JP2005055625A - ズームレンズとカメラ装置並びにプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズ枚数が少なく広画角で高変倍比でありながら小型であり、300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを得る。
【解決手段】物体側より順に、変倍時固定で正屈折力の第1レンズ群I、負屈折力の第2レンズ群II、絞りS、正屈折力の第3レンズ群III、正屈折力の第4レンズ群IV、及び、正屈折力の第5レンズ群Vを有してなり、少なくとも上記第2レンズ群II、第3レンズ群III、第4レンズ群IVを移動して変倍を行うズームレンズであって、第2レンズ群IIは像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面が非球面からなる。
【選択図】図1
【解決手段】物体側より順に、変倍時固定で正屈折力の第1レンズ群I、負屈折力の第2レンズ群II、絞りS、正屈折力の第3レンズ群III、正屈折力の第4レンズ群IV、及び、正屈折力の第5レンズ群Vを有してなり、少なくとも上記第2レンズ群II、第3レンズ群III、第4レンズ群IVを移動して変倍を行うズームレンズであって、第2レンズ群IIは像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面が非球面からなる。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数組のレンズ群を光軸方向へ個別に進退させることにより焦点距離を異ならせるようにしたズームレンズの改良に関し、特にデジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像手段を用いたカメラに用いるズームレンズと、これを用いたカメラ装置とプロジェクターに関するものである。
近年、レンズ一体型のデジタルカメラ用撮影レンズとして、62度程度の画角からの3倍ズームレンズが主流である。これは、画角や変倍比をこの程度に抑えることで、撮影レンズの前玉径やレンズ全長をコンパクトにすることができるからである。しかしながら、銀塩カメラ用撮影レンズにおいて、標準として使用されている撮影レンズが74度程度の画角からの3〜5倍程度の変倍比を有するズームレンズであることから、デジタルカメラ用撮影レンズにも銀塩カメラ用撮影レンズと同様、あるいはそれ以上のスペックを持った広画角で高変倍のズームレンズが要求されている。
物体側から順に、正負正正正群からなるズームレンズは従来から種々の提案がある(例えば、特許文献1,2,3,4参照。)。特許文献1には64度程度の画角からの3倍程度の変倍比を有するズームレンズが提案されている。また、特許文献2には70度程度の画角からの11倍以上の変倍比を有するズームレンズ、特許文献3には74度程度の画角から10倍程度の変倍比を有するズームレンズ、特許文献4には64度程度の画角から5倍程度の変倍比を有するズームレンズが、それぞれ開示されている。
しかしながら、特許文献1記載のズームレンズはレンズ枚数が18枚以上と多く、また、64度程度の画角からの3倍程度の変倍比までしかカバーしていない。
また、特許文献2記載のズームレンズは変倍時に第1レンズ群、第3レンズ群、及び第5レンズ群が固定されており、レンズ枚数が11枚と少ないものの、どちらかと言うとビデオカメラ用程度のレンズ性能しか有しておらず、ここに開示された構成と屈折力配置のまま300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を達成することは困難である。
さらに、特許文献3記載のズームレンズは、74度程度の画角から10倍以上の変倍比を有しているものの、Fナンバーが4.1からと暗い。
さらにまた、特許文献4記載のズームレンズは、64度程度の画角から5倍程度の変倍比を有し、レンズ枚数も10枚程度と少ないものの、広画角化の余地を残している。
特開昭57−195213号公報
特許第3352804号明細書
特開平10−161028号公報
特開2002−156581号公報
また、特許文献2記載のズームレンズは変倍時に第1レンズ群、第3レンズ群、及び第5レンズ群が固定されており、レンズ枚数が11枚と少ないものの、どちらかと言うとビデオカメラ用程度のレンズ性能しか有しておらず、ここに開示された構成と屈折力配置のまま300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を達成することは困難である。
さらに、特許文献3記載のズームレンズは、74度程度の画角から10倍以上の変倍比を有しているものの、Fナンバーが4.1からと暗い。
さらにまた、特許文献4記載のズームレンズは、64度程度の画角から5倍程度の変倍比を有し、レンズ枚数も10枚程度と少ないものの、広画角化の余地を残している。
