JP2002365539A - ズームレンズおよびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変倍比５倍程度のズームレンズの高画質化を
図ること。 【解決手段】 物体側より順に、正の第１レンズ群Ｇ
１、負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、正
の第４レンズ群Ｇ４、弱い屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ
５からなり、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４とを
移動させることによりズーミングを行うズームレンズに
おいて、第５レンズ群Ｇ５が少なくとも1枚の正のレン
ズを含む正のレンズ群と、少なくとも1枚の負レンズを
含む負のレンズ群とを含む、少なくとも２群のレンズよ
り構成され、（１）0.8＜β5＜1.05（２）0.8＜｜fG2／
fw｜＜1.3を満たすものである。但し、β5は被写体距離
が無限遠での第５レンズ群の結像倍率、fG2は第２レン
ズ群の焦点距離、fwはレンズ全系の短焦点距離端での焦
点距離である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ、デ
ジタルスチルカメラ等に用いられる変倍比５倍程度のズ
ームレンズおよびこれを用いた撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカ
メラ等のいっそうの高画質化が求められており、特に画
素数の多いデジタルスチルカメラ等においては、画素数
の多い固体撮像素子に対応した結像性能にすぐれた撮影
用レンズ、特にズームレンズが求められている。

【０００３】従来の画素数の多い固体撮像素子に対応し
た結像性能を持つズームレンズとしては、特開２００１
−５１１９６号公報に開示されるように、物体側より順
に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レ
ンズ群、正の第４レンズ群からなる４群ズームレンズが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
００１−５１１９６号公報に開示される４群ズームレン
ズでは、ズーミングによる像の平坦度の変化が大きく、
ズーム全域において十分な高画質を得るには、負の第２
レンズ群のパワー（屈折力）を弱くする必要があり、高
いズーム倍率を確保するには、負の第２レンズ群の可動
範囲を増やす必要があり、全長および前玉径の増加を招
くという問題点がある。

【０００５】また、特許第２８３２０９２号にあるよう
に、負の第５レンズ群を加え、小型化を図るズームレン
ズはあるものの、Ｆナンバーの小さい明るいレンズで、
画素数の多いデジタルスチルカメラ等に耐え得る結像性
能を得ることは困難である。

【０００６】よって、本発明は、ビデオカメラ、デジタ
ルスチルカメラ等に用いられる変倍比５倍程度のズーム
レンズの高画質化を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために成されたもので、物体側より順に、
正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ
群、正の第４レンズ群、弱い屈折力を持つ第５レンズ群
からなり、第２レンズ群と第４レンズ群とを移動させる
ことによりズーミングを行うズームレンズにおいて、第
５レンズ群が少なくとも1枚の正のレンズを含む正のレ
ンズ群と、少なくとも1枚の負レンズを含む負のレンズ
群とを含む、少なくとも２群のレンズより構成され、
（１）0.8＜β5＜1.05および（２）0.8＜｜fG2／fw｜＜
1.3を満たすものである。但し、β5：被写体距離が無限
遠での第５レンズ群の結像倍率、fG2：第２レンズ群の
焦点距離、fw：レンズ全系の短焦点距離端での焦点距離
である。

【０００８】このような本発明では、上記条件式（１）
によって第５レンズ群の結像倍率を設定し、主として球
面収差を抑制し、上記条件式（２）によってレンズ全長
の抑制を図るようにして、小型化と高画質化との両立を
図るようにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。本実施形態のズームレンズは、物体
側より順に、正の第1レンズ群、負の第２レンズ群、正
の第３レンズ群、正の第４レンズ群、弱いパワーを持つ
第５レンズ群からなっており、第２レンズ群と第４レン
ズ群を移動させてズーミングするもので、短焦点距離端
から長焦点距離端にズーミングするとき、第２レンズ群
は物体側から像側に、第４レンズ群は像位置を保持する
ようにそれぞれ移動させる。

【００１０】しかも、本実施形態のズームレンズでは、
以下の条件式（１）、（２）を満たすものとなってい
る。

【００１１】0.8＜β5＜1.05 …（１） 0.8＜｜fG2／fw｜＜1.3 …（２） ここで、β5は、被写体距離が無限遠での第５レンズ群
の結像倍率、fG2は、第２レンズ群の焦点距離、fwは、
レンズ全系の短焦点距離端での焦点距離である。

