JP4156776B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに係り、特にデジタルカメラ、ビデオカメラまたは銀塩カメラなどに用いるズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ズームレンズとして、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズが知られている。この種のズームレンズは、特許第2901144号公報などに開示されている。
また、コーティング膜によりゴーストの抑制を図った光学系として、特許第2991554号公報に記載された広波長域ゴースト防止光学系がある。さらに、ゴーストフレアの低減に関するものとして、特開平07-128501号公報に記載された結像光学系がある。この結像光学系においては、レンズの有効径外における反射光を低減するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、前記開口絞り部材の像側に正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズは、小型化および高変倍化に適しており、ビデオカメラおよびデジタルカメラに用いられている。また、この種のズームレンズとして、収差補正の必要から、第１のレンズ群が、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな面を向け前記第１−１レンズに接合された正の第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有しているものが多い。一方、撮像および結像光学系においては、ゴーストフレアが発生するという問題がある。特に、強い光源が画面内に存在しないにもかかわらず、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアは、レンズの構成に依存して発生するという問題がある。
本発明の課題は、このような問題を解決することにある。すなわち、本発明の目的は、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有するズームレンズにおいて、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアを低減することができるズームレンズを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有し、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に形成されている反射防止手段を有し、該反射防止手段は、接着剤層で構成され、
ｎａ＞１．６０
ｎ１−１ ＝１．８４６６６
ｎ１−２ ＝１．７７２５０
(|ｎ１−１−ｎａ|＋|ｎ１−２−ｎａ|)／２＜０．２１
（ただし、ｎａは前記接着剤層の屈折率を表し、ｎ１−１は前記第１−１レンズの屈折率を表し、ｎ１−２は前記第１−２レンズの屈折率を表す）
の条件式を満たすことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１−１レンズの第１面に形成されているマルチコーティング膜を有することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
カメラレンズに代表される結像レンズでは、一般に、透過率の向上およびゴーストフレアの防止のため、レンズ面への反射防止コーティング膜が用いられる。ＭｇＦ２の単層膜コーティングが最も一般的であるが、残留反射光が比較的多く、その分光特性も平坦ではない（基準波長から離れるに従い反射率が高くなる）。このため、ゴーストフレア対策としては不十分であることも多く、さらに反射防止が必要な場合には、複数の種類の蒸着物質による多層コーティング膜（マルチコーティング膜）が用いられる。
一方、レンズの接合面については、接着剤の屈折率が空気の屈折率に比べて十分に高いため、もともと単層コート並みまたはそれ以下の反射率となっていることが多い。よって、レンズの接合面に反射防止手段が講じられることは稀である。
しかし、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな面を向け前記第１−１レンズに接合された正の第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有するズームレンズにおいては、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に反射防止手段を形成することは、ゴーストフレアの低減のために有効である。
【０００６】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１の実施例としてのズームレンズは、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群Ｇ１と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群Ｇ２と、開口絞り部材７とを有し、かつ、開口絞り部材７の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群Ｇ３と、第４のレンズ群Ｇ４と、フィルタ１２とを有している。
第１のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズ１と、物体側に曲率の大きな凸面を向け第１−１レンズ１に接合された正メニスカスの第１−２レンズ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズ３とで構成されている。第２のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置されている像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第２−１レンズ４と、両凸の第２−２レンズ５と、両凸の第２−３レンズ６とで構成されている。
