JP2003177316A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
により、種々ズームレンズにおける広角化とレンズ枚数
の低減等により撮像装置の性能向上を行う。 【解決手段】 撮像装置のズームレンズが、負パワーの
レンズ群G1及び正パワーのレンズ群G2を含んだ複数
のレンズ群G1〜G4を有し、各々のレンズ群間隔を変
更することで変倍を行うズームレンズであり、明るさ絞
りSを有し、少なくとも1つの負パワーのレンズ群は明
るさ絞り側に非球面の凹面を向けた負レンズを有し、そ
の非球面は、光軸上の屈折力に対して外側程屈折力が弱
くなる形状であり、非球面の面頂点から広角端時最軸外
主光線の通過位置までの奥行きの条件(1)と面頂点に
おける局所的曲率半径の条件(2)を満足する。
Description
えた撮像装置に関し、特に、負の屈折力のレンズ群が先
行するズームレンズに関し、これらの各レンズ群のレン
ズ構成を適切に設定することにより、画角が広く、か
つ、レンズ系全体の小型化を図ったビデオカメラやデジ
タルスチルカメラ等に好適なズームレンズに関するもの
である。
ラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置(カメラ)の高
機能化に伴い、それに用いる光学系には広画角、高変倍
比のズームレンズが求められている。この種のカメラに
は、レンズ最後部と撮像素子との間にローパスフィルタ
ー等の各種光学部材を配置するため、比較的長いバック
フォーカスが要求され、さらに、撮像素子の角度に対す
る感度特性によるシェーディングを避けるため、像側で
のテレセントリック性が要求される。これらの要求され
る特性を満たしつつ、広画角を達成するのは従来困難で
あった。
000−111798や、特開2001−141997
に開示された3群ズームレンズがあるが、特開2000
−111798に開示されたズームレンズは、画面周辺
部の収差補正が不十分であったり、製造誤差に弱い等の
欠点があった。また、特開2001−141997に開
示されたズームレンズは、第1群でフォーカシングを行
うため、枠構成が複雑化し、ズームレンズの小型化が困
難になる等の欠点を有していた。
のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的
は、ズームレンズに使用するレンズ面形状を工夫するこ
とにより、種々ズームレンズにおける広角化とレンズ枚
数の低減等により撮像装置の性能向上を行うことを目的
とする。さらには、構成枚数が少なくリアフォーカス方
式等、機構レイアウト上小型で簡素にしやすく、無限遠
から近距離まで安定した高い結像性能を有するズーム方
式で広画角でかつ変倍比が大きいズームレンズを提供す
ることを目的とする。
明の第1の撮像装置は、ズームレンズを備えた撮像装置
において、前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及
び正パワーのレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、
各々のレンズ群間隔を変更することで変倍を行うズーム
レンズであって、前記ズームレンズは明るさ絞りを有
し、少なくとも1つの負パワーのレンズ群は前記明るさ
絞り側に非球面の凹面を向けた負レンズを有し、前記非
球面は、光軸上の屈折力に対して外側程屈折力が弱くな
る形状であり、以下の条件を満足することを特徴とする
ものである。
から非球面における広角端時の最大画角の主光線の通過
位置までの光軸方向での距離の絶対値、Rhは非球面に
おける広角端時の最大画角の軸外主光線の通過位置と光
軸との距離の絶対値、Rcは面頂点における曲率半径
(非球面の光軸上の曲率半径)の絶対値、Rは光軸を対
称軸とし面頂点と非球面の広角端時の最軸外主光線の通
過位置とを含む球面の曲率半径の絶対値であり、R=|
(a2 +Rh2 )/(2a)|で表される。
を備えた撮像装置において、前記ズームレンズは、負パ
ワーのレンズ群及び正パワーのレンズ群を含んだ複数の
レンズ群を有し、各々のレンズ群間隔を変更することで
変倍を行うズームレンズであって、負パワーのレンズ群
の中最も物体側に配される負レンズ群は面のパワーが負
である非球面を有し、前記非球面の形状が以下の条件を
満足することを特徴とするものである。
外主光線の通過位置と光軸との距離の絶対値、Rcは面
頂点における曲率半径(非球面の光軸上の曲率半径)の
絶対値である。
を備えた撮像装置において、前記ズームレンズは、負パ
ワーのレンズ群及び正パワーのレンズ群を含んだ複数の
レンズ群を有し、各々のレンズ群間隔を変更することで
変倍を行うズームレンズであって、負パワーのレンズ群
の中最も物体側に配される負レンズ群は面のパワーが負
である非球面を有し、前記非球面の形状が以下の条件を
満足することを特徴とするものである。
上の曲率半径)の絶対値、Reは非球面における広角端
時の最大画角の軸外主光線の通過位置からその通過位置
における面の法線と光軸との距離が最も小さくなる法線
上の点までの距離の絶対値である。
と作用について説明する。
ズ群を含むズームレンズ、例えば、物体側より順に、負
レンズ群と正レンズ群とからなる2群ズームレンズ、物
体側より順に、負レンズ群と正レンズ群と正レンズ群と
からなる3群ズームレンズ、物体側より順に、負レンズ
群と正レンズ群と正レンズ群と正レンズ群とからなる4
群ズームレンズ、に代表される、物体側から順に、負レ
ンズ群、全体として正パワーを持つ後続レンズ群とから
なる2群以上のズームレンズ、あるいは、物体側側から
順に、正レンズ群、負レンズ群、正レンズ群、正レンズ
群とからなる4群ズームレンズ、に代表される、物体側
から順に、正レンズ群、負レンズ群、全体として正パワ
ーを持つ後続レンズ群とからなる3群以上のズームレン
