JP2007233163A - Zoom lens and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ズームレンズ及び撮像装置に関し、特に、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ等に用いられるズームレンズ及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a zoom lens and an imaging apparatus, and more particularly to a zoom lens and an imaging apparatus used for a digital still camera or the like using a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
従来、CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いるデジタルカメラに適したズームレンズが考えられている。近年では、変倍比を5倍以上とした高変倍ズームレンズも考えられている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の実施例をみると、変倍比の大きなものでも6倍程度であり、さらなる高変倍化とコンパクト化が望まれるものであった。
However, in the example of
本発明の課題は、CCDやCMOS等の撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ等に用いるのに好適な、高変倍でコンパクトなズームレンズ及び撮像装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a zoom lens and an image pickup apparatus that are highly variable and compact and that are suitable for use in a digital still camera using an image pickup element such as a CCD or CMOS.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明のズームレンズは、
ズーミング時に異なった軌跡で移動される3つ以上のレンズ群を備え、
前記ズーミング時に異なった軌跡で移動されるレンズ群は、異符号の屈折力を有し、フォーカシング時に同一方向に移動される第1フォーカシングレンズ群及び第2フォーカシングレンズ群を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the zoom lens according to
It has three or more lens groups that are moved along different tracks during zooming.
The lens group moved along different trajectories during zooming includes a first focusing lens group and a second focusing lens group that have different refractive powers and are moved in the same direction during focusing.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のズームレンズにおいて、
前記第1フォーカシングレンズ群は、正の屈折力を有し、
前記第2フォーカシングレンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、
1.0<XA(XAmax) …(1)
1.0<XB(XAmax) …(2)
0.5<XA(XAmax)/XB(XAmax)<2 …(3)
ただし、
|Ra/Fno|:任意のズーム位置において前記第1フォーカシングレンズ群を微小に移動したときの結像位置の移動量Raを当該ズーム位置でのFnoで割った値の絶対値、
|Rb/Fno|:任意のズーム位置において、前記第2フォーカシングレンズ群を微小に移動したときの結像位置の移動量Rbを当該ズーム位置でのFnoで割った値の絶対値、としたとき、
XA=|Ra/Fno|、
XB=|Rb/Fno|、
XA(XAmax):XA値の全ズーム領域での最大値、
XB(XAmax):XA値が最大となるズーム位置でのXB値、
の条件を満たすことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the zoom lens according to
The first focusing lens group has a positive refractive power,
The second focusing lens group has negative refractive power;
The first focusing lens group and the second focusing lens group are:
1.0 <XA (XAmax) (1)
1.0 <XB (XAmax) (2)
0.5 <XA (XAmax) / XB (XAmax) <2 (3)
However,
| Ra / Fno |: absolute value of a value obtained by dividing the moving amount Ra of the imaging position when the first focusing lens group is slightly moved at an arbitrary zoom position by Fno at the zoom position,
| Rb / Fno |: When the movement amount Rb of the imaging position when the second focusing lens group is slightly moved at an arbitrary zoom position is the absolute value of the value divided by Fno at the zoom position ,
XA = | Ra / Fno |,
XB = | Rb / Fno |,
XA (XAmax): The maximum value of the XA value in the entire zoom range,
XB (XAmax): XB value at the zoom position where the XA value is maximum,
It satisfies the following conditions.
請求項2に記載の発明は、請求項1又は2に記載のズームレンズにおいて、
物体側から順に、
ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第1レンズ群と、
ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する第2レンズ群と、
ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第3レンズ群と、
ズーミングの際に移動する正の屈折力を有する前記第1フォーカシングレンズ群と、
ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する前記第2フォーカシングレンズ群と、を備え、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、フォーカシング時に、そのいずれか一方又は両方が移動され、少なくともフォーカシングの微調整時に、その両方が移動されることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the zoom lens according to claim 1 or 2,
From the object side,
A first lens group having a positive refractive power fixed during zooming;
A second lens group having negative refractive power that moves during zooming;
A third lens group having positive refractive power fixed during zooming;
The first focusing lens group having a positive refractive power that moves during zooming;
The second focusing lens group having a negative refractive power that moves during zooming, and
One or both of the first focusing lens group and the second focusing lens group are moved during focusing, and both are moved at least during fine adjustment of focusing.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載のズームレンズにおいて、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群の移動比率は、前記フォーカシングの粗調整時と微調整時とで変えられることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the zoom lens according to any one of the first to third aspects,
The moving ratio of the first focusing lens group and the second focusing lens group may be changed between rough adjustment and fine adjustment of the focusing.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載のズームレンズにおいて、
前記第1フォーカシングレンズ群又は前記第2フォーカシングレンズ群は、前記フォーカシングの粗調整時に移動され、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、前記フォーカシングの微調整時に移動されることを特徴とする。
The invention according to
The first focusing lens group or the second focusing lens group is moved during the coarse adjustment of the focusing,
The first focusing lens group and the second focusing lens group are moved during fine adjustment of the focusing.
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載のズームレンズにおいて、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群のフォーカシング時の移動比率は、ズーム位置に基づいて変えられることを特徴とする。
A sixth aspect of the present invention is the zoom lens according to any one of the first to fifth aspects,
The moving ratio of the first focusing lens group and the second focusing lens group during focusing can be changed based on the zoom position.
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載のズームレンズにおいて、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、フォーカシング時に常に同速度で移動されることを特徴とする。
The invention according to
The first focusing lens group and the second focusing lens group are always moved at the same speed during focusing.
