JP5893487B2 - 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、特に放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に関するものである。
従来から、放送用テレビカメラ、映画用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置には、小型軽量で高ズーム比、しかも良好な光学性能を有したズームレンズが要望されている。特に、プロフェッショナル向けの動画撮影システムとしてのテレビ・映画用カメラに用いられているCCDやCMOS等の撮像デバイスは、撮像範囲全体が略均一の解像力を有している。そのため、このシステムに用いるズームレンズに対しては、画面中心から画面周辺まで解像力が略均一であることが要求されている。また、機動性や操作性を重視した撮影形態に対して小型軽量化も要求されている。
特に、広画角撮影にも優れるズームレンズとして、最も物体側にフォーカスに用いる正の屈折力の第1レンズ群を配置し、全体として4つのレンズ群より成るポジティブリード型の4群ズームレンズがある。
特許文献1では最も物体側から負正正の3群からなる第1レンズ群を有し、全体として正負負正または正負正正の4群から成るズームレンズが開示されている。特許文献2では物体側から順に負正正の3枚からなる第1レンズ群を有し、全体として正負正正の4群から成るズームレンズが開示されている。
特開平6−242378号公報 特開昭63−8619号公報
しかしながら、特許文献1に開示された従来技術では、ズームレンズの更なる広角化と小型軽量化の両立が困難である。特許文献1の実施例1や2のような、絞りより物体側に負のレンズ群が並ぶズームレンズでは、第2レンズ群や第1レンズ群の像側のレンズ群の径を抑制するのが困難であるため、ズームレンズの広角化と小型軽量化に不利である。特許文献1の実施例3には第3レンズ群が正の屈折力である技術が開示されているが、第3レンズ群の屈折力が強いため、構成枚数が多くなる。且つ、第3レンズ群から射出される強い収斂光束に対し、十分なFナンバーや射出瞳を確保するためには第4レンズ群の構成枚数を多くせざるを得なくなり、結果的に小型軽量化に不利である。
一方で、上述の特許文献2に開示されているズームレンズの第1レンズ群の構成では、更なる広角化を達成する際に、第1レンズ群の主点を像側に位置させることが適切に制御できず、レンズ径の大型化を回避することが困難である。また特許文献2のようなフォーカス群構成では物体距離変動時の収差変動や画角変動を良好に補正することが困難である。
そこで、本発明の目的は、広角化と高倍率化、小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を達成することを可能としたズームレンズを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側から順に、変倍のためには移動しない正の屈折力の第1レンズ群、変倍の際に移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍の際に移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍のためには移動しない正の屈折力の第4レンズ群から成り、該第1レンズ群は物体側よりフォーカスのためには移動しない負の屈折力の第11レンズ群、フォーカスの際に光軸上を移動する正の屈折力の第12レンズ群、フォーカスのためには移動しない正の屈折力の第13レンズ群から成り、該第3群は広角端から望遠端への変倍に際して像側へ移動した後、物体側へ移動する軌跡を取り、該第1レンズ群の焦点距離をf1、該第2レンズ群の焦点距離をf2、該第3レンズ群の焦点距離をf3、該第3レンズ群の広角端における結像倍率をβ3w、該第11レンズ群の焦点距離をf11、該第12レンズ群の焦点距離をf12とするとき、
−2.2 < f1/f2 < −0.8
−0.7 < 1/β3w < 0.5
−0.55 < f2/f3 < −0.25
−6.0 < f12/f11 < −2.5
を満足することを特徴とする。
本発明によれば、広角化と高倍率化、小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を達成することを可能としたズームレンズを提供することができる。
数値実施例1の広角端、無限遠合焦時のレンズ断面図 数値実施例1の広角端(A)、中間のズーム位置(B)、望遠端(C)、で無限遠合焦時の収差図 数値実施例2の広角端、無限遠合焦時のレンズ断面図 数値実施例2の広角端(A)、中間のズーム位置(B)、望遠端(C)、で無限遠合焦時の収差図 数値実施例3の広角端、無限遠合焦時のレンズ断面図 数値実施例3の広角端(A)、中間のズーム位置(B)、望遠端(C)、で無限遠合焦時の収差図 数値実施例4の広角端、無限遠合焦時のレンズ断面図 数値実施例4の広角端(A)、中間のズーム位置(B)、望遠端(C)、で無限遠合焦時の収差図 数値実施例5の広角端、無限遠合焦時のレンズ断面図 数値実施例5の広角端(A)、中間のズーム位置(B)、望遠端(C)、で無限遠合焦時の収差図 本発明のズームレンズにおける第3レンズ群の構成概略図 本発明のズームレンズを撮影光学系として用いた撮像装置の概略図 現存するガラスのアッベ数と部分分散比に対する分布の概略図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1(数値実施例1)のズームレンズの広角端(短焦点距離端、焦点距離f=14mm)で無限遠合焦時のレンズ断面図である。図2(A)、(B)、(C)はそれぞれ数値実施例1の広角端、中間のズーム位置(焦点距離f=21mm)、望遠端(長焦点距離端、焦点距離f=40mm)における無限遠合焦時の収差図である。但し、焦点距離、物体距離は数値実施例の値をmm単位で表したときの値である。これは以下の各実施例において全て同じである。
図3は本発明の実施例2(数値実施例2)のズームレンズの広角端(短焦点距離端、焦点距離f=20mm)で無限遠合焦時のレンズ断面図である。図4(A)、(B)、(C)はそれぞれ数値実施例2の広角端、中間のズーム位置(焦点距離f=40mm)、望遠端(長焦点距離端、焦点距離f=80mm)における無限遠合焦時の収差図である。
図5は本発明の実施例3(数値実施例3)のズームレンズの広角端(短焦点距離端、焦点距離f=14mm)で無限遠合焦時のレンズ断面図である。図6(A)、(B)、(C)はそれぞれ数値実施例3の広角端、中間のズーム位置(焦点距離f=21mm)、望遠端(長焦点距離端、焦点距離f=32mm)における無限遠合焦時の収差図である。
図7は本発明の実施例4(数値実施例4)のズームレンズの広角端(短焦点距離端、焦点距離f=15mm)で無限遠合焦時のレンズ断面図である。図8(A)、(B)、(C)はそれぞれ数値実施例4の広角端、中間のズーム位置(焦点距離f=30mm)、望遠端(長焦点距離端、焦点距離f=45mm)における無限遠合焦時の収差図である。
図9は本発明の実施例5(数値実施例5)のズームレンズの広角端(短焦点距離端、焦点距離f=16.5mm)で無限遠合焦時のレンズ断面図である。図10(A)、(B)、(C)はそれぞれ数値実施例5の広角端、中間のズーム位置(焦点距離f=25mm)、望遠端(長焦点距離端、焦点距離f=50mm)における無限遠合焦時の収差図である。
各レンズ断面図において、左方が物体(被写体)側で、右方が像側である。レンズ断面図において、U1は合焦用レンズ群を含む正の屈折力の第1レンズ群である。U11は焦点調整のためには移動しない負の屈折力の第11レンズ群である。U12はフォーカスの際に光軸方向へ移動する正の屈折力の第12レンズ群である。U13は焦点調整のためには移動しない正の屈折力の第13レンズ群である。なお、以下の各実施例において、無限遠側から至近端側への焦点調整の際には、第12レンズ群U12は機構に対して光軸上を移動可能な範囲の物体側端から像側端へ移動する。
U2は変倍用レンズ群を含む負の屈折力の第2レンズ群であり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行う。U3は変倍に伴う像面変動を補正する正の屈折力の第3レンズ群であり、広角端から望遠端への変倍に際して光軸上を像側へ非直線的に移動し、ズーム中間で最も像面側の位置を通り、その後は物体側へ非直線的に移動する。第2レンズ群U2と第3レンズ群U3で変倍系を構成している。
SPは絞り(開口絞り)である。U4は結像用の正の屈折力の第4レンズ群であり、変倍に際して不動である。Iは撮像面であり、ズームレンズで形成された像を受光し、光電変換する固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当している。
前述した各実施例では、ズーム比が2〜5倍程度で広角端撮影半画角が37度以上の広角ズームレンズの小型軽量化を良好な光学性能のもとに達成している。
縦収差図において、球面収差はe線(実線)、g線(点線)、C線(1点鎖線)を示している。非点収差はe線のメリディオナル像面(点線)とサジタル像面(実線)を示している。倍率色収差はg線(点線)とC線(1点鎖線)によって表している。FnoはFナンバー、ωは撮影半画角を表す。縦収差図では、球面収差は0.4mm、非点収差は0.4mm、歪曲は10%、倍率色収差は0.1mmのスケールで描かれている。なお、以下の各実施例において広角端と望遠端は、変倍用の第2群U2が光軸上を機械的に移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置を指す。
本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群と、負の屈折力の第2レンズ群と、正の屈折力の第3レンズ群と、正の屈折力の第4レンズ群を含む全体として4つのレンズ群で構成される。更に、前述の第1レンズ群は、焦点調整のためには移動しない負の屈折力の第11レンズ群と、フォーカスの際に光軸上を移動する正の屈折力の第12レンズ群と、焦点調整のためには移動しない正の屈折力の第13レンズ群で構成する。
第1レンズ群U1の焦点距離をf1、第2レンズ群U2の焦点距離をf2、第3レンズ群U3の焦点距離をf3、第3レンズ群U3の広角端における拡大倍率をβ3w、第11レンズ群の焦点距離をf11、第12レンズの焦点距離をf12とすると、
−2.2 < f1/f2 < −0.8 ・・・(1)
−0.7 < 1/β3w < 0.5 ・・・(2)
−0.55 < f2/f3 < −0.25 ・・・(3)
−6.0 < f12/f11 < −2.5 ・・・(4)
を満たすことを特徴としている。
次に前述した各条件式の技術的意味について説明する。
(1)〜(4)式は、ズームレンズの広角化と高倍率化、小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を達成するためのものである。第1レンズ群U1と第2レンズ群U2の焦点距離の比、第2レンズ群U2と第3レンズ群U3の焦点距離の比、第3レンズ群の拡大倍率、及び、第11レンズ群U11と第12レンズ群U12の焦点距離の比を規定している。尚、本発明のズームレンズは、上記(1)〜(4)式を満足することを特徴としているが、以下に記載する(5)〜(16)式については必ずしも満足していなくても構わない。
(1)式は、本発明のズームレンズを構成する第1レンズ群U1と第2レンズ群U2の焦点距離の比を規定している。(1)式を満たすことで、第2レンズ群U2に対する適切な第1レンズ群U1の焦点距離を設定できるため、広角化と高倍率化、小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を効率的に実現することができる。(1)式の上限の条件が満たされないと、第1レンズ群U1の望遠側における収差補正能力や、第2レンズ群U2の変倍に必要な屈折力が不足するため、高ズーム比化や小型軽量化、良好な光学性能の両立が困難となる。逆に、(1)式の下限の条件が満たされないと、第1レンズ群U1の屈折力が不足するため、広角化や小型軽量化が困難となる。
更に好ましくは、(1)式は次の如く設定するのが良い。
−2.0 < f1/f2 < −1.0 ・・・(1a)
更に好ましくは、(1a)式は次の如く設定するのが良い。
−1.8 < f1/f2 < −1.2 ・・・(1aa)