ズ、あるいは、物体側より順に、正レンズ群と負レンズ
群とからなる2群ズームレンズ、物体側より順に、正レ
ンズ群と正レンズ群と負レンズ群とからなる3群ズーム
レンズ、に代表される、物体側より順に、全体として正
パワーの先行レンズ群と、最像側の負レンズ群とからな
る2群以上のズームレンズ、における高画角化を図りつ
つ、かつ、レンズ構成枚数を少なくしてもなお良好な収
差補正が行える技術を提案するものである。
は、負レンズ群中の負レンズに、明るさ絞り側が周辺程
パワーが弱くなる負パワーの非球面を持たせている。し
かも、その非球面形状が、以下の条件を満足するように
構成することを特徴としている。
から非球面における広角端時の最大画角の主光線の通過
位置までの光軸方向での距離の絶対値、Rhは非球面に
おける広角端時の最大画角の軸外主光線の通過位置と光
軸との距離の絶対値、Rcは面頂点における曲率半径
(非球面の光軸上の曲率半径)の絶対値、Rは光軸を対
称軸とし面頂点と非球面の広角端時の最軸外主光線の通
過位置とを含む球面の曲率半径の絶対値であり、R=|
(a2 +Rh2 )/(2a)|で表される。
c、Re(後で出てくる。)を図18に示す。図18に
示すように、aは、非球面の面頂点(つまり、非球面と
光軸との交点)から、非球面における広角端時の最大画
角の主光線の通過位置までの光軸方向での距離の絶対
値、Rhは、非球面における広角端時の最大画角の軸外
主光線の通過位置と光軸との距離の絶対値、Rcは、面
頂点における曲率半径(つまり、非球面の光軸上の曲率
半径)の絶対値、Reは、非球面における広角端時の最
大画角の軸外主光線の通過位置から、その通過位置にお
ける面の法線と光軸との距離が最も小さくなる法線上の
点までの距離(図の場合は、法線と光軸が交差している
のでその交点までの距離)の絶対値である。また、R
は、光軸を対称軸とし、面頂点と非球面の広角端時の最
軸外主光線の通過位置とを含む球面(曲率中心は光軸上
にある。)の曲率半径の絶対値であり、簡単な幾何学か
ら、R=|(a2 +Rh2 )/(2a)|となる。
角端時最軸外主光線の通過位置までの奥行き(絞りが像
側の場合)、若しくは、広角端時最軸外主光線の通過位
置から非球面の面頂点までの奥行き(絞りが物体側の場
合)を表す式であり、広角端における最軸外光束の光量
を確保するために、この光束の入射する非球面の周辺部
を絞り側に相当量傾けることを意味している。この条件
式の下限の0.30を越えると、奥行きが浅くなるた
め、広画角とした際には最軸外光束の入射角度が大きく
なってしまい軸外収差が補正し切れなくなる。一方、上
限の2.50を越えると、奥行きが深くなりすぎるた
め、周辺光量低下が起こりやすく、また、非球面精度を
確保することが難しくなる。
所的曲率半径を規定するものである。つまり、条件式
(2)は、広角端画角を大きくしたときの中心部ないし
周辺部に至るまで良好な収差補正を行うための条件式で
ある。この式は、非球面全体に対し中心部の負パワーを
より強くすることを意味するものである。この条件式の
下限の0.30を越えて面頂点の曲率半径が小さくなる
か、若しくは、上限の0.95を越えて曲率半径が大き
くなると、球面収差を良好に保つことが難しくなる。
して凹面を向けて配する構成とすることで、この凹面に
強い負パワーを持たせつつ、広画角とした際の収差補正
作用、周辺光量の確保をなし得るものである。ひいて
は、少ないレンズ枚数で、広角端画角が大であっても性
能の良く、かつ、レンズ枚数の少ないズームレンズを提
供することができる。
らに0.35又は0.39とすると、より好ましい。ま
た、その上限値を1.00又は0.70とするとより好
ましい。例えば、 0.35<a/Rh<1.00 ・・・(1)’ としてもよい。
らに0.50又は0.80とすると、より好ましい。ま
た、その上限値を0.90又は0.85とするとより好
ましい。例えば、 0.50<Rc/R<0.90 ・・・(2)’ としてもよい。
ましい。
h)を基に、非球面の光軸上の曲率半径(Rc)を規定
するものである。つまり、非球面の中心部分の曲率半径
を適度に強めることにより、軸外光束の光量を確保する
ことを意味するものである。
と、歪曲収差を抑えつつ広角端での画角を広げることが
困難になる。逆に、下限の0.70を越えると、負レン
ズ群の径が大きくなりすぎて小型化には不利となる。
0.88とすることがより好ましい。また、この条件式
の上限値を1.24又は1.0とすることがより好まし
い。
に満足することが高性能の撮像装置とし得る点でより好
ましい。
ましい。
外主光線の通過位置からその通過位置における面の法線
と光軸との距離が最も小さくなる法線上の点までの距離
の絶対値である(図18参照)。
(Rc)に対して非球面の周辺部にて曲率半径が相当量
大きくなる旨を規定するものである。
差、非点収差を同時に小さくすることは非常に困難であ
り、条件式(4)の下限値の1.3を越えて小さくなる
と、周辺部での収差が出やすくなり、上限値の1.6を
越えて大きくなると、非球面の加工が困難となる。そし
て、この条件式(4)の上限以下で下限以上の非球面を
導入することで、広画角を確保しつつ倍率色収差、歪曲
収差、非点収差を同時に小さくすることが可能になる。
は1.34とすることがより好ましい。また、この条件
式の上限値を1.5又は1.4とすることがより好まし
い。
の構成と同時に満足することが高性能の撮像装置とし得
る点でより好ましい。
りと非球面との相対的距離は、広角端に対し望遠端で短
くなることが望ましい。
軸外光束の透過位置に対し、望遠端の軸外光束の透過位
置を光軸側に近づけることができるため、画角が狭くな
る望遠端での収差の悪化を抑えることが可能となる。
体側から順に、負パワーの第1レンズ群と、全体として
正の屈折力を有する後続レンズ群とからなり、その非球
面が第1レンズ群中に配されるものとすることができ
