JP7167000B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本開示の技術は、ズームレンズ、および撮像装置に関する。
従来、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、およびデジタルカメラ等に使用可能なレンズ系として、変倍の際に相互間隔が変化する複数のレンズ群からなるズームレンズが提案されている。
例えば、特許文献1には、物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対し固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、第1レンズ群に隣接した負の屈折力を有する第2レンズ群を含み変倍の際に隣接する群との間隔を変化させて移動する少なくとも2つの移動レンズ群と、最も像側に配置され変倍の際に像面に対し固定されている最終レンズ群とから実質的になるレンズ系が記載されている。特許文献2には、物体側から像側へ順に、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、正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、第1レンズ群および第5レンズ群は像面に対し固定され、第2レンズ群、第3レンズ群、および第4レンズ群が互いに間隔を変化させるように移動するレンズ系が記載されている。
国際公開第2017/170047号 特開2016-164629号公報
本開示の技術に係る一つの実施形態は、変倍の際の収差変動を抑えながら、小型化および高倍率化を達成し、良好な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。
本開示の技術の一態様に係るズームレンズは、物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動する1つ又は2つのレンズ群からなり広角端で全体として負の屈折力を有する負移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第1正移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第2正移動レンズ群と、絞りを含む後続レンズ群とからなり、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、負移動レンズ群に含まれる全てのレンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際に、像側へ移動し、第1正移動レンズ群は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズとからなり、無限遠物体に合焦した状態において、第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端での負移動レンズ群の焦点距離をfNw、第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1、第2正移動レンズ群の焦点距離をfP2とした場合、下記条件式(1)および(2)を満足する。
-11.5<f1/fNw<-8.5 (1)
0.5<fP2/fP1<1 (2)
上記態様のズームレンズは、さらに下記条件式(1-1)および(2-1)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
-11<f1/fNw<-9.5 (1-1)
0.6<fP2/fP1<0.9 (2-1)
第1正移動レンズ群の負レンズのd線基準のアッベ数をνnとした場合、下記条件式(3)を満足することが好ましく、下記条件式(3-1)を満足することがより好ましい。
20<νn<40 (3)
25<νn<37 (3-1)
第1正移動レンズ群に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのd線基準のアッベ数をνp、第1正移動レンズ群に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのg線とF線間の部分分散比をθpとした場合、下記条件式(4)および(5)を満足することが好ましい。また、下記条件式(4)および(5)を満足した上で、下記条件式(4-1)および(5-1)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
80<νp (4)
0.66<θp+0.001625×νp<0.72 (5)
90<νp<105 (4-1)
0.67<θp+0.001625×νp<0.7 (5-1)
無限遠物体に合焦した状態において、第1正移動レンズ群の負レンズの焦点距離をfn、第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1とした場合、下記条件式(6)を満足することが好ましく、下記条件式(6-1)を満足することがより好ましい。
-4<fn/fP1<-1 (6)
-3.5<fn/fP1<-1.2 (6-1)
上記条件式(6)を満足する構成において、第1正移動レンズ群の負レンズのd線に対する屈折率をNdnとした場合、下記条件式(7)を満足することが好ましく、下記条件式(7-1)を満足することがより好ましい。
1.55<Ndn<1.77 (7)
1.57<Ndn<1.7 (7-1)
望遠端での第2正移動レンズ群は、広角端での第2正移動レンズ群よりも物体側に位置しており、無限遠物体に合焦した状態において、第1正移動レンズ群および第2正移動レンズ群を合成してなる合成レンズ群の横倍率が-1倍になるズーム位置よりも広角側で第1正移動レンズ群と第2正移動レンズ群との間隔が最大になることが好ましい。
無限遠物体に合焦した状態において、広角端から望遠端への変倍の際に、第1正移動レンズ群および第2正移動レンズ群を合成してなる合成レンズ群と、負移動レンズ群とは、それぞれの横倍率が-1倍の点を同時に通ることが好ましい。
負移動レンズ群は、1つの負の屈折力を有するレンズ群からなるように構成してもよい。あるいは、負移動レンズ群は、物体側から像側へ順に、1つの負の屈折力を有するレンズ群と、1つの正の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成してもよい。
第1レンズ群は、合焦の際に光軸に沿って移動する少なくとも1枚のレンズを備えることが好ましい。
本開示の技術の別の態様に係る撮像装置は、本開示の上記態様のズームレンズを備えている。
なお、本明細書の「~からなり」、「~からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、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、等が含まれていてもよいことを意図する。