第３のレンズ群Ｇ３は、物体側から順に配置されている両凸の第３−１レンズ８と、物体側に曲率の大きな面を向けた正メニスカスの第３−２レンズ９と、像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第３−３レンズ１０とで構成されている。第４のレンズ群Ｇ４は、両凸の第４−１レンズ１１で構成されている。そして、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に反射防止手段が設けられている。
図１に示すように、第１の実施例としてのズームレンズの短焦点端において、光軸と４５度の角度をなす光源（略無限遠）からの光線が、２つのレンズ面で反射され像面に達してゴースト光となる。ゴースト光は、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面で反射し、第１−１レンズ１の第１面で再反射している。図２はそのゴースト光の像面におけるスポットダイアグラムである。図２の長方形の枠線は、光源が対角方向にある場合の撮影画面を表す。
第１の実施例としてのズームレンズの短焦点端における半画角は３２．８度であり、光軸と４５度の角度をなす光源の像２１は画面外に存在する。しかし、ゴースト光２２は画面内に入りこんでおり、また、収束しているため明るく目立つ。本発明のようなズームレンズの構成では、レンズの構成パラメータを変更したとしても、このゴースト光を画面外に排除するのは困難である。
さらに、本発明のズームレンズの構成では、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面の反射率が高くなりがちである。これは、各種の収差補正上の必要から、第１−１レンズ１には高屈折率高分散の硝材を使用する必要があり、接合に使用する接着剤との屈折率の差が大きくなることに起因している。また、第１−２レンズ２についても、像面湾曲の補正を考えるとなるべく高屈折率（低分散）の硝材が望ましく、第１−２レンズ２を高屈折率（低分散）の硝材で構成した場合、接合面の反射率はさらに高くなって、ゴースト光が目立ちやすくなる。２つの媒質の境界における反射率（透過率）は、媒質の屈折率をｎ1、ｎ2とし、反射率をＲとし、透過率をＴとすると、次の式１および式２で概算される。
Ｔ＝（４・ｎ1・ｎ2）／(ｎ1＋ｎ2)2 （１）
Ｒ＝１−Ｔ （２）
【０００７】
例えば、レンズ同士の接合に一般的に使用されるアクリル系紫外線硬化型の接着剤層６３（図５）の屈折率は1.52程度である。第１の実施例としてのズームレンズでは、第１−１レンズ１の屈折率が1.84666であり、第１−２レンズ２の屈折率が1.60311であるから、この場合の接合面における反射率を概算すると次の表１のようになる。
表１
前記表１に示されるように、このズームレンズにおける第１−１レンズ１と第１−２レンズ２の接合面における反射率は、1%程度の反射率を有している。これは、空気に接するレンズ面で言えば単層コーティング並みか、または、硝材の屈折率や波長によってはそれ以上の反射率である。よって、この接合面に反射防止手段を形成することが、ゴーストフレアの低減のために有効である。
第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に形成する反射防止手段は、接合する面に形成されるコーティング膜で構成される。第１の実施例のズームレンズでは、第１−２レンズ２の硝材の屈折率が比較的低いため、第１−１レンズ１の第２面による反射が大半を占めているから、第１−１レンズ１の第２面にのみコーティング膜６１（図５）を形成することでゴーストフレアの低減のために有効である。
コーティング膜としては、第１−１レンズ１の硝材と接着剤との中間的な屈折率を有する蒸着物質、例えばＡｌ2Ｏ3（屈折率１．６０程度）の単層膜が考えられる．この場合、位相条件（ｎ・ｄ＝１／４λ；ｎは蒸着物質の屈折率、ｄは膜厚）を満足する波長においては、反射率は0.2%程度に低減され、ゴースト光は目立ちにくくなる。
【０００８】
第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に設ける反射防止手段は、高屈折率を有する接着剤層で構成してもよい。第１の実施例のズームレンズにおいて、接合に用いる接着剤層６４（図６）の屈折率を１．６２とすると、接合面における反射率は次の表２に示すように概算される。
表２
前記表２に示すように、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面における反射率は、一般的なアクリル系紫外線硬化型の接着剤（屈折率１．５２）を使用した場合に比べて、半分以下の0.4%程度に低減されるから、ゴースト光は目立ちにくくなる。このように十分な反射率低減効果を得るためには、ｎaを接合に使用する接着剤の屈折率とするとき、ｎa＞１．６０の条件式を満足することが望ましい。
屈折率が１．６０以上である接着剤としては、エポキシ樹脂を主成分とするものや、イオウ含有アクリル系のもの等、何種類かが考えられ、コスト、硬化条件などを考慮し、適宜使い分ければ良い。
高屈折率の接着剤を使用する場合では、コーティング膜と異なり工数が増加することもない。また、第１−１レンズ１の第２面および第１−２レンズ２の第１面に対し、同時にに効果を上げることができる。
なお、高屈折率の接着剤を使用する場合においては、(|ｎ1-1−ｎa|＋|ｎ1-2−ｎa|)／２＜０．２１（ただし、ｎ1-1は第１−１レンズＬ１の屈折率を表し、ｎ1-2は第１−２レンズＬ２の屈折率を表す。）の条件式を満足することが望ましい。この条件式を満足するように、各レンズの硝材、および、接着剤を選択することにより、反射率をより大きく低減させることができ、ゴースト光がさらに目立たなくなる。
