JP6223026B2 - 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好適なものである。
近年、テレビカメラや映画用カメラ、写真用カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置には、小型軽量で、広画角・高変倍比かつ高い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、これを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。
広画角、高変倍比のズームレンズとして、最も物体側に正の屈折力のレンズ群を配置し、全体として5つのレンズ群により構成されるポジティブリード型の5群ズームレンズが知られている。
特許文献1、2では、物体側から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レンズ群からなる5群ズームレンズが開示されている。特許文献1は、収差補正を目的として、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔変化を規定することを開示している。特許文献2は、第1レンズ群の小型軽量化を目的として第2レンズ群と第3レンズ群の間隔変化を規定することを開示している。
特開平10−31157号公報 特開2011−81065号公報
本発明の目的は、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、物体側から像側へ順に、変倍のためには不動の正の屈折力の第1レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際して移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第4レンズ群、変倍のためには不動の正の屈折力の第5レンズ群から構成されるズームレンズであって、広角端から望遠端への変倍時に、隣り合う各レンズ群の間隔が変化し、該第1レンズ群は物体側から像側へ順に、合焦のためには不動の負の屈折力の第11レンズ群、合焦に際して移動する正の屈折力の第12レンズ群、合焦のためには不動の正の屈折力の第13レンズ群を有し、該第13レンズ群は負レンズを有し、該第2レンズ群と該第3レンズ群の望遠端における間隔をL2t、該第3レンズ群と該第4レンズ群の間隔が最小となるズーム位置での該第2レンズ群と該第3レンズ群の間隔をL2tm、該第2レンズ群と該第3レンズ群の広角端における間隔をL2w、該第3レンズ群と該第4レンズ群の広角端における間隔をL3w、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、としたとき、
1.6<L2tm/L2t<1000.0
L2w/L3w<1.0
−0.5<f2/f3<−0.05
を満足することを特徴とする。
本発明によれば、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。
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。 実施例1のズームレンズの、(A)広角端、(B)焦点距離87.9mm、(C)望遠端、における収差図である。 実施例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。 実施例2のズームレンズの、(A)広角端、(B)焦点距離69.5mm、(C)望遠端、における収差図である。 実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。 実施例3のズームレンズの、(A)広角端、(B)焦点距離29.6mm、(C)望遠端、における収差図である。 実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。 実施例4のズームレンズの、(A)広角端、(B)焦点距離64.7mm、(C)望遠端、における収差図である。 本発明の近軸結像関係の概略図である。 本発明の近軸結像関係の概略図である。 本発明のズーム時の軌跡を表した概略図である。 本発明の撮像装置の要部概略図である。
以下に本発明のズームレンズの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は本発明のズームレンズの実施例1としての数値実施例1の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図2は、数値実施例1の(A)広角端、(B)f=87.9mm、(C)望遠端(長焦点距離端)における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。
図3は本発明のズームレンズの実施例2としての数値実施例2の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図4は、数値実施例2の(A)広角端、(B)f=69.5mm、(C)望遠端における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。
図5は本発明のズームレンズの実施例3としての数値実施例3の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図6は、数値実施例3の(A)広角端、(B)f=29.6mm、(C)望遠端における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。
図7は本発明のズームレンズの実施例4としての数値実施例4の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図8は、数値実施例4の(A)広角端、(B)f=64.7mm、(C)望遠端における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。
縦収差図において、球面収差はe線(実線)、g線(点線)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)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。
本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、変倍のためには不動の正の屈折力の第1レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際して移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第4レンズ群、変倍のためには不動の正の屈折力の第5レンズ群、から構成されている。
第1レンズ群は、物体側より像側へ順に、合焦のためには不動で負の屈折力の第11レンズ群、合焦に際して光軸に沿って移動する正の屈折力の第12レンズ群、合焦のためには不動で正の屈折力の第13レンズ群を有する。第13レンズ群は少なくとも1枚の負レンズを有する。
