JP4131034B2

JP4131034B2 - Zoom lens and imaging device

Info

Publication number: JP4131034B2
Application number: JP13704598A
Authority: JP
Inventors: 正史末吉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH11326762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型のビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の小型撮像装置に最適な変倍比３倍程度のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の小形撮像装置に於いて、これらのいっそうの小型化が求められている。このため、撮像レンズ系、特に、ズームレンズに於いては、その全長の短縮、前玉の小径化等による小型化が求められている。
【０００３】
一方、ズームレンズは、小型化に対する要求と共に、広角端に於いて６０乃至７０度程度の画角を有するものに対する要求が高まっている。
【０００４】
従来の小型のズームレンズとしては、例えば、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とから成る、所謂レトロフォーカスタイプの２群構成のズームレンズや、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（バリエータ）と、正の屈折力を有する第３レンズ群（コンペンセータ）及び正の屈折力を有する第４レンズ群（マスター）とから成る４群構成のズームレンズがある。
【０００５】
更に、特開平１０−９６８５７号公報に記載されたズームレンズのように、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レンズ群及び正の屈折力を有する第３レンズ群から成り、第２レンズ群と第３レンズ群とを移動させることによってズーミングを行うようにされた３群構成のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のズームレンズにあっては、以下に示すような問題があった。
【０００７】
即ち、上記２群構成のズームレンズは、変倍比を大きくすることが困難で、ズーミングによってその全長が変化してしまうので使いにくいという問題があった。
【０００８】
上記４群構成のズームレンズは、その全長が長く、しかも、構成するレンズの枚数が多いためコストが高いという問題があった。
【０００９】
特開平１０−９６８５７号公報に記載されたズームレンズもまた、その全長が長く、バックフォーカスが短いという問題点があった。
【００１０】
従って、本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の小型撮像装置に用いられる変倍比３倍程度のズームレンズを小型化することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍時にその位置が移動される第３レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側に凸面を向けると共に、ｎｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、νｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線におけるアッベ数とすると、１．６２＜ｎｄ（Ｇ１）、４５．０＜νｄ（Ｇ１）の各条件を満足する正の屈折力を有する１枚のレンズによって構成するとともに、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカス、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５、１．５９＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２の各条件を満足するようにしたものである。
【００１２】
従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の小型撮像装置に最適な小型で変倍比が３倍程度のズームレンズを安価に得ることが可能となる。また、ワイド端における十分な画角を確保できるようになると共に、レンズ全系の全長を短くすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、図１乃至図１２は第１の実施の形態を示し、図１３乃至図２４は第２の実施の形態を示すものである。
【００１４】
まず、初めに、各実施の形態における共通事項について説明する。
【００１５】
尚、以下の説明に於いて、「Ｓｉ」は物体側から数えてｉ番面の面、「Ｒｉ」は上記面Ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上における面間隔、「ｎｄｉ」は物体側からｉ番目の面のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、「νｄｉ」は物体側からｉ番目の面におけるｄ線に対するアッベ数、「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「ＦＮｏ．」は開放Ｆ値、「ω」は半画角をそれぞれ示すものとする。
【００１６】
また、各実施の形態に於いて用いられるレンズには、レンズ面が非球面によって構成されるものが含まれる。従って、以下に示す各表に於いて、非球面によって構成されるレンズ面にはｒｉの数値の右側に「ＡＳＰ」を付記する。
【００１７】
非球面形状は以下の式で定義されるものとする。
【００１８】
ｘ＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋√（１−ｋ・ｙ²／ｒ²）｝＋Ｃ４・ｙ⁴＋Ｃ６・ｙ⁶＋Ｃ８・ｙ⁸＋Ｃ１０・ｙ¹⁰
ここで、「ｘ」はレンズ面の任意の点におけるレンズ面の頂点からの光軸方向における距離、「ｙ」はレンズ面頂点における曲率半径、「ｋ」は円錐定数、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０は、それぞれ４次、６次、８次及び１０次の非球面係数である。
【００１９】
第１及び第２の実施の形態におけるズームレンズ１及び１Ａは、図１乃至図３、図１３乃至図１５に示すように、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、ズーミングによる変倍時にその位置が移動される第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有し、変倍時にその位置が移動される第３レンズ群Ｇ３から成る３群７枚構成のレンズ系を有するものである。
【００２０】
尚、ズームレンズ１及び１Ａにおけるズーミングは、上述したように、位置が固定された第１レンズ群Ｇ１、アイリスＩＲ、ローパスフィルタＦＬ、ＣＣＤのカバーガラスＧＬＳ及び像面ＩＭＧに対して、ワイド端からテレ端にズーミングする時には、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像面側に、第３レンズ群Ｇ３は像面側から物体側に移動することによって為される。ズームレンズ１及び１Ａのワイド端（短焦点距離端）におけるレンズ配置を図１及び図１３に、ワイド端とテレ端との間の中間位置（中間焦点距離）におけるレンズ配置を図２及び図１４に、テレ端（長焦点距離端）におけるレンズ配置を図３及び図１５にそれぞれ示す。
【００２１】
