JP6289219B2 - 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、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、TVカメラ、監視カメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系に好適なものである。
撮像装置に用いられる撮像光学系は、広画角でしかも無限遠から至近距離に至る全物体距離にわたり高い光学性能を有するズームレンズであることが要望されている。従来、フォーカシングに際しての収差変動が少なく、全物体距離にわたり高い光学性能を得るために、フォーカシングに際して2つ以上のレンズ群を移動するようにしたズームレンズが知られている。
このうちフォーカシングに際して移動するレンズ群の移動方向をズーム領域に応じて変化させることで全物体距離にわたり高い光学性能を得るようにしたズームレンズが知られている。例えばズーム領域に応じて物体側と像側へと逆方向に切り替えて移動するようにしたズームレンズが知られている(特許文献1,2)。
特許文献1の実施例1では物体側から像側へ順に、正、負、正、正、正、正の屈折力の第1レンズ群乃至第6レンズ群よりなり、ズーミングに際して第2、第4、第5レンズ群が移動する6群ズームレンズを開示している。そして無限遠から近距離のフォーカシングに際して第2レンズ群は広角端では像側へ移動し、中間位置から望遠端では物体側へ移動する。また第4レンズ群は広角端と中間位置では物体側へ移動し、望遠端では像側へ移動する。また第5レンズ群は全ズーム範囲にわたり物体側へ移動するようにしたズームレンズを開示している。
特許文献2の実施例2では、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力の第1レンズ群乃至第4レンズ群よりなり、ズーミングに際して各レンズ群を移動する4群ズームレンズを開示している。そして無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第2レンズ群は中間位置から望遠端にかけて物体側へ移動する。第3レンズ群は広角端では像側へ移動し、中間位置では物体側へ移動する。第4レンズ群は広角端では像側へ移動するようにしたズームレンズを開示している。
特開2012−83726号公報 特開2007−93974号公報
近年、撮像装置に用いられるズームレンズには高速にフォーカシングができ、しかも無限遠から至近に至る全物体距離にわたり高い光学性能を有することが要望されている。このようなズームレンズを得るには、ズームタイプ及びフォーカシング用のレンズ群の数やそれらの移動条件等を適切に構成することが重要になってくる。フォーカス方式のうちフォーカシング用のレンズ群を全ズーム領域のうち特定のズーム領域において異なった方向に移動させるフォーカス方式は収差変動が少なく、全ズーム領域及び全物体距離にわたり高い光学性能を得るのが容易となる。
全ズーム領域及び全物体距離にわたり高い光学性能を得るには、ズームレンズを構成する複数のレンズ群のうちフォーカシングに際して移動させる複数のレンズ群の選択及び各ズーム領域における移動条件等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成が適切でないと収差変動を少なくして全ズーム領域及び全物体距離にわたり高い光学性能を得るのが困難になる。またフォーカシングを高速に行うのが困難になる。
本発明は全ズーム範囲及び全物体距離にわたり高い光学性能が容易に得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
本発明のズームレンズは、以上のレンズ群を含む前群、該前群の像側に配置された正の屈折力のレンズ群Lp、該レンズ群Lpの像側に配置された負の屈折力のレンズ群Lnを有し、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ズームレンズにおいて、
広角端における前記前群の合成焦点距離は負であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記レンズ群Lpは物体側に移動し、
第1ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、前記レンズ群Lnは像側へ移動し、
前記第1ズーム位置よりも望遠側の第2ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、前記レンズ群Lpは像側へ移動し、前記レンズ群Lnは物体側へ移動することを特徴としている。
本発明によれば、全ズーム範囲及び全物体距離にわたり高い光学性能を有するズームレンズが得られる。
(A)、(B) 本発明の実施例1のズームレンズの広角端と望遠端におけるレンズ断面図 (A)、(B) 本発明における数値実施例1のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(無限遠) (A)、(B) 本発明における数値実施例1のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(物体距離0.28m) (A)、(B) 本発明の実施例2のズームレンズの広角端と望遠端におけるレンズ断面図 (A)、(B) 本発明における数値実施例2のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(無限遠) (A)、(B) 本発明における数値実施例2のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(物体距離0.28m) (A)、(B) 本発明の実施例3のズームレンズの広角端と望遠端におけるレンズ断面図 (A)、(B) 本発明における数値実施例3のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(無限遠) (A)、(B) 本発明における数値実施例3のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(物体距離0.28m) (A)、(B) 本発明の実施例4のズームレンズの広角端と望遠端におけるレンズ断面図 (A)、(B) 本発明における数値実施例4のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(無限遠) (A)、(B) 本発明における数値実施例4のズームレンズの広角端と望遠端における収差図(物体距離0.28m) 本発明の撮像装置の要部概略図
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。本発明のズームレンズは、以上のレンズ群を含む前群、前群の像側に配置された正の屈折力のレンズ群Lp、レンズ群Lpの像側に配置された負の屈折力のレンズ群Lnを有し、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。ここで前群とはレンズ群Lpよりも物体側に位置する全てのレンズ群をいう。広角端における前群の合成焦点距離は負であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、レンズ群Lpは物体側に移動する。
このとき、第1ズーム位置において無限遠から近距離へのフォーカシングに際してレンズ群Lnは像側へ移動する。第1ズーム位置よりも望遠側の第2ズーム位置において無限遠から近距離へのフォーカシングに際してレンズ群Lpは像側へ移動し、レンズ群Lnは物体側へ移動する。
ここで、本発明のズームレンズで言うレンズ群とは、次のとおりである。光学系の最前面または、前方に隣接するレンズとの間隔がズーミングまたはフォーカシングで変化する面から、光学系の最後面または、後方に隣接するレンズとの間隔がズーミングまたはフォーカシングで変化する面までを言う。
図1(A),(B)は本発明の実施例1の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図2(A),(B)は本発明の実施例1のズームレンズの無限遠にフォーカシングにしているときの広角端と望遠端における収差図である。図3(A),(B)は本発明における実施例1のズームレンズの後述する数値実施例をmm単位で表したときの物体距離0.28mのときの広角端と望遠端における収差図である。ここで物体距離とは像面からの距離である。
図4(A),(B)は本発明の実施例2の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図5(A),(B)は本発明の実施例2のズームレンズの無限遠にフォーカシングにしているときの広角端と望遠端における収差図である。図6(A),(B)は本発明における実施例2のズームレンズの後述する数値実施例をmm単位で表したときの物体距離0.28mのときの広角端と望遠端における収差図である。
図7(A),(B)は本発明の実施例3の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図8(A),(B)は本発明の実施例3のズームレンズの無限遠にフォーカシングにしているときの広角端と望遠端における収差図である。図9(A),(B)は本発明における実施例3のズームレンズの後述する数値実施例をmm単位で表したときの物体距離0.28mのときの広角端と望遠端における収差図である。
図10(A),(B)は本発明の実施例4の広角端と望遠端におけるレンズ断面図である。図11(A),(B)は本発明の実施例4のズームレンズの無限遠にフォーカシングにしているときの広角端と望遠端における収差図である。図12(A),(B)は本発明における実施例4のズームレンズの後述する数値実施例をmm単位で表したときの物体距離0.28mのときの広角端と望遠端における収差図である。