本発明は、正負正正正の5群以上の構成を用いることにより、広画角からのズームレンズでありながら、小型で明るく、レンズ枚数の少ない低コストなズームレンズを提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、物体側より順に、変倍時固定で正屈折力の第1レンズ群、負屈折力の第2レンズ群、絞り、正屈折力の第3レンズ群、正屈折力の第4レンズ群、及び、正屈折力の第5レンズ群を有してなり、少なくとも第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群を移動して変倍を行うズームレンズであって、第2レンズ群は像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面が非球面からなることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、第5レンズ群が変倍時固定であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が小さくなり、かつ、第3レンズ群と第4レンズ群の間隔が小さくなるように、第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群を移動させることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、第1レンズ群は、1枚の正レンズで構成されることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、第2レンズ群は、像面側に強い凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとから構成されることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、第2レンズ群は、像面側に凹面を向けた負レンズと、他の負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとから構成されることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、第3レンズ群の屈折力Φ3と全系の屈折力Φwが、条件0.05<Φ3/Φw<1.0を満足することを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、変倍に際し、第3レンズ群は絞りと一体で移動することを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明において、第3レンズ群は、物体側に凸面を向けた正レンズを有し、この凸面が非球面からなることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項7記載の発明において、第3レンズ群は、正レンズと、像面側に凹面を向けた負レンズからなる接合レンズとから構成されることを特徴とする。
請求項11記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、第5レンズ群は、1枚の正レンズから構成されることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、請求項11記載の発明のおいて、第5レンズ群は、少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする。
請求項13記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、第5レンズ群の移動により有限遠物体に合焦することを特徴とする。
請求項14記載の発明は、請求項1乃至13のいずれかに記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とする。
請求項15記載の発明は、請求項1乃至13のいずれかに記載のズームレンズを、投影用光学系として有することを特徴とする。
本発明によれば、レンズ枚数が少なく広画角で高変倍比でありながら小型であり、300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを得ることができる。
また、本発明によれば、本発明にかかるズームレンズをカメラ装置の撮影用光学系に、あるいは、プロジェクターの投影用光学系に適用することで、小型で広画角かつ高画質のカメラ装置やプロジェクターを得ることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明にかかるズームレンズとカメラ装置並びにプロジェクターの実施の形態について説明する。
先ず、本発明にかかるズームレンズについて、その構成をコンストラクションデータ、収差線図などを挙げて、具体的に説明する。なお、以下に説明する各実施例の収差は十分に補正されており、300万画素〜500万画素の受光素子に対応することが可能となっている。また、以下の説明において、長さの次元を持つ量の単位は「mm」である。
各実施例で用いる記号の意味は以下の通りである。
f:全系の焦点距離
F:Fナンバ
ω:半画角
R:曲率半径
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
k:非球面の円錐定数
A4:4次の非球面係数
A6:6次の非球面係数
A8:8次の非球面係数
A10:10次の非球面係数
f:全系の焦点距離
F:Fナンバ
ω:半画角
R:曲率半径
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
k:非球面の円錐定数
A4:4次の非球面係数
A6:6次の非球面係数
A8:8次の非球面係数
A10:10次の非球面係数
ここで、非球面は以下の式で定義される。
X=CH2/[1+√(1−(1+K)C2H2)]+A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10
ただし、
X:光軸方向の基準面からの変位量
H:光軸に対して垂直な方向の高さ
C:近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)
である。
X=CH2/[1+√(1−(1+K)C2H2)]+A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10
ただし、
X:光軸方向の基準面からの変位量
H:光軸に対して垂直な方向の高さ