【００１２】上記条件式（１）は、被写体距離が無限遠
での第５レンズ群の結像倍率を規定する物である。条件
式（１）の範囲の下限を超えると全長が長くなり、条件
式（１）の上限を超えると、Ｆナンバーを小さくしたと
きに十分な球面収差の補正が困難になり、結像性能が悪
化する。

【００１３】また、上記条件式（２）は負の第２レンズ
群の焦点距離とレンズ全系での短焦点距離端の焦点距離
の比を規定したものである。条件式（２）の下限を超え
るとズーミング時の非点収差の変動が大きくなり、条件
式（２）の上限を超えると全長が長くなる。

【００１４】また、本実施形態では、以下の条件式
（３）を満たすことが望ましい。

【００１５】1.5＜｜fG5-／fw｜＜3 …（３）、 ここで、fG5-は、第5レンズ群に含まれる負レンズ群の
焦点距離である。

【００１６】上記条件式（３）は、第５レンズ群に含ま
れる負のレンズ群の焦点距離とレンズ全系での短焦点距
離端の焦点距離の比を規定したものである。条件式
（３）の下限を下回ると射出瞳が像に近くなってCCD等
の個体撮像素子で使用するのに適さなくなり、条件式
（３）の上限を上回ると、非点収差の補正を十分に行う
ことができず、十分な光学性能を得るためにはレンズ全
長が長くなってしまう。

【００１７】また、第２レンズ群を少なくとも３枚の負
レンズと、少なくとも１枚の正レンズとを含む構成とす
ることにより、より一層ズーミングによる非点収差の変
動を押さえることができる。

【００１８】さらに、第３レンズ群は絞りを挟んで物体
側に少なくとも１枚の正レンズと、像側に少なくとも１
枚の負レンズとを含む構成とすることにより、全長を長
くすることなく、第３レンズ群内での各レンズの偏芯に
よる像面の倒れへの影響を小さくすることができる。

【００１９】図１は、本発明の第１実施形態に係るズー
ムレンズの構成を示す図である。すなわち、このズーム
レンズは、物体側より順に、正の第1レンズ群Ｇ１、負
の第２レンズ群Ｇ２、絞りＳを含む正の第３レンズ群Ｇ
３、正の第４レンズ群Ｇ４、および弱い屈折力の第５レ
ンズ群Ｇ５からなっている。

【００２０】ＦＬはローパスフィルタ、赤外カットフィ
ルタおよびＣＣＤのカバーガラスを含むフィルタ、ＩＭ
Ｇは像面を表す。このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ
２と第４レンズ群Ｇ４を移動させてズーミングするもの
で、短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングすると
き、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側に移動し、第４
レンズ群Ｇ４は像位置を保持するように移動させる（図
１下図参照）。

【００２１】第１レンズ群Ｇ１は、３枚の負レンズＬ
１、Ｌ２、Ｌ３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、
物体側より３枚の負レンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６と１枚の負
レンズＬ７とにより構成されている。また、第３レンズ
群Ｇ３は、絞りＳを挟んで物体側に１枚の正レンズＬ
８、像側に１枚の負レンズＬ９により構成されている。
また、絞りＳの開口径を制御することにより、長焦点距
離端付近での開放Ｆナンバーを制限している。

【００２２】さらに、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に１
枚の正レンズＬ１０、像側に１枚の負レンズＬ１１によ
り構成され、第５レンズ群Ｇ５は、物体側に１枚の正レ
ンズＬ１２、像側に１枚の負レンズＬ１３およびフィル
タＦＬで構成されている。

【００２３】図２は、本発明の第２実施形態にかかるズ
ームレンズの構成を示す図である。第１実施形態と同様
に、物体側より順に、正の第1レンズ群Ｇ１、負の第２
レンズ群Ｇ２、絞りＳを含む正の第３レンズ群Ｇ３、正
の第４レンズ群Ｇ４、および弱い屈折力の第５レンズ群
Ｇ５からなっている。

