JP6580003B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルカメラ、および/またはビデオカメラ等に好適なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
従来、デジタルカメラ等に用いられるズームレンズにおいて、5群または6群構成のレンズ系が考案されてきた。例えば、下記特許文献1、2には、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とからなり、変倍の際に各レンズ群の間隔を変化させる構成のレンズ系が記載されている。
特開2007−219315号公報 特開2011−237588号公報
デジタルカメラ等に用いられるズームレンズにおいては、広角で、変倍の際のF値の変動が少ないレンズ系でありながら、小型に構成され、高性能であることが求められる。しかしながら、特許文献1に記載されたズームレンズは、レンズ枚数が多く、レンズの大型化および重量の肥大化という不都合がある。また、特許文献2に記載された5群構成のズームレンズは、結像領域の周辺部におけるコマ収差の補正に改良の余地がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、広角で、変倍の際のF値の変動が少なく、小型化を維持しながら、コマ収差が良好に補正されて高い光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明の第1のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とから実質的になり、変倍の際に隣り合うレンズ群の全間隔が変化し、第2レンズ群の最も像側の面から第4レンズ群の最も物体側の面までの間に開口絞りを配置し、第1レンズ群および第5レンズ群はそれぞれ2枚以下のレンズから実質的になり、第2レンズ群の最も物体側のレンズは、負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、第4レンズ群の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、第2レンズ群の最も像側のレンズのみを移動することにより合焦を行うことを特徴とする。
本発明の第1のズームレンズにおいては、下記条件式(1)を満足することが好ましい。
−2.5<fw×tan(ωw)/R4r<−0.1 (1)
ただし、
fw:ズームレンズの広角端における焦点距離
ωw:ズームレンズの広角端における最大半画角
R4r:第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
本発明の第1のズームレンズにおいては、下記条件式(2)を満足することが好ましい。
0.1<(R4r−R4f)/(R4r+R4f)<0.9 (2)
ただし、
R4r:第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
R4f:第4レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
本発明の第1のズームレンズにおいては、下記条件式(3)を満足することが好ましい。
−0.35<f4/f1<−0.10 (3)
ただし、
f4:第4レンズ群の焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
本発明の第1のズームレンズにおいては、第3レンズ群の最も物体側のレンズおよび第3レンズ群の最も像側のレンズはいずれも正レンズであることが好ましい。
本発明の第1のズームレンズにおいては、第2レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられていることが好ましい。
本発明の第1のズームレンズにおいては、第2レンズ群中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有することが好ましい。
本発明の第1のズームレンズにおいては、変倍の際に第5レンズ群は像面に対して固定されている構成としてもよい。
本発明の第2のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、負の屈折力を有する第5レンズ群と、正の屈折力を有する第6レンズ群とから実質的になり、変倍の際に隣り合うレンズ群の全間隔が変化し、第3レンズ群の最も像側の面から第5レンズ群の最も物体側の面までの間に開口絞りを配置し、第1レンズ群および第6レンズ群はそれぞれ2枚以下のレンズから実質的になり、第2レンズ群の最も物体側のレンズは、負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、第5レンズ群の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであることを特徴とする。
本発明の第2のズームレンズにおいては、下記条件式(4)を満足することが好ましい。
−2.5<fw×tan(ωw)/R5r<−0.1 (4)
ただし、
fw:ズームレンズの広角端における焦点距離
ωw:ズームレンズの広角端における最大半画角
R5r:第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
本発明の第2のズームレンズにおいては、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
0.1<(R5r−R5f)/(R5r+R5f)<0.9 (5)
ただし、
R5r:第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
R5f:第5レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
本発明の第2のズームレンズにおいては、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
−0.35<f5/f1<−0.10 (6)
ただし、
f5:第5レンズ群の焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
本発明の第2のズームレンズにおいては、第4レンズ群の最も物体側のレンズおよび第4レンズ群の最も像側のレンズはいずれも正レンズであることが好ましい。
本発明の第2のズームレンズにおいては、第2レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられていることが好ましい。
