JP3698134B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ系全体の小型化を図ったデジタルスチルカメラ等に好適な小型のズームレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子を用いた撮像装置には、ローパスフィルターや色補正フィルター等を配置するために、比較的バックフォーカスの長いレンズ系が求められる。またシェーディングを避けるために、像側のテレセントリック特性の良いレンズ系が求められる。
近年、これらの要求を満足し、かつ撮影レンズの小型軽量化及び低コスト化を図ったレンズ系が求められている。
【0003】
以上のようなレンズ系として、例えば、特開平10−293253号、特開2001−13408号公報に開示のレンズ系が提案されている。
特開平10−293253号に開示のレンズ系は、物体側より順に、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、正の屈折力の第3レンズ群とを有し、第1レンズ群と第2レンズ群を移動させることによって広角端状態から望遠端状態への変倍を行う3群ズームレンズである。
また、特開2001−13408号公報に開示のレンズ系は、第1レンズ群のレンズの枚数を減らした構成の可変焦点距離レンズ系である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平10−293253号公報に開示のズームレンズは、各レンズ群を構成するレンズの枚数が比較的多く、レンズ系全長が長いこと、製造コストが高いこと等の欠点がある。
また、上記特開2001−13408号公報に開示のレンズ系は、負の屈折力の第1レンズ群の最も物体側に正レンズが配置されている。このため、特に広角化した場合のレンズ外径の増大が避けられないという欠点がある。さらに広角端状態において、第1レンズ群と絞りとが大きく離れているために、軸外光線の入射高が大きく、第1レンズ群を構成するレンズの径が増大してしまう。このため、レンズ系全体が大きくなるという欠点がある。
【0005】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮影系に好適な、全長が短く、優れた光学性能と3倍程度の変倍比を有するズームレンズを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
物体側から順に、
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レンズ群と、
正の屈折力を有する第3レンズ群とを有し、
前記第1レンズ群は、物体側から順に1枚の負レンズと1枚の正レンズのみから成り、
前記第2レンズ群は、少なくとも1つの非球面を有し、2枚の正レンズと1枚の負レンズとから成り、前記2枚の正レンズの像側の正レンズは両凸形状であり、
前記第2レンズ群中の最も物体側のレンズ面は、物体側に凸面を向け、
前記第2レンズ群中の最も像側のレンズ面は、像側に凹面を向け、
前記第3レンズ群は、1枚のレンズから成り、
広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が縮小し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が拡大し、かつ前記第3レンズ群が固定であって、以下の条件式(1)および(2)を満足することを特徴とするズームレンズを提供する。
(1) 2.5<TL/(ft×fw)1/2<4.5
(2)−4.0<(G2r1+G2r2)/(G2r2−G2r1)<−1.0
但し、
TL:最も物体側のレンズ面から像面までの距離,
fw:広角端状態における前記ズームレンズの焦点距離,
ft:望遠端状態における前記ズームレンズの焦点距離,
G2r1:前記第2レンズ群中の最も物体側のレンズ面の曲率半径,
G2r2:前記第2レンズ群中の最も像側のレンズ面の曲率半径.
