JP2006317481A - Variable magnification optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は変倍光学系に関するものであり、例えば、被写体の映像を撮像素子で取り込むデジタルカメラや画像入力機能付きデジタル機器に適した変倍光学系(なかでも軽量・小型で高性能のズームレンズ系)と、それを備えた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a variable magnification optical system, for example, a variable magnification optical system suitable for a digital camera that captures an image of a subject with an image sensor or a digital device with an image input function (in particular, a lightweight, small, and high performance zoom lens. System) and an imaging apparatus including the same.
従来より、ビデオカメラ用のズームレンズ系として、正のパワーを有する第１レンズ群、負のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群、及び正のパワーを有する第４レンズ群から成る、いわゆる正・負・正・正の４群ズームレンズ系であって、ズーミングを第２レンズ群と第４レンズ群の移動により行い、フォーカシングを第４レンズ群の移動により行うものが数多く知られている。さらに、正・負・正・正の像側に第５レンズ群が配置された５群ズームレンズ系もよく知られるようになってきている(例えば、特許文献１〜４等参照。)。
しかしながら、特許文献１〜４に記載のズームレンズ系は高変倍を主目的としたものであって、小型化を追求するために５群ズーム構成の最適化を図ったものとはいえない。近年、デジタルスチルカメラや携帯電話等に対する小型化の需要が増大してきており、それに伴い光学系自体の小型化が求められている。また、デジタルスチルカメラや携帯電話等は、携帯性や使い勝手の面で奥行きを薄くすることが望まれており、その結果、光学系の途中に反射部材を設けた屈曲光学系の需要が増大している。 However, the zoom lens systems described in Patent Documents 1 to 4 are mainly intended for high zooming, and cannot be said to have been the optimization of the 5-group zoom configuration in order to pursue miniaturization. In recent years, the demand for miniaturization of digital still cameras, mobile phones, and the like has increased, and accordingly, miniaturization of the optical system itself has been demanded. In addition, digital still cameras and mobile phones are desired to have a small depth in terms of portability and usability, and as a result, the demand for a bent optical system having a reflecting member in the middle of the optical system increases. ing.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量・小型・高性能で屈曲光学系としての相性も良い変倍光学系と、それを備えた撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a variable power optical system that is lightweight, small, high performance, and has good compatibility as a bending optical system, and an imaging apparatus including the same. There is to do.
上記目的を達成するために、第１の発明の変倍光学系は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するための変倍光学系であって、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、負のパワーを有する第２レンズ群と、正のパワーを有する第３レンズ群と、正のパワーを有する第４レンズ群と、第５レンズ群と、で構成され、広角端から望遠端までの変倍において、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第５レンズ群の位置が固定であるとともに、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が移動する構成になっており、前記第５レンズ群が物体側から順に負成分と正成分とで構成され、前記第５レンズ群の少なくとも１面に非球面を有し、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
0.01＜Tnp／T5＜0.5 …(1)
ただし、
Tnp：第５レンズ群内の負成分と正成分との間の軸上空気間隔、
T5：第５レンズ群全体の軸上厚み、
である。
In order to achieve the above object, a variable magnification optical system according to a first aspect of the present invention is a variable magnification optical system for forming an optical image of an object on a light receiving surface of an image sensor so that the magnification can be changed. In order, a first lens group having a positive power, a second lens group having a negative power, a third lens group having a positive power, a fourth lens group having a positive power, and a fifth lens group. In the zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the positions of the first lens group, the third lens group, and the fifth lens group are fixed, and the second lens group and the second lens group are fixed. The fourth lens group is configured to move. The fifth lens group includes a negative component and a positive component in order from the object side. At least one surface of the fifth lens group has an aspheric surface. Conditional expression (1) is satisfied.
0.01 <Tnp / T5 <0.5 (1)
However,
Tnp: axial air space between the negative and positive components in the fifth lens group,
T5: axial thickness of the entire fifth lens group,
It is.
第２の発明の変倍光学系は、上記第１の発明において、前記負成分が最も物体側に負レンズを有し、その負レンズの物体側面が物体側に凹の形状を有することを特徴とする。 A variable magnification optical system according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the negative component has a negative lens closest to the object side, and an object side surface of the negative lens has a concave shape on the object side. And
第３の発明の変倍光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記第５レンズ群において少なくとも１枚のレンズがプラスチックレンズであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, at least one lens in the fifth lens group is a plastic lens.
第４の発明の変倍光学系は、上記第３の発明において、前記プラスチックレンズが前記非球面を両面に有する正レンズであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the plastic lens is a positive lens having the aspheric surfaces on both sides.
第５の発明の変倍光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記第３レンズ群に以下の条件式(2)を満たす非球面レンズを有することを特徴とする。
-0.2＜A4×fw3×(n'−n)／√(ft／fw)＜-0.05 …(2)
ただし、
A4：非球面の４次の非球面係数、
n：非球面の物体側にある媒質の屈折率、
n'：非球面の像側にある媒質の屈折率、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
である。
A variable magnification optical system according to a fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the third lens group includes an aspheric lens satisfying the following conditional expression (2): .
-0.2 <A4 × fw 3 × (n'−n) / √ (ft / fw) <-0.05… (2)
However,
A4: Aspherical fourth-order aspheric coefficient,
n: refractive index of the medium on the object side of the aspheric surface,
n ': refractive index of the medium on the image side of the aspheric surface,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
fw: focal length of the entire system at the wide-angle end,
It is.
第６の発明の変倍光学系は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記第１レンズ群内に光路を折り曲げるための反射面を有し、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.7＜f1／ft＜1 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。
A variable magnification optical system according to a sixth aspect of the present invention is the optical system according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a reflecting surface for bending the optical path in the first lens group, and the following conditional expression (3): It is characterized by satisfying.
0.7 <f1 / ft <1 (3)
However,
f1: focal length of the first lens group,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
It is.
第７の発明の撮像装置は、第１〜第６のいずれか１つの発明に係る変倍光学系を備えたことを特徴とする。 An image pickup apparatus according to a seventh aspect is characterized by including the zoom optical system according to any one of the first to sixth aspects.
本発明によれば、第５レンズ群が非球面を有するとともに所定の条件式を満たす負成分と正成分で構成されているため、変倍光学系の高性能化と小型化とを効果的にバランスさせることが可能となる。したがって、軽量・小型・高性能で屈曲光学系としての相性も良い変倍光学系と、それを備えた撮像装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像装置をデジタルカメラ，携帯情報機器等の機器に用いれば、これらの機器の薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。 According to the present invention, since the fifth lens unit has an aspherical surface and is composed of a negative component and a positive component that satisfy a predetermined conditional expression, it is possible to effectively improve the performance and size of the variable magnification optical system. It becomes possible to balance. Therefore, it is possible to realize a variable magnification optical system that is lightweight, small, high performance, and has good compatibility as a bending optical system, and an imaging apparatus including the variable magnification optical system. If the imaging device according to the present invention is used in devices such as digital cameras and portable information devices, it can contribute to thinning, light weight, compactness, low cost, high performance, high functionality, etc. of these devices. it can.
