JP6683634B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等の電子カメラに好適なズームレンズ、ならびにこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
従来、上記分野のカメラに使用可能なレンズ系として4群構成または5群構成のズームレンズが使用されている。映画撮影用カメラおよび放送用カメラでは、変倍によるレンズ系全長の変化および合焦による画角の変化が嫌われるため、変倍時にズームレンズの最も物体側のレンズ群である第1レンズ群を不動とし、合焦時に第1レンズ群内のレンズを移動させて合焦を行うことが多い。このようなズームレンズとしては、例えば、下記特許文献1および下記特許文献2に記載のものが知られている。
特開2015−22146号公報 特許第5893487号公報
映画撮影用カメラおよび放送用カメラ等の撮像装置には、小型かつ軽量でありながら、良好な光学性能を有するズームレンズが要望されている。特に、機動性および操作性を重視した撮影形態に対して小型化および軽量化が強く要望されている。一方、上記分野のカメラには広い画角で撮影可能なことも要望されている。しかしながら、ズームレンズの広角化を進めると最も物体側のレンズ(以下、前玉という)の径が大きくなりやすく、広角化と小型化を両立させることは容易ではない。
特許文献1に記載のレンズ系は、前玉の屈折率、および変倍時に移動するレンズ群の構成について工夫がなされているが、近年要望されている小型化に十分応えるためには、より前玉径が小さいことが好ましく、さらなる小型化が望まれる。特許文献2に記載のレンズ系もまた、前玉径が大きく、小型化が十分とは言えない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、広角でありながら、小型化および軽量化が達成され、ズーム全域で高い光学性能が実現されたズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の第1のズームレンズは、物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、下記条件式(1)および(2)を満足することを特徴とする。
1.84<Naven (1)
−3<f1c/f1a<−1.25 (2)
ただし、
Naven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
f1c:第1レンズ群後群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
本発明の第2のズームレンズは、物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、下記条件式(1)および(4)を満足することを特徴とする。
1.84<Naven (1)
1.5<(R1+R2)/(R1−R2)<3.5 (4)
ただし、
Naven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
R1:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径
R2:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径
とする。
本発明の第3のズームレンズは、物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、下記条件式(1)および(5)を満足することを特徴とする。
1.84<Naven (1)
−2.5<f1/f1a<−1.0 (5)
ただし、
Naven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
f1:無限遠物体に合焦した状態の第1レンズ群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
さらに、下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。
1.85<Naven<1.96 (1−1)
また、下記条件式(2)を満足することが好ましく、下記条件式(2−1)を満足することがより好ましい。
−3<f1c/f1a<−1.25 (2)
−2.5<f1c/f1a<−1.35 (2−1)
ただし、
f1c:第1レンズ群後群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
第1レンズ群前群は、最も像側に正レンズを有し、下記条件式(3)を満足することが好ましく、下記条件式(3−1)を満足することがより好ましい。
10<νaven−νavep<20 (3)
11<νaven−νavep<18 (3−1)
ただし、
νaven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線基準のアッベ数の平均値
νavep:第1レンズ群前群内の正レンズのd線基準のアッベ数の平均値
とする。
また、下記条件式(4)を満足することが好ましく、下記条件式(4−1)を満足することがより好ましい。
1.5<(R1+R2)/(R1−R2)<3.5 (4)
1.8<(R1+R2)/(R1−R2)<3.3 (4−1)
ただし、
R1:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径
R2:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径
とする。
また、下記条件式(5)を満足することが好ましく、下記条件式(5−1)を満足することがより好ましい。
−2.5<f1/f1a<−1.0 (5)
−2.2<f1/f1a<−1.1 (5−1)
ただし、
f1:無限遠物体に合焦した状態の第1レンズ群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
また、下記条件式(6)を満足することが好ましく、下記条件式(6−1)を満足することがより好ましい。
−0.4<f1a/f1b<−0.1 (6)
−0.35<f1a/f1b<−0.11 (6−1)
ただし、
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
f1b:第1レンズ群中群の焦点距離
とする。
第1レンズ群前群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、正レンズとからなるように構成してもよい。
上記複数の移動レンズ群において、最も物体側の移動レンズ群は正の屈折力を有するように構成してもよい。
第1レンズ群後群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズが物体側から順に接合されてなる接合レンズと、正レンズとからなることが好ましい。
上記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は負の屈折力を有するように構成してもよい。その場合、上記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成してもよい。