なお、本明細書の「正の屈折力を有する~群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に「負の屈折力を有する~群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有するレンズ」と「正レンズ」とは同義である。「負の屈折力を有するレンズ」と「負レンズ」とは同義である。「~レンズ群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、1枚のみのレンズからなる構成としてもよい。「1つのレンズ群」は、変倍の際に変化する間隔でレンズ群を区切った場合に1区切りに含まれるレンズ群を1つのレンズ群とする。
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。非球面を含むレンズに関する、屈折力の符号、および面形状は、特に断りが無い限り、近軸領域で考えることにする。
条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、部分分散比以外、無限遠物体に合焦した状態において、d線を基準とした場合の値である。あるレンズのg線とF線間の部分分散比θgFとは、g線、F線、およびC線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれNg、NF、およびNCとした場合に、θgF=(Ng-NF)/(NF-NC)で定義される。本明細書に記載の「d線」、「C線」、「F線」、および「g線」は輝線であり、d線の波長は587.56nm(ナノメートル)、C線の波長は656.27nm(ナノメートル)、F線の波長は486.13nm(ナノメートル)、g線の波長は435.84nm(ナノメートル)である。
本開示の実施例1のズームレンズに対応し、本開示の一実施形態に係るズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 図1に示すズームレンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例1のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例2のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例2のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例3のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 図6に示すズームレンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例3のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例4のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例4のズームレンズの各収差図である。 本開示の実施例5のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。 本開示の実施例5のズームレンズの各収差図である。 本開示の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。
以下、本開示の技術に係る実施形態の一例について図面を参照して説明する。図1は、本開示の一実施形態に係るズームレンズの広角端における構成を示す断面図と移動軌跡を示す図である。図2は、このズームレンズの構成と光束を示す断面図である。図1および図2に示す例は後述の実施例1のズームレンズに対応している。図1の断面図および図2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。図2では、「WIDE」と付した上段に広角端状態を示し、「MIDDLE」と付した中段に中間焦点距離状態を示し、「TELE」と付した下段に望遠端状態を示す。なお、「中間焦点距離」の「中間」は、必ずしも広角端と望遠端との中点という意味ではなく、広角端と望遠端との間である。図2では、光束として、広角端状態における軸上光束waおよび最大画角の光束wb、中間焦点距離状態における軸上光束maおよび最大画角の光束mb、望遠端状態における軸上光束taおよび最大画角の光束tbを示す。以下では主に図1を参照しながら本開示の一実施形態に係るズームレンズについて説明する。
図1では、ズームレンズが撮像装置に適用されることを想定して、ズームレンズと像面Simとの間に入射面と出射面が平行の光学部材PPが配置された例を示している。光学部材PPは、各種フィルタ、カバーガラス、およびプリズム等を想定した部材である。各種フィルタとは例えば、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、および特定の波長域をカットするフィルタ等である。光学部材PPは屈折力を有しない部材であり、光学部材PPを省略した構成も可能である。
ズームレンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負移動レンズ群GNと、正の屈折力を有する第1正移動レンズ群GP1と、正の屈折力を有する第2正移動レンズ群GP2と、開口絞りStを含む後続レンズ群GRとからなる。負移動レンズ群GNは、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する1つ又は2つのレンズ群からなり、広角端で全体として負の屈折力を有する。変倍の際に、第1レンズ群G1は像面Simに対して固定されており、負移動レンズ群GNを構成する1つ又は2つのレンズ群と、第1正移動レンズ群GP1と、第2正移動レンズ群GP2とは、光軸Zに沿って移動し、隣り合うレンズ群の間隔は全て変化する。最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍の際に間隔が変化する少なくとも5つのレンズ群を含み、上記のように構成することによって、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。また、正の屈折力を有する第1正移動レンズ群GP1および第2正移動レンズ群GP2によって色消しを行うことができるので、変倍の際の望遠側における軸上色収差の変動を抑制することに有利となる。
