JP2007072117A - 可変焦点距離レンズ，撮影レンズユニットおよびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で広画角を実現しながら，高性能な可変焦点距離レンズ，このレンズを用いた撮影レンズユニットおよびこの撮影レンズを用いたカメラを得る。
【解決手段】物体側から順にそれぞれ正，負，正，正の屈折力を持つ第１，２，３，４レンズ群からからなり，各レンズ群の間隔を変えて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて，第４レンズ群４の像面側に物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である平行平板素子Ｆを有し，無限遠物体に対して第４レンズ群４が最も像面側に位置する焦点距離において第４レンズ群４から像面までの平行平板Ｆの厚さを含めた長さΣＤが，条件式１＜ΣＤ＜３．３を満足する。第２レンズ群２と第３レンズ群３に非球面を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は，デジタルカメラ，ビデオカメラ，その他各種カメラに適用可能な可変焦点距離レンズ，撮影レンズユニットおよびこのレンズユニットを有するカメラに関するものである。

デジタルカメラなどのようにＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子を受光素子として用いた光学系では，撮像素子へ略垂直に光線を入射させる必要があり，また，光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のフィルター類を配置する必要があること等から，長いバックフォーカスを確保する必要がある。バックフォーカスを長くした光学系において画角を広げることは諸収差の補正を困難にしている。なお，光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルターや赤外カットフィルター等の平行平板からなるフィルター類を配置した例として，特許文献１，特許文献２，特許文献３などに記載されている発明がある。

最近ではＣＣＤ等の撮像素子の画素の精細化が進むとともに，画像処理技術の発達も進歩し，必要とするローパスフィルターの厚みも薄くなりつつある。画素の精細化は光学系に対する要求性能を高めることになる。具体的には，光学系の組立精度の高精度化を要求し，また，光学系そのものが持つ組立誤差に対する感度の低減すなわち仮に組立誤差があったとしてもその影響が少なくなることを要求することになる。

特開２００１−５６４３６号公報 特開２０００−２４９９００号公報 特開２０００−２８７２２６号公報

本発明は，上記のような技術的な要求を満たすためになされたもので，小型で広画角を実現しながら，高性能な可変焦点距離レンズ，このレンズを用いた撮影レンズユニットおよびこの撮影レンズを用いたカメラを得ることを目的とする。

本発明は，物体側から順にそれぞれ正，負，正，正の屈折力を持つ第１，２，３，４レンズ群からからなり，各レンズ郡の間隔を変えて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて，第４レンズ群の像面側に物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である平行平板素子を有し，無限遠物体に対して第４レンズ群が最も像面側に位置する焦点距離において第４レンズ群から像面までの上記平行平板の厚さを含めた長さΣＤが，条件式
１＜ΣＤ＜３．３
を満足することを特徴とする。
これにより光学系の持つバックフォーカスが最適化される。上記条件式の上限を越えるとバックフォーカスが長くなりすぎて光学系が大きくなってしまい，逆に下限を越えると各種フィルター類や撮像素子保護ガラス等を配置することが困難になる。

上記可変焦点距離レンズにおいて，さらに第２レンズ群と第３レンズ群に非球面を用いることにより，収差を良好に補正することができる。第１レンズ群と第４レンズ群に非球面を用いることによっても収差補正にはある程度有効ではあるが，その効果が若干弱いこと，及び第１レンズ群に非球面を用いるとレンズの径が大きいことから特にコストアップをもたらすことにもなる。第４レンズ群に非球面を用いた場合にも球面レンズで構成した場合に比べてコストアップになり，また被写体距離の変化に対する像面の変移が生じ，この像面変移の補正を収差補正と同様に行わなければならない。

上記第２レンズ群に用いた非球面のうち最も径の大きいレンズをガラス球面レンズ上に樹脂層で非球面を成型するハイブリッド（ＨＢ）非球面としてもよい。こうすることにより，ガラスを直接成型するガラスモールド（ＧＭＯ）非球面レンズに比べ低コストで製造することが可能になる。