請求項8に記載の発明の撮像装置は、
請求項1から7のいずれか一項に記載のズームレンズと、
前記ズームレンズを介して入射される光を撮像する撮像素子と、を搭載することを特徴とする。
The imaging device of the invention according to
A zoom lens according to any one of
And an image pickup device for picking up an image of light incident through the zoom lens.
請求項1に記載の発明によれば、ズーミング時に移動される3つ以上のレンズ群の屈折力が高くても、第1及び第2のフォーカシングレンズ群の移動により、当該移動による結像位置移動を互いに打ち消し合わせて微小な結像位置調整も可能とし、画素ピッチが小さい撮像素子位置を焦点深度範囲内に十分な余裕を持って入れることができる。このため、ズームレンズを高変倍でコンパクトにすることができる。また、第1及び第2のフォーカシングレンズ群を、ズーミング時に移動する3つ以上のレンズ群とは別に設けないことを可能とする。 According to the first aspect of the present invention, even if three or more lens units moved during zooming have a high refractive power, the movement of the imaging position due to the movement of the first and second focusing lens units. Cancel each other, and it is possible to finely adjust the imaging position, and an image sensor position with a small pixel pitch can be placed in the focal depth range with a sufficient margin. For this reason, the zoom lens can be made highly compact and compact. In addition, it is possible not to provide the first and second focusing lens groups separately from the three or more lens groups that move during zooming.
請求項2に記載の発明によれば、式(1),式(2)の条件により、第1及び第2フォーカシングレンズ群を移動することで十分なフォーカス精度を確保でき、フォーカシングの制御を簡単にできるとともに、移動する第1及び第2フォーカシングレンズ群の屈折力を大きくでき、ズームレンズ全体をコンパクトにできる。また、式(3)の条件により、フォーカシングにおける第1及び第2フォーカシングレンズ群の移動による結像位置移動の打ち消し量を大きくでき、フォーカシングの制御を簡単にできる。 According to the second aspect of the present invention, sufficient focusing accuracy can be secured by moving the first and second focusing lens groups according to the conditions of the expressions (1) and (2), and the focusing control can be easily performed. In addition, the refractive power of the moving first and second focusing lens groups can be increased, and the entire zoom lens can be made compact. Further, according to the condition of Expression (3), the amount of cancellation of the imaging position movement due to the movement of the first and second focusing lens groups in focusing can be increased, and focusing control can be simplified.
請求項3に記載の発明によれば、第1及び第2フォーカシングレンズ群を、ズーミング時に移動する第2レンズ群等のレンズ群とは別に設けないことを可能とする。さらに、フォーカシングに伴う画角変化や性能劣化も小さくできる。 According to the third aspect of the present invention, the first and second focusing lens groups can be not provided separately from the lens group such as the second lens group that moves during zooming. Furthermore, the change in the angle of view and the performance deterioration caused by focusing can be reduced.
請求項4に記載の発明によれば、フォーカシングに必要な時間を短縮することが可能となる。 According to the fourth aspect of the invention, the time required for focusing can be shortened.
請求項5に記載の発明によれば、さらにスムーズで高速、高精度なフォーカシングが可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to perform smoothing, high speed, and high precision focusing.
請求項6に記載の発明によれば、ズーム全域においてスムーズで高速、高精度なフォーカシングが可能となる。 According to the sixth aspect of the invention, smooth, high-speed, and high-precision focusing is possible over the entire zoom range.
請求項7に記載の発明によれば、フォーカシングの制御を簡単にできる。 According to the seventh aspect of the invention, focusing control can be simplified.
請求項8に記載の発明によれば、小型の撮像装置を得ることができる。
According to the invention described in
以下、添付図を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、説明する例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the invention is not limited to the examples described.
図1及び図2を参照して、本実施の形態の装置構成を説明する。図1に、本実施の形態のデジタルスチルカメラ100の内部構成を示す。
With reference to FIG.1 and FIG.2, the apparatus structure of this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 shows an internal configuration of the digital
図1に示すように、撮像装置としてのデジタルスチルカメラ100は、光学系101と、固体撮像素子102と、A/D変換部103と、制御部104と、光学系駆動部105と、タイミング発生部106と、撮像素子駆動部107と、画像メモリ108と、画像処理部109と、画像圧縮部110と、画像記録部111と、表示部112と、操作部113と、を備えて構成される。
As shown in FIG. 1, a
光学系101は、後述するズームレンズ1を含む光学系であり、被写体からの光が入射される。固体撮像素子102は、CCDやCMOS等の撮像素子であり、入射光をR,G,B毎に光電変換してそのアナログ信号を出力する。A/D変換部103は、アナログ信号をデジタルの画像データに変換する。
The
制御部104は、デジタルスチルカメラ100の各部を制御する。制御部104は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)を含み、ROMから読み出されてRAMに展開された各種プログラムと、CPUとの協働で各種処理を実行する。
The
光学系駆動部105は、制御部104の制御により、変倍(後述する第2レンズ群20、第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動)、合焦(後述する第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動)、露出等において、光学系101を駆動制御する。タイミング発生部106は、アナログ信号出力用のタイミング信号を出力する。撮像素子駆動部107は、固体撮像素子102を走査駆動制御する。
