JP4250378B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスチルカメラやビデオカメラ、そしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等、撮像装置（カメラ）の小型化及び高機能化にともない、それに用いる光学系に小型で高い光学性能を有したズームレンズが求められている。
【０００３】
特開平７−５２２５６号公報では、負、正、正、の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が広がるズームレンズが提案されている。
【０００４】
米国特許第５４３４７１０号では、負、正、正、の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が減少するズームレンズが開示されている。
【０００５】
本出願人は、特開２０００−１１１７９８号公報にて物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、および正の屈折力の第３レンズ群より成る３群ズームレンズを提案している。この３群ズームレンズでは第２レンズ群を正レンズと負レンズと正レンズのいわゆるトリプレット構成とし、第２レンズ群の直前に絞りを配置している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いるズームレンズには、小型でかつ高い光学性能を有するレンズ系が要望されている。
【０００７】
前述した、物体側から順に、負、正、正、の屈折力のレンズ群配置の３群ズームレンズは、広画角用のズームレンズに好適であるが、第２レンズ群内のレンズがレンズ群内で相対軸ずれが発生したとき像性能が著しく劣化してしまい、製造による光学性能のばらつきが大きくなる傾向があった。
【０００８】
本発明は、各レンズ群の製造上のばらつきが少なく、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【０００９】
この他、本発明は負、正、正の屈折力のレンズ群の３つのレンズ群を有し、全系のレンズ枚数が少なく、レンズ系全体が小型で、製造が容易で高い光学性能を有したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適したズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔および該第２レンズ群と該第３レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズであって、該第２レンズ群は物体側より順に、第２ａレンズ群、絞り、第２ｂレンズ群より構成され、該第２ａレンズ群は屈折力の符号が異なるレンズを接合した単一の接合レンズ又は単一の正レンズより成り、該第２ｂレンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズを接合してなる接合レンズより成り、Ｄｎを該第２ｂレンズ群中の負レンズの肉厚、Ｄａｂを該第２ａレンズ群と該第２ｂレンズ群の光軸上の間隔とするとき、
０．０５＜Ｄｎ／Ｄａｂ≦０．２３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第２レンズ群は、非球面を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第３レンズ群を光軸上移動させてフォーカシングを行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１から３のいずれか１項の発明において、物体側より順に、前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズを有し、Ｌ１を該負レンズと正レンズの間隔、ｆｗを広角端における全系の焦点距離とするとき、
０．０５＜Ｌ１／ｆｗ＜０．８１
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は単一のレンズ群より成ることを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群は非球面を有することを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明は請求項１から６のいずれか１項の発明において、撮像素子に像を形成する為の光学系であることを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明は請求項１から７のいずれか１項の発明において、前記ズーミングは、広角端に対し望遠端での前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さく、該第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなるように各レンズ群を移動させて行うことを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明は請求項１から８のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより成り、
前記第２ａレンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ又は両レンズ面が凸面の正レンズ又は正レンズと負レンズとの接合レンズより成り、前記第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた正レンズ又は両レンズ面が凸面の正レンズより成ることを特徴としている。
【００１９】
請求項１０の発明の光学機器は、請求項１から請求項９のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図２〜図４は本発明の実施形態１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２４】
図５は本発明の実施形態２のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図６〜図８は本発明の実施形態２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２５】
図９は本発明の実施形態３のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１０〜図１２は本発明の実施形態３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２６】
図１３は本発明の実施形態４のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１４〜図１６は本発明の実施形態４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２７】
図１７は本発明の実施形態５のズームレンズの広角端のレンズ断面図である。図１８〜図２０は本発明の実施形態５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００２８】
図１、５、９、１３、１７に示した各実施形態のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面であり、撮像素子が配置されている。Ｇはフィルターやフェースプレート等に想到するガラスブロックである。収差図において、ｄはｄ線、ｇはｇ線、Ｍはメリディオナル像面、Ｓはサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００２９】
