JP2012088705A - ズームレンズシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化を実現するとともに優れた結像品質を有するズームレンズシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第一レンズ群、負の屈折力を有する第二レンズ群、正の屈折力を有する第三レンズ群、正の屈折力を有する第四レンズ群及び結像面の順で配設され、前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は固定され、ズーム動作時に光軸方向に沿って移動せず、前記第二レンズ群及び前記第四レンズ群は光軸方向に沿って移動可能に配設され、ズーム動作時に光軸方向に沿って移動する。
５＜ｆ３／ｆ４＜８．２
２．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜３．２
ただし、ｆ２は、前記第二レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ４は、前記第四レンズ群の有効焦点距離であり、ｆｗは、前記ズームレンズシステムの広角状態での有効焦点距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズシステムに関するものである。

近年、マルチメディアの発展に伴い、デジタル製品に用いられるＣＣＤ(電荷結合素子)又はＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体)などの固体撮像素子に対する需要はだんだん大きくなる一方、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの固体撮像素子のサイズはだんだん小さくなる。従って、固体撮像素子と合致させるためにズームレンズシステムを小型化する必要がある。通常、ズーム比を高めてズームレンズシステムの小型化を実現するが、従来のズームレンズシステムにおいて、ズーム比に対する要求が高いと、球面収差が矯正し難くなり、その結果、ズームレンズシステムの小型化の実現に伴い結像品質が悪くなる問題がある。

本発明の目的は、小型化を実現するとともに優れた結像品質を有するズームレンズシステムを提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係るズームレンズシステムは、物体側（撮像対象物側）から像側（結像側）に向かって、正の屈折力を有する第一レンズ群、負の屈折力を有する第二レンズ群、正の屈折力を有する第三レンズ群、正の屈折力を有する第四レンズ群及び結像面の順で配設され、前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は固定され、ズーム動作時に光軸方向に移動せず、前記第二レンズ群及び前記第四レンズ群は光軸方向に沿って移動可能に配設され、ズーム動作時に光軸方向に沿って移動し、以下の条件式を満足する。
５＜ｆ３／ｆ４＜８．２
２．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜３．２
ただし、ｆ２は、前記第二レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ４は、前記第四レンズ群の有効焦点距離であり、ｆｗは、前記ズームレンズシステムの広角状態での有効焦点距離である。

本発明のズームレンズシステムは、前記条件式を満足すると、小型化の要求を満すとともに、前記第二レンズ群、前記第三レンズ群及び前記第四レンズ群の屈折力の比例を確保して、球面収差を低減し、結像品質を高める。

本発明に係るズームレンズシステムの構造を示す図である。 図１に示すズームレンズシステムの広角状態での像面湾曲図である。 図１に示すズームレンズシステムの広角状態での歪曲収差図である。 図１に示すズームレンズシステムの広角状態での球面収差図である。 図１に示すズームレンズシステムの中間焦点距離状態での像面湾曲図である。 図１に示すズームレンズシステムの中間焦点距離状態での歪曲収差図である。 図１に示すズームレンズシステムの中間焦点距離状態での球面収差図である。 図１に示すズームレンズシステムの望遠状態での像面湾曲図である。 図１に示すズームレンズシステムの望遠状態での歪曲収差図である。 図１に示すズームレンズシステムの望遠状態での球面収差図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明に係るズームレンズシステムの構造を示す図である。前記ズームレンズシステム１００の光軸に沿って、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第一レンズ群１０、負の屈折力を有する第二レンズ群２０、絞り５０、正の屈折力を有する第三レンズ群３０、正の屈折力を有する第四レンズ群４０及びフィルター６０が順番に配列される。前記ズームレンズシステム１００は、像側に結像面７０を有する。

