JP2003029146A - 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】 レンズ系全体の大型化を避けつつ、無限遠物
体から近距離物体に至る物体距離全般にわたり良好なる
光学性能を有するズームレンズを提供すること。 【解決手段】 物体側より順に正の屈折力を有する第１
群レンズＧ１、負の屈折力を有する第２群レンズＧ２、
正の屈折力を有する第３群レンズＧ３、正の屈折力を有
する第４群レンズＧ４、負の屈折力を有し少なくとも２
枚構成の正レンズと負レンズとを有する第５群レンズＧ
５を備えたズームレンズであって、第５群レンズＧ５の
うちの正レンズと負レンズとの各焦点距離をｆ５１、ｆ
５２、またそれぞれの屈折率をＮ５１、Ｎ５２とした
時、0.002<|(（１／ｆ５１）/Ｎ５１＋(１／ｆ５２)/Ｎ
５２)|<0.02なる条件式を満足するズームレンズであ
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、リヤーフォーカス
式のズームレンズに関し、特にホームビデオカメラ等に
用いられるズーミング比１０倍、Ｆナンバー１．８程度
の大口径比で高ズーミング比のズームレンズに最適なリ
ヤーフォーカス式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】従来より、ホームビデオカメラ等に用い
られる明るく、高倍率のズームレンズとして、物体側か
ら順に正、負、正、正の各屈折力を有する４群レンズか
ら構成され、ズーミング中に第１群レンズと第３群レン
ズとを固定のままとし、第２群レンズを一方向に移動さ
せてズーミングを行い、第４群レンズを前後に移動させ
ることによってズーミングに伴う像面変動の補正を行
い、フォーカシングを行うものが知られている。

【０００３】このようなリヤーフォーカス式のズームレ
ンズとして、例えば特開昭６３−２４７３１６号公報で
は、物体側より順に正の第１群レンズ、負の第２群レン
ズ、正の第３群レンズ、正の第４群レンズを有し、第２
群レンズを移動させて変倍を行い、第４群レンズを移動
させて変倍に伴う像面変動に対応したフォーカシングを
行うズームレンズが開示されている。

【０００４】また、特開昭５８−１６０９１３号公報で
は、物体側より順に正の屈折力の第１群レンズ、負の屈
折力の第２群レンズ、正の屈折力の第３群レンズ、そし
て正の屈折力の第４群レンズの４つの群を有し、第１群
レンズと第２群レンズを移動させて変倍を行い、変倍に
伴う像面変動を第４群レンズの移動によってフォーカシ
ングしている。そして、これらのレンズ群のうちの１つ
または２つ以上のレンズ群を移動させてフォーカスを行
っている。

【０００５】さらに、特開昭５８−１２９４０４号公
報、特開昭６１−２５８２１７号公報では、順に正の第
１群レンズ、負の第２群レンズ、正の第３群レンズ、正
の第４群レンズ、負の第５群レンズで構成され、第５群
レンズまたは第５群レンズを含む複数のレンズ群を移動
させてフォーカシングを行うズームレンズが開示されて
いる。

【０００６】特開昭６０−６９１４号公報では、前述と
同様の屈折力配置をもつズームレンズであり、ある特定
の有限距離に対してフォーカスレンズ群の光軌上の位置
がズーミングによらず一定になるようなズームレンズが
開示されている。

【０００７】さらに、第２７５０７７５号公報、第２７
１９８３９号公報、第２８３２０９２号公報、第３１０
９３４２号公報では、順に正の第１群レンズ、負の第２
群レンズ、正の第３群レンズ、正の第４群レンズ、正ま
たは負の第５群レンズで構成され、第５群はズーミング
に際しては、移動しないズームレンズが開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ズームレンズ
においてリヤーフォーカス方式を採用すると、前述の如
くレンズ系全体が小型化され、また速やかなるフォーカ
シングが可能となる特長を得ることができる。

【０００９】しかしながら、フォーカスの際の収差変動
が大きくなり過ぎるため、無限遠物体から近距離物体に
至る物体距離全般にわたりレンズ系全体の小型化を図り
つつ高い光学性能を得るのが大変難しくなってくるとい
う問題点が生じる。

