JP2010277082A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比を有し、収差が良好に補正されたズームレンズを提供する。
【解決手段】本発明のズームレンズは、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に配置された、少なくとも１枚の負レンズ及び少なくとも３枚の正レンズを有し、全体として正の屈折力を持つ第１のレンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ物体側レンズ群Ｇ２−１及び正の屈折力を持つ像側レンズ群Ｇ２−２を有し、全体として負の屈折力を持つ第２のレンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折力を持つ後続レンズ群ＧＢとを含み、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、ズーミングするに従い、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２のレンズ群Ｇ２と後続レンズ群ＧＢとの間隔が減少するように構成されたことを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、高変倍比を有するズームレンズに関する。

最近、ＣＣＤ（charge coupled device）やＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）などの固体撮像素子を有したデジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラが広く普及している。このようなカメラに使われる結像光学機器には、小型化、軽量化、低コスト化が要求されている。また、小型化、軽量化、低コスト化と共に、高変倍比に対する要求が高まっている。

本発明は、高変倍比を有し、収差が良好に補正されたズームレンズを提供する。

本発明の一実施形態によれば、物体側から像側に向かって順に配置された、少なくとも１枚の負レンズ及び少なくとも３枚の正レンズを有し、全体として正の屈折力を持つ第１のレンズ群と、負の屈折力を持つ物体側レンズ群及び正の屈折力を持つ像側レンズ群を有し、全体として負の屈折力を持つ第２のレンズ群と、全体として正の屈折力を持つ後続レンズ群とを含み、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、ズーミングするに従い、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間隔が増大し、前記第２のレンズ群と前記後続レンズ群との間隔が減少するように構成され、かつ、次の数式を満たすように構成されたことを特徴とするズームレンズ。
０＜Ｒ２ａｌ／Ｒ２ｂｆ＜１
０．０１＜Ｒ２ａｌ／ｆｔ＜０．２５

ただし、Ｒ２ａｌは、前記第２のレンズ群の前記物体側レンズ群における最も像側に配置されたレンズの曲率半径であり、Ｒ２ｂｆは、前記第２のレンズ群の前記像側レンズ群における最も物体側に配置されたレンズの曲率半径であり、ｆｔは、望遠端での全体焦点距離である。

本発明の他の実施形態によれば、前記第１のレンズ群の前記少なくとも３枚の正レンズのうちの少なくとも１枚の正レンズは、８０以上のアッベ数を有する。

本発明の他の実施形態によれば、前記第１のレンズ群の前記少なくとも１枚の負レンズは、前記第１のレンズ群における最も物体側に配置される。

本発明の他の実施形態によれば、前記第２のレンズ群の前記物体側レンズ群は、２枚の負レンズを有し、前記第２のレンズ群の前記像側レンズ群は、物体側から像側に向かって順に配置された正レンズと負レンズとを有する。

本発明の他の実施形態によれば、前記第２のレンズ群の像側レンズ群の前記正レンズ及び前記負レンズは、接合レンズとして構成される。

本発明の他の実施形態によれば、本発明のズームレンズは、前記第１のレンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２のレンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、次の数式を満たすように構成される。
０．２＜ｆ１／ｆｔ＜０．４３
０．０２＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．０６

本発明の他の実施形態によれば、前記後続レンズ群は、物体側から像側に向かって順に配置された、正の屈折力を持つ第３のレンズ群と、正の屈折力を持つ第４のレンズ群とを含む。

本発明の他の実施形態によれば、本発明のズームレンズは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、前記第２のレンズ群及び前記第４のレンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、本発明のズームレンズは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、前記第１のレンズ群及び前記第３のレンズ群が位置固定されるように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、本発明のズームレンズは、フォーカシングを行う際、前記第４のレンズ群を移動させることによりフォーカシングを行うように構成される。

