JP2008281857A

JP2008281857A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2008281857A
Application number: JP2007127061A
Authority: JP
Inventors: Sayuri Noda; さゆり野田
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】従来よりも小型化を達成することができ、ズーム比として２．８〜３．０倍程度を確保可能なズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側から、負屈折力を有する第１群Ｇ１、負屈折力を有する第２群Ｇ２、正屈折力を有する第３群Ｇ３、正屈折力を有する第４群Ｇ４の順に配置され、広角端と望遠端の間の変倍動作に際して、第２群Ｇ２・第３群Ｇ３・第４群Ｇ４が光軸上を移動するズームレンズにおいて、第１群Ｇ１は、像側が凹面である１枚の負レンズにより構成され、第２群Ｇ２は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの順に配置され、第３群Ｇ３は、物体側から、開口絞り、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズの順に配置され、第４群Ｇ４は、像側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズにより構成される。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、デジタルカメラ、携帯電話、携帯情報端末機（ＰＤＡ）などに特に好適な小型のズームレンズに関するものである。

従来より、ズーム比が３倍程度のデジタルスチルカメラ用のレンズタイプとして、下記特許文献１〜５に示すような３群ズームが広く用いられてきた。これらの先行技術に係るズームレンズは、物体側から、負屈折力を有する第１群、負屈折力を有する第２群、正屈折力を有する第３群の順番に配置されている。これら第１群・第２群・第３群を光軸上を移動させることで変倍動作をさせることができる。

特許文献１，２に開示されるズームレンズは、低コスト化を図るためにプラスチックレンズを使用し、所望のズーム比を達成しているが、これらは、沈胴式のカメラに使用するタイプであり、使用時にレンズが前方に飛び出してくる。従って、防水や落下などの問題により、携帯電話などの携帯機器に搭載することは難しい。

特許文献３に開示されるズームレンズは、レンズ系の前にカバーガラスを設けて、携帯電話に搭載した例が開示されている。しかしながら、レンズ全長が長く、携帯電話に搭載するためには、更なる小型化を達成する必要がある。

また、特許文献６は、物体側から、負屈折力を有する第１群、負屈折力を有する第２群、正屈折力を有する第３群、正屈折力を有する第４レンズの順に配置されたズームレンズが開示されている。第１群は固定されており、変倍動作を行なうときは、第２群・第３群・第４群を光軸上を移動させるように構成している。第１群は、光路を直角に屈曲させるプリズムからなり、第２群は、両凹レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズからなり、第３群は、両凸レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズの３枚のレンズからなり、第４群は、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズからなる。

かかるプリズムを設けた構成により小型化を図っているが、ズーム比が２．５倍程度しかなく、歪曲収差も大きいという問題があった。

特開２０００−２６７００９号公報特開２００５−０３７７２７号公報特開２００５−０７０６９６号公報特開２００６−１２６４１８号公報特開２００７−０１７５２８号公報特開２００７−０７９３２６号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、従来よりも小型化を達成することができ、ズーム比として２．８〜３．０倍程度を確保可能なズームレンズを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係るズームレンズは、
物体側から、負屈折力を有する第１群、負屈折力を有する第２群、正屈折力を有する第３群、正屈折力を有する第４群の順に配置され、広角端と望遠端の間の変倍動作に際して、第２群・第３群・第４群が光軸上を移動するズームレンズにおいて、
第１群は、像側が凹面である１枚の負レンズにより構成され、
第２群は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの順に配置され、
第３群は、物体側から、開口絞り、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズの順に配置され、
第４群は、像側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズにより構成されることを特徴とするものである。

かかる構成によるズームレンズは、第１群から第４群までの４群構成のズームレンズであり、第１群は固定されると共に、変倍動作を行なう時には、第２群・第３群・第４群が光軸上を移動するように構成されている。第１群を固定することで、全長を一定に保持し、特に携帯電話などの携帯機器に搭載しやすいようにしている。また、第１群〜第４群を上記のようなレンズ構成とすることで、後述の各実施例からも理解されるように、小型化を達成することができ、ズーム比として２．８〜３．０倍程度を確保可能なズームレンズを提供することができた。

本発明において、第１群を構成する負レンズの物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）をＴＬ、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
３．０＜ＴＬ／ｆ_w ＜５．０・・・（１）
の条件式を満足することが好ましい。

