JP2008139416A - ズームレンズ - Google Patents

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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、光学性能に優れ、光軸上でのレンズ系全長を抑制した状態で、光学性能の劣化をきたすことなくズーム比を大きくし得る4枚構成のズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、像面側に凹面を有する負レンズよりなる第1レンズLからなる第1群G、正の第2レンズLおよび正または負の第3レンズLからなる第2群G、ならびに正の第4レンズLからなる第3群Gを配列してなる。また、-0.6<fw/f3<1.0、0.6<f2/fw<2.0、0.05<Ds/fw <0.30なる3条件式を満足する。fw:広角端全系焦点距離、f3:レンズL3の焦点距離、f2:レンズL2の焦点距離、Ds:レンズL2とレンズL3の光軸上の距離。
【選択図】図1

Description

本発明は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、2、3に記載された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 特開2005−189711号公報 特開2006−126254号公報
しかし、今日においては、携帯モバイル等においても、より大きなズーム比を確保できるものが要望されている。
このような観点からすると、上記特許文献1に記載されたズームレンズは、絞りの存在によって、ズーミング移動時に第1レンズ群と第2レンズ群のレンズ間距離を極限まで狭めることが難しく、レンズ全長を抑制した状態で、光学性能の劣化をきたすことなくズーム比を大きくするのには限界があった。
また、上記特許文献2に記載されたズームレンズは、光学性能の点で不十分であり、ズーム倍率も1.9倍程度と不十分であった。
さらに、上記特許文献3に記載されたズームレンズは、全長が長く、近年のコンパクト化の要請に応えたものとはなっていなかった。
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を抑制した状態でも、光学性能の劣化をきたすことなくズーム比を大きくし得る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レンズよりなる第1レンズからなる第1レンズ群、少なくとも一方が正レンズとされた第2レンズおよび第3レンズよりなる第2レンズ群、ならびに正レンズよりなる第4レンズからなる第3レンズ群をこの順に配列してなり、
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レンズ群を光軸上で互いに近づくように移動させ、
さらに下記条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするものである。
−0.6<fw/f<1.0 (1)
0.6<f/fw<2.0 (2)
0.05<Ds/fw<0.30 (3)
ここで、
fw : 広角端におけるレンズ全系の焦点距離
: 前記第3レンズの焦点距離
: 前記第2レンズの焦点距離
Ds : 前記第2レンズと前記第3レンズの光軸上の間隔
この場合において、下記条件式(4)を満足することが好ましい。
0.85<f23/fw<1.55 (4)
ここで、
23 : 前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離(前記第2レンズ群の焦点距離)
また、前記第4レンズの物体側の面が凹面であることが好ましい。
さらに、前記第1レンズが、下記条件式(5)を満足するプラスチック材料からなることが好ましい。
1.51<N<1.58 (5)
ここで、
: 前記第1レンズを形成する材料のe線に対する屈折率
また、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
/fw≧3.34 (6)
ここで、
: 前記第4レンズの焦点距離
また、ズーミング時において、前記第3レンズ群は固定とすることが可能である。
さらに、前記第2レンズおよび前記第3レンズの間に絞りが配設されていることが好ましい。
本発明のズームレンズによれば、4枚構成で、少なくとも第1レンズ群と第2レンズ群を可動群とし、条件式(1)〜(3)を満足する構成とされている。
まず、条件式(1)および(2)を満足することにより、第2レンズと第3レンズのパワーバランスを適切な状態に設定することができ、レンズ系全長を短縮化しつつ変倍全域での球面収差、像面湾曲、歪曲収差等の光学性能を良好に保つことが可能となる。また、変倍全域の解像バラツキや片ぼけを小さくすることが可能となる。
また、条件式(3)を満足することにより、第2レンズ群の全長を短縮化しつつ、第2レンズ群を構成する第2レンズおよび第3レンズの重量および外径を小さくしつつ、変倍全域での球面収差や軸上色収差等の光学性能を良好に保つことが可能となる。
これにより、光学性能に優れ、光軸上でのレンズ系全長を抑制した状態でも、光学性能の劣化をきたすことなくズーム比を大きくし得る4枚構成のズームレンズを提供することができる。
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レンズよりなる第1レンズLからなる第1レンズ群G、正の第2レンズL、絞り2および正または負の第3レンズLからなる第2レンズ群G、ならびに正の第4レンズLからなる第3レンズ群Gを配列してなる。
なお、第1レンズLの物体側の面が強い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〜L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。
Figure 2008139416
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および第2レンズ群G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。なお、第3レンズ群Gは固定とされている。
また、第1レンズ群G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3レンズ群G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)〜(3)を満足するように構成されている。
−0.6<fw/f<1.0 (1)
0.6<f/fw<2.0 (2)
0.05<Ds/fw<0.30 (3)
ここで、
fw : 広角端におけるレンズ全系の焦点距離
: 前記第3レンズの焦点距離
: 前記第2レンズの焦点距離
Ds : 前記第2レンズと前記第3レンズの光軸上の間隔
上記条件式(1)において、その上限を超えると、第3レンズLのパワーが正に小さくなり過ぎ、第2レンズ群G内における第2レンズLとのパワーバランスが崩れ、レンズ系全長を短縮化しつつ変倍全域での球面収差等の光学性能を良好に保つことが困難となる。一方、その下限を超えると、第3レンズLのパワーが負に小さくなり過ぎ、第2レンズ群G内における第2レンズLとのパワーバランスが崩れ、変倍全域において像面湾曲や歪曲収差等の光学性能を良好に保つことが困難となる。
また、上記条件式(2)において、その上限を超えると、第2レンズLのパワーが大きくなり過ぎ、上記条件式(1)を満足した状態では、第2レンズ群Gの全体のパワーが適切でなくなったり、第2レンズ群G内の各レンズのパワーバランスが悪くなり、諸収差および変倍比を良好に維持しつつ、全長を短くすることが困難となる。一方、その下限を超えると、第2レンズLのパワーが小さくなり過ぎ、変倍全域の解像バラツキや片ぼけを小さくすることが困難となる。
また、上記条件式(3)において、その上限を超えると、第2レンズ群Gの全長が長くなったり、第2レンズ群Gを構成する各レンズのレンズ外径が大きくなり、駆動系の負担が増大してしまう。一方、その下限を超えると、第2レンズ群Gを構成する各レンズの屈折作用が十分に機能しなくなり、変倍全域での球面収差や軸上色収差等の諸収差を良好に維持できなくなる。
なお、上記条件式(1)、(2)に替えて、下記の条件式(1´)、(2´)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。