第２レンズ群Ｌ２はそのレンズ群中で最も大きな空気間隔を境に正の屈折力の第２ａレンズ群Ｌ２ａと正の屈折力の第２ｂレンズ群Ｌ２ｂより成っている。
【００３０】
各実施形態のズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を有し、広角端に対し望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が小さく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が大きくなるように矢印の如く各レンズ群を移動させている。
【００３１】
各実施形態のズームレンズでは、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を移動させることにより主な変倍を行い、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を移動させることによって変倍に伴う像点の移動を補正している。
【００３２】
正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３は、撮像素子の小型化に伴う撮影レンズの屈折力の増大を分担し、第１、第２レンズ群Ｌ１，Ｌ２で構成されるショートズーム系の屈折力を減らすことで、特に第１レンズ群Ｌ１を構成する各レンズでの収差の発生を抑え、良好な光学性能を達成している。
【００３３】
また、固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３にフィールドレンズの役割を持たせることで達成している。
【００３４】
フォーカスは、小型軽量の第３レンズ群Ｌ３を移動させて行なう、所謂インナーフォーカス式を採用することにより、迅速なるフォーカスを容易にし、かつ、レンズ構成を適切に設定することにより、フォーカスの際の収差変動が少なくなるようにしている。
【００３５】
各実施形態のズームレンズは、撮像素子としてセルピッチ３ミクロン程度のＣＣＤ又はＣＭＵＳ等の固体撮像素子に対応した光学性能を有している。
【００３６】
次に各実施形態の特徴について説明する。まず実施形態１〜５の特徴について説明する。
【００３７】
第２レンズ群Ｌ２を物体側より順に、単一のレンズ群より成る第２ａレンズ群Ｌ２ａ、絞りＳＰ、単一のレンズ群より成る第２ｂレンズ群Ｌ２ｂより構成し、全系の最長焦点距離端（望遠端）で最小となる第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を、絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２の直前にあるズームタイプに比べて小さくし、変倍効率をよくし、レンズ全長の小型化を容易にしている。
【００３８】
また、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの間に絞りＳＰを配置できる間隔を空けて構成し、第２レンズ群Ｌ２内の第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの相対軸ずれによる性能劣化を抑えている。さらに、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを各々単一のレンズ群で構成し、第２ａレンズ群Ｌ２ａ内および第２ｂレンズ群Ｌ２ｂ内での軸ずれによる性能劣化を抑えるとともに、空気間隔を排除したことにより全系の小型化を図っている。
【００３９】
第２レンズ群Ｌ２内で絞りＳＰの前後に正の屈折力のレンズ群を配置し、正レンズ群の軸ずれによる性能劣化を抑えている。
【００４０】
第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを１枚の正レンズと１枚の負レンズを接合してなる接合レンズとした簡単なレンズ構成で軸上色収差の良好な補正を可能にしている。
【００４１】
第２レンズ群Ｌ２に１以上の非球面を用いて少ないレンズ枚数で球面収差がアンダーになるのを良好に抑えている。
【００４２】
又、第１レンズ群Ｌ１を負レンズと正レンズを有する構成にし色収差を良好に補正している。
【００４３】
第３レンズ群Ｌ３を単一のレンズ群とすることによりレンズ系全体の小型化を容易にしている。
【００４４】
第１レンズ群Ｌ１に１以上の非球面を用いることにより、少ないレンズ枚数で広角端のズーム位置における歪曲収差を良好に補正している。
【００４５】
又、実施形態１、２では第２ａレンズ群Ｌ２ａを単レンズより構成しており、これにより簡易な鏡筒構造あるいはレンズ系の小型化を容易にしている。
【００４６】
実施形態３、４、５では、第２レンズ群Ｌ２を物体側より順に、屈折力（焦点距離の逆数）の符合の異なるレンズを接合した単一の接合レンズよりなる第２ａレンズ群Ｌ２ａより構成し、全系の最長焦点距離端（望遠端）で最小となる第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２の直前にあるズームタイプに比べて小さくし、変倍効率をよくし、レンズ全長の小型化を容易にしている。また、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの各々を接合レンズにし、色収差を良好に補正している。
【００４７】
各実施形態では、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂ中の負レンズの肉厚（光軸上の厚さ）をＤｎ、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂとの間隔をＤａｂ、第１レンズ群Ｌ１の負レンズと正レンズとの間隔をＬ１、広角端のズーム位置における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．０５＜Ｄｎ／Ｄａｂ≦０．２３ ‥‥（１）
０．０５＜Ｌ１／ｆｗ＜０．８１ ‥‥（２）
なる条件式のうち１以上を満足している。
【００４８】
条件式（１）は、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂ中の負レンズの肉厚と第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの光軸上間隔の比に関するものである、上限を超えると負レンズが厚くなりレンズ全長が大型になる。下限を超えると負レンズの肉厚が薄くなり良好な面精度加工が困難になる。更に望ましくは下限を０．１５とするのが良い。
【００４９】
条件式（２）は第１レンズ群Ｌ１中の負レンズと正レンズの間隔に関するものである。上限をこえるとレンズ間隔が広くなりレンズが大型化してしまう、さらに上限を０．５７またさらに０．４２にするとよりよい。下限を超えると２つのレンズが接近してしまい各レンズの相対軸ずれによる性能劣化が大きくなってしまう。更に望ましくは下限を０．１５とするのが良い。
【００５０】
以下に、本発明の実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の２つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当するガラスブロックＧである。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、
【００５１】
【数１】