る。
光束と軸外光束が離れた位置に用いることで、広画角化
したときの収差補正に寄与し得るものである。そのた
め、最も物体側が負レンズ群であるズームレンズの第1
レンズ群中に用いることが、レンズ構成枚数の削減、収
差補正の点からより好ましい。
順に、正パワーの第2レンズ群、正パワーの第3レンズ
群からなり、広角端から望遠端への変倍時に、第1レン
ズ群と第2レンズ群との間隔が狭まり、絞りが第1レン
ズ群と第3レンズ群との間に配されることが望ましい。
レンズ群の3群構成のズームレンズの場合、負のパワー
が第1レンズ群に集中するため、本発明における非球面
を第1レンズ群に用いることが軸外収差補正の点で好ま
しい。また、このときに、絞りをズームレンズ全体の中
心近傍に配する構成となるので、第1レンズ群の直径の
肥大化を抑え、また、ズームレンズの射出光束を光軸に
対し平行に近づけられる配置となるため、電子撮像装置
に用いる場合に特に適する。同時に、広角端時の軸外光
束を非球面に対して小さい入射角で入射させられるた
め、収差補正と小型化のバランスがとれ好ましい。ま
た、第1レンズと第2レンズ群との間隔が、広角端から
望遠端への変倍に際して狭くなるため、絞りを移動させ
際にその可動範囲を大きくとることができるのでより好
ましい。
に、正パワーの第2レンズ群、正パワーの第3レンズ
群、正又は負のパワーを有する第4レンズ群を有し、絞
りが第1レンズ群と第3レンズ群との間に配されるもの
とすることもできる。
4レンズ群を設けることで、より変倍比の増加、収差補
正の効果を備えるようになる。
側より順に、負のパワーを持つ第1レンズ群、開口絞
り、正のパワーを持つ第2レンズ群、正のパワーを持つ
第3レンズ群を有し、第1レンズ群と第2レンズ群は非
球面レンズを有し、第1レンズ群は、物体側に凸面を向
けた少なくとも1枚の負メニスカスレンズと正レンズを
有し、第2レンズ群は、正レンズと負レンズからなる接
合レンズと正レンズからなるものとすることができる。
側より順に、負のパワーを持つ第1レンズ群、開口絞
り、正のパワーを持つ第2レンズ群、正のパワーを持つ
第3レンズ群を有し、第1レンズ群と第2レンズ群は非
球面レンズを有し、第1レンズ群は、物体側に凸面を向
けた少なくとも1枚の負メニスカスレンズと正レンズを
有し、第2レンズ群は、正レンズと負レンズからなる接
合レンズと2枚の正レンズからなるものとすることがで
きる。
負レンズ、正レンズのトリプレット、又は、正レンズ、
正レンズ、負レンズ、正レンズの構成とすることで、各
収差を良好に補正しつつ、3倍以上の変倍比を確保でき
る。また、第2レンズ群中の正負のレンズを接合するこ
とで、色収差を補正でき、製造誤差に強い光学系を構成
できる。
下の条件を満足する正レンズを有することが望ましい。
ズのd線基準のアッベ数である。
分散ガラスで構成することにより、倍率色収差を良好に
補正しつつ、画角を大きくすることができる。
からなる接合レンズからなることが望ましい。
る接合レンズで構成することにより、倍率色収差を良好
に補正しつつ、画角を大きくすることができる。
ν3 が90より小さいことがより好ましい。ν3 が90
以上になると、レンズ材料が高価となる。
以下の条件を満足することが望ましい。
23は接合レンズの最も像面側の曲率半径である。
最も像面側の曲率半径の比が条件式(6)の範囲より大
きすぎても小さすぎても、接合レンズ全体の偏心に対し
て性能が劣化しやすくなる。
又は0.7とすることがより好ましい。また、この条件
式の上限値を0.95又は0.9とすることがより好ま
しい。
の形状が、以下の条件を満足することが望ましい。
広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
保つには、この条件式(7)の上限0.2以下、下限の
−0.1以上の範囲内にあるのが望ましい。
又は0.001とすることがより好ましい。また、この
条件式の上限値を0.1又は0.05とすることがより
好ましい。
6.0の高変倍比としたときに、条件式(7)を満足す
ることが、全変倍域で色収差を良好に補正できるので好
ましい。
しい。
におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
いと、全長が長くなりやすく、カメラを小型化するため
に好ましくない。また、下限の2.6より小さいと、軸
外の収差を小さくすることが困難になる。また、第2レ
ンズ群が製造誤差に弱いものとなる。
は3.2とすることがより好ましい。また、この条件式
の上限値を3.7又は3.5とすることがより好まし
い。
6.0の高変倍比としたときに、条件式(8)を満足す
ることが、全変倍域での小型化と収差とのバランスを良
好に補正できるので好ましい。
しい。
有効対角長の1/2である。
いと、変倍比を確保するために全長が長くなりやすい。
また、下限の2.0より小さいと、倍率色収差の補正が
困難になる。
は3.2とすることがより好ましい。また、この条件式
の上限値を4.7又は4.5とすることがより好まし
い。
く。図19は、撮像面が電子撮像素子の場合の有効撮像
面の対角長を示す図であり、有効撮像面は撮影した映像
の再生(パソコン上での表示、プリンターによる印刷
等)に用いる撮像素子上の光電変換面内における領域を
意味する。図中に示す有効撮像面は、光学系の性能(光
学系の性能が確保し得るイメージサークル)に合わせ
て、撮像素子の全光電変換面よりも狭い領域に設定され
ている。有効撮像面の対角長Lは、この有効撮像面の対
角長である。なお、映像の再生に用いる撮像範囲を種々
変更可能としてよいが、そのような機能を有する撮像装
置に本発明のズームレンズを用いる際は、その有効撮像
面の対角長Lが変化する。そのような場合は、本発明に
おける有効撮像面の対角長Lは、Lのとり得る範囲にお
ける最大値とする。なお、図19は、画素間隔aでR
