JP4593971B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Description
ラ)の高機能化にともない、それに用いる光学系には広い画角を包含した大口径比のズー
ムレンズが求められている。
フィルターなどの各種光学部材を配置する為、それに用いる光学系には、比較的バックフ
ォーカスの長いレンズ系が要求される。
けるため、それに用いる光学系には像側のテレセントリック特性の良いものが望まれてい
る。
り成り、双方のレンズ間隔を変えて変倍を行う、所謂ショートズームタイプの広画角の2
群ズームレンズが種々提案されている。これらのショートズームタイプの光学系では、正
の屈折力の第2レンズ群を移動する事で変倍を行い、負の屈折力の第1レンズ群を移動す
る事で変倍に伴う像点位置の変動の補正を行っている。これらの2つのレンズ群よりなる
レンズ構成においては、ズーム倍率は2倍程度である。
、2群ズームレンズの像側に負または正の屈折力の第3レンズ群を配置し、高倍化に伴っ
て発生する諸収差の補正を行っている、所謂3群ズームレンズが提案されている(例えば
特許文献1、2)。
る広画角の3群ズームレンズ系が知られている(例えば特許文献3、4)。
2レンズ群と正の屈折力の第3レンズ群を移動させてズーミングを行うズームレンズが知
られている(例えば特許文献5)。
ンズ群に効果的に接合レンズを使用して色収差を補正した構成レンズ枚数が比較的少ない
3群ズームレンズが知られている(例えば特許文献6〜11)。
面を非球面形状とすることで、さらに構成レンズ枚数の減少を狙った3群ズームレンズが
知られている(例えば特許文献12〜15)。
撮像装置には、バックフォーカスが長すぎ、又テレセントリック特性が良くない為、固体
撮像素子を用いる撮像装置にそのまま用いることが難しい。
影時に各レンズ群の間隔を撮影状態と異なる間隔まで縮小し、カメラ本体からのレンズの
突出量を少なくした所謂沈胴式のズームレンズが広く用いられている。
上の長さが長くなり、又、各レンズ群のズーミング及びフォーカシングにおける移動量が
大きいとレンズ全長が長くなり、所望の沈胴長が達成出来なくなり、沈胴式のズームレン
ズに用いるのが難しくなる。
ズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
望遠端のズーム位置における該第1レンズ群の像側頂点と該第2レンズ群の物体側頂点との間隔をL1T、該第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点と、該Fナンバー決定部材との光軸方向の間隔をD2S、望遠端のズーム位置における全系の焦点距離をftとするとき、
0.02< (D2S+L1T)/ft <0.08
なる条件式を満足することを特徴としている。
ムレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。
図、図2,図3,図4はそれぞれ実施例1のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、
望遠端(長焦点距離端)における収差図である。実施例1はズーム比2.9、開口比2.6〜4.8程度のズームレンズである。
図8はそれぞれ実施例2のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収
差図である。実施例2はズーム比3.0、開口比2.8〜5.1程度のズームレンズである。
1,図12はそれぞれ実施例3のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端にお
ける収差図である。実施例3はズーム比3.0、開口比2.7〜5.1程度のズームレンズである。
おいて、左方が被写体側(前方)で、右方が像側(後方)である。
離の逆数)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は開放Fナンバー(FNo)光束を決定(制限)する開口絞りの作用をするFナンバー決定部材(以下「開口絞り」ともいう。)である。
ター等に相当する光学ブロックである。IPは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチ
ルカメラの撮影光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像
素子(光電変換素子)の撮像面に銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際に
はフィルム面に相当する感光面が置かれる。
像面、倍率色収差はg線によって表している。
能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
、第1レンズ群L1が像側に凸状の軌跡で往復移動、第2レンズ群L2が物体側に移動し
、第3レンズ群L3は像側に移動している。
ズ群L1の往復移動及び第3レンズ群L3による像側方向への移動によって変倍に伴う像
点の移動を補正している。
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事で特に第
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。
第3レンズ群L3にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。
の屈折力のレンズG11と1枚の物体側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力のレンズ
G12の2枚のレンズを有し、第2レンズ群L2は物体側より像側へ順に、物体側の面が
凸でメニスカス形状の正の屈折力のレンズG21と像側の面が凹でメニスカス形状の負の
屈折力のレンズG22とを接合した接合レンズと物体側と像側の面が凸形状の正の屈折力
のレンズG23を有し、第3レンズ群L3は少なくとも1枚の正の屈折力のレンズG31
を有している。
ンズ径(有効径)の増大が抑えられるタイプの負の屈折力のレンズG11と正の屈折力の
レンズG12のレンズ構成としている。
で正の屈折力が強くなる非球面形状とし、像側のレンズ面をレンズ周辺で負の屈折力が弱
くなる非球面形状とする事により、非点収差と歪曲収差をバランス良く補正すると共に、