【０００９】
本発明の第２の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第２の実施例としてのズームレンズは、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群Ｌ１と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群Ｌ２と、開口絞り部材３７とを有し、かつ、開口絞り部材３７の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群Ｌ３と、第４のレンズ群Ｌ４と、フィルタ４２とを有している。
第１のレンズ群Ｌ１は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズ３１と、物体側に曲率の大きな凸面を向け第１−１レンズ３１に接合された正メニスカスの第１−２レンズ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズ３３とで構成されている。第２のレンズ群Ｌ２は、物体側から順に配置されている像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第２−１レンズ３４と、両凸の第２−２レンズ３５と、両凸の第２−３レンズ３６とで構成されている。
第３のレンズ群Ｌ３は、物体側から順に配置されている両凸の第３−１レンズ３８と、物体側に曲率の大きな面を向けた正メニスカスの第３−２レンズ３９と、像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第３−３レンズ４０とで構成されている。第４のレンズ群Ｌ４は、両凸の第４−１レンズ４１で構成されている。そして、第１−１レンズ３１と第１−２レンズ３２との接合面に反射防止手段が設けられている。
図３は、第２の実施例のズームレンズの短焦点端において、光軸と４５度の角度をなす光源（略無限遠）からの光線が、２つのレンズ面で反射され像面に達してゴースト光となる様子を表している。第２の実施例のズームレンズにおいては、第１の実施例のズームレンズと同様に、ゴースト光は第１−１レンズ３１と第１−２レンズ３２との接合面で反射し、第１−１レンズ３１の第１面で再反射している。図４はそのゴースト光の像面におけるスポットダイアグラムである。図４の長方形の枠線は光源が対角方向にある場合の撮影画面を表す。
【００１０】
第２の実施例のズームレンズの短焦点端における半画角は３３．２度であり、光軸と４５度の角度をなす光源の像５１は画面外に存在する。しかし、第２の実施例においては、ゴースト光５２は第１の実施例のズームレンズと同様に画面内に入りこんでおり、また、収束しているため明るく目立つ。本発明のようなズームレンズの構成では、レンズの構成パラメータを変更したとしても、このゴースト光を画面外に排除するのは困難である。
第２の実施例のズームレンズでは、第１−１レンズ３１の屈折率が1.84666 であり、第１−２レンズ３２の屈折率が1.77250 であるから、その接合に一般的なアクリル系紫外線硬化型の接着剤層６３（屈折率1.52）を使用した場合の接合面における反射率を概算すると次の表３に示すようになる。
表３
前記表３に示すように、第２の実施例のズームレンズにおける第１−１レンズ３１と第１−２レンズ３２の接合面におけるの反射率は、１．５％程度である。これは、空気に接するレンズ面で言えば単層コーティングの場合よりも高い反射率である。よって、第２の実施例においては、第１の実施例のズームレンズと同様 （それ以上）に、この接合面に反射防止手段策を設けることが、ゴースト光の低減のために有効である。
反射防止手段として接合面にコーティング膜を形成する場合、第２の実施例のズームレンズでは、第１−２レンズ３２の硝材の屈折率が比較的高いため、第１−２レンズ３２の第１面による反射光も無視できる量ではないから、第１−１レンズ３１の第２面と第１−２レンズ３２の第１面の双方にコーティング膜６１、６２を形成することで十分な効果を得ることができる。
第１−１レンズ３１の第２面に形成するコーティング膜は、第１の実施例のズームレンズの場合と同様で良い。また、第１−２レンズ３２の第１面に形成するコーティング膜としても、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．６０程度）の単層膜が有効である。位相条件を満足する波長においては、接合面全体の反射率は０．３％程度に低減されるから、ゴースト光は目立ちにくくなる。
【００１１】
第２の実施例のズームレンズにおいて、反射防止手段として高屈折率を有する接着剤層６４（図６）を使用する場合、接合に用いる接着剤層６４の屈折率を１．６２とすると、接合面における反射率は次に表４に示すように概算される。
表４
前記表４に示すように、第２の実施例のズームレンズにおける第１−１レンズ３１の第２面と第１−２レンズ３２の第１面との接合面における反射率は、一般的なアクリル系紫外線硬化型接着剤（屈折率1.52）を使用した場合に比べて、半分以下の0.6%程度に低減されるから、ゴースト光は目立ちにくくなる。
以上の実施例により、本発明が十分な効果を有することがわかる。なお、各実施例に示すズームレンズにおいて、第１−１レンズ１、３１の第１面にマルチコーティング膜を形成することで、ゴースト光をより目立たなくすることができる。また、第１ー１レンズ１、３１の第１面に形成するマルチコーティング膜はレンズの質感を向上させる効果もある。このため、第２の実施例のズームレンズでは、第１−１レンズ３１の第１面にマルチコーティング膜を形成して、その代わりに第１−２レンズ３２の第１面（接合されるレンズ面のうち硝材の屈折率が低い方）へのコーティング膜を形成しないようにしてもよい。
【００１２】
以下に実施例のズームレンズのレンズデータを示す。実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ ：全系の焦点距離
