JP2006171212A - ズームレンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】モバイルカメラに適用されるズームレンズの小型化、低コスト化等を図る。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもつ第1レンズ群I、正の屈折力をもつ第2レンズ群II、正の屈折力をもつ第3レンズ群IIIを備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群が固定された状態で、第2レンズ群及び第3レンズ群が移動するズームレンズであって、第1レンズ群Iは、負の屈折力をもつ第1レンズ1からなり、第2レンズ群IIは、正の屈折力をもつ第2レンズ2、負の屈折力をもつ第3レンズ3からなり、第3レンズ群IIIは、正の屈折力をもつ第4レンズ4からなる。これにより、広角端から望遠端の全域において諸収差を良好に補正して、2.5〜3倍程度のズーム比を確保しつつ、小型化、薄型化を達成でき、携帯電話機等に搭載のモバイルカメラに好適な超小型のズームレンズを得ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもつ第1レンズ群I、正の屈折力をもつ第2レンズ群II、正の屈折力をもつ第3レンズ群IIIを備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群が固定された状態で、第2レンズ群及び第3レンズ群が移動するズームレンズであって、第1レンズ群Iは、負の屈折力をもつ第1レンズ1からなり、第2レンズ群IIは、正の屈折力をもつ第2レンズ2、負の屈折力をもつ第3レンズ3からなり、第3レンズ群IIIは、正の屈折力をもつ第4レンズ4からなる。これにより、広角端から望遠端の全域において諸収差を良好に補正して、2.5〜3倍程度のズーム比を確保しつつ、小型化、薄型化を達成でき、携帯電話機等に搭載のモバイルカメラに好適な超小型のズームレンズを得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、CCD等の固体撮像素子を備えたデジタルスチルカメラ等に適用される小型のズームレンズに関し、特に、携帯電話機、携帯情報端末機(PDA)、パーソナルコンピュータ等に搭載あるいは接続して用いられるモバイルカメラに適した小型のズームレンズに関する。
近年、携帯電話機等の市場においては、CCD等の固体撮像素子を備えたモバイルカメラを搭載するものが多数存在するようになり、モバイルカメラに適用されるレンズにおいても小型化が求められている。また、携帯電話機等の製品に付加価値を付けるために、単焦点レンズよりも広角〜望遠での撮影が可能なズームレンズの適用が望まれている。
しかしながら、ズームレンズでは、レンズを相対的に光軸方向に移動させて撮影範囲を変化させるため、レンズを配置するスペースとは別に、レンズを移動させるスペースを確保しなければならず、その小型化が困難であった。
しかしながら、ズームレンズでは、レンズを相対的に光軸方向に移動させて撮影範囲を変化させるため、レンズを配置するスペースとは別に、レンズを移動させるスペースを確保しなければならず、その小型化が困難であった。
通常のデジタルカメラにおいては、レンズユニットに沈胴機構を設けることでスペース上の問題を解決しているものの、この沈胴機構は衝撃に弱いため、落下等により衝撃を受ける頻度が高い携帯電話機等に対して、同様の沈胴機構を採用するのは困難である。
これに対処するべく、レンズ系の全てのレンズ群をそれぞれ可動にして、少ないスペースで所望のズーム比(変倍比)を確保する方法もあるが、携帯電話機等に搭載されるモータや駆動機構は、通常のデジタルカメラに搭載されるものと比較して小型化かつ低コスト化が要求されるため、できるだけ可動とするレンズ群を少なくする必要がある。
これに対処するべく、レンズ系の全てのレンズ群をそれぞれ可動にして、少ないスペースで所望のズーム比(変倍比)を確保する方法もあるが、携帯電話機等に搭載されるモータや駆動機構は、通常のデジタルカメラに搭載されるものと比較して小型化かつ低コスト化が要求されるため、できるだけ可動とするレンズ群を少なくする必要がある。
そこで、一つ一つのレンズの屈折力を高めて、少ない移動量で所望のズーム比を確保することも可能であるが、レンズの屈折力を高めると、レンズの形状がきつくなって諸収差の補正が困難になり、又、レンズのコバ厚を十分に取れず、さらにはレンズの有効径を十分確保することができない。また、レンズ系の全長を極限まで短くすると、CCDに対する光線入射角度が広角端と望遠端とで大きく異なり、広角端ではCCDに対応するが特に望遠端においてCCDのマイクロレンズによる光線のケラレ現象を招く。
一方、デジタルカメラに好適とされる従来のズームレンズとして、負の屈折力をもつ一つのレンズからなる第1レンズ群、正の屈折力をもつ一つのレンズからなる第2レンズ群、及び正の屈折力をもつ一つのレンズからなる第3レンズ群を備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群及び第2レンズ群を移動させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、他のズームレンズとして、負の屈折力をもつ一つのレンズからなる第1レンズ群、正の屈折力と負の屈折力をそれぞれもつ二つのレンズからなる第2レンズ群、及び正の屈折力をもつ一つのレンズからなる第3レンズ群を備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第3レンズ群を固定した状態で、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が減少すると共に第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が増大するように、第1レンズ群及び第2レンズ群を移動させ、さらに、第1レンズ群を移動させてフォーカシングを行うものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−177314号公報
特開2003−177315号公報
また、他のズームレンズとして、負の屈折力をもつ一つのレンズからなる第1レンズ群、正の屈折力と負の屈折力をそれぞれもつ二つのレンズからなる第2レンズ群、及び正の屈折力をもつ一つのレンズからなる第3レンズ群を備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第3レンズ群を固定した状態で、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が減少すると共に第2レンズ群と第3レンズ群との間隔が増大するように、第1レンズ群及び第2レンズ群を移動させ、さらに、第1レンズ群を移動させてフォーカシングを行うものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、上記特許文献1に開示のズームレンズにおいては、3群3枚構成であるため薄型化という点では問題ないが、レンズの枚数が少ないため、広角端から望遠端の全域で収差を良好に補正することが困難であり、ズーム比(変倍比)も2倍程度であり、それ以上のズーム比を確保するのは困難である。