従って、ズーミング動作に伴って、第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１の像面側のレンズ面Ｓ２と第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置したレンズＬ２の物体側の面Ｓ３との間の間隔ｄ２と、第２レンズ群Ｇ２の最も像面側に位置したレンズＬ４の像面側の面Ｓ７とアイリスＩＲの表面Ｓ８との間の間隔ｄ７と、アイリスＩＲの表面Ｓ８と第３レンズ群Ｇ３の最も物体側に位置したレンズＬ５の物体側の面Ｓ９との間の間隔ｄ８及び第３レンズ群Ｇ３の最も像面側に位置したレンズＬ７の像面側の面Ｓ１３とローパスフィルタＦＬの物体側の面Ｓ１４との間の間隔ｄ１３が変化することになる。
【００２２】
また、ズームレンズ１及び１Ａにおけるフォーカス調整は、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２及びＧ３のうち、いずれのレンズ群を移動させることによっても行うことが可能であり、撮像素子（ＣＣＤ）を移動させるようにして行うことも可能である。
【００２３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けると共に、ｎｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率とし、νｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線におけるアッベ数とすると、１．６２＜ｎｄ（Ｇ１）（以下、「条件式１」という。）及び４５．０＜νｄ（Ｇ１）（以下、「条件式２」という。）の各条件を満足する正の屈折力を有する１枚のレンズＬ１によって構成されている。
【００２４】
また、第１レンズ群Ｇ１は、ｆＧ１を第１レンズ群の焦点距離とし、ｆＷをレンズ全系の最短焦点距離とすると、４．０＜ｆＧ１／ｆＷ＜９．０（以下、「条件式３」という。）を満足するように構成されている。
【００２５】
第２レンズ群Ｇ２は、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の３枚のレンズによって構成されている。
【００２６】
第３レンズ群Ｇ３は、Ｌ５、Ｌ６及びＬ７の３枚のレンズによって構成され、これらレンズＬ５、Ｌ６及びＬ７の各レンズ面Ｒ９乃至Ｒ１３のうち、少なくとも１の面が非球面によって構成されていると共に、該非球面によって構成された面を含むレンズがプラスチックレンズとされている。
【００２７】
このように、第３レンズ群Ｇ３を構成するレンズＬ５、Ｌ６及びＬ７の各レンズ面Ｒ９乃至Ｒ１３のうち少なくとも１の面を非球面によって構成するようにすると、第１レンズ群Ｇ１によって発生する負の像面湾曲を補正することができ、第１レンズ群Ｇ１のパワーを強くすることが可能となって、レンズ全系の全長の短縮が可能となる。また、一部のレンズをプラスチックレンズとすることによって、コストダウンを図ることが可能となる。
【００２８】
また、ズームレンズ１及び１Ａは、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカスとし、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５（以下、「条件式４」という。）及び１．２＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２（以下、「条件式５」という。）を満足するようにされている。
【００２９】
尚、図１乃至図３及び図１３乃至図１５に示すように、第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ４と第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ５との間には、アイリスＩＲが配置されると共に、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ７と像面ＩＭＧとの間には、物体側から順にローパスフィルタＦＬ、ＣＣＤのカバーガラスＧＬＳが配置される。
【００３０】
次に、上記条件式１乃至条件式５について説明する。
【００３１】
条件式１は、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズＬ１による球面収差の発生量を規定する（抑える）ためのものである。即ち、第１レンズ群を構成するレンズＬ１のｄ線に対する屈折率ｎｄ（Ｇ１）をこのような値になるように規定したのは、ｎｄ（Ｇ１）が値１．６２以下の時には、所望の第１レンズ郡Ｇ１（＝レンズＬ１）の屈折力（パワー）を得ようとすると、これに伴って発生する球面収差の値が大きくなってしまうからであり、この球面収差を抑えるようにすると、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２及びＧ３の配置を変更してその間の間隔を広くしなければならなくなって、レンズ全系の全長が長くなってしまうからである。
【００３２】
条件式２は、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズＬ１による色収差の発生量を規定する（抑える）ためのものである。即ち、第１レンズ群を構成するレンズＬ１のｄ線におけるアッベ数νｄ（Ｇ１）をこのような値となるように規定したのは、νｄ（Ｇ１）が４５．０以下の時には、所望の第１レンズ郡Ｇ１（＝レンズＬ１）の屈折力を得るためには色収差が大きくなってしまい、これをレンズ系の他の部分で補正することが困難になってしまうからである。
【００３３】
条件式３は、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズＬ１の屈折力を規定するものである。即ち、レンズ全系の最短焦点距離ｆＷに対する第１レンズ群Ｇ１（＝レンズＬ１）の焦点距離の比率である、ｆＧ１／ｆＷがこのような範囲内となるように規定したのは、ｆＧ１／ｆＷの値が４．０以下になると、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーが強くなり過ぎるため、第１レンズ群で発生する負の像面湾曲が大きくなり過ぎて、レンズ全系でこれを補正することが困難になるからである。また、ｆＧ１／ｆＷの値が９．０以上になると、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーが弱くなるため、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２及びＧ３の配置を変更してその間の間隔を広くしなければならなくなって、レンズ系の全長が長くなってしまうからである。
【００３４】
条件式４は、バックフォーカス及び光学系の全長を規定するものである。即ち、バックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長ＴＬに対するワイド端における空気換算バックフォーカスｆＢＷの比率であるｆＢＷ／ＴＬの値がこのような範囲内となるようにしたのは、ｆＢＷ／ＴＬの値が０．１５以下になると、必要なバックフォーカスを確保すると光学系の全長が長くなってしまい、反対に、ｆＢＷ／ＴＬの値が０．２５以上になると、各レンズ群間の間隔が詰まってしまって第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３のズーミング時における必要な移動量を十分に確保することができなくなり、各レンズ群Ｇ１、Ｇ２及びＧ３のパワーを大きくしなければならなくなって各種収差を補正することが困難になってしまうからである。
【００３５】
条件式５は、バックフォーカスと最短焦点距離を規定するものである。即ち、レンズ全系の最短焦点距離ｆＷに対するワイド端における空気換算バックフォーカスｆＢＷの値であるｆＢＷ／ｆＷがこのような範囲内となるようにしたのは、ｆＢＷ／ｆＷの値が１．２以下になると、ワイド端において十分な画角が確保できなくなってしまうからであり、ｆＢＷ／ｆＷの値が２．２以上になると、レンズ全系の全長を短くすることが困難となってしまうからである。
【００３６】
表１にズームレンズ１の各値を示す。尚、ｄ２、ｄ７、ｄ８及びｄ１３において、値が３つ示されているのは、左から右へと順にワイド端、ワイド端とテレ端との間の中間位置及びテレ端における面間隔をそれぞれ示すものである（後述する表４においても同様。）。
【００３７】
【表１】