各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタル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像光学系である。レンズ断面図において、左方が物体側(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。LFは1以上のレンズ群を有する前群である。LRは1以上のレンズ群を有する後群である。
SPは開口絞りである。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)の撮像面であり、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面である。矢印は広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。またFocusで示す矢印は無限遠から近距離へのフォーカシングに際してのレンズ群の移動方向を示している。
収差図のうち、球面収差図において実線はd線(波長587.6nm)、二点鎖線はg線(波長435.8nm)である。非点収差図において破線はd線でのメリディオナル像面、実線はd線でのサジタル像面である。また、歪曲を示す図はd線における歪曲を示している。倍率色収差はg線について示している。FnoはFナンバー、ωは半画角(度)である。尚、以下の各実施例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。
本発明のズームレンズの特徴をネガティブリード型のズームレンズを例にとり以下説明する。負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズにおいて、第1レンズ群でフォーカシングを行う場合、像側から第2レンズ群までの光線の入射高が変わらない。このため、第1レンズ群のレンズ構成のみ最適化することで、物体距離による光学性能の変動を比較的小さくすることができる。
しかしながら第1レンズ群は、広角端において軸外主光線の入射高が最も大きくなるため、全系の中で最も有効径が大きくまた重量も重い。それ故、フォーカシングを高速に行うのが難しい。これに対して第2レンズ群の全部又は一部でフォーカシングを行う方法は、第2レンズ群への軸上光線の入射高が高くなる。
特に望遠端において、軸上光線の入射高が高くなる。そのため、第2レンズ群より生ずる収差は、ズーミング及びフォーカシングにおいて大きく変動する。特に球面収差の変動が非常に大きくなり、全ズーム範囲及び全物体距離にわたり高い光学性能を得るのが難しくなる。また、ネガティブリード型のズームレンズは全系の小型化を図るほど射出瞳位置が像側に近くなるため、像側のレンズ群でフォーカシングを行うと、フォーカシングにより軸外主光線の入射高が著しく変化し、像面変動が非常に大きくなる。
これに対してフォーカシングに際して複数のレンズ群を移動させると、フォーカシングに際しての収差変動を軽減することが容易になる。
以上のことは、最も物体側に正レンズ群を配置した、ポジティブリード型の広画角レンズにおいても、同様のことが言える。
本発明では、広画角のズームレンズにおいて、2つのレンズ群を広角側と望遠側で、それぞれ異なるように移動させて全ズーム範囲及び全物体距離で良好なる光学性能を得ている。具体的には、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、まずは広角側と望遠側において正の屈折力のレンズ群Lpを像側に駆動することで、フォーカシング効果を得ている。
この時、望遠側においては、軸上光線の入射高が大きく、球面収差の変動が大きくなるが、それを補正するべく、望遠側においてはレンズ群Lpの像側に配置される負の屈折力のレンズ群Lnを物体側に移動することで、球面収差の変動を補正している。
一方、広角側においては、レンズ群Lpよりもレンズ群Lnの方が、軸上光線の入射高が高くなり高いフォーカシング敏感度が得やすくなる。そこで広角側においては、レンズ群Lnを像側に移動することで、フォーカシング効果を得ている。
また、レンズ群Lpの像側への移動により生じる像面湾曲の変動についても、レンズ群Lnを像側に移動することで補正している。
そうすることで、広角側、望遠側共に、フォーカシングによる光学性能の変動の負担が著しく軽減でき、これにより、レンズ群Lpとレンズ群Lnの構成レンズ枚数を少なくしている。また、それにより、各レンズ群のズーミングによる移動量を増やすことができ、ズーミングに際しての収差変動も小さくしている。
本発明のズームレンズはこのようにして、全系が小型かつ高性能な広画角のズームレンズを得ている。
次に、本発明のズームレンズを実施するにあたり、最適な構成について説明する。本発明のズームレンズは、正の屈折力のレンズ群Lpと、レンズ群Lpより像側に負の屈折力のレンズ群Lnを有している。レンズ群Lpより物体側に1以上のレンズ群を含む前群LFを有する。前群LFの合成焦点距離は広角端で負である。広角端から望遠端へのズーミングに際し、レンズ群Lpが物体側に移動する。
第1ズーム位置において無限遠から近距離へのフォーカシングに際してレンズ群Lnは像側へ移動する。第1ズーム位置よりも望遠側の第2ズーム位置において無限遠から近距離へのフォーカシングに際してレンズ群Lpは像側へ移動し、レンズ群Lnは物体側へ移動する。例えばレンズ群Lpとレンズ群Lnのフォーカシングに際しての移動方向は次のとおりである。
次の式(a1)で特定する第1ズーム領域内の1つのズーム位置である第1ズーム位置において遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、レンズ群Lnが像側に移動する。第1ズーム位置においてレンズ群Lpは不動でも良く、また移動しても良い。また次の式(a2)で特定する第2ズーム領域内の1つのズーム位置である第2ズーム位置において遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、レンズ群Lpは像側へ移動し、レンズ群Lnが物体側に移動する。即ち逆方向へ移動する。
尚、第1ズーム領域と、第2ズーム領域は、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、次の式(a1),式(a2)で特定されるズーム領域である。
第1ズーム領域:f≦0.8×fw+0.2×ft ・・・(a1)
第2ズーム領域:f>0.2×fw+0.8×ft ・・・(a2)
第1ズーム領域においては、レンズ群Lnで主にフォーカシングを行っている。第1ズーム領域と第2ズーム領域との間の第3ズーム領域においては、フォーカシングに際してレンズ群Lpとレンズ群Lnの移動及び移動方向に関しては設計上、任意に設定される。
レンズ群Lpとレンズ群Lnを同方向に移動すれば、レンズ群Lnで発生する像面湾曲の変動を補正することが容易になる。レンズ群Lnのフォーカス敏感度は減算するが、広角側でのフォーカシングに際しての移動量は元々望遠側での移動量に比べて十分に小さい。このため、移動量が多少増えても、例えばオートフォーカスの合焦速度に影響はない。但し、無限遠においては、レンズ群Lpを像側に移動するスペースを確保する必要があるため、レンズ群Lpの広角端から望遠端へのズーミングに際して移動を制限することになる。
そのため、第1ズーム領域において、レンズ群Lpをフォーカシングに際して不動とするか、像側への駆動とするかは、どのズーム位置の性能を重視するかにより決定され得る。尚、本発明の各実施例では、フォーカシングに際しての像面変動を軽減するためレンズ群Lpを像側に移動している。また、第2ズーム領域においては、レンズ群Lpを像側に移動し、レンズ群Lnを物体側に移動することで、フォーカシングによる球面収差の変動を補正している。
