JP2005308953A - 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数のレンズ群からなり、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系を、物体側から順に配置される、光学的パワーが負正である2つ以上のレンズ群で構成する。第1レンズ群(Gr1)は、物体側から順に配置される、少なくとも1枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズとから構成される接合レンズである。また、第1レンズ群(Gr1) と第2レンズ群(Gr2)には、それぞれ少なくとも1面の非球面が備えられている。さらに、第2レンズ群(Gr2)の像面側には、正の光学的パワーを有する第3レンズ群(Gr3)が備えられている。
【選択図】 図1
Description
0.7 <f2 /fW < 2
ただし、
f2:第2レンズ群の合成焦点距離
fW:広角端での全光学系の合成焦点距離
である。
|ν1p − ν1n|>15
1 <|f1 /fW|< 4
ただし、
f1:第1レンズ群の合成焦点距離
fW:広角端での全光学系の合成焦点距離
である。
図1は、実施形態1の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この図1、及び以下に示す図2〜図7においては、広角端(W)でのレンズ配置を示している。本実施の形態を通じてこれらのレンズ群は、図の物体側(図1における左側)から順に、全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)、正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)、正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)とから構成されている。また、各実施の形態において、第2レンズ群(Gr2)の第1レンズ群(Gr1)側には、光量を調節するための光学絞り(ST)が備えられている。さらに、第3レンズ群(Gr3)に隣り合って、第2レンズ群(Gr2)の反対側(実施形態4においては、第4レンズ群(Gr4)に隣り合って、第3レンズ群(Gr3)の反対側)には、平行平面板(PL)および撮像素子(SR)が配置されている。
図2は、実施形態2の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この実施形態2の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズ、及び両凹の負レンズとから構成されている。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、像側に凸の1枚の正メニスカスレンズである。
図3は、実施形態3の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。図3に示した実施形態3の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、像側に凸の1枚の正メニスカスレンズである。
図4は、実施形態4の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この図4に示した実施形態4においては、他の実施形態と異なり、負の光学的パワーを持つ第4レンズ群(Gr4)がさらに備えられている。この実施形態4の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、像側に凸の1枚の正メニスカスレンズである。そして、全体として負の光学的パワーを持つ第4レンズ群(Gr4)は、像側に凸の1枚の負メニスカスレンズである。
図5は、実施形態5の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この実施形態5の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、両凸の1枚の正レンズである。
図6は、実施形態6の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この実施形態6の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと物体側に凸の負メニスカスレンズとで構成されている。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、両凸の1枚の正レンズである。
図7は、実施形態7の変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す、光軸(AX)を縦断した断面図である。この実施形態7の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第1レンズ群(Gr1)は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第2レンズ群(Gr2)は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第3レンズ群(Gr3)は、像側に凸の1枚の正メニスカスレンズである。
0.5 <f2 /f3 < 2 ・・・(1)
f2:第2レンズ群(Gr2)の合成焦点距離
f3:第3レンズ群(Gr3)の合成焦点距離
