JP4513476B2

JP4513476B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4513476B2
Application number: JP2004276310A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　誠
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP2005242290A

Description

本発明は、主にデジタルスチルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる高性能なズームレンズに関するものである。

近年、デジタルスチルカメラの撮像装置に用いられるズームレンズとして、いろいろ発表されている。例えば、樹脂材料による非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、コンパクトで構成枚数の少ないズームレンズなどがある（特許文献１参照）。
特開２００３―０５７５４２号公報

これは超薄型デジタルスチルカメラの撮像装置に用いようとした場合、使用時や収納時の全長が長すぎるという問題点があった。

本発明は、前述した事情に鑑み、非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、使用時・沈胴収納時もコンパクトで安価なズームレンズを提供する事を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より順に、第１レンズ群及び第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、拡大側が凸面のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側が曲率半径の小さな面とした正レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、前記第４レンズと接合状態で使用される負レンズの第５レンズ、パワーの小さな第６レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）及び（２）を満足していることを特徴とする（請求項１）。
（１）ＴＬ／ｆ_W＜１．７１
（２）０．６＜ｆ_W／ｆ_II＜０．７７
ただし、
ＴＬ：第１レンズ群と第２レンズ群の全長の合計
ｆ_W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
また、物体側より順に、第１レンズ群及び第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、拡大側が凸面のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側が曲率半径の小さな面とした正レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、前記第４レンズと接合状態で使用される負レンズの第５レンズ、パワーの小さな第６レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）及び（２）を満足していることを特徴とする（請求項７）。
（１）ＴＬ／ｆ_W＜１．９
（２）０．６＜ｆ_W／ｆ_II＜０．７
ただし、
ＴＬ：第１レンズ群と第２レンズ群の全長の合計
ｆ_W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離

条件式（１）は、沈胴収納時におけるレンズ全長を規定するものである。上限を越えると十分な小型化が困難となる。条件式（２）は、適切なパワーで小型化と性能の両立できる各群のパワー配分を規定するものである。上限を越えるとパワー過大となり性能が低下する。下限を越えると大型化してしまう。

また、前記請求項１記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記条件式（３）を満足し、前記前記第１レンズ、第２レンズの材質に関し条件式（４）、（５）を満足し、第１レンズの縮小側の面の形状に関して下記条件式（６）を満足することが好ましい。（請求項２）
（３） −１．１＜ｆ_W／ｆ₁＜−０．８
（４）１０＜ν₁−ν₂
（５）１．６６＜ｎ₂
（６）１．１６＜ｆ_W／Ｒ₂＜１．５１
ただし、
ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離
ν₁ ：第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第２レンズのアッベ数
ｎ₂ ：第２レンズのｄ線における屈折率
Ｒ₂ ：第１レンズの縮小側の面の曲率半径

条件式（３）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。下限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群の正のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。逆に上限を越えると、第２群との空気間隔を大きくとらねばならず、光学系全体の大きさが大型化する事となりコンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適さない。

条件式（４）は色収差補正に関するものである。下限を越えると第１レンズによる色収差が補正しきれず、第１群内での補正が困難になる。条件式（５）は、像面湾曲補正に関するものである。下限を越えるとペッツバール和が大きくなってしまい、像面湾曲が補正しきれなくなってしまう。

条件式（６）は、曲率の大きい凹面である前記第１レンズの縮小側面の形状に関する条件式である。条件式（６）の範囲で曲率を与える事によって、入射瞳に対して同心的形状とすることにより諸収差の発生を基本的に小さくしている。上限を越えると、前記第１レンズの縮小側面の曲率半径が小さくなり加工が困難となると共に、負のパワーが過大になりすぎ、ペッツバール和が過小となってしまう。逆に下限を越えると、加工上は有利となるが、同心性が悪化し、歪曲収差や像面湾曲の補正が困難となる。

また、前記請求項１及び前記請求項２に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズの縮小側の面の形状が非球面であることが好ましい。（請求項３）

