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WO2013175722A1 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

ズームレンズおよび撮像装置 Download PDF

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WO2013175722A1
WO2013175722A1 PCT/JP2013/003005 JP2013003005W WO2013175722A1 WO 2013175722 A1 WO2013175722 A1 WO 2013175722A1 JP 2013003005 W JP2013003005 W JP 2013003005W WO 2013175722 A1 WO2013175722 A1 WO 2013175722A1
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zoom lens
lens group
positive
following conditional
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PCT/JP2013/003005
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French (fr)
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小里 哲也
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a compact zoom lens optimal for a mirrorless interchangeable lens and an image pickup apparatus including the zoom lens.
  • Patent Documents 1 to 3 are known as a three-group zoom type zoom lens preceding the negative lens group suitable for meeting the demands for such downsizing and cost reduction.
  • the zoom lens disclosed in Patent Document 1 performs zooming by moving a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group is composed of a negative lens, a negative lens, and a positive lens in order from the object side
  • the second lens group is composed of a positive lens, a positive lens, a negative lens, and a positive lens in order from the object side
  • the third lens group is Consists of a positive lens.
  • the zoom lens of Patent Document 1 since the most image side lens of the second lens group is a positive lens, the refractive power of the positive lens on the object side in the second lens group is weakened. The effective diameter increases, and the lens outer diameter of the second lens group increases. Further, the principal point position of the second lens group is on the image side, and it is necessary to increase the distance between the first lens group and the second lens group at the telephoto end, and it is difficult to shorten the total lens length.
  • the zoom lens of Patent Document 2 performs zooming by moving a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group is composed of a negative lens, a negative lens, and a positive lens in order from the object side
  • the second lens group is composed of a positive lens, a positive lens, a negative lens, and a negative lens in order from the object side
  • the third lens group is Consists of a positive lens.
  • the focal length of the second lens group is long with respect to the focal length of the entire zoom lens system, it is difficult to shorten the total lens length.
  • the movement of the third lens group causes an air flow around the imaging surface, and there is a concern about dust adhering to the imaging surface.
  • the second positive lens and the third negative lens in the second lens group are not cemented lenses in order from the object side, there is a concern about performance deterioration due to lens holding accuracy.
  • the fourth negative lens of the second lens group has a concave surface facing the image side, it is difficult to correct curvature of field and distortion, and there is a concern about performance deterioration due to lens holding accuracy.
  • the zoom lens disclosed in Patent Document 3 performs zooming by moving a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group is composed of a negative lens, a negative lens, and a positive lens in order from the object side
  • the second lens group is composed of a positive lens, a positive lens, a negative lens, and a positive lens in order from the object side
  • the third lens group is Consists of a positive lens.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a compact zoom lens optimal for a mirrorless interchangeable lens and an image pickup apparatus including the zoom lens.
  • the zoom lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group is arranged in order from the object side to the image side.
  • Kutomo one surface is composed of a negative lens L24.
  • the third lens group is characterized by being composed of a positive lens L31.
  • D45 Air distance between the positive lens L21 and the positive lens L22 in the optical axis direction
  • f2 Focal length of the second lens group.
  • fw focal length of the entire zoom lens system at the wide-angle end
  • ft focal length of the entire zoom lens system at the telephoto end
  • BF back focus of the entire zoom lens system.
  • N13 Refractive index at the d-line of the positive lens L13.
  • the zoom lens of the present invention includes the zoom lens of the present invention described above.
  • the zoom lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group is arranged in order from the object side to the image side.
  • Kutomo one surface is composed of a negative lens L24.
  • the image pickup apparatus of the present invention includes the zoom lens of the present invention, the image pickup apparatus as a whole can be a small image pickup apparatus.
  • Each aberration diagram (A to L) of the zoom lens of Example 1 of the present invention Aberration diagrams (A to L) of the zoom lens according to the second embodiment of the present invention.
  • Aberration diagrams (A to L) of the zoom lens according to the fourth exemplary embodiment of the present invention is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lens configuration of a zoom lens (common to Example 1) according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration example shown in FIG. 1 is the same as the configuration of the zoom lens of Example 1 described later.
  • the left side is the object side
  • the right side is the image side.
  • a first lens group G1 having a negative refractive power in order from the object side along the optical axis Z, a first lens group G1 having a negative refractive power, a second lens group G2 having a positive refractive power, and a first lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group G1 and the second lens group G2 are moved to move the zooming lens.
  • a diaphragm is arranged in the second lens group G2.
  • the aperture stop St shown in FIG. 1 does not necessarily indicate the size or shape, but indicates the position on the optical axis Z.
  • FIG. 1 shows an example in which a parallel plate-like optical member PP that assumes these is arranged between the third lens group G3 and the image plane Sim. Note that the thickness and characteristics of the optical member PP are considered according to the required performance, and the position, thickness, and characteristics are not limited. Further, the optical member PP may not be arranged.