(赤)、G(緑)、B(青)の画素あるいはシアン、マ
ゼンダ、イエロー、グリーン(緑)の4色の画素がモザ
イク状に配されている画素配列の例を示すものである。
範囲を規制するフイルム想定面直前の視野絞りの対角長
の半分が上記Yとなる。
子を配し、かつ、以下の条件式を満足することが望まし
い。
距離、ER3 は望遠端における最も像側の群で光線が光
軸から最も離れた点での光軸からの距離である。
きいと、撮像素子の感度特性との相まって周辺光量不足
になりやすい。また、下限の0.7より小さいと、画角
を広くしたときのコマ収差、非点収差の補正が困難にな
る。
は0.9とすることがより好ましい。また、この条件式
の上限値を1.15又は1.00とすることがより好ま
しい。
6.0の高変倍比としたときに、この条件を満足するこ
とが、全変倍域での性能を良好にできるので好ましい。
第1レンズ群と、負パワーの第2レンズ群と、全体とし
て正の屈折力を有する後続レンズ群とからなり、広角端
から望遠端への変倍時に、第1レンズ群と第2レンズ群
との間隔が広がり、非球面が第2レンズ群中に配される
ようにすることができる。
群の負レンズに主だった変倍作用を持たせ、高変倍比化
がなされる。一方で、第2レンズ群に本発明の非球面を
配する構成とすることで、第2レンズ群自身で収差補正
を良好に行い得る。そのため、第1レンズ群のレンズ構
成を簡素化(例えば、1枚又は2枚構成)することがで
きる。
順に、正パワーの第3レンズ群と、正又は負のパワーを
有する第4レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変
倍時に、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が狭ま
り、絞りが第2レンズ群と第4レンズ群との間に配され
るようにすることができる。
角端から望遠端への変倍に際して狭くなるため、絞りを
移動させた際にその可動範囲を大きくとることができる
ので、より好ましい。
ズは、絞りとは反対側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズとすることができる。
対向する面を凹面とすると、負レンズ中心部のパワーが
強くなりすぎると共に、周辺部でのレンズ厚が厚くな
る。そのため、この非球面を有するレンズはメニスカス
形状とすることが好ましい。
(B)何れか又は両方を満足するメニスカス形状とする
ことが好ましい。
対向する空気接触面の光軸上曲率半径、Rcは面頂点に
おける曲率半径(非球面の光軸上の曲率半径)の絶対値
である。
と、非球面に対向する面での収差が補正し難くなる。上
限の3.0を越えると、形状がきつくなり加工し難くな
る。
1.5としてもよい。また、上限値を2.3又は1.7
としてもよい。
がし難くなり、上限の20.0を越えると、レンズの縁
肉が厚くなる。
5又は4.5としてもよい。また、上限値を15.0又
は10.0としてもよい。
凹面を向けた1枚の正レンズと、1枚又は2枚の負レン
ズからなることができる。
角が35°より大であり50°より小であることが望ま
しい。
ると、一般的な撮像装置に求められる撮影画角が得られ
なくなり、また、本発明の非球面を用いて周辺部での性
能を良くする必要も低くなる。上限の50°を越える
と、レンズ枚数を多くしないと、収差補正が困難とな
る。
れるズームレンズの実施例1〜8について説明する。実
施例1〜8の無限遠物点合焦時の広角端(a)、中間状
態(b)、望遠端(c)でのレンズ断面図をそれぞれ図
1〜図8に示す。図中、第1レンズ群はG1、絞りは
S、第2レンズ群はG2、第3レンズ群はG3、第4レ
ンズ群はG4、赤外カットフィルター、ローパスフィル
ター、電子撮像素子のカバーガラス等の平行平面板群は
P、像面はIで示してある。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズ2枚と、物体側
に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レ
ンズ群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズと物体側に凸の負メニスカスレン
ズの接合レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと
からなる正屈折力の第2レンズ群G2、物体側に凸の正
メニスカスレンズ1枚からなる正屈折力の第3レンズ群
G3、像面側に凸の正メニスカスレンズ1枚からなる正
屈折力の第4レンズ群G4からなり、広角端から望遠端
に変倍する際は、第1レンズ群G1は物体側に凹の軌跡
を描いて移動し、望遠端では広角端より像面側の位置に
なり、第2レンズ群G2は開口絞りSと一体に物体側に
移動し、第3レンズ群G3は像面側に移動し、第4レン
ズ群G4は固定である。
枚目の負メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群
G2の最も物体側の面、第4レンズ群G4の単レンズの
物体側の面の3面に用いられている。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズ2枚と、物体側
に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レ
ンズ群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズと物体側に凸の負メニスカスレン
ズの接合レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと
からなる正屈折力の第2レンズ群G2、物体側に凸の正
メニスカスレンズ1枚からなる正屈折力の第3レンズ群
G3、像面側に凸の正メニスカスレンズ1枚からなる正