【0007】
以上のように、第1レンズ群を負レンズと正レンズのみから構成し、第3レンズ群を1枚のレンズ(単一のレンズ)で構成する。これにより、第1レンズ群と第3レンズ群の組立て調整が極めて容易となり、低コスト化に効果的である。
また、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して第3レンズ群を固定とする。これにより、変倍機構の簡素化が可能となる。
【0008】
また、条件式(1)は、焦点距離に対するズームレンズ全系の大きさを規定したものである。条件式(1)の上限値を上回ると、ズームレンズの全長が長くなり過ぎる。このため、ズームレンズ全系が大きくなり、小型化を図ることができなくなる。逆に条件式(1)の下限値を下回ると、本発明のズームレンズを構成するために必要な枚数のレンズを配置できなくなる。
【0009】
さらに好ましくは、本発明の効果をより発揮するために前記条件式(1)において、上限値は4.2、下限値は3の少なくとも一方に限定することが望ましい。
【0010】
また、条件式(2)は、第2レンズ群の形状を規定したものである。条件式(2)の上限値を上回ると、最も物体側に配置された正レンズで発生する球面収差がマイナスへ過大となる。このため、レンズ全体での球面収差の補正が困難となる。逆に条件式(2)の下限値を下回ると、最も像側に配置された負レンズで発生する球面収差がプラスへ過大となる。このため、レンズ全体での球面収差の補正が困難となる。
【0011】
また本発明の好ましい態様によれば、前記第1レンズ群は少なくとも1つの非球面を有することが望ましい。
【0012】
尚、前記非球面は、X(y)を非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸方向に沿った距離、rを近軸の曲率半径、κを円錐定数、Ciを第i次の非球面係数とするとき、次式で表される。
【0013】
【数1】
X(y)=y 2 /[r ・ [1+(1- κ・ y 2 /r 2 ) 1/2 ]]+C4 ・ y 4 +C6 ・ y 6 +C8 ・ y 8 +C10 ・ y 10
【0014】
また本発明の好ましい態様によれば、前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズと、両凸形状の正レンズと、負レンズとから成り、
前記両凸形状の正レンズと前記負レンズとは、貼り合せにより構成され、
前記第3レンズ群は、1枚の正レンズから成ることが望ましい。
【0015】
また本発明の好ましい態様によれば、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
(3)−0.5<(G3r1+G3r2)/(G3r2−G3r1)<0.5
G3r1:前記第3レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径,
G3r2:前記第3レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径.
【0016】
条件式(3)は、第3レンズ群の形状を規定したものである。条件式(3)の上限値を上回ると、非点収差や歪曲収差等の良好な補正が困難となる。逆に条件式(3)の下限値を下回ると、非点収差とコマ収差の良好な補正が困難となり好ましくない。
【0017】
また本発明の好ましい態様によれば、前記第3レンズ群を構成する1枚のレンズは正レンズであり、少なくとも1つの非球面を有することが望ましい。
また本発明の好ましい態様によれば、前記第3レンズ群を物体側に移動させることによって、近距離物体へのフォーカシングを行うことが望ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の数値実施例に係るズームレンズについて添付図面に基づいて説明する。
【0020】
(第1実施例)
図1は、第1実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。また、広角端状態(W)から望遠端状態(T)へのズーム軌跡を矢印で示す。尚、他の実施例のレンズ構成図においても同様である。
第1実施例に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSを備え正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とから構成される。
そして、第3レンズ群G3は固定であり、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動する構成とされている。この構成により、広角端状態(W)から望遠端状態(T)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が拡大する。
【0021】
第1レンズ群G1は、物体側から順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズL12とから成る。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸形状の正レンズL21と、両凸形状の正レンズL22と両凹形状の負レンズL23との接合からなる接合負レンズとから成る。
第3レンズ群G3は、両凸形状の正レンズL31のみから成る。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦は、第3レンズ群G3を物体方向に移動させることによって行う。
また、本実施例及び以下の実施例において、第3レンズ群G3と像面Iとの間には、像面に配設された固体撮像素子の限界解像以上の空間周波数をカットするためのフィルタ、即ちローパスフィルタPを有する。
【0022】
以下の表1に、第1実施例の諸元の値を掲げる。
全体諸元において、fは焦点距離、FNOはFナンバー、2ωは画角の最大値(単位:度)をそれぞれ示している。またレンズデータにおいて、第1カラム面番号は物体側からのレンズ面の番号、第2カラムrはレンズ面の曲率半径、第3カラムdはレンズ面間隔、第4カラムνはアッベ数、第5カラムnはd線(λ=587.6nm)に対する媒質の屈折率をそれぞれ表している。可変間隔データでは、広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態の各状態における焦点距離、可変間隔の値を記載している。そして条件式対応値には、各条件式におけるパラメータの値を記載している。また、非球面データにおいて、「E-n」は「×10-n」を示す。
【0023】
非球面は、X(y)を非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸方向に沿った距離、rを近軸の曲率半径、κを円錐定数、Ciを第i次の非球面係数とするとき、以下の非球面式で表される。
【0024】
【数2】
X(y)=y2/[r・[1+(1-κ・y2/r2)1/2]]+C4・y4+C6・y6+C8・y8+C10・y10
【0025】
尚、以下の全実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離f、曲率半径r、面間隔d、その他長さの単位は一般に「mm」が使われる。しかし光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、これに限られるものではない。
【0026】
【表1】
【0027】
