WO2012176413A1 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a zoom lens having a high zoom ratio used for an electronic camera such as a digital still camera, a video camera, a broadcast camera, and a surveillance camera, and an imaging apparatus using the zoom lens.
- a zoom lens having a relatively large zoom ratio in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a third lens group having a positive refractive power
- a fourth lens group having a positive refractive power and a fifth lens group having a negative refractive power are known. It is known that a zoom lens having such a lens configuration is suitable for achieving both a large zoom ratio and miniaturization (see Patent Documents 1, 2, and 3).
- the conventionally known small and high-performance zoom lenses for example, the zoom lenses described in Patent Documents 1 to 3, all have a zoom ratio of less than 10 times, and are not necessarily high zoom ratios. It cannot be said.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a zoom lens having a high zoom ratio and a small size and high performance, and an image pickup apparatus using the zoom lens.
- the zoom lens of the present invention has, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a positive refractive power.
- a fourth lens group having a negative refractive power and a fifth lens group having a negative refractive power When zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the distance between the first lens group and the second lens group is always increased. The distance between the second lens group and the third lens group is always decreased, the distance between the third lens group and the fourth lens group is always decreased, and the distance between the fourth lens group and the fifth lens group is changed.
- All lens groups are configured to move with respect to the imaging position
- f W is the focal length of the entire lens system at the wide angle end
- f 4 is the focal length of the fourth lens group
- f 5 is the first Conditional expression (J): 0.50 ⁇ f W when the focal length is 5 lens groups / F 4 ⁇ 0.65 and conditional expression (K): ⁇ 0.32 ⁇ f W / f 5 ⁇ 0.15 are satisfied at the same time.
- the zoom lens may be substantially composed of five lens groups.
- the “zoom lens substantially composed of n lens groups” means a lens having substantially no refractive power, an optical element other than a lens such as a diaphragm or a cover glass, and a lens other than the n lens groups.
- the zoom lens has a flange, a lens barrel, an image sensor, a mechanical portion such as a camera shake correction mechanism, and the like.
- the zoom lens has a conditional expression (J ′): 0.60 ⁇ f W / f 4 ⁇ 0.65 and / or a conditional expression (K ′): ⁇ 0.32 ⁇ f W / f 5 ⁇ 0. It is more desirable to satisfy 20.
- the zoom lens is preferably configured to move only the fifth lens group to the image side when the focus position of the zoom lens is moved from the infinity side to the close side for focusing. .
- the zoom lens preferably satisfies conditional expression (C): ⁇ 6.0 ⁇ 1- ( ⁇ 5T ) 2 ⁇ 2.5, and conditional expression (C ′): ⁇ 5.5 ⁇ 1- ( It is more desirable to satisfy ⁇ 5T ) 2 ⁇ 2.9.
- the image pickup apparatus of the present invention is characterized in that the zoom lens is mounted.
- the first lens group having a positive refractive power in order from the object side, the first lens group having a positive refractive power, the second lens group having a negative refractive power, and the positive refractive power.
- Conditional expression (J) defines the ratio between the focal length of the entire lens system at the wide-angle end and the focal length of the fourth lens group. If the zoom lens is configured to fall below the lower limit of conditional expression (J), the positive refractive power of the fourth lens group becomes too weak, and the amount of movement of the fourth lens group during zooming becomes large. As a result, there arises a problem that the total length of the optical system becomes large. On the other hand, if it is configured to exceed the upper limit of conditional expression (J), the positive refracting power of the fourth lens group becomes too strong, which makes it difficult to maintain optical performance during zooming.
- Conditional expression (K) defines the ratio between the focal length of the entire lens system at the wide-angle end and the focal length of the fifth lens group. If the zoom lens is configured to fall below the lower limit of the conditional expression (K), the negative refractive power of the fifth lens group becomes too strong and the back focus becomes long, so that the total length of the optical system becomes large. Occurs. On the other hand, if it is configured to exceed the upper limit of conditional expression (K), the negative refractive power of the fifth lens group becomes too weak and the back focus becomes short. For example, this zoom lens is attached to a single-lens reflex camera. When used, there is a problem that it becomes impossible to secure a space such as a mirror or a filter of a single-lens reflex camera.
- the amount of movement of the fifth lens group during focusing increases, and the lens outer diameter of the fifth lens group further increases.
- the burden on the focusing mechanism becomes large, and there arises a problem that it becomes difficult to focus at high speed, for example.
- Sectional drawing which shows schematic structure of the zoom lens by embodiment of this invention, and an imaging device provided with this zoom lens Sectional drawing which shows the zoom lens of Example 1 Sectional drawing which shows each case which determined the zoom setting of the zoom lens of Example 1 to the wide-angle end and the telephoto end Sectional drawing which shows the zoom lens of Example 2.
- Sectional drawing which shows each case which determined the zoom setting of the zoom lens of Example 2 to the wide-angle end and the telephoto end Sectional drawing which shows the zoom lens of Example 3
- Sectional drawing which shows each case which determined the zoom setting of the zoom lens of Example 3 to the wide-angle end and the telephoto end Sectional drawing which shows the zoom lens of Example 4.
- Sectional drawing which shows each case which determined the zoom setting of the zoom lens of Example 4 to the wide-angle end and the telephoto end Sectional drawing which shows the zoom lens of Example 5.
