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技術 ズームレンズおよび撮像装置

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 池田伸吉
出願日 2019年9月24日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-173329
公開日 2021年4月1日 (3ヶ月経過) 公開番号 2021-051160
状態 未査定
技術分野 レンズ系 カメラレンズの調整
主要キーワード レンズフランジ 外縁光線 線基準 まるめ 映画撮影 合成レンズ群 複合非球面レンズ 近軸焦点距離
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

小型化、広角化、および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。

解決手段

ズームレンズは、物体側から順に、正の第1レンズ群、負の第2レンズ群、正の第3レンズ群、正の第4レンズ群、正の第5レンズ群からなる。変倍の際に、第1レンズ群および第5レンズ群は不動であり、第2レンズ群と第3レンズ群と第4レンズ群とは移動する。第2レンズ群は最も物体側に負レンズを備える。第2レンズ群の焦点距離をf2、第2レンズ群の最も物体側の負レンズの焦点距離をf21とした場合、ズームレンズは0.6<f2/f21<0.9を満足する。

概要

背景

従来、放送用カメラ映画撮影カメラ、およびデジタルカメラ等に使用可能なレンズ系として、変倍の際に相互間隔が変化する複数のレンズ群からなるズームレンズが提案されている。

例えば、下記特許文献1には、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、ズーミングに際して像側へ移動する負の屈折力の第2レンズ群、ズーミングに際して移動するレンズ群、開口絞り、およびズーミングのためには不動のレンズ群から構成されるズームレンズが記載されている。

下記特許文献2には、物体側から像側へ順に、ズーミングのためには移動せず、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第1レンズ群、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、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、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第4レンズ群、および正の屈折力の第5レンズ群からなるズームレンズが記載されている。

下記特許文献3には、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、正の屈折力を有する第5レンズ群から実質的になり、変倍の際に、第1レンズ群と第5レンズ群が固定され、第2レンズ群、第3レンズ群、および第4レンズ群が互いに間隔を変化させるように移動するズームレンズが記載されている。

下記特許文献4には、物体側から像側へ順に、変倍のためには不動で合焦機能を有する正の屈折力の第1レンズ群、変倍に際して単調に像側へ移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際して非直線的に像側へ移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍に伴う像面変動補正するために物体側へ非直線的に移動する正の屈折力の第4レンズ群、および変倍のためには不動の正の屈折力の第5レンズ群を有するズームレンズが記載されている。

概要

小型化、広角化、および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する。ズームレンズは、物体側から順に、正の第1レンズ群、負の第2レンズ群、正の第3レンズ群、正の第4レンズ群、正の第5レンズ群からなる。変倍の際に、第1レンズ群および第5レンズ群は不動であり、第2レンズ群と第3レンズ群と第4レンズ群とは移動する。第2レンズ群は最も物体側に負レンズを備える。第2レンズ群の焦点距離をf2、第2レンズ群の最も物体側の負レンズの焦点距離をf21とした場合、ズームレンズは0.6<f2/f21<0.9を満足する。

目的

特開2017−215406号公報
特開2016−151732号公報
特開2016−012118号公報
特開2014−142451号公報





本開示の技術に係る一つの実施形態は、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とからなる5つのレンズ群のみをレンズ群として備え、変倍の際に、前記第1レンズ群および前記第5レンズ群は像面に対して固定されており、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動し、前記第2レンズ群は最も物体側に負レンズを備え、前記第2レンズ群の焦点距離をf2、前記第2レンズ群の最も物体側の前記負レンズの焦点距離をf21とした場合、0.6<f2/f21<0.9(1)で表される条件式(1)を満足するズームレンズ

請求項2

前記第2レンズ群は少なくとも1枚の正レンズを含み、前記第2レンズ群に含まれる全ての正レンズのd線基準アッベ数最大値をν2pとした場合、70<ν2p<110(2)で表される条件式(2)を満足する請求項1に記載のズームレンズ。

請求項3

望遠端での前記第2レンズ群の横倍率β2t、広角端での前記第2レンズ群の横倍率をβ2wとした場合、10<β2t/β2w<25(3)で表される条件式(3)を満足する請求項1又は2に記載のズームレンズ。

請求項4

前記第2レンズ群の最も物体側の前記負レンズの像側の面は、広角端での最大画角主光線と前記面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する非球面形状である請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。

