JP5585719B2 - ズームレンズ，撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

ズームレンズ，撮像光学装置及びデジタル機器 Download PDF

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Description

本発明はズームレンズ，撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。例えば、被写体の映像を撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサ，ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の固体撮像素子）で取り込むデジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器に適した大口径でコンパクトなズームレンズと、そのズームレンズ及び撮像素子で取り込んだ被写体の映像を電気的な信号として出力する撮像光学装置と、その撮像光学装置を搭載したデジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器と、に関するものである。
正リードのズームレンズとして、絞りを挟んで負正のパワー配置を有するレンズタイプが従来より知られている。例えば、特許文献１で提案されているズームレンズは、正負正の３群ズーム構成をとっており、絞りの前側に位置する負の第２群を２つの負群に分けて、その間隔を変化させることによりフォーカシングを行う構成になっている。特許文献２で提案されているズームレンズは、正負負正の４群ズーム構成をとっており、第４群中の絞りよりも前側の部分をフォーカス群とする構成になっている。また、特許文献３で提案されているズームレンズは、正負正正の４群ズーム構成をとっており、絞りの後側に位置する正の第３群を正群と負群に分けて、その負群を手ぶれ補正群とする構成になっている。
特開２００８−１２２６７６号公報 特開２００９−２５１１１８号公報 特開２０１０−２６６５３４号公報
上述した正リードのズームレンズは、クイックリターンミラーを備えたカメラ用の交換レンズとしての使用を想定しているため、レンズバックが比較的長くなるようなパワー配置になっている。そのため、光学全長の短縮は困難であり、全ズーム域でＦ２．８程度の比較的大きな口径にしようとすると、小型化と高性能化との両立が困難になる。一方、ミラーレスタイプのレンズ交換式デジタルカメラでは、クイックリターンミラーが存在しないため、従来のタイプとは異なる領域のパワー配置を採用することが可能である。その結果として、大口径であっても小型化と高性能化とが両立する余地はある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、大口径であるにもかかわらず小型で高性能なズームレンズ，それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明のズームレンズは、対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
１．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、正パワーを有する第５群と、から成り、
ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
Ｙｍａｘ：最大像高、
ｆ２：第２群の焦点距離、
ｆ３：第３群の焦点距離、
である。
第２の発明のズームレンズは、上記第１の発明において、以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする。
０．６＜ｆ４／ｆ５＜０．８ …（３）
ただし、
ｆ４：第４群の焦点距離、
ｆ５：第５群の焦点距離、
である。
第３の発明のズームレンズは、上記第１又は第２の発明において、前記第４群の一部を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことを特徴とする。
第４の発明のズームレンズは、対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１），（２）及び（４）を満たすことを特徴とする。
１．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
０．２＜ｆ４／ｆ６＜０．７ …（４）
ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、負パワーを有する第５群と、正パワーを有する第６群と、から成り、
ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
Ｙｍａｘ：最大像高、
ｆ２：第２群の焦点距離、
ｆ３：第３群の焦点距離、
ｆ４：第４群の焦点距離、
ｆ６：第６群の焦点距離、
である。
第５の発明のズームレンズは、上記第４の発明において、前記第４群と前記第６群とがズーミング中一体に移動することを特徴とする。
第６の発明のズームレンズは、上記第４又は第５の発明において、前記第５群を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことを特徴とする。
第７の発明のズームレンズは、対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１），（２）及び（５）を満たすことを特徴とする。
１．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
６＜ｆ１／ｆｗ＜９ …（５）
ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、
ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
Ｙｍａｘ：最大像高、
ｆ２：第２群の焦点距離、
ｆ３：第３群の焦点距離、
ｆ１：第１群の焦点距離、
ｆｗ：ワイド端における全系の焦点距離、
である。
第８の発明のズームレンズは、上記第７の発明において、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、正パワーを有する第５群と、から成ることを特徴とする。
第９の発明のズームレンズは、上記第７の発明において、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、負パワーを有する第５群と、正パワーを有する第６群と、から成り、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする。
０．２＜ｆ４／ｆ６＜０．７ …（４）
ただし、
ｆ４：第４群の焦点距離、
ｆ６：第６群の焦点距離、
である。
第１０の発明のズームレンズは、上記第１〜第９のいずれか１つの発明において、以下の条件式（６）〜（８）を満たすことを特徴とする。
１．１＜β２３ｔ／β２３ｗ＜１．５ …（６）
１．９＜βｒｔ／βｒｗ＜２．３ …（７）
１．３＜（β２３ｔ／β２３ｗ）／（βｒｔ／βｒｗ）＜１．７ …（８）
ただし、
β２３ｔ：テレ端における第２群と第３群の合成横倍率、
β２３ｗ：ワイド端における第２群と第３群の合成横倍率、
βｒｔ：テレ端における後群の合成横倍率、
βｒｗ：ワイド端における後群の合成横倍率、
である。
第１１の発明のズームレンズは、上記第１〜第１０のいずれか１つの発明において、Ｆナンバーが３以下であることを特徴とする。
第１２の発明のズームレンズは、上記第１〜第１１のいずれか１つの発明において、デジタルカメラ用の交換レンズであることを特徴とする。
第１３の発明の撮像光学装置は、上記第１〜第１１のいずれか１つの発明に係るズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする。
第１４の発明のデジタル機器は、上記第１３の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。
本発明によれば、レンズバックに最も影響する後群の合成焦点距離が適切に設定された構成になっているため、光学全長の短縮化が可能であり、全ズーム域でＦ２．８程度の比較的大きな口径であっても小型化と高性能化との両立が可能である。したがって、Ｆナンバーが３以下の大口径であるにもかかわらず小型で高性能なズームレンズ及び撮像光学装置を実現することができる。そして、その大口径でコンパクトなズームレンズ又は撮像光学装置をデジタル機器（例えばデジタルカメラ）に用いることによって、デジタル機器に対して高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。
第１の実施の形態（実施例１）のレンズ構成図。 第２の実施の形態（実施例２）のレンズ構成図。 第３の実施の形態（実施例３）のレンズ構成図。 第４の実施の形態（実施例４）のレンズ構成図。 第５の実施の形態（実施例５）のレンズ構成図。 第６の実施の形態（実施例６）のレンズ構成図。 第７の実施の形態（実施例７）のレンズ構成図。 第８の実施の形態（実施例８）のレンズ構成図。 第９の実施の形態（実施例９）のレンズ構成図。 第１０の実施の形態（実施例１０）のレンズ構成図。 第１１の実施の形態（実施例１１）のレンズ構成図。 実施例１の収差図。 実施例２の収差図。 実施例３の収差図。 実施例４の収差図。 実施例５の収差図。 実施例６の収差図。 実施例７の収差図。 実施例８の収差図。 実施例９の収差図。 実施例１０の収差図。 実施例１１の収差図。 撮像光学装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を示す模式図。
以下、本発明に係るズームレンズ，撮像光学装置及びデジタル機器を説明する。本発明に係るズームレンズは、対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）。
１．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、
ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
Ｙｍａｘ：最大像高、
である。
本発明に係る正リードのズームレンズは、絞りを挟んで概ね負正のパワー配置を有するレンズタイプになっている。このレンズタイプでは、正パワーの後群の焦点距離を短くすると小型化に対しては有効になるが、レンズバックを確保するのが難しくなる。したがって、このレンズタイプは比較的レンズバックを短くできるカメラ（例えば、ミラーレスタイプのレンズ交換式デジタルカメラ）用の交換レンズとして好適である。
上記条件式（１）を満足することにより光学全長の短縮化が可能であり、全ズーム域でＦ２．８程度の比較的大きな口径であっても小型化と高性能化との両立が可能である。したがって、小型化と高性能化を共に効果的に達成するという観点から、Ｆナンバーは３以下であることが好ましい。条件式（１）の上限を越えると、正パワーの後群の焦点距離が長くなりすぎてしまうため、結果としてレンズバックが長くなって大型化してしまう。大型化を抑えようとすると、第１群のパワーが強くなってしまうため、球面収差の補正が困難になる。条件式（１）の下限を越えると、正パワーの後群の焦点距離が短くなりすぎてしまうため、球面収差の補正が困難になる。
