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JP5656684B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 Download PDF

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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、放送用テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。
近年、テレビカメラ、銀塩フィルム用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置には、高ズーム比でしかも高い光学性能を有したズームレンズが要望されている。高ズーム比のズームレンズとして、最も物体側に正の屈折力のレンズ群を配置し、全体として4つのレンズ群より成るポジティブリード型で、テレフォト型の4群ズームレンズが知られている。例えば合焦用の正の屈折力の第1レンズ群、変倍用の負の屈折力の第2レンズ群、像面変動補正用の正の屈折力の第3レンズ群、結像用の正の屈折力の第4レンズ群より成る4群ズームレンズが知られている。この4群ズームレンズにおいて、広画角、高ズーム比化を図った4群ズームレンズが知られている(特許文献1乃至3)。
特許文献1では、広角端の撮影画角が60.93°でズーム倍率が96倍程度であるズームレンズが開示されている。特許文献2では、広角端の撮影画角が69.02°でズーム倍率が106倍程度であるズームレンズが開示されている。特許文献3では、広角端の撮影画角が62.86°でズーム倍率が120倍程度であるズームレンズが開示されている。
特開2004−264457号公報 特開2008−197533号公報 特開2010−91788号公報
テレビカメラや写真用カメラ、そしてビデオカメラ等の撮像装置は、高い光学性能を有するとともに、全系が小型軽量であることが強く要求される。高ズーム比のズームレンズにおいても、さらなる広画角化が要望されている。高ズーム比のズームレンズにおいて、物体側のレンズ群の大きさや重さはカメラレンズの操作に大きく影響する。このため、物体側のレンズ群の小型軽量化が特に重要になってきている。
一般に高ズーム比化を達成しようとすると、変倍用のレンズ群の可動領域を長く確保する必要があり、最も物体側に配置される第1レンズ群のレンズ有効径が大きくなる傾向がある。また、広画角化を達成しようとすると、レンズ系に取り込む光線入射角を広く確保する必要があり、やはり第1レンズ群のレンズ有効径が大きくなる傾向がある。広画角化と高ズーム比化を両立しながら第1レンズ群のレンズ有効径の増大を抑制するためには、構成レンズ枚数を少なくし、且つ第1レンズ群の後側主点位置をより像面側に押し出すこと(像面側へ移動すること)が有効である。
特に前述した4群ズームレンズにおいて全系の小型化を図りつつ、広画角化及び高ズーム比化を図るには、ズーミングに際して不動の第1レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要な要素になっている。第1レンズ群のレンズ構成が不適切であると、全系の小型化を図りつつ、広画角で高ズーム比のズームレンズを得るのが難しくなる。
本発明は、高ズーム比化及び広画角化が容易で、全系の小型化が容易なズームレンズおよ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、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第1レンズ群と、ズーミングに際して移動する負の屈折力の第2レンズ群と、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第3レンズ群と、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第4レンズ群からなるズームレンズであって、
前記第1レンズ群は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズG1、正レンズG2、正レンズG3、正レンズG4、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズG5より構成され、前記負レンズG1の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々G1R1、G1R2、前記負レンズG1の焦点距離をfG1、前記正レンズG5の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々G5R1、G5R2、前記正レンズG5の焦点距離をfG5、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、前記正レンズG5の材料のd線における屈折率をnd5とするとき、
−2.2<fG1/f1<−1.5
1.0<(G1R1+G1R2)/(G1R1−G1R2)<2.0
2.4<fG5/f1<3.7
−4.0<(G5R1+G5R2)/(G5R1−G5R2)<−3.0
1.48<nd5<1.65
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、高ズーム比化及び広画角化が容易で、全系の小型軽量化が容易なズームレンズが得られる。
数値実施例1の広角端におけるレンズ断面図 (A)(B)(C) 数値実施例1の広角端、中間のズーム位置、望遠端での無限遠合焦時の収差図 数値実施例2の広角端におけるレンズ断面図 (A)(B)(C) 数値実施例2の広角端、中間のズーム位置、望遠端での無限遠合焦時の収差図 数値実施例3の広角端におけるレンズ断面図 (A)(B)(C) 数値実施例3の広角端、中間のズーム位置、望遠端での無限遠合焦時の収差図 本発明の撮像装置の概略図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明のズームレンズの特徴について説明する。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、ズーミングに際して不動の正の屈折力の第1レンズ群と、ズーミングに際して移動する変倍用の負の屈折力の第2レンズ群を有する。更に第2レンズ群の移動に連動して光軸上を移動し、変倍に伴う像面変動を補正する正の屈折力の第3レンズ群と、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第4レンズ群を有する。
