JP2013242505A - ２群ズームレンズ、ズームレンズ駆動装置、ズームカメラ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群を有し、第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変動することによって変倍を行ない、大画角と大口径でありながら、非常にコンパクトである２群ズームレンズを提供することを目的とする。
【解決手段】第１レンズ群は、物体側から順に配置されている、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ１レンズ、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ２レンズ、両凹レンズからなるＧ３レンズ、凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズからなるＧ４レンズを備えており、Ｇ４レンズがＧ３レンズからわずかな空気間隔を有して配置された４群構成、または、Ｇ３レンズとＧ４レンズとが接合された３群構成からなり、所定の条件式を満足する２群ズームレンズとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、最近急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が必須であるデジタル映像撮影に対応できる撮影レンズ及びこの撮影レンズを搭載した機器に関する。

撮影用ズームレンズはいろいろなタイプが市場に既に出ているが、時代の趨勢に合わせた軽薄短小の対応であるイメージサークルの小さいものが主流である。コンパクト化は必須であるので当然の流れである。
しかし、従来のこのタイプの超広角ズームレンズは存在していてもその数は極めて少なく、性能維持上、ズーム比がせいぜい、２倍弱程度が限界であり、明るさもＦＮＯ＝２．８程度であった。また、レンズ枚数も多く、１０枚以上使用している。例えば、特許文献１。

特開２００７−９４１７６号公報

この発明は、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群を有し、第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変動することによって変倍を行なう２群構成のズームレンズであって、大画角と大口径でありながら、非常にコンパクトである２群ズームレンズを提供することを目的にしている。
すなわち、本発明は、画角が約１００度の超広角ズームレンズでありながら、２倍前後のズーム比を維持し、大口径ＦＮＯ＝２．１クラスを達成しつつ、光学系全体の枚数を９枚以下に抑えた２群ズームレンズを提供することを目的にしている。

請求項１記載の発明は、
物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなり、光軸上で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行う２群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に配置されている、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ１レンズ、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ２レンズ、両凹レンズからなるＧ３レンズ、凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズからなるＧ４レンズを備えていて、
前記第１レンズ群は、前記Ｇ４レンズが前記Ｇ３レンズからわずかな空気間隔を有して配置された４群構成、または、前記Ｇ３レンズと前記Ｇ４レンズとが接合された３群構成からなり、
前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とした時に、式（１）、式（２）の条件を満足する２群ズームレンズである。

但し、Ｆｗはレンズ系の広角側の総合焦点距離とし、ＴＴＬはＴｏｔａｌ Ｔｒａｃｋ Ｌｅｎｇｔｈ（Ｇ１レンズの物体側のレンズ面から像面までの距離）である。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の２群ズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、物体側から順に配置されている、絞り、凸メニスカスレンズからなるＧ５レンズ、凹レンズからなるＧ６レンズ、接合レンズからなるＧ７レンズとＧ８レンズ、非球面凹レンズからなるＧ９レンズを備えている４群５枚構成からなり、
前記第１レンズ群の前記Ｇ３レンズと前記第２レンズ群のＧ７レンズとは同じ低分散ガラスを使用し、式（３）の条件を満足する２群ズームレンズである。

但し、Ｖｄはガラスのアッベ数である。

請求項３記載の発明は、
請求項２記載の２群ズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群の前記Ｇ５レンズが所定の厚さを有することにより、式（４）の条件を満足する２群ズームレンズである。

但し、ｄ_Ｇ５はＧ５レンズの厚さである。

請求項４記載の発明は、
前記第１レンズ群の前記Ｇ１レンズ、前記Ｇ２レンズ及び、前記第２レンズ群の前記Ｇ９レンズが両面非球面レンズである請求項１〜３のいずれか一項記載の２群ズームレンズ
である。

請求項５記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか一項記載の２群ズームレンズと、光軸上で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の空気間隔を変化させる駆動機構と、を備えたズームレンズ駆動装置
である。

請求項６記載の発明は、
請求項５記載のレンズ駆動装置と、像面位置に設けられた画像センサと、を備えたズームカメラ
である。

請求項７記載の発明は、
請求項６記載のレンズ駆動装置を備えた電子機器
である。

この発明によれば、負の屈折力を有する第１レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群を有し、第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変動することによって変倍を行なう２群構成のズームレンズであって、大画角と大口径でありながら、非常にコンパクトである２群ズームレンズを提供することができる。
この発明によれば、非常にコンパクトで且つ、画角が約１００度の超広角ズームレンズでありながら、２倍前後のズーム比を維持し、大口径ＦＮＯ＝２．１クラスを達成しつつ、光学系全体の枚数を２群９枚以下に抑えた２群ズームレンズを提供することができる。本発明の２群ズームレンズは、デジタル用高性能撮影レンズ、超広角ズームレンズとして用いることができる。例えば、デジタルカメラ用のセンササイズが比較的小さいカメラ用撮影レンズとして用いることができる。
この発明によれば、この２群ズームレンズを搭載した機器を、大画角と大口径でありながら、非常にコンパクトにすることができる。

