JP2009198799A - 沈胴ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光学防振機能などを組み込む場合であっても、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることが可能な沈胴ズームレンズを提供すること。
【解決手段】この発明の沈胴ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ₁、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ₂、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ₃、および正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ₄が配置されて構成される。特に、第３レンズ群ＧＲ₃は、前記物体側から順に、正レンズＬ₆、正レンズＬ₇、および負レンズＬ₈が配置されて構成されている。そして、所定の条件を満足することにより、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることができるようになる。
【選択図】図１

Description

この発明は、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラなどの小型撮像装置に搭載するのに適した、高変倍が可能な沈胴ズームレンズに関する。

近年、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラなどの小型撮像装置においては、より一層の小型化が要求されている。この要求に応えるために、小型撮像装置に搭載される撮影用レンズの薄型化が促進されている。特に、デジタルスチルカメラに搭載する撮影用レンズに関しては、撮像素子の高画素化に対応できるように、薄型化とともに広角化やレンズ性能の向上が図られている（たとえば、特許文献１〜５を参照。）。

特開２００５−３３８７４０号公報 特開２００６−２３５３０号公報 特開２００６−２３５３１号公報 特開２００６−１７１０５５号公報 特開２００６−３０８６４９号公報

撮影用レンズ、特にズームレンズの沈胴時（ズームレンズが最も縮んだ状態：撮像装置に搭載した際、装置本体の電源切断時におけるズームレンズの状態）における薄型化を実現するためには、ズームレンズを構成する各レンズ群の光軸上の厚さを薄くするとともに、第１レンズ群と第２レンズ群との間および第２レンズ群と第３レンズ群との間の最小空気間隔を小さくすることが要求される。この要求に応えるため、上記各特許文献に開示された技術をはじめとする従来のズームレンズでは、第３レンズ群内の空気間隔の像面に対する縦倍率を小さくすることで対応している。しかし、このような手法では、ズームレンズの薄型化は図れても、広角化を図ることが困難であるという問題があった。

また、ズームレンズの薄型化には、ズームレンズを構成する光学部材の一部を沈胴時に光軸外へ対比させる手法も有効である。しかしながら、ズームレンズ内に光学防振機能などを組み込む場合には、薄型化は達成できても、広角化を達成することは困難である。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、光学防振機能などを組み込む場合であっても、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることが可能な沈胴ズームレンズを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる沈胴ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、が配置されて構成される沈胴ズームレンズであって、前記第３レンズ群は、前記物体側から順に、正レンズからなる第１レンズと、正レンズからなる第２レンズと、負レンズからなる第３レンズと、が配置されて構成されており、前記第３レンズ群を構成する前記第１レンズと前記第２レンズとの間の空気間隔に絞り手段を備えていることを特徴とする。

この請求項１に記載の発明によれば、前記第３レンズ群の物体側に絞り機構を配置することが不要になるので、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の空気間隔を縮小させることが可能になり、沈胴ズームレンズの薄型化が促進される。

また、請求項２の発明にかかる沈胴ズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記第１レンズ群〜前記第４レンズ群の光軸上の厚さをそれぞれＬＴ₁，ＬＴ₂，ＬＴ₃，ＬＴ₄、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_12W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23T、最大入射光線に対する結像円直径をＤＩＭＧ_MAXとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする。
(ＬＴ₁＋ＬＴ₂＋ＬＴ₃＋ＬＴ₄＋ＡＴ_12W＋ＡＴ_23T)／ＤＩＭＧ_MAX≦２．５

この請求項２に記載の発明によれば、沈胴ズームレンズの沈胴時における光軸上の厚さを縮小することができ、沈胴時の沈胴ズームレンズの薄型化が促進される。

また、請求項３の発明にかかる沈胴ズームレンズは、請求項１または２に記載の発明において、広角端から望遠端への変倍における前記第２レンズ群の光軸上の移動量をＭＯ₂、被写体距離が無限遠での全系の広角端と望遠端における焦点距離をそれぞれｆ_W，ｆ_Tとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする。
｜ＭＯ₂｜／(ｆ_T／ｆ_W)≦０．５