【００３８】
上記表１に示すように、レンズＬ５のレンズ面Ｓ９、レンズＬ７のレンズ面Ｓ１２及びレンズ面Ｓ１３は非球面によって構成されている。従って、表２に上記各面の第４次、第６次、第８次及び第１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００３９】
【表２】

【００４０】
尚、上記表２中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を意味するものとする（後述する表５においても同様。）。
【００４１】
表３にズームレンズ１のワイド端、テレ端及びワイド端とテレ端との間の中間位置における、レンズ全系の焦点距離ｆ、開放Ｆ値ＦＮＯ．及び半画角ωを示す。尚、表３中おいて、ＰＯＳ＝１はワイド端、ＰＯＳ＝２はワイド端とテレ端との間の中間位置、ＰＯＳ＝３はテレ端を示すものとする（後述する表６においても同様。）。
【００４２】
【表３】

【００４３】
図４乃至図１２にズームレンズ１における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。尚、図４乃至図６はワイド端、図７乃至図９はワイド端とテレ端との中間位置、図１０乃至図１２はテレ端におけるものをそれぞれ示すものである。また、図４、図７及び図１０の球面収差図において、実線はｄ線、破線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、一点鎖線はＦ線（波長４８６．１ｎｍ）における値をそれぞれ示し、図５、図８及び図１１の非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値をそれぞれ示すものである。
【００４４】
次に、本発明ズームレンズ１Ａに固有の事項について説明する。
【００４５】
表４にズームレンズ１Ａの各値を示す。
【００４６】
【表４】

【００４７】
上記表４に示すように、レンズＬ７のレンズ面Ｓ１２は非球面によって構成されている。従って、表２に上記レンズ面Ｓ１２の第４次、第６次、第８次及び第１０次の非球面係数Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８及びＣ１０を示す。
【００４８】
【表５】

【００４９】
表６にズームレンズ１のワイド端、テレ端及びワイド端とテレ端との間の中間位置における、レンズ全系の焦点距離ｆ、開放Ｆ値ＦＮＯ．及び半画角ωを示す。
【００５０】
【表６】

【００５１】
図１６乃至図２４にズームレンズ１Ａにおける球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図を示す。尚、図１６乃至図１８はワイド端、図１９乃至図２１はワイド端とテレ端との中間位置、図２２乃至図２４はテレ端におけるものをそれぞれ示すものである。また、図１６、図１９及び図２２の球面収差図において、実線はｄ線、破線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）、一点鎖線はＦ線（波長４８６．１ｎｍ）における値をそれぞれ示し、図１７、図２０及び図２３の非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値をそれぞれ示すものである。
【００５２】
最後にズームレンズ１及び１ＡにおけるｆＷ、ｆＧ１、ｆＢＷ、ＴＬ、条件式１乃至５における各値ｎｄ（Ｇ１）、νｄ（Ｇ１）、ｆＧ１／ｆＷ、ｆＢＷ／ＴＬ及びｆＢＷ／ｆＷの値について表７に示す。
【００５３】
【表７】