あるいは、上記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は正の屈折力を有するように構成してもよい。その場合、上記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成してもよい。
本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。
なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。
なお、上記の「正の屈折力を有する〜群」とは、群全体として正の屈折力を有することを意味する。上記の「負の屈折力を有する〜群」についても同様である。上記の「〜群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、1枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。上記の群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、レンズの面形状、およびレンズの面の曲率半径は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負とする。上記の「負メニスカスレンズ」は負の屈折力を有するメニスカス形状のレンズである。上記条件式は全てd線(波長587.56nm(ナノメートル))を基準とする。
本発明によれば、物体側から順に、変倍時に不動の正の第1レンズ群と、変倍時に移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に不動の正の最終レンズ群とからなるズームレンズにおいて、第1レンズ群の構成を好適に設定し、所定の条件式を満足するように設定することにより、広角でありながら、小型化および軽量化が達成され、ズーム全域で高い光学性能が実現されたズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例1のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例2のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例3のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例4のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例5のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例1のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に、本発明の一実施形態に係るズームレンズのレンズ構成と光路の断面図を示す。図1では、「WIDE」と付した上段に広角端状態を示し、光束として軸上光束waおよび最大画角の光束wbを記入しており、「TELE」と付した下段に望遠端状態を示し、光束として軸上光束taおよび最大画角の光束tbを記入している。なお、図1に示す例は後述の実施例1のズームレンズに対応している。図1では紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、無限遠物体に合焦した状態を示している。
なお、ズームレンズが撮像装置に搭載される際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタおよび/または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図1ではこれらを想定した平行平面板状の光学部材PPをレンズ系と像面Simとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材PPの位置は図1に示すものに限定されないし、光学部材PPを省略した構成も可能である。
このズームレンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、変倍時に像面Simに対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面Simに対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群Geとからなる。
図1に示す例のズームレンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、第4レンズ群G4、および第5レンズ群G5からなる。変倍時に、第1レンズ群G1と第5レンズ群G5は像面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4とは光軸方向の相互間隔を変化させて移動する。図1に示す例では、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4それぞれが移動レンズ群に対応し、第5レンズ群G5が最終レンズ群Geに対応する。図1の上段の図の第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4それぞれの下に、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動方向を模式的に示す矢印を記入している。
図1に示す例では、第1レンズ群G1は、物体側から順に、レンズL11〜レンズL17の計7枚のレンズからなり、第2レンズ群G2は、レンズL21の1枚のレンズからなり、第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL34の4枚のレンズからなり、第4レンズ群G4は、レンズL41の1枚のレンズからなり、第5レンズ群G5は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL51〜レンズL59の9枚のレンズとからなる。ただし、本発明においては、第1レンズ群G1と最終レンズ群Geの間に配置される移動レンズ群の数は図1の例と異なる数であってもよく、各レンズ群を構成するレンズの枚数は図1に示す例と異なる枚数であってもよく、開口絞りStは図1に示す例とは異なる位置に配置してもよい。また、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさおよび/または形状を表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。
