JP2020030249A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超広画角から標準画角まで撮影可能でありながら、広角端にて立体物が歪まないズームレンズを提供する。【解決手段】ズームレンズＬＡは、物体側から像側へ順に、負の第１レンズ群Ｂ１、正の第２レンズ群Ｂ２を有し、第１レンズ群の厚さをＤ１、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の広角端から望遠端における移動量をＭ２、広角端におけるレンズ全長をＬｗとしたとき、−５．０＜Ｍ２／ｆ１＜−２．４、０．３＜Ｄ１／Ｌｗ＜１．０、を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視用カメラ、ＴＶカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系及びその撮像装置に関する。

近年、撮像装置に用いられる光学系は、第１に、超広画角から標準画角まで撮影が可能である高倍率超広角ズームレンズであることと、第２に、超広画角で画面周辺での視認性を高めるために立体物が歪まない立体射影方式を採用することが要求されている。
どちらにも共通する超広画角を満足するために、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群を有するレンズ構成を採用することが主流である。

更に、１点目に関して、従来、広角端での撮影画角が１８０°程度になる超広角ズームレンズでは、広角端にて、超広画角とするために等立体角射影方式を採用することが主流である（特許文献１）。この等立体角射影方式では、広角端での焦点距離を小さくしないことで、立体物がサジタル方向の圧縮されることを許容して立体物の歪みを犠牲にすることで、レンズ全系の全長を短くする方式である。

特許文献１には、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群からなり、広角端での撮影画角が１８０°でズーム倍率が９倍の高倍率超広角ズームレンズが開示されている。この高倍率超広角ズームレンズでの広角端は、等立体角射影方式での歪曲収差を−５％としている。

２点目に関して、従来、ビデオカメラや車載用カメラなどにおいて、超広画角で立体物の歪みを小さくするために、広角端にて立体射影方式を採用している（特許文献２）。この立体射影方式では、広角端での焦点距離を小さくすることで、立体物がサジタル方向に圧縮または引伸ばされることを防いで立体物が歪まないようにしている方式である。

特許文献２には、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群からなり、立体射影方式での歪曲収差の小さい単焦点レンズが開示されている。

特開２０１４−１７８３８８号公報 特開２０１３−２５２５５号公報

しかしながら、上記の特許文献に開示された従来技術では、下記２点が困難になる。

第１に、従来の高倍率超広角ズームレンズにて立体射影方式を採用するために、広角端での焦点距離を小さくすると、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の屈折力が強くなり、歪曲収差や非点収差を小さく保つことが困難になる。特許文献１では、広角端にて等立体角射影方式を採用して、負の第１レンズ群や正の第２レンズ群を強くしないことで、歪曲収差や非点収差を小さくできている。

第２に、広角端にて立体射影方式を採用したレンズにて高倍率超広角ズームレンズとするために、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の屈折力を強くすると、歪曲収差や非点収差を小さく保つことが困難になる。特許文献２では、ズームレンズとしないことで、歪曲収差や非点収差を小さくできている。

そこで、本発明の目的は、超広画角から標準画角まで撮影可能でありながら、広角端にて立体物が歪まないズームレンズの提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の第１レンズ群Ｂ１、正の第２レンズ群Ｂ２を有するズームレンズにおいて、
第１レンズ群Ｂ１の厚さをＤ１、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｂ２の広角端から望遠端における移動量をＭ２、広角端におけるレンズ全長をＬｗとするとき、
−５．０＜Ｍ２／ｆ１＜−２．４
０．３＜Ｄ１／Ｌｗ＜１．０
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、超広画角から標準画角まで撮影可能でありながら、広角端にて立体物が歪まないズームレンズの提供を実現できる。