式(1)の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが弱いため第2レンズ群(Gr2)の移動量が増加してしまう。また、式(1)の下限を下回ると、第3レンズ群(Gr3)の光学的パワーが弱いため第3レンズ群(Gr3)の移動量が増加し、いずれの場合も光学全長の増大につながってしまうからである。
0.7 <f2 /fw < 2 ・・・(2)
ただし、
fw:広角端(W)での全光学系の合成焦点距離
である。これは、式(2)の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが弱くなりすぎて、2〜3倍程度の変倍比を得ることが困難になるためである。また、式(2)の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)の偏芯誤差感度が高くなり、製造が困難になるからである。
1 <f2 /fw < 1.8 ・・・(2)’
これは、式(2)’の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが弱いため変倍時の第2レンズ群(Gr2)の移動量が増加し、光学全長が長くなるためである。また、式(2)’の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)の偏芯誤差感度が高くなり、第2レンズ群(Gr2)内でのレンズ間の調整や他のレンズ群間との調整が必要となり、コストアップにつながるからである。
|ν1n−ν1p|> 15 ・・・ (3)
ただし、
ν1n:第1レンズ群(Gr1)中の負レンズのアッベ数
ν1p:第1レンズ群(Gr1)中の正レンズのアッベ数
である。これは、式(3)の下限を下回ると、第1レンズ群(Gr1)内での倍率色収差補正が不十分となり、コントラストが低下するためである。
1 < |f1 /fW | < 4 ・・・(4)
ただし、
f1:第1レンズ群(Gr1)の合成焦点距離
fW:広角端(W)での全光学系の合成焦点距離
である。これは、式(4)の上限を上回ると、特に広角端での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となるからである。それに対して、式(4)の下限を下回ると、第1レンズ群(Gr1)を構成する各レンズの光学的パワーが強くなり、製造が困難になる。さらに、倍率色収差の影響が大きくなり、その補正が困難になるからである。
1.5 < |f1 /fW | < 3.5 ・・・(4)’
これは、式(4)’の上限を上回ると、第1レンズ群(Gr1)の負の光学的パワーが弱まり、前玉径が増大してしまうからである。一方、式(4)’の下限を下回ると、第1レンズ群(Gr1)の光学的パワーが強くなり、特に望遠端(T)での第1レンズ群(Gr1)の誤差感度が上昇し、レンズ間での調整が必要になるからである。
0.3 <|f1n /f1p|< 0.8 ・・・(5)
ただし、
f1p:第1レンズ群(Gr1)内の接合レンズにおける正レンズの合成焦点距離
f1n:第1レンズ群(Gr1)内の接合レンズにおける負レンズの合成焦点距離
である。これは、上記焦点距離の比が式(5)の上限を上回ると、特に広角端(W)での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となるからである。それに対して、式(5)の下限を下回ると、第1レンズ群(Gr1)を構成する各レンズの光学的パワーが高くなってしまい、製造が困難になる。さらに、倍率色収差の影響が大きくなり、その補正も困難になるからである。
0.1 <f2 /fT < 0.9 ・・・(6)
ただし、
fT:望遠端(T)での全光学系の合成焦点距離
である。これは、式(6)の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが弱くなりすぎて、2〜3倍程度の変倍比を得ることが困難になるためである。また、式(6)の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)の誤差感度が高くなり、製造が困難になるからである。
0.3 <f2 /fT < 0.7 ・・・(6)’
これは、式(6)’の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが弱いため変倍時の第2レンズ群(Gr2)の移動量が増加し、光学全長が長くなるためである。また、式(6)’の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)の偏芯誤差感度が高くなり、第2レンズ群(Gr2)内でのレンズ間の調整や他のレンズ群間との調整が必要となり、コストアップにつながるからである。
0.1 < Y'/ TL < 0.5 ・・・(7)
ただし、
Y':有効像円半径
TL:変倍域全域において、最も物体側のレンズ面の面頂点から像面までの光軸上の最大値
である。これは、式(7)の上限を上回ると、変倍を担う第2レンズ群(Gr2)の移動量が小さくなるため、第2レンズ群(Gr2)に要求される光学的パワーが強くなり、第2レンズ群(Gr2)の各レンズの曲率半径等の製造要件を満たすことが困難になるからである。また、式(7)の下限を下回ると、光学全長が長くなってしまい、サイズ面から携帯電話機等のデジタル機器への搭載が困難になるからである。
0.13 < Y'/ TL < 0.3 ・・・(7)’
これは、式(7)’の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の光学的パワーが強くなり、第2レンズ群(Gr2)内の誤差感度の上昇を招くからである。また、式(7)’の下限を下回ると、光学系のサイズアップだけでなく、変倍時の移動量増加に伴うレンズ駆動系の負荷も大きくなり、結果としてレンズ駆動装置が大型化してしまうからである。