この請求項３に記載の発明によれば、沈胴ズームレンズの広角端における全系の長さと望遠端における全系の長さとのバランスを保ちながら、沈胴ズームレンズの薄型化を図ることができる。

また、請求項４の発明にかかる沈胴ズームレンズは、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23Tとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする。
ＡＴ_23T／ＡＴ_23W≦０．０４

この請求項４に記載の発明によれば、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔が縮小され、より沈胴ズームレンズの薄型化が促進される。

この発明によれば、光学防振機能などを組み込む場合であっても、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることが可能な高変倍の沈胴ズームレンズを提供することができるという効果を奏する。この沈胴ズームレンズは、所定の条件を満足することにより、薄型化、広角化を達成するとともに、良好な収差補正が可能になる。

以下、この発明にかかる沈胴ズームレンズの好適な実施の形態を詳細に説明する。

この実施の形態にかかる沈胴ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、が配置されて構成される。また、前記第３レンズ群は、物体側から順に、正レンズからなる第１レンズと、正レンズからなる第２レンズと、負レンズからなる第３レンズと、が配置されて構成される。この沈胴ズームレンズは、前記第１〜第４レンズ群を光軸に沿って独立して移動させることによって変倍を行う。また、前記第４レンズ群を光軸に沿って移動させることによってフォーカシングを行う。

この発明は、光学防振機能などを組み込む場合であっても、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることが可能な高変倍の沈胴ズームレンズを提供することを目的としている。そこで、かかる目的を達成するため、前述の構成に加えて、以下に示す条件を設定している。

まず、この実施の形態の沈胴ズームレンズでは、前記第３レンズ群を構成する前記第１レンズと前記第２レンズとの間の空気間隔に絞り手段を備えていることが好ましい。

このようにすることで、従来から一般的に行われていたような、前記第３レンズ群の物体側に絞り機構を配置するということが不要になる。このため、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の空気間隔を縮小させることが可能になり、沈胴ズームレンズの薄型化が促進される。

さらに、この実施の形態の沈胴ズームレンズを構成する前記第１レンズ群〜前記第４レンズ群の光軸上の厚さをそれぞれＬＴ₁，ＬＴ₂，ＬＴ₃，ＬＴ₄、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_12W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23T、最大入射光線に対する結像円直径をＤＩＭＧ_MAXとするとき、次の条件式を満足することが好ましい。
（１） (ＬＴ₁＋ＬＴ₂＋ＬＴ₃＋ＬＴ₄＋ＡＴ_12W＋ＡＴ_23T)／ＤＩＭＧ_MAX≦２．５

条件式（１）は、この実施の形態にかかる沈胴ズームレンズの沈胴時における光軸上の厚さを縮小するための条件を示す式である。条件式（１）を満足することにより、沈胴時の薄型化を達成できる。この条件式（１）において、ＬＴ₁，ＬＴ₂，ＬＴ₃，ＬＴ₄，ＡＴ_12W，ＡＴ_23Tの一つでも大きくなって、当該条件式の上限を超えるような場合は、沈胴時の光軸上の厚さが増し、十分な薄型化が達成できず、好ましくない。

さらに、この実施の形態の沈胴ズームレンズにおいて、広角端から望遠端への変倍における前記第２レンズ群の光軸上の移動量をＭＯ₂、被写体距離が無限遠での全系の広角端と望遠端における焦点距離をそれぞれｆ_W，ｆ_Tとするとき、次の条件式を満足することが好ましい。
（２） ｜ＭＯ₂｜／(ｆ_T／ｆ_W)≦０．５

条件式（２）は、この実施の形態にかかる沈胴ズームレンズの広角端における全系の長さと望遠端における全系の長さとのバランスを保つための条件を示す式である。条件式（２）を満足することにより、この沈胴ズームレンズの広角端における全系の長さと望遠端における全系の長さとのバランスを保ちながら、沈胴ズームレンズの薄型化を図ることができる。この条件式（２）においてその上限を超えると、この沈胴ズームレンズの広角端における全系の長さと望遠端における全系の長さとのバランスを失し、薄型化が困難になる。

