JP4617108B2 - 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

本発明はズームレンズに関し、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、或いは監視カメラ等のように固体撮像素子を用いた撮像装置に好適なものである。
近年、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置では、それに用いられるCCDなどの固体撮像素子の著しい技術進歩や、撮像装置の小型化に伴い、より高い光学性能を持ち、しかも小型化、薄型化、軽量化を果たした撮影レンズが要望されている。
比較的高い光学性能が得られ、しかもレンズ系全体が小型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群L1と正の屈折力の第2レンズ群よりなり、それら2つのレンズ群の空気間隔を変化させてズーミングを行う2群ズームレンズがある。
この2群ズームレンズは比較的少ないレンズ枚数でレンズ系が構成出来るため、小型化を狙うズームタイプのレンズ系によく利用されている。
2群ズームレンズとして、第1レンズ群が負レンズと正レンズから成り、第2レンズ群が正レンズと負レンズから成る小型の2群ズームレンズが知られている(特許文献1〜3)。
又、2群ズームレンズにおいて、第2レンズ群が正の屈折力の第2aレンズ群と正の屈折力の第2bレンズ群より成り、第2bレンズ群でフォーカスをする2群ズームレンズが知られている(特許文献4)。
一方で、高画質化が進み高解像度の撮像素子を搭載した小型の撮像装置に対応したズームレンズとして、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る3群ズームレンズが知られている(特許文献5、6)。
3群ズームレンズにおいて、第2レンズ群を正レンズと負レンズで構成した小型の3群ズームレンズが知られている(特許文献7)。
特開平6−273670号公報 特開平9−033810号公報 特開平11−052235号公報 特開2000−9977号公報 特開2000−147381号公報 特開2000−284177号公報 特開2000−9999号公報
上述した各特許文献で提案されている2群ズームレンズ及び3群ズームレンズは、小型で高解像度の撮像装置用としては、光学性能的に多少改善の余地がある。
本発明は、例えば固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、コンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズの提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群より構成され、ズーミングに際し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第1レンズ群は、負の屈折力の第11レンズと、正の屈折力の第12レンズより成り、前記第2レンズ群は、正の屈折力の第21レンズと負の屈折力の第22レンズより成り、前記第21レンズと前記第22レンズの材料のアッベ数を各々ν21、ν22、前記第22レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R22a、R22bとするとき、
45<ν21−ν22<50
1.7<(R22a+R22b)/(R22a−R22b)<2.5
なる条件を満足することを特徴としている。
この他、本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、正の屈折力の第3レンズ群より構成され、ズーミングに際し、各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第1レンズ群は、負の屈折力の第11レンズと、正の屈折力の第12レンズより成り、前記第2レンズ群は、正の屈折力の第21レンズと負の屈折力の第22レンズより成り、前記第21レンズと前記第22レンズの材料のアッベ数を各々ν21、ν22、前記第22レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R22a、R22bとするとき、
45<ν21−ν22<50
1.7<(R22a+R22b)/(R22a−R22b)<2.5
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、コンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズが得られる。
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。
図1(A)、(B)、(C)は、本発明の実施例1のズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離)におけるレンズ断面図である。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、望遠端における収差図である。実施例1はズーム比1.91、開口比3.28〜4.69程度のズームレンズである。
図5(A)、(B)、(C)は、本発明の実施例2のズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離)におけるレンズ断面図である。図6、図7、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1.91、開口比3.28〜4.67程度のズームレンズである。
図9(A)、(B)、(C)は、本発明の実施例3のズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離)におけるレンズ断面図である。図10、図11、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1.96、開口比3.28〜4.54程度のズームレンズである。