本発明の第2のズームレンズにおいては、第3レンズ群のみを移動することにより合焦を行う構成としてもよい。
本発明の第2のズームレンズにおいては、第2レンズ群中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有することが好ましい。
本発明の第2のズームレンズにおいては、変倍の際に第6レンズ群は像面に対して固定されている構成としてもよい。
本発明の撮像装置は、本発明の第1および/または第2のズームレンズを備えたものである。
なお、上記の「〜から実質的になり」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分等を含んでもよいことを意図するものである。
なお、上記の「正の屈折力を有する〜レンズ群」とは、レンズ群全体として正の屈折力を有することを意味する。上記の「負の屈折力を有する〜レンズ群」についても同様である。上記のレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、および面の曲率半径は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。上記の「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、1枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。
なお、上述したレンズの枚数は、構成要素となるレンズの枚数であり、例えば、材質の異なる複数の単レンズが接合された接合レンズにおけるレンズの枚数は、この接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すことにする。ただし、複合非球面レンズ(球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として1つの非球面レンズとして機能するレンズ)は、接合レンズとは見なさず、1枚のレンズとして扱うものとする。また、上記条件式は全て、無限遠物体に合焦した状態でd線(波長587.6nm)を基準としたものである。
本発明によれば、物体側から順に正負正負正のパワー配列の5群構成、または物体側から順に正負負正負正のパワー配列の6群構成のレンズ系において、開口絞りの位置を好適に設定し、最も物体側のレンズ群と最も像側のレンズ群のレンズ枚数を規定し、物体側から2番目のレンズ群の最も物体側のレンズと像側から2番目のレンズ群の最も像側のレンズの構成を好適に設定しているため、広角で、変倍の際のF値の変動が少なく、小型化を維持しながら、コマ収差が良好に補正されて高い光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例1のズームレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例2のズームレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例3のズームレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例4のズームレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例5のズームレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例1のズームレンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例1のズームレンズの広角端における横収差図である。 本発明の実施例1のズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。 本発明の実施例1のズームレンズの望遠端における横収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの広角端における横収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの望遠端における横収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの広角端における横収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの望遠端における横収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの広角端における横収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの望遠端における横収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの広角端における横収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの中間焦点距離状態における横収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの望遠端における横収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の正面側の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の背面側の斜視図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、図1を参照しながら本発明の第1の実施形態に係るズームレンズについて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、後述の実施例1に対応している。図1では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側である。また、図1では、「WIDE」と付した上段に広角端、「TELE」と付した下段に望遠端の各状態を示しており、光束として、広角端での軸上光束2wおよび最大半画角の軸外光束3w、望遠端での軸上光束2tおよび最大半画角の軸外光束3tを示し、軸外光束3wの主光線と光軸Zとのなす角として広角端での最大半画角ωwも示している。
第1の実施形態に係るズームレンズを構成するレンズ群は、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とからなる。