請求項5

前記第3レンズ群の焦点距離をf3、前記第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、0.4<f4/f3<1(4)で表される条件式(4)を満足する請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。

請求項6

広角端から望遠端への変倍の際に、前記第3レンズ群および前記第4レンズ群を合成してなる第34合成レンズ群と、前記第2レンズ群とは、それぞれの横倍率が−1倍の点を同時に通り、前記第4レンズ群は物体側へ移動する請求項1から5のいずれか1項に記載のズームレンズ。

請求項7

前記第34合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置よりも広角側において前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔が最大になる請求項6に記載のズームレンズ。

請求項8

前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との光軸上の間隔の最大値をD34max、広角端での前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との光軸上の間隔をD34w、広角端での前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との合成焦点距離をf34wとした場合、0.35<(D34max−D34w)/f34w<0.45(5)で表される条件式(5)を満足する請求項7に記載のズームレンズ。

請求項9

望遠端での前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との合成横倍率をβ34t、広角端での前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との合成横倍率をβ34wとした場合、4<β34t/β34w<8(6)で表される条件式(6)を満足する請求項1から8のいずれか1項に記載のズームレンズ。

請求項10

前記第4レンズ群と前記第5レンズ群との間に絞りが配置され、前記第5レンズ群は最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振レンズ群を備える請求項1から9のいずれか1項に記載のズームレンズ。

請求項11

前記防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなる請求項10に記載のズームレンズ。

請求項12

前記防振レンズ群は負の屈折力を有し、広角端での前記ズームレンズの焦点距離をfw、前記防振レンズ群の焦点距離をfoisとした場合、−0.2<fw/fois<0(7)で表される条件式(7)を満足する請求項10又は11に記載のズームレンズ。

請求項13

0.68<f2/f21<0.8(1−1)で表される条件式(1−1)を満足する請求項1に記載のズームレンズ。

請求項14

80<ν2p<100(2−1)で表される条件式(2−1)を満足する請求項2に記載のズームレンズ。

請求項15

15<β2t/β2w<20(3−1)で表される条件式(3−1)を満足する請求項3に記載のズームレンズ。

請求項16

0.45<f4/f3<0.65(4−1)で表される条件式(4−1)を満足する請求項5に記載のズームレンズ。

請求項17

0.38<(D34max−D34w)/f34w<0.41(5−1)で表される条件式(5−1)を満足する請求項8に記載のズームレンズ。

請求項18

5<β34t/β34w<7.5(6−1)で表される条件式(6−1)を満足する請求項9に記載のズームレンズ。

請求項19

−0.15<fw/fois<−0.05(7−1)で表される条件式(7−1)を満足する請求項12に記載のズームレンズ。

請求項20

請求項1から19のいずれか1項に記載のズームレンズを備えた撮像装置

技術分野

0001

本開示の技術は、ズームレンズ、および撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来、放送用カメラ映画撮影カメラ、およびデジタルカメラ等に使用可能なレンズ系として、変倍の際に相互間隔が変化する複数のレンズ群からなるズームレンズが提案されている。

0003

例えば、下記特許文献1には、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、ズーミングに際して像側へ移動する負の屈折力の第2レンズ群、ズーミングに際して移動するレンズ群、開口絞り、およびズーミングのためには不動のレンズ群から構成されるズームレンズが記載されている。

0004

下記特許文献2には、物体側から像側へ順に、ズーミングのためには移動せず、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第1レンズ群、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、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、ズーミングに際して移動する正の屈折力の第4レンズ群、および正の屈折力の第5レンズ群からなるズームレンズが記載されている。

0005

下記特許文献3には、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群、正の屈折力を有する第5レンズ群から実質的になり、変倍の際に、第1レンズ群と第5レンズ群が固定され、第2レンズ群、第3レンズ群、および第4レンズ群が互いに間隔を変化させるように移動するズームレンズが記載されている。

0006

下記特許文献4には、物体側から像側へ順に、変倍のためには不動で合焦機能を有する正の屈折力の第1レンズ群、変倍に際して単調に像側へ移動する負の屈折力の第2レンズ群、変倍に際して非直線的に像側へ移動する正の屈折力の第3レンズ群、変倍に伴う像面変動補正するために物体側へ非直線的に移動する正の屈折力の第4レンズ群、および変倍のためには不動の正の屈折力の第5レンズ群を有するズームレンズが記載されている。