また、特許文献2に開示のズームレンズにおいては、3群4枚構成であるため収差補正の点では良いが、第1レンズ群を前方に移動させてフォーカシングを行うため、全長を短くするのが困難であり、又、落下等の衝撃に対する機構上の強度及び信頼性等に鑑みれば、ズーミングあるいはフォーカシングに際して、最も前面に位置する第1レンズ群を移動させるのは好ましくない。
また、特許文献2に開示のズームレンズにおいては、3群4枚構成であるため収差補正の点では良いが、第1レンズ群を前方に移動させてフォーカシングを行うため、全長を短くするのが困難であり、又、落下等の衝撃に対する機構上の強度及び信頼性等に鑑みれば、ズーミングあるいはフォーカシングに際して、最も前面に位置する第1レンズ群を移動させるのは好ましくない。
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、3群4枚というシンプルな構成であるにも拘わらず、レンズの配置やパワーを適切に設定することにより、諸収差を補正して良好な光学性能を得ると共に、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を確保でき、小型、薄型、かつ低コストで、特に携帯電話機等のモバイルカメラに好適なズームレンズを提供することにある。
本発明のズームレンズは、物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもつ第1レンズ群と、正の屈折力をもつ第2レンズ群と、正の屈折力をもつ第3レンズ群とを備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第1レンズ群が固定された状態で、第2レンズ群及び第3レンズ群が移動するズームレンズであって、上記第1レンズ群は、負の屈折力をもつ第1レンズからなり、上記第2レンズ群は、正の屈折力をもつ第2レンズ、負の屈折力をもつ第3レンズからなり、上記第3レンズ群は、正の屈折力をもつ第4レンズからなる、ことを特徴としている。
この構成によれば、3群4枚の簡単な構成であるにも拘わらず、ズーミングに際して第2レンズ群と第3レンズ群とを移動させることで、広角端から望遠端の全域において諸収差を良好に補正して、2.5〜3倍程度のズーム比を確保しつつ、小型化、薄型化を達成でき、携帯電話機等に搭載のモバイルカメラに好適な超小型のズームレンズを得ることができる。
この構成によれば、3群4枚の簡単な構成であるにも拘わらず、ズーミングに際して第2レンズ群と第3レンズ群とを移動させることで、広角端から望遠端の全域において諸収差を良好に補正して、2.5〜3倍程度のズーム比を確保しつつ、小型化、薄型化を達成でき、携帯電話機等に搭載のモバイルカメラに好適な超小型のズームレンズを得ることができる。
上記構成において、広角端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔をDw1−2、広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔をDw2−3、望遠端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔をDt1−2、望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔をDt2−3とするとき、次の条件式(1),(2)
(1) 4.5<Dw1−2/Dw2−3<8.5
(2) Dt1−2/Dt2−3<0.2
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、広角端及び望遠端における第1レンズ群,第2レンズ群,及び第3レンズ群相互の間隔を規定した条件式(1),(2)を満足することにより、レンズの可動範囲を確保しつつも、レンズ系全長の短縮化を達成でき、又、諸収差を良好に補正することができる。
(1) 4.5<Dw1−2/Dw2−3<8.5
(2) Dt1−2/Dt2−3<0.2
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、広角端及び望遠端における第1レンズ群,第2レンズ群,及び第3レンズ群相互の間隔を規定した条件式(1),(2)を満足することにより、レンズの可動範囲を確保しつつも、レンズ系全長の短縮化を達成でき、又、諸収差を良好に補正することができる。
上記構成において、第2レンズの焦点距離をfg2、広角端における第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をfwとするとき、次の条件式(3)
(3) fg2/fw<1.5
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第2レンズの焦点距離と広角端におけるレンズ系の焦点距離との関係を規定した条件式(3)を満足することにより、諸収差、特に球面収差、コマ収差を良好に補正しつつ、レンズ系全長を短縮化でき、かつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を確保することができる。
(3) fg2/fw<1.5
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第2レンズの焦点距離と広角端におけるレンズ系の焦点距離との関係を規定した条件式(3)を満足することにより、諸収差、特に球面収差、コマ収差を良好に補正しつつ、レンズ系全長を短縮化でき、かつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を確保することができる。
上記構成において、広角端における第1レンズの前面から像面までの距離(バックフォーカスは空気換算距離)をDw、望遠端における第1レンズの前面から像面までの距離(バックフォーカスは空気換算距離)をDt、広角端における第1レンズから像面までのレンズ系の焦点距離をfw、望遠端における第1レンズから像面までのレンズ系の焦点距離をftとするとき、次の条件式(4),(5)
(4) 2.5<Dw/fw<4.0
(5) 1.0<Dt/ft<2.0
