JP2006064839A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
高い結像性能を有しながらも、十分な変倍比を確保できる小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供する。
【解決手段】
f1/fwが条件式(1)の下限を上回ることで、第1レンズ群G1の屈折力が強くなり過ぎず、第1レンズ群G1で発生する収差の発生を抑えることができる。また、f1/fwが条件式(1)の上限を下回ることで、第1レンズ群G1の屈折力が強くなり、それにより変倍群である第2レンズ群G2の移動量を少なくでき、従ってズームレンズの全長を短くすることができる。
2.0<f1/fw<4.5 (1)
f1:第1レンズ群の焦点距離
fw:ズームレンズの広角端での焦点距離
【選択図】 図1

Description

本発明は、CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子に対して光学像を結像させるためのズームレンズ及びそれを用いた撮像装置に関する。
近年、CCD(Charge Coupled Devices)型イメージセンサあるいはCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を備えた小型撮像ユニットを搭載した小型のデジタルスチルカメラ、ビデオカメラにおいては、固体撮像素子の高画素化に伴い、より高い結像性能を有するズームレンズの要望が高まってきている。また、小型撮像装置のズームレンズには、より一層の小型化が求められている。
小型撮像装置用の小型のズームレンズとしては、例えば特許文献1に開示されているように、正の屈折力の第1レンズ群と、負の屈折力の第2レンズ群と、正の屈折力の第3レンズ群と、正の屈折力の第4レンズ群からなり、第1レンズ群中に光路を折り曲げるプリズムを配置することによってズームレンズの厚さ方向の薄型化を図ったものがある。
特開2000−131610号公報
しかしながら、特許文献1に開示されたズームレンズは、その焦点距離に比して光軸に沿った全長が長く、小型の撮像装置に用いるに適さないという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高い結像性能を有しながらも、十分な変倍比を確保できる小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載のズームレンズは、光軸に沿って物体側から順に、正の屈折力を有し光軸上の位置が変倍及び合焦に際して光軸方向の位置が常に固定とされた第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レンズ群とからなり、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群を少なくとも移動させて変倍を行うとともに、前記第4レンズ群を少なくとも移動させて合焦を行い、前記第1レンズ群は光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
2.0<f1/fw<4.5 (1)
f1:前記第1レンズ群の焦点距離
fw:前記ズームレンズの広角端での焦点距離
条件式(1)は、前記第1レンズ群の焦点距離とズームレンズの広角端での焦点距離の比率の範囲を規定する式である。f1/fwが条件式(1)の下限を上回ることで、前記第1レンズ群の屈折力が強くなり過ぎず、前記第1レンズ群で発生する収差の発生を抑えることができる。また、f1/fwが条件式(1)の上限を下回ることで、前記第1レンズ群の屈折力が強くなり、それにより変倍群である前記第2レンズ群の移動量を少なくでき、従ってズームレンズの全長を短くすることができる。
以下の条件式(1’)の範囲を満たすと、上記効果がより高まるので望ましい。
3.0<f1/fw<4.2 (1’)
請求項2に記載のズームレンズは、請求項1に記載の発明において、前記第3レンズ群は、変倍及び合焦に際し光軸方向の位置が常に固定であることを特徴とする。
前記第3レンズ群の光軸上の位置を、変倍及び合焦に際し光軸方向の位置が常に固定とすることで、かかるズームレンズを搭載する撮像装置の駆動部を簡略化することができ、撮像装置の小型化及び軽量化することができる。
請求項3に記載のズームレンズは、請求項1または2に記載の発明において、前記第1レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に負の屈折力を有する第1−1レンズと、光路を折り曲げるための反射光学素子と、正の屈折力を有する第1−2レンズとにより構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
1.1<|f11|/fw<5.0 (2)
f11:前記第1−1レンズの焦点距離
fw:前記ズームレンズの広角端での焦点距離
条件式(2)は、前記第1−1レンズの焦点距離の範囲を規定する式である。|f11|/fwが条件式(2)の下限を上回ることで、前記第1−1レンズで発生する歪曲収差の発生を抑えることができる。また、|f11|/fwが条件式(2)の上限を下回ることで、前記反射光学素子に入射する光束径を小さくでき、それにより光路を折り曲げるための前記反射光学素子を小さくでき、従ってズームレンズの厚み方向の厚さを薄くできる。
以下の条件式(2’)の範囲を満たすと、上記効果がより高まるので望ましい。
1.5<|f11|/fw<3.0 (2’)
