JP2011170054A - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 物体側から、順次、正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配し、広角端から望遠端への変倍に伴って、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が増大する。第1レンズ群G1は、物体側から順次、負レンズ、正レンズ、正レンズを、第2レンズ群は、負レンズ、正レンズ、負レンズを、第3レンズ群は、正レンズ、正レンズ、負レンズを、第4レンズ群は、1枚の正レンズを、それぞれ順に配置する。第1レンズ群G1に含まれる光学ガラスからなる正レンズの屈折率、アッベ数、部分分散比が所定の条件式を満たすこと。
【選択図】 図2
Description
ここで、小型化という面では、まず、使用時のレンズ全長(最も物体側のレンズ面から像面までの距離)を短縮することが必要であり、また、各レンズ群の厚みを短縮して、収納時の全長を抑えることも重要である。さらに、高性能化という面では、少なくとも、1000万〜1500万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。
また、撮影レンズの広画角化を望むユーザも多く、ズームレンズの広角端の半画角は、38度以上であることが望ましい。尚、半画角38度は、35mm銀塩カメラ(いわゆるライカ版)換算の焦点距離で28mmに相当する。
さらに、変倍比についてもなるべく大きなものが望まれている。35mm銀塩カメラ換算の焦点距離で28〜200mm相当程度(約7.1倍)のズームレンズであれば、一般的な撮影のほとんどにおいて対応することが可能と考えられる。
このタイプのズームレンズの従来例として、変倍に際して第1レンズ群が固定、または、第1レンズ群が像側に凸の弧状に往復移動するタイプがあるが、この場合、変倍作用の多くを負担する第2レンズ群の移動量を大きく確保しようとすると、第3レンズ群近傍に配設される絞りが広角端においても第1レンズ群から離れることになり、広角・高変倍化のためには第1レンズ群が非常に大きなものとなってしまう。よって、広角・高変倍かつ小型のズームレンズを実現するためには、第1レンズ群が広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動するタイプが望ましい。また、広角端でのレンズ全長を望遠端に比べて短くすることにより、第1レンズ群の大型化を抑制しつつ、十分な広角化が可能となる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、請求項1に記載の発明は、広角端の半画角が38度以上と十分に広画角でありながら6.5倍以上の変倍比を有し、構成枚数が10枚程度と少なく、小型でかつ1000万〜1500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することを目的としている。
請求項3に記載の発明は、色収差をより良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
請求項4および請求項5に記載の発明は、各収差をより良好に補正した、小型で高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
請求項6に記載の発明は、球面収差・コマ収差をより良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
請求項7ないし請求項10に記載の発明は、各収差をさらに良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
請求項12に記載の発明は、広角端の半画角が、38度以上と十分に広画角でありながら6.5〜10倍以上の変倍比を有し、構成枚数が、10枚程度と少なく、小型でかつ1000万〜1500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズをカメラ機能部の撮影光学系として使用した、小型で高画質の携帯情報端末装置を提供することを目的としている。
請求項1に記載のズームレンズは、上述した目的を達成するために、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞り配設すると共に、前記第1レンズ群に光学ガラスからなる正レンズを有し、ndをその正レンズを構成する光学ガラスの屈折率、νdをその正レンズを構成する光学ガラスのアッベ数、Pg,Fをその正レンズを構成する光学ガラスの部分分散比とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とする。
1.52<nd<1.62 (1)
65.0<νd<75.0 (2)
0.015<Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)<0.050
(3)
ここで、Pg,F =(ng −nF )/(nF −nC )であり、ng,nF,nCは、それぞれ、その正レンズを構成する光学ガラスの、g線,F線,C線に対する屈折率である。
30<FA<500 (4)
請求項3に記載のズームレンズは、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、fapを請求項1に記載の条件式を満足する前記第1レンズ群の光学ガラスからなる前記正レンズの焦点距離、fWを広角端における全系の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とする。
5.0<fap/fW<15.0 (5)
請求項4に記載のズームレンズは、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、前記第1レンズ群の前記正レンズのうち少なくとも1枚は非球面を有し、その非球面を有する正レンズが、請求項1に記載の条件式を満足することを特徴とする。
請求項5に記載のズームレンズは、請求項4に記載のズームレンズにおいて、前記第1レンズ群が2枚の正レンズを有することを特徴とする。
0.6<|r3R|/fW<1.3 (6)
請求項7に記載のズームレンズは、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、X1を広角端から望遠端への変倍に際する前記第1レンズ群の総移動量、fTを望遠端における全系の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足すること特徴とする。
