JP2005037727A

JP2005037727A - ズームレンズおよび撮像装置

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Publication number: JP2005037727A
Application number: JP2003275122A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Iwazawa; 嘉人岩澤; Masashi Sueyoshi; 正史末吉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Also published as: EP1498758A1; KR20050009196A; US6992835B2; CN1576940A; CN1287186C; TWI240801B; SG142142A1; MY135871A; DE602004007202D1; TW200515004A; DE602004007202T2; US20050036209A1; EP1498758B1

Abstract

【課題】変倍比２倍から３倍程度のズームレンズの結像性能の向上、小型化および低価格化を達成すること。
【解決手段】本発明は、物体側より順に、負の第1レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっており、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２とを移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、第１レンズ群ＧＲ１の最も像側の面と第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離をD12、第２レンズ群ＧＲ２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距離をD2G、Wide端での光学全長をTLW、Wide端での焦点距離をfwとした場合、（１）0.02＜D12／fw＜0.13、（２）0.5＜D2G／fw＜0.95、（３）5＜TLW／fw＜8を全て満たすものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、変倍比３倍程度の小型で安価なズームレンズおよびそれを用いた撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が多く普及し手来ている。このようなデジタルスチルカメラの普及に伴ってより一層の高画質化が求められており、特に画素数の多いデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い固体撮像素子に対応した結像性能にすぐれた撮影用レンズ、特にズームレンズが求められている。

また、その上、小型化、低価格化への要求も強く、小型で安価で高性能なズームレンズが求められている。

ここで、画素数の多い固体撮像素子に対応した結像性能を持つズームレンズとしては、物体側より順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群からなる３群構成のズームレンズがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３５０７２６号公報

しかしながら、このようなズームレンズにおいては、焦点距離に比べて全長が長く、各レンズ群の小型化が充分でないので、レンズ沈胴時にも充分な小型化がなされていないという問題がある。つまり、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔の最適化がなされていないため、ズームレンズの全長の小型化が困難であるとともに、第２レンズ群のレンズ間に絞りを備えるため第２レンズ群が大きくなってしまい、沈胴時の小型化を図るうえでの妨げとなっている。また、コストの面で充分なコストダウンが図れないという問題もある。

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、物体側より順に、負の第1レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群からなっており、第１レンズ群と第２レンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、第１レンズ群の最も像側の面と第２レンズ群の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離をD12、第２レンズ群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距離をD2G、Wide端での光学全長をTLW、Wide端での焦点距離をfwとした場合、（１）0.02＜D12／fw＜0.13、（２）0.5＜D2G／fw＜0.95、（３）5＜TLW／fw＜8を全て満たすものである。

また、本発明は、上記のズームレンズにより形成された光学像を撮像素子によって電気的な信号に変換する撮像装置でもある。

このような本発明では、上記条件式（１）によって第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を規定し、条件式（２）によって第２レンズ群の全長を規定し、条件式（３）によってズームレンズの光学全長を規定しており、これによってズームレンズの小型化およびコストダウンを図ることができる。

本発明では、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる変倍比２倍から３倍程度のズームレンズの結像性能の向上、小型化および低価格化を達成することが可能となる。

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模式断面図である。すなわち、本実施形態に係るズームレンズは、物体側より順に、負の第1レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっており、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２とを移動させてズーミングを行うものであり、以下の条件式（１）、（２）、（３）を満たすよう構成されている。

（１）0.02＜D12／fw＜0.13
（２）0.5＜D2G／fw＜0.95
（３）5＜TLW／fw＜8

ただし、上記条件式におけるD12は第１レンズ群ＧＲ１の最も像側の面と第２レンズ群ＧＲ２の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、D2Gは第２レンズ群ＧＲ２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距離、TLWはWide端での光学全長、fwはWide端での焦点距離を示している。

また、このズームレンズは、少なくとも１枚以上のプラスチックレンズを使用することが好ましい。プラスチックレンズを用いることで、ズームレンズの軽量化を図ることができるとともに、収差補正のための非球面をガラスに比べて容易に実現できるためである。

また、本実施形態に係るズームレンズの第１レンズ群ＧＲ１は、負の屈折力を有する第１単レンズＧ１と、負の屈折力を有しプラスチックからなる第２単レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３単レンズＧ３の３枚で構成され、第２単レンズＧ２中に少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。

さらに、本実施形態に係るズームレンズは、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間に撮像素子ＩＭＧが信号を読み取る間に遮光を行う為の遮光部材（図示せず）を有しており、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。

（４）0.5＜D23／fw＜1.1

ただし、上記条件式（４）において、D23は第２レンズ群ＧＲ２の最も像側の面と第３レンズ群ＧＲ３の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、fwはWide端での焦点距離を示している。

ここで、遮光部材としては、撮像時の光量調整のために透過率可変型の素子を用いることが望ましい。

次に、上記各条件式について説明する。先ず、条件式（１）は、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔を規定する式である。光学全長を小さくするために第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔をできるだけ小さくすることが好ましいが、条件式（１）の下限を超えると物理的に第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との干渉が起きる。一方、条件式（１）の上限を超えると第２レンズ群ＧＲ２の主点を前に出すことが難しく光学全長を小さくすることが困難となる。