- Sectional drawing which shows each case which determined the zoom setting of the zoom lens of Example 5 to the wide-angle end and the telephoto end Aberration diagram of zoom lens of Example 1
- Aberration diagram of zoom lens of Example 2 Aberration diagram of zoom lens of Example 3
- Aberration diagram of zoom lens of Example 4 Aberration diagram of zoom lens of Example 5
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a zoom lens of the present invention and an image pickup apparatus provided with the zoom lens.
- the illustrated zoom lens 100 is a high-performance zoom lens that has a high zoom ratio and is small, and an imaging device 200 equipped with the zoom lens 100 is a digital still camera, a video camera, a broadcast camera, and a monitoring camera. It is used as a camera.
- the zoom lens 100 includes, in order from the object side (the ⁇ Z side in the drawing), a first lens group 1G having a positive refractive power, a second lens group 2G having a negative refractive power, and a third lens having a positive refractive power.
- the lens group 3G includes five groups, a fourth lens group 4G having a positive refractive power, and a fifth lens group 5G having a negative refractive power.
- the zoom lens 100 When zooming from the wide-angle end to the telephoto end (continuous zooming), the zoom lens 100 always increases the interval ⁇ 12 between the first lens group 1G and the second lens group 2G, and the second lens group 2G and the second lens group 2G.
- the interval ⁇ 23 between the third lens group 3G is always reduced, the interval ⁇ 34 between the third lens group 3G and the fourth lens group 4G is always reduced, and the interval ⁇ 45 between the fourth lens group 4G and the fifth lens group 5G is changed.
- all the lens groups 1G to 5G are configured to move with respect to the imaging plane Mk that is the imaging position of the zoom lens 100.
- conditional expression (J): 0.50 ⁇ f W / f 4 ⁇ 0.65 and conditional expression (K): ⁇ 0.32 ⁇ f W / f 5 ⁇ 0.15 are satisfied at the same time.
- f W is the focal length of the entire lens system at the wide angle end
- f 4 is the focal length of the fourth lens group
- f 5 is the focal length of the fifth lens group.
- the zoom lens 100 can move only the fifth lens group 5G to the image side when the focus position of the zoom lens 100 is moved from the infinity side to the close side for focusing. . Thereby, since the focusing group (the fifth lens group 5G) can be made small and light, the burden on the focusing mechanism is reduced, and focusing can be performed at high speed.
- the zoom lens 100 satisfies the conditional expression (C): ⁇ 6.0 ⁇ 1- ( ⁇ 5T ) 2 ⁇ 2.5, and the conditional expression (C ′): ⁇ 5.5 ⁇ 1. It is more desirable to satisfy ⁇ ( ⁇ 5T ) 2 ⁇ 2.9.
- ⁇ 5T is the imaging magnification of the fifth lens group 5G when focusing on infinity at the telephoto end.
- Conditional expression (C) defines the sensitivity of the image movement with respect to the in-focus movement at the infinite focus at the telephoto end of the fifth lens group 5G. If the zoom lens 100 is configured so as to fall below the lower limit of the conditional expression (C), the sensitivity of the image movement to the in-focus movement of the fifth lens group 5G at the telephoto end becomes too high, and the first focus for finding the best focus position is obtained. The amplitude movement amount of the five lens group 5G is too small. As a result, there arises a problem that focus control becomes difficult, for example, the in-focus movement of the fifth lens group 5G stops.
- conditional expression (C) if the upper limit of conditional expression (C) is exceeded, the sensitivity of image movement with respect to the in-focus movement of the fifth lens group 5G is not a problem at the telephoto end, but the sensitivity at the wide-angle end is consequently too low.
- the amplitude movement amount of the fifth lens group 5G for searching for the focus position is too large. As a result, there arises a problem that, for example, a malfunction such as abnormal noise is generated from the focusing mechanism during the focusing movement.
- An image pickup apparatus 200 shown in FIG. 1 includes the zoom lens 100 and an image pickup element 210 made up of a CCD, a CMOS, or the like that picks up an optical image Hk (optical image of the subject H) formed through the zoom lens 100. Yes.
- the imaging surface 211 of the imaging element 210 is the imaging position (imaging plane Mk) of the imaging lens 100.
- an optical member Dg is disposed between the most image side lens constituting the zoom lens 100 (indicated by reference numeral Se in the zoom lens 100 shown in FIG. 1) and the imaging surface 211.
- optical member Dg various members can be arranged according to the configuration of the imaging device 200 to which the imaging lens 100 is attached.
- the optical member Dg one or a plurality of members corresponding to a cover glass for protecting the imaging surface, an infrared cut filter, an ND filter, and the like can be disposed.
- Each of the zoom lenses of Examples 1 to 5 satisfies the configuration of the zoom lens 100 and includes the following components.
- Each of the zoom lenses of Examples 1 to 5 includes a first lens group 1G including three lenses, a second lens group 2G including four lenses, a third lens group 3G including five lenses, and three lenses.
- a fourth lens group 4G composed of lenses and a fifth lens group 5G composed of two lenses are arranged.
- the first lens group 1G includes a first group first lens L1, a first group second lens L2, and a first group third lens L3 in order from the object side.
