JP6091868B2

JP6091868B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP6091868B2
Application number: JP2012265560A
Authority: JP
Inventors: 萩原　宏行; 宏行萩原
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: KR102052125B1; KR20140071864A; JP2014109761A

Description

本発明はズームレンズに関し、具体的には、振動による撮影画像のぶれを補正する機能を有するズームレンズに関する。さらに具体的には、第１群から第４群の４つレンズ群を有し、変倍時において第１群と第４群とは固定されるズームレンズに関する。

物体側より順に、負群（第１群）、正群（第２群）、負群（第３群）、正群（第４群）で構成され、第１群と第４群とが変倍時に固定されているズームレンズが知られている（特許文献１、２、３）。
さらに、上記構成において、レンズシフト方式により手振れ補正を行うズームレンズが知られている（特許文献１）。
例えば、特許文献１においては、第２群中の像側群を手振れ補正群とし、第３群をフォーカス群としている。

特開２０１２−０４７８１３号公報特開２０１１−２３７７３７号公報特開２０１２−０２７２６２号公報

特許文献１においては、上記構成を採用するによってインナーフォーカスとぶれ補正との両立を図っている。しかしながら、特許文献１においては、望遠端としたときに第２群と第３群とが大きく離れてしまう構成となっている。
ここで、実際にズームレンズを製品とする際には、第１群と第４群と固定しておいて、移動が必要な第２群と第３群とをユニット構成にすることが考えられる。そして、第２群と第３群とからなるユニットにＶＣＭ（ボイスコイルモータ）を組み込んで、ＶＣＭにより合焦動作を高速化することが好ましい。
しかしながら、特許文献１の構成では、前述のように、望遠端としたときに第２群と第３群とが大きく離れてしまうので、第２群と第３群とからなるユニットにＶＣＭを組み込むような構成は採用できない。
また、特許文献１においては、第４群が一枚のレンズで構成されるところ、最終群が一枚レンズでは性能確保が困難である。
また、特許文献２、３においては、第３群をフォーカス群とすることでインナーフォーカスを実現しているが、手振れ補正機能を持たせる群がない。

本発明のズームレンズは、
物体側より順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群、
正の屈折力を有する第２レンズ群、
負の屈折力を有する第３レンズ群、および、
正の屈折力を有する第４レンズ群を備え、
広角端から望遠端への変倍の際、前記第１レンズ群及び第４レンズ群が光軸方向において固定されるズームレンズであって、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、正の屈折力を有する第２Ａレンズ群と正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群とを有し、前記第２Ｂレンズ群を光軸方向に移動させることで近接物体から無限物体に対して合焦機能を持たせ、
前記第３レンズ群を光軸に対して垂直な方向にシフトすることによって像をシフトさせる
ことを特徴とする。

本発明により、変倍時、合焦時および像シフト時において良好な性能を保ちつつ、小型化できるズームレンズを実現できる。

実施例１の広角端におけるレンズ断面図。実施例１の広角端における収差図。実施例１の中間のズーム位置における収差図。実施例１の望遠端における収差図。実施例２の広角端におけるレンズ断面図。実施例２の広角端における収差図。実施例２の中間のズーム位置における収差図。実施例２の望遠端における収差図。実施例３の広角端におけるレンズ断面図。実施例３の広角端における収差図。実施例３の中間のズーム位置における収差図。実施例３の望遠端における収差図。実施例４の広角端におけるレンズ断面図。実施例４の広角端における収差図。実施例４の中間のズーム位置における収差図。実施例４の望遠端における収差図。実施例５の広角端におけるレンズ断面図。実施例５の広角端における収差図。実施例５の中間のズーム位置における収差図。実施例５の望遠端における収差図。

本発明の実施形態を図示するとともに、図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
図１は、本発明に係るズームレンズを示す図である。
（なお、図１は、実施例１に従って設計したものである。実施例１の詳細な設計値は後記を参照されたい。）
ズームレンズは、物体側より順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、
正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、
負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、
正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４、で構成されている。

ここで、Ｇは、光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。
ＩＰは像面を表し、本ズームレンズを、交換レンズシステムカメラ、監視カメラ、ビデオカメラまたは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）の撮像面に相当する。
本ズームレンズを銀塩フィルム用カメラの光学系に使用する場合、像面ＩＰはフィルム面に相当する。

広角端状態より望遠端状態への変倍に際して、矢印のように各レンズ群の間隔、
すなわち、
第１レンズ群Ｇ１と第２Ａレンズ群Ｇ２Ａとの間隔、
第２レンズ群Ｇ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂとの間隔、
第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂと第３レンズ群Ｇ３との間隔、
第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔、がいずれも変化するように、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸に沿った方向にそれぞれ移動する。

