JP2001356269A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォ
ーカスが長く、また像側のテレセントリック性も良好な
性能を満足しつつ、コンパクトでレンズエレメントの構
成枚数が少なく、変倍時の広角端では全画角が６５°を
満足し、開放Ｆ値Ｆ２．０と明るく、ズーム比３倍程度
の使いやすいズームレンズを提供する。 【解決手段】 物体側より順に、第１レンズ群、第２レ
ンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群から構成され、第
１レンズ群は正の屈折力を有し、第２レンズ群は負の屈
折力を有し、第３レンズ群は正の屈折力を有し、第４レ
ンズ群は正の屈折力を有する。前記第１レンズ群は、１
枚の正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）を配し
て構成され、前記第２レンズ群は、少なくとも１枚の負
の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）と少なくとも
１枚の正レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は
物体側に開口絞りを有し、少なくとも１枚の負レンズと
少なくとも２枚の正レンズを配して構成され、前記第４
レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを配して構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にデジタルスチ
ルカメラのようなCCD（charged coupled device）等の
イメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる
高性能なズームレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来の銀塩フィルムを使用するカ
メラ、例えば３５ｍｍ判カメラ等に加え、新しいジャン
ルの撮像装置としてデジタルスチルカメラが急速に普及
してきた。デジタルスチルカメラは、付属する液晶モニ
ターをファインダーとして使用することで容易に撮影で
き、またその場で撮影した画像を再生して楽しむ事も可
能である。加えて一般家庭に普及が進んできたパーソナ
ルコンピュータ等に静止画像を入力するツールとして、
また、カラープリンタ等の高解像度化に伴って従来のカ
メラ同様プリント目的にも活用されるようになってき
た。デジタルスチルカメラは、構造的には、撮影レンズ
によって結像された静止画像をCCDにより電気的に取り
込み、内蔵メモリやメモリカードなどに記録する撮像装
置であるが、普及当初は、液晶モニターを撮影の際のフ
ァインダーとして、また撮影した画像の再生用モニター
として使用出来るため、銀塩カメラに較べて即時性、利
便性をアピールして普及してきたが、一方では銀塩カメ
ラに較べて撮影画像の解像度が低く、欠点と指摘されて
きた。しかし、ごく最近では、急速な普及と共にCCDの
画素数が多いものが安価に供給されるなどしてデジタル
スチルカメラは、解像力の点でも普及判のプリントサイ
ズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力に迫る勢い
で改良され製品化されている。

【０００３】ＣＣＤの画素数を上げるには画素ピッチを
そのままに、画面寸法を大きくする方法と、画面寸法を
そのままに画素ピッチを小さくする方法とが考えられる
が、画面寸法を大きくする方法では、単位ウエハあたり
の取り数が小さくなりコストアップに繋がるため、一般
的には、画面寸法をそのままに画素ピッチを小さくする
方法で画素数を上げる方法が優先される。例えば、デジ
タルスチルカメラ用として最近発表されている、有効画
素数が３００万画素クラスのＣＣＤでは画素ピッチは
３．５μｍ程度となっている。従って、最小錯乱円径を
画素ピッチの２倍と仮定しても７．０μｍであり、３５
ｍｍ判銀塩カメラの最小錯乱円径が約３３μｍと考えら
れるので、デジタルスチルカメラの撮影レンズに要求さ
れる解像力は銀塩カメラの約５倍ということが言える。
またこのことは、各画素の光を取り込む為の面積が低下
することであって、結果としてセンサーの出力感度の低
下をまねく。対策として各画素の直前にマイクロレンズ
アレーを配置することによって改善の試みはされている
が、画素ピッチ３μｍ台では実効的に見てフィルム感度
のＩＳＯ１００よりも低くなり、撮影レンズの開放Ｆ値
を小さくして明るいレンズとしないと使いにくいものと
なってしまう。

