JP4472070B2

JP4472070B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4472070B2
Application number: JP32245399A
Authority: JP
Inventors: 透中村; 博文槌田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: US6359738B1; JP2001141998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各群が単レンズ１枚のみからなる２群構成のズームレンズに関するものであり、特に、スチールカメラ、ビデオカメラ等の撮像レンズとして使用するのに好適であり、広角端でのＦナンバーが４以下の２群２枚構成のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各群が単レンズ１枚のみからなる２群構成のズームレンズに関する提案はいくつかある。例えば、特開平７−３３３５００号に提案されている光学系は、第２群レンズのパワーが強く、ズーミングを行ったときの収差変動が大きく、レンズの大口径化、ズーム比の拡大が難しかった。また、特開平１０−３０３７号、特開平１１−６９６０号等には、屈折率分布型媒質を用いた２群構成のズームレンズに関する提案があるが、材料の入手性等を考えれば、均質媒質で構成することが望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各群単レンズ１枚からなる２群構成のズームレンズであって、ズーミングを行っても収差変動が少なく、大口径化、ズーム比の拡大が可能なズームレンズを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のズームレンズは、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レンズ群からなり、両レンズ群間の光軸上の間隔を変えて移動させることにより焦点距離を変化させる２群構成のズームレンズにおいて、
第１レンズ群は像面側に強い凹面を向けた均質媒質の凹レンズ１枚のみからなり、第２レンズ群は均質媒質の凸レンズ１枚のみからなり、絞りが第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群は、物体側から像側に大きく動き、第２レンズ群は、像側から物体側に動くことを特徴とするものである。
【０００５】
この場合に、第２レンズ群の凸レンズは、少なくとも片方の面が非球面からなることが望ましい。
【０００６】
また、焦点距離が最も短いときの全系の焦点距離をｆ_Wとし、第２レンズ群の焦点距離をｆ₂とするとき、その比率が以下の関係を満足することが望ましい。
【０００７】
１．０＜ｆ₂／ｆ_W＜４．０・・・（１）
また、絞りは第２レンズ群と共に移動し、第２レンズ群の凸レンズの屈折率をｎ₂、その物体側の面の曲率半径をＲ_2F、第２レンズ群の焦点距離をｆ₂とするとき、
０．５＜｛（ｎ₂−１）／Ｒ_2F｝／（１／ｆ₂）＜１．５・・・（４）
の関係を満足することが望ましい。
【０００８】
以下に上記の構成をとる理由と作用を説明する。
【０００９】
２群２枚構成のズームレンズにおいて、第１レンズ群を像面側に強い凹面を向けた均質媒質の凹レンズ１枚のみから構成し、第２レンズ群を均質媒質の凸レンズ１枚のみから構成し、絞りを第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群は、物体側から像側に大きく動き、第２レンズ群は、像側から物体側に動くような構成とすることにより、このレンズ系の結像作用は、主に第２レンズ群の凸レンズが担うことになる。このような構成により、第２レンズ群を透過する光線の光線高は、ズーミングの状態に関わらず略同じようになり、収差補正上、有利となる。第２レンズ群で発生する収差が大きくなるので、このレンズ群に非球面を用いるのが、収差補正に効果的である。
【００１０】
また、条件式（１）の上限の４．０を越えると、広角状態において、第１レンズ群と、第２レンズ群との間隔を大きくする必要があり、全長が大きくなる。また、この条件式の下限の１．０を越えると、各レンズ群のパワーが大きくなりすぎ、２枚のレンズでは収差補正をしきれなくなる。
【００１１】
条件式（１）は、さらに、
１．５＜ｆ₂／ｆ_W＜２．５・・・（２）
を満足することが好ましい。
【００１２】
さらに、
１．６＜ｆ₂／ｆ_W＜２．１・・・（３）
を満足することが好ましい。
【００１３】
また、第２レンズ群の前面で発生するパワーが、
０．５＜（ｎ₂−１）ｆ₂／Ｒ_2F＜１．５・・・（４）
を満足することが望ましい。ここで、ｎ₂は第２レンズ群の凸レンズの屈折率、Ｒ_2Fはその凸レンズの物体側の面の曲率半径である。
【００１４】
本発明のズームレンズの絞りは、第１レンズ群と第２レンズ群の間にあり、かつ、ズーミングのとき、その絞りは第２レンズ群と一体に動くので、第２レンズ群の前面は絞りに一番近い面である。絞りが主点に近い位置にあるときには、歪曲収差の発生が少ないが、第２レンズ群の前面で発生するパワーがこの式の下限の０．５を越えると、第２レンズ群の前面よりも最終面のパワーの方が大きくなり、絞りから離れた位置のパワーが強くなるため、歪曲収差が悪化する。また、上限の１．５を越えると、この面で発生する収差が大きくなりすぎ、他の面で補正しきれなくなる。