【００１０】特に大口径比で高倍率のズームレンズでは
全倍率範囲にわたり高い光学性能を保ち、かつ小型化を
実現しようとすると、ペッツバール和が負の方向へ増大
し像面湾曲が大きくなり、さらに物体距離全般にわたっ
ては収差変動が大きくなるために高い光学性能を満足す
ることが出来ないという問題点が生じてくる。

【００１１】本発明は、主としてリヤーフォーカス方式
を採用し、大口径比化および高倍率化を図る際、さらな
るレンズ系全体の大型化を避けつつ、しかも広角端から
望遠端に至る全倍率範囲にわたり、また無限遠物体から
近距離物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる光学
性能を有するズームレンズの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたものである。すなわち、物
体側より順に正の屈折力を有する第１群レンズ、負の屈
折力を有する第２群レンズ、正の屈折力を有する第３群
レンズ、正の屈折力を有する第４群レンズ、負の屈折力
を有し少なくとも２枚構成の正レンズと負レンズとを有
する第５群レンズ、ズーミングを第２群レンズおよび第
４群レンズの移動によって行うとともに、フォーカシン
グを第４群レンズの移動によって行うリヤーフォーカス
式のズームレンズであって、第５群レンズのうちの正レ
ンズと負レンズとの各焦点距離をｆ５１、ｆ５２、また
それぞれの屈折率をＮ５１、Ｎ５２とした時、 0.002<|(（１／ｆ５１）/Ｎ５１＋(１／ｆ５２)/Ｎ５
２)|<0.02 なる条件式を満足するズームレンズである。また、この
ズームレンズを用いた撮像装置でもある。

【００１３】このようなズームレンズにおいて、第１群
レンズから第４群レンズまでのペッツバール和は、小型
化を進めることで負の方向に大きくなってくる。そこ
で、本発明では、第５群レンズを配置することによりペ
ッツバール和を改善し、高い光学性能を得るようにして
いる。すなわち、上記条件式を満たすようにすること
で、ペッツバール和を小さくしつつ、広角端において歪
曲収差を負の方向に抑制できるようになる。

【００１４】

【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。図１は、本実施形態に係るリヤーフ
ォーカス式のズームレンズの近軸屈折力配置を示すレン
ズ構成図である。図中、Ｇ１は正の屈折力の第１群レン
ズ、Ｇ２は負の屈折力の第２群レンズ、Ｇ３は正の屈折
力の第３群レンズ、Ｇ４は正の屈折力の第４群レンズ、
Ｇ５は負の屈折力の第５群レンズである。

【００１５】広角端（短焦点距離端）から望遠端（長焦
点距離端）へのズーミングに際して図中矢印のように第
２群レンズＧ２を像面側へ移動させると共に、ズーミン
グに伴う像面変動を第４群レンズＧ４の移動によって補
正し、第４群レンズＧ４を光軸上移動させてフォーカス
を行うリヤーフォーカス式を採用している。

【００１６】なお、第１群レンズＧ１、第３群レンズＧ
３および第５群レンズＧ５はズーミングおよびフォーカ
スの際固定であり、無限遠物体から近距離物体へフォー
カスを行う場合は、第４群レンズＧ４を前方へ移動させ
ている。

【００１７】本実施形態では、従来の４群ズームレンズ
に比べて前述のような第５群レンズＧ５を配置すること
により効果的にレンズ全長を短縮化し、目的とする光学
性能を得ている。そして前述の如く各レンズ群の光学的
諸定数を特定することにより全ズーミング範囲にわたり
更に物体距離全般にわたり良好なる光学性能を有した高
倍率比のズームレンズを構成するため、下記の条件式
（１）（２）を満足するようになっている。

【００１８】（１）0.002<|(（１／ｆ５１）/Ｎ５１＋
(１／ｆ５２)/Ｎ５２)|<0.02 （２）0.95<β５<1.09 ここで、ｆ５１、ｆ５２は、第５群レンズＧ５のうちの
正レンズと負レンズとの各焦点距離、またＮ５１、Ｎ５
２はそれぞれの屈折率を表している。また、β５は、第
５群レンズＧ５の結像倍率を表している。

【００１９】以下、上記各条件式について説明する。条
件式（１）は、第５群レンズＧ５のペッツバール和に関
する条件で、良好な光学性能を維持するためのものであ
る。なお、条件式（１）の上限値を超えるとペッツバー
ル和を小さくするのが難しくなってきて像面弯曲が大き
くなってくる。また、下限値を超えると各レンズ面の曲
率が強くなり、この結果、広角端において歪曲収差が負
の方向に増大してくるので良くない。

【００２０】条件式（２）は第５群レンズＧ５の倍率に
関し、レンズ全長を短くしつつ、所定の光学性能を得る
ためのものである。なお、下限値を越えて第５群レンズ
Ｇ５の倍率が小さくなると、レンズ全長の短縮化を図る
ことが困難となる。一方、上限値を越えて倍率が大きく
なると、レンズ全長の短縮化には有利な構成になってく
るが、所定のバックフォーカスを確保することが困難と
なったり、射出瞳と像面との距離が短くなりすぎてしま
う。

【００２１】

【実施例】次に、本実施形態のズームレンズの数値実施
例について説明する。先ず、図２〜図４を参照しなが
ら、本発明に係るズームレンズの数値の第１実施例につ
いて説明する。図２は、第１実施例における短焦点距離
端での諸収差図、図３は、第１実施例における中間焦点
距離での諸収差図、図４は、第１実施例における長焦点
距離端での諸収差図である。

【００２２】また、表１に、第１実施例の各値を示す。
なお、表中のＮｏはレンズ面の番号、Ｒは面の曲率半
径、Ｄは隣り合う２つの面の間隔。Ｎｄはｄ線における
屈折率、νｄはアッベ数とする。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記各値においてＤ５、Ｄ１０、Ｄ１５、
Ｄ１８はズーミング及びフォーカシングに伴って間隔が
変化する。したがって、広角端から望遠端にズーミング
がなされた時の第１実施例の各値を表２に示す。なお、
表中のｆは全系の焦点距離、Ｆｎｏ．は全系のＦナンバ
ーを示している。

【００２５】

【表２】

【００２６】次に、Ｒ１２とＲ１８とは非球面で構成さ
れており、その非球面は次式によって定義されるものと
する。 X＝{C・(Y・Y)}／[1＋√{1-(1+K)・(C・C)・(Y・Y)}]＋
A4・Y4+A6・Y6+A8・Y8+A10・Y10 X:非球面の光軸方向の座標を示す。 C:曲率を示す。 Y:光軸Ｘからの距離を示す。 A4,A6,A8,A10:各次数の非球面係数を示す。

【００２７】表３に、第１実施例の各非球面係数を示
す。

【００２８】

【表３】

【００２９】次に、図５〜７を参照しながら、本発明に
係るズームレンズの数値の第２実施例について説明す
る。図５は、第２実施例における短焦点距離端での諸収
差図、図６は、第２実施例における中間焦点距離での諸
収差図、図７は、第２実施例における長焦点距離端での
諸収差図である。

【００３０】また、表４に、第２実施例の各値を示す。
なお、表中のＮｏはレンズ面の番号、Ｒは面の曲率半
径、Ｄは隣り合う２つの面の間隔、Ｎｄはｄ線における
屈折率、νｄはアッベ数とする。

【００３１】

【表４】

【００３２】上記各値においてＤ５、Ｄ１０、Ｄ１４、
Ｄ１７はズーミングおよびフォーカシングに伴って間隔
が変化する。したがって、広角端から望遠端にズーミン
グがなされた時の第２実施例の各値を表５に示す。な
お、表中のｆは全系の焦点距離、Ｆｎｏ．は全系のＦナ
ンバーを示している。

【００３３】

【表５】

【００３４】次に、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１７は非球面で
構成されており、その非球面は第１実施例に記載の非球
面式によって定義されるものとする。表６に第２実施例
の各非球面係数を示す。

【００３５】

【表６】

【００３６】次に、図８〜１０を参照しながら、本発明
に係るズームレンズの数値の第３実施例について説明す
る。図８は、第３実施例における短焦点距離端での諸収
差図、図９は、第３実施例における中間焦点距離での諸
収差図、図１０は、第３実施例における長焦点距離端で
の諸収差図である。

【００３７】また、表７に、第３実施例の各値を示す。
なお、表中のＮｏはレンズ面の番号、Ｒは面の曲率半
径、Ｄは隣り合う２つの面の間隔、Ｎｄはｄ線における
屈折率、νｄはアッベ数とする。

【００３８】

【表７】

【００３９】上記各値においてＤ５、Ｄ１０、Ｄ１４、
Ｄ１７はズーミングおよびフォーカシングに伴って間隔
が変化する。したがって、広角端から望遠端にズーミン
グがなされた時の第３実施例の各値を表８に示す。な
お、表中のｆは全系の焦点距離、Ｆｎｏ．は全系のＦナ
ンバーを示している。

【００４０】

【表８】

【００４１】次に、R１２、R１３、R１７は非球面で構
成されており、その非球面は実施例１に記載の非球面式
によって定義されるものとする。表９に実施例３の各非
球面係数を示す。

【００４２】

【表９】

【００４３】次に、表１０に各実施例における前述した
各条件式の値を示す。

【００４４】

【表１０】

【００４５】このように、いずれの実施例においても、
全ズーミング範囲にわたり、さらに物体距離全般にわた
り良好なる光学性能を有した高倍率比のズームレンズに
なっている。

【００４６】上記説明した本実施形態に係るズームレン
ズは、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１１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１２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。

【００４７】図１１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。

【００４８】図１２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。

【００４９】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、小型でありながら像
歪みの少ない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。

【００５０】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。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
物体側より順に正の屈折力で常時固定の第１群レンズ、
負の屈折力で主に変倍のために移動可能な第２群レン
ズ、正の屈折力で常時固定の第３群レンズ、正の屈折力
でズーミングによる焦点位置の補正とフォーカシングの
ために移動可能な第４群レンズと常時固定の第５群レン
ズから構成されるズームレンズにおいて、従来の４群ズ
ームレンズに比べて前述のような第５群レンズを配置す
ることにより、大口径比化及び高倍率化が可能となり、
レンズ系全体の大型化を避けつつ、しかも広角端から望
遠端に至る全倍率範囲にわたり、無限遠物体から近距離
物体に至る物体距離全般で良好なる光学性能を有するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のズームレンズを説明する構成図で
ある。

【図２】第１実施例における短焦点距離端での諸収差図
である。

【図３】第１実施例における中間焦点距離での諸収差図
である。

【図４】第１実施例における長焦点距離端での諸収差図
である。

【図５】第２実施例における短焦点距離端での諸収差図
である。

【図６】第２実施例における中間焦点距離での諸収差図
である。

【図７】第２実施例における長焦点距離端での諸収差図
である。

【図８】第３実施例における短焦点距離端での諸収差図
である。

【図９】第３実施例における中間焦点距離での諸収差図
である。

【図１０】第３実施例における長焦点距離端での諸収差
図である。

【図１１】本実施形態の適用例を示す要部概略図であ
る。

【図１２】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 KA03 MA15 PA07 PA16 PB12 PB13 QA02 QA05 QA17 QA21 QA25 QA33 QA41 QA46 RA05 RA12 RA13 RA36 RA43 RA44 SA43 SA47 SA49 SA52 SA56 SA63 SA65 SA72 SA74 SA76 SB04 SB14 SB22 SB23 SB33 SB44

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力を有する第
   １群レンズ、負の屈折力を有する第２群レンズ、正の屈
   折力を有する第３群レンズ、正の屈折力を有する第４群
   レンズ、負の屈折力を有し少なくとも２枚構成の正レン
   ズと負レンズを有する第５群レンズを備えており、ズー
   ミングを前記第２群レンズおよび第４群レンズの移動に
   よって行うとともに、フォーカシングを前記第４群レン
   ズの移動によって行うズームレンズであって、 前記第５群レンズのうちの正レンズと負レンズとの各焦
   点距離をｆ５１、ｆ５２、またそれぞれの屈折率をＮ５
   １、Ｎ５２とした時、 0.002<|(（１／ｆ５１）/Ｎ５１＋(１／ｆ５２)/Ｎ５
   ２)|<0.02 なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 被写体距離が無限遠での前記第５群レン
   ズの結像倍率をβ５とするとき 0.95<β５<1.09 なる条件式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。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のズームレンズを
   用いることを特徴とする撮像装置。