本発明はまた，物体側から順にそれぞれ正，負，正，正の屈折力を持つ第１，２，３，４レンズ群からからなり，各レンズ群の間隔を変えて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて，第１レンズ群が物体側から順に正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを有し，第３レンズ群を物体側から順に正の屈折力のレンズ，負の屈折力のレンズ，正の屈折力のレンズの３枚のレンズで構成することを特徴とする。かかる構成にすることにより，可変焦点距離レンズの広角端での画角を広くすることが可能になる。この構成において，第３レンズ群の最も物体側の面と最も像側の面を非球面とすることで収差の補正を良好に行うことができる。さらに，第３レンズ群の３枚のレンズを貼り合せレンズとすることで，第３レンズ群のレンズ組付け誤差による性能の劣化を防止することができる。

本発明はまた，物体側から順にそれぞれ正，負，正，正の屈折力を持つ第１，２，３，４レンズ群からからなり，各レンズ群の間隔を変えて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて，第４レンズ群の像面側に物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である平行平板素子を有し，第２レンズ群の最も物体側のレンズの像面側の面の曲率半径をＲｒ，可変焦点距離レンズの最も高い像高をＹとしたとき，第２レンズ群の最も物体側のレンズが，
０．９＜Ｒｒ／Ｙ＜１．１ （１）
の条件式を満足することを特徴とする。
かかる構成にすることにより，広い画角を持った小型の撮影光学系を実現すると共に，諸収差の良好な補正を可能にしている。具体的には条件式（１）の下限を越えると像面湾曲の補正が困難になり，上限を超えると光学系が大型化し，特に第１レンズ群のレンズ径が大型化する難点がある。
さらに望ましくは，画角の広角化のために条件式（１）は０．９＜Ｒｒ／Ｙ≦１．０であると有効である。

さらに，上記発明において，第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側面が非球面であり，この非球面が光軸と交わる点から有効径部までの光軸方向の変位量をＳａｓｐ，上記非球面が光軸と交わる点からこの非球面の非球面係数を全て０（零）とした時の有効径部までの光軸方向の変異量をＳｓｐｈとしたとき，
０ｍｍ＜Ｓａｓｐ−Ｓｓｐｈ＜１ｍｍ （２）
の条件式を満足するとよい。
条件式（２）を満足することにより，歪曲収差の良好な補正が可能になる。条件式（２）の下限を越えると非球面としての効果が低くなって歪曲収差の補正に対する効果が得られなくなり，上限を超えると非球面量が大きくなり非球面の製造が困難になる。このことは本発明の実施例に見られるガラス球面レンズの上に樹脂層で非球面を成型するハイブリッド非球面の場合には特に顕著である。

本発明にかかる撮影レンズユニットは，上記各構成の可変焦点距離レンズを有してなるものであり，本発明にかかるカメラは，上記撮影レンズユニットを備えてなるものである。

以上により，本発明によれば，小型で広画角，高性能な可変焦点距離レンズを実現することができ，この可変焦点距離レンズを有する撮影レンズユニット，さらにはカメラを構成することにより，小型で広画角，高性能な撮影レンズユニットおよびカメラを提供することができる。

以下，本発明にかかる可変焦点距離レンズ，撮影レンズユニットおよびカメラの実施例を，図面を参照しながら説明する。
図１，図２，図３はそれぞれ実施例１，実施例２，実施例３にかかる可変焦点距離レンズの光学配置を示す。符号１は第１レンズ群，２は第２レンズ群，３は第３レンズ群，４は第４レンズ群を示している。第２レンズ群２と第３レンズ群３の間には開口絞りＳが配置され，第４レンズ群４から像面までの間，すなわち第４レンズ群の像面側には，物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である複数の平行平板素子Ｆが配置されている。平行平板素子Ｆは，各種フィルターや受光素子のカバーガラスなどである。

可変焦点距離レンズの具体的な実施例を３例挙げる。各実施例において，「Ｓｕｒ．」は，各レンズ面および平行平板Ｆの各面の，物体側から数えた面番号を示しており，これらの面番号に関し，曲率半径をＲ，面間隔をＤ，レンズ材質のｄ線に対する屈折率およびアッベ数をそれぞれＮｄおよびＶｄとする。第２レンズ群と第３レンズ群にのみ非球面を有している。この非球面は，円錐定数：Ｋ，高次の非球面係数：Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，・・・，近軸曲率半径の逆数：Ｃ，光軸からの高さ：Ｈ，光軸方向の変化量：Ｘを用いた周知の式：
Ｘ＝ＣＨ^２／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２｝］
＋Ａ４・Ｈ^４＋Ａ６・Ｈ^６＋Ａ８・Ｈ^８＋Ａ１０・Ｈ^１０
を用い，この式に，上記円錐定数：Ｋ，高次の非球面係数：Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，・・・，近軸曲率半径の逆数：Ｃ（＝１／Ｒ）を与えて形状を特定する。
各実施例において，ｆは全系の焦点距離，ＦｎｏはＦナンバーを表している。各実施例はいずれも、それらの数値データからわかるとおり、物体側から３番目のレンズがガラスレンズの上に樹脂による非球面層を成型したハイブリッド非球面レンズである。