【００１５】
この面のパワーが、
０．９＜（ｎ₂−１）ｆ₂／Ｒ_2F＜１．１・・・（５）
を満足すると、収差補正上さらによい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの実施例について説明する。
【００１７】
図１、図２にそれぞれ実施例１、２のズームレンズの広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ配置を示す断面図を示す。各実施例の数値データは後記する。
【００１８】
実施例１
この実施例は焦点距離３．２〜６．４ｍｍのズームレンズであり、図１にその断面図を示す。この図で、Ｇ１、Ｓ、Ｇ２は、それぞれ第１レンズ群、絞り、第２レンズ群を表わし、Ｉは結像面である。このズームレンズは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなる第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズ１枚のみからなる第２レンズ群Ｇ２とからなる２群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に大きく動き、第２レンズ群Ｇ２は、絞りＳと共に像側から物体側に動く。非球面は、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズの像側の面に用いている。
【００１９】
実施例２
この実施例は焦点距離３．２〜９．６ｍｍのズームレンズであり、図２にその断面図を示す。この図で、Ｇ１、Ｓ、Ｇ２は、それぞれ第１レンズ群、絞り、第２レンズ群を表わし、Ｉは結像面である。このズームレンズは、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ１枚のみからなる第１レンズ群Ｇ１と、物体側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズ１枚のみからなる第２レンズ群Ｇ２とからなる２群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に大きく動き、第２レンズ群Ｇ２は、絞りＳと共に像側から物体側に動く。非球面は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズの物体側の面と第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズの両面に用いている。この実施例は、実施例１に比べてズーム比が大きくなり、明るさも明るくなっている。そのために、非球面を３面用いている。
【００２０】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、ωは半画角、ｆ_Bはバックフォーカス、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのｄ線のアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００２１】
ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］＋A₄ｙ⁴＋A₆ｙ⁶
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆はそれぞれ４次、６次の非球面係数である。各実施例の中に記されていない係数の値は０である。
【００２２】
実施例１
ｆ＝ 3.2 〜 4.5 〜 6.4
Ｆ_NO＝ 3.578 〜 3.758 〜 4.016
ω ＝ 34.2° 〜 24.1° 〜 17.0°
ｆ_B ＝ 2.6570 〜 2.9912 〜 3.4798
ｒ₁＝ 45.965７ｄ₁＝ 1.0000 ｎ_d1＝1.52542 ν_d1＝55.78
ｒ₂＝ 8.8887 ｄ₂＝（可変）
ｒ₃＝ ∞（絞り）ｄ₃＝ 0.0000
ｒ₄＝ 2.9812 ｄ₄＝ 5.7403 ｎ_d2＝1.52542 ν_d2＝55.78
ｒ₅＝ -23.9296（非球面）
ズーム間隔
┌──┬─────┬─────┬─────┐
│ｆ │ 3.2 │ 4.5 │ 6.4 │
├──┼─────┼─────┼─────┤
│ｄ２│ 20.0106 │ 9.6059 │ 2.0000 │
└──┴─────┴─────┴─────┘
非球面係数
第５面
Ｋ＝０
Ａ₄＝6.1023×10^-3
Ａ₆＝2.5431×10^-3
ｆ₂／ｆ_w ＝1.7017
（ｎ₂−１）ｆ₂／Ｒ_2F＝0.9597
【００２３】
実施例２
ｆ＝ 3.2 〜 5.5 〜 9.6
Ｆ_NO＝ 2.919 〜 3.315 〜 3.995
ω ＝ 33.3° 〜 20.2° 〜 11.7°
ｆ_B ＝ 4.8555 〜 5.8612 〜 7.6537
ｒ₁＝ 41.2061(非球面) ｄ₁＝ 1.0000 ｎ_d1＝1.52542 ν_d1＝55.78
ｒ₂＝ 6.4043 ｄ₂＝（可変）
ｒ₃＝ ∞（絞り）ｄ₃＝ 0.0000
ｒ₄＝ 3.0978(非球面) ｄ₄＝ 4.1168 ｎ_d2＝1.52542 ν_d2＝55.78
ｒ₅＝ 22.4068（非球面）
ズーム間隔
┌──┬─────┬─────┬─────┐
│ｆ │ 3.2 │ 5.5 │ 9.6 │
├──┼─────┼─────┼─────┤
│ｄ２│ 21.3509 │ 9.2128 │ 2.0000 │
