JP5954625B2 - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 Download PDF

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Description

本発明は、焦点距離を変化させて画角を変化させる変倍機能を有するレンズに係り、特に、固体撮像素子を用いて被写体のデジタル画像データを取得する、いわゆるデジタルカメラやビデオカメラ等に好適なズームレンズ、そのようなズームレンズを撮像用光学系として用いるカメラおよびそのような撮像機能を有する携帯情報端末装置に関するものである。
デジタルカメラの市場は、非常に大きなものとなっており、ユーザのデジタルカメラに対する要望も多岐にわたっている。中でも、高画質化と小型化は常にユーザの欲するところであり、ユーザのデジタルカメラに対する要望の大きなウエイトを占めている。このため、撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高性能化と小型化の両立が求められている。
小型化という面では、まず、使用時のレンズ全長(最も物体側のレンズ面から像面までの距離)を短縮することが必要であり、また、各レンズ群の厚みを縮小して、収納時の全長を抑えることも重要である。さらに、高性能化という面では、全ズーム域にわたって、少なくとも、1000万〜2000万画素の撮像素子に対応する解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。
また、撮影レンズの広画角化を望むユーザも多く、ズームレンズの短焦点端の半画角は42度以上であることが望ましい。
さらに、大口径化を望まれており、短焦点端のFナンバが2.0以下であることが望ましい。
また、デジタルカメラ用のズームレンズには多くの種類が考えられるが、4倍程度の変倍比を確保しつつ、大口径化に適するタイプとして、第1レンズ群は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群は、像面側に移動し、第3レンズ群は、物体側に移動し、第4レンズ群が、移動するズームレンズがある。
物体側より、順次、正の屈折力を持つ第1レンズ群と、負の屈折力を持つ第2レンズ群と、正の屈折力を持つ第3レンズ群と、正の屈折力を持つ第4レンズ群とを配置してなり、第1レンズ群を正レンズで構成し、第3レンズ群を5枚で構成するズームレンズの従来例としては、特開2002−196241号公報(以下、「特許文献1」という)、特許第4035328号公報(以下、「特許文献2」という)、特開2004−61676号公報(以下、「特許文献3」という)、特開2002−72087号公報(以下、「特許文献4」という)等に記載されたものがある。
これら、特許文献1、特許文献2、特許文献3および特許文献4に記載されたズームレンズは、短焦点端のFナンバが2.0以下ではなく、また、42度以上の広画角化も達成できていない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、請求項1に記載の発明は、短焦点端の半画角が42度以上と十分に広画角でありながら短焦点端のFナンバが2.0以下、長焦点端のFナンバが3.0程度であり、構成枚数が10枚程度、小型でかつ1000万〜2000万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することを目的としている。
請求項1に記載した発明に係るズームレンズは、上述した目的を達成するために、
物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う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2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凸面を向けた負レンズで構成し
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズに関し、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P が、
=(n −n )/(n −n
であらわされるとき、
前記第3レンズ群の1つの前記正レンズが、
条件式:
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することを特徴としている。
本発明の請求項1のズームレンズによれば、
物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う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2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像面側に凸面を向けた正レンズおよび像面側に凸面を向けた負レンズで構成し
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズに関し、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F が、
g,F =(n −n )/(n −n
であらわされるとき、
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズが、以下の条件式
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することにより、特に、短焦点端の半画角が42度以上と十分に広画角でありながら、短焦点端のFナンバが2.0以下、長焦点端のFナンバが3.0程度であり、構成枚数が10枚程度と少なく、小型でかつ1000万〜2000万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することができ、延いては、小型かつ高画質で、通常の撮影領域を十分にカバーする変倍域を有したカメラや携帯情報端末装置を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態の実施例1に係るズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を示す図であり、(a)は短焦点端(広角端・Wide)、(b)は中間焦点距離(Mean)および(c)は長焦点端(望遠端・Tele)のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図1に示す本発明の実施例1によるズームレンズの短焦点端(広角端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図1に示す本発明の実施例1によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図1に示す本発明の実施例1によるズームレンズの長焦点端(望遠端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第1の実施の形態の実施例2に係るズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を示す図であり、(a)は短焦点端(広角端・Wide)、(b)は中間焦点距離(Mean)および(c)は長焦点端(望遠端・Tele)のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図5に示す本発明の実施例2によるズームレンズの短焦点端(広角端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図5に示す本発明の実施例2によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図5に示す本発明の実施例2によるズームレンズの長焦点端(望遠端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第1の実施の形態の実施例3に係るズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を示す図であり、(a)は短焦点端(広角端・Wide)、(b)は中間焦点距離(Mean)および(c)は長焦点端(望遠端・Tele)のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図9に示す本発明の実施例3によるズームレンズの短焦点端(広角端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図9に示す本発明の実施例3によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図9に示す本発明の実施例3によるズームレンズの長焦点端(望遠端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第1の実施の形態の実施例4に係るズームレンズの光学系の構成およびズーミングに伴うズーム軌跡を示す図であり、(a)は短焦点端(広角端・Wide)、(b)は中間焦点距離(Mean)および(c)は長焦点端(望遠端・Tele)のそれぞれにおける光軸に沿った断面図である。 