0.2 <fW / T W < 0.5 ・・・(8)
ただし、
T W:広角端(W)での、最も物体側のレンズ面の面頂点から像面までの光軸上の距離
である。これは、式(8)の上限を上回ると非点収差が悪化してしまい、式(8)の下限を下回ると光学全長が長くなり、サイズ面から携帯電話機等のデジタル機器への搭載が困難になるからである。
0.5 <fT / T T < 1 ・・・(9)
ただし、
T T:望遠端(T)での、最も物体側のレンズ面の面頂点から像面までの光軸上の距離
である。これは、式(9)の上限を上回ると、第2レンズ群(Gr2)の移動量が制限されてしまうため、2〜3倍程度の変倍比を得ることが困難になるためである。そして、式(9)の下限を下回ると光学全長が長くなり、サイズ面から携帯電話機等のデジタル機器への搭載が困難になるからである。
|ν2n−ν2p|> 10 ・・・(10)
ただし、
ν2n:第2レンズ群(Gr2)中の負レンズのアッベ数
ν2p:第2レンズ群(Gr2)中の正レンズのアッベ数
である。これは、式(10)の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)内での軸上色収差補正が不十分となり、軸上のコントラストが低下してしまうからである。
0.9 <|f2n /f2p|< 1.5 ・・・(11)
ただし、
f2p:第2レンズ群(Gr2)内の正レンズの焦点距離
f2n:第2レンズ群(Gr2)内の負レンズの焦点距離
である。これは、式(11)の上限を上回ると球面収差が補正不足となるためである。また、式(11)の下限を下回ると、第2レンズ群(Gr2)の各レンズの光学的パワーが強くなるため、誤差感度が高くなり生産性が悪化するからである。
0.5 <|f1 /fT|< 1.3 ・・・(12)
焦点距離の比が式(12)の上限を上回ると、特に広角端(W)での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となるからである。それに対して、式(12)の下限を下回ると、第1レンズ群(Gr1)を構成する各レンズの光学的パワーが高くなり、製造が困難になる。さらに、倍率色収差の影響が大きくなり、その補正も困難になるからである。
α W > 0 ・・・(13)
α W:広角端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度(度(deg))
ここで、この像面入射角は、図8に示す方向を正の方向と定義する。つまり、図8の左側を物体側、右側を像面側として、射出瞳位置から広がる有効像円径での主光線に対し、像面に立てた垂線から反時計周りに測った角度がα Wである。この式(13)を満たすことにより、広画角を確保しつつ、コンパクト化を図ることが可能となる。
|α W − α T | < 30 ・・・(14)
α T:望遠端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度(度(deg))
ここで、図8に示したように、α Tもα Wと同じく像面に立てた垂線を基準とし、反時計周りを正の方向と定義している。式(14)を満たすことにより、撮像面の手前にレンズアレイを配置しても、周辺照度の低下を抑えることが可能となる。
ΔN max > 0.3 ・・・(15)
ΔN max:構成レンズの屈折率差の最大値
これは、式(15)を満たすことにより、ペッツバール和を小さくでき、非点収差を良好に補正することが可能となるからである。
N > 1.8 ・・・(16)
N:構成レンズのうち、最も屈折率の大きいレンズの屈折率
式(16)を満たすことにより、同じ光学的パワーを得るためのレンズの曲率半径を小さくできるので、加工が容易となる上に、収差の発生を抑えることができる。また、同じ曲率半径であれば、光学的パワーが強いので光学系全体をコンパクトにできる。
z:高さhの位置でのz軸方向の変位量(面頂点基準)
h:z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=x2+y2)
c:近軸曲率(=1/曲率半径)
A,B,C,D,E,F,G,H,J:それぞれ4,6,8,10,12,14,16,18,20次の非球面係数
k:円錐係数
である。表1には、円錐係数kと非球面係数A,B,C,Dのみを示したが、それ以外の非球面係数E,F,G,H,Jは0である。この数1からわかるように、表1に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの中心付近の値を示している。
Gr2 第2レンズ群
Gr3 第3レンズ群
Gr4 第4レンズ群
ST 光学絞り
PL 平行平面板
SR 撮像素子
AX 光軸
10 撮像レンズ装置
101 第1レンズ群
102 第2レンズ群
103 第3レンズ群
104 第1レンズ群の支持部材
105 第2レンズ群の支持部材
106 第3レンズ群の支持部材
107 撮像素子の固定部材
104a 第1レンズ群用支持部材の係合部
105a 第2レンズ群用支持部材の係合部
108 ガイド部材
20 駆動ユニット
21 支持部材
22 圧電素子
23 駆動部材
24 係合部材
200 携帯電話機本体
201 アンテナ
202 ディスプレイ
203 画像切替ボタン
204 変倍ボタン
205 シャッターボタン
206 ダイヤルボタン
207 撮像レンズ装置(カメラ)
Claims (18)
- 光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、