第2レンズ群と第3レンズ群の望遠端における間隔をL2t、第3レンズ群と第4レンズ群の間隔が最小となるズーム位置での第2レンズ群と第3レンズ群の間隔をL2tm、
第2レンズ群と第3レンズ群の広角端における間隔をL2w、第3レンズ群と第4レンズ群の広角端における間隔をL3w、第2レンズ群と第3レンズ群の焦点距離をそれぞれf2、f3とするとき、
1.6 < L2tm/L2t < 1000.0・・・(1)
L2w/L3w < 1.0・・・(2)
−0.5< f2/f3 < −0.05・・・(3)
なる条件式を満たすことを特徴としている。
本発明の5群ズームレンズにおいて、所定のズーム位置mにおける焦点距離fmは、第1レンズ群の焦点距離をf1、第Nレンズ群(N=1〜5)のズーム位置mにおける横倍率をβNmとしたとき、以下の式で表すことができる。
fm=f1×(β2m×β3m×β4m×β5m)・・・(X)
ただし、各横倍率および焦点距離は、物体距離無限遠での値である。
あわせて、ズームレンズであることから、変倍に関わらず、変倍群による像点が一定であるという条件を満たす必要がある。
本発明では、第5レンズ群は変倍の際に不動であることから横倍率β5mは変倍に際し変化しない。所定のfmを得るための条件(β2m×β3m×β4m)は一義的には決まらない。したがって所定の範囲で任意に各変倍移動群の移動軌跡を変更可能である。
本発明の5群ズームレンズにおいて、ズーム位置mにおいて第2レンズ群U2と第3レンズ群U3の間隔を変化させたときの第4レンズ群U4のパワー配置を以下に説明する。
一般に、焦点距離がそれぞれfa、fbであるレンズaとレンズbの合成焦点距離fabは、レンズ間の主点間隔をe’として以下の式(Y)で表される。
1/fab=1/fa+1/fb−e’×1/fa×1/fb・・・(Y)
式(Y)により、faが負、fbが正であり、かつ合成焦点距離fabが負となる条件においては、e’が大きくなるとfabの絶対値は大きくなり、e’が小さくなるとfabの絶対値は小さくなる。
また、レンズの近軸結像関係は、以下の式(Z)で表される。ここで、fはレンズの焦点距離、sはレンズの物点、s’はレンズの像点である。
1/s’=1/s+1/f・・・(Z)
図9と式(Z)により、f<0、s>0であり、かつ|s|>|f|である場合(s’<0である場合)、fの絶対値を増大させるとs’の絶対値は増大し、fの絶対値を減少させるとs’の絶対値は減少する。図9はs<0かつf>0の概略図であるが、式(Z)を満たすため、上記f、s、s’の関係は変わらない。
本発明では、広角端から望遠端にかけてU2とU3の合成焦点距離は負であり、U2とU3の合成レンズに関して、物点は像側(s>0)、像点は物体側(s’<0)である。よって、U2とU3の間隔を広げると、式(Y)によりU2とU3の合成焦点距離の絶対値は大きくなる。したがって、U2とU3による像点は式(Z)により物体側に移動する。このとき、ズームレンズとして像点を補正するために、U4は物体側に移動する。同様に、U2とU3の間隔を狭めると、U4は物体側に移動する。
そこで本発明では、U3とU4が最も近付くズーム位置tmにおいてU2とU3の間隔を広げながら、望遠端でU2とU3の間隔が狭まるようなレンズ配置をとる。これによりU3とU4が最も近付く配置でU4が像側に位置し、U3とU4の間隔を適切に保つことができる。また、望遠端でU4が像側に繰り出すことを抑制し、U4と第5レンズ群U5の望遠端における間隔を縮めることができる。具体的には、図11のような軌跡をとる。上記レンズ配置をとることにより、高倍率化と全系の小型軽量化を両立させることができる。
本発明の5群ズームレンズでは、合焦方式としていわゆる3群インナーフォーカス方式を利用している。ここで3群インナーフォーカス方式とは、第1レンズ群U1を物体側から順に負の屈折力の第11レンズ群U11、正の屈折力の第12レンズ群U12、正の屈折力の第13レンズ群U13より構成し、第12レンズ群U12を移動させて合焦を行う方式である。合焦時、第11レンズ群U11および第13レンズ群U13は不動であり、第12レンズ群U12を物体側から像側へ移動させることで、無限遠物体から至近物体への合焦操作を行う。3群インナーフォーカス方式を利用することで、ズーム時、フォーカス時の収差変動を抑制する効果があることが知られている。また、正の屈折力の第13レンズ群U13に少なくとも1枚の負レンズを有する構成とすることで、色収差のズーム変動を有効に補正することが可能となる。
本発明におけるパワー配置を、概略図を用いて説明する。図10に、本発明の近軸追跡の概略図を示す。図10中の矢印は第1レンズ群U1および第2レンズ群U2、第3レンズ群U3、第4レンズ群U4、第5レンズ群U5を表しており、破線が物体近軸光線、点線が瞳近軸光線を表す。ST、IMGはそれぞれ絞り、像面を表す。図10において、(A)、(B)、(C)は、第2レンズ群U2が光軸上で同じ位置にあるときに第3レンズ群U3、第4レンズ群U4の配置が異なることを示している。図10(A)に対して、図10(B)では、第3レンズ群U3が像側に移動しており、第2レンズ群U2と第3レンズ群U3の間隔が広い。このとき、図10(B)に示すように、第4レンズ群U4は図10(A)より像側に位置している。また、図10(A)に対して、図10(C)では、第3レンズ群U3が物体側に移動しており、第2レンズ群U2と第3レンズ群U3の間隔が狭い。このとき、図10(C)に示すように、第4レンズ群U4は図10(A)より物体側に位置している。
条件式(1)は、望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔L2tと、変倍時に第3レンズ群と第4レンズ群が最も近接するズーム位置tmでの第2レンズ群と第3レンズ群の間隔L2tmの比に関する。条件式(1)を満足することで、高倍率化と全系の小型軽量化を両立することができる。
条件式(1)の上限を超えると、望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が狭くなりすぎ、高速でレンズ群を駆動する場合にレンズ群同士が干渉する可能性があり、製造上好ましくない。条件式(1)の下限を超えると、望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が広くなりすぎ、第4レンズ群が過剰に像側に配置されてしまう。これにより、変倍時に第4レンズ群の像側への移動量が大きくなり、高倍率化のためには移動群が駆動するスペースを確保する必要があるため、全系の小型軽量化に不利であり、好ましくない。また、第3レンズ群と第4レンズ群が最も近接するズーム位置で第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が狭くなりすぎる。そのため、第3レンズ群と第4レンズ群の干渉を防ぐために第3レンズ群と第4レンズ群の間隔を広く取る必要があり、全系の小型軽量化に不利であり、好ましくない。