実施例１のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときのレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときの広角端、中間のズーム位置、望遠端での縦収差図 実施例２のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときのレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときの広角端、中間のズーム位置、望遠端での縦収差図 実施例３のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときのレンズ断面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３のズームレンズにおいて無限遠物体にフォーカシングしたときの広角端、中間のズーム位置、望遠端での縦収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施例に共通する説明］
図１は実施例１のレンズ断面図である。図２は実施例１の無限遠に合焦したときの縦収差図である。図３は実施例２のレンズ断面図である。図４は実施例２の無限遠に合焦したときの縦収差図である。図５は実施例３のレンズ断面図である。図６は実施例３の無限遠に合焦したときの縦収差図である。図７は本発明の光学系を備えるカメラ（撮像装置）の概略図である。

各実施例の光学系は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系として好適なものである。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。尚、各実施例の光学系をプロジェクターなどの投射レンズとして用いても良い。このときは左方がスクリーン側、右方が被投射画像側となる。

レンズ断面図において、ＬＡは光学系である。Ｂｉは第ｉレンズ群である。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

それぞれの縦収差図は、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲、倍率色収差を表している。球面収差を示す図において、実線のｄはｄ線（５８７．６ｎｍ）、二点鎖線のｇはｇ線（４３５．８ｎｍ）を表している。また、非点収差を示す図において、実線のΔＳはｄ線のサジタル像面、破線のΔＭはｄ線のメリディオナル像面を表している。また、歪曲収差を示す図は、ｄ線における歪曲を表している。倍率色収差はｄ線に対するｇ線について表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは撮影画角の半画角（度）を示す。歪曲収差図は、理想像高をＹ＝２ｆ×ｔａｎ（ω／２）とし、それからのずれ量を示す。

次に各実施例の光学系ＬＡのレンズ構成について説明する。

［実施例１］
以下、図１、図２を参照して、本発明の実施例１について説明する。

レンズ構成は物体側より像側へ順に、次のとおりである。負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３より構成されている。第１レンズ群Ｂ１は、４枚の負レンズと１枚の正レンズから構成することで、広角端での非点収差と歪曲収差と倍率色収差を低減している。第２レンズ群Ｂ２は、開口絞り付近に複数の正レンズを配置することで、球面収差とコマ収差を低減している。第３レンズ群Ｂ３は、１枚の正レンズから構成され、フォーカス群である。

［実施例２］
以下、図３、図４を参照して、本発明の実施例２について説明する。

レンズ構成は、物体側より像側へ順に、次のとおりである。負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３より構成されている。第１レンズ群Ｂ１は、４枚の負レンズと１枚の正レンズから構成することで、広角端での非点収差と歪曲収差と倍率色収差を低減している。第２レンズ群Ｂ２は、開口絞り付近に複数の正レンズを配置することで、球面収差とコマ収差を低減している。第３レンズ群Ｂ３は、１枚の正レンズから構成され、フォーカス群である。

［実施例３］
以下、図５、図６を参照して、本発明の実施例３について説明する。

レンズ構成は物体側より像側へ順に、次のとおりである。負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３より構成されている。第１レンズ群Ｂ１は、４枚の負レンズと１枚の正レンズから構成することで、広角端での非点収差と歪曲収差と倍率色収差を低減している。第２レンズ群Ｂ２は、開口絞り付近に複数の正レンズを配置することで、球面収差とコマ収差を低減している。第３レンズ群Ｂ３は、１枚の正レンズから構成され、フォーカス群である。

［レンズ構成の説明］
各実施例の光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、負の第１レンズ群Ｂ１、正の第２レンズ群Ｂ２を有する。第１レンズ群Ｂ１の厚さをＤ１、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｂ２の広角端から望遠端における移動量をＭ２、広角端におけるレンズ全長をＬｗとする。なお、移動量Ｍ２の符号は、物体側への移動量を正とする。
このとき、
−５．０＜Ｍ２／ｆ１＜−２．４ ・・・（１）
０．３＜Ｄ１／Ｌｗ＜１．０ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