前記ズームレンズシステム１００が結像する場合、被写体からの光線は物体側から前記ズームレンズシステム１００に入射し、且つ前記第一レンズ群１０、前記第二レンズ群２０、前記絞り５０、前記第三レンズ群３０及び前記第四レンズ群４０を順次に通過し、最終に前記フィルター６０を通過して前記結像面７０に集光され、前記結像面７０に設置されたＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの固体撮像素子によって、前記被写体の像が結像される。前記ズームレンズシステム１００がズーム操作を行う場合、前記第一レンズ群１０は固定されて光軸方向に沿って移動せず、前記第二レンズ群２０は光軸方向に沿って移動し、前記第三レンズ群３０は固定されて光軸方向に沿って移動せず、前記第四レンズ群４０は光軸方向に沿って移動して、ズーム過程及び物距離（Ｏｂｊｅｃｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）変化による結像面位置の変動を補償する。又、前記ズームレンズシステム１００を広角状態から望遠状態に切り替える場合、前記第二レンズ群２０と前記第一レンズ群１０との間の距離は増加される。

本実施形態において、前記第一レンズ群１０は、物体側から像側に向かって第一レンズ１１、第二レンズ１２、第三レンズ１３及び第四レンズ１４の順で配設された複数のレンズを備える。前記第一レンズ１１は、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凹レンズである。前記第二レンズ１２は、物体側及び像側にそれぞれ凸曲面を有する凸レンズである。前記第一レンズ１１及び前記第二レンズ１２は、第一レンズ１１の像側の凹曲面と第二レンズ１２の物体側の凸曲面とが接着剤によって接合されることで一体になって複合レンズを構成する。前記第三レンズ１３は、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凸レンズである。前記第四レンズ１４は、ガラス球面レンズであり、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形のガラス凸レンズである。前記第一レンズ１１、前記第二レンズ１２および前記第三レンズ１３の光軸方向の後方側にガラス球面レンズである前記第四レンズ１４を増加することにより、前記第一レンズ群１０が中間焦点距離状態及び望遠状態で生じる球面像差を適正に補償することができ、その結果、前記ズームレンズシステム１００の映像解析能力が効果的に高められる。

前記第二レンズ群２０は、物体側から像側に向かって第五レンズ２１、第六レンズ２２及び第七レンズ２３の順で配設された複数のレンズを備える。前記第五レンズ２１は、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凹レンズである。前記第六レンズ２２は、物体側及び像側にそれぞれ凹曲面を有する凹レンズであり、負の屈折力を有するレンズである。前記第七レンズ２３は、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凸レンズであり、正の屈折力を有するレンズである。前記第六レンズ２２及び前記第七レンズ２３は、第六レンズ２２の像側の凹曲面と第七レンズ２３の物体側の凸曲面とが接着剤によって接合されることで一体になって複合レンズを構成する。

前記ズームレンズシステム１００の低高度及び低球面収差を実現するために、前記ズームレンズシステム１００は、以下の条件式を満足している。

５＜ｆ３／ｆ４＜８．２ ．．．（１）
２．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜３．２ ．．．（２）

ｆ２は、前記第二レンズ群２０の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群３０の有効焦点距離であり、ｆ４は、前記第四レンズ群４０の有効焦点距離であり、ｆｗは、前記ズームレンズシステム１００の広角状態での有効焦点距離である。前記第三レンズ群３０の屈折力が小さすぎると、球面収差を十分に補償することができなくなる。前記第四レンズ群４０の屈折力が小さすぎると、ズームする時に前記第四レンズ群４０の移動距離が長すぎて、前記ズームレンズシステム１００の全長が長くなり、且つ望遠状態の前記ズームレンズシステム１００のバックフォーカスが短くなる。又、前記第二レンズ群２０の屈折力が大きすぎると、組立時に要求される精密性が高くなり、組立誤差などの要因で解析度が大幅に低下する。前記第二レンズ群２０の屈折力が小さすぎると、ズームする時に前記第二レンズ群２０の移動距離が長すぎて、前記ズームレンズシステム１００の全長が長くなる。前記条件式（１）は、前記第三レンズ群３０の有効焦点距離と前記第四レンズ群４０の有効焦点距離との間の関係を説明し、前記条件式（２）は、前記第二レンズ群２０の有効焦点距離と広角状態の前記ズームレンズシステム１００の有効焦点距離との間の関係を説明し、２つの前記条件式の限定によって、前記ズームレンズシステム１００の結像品質を確保するとともに、前記ズームレンズシステム１００の全長を短縮することができる。