第1レンズ群は最も広い空気間隔を境に負の屈折力の第F1aレンズ群と正の屈折力の第F1bレンズ群より構成されている。このうち第F1aレンズ群は、物体側より像側へ順に物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズG1と、正レンズG2より構成されている。第F1bレンズ群は物体側から像側へ順に、正レンズG3と、正レンズG4と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズG5より構成されている。
図1は本発明の実施例1(数値実施例1)のズームレンズの広角端(短焦点距離端,焦点距離:f=8.6mm)で無限遠物体の合焦状態におけるレンズ断面図である。図2(A),(B),(C)は数値実施例1の広角端、中間のズーム位置(焦点距離:f=341.63mm)、望遠端(長焦点距離,焦点距離:f=774.0mm)における無限遠物体に合焦時の収差図である。但し、焦点距離は数値実施例の値をmm単位で表したときの値である。これは以下の各実施例において全て同じである。
図3は本発明の実施例2(数値実施例2)のズームレンズの広角端(f=8.9mm)で、無限遠物体の合焦状態におけるレンズ断面図である。図4(A)(B)(C)は数値実施例2の広角端、中間のズーム位置(焦点距離:f=343.29mm)、望遠端(焦点距離:f=1068.0mm)における無限遠物体に合焦時の収差図である。
図5は本発明の実施例3(数値実施例3)のズームレンズの広角端(f=8.9mm)、無限遠物体の合焦状態におけるレンズ断面図である。図6(A)(B)(C)は数値実施例3の広角端、中間のズーム位置(焦点距離:f=343.29mm、望遠端(焦点距離:f=801.0mm)における無限遠物体に合焦時の収差図である。図7は本発明の撮像装置の要部概略図である。
各実施例のレンズ断面図において、左側が物体側で右側が像側である。レンズ断面図において、Fは変倍のためには不動の第1レンズ群としての正の屈折力を有する前玉レンズ群である。F1aは、第1レンズ群Fの一部を構成する合焦時に固定の負の屈折力の第F1aレンズ群F1aである。F1bは第1レンズ群Fの一部を構成するフォーカスの際(合焦時)に移動する正の屈折力の第F1bレンズ群F1bである。
第F1bレンズ群F1bは無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して物体側へ移動する。Vは変倍用の第2レンズ群としての負の屈折力を有するバリエータであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行っている。Cは第3レンズ群としての正の屈折力を有するコンペンセータであり、広角端から望遠端への変倍に際して変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ非直線的に移動している。バリエータVとコンペンセータCとで変倍系を構成している。
SPは絞り(開口絞り)であり、第4レンズ群Rの物体側に配置されている。Rは第4レンズ群としての結像作用を有する正の屈折力を有する固定のリレーレンズ群である。Pは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。Iは撮像面であり、ズームレンズで形成された像を受光し、光電変換する固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当している。
収差図において、球面収差における実線と二点鎖線は各々e線,g線である。非点収差における点線と実線は各々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、FnoはFナンバーである。球面収差は0.4mm、非点収差は0.4mm、歪曲は5%、倍率色収差は0.1mmのスケールで描かれている。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V)が機構上、光軸上を移動可能な範の両端に位置したときのズーム位置をいう。
各実施例において第1レンズ群Fを構成する負レンズG1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。負レンズG1の焦点距離をfG1とする。正レンズG5の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々G5R1、G5R2とする。正レンズG5の焦点距離をfG5とする。第1レンズ群の焦点距離をf1とする。
このとき、
−2.2<fG1/f1<−1.5 ・・・(1)
1.0<(G1R1+G1R2)/(G1R1−G1R2)<2.0 ・・・(2)
2.4<fG5/f1<3.7 ・・・(3)
−4.0<(G5R1+G5R2)/(G5R1−G5R2)<−3.0・・・(4)
なる条件式を満足している。
条件式(1)は、各実施例のズームレンズを構成する第1レンズ群Fと第1レンズ群Fを構成する負レンズG1の焦点距離の比を規定している。条件式(1)の下限値を超えて負レンズG1の焦点距離が長くなると第1レンズ群Fの後ろ側主点を像側に十分押し出すことができず、第1レンズ群Fの小径化が困難になる。反対に条件式(1)の上限値を超えて負レンズG1の焦点距離が短くなると第1レンズ群Fの小径化は容易になるが、望遠端において球面収差の補正が難しくなり、更に広角端において軸外収差の補正が困難となる。
条件式(2)は、第1レンズ群Fを構成する負レンズG1が負のメニスカス形状であり、そのレンズ形状を規定している。条件式(2)の下限値を超え両凹形状になると、第1レンズ群Fの後ろ側主点を像側に押し出すことによる第1レンズ群Fの小径化が難しくなる。これは、広角端において軸外光線が負レンズG1のレンズ面頂点位置より物体側で物体側のレンズ面に入射することによる第1レンズ群Fの大径化により相殺されてしまうためである。
また、相対的に像側のレンズ面のパワーが弱くなる。そうすると、特に広角端からfwm=fw×Z1/4(fw:広角端焦点距離、Z:ズーム比)で定義する焦点距離のズーム位置(以下、焦点距離fwmと記載)にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動を抑制するのが難しくなる。また望遠端において球面収差の補正が困難になる。条件式(2)の上限値を超えると第1レンズ群Fの後ろ側主点を像側に十分押し出すことが難しくなり、第1レンズ群Fの小径化が困難になる。
条件式(3)は、各実施例のズームレンズを構成する第1レンズ群Fと第1レンズ群Fを構成する最も像側の正レンズG5の焦点距離の比を規定している。上限値を超えると第1レンズ群Fの後ろ側主点を像側に十分押し出すことが難しくなり、第1レンズ群Fの小径化が困難になる。条件式(3)の下限値を超えると第1レンズ群Fの小径化は容易になるが広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動を抑制するのが難しくなる。また望遠端において球面収差の補正が困難になる。