- the second lens group 2G includes, in order from the object side, a second group first lens L4, a second group second lens L5, a second group third lens L6, and a second group fourth lens L7. Is.
- the third lens group 3G includes, in order from the object side, a third group first lens L8, a third group second lens L9, a third group third lens L10, a third group fourth lens L11, and a third group first lens. 5 lenses L12 are arranged.
- the fourth lens group 4G includes a fourth group first lens L13, a fourth group second lens L14, and a fourth group third lens L15 arranged in this order from the object side.
- the fifth lens group 5G includes a fifth group first lens L16 and a fifth group second lens L17 arranged in this order from the object side.
- the third lens group 3G including five lenses is arranged on the most object side with the three lenses arranged on the most object side (the third a lens group 3aG having positive refractive power) and on the most image side.
- the two lenses are configured, and the 3b lens group 3bG can be moved in the direction orthogonal to the optical axis (direction in which the XY plane extends). With this configuration, it is possible to provide a function for correcting camera shake.
- the 3a lens group 3aG is composed of a 3rd group 1st lens L8, a 3rd group 2nd lens L9, and a 3rd group 3rd lens L10, and the 3b lens group 3bG is 3rd group 3rd lens. 4 lens L11 and 3rd group 5th lens L12 are comprised.
- the aperture stop St is disposed between the second lens group 2G and the third lens group 3G, and is configured to move in the direction of the optical axis Z1 integrally with the third lens group 3G during zooming. ing.
- FIG. 2A and 2B show the zoom lens of Example 1.
- FIG. 2A is a diagram illustrating in detail the configuration of the zoom lens of Example 1.
- FIG. 2B shows the zoom lens of Example 1 when the zoom setting is set at the wide-angle end (shown as “WIDE” in the drawing) in the upper stage, and when the zoom setting is set at the telephoto end in the lower stage ( It is a figure which shows the movement path
- the fifth lens group 5G in the zoom lens of Example 1 is formed by arranging two lenses in order of a negative lens and a positive lens from the object side.
- Table 1A various data related to the zoom lens of Example 1 are shown in Table 1A described later.
- the upper part of Table 1A shows the lens data
- the middle part shows the general specifications of the zoom lens
- the lower part shows the focal length of each lens group.
- the lens data includes the aperture stop St and the optical member Dg.
- the surface spacing on the optical axis Z1 with the second surface is shown.
- the Abbe number based on the d-line of the optical element is shown.
- the unit of the radius of curvature and the surface interval is mm, and the radius of curvature is positive when convex on the object side and negative when convex on the image side.
- the zoom lens can also be an embodiment according to the present invention.
- f focal length (unit: mm of each value) of the entire lens system
- Fno F number
- 2 ⁇ total angle of view (unit: “°”).
- f 1 focal length of the first lens group 1G
- f 2 focal length of the second lens group 2G
- f 3 focal length of the third lens group 3G
- f 4 focal length of the fourth lens group 4G
- F 5 focal length of the fifth lens group 5G
- f 3a focal length of the third a lens group 3aG
- f 3b focal length of the third b lens group 3bG.
- the “3b group (OIS)” (OIS: Optical Image Stabilization) described in Table 1A can move the 3b lens group 3bG in the direction perpendicular to the optical axis (direction in which the XY plane extends). This indicates that the function of correcting camera shake can be achieved.
- Table 1B shows the aspherical coefficients of the aspherical surfaces in the zoom lens of Example 1.
- the * mark added to the surface number of the lens data in Table 1A indicates that the surface is an aspheric surface, and the aspheric coefficient of the aspheric surface corresponding to the surface number is shown in Table 1B. .
- Z C ⁇ h 2 / ⁇ 1+ (1 ⁇ K ⁇ C 2 ⁇ h 2 ) 1/2 ⁇ + ⁇ An ⁇ h n
- Z Depth of aspheric surface (mm)
- h Distance from the optical axis to the lens surface (height) (mm)
- K aspheric coefficient representing a quadratic surface
- FIG. 7 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end (WIDE), during zooming (middle, MID), and the telephoto end (TELE) of the zoom lens according to the first exemplary embodiment.
- WIDE wide-angle end
- MID zooming
- TELE telephoto end
- the figures indicated by symbols (Wa), (Ma), (Ta) indicate spherical aberration
- the figures indicated by symbols (Wb), (Mb), (Tb) indicate astigmatism
- the diagrams indicated by (Wc), (Mc), and (Tc) represent distortion
- the diagrams denoted by symbols (Wd), (Md), and (Td) represent lateral chromatic aberration.
- Table 6 shown at the end of the description of the examples shows the values of the conditional expressions (J), (K), and (C) (conditional expressions (J) and (K) for each of the examples 1 to 5. , (Value obtained from each formula described in (C)).
- the values of the mathematical expressions described in the conditional expressions can be obtained from various data relating to the zoom lens shown in Tables 1A to 5A and the like.
- the zoom lens of Example 1 can be a small and high-performance zoom lens with a high zoom ratio.
- FIG. 7 showing the aberration of the zoom lens
- Tables 1A and 1B showing the lens data of the zoom lens
- conditional expressions (J), (K ) And (C) are read in the same way as in Examples 2 to 5, which will be described later, because the method of reading Table 6 showing the values of the respective mathematical expressions is omitted.