−0.3<fw/f<0.3 (1´)
0.9<f/fw<2.0 (2´)
また、絞り2の像面側に位置する第3レンズL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0.3未満として、第3レンズL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(4)を満足することが望ましい。
0.85<f23/fw<1.55 (4)
ここで、
23 : 第2レンズLと第3レンズLの合成焦点距離(第2レンズ群Gの焦点距離)
この条件式(4)の上限を上回ると、第2レンズ群G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レンズ群G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レンズ群Gのパワーが、上記条件式(4)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が下記の条件式(5)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<1.58 (5)
ここで、
: 第1レンズLを形成する材料のe線に対する屈折率
この条件式(5)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(5)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(5)を満足させるように、第1レンズL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。
さらに、上記の場合において、下記条件式(6)を満足することが好ましい。
/fw≧3.34 (6)
ここで、
: 前記第4レンズの焦点距離
上記条件式(6)を満足することで、ズーム変動時の射出角度の変動を小さく抑えることができ、バックフォーカスを大きくすることが可能となる。このようにズーム変動時の射出角度の変動を小さく抑えることで、画像のシェーディングを抑制することができ、変倍全域での画像の光量バランスを良好に保つことが可能となる。また、バックフォーカスを大きくすることで、製造時における塵埃による影響を低減することが可能になる。
なお、上記条件式(6)に替えて、下記の条件式(6´)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(実施例2、3)。
/fw>3.50 (6´)
なお、上記の場合において、下記条件式(7)を満足することが好ましい。
>f (7)
上記条件式(7)を満足することで、第2レンズLと第3レンズLの間に絞りが配される際に、変倍全域に亘る像面湾曲変動を小さくでき、解像性能の向上を図りうる。
ところで、今日、携帯モバイル等においては、より大きなズーム比を確保できるものが要望されているが、前述したような従来技術によっては、絞りの存在によって、ズーミング移動時に第1レンズ群と第2レンズ群のレンズ間距離を極限まで狭めることが難しく、レンズ全長を抑制した状態で、光学性能の劣化をきたすことなくズーム比を大きくするのには限界があった。そこで、本実施形態においては少なくとも第2レンズLと第3レンズLのいずれかを正レンズとし、第2レンズLと第3レンズLの間に絞り2を配設することにより、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gの群間隔を近づけることを可能とし、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を可能としている。なお、この作用効果は、第2レンズLと第3レンズLの両者を正レンズ(光軸近傍)として、絞り2の両側に正レンズが配される構成とすることにより(実施例1、2、4)、より良好なものとすることができる。
さらに、第3レンズLの像面側の面を凹面とするとともに、第4レンズLの物体側の面を凸面とすることにより(実施例1、2、4)、これら2つのレンズL、L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、L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〜L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。
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を選択的に固定し、第2レンズ群G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からなる。
また、第2レンズ群G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と、物体側に凸面を向けた弱い正(収差補正用)のメニスカス形状(光軸近傍)を有する第3レンズLからなる。
また、第3レンズ群G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4レンズLからなる。
また、第2レンズLと第3レンズLとの間に絞り2が配設されている。
なお、全てのレンズL〜L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と第2レンズ群G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: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(表2、3、4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およびD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(数1)に示される非球面の各定数K、A、A、A、A10の各値を示す(表2、3、4において同じ)。
Figure 2008139416
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)〜(7)、(1´)および(2´)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。
Figure 2008139416
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)〜(7)、(1´)、(2´)および(6´)が満足するように構成されている。
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と同様の4枚のレンズ構成とされているが、第1レンズLが像面側に曲率の小さい凹面を向けた両凹レンズとされ、第3レンズLが物体側に凸面を向けた弱い負(または略パワーを有さない収差補正用)のメニスカスレンズとされ、第4レンズLが像側に凸面を向けた、全体として正のメニスカス形状をなすレンズとされていること、において相違している。
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。
Figure 2008139416
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)〜(7)、(1´)、(2´)および(6´)が満足されている。
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と略同様のレンズ構成とされているが、第4レンズLが両凸レンズとされている点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。
Figure 2008139416
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)〜(7)、(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。
Figure 2008139416
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 レンズ群
〜L レンズ
〜R12 レンズ面等
〜D11 軸上面間隔
Z 光軸