【０００４】一方、ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴ
Ｒカメラの撮影レンズがあって、デジタルスチルカメラ
とＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、
イメージサークルの大きさの程度がほぼ等しいと考えて
よく、また詳しくは後述するように像側のテレセントリ
ック性を要求されるなどの点で、これらの必要がない銀
塩カメラよりもＶＴＲカメラ用の撮影レンズのほうがデ
ジタルスチルカメラの撮影レンズに類似している。従っ
て、ＶＴＲカメラ用の撮影レンズをデジタルスチルカメ
ラに利用することは、普及の当初では行われていた。Ｖ
ＴＲカメラも開発が進められ最近ではデジタル処理をし
て高画質を特徴とするものも製品化されているが、再生
画像をテレビジョンあるいはモニターで見るという性質
上要求される解像度についてはデジタルスチルカメラで
使用されるＣＣＤより１桁小さい３５万画素クラスで十
分とされている。このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約
５．６μｍ程度である。従って、このようなＶＴＲカメ
ラ用の撮影レンズを１００万画素を越えるＣＣＤさらに
は３００万画素クラスのＣＣＤを使用しているデジタル
スチルカメラに利用するには解像力不足が決定的とな
り、使用に耐えない。また撮影レンズに対しての歪曲収
差の量についても動画と静止画の違いから要求されるレ
ベルが異なり、デジタルスチルカメラでは歪曲収差を含
めて、さらに厳しい収差補正の必要が生じてくる。

【０００５】前述のように、ＣＣＤ等のイメージセンサ
を用いた光学系では像側のテレセントリック性を良好に
設計しなければならない。像側のテレセントリック性と
は、各像点に対する光線束の主光線が、光学系の最終面
を射出した後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面
とはほぼ垂直に交わることを言う。言い換えると、光学
系の射出瞳位置が像面から十分離れることが要求される
のである。これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面か
らやや離れた位置にあるために、光線が、斜めから入射
した場合、実質的な開口効率が減少する（シェーディン
グという）ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤで
は、撮像面の直前にマイクロレンズアレーを配している
ものが多いが、この場合も同様に、射出瞳が十分離れて
いないと、周辺で開口効率がで低下してしまう。また、
ＣＣＤの周期構造に起因して発生するモアレ現象等を防
止するために光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶光学
フィルター（オプチカルローパスフィルター）やＣＣＤ
の赤外波長域での感度を低下させて人の目の比視感度に
近づける目的で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入され
る赤外吸収フィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であ
まり変動しないことが求められ、この点でもデジタルス
チルカメラ用の撮影レンズにおいては像側のテレセント
リック性を良好に設計する必要が生じてくる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、デジタル
スチルカメラ用の撮影レンズは、銀塩カメラの約５倍の
解像力が求められていると同時に像側のテレセントッリ
ック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶光学フィル
ターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、
十分なバックフォーカスを得ることを要求される。ま
た、ＣＣＤの感度低下などの状況から開放Ｆ値の小さ
く、ズームレンズなどの機能も一般的に要求される一方
で、さらなるコンパクト化も要求されるため、これらの
要求を満たす撮影レンズを供給するためには非球面レン
ズの効果的な導入など、高度な光学設計技術を必要とし
ている。

【０００７】本発明は、前述した事情に鑑み高解像でか
つ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、また像
側のテレセントリック性も良好な性能を満足しつつ、コ
ンパクトでレンズエレメントの構成枚数が少なく、変倍
時の広角端では全画角が６５°を満足し、開放Ｆ値Ｆ
２．０と明るく、ズーム比３倍程度の使いやすいズーム
レンズを提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズ
は、物体側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群、第
３レンズ群、第４レンズ群から構成され、第１レンズ群
は正の屈折力を有し、第２レンズ群は負の屈折力を有
し、第３レンズ群は正の屈折力を有し、第４レンズ群は
正の屈折力を有する。前記第１レンズ群は、１枚の正レ
ンズを配して構成され、前記第２レンズ群は、少なくと
も１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズを配して
構成され、前記第３レンズ群は物体側に開口絞りを有
し、少なくとも１枚の負レンズと少なくとも２枚の正レ
ンズを配して構成され、前記第４レンズ群は少なくとも
１枚の正レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、
前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群はズーミングに
より焦点距離を変化させる際には光軸上で各々別々に移
動することにより変倍を達成するズームレンズにおい
て、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのアッ
ベ数に関して下記条件式（１）を満足しており、前記第
１レンズのアッベ数及び部分分散比に関して下記条件式
（２）を満足していることを特徴とする。（請求項１） （１） ν_１≧６０ （２） ν_１・θ_１≧３６ ただし、 ν_１：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数 θ_１：第１レンズ群を構成する第１レンズの部分分散比
で θ_１＝（ｎ_１ｇ−ｎ_１Ｆ）／（ｎ_１Ｆ−ｎ_１ｃ） ただし、 ｎ_１ｇ：第１レンズ群を構成する第１レンズのｇ線の屈
折率 ｎ_１Ｆ：第１レンズ群を構成する第１レンズのＦ線の屈
折率 ｎ_１ｃ：第１レンズ群を構成する第１レンズのｃ線の屈
折率 第１レンズ群を構成する第１レンズに与えられるアッベ
数に関しては、前記第１レンズが正の屈折力を持つと同
時に、第１レンズに続く第２レンズ群が変倍を行う最の
光軸方向の移動量が大きいため、出来るだけ分散の少な
い硝材を使用することで色収差の発生を抑えることがレ
ンズ系全体の色収差の補正を行う上でたいへん有利とな
る。色収差の補正能力としてはν１＞５０で有ることが
必要で、さらに望遠端での目標性能によっては２次色収
差をも良好に補正しなければない。

