(57)【要約】【課題】  ズーム比が２．５倍以上で、異なる像高の複数の撮像素子に対応した、小型、高画質なズームレンズを提供すること。【解決手段】  ズームレンズにおいて、前記ズームレンズの光学系を変えずに部分的にズーム軌道を共有することによって、異なる像高の複数の撮像素子に対応可能なズームレンズ。【選択図】  図２
2005107034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズームレンズにおいて、
前記ズームレンズの光学系を変えずに部分的にズーム軌道を共有することによって、異なる像高の複数の撮像素子に対応可能であることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記ズームレンズは、以下の条件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。
ｆｗＹ≦（Ｙ／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ
但し、
Ｙ：前記複数の撮像素子の像高
ｆｗＹ：前記像高Ｙの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離
Ｙｍｉｎ：前記複数の撮像素子のうち一番小さい像高
ｆｗＹｍｉｎ：前記像高Ｙｍｉｎの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離
【請求項３】
前記ズームレンズは、最も物体側のレンズ群が負の屈折力を有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】
前記ズームレンズは、最も物体側のレンズ群または最も像側のレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングすることを特徴とする請求項１または２または３に記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はズームレンズ、特に固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適なズームレンズに関し、異なる像高の複数の撮像素子に対応可能なズームレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速に普及しつつあるデジタルカメラやビデオカメラにおいては、一般のカメラに用いるものと同様にレンズの小型化、高性能化が望まれる一方、固体撮像素子の大きさには様々なものが存在す為、使用する固体撮像素子を変更する度に光学系もそれに合わせた設計が行われている。
【０００３】
たとえば、ズームレンズでは、そのズームレンズにあった１つの撮像素子の像高に対して、最適に設計されており、その他の撮像素子の像高に対しては考慮されていなかった。
【０００４】
これを解決するために、最適に設計された撮像素子の像高に対して異なる像高を有する撮像素子を用いる場合、ズームレンズの一部の光学要素を光軸から取り外して対応することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１２１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の開示例では、撮像素子の像高が変わった際、最適な撮像素子に対して設計されているズームレンズの一部の光学要素を取り外して対応しているために、異なる像高の複数の撮像素子に対して結像性能が劣化する虞がある。また、ズームレンズに光学要素の着脱のための機構部を設ける必要があり、ズームレンズの構成が複雑、かつ大型化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて行われたものであり、ズーム比が２．５倍以上で、異なる像高の複数の撮像素子に対応した、小型、高画質なズームレンズを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、ズームレンズにおいて、前記ズームレンズの光学系を変えずに部分的にズーム軌道を共有することによって、異なる像高の複数の撮像素子に対応可能であることを特徴とするズームレンズを提供する。
【０００８】
また、本発明にかかるズームレンズは、以下の条件式を満足することが好ましい。
【０００９】
ｆｗＹ≦（Ｙ／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ
但し、Ｙは前記複数の撮像素子の像高、ｆｗＹは前記像高Ｙの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離、Ｙｍｉｎは前記複数の撮像素子のうち一番小さい像高、ｆｗＹｍｉｎは前記像高Ｙｍｉｎの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離である。
【００１０】
また、本発明にかかるズームレンズは、最も物体側のレンズ群が負の屈折力を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかるズームレンズは、最も物体側のレンズ群または最も像側のレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ズーム比が２．５倍以上で、異なる像高の複数の撮像素子に対応した、小型、高画質なズームレンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態にかかるズームレンズについて説明する。
【００１４】
本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群を有し、広角端状態から望遠端状態へのズーミングに際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が変化するように、第１レンズ群および第２レンズ群および第３レンズ群がそれぞれ移動してズーミングを行っている。
【００１５】
