JP2016166971A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ構成が簡易でコンパクトでありながら４倍以上の高ズーム比と高い光学性能を有し、レンズ枚数が少なく樹脂製レンズにより製造コストを抑えつつ、沈胴時にコンパクトに収納出来るズームレンズを提供する。【解決手段】物体側より順に、負の第１群、正の第２群、正の第３群よりなり、各群の空気間隔変化によって変倍を行うズームレンズにおいて、第1群は負の第1レンズ、正の第2レンズの2枚のレンズにて構成される。第１群中の正レンズ、第2群中の負レンズにそれぞれ樹脂製のレンズを有すると共に以下の条件式を満足すること。４．０＜β２ｔ／β２ｗ＜５．２、β２ｗ：広角端における第２群の結像倍率、β２t：広角端における第２群の結像倍率【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ等に好適な小型で広画角のズームレンズに関し、特に所定の変倍比を確保すると共に、樹脂レンズ使用により低コスト化を図った携帯性に優れたズームレンズに関するものである。

近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、等の撮像装置においては、高機能化とともに装置全体の小型化と共に低価格化がなされている。

そしてそれに伴って、これらに用いる撮影光学系としては、レンズ全長が短くコンパクトで高性能を有しつつも低価格のズームレンズが要求されている。

コンパクトで高ズーム比のズームレンズとして物体側より像側へ順に、負、正、正の屈折力のレンズ群より成り、各レンズ群を移動させてズーミングを行う３群ズームレンズにおいて第１群が負正の２枚にて構成されたレンズが提案されている。

低価格化のニーズに対応すべく複数の樹脂製レンズを使用した3倍程度の変倍比を達成した光学系が開示されている（特許文献１）。

近年、カメラのコンパクト化とズームレンズの高ズーム比化の双方を達成する為に、非使用時（非撮影時）に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの突出量を少なくした所謂沈胴式のズームレンズが用いられている。

一般に、ズームレンズを構成する各レンズ群のレンズ枚数が多いと、各レンズ群の光軸上の長さが長くなる。

又、各レンズ群のズーミング及びフォーカシングにおける移動量が大きいとレンズ全長が長くなる。この結果所望の沈胴長が達成出来なくなり、沈胴式のズームレンズに用いるのが難しくなる。

前述した撮像装置に用いるズームレンズでは、レンズ系全体の小型化を図って且つ所定のズーム比を有しつつ、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有していることが重要である。

このためには、ズーミングに伴う各レンズ群の移動条件や各レンズ群の屈折力、各レンズ群のレンズ構成等を適切に設定する必要がある。

例えばズームレンズの小型化に関しては、各レンズ群の屈折力を強めればズーミングにおける各レンズ群の移動量が少なくなり、レンズ全長の短縮化が可能となる。

一方でズームレンズを低価格で製造する為には、低価格で非球面レンズを製造できる樹脂製のレンズを複数枚使用する事が有効な手段となっている。

しかしながら、樹脂製のレンズは気温や吸湿により屈折率や、面形状が変化しピントや光学性能へ影響する対環境性が硝子より劣るという問題がある。

特許文献１及び特許文献２においては、負、正、正の3群からなり、第1群及び第2群に樹脂製のレンズを有し、3倍弱の変倍比を有するレンズ系が開示されている。

特開２００８−２３３８７１号公報 特開２００９−２５１５６８号公報

しかしながら、樹脂製レンズの環境変化への影響を抑えつつ変倍比を大きくするのには限界があった。4倍以上の高変倍比を有するズームレンズにおいて各レンズ群の屈折力を単に強めると、樹脂製レンズの環境変化の光学性能への影響が大きくなりこれを良好に補正するのが難しくなってくる。

本発明は、レンズ構成が簡易でありながら４倍〜5倍の高ズーム比を有し、広角端における半画角が３２°以上の広角を有し、レンズ枚数が少なく樹脂製レンズにより製造コストを抑えつつ、沈胴時にコンパクトに収納出来るズームレンズを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、
物体側より順に、負の第１群、正の第２群、正の第３群よりなり、各群の空気 間隔変化によって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第1群は負の第1レンズ、正の第2レンズの2枚のレンズにて構成
され、前記第１群中の正レンズ、第2群中の負レンズにそれぞれ樹脂製のレンズを有すると共に以下の条件式を満足することである。

４．０ ＜β２ｔ／β２ｗ＜ ５．２ ・・（１）
β２ｗ：広角端における第２群の結像倍率
β２t：広角端における第２群の結像倍率
更に以下の条件を満足することが望ましい。