条件式(4)は、第1レンズ群Fを構成する最も像側の正レンズG5がメニスカス形状であり、そのレンズ形状を規定している。条件式(4)の下限値を超えると広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動を抑制するのが難しくなる。また望遠端において球面収差の補正が困難となる。条件式(4)の上限値を超えると第1レンズ群Fの後ろ側主点を像側に十分押し出すことが難しくなり、第1レンズ群Fの小径化が困難になる。
各実施例では条件式(1)乃至(4)を同時に満たすことで広画角化と高ズーム比化を両立しながら全系の小型軽量化を達成している。更に好ましくは、条件式(1)乃至(4)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−2.1<fG1/f1<−1.7 ・・・(1a)
1.1<(G1R1+G1R2)/(G1R1−G1R2)<1.7 ・・・(2a)
2.6<fG5/f1<3.6 ・・・(3a)
−3.9<(G5R1+G5R2)/(G5R1−G5R2)<−3.1・・・(4a)
各実施例において更に好ましくは次の諸条件のうち、1以上を満足するのが良い。
負レンズG1の材料のd線における屈折率をnd1、アッベ数をνd1、部分分散比をθ1とする。正レンズG5の材料のd線における屈折率をnd5、アッベ数をνd5、部分分散比をθ5とする。望遠端における全系の焦点距離をft、広角端における全系の焦点距離をfwとする。第1レンズ群Fの後ろ側主点位置(第1レンズ群Fの最も像側のレンズ面からの距離)をOkfとする。広角端における第1レンズ群Fと第2レンズ群Vの主点間隔をL1wとする。
第1レンズ群Fは、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の第F1aレンズ群F1aと正の屈折力の第F1bレンズ群F1bより構成される。そして第1レンズ群Fの光軸方向の厚さをDf、第F1aレンズ群F1aの焦点距離をfa、第F1bレンズ群F1bの焦点距離をfbとする。第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bの主点間隔をHHとする。
このとき、
1.75<nd1<2.1 ・・・(5)
25<νd1<43 ・・・(6)
0.562<θ1<0.640 ・・・(7)
1.48<nd5<1.65 ・・・(8)
62<νd5<91 ・・・(9)
0.530<θ5<0.550 ・・・(10)
3.0<ft/f1<4.2 ・・・(11)
−7.50×10−2<Okf/f1<−6.70×10−2 ・・・(12)
2.6<L1w/fw<3.0 ・・・(13)
0.2<HH/f1<0.5 ・・・(14)
0.8<Df/HH<2.1 ・・・(15)
−12.5<fa/f1<−6.5 ・・・(16)
0.80<fb/f1<1.20 ・・・(17)
−15<fa/fb<−5 ・・・(18)
なる条件式のうち1以上を満足するのが良い。
ここでのアッベ数νおよび部分分散比θは、g線における屈折率をNg、F線における屈折率をNF、d線における屈折率をNd、C線における屈折率をNCとしたとき、
ν=(Nd−1)/(NF−NC)
θ=(Ng−NF)/(NF−NC)
である。次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
条件式(5)は、負レンズG1の材料のd線の屈折率を規定している。条件式(5)の下限値を超えると負レンズG1の像側のレンズ面の曲率半径G1R2が小さくなり、望遠端において球面収差の補正が困難になる。条件式(5)の上限値を超えると条件式(6)、(7)を満足するのが難しくなる。条件式(6)は、負レンズG1の材料のアッベ数を規定している。条件式(6)の下限値を超えると望遠端において軸上色収差が補正過剰となる。また条件式(6)の上限値を超えると望遠端において軸上色収差が補正不足となるため広角端において倍率色収差の補正との両立が困難となる。
条件式(7)は、負レンズG1の材料の部分分散比を規定している。条件式(7)の下限値を超えると望遠端において軸上色収差の二次スペクトルが補正過剰となり、また上限値を超えると補正不足となるため良くない。条件式(8)は、正レンズG5の材料の屈折率を規定している。条件式(8)の下限値を超えると正レンズG5のレンズ厚さが厚くなるため、第1レンズ群Fの厚さが厚くなり第1レンズ群Fの小径化が困難になる。条件式(8)の上限値を超えると条件式(9)、(10)を満足するのが難しくなる。
条件式(9)は、正レンズG5の材料のアッベ数を規定している。条件式(9)の下限値を超えると望遠端において軸上色収差が補正不足となる。また、上限値を超えると望遠端において軸上色収差が補正過剰となるため広角端において倍率色収差の補正との両立が困難となる。条件式(10)は、正レンズG5の材料の部分分散比を規定している。条件式(10)の下限値を超えると望遠端において軸上色収差の二次スペクトルが補正不足となり、また上限値を超えると補正過剰となるため良くない。
条件式(5)乃至(10)式を同時に満たすと、望遠端において球面収差および軸上色収差、広角端において倍率色収差を適切に補正し、広画角化と高ズーム比化そして全系の小型軽量化が容易になる。更に好ましくは、条件式(5)〜(10)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
1.79<nd1<1.91 ・・・(5a)
31.0<νd1<38.0 ・・・(6a)
0.575<θ1<0.600 ・・・(7a)
1.48<nd5<1.60 ・・・(8a)
67<νd5<82 ・・・(9a)
0.535<θ5<0.550 ・・・(10a)
条件式(11)は、全系の望遠端の焦点距離と第1レンズ群Fの焦点距離の比を規定している。条件式(1)〜(10)は、条件式(11)を満たす高ズーム比のズームレンズに適用することで高い効果を得ることが容易となる。
条件式(12)は、第1レンズ群Fの後ろ側主点位置と第1レンズ群Fの焦点距離の比を規定している。第1レンズ群Fの後ろ側主点位置が十分像側におしだせず下限値を超えると全系の小型化が難しくなる。また、上限値を超えると第1レンズ群Fの小径化は容易となるが、広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正との両立が困難となる。
条件式(13)は、広角端における第1レンズ群Fと第2レンズ群Vの主点間隔と広角端における焦点距離との比を規定している。下限値を超えて第1レンズ群Fと第2レンズ群Vの主点間隔L1wを小さくすると全系の小型化には有利となる。しかしながら、広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正との両立が困難となる。上限値を超えると全系の小型化が難しくなる。
条件式(11)乃至(13)式を同時に満たすと広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制が容易になる。また望遠端において球面収差の良好な補正と全系の小型軽量化が容易になる。更に好ましくは、条件式(11)乃至(13)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