【００５４】
本発明ズームレンズにおいては、３群７枚構成のレンズ系によって、各種収差がバランスよく補正されたビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の小型撮像装置に最適な変倍比が３倍程度で十分な画角を有する小型のズームレンズを得ることが可能である。また、本発明ズームレンズは被写界深度が深いので、所謂パンフォーカスのレンズとしての使用にも好適である。
【００５５】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように本発明は、物体側から像面側へと順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有し、変倍時にその位置が移動される第２レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍時にその位置が移動される第３レンズ群とから成り、第１レンズ群を、物体側に凸面を向けると共に、ｎｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、νｄ（Ｇ１）を第１レンズ群を構成するレンズのｄ線におけるアッベ数とすると、１．６２＜ｎｄ（Ｇ１）、４５．０＜νｄ（Ｇ１）の各条件を満足する正の屈折力を有する１枚のレンズによって構成するとともに、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカス、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５、１．５９＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２の各条件を満足するようにしたので、第１レンズを群の球面収差及び色収差を効果的に抑制することができるようになって、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の小型撮像装置に最適な小型で変倍比が３倍程度で十分な画角を有するズームレンズを安価に得ることできる。また、ワイド端における十分な画角を確保できるようになると共に、レンズ全系の全長を短くすることができる。
【００５６】
請求項２に記載した発明にあっては、ｆＧ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆＷをレンズ全系の最短焦点距離とすると、４．０＜ｆＧ１／ｆＷ＜９．０を満足するとともに、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカス、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５、１．５９＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２の各条件を満足するようにしたので、第１レンズ群で発生する負の像面湾曲を効果的に抑制することができると共に、レンズ系の全長が長くなることを防止することができる。また、ワイド端における十分な画角を確保できるようになると共に、レンズ全系の全長を短くすることができる。
【００５７】
請求項３及び請求項４に記載した発明にあっては、第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成するとともに、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカス、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５、１．５９＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２の各条件を満足するようにしたので、第１レンズ群によって発生する負の像面湾曲を効果的に補正することができ、これによって、第１レンズ群のパワーを強くすることが可能となって、レンズ全系の全長を短くすることができるようになる。また、ワイド端における十分な画角を確保できるようになると共に、レンズ全系の全長を短くすることができる。
【００５８】
請求項５及び請求項６に記載した発明にあっては、第３レンズ群を構成するレンズの各面のうち、少なくとも１の面を非球面によって構成し、該非球面によって構成された面を含むレンズをプラスチックレンズとするとともに、ｆＢＷをワイド端における空気換算バックフォーカス、ＴＬをバックフォーカスを空気換算した時の光学系の全長とすると、０．１５＜ｆＢＷ／ＴＬ＜０．２５、１．５９＜ｆＢＷ／ｆＷ＜２．２の各条件を満足するようにしたので、第１レンズ群によって発生する負の像面湾曲を効果的に補正することができ、これによって、第１レンズ群のパワーを強くすることが可能となって、レンズ全系の全長を短くすることができるようになると共に、プラスチックレンズを用いることによって、コストダウンを図ることができる。また、ワイド端における十分な画角を確保できるようになると共に、レンズ全系の全長を短くすることができる。
【００６０】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図１２と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図は、ワイド端におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図２】ワイド端とテレ端との中間位置におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図３】テレ端におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図４】ワイド端における球面収差を示す図である。
【図５】ワイド端における非点収差を示す図である。
【図６】ワイド端における歪曲収差を示す図である。
【図７】ワイド端とテレ端との中間位置における球面収差を示す図である。
【図８】ワイド端とテレ端との中間位置における非点収差を示す図である。
【図９】ワイド端とテレ端との中間位置における歪曲収差を示す図である。
【図１０】テレ端における球面収差を示す図である。
【図１１】テレ端における非点収差を示す図である。
【図１２】テレ端における歪曲収差を示す図である。
【図１３】図１４乃至図２４と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図は、ワイド端におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図１４】ワイド端とテレ端との中間位置におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図１５】テレ端におけるレンズ配置を概略的に示す図である。
【図１６】ワイド端における球面収差を示す図である。
【図１７】ワイド端における非点収差を示す図である。
【図１８】ワイド端における歪曲収差を示す図である。
【図１９】ワイド端とテレ端との中間位置における球面収差を示す図である。
【図２０】ワイド端とテレ端との中間位置における非点収差を示す図である。
【図２１】ワイド端とテレ端との中間位置における歪曲収差を示す図である。
【図２２】テレ端における球面収差を示す図である。
【図２３】テレ端における非点収差を示す図である。
【図２４】テレ端における歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、１Ａ…ズームレンズ、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ３…レンズ、Ｌ４…レンズ、Ｌ５…レンズ、Ｌ６…レンズ、Ｌ７…レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a zoom lens having a zoom ratio of about 3 times, which is most suitable for a small imaging device such as a small video camera or a digital still camera.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a demand for further downsizing of small-sized imaging devices such as video cameras and digital still cameras. For this reason, an imaging lens system, particularly a zoom lens, is required to be downsized by shortening its overall length, reducing the diameter of the front lens, and the like.
[0003]
On the other hand, the zoom lens has a demand for a lens having a field angle of about 60 to 70 degrees at the wide-angle end along with a demand for downsizing.
[0004]
As a conventional small zoom lens, for example, a so-called retrofocus type two-group configuration including a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power in order from the object side. A zoom lens, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power (variator), a third lens group having a positive refractive power (compensator), in order from the object side; There is a zoom lens having a four-group configuration including a fourth lens group (master) having a positive refractive power.
[0005]
Further, as in the zoom lens described in JP-A-10-96857, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a positive refraction in order from the object side. There is a three-group configuration that includes a third lens group having power and is configured to perform zooming by moving the second lens group and the third lens group.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional zoom lens described above has the following problems.
[0007]
That is, the zoom lens having the above-described two-group configuration has a problem that it is difficult to increase the zoom ratio, and it is difficult to use because the entire length changes due to zooming.
[0008]
The four-group zoom lens has a problem that the overall length is long and the cost is high because of the large number of lenses.
[0009]