このとき、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は光軸方向に固定である。
また、第２群レンズＧ２の後ろ側群（第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂ）に合焦機能を持たせることでインナーフォーカスを実現している。
また、第３レンズ群Ｇ３を光軸に対して垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能な構成となっている。

さらに、本実施形態は、優れた手振れ補正を実現し、さらにはインナーフォーカスを実現しつつも、小型で軽量なズームレンズとするため、次のように各レンズ群を設計する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負レンズ２枚と、物体側に凸面を向けた正レンズとで構成され、第１レンズ群Ｇ１は非球面形状を含む面を少なくとも１面有する。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負レンズを２枚配置することで負の屈折力を分散させ、特に広角位置での軸第収差の補正を容易にしている。
更には第１レンズ群に非球面形状を含む面を少なくとも１面有することで、特に広角位置での軸外収差の補正を良好にすることができる。
好ましくは非球面形状を含むレンズは第１レンズ群の物体側より２番目の負レンズに設けることが、非球面形状を有するレンズの小型化も図ることが出来るので望ましい。
また第１レンズ群Ｇ１に物体側に凸面を向けた正レンズを配置することで、第１レンズ群Ｇ１で発生する色収差や望遠端での球面収差の補正を容易にしている。

さらに、第１レンズ群Ｇ１は、次の条件を満足することが好ましい。

０．３＜｜ｆ１／ｆｔ｜＜１．０・・・（条件式１）

ここでｆｔは望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離であり、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。

（条件式１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と、望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離ｆｔと、の関係を規定する式である。
（条件式１）の上限値を超えて第１レンズ群Ｇ１の屈折力が弱くなると、第１レンズ群Ｇ１のレンズ径が大きくなり、また厚みも大きくなるのでズームレンズが大型化してしまい、好ましくない。
（条件式１）の下限値を下回って第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなると、諸収差を補正することが困難となり、高性能化が図れなくなり好ましくない。

さらに好ましくは、（条件式１）の数値範囲を下記のように設定する。

０．５＜｜ｆ１／ｆｔ｜＜０．８・・・（条件式1a）

第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、
正の屈折力を有する第２Ａレンズ群Ｇ２Ａと、
正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂと、から構成されている。
第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは、物体側に凸面を向けた正レンズと、像側に凹面を向けた負レンズと、で構成されている。
なお、第２Ａレンズ群Ｇ２は、非球面形状を含む面を少なくとも１面有している。
第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは、非球面形状を含む面を少なくとも１面有することで、変倍時に発生する軸外収差の変動を良好に補正することが可能である。
また第２Ａレンズ群Ｇ２Ａは正レンズと負レンズとで構成されることで色収差を良好に補正している。
望ましくは、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａを構成している負レンズ群は、物体側に凸面を向けた負レンズに構成することで、変倍時に発生する軸外収差を良好に補正することが可能である。
第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは、負レンズと正レンズとの接合レンズで構成されている。第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂは、物体側より順に負レンズと正レンズとで構成することで、合焦時に発生する色収差の変動を良好に補正している。
望ましくは、接合レンズとすることで、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの構成を小型、簡易化することができる。

なお、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂが近距離合焦時に物体側へ移動する。
第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの実線の曲線２ｂａは、無限遠物体に合焦しているときに広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示す。
第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの点線の曲線２ｂｂは、近距離物体に合焦しているときに広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡を示す。

第３レンズ群Ｇ３は正レンズと負レンズとの接合レンズで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３を光軸に対して垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能な構成となっている。
第３群レンズＧ３を光軸に垂直な方向に変位可能な構成とすることで優れたブレ補正機能を有することができる。
第３レンズ群Ｇ３は正レンズと負レンズとで構成することで、像シフト時に発生する色収差を良好に補正している。
望ましくは、第３レンズ群Ｇ３を構成する正レンズは、物体側に凸のメニスカス形状にすることで体積を減らし、重量の軽減を図ることでアクチュエータへの負荷を減らすことが可能となる。
更には接合レンズとすることで構成を簡易化することができる。

第２群レンズＧ２および第３レンズ群について、次の条件式を満たすことが好ましい。

０．３＜ｆ２Ｂ／ｆｔ＜１．０・・・（条件式２）

０．３＜ｆ２Ａ／ｆｔ＜１．２・・・（条件式３）

０．３＜ｆ３／ｆｔ＜１．２・・・（条件式４）

ここで、
ｆ２Ａは第２レンズ群Ｇ２中の物体側に構成される正の屈折力を有する前記第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの焦点距離、
ｆ２Ｂは第２レンズ群Ｇ２中の像側に構成される正の屈折力を有する前記第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの焦点距離、
ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、
ｆｔは望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離、
を表している。