図１は実施例１にかかる可変焦点距離レンズを示す。物体側（図１において左側）から順に，正屈折力の第１レンズ群１と，負の屈折力の第２レンズ群２と，正の屈折力の第３レンズ群３と，正の屈折力の第４レンズ群４を有する。各レンズ群の間隔を変化させることにより焦点距離を変化させることができる。第３レンズ群３は，物体側から順に正の屈折力を持つレンズと負の屈折力を持つレンズと正の屈折力を持つレンズとからなる。これら３枚のレンズは接合されて一体化されている。第２レンズ群２中にある非球面のうち最も有効径の大きい非球面レンズ，したがって物体側から３番目のレンズが，ガラスレンズの上に樹脂による非球面層を成型したハイブリッド非球面レンズである。実施例１の数値例を以下に示す。

図２は，可変焦点距離レンズの実施例２を示す。第１レンズ群１の像面側に正メニスカスレンズが１枚増えたことと，第３レンズ群３の最も像面側のレンズが，第３レンズ群を構成する他のレンズから独立している点が，実施例１との主な相違点である。第２レンズ群２中にある非球面のうち最も有効径の大きい非球面レンズ，したがって物体側から４番目のレンズが，ガラスレンズの上に樹脂による非球面層を成型したハイブリッド非球面レンズである。以下に，数値例を示す。

図３は，可変焦点距離レンズの実施例３を示す。実施例１に近いレンズ構成となっている。第２レンズ群２中にある非球面のうち最も有効径の大きい非球面レンズ，したがって物体側から３番目のレンズが，ガラスレンズの上に樹脂による非球面層を成型したハイブリッド非球面レンズである。以下に，数値例を示す。

図４，図５，図６は，それぞれ実施例１，実施例２，実施例３の各収差曲線図を示すもので，左から順に，短焦点端，中間焦点位置，長焦点端における各収差曲線図を示している。また、各収差曲線図は，球面収差，非点収差および歪曲収差の各収差曲線図からなる。これらの図において，「Ｆ」はＦナンバーを，「ω」は半画角を示す。球面収差を示す図において破線は正弦条件を表し，非点収差を示す図における実線はサジタルを，破線はメリディオナルを表している。これらの収差図から明らかなように，各実施例とも収差は十分に補正されていて，数百万画素を超える受光素子にも対応可能である。

以上説明した各実施例にかかる可変焦点距離レンズは，これを撮影レンズユニットに適用することができる。また，この撮影レンズユニットは，これを各種カメラに適用することができる。
図７は，本発明にかかる可変焦点距離レンズを組み込んだ撮影レンズユニットを有するカメラの実施例を示す。この実施例にかかるカメラはデジタルスチルカメラの例であるが，それ以外のあらゆるカメラ，例えば，ビデオカメラ，携帯電話付属のカメラなどにも適用可能である。

図７において，カメラ本体の前面側には本発明にかかる可変焦点距離レンズを組み込んだ撮影レンズユニット１０が組み付けられている。カメラ本体の上面には各種撮影情報などが表示される液晶表示（ＬＣＤ）パネル１４，メインスイッチ１６，レリーズボタン１８が配置されている。カメラ本体の背面側には，光学ファインダー１２，ズームボタン２０，液晶パネルからなるモニター２２が配置されている。撮影レンズユニット１０でＣＣＤなどの撮像素子の撮像面に結ばれた被写体像は，撮像素子の画素ごとに電気信号に変換され，画像処理回路で所定の処理が施され，モニター２２にリアルタイムで被写体像が表示される。ズームボタン２２を走査することによって前記可変焦点距離レンズの各レンズ群の間隔が変化し，これにより撮影レンズの焦点距離が短焦点端と長焦点端との間で変化し，ズーミングが行われる。任意の焦点距離位置に設定し，レリーズボタン１８を押すことによって，そのときの被写体画像を適宜の記録媒体に保存することができる。