0.20<X1/fT<0.45 (7)
請求項8に記載のズームレンズは、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、X3を広角端から望遠端への変倍に際する前記第3レンズ群の総移動量とするとき、以下の条件式を満足すること特徴とする。
0.15<X3/fT<0.40 (8)
請求項9に記載のズームレンズは、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、f2を前記第2レンズ群の焦点距離、f3を前記第3レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足すること特徴とする。
請求項10に記載のズームレンズは、請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、f1を前記第1レンズ群の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足すること特徴とする。
5.0<f1/fW<8.0 (10)
本発明の請求項11に記載のカメラは、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とする。
本発明の請求項12に記載の携帯情報端末装置は、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、広角端の半画角が38度以上と十分に広画角でありながら6.5倍以上の変倍比を有し、構成枚数が10枚程度と少なく、小型でかつ1000万〜1500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを、より高品質・低コストで実現する手段を提供することができ、延いては、小型かつ高画質で、通常の撮影領域を十分にカバーする変倍域を有したカメラおよび携帯情報端末装置を、コストパフォーマンス良く、より安定して供給することができる。
請求項3に記載の発明によれば、色収差をより良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することができ、延いては、広角端における画面周辺部の色ずれや、望遠端における画面全体にわたる色にじみ等をさらに抑えた、良好な描写の得られるカメラおよび携帯情報端末装置を実現することができる。
請求項6に記載の発明によれば、球面収差・コマ収差をより良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することができ、延いては、より鮮鋭度の高い画像が得られる高画質のカメラおよび携帯情報端末装置を実現することができる。
請求項7ないし請求項10に記載の発明によれば、各収差をさらに良好に補正した、高性能なズームレンズを提供することができ、延いては、さらに高い解像力を有する高画質のカメラおよび携帯情報端末装置を実現することができる。
請求項11に記載の発明によれば、広角端の半画角が38度以上と十分に広画角でありながら6.5〜10倍以上の変倍比を有し、構成枚数が10枚程度と少なく、小型でかつ1000万〜1500万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを撮影光学系として使用した、小型で高画質のカメラを提供ことができ、延いては、ユーザが携帯性に優れたカメラで高画質な画像を撮影することができる。
本発明のような、正・負・正・正の4レンズ群を有するズームレンズは、一般に、第2レンズ群が主要な変倍作用を負担する、いわゆるバリエータとして構成される。しかしながら、本発明においては、第3レンズ群にも変倍作用を分担させ、第2レンズ群の負担を軽くして、広角化・高変倍化に伴って困難になる収差補正の自由度を確保している。また、広角端から望遠端への変倍に際して、第1レンズ群を大きく物体側へ移動させることにより、広角端において第1レンズ群を通過する光線高さを低くして、広角化に伴う第1レンズ群の大型化を抑制するとともに、望遠端では第1レンズ群と第2レンズ群の間隔を大きく確保して、長焦点化を達成している。
広角端から望遠端への変倍に際して、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔は大きくなり、第2レンズ群と第3レンズ群との間隔は小さくなって、第2レンズ群・第3レンズ群の倍率(絶対値)はどちらも増加し、変倍作用を互いに分担する。
1.52<nd<1.62 (1)
65.0<νd<75.0 (2)
0.015<Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)<0.050
(3)
ただし、ndは、その正レンズを構成する光学ガラスの屈折率、νdは、その正レンズを構成する光学ガラスのアッベ数、Pg,Fは、その正レンズを構成する光学ガラスの部分分散比を表す。
ここで、Pg,F =(ng −nF )/(nF −nC )であり、ng,nF,nCは、それぞれ、その正レンズを構成する光学ガラスの、g線、F線、C線に対する屈折率である。
高変倍化、特に望遠端の焦点距離を長くしようとすると、望遠側における軸上色収差の二次スペクトルの補正が困難となる。また、広角端の焦点距離を短く、より広角化しようとすると、広角側における倍率色収差の二次スペクトルの補正が困難となる。
軸上色収差の二次スペクトルを低減するためには、軸上光線高さが高いレンズ群に特殊低分散ガラスを用いると効果が大きい。特に少なくとも望遠側においては第1レンズ群が最も軸上光線高さが高く、特殊低分散ガラスの採用によって、軸上色収差の二次スペクトルを十分に低減することが可能となる。しかし、特殊低分散ガラスは、一般に屈折率が低く、単色収差の補正能力が低下してしまう。よって、第1レンズ群を少ない枚数で構成しつつ、単色収差・色収差をバランス良く低減しようとする場合、特殊低分散ガラスの使用が必ずしも十分な効果を上げない。
そこで、本発明においては、第1レンズ群中の少なくとも1枚の正レンズを、条件式(1)、(2)、(3)を満足する範囲の屈折率・アッベ数・異常分散性を有する光学ガラスで構成したのである。これにより、第1レンズ群が3枚以下の少ない枚数であっても、色収差の二次スペクトルを低減し、かつ、単色収差の十分な補正も可能となるのである。
1.52<nd<1.62 なる条件式(1)のndが1.52以下であると単色収差の補正が不十分となり、65.0<νd<75.0なる条件式(2)のνdが65.0以下であると色収差の補正が不十分となり、条件式(3)のPg,F−(−0.001802×νd+0.6483)が0.015以下であると色収差の二次スペクトルの補正が不十分となる。