このズームレンズでは、最も物体側の第1レンズ群G1を正レンズ群とすることにより、レンズ系全長の短縮が可能となり、小型化に有利となる。また、最も像側の最終レンズ群Geを正レンズ群とすることにより、軸外光線の主光線が像面Simへ入射する入射角が大きくなるのを抑制することができ、シェーディングを抑制できる。そして、最も物体側のレンズ群と最も像側のレンズ群が変倍時に固定されている構成をとることにより、変倍時にレンズ系全長を不変とすることができる。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、合焦時に像面Simに対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群G1aと、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群G1bと、合焦時に第1レンズ群中群G1bとの光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群G1cとからなる。このような構成とすることによって、合焦による画角の変化を抑えることが容易となる。図1の第1レンズ群中群G1bの下の両矢印は、合焦時に第1レンズ群中群G1bが光軸方向に移動することを示している。
なお、第1レンズ群後群G1cは、合焦時に、像面Simに対して固定されていてもよく、このようにした場合は、合焦時に移動するレンズ群を第1レンズ群中群G1bのみとすることができ、合焦機構を簡略化できるため、装置の大型化を抑制できる。あるいは、第1レンズ群後群G1cは、合焦時に、第1レンズ群中群G1bとは異なる軌跡で光軸方向に移動してもよく、このようにした場合は、合焦時の収差変動を抑えることができる。
第1レンズ群前群G1aは、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズL11と、負レンズであるレンズL12とを有する。この構成により、非点収差の発生を抑えつつ、広角化に必要な負の屈折力を得ることができる。
第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、正レンズとからなるように構成してもよい。このようにした場合は、第1レンズ群前群G1aの収差補正、特に、色収差の補正を良好に行うことができる。あるいは、第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズとからなるように構成してもよい。
第1レンズ群前群G1aの最も像側のレンズは、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズであるように構成してもよい。このようにした場合は、広角側の非点収差の発生を抑えることができ、また、望遠側の球面収差の補正に有利となる。
第1レンズ群中群G1bは、例えば、1枚のレンズのみからなるように構成してもよい。このようにした場合は、合焦機構の負担を軽減できる。図1の例では、第1レンズ群中群G1bは1枚の正レンズからなる。
第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、負レンズおよび正レンズが物体側から順に接合されてなる接合レンズと、正レンズとからなるように構成してもよい。このようにした場合は、第1レンズ群G1の色収差の補正と望遠側の球面収差の補正が容易になる。
このズームレンズは、下記条件式(1)を満足するように構成されている。
1.84<Naven (1)
ただし、
Naven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
とする。
条件式(1)を満足することによって、広角化および第1レンズ群前群G1aの小型化に必要な負の屈折力を確保することが容易になる。または、条件式(1)を満足することによって、第1レンズ群前群G1a内の負レンズの曲率半径の絶対値が小さくなりすぎないようにすることができ、その結果、高次収差の補正が容易となる。なお、ここでいう高次とは5次以上を意味する。
さらに、下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。
1.85<Naven<1.96 (1−1)
条件式(1−1)の下限以下とならないようにすることによって、条件式(1)に関する効果を高めることが可能となる。なお、一般に屈折率が高くなると、比重が重くなるとともにアッベ数が小さくなる。条件式(1−1)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aのレンズ重量の増大を防ぐことができ、また、広角側の倍率色収差の補正に有利となる。
また、このズームレンズは、下記条件式(2)を満足することが好ましい。
−3<f1c/f1a<−1.25 (2)
ただし、
f1c:第1レンズ群後群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
条件式(2)の下限以下とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの負の屈折力が相対的に強くなりすぎないため、広角端の像面湾曲および歪曲収差の補正が容易となる。また、第1レンズ群後群G1cの大型化を抑制できるとともに、望遠側の球面収差の補正が容易となる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの負の屈折力が相対的に弱くなりすぎないため、広角化および第1レンズ群前群G1aの小型化が容易となる。条件式(2)に関する効果を高めるためには下記条件式(2−1)を満足することがより好ましい。
−2.5<f1c/f1a<−1.35 (2−1)
また、第1レンズ群前群G1aは、最も像側に正レンズを有し、下記条件式(3)を満足することが好ましい。
10<νaven−νavep<20 (3)
ただし、
νaven:第1レンズ群前群内の負レンズのd線基準のアッベ数の平均値
νavep:第1レンズ群前群内の正レンズのd線基準のアッベ数の平均値
とする。
第1レンズ群前群G1aが最も像側に正レンズを有することによって、望遠側での球面収差の補正に有利となる。条件式(3)の下限以下とならないようにすることによって、広角端の倍率色収差が補正過剰になるのを防ぐことができる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることによって、広角端の倍率色収差が補正不足になるのを防ぐことができる。条件式(3)に関する効果を高めるためには下記条件式(3−1)を満足することがより好ましい。
11<νaven−νavep<18 (3−1)
また、このズームレンズは、下記条件式(4)を満足することが好ましい。
1.5<(R1+R2)/(R1−R2)<3.5 (4)
ただし、
R1:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径
R2:第1レンズ群前群の最も物体側の負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径
とする。
条件式(4)の下限以下とならないようにすることによって、広角端における樽型のディストーションの補正が容易となる。条件式(4)の上限以上とならないようにすることによって、物体側の面が凸面で像側の面が凹面のメニスカス形状を有する最も物体側のレンズL11の形状を、物体側の面と像側の面とで曲率半径の差が小さくなりすぎないようにすることができ、このレンズの負の屈折力が弱くなりすぎるのを防ぐことができ、広角化に有利となる。条件式(4)に関する効果を高めるためには下記条件式(4−1)を満足することがより好ましい。
