JPWO2019235471A1 - ズームレンズシステムおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

物体側（１１）から順番に配置された、負の屈折力のレンズ群であって、ズーミングする際に移動する第１のレンズ群（Ｇ１）と、開口絞り（Ｓｔ）を含み、ズーミングする際に移動する、正の屈折力の第２のレンズ群（Ｇ２）と、像面に対して位置が固定された正の屈折力の第３のレンズ群（Ｇ３）とから構成される撮像用のズームレンズシステム（１０）を提供する。第２のレンズ群は、開口絞りを含む、正の屈折力の物体側の第１のサブレンズ群（Ｓ１）と、フォーカシングの際に第１のサブレンズ群と独立して移動する、負の屈折力の像面側の第２のサブレンズ群（Ｓ２）とを含む。

Description

本発明は、ズームレンズシステムおよびそれを有する撮像装置に関するものである。

日本国特開２０１６−１４８０７号には、全ズーム域、全フォーカス域で良好な性能を有しつつ、動画撮影にも最適な小型の光学系を提供することが開示されている。この文献には、広角端から望遠端にかけて、負の第１群と正の第２群の群間隔を小さく、第２群と負の第３群の群間隔を大きく、第３群と正の第４群の群間隔を小さくなるように第２群、第３群、第４群を共に物体側へ移動させてズーミングを行い、第３群を負の第３Ａ群、負の第３Ｂ群からなり、第３Ａ群、もしくは、第３Ｂ群の内、一方を負レンズ１枚、もう一方を負レンズと正レンズで構成し、負レンズ１枚のレンズ群のみを光軸と略垂直方向に移動させて防振を行うことが記載されている。

さらにコンパクト、軽量で取り扱いが容易であり、収差が良好に補正された画像を取得できるレンズシステムおよびそれを備えた撮像装置が求められている。

本発明の一態様は、撮像用のズームレンズシステムである。ズームレンズシステムは、物体側から順番に配置された、負の屈折力の第１のレンズ群であって、ズーミングする際に像面側に移動する第１のレンズ群と、開口絞りを含み、ズーミングする際に物体側に移動する正の屈折力の第２のレンズ群と、像面に対して位置が固定された正の屈折力の第３のレンズ群とから構成され、第２のレンズ群は、開口絞りを含む、正の屈折力の物体側の第１のサブレンズ群と、フォーカシングの際に第１のサブレンズ群と独立して移動する、負の屈折力の像面側の第２のサブレンズ群とを含む。第１のレンズ群および第２のレンズ群は、広角端から望遠端にズーミングする際に、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の間隔は狭くなり、第２のレンズ群と第３のレンズ群との間の間隔は広くなるように移動する。典型的には、第１のレンズ群の望遠端の位置は、広角端の位置に対し、像面側となり、第２のレンズ群の望遠端の位置は、広角端の位置に対し、物体側となる。

このズームレンズシステムは、全体として、負−正−正の屈折力配置を備え、広角でも周辺光量を確保しやすく、明るいズームレンズシステムを提供できる。また、像面側の第３のレンズ群を固定することによりズーミングのための機構を簡略化している。さらに、ズーミング（変倍）の際に物体側に移動する第２のレンズ群の像面側にフォーカシング用の第２のサブレンズ群を配置し、変倍に伴うフォーカシングのための移動距離を小さくするとともに、第１のレンズ群および第２のレンズ群を移動するズーミングのための機構を物体側に配置し、第２のレンズ群の像面側のみを動かすフォーカシングの機構を像面側に配置することを可能としている。したがって、ズーミング用の機構とフォーカシング用の機構とが複雑化することを抑制でき、これらの機構を簡略化して、分散して配置できるので、コンパクト、軽量で取扱いが容易なズームレンズシステムを提供できる。さらに、フォーカシング用の機構を像面側の手元側に配置できるので、操作も容易なズームレンズシステムを提供できる。

また、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群を負の屈折力とすることにより、ズームレンズシステム全体として、負−正−負−正の屈折力配置となり、収差を良好に補正しやすい。第２のサブレンズ群は、正の屈折力の第１のレンズユニットと、負の屈折力の第２のレンズユニットとを含み、第１のレンズユニットの焦点距離ｆＬＰと、第２のレンズユニットの焦点距離ｆＬＮとが以下の条件（１）を満たしてもよい。
０．２５＜｜ｆＬＮ／ｆＬＰ｜＜０．５０・・・（１）
フォーカシングを行う第２のサブレンズ群を屈折力の異なる２つのレンズユニットにより構成することにより、フォーカシングとともに収差を良好に補正できる。条件（１）の上限を上回ると、負の屈折力が弱くなりすぎて、収差補正が不足し、像面湾曲、球面収差、軸上色収差が悪化する。一方、条件（１）の下限を下回ると、負の屈折力が強くなりすぎて収差補正が過剰となり、像面湾曲および球面収差が悪化する。