上記特徴的構成によると、大口径であるにもかかわらず小型で高性能なズームレンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。そのズームレンズ又は撮像光学装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能を軽量・コンパクトに付加することが可能となる。したがって、デジタル機器のコンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。また、本発明に係るズームレンズは、レンズバックの短縮化や大口径化（例えば、全変倍域でＦ２．８を維持する。）を図る上で、ミラーレスタイプのデジタルカメラ用の交換レンズとして好適であるため、持ち運びに便利なコンパクトな交換レンズを実現することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。
前記第３群の移動によりフォーカシングを行うことが望ましい。また、以下の条件式（２）を満たすことが更に望ましい。
０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
ただし、
ｆ２：第２群の焦点距離、
ｆ３：第３群の焦点距離、
である。
正リードの交換レンズでは、第２群の負パワーでフォーカシングを行うことが一般的である。しかし、負群は横倍率の変化が大きいため、フォーカシングを行うと倍率の変化が大きいという問題がある。本発明のように負群を負パワーの第２群と負パワーの第３群とに分割して、負パワーの第３群でフォーカシングを行うことにより、像倍率の変化を抑えることが可能となる。そのための望ましい条件範囲を規定しているのが条件式（２）である。条件式（２）の上限を越えると、第３群の負パワーが強くなりすぎて、像倍率の変化が大きくなる。条件式（２）の下限を越えると、第３群の負パワーが弱くなりすぎて、フォーカス時の移動量が増大するため好ましくない。
前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、正パワーを有する第５群と、から成ることが望ましい。また、以下の条件式（３）を満たすことが更に望ましい。
０．６＜ｆ４／ｆ５＜０．８ …（３）
ただし、
ｆ４：第４群の焦点距離、
ｆ５：第５群の焦点距離、
である。
ワイド端からテレ端までＦ２．８程度の大口径化を達成するには、焦点深度に対してより高精度に収差補正を行う必要がある。特に収差補正上問題となるのは像面湾曲の補正であり、ワイド側とテレ側の像面湾曲のバランスを一定範囲内に補正する必要がある。例えば、後述する実施例６〜８では、絞りより像側に位置する後群ＧｒＲが正パワーの第４群Ｇｒ４と正パワーの第５群Ｇｒ５とで構成されており、第４群Ｇｒ４と第５群Ｇｒ５がズーミング中独立して移動する構成になっている。
第４群と第５群との間隔感度としては像面湾曲の感度が高いので、これによりワイド端からテレ端まで良好な像面湾曲に補正することが可能となる。そのための望ましい条件範囲を規定しているのが条件式（３）である。条件式（３）の上限を越えると、第５群のパワーが強くなりすぎて、第５群内で発生する球面収差の補正が困難になる。条件式（３）の下限を越えると、第４群のパワーが強くなりすぎて、第４群で発生する像面湾曲の変動を補正することが困難になる。
前記第４群の一部を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことが望ましい。例えば、後述する実施例６〜８では、第４群の像側の接合レンズを光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行う構成になっている。このように、第４群中の像側に含まれている接合レンズを手ぶれ補正群として用いることが感度的に好ましく、その接合レンズには非球面が設けられていることが更に望ましい。
前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、負パワーを有する第５群と、正パワーを有する第６群と、から成ることが望ましい。以下の条件式（４）を満たすことが更に望ましい。また、前記第４群と前記第６群とがズーミング中一体に移動することが更に望ましい。
０．２＜ｆ４／ｆ６＜０．７ …（４）
ただし、
ｆ４：第４群の焦点距離、
ｆ６：第６群の焦点距離、
である。
ワイド端からテレ端までＦ２．８程度の大口径化を達成するには、焦点深度に対してより高精度に収差補正を行う必要がある。特に収差補正上問題となるのは像面湾曲の補正であり、ワイド側とテレ側の像面湾曲のバランスを一定範囲内に補正する必要がある。例えば、後述する実施例１〜５，９〜１１では、絞りＳＴより像側に位置する後群ＧｒＲが正パワーの第４群Ｇｒ４と負パワーの第５群Ｇｒ５と正パワーの第６群Ｇｒ６とで構成されており、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６がズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する構成になっている。
第４群と第６群は偏心の誤差感度が強いので、第４群と第６群をズーミング中一体に移動する構成にするのが製造上好ましい。また、第４群と第５群との間隔感度としては像面湾曲の感度が高いので、これによりワイド端からテレ端まで良好な像面湾曲に補正することが可能となる。そのための望ましい条件範囲を規定しているのが条件式（４）である。条件式（４）の上限を越えると、第６群のパワーが強くなりすぎて、第６群内で発生する球面収差を補正することが困難になる。条件式（４）の下限を越えると、第４群のパワーが強くなりすぎて、第４群で発生する像面湾曲の変動を補正することが困難になる。
前記第５群を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことが望ましい。例えば、後述する実施例１〜５，９〜１１では、接合レンズから成る第５群を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行う構成になっている。このように、接合レンズから成る第５群を手ぶれ補正群として用いることが感度的に好ましく、その接合レンズには非球面が設けられていることが更に望ましい。
