(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-22
(45)【発行日】2024-12-02
(54)【発明の名称】ズームレンズ、及びズームレンズを備えた撮像装置
(51)【国際特許分類】
G02B 15/20 20060101AFI20241125BHJP
G02B 13/18 20060101ALN20241125BHJP
【FI】
G02B15/20
G02B13/18
(21)【出願番号】P 2021532297
(86)(22)【出願日】2021-04-21
(86)【国際出願番号】 CN2021088809
(87)【国際公開番号】W WO2022222085
(87)【国際公開日】2022-10-27
【審査請求日】2021-06-21
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】516180667
【氏名又は名称】北京小米移動軟件有限公司
【氏名又は名称原語表記】Beijing Xiaomi Mobile Software Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】No.018, Floor 8, Building 6, Yard 33, Middle Xierqi Road, Haidian District, Beijing 100085, China
(74)【代理人】
【識別番号】110002734
【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】帯金 靖彦
【審査官】堀井 康司
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-093985(JP,A)
【文献】特開2009-192581(JP,A)
【文献】特開2017-116679(JP,A)
【文献】特開2007-212963(JP,A)
【文献】特開2007-139863(JP,A)
【文献】特開2006-154702(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 9/00-17/08
G02B 21/02-21/04
G02B 25/00-25/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
沈胴収納可能なズームレンズであって、
物体側より像側へ光軸に沿って順に、第一レンズ群と、第二レンズ群と、Pレンズ群
(第三レンズ群)と、
第四レンズ群と、Iレンズ群と、からなり、
前記第一レンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第二レンズ群は、前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、
沈胴収納時に、前記第二レンズ群が前記光軸に沿って像側に移動し、前記第一レンズ群の少なくとも一部が前記第二レンズ群の移動によって生じた空間に沈胴収容され、
前記
Iレンズ群は、前記Pレンズ群より像側に配置されると共に、広角端から望遠端への変倍時に像面に対する前記光軸上の位置が固定されて
おり、
前記Iレンズ群は、該ズームレンズの像面の物体側に配置され且つ前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、
前記Pレンズ群は、正の屈折力を有し、
広角端から望遠端への変倍時に、
前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように前記光軸に沿って移動し、
前記Pレンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように移動し、
前記第二レンズ群の像面に対する前記光軸上の位置は、固定されており、
望遠端の焦点距離をftとし、広角端の焦点距離をfwとし、前記Pレンズ群の望遠端での無限遠合焦における横倍率をbPtとし、前記Pレンズ群の広角端での無限遠合焦における横倍率をbPwとしたときに、
0.200 ≦ |(ft/fw)/(bPt/bPw)| ≦ 4.000
を満たす、ズームレンズ。
【請求項2】
前記第一レンズ群の焦点距離をf1とし、広角端の焦点距離をfwとしたときに、
-6.000 ≦ f1/fw ≦ -1.500
を満たす、請求項1に記載のズームレンズ。
【請求項3】
前記Pレンズ群の焦点距離をfPとし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.500 ≦ fP/√(fw×ft) ≦ 2.500
を満たす、請求項1に記載のズームレンズ。
【請求項4】
広角端から望遠端までの前記第一レンズ群の移動量(像側を正とする)をm1とし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.800 ≦ m1/√(fw×ft) ≦ 2.500
を満たす、請求項1に記載のズームレンズ。
【請求項5】
前記第一レンズ群の焦点距離をf1とし、前記Pレンズ群の焦点距離をfPとしたときに、
-5.000 ≦ f1/fp ≦ -0.500
を満たす、請求項1に記載のズームレンズ。
【請求項6】
広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとし、前記第二レンズ群の焦点距離をf2としたときに、
-1.000 ≦ √(fw×ft)/f2 ≦ 2.000
を満たす、請求項1に記載のズームレンズ。
【請求項7】
請求項1~6のいずれか1項に記載のズームレンズと、
前記ズームレンズの像面位置に配置される撮像素子と、を備える、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のレンズ群を備えるズームレンズ、及びこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来のスマートフォン等のモバイル機器の撮像装置において、ズームレンズを搭載したいという需要はあるが、ズームレンズの薄型化や小型化が困難であるため、モバイル機器の撮像装置にズームレンズが搭載される事は少なかった。このため、従来のモバイル機器では、離散的なズームレンズを構成するように複数の画角の異なる単焦点の撮像装置を複数並べて配置し、撮像させていた。
【0003】
