JP3845967B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に適したズームレンズ、特にズーム比が2.5倍以上で、広角端で60度程度の画角を有し、画素数の多い固体撮像素子を用いた場合でも優れた結像性能を有するズームレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、固体撮像素子に適したズームレンズとして特開平6−94996号公報、特開平7−261083号公報などに開示されたズームレンズが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平6−94996号公報に開示されたズームレンズは、ズーム比が2倍程度と小さく不十分であり問題である。また、特開平7−261083号公報に開示されたズームレンズにおいても、ズーム比は2.3倍程度で不十分である。さらに、該公報に記載されている収差図から明らかなようにズーミングに伴う球面収差の変動が大きく、画素数の多い固体撮像素子に用いるには結像性能が不十分であり問題である。
【0004】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な、小型で、ズーム比が2.5倍以上で、広角端で60度程度の画角を有し、画素数の多い固体撮像素子を用いた場合でも優れた結像性能を有するズームレンズを提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるズームレンズでは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3からなり、前記第2レンズ群G2の最も像面側のレンズは、前記物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2の間隔が縮小し、かつ前記第2レンズ群G2と前記第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2が移動し、前記第3レンズ群G3が固定され、以下の条件式、
1<(rR+rF)/(rR−rF)<2 (1)
0.8<fP/f2<1.6 (2)
1.5<f2/fw<3.0 (4)
を条件を満足することを特徴とする。
【0006】
ここで、rFは前記正メニスカスレンズの物体側の面の近軸曲率半径、rRは前記正メニスカスレンズの像側の面の近軸曲率半径、fPは前記正メニスカスレンズの焦点距離、f2は前記第2レンズ群の焦点距離、fwはズームレンズの広角端の焦点距離をそれぞれ表している。
【0007】
かかる構成により、第1レンズ群G1を負屈折力、第2レンズ群G2を正屈折力のパワー配分としているので、広角端でほぼ60度以上の画角を有し、かつ、広角端状態においても十分な周辺光量を得ることができる。
【0008】
また、固体撮像素子を用いる場合には射出瞳位置を像面から遠く離すことが好ましい。本発明では、正屈折力の第3レンズ群を設けることにより、射出瞳を像面から遠く離すことに効果的に寄与している。
【0009】
また、本発明によるズームレンズでは、第2レンズ群中の最も像面に近いレンズを物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズで構成しているので、射出瞳位置を像面から遠く離す場合においても、広角端から望遠端までにわたって球面収差およびコマ収差を良好に補正することができる。
【0010】
条件式(1)は、前記正メニスカスレンズの適切な形状を規定しており、広角端から望遠端までにわたって球面収差およびコマ収差を良好に補正するために必要な条件である。条件式(1)の下限値を下回ると球面収差の良好な補正が困難となる。逆に、条件式(1)の上限値を超えると、コマ収差の良好な補正が困難となる。
【0011】
条件式(2)は、前記正メニスカスレンズの焦点距離の適切な範囲を規定しており、ズームレンズの像面側にローパスフィルターなどを配置するために十分なバックフォーカスを確保し、かつ球面収差およびコマ収差を良好に補正するために必要な条件式である。条件式(2)の下限値を下回ると、球面収差およびコマ収差の良好な補正が困難となる。逆に、条件式(2)の上限値を超えると、十分なバックフォーカスの確保が困難となってしまう。
【0012】
また、本発明によるズームレンズにおいては、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、結像面に最も近い位置にある第3レンズ群G3が固定となるように構成することが望ましい。かかる構成により、ズーミング駆動機構を固体撮像素子や固体撮像素子に結合された電子回路から離して配置することが可能となる。
【0013】
また、本発明によるズームレンズでは、上記構成の下で、以下の条件式、
0.3<hR/fw<0.5 (3)
を満足することが望ましい。ここで、hRは広角端における最大画角の主光線が前記正メニスカスレンズの像側の面に入射する光軸からの高さ、fwは広角端におけるズームレンズの焦点距離を表している。条件式(3)の下限値を下回ると射出瞳位置を像面から十分に離すことが困難となり問題である。逆に、条件式(3)の上限値を超えると、ズームレンズの小型化が困難となり好ましくない。
【0014】
また、本発明によるズームレンズにおいては、前記第2レンズ群G2の最も像側に位置する前記正メニスカスレンズの物体側の面を、周辺部で正の屈折力が小さくなるような非球面とすることが好ましい。かかる非球面を導入することにより、球面収差とコマ収差をさらに良好に補正することができる。
【0015】
また、本発明によるズームレンズでは、前記第2レンズ群を、物体側から順に、第1の正レンズと第2の正レンズと第1の負レンズと1枚の物体側に凸面を向けた前記正メニスカスレンズからなる構成とするのが好ましい。さらに、前記第2レンズ群G2の第2の正レンズと第1の負レンズを接合すると、組み立ての容易さや偏芯公差の緩和を図ることができるので、より一層好ましい。
【0016】
また、本発明によるズームレンズでは、第2レンズ群G2を、物体側から順に、第1の正レンズと第2の正レンズと第1の負レンズと第3の正レンズと1枚の物体側に凸面を向けた前記正メニスカスレンズからなる構成とするのが好ましい。かかる構成により諸収差を良好に補正することができる。さらに、前記第2レンズ群の第2の正レンズと第1の負レンズを接合すると、組み立ての容易さや偏芯公差の緩和を図ることができ、より一層好ましい。
【0017】