図13に示す本発明の実施例4によるズームレンズの短焦点端(広角端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図13に示す本発明の実施例4によるズームレンズの中間焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 図13に示す本発明の実施例4によるズームレンズの長焦点端(望遠端)における球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す収差曲線図である。 本発明の第2の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラの外観構成を模式的に示す物体側から見た斜視図である。 図17のデジタルカメラの外観構成を模式的に示す撮影者側から見た斜視図である。 図17のデジタルカメラの機能構成を模式的に示すブロック図である。 本発明で使用している画像処理による歪曲収差の電子的な補正を説明するための撮像視野の模式図である。
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係るズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置を詳細に説明する。具体的な実施例(数値実施例)について説明する前に、まず、本発明の原理的な実施の形態を説明する。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズは、物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像面側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像面側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う各レンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
さらに、それぞれ以下のような特徴を有するものである。
即ち、本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第1の特徴は、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像面側に凸面を向けた正レンズおよび像面側に凸面を向けた負レンズで構成したことである。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第1の特徴は、
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズに関し、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F が、
g,F =(n −n )/(n −n
であらわされるとき、
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズが、以下の条件式
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することである(請求項に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第2の特徴は、
物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う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2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凸面を向けた負レンズで構成し、
前記第1レンズ群を構成する1枚の正レンズに関し、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F を、
g,F =(n −n )/(n −n )と表わされているとき、
前記第1レンズ群を構成する1枚の正レンズが、条件式:
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することである(請求項2に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第3の特徴は、
前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズに関し、
屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F を、
g,F =(n −n )/(n −n )と表わされているとき、
前記第3レンズ群のうち、少なくとも1枚の正レンズが、条件式:
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することである(請求項2に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第の特徴は、
前記第3レンズ群の前記正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズに関し、
屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F を、
g,F =(n −n )/(n −n )と表わされているとき、
前記第3レンズ群の1つの前記正レンズが、
条件式:
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することである(請求項3に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第4の特徴は、
前記第3レンズ群、前記条件式(1)、前記条件式(2)および前記条件式(3)を満足する正レンズを2つ有することである(請求項に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第5の特徴は、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1とし、短焦点端の焦点距離をfwとして、
条件式:
12.0<f1/fw<20.0 (4)
を満足することである(請求項5に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第6の特徴は、
前記第3レンズ群の焦点距離をf3とし、短焦点端の焦点距離をfwとして、
条件式:
2.5<f3/fw<4.5 (5)
を満足することであり、(請求項6に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第7の特徴は、
前記開口絞りが、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立して移動することである(請求項7に対応する)。
本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの第8の特徴は、
短焦点端における前記開口絞りと前記第3レンズ群の間隔をTLs3_wとし、短焦点端における前記第2レンズ群と前記開口絞りの間隔TL2s_wとして、
条件式:
0.15<TLs3_w/TL2s_w<0.40 (6)
を満足することである(請求項8に対応する)。
本発明の第2の実施の形態に係るカメラは、上記特徴を有するズームレンズを、カメラ機能部の撮像用光学系として有することである(請求項9に対応する)。
本発明の第3の実施の形態に係る携帯情報端末装置は、前記ズームレンズを、撮影用光学系として、有することである(請求項10に対応する)。
次に、本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの作用につき、主として、添付図面の図1、図5、図9、図13を用いて説明する。
本発明の第1の実施の形態のような、正、負、正、正の4レンズ群で構成されるズームレンズは、第3レンズ群G3が主要な変倍作用を負担する、いわゆるバリエータとして構成される。
同実施の形態に係るズームレンズは、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第1レンズ群G1は像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は像面側に移動し、第3レンズ群G3は物体側に移動し、第4レンズ群G4が移動し、隣り合う各レンズ群の間隔が変化することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなって、第2レンズ群G2・第3レンズ群G3の倍率(絶対値)はどちらも増加するが、第1レンズ群G1を1枚の正レンズで構成し、主に第3レンズ群G3により変倍するようにしている。