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、広角端及び望遠端におけるレンズ系全長と焦点距離との関係を規定した条件式(4),(5)を満足することにより、2.5〜3倍程度の適切なズーム比(変倍比)を確保しつつも、レンズ系全長を容易に短縮することができる。
(4) 2.5<Dw/fw<4.0
(5) 1.0<Dt/ft<2.0
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、広角端及び望遠端におけるレンズ系全長と焦点距離との関係を規定した条件式(4),(5)を満足することにより、2.5〜3倍程度の適切なズーム比(変倍比)を確保しつつも、レンズ系全長を容易に短縮することができる。
上記構成において、広角端における第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をfw、望遠端における第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をft、第1レンズ群の焦点距離をfG1、第2レンズ群の焦点距離をfG2、第3レンズ群の焦点距離をfG3とするとき、次の条件式(6),(7),(8)
(6) 2.0<│fG1│/│fw│<4.0
(7) 0.7<│fG1│/│ft│<1.5
(8) 0.5<fG2/fG3<1.2
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、それぞれのレンズ群のパワーに関する条件式(6),(7),(8)を満足することにより、諸収差、特に歪曲収差、非点収差を良好に補正することができ、又、レンズ系全長を短縮しつつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を容易に確保することができる。
(6) 2.0<│fG1│/│fw│<4.0
(7) 0.7<│fG1│/│ft│<1.5
(8) 0.5<fG2/fG3<1.2
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、それぞれのレンズ群のパワーに関する条件式(6),(7),(8)を満足することにより、諸収差、特に歪曲収差、非点収差を良好に補正することができ、又、レンズ系全長を短縮しつつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を容易に確保することができる。
上記構成において、第1レンズは、物体側及び像面側に球面をもつようにガラス材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、非球面をもつガラスレンズに比べてガラスレンズのコストを低減することができ、携帯電話機等に適用されるモバイルカメラに好適な安価なズームレンズを提供することができる。
この構成によれば、非球面をもつガラスレンズに比べてガラスレンズのコストを低減することができ、携帯電話機等に適用されるモバイルカメラに好適な安価なズームレンズを提供することができる。
上記構成において、第2レンズ及び第3レンズは、物体側及び像面側の両面に非球面を有し、第4レンズは、物体側および像面側の少なくとも一方に非球面を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第2レンズ及び第3レンズに非球面を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に球面収差及びコマ収差を良好に補正することができ、又、第4レンズに非球面を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に非点収差を良好に補正することができ、全体として諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
この構成によれば、第2レンズ及び第3レンズに非球面を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に球面収差及びコマ収差を良好に補正することができ、又、第4レンズに非球面を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に非点収差を良好に補正することができ、全体として諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
上記構成において、第2レンズ及び第3レンズは、樹脂材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、ガラス材料を用いる場合に比べて、コストを低減でき、又、難しい形状も容易に成形することができる。また、軽量化できるため、レンズ群を駆動するモータ等に加わる負荷を小さくでき、それ故に消費電力を少なくすることができる。
この構成によれば、ガラス材料を用いる場合に比べて、コストを低減でき、又、難しい形状も容易に成形することができる。また、軽量化できるため、レンズ群を駆動するモータ等に加わる負荷を小さくでき、それ故に消費電力を少なくすることができる。
上記構成において、第1レンズのアッベ数をν1とするとき、次の条件式(9)
(9) ν1>60
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第1レンズのアッベ数を規定する条件式(9)を満足することにより、色収差、特に広角端から望遠端までの全域における軸上色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
(9) ν1>60
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第1レンズのアッベ数を規定する条件式(9)を満足することにより、色収差、特に広角端から望遠端までの全域における軸上色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
上記構成において、第2レンズのアッベ数をν2、第3レンズのアッベ数をν3とするとき、次の条件式(10)
(10) ν2−ν3>20
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第2レンズと第3レンズとのアッベ数の関係を規定する条件式(10)を満足することにより、色収差、特に広角端から望遠端までの全域における倍率色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
(10) ν2−ν3>20
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第2レンズと第3レンズとのアッベ数の関係を規定する条件式(10)を満足することにより、色収差、特に広角端から望遠端までの全域における倍率色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