また、式(a1)の第1ズーム領域内の全焦点距離(全ズーム位置)において、無限遠から至近距離への合焦の際にレンズ群Lnが像側に移動し、レンズ群Lpが不動または像側に移動することが、より好ましい。また、式(a2)の第2ズーム領域内の全焦点距離において、無限遠から至近距離への合焦の際にレンズ群Lpが像側に、レンズ群Lnが物体側に移動することが、より好ましい。
次に、本発明のズームレンズを構成するにあたり、より好ましい構成について説明する。レンズ群Lpの焦点距離をfLp、レンズ群Lnの焦点距離をfLnとする。レンズ群Lpの広角端における横倍率をβpw、レンズ群Lnの広角端における横倍率をβnwとする。レンズ群Lpの望遠端における横倍率をβpt、レンズ群Lnの望遠端における横倍率をβntとする。
第1ズーム位置におけるフォーカシングに際してのレンズ群Lpの移動量をDLpw、第1ズーム位置におけるフォーカシングに際してのレンズ群Lnの移動量をDLnwとする。但し、移動量の符号は無限遠から近距離へのフォーカシングに際して物体側から像側への移動を正とする。これは以下同じである。第2ズーム位置におけるフォーカシングに際してのレンズ群Lpの移動量をDLpt、第2ズーム位置におけるフォーカシングに際してのレンズ群Lnの移動量をDLntとする。
レンズ群Lnより像側に1以上のレンズ群を含む後群を有する。広角端における前群の合成焦点距離をfFw、広角端における後群の合成焦点距離をfRw、広角端における全系の焦点距離をfwとする。このとき次の条件式のうち1以上を満足するのが良い。
0.3<−fLp/fLn<0.8 ・・・(1)
−3.0<βpw<−0.5 ・・・(2)
|βnw|>3.0 ・・・(3)
|βpt|>2.0 ・・・(4)
−3.0<βnt<−0.2 ・・・(5)
0.0≦DLpw/DLnw<1.2 ・・・(6)
0.1<−DLnt/DLpt<1.0 ・・・(7)
1.50<fLp/fw<4.00 ・・・(8)
2.50<−fLn/fw<10.00 ・・・(9)
0.70<−fFw/fw<2.50 ・・・(10)
1.50<fRw/fw<5.00 ・・・(11)
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(1)は、レンズ群Lpとレンズ群Lnの屈折力比を適切にし、全系を小型化しつつ、ズーミングとフォーカシングの際の、収差変動を小さくするためのものである。条件式(1)の上限値を逸脱して、レンズ群Lpの屈折力が弱くなり過ぎると、全系が大型化してしまうため、好ましくない。条件式(1)の下限値を逸脱して、レンズ群Lpの屈折力が強くなり過ぎると、ズーミングとフォーカシングに際して、球面収差の変動が大きくなってしまうため、好ましくない。条件式(1)は、より好ましくは、次の数値範囲とするのが良い。
0.4<−fLp/fLn<0.7 ・・・(1a)
条件式(2),(3)は、広角端において、レンズ群Lpよりもレンズ群Lnにフォーカシング敏感度を大きく持たせ、レンズ群Lpを収差補償のためにレンズ群Lnと同方向に動かしても、フォーカシング効果を十分に得ることができるためのものである。条件式(2),(3)のいずれかが、上限値または下限値を逸脱しても、レンズ群Lnでのフォーカシング効果をレンズ群Lpが打ち消してしまい、フォーカシングの際の駆動量が大きくなるため好ましくない。条件式(2),(3)は、より好ましくは、次の数値範囲とするのが良い。
−2.0<βpw<−0.8 ・・・(2a)
|βnw|>5.0 ・・・(3a)
条件式(4)は、望遠端においてレンズ群Lpで、ある程度のフォーカシング敏感度を得るためのものである。条件式(4)の下限値を逸脱すると、フォーカシングに際して球面収差の変動は小さくなるが、フォーカシング敏感度が小さくなり、フォーカシングに際しての駆動量が増えるため、全系が大型化してくる。
条件式(5)は、レンズ群Lnのフォーカシング敏感度を適度に設定しつつ、レンズ群Lpから発生する球面収差の変動の補正をするためのものである。条件式(5)の上限値又は下限値を逸脱すると、レンズ群Lnのフォーカシング敏感度が大きくなり過ぎ、駆動の自由度が少なくなり、変倍に際して変動する像面変動の補償レンズ群としての機能が低下するため、好ましくない。条件式(4),(5)はより好ましくは、次の数値範囲とするのが良い。
|βpt|>3.0 ・・・(4a)
−2.0<βnt<−0.3 ・・・(5a)
条件式(6)は、レンズ群Lnとレンズ群Lpの合成フォーカス敏感度を十分に得つつ、フォーカシングによる像面湾曲の変動を軽減するためのものである。条件式(6)の上限値を逸脱すると、レンズ群Lnとレンズ群Lpの合成フォーカス敏感度が低くなり、フォーカシングに際しての駆動量が増加して全系が大型化してくる。条件式(6)の下限値を逸脱すると、レンズ群Lnより発生する像面湾曲の変動をレンズ群Lpで補償するのが困難になってくる。条件式(6)は、より好ましくは、次の数値範囲とするのが良い。
0.1≦DLpw/DLnw<0.9 ・・・(6a)
条件式(7)は、第2ズーム位置において、レンズ群Lpとレンズ群Lnのフォーカシングに際してのフォーカシング駆動の関係を規定する。条件式(7)は、レンズ群Lnとレンズ群Lpのフォーカス敏感度を十分に得つつ、フォーカシングによる球面収差の変動を軽減するためのものである。条件式(7)の上限値を逸脱すると、レンズ群Lpに比べてフォーカス敏感度の低いレンズ群Lnの駆動量が増え過ぎ、フォーカシングに際しての駆動量が増加して全系が大型化してくる。
条件式(7)の下限値を逸脱すると、レンズ群Lpから発生する像面湾曲の変動をレンズ群Lnで補償するのが困難になる。条件式(7)は、より好ましくは、次の数値範囲とするのが良い。
0.2<−DLnt/DLpt<0.8 ・・・(7a)
条件式(8)乃至(11)は、いずれもズーミングに際しての収差変動の軽減と全系の小型化を図るためのものである。条件式(8)乃至(11)の上限値を逸脱すると、全系が大型化してくる。また条件式(8)乃至(11)の下限値を逸脱すると、各レンズ群の屈折力が強くなり過ぎて、ズーミングに際して収差変動が大きくなってくる。条件式(8)乃至(11)は、より好ましくは次の数値範囲とするのが良い。
1.80<fLp/fw<3.50 ・・・(8a)
3.50<−fLn/fw<8.00 ・・・(9a)
0.90<−fFw/fw<2.00 ・・・(10a)
2.00<fRw/fw<4.00 ・・・(11a)
各実施例において第1ズーム位置における全系の焦点距離をfa1、第2ズーム位置における全系の焦点距離をfa2とするとき、
fa1≦0.8×fw+0.2×ft
fa2>0.2×fw+0.8×ft
を満足する。
次に、本発明のズームレンズは、フォーカシングの際に駆動するレンズ群が、レンズ群Lpとレンズ群Lnの2つとするのが良く、これによれば駆動機構の簡易化が容易になる。またレンズ群Lnが、2以下のレンズより構成するのが良く、これによればレンズ群が軽量化され、合焦の高速化が容易になる。またレンズ群Lpが、2以下のレンズより構成するのが良く、これによればレンズ群が軽量化され、合焦の高速化が容易になる。全ズーム範囲において前群LFの合成焦点距離は負である。これにより広画角化を容易にしている。
本発明のズームレンズのズームタイプは例えば次のとおりである。物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群L1、正の屈折力の第2レンズ群L2、負の屈折力の第3レンズ群L3、正の屈折力の第4レンズ群L4から構成され、第2レンズ群L2がレンズ群Lpであり、第3レンズ群L3がレンズ群Lnである。