全体として負の屈折力の第２のサブレンズ群を構成する第１のレンズユニットは、正の屈折力の１枚のレンズにより構成してもよく、第２のレンズユニットは、負の屈折力の２枚のレンズにより構成してもよい。負の屈折力のレンズの枚数を増やすことにより、収差補正に寄与する面を増やすことができる。例えば、第２のレンズユニットは、物体側から、両凹のレンズと、像面側に凸の負のメニスカスレンズとにより構成してもよい。

第１のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ１と、第２のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ２とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
０．５＜｜ｆＳ１／ｆＳ２｜＜１．５・・・（２）
開口絞りの像面側にフォーカシングのレンズ群を配置すると、フォーカスを動かすことによりＦ値（ＦＮｏ）が変動しやすい傾向となる。このため、このズームレンズシステムにおいては、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群の屈折力と、開口絞りを含む第１のサブレンズ群の屈折力とをほぼ同じ範囲として、フォーカシングによる影響を抑止している。さらに、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群との屈折力の比を条件（２）の範囲に設定することで良好な収差補正能力を得ることができる。条件（２）の上限を超えると、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群の屈折力が強くなりすぎて過剰補正となりやすく、像面湾曲、球面収差の性能が悪化しやすい。条件（２）の下限を下回ると、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群の屈折力が弱すぎて収差補正が不足し、像面湾曲、球面収差およびコマ収差の性能が悪化しやすい。条件（２）の上限は１．３であってもよく、下限は０．７であってもよい。

第１のサブレンズ群は、開口絞りの物体側に配置された、正の屈折力の前群と、開口絞りの像面側に配置された、正の屈折力の後群とを含んでもよい。さらに、前群の焦点距離ｆＦＳ１と、後群の焦点距離ｆＢＳ１とが以下の条件（３）を満たしてもよい。
１．０＜ｆＦＳ１／ｆＢＳ１＜２．０・・・（３）
屈折力が正の第１のサブレンズ群を開口絞りの前後に分散することにより収差補正が行いやすい。また、ズーミングの際に開口絞りが移動するため、開口絞りの物体側に正の屈折力の前群を配置することにより光束の広がりを抑制して明るいズームレンズシステムを提供できる。さらに、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群の物体側に位置する後群の正の屈折力を前群の正の屈折力と比較して小さく（強く）できるので、第２のサブレンズ群に入射する光束を光軸に対して平行化しやすく、第２のサブレンズ群のフォーカシング性能を向上できる。

後群の焦点距離ｆＢＳ１と、第２のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ２とが以下の条件（４）を満たしてもよい。
１．０＜｜ｆＢＳ１／ｆＳ２｜＜２．０・・・（４）
条件（４）の下限を超える（下回る）と、後群の正の屈折力が強くなりすぎてフォーカシングの際の収差補正が難しくなる。条件（４）の上限を超えると、後群の正の屈折力が弱くなりすぎてフォーカシングを行う第２のサブレンズ群が大口径になりやすい。

このズームレンズシステムにおいて、第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群とが、ズーミングする際に一体で移動してもよい。第１のサブレンズ群と第２のサブレンズ群とが、ズーミングする際に別体で移動してもよい。ズームレンズシステムは、ズーミングする際に、第1のレンズ群および第２のレンズ群を移動するズーム機構と、フォーカシングする際に、第２のサブレンズ群を移動するフォーカシング機構とをさらに有していてもよい。

また、本発明の他の態様の１つは、上記のズームレンズシステムと、ズームレンズシステムの像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置である。

ズームレンズシステムおよび撮像装置の概略構成を示す図。 レンズデータを示す図。 非球面係数を示す図。 ズーミングの際に変動する数値を示す図。 フォーカシングの際に変動する数値を示す図。 焦点距離が最近接の広角端、望遠端および中間における諸収差を示す図。 ズームレンズシステムおよび撮像装置の他の例の概略構成を示す図。 図７に示すシステムのレンズデータを示す図。 図７に示すシステムの非球面係数を示す図。 図７に示すシステムのズーミングの際に変動する数値を示す図。 図７に示すシステムのフォーカシングの際に変動する数値を示す図。 図７に示すシステムの、焦点距離が最近接の広角端、望遠端および中間における諸収差を示す図。

発明の実施の形態

図１に、撮像用の光学系を備えた撮像装置（カメラ、カメラ装置）の一例を示している。図１（ａ）は広角端における各レンズの配置を示し、図１（ｃ）は望遠端における各レンズの配置を示し、図１（ｂ）は中間状態における各レンズの配置を示している。このカメラ１は、光学系（撮像光学系、結像光学系、レンズシステム）１０と、光学系１０の像面側（画像側、撮像側、結像側）１２に配置された撮像素子（撮像デバイス、像面）５とを有する。光学系１０は、撮像用のズームレンズシステム１０であって、３群１５枚構成のレンズシステムである。具体的にはレンズシステム１０は、物体側１１から順番に配置された、負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔを含む正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３とから構成されている。広角端から望遠端にズーミングする際に、第１のレンズ群Ｇ１は像面側１２に移動してから、その後、物体側１１へ移動し、第２のレンズ群Ｇ２は一体で物体側１１に移動し、第３のレンズ群Ｇ３は、像面５に対して位置が固定される。第２のレンズ群Ｇ２は、開口絞りＳｔを含む、正の屈折力の物体側１１の第１のサブレンズ群Ｓ１と、フォーカシングの際に第１のサブレンズ群Ｓ１と独立して移動する、負の屈折力の像面側１２の第２のサブレンズ群Ｓ２とを含む。

