JP5361496B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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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、特にビデオカメラ、銀塩写真用カメラ、デジタルカメラ、TVカメラ、監視用カメラに好適なものである。
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系としてコンパクトで高解像の光学性能を有したズームレンズが要望されている。更に、これらのズームレンズには、被写体を撮影するとき、ズームレンズに振動が生じると、撮影画像にぶれが生じるため、撮影画像のぶれを防止する防振機能を有していることが要望されている。
これらの要望に答えるズームレンズとして、物体側から像側へ順に正、負、正、正の屈折力の第1、第2、第3、第4レンズ群より成る4群構成のズームレンズがある。この4群ズームレンズにおいて、ズーミングに際して第2、第4レンズ群が移動し、又一部のレンズ群を変位させて画像ぶれを補正したものが知られている。このうち第3レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割し、該正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得る、防振機能を有したズームレンズが知られている(例えば特許文献1〜4)。
特開平7−128619号公報 特開平11−237550号公報 特開2002−244037号公報 特開2003−322795号公報
近年、撮像装置に用いる撮影レンズ系(撮影光学系)には、Fno(Fナンバー)が小さく、広画角、高倍率であり、更に防振系を有したズームレンズであることが要求されている。このような要素を全て満足させると、結果として撮影光学系が大型化し、防振を行う光学部品も大型化し、装置全体の重量が増加してくる。例えば防振を行う光学部品の重量が増加すると、それを動作させるのに大きな駆動力を持つ駆動源を採用しなければならない。この結果、駆動源を含めた光学系ユニット全体が大型化し、重量が増加してくる。また、防振系の重量が増加すると、防振動作の応答性が低下し、迅速なる制御が困難となり、防振動作時に意図しない不自然な動作や、滑らかでない動作、防振動作の遅延などが発生してくる。
一方、防振のために、ズームレンズの一部のレンズ群を、光軸に対して垂直方向に平行偏心させる方法は、防振が容易であるが防振の際に偏心収差が多く発生し、光学性能が大きく低下してくる。この為、防振機構を有するズームレンズは、防振用のレンズ群が小型軽量であること、そして画像ぶれの補正時(防振時)に光学的な性能劣化が少ないこと等が重要となっている。
本発明は、高ズーム比で、かつ全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。この他本発明は、防振用のレンズ群が小型で、かつ振動補償時に良好な画像を維持することができる防振機能を有したズームレンズの提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、ズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群が光軸上を移動するズームレンズであって、前記第3レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群と、像を変位させるために光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群から成り、前記第3Aレンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記第3Bレンズ群は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有し、該接合レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R3A、R3B、広角端における前記開口絞りの開口径をSpa、前記第3Bレンズ群を構成する正レンズの光軸上の厚さの合計をDp、広角端における前記開口絞りの開口径の半分の光軸からの高さにおける前記第3Bレンズ群を構成する負レンズの厚さの合計をKnとするとき、
8.19≦|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30
0.44<(Dp+Kn)/Spa≦0.56
なる条件を満足することを特徴としている。
この他本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、ズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群が光軸上を移動するズームレンズであって、前記第1レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズより成り、前記第3レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群と、像を変位させるために光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群から成り、前記第3Aレンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記第3Bレンズ群は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有し、該接合レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R3A、R3B、広角端における前記開口絞りの開口径をSpa、前記第3Bレンズ群を構成する正レンズの光軸上の厚さの合計をDp、広角端における前記開口絞りの開口径の半分の光軸からの高さにおける前記第3Bレンズ群を構成する負レンズの厚さの合計をKn、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、望遠端における全系の焦点距離をft、前記第1レンズ群のうちの1つの正レンズの材料のアッベ数をV1A、他の1つの正レンズの材料のアッベ数をV1Bとするとき、
5<|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30
0.44<(Dp+Kn)/Spa<0.60
0.7<f1/ft<1.0
65<V1A<75
70<V1B
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、高ズーム比で、しかも全ズーム範囲にわたり高い光学性能が得られるコンパクトなズームレンズが得られる。この他、本発明によれば、防振用のレンズ群の小型化を図りつつ、防振用のレンズ群を偏心させた時の偏心収差が少なく、高い光学性能を有するズームレンズが得られる。
実施例1のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例1のズームレンズの諸収差図 実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例2のズームレンズの諸収差図 実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例3のズームレンズの諸収差図 実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例4のズームレンズの諸収差図 実施例5のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例5のズームレンズの諸収差図 本発明の撮像装置の要部概略図