請求項4に記載のズームレンズは、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第3レンズ群は、絞りに近接し、少なくとも1面の非球面形状を有する単レンズのみからなることを特徴とする。
前記第3レンズ群を絞りに近接させ、少なくとも1面の非球面形状を有する単レンズにより構成することで、少ないレンズ枚数で、球面収差及びコマ収差を効果的に補正できる。
請求項5に記載のズームレンズは、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第4レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとにより構成されることを特徴とする。
各レンズ群の中で比較的結像作用の強い前記第4レンズ群を、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとからなる、所謂トリプレットタイプの構成することで、球面収差、コマ収差、像面湾曲、色収差等を効果的に補正できる。
請求項6に記載のズームレンズは、請求項5に記載の発明において、前記第4レンズ群は、3枚のレンズが接合された接合レンズからなることを特徴とする。
前記第4レンズ群を、3枚のレンズが接合された接合レンズにより構成することで、前記第4レンズ群での色収差の発生を抑えることができる。また、前記第4レンズ群が1つの接合レンズのみから構成されるため、第4レンズ群内における各レンズの位置の調整を行う必要が無くなり、製造が容易となり、従って高い量産性を得ることができる。
請求項7に記載のズームレンズは、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第4レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、正レンズと負レンズの接合された接合レンズとを含むことを特徴とする。
各レンズ群の中で比較的結像作用の強い前記第4レンズ群を、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、正レンズと負レンズの接合された接合レンズとを含む構成にすることで、正の屈折力を分担することができ、球面収差、コマ収差、像面湾曲の発生を抑えることができる。
請求項8に記載のズームレンズは、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記第4レンズ群の最も像側の面は、光軸上の像側に凹面を向け、且つ非球面形状を有することを特徴とする。
前記第4レンズ群の最も像側の面を非球面形状とすることで、主に像面湾曲と歪曲収差を効果的に補正することができる。
請求項9に記載のズームレンズは、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記第2レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、1枚の負レンズと、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズとにより構成されることを特徴とする。
前記第2レンズ群を、光軸に沿って物体側より順に、1枚の負レンズと、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズとにより構成することで、主に倍率色収差を効果的に補正することができる。
請求項10に記載のズームレンズは、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、前記第2レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に負レンズと正レンズが接合された接合レンズのみによりなることを特徴とする。
前記第2レンズ群を、光軸に沿って物体側より順に負レンズと正レンズを接合した接合レンズのみにより構成することで、前記第2レンズ群の光軸方向の厚さを薄くできるため、前記第2レンズ群の移動量を大きく確保することができ、それにより前記第2レンズ群の屈折力を弱くすることができ、従って前記第2レンズ群で発生する収差を抑えることができる。
請求項11に記載のズームレンズは、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、前記反射光学素子は光路を曲げるためのプリズムからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ndp>1.6 (3)
ndp:前記プリズムのd線での屈折率
前記反射光学素子をプリズムにより構成することで、プリズムの入射面での屈折によりプリズム内を通過する光束の径が小さくなり、よってプリズムを小型にでき、かかるズームレンズを搭載した撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。なお、本明細書中、「撮像装置の厚み方向」とは、前記第1レンズ群の反射光学素子における入射面の光軸方向と同一方向をいうものとする。
条件式(5)は、前記プリズムの材料における屈折率の範囲を規定する式である。ndpが条件式(3)の下限を上回ることでプリズム内を通過する光束径が小さくなり、よってプリズムを小型にでき、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。
以下の条件式(3’)の範囲を満たすと、上記効果がより高まるので望ましい。
ndp>1.85 (3’)
請求項12に記載の撮像装置は、請求項1乃至11のいずれかに記載のズームレンズを搭載することを特徴とするので、小型な撮像装置を得ることができる。