本発明の他の実施形態によれば、本発明のズームレンズは、前記第３のレンズ群の焦点距離をｆｂ３とし、第４のレンズ群の焦点距離をｆｂ４としたときに、次の数式を満たすように構成される。
０．１５＜ｆｂ３／ｆｔ＜０．３１
０．０７＜ｆｂ４／ｆｔ＜０．１７

本発明の実施形態によるズームレンズは、３５−４５倍の高変倍比を有し、収差を良好に補正することができる。また、本発明の実施形態によるズームレンズは、監視カメラ、カムコーダ、デジタルカメラなどの撮像光学系に使用することができる。本発明の実施形態によるズームレンズは、小型であり、かつ高変倍比、高性能及び製造容易性の構造を有する。

本発明の第１実施形態によるズームレンズの広角端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第１実施形態によるズームレンズの中間域でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第１実施形態によるズームレンズの望遠端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第１実施形態によるズームレンズの広角端での収差度を示すグラフである。 本発明の第１実施形態によるズームレンズの中間域での収差度を示すグラフである。 本発明の第１実施形態によるズームレンズの望遠端での収差度を示すグラフである。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの広角端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの中間域でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの望遠端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの広角端での収差度を示すグラフである。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの中間域での収差度を示すグラフである。 本発明の第２実施形態によるズームレンズの望遠端での収差度を示すグラフである。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの広角端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの中間域でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの望遠端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの広角端での収差度を示すグラフである。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの中間域での収差度を示すグラフである。 本発明の第３実施形態によるズームレンズの望遠端での収差度を示すグラフである。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの広角端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの中間域でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの望遠端でのレンズ配置を示す図面である。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの広角端での収差度を示すグラフである。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの中間域での収差度を示すグラフである。 本発明の第４実施形態によるズームレンズの望遠端での収差度を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態によるズームレンズについて、添付された図面を参照しつつ、詳細に説明する。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、本発明の一実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端をそれぞれ図示したものである。本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に配置された、全体として正の屈折力を持つ第１のレンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を持つ第２のレンズ群Ｇ２と、全体として正の屈折力を持つ後続レンズ群ＧＢとを含む。

本発明のズームレンズは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、ズーミングするに従い、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２のレンズ群と後続レンズ群ＧＢとの間隔が減少するように構成される。

第１のレンズ群Ｇ１は、少なくとも１枚の負レンズと、少なくとも３枚の正レンズとを有することができる。第２のレンズ群Ｇ２は、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に配置された、負の屈折力を持つ物体側レンズ群Ｇ２−１と、正の屈折力を持つ像側レンズ群Ｇ２−２とを有することができる。

ズームレンズが高変倍比を有する場合、望遠端では、第１のレンズ群Ｇ１で大きな球面収差が発生するため、ズームレンズ全体における球面収差の補正が困難になる。従って、本発明では、第１のレンズ群Ｇ１に少なくとも３枚の正レンズを配することによって、正の屈折力を分散させて球面収差の発生を抑制した。また、第１のレンズ群に少なくとも１枚の負レンズを配することによって、第１のレンズ群内の球面収差を抑制することができ、その結果、望遠端での球面収差の補正が容易になる。さらに、第１のレンズ群Ｇ１における最も物体側Ｏに負レンズを配置することにより、球面収差を効率的に補正することができる。

第２のレンズ群Ｇ２の物体側レンズ群Ｇ２−１は、少なくとも２枚の負レンズを含み、像側レンズ群Ｇ２−２は、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に配置された正レンズと負レンズとを有することができる。像側レンズ群Ｇ２−２の正レンズ及び負レンズは、接合レンズとして構成することもできる。

第２のレンズ群の物体側レンズ群における最も物体側に、少なくとも２枚の負レンズを配することによって、広角端での負の歪曲収差の補正が容易になる。また、第２のレンズ群の像側レンズ群に、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に正レンズ及び負レンズを配することによって、第２のレンズ群内の球面収差を抑制することができ、それにより、ズーミング（変倍）を行う際に生じる球面収差の変化を減少させることができる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の数式１及び数式２を満たすように構成される。

