JP5495654B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents
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Description
本発明はズームレンズに関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ等の光学機器に好適なものである。
最近、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光学機器（撮像装置）（カメラ）は、高機能化されている。そして光学機器の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い画角（撮影画角）を包含した大口径比で高い光学性能を有した小型のズームレンズであることが求められている。この種のカメラには、レンズ最後部と撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィルターなどの各種の光学部材が配置される。この為、それに用いるズームレンズには、比較的バックフォーカスが長いことが要求される。さらに、カラー画像用の撮像素子を用いたカラーカメラの場合には、色シェーディングを避けるため、像側のテレセントリック特性の良いことが望まれている。
全系が小型でバックフォーカスが長く、しかも像側のテレセントリック特性の良いズームレンズとして、負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）ネガティブリード型のズームレンズが知られている。ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、および正の屈折力の第３レンズ群より成り、像側のテレセントリック性の良い３群ズームレンズが知られている（特許文献１、特許文献２）。
ネガティブリード型の３群またはそれ以上のレンズ群を有するズームレンズにおいて全系の小型化及び高ズーム比化を図るにはズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強めるのが有効である。しかしながら、例えば、広画角化及び高ズーム比化を図るため、各レンズ群の屈折力を単に強めると、ズーミングに伴う収差変動が増大し、全ズーム範囲において高い光学性能を得るのが困難になってくる。そこで、ネガティブリード型の３群又はそれ以上のレンズ群を有するズームレンズにおいて、全系の小型化、広画角化、高ズーム比化を達成するためには、各レンズ群の屈折力配置やズーミング時の各レンズ群の移動軌跡や移動量を適切にすることが重要である。
例えば、第２レンズ群の横倍率や、第１、第３レンズ群の屈折力等を適切に設定せずに全系の小型化および広画角化を図ろうとすると、広角側における光学性能が著しく低下してくる。また、ズーミングの際の第１レンズ群の移動軌跡や移動量等を適切に設定せずに広画角化および高ズーム比化を図ろうとすると、前玉有効径が増大し、全系が大型化してくる。
本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズ及びそれを有する光学機器を提供することを目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際してすべてのレンズ群が移動するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚のレンズより構成され、前記第３レンズ群は１枚のレンズより構成され、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第１レンズ群の光軸方向の移動量をｍ１とし、移動量の符号は像側へ移動するときを正とするとき、
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４０
０．３６≦｜ｆ１／ｆ３｜≦０．４８
−３．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３
なる条件式を満足することを特徴としている。
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４０
０．３６≦｜ｆ１／ｆ３｜≦０．４８
−３．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３
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、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比で、全ズーム範囲で高い光学性能が得られるズームレンズが得られる。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有している。ズーミングに際して各レンズ群が移動する。本発明のズームレンズでは、第１レンズ群の物体側又は第３レンズ群の像側に屈折力のあるレンズ群が配置されていても良い。
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１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）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１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。実施例１はズーム比４．７１、開口比２．８８〜６．０６程度のズームレンズである。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２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。実施例２はズーム比５．８６、開口比２．７７〜６．８３程度のズームレンズである。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３の広角端、中間、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比６．２４、開口比２．７８〜７．０６程度のズームレンズである。