たとえば、前記第２レンズ群の広角端での位置が望遠端での位置よりも物体側に大きく移動することにより｜ＭＯ₂｜の値が増大し、条件式（２）の上限を超えた場合は、望遠端における全系の長さは短くなるものの、広角端における全系の長さが増大するため、薄型化に支障をきたす。一方、前記第２レンズ群の望遠端での位置が広角端での位置よりも物体側に大きく移動することにより｜ＭＯ₂｜の値が増大し、条件式（２）の上限を超えた場合は、広角端における全系の長さは短くなるものの、望遠端における全系の長さが増大するため、薄型化に支障をきたし、好ましくない。

さらに、この実施の形態の沈胴ズームレンズにおいて、広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23Tとするとき、次の条件式を満足することが好ましい。
（３） ＡＴ_23T／ＡＴ_23W≦０．０４

条件式（３）は、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔を規定するための式である。条件式（３）を満足することで、この沈胴ズームレンズの薄型化が促進される。この条件式（３）においてその上限を超えると、この沈胴ズームレンズを構成する前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔が増大し、薄型化が阻害されるため、好ましくない。

以下、この発明にかかる沈胴ズームレンズの実施例を示す。

図１は、この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。この沈胴ズームレンズは、図示しない物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ₁、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ₂、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ₃、および正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ₄が配置されて構成される。なお、第４レンズ群ＧＲ₄と像面ＩＭＧとの間には、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどからなるフィルタＦＴと、撮像素子のカバーガラスＣＧが配置されている。これらフィルタＦＴやカバーガラスＣＧは必要に応じて配置されるものであり、不要な場合は省略可能である。また、像面ＩＭＧには、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の受光面が配置される。

第１レンズ群ＧＲ₁は、前記物体側から順に、負レンズＬ₁、正レンズＬ₂が配置されて構成されている。負レンズＬ₁と正レンズＬ₂とは接合されている。

第２レンズ群ＧＲ₂は、前記物体側から順に、負レンズＬ₃、負レンズＬ₄、および正レンズＬ₅が配置されて構成されている。また、正レンズＬ₅の両面には非球面が形成されている。

第３レンズ群ＧＲ₃は、前記物体側から順に、正レンズＬ₆（第１レンズ）、正レンズＬ₇（第２レンズ）、および負レンズＬ₈（第３レンズ）が配置されて構成されている。正レンズＬ₇と負レンズＬ₈とは接合されている。また、正レンズＬ₆の両面には非球面が形成されている。さらに、正レンズＬ₆の像面ＩＭＧ側の面には絞りＩＲが設けられている。

第４レンズ群ＧＲ₄は、正レンズＬ₉で構成されている。正レンズＬ₉の両面には非球面が形成されている。

この沈胴ズームレンズは、第１レンズ群ＧＲ₁、第２レンズ群ＧＲ₂、第３レンズ群ＧＲ₃、および第４レンズ群ＧＲ₄を光軸に沿って独立して移動させることによって変倍を行う。この沈胴ズームレンズは、撮像装置に搭載した際に、装置の電源切断時に各レンズ群間の空気間隔を変倍時の最小間隔またはそれ以下になるようにすることで沈胴状態となるように構成される。また、第４レンズ群ＧＲ₄を光軸に沿って移動させることによってフォーカシングを行う。

この実施例では、第２レンズ群ＧＲ₂を構成する正レンズＬ₅の両面に非球面が形成されている例を示したが、要求される画角や変倍比によっては必ずしも非球面を形成する必要はない。また、負レンズＬ₃、負レンズＬ₄を球面レンズで構成しているが、さらなる高変倍化や広角化が必要となった場合には、非球面レンズを用いると有効である。

以下、この実施例にかかる沈胴ズームレンズに関する各種数値データを示す。

広角端における焦点距離（ｆ_W）＝5.14mm
中間位置における焦点距離（ｆ）＝11.29mm
望遠端における焦点距離（ｆ_T）＝24.73mm
Ｆナンバ（Ｆｎｏ．）＝3.30（広角端）〜4.08（中間位置）〜5.37（望遠端）
半画角（ω）＝38.7°（広角端）〜18.5°（中間位置）〜8.72°（望遠端）