実施例１にかかる可変焦点距離レンズの光学配置図である。 実施例２にかかる可変焦点距離レンズの光学配置図である。 実施例３にかかる可変焦点距離レンズの光学配置図である。 実施例１にかかる可変焦点距離レンズの収差曲線図である。 実施例２にかかる可変焦点距離レンズの収差曲線図である。 実施例３にかかる可変焦点距離レンズの収差曲線図である。 本発明にかかる可変焦点距離レンズを有する撮影レンズユニットを組み込んだカメラの実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 第１レンズ群
２ 第２レンズ群
３ 第３レンズ群
４ 第４レンズ群
Ｆ 平行平面板

Claims (11)

1. 物体側から順に，正屈折力の第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レンズ群を有し，各レンズ群の間隔を変化させることにより焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズであって，
   第４レンズ群の像面側に物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である平行平板素子を有し，
   無限遠物体に対して第４レンズ群が最も像面側に位置する焦点距離において第４レンズ群から像面までの上記平行平板の厚さを含めた長さΣＤが，
   １＜ΣＤ＜３．３
   の条件式を満足する可変焦点距離レンズ。
2. 請求項１記載の可変焦点距離レンズにおいて，第２レンズ群と第３レンズ群にのみ非球面を有することを特徴とする可変焦点距離レンズ。
3. 請求項２記載の可変焦点距離レンズにおいて，第２レンズ群中にある非球面のうち最も有効径の大きい非球面レンズが，ガラスレンズの上に樹脂による非球面層を成型したハイブリッド非球面レンズであることを特徴とする可変焦点距離レンズ。
4. 物体側から順に，正屈折力の第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レンズ群を有し，各レンズ群の間隔を変化せせることにより焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズであって，
   第１レンズ群が物体側から順に正の屈折力を持つレンズと負の屈折力を持つレンズを有し，
   第３レンズ群が物体側から順に正の屈折力を持つレンズと負の屈折力を持つレンズと正の屈折力を持つレンズとからなることを特徴とする可変焦点距離レンズ。
5. 請求項４記載の可変焦点距離レンズにおいて，第３レンズ群の正の屈折力を持つレンズと負の屈折力を持つレンズと正の屈折力を持つレンズの３つのレンズが接合されていることを特徴とする可変焦点距離レンズ。
6. 請求項４または５記載の可変焦点距離レンズにおいて，第３レンズ群の最も物体側の面と最も像側の面が非球面であることを特徴とする可変焦点距離レンズ。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載の可変焦点距離レンズにおいて，無限遠物体に対して第４レンズ群が最も像面側に位置する焦点距離において第４レンズ群から像面までの上記平行平板の厚さを含めた長さΣＤが，
   １＜ΣＤ＜３．３
   の条件式を満足する可変焦点距離レンズ。
8. 物体側から順に，正屈折力の第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レンズ群を有し，各レンズ群の間隔を変化せせることにより焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズであって，
   第４レンズ群の像面側に物体側面と像側面が平面で物体側面と像側面とが略平行である平行平板素子を有し，
   第２レンズ群の最も物体側のレンズの像面側の面の曲率半径をＲｒ，可変焦点距離レンズの最も高い像高をＹとしたとき，第２レンズ群の最も物体側のレンズが，
   ０．９＜Ｒｒ／Ｙ＜１．１ （１）
   の条件式を満足する可変焦点距離レンズ。
9. 請求項８記載の可変焦点距離レンズにおいて，第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側面が非球面であり，この非球面が光軸と交わる点から有効径部までの光軸方向の変位量をＳａｓｐ，上記非球面が光軸と交わる点からこの非球面の非球面係数を全て０（零）とした時の有効径部までの光軸方向の変異量をＳｓｐｈとしたとき，
   ０ｍｍ＜Ｓａｓｐ−Ｓｓｐｈ＜１ｍｍ （２）
   の条件式を満足する可変焦点距離レンズ。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の可変焦点距離レンズを有する撮影レンズユニット。
11. 請求項１０記載の撮影レンズユニットを有するカメラ。
    

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