そのため、第3レンズ群G3の構成が重要になってくる。第3レンズ群G3の構成を正レンズからなる第1レンズL31、正レンズからなる第2レンズL32、負レンズからなる第3レンズL33、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第4レンズL34、像面側に凸面を向けた負レンズからなる第5レンズL35としている。像面側に凸面に向けた正レンズからなる第4レンズL34と像面側に凸面を向けた負レンズからなる第5レンズL35の構成にすることにより、軸外光線の面に対する入射角が大きくなりすぎないようにし、各種収差を十分に補正することができる。また、第2レンズL32と第3レンズL33を接合し、第4レンズ(正レンズ)L34と第5レンズ(負レンズ)L35を接合することが望ましい。
また、色収差を補正しつつ、高性能にするためには、以下の条件式(1)、(2)、(3)を満足することが望ましい(請求項に対応する)。
1.5<n<1.65 (1)
60<ν<80 (2)
0.008<Pg,F−(−0.001802×ν+0.6483)<0.050 (3)
ただし、nは、第3レンズ群G3が有する正レンズの屈折率、νは、第3レンズ群G3が有する正レンズのアッベ数、Pg,Fは、第3レンズ群G3が有する正レンズの部分分散比である。ここで、部分分散比は、Pg,F=(n−n)/(n−n)であり、n,n,nは、それぞれ正レンズのg線、F線、C線に対する屈折率である。
第1レンズ群G1を1枚で構成していることから望遠端における軸上色収差を補正することが困難になる。一般に、軸上色収差の二次スペクトルを低減するためには、軸上光線高さが高いレンズ群に特殊低分散ガラスを用いると効果が大きい。第3レンズ群G3は、第1レンズ群G1に次いで軸上光線高さが高く、異常分散ガラスの採用によって、軸上色収差の二次スペクトルを十分に低減することが可能となる。そこで、第3レンズ群G3に条件式(1)、(2)、(3)を満足するような異常分散を有する正レンズを用い、望遠端における軸上色収差を補正しつつ、各種収差を十分に補正することができる。
また、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凸面を向けた負レンズで構成し、
前記第1レンズ群を構成する1枚の正レンズに関連し、
ただし、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P g,F を、
g,F =(n −n )/(n −n )と表わされたとき、
前記第1レンズ群を構成する1枚の正レンズが、
条件式:
1.5<n <1.65 (1)
60<ν <80 (2)
0.008<P g,F −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
を満足することが望ましい(請求項2に対応する)。
また、前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズが前記条件式(1)〜(3)を満足することが望ましい(請求項3に対応する)。
さらに色収差を補正しつつ高性能にするためには、第3レンズ群G3に条件式(1)、(2)、(3)を満足する正レンズを2枚以上用いると良い(請求項に対応する)。光線の通り方が異なる2つのレンズで補正できるため、軸上色収差や倍率色収差の2次スペクトルを十分に低減することが可能になる。
より色収差を補正しつつ高性能にするためには、第1レンズ群G1は、条件式を満足する正レンズで構成することが望ましい(請求項4に対応する)。軸上色収差の二次スペクトルを低減するためには、軸上光線高さが高いレンズ群に特殊低分散ガラスを用いると効果が大きい。特に少なくとも望遠側においては、第1レンズ群G1が最も軸上光線高さが高く、特殊低分散ガラスの採用によって、軸上色収差の二次スペクトルを十分に低減することが可能となる。
さらに高性能にするためには、以下の条件式(4)を満足することが望ましい(請求項5に対応する)。
12.0<f1/fw<20.0 (4)
ただし、f1は、第1レンズ群G1の焦点距離、fwは、短焦点端の焦点距離を表す。
条件式(4)の上限値を超えると、第2レンズ群G2がほとんど変倍機能を有することができず、ズーム域全体の収差補正が困難になり、下限値を下回ると、第1レンズ群G1の焦点距離が短くなりすぎ、第1レンズ群G1を1枚で構成し、ズーム域全体の収差補正をしつつ、望遠端での軸上色収差を補正することが困難になる。
さらに高性能にするためには、以下の条件式(5)を満足することが望ましい(請求項6に対応する)。
2.5<f3/fw<4.5 (5)
ただし、f3は、第3レンズ群G3の焦点距離であり、fwは、短焦点端の焦点距離である。
条件式(5)の上限値を超えると、第3レンズ群G3で変倍することが困難になり、ズーム域全体の収差補正が困難になる。また、条件式(5)の下限値を下回ると、第3レンズ群G3の焦点距離が短くなりすぎ、第3レンズ群G3内の各種収差の補正が困難になる。
短焦点端から長焦点端への変倍に際して、開口絞りADが独立で移動することが望ましい(請求項7に対応する)。短焦点端において開口絞りADが物体側にあることにより、開口絞りADより物体側にある群を小さくすることができ、かつ開口絞りADより物体側にある群を簡単な構成で収差補正することができる。
さらに小型、高性能にするためには、以下の条件式(6)を満足すると良い(請求項8に対応する)。
0.15<TLs3_w/TL2s_w<0.40 (6)
ただし、TLs3_wは、短焦点端における開口絞りADと第3レンズ群G3の間隔であり、TL2s_wは、短焦点端における第2レンズ群G2と開口絞りADの間隔である。
条件式(6)の下限値を下回ると、第2レンズ群G2と開口絞りADの間隔が大きくなり、短焦点端における第2レンズ群G2を通る軸外光線が高くなりすぎ、第2レンズ群G2内における軸外収差の補正が困難になり、かつ第2レンズ群G2が大型化する。条件式(6)の上限値を超えると、第3レンズ群G3と開口絞りADの間隔が大きくなり、短焦点端における第3レンズ群G3を通る軸外光線が高くなりすぎ、第3レンズ群G3内における収差補正が困難になり、かつ第3レンズ群G3が大型化する。
尚、フォーカシングは、第4レンズ群G4ですることが望ましい。
像面に到達する光量を減少させる必要があるときには、開口絞りADを小径化しても良いが、絞り径を大きく変えることなく、NDフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。
以下に、本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例(単に、「実施例」と称することがある)を示す。
実施例1ないし実施例4は、正負正正の4群レンズ構成である。
各実施例において、第4レンズ群G4の像面側に配設される平行平板FMは、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CCDセンサ、CMOSセンサ等の受光素子のカバーガラス(シールガラス)を想定したものである。
レンズの材質は、全ての実施例において,全て光学ガラスとなっている。但し、第4レンズ群G4のレンズは、面精度による画質への影響が大きくないため、樹脂レンズを用いても良い。
以下に、本発明の第1の実施の形態に係る結像レンズの具体的な数値実施例を示す。なお、全ての実施例において、最大像高は、短焦点端においてY´=4.35mm、中間焦点距離、長焦点端においてY´=4.90mmである。
実施例の収差は、十分に補正されており、1000万〜2000万画素の受光素子に対応することが可能となっている。本発明の実施の形態のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得ることは、以下に説明する各実施例より明らかである。
ところで、実施例1〜4のズームレンズは、上記の如く性能良好であるが、広角端(短焦点短)においては歪曲収差が発生している。勿論、歪曲収差は「中間焦点距離付近や長焦点端」では有効に抑えられている。
この状態を、図20に説明図的に示す。図20において、符号TFで示すのは、望遠端(長焦点端)および中間焦点距離近傍における「像面形状」であり、撮像素子の受光面と略同一の矩形形状をなしている。一方、破線で示す像面形状WFは、広角端(短焦点端)における像面形状であり、負の歪曲収差により「樽型形状」となっている。