以下、図面を用いて本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群を有する。そしてズーミングに際して、第2レンズ群と第4レンズ群が光軸上を移動する。第3レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群と、像を変位させるために光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群(防振レンズ群)から成っている。
図1は実施例1のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図2(A)、(B)、(C)は実施例1のズームレンズの無限遠物体にフォーカスしているときの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離端)における収差図である。図3は実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図4(A)、(B)、(C)は実施例2のズームレンズの無限遠物体にフォーカスしているときの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。図5は実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図6(A)、(B)、(C)は実施例3のズームレンズの無限遠物体にフォーカスしているときの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。図7は実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図8(A)、(B)、(C)は実施例4のズームレンズの無限遠物体にフォーカスしているときの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。図9は実施例5のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図10(A)、(B)、(C)は実施例5のズームレンズの無限遠物体にフォーカスしているときの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。図11は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ(撮像装置)の要部概略図である。
レンズ断面図において、B1は正の屈折力(光学的パワー=焦点距離の逆数)の第1レンズ群、B2は負の屈折力の第2レンズ群、B3は正の屈折力の第3レンズ群、B4は正の屈折力の第4レンズ群である。第3レンズ群B3は負の屈折力の第3Aレンズ群B3Aと防振のため(画像の変位を調整するため)に光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群B3Bを有している。なお、防振のための移動としては光軸上のある点を回転中心とした揺動(回転移動)でも良い。光軸と垂直方向の成分を持つ方向に防振用の第3Bレンズ群B3Bを移動させれば、像の面内での移動が可能となる。Gは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックであり、後述する数値実施例では、屈折力のない第5レンズ群として示している。IPは像面であり、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センサ等の固体撮像素子(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。SPは開口絞りであり、第3Aレンズ群B3Aの物体側に設けている。
球面収差図において実線はd線、2点鎖線はg線である。非点収差図において点線はメリディオナル像面、実線はサジタル像面である。倍率色収差はg線によって表している。FnoはFナンバー、ωは半画角である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端のズーム位置とは変倍用のレンズ群(各実施例では第2レンズ群B2)が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
各実施例では、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングに際して、第2レンズ群B2を像側へ移動させて変倍を行うと共に、変倍に伴う像面変動を第4レンズ群B4を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。また、第4レンズ群B4を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス方式を採用している。第4レンズ群B4の実線の曲線4aと点線の曲線4bは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングの際の像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第4レンズ群B4を物体側へ凸状の軌跡とすることで、第3レンズ群B3と第4レンズ群B4との間の空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。なお、第1レンズ群B1と第3レンズ群B3はズーミング及びフォーカスのためには不動である。
各実施例において、例えば望遠端のズーム位置において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印4cに示すように第4レンズ群B4を前方に繰り出すことで行っている。各実施例においては、第3Bレンズ群(防振レンズ群)B3Bを光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれ(画像ぶれ)を補正するようにしている。各実施例のズームレンズは、広角端における画角(撮影画角)を広くしながら、高変倍比(高ズーム比)とするため、物体側から像側へ順に正、負、正、正の屈折力のレンズ群を有するレンズ構成としている。そして広角端から望遠端へのズーミングに際し、第2レンズ群B2と第4レンズ群B4を移動させることで、高ズーム比でありながら高性能を維持し、かつ少ない移動レンズ群数で高ズーム比化を実現している。
各実施例において、第1レンズ群B1は、負(負の屈折力の)レンズ、正(正の屈折力の)レンズ、正レンズ、正レンズより成っている。具体的には物体側から像側へ順に、負レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側が凸面の正レンズ、物体側が凸面でメニスカス形状の正レンズより成っている。第2レンズ群B2は物体側から像側へ順に、像側が凹面でメニスカス形状の2つの負レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズより成っている。第2レンズ群B2は、このようなレンズ構成によって、ズーミングに際して、収差変動を少なくしている。第3レンズ群B3は1面以上の非球面を有するようにしている。第3レンズ群B3は、特に広角端において軸上の光線束が高い位置を通過し、球面収差やコマ収差が大きく発生する。そこで、非球面を導入することでより効果的に収差補正を行っている。
さらに好ましくは、第3レンズ群は両面が非球面形状のレンズを有するように構成するのが良い。第3レンズ群B3は、ズーム中間域において軸外の光線束が高い位置を通過し、非点収差や像面湾曲が大きく発生する。そこで、非球面を導入することでより効果的に収差補正を行うことが容易となる。さらに両面を非球面形状とすることで、非球面レンズの枚数を増加させる事なく、上述した広角端での収差補正とズーム中間域での収差補正を同時に行うのが容易になる。第3レンズ群B3は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群B3Aと、正の屈折力の第3Bレンズ群B3Bにより構成している。これによって十分な長さのバックフォーカスを確保している。
