JP2004212618A

JP2004212618A - Variable focal length lens system

Info

Publication number: JP2004212618A
Application number: JP2002381682A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Otake; 基之大竹
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4479151B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable focal length lens system in which miniaturization and a large variable power ratio are achieved. <P>SOLUTION: A positive first lens group G1, a negative second lens group G2, a positive third lens group G3 and a positive lens group G4 are successively provided from the side of an object, the distance between the first lens group G1 and the second lens group G2 increases, the distance between the second lens group G2 and the third lens group G3 decreases, and at least the first lens group G1 and the third lens group G3 move toward the object side so that the distance between the third lens group G3 and the fourth lens group G4 increases when the positional state of the lenses varies from a wide angle end state to a telephoto end state, an aperture diaphragm S is arranged in the vicinity of the third lens group G3, the second lens group G2 is composed of three lens elements of a first negative lens element L21 of which the concave face is directed toward the image side, a second negative lens element L22 of which the concave face is directed toward the image side, and a positive lens element L23 of which the convex face is directed toward the object side successively from the object side, and a predetermined conditional equation is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変焦点距離レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラにおいて被写体像を記録する方法として、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の光電変換素子を利用した撮像素子を用いる方法が知られている。この方法による被写体像の記録は、ズームレンズ等の光学系を介して撮像素子面上に被写体像を形成し、該被写体像の光量を光電変換素子によって電気出力に変換して記憶媒体に記録することで行われる。
【０００３】
近年の微細加工技術の進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られている。これにより、これまで取り扱えなかった大容量の画像データを高速に処理できるようになってきている。また、撮像素子においても高集積化や小型化が図られている。この撮像素子の高集積化によってより高い空間周波数の記録が可能となり、撮像素子の小型化によってカメラ全体の小型化を図ることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、撮像素子の高集積化と小型化により、撮像素子における個々の光電変換素子の受光面積が小さくなる。このため、電気出力が低下し、この低下に伴ってノイズの影響が大きくなってしまう。これを防ぐため、光学系の大口径比化を図ることによって、撮像素子へ到達する光の光量を増大させることが行われている。また、個々の光電変換素子の直前に微小なレンズ素子、いわゆるマイクロレンズアレイを配置することも行われている。
【０００５】
光電変換素子の直前に配置されたマイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導くことができる。しかしここで、光学系の射出瞳位置が撮像素子に近づく場合、即ち撮像素子に入射する主光線と光軸とのなす角が大きくなる場合、画面周辺部へ向かう軸外光束は光軸に対して大きな角をなし撮像素子へ入射せず、光量不足を招くことになってしまう。したがって、光電変換素子の直前にマイクロレンズアレイを配置することで、上述のように隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導く代わりに、光学系の射出瞳位置に制約を与えることとなってしまう。
【０００６】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラ、いわゆるデジタルスチルカメラは、現像作業が不要であるため撮影結果を容易に確認できる等、データの取扱いが容易である。しかしこの反面、画質に関して銀塩カメラに劣っていたり、データの処理を行うためのパーソナルコンピュータ等の機器との接続が必要となる。このため、デジタルスチルカメラの普及率は向上していなかった。しかし近年の画質の向上や機器の普及により、デジタルスチルカメラはより一般的に使われるようになってきている。
【０００７】
画質の向上を図るためには、上述の撮像素子の高集積化と併せて、光学系の高性能化が必要不可欠である。これに加えて光学系の変倍比を高めることは、撮影者の撮影の自由度を高め、例えば被写体により近づいた撮影が可能となることや、室内等のように被写体の位置が近い場合においても広範囲の撮影が可能となること等の利点がある。
【０００８】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラに好適なズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えたズームレンズ、いわゆる正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第４レンズ群が固定であり、第２レンズ群と第３レンズ群が移動する構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群、第２レンズ群、および第３レンズ群が可動である構成のものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、全てのレンズ群が移動する構成のものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−５６４３６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５６２６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８８１７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カメラにおける撮像素子の高集積化に伴い、高い空間周波数に対して高いコントラストを実現できる光学系が必要とされている。またこれと同時に、個々の光電変換素子の受光面積が小さくなることにより、十分な光量を個々の光電変換素子に与えるために、大口径比の光学系が必要とされている。この結果、光学系を構成するレンズの枚数がより多くなることや、光学系が大型化すること等の問題が生じることとなる。
またデジタルカメラは、その一般化に伴い使用される場面も広がってきている。このため、デジタルカメラの携帯性の向上、具体的には小型化および軽量化というユーザーのニーズが高まってきている。またこれと同時に、高変倍比化も求められている。
【００１１】
斯かる背景の下、上記特許文献１に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、可動レンズ群が２つのみであるため、高変倍比を実現するために各レンズ群の移動量を大きくしなければならず、ズームレンズが大型化して携帯性の向上を図るには不向きであるという問題がある。
また、上記特許文献２，３に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群は一旦像側へ移動してから物体側へ移動するため、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束は光軸から離れてしまう。このため、レンズ径の小型化を図ることが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、
広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が増大するように、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系を提供する。
（１）３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
ｆｗ：広角端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群との４つのレンズ群で構成されており、第３レンズ群近傍には開口絞りが配置されている。そして、レンズ系全体の焦点距離が最も短くなる広角端状態から最も長くなる望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が増大するように、少なくとも第１レンズ群と第３レンズ群がそれぞれ物体側へ移動するように構成されている。
【００１５】
一般に多群ズームレンズでは、レンズ位置状態の変化に伴って移動するレンズ群の数が増えるため、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。これにより、望遠端状態における焦点距離を広角端状態における焦点距離で割った値である変倍比を高めることが可能となる。
特に、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正するためには、各レンズ群を積極的に移動させることが肝要である。このため、各レンズ群の移動量を増やすことによって各レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させ、軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。さらに、開口絞りの物体側および像側のそれぞれに少なくとも１つの可動レンズ群を配置することにより、主光線よりも上方の光線収差および主光線よりも下方の光線収差を良好に補正することが可能となる。
【００１６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、軸外光束は、広角端状態において光軸から離れて第２レンズ群を通過し、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、徐々に光軸に近づく。これにより、広角端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。また、第４レンズ群を通過する軸外光束は、広角端状態に比して望遠端状態においてより光軸から離れるため、望遠端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。
【００１７】
また、広角端状態から望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群が物体側へ移動することによって、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れないようにし、さらに望遠端状態において第１レンズ群を通過する軸上光束が強く収斂されるようにしている。このような構成にすることによって、第１レンズ群のレンズ径を小さくすることができ、さらに望遠端状態におけるレンズ系の全長を短縮することができる。したがって、レンズ系の小型化を図り、携帯性の向上を図ることができる。
【００１８】
本発明の可変焦点距離レンズ系における第２レンズ群は、唯一の負レンズ群でありその屈折力は大きく、上述のようにレンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群を通過する軸外光束は大きく変化する。このため、第２レンズ群において発生する諸収差を良好に補正することが肝要である。
そこで本発明の可変焦点距離レンズ系は、第２レンズ群を、物体側より順に、第１負レンズ成分と、第２負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成し、レンズ成分毎に収差補正上の機能を明確に分離している。これにより、レンズ位置状態が変化する際に発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。
【００１９】
詳細には、第１負レンズ成分が軸外収差を補正し、第２負レンズ成分と正レンズ成分とが軸上収差を補正するように、収差補正上の機能を分離している。第１負レンズ成分は、開口絞りから離れて配置されているため、特に広角端状態において軸外光束が光軸から離れて通過する。このため、第１負レンズ成分は軸外収差を補正することに適する。また、第２負レンズ成分と正レンズ成分は、ダブレット構成とすることによって主に軸上収差を補正することに適する。
ここで、開口絞りは第２レンズ群の像側に配置されている。このため、第２レンズ群における第２負レンズ成分の像側レンズ面が像側に凹であるように、すなわち第２負レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成し、この第２負レンズ成分の像側レンズ面と向かい合う正レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凹であるように、すなわち正レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成することで、軸外収差の発生を抑えることができる。
【００２０】
以上の構成により、本発明の可変焦点距離レンズ系は、光学性能の向上、小型化、および高変倍比化を実現することができる。したがって、カメラの携帯性の向上と撮像素子の高集積化に伴い可変焦点距離レンズ系に対して求められる小型化と光学性能の向上に対応することができる。
【００２１】
以下、本発明の可変焦点距離レンズ系についての条件式を説明する。
上記条件式（１）は、第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分との形状を規定する条件式である。