Ｆ／Ｎｏ．：Ｆナンバ
ω ：半画角
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：面間隔
Ｎd ：屈折率
υd ：アッベ数
Ｋ ：非球面の円錐定数
Ａ4 ：４次の非球面係数
Ａ6 ：６次の非球面係数
Ａ8 ：８次の非球面係数
Ａ10 ：１０次の非球面係数
ただし、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数をＣ、光軸からの高さをＨとするとき、以下の式（３）で定義される。
【００１３】
非球面；第6面
K = 0.0，A4 = 1.52740×10-4，A6 = -1.32245×10-6，A8 = 1.09498×10-8，
A10 = -4.24043×10-11
非球面；第13面
K = -6.26756，A4 = 1.83557×10-4，A6 = -1.91030×10-6，A8 = -5.84921×10-8，A10 = 1.97434×10-9
非球面；第21面
K = 3.66661，A4 = 1.65329×10-4，A6 = -2.65988×10-6，A8 = 8.32392×10-8，A10 = -1.47477×10-9
可変間隔
条件式数値
na = 1.62
( | n1-1 - na | + | n1-2 - na | ) / 2 = 0.122
【００１４】
非球面；第6面
K = 0.0，A4 = 1.07973×10-4，A6 = -1.95022×10-6，A8 = 3.30936×10-8，A10 = -2.82138×10-10
非球面；第13面
K = -5.84434，A4 = 1.31144×10-4，A6 = 6.14724×10-7，A8 = -1.68267×10- 7，A10 = 4.04411×10-9
非球面；第21面
K = 11.53148，A4 = 1.63303×10-4，A6 = -3.95256×10-6，A8 = 1.19208×10-7，A10 = -1.84451×10-9
可変間隔
条件式数値
na = 1.62
( | n1-1 - na | + | n1-2 - na | ) / 2 = 0.190
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有し、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に形成されている反射防止手段を有し、該反射防止手段は、接着剤層で構成され、
ｎａ＞１．６０
ｎ１−１ ＝１．８４６６６
ｎ１−２ ＝１．７７２５０
(|ｎ１−１−ｎａ|＋|ｎ１−２−ｎａ|)／２＜０．２１
（ただし、ｎａは前記接着剤層の屈折率を表し、ｎ１−１は前記第１−１レンズの屈折率を表し、ｎ１−２は前記第１−２レンズの屈折率を表す）
の条件式を満たすから、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアを低減することができるため、逆光撮影時にも高画質なビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
また、工数を増加させることなく、ゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質で、小型、高変倍等の付加価値を持ったビデオカメラおよびデジタルカメラをより低コストで実現することができる。
請求項２に記載の発明によれば、さらにゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、さらに逆光に強いビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
なお、第１−１レンズの第２面および第１−２レンズの第１面のうち、レンズの屈折率の高い方にのみにコーティング膜を形成することとすれば、簡易な手段により、効率的にゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質なビデオカメラおよびデジタルカメラを低コストで実現することができる。
また、第１−１レンズの第２面および第１−２レンズの第１面の両方にコーティング膜を形成することとすれば、より収差補正を優先した設計を行った場合にも、ゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質で、小型、高変倍等の付加価値を持ったビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】図１の第１の実施例に描いた光路のゴースト光が像面に形成するスポットダイアグラムを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図４】図３の第２の実施例に描いた光路のゴースト光が像面に形成するスポットダイアグラムを示す図である。
【図５】本発明の第１および第２の実施例における反射防止手段の１例を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第１および第２の実施例における反射防止手段の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１のレンズ群、Ｇ２ 第２のレンズ群、Ｇ３ 第３のレンズ群、１ 第１−１レンズ、２ 第１−２レンズ、３ 第１−３レンズ、４ 第２−１レンズ、５ 第２−２レンズ、６ 第２−３レンズ、７ 開口絞り部材、８ 第３−１レンズ、９ 第３−２レンズ、１０ 第３−３レンズ、１１ 第４−１レンズ、１２ フィルタ、２１ 光源の像、２２ ゴースト光、Ｌ１ 第１のレンズ群、Ｌ２ 第２のレンズ群、Ｌ３ 第３のレンズ群、３１ 第１−１レンズ、３２第１−２レンズ、３３ 第１−３レンズ、３４ 第２−１レンズ、３５ 第２−２レンズ、３６ 第２−３レンズ、３７ 開口絞り部材、３８ 第３−１レンズ、３９ 第３−２レンズ、４０ 第３−３レンズ、４１ 第４−１レンズ、４２ フィルタ、５１ 光源からお光線、５２ ゴースト光、６１、６２ コーティング膜、６３、６４ 接着剤層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに係り、特にデジタルカメラ、ビデオカメラまたは銀塩カメラなどに用いるズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ズームレンズとして、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズが知られている。この種のズームレンズは、特許第2901144号公報などに開示されている。