(2)式は本発明のズームレンズにおける第3レンズ群U3の広角端の拡大倍率の逆数を規定したものである。(2)式は、レンズ系全体の小型軽量化を図るためのものである。(2)式を満たすことで、第3レンズ群U3からの射出光束が略アフォーカルとなるため、第4レンズ群U4を少ない構成枚数とすることができ、小型軽量化に有効である。(2)式の上限の条件が満たされないと、第3レンズ群U3からの射出光束の発散が強くなり、第4レンズ群U4の物体側に光束を結像させるための強い正の屈折力のレンズ群が必要となるため、小型軽量化が困難となる。逆に、(2)式の下限の条件が満たされないと、第3レンズ群U3からの射出光束の収斂が強くなり、第4レンズ群の物体側に適切な射出瞳やFナンバーを確保するための強い負の屈折力のレンズ群が必要となるため、小型軽量化が困難となる。
更に好ましくは、(2)式は次の如く設定するのが良い。
−0.5 < 1/β3w < 0.2 ・・・(2a)
更に好ましくは、(2a)式は次の如く設定するのが良い。
−0.4 < 1/β3w < 0.1 ・・・(2aa)
(3)式は、本発明のズームレンズを構成する第2レンズ群U2と第3レンズ群U3の焦点距離の比を規定している。(3)式を満たすことで、第3レンズ群U3に対する適切な第2レンズ群U2の焦点距離を設定できるため、広角化と高倍率化、小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を効率的に実現することができる。(3)式の上限の条件が満たされないと、変倍に伴う第2レンズ群U2の収差変動が大きくなり、ズーム全域で良好な光学性能を得ることが困難となる。または、第3レンズ群U3の屈折力(パワー)が不足するため、変倍に伴う像面補正の為の第3レンズ群の移動量が増大し、結果としてズームレンズの小型軽量化が困難になる。逆に、(3)式の下限の条件が満たされないと、第2レンズ群U2の焦点距離の変倍に必要な屈折力が不足し、第2レンズ群U2の変倍の際の移動量が増大するため、ズームレンズの高倍率化と小型軽量化の両立が困難となる。
更に好ましくは、(3)式は次の如く設定するのが良い。
−0.50 < f2/f3 < −0.30 ・・・(3a)
更に好ましくは、(3a)式は次の如く設定するのが良い。
−0.47 < f2/f3 < −0.35 ・・・(3aa)
(4)式は、本発明のズームレンズの第1レンズ群U1を構成する第11レンズ群U11と第12レンズ群U12の焦点距離の比を規定している。(4)式を満たすことで、第1レンズ群U1のレトロ比の適切に大きくすることができるため、広角化と小型軽量化を効率的に実現することができる。ここで、本発明で用いるレトロ比とは、対象とするレンズ群に対して無限遠からの光束を入射させた時のバックフォーカス及び焦点距離をそれぞれBF、F0としたとき、次の(A)式で定義される量である。
Rf=BF/F0 ・・・(A)
本発明において、レトロ比を大きくするとは、対象とするレンズ群の主点を像側へ配置させ、該レンズ群の焦点距離を短くすることを意味する。(A)式の値では、F0を小さくし、Rfの値を大きくすることに相当する。
(4)式の上限を超えると、第1レンズ群として十分なレトロ比を大きくすることが困難となり、結果として広角化と小型軽量化の両立が困難となる。逆に、(4)式の下限を超えると、フォーカス群の駆動量の増大や、第12〜13レンズ群の径の増大を招くため、小型軽量化が困難となる。
更に好ましくは、(4)式は次の如く設定するのが良い。
−5.5 < f12/f11 < −3.0 ・・・(4a)
更に好ましくは、(4a)式は次の如く設定するのが良い。
−5.0 < f12/f11 < −3.3 ・・・(4aa)
本発明におけるズームレンズにおいて、更に次の諸条件のうち1以上を満足するのが良い。
前記第11群の焦点距離をf11とするとき、
−1.5 < f11/f1 < −0.8 ・・・(5)
を満たすことが良い。
(5)式は、本発明のズームレンズの第1レンズ群U1に含む第11レンズ群U11と第1レンズ群U1の焦点距離の比を規定している。(5)式を満たすことで、第1レンズ群としてのレトロ比を適切に大きくすることができるため、広角化と小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を更に効率的に実現することができる。(5)式の上限の条件が満たされないと、第1レンズ群内U1の負の屈折力が過剰に強くなるため、正の屈折力の第12レンズ群U12や第13レンズ群U13に過剰な屈折力を要求することになり、結果としてレンズの小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。逆に、(5)式の下限の条件が満たされないと、第1レンズ群内U1の負の屈折力が不足するため、広角化が困難となる。
更に好ましくは、(5)式は次の如く設定するのが良い。
−1.4 < f11/f1 < −1.0 ・・・(5a)
更には、前記第13レンズ群の焦点距離とf13とするとき、
1.4 < f13/f1 < 2.6 ・・・(6)
を満たすことが良い。
(6)式は、本発明のズームレンズにおける第1レンズ群U1に対する第13レンズ群U13の適切な屈折力の範囲を規定している。(6)式を満たすことで、広角化と小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を更に効率的に実現することができる。(6)式の上限の条件が満たされないと、第1レンズ群全体で十分なレトロ比が得られず、広角化が困難となる。或いは、第12レンズ群U12に過剰な正の屈折力を分担させることになり、物体距離変動時の収差変動の抑制や小型軽量化が困難になる。逆に、(6)式の下限の条件が満たされないと、第13レンズ群U13の各レンズの曲率半径が小さくなることによる高次収差や歪曲収差の増大や、構成枚数やレンズ重量の増加を招き、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。
更に好ましくは、(6)式は次の如く設定するのが良い。
1.5 < f13/f1 < 2.3 ・・・(6a)
更に、
1.5 < f13/f1 < 2.1 ・・・(6aa)
を満足すると尚好ましい。
更には、前記第11レンズ群は、それぞれ少なくとも1枚ずつ以上の正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを有し、前記第11レンズ群内の負の屈折力のレンズ群の合成焦点距離をf11nとするとき、
0.50 < f11n/f11 < 0.85 ・・・(7)
を満たすと良い。(7)式の上限の条件が満たされないと、第11レンズ群U11の負の屈折力が不足し、十分な広角化の効果を得ることが困難となる。逆に、(7)式の下限の条件が満たされないと、負の屈折力のレンズの曲率半径が小さくなることによる高次収差の増大や、構成枚数やレンズ重量の増加を招き、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。更に、
0.55 < f11n/f11 < 0.80 ・・・(7a)
を満足すると尚望ましい。
次に、同じく第11レンズ群内の正の屈折力のレンズ群の合成焦点距離をf11pとするとき、
−6.0 < f11p/f11 < −1.5 ・・・(8)
を満たすことが良い。この(8)式の上限の条件が満たされないと、十分な広角化の効果を得るために第11レンズ群U11内の各レンズの曲率半径が小さくなり、高次収差の補正や小型軽量化が困難となる。逆に、(8)式の下限の条件が満たされないと、物体距離変動に伴うf11レンズ群U11内の収差補正が困難となる。更に、
−5.5 < f11p/f11 < −2.0 ・・・(8a)
を満足すると尚望ましい。
上記の(7)式及び(8)式は、本発明のズームレンズを構成する第11レンズ群U11内の負の屈折力成分と正の屈折力成分の適切な屈折力範囲を規定している。第11レンズ群U11は、それぞれ少なくとも1枚ずつ以上の正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを有していることが望ましい。もし第11レンズ群U11が負の屈折力のレンズのみで構成されると、第11レンズ群内の色収差補正や、物体距離変動時の収差変動の補正が困難となる。更に、(7)式及び(8)式を満たすことで、広角化と小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を更に効率的に実現することができる。
更には、前記第12レンズ群の焦点距離をf12、第12レンズ群に使用する光学材料の平均アッベ数をν12とするとき、
3.0 < f12/f1 < 7.0 ・・・(9)
60 < ν12 ・・・(10)
を満たすことが良い。
(9)式及び(10)式は本発明のズームレンズを構成する第12レンズ群U12と第1レンズ群U1の焦点距離の比と、使用する光学材料の分散を規定している。
ここで、本発明の各請求項や各実施例で用いている光学材料のアッベ数と部分分散比は次の通りである。フラウンフォーファ線のg線(435.8nm)、F線(486.1nm)、d線(587.6nm)、C線(656.3nm)に対する屈折率をそれぞれNg、NF、Nd、NCとする。アッベ数νd及び、g線とF線に関する部分分散比θgFは、以下の(B)式及び(C)式の通りに与えられる。
νd=(Nd−1)/(NF−NC) ・・・(B)
θgF=(Ng−NF)/(NF−NC) ・・・(C)
ここで、軸上近軸光線及び瞳近軸光線は、次のように定義される光線である。軸上近軸光線は、光学系全系の広角端の焦点距離を1に規格化し、光学系に光軸と平行に、入射高を1として入射させた近軸光線である。瞳近軸光線は、光学系全系の広角端の焦点距離を1に規格化し、撮像面の最大像高に入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。
図13に示すように、現存する光学材料はアッベ数νdに対し部分分散比θgFが狭い範囲に分布しており、νdが小さいほどθgFが大きい傾向を持っている。
所定の屈折力Φで、正の屈折力Φp、負の屈折力Φn、アッベ数νp、νn、軸上近軸光線の入射高h、瞳近軸光線の入射高H、の2枚のレンズGp、Gnで構成される薄肉密着系の軸上色収差係数L、倍率色収差係数Tは以下の(D)式及び(E)式で表わされる。
L=h×h×(Φp/νp+Φn/νn) ・・・(D)
T=h×H×(Φp/νp+Φn/νn) ・・・(E)
ここで、
Φ=Φp+Φn ・・・(F)
とする。(D)式及び(E)式の各レンズの屈折力は、(F)式がΦ=1となるように規格化されている。3枚以上で構成される場合も同様に考えることができる。(D)式及び(E)式において、L=0及びT=0とするとC線−F線の軸上及び像面上での結像位置が合致する。このように、ある特定の2波長に対する色収差を補正することを、一般的に2波長色消し(1次スペクトル補正)と呼ぶ。特に高倍率のズームレンズでは、変倍に伴う色収差変動を抑制するために、各レンズ群の色収差、すなわちL及びTが概ねゼロ近傍となるように補正される。
この時、物体距離を無限遠として光束を入射した場合のF線に対するg線の軸上色収差のずれ量及び倍率色収差のずれ量を、それぞれ軸上色収差の2次スペクトル量Δs、倍率色収差の2次スペクトル量Δyとして定義すると、
Δs=−h×h×(θp−θn)/(νp−νn)×f ・・・(G)
Δy=−h×H×(θp−θn)/(νp−νn)×Y ・・・(H)
であらわされる。ここで、fはレンズ全系の焦点距離、Yは像高とする。このように、更に特定の波長を加えて、ある特定の3波長に対する色収差を補正することを、一般的に3波長色消し(2次スペクトル補正)と呼ぶ。
以後の各請求項や各実施例での2波長色消し(1次スペクトル補正)や3波長色消し(2次スペクトル補正)の説明には、上述の(B)式から(H)式の関係式を用いて説明する。
本発明の各実施例における第12レンズ群U12は、フォーカス群として光軸上を移動する。特に、望遠端での物体距離変動に伴う色収差変動を抑制するためには、フォーカス移動群の分散を小さく(アッベ数を大きく)することが有効である。これは、上述の(D)式及び(E)式で、軸上色及び倍率色の収差係数L及びTがアッベ数に反比例することからも説明できる。
このように、(9)式及び(10)式を満たすことで、フォーカス群である第12レンズ群U12の焦点距離と色収差補正の関係を設定できるため、広角化と小型軽量化の両立に加え、良好な光学性能を更に効率的に実現することができる。(9)式の上限の条件が満たされないと、フォーカス群の屈折力が不足し