以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
６＜ｆ１／ｆｗ＜９ …（５）
ただし、
ｆ１：第１群の焦点距離、
ｆｗ：ワイド端における全系の焦点距離、
である。
条件式（５）は第１群の正パワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式（５）の上限を越えると、第１群のパワーが弱くなりすぎて大型化を招くおそれがある。大型化を抑えようとすると、第３群のパワーが強くなってしまうため、像面湾曲の補正が困難になる。条件式（５）の下限を越えると、第１群のパワーが強くなりすぎて、第１群内で発生する球面収差を補正することが困難になる。
以下の条件式（６）〜（８）を満たすことが望ましい。
１．１＜β２３ｔ／β２３ｗ＜１．５ …（６）
１．９＜βｒｔ／βｒｗ＜２．３ …（７）
１．３＜（β２３ｔ／β２３ｗ）／（βｒｔ／βｒｗ）＜１．７ …（８）
ただし、
β２３ｔ：テレ端における第２群と第３群の合成横倍率、
β２３ｗ：ワイド端における第２群と第３群の合成横倍率、
βｒｔ：テレ端における後群の合成横倍率、
βｒｗ：ワイド端における後群の合成横倍率、
である。
正リードのズームレンズでは、主な変倍負担を第２群の負パワーで行い、第３群は比較的少ない変倍を行うのが一般的である。上記条件式（６）〜（８）で規定している条件設定によると、絞りより像側に位置する後群のパワーを強め、その後群での変倍負担を増やすことにより、小型で良好な光学性能の達成を可能としている。
条件式（６）は、ワイド端とテレ端における第２群と第３群の合成横倍率の比について、好ましい条件範囲を規定している。条件式（６）の上限を越えると、負群での変倍負担が強くなりすぎて、負群で発生する非点収差を補正することが困難になる。条件式（６）の下限を越えると、絞りより像側に位置する後群の変倍負担が強くなりすぎて、その後群で発生する球面収差の補正が困難になる。
条件式（７）は、ワイド端とテレ端における後群の横倍率の比について、好ましい条件範囲を規定している。条件式（７）の上限を越えると、絞りより像側に位置する後群での変倍負担が強くなりすぎて、その後群で発生する球面収差を補正することが困難になる。条件式（７）の下限を越えると、負群での変倍負担が強くなりすぎて、負群で発生するコマ収差の補正が困難になる。
条件式（８）は、負群と後群の変倍負担比の好ましい条件範囲を規定している。条件式（８）の上限を越えると、負群での変倍負担が強くなりすぎて、負群で発生するコマ収差を補正することが困難になる。条件式（８）の下限を越えると、後群での変倍負担が強くなりすぎて、後群で発生する球面収差の補正が困難になる。
本発明に係るズームレンズは、画像入力機能付きデジタル機器（例えば、デジタルカメラ）用の撮像レンズとしての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像を形成するズームレンズと、そのズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。そして、撮像素子の受光面（すなわち撮像面）上に被写体の光学像が形成されるように、前述した特徴的構成を有するズームレンズが配置されることにより、小型・低コストで高変倍・高性能の撮像光学装置やそれを備えたデジタル機器（例えば、デジタルカメラ，携帯電話）を実現することができる。
カメラの例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，車載カメラ，テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，デジタル機器（例えば、携帯電話，モバイルコンピュータ等の小型で携帯可能な情報機器端末），これらの周辺機器（スキャナー，プリンター等），その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図２３に、画像入力機能を有するデジタル機器ＤＵの概略構成例を模式的断面で示す。図２３に示すデジタル機器ＤＵに搭載されている撮像光学装置ＬＵは、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像（像面）ＩＭを変倍可能に形成するズームレンズＺＬ（ＡＸ：光軸，ＳＴ：絞り）と、平行平面板ＰＴ（撮像素子ＳＲのカバーガラス；必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター等に相当する。）と、ズームレンズＺＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、を備えている。この撮像光学装置ＬＵで画像入力機能付きデジタル機器ＤＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置ＬＵをデジタル機器ＤＵの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサ，ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。ズームレンズＺＬは、撮像素子ＳＲの光電変換部である受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、ズームレンズＺＬによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器ＤＵは、撮像光学装置ＬＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリ３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ３（半導体メモリ，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される（例えば携帯電話の通信機能）。制御部２はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能（静止画撮影機能，動画撮影機能等），画像再生機能等の機能の制御；ズーミング，フォーカシング，手ぶれ補正等のためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像光学装置ＬＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリ３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン（例えばレリーズボタン），操作ダイヤル（例えば撮影モードダイヤル）等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。