└──┴─────┴─────┴─────┘
非球面係数
第１面
Ｋ＝０
Ａ₄＝1.2606×10^-4
第４面
Ｋ＝０
Ａ₄＝-1.3948×10^-3
第５面
Ｋ＝０
Ａ₄＝9.1819×10^-3
ｆ₂／ｆ_w ＝1.9918
（ｎ₂−１）ｆ₂／Ｒ_2F＝1.0810
【００２４】
上記実施例１〜２のフォーカシングは、第２レンズ群Ｇ２のみを移動させることによって可能である。物体距離が近づいたときのフォーカシングデータを以下に示す。
実施例１

実施例２

【００２５】
上記実施例１〜２の無限遠合焦時の収差図をそれぞれ図３、図４に示す。各図中、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端での収差カーブであり、各図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差を示す。
【００２６】
上述した本発明のズームレンズは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の電子撮像素子を用いた各種撮影装置に用いることができる。以下にその具体的な適用例を示す。
【００２７】
本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラが図５〜図７に示される。図５は電子カメラ２００の外観を示す前方斜視図、図６は同後方斜視図、図７は電子カメラ２００の構成を示す断面図である。図５〜図７に示されるように、電子カメラ２００は、撮影用光路２０１を有する撮影光学系２０２、ファインダー用光路２０３を有するファインダー光学系２０４、シャッター２０５、フラッシュ２０６、液晶表示モニター２０７を備えている。カメラ２００の上部に配置されたシャツター２０５が押圧されることにより、それに連動して撮影用対物光学系として配置された本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２を通して撮影が行われる。この撮影用対物光学系によって形成された対物像が、ｌＲ（赤外線）カットフィルター８０を介してＣＣＤ等の撮像素子チップ６２上に形成される。
【００２８】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっており、カメラ装置の生産性を高め、コスト低下を実現できるという商業的メリットがあるように構成されている。また、鏡枠１３の先端には、対物レンズ１２を保護するためのカバーガラス１４が配置されている。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００２９】
撮像素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６と電気的に接続された処理手段２０８を介して、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター２０７に表示される。また、この処理手段２０８は、撮像素子チップ６２で撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段２０９の制御も行う。この記録手段２０９は、処理手段２０８に設けられたメモリーであってもよく、図示されるように、処理手段２０８と電気的に接続され、フロッピーディスクやスマートメディア等の磁気記録媒体に電子的に記録を書き込むデバイスであってもよい。
【００３０】
さらに、ファインダー用光路２０３を有するファインダー用光学系２０４は、ファインダー用対物光学系２１０と、このファインダー用対物光学系２１０で形成された物体像を正立させるポロプリズム２１１と、物体像を観察者眼球Ｅに導く接眼レンズ２１２とを備えている。ポロプリズム２１１は、前部分と後部分とに分割され、その間に物体像が形成される面があり、その面上に視野枠２１３が配置されている。このポロプリズム２１１は、４つの反射面を有し、ファインダー用対物光学系２１０で形成された物体像を正立正像させている。
【００３１】
また、このカメラ２００は、部品を減らし、コンパクトにし、低コストにするために、ファインダー光学系２０４が排除されてもよい。この場合、観察者は、液晶表示モニター２０７を見ながら撮影する、
次に、本発明のズームレンズが対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図８〜図１０に示される。図８はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図９はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１０は図８の状態の側面図である。図８〜図１０に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【００３２】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２と、像を受光する撮像素子チップ６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【００３３】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１３の先端には、対物レンズ１２を保護するためのカバーガラス１４が配置されている。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００３４】