The zoom lens described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-96857 also has a problem that its overall length is long and back focus is short.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of a zoom lens having a zoom ratio of about 3 times that is used in a small-sized imaging device such as a video camera or a digital still camera.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention is arranged in order from the object side to the image plane side, the first lens group having a positive refractive power, and a negative refractive power, and the position thereof is moved during zooming. A second lens group having a positive refractive power and a third lens group whose position is moved at the time of zooming. The first lens group has a convex surface facing the object side, and nd (G1) 1.62 <nd (where n is the refractive index of the lens constituting the first lens group with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm), and νd (G1) is the Abbe number of the lens constituting the first lens group. G1) It is composed of one lens having a positive refractive power that satisfies each of the conditions of 45.0 <νd (G1) , fBW is converted into the air-converted back focus at the wide end, and TL is converted into the air from the back focus. If the total length of the optical system is 0. Each condition of 15 <fBW / TL <0.25 and 1.59 <fBW / fW <2.2 is satisfied .
[0012]
Accordingly, it is possible to obtain a zoom lens that is optimal for a small image pickup device such as a video camera or a digital still camera and has a zoom ratio of about 3 times at low cost. In addition, a sufficient angle of view at the wide end can be secured, and the entire length of the entire lens system can be shortened.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a zoom lens according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 12 show the first embodiment, and FIGS. 13 to 24 show the second embodiment.
[0014]
First, common items in the embodiments will be described.
[0015]
In the following description, “Si” is the i-th surface counted from the object side, “Ri” is the radius of curvature of the surface Si, and “di” is the i-th surface and i + 1-th surface from the object side. The distance between the surfaces on the optical axis, “ndi” is the refractive index for the d-line (wavelength 587.6 nm) of the i-th surface from the object side, and “νdi” is the d-line on the i-th surface from the object side. Abbe number with respect to, “f” indicates the focal length of the entire lens system, “FNo.” Indicates the open F value, and “ω” indicates the half angle of view.
[0016]
In addition, the lenses used in the embodiments include those in which the lens surface is formed of an aspherical surface. Therefore, in each table shown below, “ASP” is added to the right side of the numerical value of ri for lens surfaces constituted by aspheric surfaces.
[0017]
The aspheric shape is defined by the following equation.
[0018]
x = (y ² / r) / {1 + √ (1−k · y ² / r ² )} + C4 · y ⁴ + C6 · y ⁶ + C8 · y ⁸ + C10 · y ¹⁰
Here, “x” is the distance in the optical axis direction from the apex of the lens surface at an arbitrary point on the lens surface, “y” is the radius of curvature at the apex of the lens surface, “k” is a conic constant, C4, C6, C8, and C10 is a fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspheric coefficient, respectively.
[0019]
As shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 13 to 15, the zoom lenses 1 and 1A according to the first and second embodiments have a positive refractive power in order from the object side to the image plane side. The first lens group G1, a second lens group G2 having a negative refractive power, whose position is moved when zooming is changed, and a second lens group G2 having a positive refractive power, whose position is moved when zooming. It has a three-group seven-lens lens system composed of three lens groups G3.
[0020]
As described above, zooming in the zoom lenses 1 and 1A is performed from the wide end with respect to the first lens group G1, the iris IR, the low-pass filter FL, the CCD cover glass GLS, and the image plane IMG. When zooming to the telephoto end, the second lens group G2 is moved from the object side to the image side, and the third lens group G3 is moved from the image side to the object side. 1 and 13 show the lens arrangement at the wide end (short focal length end) of the zoom lenses 1 and 1A, and FIG. 2 and FIG. 14 show the lens arrangement at an intermediate position (intermediate focal length) between the wide end and the tele end. 3 and 15 show lens arrangements at the tele end (long focal length end), respectively.
[0021]
Accordingly, with the zooming operation, the distance between the image surface side lens surface S2 of the lens L1 of the first lens group G1 and the object side surface S3 of the lens L2 located closest to the object side of the second lens group G2. d2, the distance d7 between the image surface side surface S7 of the lens L4 located closest to the image surface side of the second lens group G2, and the surface S8 of the iris IR, the surface S8 of the iris IR, and the third lens group G3. The distance d8 between the lens L5 located closest to the object side and the object side surface S9 of the lens L5, and the image plane side surface S13 of the lens L7 located closest to the image plane of the third lens group G3 and the object of the low-pass filter FL The distance d13 between the side surface S14 changes.
[0022]
Further, the focus adjustment in the zoom lenses 1 and 1A can be performed by moving any of the lens groups G1, G2, and G3, and the image pickup device (CCD) is moved. It is also possible to do this.
[0023]
The first lens group G1 has a convex surface directed toward the object side, nd (G1) is a refractive index with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm) of the lenses constituting the first lens group, and νd (G1) is the first lens. Assuming that the Abbe number in the d-line of the lenses constituting the group is 1.62 <nd (G1) (hereinafter referred to as “conditional expression 1”) and 45.0 <νd (G1) (hereinafter referred to as “conditional expression 2”). It is constituted by a single lens L1 having a positive refractive power that satisfies the above conditions.