図1に示す例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とからなる。この例では、負移動レンズ群GNは1つのレンズ群からなり、第2レンズ群G2が負移動レンズ群GNに対応する。また、第3レンズ群G3が第1正移動レンズ群GP1に対応し、第4レンズ群G4が第2正移動レンズ群GP2に対応し、第5レンズ群G5が後続レンズ群GRに対応する。この例では、変倍の際に後続レンズ群GRは像面Simに対して固定されている。図1では、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、および第4レンズ群G4の下にそれぞれ、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を模式的に実線の矢印で示している。また、図1では移動軌跡の始点および終点それぞれに対応する広角端および望遠端をそれぞれ「WIDE」および「TELE」で示している。
図1の例の各レンズ群は以下に述べるレンズから構成されている。すなわち、第1レンズ群G1は、物体側から像側へ順に、レンズL11~L16の6枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、レンズL21~L27の7枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、レンズL31~L33の3枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、レンズL41~L44の4枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から像側へ順に、開口絞りStと、レンズL51~L63の13枚のレンズからなる。図1の開口絞りStは形状を示しているのではなく、光軸方向の位置を示している。
広角端から望遠端への変倍の際に、負移動レンズ群GNに含まれる全てのレンズ群は、像側へ移動するように構成される。かかる構成によれば、負移動レンズ群GNは主な変倍作用を担うことができるので高倍率化に有利となる。
第1正移動レンズ群GP1は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズとからなる。いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズは、物体側から順に正レンズと負レンズとが接合されていてもよく、物体側から順に負レンズと正レンズとが接合されていてもよい。また、第1正移動レンズ群GP1は、物体側から像側へ順に単レンズと接合レンズとが配置されていてもよく、物体側から像側へ順に接合レンズと単レンズとが配置されていてもよい。第1正移動レンズ群GP1がこのような接合レンズを有することによって、変倍の際の軸上色収差の変動を良好に抑制することができる。また、上記のように第1正移動レンズ群GP1を3枚のレンズからなる構成にすることによって、4枚以上のレンズからなる構成に比べて、省スペース化してズームストローク(変倍の際の移動範囲)を確保することができるので、高倍率化および全長の短縮化の両立が容易になる。
ズームレンズは、無限遠物体に合焦した状態において、第1レンズ群G1の焦点距離をf1、広角端での負移動レンズ群GNの焦点距離をfNwとした場合、下記条件式(1)を満足するように構成される。条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、第1レンズ群G1の屈折力が弱くなり過ぎないため、第1レンズ群G1はより物体側に像点を形成することができる。通常、負移動レンズ群GNのズームストロークは、第1レンズ群G1の最も像側の面から第1レンズ群G1が形成する像点までの範囲内にあるように設定されるので、条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、負移動レンズ群GNのズームストロークの長大化を抑制することができる。これによって、高倍率化および小型化の両立が容易になる。あるいは、条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、負移動レンズ群GNの屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の収差変動を抑制することが容易になる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群G1の屈折力が強くなり過ぎないため、第1レンズ群G1はより像側に像点を形成することができるので、負移動レンズ群GNのズームストロークは短くなり過ぎることがない。これによって、光線の曲がりを緩やかにできるので、高倍率化および高性能化の両立が容易になる。あるいは、条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、負移動レンズ群GNの屈折力が弱くなり過ぎないため、高倍率化および小型化の両立が容易になる。さらに下記条件式(1-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
-11.5<f1/fNw<-8.5 (1)
-11<f1/fNw<-9.5 (1-1)
また、ズームレンズは、無限遠物体に合焦した状態において、第1正移動レンズ群GP1の焦点距離をfP1、第2正移動レンズ群GP2の焦点距離をfP2とした場合、下記条件式(2)を満足するように構成される。条件式(2)の下限以下とならないようにすることによって、第2正移動レンズ群GP2に対して第1正移動レンズ群GP1の屈折力が弱くなり過ぎないため、第2正移動レンズ群GP2のレンズを小径化することが容易になり、また、第1正移動レンズ群GP1のズームストロークの長大化を抑制することができるので高倍率化および小型化の両立が容易になる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることによって、第2正移動レンズ群GP2に対して第1正移動レンズ群GP1の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の収差変動を抑制することが容易になるので高倍率化および高性能化の両立が容易になる。さらに下記条件式(2-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
0.5<fP2/fP1<1 (2)
0.6<fP2/fP1<0.9 (2-1)
本開示のズームレンズのように、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔を変化させて移動する3群以上の移動レンズ群と、開口絞りStを含む後続レンズ群GRとからなるタイプのレンズ系では、小型化および高倍率化を両立させるには移動レンズ群の適切な屈折力配置が重要になる。高倍率化を図ると、変倍の際の軸上色収差の変動が大きくなりやすいため、移動レンズ群の色収差補正のための構成を設定することが重要になる。本開示の技術に係るズームレンズは、上述した群構成を有し、条件式(1)および(2)を満足することによって、小型化、高倍率化、および高性能化を達成し、変倍の際の収差変動を抑えることが容易になる。