- FIG. 3A and 3B show a zoom lens of Example 2.
- FIG. 3A is a diagram illustrating in detail the configuration of the zoom lens of Example 2.
- FIG. 3B shows the zoom lens of Example 2 when the zoom setting is set at the wide-angle end in the upper stage (indicated by “WIDE” in the drawing), and when the zoom setting is set at the telephoto end in the lower stage ( It is a figure which shows the movement path
- the fifth lens group 5G in the zoom lens of Example 2 is formed by arranging two lenses in order of a positive lens and a negative lens from the object side.
- Table 2A shows various data related to the zoom lens of Example 2.
- the upper part of Table 2A shows the lens data
- the middle part shows the general specifications of the zoom lens
- the lower part shows the focal length of each lens group.
- Table 2B shows the aspheric coefficients of the aspheric surfaces constituting the zoom lens of Example 2.
- FIG. 8 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end (WIDE), during zooming (middle, MID), and the telephoto end (TELE) of the zoom lens according to the second exemplary embodiment. .
- FIG. 4A and 4B show a zoom lens of Example 3.
- FIG. 4A is a diagram illustrating in detail the configuration of the zoom lens of Example 3.
- FIG. 4B shows the zoom lens of Example 3 when the zoom setting is set at the wide-angle end in the upper stage (indicated by “WIDE” in the figure), and when the zoom setting is set at the telephoto end in the lower stage ( It is a figure which shows the movement path
- the fifth lens group 5G in the zoom lens of Example 3 is formed by arranging two lenses in order of a positive lens and a negative lens from the object side.
- Table 3A shows various data related to the zoom lens of Example 3.
- the upper part of Table 3A shows lens data
- the middle part shows the general specifications of the zoom lens
- the lower part shows the focal length of each lens group.
- Table 3B shows the aspheric coefficients of the aspheric surfaces constituting the zoom lens of Example 3.
- FIG. 9 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end (WIDE), during zooming (middle, MID), and the telephoto end (TELE) of the zoom lens according to the third exemplary embodiment. .
- FIG. 5A and 5B show a zoom lens of Example 4.
- FIG. 5A is a diagram illustrating in detail the configuration of the zoom lens of Example 4.
- FIG. 5B shows the zoom lens of Example 4 when the zoom setting is set at the wide-angle end in the upper stage (indicated by “WIDE” in the drawing), and when the zoom setting is set at the telephoto end in the lower stage ( It is a figure which shows the movement path
- the fifth lens group 5G in the zoom lens of Example 4 is formed by arranging two lenses in order of a positive lens and a negative lens from the object side.
- Table 4A shows various data related to the zoom lens of Example 4.
- the upper part of Table 4A shows lens data
- the middle part shows schematic specifications of the zoom lens
- the lower part shows the focal length of each lens group.
- Table 4B shows the aspheric coefficients of the aspheric surfaces constituting the zoom lens of Example 4.
- FIG. 10 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end (WIDE), during zooming (middle, MID), and the telephoto end (TELE) of the zoom lens according to the fourth exemplary embodiment. .
- FIG. 6A and 6B show a zoom lens of Example 5.
- FIG. 6A is a diagram illustrating in detail the configuration of the zoom lens of Example 5.
- FIG. 6B shows the zoom lens of Example 5 when the zoom setting is set at the wide-angle end in the upper stage (indicated by “WIDE” in the figure), and when the zoom setting is set at the telephoto end in the lower stage ( It is a figure which shows the movement path
- the fifth lens group 5G in the zoom lens of Example 5 is formed by arranging two lenses in order of a positive lens and a negative lens from the object side.
- Table 5A shows various data related to the zoom lens of Example 5.
- the upper part of Table 5A shows the lens data
- the middle part shows the general specifications of the zoom lens
- the lower part shows the focal length of each lens group.
- Table 5B shows aspheric coefficients of the aspheric surfaces constituting the zoom lens of Example 5.
- FIG. 11 is a diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end (WIDE), during zooming (middle, MID), and the telephoto end (TELE) of the zoom lens of Example 5. .
- the zoom lens according to the fifth embodiment configured as described above can be a small and high-performance zoom lens with a high zoom ratio.
- the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the invention.
- the radius of curvature, the surface interval, and the refractive index of each lens are not limited to the numerical values shown in the above tables, and may take other values.