  • the first lens G1 has negative refractive power
  • the second lens group G2 has positive refractive power
  • the third lens group G3 has positive refractive power
  • only the first lens group G1 and the second lens group G2 are used.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a negative lens L11 having a concave surface facing the image side, a negative lens L12 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L13 having a convex surface facing the object side.
  • a negative lens L11 having a concave surface facing the image side a negative lens L12 having a concave surface facing the image side
  • a positive lens L13 having a convex surface facing the object side.
  • the second lens group G2 has, in order from the object side, an aperture stop St, a positive lens L21 having a convex surface facing the object side, a positive lens L22 having a convex surface facing the object side in order from the object side, and a concave surface facing the image side.
  • the negative lens L23 is composed of a cemented lens having a positive refractive power as a whole and a negative lens L24 having a convex surface facing the image side and having an aspheric surface at least one surface. In particular, it is possible to correct spherical aberration, curvature of field, and axial chromatic aberration, and it is possible to obtain a lens structure with better workability.
  • the cemented lens includes a positive lens L22 having a convex surface directed toward the object side and a negative lens L23 having a concave surface directed toward the image side in order from the object side, whereby spherical aberration and axial chromatic aberration can be corrected. Degradation of performance due to lens holding accuracy can be prevented.
  • the L24 lens is a negative lens having a convex surface facing the image side and having at least one aspheric surface, spherical aberration and curvature of field can be corrected, and the vertex of the negative lens L24 can be corrected from the optical axis. Even when it is off (axial misalignment / decenter), the image quality at the peripheral angle of view is little deteriorated, so that it is possible to prevent performance deterioration due to lens holding accuracy.
  • the third lens group is composed of a positive lens L31, whereby the incident light angle to the image plane can be lowered, and shading can be reduced. Further, by fixing during zooming, dust adhering to the image plane can be reduced.
  • the first lens group G1 when focusing on a short distance, is configured to move so that there is little aberration fluctuation at the time of focusing, and a drive system necessary for extending the lens at the time of focusing is provided.
  • the lens barrel size on the lens mount side can be reduced.
  • conditional expression (1) is an expression relating to the distance between the positive lens L21 and the positive lens L22 in the optical axis direction. Satisfying this can achieve a reduction in size of the lens and good aberration correction.
  • D45 Air distance between the positive lens L21 and the positive lens L22 in the optical axis direction
  • f2 Focal length of the second lens group.
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, it is advantageous for downsizing, but it is difficult to correct curvature of field and spherical aberration, and if it exceeds the upper limit, it is advantageous for correction of curvature of field and spherical aberration. Achievement is difficult.
  • conditional expressions (2), (3), (4), and (5) are expressions relating to the refractive powers of the first lens group G1 and the second lens group G2. Good aberration correction can be achieved over the entire area.
  • Conditional expressions (2) and (3) are expressions relating to the refractive power of the first lens group G1, and if the lower limit is not reached, it is advantageous for miniaturization of the lens, but it becomes difficult to correct aberrations in the entire zoom range. Performance fluctuations will also increase. Exceeding the upper limit is advantageous for aberration correction throughout the entire zoom range and fluctuations in performance during focusing, but it is difficult to achieve lens miniaturization.
  • Conditional expressions (4) and (5) are related to the refractive power of the second lens group G2, and if it is below the lower limit, it is advantageous for miniaturization of the lens, but it becomes difficult to correct aberrations over the entire zoom range and exceeds the upper limit. This is advantageous for aberration correction throughout the entire zoom range, but it is difficult to achieve lens miniaturization.
  • conditional expressions (6) and (7) are expressions relating to the back focus, and when mounted on a camera with a short flange back, miniaturization can be achieved by satisfying this.
  • fw focal length of the entire zoom lens system at the wide-angle end
  • ft focal length of the entire zoom lens system at the telephoto end
  • BF back focus of the entire zoom lens system.
  • conditional expression (8) is an expression relating to the refractive index of the positive lens L13.
  • N13 Refractive index at the d-line of the positive lens L13.
  • the absolute value of the radius of curvature of the lens can be increased, and the thickness of the lens can be reduced, so that downsizing can be achieved. Further, the Petzval sum can be made appropriate, and the field curvature can be corrected well.
  • conditional expressions (9) and (10) If the lower limit of conditional expressions (9) and (10) is not reached, it is possible to reduce the size of the lens. However, if the shutter space between the first lens group G1 and the second lens group G2 is reduced and the upper limit is exceeded, the lens is reduced. It becomes difficult to achieve downsizing.
  • the zoom lens as the material disposed closest to the object side, specifically, glass is preferably used, or transparent ceramics may be used.