The optical
画像メモリ108は、画像データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。画像処理部109は、画像データに各種画像処理を施す。画像圧縮部110は、JPEG(Joint Photographic Experts Group)等の圧縮方式により、撮像画像データを圧縮する。画像記録部111は、図示しないスロットにセットされた、SD(Secure Digital)メモリカード、メモリスティック、xDピクチャカード等の記録メディアに画像データを記録する。
The
表示部112は、カラー液晶パネル等であり、撮影後の画像データ、撮影前のスルー画像、各種操作画面等を表示する。操作部113は、レリーズボタン、各種モード、値を設定するための各種操作キーを含み、ユーザにより操作入力された情報を制御部104に出力する。
The
ここで、デジタルスチルカメラ100における動作を説明する。被写体撮影では、被写体のモニタリング(スルー画像表示)と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、光学系101を介して得られた被写体の像が、固体撮像素子102の受光面に結像される。光学系101の撮影光軸後方に配置された固体撮像素子102が、タイミング発生部106、撮像素子駆動部107によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を1画面分出力する。
Here, the operation of the digital
このアナログ信号は、RGBの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、A/D変換部103でデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは、画像処理部109により、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Y及び色差信号Cb,Cr(画像データ)が生成されて画像メモリ108に格納され、定期的にその信号が読み出されてそのビデオ信号が生成されて、表示部112に出力される。
The analog signal is appropriately gain-adjusted for each primary color component of RGB, and then converted into digital data by the A /
この表示部112は、モニタリングにおいては電子ファインダとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザの操作部113を介する操作入力に基づいて、光学系101の変倍、合焦、露出等が設定される。
The
このようなモニタリング状態において、静止画撮影を行ないたいタイミングで、ユーザが操作部113のレリーズボタンを押下することにより、静止画像データが撮影される。レリーズボタンの押下のタイミングで、画像メモリ108に格納された1コマの画像データが読み出されて、画像圧縮部110により圧縮される。その圧縮された画像データが、画像記録部111により記録メディアに記録される。
In such a monitoring state, when the user depresses the release button of the
図2に、光学系101に含まれるズームレンズ1の構成を示す。ズームレンズ1は、物体側(被写体側)から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、正の屈折力の第1レンズ群10と、負の屈折力の第2レンズ群20と、開口絞りD1と、正の屈折力の第3レンズ群30と、第1フォーカシングレンズ群としての正の屈折力の第4レンズ群40と、第2フォーカシングレンズ群としての負の屈折力の第5レンズ群50と、正の屈折力の第6レンズ群60と、ローパスフィルタ71と、を備えて構成される。像面IMGは、固体撮像素子102の受光面とする。なお、ローパスフィルタ71に代えて、赤外線カットフィルタを備える構成や、さらにガラスフィルタ等を備える構成としてもよい。
FIG. 2 shows a configuration of the
ズームレンズ1は、広角端と望遠端との間の変倍(ズーミング)及びフォーカシングに際し、第1レンズ群10、第3レンズ群30、第6レンズ群60及び開口絞りD1は光軸O1上の位置が不変である。また、ズーミング時に、第2レンズ群20、第4レンズ群40及び第5レンズ群50は、制御部104の制御により光学系駆動部105を介して光軸O1上の位置を移動される。さらに、フォーカシング時に、第4レンズ群40及び第5レンズ群50は、制御部104の制御により光学系駆動部105を介して光軸O1上の位置を移動される。
When the
第1レンズ群10は、物体側から固体撮像素子102の像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、像側に凹面を向けた負レンズ11と、平行平板のプリズム12と、両面凸状の正レンズ13と、両面凸状の正レンズ14と、を備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、負レンズ11が面S1,S2を有し、プリズム12が面S3,S4を有し、正レンズ13が面S5,S6を有し、正レンズ14が面S7,S8を有する。
The
第2レンズ群20は、物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、両面凹状の負レンズ21と、両面凹状の負レンズ22及び物体側に凸面を向けた正レンズ23の接合レンズと、を備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、負レンズ21が面S9,S10を有し、負レンズ22及び正レンズ23が面S11〜S13を有する。
The
第3レンズ群30は、開口絞りD1の光軸O1上像側近傍に位置し、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズ31のみを備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、開口絞りD1が面S14を有し、正レンズ31が面S15,S16を有する。
The
第4レンズ群40は、物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、両面凸形状の正レンズ41及び物体側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ42の接合された接合レンズと、両面凸状の正レンズ43と、を備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、正レンズ41及び負レンズ42が面S17〜S19を有し、正レンズ43が面S20,S21を有する。
The
第5レンズ群50は、像側に凹面を向けた負レンズ51のみを備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、負レンズ51が面S22,S23を有する。
The
第6レンズ群60は、像側に凸面を向けた正レンズ61のみを備えて構成される。物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、正レンズ61が面S24,S25を有する。
The
ローパスフィルタ71は、物体側から像面IMG側へ光軸O1に沿って順に、面S26,S27を有する。
The low-
次いで、制御部104の制御による光学系駆動部105を介するズームレンズ1のレンズ群の移動動作について説明する。
Next, the movement operation of the lens group of the
一般に、高変倍のズームレンズをコンパクトに構成するためには、ズーミング時に移動するレンズ群の数を増やすのと、さらに、それらのレンズ群の屈折力を強くするのと、が効果的である。一方で、より簡素な構造とするために、ズームレンズを構成する全レンズ群中のうち移動可能なレンズ群の数を減らそうとする場合には、ズーミング時に移動するレンズ群のうちの1つのレンズ群を移動させるフォーカシングを行うのが有効である。 In general, it is effective to increase the number of lens units that move during zooming and to increase the refractive power of these lens units in order to make compact zoom lenses with high zoom ratios. . On the other hand, in order to reduce the number of movable lens groups among all the lens groups constituting the zoom lens in order to achieve a simpler structure, one of the lens groups that move during zooming is used. It is effective to perform focusing for moving the lens group.