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Abstract
【課題】ズームレンズにおいて、高変倍比としつつ小型化、高性能化する。 【解決手段】物体側から順に、正の第1レンズ群(1G)、負の第2レンズ群(2G)、正の第3レンズ群(3G)、正の第4レンズ群(4G)、負の第5レンズ群(5G)から構成され、広角端から望遠端へ変倍させる際に、第1、第2レンズ群(1G、2G)の間隔δ12を常に増加させ、第2、第3レンズ群(2G、3G)の間隔δ23を常に減少させ、第3、第4レンズ群(3G、4G)の間隔δ34を常に減少させ、第4、第5レンズ群(4G、5G)の間隔δ45を変化させるとともに、全てのレンズ群を結像位置に対して移動させるようにし、fWを広角端におけるレンズ全系の焦点距離、f4を第4レンズ群(4G)の焦点距離、f5を第5レンズ群(5G)の焦点距離としたときに、条件式(J):0.50<fW/f4<0.65、条件式(K):-0.32<fW/f5<-0.15を同時に満足するようにする。
Description
本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラや放送用カメラ、監視用カメラ等の電子カメラに用いられる高変倍比のズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置に関するものである。
従来より、変倍比の比較的大きなズームレンズとして物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、負の屈折力を有する第5レンズ群からなるものが知られている。このようなレンズ構成を有するズームレンズは、大きな変倍比と小型化とを両立させるのに適していることが知られている(特許文献1,2,3参照)。
ところで、近年、小型であっても大きな変倍比を有するズームレンズ、例えば、12倍を超えるような高変倍比でありながら小型で高性能なズームレンズを使用したいという要請がある。
しかしながら、従来より知られている小型で高性能なズームレンズ、例えば、特許文献1~3に記載のズームレンズは、いずれも変倍比が10倍に満たないものであり、必ずしも高変倍比とは言えないものである。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高変倍比でありながら小型で高性能なズームレンズおよびこのズームレンズを用い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、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、負の屈折力を有する第5レンズ群から構成され、広角端から望遠端へ変倍させる際に、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔を常に増加させ、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔を常に減少させ、第3レンズ群と第4レンズ群との間隔を常に減少させ、第4レンズ群と第5レンズ群との間隔を変化させるとともに、全てのレンズ群を結像位置に対して移動させるように構成されたものであり、fWを広角端におけるレンズ全系の焦点距離、f4を第4レンズ群の焦点距離、f5を第5レンズ群の焦点距離としたときに、条件式(J):0.50<fW/f4<0.65、条件式(K):-0.32<fW/f5<-0.15を同時に満足することを特徴とするものである。
前記ズームレンズは、実質的に5個のレンズ群からなるものとすることができる。なお、「実質的にn個のレンズ群からなるズームレンズ」とは、n個のレンズ群以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、絞りやカバーガラス等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、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つズームレンズである。
前記ズームレンズは、条件式(J′):0.60<fW/f4<0.65、および/または条件式(K′):-0.32<fW/f5<-0.20を満足することがより望ましい。
前記ズームレンズは、このズームレンズのピント位置を無限遠側から至近側へ移動させて合焦させる際に、第5レンズ群のみを像側へ移動させるように構成されたものとすることが望ましい。
前記ズームレンズは、条件式(C):-6.0<1-(β5T)2<-2.5を満足することが望ましく、条件式(C′):-5.5<1-(β5T)2<-2.9を満足することがより望ましい。
本発明の撮像装置は、前記ズームレンズを搭載したことを特徴とするものである。
本発明のズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置によれば、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、負の屈折力を有する第5レンズ群を配置して構成し、広角端から望遠端へ変倍させる際に、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔を常に増加させ、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔を常に減少させ、第3レンズ群と第4レンズ群との間隔を常に減少させ、第4レンズ群と第5レンズ群との間隔を変化させるとともに、各レンズ群を結像位置に対して移動させるようにし、条件式(J):0.50<fW/f4<0.65、および条件式(K):-0.32<fW/f5<-0.15を同時に満足するようにしたので、高変倍比でありながら小型で高性能なズームレンズとすることができる。
すなわち、例えば、広角端の全画角が75度を超える大きな画角でありながら、12倍を超える高変倍比を有し、かつ小型で高性能なズームレンズを得ることができる。
条件式(J)は広角端におけるレンズ全系の焦点距離と、第4レンズ群の焦点距離との比を規定するものである。条件式(J)の下限を下回るようにズームレンズを構成すると、第4レンズ群の正の屈折力が弱くなり過ぎて、変倍時の第4レンズ群の移動量が大きくなってしまう。その結果、光学系の全長が大きくなってしまうという問題が生じる。一方、条件式(J)の上限を上回るように構成すると、第4レンズ群の正の屈折力が強くなり過ぎて、変倍時の光学性能の維持が困難になってしまうという問題が生じる。