【００２４】ＦＬはローパスフィルタ、赤外カットフィ
ルタおよびＣＣＤのカバーガラスを含むフィルタ、ＩＭ
Ｇは像面を表す。このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ
２と第４レンズ群Ｇ４を移動させてズーミングするもの
で、短焦点距離端から長焦点距離端にズーミングすると
き、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側に移動し、第４
レンズ群Ｇ４は像位置を保持するように移動させる（図
２下図参照）。

【００２５】第１レンズ群Ｇ１は、３枚の負レンズＬ
１、Ｌ２、Ｌ３により構成され、第２レンズ群Ｇ２は、
物体側より２枚の負レンズＬ４、Ｌ５、１枚の正レンズ
Ｌ６、１枚の負レンズＬ７により構成されている。ま
た、第３レンズ群Ｇ３は、絞りＳを挟んで物体側に１枚
の正レンズＬ８、像側に１枚の負レンズＬ９により構成
されている。また、絞りの開口径を制御することによ
り、中間焦点距離付近から長焦点距離端での開放Fナン
バーを制限している。

【００２６】さらに、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に１
枚の正レンズＬ１０、像側に１枚の負レンズＬ１１によ
り構成され、第５レンズ群Ｇ５は、物体側に１枚の正レ
ンズＬ１２、像側に１枚の負レンズＬ１３およびフィル
タＦＬで構成されている。

【００２７】以下の表１、表２および表３に、それぞれ
第１実施形態および第２実施形態の諸元を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】各表中、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点
距離、ωは半画角、面Ｎｏ．は図１および図２に示すレ
ンズ面の物体側からの番号、Ｒは曲率半径、ｄはレンズ
面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数を
示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非
球面の形状は上記（４）式で表される形状である。

【００３２】 x=(y²/r)/{1+(1-κ・y²/r²)^1/2}+C4・y⁴+C6・y⁶+C8・y⁸+C10・y¹⁰ …（４） 但し、 ｘ：レンズ面頂点からの光軸方向の距離、 ｒ：レンズ頂点での曲率半径、 κ：円錐定数、である。 また、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０はそれぞれ４次、６
次、８次、１０次の非球面係数である。

【００３３】なお、本実施形態におけるズームレンズの
フォーカスは、第４レンズ群Ｇ４を動かすことにより可
能である。

【００３４】表３は、上記第1および第２実施形態に示
したズームレンズの条件式（１）および（２）の各条件
を求めるための各数値および各条件式を示す。なお、第
２実施形態のズームレンズにおける条件式は第1実施形
態のズームレンズと同一である。

【００３５】図３〜図５、図６〜図８にそれぞれ第１お
よび第２実施形態の諸収差図を示す。球面収差では縦軸
は開放Ｆ値、横軸にフォーカスをとり、実線がｄ線（５
８７．６ｎｍ）、破線がｇ線（４３５．８ｎｍ）、１点
鎖線がＣ線（６５６．３ｎｍ）での球面収差を表わす。
非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線が
サジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。歪曲収
差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

【００３６】第１実施形態および第２実施形態のズーム
レンズは上記表３からも明らかなように、条件式（1）
〜（３）を満足し、また、各収差図に示すように、広角
端、広角端と望遠端との中間焦点距離および望遠端にお
いて、各種憂さともバランス良く補正されている。

【００３７】このように、第１実施形態および第２実施
形態に係るズームレンズは、各収差が良好に補正されて
いるため、特に画素数の多いデジタルスチルカメラ用と
して好適なものである。図９は、本実施形態のズームレ
ンズを備えた撮像装置の要部概略図、図１０は、本実施
形態のズームレンズを用いた撮像装置の内部構成を説明
するブロック図である。

【００３８】図９に示すように、この撮像装置は、主と
してデジタルスチルカメラから成るもので、本実施形態
のズームレンズＺＬを用いた光学系３０にＣＣＤ等の撮
像素子３１を取り付け、筐体３２に組み込んだものであ
る。また、液晶パネル３３には撮像素子３１で取り込ん
だ映像等を表示し、接眼レンズ３４を通してファインダ
としてみることができる。

