JP2004212737A

JP2004212737A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2004212737A
Application number: JP2003000664A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ishikawa; 洋一石川
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】ズームレンズの小型化、薄型化を図る。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｉ、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩ、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群ＩＩＩを備え、第２レンズ群が像面側から物体側に移動しかつ第３レンズ群が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動して広角端から望遠端への変倍及び変倍に伴う像面変動の補正を行うズームレンズにおいて、第１レンズ群は、物体側から順に配列された負の屈折力を有する単一のレンズ１及び光路を変えると共に正の屈折力を有するプリズム２からなる。これにより、薄型化、小型化が達成され、携帯電話機、携帯情報端末機等に好適なズームレンズが提供される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に適用されるズームレンズに関し、特に携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等に搭載される小型のデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられる撮像素子の著しい技術進歩により、小型のＣＣＤ等が開発されており、それに伴って、使用される光学系としても小型化、軽量化が要望されている。
特に、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等は、小型化、薄型化が強く要求されており、それ故にそれらに搭載される光学系としても小型で、薄型にする必要がある。
一方、従来の携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されている光学系としては、それらの筐体の奥行きが浅い（薄い）こともあって、光学系自体がそれ程大きくなく、小型化、薄型化に対応できる単焦点レンズが搭載されていた（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−０６９２１４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９０５２３号公報
【特許文献３】
特開平０６−１０７０７０号公報
【特許文献４】
特開平０９−２１１２８７号公報
【特許文献５】
特開２０００−２９２６９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、情報技術の発達（ＩＴ化）とそれに伴う市場要求等により、携帯電話機、携帯情報端末機等の小型化、薄型化を図りつつも、単に固定焦点による撮影だけではなく、被写体に応じて広角〜望遠までの変倍撮影が可能な光学系（ズームレンズ）が要求されている。その一方で、携帯電話機、携帯情報端末機（ＰＤＡ）、携帯型パーソナルコンピュータ等の奥行きの浅い限られた空間内に容易に収容できるようなレンズ構成をなす小型で全長の短いズームレンズとして、好ましいものが無かった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、小型化、薄型化、軽量化等が図れ、携帯電話機、携帯情報端末機等に搭載されるのに適した光学性能の高いズームレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から像面側に向けて順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、第２レンズ群が像面側から物体側に移動しかつ第３レンズ群が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動して広角端から望遠端への変倍及び変倍に伴う像面変動の補正を行うズームレンズであって、上記第１レンズ群は、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する単一のレンズと、光路を変えると共に正の屈折力を有するプリズムと、からなる、ことを特徴としている。
この構成によれば、第２レンズ群が像面側から物体側に移動しかつ第３レンズ群が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動することで、広角端から望遠端への変倍及び変倍に伴う像面変動の補正が行われる。また、ズームレンズの奥行き寸法は、第１レンズ群（単一のレンズ及びプリズム）に物体光（被写体光）が進入する方向での奥行き寸法となるため、薄型化が達成され、又、撮影時及び非撮影時に拘わらず奥行き寸法及び第１レンズ群から像面までの寸法が変化しない小型のズームレンズが達成される。
【０００７】
