JP2005308905A - 変倍光学系 - Google Patents

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【課題】 物体側から順に、負の第1レンズ群と、正の第2レンズ群とからなり、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔を変化させて変倍する変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を得る。
【解決手段】 第1レンズ群が負単レンズからなり、第2レンズ群が2枚の単レンズからなり、次の条件式(1)及び(2)を満足する変倍光学系。
(1)1.2<|f1/fw|<1.5
(2)0.2<d2/fw<0.6
但し、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
fw:短焦点距離端での全系の焦点距離、
d2:第2レンズ群の物体側の単レンズの像側の面から像側の単レンズの物体側の面までの光軸上の距離。
【選択図】 図1

Description

本発明は、主に電子スチルカメラ(デジタルカメラ)に用いられる、広角域を含み、変倍比(ズーム比)2倍程度を有する変倍光学系に関する。
近年、デジタルカメラは、単体としてのカメラのみならず、情報携帯端末(PDA)、携帯電話等に搭載されつつある。これらのデジタルカメラに用いられる撮像光学系は非常に小型なものが要求されるため、撮像素子(CCDやCMOS等の撮像モジュール)は比較的有効撮像エリアの小さいものが使われることが多く、撮影光学系のレンズ枚数も少ないものが多い。
小さい撮像素子に対応したレンズ枚数の少ない小型ズームレンズとしては、負レンズ先行型いわゆるネガティブリード型のレンズ系が良く用いられる。これらのレンズ系では短焦点距離端の広角化と像側テレセントリック性を保ちやすいという特徴がある。例えば、特開2002-82284号公報では、物体側から負正の2群ズームで、第1レンズ群を負レンズとし、第2レンズ群を2枚の正単レンズから構成している。
しかし、特開2002-82284号公報では、第2レンズ群を構成する2枚の正単レンズの間隔が狭いため、絞りを第2レンズ群より像側に配置せざるを得ず、負の第1レンズ群のパワーを大きくしたとき、収差補正が困難になり、撮像素子がより高画素化されたとき、ピクセルの微小化に応じた光学性能が達成できないという問題があった。
特開2002-82284号公報
本発明は、以上の問題意識に基づき、物体側から順に負正の2群変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を提供することを目的とする。
本発明は、負の第1レンズ群を単レンズから構成してそのパワーを高め、パワーを高めた結果発生する収差を第2レンズ群の2枚の単レンズの間隔を大きくすることで、小型で高性能な変倍光学系を得るという着眼に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明は、物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群と、正のパワーの第2レンズ群とからなり、上記第1レンズ群と第2レンズ群の間隔を変化させて変倍する変倍光学系において、第1レンズ群が負単レンズからなり、第2レンズ群が2枚の単レンズからなり、次の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴としている。
(1)1.2<|f1/fw|<1.5
(2)0.2<d2/fw<0.6
但し、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
fw:短焦点距離端での全系の焦点距離、
d2:第2レンズ群の物体側の単レンズの像側の面から像側の単レンズの物体側の面までの光軸上の距離、
である。
第1レンズ群の負単レンズは、像面側に強い曲率を持つ負単レンズから構成することが望ましく、第2レンズ群の2枚の単レンズはともに正レンズから構成するのが望ましい。
本発明の変倍光学系は、次の条件式(3)を満足することが望ましい。
(3)0.8<f21/f2<3.0
但し、
f21:第2レンズ群物体側レンズの焦点距離、
f2:第2レンズ群の焦点距離、
である。
本発明の変倍光学系は、次の条件式(4)を満足することが望ましい。
(4)0.9<f2/fw<1.3
また、次の条件式(5)及び(6)を満足することが望ましい。
(5)0.2<t1/fw<0.45
(6)0.4<t2/fw<0.8
但し、
t1:第1レンズ群の負単レンズの光軸上の厚さ、
t2:第2レンズ群の物体側の単レンズの光軸上の厚さ、
である。
本発明の変倍光学系は、短焦点距離端と長焦点距離端における第1レンズ群の位置を同一とすると、第1レンズ群を固定し、第2レンズ群のみを移動させることにより容易に二焦点レンズとして使用することができる。
第2レンズ群の2枚の単レンズの間には、絞りを配置するのが好ましい。
本発明によれば、物体側から順に負、正の変倍光学系において、小型で高性能な変倍光学系を得ることができる。
本実施形態の変倍光学系は、図13の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の第1レンズ群10と正の第2レンズ群20とからなっている。短焦点距離端(W)から長焦点距離端(T)へのズーミングに際し、第1レンズ群10は一旦像側に移動した後物体側に移動するUターン軌跡を描き、第2レンズ群20は物体側に移動する。その結果、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔は減少し、第2レンズ群20と撮像面Iの距離は増大する。デジタルカメラでは撮像面Iの直前にフィルタ類が位置する。
第1レンズ群10は、比較的パワーの強い負の単レンズから構成し、第2レンズ群は間隔の離れた2枚の単レンズから構成する。第1数値実施例(図1、図3)、第2数値実施例(図5、図7)及び第3数値実施例(図9、図11)の各実施例では、第1レンズ群10は、小型化のために像側に強い曲率を持つメニスカス単レンズからなっており、第2レンズ群20は、2枚の正単レンズからなっている。絞りSは、第2レンズ群の2枚の正単レンズの間に位置している。
第1レンズ群10の短焦点距離端における位置と長焦点距離端における位置とを同一にする(像面Iからの距離を同一にする)と、第2レンズ群20だけを両移動端に移動させて長短の2焦点距離を得る(2焦点レンズとして用いる)ことができる。