屈折力の第4レンズ群G4からなり、広角端から望遠端
に変倍する際は、第1レンズ群G1は物体側に凹の軌跡
を描いて移動し、望遠端では中間状態より若干物体側の
位置になり、第2レンズ群G2は開口絞りSと一体に物
体側に移動し、第3レンズ群G3は若干物体側に移動
し、第4レンズ群G4は固定である。
枚目の負メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群
G2の最も物体側の面、第4レンズ群G4の単レンズの
物体側の面の3面に用いられている。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズ2枚と、物体側
に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レ
ンズ群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズと物体側に凸の負メニスカスレン
ズの接合レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと
からなる正屈折力の第2レンズ群G2、両凸正レンズ1
枚からなる正屈折力の第3レンズ群G3、像面側に凸の
正メニスカスレンズ1枚からなる正屈折力の第4レンズ
群G4からなり、広角端から望遠端に変倍する際は、第
1レンズ群G1は像面側に移動し、第2レンズ群G2は
開口絞りSと一体に物体側に移動し、第3レンズ群G3
は第2レンズ群G2との間隔を広げながら物体側に移動
し、第4レンズ群G4は固定である。
枚目の負メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群
G2の最も物体側の面、第4レンズ群G4の単レンズの
物体側の面の3面に用いられている。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レンズ
群G1、開口絞りS、物体側に凸の正メニスカスレンズ
と物体側に凸の負メニスカスレンズの接合レンズと、両
凸正レンズとからなる正屈折力の第2レンズ群G2、物
体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レ
ンズからなる正屈折力の第3レンズ群G3からなり、広
角端から望遠端に変倍する際は、第1レンズ群G1は物
体側に凹の軌跡を描いて移動し、望遠端では中間状態よ
り若干物体側の位置になり、第2レンズ群G2は開口絞
りSと一体に物体側に移動し、第3レンズ群G3は像面
側に若干移動する。
メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群G2の最
も物体側の面と最も像面側の面の3面に用いられてい
る。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レンズ
群G1、開口絞りS、物体側に凸の正メニスカスレンズ
と物体側に凸の負メニスカスレンズの接合レンズと、両
凸正レンズとからなる正屈折力の第2レンズ群G2、両
凸正レンズ1枚からなる正屈折力の第3レンズ群G3か
らなり、広角端から望遠端に変倍する際は、第1レンズ
群G1は像面側に移動し、第2レンズ群G2は開口絞り
Sと一体に物体側に移動し、第3レンズ群G3は像面側
に若干移動する。
メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群G2の最
も物体側の面と最も像面側の面の3面に用いられてい
る。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズ2枚と、物体側
に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レ
ンズ群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズと物体側に凸の負メニスカスレン
ズの接合レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと
からなる正屈折力の第2レンズ群G2、両凸正レンズ1
枚からなる正屈折力の第3レンズ群G3からなり、広角
端から望遠端に変倍する際は、第1レンズ群G1は物体
側に凹の軌跡を描いて移動し、望遠端では中間状態より
若干物体側の位置になり、第2レンズ群G2は開口絞り
Sと一体に物体側に移動し、第3レンズ群G3は物体側
に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端より若干
物体側の位置になる。
枚目の負メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群
G2の最も物体側の面、第3レンズ群G3の単レンズの
物体側の面の3面に用いられている。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズ2枚と、物体側
に凸の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レ
ンズ群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズと物体側に凸の負メニスカスレン
ズの接合レンズと、像面側に凸の正メニスカスレンズと
からなる正屈折力の第2レンズ群G2、両凸正レンズと
像面側に凸の負メニスカスレンズの接合レンズからなる
正屈折力の第3レンズ群G3からなり、広角端から望遠
端に変倍する際は、第1レンズ群G1は像面側に移動
し、第2レンズ群G2は開口絞りSと一体に物体側に移
動し、第3レンズ群G3は物体側に凹の軌跡を描いて移
動し、望遠端では広角端より若干物体側の位置になる。
枚目の負メニスカスレンズの像面側の面、第2レンズ群
G2の最も物体側の面の2面に用いられている。