上記構成において、第２レンズ群は、正の屈折力を有する単一のレンズからなり、第２レンズ群の物体側には、一体的に移動するように開口絞りが配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、光軸方向における全長が短くなり、又、開口絞りを挟んだ両側の（上流側と下流側とに位置する）レンズ群を略同等の外径寸法に形成することができ、ズームレンズを効率よく小型化できる。
【０００８】
上記構成において、第３レンズ群は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有するレンズ、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズ、により形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差等の諸収差をバランス良く補正することができる。
【０００９】
上記構成において、第３レンズ群の最も物体側に配置された正の屈折力を有するレンズは、物体側の面が非球面に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、球面収差をさらに良好に補正することができる。
【００１０】
上記構成において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
（１）０．６＜│ｆ１／ｆ２│＜１．２、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、第１レンズ群と第２レンズ群との焦点距離が条件式（１）を満足するように形成することにより、諸収差が補正されて良好な光学特性が得られると共に、小型化を達成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るズームレンズの一実施形態を示すものである。このズームレンズにおいては、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群（Ｉ）と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群（ＩＩ）と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群（ＩＩＩ）とが、順次に配列されている。
【００１２】
第１レンズ群（Ｉ）は、負の屈折力を有する単一のレンズ１、光路を変えると共に正の屈折力を有するプリズム２により構成されている。第２レンズ群（ＩＩ）は、正の屈折力を有する単一のレンズ３により構成されている。第３レンズ群（ＩＩＩ）は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有するレンズ４、負の屈折力を有するレンズ５、正の屈折力を有するレンズ６により構成されている。
そして、第１レンズ群（Ｉ）、第２レンズ群（ＩＩ）、第３レンズ群（ＩＩＩ）を構成するレンズ及びプリズムは、全て樹脂材料により形成されている。このように、樹脂材料により形成することで、軽量化、低コスト化が行える。
【００１３】
また、上記配列構成において、第３レンズ群（ＩＩＩ）のレンズ６よりも像面側寄りには、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ７が配置され、その後方にＣＣＤ等の像面Ｓが配置されることになる。
また、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ（ＩＩ）との間には、レンズ３と一体的に移動する開口絞り８が配置され、さらに、第３レンズ群（ＩＩＩ）におけるレンズ５とレンズ６との間には、第３レンズ群（ＩＩＩ）と一体的に移動する開口絞り９が配置されている。
このように、開口絞り８が、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との間に配置されることで、その両側に配置されるレンズ群の外径寸法を略同等にすることができ、全体として小型化が行える。
【００１４】
上記構成において、第２レンズ群（ＩＩ）が像面側から物体側に移動すると共に第３レンズ群（ＩＩＩ）が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動することで、広角端から望遠端への変倍動作が行われると同時に、この変倍動作に伴う像面変動の補正が行われる。
このように変倍動作を行っても、被写体光が進入する方向Ｌ１における第１レンズ群（Ｉ）の奥行き寸法及びプリズム２から像面Ｓまでの寸法は一定であるため、配置スペースが制限される携帯電話機、携帯情報端末機等への搭載が容易になる。
【００１５】
ここで、第１レンズ群（Ｉ）の焦点距離はｆ１、第２レンズ群（ＩＩ）の焦点距離はｆ２、広角端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｗ、望遠端におけるレンズ全系の焦点距離はｆｔ、中間領域におけるレンズ全系の焦点距離はｆｍで表わされる。また、レンズ１、プリズム２、開口絞り８、レンズ３〜レンズ５、開口絞り９、レンズ６においては、図１に示すように、面をＳｉ（ｉ＝１〜１４）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１４）、レンズ１、プリズム２、レンズ３〜レンズ６のｄ線に対するの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