以下、本発明を実施した変倍光学系，撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像装置は、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルカメラ；ビデオカメラ；監視カメラ；車載カメラ；テレビ電話用カメラ；ドアホーン用カメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)，これらの周辺機器(マウス，スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。 Hereinafter, a variable magnification optical system, an imaging apparatus, and the like embodying the present invention will be described with reference to the drawings. An imaging apparatus according to the present invention is an optical apparatus that optically captures an image of a subject and outputs it as an electrical signal, and constitutes a main component of a camera used for still image shooting and moving image shooting of a subject. is there. Examples of such a camera include a digital camera; a video camera; a surveillance camera; an in-vehicle camera; a videophone camera; a doorphone camera; a personal computer, a mobile computer, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), These peripheral devices (mouse, scanner, printer, etc.), and cameras built in or externally attached to other digital devices can be mentioned. As can be seen from these examples, it is possible not only to configure a camera by using an imaging apparatus, but also to add a camera function by mounting the imaging apparatus on various devices. For example, a digital device with an image input function such as a mobile phone with a camera can be configured.
なお、従来「デジタルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ，デジタルムービーカメラ，ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系，その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。 The term “digital camera” used to refer to the recording of optical still images, but digital still cameras and home digital movie cameras that can handle still images and movies simultaneously have been proposed. In particular, it has become indistinguishable. Therefore, the term “digital camera” means a digital still camera, digital movie camera, or web camera (whether an open type or a private type, a camera that is connected to a network and connected to a device that enables image transmission / reception). , And the like, including those directly connected to a network and those connected via a device having an information processing function such as a personal computer.) It is assumed that all cameras having an imaging device including an imaging device or the like for converting a video signal as an electric video signal as main components are included.
図７に、カメラＣＵ(デジタルカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等に相当する。)の概略光学構成例を模式的断面で示す。カメラＣＵに搭載されている撮像装置ＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(ＩＭ：像面)を変倍可能に形成するズームレンズ系ＺＬ(撮影レンズ系としての変倍光学系に相当する。ＳＴ：絞り)と、平行平面板ＰＴ(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズ系ＺＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲとを備えており、デジタルカメラ，画像入力機能付きの携帯情報機器(つまり、携帯電話，ＰＤＡ等の小型で携帯可能な情報機器端末)等に相当するカメラＣＵの一部を成している。この撮像装置ＬＵでデジタルカメラを構成する場合、通常そのカメラのボディ内部に撮像装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像装置ＬＵをカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮像装置ＬＵを携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。 FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a schematic optical configuration example of a camera CU (corresponding to a digital camera, a digital device with an image input function, etc.). An imaging device LU mounted on the camera CU is a zoom lens system ZL (magnification as a photographing lens system) that forms an optical image (IM: image plane) of the object in order from the object (namely, subject) side. ST corresponds to an optical system, ST: stop, and parallel plane plate PT (optical filters such as an optical low-pass filter and an infrared cut filter disposed as necessary; corresponding to a cover glass of the image sensor SR) And an image sensor SR that converts an optical image IM formed on the light receiving surface SS by the zoom lens system ZL into an electrical signal, and a digital camera and a portable information device with an image input function (that is, portable It is a part of a camera CU corresponding to a small and portable information device terminal such as a telephone or a PDA. When a digital camera is configured with this image pickup device LU, the image pickup device LU is usually arranged inside the body of the camera. However, when realizing the camera function, it is possible to adopt a form as necessary. is there. For example, the unitized imaging device LU may be configured to be detachable or rotatable with respect to the camera body, and the unitized imaging device LU may be detachable with respect to a portable information device (cell phone, PDA, etc.) or You may comprise so that rotation is possible.
図７に示す撮像装置ＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬ内の光路の途中に平面状の反射面ＲＬが配置されており、反射面ＲＬの前側と後側には各々少なくとも１枚のレンズが配置されている。この反射面ＲＬにより、ズームレンズ系ＺＬを屈曲光学系として使用するための光路の折り曲げが行われ、その際、光軸ＡＸが略９０度(つまり９０度又は実質的に９０度)折り曲げられるようにして光束が反射される。このようにズームレンズ系ＺＬの光路中に光路を折り曲げる反射面ＲＬを設ければ、撮像装置ＬＵの配置の自由度が高まるとともに、撮像装置ＬＵの厚さ方向のサイズを変化させて、撮像装置ＬＵの見かけ上の薄型化を達成することが可能となる。特に、後述する第１〜第３の実施の形態(図１〜図３)のように最も物体側に負レンズを１枚配置し、その負レンズの像側に反射面ＲＬを配置した場合には、薄型化の大きな効果を得ることができる。なお、光路の折り曲げ位置はズームレンズ系ＺＬの途中に限らず、必要に応じてズームレンズ系ＺＬの前側又は後ろ側に設定してもよい。光路の適正な折り曲げにより、撮像装置ＬＵが搭載されるカメラＣＵの見かけ上の薄型化やコンパクト化を効果的に達成することが可能となる。 In the imaging device LU shown in FIG. 7, a planar reflecting surface RL is disposed in the middle of the optical path in the zoom lens system ZL, and at least one lens is disposed on each of the front and rear sides of the reflecting surface RL. ing. By this reflection surface RL, the optical path for using the zoom lens system ZL as a bending optical system is bent, and at this time, the optical axis AX is bent approximately 90 degrees (that is, 90 degrees or substantially 90 degrees). Thus, the light beam is reflected. If the reflection surface RL that bends the optical path is provided in the optical path of the zoom lens system ZL in this way, the degree of freedom of arrangement of the imaging device LU is increased, and the size of the imaging device LU in the thickness direction is changed, so that the imaging device It is possible to achieve an apparent thinning of the LU. In particular, when one negative lens is disposed closest to the object side and the reflecting surface RL is disposed on the image side of the negative lens as in first to third embodiments (FIGS. 1 to 3) described later. Can obtain the great effect of thinning. The bending position of the optical path is not limited to the middle of the zoom lens system ZL, and may be set to the front side or the rear side of the zoom lens system ZL as necessary. Appropriate bending of the optical path makes it possible to effectively reduce the apparent thickness and size of the camera CU on which the imaging device LU is mounted.
上記反射面ＲＬは、プリズム類(直角プリズム等)，ミラー類(平面ミラー等)等の反射部材により構成される。例えば、後述する第１〜第３の実施の形態(図１〜図３)では、反射部材としてプリズムＰＲ(好ましくは直角プリズム)が用いられているが、使用する反射部材はプリズム類に限らない。平面ミラー等のミラー類を反射部材として用いることにより、反射面ＲＬを構成してもよい。また、２つ以上の反射面でズームレンズ系ＺＬの光軸ＡＸを略９０度折り曲げるように光束を反射させる反射部材を用いてもよい。光路を折り曲げるための光学的作用も反射に限らず、屈折，回折，又はそれらの組み合わせでもよい。つまり、反射面，屈折面，回折面，又はそれらを組み合わせて有する屈曲光学部材を用いてもよい。 The reflection surface RL is constituted by a reflection member such as a prism (right angle prism or the like), a mirror (plane mirror or the like). For example, in the first to third embodiments (FIGS. 1 to 3) to be described later, a prism PR (preferably a right-angle prism) is used as the reflecting member, but the reflecting member to be used is not limited to prisms. . The reflection surface RL may be configured by using a mirror such as a plane mirror as the reflection member. Further, a reflecting member that reflects the light beam so that the optical axis AX of the zoom lens system ZL is bent by approximately 90 degrees with two or more reflecting surfaces may be used. The optical action for bending the optical path is not limited to reflection, but may be refraction, diffraction, or a combination thereof. That is, a bending optical member having a reflecting surface, a refracting surface, a diffractive surface, or a combination thereof may be used.
後述する第１〜第３の実施の形態に用いられているプリズムＰＲは、光学的なパワー(つまり焦点距離の逆数で定義される量)を有していないが、光路を折り曲げる光学部材に光学的なパワーを持たせてもよい。例えば、プリズムＰＲの反射面ＲＬ，光入射側面，光射出側面等に、ズームレンズ系ＺＬの光学的なパワーを一部負担させれば、レンズ素子のパワー負担を減らして光学性能を向上させることが可能となる。図１に示すズームレンズ系ＺＬではプリズムＰＲの物体側に負レンズが配置されているが、その負レンズを配置する代わりに、プリズムＰＲの物体側面(すなわち光入射側面)に曲率をつけて、負(又は正)のパワーをもたせてもよい。 The prism PR used in the first to third embodiments to be described later does not have optical power (that is, an amount defined by the reciprocal of the focal length), but is optical to an optical member that bends the optical path. You may give a certain power. For example, if a part of the optical power of the zoom lens system ZL is borne on the reflecting surface RL, the light incident side surface, the light emitting side surface, etc. of the prism PR, the power performance of the lens element is reduced and the optical performance is improved. Is possible. In the zoom lens system ZL shown in FIG. 1, a negative lens is arranged on the object side of the prism PR. Instead of arranging the negative lens, a curvature is given to the object side surface (that is, the light incident side surface) of the prism PR. You may give negative (or positive) power.
ズームレンズ系ＺＬは複数のレンズ群から成っており、少なくとも１つのレンズ群が光軸ＡＸに沿って移動し、少なくとも１つのレンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。後述する第１，第３の実施の形態の場合、正・負・正・正・(略ノンパワー)の５成分ズーム構成を採用しており、第２の実施の形態の場合、正・負・正・正・正の５成分ズーム構成を採用している。そして、いずれも第２，第４レンズ群Ｇｒ２，Ｇｒ４が移動群、第１，第３，第５レンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ３，Ｇｒ５が固定群になっている。なお、撮像装置ＬＵに使用する撮影レンズ系はズームレンズ系ＺＬに限らない。ズームレンズ系ＺＬの代わりに、他のタイプの変倍光学系(例えば、バリフォーカルレンズ系，複数焦点距離切り替え型レンズ等の焦点距離可変の結像光学系)を撮影レンズ系として用いてもよい。 The zoom lens system ZL is composed of a plurality of lens groups, and at least one lens group moves along the optical axis AX and performs zooming (ie, zooming) by changing at least one lens group interval. It has become. In the case of the first and third embodiments to be described later, a positive / negative / positive / positive / (substantially non-power) five-component zoom configuration is adopted. In the case of the second embodiment, positive / negative・ A positive / positive / positive 5-component zoom configuration is adopted. In both cases, the second and fourth lens groups Gr2 and Gr4 are moving groups, and the first, third and fifth lens groups Gr1, Gr3 and Gr5 are fixed groups. Note that the photographing lens system used in the imaging device LU is not limited to the zoom lens system ZL. Instead of the zoom lens system ZL, another type of variable magnification optical system (for example, a variable focal length imaging optical system such as a varifocal lens system or a multiple focal length switching type lens) may be used as a photographing lens system. .
ズームレンズ系ＺＬで形成されるべき光学像は、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図７中の平行平面板ＰＴに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、撮影レンズ系に光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。 An optical image to be formed by the zoom lens system ZL passes through an optical low-pass filter (corresponding to the parallel plane plate PT in FIG. 7) having a predetermined cutoff frequency characteristic determined by the pixel pitch of the image sensor SR. By doing so, the spatial frequency characteristic is adjusted so that the so-called aliasing noise generated when converted into an electrical signal is minimized. Thereby, generation | occurrence | production of a color moire can be suppressed. However, if the performance around the resolution limit frequency is suppressed, there is no need to worry about the occurrence of noise without using an optical low-pass filter, and the display system where the noise is not very noticeable (for example, the liquid crystal of a mobile phone) When a user performs shooting or viewing using a screen or the like, it is not necessary to use an optical low-pass filter in the shooting lens system.
なお、光学的ローパスフィルターとしては、複屈折型ローパスフィルターや位相型ローパスフィルター等が適用可能である。複屈折型ローパスフィルターとしては、結晶軸方向が所定方向に調整された水晶等の複屈折材料から成るもの、偏光面を変化させる波長板等を積層して成るもの等が挙げられる。位相型ローパスフィルターとしては、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により達成するもの等が挙げられる。 As the optical low-pass filter, a birefringence low-pass filter, a phase low-pass filter, or the like can be applied. Examples of the birefringent low-pass filter include those made of a birefringent material such as quartz whose crystal axis direction is adjusted to a predetermined direction, and those obtained by laminating wave plates that change the polarization plane. Examples of the phase type low-pass filter include those that achieve the required optical cutoff frequency characteristics by the diffraction effect.
撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。そして、ズームレンズ系ＺＬにより(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に)形成された光学像は、撮像素子ＳＲにより電気的な信号に変換される。撮像素子ＳＲで生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。 As the imaging element SR, for example, a solid-state imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor having a plurality of pixels is used. The optical image formed by the zoom lens system ZL (on the light receiving surface SS of the image sensor SR) is converted into an electrical signal by the image sensor SR. The signal generated by the image sensor SR is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, etc. as necessary, and recorded as a digital video signal in a memory (semiconductor memory, optical disk, etc.), or in some cases via a cable. Or converted into an infrared signal and transmitted to another device.
なお、図７に示す撮像装置ＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬによって拡大側の被写体から縮小側の撮像素子ＳＲへの縮小投影が行われるが、撮像素子ＳＲの代わりに２次元画像を表示する表示素子(例えば液晶表示素子)を用い、ズームレンズ系ＺＬを投影レンズ系として使用すれば、縮小側の画像表示面から拡大側のスクリーン面への拡大投影を行う画像投影装置を構成することができる。つまり、以下に説明するズームレンズ系ＺＬは、撮影レンズ系としての使用に限らず、投影レンズ系としても好適に使用することが可能である。 In the imaging apparatus LU shown in FIG. 7, the zoom lens system ZL performs reduction projection from the enlargement subject to the reduction-side imaging element SR, but a display element that displays a two-dimensional image instead of the imaging element SR. If a zoom lens system ZL is used as a projection lens system using a liquid crystal display element (for example, a liquid crystal display element), an image projection apparatus that performs enlargement projection from the image display surface on the reduction side to the screen surface on the enlargement side can be configured. That is, the zoom lens system ZL described below can be suitably used not only as a photographing lens system but also as a projection lens system.
図１〜図３は、第１〜第３の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(Ｗ)でのレンズ配置を屈曲光学系の光路展開状態における光学断面でそれぞれ示している。各レンズ構成図中、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された面は物体側から数えてｉ番目の面(ｒｉに＊印が付された面は非球面)であり、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。また各レンズ構成図中、矢印ｍ２，ｍ４は広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第２レンズ群Ｇｒ２，第４レンズ群Ｇｒ４の移動(つまり像面ＩＭに対する相対的な位置の変化)をそれぞれ模式的に示しており、矢印ｍＦは無限遠撮影から近距離撮影へのフォーカスレンズ群(ここでは第４レンズ群Ｇｒ４)の移動を模式的に示している。なお、平行平面板ＰＴはズーミングにおいて固定群Ｇｒ１，Ｇｒ３，Ｇｒ５と共に位置固定である。 1 to 3 are lens configuration diagrams corresponding to the zoom lens systems ZL constituting the first to third embodiments, respectively, in which the lens arrangement at the wide angle end (W) is in an optical path development state of the bending optical system. The optical cross sections in FIG. In each lens configuration diagram, the surface with ri (i = 1, 2, 3,...) Is the i-th surface counted from the object side (the surface with ri marked with * is an aspheric surface). In addition, the axial upper surface interval with di (i = 1, 2, 3,...) Is a variable interval that changes during zooming among the i-th axial upper surface interval counted from the object side. In each lens configuration diagram, arrows m2 and m4 indicate movements of the second lens group Gr2 and the fourth lens group Gr4 during zooming from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T) (that is, relative positions with respect to the image plane IM). ) Schematically, and the arrow mF schematically shows the movement of the focus lens group (here, the fourth lens group Gr4) from infinity shooting to short-distance shooting. The plane parallel plate PT is fixed in position together with the fixed groups Gr1, Gr3, Gr5 during zooming.