図1に示す例では、第1レンズ群G1は物体側から順にレンズL11〜L12の2枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は物体側から順にレンズL21〜L24の4枚のレンズからなり、第3レンズ群G3は物体側から順にレンズL31〜L35の5枚のレンズからなり、第4レンズ群G4は物体側から順にレンズL41〜L42の2枚のレンズからなり、第5レンズ群G5はレンズL51のみからなる。しかし、各レンズ群を構成するレンズの枚数は本発明の範囲内であれば図1に示す例と異なる枚数をとることも可能である。
図1ではレンズ系の像側に平行平板状の光学部材PPを配置した例を示している。光学部材PPは、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ、その他の各種フィルタ、および/またはカバーガラス等を想定したものである。本発明においては、光学部材PPを図1の例とは異なる位置に配置してもよく、また光学部材PPを省略した構成も可能である。また、図1では光学部材PPの像側の面の位置が像面Simの位置に一致した例を示しているが、像面Simの位置は必ずしもこの構成に限定されない。
このズームレンズは、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化するよう構成される。図1の例では、変倍の際に第1レンズ群G1から第4レンズ群G4が移動し、第5レンズ群G5は像面Simに対して固定されている。図1では、広角端から望遠端へ変倍する際に移動する各レンズ群の模式的な移動軌跡を上段と下段の間に矢印で示している。
また、このズームレンズは、第2レンズ群G2の最も像側の面から第4レンズ群G4の最も物体側の面までの間に開口絞りStが配置される。図1の例では、第3レンズ群G3の内部に開口絞りStが配置されており、変倍の際には開口絞りStは第3レンズ群G3と一体的に移動する。なお、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。
このズームレンズは、物体側から順に正、負、正、負、正のパワー配列をとり、開口絞りStの位置を上記範囲に設定し、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔を変化させることで、収差が良好に補正されて、変倍の際にF値の変動が少ないズームレンズを実現することができる。特に、上記パワー配列をとり、開口絞りStの位置を上記範囲に設定することで、変倍の際の開口絞りStの移動量を抑えやすくなり、変倍の際にF値の変動を少なくすることが容易となる。
第1レンズ群G1は2枚以下のレンズからなり、第5レンズ群G5は2枚以下のレンズからなるように構成される。このように構成することで、レンズ系の大型化、および重量の肥大化を回避できる。特にレンズ径が大きくなりやすい第1レンズ群G1のレンズ枚数を抑えることで、小型かつ軽量な構成が容易となる。
また、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズは負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、第4レンズ群G4の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであるように構成される。このように構成することで、開口絞りStを挟んで物体側と像側のレンズ構成の対称性を高くすることができるため、コマ収差の発生を抑制でき、広角化に有利となる。
以下、このズームレンズが有する好ましい構成および可能な構成について述べる。このズームレンズは、下記条件式(1)を満足することが好ましい。
−2.5<fw×tan(ωw)/R4r<−0.1 (1)
ただし、
fw:ズームレンズの広角端における焦点距離
ωw:ズームレンズの広角端における最大半画角
R4r:第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
条件式(1)は、ズームレンズの広角端における近軸像高と第4レンズ群G4の最も像側の負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径との比を規定しており、広角端におけるコマ収差の発生の抑制に関する条件を示している。条件式(1)の下限以下とならないようにすることで、広角端におけるコマ収差の補正過剰を防ぐことが容易となる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることで、広角端におけるコマ収差の補正不足を防ぐことが容易となる。条件式(1)を満足することで、広角端においてコマ収差を良好に抑えることが容易となる。
条件式(1)に関する効果を高めるためには下記条件式(1−1)を満足することがより好ましく、下記条件式(1−2)を満足することがさらにより好ましい。
−1.5<fw×tan(ωw)/R4r<−0.3 (1−1)
−1.3<fw×tan(ωw)/R4r<−0.7 (1−2)
また、下記条件式(2)を満足することが好ましい。
0.1<(R4r−R4f)/(R4r+R4f)<0.9 (2)
ただし、
R4r:第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
R4f:第4レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
条件式(2)は、ズームレンズの第4レンズ群G4の最も像側の負メニスカスレンズのシェイプファクターを規定しており、変倍によるコマ収差の変動の補正に関する条件を示している。条件式(2)の下限以下とならないようにすることで、コマ収差の補正不足を防ぐことが容易となる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることで、コマ収差の補正過剰を防ぐことが容易となる。
条件式(2)に関する効果を高めるためには下記条件式(2−1)を満足することがより好ましく、下記条件式(2−2)を満足することがさらにより好ましい。
0.13<(R4r−R4f)/(R4r+R4f)<0.8 (2−1)
0.15<(R4r−R4f)/(R4r+R4f)<0.6 (2−2)
また、下記条件式(3)を満足することが好ましい。
−0.35<f4/f1<−0.10 (3)
ただし、
f4:第4レンズ群の焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