本発明のズームレンズにおいて、請求項1に記載の条件式(1)、(2)、(3)を満足する第1レンズ群の正レンズを構成する光学ガラスは、条件式(4)における磨耗度FAが30を超え、500未満であることが望ましい(請求項2)。
一般に、比較的低分散かつ異常分散性を有する光学ガラスは、磨耗度の大きなものが多く、特に磨耗度が500を越える光学ガラスは、研磨・心取り・洗浄等のレンズ加工過程において、精度が出しにくい、傷が入りやすい等の問題があり、品質の低下やコストアップの要因となる。請求項1の条件式(1)、(2)、(3)を満足しながら、条件式(4)の磨耗度FAが500未満の光学ガラスによって、第3レンズ群の正レンズを構成することは、高品質を低コストで維持するという点で非常に重要である。一方、磨耗度FAが30以下であると、研磨に長い時間を要するようになり、こちらも却ってコストアップの要因となるため好ましくない。
なお、磨耗度FAとは、測定面積が9cm2の試料を、水平に毎分60回転する鋳鉄製平面皿の中心より80mmの定位置に保持し、平均粒径20μmのアルミナ砥粒10gに水20mlを添加したラップ液を5分間一様に供給し、9.807Nの荷重をかけてラッピングしたときの摩耗減量mと、日本光学硝子工業会で指定された標準試料(BSC7)を、同一条件で試験したときとの摩耗減量m0の比を測定し、次式によりを算出するものである。
ここで、dは試料の比重、d0は標準試料の比重を表す。
本発明のズームレンズにおいて、請求項1に記載の条件式(1)、(2)、(3)を満足する第1レンズ群の光学ガラスからなる正レンズの少なくとも1つは、以下の条件式を満足するような屈折力を有することが望ましい(請求項3)。
5.0<fap/fW<15.0 (5)
ただし、fapは、請求項1に記載の条件式(1)、(2)、(3)を満足する第1レンズ群の光学ガラスからなる正レンズの焦点距離、fWは、広角端における全系の焦点距離を表す。
条件式(5)のfap/fWが15.0以上であると、異常分散材料を使用したレンズの屈折力が二次スペクトルを十分に低減するには足らず、十分な色収差補正が行えない場合がある。一方で、条件式(5)のfap/fWが5.0以下であると、色収差補正と球面収差補正のバランスを取ることが難しくなるし、当該レンズの各面の曲率が大きくなるため、加工精度の点でも不利となる。
請求項1に記載の条件式(1)、(2)、(3)を満足するような異常分散性を有する光学ガラスとしては、ガラスモールド技術による非球面成形に適したものも開発されており、これを使用することによって、低コストで安定した性能の非球面レンズを得ることができる。
その場合、第1レンズ群が2枚の正レンズを有することが望ましい(請求項5)。
一方の正レンズは、球面レンズとすることができるため屈折率・アッベ数の選択範囲が広く、2枚で正のパワーを分担することにより、収差補正の最適化が図れる。特に、より屈折率の高いものを選択することによって、色収差補正と単色収差補正を高次元でバランスさせることが可能となる。
なお、異常分散性を有する光学ガラスを使用したレンズを、ガラスモールド技術で作成する場合においても、成形前の母材となるプリフォームの形成には研磨等の冷間加工が必要な場合が多く、材料の磨耗度が重要である点は変わらない。
0.6<|r3R|/fW<1.3 (6)
ただし、r3Rは、第3レンズ群の最も像側の面の曲率半径を表す。
条件式(6)の|r3R|/fWが0.6以下であると、球面収差が補正過剰となりやすく、条件式(6)の|r3R|/fWが1.3以上であると、逆に球面収差が補正不足となりやすい。さらに、条件式(6)の範囲外では球面収差同様、コマ収差のバランスも取りにくく、軸外周辺部で外向性または内向性のコマ収差が発生しやすくなる。
さらに、広角化・長焦点化のために重要な第1レンズ群の移動量に関連して、以下の条件式を満足することにより、十分な収差補正が可能となる(請求項7)。
0.20<X1/fT<0.45 (7)
ただし、X1は、広角端から望遠端への変倍に際する第1レンズ群の総移動量、fTは、望遠端における全系の焦点距離を表す。
なお、さらに望ましくは、以下の条件式(7)′を満足するのが良い。
0.25<X1/fT<0.40 (7)′
第2レンズ群と変倍作用を分担する第3レンズ群の移動量に関しては、以下の条件式(8)を満足することが望ましい(請求項8)。
0.15<X3/fT<0.40 (8)
ただし、X3は、広角端から望遠端への変倍に際する第3レンズ群の総移動量を表す。
なお、さらに望ましくは、以下の条件式(8)′を満足するのが良い。
0.20<X3/fT<0.35 (8)′
加えて、収差補正の上から、各群の屈折力に関する以下の条件式(9)、(10)を満足することが望ましい(請求項9・請求項10)。
0.50<|f2|/f3<0.85 (9)
5.0<f1/fW<8.0 (10)
ただし、f1は第1レンズ群の焦点距離、f2は、第2レンズ群の焦点距離、f3は、第3レンズ群の焦点距離、fWは、広角端における全系の焦点距離を表す。
条件式(9)|f2|/f3を0.50以下とすると、第2レンズ群の屈折力が強くなりすぎ、|f2|/f3を0.85以上とすると、第3レンズ群の屈折力が強くなりすぎて、いずれにしろ変倍に際する収差変動が大きくなりやすくなる。
本発明のズームレンズにおいては、第2レンズ群と第3レンズ群の間に開口絞りを配設し、その開口絞りを隣接するレンズ群とは独立に移動させることができる。このような構成により、6.5倍以上という大きな変倍領域のどのポジションにおいても、より最適な光線経路の選択が可能となるため、特に、コマ収差や像面湾曲等の補正の自由度が向上し、軸外性能の向上を達成することができる。
開口絞りと第3レンズ群との間隔は、広角端において望遠端よりも広くなることが望ましい。異常分散材料が使用されている第3レンズ群が、広角端において開口絞りから離れ、望遠端において開口絞りに近付くことによって、その異常分散性が広角端では倍率色収差の2次スペクトルの補正に効果的に働き、望遠端では軸上色収差の二次スペクトルの補正に効果的に働く。よって、変倍の全域において色収差をより良好に補正することが可能となる。加えて、広角端において開口絞りを第1レンズ群に近づけ、第1レンズ群を通過する光線高さをより低くすることが可能となって、第1群のさらなる小型化が達成できるという効果も生む。
0.05<dSW/fT<0.20 (11)
ただし、dSWは、広角端における開口絞りと第3レンズ群の最も物体側の面との軸上間隔を表す。