平行平面ガラスとは、光学ローパスフィルターやカバーガラスなどを指している。ＴＬ／ｆ_wが条件式（１）の下限値以下だと、全長が短くなりすぎ、変倍動作時のレンズの移動スペースを確保できなくなり、その結果、ズーム比が小さくなる。ＴＬ／ｆ_wが条件式（１）の上限値以上だと、全長が長くなりすぎ、携帯電話等の携帯機器に組み込むことが難しくなる。

本発明において、第１群の焦点距離をｆ_G1、第２群の合成焦点距離をｆ_G2とした時、
０．５＜ｆ_G1／ｆ_G2 ＜４．０・・・（２）
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ_G1／ｆ_G2が条件式（２）の下限値以下だと、変倍動作時に移動する第２群のパワーが小さくなるため、ズーム比を確保するためには移動量を増やす必要があり、その結果、レンズ全長が長くなってしまう。ｆ_G1／ｆ_G2が条件式（２）の上限値以上だと、第２群のパワーが大きくなりすぎ、広角側での非点収差や歪曲収差の補正が困難となる。

本発明において、第４群を構成する正メニスカスレンズの物体側の曲率半径をｒ₁₄、第４群を構成する正メニスカスレンズの像側の曲率半径をｒ₁₅とした時、
１．０＜ｒ₁₄／ｒ₁₅ ＜３．０・・・（３）
の条件式を満足することが好ましい。

ｒ₁₄／ｒ₁₅が条件式（３）の下限値以下だと、バックフォーカスが必要以上に長くなるため、レンズ全長が長くなってしまう。ｒ₁₄／ｒ₁₅が条件式（３）の上限値以上だと、撮像素子（ＣＣＤやＭＯＳなど）への光線の入射角が大きくなる。

本発明において、第２群及び第４群を構成するレンズは、両面が非球面のプラスチックにより形成されることが好ましい。これにより、低コストを達成すると共に、収差も良好に補正することができる。

本発明において、第２群の合成焦点距離をｆ_G2、第３群の合成焦点距離をｆ_G3とした時、
２．０＜｜ｆ_G2｜／ｆ_G3 ＜４．５・・・（４）
の条件式を満足することが好ましい。

｜ｆ_G2｜／ｆ_G3が条件式（４）の下限値以下だと、レンズ全長を短くすることはできるが、第２群のパワーが強くなりすぎるため、第２群をプラスチックレンズで形成した時に温度特性が悪くなる。｜ｆ_G2｜／ｆ_G3が条件式（４）の上限値以上だと、ズーム全域での球面収差、コマ収差の補正が困難となり、収差を良好に補正しようとすると、レンズ全長が長くなってしまう。

本発明において、第２群を構成する負メニスカスレンズの焦点距離をｆ₂、第２群を構成する正メニスカスレンズの焦点距離をｆ₃、第４群を構成する正メニスカスレンズの焦点距離をｆ₇、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
１．０＜｜ｆ₂｜／ｆ_w ＜２．６・・・（５）
２．０＜ｆ₃／ｆ_w ＜４．２・・・（６）
１．０＜ｆ₇／ｆ_w ＜２．５・・・（７）
の条件式を満足することが好ましい。

これらの条件式（５）（６）（７）において、パラメータが下限値以下になると、レンズのパワーが強くなりすぎ、プラスチックでレンズを形成した場合に、温度特性が悪くなる。また、偏芯による製造誤差も大きくなる。｜ｆ₂｜／ｆ_wが条件式（５）の上限値以上だと、第２群における負のパワーが弱くなるため、変倍動作による移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってしまう。ｆ₃／ｆ_wが条件式（６）の上限値以上だと、第２群における正のパワーが弱くなりすぎ、広角側での倍率色収差の補正が困難になる。ｆ₇／ｆ_wが条件式（７）の上限値以上だと、第４群のパワーが弱くなるため、変倍動作による移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってしまう。