うに、物体側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凸
の正メニスカスレンズとからなる負屈折力の第1レンズ
群G1、開口絞りS、両凸正レンズと、物体側に凸の負
メニスカスレンズとからなる正屈折力の第2レンズ群G
2からなり、広角端から望遠端に変倍する際は、第1レ
ンズ群G1は像面側に移動し、第2レンズ群G2は開口
絞りSと一体に物体側に移動する。
2レンズ群G2の全てのレンズ面8面に用いられてい
る。
が、記号は上記の外、fは全系焦点距離、FNOはFナン
バー、ωは半画角、WEは広角端、STは中間状態、T
Eは望遠端、r1 、r2 …は各レンズ面の曲率半径、d
1 、d2 …は各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レ
ンズのd線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ
数である。なお、非球面形状は、xを光の進行方向を正
とした光軸とし、yを光軸と直交する方向にとると、下
記の式にて表される。
1)(y/r)2 }1/2 ]+A4y4 +A6y6 +A8y8 +
A10y10ただし、rは近軸曲率半径、Kは円錐係数、
A4、A6、A8、A10 はそれぞれ4次、6次、8次、10次
の非球面係数である。
合焦時の収差図をそれぞれ図9〜図12に示す。各図
中、(a)は広角端、(b)は中間状態、(c)は望遠
端での収差図である。
(4)、(6)〜(10)、(A)、(B)の値を示
す。 実施例 1 2 3 4 5 6 7 8 (1) 0.51 0.39 0.41 0.60 0.66 0.60 0.60 0.63 (2) 0.82 0.88 0.86 0.82 0.82 0.82 0.82 0.92 (3) 1.01 1.29 1.23 0.93 0.89 0.93 0.93 1.02 (4) 1.38 1.24 1.27 1.33 1.31 1.34 1.34 1.18 (6) 0.84 0.74 0.70 0.86 0.81 0.73 0.76 − (7) 0.014 0.001 0.000 0.392 0.307 0.003 0.003 − (8) 3.37 2.94 3.17 3.55 3.22 3.41 3.49 1.99 (9) 3.33 4.45 4.61 5.16 5.00 4.14 3.96 3.77 (10) 0.99 1.14 1.11 1.04 1.14 0.91 0.93 1.14 (A) 2.27 1.30 1.33 1.23 1.40 2.25 1.64 1.00 (B) 2.58 7.77 7.02 9.73 5.97 2.59 4.12 -∞ 。
タイプの他にも、種々タイプのズームレンズに応用が可
能である。例えば、図13に模式的に断面図を示したよ
うに、実施例1の物体側に弱いパワーの正レンズを追加
して第1レンズ群G1とし、それより物体側を、負の第
2レンズ群G2、開口絞りS、正の第3レンズ群G3、
正の第4レンズ群G4、正の第5レンズ群G5として、
正・負・正・正・正タイプの5群ズームレンズとして構
成してもよい。また、図14に模式的に断面図を示した
ように、実施例4の物体側と像側を逆にして、正・正・
負タイプの像面Iに銀塩写真フィルムを配置する銀塩カ
メラ用3群ズームレンズとして構成してもよい。
ズームレンズで物体像を形成しその像をCCD等の電子
撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデ
ジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例である
パソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用
いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
ンズをデジタルカメラの撮影光学系41に組み込んだ構
成の概念図を示す。図15はデジタルカメラ40の外観
を示す前方斜視図、図16は同後方斜視図、図17はデ
ジタルカメラ40の構成を示す断面図である。デジタル
カメラ40は、この例の場合、撮影用光路42を有する
撮影光学系41、ファインダー用光路44を有するファ
インダー光学系43、シャッター45、フラッシュ4
6、液晶表示モニター47等を含み、カメラ40の上部
に配置されたシャッター45を押圧すると、それに連動
して撮影光学系41、例えば実施例1のズームレンズを
通して撮影が行われる。撮影光学系41によって形成さ
れた物体像が、近赤外カットコートをダミー透明平板上
に施してなる赤外カット吸収フィルターIF、光学的ロ
ーパスフィルターLF、カバーガラスCGを介してCC
D49の撮像面上に形成される。このCCD49で受光
された物体像は、処理手段51を介し、電子画像として
カメラ背面に設けられた液晶表示モニター47に表示さ
れる。また、この処理手段51には記録手段52が接続
され、撮影された電子画像を記録することもできる。な
お、この記録手段52は処理手段51と別体に設けても
よいし、フロッピー(登録商標)ディスクやメモリーカ
ード、MO等により電子的に記録書込を行うように構成
してもよい。また、CCD49に代わって銀塩フィルム
を配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
ァインダー用対物光学系53が配置してある。このファ
インダー用対物光学系53によって形成された物体像
は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上
に形成される。このポリプリズム55の後方には、正立
正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が