条件式（１）の下限値を下回ると、製造時に生じる第２負レンズ成分と正レンズ成分との微小な偏心によってさえ極端に光学性能が劣化することとなり、安定した所定の光学性能を維持することが困難となってしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する正の軸上収差を良好に補正することができなくなる。このため、第２レンズ群内での収差補正の機能分離を十分に図ることができず、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することができなくなってしまう。
【００２２】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、より良好な光学性能を実現するため、第２レンズ群を構成する第１負レンズ成分と、第２負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分が、それぞれ空気間隔を隔てて配置されており、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．７＜Σ２／ｆｗ＜２．１
但し、
Σ２：第２レンズ群中の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上距離．
【００２３】
条件式（２）は、第２レンズ群のレンズ厚を規定する条件式である。
条件式（２）の上限値を上回ると、第２レンズ群の厚みが大きくなる。このため、広角端状態において第１レンズ群と、第２レンズ群中に配置される第１負レンズ成分とを通過する軸外光束が極端に光軸から離れてしまうため、レンズ径の大型化を引き起こすこととなってしまう。またこればかりでなく、光束がレンズの周縁部を通過するため、コマ収差が多大に発生してしまう。これにより、所定の光学性能を実現することが困難になってしまう。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、第２レンズ群の厚みが小さくなる。このため、各レンズ成分どうしの間隔が小さくなって各レンズ成分の屈折力が大きくなる。したがって、特に第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する高次の正の球面収差を抑え、第１負レンズ成分と第２負レンズ成分とが干渉しないようにするため、軸外光束を光軸に近づけなければならない。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を補正することができなくなってしまう。
【００２４】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、特に広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正して高い光学性能を実現するため、第２レンズ群における第１負レンズ成分の形状は、像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．５＜Ｒ２２／ｆｗ＜２
但し、
Ｒ２２：第２レンズ群における第１負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径．
【００２５】
広角端状態において、第２レンズ群に入射する光束はその入射角度が大きくなる。このため、第１負レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凹であると、画面周縁部においてコマ収差が多大に発生してしまう。上述のように、第１負レンズ成分の像側レンズ面は像側に凹であることが望ましいため、第１負レンズ成分の形状を像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることで、より高い光学性能を実現することができる。ここで、第１負レンズ成分をメニスカス形状とすると、像側レンズ面の曲率半径が小さくなる。これにより、広角端状態においてこの像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまうため、条件式（３）を満足することが望ましい。即ち、条件式（３）の上限値を上回ると、第１負レンズ成分の物体側レンズ面の作用により画面周縁部でコマ収差が多大に発生してしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、広角端状態において第１負レンズ成分の像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまう。
【００２６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、第３レンズ群は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１部分群と、負の屈折力を有する第２部分群とから構成され、第１部分群と第２部分群とは空気間隔を隔てて配置されている。これにより、レンズ系全体の屈折力配置を対称型に近づけて、負の歪曲収差を良好に補正することができる。特に、本発明の可変焦点距離レンズ系において、レンズ全長の短縮と高い光学性能を実現するために、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．０２＜Ｄ２／ｆ３＜０．１６
但し、
Ｄ２：第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離，
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離．
【００２７】
条件式（４）は、第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離を規定する条件式である。
条件式（４）の下限値を下回ると、第１部分群の屈折力が正に大きくなる。このため、第３レンズ群単独で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、レンズ系のレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を損ねることとなってしまう。
【００２８】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、望遠端状態におけるレンズ全長を短縮し、かつ広角端状態における画面周縁部での光学性能を高めるため、第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）３＜Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ１１：第１レンズ群における接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
【００２９】
条件式（５）は、第１レンズ群中の接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径を規定する条件式である。
条件式（５）の上限値を上回ると、望遠端状態において第１レンズ群で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（５）の下限値を下回ると、広角端状態において接合正レンズの縁厚を十分に確保することができず、中心厚を大きくしなければならない。このため、軸外光束が光軸から大きく離れてしまい、画面周縁部においてコマ収差を十分に補正することができなくなってしまう。
【００３０】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正し、レンズ系の小型化と、さらなる高性能化や携帯性の向上を図るため、以下の２つの条件式（６），（７）の少なくとも一方を満足することが望ましい。
（６）３＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜７．５
（７）０．６＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）^１／２＜１．１
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．
ｆｔ：望遠端状態における可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
【００３１】
条件式（６）は、第１レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（６）の上限値を上回ると、望遠端状態におけるレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を十分に図ることができなくなってしまう。一方、条件式（６）の下限値を下回ると、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が強く屈折される。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができなくなり、より高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３２】
条件式（７）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（７）の上限値を上回ると、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を大きくしなければならない。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸からより離れるため、画角の変化に伴うコマ収差の変動をより良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正することができない。このため、望遠端状態においてより高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３３】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、非球面レンズを用いることによって、より高い光学性能を実現することができる。特に、第２レンズ群における第１負レンズ成分を非球面レンズとして構成することにより、広角端状態において発生する軸外収差をより良く補正することが可能である。また、第３レンズ群に非球面レンズを導入することにより、広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正することが可能である。さらに、好ましくは複数の非球面を１つの光学系に用いることでより高い光学性能を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、小型化を達成するためにレンズ枚数を極力少なくしている。しかし、例えば第３レンズ群を構成する３つのレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。また、第２レンズ群を構成するレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。
【００３５】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系を構成するレンズ群のうちの１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズを光軸に対して略垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能である。これにより、本発明の可変焦点距離レンズ系は、カメラのブレを検出するためのブレ検出系と、上記１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズをシフトさせるための駆動系と、ブレ検出系で検出されたブレを補正するように駆動系を制御するための制御系と組み合わせることで、防振光学系として機能させることができる。
【００３６】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、近距離合焦時に第２レンズ群乃至第４レンズ群を光軸方向に移動させることが、諸収差の変動を抑えることに適している。特に、以下の実施例において第４レンズ群は、１枚の正レンズで構成されているが、近距離合焦時に発生する軸外収差の変動をより良く補正するために、接合レンズで構成することも可能である。
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐため、ローパスフィルタを配置することや、受光素子の周波数特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも可能である。
さらに、本発明の可変焦点距離レンズ系（変倍光学系）は、焦点距離状態が連続的に存在しない、いわゆるバリフォーカルズームレンズに適用することもできる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の各実施例に係るズームレンズを添付図面に基づいて説明する。
各実施例において、非球面の形状は以下の非球面式で表される。尚、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは基準曲率（近軸曲率）、κは円錐定数、Ｃ_４，Ｃ_６，Ｃ_８，Ｃ_１０は各々４，６，８，１０次の非球面係数とする。
【００３８】
【数１】
ｘ＝ｃｙ^２／｛１＋（１−κｃ^２ｙ^２）^１／２｝＋Ｃ_４ｙ^４＋Ｃ_６ｙ^６＋Ｃ_８ｙ^８＋Ｃ_１０ｙ^１０
【００３９】
図１は、本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図であり、Ｗは広角端状態、Ｔは望遠端状態を示す。
本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。そして、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが物体側へ移動する。このとき第２レンズ群は、像側へ移動するか、または一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。また第４レンズ群は、固定であるか、または一旦物体側へ移動した後に像側へ移動する。
【００４０】
（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
【００４１】
以下の表１に、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
（全体諸元）において、ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角の最大値（単位：度）をそれぞれ示す。
（レンズデータ）において、面は物体側からのレンズ面の順序、間隔はレンズ面の間隔をそれぞれ示す。また、屈折率はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値である。さらに、曲率半径０．００００は平面を示し、Ｂｆはバックフォーカスを示す。
【００４２】
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径、間隔、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われる。しかし光学系は、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ため、これに限られるものではない。
尚、以下の全実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４３】
【表１】

