JP4204351B2

JP4204351B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4204351B2
Application number: JP2003053251A
Authority: JP
Inventors: 裕之大道
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004264434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を用いたカメラの対物レンズとして使用するズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子撮像素子を用いたカメラのズームレンズは、像面側をテレセントリックに近い状態にする必要性から、絞りを挟んで強い非対称構成となることが避けられないものであり、３群構成にするものが主流であった。
これは、収差補正に多くのレンズエレメントを必要とするため、ズームレンズの小形化を阻害するものであった。
そこで、本件発明者などは２群構成のレンズ全長の短い変倍比２．０程度のコンパクトズームレンズを提案している（特許文献１，２）。
上記提案によれば、ディジタルカメラの固体撮像素子の要求する射出瞳位置を保ちながら各群のパワーを最適化でき、従来のズームレンズに比較し全長が短くなったにもかかわもらずズーム全域で全画面の光量と解像度を高めた変倍比２．０のズームレンズを実現している。
【特許文献１】
特開２００１−３３０７７３号公報
【特許文献２】
特開平５−２４９３７３号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディジタルカメラの撮影倍率は大きくなる方向になっており、小形で高性能なズームレンズの実現が要請されている。
本発明は上記要請に応えるもので、その目的は２群構成でありながら電子撮像素子への光線入射角度を十分確保し、これにより鏡胴構成を簡素化し、非球面を多用することなく、カメラシステムの小形化，低コスト化を実現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】
前記目的を達成するために本発明によるズームレンズは、負の屈折力を有する第１レンズ群および正の屈折力を有する第２レンズ群を具備し、前記第１および第２レンズ群を光軸上で相互に移動させることにより変倍するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群は、第１，第２および第３レンズの３枚構成であって、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に平面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとを配列してなり、少なくとも前記負メニスカスレンズの一面は非球面であり、前記第２レンズ群は、第４，第５，第６および第７レンズの４枚構成であって、物体側から順に、両凸面の凸レンズと、少なくとも物体側が凸の正レンズと、両凹面の負レンズと、少なくとも像面側が凸の正レンズを配列してなり、以下の条件式を満足することを特徴とする。
１．８ ≦ ｜ｆ｜／ｄ ≦ ２．０・・・(1)
１．６ ≦ ｇ／ｄ ≦ ２．１・・・(2)
２．７ ≦ ｅ／ｄ ≦ ３．１・・・(3)
１．１ ≦ ｏ／ｄ ≦ １．３・・・(4)
１．２ ≦ ｐ／ｄ ≦ １．７・・・(5)
また、本発明は、請求項１記載の発明において前記テレ端の焦点距離，前記ワイド端の焦点距離，前記第１レンズ群の焦点距離，第２レンズの物体側曲率半径および第２レンズの焦点距離は以下の条件式を満足することを特徴とする。
−０．０１ ≦ ｅ／ｃ ≦ ０．０１・・・(6)
０．３ ≦ ｄ／｜Ｉ｜ ≦ ０．３５・・・(7)
０．８５ ≦ ｅ／｜Ｉ｜ ≦ １．０・・・(8)
さらに本発明は、請求項２記載の発明において前記ワイド端の焦点距離，前記第２レンズ群の焦点距離，第１レンズの像面側曲率半径，ワイド端射出瞳距離およびテレ端射出瞳距離は以下の条件式を満足することを特徴とする。
１．２ ≦ ｄ／｜ｂ｜ ≦ １．３・・・(9)
１．８ ≦ ｋ／ｇ ≦ ２．３・・・(10)
２．５ ≦ Ｌ／ｇ ≦ ３．０・・・(11)
ただし、
ｂ：第１レンズの像面側曲率半径
ｃ：第２レンズの物体側曲率半径
ｄ：ワイド端の焦点距離
ｅ：テレ端の焦点距離
ｆ：第１レンズ群の焦点距離
ｇ：第２レンズ群の焦点距離
ｈ：第１レンズの焦点距離
Ｉ：第２レンズの焦点距離
ｏ：第１レンズ群の全厚
ｐ：第２レンズ群の全厚
ｋ：ワイド端射出瞳距離
Ｌ：テレ端射出瞳距離
【０００５】
【作用】
上記構成によれば、２群構成で、充分な性能を維持しながらズーム比３倍程度のズームレンズを実現できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明によるズームレンズの第１の実施の形態を示すレンズ系断面図である。
