JP4497514B2 - 広角ズームレンズ - Google Patents

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Description

本発明は固体撮像素子を有するデジタルカメラやビデオカメラに搭載される3群構成のコンパクトな広角ズームレンズに関するものである。
従来、各種カメラのズームレンズとして、例えば、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、および第3レンズ群が配列された3群構成のズームレンズが知られている。このようなズームレンズは、コンパクト化を図りかつ収差補正を良好にするという観点から広く用いられている。
そして、近年急速に普及しつつあるデジタルカメラやビデオカメラにおいては、一般のカメラに用いられるものと同様にレンズの小型化、高画質化、低ディストーション化等が望まれる一方で、CCD等の固体撮像素子を用いたことによる特有の条件を満足させる必要がある。
ところで、最近、このようなCCD等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラにおいて、広角化の要請が極めて強い。例えば、広角端の焦点距離f´(35mm換算)は28mmあるいは24mm程度としたいという要請がある。固体撮像素子を用いたカメラにおいては、撮像された画像を画像処理により加工することが可能であるから、望遠用の画像においては、一旦撮像された画像を所望サイズに切り出して画像拡大処理を施せば、ある程度対応可能であるが、広角用の画像においては、このような画像処理に頼ることが難しいので、光学的に所望の広角画像を得る必要がある、という事情がその背景にある。
従来、このような要請に対応したものとして下記特許文献1、2、3に記載されたものが知られている。この特許文献1に記載されたものは、CCD等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラに搭載可能な3群構成のズームレンズであって、焦点距離f´が26〜80mm(35mm換算)程度の範囲でズーミングが可能とされている。
特開2003−035868号公報 特開2001−296476号公報 特開2000−284177号公報
しかしながら、上記特許文献1記載のものでは、移動群としての第1レンズ群が3枚構成とされており、近年のデジタルカメラやビデオカメラに強く求められているコンパクト化という要求を満足することが難しい。
すなわち、上述したような要求を満足するズームレンズにおいて、広角側の光学性能を良好とするためには、第1レンズ群の構成レンズが最低3枚必要であることが定説化されており、第1レンズ群をこれよりもコンパクトな2枚構成のものとすることは、倍率収差を始めとして、球面収差、ディストーションあるいは像面湾曲等の光学性能が劣化することから困難であるとされていた。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、第1レンズ群が2枚のレンズで構成される簡易な構成の広角化されたズームレンズにおいて、広角側においても倍率色収差、球面収差、ディストーションおよび像面湾曲等の諸収差を良好とし得るコンパクトな広角ズームレンズを提供することを目的とするものである。
本発明の広角ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、および正の屈折力を有する第3レンズ群が配列されるとともに、該第2レンズ群内に光量を調節する絞りが配設され、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群とをこれら2つのレンズ群の間隔が相対的に減少するよう移動させるとともに、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔が増加するよう移動させ、無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、前記第3レンズ群を物体側に移動させるように構成され、
前記第1レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなる第1レンズと物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズからなる第2レンズとからなり、これら2つのレンズの少なくとも一方に、奇数次項および偶数次項に値を有する非球面式で表される非球面を形成してなり、
前記第2レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、および物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の単レンズからなり、
前記第3レンズ群は正の屈折力を有する単レンズからなり、
前記第2レンズ群中の単レンズおよび前記第3レンズ群を構成する単レンズは、各々少なくとも1つの非球面を有し、
さらに、下記の条件式(1)〜(6)を満足することを特徴とする。
36.0<θw<41.0 …(1)
νd1−νd2>20.5 …(2)
νdP−νdN>25 …(3)
0.01 < D < 0.30 …(4)
│R 1P -R 2P │/(R 1P +R 2P )<0.3 …(5)