撮像素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図８には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【００３５】
次に、本発明のズームレンズが撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１１に示される。図１１（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１１（ｂ）は側面図、図１１（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明のズームレンズ（図では略記）からなる対物レンズ１２と、物体像を受光する撮像素子チップ６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【００３６】
ここで、撮像素子チップ６２上には付加的にｌＲカットフィルター８０が貼り付けられて撮像ユニット６０として一体に形成され、対物レンズ１２の鏡枠１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１２と撮像素子チップ６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１３の先端には、対物レンズ１２を保護するためのカバーガラス１４が配置されている。なお、鏡枠１３中のズームレンズの駆動機構は図示を省いてある。
【００３７】
撮影素子チップ６２で受光された物体像は、端子６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、２群２枚構成のズームレンズであって、ズーミングを行っても収差変動が少なく、大口径化、ズーム比の拡大が可能なズームレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間状態、望遠端でのレンズ配置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間状態、望遠端でのレンズ配置を示す断面図である。
【図３】実施例１の無限遠合焦時の収差図である。
【図４】実施例４の無限遠合焦時の収差図である。
【図５】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
【図６】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの後方斜視図である。
【図７】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた電子カメラの構成を示す断面図である。
【図８】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図９】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図１０】図８の状態の側面図である。
【図１１】本発明のズームレンズが対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｓ…絞り
Ｉ…結像面
Ｅ…観察者眼球
１２…対物レンズ
１３…鏡枠
１４…カバーガラス
６０…撮像ユニット
６２…撮像素子チップ
６６…端子
８０…ｌＲカットフィルター
２００…電子カメラ
２０１…撮影用光路
２０２…撮影光学系
２０３…ファインダー用光路
２０４…ファインダー光学系
２０５…シャッター
２０６…フラッシュ
２０７…液晶表示モニター
２０８…処理手段
２０９…記録手段
２１０…ファインダー用対物光学系
２１１…ポロプリズム
２１２…接眼レンズ
２１３…視野枠
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路

Claims

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レンズ群からなり、両レンズ群間の光軸上の間隔を変えて移動させることにより焦点距離を変化させる２群構成のズームレンズにおいて、
第１レンズ群は像面側に強い凹面を向けた均質媒質の凹レンズ１枚のみからなり、第２レンズ群は均質媒質の凸レンズ１枚のみからなり、絞りが第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群は、物体側から像側に大きく動き、第２レンズ群は、像側から物体側に動くと共に、焦点距離が最も短いときの全系の焦点距離をｆ _W とし、第２レンズ群の焦点距離をｆ ₂ とするとき、その比率が以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．５＜ｆ ₂ ／ｆ _W ＜４．０
絞りは第２レンズ群と共に移動し、第２レンズ群の凸レンズの屈折率をｎ2 、その物体側の面の曲率半径をＲ_2F、第２レンズ群の焦点距離をｆ₂とするとき、
０．５＜（ｎ₂−１）ｆ₂／Ｒ_2F＜１．１
の関係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。
第２レンズ群の凸レンズは、少なくとも片方の面が非球面からなることを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ。