JP2001201684A

JP2001201684A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2001201684A
Application number: JP2001013622A
Authority: JP
Inventors: T Gusy William; ティー．グージーウィリアム
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2001-07-27
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: US6377404B1; TW470851B; JP4813669B2; CN1250996C; CN1332384A

Abstract

(57)【要約】【課題】小型のデジタルカメラに用いるのに適した低
コスト、機械的光学的に単純、かつ、高品質画像を形成
するズームレンズを提供すること。【解決手段】負の第１のレンズ要素１０１と、第２の
レンズ要素１０２と、正の第３のレンズ要素１０３とを
含み、少なくとも１つのレンズ要素１０２が非球面を有
して成る発散する光学パワー特性を有する第１のズーム
レンズユニット１２と、正の第４のレンズ要素１０４
と、正の第５のレンズ要素１０５と、画像側に向かって
凹状の負の第６のレンズ要素１０６とを含む収斂する光
学パワー特性を有する第２のズームレンズユニット１４
を被写体側から順次に配設し、第１と第２のズームレン
ズユニット１２、１４の距離を変更することによりズー
ミングを行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的にズームレン
ズに関し、特に小型デジタルカメラでの使用に適した逆
望遠ズームレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】小型で安価なカメラ、そして近時デジタ
ルカメラは一般に非常に人気の商品となっている。コラ
のカメラの望ましい特徴の１つにズームレンズがある。
これにより、許容できる画像品質を維持しながら、カメ
ラのサイズおよび機構の単純さに関して両立しうるより
小型のズームレンズを開発する必要がある。ＣＭＯＳや
ＣＣＤアレーといったデジタルカメラにおいて典型的に
用いられる電子画像獲得媒体は、画素単位で集光性能を
高めると共にエイリアシングを抑制するために、しばし
ばマイクロレンズレットアレー(microlenslet arrays)
が採用される。有効に作用させるためには、然しなが
ら、これらアレーへ光を方向付けるレンズシステムは、
テレセントリックまたはそれに近くなければならない。
と言うのは、アレーの有効性は入射する光束の入射角の
関数で表されるからである。テレセントリックによれ
ば、マイクロレンズレットアレーに衝突する光は、光軸
に関して実質的に平行で非常に薄い衝突角度を以てアレ
ーに衝突する。

【０００３】３つの可動ズームレンズ群と、固定式の正
のレンズ群を備えた無限焦点レンズ群により、高度のテ
レセントリック性を得ることができるが、高価な非球面
要素を含む多くの要素を必要としコストが掛かり、小型
化を困難にし、また、複雑なズーム駆動機構を必要とす
る。

【０００４】歴史的には、リトロフォーカスレンズまた
は逆望遠レンズシステムが３５ｍｍ一眼レフ（ＳＬＲ）
カメラで用いられていた。これらのレンズシステムは体
格が大きくなるが、一眼レフカメラ内の可動鏡を収納す
るために必要な後側焦点距離(back focal length)を長
くすることが出来る。然しながら、体格が大きくなるこ
とから、小型デジタルカメラでのこの種のレンズシステ
ムを使用難しくしている。それにも拘らず、デジタルカ
メラのＣＣＤフォーマットが３５ｍｍフィルムフォーマ
ットと比較して小さいために、こうした本格的なレンズ
システムの小型デジタルカメラにおける使用を可能とし
ている。更に、逆望遠レンズシステムは、その長い後側
焦点距離および「緩やかな(soft)」衝突角度のためにテ
レセントリックの問題を有利に解決している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】既述したように、無限
焦点ズームレンズと、全てのズーム位置で開口絞りに前
焦点が合致する正特性の固定後部レンズ要素とを含む望
遠レンズシステムは、前頂点から画像平面までの距離(f
ront vertex-to-image plane distance(FVIP))が長くな
ることから、レンズ集成体が長く大きくなる。更に、FV
IPおよび基線長(baseline length)、つまり全ての焦点
距離におけるレンズの絶対最小長さ）が、各々、前方お
よび後方レンズ群のレンズ特性(power)の関数である。
典型的には、望遠位置から広角位置に移動する際、これ
らのレンズシステムの前方レンズ群は固定式の後方レン
ズ群に対して放物線状(parabolic motion)の動作を受
け、従ってカメラの機構がより複雑になる。それと同時
に、収差の修正を容易にするために後方レンズ群のレン
ズ特性(power)は限定される。２つの可動群（正負）レ
ンズシステムでは、広角モードにおいて光束の画像平面
への衝突各が非常に大きくなり、従って、デジタルカメ
ラでの使用に適していない。