この他、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群L1、負の屈折力の第2レンズ群L2、正の屈折力の第3レンズ群L3、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から構成される。そして第3レンズ群L3がレンズ群Lpであり、第4レンズ群L4がレンズ群Lnである。
以下、各実施例におけるレンズ構成について説明する。実施例1は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群L1、正の屈折力の第2レンズ群L2、負の屈折力の第3レンズ群L3、正の屈折力の第4レンズ群L4で構成される4群ズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、第4レンズ群L4が物体側に移動し、第1レンズ群L1は、中間ズーム域で、広角端や望遠端よりも像側となるUターン軌跡になっている。即ち、像側へ凸状の軌跡で移動する。
第2レンズ群L2がレンズ群Lpに相当し、第3レンズ群L3がレンズ群Lnに相当する。無限遠から至近距離へのフォーカシングに際し、レンズ群Lpは第1ズーム領域と第2ズーム領域の全域で像側に移動する。レンズ群Lnは第1ズーム領域全域で像側に、第2ズーム領域全域で物体側に移動する。全ズーム範囲のうち第1ズーム領域と第2ズーム領域以外の第3ズーム領域ではレンズ群Lp、レンズ群Lnの移動及び移動方向は任意である。
それにより広角端から望遠端の全ズーム域、及び無限遠から物体距離0.28mまでの全物体距離で高い光学性能を得ている。レンズ群Lpとレンズ群Lnのパワー比が、条件式(1)を満たしており、全系を小型化しつつ、ズーミングとフォーカシング共に、収差変動を小さくしている。また、レンズ群Lpとレンズ群Lnの広角端と、望遠端における横倍率βが、条件式(2),(3),(4),(5)を満たしている。それにより、全ズーム領域及び全物体距離で、収差変動を小さくしつつ、フォーカシング駆動量を小さくして全系の小型化を達成している。
また、広角端におけるレンズ群Lpとレンズ群Lnのフォーカシング移動量が条件式(6)を満たしており、広角端での像面湾曲の物体距離の変動を小さくしている。また、望遠端におけるレンズ群Lpとレンズ群Lnのフォーカシング移動量が条件式(7)を満たしている。それにより、レンズ群Lpとレンズ群Lnのフォーカシング移動量を共に小さくし、オートフォーカスの高速駆動を容易にしているだけでなく、球面収差の物体距離による変動も軽減している。
また、レンズ群Lpとレンズ群Lnは共に2枚のレンズで構成されており、それによりアクチュエーターへの負荷を軽減し、静音かつ高速駆動を容易にしている。また、レンズ群Lpと、それより物体側のレンズ群(L1)(前群LF)、レンズ群Lnと、それより像側のレンズ群(L4)(後群LR)が、それぞれ条件式(8),(9),(10),(11)を満たしている。それにより全系のズーミングによる収差変動を軽減しつつ全系の小型化を図っている。
実施例2,3においてレンズ群の数、ズーミングに伴う各レンズ群の移動条件等のズームタイプ及びフォーカシングに際しての各レンズ群の動作等は、実施例1と同じである。実施例4は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群L1、負の屈折力の第2レンズ群L2、正の屈折力の第3レンズ群L3、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で構成される5群ズームレンズである。
広角端から望遠端へのズーミングに際し、第1レンズ群L1、第3レンズ群L3乃至第5レンズ群L5が物体側に移動し、第2レンズ群L2は、中間ズーム域で、広角端や望遠端よりも像側となるUターン軌跡になっている。第3レンズ群L3がレンズ群Lpに相当し、第4レンズ群L4がレンズ群Lnに相当している。
本発明のズームレンズは実施例1乃至3のネガティブリード型だけでなく、実施例4のポジティブリード型にも同様に適用できる。実施例4におけるレンズ群Lp、レンズ群Lnによる効果は実施例1と同様である。
以上、本発明の好ましいズームレンズの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。
次に実施例1乃至4に示したズームレンズを撮像装置に適用した実施例を図13を用いて説明する。本発明の撮像装置はズームレンズを含む交換レンズ装置と、交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、ズームレンズが形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像素子を含むカメラ本体とを備えている。
図13は一眼レフカメラの要部概略図である。図13において、10は実施例1乃至4のズームレンズ1を有する撮影レンズである。ズームレンズ1は保持部材である鏡筒2に保持されている。20はカメラ本体であり、撮影レンズ10からの光束を上方に反射するクイックリターンミラー3、撮影レンズ10の像形成位置に配置された焦点板4より構成されている。更に、焦点板4に形成された逆像を正立像に変換するペンタダハプリズム5、その正立像を観察するための接眼レンズ6などによって構成されている。
7は感光面であり、CCDセンサやCMOSセンサ等のズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子(光電変換素子)や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー3が光路から退避して、感光面7上に撮影レンズ10によって像が形成される。実施例1乃至4にて説明した利益は、本実施例に開示したような撮像装置において効果的に享受される。また本発明のズームレンズはクイックリターンミラーのない、ミラーレスのカメラにも同様に適用することができる。またプロジェクター用の画像投射光学系に適用することもできる。
以下に実施例1乃至4に対応する数値実施例1乃至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番を示す。数値実施例においてriは物体側より順に第i番目のレンズ面の曲率半径、diは物体側より順に第i番目のレンズ厚及び空気間隔、ndiとνdiは各々物体側より順に第i番目のレンズの材料の屈折率とアッベ数である。BFはバックフォーカスである。
また、焦点距離、Fナンバー等のスペックに加え、像高は半画角を決定する最大像高、レンズ全長は第1レンズ面から像面までの距離である。バックフォーカスBFは最終レンズ面から像面までの長さを示している。また、各レンズ群データは、各レンズ群の焦点距離、光軸上の長さ(レンズ構成長)、前側主点位置、後側主点位置を表している。また、各光学面の間隔dが(可変)となっている部分は、ズーミングに際して変化するものであり、別表に焦点距離に応じた面間隔を記している。非球面形状は、光軸に垂直な方向にR離れた位置での、光軸方向の面位置をSag(R)としたとき、
の関係を満足する形状であり、各非球面の非球面係数を各表に記す。また、各光学面の有効径が(可変)となっている部分は、ズーミングに際して変化するものであり、別表に焦点距離に応じた有効径を面番号eaiとして記している。尚、以下に記載する数値実施例1乃至4のレンズデータに基づく、各条件式の計算結果を表1に示す。
(数値実施例1)