[0024]
Further, the first lens group G1 has 4.0 <fG1 / fW <9.0 (hereinafter, “conditional expression 3”, where fG1 is the focal length of the first lens group and fW is the shortest focal length of the entire lens system. ")").
[0025]
The second lens group G2 includes three lenses L2, L3, and L4.
[0026]
The third lens group G3 includes three lenses L5, L6, and L7, and at least one of the lens surfaces R9 to R13 of the lenses L5, L6, and L7 is an aspheric surface. In addition, a lens including a surface formed by the aspherical surface is a plastic lens.
[0027]
As described above, if at least one of the lens surfaces R9 to R13 of the lenses L5, L6, and L7 constituting the third lens group G3 is formed of an aspheric surface, a negative generated by the first lens group G1. Can be corrected, the power of the first lens group G1 can be increased, and the overall length of the entire lens system can be shortened. In addition, the cost can be reduced by using some of the lenses as plastic lenses.
[0028]
Further, in the zoom lenses 1 and 1A, 0.15 <fBW / TL <0.25 (hereinafter referred to as the total length of the optical system when fBW is an air-converted back focus at the wide end and TL is an air-converted back focus. , “Conditional expression 4”) and 1.2 <fBW / fW <2.2 (hereinafter referred to as “conditional expression 5”).
[0029]
As shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 13 to 15, an iris IR is disposed between the lens L4 of the second lens group G2 and the lens L5 of the third lens group G3. A low pass filter FL and a CCD cover glass GLS are arranged in this order from the object side between the lens L7 of the three lens group G3 and the image plane IMG.
[0030]
Next, the conditional expressions 1 to 5 will be described.
[0031]
Conditional expression 1 is for defining (suppressing) the amount of spherical aberration generated by the lens L1 constituting the first lens group G1. In other words, the refractive index nd (G1) for the d-line of the lens L1 constituting the first lens group is defined to have such a value when the nd (G1) is 1.62 or less. This is because if the refractive power (power) of the first lens group G1 (= lens L1) is to be obtained, the value of the spherical aberration that accompanies this increases, and if this spherical aberration is to be suppressed, This is because the arrangement of the lens groups G1, G2, and G3 must be changed to widen the interval therebetween, and the overall length of the entire lens system becomes long.
[0032]
Conditional expression 2 is for defining (suppressing) the amount of chromatic aberration generated by the lens L1 constituting the first lens group G1. That is, the Abbe number νd (G1) at the d-line of the lens L1 constituting the first lens group is defined to have such a value when the νd (G1) is 45.0 or less. This is because chromatic aberration is increased in order to obtain the refractive power of one lens group G1 (= lens L1), and it becomes difficult to correct this in other parts of the lens system.
[0033]
Conditional expression 3 defines the refractive power of the lens L1 constituting the first lens group G1. That is, it is defined that fG1 / fW, which is the ratio of the focal length of the first lens group G1 (= lens L1) to the shortest focal length fW of the entire lens system, falls within such a range. When the value of 4.0 is 4.0 or less, the positive power of the first lens group G1 becomes too strong, so the negative field curvature generated in the first lens group becomes too large, and this is corrected in the entire lens system. Because it becomes difficult to do. If the value of fG1 / fW is 9.0 or more, the positive power of the first lens group G1 becomes weak. Therefore, the arrangement of the lens groups G1, G2, and G3 must be changed to widen the interval therebetween. This is because the total length of the lens system becomes longer.
[0034]
Conditional expression 4 defines the back focus and the total length of the optical system. That is, the value of fBW / TL, which is the ratio of the air-converted back focus fBW at the wide end with respect to the total length TL of the optical system when the back focus is converted into air, is within such a range. If the value of 0.1 is 0.15 or less, if the required back focus is secured, the total length of the optical system becomes long. On the other hand, if the value of fBW / TL is 0.25 or more, the distance between the lens groups becomes large. If the second lens group G2 and the third lens group G3 are clogged, the necessary amount of movement during zooming cannot be secured sufficiently, and the power of each lens group G1, G2, and G3 must be increased. This is because it becomes difficult to correct various aberrations.
[0035]
Conditional expression 5 defines the back focus and the shortest focal length. That is, the value of fBW / fW, which is the value of air-converted back focus fBW at the wide end with respect to the shortest focal length fW of the entire lens system, falls within such a range. This is because a sufficient angle of view cannot be secured at the wide end, and if the value of fBW / fW is 2.2 or more, it becomes difficult to shorten the overall length of the entire lens system. is there.
[0036]
Table 1 shows each value of the zoom lens 1. In d2, d7, d8, and d13, three values are shown in order from the left to the right in order from the wide end, the intermediate position between the wide end and the tele end, and the surface distance at the tele end, respectively. (The same applies to Table 4 described later.)
[0037]
[Table 1]