しかしながら、この歪曲収差は、「電気的な補正」により補正可能である。補正の方法は、種々考えられるが、例えば、図20に示すように、像面形状の中心から縦方向の基準線に対して角:θをなす直線上にある「画素」Pを考えてみる。図の如く、この受光素子の画素Pの上記中心からの距離を「X」、上記中心からの距離を「X」における歪曲収差をDis(X)[%]とすると、上記距離「X」の位置にある画素Pを100×X/(100+Dis(X))に変換する補正を行えばよい。このようにして、広角端(短焦点端)における歪曲収差を良好に補正した画像を撮像することができる。
そのため、広角端(短焦点端)での像高は、中間焦点距離での像高や望遠端(長焦点端)での像高よりも小さくしている。
実施例における記号の意味は、以下の通りである。
f :全系の焦点距離
F :Fナンバ
ω :半画角
R :曲率半径
D :面間隔
:屈折率
ν :アッベ数
K :非球面の円錐定数
:4次の非球面係数
:6次の非球面係数
:8次の非球面係数
10 :10次の非球面係数
ただし、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をc、光軸からの高さをHとするとき、面頂点から光軸方向の変位量をX、非球面係数をA2iとして、非球面は、以下の式(7)で定義される。
Figure 0005954625
図1は、本発明の第1の実施の形態の実施例1に係るズームレンズの光学系の構成および広角端(短焦点端)から所定の中間焦点距離を経て望遠端(長焦点端)へのズーミングに伴うズーム軌跡を模式的に示しており、(a)は広角端(短焦点端)における光軸に沿った断面図、(b)は中間焦点距離における光軸に沿った断面図、(c)は望遠端(長焦点端)における光軸に沿った断面図である。なお、実施例1のレンズ群配置を示す図1において、図示左側が物体(被写体)側である。
図1に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から像面側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置している。このうち、第1レンズ群G1は、1枚の第1レンズL11を有し、第2レンズ群G2は、第1レンズL21、第2レンズL22、第3レンズL23を有してなり、第3レンズ群G3は、第1レンズL31、第2レンズL32、第3レンズL33、第4レンズL34、第5レンズL35を有してなり、第4レンズ群G4は、1枚の第1レンズL41を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては各群毎に相対的に動作し、開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間に配設され、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立で移動するように動作する。図1には、各光学面の面番号も示している。
広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4は、移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなる。
第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)L11を配している。第2レンズ群G2は、物体側から順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズ(負レンズ)L21、像面側に凹面を向けた平凹レンズであり、且つ像面側に非球面を形成した非球面レンズからなる第2レンズ(負レンズ)L22と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第3レンズ(正レンズ)L23とを配している。
第3レンズ群G3は、物体側より順次に、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズであり、且つ両面に非球面を形成した非球面レンズからなる第1レンズ(正レンズ)L31と、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第2レンズ(正レンズ)L32と、像面側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第3レンズ(負レンズ)L33と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第4レンズ(正レンズ)L34と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第5レンズ(負レンズ)とを配しており、第2レンズL32と第3レンズL33の2枚のレンズおよび第4レンズL34と第5レンズL35の2枚のレンズは、それぞれ互いに密接して貼り合わせられて、一体に接合され、2枚のレンズからなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、物体側の面に非球面を形成している非球面レンズからなる第1レンズL41を配している。
この場合、図1に示すように、広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際し、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4が移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなって、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の倍率(絶対値)は、どちらも増加するが、第1レンズ群G1を1枚で構成し、主に、第3レンズ群G3により変倍するようにしているため、第3レンズ群G3の構成が重要になってくる。
そこで、第3レンズ群G3の構成を、正レンズ(第1レンズL31)、正レンズ(第2レンズL32)、負レンズ(第3レンズL33)、像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)、像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)としている。
像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)と像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)とを配置構成することにより、軸外光線の面に対する入射角が大きくなり過ぎないようにし、各種収差を十分に補正することができる。
この実施例1においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=4.63〜17.79、F=1.85〜3.11、ω=48.21〜15.84の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表1の通りである。
Figure 0005954625
表1において、面番号に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面であり、また、ガラスの表示欄の硝種名の後の括弧内に、次の通り硝材の製造メーカー名を、HOYA(HOYA株式会社)、OHARA(株式会社オハラ)として略記した。これらは、他の実施例についても同様である。
すなわち、表1においては、「*」が付された第6面、第10面、第11面および第18面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、下記の表2の通りである。
Figure 0005954625
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、そして第4レンズ群G4とフィルタ等FMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って表3のように変化させられる。
Figure 0005954625
また、望遠端における像高Y′=4.90である。図20を参照して、先に述べたように、歪曲収差の画像処理による収差補正を行うため、受光素子の撮像範囲に望遠端(および中間焦点距離)における撮像範囲をほぼ一致させて、矩形の撮像範囲とし、広角端における像高Y′=4.35として、広角端における撮像範囲が樽型となるような歪曲収差を発生させる。そして、広角端における樽型の有効撮像範囲を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。
したがって、条件式(1)〜条件式(3)に対応する値は、次表(4)のようになり、条件式(4)〜条件式(6)は次表(5)のようになり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
Figure 0005954625
Figure 0005954625