3.10<ft/f1<4.15 ・・・(11a)
−7.30×10−2<Okf/f1<−6.85×10−2 ・・・(12a)
2.70<L1w/fw<2.85 ・・・(13a)
条件式(14)は、第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bとの主点間隔と第1レンズ群Fの焦点距離f1の比を規定している。
条件式(14)の下限値を超えると全系の小型化には有利となる。しかしながら、第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bの主点間隔が短くなり、広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正との両立が困難となる。また上限値を超えると全系の小型化が困難になる。
条件式(15)は第1レンズ群F1の光軸方向の厚さに対する第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bの主点間隔の比を規定している。第1レンズ群Fが負,正,正,正,正レンズの5枚のレンズで構成されている場合、下限値を超えることは第F1aレンズ群F1aのパワーが弱いことが一般的である。従って、第1レンズ群Fの後ろ側主点が十分像側に出すことができないため全系の小型化が困難になる。また上限値を超えると第F1aレンズ群F1aと、第F1bレンズ群F1bのパワー(屈折力)が強くなり、良好な収差補正が困難となる。
条件式(16)は、第F1aレンズ群F1aの焦点距離と第1レンズ群F1の焦点距離の比を規定している。条件式(16)の下限値を超えて第F1aレンズ群F1aのパワーが弱くなると全系の小型化が困難になる。上限値を超えると広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正の両立が困難となる。
条件式(17)は、第F1bレンズ群F1bの焦点距離と第1レンズ群F1の焦点距離の比を規定している。条件式(17)の下限値を超えて第F1bレンズ群F1bのパワーが強くなると広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正の両立が困難となる。また上限値を超えると全系の小型化が難しくなる。
条件式(18)は、第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bの焦点距離の比を規定している。第F1aレンズ群F1aが第F1bレンズ群F1bに対してパワーが弱くなり、下限値を超えると全系の小型化に不利となる。逆に第F1aレンズ群F1aが第F1bレンズ群F1bに対してパワーが強くなり、上限値を超えると広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制と望遠端において球面収差の補正の両立が困難となる。
条件式(14)乃至(18)を同時に満たすと、第F1aレンズ群F1aと第F1bレンズ群F1bのパワー及び配置を適切に設定することができる。この結果、広角端から焦点距離fwmのズーム位置にズーミングした時の歪曲やコマ収差など軸外収差の変動の抑制が容易になる。また望遠端において球面収差の良好な補正と全系の小型軽量化が容易になる。更に好ましくは、条件式(14)乃至(18)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.25<HH/f1<0.45 ・・・(14a)
1.0<Df/HH<1.65 ・・・(15a)
−12.0<fa/f1<−7.0 ・・・(16a)
0.85<fb/f1<1.00 ・・・(17a)
−13<fa/fb <−7 ・・・(18a)
以上各実施例によれば、第1レンズ群Fの構成レンズ枚数等を適切に設定することにより、広角端の撮影画界が63°以上、且つズーム比が90倍以上の広画角・高ズーム比で全系の小型軽量化を達成するズームレンズが得られる。
[実施例1]
実施例1において第1レンズ群Fは、物体側から像側へ順に、負,正,正,正,正レンズの5つのレンズで構成されている。このうち第F1aレンズ群F1aは、負レンズ,正レンズで構成されている。第F1bレンズ群F1bは、正,正,正レンズで構成されている。更に、第1レンズ群Fを構成する負レンズG1は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状より成っている。正レンズG3は両レンズ面が凸面よりなっている。第1レンズ群Fの最も像側の正レンズG5は物体側に凸面を向けたメニスカス形状より成っている。第1レンズ群Fは、後述する表−1に示すように各条件式(1)〜(18)を満たすよう各要素が設定されている。
各条件式(1)〜(18)を満たすよう第1レンズ群Fを適切に構成することで高い光学性能を有し、広角端の撮影画角が65.2°、ズーム比が90倍の広画角・高ズーム比で全系が小型・軽量のズームレンズを達成している。
[実施例2]
実施例2の全体のレンズ構成及び第1レンズ群Fの構成は、実施例1と同様である。また各条件式(1)〜(18)を満たすように各要素が設定されている。各条件式(1)〜(18)を満たすよう第1レンズ群Fを適切に構成することで高い光学性能を有し、広角端の撮影画角が63.44°、ズーム比が120倍の広角・高倍率、且つ小型・軽量のズームレンズを達成している。
[実施例3]
実施例3の全体のレンズ構成及び第1レンズ群Fの構成は、実施例1及び実施例2と同様である。また第1レンズ群Fは各条件式(1)〜(18)を満たすように各要素が設定されている。各条件式(1)〜(18)を満たすよう第1レンズ群Fを適切に構成することで高い光学性能を有し、広角端の撮影画角が63.44°、ズーム比が90倍の広画角・高ズーム比で全系が小型・軽量のズームレンズを達成している。
以上、各実施例によれば広画角化と高ズーム比化を両立しながらレンズ系全体の小型軽量化を達成するズームレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
図7は各実施例のズームレンズを撮影光学系として用いた撮像装置(テレビカメラシステム)の概略図である。図7において101は実施例1乃至3のいずれかのズームレンズである。201はカメラである。ズームレンズ101はカメラ201に対して着脱可能となっている。301はカメラ201にズームレンズ101を装着することで構成される撮像装置である。ズームレンズ101は第1レンズ群F、第2レンズ群V、第2レンズ群以降のレンズ群CRを有している。第1レンズ群Fは合焦用のレンズ群(F1b)が含まれている。第2レンズ群Vは変倍のために光軸上を移動する。
第2レンズ群V以降のレンズ群CRには、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を移動する第3レンズ群Cや、結像用の第4レンズ群Rが含まれている。更に、第4レンズ群CRには、ズームレンズ全系の焦点距離を変位させる、光路中より挿抜可能なレンズユニット(エクステンダー)を含んでもよい。