［条件式の説明］
次に前述の条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）は、ズーム倍率の高倍化と小型化のために、第２レンズ群Ｂ２の広角端から望遠端における移動量と第１レンズ群Ｂ１の焦点距離との比を適切に定めたものである。条件式（１）の上限値を超えて、第２レンズ群の移動量が大きくなると、広角端における第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２との群間隔が長くなり、絞りと第１レンズ群Ｂ１との距離が長くなり、前玉径を小型化することが困難になる。条件式（１）の下限値を超えて、第２レンズ群の移動量が小さくなると、ズーム倍率の高倍率化のために第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２の屈折力を強くしなければならず、球面収差とコマ収差の発生を低減することが困難になる。

条件式（２）は、第１レンズ群Ｂ１における歪曲収差と非点収差の発生を低減するために、第１レンズ群Ｂ１の厚さと広角端におけるレンズ全系の距離の比を適切に定めたものである。条件式（２）の下限値を超えて、第１レンズ群Ｂ１の厚さが小さくなると、第１レンズ群Ｂ１負レンズの枚数を多く確保することができなくなり、歪曲収差と非点収差の発生を低減することが困難になる。

尚、更に好ましくは、条件式（１）と条件式（２）の数値範囲を以下のように設定するのが望ましい。

−４．０＜Ｍ２／ｆ１＜−２．５ ・・・（１ａ）
０．３５＜Ｄ１／Ｌｗ＜０．５０ ・・・（２ａ）
本発明において、更に好ましくは以下の条件式の１つ以上を満足することが望ましい。
第２レンズ群Ｂ２の広角端と望遠端における横倍率をそれぞれβ２ｗ、β２ｔとする。広角端における全系の焦点距離をｆｗ、広角端における最大像高をＹｗとする。広角端における撮影半画角をωｗとする。
２．２＜β２ｔ／β２ｗ＜２．８ ・・・（３）
１．４＜Ｙｗ／ｆｗ＜４．０ ・・・（４）
ωｗ＞６０° ・・・（５）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（３）は、ズーム倍率の高倍化や球面収差とコマ収差の発生低減のために、第２レンズ群Ｂ２の広角端における横倍率と望遠端における横倍率の比を適切に定めたものである。条件式（３）の上限値を超えて、第２レンズ群Ｂ２の望遠端の横倍率が大きくなると、第２レンズ群Ｂ２の屈折力が強くなり、球面収差とコマ収差の発生を低減することが困難になる。条件式（３）の下限値を超えて、第２レンズ群Ｂ２の望遠端の横倍率が小さくなると、ズーム倍率を高倍率化することが困難になる。

条件式（４）は、広角端における立体物の歪みを低減するために、広角端における撮像装置の最大像高と広角端における全系の焦点距離の比を適切に定めたものである。条件式（４）の上限値を超えて、広角端における全系の焦点距離が小さくなると、画面周辺で立体物がサジタル方向に引伸ばされて歪みを小さくすることが困難になる。条件式（４）の下限値を超えて、広角端における全系の焦点距離が大きくなると、画面周辺で立体物がサジタル方向に圧縮されて歪みを小さくすることが困難になる。

条件式（５）は、広範囲を撮影するために、広角端における撮影半画角を適切に定めたものである。条件式（５）の下限値を超えて、撮影半画角が小さくなると、広範囲を撮影することが困難になる。

尚、各実施例において更に好ましくは、条件式（３）乃至（５）の数値範囲を以下のように設定するのが望ましい。
２．４＜β２ｔ／β２ｗ＜２．７ ・・・（３ａ）
１．６＜Ｙｗ／ｆｗ＜３．０ ・・・（４ａ）
ωｗ＞７０° ・・・（５ａ）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

次に図７の撮像装置としての一眼レフカメラについて説明する。図７において、１０は実施例１乃至３までの光学系１よりなる撮像光学系である。撮像光学系１０は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０はクイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、撮像光学系１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は撮像光学系１０の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。