しかしながらこの場合には、ズームレンズの大きさをコンパクトにするために各可動レンズ群の屈折力が強くなっていると、フォーカシングの可動レンズ群をわずかな量だけ移動させた場合にも、結像位置が大きく移動してしまうことになりがちである。最近の傾向として撮像素子が高画素化しており、これに伴い画素ピッチが小さくなり焦点深度が浅くなっている。このため、上記のように、フォーカシングの可動レンズ群のわずかな移動の際にも結像移動が大きく発生する状況では、撮像素子位置を焦点深度範囲内に入れられない状況が発生してしまう。つまり、フォーカシングが行えないことになってしまう可能性がある。 However, in this case, if the refractive power of each movable lens group is increased in order to reduce the size of the zoom lens, even if the focusing movable lens group is moved by a small amount, image formation is possible. The position tends to move greatly. As a recent trend, the number of pixels of the image sensor is increasing, and accordingly, the pixel pitch is reduced and the depth of focus is reduced. For this reason, as described above, in a situation where the imaging movement greatly occurs even when the movable lens group for focusing is slightly moved, a situation occurs in which the position of the imaging element cannot be within the focal depth range. That is, there is a possibility that focusing cannot be performed.
本実施の形態のズームレンズ1においてコンパクト化達成のために、ズーミングは、3つのレンズ群としての第2レンズ群20、第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動により行われる。さらに、各第2レンズ群20、第4レンズ群40及び第5レンズ群50の屈折力が強い構成となった場合でも、フォーカシングは、互いに異符号の屈折力を有する2つのレンズ群としての第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動により行われる。このフォーカシング時の第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動は、当該移動による結像位置移動を互いに打ち消し合わせて微小な結像位置調整も可能とし、画素ピッチが小さい固体撮像素子102を用いた場合にも、固体撮像素子102位置を焦点深度範囲内に十分な余裕を持って入れられるようにしている。
In order to achieve compactness in the
また、本実施の形態の高変倍のズームレンズ1は、物体側から像面IMG側へ順に、ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第1レンズ群10、ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する第2レンズ群20、ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第3レンズ群30、ズーミングの際に移動する正の屈折力を有する第4レンズ群40、ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する第5レンズ群50を備える構成である。このような構成とした場合、第4レンズ群40又は第5レンズ群50の移動によりフォーカシングが行われると、フォーカシングの可動レンズ群をズーミングの可動レンズ群とは別に設ける必要がない。また、この構成では、フォーカシングに伴う画角変化や性能劣化も小さくできて都合がよい。
In addition, the
しかしながら、ズームレンズ1で第4レンズ群40及び第5レンズ群50の一方のみの移動によりフォーカシングが行われる場合に、第4レンズ群40又は第5レンズ群50の屈折力が強くなりがちなために、第4レンズ群40又は第5レンズ群50がわずかな量だけ移動される場合にも、結像位置が大きく移動し撮像素子位置を焦点深度範囲内に入れられない状況が発生してしまう。つまり、フォーカシングが行えないことになってしまう。そこで、正の屈折力を有する第4レンズ群40と負の屈折力を有する第5レンズ群50との同一方向の移動により、フォーカシングが行われることとする。これにより、第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動による結像位置移動を互いに打ち消し合わせて微小な結像位置調整も可能とし、画素ピッチが小さい固体撮像素子102を用いた場合にも、固体撮像素子102位置を焦点深度範囲内に十分な余裕を持って入れることを可能とする。
However, when focusing is performed by moving only one of the
また、ズームレンズ1において、前述したように、第4レンズ群40及び第5レンズ群50のうち1つのレンズ群のみの移動によりフォーカシングが行われると、結像位置の移動量が大きくなる。このため、これを利用して、本実施の形態では、フォーカシングの粗調整時に、第4レンズ群40又は第5レンズ群50が移動される。また、フォーカシングの微調整時にのみ、第4レンズ群40及び第5レンズ群50が移動される。このような構成によると、フォーカシングに必要な時間を短縮することが可能となる。
In the
あるいは、フォーカシングの粗調整時と微調整時とで、フォーカシング時に移動する2つのレンズ群(第4レンズ群40及び第5レンズ群50)の移動速度の比率が変えられることにより、さらにスムーズで高速、高精度なフォーカシングを実現することができる。
Alternatively, the ratio of the moving speeds of the two lens groups (the
また、フォーカシング時のレンズ群の移動に伴う結像位置の移動量、および焦点深度の大きさは、ズームポジションによって異なる。このため、本実施の形態では、ズーム位置によりフォーカシング時に移動する第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動比率が変えられる。このことにより、ズーム全域においてスムーズで高速、高精度なフォーカシングが可能となる。
Further, the amount of movement of the image forming position accompanying the movement of the lens group during focusing, and the depth of focus vary depending on the zoom position. Therefore, in the present embodiment, the moving ratio of the
あるいは逆に、フォーカシングの際に、常に第4レンズ群40及び第5レンズ群50が同速度で移動される構成とした場合には、制御が簡単になるというメリットがある。
Or conversely, when the