【０００６】発散する第１のズームレンズユニットと、
収斂する第２のズームレンズユニットとを有するズーム
レンズは公知である。こうしたズームレンズの第２のレ
ンズユニットは、３以上の正レンズ要素と、該正レンズ
要素のうち２つのレンズ要素に挟まれた少なくとも１つ
の負レンズ要素とを具備している（プラス、マイナス、
プラス構成）。こうしたズームレンズは、米国特許第4,
155,629号、同4,299452号、同5,552,937号、同5,563,73
9号に開示されている。米国特許第4,999,007号は、発散
する第１のズームレンズユニットと収斂する第２のズー
ムレンズユニットとを有するズームレンズを開示してい
る。このズームレンズの第２のレンズユニットは、全体
的には正の光学パワー特性を有しているが、１つの正レ
ンズと２つの負レンズのみを含んでいる。従って、正レ
ンズは非常に強度の高いレンズ要素である。この特徴
は、次いで、光学収差の源となり、全体の画像品質に影
響を与える。

【０００７】従って、本発明は、特に小型のデジタルカ
メラに用いるのに適した低コストで、機械的、光学的に
より単純で、より小型で、かつ、高品質で耐環境性に優
れた画像を形成し、既述した従来技術の問題を解決した
ズームレンズを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、発散する光学パワー特性を有する第１のズームレン
ズユニットであって、負の第１のレンズ要素と、第２の
レンズ要素と、正の第３のレンズ要素とを含み、少なく
とも１つのレンズ要素が非球面を有して成る第１のズー
ムレンズユニットと、収斂する光学パワー特性を有する
第２のズームレンズユニットであって、正の第４のレン
ズ要素と、正の第５のレンズ要素と、画像側に向かって
凹状の負の第６のレンズ要素とを含む第２のズームレン
ズユニットと、を被写体側から順次に配設し、前記第１
と第２のズームレンズユニットの距離を変更することに
よりズーミングを行うようにしたズームレンズを要旨と
する。この特徴によれば、第１のレンズ群は全体的に負
の光学パワー特性を有し、第２のレンズ群は全体的に正
のレンズ特性を有している。この特徴によれば、更に、
第１のレンズ群は、１つのレンズ要素内の半径方向に分
割された領域内に正と負の光学パワー特性を有したレン
ズ要素を備えている。更に、第２のレンズ群は、最終レ
ンズに隣接させて配置された両凸面のレンズを備えてい
る。

【０００９】請求項２に記載の本発明は、被写体に最も
近く配設された第１のレンズ群と、画像平面に最も近く
配設された最終レンズ群とを具備し、前記最終レンズ群
が前記画像平面に最も近く対面する凹面を有して成るズ
ームレンズを要旨とする。第１のレンズ群は、１つのレ
ンズ要素内の半径方向に分割された領域内に正と負の光
学パワー特性を有したレンズ要素を備えている。

【００１０】請求項３に記載の本発明は、被写体に最も
近く配設された第１のレンズを含む第１のレンズ群と、
画像平面に最も近く配設された最終レンズを有する第２
のレンズ群とを備し、前記第１のレンズ群が正と負の両
方のレンズ特性を有するレンズを含んで成るズームレン
ズを要旨とする。