配置されている。なお、撮影光学系41及びファインダ
ー用対物光学系53の入射側、接眼光学系59の射出側
にそれぞれカバー部材50が配置されている。
は、撮影光学系41が広画角で高変倍比であり、収差が
良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォ
ーカスの大きなズームレンズであるので、高性能・低コ
スト化が実現できる。
して平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレン
ズを用いてもよい。
に構成することができる。
おいて、前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び
正パワーのレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各
々のレンズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレ
ンズであって、前記ズームレンズは明るさ絞りを有し、
少なくとも1つの負パワーのレンズ群は前記明るさ絞り
側に非球面の凹面を向けた負レンズを有し、前記非球面
は、光軸上の屈折力に対して外側程屈折力が弱くなる形
状であり、以下の条件を満足することを特徴とする撮像
装置。
から非球面における広角端時の最大画角の主光線の通過
位置までの光軸方向での距離の絶対値、Rhは非球面に
おける広角端時の最大画角の軸外主光線の通過位置と光
軸との距離の絶対値、Rcは面頂点における曲率半径
(非球面の光軸上の曲率半径)の絶対値、Rは光軸を対
称軸とし面頂点と非球面の広角端時の最軸外主光線の通
過位置とを含む球面の曲率半径の絶対値であり、R=|
(a2 +Rh2 )/(2a)|で表される。
おいて、前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び
正パワーのレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各
々のレンズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレ
ンズであって、負パワーのレンズ群の中最も物体側に配
される負レンズ群は面のパワーが負である非球面を有
し、前記非球面の形状が以下の条件を満足することを特
徴とする撮像装置。
外主光線の通過位置と光軸との距離の絶対値、Rcは面
頂点における曲率半径(非球面の光軸上の曲率半径)の
絶対値である。
おいて、前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び
正パワーのレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各
々のレンズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレ
ンズであって、負パワーのレンズ群の中最も物体側に配
される負レンズ群は面のパワーが負である非球面を有
し、前記非球面の形状が以下の条件を満足することを特
徴とする撮像装置。
上の曲率半径)の絶対値、Reは非球面における広角端
時の最大画角の軸外主光線の通過位置からその通過位置
における面の法線と光軸との距離が最も小さくなる法線
上の点までの距離の絶対値である。
距離は、広角端に対し望遠端で短くなることを特徴とす
る上記1記載の撮像装置。
順に、負パワーの第1レンズ群と、全体として正の屈折
力を有する後続レンズ群とからなり、前記非球面が前記
第1レンズ群中に配されることを特徴とする上記1から
4の何れか1項記載の撮像装置。
順に、正パワーの第2レンズ群、正パワーの第3レンズ
群からなり、広角端から望遠端への変倍時に、第1レン
ズ群と第2レンズ群との間隔が狭まり、前記絞りが前記
第1レンズ群と第3レンズ群との間に配されることを特
徴とする上記5記載の撮像装置。
順に、正パワーの第2レンズ群、正パワーの第3レンズ
群、正又は負のパワーを有する第4レンズ群を有し、前
記絞りが前記第1レンズ群と第3レンズ群との間に配さ
れることを特徴とする上記5記載の撮像装置。
順に、負のパワーを持つ第1レンズ群、開口絞り、正の
パワーを持つ第2レンズ群、正のパワーを持つ第3レン
ズ群を有し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群は非
球面レンズを有し、前記第1レンズ群は、物体側に凸面
を向けた少なくとも1枚の負メニスカスレンズと正レン
ズを有し、前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズか
らなる接合レンズと正レンズからなることを特徴とする
上記1から3の何れか1項記載の撮像装置。
順に、負のパワーを持つ第1レンズ群、開口絞り、正の
パワーを持つ第2レンズ群、正のパワーを持つ第3レン
ズ群を有し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群は非
球面レンズを有し、前記第1レンズ群は、物体側に凸面
を向けた少なくとも1枚の負メニスカスレンズと正レン
ズを有し、前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズか
らなる接合レンズと2枚の正レンズからなることを特徴
とする上記1から3の何れか1項記載の撮像装置。
件を満足する正レンズを有することを特徴とする上記8
又は9記載の撮像装置。
ズのd線基準のアッベ数である。
正レンズからなる接合レンズからなることを特徴とする
上記8又は6記載の撮像装置。
の形状が以下の条件を満足することを特徴とする上記8
から11の何れか1項記載の撮像装置。
23は接合レンズの最も像面側の曲率半径である。
の接合面の形状が、以下の条件を満足することを特徴と
する上記12記載の撮像装置。