【０００９】条件式（１）は、前記第１レンズでの望遠
端における２次色収差を小さくすることにより解像力を
向上するための条件で、下限値を超えると２次色収差を
良好に補正可能な硝材が選択することが困難となる。同
様に 条件式（２）は第１レンズにおける２次色収差補
正に関するもので、硝材の部分分散比の選択の範囲を示
しており、やはり下限値を越えた部分分散比の硝材では
十分な２次色収差の補正が困難となり望遠端での解像力
が不足する事となる。

【００１０】また、本発明のズームレンズは広角端での
画角が６５°を満足しているため、ズーム比３倍程度の
デジタルスチルカメラ用撮影レンズとしては大きな画角
を有していると言える。従って、集光の役割を担ってい
る前記第１レンズ群が最も物体側に配置されているにも
関わらずその構成枚数が少ないことにより、前記第２レ
ンズ群に対しても、広角端における画角が大きいことに
対応する構成を分担してとる必要が生じてくる。すなわ
ち、レトロフォーカスレンズの前群のように像高の大き
な結像点に対する主光線に対して、各面をコンセントリ
ックに構成する必要を生じ、またズーム比を大きく取る
ために、広角端及び望遠端での前記第２レンズ群の合成
倍率の変化量を大きくとる必要を生ずる。このような要
件から、本発明のズームレンズの前記第２レンズ群は、
物体側より順に負レンズで物体側に凸形状のメニスカス
レンズである第１レンズ、負レンズである第２レンズ、
及び正レンズで物体側に凸形状のメニスカスレンズであ
る第３レンズの順に配置された３枚のレンズよりなり、
望遠端及び広角端における前記第２レンズ群の合成倍率
に関して下記条件式（３）を満足しており、前記第２レ
ンズ群を構成する第１レンズの物体側の曲率半径に関し
て下記条件式（４）を満足しており、さらに前記第２レ
ンズ群を構成する前記第２レンズの像側面の曲率半径と
前記第３レンズの物体側面の曲率半径に関して下記条件
式（５）を満足していることが好ましい。（請求項２） を満足している前記請求項１記載のズームレンズ。 （３） １．１５＜ｍ_IIＴ／ｍ_IIＷ＜１．６０ （４） １．３５＜ｒ_４／ｆ_Ｗ＜１．８０ （５） ０．２５＜ｒ_７／ｒ_８＜０．６０ ただし、 ｍ_IIＴ：第２レンズ群の望遠端における合成倍率 ｍ_IIＷ：第２レンズ群の広角端における合成倍率 ｆ_Ｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離 ｒ_４：第２レンズ群を構成する第１レンズの物体側曲率
半径 ｒ_７：第２レンズ群を構成する第２レンズの像側曲率半
径 ｒ_８：第２レンズ群を構成する第３レンズの物体側曲率
半径

【００１１】条件式（３）は、前記第２レンズ群におけ
る広角端及び望遠端における合成倍率の比を表している
が、前述のようにズーム比の要件を満たす為には、数値
的に下限値で示されている値を上回っていることが必要
であり、逆に上限値を越えた場合には、レンズ全系が大
型化することとなり、特に広角端における大型化が著し
くコンパクトなズームレンズとしての目的を達成するこ
とが出来ない。