（条件式（１）に関する数値）
(ＬＴ₁＋ＬＴ₂＋ＬＴ₃＋ＬＴ₄＋ＡＴ_12W＋ＡＴ_23T)／ＤＩＭＧ_MAX＝1.926

（条件式（２）に関する数値）
｜ＭＯ₂｜／(ｆ_T／ｆ_W)＝0.186

（条件式（３）に関する数値）
ＡＴ_23T／ＡＴ_23W＝0.026

ｒ₁＝25.214 ｄ₁＝0.750 ｎ_d1＝1.93323 ν_d1＝20.7
ｒ₂＝17.558 ｄ₂＝2.431 ｎ_d2＝1.80831 ν_d2＝46.3
ｒ₃＝197.551 ｄ₃＝0.400(広角端)〜7.161(中間位置)〜13.871（望遠端）
ｒ₄＝44.756 ｄ₄＝0.500 ｎ_d3＝1.80831 ν_d3＝46.3
ｒ₅＝6.095 ｄ₅＝2.063
ｒ₆＝87.125 ｄ₆＝0.500 ｎ_d4＝1.88815 ν_d4＝40.6
ｒ₇＝7.335 ｄ₇＝0.723
ｒ₈＝9.758（非球面） ｄ₈＝2.417 ｎ_d5＝1.82918 ν_d5＝23.9
ｒ₉＝5.052×10⁵（非球面） ｄ₉＝11.387(広角端)〜3.932(中間位置)〜0.300（望遠端）
ｒ₁₀＝4.908（非球面） ｄ₁₀＝1.321 ｎ_d6＝1.69661 ν_d6＝53.0
ｒ₁₁＝-17.101（非球面） ｄ₁₁＝0.150
ｒ₁₂＝4.086 ｄ₁₂＝1.091 ｎ_d7＝1.49845 ν_d7＝81.2
ｒ₁₃＝28.986 ｄ₁₃＝0.400 ｎ_d8＝1.91048 ν_d8＝31.1
ｒ₁₄＝2.942 ｄ₁₄＝4.777(広角端)〜6.059(中間位置)〜12.100（望遠端）
ｒ₁₅＝12.855（非球面） ｄ₁₅＝1.706 ｎ_d9＝1.59412 ν_d9＝66.8
ｒ₁₆＝-38.524（非球面） ｄ₁₆＝2.187(広角端)〜4.442(中間位置)〜5.057（望遠端）
ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝0.330 ｎ_d10＝1.51872 ν_d10＝64.0
ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝0.690
ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝0.500 ｎ_d11＝1.51872 ν_d11＝64.0
ｒ₂₀＝∞ ｄ₂₀＝0.600
ｒ₂₁＝∞（像面）

コーニック定数（Κ）および非球面係数（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）
（第８面）
Κ＝5.18670×10^-2，
Ａ＝-8.52936×10^-5， Ｂ＝-1.58620×10^-5，
Ｃ＝1.18099×10^-6， Ｄ＝-2.61136×10^-8
（第９面）
Κ＝0，
Ａ＝-2.62703×10^-4， Ｂ＝-1.42954×10^-5，
Ｃ＝1.16250×10^-6， Ｄ＝-3.24788×10^-8
（第１０面）
Κ＝0，
Ａ＝-7.60897×10^-4， Ｂ＝-2.24476×10^-4，
Ｃ＝4.92808×10^-5， Ｄ＝-6.95411×10^-6
（第１１面）
Κ＝0，
Ａ＝5.82435×10^-4， Ｂ＝-3.41641×10^-4，
Ｃ＝8.54948×10^-5， Ｄ＝-1.09402×10^-5
（第１５面）
Κ＝0，
Ａ＝-3.81066×10^-4， Ｂ＝7.08912×10^-5，
Ｃ＝-5.38903×10^-6， Ｄ＝1.36319×10^-7
（第１６面）
Κ＝0，
Ａ＝-3.28899×10^-4， Ｂ＝7.80046×10^-5，
Ｃ＝-5.93756×10^-6， Ｄ＝1.47937×10^-7