実施例１の光学系断面図。 実施例１の光学性能表（光線収差）。 実施例２の光学系断面図。 実施例２の光学性能表（光線収差）。 実施例３の光学系断面図。 実施例３の光学性能表（光線収差）。 実施例の光学系を備えたズームレンズ駆動装置及びズームカメラの断面図。

本発明の２群ズームレンズは、図１、図３、図５図示のように、物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなる。そして、光軸上で第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行う、例えば、光軸上を第１レンズ群が像側へ移動し、第２レンズ群が物体側に移動することによって変倍が行われるものである。本発明の２群ズームレンズは、小型デジタルカメラ用の用途に適している。

本発明の２群ズームレンズでは、第１レンズ群は、物体側から順に配置されている、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ１レンズ、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ２レンズ、両凹レンズからなるＧ３レンズ、凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズからなるＧ４レンズを備えている。
また、本発明の２群ズームレンズの第１レンズ群は、Ｇ４レンズがＧ３レンズからわずかな空気間隔を有して配置された４群構成、あるいは、Ｇ３レンズとＧ４レンズとが接合された３群構成になっている。
そして、以下の式（１）、式（２）の条件が満足されるようになっている。

但し、式（１）において、Ｆ１、Ｆ２は、第１レンズ群の焦点距離及び、第２レンズ群の焦点距離、式（２）において、Ｆｗはレンズ系の広角側の総合焦点距離、ＴＴＬはＴｏｔａｌ Ｔｒａｃｋ Ｌｅｎｇｔｈ（Ｇ１レンズの物体側のレンズ面から像面までの距離）である。

前述した式（１）、（２）の条件は、光学系全体のコンパクト性を維持しつつ、第１レンズ群のパワー、第２レンズ群のパワーを規制するものである。
この式（１）、式（２）の条件から外れると、基本的な近軸関係が劣化すると共に球面収差がよりアンダーになる。また、非点収差がよりアンダーになるため、特に、広角側の画面周辺の性能劣化となる。更に周辺光量不足が発生する。

前述した本発明の２群ズームレンズにおいて、第２レンズ群は、物体側から順に配置されている、絞り、凸メニスカスレンズからなるＧ５レンズ、凹レンズからなるＧ６レンズ、接合レンズからなるＧ７レンズとＧ８レンズ、非球面凹レンズからなるＧ９レンズを備えている４群５枚構成とし、第１レンズ群のＧ３レンズと第２レンズ群のＧ７レンズとは同じ低分散ガラスを使用し、次の式（３）の条件を満たすようにすることが望ましい。

但し、Ｖｄはガラスのアッベ数である。

式（３）の条件は、は第１レンズ群のＧ３レンズの媒質のアッベ数、第２レンズ群のＧ７レンズの媒質のアッベ数を規制するものである。この式（３）の条件から外れると、軸上色収差や倍率色収差が劣化し、画面全体の画質を劣化させることになる。

前述した本発明の２群ズームレンズにおける第２レンズ群のＧ５レンズが所定の厚さを有することにより、次の式（４）の条件が満たされていることが望ましい。

但し、ここでｄ_Ｇ５はＧ５レンズの厚さである。

この式（４）の条件は、光学系全体の長さをコンパクトに維持しながら、この条件を維持することにより、画面の７割辺りの非点収差の劣化を防ぎ、解像力劣化の低減に貢献するものである。

以上説明した本発明の２群ズームレンズにおいて、第１レンズ群のＧ１レンズ、Ｇ２レンズ及び、第２レンズ群のＧ９レンズを両面非球面レンズにすることが望ましい。
本発明のレンズ構成において、第１レンズ群のＧ１レンズ、Ｇ２レンズを両面非球面レンズにすると、球面の曲率半径が小さくなることを抑制し、Ｇ１レンズとＧ２レンズのコバが互いに干渉し、有効径が不十分になることを防止して、特に広角側の周辺光量不足が著しくなることを防止できる。同時に球面収差や非点収差及び歪曲収差の補正が困難になることを防止し、画面全体の十分な画質を得る上で有利になる。
また、球面収差、非点収差及び歪曲収差などをバランス良く補正する上で、本発明のレンズ構成において、第２レンズ群のＧ９レンズを両面非球面レンズにすることが望ましい。