条件式(3)は、第4レンズ群G4の焦点距離と第1レンズ群G1の焦点距離の比を規定している。条件式(3)の下限以下とならないようにすることで、第4レンズ群G4の屈折力に対して第1レンズ群G1の屈折力が過剰となりすぎないようにすることができ、像面湾曲の発生を抑えるのが容易になる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることで、第4レンズ群G4の屈折力に対して第1レンズ群G1の屈折力が不足しないようにすることができ、第1レンズ群G1の大型化を防止することができる。
条件式(3)に関する効果を高めるためには下記条件式(3−1)を満足することがより好ましい。
−0.3<f4/f1<−0.2 (3−1)
また、このズームレンズは、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられていることが好ましい。これにより、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズを複合非球面レンズとすることができる。非球面形状の樹脂を貼り付けることにより非球面レンズを構成した場合は、全てガラスで構成したガラス非球面レンズに比べて、製造コストを抑制しながら、歪曲収差を良好に補正することができる。また、第2レンズ群G2に含まれるレンズのうち、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズで像高ごとの光線の分離度が最も高くなるため、このレンズを非球面レンズとすることで効果的に収差補正を行うことができる。
また、第2レンズ群G2中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有することが好ましい。このようにした場合は、レンズ同士の相対位置のズレによる収差の発生を抑えつつ、負レンズと正レンズのレンズ面間で反射するゴーストの発生を抑えることが可能になる。
合焦については、第2レンズ群G2の最も像側のレンズのみを移動することにより合焦を行うように構成してもよい。このようにした場合は、撮影距離による収差の変動を抑えつつ、合焦の際に移動するレンズの重量を抑えた合焦方式を実現することができる。
第3レンズ群G3の最も物体側のレンズは正レンズであり、第3レンズ群G3の最も像側のレンズは正レンズであることが好ましい。このようにした場合は、結像領域の周辺部における収差の発生を抑えながら、良好に球面収差を補正することができる。
第5レンズ群G5は、変倍の際に移動するように構成してもよく、あるいは変倍の際に像面Simに対して固定されているように構成してもよい。変倍の際に第5レンズ群G5が移動する場合は変倍の際の収差変動の低減が容易となり、変倍の際に第5レンズ群G5が固定されている場合は装置の機械的な構成をより簡素化でき、装置の小型化に有利となる。
各レンズ群は例えば以下のような構成をとることができる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとを接合した接合レンズからなるように構成することができる。第2レンズ群G2は、物体側から順に、像側の面に非球面形状の樹脂が貼り付けられて物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズおよび両凸レンズが物体側から順に接合された接合レンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなるように構成することができる。第3レンズ群G3を構成するレンズは、物体側から順に、両凸レンズと、両凹レンズと、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズが物体側から順に接合された接合レンズとからなり、第3レンズ群G3の物体側から1〜3番目のレンズは接合されていない単レンズであるように構成することができる。第4レンズ群G4は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなるように構成することができる。第5レンズ群G5は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズのみからなるように構成することができる。あるいは、第5レンズ群G5は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズおよび像側に凸面を向けた負メニスカスレンズが物体側から順に接合された接合レンズからなるように構成することができる。
次に、図5を参照しながら本発明の第2の実施形態に係るズームレンズについて説明する。図5は、本発明の第2の実施形態に係るズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、後述の実施例5に対応している。図5の図示方法は図1と同様であるので重複説明を省略する。
第2の実施形態に係るズームレンズを構成するレンズ群は、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、負の屈折力を有する第5レンズ群G5と、正の屈折力を有する第6レンズ群G6とからなる。
図5に示す例では、第1レンズ群G1は物体側から順にレンズL11〜L12の2枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は物体側から順にレンズL21〜L23の3枚のレンズからなり、第3レンズ群G3はレンズL31のみからなり、第4レンズ群G4は物体側から順にレンズL41〜L45の5枚のレンズからなり、第5レンズ群G5は物体側から順にレンズL51〜L52の2枚のレンズからなり、第6レンズ群G6は物体側から順にレンズL61〜L62の2枚レンズからなる。しかし、各レンズ群を構成するレンズの枚数は本発明の範囲内であれば図5に示す例と異なる枚数をとることも可能である。
図5では、レンズ系の像側に平行平板状の光学部材PPを配置され、光学部材PPの像側の面の位置が像面Simの位置に一致した例を示している。図5の光学部材PPは、図1に示す光学部材PPと同様のものである。
このズームレンズは、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔が変化するよう構成される。図5の例では、変倍の際に第1レンズ群G1から第5レンズ群G5が移動し、第6レンズ群G6は像面Simに対して固定されている。図5では、広角端から望遠端へ変倍する際に移動する各レンズ群の模式的な移動軌跡を上段と下段の間に矢印で示している。