また、図2、図3および図4に、それぞれ、実施例1の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差の各収差図におけるgおよびdはそれぞれ、g線およびd線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図5は、本発明の第1の実施の形態の実施例2に係るズームレンズの光学系の構成および広角端(短焦点端)から所定の中間焦点距離を経て望遠端(長焦点端)へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、(a)は広角端(短焦点端)における光軸に沿った断面図、(b)は中間焦点距離における光軸に沿った断面図、(c)は望遠端(長焦点端)における光軸に沿った断面図である。なお、実施例2のレンズ群配置を示す図5において、図示左側が物体(被写体)側である。
図5に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から像面側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置している。このうち、第1レンズ群G1は、1枚の第1レンズL11を有し、第2レンズ群G2は、第1レンズL21、第2レンズL22、第3レンズL23を有してなり、第3レンズ群G3は、第1レンズL31、第2レンズL32、第3レンズL33、第4レンズL34、第5レンズL35を有してなり、第4レンズ群G4は、1枚の第1レンズL41を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては各群毎に相対的に動作し、開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間に配設され、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立で移動するように動作する。図5には、各光学面の面番号も示している。
広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4は、移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなる。
第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)L11を配している。第2レンズ群G2は、物体側から順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズ(負レンズ)L21、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、且つ像面側に非球面を形成した非球面レンズからなる第2レンズ(負レンズ)L22と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズL23とを配している。
第3レンズ群G3は、物体側より順次に、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズであり、且つ両面に非球面を形成した非球面レンズからなる第1レンズ(正レンズ)L31と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズ(正レンズ)L32と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズ(負レンズ)L33と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第4レンズ(正レンズ)L34と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第5レンズ(負レンズ)L35とを配しており、第2レンズL32と第3レンズL33の2枚のレンズおよび第4レンズL34と第5レンズL35の2枚のレンズは、それぞれ互いに密接して貼り合わせられて、一体に接合され、2枚のレンズからなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、物体側の面に非球面を形成している非球面レンズからなる第1レンズ(正レンズ)L41を配している。
この場合、図5に示すように、広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際し、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4が移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなって、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の倍率(絶対値)は、どちらも増加するが、第1レンズ群G1を1枚で構成し、主に、第3レンズ群G3により変倍するようにしているため、第3レンズ群G3の構成が重要になってくる。
そこで、第3レンズ群G3の構成を、正レンズ(第1レンズ群L31)、正レンズ(第2レンズL32)、負レンズ(第3レンズL33)、像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)、像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)としている。
像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)と像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)とを配置構成することにより、軸外光線の面に対する入射角が大きくなり過ぎないようにし、各種収差を十分に補正することができる。
この実施例2においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=4.63〜17.81、F=1.84〜2.96、ω=48.36〜15.68の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表6の通りである。
Figure 0005954625
表6において、面番号に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面であり、また、ガラスの表示欄の硝種名の後の括弧内に、次の通り硝材の製造メーカー名を、HOYA(HOYA株式会社)、OHARA(株式会社オハラ)として略記した。これらは、他の実施例についても同様である。
すなわち、表6においては、「*」が付された第6面、第10面、第11面および第18面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、下記の表7の通りである。
Figure 0005954625
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、そして第4レンズ群G4とフィルタ等FMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って表8のように変化させられる。
Figure 0005954625
また、望遠端における像高Y′=4.90である。図20を参照して、先に述べたように、歪曲収差の画像処理による収差補正を行うため、受光素子の撮像範囲に望遠端(および中間焦点距離)における撮像範囲をほぼ一致させて、矩形の撮像範囲とし、広角端における像高Y′=4.35として、広角端における撮像範囲が樽型となるような歪曲収差を発生させる。そして、広角端における樽型の有効撮像範囲を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。
したがって、条件式(1)〜条件式(3)に対応する値は、次表(9)のようになり、条件式(4)〜(6)は次表(10)のようになり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
Figure 0005954625
Figure 0005954625
また、図6、図7および図8に、それぞれ、実施例2の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差の各収差図におけるgおよびdはそれぞれ、g線およびd線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図9は、本発明の第1の実施の形態の実施例3に係るズームレンズの光学系の構成および広角端(短焦点端)から所定の中間焦点距離を経て望遠端(長焦点端)へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、(a)は広角端(短焦点端)における光軸に沿った断面図、(b)は中間焦点距離における光軸に沿った断面図、(c)は望遠端(長焦点端)における光軸に沿った断面図である。なお、実施例3のレンズ群配置を示す図9において、図示左側が物体(被写体)側である。