本発明によれば、大画角と大口径の２群ズームレンズをコンパクトに達成することができる。
すなわち、本発明によればデジタルカメラ用のセンササイズが比較的小さいカメラ用撮影レンズに留まらず、非常にコンパクトで且つ、画角が約１００度の超広角ズームレンズでありながら、２倍前後のズーム比を維持し、大口径ＦＮＯ＝２．１クラスの２群９枚構成の２群ズームレンズを提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明は上述した実施の形態及び、以下の実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。

図１は、物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなる本発明の２群ズームレンズの基本構成の一例を示すものである。
図１において、Ｗ側は広角側におけるレンズ構成を示し、Ｔ側は望遠側におけるレンズ構成をそれぞれ示す。図示の実施形態では、ズームレンズの変倍は第１レンズ群が像側、第２レンズ群が物体側に移動することによって行なわれている。

この実施例におけるレンズ構成の光学上の条件は以下の条件を満たすものとした。
第１レンズ群は、物体側から順に配置されている、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ１レンズ、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ２レンズ、両凹レンズからなるＧ３レンズ、凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズからなるＧ４レンズを備えていて、Ｇ４レンズがＧ３レンズからわずかな空気間隔を有して配置された４群４枚構成である。
第２レンズ群は、物体側から順に配置されている、絞り、凸メニスカスレンズからなるＧ５レンズ、凹レンズからなるＧ６レンズ、接合レンズからなるＧ７レンズとＧ８レンズ、非球面凹レンズからなるＧ９レンズを備えている４群５枚構成である。
第１レンズ群の中のＧ３レンズと、第２レンズ群の中のＧ７レンズとには同じ低分散ガラスを使用している。
第１レンズ群のＧ１レンズ、Ｇ２レンズ、第２レンズ群のＧ９レンズは、両面非球面レンズである。

前述した式（１）〜（４）を全部満たしている。
但し、前述した式（３）の条件に関しては、実施例１〜３の中で許容が一番緩い材料を使用している。式（３）の条件は、第１レンズ群のＧ３レンズと第２レンズ群のＧ７レンズとが同じ低分散ガラスを使用していて、いずれもアッベ数が７０以上であるというものである。アッベ数が大きいほど低分散性であるところ、この実施例では、アッベ数７０以上の範囲においてアッベ数７０に近い、許容が緩いガラスのＦＫ５を使用した。
なお、前述した式（３）の条件に関して許容が一番緩い材料であるＦＫ５は、逆に生産性では非常に良い材料である。

この実施例１の結果の光学性能を広角側（Ｗ側）と望遠側（Ｔ側）の光線収差として図２に表した。
また、以下にこの実施例１のレンズデータを表した。このレンズデータ中、面番号及び、「Ｓｕｒｆａｃｅ １」等における数字は、物体側から数えたレンズ面の順番を表す番号及び数字である。面番号の欄の面間隔は当該面番号のレンズ面から次位の面番号のレンズ面までのレンズの厚みあるいは空間間隔の大きさ（ｍｍ）である。また、「ズーム間隔」欄のｄ８は第１レンズ群のＧ４レンズの像側のレンズ面から第２レンズ群の絞りまでの空間間隔の大きさ（ｍｍ）、ｄ１８は第２レンズ群のＧ９レンズの像側のレンズ面から像面までの空間間隔の大きさ（ｍｍ）である。

実施例１のレンズデータ

非球面係数の定義式：

非球面データ

ズーム間隔

図３は、物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなる本発明の２群ズームレンズの基本構成の他の例を示すものである。
基本的には実施例１と同様のレンズ構成である。
実施例１のレンズ構成と相違しているのは、この実施例２のレンズ構成においては、第１レンズ群の中でＧ３レンズとＧ４レンズが接合レンズになっていて第１レンズ群が３群構成となっている点である。
そこで、共通している部分の説明は省略する。
実施例２におけるレンズ構成の光学上の条件も、実施例１のレンズ構成が備えていた光学上の条件を満たすものとした。