観察者は、その正立像を、接眼レンズ６を介して観察する。７は感光面であり、像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮像光学系１０によって像が形成される。

このように光学系を一眼レフカメラ交換レンズ等の撮像光学系として適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。尚、本発明の光学系は、デジタルカメラ・ビデオカメラ・銀塩フィルム用カメラ等の他に望遠鏡、双眼鏡、複写機、プロジェクター等の光学機器にも適用できる。またクイックリターンミラーのないミラーレスの一眼レフカメラにも適用することができる。

以下に、実施例１乃至３に各々対応する数値データ１乃至３を示す。各数値データにおいて、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは第ｉ番目（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。ＢＦは空気換算でのバックフォーカスである。レンズ全長は第１レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスの値を加えた値である。

また、非球面は面番号の後に、＊の符号を付加して表している。非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各次数の非球面係数とするとき、

で表す。

なお、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味している。また、表１に前述の各条件式に相当する数値を示す。

（数値データ１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 17.146 0.60 2.00100 29.1
2 8.571 2.62
3 11.472 0.60 1.88202 37.2
4* 6.266 2.24
5 12.959 0.50 1.88213 37.2
6 4.809 3.91
7 -7.934 0.50 1.49700 81.5
8 14.659 0.13
9 12.951 1.87 1.87996 21.5
10 -32.380 (可変)
11 8.118 0.40 1.90792 35.4
12 3.017 1.85 1.82760 41.2
13* -24.863 0.61
14(絞り) ∞ 0.89
15 18.146 1.61 1.49700 81.5
16 -12.114 0.20
17 7.718 0.40 2.00169 22.1
18 3.891 1.30 1.49700 81.5
19 5.940 0.66
20 14.844 0.40 1.96805 31.1
21 5.165 2.18 1.49700 81.5
22 -21.043 (可変)
23 22.521 2.85 1.49710 81.6
24* -10.153 (可変)
25 ∞ 1.20 1.51633 64.1
26 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.10610e-004 A 6= 1.53658e-005 A 8=-1.88021e-006 A10= 6.83178e-008 A12=-1.07174e-009

第13面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.34267e-004 A 6=-1.74085e-005 A 8=-1.65239e-006

第24面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.30992e-004 A 6=-2.28136e-005 A 8= 3.23877e-007

各種データ
ズーム比 2.61
広角 中間 望遠
焦点距離 2.39 4.30 6.26
Fナンバー 2.88 4.30 5.69
画角 62.75 47.25 36.63
像高 4.65 4.65 4.65
レンズ全長 35.59 36.86 40.09
BF 2.93 2.17 2.09

d10 5.62 2.03 0.40
d22 0.71 6.33 11.28
d24 1.84 1.08 1.00
d26 0.30 0.30 0.30

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -3.72
2 11 7.57
3 23 14.50
4 25 ∞


（数値データ２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 25.852 1.60 2.00100 29.1
2 12.380 3.89
3 15.850 1.00 2.00100 29.1
4 8.926 5.09
5 39.212 0.70 2.00100 29.1
6 12.181 3.28
7 -22.381 0.50 1.49700 81.5
8 12.819 2.61 1.95906 17.5
9 145.489 (可変)
10(絞り) ∞ 0.00
11* 9.136 1.60 1.82465 43.8
12* 76.074 0.10
13 9.304 3.11 1.49700 81.5
14 -13.878 0.10
15 12.335 0.50 1.99516 25.5
16 3.998 1.59 1.49700 81.5
17 6.348 (可変)
18 23.742 0.50 1.88300 40.8
19 7.980 2.42 1.49700 81.5
20 -51.368 (可変)
21 -1539.688 3.40 1.49700 81.5
22 -8.983 (可変)
23* -12.113 0.50 1.83474 42.7
24 -18.892 (可変)
25 ∞ 2.04 1.51633 64.1
26 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.17607e-005 A 6= 1.50359e-005