本発明によれば、例えば高画素固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いるのに適した高い結像性能を有し、また例えば変倍比3倍程度を確保できる小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。
以下に、本発明のズームレンズの実施例を示すが、これに限定されるものではない。以下に述べる各実施例において、非球面の形状は、面の頂点を原点とし光軸方向をX軸とした直交座標系において、頂点曲率をC、円錐定数をK、非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として、以下の式で表す。また、以下の表中において、10のべき乗数(例えば、2.5×10−3)を、E(例えば、2.5E―3)を用いて表すものとする。
Figure 2006064839
(実施例1)
図1は、実施例1にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。図2は、実施例1にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、(A)は焦点距離6.28mmの収差図、(B)は焦点距離10.59mmの収差図、(C)は焦点距離17.90mmの収差図である。実施例1にかかるズームレンズのレンズデータを表1に示す。また、その仕様を以下に示す。
焦点距離:f=6.28mm〜10.59mm〜17.90mm
画角:2ω=63.8°〜37.8°〜22.8°
Figure 2006064839
図1に示すように、実施例1のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、正の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4とからなり、広角端から望遠端ヘの変倍に際し、第1レンズ群G1、第3レンズ群G3、及び開口絞りSは光軸上の位置が不変(光軸方向の位置が常に固定)であり、第2レンズ群G2は、負レンズL21と、負レンズL22Aと正レンズL23Bを接合された接合レンズL22からなり、第4レンズ群G4は正レンズL41Aと負レンズL41Bの接合された接合レンズL41と、光軸方向の像側に非球面形状の凹面を向けた、メニスカス形状のプラスチックレンズL42からなる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、負の屈折力を有する負レンズL11(第1−1レンズともいう)と、光路を90度折り曲げるための反射光学素子を構成するプリズムPと、正の屈折力を有する正レンズL12(第1−2レンズともいう)とからなる。なお、第4レンズ群G4の像側には、物体側より順に、ローパスフィルタLF(赤外線カットフィルタでもよい)、カバーガラスCG、固体撮像素子CCDが配置されており、これらとズームレンズとで撮像装置を構成する。
広角端から望遠端ヘの変倍において、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が広がるように第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔が狭まるように第4レンズ群G4が移動し、合焦においては少なくとも第4レンズ群G4が光軸方向の物体側に移動するが、第1レンズ群G1と第3レンズ群G3は光軸上の位置が不変である。
実施例1において、第4レンズ群G4を、正レンズL41Aと負レンズL41Bの接合レンズL41と、光軸方向の像側に非球面形状の凹面を向けた、メニスカス形状のプラスチックレンズL42により構成することで、主に色収差、像面湾曲、歪曲収差を効果的に補正することができる。
(実施例2)
図3は、実施例2にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。図4は、実施例2にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、(A)は焦点距離6.28mmの収差図、(B)は焦点距離10.60mmの収差図、(C)は焦点距離17.90mmの収差図である。実施例2にかかるズームレンズのレンズデータを表2に示す。また、その仕様を以下に示す。
焦点距離:f=6.28mm〜10.60mm〜17.90mm
画角:2ω=63.2°〜37.6°〜22.6°
Figure 2006064839
実施例2のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、正の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4とからなり、広角端から望遠端ヘの変倍に際し、第1レンズ群G1、第3レンズ群G3、及び開口絞りSは光軸上の位置が不変であり、第2レンズ群G2は、負レンズL21と、負レンズL22Aと正レンズL22Bの接合された接合レンズL22からなり、第4レンズ群G4は、光軸に沿って物体側から順に正レンズL41Aと負レンズL41Bと正レンズL41Cの接合された接合レンズL41からなる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、負の屈折力を有する負レンズL11と、光路を90度折り曲げるための反射光学素子を構成するプリズムPと、正の屈折力を有する正レンズL12とからなる。なお、第4レンズ群G4の像側には、物体側より順に、ローパスフィルタLF(赤外線カットフィルタでもよい)、カバーガラスCG、固体撮像素子CCDが配置されており、これらとズームレンズとで撮像装置を構成する。