【００５２】
で表される。但しＲは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。
【００５３】
又、「ｅ−Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。
【００５４】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
【００５５】
【外１】

【００５６】
【外２】

【００５７】
【外３】

【００５８】
【外４】

【００５９】
【外５】

【００６０】
【表１】

【００６１】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（光学機器）の実施形態を図２１を用いて説明する。
【００６２】
図２１において、２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、２３は外部式ファインダー、２４はシャッターボタンである。
【００６３】
このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００６４】
以上説明したように、ズームレンズを構成する各要素を適切に設定することにより、特に、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する光学機器が達成できる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、製造による光学性能のバラツキが小さく、構成レンズ枚数の少ない、コンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のズームレンズの実施形態１の光学断面図
【図２】 実施形態１の広角端での収差図
【図３】 実施形態１の中間のズーム位置での収差図
【図４】 実施形態１の望遠端での収差図
【図５】 本発明のズームレンズの実施形態２の光学断面図
【図６】 実施形態２の広角端での収差図
【図７】 実施形態２の中間のズーム位置での収差図
【図８】 実施形態２の望遠端での収差図
【図９】 本発明のズームレンズの実施形態３の光学断面図
【図１０】 実施形態３の広角端での収差図
【図１１】 実施形態３の中間のズーム位置での収差図
【図１２】 実施形態３の望遠端での収差図
【図１３】 本発明のズームレンズの実施形態４の光学断面図
【図１４】 実施形態４の広角端での収差図
【図１５】 実施形態４の中間のズーム位置での収差図
【図１６】 実施形態４の望遠端での収差図
【図１７】 本発明のズームレンズの実施形態５の光学断面図
【図１８】 実施形態５の広角端での収差図
【図１９】 実施形態５の中間のズーム位置での収差図
【図２０】 実施形態５の望遠端での収差図
【図２１】 本発明の光学機器の概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ２ａ 第２ａレンズ群
Ｌ３ａ 第３ａレンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ サジタル像面
Ｍ メリディオナル像面
Ｇ ガラスブロック

Claims (10)

1. 物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、該第１レンズ群と該第２レンズ群の間隔および該第２レンズ群と該第３レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズであって、該第２レンズ群は物体側より順に、第２ａレンズ群、絞り、第２ｂレンズ群より構成され、該第２ａレンズ群は屈折力の符号が異なるレンズを接合した単一の接合レンズ又は単一の正レンズより成り、該第２ｂレンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズを接合してなる接合レンズより成り、Ｄｎを該第２ｂレンズ群中の負レンズの肉厚、Ｄａｂを該第２ａレンズ群と該第２ｂレンズ群の光軸上の間隔とするとき、
   ０．０５＜Ｄｎ／Ｄａｂ≦０．２３
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群は、非球面を有することを特徴とする請求項１のズームレンズ。
3. 前記第３レンズ群を光軸上移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 物体側より順に、前記第１レンズ群は、負レンズと正レンズを有し、Ｌ１を該負レンズと正レンズの間隔、ｆｗを広角端における全系の焦点距離とするとき、
   ０．０５＜Ｌ１／ｆｗ＜０．８１
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項のズームレンズ。
5. 前記第３レンズ群は単一のレンズ群より成ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群は非球面を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。
7. 撮像素子に像を形成する為の光学系であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項のズームレンズ。
8. 前記ズーミングは、広角端に対し望遠端での前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さく、該第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなるように各レンズ群を移動させて行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。
9. 前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより成り、
   前記第２ａレンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ又は両レンズ面が凸面の正レンズ又は正レンズと負レンズとの接合レンズより成り、前記第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた正レンズ又は両レンズ面が凸面の正レンズより成ることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項のズームレンズ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項のズームレンズを有していることを特徴とする光学機器。

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