先行技術

0007

特開2017−215406号公報
特開2016−151732号公報
特開2016−012118号公報
特開2014−142451号公報

0008

本開示の技術に係る一つの実施形態は、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成可能であり、良好な光学性能を有するズームレンズ、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。

課題を解決するための手段

0009

本開示の技術の一態様に係るズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、正の屈折力を有する第5レンズ群とからなる5つのレンズ群のみをレンズ群として備え、変倍の際に、第1レンズ群および第5レンズ群は像面に対して固定されており、第2レンズ群と第3レンズ群と第4レンズ群とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸に沿って移動し、第2レンズ群は最も物体側に負レンズを備え、第2レンズ群の焦点距離をf2、第2レンズ群の最も物体側の負レンズの焦点距離をf21とした場合、下記条件式(1)を満足する。
0.6<f2/f21<0.9 (1)

0010

上記態様のズームレンズは、さらに下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。
0.68<f2/f21<0.8 (1−1)

0011

第2レンズ群は少なくとも1枚の正レンズを含み、第2レンズ群に含まれる全ての正レンズのd線基準アッベ数最大値をν2pとした場合、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。
70<ν2p<110 (2)
80<ν2p<100 (2−1)

0012

望遠端での第2レンズ群の横倍率β2t、広角端での第2レンズ群の横倍率をβ2wとした場合、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<β2t/β2w<25 (3)
15<β2t/β2w<20 (3−1)

0013

第2レンズ群の最も物体側の負レンズの像側の面は、広角端での最大画角主光線と面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する非球面形状であることが好ましい。

0014

第3レンズ群の焦点距離をf3、第4レンズ群の焦点距離をf4とした場合、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。
0.4<f4/f3<1 (4)
0.45<f4/f3<0.65 (4−1)

0015

広角端から望遠端への変倍の際に、第3レンズ群および第4レンズ群を合成してなる第34合成レンズ群と、第2レンズ群とは、それぞれの横倍率が−1倍の点を同時に通り、第4レンズ群は物体側へ移動することが好ましい。また、第34合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置よりも広角側において第3レンズ群と第4レンズ群との間隔が最大になることが好ましい。さらに、第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔の最大値をD34max、広角端での第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔をD34w、広角端での第3レンズ群と第4レンズ群との合成焦点距離をf34wとした場合、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。
0.35<(D34max−D34w)/f34w<0.45 (5)
0.38<(D34max−D34w)/f34w<0.41 (5−1)

0016

望遠端での第3レンズ群と第4レンズ群との合成横倍率をβ34t、広角端での第3レンズ群と第4レンズ群との合成横倍率をβ34wとした場合、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。
4<β34t/β34w<8 (6)
5<β34t/β34w<7.5 (6−1)

0017

第4レンズ群と第5レンズ群との間に絞りが配置され、第5レンズ群は最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸と交差する方向に移動する防振レンズ群を備えることが好ましい。その場合、防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなることが好ましい。また、防振レンズ群は負の屈折力を有し、広角端でのズームレンズの焦点距離をfw、防振レンズ群の焦点距離をfoisとした場合、下記条件式(7)を満足することが好ましく、下記条件式(7−1)を満足することがより好ましい。
−0.2<fw/fois<0 (7)
−0.15<fw/fois<−0.05 (7−1)

0018

本開示の技術の別の態様に係る撮像装置は、本開示の上記態様のズームレンズを備えている。

0019

なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、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。

0020

なお、本明細書の「正の屈折力を有する〜群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に「負の屈折力を有する〜群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有するレンズ」と「正レンズ」とは同義である。「負の屈折力を有するレンズ」と「負レンズ」とは同義である。「〜レンズ群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、1枚のみのレンズからなる構成としてもよい。

0021

複合非球面レンズ球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として1つの非球面レンズとして機能するレンズ)は、接合レンズとは見なさず、1枚のレンズとして扱う。非球面を含むレンズに関する、屈折力の符号、および面形状は、特に断りが無い限り、近軸領域で考えることにする。