条件式(K)は広角端におけるレンズ全系の焦点距離と、第5レンズ群の焦点距離との比を規定するものである。条件式(K)の下限を下回るようにズームレンズを構成すると、第5レンズ群の負の屈折力が強くなり過ぎて、バックフォーカスが長くなるため、光学系の全長が大きくなってしまうという問題が生じる。一方、条件式(K)の上限を上回るように構成すると、第5レンズ群の負の屈折力が弱くなり過ぎて、バックフォーカスが短くなるため、例えば、このズームレンズを一眼レフカメラに装着して用いるときに、一眼レフカメラのミラーやフィルター等のスペースが確保できなくなってしまうという問題が生じる。また、合焦時の第5レンズ群の移動量が大きくなってしまい、更に第5レンズ群のレンズ外径が大きくなる。その結果、合焦機構への負担が大きくなってしまい、例えば高速で合焦させることが困難になるという問題が生じる。
以下、本発明のズームレンズおよびこのズームレンズを用いた撮像装置について図面を参照して説明する。
図1は、本発明のズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置の概略構成を示す断面図である。
図示のズームレンズ100は、高変倍比でありながら小型で高性能なズームレンズであり、このズームレンズ100を搭載した撮像装置200は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラや放送用カメラ、および監視用カメラなどとして用いられるものである。
ズームレンズ100は、物体側(図中-Zの側)から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群1G、負の屈折力を有する第2レンズ群2G、正の屈折力を有する第3レンズ群3G、正の屈折力を有する第4レンズ群4G、負の屈折力を有する第5レンズ群5Gの5群から構成されている。
このズームレンズ100は、広角端から望遠端へズーミングさせる(連続変倍させる)際に、第1レンズ群1Gと第2レンズ群2Gとの間隔δ12を常に増加させ、第2レンズ群2Gと第3レンズ群3Gとの間隔δ23を常に減少させ、第3レンズ群3Gと第4レンズ群4Gとの間隔δ34を常に減少させ、第4レンズ群4Gと第5レンズ群5Gとの間隔δ45を変化させるとともに、全てのレンズ群1G~5Gをズームレンズ100の結像位置である結像面Mkに対して移動させるように構成されたものであり、さらに、条件式(J):0.50<fW/f4<0.65、および条件式(K):-0.32<fW/f5<-0.15を同時に満足するように構成されたものである。ただし、fWは広角端におけるレンズ全系の焦点距離、f4は第4レンズ群の焦点距離、f5は第5レンズ群の焦点距離とする。
以上、ズームレンズ100の基本構成について説明した。
なお、上記ズームレンズ100は、このズームレンズ100のピント位置を無限遠側から至近側へ移動させて合焦させる際に、第5レンズ群5Gのみを像側へ移動させるものとすることができる。これにより、合焦群(第5レンズ群5G)を小さくかつ軽くする事ができるので、合焦機構への負担が小さくなり高速で合焦させることが可能となる。
なお、ズームレンズ100は、条件式(J′):0.60<fW/f4<0.65、および/または条件式(K′):-0.32<fW/f5<-0.20を満足するものとすることが望ましい。
さらに、ズームレンズ100は、条件式(C):-6.0<1-(β5T)2<-2.5を満足することが望ましく、条件式(C′):-5.5<1-(β5T)2<-2.9を満足することがより望ましい。ただし、β5Tは望遠端での無限遠合焦時における第5レンズ群5Gの結像倍率である。
条件式(C)は、第5レンズ群5Gの望遠端の無限遠合焦時における合焦移動に対する像移動の感度を規定するものである。条件式(C)の下限を下回るようにズームレンズ100を構成すると、望遠端での第5レンズ群5Gの合焦移動に対する像移動の感度が高くなりすぎて、ベストピント位置を探すための第5レンズ群5Gの振幅移動量が小さくなりすぎる。その結果、例えば、この第5レンズ群5Gの合焦移動が止まってしまう等フォーカス制御が困難になってしまうという問題が生じる。一方、条件式(C)の上限を超えると、第5レンズ群5Gの合焦移動に対する像移動の感度が望遠端では問題ないものの、結果的に広角端での感度が低くなりすぎて、ベストピント位置を探すための第5レンズ群5Gの振幅移動量が大きくなりすぎる。その結果、例えば、合焦移動時における合焦機構から異音が発生する等の不具合が発生してしまうという問題が生じる。
図1に示す撮像装置200は、上記ズームレンズ100と、このズームレンズ100を通して形成された光学像Hk(被写体Hの光学像)を撮像するCCDやCMOS等などからなる撮像素子210とを備えている。この撮像素子210の撮像面211が、上記撮像レンズ100の結像位置(結像面Mk)となる。
なお、ズームレンズ100を構成する最も像側のレンズ(図1に示すズームレンズ100においては符号Seで示す)と撮像面211との間には、光学部材Dgが配置されている。
この光学部材Dgとしては、撮像レンズ100が装着される撮像装置200の構成に応じて、種々のものを配置することができる。例えば、光学部材Dgとして、撮像面保護用のカバーガラス、赤外線カットフィルタ、NDフィルタ等に対応する部材を1枚または複数枚配置することができる。
以下、本発明のズームレンズの具体的な実施例1~5について、図2A、図2B、・・・図6A、図6B、図7・・・図11等を参照して説明する。
なお、実施例1~5の各ズームレンズは、上記ズームレンズ100の構成を満足するとともに、以下の構成要素を有するものである。
実施例1~5のズームレンズそれぞれは、3枚のレンズからなる第1レンズ群1G、4枚のレンズからなる第2レンズ群2G、5枚のレンズからなる第3レンズ群3G、3枚のレンズからなる第4レンズ群4G、2枚のレンズからなる第5レンズ群5Gを配置して構成されたものである。
ここで、第1レンズ群1Gは、物体側から順に、第1群第1レンズL1、第1群第2レンズL2、第1群第3レンズL3を配置してなるものである。
また、第2レンズ群2Gは、物体側から順に、第2群第1レンズL4、第2群第2レンズL5、第2群第3レンズL6、第2群第4レンズL7を配置してなるものである。
また、第3レンズ群3Gは、物体側から順に、第3群第1レンズL8、第3群第2レンズL9、第3群第3レンズL10、第3群第4レンズL11、第3群第5レンズL12を配置してなるものである。
また、第4レンズ群4Gは、物体側から順に、第4群第1レンズL13、第4群第2レンズL14、第4群第3レンズL15を配置してなるものである。
さらに、第5レンズ群5Gは、物体側から順に、第5群第1レンズL16、第5群第2レンズL17を配置してなるものである。
また、上記のように5枚のレンズからなる第3レンズ群3Gは、最も物体側に配された3枚のレンズ(正の屈折力を持つ第3aレンズ群3aG)と、最も像側に配された2枚のレンズ(負の屈折力を持つ第3bレンズ群3bG)とから構成されたものであり、第3bレンズ群3bGを光軸直交方向(X-Y平面の延びる方向)へ移動可能に構成することにより、手ぶれ補正の機能を奏することができる。
ここで、第3aレンズ群3aGは、第3群第1レンズL8、第3群第2レンズL9、第3群第3レンズL10からなるものであり、第3bレンズ群3bGは、第3群第4レンズL11、第3群第5レンズL12からなるものである。