しかし、撮像装置の数が多くなる事で、センサーや回路等も撮像装置の数だけ増えるため、コスト高になる事はもとより、撮像装置の数だけ体積が増える為、スマートフォン等のモバイル機器全体が大きく且つ重くなる事が問題であった。
【0004】
そこで、撮影状態から沈胴状態になるとき、光学要素の一部を光軸と直交する同一平面内に相対移動させることで、沈胴収納時の寸法を小さくした沈胴式のズームレンズを備えた撮像装置が開発された(特許文献1参照)。
【0005】
この撮像装置100は、
図27A~
図27Cに示すように、ズーム光学系101と、撮像素子Seと、を備える。このズーム光学系101は、光軸C1方向に並ぶ三つのレンズ群(第一レンズ群102、第二レンズ群103、第三レンズ群104)と、ローパスフィルタ105と、を備える。そして、該ズーム光学系101では、沈胴収納時に、第二レンズ群103が光軸C1から側方にスライドし(
図27B参照)、第一レンズ群102が第二レンズ群103のスライド前の位置まで後退する(
図27C参照)。この状態(沈胴収納時)でのズーム光学系101全体の厚さ方向の寸法は、第一レンズ群102と第三レンズ群104とを合わせた大きさとなる。尚、厚さ方向の寸法とは、撮像対象である物体とズーム光学系101の最も物体側のレンズとを結ぶ方向の寸法であり、
図27A~
図27Cにおける左右方向の寸法である。
【0006】
このズーム光学系101では、沈胴収納時に、上述のように、第二レンズ群103が光軸C1から側方にスライドし、第一レンズ群102が第二レンズ群103のスライド前の位置まで後退するため、通常の沈胴式のズーム光学系と比べ、第二レンズ群103の分だけ薄型化が可能ではある。しかし、このズーム光学系101においても、沈胴収納時において、二つのレンズ群(第一レンズ群102及び第三レンズ群104)の厚さ分の寸法が必要であるため、十分に薄型化ができているとは言えなかった。
【0007】
また、
図28に示すように、反射プリズム(反射光学素子)202a、205aによって光軸C2を屈曲させることで薄型化したズーム光学系201を備えた撮像装置200が開発されている(特許文献2参照)。
【0008】
この撮像装置200のズーム光学系201は、物体側から像側へ光軸C2に沿って順に、第一レンズ群202と、第二レンズ群203と、第三レンズ群204と、第四レンズ群205とを備え、第一レンズ群202及び第四レンズ群205がそれぞれ反射プリズム202a、205aを有することで、薄型化を実現している。このズーム光学系201では、反射プリズム202a、205aによって光軸C2を屈曲させることで薄型化を実現しているが、反射プリズム202a、205a間の距離(第二レンズ群203及び第三レンズ群204の配置されているスペース)は、撮像しない状態においても小さくならないため、厚さ方向と直交する方向(第一レンズ群202の反射プリズム202aから第四レンズ群205の反射プリズム205aに向かう方向:
図28における左右方向)の十分な小型化ができているとは言えなかった。
【0009】
また、
図29A及び
図29Bに示すように、物体側から像側へ光軸C3に沿って順に、正の屈曲率を有する第一レンズ群302と、負の屈曲率を有する第二レンズ群303と、光軸C3を屈曲させる反射プリズム(反射光学素子)304と、複数のレンズ群を含む後続レンズ群305とを有するズーム光学系301を備えた撮像装置300が開発されている(特許文献3参照)。このズーム光学系301では、変倍時に、少なくとも第一レンズ群302及び第二レンズ群303が移動し、沈胴収納時には、反射プリズム304が撮像時とは異なる位置に移動し、この移動によって生じた空間に、第一レンズ群302および第二レンズ群303が沈胴収納される。
【0010】
このズーム光学系301では、沈胴収納時に反射プリズム304が移動することで空いた空間に、第一レンズ群302及び第二レンズ群303が収納されることで、撮像しない状態での薄型化が図られているが、第一レンズ群302と第二レンズ群303とが沈胴収納されるため(
図29B参照)、厚さ方向の寸法(
図29Bにおける左右方向の寸法)が、少なくともこれら二つのレンズ群302、303を合わせた大きさが必要となり、十分な薄型化を図ることができなかった。しかも、このズーム光学系301では、第一レンズ群302が正の屈折率を有しているため、広角化が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】日本国特許第4520190号公報
【文献】日本国特許第5551055号公報
【文献】日本国特許第4790052号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
そこで、本発明は、沈胴収納時の薄型化及び小型化を達成しつつ広角化が可能なズームレンズ、及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係るズームレンズは、
沈胴収納可能なズームレンズであって、
物体側より像側へ光軸に沿って順に、第一レンズ群と、第二レンズ群と、Pレンズ群と、を備え、
前記第一レンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第二レンズ群は、前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、
沈胴収納時に、前記第二レンズ群が前記光軸に沿って像側に移動し、前記第一レンズ群の少なくとも一部が前記第二レンズ群の移動によって生じた空間に沈胴収容される。
【0014】
前記Pレンズ群は、正の屈折力を有し、
広角端から望遠端への変倍時に、
前記第一レンズ群及び前記第二レンズ群のうちの少なくとも前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように前記光軸に沿って移動し、
前記Pレンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように移動し、
前記第二レンズ群の像面に対する前記光軸上の位置は、固定されていてもよい。
【0015】
前記ズームレンズは、
前記Pレンズ群より像側に配置されると共に、広角端から望遠端への変倍時に像面に対する前記光軸上の位置が固定されているIレンズ群を備え、
前記Iレンズ群は、該ズームレンズの像面の物体側に配置され且つ前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有してもよい。
【0016】
また、前記ズームレンズでは、
前記第一レンズ群の焦点距離をf1とし、広角端の焦点距離をfwとしたときに、