1.2 < Fa/Fw < 5.0 …(6)
ただし、
θwは広角端における半画角
νd1は第1レンズのd線におけるアッベ数
νd2は第2レンズのd線におけるアッベ数
νdPは第2レンズ群の接合レンズ中の両凸レンズのd線におけるアッベ数
νdNは第2レンズ群の接合レンズ中の両凹レンズのd線におけるアッベ数
は第2レンズ群中の接合レンズと単レンズの空気間隔
R 1P は第2レンズ群中の接合レンズの像側面の近軸曲率半径
R 2P は第2レンズ群中の単レンズの物体側面の近軸曲率半径
Fwは広角端の全系焦点距離
Faは第2レンズ群中の単レンズの焦点距離
上述したように、本発明の広角ズームレンズにおいては、最も物体側に位置する第1レンズ群を、負の第1レンズと正の第2レンズにより構成し、少なくとも一方のレンズに、奇数次項および偶数次項に値を有する非球面式で表される非球面を形成することにより、画角を広角化した際に問題となる広角側での球面収差、ディストーションおよび像面湾曲等の光学性能を向上させることができる。
また、第1レンズと第2レンズのアッベ数差を所定の範囲に規定することで、画角を広角化した際に問題となる広角側での倍率色収差を小さく抑えることを可能としている。特に、広角端の焦点距離f´(35mm換算)を28mm程度とした場合にも良好な光学性能を得ることができる。
また、本発明の広角ズームレンズにおいては、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、第1レンズ群を第2レンズ群に相対的に近づくよう移動させるとともに、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔を増大させるよう移動させ、無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、第3レンズ群を物体側に移動させる3群ズームレンズにより構成されるため、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔を沈胴時に縮めることができ、沈胴時のレンズ全長を短くしてコンパクト化を図ることができる。
以下、本発明の実施形態に係る広角ズームレンズについて説明する。まず、本発明に係る実施形態の構成を、実施例1の構成を示す図1を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態の広角ズームレンズのレンズ構成の一例ならびにこの広角端および望遠端における各レンズ配置を示すものである。
本実施形態の広角ズームレンズは図1に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gと、正の屈折力を有する第2レンズ群Gと、正の屈折力を有する第3レンズ群Gとが配列され、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gとを、これら2つのレンズ群G、Gの間隔が相対的に減少するよう移動させるとともに、第2レンズ群Gと第3レンズ群Gとを、これら2つのレンズ群G、Gの間隔が相対的に増加するよう移動させ、また無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、第3レンズ群Gを物体側に移動させるように構成される6枚構成のズームレンズである。また、第2レンズ群Gには光量を調節する絞り2が配設されている。
また、第1レンズ群Gは、物体側から順に、負のメニスカス形状の第1レンズL、および正のメニスカス形状の第2レンズLを配列されてなる。
また、本実施形態のズームレンズにおいて、第1レンズ群Gは少なくとも1枚の非球面レンズを有し、この非球面レンズの形状を規定する非球面式は、高さhの次数に関し偶数次の項と奇数次の項とに、値を有するそれぞれ少なくとも1つの非球面係数を備えている。ここで、非球面係数が「値を有する」とは、非球面係数が0となる場合を除くものである。この非球面式を以下に示す。
Figure 0004497514
従来、この非球面式によって非球面形状を規定する場合、非球面係数としては、高さhの次数に関し4次、6次、8次、10次の項の各係数を規定することが一般的であった。非球面係数としては、これらの項数を規定することでレンズに対する要求性能を充足可能であったことに加え、これ以上に徒に項数を増すことは光学設計ソフトやレンズ加工プログラミングが繁雑となり、コンピュータ性能から見ても非現実的であったためである。
これに対し本実施形態は、近年の光学系の高解像力化要請やコンピュータ性能の向上を背景として、従来の低次の偶数次の項だけでなく奇数次の項をも用いて非球面形状を規定するものである。奇数次の項を含む非球面係数を用い、非球面形状を決定するパラメータが増加されることにより、この非球面レンズの光軸を含む中央領域の形状と、この中央領域より外側の領域(以下、「外周領域」と称する)の形状とを、ある程度独立に決定することができる。また、特に3次の奇数次項を用いることにより、光軸近傍の形状の変化率を大きなものとすることが可能となる。
一般に3群構成のズームレンズにおいて、第1レンズ群Gに配される非球面レンズは、その配設位置において中央部と周辺部の光束の光路分離度合いが大きいことから、周辺部の光束の像面湾曲および歪曲収差を良好に補正するように設計されている。本実施形態によれば、このような像面湾曲および歪曲収差の補正が良好となる外周領域の非球面形状を保ったまま、球面収差に影響する中央領域の形状をある程度独立に決定し、これにより球面収差、歪曲収差、および像面湾曲を同時に良好に補正することができる。