さらに、色収差の抑制のために第1正移動レンズ群GP1の負レンズのd線基準のアッベ数をνnとした場合、下記条件式(3)を満足することが好ましい。条件式(3)の下限以下とならないようにすることによって、軸上色収差が補正過剰となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることによって、軸上色収差が補正不足となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。さらに下記条件式(3-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
20<νn<40 (3)
25<νn<37 (3-1)
第1正移動レンズ群GP1に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのd線基準のアッベ数をνpとした場合、下記条件式(4)を満足することが好ましい。条件式(4)の下限以下とならないようにすることによって、軸上色収差が補正不足となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。さらに、ズームレンズは下記条件式(4-1)を満足することが好ましい。条件式(4-1)の下限以下とならないようにすることによって、軸上色収差が補正不足となるのをより良好に抑制し、変倍の際の色収差の変動をより良好に抑えることが容易になる。条件式(4-1)の上限以上とならないようにすることによって、軸上色収差が補正過剰となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。
80<νp (4)
90<νp<105 (4-1)
第1正移動レンズ群GP1に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのd線基準のアッベ数をνp、第1正移動レンズ群GP1に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのg線とF線間の部分分散比をθpとした場合、下記条件式(5)を満足することが好ましい。条件式(5)を満足することによって、ズーム全域において2次の軸上色収差を良好に補正することが容易になる。さらに下記条件式(5-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
0.66<θp+0.001625×νp<0.72 (5)
0.67<θp+0.001625×νp<0.7 (5-1)
良好な色収差補正のためには、条件式(4)および(5)を満足することが好ましい。さらに、条件式(4)および(5)を満足した上で、条件式(4-1)および(5-1)の少なくとも一方を満足することが好ましい。
また、ズームレンズは、無限遠物体に合焦した状態において、第1正移動レンズ群GP1の負レンズの焦点距離をfn、第1正移動レンズ群GP1の焦点距離をfP1とした場合、下記条件式(6)を満足することが好ましい。条件式(6)の下限以下とならないようにすることによって、第1正移動レンズ群GP1の負レンズの屈折力が弱くなり過ぎないため、軸上色収差が補正不足となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることによって、第1正移動レンズ群GP1の負レンズの屈折力が強くなり過ぎないため、軸上色収差が補正過剰となるのを抑制し、変倍の際の色収差の変動を良好に抑えることが容易になる。さらに下記条件式(6-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
-4<fn/fP1<-1 (6)
-3.5<fn/fP1<-1.2 (6-1)
条件式(6)を満足する構成において、第1正移動レンズ群GP1の負レンズのd線に対する屈折率をNdnとした場合、下記条件式(7)を満足することが好ましい。条件式(7)の下限以下とならないようにすることによって、像面湾曲がオーバー傾向になるのを抑制できるので、条件式(6)を満足する構成と像面湾曲の良好な補正とを両立させるための、第1正移動レンズ群GP1の負レンズへの屈折力配分を好適に設定することができる。条件式(7)の上限以上とならないようにすることによって、ペッツバール和がプラス傾向となるのを抑制できるので、条件式(6)を満足する構成と像面湾曲の良好な補正とを両立させるための、第1正移動レンズ群GP1の負レンズへの屈折力配分を好適に設定することができる。さらに下記条件式(7-1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
1.55<Ndn<1.77 (7)
1.57<Ndn<1.7 (7-1)
無限遠物体に合焦した状態における広角端から望遠端への変倍の際に、第1正移動レンズ群GP1および第2正移動レンズ群GP2を合成してなる合成レンズ群と、負移動レンズ群GNとは、それぞれの横倍率が-1倍の点を同時に通ることが好ましい。このようにした場合は、高倍率化が容易になる。図1の移動軌跡の図では、上記合成レンズ群の横倍率、および負移動レンズ群GNの横倍率が-1倍になるズーム位置を「β=-1」で示している。
望遠端での第2正移動レンズ群GP2は、広角端での第2正移動レンズ群GP2よりも物体側に位置していることが好ましい。さらに、無限遠物体に合焦した状態において、第1正移動レンズ群GP1および第2正移動レンズ群GP2を合成してなる合成レンズ群の横倍率が-1倍になるズーム位置よりも広角側で第1正移動レンズ群GP1と第2正移動レンズ群GP2との間隔が最大になるように構成されていることが好ましい。図1の移動軌跡の図では、第1正移動レンズ群GP1と第2正移動レンズ群GP2との間隔が最大となるズーム位置を「Dmax」で示している。本開示のズームレンズのようなレンズ系では合成レンズ群の横倍率が-1倍になるズーム位置よりも広角側において軸外光束の外縁光線は最も高くなる。一方、第1正移動レンズ群GP1と第2正移動レンズ群GP2との間隔が最大となる状態は、第1正移動レンズ群GP1が物体側に繰り出した状態である。合成レンズ群の横倍率が-1倍になるズーム位置と広角端との間のズーム域内で第1正移動レンズ群GP1と第2正移動レンズ群GP2との間隔が最大になるように構成することによって、軸外光束の外縁光線が最も高くなるズーム位置、もしくはその近傍で、正の屈折力を有する第1正移動レンズ群GP1を物体側に繰り出すことができる。これによって、第1レンズ群G1における軸外光束の外縁光線をより低くすることができるため、第1レンズ群G1の大径化を抑制することができ、小型化に有利となる。
合焦動作については、第1レンズ群G1の少なくとも1枚のレンズを光軸Zに沿って移動することによって行うように構成してもよい。第1レンズ群G1が合焦の際に移動するレンズ群(以下、フォーカスレンズ群という)を備える場合は、望遠端での合焦の際のフォーカスレンズ群の出量を抑制できるため、最至近被写体距離を短くすることができる。また、ズーム全域で合焦の際のフォーカスレンズ群の出量を一定にできるため、機構を簡略化できる。