また、本発明によるズームレンズでは、前記第3レンズ群G3を少なくとも1つの面が非球面の正の単レンズから構成することが好ましい。かかる構成により、第3レンズ群G3の構成を複雑化させることなく、コマ収差の良好な補正ができ、ズームレンズの小型化と良好な収差補正の両立が可能となる。
【0018】
また、本発明によるズームレンズでは、以下の条件式、
1.5<f2/fw<3.0 (4)
を満足するようことが望ましい。ここで、但し、fwはズームレンズの広角端の焦点距離である。かかる条件を満足することで、ズームレンズの小型化と結像性能の確保が容易となる。条件式(4)の下限値を下回ると良好な結像性能を得るのが難しくなる。逆に、条件式(4)の上限値を超えるとズームレンズの小型化が困難となる。
【0019】
また、本発明によるズームレンズでは、以下の条件式、
1.5<f3/f2<4.0 (5)
を満足することが望ましい。ここで、f3は前記第3レンズ群の焦点距離である。かかる条件を満足することで、ズームレンズの射出位置を像面から遠く離すように構成することが容易となる。条件式(5)の上限値を越えると、ズームレンズの射出位置を像面から遠く離すように構成することが困難となる。逆に、条件式(5)の下限値を下回ると、ズームレンズの良好な収差補正が困難となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下,添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3から構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3が固定の構成である。
【0021】
表1に第1実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。全体諸元中のfは焦点距離、B.f.はバックフォーカス、FNOはFナンバー、 2ωは画角をそれぞれ示している。焦点距離f、FナンバーFNO及び画角2ωは、広角端、中間焦点距離、望遠端の3状態についての値を掲げている。また、レンズ諸元中、面番号は物体側からのレンズ面の番号、rはレンズ面の曲率半径、dはレンズ面間隔、νはアッベ数、nはd線(λ=587.6nm)に対する屈折率をそれぞれ示している。さらに、非球面データには、次式で非球面を表現した場合の非球面係数を示している。
【0022】
【数1】
【0023】
ここで、X(y)は非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸方向に沿った距離、rは近軸の曲率半径、Kは円錐定数、Ciは第i次の非球面係数をそれぞれ示している。また、ズーミングデータには、広角端、中間焦点距離、望遠端の各状態における焦点距離、可変間隔の値を示す。以下、全ての実施例において表中の符号は第1実施例と同様である。
【0024】
【表1】
【0025】
図2乃至図4は、第1実施例にかかるズームレンズの諸収差を示す収差図である。図2は広角端状態、図3は中間焦点距離状態、図4は望遠端状態における諸収差をそれぞれ示している。
【0026】
各収差図において、FNOはFナンバー、ωは画角、dはd線(λ=587.6nm)、gはg線(λ=435.6nm)を示している。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示している。以下、全ての実施例において、収差図中の符号は第1実施例と同様である。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有している。
【0027】
(第2実施例)
図5は、本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3から構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3が固定の構成である。
【0028】
表2に第2実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【0029】
【表2】
【0030】
図6乃至図8は、第2実施例にかかるズームレンズの諸収差を示す収差図である。図6は広角端状態、図7は中間焦点距離状態、図8は望遠端状態における諸収差をそれぞれ示している。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
【0031】
(第3実施例)
図9は、本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3から構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3が固定の構成である。
【0032】
表3に第3実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【0033】
【表3】
【0034】
図10乃至図12は、第3実施例にかかるズームレンズの諸収差を示す収差図である。図10は広角端状態、図11は中間焦点距離状態、図12は望遠端状態における諸収差をそれぞれ示している。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
【0035】
(第4実施例)
図13は、本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3から構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3が固定の構成である。
【0036】
表4に第4実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【0037】
【表4】
【0038】
図14乃至図16は、第4実施例にかかるズームレンズの諸収差を示す収差図である。図14は広角端状態、図15は中間焦点距離状態、図16は望遠端状態における諸収差をそれぞれ示している。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
【0039】
(第5実施例)
図17は、本発明の第5実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSと、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3から構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動し、第3レンズ群G3が固定の構成である。