C:近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)
である。
図1は、実施例1のズームレンズのレンズ構成図である。
本発明にかかるズームレンズは、物体側より順に、第1レンズ群I,第2レンズ群II,絞りS,第3レンズ群III,第4レンズ群IV,第5レンズ群Vからなり、各群間隔を変化させることによりズーミングを行う5群構成のズームレンズである。符号FLは各種フィルタを示す。また、符号ri(i=1,2,3,・・・)は物体側から数えた面番号、di(i=1,2,3,・・・)は物体側から数えた各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔、つまり軸上面間隔を示す。他の実施例についても同様である。
本発明にかかるズームレンズは、物体側より順に、第1レンズ群I,第2レンズ群II,絞りS,第3レンズ群III,第4レンズ群IV,第5レンズ群Vからなり、各群間隔を変化させることによりズーミングを行う5群構成のズームレンズである。符号FLは各種フィルタを示す。また、符号ri(i=1,2,3,・・・)は物体側から数えた面番号、di(i=1,2,3,・・・)は物体側から数えた各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔、つまり軸上面間隔を示す。他の実施例についても同様である。
各レンズ群は、以下のように構成されている。なお、以下の説明では、各レンズ群を構成するレンズの種類と共に、そのレンズに対応する面番号を( )内に示す。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、両凹の負レンズ(r5,r6)、及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズから構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r13,r14)と像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r14,r15)からなる接合レンズから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r16,r17)から構成されている。
なお、r6,r10,r15,r16の各面は、非球面である。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、両凹の負レンズ(r5,r6)、及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズから構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r13,r14)と像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r14,r15)からなる接合レンズから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r16,r17)から構成されている。
なお、r6,r10,r15,r16の各面は、非球面である。
実施例1にかかるズームレンズの各レンズ面の曲率半径R,面間隔D,屈折率Nd,アッベ数νdの関係を表1に示す。
各非球面の非球面係数は以下の通りである。
非球面:第6面
k=−2.34164
A4=1.29388×10−4
A6=−1.21543×10−6
A8=−3.98041×10−10
A10=3.92367×10−11
k=−2.34164
A4=1.29388×10−4
A6=−1.21543×10−6
A8=−3.98041×10−10
A10=3.92367×10−11
非球面:第10面
k=0.36554
A4=−3.26261×10−4
A6=−8.41278×10−6
A8=1.65489×10−7
A10=−1.74189×10−8
k=0.36554
A4=−3.26261×10−4
A6=−8.41278×10−6
A8=1.65489×10−7
A10=−1.74189×10−8
非球面:第15面
k=0
A4=1.96310×10−4
A6=4.03913×10−6
A8=9.16593×10−8
A10=1.74834×10−9
k=0
A4=1.96310×10−4
A6=4.03913×10−6
A8=9.16593×10−8
A10=1.74834×10−9
非球面:第16面
k=0.12718
A4=−3.62803×10−5
A6=1.81750×10−6
A8=−5.78275×10−9
A10=−5.76175×10−11
k=0.12718
A4=−3.62803×10−5
A6=1.81750×10−6
A8=−5.78275×10−9
A10=−5.76175×10−11
表1の面間隔D欄の「(可変)」で示す面の、広角端(焦点距離f=5.8),中間域(焦点距離f=11.5),望遠端(焦点距離f=23.0)での面間隔を表2に示す。
図2は、実施例2のズームレンズのレンズ構成図である。各レンズ群は、以下のように構成されている。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、像面側に凹面を向けた他の負メニスカスレンズ(r5,r6)、及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズで構成されている。
第4レンズ群IVは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r13,r14)と両凸の正レンズ(r14,r15)からなる接合レンズで構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r16,r17)から構成されている。
