48.359 4.00
15 28.901 0.50 1.84666 23.9
16 8.059 0.30
17 16.070 1.40 1.51633 64.1
18 -35.157 1.00
19 ∞ (可変)
20 -64.639 0.55 1.48749 70.2
21 -247.351 (可変)
22 13.891 2.00 1.60311 60.6
23 -1228.224 (可変)
24 ∞ 1.00 1.49831 65.1
25 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-8.24140E-001 B=-4.18452E-005 C=-3.86514E-007 D= 2.43674E-008
各種データ
ズーム比 12.51
焦点距離 5.52 21.79 69.10 39.94 11.27
Fナンバー 3.60 4.39 4.66 4.48 4.06
画角 32.36 10.08 3.21 5.54 18.98
像高 3.50 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 65.46 70.42 76.89 74.15 67.00
BF 9.53 15.87 9.60 15.67 12.86
d 5 0.60 14.78 23.86 20.28 8.10
d11 22.86 7.16 2.00 3.74 12.95
d19 1.84 2.13 2.82 2.50 1.90
d21 2.23 2.09 10.22 3.56 2.80
d23 8.36 14.70 8.43 14.50 11.69
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 39.22
2 6 -7.34
3 12 16.77
4 20 -179.68
5 22 22.79
6 24 ∞
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 84.274 2.00 1.80610 33.3
2 32.475 6.20 1.49700 81.5
3 -431.509 0.20
4 33.415 3.60 1.69680 55.5
5 180.027 (可変)
6 64.172 1.00 1.88300 40.8
7 11.733 1.90
8 29.308 0.85 1.83481 42.7
9 9.447 3.30
10 -36.240 0.80 1.83400 37.2
11 57.884 0.20
12 19.186 2.25 1.92286 18.9
13 -416.054 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 12.148 3.00 1.69350 53.2
16 847.526 3.00
17 63.798 0.90 1.64769 33.8
18 14.183 0.50
19 27.624 0.70 2.00330 28.3
20 8.242 2.40 1.74400 44.8
21 -47.263 (可変)
22 20.094 2.70 1.77250 49.6
23 -15.105 0.60 1.80610 33.3
24 286.339 (可変)
25 ∞ 1.00 1.51633 64.1
26 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第15面
K = 1.62671E+000 B=-1.65451E-004 C=-1.30791E-006 D=-2.64512E-008 E=-5.84379E-010
各種データ
ズーム比 19.04
焦点距離 5.15 20.12 98.07 7.10 40.03
Fナンバー 2.87 4.33 5.63 3.19 4.74
画角 36.89 10.87 2.26 28.58 5.51
像高 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 89.11 96.12 110.38 85.99 104.08
BF 10.82 16.84 8.24 11.75 18.46
d 5 0.90 18.38 36.34 2.98 28.34
d13 24.19 8.52 1.70 17.48 4.76
d14 11.10 2.55 0.90 8.92 0.90
d21 6.00 13.74 27.11 8.75 15.53
d24 9.66 15.68 7.08 10.59 17.30
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 54.78
2 6 -9.63
3 14 ∞
4 15 21.96
5 22 29.64
6 25 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 84.274 2.00 1.80610 33.3
2 32.475 6.20 1.49700 81.5
3 -431.509 0.20
4 33.415 3.60 1.69680 55.5
5 180.027 (可変)
6 64.172 1.00 1.88300 40.8
7 11.733 1.90
8 29.308 0.85 1.83481 42.7
9 9.447 3.30
10 -36.240 0.80 1.83400 37.2
11 57.884 0.20
12 19.186 2.25 1.92286 18.9
13 -416.054 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 12.148 3.00 1.69350 53.2
16 847.526 3.00
17 63.798 0.90 1.64769 33.8
18 14.183 0.50
19 27.624 0.70 2.00330 28.3
20 8.242 2.40 1.74400 44.8
21 -47.263 (可変)
22 20.094 2.70 1.77250 49.6
23 -15.105 0.60 1.80610 33.3
24 286.339 (可変)
25 ∞ 1.00 1.51633 64.1
26 ∞ 0.50
像面 ∞
非球面データ
第15面
K = 1.62671E+000 B=-1.65451E-004 C=-1.30791E-006 D=-2.64512E-008 E=-5.84379E-010
各種データ
ズーム比 19.04
焦点距離 5.15 20.12 98.07 7.10 40.03
Fナンバー 2.87 4.33 5.63 3.19 4.74
画角 36.89 10.87 2.26 28.58 5.51
像高 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
レンズ全長 89.11 96.12 110.38 85.99 104.08
BF 10.82 16.84 8.24 11.75 18.46
d 5 0.90 18.38 36.34 2.98 28.34
d13 24.19 8.52 1.70 17.48 4.76
d14 11.10 2.55 0.90 8.92 0.90
d21 6.00 13.74 27.11 8.75 15.53
d24 9.66 15.68 7.08 10.59 17.30
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 54.78
2 6 -9.63
3 14 ∞
4 15 21.96
5 22 29.64
6 25 ∞
次に実施例１と参考例１，２に示したズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図７を用いて説明する。図７において、２０はカメラ本体、２１は実施例１と参考例１，２で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。
Ｌ１は第１レンズ群、Ｌ２は第２レンズ群、Ｌ３は第３レンズ群、Ｌ４は第４レンズ群、Ｌ５は第５レンズ群、Ｌｒは後群、ｄはｄ線、ｇはｇ線、ΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面、ＳＰは絞り、ＦＰはフレアーカット絞り、ＧはＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
Claims (8)
- 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように、各レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第２レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β２ｗ、β２ｔ、前記第３レンズ群の広角端と望遠端における結像倍率を各々β３ｗ、β３ｔ、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の光軸上の移動量をＭ３、広角端におけるレンズ全長をＬｗ、望遠端におけるレンズ全長をＬｔ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
３．２０＜（β２ｔ×β３ｗ）／（β２ｗ×β３ｔ）＜５．４０
−０．５０＜Ｍ３／Ｌｔ＜−０．１０
１１．９１２≦Ｌｗ／ｆｗ＜１４．０
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第１レンズ群の光軸上の移動量をＭ１、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−０．３＜Ｍ１／Ｌｗ＜−０．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群は、３枚のレンズからなることを特徴とする請求項１または２のズームレンズ。
- 前記第２レンズ群に含まれるレンズ面は全て球面形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群は１以上の非球面形状のレンズ面を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群は、光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動して結像位置を変化させるレンズ群であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
- 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴とする撮像装置。
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