図13(A)、(B)、(C)は、本発明の実施例4のズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離)におけるレンズ断面図である。図14、図15、図16は、それぞれ実施例4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4はズーム比1.91、開口比3.28〜4.83程度のズームレンズである。
図17(A)、(B)、(C)は、本発明の実施例5のズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離)におけるレンズ断面図である。図18、図19、図20は、それぞれ実施例5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5はズーム比1.91、開口比2.88〜4.07程度のズームレンズである。
図21は本発明のズームレンズを備えるデジタルスチルカメラ(撮像装置)要部概略図である。
各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。
図1、図5、図9、図13、図17のレンズ断面図において、L1は負の屈折力(光学的パワー=焦点距離の逆数)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レンズ群である。SPは開口絞りであり、実施例1〜3、5は第2レンズ群L2の物体側に、実施例4では像側に位置している。
Gは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に対応して光学設計上設けられた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)の撮像面にが置かれている。
収差図において、d、gは各々d線及びg線、ΔM、ΔSはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はg線によって表わしている。
又、OBJは像面から測ったときの物体距離である。
尚、以下の各実施例において広角端と望遠端のズーム位置は変倍用レンズ群(第2レンズ群)が機構上、光軸上移動な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
図1、図5、図9、図13の実施例1〜4のズームレンズでは、広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングに際して、第1レンズ群L1は像側に凸状の軌跡の一部を描くように移動し、第2レンズ群L2は物体側に移動している。
図17の実施例5のズームレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群L1は、像側へ凸状の軌跡の一部を描くように移動し、第2レンズ群L2は、第1レンズ群L1との間隔が小さくなるように物体側へ移動し、第3レンズ群L3は第2レンズ群L2との間隔が大きくなるように物体側へ移動している。
開口絞りSPは、いずれの実施例においても、ズーミングに際して第2レンズ群L2と共に移動している。
各実施例のズームレンズでは、第2レンズ群L2の移動により主な変倍を行い、第1レンズ群L1の移動によって変倍に伴う像点の移動を補正している。
実施例1〜4では、第1レンズ群L1でフォーカスを行っている。実施例5では、第3レンズ群L3でフォーカスを行っている。
このとき第1レンズ群L1によるフォーカスは、ズーミング用のカム軌跡を階段状に形成し、ズーミング用の延長軌跡を用いても良い。
一般に、2群ズームレンズや3群ズームレンズにおいて、全ズーム範囲にわたり、良好な光学性能を有し、かつレンズ枚数を削減して、レンズ系の薄型化を図るには、非球面をレンズ系中の適切な箇所に用いることが有効である。
更にズーミングの際の移動量が比較的大きくなる第2レンズ群のレンズ構成及び変倍による像面変動を補正する第1レンズ群のレンズ構成を適切に設定して、ズーミングにおける収差変動を極力抑える必要がある。
そこで各実施例では、第1レンズ群L1を像側の面が非球面形状で、物体側が凸面のメニスカス形状の負の屈折力の第11レンズG11と、物体側の面が凸面のメニスカス形状の正の屈折力の第12レンズG12とで構成している。
第12レンズG12に、高屈折率、高分解の材料を用いている。
第2レンズ群L2は、屈折力の絶対値が像側の面に比べ、物体側の面が大きく、かつ物体側の面が非球面形状でかつ両レンズ面が凸形状の正の屈折力の第21レンズG21、屈折力の絶対値が物体側の面に比べ像側の面が大きく、像側の面が非球面形状でかつメニスカス形状の負の屈折力の第22レンズG22より成っている。
第21レンズG21に低屈折率、低分解の材料を用い、第22レンズG22に高屈折率、高分解の材料を用いている。
これによって軸上色収差を良好に補正している。
実施例5では、第3レンズ群L3は、1つの正の屈折力の第31レンズより成っている。
又、各実施例では、次の条件式のうち1以上を満足するようにしており、これによって各条件式に対応した効果を得ている。
第21レンズと、第22レンズの材料のアッベ数を各々ν21、ν22、第21レンズG21の物体側と像側の面の曲率半径を各々R21a、R21b、第22レンズG22の物体側と像側の面の曲率半径を各々R22a、R22bとするとき、
45<ν21−ν22<50・・・・(1)
1.7<(R22a+R22b)/(R22a−R22b)<2.5 ・・・(2)
−0.7<(R21a+R21b)/(R21a−R21b)<−0.4・・・(3)
なる条件式を満足している。
なお、条件式(1)において、アッベ数はd線を基準としたものであり、アッベ数νdは以下の式によって表される。
νd=(Nd−1)/(NF−NC)
Nd:d線に対するその材料の屈折率
NF:F線に対するその材料の屈折率
NC:C線に対するその材料の屈折率
次に各条件式の技術的意味について説明する。
条件式(1)は、第2レンズ群L2中の第21レンズG21と第22レンズG22の材料のアッベ数に関するものである。条件式(1)の上限値、又は下限値を超えてアッベ数の差が適度でなくなると、望遠域における軸上色収差の補正が困難となってくる。
条件式(2)は、第2レンズ群L2中の第22レンズG22のシェイプファクタ(形状因子)に関するものである。条件式(2)の上限値又は下限値を超えると、望遠域における、画面周辺部のコマフレアーの補正が困難になってくる。