単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* ∞ 2.80 1.77250 49.6 53.32
2* 21.059 9.38 39.26
3* 96.241 2.50 1.85135 40.1 38.70
4* 52.918 5.38 32.56
5 -79.038 1.65 1.77250 49.6 32.46
6 62.488 0.15 32.09
7 39.659 8.00 1.85478 24.8 32.56
8 -53.120 1.60 1.80809 22.8 32.04
9 57.610 1.02 30.33
10 66.115 4.29 1.78472 25.7 30.28
11 -190.786 (可変) 29.81
12 ∞ (可変) (可変)
13 37.610 1.45 2.00100 29.1 28.07
14 19.696 8.96 1.77250 49.6 27.27
15 -96.698 (可変) 27.38
16(絞り) ∞ (可変) 25.05
17 -57.672 1.20 1.83400 37.2 24.07
18 32.004 4.04 1.84666 23.8 24.63
19 -1024.351 (可変) 24.79
20 ∞ (可変) (可変)
21 23.655 8.54 1.43875 94.9 26.26
22 -41.410 0.15 26.43
23* 139.298 1.80 1.85400 40.4 25.93
24 19.116 9.25 1.49700 81.5 25.52
25 -85.368 26.80
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.76615e-005 A 6=-5.96795e-008 A 8= 8.61814e-011 A10=-7.14028e-014 A12= 3.16309e-017