ズーミングする際に、第１のレンズ群Ｇ１の移動量に比べて第２のレンズ群Ｇ２の移動量の方が大きい。このため、第１のレンズ群Ｇ１が物体側１１に動いたとしても、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間隔は広角側から望遠側へ向かうにしたがって小さくなる。また、ズーミングする際に、第３のレンズ群Ｇ３は固定であるため、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との間隔は、広角側から望遠側へ向かうにしたがって大きくなる。第１のレンズ群Ｇ１の望遠端の位置は、広角端の位置に対し像面側１２となり、第２のレンズ群Ｇ２の望遠端の位置は、広角端の位置に対し物体側１１となる。

収差補正能力が高く高性能のズームレンズシステム１０は一般的にレンズの構成枚数が多く、口径も大きい。このために重く、取り回しが大変で、安定した画像を取得することは容易ではない。特に、高画質の画像を撮影するためのレンズシステムは、レンズの構成枚数が１０〜２０枚近くと多く、ハンディーでの取り回しは難しい。さらに、ズーミングにより、絞りが動くことでＦ値も変動するため、ズーミングしながら、焦点を合わせたり、明るさの変動の少ない画像を取得するためには撮影者の技能と経験とを要する作業となっている。

このズームレンズシステム１０においては、屈折力が負の第１のレンズ群Ｇ１と、屈折力が正の第２のレンズ群Ｇ２と、屈折力が正の第３のレンズ群Ｇ３とから構成されている。このため、ズームレンズシステム１０は、全体の屈折力構成として、ネガティブリードの負−正−正のレトロフォーカスタイプのズームレンズシステム１０となっている。さらに、第２のレンズ群Ｇ２は、屈折力が正の第１のサブレンズ群Ｓ１と、焦点調整用の屈折力が負の第２のサブレンズ群Ｓ２とを組み合わせた構成となっており、サブレンズ群を考慮すると、負−正−負−正の２つのレトロフォーカスを組み合わせたタイプとなっている。したがって、レンズシステム１０は、全体として、広角（高画角）でありながら、最も物体側１１のレンズ径をそれほど大きくせずに、比較的大きなズーム比を確保できる構成となっている。また、このズームレンズシステム１０は、負−正−負−正の４群で、物体側１１の負−正−負の３つの群をズーミングの際に移動し、像面側１２の負の群をフォーカシングの際に移動し、最も像面側１２の正の群をズーミングおよびフォーカシングの際に固定したレンズシステムとして提供できる。

さらに、ズーミング（変倍）の際に、第１のレンズ群Ｇ１を像面側１２に移動してから、その後物体側１１へ移動するようにすることで、第２のレンズ群Ｇ２の移動に伴う収差の変動及び像点の移動を補償しつつ、望遠側での第２のレンズ群Ｇ２の物体側１１への移動量を確保している。さらに、ズーミングの際に、物体側１１に移動する第２のレンズ群Ｇ２の像面側１２にフォーカシング用の第２のサブレンズ群Ｓ２を配置し、ズーミングと連動してフォーカシング用の第２のサブレンズ群Ｓ２を移動することにより、第２のサブレンズ群Ｓ２の変倍に伴うフォーカシングのための移動距離を小さくしている。

さらに、ズーミングの際に、最も像面側１２の第３のレンズ群Ｇ３を固定し、物体側１１の第１のレンズ群Ｇ１および第２のレンズ群Ｇ２を移動し、さらに、第２のレンズ群Ｇ２の像面側１２の第２のサブレンズ群Ｓ２によりフォーカシングを行う。したがって、図１（ｃ）に示すように、ズーミング用の機構１８と、フォーカシング用の機構１６とを分けて、ズーミング用の機構１８を物体側１１に配置し、フォーカシング用の機構１６を像面側１２に配置することが可能となる。このため、ズーミング用の機構１８およびフォーカシング用の機構１６が複雑になることを避けて簡略化でき、全体として、コンパクトで、軽量であり、さらに取扱いが容易なズームレンズシステム１０を提供できる。また、最も像面側１２の第３のレンズ群Ｇ３を固定することにより、ズームレンズシステム１０の撮像デバイス５に近い側の構成が簡易になりズームレンズシステム１０と撮像デバイス５との接続が容易になる。さらに、撮像の際に常に操作する可能性があるフォーカシング用の機構１６を、撮影者に近い手元となる像面側１２に配置できるので、フォーカシング（合焦）操作も容易なズームレンズシステム１０を提供できる。