前記第一レンズ群１０は、以下の条件式を満足することが好ましい。

７０＜Ｖ２ ．．．（３）

Ｖ２は、前記第二レンズ１２のアッベ数を示し、望遠状態の前記ズームレンズシステム１００の横向色収差をさらによく修正する。

前記第二レンズ群２０は、以下の条件式を満足することが好ましい。

０．２＜Ｍ２/Ｌ＜０．４ ．．．（４）

Ｍ２は、前記ズームレンズシステム１００が広角状態から望遠状態に切り替えられる時、前記第二レンズ群２０の光軸に沿う最大移動量であり、Ｌは、前記ズームレンズシステム１００の全長であり、即ち前記第一レンズ１１の物体側の表面から前記結像面７０までの距離である。高ズーム比のため、ズームする時に前記第二レンズ群２０の移動距離が短すぎると、前記第二レンズ群２０の屈折力を高めなければならず、その結果、組立時に要求される精密性が高くなる。これに反して、ズームする時に前記第二レンズ群２０の移動距離が長すぎると、前記ズームレンズシステム１００の全長が延伸する一方、ズームする時に像面湾曲と球面収差の変化量が増加する。前記条件式（４）によって、前記ズームレンズシステム１００の組立時に要求される精密性が低下し、前記ズームレンズシステム１００の全長が短縮され、ズームする時に像面湾曲と球面収差の変化量を下げることができる。

前記第三レンズ群３０は、第八レンズからなり、この第八レンズは、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凸レンズである。第八レンズの前記凸曲面および前記凹曲面のうちの少なくとも一方は非球面である。本実施形態において、前記第三レンズ群３０は、物体側および像側の両方の面が非球面であるので、球面収差、コマ収差及び乱視（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）を除去して、結像品質を高めることができる。前記第三レンズ群３０は、好ましくはプラスチックレンズであり、前記ズームレンズシステム１００のコストを下げることができる。

前記第四レンズ群４０は、物体側から像側に向かって第九レンズ４１、第十レンズ４２及び第十一レンズ４３の順で配設された複数のレンズを備える。前記第九レンズ４１は、物体側及び像側にそれぞれ凸曲面を有する凸レンズであり、正の屈折力を有するレンズである。この第九レンズ４１の両側の凸曲面のうちの少なくとも一方は非球面である。本実施形態において、前記第九レンズ４１は、物体側および像側の両方の面が非球面であるので、球面収差、コマ収差及び乱視を除去して、結像品質を高めることができる。前記第十レンズ４２は、物体側及び像側にそれぞれ凹曲面を有する凹レンズであり、負の屈折力を有するレンズである。前記第十一レンズ４３は、物体側及び像側にそれぞれ凸曲面を有する凸レンズであり、正の屈折力を有するレンズである。前記第十レンズ４２及び前記第十一レンズ４３は、第十レンズ４２の像側の凹曲面と第十一レンズ４３の物体側の凸曲面とが接着剤によって接合されることで一体になって複合レンズを構成する。前記第九レンズ４１は、前記第十レンズ４２及び前記第十一レンズ４３からなる複合レンズに接着剤によって接着しない。これにより、接着ステップが削減され、接着間違いなどによる不良品のリスクを低減することができる。

前記第二レンズ群２０は、以下の条件式を満足することが好ましい。

４５＜（Ｖ６−Ｖ７） ．．．（５）

Ｖ６及びＶ７は、前記第六レンズ２２及び前記七レンズ２３のアッベ数を示し、望遠状態の前記ズームレンズシステム１００の横向色収差をさらによく修正する。

前記絞り５０は、前記第二レンズ群２０と前記第三レンズ群３０との間に位置し、前記第二レンズ群２０から射出した光線が前記第三レンズ群３０に入射する光通過量を制限するために用いられ、前記第二レンズ群２０を透過した光錐の対称性を向上させることにして、前記ズームレンズシステム１００のコマ収差を修正する。前記絞り５０は、前記第三レンズ群３０の物体側の表面に設置されて、前記ズームレンズシステム１００の部品の数量を減少させ、前記ズームレンズシステム１００の組立作業の複雑さを軽減させる。実際に操作する場合、前記第三レンズ群３０の物体側表面の周囲の環状領域に不透明な材料を塗布して、前記絞り５０とすることができる。前記フィルター６０は、前記第四レンズ群４０と前記結像面７０との間に位置し、前記ズームレンズシステム１００に入る光線の中の赤外線だけを透過させるのに用いられる。

