JP2003140041A - ズームレンズ系 - Google Patents
ズームレンズ系Info
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Abstract
ンズ群、正のパワーを有する第2レンズ群、及び正のパ
ワーを有する第3レンズ群の3つのレンズ群からなる、
小型のビデオカメラ、デジタルカメラ等に用いられるズ
ームレンズ系において、3倍程度の変倍比と広角端で口
径比1:2.8以上の明るさと有し、広角端で半画角3
0゜以上の画角を包括可能なズームレンズ系を得る。 【構成】 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際
して、前記第3レンズ群は固定したまま、前記第1レン
ズ群と第2レンズ群を移動させ、前記第1レンズ群は、
少なくとも1枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正
レンズを含み、次の条件式(1)、(2)を満足するズ
ームレンズ系。 (1)1.2<|f1/f2|<1.6 (2)0.8<f3/f2<1.3 但し、 f1:第1レンズ群の焦点距離、 f2:第2レンズ群の焦点距離、 f3:第3レンズ群の焦点距離。
Description
タルカメラ等に用いられる、短焦点距離端での口径比
1:2.8以上の明るさと、3倍程度の変倍比(ズーム
比)を有し、簡単な構成で、安価なズームレンズ系に関
する。
素子の小型化、高密度化にともない、ビデオカメラ、電
子スチルカメラ等で用いられるズームレンズ系も、小型
化、高性能化が要求されている。また、この種のビデオ
カメラや電子スチルカメラに用いられている固体撮像素
子は、受光面近傍に色分解フィルターを配置しているた
め、受光面に対してレンズからの光束が斜めに入射する
と光がフィルターによりケラれを生じてしまうため、周
辺光量低下の原因となったり、色フィルターと画素の位
置関係がずれることにより色むらを生じたりする。その
ため、受光面に対してできるだけ垂直に近い状態で光束
が入射するような、いわゆる良好なテレセントリック特
性を得る為に、射出瞳が像面から遠く離れたような光学
系が要求される。
ては、撮影状態での小型化も重要であるが、それに加え
て、レンズを収納して携帯するときのカメラのコンパク
ト性が重要な小型化の要素となってきている。つまり、
この種のズームレンズ系には、レンズ収納時、すなわち
レンズの沈胴時の薄型化も望まれる。この薄型化を実現
する為に、ズームレンズ系を構成する各レンズ群のレン
ズ全長の薄型化や、機械的な負担を少なくする為にズー
ム時の各群の移動量を小さく抑えることが必要とされ
る。
第1レンズ群と正の第2レンズ群からなる2群ズームレ
ンズ系が知られている。しかしながら、これらの2群ズ
ームレンズ系の多くは、射出瞳位置が比較的像面に近
く、CCDなどの固体撮像素子用としては好ましくな
い。また、近距離の被写体を撮影する時にはレンズ径の
大きい第1レンズ群でフォーカシングを行なう必要があ
り、フォーカシング駆動系の大型化をともない好ましく
ない。
6号公報、特開平10−39214号公報、特開平11
−194274号公報に示されるような2群ズームレン
ズ系の第2レンズ群と撮像素子の間に固定あるいは移動
可能な正レンズ群を配置してテレセントリック特性を向
上させた3群ズームレンズ系が提案されている。
号公報は、3群ズーム構成としてテレセントリック特性
は良くなっているが、変倍比が2倍程度と小さく、高変
倍化の要求がまだ満たされていないという欠点がある。
は、特開平6−94996号公報と同じレンズ構成であ
りながら、変倍比は3倍を達成しているが、構成枚数も
多いだけでなく焦点距離に対する全長が長く、低コスト
性及びレンズ収納時のコンパクト性という点でまだ満足
できるものではない。
報は、第1レンズ群を非球面を含む2枚のレンズで構成
して、3倍ズームを7枚で達成し小型化は達成している
が、高度な加工精度を要する非球面レンズを複数枚使用
している為、低コスト化という点でも改善の余地があ
る。
ルカメラ等に用いられ、3倍程度の変倍比と短焦点距離
端で口径比1:2.8以上の明るさと有し、短焦点距離