さらに、第２のレンズ群Ｇ２の物体側１１の第１のサブレンズ群Ｓ１は、開口絞りＳｔの物体側１１に配置された、正の屈折力の前群Ｓ１ｆと、開口絞りＳｔの像面側１２に配置された、正の屈折力の後群Ｓ１ｂとを含む。したがって、このズームレンズシステム１０は、絞りＳｔを挟んで両側に配置されたレンズ群Ｓ１ｆおよびＳ１ｂを考慮すると、負−正−正−負−正の５群で、物体側１１の負−正−（絞り）−正−負の絞りＳｔを挟んで対象なパワー配置の４つの群をズーミングの際に移動し、像面側１２の負の群をフォーカシングの際に移動し、最も像面側１２の正の群をズーミングおよびフォーカシングの際に固定したレンズシステムとして提供できる。

また、フォーカシング群である第２のサブレンズ群Ｓ２は、物体側１１より順に、正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１と、負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２とを含む。各群およびユニットの屈折力は、上述したように、フォーカシングおよび収差補正を良好に行うために条件（１）から（４）を満足するように調整されている。

図２に、レンズシステム１０を構成する各レンズのデータを示している。曲率半径（Ｒｉ）は物体側１１から順に並んだ各レンズの各面（Ｓ）の曲率半径（ｍｍ）、間隔ｄｉは各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、屈折率ｎｄは各レンズの屈折率（ｄ線）、アッベ数νｄは各レンズのアッベ数（ｄ線）、有効径Ｄｉ（ｍｍ）は各レンズの有効な直径を示している。なお、最終の間隔、本例においてはｄ２９からｄ３２までを足し合わせた距離がレンズシステム１０と撮像デバイス５との距離（バックフォーカス、ＢＦ）を示す。以下においても同様である。また、各群、各サブレンズ群およびレンズユニットの焦点距離（合成焦点距離）を合わせて示している。

図３には、レンズシステム１０に含まれる非球面の係数を示す。この例では、第２のレンズ群Ｇ２の最も物体側１１のレンズＬ５の物体側１１の面Ｓ９および像面側１２の面Ｓ１０と、第２のレンズ群Ｇ２の最も像面側１２のレンズＬ１４の物体側１１の面Ｓ２６および像面側１２の面Ｓ２７とが非球面となっている。ズーミングの際に比較的大きく動く第２のレンズ群Ｇ２の両端のレンズＬ５およびＬ１４、さらに、フォーカシング群Ｓ２に含まれるレンズＬ１４の両面を非球面とすることにより、フォーカスの全域およびズーミング（変倍）の全域にわたり、安定して良好に収差補正をすることができる。

非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図３に示した係数Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥを用いて次式（Ｘ）で表わされる。以降の実施形態においても同様である。なお、「Ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）^２Ｙ^２｝^１／２］
＋ＡＹ^４＋ＢＹ^６＋ＣＹ^８＋ＤＹ^１０・・・（Ｘ）

図４に、レンズシステム１０の各ズーム位置、広角端（ＷＩＤＥ）、望遠端（ＴＥＬＥ）および中間（ＭＩＤＤＬＥ）におけるデータを示している。図４には、ズームレンズシステム１０の合成焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー、画角、レンズ群間の距離（ｄ８およびｄ２７、ｍｍ）と、開口絞りＳｔの開口径Φｓｔ（直径、ｍｍ）を示している。開口絞りＳｔはレンズシャッタを兼ねており、第２のレンズ群Ｇ２とともにズーミングの際に移動するとともに開口径を変えて、すべてのズーム範囲において、収差が良好に補正される範囲で、十分な明るさ（Ｆナンバー）が得られるようにしている。

図５に、焦点距離が無限遠（ＩＮＦＩＮＩＴＹ）、中間（２ｍ）および最短（最近接、０．６５ｍ）のときの広角端（ＷＩＤＥ）、中間（ＭＩＤＤＬＥ）および望遠端（ＴＥＬＥ）における、フォーカシング群Ｓ２と、その物体側の第１のサブレンズ群Ｓ１との間隔ｄ２１（ｍｍ）の値を示している。

図６に、レンズシステム１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。球面収差は、波長４０４．６６００ｎｍ（長破線）、波長４３５．８３４０ｎｍ（二点鎖線）と、波長４８６．１３３０ｎｍ（中破線）と、波長５４６．０７４０ｎｍ（実線）と、波長５８７．５６２０ｎｍ（一点鎖線）と、波長６５６．２７３０ｎｍ（短破線）とを示している。非点収差はタンジェンシャル光線Ｔとサジタル光線Ｓとを示している。以下に示す収差図においても同様である。図６（ａ）は、焦点距離が無限遠の広角端、図６（ｂ）は、焦点距離が無限遠の中間状態、図６（ｃ）は、焦点距離が無限遠の望遠端における各収差を示している。