前記レンズ系において、前記第２群は物体側より正レンズ、負レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記像側の負レンズは樹脂製のレンズにて構成されると共に以下の条件式を満足すること。

−１．２ ＜ ｆｐ２／ｆｔ ＜ −０．６ ・・（２）
ｆp2：第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
前記レンズ系において、前記第1群、第2群は以下の条件式を満足すること。

−１．５ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −１．２ ・・（３）
ｆ１：第１群の焦点距離
ｆ２：第２群の焦点距離
前記レンズ系において前記第1群は正レンズに正レンズに樹脂製レンズ1枚有し、前記第2群は負レンズに樹脂製レンズを有しすると共に以下の条件式を満足すること。

−２．０ ＜ ｆｐ１／ｆｐ２ ＜−１．１ ・・（４）
ｆp１：第１群中像側の樹脂製正レンズの焦点距離
ｆp2：第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
前記レンズ系において、前記第１群は物体側より負レンズ、正レンズの２枚のレンズにて構成され、前記像側の正レンズは樹脂製のレンズにて構成されると共に以下の条件式を満足すること。

１．４ ＜｜ｆｐ1／M2| < ２．０ ・・（５）
ｆp1：第2群中像側の樹脂製正レンズの焦点距離
M2 ：第2群のズーミング移動量
前記レンズ系において前記第２レンズ群は正レンズ、負レンズ、を接合した接合レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記第２群の像側に絞りを有すること。

本発明によれば、従来の負、正、正の3群、レンズを更に改良し、各群のレンズ構成、非球面の位置、移動方法、硝材使用法を最適に配置し、樹脂製の非球面レンズを使用する事により製造コストを低減した。レンズ構成が簡易で広角端の半画角が３２°以上で４倍以上の変倍比有し、全ズーム領域にわたり高い光学性能を達成したにもかかわらず、レンズ枚数が少なくかつ全長を短縮を図ったデジタルスチルカメラ等に適した光学系を提供することができる。

実施例１レンズ断面図 実施例２レンズ断面図 実施例３レンズ断面図 実施例１縦収差図 実施例１縦収差図 実施例１縦収差図 実施例２縦収差図 実施例２縦収差図 実施例２縦収差図 実施例３縦収差図 実施例３縦収差図 実施例３縦収差図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施形態においては樹脂製のレンズを負、正、正の3群ズームレンズにおいて樹脂製のレンズの温度湿度による環境変化による影響を低減する様な屈折力配置を実現している。第1群は像側へ凸状の軌跡、第2群は物体側へ移動する。第3群は微小量像側へ移動する軌跡を描く。

又各群内に構成されるレンズの屈折力配置も全系の屈折力配置と同様に従来例より高変倍域となる望遠域において温度湿度による環境変化による影響を少なくなる様な配置としている。

本発明においては、物体側より順に、負の第１群、正の第２群、正の第３群よりなり、各群の空気間隔変化によって変倍を行うズームレンズにおいて、前記第1群は負の第1レンズ、正の第2レンズの2枚のレンズにて構成される。

第１群は２枚構成で広角域の周辺部の収差を良好に補正する為に非球面レンズを配する。中でも低コストで製造出来るプラスチックモールドのレンズを外観に触れない像側の正レンズに配する事で良好な光学性能を得ることが出来る。

樹脂製のレンズは温度湿度等の環境変化で屈折率や形状が変化する為、第１群の樹脂製レンズの影響をキャンセルする様に第２群の負レンズに樹脂製レンズを用いている。

屈折力の符号の異なるレンズを1群中、2群中にそれぞれ1枚配する事で、各レンズの屈折率変化、形状変化の影響はキャンセル方向となり、環境変化の影響が少ないレンズ系を提供出来る。

樹脂製の第1群の正レンズ、第2群中の負レンズ共に、各群での色収差を補正する為には比較的高分散な樹脂材料を用いる必要がある。

高分散な樹脂材料は硝子に比べて特性が限定された領域にしか存在しない為、高変倍化を行う為には全系の屈折力配置、群内の樹脂レンズの屈折力配置共に特有の配置が必要となってくる。

実際には第2群中の像側の樹脂製負レンズｂのアッベ数は23〜28程度の材料を使用すると同時に、第2群中の物体側の硝子製負レンズのアッベ数を23以下の材料を用いて色収差を良好に補正している。