本発明に係るズームレンズ好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１〜図５に、実施例１から実施例６までのレンズ構成図（図１Ａ〜図６Ａ）と、収差図（図１Ｂ〜図６Ｂ）を示す。レンズ構成図は、広角端における状態を示している。収差図は（ａ）広角端（ｂ）中間点（ｃ）望遠端における球面収差（単位ｍｍ）・非点収差（単位ｍｍ）・歪曲収差（単位％）を夫々示している。本発明に係るズームレンズは、固体撮像素子（ＣＣＤやＭＯＳなど）を有するデジタルカメラ、携帯電話、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等に内蔵されるズームレンズとして特に好適な構成を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図６Ａには、レンズを広角端（ｗｉｄｅ）にセットした時の光学系の配置を示している。このズームレンズは、物体側から、負屈折力を有する第１群Ｇ１、負屈折力を有する第２群Ｇ２、正屈折力を有する第３群Ｇ３、正屈折力を有する第４群Ｇ４の順に配置され、広角端と望遠端の間の変倍動作（ズーム動作）に際して、第２群Ｇ２・第３群Ｇ３・第４群Ｇ４が光軸上を移動する。すなわち、第１群Ｇ１は固定されており、変倍動作に関わらずレンズ全長は一定に保持される。広角端から望遠端に移動した時の第２群Ｇ２・第３群Ｇ３・第４群Ｇ４の動きは、矢印により図示されている。

第１群Ｇ１は、像側が凹面である１枚の負レンズである第１レンズ１により構成される。第２群Ｇ２は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第２レンズ２、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである第３レンズ３の順に配置される。第３群Ｇ３は、物体側から、開口絞り８、両凸レンズである第４レンズ４、両凸レンズである第５レンズ５と両凹レンズである第６レンズ６の接合レンズの順に配置される。第４群Ｇ４は、像側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズである第７レンズ７により構成される。

第２群Ｇ２を構成する第２レンズ２と第３レンズ３、第４群Ｇ４を構成する第７レンズ７は、いずれも両面が非球面のプラスチックにより形成される。

第７レンズ７よりも像側には、光学ローパスフィルター９、カバーガラス１０、撮像面１１が配置されている。光学ローパスフィルター９は赤外光をカットするものであり、カバーガラス１０は撮像面１１に配置される固体撮像素子（ＣＣＤやＭＯＳ）を保護するものである。いずれも平行平面ガラスにより構成される。

各収差図における非点収差を示すグラフにおいて、Ｓはサジタル像面での収差を示し、Ｔはメリジオナル像面での収差を示している。これらの収差図からも分かるように、実用的に問題のないレベルまで収差が補正されていることが分かる。なお、いずれの収差図もｄ線についてのデータである。

＜レンズ諸元について＞
＜実施例１＞
まず実施例１についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０７〜９．３５〜１４．４９（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝３．１１〜４．５０〜５．９０
画角２ω＝５９．９°〜３３．１°〜２１．７°
ズーム比＝２．８６
上記データは、広角端〜中間〜望遠端におけるデータを夫々示している。

次に、表１Ａにより、物体側から順に面の番号を付して、曲率半径ｒ（近軸上における曲率半径：ｍｍ）、面間隔ｄ（ｍｍ）、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを示す。また、表１Ｂに実施例１の非球面係数を示す。

表１Ａにおいて、面番号１，２は、第１レンズ１、面番号３，４は第２レンズ２、面番号５，６は第３レンズ３、面番号７は開口絞り８、面番号８，９は第４レンズ４、面番号１０，１１は第５レンズ５、面番号１２，１３は第６レンズ６、面番号１４，１５は第７レンズ７、面番号１６，１７は光学ローパスフィルター９、面番号１８，１９はカバーガラス１０に相当する。面番号７は、開口絞り８のため曲率半径ｒは∞となっている。また、面番号１６〜１９も平行平面ガラスのため曲率半径ｒは∞となっている。また、ズーム動作により面間隔が変更される部分は、広角端〜中間〜望遠端におけるデータを夫々示している。これらの点は、他の実施例についても同じである。

なお、非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表すと、
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋ＡＨ⁴＋ＢＨ⁶＋ＣＨ⁸＋ＤＨ¹⁰
となる。Ｒは近軸曲率半径、Ｋはコニカル係数である。非球面係数のＥ−０３などの表記は１０^-3を意味する。この点は他の実施例も同じである。

第５レンズ５と第６レンズ６は、両面とも球面である。その他のレンズは、両面非球面であり、プラスチックレンズにより形成される。

＜実施例２＞
実施例２についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０６〜９．４３〜１４．２７（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝３．０５〜４．５１〜５．７８
画角２ω＝６０．０°〜３２．８°〜２２．１°
ズーム比＝２．８２
表２Ａにレンズ諸元、表２Ｂに非球面係数を示す。