なお、開口絞りStは、第2レンズ群2Gと第3レンズ群3Gとの間に配置され、変倍時には第3レンズ群3Gと一体となって光軸Z1方向へ移動されるように構成されている。
<実施例1>
図2A、図2Bに実施例1のズームレンズを示す。図2Aは実施例1のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図2Bは、実施例1のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
図2A、図2Bに実施例1のズームレンズを示す。図2Aは実施例1のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図2Bは、実施例1のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
なお、実施例1のズームレンズにおける第5レンズ群5Gは、物体側から、負レンズ、正レンズの順に2枚のレンズを配置してなるものである。
また、後述する表1Aに実施例1のズームレンズに関する諸データを示す。表1Aの上段にはレンズデータを、中段にはズームレンズの概略仕様を、下段には各レンズ群の焦点距離を示す。
表1Aの上段のレンズデータにおいて、面番号iは、最も物体側から像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、・・・)のレンズ面等の番号を示す。なお、これらのレンズデータには開口絞りStや光学部材Dgも含めて記載している。
曲率半径Riはi番目(i=1、2、3、・・・)の面の曲率半径を示し、面間隔Di(i=1、2、3、・・・)はi番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上における面間隔を示す。レンズデータの記号Riおよび記号Diは、レンズ面等を示す記号Si(i=1、2、3、・・・)と対応している。
なお、面間隔Di(i=1、2、3、・・・)の欄には面間隔を示す数値が記載されている場合と、記号Dm(mは整数)が記載されている場合があるが、記号Dmが記載されているところはレンズ群間の面間隔(空気間隔)に対応しており、それらの面間隔(空気間隔)は変倍比(ズーム倍率)の変更に応じて変化する。
Njは物体側から像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、・・・)の光学要素について波長587.6nm(d線)に対する屈折率を示し、νjはj番目の光学要素のd線を基準としたアッベ数を示す。
表1Aのレンズデータにおいて、曲率半径および面間隔の単位はmmであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
なお、上記のような光学系は、一般にレンズ等の光学要素の寸法を比例拡大または比例縮小しても所定の性能を維持することが可能なため、上記レンズデータ全体を比例拡大または比例縮小したズームレンズについても本発明に係る実施例とすることができる。
また、表1Aの中段には、広角端(WIDE)と変倍途中(MID)と望遠端(TELE)とにおける各値、すなわち、各レンズ群間の間隔:D5、D13、D23、D28、D32、および、f:レンズ全系の焦点距離(各値の単位mm)、Fno:Fナンバー、2ω:全画角(単位は「°」)を示す。
さらに、表1Aの下段には、各群の焦点距離を示す。ここで、f1:第1レンズ群1Gの焦点距離、f2:第2レンズ群2Gの焦点距離、f3:第3レンズ群3Gの焦点距離、f4:第4レンズ群4Gの焦点距離、f5:第5レンズ群5Gの焦点距離、f3a:第3aレンズ群3aGの焦点距離、f3b:第3bレンズ群3bGの焦点距離である。
なお、表1A中に記載されている「第3b群(OIS)」(OIS:Optical Image Stabilization)は、この第3bレンズ群3bGを光軸直交方向(X-Y平面の延びる方向)へ移動可能とすることにより、手ぶれ補正の機能を奏することができることを示している。
また、表1Bに実施例1のズームレンズにおける非球面の非球面係数を示す。なお、表1Aにおけるレンズデータの面番号に付加した*印はその面が非球面であることを示しており、それらの面番号に対応する非球面の非球面係数が表1Bに示されている。
なお、表1Bに記載されている非球面係数は、下記非球面式に適用して非球面形状が定められるように作成されたものである。
Z=C・h2/{1+(1-K・C2・h2)1/2}+ΣAn・hn
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
K:2次曲面を表す非球面係数
C:近軸曲率=1/R(R:近軸曲率半径)
An:第n次(nは3以上の整数)の非球面係数
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
K:2次曲面を表す非球面係数
C:近軸曲率=1/R(R:近軸曲率半径)
An:第n次(nは3以上の整数)の非球面係数
図7は、実施例1のズームレンズの広角端(WIDE)、変倍途中(中間、MID)、および望遠端(TELE)それぞれにおける球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す図である。図中には、d線、g線の各光に関する収差が示されている。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。
図7中に示すように、記号(Wa)、(Ma)、(Ta)で示す図が球面収差を、記号(Wb)、(Mb)、(Tb)で示す図が非点収差を、記号(Wc)、(Mc)、(Tc)で示す図がディストーションを、記号(Wd)、(Md)、(Td)で示す図が倍率色収差を表している。
また、実施例の説明の最後に示す表6には、1から5の各実施例毎に条件式(J)、(K)、(C)の各値(条件式(J)、(K)、(C)中に記載されている各数式から求まる値)を示す。なお、各条件式中に記載されている数式の値は、表1A~表5A等に示すズームレンズに関する諸データ等から求めることができる。
上記レンズデータ等から解るように実施例1のズームレンズは、高変倍比でありながら小型で高性能なズームレンズとすることができる。
なお、上記実施例1のズームレンズの構成を示す図2A、図2B、ズームレンズの収差を示す図7、ズームレンズのレンズデータ等を示す表1Aおよび表1B、条件式(J)、(K)、(C)中の各数式の値を示す表6等の読取り方は、後述する実施例2~5についても同様なので、それらの説明は省略する。
<実施例2>
図3A、図3Bに実施例2のズームレンズを示す。図3Aは実施例2のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図3Bは、実施例2のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