2枚と言う少ないレンズ枚数で第1レンズ群L1を構成し、レンズ全体のコンパクト化に
寄与している。
て生じる軸外収差の発生を抑えるために開口絞りSPと光軸が交差する点を中心とする略同心球面に近い形状をとっている。
1を配置し、第1レンズ群L1を射出した軸外主光線の屈折角を少なくし、軸外諸収差が
多く発生しない様な形状としている。
コマ収差の補正に関与しているレンズである。
くなる非球面形状とすることにより球面収差、コマ収差を良好に補正している。
で、レンズG21の物体側の面で発生した収差をキャンセルさせている。
テレセントリックにするためのフィールドレンズとしての役割をも有している。
L3の結像倍率をβ3とすると、
sk’=f3(1−β3)
の関係が成り立っている。
0<β3<1.0
である。
側に移動するとバックフォーカスsk’が減少する事になり、第3レンズ群L3の結像倍
率β3は望遠側のズーム領域で増大する。
少し、そのためのスペースが節約できるためにレンズ系の小型化に寄与する。
物体側へ移動する事で良好な性能を得られるが、さらに望ましくは、第3レンズ群L3を
物体側に移動した方が良い。
生じる、前玉径の増大、レンズ重量が最も重い第1レンズ群L1を移動させる事によるア
クチュエーターの負荷の増大を防ぎ、さらに第1レンズ群L1と第2レンズ群L2とをカ
ム等で単純に連携してズーミング時に移動させる事が可能となり、メカ構造の簡素化及び
精度向上を達成できる。
置へのズーミングに際して第3レンズ群L3を像側に移動する事により、フォーカシング
の為に移動させるレンズ群の移動量が大きい望遠端において、第3レンズ群L3を像面側
に配置する事が出来る為、ズーミング及びフォーカシングで必要となる第3レンズ群L3
の全ての移動量を最小とする事が可能となり、これによりレンズ系全体のコンパクト化を
達成している。
ここで、D2Sは第2レンズ群L2の最も物体側に配置されたレンズG21の物体側頂点G21aとFナンバー決定部材SPとの光軸方向の間隔(正の値)、D2Rは第2レンズ群L2の最も物体側に配置されたレンズG21の物体側頂点G21aと、レンズG21の物体側の面R6とレンズ外周部との交点G21bとの光軸方向の間隔である。
0.3< D2S/D2R <0.8 ・・・(1a)
◎レンズ全長の短縮、及びレンズ沈胴長の短縮の為に、以下の条件を満足するのが好ましい。
ここで、D2Sは第2レンズ群L2の最も物体側に配置されたレンズG21の物体側頂点G21aとFナンバー決定部材SPとの光軸方向の間隔、L1Tは望遠端のズーム位置における第1レンズ群L1の像側頂点と第2レンズ群L2の物体側頂点との間隔、ftは望遠端のズーム位置におけるレンズ全系の焦点距離である。
◎ズームレンズ(光学系)のレンズ全長短縮の為に、以下の条件を満足するのが好ましい。
ここで、f1は第1レンズ群L1の焦点距離、fwは広角端のズーム位置における全系の焦点距離である。
◎光学系のレンズ全長短縮の為に、以下の条件を満足するのが好ましい。
ここで、f2は第2レンズ群L2の焦点距離、fwは広角端のズーム位置における全系の焦点距離である。
◎光学系の全長の短縮及び沈胴時のレンズ全長の短縮の為に、以下の条件を満足させるのが良い。
ここで、DL1は第1レンズ群L1の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、第1レンズ群L1の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離、DL2は第2レンズ群L2の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、第2レンズ群L2の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離、DL3は第3レンズ群L3の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、第3レンズ群L3の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離、fwは広角端のズーム位置における全系の焦点距離である。
◎第1レンズ群L1の最も物体側に配置されたレンズG11の焦点距離をf11、第2
レンズ群L2の最も物体側に配置されたレンズG21の焦点距離をf21とするとき、
−1.6<f11/f21<−0.8 ‥‥‥(6)
の条件を満足している。
ズG11,G21の材料を同じとすることで、ペッツバール和が小さい値となる様にして
いる。
このとき、レンズG11とレンズG21の材料の屈折率を各々n1n、n2pとするとき、
1.65<n1n
1.65<n2p
とするのが良い。更に好ましくは、
1.75<n1n
1.75<n2P
とするのが良い。
撮影系に好適な、構成レンズ枚数が少なくコンパクトで、特に沈胴式のズームレンズに適
した、ズーム比が2〜3倍程度の優れた光学性能を有するズームレンズを達成している。
第2レンズ群L2の屈折力を適切に設定することによって軸外諸収差、特に非点収差・歪
曲収差および大口径比化した際の球面収差の補正を効果的に行っている。
又は第1と第3レンズ群又は第2と第3レンズ群)を移動させるズームタイプにも適用で
きる。
を示し、Riはi番目のレンズ面(第i面)の曲率半径、Diは第i面と第(i+1)面との間のレンズ肉厚および空気間隔、Ni、νiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。
x=(h2/R)/[1+{1−(1+k)(h/R)2}1/2]
+Bh4+Ch6+Dh8
で表される。但し、kは円錐定数、B,C,Dは非球面係数、Rは近軸曲率半径である。
、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と各数値実施例との関係を表1に示す。
)の実施例を図13を用いて説明する。
撮影光学系、22はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系21によって形成された被写体像
を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)、23は撮
像素子22によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、24は液
晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子22上に形成された被写体像を