端で半画角30゜以上の画角を包括可能で、高解像度の
撮像素子にも十分対応可能な結像性能を有し、簡単な構
成で、安価でコンパクトなズームレンズ系を提供するこ
とを目的とする。
から順に、負のパワーを有する第1レンズ群、正のパワ
ーを有する第2レンズ群、及び正のパワーを有する第3
レンズ群の3つのレンズ群からなり、前記第1レンズ群
は、少なくとも1枚の像側に凸面を向けた非球面を有す
る正レンズを含み、短焦点距離端から長焦点距離端への
変倍に際し、前記第3レンズ群は固定したまま、前記第
1レンズ群と第2レンズ群を移動させる。さらに、次の
条件式(1)、(2)を満足する。 (1)1.2<|f1/f2|<1.6 (2)0.8<f3/f2<1.3 但し、 f1:第1レンズ群の焦点距離、 f2:第2レンズ群の焦点距離、 f3:第3レンズ群の焦点距離、 である。
に、像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向け
た正レンズとの2枚のレンズより構成する。そして、こ
の正レンズの物体側の面と像側の面の少なくとも像側の
面には近軸球面に比較して光軸から離れるに従って正の
パワーが強くなるような非球面を有し、次の条件式
(3)を満足する。 (3)0.02<(Δa1−Δa2)/fw<0.08 但し、 Δa1:正レンズの物体側の面に非球面が設けられた場
合の該非球面の最大有効半径における非球面量(Δa1
=0を含む)、 Δa2:正レンズの像側の面に設けられた非球面の最大
有効半径における非球面量(Δa2≠0)、 fw:短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、 である。但し非球面量は、近軸球面から像側に離れる方
向を正とする。
に、両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズの接合
レンズとからなる3枚のレンズから構成することができ
る。第2レンズ群の最も像側の面は、強い発散面を有
し、次の条件式(4)を満足することが好ましい。 (4)0.05<R2/TL<0.15 但し、 R2:第2レンズ群中の最も像側の面の曲率半径、 TL:短焦点距離端における第1レンズ群の物体側の面
から第3レンズ群の像側の面までの光軸に沿った距離、 である。
1枚の正レンズから構成することができ、次の条件式
(5)を満足することが好ましい。 (5)0.7<R3/f3<1.3 但し、 R3:第3レンズ群中の正レンズの物体側の面の曲率半
径、 である。
7の各数値実施例のレンズ構成図に示すように、本発明
によるズームレンズ系は、物体側から順に、負のパワー
を有する第1レンズ群10、正のパワーを有する第2レ
ンズ群20、及び正のパワーを有する第3レンズ群30
の3つのレンズ群からなっている。短焦点距離端から長
焦点距離端への変倍に際しては、第3レンズ群30は固
定で、第1レンズ群と第2レンズ群を移動させる。より
具体的には、図21の簡易移動図に示すように、第1レ
ンズ群10は、短焦点距離端(W、広角端)から中間焦
点距離(M)にかけて像側に移動した後、反転して長焦
点距離端(T、望遠端)まで物体側に移動する。第2レ
ンズ群20は、広角端から望遠端への変倍に際して物体
側に単調に移動する。開口絞りSは、第1レンズ群10
と第2レンズ群20の間に位置し、変倍の際第2レンズ
群20と一体に移動する。第1レンズ群10は、少なく
とも1枚の像側に凸面を向けた非球面を有する正レンズ
を含んでいる。各レンズ構成図は、デジタルカメラ用の
ズームレンズ系に本発明を適用したもので、Gは、ロー
パスフィルター、赤外カットフィルター、CCDカバー
ガラス等の各種フィルター類を1枚の平行平面板で表し
たものである。
(1)は、第1レンズ群と第2レンズ群のパワーの比に
関する条件であり、第1レンズ群の負のパワーと第2レ
ンズ群の正のパワーを適切に配分し、変倍時の収差変化
を良好に補正すると同時に小型化を達成するための条件
である。条件式(1)の上限を超えて、第2レンズ群の
正のパワーが強くなりすぎると、球面収差を始めとする
諸収差をバランス良く補正することが困難になるととも
