JP2004325975A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンパクトで高い光学性能を有するズームレンズおよび撮像装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第1レンズ群G1と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第2レンズ群G2と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第3レンズ群G3とを備えるズームレンズおよびそれを用いた撮像装置において、第2レンズ群G2として、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズL4と、3枚接合レンズL5/L6/L7とを備えるものである。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズおよび撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な、Fナンバーが2.8程度の明るさと、3倍程度のズーム比を有し、特に縮退時の全長が短いズームレンズおよび撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラやデジタルカメラは急速に普及しており、その中でより一層の高画質化とコンパクト化が求められている。従来技術として物体側から順に負正正のズーム構成を持ち、第1レンズ群が凹凸2枚のレンズからなる少ないレンズ枚数のズームレンズが特許文献1、特許文献2に開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−296475号公報
【特許文献2】
特開2002−372667号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術を利用して500万画素クラスのズームレンズを得ようとしてもレンズ系の縮小が難しい上に、撮像素子の画素サイズの縮小に伴う高解像力の要求に応えることが難しい。さらに、コンパクト化と高解像力化を求めると、おのずと第2レンズ群のレンズ同士の偏芯による結像性能への影響が著しく大きくなり、信頼性向上を図ることが困難となる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第1レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第2レンズ群と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第3レンズ群とを備えるズームレンズにおいて、第2レンズ群として、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズ、3枚接合レンズを備えるものである。また、上記ズームレンズにおいて、第1レンズ群が像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備えるものでもある。また、第3レンズ群が1枚の正レンズから成り、少なくとも1面以上の非球面を持つものでもある。また、上記ズームレンズを備える撮像装置でもある。
【0006】
このような本発明では、物体側から順に負正正の屈折力となる第1〜第3レンズ群を備えるズームレンズにおいて、第2レンズ群を物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズ、3枚接合レンズという構成にすることで、非球面から成る1枚の正レンズによって収差の補正を効果的に行うことができ、また3枚接合レンズによって、従来ダブレットと単レンズとで構成していたものに比べ、3枚のレンズの位置合わせ精度を向上でき、コンパクト化に伴う偏芯感度の増大を抑制し、組み立て性が容易な光学系とすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本実施形態に係るズームレンズを説明する図である。このズームレンズは、主としてデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用されるものである。先ず、本実施形態に係るズームレンズの概要を説明する。
【0008】
本実施形態のズームレンズは、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第1レンズ群G1と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第2レンズ群G2と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第3レンズ群G3とを備えている。
【0009】
このようなズームレンズにおいて、本実施形態では、第2レンズ群G2として、物体側から絞りS、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズL4、3枚接合レンズL5/L6/L7を備える構成となっている。
【0010】
また、第1レンズ群G1としては、像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズL1/L2と正レンズL3とを備える構成となっている。さらに、第3レンズ群G3としては、1枚の正レンズL8から成り、少なくとも1面以上の非球面を持つ構成となっている。しかも、第3レンズ群G3の正レンズL8が以下の条件式を満たすことで、より望ましいズームレンズを得ることができる。
【0011】
n>1.5および45<ν<70…▲1▼
n:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のd線に対する屈折率
ν:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
【0012】
次に、本実施形態に係るズームレンズの詳細について説明する。このズームレンズにおいて変倍を行う際には、図中矢印線に示すように各レンズ群が移動することになるが、変倍比の多くは主に正の屈折力を持つ第2レンズ群G2が分担している。そして負の第1レンズ群G1は広角端Wから望遠端Tにかけて光軸上を前後に移動し、正の第3レンズ群G3は撮像面IMGに対して光軸上を前後に移勒することで、変倍時に起こる焦点の移動を補正している。
【0013】
本実施形態に係るズームレンズの第1レンズ群G1は、特に広角端Wでの軸外主光線の屈折量が大きいため、非点収差や歪曲収差の発生が大きい。そこで本実施形態では、レンズ系の小型化を図るため凹レンズ先行の凹凸構成とし、負レンズの像面側に樹脂層の非球面、いわゆるハイブリッド非球面を設けている。
【0014】
