特開 2022-65512 ズームレンズおよび撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022065512

(43)【公開日】2022-04-27

(54)【発明の名称】ズームレンズおよび撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/20 20060101AFI20220420BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20220420BHJP

【ＦＩ】

G02B15/20

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020174139

(22)【出願日】2020-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】大出 隆史

(72)【発明者】

【氏名】木村 公平

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA02

2H087KA03

2H087MA13

2H087NA18

2H087PA11

2H087PA13

2H087PA16

2H087PB15

2H087PB16

2H087PB18

2H087QA02

2H087QA06

2H087QA07

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA26

2H087QA32

2H087QA34

2H087QA42

2H087QA45

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA36

2H087RA44

2H087SA24

2H087SA26

2H087SA29

2H087SA32

2H087SA44

2H087SA46

2H087SA49

2H087SA53

2H087SA55

2H087SA63

2H087SA64

2H087SA65

2H087SA66

2H087SA72

2H087SB06

2H087SB14

2H087SB15

2H087SB24

2H087SB26

2H087SB32

2H087SB34

2H087SB36

2H087SB42

(57)【要約】

【課題】小型で広角のズームレンズにおいて変倍時の収差変動を抑制する。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後群からなり、変倍に際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。第１レンズ群は、非球面レンズを含み、変倍に際して不動である。第１レンズ群における最も物体側のレンズ面から該第１レンズ群における最も像側のレンズ面までの光軸上での距離をＴＤ１、ズームレンズにおける広角端での最も像側のレンズ面から像面までの光軸上での距離をｓｋｗ、広角端での最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上での距離をＴＤｗ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、０．１０≦ｓｋｗ／ＴＤ１≦０．５０、－０．１７≦ｆ１／ＴＤｗ≦－０．０５なる条件を満足する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後群からなり、変倍に際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、非球面レンズを含み、変倍に際して不動であり、
前記第１レンズ群における最も物体側のレンズ面から該第１レンズ群における最も像側のレンズ面までの光軸上での距離をＴＤ１、前記ズームレンズにおける広角端での最も像側のレンズ面から像面までの光軸上での距離をｓｋｗ、広角端での前記最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上での距離をＴＤｗ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．１０≦ｓｋｗ／ＴＤ１≦０．５０
－０．１７≦ｆ１／ＴＤｗ≦－０．０５
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。

【請求項2】

前記第１レンズ群は、４つ以上のレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。

【請求項3】

変倍に際して、前記後群における２つ以上のレンズ群が移動することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。

【請求項4】

前記非球面レンズは、中心部から周辺へ向かって絶対値が小さくなる負の屈折力を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項5】

前記非球面レンズは、周辺部において正の屈折力を有することを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。

【請求項6】

前記後群における変倍に際して移動する移動レンズ群の焦点距離をｆｃとするとき、
０．０１≦｜ｆｗ／ｆｃ｜＜１．００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項7】

前記移動レンズ群は、広角端と望遠端との間の変倍に際して物体側と像側のうち一方へ移動した後に他方へ移動することを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。

【請求項8】

前記移動レンズ群は、前記後群における最も像側のレンズ群であることを特徴とする請求項６または７に記載のズームレンズ。

【請求項9】

前記ズームレンズに含まれる非球面レンズのうち最も物体側の非球面レンズの焦点距離をｆａ１とするとき、
０．０１≦｜ｆ１／ｆａ１｜＜１．００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項10】

開口絞りよりも像側に配置された非球面レンズを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項11】

前記ズームレンズに含まれる非球面レンズのうち最も像側に配置された非球面レンズの焦点距離をｆａ２とするとき、
０．０１≦｜ｆｗ／ｆａ２｜＜１．００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項12】

前記後群における最も物体側に配置されたレンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．０１≦｜ｆｗ／ｆ２｜＜１．００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のズームレンズ。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか一項に記載のズームレンズと、
該ズームレンズを介して物体を撮像する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適なズームレンズに関する。

【背景技術】

【0002】

広角のズームレンズとして、最も物体側の第１レンズ群を移動させて変倍を行うズームレンズが特許文献１や特許文献２にて開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７７７５９２号公報