また、第4レンズ群CRには、光軸に対して垂直方向に変異させて防振を行う防振光学系を含んでも良い。SPは開口絞りである。102乃至104は各々第1レンズ群F、第2レンズ群V、変倍に伴う像面変動を補正する第3レンズ群Cを光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。ここで、105乃至108は駆動機構102乃至104および開口絞りSPを電動駆動するモータ(駆動手段)である。
109乃至112は、第1レンズ群Fや第2レンズ群V、変倍に伴う像面変動を補正する第3レンズ群Cの光軸上の位置や、開口絞りSPの絞り径を検出するためのエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。カメラ201において、202は光学フィルタや色分解光学系に相当するガラスブロック、203はズームレンズ101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。また、204、113はカメラ201及びズームレンズ101の各種の駆動を制御するCPUである。
このように、本発明のズームレンズをテレビカメラに適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。ただし、本発明に関するズームレンズおよびカメラの構成は図7の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。この他、本発明のズームレンズはデジタルカメラやビデオカメラ等にも適用することができる。
以下に本発明の数値実施例を示す。各数値実施例においていずれも、iは物体側からの面の順序を示す。riは物体側より第i番目の面の曲率半径、diは物体側より第i番目と第i+1番目の間隔、ndi、νdiは第i番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。BFは空気換算のバックフォーカスであり、ガラスブロックPの最終面からの距離として示している。最後の3つの面は、フィルタ等のガラスブロックである。
非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正とする。Rを近軸曲率半径、kを円錐常数、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A3、A5、A7、A9、A11、A13、A15をそれぞれ非球面係数としたとき、次式で表している。また、「e−Z」は「×10−Z」を意味する。
本実施例の各条件式対応値を表1に示す。
<数値実施例1>
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 1571.411 5.91 1.90366 31.3 212.83
2 361.491 3.13 205.43
3 389.831 20.85 1.43387 95.1 204.88
4 -1519.134 25.29 203.52
5 379.388 19.40 1.43387 95.1 198.91
6 -1690.060 0.25 198.64
7 270.376 20.46 1.43387 95.1 194.91
8 5840.434 1.18 193.83
9 190.778 14.41 1.59240 68.3 182.16
10 365.545 (可変) 180.35
11* 11015.733 2.20 2.00330 28.3 48.62
12 41.065 10.49 41.92
13 -62.377 1.40 1.88300 40.8 41.20
14 65.176 9.88 1.95906 17.5 42.38
15 -89.087 2.72 43.74
16 -51.909 1.60 1.83400 37.2 43.88
17 -103.320 (可変) 46.02
18 115.185 11.58 1.59201 67.0 78.48
19* -2087.691 0.50 78.91
20 142.758 13.08 1.59201 67.0 80.06
21 -231.655 0.20 79.67
22 122.793 2.50 1.80518 25.4 76.01
23 57.717 18.11 1.43387 95.1 71.57
24 -564.234 0.50 70.45
25* 364.246 6.50 1.49700 81.5 69.33
26 -414.835 (可変) 68.15
27(絞り) ∞ 5.89 31.81
28 -147.172 1.40 1.81600 46.6 32.30
29 46.924 1.05 31.20
30 37.303 4.69 1.80809 22.8 31.30
31 420.501 3.37 30.90
32 -76.047 1.40 1.88300 40.8 30.60
33 191.170 11.30 30.40
34 -41.223 1.78 1.65160 58.5 26.67
35 580.472 3.52 1.80518 25.4 27.78
36 -156.414 6.46 28.43
37 -103.332 5.71 1.70154 41.2 30.13
38 -53.979 10.53 31.42
39 -216.194 4.49 1.50137 56.4 32.25
40 -43.973 0.74 32.44
41 -72.585 1.30 1.88300 40.8 31.89
42 61.011 9.51 1.50137 56.4 32.28
43 -35.679 0.20 33.06
44 96.272 8.69 1.49700 81.5 32.15
45 -31.822 1.70 1.88300 40.8 31.45
46 -176.143 2.14 31.79
47 50.459 8.14 1.48749 70.2 31.95
48 -79.751 5.00 31.49
49 ∞ 33.00 1.60859 46.4 60.00
50 ∞ 13.20 1.51633 64.2 60.00
51 ∞ 60.00
像面 ∞
非球面データ
第11面
K =-2.61129e+006 A 4= 1.14924e-006 A 6=-4.20242e-010 A 8= 7.06050e-012
A10= 1.71748e-014 A12=-3.95143e-018 A14=-2.50492e-020 A16= 2.74832e-023
A 3=-7.41007e-007 A 5=-2.86209e-008 A 7= 4.68402e-011 A 9=-6.67517e-013
A11=-2.87644e-016 A13= 1.44174e-018 A15=-1.26241e-021

