JP2008065257A

JP2008065257A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2008065257A
Application number: JP2006245818A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Noda; 隆行野田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

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、像面側に凹面を有する負のメニスカス形状の第１レンズＬ_１からなる第１群Ｇ_１ならびに、正の第２レンズＬ_２、正または負の第３レンズＬ_３および正または負の第４レンズＬ_４からなる第２群Ｇ_２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および第２群Ｇ_２が光軸上で互いに近づくように移動する。また、−０．５＜ｆｗ／ｆ_３（１）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の焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は２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２００５−２３４２１３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、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。特に、携帯電話などに用いられる撮像レンズはmm以下のオーダーでのコンパクト化が求められており、レンズ周辺部の角張りであっても、コンパクト化についての大きな障害要因となる。

さらに、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は、上記特許文献１のものと比べて、同等の光学性能を維持し得る、構造がより簡易な２群構成のものが望まれている。

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およびズーム駆動機構の簡易化を図りうる２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（少なくとも光軸近傍において）よりなる第１レンズからなる第１レンズ群ならびに、正の第２レンズ、正または負の第３レンズおよび正または負の第４レンズを、物体側よりこの順に配列してなる正の第２レンズ群を配列してなり、
ズーミング時において、広角側から望遠側に向かうにしたがい、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群が光軸上で互いに近づくように移動し、
さらに下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。

−０．５＜ｆｗ／ｆ_３（１）
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

ここで、本発明のズームレンズは、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
１＜ｆ_２／ｆｗ＜３（２）
ここで、
ｆ_２：前記第２レンズの焦点距離

また、前記第３レンズが正のレンズであり、該第３レンズと前記第２レンズとの間に絞りを配設することが好ましい。

また、前記第１レンズが、下記条件式（３）を満足するプラスチックであることが好ましい。
１．５１＜Ｎ_１＜１．５６（３）
ここで、
Ｎ_１：前記第１レンズを形成する材料のｅ線に対する屈折率

さらに、前記第４レンズが正のレンズであることが好ましい。

本発明のズームレンズによれば、２群４枚構成で、最も物体側に位置する大径の第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って構成されることで、第１レンズの周辺形状が、物体側方向に大きく出っ張らない形状とされ、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。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、上述した構成により、光学性能を維持しつつ、２群４枚のズームレンズを具体的に構築することができ、したがって、ズーム駆動機構の構造の簡易化を図ることができる。

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ならびに、正の第２レンズＬ_２、正または負の第３レンズＬ_３および正または負の第４レンズＬ_４からなる第２レンズ群Ｇ_２を配列してなる。

なお、第１レンズＬ_１の物体側の面が凸面とされていないため、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面が下記非球面式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、第１レンズ群Ｇ_１および第２レンズ群Ｇ_２が光軸Ｚ上において互いに近づくような移動軌跡を描くように構成されている。また、好ましくは、第１レンズ群Ｇ_１の移動軌跡は、像面側に凸形状とされることが好ましい。

また、第２レンズ群Ｇ_２と結像面（ＣＣＤ撮像面）１と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。
−０．５＜ｆｗ／ｆ_３（１）
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

上記第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のレンズ形状を本実施形態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、上記条件式（１）に替えて、下記の条件式（１´）を満足することで、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、との効果をより高めることが可能である。
−０．２＜ｆｗ／ｆ_３＜０．２（１´）

また、絞り２の像面側に位置する第３レンズＬ_３は、組み立て時の位置ズレにより特に軸上解像性能を劣化させやすい。したがって、上記条件式（１´）の範囲に収まるようにその絶対値を０．２未満として、第３レンズＬ_３のパワーを小さくすることで、装置の製造バラツキに伴う性能劣化を小さくすることが可能になる。

また、上記の場合において、下記の条件式（２）を満足することが望ましい。
１＜ｆ_２／ｆｗ＜３（２）
ｆ_２：前記第２レンズの焦点距離

この条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズＬ_２のパワーが小さくなり過ぎて、球面収差がズーム全域でアンダーとなり、さらに軸上色収差が、望遠側で大きくなり過ぎてしまう。一方、その下限を下回ると、第２レンズＬ_２のパワーが大きくなり過ぎて、球面収差がズーム全域でオーバーとなり、さらに周辺色収差が、広角側で大きくなり過ぎてしまう。

すなわち、第２レンズＬ_２のパワーが、上記条件式（２）を満足する値とされることにより、球面収差および色収差をバランスよく、かつ良好な値に設定することが可能となる。