【特許文献2】特開２０１８－１８９７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１、２に開示されたズームレンズでは、バックフォーカスが長いことにより第１レンズ群が大径化し、変倍時に移動させる第１レンズ群の重量が大きくなる。しかも広角レンズでは大口径レンズを複数枚用いて広角化と歪曲収差補正を行うため、第１レンズ群の重量が増加する傾向にある。この結果、第１レンズ群の移動時の偏心による収差の増加を抑制することが難しくなる。

【0005】

本発明は、広角でありながらも変倍時の収差変動を抑制できる小型のズームレンズを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面としてのズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後群からなり、変倍に際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。第１レンズ群は、非球面レンズを含み、変倍に際して不動である。第１レンズ群における最も物体側のレンズ面から第１レンズ群における最も像側のレンズ面までの光軸上での距離をＴＤ１、ズームレンズにおける広角端での最も像側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をｓｋｗ、広角端での最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＤｗ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
０．１０≦ｓｋｗ／ＴＤ１≦０．５０
－０．１７≦ｆ１／ＴＤｗ≦－０．０５
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記ズームレンズを備えた撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、広角でありながらも変倍時の収差変動を抑制できる小型のズームレンズを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１のズームレンズの断面図。

【図2】実施例１のズームレンズの広角端での縦収差図。

【図3】実施例１のズームレンズの中間ズーム位置での縦収差図。

【図4】実施例１のズームレンズの望遠端での縦収差図。

【図5】実施例２のズームレンズの断面図。

【図6】実施例２のズームレンズの広角端での縦収差図。

【図7】実施例２のズームレンズの中間ズーム位置での縦収差図。

【図8】実施例２のズームレンズの望遠端での縦収差図。

【図9】実施例３のズームレンズの断面図。

【図10】実施例３のズームレンズの広角端での縦収差図。

【図11】実施例３のズームレンズの中間ズーム位置での縦収差図。

【図12】実施例３のズームレンズの望遠端での縦収差図。

【図13】実施例４のズームレンズの断面図。

【図14】実施例４のズームレンズの広角端での縦収差図。

【図15】実施例４のズームレンズの中間ズーム位置での縦収差図。

【図16】実施例４のズームレンズの望遠端での縦収差図。

【図17】実施例１～４のズームレンズを備えた撮像装置の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１、図５、図９および図１３はそれぞれ、実施例１、実施例２、実施例３および実施例４のズームレンズの広角端での断面を示している。各実施例のズームレンズは、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルムカメラ、監視用カメラ等の撮像装置に撮像レンズとして用いられる。

【0010】

各断面図において、左側が物体側（拡大共役側）で、右側が像側（縮小共役側）である。以下の説明において、変倍（ズーミング）に際して又はフォーカシングに際して隣り合うレンズ面間の間隔が変化する１又は複数のレンズのまとまりをレンズ群として定義し、図中に物体側から順にＢｉ（ｉ＝１、２、３，…）の符号を付している。また広角端と望遠端は、ズーミングにおいてレンズ群が機構上、光軸方向に移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム状態（ズーム位置）をいう。各断面図には、広角端から望遠端へのズーミングに際して移動するレンズ群の移動軌跡を矢印で示すとともに、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングにおいて移動するレンズ群の移動方向を矢印で示している。

【0011】

各実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１と、複数のレンズ群（Ｂ２～）を含み全体として正の屈折力の後群とにより構成され、隣り合うレンズ群間の間隔を変化させて変倍を行う。第１レンズ群Ｂ１は、非球面レンズを含み、変倍に際して不動である。第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２との間には、開口絞りＳＰが配置されている。なお、後群は全体として正の屈折力を有していればよく、例えば各実施例では第２レンズ群Ｂ２は正の屈折力を有するが、負の屈折力を有していてもよい。また、非球面レンズは、物体側および像側のレンズ面のうち少なくとも一方が非球面形状を有していればよい。

【0012】

開口絞りＳＰは、開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束を決定（制限）する。ＩＰは像面（縮小共役面）である。像面ＩＰ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）の撮像面や銀塩フィルムの感光面が配置される。

