JP4790320B2 - 2群ズームレンズ及びそれを備えた電子撮像装置 - Google Patents
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Description
また、レンズ部品の製造誤差や鏡筒への組み付け誤差等が無視できる程度の場合であっても、温度や湿度の変化等の影響によりレンズを保持する枠やレンズ自体が膨張して、ズームレンズに対する撮像素子の実際の受光面位置と予定していた結像面位置とが一致しない場合がある。
0.930<|f1|/√(fw・fT)<0.990
LT/LW>1
1.0<(β2w)2×fT/fw<1.20
1.2<|β2T|<5
但し、f1は前記第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端無限遠合焦時における全系の焦点距離であり、fTは望遠端無限遠合焦時における全系の焦点距離であり、Lwは広角端における無限遠合焦時の前記第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの距離であり、LTは望遠端における無限遠合焦時の前記第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの距離であり、β2wは広角端における無限遠合焦時の前記第2レンズ群の横倍率であり、β2Tは望遠端における無限遠合焦時の前記第2レンズ群の横倍率である。
但し、前記レンズ成分は、有効径内での空気接触面が最物体側面と最像側面の2面のみのレンズであり、単レンズ若しくは接合レンズで構成されている。
この像位置ズレ量が広角端における場合と望遠端における場合とで同じになる場合を想定して説明する。
例えば、図1に示すように、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群(G1)と、正の屈折力を持つ第2レンズ群(G2)とからなる2群ズームレンズにおいて、広角端(W)における2群ズームレンズ全長の長さと望遠端(T)における2群ズームレンズ全長の長さとを同じとする。また、第1レンズ群(G1)は、広角端(W)から望遠端(T)に変倍する際は、物体側に凸の軌跡で移動するようになっている。
そして、広角端(W)及び望遠端(T)における予定結像面に結像する場合の第1レンズ群(G1)の位置、及び、光路を示す。この時の光路を実線で示す。
また、実際の受光面の位置が予定結像面の位置からズレた位置で結像する場合の第1レンズ群(G1)、及び、光路を示す。この時の光路を破線で示す。
広角端(W)における場合での正の屈折力を持つ第2レンズ群(G2)の縦倍率αWは、1よりも小さくなる。そして、望遠端(T)における場合での正の屈折力を持つ第2レンズ群(G2)の縦倍率αTは1/αWとなり、1よりも大きくなる。(なお、縦倍率とは、軸上に形成される物体の像と始めの物体との大きさの比であり、物体の大きさ(ΔZ)と像の大きさ(ΔZ')は、α=ΔZ'/ ΔZで定義される。縦倍率は横倍率の2乗となる。)
この場合、広角端(W)の場合では、正の屈折力を持つ第2レンズ群(G2)の縦倍率はαWであるから、実際の受光面の位置が予定結像面の位置より物体側にΔi'ズレた時、受光面中心の共役となる位置は、予定結像面の中心の共役点から物体側に、Δi'/ αWだけズレた位置になる。
広角端(W)の場合では、第1レンズ群(G1)は物体側にΔi'/ αWだけ移動させることになる。また、望遠端(T)の場合では、第1レンズ群(G1)はΔi'/ αTだけ移動させることになる。
このとき、第1レンズ群(G1)の移動量は、第2レンズ群(G2)の縦倍率が最小となる2広角端(W)の場合に、最大となる。
よって、第1レンズ群(G1)を物体側に移動させて像位置ズレ量Δi'を補正するための第1レンズ群(G1)の移動量を見越して、予め、鏡筒を大きくしておく必要が生じる。
広角端において第1レンズ群を物体側に移動した場合におけるズームレンズ全長の長さと、望遠端において第1レンズ群を物体側に移動した場合におけるズームレンズ全長の長さをほぼ同じにすることができ、この長さに合わせて鏡筒を構成することができるため、鏡筒を極力小さくすることができる。
0.930<|f1|/√(fw・fT)<0.990 ・・・(1)
但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離であり、fTは望遠端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離である。
LT/LW>1 ・・・(2)
但し、Lwは広角端における無限遠合焦時の第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの実距離であり、LTは望遠端における無限遠合焦時の第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの実距離である。
1.0<(β2w)2×fT/fw<1.20 ・・・(3)
但し、fwは広角端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離であり、fTは望遠端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離であり、β2wは広角端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率である。
βT/βw
で表わせる。
そして、ズームレンズが2つのレンズ群で構成されている場合には、第2レンズ群の倍率比が2群ズームレンズ全系の変倍比となる。そのため、望遠端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率をβ2Tとし、広角端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率をβ2wとしたとき、2群ズームレンズ全系の変倍比は、次の条件式
β2T/β2w
で表わせる。
よって、ズームレンズ全系の変倍比は、次の条件式
fT/fw=β2T/β2w
のように、望遠端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離fTと広角端無限遠合焦時における2群ズームレンズ全系の焦点距離fwとの比を、望遠端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率β2Tと広角端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率β2wとの比の関係に置き換えて表わすこともできる。