  • the zoom lens when used in a harsh environment, it is preferable to provide a protective multilayer coating. Further, in addition to the protective coat, an antireflection coat for reducing ghost light during use may be applied.
  • optical member PP is arranged between the zoom lens and the image plane Sim, but instead of arranging a low-pass filter, various filters that cut a specific wavelength range, and the like.
  • these various filters may be arranged between the lenses, or a coating having the same action as the various filters may be applied to the lens surface of any lens.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the lens configuration of the zoom lens of Example 1
  • FIG. 2 is a sectional view showing the lens configuration of the zoom lens of Example 2
  • FIG. 2 is a sectional view showing the lens configuration of the zoom lens of Example 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the lens configuration of the zoom lens of Example 4
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the lens configuration of the zoom lens of Example 5.
  • the optical member PP is also shown together, the left side is the object side, the right side is the image side, and the illustrated aperture stop St does not necessarily represent the size or shape.
  • the position on the optical axis Z is shown.
  • Table 1 shows lens data of the zoom lens of Example 1
  • Table 2 shows data on the distance between moving surfaces
  • Table 3 shows data on aspheric surfaces.
  • Table 4 shows lens data of the zoom lens of Example 2
  • Table 5 shows data on the distance between the moving surfaces
  • Table 6 shows data on the aspherical surface.
  • Table 7 shows lens data of the zoom lens of Example 3
  • Table 8 shows data related to the distance between the moving surfaces
  • Table 9 shows data related to the aspherical surface.
  • Table 10 shows lens data of the zoom lens of Example 4
  • Table 11 shows data related to the distance between the moving surfaces
  • Table 12 shows data related to the aspheric surface.
  • Table 13 shows lens data of the zoom lens of Example 5
  • Table 14 shows data related to the distance between the moving surfaces
  • Table 15 shows data related to the aspherical surface.
  • the Ri column shows the radius of curvature of the i-th surface
  • the Di column shows the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface.
  • the Ndi column shows the refractive index for the d-line (wavelength 587.6 nm) of the medium between the i-th surface and the (i + 1) -th surface, and the most object side optical element is the first in the ⁇ dj column.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
  • the lens data includes the aperture stop St and the optical member PP.
  • the phrase (aperture) is written together with the surface number.
  • Dn (n is a surface number) is described in the surface interval column where the interval changes during zooming and focusing.
  • the data on the distance between moving surfaces in Table 2 shows the values of the surface distance Dn (n is the surface number) at each of the wide angle end, the intermediate angle of view, and the telephoto end.
  • the surface number of the aspheric surface is marked with *, and the paraxial radius of curvature is shown as the radius of curvature of the aspheric surface.
  • the aspheric data in Table 3 shows surface numbers of aspheric surfaces and aspheric coefficients related to these aspheric surfaces.
  • the aspheric coefficient is a value of each coefficient K, Ai in the aspheric expression represented by the following expression (A).
  • Z (Y 2 / R) / ⁇ 1+ (1 ⁇ K ⁇ Y 2 / R 2 ) 1/2 ⁇ + ⁇ AiY i (A)
  • Z aspheric depth
  • Y height
  • R paraxial radius of curvature
  • K eccentricity
  • Ai aspheric coefficient.
  • Table 16 shows values corresponding to the conditional expressions (1) to (10) of the zoom lenses of Examples 1 to 5.
  • the d-line is used as a reference wavelength, and the values shown in Table 16 below are at this reference wavelength.
  • FIGS. 6A to 6L show aberration diagrams of the imaging lens of Example 1.
  • FIG. 6A to 6D show spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the wide-angle end, respectively
  • FIGS. 6E to 6H show spherical aberration, astigmatism, and intermediate angle of view, respectively. Distortion and lateral chromatic aberration are shown
  • FIGS. 6I to 6L show spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration at the telephoto end, respectively.
  • Each aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration shows aberrations with the d-line (wavelength 587.6 nm) as the reference wavelength.
  • the spherical aberration diagram in addition to the d-line (wavelength 587.6 nm), aberrations at a wavelength of 460.0 nm and a wavelength of 615.0 nm are shown by a solid line, a one-dot chain line, and a two-dot chain line, respectively.
  • the sagittal and tangential aberrations are indicated by a solid line and a broken line, respectively.
  • each aberration diagram of the imaging lens of Example 2 is shown in FIGS. 7A to 7L
  • each aberration diagram of the imaging lens of Example 3 is shown in FIGS. 8A to 8L
  • Example 4 is shown.
  • 9A to 9L show aberration diagrams of the imaging lens of FIGS. 9A to 9L
  • FIGS. 10A to 10L show aberration diagrams of the imaging lens of the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus using the zoom lens according to the embodiment of the present invention as an example of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the first lens group G1 to the third lens group G3 included in the zoom lens 1 are schematically shown.