【実施例0013】

図１に示す実施例１のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３および正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４により構成されている。広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｂ１は不動であり、開口絞りＳＰ、第２および第３レンズ群Ｂ２、Ｂ３が物体側に移動し、第４レンズ群Ｂ４が像側に移動した後に物体側に移動する。

【0014】

以下に、実施例１の具体的な数値例を数値実施例１として示す。面番号（ｍ）は物体側から数えた光学面の順番を示し、曲率半径ｄ（ｍｍ）は第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の光軸上の間隔（距離）を示す。ｎｄとνｄはそれぞれ、第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の光学材料のｄ線における屈折率とｄ線を基準としたアッベ数を示す。アッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。なお、数値実施例において、曲率半径ｄ、焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバーおよび半画角（°）は全てズームレンズが無限遠物体に合焦した状態での値である。

【0015】

ＢＦはバックフォーカス（mm）を表す。バックフォーカスは、ズームレンズの最終面（最も像側のレンズ面）から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものとする。レンズ全長は、ズームレンズの最前レンズ面（最も物体側のレンズ面）から最終レンズ面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。

【0016】

レンズ面が非球面である場合は、面番号の右側に＊の符号を付している。非球面形状は、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸に直交する方向での光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を各次数の非球面係数とするとき、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２
＋Ａ４×ｈ^４＋Ａ６×ｈ^６＋Ａ８×ｈ^８＋Ａ１０×ｈ^１０
＋Ａ１２×ｈ^１２＋Ａ１４×ｈ^１４
で表される。なお、円錐定数と非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味する。以上の数値実施例１に関する説明は、後に記載する他の数値実施例についても同じである。

【0017】

また、図２、図３および図４はそれぞれ、実施例１（数値実施例１）のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端における無限遠物体に合焦した状態での縦収差（球面収差、非点収差、歪曲、色収差）を示している。球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、実線はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）における球面収差を、二点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における球面収差を示している。非点収差図において、Ｓはサジタル像面における非点収差を、Ｍはメリディオナル像面における非点収差を示している。歪曲図は、ｄ線における歪曲を示している。色収差図は、ｇ線における倍率色収差を示している。ωは近軸計算による半画角（°）である。これら縦収差図に関する説明は、他の数値実施例でも同じである。
［数値実施例１］
単位mm
面番号 r d nd νd
1* 32.281 3.200 1.58313 59.4
2* 10.895 11.867
3 216.443 1.500 1.72916 54.7
4 16.149 5.587
5* 28.079 2.200 1.58313 59.4
6 27.754 4.647
7 -48.42 1.300 1.43875 94.7
8 22.216 0.149
9 22.682 5.319 1.8061 40.9
10 -260.356 (可変)
11(絞り) ∞ (可変)
12 13.959 1.200 1.98612 16.5
13 10.571 8.714 1.51742 52.4
14 -15.912 0.150
15 -16.913 1.000 2.001 29.1
16 13.222 5.105 1.92286 18.9
17 -44.663 (可変)
18 21.182 1.200 2.0509 26.9
19 13.872 9.195 1.497 81.5
20 -81.685 0.150
21 27.775 1.200 1.874 35.3
22 17.112 13.905 1.497 81.5
23 -18.318 0.023
24* -20.347 1.750 1.854 40.4
25* 1715.285 (可変)
26 58.567 5.895 1.497 81.5
27 -118.782 (可変)
像面 ∞

K A4 A6 S8
第1面 9.646440E-03 -2.459300E-05 2.684610E-08 -7.279870E-12
第2面 -9.726320E-01 -1.742970E-05 -1.186640E-07 -3.100590E-10
第5面 2.587180E+00 -3.131390E-05 -1.693380E-07 3.708740E-10
第24面 0.000000E+00 1.174230E-04 -1.713920E-06 1.443100E-08
第25面 0.000000E+00 1.349530E-04 -1.595560E-06 1.344000E-08