条件式(3)は、第2レンズ群L2中の第21レンズG21のシェイプファクタに関するものである。条件式(3)の上限値又は、下限値を越えると、全変倍範囲にわたり、画面周辺部のコマフレアーの補正が難しくなってくる。
更に好ましくは各条件式の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
Figure 0004617108
なる条件を満足するのが良い。
又、各実施例において、更に好ましくは、次の条件式のうち1以上を満足するのが良い。
これによって各条件式に対応した効果を得ている。
第11レンズG11と第12レンズG12の焦点距離を各々f11、f12、第1レンズ群L1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、第11レンズG11の材料のd線に対するアッベ数をν11、第12レンズG12の材料のd線に対する屈折率とアッベ数を各々N12、ν12、第21レンズG21と第22レンズG22の材料のd線に対するアッベ数を各々ν21、ν22、第1レンズ群L1の第1レンズ面(最も物体側の面)から第1レンズ群L1の最終レンズ面(最も像側の面)までの長さをDaとするとき、
Figure 0004617108
7<ν11−ν12<15・・・・・(5)
1.8<N12・・・・(6)
26<ν12・・・・・(7)
−0.39<Da/f1<−0.3・・・・・(8)
−2.4<f1/fw<−1.5・・・・・(9)
なる条件式を満足している。
次に各条件式の技術的意味について説明する。
条件式(4)は第1レンズ群L1中を構成する第11レンズG11と第12レンズG12の焦点距離に関するものである。条件式(5)は第1レンズ群L1中を構成する第11レンズG11と第12レンズG12の材料のアッベ数に関するものである。
ズーム全域におけるコマフレアーと色収差の補正を両立させる為に、条件式(4)、(5)を同時に満足させるのが良い。
条件式(4)、(5)においては、第1レンズ群L1を構成する2枚のレンズの屈折力を各々適度に強め、かつ各レンズのパワーがある程度強い状態において色収差のバランスを保つために、第1レンズ群L1を構成する2枚のレンズの材料のアッベ数の差を適度に保つ必要があり、そのための条件を数式で表したものである。
条件式(4)の上限を超えて各レンズの屈折力が強くなりすぎると、広角域において軸外収差の良好な補正が困難になってくる。条件式(4)の下限を超えて各レンズの屈折力が弱くなり過ぎると、レンズ系全体が大型化してくるので良くない。
条件式(4)の範囲内のパワー配置において、条件式(5)の上限又は、下限を超えると、レンズ系全体における倍率色収差の補正が困難になってくる。
条件式(5)の上限値を超えると、倍率色収差のバランスを保つために第1レンズ群L1を構成する各レンズの屈折力を弱める必要があり、結果として条件式(4)の数値範囲を外れることにより、ズーム全域においてコマフレアーが増大する。
条件式(5)の下限を超えると、第1レンズ群L1を構成する各レンズの屈折力を強める必要があり、第1レンズ群L1中の第12レンズG12のコバを確保することが困難になってくる。
条件式(6)は第1レンズ群L1中の第12レンズG12の材料の屈折率に関するものである。条件式(6)の下限値を超えて屈折率が低くなると第1レンズ群L1のレンズ径が大型化し、更に広角域におけるコマフレアーの補正が困難になってくる。
条件式(7)は、第1レンズ群L1中の第12レンズG12の材料のアッベ数に関するものである。条件式(7)の下限を超えるとレンズ系全体における倍率色収差の補正が困難になってくる。
条件式(8)は、第1レンズ群L1中のレンズの厚さと各レンズ間の間隔の総和に関するものである。条件式(8)の上限を超えると第1レンズ群L1の厚みの増大により前玉径が大型化しレンズ系全体が大型化してくるので良くない。
条件式(8)の下限を超えて第1レンズ群L1の厚みが薄くなると、第11レンズG11と第12レンズG12間に存在すべきレンズ固定用のホルダーが薄くなるので、強度が不足してくるので良くない。
条件式(9)は、第1レンズ群L1の焦点距離に関するものである。条件式(9)の上限を超えると、全ズーム域において像面湾曲の補正が困難になってくる。条件式(9)の下限を超えると、広角端におけるレンズ全長が増大する傾向にあり良くない。
更に好ましくは各条件式の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
Figure 0004617108
なる条件式を満足するのが良い。
尚、以上の各実施例においては、第1レンズ群L1の物体側にフィルター、コンバーターレンズを又は/及び第2レンズ群L2若しくは第3レンズ群L3の像側にフィールドレンズ等の屈折力の小さなレンズ群を付加してもよい。
以上のように各実施例によれば、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と
正の屈折力の第2レンズ群を有し、ズーミングに際し、双方のレンズ群の間隔が変わるズームレンズにおいて、前述の如く各レンズ群のレンズ構成、非球面の位置、ズーミングの際の移動方法等を最適に設定し、又フォーカシング方法を最適に設定した。これにより、レンズ枚数の削減を計り、レンズ全長の短縮化を達成したにもかかわらず、2倍程度のズーム比を有しつつ、明るく、高い光学性能を有した、デジタルスチルカメラに適したズームレンズを達成している。
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(撮像装置)の実施例を図21を用いて説明する。
図21において、20はビデオカメラ本体、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は撮影光学系21によって被写体像を受光するCCDセンサやCCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)、23は撮像素子22が受光した被写体像を記録するメモリ、24は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。