、フォーカス繰り出し量が増加するため小型軽量化に不利である。逆に、(9)式の下限の条件が満たされないと、レンズの曲率半径が小さくなり、レンズ厚が増加することで結果として小型軽量化に不利となる。更に、微少な繰り出し量で合焦位置が大きく変化するため、フォーカス駆動部に対する製造難易度が上がり、合焦制御が困難となる。(10)式の下限の条件が満たされないと、上述の(D)式及び(E)式を用いた説明の通り、特に物体距離変動に伴う色収差変動の補正が困難となる。
更に好ましくは、(9)式、(10)式は次の如く設定するのが良い。
3.3 < f12/f1 < 6.5 ・・・(9a)
62 < ν12 <90 ・・・(10a)
更に好ましくは、(9a)式、(10a)式は次の如く設定するのが良い。
4.0 < f12/f1 < 6.3 ・・・(9aa)
64 < ν12 <80 ・・・(10aa)
更には、前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をft、前記第11レンズ群に含む負の屈折力のレンズに用いた硝材のアッベ数の平均値をνfn、前記第11レンズ群に含む正の屈折力のレンズに用いた硝材のアッベ数の平均値をνfpとするとき、
1.0 < ft/f1 < 2.2 ・・・(11)
20.0 < νfn−νfp < 45.0 ・・・(12)
を満たすことが良い。
(11)式及び(12)式は、本発明のズームレンズの望遠端焦点距離と第1レンズ群U1の焦点距離の比と、第11レンズ群U11における色収差補正の範囲を規定している。
ズームレンズの更なる広角化を図ると、上述の(H)式における瞳近軸光線の入射高Hと像高Yは増大するため、倍率色収差の2次スペクトルも増大する。一方で、(G)式で表わされる軸上色収差の2次スペクトルは焦点距離fに比例することから、(11)式で規定するような拡大倍率の小さい広角ズームレンズでは比較的問題にならない。よって、ズームレンズの更なる広角化を達成するには、倍率色収差の2次スペクトルの補正に有利な色消しを選択することが有効である。更に、広角側のズームポジションにおいて、瞳近軸光線Hは特に第1レンズ群の第11レンズ群で大きくなるため、第11レンズ群に適切な光学材料と屈折力配置を施すことで、効果的に倍率色収差を補正することができる。
更なる広角化のためにレトロ比を大きくするには、第11レンズ群の負の屈折力を強くすることが有効であるが、現存する光学材料における高屈折率材は、アッベ数νdの小さい材料しかない。アッベ数νdの小さい材料を採用すると、(H)式の分母が小さくなり、倍率色収差の2次スペクトルとしては大きくなってしまう。そこで、第11レンズ群を構成する負の屈折力のレンズに、アッベ数νdが大きく、且つ部分分散比θgFが大きい光学材料を選択すると、(H)式の分母が大きく、分子が小さくなるため、倍率色収差の2次スペクトルを小さくすることができる。
(11)式及び(12)式を満たすことで、ズームレンズの広角化とそれに伴い増大する倍率色収差や歪曲収差を更に良好に補正することができる。(11)式の上限の条件が満たされないと、第1レンズ群U1に対して拡大倍率の大きいズームレンズを想定することになり、(12)式に規定する色収差補正では、軸上色収差が補正不足となる。逆に、(11)式の下限の条件が満たされないと、第1レンズ群の焦点距離が長いレンズ系を想定することになり、広角化が困難となる。(12)式の上限の条件が満たされないと、色消しが過剰となり、第11レンズ群の各レンズの屈折力が不足し、十分なレトロ比や収差補正能力を持たせることが困難となる。(12)式の下限の条件が満たされないと、各レンズの曲率半径が小さくなり、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。
更に好ましくは、(11)式、(12)式は次の如く設定するのが良い。
1.2 < ft/f1 < 2.0 ・・・(11a)
25.0 < νfn−νfp < 40.0 ・・・(12a)
更に好ましくは、(12a)式は次の如く設定するのが良い。
1.3 < ft/f1 < 1.8 ・・・(11aa)
27.0 < νfn−νfp < 38.0 ・・・(12aa)
更には、前記ズームレンズの前記第2レンズ群U2に含む負の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の最大値をνvn、及びその光学材料の部分分散比をθvn、前記第2群に含む正の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の最小値をνvp、及びその光学材料の部分分散比をθvpとするとき、
35.0 < νvn−νvp < 75.0 ・・・(13)
−2.2×10−3 < (θvp−θvn)/(νvp−νvn)
< −1.0×10−3 ・・・(14)
を満たすことが良い。
(13)式及び(14)式は、本発明のズームレンズの第2レンズ群U2における2波長色消し及び、3波長色消しを規定している。
本発明の各実施例において、倍率色収差の広角端での2次スペクトル及びズーム変動を抑制するには、第2レンズ群U2の2波長色消し及び3波長色消しを良好に補正することが有効である。第2レンズ群U2はユニット全体として負の屈折力を有するため、負の屈折力成分に対するνvnを大きく、正の屈折力成分に対するνnpを小さく設定することで、L及びTに対する2波長色消しを良好に達成することができる。また、第2レンズ群U2は第1レンズ群U1で補正しきれなかった残存色収差を補正する役割も担う。第1レンズ群が正の屈折力を有する場合、ズームレンズの更なる広角化を図ると、2波長色消し時の倍率色収差のg線はオーバーへの残存量が増大する。そこで、瞳近軸光線Hが高い第2レンズ群U2の負の屈折力のレンズに部分分散比θgFの大きい光学材料を採用することで、倍率色収差のg線をアンダーへ補正することができる。つまり、(H)式や(14)式において分子を小さくすることで、倍率色収差の2次スペクトルΔyの増大を抑制する効果がある。
(13)式及び(14)式を満たすことで、主に広角化に伴い増大する倍率色収差を更に良好に補正することができる。(13)式の上限の条件が満たされないと、主に色収差補正を担うレンズに十分な屈折力を持たせることができず、倍率色収差の補正能力が不足するため、結果として広角化と良好な光学性能の両立が困難となる。逆に、(13)式の下限の条件が満たされないと、第2レンズ群U2に含む負レンズの硝材のアッベ数の最大値νvnと正レンズの硝材のアッベ数の最小値νvpの差(アッベ数差)が小さくなり、曲率半径が小さくなり、結果として小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。(14)式の上限の条件が満たされないと、一般的に使用し得る硝材の組み合わせとしてはアッベ数差が小さくなる光学材料を選択せざるを得なくなり、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。逆に、(14)式の下限の条件が満たされないと、上述の(H)式での説明の通り、2次スペクトルの補正が不足し、広角化に伴って増大する倍率色収差を良好に補正することが困難となる。
更に好ましくは、(13)式及び(14)式は次の如く設定するのが良い。
40.0 < νvn−νvp < 70.0 ・・・(13a)
−2.0×10−3 < (θvp−θvn)/(νvp−νvn)
< −1.2×10−3 ・・・(14a)
更には、前記ズームレンズの第3レンズ群は、物体側より負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズと、正の屈折力のレンズから成る条件を満たすことである。
前記条件は、本発明のズームレンズの第3レンズ群U3のレンズ構成を規定している。前記条件を満たすことで、特に広角化に伴い増大する像面彎曲を更に良好に補正することができる。
前記条件について図11を用いて説明する。図11の(a)及び(b)は、本発明のズームレンズにおいて像面彎曲のうねりが大きい、主に広角端近傍のズームポジションにおける光路図を概念的に示したものである。以下、特に第3レンズ群U3に関する要素を抽出して説明する。第3レンズ群U3を透過する軸上光束の主光線をR0、像面Iの中間像高に結像する軸外光束の主光線をR1、R1よりもさらに周辺像高に結像する軸外光束の主光線をR2で表す。図11の(a)に示す第3レンズ群U3は、物体側より正の屈折力のレンズ群U3pと負の屈折力のレンズ群U3nの順に構成されていることを表している。図11の(b)に示す第3レンズ群U3は、物体側より負の屈折力のレンズ群U3nと正の屈折力のレンズ群U3pの順に構成されていることを表している。ここで正の屈折力のレンズ群U3pは、1枚のレンズから成る構成と考えてもよいし、連続する2枚以上のレンズ構成から成ると考えてもよい。更に、正の屈折力のレンズ群U3pと負の屈折力のレンズ群U3nは接合を含むことを想定してもよい。一般的には、図11の(a)のような第3レンズ群U3の構成とすることで、主点を物体側へ配置させる効果があるため、広角化と変倍部の小型軽量化の両立には有利と考えられる。しかし、本発明に関るズームレンズにおいては、図11の(a)及び(b)のように、第3レンズ群U3に到達する軸外光束のうち、軸外光束R1が最も光軸からの距離が高い場合がある。この場合、図11の(a)のように、第3レンズ群への到達光束を正の屈折力のレンズ群U3pで受けると、中間像高の像面彎曲にアンダーのうねりを発生させる一因となる。そこで、図11の(b)のように第3レンズ群U3の最も物体側に負の屈折力のレンズ群U3nを配置することで、軸外光束R1をオーバーへ補正する効果が得られるため、像面彎曲のうねりを緩和する効果を持たせることができる。本発明のズームタイプにおいて、更なる広角化と高倍率化、小型軽量化を達成させるためには、第3レンズ群をより物体側からスタートさせるズーム軌跡を採用することが有効である。第3レンズ群がより物体側へ配置されると、軸外光束R1の光軸からの高さは益々増大するため、上述の技術はより効果的になる。図11の(a)のように、負の屈折力のレンズU3nが絞りに近く、軸外光束R1の光軸からの高さが低くなると、像面彎曲のうねりを補正する効果は弱くなる。
更には、前記ズームレンズの第11レンズ群または第12レンズ群は、少なくとも1面以上に非球面を施したレンズを有することである。
前記条件は、本発明のズームレンズの第11レンズ群U11または第12レンズ群U12に非球面を配置することを規定している。本発明の各実施例における非球面形状は、レンズ中心部で有する発散或いは収斂の屈折力に対して、レンズ周辺部ではその屈折力が緩和される形状で配置されることが望ましい。例えば、第11レンズ群の負の屈折力のレンズ面に非球面を配置する場合、広角化に伴って光軸に対して急峻な角度で光束が入射してくる状況に対し、発散を緩和する形状で非球面を配置すると、特に広角側で増大する樽型の歪曲収差を抑制することができる。逆に、第11レンズ群や第12レンズ群の正の屈折力のレンズ面に非球面を配置する場合、光軸に向かって収斂する屈折力を緩和する形状で非球面を配置すると、主に広角端から少し望遠側へズームしたポジション以降で増大する糸巻きの歪曲収差を抑制することができる。且つ、レンズ中心部に対しては十分な負及び正の屈折力を持たせることができるため、レトロ比を大きくしやすくなり、広角化と良好な収差補正の両立に有効である。
更に、ズームレンズの広角化を図ると像面彎曲のうねりが増大する傾向がある。本発明の各実施例においても、広角化に伴って主に広角側のズームポジションにおいて中間像高でアンダーへうねりが増大する傾向があった。そこで、第11レンズ群或いは第12レンズ群の適切なレンズ面に非球面を配置することで、中間像高の光束をオーバーへ補正し、像面彎曲のうねりを緩和することができる。
前記条件を満たすことで、特に広角化に伴い増大する歪曲収差や像面彎曲を更に効果的に補正することができる。
更に、本発明におけるズームレンズを有する撮像装置において、
広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
1.5 < ft/fw < 5.0 ・・・(15)
なる条件式を満たすと良い。この(15)式の上限の条件が満たされないと、変倍に必要な移動量の抑制の為に各群の屈折力が強くなり、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難になる。逆に、(15)式の下限の条件が満たされないと、変倍が少ないレンズ系を想定することになり、本発明の技術では過剰なスペースや収差補正が発生して、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。