A10 A12 A14
第1面 -2.763590E-14 3.565180E-17 -1.635890E-20
第2面 3.389220E-12 -8.158310E-15 6.484920E-18
第5面 1.008230E-12 -1.666670E-14 0.000000E+00
第24面 -6.625540E-11 1.356740E-13 0.000000E+00
第25面 -6.864650E-11 1.928800E-13 -2.218970E-16

広角 中間 望遠
d10 22.688 12.499 2.310
d11 2.192 2.649 3.106
d17 3.198 2.741 2.283
d25 0.732 12.943 13.900
d27 16.865 14.843 24.075

広角 中間 望遠
焦点距離 9.28 13.05 17.45
Ｆナンバー 4.12 4.12 4.12
半画角（°） 64.01 58.13 51.11
像高 19.04 20.99 21.64
レンズ全長 130.93 130.93 130.93
BF 16.86 14.84 24.07

【実施例0018】

図５に示す実施例２のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｂ４および正の屈折力の第５レンズ群Ｂ５により構成されている。広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｂ１は不動であり、開口絞りＳＰ、第２から第４レンズ群Ｂ２～Ｂ４が物体側に移動し、第５レンズ群Ｂ５が像側に移動した後に物体側に移動する。本実施例では、実施例１に対して変倍比を大きくして、広角端の焦点距離を長くしている。

【0019】

以下に、実施例２の具体的な数値例を数値実施例２として示す。図６、図７および図８はそれぞれ、実施例２（数値実施例２）のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端における無限遠物体に合焦した状態での縦収差（球面収差、非点収差、歪曲、色収差）を示している。
［数値実施例２］
単位mm
面番号 r d nd νd
1 50 3.000 1.854 40.4
2 39.83 10.000
3* 41.15 3.500 1.854 40.4
4* 16.556 15.911
5* -16336.1 2.300 1.854 40.4
6* 35.734 7.432
7 -84.771 1.200 1.497 81.5
8 32.858 5.939 1.85025 30.1
9 -327.525 (可変)
10(絞り) ∞ (可変)
11 24.363 1.000 1.92286 18.9
12 14.242 5.076 1.673 38.1
13 -248.151 1.489
14 -44.713 1.000 2.001 29.1
15 20.881 6.128 1.92286 18.9
16 -66.998 (可変)
17 73.451 2.500 1.72 46
18 -115.01 0.500 2.001 29.1
19 -358.744 0.100
20 26.905 4.729 1.43875 94.7
21 -39.813 (可変)
22 184.892 1.000 1.95375 32.3
23 20.618 0.100
24 18.329 4.735 1.43875 94.7
25 78.232 1.000
26 20.034 5.830 1.497 81.5
27 209.719 1.000 2.00069 25.5
28 45.787 3.248
29* -34.602 1.500 1.854 40.4
30* -62.553 (可変)
31 96.633 6.020 1.6968 55.5
32 -223.073 (可変)
像面 ∞

K A4 A6 S8
第3面 0.000000E+00 -5.474450E-06 2.174360E-09 -2.320770E-13
第4面 -7.532190E-01 -7.061300E-06 -2.706320E-08 9.359870E-12
第5面 0.000000E+00 1.151910E-06 0.000000E+00 0.000000E+00
第6面 -3.190850E-01 1.536690E-05 4.108790E-08 -6.551010E-11
第29面 0.000000E+00 -3.572950E-06 3.807150E-07 -1.689380E-09
第30面 0.000000E+00 3.585550E-05 4.066510E-07 -1.301500E-09

A10 A12 A14
第3面 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00
第4面 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00
第5面 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00
第6面 3.179170E-13 0.000000E+00 0.000000E+00
第29面 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00
第30面 0.000000E+00 0.000000E+00 0.000000E+00

広角 中間 望遠
d 9 29.495 19.486 6.825
d10 1.722 1.000 1.000
d16 4.777 3.859 3.027
d21 0.100 0.294 1.093
d30 0.524 16.433 21.353
d32 22.000 17.546 25.321

広角 中間 望遠
焦点距離 11.33 16.1 23.42
Ｆナンバー 4.12 4.12 4.12
半画角（°） 59.84 52.13 42.73
像高 19.5 20.7 21.64
レンズ全長 154.86 154.86 154.86
BF 22 17.55 25.32