図1の例の第1レンズ群G1は、2つのフォーカスレンズ群を備える。より詳しくは、図1の例の第1レンズ群G1は、物体側から像側へ順に、合焦の際に像面Simに対して固定されている第1aレンズ群G1aと、合焦の際に光軸Zに沿って移動する第1bレンズ群G1bと、合焦の際に第1bレンズ群G1bとの相互間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する第1cレンズ群G1cとからなる。図1の第1bレンズ群G1bおよび第1cレンズ群G1cそれぞれの下に記入された水平方向の両矢印は、第1bレンズ群G1bおよび第1cレンズ群G1cがそれぞれフォーカスレンズ群であることを示す。
なお、図1に示す例は一例であり、種々の変形が可能であり、例えば、第1正移動レンズ群GP1以外の各レンズ群を構成するレンズの枚数は、図1に示す例と異なる枚数にすることも可能である。
また、図1の例の負移動レンズ群GNは1つのレンズ群からなるが、負移動レンズ群GNは変倍の際に相互間隔が変化する2つのレンズ群からなるように構成してもよい。負移動レンズ群GNが1つの負の屈折力を有するレンズ群からなる場合は、移動群に関する構造をより簡略化できるので、総合的な製造誤差の低減および部品コストの低減に有利となる。負移動レンズ群GNが、物体側から像側へ順に、1つの負の屈折力を有するレンズ群と、1つの正の屈折力を有するレンズ群とからなる場合は、変倍の際の収差変動の抑制が容易になる。
また、図1の例の後続レンズ群GRは変倍の際に像面に対して固定されているが、後続レンズ群GRは変倍の際に移動するように構成してもよい。変倍の際に後続レンズ群GRが像面に対して固定されている構成では、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離が変倍の際に変化せず、レンズ系の重心の変動を小さくすることができるため、撮影の際の利便性を高めることができる。変倍の際に後続レンズ群GRが移動する構成では、変倍の際の収差変動の抑制に有利となる。
上述した好ましい構成および可能な構成は、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。本開示の技術によれば、変倍の際の収差変動を抑えながら、小型化および高倍率化を達成し、良好な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「高倍率」とは、ズームの倍率が100倍以上であることを意味する。
次に、本開示のズームレンズの数値実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1のズームレンズの構成と移動軌跡は図1に示しており、その図示方法と構成は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例1のズームレンズは、物体側から像側へ順に、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、正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。変倍の際に、第1レンズ群G1と第5レンズ群G5とは像面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する。第2レンズ群G2が負移動レンズ群GNに対応し、第3レンズ群G3が第1正移動レンズ群GP1に対応し、第4レンズ群G4が第2正移動レンズ群GP2に対応し、第5レンズ群G5が後続レンズ群GRに対応する。第1レンズ群G1は、物体側から像側へ順に、第1aレンズ群G1aと、第1bレンズ群G1bと、第1cレンズ群G1cとからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦の際に、第1bレンズ群G1bおよび第1cレンズ群G1cは相互間隔を変化させて物体側へ移動し、その他のレンズ群は全て像面Simに対して固定されている。第1aレンズ群G1aは、物体側から像側へ順に、レンズL11~L13の3枚のレンズからなり、第1bレンズ群G1bは、物体側から像側へ順に、レンズL14~L15の2枚のレンズからなり、第1cレンズ群G1cは、レンズL16の1枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、レンズL21~L27の7枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、レンズL31~L33の3枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、L41~L44の4枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から像側へ順に、開口絞りStと、レンズL51~L63の13枚のレンズからなる。以上が実施例1のズームレンズの概要である。
実施例1のズームレンズについて、基本レンズデータを表1Aおよび表1Bに、諸元と可変面間隔を表2に、非球面係数を表3に示す。ここでは、1つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表1Aおよび表1Bの2つの表に分けて表示している。表1Aには第1レンズ群G1から第4レンズ群G4までを示し、表1Bには第5レンズ群G5および光学部材PPを示す。表1A、表1B、および表2には、無限遠物体に合焦した状態におけるデータを示す。
表1Aおよび表1Bにおいて、Snの欄には最も物体側の面を第1面とし像側に向かうに従い1つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Rの欄には各面の曲率半径を示し、Dの欄には各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。Ndの欄には各構成要素のd線に対する屈折率を示し、νdの欄には各構成要素のd線基準のアッベ数を示し、θgFの欄には各構成要素のg線とF線間の部分分散比を示す。
表1Aおよび表1Bでは、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表1B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1Bでは開口絞りStに相当する面の面番号の欄に面番号と(St)という語句を記載している。表1Aおよび表1Bでは、変倍の際の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Dの欄に記入している。