条件式(11)のdSW/fTを0.05以下とすると、広角端において第3レンズ群を通過する光線高さが小さくなり、広角側における倍率色収差の二次スペクトルの低減が、効果的に行えなくなる。また、同じく広角端において第1レンズ群を通過する光線高さが大きくなりすぎ、第1レンズ群の大型化を招く。一方、条件式(11)のdSW/fTを0.20以上とすると、広角端において第3レンズ群を通過する光線高さが大きくなりすぎ、像面がオーバーに倒れたり、樽型の歪曲収差が大きくなったりして、特に広角域における性能確保が難しくなる。
第1レンズ群は、物体側より、少なくとも1枚の負レンズと、少なくとも1枚の正レンズを有する構成であることが望ましい。より具体的には、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に強い凸面を向けた正レンズの2枚で構成するか、または、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸面を向けた正レンズの3枚で構成するのが良い。
第2レンズ群は、物体側から順に、像側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、像側に曲率の大きな面を向けた正レンズ、物体側に曲率の大きな面を向けた負レンズの3枚からなることが望ましい。
負の屈折力を有する変倍群としては、これを3枚で構成する場合、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズという配置のものが良く知られているが、この構成に比べて、上記の構成は、広角化に伴う倍率色収差の補正能力に優れている。ここで、物体側から2番目のレンズと3番目のレンズは適宜接合しても良い。
このとき、第2レンズ群の各レンズは、以下の条件式(12)、(13)、(14)を満足することが望ましい。
1.75<n21<2.10、25<ν21<55 (12)
1.75<n22<2.10、15<ν22<35 (13)
1.75<n23<2.10、25<ν23<55 (14)
ただし、n2iは、第2群中で物体側から数えてi番目のレンズの屈折率、ν2iは、第2群中で物体側から数えてi番目のレンズのアッベ数を表す。
第3レンズ群は、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズの3枚で構成することが望ましい。ここで、物体側から2番目のレンズと3番目のレンズは適宜接合しても良い。
本発明のズームレンズにおいて、第4レンズ群は、主として射出瞳距離(テレセントリック性)の確保、および、その移動によるフォーカシングのために設けている。レンズ系の小型化のためには、第4レンズ群はなるべく簡単な構成である必要があり、正レンズ1枚で構成することが望ましい。
また、本発明のズームレンズは、4群の構成に限ったものではない。変倍に際する収差の変動を抑えるなど、性能確保のために自由度を増加させる必要から、第4レンズ群の像側に第5レンズ群を有する構成とすることもできる。
良好な収差補正を保ちながらより小型化を進めるためには、非球面が不可欠であり、少なくとも第2レンズ群および第3レンズ群には、それぞれ1面以上の非球面を有することが望ましい。特に、第2レンズ群においては、最も物体側の面と最も像側の面の双方を非球面とすると、広角化に伴って増大しがちな歪曲収差・非点収差等をの補正に高い効果が得られる。
絞りの開放径は、変倍に係わらず一定とするのが機構上簡略となって良い。ただし、長焦点端の開放径短焦点端に比べて大きくすることにより、変倍に伴うFナンバの変化を小さくすることもできる。また、像面に到達する光量を減少させる必要があるときには、絞りを小径化しても良いが、絞り径を大きく変えることなく、NDフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。
以下に、本発明のズームレンズの実施の形態と共に具体的な数値実施例4例をあげて説明する。なお、全ての実施例において最大像高は4.05mmである。尚、数値実施例を、以下、単に「実施例」と称する場合がある。
実施例1は、正・負・正・正・正の5群構成であり、実施例2ないし実施例4は、正・負・正・正の4群構成である。
レンズの材質は、全ての実施例においての第4レンズ群G4が有する正レンズが光学プラスチックである他は、全て光学ガラスとなっている。
各実施例の収差は、十分に補正されており,1000万〜1500万画素の受光素子に対応することが可能となっている。本発明のようにズームレンズを構成することで、十分な小型化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得ることは、実施例より明らかである。
実施例1〜実施例4に共通な記号の意味は、以下の通りである。
F:Fナンバ(F値)
ω:半画角(度)
R:曲率半径(非球面にあっては、近軸曲率半径)
D:面間隔
nd:屈折率
νd:アッベ数
K:非球面の円錐定数
A4:4次の非球面係数
A6:6次の非球面係数
A8:8次の非球面係数
A10:10次の非球面係数
A12:12次の非球面係数
A14:14次の非球面係数
A16:16次の非球面係数
A18:18次の非球面係数
ただし、ここで用いられる非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)をC、光軸からの高さをH、そして、円錐定数をKとし、上記各次数の非球面係数を用い、Xの光軸方向における非球面量として、次の式(15)で定義され、近軸曲率半径および円錐定数並びに非球面係数を与えて形状を特定する。
第1レンズ群G1〜第5レンズ群G5は、それぞれ各群毎に適宜なる共通の支持枠等によって支持され、ズーミング等に際しては第5群を除き、各群毎に動作し、開口絞りADは、各群とは独立に動作する。図1には、各光学面の面番号(第1面〜第22面)も示している。
広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が増大する。
第2レンズ群G2は、物体側から、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであって、その物体側に凸面を向け且つ非球面を形成している非球面レンズからなる第4レンズE4と、像側により強い凸面を向けた両凸正レンズからなる第5レンズE5と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであって、その像側に非球面を形成している非球面レンズからなる第6レンズE6とを配している。第5レンズE5と第6レンズE6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に介挿配置されている。
