JP2007034064A

JP2007034064A - 変倍光学系

Info

Publication number: JP2007034064A
Application number: JP2005219296A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ori; 哲也小里
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: US7180684B1; US20070024987A1; JP4744969B2

Abstract

【課題】３群構成とされ、合焦時の第３レンズ群の移動量が確保でき、小型で低廉でありながら望遠端における近距離撮影が可能な変倍光学系を提供する。
【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３を配設してなり、第１レンズ群Ｇ_１は物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、光路を折り曲げるプリズム２と、少なくとも１枚の正レンズを配設してなり、広角端から望遠端に向かって変倍する際に、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３とを光軸に沿って移動せしめ、第３レンズ群Ｇ_３は一旦物体側へ移動せしめた後像側に移動せしめてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話やモバイルコンピュータ等の撮像装置に用いられる変倍光学系に関する。

近年の携帯電話やモバイルコンピュータ等には、撮像装置を組み込むことにより、撮像した画像情報を直接取り込めるようにしたものがある。このような撮像装置に用いられる撮影光学系では、持ち運びを容易なものとするため、軽量化およびコンパクト化を図る必要がある。また、対物レンズの光軸が撮像装置の厚み方向とされている場合には、光路上にプリズムを配設して光路を屈曲させることにより、装置筐体の厚みを薄くする技術が開発されている。

一方、このような撮像装置に用いる撮影光学系においても高機能化が望まれており、変倍機能を有する撮影光学系が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００４―２６４５８５号公報特開２０００−１３１６１０号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、レンズを３群構成とし、第３レンズ群を合焦機能も兼ねる構成とした場合、広角端から望遠端への変倍時に、第３レンズ群を単調に物体側に移動させる構成とされているため、望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が狭くなり、合焦時の第３レンズ群の繰り出し量を確保し難くなる。特に近距離の撮影においては、広角端より望遠端の方が焦点移動が大きくなり、合焦レンズの繰り出し量も大きくなるため、特に望遠端において、合焦レンズ群である第３レンズ群の繰り出し量を確保する必要があった。また、特許文献２のものは４群構成とされている為、小型化と低廉化に限界があった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、３群構成とされ、合焦時の第３レンズ群の移動量が確保でき、小型で低廉でありながら望遠端における近距離撮影が可能な変倍光学系を提供することを目的とする。

本発明の変倍光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第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レンズ群を配設してなり、前記第１レンズ群は物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、光路を折り曲げるプリズムと、少なくとも１枚の正レンズを配設してなり、
広角端から望遠端に向かって変倍する際に、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを光軸に沿って移動せしめ、前記第３レンズ群は一旦物体側へ移動せしめた後像側に移動せしめることを特徴とするものである。

また、本発明の変倍光学系は、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
（１）０＜（Ｌ_ｍ−Ｌ_ｔ）／Ｆ_ｗ＜０．２
Ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
Ｌ_ｍ：変倍時において、第３レンズ群が最も物体側に位置した際における、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の頂点から像面までの距離
Ｌ_ｔ：望遠端における、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の頂点から像面までの距離
また、前記第３レンズ群内には、光量を調節する絞りが配設されることが好ましい。

また、前記第１レンズ群は、物体側より順に、１枚の負レンズと、光路を折り曲げるプリズムと、１枚の正レンズを配設してなることが好ましい。

また、前記第１レンズ群中の前記正レンズは、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。

また、前記第３レンズ群は物体側より順に、正レンズと負レンズからなる接合レンズと、単レンズとからなることが好ましい。

また、前記第３レンズ群中の前記単レンズは、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。

さらに、前記第３レンズ群中の前記単レンズは、プラスチックからなることが好ましい。

本発明の変倍光学系は物体側より順に、変倍時固定の正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に移動する負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時および合焦時に移動する正の屈折力を有する第３レンズ群から構成することにより、群構成を少なくし低廉化を達成することができるようになっている。

また、広角端から望遠端への変倍の際、第３レンズ群を先ず物体側へ移動させ、途中で像側へ反転させることにより、移動の軌跡は物体側に凸の凸弧状になる。このようにすることで、一旦第２レンズ群と第３レンズ群は近づくものの、最終的には望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を確保することができる。すなわち、合焦時の第３レンズ群の移動量を確保することで、望遠端における近距離撮影を良好に行うことができるようになっている。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）の変倍光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３を配設してなる。