ズームレンズＺＬは、物体側から順に、絞りＳＴの物体側に位置する前群ＧｒＦと、絞りＳＴと、絞りＳＴと像面ＩＭとの間に位置する後群ＧｒＲと、から成る大口径正リードのズーム構成になっており、前群ＧｒＦは全体として負パワー（又は弱い正パワー）を有する正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲは全体として正パワーを有する複数の群から成っている。また、各群がそれぞれ光軸ＡＸに沿って移動して各群間隔を変化させることにより変倍（すなわちズーミング）を行い、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に光学像ＩＭを形成する構成になっている。
ここで、第１〜第１１の実施の形態を挙げて、ズームレンズＺＬの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図１〜図１１は、第１〜第１１の実施の形態を構成するズームレンズＺＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、ワイド端（Ｗ）でのレンズ配置を光学断面で示している。レンズ構成図中の矢印ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ５，ｍ６は、ワイド端（Ｗ）からテレ端（Ｔ）へのズーミングにおける第１群Ｇｒ１，第２群Ｇｒ２，第３群Ｇｒ３，第４群Ｇｒ４，第５群Ｇｒ５，第６群Ｇｒ６の移動をそれぞれ模式的に示している。
第１の実施の形態（図１）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面である。
第２の実施の形態（図２）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面である。
第３の実施の形態（図３）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第３群Ｇｒ３の最も像側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面である。
第４の実施の形態（図４）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第３群Ｇｒ３の最も像側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面である。
第５の実施の形態（図５）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面である。
第６の実施の形態（図６）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正正の２群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ５がそれぞれ移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第４群Ｇｒ４を構成している最も像側の接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第４群Ｇｒ４中の像側の接合レンズの物体側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面である。
第７の実施の形態（図７）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正正の２群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ５がそれぞれ移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第４群Ｇｒ４を構成している最も像側の接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第４群Ｇｒ４中の像側の接合レンズの物体側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面である。
第８の実施の形態（図８）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正正の２群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ５がそれぞれ移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第４群Ｇｒ４を構成している最も像側の接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第４群Ｇｒ４中の像側の接合レンズの物体側の面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面である。
第９の実施の形態（図９）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も像側のレンズの両面である。