表2に、ズームの倍率Zr、焦点距離f、空気換算距離でのバックフォーカスBf、FナンバーFNo.、最大全画角2ω、および、変倍の際の可変面間隔を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、広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態の各値をそれぞれWIDE、MIDDLE、TELEと表記した欄に示している。
基本レンズデータでは、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において、Snの欄には非球面の面番号を示し、KAおよびAm(m=3、4、5、・・・16)の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。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。KAおよびAmは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Zd=C×h/{1+(1-KA×C×h1/2}+ΣAm×h
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(光軸からレンズ面までの距離)
C:近軸曲率半径の逆数
KA、Am:非球面係数
であり、非球面式のΣはmに関する総和を意味する。
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(ミリメートル)を用いているが、光学系は比例拡大又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。
Figure 0007167000000001
Figure 0007167000000002
Figure 0007167000000003
Figure 0007167000000004
図3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の各収差図を示す。図3では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図3では「WIDE」と付した上段に広角端状態の収差を示し、「MIDDLE」と付した中段に中間焦点距離状態の収差を示し、「TELE」と付した下段に望遠端状態の収差を示す。球面収差図では、d線、C線、F線、およびg線における収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および一点鎖線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではd線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、F線、およびg線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および一点鎖線で示す。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。
上記の実施例1に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例にお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のズームレンズの構成と移動軌跡を図4に示す。実施例2のズームレンズは、実施例1のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例2のズームレンズについて、基本レンズデータを表4Aおよび表4Bに、諸元と可変面間隔を表5に、非球面係数を表6に、各収差図を図5に示す。
Figure 0007167000000005
Figure 0007167000000006
Figure 0007167000000007
Figure 0007167000000008
[実施例3]
実施例3のズームレンズについて、構成と移動軌跡を図6に示し、構成と光束を図7に示す。実施例3のズームレンズは、物体側から像側へ順に、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、正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、正の屈折力を有する第6レンズ群G6とからなる。変倍の際に、第1レンズ群G1と第6レンズ群G6とは像面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4と第5レンズ群G5とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する。図6では、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、第4レンズ群G4、および第5レンズ群G5の下にそれぞれ、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を模式的に実線の矢印で示している。実施例3のズームレンズでは負移動レンズ群GNは2つのレンズ群からなる。第2レンズ群G2および第3レンズ群G3が負移動レンズ群GNに対応し、第4レンズ群G4が第1正移動レンズ群GP1に対応し、第5レンズ群G5が第2正移動レンズ群GP2に対応し、第6レンズ群G6が後続レンズ群GRに対応する。第1レンズ群G1は、物体側から像側へ順に、第1aレンズ群G1aと、第1bレンズ群G1bと、第1cレンズ群G1cとからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦の際に、第1bレンズ群G1bおよび第1cレンズ群G1cは相互間隔を変化させて物体側へ移動し、その他のレンズ群は全て像面Simに対して固定されている。第1aレンズ群G1aは、物体側から像側へ順に、レンズL11~L13の3枚のレンズからなり、第1bレンズ群G1bは、物体側から像側へ順に、レンズL14~L15の2枚のレンズからなり、第1cレンズ群G1cは、レンズL16の1枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、レンズL21~L24の4枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から像側へ順に、レンズL31~L33の3枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、L41~L43の3枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から像側へ順に、L51~L54の4枚のレンズからなる。第6レンズ群G6は、物体側から像側へ順に、開口絞りStと、レンズL61~L73の13枚のレンズからなる。以上が実施例3のズームレンズの概要である。
実施例3のズームレンズについて、基本レンズデータを表7Aおよび表7Bに、諸元と可変面間隔を表8に、非球面係数を表9に、各収差図を図8に示す。