（数１）
０＜Ｒ２ａｌ／Ｒ２ｂｆ＜１

（数２）
０．０１＜Ｒ２ａｌ／ｆｔ＜０．２５

ただし、Ｒ２ａｌは、第２のレンズ群Ｇ２の物体側レンズ群Ｇ２−１における最も像側Ｉに配置されたレンズの曲率半径であり、Ｒ２ｂｆは、第２のレンズ群Ｇ２の像側レンズ群Ｇ２−２における最も物体側Ｏに配置されたレンズの曲率半径であり、ｆｔは、望遠端での全体焦点距離である。

数式１の条件を満たした場合、第２のレンズ群Ｇ２における物体側レンズ群Ｇ２−１と像側レンズ群Ｇ２−２との間の空気レンズが負の屈折力を持つことになり、第２のレンズ群Ｇ２内で、負の屈折力を適切に分散させることができる。加えて、このことにより第２のレンズ群Ｇ２内の球面収差を抑制することができ、それにより、ズーミングを行う際に生じる球面収差の変化を減少させることができる。

Ｒ２ａｌ／ｆｔが数式２の条件を満たす場合、Ｒ２ａｌに起因して発生する負の球面収差を適切に設定することができ、それにより、第２のレンズ群Ｇ２内の球面収差を抑制することができる。したがって、ズーミングを行う際に生じる球面収差の変化を減少させることができる。加えて、第２のレンズ群Ｇ２の物体側レンズ群Ｇ２−２内での負の屈折力を適切に分散させることができるので、広角端での負の歪曲収差の補正が容易になる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の数式３及び数式４を満たすように構成される。

（数３）
０．６＜Ｒ２ａｌ／Ｒ２ｂｆ＜０．８５

（数４）
０．０３＜Ｒ２ａｌ／ｆｔ＜０．１

第１のレンズ群Ｇ１に、アッベ数８０以上の正レンズを少なくとも１枚以上配することができる。このことにより、望遠端で、軸上色収差の補正が容易になる。例えば、第１のレンズ群に、アッベ数８０以上の正レンズを少なくとも２枚配するようにすることができる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の数式５及び数式６を満たすように構成される。

（数５）
０．２＜ｆ１／ｆｔ＜０．４３

（数６）
０．０２＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．０６

数式５は、第１のレンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と望遠端での焦点距離ｆｔとの比に関するものである。数式５が満たされる場合、望遠端での球面収差の補正が容易になり、また、光学系の全体長を容易に短縮することができる。

数式６は、第２のレンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２と望遠端での焦点距離ｆｔとの比に関するものである。｜ｆ２／ｆｔ｜が下限値よりも大きい場合、広角端での負の歪曲収差の補正が容易になる。｜ｆ２／ｆｔ｜が上限値よりも小さい場合、ズーミングを行う際に必要とされる第２のレンズ群Ｇ２の移動量を減少させることができ、それにより、光学系を小型化することができる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の数式７及び数式８を満たすように構成される。

（数７）
０．２３＜ｆ１／ｆｔ＜０．３５

（数８）
０．０３＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．０４５

後続レンズ群ＧＢは、物体側Ｏから像側Ｉに向かって順に配置された、正の屈折力を持つ第３のレンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４のレンズ群Ｇ４とを含むことができる。参照符号２０は、フィルタを示す。

本発明の実施形態によるズームレンズは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、第４のレンズ群Ｇ４を移動させることによりズーミングを行うように構成される。第４のレンズ群Ｇ４を移動させてズーミングを行うことで、ズーミングに伴う像面位置の変化を減少させることができる。