＜実施例３＞
実施例３についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０５〜９．４２〜１４．３２（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝２．８４〜４．２０〜５．４０
画角２ω＝６０．１°〜３２．８°〜２２．０°
ズーム比＝２．８４
表３Ａにレンズ諸元、表３Ｂに非球面係数を示す。

＜実施例４＞
実施例４についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０５〜９．４２〜１４．８６（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝３．０４〜４．５０〜５．９０
画角２ω＝６０．１°〜３２．８°〜２１．２°
ズーム比＝２．９４
表４Ａにレンズ諸元、表４Ｂに非球面係数を示す。

＜実施例５＞
実施例５についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０７〜９．４３〜１４．２８（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝３．０８〜４．６０〜５．８７
画角２ω＝６０．０°〜３２．８°〜２２．０°
ズーム比＝２．８２
表５Ａにレンズ諸元、表５Ｂに非球面係数を示す。

第１レンズ１と第５レンズ５と第６レンズ６は、両面とも球面である。その他のレンズは、両面非球面であり、プラスチックレンズにより形成される。

＜実施例６＞
実施例６についての諸元を説明する。

全系の焦点距離ｆ＝５．０５〜９．４２〜１４．０７（単位ｍｍ）
Ｆナンバー＝３．１７〜４．７０〜６．００
画角２ω＝６０．１°〜３２．８°〜２２．４°
ズーム比＝２．７９
表６Ａにレンズ諸元、表６Ｂに非球面係数を示す。

本発明において、第１群Ｇ１を構成する第１レンズ１の物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）をＴＬ、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
３．０＜ＴＬ／ｆ_w ＜５．０・・・（１）
の条件式を満足することが好ましい。

ＴＬ／ｆ_wが条件式（１）の下限値以下だと、全長が短くなりすぎ、変倍動作時のレンズの移動スペースを確保できなくなり、その結果、ズーム比が小さくなる。ＴＬ／ｆ_wが条件式（１）の上限値以上だと、全長が長くなりすぎ、携帯電話等の携帯機器に組み込むことが難しくなる。

本発明において、第１群Ｇ１の焦点距離をｆ_G1、第２群Ｇ２の合成焦点距離をｆ_G2とした時、
０．５＜ｆ_G1／ｆ_G2 ＜４．０・・・（２）
の条件式を満足することが好ましい。

本発明において、第４群Ｇ４を構成する正メニスカスレンズ（第７レンズ７）の物体側の曲率半径をｒ₁₄、第４群Ｇ４を構成する正メニスカスレンズ(第７レンズ７)の像側の曲率半径をｒ₁₅とした時、
１．０＜ｒ₁₄／ｒ₁₅ ＜３．０・・・（３）
の条件式を満足することが好ましい。

本発明において、第２群Ｇ２の合成焦点距離をｆ_G2、第３群Ｇ３の合成焦点距離をｆ_G3とした時、
２．０＜｜ｆ_G2｜／ｆ_G3 ＜４．５・・・（４）
の条件式を満足することが好ましい。

｜ｆ_G2｜／ｆ_G3が条件式（４）の下限値以下だと、レンズ全長を短くすることはできるが、第２群Ｇ２のパワーが強くなりすぎるため、第２群Ｇ２をプラスチックレンズで形成した時も温度特性が悪くなる。｜ｆ_G2｜／ｆ_G3が条件式（４）の上限値以上だと、ズーム全域での球面収差、コマ収差の補正が困難となり、収差を良好に補正しようとすると、レンズ全長が長くなってしまう。

本発明において、第２群Ｇ２を構成する負メニスカスレンズ（第２レンズ）の焦点距離をｆ₂、第２群Ｇ２を構成する正メニスカスレンズ(第３レンズ３)の焦点距離をｆ₃、第４群Ｇ４を構成する正メニスカスレンズ（第７レンズ７）の焦点距離をｆ₇、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
１．０＜｜ｆ₂｜／ｆ_w ＜２．６・・・（５）
２．０＜ｆ₃／ｆ_w ＜４．２・・・（６）
１．０＜ｆ₇／ｆ_w ＜２．５・・・（７）
の条件式を満足することが好ましい。