（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。

【００４４】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【００４５】
各収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角をそれぞれ示す。また、Ｙは像高を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはその最大値を示す。
球面収差図において、ＦＮＯは最大口径に対応するＦナンバーの値を示し、実線は球面収差、点線はサイン・コンディションをそれぞれ示す。
非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。
コマ収差図は、像高Ｙ＝０．０，２．３５，３．２９，３．９９５，４．７０でのコマ収差をそれぞれ表している。
尚、以下に示す各実施例の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４６】
各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００４７】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表２に、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００４８】
【表２】

【００４９】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５０】
（第３実施例）
図６は、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表３に、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５１】
【表３】

【００５２】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５３】
（第４実施例）
図８は、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において、ガラスブロックＢが第４レンズ群Ｇ４と像面Ｉとの間に配置されており、このガラスブロックＢは像面Ｉに配設された固体撮像素子の限界解像以上の空間周波数をカットするためのフィルタ、即ちローパスフィルタと、固体撮像素子を保護するカバー硝子の機能を有する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表４に、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５４】
【表４】

（非球面係数）
第４レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。

【００５５】
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することができる。また、広角端状態におけるレンズ全長が比較的短く、レンズ全長の変化が少ない可変焦点距離レンズ系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図４】本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図６】本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図８】本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【符号の説明】
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群
Ｇ４第４レンズ群
Ｓ開口絞り
Ｉ像面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable focal length lens system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of recording a subject image in a camera, a method of using an imaging element using a photoelectric conversion element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) has been known. In recording a subject image by this method, a subject image is formed on an imaging element surface via an optical system such as a zoom lens, and the amount of light of the subject image is converted into an electrical output by a photoelectric conversion element and recorded on a storage medium. It is done by that.
[0003]
2. Description of the Related Art Along with recent advances in microfabrication technology, high speed central processing units (CPUs) and high integration of storage media have been attempted. As a result, large-capacity image data that could not be handled until now can be processed at high speed. In addition, high integration and miniaturization of an image sensor have been achieved. The higher integration of the imaging device enables recording at a higher spatial frequency, and the downsizing of the imaging device makes it possible to reduce the size of the entire camera.
[0004]
However, due to the high integration and miniaturization of the image sensor, the light receiving area of each photoelectric conversion element in the image sensor decreases. For this reason, the electric output decreases, and the effect of noise increases with the decrease. In order to prevent this, the light amount of light reaching the image sensor is increased by increasing the aperture ratio of the optical system. In addition, a minute lens element, that is, a so-called micro lens array, is arranged immediately before each photoelectric conversion element.
[0005]
The microlens array disposed immediately before the photoelectric conversion element can guide a light beam incident between adjacent photoelectric conversion elements to the photoelectric conversion element. However, here, when the exit pupil position of the optical system approaches the image sensor, that is, when the angle between the principal ray incident on the image sensor and the optical axis becomes large, the off-axis light flux going to the peripheral portion of the screen is relative to the optical axis. Thus, the light does not enter the image pickup device and the light quantity becomes insufficient. Therefore, by arranging the microlens array immediately before the photoelectric conversion element, instead of guiding the light beam incident between the adjacent photoelectric conversion elements to the photoelectric conversion element as described above, the position is restricted to the exit pupil position of the optical system. Will be given.
[0006]
A camera that records a subject image using an imaging element using a photoelectric conversion element, a so-called digital still camera, does not require a developing operation, so that data can be easily handled, for example, a photographing result can be easily confirmed. However, on the other hand, the image quality is inferior to that of a silver halide camera, and a connection with a device such as a personal computer for processing data is required. For this reason, the penetration rate of digital still cameras has not improved. However, with the recent improvement in image quality and the spread of devices, digital still cameras have become more commonly used.
[0007]
In order to improve the image quality, it is indispensable to improve the performance of the optical system in addition to the above-described high integration of the image sensor. In addition to this, increasing the zoom ratio of the optical system increases the degree of freedom of photographing by the photographer, for example, when photographing closer to the subject is possible, or when the position of the subject is close, such as in a room, etc. This also has the advantage that a wide range of shooting can be performed.
[0008]
A first lens group having a positive refractive power and a second lens having a negative refractive power are arranged in order from the object side as a zoom lens suitable for a camera that records a subject image using an imaging element using a photoelectric conversion element. A zoom lens including a lens group, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens group having a positive refractive power, that is, a so-called positive / negative / positive / positive four-group type zoom lens. When the lens position state changes to the telephoto end state, a configuration in which the first lens group and the fourth lens group are fixed and the second lens group and the third lens group move is proposed (for example, See Patent Document 1.). Further, in a positive / negative / positive / positive four-group type zoom lens, when the lens position state changes from the wide-angle end state to the telephoto end state, the first lens group, the second lens group, and the third lens group are movable. A certain configuration has also been proposed (for example, see Patent Document 2).
There has also been proposed a positive, negative, positive, positive four-group type zoom lens having a configuration in which all lens groups move when the lens position changes from a wide-angle end state to a telephoto end state (for example, See Patent Document 3.).
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-56436 A [Patent Document 2]
JP 2001-356269 A [Patent Document 3]
JP 2001-188170 A
[Problems to be solved by the invention]
However, with an increase in integration of an image sensor in a camera, an optical system capable of realizing a high contrast with respect to a high spatial frequency is required. At the same time, since the light receiving area of each photoelectric conversion element is reduced, an optical system having a large aperture ratio is required to provide a sufficient amount of light to each photoelectric conversion element. As a result, problems such as an increase in the number of lenses constituting the optical system and an increase in the size of the optical system occur.
In addition, scenes in which digital cameras are used have been widespread in accordance with their generalization. For this reason, there has been an increasing need of users for improving the portability of digital cameras, specifically for reducing the size and weight. At the same time, a high zoom ratio is also required.
[0011]
Under such a background, when the zoom lens disclosed in Patent Document 1 is applied to a camera, since there are only two movable lens groups, the amount of movement of each lens group is increased to realize a high zoom ratio. However, there is a problem that the zoom lens is not suitable for improving portability due to an increase in size of the zoom lens.
When the zoom lens disclosed in