第１レンズ群１１は第１〜第３レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃの３枚より構成され、負の屈折力を有している。第２レンズ群１２は第４〜第７レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄより構成され、正の屈折力を有している。像面１４の手前にＣＣＤ保護ガラス１３が配置されている。
【０００７】
（ａ）はワイドの状態を示しており、第１レンズ群１１を非直線的（像面側方向に移動し、さらに望遠側にすると物体側に移動する）に像面側に移動し、第２レンズ群１２を物体側に直線的に移動することにより（ｂ）に示すように望遠状態に調整される。
第１レンズ群１１の焦点距離をｆ，ワイド状態にしたときの焦点距離をｄとしたとき、
１．８ ≦ ｜ｆ｜／ｄ ≦ ２．０・・・(1)
の条件を満たしている。
下限値を越えた場合、ワイド側の球面収差，像面湾曲および歪曲が大きくなる。さらにテレ側の球面収差も増大する。上限値を越えた場合、レンズ全長が延び、テレ側の球面収差の補正が困難になる。
【０００８】
第２レンズ群１２の焦点距離をｇとしたとき、
１．６ ≦ ｇ／ｄ ≦ ２．１・・・(2)
の関係が成り立つことが必要である。下限値を越えた場合、ワイド側の像面湾曲が増大する。上限値を越えた場合、レンズ全長が大となり、テレ側の球面収差が増大する。
テレ側焦点距離をｅとしたとき、
２．７ ≦ ｅ／ｄ ≦ ３．１・・・(3)
の条件を満たしている。下限値および上限値を越えた場合、変倍比の限界となる。
【０００９】
第１レンズ群１１の全厚をｏとすると、
１．１ ≦ ｏ／ｄ ≦ １．３・・・(4)
の条件を満たしている。下限値を越えた場合、諸収差の補正が困難となり、上限値を越えた場合、全長が大となる。
第２レンズ群１２の全厚をｐとすると、
１．２ ≦ ｐ／ｄ ≦ １．７・・・(5)
の条件を満たしている。下限値を越えた場合、(4) 式と同様、諸収差の補正が困難となり、上限値を越えた場合、全長が大となる。
【００１０】
つぎに第２レンズ１１ｂの物体側曲率半径をｃとすると、以下の(6) 式を満たしている。
−０．０１ ≦ ｅ／ｃ ≦ ０．０１・・・(6)
下限値および上限値をそれぞれ越えると、テレ端の球面収差が大きくなり、第２レンズ１１ｂの物体側面が平面でなくなる。
ワイド端の焦点距離をｄ，第２レンズ群の焦点距離をＩとすると、以下の(7) 式を満たしている。
０．３ ≦ ｄ／｜Ｉ｜ ≦ ０．３５・・・(7)
下限値および上限値をそれぞれ越えると、諸収差補正が困難となる。
さらに第２レンズ１１ｂの焦点距離をＩとすると、(8) 式を満たしている。
０．８５ ≦ ｅ／｜Ｉ｜ ≦ １．０・・・(8)
下限値および上限値をそれぞれ越えると、(7) 式同様、諸収差補正が困難となる。
【００１１】
さらには(9) 式を満たしている。
１．２ ≦ ｄ／｜ｂ｜ ≦ １．３・・・(9)
下限値を越えると、ワイド端の球面収差及びテレ端の球面収差，像面湾曲が大きくなり、上限値を越えると、ワイド端の像面湾曲が大きくなる。
さらにはワイド端射出瞳距離をｋ，テレ端射出瞳距離をＬとすると、以下の(10)，(11)式を満たしている。
１．８ ≦ ｋ／ｇ ≦ ２．３・・・(10)
２．５ ≦ Ｌ／ｇ ≦ ３．０・・・(11)
(10)，(11)式ともに下限値を越えると、射出距離が不足し、上限値を越えると諸収差補正が困難で、テレ端の球面収差が大きくなる。
【００１２】
そして第１レンズ１１ａの物体側を非球面とすることによりズーム全領域での全画面で解像度および光量を高めることができる。したがって、レンズ全長を短くでき、球面収差および非点収差等がアンダとならない。
なお、第１レンズ１１ａの物体側ではなく像面側を上記諸条件を満たしながら非球面にすることもできる。
【００１３】
図２および図３は、本発明によるズームレンズの第２および第３の実施の形態をそれぞれ示すレンズ系断面図である。
この実施の形態も図１で説明したと同様の条件で構成されたものであるので、重複する説明は省略する。
なお、第１レンズ群２１および３１は、第１〜第３レンズ２１ａおよび３１ａ，３１ｂおよび２１ｂならびに２１ｃおよび３１ｃの３枚よりそれぞれ構成され、第２レンズ群２２および３２は、第４〜第７レンズ２２ａおよび３２ａ，２２ｂおよび３２ｂ，２２ｃおよび３２ｃならびに２２ｄおよび３２ｄよりそれぞれ構成され、像面２４および３４の手前にＣＣＤ保護ガラス２３および３３がそれぞれ配置されている。
【００１４】
つぎに各レンズの曲率半径，肉厚（間隔），屈折率，分散，全体の焦点距離，非球面係数について説明する。
表１，２および３は、第１，第２および第３の実施例のレンズ構成データ，非球面係数，焦点距離および間隔変化の数値例を示している。
【表１】