0022

条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、無限遠物体に合焦した状態において、d線を基準とした場合の値である。あるレンズのg線とF線間部分分散比θgFとは、g線、F線、およびC線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれNg、NF、およびNCとした場合に、θgF=(Ng−NF)/(NF−NC)で定義される。本明細書に記載の「d線」、「C線」、「F線」、および「g線」は輝線であり、d線の波長は587.56nm(ナノメートル)、C線の波長は656.27nm(ナノメートル)、F線の波長は486.13nm(ナノメートル)、g線の波長は435.84nm(ナノメートル)である。

図面の簡単な説明

0023

本開示の実施例1のズームレンズに対応し、本開示の一実施形態に係るズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。
図1に示すズームレンズの構成と光束を示す断面図である。
非球面形状を説明するための図である。
本開示の実施例1のズームレンズの各収差図である。
本開示の実施例2のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。
本開示の実施例2のズームレンズの各収差図である。
本開示の実施例3のズームレンズの構成の断面図と移動軌跡を示す図である。
本開示の実施例3のズームレンズの各収差図である。
本開示の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

実施例

0024

以下、本開示の技術に係る実施形態の一例について図面を参照して説明する。図1は、本開示の一実施形態に係るズームレンズの広角端における構成を示す断面図と移動軌跡を示す図である。図2は、このズームレンズの構成と光束を示す断面図である。図1および図2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の断面図および図2では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側である。図2では、「WIDE」と付した最上段広角端状態を示し、「MIDDLE1」と付した上から2番目の段に第1中間焦点距離状態を示し、「MIDDLE2」と付した上から3番目の段に第2中間焦点距離状態を示し、「TELE」と付した最下段に望遠端状態を示す。図2では、光束として、広角端状態における軸上光束waおよび最大画角の光束wb、第1中間焦点距離状態における軸上光束m1aおよび最大画角の光束m1b、第2中間焦点距離状態における軸上光束m2aおよび最大画角の光束m2b、望遠端状態における軸上光束taおよび最大画角の光束tbを示す。

0025

図1および図2では、ズームレンズが撮像装置に適用されることを想定して、ズームレンズと像面Simとの間に入射面と出射面が平行の光学部材PPが配置された例を示している。光学部材PPは、各種フィルタ、カバーガラス、およびプリズム等を想定した部材である。各種フィルタとは例えば、ローパスフィルタ赤外線カットフィルタ、および特定の波長域カットするフィルタ等である。光学部材PPは屈折力を有しない部材であり、光学部材PPを省略した構成も可能である。以下では主に図1を参照しながら本開示の一実施形態に係るズームレンズについて説明する。

0026

ズームレンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ順に、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、正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5つのレンズ群のみをレンズ群として備える。変倍の際に、第1レンズ群G1および第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とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する。最も物体側に正の屈折力を有するレンズ群を配置し、変倍の際に間隔が変化する5つのレンズ群を含み、上記のように構成することによって、変倍の際の収差変動を抑えつつ、高倍率化および全長の短縮化両立が容易になる。特に、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4を正の屈折力を有するレンズ群とすることによって、軸上色収差が拡大しやすい望遠側の軸上色収差を抑制することができるので高倍率化に有利となる。また、第1レンズ群G1と第5レンズ群G5とを変倍の際に固定されている構成とすることによって、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離が変倍の際に変化せず、レンズ系の重心の変動を小さくすることができるため、撮影の際の利便性を高めることができる。

0027

図1では、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、および第4レンズ群G4の下にそれぞれ、広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を模式的に実線の矢印で示している。また、移動軌跡の始点および終点それぞれに対応する広角端および望遠端を図1ではそれぞれ「WIDE」および「TELE」で示している。

0028

図1の例の各レンズ群は以下に述べるレンズから構成されている。すなわち、第1レンズ群G1は、物体側から像側へ順に、レンズL11〜L15の5枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は、物体側から像側へ順に、レンズL21〜L27の7枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は、レンズL31の1枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は、物体側から像側へ順に、レンズL41〜L44の4枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は、物体側から像側へ順に、レンズL51〜L63の13枚のレンズからなる。また、図1の例では、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間に開口絞りStが配置されている。ただし、図1の開口絞りStは形状を示しているのではなく、光軸方向の位置を示している。

