JP2002341245A - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
ズームレンズ及びそれを用いた光学機器Info
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Abstract
た光学性能を有するズームレンズ及びそれを用いた光学
機器を得ること。 【解決手段】 物体側より順に、負、正、正の屈折力の
第1、第2、第3レンズ群を有し、広角端に対し望遠端
での第1レンズ群と第2レンズ群の間隔が小さく、第2
レンズ群と第3レンズ群の間隔が大きくなるようにレン
ズ群を移動させてズーミングを行ない、第2レンズ群は
正の屈折力の第2aレンズ群と正の屈折力の第2bレン
ズ群より構成され、第1レンズ群は、負レンズ、正レン
ズのレンズにて構成され、第2aレンズ群は、正レン
ズ、正レンズ、負レンズにて構成され、広角端において
無限遠物体に合焦しているときの前記第2aレンズ群と
第2bレンズ群の間隔d2abwを適切に設定したこと。
Description
ラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ等に好適なズーム
レンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に撮影画角
の広角化を図ると共に、レンズ全長の短縮化を図った携
帯性に優れたズームレンズ及びそれを用いた光学機器に
関するものである。
ラ、デジタルカメラ、電子スチルカメラ等のカメラ(光
学機器)の高機能化に伴い、それに用いる光学系には高
い光学性能と小型化の両立が求められている。
撮像素子との間に、ローパスフィルターや色補正フィル
ターなどの各種光学部材を配置する必要があるため、そ
れに用いる光学系には比較的バックフォーカスの長いレ
ンズ系が要求されている。さらに、カラーの撮像素子を
用いたカメラの場合、色シェーディングを避けるため、
それに用いる光学系には射出瞳位置が遠い像側のテレセ
ントリック特性の良いものが望まれている。
影装置(光学機器)に、使用されるズームレンズとし
て、最も物体側のレンズ群がズーミング中固定された、
正、負、正の屈折力のレンズ群で始まる3〜5群のレン
ズタイプが多く用いられている。
は、正、負、正、正の屈折力の4つのレンズ群を有し、
3倍程度の変倍比のズームレンズが提案されている。
又、高変倍化のズームレンズとして、例えば特開平3−
296706号公報では、正、負、正、正の屈折力の4
つのレンズ群を有し10倍程度の変倍比を持つズームレ
ンズが提案されている。
電子スチルカメラ用のズームレンズとしては、レンズ全
長が極めて短く、又、静止画の特性上、広画角であり、
更には動画のビデオカメラに用いるズームレンズよりも
高い光学性能を有する光学系が要望されている。
変倍比であっても、広角域を含み、明るく、高性能が得
られるレンズとして、特公平6−66008号公報等で
は負、正の屈折力の2つのレンズ群を有し、各レンズ群
の空気間隔の変化によって変倍するズームレンズが提案
されている。
正、正の屈折力の3つのレンズ群を有し、広角端より望
遠端へのズーミング中、第2群と第3群の間隔が広がる
ズームレンズが提案されている。
正、正の屈折力の3つのレンズ群を有し、広角端より望
遠端へのズーミング中、第2群と第3群の間隔が減少す
るズームレンズが開示されている。
正、正、正の屈折力の4つのレンズ群を有し、広角端よ
り望遠端へのズーミング中、第2群と第3群の間隔が減
少し、第4群がズーム中固定されたズームレンズが提案
されている。
負、正、正の屈折力のレンズ群の3群構成、又は負、
正、正、正の屈折力のレンズ群の4群構成のズームレン
ズが開示されている。
正、正の屈折力の3つのレンズ群を有し、第2群を第2
a群と第2b群を空気間隔を隔てて2つのレンズ群に分
けた3倍程度の変倍比のズームレンズが開示されてい
る。
多画素化が進んでおり、特定のイメージサイズにおける
画素サイズは小さくなる傾向にある。これに伴い撮影レ
ンズには同じイメージサイズの従来のものに比べてより
高い光学性能を有したものが求められている。
するのに必要なレンズバックの確保と、固体撮像素子用
としてシェーディングを少なくする為に必要なテレセン
トリック特性(射出瞳位置が像面より遠方(できれば無
限遠)に位置すること)を両立した上で、レンズ全長を
短縮しコンパクトで高変倍比のズームレンズが要望され
ている。
大きいズームレンズは、銀塩カメラ用のズームレンズと
しては問題ないが、CCDを用いる電子スチルカメラに
用いる場合には設計上パワー配置に制約を受け、この為
レンズ系全体が大型化する傾向がある。
パクトで優れた光学性能を有し、テレセントリック性の
良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目