第2面
K =-6.08504e-001 A 4= 9.34901e-006 A 6= 1.09006e-008 A 8=-7.02459e-011 A10=-7.34466e-013 A12= 1.50058e-015

第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.32091e-005 A 6= 5.92819e-008 A 8=-7.57591e-012 A10=-3.00165e-014

第4面
K = 1.09844e+000 A 4=-1.37506e-005 A 6= 5.53268e-008 A 8= 1.10142e-010 A10= 2.17466e-013 A12=-1.09413e-016

第23面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.20323e-005 A 6=-9.76527e-011 A 8=-1.38295e-010 A10= 5.30718e-013 A12=-1.00957e-015
各種データ
ズーム比 2.06

広角 中間 望遠
焦点距離 16.48 23.60 33.95
Fナンバー 2.90 2.90 2.90
半画角(度) 52.70 42.51 32.51
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 158.16 152.35 155.13
BF 38.00 45.31 58.31

d11 15.84 9.07 1.00
d12 10.74 2.33 0.00
d15 4.00 12.42 14.74
d16 2.50 2.87 7.92
d19 8.42 8.05 3.00
d20 6.50 0.15 -2.00

ea12 21.60 20.76 26.71
ea20 17.30 20.10 25.33
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 -25.03 36.77 1.15 -28.43
2 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
3 13 44.53 10.41 1.70 -4.29
4 16 ∞ 0.00 0.00 -0.00
5 17 -75.75 5.24 -0.20 -3.05
6 20 ∞ 0.00 0.00 -0.00
7 21 45.85 19.74 2.19 -11.68
(数値実施例2)

単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* ∞ 2.80 1.77250 49.6 50.16
2* 25.165 8.10 39.15
3* 54.316 2.50 1.85135 40.1 36.62
4* 30.201 13.01 29.70
5 -109.175 1.65 1.77250 49.6 23.46
6 29.164 0.52 22.21
7 28.996 6.11 1.85478 24.8 22.79
8 -30.539 1.60 1.80809 22.8 22.79
9 189.958 0.55 23.25
10 -336.413 1.94 1.78472 25.7 23.25
11 -162.622 (可変) 23.84
12 ∞ (可変) (可変)
13 29.625 1.45 2.00100 29.1 21.40
14 15.790 7.07 1.77250 49.6 20.82
15 -83.679 (可変) 20.89
16(絞り) ∞ (可変) 18.99
17 -48.181 1.20 1.83400 37.2 18.36
18 34.198 2.95 1.84666 23.8 18.68
19 -299.149 (可変) 19.00
20 ∞ (可変) (可変)
21 21.548 7.68 1.43875 94.9 22.23
22 -29.701 0.17 22.47
23* 3219.871 1.80 1.85400 40.4 22.01
24 18.891 6.59 1.49700 81.5 22.10
25 -154.636 23.12
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.62294e-005 A 6=-6.85134e-008 A 8= 8.57765e-011 A10=-5.88630e-014 A12= 2.49028e-017