図3A、図3Bに実施例2のズームレンズを示す。図3Aは実施例2のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図3Bは、実施例2のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
なお、実施例2のズームレンズにおける第5レンズ群5Gは、物体側から、正レンズ、負レンズの順に2枚のレンズを配置してなるものである。
図8は、実施例2のズームレンズの広角端(WIDE)、変倍途中(中間、MID)、および望遠端(TELE)それぞれにおける球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す図である。
<実施例3>
図4A、図4Bに実施例3のズームレンズを示す。図4Aは実施例3のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図4Bは、実施例3のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
図4A、図4Bに実施例3のズームレンズを示す。図4Aは実施例3のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図4Bは、実施例3のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
なお、実施例3のズームレンズにおける第5レンズ群5Gは、物体側から、正レンズ、負レンズの順に2枚のレンズを配置してなるものである。
図9は、実施例3のズームレンズの広角端(WIDE)、変倍途中(中間、MID)、および望遠端(TELE)それぞれにおける球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す図である。
<実施例4>
図5A、図5Bに実施例4のズームレンズを示す。図5Aは実施例4のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図5Bは、実施例4のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
図5A、図5Bに実施例4のズームレンズを示す。図5Aは実施例4のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図5Bは、実施例4のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
なお、実施例4のズームレンズにおける第5レンズ群5Gは、物体側から、正レンズ、負レンズの順に2枚のレンズを配置してなるものである。
図10は、実施例4のズームレンズの広角端(WIDE)、変倍途中(中間、MID)、および望遠端(TELE)それぞれにおける球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す図である。
<実施例5>
図6A、図6Bに実施例5のズームレンズを示す。図6Aは実施例5のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図6Bは、実施例5のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
図6A、図6Bに実施例5のズームレンズを示す。図6Aは実施例5のズームレンズの構成を詳しく示す図である。図6Bは、実施例5のズームレンズに関し、上段にズーム設定を広角端に定めたときの状態(図中に「WIDE」で示す)、下段にズーム設定を望遠端に定めたときの状態(図中に「TELE」で示す)を示すとともに、広角端から望遠端への変倍時の各群の移動経路を矢線で示す図である。
なお、実施例5のズームレンズにおける第5レンズ群5Gは、物体側から、正レンズ、負レンズの順に2枚のレンズを配置してなるものである。
図11は、実施例5のズームレンズの広角端(WIDE)、変倍途中(中間、MID)、および望遠端(TELE)それぞれにおける球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す図である。
なお、本発明は、上記各実施例に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各表中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。
Claims (7)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、負の屈折力を有する第5レンズ群から構成され、
広角端から望遠端へ変倍させる際に、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔を常に増加させ、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔を常に減少させ、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔を常に減少させ、前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間隔を変化させるとともに、全ての前記レンズ群を結像位置に対して移動させるように構成されたものであり、
以下の条件式(J)、(K)を同時に満足することを特徴とするズームレンズ。
0.50<fW/f4<0.65・・・(J)
-0.32<fW/f5<-0.15・・・(K)
ただし、
fW:広角端におけるレンズ全系の焦点距離
f4:第4レンズ群の焦点距離
f5:第5レンズ群の焦点距離 - 以下の条件式(J′)を満足することを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
0.60<fW/f4<0.65・・・(J′) - 以下の条件式(K′)を満足することを特徴とする請求項1または2記載のズームレンズ。
-0.32<fW/f5<-0.20・・・(K′) - 前記ズームレンズのピント位置を無限遠側から至近側へ移動させて合焦させる際に、前記第5レンズ群のみを像側へ移動させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
- 以下の条件式(C)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載のズームレンズ。
-6.0<1-(β5T)2<-2.5・・・(C)
ただし、
β5T:第5レンズ群の望遠端の無限遠合焦時における結像倍率 - 以下の条件式(C′)を満足することを特徴とする請求項5記載のズームレンズ。
-5.5<1-(β5T)2<-2.9・・・(C′) - 請求項1から6のいずれか1項記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。
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