第１〜第３の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬは、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正のパワーを有する第４レンズ群Ｇｒ４と、第５レンズ群Ｇｒ５と、の５成分から成っており、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)までの変倍において、第１レンズ群Ｇｒ１と第３レンズ群Ｇｒ３と第５レンズ群Ｇｒ５の位置が固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２と第４レンズ群Ｇｒ４が移動する構成になっている。各実施の形態のレンズ構成を以下に詳しく説明する。 The zoom lens system ZL constituting the first to third embodiments includes, in order from the object side, a first lens group Gr1 having a positive power, a second lens group Gr2 having a negative power, and a positive power. The third lens group Gr3 having a positive power, the fourth lens group Gr4 having a positive power, and the fifth lens group Gr5 are composed of five components, and change from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T). In the magnification, the positions of the first lens group Gr1, the third lens group Gr3, and the fifth lens group Gr5 are fixed, and the second lens group Gr2 and the fourth lens group Gr4 move. The lens configuration of each embodiment will be described in detail below.
第１の実施の形態(図１)では、正・負・正・正・(略ノンパワー)の５成分ズーム構成において各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、プリズムＰＲと、像側面が非球面から成る両凸の正レンズと、から成っている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、両凸の正レンズと、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズ１枚のみから成っている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、物体側に凹の負メニスカスレンズから成る負成分ＧｒＮと、両面が非球面から成る両凸の正レンズから成る正成分ＧｒＰと、で構成されている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１，第３，第５レンズ群Ｇｒ５は像面ＩＭ(図７)に対してズーム位置固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２は像側へほぼ直線的に(つまり単調に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側に緩い凸の軌跡を描くように移動する。 In the first embodiment (FIG. 1), each lens group is configured as follows in a positive, negative, positive, positive, (substantially non-power) five-component zoom configuration. The first lens group Gr1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens that is concave on the image side, a prism PR, and a biconvex positive lens whose image side surface is an aspheric surface. The second lens group Gr2 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens that is concave on the image side, and a cemented lens that includes a biconcave negative lens and a biconvex positive lens. The third lens group Gr3 includes, in order from the object side, a stop ST, a biconvex positive lens, and a biconcave negative lens whose image side surface is an aspheric surface. The fourth lens group Gr4 is composed of only a cemented lens including a negative meniscus lens concave on the image side and a biconvex positive lens. The fifth lens group Gr5 is composed of, in order from the object side, a negative component GrN composed of a negative meniscus lens concave on the object side and a positive component GrP composed of a biconvex positive lens whose both surfaces are aspheric surfaces. . During zooming from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T), the first, third, and fifth lens groups Gr5 are fixed at the zoom position with respect to the image plane IM (FIG. 7), and the second lens group Gr2 Moves substantially linearly (that is, monotonously) to the image side, and the fourth lens group Gr4 moves so as to draw a loose convex locus on the object side.
第２の実施の形態(図２)では、正・負・正・正・負の５成分ズーム構成において各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、プリズムＰＲと、像側面が非球面から成る両凸の正レンズと、から成っている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、両凹の負レンズと、両凹の負レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、両凸の正レンズと、像側面が非球面から成る像側に凹の平凹負レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズ１枚のみから成っている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、両凹の負レンズから成る負成分ＧｒＮと、両面が非球面から成る両凸の正レンズから成る正成分ＧｒＰと、で構成されている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１，第３，第５レンズ群Ｇｒ５は像面ＩＭ(図７)に対してズーム位置固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２は像側へほぼ直線的に(つまり単調に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側に緩い凸の軌跡を描くように移動する。 In the second embodiment (FIG. 2), each lens group is configured as follows in a positive / negative / positive / positive / negative five-component zoom configuration. The first lens group Gr1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens that is concave on the image side, a prism PR, and a biconvex positive lens whose image side surface is an aspheric surface. The second lens group Gr2 includes, in order from the object side, a biconcave negative lens, and a cemented lens including a biconcave negative lens and a positive meniscus lens convex on the object side. The third lens group Gr3 includes, in order from the object side, a stop ST, a biconvex positive lens, and a plano-concave negative lens that is concave on the image side whose image side surface is an aspheric surface. The fourth lens group Gr4 is composed of only a cemented lens including a negative meniscus lens concave on the image side and a biconvex positive lens. The fifth lens group Gr5 is composed of, in order from the object side, a negative component GrN composed of a biconcave negative lens and a positive component GrP composed of a biconvex positive lens whose both surfaces are aspheric surfaces. During zooming from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T), the first, third, and fifth lens groups Gr5 are fixed at the zoom position with respect to the image plane IM (FIG. 7), and the second lens group Gr2 Moves substantially linearly (that is, monotonously) to the image side, and the fourth lens group Gr4 moves so as to draw a loose convex locus on the object side.
第３の実施の形態(図３)では、正・負・正・正・(略ノンパワー)の５成分ズーム構成において各レンズ群が以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、プリズムＰＲと、像側面が非球面から成る両凸の正レンズと、から成っている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、両凹の負レンズと、両凹の負レンズ及び物体側に凸の平凸正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、絞りＳＴと、両凸の正レンズと、像側面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズ１枚のみから成っている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、両凹の負レンズから成る負成分ＧｒＮと、両面が非球面から成る両凸の正レンズから成る正成分ＧｒＰと、で構成されている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１，第３，第５レンズ群Ｇｒ５は像面ＩＭ(図７)に対してズーム位置固定であるとともに、第２レンズ群Ｇｒ２は像側へほぼ直線的に(つまり単調に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側に緩い凸の軌跡を描くように移動する。 In the third embodiment (FIG. 3), each lens group is configured as follows in a positive, negative, positive, positive, (substantially non-power) five-component zoom configuration. The first lens group Gr1 includes, in order from the object side, a negative meniscus lens that is concave on the image side, a prism PR, and a biconvex positive lens whose image side surface is an aspheric surface. The second lens group Gr2 includes, in order from the object side, a biconcave negative lens, and a cemented lens including a biconcave negative lens and a planoconvex positive lens convex on the object side. The third lens group Gr3 includes, in order from the object side, a stop ST, a biconvex positive lens, and a negative meniscus lens concave on the image side whose image side surface is an aspheric surface. The fourth lens group Gr4 is composed of only a cemented lens including a negative meniscus lens concave on the image side and a biconvex positive lens. The fifth lens group Gr5 is composed of, in order from the object side, a negative component GrN composed of a biconcave negative lens and a positive component GrP composed of a biconvex positive lens whose both surfaces are aspheric surfaces. During zooming from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T), the first, third, and fifth lens groups Gr5 are fixed at the zoom position with respect to the image plane IM (FIG. 7), and the second lens group Gr2 Moves substantially linearly (that is, monotonously) to the image side, and the fourth lens group Gr4 moves so as to draw a loose convex locus on the object side.