的とする。
成、及びズーミングにおける各レンズ群の移動方法を最
適に設定する事により、全系のレンズ枚数の削減を計
り、レンズ全長の短縮化を達成しつつ、所望の変倍比を
有し、明るく、高い光学性能を有し、広角域を含んだ、
デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適したズーム
レンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
レンズは、物体側より順に、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
ズ群を有し、広角端に対し望遠端での第1レンズ群と第
2レンズ群の間隔が小さく、第2レンズ群と第3レンズ
群の間隔が大きくなるようにレンズ群を移動させてズー
ミングを行なうズームレンズにおいて、第1レンズ群は
物体側より順に負レンズG11、正レンズG12の2枚
のレンズにて構成され、第2レンズ群はその群中で最も
大きな間隔を境に正の屈折力の第2aレンズ群と正の屈
折力の第2bレンズ群より構成され、第2aレンズ群
は、物体側より順に正レンズG2a1、正レンズG2a
2、負レンズG2a3の3枚のレンズにて構成され、広
角端において無限遠物体に合焦しているときの前記第2
aレンズ群と第2bレンズ群の間隔をd2abw、広角端に
おける全系の焦点距離をfwとするとき、 0.2 < d2abw/fw < 1.0 なる条件を満足することを特徴としている。
て、前記負レンズG11は、物体側に比べ像面側の面の
屈折力が強いレンズ形状をしており、かつ1以上の非球
面を有しており、前記負レンズG12は、物体側に凸面
を向けたメニスカス形状をしていることを特徴としてい
る。
おいて、前記正レンズG2a1は像側に比べ物体側の面
の屈折力が強いレンズ形状をしており、前記正レンズG
2a2は両レンズ面が凸面の形状をしており、前記負レ
ンズG2a3は両レンズ面が凹面の形状をしており、該
正レンズG2a2と負レンズG2a3は接合されている
ことを特徴としている。
明において、広角端から望遠端へのズーミングに際し、
前記第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔が変化する
ことを特徴としている。
か1項に記載の発明において、前記第2bレンズ群は、
単レンズ又は接合レンズからなる単一のレンズ成分より
成ることを特徴としている。
か1項に記載の発明において、前記第3レンズ群は、像
側に比べ物体側の面の屈折力が強い単レンズより成るこ
とを特徴としている。
か1項に記載の発明において、前記第2aレンズ群の物
体側に絞りを有することを特徴としている。
か1項に記載の発明において、前記第3レンズ群は、ズ
ーミングのために移動しないことを特徴としている。
か1項に記載の発明において、前記第2bレンズ群の軸
上厚さをTD2btとするとき、 0.2 < TD2bt/fw < 0.45 なる条件を満足することを特徴としている。
れか1項に記載の発明において、広角端から望遠端への
変倍に伴う前記第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔
変化の最大量をM2ab、広角端の焦点距離をfwとすると
き、
る。請求項11の発明の光学機器は、請求項1乃至10
のいずれか1項のズームレンズを有することを特徴とし
ている。
いて、撮像画面の有効画面の対角線長をYとするとき、 0.6 < fw/Y < 0.8 なる条件を満足することを特徴としている。
例1のズームレンズのレンズ断面図である。図2〜図4
は本発明の数値実施例1のズームレンズの広角端、中間
のズーム位置、望遠端における収差図である。
ームレンズのレンズ断面図である。図6〜図8は本発明
の数値実施例2のズームレンズの広角端、中間のズーム
位置、望遠端における収差図である。
ームレンズのレンズ断面図である。図10〜図12は本
発明の数値実施例3のズームレンズの広角端、中間のズ
ーム位置、望遠端における収差図である。
ズームレンズのレンズ断面図である。図14〜図16は
本発明の数値実施例4のズームレンズの広角端、中間の
ズーム位置、望遠端における収差図である。
のズームレンズのレンズ断面図において、L1は負の屈
折力の第1群(第1レンズ群)、L2は正の屈折力の第
2群(第2レンズ群)、L3は正の屈折力の第3群(第
3レンズ群)、SPは開口絞り、IPは像面である。G
はフィルターや色分解プリズム等に相当するガラスブロ
ックである。
間隔を境に正の屈折力の第2a群(第2aレンズ群)L
2aと正の屈折力の第2b群L2b(第2bレンズ群)
より成っており、その第2b群L2bを光軸方向に移動
して無限遠物体から有限距離物体へのフォーカシング動
作を行なっている。
順に、負の屈折力の第1群L1、正の屈折力の第2群L