従って、条件式(3)は、広角端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率β2wと望遠端倍率における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率β2Tの積で表した次の条件式(3−1)にも変換して表わすことができる。
1.0<β2T×β2w<1.20 ・・・(3−1)
1.2<|β2T|<5 ・・・(4)
但し、β2Tは望遠端における無限遠合焦時の第2レンズ群の横倍率である。
1.5<|β2T|<3.0 ・・・(4−1)
例えば、明るさ絞りが像面に近いと、広角側にて第1レンズ群への軸外光線の入射高が高くなり、第1レンズ群の径が大型化する。一方、明るさ絞りが物体側に近いと、第2レンズ群への軸外光線の入射高が高くなり、屈折力が強くなりやすい第2レンズ群での収差が抑えにくくなる。
また、本発明の2群ズームレンズによれば、無限遠から近距離までのフォーカシングを行ないつつ、機構レイアウト上、小型で、かつ、簡素化に有利な撮像装置を提供できる。
図2は、本発明の2群ズームレンズの第1実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図2において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図3は、第1実施例における2群ズームレンズの無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
尚、像面側に凹面を向けた正のメニスカスレンズL21の物体側の面は、レンズ中心部から周辺部にかけて正の屈折力が徐々に弱くなっていく構成となっている。また、光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズL23の像側の面は、光軸中心とその周辺で曲率の符号が異なる構成となっている。
このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d4が減少し、第2レンズ群G2と平行平面板FLの間隔d9が増大するように、各レンズ群は移動する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
また、光軸に対して回転対象な非球面形状は、光軸方向をzとし,光軸に直交する方向をyとし、zとyの直交する方向をxとして、円錐係数をk、光軸に対して回転対称な非球面係数をA4、A6、A8、A10とした時、次式で定義される。
z=(y2/r)/〔1+[1−(1+k)(y/r)2]1/2〕+A4y4
+A6y6+A8y8+A10y10
なお、これらの記号は、後述の実施例2の数値データにおいても共通である。
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.82mm
焦点距離f:5.952mm〜17.097mm
Fno.(Fナンバー):3.26〜5.70
r1=46.387 d1=1.00 nd1=1.80610 νd1=40.92
r2=3.854(非球面) r2=1.77
r3=7.382 d3=1.62 nd3=1.84666 νd3=23.78
r4=17.384 d4=D4(可変)
r5=∞(絞り) d5=-0.26
r6=4.855(非球面) d6=2.52 nd6=1.58313 νd6=59.38
r7=37.142 d7=2.32 nd7=1.84666 νd7=23.78
r8=6.503 d8=1.93 nd8=1.51633 νd8=64.14
r9=-15.584(非球面) d9=D9(可変)
r10=∞ d10=0.50 nd10=1.54771 νd10=62.84
r11=∞ d11=0.60
r12=∞ d12=0.50 nd12=1.51633 νd12=64.14
r13=∞ d13=0.53
r14=∞(撮像面)
面番号 k A4 A6 A8 A10
2 -0.766 3.15109×10-4 -1.45250×10-7 6.20761×10-9 -1.86943×10-9
6 -3.522 3.33417×10-3 -1.26709×10-4 9.03084×10-6 -3.57915×10-7
9 -36.821 8.56370×10-4 2.19507×10-4 -7.65093×10-6 2.14774×10-6
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 5.952 10.088 17.097
Fno. 3.26 4.16 5.70
全画角(2ω) 64.5° 39.7° 23.8°
D4 10.80 4.80 1.26
D9 8.64 12.53 19.13
図4は、本発明の2群ズームレンズの第2実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図4において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図5は、第2実施例における2群ズームレンズの無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図である。
尚、像面側に凹面を向けた正のメニスカスレンズL21の物体側の面は、レンズ中心部から周辺部にかけて正の屈折力が徐々に弱くなっていく構成となっている。また、光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズL23の像側の面は、光軸中心とその周辺とで曲率の符号が異なる構成となっている。
このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d4が減少し、第2レンズ群G2と平行平面板FLの間隔d9が増大するように、各レンズ群は移動する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.92mm
焦点距離f:5.916mm〜11.479mm
Fno.(Fナンバー):3.59〜5.07
r1=76.650 d1=1.00 nd1=1.80610 νd1=40.92
r2=3.276(非球面) r2=1.40
r3=6.251 d3=1.70 nd3=1.84666 νd3=23.78
r4=16.782 d4=D4(可変)
r5=∞(絞り) d5=-0.20
r6=4.384(非球面) d6=2.30 nd6=1.69350 νd6=53.21