[0038]
As shown in Table 1, the lens surface S9 of the lens L5, the lens surface S12 of the lens L7, and the lens surface S13 are aspherical. Accordingly, Table 2 shows the fourth, sixth, eighth and tenth aspherical coefficients C4, C6, C8 and C10 of the above surfaces.
[0039]
[Table 2]

[0040]
It should be noted that “E” in Table 2 means an exponential expression with a base of 10 (the same applies to Table 5 described later).
[0041]
Table 3 shows the focal length f and the open F value FNO. Of the entire lens system at the wide end, the tele end, and the intermediate position between the wide end and the tele end of the zoom lens 1. And a half angle of view ω. In Table 3, POS = 1 indicates the wide end, POS = 2 indicates the intermediate position between the wide end and the tele end, and POS = 3 indicates the tele end (the same applies to Table 6 described later). .)
[0042]
[Table 3]

[0043]
4 to 12 show a spherical aberration diagram, an astigmatism diagram, and a distortion diagram in the zoom lens 1. FIG. 4 to 6 show the wide end, FIGS. 7 to 9 show the intermediate position between the wide end and the tele end, and FIGS. 10 to 12 show the tele end. Also, in the spherical aberration diagrams of FIGS. 4, 7, and 10, the solid line indicates the value at the d line, the broken line indicates the value at the C line (wavelength 656.3 nm), and the alternate long and short dash line indicates the value at the F line (wavelength 486.1 nm). 5, 8, and 11, the solid line represents the value on the sagittal image plane, and the broken line represents the value on the meridional image plane.
[0044]
Next, items unique to the zoom lens 1A of the present invention will be described.
[0045]
Table 4 shows each value of the zoom lens 1A.
[0046]
[Table 4]

[0047]
As shown in Table 4 above, the lens surface S12 of the lens L7 is an aspherical surface. Accordingly, Table 2 shows the fourth, sixth, eighth and tenth aspherical coefficients C4, C6, C8 and C10 of the lens surface S12.
[0048]
[Table 5]

[0049]
Table 6 shows the focal length f and the open F value FNO. Of the entire lens system at the wide end, the tele end, and the intermediate position between the wide end and the tele end of the zoom lens 1. And a half angle of view ω.
[0050]
[Table 6]

[0051]
16 to 24 show spherical aberration diagrams, astigmatism diagrams, and distortion diagrams in the zoom lens 1A. 16 to 18 show the wide end, FIGS. 19 to 21 show the intermediate position between the wide end and the tele end, and FIGS. 22 to 24 show those at the tele end, respectively. Further, in the spherical aberration diagrams of FIGS. 16, 19, and 22, the solid line indicates the value at the d line, the broken line indicates the value at the C line (wavelength 656.3 nm), and the alternate long and short dash line indicates the value at the F line (wavelength 486.1 nm). 17, 20, and 23, the solid line indicates the value on the sagittal image plane, and the broken line indicates the value on the meridional image plane.
[0052]
Finally, fW, fG1, fBW, TL in the zoom lenses 1 and 1A, values nd (G1), νd (G1), fG1 / fW, fBW / TL, and fBW / fW in the conditional expressions 1 to 5 are shown in Table 7. Shown in
[0053]
[Table 7]

[0054]
In the zoom lens of the present invention, a zooming ratio that is optimal for a small image pickup device such as a video camera or a digital still camera in which various aberrations are corrected in a well-balanced manner with a three-group, seven-lens lens system is sufficient for an image that is about three times. It is possible to obtain a small zoom lens having a corner. Further, since the zoom lens according to the present invention has a deep depth of field, it is suitable for use as a so-called pan focus lens.
[0055]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention is arranged in order from the object side to the image plane side, the first lens group having a positive refractive power, the negative refractive power, and its position at the time of zooming. The second lens group is moved, and the third lens group has a positive refractive power and is moved at the time of zooming. The first lens group has a convex surface facing the object side, and nd ( When G1) is a refractive index with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm) of the lens constituting the first lens group and νd (G1) is an Abbe number of the d-line of the lens constituting the first lens group, 1.62 < It is composed of a single lens having positive refractive power that satisfies the following conditions: nd (G1), 45.0 <νd (G1) , fBW is the air equivalent back focus at the wide end, and TL is the back focus as air. The total length of the optical system when converted Then, since each condition of 0.15 <fBW / TL <0.25 and 1.59 <fBW / fW <2.2 is satisfied , the first lens effectively reduces the spherical aberration and chromatic aberration of the group. Thus, it is possible to obtain a zoom lens having a sufficient angle of view with a zoom ratio of about 3 times that is optimal for a small-sized imaging device such as a video camera or a digital still camera at a low cost. In addition, a sufficient angle of view at the wide end can be secured, and the entire length of the entire lens system can be shortened.
[0056]
In the invention described in claim 2, when fG1 is the focal length of the first lens group and fW is the shortest focal length of the entire lens system, 4.0 <fG1 / fW <9.0 is satisfied . 0.15 <fBW / TL <0.25, 1.59 <fBW / fW <2.2, where fBW is the air equivalent back focus at the wide end and TL is the total length of the optical system when the back focus is air equivalent. since to satisfy each condition, it is possible to prevent it is possible to effectively suppress the negative curvature of field generated in the first lens group, the overall length of the lens system becomes long. In addition, a sufficient angle of view at the wide end can be secured, and the entire length of the entire lens system can be shortened.
[0057]
According to the third and fourth aspects of the present invention, at least one of the surfaces of the lenses constituting the third lens group is constituted by an aspheric surface , and fBW is converted into an air equivalent back at the wide end. Assuming that the total length of the optical system when the focus and TL are converted from the back focus to air, the following conditions are satisfied: 0.15 <fBW / TL <0.25, 1.59 <fBW / fW <2.2 Therefore, it is possible to effectively correct the negative curvature of field generated by the first lens group, thereby increasing the power of the first lens group and reducing the total length of the entire lens system. It can be shortened. In addition, a sufficient angle of view at the wide end can be secured, and the entire length of the entire lens system can be shortened.
[0058]
In the invention according to claim 5 and claim 6, of the surfaces of the lenses constituting the third lens group is constituted by at least one aspheric surface, including the configured surface by the aspherical If the lens is a plastic lens , fBW is the air equivalent back focus at the wide end, and TL is the total length of the optical system when the back focus is air equivalent, then 0.15 <fBW / TL <0.25, 1.59. Since each condition of <fBW / fW <2.2 is satisfied , the negative curvature of field generated by the first lens group can be effectively corrected, whereby the power of the first lens group can be corrected. The overall length of the entire lens system can be shortened, and the cost can be reduced by using a plastic lens. It can be. In addition, a sufficient angle of view at the wide end can be secured, and the entire length of the entire lens system can be shortened.
[0060]
It should be noted that the specific shapes and structures of the respective parts shown in the above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is thereby limited. It should not be interpreted in a limited way.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a zoom lens of the present invention together with FIGS. 2 to 12, and is a diagram schematically showing a lens arrangement at a wide end.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating lens arrangement at an intermediate position between a wide end and a tele end.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a lens arrangement at a tele end.
FIG. 4 is a diagram showing spherical aberration at the wide end.
FIG. 5 is a diagram showing astigmatism at the wide end.
FIG. 6 is a diagram illustrating distortion at the wide end.
FIG. 7 is a diagram showing spherical aberration at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 8 is a diagram showing astigmatism at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 9 is a diagram illustrating distortion at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 10 is a diagram showing spherical aberration at the tele end.
FIG. 11 is a diagram showing astigmatism at the tele end.
FIG. 12 is a diagram showing distortion at the tele end.
FIG. 13 shows a second embodiment of the zoom lens of the present invention together with FIGS. 14 to 24, and is a diagram schematically showing the lens arrangement at the wide end.
FIG. 14 is a diagram schematically showing lens arrangement at an intermediate position between a wide end and a tele end.
FIG. 15 is a diagram schematically showing lens arrangement at a tele end.
FIG. 16 is a diagram showing spherical aberration at the wide end.
FIG. 17 is a diagram showing astigmatism at the wide end.
FIG. 18 is a diagram showing distortion at the wide end.
FIG. 19 is a diagram illustrating spherical aberration at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 20 is a diagram illustrating astigmatism at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 21 is a diagram illustrating distortion at an intermediate position between the wide end and the tele end.
FIG. 22 is a diagram showing spherical aberration at the tele end.
FIG. 23 is a diagram showing astigmatism at the tele end.
FIG. 24 is a diagram showing distortion at the tele end.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Zoom lens, 1A ... Zoom lens, G1 ... 1st lens group, G2 ... 2nd lens group, G3 ... 3rd lens group, L1 ... Lens, L2 ... Lens, L3 ... Lens, L4 ... Lens, L5 ... Lens , L6 ... lens, L7 ... lens