第19面
K =-8.09196e+003 A 4= 2.70610e-007 A 6= 1.07566e-009 A 8=-3.82716e-014
A10=-1.89869e-016 A12= 1.74435e-020 A14=-2.31461e-023 A16= 5.87253e-027
A 3=-1.02923e-007 A 5=-2.58308e-008 A 7=-1.15844e-011 A 9= 3.14187e-015
A11= 2.64931e-018 A13= 8.56747e-022 A15=-2.81713e-025

第25面
K = 6.92275e+001 A 4=-4.53959e-007 A 6=-6.59771e-011 A 8=-3.55842e-013
A10=-1.48669e-016 A12= 8.98957e-020 A14= 6.50522e-022 A16= 1.24233e-026
A 3= 7.06566e-007 A 5=-1.77804e-008 A 7= 3.13155e-011 A 9= 8.81552e-016
A11=-1.46851e-017 A13= 1.62371e-021 A15=-1.37737e-023

各種データ
ズーム比 90.00
広角 中間 望遠
焦点距離 8.60 341.63 774.00
Fナンバー 1.80 1.80 4.00
画角 32.60 0.92 0.41
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 641.10 641.10 641.10
BF 18.00 18.00 18.00

d10 3.03 178.18 186.75
d17 279.71 41.92 3.07
d26 3.00 65.65 95.93

入射瞳位置 126.14 3180.72 9423.17
射出瞳位置 141.46 141.46 141.46
前側主点位置 135.34 4467.70 15049.59
後側主点位置 9.40 -323.63 -756.00

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 248.14 110.88 64.60 -17.20
2 11 -27.25 28.28 3.76 -16.43
3 18 70.50 52.98 12.00 -25.30
4 27 40.01 145.21 58.78 16.17

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -516.86
2 3 715.59
3 5 714.36
4 7 651.06
5 9 651.23
6 11 -40.75
7 13 -35.70
8 14 39.99
9 16 -126.08
10 18 184.10
11 20 150.63
12 22 -136.36
13 23 121.45
14 25 390.18
15 28 -43.24
16 30 49.86
17 32 -61.11
18 34 -58.76
19 35 151.95
20 37 152.86
21 39 108.69
22 41 -37.15
23 42 46.24
24 44 49.09
25 45 -43.97
26 47 64.51
27 49 0.00
28 50 0.00

<数値実施例2>
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 5087.363 6.21 1.83400 37.2 210.30
2 351.007 2.53 203.25
3 362.932 25.89 1.43387 95.1 203.13
4 -675.565 27.27 202.31
5 358.936 19.85 1.43387 95.1 199.79
6 -2017.904 0.26 199.41
7 248.568 21.36 1.43387 95.1 194.63
8 3022.229 1.24 193.41
9 198.459 12.41 1.49700 81.5 181.43
10 339.878 (可変) 179.63
11* 27171.632 2.06 2.00330 28.3 44.33
12 40.455 9.41 38.76
13 -57.455 1.31 1.83481 42.7 38.10
14 58.761 8.84 1.95906 17.5 41.33
15 -84.153 2.00 42.20
16 -56.592 1.50 1.85026 32.3 42.33
17 -191.622 (可変) 44.41
18 130.302 14.03 1.59201 67.0 87.80
19* -266.886 0.20 88.28
20 104.921 14.79 1.60311 60.6 89.75
21 -461.141 0.20 89.04
22 145.682 2.38 1.80518 25.4 83.97
23 56.875 21.27 1.43875 94.9 77.22
24 -415.562 0.20 75.80
25* 334.859 5.07 1.60311 60.6 73.92
26 -791.564 (可変) 72.88
27(絞り) ∞ 6.01 33.65
28 -151.903 1.40 1.81600 46.6 32.30
29 38.918 0.48 31.20
30 32.486 4.77 1.80809 22.8 31.30
31 164.904 3.63 30.90
32 -85.587 1.40 1.88300 40.8 30.60
33 162.386 11.41 30.40
34 -46.174 1.71 1.65160 58.5 26.66
35 1173.752 3.08 1.80518 25.4 27.46
36 -398.076 5.65 27.99
37 -916.080 7.93 1.70154 41.2 29.68
38 -63.371 9.95 30.82
39 -87.899 3.77 1.50137 56.4 30.42
40 -39.673 0.70 30.61
41 -66.997 1.69 1.88300 40.8 30.00
42 58.343 9.03 1.50137 56.4 30.36
43 -40.472 1.95 31.23
44 200.255 8.72 1.49700 81.5 30.78
45 -30.785 1.42 1.88300 40.8 30.34
46 -76.296 0.30 31.18
47 51.386 6.67 1.48749 70.2 31.67
48 -89.589 5.00 31.29
49 ∞ 33.00 1.60859 46.4 60.00
50 ∞ 13.20 1.51633 64.2 60.00
51 ∞ 60.00
像面 ∞
非球面データ
第11面
K =-2.96575e+006 A 4= 2.40886e-007 A 6=-5.19472e-009 A 8= 1.20546e-011
A10= 1.46289e-014 A12= 7.72681e-018 A14=-2.72378e-019 A16= 9.42238e-023
A 3= 8.19956e-007 A 5= 5.83280e-008 A 7= 1.05651e-010 A 9=-6.19279e-013
A11=-1.86517e-015 A13= 8.45388e-018 A15=-1.53991e-021