に、各種フィルター類等を配置する為の、十分なバック
フォーカスを確保することができない。逆に、条件式
(1)の下限を超えて、第2レンズ群の正のパワーが弱
くなりすぎると、変倍時の第2レンズ群の変倍作用が小
さくなって移動量が増加し、レンズ系全体が大きくなり
好ましくない。
カシングは、第1レンズ群または第3レンズ群で行なう
ことが可能である。第1レンズ群でフォーカシングを行
なう場合は、変倍時の焦点移動が無いという利点がある
が、収納時の小型化等を考えると、レンズ駆動装置の小
型化が可能な第3レンズ群でフォーカシングを行なうこ
とが好ましい。
ズ群のパワーの比に関する条件であり、良好なテレセン
トリック特性と、特に第3レンズ群でフォーカシングを
行なったときの無限遠物体から近距離物体までの収差変
化を小さく抑える為の条件である。条件式(2)の上限
を超えて第3レンズ群のパワーが弱くなりすぎると、テ
レセントリック特性が悪化すると共に、第3レンズ群の
フォーカシング時の移動量が大きくなり過ぎ、特に長焦
点側における収差変化を小さくすることが困難になる。
逆に、条件式(2)の下限を超えて第3レンズ群のパワ
ーが過大となると、射出瞳位置がそれにともない像面か
ら離れテレセントリック性は良くなるが、十分なバック
フォーカスを確保したまま、球面収差や、像面の平坦性
を良好に補正することが困難になる。
面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズと
からなる2枚のレンズより構成することができる。この
とき、前記正レンズは、物体側の面と像側の面の少なく
とも像側の面に、近軸球面に比較して少なくとも像側の
面に光軸から離れるに従って正の屈折力が強くなるよう
な非球面を有し、条件式(3)を満足することが好まし
い。
面形状とすることと、さらにレンズ外周部で正の屈折力
が強くなるような非球面を設けることにより、第1レン
ズ群の第1レンズである負レンズの径を小さくすること
が可能となり、加えて条件式(3)を満足するような非
球面形状とすることにより、短焦点距離端における歪曲
収差、非点収差をバランスよく補正することが可能にな
る。
大きくなりすぎると、画面周辺部でのコマ収差を補正す
ることが困難になり、また成型時の周辺部における形状
誤差の増加や歪などを生じる可能性が大きくなり好まし
くない。逆に条件式(3)の下限を超えて非球面量が小
さくなりすぎると、特に短焦点距離端における負の歪曲
収差を小さくすることか困難になり、また画面周辺部の
像面湾曲、非点格差を小さく抑えることが困難になる。
両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の
負レンズからなる3枚のレンズから構成することが可能
であるが、第2レンズ群は変倍レンズ群である為、各レ
ンズは強いパワーを有する。この第2レンズ群中の第
2、第3レンズは、接合レンズとすることが好ましく、
そうすることにより、加工上の誤差に起因する光学性能
を低下させることなく、組立性を向上させることが可能
となる。
は、条件式(4)を満足するような強い発散面とするの
が好ましい。第2レンズ群の最終面を発散面とすること
により、第2レンズ群から射出した光束を、第2レンズ
群と第3レンズ群間の距離を広げることなく光軸から離
すことが可能になり、第3レンズ群で効率よく屈折させ
ることにより良好なテレセントリック特性を得ることが
可能となり、またレンズ全体の小型化の条件となる。条
件式(4)の上限を超えて、第2レンズ群の最終面の曲
率半径がゆるくなり発散のパワーが小さくなりすぎる
と、良好なテレセントリック特性を得る為には、第2レ
ンズ群と第3レンズ群の間隔を広げる必要が生じ、レン
ズ全長のコンパクト化という点で好ましくない。逆に、
条件式(4)の下限を超えて、発散のパワーが強くなり
すぎると、同時に第3レンズ群の正のパワーも増大しす
ぎて、球面収差、コマ収差を小さく補正することが困難
になる。
ンズ1枚のレンズから構成することが可能である。条件
式(5)は、第3レンズ群を構成する正レンズの形状を
規制する条件であり、良好なテレセントリック特性と、
特に長焦点距離側での性能を良好に補正するための条件