第3レンズ群G3は、物体側から、順次、物体側により強い凸面を向けた両凸形状で且つ両面を非球面とした正レンズからなる第7レンズE7と、像側により強い凸面を向けた両凸正レンズからなる第8レンズE8と、像側に強い凹面を向けた両凹負レンズからなる第9レンズE9とを配している。第8レンズE8と第9レンズE9の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
この場合、図1に示すように、広角端(短焦点端)から望遠端(長焦点端)への変倍に伴って、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3は、像側から物体側へ単調に移動し、第2レンズ群G2は像側に凸となる軌跡を描いて移動し、そして第4レンズ群G4は、物体側に凸となる軌跡を描いて移動する。第5レンズ群G5は、移動しない。
この実施例1においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、表2に示すように、それぞれf=5.07〜34.46、F=3.43〜5.79、ω=39.82〜6.53の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表の通りである。
すなわち、表1においては、「*」が付された第6面、第10面、第12面、第13面および第17面の各光学面が非球面であり、式(15)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面;第6面
K=0.0,
A4=−2.11567×10−5,
A6=1.02684×10−7,
A8=−4.62111×10−8,
A10=7.02968×10−10
K=0.0,
A4=−6.56577×10−4,
A6=−6.52956×10−6,
A8=−1.05912×10−6,
A10=−5.75774×10−8
非球面;第12面
K=0.0,
A4=−8.54494×10−4,
A6=5.37510×10−6,
A8=−8.26341×10−7,
A10=−5.09750×10−8
K=0.0,
A4=3.54458×10−4,
A6=6.38751×10−6,
A8=−7.62332×10−7,
A10=−5.58192×10−8
非球面;第17面
K=0.0,
A4=−3.04703×10−5,
A6=1.04070×10−5,
A8=−4.76045×10−7,
A10=9.37621×10−9
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、そして、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5との間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って次表のように変化させられる。
(1) nd=1.59282
(2) νd=68.63
(3) Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)
=0.0195…HOYA FCD505
(4) FA=460…HOYA FCD505
(5) fap/fW=8.59
(6) |r3R|/fW=0.940
(7) X1/fT=0.336
(8) X3/fT=0.224
(9) |f2|/f3=0.668
(10) f1/fW=5.85
(11) dSW/fT=0.135
となり、それぞれ条件式(1)〜条件式(11)を満足している。
図2に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配している。この場合、第1レンズ群G1は、第1レンズE1、第2レンズE2および第3レンズE3を有してなり、第2レンズ群G2は、第4レンズE4、第5レンズE5および第6レンズE6を有してなり、第3レンズ群G3は、第7レンズE7、第8レンズE8および第9レンズE9を有してなり、そして第4レンズ群G4は、第10レンズE10を有してなる。
広角端から望遠端への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が増大する。
第1レンズ群G1は、物体側から、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズE1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズE2と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第3レンズE3とを配している。第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に介挿配置されている。
第4レンズ群G4は、物体側に強い凸面を向け且つ物体側を非球面とした両凸レンズからなる第10レンズE10のみからなっている。
この実施例2においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=5.07〜34.53,F=3.45〜5.61、ω=39.75〜6.55の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表の通りである。
非球面パラメータ
非球面;第6面
K=0.0,
A4=4.38118×10−5,
A6=−3.28212×10−6,
A8=1.67801×10−7,
A10=−4.32537×10−9 ,
A12=−1.26659×10−11,
A14=1.27763×10−12
K=0.0,
A4=−4.80018×10−4,
A6=−4.53081×10−6,
A8=−2.73503×10−7,
A10=−5.07166×10−8
非球面;第12面
K=0.0,
A4=−8.76064×10−4,
A6=1.71719×10−5,
A8=−1.39333×10−6,
A10=9.31505×10−8
K=0.0,
A4=5.89357×10−4,
A6=3.03606×10−5,
A8=−2.25267×10−6,
A10=1.54591×10−7
非球面;第17面
K=0.0,
A4=−5.88625×10−5,
A6=1.08911×10−5,
A8=−4.32420×10−7,
A10=7.34514×10−9
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、そして第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、第4レンズ群G4と各種フィルタFMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って次表のように変化させられる。