【表２】

【表３】

【００１５】
表４は、第１，第２および第３の実施例に対する第１レンズの像面側曲率半径，第２レンズの物体側曲率半径，ワイド端の焦点距離，テレ端の焦点距離，第１レンズ群の焦点距離，第２レンズ群の焦点距離，第１レンズの焦点距離，第２レンズの焦点距離，第１レンズ群の全厚，第２レンズ群の全厚，ワイド端射出瞳距離およびテレ端射出瞳距離の値が示されている。また、上記(1) 〜(11)式の値が示されている。
【表４】

このデータから明らかなように各値は（1)〜（11) 式を満たしている。
【００１６】
各表における第１レンズの非球面は、次の式で与えられる
ｚ＝ｅｈ² ／〔１＋｛１−（１＋Ｋ）ｅ² ｈ² ｝^+1/2〕＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰＋Ｅｈ¹²＋Ｆｈ¹⁴
但しｚは面頂点に対する接平面からの深さ，ｅは面の近軸的曲率（１／ｒ），ｈは光軸からの高さ，Ｋは円錐定数，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦはそれぞれ４次，６次，８次，１０次，１２次，１４次の非球面係数を表している。
【００１７】
図４，図５および図６は、第１，第２および第３実施例における各収差図で、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ側にそれぞれ設定した状態を示している。各図において、左側から球面収差，非点収差・像面湾曲，歪曲収差，倍率色収差をそれぞれ示している。
実線はｄ線（５８８ｎｍ），長い破線はｃ線（６５６ｎｍ），短い破線はｇ線（４３６ｎｍ）である。但し、非点収差においてＳはサジタル像面，Ｍはメリジオナル像面であり、それぞれ破線と実線で示している。
【００１８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、２群構成で、ズーム全域で全画面の光量と解像度を高め充分な性能を維持したズームレンズを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるズームレンズの第１の実施の形態を示すレンズ系断面図である。
【図２】本発明によるズームレンズの第２の実施の形態を示すレンズ系断面図である。
【図３】本発明によるズームレンズの第３の実施の形態を示すレンズ系断面図である。
【図４】第１実施例における収差図で、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ側にそれぞれ設定した状態を示している。
【図５】第２実施例における収差図で、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ側にそれぞれ設定した状態を示している。
【図６】第３実施例における収差図で、（ａ）はワイド，（ｂ）はノーマル，（ｃ）はテレ側にそれぞれ設定した状態を示している。
【符号の説明】
１１，２１，３１第１レンズ群（前群）
１２，２２，３２第２レンズ群（後群）
１３，２３，３３ＣＣＤ保護ガラス
１４，２４，３４像面
１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｄ，２１ａ〜２１ｃ，２２ａ〜２２ｄ，３１ａ〜３１ｃ，３２ａ〜３２ｄレンズ

Claims

負の屈折力を有する第１レンズ群および正の屈折力を有する第２レンズ群を具備し、前記第１および第２レンズ群を光軸上で相互に移動させることにより変倍するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、第１，第２および第３レンズの３枚構成であって、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に平面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとを配列してなり、少なくとも前記負メニスカスレンズの一面は非球面であり、
前記第２レンズ群は、第４，第５，第６および第７レンズの４枚構成であって、物体側から順に、両凸面の凸レンズと、少なくとも物体側が凸の正レンズと、両凹面の負レンズと、少なくとも像面側が凸の正レンズを配列してなり、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。
１．８ ≦ ｜ｆ｜／ｄ ≦ ２．０・・・(1)
１．６ ≦ ｇ／ｄ ≦ ２．１・・・(2)
２．７ ≦ ｅ／ｄ ≦ ３．１・・・(3)
１．１ ≦ ｏ／ｄ ≦ １．３・・・(4)
１．２ ≦ ｐ／ｄ ≦ １．７・・・(5)
ただし、
ｄ：ワイド端の焦点距離
ｅ：テレ端の焦点距離
ｆ：第１レンズ群の焦点距離
ｇ：第２レンズ群の焦点距離
ｈ：第１レンズの焦点距離
ｏ：第１レンズ群の全厚
ｐ：第２レンズ群の全厚
前記テレ端の焦点距離，前記ワイド端の焦点距離，前記第１レンズ群の焦点距離，第２レンズの物体側曲率半径および第２レンズの焦点距離は以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
−０．０１ ≦ ｅ／ｃ ≦ ０．０１・・・(6)
０．３ ≦ ｄ／｜Ｉ｜ ≦ ０．３５・・・(7)
０．８５ ≦ ｅ／｜Ｉ｜ ≦ １．０・・・(8)
ただし、
ｃ：第２レンズの物体側曲率半径
Ｉ：第２レンズの焦点距離
前記ワイド端の焦点距離，前記第２レンズ群の焦点距離，第１レンズの像面側曲率半径，ワイド端射出瞳距離およびテレ端射出瞳距離は以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
１．２ ≦ ｄ／｜ｂ｜ ≦ １．３・・・(9)
１．８ ≦ ｋ／ｇ ≦ ２．３・・・(10)
２．５ ≦ Ｌ／ｇ ≦ ３．０・・・(11)
ただし、
ｂ：第１レンズの像面側曲率半径
ｋ：ワイド端射出瞳距離
Ｌ：テレ端射出瞳距離