また、コーティング膜によりゴーストの抑制を図った光学系として、特許第2991554号公報に記載された広波長域ゴースト防止光学系がある。さらに、ゴーストフレアの低減に関するものとして、特開平07-128501号公報に記載された結像光学系がある。この結像光学系においては、レンズの有効径外における反射光を低減するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、前記開口絞り部材の像側に正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズは、小型化および高変倍化に適しており、ビデオカメラおよびデジタルカメラに用いられている。また、この種のズームレンズとして、収差補正の必要から、第１のレンズ群が、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな面を向け前記第１−１レンズに接合された正の第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有しているものが多い。一方、撮像および結像光学系においては、ゴーストフレアが発生するという問題がある。特に、強い光源が画面内に存在しないにもかかわらず、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアは、レンズの構成に依存して発生するという問題がある。
本発明の課題は、このような問題を解決することにある。すなわち、本発明の目的は、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有するズームレンズにおいて、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアを低減することができるズームレンズを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有し、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に形成されている反射防止手段を有し、該反射防止手段は、接着剤層で構成され、
ｎａ＞１．６０
ｎ１−１ ＝１．８４６６６
ｎ１−２ ＝１．７７２５０
(|ｎ１−１−ｎａ|＋|ｎ１−２−ｎａ|)／２＜０．２１
（ただし、ｎａは前記接着剤層の屈折率を表し、ｎ１−１は前記第１−１レンズの屈折率を表し、ｎ１−２は前記第１−２レンズの屈折率を表す）
の条件式を満たすことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１−１レンズの第１面に形成されているマルチコーティング膜を有することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
カメラレンズに代表される結像レンズでは、一般に、透過率の向上およびゴーストフレアの防止のため、レンズ面への反射防止コーティング膜が用いられる。ＭｇＦ２の単層膜コーティングが最も一般的であるが、残留反射光が比較的多く、その分光特性も平坦ではない（基準波長から離れるに従い反射率が高くなる）。このため、ゴーストフレア対策としては不十分であることも多く、さらに反射防止が必要な場合には、複数の種類の蒸着物質による多層コーティング膜（マルチコーティング膜）が用いられる。
一方、レンズの接合面については、接着剤の屈折率が空気の屈折率に比べて十分に高いため、もともと単層コート並みまたはそれ以下の反射率となっていることが多い。よって、レンズの接合面に反射防止手段が講じられることは稀である。
しかし、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな面を向け前記第１−１レンズに接合された正の第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有するズームレンズにおいては、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に反射防止手段を形成することは、ゴーストフレアの低減のために有効である。
【０００６】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１の実施例としてのズームレンズは、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群Ｇ１と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群Ｇ２と、開口絞り部材７とを有し、かつ、開口絞り部材７の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群Ｇ３と、第４のレンズ群Ｇ４と、フィルタ１２とを有している。