（条件式２）は、第２レンズ群Ｇ２中の像側に構成される正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの焦点距離ｆ２Ｂと、望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離ｆｔと、の関係を規定する式である。
（条件式２）は、フォーカス群である第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂに最適な合焦機能をもたせるための条件式である。
第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂに近接物体から無限物体に対する合焦機能を持たせている。
（条件式２）の上限値を超えるとフォーカスレンズ群である第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの屈折力が弱くなりすぎてしまい、フォーカス機能での移動量が大きくなることで、ズームレンズとして小型化が図れなくなってしまう為好ましくない。
（条件式２）の下限値を下回ると、フォーカスレンズ群である第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂの屈折力が強くなりすぎ、フォーカス時の収差変動を良好に補正することが困難になるので好ましくない。

（条件式３）は、第２レンズ群Ｇ２中の物体側に構成される正の屈折力を有する第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの焦点距離ｆ２Ａと、望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離ｆｔと、の関係を規定する式である。
（条件式３）は、性能を確保しつつもフォーカス群を小型化させるための条件式である。
（条件式３）の上限値を超えると、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの屈折力が弱くなりすぎてしまい、フォーカス機能を備える第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂへの集光作用が弱くなり、結果、第２Ｂレンズ群Ｇ２Ｂが大きくなることで、重量の増加につながり、ズームレンズの大型化、駆動装置の大型化につながる為好ましくない。
（条件式３）の下限値を下回ると、第２Ａレンズ群Ｇ２Ａの屈折力が強くなりすぎ、変倍時の収差変動を良好に補正することが困難になるので好ましくない。

（条件式４）は、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３と、望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離ｆｔと、の関係を規定する式である。
（条件式４）は、防振群である第３レンズ群Ｇ３に最適な防振機能を持たせるための条件式である。
第３レンズ群Ｇ３は、像シフト時にシフトすることで像振れを補正している。
（条件式４）の上限値を超えるとシフトレンズ群である第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなりすぎてしまい、シフト量が大きくなり、駆動に必要な仕事量が増え、駆動機能の小型化が図れなくなってしまう。
（条件式４）の下限値を下回ると、シフトレンズ群である第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなりすぎ、像シフト補正を制御するのが複雑となり、像振れの残りなどが生じて好ましくない。

さらに好ましくは、（条件式２）、（条件式３）、（条件式４）の数値範囲を下記のように設定する。

０．５＜ｆ２Ｂ／ｆｔ＜０．８・・・（条件式２ａ）

０．５＜ｆ２Ａ／ｆｔ＜０．９・・・（条件式３ａ）

０．５＜ｆ３／ｆｔ＜０．９・・・（条件式４ａ）

次に、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズと負レンズとの接合レンズとで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、正レンズと負レンズとを配置することで色収差を補正し、高性能化を図っている。
また、望ましくは、正レンズと負レンズとの接合レンズを配置することで、製造時の組み付け誤差等の影響を少なくし、安定した光学品質を得ることができる。

さらに、第４レンズ群Ｇ４は、次の条件を満足することが好ましい。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に正レンズと負レンズとで構成され、次の条件を満足することが好ましい。

１．５＜ｆ４／ｆｔ・・・（条件式５）

ここでｆｔは望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離であり、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離である。
（条件式５）は、最終レンズ群である第４レンズ群について、画質等の性能を確保するための条件式である。
（条件式５）の下限値を下回って第４レンズ群Ｇ４の屈折力が強くなると、広角端状態から望遠端状態まで変倍時の収差変動を良好に補正することが困難になるので好ましくない。

さらに好ましくは、（条件式５）の数値範囲を、下記のように設定する。

１．７＜ｆ４／ｆｔ＜１５．０・・・（条件式５ａ）
（条件式５ａ）の上限値を超えて第４レンズ群Ｇ４の屈折力が弱くなると、射出瞳を遠ざけることが困難になり、撮像素子への入射に強い勾配を持つことで入射光量の低下、カラーフィルタへの誤入射など画質劣化につながるので好ましくない。

本発明の実施例１から実施例５を以下に示す。
表１に、各実施例と各条件式との対応を示した。

各数値実施例において面番号ｉは物体側からの光学面の順序を示す。
ｒｉは第ｉ番目の光学面の曲率半径、
ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との面間隔、
ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。
バックフォーカス（ＢＦ）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算した値である。
レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカス（ＢＦ）を加えた値である。
長さの単位は、ｍｍである。
またKをコーニック定数、A4、A６、A8、A10を非球面係数、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、非球面形状は、