また、フォーカシングの際に、前記第３レンズ群を光軸方向に移動させる。また、開口絞りＳは、第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置され、ズーミングの際、第２レンズ群と共に移動する。また、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等から構成されるフィルタ群は、第３レンズ群と像面との間に配置されている。このようにしてズームレンズが構成されている。
【００１６】
本発明の実施の形態にかかるズームレンズでは、広角端状態から望遠端状態にズーミングする際、ズームレンズの光学系を変えずに、第１レンズ群から第３レンズ群の各光学要素が移動するズーム軌道を部分的に共有することによって、異なる像高の複数の撮像素子に対応可能である。
【００１７】
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、以下の条件式（１）を満足していることが好ましい。
【００１８】
（１）  ｆｗＹ≦（Ｙ／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ
但し、Ｙは前記複数の撮像素子の像高、ｆｗＹは前記像高Ｙの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離、Ｙｍｉｎは前記複数の撮像素子のうち一番小さい像高、ｆｗＹｍｉｎは前記像高Ｙｍｉｎの前記撮像素子における広角端状態での焦点距離である。
【００１９】
条件式（１）は、使用する複数の撮像素子において、一番小さい像高Ｙｍｉｎとそれより大きな像高Ｙとの比率と、使用するズーム範囲の適切な関係を規定したものである。
【００２０】
条件式（１）の範囲を外れると、使用する複数の撮像素子の像高の内、一番小さい像高Ｙｍｉｎにおける歪曲収差が悪化し、周辺光量不足となり好ましくない。また、使用する複数の撮像素子の像高の内、像高がＹの撮像素子における望遠端状態での色収差が悪化するので好ましくない。
【００２１】
また、本発明の実施の形態にかかるズームレンズは、最も物体側のレンズ群である第１レンズ群は、負の屈折力を有している。そのために光学系全体の小型化を達成できる。
【００２２】
また、フォーカシングの際に、最も像側のレンズ群である第３レンズ群を移動させているが、第３レンズ群に替えて最も物体側のレンズ群である第１レンズ群を移動させても良い。どちらの場合もフォーカシングによる結像性能の劣化を小さくすることができる。
【００２３】
また、前記第１レンズ群から前記第３レンズ群の任意の面を回折面としてもよい。また、前記第１レンズ群から前記第３レンズ群の任意のレンズを屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）あるいはプラスチックレンズとしてもよい。また、前記第１レンズ群から前記第３レンズ群のいずれかのレンズ群あるいはレンズ群の一部を光軸と直行方向または、ある１点を中心とした曲線状に移動させることによって、手ぶれ補正レンズとすることも可能である。
【００２４】
以下、本発明の実施例にかかるズームレンズについて図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例にかかるズームレンズの広角端状態（Ｗ）と望遠端状態（Ｔ）におけるレンズの断面図を示す。図２は、第１実施例のズームレンズのパワー配分と異なる像高の撮像素子に対応するズーム軌道を模式的に示した図である。
【００２６】
図１において、ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３を有し、広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化するように、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３がそれぞれ移動し、フォーカシングの際に、前記第３レンズ群Ｇ３を移動させる構成としている。また、開口絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置され、ズーミングの際、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。また、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等から構成されるフィルタ群ＦＬは、第３レンズ群Ｇ３と像面Ｉとの間に配置されている。
【００２７】
図２において、三つの異なる像高の撮像素子に、本第１実施例にかかるズームレンズを用いた場合の、それぞれのズーム軌道が示されている。
【００２８】
このズームレンズが対応可能な撮像素子の中で、一番像高の小さい像高Ｙｍｉｎの撮像素子を用いたときの、広角端状態をＷＹｍｉｎ、望遠端状態をＴＹｍｉｎでそれぞれ示す。また、第１の像高Ｙ１を有する撮像素子を用いたときの、広角端状態をＷＹ１、望遠端状態をＴＹ１でそれぞれ示す。更に、第１の像高より大きな第２の像高Ｙ２の撮像素子を用いたときの広角端状態をＷＹ２、望遠端状態をＴＹ２でそれぞれ示す。
【００２９】
図２から分かるように、本第１実施例のズームレンズでは、三つの異なる像高の撮像素子に対応して、共通のズーム軌道の異なる範囲をズーミングの際に移動させることによって、同じ変倍比と略同じ画面寸法とを光学特性の劣化なく確保することができる。
【００３０】
本第１実施例のズームレンズは、ズーム軌道が、広角端状態のＷＹｍｉｎから望遠端状態のＴＹ２まで移動可能に構成されており、ズームレンズに取付けられる撮像素子の像高に応じて、ズーム軌道の移動範囲を選択可能とすることで、異なる像高の撮像素子に対応できるようにしている。
【００３１】
以下、表１に第１実施例の諸元の値を示す。全体諸元中の、Ｙｍｉｎは使用する撮像素子において、一番小さい像高、Ｙ１は第１の像高、Ｙ２は第２の像高、ｆＹｍｉｎは像高Ｙｍｉｎにおける焦点距離、ｆＹ１は像高Ｙ１における焦点距離、ｆＹ２は像高Ｙ２における焦点距離、ＢｆＹｍｉｎは像高Ｙｍｉｎにおけるバックフォーカス、ＢｆＹ１は像高Ｙ１におけるバックフォーカス、ＢｆＹ２は像高Ｙ２におけるバックフォーカス、ＦｎｏＹｍｉｎは像高ＹｍｉｎにおけるＦナンバー、ＦｎｏＹ１は像高Ｙ１におけるＦナンバー、ＦｎｏＹ２は像高Ｙ２におけるＦナンバーをそれぞれ表している。