図9に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から像面側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置している。このうち、第1レンズ群G1は、1枚の第1レンズL11を有し、第2レンズ群G2は、第1レンズL21、第2レンズL22、第3レンズL23を有してなり、第3レンズ群G3は、第1レンズL31、第2レンズL32、第3レンズL33、第4レンズL34、第5レンズL35を有してなり、第4レンズ群G4は、1枚の第1レンズL41を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては各群毎に相対的に動作し、開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間に配設され、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立で移動するように動作する。図9には、各光学面の面番号も示している。
広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4は、移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなる。
第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)L11を配している。第2レンズ群G2は、物体側から順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズ(負レンズ)L21、像面側に凹面を向けた平凹レンズであり、且つ像面側に非球面を形成した非球面レンズからなる第2レンズ(負レンズ)L22と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第3レンズL23とを配している。
第3レンズ群G3は、物体側より順次に、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズであり、且つ両面に非球面を形成した非球面レンズからなる第1レンズ(正レンズ)L31と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズ(正レンズ)L32と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第3レンズ(負レンズ)L33と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第4レンズ(正レンズ)L34と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第5レンズ(負レンズ)L35とを配しており、第2レンズL32と第3レンズL33の2枚のレンズおよび第4レンズL34と第5レンズL35の2枚のレンズは、それぞれ互いに密接して貼り合わせられて、一体に接合され、2枚のレンズからなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、物体側の面に非球面を形成している非球面レンズからなる第1レンズL41を配している。
この場合、図9に示すように、広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際し、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4が移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなって、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の倍率(絶対値)は、どちらも増加するが、第1レンズ群G1を1枚で構成し、主に、第3レンズ群G3により変倍するようにしているため、第3レンズ群G3の構成が重要になってくる。
そこで、第3レンズ群G3の構成を、正レンズ(第1レンズ群L31)、正レンズ(第2レンズL32)、負レンズ(第3レンズL33)、像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)、像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)としている。
像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)と像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)とを配置構成することにより、軸外光線の面に対する入射角が大きくなり過ぎないようにし、各種収差を十分に補正することができる。
この実施例3においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=4.63〜17.80、F=1.77〜3.01、ω=48.25〜15.77の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表11の通りである。
Figure 0005954625
表11において、面番号に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表11においては、「*」が付された第6面、第10面、第11面および第18面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、下記の表12の通りである。
Figure 0005954625
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、そして第4レンズ群G4とフィルタ等FMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って表13のように変化させられる。
Figure 0005954625
また、望遠端における像高Y′=4.90である。図20を参照して、先に述べたように、歪曲収差の画像処理による収差補正を行うため、受光素子の撮像範囲に望遠端(および中間焦点距離)における撮像範囲をほぼ一致させて、矩形の撮像範囲とし、広角端における像高Y′=4.35として、広角端における撮像範囲が樽型となるような歪曲収差を発生させる。そして、広角端における樽型の有効撮像範囲を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。
したがって、条件式(1)〜条件式(3)に対応する値は、次表(14)のようになり、条件式(4)〜(6)は次表(15)のようになり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
Figure 0005954625
Figure 0005954625
また、図10、図11および図12に、それぞれ、実施例3の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差の各収差図におけるgおよびdはそれぞれ、g線およびd線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
図13は、本発明の第1の実施の形態の実施例4に係るズームレンズの光学系の構成および広角端(短焦点端)から所定の中間焦点距離を経て望遠端(長焦点端)へのズーミングに伴うズーム軌跡を示しており、(a)は広角端(短焦点端)における光軸に沿った断面図、(b)は中間焦点距離における光軸に沿った断面図、(c)は望遠端(長焦点端)における光軸に沿った断面図である。なお、実施例4のレンズ群配置を示す図13において、図示左側が物体(被写体)側である。
図13に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から像面側に向かって、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置している。このうち、第1レンズ群G1は、1枚の第1レンズL11を有し、第2レンズ群G2は、第1レンズL21、第2レンズL22、第3レンズL23を有してなり、第3レンズ群G3は、第1レンズL31、第2レンズL32、第3レンズL33、第4レンズL34、第5レンズL35を有してなり、第4レンズ群G4は、1枚の第1レンズL41を有している。
第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては各群毎に相対的に動作し、開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間に配設され、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立で移動するように動作する。図13には、各光学面の面番号も示している。