あるいは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、第１のレンズ群Ｇ１及び第３のレンズ群Ｇ３を位置固定し、第２のレンズ群Ｇ２及び第４のレンズ群Ｇ４を移動させるようにすることもできる。このことにより、レンズ移動機構の構成を単純化することができ、それにより、ズームレンズを含む光学系全体を小型化することができる。本発明のズームレンズは、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、ズーミングするに従い、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との間隔が減少するように構成される。加えて、広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、第３のレンズ群Ｇ３と第４のレンズ群Ｇ４との間隔の軌跡は、像側Ｉに向かって凹形の形状を形成し得る。つまり、第３のレンズ群Ｇ３と第４のレンズ群Ｇ４との間隔は、広角端側から中間域側へのズーミングを行う際は減少し、中間域側から望遠端側へのズーミングを行う際は増加する。

本発明の実施形態によれば、第３のレンズ群Ｇ３は、絞りＳＴを含むことができる。また、本発明のズームレンズは、フォーカシングを行う際、第４のレンズ群Ｇ４を移動させることによりフォーカシングを行うように構成することもできる。第４のレンズ群Ｇ４を移動させてフォーカシングを行う場合、ズーミングとフォーカシングは同一のレンズ駆動機構を使用して行うことができるので、レンズ駆動機構の構成を単純化することができ、その結果、装置全体を小型化することができる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の数式９及び数式１０を満たすように構成される。

（数９）
０．１５＜ｆｂ３／ｆｔ＜０．３１

（数１０）
０．０７＜ｆｂ４／ｆｔ＜０．１７

数式９は、第３のレンズ群Ｇ３の焦点距離ｆｂ３と望遠端での焦点距離ｆｔとの比に係わるものであり、数式９を満たすことにより、後焦点長の確保が容易になり、コマ収差の補正が容易になりうる。

数式１０は、第４のレンズ群Ｇ４の焦点距離ｆｂ４と望遠端での焦点距離ｆｔとの比に係わるものであり、数式１０を満たすことによって、フォーカシングによる像面湾曲の変動補正が容易になり、望遠端での至近距離へのフォーカシング移動量を減らすことができ、移動機構を小型化することができる。

本発明の実施形態によるズームレンズは、次の式を満たすように構成される。

（数１１）
０．１８＜ｆｂ３／ｆｔ＜０．２８

（数１２）
０．０８＜ｆｂ４／ｆｔ＜０．１４

本発明の実施形態において用いられる「非球面」なる用語は、次のように定義される。

光本発明の実施形態によるズームレンズの非球面形状は、次の数式１３で表すことができる。ただし、軸方向をｘ軸とし、光軸方向に対して垂直な方向をｙ軸とし、光線の進行方向を正とする。また、ｘは、レンズの頂点から光軸（ｘ軸）に沿った距離であり、ｙは、光軸に対して垂直な方向（ｙ軸）に沿った距離であり、Ｋは、円錐定数であり、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０は、非球面係数であり、ｃは、レンズの頂点における曲率の逆数（１／Ｒ）である。

以下、本発明のいくつかの実施形態によるズームレンズの詳細な設計データについて説明する。

以降、ｆはズームレンズ全体としての焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバー（焦点比）を、２ωは視角を、Ｒは曲率半径を、Ｄはレンズの中心厚さまたはレンズ間距離を、ｎｄは屈折率を、ｖｄはアッベ数をそれぞれ示す。また、ＳＴは絞りを示し、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４は可変距離を示す。

＜第１実施形態＞

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、本発明の第１実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端をそれぞれ図示したものである。

第１実施形態によるズームレンズのズーミング時の可変距離に関するデータを次の表に示す。

第１実施形態によるズームレンズの非球面係数を次の表に示す。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の第１実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲をそれぞれ図示したものである。像面湾曲は、子午像面湾曲Ｔと球欠像面湾曲とを示している。

＜第２実施形態＞

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の第２実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端をそれぞれ図示したものである。

第２実施形態によるズームレンズのズーミング時の可変距離に関するデータを次の表に示す。

第２実施形態によるズームレンズの非球面係数を次の表に示す。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、本発明の第２実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲をそれぞれ図示したものである。

＜第３実施形態＞

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、本発明の第３実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端をそれぞれ図示したものである。