-6.000 ≦ f1/fw ≦ -1.500
を満たしてもよい。
【0017】
また、前記ズームレンズでは、
前記Pレンズ群の焦点距離をfPとし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.500 ≦ fP/√(fw×ft) ≦ 2.500
を満たしてもよい。
【0018】
また、前記ズームレンズでは、
広角端から望遠端までの前記第一レンズ群の移動量(像側を正とする)をm1とし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.800 ≦ m1/√(fw×ft) ≦ 2.500
を満たしてもよい。
【0019】
また、前記ズームレンズでは、
前記第一レンズ群の焦点距離をf1とし、前記Pレンズ群の焦点距離をfPとしたときに、
-5.000 ≦ f1/fp ≦ -0.500
を満たしてもよい。
【0020】
また、前記ズームレンズでは、
望遠端の焦点距離をftとし、広角端の焦点距離をfwとし、前記Pレンズ群の望遠端での無限遠合焦における横倍率をbPtとし、前記Pレンズ群の広角端での無限遠合焦における横倍率をbPwとしたときに、
0.200 ≦ |(ft/fw)/(bPt/bPw)| ≦ 4.000
を満たしてもよい。
【0021】
また、前記ズームレンズでは、
広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとし、前記第二レンズ群の焦点距離をf2としたときに、
-1.000 ≦ √(fw×ft)/f2 ≦ 2.000
を満たしてもよい。
【0022】
また、本発明に係る撮像装置は、
上記のいずれかのズームレンズと、
前記ズームレンズの像面位置に配置される撮像素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【
図1】
図1は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。
【
図2】
図2は、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。
【
図3A】
図3Aは、実施例1のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図3B】
図3Bは、実施例1のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図3C】
図3Cは、実施例1のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図4】
図4は、実施例1のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図5】
図5は、実施例1のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図6】
図6は、実施例1のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図7A】
図7Aは、実施例2のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図7B】
図7Bは、実施例2のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図7C】
図7Cは、実施例2のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図8】
図8は、実施例2のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図9】
図9は、実施例2のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図10】
図10は、実施例2のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図11A】
図11Aは、実施例3のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図11B】
図11Bは、実施例3のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図11C】
図11Cは、実施例3のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図12】
図12は、実施例3のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図13】
図13は、実施例3のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図14】
図14は、実施例3のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図15A】
図15Aは、実施例4のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図15B】
図15Bは、実施例4のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図15C】
図15Cは、実施例4のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図16】
図16は、実施例4のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図17】
図17は、実施例4のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図18】
図18は、実施例4のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図19A】
図19Aは、実施例5のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図19B】
図19Bは、実施例5のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図19C】
図19Cは、実施例5のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図20】
図20は、実施例5のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図21】