第12面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.05564e-004 A 6= 2.18531e-005

第23面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.94153e-007

各種データ
ズーム比 2.62
広角 中間 望遠
焦点距離 4.06 7.43 10.65
Fナンバー 2.88 4.16 5.16
画角 62.75 46.74 36.53
像高 7.89 7.89 7.89
レンズ全長 50.79 52.06 56.33
BF 3.35 5.50 9.78

d 9 10.90 4.69 1.48
d17 1.17 1.39 2.91
d20 0.56 5.17 5.21
d22 2.29 2.80 4.44
d24 1.72 3.87 8.15
d26 0.28 0.28 0.28

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -5.99
2 10 10.37
3 18 -1045.04
4 21 18.17
5 23 -41.84
6 25 ∞


（数値データ３）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 23.588 1.60 2.00100 29.1
2 11.804 4.62
3 17.832 1.00 2.00100 29.1
4 7.946 4.63
5 38.662 0.70 2.00100 29.1
6 12.522 2.50
7 -40.220 0.50 1.49700 81.5
8 9.952 2.62 1.95906 17.5
9 69.091 (可変)
10(絞り) ∞ 0.00
11* 9.975 1.47 1.83666 38.4
12* 53.069 0.10
13 7.188 2.36 1.49700 81.5
14 -16.896 0.10
15 23.090 0.50 1.84639 23.7
16 4.288 1.54 1.49700 81.5
17 6.527 (可変)
18 22.320 0.50 1.88300 40.8
19 9.764 2.50 1.49700 81.5
20 -18.929 (可変)
21 -76.739 3.30 1.49700 81.5
22* -11.028 (可変)
23 ∞ 2.04 1.51633 64.1
24 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.15924e-004 A 6= 1.65569e-005

第12面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.00406e-004 A 6= 2.54907e-005

第22面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.07519e-004

各種データ
ズーム比 2.72
広角 中間 望遠
焦点距離 4.06 7.26 11.05
Fナンバー 2.88 4.27 6.00
画角 62.75 47.39 35.52
像高 7.89 7.89 7.89
レンズ全長 47.55 50.55 56.32
BF 7.10 5.45 2.69

d 9 8.15 3.66 1.94
d17 1.19 1.41 2.94
d20 0.56 9.47 18.20
d22 5.46 3.81 1.04
d24 0.30 0.30 0.30

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -6.03
2 10 11.48
3 18 37.87
4 21 25.49
5 23 ∞

ＬＡ 光学系、Ｂ１ 第１レンズ群、Ｂ２ 第２レンズ群、
Ｂ３ 第３レンズ群、Ｂ４ 第４レンズ群、ＳＰ 開口絞り

Claims (7)

1. 物体側から像側へ順に、負の第１レンズ群Ｂ１、正の第２レンズ群Ｂ２を有し、
   第１レンズ群Ｂ１の厚さをＤ１、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｂ２の広角端から望遠端における移動量をＭ２、広角端におけるレンズ全長をＬｗとしたとき、
   −５．０＜Ｍ２／ｆ１＜−２．４
   ０．３＜Ｄ１／Ｌｗ＜１．０
   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. 前記第１レンズ群Ｂ１は、像側に凹面を向けた負の屈折力の第１レンズを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群Ｂ１は、負の屈折力のレンズを３枚以上有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記第２レンズ群Ｂ２の広角端と望遠端における横倍率をそれぞれβ２ｗ、β２ｔとしたとき、
   ２．２＜β２ｔ／β２ｗ＜２．８
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のズームレンズ。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズと、前記ズームレンズによって形成される像を受光する光電変換素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
6. 広角端における全系の焦点距離をｆｗ、広角端における最大像高をＹｗとしたとき、
   １．４＜Ｙｗ／ｆｗ＜４．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 広角端における撮影半画角をωｗとしたとき、
   ωｗ＞６０°
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の撮像装置。