また、前記ズームレンズの広角端の撮影画角をωwとするとき、
37.0 < ωw < 50.0 ・・・(16)
なる条件式を満たすと良い。この(16)式の上限の条件が満たされないと、更なる広角化に対する各群の主点の像側への配置や収差補正能力が不足し、広角化と良好な光学性能の両立が困難となる。逆に、(16)式の下限の条件が満たされないと、比較的望遠系のレンズを想定することになり、過剰な構成枚数となったり、特に軸上色収差などの収差補正能力の不足が発生して、小型軽量化と良好な光学性能の両立が困難となる。
(15)式及び(16)式は、本発明のズームレンズのズーム倍率と広角端半画角の範囲を規定している。(15)式及び(16)式を満たすことで、本発明の各実施例に採用したズームタイプや屈折力配置、収差補正などの技術を最も効果的に発揮することができる。
更に好ましくは、(15)式及び(16)式は次の如く設定するのが良い。
2.0 < ft/fw < 4.5 ・・・(15a)
40.0 < ωw < 48.5 ・・・(16a)
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施例による具体的なレンズ構成について説明する。
第1の実施例に示すズームレンズは、物体側から順に変倍のためには移動しない正の屈折力の第1レンズ群、変倍用に移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際し像面補正を担う正の屈折力の第3レンズ群、変倍のためには移動しない正の屈折力の第4レンズ群から成る。
第1レンズ群は物体側より焦点調整のためには移動しない負の屈折力の第11レンズ群、フォーカスの際に光軸方向に移動する正の屈折力の第12レンズ群、焦点調整のためには移動しない正の屈折力の第13レンズ群から成る。第11レンズ群は物体側より負の屈折力のレンズ3枚と、正の屈折力のレンズ1枚から成る。第11レンズ群の物体側に負の屈折力のレンズを連続して配置することで、各レンズの曲率半径の増大を抑えながらもレトロ比を大きくしやすくなるため、広角化と良好な光学性能の両立に有利である。且つ、第11レンズ群の負の屈折力のレンズを分散の小さい光学材料で構成することで、特に広角化に伴って増大する倍率色収差を良好に補正できる。更に、第11レンズ群に負と正の屈折力のレンズを組み合わせて配置することで、物体距離変動時の収差変動、特に倍率色収差の変動を良好に補正することができる。実施例1の第11レンズ群の最も物体側の負レンズに非球面を配置することで、広角化に伴って増大する歪曲収差や像面彎曲を良好に補正している。第12レンズ群は正の屈折力のレンズ1枚から成る。第12レンズ群を分散の小さい1枚のレンズから構成することで、フォーカス移動群の小型軽量化と物体距離変動時の収差変動の抑制の両立を達成している。第13レンズ群は負と正の接合レンズと、正の屈折力のレンズ2枚から成る。第13レンズ群の物体側に負のレンズを配置することで、第13レンズ群の主点を像側へ位置させる作用が強まり、広角化と小型軽量化の両立を達成している。
第2レンズ群は負の屈折力のレンズと、負と正の接合レンズと、負の屈折力のレンズから成り、広角端から望遠端への変倍に際して物体側から像側へ単調に移動する軌跡を取る。第2レンズ群の物体側に負の屈折力を配置することで第2レンズ群の物体側主点を物体側へ位置させる作用が強まり、広角化と小型軽量化を達成している。また、第2レンズ群の物体側寄りに分散の小さい光学材料から成る負の屈折力のレンズを配置することで、特に広角側における倍率色収差を良好に補正している。
第3レンズ群は正の屈折力のレンズと、正と負の屈折力のレンズから成り、広角端から望遠端への変倍に際して像側へ移動した後、物体側へ移動する軌跡を取る。第3レンズ群は最も像側に負のレンズを配置することで、第3レンズ群の主点を物体側へ位置させる作用が強まり、広角化と変倍群の小型軽量化を達成している。第4レンズ群は7枚のレンズから成る。
第1の実施例の各条件式対応値を表1に示す。数値実施例1はいずれの条件式も満足しており、広角化と高倍率化、小型軽量化を達成しつつ、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
なお、本発明の実施例における接合レンズは微少な空気間隔を有する分離レンズとして存在していてもよい。これは本発明においてレンズ形状としての変形及び変更の想定内であり、以下全ての実施例においても同様である。
以下、図3を参照して、本発明の第2の実施例による具体的なレンズ構成について説明する。以下の各実施例においては、主に前述の実施例に対する差異や特徴を記述する。
第2の実施例に示すズームレンズは、第11レンズ群が物体側より負の屈折力のレンズ2枚と、正の屈折力のレンズ1枚から成る。各レンズの間隔を適切に確保することにより、各レンズの屈折力を極端に強めることなく、第11レンズ群の更なる小型軽量化と良好な光学性能の両立を達成している。更に、第11レンズ群の1枚目の負の屈折力のレンズに非球面を配置することで、広角側の収差補正、特に像面彎曲や歪曲収差などを効果的に補正している。第12レンズ群は負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズの接合から成る。フォーカス移動群を接合レンズで構成することにより、物体距離変動に対する光学性能変動、特に色収差変動を良好に補正することができる。第13レンズ群は正の屈折力のレンズと、負と正の接合レンズと、正の屈折力のレンズ2枚から成る。第13レンズ群を構成する正の屈折力のレンズ枚数を増やすことにより、各レンズの曲率半径が大きくなり、レンズ厚を薄くできるため、良好な光学性能と小型軽量化の両立を達成している。
第2の実施例の各条件式対応値を表1に示す。数値実施例2はいずれの条件式も満足しており、広角化と高倍率化、小型軽量化を達成しつつ、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
以下、図5を参照して、本発明の第3の実施例による具体的なレンズ構成について説明する。
第3の実施例に示すズームレンズは、第11レンズ群の1枚目の負の屈折力のレンズ及び、第12レンズ群の正の屈折力のレンズに非球面を配置することで、広角側の収差補正、特に像面彎曲や歪曲収差などを効果的に補正している。第2レンズ群は物体側より負の屈折力のレンズ2枚と負と正の屈折力のレンズの接合から成る。第2レンズ群の物体側寄りに負のレンズを配置することで、第2レンズ群の物体側主点を物体側へ位置させる作用が強まり、広角化に有利である。第3レンズ群は、負と正の屈折力のレンズの接合と、正の屈折力のレンズから成る。負の屈折力のレンズを物体側へ配置することで、広角化に伴って増大する像面のうねりを補正する作用が強まり、更なる広角化と良好な光学性能の両立を達成している。
第3の実施例の各条件式対応値を表1に示す。数値実施例3はいずれの条件式も満足しており、広角化と高倍率化、小型軽量化を達成しつつ、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
以下、図7を参照して、本発明の第4の実施例による具体的なレンズ構成について説明する。
第4の実施例に示すズームレンズは、第11レンズ群が物体側より負の屈折力のレンズ2枚と負と正の屈折力のレンズの接合から成る。第11レンズ群内で、広角からズーム中間にかけて軸外光束が光軸から高い位置を通るレンズを接合することで、小型軽量化と良好な光学性能の両立を達成している。第11レンズ群の1枚目の負の屈折力のレンズに非球面を配置することで、広角側の収差補正、特に像面彎曲や歪曲収差などを効果的に補正している。第2レンズ群は、負の屈折力のレンズ2枚と正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズから成る。負と正の屈折力のレンズを接合レンズとせずに剥がすことで収差補正の自由度を確保している。第3レンズ群は、負と正の屈折力のレンズの接合と、正の屈折力のレンズから成る。負の屈折力のレンズを物体側へ配置することで、広角化に伴って増大する像面のうねりを補正する作用が強まり、更なる広角化と良好な光学性能の両立を達成している。
第4の実施例の各条件式対応値を表1に示す。数値実施例4はいずれの条件式も満足しており、広角化と高倍率化、小型軽量化を達成しつつ、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
以下、図9を参照して、本発明の第5の実施例による具体的なレンズ構成について説明する。
第5の実施例に示すズームレンズは、第11レンズ群の2枚目の負の屈折力のレンズ及び、第12レンズ群の正の屈折力のレンズに非球面を配置することで、広角側の収差補正、特に像面彎曲や歪曲収差などを効果的に補正している。更には、フォーカス移動群である第12レンズ群に適切な範囲内で強い屈折力を持たせ、フォーカス繰り出し量を小さくすることで、第1レンズ群の小型軽量化との両立を達成している。第12レンズ群を構成する光学材料は適切な範囲内で屈折率が高く、且つ分散の小さな材料を選ぶことにより、小型軽量化と良好な光学性能の両立を達成している。
第5の実施例の各条件式対応値を表1に示す。数値実施例5はいずれの条件式も満足しており、広角化と高倍率化、小型軽量化を達成しつつ、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
図12を参照して、本発明の各実施例を有する撮像装置について説明する。
図12は実施例1〜5のズームレンズを撮影光学系として用いた撮像装置(テレビカメラシステム)の要部概略図である。図12において101は実施例1〜5のいずれかのズームレンズである。124はカメラである。ズームレンズ101はカメラ124に対して着脱可能となっている。125はカメラ124にズームレンズ101を装着することで構成される撮像装置である。ズームレンズ101は第1レンズ群F、変倍部LZ、結像用の第4レンズ群Rを有している。第1レンズ群Fは合焦用レンズ群が含まれている。変倍部LZは変倍のために光軸上を移動する第2レンズ群と、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を移動する第3レンズ群が含まれている。SPは開口絞りである。114、115は各々第1レンズ群F、ズーム部LZを光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。116〜118は駆動機構114、115および開口絞りSPを電動駆動するモータ(駆動手段)である。119〜121は、第1レンズ群Fやズーム部LZの光軸上の位置や、開口絞りSPの絞り径を検出するためのエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。カメラ124において、109はカメラ124内の光学フィルタに相当するガラスブロック、110はズームレンズ101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。また、111、122はカメラ124及びズームレンズ101の各種の駆動を制御するCPUである。
このように本発明のズームレンズをテレビカメラに適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
以下に本発明の実施例1〜5に対応する数値実施例1〜5を示す。各数値実施例においていずれも、iは物体側からの面(光学面、レンズ面)の順序を示す。riは物体側より第i番目の面の曲率半径、diは物体側より第i番目と第i+1番目の間隔、ndi、νdi、θgFiは、第i番目の面と第i+1番目の面との間の媒質(光学部材の材料、硝材)の屈折率、アッベ数、部分分散比である。この部分分散比θg,Fは前述の(C)式で表わす部分分散比である。有効径は、第i番目の面における有効径(有効光束の最大光線高)であり、焦点距離は、第i番目の面と第i+1番目の面との間に配置された光学部材(レンズ)の焦点距離である。また、BFは空気換算のバックフォーカスである。
非球面形状は、光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半径、kを円錐常数、A4、A6、A8、A10、A12をそれぞれ非球面係数としたとき、以下に示す(I)式で表される。また、「e−Z」は「×10−Z」を意味する。
Figure 0005893487
数値実施例1
単位 mm