Claims (7)

  1. 物体側から順に、像面側に凹面を有する負レンズよりなる第1レンズからなる第1レンズ群、少なくとも一方が正レンズとされた第2レンズおよび第3レンズよりなる第2レンズ群、ならびに正レンズよりなる第4レンズからなる第3レンズ群をこの順に配列してなり、
    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レンズ群を光軸上で互いに近づくように移動させ、
    さらに下記条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    −0.6<fw/f<1.0 (1)
    0.6<f/fw<2.0 (2)
    0.05<Ds/fw<0.30 (3)
    ここで、
    fw : 広角端におけるレンズ全系の焦点距離
    : 前記第3レンズの焦点距離
    : 前記第2レンズの焦点距離
    Ds : 前記第2レンズと前記第3レンズの光軸上の間隔
  2. 下記条件式(4)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。
    0.85<f23/fw<1.55 (4)
    ここで、
    23 : 前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離(前記第2レンズ群の焦点距離)
  3. 前記第4レンズの物体側の面が凹面であ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。
  4. 前記第1レンズが、下記条件式(5)を満足するプラスチック材料から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。
    1.51<N<1.58 (5)
    ここで、
    : 前記第1レンズを形成する材料のe線に対する屈折率
  5. 下記条件式(6)を満足す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。
    /fw≧3.34 (6)
    ここで、
    : 前記第4レンズの焦点距離
  6. ズーミング時において、前記第3レンズ群が固定されてい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。
  7. 前記第2レンズおよび前記第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6のうちいずれか1項記載のズームレンズ。
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