第３実施形態によるズームレンズのズーミング時の可変距離に関するデータを次の表に示す。

第３実施形態によるズームレンズの非球面係数を次の表に示す。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の第３実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲をそれぞれ図示したものである。

＜第４実施形態＞

図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、本発明の第４実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端をそれぞれ図示したものである。

第４実施形態によるズームレンズのズーミング時の可変距離に関するデータを次の表に示す。

第４実施形態によるズームレンズの非球面係数を次の表に示す。

図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃは、本発明の第４実施形態によるズームレンズの広角端、中間域及び望遠端での球面収差、像面湾曲、歪曲をそれぞれ図示したものである。

第１実施形態ないし第４実施形態が、前記した数式１ないし数式１０の条件を満たすことを次の表に示す。

上記の実施形態は例示的なものに過ぎず、当技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によってのみ決まるものである。

２０ フィルタ
Ｇ１ 第１のレンズ群
Ｇ２ 第２のレンズ群
Ｇ３ 第３のレンズ群
Ｇ４ 第４のレンズ群
ＧＢ 後続レンズ群
Ｉ 像側
Ｏ 物体側
ＳＴ 絞り

Claims (11)

1. ズームレンズであって、
   物体側から像側に向かって順に配置された、
   少なくとも１枚の負レンズ及び少なくとも３枚の正レンズを有し、全体として正の屈折力を持つ第１のレンズ群と、
   負の屈折力を持つ物体側レンズ群及び正の屈折力を持つ像側レンズ群を有し、全体として負の屈折力を持つ第２のレンズ群と、
   全体として正の屈折力を持つ後続レンズ群とを含み、
   広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、ズーミングするに従い、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間隔が増大し、前記第２のレンズ群と前記後続レンズ群との間隔が減少するように構成され、
   かつ、次の数式を満たすように構成されたことを特徴とするズームレンズ。
   ０＜Ｒ２ａｌ／Ｒ２ｂｆ＜１
   ０．０１＜Ｒ２ａｌ／ｆｔ＜０．２５
   ただし、Ｒ２ａｌは、前記第２のレンズ群の前記物体側レンズ群における最も像側に配置されたレンズの曲率半径であり、Ｒ２ｂｆは、前記第２のレンズ群の前記像側レンズ群における最も物体側に配置されたレンズの曲率半径であり、ｆｔは、望遠端での全体焦点距離である。
2. 前記第１のレンズ群の前記少なくとも３枚の正レンズのうちの少なくとも１枚の正レンズが、８０以上のアッベ数を有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１のレンズ群の前記少なくとも１枚の負レンズが、前記第１のレンズ群における最も物体側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 前記第２のレンズ群の前記物体側レンズ群が、２枚の負レンズを有し、
   前記第２のレンズ群の前記像側レンズ群が、物体側から像側に向かって順に配置された正レンズと負レンズとを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
5. 前記第２のレンズ群の像側レンズ群の前記正レンズ及び前記負レンズが接合レンズとして構成されたことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
6. 前記第１のレンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記第２のレンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、次の数式を満たすように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   ０．２＜ｆ１／ｆｔ＜０．４３
   ０．０２＜｜ｆ２／ｆｔ｜＜０．０６
7. 前記後続レンズ群が、物体側から像側に向かって順に配置された、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレンズ群とを含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
8. 広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、前記第２のレンズ群及び前記第４のレンズ群を移動させることによりズーミングを行うように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
9. 広角端側から望遠端側へのズーミングを行う際、前記第１のレンズ群及び前記第３のレンズ群を位置固定するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
10. フォーカシングを行う際、前記第４のレンズ群を移動させることによりフォーカシングを行うように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
11. 前記第３のレンズ群の焦点距離をｆｂ３とし、第４のレンズ群の焦点距離をｆｂ４としたときに、次の数式を満たすように構成されたことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
    ０．１５＜ｆｂ３／ｆｔ＜０．３１
    ０．０７＜ｆｂ４／ｆｔ＜０．１７

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