  • the imaging device 10 includes a zoom lens 1, a filter 6 having a function such as a low-pass filter disposed on the image side of the zoom lens 1, an imaging element 7 disposed on the image side of the filter 6, and a signal processing circuit 8. It has.
  • the image sensor 7 converts an optical image formed by the zoom lens 1 into an electrical signal.
  • a CCD Charge-Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • the image sensor 7 is arranged so that its image plane coincides with the image plane of the zoom lens 1.
  • An image picked up by the zoom lens 1 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 7, an output signal from the image pickup device 7 relating to the image is subjected to arithmetic processing by the signal processing circuit 8, and the image is displayed on the display device 9.
  • FIG. 11 shows a so-called single-plate type image pickup apparatus using one image pickup element 7, but the image pickup apparatus of the present invention has R (between the zoom lens 1 and the image pickup element 7.
  • a so-called three-plate system may be used in which color separation prisms for each color such as red), G (green), and B (blue) are inserted and three image pickup devices corresponding to the respective colors are used.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
  • the values of the radius of curvature, the surface interval, the refractive index, the Abbe number, the aspherical coefficient, etc. of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and can take other values.

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Description

ズームレンズおよび撮像装置
 本発明は、ミラーレス用交換レンズに最適な小型のズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
 近年、一眼レフカメラの分野にて、カメラ側にファインダーへ光を反射させるミラーボックスを排除した、ミラーレスカメラが普及している。このミラーレスカメラはミラーボックスが無く、交換レンズのバックフォーカスを短くすることができるため、レンズの全長を短くするのに有利である。さらに、カメラのマウントよりカメラ内部へ交換レンズの先端を潜り込ませる構造も可能である。このミラーレスカメラの利点を生かした小型レンズの要求が近年強くなっている。特にレンズ全長が長くなりがちなズームレンズでの小型化への要求は強い。また、低価格化への要求も強い。
 このような小型化・低価格化への要求に応えるのに適した負レンズ群先行の3群ズームタイプのズームレンズとして、下記特許文献1~3が知られている。
特許3433734号明細書 特許4245783号明細書 特開2003-307677号公報
 特許文献1のズームレンズは、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を移動させ変倍を行う。第1レンズ群が物体側から順に負レンズ、負レンズ、正レンズで構成され、第2レンズ群が物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズで構成され、第3レンズ群が正レンズで構成される。
 特許文献1のズームレンズでは、第2レンズ群の最も像側のレンズが正レンズのため、第2レンズ群中の物体側にある正レンズの屈折力を弱めることになり、第2レンズ群の有効径が拡大して、第2レンズ群のレンズ外径が拡大する。また、第2レンズ群の主点位置が像側になり、望遠端時の第1レンズ群と第2レンズ群間隔を広く取る必要があり、レンズ全長の短縮化が困難である。
 特許文献2のズームレンズは、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を移動させ変倍を行う。第1レンズ群が物体側から順に負レンズ、負レンズ、正レンズで構成され、第2レンズ群が物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズで構成され、第3レンズ群が正レンズで構成される。
 特許文献2のズームレンズでは、ズームレンズ全系の焦点距離に対する第2レンズ群の焦点距離が長いため、レンズ全長の短縮化が困難である。また、第3レンズ群が移動することで、撮像面周りに空気の流れが発生し撮像面へのゴミの付着が懸念される。また、物体側から順に第2レンズ群の2番目の正レンズと3番目の負レンズが接合レンズでは無いため、レンズ保持精度による性能の劣化が懸念される。さらに、第2レンズ群の4番目の負レンズが像側に凹面を向けているため、像面湾曲と歪曲の補正が難しく、レンズ保持精度による性能の劣化が懸念される。
 特許文献3のズームレンズは、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を移動させ変倍を行う。第1レンズ群が物体側から順に負レンズ、負レンズ、正レンズで構成され、第2レンズ群が物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズで構成され、第3レンズ群が正レンズで構成される。
 特許文献3のズームレンズでは、第2レンズ群の最も像側のレンズが正レンズのため、第2レンズ群中の物体側にある正レンズの屈折力を弱めることになり、第2レンズ群の有効径が拡大し、第2レンズ群のレンズ外径が拡大する。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ミラーレス用交換レンズに最適な小型のズームレンズおよび該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ものである。