また、ガラスフィルタ７においては、面をＳｉ（ｉ＝１５，１６）、面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１５，１６）、ｄ線に対する屈折率をＮ７、アッベ数をν７で表す。さらに、レンズ１〜ガラスフィルタ７までのそれぞれの光軸方向における間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１５）、ガラスフィルタ７〜像面ＳまでのバックフォーカスをＢＦで表す。
【００１６】
第１レンズ群（Ｉ）において、レンズ１は、物体側の面Ｓ１が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ２が凹面に形成されたメニスカス状のレンズである。また、プリズム２は、正の屈折力を有するように、物体側の面Ｓ３が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ４が凹面に形成されている。
そして、プリズム２により、被写体光の入射光軸Ｌ１は略直角な方向Ｌ２に変えられるため、第１レンズ群（Ｉ）すなわちズームレンズの入射光軸Ｌ１方向における奥行き寸法を小さくでき、薄型化が行える。
ここで、レンズ１の像面側の面Ｓ２は、非球面に形成されてもよい。これにより、諸収差、特に歪曲収差を良好に補正することができる。尚、この非球面が、周辺部に向かうに連れて負の屈折力が弱くなるように形成されれば、歪曲収差等さらに容易に補正することができる。
【００１７】
第２レンズ群（ＩＩ）において、レンズ３は、正の屈折力を有するように、物体側の面Ｓ６が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ７が凸面に形成された両凸レンズである。ここで、物体側の面Ｓ６は、非球面に形成されてもよい。これにより、諸収差、特に球面収差を良好に補正することができる。
また、レンズ３の物体側の近傍に配置された開口絞り８により、所望のＦナンバーを設定することができる。
【００１８】
第３レンズ群（ＩＩＩ）において、レンズ４は、正の屈折力を有するように、物体側の面Ｓ８が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ９が凹面に形成されたメニスカス状のレンズである。ここで、物体側の面Ｓ８は非球面に形成されてもよい。
これにより、諸収差、特にコマ収差を良好に補正することができる。レンズ５は、負の屈折力を有するように、物体側の面Ｓ１０が凹面に形成されかつ像面側の面Ｓ１１が凹面に形成された両凹レンズである。レンズ６は、正の屈折力を有するように、物体側の面Ｓ１３が凸面に形成されかつ像面側の面Ｓ１４が凸面に形成された両凸レンズである。ここで、物体側の面Ｓ１３は非球面に形成されてもよい。これにより、諸収差、特に球面収差を良好に補正することができる。
また、レンズ５とレンズ６との間に配置した開口絞り９は、必ずしも必要ではないが、これを配置することにより、諸収差、特にコマ収差を容易に補正することができる。
【００１９】
ここで、レンズ１、レンズ３、レンズ４、レンズ６に形成する非球面を表す式は、次式で規定される。
Ｚ＝Ｃｙ^２／［１＋（１−εＣ^２ｙ^２）^１／２］＋Ｄｙ^４＋Ｅｙ^６＋Ｆｙ^８＋Ｇｙ^１０、
ただし、Ｚ：非球面の頂点における接平面から、光軸Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）からの高さがｙの非球面上の点までの距離、ｙ：光軸からの高さ、Ｃ：非球面の頂点における曲率（１／Ｒ）、ε：円錐定数、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：非球面係数である。
【００２０】
また、上記構成において、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）とは、第１レンズ群（Ｉ）の焦点距離ｆ１、第２レンズ群（ＩＩ）の焦点距離ｆ２が、下記条件式（１）、
（１）０．６＜│ｆ１／ｆ２│＜１．２、
を満足するように構成されている。
条件式（１）は、第１レンズ群（Ｉ）と第２レンズ群（ＩＩ）との適切な焦点距離の比を定めたものであり、│ｆ１／ｆ２│の値がこの範囲を逸脱すると、小型化が困難になり、良好な光学特性も得られない。したがって、この条件式を満たすように形成することにより、諸収差が補正されて良好な光学特性が得られると共に、小型化を達成することができる。
【００２１】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に、非球面に関する数値データは表３に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端ｆｗ、中間位置ｆｍ、望遠端ｆｔ）、軸上面間隔Ｄ４，Ｄ７，Ｄ１４に関する数値データは表４にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１）の数値データは、│ｆ１／ｆ２│＝│−６．７８６／６．６０２│＝１．０２８、（０．６＜１．０２８＜１．２）となる。
【００２２】
また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図２、図３、図４に示されるような結果となる。尚、図２ないし図４、並びに後述する図６ないし図８において、Ｈは入射高さ、Ｙ´は像高さ、ｄはｄ線による収差、ＦはＦ線による収差、ｃはｃ線による収差をそれぞれ示し、又、ＳＣは正弦条件の不満足量を示し、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
【表３】