0029

第2レンズ群G2は最も物体側に負レンズを備えるように構成される。負の屈折力を第2レンズ群G2の内部の物体側に配置することによって、高倍率化の際に入射瞳位置をより物体側に近づけることができるため、第1レンズ群G1の最も物体側のレンズの大径化を抑制することができる。これによって、小型化を図りながら広角化を達成することに有利となる。

0030

第2レンズ群G2の焦点距離をf2、第2レンズ群G2の最も物体側の負レンズの焦点距離をf21とした場合、下記条件式(1)を満足するように構成される。条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、入射瞳位置をより物体側に近づける効果が得られるため、第1レンズ群G1のレンズの大径化の抑制に有利となる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、第2レンズ群G2の最も物体側の負レンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎるのを抑制できるため、広角端での歪曲収差の発生を抑えることが容易になる。さらに下記条件式(1−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
0.6<f2/f21<0.9 (1)
0.68<f2/f21<0.8 (1−1)

0031

本開示の技術に係るズームレンズは、上記の群構成を有し、第2レンズ群G2の最も物体側に負レンズを配置し、この負レンズの屈折力を条件式(1)を満足するように設定しているため、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成し、良好な光学性能を得ることに有利となる。

0032

次に、本開示の技術に係るズームレンズの好ましい構成について説明する。第2レンズ群G2の最も物体側の負レンズは非球面レンズであることが好ましい。第2レンズ群G2の最も物体側に非球面レンズを配置することによって、広角端の歪曲収差を抑制することが容易になる。

0033

より詳しくは、第2レンズ群G2の最も物体側の負レンズの像側の面が非球面であり、この非球面は、広角端での最大画角の主光線とこの非球面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する形状であることが好ましい。均質媒質からなる非球面レンズの同一面上の異なる2点における屈折力の強弱は、例えば、各点における近似的な曲率半径の絶対値の大小関係から判断することができる。上記の好ましい非球面の形状について図3を参照しながら以下に説明する。一例として、図3に上記形状を有する非球面Saの断面図を示す。図3では、広角端での最大画角の主光線CRと非球面Saとの交点Paにおける面の法線二点鎖線で示し、この法線と光軸Zとが交わる点を点P1としている。交点Paと点P1とを結ぶ線分の長さ|Pa−P1|が、非球面Saの交点Paにおける近似的な曲率半径の絶対値とみなすことができる。一方、非球面Saの近軸領域における曲率半径の絶対値は、いわゆる近軸曲率半径の絶対値である。非球面Saの近軸曲率半径は、非球面Saの近軸球面Spの半径であり、図3ではその絶対値を|Rp|で示している。近軸球面Spは、非球面Saと光軸Zとの交点を通り、光軸上の点P2を中心とする半径|Rp|の球面である。図3の例において、「非球面は、広角端での最大画角の主光線とこの非球面との交点において近軸領域での屈折力よりも弱い屈折力を有する」とは、|Pa−P1|が|Rp|よりも長いことを意味する。

0034

第2レンズ群G2の最も物体側の負レンズの像側の面を非球面にすることによって、広角端の歪曲収差をより抑制することが容易になる。また、近軸領域に比べレンズ周辺部での曲率半径の絶対値を大きくすることによって、非球面と隣接する面との面間隔をより小さくすることができるので、第2レンズ群G2をより小型化することができる。そして、これによってズームストローク(変倍の際の移動範囲)をより長くすることができるため、高倍率化に有利となる。

0035

第2レンズ群G2に含まれる全ての正レンズのd線基準のアッベ数の最大値をν2pとした場合、下記条件式(2)を満足することが好ましい。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G1によって広角端でプラス側に発生する短波長倍率色収差を、第2レンズ群G2によって効果的に補正することができる。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、d線基準のアッベ数がν2pとなる第2レンズ群G2の正レンズの屈折率が低くなり過ぎないため、この正レンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎることがなく、したがって厚みが厚くなるのを抑制することができる。これによって、ズームストロークの確保に有利となるので、高倍率化に有利となる。さらに下記条件式(2−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
70<ν2p<110 (2)
80<ν2p<100 (2−1)

0036

望遠端での第2レンズ群G2の横倍率をβ2t、広角端での第2レンズ群G2の横倍率をβ2wとした場合、下記条件式(3)を満足することが好ましい。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、変倍の際の第2レンズ群G2の移動量を抑制できるため、小型化および高倍率化の両立に有利となる。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、第2レンズ群G2の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動の抑制が容易になる。さらに下記条件式(3−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
10<β2t/β2w<25 (3)
15<β2t/β2w<20 (3−1)