第3Aレンズ群B3Aは、物体側から像側へ順に、負レンズと両凸形状の正レンズを接合した接合レンズ、負レンズより成っている。又は負レンズと正レンズを接合した接合レンズより成っている。又は負レンズと正レンズと負レンズとを接合した接合レンズより成っている。第3Bレンズ群B3Bは、非球面形状のレンズ面を含む正レンズ、負レンズと正レンズとを接合した接合レンズより成っている。又は非球面形状のレンズ面を含む正レンズ、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズより成っている。第3Bレンズ群B3Bは負レンズと、正レンズを1枚以上備え、また非球面レンズを有することで防振動作時においても収差変動を良好に保っている。この時、第3Bレンズ群B3Bの正レンズと負レンズの形状を適切にすることで、第3Bレンズ群B3Bの体積を削減し、軽量な防振レンズ群を構成している。
第4レンズ群B4は、物体側から順に正レンズと、負レンズと正レンズの接合レンズを有している。そして1面以上の非球面を備え、フォーカス動作を行う。このレンズ構成とすることで、フォーカス動作の際に発生する収差変動を良好に補正している。さらに好ましくは、第4レンズ群B4は両面が非球面形状のレンズを有するように構成するのが良い。第4レンズ群B4は、望遠端において軸外の光線束が高い位置を通過し、非点収差や像面湾曲が大きく発生する。そこで、非球面を導入することでより効果的に収差補正を行うことが容易となる。さらに両面を非球面とすることで、非球面レンズの枚数を増加させる事なく、上述したフォーカス動作時の収差変動の補正と、望遠端での収差補正を同時に行うのが容易になる。
具体的なレンズ形状として、第4レンズ群B4は、物体側から像側へ順に、両凸形状の正レンズ、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズと、物体側が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより成っている。これによってフォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。各実施例のズームレンズにおいて、第3Bレンズ群B3Bは、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有している。そして接合レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R3A、R3Bとする。このとき
5<|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30 ‥‥‥(1)
なる条件式を満足している。第3Bレンズ群B3Bは、少なくとも正レンズと負レンズをそれぞれ1つ以上有することで、防振動作の際に発生する倍率色収差の変動を抑制している。広角端から望遠端のズーミングに際し、第2レンズ群B2と第4レンズ群B4を移動レンズ群とした変倍機構を実現しようとするとレンズ系全体が大型化しやすく、防振レンズ群もまた大型化してしまう。各実施例では、第3Bレンズ群B3Bを構成する正レンズと負レンズとを接合した接合レンズの形状を条件式(1)を満足することで、より軽量な防振レンズ群を構成している。
条件式(1)は第3Bレンズ群B3Bにおける接合レンズの物体側の面の曲率と像面側の面の曲率の差に関する。条件式(1)の下限を越えると第3Bレンズ群B3Bを構成するレンズの曲率半径の差が大きくなり、小さな曲率半径をもつレンズが存在することを意味する。曲率半径が小さくなると正レンズの場合、肉厚が増加することを意味し、レンズの体積が増加してしまい重量が増え、防振レンズ群である第3Bレンズ群B3Bの重量が増えてくるので好ましくない。同様に負レンズの曲率半径が小さくなると、レンズのコバ部の体積が増加し防振レンズ群である第3Bレンズ群B3Bの重量が増えてくるので好ましくない。
条件式(1)の上限を越えると、接合レンズの物体側の面の曲率半径と像面側の面の曲率半径の差が小さくなる。物体側の面の曲率半径と像面側の面の曲率半径の差が小さくなると、レンズの接合の加工が難しくなり、製造誤差が大きくなり好ましくない。第3Bレンズ群B3Bの重量を削減しつつ製造上の安定性を確保するために条件式(1)の数値範囲は以下の条件式(1a)を満足することがより好ましい。
8<|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<26 ‥‥‥(1a)
この他条件式(1)の数値範囲は以下の条件式(1b)を満足するのが良い。8.19≦|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30‥‥‥(1b)
又、各実施例のズームレンズにおいて、第3Bレンズ群B3Bは、少なくとも1つの正レンズと、負レンズを有している。第3Aレンズ群B3Aの物体側に開口絞りSPを有している。広角端における開放Fナンバーでの開口絞りの開口径をSpa、第3Bレンズ群B3Bが有する正レンズの合計の肉厚をDpとする。第3Bレンズ群B3Bが有する負レンズの広角端における開放Fナンバーでの開口絞りSPの開口径の半分の光軸からの高さにおけるレンズ厚の総厚をKnとする。このとき
0.4<(Dp+Kn)/Spa<0.7 ‥‥‥(2)
なる条件を満足している。
条件式(2)は、第3Bレンズ群B3Bにおける、正レンズの総肉厚と、負レンズのコバ部の厚さに関する。条件式(2)の上限を越えると、第3Bレンズ群B3Bのレンズの体積が増加すること示し、すなわち重量が増加してしまうことになり好ましくない。また、下限値を越えると第3Bレンズ群B3Bにおける、正レンズのコバ厚が少なくなる、もしくは負レンズの中心肉厚が薄すぎる、などの状態となり製造が困難となり好ましくない。第3Bレンズ群B3Bの重量を軽減しつつ製造上の安定性を確保するために条件式(2)の数値範囲は以下の条件式(2a)を満足することがより好ましい。
0.44<(Dp+Kn)/Spa<0.60 ‥‥‥(2a)
この他条件式(2)の数値範囲は以下の条件式(2b)を満足するのが良い。
0.44<(Dp+Kn)/Spa≦0.56 ‥‥‥(2b)
以上のような構成とすることで各実施例では、高ズーム比でありながら防振レンズ群を小型・軽量とすることができるズームレンズを達成している。各実施例のズームレンズにおいて、更に防振レンズ群の小型化を図りつつ、防振の際に良好なる光学性能を維持するためには、以下の条件式のうち1以上を満足するのが良い。これによれば、条件式に対応した効果が得られる。第3Aレンズ群B3Aと第3Bレンズ群B3Bの焦点距離を各々f3A、f3Bとする。第3レンズ群B3の焦点距離をf3、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々fw、ftとする。第1レンズ群B1の焦点距離をf1とする。第1レンズ群B1のうちの1つの正レンズの材料のアッベ数をV1A、他の1つの正レンズの材料のアッベ数をV1Bとする。このとき、
1.3<|f3A/f3B|<2.5 ‥‥‥(3)
0.7<f1/ft<1.0 ‥‥‥(5)
65<V1A<75 ‥‥‥(6)
70<V1B ‥‥‥(7)