2、正の屈折力の第3群L3を有し、広角端に対し望遠
端での第1群L1と第2群L2の間隔が小さく、第2群
L2と第3群L3の間隔が大きくなるように、広角端か
ら望遠端へのズーミングに際し、第1群L1と第2群L
2の間隔が減少し、第2群L2と第3群L3の間隔が増
大するように各レンズ群を移動させている。
11、正レンズG12の2枚のレンズにて構成し、第2
aレンズ群を物体側より正レンズG2a1、正レンズG
2a2、負レンズG2a3の3枚のレンズにて構成し、
広角端において無限遠物体に合焦しているときの第2a
群L2aと第2b群L2bの間隔をd2abW、広角端
における全系の焦点距離をfwとしたとき、 0.2 < d2abW/fw < 1.0 ・・・(1) なる条件を満足している。
力の第2群L2を移動させることにより主な変倍を行
い、負の屈折力の第1群L1を往復移動させることによ
って変倍に伴う像点の移動を補正している。正の屈折力
の第3群L3は、ズーミング中固定の場合変倍には寄与
しないが、撮像素子の小型化に伴う撮影レンズの屈折力
の増大を分担し、第1、第2群で構成されるショートズ
ーム系の屈折力を減らすことで、特に第1群L1を構成
する各レンズでの収差の発生を抑え、良好な光学性能を
達成している。また、特に固体撮像素子等を用いた撮影
装置に必要な像側のテレセントリックな結像を正の屈折
力の第3群L3にフィールドレンズの役割を持たせるこ
とで達成している。
群L2bを移動させて行なう、所謂インナーフォーカス
式を採用することにより、迅速なるフォーカスを容易に
し、かつ、レンズ構成を適切に設定することにより、フ
ォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。
尚、フォーカスは第2aレンズ群又は第3レンズ群で行
っても良い。
カシング時固定とし、鏡筒構造の簡易化を図っている。
施例において、第3群L3をズーミング中固定としてい
るが、移動させても良い。これによれば、鏡筒構造は複
雑化することになるが、ズーミングにおける収差変動を
より少なくすることが容易となる。
第2a群L2aと同一カム上に載せて、第2a群L2a
との各物体距離における差分変化を第2群L2とズーム
中連動するアクチュエーターで駆動する構造をとる事に
よりメカ構造の簡素化をはかっている。
L2bとの間隔を変化させると変倍に伴う収差変動を少
なくすることができるが、収差変動が許容できれば必ず
しもこの間隔を変化させなくても良い。
2b群L2bの2つのレンズ群の間隔がズーミング中変
化しない場合(数値実施例4)を3群より成るズームレ
ンズとして取扱い、変化する場合を4つのレンズ群より
成るズームレンズとして、取扱うこともできる。
2aと第2b群L2bの間隔d2abwを広角端の焦点距離
fwで規格化したもので、条件式(1)の上限値を超え
て第2a群L2aと第2b群L2bの間隔が大きくなり
すぎると第2b群2bを駆動するときの駆動メカが大型
化してくるので良くない。
2aと第2b群L2bの間隔が小さくなりすぎると、広
角端において射出瞳位置が短くなり過ぎるので、シェー
ディングの影響が大きくなるので良くない。
を、 0.3 < d2abw /fw < 0.7 ・・・・(1a) の如く設定するのが良い。
隔がズーミングやフォーカシングに際して変化しない場
合は、当然ながらd2abwは常に一定である。 本発明の
ズームレンズでは、以上の構成によって初期の目的を達
成することができるが、更に全変倍範囲に渡り収差変動
が少なく、画面全体に渡り高い光学性能を得るには、次
の条件のうち1つ以上を満足させるのが良い。
面側の面の屈折力が強いレンズ形状をしており、かつ1
以上の非球面を有しており、前記負レンズG12は、物
体側に凸面を向けたメニスカス形状をしていることであ
る。
側の面の屈折力が強いレンズ形状をしており、前記正レ
ンズG2a2は両レンズ面が凸面の形状をしており、前
記負レンズG2a3は両レンズ面が凹面の形状をしてお
り、該正レンズG2a2と負レンズG2a3は接合され
ていることである。
し、前記第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔が変化
することである。
合レンズからなる単一のレンズ成分より成ることであ
る。
の面の屈折力が強い単レンズより成ることである。
することである。
に移動しないことである。
とするとき、 0.2 < TD2bt/fw < 0.45 ・・・(2) なる条件を満足することである。
広角端の焦点距離で規格化したものである。条件式
(2)の上限値を超えて第2bレンズ群の軸上厚が大き
くなりすぎると、カメラの沈胴時の全長が増大してくる
ので良くない。条件式(2)の下限値を超えて第2bレ
ンズ群の軸上厚が小さくなりすぎると、第2bレンズ群
を構成する正レンズのレンズコバ厚が不足する傾向があ
り、製造難度があがる為良くない。