図21は、実施例5のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図22】
図22は、実施例5のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図23A】
図23Aは、実施例6のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。
【
図23B】
図23Bは、実施例6のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。
【
図23C】
図23Cは、実施例6のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。
【
図24】
図24は、実施例6のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。
【
図25】
図25は、実施例6のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。
【
図26】
図26は、実施例6のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。
【
図27A】
図27Aは、従来の撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。
【
図27B】
図27Bは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納される途中の状態を示す図である。
【
図27C】
図27Cは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。
【
図28】
図28は、従来の撮像装置の構成を示す模式図である。
【
図29A】
図29Aは、従来の撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。
【
図29B】
図29Bは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【0025】
本実施形態に係る撮像装置は、
図1及び
図2に示すように、屈曲沈胴式ズームレンズ(ズーム光学系)2を有している。このズームレンズ2では、第一レンズ群G1が負の屈折力を有する事で広角化に対応させる事ができ、沈胴部分はこの第一レンズ群G1のみとする。また、薄型化を促進させるために像側にも反射光学素子(Iレンズ群GI)を配置する事で、撮像装置1の厚さ寸法(
図1及び
図2における左右方向の寸法)が撮像素子3の外形によって影響を受けない。また、沈胴収納時に反射光学素子(第二レンズ群G2)がスライドするため、第一レンズ群G1よりも像側の各レンズ群を構成するレンズ(光学素子)の最大有効径、もしくは第一レンズ群G1の厚さ方向の寸法のみが、撮像装置1の厚さに対応する。上述の通り、本構成により広角化と薄型化の両立を実現できる。尚、本実施形態における厚さ方向の寸法とは、撮像対象である物体とズームレンズ2の最も物体側のレンズとを結ぶ方向の寸法であり、
図1及び
図2における左右方向の寸法である。
【0026】
具体的に、撮像装置1は、沈胴収容可能なズームレンズ2と、ズームレンズ2の像面位置に配置される撮像素子3と、撮像素子3から送られた撮像(画像)データを表示する液晶画面4と、を備える。この撮像素子3は、ズームレンズ2によって形成された光学像を電気的信号(撮像データ)に変換する素子であり、本実施形態の撮像素子3は、イメージセンサーである。
【0027】
ズームレンズ2は、光軸Cに沿って物体側から像側へ順に、少なくとも、第一レンズ群G1と、第二レンズ群G2と、第三レンズ群(Pレンズ群)G3と、Iレンズ群GIと、を有する。本実施形態のズームレンズ2は、光軸Cに沿って物体側から像側へ順に、第一レンズ群G1と、第二レンズ群G2と、第三レンズ群G3と、第四レンズ群G4と、Iレンズ群GIと、を有する。このズームレンズ2において、第四レンズ群G4が、フォーカスレンズ群Fを構成する。
【0028】
尚、ズームレンズ2は、Iレンズ群GIを備えない構成も取り得る。また、本実施形態のズームレンズ2において、レンズ群G1~GIは、便宜上の名称であり、一つの光学素子(レンズ等)のみによって構成されるものも含む。また、ズームレンズ2において、変倍時に光軸C上の位置が固定されている光学素子(レンズ等)や異なる軌跡で移動する光学素子との間でそれぞれ区分けし、区分けされた領域内の前記固定されている少なくとも一つの光学素子を一つのレンズ群とし、区分けされた領域内の前記移動する少なくとも一つの光学素子を別のレンズ群とする。
【0029】
また、ズームレンズ2は、第二レンズ群G2の像側に配置される開口絞り21と、第一レンズ群G1を保持する鏡筒22と、を有する。この鏡筒22は、撮影時に物体側に伸び(
図1参照)、撮影しないときに沈胴収納される(
図2参照)。
【0030】
このズームレンズ2では、撮影時において、広角端から望遠端への変倍時に、第一レンズ群G1及び第二レンズ群G2のうちの少なくとも第一レンズ群G1は、第二レンズ群G2との間隔が小さくなるように光軸Cに沿って移動し、第三レンズ群G3は、第二レンズ群G2との間隔が小さくなるように移動する。また、第二レンズ群G2及びIレンズ群GIの撮像素子3(ズームレンズ2の像面)に対する光軸C上の位置は、固定されている。
【0031】
また、ズームレンズ2では、沈胴収納時に、例えば、非撮影状態では、第二レンズ群G2が光軸Cに沿って像側に移動し、第一レンズ群G1の少なくとも一部が第二レンズ群G2の移動によって生じた空間に沈胴収容される。即ち、沈胴収容時において、第一レンズ群G1の少なくとも一部は、撮影時に第二レンズ群G2が配置されていた空間Sに沈胴収容される。このときの、各レンズ群G1~G4の移動や鏡筒22の伸縮は、従来から公知の種々の機構によって行われる。
【0032】
以下では、ズームレンズ2の各レンズ群G1~GIの詳細について説明する。
【0033】
第一レンズ群G1は、複数のレンズ(光学素子)を含み、負の屈折力を有する。第二レンズ群G2は、光軸Cを屈曲させる反射光学素子を有する。本実施形態の反射光学素子は、プリズムであるが、鏡等の光路(光軸C)を屈曲できる光学素子であればよい。本実施形態の第二レンズ群G2は、反射光学素子のみによって構成されている。第三レンズ群G3は、複数のレンズ(光学素子)を含み、正の屈折力を有する。Iレンズ群GIは、撮像素子3(ズームレンズ2の像面)の物体側に配置され且つ光軸Cを屈曲させる反射光学素子Pと、反射光学素子Pの像側に配置される光学フィルター23と、を有する。本実施形態の反射光学素子Pは、プリズムであるが、鏡等の光路(光軸C)を屈曲できる光学素子であればよい。