この部分にハイブリッド非球面を設けることは、通常のガラスモールド非球面レンズを用いた場合に比べてコストメリットを得ながら、硝材選択の幅を広げられ、非点収差や歪曲収差等を良好に補正することができるようになる。その結果、第1レンズ群G2をレンズ2枚という簡素な構成とすることができ、レンズ全体のコンパクト化を図ることが可能となる。
【0015】
さらに、複合型非球面レンズを紫外線硬化による方法で作る場合、第1レンズ群G1に用いられる硝材は紫外線の透過率が高いものが望ましい。その透過率特性は、例えば透過率5%となる波長(λ5%)が350nm以下であることが望ましい。
【0016】
λ5%<350nm…▲2▼
【0017】
また、第2レンズ群G2で最も物体側に位置する正レンズL4(凸レンズ)には、少なくとも物体側に非球面を設けることが望ましい。負群先行のズームレンズの場合、第1レンズ群G1からの光束が発散光束となるため、第2レンズ群G2で最も物体側に位置する絞りSの近傍に置かれた正レンズL4に最も太い光束が通る。したがって、ここに非球面を用いることにより球面収差の補正を効果的に行うことが可能となる。また、この正レンズL4は絞りSに対して凸面を持つことが望ましい。もしも凹面とすると、さらに光束が発散し、第2レンズ群G2の径を増大させることになるからである。
【0018】
また、絞りSの位置を第2レンズ群G2中最も物体側に置く理由は、軸外主光線の撮像素子への入射角度を浅くしたいため、撮像面IMGに対して遠くに配置したいからであり、また、第2レンズ群G2中のレンズ間に絞りを配置するのに比べ、絞りSより物体側のスペースをレンズ群の間隔と共有することができるのでコンパクト化を図ることができるからである。また、広角端Wでの入射瞳位置を物体側に近づけ第1レンズ群G1のレンズ外径の増大を抑える効果もある。
【0019】
第2レンズ群G2中、先行する正レンズL4(凸レンズ)の後方に3枚のレンズ(3枚接合レンズL5/L6/L7)を配置している。負群先行のズームレンズの場合、軸外光束は第1レンズ群G1では光軸上より高い位置を通過し、第2レンズ群G2に入り絞りS近傍で低くなる。そして第2レンズ群G2から第3レンズ群G3にかけて再び高くなるので、レンズを3枚用いて諸収差を補正している。
【0020】
軸上光線は特に第2レンズ群G2中の非球面を持つ凸レンズにより収差補正を分担させ、軸外光線は、第1レンズ群G1中の複合非球面と第2レンズ群G2中3枚レンズにて収差補正を分担させている。しかしながら、補正に3枚のレンズを使うと、光学系をコンパクトにしようとしたとき第2レンズ群G2に強いパワーを分担しなくてはならず、自ずと構成レンズの偏芯感度が増大する。そのため、本実施形態ではレンズの機械的な組み立て誤差を吸収するために、3枚のレンズを接合した3枚接合レンズL5/L6/L7を用いることで対策している。
【0021】
第2レンズ群G2の分担する変倍の割合は以下の条件を満足することが望ましい。
【0022】
2.0<(β2t・β3w)/(β2w・β3t)<2.6…▲3▼
β2w:第2レンズ群の広角端での倍率
β3w:第3レンズ群の広角瑞での倍率
β2t:第2レンズ群の望遠端での倍率
β3t:第3レンズ群の望遠端での倍率
【0023】
条件式▲3▼は第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との変倍比の分担量を規定するもので、もしも条件式▲3▼の下限を超えると、相対的に第3レンズ群G3に変倍比の負担が多くなり、特に変倍時の収差変動を、第3レンズ群G3を僅か1枚の凸レンズで構成させることが難しくなる。また、フォーカシングを第3レンズ群G3で行う場合、繰り出しによる倍率色収差の変化が許容できなくなり望ましくない。
【0024】
一方、条件式▲3▼の上限を超えて第2レンズ群G2の変倍比の負担が多くなると、変倍に必要な移動iが大きくなり、コンパクト化が損なわれてしまう。条件式▲3▼にある通り第3レンズ群G3に変倍時の倍率を適度に割り振ることで、第1、第2レンズ群各々の屈折力の最適化を図ることができ、収差補正を容易に行うことが可能となる。
【0025】
本実施形態に係るズームレンズ中、第3レンズ群G3は1枚の正レンズL8(凸レンズ)で構成し、変倍中光軸上を前後に移動することで変倍により生じる像面のずれを補正している。1枚のレンズとすることにより、沈胴ズームレンズに要求される縮退時の光軸上の長さを短くできること、フォーカシング機構の簡素化が図れるという効果を持つ。
【0026】
しかし、この第3レンズ群G3を1枚で構成させると、フォーカシング時に発生する倍率の色収差やオーバ側に発生する像面湾曲の補正が難しくなる。これを適度な範囲に収めなくてはならないと言う新たな課題が出てくる。そこで本実施形態では、第3レンズ群G3中の正レンズL8が上記条件式▲1▼を満足するように構成させている。
【0027】
なお、上記条件式▲1▼を外れてアッべ数が小さくなると、特に望遠端でフォーカシング時のレンズの繰り出しによる倍率色収差を許容値内に収めることが難しくなる。逆にこの範囲をはずれ大きくなると色収差に関しては望ましいが、市販品の中から選択できる硝種の屈折率が小さいものになるため、第3レンズ群中のレンズの曲率半径が小さくなり特に望遠端の像面湾曲が著しくアンダ側に倒れ、他のレンズ群で補正することが難しくなる。また、下記の条件式▲4▼を満足することが望ましい。
【0028】
2.2<f3/fw<3.0…▲4▼
f3:第3レンズ群の焦点距離
fw:広角端の焦点距離
【0029】
なお、上記条件式▲4▼の上限を超えて第3レンズ群G3の焦点距離が長くなると、第3レンズ群G3でフォーカシングする場合、フォーカシングに必要な移動量が増大し、収差の近距離変化が大きくなり望ましくない。逆に下限を超えて焦点距離が短くなると、特に第1レンズ群の大型化を招き、光学系全体のコンパクトさを損なうので望ましくない。
【0030】
次に、本実施形態に係るズームレンズの数値例として第1実施例および第2実施例を示す。各実施例とも、非球面は、座標として光軸方向にX軸を取り、光軸と垂直方向の高さをH、円錐定数をK、曲率半径をR、4次、6次、8次および10次の非球面係数をそれぞれA、B、CおよびDとすると、数式(1)で表されるものとする。
【0031】
【数1】
Figure 2004325975
【0032】
図2は第1実施例に係るズームレンズの構成図、図3は第1実施例に係るズームレンズの広角端での収差図、図4は第1実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図、図5は第1実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図、図6は第1実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【0033】