以上述べたように、本発明のズームレンズによれば、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が行え、携帯電話機等に搭載されるモバイルカメラ等に好適なズームレンズを得ることができる。
特に、3群4枚構成であるにも拘わらず、パワー配置、非球面を施す位置等を適切に設定したことにより、ズーム比が約2,5〜3倍程度、小型、薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
特に、3群4枚構成であるにも拘わらず、パワー配置、非球面を施す位置等を適切に設定したことにより、ズーム比が約2,5〜3倍程度、小型、薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1及び図2は、本発明に係るズームレンズの一実施形態を示すものであり、図1は基本構成図、図2は広角端,中間位置,望遠端にある状態図である。
図1及び図2は、本発明に係るズームレンズの一実施形態を示すものであり、図1は基本構成図、図2は広角端,中間位置,望遠端にある状態図である。
このズームレンズにおいては、図1に示すように、物体側から像面側に向けて、全体として負の屈折力をもつ第1レンズ群(I)と、全体として正の屈折力をもつ第2レンズ群(II)と、全体として正の屈折力をもつ第3レンズ群(III)とが、順次に配列されている。
そして、広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図2(a),(b),(c)に示すように、第1レンズ群(I)は所定位置に固定された状態で、第2レンズ群(II)及び第3レンズ群(III)が移動する、すなわち、第2レンズ群(II)が像面側から物体側に移動し、かつ、第3レンズ群(III)が物体側から像面側に移動する。
そして、広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図2(a),(b),(c)に示すように、第1レンズ群(I)は所定位置に固定された状態で、第2レンズ群(II)及び第3レンズ群(III)が移動する、すなわち、第2レンズ群(II)が像面側から物体側に移動し、かつ、第3レンズ群(III)が物体側から像面側に移動する。
第1レンズ群(I)は、図1に示すように、負の屈折力をもつ一つの第1レンズ1、により構成されている。
第2レンズ群(II)は、図1に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折力をもつ第2レンズ2、負の屈折力をもつ第3レンズ3、及び第2レンズ2の前面近傍(前面の直前の位置から前面よりも若干後方の位置)に一体的に配置された所定の口径を画定するレンズ枠等により形成される開口絞りSD、により構成されている。
第3レンズ群(III)は、図1に示すように、正の屈折力をもつ一つの第4レンズ4、により構成されている。
すなわち、このズームレンズは、ズーミングに際して、所定位置に固定された一つのレンズ群(I)と、独立して光軸方向にそれぞれ移動する2つのレンズ群(II),(III)とを、4枚のレンズで構成する、3群4枚構成をなすものである。
第2レンズ群(II)は、図1に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折力をもつ第2レンズ2、負の屈折力をもつ第3レンズ3、及び第2レンズ2の前面近傍(前面の直前の位置から前面よりも若干後方の位置)に一体的に配置された所定の口径を画定するレンズ枠等により形成される開口絞りSD、により構成されている。
第3レンズ群(III)は、図1に示すように、正の屈折力をもつ一つの第4レンズ4、により構成されている。
すなわち、このズームレンズは、ズーミングに際して、所定位置に固定された一つのレンズ群(I)と、独立して光軸方向にそれぞれ移動する2つのレンズ群(II),(III)とを、4枚のレンズで構成する、3群4枚構成をなすものである。
また、上記配列構成において、第3レンズ群(III)の第4レンズ4よりも像面側寄りには、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタ等のガラスフィルタ5が配置され、ガラスフィルタ5の後方に固体撮像素子としてのCCDの結像面Pが配置される。
ここで、レンズ系(第1レンズ群(I)の前面から結像面Pまで)の焦点距離はf、第1レンズ群(I)の焦点距離はfG1、第2レンズ群(II)の焦点距離はfG2、第3レンズ群(III)の焦点距離はfG3、広角端におけるレンズ系の焦点距離はfw、望遠端におけるレンズ系の焦点距離はft、中間位置におけるレンズ系の焦点距離はfm、第2レンズ2の焦点距離はfg2、で表す。
また、第1レンズ1、開口絞りSD、第2レンズ2〜第4レンズ4、及びガラスフィルタ5においては、図1に示すように、それぞれの面はSi(i=1〜11)、それぞれの面Siの曲率半径はRi(i=1〜11)、d線に対する屈折率はNi及びアッベ数はνi(i=1〜5)で表す。
また、第1レンズ1、開口絞りSD、第2レンズ2〜第4レンズ4、及びガラスフィルタ5においては、図1に示すように、それぞれの面はSi(i=1〜11)、それぞれの面Siの曲率半径はRi(i=1〜11)、d線に対する屈折率はNi及びアッベ数はνi(i=1〜5)で表す。
さらに、第1レンズ1〜ガラスフィルタ5までのそれぞれの光軸L上での距離(厚さ、空気間隔)はDi(i=1〜10)、広角端におけるレンズ系(バックフォーカスは空気換算距離)の距離はDw、望遠端におけるレンズ系(バックフォーカスは空気換算距離)の距離はDt、広角端における第1レンズ群(I)と第2レンズ群(II)の間隔はDw1−2(=D2又はD2+D3)、広角端における第2レンズ群(II)と第3レンズ群(III)の間隔はDw2−3(=D7)、望遠端における第1レンズ群(I)と第2レンズ群(II)の間隔はDt1−2(=D2又はD2+D3)、望遠端における第2レンズ群(II)と第3レンズ群(III)の間隔はDt2−3(=D7)、第4レンズ4の後面S9から像面Pまでの間隔(空気換算距離)をバックフォーカス、ガラスフィルタ5の後面S11から像面Pまでの距離をBFとする。
第1レンズ1は、ガラス材料により形成されて、物体側に凹面S1及び像面側に凹面S2を向けた負の屈折力をもつ両凹形状のレンズである。
第2レンズ2は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されて、物体側に凸面S4及び像面側に凸面S5を向けた正の屈折力をもつ両凸形状のレンズである。
第3レンズ3は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されて、物体側に凸面S6及び像面側に凹面S7を向けた負の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