なる条件のうち1以上を満足するのが良い。条件式(3)は適切な防振作用と防振動作時に十分に高い光学特性を維持するためのものである。この他、条件式(3)は、第3レンズ群B3内の2つの部分レンズ群の屈折力における好ましい範囲に関する。条件式(3)の上限値を越えて第3Aレンズ群B3Aの負の屈折力が強くなると、第3レンズ群B3を分割した効果が少なくなり、防振の作用が小さくなり好ましくない。防振作用が小さくなると、その分、防振動作時に防振レンズ群を移動させる量を増やさねばならず、移動量が増加の分だけスペースを広げることになり、防振機構が大型化してしまい好ましくない。さらに移動量が増加すると応答速度や制御性が悪化し好ましくない。
条件式(3)の下限値を越えると第3レンズ群B3を全体として正の屈折力に保つために第3Bレンズ群B3Bの正の屈折力もそれに応じて強くなりすぎ、防振動作時の光学性能が劣化してくるので好ましくない。より防振作用と防振動作時の光学特性を保つために、条件式(3)の数値範囲は以下の条件式(3a)を満足することがより好ましい。
1.3<|f3A/f3B|<2.3 ‥‥‥(3a)
この他条件式(4)は広画角かつ高ズーム比でありながら高性能を実現するためのものである。条件式(4)は、ズーム比(変倍比)と収差補正に関する。条件式(4)の下限値を越えると第3レンズ群B3で発生する収差を補正することが困難となる。特に第3レンズ群B3は軸上の光線束が高い位置を通過し球面収差が大きく発生しこの補正が困難となり好ましくない。また、上限値を越えると、第3レンズ群B3を構成する2つの部分レンズ群である第3Aレンズ群B3Aと第3Bレンズ群B3Bの光軸上の間隔を十分に取ることが難しくなる。間隔を狭くすると第3Bレンズ群B3Bを防振動作させる機構を備えることが困難となり好ましくない。高性能を確保しつつと防振機構設置時に第3Aレンズ群B3Aと第3Bレンズ群B3B間の間隔を十分保つために、条件式(4)の数値範囲は以下の条件式(4a)を満足することがより好ましい。
高性能を維持しつつ、高ズーム比を達成するために、第1レンズ群は負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズの4枚構成とすることが好ましい。この際、第1レンズ群B1の焦点距離f1は条件式(5)を満たすことが好ましい。条件式(5)は、第1レンズ群B1のパワー(屈折力)に関する好ましい範囲を、望遠端における全系の焦点距離との比で規定している。この条件式(5)の下限を越えると、第1レンズ群B1のパワーが強くなりすぎ、第1レンズ群B1での収差の発生量が大きくなり、特に像面湾曲と非点収差が大きく発生してしまう。それを良好に補正するためには、レンズ枚数を増加したり、又は非球面の追加等が必要となってくる。逆に、条件式(5)の上限を越えると、収差補正上は有利だが、第1レンズ群の有効径が増大してしまい好ましくない
件式(6)および(7)は第1レンズ群B1におけるいずれかの正レンズにおける硝材のアッベ数の好ましい範囲を定義するものである。条件式(6)および(7)の下限値を下回ると、望遠端における倍率色収差および軸上色収差を良好に補正することが困難となる。また、これらの条件式(6)、(7)を上回り低分散の硝材を利用すると、屈折率も低くなってしまい、球面収差の補正が困難となってくる。条件式(6)、(7)の数値範囲は以下の条件式(6a)、(7a)の数値範囲とするとさらに好ましい。
67<V1A<72 ‥‥‥(6a)
80<V1B ‥‥‥(7a)
以上のように各実施例によれば、広角端での画角2ωを71.2度〜73度と広画角にしつつ、18倍〜20倍と高ズーム比でありながら高性能と良好なる防振機能を有したズームレンズを実現している。尚、各実施例において、第1レンズ群L1の物体側や第4レンズ群L4の像側に屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。又、テレコンバーターレンズやワイドコンバーターレンズ等を物体側や像側に配置しても良い。
以上のように各実施例によれば、各レンズ群の屈折力配置や各レンズ群のレンズ構成を適切に設定するとともに光学系の一部を構成する比較的小型軽量の第3Bレンズ群B3Bを防振レンズ群としている。そしてこの第3Bレンズ群B3Bを光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動させて、ズームレンズが振動(傾動)したときの画像のぶれを補正している。これにより、光学系全体の小型化、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ該レンズ群を偏心させた時の偏心収差を良好に補正したズームレンズを得ている。
以下に、実施例1〜5に各々対応する数値実施例1〜5を示す。各数値実施例において、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+1面との間の間隔、ndi、νdiはそれぞれd線を基準とした第i番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。また、数値実施例1〜5では最も像側の6つの面は光学ブロックに相当する平面である。非球面形状は光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてXとする。光の進行方向を正としRを近軸曲率半径、kを円錐定数、A3〜A13を各々非球面係数とする。このとき
なる式で表している。なお、各実施例においてA3〜A13のうち記載が無い項は0であることを示す。*は非球面形状を有する面を意味している。「e−x」は10-xを意味している。BFは空気演算でのバックフォーカスである。又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−1に示す。
[数値実施例1]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 277.697 3.20 1.84666 23.9
2 78.417 1.77
3 102.260 7.87 1.59319 67.9
4 -473.342 0.20
5 59.147 8.61 1.49700 81.5
6 469.988 0.20
7 54.259 4.55 1.83481 42.7
8 112.224 (可変)
9 64.116 1.15 2.00069 25.5
10 11.037 3.85
11 137.955 1.00 1.86400 40.6
12* 30.493 2.64
13 -26.474 0.85 1.77250 49.6
14 39.705 0.90
15 30.932 3.10 1.94595 18.0
16 -56.563 (可変)
17(絞り) ∞ 2.73
18 80.052 0.80 1.88300 40.8
19 15.992 4.20 1.84666 23.9
20 -25.691 0.17
21 -22.044 0.80 2.00330 28.3
22 65.582 4.75
23* 46.989 3.00 1.58313 59.4
24* -28.227 0.20
25 -275.075 0.80 1.80518 25.4
26 53.576 1.50 1.48749 70.2
27 -254.230 (可変)
28* 29.675 3.60 1.58313 59.4
29* -48.318 0.20
30 94.258 0.90 1.92286 18.9
31 28.823 3.50 1.51633 64.1
32 -38.371 (可変)
33 ∞ 0.80 1.52420 60.0
34 ∞ 2.43 1.54400 70.0
35 ∞ 1.50
36 ∞ 20.00 1.58913 61.1
37 ∞ 0.50 1.49831 65.1
38 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第12面
K =-1.09914e+001 A 4= 5.66094e-005 A 6=-1.61718e-008 A 8= 1.63644e-009 A10=
-1.40944e-011 A12= 2.00841e-013