r7=300.000 d7=0.80 nd7=1.84666 νd7=23.78
r8=6.297 d8=2.40 nd8=1.48749 νd8=70.23
r9=-13.015(非球面) d9=D9(可変)
r10=∞ d10=1.30 nd10=1.51633 νd10=64.14
r11=∞ d11=1.23
r12=∞(撮像面)
面番号 k A4 A6 A8 A10
2 -1.130 1.83732×10-3 -2.30469×10-5 4.01044×10-6 -1.91354×10-7
6 -0.345 -5.98870×10-5 6.13929×10-6 -2.96420×10-6 8.00000×10-7
9 0.000 4.16180×10-3 9.37500×10-5 6.17499×10-5 1.48794×10-7
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 5.916 7.988 11.479
Fno. 3.59 4.14 5.07
全画角(2ω) 65.5° 49.6° 35.1°
D4 6.09 3.53 1.30
D9 7.12 8.99 12.14
表1
FL 平行平面板
CG カバーガラス
I 撮像面
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
L11 像面側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ
L12 物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ
L21 像面側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ
L22 像面側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ
L23 光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズ
40 デジタルカメラ
41 撮像光学系
42 撮影用光路
43 ファインダー光学系
44 ファインダー用光路
45 シャッター釦
46 フラッシュ
47 液晶表示モニター
48 カバーガラス
49 CCD
50 撮像面
51 処理手段
52 記録手段
53 ファインダー用対物光学系
54 カバー部材
55 ポロプリズム
56 第1反射面
57 視野枠
58 第2反射面
59 接眼光学系
60 液晶表示素子(LCD)
61 フィルター
62 入射面
63 反射面
64 反射と屈折の兼用面
65 カバー部材
66 カバーガラス
100 対物光学系
101 鏡枠
102 カバーガラス
103 制御系
160 撮像ユニット
162 撮像素子チップ
166 端子
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
Claims (6)
- 物体側より順に、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レンズ群とからなり、
2つのレンズ群の間隔を狭くすることにより広角端から望遠端への変倍を行い、
前記負の屈折力を有する第1レンズ群が無限遠物点合焦から近距離物点合焦へのフォーカシング時に物体側に移動し、
前記第2レンズ群が、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズの3枚のレンズからなる1つの接合レンズで構成され、且つ、複数の非球面を有し、
前記3枚のレンズからなる接合レンズの最物体側面と最像側面が、光軸上にてそれぞれ空間側に凸面を向けた形状に構成され、
前記複数の非球面のうち最も物体側の非球面が、光軸から離れるにつれて正の屈折力が弱くなり、
前記複数の非球面のうち最も像面側の非球面が、光軸中心とその周辺とで曲率の符号が異なるように構成され、
且つ、次の条件式をいずれも満足することを特徴とする2群ズームレンズ。
0.930<|f1|/√(fw・fT)<0.990
LT/LW>1
1.0<(β2w)2×fT/fw<1.20
1.2<|β2T|<5
但し、f1は前記第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端無限遠合焦時における全系の焦点距離であり、fTは望遠端無限遠合焦時における全系の焦点距離であり、Lwは広角端における無限遠合焦時の前記第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの距離であり、LTは望遠端における無限遠合焦時の前記第1レンズ群の最も物体側の面頂から結像面までの距離であり、β2wは広角端における無限遠合焦時の前記第2レンズ群の横倍率であり、β2Tは望遠端における無限遠合焦時の前記第2レンズ群の横倍率である。 - 前記接合レンズの最物体側面と最像側面が非球面であることを特徴とする請求項1に記載の2群ズームレンズ。
- 前記第1レンズ群が、物体側より順に、像面側に凹面を向けた負レンズ成分、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ成分で構成され、
前記負レンズ成分の凹面が、第1レンズ群中の空気に接するレンズ面の中で近軸曲率半径絶対値が最も小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の2群ズームレンズ。
但し、前記レンズ成分は、有効径内での空気接触面が最物体側面と最像側面の2面のみのレンズであり、単レンズ若しくは接合レンズで構成されている。 - 明るさ絞りが、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間に配置され、
且つ、前記明るさ絞りが、変倍時、像面に対する前記第2レンズ群の移動方向と同じ方向に移動することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の2群ズームレンズ。 - 前記明るさ絞りが、第2レンズ群の入射面頂よりも像側に位置し、開口サイズが一定であることを特徴とする請求項4に記載の2群ズームレンズ。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の2群ズームレンズと、その像側に配置され、且つ、前記2群ズームレンズにより撮像面上に形成される被写体像を電気信号に変換する受光面を持つ電子撮像素子とを備えたことを特徴とする電子撮像装置。
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