面データ
第i面 ri di ndi νdi θgFi 有効径 焦点距離
1 98.70007 2.50000 1.772499 49.60 0.5521 75.668 -55.418
2 29.62727 16.26062 55.309
3 64.42910 2.00000 1.772499 49.60 0.5521 52.747 -87.740
4 32.65886 18.07660 47.083
5 -52.68987 2.00000 1.589130 61.14 0.5406 46.718 -111.047
6 -270.22920 1.49474 49.520
7 76.48550 5.60617 1.922860 18.90 0.6495 55.360 117.496
8 243.28386 4.02023 55.283
9 4668.02554 8.22678 1.487490 70.23 0.5300 55.637 134.050
10 -66.46589 5.36022 55.818
11 -622.14337 2.00000 1.846660 23.78 0.6205 52.313 -51.330
12 47.28994 12.39326 1.487490 70.23 0.5300 51.310 71.424
13 -122.23105 0.15000 51.721
14 118.96805 11.02578 1.496999 81.54 0.5374 52.223 80.349
15 -58.51414 0.15000 52.037
16 46.98238 4.59503 1.772499 49.60 0.5521 43.725 99.532
17 114.76830 (可変) 42.814
18 10396.90306 1.20000 1.754998 52.32 0.5476 27.090 -33.265
19 25.16697 4.86194 23.972
20 -153.43950 1.20000 1.496999 81.54 0.5374 23.390 -43.659
21 25.42462 5.07329 1.784696 26.29 0.6135 24.170 31.942
22 -4324.64113 3.34835 24.087
23 -39.81518 1.20000 1.834000 37.16 0.5775 23.967 -59.807
24 -195.14536 (可変) 24.612
25 142.25721 2.95792 1.729157 54.68 0.5444 25.745 79.349
26 -97.37703 0.20000 25.921
27 60.75670 5.04520 1.496999 81.54 0.5374 25.935 49.403
28 -40.26471 1.40000 1.834000 37.16 0.5775 25.718 -67.044
29 -143.79570 (可変) 25.753
30 0.00000 1.39957 24.312
31 85.08699 4.36998 1.761821 26.52 0.6135 24.020 33.919
32 -36.74762 1.50000 1.720467 34.70 0.5834 23.714 -32.337
33 65.96749 10.69231 22.734
34 112.13875 1.50000 1.834000 37.16 0.5775 21.437 -79.706
35 41.64594 5.81919 1.496999 81.54 0.5374 21.070 46.821
36 -50.62143 7.77569 20.819
37 36.34485 5.68860 1.496999 81.54 0.5374 22.099 35.111
38 -31.99802 1.50000 1.834000 37.16 0.5775 21.977 -19.605
39 34.59932 5.00023 22.435
40 40.76716 6.64810 1.487490 70.23 0.5300 27.106 44.425
41 -44.04308 40.00000 27.669
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.23037e-006 A 6=-6.41540e-010
A 8= 4.30245e-013 A10=-1.45017e-016 A12= 3.57965e-020