また、このズームレンズは、第3レンズ群G3の最も像側の面から第5レンズ群G5の最も物体側の面までの間に開口絞りStが配置される。図5の例では、第4レンズ群G4の内部に開口絞りStが配置されており、変倍の際には開口絞りStは第4レンズ群G4と一体的に移動する。なお、図5に示す開口絞りStは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。
このズームレンズは、物体側から順に正、負、負、正、負、正のパワー配列をとり、開口絞りStの位置を上記範囲に設定し、変倍の際に全ての隣り合うレンズ群の間隔を変化させることで、収差が良好に補正されて、変倍の際にF値の変動が少ないズームレンズを実現することができる。特に、上記パワー配列をとり、開口絞りStの位置を上記範囲に設定することで、変倍の際の開口絞りStの移動量を抑えやすくなり、変倍の際にF値の変動を少なくすることが容易となる。
第1レンズ群G1は2枚以下のレンズからなり、第6レンズ群G6は2枚以下のレンズからなるように構成される。このように構成することで、レンズ系の大型化、および重量の肥大化を回避できる。特にレンズ径が大きくなりやすい第1レンズ群G1のレンズ枚数を抑えることで、小型かつ軽量な構成が容易となる。
また、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズは負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、第5レンズ群G5の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであるように構成される。このように構成することで、開口絞りStを挟んで物体側と像側のレンズ構成の対称性を高くすることができるため、コマ収差の発生を抑制でき、広角化に有利となる。
以下、このズームレンズが有する好ましい構成および可能な構成について述べる。このズームレンズは、下記条件式(4)を満足することが好ましい。
−2.5<fw×tan(ωw)/R5r<−0.1 (4)
ただし、
fw:ズームレンズの広角端における焦点距離
ωw:ズームレンズの広角端における最大半画角
R5r:第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
条件式(4)は、ズームレンズの広角端における近軸像高と第5レンズ群G5の最も像側の負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径との比を規定しており、広角端におけるコマ収差の発生の抑制に関する条件を示している。条件式(4)の下限以下とならないようにすることで、広角端におけるコマ収差の補正過剰を防ぐことが容易となる。条件式(4)の上限以上とならないようにすることで、広角端におけるコマ収差の補正不足を防ぐことが容易となる。条件式(4)を満足することで、広角端においてコマ収差を良好に抑えることが容易となる。
条件式(4)に関する効果を高めるためには下記条件式(4−1)を満足することがより好ましく、下記条件式(4−2)を満足することがさらにより好ましい。
−1.5<fw×tan(ωw)/R5r<−0.3 (4−1)
−1.3<fw×tan(ωw)/R5r<−0.7 (4−2)
また、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
0.1<(R5r−R5f)/(R5r+R5f)<0.9 (5)
ただし、
R5r:第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
R5f:第5レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
条件式(5)は、ズームレンズの第5レンズ群G5の最も像側の負メニスカスレンズのシェイプファクターを規定しており、変倍によるコマ収差の変動の補正に関する条件を示している。条件式(5)の下限以下とならないようにすることで、コマ収差の補正不足を防ぐことが容易となる。条件式(5)の上限以上とならないようにすることで、コマ収差の補正過剰を防ぐことが容易となる。
条件式(5)に関する効果を高めるためには下記条件式(5−1)を満足することがより好ましく、下記条件式(5−2)を満足することがさらにより好ましい。
0.13<(R5r−R5f)/(R5r+R5f)<0.8 (5−1)
0.15<(R5r−R5f)/(R5r+R5f)<0.6 (5−2)
また、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
−0.35<f5/f1<−0.10 (6)
ただし、
f5:第5レンズ群の焦点距離
f1:第1レンズ群の焦点距離
条件式(6)は、第5レンズ群G5の焦点距離と第1レンズ群G1の焦点距離の比を規定している。条件式(6)の下限以下とならないようにすることで、第5レンズ群G5の屈折力に対して第1レンズ群G1の屈折力が過剰となりすぎないようにすることができ、像面湾曲の発生を抑えるのが容易になる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることで、第5レンズ群G5の屈折力に対して第1レンズ群G1の屈折力が不足しないようにすることができ、第1レンズ群G1の大型化を防止することができる。
条件式(6)に関する効果を高めるためには下記条件式(6−1)を満足することがより好ましい。
−0.3<f5/f1<−0.2 (6−1)
このズームレンズは、第2レンズ群G2の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられていることが好ましい。また、第2レンズ群G2中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有することが好ましい。これらの構成により得られる作用効果は、第1の実施形態の説明で上述したとおりである。
合焦については、第3レンズ群G3のみを移動することにより合焦を行うように構成してもよい。このようにした場合は、撮影距離による収差の変動を抑えつつ、合焦の際に移動するレンズの重量を抑えた合焦方式を実現することができる。
第4レンズ群G4の最も物体側のレンズは正レンズであり、第4レンズ群G4の最も像側のレンズは正レンズであることが好ましい。このようにした場合は、結像領域の周辺部における収差の発生を抑えながら、良好に球面収差を補正することができる。