これらの図に示したレンズシステム１０では、最も物体側１１に配置され、広角端から望遠端に変倍する際に像面側１２に移動してから、その後物体側１１へ移動する、負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から配置された、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスレンズＬ１と、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスレンズＬ２と、両凹の負レンズＬ３と、物体側１１に凸の正の屈折力のメニスカスレンズＬ４とを含む、負−負−負−正のパワー配置の４枚構成である。ズームレンズシステム１０は、全体がレトロフォーカスであって、最も物体側１１のレンズＬ１に物体側１１に凸の負のメニスカスレンズＬ１を採用することにより、周辺光を取り入れやすく、広角で明るいレンズシステム１０を提供できる。

広角端から望遠端に変倍する際に物体側１１に移動する、全体として正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２は、物体側１１から、開口絞りＳｔを挟んで前後に配置された、正の屈折力の前群Ｓ１ｆと後群Ｓ１ｂとから構成された、全体として正の屈折力の第１のサブレンズ群Ｓ１と、正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１と、負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２とから構成された、全体として負の屈折力のフォーカスレンズ群である第２のサブレンズ群Ｓ２とを含む。

前群Ｓ１ｆは、物体側１１から、両凸の正レンズＬ５と、両凹の負レンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７とを含む、正−負−正のパワー配置の３枚構成であり、負レンズＬ６および正レンズＬ７により正のパワーの接合レンズＢ１が構成されている。開口絞りＳｔを挟んで像面側１２の後群Ｓ１ｂは、物体側１１から、両凸の正レンズＬ８、物体側に凸の負のメニスカスレンズＬ９、両凸の正レンズＬ１０および像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１１を含む、正−負−正−負のパワー配置の４枚構成であり、正レンズＬ１０および負のメニスカスレンズＬ１１により正のパワーの接合レンズＢ２が構成されている。

フォーカスレンズ群Ｓ２を構成する、物体側１１の正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１は、両凸の正レンズＬ１２、すなわち正のパワーの１枚構成であり、像面側１２の負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２は、両凹の負レンズＬ１３と、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１４とを含み、負−負のパワー配置の２枚構成である。

また、変倍の際に固定された、正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３は、両凸の正レンズＬ１５、すなわち正のパワーの一枚構成となっている。

このレンズシステム１０は、変倍比（ズーム比）２．０４倍のズームレンズであり、Ｆナンバーが４．０前後と明るく、さらに、広角端において画角３８．５度以上という広角なズームレンズシステムとなっている。第１のレンズ群Ｇ１、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３のそれぞれの焦点距離、さらに、第２のレンズ群Ｇ２の第１のサブレンズ群Ｓ１の焦点距離ｆＳ１、第２のサブレンズ群Ｓ２の焦点距離ｆＳ２、第１のサブレンズ群Ｓ１の前群Ｓ１ｆの焦点距離ｆＦＳ１、後群Ｓ１ｂの焦点距離ｆＢＳ１、第２のサブレンズ群Ｓ２の第１のレンズユニットＬＵ１の焦点距離ｆＬＰ、第２のレンズユニットＬＵ２の焦点距離ｆＬＮは図２に示した通りである。したがって、このレンズシステム１０の上述した条件の値は以下通りである。
条件（１） （｜ｆＬＮ／ｆＬＰ｜）： ０．３２
条件（２） （｜ｆＳ１／ｆＳ２｜）： １．２０
条件（３） （ｆＦＳ１／ｆＢＳ１）： １．５１
条件（４） （｜ｆＢＳ１／ｆＳ２｜）： １．５８

このズームレンズシステム１０は、それぞれの条件（１）〜（４）を満たす。すなわち、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群Ｓ２は、条件（１）を満たす屈折力で、屈折力の異なる２つのレンズユニットＬＵ１およびＬＵ２により構成されており、フォーカシングとともに収差を良好に補正することができる。また、正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１を最小構成の１枚のレンズにより構成する一方、レンズユニットＬＵ１より屈折力が強く設定された負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２を、最小構成ではなく２枚のレンズにより構成することにより、簡易な構成で収差補正に寄与する面を増やし、フォーカシング能力に加えて収差補正能力も確保している。

特に、本例においては、正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１を開口絞りＳｔに近い物体側１１に配置し、さらに、像面側１２の第２のレンズユニットＬＵ２を物体側１１から、両凹の負レンズＬ１３と、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１４とにより構成している。したがって、第１のサブレンズ群Ｓ１により光軸１５に平行に絞られた光束に対し、正−負のレンズＬ１２およびＬ１３を動かすことによりフォーカシングの調整ができる。さらに、両凹の負レンズＬ１３と、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１４との負−負のレンズにより光束を広げた状態で、面積の大きな両凸の正レンズＬ１５を通過させることができ、各撮影距離における収差補正を良好に行うことが可能となる。加えて、本例のズームレンズシステム１０においては、フォーカシング用のサブレンズ群Ｓ２の最も像面側１２で面積が拡大された負のメニスカスレンズＬ１４の両面を非球面としており、すべてのズーム位置と撮影距離において、良好に収差を補正することができる。