各種データ
ズーム比 2.86

焦点距離 14.00 21.00 40.00
Fナンバー 2.80 2.80 2.80
画角 48.00 36.52 21.24
像高 15.55 15.55 15.55
レンズ全長 255.05 255.05 255.05
BF 40.00 40.00 40.00

d17 2.31 16.93 27.94
d24 29.18 21.91 2.34
d29 9.32 1.97 10.53
d41 40.00 40.00 40.00

入射瞳位置 33.57 38.48 46.11
射出瞳位置 -70.63 -70.63 -70.63
前側主点位置 45.80 55.49 71.65
後側主点位置 26.00 19.00 -0.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 25.00 95.86 45.18 44.95
2 18 -24.00 16.88 4.02 -7.88
3 25 54.82 9.60 1.06 -4.98
4 30 83.91 51.89 34.16 -13.01
数値実施例2
単位 mm

面データ
第i面 ri di ndi νdi θgFi 有効径 焦点距離
1 95.37749 2.85000 1.772499 49.60 0.5521 73.040 -74.678
2 35.58322 21.12332 58.964
3 -135.55338 2.00000 1.603001 65.44 0.5402 57.605 -87.120
4 86.76814 7.91957 55.937
5 77.77528 5.06125 1.922860 18.90 0.6495 59.822 143.878
6 178.75533 3.55444 59.589
7 307.05210 8.69965 1.487490 70.23 0.5300 59.662 140.139
8 -87.42857 2.00000 1.603001 65.44 0.5402 59.573 -823.429
9 -106.94506 9.83103 59.607
10 122.87201 5.66234 1.522494 59.84 0.5439 56.058 196.554
11 -630.82928 0.20000 55.570
12 -945.44474 2.00000 1.854780 24.80 0.6123 55.380 -54.080
13 49.13627 11.65950 1.496999 81.54 0.5374 53.157 78.949
14 -182.04012 0.20000 53.222
15 143.91871 5.50000 1.522494 59.84 0.5439 52.781 181.676
16 -278.41578 0.20000 52.434
17 90.69667 6.85513 1.772499 49.60 0.5521 50.435 83.076
18 -215.74820 (可変) 49.553
19 -668.92717 1.20000 1.589130 61.14 0.5406 25.946 -42.061
20 25.85428 3.81622 22.729
21 -94.64299 1.20000 1.516330 64.14 0.5352 22.353 -34.665
22 22.27025 3.79165 1.755199 27.51 0.6103 20.739 32.605
23 199.79852 2.20808 20.275
24 -36.14348 1.20000 1.589130 61.14 0.5406 20.212 -46.960
25 121.41550 (可変) 20.639
26 101.78909 3.31668 1.589130 61.14 0.5406 21.449 58.653
27 -51.98522 0.20000 21.649
28 70.23678 4.07065 1.496999 81.54 0.5374 21.534 48.501
29 -36.15321 1.40000 1.834000 37.16 0.5775 21.308 -41.040
30 742.15054 (可変) 21.317
31 0.00000 0.60000 21.403
32 41.82457 3.42297 1.805181 25.42 0.6161 21.461 178.794
33 56.57582 16.10179 20.804
34 -435.74567 2.00000 1.728250 28.46 0.6077 20.779 173.533
35 -98.78372 7.42400 21.117
36 114.89137 4.85546 1.496999 81.54 0.5374 22.985 74.385
37 -53.97500 1.47600 23.218
38 -48.01088 1.70000 1.882997 40.76 0.5667 23.079 -21.363
39 31.89250 7.70000 1.496999 81.54 0.5374 24.045 38.448
40 -44.16514 7.01362 25.639
41 40.85638 4.00000 1.487490 70.23 0.5300 30.278 92.886
42 392.40877 50.00000 30.259
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.89702e-007 A 6= 2.32971e-010
A 8=-1.16421e-013 A10= 7.10643e-017 A12=-1.36430e-020

各種データ
ズーム比 4.00

焦点距離 20.00 40.00 80.00
Fナンバー 3.50 3.50 3.50
画角 37.87 21.24 11.00
像高 15.55 15.55 15.55
レンズ全長 270.03 270.03 270.03
BF 50.00 50.00 50.00

d18 0.90 23.99 36.00
d25 29.74 20.73 1.91
d30 15.38 1.30 8.11
d42 50.00 50.00 50.00

入射瞳位置 46.62 65.95 90.07
射出瞳位置 -88.75 -88.75 -88.75
前側主点位置 63.74 94.42 123.94
後側主点位置 30.00 10.00 -30.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 40.00 95.32 55.87 33.55
2 19 -21.00 13.42 4.71 -4.88
3 26 69.72 8.99 -0.88 -6.45
4 31 70.29 56.29 32.99 -26.58
数値実施例3
単位 mm

第i面 ri di ndi νdi θgFi 有効径 焦点距離
1 152.53568 2.50000 1.804000 46.57 0.5572 80.282 -53.079
2 33.23387 21.92204 59.405
3 -294.65548 1.80000 1.593490 67.00 0.5361 57.578 -114.469
4 88.90575 2.00000 54.488
5 114.88268 1.80000 1.593490 67.00 0.5361 54.217 -147.616
6 49.51362 8.00000 52.219
7 59.30182 5.18614 1.717362 29.50 0.6048 55.758 180.255
8 104.81202 5.00000 55.421
9 445.83966 7.89573 1.487490 70.23 0.5300 55.741 139.973
10 -80.41913 4.41178 55.963
11 64.95869 1.80000 1.854780 24.80 0.6123 52.805 -90.181
12 34.95003 11.85352 1.438750 94.93 0.5343 49.480 82.937
13 746.93180 0.20000 49.289
14 83.43049 5.15893 1.496999 81.54 0.5374 49.038 195.252
15 572.40587 0.40000 48.541
16 59.12257 8.94584 1.589130 61.14 0.5406 46.956 65.899
17 -107.93626 (可変) 46.120
18 -128.13466 1.20000 1.593490 67.00 0.5361 24.216 -27.257
19 18.65497 5.50351 20.301
20 -35.09497 1.20000 1.438750 94.93 0.5343 19.685 -65.818
21 167.08316 0.50000 19.147
22 37.48125 1.20000 1.438750 94.93 0.5343 19.154 -242.074
23 27.45145 2.40000 1.805181 25.42 0.6161 19.510 66.279
24 53.79181 (可変) 19.512
25 206.54541 1.40000 1.834000 37.16 0.5775 20.368 -35.677
26 26.07217 4.84231 1.516330 64.14 0.5352 20.777 41.351
27 -112.73214 0.20000 21.534
28 41.61518 3.09620 1.772499 49.60 0.5521 22.515 52.141
29 -1425.61456 (可変) 22.493
30 0.00000 3.72814 22.121
31 225.14682 3.37315 1.922860 18.90 0.6495 21.968 56.265
32 -68.08410 10.00000 21.819
33 -43.28566 1.50000 1.717362 29.50 0.6048 17.553 -18.742
34 20.01622 11.34310 1.487490 70.23 0.5300 18.952 26.813
35 -30.96172 1.90000 22.682
36 -56.43218 6.91739 1.438750 94.93 0.5343 23.890 56.279
37 -17.85101 1.23556 25.192
38 -17.30817 1.50000 1.903660 31.32 0.5946 24.955 -42.729
39 -32.46779 2.00000 27.878
40 311.10406 9.97254 1.487490 70.23 0.5300 31.552 40.795
41 -21.09811 2.00000 1.720467 34.70 0.5834 32.350 -164.979
42 -26.63455 40.00000 34.377
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.97535e-006 A 6=-5.16188e-010
A 8= 1.49560e-013 A10= 2.03100e-018 A12=-3.19604e-021

第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.31269e-007 A 6=-5.03317e-010
A 8= 8.88759e-013 A10=-1.17437e-015 A12= 5.19762e-019

各種データ
ズーム比 2.29

焦点距離 14.00 21.00 32.00
Fナンバー 2.70 2.70 2.70
画角 48.00 36.52 25.92
像高 15.55 15.55 15.55
レンズ全長 237.47 237.47 237.47
BF 40.00 40.00 40.00

d17 1.60 15.72 24.91
d24 20.32 13.40 2.72
d29 9.66 2.46 3.95
d42 40.00 40.00 40.00

入射瞳位置 34.33 39.92 45.39
射出瞳位置 -159.95 -159.95 -159.95
前側主点位置 47.35 58.72 72.27
後側主点位置 26.00 19.00 8.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 29.50 88.87 46.07 38.08
2 18 -23.50 12.00 1.47 -7.97
3 25 62.00 9.54 5.58 -0.21
4 30 59.53 55.47 42.41 -12.50
数値実施例4
単位 mm

面データ
第i面 ri di ndi νdi θgFi 有効径 焦点距離
1 94.01569 3.00000 1.772499 49.60 0.5521 77.416 -64.097
2 32.08149 22.00000 58.011
3 -207.77558 2.00000 1.603001 65.44 0.5402 56.619 -111.778
4 100.67023 7.21946 53.815
5 817.07836 2.00000 1.772499 49.60 0.5521 52.784 -54.284
6 40.02651 10.08909 1.805181 25.42 0.6161 52.214 62.910
7 163.57064 6.32372 52.102
8 559.20079 6.80390 1.487490 70.23 0.5300 53.467 176.086
9 -101.40751 7.90856 53.946
10 -2809.53668 2.00000 1.846660 23.78 0.6205 54.131 -78.103
11 68.42954 12.08338 1.496999 81.54 0.5374 54.267 79.502
12 -88.62346 0.20000 54.843
13 99.15962 13.71608 1.496999 81.54 0.5374 56.295 79.528
14 -63.00426 0.40000 56.032
15 41.69430 5.86717 1.589130 61.14 0.5406 45.970 127.480
16 88.39957 (可変) 44.309
17 144.26656 1.20000 1.804000 46.58 0.5572 23.753 -36.258
18 24.26363 4.83826 21.154
19 -40.33718 1.20000 1.487490 70.23 0.5300 20.359 -49.702
20 61.79067 1.52410 19.786
21 40.37278 4.34628 1.846660 23.78 0.6205 20.693 33.327
22 -92.05632 1.34578 20.643
23 -36.54169 1.20000 1.804000 46.58 0.5572 20.537 -35.691
24 138.88755 (可変) 20.948
25 146.27770 1.40000 1.903660 31.32 0.5946 22.024 -39.950
26 28.99740 4.29574 1.589130 61.14 0.5406 22.418 41.600
27 -153.41661 0.20000 22.946
28 53.39657 3.72996 1.772499 49.60 0.5521 23.803 53.948
29 -188.14663 (可変) 23.871
30 0.00000 12.28693 23.315
31 144.07385 5.38869 1.846660 23.78 0.6205 22.818 21.454
32 -20.65754 1.50000 1.805181 25.42 0.6161 22.672 -34.574
33 -80.56591 6.52360 22.142
34 -51.86512 1.50000 1.834000 37.16 0.5775 22.082 -26.273
35 38.86937 5.88641 1.496999 81.54 0.5374 22.935 38.444
36 -35.89185 2.00000 23.770
37 52.22724 6.35382 1.496999 81.54 0.5374 25.117 38.707
38 -29.35900 1.50000 1.903660 31.32 0.5946 25.103 -28.238
39 211.87275 1.00000 26.024
40 93.27227 4.80621 1.487490 70.23 0.5300 26.810 69.385
41 -52.45002 46.11000 27.274
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.07564e-006 A 6=-4.49925e-011
A 8=-2.37866e-017 A10= 2.77096e-017 A12=-4.33307e-021