上記のようにいずれの実施の形態も、物体側から順に正・負・正・正の４成分とそれに後続する第５レンズ群とで構成され、広角端から望遠端までの変倍において、第１，第３，第５レンズ群の位置が固定であるとともに、第２，第４レンズ群が移動する構成になっており、第５レンズ群が物体側から順に負成分と正成分とで構成され、第５レンズ群の少なくとも１面に非球面を有している。第５レンズ群は非球面レンズを含む少なくとも２枚のレンズ構成となるため、収差補正の自由度を上げることが可能である。そして、第５レンズ群が非球面を有するとともに物体側から順に負成分と正成分とで構成されることは、変倍光学系の高性能化と小型化に有効に作用する。例えば、像面に近い正成分では光線通過位置が高くなるため、像面湾曲や歪曲収差の補正を効果的に行うことができる。さらに、正成分によって撮像素子側へのテレセントリック性が容易に達成可能となるため、受光面上での照度分布を均一化することができる。また、第４レンズ群での光線通過位置が負成分によって低くなるため、第４レンズ群の径方向の小型化を効果的に達成することが可能となる。これにより、変倍光学系全体の小型化に寄与することができる。特に、第５レンズ群の１枚目に物体側に凹面を向けた負レンズを配置すれば、第４レンズ群からの射出光線の高さを低くして、第４レンズ群を径方向に更に小さくすることができる。したがって各実施の形態のように、負成分が最も物体側に負レンズを有し、その負レンズの物体側面が物体側に凹の形状を有することが好ましい。 As described above, each of the embodiments includes four components of positive / negative / positive / positive in order from the object side and the fifth lens group that follows the four components, and in zooming from the wide angle end to the telephoto end, The positions of the first, third, and fifth lens groups are fixed, and the second and fourth lens groups are configured to move. The fifth lens group includes a negative component and a positive component in order from the object side. In addition, at least one surface of the fifth lens group has an aspheric surface. Since the fifth lens group has a configuration of at least two lenses including an aspheric lens, it is possible to increase the degree of freedom of aberration correction. In addition, the fact that the fifth lens group has an aspherical surface and is composed of a negative component and a positive component in this order from the object side effectively works to improve the performance and size of the variable magnification optical system. For example, the positive component close to the image plane has a high light beam passage position, so that it is possible to effectively correct field curvature and distortion. Furthermore, since the telecentricity toward the image sensor can be easily achieved by the positive component, the illuminance distribution on the light receiving surface can be made uniform. In addition, since the light beam passing position in the fourth lens group is lowered by the negative component, it is possible to effectively reduce the size of the fourth lens group in the radial direction. Thereby, it can contribute to size reduction of the whole variable magnification optical system. In particular, if a negative lens having a concave surface facing the object side is disposed on the first lens in the fifth lens group, the height of the light beam emitted from the fourth lens group is lowered, and the fourth lens group is further moved in the radial direction. Can be small. Therefore, as in each embodiment, it is preferable that the negative component has a negative lens closest to the object side, and the object side surface of the negative lens has a concave shape on the object side.
上記観点から各実施の形態のズームレンズ系ＺＬでは、負成分ＧｒＮとしての負レンズ１枚と正成分ＧｒＰとしての正レンズ１枚とで第５レンズ群Ｇｒ５を構成している。そして、上記のように第５レンズ群が物体側から順に負成分と正成分とで構成され、第５レンズ群の少なくとも１面に非球面を有する構成にすれば、小型化と高性能化とを効果的にバランスさせることが可能となる。したがって、小型で高性能の変倍光学系と、それを備えた撮像装置を実現することができる。そして、その撮像装置をデジタルカメラ，携帯情報機器等の機器に用いれば、その薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。このような効果をバランス良く得るには、上記のように第５レンズ群が非球面を有するとともに物体側から順に負成分と正成分とで構成され、更に以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
0.01＜Tnp／T5＜0.5 …(1)
ただし、
Tnp：第５レンズ群内の負成分と正成分との間の軸上空気間隔、
T5：第５レンズ群全体の軸上厚み、
である。
From the above viewpoint, in the zoom lens system ZL of each embodiment, the fifth lens group Gr5 is configured by one negative lens as the negative component GrN and one positive lens as the positive component GrP. If the fifth lens group is composed of a negative component and a positive component in order from the object side as described above and has an aspherical surface on at least one surface of the fifth lens group, the size and performance can be improved. Can be effectively balanced. Therefore, it is possible to realize a small and high performance variable magnification optical system and an image pickup apparatus including the same. If the imaging device is used in a device such as a digital camera or a portable information device, it can contribute to thinness, lightness, compactness, low cost, high performance, high functionality, and the like. In order to obtain such an effect with a good balance, the fifth lens unit has an aspherical surface as described above, and is composed of a negative component and a positive component in order from the object side, and further satisfies the following conditional expression (1): It is desirable.
0.01 <Tnp / T5 <0.5 (1)
However,
Tnp: axial air space between the negative and positive components in the fifth lens group,
T5: axial thickness of the entire fifth lens group,
It is.
上記条件式(1)を満足することにより、変倍光学系の小型化と収差補正とのバランスを最適化することができる。条件式(1)の下限を越えると、負成分と正成分との空気間隔が小さくなりすぎて、収差補正の自由度が減ってくる。また、負成分と正成分との空気間隔が小さくなりすぎる結果、第４レンズ群からの光束が高さ方向に増大するため、第４レンズ群の径を小さくすることも困難になる。逆に、条件式(1)の上限を越えると、負成分と正成分との空気間隔の増大により第５レンズ群が大型化し、その結果、変倍光学系全体の(特にレンズ径方向の)小型化が困難になる。 By satisfying the conditional expression (1), it is possible to optimize the balance between the miniaturization of the variable magnification optical system and the aberration correction. If the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the air gap between the negative component and the positive component becomes too small, and the degree of freedom in correcting aberrations decreases. In addition, as a result of the air interval between the negative component and the positive component becoming too small, the light flux from the fourth lens group increases in the height direction, so it is difficult to reduce the diameter of the fourth lens group. Conversely, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the fifth lens group becomes larger due to the increase in the air gap between the negative component and the positive component, and as a result, the entire variable magnification optical system (particularly in the lens radial direction). Miniaturization becomes difficult.
以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
0.02＜Tnp／T5＜0.2 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。この条件式(1a)を満たすことにより、小型化と収差補正とのバランスを更に最適化することが可能となる。
It is more desirable to satisfy the following conditional expression (1a).
0.02 <Tnp / T5 <0.2 (1a)
The conditional expression (1a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (1). By satisfying this conditional expression (1a), it is possible to further optimize the balance between downsizing and aberration correction.
第５レンズ群において少なくとも１枚のレンズは樹脂から成ることが望ましい。つまり、第５レンズ群において少なくとも１枚のレンズがプラスチックレンズ(すなわち樹脂レンズ)であることが望ましい。第５レンズ群にプラスチックレンズを少なくとも１枚用いることは、変倍光学系のコストダウン及び軽量化を達成する上で有効である。つまり、第５レンズ群を構成するレンズは像面の近くに配置されるため一般的には外径が大きくなるが、これをプラスチックレンズとすることで軽量化に寄与することができる。また、プラスチックレンズを像面近くの正レンズとして用いると、撮像素子への光線をテレセントリックにすることが容易になる。プラスチックレンズであれば両面とも非球面にすることが容易であるため、プラスチックレンズは非球面を両面に有する正レンズであることが、収差補正上更に好ましい。なお、後述する実施例１〜３ではこれらの効果を達成するため、第５レンズ群Ｇｒ５において正成分ＧｒＰを構成する正レンズとして、非晶質ポリオレフィン系樹脂から成るプラスチックレンズを使用している。 In the fifth lens group, it is preferable that at least one lens is made of resin. That is, it is desirable that at least one lens in the fifth lens group is a plastic lens (that is, a resin lens). Using at least one plastic lens for the fifth lens group is effective in achieving cost reduction and weight reduction of the variable magnification optical system. In other words, since the lenses constituting the fifth lens group are arranged close to the image plane, the outer diameter is generally large. However, using a plastic lens can contribute to weight reduction. Further, when a plastic lens is used as a positive lens near the image plane, it becomes easy to make the light beam to the image sensor telecentric. Since it is easy to make both surfaces aspherical if it is a plastic lens, it is more preferable in terms of aberration correction that the plastic lens is a positive lens having aspherical surfaces on both sides. In Examples 1 to 3 to be described later, in order to achieve these effects, a plastic lens made of an amorphous polyolefin resin is used as a positive lens constituting the positive component GrP in the fifth lens group Gr5.
各実施の形態のように第３レンズ群の少なくとも１面に非球面を有することが望ましく、第３レンズ群に以下の条件式(2)を満たす非球面レンズを有することが更に望ましい。
-0.2＜A4×fw3×(n'−n)／√(ft／fw)＜-0.05 …(2)
ただし、
A4：非球面の４次の非球面係数、
n：非球面の物体側にある媒質の屈折率、
n'：非球面の像側にある媒質の屈折率、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
である。
As in each embodiment, it is desirable to have an aspheric surface on at least one surface of the third lens group, and it is further desirable to have an aspheric lens satisfying the following conditional expression (2) in the third lens group.
-0.2 <A4 × fw 3 × (n'−n) / √ (ft / fw) <-0.05… (2)
However,
A4: Aspherical fourth-order aspheric coefficient,
n: refractive index of the medium on the object side of the aspheric surface,
n ': refractive index of the medium on the image side of the aspheric surface,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
fw: focal length of the entire system at the wide-angle end,
It is.
第３レンズ群では軸上光束幅がもっとも大きくなるため、第３レンズ群内の非球面をコントロールすることにより、全変倍域での球面収差・コマ収差の補正を適切に行うことができる。条件式(2)の下限を越えると、非球面による球面収差・コマ収差の補正効果が大きくなりすぎて、球面収差・コマ収差が補正過剰になりすぎてしまう。逆に、条件式(2)の上限を越えると、非球面の補正効果が小さくなりすぎて、アンダーの球面収差を補正しきれなくなる。なお、条件式(2)中のfw3／√(ft／fw)の部分は、広角端で焦点距離を１に正規化するためのものである。 Since the axial light flux width is the largest in the third lens group, it is possible to appropriately correct spherical aberration and coma aberration in the entire zooming range by controlling the aspheric surface in the third lens group. If the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the effect of correcting spherical aberration and coma aberration due to the aspherical surface becomes too great, and the spherical aberration and coma aberration are overcorrected. On the other hand, if the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the effect of correcting the aspherical surface will be too small to fully correct the under spherical aberration. The part of fw 3 / √ (ft / fw) in conditional expression (2) is for normalizing the focal length to 1 at the wide angle end.
以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
-0.19＜A4×fw3×(n'−n)／√(ft／fw)＜-0.10 …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
It is more desirable to satisfy the following conditional expression (2a).
-0.19 <A4 × fw 3 × (n'−n) / √ (ft / fw) <-0.10… (2a)
The conditional expression (2a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (2).
各実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、前述したように第１レンズ群Ｇｒ１にプリズムＰＲを反射部材として有している。つまり、ズーミング中位置固定の第１レンズ群Ｇｒ１が、光軸ＡＸを略９０°折り曲げる反射面ＲＬを有している。このように変倍時の第１レンズ群のズーム位置が像面に対して固定であれば、重量の大きなプリズムを移動させるために駆動機構に大きな負担を強いる必要がない。また、第１レンズ群を移動させるための大きなスペースが不要であり、変倍光学系の入射側での光軸方向の長さを短くすることが可能となる。したがって、全長が変化しない(つまり変倍や沈胴による厚さの変化が生じない)変倍光学系を得ることができる。そして、変倍光学系の全長が変化しなければ、変倍光学系全体を箱型の構造で保持することができるので、変倍光学系を剛性の高い構造で保持することができる。こういった観点から、前述の特徴的な第５レンズ群で軽量・小型化及び高性能化された各実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、屈曲光学系としても相性の良い構成と言える。 As described above, the zoom lens system ZL of each embodiment includes the prism PR as a reflecting member in the first lens group Gr1. That is, the first lens group Gr1 that is fixed in the zooming position has the reflecting surface RL that bends the optical axis AX by approximately 90 °. In this way, if the zoom position of the first lens unit at the time of zooming is fixed with respect to the image plane, it is not necessary to impose a heavy burden on the drive mechanism in order to move the heavy prism. In addition, a large space for moving the first lens group is unnecessary, and the length in the optical axis direction on the incident side of the variable magnification optical system can be shortened. Therefore, it is possible to obtain a variable magnification optical system in which the total length does not change (that is, no change in thickness due to variable magnification or collapsing occurs). If the total length of the variable magnification optical system does not change, the entire variable magnification optical system can be held in a box-like structure, and therefore the variable magnification optical system can be held in a highly rigid structure. From this point of view, it can be said that the zoom lens system ZL of each of the embodiments that has been reduced in weight, size, and performance by the characteristic fifth lens group described above has a good configuration as a bending optical system.
各実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、上述したように屈曲光学系としての相性も良い構成を有するため、第１レンズ群中に光路を折り曲げるための反射部材を含む構成とすることも可能である。その場合、第１レンズ群内に光路を折り曲げるための反射面を有するとともに、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.7＜f1／ft＜1 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。
Since the zoom lens system ZL of each embodiment has a configuration that has good compatibility as a bending optical system as described above, it is also possible to include a reflecting member for bending the optical path in the first lens group. is there. In that case, it is desirable that the first lens group has a reflecting surface for bending the optical path and satisfies the following conditional expression (3).
0.7 <f1 / ft <1 (3)
However,
f1: focal length of the first lens group,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
It is.
第１レンズ群中に光路を折り曲げるための反射部材を配置することにより、カメラの奥行きを薄くすることができる。しかし、その場合には第１レンズ群のパワーを適切に設定することが重要になる。条件式(3)は第１レンズ群の適切なパワー範囲を規定しており、条件式(3)を満たすことにより、屈曲光学系としての厚さと収差補正とのバランスを良好にすることができる。条件式(3)の下限を越えると、第１レンズ群のパワーが強くなりすぎて、望遠端での糸巻き型の歪曲が大きくなる。また、第２レンズ群以降の望遠端での合成倍率も大きくなり(必然的に、広角側の他のズーム域でのそれも大きくなる。)、ズーミングに伴う収差変動も補正しにくくなる。逆に、条件式(3)の上限を越えると、全般的には収差補正上有利になるが、第１レンズ群の外径が大きくなりすぎて、コンパクトな構成にできなくなる。 By disposing a reflecting member for bending the optical path in the first lens group, the depth of the camera can be reduced. However, in that case, it is important to set the power of the first lens group appropriately. Conditional expression (3) defines an appropriate power range of the first lens group. By satisfying conditional expression (3), it is possible to improve the balance between thickness and aberration correction as a bending optical system. . If the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the power of the first lens group becomes too strong, and the pincushion distortion at the telephoto end becomes large. In addition, the composite magnification at the telephoto end after the second lens group also increases (inevitably, it increases at other zoom areas on the wide angle side), and it becomes difficult to correct aberration fluctuations associated with zooming. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, it is advantageous in terms of aberration correction in general, but the outer diameter of the first lens group becomes too large to make a compact configuration.
以下の条件式(3a)を満足することが更に望ましい。
0.80＜f1／ft＜0.96 …(3a)
この条件式(3a)は、上記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
It is more desirable to satisfy the following conditional expression (3a).
0.80 <f1 / ft <0.96 (3a)
The conditional expression (3a) defines a more preferable condition range based on the above viewpoints, etc., among the condition ranges defined by the conditional expression (3).
フォーカシングは第４レンズ群の移動により行うことが好ましい。各実施の形態のズームレンズ系ＺＬでは、矢印ｍＦ(図１〜図３)で示すように第４レンズ群Ｇｒ４を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う構成になっている。従来より、ズーミングに対するレンズ駆動は、１つの駆動装置の動力をズームカムを通じて複数の移動レンズ群に伝達することで行われている。一方、フォーカシングは別の駆動装置を用いたフォーカスレンズ群の移動により行われている。しかし、各実施の形態のズームレンズ系ＺＬのようにズーミングやフォーカシングで移動するレンズ群が２つであれば、カム等を使わずに２つのレンズ群にそれぞれ駆動装置を直接接続することができる。各レンズ群の移動量をコントロールすることによりズーミングやフォーカシングを行えば、カムが不要となるので構成を簡略化することができ、ひいては薄型化につながるので好ましい。また、各実施の形態のズームレンズ系ＺＬのように、負レンズと正レンズをそれぞれ少なくとも１枚用いて第４レンズ群を構成し、近接撮影を行う際のフォーカシングを、第４レンズ群を物体側に繰り出すことにより行う構成にすれば、フォーカシング時の収差変動を小さくすることができるので好ましい。 Focusing is preferably performed by moving the fourth lens group. In the zoom lens system ZL of each embodiment, as shown by the arrow mF (FIGS. 1 to 3), the fourth lens group Gr4 is moved to the object side to perform focusing from an infinite object to a close object. It has become. Conventionally, lens driving for zooming has been performed by transmitting the power of one driving device to a plurality of moving lens groups through a zoom cam. On the other hand, focusing is performed by moving a focus lens group using another driving device. However, if there are two lens groups that move by zooming or focusing as in the zoom lens system ZL of each embodiment, the driving device can be directly connected to the two lens groups without using a cam or the like. . If zooming or focusing is performed by controlling the movement amount of each lens group, the cam is not necessary, so that the configuration can be simplified and the thickness can be reduced. In addition, as in the zoom lens system ZL of each embodiment, the fourth lens group is configured by using at least one negative lens and at least one positive lens, and focusing when performing close-up shooting is performed using the fourth lens group as an object. A configuration in which the lens is extended to the side is preferable because aberration variation during focusing can be reduced.
変倍域に関しては、全系の小型化を図る意味で以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
2.5＜ZR＜4 …(4)
ただし、
ZR：変倍比、
である。
Regarding the zooming range, it is desirable to satisfy the following conditional expression (4) in order to reduce the size of the entire system.
2.5 <ZR <4 (4)
However,
ZR: zoom ratio,
It is.
従来より知られている一般的な正・負・正・正の４成分とそれに後続する第５レンズ群とから成る５成分ズーム構成では、高い変倍比を得るために変倍光学系全体の大きさが犠牲になっている。つまり、第１レンズ群のレンズ径の増大や変倍光学系の全長の増大により、変倍光学系全体の大型化を招く結果となっている。条件式(4)を満たすように変倍域を設定すれば、第１レンズ群等のレンズ径を小さくするとともに変倍光学系の全長を短縮して全体を小型化することが可能となる。したがって、変倍光学系におけるサイズ，変倍域及び光学性能のバランスを良好にすることができる。図７に示すようにズームレンズ系ＺＬを屈曲光学系として使用する場合には、ズームレンズ系ＺＬのレンズ径方向の小型化は、撮像装置ＬＵ及びカメラＣＵを薄型化する上で特に有効である。 In a five-component zoom configuration including a conventional positive, negative, positive, and positive four components followed by a fifth lens group, the entire variable magnification optical system is obtained in order to obtain a high zoom ratio. Size is sacrificed. That is, the increase in the lens diameter of the first lens group and the increase in the total length of the variable magnification optical system result in an increase in the size of the entire variable magnification optical system. If the zooming area is set so as to satisfy the conditional expression (4), it is possible to reduce the lens diameter of the first lens group and the like and to reduce the overall length of the zooming optical system by reducing the total length of the zooming optical system. Therefore, it is possible to improve the balance between the size, the variable power range, and the optical performance in the variable power optical system. As shown in FIG. 7, when the zoom lens system ZL is used as a bending optical system, downsizing the zoom lens system ZL in the lens radial direction is particularly effective in reducing the thickness of the imaging device LU and camera CU. .
各実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬには、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが望ましい。また、ズームレンズ系ＺＬには、光学素子としてレンズ以外に絞りＳＴが用いられているが、必要に応じて不要光をカットするための光束規制板(例えばフレアカッター)等を必要に応じて配置してもよい。 The zoom lens system ZL constituting each embodiment uses a refractive lens that deflects incident light by refraction (that is, a lens that deflects at the interface between media having different refractive indexes). However, the usable lens is not limited to this. For example, a diffractive lens that deflects incident light by diffracting action, a refractive / diffractive hybrid lens that deflects incident light by combining diffractive action and refracting action, and a refractive index distribution that deflects incident light by a refractive index distribution in the medium A mold lens or the like may be used. However, it is desirable to use a homogeneous material lens with a uniform refractive index distribution, because the refractive index distribution type lens whose refractive index changes in the medium increases the cost of its complicated manufacturing method. In addition, the zoom lens system ZL uses a stop ST in addition to the lens as an optical element, but if necessary, a light flux restricting plate (for example, a flare cutter) for cutting unnecessary light is disposed as necessary. May be.
以下、本発明を実施したズームレンズ系の構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第３の実施の形態を表す光学構成図(図１〜図３)は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。 Hereinafter, the configuration of the zoom lens system embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data and the like. Examples 1 to 3 listed here are numerical examples corresponding respectively to the first to third embodiments described above, and are optical configuration diagrams showing the first to third embodiments (FIGS. 1 to 3). 3) shows the lens configurations of the corresponding first to third embodiments.