条件式(2)は、広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔L2wおよび、広角端における第3レンズ群と第4レンズ群の間隔L3wの比に関する。条件式(2)を満足することで、広角端において第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が小さくなり、望遠側で第4レンズ群の移動量を抑制することができる。
条件式(3)は、第2レンズ群の焦点距離f2と第3レンズ群の焦点距離f3の比に関する。条件式(3)を満足することで、高倍率化と全系の小型軽量化を両立するとともに、高い光学性能を得ることができる。条件式(3)の上限を超えると、第2レンズ群の焦点距離の絶対値が小さくなりすぎ、第2レンズ群が大きな屈折力を持ってしまい、変倍時の収差変動が大きくなりすぎるため、好ましくない。条件式(3)の下限を超えると、第2レンズ群の焦点距離の絶対値が大きくなりすぎ、高倍率化に不利となるため好ましくない。また、第3レンズ群の焦点距離が小さくなりすぎ、変倍時の収差変動が大きくなりすぎるため好ましくない。
更に好ましくは、(1)〜(3)式は次の如く設定するのが良い。
3.0 < L2tm/L2t <10.00・・・(1a)
L2w/L3w < 0.5・・・(2a)
−0.4< f2/f3 < −0.1・・・(3a)
更に、第4レンズ群の焦点距離f4、広角端における全系の焦点距離をfwとしたとき、
L2w/L2tm<1.6・・・(4)
−20.0<f4/fw<−2.0 ・・・(5)
−3.0<f2/fw<−0.7・・・(6)
なる条件の内1以上を満足するのが良い。
条件式(4)は、広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔L2w、および、変倍時に第3レンズ群と第4レンズ群が最も近接するズーム位置tmでの第2レンズ群と第3レンズ群の間隔L2tmの比に関する。条件式(4)を満足することで、高倍率化と全系の小型軽量化を両立することができる。
条件式(4)の上限を超えると、広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が広くなりすぎ、第2レンズ群と第3レンズ群の合成焦点距離の絶対値が大きくなりすぎるため、高倍率化に不利となり、好ましくない。
条件式(5)は、第4レンズ群の焦点距離f4と広角端における全系の焦点距離fwの比に関する。条件式(5)を満足することで、高倍率化と全系の小型軽量化を両立するとともに、高い光学性能を得ることができる。条件式(5)の上限を超えると、第4レンズ群の焦点距離の絶対値が小さくなりすぎ、第4レンズ群が大きな屈折力を持ってしまい、変倍時の収差変動が大きくなりすぎるため、好ましくない。条件式(5)の下限を超えると、第4レンズ群の焦点距離の絶対値が大きくなりすぎ、変倍時の像点補正のために大きく移動する必要があり、小型軽量化や高倍率化に不利となり、好ましくない。
条件式(6)は、第2レンズ群の焦点距離f2と広角端における全系の焦点距離fwの比に関する。条件式(6)を満足することで、高倍率化と全系の小型軽量化を両立するとともに、高い光学性能を得ることができる。条件式(6)の上限を超えると、第2レンズ群の焦点距離の絶対値が小さくなりすぎ、第2レンズ群が大きな屈折力を持ってしまい、変倍時の収差変動が大きくなりすぎるため、好ましくない。条件式(6)の下限を超えると、第2レンズ群の焦点距離の絶対値が大きくなりすぎ、高倍率化を達成するためには変倍時に大きく移動する必要があり、小型軽量化に不利であり、好ましくない。
更に好ましくは、(4)〜(6)式は次の如く設定するのが良い。
L2w/L2tm< 1.5・・・(4a)
−12.0<f4/fw<−2.5・・・(5a)
−2.5<f2/fw<−1.0・・・(6a)
なる条件の内1以上を満足するのが良い。
更には、第3レンズ群U3は少なくとも1つの負レンズと1つの正レンズからなるレンズを有することが好ましい。第3レンズ群U3に凹レンズと凸レンズを用いることで、変倍による諸収差の変動、特に色収差の変動を効果的に補正することが容易になる。
以下に本発明のズームレンズの数値実施例1〜4のレンズ構成の特徴を説明する。各実施例のレンズ断面図において、IPは像面であり、固体撮像素子の撮像面に相当している。
[実施例1]
第1の実施例に示すズームレンズに関して、3群インナーフォーカス方式である第1レンズ群U1と、変倍に際して移動するレンズ群である第2レンズ群U2、第3レンズ群U3、第4レンズ群U4について主に説明する。
第1レンズ群U1は、数値実施例1において第1レンズ面〜第17レンズ面に対応し、物体側から順に第11レンズ群U11と、第12レンズ群U12と、第13レンズ群U13と、から構成される。U12は、数値実施例1において第7レンズ面〜第10レンズ面に対応する。U13には、1枚の負レンズが含まれている。
第2レンズ群U2は、数値実施例1において第18レンズ面〜第21レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、2枚の負レンズにて構成されている。
第3レンズ群U3は、数値実施例1において第22レンズ面〜第24レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
第4レンズ群U4は、数値実施例1において第25レンズ面〜第27レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
非球面は第11レンズ群U11の最も物体側のレンズである第1レンズの物体側面(第1レンズ面)、第12レンズ群U12の最も物体側のレンズ面である第4レンズの物体側面(第7レンズ面)に用いられている。主に広角側の歪曲収差や像面彎曲の補正およびフォーカシング時の収差変動の補正を行っている。
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。
[実施例2]
第2の実施例に示すズームレンズに関して、3群インナーフォーカス方式である第1レンズ群U1と、変倍に際して移動するレンズ群である第2レンズ群U2、第3レンズ群U3、第4レンズ群U4について主に説明する。
第1レンズ群U1は、数値実施例2において第1レンズ面〜第15レンズ面に対応し、物体側から順に第11レンズ群U11と、第12レンズ群U12と、第13レンズ群U13と、から構成される。第12レンズ群U12は、数値実施例2において第7レンズ面〜第8レンズ面に対応する。第13レンズ群U13には、1枚の負レンズが含まれている。
第2レンズ群U2は、数値実施例2において第16レンズ面〜第19レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、2枚の負レンズにて構成されている。
第3レンズ群U3は、数値実施例2において第20レンズ面〜第21レンズ面に対応し、正レンズ1枚にて構成されている。
第4レンズ群U4は、数値実施例2において第22レンズ面〜第24レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
非球面は第11レンズ群U11の最も物体側のレンズである第1レンズの物体側面(第1レンズ面)、第12レンズ群U12の最も物体側のレンズ面である第4レンズの物体側面(第7レンズ面)に用いられている。主に広角側の歪曲収差や像面彎曲の補正およびフォーカシング時の収差変動の補正を行っている。