次に、ズームレンズ1が満たす条件式について説明する。次式(1)、(2)、(3)はいずれも、本実施の形態におけるフォーカシング方式を有効に生かし高精度なフォーカシングを可能としながら、ズームレンズのコンパクト化を実現するための式である。
1.0<XA(XAmax) …(1)
1.0<XB(XAmax) …(2)
0.5<XA(XAmax)/XB(XAmax)<2 …(3)
ただし、
|Ra/Fno|:任意のズーム位置において第4レンズ群40を微小に移動したときの結像位置の移動量Raを当該ズーム位置でのFno(絞り値)で割った値の絶対値、
|Rb/Fno|:任意のズーム位置において、第5レンズ群50を微小に移動したときの結像位置の移動量Rbを当該ズーム位置でのFnoで割った値の絶対値、としたとき、
XA=|Ra/Fno|、
XB=|Rb/Fno|、
XA(XAmax):XA値の全ズーム領域での最大値、
XB(XAmax):XA値が最大となるズーム位置でのXB値、
とする。
Next, conditional expressions satisfied by the
1.0 <XA (XAmax) (1)
1.0 <XB (XAmax) (2)
0.5 <XA (XAmax) / XB (XAmax) <2 (3)
However,
| Ra / Fno |: Absolute value of a value obtained by dividing the moving amount Ra of the imaging position when the
| Rb / Fno |: When the movement amount Rb of the imaging position when the
XA = | Ra / Fno |,
XB = | Rb / Fno |,
XA (XAmax): The maximum value of the XA value in the entire zoom range,
XB (XAmax): XB value at the zoom position where the XA value is maximum,
And
式(1)、(2)とも、XA(XAmax)又はXB(XAmax)が下限をこえると、本実施の形態のズームレンズ1でのフォーカス方式を用いることなく、第4レンズ群40及び第5レンズ群50のいずれか一方のみを移動することでも十分なフォーカス精度を確保することができるようになり制御を簡素化できるようになる。しかし、一方で第4レンズ群40又は第5レンズ群50の屈折力が小さくなり、ズームレンズ1全体が大きくなりがちとなる。
In both formulas (1) and (2), if XA (XAmax) or XB (XAmax) exceeds the lower limit, the
また、XA(XAmax)/XB(XAmax)が式(3)の範囲をこえると、フォーカシングにおける第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動による結像位置移動の打ち消し量が小さくなるため、フォーカシングの制御が困難となる。
Further, if XA (XAmax) / XB (XAmax) exceeds the range of the expression (3), the amount of cancellation of the imaging position movement due to the movement of the
以上、本実施の形態によれば、ズーミング時に移動される第2レンズ群20、第4レンズ群40、第5レンズ群50の屈折力が高くても、フォーカシング時に移動する第4レンズ群40、第5レンズ群50により、当該移動による結像位置移動を互いに打ち消し合わせて微小な結像位置調整も可能とし、画素ピッチが小さい固体撮像素子102位置を焦点深度範囲内に十分な余裕を持って入れることができるので、ズームレンズ1を高変倍でコンパクトにすることができる。また、フォーカシングの可動レンズ群(第4レンズ群40、第5レンズ群50)を、ズーミングの可動レンズ群(第2レンズ群20、第4レンズ群40、第5レンズ群50)とは別に設けないことを可能とする。さらに、フォーカシングに伴う画角変化や性能劣化も小さくできる。
As described above, according to the present embodiment, even if the refractive power of the
また、式(1),式(2)の条件により、第4レンズ群40及び第5レンズ群50を移動することで十分なフォーカス精度を確保でき、フォーカシングの制御を簡単にできるとともに、移動する第4レンズ群40及び第5レンズ群50の屈折力を大きくでき、ズームレンズ1全体をコンパクトにできる。また、式(3)の条件により、フォーカシングにおける第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動による結像位置移動の打ち消し量を大きくでき、フォーカシングの制御を簡単にできる。
Further, by moving the
また、ズームレンズ1のフォーカシングの粗調整時に、第4レンズ群40又は第5レンズ群50を移動し、微調整時にのみ第4レンズ群40及び第5レンズ群50を移動するので、フォーカシングに必要な時間を短縮することが可能となる。
Further, the
また、フォーカシングの粗調整時と微調整時とで、フォーカシング時に移動する第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動速度の比率を変える場合に、さらにスムーズで高速、高精度なフォーカシングが可能となる。
In addition, when the ratio of the moving speed of the
また、ズーム位置によりフォーカシング時に移動する第4レンズ群40及び第5レンズ群50の移動比率を変えるので、ズーム全域においてスムーズで高速、高精度なフォーカシングが可能となる。
In addition, since the moving ratio of the
また、ズーム位置によらずフォーカシング時に常に第4レンズ群40及び第5レンズ群50を同速度で移動させるようにした場合に、フォーカシングの制御を簡単にできる。
Further, when the
また、ズームレンズ1を搭載する小型のデジタルスチルカメラ100を得ることができる。
In addition, a small digital
上記実施の形態に係る具体的な実施例1を説明する。本実施例のズームレンズ1は、次表1を満たす。
上記表1(a)において、ri:光学素子の面Si(i:番号)における曲率半径、di:間隔[mm](光軸O1上の光学素子の厚さ又はそのgap長)、ndi:di部分の屈折率、νdi:di部分のアッベ数、である。また、光軸O1上において、面SjとS(j+1)との間隔をdjとする(但し、jはiのうちの任意の数)。 In Table 1 (a) above, ri: radius of curvature at the surface Si (i: number) of the optical element, di: distance [mm] (the thickness of the optical element on the optical axis O1 or its gap length), ndi: di The refractive index of the part, νdi: Abbe number of the di part. On the optical axis O1, the distance between the surfaces Sj and S (j + 1) is dj (where j is an arbitrary number of i).