1.8<(R1+R2)/(R1−R2)<3.3 (4−1)
また、このズームレンズは、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
−2.5<f1/f1a<−1.0 (5)
ただし、
f1:無限遠物体に合焦した状態の第1レンズ群の焦点距離
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
とする。
条件式(5)の下限以下とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの負の屈折力が相対的に強くなりすぎないため、広角端の像面湾曲および歪曲収差の補正が容易となる。また、第1レンズ群前群G1aの負の屈折力が相対的に強くなりすぎないため、第1レンズ群中群G1bと第1レンズ群後群G1cが大型化するのを防ぐことができる。条件式(5)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの負の屈折力が相対的に弱くなりすぎないため、広角化および第1レンズ群前群G1aの小型化が容易となる。条件式(5)に関する効果を高めるためには下記条件式(5−1)を満足することがより好ましい。
−2.2<f1/f1a<−1.1 (5−1)
また、このズームレンズは、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
−0.4<f1a/f1b<−0.1 (6)
ただし、
f1a:第1レンズ群前群の焦点距離
f1b:第1レンズ群中群の焦点距離
とする。
条件式(6)の下限以下とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの屈折力を確保できるため、第1レンズ群中群G1bに入射する軸外主光線の角度が大きくなりすぎないようにでき、広角側の合焦による像面変動および倍率色収差の変動を抑制できる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群前群G1aの屈折力が強くなりすぎないため、第1レンズ群中群G1bと第1レンズ群後群G1cが大型化するのを防ぐことができる。条件式(6)に関する効果を高めるためには下記条件式(6−1)を満足することがより好ましい。
−0.35<f1a/f1b<−0.11 (6−1)
また、このズームレンズは、第1レンズ群G1と最終レンズ群Geの間に配置される上記複数の移動レンズ群において、最も物体側の移動レンズ群は正の屈折力を有することが好ましい。このようにした場合は、広角端の歪曲収差を良好に補正することができる。
また、上記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は負の屈折力を有するように構成してもよい。このようにした場合は、変倍時の移動ストロークが小さくなり、レンズ系全長を短くすることができる。例えば、上記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成することができる。このようにした場合は、広角端の歪曲収差を良好に補正し、変倍時の移動ストロークが小さくなり、レンズ系全長を短くすることができる。
あるいは、上記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は正の屈折力を有するように構成してもよい。このようにした場合は、最終レンズ群Geへ入る光線の高さが低くなり、小型化に有利となる。例えば、上記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成することができる。このようにした場合は、広角端の歪曲収差を良好に補正し、最終レンズ群Geの小型化に有利となる。
あるいは、上記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群とからなるように構成してもよい。このようにした場合は、変倍機構を簡素化することができる。
なお、上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、広角でありながら、小型化および軽量化が達成され、特に広角側の歪曲収差と倍率色収差が良好に補正されてズーム全域で高い光学性能を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「広角」とは広角端での最大全画角が70°より大きいことを意味する。
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1のズームレンズのレンズ構成は図1に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例1のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とからなる。これら5つのレンズ群は変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔が変化する。移動レンズ群は第2レンズ群G2と第3レンズ群G3と第4レンズ群G4であり、最終レンズ群Geは第5レンズ群G5である。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群前群G1aと、正の屈折力を有する第1レンズ群中群G1bと、正の屈折力を有する第1レンズ群後群G1cとからなる。合焦時に、第1レンズ群前群G1aは像面Simに対して固定されており、第1レンズ群中群G1bは移動し、第1レンズ群中群G1bと第1レンズ群後群G1cとの光軸方向の間隔が変化する。
第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、レンズL11〜L13の3枚のレンズからなり、第1レンズ群中群G1bは、レンズL14の1枚のレンズからなり、第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、レンズL15〜L17の3枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、レンズL21の1枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL34の4枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、レンズL41の1枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL51〜レンズL59の9枚のレンズとからなる。
実施例1のズームレンズの基本レンズデータを表1に、諸元と可変面間隔を表2に示す。表1のSiの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示し、Riの欄にはi番目の面の曲率半径を示し、Diの欄にはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示す。表1のNdjの欄には最も物体側の構成要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の構成要素のd線(波長587.6nm(ナノメートル))に対する屈折率を示し、νdjの欄にはj番目の構成要素のd線基準のアッベ数を示し、θgFjの欄にはj番目の構成要素のg線(波長435.8nm(ナノメートル))とF線(波長486.1nm(ナノメートル))間の部分分散比を示す。なお、あるレンズのg線とF線間の部分分散比θgFとは、g線、F線、およびC線(波長656.3nm(ナノメートル))に対するそのレンズの屈折率をそれぞれNg、NF、およびNCとしたとき、θgF=(Ng−NF)/(NF−NC)で定義されるものである。
ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表1には開口絞りStおよび光学部材PPも合わせて示している。表1では、開口絞りStに相当する面の面番号の欄には(St)という語句も記入している。Diの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Simとの間隔である。表1では合焦時に変化する可変面間隔については、DD[ ]という記号を用い、[ ]の中にこの間隔の物体側の面番号を付してDiの欄に記入している。
表2に、ズーム比Zr、全系の焦点距離f、FナンバーFNo.、最大全画角2ω、および可変面間隔の値をd線基準で示す。2ωの欄の(°)は単位が度であることを意味する。表2では、広角端状態、中間焦点距離状態、および望遠端状態の各値をそれぞれWIDE、MIDDLE、およびTELEと表記した欄に示している。表1と表2の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。
各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはmm(ミリメートル)を用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
図6に実施例1のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図6では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図6ではWIDEと付した上段に広角端状態のものを示し、MIDDLEと付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、TELEと付した下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、d線(波長587.6nm(ナノメートル))、C線(波長656.3nm(ナノメートル))、F線(波長486.1nm(ナノメートル))、およびg線(波長435.8nm(ナノメートル))における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではd線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、F線、およびg線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のFNo.はFナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。
上記の実施例1の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
[実施例2]
実施例2のズームレンズのレンズ構成と光路を図2に示す。実施例2のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、変倍時に移動するレンズ群、および合焦時に移動するレンズ群は実施例1のものと同様である。第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、レンズL11〜L13の3枚のレンズからなり、第1レンズ群中群G1bは、レンズL14の1枚のレンズからなり、第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、レンズL15〜L17の3枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、レンズL21の1枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL33の3枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から順に、レンズL41〜L42の2枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL51〜レンズL59の9枚のレンズとからなる。
実施例2のズームレンズの基本レンズデータを表3に、諸元と可変面間隔を表4に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図7に示す。
[実施例3]
実施例3のズームレンズのレンズ構成と光路を図3に示す。実施例3のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とからなる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、第1レンズ群前群G1aと、第1レンズ群中群G1bと、第1レンズ群後群G1cとからなる。実施例3のズームレンズの変倍時に移動するレンズ群、および合焦時に移動するレンズ群は実施例1のものと同様である。
第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、レンズL11〜L13の3枚のレンズからなり、第1レンズ群中群G1bは、レンズL14の1枚のレンズからなり、第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、レンズL15〜L17の3枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、レンズL21の1枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL34の4枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から順に、レンズL41〜L43の3枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL51〜レンズL56の6枚のレンズとからなる。
実施例3のズームレンズの基本レンズデータを表5に、諸元と可変面間隔を表6に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図8に示す。
[実施例4]