第6レンズ群G6は、変倍の際に移動するように構成してもよく、あるいは変倍の際に像面Simに対して固定されているように構成してもよい。変倍の際に第6レンズ群G6が移動する場合は変倍の際の収差変動の低減が容易となり、変倍の際に第6レンズ群G6が固定されている場合は装置の機械的な構成をより簡素化でき、装置の小型化に有利となる。
各レンズ群は例えば以下のような構成をとることができる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとを接合した接合レンズからなるように構成することができる。第2レンズ群G2は、物体側から順に、像側の面に非球面形状の樹脂が貼り付けられて物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズおよび両凸レンズが物体側から順に接合された接合レンズとからなるように構成することができる。第3レンズ群G3は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズのみからなるように構成することができる。第4レンズ群G4を構成するレンズは、物体側から順に、両凸レンズと、両凹レンズと、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズが物体側から順に接合された接合レンズとからなり、第4レンズ群G4の物体側から1〜3番目のレンズは接合されていない単レンズであるように構成することができる。第5レンズ群G5は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなるように構成することができる。第6レンズ群G6は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズおよび像側に凸面を向けた負メニスカスレンズが物体側から順に接合された接合レンズからなるように構成することができる。
以上述べた第1の実施形態および第2の実施形態に関する好ましい構成および可能な構成は、各実施形態において任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本発明の第1および第2の実施形態によれば、広角で、変倍の際のF値の変動が少なく、小型化を維持しながら、コマ収差が良好に補正され、高い光学性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「広角」とは広角端での全画角が75°より大きいことを意味する。
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。以下に述べる実施例のうち、実施例1〜4は第1の実施形態に対応しており、実施例5は第2の実施形態に対応している。
[実施例1]
実施例1のズームレンズのレンズ構成は図1に示したものであり、その図示方法と構成は図1に示す例として上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。
実施例1のズームレンズの基本レンズデータを表1に、諸元と可変面間隔を表2に、非球面係数を表3に示す。表1のSiの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示し、Riの欄にはi番目の面の曲率半径を示し、Diの欄にはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示す。表1のNdjの欄には最も物体側の構成要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の構成要素のd線(波長587.6nm)に関する屈折率を示し、νdjの欄にはj番目の構成要素のd線基準のアッベ数を示す。図1に示す光束は、光軸上の点を中心とする円形の開口部が設けられた遮光部材を所定の面の位置に配置した場合のものであり、表1の開口半径の欄にこの遮光部材の位置と開口部の半径を示す。
ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表1には開口絞りStおよび光学部材PPも合わせて示している。表1では、開口絞りStに相当する面の面番号の欄には面番号と(St)という語句を記載している。Diの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Simとの間隔である。また、表1では変倍の際に変化する可変面間隔については、DD[ ]という記号を用い、[ ]の中にこの間隔の物体側の面番号を付してDiの欄に記入している。
表2に、変倍比Zr、全系の焦点距離f、FナンバーFNo.、最大全画角2ωと、可変面間隔の値をd線基準で示す。2ωの欄の(°)は単位が度であることを意味する。表2では、広角端、中間焦点距離状態、望遠端での各値をそれぞれWIDE、MIDDLE、TELEと表記した欄に示している。表1のデータと表2の可変面間隔の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。
また、表1では、非球面の面番号には*印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表3に、実施例1の各非球面の非球面係数を示す。表3の非球面係数の数値の「E−n」(n:整数)は「×10−n」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数KA、Am(m=3、4、5、…16)の値である。
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からのレンズ面までの距離)
C:近軸曲率
KA、Am:非球面係数
各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはmmを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
図6〜図9に実施例1のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図6では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差(ディストーション)、および倍率色収差(倍率の色収差)を示す。図6では、WIDEと付した上段に広角端における各収差図を示し、MIDDLEと付した中段に中間焦点距離状態における各収差図を示し、TELEと付した下段に望遠端における各収差図を示す。球面収差図では、d線(波長587.6nm)、C線(波長656.3nm)、およびF線(波長486.1nm)に関する収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のd線に関する収差をそれぞれ実線、短破線で示す。歪曲収差図ではd線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、およびF線に関する収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のFNo.はFナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。
