JP2007156251A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズーミングに伴い変動する倍率色収差を良好に補正し、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有した、ズームレンズを得ること。
【解決手段】 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記後続レンズ群との距離が小さくなるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、アッベ数をνｄ２、部分分散比をθ２とするとき、
−１．６２×１０^-3・νｄ２＋０．６４２＜θ２
５５≦νｄ２
なる条件を満足する材料で構成される負レンズを含む３枚以上の負レンズを有すると共に、
該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．３＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．０
なる条件を満足すること。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特に、デジタルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ等の撮像装置に用いられるズームレンズに関するものである。

近年、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられる固体撮像素子は年々高画素化と高精細化が進んでいる。現状の固体撮像素子の１画素（ピクセル）の大きさは、数μｍ程度である。

さらに、デジタルカメラは画像の拡大が容易で、ユーザーがピクセル等倍で画像を確認できる。このため、デジタルカメラ用の撮影レンズに要求される光学性能は非常に高い。とりわけ、白色光下での撮影においては、色のにじみによる画質の劣化を防ぐ必要がある。具体的には、倍率色収差を可視域全体の波長帯で非常に小さく補正されることが望まれている。

特に、ズームレンズは、単一焦点距離の撮影レンズに比べて倍率色収差等の色収差が多く発生しやすい。このためズームレンズには補正不足となりがちな二次スペクトルの改善が強く求められている。

比較的、高ズーム比で望遠型のズームレンズとして、最も物体側のレンズ群を正の屈折力のレンズ群とした所謂ポジティブリード型のズームレンズがある。

このタイプのズームレンズのうち、軸外主光線の入射高の高い第１レンズ群と、最終レンズ群中の正レンズに異常分散ガラスを用いて色収差を補正したズームレンズが知られている（例えば特許文献１〜３）。

また、物体側から像側へ順に、正・負・正の屈折力のレンズ群の３群からなるポジティブリード型の３群ズームレンズが知られている。この３群ズームレンズにおいて負の屈折力の第２レンズ群中の負レンズに異常分散性を持つ硝材を使用し、ズーミングに際しての倍率色収差の変動を小さくしたズームレンズが知られている（特許文献４）。

又、物体側から像面側へ順に正、負、正、負、正の屈折力のレンズ群より成る５群ズームレンズで、異常分散性を持つ材料を用いて色収差を良好に補正したズームレンズが知られている（特許文献５、６）。
特開平６−４３３６３号公報 特開２００２−６２４７８号公報 特開平８−２４８３１７号公報 特開昭５９−１９８４１６号公報 特開２００１−３５００９３号公報 特開２００２−６２４７４号公報

特許文献１，２，３は、固体撮像素子の高画素化が進み画素ピッチが小さくなったデジタルカメラ等の撮影光学系としては、倍率色収差の補正が必ずとも十分とはいえない。

また、特許文献４では、ズーミングに際して倍率色収差の変動は小さく抑えられているが、ズーム比が必ずしも十分でない。又、Ｆナンバーが８であり、明るさも十分でない。

引用文献４の構成において、ズーム比を大きくすると倍率色収差が大きくなってきて、これを補正するのが難しくなってくる。

本発明は、ズーミングに伴い変動する倍率色収差を良好に補正し、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記後続レンズ群との距離が小さくなるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群はアッベ数をνｄ２、部分分散比をθ２とするとき、
−１．６２×１０^-3・νｄ２＋０．６４２＜θ２
５５≦νｄ２
なる条件を満足する材料で構成される負レンズを含む３枚以上の負レンズを有すると共に、
該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき
０．３＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．０
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、ズーミングに伴い変動する倍率色収差を良好に補正し、全ズーム範囲にわたり良好なる光学性能を実現したズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を得ることができる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は、実施例１のズームレンズの要部断面図、図２〜図４は実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離）、中間焦点距離、望遠端（長焦点距離）における収差図である。

図５は、実施例２のズームレンズの要部断面図、図６〜図８は実施例２のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図９は、実施例３のズームレンズの要部断面図、図１０〜図１２は実施例３のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１３は、実施例４のズームレンズの要部断面図、図１４〜図１６は実施例４のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１７はアッベ数νｄと部分分散比θｇＦとの関係を示す説明図である。

図１８は、ズームレンズにおいて、倍率色収差を補正するときの補正原理の説明図である。図１９は本発明の撮像装置の概略図である。

図１、図５、図９、図１３に示した実施例１〜４のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、ＬＲは複数のレンズ群を有し、全体として正の屈折力の後続レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、後続レンズ群ＬＲの前方に位置している。