広角端から望遠端ヘの変倍において、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が広がるように第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔が狭まるように第4レンズ群G4が移動し、合焦においては少なくとも第4レンズ群G4が光軸方向の物体側に移動するが、第1レンズ群G1と第3レンズ群G3は光軸上の位置が不変である。
実施例2において、第4レンズ群G4を、正レンズL41Aと負レンズL41Bと正レンズL41Cの接合レンズL41により構成しており、第4レンズ群G4内の各レンズは接着されているため、光軸に垂直方向の偏芯誤差を低減することができる。又、第4レンズ群G4を単体のレンズ素子とすることで、組立てが容易となり大量生産に適した構成となる。
(実施例3)
図5は、実施例3にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。図6は、実施例3にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、(A)は焦点距離6.30mmの収差図、(B)は焦点距離10.60mmの収差図、(C)は焦点距離17.90mmの収差図である。実施例3にかかるズームレンズのレンズデータを表3に示す。また、その仕様を以下に示す。
焦点距離:f=6.30mm〜10.60mm〜17.90mm
画角:2ω=63.2°〜37.6°〜22.6°
Figure 2006064839
実施例3のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、正の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、開口絞りS、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4とからなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第1レンズ群G1、第3レンズ群G3、及び開口絞りSは光軸上の位置が不変であり、第2レンズ群G2は、負レンズL21Aと正レンズL21Bの接合された接合レンズL21のみからなり、第4レンズ群G4は、光軸に沿って物体側より順に、正レンズL41と、正レンズL42Aと負レンズL42Bの接合された接合レンズL42とからなる。第1レンズ群G1は、物体側から順に、負の屈折力を有する負レンズL11と、光路を90度折り曲げるための反射光学素子を構成するプリズムPと、正の屈折力を有する正レンズL12とからなる。なお、第4レンズ群G4の像側には、物体側より順に、ローパスフィルタLF(赤外線カットフィルタでもよい)、カバーガラスCG、固体撮像素子CCDが配置されており、これらとズームレンズとで撮像装置を構成する。
広角端から望遠端ヘの変倍において、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が広がるように第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔が狭まるように第4レンズ群G4が移動し、合焦においては少なくとも第4レンズ群G4が光軸方向の物体側に移動するが、第1レンズ群G1と第3レンズ群G3は光軸上の位置が不変である。
実施例3において、第2レンズ群G2を、負レンズL21Aと正レンズL21Bによる接合レンズL21のみにより構成することで、変倍時の第2レンズ群G2の移動量を大きくすることができ、それにより第2レンズ群G2の屈折力を弱めることができ、従って第2レンズ群G2で発生する収差の発生を抑えることができる。
また、第4レンズ群G4を、光軸に沿って物体側より順に、正レンズL41と、正レンズL42Aと負レンズL42Bの接合レンズL42により構成することで、正の屈折力を2枚の正レンズL41,L42Aで分担することができ、球面収差、コマ収差、像面湾曲をはじめとする諸収差の発生を低減させることができる。
表4に、以上の実施例における上記条件式(1)〜(3)に対応する値をまとめて示す。
Figure 2006064839
なお、以上の実施例においては、光路を折り曲げるためのプリズムにより固体撮像素子の長辺方向と同一方向に光路を90度折り曲げる設計としているが、固体撮像素子の短辺方向と同一方向に光軸を折り曲げるような設計であってもよい、短辺方向の光路折り曲げの場合には、プリズムの大きさを小さく出来るため、ズームレンズの小型化に有利である。また、短辺方向の光路折り曲げでは、像面上の画像の左右のみが反転し、長辺方向の光路折り曲げでは、像面上で画像の上下のみが反転する。一般的に固体撮像素子にCCDを用いた場合、短辺方向の光路折り曲げでは垂直ラインでの折り曲げになるため、フレームメモリ、またはフレーム蓄積が必要となるのに対し、長辺方向の光路折り曲げではライン蓄積、またはラインメモリによる反転読み出しが可能となり、従って、長辺方向の光路折り曲げの方が正転させるためのハードウェアの要求内容が小さくなるというメリットがある。
本明細書中において、「プラスチックレンズ」とは、プラスチック材料を母材とし、プラスチック材料中に小径の粒子を分散させた素材から成形され、かつプラスチックの体積比が半分以上のレンズを含むものとし、さらにその表面に反射防止や表面硬度の向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。