表１〜表６に実施例１〜実施例３のコンストラクションデータを示し、表７に各実施例の条件式対応値を示す。表１，表３，表５に示す基本的な光学構成(ｉ：面番号)において、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径(ｍｍ)、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面と(ｉ＋１)番目の面との間の軸上面間隔(ｍｍ)を示しており、Ｎｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)，νｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は軸上面間隔ｄｉに位置する光学材料のｄ線に対する屈折率(Ｎｄ)，アッベ数(νｄ)をそれぞれ示している。また、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔ｄｉは、広角端(最短焦点距離状態，Ｗ)〜ミドル(中間焦点距離状態，Ｍ)〜望遠端(最長焦点距離状態，Ｔ)での可変空気間隔であり、ｆ，ＦＮＯは各焦点距離状態(Ｗ)，(Ｍ)，(Ｔ)に対応する全系の焦点距離(ｍｍ)，Ｆナンバーをそれぞれ示している。 Tables 1 to 6 show construction data of Examples 1 to 3, and Table 7 shows values corresponding to conditional expressions of Examples. In the basic optical configurations (i: surface number) shown in Table 1, Table 3, and Table 5, ri (i = 1, 2, 3,...) Is the radius of curvature of the i-th surface counted from the object side. (mm) and di (i = 1, 2, 3,...) indicate the axial upper surface distance (mm) between the i-th surface and the (i + 1) -th surface counted from the object side. Ni (i = 1, 2, 3,...) And νi (i = 1, 2, 3,...) Are the refractive index (Nd) and Abbe for the d-line of the optical material positioned at the axial top surface distance di. Each number (νd) is shown. Further, the axial top surface distance di that changes during zooming is a variable air distance from the wide-angle end (shortest focal length state, W) to the middle (intermediate focal length state, M) to the telephoto end (longest focal length state, T). , F, FNO respectively indicate the focal length (mm) and the F number of the entire system corresponding to each focal length state (W), (M), (T).
曲率半径ｒｉのデータに＊印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。表２，表４，表６中に、各実施例の非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-n，Ｅ＋ｎ＝×１０+nである。
Ｘ(Ｈ)＝(Ｃ０・Ｈ2)／{１＋√(１−ε・Ｃ０2・Ｈ2)}＋Σ(Ａｊ・Ｈj) …(AS)
ただし、式(AS)中、
Ｘ(Ｈ)：高さＨの位置での光軸ＡＸ方向の変位量(面頂点基準)、
Ｈ：光軸ＡＸに対して垂直な方向の高さ、
Ｃ０：近軸曲率(＝１／ｒｉ)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。
The surfaces marked with * in the data of the radius of curvature ri are aspherical surfaces (aspherical refractive optical surfaces, surfaces having a refractive action equivalent to aspherical surfaces, etc.), and represent the following aspherical surface shapes: It is defined by the formula (AS). Tables 2, 4 and 6 show aspherical data of each example. However, the coefficient of the term not described is 0, and E−n = × 10 −n and E + n = × 10 + n for all data.
X (H) = (C0 · H 2 ) / {1 + √ (1−ε · C0 2 · H 2 )} + Σ (Aj · H j ) (AS)
However, in the formula (AS)
X (H): Amount of displacement in the optical axis AX direction at the position of height H (based on the surface vertex),
H: height in a direction perpendicular to the optical axis AX,
C0: paraxial curvature (= 1 / ri),
ε: quadric surface parameter,
Aj: j-order aspheric coefficient,
It is.
図４〜図６は実施例１〜実施例３にそれぞれ対応する収差図であり、(Ｗ)は広角端，(Ｍ)はミドル，(Ｔ)は望遠端における無限遠合焦状態での諸収差{左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。ＦＮＯはＦナンバー、Ｙ’(ｍｍ)は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高(光軸ＡＸからの距離に相当する。)である。}を示している。球面収差図において、実線ｄはｄ線に対する球面収差(ｍｍ)を表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量(ｍｍ)を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差(ｍｍ)を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲(％)を表している。 FIGS. 4 to 6 are aberration diagrams corresponding to Examples 1 to 3, respectively. (W) is a wide angle end, (M) is a middle, and (T) is an infinite focus state at a telephoto end. Aberration {from left to right, spherical aberration, astigmatism, distortion, etc. FNO is the F number, and Y ′ (mm) is the maximum image height (corresponding to the distance from the optical axis AX) on the light receiving surface SS of the image sensor SR. }. In the spherical aberration diagram, a solid line d represents spherical aberration (mm) with respect to the d line, and a broken line SC represents an unsatisfactory sine condition (mm). In the astigmatism diagram, the broken line DM represents the meridional surface, and the solid line DS represents each astigmatism (mm) with respect to the d-line on the sagittal surface. In the distortion diagram, the solid line represents the distortion (%) with respect to the d-line.
ＣＵ カメラ
ＬＵ 撮像装置
ＺＬ ズームレンズ系(変倍光学系)
Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
Ｇｒ５ 第５レンズ群
ＰＲ プリズム(反射部材)
ＲＬ 反射面
ＳＴ 絞り
ＧｒＮ 負成分
ＧｒＰ 正成分
ＰＴ 平行平面板
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
ＩＭ 像面
ＡＸ 光軸
CU camera LU imaging device ZL zoom lens system (variable magnification optical system)
Gr1 First lens group Gr2 Second lens group Gr3 Third lens group Gr4 Fourth lens group Gr5 Fifth lens group PR Prism (reflecting member)
RL Reflecting surface ST Aperture GrN Negative component GrP Positive component PT Parallel plane plate SR Image sensor SS Light receiving surface IM Image surface AX Optical axis
Claims (7)
0.01＜Tnp／T5＜0.5 …(1)
ただし、
Tnp：第５レンズ群内の負成分と正成分との間の軸上空気間隔、
T5：第５レンズ群全体の軸上厚み、
である。 A zooming optical system for forming an optical image of an object on a light-receiving surface of an image sensor so that zooming is possible, and in order from the object side, a first lens group having positive power and a first lens group having negative power 2 lens group, a third lens group having positive power, a fourth lens group having positive power, and a fifth lens group. In zooming from the wide-angle end to the telephoto end, The positions of the first lens group, the third lens group, and the fifth lens group are fixed, and the second lens group and the fourth lens group move, and the fifth lens group is an object. A variable magnification optical system comprising a negative component and a positive component in order from the side, having an aspherical surface on at least one surface of the fifth lens group, and satisfying the following conditional expression (1):
0.01 <Tnp / T5 <0.5 (1)
However,
Tnp: axial air space between the negative and positive components in the fifth lens group,
T5: axial thickness of the entire fifth lens group,
It is.
-0.2＜A4×fw3×(n'−n)／√(ft／fw)＜-0.05 …(2)
ただし、
A4：非球面の４次の非球面係数、
n：非球面の物体側にある媒質の屈折率、
n'：非球面の像側にある媒質の屈折率、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
である。 The zoom optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the third lens group includes an aspheric lens that satisfies the following conditional expression (2):
-0.2 <A4 × fw 3 × (n'−n) / √ (ft / fw) <-0.05… (2)
However,
A4: Aspherical fourth-order aspheric coefficient,
n: refractive index of the medium on the object side of the aspheric surface,
n ': refractive index of the medium on the image side of the aspheric surface,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
fw: focal length of the entire system at the wide-angle end,
It is.
0.7＜f1／ft＜1 …(3)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。 6. The variable magnification optical system according to claim 1, wherein the first lens group has a reflecting surface for bending an optical path, and satisfies the following conditional expression (3). ;
0.7 <f1 / ft <1 (3)
However,
f1: focal length of the first lens group,
ft: focal length of the entire system at the telephoto end,
It is.
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|---|---|---|---|---|
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| US8320051B2 (en) | 2009-10-13 | 2012-11-27 | Panasonic Corporation | Zoom lens system, imaging device and camera |
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