0037

第3レンズ群G3の焦点距離をf3、第4レンズ群G4の焦点距離をf4とした場合、下記条件式(4)を満足することが好ましい。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、第4レンズ群G4に対して第3レンズ群G3の屈折力が弱くなり過ぎないため、第4レンズ群G4のレンズを小径化することが容易になり、また、第3レンズ群G3のズームストロークを確保し易くなるので高倍率化が容易になる。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、第4レンズ群G4に対して第3レンズ群G3の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動を抑制することが容易になるので高性能化に有利となる。さらに下記条件式(4−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
0.4<f4/f3<1 (4)
0.45<f4/f3<0.65 (4−1)

0038

無限遠物体に合焦した状態における広角端から望遠端への変倍の際に、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4を合成してなる第34合成レンズ群と、第2レンズ群G2とは、それぞれの横倍率が−1倍の点を同時に通り、第4レンズ群G4は物体側へ移動することが好ましい。このようにした場合は、高倍率化が容易となる。第34合成レンズ群の横倍率、および第2移動レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置は、図1の移動軌跡の図では「β=−1」で示されており、図2では第2中間焦点距離状態に対応する。

0039

さらにズームレンズは、無限遠物体に合焦した状態において、第34合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置よりも広角側で第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が最大になるように構成されていることが好ましい。第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が最大となるズーム位置は図1の移動軌跡の図では「Dmax」で示されており、図2では第1中間焦点距離状態に対応する。本開示のズームレンズのようなレンズ系では合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置よりも広角側において軸外光束外縁光線は最も高くなる。一方、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が最大となる状態は、第3レンズ群G3が物体側に繰り出した状態である。第34合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置と広角端との間のズーム域内で第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が最大になるように構成することによって、軸外光束の外縁光線が最も高くなるズーム位置、もしくはその近傍で、正の屈折力を有する第3レンズ群G3を物体側に繰り出すことができる。これによって、第1レンズ群G1における軸外光束の外縁光線をより低くすることができるため、第1レンズ群G1の大径化を抑制することができ、小型化に有利となる。

0040

無限遠物体に合焦した状態において、第34合成レンズ群と第2レンズ群G2とがそれぞれの横倍率が−1倍の点を同時に通り、第34合成レンズ群の横倍率が−1倍になるズーム位置よりも広角側で第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が最大になる場合、下記条件式(5)を満足することが好ましい。ここでは、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との光軸上の間隔の最大値をD34max、広角端での第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との光軸上の間隔をD34w、広角端での第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との合成焦点距離をf34wとしている。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、入射瞳位置を物体側に近づける効果が十分得られるため、高倍率化した際に、第1レンズ群G1のレンズの大径化を抑制することができる。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3レンズ群G3の位置の変化が大きくなり過ぎないため、広角側での変倍の際の球面収差の変動を抑えることに有利となる。さらに下記条件式(5−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
0.35<(D34max−D34w)/f34w<0.45 (5)
0.38<(D34max−D34w)/f34w<0.41 (5−1)

0041

望遠端での第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との合成横倍率をβ34t、広角端での第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との合成横倍率をβ34wとした場合、下記条件式(6)を満足することが好ましい。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、変倍の際に移動する各レンズ群の移動量を抑制できるため、小型化および高倍率化の両立が容易になる。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、変倍の際に移動する各レンズ群の屈折力が強くなり過ぎないため、変倍の際の球面収差の変動を抑制することが容易になる。さらに下記条件式(6−1)を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
4<β34t/β34w<8 (6)
5<β34t/β34w<7.5 (6−1)

0042

また、ズームレンズは防振機能を有することが好ましい。特に、ズーム倍率が100倍を超えるようなズームレンズは、望遠側での焦点距離が長くなることから、撮影の際にズームレンズにかかる振動が無視できなくなるため、像ぶれ補正を行う防振機能を有することが好ましい。その場合、第5レンズ群G5が最も物体側に像ぶれ補正の際に光軸Zと交差する方向に移動する防振レンズ群を備えることが好ましい。さらに、図1に示すように第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の間に開口絞りStが配置されていることが好ましい。変倍の際に固定されているレンズ群であり、かつレンズ径が小さく重量の小さいレンズ群である第5レンズ群G5のレンズを用いて防振レンズ群を構成することによって、防振の制御が容易になる。また、開口絞りStに近い第5レンズ群G5の最も物体側に防振レンズ群を配置することによって、球面収差の抑制に有利となる。