(1) nd=1.59282
(2) νd=68.63
(3) Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)
=0.0195 … HOYA FCD505
(4) FA=460 … HOYA FCD505
(5) fap/fW=7.75
(6) |r3R|/fW=0.885
(7) X1/fT=0.335
(8) X3/fT=0.245
(9) |f2|/f3=0.716
(10) f1/fW=6.06
(11) dSW/fT=0.129
となり、それぞれ条件式(1)〜条件式(11)を満足している。
また、図8、図9および図10に、それぞれ、実施例2の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。
図3に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配している。この場合、第1レンズ群G1は、第1レンズE1、第2レンズE2および第3レンズE3を有してなり、第2レンズ群G2は、第4レンズE4、第5レンズE5および第6レンズE6を有してなり、第3レンズ群G3は、第7レンズE7、第8レンズE8および第9レンズE9を有してなり、そして第4レンズ群G4は、第10レンズE10を有してなる。
広角端から望遠端への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が増大する。
第1レンズ群G1は、物体側から、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズE1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズE2と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、その像面側に非球面を形成している非球面レンズからなる第3レンズE3とを配している。第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に介挿配置されている。
第3レンズ群G3は、物体側から、順次、物体側により強い凸面を向けた両凸形状で且つ両面を非球面とした正レンズからなる第7レンズE7と、物体側により強い凸面を向けた両凸正レンズからなる第8レンズE8と、像側により強い凹面を向けた両凹負レンズからなる第9レンズE9とを配している。第8レンズE8と第9レンズE9の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、像面側に強い凸面を向け且つ物体側を非球面とした両凸レンズからなる第10レンズE10のみからなっている。
この実施例3においては、全光学系の焦点距離f,FナンバF,半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=5.07〜34.45,F=3.44〜5.57,ω=39.77〜6.81の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表の通りである。
非球面パラメータ
非球面;第4面
K=0.0,
A4=−2.61959×10−6,
A6=−4.61000×10−8,
A8=4.12097×10−10,
A10=−2.83406×10−12
非球面;第6面
K=0.0,
A4=4.69989×10−5,
A6=−6.00298×10−6,
A8=2.85972×10−7,
A10=−4.67475×10−9,
A12=−8.20307×10−11,
A14=2.46554×10−12
K=0.0,
A4=−5.17867×10−4,
A6=−9.91338×10−6,
A8=−2.02961×10−7,
A10=−5.38642×10−8
非球面;第12面
K=0.0,
A4=−7.45563×10−4,
A6=1.45957×10−5,
A8=−1.41743×10−6,
A10=1.11141×10−7
K=0.0,
A4=7.01916×10−4,
A6=2.59719×10−5,
A8=−2.44987×10−6,
A10=1.76570×10−7
非球面;第17面
K=0.0,
A4=−2.49031×10−5,
A6=6.74925×10−6,
A8=−2.86346×10−7,
A10=4.04476×10−9
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、そして第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、第4レンズ群G4と各種フィルタFMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って表6のように変化させられる。
また、上述した実施例3に係るズームレンズの条件式(1)〜条件式(11)の値は、
(1) nd=1.55332
(2) νd=71.68
(3) Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)
=0.0211 … HOYA M−FCD500
(4) FA=430…HOYA M−FCD500
(5) fap/fW=9.88
(6) |r3R|/fW=0.970
(7) X1/fT=0.335
(8) X3/fT=0.231
(9) |f2|/f3=0.713
(10) f1/fW=6.26
(11) dSW/fT=0.142
となり、それぞれ条件式(1)〜(11)を満足している。
図4に示すズームレンズは、光軸に沿って、物体側から、順次、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、そして正の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りADを配している。この場合、第1レンズ群G1は、第1レンズE1、第2レンズE2および第3レンズE3を有してなり、第2レンズ群G2は、第4レンズE4、第5レンズE5および第6レンズE6を有してなり、第3レンズ群G3は、第7レンズE7、第8レンズE8および第9レンズE9を有してなり、そして第4レンズ群G4は、第10レンズE10を有してなる。
広角端から望遠端への変倍に際しては、第1レンズ群G1〜第4レンズ群G4の全群が移動して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間隔が増大する。