 本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正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レンズ群とから構成され、第2レンズ群内には絞りが配設され、第1レンズ群および第2レンズ群のみを移動させることで変倍を行うズームレンズにおいて、第1レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズL11と、像側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凸面を向けた正レンズL13とから構成され、第2レンズ群は、物体側から順に、絞りと、物体側に凸面を向けた正レンズL21と、物体側から順に物体側に凸面を向けた正レンズL22および像側に凹面を向けた負レンズL23からなる、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた、少なくとも1面が非球面の負レンズL24とから構成され、第3レンズ群は、正レンズL31から構成されていることを特徴とする。
 本発明のズームレンズでは、下記条件式を満足することが好ましい。
 0.07<D45/f2<0.20  ・・・(1)
 ただし、D45:正レンズL21と正レンズL22との光軸方向の空気間隔、f2:第2レンズ群の焦点距離、とする。
 この場合、下記条件式を満足することがさらに好ましい。
 0.09<D45/f2<0.16  ・・・(1a)
 また、下記条件式を満足することが好ましい。
 1.60<|f1|/fw<2.20  ・・・(2)
 0.85<|f1|/ft<1.20  ・・・(3)
 1.20<f2/fw<1.60  ・・・(4)
 0.60<f2/ft<0.90  ・・・(5)
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、f1:第1レンズ群の焦点距離、f2:第2レンズ群の焦点距離、とする。
 この場合、下記条件式を満足することがさらに好ましい。
 1.70<|f1|/fw<2.10  ・・・(2a)
 0.90<|f1|/ft<1.10  ・・・(3a)
 1.30<f2/fw<1.50   ・・・(4a)
 0.70<f2/ft<0.80   ・・・(5a)
 また、下記条件式を満足することが好ましい。
 0.50<BF/fw<0.90  ・・・(6)
 0.25<BF/ft<0.45  ・・・(7)
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、BF:ズームレンズ全系のバックフォーカス、とする。
 この場合、下記条件式を満足することがさらに好ましい。
 0.55<BF/fw<0.80  ・・・(6a)
 0.30<BF/ft<0.40  ・・・(7a)
 また、下記条件式を満足することが好ましい。
 1.85<N13  ・・・(8)
 ただし、N13:正レンズL13のd線における屈折率、とする。
 この場合、下記条件式を満足することがさらに好ましい。
 1.90≦N13  ・・・(8a)
 また、下記条件式を満足することが好ましい。
 3.5<Lw/fw<5.0  ・・・(9)
 1.9<Lt/ft<2.7  ・・・(10) 
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、Lw:広角端におけるズームレンズ全系のレンズ全長、Lt:望遠端におけるズームレンズ全系のレンズ全長、とする。
 この場合、下記条件式を満足することがさらに好ましい。
 4.0<Lw/fw<4.5  ・・・(9a)
 2.1<Lt/ft<2.5  ・・・(10a)
 また、近距離への合焦は第1レンズ群を移動させることで行うことが好ましい。
 本発明のズームレンズは、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。
 本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正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レンズ群とから構成され、第2レンズ群内には絞りが配設され、第1レンズ群および第2レンズ群のみを移動させることで変倍を行うズームレンズにおいて、第1レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズL11と、像側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凸面を向けた正レンズL13とから構成され、第2レンズ群は、物体側から順に、絞りと、物体側に凸面を向けた正レンズL21と、物体側から順に物体側に凸面を向けた正レンズL22および像側に凹面を向けた負レンズL23からなる、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた、少なくとも1面が非球面の負レンズL24とから構成され、第3レンズ群は、正レンズL31から構成されたものとしたので、小型のズームレンズを実現することが可能となる。
 また、本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えているため、全体として小型の撮像装置とすることができる。
本発明の一実施形態にかかるズームレンズ(実施例1と共通)のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例2のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例3のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例4のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例5のズームレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例1のズームレンズの各収差図(A~L) 本発明の実施例2のズームレンズの各収差図(A~L) 本発明の実施例3のズームレンズの各収差図(A~L) 本発明の実施例4のズームレンズの各収差図(A~L) 本発明の実施例5のズームレンズの各収差図(A~L) 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
 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は本発明の一実施形態にかかるズームレンズ(実施例1と共通)のレンズ構成を示す断面図である。図1に示す構成例は、後述の実施例1のズームレンズの構成と共通である。図1においては、左側が物体側、右側が像側である。
 このズームレンズは、光軸Zに沿って、物体側から順に、負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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とから構成され、第2レンズ群G2内には絞りが配設され、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2のみを移動させることで変倍を行うものである。なお、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさや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。
 このズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Simの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置す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板状の光学部材PPを第3レンズ群G3と像面Simとの間に配置した例を示している。なお、光学部材PPの厚さや特性については要求性能により考慮されるものであり、位置や厚さや特性について限定するものではない。また、光学部材PPは配置しなくてもよい。
 このように、第1レンズG1を負の屈折力、第2レンズ群G2を正の屈折力、第3レンズ群G3を正の屈折力とし、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2のみを移動させて広角から望遠に向かって変倍することで、下記の通り全体としてレンズ枚数が8枚という少ない枚数で構成することができ、高倍率化・小型化・低価格化を達成することが可能となる。
 第1レンズ群G1は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズL11と、像側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凸面を向けた正レンズL13とから構成されており、これにより特に広角側の性能を良好に補正することができる。なお、L11レンズを像側に凹面を向けた負レンズとし、L12レンズを像側に凹面を向けた負レンズとすることで、像面湾曲と歪曲を補正することができる。また、L13レンズを物体側に凸面を向けた正レンズとすることで、倍率色収差を補正することができる。
 第2レンズ群G2は、物体側から順に、絞りStと、物体側に凸面を向けた正レンズL21と、物体側から順に物体側に凸面を向けた正レンズL22および像側に凹面を向けた負レンズL23からなる、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた、少なくとも1面が非球面の負レンズL24とから構成されており、これにより変倍領域全域において、特に球面収差と像面湾曲と軸上色収差を補正することができ、さらに加工性の良いレンズ構成とすることができる。なお、L21レンズを物体側に凸面を向けた正レンズとすることで、球面収差を補正することができる。また、接合レンズを物体側から順に物体側に凸面を向けた正レンズL22および像側に凹面を向けた負レンズL23から構成することで、球面収差と軸上色収差を補正することができ、さらにレンズ保持精度による性能の劣化を防ぐことができる。また、L24レンズを像側に凸面を向けた、少なくとも1面が非球面の負レンズとすることで、球面収差と像面湾曲を補正することができ、さらに負レンズL24の頂点が光軸から外れた場合(軸ずれ・ディセンター)でも周辺画角の像質の低下が少ないため、レンズ保持精度による性能の劣化を防ぐことができる。
 第3レンズ群は、正レンズL31から構成されており、これにより像面への入射光線角度を低くすることができ、シェーディングを低減することができる。また、変倍中固定とすることで、像面へ付着するゴミを低減することができる。
 さらに、近距離への合焦時は、第1レンズ群G1を移動させる構成とすることで、合焦時に収差変動の少ない構成とでき、また合焦時にレンズを繰り出すのに必要な駆動系を第1レンズ群G1側に配置することで、レンズマウント側の鏡筒サイズを小型化することができる。
 以下の条件式(1)は正レンズL21と正レンズL22との光軸方向の間隔に関する式で、これを満足することでレンズの小型化と良好な収差補正を達成することができる。
 0.07<D45/f2<0.20  ・・・(1)
 ただし、D45:正レンズL21と正レンズL22との光軸方向の空気間隔、f2:第2レンズ群の焦点距離、とする。
 条件式(1)の下限を下回ると小型化には有利であるが、像面湾曲と球面収差の補正が難しく、上限を上回ると像面湾曲と球面収差の補正には有利であるが、小型化の達成は困難である。
 なお、以下の条件式(1a)を満足することにより、さらなるレンズの小型化と良好な収差補正を達成することができる。
 0.09<D45/f2<0.16  ・・・(1a)
 以下の条件式(2)、(3)、(4)、(5)は第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の屈折力に関する式で、これを満足することでレンズの小型化とズーム全域での良好な収差補正を達成することができる。
 1.60<|f1|/fw<2.20  ・・・(2)
 0.85<|f1|/ft<1.20  ・・・(3)
 1.20<f2/fw<1.60  ・・・(4)
 0.60<f2/ft<0.90  ・・・(5)
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、f1:第1レンズ群の焦点距離、f2:第2レンズ群の焦点距離、とする。
 条件式(2)、(3)は第1レンズ群G1の屈折力に関する式で、下限を下回るとレンズの小型化には有利だが、ズーム全域での収差補正が困難となり、さらに合焦時の性能変動も増大となる。上限を上回るとズーム全域の収差補正と合焦時の性能変動には有利だが、レンズの小型化の達成は困難となる。
 条件式(4)、(5)は第2レンズ群G2の屈折力に関する式で、下限を下回るとレンズの小型化には有利だが、ズーム全域での良好な収差補正が困難となり、上限を上回るとズーム全域の収差補正には有利だが、レンズの小型化の達成は困難となる。
更に以下の条件式を満足することが望ましい。
 なお、以下の条件式(2a)、(3a)、(4a)、(5a)を満足することにより、さらなるレンズの小型化と良好な収差補正を達成することができる。
 1.70<|f1|/fw<2.10  ・・・(2a)
 0.90<|f1|/ft<1.10  ・・・(3a)
 1.30<f2/fw<1.50   ・・・(4a)
 0.70<f2/ft<0.80   ・・・(5a)
 以下の条件式(6)、(7)はバックフォーカスに関する式で、フランジバックが短いカメラに搭載される場合、これを満足することで小型化を達成することが出来る。
 0.50<BF/fw<0.90  ・・・(6)
 0.25<BF/ft<0.45  ・・・(7)
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、BF:ズームレンズ全系のバックフォーカス、とする。
 条件式(6)、(7)の下限を下回ると、小型化には有利であるが、バックフォーカスが短くなりすぎて、ローパスフィルタや赤外カットフィルタを配置することができなくなる。上限を上回るとフィルタ配置には有利であるが、小型化を達成することが困難となる。
 なお、以下の条件式(6a)、(7a)を満足することにより、フィルタ類を配置した上で、さらなるカメラの小型化を達成することができる。
 0.55<BF/fw<0.80  ・・・(6a)
 0.30<BF/ft<0.40  ・・・(7a)
 以下の条件式(8)は正レンズL13の屈折率に関する式で、これを満足することでレンズの小型化と良好な収差補正を達成することができる。
 1.85<N13  ・・・(8)
 ただし、N13:正レンズL13のd線における屈折率、とする。
 条件式(8)を満足することでレンズの曲率半径の絶対値を大きくすることができ、レンズの厚みを薄くすることができるため、小型化を達成することができる。また、ペッツバール和を適正にすることができ、像面湾曲を良好に補正することができる。
 なお、以下の条件式(8a)を満足することにより、さらなるレンズの小型化と良好な収差補正を達成することができる。
 1.90≦N13  ・・・(8a)
 以下の条件式(9)、(10)はレンズ全長に関する式で、これを満足することでレンズの小型化を達成することができる。