図7では、各半画角ωについて、左列にタンジェンシャル方向の横収差を、右列にサジタル方向の横収差を示す。これら横収差図ではd線に関する収差を示す。d線、C線、およびF線に関する収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。横収差図のωは半画角を意味する。図7に示す横収差図は広角端におけるものである。同様に、図8に中間焦点距離状態における横収差図を示し、図9に望遠端における横収差図を示す。図6〜図9の各収差図は、上述した遮光部材が配置された状態のものである。
上記の実施例1の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
[実施例2]
実施例2のズームレンズのレンズ構成と光路を図2に示す。実施例2のズームレンズは、5群構成である点、各レンズ群の屈折力の符号、および各レンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様である。実施例2のズームレンズの基本レンズデータを表4に、諸元と可変面間隔を表5に、非球面係数を表6に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図10〜図13に示す。
[実施例3]
実施例3のズームレンズのレンズ構成と光路を図3に示す。実施例3のズームレンズは、5群構成である点、各レンズ群の屈折力の符号、および第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の各レンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様であるが、第5レンズ群G5は物体側から順にレンズL51〜L52からなる2枚構成である。実施例3のズームレンズの基本レンズデータを表7に、諸元と可変面間隔を表8に、非球面係数を表9に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図14〜図17に示す。
[実施例4]
実施例4のズームレンズのレンズ構成と光路を図4に示す。実施例4のズームレンズは、5群構成である点、各レンズ群の屈折力の符号、および各レンズ群を構成するレンズの枚数は実施例3のものと同様である。実施例4のズームレンズの基本レンズデータを表10に、諸元と可変面間隔を表11に、非球面係数を表12に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図18〜図21に示す。
[実施例5]
実施例5のズームレンズのレンズ構成は図5に示したものであり、その図示方法と構成は図5に示す例として上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。実施例5のズームレンズの基本レンズデータを表13に、諸元と可変面間隔を表14に、非球面係数を表15に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図22〜図25に示す。
表16に、実施例1〜4のズームレンズの条件式(1)〜(3)の対応値、および実施例5のズームレンズの条件式(4)〜(6)の対応値を示す。表16に示す値はd線を基準とするものである。
以上のデータからわかるように、実施例1〜5のズームレンズは、広角端での全画角が79°以上であり広角化を達成しており、広角端から望遠端までの全変倍域でF値が一定であり、小型に構成され、コマ収差を含む各収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されている。
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図26Aおよび図26Bに本発明の一実施形態に係る撮像装置であるカメラ30の外観図を示す。図26Aはカメラ30を正面側から見た斜視図を示し、図26Bはカメラ30を背面側から見た斜視図を示す。カメラ30は、交換レンズ20が取り外し自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ20は、本発明の実施形態に係るズームレンズ1を鏡筒内に収納したものである。
このカメラ30はカメラボディ31を備え、カメラボディ31の上面にはシャッターボタン32と電源ボタン33とが設けられている。またカメラボディ31の背面には、操作部34〜35と表示部36とが設けられている。表示部36は、撮像された画像および撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。
カメラボディ31の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント37が設けられ、マウント37を介して交換レンズ20がカメラボディ31に装着されるようになっている。
カメラボディ31内には、交換レンズ20によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。このカメラ30では、シャッターボタン32を押すことにより静止画または動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
また、本発明の撮像装置も、上記構成のものに限られるものではなく、例えば、一眼レフ形式のカメラ、フィルムカメラ、およびビデオカメラ等に適用することも可能である。
1 ズームレンズ
2t、2w 軸上光束
3t、3w 軸外光束
20 交換レンズ
30 カメラ
31 カメラボディ
32 シャッターボタン
33 電源ボタン
34、35 操作部
36 表示部
37 マウント
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
G6 第6レンズ群
L11、L12、L21〜L24、L31〜L35、L41〜L45、L51、L52、L61、L62 レンズ