第１のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズ１と、物体側に曲率の大きな凸面を向け第１−１レンズ１に接合された正メニスカスの第１−２レンズ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズ３とで構成されている。第２のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置されている像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第２−１レンズ４と、両凸の第２−２レンズ５と、両凸の第２−３レンズ６とで構成されている。
第３のレンズ群Ｇ３は、物体側から順に配置されている両凸の第３−１レンズ８と、物体側に曲率の大きな面を向けた正メニスカスの第３−２レンズ９と、像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第３−３レンズ１０とで構成されている。第４のレンズ群Ｇ４は、両凸の第４−１レンズ１１で構成されている。そして、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に反射防止手段が設けられている。
図１に示すように、第１の実施例としてのズームレンズの短焦点端において、光軸と４５度の角度をなす光源（略無限遠）からの光線が、２つのレンズ面で反射され像面に達してゴースト光となる。ゴースト光は、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面で反射し、第１−１レンズ１の第１面で再反射している。図２はそのゴースト光の像面におけるスポットダイアグラムである。図２の長方形の枠線は、光源が対角方向にある場合の撮影画面を表す。
第１の実施例としてのズームレンズの短焦点端における半画角は３２．８度であり、光軸と４５度の角度をなす光源の像２１は画面外に存在する。しかし、ゴースト光２２は画面内に入りこんでおり、また、収束しているため明るく目立つ。本発明のようなズームレンズの構成では、レンズの構成パラメータを変更したとしても、このゴースト光を画面外に排除するのは困難である。
さらに、本発明のズームレンズの構成では、第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面の反射率が高くなりがちである。これは、各種の収差補正上の必要から、第１−１レンズ１には高屈折率高分散の硝材を使用する必要があり、接合に使用する接着剤との屈折率の差が大きくなることに起因している。また、第１−２レンズ２についても、像面湾曲の補正を考えるとなるべく高屈折率（低分散）の硝材が望ましく、第１−２レンズ２を高屈折率（低分散）の硝材で構成した場合、接合面の反射率はさらに高くなって、ゴースト光が目立ちやすくなる。２つの媒質の境界における反射率（透過率）は、媒質の屈折率をｎ1、ｎ2とし、反射率をＲとし、透過率をＴとすると、次の式１および式２で概算される。
Ｔ＝（４・ｎ1・ｎ2）／(ｎ1＋ｎ2)2 （１）
Ｒ＝１−Ｔ （２）
【０００７】
例えば、レンズ同士の接合に一般的に使用されるアクリル系紫外線硬化型の接着剤層６３（図５）の屈折率は1.52程度である。第１の実施例としてのズームレンズでは、第１−１レンズ１の屈折率が1.84666であり、第１−２レンズ２の屈折率が1.60311であるから、この場合の接合面における反射率を概算すると次の表１のようになる。
表１
第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に形成する反射防止手段は、接合する面に形成されるコーティング膜で構成される。第１の実施例のズームレンズでは、第１−２レンズ２の硝材の屈折率が比較的低いため、第１−１レンズ１の第２面による反射が大半を占めているから、第１−１レンズ１の第２面にのみコーティング膜６１（図５）を形成することでゴーストフレアの低減のために有効である。
コーティング膜としては、第１−１レンズ１の硝材と接着剤との中間的な屈折率を有する蒸着物質、例えばＡｌ2Ｏ3（屈折率１．６０程度）の単層膜が考えられる．この場合、位相条件（ｎ・ｄ＝１／４λ；ｎは蒸着物質の屈折率、ｄは膜厚）を満足する波長においては、反射率は0.2%程度に低減され、ゴースト光は目立ちにくくなる。
【０００８】
第１−１レンズ１と第１−２レンズ２との接合面に設ける反射防止手段は、高屈折率を有する接着剤層で構成してもよい。第１の実施例のズームレンズにおいて、接合に用いる接着剤層６４（図６）の屈折率を１．６２とすると、接合面における反射率は次の表２に示すように概算される。
表２
屈折率が１．６０以上である接着剤としては、エポキシ樹脂を主成分とするものや、イオウ含有アクリル系のもの等、何種類かが考えられ、コスト、硬化条件などを考慮し、適宜使い分ければ良い。
高屈折率の接着剤を使用する場合では、コーティング膜と異なり工数が増加することもない。また、第１−１レンズ１の第２面および第１−２レンズ２の第１面に対し、同時にに効果を上げることができる。
なお、高屈折率の接着剤を使用する場合においては、(|ｎ1-1−ｎa|＋|ｎ1-2−ｎa|)／２＜０．２１（ただし、ｎ1-1は第１−１レンズＬ１の屈折率を表し、ｎ1-2は第１−２レンズＬ２の屈折率を表す。）の条件式を満足することが望ましい。この条件式を満足するように、各レンズの硝材、および、接着剤を選択することにより、反射率をより大きく低減させることができ、ゴースト光がさらに目立たなくなる。
【０００９】
本発明の第２の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第２の実施例としてのズームレンズは、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群Ｌ１と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群Ｌ２と、開口絞り部材３７とを有し、かつ、開口絞り部材３７の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群Ｌ３と、第４のレンズ群Ｌ４と、フィルタ４２とを有している。