さらに、このレンズシステム１０においては、フォーカス群である第２のサブレンズ群Ｓ２の物体側１１に位置する第２のレンズ群Ｇ２の第１のサブレンズ群Ｓ１の屈折力を、条件（２）を満たす範囲で、第２のサブレンズ群Ｓ２の屈折力とほぼ均等になるように設定している。開口絞りＳｔの像面側１２にフォーカシングのレンズ群Ｓ２を配置すると、フォーカスを動かすことによりＦ値（ＦＮｏ）が変動しやすい傾向となる。これに対し、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群Ｓ２の屈折力と、開口絞りを含む第１のサブレンズ群Ｓ１の屈折力とをほぼ等しく設定することにより、フォーカシング群Ｓ２が移動することによるＦ値の変動を抑制している。

また、このレンズシステム１０においては、フォーカス群である第２のサブレンズ群Ｓ２の物体側１１に位置する第２のレンズ群Ｇ２の第１のサブレンズ群Ｓ１を、開口絞りＳｔの前後の群として前群Ｓ１ｆおよび後群Ｓ１ｂに分けて、第１のサブレンズ群Ｓ１の正の屈折力を、条件（３）を満たすように分散している。屈折力が正の第１のサブレンズ群Ｓ１を開口絞りＳｔの前後に分散することにより収差を良好に補正しやすい。また、このレンズシステム１０においては、ズーミングの際に開口絞りＳｔが移動する。このため、開口絞りＳｔの物体側１１に正の屈折力の前群Ｓ１ｆを配置することにより光束の広がりを抑制でき、開口絞りＳｔにより周辺光が蹴られることを抑制し、明るいズームレンズシステム１０を提供できる。さらに、フォーカシングを行う第２のサブレンズ群Ｓ２よりも物体側１１に位置する後群Ｓ１ｂの正の屈折力を、前群Ｓ１ｆの正のパワーと比較して小さく（強く）できるので、第２のサブレンズ群Ｓ２に入射する光束のうち、両凸レンズＬ１２の物体側の面上において有効径で規定される円周上に入射する光線（本実施例においては、主光線が最も光軸から離れた位置に入射する軸外光束の上光線または下光線）を光軸１５に対して略平行化できる。このため、フォーカシングの際に移動する第２のサブレンズ群Ｓ２を小型化でき、フォーカシング機構１６の負荷を軽減し、コンパクトなズームレンズ１０を提供できる。また、フォーカシング群Ｓ２では、入射する光が光軸１５に対して平行で、像面側１２に出射される光が広がる傾向になるので、フォーカシング群Ｓ２が光軸１５に沿って移動した距離による寄与が異なるレンズ面で収差補正が可能となり、より広い範囲で精度よく収差を補正できる。

また、第１のサブレンズ群Ｓ１の後群Ｓ１ｂの屈折力をフォーカシング群である第２のサブレンズ群Ｓ２の屈折力に対して若干弱く、条件（４）を満たすように設定している。このような屈折力配置を採用することにより、フォーカシング群Ｓ２に入射する光束の広がりをさらに精度よく制御することが可能となり、フォーカシング群Ｓ２の小型と、収差補正能力の向上を図ることができる。

さらに、上述したように、このズームレンズシステム１０においては、ズーミング用の機構１８とフォーカシング用の機構１６とを分離して光軸１５に沿って配置することができる。したがって、レンズの移動用の機構を簡易にでき、コンパクトで軽量な、取扱いが容易なレンズシステム１０を提供できる。また、フォーカシング用の機構１６を手元に配置できるので、手でも持ちやすい、操作しやすいレンズシステム１０を提供できる。また、上記のように各条件を満足した屈折力配置を採用することにより、図６に示すように、ズーミングの全域において諸収差が良好に補正された画像を取得できるズームレンズシステム１０を提供できる。

図７に、撮像装置１の異なる例を示している。この撮像装置（カメラ）１も、ズームレンズシステム（撮像光学系、結像光学系、レンズシステム）１０と、レンズシステム１０の像面側（画像側、撮像側、結像側）１２に配置された撮像素子（撮像デバイス、像面）５とを有する。図７は、図１と同様にレンズシステム１０の幾つかの状態におけるレンズ配置を示しており、図７（ａ）は、フォーカス位置が無限遠の広角端のレンズ配置を示し、図７（ｂ）は、フォーカス位置が無限遠の広角端と望遠端との中間のレンズ配置を示し、図７（ｃ）は、フォーカス位置が無限遠の望遠端におけるレンズ配置を示している。

このズームレンズシステム１０の基本的な構成は、上述したシステムと同様であり、ズームレンズシステム１０は、ズーミングの際の移動方向に着目すると負−正−正の３群１５枚構成のレンズシステムである。また、このズームレンズシステム１０も、フォーカシング群Ｓ２に注目すると、負−正−負−正の４群１５枚構成のレンズシステムであり、絞りＳｔの前後のレンズ群Ｓ１ｆおよびＳ１ｂに注目すると、負−正−正−負−正の５群構成のレンズシステムである。