又、環境の影響を抑えつつも高変倍比を達成する為には、広角端及望遠端における第２群の結像倍率を適切に設定している。
即ち以下の条件式を満足する様に設定している。

４．０ ＜β２ｔ／β２ｗ＜ ５．２ ・・（１）
β２ｗ：広角端における第２群の結像倍率
β２t：広角端における第２群の結像倍率
前記第２群は物体側より正レンズ、負レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記像側の負レンズは樹脂製のレンズにて構成される。

環境変化の影響を少なくする為、第２群中の樹脂製レンズは緩いパワーで構成するが、樹脂製レンズは光学特性の制約が大きく、色収差を良好に補正する為にもう１枚アッベ数の小さな硝子製の負レンズが必要になる。

この為、第２の構成は正レンズ、負レンズ、負レンズの構成で、像側の負レンズ樹脂製とすると共に、第２群中の負レンズの焦点距離を以下を満足する様に設定している
−１．２ ＜ ｆｐ２／ｆｔ ＜ −０．６ ・・（２）
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
所望の変倍比を確保しつつ環境変化の影響を少なくする為には、第２群のパワーを比較的緩く適切に以下に設定することが望ましい。

−１．５ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −１．２ ・・（３）
ｆ１：第１群の焦点距離
ｆ２：第２群の焦点距離
樹脂製のレンズは温度下や高低湿下では屈折率や形状等の変化によりレンズ単体の焦点距離が変化する。この為、第1群は正レンズに正レンズに樹脂製レンズ1枚有し、前記第2群は負レンズに樹脂製レンズを適切は焦点距離比で構成する事により影響をキャンセルする事が出来る。即ち、以下の条件式を満足させると良い。

−２．０ ＜ ｆｐ１／ｆｐ２ ＜−１．１ ・・（４）
ｆp１：第１群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
ｆp2：第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
第１群の構成は負レンズ、正レンズの構成で、像側の正レンズ樹脂製とすると共に、第２群の焦点距離を以下を満足する様に設定している。

１．４ ＜｜ｆｐ１／M2| < ２．０ ・・（５）
ｆp2：第１群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
M2：第2群のズーミング移動量
次に各条件式の意味について説明する。

（１）式は望遠端における第2群結像倍率と広角端における第2群の結像倍率の比に関するものである。

（１）式の上限値を超えて第2群の結像倍率が大きくなり過ぎると第2群中の樹脂レンズの環境変化に対する敏感度が増大し、環境下でのピント変化、結像性能の劣化が大きくなってくるので良くない。

（１）式の下限値を超えて第2群の結像倍率が小さくなり過ぎると、第3群における変倍分担が大きくなり全系が大型化してくるので良くない。

（２）式は第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離を望遠端の全系の焦点距離で規格化したものである。

（２）式の上限値を超えて2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離が短くなり過ぎると環境下でのピント変化、結像性能の劣化が大きくなってくるので良くない。

（２）式の下限値を超えて2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離が長くなり過ぎると望遠域における軸上色収差の補正が困難となってくるので良くない。

（３）式は第1群と第2群の焦点距離の比に関するもので、（３）式の上限値を超えて第2群の焦点距離が長くなり過ぎると、第２群のストロークが大きくなり全系が大型化してくるので良くない。

（３）式の下限値を超えて第2群の焦点距離が短くなり過ぎるとズーミングによる像面変動を補正するのが困難となってくるので良くない。

（４）式は第１群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離と第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離の比に関するものである。

（４）の上限又は下限値を超えて樹脂製レンズを適切は焦点距離比で構成する事により影響をキャンセル関係のバランスが崩れ、環境下でのピント変化、結像性能の劣化が大きくなってくるので良くない。

（５）式は第2群中の樹脂製レンズの焦点距離を第2群のズーミング移動量で規格化したものである。

（５）式の上限値を超えて第2群の移動量が小さくなり過ぎると所望の変倍比を得る為に第2群をパワーを強めなければならずズーミングによる像面変動を補正するのが困難となってくるので良くない。

（５）式の下限値を超えて第2群中の樹脂レンズの焦点距離が短くなり過ぎると樹脂レンズの環境変化に対する敏感度が増大し、環境下でのピント変化、結像性能の劣化が大きくなってくるので良くない。

本発明の目的をより最良に近づける為には以下の条件を満足すると更に良い。

４．２ ＜β２ｔ／β２ｗ＜ ４．６ ・・（１d）
−１．０ ＜ ｆｐ２／ｆｔ ＜ −０．６ ・・（２d）
−１．４５ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −１．３ ・・（３d）
−１．９ ＜ ｆｐ１／ｆｐ２ ＜−１．２ ・・（４d）
１．５ ＜｜ｆｐ１／Ｍ２| < １．９ ・・（５ｄ）
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかわる実施例１の断面図である。