後続レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を有している。

ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が位置している。又レンズ断面図において左方が物体側（前方）で右方が像側（後方）である。

各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように各レンズ群を移動させている。

尚、広角端と望遠端とは変倍用のレンズ群が機構上、光軸方向に移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例では、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Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が広がるように第１レンズ群Ｌ１を物体側へ移動させている。

第２レンズ群Ｌ２と絞りＳＰとの間隔が狭まるように第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させている。又、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が狭まるように第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。

第４レンズ群Ｌ４と第５レンズ群Ｌ５をいずれも双方の間隔が狭まるように物体側へ移動させている。

各実施例では、第３レンズ群Ｌ３と第５レンズ群Ｌ５を一体的に移動させて機構の簡略化を図っているが、互いに独立に移動させても良い。

尚、絞りＳＰはズーミングの際に第３レンズ群Ｌ３と一体に移動させても、又別体にて移動させても良い。一体とすると移動するユニットの数が少なくなり、メカ構造を簡素化しやすくなる。

収差図において、ｄ，ｇはｄ線，ｇ線である。ＳＣは正弦条件である。ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面，サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角である。

次に各実施例の特徴について説明する。

各実施例において第２レンズ群Ｌ２は、アッベ数をνｄ２、部分分散比をθ２とするとき、
−１．６２×１０^-3・νｄ２＋０．６４２＜θ２ ‥‥‥（１）
５５≦νｄ２ ‥‥‥（２）
なる条件を満足する材料で構成される負レンズを含む３枚以上の負レンズを有している。

そして更に、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
０．３＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．０ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

ここで波長４３６ｎｍ（ｇ線）、波長４８６ｎｍ（Ｆ線）、波長５８８ｎｍ（ｄ線）、波長６５６ｎｍ（Ｃ線）のそれぞれに対する硝材の屈折率をそれぞれ、ｎｇ、ｎＦ、ｎｄ、ｎＣとするとき、アッベ数νｄと部分分散比θは次のとおりである。

νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θ ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
各実施例のズームレンズにおいて、例えば、第２レンズ群Ｌ２を２枚以下の負レンズで構成すると次のような問題が生じてくる。異常分散ガラスは一般的に屈折率が低いため所望の屈折力を得るためには曲率がきつく（曲率半径が小さく）なる。この結果、主として広角端での負の歪曲収差が増大し、これを補正するのが困難になる。

図１７は光学材料のアッベ数νｄと部分分散比θの関係を示したグラフである。図１７において点Ａは株式会社オハラ社製の製品名ＰＢＭ２（νｄ＝３６．２６、θ＝０．５８２８）の値を示す。

点Ｂは株式会社オハラ社製の製品名ＮＳＬ７（νｄ＝６０．４９、θ＝０．５４３６）の値を示す。

点Ａ、点Ｂを結んだ線を基準線とする。アッベ数νｄが３５程度より小さい高分散ガラスは、基準線より上側に位置するものが多い。又、アッベ数νｄが３５から６０程度までの低分散ガラスは、基準線より下側に位置するものが多い。

一方、アッベ数νｄが６０以上で、基準線より上側に位置する異常分散ガラスも存在する。低分散ガラスに関しては、基準線より上側に位置するものを使用するのが二次スペクトルの補正に対し効果的であり基準線から離れるほど補正効果が高まる。

条件式（１）は、使用するレンズ材料のｇ線とＦ線に対する異常分散性を、部分分散の基準線を基準として規定している。具体的には、条件式（１）の部分分散比θ２がｇ線とＦ線の使用レンズ材料の部分分散比を表しており、条件式（１）の右辺が基準ガラスの場合の部分分散比θ２を表している。

つまり、条件式（１）を満足するレンズ材料とは、一般的に異常分散ガラスと呼ばれるものであり、部分分散比θ２が基準線より大きい場合とは、基準ガラスに比べて相対的にｇ線の屈折率が大きいことを表している。

倍率色収差をズーム全域で少なくするためには、ズーム全域で全系の倍率色収差係数をゼロ近傍の値に制御する必要がある。

ここで倍率色収差係数Ｔは、レンズの屈折力をφ、レンズ面に入射する軸上光線入射高をｈ、レンズ面に入射する軸外主光線入射高をｈｂ、アッベ数をνｄとしたとき、
Ｔ＝Σ（ｈ・ｈｂ・φ／νｄ）
で表される。

従って倍率色収差の変動は、軸外主光線入射高ｈｂの変動が大きいレンズ群の影響が支配的である。次いで屈折力φの絶対値が大きいレンズ群、即ち各実施例では第２レンズ群Ｌ２の影響が大きくなってくる。

図１８（ａ），（ｂ）は各実施例のズームレンズの広角端と望遠端での近軸屈折力配置の模式図である。

図１８の近軸屈折力配置では、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２及び正の屈折力の後続レンズ群ＬＲを有している。そして、全系の焦点距離が長くなるに従い第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との距離が大きくなると共に第２レンズ群Ｌ２と後続レンズ群ＬＲとの距離が小さくなる。

このようなズームレンズにおいて、軸外の主光線について考察する。広角端では、図１８（ａ）のように、望遠端では図１８（ｂ）のように主光線は各レンズ群を通過する。なる。なお、図１８（ａ）,（ｂ）では絞りＳＰより像側の後続レンズ群ＬＲでの屈折は省略している。

従来のズームレンズにおいて、ｇ線とＣ線の倍率色収差を像面上で同一位置になるように補正したとする。この場合、その像面上での位置はｄ線に対して、広角端では光軸Ｌａの外側にずれ、望遠端では光軸Ｌａの内側にずれることになる。

このときｇ線の倍率色収差は以下のような原理によって補正される。負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｌ２の負レンズの材料に異常分散ガラスを用いたとする。この場合、光軸Ｌａの内側にｇ線を曲げる力が強くなる。

これは異常分散ガラスのｇ線の屈折力が通常の硝材に対して相対的に高いからである。

ここで広角端と望遠端での軸外主光線の高さｈｂに注目すると、望遠端では高さｈｂが小さくなるため、第２レンズ群Ｌ２の影響が広角端に比べて小さくなる。

そのため、条件式（１）を満たすことで望遠端の倍率色収差をさほど悪化させることなく望遠端の倍率色収差の二次スペクトルを大きく改善することができる。

従って、条件式（１）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２に使用するレンズの材料の異常分散性が小さくなると、倍率色収差を充分小さくすることが難しくなる。

また、条件式（２）の下限を超えると、各レンズ群の色消しが不十分になり、倍率色収差及び軸上色収差のズーミングによる収差変動が大きくなってくるので良くない。

また各実施例では条件式（３）を満足するようにしてズーミングにおける収差変動を少なくしている。

条件式（３）は、変倍作用の大部分を受け持つ第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の適正な範囲を規定している。第２レンズ群Ｌ２の屈折力が条件式（３）の下限を超えて大きくなったとする。この場合、ズーミングによる第２レンズ群Ｌ２の移動量は小さくなるがそれ以上に第２レンズ群Ｌ２で発生する諸収差が増大するため、ズーミングによる収差変動の補正が困難になる。

また反対に、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が条件式（３）の上限を超えて小さくなったとする。この場合、ズーミングによる第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、光学系全体が大型化してしまう。

また、それに伴って第２レンズ群Ｌ２に使用する異常分散の材料より成るレンズ径が大きくなるため、重量が増えレンズ鏡筒構造が複雑になるので良くない。

尚、更に好ましくは条件式（２），（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

６０≦νｄ２ ‥‥‥（２ａ）
０．４＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜０．９ ‥‥‥（３ａ）
以上説明したように各実施例のズームレンズでは、ズームレンズ全体の倍率色収差に大きく影響する第２レンズ群Ｌ２が、前述した所定の関係を満足する負レンズを備えている。これにより、高ズーム比でありながらズーム全域で諸収差を良好に補正し、高解像、高コントラストな光学性能を得ている。

又、各実施例では、第１レンズ群Ｌ１は、アッベ数をνｄ１、部分分散比をθ１とするとき、
−１．６２×１０^-3・νｄ１＋０．６４２＜θ１ ‥‥‥（４）
５５≦νｄ１ ‥‥‥（５）
なる条件を満足する材料で構成された正レンズを有している。

条件式（４），（５）は各実施例のズームレンズの基本構成において第１レンズ群Ｌ１で発生する倍率色収差を小さく抑えズーミングに際しての倍率色収差を一層少なくするためのものである。

特に条件式（４），（５）は第１レンズ群Ｌ１で発生する倍率色収差の二次スペクトルを小さくするためのものである。この条件を満足すると、全系の焦点距離が小さくなる広角側での倍率色収差は若干悪化するが、全系の焦点距離が大きくなる望遠側では倍率色収差が大きく改善される。