第4レンズ4は、ガラス材料により形成されて、物体側及び像面側に凸面S8,S9を向けた正の屈折力をもつ両凸形状のレンズである。
このように、第2レンズ2及び第3レンズ3は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されているため、ガラス材料により形成される場合に比べて、レンズ系の軽量化、低コスト化を達成でき、又、複雑な形状も容易に成形することができる。また、軽量化できることで、第2レンズ群(II)を駆動するモータ等に加わる負荷を小さくでき、それ故に消費電力を少なくすることができる。
第2レンズ2は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されて、物体側に凸面S4及び像面側に凸面S5を向けた正の屈折力をもつ両凸形状のレンズである。
第3レンズ3は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されて、物体側に凸面S6及び像面側に凹面S7を向けた負の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
第4レンズ4は、ガラス材料により形成されて、物体側及び像面側に凸面S8,S9を向けた正の屈折力をもつ両凸形状のレンズである。
このように、第2レンズ2及び第3レンズ3は、樹脂材料(プラスチック材料)により形成されているため、ガラス材料により形成される場合に比べて、レンズ系の軽量化、低コスト化を達成でき、又、複雑な形状も容易に成形することができる。また、軽量化できることで、第2レンズ群(II)を駆動するモータ等に加わる負荷を小さくでき、それ故に消費電力を少なくすることができる。
第1レンズ1の物体側及び像面側の両面S1,S2は、球面として形成されている。すなわち、第1レンズ1がガラス材料により球面をもつレンズとして形成されているため、レンズのコストを低減することができ、携帯電話機等に適用されるモバイルカメラに好適な安価なズームレンズを提供することができる。
ここで、第2レンズ2の物体側及び像面側の両面S4,S5、第3レンズ3の物体側及び像面側の両面S6,S7、第4レンズ4の物体側及び像面側の少なくとも一方の面S8又はS9は、非球面として形成されてもよい。
このように、第2レンズ2に非球面S4,S5を設けることで、広角端から望遠端までの全域において、特に球面収差及びコマ収差を良好に補正することができ、又、第4レンズに非球面S8又はS9を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に非点収差を良好に補正することができ、全体として諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
ここで、第2レンズ2の物体側及び像面側の両面S4,S5、第3レンズ3の物体側及び像面側の両面S6,S7、第4レンズ4の物体側及び像面側の少なくとも一方の面S8又はS9は、非球面として形成されてもよい。
このように、第2レンズ2に非球面S4,S5を設けることで、広角端から望遠端までの全域において、特に球面収差及びコマ収差を良好に補正することができ、又、第4レンズに非球面S8又はS9を設けることにより、広角端から望遠端までの全域において、特に非点収差を良好に補正することができ、全体として諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
ここで、非球面を表す式としては、次式で規定される。
Z=Cy2/[1+(1−εC2y2)1/2]+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12、ただし、Z:非球面の頂点における接平面から,光軸Lからの高さがyの非球面上の点までの距離、y:光軸からの高さ、C:非球面の頂点における曲率(1/R)、ε:円錐定数、D,E,F,G,H:非球面係数である。
Z=Cy2/[1+(1−εC2y2)1/2]+Dy4+Ey6+Fy8+Gy10+Hy12、ただし、Z:非球面の頂点における接平面から,光軸Lからの高さがyの非球面上の点までの距離、y:光軸からの高さ、C:非球面の頂点における曲率(1/R)、ε:円錐定数、D,E,F,G,H:非球面係数である。
また、上記構成において、好ましくは、広角端における第1レンズ群(I)と第2レンズ群(II)の間隔Dw1−2、広角端における第2レンズ群(II)と第3レンズ群(III)の間隔Dw2−3、望遠端における第1レンズ群(I)と第2レンズ群(II)の間隔Dt1−2、望遠端における第2レンズ群(II)と第3レンズ群(III)の間隔Dt2−3が、次の条件式(1),(2)
(1) 4.5<Dw1−2/Dw2−3<8.5
(2) Dt1−2/Dt2−3<0.2
を満足するように形成される。
(1) 4.5<Dw1−2/Dw2−3<8.5
(2) Dt1−2/Dt2−3<0.2
を満足するように形成される。
条件式(1),(2)は、第1レンズ群(I),第2レンズ群(II),第3レンズ群(III)相互間の広角端及び望遠端における光軸上の間隔を規定したものである。すなわち、Dw1−2/Dw2−3の値が4.5以下になり、Dt1−2/Dt2−3の値が0.2以上になると、レンズを可動させるためのスペースを確保できなくなり、それ故にレンズのパワーを大きくすると諸収差を補正するのが困難になる。一方、Dw1−2/Dw2−3の値が8.5以上になると、レンズを可動させるスペースが広くなり過ぎて、レンズ系全長の短縮化が困難になる。したがって、条件式(1),(2)を満たすことにより、レンズの可動範囲を確保しつつも、レンズ系全長の短縮化を達成でき、又、諸収差を良好に補正することができる。
上記構成において、好ましくは、第2レンズ2の焦点距離fg2、広角端における第1レンズ1の前面S1から像面Pまでのレンズ系の焦点距離fwが、次の条件式(3)
(3) fg2/fw<1.5
を満足するように形成される。
条件式(3)は、第2レンズ2の焦点距離と広角端におけるレンズ系の焦点距離との関係を規定したものである。fg2/fwの値が1.5以上の場合、レンズ系全長を短縮したまま2.5〜3程度のズーム比(変倍比)を確保しようとすると、第2レンズ2のパワーが弱くなり過ぎ、その分を第3レンズ3のパワーを強くして補わなければならないため、諸収差、特に、球面収差、コマ収差の補正が困難になる。一方、収差補正を優先すると、第2レンズ群(II)のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全長を短縮したままで2.5から3倍程度のズーム比を確保するのが困難になる。したがって、条件式(3)を満たすことにより、諸収差、特に球面収差、コマ収差を良好に補正しつつ、レンズ系全長を短縮化でき、かつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を確保することができる。
(3) fg2/fw<1.5
を満足するように形成される。
条件式(3)は、第2レンズ2の焦点距離と広角端におけるレンズ系の焦点距離との関係を規定したものである。fg2/fwの値が1.5以上の場合、レンズ系全長を短縮したまま2.5〜3程度のズーム比(変倍比)を確保しようとすると、第2レンズ2のパワーが弱くなり過ぎ、その分を第3レンズ3のパワーを強くして補わなければならないため、諸収差、特に、球面収差、コマ収差の補正が困難になる。一方、収差補正を優先すると、第2レンズ群(II)のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全長を短縮したままで2.5から3倍程度のズーム比を確保するのが困難になる。したがって、条件式(3)を満たすことにより、諸収差、特に球面収差、コマ収差を良好に補正しつつ、レンズ系全長を短縮化でき、かつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を確保することができる。
上記構成において、好ましくは、広角端における第1レンズ1の前面S1から像面Pまでの距離(バックフォーカスは空気換算距離)Dw、望遠端における第1レンズ1の前面S1から像面Pまでの距離(バックフォーカスは空気換算距離)Dt、広角端における第1レンズ1から像面までのレンズ系の焦点距離fw、望遠端における第1レンズ1から像面Pまでのレンズ系の焦点距離ftが、次の条件式(4),(5)
(4) 2.5<Dw/fw<4.0
(5) 1.0<Dt/ft<2.0
を満足するように形成される。
(4) 2.5<Dw/fw<4.0
(5) 1.0<Dt/ft<2.0
を満足するように形成される。
条件式(4),(5)は、広角端及び望遠端におけるレンズ系全長と焦点距離との関係を規定したものである。Dw/fwの値及びDt/ftの値が、それぞれの条件式から逸脱すると、適切なズーム比を確保した上でレンズ系全長を短くするのが困難になる。したがって、条件式(4),(5)を満たすことにより、2.5〜3倍程度の適切なズーム比(変倍比)を確保しつつも、レンズ系全長を容易に短縮することができる。
上記構成において、好ましくは、広角端における第1レンズ1の前面S1から像面Pまでのレンズ系の焦点距離fw、望遠端における第1レンズ1の前面S1から像面Pまでのレンズ系の焦点距離ft、第1レンズ群(I)の焦点距離fG1、第2レンズ群(II)の焦点距離fG2、第3レンズ群(III)の焦点距離fG3が、次の条件式(6),(7),(8)
(6) 2.0<│fG1│/│fw│<4.0
(7) 0.7<│fG1│/│ft│<1.5
(8) 0.5<fG2/fG3<1.2
を満足するように形成される。
(6) 2.0<│fG1│/│fw│<4.0
(7) 0.7<│fG1│/│ft│<1.5
(8) 0.5<fG2/fG3<1.2
を満足するように形成される。
条件式(6),(7),(8)は、それぞれのレンズ群のパワーに関して規定したものである。│fG1│/│fw│の値が4以上、│fG1│/│ft│の値が1.5以上になると、第1レンズ群(I)のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全長を短縮したまま、2.5〜3倍程度のズーム比を確保するのが困難になる。一方、│fG1│/│fw│の値が2以下、│fG1│/│ft│の値が0.7以下になると、第1レンズ群(I)のパワーが強くなり過ぎて、各収差を補正するのが困難になり、特に、広角端〜望遠端までの歪曲収差の補正が困難になる。
また、fG2/fG3の値が1.2以上になると、第2レンズ群(II)に対して第3レンズ群(III)のパワーが強くなり過ぎて、各収差を補正するのが困難になり、特に、広角端〜望遠端までの非点収差を補正するのが困難になる。一方、fG2/fG3の値が0.5以下になると、第2レンズ群(II)に対して第3レンズ群(III)のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全長を短縮したまま、2.5〜3倍程度のズーム比を確保するのが困難になる。
したがって、条件式(6),(7),(8)を満たすことにより、諸収差、特に歪曲収差、非点収差を良好に補正することができ、又、レンズ系全長を短縮しつつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を容易に確保することができる。
また、fG2/fG3の値が1.2以上になると、第2レンズ群(II)に対して第3レンズ群(III)のパワーが強くなり過ぎて、各収差を補正するのが困難になり、特に、広角端〜望遠端までの非点収差を補正するのが困難になる。一方、fG2/fG3の値が0.5以下になると、第2レンズ群(II)に対して第3レンズ群(III)のパワーが弱くなり過ぎて、レンズ系全長を短縮したまま、2.5〜3倍程度のズーム比を確保するのが困難になる。
したがって、条件式(6),(7),(8)を満たすことにより、諸収差、特に歪曲収差、非点収差を良好に補正することができ、又、レンズ系全長を短縮しつつ、2.5〜3倍程度のズーム比(変倍比)を容易に確保することができる。
上記構成において、好ましくは、第1レンズ1のアッベ数ν1が、次の条件式(9)
(9) ν1>60
を満足するように形成される。
条件式(9)は、第1レンズ1のアッベ数を規定するものであり、この条件式(9)を満たすことにより、色収差、特に広角端〜望遠端までの全域における軸上色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
(9) ν1>60
を満足するように形成される。
条件式(9)は、第1レンズ1のアッベ数を規定するものであり、この条件式(9)を満たすことにより、色収差、特に広角端〜望遠端までの全域における軸上色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
上記構成において、好ましくは、第2レンズ2のアッベ数ν2、第3レンズ3のアッベ数ν3が、次の条件式(10)
(10) ν2−ν3>20
を満足するように形成される。
条件式(10)は、第2レンズ2と第3レンズ2とのアッベ数の関係を規定するものであり、この条件式(10)を満たすことにより、色収差、特に広角端〜望遠端までの全域における倍率色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
(10) ν2−ν3>20
を満足するように形成される。
条件式(10)は、第2レンズ2と第3レンズ2とのアッベ数の関係を規定するものであり、この条件式(10)を満たすことにより、色収差、特に広角端〜望遠端までの全域における倍率色収差を良好に補正することができ、光学性能の高いズームレンズを得ることができる。
上記構成からなるズームレンズの具体的な数値による実施例を、実施例1として以下に示す。実施例1における主な仕様諸元は表1に、種々の数値データ(設定値)は表2に、非球面に関する数値データは表3に、広角端,中間位置,望遠端におけるそれぞれのレンズ系の焦点距離(広角端fw、中間位置fm、望遠端ft)、光軸L上での可変距離(広角端、中間位置、望遠端での間隔)D2(Dw1−2,Dm1−2,Dt1−2),D7(Dw2−3,Dm2−3,Dt2−3)、D9(Dw3−4,Dm3−4,Dt3−4)に関する数値データは表4にそれぞれ示される。
また、条件式(1)〜(10)の数値データは、
(1)Dw1−2/fw2−3=6.291/1.230=5.11
(2)Dt1−2/Dt2−3=0.937/8.340=0.11
(3)fg2/fw=2.98/4.84=0.62
(4)Dw/fw=15.83/4.84=3.27
(5)Dt/ft=15.83/11.9=1.53
(6)│fG1│/│fw│=14.07/4.48=2.91
(7)│fG1│/│ft│=14.07/11.9=1.18
(8)fG2/fG3=6.83/8.87=0.78
(9)ν1=81.5
(10)ν2−ν3=56.3−30.3=26.0
となる。
また、条件式(1)〜(10)の数値データは、
(1)Dw1−2/fw2−3=6.291/1.230=5.11
(2)Dt1−2/Dt2−3=0.937/8.340=0.11
(3)fg2/fw=2.98/4.84=0.62
(4)Dw/fw=15.83/4.84=3.27
(5)Dt/ft=15.83/11.9=1.53
(6)│fG1│/│fw│=14.07/4.48=2.91
(7)│fG1│/│ft│=14.07/11.9=1.18
(8)fG2/fG3=6.83/8.87=0.78
(9)ν1=81.5
(10)ν2−ν3=56.3−30.3=26.0
となる。
さらに、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差(ディスト−ション)、倍率色収差に関する収差線図は、図3、図4、図5に示されるような結果となる。尚、図3ないし図5において、gはg線による収差、dはd線による収差、cはc線による収差をそれぞれ示し、Sはサジタル平面での収差、Mはメリジオナル平面での収差を示す。
以上の実施例1では、広角〜中間〜望遠のそれぞれの位置において、レンズ系全長(第1レンズ1の前面S1〜像面P)が空気換算距離で15.83mm(一定)、ズーム比(変倍比)が2.46(一定)、Fナンバーが3.99〜5.66〜7.24、画角(2ω)が62.8°〜37.6°〜25.6°となり、小型、薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズが得られる。
図6及び図7は、本発明に係るズームレンズの他の実施形態を示すものであり、図6は基本構成図、図7は広角端,中間位置,望遠端にある状態図である。
この実施形態においては、種々の数値データを変更した以外は、前述の実施形態と同一である。この構成からなるズームレンズの具体的な数値による実施例を、実施例2として以下に示す。
この実施形態においては、種々の数値データを変更した以外は、前述の実施形態と同一である。この構成からなるズームレンズの具体的な数値による実施例を、実施例2として以下に示す。
上記構成からなるズームレンズの具体的な数値による実施例を、実施例2として以下に示す。実施例2における主な仕様諸元は表5に、種々の数値データ(設定値)は表6に、非球面に関する数値データは表7に、広角端,中間位置,望遠端におけるそれぞれのレンズ系の焦点距離(広角端fw、中間位置fm、望遠端ft)、光軸L上での距離(広角端、中間位置、望遠端での間隔)D2+D3(Dw1−2,Dm1−2,Dt1−2),D7(Dw2−3,Dm2−3,Dt2−3)、D9(Dw3−4,Dm3−4,Dt3−4)に関する数値データは表8にそれぞれ示される。
また、条件式(1)〜(10)の数値データは、
(1)Dw1−2/fw2−3=8.102/1.155=7.01
(2)Dt1−2/Dt2−3=0.87/10.720=0.08
(3)fg2/fw=3.21/4.78=0.67
(4)Dw/fw=17.91/4.78=3.74
(5)Dt/ft=17.91/14.02=1.28
(6)│fG1│/│fw│=15.08/4.77=3.16
(7)│fG1│/│ft│=15.08/14.02=1.08
(8)fG2/fG3=7.62/10.02=0.76
(9)ν1=81.5
(10)ν2−ν3=56.3−30.3=26.0
となる。
また、条件式(1)〜(10)の数値データは、
(1)Dw1−2/fw2−3=8.102/1.155=7.01
(2)Dt1−2/Dt2−3=0.87/10.720=0.08
(3)fg2/fw=3.21/4.78=0.67
(4)Dw/fw=17.91/4.78=3.74
(5)Dt/ft=17.91/14.02=1.28
(6)│fG1│/│fw│=15.08/4.77=3.16
(7)│fG1│/│ft│=15.08/14.02=1.08
(8)fG2/fG3=7.62/10.02=0.76
(9)ν1=81.5
(10)ν2−ν3=56.3−30.3=26.0
となる。
さらに、広角端、中間位置、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差(ディスト−ション)、倍率色収差に関する収差線図は、図8、図9、図10に示されるような結果となる。尚、図8ないし図10において、gはg線による収差、dはd線による収差、cはc線による収差をそれぞれ示し、Sはサジタル平面での収差、Mはメリジオナル平面での収差を示す。
以上の実施例2では、広角〜中間〜望遠のそれぞれの位置において、レンズ系全長(第1レンズ1の前面S1〜像面P)が空気換算距離で17.91mm(一定)、ズーム比(変倍比)が2.93(一定)、Fナンバーが3.96〜6.58〜7.99、画角(2ω)が64.5°〜30.8°〜22.0°となり、小型、薄型で、諸収差が良好に補正された光学性能の高いズームレンズが得られる。
以上述べたように、本発明のズームレンズは、小型化、薄型化、軽量化、低コスト化等が達成されるため、小型化が要求される携帯電話機等に搭載されるモバイルカメラに好適であるのは勿論のこと、通常のデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、あるいは、ズーミング撮影を行うその他のレンズ光学系においても有用である。
I 第1レンズ群
II 第2レンズ群
III 第3レンズ群
1 第1レンズ(第1レンズ群)
2 第2レンズ(第2レンズ群)
3 第3レンズ(第2レンズ群)
4 第4レンズ(第3レンズ群)
5 ガラスフィルタ
SD 開口絞り
D1〜D10 光軸上の距離
R1〜R11 曲率半径
S1〜S11 面
Dw 広角端におけるレンズ系の全長
Dt 望遠端におけるレンズ系の全長
Dw1−2 広角端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
Dt1−2 望遠端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
Dw2−3 広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔
Dt2−3 望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔
fG1 第1レンズ群の焦点距離
fG2 第2レンズ群の焦点距離
fG3 第3レンズ群の焦点距離
fg2 第2レンズの焦点距離
fw 広角端におけるレンズ系の焦点距離
ft 望遠端におけるレンズ系の焦点距離
ν1 第1レンズのアッベ数
ν2 第2レンズのアッベ数
ν3 第3レンズのアッベ数
L 光軸
II 第2レンズ群
III 第3レンズ群
1 第1レンズ(第1レンズ群)
2 第2レンズ(第2レンズ群)
3 第3レンズ(第2レンズ群)
4 第4レンズ(第3レンズ群)
5 ガラスフィルタ
SD 開口絞り
D1〜D10 光軸上の距離
R1〜R11 曲率半径
S1〜S11 面
Dw 広角端におけるレンズ系の全長
Dt 望遠端におけるレンズ系の全長
Dw1−2 広角端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
Dt1−2 望遠端における第1レンズ群と第2レンズ群の間隔
Dw2−3 広角端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔
Dt2−3 望遠端における第2レンズ群と第3レンズ群の間隔
fG1 第1レンズ群の焦点距離
fG2 第2レンズ群の焦点距離
fG3 第3レンズ群の焦点距離
fg2 第2レンズの焦点距離
fw 広角端におけるレンズ系の焦点距離
ft 望遠端におけるレンズ系の焦点距離
ν1 第1レンズのアッベ数
ν2 第2レンズのアッベ数
ν3 第3レンズのアッベ数
L 光軸
Claims (10)
- 物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力をもつ第1レンズ群と、正の屈折力をもつ第2レンズ群と、正の屈折力をもつ第3レンズ群とを備え、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1レンズ群が固定された状態で、前記第2レンズ群及び第3レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第1レンズ群は、負の屈折力をもつ第1レンズからなり、
前記第2レンズ群は、正の屈折力をもつ第2レンズ、負の屈折力をもつ第3レンズからなり、
前記第3レンズ群は、正の屈折力をもつ第4レンズからなる、
ことを特徴とするズームレンズ。 - 広角端における前記第1レンズ群と第2レンズ群の間隔をDw1−2、広角端における前記第2レンズ群と第3レンズ群の間隔をDw2−3、望遠端における前記第1レンズ群と第2レンズ群の間隔をDt1−2、望遠端における前記第2レンズ群と第3レンズ群の間隔をDt2−3とするとき、次の条件式(1),(2)を満足する、ことを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
(1) 4.5<Dw1−2/Dw2−3<8.5
(2) Dt1−2/Dt2−3<0.2 - 前記第2レンズの焦点距離をfg2、広角端における前記第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をfwとするとき、次の条件式(3)を満足する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。
(3) fg2/fw<1.5 - 広角端における前記第1レンズの前面から像面までの距離(バックフォーカスは空気換算距離)をDw、望遠端における前記第1レンズの前面から像面までの距離(バックフォーカスは空気換算距離)をDt、広角端における前記第1レンズから像面までのレンズ系の焦点距離をfw、望遠端における前記第1レンズから像面までのレンズ系の焦点距離をftとするとき、次の条件式(4),(5)を満足する、ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載のズームレンズ。
(4) 2.5<Dw/fw<4.0
(5) 1.0<Dt/ft<2.0 - 広角端における前記第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をfw、望遠端における前記第1レンズの前面から像面までのレンズ系の焦点距離をft、前記第1レンズ群の焦点距離をfG1、前記第2レンズ群の焦点距離をfG2、前記第3レンズ群の焦点距離をfG3とするとき、次の条件式(6),(7),(8)を満足する、ことを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載のズームレンズ。
(6) 2.0<│fG1│/│fw│<4.0
(7) 0.7<│fG1│/│ft│<1.5
(8) 0.5<fG2/fG3<1.2 - 前記第1レンズは、物体側及び像面側に球面をもつようにガラス材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記2レンズ及び第3レンズは、物体側及び像面側の両面に非球面を有し、
前記第4レンズは、物体側および像面側の少なくとも一方に非球面を有する、
ことを特徴とする請求項1ないし6いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第2レンズ及び第3レンズは、樹脂材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし7いずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第1レンズのアッベ数をν1とするとき、次の条件式(9)を満足する、ことを特徴とする請求項1ないし8いずれかに記載のズームレンズ。
(9) ν1>60 - 前記第2レンズのアッベ数をν2、前記第3レンズのアッベ数をν3とするとき、次の条件式(10)を満足する、ことを特徴とする請求項1ないし9いずれかに記載のズームレンズ。
(10) ν2−ν3>20
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