第23面
K = 1.71530e+000
A 3= 1.28672e-005 A 5=-2.15384e-006 A 7=-9.29422e-009 A 9= 4.82488e-011 A11=
-1.03291e-012

第24面
K =-5.23637e+000
A 3=-3.21510e-006 A 5=-4.20683e-006 A 7= 2.25990e-008 A 9=-2.52983e-010

第28面
K =-2.12081e-001 A 4= 1.86431e-005 A 6=-2.32517e-007 A 8= 1.73499e-009 A10=
1.90953e-011

第29面
K =-4.84583e+000 A 4= 3.10197e-005 A 6=-2.30980e-007 A 8= 2.05564e-009 A10=
1.83243e-011

各種データ
ズーム比 19.98

焦点距離 4.23 23.78 84.45 7.87 45.71 6.10
Fナンバー 1.66 2.34 2.88 1.81 2.65 1.72
画角 35.62 7.26 2.05 21.05 3.79 26.42
像高 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 152.41 152.41 152.41 152.41 152.41 152.41
BF 23.02 26.81 23.07 24.53 26.53 23.90

d 8 0.84 35.36 46.86 16.95 42.26 10.97
d16 48.68 14.16 2.66 32.57 7.26 38.55
d27 12.83 9.04 12.78 11.31 9.32 11.94
d32 6.00 9.79 6.05 7.52 9.51 6.89

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 66.36
2 9 -10.81
3a 18 -55.57
3b 23 38.67
4 28 25.63
5 33 ∞
[数値実施例2]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 346.791 3.20 1.84666 23.9
2 79.138 1.96
3 106.540 7.87 1.56907 71.3
4 -324.531 0.20
5 59.433 8.61 1.48749 70.2
6 451.612 0.20
7 54.040 4.55 1.83481 42.7
8 117.963 (可変)
9 65.362 1.15 2.00069 25.5
10 10.694 3.89
11 103.693 1.00 1.86400 40.6
12* 30.808 2.28
13 -26.912 0.85 1.77250 49.6
14 36.434 1.09
15 31.195 3.10 1.94595 18.0
16 -53.422 (可変)
17(絞り) ∞ 2.73
18 91.770 0.80 1.88300 40.8
19 15.517 4.20 1.84666 23.9
20 -25.464 0.15
21 -22.326 0.80 2.00330 28.3
22 67.217 4.75
23* 47.140 3.00 1.58313 59.4
24* -26.349 0.20
25 -204.114 1.50 1.48749 70.2
26 -34.133 0.50 1.80518 25.4
27 -235.983 (可変)
28* 30.388 3.60 1.58313 59.4
29* -48.342 0.20
30 89.777 0.90 1.92286 18.9
31 28.686 3.50 1.51633 64.1
32 -37.298 (可変)
33 ∞ 0.80 1.52420 60.0
34 ∞ 2.43 1.54400 70.0
35 ∞ 1.50
36 ∞ 20.00 1.58913 61.1
37 ∞ 0.50 1.49831 65.1
38 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第12面
K =-1.61035e+001 A 4= 6.63311e-005 A 6=-1.31635e-007 A 8=-3.41046e-009 A10=
5.17685e-011 A12=-1.05754e-014