条件式(1)は、第1レンズ群を構成する負単レンズが負担するパワーを規定している。条件式(1)の上限を超えると、第1レンズ群の負のパワーが小さ過ぎて第1レンズ群の移動量と有効径が大きくなり、小型化を達成できない。下限を超えると、第1レンズ群の負のパワーが強くなり過ぎ、第1レンズ群で発生する正のディストーションを第2レンズ群で補正しきれなくなる。
条件式(2)は、第1レンズの負のパワーを条件式(1)で規定するように大きくした結果発生する諸収差を良好に補正するための第2レンズ群中の2枚の単レンズの間隔を規定している。
条件式(2)の上限を超えると、第2群のパワーが弱くなり、第1群で発生した球面収差を補正しきれなくなる。さらには全長が長くなり、小型化が達成できない。
条件式(2)の下限を超えると、第2群のパワーが強くなり、負のディストーションが大きくなる。
そして、絞りSを第2レンズ群の2枚の正レンズの間に配置すると、第2群内での収差のバランスを保ちやすく、全体として収差が少なくなるという利点がある。
条件式(3)は、第2レンズ群の物体側レンズの焦点距離を規定している。
条件式(3)の上限を超えると、第2レンズ群物体側レンズの正のパワーが弱くなり、球面収差を補正しきれなくなる。
条件式(3)の下限を超えると、第2レンズ群物体側レンズの正のパワーが強くなり、倍率色収差が大きく発生してしまう。
条件式(4)は、第2レンズ群の焦点距離を規定している。
条件式(4)の上限を超えると、第2レンズ群の正のパワーが弱くなり、ズーム比を大きくするための移動量が大きくなるため小型化が達成できない。また正のディストーションおよび正の球面収差が補正しきれなくなる。条件式(4)の下限を超えると、第2レンズ群の正のパワーが強くなり、負のディストーションが補正しきれなくなる。
条件式(5)は、第1レンズ群を構成する負単レンズの光軸上の厚さを規定している。
条件式(5)の上限を超えると、球面収差が大きく発生してしまう。また、負単レンズが厚くなり過ぎてコンパクト化が達成できない。条件式(5)の下限を超えると、発生した軸上色収差及び正のディストーションを補正しきれなくなる。また、同レンズが薄くなり過ぎて、製造が困難になる。
条件式(6)は、第2レンズ群の物体側の単レンズの光軸上の厚さを規定している。
条件式(6)の上限を超えると、正の球面収差及び軸上色収差が大きく発生してしまう。また、正単レンズが厚くなり過ぎてコンパクト化が達成できない。条件式(6)の下限を超えると、発生した正のディストーションを補正しきれなくなる。また、同レンズが薄くなり過ぎて、製造が困難になる。
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差(軸上色収差)図及び倍率色収差図中のd線、g線、c線はそれぞれの波長に対する収差であり、Sはサジタル、Mはメリディオナルである。
また、表中のFNO.はFナンバー、fは全系の焦点距離、Wは半画角(゜)、fBはバックフォーカス(第2レンズ群の最も像側の面から撮像素子(CCD)の撮像面までの空気換算距離)、rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、Nd はd線の屈折率、νはアッベ数を示す。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
(但し、cは曲率(1/r)、yは光軸からの高さ、Kは円錐係数、A4、A6、A8、・・・・・は各次数の非球面係数)
[実施例1]
図1ないし図4は本発明の変倍光学系の第1実施例を示すもので、図1と図3はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図2と図4はそれぞれ図1と図3のレンズ構成での諸収差図である。表1はその数値データである。負の第1レンズ群10(面NO.1、2)は、像側の面が凹面の負メニスカス単レンズからなり、正の第2レンズ群20(面NO.3〜6)は、物体側から順に両凸正レンズと像側に凸のメニスカス負レンズからなっている。CG(面NO.7、8)はカバーガラス(CCDの前方に位置するフィルタ類)である。絞りSは第5面の前方(物体側)0.26mmの位置にある。
(表1)
FNO. = 1:2.8 - 3.6 - 4.5
f = 2.95 - 4.30 - 5.70
W = 37.6 - 29.3 - 23.1
fB = 2.06 - 3.10 - 4.19
面NO. r d Nd ν
1* -119.539 0.90 1.51742 52.4
2* 2.174 3.04 - 1.64 - 0.89
3* 1.702 1.59 1.49176 57.4
4* -7.748 1.47
5* -8.686 1.37 1.58636 60.9
6* -8.150 1.15 - 2.20 - 3.28
7 ∞ 1.38 1.51633 64.1
8 ∞ -
*は回転対称非球面。
非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。);
面NO. K A4 A6 A8
1 0.00 0.16648×10-2 -0.18731×10-4 0.10702×10-4
2 0.00 -0.96820×10-2 -0.16157×10-2 -
3 0.00 -0.23912×10-1 -0.37527×10-2 -0.28677×10-2
4 0.00 -0.17359×10-2 -0.13434×10-2 -
5 0.00 -0.44620×10-1 -0.93319×10-2 0.16400×10-1
6 0.00 -0.11772×10-1 0.19365×10-2 -
[実施例2]
図5ないし図8は本発明の変倍光学系の第2実施例を示すもので、図5と図7はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図6と図8はそれぞれ図5と図7のレンズ構成での諸収差図である。表2はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。絞りSは第5面の前方(物体側)0.15mmの位置にある。
(表2)
FNO. = 1:2.8 - 3.5 - 4.2
f = 2.95 - 4.30 - 5.70
W = 43.3 - 31.3 - 23.9
fB = 3.32 - 4.52 - 5.75
面NO. r d Nd νd
1* -20.309 0.75 1.49512 86.7
2* 2.286 3.40 - 1.81 - 0.96
3* 1.682 1.32 1.49796 85.0
4* 9.895 1.20
5* -33.360 1.43 1.58050 68.5
6* -4.669 2.41 - 3.61 - 4.84
7 ∞ 1.38 1.51680 64.2
8 ∞ -
*は回転対称非球面。