第１のレンズ群Ｌ１は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズ３１と、物体側に曲率の大きな凸面を向け第１−１レンズ３１に接合された正メニスカスの第１−２レンズ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズ３３とで構成されている。第２のレンズ群Ｌ２は、物体側から順に配置されている像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第２−１レンズ３４と、両凸の第２−２レンズ３５と、両凸の第２−３レンズ３６とで構成されている。
第３のレンズ群Ｌ３は、物体側から順に配置されている両凸の第３−１レンズ３８と、物体側に曲率の大きな面を向けた正メニスカスの第３−２レンズ３９と、像側に曲率の大きな面を向けた負メニスカスの第３−３レンズ４０とで構成されている。第４のレンズ群Ｌ４は、両凸の第４−１レンズ４１で構成されている。そして、第１−１レンズ３１と第１−２レンズ３２との接合面に反射防止手段が設けられている。
図３は、第２の実施例のズームレンズの短焦点端において、光軸と４５度の角度をなす光源（略無限遠）からの光線が、２つのレンズ面で反射され像面に達してゴースト光となる様子を表している。第２の実施例のズームレンズにおいては、第１の実施例のズームレンズと同様に、ゴースト光は第１−１レンズ３１と第１−２レンズ３２との接合面で反射し、第１−１レンズ３１の第１面で再反射している。図４はそのゴースト光の像面におけるスポットダイアグラムである。図４の長方形の枠線は光源が対角方向にある場合の撮影画面を表す。
【００１０】
第２の実施例のズームレンズの短焦点端における半画角は３３．２度であり、光軸と４５度の角度をなす光源の像５１は画面外に存在する。しかし、第２の実施例においては、ゴースト光５２は第１の実施例のズームレンズと同様に画面内に入りこんでおり、また、収束しているため明るく目立つ。本発明のようなズームレンズの構成では、レンズの構成パラメータを変更したとしても、このゴースト光を画面外に排除するのは困難である。
第２の実施例のズームレンズでは、第１−１レンズ３１の屈折率が1.84666 であり、第１−２レンズ３２の屈折率が1.77250 であるから、その接合に一般的なアクリル系紫外線硬化型の接着剤層６３（屈折率1.52）を使用した場合の接合面における反射率を概算すると次の表３に示すようになる。
表３
反射防止手段として接合面にコーティング膜を形成する場合、第２の実施例のズームレンズでは、第１−２レンズ３２の硝材の屈折率が比較的高いため、第１−２レンズ３２の第１面による反射光も無視できる量ではないから、第１−１レンズ３１の第２面と第１−２レンズ３２の第１面の双方にコーティング膜６１、６２を形成することで十分な効果を得ることができる。
第１−１レンズ３１の第２面に形成するコーティング膜は、第１の実施例のズームレンズの場合と同様で良い。また、第１−２レンズ３２の第１面に形成するコーティング膜としても、Ａｌ2Ｏ3（屈折率１．６０程度）の単層膜が有効である。位相条件を満足する波長においては、接合面全体の反射率は０．３％程度に低減されるから、ゴースト光は目立ちにくくなる。
【００１１】
第２の実施例のズームレンズにおいて、反射防止手段として高屈折率を有する接着剤層６４（図６）を使用する場合、接合に用いる接着剤層６４の屈折率を１．６２とすると、接合面における反射率は次に表４に示すように概算される。
表４
以上の実施例により、本発明が十分な効果を有することがわかる。なお、各実施例に示すズームレンズにおいて、第１−１レンズ１、３１の第１面にマルチコーティング膜を形成することで、ゴースト光をより目立たなくすることができる。また、第１ー１レンズ１、３１の第１面に形成するマルチコーティング膜はレンズの質感を向上させる効果もある。このため、第２の実施例のズームレンズでは、第１−１レンズ３１の第１面にマルチコーティング膜を形成して、その代わりに第１−２レンズ３２の第１面（接合されるレンズ面のうち硝材の屈折率が低い方）へのコーティング膜を形成しないようにしてもよい。
【００１２】
以下に実施例のズームレンズのレンズデータを示す。実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ ：全系の焦点距離
Ｆ／Ｎｏ．：Ｆナンバ
ω ：半画角
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：面間隔
Ｎd ：屈折率
υd ：アッベ数
Ｋ ：非球面の円錐定数
Ａ4 ：４次の非球面係数
Ａ6 ：６次の非球面係数
Ａ8 ：８次の非球面係数
Ａ10 ：１０次の非球面係数
ただし、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数をＣ、光軸からの高さをＨとするとき、以下の式（３）で定義される。
K = 0.0，A4 = 1.52740×10-4，A6 = -1.32245×10-6，A8 = 1.09498×10-8，
A10 = -4.24043×10-11
非球面；第13面
K = -6.26756，A4 = 1.83557×10-4，A6 = -1.91030×10-6，A8 = -5.84921×10-8，A10 = 1.97434×10-9
非球面；第21面
K = 3.66661，A4 = 1.65329×10-4，A6 = -2.65988×10-6，A8 = 8.32392×10-8，A10 = -1.47477×10-9
可変間隔
na = 1.62
( | n1-1 - na | + | n1-2 - na | ) / 2 = 0.122
【００１４】
K = 0.0，A4 = 1.07973×10-4，A6 = -1.95022×10-6，A8 = 3.30936×10-8，A10 = -2.82138×10-10
非球面；第13面
K = -5.84434，A4 = 1.31144×10-4，A6 = 6.14724×10-7，A8 = -1.68267×10- 7，A10 = 4.04411×10-9