［実施例１］
以下、図１を参照して、本発明の第1の実施例の構成について説明する。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ、広角端、中間、望遠端を示す。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、それぞれ、広角端、中間、望遠端を示す。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ、広角端、中間、望遠端を示す。該3ヶ所のズーム位置においては、１、２群は減少し２、３群間隔は増大する。

［実施例２、実施例３］
以下、図２、図３において実施例２〜３の断面図を示す。実施例２、実施例３においても基本的な間隔変化は実施例１と同様である。

実施例1〜３においては、第２群が物体側へ単調に移動し前記第３群は若干像側への軌跡をとる。

第２群を光軸と垂直方向に偏移させる事により手ぶれの補正を行う構成となっている。

実施例１〜３においては、第１群は負レンズ、正レンズの２枚構成で、第１群中の正レンズに樹脂製の両面非球面レンズを有する。第２群は正レンズ、正レンズと、負レンズを接合した正の接合レンズ、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズの３枚構成である。第３群には像側に凸面を向けた正メニスカスの単レンズにて構成されている。第２群の像側に絞りを有する。又、フォーカスは第３群を物体側へ繰り出すことにより行う構成である。

[数値実施例１]

単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 -1776.911 0.30 1.69680 55.5
2 6.070 1.78
3* 7.755 1.50 1.63550 23.9
4* 12.662 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6 5.120 1.80 1.88300 40.8
7 -13.334 0.30 1.80809 22.8
8 14.096 0.51
9* 13.764 0.80 1.60737 27.0
10* 6.741 (可変)
11* -42.891 1.60 0.00000 0.0
12* -10.166 (可変)
13 ∞ 0.70 1.51633 64.1
14 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-6.56009e-001 A 4= 1.29855e-004 A 6=-9.20632e-006 A 8= 8.67131e-007 A10=-5.30590e-008 A12= 1.54584e-009

第4面
K = 4.79981e+000 A 4=-4.50786e-004 A 6=-1.90097e-005

第9面
K =-4.67517e+001 A 4= 5.09605e-003 A 6=-3.17088e-004

第10面
K = 1.27434e+000 A 4= 6.32188e-003 A 6= 1.75974e-004 A 8=-5.22520e-006

第11面
K = 1.48487e+001 A 4=-1.90997e-004

第12面
K =-1.11394e+001 A 4=-1.04614e-003 A 6= 1.36144e-005

各種データ
ズーム比 4.71
広角 中間 望遠
焦点距離 5.16 15.39 24.30
Fナンバー 2.88 5.11 7.10
画角 32.87 14.14 9.06
像高 3.33 3.88 3.88
レンズ全長 33.45 29.38 33.76
BF 0.89 0.89 0.89

d 4 16.05 3.15 0.83
d10 4.66 14.59 22.56
d12 3.06 1.96 0.70
d14 0.89 0.89 0.89

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.87
2 5 9.59
3 11 24.67
4 13 ∞


[数値実施例２]

単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 -852.068 0.30 1.69680 55.5
2 6.165 1.30
3* 7.370 1.76 1.63550 23.9
4* 12.668 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6 5.120 1.80 1.88300 40.8
7 -12.266 0.30 1.80809 22.8
8 16.563 0.34
9* 13.063 0.80 1.60737 27.0
10* 5.810 (可変)
11* -53.899 1.60 1.85135 40.1
12* -14.913 (可変)
13 ∞ 0.70 1.51633 64.1
14 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-9.23082e-001 A 4= 2.63066e-004 A 6=-1.61505e-005 A 8= 1.20644e-006 A10=-5.61448e-008 A12= 1.22392e-009

第4面
K = 4.05691e+000 A 4=-4.46750e-004 A 6=-1.66233e-005

第9面
K =-3.44187e+001 A 4= 4.55296e-003 A 6=-3.28221e-004

第10面
K = 7.86661e-001 A 4= 6.18540e-003 A 6= 4.22423e-005 A 8= 5.03733e-007

第11面
K =-4.26615e+001 A 4= 1.76314e-004

第12面
K =-1.33834e+001 A 4=-9.03157e-005 A 6= 8.76761e-007

各種データ
ズーム比 4.70
広角 中間 望遠
焦点距離 5.17 15.84 24.28
Fナンバー 2.96 5.27 7.10
画角 32.80 13.75 9.07
像高 3.33 3.88 3.88
レンズ全長 34.03 29.37 33.81
BF 0.66 0.66 0.66

d 4 16.93 3.16 0.80
d10 4.44 14.30 21.54
d12 3.60 2.85 2.40
d14 0.66 0.66 0.66

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.65
2 5 9.68
3 11 23.77
4 13 ∞