 3.5<Lw/fw<5.0  ・・・(9)
 1.9<Lt/ft<2.7  ・・・(10) 
 ただし、fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、Lw:広角端におけるズームレンズ全系のレンズ全長、Lt:望遠端におけるズームレンズ全系のレンズ全長、とする。
 条件式(9)、(10)の下限を下回るとレンズの小型化を達成することができるが、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2間のシャッタースペースが少なくなり、上限を上回るとレンズの小型化を達成することが難しくなる。
 なお、以下の条件式(9a)、(10a)を満足することにより、シャッタースペースを確保しながら、さらなるレンズの小型化を達成することができる。
 4.0<Lw/fw<4.5  ・・・(9a)
 2.1<Lt/ft<2.5  ・・・(10a)
 本ズームレンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
 また、本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。
 また、図1に示す例では、ズームレンズと像面Simとの間に光学部材PPを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
 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のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図1に、実施例2のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図2に、実施例3のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図3に、実施例4のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図4に、実施例5のズームレンズのレンズ構成を示す断面図を図5に示す。
 なお、図1~図5においては、光学部材PPも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りStは必ずしも大きさや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。
 実施例1のズームレンズのレンズデータを表1に、移動面の間隔に関するデータを表2に、非球面に関するデータを表3に示す。また、実施例2のズームレンズのレンズデータを表4に、移動面の間隔に関するデータを表5に、非球面に関するデータを表6に示す。また、実施例3のズームレンズのレンズデータを表7に、移動面の間隔に関するデータを表8に、非球面に関するデータを表9に示す。また、実施例4のズームレンズのレンズデータを表10に、移動面の間隔に関するデータを表11に、非球面に関するデータを表12に示す。また、実施例5のズームレンズのレンズデータを表13に、移動面の間隔に関するデータを表14に、非球面に関するデータを表15に示す。
 以下では、表中の記号の意味について、実施例1のものを例にとり説明するが、実施例2~5についても基本的に同様である。
 表1のレンズデータにおいて、Siの欄には最も物体側の構成要素の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加する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上の面間隔を示している。また、Ndiの欄にはi番目の面とi+1番目の面との間の媒質のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjの欄には最も物体側の光学要素を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、…)の光学要素のd線に対するアッベ数を示している。
 なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。レンズデータには、開口絞りSt、光学部材PPも含めて示している。開口絞りStに相当する面の面番号の欄には面番号とともに(絞り)という語句を記載している。また、表1のレンズデータにおいて、変倍およびフォーカス時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれDn(nは面番号)と記載している。
 表2の移動面の間隔に関するデータに、広角端、中間画角、望遠端のそれぞれにおける、面間隔Dn(nは面番号)の値を示す。
 レンズデータ、移動面の間隔に関するデータにおいて、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、表1のレンズデータでは、非球面の面番号に*印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表3の非球面データには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式(A)で表される非球面式における各係数K、Aiの値である。
 Z=(Y/R)/{1+(1-K・Y/R1/2}+ΣAiY  ・・・(A)
 ただし、Z:非球面深さ、Y:高さ、R:近軸曲率半径、K:離心率、Ai:非球面係数、とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 実施例1~5のズームレンズの条件式(1)~(10)に対応する値を表16に示す。なお、全実施例ともd線を基準波長としており、下記の表16に示す値はこの基準波長におけるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 実施例1の撮像レンズの各収差図を図6(A)~(L)に示す。図6(A)~(D)はそれぞれ広角端の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を示し、図6(E)~(H)はそれぞれ中間画角の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を示し、図6(I)~(L)はそれぞれ望遠端の球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を示す。
 球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を表す各収差図には、d線(波長587.6nm)を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはd線(波長587.6nm)に加えて、波長460.0nm、波長615.0nmについての収差をそれぞれ実線、一点鎖線、二点鎖線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と破線で示す。
 同様に、実施例2の撮像レンズの各収差図を図7(A)~(L)に、実施例3の撮像レンズの各収差図を図8(A)~(L)に、実施例4の撮像レンズの各収差図を図9(A)~(L)に、実施例5の撮像レンズの各収差図を図10(A)~(L)に示す。
 以上のデータから、実施例1~5のズームレンズは全て条件式(1)~(10)を満たしており、良好な性能を維持しつつ、望遠端でも明るいズームレンズであることが分かる。