第23面
K = 6.01552e+000
A 3= 1.79683e-005 A 5=-2.14638e-006 A 7=-5.35794e-009 A 9= 2.06751e-010 A11=
-1.24056e-012

第24面
K =-4.77821e+000
A 3= 5.27602e-006 A 5=-3.80480e-006 A 7= 2.40140e-008 A 9=-8.21649e-011

第28面
K =-2.61498e-002 A 4= 1.95919e-005 A 6=-2.23737e-007 A 8= 1.72892e-009 A10=
2.17463e-011

第29面
K =-8.00470e+000 A 4= 2.97023e-005 A 6=-2.11847e-007 A 8= 2.02969e-009 A10=
2.15789e-011

各種データ
ズーム比 17.95

焦点距離 4.10 22.33 73.61 7.57 41.82 5.89
Fナンバー 1.66 2.34 2.88 1.81 2.65 1.72
画角 36.46 7.73 2.36 21.80 4.14 27.22
像高 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 152.49 152.49 152.49 152.49 152.49 152.49
BF 22.86 26.68 24.20 24.35 26.71 23.72

d 8 0.82 35.75 47.39 17.12 42.74 11.07
d16 48.95 14.02 2.38 32.65 7.03 38.70
d27 13.09 9.27 11.74 11.60 9.24 12.22
d32 5.84 9.66 7.19 7.33 9.69 6.71

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 66.92
2 9 -10.90
3a 18 -54.19
3b 23 38.29
4 28 25.44
5 33 ∞
[数値実施例3]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 279.602 3.20 1.84666 23.9
2 78.619 1.80
3 103.422 7.85 1.59319 67.9
4 -481.133 0.20
5 58.971 8.60 1.49700 81.5
6 500.860 0.20
7 54.232 4.55 1.83481 42.7
8 110.949 (可変)
9 68.002 1.15 2.00069 25.5
10 10.980 3.85
11 125.053 1.00 1.85135 40.1
12* 29.719 2.67
13 -26.734 0.85 1.77250 49.6
14 41.825 0.84
15 31.046 3.10 1.94595 18.0
16 -54.861 (可変)
17(絞り) ∞ 2.53
18 89.460 0.80 1.88300 40.8
19 15.461 4.20 1.84666 23.9
20 -25.269 0.14
21 -22.185 0.80 2.00330 28.3
22 66.393 4.75
23* 46.529 3.60 1.58313 59.4
24* -26.933 0.20
25 -203.745 2.00 1.48749 70.2
26 -34.732 0.80 1.80518 25.4
27 -229.502 (可変)
28* 30.580 3.60 1.58313 59.4
29* -48.480 0.20
30 90.028 0.90 1.92286 18.9
31 28.776 3.50 1.51633 64.1
32 -37.052 (可変)
33 ∞ 0.80 1.52420 60.0
34 ∞ 2.43 1.54400 70.0
35 ∞ 1.50
36 ∞ 20.00 1.58913 61.1
37 ∞ 0.50 1.49831 65.1
38 ∞ 0.52
像面 ∞

非球面データ
第12面
K =-2.09315e+001 A 4= 1.06195e-004 A 6=-8.10904e-007 A 8= 7.60130e-009 A10=
3.21857e-012 A12=-2.83689e-013

第23面
K = 2.10328e+000
A 3= 2.06948e-005 A 5=-1.91231e-006 A 7=-8.07340e-010 A 9= 1.89205e-010 A11=
-1.20487e-012

第24面
K =-4.75167e+000
A 3= 8.42353e-007 A 5=-3.97374e-006 A 7= 2.93971e-008 A 9=-1.04352e-010

第28面
K = 9.42037e-002 A 4= 1.84021e-005 A 6=-2.55342e-007 A 8= 3.04586e-009 A10=
1.12969e-011

第29面
K =-6.51874e+000 A 4= 3.09390e-005 A 6=-2.38880e-007 A 8= 3.19270e-009 A10=
1.17773e-011