なお、非球面式の項数を増すほどある程度までは性能向上を図ることができるが、設計、加工や調整の難易度は高くなるので、非球面式の項数は性能やコストの要求に見合ったものとすれば良い。例えば、従来一般に用いられる4次、6次、8次、10次の偶数次項に3次の奇数次項を1項追加するだけでも、中央領域の形状決定に寄与するパラメータが追加されることにより、相応の球面収差補正効果を得ることができる。
また、この非球面レンズの形状を規定する非球面式が、例えば、高さhの次数に関し16次以上の項に値を有する少なくとも1つの非球面係数を備えるようにしてもよい。すなわち、上述した低次の項に加え、16次以上という高次の偶数次の項および/または奇数次の項を含む非球面係数を用いることによりパラメータが増加され、結果として上記実施形態の作用効果をより向上させることができる。
また、本実施形態の広角ズームレンズにおいては、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、第1レンズ群Gを第2レンズ群Gに相対的に近づくよう移動させるとともに、第2レンズ群Gと第3レンズ群Gの間隔を増大させるよう移動させ、無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、第3レンズ群Gを物体側に移動させる3群ズームレンズにより構成されるため、第2レンズ群Gと第3レンズ群Gの間隔を沈胴時に縮めることができる。また、第2レンズ群G中に接合レンズを用いることで第2レンズ群Gのレンズ厚を薄くできる。したがって、沈胴時のレンズ全長を短くしてコンパクト化を図ることができる。
さらに、本実施形態の広角ズームレンズは、下記条件式(1)〜(6)を満足する。
36.0<θw<41.0 …(1)
νd1−νd2>20.5 …(2)
νdP−νdN>25 …(3)
0.01 < D < 0.30 …(4)
│R1P-R2P│/(R1P+R2P)<0.3 …(5)
1.2 < Fa/Fw < 5.0 …(6)
ただし、
θwは広角端における半画角
νd1は第1レンズのd線におけるアッベ数
νd2は第2レンズのd線におけるアッベ数
νdPは第2レンズ群の両凸レンズのd線におけるアッベ数
νdNは第2レンズ群の両凹レンズのd線におけるアッベ数
は第2レンズ群中の接合レンズと単レンズの空気間隔
R1Pは第2レンズ群中の接合レンズの像側面の近軸曲率半径
R2Pは第2レンズ群中の単レンズの物体側面の近軸曲率半径
Fwは広角端の全系焦点距離
Faは第2レンズ群中の単レンズの焦点距離
上記条件式(1)は、広角端での半画角θwの範囲を規定するものである。すなわち、本実施形態の広角ズームレンズが広角化されたズームレンズであることを数値的に規定するものである。なお、条件式(2)〜(6)は、この条件式(1)を満足することを前提として規定されたものである。
また、上記条件式(2)は第1レンズ群中の第1レンズと第2レンズのアッベ数差を規定するものであり、この条件式を満足することにより、広角化した際に問題となる広角端での倍率色収差を小さく抑えることができる。
また、上記条件式(3)は第2レンズ群中の接合レンズを構成する2枚のレンズのアッベ数差を規定するものであり、この条件式を満足することにより広角端での倍率色収差と望遠端での軸上色収差を良好に補正することができる。
次に、上記条件式(4)は第2レンズ群中の接合レンズと単レンズとの光軸上での空気間隔を規定するものであり、この条件式を満足することにより、第2レンズ群のレンズ厚を縮小することができ、光学系の小型化に寄与することができる。
また、上記条件式(5)は第2レンズ群中の接合レンズと単レンズ間の空気レンズのシェイプファクタを規定するものであり、この条件式を満足することにより、第2レンズ群をコンパクト化しても球面収差およびコマ収差等の収差を良好に補正することができる。
さらに、上記条件式(6)は第2レンズ群中の単レンズの近軸の焦点距離を規定するものであり、この条件式を満足することにより第2レンズ群のレンズ製造性を向上させることができる。
このように、本実施形態に係る広角ズームレンズにおいては、6枚という簡易なレンズ構成でありながら諸収差を良好に補正でき、さらに沈胴時のレンズ全長を短くすることができる。
以下、本発明に係る2つの実施例について説明する。
<実施例1>
本実施例に係る広角ズームレンズは、図1に示すように、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gと、正の屈折力を有する第2レンズ群Gと、正の屈折力を有する第3レンズ群Gとが配列され、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、第1レンズ群Gと第2レンズ群Gとをこれら2つのレンズ群の間隔が相対的に減少するよう移動させるとともに、第2レンズ群Gと第3レンズ群Gとをこれら2つのレンズ群の間隔が相対的に増加するよう移動させるように構成されている。これら3つのレンズ群G、G、Gをこのように光軸Xに沿って移動せしめることで、全系の焦点距離fを変化させるとともに、光束を結像面(カバーガラス1の右側の面の近傍)上に効率良く集束させるようにしたズームレンズである。なお、無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、第3レンズ群Gを物体側に移動させるように構成されている。