物体側から順に配置される、負の光学的パワーを有する第1レンズ群と、正の光学的パワーを有する第2レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍時に前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が狭められる構成を備えると共に、
前記第1レンズ群は接合レンズを含む3枚以下のレンズで構成され、
前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群には各々少なくとも1面の非球面が備えられていることを特徴とする変倍光学系。 - 前記第1レンズ群の前記接合レンズは物体と対向するように配置され、該接合レンズは物体側から順に配置される、少なくとも1枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズとから構成されることを特徴とする請求項1に記載の変倍光学系。
- 前記第2レンズ群の像面側に、正の光学的パワーを有する第3レンズ群が備えられることを特徴とする請求項1又は2に記載の変倍光学系。
- 光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、
物体側から順に配置される、負の光学的パワーを有する第1レンズ群と、正の光学的パワーを有する第2レンズ群と、正の光学的パワーを有する第3レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍時に前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が狭められ、かつ前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が広げられる構成を備えると共に、
前記第1レンズ群は接合レンズを含む3枚以下のレンズで構成され、
前記接合レンズは物体側から順に配置される、少なくとも1枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズとから構成され、
前記第2レンズ群には少なくとも1面の非球面が備えられ、
前記第3レンズ群は1枚又は2枚のレンズで構成されることを特徴とする変倍光学系。 - 前記変倍光学系は、3つのレンズ群のみから構成されることを特徴とする請求項3又は4に記載の変倍光学系。
- 前記第1レンズ群及び前記第3レンズ群の少なくとも一方のレンズ群を構成するレンズの1面に非球面が備えられていることを特徴とする請求項4又は5に記載の変倍光学系。
- 前記第2レンズ群は、少なくとも1枚の正レンズと少なくとも1枚の負レンズとから構成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の変倍光学系。
- 前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に光学絞りが備えられ、前記光学絞りは広角端から望遠端への変倍に際して前記第2レンズ群と共に物体側に移動させられることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の変倍光学系。
- 前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に光学絞りが備えられ、前記光学絞りは広角端から望遠端への変倍に際して単独で物体側に移動させられることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の変倍光学系。
- 前記第2レンズ群は、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の変倍光学系。
0.7 <f2 /fW < 2
f2:第2レンズ群の合成焦点距離
fW:広角端での全光学系の合成焦点距離 - 前記第1レンズ群における接合レンズは、物体側から順に配置される、負レンズと正レンズとの2枚から構成され、前記負レンズのアッベ数をν1n、前記正レンズのアッベ数をν1pとしたとき、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の変倍光学系。
|ν1p − ν1n|>15 - 前記第1レンズ群は、前記接合レンズのみから構成されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の変倍光学系。
- すべてのレンズ群は、単レンズ又は接合レンズのみから構成されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の変倍光学系。
- 空気と面しているすべてのレンズ面が非球面とされていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の変倍光学系。
- 3つ以上のレンズ群が光軸方向に移動させられることで変倍を行うことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の変倍光学系。
- 前記第1レンズ群は、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の変倍光学系。
1 <|f1 /fW|< 4
f1:第1レンズ群の合成焦点距離
fW:広角端での全光学系の合成焦点距離 - 請求項1乃至16のいずれかに記載の変倍光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする撮像レンズ装置。
- 請求項17に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部とを含むことを特徴とするデジタル機器。
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