図2(a),図2(b),図2(c)はそれぞれ、第1実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
各諸収差図において、FNOはFナンバー、Yは像高を示し、球面収差図では最大口径に対応するFナンバーの値を示し、非点収差図及び歪曲収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。d,gはd線(λ=587.6nm),g線(λ=435.6nm)の収差曲線をそれぞれ示している。また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示している。
尚、以下の全実施例の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【0028】
各収差図から、本実施例において広角端状態から望遠端状態にわたって諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【0029】
(第2実施例)
図3は、第2実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
第2実施例に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSを備え正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とから構成される。
そして、第3レンズ群G3は固定であり、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動する構成とされている。この構成により、広角端状態(W)から望遠端状態(T)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が拡大する。
【0030】
第1レンズ群G1は、物体側から順に、両凹形状の負レンズL11と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズL12とから成る。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸形状の正レンズL21と、両凸形状の正レンズL22と両凹形状の負レンズL23との接合からなる接合負レンズとから成る。
第3レンズ群G3は、両凸形状の正レンズL31のみから成る。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦は、第3レンズ群G3を物体方向に移動させることによって行う。
【0031】
以下の表2に、第2実施例の諸元の値を掲げる。
【0032】
【表2】
【0033】
図4(a),図4(b),図4(c)はそれぞれ、第2実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【0034】
各収差図から、本実施例において広角端状態から望遠端状態にわたって諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【0035】
(第3実施例)
図5は、第3実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
第3実施例に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSを備え正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とから構成される。
そして、第3レンズ群G3は固定であり、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動する構成とされている。この構成により、広角端状態(W)から望遠端状態(T)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が拡大する。
【0036】
第1レンズ群G1は、物体側から順に、両凹形状の負レンズL11と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズL12とから成る。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸形状の正レンズL21と、両凸形状の正レンズL22と両凹形状の負レンズL23との接合からなる接合負レンズとから成る。
第3レンズ群G3は、両凸形状の正レンズL31のみから成る。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦は、第3レンズ群G3を物体方向に移動させることによって行う。
【0037】
以下の表3に、第3実施例の諸元の値を掲げる。
【0038】
【表3】
【0039】
図6(a),図6(b),図6(c)はそれぞれ、第3実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【0040】
各収差図から、本実施例において広角端状態から望遠端状態にわたって諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【0041】
(第4実施例)
図7は、第4実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
第4実施例に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSを備え正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とから構成される。
そして、第3レンズ群G3は固定であり、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動する構成とされている。この構成により、広角端状態(W)から望遠端状態(T)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が拡大する。
【0042】
第1レンズ群G1は、物体側から順に、両凹形状の負レンズL11と、両凸形状の正レンズL12とから成る。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸形状の正レンズL21と、両凸形状の正レンズL22と両凹形状の負レンズL23との接合からなる接合負レンズとから成る。
第3レンズ群G3は、両凸形状の正レンズL31のみから成る。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦は、第3レンズ群G3を物体方向に移動させることによって行う。
【0043】
以下の表4に、第4実施例の諸元の値を掲げる。
【0044】
【表4】
【0045】
図8(a),図8(b),図8(c)はそれぞれ、第4実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【0046】
各収差図から、本実施例において広角端状態から望遠端状態にわたって諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
【0047】
(第5実施例)
図9は、第5実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