非球面；第21面
K = 11.53148，A4 = 1.63303×10-4，A6 = -3.95256×10-6，A8 = 1.19208×10-7，A10 = -1.84451×10-9
可変間隔
na = 1.62
( | n1-1 - na | + | n1-2 - na | ) / 2 = 0.190
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有し、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に形成されている反射防止手段を有し、該反射防止手段は、接着剤層で構成され、
ｎａ＞１．６０
ｎ１−１ ＝１．８４６６６
ｎ１−２ ＝１．７７２５０
(|ｎ１−１−ｎａ|＋|ｎ１−２−ｎａ|)／２＜０．２１
（ただし、ｎａは前記接着剤層の屈折率を表し、ｎ１−１は前記第１−１レンズの屈折率を表し、ｎ１−２は前記第１−２レンズの屈折率を表す）
の条件式を満たすから、２つのレンズ面の間を往復した反射光が像面に達するタイプのゴーストフレアを低減することができるため、逆光撮影時にも高画質なビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
また、工数を増加させることなく、ゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質で、小型、高変倍等の付加価値を持ったビデオカメラおよびデジタルカメラをより低コストで実現することができる。
請求項２に記載の発明によれば、さらにゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、さらに逆光に強いビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
なお、第１−１レンズの第２面および第１−２レンズの第１面のうち、レンズの屈折率の高い方にのみにコーティング膜を形成することとすれば、簡易な手段により、効率的にゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質なビデオカメラおよびデジタルカメラを低コストで実現することができる。
また、第１−１レンズの第２面および第１−２レンズの第１面の両方にコーティング膜を形成することとすれば、より収差補正を優先した設計を行った場合にも、ゴーストフレアを低減したズームレンズを提供することができるため、逆光撮影時にも高画質で、小型、高変倍等の付加価値を持ったビデオカメラおよびデジタルカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】図１の第１の実施例に描いた光路のゴースト光が像面に形成するスポットダイアグラムを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。
【図４】図３の第２の実施例に描いた光路のゴースト光が像面に形成するスポットダイアグラムを示す図である。
【図５】本発明の第１および第２の実施例における反射防止手段の１例を示す部分断面図である。
【図６】本発明の第１および第２の実施例における反射防止手段の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１のレンズ群、Ｇ２ 第２のレンズ群、Ｇ３ 第３のレンズ群、１ 第１−１レンズ、２ 第１−２レンズ、３ 第１−３レンズ、４ 第２−１レンズ、５ 第２−２レンズ、６ 第２−３レンズ、７ 開口絞り部材、８ 第３−１レンズ、９ 第３−２レンズ、１０ 第３−３レンズ、１１ 第４−１レンズ、１２ フィルタ、２１ 光源の像、２２ ゴースト光、Ｌ１ 第１のレンズ群、Ｌ２ 第２のレンズ群、Ｌ３ 第３のレンズ群、３１ 第１−１レンズ、３２第１−２レンズ、３３ 第１−３レンズ、３４ 第２−１レンズ、３５ 第２−２レンズ、３６ 第２−３レンズ、３７ 開口絞り部材、３８ 第３−１レンズ、３９ 第３−２レンズ、４０ 第３−３レンズ、４１ 第４−１レンズ、４２ フィルタ、５１ 光源からお光線、５２ ゴースト光、６１、６２ コーティング膜、６３、６４ 接着剤層。
Claims (2)
- 物体側より順に配置されている正の焦点距離を持つ第１のレンズ群と、負の焦点距離を持つ第２のレンズ群と、開口絞り部材とを有し、かつ、前記開口絞り部材の像側に配置されている正の焦点距離を持つ第３のレンズ群、または、全体として正の焦点距離を持つ複数のレンズ群を有するズームレンズであって、前記第１のレンズ群は、物体側から順に配置されている物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１−１レンズと、物体側に曲率の大きな凸面を向け前記第１−１レンズに接合された正メニスカスの第１−２レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１−３レンズとを有し、前記第１−１レンズと前記第１−２レンズとの接合面に形成されている反射防止手段を有し、
該反射防止手段は、接着剤層で構成され、
ｎａ＞１．６０
ｎ１−１ ＝１．８４６６６
ｎ１−２ ＝１．７７２５０
(|ｎ１−１−ｎａ|＋|ｎ１−２−ｎａ|)／２＜０．２１
（ただし、ｎａは前記接着剤層の屈折率を表し、ｎ１−１は前記第１−１レンズの屈折率を表し、ｎ１−２は前記第１−２レンズの屈折率を表す）
の条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。 - 請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１−１レンズの第１面に形成されているマルチコーティング膜を有することを特徴とするズームレンズ。
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