なお、r6,r10,r15,r16の各面は、非球面である。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、像面側に凹面を向けた他の負メニスカスレンズ(r5,r6)、及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズで構成されている。
第4レンズ群IVは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r13,r14)と両凸の正レンズ(r14,r15)からなる接合レンズで構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r16,r17)から構成されている。
なお、r6,r10,r15,r16の各面は、非球面である。
実施例2にかかるズームレンズの各レンズ面の曲率半径R,面間隔D,屈折率Nd,アッベ数νdの関係を表3に示す。
各非球面の非球面係数は以下の通りである。
非球面:第6面
k=−1.88553
A4=1.89929×10−4
A6=−1.24442×10−6
A8=−5.58538×10−9
A10=2.58983×10−11
k=−1.88553
A4=1.89929×10−4
A6=−1.24442×10−6
A8=−5.58538×10−9
A10=2.58983×10−11
非球面:第10面
k=0.42731
A4=−2.84086×10−4
A6=−6.20995×10−6
A8=1.52968×10−7
A10=−1.35991×10−8
k=0.42731
A4=−2.84086×10−4
A6=−6.20995×10−6
A8=1.52968×10−7
A10=−1.35991×10−8
非球面:第15面
k=0
A4=3.75734×10−4
A6=7.31237×10−6
A8=2.31010×10−7
A10=−5.79127×10−10
k=0
A4=3.75734×10−4
A6=7.31237×10−6
A8=2.31010×10−7
A10=−5.79127×10−10
非球面:第16面
k=−0.25442
A4=4.14072×10−6
A6=3.03857×10−6
A8=−2.27410×10−8
A10=9.36642×10−10
k=−0.25442
A4=4.14072×10−6
A6=3.03857×10−6
A8=−2.27410×10−8
A10=9.36642×10−10
表3の面間隔D欄の「(可変)」で示す面の、広角端(焦点距離f=5.8),中間域(焦点距離f=11.6),望遠端(焦点距離f=22.0)での面間隔を表4に示す。
図3は、実施例3のズームレンズのレンズ構成図である。各レンズ群は、以下のように構成されている。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、両凹の負レンズ(r5,r6)、及び両凸の正レンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r10,r11)と、両凸の正レンズ(r12,r13)と両凹の負レンズ(r13,r14)からなる接合レンズ、とから構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r15,r16)と像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r16,r17)からなる接合レンズから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r18,r19)から構成されている。
なお、r6,r10,r18の各面は、非球面である。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)、両凹の負レンズ(r5,r6)、及び両凸の正レンズ(r7,r8)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r10,r11)と、両凸の正レンズ(r12,r13)と両凹の負レンズ(r13,r14)からなる接合レンズ、とから構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r15,r16)と像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r16,r17)からなる接合レンズから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r18,r19)から構成されている。
なお、r6,r10,r18の各面は、非球面である。
実施例3にかかるズームレンズの各レンズ面の曲率半径R,面間隔D,屈折率Nd,アッベ数νdの関係を表5に示す。
各非球面の非球面係数は以下の通りである。
非球面:第6面
k=−3.33635
A4=1.92728×10−4
A6=−2.40580×10−6
A8=1.61398×10−8
A10=−7.31863×10−11
k=−3.33635
A4=1.92728×10−4
A6=−2.40580×10−6
A8=1.61398×10−8
A10=−7.31863×10−11
非球面:第10面
k=0.41250
A4=−3.21841×10−4
A6=−3.64272×10−6
A8=−2.14532×10−7
A10=3.37320×10−9
k=0.41250
A4=−3.21841×10−4
A6=−3.64272×10−6
A8=−2.14532×10−7
A10=3.37320×10−9