Figure 0007167000000009
Figure 0007167000000010
Figure 0007167000000011
Figure 0007167000000012
[実施例4]
実施例4のズームレンズの構成と移動軌跡を図9に示す。実施例4のズームレンズは、実施例3のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例4のズームレンズについて、基本レンズデータを表10Aおよび表10Bに、諸元と可変面間隔を表11に、非球面係数を表12に、各収差図を図10に示す。
Figure 0007167000000013
Figure 0007167000000014
Figure 0007167000000015
Figure 0007167000000016
[実施例5]
実施例5のズームレンズの構成と移動軌跡を図11に示す。実施例5のズームレンズは、実施例1のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例5のズームレンズについて、基本レンズデータを表13Aおよび表13Bに、諸元と可変面間隔を表14に、非球面係数を表15に、各収差図を図12に示す。
Figure 0007167000000017
Figure 0007167000000018
Figure 0007167000000019
Figure 0007167000000020
表16に、実施例1~5のズームレンズの条件式(1)~(7)の対応値を示す。
Figure 0007167000000021
以上説明したデータからわかるように、実施例1~5のズームレンズは、小型に構成されながらも、ズームの倍率が120倍以上であり、高倍率化を達成しており、変倍の際の収差変動が抑えられ、かつ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。
次に、本開示の実施形態に係る撮像装置について説明する。図13に、本開示の実施形態の撮像装置の一例として、本開示の実施形態に係るズームレンズ1を用いた撮像装置100の概略構成図を示す。撮像装置100としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等を挙げることができる。
撮像装置100は、ズームレンズ1と、ズームレンズ1の像側に配置されたフィルタ2と、フィルタ2の像側に配置された撮像素子3とを備えている。なお、図13では、ズームレンズ1が備える複数のレンズを概略的に図示している。
撮像素子3はズームレンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子3は、その撮像面がズームレンズ1の像面に一致するように配置される。
撮像装置100はまた、撮像素子3からの出力信号を演算処理する信号処理部5と、信号処理部5により形成された像を表示する表示部6と、ズームレンズ1の変倍を制御する変倍制御部7と、ズームレンズ1の合焦を制御する合焦制御部8とを備える。なお、図13では1つの撮像素子3のみ図示しているが、3つの撮像素子を有するいわゆる3板方式の撮像装置としてもよい。
以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術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、および非球面係数等は、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。
1 ズームレンズ
2 フィルタ
3 撮像素子
5 信号処理部
6 表示部
7 変倍制御部
8 合焦制御部
100 撮像装置
G1 第1レンズ群
G1a 第1aレンズ群
G1b 第1bレンズ群
G1c 第1c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
GN 負移動レンズ群
GP1 第1正移動レンズ群
GP2 第2正移動レンズ群
GR 後続レンズ群
L11~L16、L21~L27、L31~L33、L41~L44、L51~L73 レンズ
ta、wa 軸上光束
tb、wb 最大画角の光束
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸

Claims (20)

  1. 物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動する1つ又は2つのレンズ群からなり広角端で全体として負の屈折力を有する負移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第1正移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第2正移動レンズ群と、絞りを含む後続レンズ群とからなり、
    変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、
    前記負移動レンズ群に含まれる全てのレンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際に、像側へ移動し、
    前記第1正移動レンズ群は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズとからなり、
    無限遠物体に合焦した状態において、
    前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
    広角端での前記負移動レンズ群の焦点距離をfNw、
    前記第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1、
    前記第2正移動レンズ群の焦点距離をfP2
    前記第1正移動レンズ群の前記負レンズの焦点距離をfnとした場合、
    -11.5<f1/fNw≦-9.9231a
    0.5<fP2/fP1<1 (2)
    -4<fn/fP1<-1 (6)
    で表される条件式(1a(2)および(6)を満足するズームレンズ。
  2. 物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動する1つ又は2つのレンズ群からなり広角端で全体として負の屈折力を有する負移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第1正移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第2正移動レンズ群と、絞りを含む後続レンズ群とからなり、
    変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、
    前記負移動レンズ群に含まれる全てのレンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際に、像側へ移動し、