上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子22上に形成された被写体像
が表示される。
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撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
次に本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、iは物体側からの面の順序を
示し、Riはレンズ面の曲率半径、Diは第i面と第i+1面との間のレンズ肉厚及び間隔、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。
また、最も像側の2つの面はフェースプレート等のガラス材である。
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、
x=(h/R)/[1+{1−(1+k)(h/R)1/2
+Ah+Bh+Ch+Dh+Eh10
で表わされる。但し、kは円錐定数、A,B,C,D,Eは非球面係数、Rは近軸曲率半径である。
又「e−0x」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。
Figure 0004617108
Figure 0004617108
Figure 0004617108
Figure 0004617108
Figure 0004617108
Figure 0004617108
実施例1のズームレンズのレンズ断面図 実施例1のズームレンズの広角端のズーム位置における収差図 実施例1のズームレンズの中間の焦点位置における収差図 実施例1のズームレンズの望遠端のズーム位置における収差図 実施例2のズームレンズのレンズ断面図 実施例2のズームレンズの広角端のズーム位置における収差図 実施例2のズームレンズの中間の焦点位置における収差図 実施例2のズームレンズの望遠端のズーム位置における収差図 実施例3のズームレンズのレンズ断面図 実施例3のズームレンズの広角端のズーム位置における収差図 実施例3のズームレンズの中間の焦点位置における収差図 実施例3のズームレンズの望遠端のズーム位置における収差図 実施例4のズームレンズのレンズ断面図 実施例4のズームレンズの広角端のズーム位置における収差図 実施例4のズームレンズの中間の焦点位置における収差図 実施例4のズームレンズの望遠端のズーム位置における収差図 実施例5のズームレンズのレンズ断面図 実施例5のズームレンズの広角端のズーム位置における収差図 実施例5のズームレンズの中間の焦点位置における収差図 実施例5のズームレンズの望遠端のズーム位置における収差図 デジタルスチルカメラの要部概略図
符号の説明
L1:第1レンズ群
L2:第2レンズ群
L3:第3レンズ群
SP: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 (7)

  1. 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群より構成され、ズーミングに際し、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第1レンズ群は、負の屈折力の第11レンズと、正の屈折力の第12レンズより成り、前記第2レンズ群は、正の屈折力の第21レンズと負の屈折力の第22レンズより成り、前記第21レンズと前記第22レンズの材料のアッベ数を各々ν21、ν22、前記第22レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R22a、R22bとするとき、
    45<ν21−ν22<50
    1.7<(R22a+R22b)/(R22a−R22b)<2.5
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、正の屈折力の第3レンズ群より構成され、ズーミングに際し、各レンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第1レンズ群は、負の屈折力の第11レンズと、正の屈折力の第12レンズより成り、前記第2レンズ群は、正の屈折力の第21レンズと負の屈折力の第22レンズより成り、前記第21レンズと前記第22レンズの材料のアッベ数を各々ν21、ν22、前記第22レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R22a、R22bとするとき、
    45<ν21−ν22<50
    1.7<(R22a+R22b)/(R22a−R22b)<2.5
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  3. 前記第11レンズは、物体側の面の屈折力の絶対値に比べて像側の面の屈折力の絶対値が大きく、少なくとも一方の面が非球面形状より成り、前記第12レンズは、物体側が凸面のメニスカス形状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。
  4. 前記第2レンズ群の物体側又は像側に開口絞りを有し、前記第21レンズと第22レンズは、独立した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。
  5. 前記第21レンズの物体側と像側の面の曲率半径を各々R21a、R21bとするとき、
    −0.7<(R21a+R21b)/(R21aーR21b)<−0.4
    なる条件を満足す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. 固体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5のいずれか1項のズームレンズ。
  7. 請求項1〜6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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