なお、第１レンズ群の中のＧ３レンズと、第２レンズ群の中のＧ７レンズとが低分散ガラスであるが、この実施例２において採用しているＧ３レンズ、Ｇ７レンズの材料は、実施例１で使用したＧ３レンズ、Ｇ７レンズの材料よりも低分散性の材料であるＳ−ＦＰＬ５１を採用した。そこで、実施例２のレンズ系は、望遠側の軸上色収差や倍率色収差が実施例１よりも改善されている光学系となっている。

以下にこの実施例２のレンズデータを表した。なお、この実施例のデータでは、「ズーム間隔」欄のｄ７が第１レンズ群のＧ４レンズの像側のレンズ面から第２レンズ群の絞りまでの空間間隔の大きさ（ｍｍ）、ｄ１７が第２レンズ群のＧ９レンズの像側のレンズ面から像面までの空間間隔の大きさ（ｍｍ）になる。
また、この実施例２の結果の光学性能を広角側（Ｗ側）と望遠側（Ｔ側）の光線収差として図４に表した。

実施例２のレンズデータ

非球面データ：

ズーム間隔

図５は、物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなる本発明の２群ズームレンズの基本構成の更に他の例を示すものである。
基本的には実施例１と同様のレンズ構成である。
実施例１のレンズ構成と相違しているのは、この実施例３のレンズ構成においては、第１レンズ群の中でＧ３レンズとＧ４レンズが接合レンズになっていて第１レンズ群が３群構成となっている点である。
そこで、共通している部分の説明は省略する。
実施例３におけるレンズ構成の光学上の条件も、実施例１のレンズ構成が備えていた光学上の条件を満たすものとした。

なお、第１レンズ群の中のＧ３レンズと、第２レンズ群の中のＧ７レンズとが低分散ガラスであるが、この実施例３において採用しているＧ３レンズ、Ｇ７レンズの材料は、実施例１〜実施例３で使用しているＧ３レンズ、Ｇ７レンズの材料の中で最も低分散性であるＳ−ＦＰＬ５２である。そこで、この実施例３のレンズ系は、望遠側（Ｔ側）で非常によく軸上色収差や倍率色収差が改善されている光学系となっている。この材料の使用は一般的にコストアップとなるが、光学系の更なる高性能化が可能となる。

以下にこの実施例３のレンズデータを表した。なお、この実施例のデータでは、「ズーム間隔」欄のｄ７が第１レンズ群のＧ４レンズの像側のレンズ面から第２レンズ群の絞りまでの空間間隔の大きさ（ｍｍ）、ｄ１７が第２レンズ群のＧ９レンズの像側のレンズ面から像面までの空間間隔の大きさ（ｍｍ）になる。
また、この実施例３の結果の光学性能を広角側（Ｗ側）と望遠側（Ｔ側）の光線収差として図６に表した。
この実施例３では、更なる大口径ＦＮＯ＝２．１クラスが可能となっている。

実施例３のレンズデータ

非球面データ：

ズーム間隔

次に、上記実施例で説明した２群ズームレンズを搭載した機器について説明する。
図７に示すように、ズームレンズ駆動装置１０は、筐体１２内に、２群ズームレンズ１４と、光軸上で２群ズームレンズ１４の第１レンズ群１６と第２レンズ群１８との間の空気間隔を変化させる駆動機構２０と、を備えている。図７において、第１レンズ群１６と第２レンズ群１８とは、簡略のため、それぞれ１枚のレンズとして描いている。このズームレンズ駆動装置１０には画像センサ２２が設けてある基板２４が装着されズームカメラを構成する。画像センサ２２は、像面位置に設けられる。

駆動機構２０について説明する。駆動機構２０は、第１レンズ群１６を駆動する第１駆動機構２６と第２レンズ群１８を駆動する第２駆動機構２８とで構成される。第１駆動機構２６と第２駆動機構２８とは略同じ構成であるから、第１駆動機構２６について説明し、第２駆動機構２８の同一の作用効果を奏する部分には（）で符号を付することによりその部分の説明を省略する。

第１駆動機構２６（２８）は、振動部材３０（３０）と、光軸方向に配置した駆動軸３２（３２）とから構成されている。駆動軸３２（３２）の基端は振動部材３０（３０）に固定されており、駆動軸３２（３２）の先端は摺動自在に筐体１２に支持されている。振動部材３０（３０）は、圧電素子３４（３４）と、圧電素子３４（３４）の表面に接着固定された弾性を有する振動子３６（３６）とから構成されている。