第1レンズ群G1は、物体側から、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第1レンズE1と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第2レンズE2と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであって、その物体側に非球面を形成している非球面レンズからなる第3レンズE3とを配している。第1レンズE1と第2レンズE2の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
開口絞りADは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に介挿配置されている。
第3レンズ群G3は、物体側から、順次、物体側により強い凸面を向けた両凸形状で且つ物体側面を非球面とした両凸正レンズからなる第7レンズE7と、物体側により強い凸面を向けた両凸正レンズからなる第8レンズE8と、像側に強い凹面を向けた両凹負レンズからなる第9レンズE9とを配している。第8レンズE8と第9レンズE9の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。
第4レンズ群G4は、像側に強い凸面を向け且つ物体側を非球面とした両凸レンズからなる第10レンズE10のみからなっている。
この実施例4においては、全光学系の焦点距離f、FナンバF、半画角ωが、ズーミングによって、それぞれf=5.06〜34.50,F=3.49〜5.67、ω=39.85〜6.77の範囲で変化する。各光学要素の光学特性は、次表の通りである。
非球面パラメータ
非球面;第4面
K=0.0,
A4=−2.13930×10−6,
A6=−5.68815×10−8,
A8=5.09447×10−10,
A10=−3.52370×10−12
非球面;第6面
K=0.0,
A4=6.98920×10−5,
A6=−6.51267×10−6,
A8=3.05288×10−7,
A10=−4.97334×10−9 ,
A12=−7.64920×10−11,
A14=2.31453×10−12
K=0.0,
A4=−4.84852×10−4,
A6=−1.06293×10−5,
A8=1.65811×10−8,
A10=−5.72723×10−8
非球面;第12面
K=0.0,
A4=−7.11335×10−4,
A6=1.19186×10−5,
A8=−1.35662×10−6,
A10=1.20507×10−7
K=0.0,
A4=6.51905×10−4,
A6=2.55654×10−5,
A8=−2.41458×10−6,
A10=1.89127×10−7
非球面;第17面
K=0.0,
A4=−9.04702×10−5,
A6=9.86668×10−6,
A8=−4.20068×10−7,
A10=6.42194×10−9
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の可変間隔DA、第2レンズ群G2と開口絞りADとの間の可変間隔DB、開口絞りADと第3レンズ群G3との間の可変間隔DC、そして第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の可変間隔DD、第4レンズ群G4と各種フィルタFMとの間の可変間隔DEは、ズーミングに伴って次表のように変化させられる。
(1) nd=1.55332
(2) νd=71.68
(3) Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)
=0.0211…HOYA M−FCD500
(4) FA=430…HOYA M−FCD500
(5) fap/fW=10.43
(6) |r3R|/fW=0.959
(7) X1/fT=0.328
(8) X3/fT=0.241
(9) |f2|/f3=0.718
(10) f1/fW=6.26
(11) dSW/fT=0.137
となり、それぞれ条件式(1)〜条件式(11)を満足している。
また、図14、図15および図16に、それぞれ、実施例4の広角端、中間焦点距離および望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、並びにコマ収差の各収差図を示している。
[実施の形態]
次に、上述した実施例1〜実施例4に示されたような本発明に係るズームレンズを撮影光学系として採用してカメラを構成した本発明の実施の形態について図17〜図19を参照して説明する。図17は、物体、すなわち被写体側である前面側から見たカメラの外観を示す斜視図であるが、このうち(a)は、撮影レンズがカメラのボディー内に沈胴している状態、(b)は、撮影レンズがカメラのボディーから突出している状態を示す。図18は、撮影者側である背面側から見たカメラの外観を示す斜視図であり、図19は、カメラの機能構成を示すブロック図である。なお、ここでは、カメラについて説明しているが、いわゆるPDA(personal data assistant)や携帯電話機等の携帯情報端末装置にカメラ機能を組み込んだものが近年登場している。このような携帯情報端末装置も外観は若干異にするもののカメラと実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような携帯情報端末装置に本発明に係るズームレンズを採用してもよい。
図17および図18に示すように、カメラ1は、撮影レンズ2、シャッタボタン3、ズームレバー4、ファインダ5、ストロボ6、液晶モニタ7、操作ボタン8、電源スイッチ9、メモリカードスロットおよび通信カードスロット10等を備えている。
さらに、図19に示すように、カメラは、受光素子12、信号処理装置13、画像処理装置14、中央演算装置(CPU)15、半導体メモリ16および通信カード等17も備えている。
受光素子12の出力は、中央演算装置15によって制御される信号処理装置13によって処理され、ディジタル画像情報に変換される。信号処理装置13によってディジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置15によって制御される画像処理装置14において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ16に記録される。この場合、半導体メモリ16は、メモリカードスロット10に装填されたメモリカードでもよく、カメラ本体に内蔵された半導体メモリ16でもよい。液晶モニタ7には、撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ16に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ16に記録した画像は、通信カードスロット10に装填した通信カード等17を介して外部へ送信することも可能である。