以上、本発明の実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更、改良が可能であることはもちろんである。本発明のズームレンズは、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に搭載されることが好ましいが、携帯電話やPDA等の携帯端末用のカメラなど他の用途にも用いることができる。
実施例1にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。 実施例1にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図である。 実施例2にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。 実施例2にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図である。 実施例3にかかるズームレンズを搭載した撮像装置の概略構成図である。 実施例3にかかる球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図である。
符号の説明
CCD 固体撮像素子
CG カバーガラス
G1 レンズ群
G2 レンズ群
G3 レンズ群
G4 レンズ群
LF ローパスフィルタ
P プリズム
S 開口絞り

Claims (12)

  1. 光軸に沿って物体側から順に、正の屈折力を有し光軸上の位置が変倍及び合焦に際して光軸方向の位置が常に固定とされた第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レンズ群とからなり、前記第2レンズ群と前記第4レンズ群を少なくとも移動させて変倍を行うとともに、前記第4レンズ群を少なくとも移動させて合焦を行い、前記第1レンズ群は光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、以下の条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
    2.0<f1/fw<4.5 (1)
    f1:前記第1レンズ群の焦点距離
    fw:前記ズームレンズの広角端での焦点距離
  2. 前記第3レンズ群は、変倍及び合焦に際し光軸方向の位置が常に固定であることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 前記第1レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に負の屈折力を有する第1−1レンズと、光路を折り曲げるための反射光学素子と、正の屈折力を有する第1−2レンズとにより構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
    1.1<|f11|/fw<5.0 (2)
    f11:前記第1−1レンズの焦点距離
    fw:前記ズームレンズの広角端での焦点距離
  4. 前記第3レンズ群は、絞りに近接し、少なくとも1面の非球面形状を有する単レンズのみからなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のズームレンズ。
  5. 前記第4レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとにより構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のズームレンズ。
  6. 前記第4レンズ群は、3枚のレンズが接合された接合レンズからなることを特徴とする請求項5に記載のズームレンズ。
  7. 前記第4レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、正レンズと、正レンズと負レンズの接合された接合レンズとを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のズームレンズ。
  8. 前記第4レンズ群の最も像側の面は、光軸上の像側に凹面を向け、且つ非球面形状を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のズームレンズ。
  9. 前記第2レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に、1枚の負レンズと、負レンズと正レンズとが接合された接合レンズとにより構成されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のズームレンズ。
  10. 前記第2レンズ群は、光軸に沿って物体側から順に負レンズと正レンズが接合された接合レンズのみによりなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のズームレンズ。
  11. 前記反射光学素子は光路を曲げるためのプリズムからなり、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至10に記載のズームレンズ。
    ndp>1.6 (3)
    ndp:前記プリズムのd線での屈折率
  12. 請求項1乃至11に記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。
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