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JP4617111B2 - 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、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラやフィルム用カメラや放送用カメラ等に好適に用いられるものである。
従来、写真用カメラやビデオカメラなどに使われるズームレンズにおいて、物体側の第1レンズ群より後方(像側)のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス方式を採用した例が種々と提案されている。
これらのリアフォーカス式のズームレンズにおいて、物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成る5群構成で効率良く変倍を行い、小型化を図ったズームレンズが知られている(特許文献1)。
特許文献1の第1及び第2実施例では、物体側から像側へ順に、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、負の屈折力の第4レンズ群及び正の屈折力の第5レンズ群で構成したズームレンズを開示している。そして第5レンズ群を、物体側から像側へ順に、正の屈折力のレンズ51と正の屈折力のレンズ52と負の屈折力のレンズ53から構成し、正レンズ52と負レンズ53との間の空気レンズで球面収差、コマ収差、ディストーション等の諸収差を発生させることによって、第4レンズ群で発生する球面収差、コマ収差、ディストーション等の諸収差を良好に補正し、ズーム全域で良好な光学性能を達成している。
一方撮影系に偶発的に振動が伝わると撮影画像に画像のブレが生じる。従来、この偶発的な振動による画像のブレを補償する機構(防振機構)を具備したズームレンズが種々と提案されている。例えば光学系(ズームレンズ)を構成するレンズ群の一部を光軸と略垂直な方向に移動させて振動による画像ブレを補償する光学系が知られている(特許文献2〜4)。
一般に撮影系が振動によって傾くと、撮影画像はその傾き角と撮影系の焦点距離に応じた量だけ変位する。このため静止画の撮像装置においては、画質の劣化を防止するために撮影時間を十分に短くしなければならないという問題があり、また動画の撮像装置においては、構図の設定を維持することが困難となるという問題がある。そのためこのような撮影の際には、撮影系が振動によって傾いた際にも撮影画像の変倍、所謂撮影画像のブレが発生しないように補正することが必要となってくる。
特許文献2では、主として一眼レフカメラ用の標準ズームレンズに適用するのに好適な実施形態を開示している。特許文献2は、物体側から順に、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る4群のズームレンズにおいて第2レンズ群を防振レンズ群とし、光軸と略垂直な方向に移動させることによって撮影画像のぶれを補償する構成を開示している。
また、特許文献3では、物体側から順に、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、正または負の屈折力の第4レンズ群、負の屈折力の第5レンズ群、正の屈折力の第6レンズ群より構成される6群のズームレンズにおいて、第5レンズ群を防振レンズ群として光軸と略垂直な方向に移動させることによって撮影画像のぶれを補償する構成を開示している。
また、特許文献4では、物体側から順に、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る4群のズームレンズにおいて、第3レンズ群を正の屈折力の第31レンズ群と、負の屈折力の第32レンズ群より構成し、第32レンズ群を光軸と略垂直な方向に移動させることによって撮影画像のぶれを補償する構成を開示している。
特開平05−119260号公報 特開平08−136862号公報 特開平10−282413号公報 特開2001−166208号公報
近年、一眼レフカメラにおいては、従来の銀塩フィルム用のカメラにかわりデジタル一眼レフカメラが主流になりつつある。このデジタル一眼レフカメラ用の撮影レンズには、簡易な構成でコンパクトなものが要望されている。
特許文献2に示すような、物体側から順に、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る4群のズームレンズにおいて、第2レンズ群を防振レンズ群とする構成は、防振レンズ群の外径が大きく、重くなるため、防振が困難となり、又コンパクトさに欠けるという問題がある。
また、正、負、正、正の屈折力という4群ズームレンズ構成のため、第3レンズ群、第4レンズ群の偏心敏感度が高く、ワイド(広角端のズーム位置)からテレ(望遠端のズーム位置)へズームした際の片ボケ変化が大きいという問題があった。
また、特許文献3に示すような、物体側から順に、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、正または負の屈折力の第4レンズ群、負の屈折力の第5レンズ群、正の屈折力の第6レンズ群より構成される6群のズームレンズにおいて、第5レンズ群を防振レンズ群とする構成では、第5レンズ群で防振収差を補正しており、テレで発生するコマ収差が小さく、そのつじつまを第4レンズ群で補うよう構成している。
しかし、この構成は、レンズ群の数が6群と多く、構成が複雑となり、かつ光学系全体のコンパクトさに欠けるという問題があった。
図11に示す特許文献1の第1及び第2実施例のような、物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群L1、負の屈折力の第2レンズ群L2、正の屈折力の第3レンズ群L3、負の屈折力の第4レンズ群L4及び正の屈折力の第5レンズ群L5で構成し、第5レンズ群L5が物体側から正の屈折力のレンズG51と正の屈折力のレンズG52と負の屈折力のレンズG53からなるレンズ構成は、簡易であり、かつ光学性能が良好であるが、防振レンズ群を有する構成ではない。
また、この構成のおいて、どこかのレンズ群を防振レンズ群とする場合に光学性能的に様々な問題が発生する。
まず防振レンズ群は製品の全径をなるべく小さくする為に、負の屈折力のレンズ群とすることが望ましい。