各種データ
ズーム比 3.00

焦点距離 15.00 30.00 45.00
Fナンバー 3.00 3.00 3.00
画角 46.03 27.40 19.06
像高 15.55 15.55 15.55
レンズ全長 260.00 260.00 260.00
BF 46.11 46.11 46.11

d16 2.00 24.44 31.42
d24 21.58 11.69 2.02
d29 14.68 2.12 4.81
d41 46.11 46.11 46.11

入射瞳位置 38.65 49.53 55.90
射出瞳位置 -52.86 -52.86 -52.86
前側主点位置 51.38 70.44 80.44
後側主点位置 31.11 16.11 1.11

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 29.00 101.61 50.54 41.13
2 17 -20.40 15.65 4.08 -6.95
3 25 56.00 9.63 4.57 -1.16
4 30 74.63 48.75 23.69 -18.16
数値実施例5
単位 mm

面データ
第i面 ri di ndi νdi θgFi 有効径 焦点距離
1 52.03526 2.50000 1.772499 49.60 0.5521 72.165 -103.482
2 30.91519 12.72231 57.489
3 56.78526 2.20000 1.772499 49.60 0.5521 55.715 -92.046
4 31.10328 20.06776 49.329
5 -58.90814 2.10000 1.593490 67.00 0.5361 48.217 -65.836
6 118.84418 1.50259 50.639
7 72.50844 5.66826 1.959060 17.47 0.6599 54.127 106.315
8 233.74364 2.03720 54.075
9 181.50422 9.05500 1.487490 70.23 0.5300 54.520 112.003
10 -77.18651 5.73530 54.641
11 -238.79291 2.00000 1.846660 23.78 0.6205 52.116 -47.476
12 49.09709 13.19266 1.487490 70.23 0.5300 51.656 67.823
13 -93.27330 0.15000 52.215
14 126.45563 11.28826 1.496999 81.54 0.5374 53.230 81.671
15 -58.25396 0.15000 53.286
16 48.43648 5.18177 1.772499 49.60 0.5521 46.721 101.961
17 119.00436 (可変) 45.663
18 2100.98746 1.30000 1.754998 52.32 0.5476 25.729 -34.340
19 25.71887 4.21166 22.826
20 -82.77358 1.30000 1.496999 81.54 0.5374 22.390 -36.281
21 23.26064 4.69237 1.784696 26.29 0.6135 22.298 26.279
22 -179.55623 2.18844 22.215
23 -35.50225 1.30000 1.834000 37.16 0.5775 22.061 -36.647
24 234.07171 (可変) 22.696
25 283.65678 3.83014 1.729157 54.68 0.5444 24.054 56.975
26 -48.64182 0.40000 24.485
27 50.21870 5.08486 1.496999 81.54 0.5374 24.462 43.668
28 -37.12502 1.50000 1.834000 37.16 0.5775 24.199 -44.180
29 32003.74846 (可変) 24.169
30 0.00000 7.92560 24.082
31 158.65366 4.81128 1.496999 81.54 0.5374 23.958 72.289
32 -46.15062 2.43824 23.789
33 -218.24820 4.38390 1.808095 22.76 0.6307 22.413 34.979
34 -25.48127 1.20000 1.903660 31.32 0.5946 22.080 -28.530
35 -1368.46311 15.21655 21.721
36 -32.05668 3.05673 1.496999 81.54 0.5374 23.692 393.010
37 -28.42244 0.19984 24.870
38 118.55807 6.60300 1.438750 94.93 0.5343 25.802 50.452
39 -26.83710 1.20000 2.000690 25.46 0.6133 26.061 -49.245
40 -59.59977 0.68800 27.194
41 335.70340 4.13228 1.487490 70.23 0.5300 27.923 127.381
42 -76.19887 45.38000 28.332
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.72134e-006 A 6= 1.57275e-009
A 8=-1.96194e-013 A10=-4.85686e-017 A12= 8.85842e-019

第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.04914e-007 A 6= 2.52809e-012
A 8=-2.08997e-013 A10=-2.68841e-016 A12= 2.73790e-019

各種データ
ズーム比 3.03

焦点距離 16.50 25.00 50.00
Fナンバー 2.80 2.80 2.80
画角 43.30 31.88 17.28
像高 15.55 15.55 15.55
レンズ全長 260.93 260.93 260.93
BF 45.38 45.38 45.38

d17 2.51 19.44 35.17
d24 20.04 15.62 2.78
d29 18.40 5.89 3.00
d42 45.38 45.38 45.38

入射瞳位置 41.30 48.56 61.97
射出瞳位置 -75.12 -75.12 -75.12
前側主点位置 55.54 68.38 91.22
後側主点位置 28.88 20.38 -4.62

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 32.00 95.19 53.77 44.49
2 18 -20.00 16.23 5.70 -5.44
3 25 50.34 11.40 -0.17 -7.04
4 30 67.58 51.79 31.32 -16.76
表1に各数値実施例における各条件式に対応した数値を示す。
Figure 0005893487
ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特に放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に関するものである。
U1 第1レンズ群、U2 第2レンズ群、U3 第3レンズ群、U4 第4レンズ群、
U11 第11レンズ群、U12 第12レンズ群、U13 第13レンズ群、
SP 絞り、 I 像面

Claims (11)

  1. 物体側から順に変倍のためには移動しない正の屈折力を有する第1レンズ群、変倍の際に移動する負の屈折力を有する第2レンズ群、変倍の際に移動する正の屈折力を有する第3レンズ群、変倍のためには移動しない正の屈折力を有する第4レンズ群から成り、
    該第1レンズ群は物体側より焦点調整のためには移動しない負の屈折力を有する第11レンズ群、フォーカスの際に光軸上を移動する正の屈折力を有する第12レンズ群、焦点 調整のためには移動しない正の屈折力を有する第13レンズ群から成り、
    該第3レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して像側へ移動した後、物体側へ移動する軌跡を取り、
    該第1レンズ群の焦点距離をf1、該第2レンズ群の焦点距離をf2、該第3レンズ群の焦点距離をf3、該第3レンズ群の広角端における拡大倍率をβ3w、該第11レンズ群の焦点距離をf11、該第12レンズ群の焦点距離をf12とするとき、
    −2.2 < f1/f2 < −0.8
    −0.7 < 1/β3w < 0.5
    −0.55 < f2/f3 < −0.25
    −6.0 < f12/f11 < −2.5
    を満たすことを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第11レンズ群の焦点距離をf11とするとき、
    −1.5 < f11/f1 < −0.8
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 前記第13レンズ群の焦点距離をf13とするとき、
    1.4 < f13/f1 < 2.6
    を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。
  4. 前記第11レンズ群は、物体側から順に少なくとも1枚以上の負の屈折力のレンズと少なくとも1枚以上の正の屈折力のレンズから成り、前記第11レンズ群内の負の屈折力のレンズの合成焦点距離をf11n、前記第11レンズ群内の正の屈折力のレンズの合成焦点距離をf11p、前記第11レンズ群の焦点距離をf11、とするとき、
    0.50 < f11n/f11 < 0.85
    −6.0 < f11p/f11 < −1.5
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第12レンズ群の焦点距離をf12、第12レンズ群に使用する光学材料の平均アッベ数をν12とするとき、
    3.0 < f12/f1 < 7.0
    60 < ν12
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をft、前記第11レンズ群に含まれる負の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の平均値をνfn、前記第11レンズ群に含まれる正の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の平均値をνfpとするとき、
    1.0 < ft/f1 < 2.2
    20.0 < νfn−νfp < 45.0
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  7. 前記ズームレンズの前記第2レンズに含まれる負の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の最大値をνvn、及びその光学材料の部分分散比をθvn、前記第2群に含まれる正の屈折力を有するレンズに用いた硝材のアッベ数の最小値をνvp、及びその光学材料の部分分散比をθvpとするとき、
    35.0 < νvn−νvp < 75.0
    −2.2×10−3<(θvp−θvn)/(νv−νv)<−1.0×10−3
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  8. 前記ズームレンズの第3レンズ群は、物体側より、負の屈折力のレンズと、正の屈折力のレンズと、正の屈折力のレンズから成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。
  9. 前記ズームレンズの第11レンズ群または第12レンズ群は、少なくとも1面以上に非球面を施したレンズを有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 請求項1乃至8のいずれか1項のズームレンズと前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置
  11. 前記ズームレンズの広角端の撮影画角をωw、広角端における全系の焦点距離をfw、望遠端における全系の焦点距離をft、とするとき、
    1.5 < ft/fw < 5.0
    37.0 < ωw < 50.0
    を満たすことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
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