なお、上記数値データにおいて、ｒ₁，ｒ₂，・・・・は各レンズ、絞り面などの曲率半径、ｄ₁，ｄ₂，・・・・は各レンズ、絞り、光学フィルタなどの肉厚またはそれらの面間隔、ｎ_d1，ｎ_d2，・・・・は各レンズ、光学フィルタなどのｄ線における屈折率、ν_d1，ν_d2，・・・・は各レンズ、光学フィルタなどのｄ線におけるアッベ数を示している。

また、上記各非球面形状は、光軸に平行な面のサグ量をＺ、光軸からの高さをｈとし、光の進行方向を正とするとき、以下に示す式により表される。

ただし、ｃは面頂点での曲率（＝１／ｒ）、Κはコーニック定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次，６次，８次，１０次の非球面係数である。

また、図２は、この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの広角端における諸収差図である。図３は、この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの中間位置における諸収差図である。図４は、この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの望遠端における諸収差図である。

以上説明したように、この発明によれば、光学防振機能などを組み込む場合であっても、高い光学性能を維持しつつ、広角化と薄型化を両立させることが可能な高変倍（５倍程度）の沈胴ズームレンズを提供することができる。特に、この沈胴ズームレンズは、所定の条件を満足することにより、薄型化（特に沈胴時）、広角化を達成するとともに、良好な収差補正が可能になる。

また、この発明にかかる沈胴ズームレンズは、非球面が形成されたレンズを含んで構成されているため、少ないレンズ枚数で、諸収差を良好に補正することができる。

以上のように、この発明にかかる沈胴ズームレンズは、撮像装置に有用であり、特に、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラなどの小型化が要求される撮像装置に好適である。

この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの構成を示す光軸に沿う断面図である。 この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの広角端における諸収差図である。 この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの中間位置における諸収差図である。 この発明の実施例にかかる沈胴ズームレンズの望遠端における諸収差図である。

符号の説明

ＧＲ₁ 第１レンズ群
ＧＲ₂ 第２レンズ群
ＧＲ₃ 第３レンズ群
ＧＲ₄ 第４レンズ群
Ｌ₁，Ｌ₃，Ｌ₄，Ｌ₈ 負レンズ
Ｌ₂，Ｌ₅，Ｌ₆，Ｌ₇，Ｌ₉ 正レンズ
ＩＭＧ 像面
ＩＲ 絞り
ＦＴ フィルタ
ＣＧ カバーガラス
Ｓ 球欠的像面（サジタル像面）
Ｔ 子午的像面（タンジェンシャル像面）

Claims (4)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、が配置されて構成される沈胴ズームレンズであって、
   前記第３レンズ群は、前記物体側から順に、正レンズからなる第１レンズと、正レンズからなる第２レンズと、負レンズからなる第３レンズと、が配置されて構成されており、
   前記第３レンズ群を構成する前記第１レンズと前記第２レンズとの間の空気間隔に絞り手段を備えていることを特徴とする沈胴ズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群〜前記第４レンズ群の光軸上の厚さをそれぞれＬＴ₁，ＬＴ₂，ＬＴ₃，ＬＴ₄、広角端における前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_12W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23T、最大入射光線に対する結像円直径をＤＩＭＧ_MAXとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の沈胴ズームレンズ。
   (ＬＴ₁＋ＬＴ₂＋ＬＴ₃＋ＬＴ₄＋ＡＴ_12W＋ＡＴ_23T)／ＤＩＭＧ_MAX≦２．５
3. 広角端から望遠端への変倍における前記第２レンズ群の光軸上の移動量をＭＯ₂、被写体距離が無限遠での全系の広角端と望遠端における焦点距離をそれぞれｆ_W，ｆ_Tとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の沈胴ズームレンズ。
   ｜ＭＯ₂｜／(ｆ_T／ｆ_W)≦０．５
4. 広角端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23W、望遠端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の光軸上の空気間隔をＡＴ_23Tとするとき、次の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の沈胴ズームレンズ。
   ＡＴ_23T／ＡＴ_23W≦０．０４

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