したがって、上記条件式（１）を満たすようにすることで、ズームレンズの光学全長を短くすることが可能となる。なお、上記条件式（１）における上限は0.13であるが、さらに好ましくは0.06である。これによって前玉レンズの小型化を実現できるようになる。

次に、条件式（２）は、第２レンズ群ＧＲ２の全長を規定する式である。レンズ沈胴時の大きさを小さくするためには、各群の厚みをできるだけ薄く構成することが望ましいが、条件式（２）の下限を超えると第２レンズ群ＧＲ２内で発生する球面収差および周辺コマ収差の補正が困難になるとともに偏芯誤差による性能劣化が大きくなり非常に高い組み込み精度が要求される。一方、条件式（２）の上限を超えると第２レンズ群ＧＲ２の厚みが厚くなり、沈胴時のコンパクト化が困難となる。したがって、条件式（２）を満たすようにすることで、収差補正、組み込み精度向上およびコンパクト化を実現できるようになる。

次に、条件式（３）は、光学全長を規定する式である。条件式（３）の下限を超えると各群で発生する球面収差および周辺コマ収差の補正が困難になるとともに偏芯誤差による性能劣化が大きくなり非常に高い組み込み精度が要求される。一方、条件式（３）の上限を超えると全長が大きくなり、沈胴時にコンパクトにすると鏡胴の段数が増え鏡胴径が大きくなる。また鏡胴の段数を少なくすると沈胴時にコンパクトにすることが困難となる。したがって、条件式（３）を満たすようにすることで、収差補正、組み込み精度向上およびコンパクト化を実現できるようになる。

次に、条件式（４）は、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間に撮像素子ＩＭＧが信号を読み取る間に遮光を行うための遮光部材を有するための間隔を規定する式である。条件式（４）の下限を超えると第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間に遮光部材を入れることが困難となる。一方、条件式（４）の上限を超えると全長が大きくなり、小型化の妨げとなる。したがって、条件式（４）を満たすようにすることで、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間に遮光部材を配置でき、しかもコンパクト化を図ることが可能となる。

実施例１に係るズームレンズは、図１に示す構成であり、物体側より順に、負の第１レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっている。そのうち、第１レンズ群ＧＲ１は、像側に強い曲率を有する負の第１単レンズＧ１と、両面非球面を有する負のプラスチックレンズから成る第２単レンズＧ２と、正レンズである第３単レンズＧ３とで構成される。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、両面非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ４と、正レンズと負レンズとの接合レンズＧ５／Ｇ６とで構成されている。さらに、第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ７で構成される。

図２は、実施例１に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図３は、実施例１に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図４は、実施例１に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）における球面収差では縦軸は開放F値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がd線、破線がｃ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。また、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）における非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。また、図２（ｃ）、図３（ｃ）、図４（ｃ）における歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

また、表１は、実施例１に係るズームレンズの諸元を示している。

この表１で、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、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はアッベ数を示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非球面の形状は次式（数１）で表される形状である。

実施例２に係るズームレンズは、図５に示す構成であり、物体側より順に、負の第１レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、像側に強い曲率を有する負の第１単レンズＧ１と、両面非球面を有する負のプラスチックレンズから成る第２単レンズＧ２と、正レンズから成る第３単レンズＧ３とで構成される。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、正レンズと負レンズの接合レンズＧ４／Ｇ５と、両面非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ６とで構成されている。さらに、第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ７で構成される。なお、第２レンズ群ＧＲ２の最も像側となる単レンズＧ６に両面非球面のプラスチックレンズを用いることで、非球面の作り込みの精度における余裕度を持たせることが可能となる。

図６は、実施例２に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図７は、実施例２に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図８は、実施例２に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。

図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）における球面収差では縦軸は開放F値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がd線、破線がｃ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。また、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）における非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。また、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）における歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

また、表２は、実施例２に係るズームレンズの諸元を示している。

この表２で、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、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はアッベ数を示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非球面の形状は上記数式（数１）で表される形状である。

実施例３に係るズームレンズは、図９に示す構成であり、物体側より順に、負の第１レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、像側に強い曲率を有する負レンズから成る第１単レンズＧ１と、両面非球面を有する負のプラスチックレンズから成る第２単レンズＧ２と、正レンズから成る第３単レンズＧ３とで構成される。

また、第２レンズ群ＧＲ２は、両面非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ４と、正レンズと負レンズの接合レンズＧ５／Ｇ６とで構成されている。さらに、第３レンズ群ＧＲ３は、物体側の面に非球面を有する正のプラスチックレンズから成る単レンズＧ７で構成される。

図１０は、実施例３に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図１１は、実施例３に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図１２は、実施例３に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。

図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）における球面収差では縦軸は開放F値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がd線、破線がｃ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。また、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）における非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。また、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）、図１２（ｃ）における歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