前記ズームレンズシステム１００の第二レンズ群２０及び第四レンズ群４０は、全て低色分散材料からなる。本実施形態において、前記第二レンズ群２０及び前記第四レンズ群４０は、ガラスで作られる。

以下、図２〜図１０を参照して、本発明のズームレンズシステム１００に対して詳しく説明する。

本実施形態において、前記第三レンズ群３０及び前記第九レンズ４１はそれぞれ、両側（物体側および像側）の表面が両方とも非球面となっている。

非球面の形状は以下の数式によって表示する。

ｘは、光軸方向に沿って高さがｈである位置で表面頂点を参考とする際、光軸までの変移値であり、ｈは、前記ズームレンズシステム１００の光軸から非球面までの高さであり、ｋは、二次曲面係数であり、Ａｉは、非球面のｉ番目のオーダー（ｏｒｄｅｒ）補正係数であり、ｃは、頂点曲率である。

前記ズームレンズシステム１００の各々の光学素子は、表１〜表４の条件を満足する。表１〜表４の各々のパラメーターの意味は下記のようである。

ｆは、前記ズームレンズシステム１００の有効焦点距離である。

Ｄ７は、前記第一レンズ群１０と前記第二レンズ群２０との間の距離であり、即ち前記第四レンズ１４の像側の表面と前記第五レンズ２１の物体側の表面との間の距離である。

Ｄ１２は、前記第二レンズ群２０と前記第三レンズ群３０との間の距離であり、即ち前記第七レンズ２３の像側の表面と前記第三レンズ群３０の物体側の表面との間の距離である。

Ｄ１５は、前記第三レンズ群３０と前記第四レンズ群４０との間の距離であり、即ち前記第三レンズ群３０の像側の表面と前記第九レンズ４１の物体側の表面との間の距離である。

Ｄ２０は、前記第四レンズ群４０と前記フィルター６０との間の距離であり、即ち前記第十一レンズ４３の像側の表面と前記フィルター６０の物体側の表面との間の距離である。

Ｆ_Ｎｏは、Ｆナンバーである。

２ωは、視野角である。

前記ズームレンズシステム１００の広角状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、図２乃至図４に示した。図２に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内に制御される。図３に示したように、歪曲収差は、−５％〜５％の範囲内に制御される。図４は、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係るズームレンズシステム１００の可視光線に対する球面収差値は−０．０３ｍｍ〜０．０３ｍｍの範囲である。前記ズームレンズシステム１００の広角状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、よく校正されることができる。

前記ズームレンズシステム１００の中間焦点距離状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、図５乃至図７に示した。図５に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲内に制御される。図６に示したように、歪曲収差は、−１％〜１％の範囲内に制御される。図７は、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係るズームレンズシステム１００の可視光線に対する球面収差値は−０．０３ｍｍ〜０．０３ｍｍの範囲である。前記ズームレンズシステム１００の中間焦点距離状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、よく校正されることができる。

前記ズームレンズシステム１００の望遠状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、図８乃至図１０に示した。図８に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図９に示したように、歪曲収差は、−２％〜２％の範囲内に制御される。図１０は、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係るズームレンズシステム１００の可視光線に対する球面収差値は−０．１２ｍｍ〜０．１２ｍｍの範囲である。前記ズームレンズシステム１００の望遠状態の像面湾曲、歪曲収差、球面収差は、よく校正されることができる。

条件式を満足すると、前記ズームレンズシステム１００は、小型化の要求を満すとともに、前記第二レンズ群２０、前記第三レンズ群３０及び前記第四レンズ群４０の屈折力の比例を確保して、球面収差を低減し、結像品質を高める。