【００２６】
【表４】

【００２７】
以上の実施例１においては、レンズ系全長（レンズ１の前面Ｓ１〜像面Ｓ）が２３．６９ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が２．４１ｍｍ（広角）〜２．１２ｍｍ（中間）〜３．１３ｍｍ（望遠）、Ｆナンバーが２．８０（広角）〜３．２５（中間）〜３．７８（望遠）、画角（２ω）が５２．５°（広角）〜３８．９°（中間）〜２６．２°（望遠）となり、小型、薄型で諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００２８】
図５は、本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す基本構成図である。
このズームレンズにおいては、レンズ１の物体側の面Ｓ１が凹面に形成され（レンズ１が両凹レンズに形成され）、開口絞り８，９が廃止されて、レンズ４の物体側の近傍に開口絞り９´が配置され、レンズ１〜レンズ６の仕様を変更した以外は、前述の実施形態と同様の構成をなすものである。
【００２９】
ここで、レンズ１、プリズム２、レンズ３、開口絞り９´、レンズ４〜レンズ６においては、図５に示すように、面をＳｉ（ｉ＝１〜１３）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１３）、レンズ１、プリズム２、レンズ３〜レンズ６のｄ線に対するの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
また、ガラスフィルタ７においては、面をＳｉ（ｉ＝１４，１５）、面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１４，１５）、ｄ線に対する屈折率をＮ７、アッベ数をν７で表す。さらに、レンズ１〜ガラスフィルタ７までのそれぞれの光軸方向における間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１４）、ガラスフィルタ７〜像面ＳまでのバックフォーカスをＢＦで表す。
【００３０】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。実施例２における主な仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に、非球面に関する数値データは表７に、広角端，中間位置，望遠端におけるそれぞれのレンズ全系の焦点距離ｆ（広角端ｆｗ、中間位置ｆｍ、望遠端ｆｔ）、軸上面間隔Ｄ４，Ｄ６，Ｄ１３に関する数値データは表８にそれぞれ示される。この実施例において、条件式（１）の数値データは、│ｆ１／ｆ２│＝│−７．２８０／９．８５４│＝０．７３、（０．６＜０．７３＜１．２）となる。また、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）、倍率色収差に関する収差線図は、図６、図７、図８に示されるような結果となる。
【００３１】
【表５】

【００３２】
【表６】

【００３３】
【表７】

【００３４】
【表８】

【００３５】
以上の実施例２においては、レンズ系全長（レンズ１の前面Ｓ１〜像面Ｓ）が２４．９１ｍｍ、バックフォーカス（空気換算）が３．４３ｍｍ（広角）〜３．４６ｍｍ（中間）〜５．４０ｍｍ（望遠）、Ｆナンバーが２．８３（広角）〜２．９５（中間）〜３．５３（望遠）、画角（２ω）が４７．７°（広角）〜３７．７°（中間）〜２６．２°（望遠）となり、小型、薄型で諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズが得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のズームレンズによれば、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が行え、携帯電話機、携帯情報端末機等に好適なズームレンズを得ることができる。特に、撮影時及び非撮影時においてレンズ系全長を２５ｍｍ以下の寸法にでき、小型、薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るズームレンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】実施例１に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図３】実施例１に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図４】実施例１に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図５】本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図６】実施例２に係るズームレンズにおいて、広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図７】実施例２に係るズームレンズにおいて、中間位置での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【図８】実施例２に係るズームレンズにおいて、望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差の各収差図を示す。
【符号の説明】
Ｉ第１レンズ群
ＩＩ第２レンズ群
ＩＩＩ第３レンズ群
１レンズ（第１レンズ群）
２プリズム（第１レンズ群）
３レンズ（第２レンズ群）
４レンズ（第３レンズ群）
５レンズ（第３レンズ群）
６レンズ（第３レンズ群）
７ガラスフィルタ
８，９，９´ 開口絞り
Ｄ１〜Ｄ１４光軸上の面間隔
Ｒ１〜Ｒ１５曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１５面
ＢＦバックフォーカス

Claims

物体側から像面側に向けて順に、
全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、前記第２レンズ群が像面側から物体側に移動しかつ前記第３レンズ群が像面側から物体側へ一旦移動した後再び像面側に移動して広角端から望遠端への変倍及び変倍に伴う像面変動の補正を行うズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する単一のレンズと、光路を変えると共に正の屈折力を有するプリズムと、からなる、ことを特徴とするズームレンズ。
前記第２レンズ群は、正の屈折力を有する単一のレンズ、からなり、
前記第２レンズ群の物体側には、一体的に移動するように開口絞りが配置されている、ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群は、物体側から順に配置された、正の屈折力を有するレンズ、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズ、により形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群の最も物体側に配置された正の屈折力を有するレンズは、物体側の面が非球面に形成されている、ことを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
（１）０．６＜│ｆ１／ｆ２│＜１．２、
を満足する、ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のズームレンズ。