光軸Ｘに沿って入射した光束は各レンズ群Ｇ_１〜Ｇ_３を通過しＣＣＤ（撮像素子）の撮像面１上に結像される。なお、第３レンズ群Ｇ_３と撮像面１との間にはカバーガラス（フィルタ部）４が配設されている。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ_１、光路を折り曲げるプリズム２、正の屈折力を有する第２レンズＬ_２からなる。プリズム２の前に少なくとも１枚の負レンズを配置させることで、プリズム２への光束径を小さくしプリズム２の大きさを小さくすることにより、光学系の小型化と低廉化を達成することができる。さらに、第２レンズＬ_２に非球面レンズを用いた場合、像面湾曲と歪曲収差を良好に補正することができる。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、物体側より順に、両凹レンズよりなる第３レンズＬ_３、正の屈折力を有する第４レンズＬ_４からなる。

また、第３レンズ群Ｇ_３は、物体側より順に、絞り３、正レンズである第５レンズＬ_５と負レンズである第６レンズＬ_６よりなる接合レンズ、単レンズよりなる第７レンズＬ_７からなる。このように構成することで、軸上色収差と倍率色収差を補正することができ、さらに第３レンズ群Ｇ_３内の単レンズを非球面レンズとすることで、球面収差と像面湾曲と歪曲を補正することができる。さらに、第３レンズ群Ｇ_３内の非球面レンズ（第７レンズＬ_７）をプラスチックにより構成することで、光学系の低廉化と軽量化を達成できる。また、この非球面レンズ（第７レンズＬ_７）をプラスチックにより構成することで、この非球面レンズと接合レンズ（第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６）を、互いの対向面が沿うような形状とすることが容易であるから、第３レンズ群Ｇ_３内の偏芯を抑えること、および光学系全体の画質の安定化を達成することができるようになっている。

ここで、本実施形態の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３の２つのレンズ群を移動させることにより、ズーム機能を有する構成とされている。ここで、第２レンズ群Ｇ_２は、広角端から望遠端への変倍に際し、物体側から像面側に連続的に移動させる。一方、第３レンズ群Ｇ_３は広角端から望遠端への変倍に際し、一旦物体側へ移動させた後、像側へ移動させることにより、移動の軌跡を物体側に凸の凸弧状とする。

また、各非球面は、下記非球面式により表される。

次に、上述した条件式（１）の技術的意義について説明する。
上記条件式（１）は第３レンズ群Ｇ_３の変倍時の移動軌跡に関するもので、満足されることにより、望遠端における近距離撮影を可能とし、さらにＣＣＤ（撮像素子）の受光効率を高めることができる。この条件式（１）の上限を上回ると、望遠端における第３レンズ群Ｇ_３が像側に近づき過ぎ、ＣＣＤへの射出角が大きくなるため、ＣＣＤの受光効率が低くなる。一方、下限を下回ると望遠端における第２レンズ群Ｇ_２と第３レンズ群Ｇ_３との間隔が狭くなり過ぎるため、合焦時の第３レンズ群Ｇ_３の移動量が確保できず、近距離撮影が困難となる。

以下、具体的な実施例および従来技術に係る比較例を用いて、本発明の変倍光学系をさらに説明する。

＜実施例１＞
実施例１に係る変倍光学系の概略構成を図１に示す。この変倍光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３を配設してなる。

ここで第１レンズ群Ｇ_１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１、光路を折り曲げるプリズム２、両面非球面の両凸レンズよりなる第２レンズＬ_２よりなる。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、物体側より順に、両面非球面の両凹レンズよりなる第３レンズＬ_３、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第４レンズＬ_４からなる。
また、第３レンズ群Ｇ_３は、物体側より順に、両凸レンズである第５レンズＬ_５と両凹レンズである第６レンズＬ_６からなる接合レンズ、両面非球面の両凸レンズよりなる第７レンズＬ_７からなる。

この変倍光学系の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表１に示す。なお、表中の数字は、物体側からの順番を表すものであり（第１１面は絞り３の面を表す）、非球面については、その面番号の左側に＊を付している。また、表１の中段には、焦点距離ｆ、ＦＮｏ．、画角２ω、条件式（１）の値が示されている。また、表１の下段には、広角端、中間（第３レンズ群Ｇ_３が最も物体側に移動した位置）および望遠端における各レンズ群間隔（Ｄ_６、Ｄ_１０、Ｄ_１６）の値を示す。

図１には、広角端および望遠端での各レンズ群の配置が示されており、第３レンズ群Ｇ_３の移動の軌跡は物体側に凸の凸弧状になっている。
また、表２に、上記各非球面について、上記非球面式の各定数Ｋ、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０、Ａ_１１、Ａ_１２の値を示す。

また、実施例１の変倍光学系によれば、表１に示すように、条件式（１）は満足されている。そして、レンズ系の全長は５５．０６ｍｍとされている。

図２は実施例１の変倍光学系の球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例１の変倍光学系によれば、各収差を極めて良好に補正することができる。

＜実施例２＞
実施例２に係る変倍光学系の概略構成を図３に示す。この変倍光学系の構成も実施例１のものと略同様であり、対応する図面の説明において同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明については省略する（ただし、第５レンズＬ_５以降のレンズの符合は１つずつずれた対応関係となっている）。

実施例２の第２レンズ群Ｇ_２は、物体側より順に、両凹レンズよりなる第３レンズＬ_３、および両凹レンズである第４レンズＬ_４と両凸レンズである第５レンズＬ_５よりなる接合レンズからなる。

実施例１との主な相違点は、第２レンズ群Ｇ_２のレンズ構成が３枚からなり、内２枚が接合レンズとなっていることである。第２レンズ群Ｇ_２中に接合レンズを有することにより、倍率色収差をさらに良好なものとすることができるようになっている。
この変倍光学系の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を表３に示す。なお表中の数字は、物体側からの順番を表すものである（第１２面は絞り３の面を表す）。なお、表３において、非球面である場合は、その面番号の左側に＊を付している。また、表３の中段には、焦点距離ｆ、ＦＮｏ．、画角２ω、条件式（１）の値が示されている。また、表３の下段には、広角端、中間（第３レンズ群Ｇ_３が最も物体側に移動した位置）および望遠端における各レンズ群間隔（Ｄ_６、Ｄ_１１、Ｄ_１７）の値を示す。

また、表４に、上記各非球面について、上記非球面式の各定数Ｋ、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０、Ａ_１１、Ａ_１２の値を示す。

また、実施例２の変倍光学系によれば、表３に示すように、条件式（１）は満足されている。そして、レンズ系の全長は５５．０７ｍｍとされている。

図４は実施例２の変倍光学系の球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。なお、非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図においてωは半画角を示す。これらの収差図から明らかなように、実施例２の変倍光学系によれば、各収差、特に倍率色収差を良好に補正することができる。

本発明の実施例１に係る変倍光学系の構成を示す概略図実施例１の変倍光学系の諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例２に係る変倍光学系の構成を示す概略図実施例２の変倍光学系の諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図

符号の説明

Ｌ_１〜Ｌ_８レンズ
Ｇ_１〜Ｇ_３レンズ群
Ｘ光軸
１撮像面
２プリズム
３絞り
４カバーガラス（フィルタ部）

Claims

物体側より順に、正の屈折力を有する第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レンズ群を配設してなり、前記第１レンズ群は物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズと、光路を折り曲げるプリズムと、少なくとも１枚の正レンズを配設してなり、
広角端から望遠端に向かって変倍する際に、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを光軸に沿って移動せしめ、前記第３レンズ群は一旦物体側へ移動せしめた後像側に移動せしめることを特徴とする変倍光学系。
下記条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
（１）０＜（Ｌ_ｍ−Ｌ_ｔ）／Ｆ_ｗ＜０．２
Ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
Ｌ_ｍ：変倍時において、第３レンズ群が最も物体側に位置した際における、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の頂点から像面までの距離
Ｌ_ｔ：望遠端における、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の頂点から像面までの距離
前記第３レンズ群内には、光量を調節する絞りが配設されることを特徴とする請求項１または２記載の変倍光学系。
前記第１レンズ群は、物体側より順に、１枚の負レンズと、光路を折り曲げるプリズムと、１枚の正レンズを配設してなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の変倍光学系。
前記第１レンズ群中の前記正レンズは、少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項４記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群は物体側より順に、正レンズと負レンズからなる接合レンズと、単レンズとからなることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群中の前記単レンズは、少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項６記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群中の前記単レンズは、プラスチックからなることを特徴とする請求項７記載の変倍光学系。