【００３９】図１０に示すように、撮像装置の内部構成
としては、本実施形態のズームレンズＺＬを用いた光学
系３０を介して集光した光を電気信号に変換するＣＣＤ
等の撮像素子３１と、撮像素子３１によって得た取り込
み画像信号に対して補正処理や信号圧縮処理等を行う画
像処理部４１と、所定の形式に圧縮した画像信号を格納
する画像記憶部４２と、画像記憶部４２に格納された画
像信号を所定のプロトコルに準じて出力する出力Ｉ／Ｆ
（インタフェース）４３と、各種設定入力や操作を行う
ためのユーザＩ／Ｆ４４、ズームレンズＺＬのズーミン
グおよび焦点合わせを行うためのモータを駆動するレン
ズ駆動制御部４５と、各部の制御を行うＣＰＵ４６と、
取り込んだ画像や記憶された画像を表示する液晶パネル
３３とを備えている。

【００４０】このような撮像装置に本実施形態のズーム
レンズＺＬを適用することにより、小型でありながら５
倍程度のズーミングを行えるとともに、各種焦点距離で
収差の少ない高画質な画像を得ることができるようにな
る。

【００４１】なお、前記実施形態として示した各部の具
体的な形状および構造は、いずれも本発明を実施するに
当たっての具体化の一例を示したものにすぎず、これら
によって本発明の技術的範囲を限定するものではない。
また、本実施形態のズームレンズの適用例としてデジタ
ルスチルカメラから成る撮像装置を説明したが、動画を
取得できるビデオカメラなど、他の機器に適用してもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のズームレ
ンズによれば、変倍比５倍程度のデジタルスチルカメラ
等に用いることで小型化とともに結像性能の向上を達成
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図
である。

【図２】第２の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図
である。

【図３】第１の実施例の短焦点距離端での諸収差図であ
る。

【図４】第１の実施例の中間焦点距離での諸収差図であ
る。

【図５】第１の実施例の長焦点距離端での諸収差図であ
る。

【図６】第２の実施例の短焦点距離端での諸収差図であ
る。

【図７】第２の実施例の中間焦点距離での諸収差図であ
る。

【図８】第２の実施例の長焦点距離端での諸収差図であ
る。

【図９】本実施形態の適用例を示す要部概略図である。

【図１０】本実施形態の適用例の内部構成を説明するブ
ロック図である。

【符号の説明】

３０…光学系、３１…撮像素子、３３…液晶パネル、４
１…画像処理部、４２…画像記憶部、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、Ｓ…絞り

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA02 KA03 PA09 PA16 PA20 PB14 QA02 QA07 QA17 QA21 QA25 QA37 QA41 QA46 RA05 RA12 RA13 RA43 RA44 SA43 SA47 SA49 SA52 SA56 SA63 SA65 SA72 SA74 SA76 SB04 SB16 SB23 SB33 SB43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、正の第１レンズ群、負
   の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ
   群、弱い屈折力を持つ第５レンズ群からなり、第２レン
   ズ群と第４レンズ群とを移動させることによりズーミン
   グを行うズームレンズにおいて、第５レンズ群が少なく
   とも1枚の正のレンズを含む正のレンズ群と、少なくと
   も1枚の負レンズを含む負のレンズ群とを含む、少なく
   とも２群のレンズより構成され、次の条件式（１）、
   （２）を満たすことを特徴とするズームレンズ。 （１）0.8＜β5＜1.05 （２）0.8＜｜fG2／fw｜＜1.3 但し、 β5：被写体距離が無限遠での第５レンズ群の結像倍
   率、 fG2：第２レンズ群の焦点距離、 fw：レンズ全系の短焦点距離端での焦点距離、 とする。
2. 【請求項２】 次の条件式（３）を満たすことことを特
   徴とする請求項１記載のズームレンズ。 （３）1.5＜｜fG5-／fw｜＜3 但し、 fG5-：第5レンズ群に含まれる負レンズ群の焦点距離、
   とする。
3. 【請求項３】 前記第２レンズ群は、少なくとも３枚の
   負レンズと、少なくとも１枚の正レンズとによって構成
   され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。
4. 【請求項４】 前記第３レンズ群は、絞りを挟んで物体
   側に少なくとも１枚の正レンズと、像側に少なくとも１
   枚の負レンズとによって構成されることを特徴とする請
   求項１から３のうちいずれか１項に記載のズームレン
   ズ。
5. 【請求項５】 前記請求項１から４のうちいずれか１項
   に記載のズームレンズを光学系に用いることを特徴とす
   る撮像装置。