第19面
K = 1.88006e+001 A 4= 3.14591e-007 A 6= 3.18488e-011 A 8= 1.95553e-013
A10=-8.85951e-017 A12= 1.28602e-019 A14= 1.26173e-023 A16=-4.42209e-027
A 3= 2.20105e-008 A 5= 2.18044e-009 A 7=-4.76795e-012 A 9=-1.44709e-015
A11= 4.99541e-019 A13=-3.52602e-021 A15= 5.11761e-025

第25面
K = 6.21525e+001 A 4=-4.51427e-007 A 6=-4.21936e-010 A 8=-4.54373e-014
A10=-1.38519e-016 A12= 5.59824e-021 A14= 1.50130e-022 A16= 2.59244e-026
A 3=-4.12537e-007 A 5= 9.02787e-010 A 7= 1.31804e-011 A 9=-2.79933e-016
A11=-1.81042e-018 A13= 1.42334e-021 A15=-4.68969e-024

各種データ
ズーム比 120.00
広角 中間 望遠
焦点距離 8.90 343.29 1068.00
Fナンバー 1.80 1.80 5.50
画角 31.72 0.92 0.30
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 658.22 658.22 658.22
BF 16.80 16.80 16.80

d10 3.04 189.34 201.28
d17 292.26 52.03 1.70
d26 3.00 56.93 95.31

入射瞳位置 128.80 3079.01 13737.39
射出瞳位置 147.15 147.15 147.15
前側主点位置 138.31 4326.38 23556.01
後側主点位置 7.90 -326.48 -1051.20

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 260.58 117.01 68.63 -17.96
2 11 -25.50 25.12 4.00 -13.51
3 18 67.00 58.13 12.79 -27.87
4 27 39.49 142.86 58.08 23.77

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -449.46
2 3 546.93
3 5 702.37
4 7 621.24
5 9 929.74
6 11 -40.05
7 13 -34.43
8 14 36.72
9 16 -94.25
10 18 149.34
11 20 142.57
12 22 -116.21
13 23 115.32
14 25 389.30
15 28 -37.65
16 30 48.76
17 32 -62.94
18 34 -67.87
19 35 366.12
20 37 96.12
21 39 139.95
22 41 -34.89
23 42 48.96
24 44 54.21
25 45 -58.97
26 47 67.81
27 49 0.00
28 50 0.00

<数値実施例3>
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 3682.437 6.00 1.80100 35.0 209.40
2 353.944 3.79 201.72
3 374.260 22.74 1.43387 95.1 201.01
4 -959.873 25.71 199.87
5 389.724 19.81 1.43387 95.1 196.38
6 -1195.622 0.25 196.08
7 253.678 20.51 1.43387 95.1 191.33
8 3472.541 1.20 190.14
9 183.245 13.48 1.49700 81.5 177.83
10 326.627 (可変) 176.00
11* 10080.140 2.22 2.00330 28.3 47.00
12 39.688 10.59 40.66
13 -55.354 1.41 1.77250 49.6 40.04
14 68.240 8.91 1.95906 17.5 43.34
15 -124.975 3.48 44.59
16 -53.580 1.61 1.88300 40.8 44.81
17 -81.416 (可変) 46.74
18 118.917 10.96 1.59201 67.0 80.82
19* -1857.932 0.50 81.21
20 140.371 12.59 1.59201 67.0 82.57
21 -231.138 0.20 82.29
22 116.015 2.48 1.80518 25.4 78.13
23 56.051 19.40 1.43387 95.1 73.18
24 -481.868 0.50 72.03
25* 354.467 5.65 1.49700 81.5 70.66
26 -520.367 (可変) 69.61
27(絞り) ∞ 5.92 32.66
28 -147.410 1.40 1.81600 46.6 32.30
29 47.772 1.16 31.20
30 38.288 4.59 1.80809 22.8 31.30
31 460.736 3.35 30.90
32 -75.747 1.40 1.88300 40.8 30.60
33 196.125 11.28 30.40
34 -42.990 1.71 1.65160 58.5 27.35
35 444.480 3.72 1.80518 25.4 28.43
36 -162.698 6.28 29.08
37 -102.693 5.29 1.70154 41.2 30.66
38 -53.709 11.00 31.81
39 -181.826 4.43 1.50137 56.4 32.48
40 -43.749 0.61 32.68
41 -76.276 1.43 1.88300 40.8 32.12
42 63.409 9.45 1.50137 56.4 32.45
43 -36.374 0.20 33.18
44 101.048 8.92 1.49700 81.5 32.15
45 -31.027 2.94 1.88300 40.8 31.37
46 -177.800 1.43 31.80
47 52.228 7.15 1.48749 70.2 32.14
48 -76.349 5.00 31.82
49 ∞ 33.00 1.60859 46.4 60.00
50 ∞ 13.20 1.51633 64.2 60.00
51 ∞ 60.00
像面 ∞
非球面データ
第11面
K =-2.61129e+006 A 4= 9.37757e-007 A 6=-4.65459e-010 A 8= 6.89688e-012
A10= 1.60690e-014 A12=-4.45369e-018 A14=-1.84721e-020 A16= 2.51882e-023
A 3=-2.18190e-007 A 5=-2.65845e-008 A 7= 4.37144e-011 A 9=-6.18552e-013
A11=-2.52689e-016 A13= 1.20039e-018 A15=-1.17896e-021

