JP4222165B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで高変倍率を有するズームレンズおよびこれを用いた撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の個体撮像素子を用いた撮像装置が普及しつつある。このようなデジタルスチルカメラの普及に伴い一層の高画質化が求められており、特に画素数の多いデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い個体撮像素子に対応した結像性能にすぐれた撮影用レンズ、特にズームレンズが求められている。また、その上、小型化への要求も強く、小型で高性能なズームレンズが求められている（例えば、特許文献１参照）。また一方では、レンズ間にプリズムを挿入することで光学系を折り曲げ、光軸方向の小型化を更に推し進めている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２７５０７７５号公報 特開平８−２４８３１８号公報

しかしながら、従来提案されている銀塩フィルム用のレンズシャッターカメラのような物体側に正の屈折力、像側に負の屈折力を有する光学系では、レンズ径や全長等の小型化には非常に有効ではあるが、射出瞳位置が像面の近くにあり、固体撮像素子の前面に設けられたマイクロレンズの集光性能を十分に満足させることができず、画像中央部と画像周辺部での画像の明るさが極端に変化してしまうという問題が発生する。

また、特許文献１に記載の固体撮像素子を用いた光学系では、最終群を負群としているが、負群のパワーが弱く小型化が充分に達成されていない。また、特許文献２に記載の光学系では、正負正正のズームタイプ中にプリズムを用いて光軸を折り曲げることで、光軸方向の小型化を図っているが、前玉および反射部材が大きく、小型化が十分ではない。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、物体より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、負の第５レンズ群からなり、第１，３，５レンズ群を固定させ、かつ、第２，４レンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、絞りを含む第３レンズ群が、絞りより物体側に少なくとも１枚の正レンズを有し、第５レンズ群中に物体側より順に、負レンズ群、正レンズ群が、空気間隔を隔てて配置されており、第５レンズ群中の負レンズ群が以下の条件式（１）を満足するものである。
条件式（１）0.9＜｜fa／fw｜＜1.25
但し、
fa：第５レンズ群中の負レンズ群の焦点距離
fw：Wide端での焦点距離
である。

また、本発明は、物体より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、負の第５レンズ群からなり、第１，３，５レンズ群を固定させ、かつ、第２，４レンズ群を移動させることにより、変倍を行うズームレンズと、ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備える撮像装置であって、ズームレンズとして、絞りを含む第３レンズ群が、絞りより物体側に少なくとも１枚の正レンズを有し、第５レンズ群中に物体側より順に、負レンズ群、正レンズ群が、空気間隔を隔てて配置されており、第５レンズ群中の負レンズ群が以下の条件式（１）を満足するものである。
条件式（１）0.9＜｜fa／fw｜＜1.25
但し、
fa：第５レンズ群中の負レンズ群の焦点距離
fw：Wide端での焦点距離
である。

このような本発明では、レンズ系全体の小型化と入射瞳位置を像面から離すことができ、ズームレンズおよび撮像装置の小型化、薄型化を図ることができる。

したがって、本発明によれば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に用いられるズームレンズの結像性能の向上および小型化を達成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。すなわち、本実施形態に係るズームレンズは、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられるコンパクトなズームレンズ系を提供することを目的としている。この目的を達成するため、本実施形態に係るズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行う光学系において、複数のレンズ群を通過する光軸を折り曲げるための反射部材を含み、複数のレンズ群のうちの物体側から数えた最終のレンズ群中に物体側より順に、負レンズ群、正レンズ群が、空気間隔を隔てて配置されている。また、このズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子を備える撮像装置でもある。

また、本実施形態に係るズームレンズは、複数のレンズ群のうち物体側から数えた最初のレンズ群が固定であり、このレンズ群に反射部材が含まれる構成が好ましい。また、本実施形態に係るズームレンズは、複数のレンズ群における物体側から数えた最終のレンズ群が負の屈折力を有することが好ましい。