実施例4のズームレンズのレンズ構成と光路を図4に示す。実施例4のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、負の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。移動レンズ群は第2レンズ群G2と第3レンズ群G3であり、最終レンズ群Geは第4レンズ群G4である。第1レンズ群G1は、物体側から順に、第1レンズ群前群G1aと、第1レンズ群中群G1bと、第1レンズ群後群G1cとからなる。実施例4のズームレンズの合焦時に移動するレンズ群は実施例1のものと同様である。
第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、レンズL11〜L14の4枚のレンズからなり、第1レンズ群中群G1bは、レンズL15の1枚のレンズからなり、第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、レンズL16〜L18の3枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、レンズL21〜レンズL24の4枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL32の2枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL41〜L49の9枚のレンズとからなる。
実施例4のズームレンズの基本レンズデータを表7に、諸元と可変面間隔を表8に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図9に示す。
[実施例5]
実施例5のズームレンズのレンズ構成と光路を図5に示す。実施例5のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、変倍時に移動するレンズ群、および合焦時に移動するレンズ群は実施例1のものと同様である。第1レンズ群前群G1aは、物体側から順に、レンズL11〜L13の3枚のレンズからなり、第1レンズ群中群G1bは、レンズL14の1枚のレンズからなり、第1レンズ群後群G1cは、物体側から順に、レンズL15〜L17の3枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、レンズL21の1枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、物体側から順に、レンズL31〜レンズL34の4枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、レンズL41の1枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から順に、開口絞りStと、レンズL51〜レンズL59の9枚のレンズとからなる。
実施例5のズームレンズの基本レンズデータを表9に、諸元と可変面間隔を表10に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図10に示す。
表11に実施例1〜5のズームレンズの条件式(1)〜(6)の対応値を示す。表11に示す値はd線を基準とするものである。
以上のデータからわかるように、実施例1〜5のズームレンズは、広角端での全画角が75°以上あり広角に構成され、小型化および軽量化が達成され、ズーム全域で諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有している。
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図11に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係るズームレンズ1を用いた撮像装置10の概略構成図を示す。撮像装置10としては、例えば、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、または監視用カメラ等を挙げることができる。
撮像装置10は、ズームレンズ1と、ズームレンズ1の像側に配置されたフィルタ2と、フィルタ2の像側に配置された撮像素子3とを備えている。なお、図11では、ズームレンズ1が備える第1レンズ群前群G1a、第1レンズ群中群G1b、第1レンズ群後群G1c、第2レンズ群G2〜第5レンズ群G5を概略的に図示している。ただし、図11のズームレンズ1が有するレンズ群の数は一例であり、本発明の撮像装置は図11の例とは異なる数のレンズ群で構成することも可能である。
撮像素子3はズームレンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子3は、その撮像面がズームレンズ1の像面に一致するように配置される。
撮像装置10はまた、撮像素子3からの出力信号を演算処理する信号処理部5と、信号処理部5により形成された像を表示する表示部6と、ズームレンズ1の変倍を制御するズーム制御部7と、ズームレンズ1の合焦を制御するフォーカス制御部8とを備えている。なお、図11では1つの撮像素子3のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、3つの撮像素子を有するいわゆる3板方式の撮像装置であってもよい。
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
1 ズームレンズ
2 フィルタ
3 撮像素子
5 信号処理部
6 表示部
7 ズーム制御部
8 フォーカス制御部
10 撮像装置
G1 第1レンズ群
G1a 第1レンズ群前群
G1b 第1レンズ群中群
G1c 第1レンズ群後群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
Ge 最終レンズ群
L11〜L18、L21〜L24、L31〜L34、L41〜L49、L51〜L59 レンズ
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
ta、wa 軸上光束
tb、wb 最大画角の光束
Z 光軸

Claims (19)

  1. 物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、
    前記第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に該第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、
    前記第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、
    下記条件式(1)および(2)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.84<Naven (1)
    −3<f1c/f1a<−1.25 (2)
    ただし、
    Naven:前記第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