図3〜図5におけるFNoはFナンバー、ωは半画角である。また、球面収差を表す図の縦軸は開放F値、横軸はフォーカス、d線は波長587.6nm、g線は波長435.8nmである。また、非点収差を表す図の立て軸は像高、横軸はフォーカス、ΔSはサジタル、ΔMはメリジオナルの像面を表している。また、歪曲収差を表す図の縦軸は像高、横軸は%となっている。
【0034】
また、図6における面No.は図2に示すレンズ面の物体側からの番号、Rは曲率半径、Dはレンズ面間隔、Ndはd線に対する屈折率、νdはアッベ数を表す。また、非球面を表すパラメータのK,A,B,C,Dは数式(1)の各パラメータに対応する。また、レンズ群間隔A1,B2,C3は、A1が第1レンズ群と第2レンズ群との間隔(レンズ面S5と絞りSとの間隔)、B2が第2レンズ群と第3レンズ群との間隔(レンズ面S12とレンズ面S13との間隔)、C3が第3レンズ群とフィルタFLとの間隔(レンズ面S14とフィルタ面S15との間隔)を示している。
【0035】
図7は第2実施例に係るズームレンズの構成図、図8は第2実施例に係るズームレンズの広角端での収差図、図9は第2実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図、図10は第2実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図、図11は第2実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。図7〜図11における各符号の意味は第1実施例と同様である。
【0036】
また、図12は、各実施例での上記条件式▲1▼〜▲4▼に対応した数値例を示す図である。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、ズームレンズの小型化を図ることができるとともに、レンズの偏芯に対して結像性能への影響を抑制した高い光学性能を実現することが可能となる。これにより、撮像装置の小型化および高画質化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係るズームレンズを説明する図である。
【図2】第1実施例に係るズームレンズの構成図である。
【図3】第1実施例に係るズームレンズの広角端での収差図である。
【図4】第1実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図である。
【図5】第1実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図である。
【図6】第1実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【図7】第2実施例に係るズームレンズの構成図である。
【図8】第2実施例に係るズームレンズの広角端での収差図である。
【図9】第2実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差図である。
【図10】第2実施例に係るズームレンズの望遠端での収差図である。
【図11】第2実施例に係るズームレンズの緒元を示す図である。
【図12】各実施例での上記条件式▲1▼〜▲4▼に対応した数値例を示す図である。
【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、L5/L6/L7…3枚接合レンズ

Claims (8)

  1. 物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第1レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第2レンズ群と、変倍中光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第3レンズ群とを備えるズームレンズにおいて、
    前記第2レンズ群は、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズ、3枚接合レンズを備える
    ことを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第1レンズ群は像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備える
    ことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
  3. 前記第3レンズ群は1枚の正レンズから成り、少なくとも1面以上の非球面を持つ
    ことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
  4. 前記第3レンズ群中の正レンズが、
    n>1.5および45<ν<70
    n:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のd線に対する屈折率
    ν:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
    を満足することを特徴とする請求項3記載のズームレンズ。
  5. ズームレンズを備える撮像装置において、
    前記ズームレンズは、物体側から順に、変倍中光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第1レンズ群と、変倍中光軸上を広角端から望遠端にかけて物体側に移動する正の屈折力を持つ第2レンズ群、変倍時光軸上を前後に移動し、正の屈折力を持つ第3レンズ群とを備えており、
    前記第2レンズ群は、物体側から絞り、少なくとも物体側の面が非球面から成る1枚の正レンズ、3枚接合レンズを備える
    ことを特徴とする撮像装置。
  6. 前記第1レンズ群は像面側に複合非球面を持つ負のメニスカスレンズと正レンズとを備える
    ことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
  7. 前記第3レンズ群は1枚の正レンズから成り、少なくとも1面に非球面を持つ
    ことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。
  8. 前記第3レンズ群中の正レンズが、
    n>1.5および45<ν<70
    n:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のd線に対する屈折率
    ν:第3レンズ群に用いられる正レンズの硝材のアッベ数
    を満足することを特徴とする請求項7記載の撮像装置。
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