【0034】
このズームレンズ2において、第一レンズ群G1の焦点距離をf1とし、広角端の焦点距離をfwとしたときに、
-6.000 ≦ f1/fw ≦ -1.500 ・・・(1)
を満たす。
【0035】
広角端の焦点距離に対する第一レンズ群G1の焦点距離の比率を上記の式(1)のような範囲とすることで、広角端の画角の広角化と、高性能化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。
【0036】
前記比率が式(1)の下限値(-6.000)を下回ると、第一レンズ群G1のパワーが弱くなることでレトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため、広角端の画角を広角化することが難しくなる。一方、前記比率が式(1)の上限値(-1.500)を上回ると、第一レンズ群G1のパワーが強くなることで、広角化は容易になるが、変倍領域の全域で各レンズ群G1~GIを通して、倍率色収差やコマ収差、像面湾曲等の補正が困難になるため、諸収差の補正が十分にならず、高性能化ができない。このように、ズームレンズ2において、第一レンズ群G1のパワーを強めると広角端の画角広角化ができる反面、収差補正が困難になる。この状態において、上記の式(1)は、第一レンズ群G1の焦点距離f1の最適な条件を示すものである。
【0037】
尚、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
-5.500 ≦ f1/fw ≦ -1.700
を満たすことが好ましく、
-5.000 ≦ f1/fw ≦ -2.000
を満たすことが、より好ましい。
【0038】
また、ズームレンズ2において、第三レンズ群(Pレンズ群)G3の焦点距離をfPとし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.500 ≦ fP/√(fw×ft) ≦ 2.500 ・・・(2)
を満たす。
【0039】
光学系(ズームレンズ)2全体の実効焦点距離に対する第三レンズ群G3の焦点距離の比率を上記の式(2)のような範囲とすることで、高性能化と、光学系全体の小型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。
【0040】
前記比率が式(2)の下限値(0.500)を下回ると、第三レンズ群G3のパワーが強くなることで球面収差等の補正が難しくなり、高性能化ができない。一方、前記比率が式(2)の上限値(2.500)を上回ると、第三レンズ群G3のパワーが弱くなることで光学全長が長くなり、光学系(ズームレンズ)2全体の小型化が困難になる。このように、第三レンズ群G3は正の屈折力を有するレンズ群であるため、パワーを強めると光学全長を小さくできる反面、収差補正が困難になる。この状態において、上記の式(2)は、第三レンズ群G3の焦点距離の最適な条件を示すものである。
【0041】
尚、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
0.650 ≦ fP/√(fw×ft) ≦ 2.000
を満たすことが好ましく、
0.800 ≦ fP/√(fw×ft) ≦ 1.500
を満たすことが、より好ましい。
【0042】
また、ズームレンズ2において、広角端から望遠端までの第一レンズ群G1の移動量(像側を正とする)をm1とし、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとしたときに、
0.800 ≦ m1/√(fw×ft) ≦ 2.500 ・・・(3)
を満たす。
【0043】
光学系(ズームレンズ)2全体の実効焦点距離に対する第一レンズ群G1の移動量の比率を上記の式(3)のような範囲とすることで、変倍比率の確保と、変倍比率を確保したときの沈胴収納時の薄型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。
【0044】
前記比率が式(3)の下限値(0.800)を下回ると、第一レンズ群G1の移動量が小さくなることから、十分な変倍比を確保することが困難になる。一方、前記比率が式(3)の上限値(2.500)を上回ると、第一レンズ群G1の移動量が大きくなることから、沈胴レンズを構成するカム筒等のメカ部品を薄型化することが難しくなり、沈胴収納時の厚さを薄くする事が困難になる。このように、移動することで変倍に寄与する第一レンズ群G1の移動量を大きくとることで変倍比を確保することができる反面、沈胴レンズを構成するメカ部品の薄型化は難しくなり、ひいては沈胴収納時の厚さを薄くすることが困難になる。この状態において、上記の式(3)は、第一レンズ群G1の移動量の最適な条件を示すものである。
【0045】
尚、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
0.900 ≦ m1/√(fw×ft) ≦ 2.000
を満たすことが好ましく、
1.000 ≦ m1/√(fw×ft) ≦ 1.800
を満たすことが、より好ましい。
【0046】
また、ズームレンズ2において、第一レンズ群G1の焦点距離をf1とし、第三レンズ群(Pレンズ群)G3の焦点距離をfPとしたときに、
-5.000 ≦ f1/fp ≦ -0.500 ・・・(4)
を満たす。
【0047】
第三レンズ群G3の焦点距離に対する第一レンズ群G1の焦点距離の比率を上記の式(4)のような範囲とすることで、広角端の画角の広角化と、光学系全体の小型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。
【0048】
前記比率が式(4)の下限値(-5.000)を下回ると、第一レンズ群G1のパワーが弱くなることで、レトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため広角端の画角を広角化することが難しくなる。一方、前記比率が式(4)の上限値(-0.500)を上回ると、第三レンズ群G3のパワーが弱くなることで光学全長が長くなり、光学系(ズームレンズ)2全体の小型化が困難になる。このように、第一レンズ群G1と第三レンズ群G3のパワーの比率において、第一レンズ群G1のパワーを弱めると光学全長を小さくできる反面、広角化が困難になる。この状態において、上記の式(4)は、第一レンズ群G1と第三レンズ群G3の焦点距離の比率に関する最適な条件を示すものである。
【0049】
尚、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
-4.000 ≦ f1/fp ≦ -0.700
を満たすことが好ましく、
-3.000 ≦ f1/fp ≦ -0.900
を満たすことが、より好ましい。
【0050】
また、ズームレンズ2において、望遠端の焦点距離をftとし、広角端の焦点距離をfwとし、第三レンズ群(Pレンズ群)G3の望遠端での無限遠合焦における横倍率をbPtとし、第三レンズ群(Pレンズ群)G3の広角端での無限遠合焦における横倍率をbPwとしたときに、
0.200 ≦ |(ft/fw)/(bPt/bPw)| ≦ 4.000
・・・(5)
を満たす。
【0051】
第三レンズ群G3の倍率変化に対する光学系(ズームレンズ)2全体の変倍比を上記の式(5)のような範囲とすることで、ズーム機構の簡略化や小型化、及び各レンズ群G1~GIの相対偏芯等に起因する組立後の設計性能に対する性能劣化を小さくする事ができる。具体的には、以下の通りである。
【0052】
前記比率が式(5)の下限値(0.200)を下回ると、第三レンズ群G3以外のレンズ群で広角端から望遠端への変倍時に倍率を減少させるレンズ群が必要となるため、レンズ群やレンズ枚数の削減及び小型化が困難となる。一方、前記比率が式(5)の上限値(4.000)を上回ると、第三レンズ群G3以外に倍率を増加させるレンズ群が必要となるため、変倍時に移動させるレンズ群が多く、また移動量も大きくなるために小型化が困難となる。そこで、第三レンズ群G3の移動に伴う倍率変化を効果的に使い変倍比に寄与させることで、変倍時に像面に対して固定となるレンズ群を設け、これにより、変倍時に多くのレンズ群が移動するレンズと比較して、ズーム機構の簡略化や小型化、及び各レンズ群の相対偏芯等に起因する組立後の設計性能に対する性能劣化を小さくする事ができる。この状態において、上記の式(5)は、Pレンズ群の倍率変化として最適な条件を示すものである。
【0053】
尚、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
0.300 ≦ |(ft/fw)/(bPt/bPw)| ≦ 3.000
を満たすことが好ましく、
0.400 ≦ |(ft/fw)/(bPt/bPw)| ≦ 2.000
を満たすことが、より好ましい。
【0054】
また、ズームレンズ2において、広角端の焦点距離をfwとし、望遠端の焦点距離をftとし、第二レンズ群G2の焦点距離をf2としたときに、
-1.000 ≦ √(fw×ft)/f2 ≦ 2.000 ・・・(6)
を満たす。
【0055】
第二レンズ群の焦点距離に対するレンズ系全体の実効焦点距離の比率を上記の式(6)のような範囲とすることで、高性能化と、広角端の画角の広角化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。
【0056】
前記比率が式(6)の下限値(-1.000)を下回ると、第二レンズ群G2が負の強いパワーを持つことから、第二レンズ群G2よりも像側のレンズ群で強い正のパワーを持つレンズ群を配置する必要性があるため、球面収差等の補正が難しくなり、高性能化ができない。一方、前記比率が式(6)の上限値(2.000)を上回ると、第二レンズ群G2が正の強いパワーを持つことから、レトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため、広角端の画角を広角化することが難しくなる。この状態において、上記の式(6)は、第二レンズ群G2の焦点距離として最適な条件を示すものである。
【0057】
尚、第二レンズ群G2に光学的な発散もしくは収束させるパワーがない場合は、上記の式(6)において、f2を∞とし、計算結果(前記比率)が0になることとする。
【0058】
また、本実施形態のズームレンズ2において、前記比率は、
-0.500 ≦ √(fw×ft)/f2 ≦ 1.750
を満たすことが好ましく、
-0.200 ≦ √(fw×ft)/f2 ≦ 1.500
を満たすことが、より好ましい。
【0059】
以上のように構成されるズームレンズ2によれば、第一レンズ群G1が負の屈折力を有し、第二レンズ群G2が、光軸Cを屈曲させる反射光学素子を有する。そして、沈胴収納時に、第二レンズ群G2が光軸Cに沿って像側に移動し、第一レンズ群G1が第二レンズ群G2の移動によって生じた空間Sに沈胴収容される。このように、最も物体側に負の屈折力を有する第一レンズ群G1が配置されているため、レトロフォーカスのパワー配置を取ることが容易となり、広角端の焦点距離を短くすることで広角化が実現できる。
【0060】
しかも、第二レンズ群G2(反射光学素子)が物体側から入射した光の光路(光軸C)を屈曲させ、且つ、沈胴収納時に第二レンズ群G2が光軸Cに沿って像側に移動し、この移動によって生じた空間S(即ち、撮影状態の第二レンズ群G2の位置)に第一レンズ群G1が移動することでズームレンズ2全体として薄型化(厚さ方向の寸法の小型化)を図ることができる。即ち、ズームレンズ2において第二レンズ群G2によって光路を屈曲させることで、該ズームレンズ2の薄型化(厚さ方向の寸法の小型化)を図った上で、第一レンズ群G1を沈胴収容可能とすることで、非撮影時(沈胴収容時)の該ズームレンズ2の更なる薄型化(厚さ方向の寸法の小型化)を図ることができる。且つ、沈胴収納時において、第二レンズ群G2が第一光軸(即ち、屈曲した光軸)に沿って像側に移動し、第一レンズ群G1が第二光軸(即ち、屈曲する前の光軸)に沿って移動し、空間Sに沈胴収納されるため、第二レンズ群G2と第一レンズ群G1とが二つの異なる方向で独立的に移動することができ、両者の移動自由度および移動空間を確保することができる。
【0061】
また、沈胴収納時に、第二レンズ群G2が光軸Cに沿って像側に移動する、即ち、ズームレンズ2として必要な各レンズ群間の間隔を減らすように移動するため、体積を最小化してズームレンズ2全体としての小型化(詳しくは、
図1及び
図2における上下方向の寸法の小型化)を図ることができる。
【0062】