そこで負の屈折力の第2レンズ群又は第4レンズ群の全部又は一部の負の屈折力のレンズ群を防振レンズ群として構成する場合が考えられる。
しかしながら負の屈折力の第2レンズ群を防振レンズ群とする場合、防振レンズ群の外径が大きくなり、コンパクトさおいて不利である。さらに、第2レンズ群をフォーカス群とすることができなくなるという点においても不利である。
一方負の屈折力の第4レンズ群を防振レンズ群とする場合、第2レンズ群をフォーカス群にすることが可能である。また、レンズ径がもっとも小さいレンズ群であり、コンパクトさにおいても有利である。
しかし、基本収差の補正に問題が生じてくる。
つまり、防振レンズ群は偏心収差が少なくなるよう構成する必要があり、又同時にそのレンズ群で発生するコマ収差も少なくする必要がある。
そのため、第5レンズ群で積極的に発生させていたコマ収差も少なくする必要がある。
つまり、レンズG52の像側の面と、レンズG53の物体側の面より成る空気レンズのパワーが小さくなり、図14に示すようにレンズG52の像側の面の曲率半径と、レンズG53の物体側の面の曲率半径は近い値になってくる。
レンズ群内の空気レンズの両面Ra、Rbの曲率半径が近くなるとゴーストの問題が発生してくる。
つまり図13および図13の領域Aを示す図14に示すような光路(面反射)でゴーストが発生する。
図14では面Ra、面Rbで多重反射した光LGが像面に入射し、ゴースト光となる光路を示している。
構成上、ゴースト光の空気レンズの各面への入射角は光源の位置によっては50度以上になり、増透膜をつけていたとしても、反射率は高くゴーストの光強度は無視できるレベルではない。
面Raと面Raで形成される空気レンズはコマ収差とともにディストーションも補正しているが、パワーが小さくなると補正することができなくなり、良好な収差補正ができなくなる。
本発明は、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。
本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、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、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、ズーミングに際して各レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第4レンズ群は、負の屈折力の第4aレンズ群と第4bレンズ群より成り、前記第4aレンズ群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、該ズームレンズの結像位置を変化させるレンズ群であり、前記第5レンズ群は、物体側から像側へ順に、少なくとも1面が非球面形状である正の屈折力のレンズ5aと、接合レンズ5bよりなり、前記レンズ5aの像側の面の曲率半径をR1、前記接合レンズ5bの物体側の面の曲率半径をR2とするとき、
0.1≦|(R1−R2)/(R1+R2)|≦1.64
を満足することを特徴としている。
本発明のズームレンズは、高ズーム比でありながら、全ズーム範囲で高い光学性能を有するという特徴がある。
以下、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。
図1は本発明の実施例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)はそれぞれ実施例1のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図3は本発明の実施例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)はそれぞれ実施例2のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図5は本発明の実施例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)はそれぞれ実施例3のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図7は本発明の実施例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)はそれぞれ実施例4のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図9は、本発明の実施例におけるゴーストの説明図である。
図10は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ(撮像装置)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、左方が被写体側(前方)で右方が像側(後方)である。レンズ断面図において、L1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、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群、L4は負の屈折力の第4レンズ群、L5は正の屈折力の第5レンズ群である。
SPは開口絞りであり、第3レンズ群L3の物体側に位置しており、ズーミングに際して各レンズ群と独立に移動する。
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)の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。
収差図において、d,gは各々d線及びg線、M,Sはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はg線によって表している。
Yは像高である。fnoはFナンバーである。
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、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように、第1レンズ群L1は、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間隔が広がるように物体側へ移動している。