広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4は、移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなる。
第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズからなる第1レンズ(正レンズ)L11を配している。
第2レンズ群G2は、物体側から順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズ(負レンズ)L21、像面側により強い凹面を向けた両凹レンズであり、且つ像面側に非球面を形成した非球面レンズからなる第2レンズ(負レンズ)L22と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第3レンズ(正レンズ)L23とを配している。
第3レンズ群G3は、物体側より順次に、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズであり、且つ両面に非球面を形成した非球面レンズからなる第1レンズ(正レンズ)L31と、物体側により強い凸面を向けた両凸レンズからなる第2レンズ(正レンズ)L32と、像面側により強い凹面を向けた両凹レンズからなる第3レンズ(負レンズ)L33と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第4レンズ(正レンズ)L34と、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第5レンズ(負レンズ)とを配しており、第2レンズL32と第3レンズL33の2枚のレンズおよび第4レンズL34と第5レンズL35の2枚のレンズは、それぞれ互いに密接して貼り合わせられて、一体に接合され、2枚のレンズからなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、物体側の面に非球面を形成している非球面レンズからなる第1レンズL41を配している。
この場合、図13に示すように、広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際し、第1レンズ群G1は、像面側に凸になるように移動し、第2レンズ群G2は、像面側に移動し、第3レンズ群G3は、物体側に移動し、第4レンズ群G4が移動することにより、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔は大きくなり、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔は小さくなって、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3の倍率(絶対値)は、どちらも増加するが、第1レンズ群G1を1枚で構成し、主に、第3レンズ群G3により変倍するようにしているため、第3レンズ群G3の構成が重要になってくる。
そこで、第3レンズ群G3の構成を、正レンズ(第1レンズ群L31)、正レンズ(第2レンズL32)、負レンズ(第3レンズL33)、像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)、像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)としている。
像面側に凸面を向けた正レンズ(第4レンズL34)と像面側に凸面を向けた負レンズ(第5レンズL35)とを配置構成することにより、軸外光線の面に対する入射角が大きくなり過ぎないようにし、各種収差を十分に補正することができる。
この実施例4においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=4.63〜17.81、F=1.80〜3.10、ω=48.15〜15.70の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表16の通りである。
Figure 0005954625
表16において、面番号に「*(アスタリスク)」を付して示した面番号のレンズ面が非球面である。
すなわち、表16においては、「*」が付された第6面、第10面、第11面および第18面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、下記の表17の通りである。
Figure 0005954625
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、そして第4レンズ群G4とフィルタ等FMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って表18のように変化させられる。
Figure 0005954625
また、望遠端における像高Y′=4.90である。図20を参照して、先に述べたように、歪曲収差の画像処理による収差補正を行うため、受光素子の撮像範囲に望遠端(および中間焦点距離)における撮像範囲をほぼ一致させて、矩形の撮像範囲とし、広角端における像高Y′=4.35として、広角端における撮像範囲が樽型となるような歪曲収差を発生させる。そして、広角端における樽型の有効撮像範囲を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。
したがって、条件式(1)〜条件式(3)に対応する値は、次表(19)のようになり、条件式(4)〜(6)は次表(20)のようになり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
Figure 0005954625
Figure 0005954625
また、図14、図15および図16に、それぞれ、実施例4の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差並びにコマ収差の各収差図を示している。なお、これらの図において、球面収差における破線は正弦条件をあらわし、非点収差における実線はサジタル、そして破線はメリディオナルをそれぞれあらわしている。また、球面収差、非点収差、並びにコマ収差の各収差図におけるgおよびdはそれぞれ、g線およびd線をあらわしている。これらは、他の実施例の収差図についても同様である。
次に、上述した本発明の第1の実施の形態に係るズームレンズを撮像用光学系として採用して構成した本発明の第2の実施の形態に係るカメラとしてのデジタルカメラについて図17〜図19を参照して説明する。図17は、物体側、すなわち被写体側、である前面側から見たデジタルカメラの外観を模式的に示す斜視図、図18は、撮影者側である背面側から見たデジタルカメラの外観を模式的に示す斜視図であり、図19は、デジタルカメラの機能構成を示す模式的ブロック図である。なお、ここでは、デジタルカメラを例にとって撮像装置について説明しているが、在来の画像記録媒体として銀塩フィルムを用いる銀塩フィルムカメラに本発明に係るズームレンズを採用してもよい。また、いわゆるPDA(personal data assistant)や携帯電話機等の携帯情報端末装置(第3の実施の形態)のような情報装置にカメラ機能を組み込んだものが広く用いられている。このような情報装置も外観は若干異にするもののデジタルカメラと実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような情報装置における撮像用光学系として、本発明に係るズームレンズを採用してもよい。
図17および図18に示すように、デジタルカメラは、撮影レンズ1、光学ファインダ2、ストロボ(フラッシュライト)3、シャッタボタン4、カメラボディ5、電源スイッチ6、液晶モニタ7、操作ボタン8、メモリカードスロット9およびズームスイッチ10等を具備している。さらに、図19に示すように、デジタルカメラは、中央演算装置(CPU)11、画像処理装置12、受光素子13、信号処理装置14、半導体メモリ15および通信カード等16を備えている。
デジタルカメラは、撮像用光学系としての撮影レンズ1と、CMOS(相補型金属酸化物半導体)撮像素子またはCCD(電荷結合素子)撮像素子等を用いてイメージセンサとして構成された受光素子13とを有しており、撮影レンズ101によって結像される被写体(物体)光学像を受光素子113によって読み取る。この撮影レンズ1として、上述した第1の実施の形態において説明したような本発明に係るズームレンズを用いる。
受光素子13の出力は、中央演算装置11によって制御される信号処理装置14によって処理され、デジタル画像情報に変換される。すなわち、このようなデジタルカメラは、撮像された画像(被写体画像)をデジタル画像情報に変換する手段を含んでおり、この手段は、実質的に、受光素子13、信号処理装置14およびこれらを制御する中央演算装置(CPU)11等により構成される。