 次に、本発明の実施形態にかか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、本発明の実施形態のズームレンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。なお、図11では、ズームレンズ1が備える第1レンズ群G1から第3レンズ群G3を概略的に示している。
 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ローパスフィルタ等の機能を有するフィルタ6と、フィルタ6の像側に配置された撮像素子7と、信号処理回路8とを備えている。撮像素子7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、撮像素子7としては、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子7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。
 ズームレンズ1により撮像された像は撮像素子7の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子7からの出力信号が信号処理回路8にて演算処理され、表示装置9に像が表示される。
 なお、図11には、1つの撮像素子7を用いた、いわゆる単板方式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ1と撮像素子7の間にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する3つの撮像素子を用いた、いわゆる3板方式のものでもよい。
 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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、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。

Claims (13)

  1.  物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正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レンズ群とから構成され、前記第2レンズ群内には絞りが配設され、前記第1レンズ群および前記第2レンズ群のみを移動させることで変倍を行うズームレンズにおいて、
     前記第1レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズL11と、像側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凸面を向けた正レンズL13とから構成され、
     前記第2レンズ群は、物体側から順に、絞りと、物体側に凸面を向けた正レンズL21と、物体側から順に物体側に凸面を向けた正レンズL22および像側に凹面を向けた負レンズL23からなる、全体として正の屈折力を有する接合レンズと、像側に凸面を向けた、少なくとも1面が非球面の負レンズL24とから構成され、
     前記第3レンズ群は、正レンズL31から構成されている
     ことを特徴とするズームレンズ。
  2.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
     0.07<D45/f2<0.20  ・・・(1)
    ただし
     D45:前記正レンズL21と前記正レンズL22との光軸方向の空気間隔
     f2:前記第2レンズ群の焦点距離
    とする。
  3.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項2記載のズームレンズ。
     0.09<D45/f2<0.16  ・・・(1a)
  4.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
     1.60<|f1|/fw<2.20  ・・・(2)
     0.85<|f1|/ft<1.20  ・・・(3)
     1.20<f2/fw<1.60  ・・・(4)
     0.60<f2/ft<0.90  ・・・(5)
    ただし
     fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     f1:前記第1レンズ群の焦点距離
     f2:前記第2レンズ群の焦点距離
    とする。
  5.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項4記載のズームレンズ。
     1.70<|f1|/fw<2.10  ・・・(2a)
     0.90<|f1|/ft<1.10  ・・・(3a)
     1.30<f2/fw<1.50   ・・・(4a)
     0.70<f2/ft<0.80   ・・・(5a)
  6.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載のズームレンズ。
     0.50<BF/fw<0.90  ・・・(6)
     0.25<BF/ft<0.45  ・・・(7)
    ただし、
     fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     BF:ズームレンズ全系のバックフォーカス
    とする。
  7.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項6記載のズームレンズ。
     0.55<BF/fw<0.80  ・・・(6a)
     0.30<BF/ft<0.40  ・・・(7a)
  8.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載のズームレンズ。
     1.85<N13  ・・・(8)
    ただし、
     N13:前記正レンズL13のd線における屈折率
    とする。
  9.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項8記載のズームレンズ。
     1.90≦N13  ・・・(8a)
  10.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載のズームレンズ。
     3.5<Lw/fw<5.0  ・・・(9)
     1.9<Lt/ft<2.7  ・・・(10) 
    ただし、
     fw:広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     ft:望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離
     Lw:広角端におけるズームレンズ全系のレンズ全長
     Lt:望遠端におけるズームレンズ全系のレンズ全長
    とする。
  11.  下記条件式を満足する
     ことを特徴とする請求項10記載のズームレンズ。
     4.0<Lw/fw<4.5  ・・・(9a)
     2.1<Lt/ft<2.5  ・・・(10a)
  12.  近距離への合焦は前記第1レンズ群を移動させることで行う
     ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載のズームレンズ。
  13.  請求項1から12のいずれか1項記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
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