2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔変化の最大量をM2
ab、広角端の焦点距離をfwとするとき、
くする為のものであり、上限値を超えると第2bレンズ
群を相対的に移動させるためのメカ機構が大型化してく
るので良くない、又、下限値を超えるとズーミングに伴
う像面湾曲の変動を良好に補正する事が困難になってく
るので良くない。
ビデオカメラ等の光学機器に適用するときには、 ◎ 撮像画面の有効画面の対角線長をYとしたとき、 0.6 < fw/Y < 0.8 ・・・(4) なる条件を満足することが良い。
距離とイメージサークル径(有効画面の対角線長)の比
に関するものである。条件式(4)の上限値をこえると
レンズ全長が増大してくるので良くない。又、条件式
(4)の下限値をこえると前玉径が増大してくるので良
くない。条件式(4)を満足させることによって、光学
機器全体の小型化が容易になる。
する。
レンズ構成は、物体側が凸面で像側に非球面を有する負
メニスカスレンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズ
の2枚にて構成されている。数値実施例1〜4において
第2aレンズ群は正レンズ、両レンズ面が凸面の正レン
ズ面が凹面の負とを接合した接合レンズの3枚のレンズ
にて構成されている。
物体側に絞りを有し、第2レンズ群とズーミング中一体
で移動する。数値実施例1〜4において第2aレンズ群
の接合レンズの物体側の正レンズは物体側の面に非球面
を有している。数値実施例1,3,4において第2bレ
ンズ群は負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズを接合
した接合レンズにて構成している。数値実施例2におい
て第2bレンズ群は両レンズ面が凸面の正レンズにて構
成されてる。
変倍に際して、ほぼ完全往復の軌跡で移動している。広
角端と望遠端における第1レンズ群の光軸上の位置は略
同一で、中間のズーム域で、像側に凸状の軌跡で移動す
る。数値実施例1〜4において第2aレンズ群と第2b
レンズ群はズーミング中物体側へ移動する。数値実施例
1〜2では第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔が広
角端から望遠端へのズーミング中減少する。
レンズ群の間隔が広角端から望遠端へのズーミング中い
ったん減少し、その後増大する。このとき広角端に比べ
望遠端のほうが空気間隔が若干小さい。数値実施例4で
は第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔がズーミング
中変化しない。
値実施例において、iは物体側からの面の順番を示し、
Riは各面の曲率半径、Diは第i面と第i+1面との
間の部材肉厚又は空気間隔、Ni、νiはそれぞれd線
に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側
の2つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィ
ルター等に相当するガラスブロックGである。非球面形
状は光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位を面頂
点を基準にしてxとするとき、
定数、A,B,C,D,Eは非球面係数である。
る。
諸数値との関係を表1に示す。
して用いたデジタルカメラの実施形態を図17を用いて
説明する。
は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学
系、12はカメラ本体に内蔵されたストロボ、13は外
部式ファインダー、14はシャッターボタンである。
ルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高
い光学性能を有する光学機器を実現している。
い、コンパクトで優れた光学性能を有し、テレセントリ
ック性の良いズームレンズ及びそれを用いた光学機器を
達成することができる。
ンズ構成、及びズーミングにおける各レンズ群の移動方
法を最適に設定する事により、全系のレンズ枚数の削減
を計り、レンズ全長の短縮化を達成しつつ、所望の変倍
比を有し、明るく、高い光学性能を有し、広角域を含ん
だ、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適したズ
ームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することが
できる。
断面図。
図。
断面図。
図。
断面図。
図。
学断面図。
図。
9)
いずれか1項に記載のズームレンズ。
面の対角線長をYとするとき、 0.6 < fw/Y < 0.8 なる条件を満足することを特徴とする請求項12の光学