第1レンズ群Gは物体側から順に、像側に凹面を向けた略平凹形状の負レンズからなる第1レンズL、および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第2レンズLを配列してなる。第1レンズLは両面が非球面とされ、これらの非球面の形状は、偶数次の項と奇数次の項とに、それぞれ値を有する非球面係数を備えた上記非球面式により規定される。
また、第2レンズ群Gは物体側から順に、光量を調節する絞り2、物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第3レンズLと像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズからなる第4レンズLとを接合してなる接合レンズ、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第5レンズLを配列してなる。第5レンズLは、両面が非球面とされ、これらの非球面の形状は、偶数次の項のみに値を有する非球面係数を備えた上記非球面式により規定される。
また、第3レンズ群Gは、物体側に凸面を向けた正のレンズからなる第6レンズLにより構成されている。第6レンズLは、両面が非球面とされ、これらの非球面の形状は、偶数次の項と奇数次の項とに、それぞれ値を有する非球面係数を備えた上記非球面式により規定される。
また、第6レンズLと結像面(CCD撮像面)の間にはローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むフィルタ部(カバーガラス)1が配されている。
このズームレンズはこのような所定形状のレンズからなる3群構成で、第1レンズLに所定形状の非球面レンズを備え、また、第5レンズLおよび第6レンズLも非球面を有したレンズとされているので、コンパクトな6枚構成でありながら、高解像力を発揮し得る諸収差が良好なズームレンズとされている。またこのズームレンズは、沈胴時におけるレンズ全長を短縮することが可能である。
なお、本発明に係る所定形状の非球面レンズの配設位置としては、第1レンズ群Gの中でも特に、本実施例のように絞り2から離れた位置とされていることが好ましい。この位置で中央部と周辺部の光束の光路分離度合いが大きいことから、球面収差、歪曲収差、および像面湾曲を同時に良好に補正する効果が高い。
下記表1に、本実施例に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下、これらを総称して軸上面間隔という)D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を示す。なお面番号の数字は物体側からの順番を表すものである(表3において同じ)。
また、表1の中段に、軸上面間隔Dの欄における広角端(f=4.5mm)、中間画角(f=7.8mm)および望遠端(f=14.8mm)のdおよびdの可変範囲を示す。
さらに、下記表1の下段に、本実施例に係るズームレンズの広角端および望遠端各位置での焦点距離f、FNO、画角2ωを示す。
さらに、下記表1の最下段に、このズームレンズにおける条件式(1)〜(6)の各値を示す。条件式は全て満足されている。
また、表2に、各非球面の各定数K、A〜A10の値を示す。なお、上記非球面式におけるC(=1/R)には、表1上段における1、2、9、10、11,12の各面のR値の逆数を代入する。本実施例において、第1レンズLの両面および第6レンズLの両面は、高さhに関し3次〜10次の各項の非球面係数が値を有するものとされている。また、第5レンズLの両面は、高さhに関し4次、6次、8次、10次の項の非球面係数のみが値を有するものとされている。
Figure 0004497514
Figure 0004497514
<実施例2>
本実施例の広角ズームレンズは、実施例1と略同様の構成とされたズームレンズであるが、実施例1との主な相違点としては、両面が非球面とされた第6レンズLが、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとされていることである。
このズームレンズはこのような所定形状のレンズからなる3群構成で、第1レンズLに所定形状の非球面レンズを備え、また、第5レンズLおよび第6レンズLも非球面を有したレンズとされているので、コンパクトな6枚構成でありながら、高解像力を発揮し得る諸収差が良好なズームレンズとされている。またこのズームレンズも実施例1と略同様に、沈胴時におけるレンズ全長を短縮することが可能である。
下記表3に、本実施例に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔(以下、これらを総称して軸上面間隔という)D(mm)、各レンズのd線における、屈折率Nおよびアッベ数νの値を示す。
また、表3の中段に、軸上面間隔Dの欄における広角端(f=6.6mm)、中間画角(f=12.5mm)および望遠端(f=24.2mm)のdおよびdの可変範囲を示す。