非球面:第18面
k=−0.11454
A4=−3.49426×10−4
A6=2.55797×10−6
A8=−9.20425×10−8
A10=1.73174×10−9
k=−0.11454
A4=−3.49426×10−4
A6=2.55797×10−6
A8=−9.20425×10−8
A10=1.73174×10−9
表5の面間隔D欄の「(可変)」で示す面の、広角端(焦点距離f=5.8),中間域(焦点距離f=11.6),望遠端(焦点距離f=23.0)での面間隔を表6に示す。
図4は、実施例4のズームレンズのレンズ構成図である。各レンズ群は、以下のように構成されている。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r5,r6)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r8,r9)から構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズと、両凸の正レンズ(r13,r14)とから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r15,r16)から構成されている。
なお、R4,r8,r14,r15の各面は、非球面である。
第1レンズ群Iは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r1,r2)で構成されている。
第2レンズ群IIは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ(r3,r4)と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r5,r6)とから構成されている。
第3レンズ群IIIは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ(r8,r9)から構成されている。
第4レンズ群IVは、両凸の正レンズ(r10,r11)と両凹の負レンズ(r11,r12)からなる接合レンズと、両凸の正レンズ(r13,r14)とから構成されている。
第5レンズ群Vは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ(r15,r16)から構成されている。
なお、R4,r8,r14,r15の各面は、非球面である。
実施例4にかかるズームレンズの各レンズ面の曲率半径R,面間隔D,屈折率Nd,アッベ数νdの関係を表7に示す。
各非球面の非球面係数は以下の通りである。
非球面:第4面
k=−1.20275
A4=3.03621×10−4
A6=1.80945×10−7
A8=9.87330×10−9
A10=−2.48946×10−11
k=−1.20275
A4=3.03621×10−4
A6=1.80945×10−7
A8=9.87330×10−9
A10=−2.48946×10−11
非球面:第8面
k=0.35253
A4=−3.34121×10−4
A6=−8.26822×10−6
A8=−2.73153×10−7
A10=−1.07784×10−8
k=0.35253
A4=−3.34121×10−4
A6=−8.26822×10−6
A8=−2.73153×10−7
A10=−1.07784×10−8
非球面:第14面
k=0
A4=2.25895×10−5
A6=1.02803×10−6
A8=−1.56042×10−8
A10=1.46293×10−8
k=0
A4=2.25895×10−5
A6=1.02803×10−6
A8=−1.56042×10−8
A10=1.46293×10−8
非球面:第15面
k=0.07950
A4=−7.91291×10−5
A6=−2.93684×10−7
A8=5.96647×10−9
A10=−2.42694×10−10
k=0.07950
A4=−7.91291×10−5
A6=−2.93684×10−7
A8=5.96647×10−9
A10=−2.42694×10−10
表7の面間隔D欄の「(可変)」で示す面の、広角端(焦点距離f=5.8),中間域(焦点距離f=11.5),望遠端(焦点距離f=23.0)での面間隔を表8に示す。
各実施例の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。
実施例1の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図5,図6,図7に示す。
実施例2の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図8,図9,図10に示す。
実施例3の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図11,図12,図13に示す。
実施例4の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図14,図15,図16に示す。
なお、各収差曲線図において、球面収差の図の破線は正弦条件を表す。また、非点収差の図の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。さらに、「g」はg線、「d」はd線を表す。
実施例1の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図5,図6,図7に示す。
実施例2の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図8,図9,図10に示す。
実施例3の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図11,図12,図13に示す。
実施例4の短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図をそれぞれ図14,図15,図16に示す。
なお、各収差曲線図において、球面収差の図の破線は正弦条件を表す。また、非点収差の図の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。さらに、「g」はg線、「d」はd線を表す。
これら収差線図から明らかなように、各実施例とも性能はきわめて良好であり、300万〜500万画素の受光素子を備えたデジタルカメラなどにも適用可能である。すなわち、本発明のようにズームレンズを構成することで、十分な広画角化・高変倍比化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得る。
本発明にかかるズームレンズは、正負正正正の5群構成を有しており、広角端から望遠端への変倍に際して第1レンズ群Iは固定で、少なくとも、第2レンズ群II、第3レンズ群III、第4レンズ群IVを個別に進退(移動)させることで変倍を行う。
また、広角端から望遠端への変倍に際して第1レンズ群Iと第5レンズ群Vが固定で、第2レンズ群II、第3レンズ群III、第4レンズ群IVを個別に進退させることで変倍を行うようにしてもよい。この時、第1レンズ群Iあるいは第5レンズ群Vを固定することによって、第1レンズ群Iあるいは第5レンズ群Vと、他のレンズ群あるいは結像面との相対的な偏心量を低減することができる。
ズームレンズは、変倍時に第2レンズ群IIと第3レンズ群IIIの間隔が小さくなり、かつ、第3レンズ群IIIと第4レンズ群IVの間隔が小さくなるように、第2レンズ群II、第3レンズ群III、第4レンズ群IVを進退させることで、各レンズ群の移動量が最も少なく、広角端から望遠端までの変倍を行うことができる。
また、本発明にかかるズームレンズは、第2レンズ群IIに、像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面を非球面とすることにより、広角側での歪曲収差、像面湾曲、非点収差を効率良く補正することが可能となる。歪曲収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正は、主に、光軸外から入射する光線束の主光線が光軸から大きく離れて通過する面を操作することによってなされるが、その対象となる面のうち、曲率の強い凹面を非球面とすることによって、光線経路を効果的に操作することが可能となる。
また、本発明にかかるズームレンズは、第2レンズ群IIに、像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面を非球面とすることにより、広角側での歪曲収差、像面湾曲、非点収差を効率良く補正することが可能となる。歪曲収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正は、主に、光軸外から入射する光線束の主光線が光軸から大きく離れて通過する面を操作することによってなされるが、その対象となる面のうち、曲率の強い凹面を非球面とすることによって、光線経路を効果的に操作することが可能となる。
この非球面を用いることによって、正負正正正のレンズ構成で、広画角から2〜6倍程度の変倍比を有するズームレンズは、通常3枚のレンズを必要とする第1レンズ群を1枚のレンズで構成することができ、小型化が可能となる。
ただし、変倍比が6を越える場合には、望遠端での球面収差補正のために、第1レンズ群を構成するレンズの枚数を増やすことが望ましい。また、変倍比3〜〜3.5倍程度までは、第2レンズ群IIを、前記の像面側に強い凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズの2枚で構成し、変倍比4を越える場合には、像面側に凹面を向けた負レンズと、他の負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズの3枚で構成することにより、特開2002−098893に記載のズームレンズに用いられているような、強い凹面を向き合わせた第2レンズ群に比べて、第2レンズ群の小型化が容易に達成できる。
なお、第2レンズ群IIを、3枚のレンズで構成する場合には、2枚の負レンズのうち、どちらの負レンズを非球面化しても構わない。
ただし、変倍比が6を越える場合には、望遠端での球面収差補正のために、第1レンズ群を構成するレンズの枚数を増やすことが望ましい。また、変倍比3〜〜3.5倍程度までは、第2レンズ群IIを、前記の像面側に強い凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズの2枚で構成し、変倍比4を越える場合には、像面側に凹面を向けた負レンズと、他の負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズの3枚で構成することにより、特開2002−098893に記載のズームレンズに用いられているような、強い凹面を向き合わせた第2レンズ群に比べて、第2レンズ群の小型化が容易に達成できる。
なお、第2レンズ群IIを、3枚のレンズで構成する場合には、2枚の負レンズのうち、どちらの負レンズを非球面化しても構わない。