また、上記の場合において、第１レンズＬ_１が下記の条件式（３）を満足するプラスチックレンズであることが望ましい。
１．５１＜Ｎ_１＜１．５６（３）
ここで、
Ｎ_１：前記第１レンズＬ_１を形成する材料のｅ線に対する屈折率

この条件式（３）の上限を上回ると、像面がオーバーとなり過ぎ、歪曲がマイナスになり過ぎてしまう。一方、その下限を下回ると、像面がアンダーとなり過ぎ、歪曲がプラスになり過ぎてしまう。

すなわち、この種のズームレンズ系における第１レンズＬ_１は、広角端における光線の通過高さが最も高くなるうえ、これと望遠端における光線の通過高さとの差も最も大きくなる。これにより、像面湾曲と歪曲への影響が大きくなってしまう。したがって、条件式（３）を満足するように構成することにより、像面湾曲と歪曲の両値をバランスよく、かつ良好な値に設定することが可能となる。

また、条件式（３）を満足させるように、第１レンズＬ_１を形成する材料の屈折率を規定することで、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。

なお、第１レンズＬ_１をプラスチックレンズとすることにより低廉化を図ることができる。

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の像面側の面を凹面とするとともに、第４レンズＬ_４の物体側の面を凸面とすることにより（実施例１〜３）、また、第３レンズＬ_３の像面側の面を凸面とするとともに、第４レンズＬ_４の物体側の面を凹面とすることにより（実施例４）、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。

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レンズ群Ｇ_１を選択的に固定し、第２レンズ群Ｇ_２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は、上記第２レンズ群Ｇ_２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も有効である。

＜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。

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と、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状を有する第３レンズＬ_３と、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状を有する第４レンズＬ_４からなり、第２レンズＬ_２の像面側のコバ面に沿わせて絞り２が配設されている。
なお、全てのレンズＬ_１〜Ｌ_４の両面が、上記非球面式１（数１）で表される非球面とされている。

また、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇ_１と第２レンズ群Ｇ_２は互いに近づくように、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、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へのズーミング時におけ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、４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：１．９２倍)の各位置での焦点距離ｆ´および倍率の各値を示す。
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の値を示す（表２、３、４において同じ）。
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の各値を示す（表２、３、４において同じ）。

さらに、本実施例においては、下記表５に示すように、前述した条件式（１）、（１´）、（２）および（３）が満足されるように構成されている。

図５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６〜図８についても同じ）。図５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。

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：２．７倍)の各位置での焦点距離ｆ´および倍率の各値を示す。

さらに、本実施例においては、下記表５に示すように、前述した条件式（１）、（１´）、（２）および（３）が満足されている。

図６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６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１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：２．７倍)の各位置での焦点距離ｆ´および倍率の各値を示す。

図７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７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。

＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４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４に係るズームレンズは、図４に示すように、上述した実施例１と類似した２群４枚のレンズ構成とされているが、主として、第１レンズＬ_１の物体側に曲率が比較的大きい凸面を向けていること、第３レンズＬ_３が両凸レンズとされていること、さらには、第４レンズＬ_４が物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズから構成されていること、において相違している。

実施例４に係るズームレンズに関する各数値を下記表４に示す。
表４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４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。

さらに、本実施例においては、下記表５に示すように、前述した条件式（１）および（２）が満足されている。

図８は上記実施例４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８から明らかなように、実施例４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４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）を示す収差図本発明の実施例４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_２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レンズ群ならびに、正の第２レンズ、正または負の第３レンズおよび正または負の第４レンズをこの順に配列してなる正の第２レンズ群を配列してなり、
ズーミング時において、広角側から望遠側に向かうにしたがい、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群が光軸上で互いに近づくように移動し、
さらに下記条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
−０．５＜ｆｗ／ｆ_３（１）
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
下記条件式（２）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＜ｆ_２／ｆｗ＜３（２）
ここで、
ｆ_２：前記第２レンズの焦点距離
前記第３レンズを正のレンズとするとともに、該第３レンズと前記第２レンズとの間に絞りを配設することを特徴とする請求項１または2記載のズームレンズ。
前記第１レンズが、下記条件式（３）を満足するプラスチックであ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。
１．５１＜Ｎ_１＜１．５６（３）
ここで、
Ｎ_１：前記第１レンズを形成する材料のｅ線に対する屈折率
前記第４レンズが正のレンズであ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。