さらに、下記表3の下段に、本実施例に係るズームレンズの広角端および望遠端各位置での焦点距離f、FNO、画角2ωを示す。
さらに、下記表3の最下段に、このズームレンズにおける条件式(1)〜(6)の各値を示す。条件式は全て満足されている。
また、表4に、各非球面の各定数K、A〜A10の値を示す。なお、上記非球面式におけるC(=1/R)には、表3上段における1、2、9、10、11,12の各面のR値の逆数を代入する。本実施例において、第1レンズLの両面および第6レンズLの両面は、高さhに関し3次〜10次の各項の非球面係数が値を有するものとされている。また、第5レンズLの両面は、高さhに関し4次、6次、8次、10次の項の非球面係数が値を有するものとされている。
Figure 0004497514
Figure 0004497514
図3および4は実施例1、2に係るズームレンズの広角端、中間画角および望遠端における諸収差(球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差)を示す収差図である。なお、各非点収差図にはサジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されており、各倍率色収差図にはC線およびg線に対する収差が示されている。図3、4から明らかなように、実施例1、2のズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。
なお、本発明のズームレンズとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数や形状は適宜選択し得る。また、非球面レンズの所定の非球面形状を規定する非球面式においては、値を有する非球面係数は上記実施例のものに示した次数の項に限定されるものではない。
本発明の実施例1に係るズームレンズの基本構成を示す概略図 本発明の実施例2に係るズームレンズの基本構成を示す概略図 実施例1のズームレンズの広角端、中間画角および望遠端における諸収差を示す収差図 実施例2のズームレンズの広角端、中間画角および望遠端における諸収差を示す収差図
符号の説明
〜L レンズ
〜R13 レンズ面の曲率半径
〜D13 レンズ面間隔(レンズ厚)
X 光軸
1 フィルタ部(カバーガラス)
2 絞り

Claims (1)

  1. 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を有する第2レンズ群、および正の屈折力を有する第3レンズ群が配列されるとともに、該第2レンズ群内に光量を調節する絞りが配設され、広角側から望遠側に向かって変倍する際には、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群とをこれら2つのレンズ群の間隔が相対的に減少するよう移動させるとともに、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔が増加するよう移動させ、無限遠側から近距離側へフォーカシングする際には、前記第3レンズ群を物体側に移動させるように構成され、
    前記第1レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなる第1レンズと物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズからなる第2レンズとからなり、これら2つのレンズの少なくとも一方に、奇数次項および偶数次項に値を有する非球面式で表される非球面を形成してなり、
    前記第2レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、および物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の単レンズからなり、
    前記第3レンズ群は正の屈折力を有する単レンズからなり、
    前記第2レンズ群中の単レンズおよび前記第3レンズ群を構成する単レンズは、各々少なくとも1つの非球面を有し、
    さらに、下記の条件式(1)〜(6)を満足することを特徴とする広角ズームレンズ。
    36.0<θw<41.0 …(1)
    νd1−νd2>20.5 …(2)
    νdP−νdN>25 …(3)
    0.01 < D < 0.30 …(4)
    │R 1P -R 2P │/(R 1P +R 2P )<0.3 …(5)
    1.2 < Fa/Fw < 5.0 …(6)
    ただし、
    θwは広角端における半画角
    νd1は第1レンズのd線におけるアッベ数
    νd2は第2レンズのd線におけるアッベ数
    νdPは第2レンズ群の接合レンズ中の両凸レンズのd線におけるアッベ数
    νdNは第2レンズ群の接合レンズ中の両凹レンズのd線におけるアッベ数
    は第2レンズ群中の接合レンズと単レンズの空気間隔
    R 1P は第2レンズ群中の接合レンズの像側面の近軸曲率半径
    R 2P は第2レンズ群中の単レンズの物体側面の近軸曲率半径
    Fwは広角端の全系焦点距離
    Faは第2レンズ群中の単レンズの焦点距離
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