また、本実施形態のズームレンズ2では、第三レンズ群(Pレンズ群)G3が正の屈折力を有する。そして、ズームレンズ2の広角端から望遠端への変倍時に、第一レンズ群G1及び第二レンズ群G2のうちの少なくとも第一レンズ群G1が、第二レンズ群G2との間隔が小さくなるように光軸Cに沿って移動し、第三レンズ群(Pレンズ群)G3が、第二レンズ群G2との間隔が小さくなるように移動し、第二レンズ群G2及びIレンズ群GIの撮像素子3(ズームレンズ2の像面)に対する光軸C上の位置が固定されている。このように、撮像素子3(像面)に対する光軸C上の位置が固定された第二レンズ群G2より像側に正の屈折力を有する第三レンズ群G3を配置し、第一レンズ群G1と第三レンズ群G3を変倍時に可動させて各レンズ群の倍率を変更させることで、該ズームレンズ2を効果的に変倍させることができる。即ち、ズームレンズ2の高性能化を図ることができる。
【0063】
また、本実施形態のズームレンズ2では、
Iレンズ群GIが、撮像素子3(ズームレンズ2の像面)の物体側に配置され且つ光軸Cを屈曲させる反射光学素子を有している。このため、第二レンズ群G2より像面側のIレンズ群GI(反射光学素子)が第二レンズ群G2から延びる光軸Cを屈曲させるため、像面位置に配置される撮像素子3の大きさに関わらず、ズームレンズ2における第二レンズ群G2からIレンズ群GIまでの部位の厚さ方向の寸法が増大するのを防ぐことができる。即ち、ズームレンズ2及び撮像装置1の厚さ方向の寸法が、撮像素子3の大きさに影響されない。
【0064】
以上のように、本実施形態のズームレンズ2、及び該ズームレンズ2を備えた撮像装置1によれば、沈胴収納時の薄型化及び小型化を達成しつつ広角化が可能なズームレンズ、及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
【0065】
次に、本発明のズームレンズの実施例1~6について説明する。以下の各実施例において、上記実施形態のズームレンズ2の各構成と対応する構成については、同じ符号を用いる。また、以下の各実施例における表において、rは曲率半径であり、dはレンズ厚又はレンズ間隔であり、ndはd線の屈折率であり、vdはd線基準のアッベ数を示す。また、非球面は、次に示す式1で定義されるものとする。
【数1】
(但し、cは曲率(1/r)であり、hは光軸からの高さであり、kは円錐係数であり、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数である。)
【0066】
また、各縦収差図は、左側から順に、球面収差(SA(mm))、非点収差(AST(mm))、歪曲収差(DIS(%))を示す。球面収差図において、縦軸はFナンバー(図中、FNOで示す)を表し、実線はd線(d-line)の特性であり、短破線はF線(F-line)の特性であり、長破線はC線(C-line)の特性である。非点収差図において、縦軸は画角(図中、Wで示す)を表し、実線はサジタル平面(図中、Sで示す)の特性であり、破線はメリディオナル平面(図中、Mで示す)の特性である。歪曲収差図において、縦軸は画角(図中、Wで示す)を表す。
【0067】
[実施例1]
図3A~
図3Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図3Aは広角状態を示し、
図3Bは、中間焦点位置状態を示し、
図3Cは、望遠端状態を示す。尚、
図3A~
図3Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0068】
この実施例1のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0069】
また、
図4は、広角端状態における縦収差図であり、
図5は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図6は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表1は、各レンズの面データを示し、表2は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表3は、各種データを示し、表4は、ズームレンズ群データを示し、表5は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0070】
【表1】
【表2】
【表3】
ズーム比は2.662であり、像高は4.048である。
【表4】
【表5】
【0071】
[実施例2]
図7A~
図7Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図7Aは広角状態を示し、
図7Bは、中間焦点位置状態を示し、
図7Cは、望遠端状態を示す。尚、
図7A~
図7Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0072】
この実施例2のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0073】
また、
図8は、広角端状態における縦収差図であり、
図9は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図10は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表6は、各レンズの面データを示し、表7は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表8は、各種データを示し、表9は、ズームレンズ群データを示し、表10は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0074】
【表6】
【表7】
【表8】
ズーム比は2.646であり、像高は4.048である。
【表9】
【表10】
【0075】
[実施例3]
図11A~
図11Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図11Aは広角状態を示し、
図11Bは、中間焦点位置状態を示し、
図11Cは、望遠端状態を示す。尚、
図11A~
図11Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0076】
この実施例3のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0077】
また、
図12は、広角端状態における縦収差図であり、