第１０の実施の形態（図１０）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の最も像側のレンズの両面である。
第１１の実施の形態（図１１）では、前群ＧｒＦが正負負の３群から成っており、後群ＧｒＲが正負正の３群から成っている。ズーミングではすべての群Ｇｒ１〜Ｇｒ６がそれぞれ移動する。ただし、第４群Ｇｒ４と第６群Ｇｒ６はズーミング中一体に移動し、それとは独立して第５群Ｇｒ５が移動する。第３群Ｇｒ３はフォーカス群であり、矢印ｍＦで示すように、近距離物体へのフォーカシングにおいて物体側へ繰り出される。絞りＳＴは第４群Ｇｒ４の物体側に位置しており、ズーミングにおいて第４群Ｇｒ４と共に移動する。第５群Ｇｒ５を構成している接合レンズが手ぶれ補正群を構成しており、矢印ｍＣで示すように、手ぶれ補正群を光軸ＡＸに対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正が行われる。非球面は、第３群Ｇｒ３の最も像側の面、第４群Ｇｒ４の最も物体側のレンズの両面、第５群Ｇｒ５の最も物体側の面、第６群Ｇｒ６の物体側から２番目のレンズの両面である。
以下、本発明を実施したズームレンズの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜１１（ＥＸ１〜１１）は、前述した第１〜第１１の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第１１の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図１１）は、対応する実施例１〜１１のレンズ構成をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、物体側からｉ番目の曲率半径ｒｉ（ｍｍ），軸上面間隔ｄｉ（ｍｍ），ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率Ｎｉ，ｄ線に関するアッベ数νｉを示す。曲率半径ｒｉに＊が付された面は非球面であり、その面形状は面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式（ＡＳ）で定義される。非球面データとして、非球面係数等を示す。なお、各実施例の非球面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-nである。
ｚ＝（ｃ・ｈ2）／｛１＋√（１−ε・ｃ2・ｈ2）｝＋Σ（Ａｊ・ｈj） …（ＡＳ）
ただし、
ｈ：ｚ軸（光軸ＡＸ）に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）、
ｚ：高さｈの位置での光軸ＡＸ方向のサグ量（面頂点基準）、
ｃ：面頂点での曲率（曲率半径ｒの逆数）、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。
各種データとして、ズーム比，全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ），画角（２ω，°），バックフォーカス（ＢＦ，ｍｍ），レンズ全長（ＴＬ，ｍｍ），Ｆナンバー（Ｆｎｏ．），像高（Ｙ’：Ｙｍａｘ，ｍｍ）を示し、ズームレンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離（ｍｍ）を示す。また、表１に各実施例の条件式対応値を示す。なお、バックフォーカスは、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表記しており、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。
図１２〜図２２は、実施例１〜実施例１１（ＥＸ１〜ＥＸ１１）にそれぞれ対応する収差図であり、（Ｗ）はワイド端，（Ｍ）は中間焦点距離状態，（Ｔ）はテレ端における諸収差（左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。）を示している。図１２〜図２２中、ＦＮＯはＦナンバー、Ｙ’（ｍｍ）は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高Ｙｍａｘ（光軸ＡＸからの距離に相当する。）である。球面収差図において、実線ｄ，一点鎖線ｇ，二点鎖線ｃはｄ線，ｇ線，ｃ線に対する球面収差（ｍｍ）をそれぞれ表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量（ｍｍ）を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差（ｍｍ）を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。
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ＤＵ デジタル機器
ＬＵ 撮像光学装置
ＺＬ ズームレンズ
Ｇｒ１ 第１群
Ｇｒ２ 第２群
Ｇｒ３ 第３群
Ｇｒ４ 第４群
Ｇｒ５ 第５群
Ｇｒ６ 第６群
ＧｒＦ 前群
ＧｒＲ 後群
ＳＴ 絞り（開口絞り）
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面（撮像面）
ＩＭ 像面（光学像）
ＡＸ 光軸
１ 信号処理部
２ 制御部
３ メモリ
４ 操作部
５ 表示部

Claims (14)

  1. 対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とするズームレンズ；
    １．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
    ０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
    ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、正パワーを有する第５群と、から成り、
    ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
    Ｙｍａｘ：最大像高、
    ｆ２：第２群の焦点距離、
    ｆ３：第３群の焦点距離、
    である。
  2. 以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ；
    ０．６＜ｆ４／ｆ５＜０．８ …（３）
    ただし、
    ｆ４：第４群の焦点距離、
    ｆ５：第５群の焦点距離、
    である。
  3. 前記第４群の一部を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ。
  4. 対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１），（２）及び（４）を満たすことを特徴とするズームレンズ；
    １．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
    ０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
    ０．２＜ｆ４／ｆ６＜０．７ …（４）
    ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、負パワーを有する第５群と、正パワーを有する第６群と、から成り、
    ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
    Ｙｍａｘ：最大像高、
    ｆ２：第２群の焦点距離、
    ｆ３：第３群の焦点距離、
    ｆ４：第４群の焦点距離、
    ｆ６：第６群の焦点距離、
    である。
  5. 前記第４群と前記第６群とがズーミング中一体に移動することを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
  6. 前記第５群を光軸に対して垂直に移動させることにより手ぶれ補正を行うことを特徴とする請求項４又は５記載のズームレンズ。
  7. 対角線長が２Ｙｍａｘである、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に、物体の光学像を形成し、物体側から順に、正パワーを有する第１群と、負パワーを有する第２群と、負パワーを有する第３群と、絞りと、全体として正パワーを有する複数の群と、から成り、各群間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、前記第３群の移動によりフォーカシングを行い、以下の条件式（１），（２）及び（５）を満たすことを特徴とするズームレンズ；
    １．５＜ｆｒｗ／Ｙｍａｘ＜２．１ …（１）
    ０．２５＜ｆ２／ｆ３＜０．６ …（２）
    ６＜ｆ１／ｆｗ＜９ …（５）
    ただし、絞りより像側に位置する前記複数の群を後群とするとき、
    ｆｒｗ：ワイド端における後群の合成焦点距離、
    Ｙｍａｘ：最大像高、
    ｆ２：第２群の焦点距離、
    ｆ３：第３群の焦点距離、
    ｆ１：第１群の焦点距離、
    ｆｗ：ワイド端における全系の焦点距離、
    である。
  8. 前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、正パワーを有する第５群と、から成ることを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
  9. 前記後群が、物体側から順に、正パワーを有する第４群と、負パワーを有する第５群と、正パワーを有する第６群と、から成り、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項７記載のズームレンズ；
    ０．２＜ｆ４／ｆ６＜０．７ …（４）
    ただし、
    ｆ４：第４群の焦点距離、
    ｆ６：第６群の焦点距離、
    である。
  10. 以下の条件式（６）〜（８）を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のズームレンズ；
    １．１＜β２３ｔ／β２３ｗ＜１．５ …（６）
    １．９＜βｒｔ／βｒｗ＜２．３ …（７）
    １．３＜（β２３ｔ／β２３ｗ）／（βｒｔ／βｒｗ）＜１．７ …（８）
    ただし、
    β２３ｔ：テレ端における第２群と第３群の合成横倍率、
    β２３ｗ：ワイド端における第２群と第３群の合成横倍率、
    βｒｔ：テレ端における後群の合成横倍率、
    βｒｗ：ワイド端における後群の合成横倍率、
    である。
  11. Ｆナンバーが３以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  12. デジタルカメラ用の交換レンズであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
  13. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする撮像光学装置。
  14. 請求項１３記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。
JP2013503446A 2011-03-08 2012-02-22 ズームレンズ，撮像光学装置及びデジタル機器 Expired - Fee Related JP5585719B2 (ja)

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