第2レンズ群L2は像側に凸形状の軌跡を有するように移動している。第3レンズ群L3は、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との間隔が狭くなるように物体側へ移動している。
第4レンズ群L4は、第3レンズ群L3との間隔が広がるように像側へ移動している。
第5レンズ群L5は、第4レンズ群L4との間隔が狭くなるように物体側へ移動している。
各実施例においてフォーカスは第2レンズ群L2を移動させて行っている。
第4レンズ群L4は、負の屈折力の第4aレンズ群L4aと、負の屈折力の第4bレンズ群とを有している。
第4aレンズ群L4aは、防振レンズ群であり、光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて結像位置を変化させている。
第4aレンズ群L4aは、正レンズと負レンズとの接合レンズより成り、第4bレンズ群L4bは単一の負レンズより成っている。
尚、各実施例において、第4bレンズ群L4bを防振レンズ群としても良く、又第4レンズ群L4全体を防振レンズ群としても良い。
各実施例では、結像位置(画像)の変位を行うレンズ群(防振レンズ群)を前述の如く構成することによって、高い防振敏感度を確保し、かつ防振時に発生する偏芯倍率色収差の補正を良好に行っている。
第5レンズ群L5は、1面以上が非球面形状のレンズG5a(5aとも略す)と、接合レンズG5b(5bとも略す)より成っている。
図1、図7の実施例1、4では、第5レンズ群L5は、物体側から像側へ順に、両レンズ面(物体側と像側の面)が非球面形状の正レンズ(正の屈折力のレンズ)G5aと、正レンズと負レンズとを接合した弱い負の屈折力の接合レンズG5bより成っている。
実施例4では、正レンズG5aを、アッベ数70以上の硝材(例えば(株)住田光学、商品名GFK70)を用いたガラスモールドより構成している。
正レンズ5aは、低分散硝材や異常分散性の硝材を用いることによって、広角端(ワイド端)のズーム位置における倍率の色収差を良好に改善している。
図3の実施例2では、物体側から像側へ順に、物体側の面が非球面形状の正レンズG5aと、正レンズと負レンズとを接合した弱い正の屈折力の接合レンズG5bより成っている。
図5の実施例3では、物体側から像側へ順に、像側の面が非球面形状の正レンズG5aと、負レンズと正レンズとを接合した弱い正の屈折力の接合レンズG5bより成っている。
以上のように、各実施例では、非球面形状のレンズ面を第5レンズ群L5中に配置することで、防振時に発生する偏芯コマ収差の補正を容易にしている。このとき前記非球面形状の面は、研削非球面、ガラスモールド非球面、球面レンズの表面に樹脂で形成した非球面、プラスティックモールド非球面等のいずれを使用しても良い。
尚、各実施例において、第1レンズ群L1の物体側や第5レンズ群L5の像側に光学フィルターや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。
各実施例では、レンズ5aの像側の面の曲率半径をR1、該接合レンズ5bの物体側の面の曲率半径をR2とするとき、
0.1≦|(R1−R2)/(R1+R2)|≦1.64 ・・・(1)
を満足している。
また、第5レンズ群L5および接合レンズ5bのパワーをそれぞれφ5、φ5bとするとき、
を満たしている。
図11に示すような物体側から順に正の屈折力の第1レンズ群L1と、負の屈折力の第2レンズ群L2と、正の屈折力の第3レンズ群L3と、負の屈折力の第4レンズ群L4と、正の屈折力の第5レンズ群L5とからなる従来のズームレンズにおいて、もっとも簡易な第5レンズ群L5の構成は、当該図11に示すように物体側から正の屈折力のレンズG51と正の屈折力のレンズG52と負の屈折力のレンズG53から構成することである。
該正レンズG52と該負レンズG53との間の空気レンズで球面収差、コマ収差、ディストーション等の収差を発生させることによって、第4レンズ群L4で発生する球面収差、コマ収差、ディストーション等の収差を良好に補正し、ズーム全域で良好な光学性能を達成している。
この5群ズームレンズの第4レンズ群L4を防振レンズ群として、防振光学系を構成しようとすると、第4レンズ群L4の偏心収差を少なくするよう構成するために、同時にそのレンズ群で発生するコマ収差も少なくなるよう構成される。
前述した特許文献3のズームレンズでは、その防振レンズ群にするために変わってしまった収差バランスを正の屈折力の第3レンズ群L3と負の屈折力の第4レンズ群L4の間に正のレンズ群を配置し6群構成にすることによって収差補正を行っている。しかし特許文献3は、レンズ群構成が複雑になってくる。
そこで本実施例では、該第5レンズ群L5で発生するコマ収差を減らすよう、レンズG52とレンズG53を接合し接合レンズ5bとし、補正しきれなくなったディストーション等の収差をレンズG5aを非球面形状の面を有することによって補正している。
レンズG52とレンズG53を接合しない構成とすると、図12に示すような、レンズG52の像側の面の曲率半径とレンズG53の物体側の面の曲率半径が近似したものとなり、図13、図14に示すようなゴーストが発生してしまう。
接合レンズ5bはコマ収差が少ないよう構成するため、曲率半径R1とR2の値を近くするのが良い。
レンズG52の像側の面とレンズG53の物体側の面の曲率半径の値が近くなると、レンズG51とレンズG52間で図9に示すようなゴーストLGが発生しやすくなる。条件式(1)はこのときのゴーストを回避する為の条件式である。
条件式(1)を満足するようにレンズ5aの像側の面とレンズ5b(レンズG52)の物体側の面の曲率半径を特定することによって、これらの面で反射する光に基づくゴーストを少なくしている。
又、条件式(2)を満足するように、第5レンズ群L5と接合レンズ5bのパワーを特定することによって、接合レンズ5bからコマ収差の発生が少ないよう構成している。
各実施例において、更に好ましくは、条件式(1)、(2)の数値を次の如く設定するのが良い。
0.15≦|(R1−R2)/(R1+R2)|≦1.64 ・・・(1a)
|(φ5b)/(φ5)|<0.45 ・・・(2a)
又、条件式(1)の上限値と条件式(2)の下限値を次の如く設定するのが良い。
0.02<|(φ5b)/(φ5)| ・・・(2b)
以上のように各実施例によれば広角域を含む高変倍で、振動補償(防振)のための所定の偏心敏感度を具備し装置全体の小型化を可能とし、かつ振動補償時に良好な画像を得ることができる防振機能を有したズームレンズが得られる。