【００１２】条件式（４）及び（５）は、前述のコンセ
ントリックな形状に関する条件式である。前記第２レン
ズ群の各レンズ面において、像高の大きな結像点に対す
る光線束は、広角端の配置に対しては有効口径の大きい
部分を通過しているが、望遠端の配置では光軸付近を通
過するのみであり、有効口径の大きい部分は使用してい
ないため、条件式（４）及び（５）で示される範囲でコ
ンセントリックな形状に設計することによって、望遠端
での性能に大きく影響することなく広角端の軸外収差に
関して改善することが可能となる。条件式（４）の上限
を越えると広角端の軸外収差である非点収差、像面湾
曲、歪曲収差の補正が困難となり、下限を越えると、軸
外収差補正のバランスが悪化すると共に、望遠端に関し
ても影響を及ぼすこととなる。

【００１３】また条件式（５）では広角端において、球
面収差や軸外の色収差以外の各収差において前記第２レ
ンズの像側面で負の収差量を発生させて、前記第３レン
ズの物体側面ではやや大きめの正の収差量を発生させて
各収差のバランスをとっており、上限を越えても、下限
を越えても各収差のバランスを崩してしまうこととなり
広角端の周辺性能に悪影響を及ぼす。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、具体的な数値実施例につい
て、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例３で
は、いずれも物体側より順に、第１レンズ群ＬＧ１、第
２レンズ群ＬＧ２、第３レンズ群ＬＧ３、第４レンズ群
ＬＧ４から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は正レン
ズである第１レンズＬ１のみにより構成されており、前
記第２レンズ群ＬＧ２は負レンズである第２レンズＬ
２、同じく負レンズである第３レンズＬ３、及び正レン
ズである第４レンズＬ４で構成されており、前記第３レ
ンズ群ＬＧ３は最も物体側に開口絞りＳを有し、以下物
体側から順に、正レンズである第５レンズＬ５、正レン
ズである第６レンズＬ６、その第６レンズＬ６の像側面
に接合されている負レンズである第７レンズＬ７、その
第７レンズＬ７から空気間隔をとり配置される正レンズ
である第８レンズによって構成されており、前記第４レ
ンズ群ＬＧ４は正レンズである第９レンズのみによって
構成されている。前記第４レンズ群と像面との間には空
気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが配されている。前
記平行平面ガラスＬＰは実際にはＣＣＤのカバーガラ
ス、水晶光学フィルター、及び赤外吸収フィルターから
構成されるのであるが、本発明の光学的説明には何ら問
題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラ
スで表現している。

【００１５】各実施例において使用している非球面につ
いては、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交す
る方向にＹ軸をとるとき、非球面式： Ｚ＝（Ｙ^２／ｒ）〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）
^２｝〕＋Ａ・Ｙ^４＋Ｂ・Ｙ^６＋Ｃ・Ｙ^８＋Ｄ・Ｙ^１６＋
‥‥ で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面
で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係
数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の
円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそ
れに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例え
ば、「Ｅ−４」は１０^−４を意味し、この数値が直前の
数値に掛かるのある。

【００１６】［実施例１］ 本発明の非球面レンズの第
１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そ
のレンズ構成図、図２はその諸収差図である。諸収差図
中ｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長における収差曲線
である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示し
ている。

【００１７】表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距
離、ＦnoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角、ｂ_ｆは
バックフォーカスを表す。バックフォーカスｂ_ｆは実施
例１から実施例７では第３レンズ群の第１レンズ像側面
（１７面）から像面までの空気換算距離であり、実施例
８では第２群の第４レンズ像側面（１５面）から像面ま
での距離の空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、
Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_ｄはｄ線の屈折率、
ν_ｄはｄ線のアッベ数を示す。

【表 １】

【００１８】［実施例２］ 第２実施例について数値例
を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４は
その諸収差図である。

【表 ２】

【００１９】［実施例３］ 第３実施例について数値例
を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６は
その諸収差図である。

【表 ３】

【００２０】次に実施例１、実施例２及び実施例３に関
して条件式（１）から条件式（５）に対応する値、及び
参考として第１レンズの部分分散比θ_１をまとめて表４
に示す。