各種データ
ズーム比 17.92

焦点距離 4.24 22.92 75.94 7.81 42.88 6.08
Fナンバー 1.66 2.34 2.88 1.81 2.65 1.72
画角 35.56 7.53 2.28 21.20 4.04 26.49
像高 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 152.60 152.60 152.60 152.60 152.60 152.60
BF 22.95 26.63 23.78 24.42 26.51 23.81

d 8 0.86 35.06 46.46 16.82 41.90 10.89
d16 48.35 14.15 2.75 32.39 7.31 38.31
d27 12.58 8.90 11.74 11.11 9.02 11.72
d32 5.91 9.59 6.75 7.38 9.47 6.77

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 66.58
2 9 -10.95
3a 18 -54.34
3b 23 38.43
4 28 25.47
5 33 ∞
[数値実施例4]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 318.192 3.20 1.84666 23.9
2 81.838 1.60
3 103.621 8.21 1.59319 67.9
4 -408.911 0.20
5 60.968 8.25 1.49700 81.5
6 410.702 0.20
7 55.573 4.55 1.80610 40.9
8 116.205 (可変)
9 55.879 1.15 2.00069 25.5
10 11.210 3.62
11 66.922 1.00 1.80400 46.6
12* 29.147 2.78
13 -23.575 0.85 1.77250 49.6
14 31.599 0.95
15 29.879 3.10 1.94595 18.0
16 -59.943 (可変)
17(絞り) ∞ 2.73
18 1676.905 0.80 1.88300 40.8
19 18.255 4.20 1.84666 23.9
20 91.810 4.75
21* 41.727 3.00 1.58313 59.4
22* -29.953 0.20
23 -78.632 2.00 1.48749 70.2
24 -28.539 0.80 1.80518 25.4
25 -96.230 (可変)
26* 31.021 3.60 1.58313 59.4
27* -60.209 0.20
28 106.902 0.90 1.92286 18.9
29 31.816 3.50 1.51633 64.1
30 -34.404 (可変)
31 ∞ 0.80 1.52420 60.0
32 ∞ 2.43 1.54400 70.0
33 ∞ 1.50
34 ∞ 20.00 1.58913 61.1
35 ∞ 0.50 1.49831 65.1
36 ∞ 0.65
像面 ∞

非球面データ
第12面
K =-1.09079e+001 A 4= 5.97984e-005 A 6= 3.44579e-008 A 8=-3.61701e-010 A10=
1.53859e-012 A12= 3.22391e-013

第21面
K = 1.56706e+000
A 3=-2.66035e-006 A 5=-3.41203e-006 A 7= 1.42072e-009 A 9=-1.58415e-010 A11=
-1.82717e-012

第22面
K =-6.59381e+000
A 3=-1.75165e-005 A 5=-5.20045e-006 A 7= 3.76211e-008 A 9=-5.37822e-010

第26面
K =-7.08687e-002 A 4= 2.56548e-005 A 6=-1.71741e-007 A 8= 2.17766e-009 A10=
2.83959e-011

第27面
K =-5.67683e+000 A 4= 4.28424e-005 A 6=-1.94968e-007 A 8= 2.51556e-009 A10=
3.35745e-011

各種データ
ズーム比 18.02

焦点距離 4.28 23.03 77.12 7.86 43.29 6.13
Fナンバー 1.66 2.34 2.88 1.81 2.65 1.72
画角 35.29 7.49 2.25 21.08 4.00 26.31
像高 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 153.76 153.76 153.76 153.76 153.76 153.76
BF 20.87 25.10 22.85 22.52 25.28 21.84

d 8 0.85 36.41 48.26 17.44 43.52 11.28
d16 49.95 14.39 2.54 33.35 7.28 39.52
d25 15.75 11.52 13.77 14.09 11.34 14.78
d30 3.70 7.93 5.68 5.35 8.11 4.67

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 69.23
2 9 -10.77
3a 18 -93.34
3b 21 41.15
4 26 26.65
5 31 ∞
[数値実施例5]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 306.011 3.20 1.84666 23.9
2 80.780 1.61
3 103.370 7.87 1.59319 67.9
4 -420.277 0.20
5 59.881 8.61 1.49700 81.5
6 459.025 0.20
7 54.008 4.55 1.83481 42.7
8 108.629 (可変)
9 67.833 1.15 2.00069 25.5
10 10.783 3.90
11 118.264 1.00 1.86400 40.6
12* 30.370 2.39
13 -29.043 0.85 1.77250 49.6
14 34.993 0.78
15 28.091 3.10 1.94595 18.0
16 -59.090 (可変)
17(絞り) ∞ 2.73
18 89.649 0.80 1.88300 40.8
19 19.442 4.20 1.84666 23.9
20 -15.026 0.80 2.00330 28.3
21 66.525 4.75
22* 46.261 3.80 1.58313 59.4
23* -26.727 0.20
24 -188.475 2.00 1.48749 70.2
25 -34.798 0.80 1.80518 25.4
26 -240.893 (可変)
27* 30.582 3.60 1.58313 59.4
28* -49.700 0.20
29 90.894 0.90 1.92286 18.9
30 28.619 3.50 1.51633 64.1
31 -37.266 (可変)
32 ∞ 0.80 1.52420 60.0
33 ∞ 2.43 1.54400 70.0
34 ∞ 1.50
35 ∞ 20.00 1.58913 61.1
36 ∞ 0.50 1.49831 65.1
37 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第12面
K =-1.16571e+001 A 4= 5.68030e-005 A 6=-1.22379e-007 A 8= 1.89826e-009 A10=
-5.02704e-012 A12= 7.81404e-014