第2面
K =-3.57439e-001 A 4= 1.60329e-005 A 6= 3.48480e-008 A 8=-1.17970e-010 A10=-7.46775e-013 A12= 1.34123e-015

第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.69161e-005 A 6= 5.09934e-008 A 8=-2.38432e-011 A10= 2.21018e-014

第4面
K = 1.96159e+000 A 4=-2.30345e-005 A 6=-4.71465e-009 A 8= 1.65301e-010 A10= 6.77252e-014 A12= 5.77216e-016

第23面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.08913e-005 A 6=-9.74997e-009 A 8=-4.25856e-010 A10= 2.82264e-012 A12=-7.93916e-015
各種データ
ズーム比 2.09

広角 中間 望遠
焦点距離 16.48 23.60 34.51
Fナンバー 4.10 4.10 4.10
半画角(度) 52.70 42.51 32.08
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 144.00 142.35 150.39
BF 38.00 47.76 63.65

d11 11.76 5.90 1.00
d12 7.94 2.63 0.00
d15 4.00 9.30 11.94
d16 2.50 2.50 5.11
d19 5.61 5.61 3.00
d20 6.50 0.96 -2.00

ea12 11.84 15.27 20.49
ea20 14.41 17.37 22.66
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 -18.98 38.78 5.35 -24.75
2 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
3 13 35.77 8.52 1.20 -3.68
4 16 ∞ 0.00 0.00 -0.00
5 17 -71.45 4.15 -0.47 -2.74
6 20 ∞ 0.00 0.00 -0.00
7 21 49.66 16.23 -0.25 -11.16
(数値実施例3)

単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* ∞ 2.80 1.77250 49.6 55.30
2* 21.077 8.19 41.18
3* 51.580 2.50 1.85135 40.1 40.70
4* 41.368 5.96 34.67
5 -93.331 1.70 1.77250 49.6 34.55
6 32.677 8.29 1.69895 30.1 33.18
7 -82.039 0.15 32.90
8 -79.439 1.60 1.80809 22.8 32.85
9 69.257 0.15 32.36
10 50.910 5.51 1.85478 24.8 32.57
11 -125.535 (可変) 32.22
12 ∞ (可変) (可変)
13 39.614 1.50 2.00100 29.1 27.95
14 20.601 8.46 1.77250 49.6 27.26
15 -115.972 (可変) 27.35
16(絞り) ∞ 2.50 24.83
17 -65.765 1.20 1.83400 37.2 24.67
18 34.565 3.96 1.84666 23.8 25.18
19 -900.265 (可変) 25.33
20 ∞ (可変) (可変)
21 22.662 10.27 1.43875 94.9 27.22
22 -44.647 0.15 26.88
23* 123.096 1.80 1.85400 40.4 26.04
24 18.275 9.32 1.49700 81.5 25.36
25 -106.518 26.60
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.94672e-005 A 6=-3.46698e-008 A 8= 4.15678e-011 A10=-2.73544e-014 A12= 9.90183e-018

第2面
K =-6.59006e-001 A 4= 4.00733e-007 A 6= 1.49583e-009 A 8= 6.24651e-011 A10=-8.32596e-013 A12= 1.27080e-015

第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.29448e-005 A 6= 3.03288e-008 A 8= 2.98388e-011 A10=-2.72836e-014

第4面
K =-3.90494e+000 A 4=-9.99213e-006 A 6= 3.65799e-008 A 8=-3.03851e-011 A10= 6.88577e-013 A12=-8.74357e-016

第23面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.24403e-005 A 6= 3.26448e-009 A 8=-2.41595e-010 A10= 1.12183e-012 A12=-2.26589e-015
各種データ
ズーム比 2.06

広角 中間 望遠
焦点距離 16.48 23.60 33.95
Fナンバー 2.90 2.90 2.90
半画角(度) 52.70 42.51 32.51
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 161.87 155.25 155.40
BF 38.00 44.41 57.43

d11 24.21 9.57 0.00
d12 4.00 3.00 1.00
d15 1.50 12.96 19.95
d19 11.14 8.28 2.50
d20 7.00 1.00 -1.50

ea12 17.50 20.76 26.34
ea20 17.95 20.45 25.76
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 -26.77 36.85 0.20 -30.61
2 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
3 13 48.87 9.96 1.40 -4.28
4 16 -88.19 7.66 2.25 -3.06
5 20 ∞ 0.00 0.00 -0.00
6 21 47.61 21.54 1.42 -13.58
(数値実施例4)

単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 99.412 4.29 1.48749 70.2 55.68
2 306.022 (可変) 53.52
3* ∞ 2.80 1.77250 49.6 45.14
4* 22.030 5.74 33.92
5* 49.619 2.50 1.85135 40.1 33.42
6* 27.377 7.93 28.19
7 -48.894 1.65 1.83400 37.2 27.23
8 -282.058 0.15 27.28
9 121.293 2.82 1.85478 24.8 27.24
10 -360.481 0.50 27.06
11 -164.204 1.60 1.49700 81.5 27.01
12 25.459 6.54 1.61340 44.3 26.34
13 -108.288 (可変) 25.94
14 36.284 1.45 2.00100 29.1 23.77
15 18.806 6.94 1.77250 49.6 22.72
16* -102.681 (可変) 22.62
17(絞り) ∞ (可変) 21.09
18 -73.296 1.20 1.83400 37.2 21.14
19 31.835 3.31 1.84666 23.8 21.44
20 1421.200 (可変) 21.59
21 22.919 8.93 1.43875 94.9 25.10
22 -39.831 0.80 25.19
23* 180.502 1.80 1.85400 40.4 24.43
24 19.161 7.08 1.49700 81.5 24.00
25 -308.852 24.82
非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.65010e-005 A 6=-6.12679e-008 A 8= 9.25737e-011 A10=-7.20070e-014 A12= 2.32701e-017