0043

第5レンズ群G5が最も物体側に防振レンズ群を備える場合、防振レンズ群は負の屈折力を有し、かつ、下記条件式(7)を満足することが好ましい。ここでは、広角端でのズームレンズの焦点距離をfw、防振レンズ群の焦点距離をfoisとしている。正の屈折力を有する第5レンズ群G5に含まれる防振レンズ群の屈折力を負にすることによって、防振レンズ群の屈折力をより強くすることができ、像ぶれ補正の際の防振レンズ群の光軸Zに垂直な方向の移動量を抑制できる。条件式(7)の下限以下とならないようにすることによって、防振レンズ群のレンズの曲率半径の絶対値が小さくなり過ぎないため、球面収差の発生を抑制することに有利となる。条件式(7)の上限については、防振レンズ群は負の屈折力を有することから条件式(7)の上限は0になる。さらに下記条件式(7−1)を満足することが好ましい。条件式(7−1)の下限以下とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑制することにより有利となる。防振レンズ群が負の屈折力を有し、かつ条件式(7−1)の上限以上とならないようにすることによって、像ぶれ補正の際の防振レンズ群の光軸Zに垂直な方向の移動量を抑制できるので、防振レンズ群の大径化を抑制でき、これによって制御が容易になる。
−0.2<fw/fois<0 (7)
−0.15<fw/fois<−0.05 (7−1)

0044

防振レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなることが好ましい。このようにした場合は、像ぶれ補正の際の球面収差の抑制に有利となる。図1の例では、防振レンズ群はレンズL51〜L53の3枚のレンズからなる。図1のレンズL51〜L53の下に記入された上下方向の両矢印は、レンズL51〜L53が防振レンズ群であることを示す。

0045

なお、図1に示す例は一例であり、本開示の技術の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、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にすることも可能である。

0046

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。本開示の技術によれば、小型化を図りながら、広角化および高倍率化を達成可能であり、良好な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」は広角端での全画角が70度以上であることを意味し、「高倍率」はズームの倍率が100倍以上であることを意味する。

0047

次に、本開示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のズームレンズの構成と移動軌跡は図1に示しており、その図示方法と構成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、物体側から像側へ順に、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、正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、開口絞りStと、正の屈折力を有する第5レンズ群G5とからなる。変倍の際に、第1レンズ群G1と開口絞りStと第5レンズ群G5とは像面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とは隣り合うレンズ群との間隔を変化させて光軸Zに沿って移動する。第1レンズ群G1は5枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は7枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は1枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は4枚のレンズからなる。第5レンズ群G5は13枚のレンズからなる。防振レンズ群は、第5レンズ群G5の物体側から1番目、2番目、および3番目の3枚のレンズからなる。以上が実施例1のズームレンズの概要である。

0048

実施例1のズームレンズについて、基本レンズデータを表1Aおよび表1Bに、諸元可変面間隔を表2に、非球面係数を表3に示す。ここでは、1つの表の長大化を避けるため基本レンズデータを表1Aおよび表1Bの2つの表に分けて表示している。表1Aには第1レンズ群G1から第4レンズ群G4までを示し、表1Bには開口絞りSt、第5レンズ群G5、および光学部材PPを示す。表1A、表1B、および表2には、無限遠物体に合焦した状態におけるデータを示す。

0049

表1Aおよび表1Bにおいて、Snの欄には最も物体側の面を第1面とし像側に向かうに従い1つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、Rの欄には各面の曲率半径を示し、Dの欄には各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。Ndの欄には各構成要素のd線に対する屈折率を示し、νdの欄には各構成要素のd線基準のアッベ数を示し、θgFの欄には各構成要素のg線とF線間の部分分散比を示す。

0050

表1Aおよび表1Bでは、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表1Bでは開口絞りStに相当する面の面番号の欄に面番号と(St)という語句を記載している。表1Aおよび表1Bでは、変倍の際の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Dの欄に記入している。