第22面
K = 4.08781e+000
A 3= 2.54702e-005 A 5=-2.29925e-006 A 7=-2.27696e-009 A 9= 1.72745e-010 A11=
-1.01287e-012

第23面
K =-5.08368e+000
A 3= 6.93284e-006 A 5=-3.98105e-006 A 7= 2.52038e-008 A 9=-8.35178e-011

第27面
K =-1.66559e-001 A 4= 2.11328e-005 A 6=-2.23303e-007 A 8= 1.90708e-009 A10=
2.13572e-011

第28面
K =-7.41362e+000 A 4= 3.08633e-005 A 6=-2.11300e-007 A 8= 2.17911e-009 A10=
2.15787e-011

各種データ
ズーム比 19.97

焦点距離 4.23 23.73 84.40 7.86 45.62 6.09
Fナンバー 1.66 2.34 2.88 1.81 2.65 1.72
画角 35.62 7.28 2.06 21.07 3.80 26.43
像高 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03 3.03
レンズ全長 152.97 152.97 152.97 152.97 152.97 152.97
BF 22.51 26.30 22.68 24.03 26.06 23.40

d 8 0.88 35.83 47.48 17.19 42.82 11.13
d16 49.08 14.13 2.48 32.77 7.14 38.83
d26 12.79 9.00 12.62 11.28 9.24 11.90
d31 5.49 9.28 5.66 7.01 9.04 6.38

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 67.13
2 9 -10.90
3a 18 -58.96
3b 22 38.60
4 27 25.80
5 32 ∞
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施例を図11を用いて説明する。図11において、10はビデオカメラ本体、11は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系である。12は撮影光学系11によって形成された被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)である。13は撮像素子12によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリ、14は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。尚、本発明のズームレンズはデジタルスチルカメラにも同様に適用することができる。
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、 B3A…第3Aレンズ群、 B3B…第3Bレンズ群、 SP…絞り、 IP…結像面、 G…CCDのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック、 球面収差…実線:d線、2点鎖線:g線、 非点収差…実線:d線サジタル像面、点線:d線メリディオナル像面、 歪曲…d線、 倍率色収差…2点鎖線:g線

Claims (7)

  1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、ズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群が光軸上を移動するズームレンズであって、前記第3レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群と、像を変位させるために光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群から成り、前記第3Aレンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記第3Bレンズ群は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有し、該接合レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R3A、R3B、広角端における前記開口絞りの開口径をSpa、前記第3Bレンズ群を構成する正レンズの光軸上の厚さの合計をDp、広角端における前記開口絞りの開口径の半分の光軸からの高さにおける前記第3Bレンズ群を構成する負レンズの厚さの合計をKnとするとき、
    8.19≦|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30
    0.44<(Dp+Kn)/Spa≦0.56
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第3Aレンズ群の焦点距離をf3A、前記第3Bレンズ群の焦点距離をf3Bとするとき、
    1.3<|f3A/f3B|<2.5
    なる条件を満足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3レンズ群の焦点距離をf3、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々fw、ftとするとき、
    3.0<f3/√(fw・ft)<7.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。
  4. 前記第1レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズより成り、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、望遠端における全系の焦点距離をft、前記第1レンズ群のうちの1つの正レンズの材料のアッベ数をV1A、他の1つの正レンズの材料のアッベ数をV1Bとするとき、
    0.7<f1/ft<1.0
    65<V1A<75
    70<V1B
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第4レンズ群は、物体側に正レンズを有し、像側に負レンズと正レンズとを接合した接合レンズを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、ズーミングに際して、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群が光軸上を移動するズームレンズであって、前記第1レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズより成り、前記第3レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第3Aレンズ群と、像を変位させるために光軸と垂直方向の成分を持つ方向に移動する正の屈折力の第3Bレンズ群から成り、前記第3Aレンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記第3Bレンズ群は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有し、該接合レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R3A、R3B、広角端における前記開口絞りの開口径をSpa、前記第3Bレンズ群を構成する正レンズの光軸上の厚さの合計をDp、広角端における前記開口絞りの開口径の半分の光軸からの高さにおける前記第3Bレンズ群を構成する負レンズの厚さの合計をKn、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、望遠端における全系の焦点距離をft、前記第1レンズ群のうちの1つの正レンズの材料のアッベ数をV1A、他の1つの正レンズの材料のアッベ数をV1Bとするとき、
    5<|(R3A+R3B)/(R3A−R3B)|<30
    0.44<(Dp+Kn)/Spa<0.60
    0.7<f1/ft<1.0
    65<V1A<75
    70<V1B
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  7. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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