また、上記表1(b)において、第2面S2、第10面S10、第15面S15、第20面S20、第21面S21、第24面S24、第25面S25は、非球面とする。レンズの各非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にZ軸をとり、光軸と直交する方向にY軸をとり、近軸曲率半径をr、円錐定数をK、非球面係数をA4,A6,A8として、次式(4)で表す。
また、上記表1(c)において、ズームレンズ1の焦点距離f=6.4mm,16.5mm,42.6mmに変化させた場合の、画角(2ω)、Fno、長さd8,d13,d16,d21,d23の値を示す。
In Table 1 (c), the angle of view (2ω), Fno, lengths d8, d13, d16, d21 when the focal length f of the
また、表1(d)に、本実施例のズームレンズ1におけるXA(XAmax)、XB(XAmax)、XA(XAmax)/XB(XAmax)の各値が示される。
Table 1 (d) shows values of XA (XAmax), XB (XAmax), XA (XAmax) / XB (XAmax) in the
表1(d)に示すように、本実施例のズームレンズ1におけるXA(XAmax)、XB(XAmax)、XA(XAmax)/XB(XAmax)の各値は、順に、上記式(1)、式(2)、式(3)を満たす。
As shown in Table 1 (d), each value of XA (XAmax), XB (XAmax), XA (XAmax) / XB (XAmax) in the
具体的には、XA(XAmax)=1.42、XB(XAmax)=1.32であり、いずれも大きな値を示している。これはすなわち、フォーカスレンズ群の移動量に対する結像位置の移動量が大きいことを示している。 Specifically, XA (XAmax) = 1.42 and XB (XAmax) = 1.32, both showing large values. This indicates that the amount of movement of the imaging position is large relative to the amount of movement of the focus lens group.
本実施例において、ズームの望遠端での、第4レンズ群40、第5レンズ群50のそれぞれの移動量に対する結像位置の移動量の比率は、
(結像位置の移動量)/(第4レンズ群40の移動量)=8.0
(結像位置の移動量)/(第5レンズ群50の移動量)=7.4
と計算される。
In this embodiment, the ratio of the moving amount of the imaging position to the moving amount of the
(Movement amount of image forming position) / (Movement amount of fourth lens group 40) = 8.0
(Movement amount of image forming position) / (Movement amount of fifth lens group 50) = 7.4
Is calculated.
最近の撮像素子は、高画素化に伴い画素ピッチが小さいものが多く用いられてきている。仮に、画素ピッチ2[μm]の固体撮像素子102を用いて許容錯乱円径を画素ピッチの2倍の4[μm]に設定した場合、本実施例における望遠端でのFno5.63を用いると、焦点深度は、
(焦点深度)=4×5.63×2=45[μm]
と計算される。
Recently, many image pickup devices having a small pixel pitch have been used as the number of pixels increases. If the allowable circle of confusion is set to 4 [μm], which is twice the pixel pitch, using the solid-
(Depth of focus) = 4 × 5.63 × 2 = 45 [μm]
Is calculated.
本実施例で、フォーカシングを第4レンズ群40及び第5レンズ群50のいずれか一方のみで行おうとすると、移動ピッチ{(焦点深度)/(結像位置の移動量の比率)}の値は、
45/8=5.6[μm](第4レンズ群40)
あるいは、
45/7.4=6.1[μm](第5レンズ群50)
と計算される。
In this embodiment, when focusing is performed with only one of the
45/8 = 5.6 [μm] (fourth lens group 40)
Or
45 / 7.4 = 6.1 [μm] (fifth lens group 50)
Is calculated.
よって、いずれの場合も、焦点深度内に撮像素子面をおさめるためには、第4レンズ群40又は第5レンズ群50の移動ピッチを少なくとも6μm程度以下にする必要があることがわかる。さらに機構的なバックラッシュなども考慮すると、実際には少なくともこの値の半分以下の移動ピッチにしなければならず、パルスモーターなどの一般的なアクチュエーターでは実現不可能である。
Therefore, in any case, it is understood that the moving pitch of the
本実施例の場合、フォーカシングの際に第4レンズ群40と第5レンズ群50を同一方向に移動することによりこの問題を解決している。例えば本実施例において、フォーカシングの際に第4レンズ群40及び第5レンズ群50を同量だけ移動するものとして、第4レンズ群40及び第5レンズ群50の一体の移動量に対する結像位置の移動量の比率を計算してみると、
(結像位置の移動量)/(第4レンズ群40及び第5レンズ群50一体の移動量)=0.6
と計算される。このため、焦点深度内に撮像素子位置をおさめるためのフォーカスレンズ群移動ピッチを大幅に粗くして、一般的なアクチュエーターを光学系駆動部105に用いてもフォーカスが容易に行えるズームレンズシステムを実現できることがわかる。
In the case of the present embodiment, this problem is solved by moving the
(Moving amount of imaging position) / (Moving amount of
Is calculated. Therefore, a focus lens group moving pitch for keeping the position of the image sensor within the depth of focus is greatly roughened, and a zoom lens system that can easily focus even if a general actuator is used for the optical
図3(a)に、焦点距離f=6.4mmにおける本実施例のズームレンズ1の球面収差を示す。図3(b)に、同じくズームレンズ1の非点収差を示す。図3(c)に、同じくズームレンズ1の歪曲収差を示す。図4(a)に、焦点距離f=16.5mmにおける本実施例のズームレンズ1の球面収差を示す。図4(b)に、同じくズームレンズ1の非点収差を示す。図4(c)に、同じくズームレンズ1の歪曲収差を示す。図5(a)に、焦点距離f=42.6mmにおける本実施例のズームレンズ1の球面収差を示す。図5(b)に、同じくズームレンズ1の非点収差を示す。図5(c)に、同じくズームレンズ1の歪曲収差を示す。
FIG. 3A shows the spherical aberration of the
図3(a)、図4(a)、図5(a)では、d線及びg線における球面収差を示す。球面収差の図について、縦軸は軸上入射高を示す。図3(a)、図4(a)、図5(a)における軸上入射高のMAX値は、それぞれ、0.90mm、2.06mm、3.78mmである。また、図3(b)、図4(b)、図5(b)では、d線におけるT面(タンジェンシャル面、メリデイオナル面(M面、ΔM))及びS面(サジタル面)での非点収差を示す。また、図3(c)、図4(c)、図5(c)では、d線における歪曲収差を示す。非点収差及び歪曲収差の図について、縦軸の+Yは像高を示す。図3〜図5に示すように、本実施例のズームレンズ1によれば、焦点距離fを変化させても、球面収差、非点収差及び歪曲収差を良好に補正できる。