機器 。
ことを特徴とする請求項12又は13に記載の光学機
器。
る。請求項11の発明は請求項1から10のいずれか1
項の発明のズームレンズが固体撮像素子上に像を形成す
ることを特徴としている。請求項12の発明の光学機器
は、請求項1乃至11のいずれか1項のズームレンズ
と、該ズームレンズによって形成される像を受光する固
体撮像素子とを有することを特徴としている。
いて、前記固体撮像素子の撮像画面の有効画面の対角線
長をYとするとき、 0.6 < fw/Y < 0.8 なる条件を満足することを特徴としている。請求項14
の発明は請求項12又は13の発明において、前記光学
機器はデジタルカメラであることを特徴としている。
Claims (12)
- 【請求項1】 物体側より順に、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
ンズ群を有し、広角端に対し望遠端での第1レンズ群と
第2レンズ群の間隔が小さく、第2レンズ群と第3レン
ズ群の間隔が大きくなるようにレンズ群を移動させてズ
ーミングを行なうズームレンズにおいて、第1レンズ群
は物体側より順に負レンズG11、正レンズG12の2
枚のレンズにて構成され、第2レンズ群はその群中で最
も大きな間隔を境に正の屈折力の第2aレンズ群と正の
屈折力の第2bレンズ群より構成され、第2aレンズ群
は、物体側より順に正レンズG2a1、正レンズG2a
2、負レンズG2a3の3枚のレンズにて構成され、広
角端において無限遠物体に合焦しているときの前記第2
aレンズ群と第2bレンズ群の間隔をd2abw、広角端に
おける全系の焦点距離をfwとするとき、 0.2 < d2abw/fw < 1.0 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】 前記負レンズG11は、物体側に比べ像
面側の面の屈折力が強いレンズ形状をしており、かつ1
以上の非球面を有しており、前記正レンズG12は、物
体側に凸面を向けたメニスカス形状をしていることを特
徴とする請求項1に記載のズームレンズ。 - 【請求項3】 前記正レンズG2a1は像側に比べ物体
側の面の屈折力が強いレンズ形状をしており、前記正レ
ンズG2a2は両レンズ面が凸面の形状をしており、前
記負レンズG2a3は両レンズ面が凹面の形状をしてお
り、該正レンズG2a2と負レンズG2a3は接合され
ていることを特徴とする請求項1又は2に記載のズーム
レンズ。 - 【請求項4】 広角端から望遠端へのズーミングに際
し、前記第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔が変化
することを特徴とする請求項1,2又は3に記載のズー
ムレンズ。 - 【請求項5】 前記第2bレンズ群は、単レンズ又は接
合レンズからなる単一のレンズ成分より成ることを特徴
とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズームレ
ンズ。 - 【請求項6】 前記第3レンズ群は、像側に比べ物体側
の面の屈折力が強い単レンズより成ることを特徴とする
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。 - 【請求項7】 前記第2aレンズ群の物体側に絞りを有
することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に
記載のズームレンズ。 - 【請求項8】 前記第3レンズ群は、ズーミングのため
に移動しないことを特徴とする請求項1乃至7のいずれ
か1項に記載のズームレンズ。 - 【請求項9】 前記第2bレンズ群の軸上厚さをTD2bt
とするとき、 0.2 < TD2bt/fw < 0.45 なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至8の
いずれか1項に記載のズームレンズ。 - 【請求項10】 広角端から望遠端への変倍に伴う前記
第2aレンズ群と第2bレンズ群の間隔変化の最大量を
M2ab、広角端の焦点距離をfwとするとき、 【数1】 なる条件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項に記載のズームレンズ。 - 【請求項11】 請求項1乃至10のいずれか1項のズ
ームレンズを有することを特徴とする光学機器。 - 【請求項12】 撮像画面の有効画面の対角線長をYと
するとき、 0.6 < fw/Y < 0.8 なる条件を満足することを特徴とする請求項11の光学
機器。
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2001
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