多くの場合、シャッタボタン3の半押し操作により、フォーカシングがなされる。本発明に係るズームレンズ(請求項1〜請求項10で定義され、あるいは実施例1〜実施例4に示されたズームレンズ)におけるフォーカシングは、第1レンズ群G1の移動、あるいは、第3レンズ群G3の移動、もしくは受光素子の移動などによって行うことができる。シャッタボタン3をさらに押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
なお、撮影レンズ2が沈胴状態にあるときには、ズームレンズの各群は必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば沈胴時に第2レンズ群G2および第3レンズ群G3の少なくとも一方が光軸上から退避して、その他のレンズ群と並列的に収納されるような機構とすれば、カメラのさらなる薄型化を実現することができる。
上述のようなカメラまたは携帯情報端末装置には、既に述べた通り、実施例1〜実施例4に示されたようなズームレンズを用いて構成した撮影レンズ2を撮影光学系として使用することができる。したがって、1,000万画素〜1,500万画素クラスの受光素子を使用した高画質で小型のカメラまたは携帯情報端末装置を実現することができる。
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
E1〜E11 第1レンズ〜第11レンズ
AD 開口絞り
FM 各種フィルタ
FP 結像面
Claims (12)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が増大し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が減少し、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間隔が増大し、前記第1レンズ群および前記第3レンズ群が広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動するズームレンズにおいて、
前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間に開口絞りを配設すると共に、前記第1レンズ群に光学ガラスからなる正レンズを有し、その正レンズが以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
1.52<nd<1.62
65.0<νd<75.0
0.015<Pg,F−(−0.001802×νd+0.6483)<0.050
ただし、ndは、その正レンズを構成する光学ガラスの屈折率、νdは、その正レンズを構成する光学ガラスのアッベ数、Pg,Fは、その正レンズを構成する光学ガラスの部分分散比を表す。
ここで、Pg,F=(ng−nF)/(nF−nC)であり、ng、nF、nCは、それぞれ、その正レンズを構成する光学ガラスの、g線、F線、C線に対する屈折率である。 - 請求項1に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
30<FA<500
ただし、FAは、請求項1に記載の条件式を満足する前記第1レンズ群の前記正レンズを構成する光学ガラスの磨耗度を表す. - 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、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
5.0<fap/fW<15.0
ただし、fapは、請求項1に記載の条件式を満足する前記第1レンズ群の光学ガラスからなる前記正レンズの焦点距離,fWは、広角端における全系の焦点距離を表す。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
前記第1レンズ群の前記正レンズのうち少なくとも1枚は非球面を有し、その非球面を有する正レンズが、請求項1に記載の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 請求項4に記載のズームレンズにおいて、
前記第1レンズ群が2枚の正レンズを有することを特徴とするズームレンズ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
前記第3レンズ群の最も像側に、像側に強い凹面を向けた負レンズを配設すると共に、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
0.6<|r3R|/fW<1.3
ただし、r3Rは、第3レンズ群の最も像側の面の曲率半径を表す。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
0.20<X1/fT<0.45
ただし、X1は、広角端から望遠端への変倍に際する前記第1レンズ群の総移動量、fTは、望遠端における全系の焦点距離を表す。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
0.15<X3/fT<0.40
ただし、X3は、広角端から望遠端への変倍に際する前記第3レンズ群の総移動量を表す。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
0.50<|f2|/f3<0.85
ただし、f2は、前記第2レンズ群の焦点距離,f3は、前記第3レンズ群の焦点距離を表す。 - 請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載のズームレンズにおいて、
以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
5.0<f1/fW<8.0
ただし、f1は、前記第1レンズ群の焦点距離を表す。 - 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ。
- 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする携帯情報端末装置。
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