本発明にかかるズームレンズは、第3〜第5レンズ群は、主に結像系としての役割を分担しつつ、各々の間隔を変化させることにより、変倍の補助や像面湾曲を始めとした諸収差の補正の役割を担っている。第2レンズ群IIから入射されてくる発散光束の球面収差を効率良く補正するためには、第3レンズ群IIIの屈折力Φ3と全系の屈折力Φwが、条件「0.05<Φ3/Φw<1.0」を満足することが望ましい。すなわち、Φ3/Φwが1.0を上回ると発散光束がほとんど屈折作用を受けることなく第4レンズ群IVに入射されるため、第4レンズ群IVのレンズ外径が大きくなり、収差補正が困難となる。一方、Φ3/Φwが0.05を下回ると第3レンズ群IIIの屈折力が強くなりすぎ、収差補正、偏心感度増大の両面から望ましくない。
また、さらに効率良く収差補正を行うには、第3レンズ群IIIの前後に絞りSを配置するか、第3レンズ群IIIと絞りSを一体として移動することにより、収差補正を行う光束を制限することが望ましく、物体側に凸面を向けた正レンズを有し、この凸面を非球面とすることで、この制限された光束の球面収差を効率良く補正することができる。
さらに、第3レンズ群III中、あるいは第4レンズ群IV中に、少なくとも1つの接合レンズを配置することにより、色収差補正や高次の収差補正が可能となる。
さらに、第3レンズ群III中、あるいは第4レンズ群IV中に、少なくとも1つの接合レンズを配置することにより、色収差補正や高次の収差補正が可能となる。
本発明にかかるズームレンズは、主に、電子撮像素子を結像面の対象としているため、結像面に入射する光線は平行光であることが望ましい。結像面付近に正の屈折力を有する第5レンズ群Vを配置することにより、この条件は容易に達成され、また第5レンズ群Vは全体の収差を整える役割を担っている。この第5レンズ群Vを少ない枚数、たとえば1枚のレンズで構成して軽量化を図り、フォーカス群として使用することで、合焦速度を向上することができる。その際、無限遠から近距離まで、少ないレンズ枚数で良好な撮影性能を得るために、この合焦群に少なくとも1面の非球面を用いることによって、収差補正の自由度を上げることができる。ただし、前述のように、第5レンズ群Vを固定群とする場合には、第3レンズ群IIIあるいは第4レンズ群IVをフォーカス群として使用することが望ましい。
以上説明したように、本発明にかかるズームレンズは、レンズ枚数が少なく広画角で高変倍比でありながら小型であり、300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を有する。したがって、本発明にかかるズームレンズをカメラ装置の撮影用光学系に、あるいは、プロジェクターの投影用光学系に適用することで、小型で広画角かつ高画質のカメラ装置やプロジェクターを得ることができる。
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラ装置、あるいはプロジェクターといった電子撮像手段を用いた撮像装置に適用可能である。本発明によれば、レンズ枚数が少なく広画角で高変倍比でありながら小型であり、300万〜500万画素の撮像素子に対応した解像力を有する明るいズームレンズを得ることができるため、小型で広画角かつ高画質の撮像装置に適用できる。
S 絞り
FL 各種フィルタ
FL 各種フィルタ
Claims (15)
- 物体側より順に、変倍時固定で正屈折力の第1レンズ群、負屈折力の第2レンズ群、絞り、正屈折力の第3レンズ群、正屈折力の第4レンズ群、及び、正屈折力の第5レンズ群を有してなり、少なくとも上記第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群を移動して変倍を行うズームレンズであって、
上記第2レンズ群は像面側に強い凹面を向けた負レンズを有し、この凹面が非球面からなることを特徴とするズームレンズ。 - 第5レンズ群が変倍時固定である請求項1記載のズームレンズ。
- 広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が小さくなり、かつ、上記第3レンズ群と第4レンズ群の間隔が小さくなるように、上記第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群を移動させる請求項1または2記載のズームレンズ。
- 第1レンズ群は、1枚の正レンズで構成される請求項1乃至3のいずれかに記載のズームレンズ。
- 第2レンズ群は、像面側に強い凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとから構成される請求項1乃至4のいずれかに記載のズームレンズ。
- 第2レンズ群は、像面側に凹面を向けた負レンズと、他の負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとから構成される請求項1乃至4のいずれかに記載のズームレンズ。
- 第3レンズ群の屈折力Φ3と全系の屈折力Φwが、条件
0.05<Φ3/Φw<1.0
を満足する請求項1乃至6のいずれかに記載のズームレンズ。 - 変倍に際し、第3レンズ群は絞りと一体で移動する請求項7記載のズームレンズ。
- 第3レンズ群は、物体側に凸面を向けた正レンズを有し、この凸面が非球面からなる請求項8記載のズームレンズ。
- 第3レンズ群は、正レンズと、像面側に凹面を向けた負レンズからなる接合レンズとから構成される請求項7記載のズームレンズ。
- 第5レンズ群は、1枚の正レンズから構成される請求項1乃至10のいずれかに記載のズームレンズ。
- 第5レンズ群は、少なくとも1面の非球面を有する請求項11記載のズームレンズ。
- 第5レンズ群の移動により有限遠物体に合焦する請求項1乃至3のいずれかに記載のズームレンズ。
- 請求項1乃至13のいずれかに記載のズームレンズを、撮影用光学系として有するカメラ装置。
- 請求項1乃至13のいずれかに記載のズームレンズを、投影用光学系として有するプロジェクター。
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