【００１１】一つの特徴によれば、ズームレンズは、被
写体から順次に、発散する光学パワー特性の第１のズー
ムレンズユニットと、収斂する第２のズームレンズユニ
ットとを有している（負正レンズシステム）。第１のズ
ームレンズユニットは、負の光学パワー特性の第１のレ
ンズ要素と、第２のレンズ要素と、正の光学パワー特性
の第３のレンズ要素とを含んでいる。これらレンズ要素
の少なくとも１つのレンズ要素は、非球面を有してい
る。第２のズームレンズユニットは、順次に、正の光学
パワー特性の第４のレンズ要素と、正の光学パワー特性
の第５のレンズ要素と、負の光学パワー特性の第６のレ
ンズ要素とを含み、第６のレンズ要素は、システムの画
像形成側に面した凹面を有している。第１と第２のレン
ズユニットの間の距離を変更することによりズーミング
が行われる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、一般的に逆望遠、２レ
ンズ群ズームレンズ装置に関し、好ましくは、テレセン
トリックに近い性能を発揮し特に小型デジタルカメラに
適したズームレンズに関する。

【００１３】以下の説明では、特に本発明による装置を
構成する要素または本発明の装置に直接関連する要素に
ついて記載するが、特に図示されず或いは記載されない
要素に関しては種々の形態を採ることができることは当
業者の当然とするところである。

【００１４】図１から図３の各々は、望遠位置、中間焦
点位置および広角位置にある好ましいズームレンズ１０
を示している。ズームレンズ１０は、前方レンズ群１２
および後方レンズ群１４を具備し、各々のレンズ群は光
軸１３に沿って移動自在に配設されている。ズーミング
中に、２つのレンズ群１２、１４は、光軸１３に沿って
相対移動する。好ましくは、２つのレンズ群の動作は、
カメラ集成体の停止位置からズームユニットが移動した
後は、望遠位置から広角位置へ移動する間、および、広
角位置から望遠位置へ移動する間は非逆動作である。

【００１５】本実施形態によるズームレンズ１０の前方
レンズ群１２は負のレンズ群であり、後方レンズ群１４
は性のレンズ群である。このズームレンズは、好ましく
は２倍のズーム比を有しているが、より高いズーム比も
可能であることは当業者の当然とするところである。前
方レンズ群１２は３つのレンズ要素１０１、１０２、１
０３を含んでいる。各レンズの表面は左から右に（ａ）
および（ｂ）にて指示されている。従って、レンズ要素
１０１は、表面１０１ａ、１０１ｂを有している。第１
の（被写体に対面する）レンズ要素１０１は、負メニス
カスレンズであり、被写体に対面する側の凸面１０１ａ
と、画像平面１５に対面する側の凹面１０１ｂを有して
いる。

【００１６】第２のレンズ要素１０２を図４に示す。レ
ンズの異なる領域に正と負の度(positive and negative
power)を有している。より詳細には、レンズ要素１０
２は、周縁部４０１（つまり、クリアアパチュア(clear
aperture)の縁部の近傍）では正の屈折力(positive re
fractive power)を有し、レンズの中心の中心部４０２
では負の光学パワー特性(negative optical power)を有
している。周縁部４０１はレンズ要素１０２において半
径ｒにより以下の式で示される領域である。（０．７２２Ｄ／２）≦ｒ≦Ｄ／２

【００１７】ここで、Ｄは、レンズ要素１０２のクリア
アパチュア(clear aperture)の直径である。該レンズ要
素の中心部４０２の負の光学パワー特性は前面および背
面の頂点半径(vertex radii)により規定される。レンズ
要素１０２は、従って両非球面(biaspheric)レンズ要
素、つまり、２つの非球面１０２ａ、１０２ｂを有する
レンズ要素である。レンズ要素１０２は、中心部および
周縁部の両方において以下のφ2で示されるように弱い
屈折力(refractive power)を有している。｜φ2｜＜１０φw