観察するためのファインダーである。
により、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
SP Fナンバー決定部材(開口絞り)
IP 像面
G ガラスブロック
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面
Claims (13)
- 物体側より像側へ順に、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レンズ群からなり、各レンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うズームレンズにおいて、該第1レンズ群は、1枚の負レンズと1枚の正レンズを有し、該第2レンズ群は、1枚の正レンズと1枚の負レンズを有し、該第3レンズ群は1枚の正レンズを有し、光軸方向の位置に関して、該第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点と、該レンズの物体側の面と外周部との交点の間に、開放Fナンバー光束を決定するFナンバー決定部材を有しており、
望遠端のズーム位置における該第1レンズ群の像側頂点と該第2レンズ群の物体側頂点との間隔をL1T、該第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点と、該Fナンバー決定部材との光軸方向の間隔をD2S、望遠端のズーム位置における全系の焦点距離をftとするとき、
0.02< (D2S+L1T)/ft <0.08
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズは、物体側の面が凸形状の正レンズであり、該正レンズの物体側の面は該第2レンズ群中の正レンズの中で最も曲率半径の絶対値が小さいことを特徴とする請求項1のズームレンズ。
- 前記第1レンズ群は、物体側より像側へ順に、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズと、像側の面が凹でメニスカス形状の正レンズより成ることを特徴とする請求項1又は2のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群は、物体側より像側へ順に、正レンズと負レンズの接合レンズ、物体側と像側の面が凸形状のレンズより成ることを特徴とする請求項1、2又は3のズームレンズ。
- 広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1レンズ群は像側に凸状の軌跡で移動し、前記第2レンズ群は物体側に単調に移動し、前記第3レンズ群は像側に移動することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点と、前記Fナンバー決定部材との光軸方向の間隔をD2S、該第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点と、該レンズの物体側の面と外周部との交点の光軸方向の間隔をD2Rとするとき、
0.2< D2S/D2R <0.9
なる条件式を満足する事を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項のズームレンズ。 - 前記第1レンズ群の焦点距離をf1、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、
−2.6< f1/fw <−1.6
なる条件式を満足する事を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項のズームレンズ。 - 前記第2レンズ群の焦点距離をf2、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、
1.2< f2/fw <2.0
なる条件式を満足する事を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項のズームレンズ。 - 前記第1レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第1レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をDL1、前記第2レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第2レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をDL2、前記第3レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの物体側頂点から、該第3レンズ群の最も像側に配置されたレンズの像側頂点までの距離をDL3、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、
1.3< (DL1+DL2+DL3)/fw <2.0
なる条件式を満足する事を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項のズームレンズ。 - 前記第3レンズ群を物体側に移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う事を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項のズームレンズ。
- 前記第1レンズ群の最も物体側に位置するレンズの焦点距離をf11、前記第2レンズ群の最も物体側に位置するレンズの焦点距離をf21とするとき、
−1.6<f11/f21<−0.8
の条件を満足することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項のズームレンズ。 - 固体撮像素子に像を形成するための光学系であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項のズームレンズ。
- 請求項1〜12のいずれか1項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。
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