これらの条件式（５）（６）（７）において、パラメータが下限値以下になると、レンズのパワーが強くなりすぎ、プラスチックでレンズを形成した場合に、温度特性が悪くなる。また、偏芯による製造誤差も大きくなる。｜ｆ₂｜／ｆ_wが条件式（５）の上限値以上だと、第２群Ｇ２における負のパワーが弱くなるため、変倍動作による移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってしまう。ｆ₃／ｆ_wが条件式（６）の上限値以上だと、第２群Ｇ２における正のパワーが弱くなりすぎ、広角側での倍率色収差の補正が困難になる。ｆ₇／ｆ_wが条件式（７）の上限値以上だと、第４群Ｇ４のパワーが弱くなるため、変倍動作による移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってしまう。

以上の点を各実施例について、条件式にかかるパラメータと共に表７に示す。

以上のように、本発明に係るズームレンズの構成によれば、従来よりも小型化を達成することができ、ズーム比として２．８〜３．０倍程度を確保することができた。

図７は、レンズ系の前面にプリズムを配置した例を示し、奥行きを短くすることができる。座標軸のうち、ｘを撮像素子長辺方向、ｙを撮像素子短辺方向、ｚを光軸方向としたとき、（ａ）あるいは（ｂ）に示すようにプリズムを配置することができる。この場合、レンズ径の大きな第1群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３を構成するレンズをプラスチックレンズにしておけば、小判型のレンズを成型することで、更なる薄型化が低コストで可能となる。

本発明において、両面が球面のレンズはプラスチックで形成してもよいしガラスで形成してもよい。

実施例１のレンズ構成を示す図実施例１の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例２のレンズ構成を示す図実施例２の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例３のレンズ構成を示す図実施例３の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例４のレンズ構成を示す図実施例４の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例５のレンズ構成を示す図実施例５の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例６のレンズ構成を示す図実施例６の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図レンズ系の前面にプリズムを配置した例を示す図

符号の説明

Ｇ１第１群
Ｇ２第２群
Ｇ３第３群
Ｇ４第４群
１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４第４レンズ
５第５レンズ
６第６レンズ
７第７レンズ
８開口絞り
９光学ローパスフィルター
１０カバーガラス
１１撮像面

Claims

物体側から、負屈折力を有する第１群、負屈折力を有する第２群、正屈折力を有する第３群、正屈折力を有する第４群の順に配置され、広角端と望遠端の間の変倍動作に際して、第２群・第３群・第４群が光軸上を移動するズームレンズにおいて、
第１群は、像側が凹面である１枚の負レンズにより構成され、
第２群は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの順に配置され、
第３群は、物体側から、開口絞り、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズの順に配置され、
第４群は、像側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズにより構成されることを特徴とするズームレンズ。
第１群を構成する負レンズの物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）をＴＬ、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
３．０＜ＴＬ／ｆ_w ＜５．０・・・（１）
の条件式を満足する請求項１に記載のズームレンズ。
第１群の焦点距離をｆ_G1、第２群の合成焦点距離をｆ_G2とした時、
０．５＜ｆ_G1／ｆ_G2 ＜４．０・・・（２）
の条件式を満足する請求項１又は２に記載のズームレンズ。
第４群を構成する正メニスカスレンズの物体側の曲率半径をｒ₁₄、第４群を構成する正メニスカスレンズの像側の曲率半径をｒ₁₅とした時、
１．０＜ｒ₁₄／ｒ₁₅ ＜３．０・・・（３）
の条件式を満足する請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
第２群及び第４群を構成するレンズは、両面が非球面のプラスチックにより形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
第２群の合成焦点距離をｆ_G2、第３群の合成焦点距離をｆ_G3とした時、
２．０＜｜ｆ_G2｜／ｆ_G3 ＜４．５・・・（４）
の条件式を満足する請求項１〜５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
第２群を構成する負メニスカスレンズの焦点距離をｆ₂、第２群を構成する正メニスカスレンズの焦点距離をｆ₃、第４群を構成する正メニスカスレンズの焦点距離をｆ₇、広角端におけるレンズ全系の焦点距離をｆ_wとした時、
１．０＜｜ｆ₂｜／ｆ_w ＜２．６・・・（５）
２．０＜ｆ₃／ｆ_w ＜４．２・・・（６）
１．０＜ｆ₇／ｆ_w ＜２．５・・・（７）
の条件式を満足する請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。