第19面
K =-8.09196e+003 A 4= 2.65482e-007 A 6= 1.10690e-009 A 8=-3.67018e-014
A10=-2.04989e-016 A12= 1.70275e-020 A14=-2.57323e-023 A16= 6.69050e-027
A 3=-6.04194e-007 A 5=-2.61205e-008 A 7=-1.25725e-011 A 9= 3.50991e-015
A11= 3.11710e-018 A13= 8.21780e-022 A15=-2.93153e-025

第25面
K = 8.21911e+001 A 4=-4.01900e-007 A 6=-1.56607e-010 A 8=-3.54010e-013
A10=-1.32830e-016 A12= 9.59663e-020 A14= 6.88034e-022 A16= 1.65592e-026
A 3=-3.28244e-007 A 5=-1.90100e-008 A 7= 3.15682e-011 A 9= 1.63011e-015
A11=-1.54841e-017 A13= 1.09410e-021 A15=-1.51547e-023

各種データ
ズーム比 90.00
広角 中間 望遠
焦点距離 8.90 343.29 801.00
Fナンバー 1.80 1.80 4.20
画角 31.72 0.92 0.39
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 643.92 643.92 643.92
BF 18.45 18.45 18.45

d10 3.16 180.44 189.58
d17 280.43 42.17 2.12
d26 3.00 63.98 94.88

入射瞳位置 128.90 3099.50 9451.79
射出瞳位置 155.78 155.78 155.78
前側主点位置 138.37 4300.92 14924.87
後側主点位置 9.55 -324.84 -782.55

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 251.92 113.51 66.47 -17.82
2 11 -27.50 28.23 3.52 -17.18
3 18 70.00 52.28 11.70 -25.12
4 27 41.63 144.86 59.68 18.15

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -485.97
2 3 622.28
3 5 678.31
4 7 627.97
5 9 812.06
6 11 -39.39
7 13 -39.18
8 14 46.47
9 16 -181.41
10 18 188.51
11 20 148.88
12 22 -135.97
13 23 116.71
14 25 423.90
15 28 -43.85
16 30 50.90
17 32 -61.38
18 34 -59.83
19 35 146.97
20 37 152.75
21 39 113.21
22 41 -38.80
23 42 47.41
24 44 48.72
25 45 -42.72
26 47 64.58
27 49 0.00
28 50 0.00

F 第1レンズ群 F1a 合焦時に固定の第F1aレンズ群
F1b 合焦時に移動の第F1bレンズ群 V 第2レンズ群
C 第3レンズ群 R 第4レンズ群 SP 絞り
P 色分解光学系や光学フィルタを示すガラスブロック
I 撮像面 101 ズームレンズ CR 第2群以降のレンズ群
102〜104 駆動機構 105〜108 駆動手段
109〜112 検出器 201 カメラ
202 色分解光学系や光学フィルタを示すガラスブロック
203 固体撮像素子(光電変換素子) 204、113 CPU
301 撮像装置 O12 第2群の物体側主点位置

Claims (6)

  1. 物体側から像側へ順に、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第1レンズ群と、ズーミングに際して移動する負の屈折力の第2レンズ群と、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第3レンズ群と、ズーミングのためには不動の正の屈折力の第4レンズ群からなるズームレンズであって、
    前記第1レンズ群は物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズG1、正レンズG2、正レンズG3、正レンズG4、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズG5より構成され、前記負レンズG1の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々G1R1、G1R2、前記負レンズG1の焦点距離をfG1、前記正レンズG5の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々G5R1、G5R2、前記正レンズG5の焦点距離をfG5、前記第1レンズ群の焦点距離をf1、前記正レンズG5の材料のd線における屈折率をnd5とするとき、
    −2.2<fG1/f1<−1.5
    1.0<(G1R1+G1R2)/(G1R1−G1R2)<2.0
    2.4<fG5/f1<3.7
    −4.0<(G5R1+G5R2)/(G5R1−G5R2)<−3.0
    1.48<nd5<1.65
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記負レンズG1の材料のd線における屈折率をnd1、アッベ数をνd1、部分分散比をθ1、前記正レンズG5の材料のアッベ数をνd5、部分分散比をθ5とするとき、
    1.75<nd1<2.1
    25<νd1<43
    0.562<θ1<0.640

    62<νd5<91
    0.530<θ5<0.550
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 望遠端における全系の焦点距離をft、広角端における全系の焦点距離をfw、前記第1レンズ群の後ろ側主点位置をOkf、広角端における前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の主点間隔をL1wとするとき、
    3.0<ft/f1<4.2
    −7.50×10−2<Okf/f1<−6.70×10−2
    2.6<L1w/fw<3.0
    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に記載のズームレンズ。
  4. 前記第1レンズ群は、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の第F1aレンズ群と正の屈折力の第F1bレンズ群より構成され、前記第1レンズ群の光軸方向の厚さをDf、前記第F1aレンズ群の焦点距離をfa、前記第F1bレンズ群の焦点距離をfb、前記第F1aレンズ群と前記第F1bレンズ群の主点間隔をHHとするとき、
    0.2<HH/f1<0.5
    0.8<Df/HH<2.1
    −12.5<fa/f1<−6.5
    0.80<fb/f1<1.20
    −15<fa/fb<−5
    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項に記載のズームレンズ。
  5. 物体側から像側へ順に、前記第F1aレンズ群は物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負レンズG1、正レンズG2より構成され、前記第F1bレンズ群は両レンズ面が凸面の正レンズG3、物体側に凸面を向けた正レンズG4、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズG5より構成されることを特徴とする請求項4に記載のズームレンズ。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された像を受光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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