【0040】
表5に第5実施例にかかるズームレンズの諸元値を掲げる。
【0041】
【表5】
【0042】
図18乃至図20は、第5実施例にかかるズームレンズの諸収差を示す収差図である。図18は広角端状態、図19は中間焦点距離状態、図20は望遠端状態における諸収差をそれぞれ示している。各収差図から明らかなように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な、小型で、ズーム比が2.5倍以上で、広角端で60度程度の画角を有し、画素数の多い固体撮像素子を用いた場合でも優れた結像性能を有するズームレンズを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図2】本発明の第1実施例にかかるズームレンズの広角端状態での諸収差を示す図である。
【図3】本発明の第1実施例にかかるズームレンズの中間焦点距離状態での諸収差を示す図である。
【図4】本発明の第1実施例にかかるズームレンズの望遠端状態での諸収差を示す図である。
【図5】本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図6】本発明の第2実施例にかかるズームレンズの広角端状態での諸収差を示す図である。
【図7】本発明の第2実施例にかかるズームレンズの中間焦点距離状態での諸収差を示す図である。
【図8】本発明の第2実施例にかかるズームレンズの望遠端状態での諸収差を示す図である。
【図9】本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図10】本発明の第3実施例にかかるズームレンズの広角端状態での諸収差を示す図である。
【図11】本発明の第3実施例にかかるズームレンズの中間焦点距離状態での諸収差を示す図である。
【図12】本発明の第3実施例にかかるズームレンズの望遠端状態での諸収差を示す図である。
【図13】本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図14】本発明の第4実施例にかかるズームレンズの広角端状態での諸収差を示す図である。
【図15】本発明の第4実施例にかかるズームレンズの中間焦点距離状態での諸収差を示す図である。
【図16】本発明の第4実施例にかかるズームレンズの望遠端状態での諸収差を示す図である。
【図17】本発明の第5実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図18】本発明の第5実施例にかかるズームレンズの広角端状態での諸収差を示す図である。
【図19】本発明の第5実施例にかかるズームレンズの中間焦点距離状態での諸収差を示す図である。
【図20】本発明の第5実施例にかかるズームレンズの望遠端状態での諸収差を示す図である。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
S 絞り
Claims (9)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3からなり、
前記第2レンズ群G2の最も像面側のレンズは、前記物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2の間隔が縮小し、かつ前記第2レンズ群G2と前記第3レンズ群G3の間隔が拡大するように、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2が移動し、前記第3レンズ群G3が固定され、
前記正メニスカスレンズの前記物体側の面の近軸曲率半径をrF、前記正メニスカスレンズの像側の面の近軸曲率半径をrR、前記正メニスカスレンズの焦点距離をfP、前記第2レンズ群の焦点距離をf2、ズームレンズの広角端の焦点距離をfwとしたとき、
1<(rR+rF)/(rR−rF)<2 (1)
0.8<fP/f2<1.6 (2)
1.5<f2/fw<3.0 (4)
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第2レンズ群G2の最も像側に位置する前記正メニスカスレンズの前記物体側の面が、周辺部で正の屈折力が小さくなる非球面であることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
- 広角端における最大画角の主光線が前記第3レンズ群G3の前記正メニスカスレンズの像側の面に入射する光軸からの高さをhR、fwを前記ズームレンズの広角端における焦点距離としたとき、
0.3<hR/fw<0.5 (3)
の条件を満足することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。 - 前記第3レンズ群G3は、少なくとも1つの面が非球面の正の単レンズからなる請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群の焦点距離をf3としたとき、
1.5<f3/f2<4.0 (5)
の条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。 - 前記第2レンズ群G2は、前記物体側から順に、第1の正レンズと、第2の正レンズと、第1の負レンズと、1枚の物体側に凸面を向けた前記正メニスカスレンズと、からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群G2の前記第2の正レンズと前記第1の負レンズは接合されていることを特徴とする請求項6に記載のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群G2は、前記物体側から順に、第1の正レンズと、第2の正レンズと、第1の負レンズと、第3の正レンズと、1枚の物体側に凸面を向けた前記正メニスカスレンズと、からなることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群G2の前記第2の正レンズと前記第1の負レンズは接合されていることを特徴とする請求項8に記載のズームレンズ。
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1997
- 1997-08-05 JP JP22207197A patent/JP3845967B2/ja not_active Expired - Lifetime
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