また、本実施形態に係るズームレンズは、最終のレンズ群中の負レンズ群が以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
条件式（１）0.9＜｜fa／fw｜＜1.25
但し、
fa：最終群中の負レンズ群の焦点距離
fw：Wide端での焦点距離
である。

ここで、上記条件式（１）は、最終のレンズ群中の負レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。条件式（１）の下限を超えると周辺コマ収差や倍率色収差の補正が困難になる。条件式（１）の上限を超えると負レンズ群のパワーが弱まり小型化が困難になる。

また、本実施形態のズームレンズでは、上記反射部材を用いないで複数のレンズ群のみで構成してもよい。なお、光軸を折り曲げるための反射部材としてプリズムを使用する場合、屈折率が高い硝材を使うこが望ましい。

以下、本発明の実施例について説明する。図１は、第１の実施例に係るズームレンズの構成図であり、図中矢印は広角端から望遠端に至るまでの各群の移動軌跡を示している。第１の実施例では、物体側より順に、正の第１レンズ群ＧＲ１、負の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３、正の第４レンズ群ＧＲ４、負の第５レンズ群ＧＲ５からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面非球面を有する正レンズＧ３とで構成される。

第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側に非球面を有する正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズとで構成されている。第５レンズ群は、負レンズＧ１０と正レンズＧ１１の接合レンズと、正レンズＧ１２とで構成される。なお、図中ＬＰＦはフィルター、ＣＧはカバーガラス、ＩＭＧは撮像素子の受光面を示している。

図２は、第２の実施例に係るズームレンズの構成図であり、図中矢印は広角端から望遠端に至るまでの各群の移動軌跡を示している。第２の実施例では、物体側より順に、正の第１レンズ群ＧＲ１、負の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３、正の第４レンズ群ＧＲ４、負の第５レンズ群ＧＲ５からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズとＧ１、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面非球面を有する正レンズＧ３とで構成される。

第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、両面非球面を有する正レンズＧ８と、負レンズＧ９とで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１０と、正レンズＧ１１とで構成される。なお、図中ＬＰＦはフィルター、ＣＧはカバーガラス、ＩＭＧは撮像素子の受光面を示している。

図３は、第３の実施例に係るズームレンズの構成図であり、図中矢印は広角端から望遠端に至るまでの各群の移動軌跡を示している。第３の実施例では、物体側より順に、正の第１レンズ群ＧＲ１、負の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３、正の第４レンズ群ＧＲ４、負の第５レンズ群ＧＲ５からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面非球面を有する正レンズＧ３とで構成される。

第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側に非球面を有する正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズとで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１０と正レンズＧ１１の接合レンズと、正レンズＧ１２とで構成される。なお、図中ＬＰＦはフィルター、ＣＧはカバーガラス、ＩＭＧは撮像素子の受光面を示している。

図４は、第４の実施例に係るズームレンズの構成図であり、図中矢印は広角端から望遠端に至るまでの各群の移動軌跡を示している。第４の実施例では、物体側より順に、正の第１レンズ群ＧＲ１、負の第２レンズ群ＧＲ２、正の第３レンズ群ＧＲ３、正の第４レンズ群ＧＲ４、負の第５レンズ群ＧＲ５からなっており、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面非球面を有する正レンズＧ３とで構成される。

第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面を有する正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側に非球面を有する正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズとで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１０と正レンズＧ１１の接合レンズと、物体側に非球面を有する正レンズＧ１２とで構成される。なお、図中ＬＰＦはフィルター、ＣＧはカバーガラス、ＩＭＧは撮像素子の受光面を示している。

以下の表１〜表４に、第１の実施例〜第４の実施例のそれぞれの諸元を示す。

上記各表中、ＦＮｏ．はＦナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、Ｒは曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはアッベ数を示す。また、（ＡＳＰ）で示した面は非球面であり、非球面の形状は次式で表される形状である。