このように各実施例では前述の如く各構成を設定することにより、高ズーム比を実現しながらも、諸収差、特に倍率色収差を良好に補正している。

尚、更に好ましくは条件式（５）の数値を次の如く設定するのが良い。

６０≦νｄ１ ‥‥‥（５ａ）
各実施例では広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔとするとき
２．５≦ｆｔ／ｆｗ ‥‥‥（６）
なる条件を満足している。

条件式（６）はズーム比に関する。各実施例では各レンズ群の屈折力と移動条件を適切に設定してズーム比２．５以上のズームレンズを得ている。

ズーム比が２．５より小さくなると、一眼レフカメラの撮影レンズとしてズーム比が不十分となり、好ましくない。

尚、更に好ましくは条件式（６）の数値を次の如く設定するのが良い。

３．０≦ｆｔ／ｆｗ ‥‥‥（６ａ）
各実施例では、第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、そして複数のレンズを有するように構成している。

これによってズーミングにおける収差変動が少なくなるようにしている。

各実施例はレンズ枚数を大幅に増やすことなく諸収差を良好に補正するために、いくつかのレンズ面を非球面形状としている。

各実施例のレンズ構成において、第２レンズ群Ｌ２或いは第５レンズ群Ｌ５の少なくとも１面を非球面形状とするのが良い。

これによれば主として広角端の非点収差や歪曲収差を良好に補正することが容易となる。

第２レンズ群Ｌ２よりも像側であって、後続レンズ群ＬＲ中または後続レンズ群の物体側に開口絞りＳＰを配置している。

これによって前玉有効径の増大を防止しつつ、レンズ系全体の小型化を図っている。

以下に、実施例１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、ｎｉ，νｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率，アッベ数を示す。非球面形状は、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、

で表される。但し、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ１０，Ｃ１２は非球面係数である。又「ｅ^−Ｘ」は［×１０^−Ｘ］を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、Ｌ１〜Ｌ５は第１〜第５レンズ群を示す。

中心厚、間隔ｄｉの最終値は、レンズ面と像面との間隔である。

又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を<<表１>>に示す。

次に実施例１〜４に示したズームレンズを撮像装置に適用した実施例を、図１９を用いて説明する。

図１９は一眼レフカメラの要部概略図である。図１９において、１０は実施例１〜４のズームレンズ１を有する撮影レンズである。

ズームレンズ１は保持部材である鏡筒２に保持されている。

２０はカメラ本体である。カメラ本体２０は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、撮影レンズ１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は、撮影レンズ１０の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。観察者は、その正立像を、接眼レンズ６を介して観察する
７は感光面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮影レンズ１０によって像が形成される。

実施例１〜４にて説明した利益は、本実施例に開示したような光学機器において効果的に享受される。

実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例１のズームレンズの広角端の収差図 実施例１のズームレンズの中間のズーム位置の収差図 実施例１のズームレンズの望遠端の収差図 実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例２のズームレンズの広角端の収差図 実施例２のズームレンズの中間のズーム位置の収差図 実施例２のズームレンズの望遠端の収差図 実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例３のズームレンズの広角端の収差図 実施例３のズームレンズの中間のズーム位置の収差図 実施例３のズームレンズの望遠端の収差図 実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例４のズームレンズの広角端の収差図 実施例４のズームレンズの中間のズーム位置の収差図 実施例４のズームレンズの望遠端の収差図 アッベ数νｄと部分分散比θの関係を示す説明図 本発明のズームレンズにおける倍率色収差の補正原理を説明するための模式図 本発明の撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ５ 第５レンズ群
ＬＲ 後続レンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ．Ｃ 正弦条件
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (7)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、複数のレンズ群を含み全体として正の屈折力の後続レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との距離が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記後続レンズ群との距離が小さくなるズームレンズにおいて、
   前記第２レンズ群は、アッベ数をνｄ２、部分分散比をθ２とするとき、
   −１．６２×１０^-3・νｄ２＋０．６４２＜θ２
   ５５≦νｄ２
   なる条件を満足する材料で構成される負レンズを含む３枚以上の負レンズを有すると共に、
   該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   ０．３＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．０
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群は、アッベ数をνｄ１、部分分散比をθ１とするとき、
   −１．６２×１０^-3・νｄ１＋０．６４２＜θ１
   ５５≦νｄ１
   なる条件を満足する材料で構成される正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔとするとき、
   ２．５≦ｆｔ／ｆｗ
   なる条件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。
4. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、そして複数のレンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群よりも像側に開口絞りが配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有していることを特徴とする撮像装置。

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