また、前記請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズの材質に関して下記条件式（７）、（８）を満足しパワーに関して下記条件式（９）を満足し、形状に関して下記条件式（１０）を満足し、また前記第３レンズ、第５レンズの形状に関して下記条件式（１１）を満足することが好ましい。
（７）２９．７＜（ν₃＋ν₄）／２−ν₅
（８）１．４５＜（ｎ₃＋ｎ₄）／２＜１．７８
（９）０．５＜ｆ_W／ｆ₃＜０．８５
（１０）０．８＜ｆ_W／Ｒ₅＜１．４５
（１１）０．７５＜Ｒ₅／Ｒ₉＜１．４５
ただし、
ν₃ ：第３レンズのアッベ数
ν₄ ：第４レンズのアッベ数
ν ₅ ：第５レンズのアッベ数
ｎ₃ ：第３レンズのｄ線における屈折率
ｎ₄ ：第４レンズのｄ線における屈折率
ｆ₃ ：第３レンズの焦点距離
Ｒ₅ ：第３レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ₉ ：第５レンズの縮小側の面の曲率半径

条件式（７）は色収差補正を良好に維持するための条件式である。この条件を越えると色収差の補正が困難になる。条件式（８）は、像面湾曲補正に関するものである。上限または下限を越えるとペッツバール和が不適切になってしまい、像面湾曲が補正しきれなくなってしまう。条件式（９）は、正の屈折力を有する第３レンズへのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。この条件からはずれると第３レンズの正のパワーが大きいことになり、これに伴い第１レンズ群の負のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。

条件式（１０）は強い正のパワーを持つ第３レンズによるアンダーの球面収差を補正し、また、第２群として正、負のテレタイプ構成により小型化する条件。上限を越えると小型化には有利だが性能を低下、下限を越えると性能は有利だが大きくなる。条件式（１１）は球面収差、コマ収差補正の用件である。第２群には太い軸上及び軸外光束が入るため、入射光束に対し、コンセトリックな面が必要となる。この条件からはずれると球面収差、コマ収差を良好に補正できない。

また、前記請求項４に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成するレンズ面の２面以上の形状が非球面であることが好ましい。（請求項５）
また、請求項１〜３いずれかに記載のズームレンズにおいて、第５レンズは透光性セラミックスで構成することが好ましい。（請求項６）

本発明によれば、非球面レンズ・複合非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、使用時・沈胴収納時もコンパクトなズームレンズを提供することが出来る。

以下、具体的な実施の形態について、本発明を説明する。以下第１の実施の形態から第５の実施の形態では、第１レンズ群ＬＧ１及び第２レンズ群ＬＧ２から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は、拡大側が凸面のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１、及び拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズＬ２を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、拡大側が曲率半径の小さな面とした正レンズである第３レンズＬ３、正レンズである第４レンズＬ４、第４レンズＬ４と接合状態で使用される負レンズの第５レンズＬ５、パワーの小さな第６レンズＬ６を配して構成される。
また、前記第２レンズ群ＬＧ２と縮小側物像面ＩＰとの間には空気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが単数または複数配されている。前記平行平面ガラスＬＰは詳細にはＣＣＤのカバーガラス、水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターなど複数或いは単品で構成されているのであるが、光学的には何ら問題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。

各実施の形態において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）²｝〕＋Ａ₄・Ｙ⁴＋Ａ₆・Ｙ⁶
＋Ａ₈・Ｙ⁸＋Ａ₁₀・Ｙ¹⁰
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀を与えて形状を定義する。なお表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０^-4を意味し、この数値が直前の数値に掛かるものである。

（第１の実施の形態）
本発明のズームレンズの第１の実施の形態について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。

表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、Ｆ_NoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角、ｂ_fはバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂ_fは第２レンズ群を構成する第６レンズ縮小側面から縮小側物像面までの距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎ_dはｄ線の屈折率、ν_dはｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中のＣ、ｄ、ｇはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。

次に第１の実施の形態から第５の実施の形態に関して条件式（１）から条件式（１１）に対応する値を、まとめて表６に示す。

表６から明らかなように、各実施の形態に関する数値は条件式（１）から（１１）を満足しているとともに、各実施の形態における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
前記第１乃至第３の実施の形態の第５レンズＬ５の材料としては、例えば特開２００４−４３１９４号に開示されているような透光性セラミックスを採用してもよい。

本発明によるズームレンズにおける第１実施の形態のレンズ構成図第１の実施の形態におけるレンズの諸収差図本発明によるズームレンズにおける第２の実施の形態のレンズ構成図第２の実施の形態におけるレンズの諸収差図本発明によるズームレンズにおける第３の実施の形態のレンズ構成図第３の実施の形態におけるレンズの諸収差図本発明によるズームレンズにおける第４の実施の形態のレンズ構成図第４の実施の形態のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズにおける第５の実施の形態のレンズ構成図第５の実施の形態におけるレンズの諸収差図

Claims

物体側より順に、第１レンズ群及び第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、拡大側が凸面のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側が曲率半径の小さな面とした正レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、前記第４レンズと接合状態で使用される負レンズの第５レンズ、パワーの小さな第６レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）及び（２）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１）ＴＬ／ｆ_W＜１．７１
（２）０．６＜ｆ_W／ｆ_II＜０．７７
ただし、
ＴＬ：第１レンズ群と第２レンズ群の全長の合計
ｆ_W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記条件式（３）を満足し、前記第１レンズ、第２レンズの材質に関し条件式（４）、（５）を満足し、第１レンズの縮小側の面の形状に関して下記条件式（６）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。
（３） −１．１＜ｆ_W／ｆ₁＜−０．８
（４）１０＜ν_１−ν₂
（５）１．６６＜ｎ₂
（６）１．１６＜ｆ_W／Ｒ₂＜１．５１
ただし、
ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離
ν₁ ：第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第２レンズのアッベ数
ｎ₂ ：第２レンズのｄ線における屈折率
Ｒ₂ ：第１レンズの縮小側の面の曲率半径
前記第１レンズの縮小側の面の形状が非球面であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載のズームレンズ。
前記第２レンズ群を構成する前記第３レンズの材質に関して下記条件式（７）、（８）を満足しパワーに関して下記条件式（９）を満足し、形状に関して下記条件式（１０）を満足し、また前記第３レンズ、第５レンズの形状に関して下記条件式（１１）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
（７）２９．７＜（ν₃＋ν₄）／２−ν_5）
（８）１．４５＜（ｎ₃＋ｎ₄）／２＜１．７８
（９）０．５＜ｆ_w／ｆ₃＜０．８５
（１０）０．８＜ｆ_w／Ｒ₅＜１．４５
（１１）０．７５＜Ｒ₅／Ｒ₉＜１．４５
ただし、
ν₃ ：第３レンズのアッベ数
ν₄ ：第４レンズのアッベ数
ν ₅ ：第５レンズのアッベ数
ｎ₃ ：第３レンズのｄ線における屈折率
ｎ₄ ：第４レンズのｄ線における屈折率
ｆ₃ ：第３レンズの焦点距離
Ｒ₅ ：第３レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ₉ ：第５レンズの縮小側の面の曲率半径
前記第2レンズ群を構成するレンズ面の２面以上の形状が非球面であることを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
前記第５レンズは透光性セラミックスで構成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。
物体側より順に、第１レンズ群及び第２レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、拡大側が凸面のメニスカス形状で負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側が曲率半径の小さな面とした正レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、前記第４レンズと接合状態で使用される負レンズの第５レンズ、パワーの小さな第６レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、及び前記第２レンズ群の位置を移動することにより変倍を成しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）及び（２）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１）ＴＬ／ｆ _W ＜１．９
（２）０．６＜ｆ _W ／ｆ _II ＜０．７
ただし、
ＴＬ：第１レンズ群と第２レンズ群の全長の合計
ｆ _W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ _II ：第２レンズ群の合成焦点距離