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、更に移動群である第3レンズ群が正レンズ1枚にて構成されている。これにより、更なる小型軽量化を達成しつつ、広角化と高倍率化、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
[実施例3]
第3の実施例に示すズームレンズに関して、3群インナーフォーカス方式である第1レンズ群U1と、変倍に際して移動するレンズ群である第2レンズ群U2、第3レンズ群U3、第4レンズ群U4について主に説明する。
第1レンズ群U1は、数値実施例3において第1レンズ面〜第20レンズ面に対応し、物体側から順に第11レンズ群U11と、第12レンズ群U12と、第13レンズ群U13と、から構成される。U12は、数値実施例3において第9レンズ面〜第10レンズ面に対応する。U13には、2枚の負レンズが含まれている。
第2レンズ群U2は、数値実施例3において第21レンズ面〜第27レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、2枚の負レンズと、正レンズと負レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
第3レンズ群U3は、数値実施例3において第28レンズ面〜第29レンズ面に対応し、正レンズ1枚にて構成されている。
第4レンズ群U4は、数値実施例3において第30レンズ面〜第32レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
非球面は第12レンズ群U12を構成するレンズである第5レンズの像側面(第10レンズ面)に用いられている。主に広角側の歪曲収差や像面彎曲の補正を行っている。
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、更に移動群である第3レンズ群が正レンズ1枚にて構成されている。これにより、更なる小型軽量化を達成しつつ、広角化と高倍率化、良好な光学性能を有するズームレンズを実現している。
[実施例4]
第4の実施例に示すズームレンズに関して、3群インナーフォーカス方式である第1レンズ群U1と、変倍に際して移動するレンズ群である第2レンズ群U2、第3レンズ群U3、第4レンズ群U4について主に説明する。
第1レンズ群U1は、数値実施例4において第1レンズ面〜第17レンズ面に対応し、物体側から順に第11レンズ群U11と、第12レンズ群U12と、第13レンズ群U13と、から構成される。U12は、数値実施例4において第7レンズ面〜第10レンズ面に対応する。U13には、1枚の負レンズが含まれている。
第2レンズ群U2は、数値実施例4において第18レンズ面〜第21レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、2枚の負レンズにて構成されている。
第3レンズ群U3は、数値実施例4において第22レンズ面〜第24レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
第4レンズ群U4は、数値実施例4において第25レンズ面〜第27レンズ面に対応し、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズがこの順に貼り合わされた接合レンズにて構成されている。
非球面は第11レンズ群U11の最も物体側のレンズである第1レンズの物体側面(第1レンズ面)、第12レンズ群U12の最も物体側のレンズ面である第4レンズの物体側面(第7面)に用いられている。主に広角側の歪曲収差や像面彎曲の補正およびフォーカシング時の収差変動の補正を行っている。
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。
図12は、本発明の実施例1〜4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1〜4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群F、変倍部LZ、結像用の第5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レンズ群と第3レンズ群と、変倍に伴う像面の変動を補正するために光軸上を移動する第4レンズ群が含まれている。SPは開口絞りである。第5レンズ群Rは光路中より挿抜可能なレンズユニットIE’、IEを有している。レンズユニットIE、IE’を切り替えることで、ズームレンズ101の全系の焦点距離範囲を変位している。114、115は各々第1群F、変倍部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や変倍部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内の光学フィルタや色分解光学系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形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
次に本発明の実施例1〜4に対応する数値実施例1〜4を示す。各数値実施例においてiは物体側からの面の順序を示し、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面と第i+1番目の間隔、ndiとνdiは第i番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。焦点距離、Fナンバー、画角は、それぞれ無限遠物体に焦点を合わせたときの値を表している。BFはレンズの最終面から像面までの距離である。
尚、非球面形状は、光軸方向の座標をx、光軸と垂直方向の座標をy、基準の曲率半径をR、円錐常数をk、n次の非球面係数をAnとして、以下の式で表される。但し、「e-x」は「×10-x」を意味している。尚、非球面を有するレンズ面には各表中の面番号の左側に*印を付している。
x=(y2/r)/{1+(1−k・y2/r20.5}+A4・y4+A6・y6+A8・ y8+A10・y10+A12・y12+A14・y14+A16・y16
また、各実施例の第2レンズ群、第3レンズ群の軌跡は、以下の式で表す。
尚、式中におけるm2は、第2レンズ群の広角端からの移動量を、広角端から望遠端までの移動量で規格化した値であり、広角端で0、望遠端で1となる。m3は第3レンズ群の広角端からの移動量m3である。Bnはn次の移動量係数である。
m3=B1・m2+B2・m22+B3・m23+B4・m24+B5・m25+B6・m26
本発明においては第2、第3レンズ群の軌跡を規定し、第4レンズ群で像面位置の補正を行っているが、像面位置の補正を担うレンズは第2、第3、第4レンズ群いずれでも本発明が成立することは言うまでもない。
各実施例と前述した各条件式との対応を表1に示す。
Figure 0006223026
数値実施例1
単位 mm

面データ
i ri di ndi vdi 有効径
1* 170.250 2.70 1.77250 49.6 84.46
2 43.763 25.14 69.41
3 -115.047 2.20 1.80100 35.0 68.55
4 230.743 0.94 69.68
5 129.092 8.18 1.95906 17.5 71.23
6 -538.566 0.50 71.12
7* 159.298 9.89 1.60311 60.6 70.04
8 -141.049 10.27 69.52
9 -71.186 4.00 1.84666 23.8 64.85
10 -84.133 9.71 65.95
11 513.979 1.40 1.84666 23.8 62.13
12 64.655 10.82 1.49700 81.5 60.94
13 -401.208 0.20 61.10
14 261.225 4.14 1.49700 81.5 61.24
15 -666.893 0.20 61.16
16 168.426 8.46 1.77250 49.6 61.76
17 -121.781 (可変) 61.69
18 40.751 1.20 2.00100 29.1 34.59
19 27.661 8.31 31.83
20 -57.166 1.20 1.88300 40.8 30.76
21 85.066 (可変) 30.04
22 85.066 5.57 1.72047 34.7 30.13
23 -46.450 1.00 1.49700 81.5 29.89
24 617.097 (可変) 28.92
25 -46.699 1.00 1.77250 49.6 28.35
26 61.450 3.60 1.92286 18.9 30.14
27 -276.523 (可変) 30.50
28(絞り) ∞ 1.50 35.53
29 287.050 3.27 1.77250 49.6 36.44
30 -141.930 0.15 36.72
31 56.654 4.14 1.77250 49.6 37.30
32 328.106 0.15 36.95
33 72.796 7.66 1.48749 70.2 36.33
34 -46.430 1.00 1.88300 40.8 35.63
35 -1118.900 11.08 35.14
36 81.963 4.95 1.60311 60.6 32.04
37 -67.745 0.10 31.59
38 22.373 5.55 1.48749 70.2 26.19
39 417.864 1.00 1.80518 25.4 24.62
40 20.325 4.23 21.41
41 44.412 4.87 1.48749 70.2 21.37
42 -28.306 1.00 2.00069 25.5 21.11
43 46.691 10.21 21.47
44 92.235 5.50 1.92286 18.9 28.65
45 -39.615 1.00 2.00069 25.5 28.96
46 -73.486 50.03 29.43
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 1.20165e+001 A 4= 1.16984e-007 A 6= 1.11912e-012 A 8=-1.51242e-013 A10= 3.85104e-017 A12= 1.41344e-020 A14=-1.18054e-023 A16=-8.19975e-029

第7面
K =-1.18533e+001 A 4=-6.94943e-008 A 6=-3.69208e-011 A 8= 1.34360e-013 A10=-1.06729e-016 A12= 2.80086e-020 A14= 2.67232e-023 A16=-1.39898e-026

各種データ
ズーム比 6.00
広角 中間 望遠
焦点距離 21.00 87.93 125.94
Fナンバー 2.77 2.77 3.66
半画角 35.54 9.68 6.79
像高 15.00 15.00 15.00
レンズ全長 314.76 314.76 314.76
BF 50.03 50.03 50.03

d17 0.33 57.49 65.29
d21 4.00 4.65 1.50
d24 51.63 3.71 7.98
d27 20.80 10.92 2.00
d46 50.03 50.03 50.03

入射瞳位置 57.21 126.01 149.18
射出瞳位置 -73.53 -73.53 -73.53
前側主点位置 74.64 151.36 146.75
後側主点位置 29.03 -37.91 -75.91

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 68.73 98.74 70.01 47.45
2 18 -25.40 10.71 6.74 -2.43
3 22 80.00 6.57 1.01 -2.91
4 25 -95.00 4.60 -0.92 -3.37
5 28 49.72 67.35 10.84 -59.68

ズーム軌跡データ
B1= 64.262 B2= 109.871 B3= -361.468
B4= 437.331 B5= -199.900 B6= 12.364

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -76.60
2 3 -94.93
3 5 107.79
4 7 125.11
5 9 -630.83
6 11 -86.62
7 12 112.58
8 14 377.13
9 16 92.23
10 18 -89.45
11 20 -38.34
12 22 42.17
13 23 -86.62
14 25 -34.05
15 26 54.09
16 29 122.76
17 31 87.64
18 33 59.20
19 34 -54.56
20 36 62.03
21 38 48.10
22 39 -26.32
23 41 36.14
24 42 -17.33
25 44 30.27
26 45 -86.38
数値実施例2
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 152.946 2.70 1.77250 49.6 88.26
2 42.913 21.97 71.02
3 -290.720 2.20 1.69680 55.5 70.62
4 198.244 5.10 69.69
5 92.190 8.05 1.92286 18.9 71.32
6 183.852 1.50 70.56
7* 129.463 8.07 1.60311 60.6 70.69
8 -469.585 13.91 70.38
9 193.883 1.40 1.84666 23.8 66.24
10 53.705 13.59 1.49700 81.5 63.89
11 -915.793 0.20 63.96
12 153.823 6.07 1.49700 81.5 64.02
13 -2497.182 0.20 63.71
14 179.148 9.55 1.77250 49.6 63.09
15 -116.727 (可変) 62.43
16 100.910 1.20 1.77250 49.6 35.03
17 32.733 5.88 31.50
18 -70.950 1.20 1.72916 54.7 30.80
19 68.926 (可変) 29.51
20 99.693 2.74 1.71736 29.5 26.82
21 -260.213 (可変) 26.44
22 -32.225 1.00 1.77250 49.6 26.25
23 53.944 4.39 1.92286 18.9 28.77
24 -115.090 (可変) 29.29
25(絞り) ∞ 1.50 30.65
26 476.468 3.27 1.77250 49.6 31.42
27 -84.289 0.15 31.74
28 87.373 3.10 1.77250 49.6 32.00
29 -1009.541 0.15 31.83
30 46.739 6.54 1.48749 70.2 31.15
31 -57.076 1.00 1.84666 23.8 30.46
32 55.202 10.85 29.50
33 45.838 5.25 1.72916 54.7 30.92
34 -110.502 0.10 30.57
35 56.345 4.64 1.48749 70.2 28.64
36 -75.036 1.00 1.80518 25.4 27.74
37 35.746 8.23 26.20
38 41.815 7.00 1.80809 22.8 28.72
39 -35.739 1.00 1.64000 60.1 28.47
40 28.730 3.88 26.44
41 36.580 7.98 1.49700 81.5 27.08
42 -25.203 1.00 2.00069 25.5 26.87
43 -78.734 50.07 27.66
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 9.49770e+000 A 4= 1.41404e-007 A 6=-8.11081e-011 A 8=-8.91733e-014 A10= 9.07733e-018 A12= 1.22996e-020 A14=-3.34625e-024 A16=-2.85941e-027

第7面
K =-1.01535e+001 A 4= 2.41448e-008 A 6=-8.83432e-011 A 8= 9.15680e-014 A10= 1.31238e-017 A12=-6.30445e-020 A14= 4.91891e-023 A16=-1.29340e-026

各種データ
ズーム比 5.00
広角 中間 望遠
焦点距離 20.00 69.46 100.00
Fナンバー 2.76 2.77 2.77
半画角 36.50 12.03 8.42
像高 14.80 14.80 14.80
レンズ全長 294.44 294.44 294.44
BF 50.07 50.07 50.07

d15 0.33 47.29 54.93
d19 13.20 9.42 2.00
d21 41.89 3.85 7.88
d24 11.40 6.26 2.00
d43 50.07 50.07 50.07

入射瞳位置 55.04 111.18 132.17
射出瞳位置 -54.21 -54.21 -54.21
前側主点位置 71.20 134.37 136.28
後側主点位置 30.07 -19.39 -49.93

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 62.90 94.51 65.09 38.14
2 16 -25.71 8.28 4.20 -2.75
3 20 100.00 2.74 0.44 -1.15
4 22 -80.00 5.39 -1.97 -4.92
5 25 42.13 66.64 8.93 -42.89

ズーム軌跡データ
B1= 43.851 B2= 126.862 B3= -384.782
B4= 443.393 B5= -166.042 B6= -19.878

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -77.68
2 3 -168.12
3 5 189.86
4 7 168.46
5 9 -87.28
6 10 102.25
7 12 290.92
8 14 92.36
9 16 -62.90
10 18 -47.57
11 20 100.00
12 22 -25.86
13 23 39.81
14 26 92.50
15 28 103.73
16 30 53.64
17 31 -32.68
18 33 44.88
19 35 66.56
20 36 -29.67
21 38 24.60
22 39 -24.64
23 41 31.28
24 42 -37.05
数値実施例3
単位 mm

面データ
i ri di ndi vdi 有効径
1 91.506 2.50 1.77250 49.6 81.17
2 33.027 18.20 60.05
3 211.834 1.80 1.81600 46.6 59.41
4 54.197 13.70 55.90
5 -82.253 1.70 1.81600 46.6 56.00
6 628.489 0.20 58.73
7 110.105 6.61 1.80518 25.4 61.93
8 -1149.207 5.20 62.16
9 -134.501 8.20 1.60311 60.6 62.53
10* -51.776 5.18 63.00
11 -461.386 9.91 1.43875 94.9 59.93
12 -55.551 1.65 1.80518 25.4 60.15
13 -85.336 3.06 61.73
14 75.564 1.65 1.83400 37.2 61.55
15 49.424 18.80 1.43875 94.9 59.51
16 -80.251 0.20 59.12
17 255.375 5.83 1.43387 95.1 56.33
18 -182.790 0.20 55.88
19 52.837 5.34 1.60311 60.6 51.80
20 108.886 (可変) 50.73
21 28.575 0.80 1.88300 40.8 23.47
22 17.674 4.37 21.14
23 54.391 1.00 1.88300 40.8 19.18
24 15.688 6.40 17.17
25 -26.632 3.77 1.80518 25.4 16.40
26 -13.763 0.85 1.88300 40.8 16.69
27 -88.755 (可変) 17.28
28 57.490 2.18 1.72825 28.5 17.95
29 -89.632 (可変) 18.17
30 -30.508 0.80 1.73400 51.5 18.25
31 48.899 2.05 1.80809 22.8 19.51
32 -194.327 (可変) 19.80
33(絞り) ∞ 1.46 26.16
34 -285.206 2.86 1.67003 47.2 26.82
35 -41.319 0.10 27.16
36 105.009 2.49 1.64000 60.1 27.72
37 -120.482 0.20 27.71
38 43.749 6.43 1.51633 64.1 27.23
39 -43.154 1.00 1.88300 40.8 26.53
40 169.018 30.05 26.09
41 -64.120 4.12 1.56732 42.8 24.71
42 -34.235 1.95 25.35
43 -30605.234 1.00 1.88300 40.8 24.88
44 18.874 8.87 1.51633 64.1 24.57
45 -43.522 0.30 25.50
46 62.813 7.65 1.48749 70.2 26.48
47 -25.472 1.00 1.88300 40.8 26.56
48 -1771.059 0.19 27.86
49 56.592 8.80 1.48749 70.2 28.98
50 -26.889 3.34 29.37
51 ∞ 33.00 1.60859 46.4 25.96
52 ∞ 13.20 1.51680 64.2 17.04
53 ∞ 5.00 13.25
像面 ∞

非球面データ
第10面
K = 9.16806e-001 A 4= 1.06653e-006 A 6= 4.77333e-010 A 8= 7.02528e-013 A10=-6.33716e-016 A12= 5.87519e-019 A14= 0.0 A16= 0.0

各種データ
ズーム比 13.00
広角 中間 望遠
焦点距離 4.65 29.63 60.43
Fナンバー 1.90 1.90 2.80
半画角 49.79 10.52 5.20
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 317.33 317.33 317.33
BF 5.00 5.00 5.00

d20 0.97 37.97 43.50
d27 0.33 1.03 0.34
d29 39.34 1.13 7.39
d32 11.55 12.05 0.95
d53 5.00 5.00 5.00

入射瞳位置 37.81 77.74 111.15
射出瞳位置 167.76 167.76 167.76
前側主点位置 42.59 112.76 194.03
後側主点位置 0.35 -24.63 -55.44

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 27.78 109.93 49.44 37.12
2 21 -10.20 17.18 5.81 -7.49
3 28 48.00 2.18 0.49 -0.77
4 30 -55.00 2.85 -0.41 -2.01
5 33 71.03 128.01 92.19 -141.76

ズーム軌跡データ
B1= 47.496 B2= -8.289 B3= -1.264
B4= 7.645 B5= 6.645 B6= 9.689

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -67.85
2 3 -89.26
3 5 -88.59
4 7 123.94
5 9 134.02
6 11 142.52
7 12 -200.84
8 14 -175.27
9 15 72.76
10 17 245.92
11 19 163.64
12 21 -54.03
13 23 -25.13
14 25 30.98
15 26 -18.44
16 28 48.00
17 30 -25.37
18 31 48.03
19 34 71.42
20 36 87.70
21 38 43.00
22 39 -38.62
23 41 122.61
24 43 -21.24
25 44 26.70
26 46 38.14
27 47 -29.11
28 49 38.60
29 51 0.00
30 52 0.00
数値実施例4
単位 mm

面データ
i ri di ndi vdi 有効径
1* 226.101 2.70 1.77250 49.6 92.26
2 44.306 26.14 73.29
3 -130.790 2.20 1.77250 49.6 72.90
4 207.823 0.20 74.15
5 116.035 6.99 1.95906 17.5 75.82
6 714.649 0.50 75.66
7* 202.656 12.60 1.60311 60.6 75.46
8 -91.158 11.93 75.19
9 -68.521 2.00 1.84666 23.8 66.65
10 -86.983 7.68 67.78
11 321.180 1.40 1.84666 23.8 66.10
12 65.869 12.81 1.49700 81.5 65.06
13 -384.669 0.20 65.40
14 280.395 7.10 1.59522 67.7 65.78
15 -215.303 0.20 65.74
16 153.621 8.83 1.77250 49.6 65.10
17 -140.533 (可変) 64.89
18 46.349 1.20 2.00100 29.1 32.89
19 27.608 6.54 29.92
20 -87.445 1.20 1.88300 40.8 28.99
21 54.870 (可変) 27.69
22 80.707 4.13 1.72047 34.7 26.09
23 -62.385 1.00 1.49700 81.5 25.76
24 471.774 (可変) 25.92
25 -37.865 1.00 1.77250 49.6 26.09
26 52.253 4.00 1.92286 18.9 28.11
27 -176.862 (可変) 28.56
28(絞り) ∞ 1.50 35.16
29 755.277 3.02 1.77250 49.6 35.91
30 -126.031 0.15 36.23
31 94.216 3.15 1.77250 49.6 36.77
32 1040.417 0.15 36.65
33 37.128 9.53 1.48749 70.2 36.10
34 -52.728 1.00 1.88300 40.8 35.32
35 2712.724 9.72 34.61
36 81.344 4.60 1.60311 60.6 31.07
37 -73.512 0.10 30.55
38 28.412 5.05 1.48749 70.2 26.10
39 -200.725 1.00 1.80518 25.4 24.67
40 21.818 4.76 21.60
41 30.189 5.65 1.48749 70.2 21.53
42 -27.517 1.00 2.00069 25.5 21.29
43 49.039 10.94 21.74
44 100.883 5.44 1.92286 18.9 29.73
45 -41.914 1.00 2.00069 25.5 30.05
46 -69.795 50.08 30.53
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 1.89043e+001 A 4= 9.74647e-008 A 6= 1.90772e-010 A 8=-2.98807e-013 A10= 1.09246e-016 A12= 1.27731e-020 A14=-2.09283e-023 A16= 3.63735e-027

第7面
K =-2.40898e+001 A 4=-2.11485e-007 A 6=-6.31059e-011 A 8= 1.22005e-013 A10=-4.67965e-017 A12=-2.52977e-021 A14= 1.24714e-023 A16=-2.17199e-027

各種データ
ズーム比 6.78
広角 中間 望遠
焦点距離 18.50 64.72 125.38
Fナンバー 2.77 2.77 3.66
半画角 39.04 13.05 6.82
像高 15.00 15.00 15.00
レンズ全長 315.01 315.01 315.01
BF 50.08 50.08 50.08

d17 0.33 44.38 55.40
d21 13.80 11.01 2.14
d24 38.44 3.83 15.07
d27 22.04 15.39 2.00
d46 50.08 50.08 50.08

入射瞳位置 53.25 106.15 152.12
射出瞳位置 -83.19 -83.19 -83.19
前側主点位置 69.18 139.44 159.54
後側主点位置 31.58 -14.63 -75.30

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 54.36 103.47 64.70 40.95
2 18 -23.24 8.94 5.23 -2.25
3 22 86.79 5.13 0.48 -2.59
4 25 -84.00 5.00 -1.31 -4.00
5 28 51.29 67.77 14.66 -62.67

ズーム軌跡データ
B1= 43.851 B2= 126.862 B3= -384.782
B4= 443.393 B5= -166.042 B6= -19.878

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -71.45
2 3 -103.12
3 5 141.72
4 7 105.55
5 9 -397.41
6 11 -97.16
7 12 113.90
8 14 204.99
9 16 95.81
10 18 -69.91
11 20 -37.81
12 22 49.10
13 23 -110.47
14 25 -28.15
15 26 43.54
16 29 139.36
17 31 133.27
18 33 46.15
19 34 -58.23
20 36 64.50
21 38 51.25
22 39 -24.17
23 41 30.41
24 42 -17.34
25 44 32.29
26 45 -105.79
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 U5:第5レンズ群

Claims (5)

  1. 物体側から像側へ順に、変倍のためには不動の正の屈折力の第1レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際して移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍に際して移動する負の屈折力の第4レンズ群、変倍のためには不動の正の屈折力の第5レンズ群から構成されるズームレンズであって、
    広角端から望遠端への変倍時に、隣り合う各レンズ群の間隔が変化し、
    該第1レンズ群は、物体側から像側へ順に、合焦のためには不動の負の屈折力の第11レンズ群、合焦に際して移動する正の屈折力の第12レンズ群、合焦のためには不動の正の屈折力の第13レンズ群を有し、
    該第13レンズ群は負レンズを有し、
    該第2レンズ群と該第3レンズ群の望遠端における間隔をL2t、
    該第3レンズ群と該第4レンズ群の間隔が最小となるズーム位置での該第2レンズ群と該第3レンズ群の間隔をL2tm、
    該第2レンズ群と該第3レンズ群の広角端における間隔をL2w、
    該第3レンズ群と該第4レンズ群の広角端における間隔をL3w、
    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、とするとき、
    1.6<L2tm/L2t<1000.0
    L2w/L3w<1.0
    −0.5<f2/f3<−0.05
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. L2w/L2tm<1.6
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 前記第4レンズ群の焦点距離をf4、広角端における全系の焦点距離をfwとしたとき、
    −20.0<f4/fw<−2.0
    −3.0<f2/fw<−0.7
    る条件を満足する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3レンズ群は、少なくとも1枚の負レンズと1枚の正レンズから構成される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. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載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。
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