すなわち、レンズシステム１０は、物体側１１から順番に配置された、負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１であって、広角端から望遠端にズーミングする際に像面側１２に移動してから、その後物体側１１へ移動する第１のレンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔを含み、広角端から望遠端にズーミングする際に物体側１１に移動する正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２と、像面５に対して位置が固定された正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３とから構成されている。第２のレンズ群Ｇ２は、開口絞りＳｔを含む、正の屈折力の物体側１１の第１のサブレンズ群Ｓ１と、フォーカシングの際に第１のサブレンズ群Ｓ１と独立して移動する、負の屈折力の像面側１２の第２のサブレンズ群Ｓ２とを含む。第１のサブレンズ群Ｓ１は、開口絞りＳｔの物体側１１に配置された正の屈折力の前群Ｓ１ｆと、像面側１２に配置された正の屈折力の後群Ｓ１ｂとから構成されている。第２のサブレンズ群Ｓ２は、正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１と負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２とから構成されている。

したがって、このレンズシステム１０においても、絞りＳｔを挟んで対象な負−正−絞り−正−負の４群の構成を移動してズーミングを行い、これらの中の像面側１２の負の群をフォーカシングのために移動する。さらに、このレンズシステム１０においては、フォーカシング群である第２のサブレンズ群Ｓ２は、広角端から望遠端にズーミングする際に、第１のサブレンズ群Ｓ１と同様に物体側１１に移動するが、移動量が異なり、別体で移動する。したがって、このレンズシステム１０においては、図１に示したズームレンズシステム１０と同様に、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２とを協働で制御するズーム用の機構を設けてもよく、図７に示したように、第１のレンズ群Ｇ１と第１のサブレンズ群Ｓ１とを協働で制御するズーミング用の機構１８と、第２のサブレンズ群Ｓ２をズーミングおよびフォーカシング用に制御する機構１７とを設けてもよい。いずれの場合も、ズーミング用の機構１８と、フォーカシング機能を含む機構１７とを、物体側１１および像面側１２に分けて配置することが可能となり、コンパクト・軽量で取扱いやすいズームレンズシステム１０を提供できる。

図８に、レンズシステム１０を構成する各レンズのデータを示している。図９に、レンズシステム１０に含まれる非球面の係数を示している。本例においても、第２のレンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズＬ５の両面Ｓ９およびＳ１０と、最も像面側１２のレンズＬ１４の両面Ｓ２６およびＳ２７が非球面となっている。図１０に、レンズシステム１０の広角端、望遠端および中間における諸数値を示している。各数値は図４に基づき説明したものと同様であるが、本例では、ズーミングの際に第２のサブレンズ群Ｓ２が第１のサブレンズ群Ｓ１とは別に移動するので、可変間隔ｄ２１の値をさらに示している。図１１は、図５と同様に、各撮影距離におけるフォーカシング群である第２のサブレンズ群Ｓ２の位置を可変間隔ｄ２１により示している。

図１２に、レンズシステム１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。図１２は、焦点距離が無限遠の広角端（図１２（ａ））、中間（図１２（ｂ））および望遠端（図１２（ｃ））の収差を示している。

このレンズシステム１０の各レンズＬ１〜Ｌ１４の基本的な構成は、レンズＬ９が両凹の負レンズであることを除き、図１に示したレンズシステム１０と共通する。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から配置された、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスレンズＬ１と、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスレンズＬ２と、両凹の負レンズＬ３と、物体側１１に凸の正の屈折力のメニスカスレンズＬ４とを含む、負−負−負−正のパワー配置の４枚構成である。

第２のレンズ群Ｇ２の第１のサブレンズ群Ｓ１の前群Ｓ１ｆは、物体側１１から、両凸の正レンズＬ５と、両凹の負レンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７とを含む、正−負−正のパワー配置の３枚構成であり、負レンズＬ６および正レンズＬ７により接合レンズＢ１が構成されている。開口絞りＳｔを挟んで像面側１２の後群Ｓ１ｂは、物体側１１から、両凸の正レンズＬ８、両凹の負レンズＬ９、両凸の正レンズＬ１０および像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１１とを含む、正−負−正−負のパワー配置の４枚構成であり、正レンズＬ１０および負のメニスカスレンズＬ１１により接合レンズＢ２が構成されている。フォーカスレンズ群Ｓ２を構成する、物体側１１の正の屈折力の第１のレンズユニットＬＵ１は、両凸の正レンズＬ１２、即ち正のパワーの１枚構成であり、像面側１２の負の屈折力の第２のレンズユニットＬＵ２は、両凹の負レンズＬ１３と、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ１４とを含む、負−負のパワー配置の２枚構成である。

また、変倍の際に固定された、正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３は、物体側１１のフラットな正レンズＬ１５の、正のパワーの一枚構成となっている。