【表 ４】 表４から明らかなように、実施例１から実施例３の各実
施例に関する数値は条件式（１）から（５）を満足して
いるとともに、各実施例における収差図からも明らかな
ように、各収差とも良好に補正されている。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、高解像でかつ歪曲収差
が小さく、バックフォーカスが長く、また像側のテレセ
ントリック性も良好な性能を満足しつつ、コンパクトで
レンズエレメントの構成枚数が少なく、変倍時の広角端
では全画角が６５°を満足し、開放Ｆ値Ｆ２．０と明る
く、ズーム比３倍程度の使いやすいズームレンズを提供
する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非球面レンズの第１実施例のレン
ズ構成図

【図２】第１実施例のレンズの諸収差図

【図３】本発明による非球面レンズの第２実施例のレン
ズ構成図

【図４】第２実施例のレンズの諸収差図

【図５】本発明による非球面レンズの第３実施例のレン
ズ構成図

【図６】第３実施例のレンズの諸収差図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、第１レンズ群、第２レ
   ンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群から構成され、第
   １レンズ群は正の屈折力を有し、第２レンズ群は負の屈
   折力を有し、第３レンズ群は正の屈折力を有し、第４レ
   ンズ群は正の屈折力を有しており、前記第１レンズ群は
   １枚の正レンズである第１レンズを配して構成され、前
   記第２レンズ群は、少なくとも１枚の負レンズと少なく
   とも１枚の正レンズを配して構成され、前記第３レンズ
   群は物体側に開口絞りを有し、少なくとも１枚の負レン
   ズと少なくとも２枚の正レンズを配して構成され、前記
   第４レンズ群は少なくとも１枚の正レンズを配して構成
   され、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記第
   ３レンズ群はズーミングにより焦点距離を変化させる際
   には光軸上で各々別々に移動することにより変倍を達成
   するズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成す
   る前記第１レンズのアッベ数に関して下記条件式（１）
   を満足しており、前記第１レンズのアッベ数及び部分分
   散比に関して下記条件式（２）を満足していることを特
   徴としたズームレンズ。 （１） ν_１≧６０ （２） ν_１・θ_１≧３６ ただし、 ν_１：第１レンズ群を構成する第１レンズのアッベ数 θ_１：第１レンズ群を構成する第１レンズの部分分散比
   で θ_１＝（ｎ_１ｇ−ｎ_１Ｆ）／（ｎ_１Ｆ−ｎ_１ｃ） ただし、 ｎ_１ｇ：第１レンズ群を構成する第１レンズのｇ線の屈
   折率 ｎ_１Ｆ：第１レンズ群を構成する第１レンズのＦ線の屈
   折率 ｎ_１ｃ：第１レンズ群を構成する第１レンズのｃ線の屈
   折率
2. 【請求項２】 請求項１記載のズームレンズにおいてさ
   らに、前記第２レンズ群は、物体側より順に負レンズで
   物体側に凸形状のメニスカスレンズである第１レンズ、
   負レンズである第２レンズ、及び正レンズで物体側に凸
   形状のメニスカスレンズである第３レンズの順に配置さ
   れた３枚のレンズよりなり、望遠端及び広角端における
   前記第２レンズ群の合成倍率に関して下記条件式（３）
   を満足しており、前記第２レンズ群を構成する第１レン
   ズの物体側の曲率半径に関して下記条件式（４）を満足
   しており、さらに前記第２レンズ群を構成する前記第２
   レンズの像側面の曲率半径と前記第３レンズの物体側面
   の曲率半径に関して下記条件式（５）を満足している前
   記請求項１記載のズームレンズ。 （３） １．１５＜ｍ_IIＴ／ｍ_IIＷ＜１．６０ （４） １．３５＜ｒ_４／ｆ_Ｗ＜１．８０ （５） ０．２５＜ｒ_７／ｒ_８＜０．６０ ただし、 ｍ_IIＴ：第２レンズ群の望遠端における合成倍率 ｍ_IIＷ：第２レンズ群の広角端における合成倍率 ｆ_Ｗ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離 ｒ_４：第２レンズ群を構成する第１レンズの物体側曲率
   半径 ｒ_７：第２レンズ群を構成する第２レンズの像側曲率半
   径 ｒ_８：第２レンズ群を構成する第３レンズの物体側曲率
   半径