Patent Documents

2 and 3 is applied to a camera, when the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state, the first lens group first moves to the image side and then moves. Since the lens moves to the object side, the off-axis light flux passing through the first lens group in the wide-angle end state is separated from the optical axis. For this reason, there is a problem that it is difficult to reduce the lens diameter.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a variable focal length lens system that achieves miniaturization and a high zoom ratio.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention
In order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power Group and
When the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state, the distance between the first lens group and the second lens group increases, and the distance between the second lens group and the third lens group increases. At least the first lens group and the third lens group move toward the object side such that the distance decreases and the distance between the third lens group and the fourth lens group increases,
An aperture stop is arranged near the third lens group,
The second lens group includes, in order from the object side, a first negative lens component having a concave surface facing the image side, a second negative lens component having a concave surface facing the image side, and a positive lens component having a convex surface facing the object side. And three lens components,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression (1) is provided.
(1) 3 <(R24 + R25) / fw <5
However,
R24: radius of curvature of the image-side lens surface of the second negative lens component in the second lens group,
R25: radius of curvature of the object-side lens surface of the positive lens component in the second lens group,
fw: focal length of the entire variable focal length lens system in the wide-angle end state.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The variable focal length lens system according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a third lens group having a positive refractive power. , And a fourth lens group having a positive refractive power, and an aperture stop is arranged near the third lens group. When the lens position state changes from the wide-angle end state where the focal length of the entire lens system becomes the shortest to the telephoto end state where the focal length becomes the longest, the distance between the first lens group and the second lens group increases, At least the first lens group and the third lens group respectively move to the object side so that the distance between the second lens group and the third lens group decreases and the distance between the third lens group and the fourth lens group increases. It is configured to
[0015]
In general, in a multi-unit zoom lens, the number of lens groups that move with a change in the lens position state increases, so that it is possible to satisfactorily correct fluctuations in off-axis aberrations due to a change in the lens position state. This makes it possible to increase the zoom ratio, which is a value obtained by dividing the focal length in the telephoto end state by the focal length in the wide-angle end state.
In particular, it is important to positively move each lens group in order to satisfactorily correct off-axis aberration fluctuations caused by changes in the lens position state. For this reason, it is possible to positively change the height of the off-axis light flux passing through each lens group by increasing the amount of movement of each lens group, and to satisfactorily correct the fluctuation of off-axis aberration. Further, by arranging at least one movable lens group on each of the object side and the image side of the aperture stop, it is possible to satisfactorily correct a ray aberration above the principal ray and a ray aberration below the principal ray. It becomes.
[0016]
In the variable focal length lens system of the present invention, the off-axis light flux passes through the second lens group away from the optical axis in the wide-angle end state, and gradually changes as the lens position changes toward the telephoto end state. Approach the axis. This makes it possible to favorably correct off-axis aberrations that occur in the wide-angle end state. Further, the off-axis light beam passing through the fourth lens group is farther away from the optical axis in the telephoto end state than in the wide-angle end state, so that off-axis aberrations generated in the telephoto end state can be corrected well.
[0017]
Further, when the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state, the first lens group moves toward the object side, so that the off-axis light flux passing through the first lens group in the wide-angle end state becomes light. The lens is kept away from the axis, and the axial light beam passing through the first lens group is strongly converged in the telephoto end state. With such a configuration, the lens diameter of the first lens group can be reduced, and the overall length of the lens system in the telephoto end state can be reduced. Therefore, the size of the lens system can be reduced, and portability can be improved.
[0018]
The second lens group in the variable focal length lens system of the present invention is the only negative lens group and has a large refractive power, and the off-axis light flux passing through the second lens group when the lens position changes as described above. Varies greatly. Therefore, it is important to properly correct various aberrations generated in the second lens group.
Therefore, in the variable focal length lens system according to the present invention, the second lens group includes, in order from the object side, three lens components of a first negative lens component, a second negative lens component, and a positive lens component. The function for aberration correction is clearly separated for each component. As a result, it is possible to satisfactorily correct the fluctuation of off-axis aberration that occurs when the lens position changes.
[0019]
More specifically, the functions for aberration correction are separated so that the first negative lens component corrects off-axis aberrations and the second negative lens component and positive lens components correct axial aberrations. Since the first negative lens component is located away from the aperture stop, an off-axis light beam passes away from the optical axis, particularly in the wide-angle end state. For this reason, the first negative lens component is suitable for correcting off-axis aberration. In addition, the second negative lens component and the positive lens component are suitable for mainly correcting axial aberration by having a doublet configuration.
Here, the aperture stop is arranged on the image side of the second lens group. For this reason, the second negative lens component in the second lens group is configured such that the image-side lens surface is concave toward the image side, that is, the second negative lens component faces the concave surface with respect to the aperture stop. (2) The axis is configured such that the object-side lens surface of the positive lens component facing the image-side lens surface of the negative lens component is concave toward the object side, that is, the positive lens component faces the concave surface with respect to the aperture stop. The occurrence of external aberration can be suppressed.
[0020]
With the configuration described above, the variable focal length lens system of the present invention can achieve an improvement in optical performance, a reduction in size, and a high zoom ratio. Therefore, with the improvement of the portability of the camera and the high integration of the image sensor, it is possible to cope with the miniaturization and the improvement of the optical performance required for the variable focal length lens system.
[0021]
Hereinafter, conditional expressions for the variable focal length lens system of the present invention will be described.
The conditional expression (1) is a conditional expression that defines the shapes of the second negative lens component and the positive lens component in the second lens group.
If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the optical performance will be extremely deteriorated even by the slight eccentricity of the second negative lens component and the positive lens component generated during manufacturing, and the stable predetermined optical performance will be maintained. It becomes difficult. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of conditional expression (1), it becomes impossible to satisfactorily correct the positive axial aberration generated by the second negative lens component and the positive lens component. For this reason, it is not possible to sufficiently separate the functions of aberration correction within the second lens group, and it becomes impossible to satisfactorily correct fluctuations in off-axis aberrations due to changes in the lens position.
[0022]
In order to realize better optical performance, the variable focal length lens system according to the present invention has three lens components, a first negative lens component, a second negative lens component, and a positive lens component, which constitute the second lens group. Are arranged with an air gap therebetween, and it is desirable that the following conditional expression (2) is satisfied.
(2) 0.7 <Σ2 / fw <2.1
However,
Σ2: Distance on the optical axis from the lens surface closest to the object in the second lens group to the lens surface closest to the image.
[0023]
Conditional expression (2) is a conditional expression that defines the lens thickness of the second lens group.
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (2), the thickness of the second lens unit becomes large. Therefore, in the wide-angle end state, an off-axis light beam passing through the first lens unit and the first negative lens component disposed in the second lens unit is extremely separated from the optical axis, and the lens diameter is increased. Will be caused. In addition to this, since the light beam passes through the periphery of the lens, a large amount of coma aberration occurs. This makes it difficult to achieve a predetermined optical performance. On the other hand, when the value goes below the lower limit of conditional expression (2), the thickness of the second lens unit becomes small. For this reason, the distance between the lens components is reduced, and the refractive power of each lens component is increased. Accordingly, in order to suppress higher-order positive spherical aberration particularly generated in the second negative lens component and the positive lens component and to prevent the first negative lens component and the second negative lens component from interfering with each other, an off-axis light beam is emitted. Must be close to the axis. For this reason, it becomes impossible to correct the fluctuation of the coma due to the change of the angle of view.
[0024]
In the variable focal length lens system according to the present invention, in particular, in the wide-angle end state, in order to satisfactorily correct coma generated at the periphery of the screen and realize high optical performance, the shape of the first negative lens component in the second lens group is , A meniscus shape having a concave surface facing the image side, and desirably satisfying the following conditional expression (3).
(3) 0.5 <R22 / fw <2
However,
R22: radius of curvature of the image side lens surface of the first negative lens component in the second lens group.
[0025]
In the wide-angle end state, the light beam incident on the second lens group has a large incident angle. For this reason, if the object-side lens surface of the first negative lens component is concave toward the object side, a large amount of coma aberration occurs at the periphery of the screen. As described above, since the image-side lens surface of the first negative lens component is desirably concave toward the image side, the shape of the first negative lens component is formed into a meniscus shape with the concave surface facing the image side. High optical performance can be realized. Here, when the first negative lens component has a meniscus shape, the radius of curvature of the image-side lens surface becomes small. As a result, a high-order field curvature aberration occurs on the image-side lens surface in the wide-angle end state, and therefore it is desirable to satisfy the conditional expression (3). That is, when the value exceeds the upper limit of conditional expression (3), a large amount of coma aberration occurs at the peripheral portion of the screen due to the action of the object-side lens surface of the first negative lens component. On the other hand, when the value goes below the lower limit value of conditional expression (3), a higher-order field curvature aberration occurs on the image-side lens surface of the first negative lens component in the wide-angle end state.
[0026]
In the variable focal length lens system according to the present invention, the third lens group includes, in order from the object side, a first subgroup having a positive refractive power and a second subgroup having a negative refractive power. The sub-group and the second sub-group are arranged with an air gap therebetween. As a result, the refractive power arrangement of the entire lens system can be made closer to a symmetrical configuration, and negative distortion can be satisfactorily corrected. In particular, in the variable focal length lens system of the present invention, it is desirable that the following conditional expression (4) is satisfied in order to reduce the overall length of the lens and achieve high optical performance.
(4) 0.02 <D2 / f3 <0.16
However,
D2: distance on the optical axis of the air gap between the first and second subgroups in the third lens group;
f3: focal length of the third lens group.
[0027]
Conditional expression (4) is a conditional expression that defines the distance on the optical axis of the air gap between the first sub group and the second sub group in the third lens group.
When falling below a lower limit value of conditional expression (4), the refractive power of the first subgroup becomes positively large. For this reason, it becomes impossible to satisfactorily correct the negative spherical aberration generated by the third lens unit alone. On the other hand, when the value exceeds the upper limit value of the conditional expression (4), the overall length of the lens system becomes large, which impairs the improvement of portability.
[0028]
In the variable focal length lens system according to the present invention, the first lens group includes a meniscus lens having a convex surface facing the object side in order to reduce the overall length of the lens in the telephoto end state and enhance the optical performance at the periphery of the screen in the wide angle end state. It is desirable to satisfy the following conditional expression (5), which is composed of a cemented positive lens composed of a negative lens having a shape and a positive lens having a convex surface facing the object side.
(5) 3 <R11 / fw <5
However,
R11: radius of curvature of the object-side lens surface of the cemented positive lens in the first lens group.
[0029]
Conditional expression (5) is a conditional expression that defines the radius of curvature of the object-side lens surface of the cemented positive lens in the first lens group.
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (5), negative spherical aberration generated in the first lens unit in the telephoto end state cannot be corrected well. On the other hand, when the value goes below the lower limit of conditional expression (5), the edge thickness of the cemented positive lens cannot be sufficiently secured in the wide-angle end state, and the center thickness must be increased. For this reason, the off-axis light beam is largely separated from the optical axis, and it becomes impossible to sufficiently correct coma aberration at the periphery of the screen.
[0030]
The variable focal length lens system of the present invention favorably corrects the fluctuation of off-axis aberrations due to the change of the lens position state, and downsizes the lens system, and further improves performance and portability. It is desirable to satisfy at least one of the two conditional expressions (6) and (7).
(6) 3 <f1 / (fw · ft) ^1/2 <7.5
(7) 0.6 <| f2 | / (fw · ft) ^1/2 <1.1
However,
f1: focal length of the first lens group,
f2: focal length of the second lens group.
ft: focal length of the entire variable focal length lens system in the telephoto end state.
[0031]
Conditional expression (6) is a conditional expression that defines the focal length of the first lens group.
If the value exceeds the upper limit of conditional expression (6), the overall length of the lens in the telephoto end state increases, so that it is not possible to sufficiently improve portability. On the other hand, when the value goes below the lower limit value of conditional expression (6), the off-axis light beam passing through the first lens group in the wide-angle end state is strongly refracted. For this reason, it is impossible to satisfactorily correct the fluctuation of the coma aberration due to the change of the angle of view, and it is not possible to realize higher optical performance.
[0032]
Conditional expression (7) is a conditional expression that defines the focal length of the second lens group.
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (7), the distance between the second lens unit and the third lens unit must be increased in the wide-angle end state. As a result, the off-axis light beam passing through the second lens group is further away from the optical axis, so that it is not possible to better correct the fluctuation of coma due to the change of the angle of view. On the other hand, when the value goes below the lower limit of conditional expression (7), it is not possible to satisfactorily correct positive spherical aberration generated by the second lens unit alone. Therefore, higher optical performance cannot be realized in the telephoto end state.
[0033]
The variable focal length lens system of the present invention can achieve higher optical performance by using an aspheric lens. In particular, by configuring the first negative lens component in the second lens group as an aspheric lens, it is possible to better correct off-axis aberrations that occur in the wide-angle end state. In addition, by introducing an aspheric lens into the third lens group, it is possible to satisfactorily correct coma occurring at the periphery of the screen in the wide-angle end state. Further, preferably, a higher optical performance can be realized by using a plurality of aspherical surfaces in one optical system.
[0034]
In the variable focal length lens system of the present invention, the number of lenses is reduced as much as possible in order to achieve miniaturization. However, for example, higher optical performance can be realized by using at least one of the three lens components constituting the third lens group as a cemented lens. Further, by using at least one lens component of the lens components constituting the second lens group as a cemented lens, higher optical performance can be realized.
[0035]
Further, the variable focal length lens system of the present invention shifts one of the lens units constituting the lens system, or a part of the lens units, in a direction substantially perpendicular to the optical axis. By doing so, it is possible to shift the image. Accordingly, the variable focal length lens system according to the present invention includes a shake detection system for detecting camera shake, and a drive system for shifting the entire one lens group or a part of lenses in the lens group. By combining with a control system for controlling the drive system so as to correct the shake detected by the shake detection system, it is possible to function as a vibration proof optical system.
[0036]
Further, in the variable focal length lens system of the present invention, moving the second lens unit to the fourth lens unit in the optical axis direction at the time of short-distance focusing is suitable for suppressing fluctuations of various aberrations. In particular, in the following embodiments, the fourth lens group is constituted by a single positive lens, but is constituted by a cemented lens in order to better correct the fluctuation of off-axis aberration generated at the time of close focusing. It is also possible.
Further, in the variable focal length lens system of the present invention, a low-pass filter is arranged or an infrared cut filter is arranged according to the frequency characteristics of the light receiving element in order to prevent the occurrence of moire fringes on the image side of the lens system. It is also possible.
Further, the variable focal length lens system (variable magnification optical system) of the present invention can be applied to a so-called varifocal zoom lens in which the focal length state does not exist continuously.
[0037]
【Example】
Hereinafter, a zoom lens according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In each embodiment, the shape of the aspherical surface is represented by the following aspherical expression. In addition, y is the height from the optical axis, x is the amount of sag, c is the reference curvature (paraxial curvature), κ is the conic constant, and C ₄ , C ₆ , C ₈ , and C ₁₀ are 4, 6, 8, and ₁₀ respectively. A tenth-order aspherical coefficient is used.
[0038]
(Equation 1)
^{x = cy 2 / {1+ (} 1-κc 2 y 2) 1/2} + C 4 y 4 + C 6 y 6 + C 8 y 8 + C 10 y 10
[0039]
FIG. 1 is a diagram showing a refractive power distribution of a variable focal length lens system according to each embodiment of the present invention, where W indicates a wide-angle end state, and T indicates a telephoto end state.
The variable focal length lens system according to each embodiment of the present invention includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a positive refractive power, a second lens group G2 having a negative refractive power, and a positive refractive power. , And a fourth lens group G4 having a positive refractive power. Then, when zooming from the wide-angle end state to the telephoto end state, the air gap between the first lens group G1 and the second lens group G2 increases, and the air gap between the second lens group G2 and the third lens group G3 increases. The first lens group G1 and the third lens group G3 move toward the object side such that the distance decreases and the air gap between the third lens group G3 and the fourth lens group G4 increases. At this time, the second lens group moves to the image side, or moves to the image side once and then moves to the object side. The fourth lens group is fixed or moves to the image side after moving to the object side once.
[0040]
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable focal length lens system according to a first example of the present invention.
In the variable focal length lens system according to the present example, the first lens group G1 is composed of, in order from the object side, a meniscus negative lens L11 having a convex surface facing the object side and a positive lens L12 having a convex surface facing the object side. It is composed of a lens.
The second lens group G2 includes, in order from the object side, a negative lens L21 having a concave surface facing the image side, a negative lens L22 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L23 having a convex surface facing the object side. ing.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a biconvex positive lens L31, a negative lens L32 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L33 having a convex surface facing the image side. Here, the positive lens L31 forms a positive first subgroup. The combination of the negative lens L32 and the positive lens L33 forms a negative second subgroup. Note that only the negative lens L32 may be used as the second subgroup.
The fourth lens group G4 includes a positive lens L41 having a convex surface facing the object side.
In the variable focal length lens system according to the present embodiment, the aperture stop S is disposed on the object side of the third lens group G3, and moves together with the third lens group G3 when the lens position changes.
[0041]
Table 1 below lists values of specifications of the variable focal length lens system according to Example 1 of the present invention.
In (overall specifications), f indicates the focal length, FNO indicates the F number, and 2ω indicates the maximum value (unit: degrees) of the angle of view.
In (lens data), the surface indicates the order of the lens surfaces from the object side, and the space indicates the space between the lens surfaces. The refractive index is a value for the d-line (λ = 587.6 nm). Further, the radius of curvature 0.0000 indicates a plane, and Bf indicates a back focus.
[0042]
Here, the unit of the focal length f, the radius of curvature, the interval, and other lengths described in all of the following specification values are generally “mm”. However, the optical system is not limited to this, since the same optical performance can be obtained even if the optical system is proportionally enlarged or reduced.
Note that the same reference numerals as in the present embodiment are used in the specification values of all the following embodiments.
[0043]
[Table 1]

(Aspheric coefficient)
The fifth lens surface, the fifteenth lens surface and the sixteenth lens surface are aspherical, and the respective aspherical coefficients are shown below.

[0044]
FIGS. 3A, 3B, and 3C respectively show a wide-angle end state (f = 6.39) and an intermediate focal length state (f = 14) of the variable focal length lens system according to the first embodiment of the present invention. .40) and in the telephoto end state (f = 27.16) at the time of focusing on infinity.
[0045]
In each aberration diagram, FNO indicates an F number, and A indicates a half angle of view. Y indicates the image height, and indicates the maximum value in the astigmatism diagram and the distortion diagram.
In the spherical aberration diagram, FNO indicates the value of the F-number corresponding to the maximum aperture, the solid line indicates spherical aberration, and the dotted line indicates sine condition.
In the astigmatism diagram, a solid line indicates a sagittal image plane, and a broken line indicates a meridional image plane.
The coma aberration diagrams show coma aberrations at image heights Y = 0.0, 2.35, 3.29, 3.995, and 4.70, respectively.
In addition, in the various aberration diagrams of each embodiment described below, the same reference numerals are used as in this embodiment.
[0046]
From the various aberration diagrams, it can be seen that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfactorily corrects various aberrations and has excellent imaging performance.
[0047]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to Example 2 of the present invention.
In the variable focal length lens system according to the present example, the first lens group G1 is composed of, in order from the object side, a meniscus negative lens L11 having a convex surface facing the object side and a positive lens L12 having a convex surface facing the object side. It is composed of a lens.
The second lens group G2 includes, in order from the object side, a negative lens L21 having a concave surface facing the image side, a negative lens L22 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L23 having a convex surface facing the object side. ing.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a biconvex positive lens L31, a negative lens L32 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L33 having a convex surface facing the image side. Here, the positive lens L31 forms a positive first subgroup. The combination of the negative lens L32 and the positive lens L33 forms a negative second subgroup. Note that only the negative lens L32 may be used as the second subgroup.
The fourth lens group G4 includes a positive lens L41 having a convex surface facing the object side.
In the variable focal length lens system according to the present embodiment, the aperture stop S is disposed on the object side of the third lens group G3, and moves together with the third lens group G3 when the lens position changes.
Table 2 below shows values of various parameters of the variable focal length lens system according to Example 2 of the present invention.
[0048]
[Table 2]

[0049]
FIGS. 5A, 5B and 5C respectively show the wide-angle end state (f = 6.70) and the intermediate focal length state (f = 14) of the variable focal length lens system according to the second embodiment of the present invention. .60), and various aberration diagrams at the time of focusing on infinity in the telephoto end state (f = 27.13). From the various aberration diagrams, it can be seen that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfactorily corrects various aberrations and has excellent imaging performance.
[0050]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to Example 3 of the present invention.
In the variable focal length lens system according to the present example, the first lens group G1 is composed of, in order from the object side, a meniscus negative lens L11 having a convex surface facing the object side and a positive lens L12 having a convex surface facing the object side. It is composed of a lens.
The second lens group G2 includes, in order from the object side, a negative lens L21 having a concave surface facing the image side, a negative lens L22 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L23 having a convex surface facing the object side. ing.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a biconvex positive lens L31, a negative lens L32 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L33 having a convex surface facing the image side. Here, the positive lens L31 forms a positive first subgroup. The combination of the negative lens L32 and the positive lens L33 forms a negative second subgroup. Note that only the negative lens L32 may be used as the second subgroup.
The fourth lens group G4 includes a positive lens L41 having a convex surface facing the object side.
In the variable focal length lens system according to the present embodiment, the aperture stop S is disposed on the object side of the third lens group G3, and moves together with the third lens group G3 when the lens position changes.
Table 3 below shows values of specifications of the variable focal length lens system according to Example 3 of the present invention.
[0051]
[Table 3]

[0052]
FIGS. 7A, 7B, and 7C respectively show a wide-angle end state (f = 7.20) and an intermediate focal length state (f = 15) of the variable focal length lens system according to the third example of the present invention. .00) and various aberrations at the time of focusing on infinity in the telephoto end state (f = 27.13). From the various aberration diagrams, it can be seen that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfactorily corrects various aberrations and has excellent imaging performance.
[0053]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to Example 4 of the present invention.
In the variable focal length lens system according to the present example, the first lens group G1 is composed of, in order from the object side, a meniscus negative lens L11 having a convex surface facing the object side and a positive lens L12 having a convex surface facing the object side. It is composed of a lens.
The second lens group G2 includes, in order from the object side, a negative lens L21 having a concave surface facing the image side, a negative lens L22 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L23 having a convex surface facing the object side. ing.
The third lens group G3 includes, in order from the object side, a biconvex positive lens L31, a negative lens L32 having a concave surface facing the image side, and a positive lens L33 having a convex surface facing the image side. Here, the positive lens L31 forms a positive first subgroup. The combination of the negative lens L32 and the positive lens L33 forms a negative second subgroup. Note that only the negative lens L32 may be used as the second subgroup.
The fourth lens group G4 includes a positive lens L41 having a convex surface facing the object side.
In the variable focal length lens system according to this embodiment, a glass block B is disposed between the fourth lens group G4 and the image plane I, and the glass block B is disposed on the image plane I. The filter has a function of cutting a spatial frequency equal to or higher than the limit resolution, that is, a low-pass filter, and a function of a cover glass for protecting the solid-state imaging device. The aperture stop S is disposed on the object side of the third lens group G3, and moves together with the third lens group G3 when the lens position changes.
Table 4 below shows values of specifications of the variable focal length lens system according to Example 4 of the present invention.
[0054]
[Table 4]

(Aspheric coefficient)
The fourth lens surface, the fifteenth lens surface, and the sixteenth lens surface are aspherical, and the respective aspherical coefficients are shown below.

[0055]
FIGS. 9A, 9B, and 9C respectively show a variable focal length lens system according to a fourth embodiment of the present invention at the wide-angle end (f = 6.50) and at the intermediate focal length (f = 15). .00) and various aberrations at infinity in the telephoto end state (f = 24.30).
From the various aberration diagrams, it can be seen that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfactorily corrects various aberrations and has excellent imaging performance.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a variable focal length lens system that achieves miniaturization and a high zoom ratio. Further, it is possible to realize a variable focal length lens system in which the entire length of the lens in the wide-angle end state is relatively short and the change in the overall length of the lens is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a refractive power distribution of a variable focal length lens system according to each embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a lens configuration of a variable focal length lens system according to a first example of the present invention.
FIGS. 3A, 3B and 3C respectively show a wide-angle end state (f = 6.39) and an intermediate focal length state (f) of the variable focal length lens system according to the first embodiment of the present invention. = 14.40) and various aberrations at the time of focusing on infinity in the telephoto end state (f = 27.16).
FIG. 4 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to Example 2 of the present invention.
FIGS. 5A, 5B and 5C respectively show a wide-angle end state (f = 6.70) and an intermediate focal length state (f) of a variable focal length lens system according to a second embodiment of the present invention. = 14.60) and various aberration diagrams at the time of focusing on infinity in the telephoto end state (f = 27.13).
FIG. 6 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to a third example of the present invention.
FIGS. 7A, 7B, and 7C respectively show a wide-angle end state (f = 7.20) and an intermediate focal length state (f) of a variable focal length lens system according to a third embodiment of the present invention. = 15.00), and various aberration diagrams at the time of focusing on infinity in the telephoto end state (f = 27.13) are shown.
FIG. 8 is a diagram showing a lens configuration of a variable focal length lens system according to Example 4 of the present invention.
FIGS. 9A, 9B, and 9C respectively show a wide-angle end state (f = 6.50) and an intermediate focal length state (f) of the variable focal length lens system according to Example 4 of the present invention. = 15.00), and various aberration diagrams at infinity in the telephoto end state (f = 24.30) are shown.
[Explanation of symbols]
G1 First lens group G2 Second lens group G3 Third lens group G4 Fourth lens group S Aperture stop I Image plane

Claims

In order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power Group and
When the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state, the distance between the first lens group and the second lens group increases, and the distance between the second lens group and the third lens group increases. At least the first lens group and the third lens group move toward the object side such that the distance decreases and the distance between the third lens group and the fourth lens group increases,
An aperture stop is arranged near the third lens group,
The second lens group includes, in order from the object side, a first negative lens component having a concave surface facing the image side, a second negative lens component having a concave surface facing the image side, and a positive lens component having a convex surface facing the object side. And three lens components,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
3 <(R24 + R25) / fw <5
However,
R24: radius of curvature of the image-side lens surface of the second negative lens component in the second lens group,
R25: radius of curvature of the object-side lens surface of the positive lens component in the second lens group,
fw: focal length of the entire variable focal length lens system in the wide-angle end state.

The variable focal length lens system according to claim 1,
The first negative lens component and the second negative lens component are arranged with an air gap therebetween,
The second negative lens component and the positive lens component are arranged with an air gap therebetween,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.7 <Σ2 / fw <2.1
However,
Σ2: distance on the optical axis from the lens surface closest to the object side to the lens surface closest to the image side in the second lens group.

The variable focal length lens system according to claim 1 or 2,
The shape of the first negative lens component is a meniscus shape with a concave surface facing the image side,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.5 <R22 / fw <2
However,
R22: radius of curvature of the image side lens surface of the first negative lens component in the second lens group.

The variable focal length lens system according to any one of claims 1 to 3,
The third lens group includes, in order from the object side, a first subgroup having a positive refractive power and a second subgroup having a negative refractive power.
The first subgroup and the second subgroup are arranged with an air gap therebetween,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.02 <D2 / f3 <0.16
However,
D2: a distance on the optical axis of the air interval between the first sub-group and the second sub-group in the third lens group;
f3: focal length of the third lens group.

The variable focal length lens system according to any one of claims 1 to 4,
The first lens group includes a cemented positive lens including a meniscus negative lens having a convex surface facing the object side and a positive lens having a convex surface facing the object side.
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
3 <R11 / fw <5
However,
R11: radius of curvature of the object-side lens surface of the cemented positive lens in the first lens group.

The variable focal length lens system according to claim 5,
A variable focal length lens system, which satisfies at least one of the following two conditional expressions.
3 <f1 / (fw · ft) ^1/2 <7.5
0.6 <| f2 | / (fw · ft) ^1/2 <1.1
However,
f1: focal length of the first lens group,
f2: focal length of the second lens group.
ft: focal length of the entire variable focal length lens system in the telephoto end state.

The variable focal length lens system according to any one of claims 1 to 3,
The third lens group includes, in order from the object side, a first subgroup having a positive refractive power disposed closest to the object side, and a third subgroup having a negative refractive power disposed adjacent to the first subgroup. Two subgroups,
The first subgroup and the second subgroup are arranged with an air gap therebetween,
A variable focal length lens system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.02 <D2 / f3 <0.16
However,
D2: a distance on the optical axis of the air interval between the first sub-group and the second sub-group in the third lens group;
f3: focal length of the third lens group.