JP2008033064A

JP2008033064A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2008033064A
Application number: JP2006207203A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Noda; 隆行野田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】デジタルカメラや携帯モバイル等に搭載される極めて小型のズームレンズにおいて、光学性能を良好とし、光軸上でのレンズ系全長のみならず、レンズ系全体の小型化を図る。
【解決手段】物体側から順に、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１からなる第１群Ｇ_１、正の第２レンズＬ_２からなる第２群Ｇ_２、正または負の、第３レンズＬ_３および第４レンズＬ_４からなる第３群Ｇ_３を配列してなる。広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に向かってズーミングする際に、第１群Ｇ_１を像側に凸弧状を描くように移動させ、また、第２群Ｇ_２および第３群Ｇ_３を物体側に直線的に移動させるようにする。また、ｆｗ／ｆ_３≧−０．６（１）、０＜Ｒ_１／ｆｗ＜１０（２）を満足する。ここで、ｆｗは広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離、ｆ_３は第３レンズＬ_３の焦点距離、Ｒ_１は第１レンズＬ_１の物体側の面の曲率半径である。
【選択図】図１

Description

本発明は３群４枚構成のズームレンズに関し、特に、デジタルカメラや携帯モバイル等に搭載される極めて小型の撮像レンズとして好適なズームレンズに関するものである。

昨今、携帯電話等の携帯モバイルに搭載する撮像レンズに対する需要が急速に高まっている。
このような携帯モバイルに搭載する撮像レンズにおいては、例えば、下記特許文献１に記載された３群で、３〜５枚構成のもの、あるいは下記特許文献２に記載された３群４枚構成のもののように、少ないレンズ枚数で光学性能を担保した小型ズームレンズが知られている。

特開２００５−１３４７１９号公報特開２００５−２３４２１３号公報

しかし、上記特許文献１に記載されたズームレンズは、さらなる高画素化の要求の下では、光学性能の点において改善する必要があった。
また、上記特許文献２に記載されたズームレンズは、第１レンズの物体側の面が、深い凹面とされており、光軸上での全長を短いものとすることができたとしても、レンズ周辺部が角張り、前後にも突き出た形状となり、レンズ系全体として小型化を図ることが難しい。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、光学性能に優れ、光軸上でのレンズ系全長のみならず、レンズ系全体のさらなる小型化を図りうる３群４枚構成のズームレンズを提供することを目的とするものである。

本発明の第１のズームレンズは、
物体側から順に、像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズよりなる第１レンズからなる第１レンズ群、正の第２レンズからなる第２レンズ群、正または負の、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群を配列してなり、
ズーミングは、少なくとも前記第１レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、
さらに下記条件式１および２を満足することを特徴とするものである。

ｆｗ／ｆ_３≧−０．６（１）
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜１０（２）
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径

ここで、上記ズームレンズは、下記条件式３を満足することが望ましい。
１．４５≦Ｎ_１≦１．８５（３）
Ｎ_１：前記第１レンズのｅ線における屈折率

また、本発明の第２のズームレンズは、
物体側から順に、像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズよりなる第１レンズからなる第１レンズ群、正の第２レンズからなる第２レンズ群、正または負の、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群を配列してなり、
ズーミングは、少なくとも前記第１レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、
さらに下記条件式４を満足することを特徴とするものである。
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜５（４）
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離

また、上記第１および第２のズームレンズにおいて、ズーミングは、３つの前記レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、望遠端におけるレンズ系全長が広角端におけるレンズ系全長よりも小さくなるように構成されてなることが望ましい。

また、前記第３レンズが正レンズであり、前記第２レンズと前記第３レンズの間に絞りが配設されていることが望ましい。
さらに、前記第３レンズが像面側に凸面を向けた正レンズであり、前記第４レンズが物体側に凹面を向けた負レンズであることが望ましい。

本発明の第１のズームレンズによれば、３群４枚構成で、最も物体側の第１レンズが像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズにより構成され、しかも、この第１レンズの物体側の面の曲率半径Ｒ_１が、条件式（２）を満足するような凸面とされることにより、第１レンズの周辺形状が前後方向に引っ込んだ形状とされ、これにより、レンズ系全体として小型化の要請に対応することができる。また、特に望遠側における球面収差を良好に補正することが可能となる。そして、この第１レンズの形状を前提とし、第３レンズのパワーを条件式（１）に示す範囲に設定することにより、レンズ系全長を短縮化しつつ、さらに光学性能を良好なものとすることが可能となる。なお、第１レンズを上記形状とした場合において、第３レンズのパワーを条件式（１）に示す範囲に設定することにより、レンズ系全長を短縮化しつつ光学性能を向上させることができるという知見は、本願発明者が、シミュレーションや実験を繰り返し行うという、鋭意努力の結果得られたものである。