【００１８】ここでφwはズームレンズの光学パワー特
性(power)であり、φ2は第２のレンズ要素１０２の光学
パワー特性(power)である。光学パワー特性φ2は周縁部
において測定されるか、或いは、頂点の曲率半径により
規定され、従って、レンズの測定領域により２つの光学
パワー特性を有している。このレンズ要素の形状および
光学パワー特性分布は、ズームレンズ１０の収差コント
ロールを改善し、従って、ズームレンズ系の性能を高め
る。レンズ要素１０２は、好ましくは、プラスチック材
料から成形され、より好ましくは断熱化される。ここ
で、「断熱化される」との語は、長い焦点距離を有する
レンズに関して参照され、すなわち、言い換えると、作
用中に温度変化が実質的に変動しないカメラ性能を有す
るような弱い光学パワー特性を有するレンズに関して参
照される。

【００１９】第３のレンズ要素１０３は、正の光学パワ
ー特性を有するレンズ要素であり、色収差を修整するた
めの高い分散性(dispersion)を有している。第３のレン
ズ要素１０３のアッベ数(Abbe V-number)は、好ましく
は３０より小さい。第１と第３のレンズ要素１０１、１
０３は、好ましくはガラス製である。レンズ要素１０
１、１０３の屈折率は、好ましくは１．７５よりも大き
い。

【００２０】後方レンズ群１４は、図１から図３に示す
ように、開口絞り１６と、３つのレンズ要素１０４、１
０５、１０６を有している。レンズ要素１０４、１０
５、１０６は、非定型的なプラス、プラス、マイナス構
成に配置されている。より詳細には、レンズ要素１０
４、１０５は正の光学パワー特性(positive power)を有
し、レンズ要素１０６は、負の光学パワー特性(negativ
e power)を有している。レンズ要素１０４、１０５は、
両凸(biconvex)のレンズ要素である。レンズ要素１０４
は両非球面である。レンズ要素１０５は対称である。つ
まり、２つの同じ表面１０５ａ、１０５ｂを有してお
り、ズームレンズ１０のコストおよび組立に有利なよう
になっている。レンズ要素１０５は、１．６よりも小さ
な屈折率と、低い分散性（５０より大きなアッベ数(Abb
e V-number>50)）とを有している。後部のレンズ要素１
０６は、負の光学パワー特性のメニスカスレンズ要素で
あって、前方（被写体側）の凸面１０６ａと、後方（画
像側）の凹面１０６ｂとを有している。第６のレンズ要
素１０６は、好ましくは、１．７５の屈折率と、高い分
散性を与える３０より小さなアッベ数とを有している。
この屈折率とアッベ数の分布により、少ないレンズ要素
によっても良好な品質の画像を得ることができる。

【００２１】ズームレンズ１０は、感光性電子センサ１
７、例えば、ＣＣＤアレーの後面１７ｂにある画像平面
１５に高品質の画像を形成する。屈折率０の２つの平行
プレート１８、２０がズームレンズ１０の後方（すなわ
ち、画像平面側）と、センサ１７の前面に配置される。
プレート１８は、好ましくは、水晶のプレートであり、
アンチエイリアースフィルタ(antialiasing filter)と
して作用する。ズームレンズ１０は高い変調伝達関数値
を示す。図１７から図１９に、広角位置、中間焦点位
置、望遠位置における種々のフィールド値(field value
s)でのズームレンズ１０の変調伝達関数値を示す。水晶
プレート１８は、センサ１７のナイキスト周波数よりも
高い周波数に対して変調伝達関数値を低減する。与えら
れたセンサに対して、ナイキスト周波数（サイクル／ｍ
ｍ）は以下の式にて示される。Ｎ＝１／２Ｐここで、Ｐはセンサの画素ピッチである。

【００２２】プレート２０は、センサ１７のガラスカバ
ーである。プレート１８、２０に関連するズームレンズ
の性能を図５−７、図８−１０、図１１−１３、図１４
−１６、および、図１７−１９に示す。広角位置
（Ｗ）、中間ズーム位置（Ｍ）、望遠位置（Ｔ）に関し
て種々のフィールド位置(field position)に対する光線
追跡(ray trace)、像面湾曲(field curvature)、歪曲特
性(distortion plots)が含まれている。より詳細には、
図５−７には、望遠位置にあるときの視野０（光軸
上）、視野の０．７（０．７フィールド）、全視野（フ
ルフィールド）におけるズームレンズ１０の光切片曲線
(ray intercept plot)が示されている。図８−１０に
は、中間ズーム位置にあるときの視野０（光軸上）、視
野の０．７（０．７フィールド）、全視野（フルフィー
ルド）におけるズームレンズ１０の光切片特性(ray int
ercept plot)が示されている。図１１−１３には、広角
位置にあるときのズームレンズ１０の光切片特性(ray i
ntercept plot)が示されている。図１４−１６の各々に
は、ズームレンズ１０が望遠位置、中間ズーム位置、広
角位置にあるときの非点収差および歪曲値が示されてい
る。

【００２３】本ズームレンズに対する数値データの例を
表１Ａから１Ｄに示す。これらの表において、Ｒiはｉ
番目の表面の頂点の曲率半径、Ｎeは５４６．１ｎｍの
波長λeにおける屈折率、νは屈折材のアッベ数を示し
ている。表中、レンズ要素の厚さおよび間隙はミリメー
トルで示されている。以下の値をズームレンズ系に適用
した。有効焦点距離(EFL)：６．３９ｍｍ〜１２．０４ｍｍセミフィールド(semi-field)：１８．１５°〜３２．７
０° Ｆ／＃：３．９〜４．７

【００２４】表１Ａ面半径厚さ（Ｔ）Ｎe ν １０１ａ２２．９３６１．５１．８０１３５．０１０１ｂ６．５０９３．５５８１０２ａ＊非球面１．２１．５９３０．９１０２ｂ＊非球面０．３１０３ａ１４．９６２２．０２８１．８４７２３．８１０３ｂ３４．４４５Ｓ2＝可変開口絞り０．７１０４ａ＊非球面２．００８１．５１７６４．２１０４ｂ＊非球面０．６５７１０５ａ１０．１２２２．２３７１．５１７６４．２１０５ｂ −１０．１２２０．３７２１０６ａ１１．３１８０．８１．８４７２３．８１０６ｂ３．９０２Ｓ5＝可変 plano １．６６１．４６０ plano ０．５ plano ０．７１．４９８ plano ＊非球面

【００２５】波長（μｍ） λ1 λ2 λ3 ０．５４６１０．４８６１０．６５６３

【００２６】表１Ｂズーム間隙データ(Zoom Spacing Data) ズーム位置ＡＢ BFL EFL １（広角）１７．７４４６．６０７９．３６６．３９２１３．１５９７．２３４９．９９７．４８３９．２２１７．９７６１０．７３８．７７４５．８６８８．８５０１１．６０１０．２７５（望遠）３．０００９．８７９１２．６２１２．０４ BFLはプレート１８、２０が存在しない場合の後側焦点
距離(back focal length)であり、EFLはズームレンズ１
０の焦点距離である。

【００２７】表１Ｃ開口絞り直径ズーム位置直径１（広角）３．８８２３．８８３３．８８４３．８８５（望遠）４．０５

【００２８】ズームレンズ１０は、２つの非球面１０２
ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂを有している。これ
らの非球面を既述する非球面方程式は以下の通りであ
る。 X=CY²/(1+(1-(k+1)C²Y²)^1/2)+ADY⁴+AEY⁶+AFY⁸+AGY¹⁰ ここで、Ｘは光軸ＯＡに沿う距離Ｙは光軸からの高さＣは湾曲したレンズ面の頂点の曲率半径の逆数ｋは円錐定数(conic constant)であり、ＡＤからＡＧは４次、６次、８次、１０次のオーダの非
球面係数(aspheric coefficient)である。

【００２９】本実施形態によるレンズのための種々の非
球面レンズ表面に対する非球面係数を表１Ｄに示す。表１Ｄ表面３ C=-0.0401524 D= 0.5285504E-03 F= 0.1138240E-06 K= 0.0000000 E=-0.2563260E-06 G=-0.4252920E-08 表面４ C=-0.0217244 D= 0.3424730E-03 F= 0.1433360E-06 K= 0.0000000 E=-0.3617580E-05 G=-0.7587230E-08 表面７ C= 0.1155535 D=-0.1063610E-02 F= 0.7952570E-05 K= 0.0000000 E= 0.1598850E-04 G=-0.2043640E-05 表面８ C=-0.0494805 D= 0.3645190E-03 F= 0.3821190E-04 K= 0.0000000 E=-0.1320710E-03 G=-0.3804370E-05

【００３０】

【発明の効果】本発明によるズームレンズは、既述した
全ての利点を与え、特に簡単な機構と組み合わせてテレ
セントリックに近い性能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】望遠位置にある本発明の実施形態によるズーム
レンズの断面図である。

【図２】中間ズーム位置にあるズームレンズの断面図で
ある。

【図３】広角位置にあるズームレンズの断面図である。

【図４】図１から図３のズームレンズの正負両光学パワ
ー特性を備えたレンズ要素である。

【図５】図１のズームレンズ（望遠位置）の収差特性を
示す図である。

【図６】図１のズームレンズ（望遠位置）の収差特性を
示す図である。

【図７】図１のズームレンズ（望遠位置）の収差特性を
示す図である。

【図８】図２のズームレンズ（中間ズーム位置）の収差
特性を示す図である。

【図９】図２のズームレンズ（中間ズーム位置）の収差
特性を示す図である。

【図１０】図２のズームレンズ（中間ズーム位置）の収
差特性を示す図である。

【図１１】図３のズームレンズ（広角位置）の収差特性
を示す図である。

【図１２】図３のズームレンズ（広角位置）の収差特性
を示す図である。

【図１３】図３のズームレンズ（広角位置）の収差特性
を示す図である。

【図１４】ズームレンズの望遠位置における歪曲、非点
収差、横の色（ラテラルカラー）特性を示す図である。

【図１５】ズームレンズの中間ズーム位置における歪
曲、非点収差、横の色（ラテラルカラー）特性を示す図
である。

【図１６】ズームレンズの広角位置における歪曲、非点
収差、横の色（ラテラルカラー）特性を示す図である。

【図１７】ズームレンズの望遠位置におけるＭＴＦ曲線
を示す図である。

【図１８】ズームレンズの中間ズーム位置におけるＭＴ
Ｆ曲線を示す図である。

【図１９】ズームレンズの広角位置におけるＭＴＦ曲線
を示す図である。

【符号の説明】

１０…ズームレンズ１２…第１のレンズ群１４…第２のレンズ群１０１…第１のレンズ要素１０２…第２のレンズ要素１０３…第３のレンズ要素１０４…第４のレンズ要素１０５…第５のレンズ要素１０６…第６のレンズ要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発散する光学パワー特性を有する第１の
ズームレンズユニットであって、負の第１のレンズ要素
と、第２のレンズ要素と、正の第３のレンズ要素とを含
み、少なくとも１つのレンズ要素が非球面を有して成る
第１のズームレンズユニットと、収斂する光学パワー特性を有する第２のズームレンズユ
ニットであって、正の第４のレンズ要素と、正の第５の
レンズ要素と、画像側に向かって凹状の負の第６のレン
ズ要素とを含む第２のズームレンズユニットと、を被写
体側から順次に配設し、前記第１と第２のズームレンズ
ユニットの距離を変更することによりズーミングを行う
ようにしたズームレンズ。
【請求項２】被写体に最も近く配設された第１のレン
ズ群と、画像平面に最も近く配設された最終レンズ群とを具備
し、前記最終レンズ群が前記画像平面に最も近く対面する凹
面を有して成るズームレンズ。
【請求項３】被写体に最も近く配設された第１のレン
ズを含む第１のレンズ群と、画像平面に最も近く配設された最終レンズを有する第２
のレンズ群とを備し、前記第１のレンズ群が正と負の両方のレンズ特性を有す
るレンズを含んで成るズームレンズ。