第5実施例に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、絞りSを備え正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とから構成される。
そして、第3レンズ群G3は固定であり、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2が移動する構成とされている。この構成により、広角端状態(W)から望遠端状態(T)への変倍に際して、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が縮小し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が拡大する。
【0048】
第1レンズ群G1は、物体側から順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズL12とから成る。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸形状の正レンズL21と、両凸形状の正レンズL22と両凹形状の負レンズL23との接合からなる接合負レンズとから成る。
第3レンズ群G3は、両凸形状の正レンズL31のみから成る。そして、遠距離物体から近距離物体への合焦は、第3レンズ群G3を物体方向に移動させることによって行う。
【0049】
以下の表5に、第5実施例の諸元の値を掲げる。
【0050】
【表5】
【0051】
図10(a),図10(b),図10(c)はそれぞれ、第5実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【0052】
各収差図から、本実施例において広角端状態から望遠端状態にわたって諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
尚、上述の各実施例に係るズームレンズは、レンズ群の構成が単純、組立て調整が容易、低コスト等の効果を奏する。従って、このようなズームレンズを備える撮像装置を提供することもできる。
【0053】
【発明の効果】
以上ように本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮影系に好適な、全長が短く、優れた光学性能と3倍程度の変倍比を有するズームレンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
【図2】(a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の第1実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【図3】本発明の第2実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
【図4】(a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の第2実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【図5】本発明の第3実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
【図6】(a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の第3実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【図7】本発明の第4実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
【図8】(a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の第4実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【図9】本発明の第5実施例に係るズームレンズの構成を示す図である。
【図10】(a),(b),(c)はそれぞれ、本発明の第5実施例に係るズームレンズの広角端状態、中間焦点距離、望遠端状態における諸収差図を示している。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
S 絞り
P ローパスフィルタ
I 像面
Claims (6)
- 物体側から順に、
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レンズ群と、
正の屈折力を有する第3レンズ群とを有し、
前記第1レンズ群は、物体側から順に1枚の負レンズと1枚の正レンズのみから成り、
前記第2レンズ群は、少なくとも1つの非球面を有し、2枚の正レンズと1枚の負レンズとから成り、前記2枚の正レンズの像側の正レンズは両凸形状であり、
前記第2レンズ群中の最も物体側のレンズ面は、物体側に凸面を向け、
前記第2レンズ群中の最も像側のレンズ面は、像側に凹面を向け、
前記第3レンズ群は、1枚のレンズから成り、
広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔が縮小し、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間隔が拡大し、かつ前記第3レンズ群が固定であって、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。
2.5<TL/(ft×fw)1/2<4.5
−4.0<(G2r1+G2r2)/(G2r2−G2r1)<−1.0
但し、
TL:最も物体側のレンズ面から像面までの距離,
fw:広角端状態における前記ズームレンズの焦点距離,
ft:望遠端状態における前記ズームレンズの焦点距離,
G2r1:前記第2レンズ群中の最も物体側のレンズ面の曲率半径,
G2r2:前記第2レンズ群中の最も像側のレンズ面の曲率半径. - 前記第1レンズ群は、少なくとも1つの非球面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。
- 前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズと、両凸形状の正レンズと、負レンズとから成り、
前記両凸形状の正レンズと前記負レンズとは、貼り合せにより構成され、
前記第3レンズ群は、1枚の正レンズから成ることを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
−0.5<(G3r1+G3r2)/(G3r2−G3r1)<0.5
但し、
G3r1:前記第3レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径,
G3r2:前記第3レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径. - 前記第3レンズ群を構成する1枚のレンズは正レンズであり、少なくとも1つの非球面を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群を物体側に移動させることによって、近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
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