また、本発明の第２のズームレンズのように、第１レンズが像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズにより構成した場合において、この第１レンズの物体側の面の曲率半径Ｒ_１の値を、上記条件式（４）を満足するように構成することにより、上記条件式（１）を満足しなくとも、上記第１のズームレンズに準じた作用効果を得ることが可能となる。

以下、本発明のズームレンズの実施形態について、図１を代表図面に用いて説明する。
なお図１は、本発明の実施例１に係るズームレンズ構成を示すもので、上段は広角端におけるレンズ構成図、下段は広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至る各レンズ群の移動軌跡を示してある。

本発明の実施形態に係るズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ_１からなる第１レンズ群Ｇ_１、正の第２レンズＬ_２からなる第２レンズ群Ｇ_２、正または負の、第３レンズＬ_３および第４レンズＬ_４からなる第３レンズ群Ｇ_３を配列してなる。
このように、第１レンズＬ_１の物体側の面を凸面とすることにより、望遠側における球面収差を良好に補正することが可能となる。

また、上記各レンズＬ_１〜Ｌ_４は、少なくとも１面が下記２つの非球面式のいずれかにより表される非球面とされていることが望ましい。

また、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に向かってズーミングする際に、少なくとも第１レンズ群Ｇ_１が光軸Ｚ上を移動する。その際の第１レンズ群Ｇ_１の移動は、例えば、まず像側へ移動した後に反転して物体側へ向かって移動することにより像側に凸弧状を描くような移動軌跡となるようにする。また、好ましくは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に向かってズーミングする際に、上記第１レンズ群Ｇ_１の移動に加え、第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３を、一体的に（実施例１）または互いに独立して（実施例２、３）、物体側に移動させるようにする。

また、第３レンズ群Ｇ_３と結像面（ＣＣＤ撮像面）１の間にはローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むフィルタ部３が配されている。

さらに下記の条件式１および２を満足するように構成されている。
ｆｗ／ｆ_３≧−０．６（１）
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜１０（２）
ここで、
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径

この第１レンズＬ_１の物体側の面の曲率半径Ｒ_１が、条件式（２）を満足するような凸面とされることにより、第１レンズＬ_１の周辺形状が前後方向に引っ込んだ形状とされ、これにより、レンズ系全体として小型化の要請に対応することができる。

一方、第３レンズＬ_３のパワーを条件式（１）に示す範囲に設定することにより、第１レンズＬ_１のレンズ形状を上記の如く設定された場合において、レンズ系全長を短縮化しつつ、光学性能を良好なものとすることが可能となる。なお、この場合において条件式（１）の下限を０．６とすれば、より好ましい。

また、上記の場合において、下記の条件式（３）を満足することが望ましい。
１．４５≦Ｎ_１≦１．８５（３）
Ｎ_１：前記第１レンズＬ_１のｅ線における屈折率

条件式（３）を満足させ、第１レンズＬ_１の屈折率を大きなものとすることで、第１レンズＬ_１の非球面による作用効果を向上させることができ、例えば収差補正用に特定のパワーを配分する等、パワー配分の自由度を向上させることができる。
また、これにより、第１レンズの物体側の面の曲率を小さくすることができるので、レンズ系のコンパクト化をさらに促進することができ、レンズ製造も容易となる。

なお、上記条件式（３）に替えて、下記の条件式（３´）を満足することで、より低廉化を図ることが可能である。
１．５１≦Ｎ_１≦１．５５（３´）

また、第１レンズＬ_１のレンズ材料としては、例えばオレフィン系プラスチック材料を用いる。

また、上記条件式（２）に替えて、下記条件式（４）を満足するようにしてもよい。
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜５（４）
ここで、
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離

この第１レンズＬ_１の物体側の面の曲率半径Ｒ_１が、条件式（４）を満足するような凸面とされることにより、第１レンズＬ_１の周辺形状が前後方向に引っ込んだ形状とされ、これにより、レンズ系全体として小型化の要請に対応することができる。また、この条件式（４）を満足する場合には、レンズ系全長を短縮化しつつ、光学性能を良好なものとすることが可能となる。

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。すなわち、条件式（５）を満足することで、第３レンズ群Ｇ_３のパワーが正の比較的大きい値となるようにしているので、第３レンズ群Ｇ_３の移動量の低減およびレンズ系全長の短縮化を促進することが可能となる。
ｆｗ／ｆ_Ｇ３＞０．５（５）
ここで、
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_Ｇ３：前記第３レンズ群の焦点距離

さらに、下記条件式（６）を満足することがより好ましい。すなわち、条件式（６）を満足することで、第３レンズＬ_３のパワーが過大となるのを防止でき、ズームポジションに応じた射出角度の変動が過大とならないようにして、入射角度の許容度が小さく制限されている撮像素子（センサ）に対応させることができる。また、これにより球面収差の補正を良好なものとすることができる。
ｆｗ／ｆ_３＜４．０（６）
ここで、
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離

また、上記実施形態において、第３レンズＬ_３を正レンズとし、第２レンズＬ_２と第３レンズＬ_３の間に絞り２を配設することにより、絞り２の両側に正レンズが配される構成となり、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２の群間隔を近づけることが可能となり、性能を劣化させることなくズーム比を大きなものとすることができる。

さらに、第３レンズＬ_３を、像面側に凸面を向けた正レンズにより構成し、第４レンズＬ_４を物体側に凹面を向けた負レンズにより構成することによって、これら２つのレンズＬ_３、Ｌ_４を互いに近づけることが可能となり、これら２つのレンズＬ_３、Ｌ_４の組み合わせによって球面収差および軸上の色収差を良好に補正することが容易となる。

この場合、これら２つのレンズＬ_３、Ｌ_４の対向する面が周辺に向かうにしたがって互いに近づくように構成することが望ましい。このように構成することで、軸上および倍率の色収差のバランスをとることができる。また、レンズ同士を互いに接することができ、アライメント処理における製造バラツキを小さくすることができる。

さらに、第３レンズ群Ｇ_３の小型化を図ることができるため結果としてバックフォーカスを大きくとることができる。

また、第３レンズＬ_３において、物体側の面の曲率半径Ｒ_３ｆを像面側の面の曲率半径Ｒ_３ｒよりも大とすることが望ましい。

なお、上述した各レンズＬ_１〜Ｌ_４において、球面のレンズ面に複合非球面を施すことによって非球面レンズを形成することも可能である。

また、フォーカシングは種々のレンズ移動態様により行うことが可能であるが、例えば、全てのズーム移動レンズ群を、同一方向に同量だけ移動することにより行うことが可能である。

さらに、上記実施形態のレンズ構成において、レンズ全長が同じになる２つのズーミング位置において、第１レンズＬ_１を選択的に固定し、第１レンズＬ_１以外のいずれかの（少なくとも１つの）レンズＬ_２〜Ｌ_４のみを移動させることで、２焦点レンズを実現することも可能である。

また、上記実施形態のズームレンズは、このズームレンズによって結像された被写体の像を撮像する固体撮像素子とともに、例えばデジタルカメラや携帯電話等のモバイル機器等の、各種撮像装置に搭載される。このような撮像装置は、コンパクト性に優れ、種々の状況において、高解像な画像を得ることができる。

また、一般的に、プラスチックレンズを用いることがコスト面で有利であるが、温度変化に伴うピント移動量を小さくするために、上記第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３の全てのレンズを同種のプラスチック材料で構成することが望ましい。

＜実施例１＞
以下、本発明の実施例１に係るズームレンズの具体的構成について説明する。
実施例１に係るズームレンズを、具体的に説明すると、第１レンズ群Ｇ_１は、像面側に曲率の大きい凹面を向けた負のメニスカス形状を有する第１レンズＬ_１からなる。また、第１レンズＬ_１の両面は、上記非球面式１（数１）で表される非球面とされている。

第２レンズ群Ｇ_２は、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状を有する第２レンズＬ_２からなり、その像面側のコバ面に沿わせて絞り２が配設されている。また、第２レンズＬ_２の両面は、上記非球面式１（数１）で表される非球面とされている。

第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、像面側に曲率の大きい凸面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ_３と、物体側に凹面を向けた負のメニスカス形状を有する第４レンズＬ_４からなる。また、第３レンズＬ_３および第４レンズＬ_４はそれぞれ、両面が上記非球面式１（数１）で表される非球面とされており、両レンズは互いに対向面が沿うように、かつ近接するようにして配されている。

また、ズーミング時において、第１レンズ群Ｇ_１は独立に、また第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３は一体的に各々光軸Ｚ上を移動するように構成されている。

図１の下段には、実施例１のズームレンズについて、ズーミング時における、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）にいたる各レンズ群の移動軌跡が実線で描かれている。
なお、上述した実線で描かれたレンズ移動軌跡は、無限遠フォーカス時における移動軌跡である。

実施例１に係るズームレンズに関する各数値を下記表１に示す。
表１の上段に、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ｅ線（波長５４６．１ｎｍ：以下同じ）における屈折率Ｎｅ、および各レンズのｄ線におけるアッベ数νｄの値を示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表２、３において同じ）。

また、表１の最上段に広角端（WIDE：１．０倍）、中間位置（MIDDLE：１．５倍）および望遠端(TELE：２．０倍)の各位置での焦点距離ｆ´および倍率の各値を示す（表２、３において同じ）。
また、表１の中段に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端、中間位置および望遠端のＤ_２およびＤ_９の可変範囲を示す。
また、表１の下段に、上記非球面式１（数１）に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。

さらに、本実施例においては、表５に示すように、前述した条件式（１）、（２）、（３）および（４）が満足されており、本願請求項３に対応するズームレンズとして構成されている。

図４は上記実施例１に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図である。
なお、球面収差図には、Ｃ線、ｇ線、ｅ線における収差が示されており、各非点収差図には、これら各線における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（図５、図６についても同じ）。図４から明らかなように、実施例１に係るズームレンズによればズーミング領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２に係るズームレンズの具体的構成について説明する。
実施例２に係るズームレンズは、図２に示すように、上述した実施例１とほぼ同様のレンズ構成を備えているが、主として、絞り２が、第２レンズＬ_２の像面側の凹面内に配されており、また、ズーミング時において、第２レンズ群Ｇ_２および第３レンズ群Ｇ_３が、互いに独立して光軸Ｚ上を移動するように構成されている、点において相違している。

実施例２に係るズームレンズに関する各数値を下記表２に示す。
表２の上段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎｅ、および各レンズのｄ線におけるアッベ数νｄの値を示す。

また、表２の中段に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（WIDE：１．０倍）、中間位置（MIDDLE：１．５倍）および望遠端(TELE：２．０倍)のＤ_２、Ｄ_５およびＤ_９の可変範囲を示す。
また、表２の下段に、上記非球面式１（数１）に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値、および上記非球面式２（数２）に示される非球面の各定数Ｋ、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６の値を示す。

さらに、本実施例においては、表５に示すように、前述した条件式（１）、（２）、（３）および（４）が満足されており、本願請求項１および本願請求項３に対応するズームレンズとして構成されている。

図５は上記実施例２に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図である。図５から明らかなように、実施例２に係るズームレンズによればズーミング領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３に係るズームレンズの具体的構成について説明する。
実施例３に係るズームレンズは、図３に示すように、上述した実施例２とほぼ同様のレンズ構成を備えている。

実施例３に係るズームレンズに関する各数値を下記表３に示す。
表３の上段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎｅ、および各レンズのｄ線におけるアッベ数νｄの値を示す。

また、表３の下段に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（WIDE：１．０倍）、中間位置（MIDDLE：１．５倍）および望遠端(TELE：２．３５倍)のＤ_２、Ｄ_５およびＤ_９の可変範囲を示す。
また、表４に、上記非球面式１（数１）に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値、および上記非球面式２（数２）に示される非球面の各定数Ｋ、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８、Ｂ_９、Ｂ_１０の値を示す。

図６は上記実施例３に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図である。図６から明らかなように、実施例３に係るズームレンズによればズーミング領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

本発明の実施例１に係るズームレンズのレンズ構成図本発明の実施例２に係るズームレンズのレンズ構成図本発明の実施例３に係るズームレンズのレンズ構成図本発明の実施例１に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図本発明の実施例２に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図本発明の実施例３に係るズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差およびディストーション）を示す収差図

符号の説明

１結像面
２絞り
３フィルタ部
Ｇ_１〜Ｇ_３レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_４レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_１２レンズ面等
Ｄ_１〜Ｄ_１１軸上面間隔
Ｚ光軸

Claims

物体側から順に、像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズよりなる第１レンズからなる第１レンズ群、正の第２レンズからなる第２レンズ群、正または負の、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群を配列してなり、
ズーミングは、少なくとも前記第１レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、
さらに下記条件式１および２を満足することを特徴とするズームレンズ。
ｆｗ／ｆ_３≧−０．６（１）
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜１０（２）
ここで、
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_３：前記第３レンズの焦点距離
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径
下記条件式３を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
１．４５≦Ｎ_１≦１．８５（３）
ここで、
Ｎ_１：前記第１レンズのｅ線における屈折率
物体側から順に、像面側に凹面を有する負のメニスカスレンズよりなる第１レンズからなる第１レンズ群、正の第２レンズからなる第２レンズ群、正または負の、第３レンズおよび第４レンズからなる第３レンズ群を配列してなり、
ズーミングは、少なくとも前記第１レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、
さらに下記条件式４を満足することを特徴とするズームレンズ。
０＜Ｒ_１／ｆｗ＜５（４）
ここで、
Ｒ_１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径
ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ズーミングは、３つの前記レンズ群が光軸上を移動することによりなされ、望遠端におけるレンズ系全長が広角端におけるレンズ系全長よりも小さくなるように構成されてなることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
前記第３レンズが正レンズであり、前記第２レンズと前記第３レンズの間に絞りが配設されていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載のズームレンズ。
前記第３レンズが像面側に凸面を有する正レンズであり、前記第４レンズが物体側に凹面を有する負レンズであることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載のズームレンズ。