第4面
K =-6.07409e-001 A 4= 1.04548e-005 A 6= 1.26526e-008 A 8=-1.46916e-010 A10=-7.15214e-013 A12= 1.62205e-015

第5面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.66238e-005 A 6= 5.69195e-008 A 8=-2.99343e-011 A10=-6.07436e-015

第6面
K =-3.59648e-001 A 4=-1.48481e-005 A 6= 5.32691e-008 A 8= 1.76146e-010 A10= 3.32879e-013 A12= 2.00467e-016

第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.85148e-007 A 6=-1.92465e-009 A 8=-2.80537e-012

第23面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.35230e-005 A 6=-1.80732e-008 A 8=-3.53819e-011
各種データ
ズーム比 2.25

広角 中間 望遠
焦点距離 20.00 23.60 45.00
Fナンバー 2.75 2.90 4.16
半画角(度) 47.25 42.51 25.68
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 158.28 156.32 173.36
BF 42.05 46.10 73.14

d 2 0.80 1.68 12.83
d13 25.50 18.60 1.00
d16 4.00 6.94 12.07
d17 2.50 2.50 2.50
d20 15.40 12.47 3.80
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 1 300.01 4.29 -1.38 -4.24
2 3 -22.96 32.23 1.32 -26.17
3 14 44.26 8.39 1.17 -3.60
4 17 ∞ 0.00 0.00 -0.00
5 18 -86.28 4.51 0.10 -2.34
6 21 53.44 18.60 -1.28 -13.71
L1 第1レンズ群 L2 第2レンズ群 L3 第3レンズ群
L4 第4レンズ群 L5 第5レンズ群 Lp レンズ群Lp
Ln レンズ群Ln

Claims (18)

  1. 以上のレンズ群を含む前群、該前群の像側に配置された正の屈折力のレンズ群Lp、該レンズ群Lpの像側に配置された負の屈折力のレンズ群Lnを有し、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ズームレンズにおいて、
    広角端における前記前群の合成焦点距離は負であり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記レンズ群Lpは物体側に移動し、
    第1ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、前記レンズ群Lnは像側へ移動し、
    前記第1ズーム位置よりも望遠側の第2ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、前記レンズ群Lpは像側へ移動し、前記レンズ群Lnは物体側へ移動することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第1ズーム位置における無限遠から近距離のフォーカシングに際して、前記レンズ群Lpは像側に移動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. 前記レンズ群Lpの焦点距離をfLp、前記レンズ群Lnの焦点距離をfLnとするとき、
    0.3<−fLp/fLn<0.8
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
  4. 前記レンズ群Lpの広角端における横倍率をβpw、前記レンズ群Lnの広角端における横倍率をβnwとするとき、
    −3.0<βpw<−0.5
    |βnw|>3.0
    なる条件式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. 前記レンズ群Lpの望遠端における横倍率をβpt、前記レンズ群Lnの望遠端における横倍率をβntとするとき、
    |βpt|>2.0
    −3.0<βnt<−0.2
    なる条件式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. 前記第1ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、レンズ群Lpは像側へ移動し、前記第1ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての前記レンズ群Lpの移動量をDLpw、前記第1ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての前記レンズ群Lnの移動量をDLnwとするとき
    0.0≦DLpw/DLnw<1.2
    なる条件式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. 前記第2ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての前記レンズ群Lpの移動量をDLpt、前記第2ズーム位置における無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての前記レンズ群Lnの移動量をDLntとするとき、
    0.1<−DLnt/DLpt<1.0
    なる条件式を満たす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。
  8. 前記レンズ群Lnは2以下のレンズより構成され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。
  9. 前記レンズ群Lpは2以下のレンズより構成されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群から構成され、前記第2レンズ群が前記レンズ群Lpであり、前記第3レンズ群が前記レンズ群Lnであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  11. 物体側より像側へ順に配置された、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レンズ群から構成され、前記第3レンズ群が前記レンズ群Lpであり、前記第4レンズ群が前記レンズ群Lnであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  12. 前記レンズ群Lpの焦点距離をfLp、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    1.50<fLp/fw<4.00
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  13. 前記レンズ群Lnの焦点距離をfLn、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    2.50<−fLn/fw<10.00
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  14. 広角端における前記前群の合成焦点距離をfFw、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき、
    0.70<−fFw/fw<2.50
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  15. 前記レンズ群Lnより像側に配置され、1以上のレンズ群を含む後群をさらに有し、広角端における前記後群の合成焦点距離をfRw、広角端における全系の焦点距離をfwとするとき
    1.50<fRw/fw<5.00
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  16. 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、前記第1ズーム位置における全系の焦点距離をfa1、前記第2ズーム位置における全系の焦点距離をfa2とするとき、
    fa1≦0.8×fw+0.2×ft
    fa2>0.2×fw+0.8×ft
    を満足することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  17. 全ズーム範囲において前記前群の合成焦点距離は負であることを特徴する請求項1乃至16のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  18. 請求項1乃至17のいずれか1項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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