図13は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図14は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表11は、各レンズの面データを示し、表12は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表13は、各種データを示し、表14は、ズームレンズ群データを示し、表15は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0078】
【表11】
【表12】
【表13】
ズーム比は2.641であり、像高は4.048である。
【表14】
【表15】
【0079】
[実施例4]
図15A~
図15Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図15Aは広角状態を示し、
図15Bは、中間焦点位置状態を示し、
図15Cは、望遠端状態を示す。尚、
図15A~
図15Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0080】
この実施例4のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0081】
また、
図16は、広角端状態における縦収差図であり、
図17は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図18は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表16は、各レンズの面データを示し、表17は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表18は、各種データを示し、表19は、ズームレンズ群データを示し、表20は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0082】
【表16】
【表17】
【表18】
ズーム比は2.476であり、像高は4.048である。
【表19】
【表20】
【0083】
[実施例5]
図19A~
図19Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図19Aは広角状態を示し、
図19Bは、中間焦点位置状態を示し、
図19Cは、望遠端状態を示す。尚、
図19A~
図19Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0084】
この実施例5のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0085】
また、
図20は、広角端状態における縦収差図であり、
図21は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図22は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表21は、各レンズの面データを示し、表22は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表23は、各種データを示し、表24は、ズームレンズ群データを示し、表25は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0086】
【表21】
【表22】
【表23】
ズーム比は2.658であり、像高は4.048である。
【表24】
【表25】
【0087】
[実施例6]
図23A~
図23Cは、本実施例1のズームレンズのレンズ構成図であり、
図23Aは広角状態を示し、
図23Bは、中間焦点位置状態を示し、
図23Cは、望遠端状態を示す。尚、
図23A~
図23Cでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ2の対応する構成の符号と同じである。
【0088】
この実施例6のズームレンズでは、第三レンズ群がPレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス(光学フィルター)を含む群がIレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びIレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。
【0089】
また、
図24は、広角端状態における縦収差図であり、
図25は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、
図26は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表26は、各レンズの面データを示し、表27は、非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。)を示し、表28は、各種データを示し、表29は、ズームレンズ群データを示し、表30は、ズームレンズ群倍率を示す。
【0090】
【表26】
【表27】
【表28】
ズーム比は2.620であり、像高は4.048である。
【表29】
【表30】
【0091】
以上の実施例1~6の上記実施形態の式(1)~式(6)に対応する値を下記の表31に示す。
【表31】
【0092】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に成し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【0093】
1…撮像装置、2…ズームレンズ、22…鏡筒、23…光学フィルター、3…撮像素子、4…液晶画面、100…撮像装置、101…ズーム光学系、102…第一レンズ群、103…第二レンズ群、104…第三レンズ群、105…ローパスフィルタ、200…撮像装置、201…ズーム光学系、202…第一レンズ群、202a…反射プリズム、203…第二レンズ群、204…第三レンズ群、205…第四レンズ群、205a…反射プリズム、300…撮像装置、301…ズーム光学系、302…第一レンズ群、303…第二レンズ群、304…反射プリズム、305…後続レンズ群、C、C1、C2、C3…光軸、F…フォーカスレンズ群、G1…第一レンズ群、G2…第二レンズ群、G3…第三レンズ群(Pレンズ群)、G4…第四レンズ群、GI…Iレンズ群、P…反射光学素子、S…空間、Se…撮像素子