また、以下の表５に上記第１の実施例〜第４の実施例に示したズームレンズの上記条件式（１）の条件を求めるための各数値および各条件式を示す。

図５〜図１６にそれぞれの実施例の諸収差図を示す。ここで、図５は第１の実施例の短焦点距離端での諸収差図、図６は第１の実施例の中間焦点距離での諸収差図、図７は第１の実施例の長焦点距離端での諸収差図、図８は第２の実施例の短焦点距離端での諸収差図、図９は第２の実施例の中間焦点距離での諸収差図、図１０は第２の実施例の長焦点距離端での諸収差図、図１１は第３の実施例の短焦点距離端での諸収差図、図１２は第３の実施例の中間焦点距離での諸収差図、図１３は第３の実施例の長焦点距離端での諸収差図、図１４は第４の実施例の短焦点距離端での諸収差図、図１５は第４の実施例の中間焦点距離での諸収差図、図１６は第４の実施例の長焦点距離端での諸収差図である。

各図における球面収差では縦軸は開放F値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がd線、破線がｃ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル、破線がメリジオナルの像面を表わす。歪曲収差は縦軸が像高、横軸は%で表わす。

第１の実施例〜第４の実施例に係るズームレンズは上記表５からも明らかなように、条件式（１）を満足し、また、各収差図で示すように、広角端、広角端と望遠端との中間焦点距離および望遠端において、各収差ともバランス良く補正されている。

なお、前記実施の形態として示した各部の具体的な形状および構造は、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。

本発明に係るズームレンズは、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置のほか、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、携帯型端末（ＰＤＡ）等に組み込まれる撮像機能部分に適用することが可能である。

第１の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図である。 第２の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図である。 第３の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図である。 第４の実施例の短焦点距離端でのレンズ構成図である。 第１の実施例の短焦点距離端での諸収差図である。 第１の実施例の中間焦点距離での諸収差図である。 第１の実施例の長焦点距離端での諸収差図である。 第２の実施例の短焦点距離端での諸収差図である。 第２の実施例の中間焦点距離での諸収差図である。 第２の実施例の長焦点距離端での諸収差図である。 第３の実施例の短焦点距離端での諸収差図である。 第３の実施例の中間焦点距離での諸収差図である。 第３の実施例の長焦点距離端での諸収差図である。 第４の実施例の短焦点距離端での諸収差図である。 第４の実施例の中間焦点距離での諸収差図である。 第４の実施例の長焦点距離端での諸収差図である。

符号の説明

ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群

Claims (2)

1. 物体より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、負の第５レンズ群からなり、前記第１，３，５レンズ群を固定させ、かつ、前記第２，４レンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、
   絞りを含む前記第３レンズ群は、前記絞りより物体側に少なくとも１枚の正レンズを有し、前記第５レンズ群中に物体側より順に、負レンズ群、正レンズ群が、空気間隔を隔てて配置されており、
   前記第５レンズ群中の負レンズ群が以下の条件式（１）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   条件式（１）0.9＜｜fa／fw｜＜1.25
   但し、
   fa：第５レンズ群中の負レンズ群の焦点距離
   fw：Wide端での焦点距離
   である。
2. 物体より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群、負の第５レンズ群からなり、前記第１，３，５レンズ群を固定させ、かつ、前記第２，４レンズ群を移動させることにより、変倍を行うズームレンズと、前記ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備える撮像装置であって、
   前記ズームレンズは、
   絞りを含む前記第３レンズ群が、前記絞りより物体側に少なくとも１枚の正レンズを有し、前記第５レンズ群中に物体側より順に、負レンズ群、正レンズ群が、空気間隔を隔てて配置されており、
   前記第５レンズ群中の負レンズ群が以下の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像装置。
   条件式（１）0.9＜｜fa／fw｜＜1.25
   但し、
   fa：第５レンズ群中の負レンズ群の焦点距離
   fw：Wide端での焦点距離
   である。

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