【００３２】
レンズデータ中の、面番号は物体側からのレンズ面の番号、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔、νはｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対するアッベ数、ｎはｄ線に対する屈折率をそれぞれ表わしている。なお、「∞」は平面を示し、空気の屈折率1.000000は省略している。
【００３３】
さらに、［非球面データ］には、次式で非球面を表現した場合の非球面係数を示している。
X（ｙ）＝ｙ2／[ｒ[１＋（１−ｋｙ2／ｒ2）1/2]]＋Ｃ４ｙ4＋Ｃ６ｙ6＋Ｃ８ｙ8＋Ｃ１０ｙ10
ここで、X（ｙ）は非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸方向に沿った距離、ｒは近軸曲率半径（基準球面の曲率半径）、ｋは円錐定数、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０・・は第４次、６次、８次、１０次・・の非球面係数をそれぞれ示している。また、[ズーミングデータ]には、広角端状態、望遠端状態の各状態における焦点距離、可変間隔の値を示す。
【００３４】
なお、以下の全ての諸元の値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
【００３５】
（表１）
［全体諸元］
Ｙｍｉｎ  ＝  ３．００
Ｙ１      ＝  ３．５２
Ｙ２      ＝  ３．７５
ｆＹｍｉｎ  ＝  ５．０４  〜  １４．２５
ｆＹ１      ＝  ５．５７  〜  １５．７１
ｆＹ２      ＝  ５．９１  〜  １６．７１
ＢｆＹｍｉｎ  ＝  ０．８０
ＢｆＹ１      ＝  ０．８０
ＢｆＹ２      ＝  ０．８０
ＦＮｏＹｍｉｎ  ＝  ２．８０６  〜  ４．６７５
ＦＮｏＹ１      ＝  ２．８９８  〜  ４．９９８
ＦＮｏＹ２      ＝  ２．９５８  〜  ５．２３６
［レンズ諸元］
面番号    ｒ       ｄ       ν         ｎ
1)  118.1976   1.4000    40.71     1.806100 
2)    4.7668   1.4500 
3)    7.9031   2.2000     3.78     1.846660 
4)   23.3630   （ｄ４）
5)     ∞      0.1000                         （開口絞りＳ）
6)    8.0388   1.5000    59.44     1.583130 
7)  -29.6110   0.2000 
8)    5.7475   1.8000    44.79     1.744000 
9)   23.4773   0.8000    23.78     1.846660 
10)    3.9181   0.8000 
11)  -25.1787   1.1000    37.17     1.834000 
12)  -14.5297  （ｄ１２）
13)   19.9439   1.9000    52.32     1.755000 
14)  -33.2754  （ｄ１４）
15)    ∞       1.6500    70.51     1.544370 
16)    ∞       0.4900 
17)    ∞       0.5000    64.14     1.516330 
18)    ∞       （Bｆ）
[非球面データ]
２面と７面のレンズ面は非球面であり、以下に非球面係数を示す。
２面
ｋ  ＝−１．０２５０
Ｃ４  ＝  １．６１９３０×１０-3
Ｃ６  ＝−１．７０７２０×１０-5
Ｃ８  ＝  ２．７０３６０×１０-7
Ｃ１０＝−２．１６８２０×１０-9
７面
ｋ  ＝−８６．４３５８
Ｃ４  ＝−９．３１７００×１０-3
Ｃ６  ＝  ３．５００７０×１０-5
Ｃ８  ＝−３．９１２５０×１０-6
Ｃ１０＝  ２．７０２３０×１０-7
[ズーミングデータ]
広角端状態        望遠端状態
ｆＹｍｉｎ     ５．０４         １４．２５
ｄ４         １７．１７           ３．０６
ｄ１２         ４．７５         １４．４５
ｄ１４         ０．９６           １．７７
ｆＹ１         ５．５７         １５．７１
ｄ４         １４．９８           ２．５３
ｄ１２         ５．１５         １６．２７
ｄ１４         １．０９           １．５８
ｆＹ２         ５．９１         １６．７１
ｄ４         １３．７７           ２．２４
ｄ１２         ５．４３         １７．４９
ｄ１４         １．１７           １．３９
〔条件式対応値〕
（Ｙ１／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ＝６．２５４
（Ｙ２／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ＝６．７１６
【００３６】
（第２実施例）
図３は、本発明の第２実施例にかかるズームレンズの広角端状態（Ｗ）と望遠端状態（Ｔ）におけるレンズの断面図を示す。図４は、第２実施例のズームレンズのパワー配分と異なる像高の撮像素子に対応するズーム軌道を模式的に示した図である。
【００３７】
図２において、ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３を有し、広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が変化するように、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３がそれぞれ移動し、フォーカシングの際に、前記第３レンズ群Ｇ３を移動させる構成としている。また、開口絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に、ズーミングの際、第２レンズ群Ｇ２と共に移動する。また、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等から構成されるフィルタ群ＦＬは、第３レンズ群Ｇ３と像面Ｉとの間に配置されている。
【００３８】
図４において、二つの異なる像高の撮像素子に、本第２実施例にかかるズームレンズを用いた場合の、それぞれのズーム軌道が示されている。
【００３９】
このズームレンズが対応可能な撮像素子の中で、一番像高の小さい像高Ｙｍｉｎの撮像素子を用いたときの、広角端状態をＷＹｍｉｎ、望遠端状態をＴＹｍｉｎでそれぞれ示す。また、別の像高Ｙ１を有する撮像素子を用いたときの、広角端状態をＷＹ１、望遠端状態をＴＹ１でそれぞれ示す。
【００４０】
図４から分かるように、本第２実施例のズームレンズでは、二つの異なる像高の撮像素子に対応して、共通のズーム軌道の異なる範囲をズーミングの際に移動させることによって、同じ変倍比と略同じ画面寸法とを光学特性の劣化なく確保することができる。
【００４１】
本第２実施例のズームレンズは、ズーム軌道が、広角端状態のＷＹｍｉｎから望遠端状態のＴＹ１まで移動可能に構成されており、ズームレンズに取付けられる撮像素子の像高に応じて、ズーム軌道の移動範囲を選択可能とすることで、異なる像高の撮像素子に対応できるようにしている。
【００４２】
以下、表２に第２実施例の諸元の値を示す。
【００４３】
（表１）
［全体諸元］
Ｙｍｉｎ  ＝  ３．００
Ｙ１      ＝  ３．５２
ｆＹｍｉｎ  ＝  ５．１４    〜    １４．５４
ｆＹ１      ＝  ５．５６    〜    １５．７１
ＢｆＹｍｉｎ  ＝  ０．８０
ＢｆＹ１      ＝  ０．８０
ＦＮｏＹｍｉｎ  ＝  ２．８００  〜  ４．９８０
ＦＮｏＹ１      ＝  ２．９００  〜  ５．２００
［レンズデータ］
面番号    ｒ       ｄ      ν        ｎ
1)   81.1456   1.3000   40.71    1.806100
2)    4.4868   1.3000 
3)    7.3521   2.2000   23.78    1.846660
4)   21.5379   （ｄ４）
5>     ∞      0.4000                    （開口絞りＳ）
6)    8.0088   1.5000   59.44    1.583130
7)  -22.6102   0.2000 
8)    5.2078   1.6000   44.79    1.744000
9)   18.6470   0.8000   23.78    1.846660
10)    3.6276   0.8000 
11)  -17.5400   1.0000   37.17    1.834000
12)  -13.4024   （ｄ１２）
13)   14.6125   2.2000   52.32    1.755000
14)  -37.0829   （ｄ１４）
15)     ∞      2.2600   70.51    1.544370
16)     ∞      0.7100
17)     ∞      0.5000   64.14    1.516330
18)     ∞      （Ｂｆ）
[非球面データ]
２面と７面のレンズ面は非球面であり、以下に非球面係数を示す。
２面
ｋ  ＝  ０．１５９７
Ｃ４  ＝  ３．６３３５０×１０-4
Ｃ６  ＝  ３．９８９４０×１０-6
Ｃ８  ＝  ２．２２７５０×１０-8
Ｃ１０＝−２．４９４２×１０-9
７面
ｋ  ＝−２１．１１６６
Ｃ４  ＝  １．３２９１０×１０-4
Ｃ６  ＝  ６．９８７９０×１０-6
Ｃ８  ＝  ８．９２０１０×１０-8
Ｃ１０＝  ３．６４９５０×１０-8
[ズーミングデータ]
広角端状態       望遠端状態
ｆＹｍｉｎ    ５．１４        １４．５４
ｄ４        １３．８４          ２．５７
ｄ１２        ４．１０        １５．５１
ｄ１４        ０．８４          ０．８４
ｆＹ１        ５．５６        １５．７１
ｄ４        １２．５５          ２．１１
ｄ１２        ４．６２        １６．９３
ｄ１４        ０．８３          ０．８７
〔条件式対応値〕
（Ｙ１／Ｙｍｉｎ）×ｆｗＹｍｉｎ＝６．０４３
【００４４】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例にかかるズームレンズの広角端状態（Ｗ）と望遠端状態（Ｔ）におけるレンズの断面図を示す。
【図２】第１実施例のズームレンズのパワー配分と異なる像高の撮像素子に対応するズーム軌道を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第２実施例にかかるズームレンズの広角端状態（Ｗ）と望遠端状態（Ｔ）におけるレンズの断面図を示す。
【図４】第２実施例のズームレンズのパワー配分と異なる像高の撮像素子に対応するズーム軌道を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｇ１    第１レンズ群
Ｇ２    第２レンズ群
Ｇ３    第３レンズ群
ＦＬ    フィルタ群
Ｉ      像面
【図１】
2005107034.tif 000003
【図２】
2005107034.tif 000004
【図３】
2005107034.tif 000005
【図４】
2005107034.tif 000006