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

１０ 第一レンズ群
１１ 第一レンズ
１２ 第二レンズ
１３ 第三レンズ
１４ 第四レンズ
２０ 第二レンズ群
２１ 第五レンズ
２２ 第六レンズ
２３ 第七レンズ
３０ 第三レンズ群
４０ 第四レンズ群
４１ 第九レンズ
４２ 第十レンズ
４３ 第十一レンズ
５０ 絞り
６０ フィルター
７０ 結像面
１００ ズームレンズシステム

Claims (8)

1. 物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第一レンズ群、負の屈折力を有する第二レンズ群、正の屈折力を有する第三レンズ群、正の屈折力を有する第四レンズ群及び結像面の順で配設され、前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は固定され、ズーム時に光軸方向に沿って移動せず、前記第二レンズ群及び前記第四レンズ群は光軸方向に沿って移動可能に配設され、ズーム時に光軸方向に沿って移動し、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズシステム。
   ５＜ｆ３／ｆ４＜８．２
   ２．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜３．２
   ただし、ｆ２は、前記第二レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ３は、前記第三レンズ群の有効焦点距離であり、ｆ４は、前記第四レンズ群の有効焦点距離であり、ｆｗは、前記ズームレンズシステムの広角状態での有効焦点距離である。
2. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズシステム。
   ０．２＜Ｍ２/Ｌ＜０．４
   ただし、Ｍ２は、前記ズームレンズシステムが広角状態から望遠状態に切り替えられる時、前記第二レンズ群の光軸に沿う最大移動量であり、Ｌは、前記ズームレンズシステムの全長であり、即ち前記第一レンズの物体側の表面から前記結像面までの距離である。
3. 前記第一レンズ群は、物体側から像側に向かって第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ及び第四レンズの順で配設された複数のレンズを備え、前記第一レンズ及び前記第二レンズは、接着剤によって互いに接合されて一体になって複合レンズを構成し、前記第二レンズは凸レンズであり、
   前記第二レンズ群は、物体側から像側に向かって第五レンズ、第六レンズ及び第七レンズの順で配設された複数のレンズを備え、前記第六レンズ及び前記第七レンズは、接着剤によって互いに接合されて一体になって複合レンズを構成し、前記第六レンズは、負の屈折力を有するレンズであり、前記第七レンズは、正の屈折力を有するレンズであり、
   前記第三レンズ群は、第八レンズを備え、少なくとも１つの非球面からなる表面を備え、
   前記第四レンズ群は、物体側から像側に向かって第九レンズ、第十レンズ及び第十一レンズの順で配設された複数のレンズを備え、前記第十レンズ及び前記第十一レンズは、接着剤によって互いに接合されて一体になって複合レンズを構成し、前記第九レンズは、正の屈折力を有するレンズであり、少なくとも１つの非球面からなる表面を備え、前記第十レンズは、負の屈折力を有するレンズであり、前記第十一レンズは、正の屈折力を有するレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズシステム。
4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズシステム。
   ７０＜Ｖ２
   ただし、Ｖ２は、前記第二レンズのアッベ数を示す。
5. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項３又は４に記載のズームレンズシステム。
   ４５＜（Ｖ６−Ｖ７）
   ただし、Ｖ６は、前記第六レンズのアッベ数を示し、Ｖ７は、前記七レンズのアッベ数を示す。
6. 前記第一レンズは、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凹レンズであり、前記第三レンズ、前記第四レンズ及び前記第八レンズは、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凸レンズであり、前記第五レンズは、物体側に凸曲面を有すると共に像側に凹曲面を有する断面視三日月形の凹レンズであり、前記第四レンズは、ガラス球面レンズであり、前記第八レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項３から５の何れか一項に記載のズームレンズシステム。
7. 前記第四レンズ群と前記結像面との間に位置するフィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のズームレンズシステム。
8. 前記第七レンズと前記第八レンズとの間に位置する絞りをさらに備えることを特徴とする請求項３から６の何れか一項に記載のズームレンズシステム。

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