また、表３は、実施例３に係るズームレンズの諸元を示している。

この表３で、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、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はアッベ数を示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非球面の形状は上記数式（数１）で表される形状である。

実施例４に係るズームレンズは、図１３に示す構成であり、物体側より順に、負の第１レンズ群ＧＲ１、正の第２レンズ群ｇｒ２、正の第３レンズ群ＧＲ３からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、像側に強い曲率を有する負レンズから成る第１単レンズＧ１と、像側の面に非球面を有する負のプラスチックレンズから成る第２単レンズＧ２と、正レンズから成る第３単レンズＧ３とで構成される。

図１４は、実施例４に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図１５は、実施例４に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。また、図１６は、実施例４に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図で、（ａ）が球面収差、（ｂ）が非点収差、（ｃ）が歪曲収差である。

図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）における球面収差では縦軸は開放F値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がd線、破線がｃ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。また、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）における非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。また、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）、図１６（ｃ）における歪曲収差は縦軸が像高、横軸は％で表わす。

また、表４は、実施例４に係るズームレンズの諸元を示している。

この表４で、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、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はアッベ数を示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非球面の形状は上記数式（数１）で表される形状である。

また、表５は、上記示した実施例１〜４に対応したズームレンズの条件式（１）〜（４）の各条件を求めるための各数値を示すものである。

表５に示すように、実施例１〜４では、全て条件式（１）〜（４）を満たしており、また、各収差図に示すように、短焦点距離端（広角端）、広角端と長焦点距離端（望遠端）との中間焦点距離および望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。

なお、上記実施例においてズームレンズの構成中にプラスチックレンズとしては用いたレンズはガラスレンズによって構成することも可能であり、製造工程の行いやすさ、光学特性、重量、コスト等によって適宜材料を選択することができる。

また、上記説明した実施例は一例であるため、各実施例で示した数値やレンズ構成はこれに限定されるものではない。

上記説明した本発明のズームレンズとしては、このズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を備えるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置へ適用することが可能である。

実施例１に係るズームレンズの構成を説明する模式断面図である。実施例１に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図である。実施例１に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図である。実施例１に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図である。実施例２に係るズームレンズの構成を説明する模式断面図である。実施例２に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図である。実施例２に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図である。実施例２に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図である。実施例３に係るズームレンズの構成を説明する模式断面図である。実施例３に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図である。実施例３に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図である。実施例３に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図である。実施例４に係るズームレンズの構成を説明する模式断面図である。実施例４に係るズームレンズの短焦点距離端での諸収差図である。実施例４に係るズームレンズの中間焦点距離での諸収差図である。実施例４に係るズームレンズの長焦点距離端での諸収差図である。

符号の説明

ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｇ１…第１単レンズ、Ｇ２…第２単レンズ、Ｇ３…第３単レンズ

Claims

物体側より順に、負の第1レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群からなっており、第１レンズ群と第２レンズ群とを移動させてズーミングを行うズームレンズにおいて、次の条件式（１）、（２）、（３）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
（１）0.02＜D12／fw＜0.13
（２）0.5＜D2G／fw＜0.95
（３）5＜TLW／fw＜8
ただし、
D12：第１レンズ群の最も像側の面と第２レンズ群の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、
D2G：第２レンズ群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距離、
TLW：Wide端での光学全長、
fw：Wide端での焦点距離、
とする。
前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群を構成するレンズのうちを少なくとも１枚をプラスチックレンズとする
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
前記第1レンズ群が、負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有しプラスチックからなる第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとの３枚で構成され、
前記第２レンズに少なくとも１面の非球面を有する
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
撮像素子が信号を読み取る間に遮光を行うための遮光部材を前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に有し、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
（４）0.5＜D23／fw＜1.1
ただし、
D23：第２レンズ群の最も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、
fw：Wide端での焦点距離、
とする。
複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、前記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備える撮像装置であって、
前記ズームレンズが、物体側より順に、負の第1レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群からなり、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とを移動させてズーミングを行うものにおいて、次の条件式（１）、（２）、（３）を満たすことを特徴とする撮像装置。
（１）0.02＜D12／fw＜0.13
（２）0.5＜D2G／fw＜0.95
（３）5＜TLW／fw＜8
ただし、
D12：第１レンズ群の最も像側の面と第2レンズ群の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、
D2G：第２レンズ群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距離、
TLW：Wide端での光学全長、
fw：Wide端での焦点距離、
とする。
前記ズームレンズを構成するレンズのうちを少なくとも１枚をプラスチックレンズとする
ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
前記ズームレンズを構成する前記第１レンズ群が、負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有しプラスチックからなる第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとの３枚で構成され、
前記第２レンズに少なくとも１面の非球面を有する
ことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
前記撮像素子が信号を読み取る間に遮光を行うための遮光部材を前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に有し、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
（４）0.5＜D23／fw＜1.1
ただし、
D23：第２レンズ群の最も像側の面と第３レンズ群の最も物体側の面とが最も小さくなる光軸上の距離、
fw：Wide端での焦点距離、
とする。