    f1c:前記第1レンズ群後群の焦点距離
    f1a:前記第1レンズ群前群の焦点距離
    とする。
  2. 物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、
    前記第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に該第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、
    前記第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、
    下記条件式(1)および(4)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.84<Naven (1)
    1.5<(R1+R2)/(R1−R2)<3.5 (4)
    ただし、
    Naven:前記第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
    R1:前記第1レンズ群前群の最も物体側の前記負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径
    R2:前記第1レンズ群前群の最も物体側の前記負メニスカスレンズの像側の面の曲率半径
    とする。
  3. 物体側から順に、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する第1レンズ群と、変倍時に隣り合う群との光軸方向の間隔を変化させて移動する複数の移動レンズ群と、変倍時に像面に対して固定されている正の屈折力を有する最終レンズ群とからなり、
    前記第1レンズ群は、物体側から順に、合焦時に像面に対して固定されている負の屈折力を有する第1レンズ群前群と、合焦時に光軸方向に移動する正の屈折力を有する第1レンズ群中群と、合焦時に該第1レンズ群中群との光軸方向の間隔が変化する正の屈折力を有する第1レンズ群後群とからなり、
    前記第1レンズ群前群は、最も物体側から順に連続して、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズとを有し、
    下記条件式(1)および(5)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.84<Naven (1)
    −2.5<f1/f1a<−1.0 (5)
    ただし、
    Naven:前記第1レンズ群前群内の負レンズのd線に対する屈折率の平均値
    f1:無限遠物体に合焦した状態の前記第1レンズ群の焦点距離
    f1a:前記第1レンズ群前群の焦点距離
    とする。
  4. 前記第1レンズ群前群は、最も像側に正レンズを有し、
    下記条件式(3)を満足する請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
    10<νaven−νavep<20 (3)
    ただし、
    νaven:前記第1レンズ群前群内の負レンズのd線基準のアッベ数の平均値
    νavep:前記第1レンズ群前群内の正レンズのd線基準のアッベ数の平均値
    とする。
  5. 下記条件式(6)を満足する請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
    −0.4<f1a/f1b<−0.1 (6)
    ただし、
    f1a:前記第1レンズ群前群の焦点距離
    f1b:前記第1レンズ群中群の焦点距離
    とする。
  6. 前記第1レンズ群前群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、負レンズと、正レンズとからなる請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  7. 前記複数の移動レンズ群において、最も物体側の移動レンズ群は正の屈折力を有する請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  8. 前記第1レンズ群後群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズが物体側から順に接合されてなる接合レンズと、正レンズとからなる請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  9. 前記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は負の屈折力を有する請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  10. 前記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群とからなる請求項記載のズームレンズ。
  11. 前記複数の移動レンズ群において、最も像側の移動レンズ群は正の屈折力を有する請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズ。
  12. 前記複数の移動レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズ群と、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群とからなる請求項11記載のズームレンズ。
  13. 下記条件式(1−1)を満足する請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
    1.85<Naven<1.96 (1−1)
  14. 下記条件式(2−1)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    −2.5<f1c/f1a<−1.35 (2−1)
  15. 下記条件式(3−1)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    11<νaven−νavep<18 (3−1)
  16. 下記条件式(4−1)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    1.8<(R1+R2)/(R1−R2)<3.3 (4−1)
  17. 下記条件式(5−1)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    −2.2<f1/f1a<−1.1 (5−1)
  18. 下記条件式(6−1)を満足する請求項記載のズームレンズ。
    −0.35<f1a/f1b<−0.11 (6−1)
  19. 請求項1から18のいずれか1項記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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