図７は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラの要部概略図である。各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、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、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の光学機器に用いるときは、左方がスクリーン、右方が被投影画像となる。
レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。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）の撮像面が置かれる。
収差図のうち、球面収差図においては、ｄ線及びｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、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。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は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上、光軸上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。レンズ断面図において、矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。
各実施例のズームレンズでは、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１レンズ群Ｌ１が像側に凸状の軌跡の一部を描いて略往復移動して、変倍に伴う像面変動を補正している。第２レンズ群Ｌ２が物体側に単調に移動して主たる変倍を行っている。第３レンズ群Ｌ３は像側に移動している。このとき広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きくなるように各レンズ群が移動している。第３レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行っている。Ｆナンバー決定部材ＳＰは、第２レンズ群Ｌ２の像側に位置し、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動する。
次に各実施例のズームレンズのレンズ構成の特徴について説明する。一般に全系が小型で広画角のズームレンズを構成する場合、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型を選択すると、後側主点位置を像側へ位置させることができて長いバックフォーカスが容易に得られる。そして、像側のテレセントリック特性が良いズームレンズを実現するためには、撮像素子（像面）に最も近いレンズ群を正の屈折力のレンズ群とし、フィールドレンズの役割を持たせるのが良い。各実施例のズームレンズでは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、そして正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３の少なくとも３つのレンズ群より構成している。そしてズーミングに際しては各レンズ群が移動するようにしている。そして、広画角で、全系が小型で、高ズーム比でありながら、全ズーム範囲において良好な光学性能を実現するために、次に示す３つの構成を考慮している。
３群構成のズームレンズにおいて広角端の全系の焦点距離をｆｗ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、広角端における第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３の撮影倍率を各々β２ｗ、β３ｗとする。このとき、焦点距離ｆｗは、
ｆｗ＝ｆ１ｘβ２ｗｘβ３ｗ
で求められる。この式より、広角端の焦点距離を短くし、全系の広画角化を図るためには、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１および第２レンズ群Ｌ２の横倍率を適切に設定することが、広画角化を図る上で重要であることがわかる。そこで本実施例では３つの構成としての１つ目として、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適切に設定している。一般に、ズームレンズの画角を広角化すると、前玉有効径が大型化してくる。前玉有効径は第１レンズ群Ｌ１を通過する軸外光線の高さで決まるため、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適切に設定し、軸外光線を十分屈折させることで広角化を図りつつ、小型にすることができる。
ｆｗ＝ｆ１ｘβ２ｗｘβ３ｗ
で求められる。この式より、広角端の焦点距離を短くし、全系の広画角化を図るためには、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１および第２レンズ群Ｌ２の横倍率を適切に設定することが、広画角化を図る上で重要であることがわかる。そこで本実施例では３つの構成としての１つ目として、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適切に設定している。一般に、ズームレンズの画角を広角化すると、前玉有効径が大型化してくる。前玉有効径は第１レンズ群Ｌ１を通過する軸外光線の高さで決まるため、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を適切に設定し、軸外光線を十分屈折させることで広角化を図りつつ、小型にすることができる。
２つ目として、第２レンズ群Ｌ２の広角端における横倍率β２ｗを適正に設定している。一般に、広画角化と全系の小型化を図るため、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を過度に強めすぎるとペッツバール和がマイナス側に増大し、特に広角端において像面湾曲が増大してくる。そこで、撮影倍率β２ｗをある程度小さな値で設定することで、焦点距離ｆｗとしての小型化が容易になる。しかしながら、撮影倍率β２ｗを過度に小さくしすぎると、第２レンズ群Ｌ２の結像倍率が過剰となり、第２レンズ群Ｌ２の構成レンズ枚数が増大してくるため好ましくない。
３つ目として、第１レンズ群Ｌ１のズーミングに伴う移動量を適切に設定している。一般に、第３レンズ群Ｌ３の光軸上の位置が広角端および望遠端でほぼ変わらない配置となる、３群ズームレンズにおいて、レンズ全長の小型化を図るには、広角端と望遠端でのレンズ全長が等しくなるという条件を近軸的に解くと、次のようになる。ここでレンズ全長は第１レンズ面から像面までの長さである。第２レンズ群Ｌ２の広角端および望遠端の横倍率β２ｗ、β２Ｔを
とするのがよいことがわかる。このとき、第１レンズ群Ｌ１は広角端から望遠端へのズーミングに際して、広角端から中間焦点距離までは像側に移動し、その後に物体側に繰り出す軌跡で移動し、望遠端に至る。しかしながら、開口絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２に近接配置されている場合、上記のように第２レンズ群Ｌ２の横倍率を設定すると、広角端での第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が広がりすぎてしまい、広画角化した際に、前玉有効径が大型化してくる。このような状況において、無理に前玉有効径の小型化を図ろうとすると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力を過剰に強めなければならず、ペッツバール和がマイナス側に過剰となり、像面湾曲が増大してくる。そこで広画角化と小型化を両立させるためには、広角端において第１レンズ群Ｌ１と開口絞りＳＰとの間隔を近づける必要がある。そこで、各実施例では第１レンズ群Ｌ１のズーミングに伴う移動量を適切に設定することで、広画角化に伴う前玉有効径の大型化を防ぎつつ、高ズーム比を図っている。
以上の３つの条件を同時に満たすことで、各実施例では全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズを実現している。具体的には、各実施例では次の条件式（１）〜（３）を同時に満たすことで、全系が小型で広画角、高ズーム比のズームレンズを実現している。第２レンズ群Ｌ２の広角端における横倍率をβ２ｗ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、広角端から望遠端に至る第１レンズ群Ｌ１の光軸方向の移動量をｍ１とする。但し移動量の符号は広角端から望遠端へのズーミングに際して像側へ移動するときを正とする。このとき、
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４０ ‥‥‥（１）
０．３６≦｜ｆ１／ｆ３｜≦０．４８ ‥‥‥（２）
−３．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３ ‥‥‥（３）
なる条件式を満足することである。
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４０ ‥‥‥（１）
０．３６≦｜ｆ１／ｆ３｜≦０．４８ ‥‥‥（２）
−３．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３ ‥‥‥（３）
なる条件式を満足することである。
条件式（１）は第２レンズ群Ｌ２の横倍率を規定した式である。条件式（１）の上限値を超えると、例えば、横倍率β２ｗが−０．３０の場合、第２レンズ群Ｌ２の横倍率β２ｗが大きくなりすぎる、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が過度に強まる。この結果、特に望遠端において球面収差およびコマ収差を良好に補正することが困難となる。条件式（１）の下限値を超えると、例えば、横倍率β２ｗが−０．７の場合、第２レンズ群Ｌ２の横倍率β２ｗが小さくなり過ぎる、すなわち第２レンズ群Ｌ２の屈折力が過度に弱まる。この結果、所望のズーム比を得るためには、主変倍レンズ群である第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、沈胴時のカメラ全長の短縮化が困難になる。
条件式（２）は第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の屈折力の比を規定した式である。条件式（２）の上限値を越えると、第１レンズ群Ｌ１の負の焦点距離が長くなり、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱すぎるため、前玉有効径の小型化が困難になる。条件式（２）の下限値を越えると、第１レンズ群Ｌ１の負の焦点距離が小さくなり、すなわち、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強すぎるため、ペッツバール和がマイナス側に増大し、特に広角端において像面湾曲が増大するのでよくない。
条件式（３）は第１レンズ群Ｌ１のズーミングに伴う移動量を規定する式である。条件式（３）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の移動量が過度に大きくなるため、沈胴時のカメラ全長が増大するので良くない。条件式（３）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の移動量が過度に小さくなるため、この状態で広角化を図ると、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の広角端での間隔が広すぎるため、前玉有効径が大型化してくるので良くない。さらに望ましくは、条件式（１），（３）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４５ ‥‥‥（１ａ）
−２．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３ ‥‥‥（３ａ）
以上のように各実施例によれば、第２レンズ群Ｌ２の横倍率および各レンズ群の屈折力配置、そして第１レンズ群Ｌ１の移動量等を最適化することで、広画角化および高ズーム化を図りつつ小型化で良好な光学性能のズームレンズを達成している。各実施例によれば、以上のように各構成要件を特定することによってレンズ系全体が小型で、全ズーム範囲で高い光学性能を有した広画角のズームレンズを得ているが、更に好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。第２レンズ群Ｌ２の望遠端における横倍率をβ２Ｔとする。第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。第１レンズ群Ｌ１の最も物体側に配置されたレンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｇ１Ｒ１、Ｇ１Ｒ２とする。
このとき
４．５＜β２Ｔ／β２ｗ＜７．０ ‥‥‥（４）
０．３０＜ｆ２／ｆ３＜０．４５ ‥‥‥（５）
０．７＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜１．０ ‥‥‥（６）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜１０．０ ‥‥‥（７）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
−２．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３ ‥‥‥（３ａ）
以上のように各実施例によれば、第２レンズ群Ｌ２の横倍率および各レンズ群の屈折力配置、そして第１レンズ群Ｌ１の移動量等を最適化することで、広画角化および高ズーム化を図りつつ小型化で良好な光学性能のズームレンズを達成している。各実施例によれば、以上のように各構成要件を特定することによってレンズ系全体が小型で、全ズーム範囲で高い光学性能を有した広画角のズームレンズを得ているが、更に好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。第２レンズ群Ｌ２の望遠端における横倍率をβ２Ｔとする。第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。第１レンズ群Ｌ１の最も物体側に配置されたレンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｇ１Ｒ１、Ｇ１Ｒ２とする。
このとき
４．５＜β２Ｔ／β２ｗ＜７．０ ‥‥‥（４）
０．３０＜ｆ２／ｆ３＜０．４５ ‥‥‥（５）
０．７＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜１．０ ‥‥‥（６）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜１０．０ ‥‥‥（７）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。
条件式（４）はズーミングの際の第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化を規定する式である。条件式（４）の上限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過大となる。第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過大となると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を一定とした場合、第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大するため、沈胴長が大型化してくるので良くない。また、第２レンズ群Ｌ２の移動量を一定とした場合、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が過度に強まるため、特に望遠端において球面収差およびコマ収差の補正が困難になる。条件式（４）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過小となる。第２レンズ群Ｌ２の横倍率の変化が過小となると、所望のズーム比を得るのが困難になる。
条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を規定する式である。条件式（５）の上限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長くなり、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が小さくなり、所望の高ズーム比を得るためには、第２レンズ群Ｌ２のズーミングの際の移動量を増大させなければならない。この結果、望遠端においてレンズ全長（第１レンズ面から像面までの長さ）が長くなるので良くない。条件式（５）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなり、すなわち、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が大きくなり、ズーム全域において球面収差とコマ収差の補正が困難になる。
条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１の最も物体側に位置する負レンズの形状因子（レンズ形状）を規定する式である。例えば、条件式（６）の値が１．０の場合、第１レンズ群Ｌ１の負レンズは物体側が平面、像側が凹面の平凹形状を意味する。条件式（６）の上限値を超えてメニスカスの度合いが強すぎると、特に広角端において像面湾曲を補正するのが困難となる。条件式（６）の下限値を超える場合、例えば、形状因子が０．５の場合、第１レンズ群Ｌ１の負レンズは両凹形状の負レンズとなる。このとき、物体側および像面側の曲率半径が共に強まりすぎるため、負レンズの周辺部の厚みが増大し、この結果、沈胴時のカメラ厚みが増大するので良くない。
条件式（７）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力（焦点距離ｆ３の逆数）を規定する式である。条件式（７）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が小さすぎるため、テレセントリック特性が悪くなるので良くない。条件式（７）の下限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強すぎて、フォーカス変動が大きくなるので良くない。さらに、望ましくは条件式（４）〜（７）の数値範囲を次の如く設定するのがよい。
４．５＜β２Ｔ／β２ｗ＜６．５ ‥‥‥（４ａ）
０．３２＜ｆ２／ｆ３＜０．４５ ‥‥‥（５ａ）
０．８＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜０．９‥‥‥（６ａ）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜８．０ ‥‥‥（７ａ）
各実施例のレンズ構成について、説明する。各実施例においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に両凹形状の負レンズＧ１１と、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１２の２枚のレンズで構成している。第１レンズ群Ｌ１は、広角端における軸外光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。そこで各実施例では、負レンズＧ１１と正レンズＧ１２より構成して最も物体側のレンズ有効径の増大を抑えている。第１レンズ群Ｌ１は構成レンズ枚数を２枚とし、どちらも高屈折率の硝材を用いることで、各レンズ面の曲率を小さくし、像面湾曲を抑制している。そして、負レンズＧ１１の材料に低分散硝材を使用し、正レンズＧ１２の材料に高分散硝材を使用することで、望遠端において軸上色収差および広角端において倍率色収差を良好に補正している。また、両凹形状の負レンズＧ１１は物体側と像側の面がともにレンズ中心からレンズ周辺に向かって負の屈折力が弱まる非球面形状としている。
０．３２＜ｆ２／ｆ３＜０．４５ ‥‥‥（５ａ）
０．８＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜０．９‥‥‥（６ａ）
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜８．０ ‥‥‥（７ａ）
各実施例のレンズ構成について、説明する。各実施例においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に両凹形状の負レンズＧ１１と、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１２の２枚のレンズで構成している。第１レンズ群Ｌ１は、広角端における軸外光線の屈折量が大きいために軸外諸収差、特に非点収差と歪曲収差が発生し易い。そこで各実施例では、負レンズＧ１１と正レンズＧ１２より構成して最も物体側のレンズ有効径の増大を抑えている。第１レンズ群Ｌ１は構成レンズ枚数を２枚とし、どちらも高屈折率の硝材を用いることで、各レンズ面の曲率を小さくし、像面湾曲を抑制している。そして、負レンズＧ１１の材料に低分散硝材を使用し、正レンズＧ１２の材料に高分散硝材を使用することで、望遠端において軸上色収差および広角端において倍率色収差を良好に補正している。また、両凹形状の負レンズＧ１１は物体側と像側の面がともにレンズ中心からレンズ周辺に向かって負の屈折力が弱まる非球面形状としている。
これにより、非点収差と歪曲収差のバランス良く補正すると共に、２枚という少ないレンズ枚数で第１レンズ群Ｌ１を構成し、全体のコンパクト化を図っている。正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を物体側から像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズＧ２１と、両凸形状の正レンズＧ２２と両凹形状の負レンズＧ２３との接合レンズ、そして、両凸形状の正レンズＧ２４の合計４枚のレンズで構成している。最も物体側に配置された正レンズＧ２１は、最も軸上光線の通る高さが高いレンズであり、主に球面収差とコマ収差の発生に強く関与する。そこで各実施例においては、最も物体側に配置された正レンズＧ２１の物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺にかけて正の屈折力が弱くなる非球面形状とすることにより球面収差とコマ収差を良好に補正している。また、第２レンズ群Ｌ２は全ズーム域において軸上光線が通過するレンズであるため、軸上色収差を補正するため正レンズＧ２２と負レンズＧ２３を接合した接合レンズを有するようにした。
接合レンズを物体側から像側へ順に正レンズと負レンズとして、第２レンズ群Ｌ２のレンズ有効径を小さくして、光線の高さがもっとも低くなる位置に負レンズＧ２３を配置して収差補正を容易にしている。また、第２レンズ群Ｌ２を射出する軸外光線の射出角を緩和するため、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に正レンズＧ２４を配置した。正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３は、像側のテレセントリック性を確保するためのフィールドレンズとしての役割を果たしており、軸上レンズ厚の短縮のため、１枚の正レンズＧ３１で構成している。第３レンズ群Ｌ３はフォーカスレンズ群であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う際に像側から物体側へ移動する。フォーカシングを行う際に、位置敏感度を適切に設定することで、フォーカシングの高速化を容易にしている。また、特に望遠端において像面湾曲を低減するため、物体側のレンズ面をレンズ中心からレンズ周辺に行くほど正の屈折力が弱くなる非球面形状とした。以上の様に、各レンズ群を構成することにより、良好な光学性能を保ちつつ、全系のコンパクト化を達成している。
次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は非球面係数である。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とするとき
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ４・ｈ4＋Ａ６・ｈ6＋Ａ８・ｈ8＋Ａ１０・ｈ10
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のガラス材の面１７からの距離で示している。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ４・ｈ4＋Ａ６・ｈ6＋Ａ８・ｈ8＋Ａ１０・ｈ10
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側のガラス材の面１７からの距離で示している。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表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* -70.635 1.05 1.84954 40.1
2* 5.476 1.81
3 9.457 1.70 1.92286 18.9
4 20.952 (可変)
5* 5.724 1.56 1.84954 40.1
6 75.396 0.20
7 7.154 1.10 1.69680 55.5
8 -38.616 0.40 1.80518 25.4
9 3.768 0.81
10 61.821 0.90 1.69680 55.5
11 -16.566 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* 53.898 1.70 1.69350 53.2
15 -19.698 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.07330e+002 A 4= 4.04232e-005 A 6= 1.96930e-006 A 8=-4.86549e-008 A10= 2.57221e-010
第2面
K =-2.49863e+000 A 4= 1.45353e-003 A 6=-1.88947e-005 A 8= 6.50736e-007 A10=-1.22778e-008
第5面
K =-2.52946e-001 A 4=-2.90139e-004 A 6=-6.10419e-006 A 8= 2.36183e-007 A10=-1.70905e-008
第14面
K =-9.21809e+002 A 4= 4.61945e-004 A 6=-3.30079e-005 A 8= 1.21214e-006 A10=-1.83285e-008
各種データ
ズーム比 4.71
広角 中間 望遠
焦点距離 4.43 10.29 20.85
Fナンバー 2.88 4.09 6.06
画角 36.73 20.64 10.53
像高 3.31 3.88 3.88
レンズ全長 32.70 30.18 38.70
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 13.24 3.92 0.35
d13 3.29 10.18 22.42
d15 3.24 3.15 3.00
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -10.04
2 5 9.20
3 14 21.00
4 16 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -70.635 1.05 1.84954 40.1
2* 5.476 1.81
3 9.457 1.70 1.92286 18.9
4 20.952 (可変)
5* 5.724 1.56 1.84954 40.1
6 75.396 0.20
7 7.154 1.10 1.69680 55.5
8 -38.616 0.40 1.80518 25.4
9 3.768 0.81
10 61.821 0.90 1.69680 55.5
11 -16.566 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* 53.898 1.70 1.69350 53.2
15 -19.698 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.07330e+002 A 4= 4.04232e-005 A 6= 1.96930e-006 A 8=-4.86549e-008 A10= 2.57221e-010
第2面
K =-2.49863e+000 A 4= 1.45353e-003 A 6=-1.88947e-005 A 8= 6.50736e-007 A10=-1.22778e-008
第5面
K =-2.52946e-001 A 4=-2.90139e-004 A 6=-6.10419e-006 A 8= 2.36183e-007 A10=-1.70905e-008
第14面
K =-9.21809e+002 A 4= 4.61945e-004 A 6=-3.30079e-005 A 8= 1.21214e-006 A10=-1.83285e-008
各種データ
ズーム比 4.71
広角 中間 望遠
焦点距離 4.43 10.29 20.85
Fナンバー 2.88 4.09 6.06
画角 36.73 20.64 10.53
像高 3.31 3.88 3.88
レンズ全長 32.70 30.18 38.70
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 13.24 3.92 0.35
d13 3.29 10.18 22.42
d15 3.24 3.15 3.00
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -10.04
2 5 9.20
3 14 21.00
4 16 ∞
数値実施例２
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -61.685 1.05 1.84954 40.1
2* 5.583 1.69
3 9.252 1.70 1.92286 18.9
4 19.812 (可変)
5* 5.838 1.56 1.84954 40.1
6 63.668 0.20
7 7.781 1.10 1.69680 55.5
8 -52.713 0.40 1.80518 25.4
9 4.016 0.82
10 67.637 0.90 1.69680 55.5
11 -15.129 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* 133.955 1.70 1.69350 53.2
15 -18.619 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 2.99170e+001 A 4= 6.18794e-005 A 6= 2.08972e-006 A 8=-4.02488e-008 A10= 1.98523e-010
第2面
K =-2.60102e+000 A 4= 1.43378e-003 A 6=-1.99566e-005 A 8= 6.57080e-007 A10=-1.04400e-008
第5面
K =-2.53141e-001 A 4=-2.83935e-004 A 6=-6.04981e-006 A 8= 2.34633e-007 A10=-1.61569e-008
第14面
K =-7.45679e+003 A 4= 2.36970e-004 A 6=-2.67527e-005 A 8= 1.27469e-006 A10=-2.42672e-008
各種データ
ズーム比 5.86
広角 中間 望遠
焦点距離 4.00 10.94 23.45
Fナンバー 2.77 4.46 6.83
画角 36.88 19.50 9.38
像高 3.00 3.88 3.88
レンズ全長 35.53 31.30 41.65
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 16.23 4.08 0.35
d13 3.28 11.29 25.53
d15 3.20 3.12 2.96
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.99
2 5 9.36
3 14 23.68
4 16 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -61.685 1.05 1.84954 40.1
2* 5.583 1.69
3 9.252 1.70 1.92286 18.9
4 19.812 (可変)
5* 5.838 1.56 1.84954 40.1
6 63.668 0.20
7 7.781 1.10 1.69680 55.5
8 -52.713 0.40 1.80518 25.4
9 4.016 0.82
10 67.637 0.90 1.69680 55.5
11 -15.129 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* 133.955 1.70 1.69350 53.2
15 -18.619 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 2.99170e+001 A 4= 6.18794e-005 A 6= 2.08972e-006 A 8=-4.02488e-008 A10= 1.98523e-010
第2面
K =-2.60102e+000 A 4= 1.43378e-003 A 6=-1.99566e-005 A 8= 6.57080e-007 A10=-1.04400e-008
第5面
K =-2.53141e-001 A 4=-2.83935e-004 A 6=-6.04981e-006 A 8= 2.34633e-007 A10=-1.61569e-008
第14面
K =-7.45679e+003 A 4= 2.36970e-004 A 6=-2.67527e-005 A 8= 1.27469e-006 A10=-2.42672e-008
各種データ
ズーム比 5.86
広角 中間 望遠
焦点距離 4.00 10.94 23.45
Fナンバー 2.77 4.46 6.83
画角 36.88 19.50 9.38
像高 3.00 3.88 3.88
レンズ全長 35.53 31.30 41.65
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 16.23 4.08 0.35
d13 3.28 11.29 25.53
d15 3.20 3.12 2.96
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.99
2 5 9.36
3 14 23.68
4 16 ∞
数値実施例３
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -51.261 1.05 1.84954 40.1
2* 5.402 1.69
3 9.249 1.70 2.14352 17.8
4 15.787 (可変)
5* 5.835 1.56 1.84954 40.1
6 44.039 0.20
7 7.665 1.10 1.80400 46.6
8 -29.253 0.40 2.00069 25.5
9 4.515 0.82
10 39.550 0.90 1.77250 49.6
11 -12.530 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* -38.095 1.70 1.74330 49.3
15 -12.928 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 3.41214e+001 A 4= 3.60248e-005 A 6= 2.28003e-006 A 8=-2.85100e-008 A10= 8.30706e-011
第2面
K =-2.20877e+000 A 4= 1.19532e-003 A 6=-1.21750e-005 A 8= 4.66646e-007 A10=-9.65086e-009
第5面
K =-2.23151e-001 A 4=-2.81750e-004 A 6=-6.44104e-006 A 8= 3.80085e-007 A10=-2.73024e-008
第14面
K =-4.54734e+001 A 4=-2.90735e-004 A 6=-1.54413e-005 A 8= 1.38780e-006 A10=-3.65759e-008
各種データ
ズーム比 6.24
広角 中間 望遠
焦点距離 3.71 10.66 23.15
Fナンバー 2.78 4.56 7.06
画角 38.97 19.98 9.50
像高 3.00 3.88 3.88
レンズ全長 35.54 31.13 41.66
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 16.23 3.90 0.35
d13 3.28 11.29 25.53
d15 3.22 3.13 2.97
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.15
2 5 8.96
3 14 25.59
4 16 ∞
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -51.261 1.05 1.84954 40.1
2* 5.402 1.69
3 9.249 1.70 2.14352 17.8
4 15.787 (可変)
5* 5.835 1.56 1.84954 40.1
6 44.039 0.20
7 7.665 1.10 1.80400 46.6
8 -29.253 0.40 2.00069 25.5
9 4.515 0.82
10 39.550 0.90 1.77250 49.6
11 -12.530 0.50
12(絞り) ∞ 0.00
13 ∞ (可変)
14* -38.095 1.70 1.74330 49.3
15 -12.928 (可変)
16 ∞ 0.80 1.51633 64.1
17 ∞ 0.40
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 3.41214e+001 A 4= 3.60248e-005 A 6= 2.28003e-006 A 8=-2.85100e-008 A10= 8.30706e-011
第2面
K =-2.20877e+000 A 4= 1.19532e-003 A 6=-1.21750e-005 A 8= 4.66646e-007 A10=-9.65086e-009
第5面
K =-2.23151e-001 A 4=-2.81750e-004 A 6=-6.44104e-006 A 8= 3.80085e-007 A10=-2.73024e-008
第14面
K =-4.54734e+001 A 4=-2.90735e-004 A 6=-1.54413e-005 A 8= 1.38780e-006 A10=-3.65759e-008
各種データ
ズーム比 6.24
広角 中間 望遠
焦点距離 3.71 10.66 23.15
Fナンバー 2.78 4.56 7.06
画角 38.97 19.98 9.50
像高 3.00 3.88 3.88
レンズ全長 35.54 31.13 41.66
BF 0.40 0.40 0.40
d 4 16.23 3.90 0.35
d13 3.28 11.29 25.53
d15 3.22 3.13 2.97
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -9.15
2 5 8.96
3 14 25.59
4 16 ∞
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）（光学機器）の実施例を図７を用いて説明する。図７において、２０はカメラ本体、２１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。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１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。２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成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デジタルスチル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を実現している。
Ｌ１は第１レンズ群 Ｌ２は第２レンズ群 Ｌ３は第３レンズ群 ＳＰはＦナンバー決定部材（開口絞り） ＩＰは像面 Ｇはガラスブロック ｄはｄ線
ｇはｇ線 ΔＳはサジタル像面 ΔＭはメリディオナル像面
ｇはｇ線 ΔＳはサジタル像面 ΔＭはメリディオナル像面
Claims (9)
- 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際してすべてのレンズ群が移動するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は２枚のレンズより構成され、前記第３レンズ群は１枚のレンズより構成され、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第１レンズ群の光軸方向の移動量をｍ１とし、移動量の符号は像側へ移動するときを正とするとき、
−０．５８＜β２ｗ＜−０．４０
０．３６≦｜ｆ１／ｆ３｜≦０．４８
−３．０＜ｍ１／ｆｗ＜−１．３
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の望遠端における横倍率をβ２Ｔとするとき、
４．５＜β２Ｔ／β２ｗ＜７．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．３０＜ｆ２／ｆ３＜０．４５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｇ１Ｒ１、Ｇ１Ｒ２とするとき、
０．７＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜１．０
なる条件式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項のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群の焦点距離ｆ３と広角端における全系の焦点距離ｆｗは、
４．０＜ｆ３／ｆｗ＜１０．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズ。 - 広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第２レンズ群は単調に物体側に移動し、前記第３レンズ群は像側に移動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズ。
- 前記第１レンズ群は、物体側と像側のレンズ面が非球面形状の負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群は、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して物体側に移動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項のズームレンズ。
- 請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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