    前記第1正移動レンズ群は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズとからなり、
    無限遠物体に合焦した状態において、
    前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
    広角端での前記負移動レンズ群の焦点距離をfNw、
    前記第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1、
    前記第2正移動レンズ群の焦点距離をfP2とした場合、
    -11.5<f1/fNw≦-10.0811b
    0.5<fP2/fP1<1 (2)
    で表される条件式(1b)および(2)を満足するズームレンズ。
  3. 物体側から像側へ順に、変倍の際に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動する1つ又は2つのレンズ群からなり広角端で全体として負の屈折力を有する負移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第1正移動レンズ群と、変倍の際に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する第2正移動レンズ群と、絞りを含む後続レンズ群とからなり、
    変倍の際に隣り合うレンズ群の間隔が全て変化し、
    前記負移動レンズ群は、物体側から像側へ順に、1つの負の屈折力を有するレンズ群と、1つの正の屈折力を有するレンズ群とからなり、
    前記負移動レンズ群の前記負の屈折力を有するレンズ群および前記負移動レンズ群の前記正の屈折力を有するレンズ群は、広角端から望遠端への変倍の際に、像側へ移動し、
    前記第1正移動レンズ群は、正レンズである単レンズと、いずれか一方が正レンズで他方が負レンズの2枚のレンズが接合されて構成された接合レンズとからなり、
    無限遠物体に合焦した状態において、
    前記第1レンズ群の焦点距離をf1、
    広角端での前記負移動レンズ群の焦点距離をfNw、
    前記第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1、
    前記第2正移動レンズ群の焦点距離をfP2とした場合、
    -11.5<f1/fNw<-8.5 (1)
    0.5<fP2/fP1<1 (2)
    で表される条件式(1)および(2)を満足するズームレンズ。
  4. 前記第1正移動レンズ群の前記負レンズのd線基準のアッベ数をνnとした場合、
    20<νn<40 (3)
    で表される条件式(3)を満足する請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第1正移動レンズ群に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのd線基準のアッベ数をνp、
    前記第1正移動レンズ群に含まれる正レンズのうちd線基準のアッベ数が最も大きい正レンズのg線とF線間の部分分散比をθpとした場合、
    80<νp (4)
    0.66<θp+0.001625×νp<0.72 (5)
    で表される条件式(4)および(5)を満足する請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 無限遠物体に合焦した状態において、
    前記第1正移動レンズ群の前記負レンズの焦点距離をfn、
    前記第1正移動レンズ群の焦点距離をfP1とした場合、
    -4<fn/fP1<-1 (6)
    で表される条件式(6)を満足する請求項2又は3に記載のズームレンズ。
  7. 前記第1正移動レンズ群の前記負レンズのd線に対する屈折率をNdnとした場合、
    1.55<Ndn<1.77 (7)
    で表される条件式(7)を満足する請求項1又は6に記載のズームレンズ。
  8. 望遠端での前記第2正移動レンズ群は、広角端での前記第2正移動レンズ群よりも物体側に位置しており、
    無限遠物体に合焦した状態において、前記第1正移動レンズ群および前記第2正移動レンズ群を合成してなる合成レンズ群の横倍率が-1倍になるズーム位置よりも広角側で前記第1正移動レンズ群と前記第2正移動レンズ群との間隔が最大になる請求項1からのいずれか1項に記載のズームレンズ。
  9. 無限遠物体に合焦した状態において、広角端から望遠端への変倍の際に、前記第1正移動レンズ群および前記第2正移動レンズ群を合成してなる合成レンズ群と、前記負移動レンズ群とは、それぞれの横倍率が-1倍の点を同時に通る請求項1からのいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 前記負移動レンズ群は、1つの負の屈折力を有するレンズ群からなる請求項1又は2に記載のズームレンズ。
  11. 前記負移動レンズ群は、物体側から像側へ順に、1つの負の屈折力を有するレンズ群と、1つの正の屈折力を有するレンズ群とからなる請求項1又は2に記載のズームレンズ。
  12. 前記第1レンズ群は、合焦の際に光軸に沿って移動する少なくとも1枚のレンズを備える請求項1から11のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  13. -11<f1/fNw<-9.5 (1-1)
    で表される条件式(1-1)を満足する請求項に記載のズームレンズ。
  14. 0.6<fP2/fP1<0.9 (2-1)
    で表される条件式(2-1)を満足する請求項1から13のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  15. 25<νn<37 (3-1)
    で表される条件式(3-1)を満足する請求項に記載のズームレンズ。
  16. 90<νp<105 (4-1)
    で表される条件式(4-1)を満足する請求項に記載のズームレンズ。
  17. 0.67<θp+0.001625×νp<0.7 (5-1)
    で表される条件式(5-1)を満足する請求項に記載のズームレンズ。
  18. -3.5<fn/fP1<-1.2 (6-1)
    で表される条件式(6-1)を満足する請求項1又は6に記載のズームレンズ。
  19. 1.57<Ndn<1.7 (7-1)
    で表される条件式(7-1)を満足する請求項に記載のズームレンズ。
  20. 請求項1から19のいずれか1項に記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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