このレンズシステム１０も、変倍比（ズーム比）２．０４倍のズームレンズであり、Ｆナンバーが４．０前後と明るく、さらに、広角端において画角３９．４度という広角なズームレンズシステムとなっている。第１のレンズ群Ｇ１、第２のレンズ群Ｇ２、第３のレンズ群Ｇ３のそれぞれの焦点距離、さらに、第２のレンズ群Ｇ２の第１のサブレンズ群Ｓ１の焦点距離ｆＳ１、第２のサブレンズ群Ｓ２の焦点距離ｆＳ２、第１のサブレンズ群Ｓ１の前群Ｓ１ｆの焦点距離ｆＦＳ１、後群Ｓ１ｂの焦点距離ｆＢＳ１、第２のサブレンズ群Ｓ２の第１のレンズユニットＬＵ１の焦点距離ｆＬＰ、第２のレンズユニットＬＵ２の焦点距離ｆＬＮは図８に示した通りである。したがって、このレンズシステム１０の上述した条件の値は以下通りである。
条件（１） （｜ｆＬＮ／ｆＬＰ｜）： ０．４５
条件（２） （｜ｆＳ１／ｆＳ２｜）： ０．８１
条件（３） （ｆＦＳ１／ｆＢＳ１）： １．０６
条件（４） （｜ｆＢＳ１／ｆＳ２｜）： １．３２

図７に示したレンズシステム１０は、条件（１）〜（４）を満足しており、コンパクトで軽量化が可能であるとともに、図１２に示すように、ズーミングの全域において諸収差が良好に補正された画像を取得できるズームレンズシステム１０である。

また、ズーミングの機構およびフォーカシングの機構を前および後ろにそれぞれ集中して配置することができる点も上述した実施例のレンズシステム１０と共通し、軽量、高性能でコンパクトなレンズユニットおよび撮像装置１を提供できる。

Claims (12)

1. 撮像用のズームレンズシステムであって、
   物体側から順番に配置された、負の屈折力の第１のレンズ群であって、ズーミングする際に移動する、第１のレンズ群と、
   開口絞りを含み、ズーミングする際に移動する、正の屈折力の第２のレンズ群と、
   像面に対して位置が固定された正の屈折力の第３のレンズ群とから構成され、
   広角端から望遠端にズーミングする際に、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間の間隔は狭くなり、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群との間の間隔は広くなり、
   前記第２のレンズ群は、前記開口絞りを含む、正の屈折力の物体側の第１のサブレンズ群と、
   フォーカシングの際に前記第１のサブレンズ群と独立して移動する、負の屈折力の像面側の第２のサブレンズ群とを含む、ズームレンズシステム。
2. 請求項１において、
   前記第１のレンズ群の望遠端の位置は、広角端の位置に対し、像面側であり、
   前記第２のレンズ群の望遠端の位置は、広角端の位置に対し、物体側である、ズームレンズシステム。
3. 請求項１または２において、
   前記第２のサブレンズ群は、正の屈折力の第１のレンズユニットと、負の屈折力の第２のレンズユニットとを含み、前記第１のレンズユニットの焦点距離ｆＬＰと、前記第２のレンズユニットの焦点距離ｆＬＮとが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   ０．２５＜｜ｆＬＮ／ｆＬＰ｜＜０．５０
4. 請求項３において、
   前記第１のレンズユニットは、正の屈折力の１枚のレンズにより構成され、
   前記第２のレンズユニットは、負の屈折力の２枚のレンズにより構成されている、ズームレンズシステム。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記第１のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ１と、前記第２のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ２とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   ０．５＜｜ｆＳ１／ｆＳ２｜＜１．５
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記第１のサブレンズ群は、前記開口絞りの物体側に配置された、正の屈折力の前群と、
   前記開口絞りの像面側に配置された、正の屈折力の後群とを含む、ズームレンズシステム。
7. 請求項６において、
   前記前群の焦点距離ｆＦＳ１と、前記後群の焦点距離ｆＢＳ１とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   １．０＜ｆＦＳ１／ｆＢＳ１＜２．０
8. 請求項６または７において、
   前記後群の焦点距離ｆＢＳ１と、前記第２のサブレンズ群の焦点距離ｆＳ２とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   １．０＜｜ｆＢＳ１／ｆＳ２｜＜２．０
9. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
   前記第１のサブレンズ群と前記第２のサブレンズ群とが、ズーミングする際に一体で移動する、ズームレンズシステム。
10. 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
    前記第１のサブレンズ群と前記第２のサブレンズ群とが、ズーミングする際に別体で移動する、ズームレンズシステム。
11. 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
    ズーミングする際に、前記第1のレンズ群および前記第２のレンズ群を移動するズーム機構と、
    フォーカシングする際に、前記第２のサブレンズ群を移動するフォーカシング機構とをさらに有する、ズームレンズシステム。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のズームレンズシステムと、
    前記ズームレンズシステムの像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置。

Images