0051

表2に、ズームの倍率Zr、焦点距離f、空気換算距離でのバックフォーカスBf、FナンバーFNo.、最大全画角2ω、および、変倍の際の可変面間隔を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、第1中間焦点距離状態、第2中間焦点距離状態、望遠端状態の各値をそれぞれWIDE、MIDDLE1、MIDDLE2、TELEと表記した欄に示している。

0052

基本レンズデータでは、非球面の面番号には*印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表3において、Snの欄には非球面の面番号を示し、KAおよびAm(m=3、4、5、・・・16)の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。表3の非球面係数の数値の「E±n」(n:整数)は「×10±n」を意味する。KAおよびAmは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Zd=C×h2/{1+(1−KA×C2×h2)1/2}+ΣAm×hm
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からレンズ面までの距離)
C:近軸曲率半径の逆数
KA、Am:非球面係数
であり、非球面式のΣはmに関する総和を意味する。

0053

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、光学系は比例拡大又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。

0054

0055

0056

0057

0058

図4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の各収差図を示す。図4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4では「WIDE」と付した最上段に広角端状態の収差を示し、「MIDDLE1」と付した上から2番目の段に第1中間焦点距離状態の収差を示し、「MIDDLE2」と付した上から3番目の段に第2中間焦点距離状態の収差を示し、「TELE」と付した最下段に望遠端状態の収差を示す。球面収差図では、d線、C線、F線、およびg線における収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および一点鎖線で示す。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、および一点鎖線で示す。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。

0059

上記の実施例1に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

0060

[実施例2]
実施例2のズームレンズの構成と移動軌跡を図5に示す。実施例2のズームレンズは、実施例1のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例2のズームレンズについて、基本レンズデータを表4Aおよび表4Bに、諸元と可変面間隔を表5に、非球面係数を表6に、各収差図を図6に示す。

0061

0062

0063

0064

0065

[実施例3]
実施例3のズームレンズの構成と移動軌跡を図7に示す。実施例3のズームレンズは、実施例1のズームレンズの概要と同様の構成を有する。実施例3のズームレンズについて、基本レンズデータを表7Aおよび表7Bに、諸元と可変面間隔を表8に、非球面係数を表9に、各収差図を図8に示す。

0066

0067

0068

0069

0070

表10に、実施例1〜3のズームレンズの条件式(1)〜(7)の対応値を示す。

0071

以上説明したデータからわかるように、実施例1〜3のズームレンズは、小型に構成されながらも、広角端での全画角が70度以上あり、広い画角を有しており、ズームの倍率が120倍以上であり、高倍率化を達成しており、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。撮像装置において、例えば、撮像面の直径が11mm(ミリメートル)の撮像素子と組み合わせてズームレンズが使用される際、最も物体側のレンズの直径は205mm(ミリメートル)以下であることが要望される場合があるが、実施例1〜3はこのような要望に対応可能である。

0072

次に、本開示の実施形態に係る撮像装置について説明する。図9に、本開示の実施形態の撮像装置の一例として、本開示の実施形態に係るズームレンズ1を用いた撮像装置100の概略構成図を示す。撮像装置100としては、例えば、放送用カメラ、映画撮影用カメラ、ビデオカメラ、および監視用カメラ等を挙げることができる。

0073

撮像装置100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9では、ズームレンズ1が備える複数のレンズを概略的に図示している。

0074

撮像素子3はズームレンズ1により形成される光学像電気信号に変換するものであり、例えば、CCD(Charge Coupled Device)又は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。

0075

撮像装置100はまた、撮像素子3からの出力信号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の変倍を制御する変倍制御部7と、ズームレンズ1の合焦を制御する合焦制御部8とを備える。なお、図9では1つの撮像素子3のみ図示しているが、3つの撮像素子を有するいわゆる3板方式の撮像装置としてもよい。

0076

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術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、アッベ数、および非球面係数等は、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。

0077

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 変倍制御部
8 合焦制御部
100撮像装置
CR主光線
G1 第1レンズ群
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
L11〜L15、L21〜L27、L31、L41〜L44、L51〜L63レンズ
m1a、m2a、ta、wa軸上光束
m1b、m2b、tb、wb最大画角の光束
P1、P2 点
Pa交点
PP光学部材
Rp半径
Sa 非球面
Sim 像面
Sp近軸球面
St開口絞り
Z 光軸

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