Claims

A first lens group having a positive refractive power in order from the object side to the image plane side;
A second lens group having a negative refractive power, the position of which is moved during zooming;
A third lens group having a positive refractive power, the position of which is moved during zooming,
The first lens group, with direct a convex surface on the object side, is constituted by a single lens having a positive refractive power that satisfies each of the following conditions Rutotomoni,
1.62 <nd (G1)
45.0 <νd (G1)
However,
nd (G1): refractive index with respect to d-line (wavelength 587.6 nm) of the lenses constituting the first lens group,
νd (G1): Abbe number at the d-line of the lenses constituting the first lens group,
And
A zoom lens that satisfies the following conditions.
0.15 <fBW / TL <0.25
1.59 <fBW / fW <2.2
However,
fBW: Air equivalent back focus at wide end,
TL: Total length of the optical system when the back focus is converted to air,
And

The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens satisfies the following condition .
4.0 <fG1 / fW <9.0
However,
fG1: focal length of the first lens group,
fW: shortest focal length of the entire lens system,
And

The zoom lens according to claim 1, wherein at least one of the surfaces of the lenses constituting the third lens group is an aspheric surface .

The zoom lens according to claim 2 , wherein at least one of the surfaces of the lenses constituting the third lens group is an aspheric surface .

Among surfaces of the lenses constituting the third lens group, together with at least one surface is constituted by the aspherical surface, according to the lens containing the configured surface by the aspherical in claim 1 which is a plastic lens zoom lens.

3. The zoom according to claim 2 , wherein at least one of the surfaces of the lenses constituting the third lens group is formed of an aspheric surface, and the lens including the surface formed of the aspheric surface is a plastic lens. lens.

A first lens group having a positive refractive power in order from the object side to the image plane side;
A second lens group having a negative refractive power, the position of which is moved during zooming;
A third lens group having a positive refractive power, the position of which is moved during zooming,
The first lens group has a convex surface facing the object side and is configured by a single lens having positive refractive power that satisfies the following conditions:
1.62 <nd (G1)
45.0 <νd (G1)
However,
nd (G1): refractive index with respect to d-line (wavelength 587.6 nm) of the lenses constituting the first lens group,
νd (G1): Abbe number at the d-line of the lenses constituting the first lens group,
And
An imaging apparatus including a zoom lens that satisfies the following conditions.
0.15 <fBW / TL <0.25
1.59 <fBW / fW <2.2
However,
fBW: Air equivalent back focus at wide end,
TL: Total length of the optical system when the back focus is converted to air,
And