信号処理装置14によってデジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置11によって制御される画像処理装置12において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ15に記録される。この場合、半導体メモリ15は、メモリカ1ードスロット9に装填されたメモリカードでもよく、カメラ本体に(オンボードで)内蔵された半導体メモリでもよい。液晶モニタ7には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ15に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ15に記録した画像は、通信カードスロット(図示していない)に装填した通信カード等16を介して外部へ送信することも可能である。
撮影レンズ1は、カメラの携帯時には、その対物面がレンズバリア(図示していない)により覆われており、ユーザが電源スイッチ6を操作して電源を投入すると、レンズバリアが開き、対物面が露出する構成とする。このとき、撮影レンズ1の鏡胴の内部では、ズームレンズを構成する各群の光学系が、例えば広角端(短焦点端)の配置となっており、ズームスイッチ10を操作することによって、各群光学系の配置が変更されて、中間焦点距離を経て望遠端(長焦点端)への変倍動作を行うことができる。なお、光学ファインダ2の光学系も撮影レンズ1の画角の変化に連動して変倍するようにすることが望ましい。
多くの場合、シャッタボタン4の半押し操作により、フォーカシングがなされる。本発明に係るズームレンズ(請求項1〜請求項8で定義され、あるいは上述した実施例1〜実施例4に示されるズームレンズ)におけるフォーカシングは、ズームレンズを構成する複数群の光学系の一部の群(例えば、第4レンズ群G4)の移動、または受光素子の移動などによって行うことができる。シャッタボタン4をさらに押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
半導体メモリ15に記録した画像を液晶モニタ7に表示させたり、通信カード等16を介して外部へ送信させる際には、操作ボタン8を所定のごとく操作する。半導体メモリ15および通信カード等16は、メモリカードスロット9および通信カードスロット等のような、それぞれ専用または汎用のスロットに装填して使用される。
上述のようなデジタルカメラ(撮像装置)または情報装置には、既に述べた通り、第1の実施の形態に示されたような広角端の半画角が42度以上と、十分に広画角でありながら、短焦点端のFナンバが2.0以下、長焦点端のFナンバが3.0程度であり、構成枚数が10程度と少ないズームレンズを用いて構成した撮影レンズ1を撮像用光学系として使用することができる。したがって、1,000万画素〜2,000万画素またはそれ以上の画素数の受光素子を使用した高画質で小型のデジタルカメラ(撮像装置)または携帯情報端末装置を実現することができる。
G1 第1レンズ群(正)
L11 第1レンズ
G2 第2レンズ群(負)
L21 第1レンズ
L22 第2レンズ
L23 第3レンズ
G3 第3レンズ群(正)
L31 第1レンズ
L32 第2レンズ
L33 第3レンズ
L34 第4レンズ
L35 第5レンズ
G4 第4レンズ群(正)
L41 第1レンズ
AD 開口絞り
FM フィルタ等
1 撮影レンズ
2 光学ファインダ
3 ストロボ(フラッシュライト)
4 シャッタボタン
5 カメラボディ
6 電源スイッチ
7 液晶モニタ
8 操作ボタン
9 メモリカードスロット
10 ズームスイッチ
11 中央演算装置(CPU)
12 画像処理装置
13 受光素子
14 信号処理装置
15 半導体メモリ
16 通信カード等
特開2002−196241号公報 特許第4035328号公報 特開2004−61676号公報 特開2002−72087号公報

Claims (10)

  1. 物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う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2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凸面を向けた負レンズで構成し
    前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズが、以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.5<n <1.65 (1)
    60<ν <80 (2)
    0.008<P −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
    ただし、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P を、
    =(n −n )/(n −n )と表す。
  2. 物体側から、順次に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを配置してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、前記第1レンズ群は像側に凸になるように移動し、前記第2レンズ群は像側に移動し、前記第3レンズ群は物体側に移動し、前記第4レンズ群が移動し、隣り合う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2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、前記第1レンズ群は1枚の正レンズで構成し、前記第3レンズ群は物体側から順に正レンズ、正レンズ、負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズおよび像側に凸面を向けた負レンズで構成し、
    前記第1レンズ群を構成する1枚の正レンズが、以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とするズームレンズ。
    1.5<n <1.65 (1)
    60<ν <80 (2)
    0.008<P −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
    ただし、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P を、
    =(n −n )/(n −n )と表す。
  3. 前記第3レンズ群の正レンズのうち、少なくとも1枚の正レンズが、以下の条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする請求項2に記載のズームレンズ。
    1.5<n <1.65 (1)
    60<ν <80 (2)
    0.008<P −(−0.001802×ν +0.6483)<0.050 (3)
    ただし、屈折率をn とし、アッベ数をν とし、g線、F線、C線に対する屈折率をそれぞれn ,n ,n とし、部分分散比P を、
    =(n −n )/(n −n )と表す。
  4. 前記第3レンズ群は、前記条件式(1)、条件式(2)および条件式(3)を満足する正レンズを2つ有することを特徴とする請求項1〜3に記載のズームレンズ。
  5. 前記第1レンズ群の焦点距離をf1とし、短焦点端の焦点距離をfwとして、
    条件式:
    12.0<f1/fw<20.0 (4)
    を満足することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第3レンズ群の焦点距離をf3とし、短焦点端の焦点距離をfwとして、
    条件式:
    2.5<f3/fw<4.5 (5)
    を満足することを特徴とする請求項1〜請求項5に記載のズームレンズ。
  7. 前記開口絞りは、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、独立して移動することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  8. 短焦点端における前記開口絞りと前記第3レンズ群の間隔をTLs3_wとし、短焦点端における前記第2レンズ群と前記開口絞りの間隔TL2s_wとして、
    条件式:
    0.15<TLs3_w/TL2s_w<0.40 (6)
    を満足することを特徴とする請求項7に記載のズームレンズ。
  9. 撮像用光学系として、請求項1〜請求項8のいずれか1項のズームレンズを有することを特徴とするカメラ。
  10. 撮像機能を有し、撮像用光学系として請求項1〜請求項8のいずれか1項のズームレンズを有することを特徴とする携帯情報端末装置。
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