非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。);
面NO. K A4 A6 A8
1 0.00 - - -
2 0.00 -0.68576×10-2 -0.35145×10-2 -
3 0.00 -0.59414×10-2 -0.15929×10-1 0.51923×10-2
4 0.00 -0.79894×10-2 0.18006×10-1 -
5 0.00 -0.81361×10-1 0.10465 -0.67648×10-1
6 0.00 -0.67582×10-2 -0.14612×10-2 -
[実施例3]
図9ないし図12は本発明の変倍光学系の第3実施例を示すもので、図9と図11はそれぞれ短焦点距離端と長焦点距離端におけるレンズ構成図、図10と図12はそれぞれ図9と図11のレンズ構成での諸収差図である。表3はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例1と同様である。絞りSは第5面の前方(物体側)0.35mmの位置にある。
(表3)
FNO. = 1:2.8 - 3.5 - 4.3
f = 2.95 - 4.30 - 5.70
W = 37.0 - 28.9 - 22.2
fB = 2.09 - 3.03 - 4.01
面NO. r d Nd νd
1* 15.119 1.03 1.58547 29.9
2* 2.017 2.72 - 1.47 - 0.80
3* 1.630 2.05 1.66998 39.3
4* 2.774 0.67
5* 2.485 1.23 1.49176 57.4
6* 17.517 1.18 - 2.12 - 3.10
7 ∞ 1.38 1.51680 64.2
8 ∞ -
*は回転対称非球面。
非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である。);
面NO. K A4 A6 A8
1 0.00 -0.21629×10-2 0.46018×10-4 0.34853×10-4
2 0.00 -0.14671×10-1 -0.57240×10-2 -
3 0.00 -0.95786×10-2 -0.17914×10-1 0.12602×10-2
4 0.00 -0.25475×10-1 -0.26379×10-1 -
5 0.00 -0.14151 0.25136×10-1 -
6 0.00 -0.98341×10-2 -0.22443×10-1 -
各実施例の各条件式に対する値を表4に示す。
(表4)
実施例1 実施例2 実施例3
条件式(1) 1.397 1.380 1.376
条件式(2) 0.497 0.403 0.224
条件式(3) 0.943 1.068 1.204
条件式(4) 1.081 1.217 0.959
条件式(5) 0.305 0.252 0.346
条件式(6) 0.540 0.444 0.689
各実施例は各条件式を満足しており、諸収差も比較的よく補正されている。
本発明による変倍光学系の実施例1の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図1のレンズ構成の諸収差図である。 同実施例1の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図3のレンズ構成の諸収差図である。 本発明による変倍光学系の実施例2の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図5のレンズ構成の諸収差図である。 同実施例2の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図7のレンズ構成の諸収差図である。 本発明による変倍光学系の実施例3の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図9のレンズ構成の諸収差図である。 同実施例3の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。 図11のレンズ構成の諸収差図である。 本発明による変倍光学系の簡易移動図である。