3A, FIG. 4A, and FIG. 5A show spherical aberrations at the d-line and the g-line. In the spherical aberration diagram, the vertical axis represents the axial incident height. The MAX values of the on-axis incident heights in FIGS. 3A, 4A, and 5A are 0.90 mm, 2.06 mm, and 3.78 mm, respectively. 3 (b), 4 (b), and 5 (b), non-existence on the T plane (tangential plane, meridional plane (M plane, ΔM)) and S plane (sagittal plane) in the d line. Point aberration is shown. 3C, FIG. 4C, and FIG. 5C show distortion aberration at the d-line. In the graphs of astigmatism and distortion, + Y on the vertical axis indicates the image height. As shown in FIGS. 3 to 5, according to the
なお、上記実施の形態及び実施例1における記述は、本発明に係る好適なズームレンズ及び撮像装置の一例であり、これに限定されるものではない。 The descriptions in the above embodiment and Example 1 are examples of a suitable zoom lens and imaging apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to this.
例えば、上記実施の形態及び実施例1において、ズーミング時に3つのレンズ群(第2レンズ群20、第4レンズ群40及び第5レンズ群50)を移動させる構成としたが、これに限定されるものではない。ズーミング時に4つ以上のレンズを移動させる構成としてもよい。
For example, in the above embodiment and Example 1, the three lens groups (the
また、上記実施の形態及び実施例1において、第1レンズ群10に平行平板のプリズム12が含まれる構成としたが、これに限定されるものではない。光路長が等価のプリズムであれば別形状でもよい。例えば、直角に光軸を折り曲げる直角プリズムとしてもよい。また、ズームレンズの各レンズ群に含まれる正レンズ及び負レンズの枚数や組み合わせは、上記実施の形態及び実施例1の例に限定されるものではない。
Moreover, in the said embodiment and Example 1, although it was set as the structure by which the
また、上記実施の形態及び実施例1において、ズームレンズを搭載した撮像装置として、デジタルスチルカメラの例を説明したがこれに限定されるものではなく、ビデオカメラや、撮像機能付の携帯電話機、PHS(Personal Handyphone System)、PDA(Personal Digital Assistant)等の少なくとも撮像機能を有する携帯端末等の機器としてもよい。 In the above embodiment and Example 1, an example of a digital still camera has been described as an imaging device equipped with a zoom lens. However, the present invention is not limited to this, and a video camera, a mobile phone with an imaging function, It is good also as apparatuses, such as a portable terminal which has an imaging function at least, such as PHS (Personal Handyphone System) and PDA (Personal Digital Assistant).
また、ズームレンズを搭載した撮像装置を、上記機器に搭載される撮像ユニットとしてもよい。ここで、図6を参照して、撮像装置としての撮像ユニット250を搭載した携帯電話機200の例を説明する。図6に、携帯電話機200の内部構成を示す。
In addition, an imaging device equipped with a zoom lens may be used as an imaging unit installed in the device. Here, with reference to FIG. 6, an example of a
図13に示すように、携帯電話機200は、各部を統括的に制御すると共に各処理に応じたプログラムを実行する制御部(CPU)210と、番号等をキーにより操作入力するための操作部220と、所定のデータの他に撮像した映像等を表示する表示部230と、アンテナ241を介して外部サーバ等との間の各種情報通信を実現するための無線通信部240と、撮像装置としての撮像ユニット250と、携帯電話機200のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ID等の必要な諸データを記憶している記憶部(ROM)260と、制御部210によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像ユニット250により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる一時記憶部(RAM)270とを備えている。
As shown in FIG. 13, the
撮像ユニット250は、ズームレンズ1と、(固体)撮像素子と、鏡筒と、ズームレンズ1の駆動機構等と、により構成され、撮像ユニット250自体は、制御部や画像処理部を有せず、コネクタ等により制御部、操作部、表示部等に結合されることを前提としたレンズユニットとする。具体的には、撮像ユニット250は、例えば、撮像光学系における筐体の物体側端面が携帯電話機200の背面(表示部230のメイン表示部を正面とする)に設けられ、メイン表示部の下方に相当する位置に配設される。また、撮像ユニット250の外部接続端子は、携帯電話機200の制御部210と接続され、輝度信号や色差信号等の画像信号を制御部210側に出力する。また、撮像ユニット250から入力された画像信号は、携帯電話機200の制御系により、記憶部260に記憶されたり、或いは表示部230で表示され、さらには、無線通信部240を介して映像情報として外部に送信される。
The
また、ズームレンズを搭載した撮像装置としての撮像ユニットは、上記レンズユニットと、基板上に配置された制御部及び画像処理部等と、を有し、コネクタ等により表示部及び操作部等を有する別体に結合され用いられることを前提とするカメラモジュールとして構成してもよい。 An imaging unit as an imaging device equipped with a zoom lens includes the lens unit, a control unit, an image processing unit, and the like disposed on a substrate, and includes a display unit, an operation unit, and the like using connectors. You may comprise as a camera module on the assumption that it is couple | bonded and used separately.
O1 光軸
100 デジタルスチルカメラ
101 光学系
1 ズームレンズ
10 第1レンズ群
11 負レンズ
12 プリズム
13 正レンズ
14 正レンズ
20 第2レンズ群
21 負レンズ
22 負レンズ
23 正レンズ
30 第3レンズ群
31 正レンズ
40 第4レンズ群
41 正レンズ
42 負レンズ
43 正レンズ
50 第5レンズ群
51 負レンズ
60 第6レンズ群
61 正レンズ
D1 開口絞り
71 ローパスフィルタ
102 固体撮像素子
103 A/D変換部
104 制御部
105 光学系駆動部
106 タイミング発生部
107 撮像素子駆動部
108 画像メモリ
109 画像処理部
110 画像圧縮部
111 画像記録部
112 表示部
113 操作部
200 携帯電話機
210 制御部
220 操作部
230 表示部
240 無線通信部
241 アンテナ
250 撮像ユニット
260 記憶部
270 一時記憶部
Claims (8)
前記ズーミング時に異なった軌跡で移動されるレンズ群は、異符号の屈折力を有し、フォーカシング時に同一方向に移動される第1フォーカシングレンズ群及び第2フォーカシングレンズ群を含むことを特徴とするズームレンズ。 It has three or more lens groups that are moved along different tracks during zooming.
The lens group moved along different trajectories during zooming includes a first focusing lens group and a second focusing lens group that have different refractive powers and are moved in the same direction during focusing. lens.
前記第2フォーカシングレンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、
1.0<XA(XAmax) …(1)
1.0<XB(XAmax) …(2)
0.5<XA(XAmax)/XB(XAmax)<2 …(3)
ただし、
|Ra/Fno|:任意のズーム位置において前記第1フォーカシングレンズ群を微小に移動したときの結像位置の移動量Raを当該ズーム位置でのFnoで割った値の絶対値、
|Rb/Fno|:任意のズーム位置において、前記第2フォーカシングレンズ群を微小に移動したときの結像位置の移動量Rbを当該ズーム位置でのFnoで割った値の絶対値、としたとき、
XA=|Ra/Fno|、
XB=|Rb/Fno|、
XA(XAmax):XA値の全ズーム領域での最大値、
XB(XAmax):XA値が最大となるズーム位置でのXB値、
の条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。 The first focusing lens group has a positive refractive power,
The second focusing lens group has negative refractive power;
The first focusing lens group and the second focusing lens group are:
1.0 <XA (XAmax) (1)
1.0 <XB (XAmax) (2)
0.5 <XA (XAmax) / XB (XAmax) <2 (3)
However,
| Ra / Fno |: absolute value of a value obtained by dividing the moving amount Ra of the imaging position when the first focusing lens group is slightly moved at an arbitrary zoom position by Fno at the zoom position,
| Rb / Fno |: When the movement amount Rb of the imaging position when the second focusing lens group is slightly moved at an arbitrary zoom position is the absolute value of the value divided by Fno at the zoom position ,
XA = | Ra / Fno |,
XB = | Rb / Fno |,
XA (XAmax): The maximum value of the XA value in the entire zoom range,
XB (XAmax): XB value at the zoom position where the XA value is maximum,
The zoom lens according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第1レンズ群と、
ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する第2レンズ群と、
ズーミングの際に固定された正の屈折力を有する第3レンズ群と、
ズーミングの際に移動する正の屈折力を有する前記第1フォーカシングレンズ群と、
ズーミングの際に移動する負の屈折力を有する前記第2フォーカシングレンズ群と、を備え、
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、フォーカシング時に、そのいずれか一方又は両方が移動され、少なくともフォーカシングの微調整時に、その両方が移動されることを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。 From the object side,
A first lens group having a positive refractive power fixed during zooming;
A second lens group having negative refractive power that moves during zooming;
A third lens group having positive refractive power fixed during zooming;
The first focusing lens group having a positive refractive power that moves during zooming;
The second focusing lens group having a negative refractive power that moves during zooming, and
The first focusing lens group and the second focusing lens group are moved either or both at the time of focusing, and both are moved at least during the fine adjustment of the focusing. The zoom lens according to 2.
前記第1フォーカシングレンズ群及び前記第2フォーカシングレンズ群は、前記フォーカシングの微調整時に移動されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のズームレンズ。 The first focusing lens group or the second focusing lens group is moved during the coarse adjustment of the focusing,
5. The zoom lens according to claim 1, wherein the first focusing lens group and the second focusing lens group are moved during fine adjustment of the focusing. 6.
前記ズームレンズを介して入射される光を撮像する撮像素子と、を搭載することを特徴とする撮像装置。 A zoom lens according to any one of claims 1 to 7;
An image pickup apparatus comprising: an image pickup device that picks up light incident through the zoom lens.
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