以下に、実施例1〜4に各々対応する数値実施例1〜4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は各面の曲率半径、diは第i面と第i面+1面との間の部材肉厚又は空気間隔、ni、νiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。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、
で表わされる。但し、Rは近軸曲率半径、Kは円錐定数、B、C、D、E、Fは非球面係数である。
又、[e−X]は[×10−X]を意味している。fは焦点距離、fnoはFナンバー、ωは半画角を表わす。
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。
次に、本発明のズームレンズを用いた一眼レフカメラシステムの実施形態を、図10を用いて説明する。図10において、10は一眼レフカメラ本体、11は本発明によるズームレンズを搭載した交換レンズ、12は交換レンズ11を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子などの記録手段、13は交換レンズ11からの被写体像を観察するファインダー光学系、14は交換レンズ11からの被写体像を記録手段12とファインダー光学系13に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー14を介してピント板15に結像した被写体像をペンタプリズム16で正立像としたのち、接眼光学系17で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー14が矢印方向に回動して被写体像は記録手段12に結像して記録される。18はサブミラー、19は焦点検出装置である。
このように本発明のズームレンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。
尚、本発明はクイックリターンミラーのない一眼レフカメラにも同様に適用することができる。
以上のように各実施例によれば、ズームレンズが振動(傾動)したときの画像のブレを、ズームレンズを構成する一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、光学的に補正して静止画像が得られ、撮影画像の安定化を図った写真用カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、デジタルカメラそして3-CCD対応の電子カメラ等の撮像装置が得られる。
実施例1のレンズ断面図 (A),(B),(C)実施例1に対応する数値実施例の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例2のレンズ断面図 (A),(B),(C)実施例2に対応する数値実施例の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例3のレンズ断面図 (A),(B),(C)実施例3に対応する数値実施例の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例4のレンズ断面図 (A),(B),(C)実施例4に対応する数値実施例の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 図1のゴーストの説明図 本発明の撮像装置の要部概略図 従来の5群ズームレンズのレンズ断面図 従来の5群ズームレンズ 従来の5群ズームレンズのゴースト光の説明図 従来の5群ズームレンズのゴースト光の説明図
符号の説明
L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
L4 第4レンズ群
L5 第5レンズ群
L4a 第4aレンズ群
L4b 第4bレンズ群
SP 開口絞り
IP 像面
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリジオナル像面
Y 像高

Claims (6)

  1. 物体側から像側へ順に、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、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、ズーミングに際して各レンズ群が移動するズームレンズであって、
    前記第4レンズ群は、負の屈折力の第4aレンズ群と第4bレンズ群より成り、前記第4aレンズ群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、該ズームレンズの結像位置を変化させるレンズ群であり、前記第5レンズ群は、物体側から像側へ順に、少なくとも1面が非球面形状である正の屈折力のレンズ5aと、接合レンズ5bよりなり、前記レンズ5aの像側の面の曲率半径をR1、前記接合レンズ5bの物体側の面の曲率半径をR2とするとき、
    0.1≦|(R1−R2)/(R1+R2)|≦1.64
    を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記接合レンズ5bは、負の屈折力であることを特徴とする請求項のズームレンズ。
  3. 前記第5レンズ群と前記接合レンズ5bのパワーをそれぞれφ5、φ5bとするとき、
    |φ5b/φ5|<0.5
    を満足することを特徴とする請求項1または2のズームレンズ。
  4. 前記レンズ5aは、物体側と像側の面が凸形状であり、前記接合レンズ5bは、正レンズと負レンズとの接合レンズより成ることを特徴とする請求項1からのいずれか1項のズームレンズ。
  5. 撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項1からのいずれか1項のズームレンズ。
  6. 請求項1からのいずれか1項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を記録する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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