Claims (7)

  1. 物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群と、正のパワーの第2レンズ群とからなり、上記第1レンズ群と第2レンズ群の間隔を変化させて変倍する変倍光学系において、
    第1レンズ群が負単レンズからなり、第2レンズ群が2枚の単レンズからなり、
    次の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする変倍光学系。
    (1)1.2<|f1/fw|<1.5
    (2)0.2<d2/fw<0.6
    但し、
    f1:第1レンズ群の焦点距離、
    fw:短焦点距離端での全系の焦点距離、
    d2:第2レンズ群の物体側の単レンズの像側の面から像側の単レンズの物体側の面までの光軸上の距離。
  2. 請求項1記載の変倍光学系において、第1レンズ群の負単レンズは物体側より像側に強い曲率を持つ負単レンズからなり、第2レンズ群の2枚の単レンズはともに正レンズである変倍光学系。
  3. 請求項1または2記載の変倍光学系において、次の条件式(3)を満足する変倍光学系。
    (3)0.8<f21/f2<3.0
    但し、
    f21:第2レンズ群物体側レンズの焦点距離
    f2:第2レンズ群の焦点距離。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項記載の変倍光学系において、次の条件式(4)を満足する変倍光学系。
    (4)0.9<f2/fw<1.3
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項記載の変倍光学系において、次の条件式(5)及び(6)を満足する変倍光学系。
    (5)0.2<t1/fw<0.45
    (6)0.4<t2/fw<0.8
    但し、
    t1:第1レンズ群の負単レンズの光軸上の厚さ、
    t2:第2レンズ群の物体側の単レンズの光軸上の厚さ。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項記載の変倍光学系において、短焦点距離端と長焦点距離端における第1レンズ群の位置が同一である変倍光学系。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項記載の変倍光学系において、第2レンズ群の2枚の単レンズの間に絞りが配置されている変倍光学系。


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