である。条件式(5)の上限を超えて、正レンズの物体
側の面が緩くなりすぎると、特に長焦点距離端における
球面収差量を小さくすることが困難になり、また第3レ
ンズ群で近距離物体にフォーカシングしたときの収差変
動が大きくなる。逆に、条件式(5)の下限を超えて、
正レンズの物体側の面がきつくなりすぎると長焦点距離
端における像面湾曲がオーバーになりすぎ好ましくな
い。
レンズは、材料を樹脂とすることにより安価な構成とす
ることが可能であるが、材料を樹脂とした場合、温度や
湿度などの環境変化に影響されやすくピントズレなどの
原因となりやすい。そのため、条件式(6)を満足して
おくことが好ましい。 (6)3.0<fp/fw<7.0 但し、 fp:第1レンズ群中の正レンズの焦点距離、 である。条件式(6)の上限を超えて正レンズのパワー
が弱くなりすぎると、特に長焦点端における色収差を良
好に補正することが困難になる。逆に条件式(6)の下
限を超えて正レンズのパワーが強くなり過ぎると、温度
変化等の環境変化によるピントズレなどの影響が大きく
なり好ましくない。
中、球面収差で表される色収差(軸上色収差)図及び倍
率色収差図中のd線、g線、c線はそれぞれの波長に対
する収差であり、Sはサジタル、Mはメリディオナルで
ある。また、表中のFNoはFナンバー、fは全系の焦点
距離、Wは半画角、fB はバックフォーカス(第3レン
ズ群の最も像側の面から撮像面までの空気換算距離)、
rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔(空気間
隔)、Nd はd線(波長588nm)の屈折率、νはアッベ
数を示す。また、回転対称非球面は次式で定義される。 x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 (但し、cは曲率(1/r)、yは光軸からの高さ、K
は円錐係数、A4、A6、A8は各次数の非球面係数)
レンズ構成を示し、図2、図3及び図4はそれぞれ、短
焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸
収差を示す。表1はその数値データである。第1レンズ
群10は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
と、両面ともに近軸球面に比較して光軸からの距離が離
れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両凸
正レンズとの2枚のレンズからなり、第2レンズ群20
は、物体側から順に、両凸正レンズと、両凸正レンズと
両凹負レンズを接合した接合レンズとの2群3枚のレン
ズからなり、第3レンズ群30は、両凸レンズ1枚から
構成されている。また、絞りは第5面の物体側0.70
の位置に設けられている。
レンズ構成を示し、図6、図7及び図8はそれぞれ短焦
点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端における諸収
差を示す。表2はその数値データである。レンズ構成
は、数値実施例1と同じであるが、第2レンズ群の最も
像側の面の曲率半径を比較的緩くすることにより、非点
収差量を低減し特に広角端における周辺性能を向上した
例である。また、絞りは第5面の物体側2.09の位置
に設けられている。
レンズ構成を示し、図10、図11及び図12はそれぞ
れ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端におけ
る諸収差を示す。表3はその数値データである。第1レ
ンズ群10の正レンズを、像側にのみ光軸からの距離が
離れるに従って正のパワーが強くなる非球面を有する両
凸形状の正レンズとで構成した点が数値実施例1と異な
り、その他は、数値実施例1と同じレンズ構成である。
また、絞りは第5面の物体側0.60の位置に設けられ
ている。
のレンズ構成を示し、図14、図15及び図16はそれ
ぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端にお
ける諸収差を示す。表4はその数値データである。レン
ズ構成は、数値実施例1と同じであるが、第1レンズ群
10の正レンズをガラスモールド用の硝材に相当する屈
折率およびアッベ数にした例である。樹脂レンズは安価
であるが、成型精度、内部屈折率変化、環境変化などの
問題が比較的おきやすく性能への影響が少なくない。材
料を硝子に置き換えることによりこうした欠点を少なく
することが可能になる。また、絞りは第5面の物体側
0.60の位置に設けられている。
のレンズ構成を示し、図18、図19及び図20はそれ
ぞれ短焦点距離端、中間焦点距離及び長焦点距離端にお
ける諸収差を示す。表5はその数値データである。レン
ズ構成は数値実施例5と同じで、第1レンズ群10の正
レンズの非球面を像側の面だけの片面非球面にしたもの
である。片面非球面としても充分両面非球面のものと同
等の性能が得られている。また、絞りは第5面の物体側
0.60の位置に設けられている。
に示す。
分良く補正されている。
デジタルカメラ等に用いられるズームレンズ系であっ
て、変倍比3倍程度、短焦点距離端での半画角30゜以
上の画角を持ち、高解像度の撮像素子に適した結像性能
を有し、安価なズームレンズ系を提供することができ
る。
レンズ構成図である。
である。
である。
である。
レンズ構成図である。
である。
である。
である。
レンズ構成図である。
図である。
図である。
のレンズ構成図である。
差図である。
差図である。
差図である。
のレンズ構成図である。
差図である。
差図である。
差図である。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 物体側から順に、負のパワーを有する第
1レンズ群、正のパワーを有する第2レンズ群、及び正
のパワーを有する第3レンズ群の3つのレンズ群からな
り、 短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、前記
第3レンズ群は固定したまま、前記第1レンズ群と第2
レンズ群を移動させ、 前記第1レンズ群は、少なくとも1枚の像側に凸面を向
けた非球面を有する正レンズを含み、 次の条件式(1)、(2)を満足することを特徴とする
ズームレンズ系。 (1)1.2<|f1/f2|<1.6 (2)0.8<f3/f2<1.3 但し、 f1:第1レンズ群の焦点距離、 f2:第2レンズ群の焦点距離、 f3:第3レンズ群の焦点距離。 - 【請求項2】 前記第1レンズ群は、物体側から順に、
像側に凹面を向けた負レンズと、像側に凸面を向けた正
レンズとの2枚のレンズより構成され、前記正レンズの
物体側の面と像側の面の少なくとも像側の面には近軸球
面に比較して光軸から離れるに従って正のパワーが強く
なるような非球面を有し、次の条件式(3)を満足する
請求項1記載のズームレンズ系。 (3)0.02<(Δa1−Δa2)/fw<0.08 但し、 Δa1:正レンズの物体側の面に非球面が設けられた場
合の該非球面の最大有効半径における非球面量(Δa1
=0を含む)、 Δa2:正レンズの像側の面に設けられた非球面の最大
有効半径における非球面量(Δa2≠0)、 fw:短焦点距離端におけるレンズ全系の焦点距離、 但し、非球面量は、近軸球面から像側に離れる方向を正
とする。 - 【請求項3】 前記第2レンズ群は、物体側から順に、
両凸形状の正レンズと、正レンズと負レンズの接合レン
ズとからなる3枚のレンズからなり、前記第2レンズ群
の最も像側の面は、強い発散面を有し、次の条件式
(4)を満足する請求項1または2記載のズームレンズ
系。 (4)0.05<R2/TL<0.15 但し、 R2: 第2レンズ群中の最も像側の面の曲率半径、 TL: 短焦点距離端における第1レンズ群の物体側の
面から第3レンズ群の像側の面までの光軸に沿った距
離。 - 【請求項4】 前記第3レンズ群は、両面を凸面とする
1枚の正レンズから構成され、次の条件式(5)を満足
する請求項1ないし3のいずれか1項に記載のズームレ
ンズ系。 (5)0.7<R3/f3<1.3 但し、 R3:第3レンズ群中の正レンズの物体側の面の曲率半
径。
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