第１レンズ群１６のレンズ支持体３８の一端部は、第１駆動機構２６の駆動軸３２の側面にバネ等で圧接されている。レンズ支持体３８の他端部は、第２駆動機構２８の駆動軸３２の側面にＵ字形の係合部で係合して支持されており、レンズ支持体３８の移動を案内している。
第２レンズ群１８のレンズ支持体４０の一端部は、第２駆動機構２８の駆動軸３２の側面にバネ等で圧接されている。レンズ支持体４０の他端部は、第１駆動機構２６の駆動軸３２の側面にＵ字形の係合部で係合して支持されており、レンズ支持体４０の移動を案内している。

２群ズームレンズ１４を光軸方向に移動させるためには、第１駆動機構２６の振動部材３０を駆動軸３２の軸線方向である光軸方向に振動させ、第２駆動機構２８の振動部材３０を駆動軸３２の軸線方向である光軸方向に振動させる。この振動は、振動部材３０の圧電素子３４に所定パルスの電流を供給することによる圧電素子３４の伸縮と、振動子３６の弾性変形及び弾性復帰により発生させることができる。圧電素子３４に供給する電流の向きや、パルス波形、パルスのデューティ比を変えることにより、振動子３６の変形の仕方を変えることができ、第１レンズ群１６や第２レンズ群１８の進行状態を変えることができる。後退させることも可能である。

この例では、駆動機構の駆動源として圧電素子３４を用いたズームレンズ駆動装置１０及びズームカメラを示したが、ステッピングモータを用いたものやその他の駆動機構を用いたものであっても構わない。
また、このズームカメラを搭載した電子機器としては、携帯電話、スマートフォンやタブレット型コンピュータのような携帯機器が挙げられる。また、監視カメラ用システム等に搭載されるカメラとしてこのズームカメラを用いても構わない。

本発明はデジタル映像撮影に対応できる撮影レンズにおける高性能な撮影用ズームレンズとして、特に、大画角と大口径でかつ、極めてコンパクトなズームレンズとして利用されるものである。

１０ ズームレンズ駆動装置
１４ ２群ズームレンズ
１６ 第１レンズ群
１８ 第２レンズ群
２０ 駆動機構
２２ 画像センサ

Claims (7)

1. 物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群とが配置されたレンズ系からなり、光軸上で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行う２群ズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に配置されている、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ１レンズ、非球面凹メニスカスレンズからなるＧ２レンズ、両凹レンズからなるＧ３レンズ、凸面を物体側に向けた凸メニスカスレンズからなるＧ４レンズを備えていて、
   前記第１レンズ群は、前記Ｇ４レンズが前記Ｇ３レンズからわずかな空気間隔を有して配置された４群構成、または、前記Ｇ３レンズと前記Ｇ４レンズとが接合された３群構成からなり、
   前記第１レンズ群の焦点距離をＦ１とし、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とした時に、式（１）、式（２）の条件を満足する２群ズームレンズ。
   

   

   

   但し、Ｆｗはレンズ系の広角側の総合焦点距離とし、ＴＴＬはＴｏｔａｌ Ｔｒａｃｋ Ｌｅｎｇｔｈ（Ｇ１レンズの物体側のレンズ面から像面までの距離）である。
2. 請求項１記載の２群ズームレンズにおいて、
   前記第２レンズ群は、物体側から順に配置されている、絞り、凸メニスカスレンズからなるＧ５レンズ、凹レンズからなるＧ６レンズ、接合レンズからなるＧ７レンズとＧ８レンズ、非球面凹レンズからなるＧ９レンズを備えている４群５枚構成からなり、
   前記第１レンズ群の前記Ｇ３レンズと前記第２レンズ群のＧ７レンズとは同じ低分散ガラスを使用し、式（３）の条件を満足する２群ズームレンズ。
   

   

   但し、Ｖｄはガラスのアッベ数である。
3. 請求項２記載の２群ズームレンズにおいて、
   前記第２レンズ群の前記Ｇ５レンズが所定の厚さを有することにより、式（４）の条件を満足する２群ズームレンズ。
   

   

   但し、ｄ_Ｇ５はＧ５レンズの厚さである。
4. 前記第１レンズ群の前記Ｇ１レンズ、前記Ｇ２レンズ及び、前記第２レンズ群の前記Ｇ９レンズが両面非球面レンズである請求項１〜３のいずれか一項記載の２群ズームレンズ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の２群ズームレンズと、光軸上で前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の空気間隔を変化させる駆動機構と、を備えたズームレンズ駆動装置。
6. 請求項５記載のレンズ駆動装置と、像面位置に設けられた画像センサと、を備えたズームカメラ。
7. 請求項６記載のレンズ駆動装置を備えた電子機器。

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