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸
ωw 広角端での最大半画角

Claims (18)

  1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とから実質的になり、
    変倍の際に隣り合うレンズ群の全間隔が変化し、
    前記第2レンズ群の最も像側の面から前記第4レンズ群の最も物体側の面までの間に開口絞りを配置し、
    前記第1レンズ群および前記第5レンズ群はそれぞれ2枚以下のレンズから実質的になり、
    前記第2レンズ群の最も物体側のレンズは、負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、
    前記第4レンズ群の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、
    前記第2レンズ群の最も像側のレンズのみを移動することにより合焦を行うことを特徴とするズームレンズ。
  2. 下記条件式(1)を満足する請求項1記載のズームレンズ。
    −2.5<fw×tan(ωw)/R4r<−0.1 (1)
    ただし、
    fw:前記ズームレンズの広角端における焦点距離
    ωw:前記ズームレンズの広角端における最大半画角
    R4r:前記第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
  3. 下記条件式(2)を満足する請求項1または2記載のズームレンズ。
    0.1<(R4r−R4f)/(R4r+R4f)<0.9 (2)
    ただし、
    R4r:前記第4レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
    R4f:前記第4レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
  4. 下記条件式(3)を満足する請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
    −0.35<f4/f1<−0.10 (3)
    ただし、
    f4:前記第4レンズ群の焦点距離
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離
  5. 前記第3レンズ群の最も物体側のレンズおよび前記第3レンズ群の最も像側のレンズはいずれも正レンズである請求項1から4のいずれか1項記載のズームレンズ。
  6. 前記第2レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられている請求項1から5のいずれか1項記載のズームレンズ。
  7. 前記第2レンズ群中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有する請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  8. 変倍の際に前記第5レンズ群は像面に対して固定されている請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  9. 物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、負の屈折力を有する第5レンズ群と、正の屈折力を有する第6レンズ群とから実質的になり、
    変倍の際に隣り合うレンズ群の全間隔が変化し、
    前記第3レンズ群の最も像側の面から前記第5レンズ群の最も物体側の面までの間に開口絞りを配置し、
    前記第1レンズ群および前記第6レンズ群はそれぞれ2枚以下のレンズから実質的になり、
    前記第2レンズ群の最も物体側のレンズは、負の屈折力を有し物体側の面が凸形状のメニスカスレンズであり、
    前記第5レンズ群の最も像側のレンズは、負の屈折力を有し像側の面が凸形状のメニスカスレンズであることを特徴とするズームレンズ。
  10. 下記条件式(4)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    −2.5<fw×tan(ωw)/R5r<−0.1 (4)
    ただし、
    fw:前記ズームレンズの広角端における焦点距離
    ωw:前記ズームレンズの広角端における最大半画角
    R5r:前記第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
  11. 下記条件式(5)を満足する請求項または10記載のズームレンズ。
    0.1<(R5r−R5f)/(R5r+R5f)<0.9 (5)
    ただし、
    R5r:前記第5レンズ群の最も像側のレンズの像側の面の曲率半径
    R5f:前記第5レンズ群の最も像側のレンズの物体側の面の曲率半径
  12. 下記条件式(6)を満足する請求項から11のいずれか1項記載のズームレンズ。
    −0.35<f5/f1<−0.10 (6)
    ただし、
    f5:前記第5レンズ群の焦点距離
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離
  13. 前記第4レンズ群の最も物体側のレンズおよび前記第4レンズ群の最も像側のレンズはいずれも正レンズである請求項から12のいずれか1項記載のズームレンズ。
  14. 前記第2レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面および像側の面の少なくとも一方に非球面形状の樹脂が貼り付けられている請求項から13のいずれか1項記載のズームレンズ。
  15. 前記第3レンズ群のみを移動することにより合焦を行う請求項から14のいずれか1項記載のズームレンズ。
  16. 前記第2レンズ群中に、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズを少なくとも1組有する請求項から15のいずれか1項記載のズームレンズ。
  17. 変倍の際に前記第6レンズ群は像面に対して固定されている請求項から16のいずれか1項記載のズームレンズ。
  18. 請求項1から17のいずれか1項記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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