[数値実施例３]

単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 625.086 0.30 1.69680 55.5
2 6.273 1.63
3* 7.805 1.60 1.63550 23.9
4* 12.639 (可変)
5(絞り) ∞ -0.50
6 5.120 1.80 1.88300 40.8
7 -13.161 0.30 1.80809 22.8
8 18.719 0.33
9* 13.616 0.80 1.60737 27.0
10* 5.480 (可変)
11* 235.310 1.60 0.00000 0.0
12* -14.040 (可変)
13 ∞ 0.70 1.51633 64.1
14 ∞ (可変)
像面 ∞

非球面データ
第3面
K =-9.46345e-001 A 4= 1.90407e-004 A 6=-1.75977e-005 A 8= 1.16509e-006 A10=-5.62496e-008 A12= 1.21549e-009

第4面
K = 4.07435e+000 A 4=-4.69645e-004 A 6=-1.90504e-005

第9面
K =-4.11776e+001 A 4= 4.44888e-003 A 6=-3.44190e-004

第10面
K = 3.32144e-001 A 4= 6.15206e-003 A 6= 1.00281e-004 A 8=-9.36125e-006

第11面
K = 3.51223e+002 A 4= 1.11939e-004

第12面
K =-1.66159e+001 A 4=-3.53633e-004 A 6= 3.44009e-006

各種データ
ズーム比 4.70
広角 中間 望遠
焦点距離 5.16 15.87 24.28
Fナンバー 2.93 5.28 7.10
画角 32.83 13.72 9.07
像高 3.33 3.88 3.88
レンズ全長 34.04 29.70 34.25
BF 0.74 0.74 0.74

d 4 16.89 3.20 0.80
d10 4.35 14.77 22.05
d12 3.49 2.43 2.10
d14 0.74 0.74 0.74

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -13.53
2 5 9.81
3 11 25.00
4 13 ∞

以下に各数値実施例の条件式の値を示す。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

d d線、g g線、△M メリディオナル像面、ΔAS サジタル像面

Claims (6)

1. 物体側より順に、負の第１群、正の第２群、正の第３群よりなり、各群の空気間隔変化によって変倍を行うズームレンズにおいて、
   前記第1群は負の第1レンズ、正の第2レンズの2枚のレンズにて構成され、前記第１群中の正レンズ、第2群中の負レンズにそれぞれ樹脂製のレンズを有すると共に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。
   ４．０ ＜β２ｔ／β２ｗ＜ ５．２
   β２ｗ：広角端における第２群の結像倍率
   β２t：広角端における第２群の結像倍率
2. 前記レンズ系において、前記第２群は物体側より正レンズ、負レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記像側の負レンズは樹脂製のレンズにて構成されると共に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。
   −１．２ ＜ ｆｐ２／ｆｔ ＜ −０．６
   ｆp2：第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
   ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
3. 前記レンズ系において、前記第1群、第2群は以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
   −１．５ ＜ ｆ１／ｆ２ ＜ −１．２
   ｆ１：第１群の焦点距離
   ｆ２：第２群の焦点距離
4. 前記レンズ系において前記第1群は正レンズに正レンズに樹脂製レンズ1枚有し、前記第2群は負レンズに樹脂製レンズを有しすると共に以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のズームレンズ。
   −２．０ ＜ ｆｐ１／ｆｐ２ ＜−１．１
   ｆp１：第１群中像側の樹脂製正レンズの焦点距離
   ｆp2：第2群中像側の樹脂製負レンズの焦点距離
5. 前記レンズ系において、前記第２群は物体側より正レンズ、負レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記像側の負レンズは樹脂製のレンズにて構成されると共に以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズ。
   １．４ ＜｜ｆｐ1／M2| < ２．０
   ｆp1：第1群中像側の樹脂製正レンズの焦点距離
   M2：第2群のズーミング移動量
6. 前記レンズ系において前記第２レンズ群は、正レンズ、負レンズ、を接合した接合レンズ、負レンズの３枚のレンズにて構成され、前記第２群の像側に絞りを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のズームレンズ。