で表示される。
但しRは曲率半径である。また例えば「E-Z」の表示は「10^-Z」を意味する。
ｆは焦点距離、FnoはFナンバー、ωは半画角を示す。

（実施例１）
表２に実施例１を示す。
また、図１は本発明の数値実施例１の広角端におけるレンズ断面図である。
図２は、数値実施例１の広角端における収差図である。
図３は、数値実施例１の中間のズーム位置における収差図である。
図４は、数値実施例１の望遠端における収差図である。

（実施例２）
表３に実施例２を示す。
また、図５は、実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。
図６は、実施例２の広角端における収差図である。
図７は、実施例２の中間のズーム位置における収差図である。
図８は、実施例２の望遠端における収差図である。

（実施例３）
表４に実施例３を示す。
図９は、実施例３の広角端におけるレンズ断面図である。
図１０は、実施例３の広角端における収差図である。
図１１は、実施例３の中間のズーム位置における収差図である。
図１２は、実施例３の望遠端における収差図である。

（実施例４）
表５に実施例４を示す。
また、図１３は、実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。
図１４は、実施例４の広角端における収差図である。
図１５は、実施例４の中間のズーム位置における収差図である。
図１６は、実施例４の望遠端における収差図である。

（実施例５）
表６に実施例５を示す。
また、図１７は、実施例５の広角端におけるレンズ断面図である。
図１８は、実施例５の広角端における収差図である。
図１９は、実施例５の中間のズーム位置における収差図である。
図２０は、実施例５の望遠端における収差図である。

以上のように、本発明のズームレンズにおいては各レンズ群を適切に構成することで変倍時、合焦時および像シフト時において良好な性能を保ちつつ、小型化を実現している。

G１・・・第１レンズ群、G２・・・第２レンズ群、G３・・・第３レンズ群、G４・・・第４レンズ群、G２A・・・第２Aレンズ群、G２B・・・第２Bレンズ群、G・・・CCDのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック、SP・・・絞り、IP・・・結像面、ｄ・・・ｄ線、ｇ・・・ｇ線、ΔM・・・メリジオナル像面、ΔS・・・サジタル像面、ω・・・半画角、Fno・・・Fナンバー。

Claims

物体側より順に、
負の屈折力を有する第１レンズ群、
正の屈折力を有する第２レンズ群、
負の屈折力を有する第３レンズ群、および、
正の屈折力を有する第４レンズ群から構成され、
広角端から望遠端への変倍の際、前記第１レンズ群及び第４レンズ群が光軸方向において固定されるズームレンズであって、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、正の屈折力を有する第２Ａレンズ群と正の屈折力を有する第２Ｂレンズ群とを有し、前記第２Ｂレンズ群を光軸方向に移動させることで近接物体から無限物体に対して合焦機能を持たせ、
前記第３レンズ群を光軸に対して垂直な方向にシフトすることによって像をシフトさせる
ことを特徴とするズームレンズ。
請求項１に記載のズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた二枚の負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズと、を有し、次の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
０．３＜｜ｆ１／ｆｔ｜＜１．０・・・（条件式１）
ここで、
ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離であり、
ｆｔは望遠端におけるレンズ系全体での焦点距離である。
請求項１または請求項２に記載のズームレンズにおいて、
前記第２Ａレンズ群は、非球面形状を含む面を少なくとも１面有し、かつ、少なくとも正レンズと負レンズとで構成され、
前記第２Ｂレンズ群は、物体側から順に負レンズと正レンズとを有し、
さらに、次の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズ
０．３＜ｆ２Ｂ／ｆｔ＜１．０・・・（条件式２）
０．３＜ｆ２Ａ／ｆｔ＜１．２・・・（条件式３）
ここで、
ｆ２Ａは前記第２レンズ群中の物体側に構成される正の屈折力を有する前記第２Ａレンズ群の焦点距離であり、
ｆ２Ｂは前記第２レンズ群中の像側に構成される正の屈折力を有する前記第２Ｂレンズ群の焦点距離である。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のズームレンズにおいて、
前記第３レンズ群は、少なくとも、物体側より順に正レンズおよび負レンズを有しており、かつ、次の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
０．３＜ｆ３／ｆｔ＜１．２・・・（条件式４）
ここで、
ｆ３は前記第３レンズ群の焦点距離である。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のズームレンズにおいて、
前記第４レンズ群は、物体側より順に正レンズと負レンズとを有し、かつ、以下の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズ。
１．５＜ｆ４／ｆｔ・・・（条件式５）
ここで、ｆ４は前記第４レンズ群の焦点距離である。
請求項１から請求項５のいずれかに記載のズームレンズと、
前記ズームレンズが形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載のズームレンズを交換レンズとして着脱できる筐体を有し、
前記筐体内に、前記ズームレンズが形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子を収納したカメラ。