広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
特徴とする上記12記載の撮像装置。
におけるズームレンズ全系の焦点距離である。
特徴とする上記12記載の撮像装置。
有効対角長の1/2である。
子撮像素子を配し、かつ、以下の条件式を満足すること
を特徴とする上記12記載の撮像装置。
距離、ER3 は望遠端における最も像側の群で光線が光
軸から最も離れた点での光軸からの距離である。
する第1レンズ群と、負パワーの第2レンズ群と、全体
として正の屈折力を有する後続レンズ群とからなり、広
角端から望遠端への変倍時に、前記第1レンズ群と前記
第2レンズ群との間隔が広がり、前記非球面が前記第2
レンズ群中に配されることを特徴とする上記1から4の
何れか1項記載の撮像装置。
り順に、正パワーの第3レンズ群と、正又は負のパワー
を有する第4レンズ群とを有し、広角端から望遠端への
変倍時に、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間
隔が狭まり、前記絞りが前記第2レンズ群と前記第4レ
ンズ群との間に配されることを特徴とする上記17記載
の撮像装置。
絞りとは反対側に凸面を向けた負メニスカスレンズであ
ることを特徴とする上記1から18の何れか1項記載の
撮像装置。
絞り側に凹面を向けた1枚の正レンズと、1枚又は2枚
の負レンズからなることを特徴とする上記1から19の
何れか1項記載の撮像装置。
ける半画角が35°より大であり50°より小であるこ
とを特徴とする上記1から20の何れか1項記載の撮像
装置。
使用するレンズ面形状を工夫することにより、種々ズー
ムレンズにおける広角化とレンズ枚数の低減等の撮像装
置の性能向上を行うことができる。さらには、固体撮像
素子を用いた撮影系に好適な広画角、高変倍比、かつ、
構成レンズ枚数の少なく、コンパクトで、製造誤差にも
強く、優れた光学性能を有するズームレンズを達成する
ことができる。
実施例1の無限遠物点合焦時の広角端(a)、中間状態
(b)、望遠端(c)でのレンズ断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
る。
る。
る。
に示す断面図である。
式的に示す断面図である。
タルカメラの外観を示す前方斜視図である。
る。
Rc、Reの定義を説明するための図である。
面の対角長について説明するための図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ズームレンズを備えた撮像装置におい
て、 前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び正パワー
のレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各々のレン
ズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレンズであ
って、 前記ズームレンズは明るさ絞りを有し、 少なくとも1つの負パワーのレンズ群は前記明るさ絞り
側に非球面の凹面を向けた負レンズを有し、前記非球面
は、光軸上の屈折力に対して外側程屈折力が弱くなる形
状であり、以下の条件を満足することを特徴とする撮像
装置。 0.30<a/Rh<2.50 ・・・(1) 0.30<Rc/R<0.95 ・・・(2) ただし、aは非球面の面頂点(非球面と光軸との交点)
から非球面における広角端時の最大画角の主光線の通過
位置までの光軸方向での距離の絶対値、Rhは非球面に
おける広角端時の最大画角の軸外主光線の通過位置と光
軸との距離の絶対値、Rcは面頂点における曲率半径
(非球面の光軸上の曲率半径)の絶対値、Rは光軸を対
称軸とし面頂点と非球面の広角端時の最軸外主光線の通
過位置とを含む球面の曲率半径の絶対値であり、R=|
(a2 +Rh2 )/(2a)|で表される。 - 【請求項2】 ズームレンズを備えた撮像装置におい
て、 前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び正パワー
のレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各々のレン
ズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレンズであ
って、 負パワーのレンズ群の中最も物体側に配される負レンズ
群は面のパワーが負である非球面を有し、前記非球面の
形状が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 0.70<Rc/Rh<1.3 ・・・(3) ただし、Rhは非球面における広角端時の最大画角の軸
外主光線の通過位置と光軸との距離の絶対値、Rcは面
頂点における曲率半径(非球面の光軸上の曲率半径)の
絶対値である。 - 【請求項3】 ズームレンズを備えた撮像装置におい
て、 前記ズームレンズは、負パワーのレンズ群及び正パワー
のレンズ群を含んだ複数のレンズ群を有し、各々のレン
ズ群間隔を変更することで変倍を行うズームレンズであ
って、 負パワーのレンズ群の中最も物体側に配される負レンズ
群は面のパワーが負である非球面を有し、前記非球面の
形状が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 1.3<Re/Rc<1.6 ・・・(4) ただし、Rcは面頂点における曲率半径(非球面の光軸
上の曲率半径)の絶対値、Reは非球面における広角端
時の最大画角の軸外主光線の通過位置からその通過位置
における面の法線と光軸との距離が最も小さくなる法線
上の点までの距離の絶対値である。
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