JP4450307B2

JP4450307B2 - ３群ズームレンズ

Info

Publication number: JP4450307B2
Application number: JP2003319490A
Authority: JP
Inventors: 哲也小里
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: US7046452B2; JP2005084597A; US20050057817A1

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子上に結像した画像を読み取るための３群構成のズームレンズに関し、詳しくは、デジタルカメラやビデオカメラに好適に用いられ、変倍比が３倍を超える３群ズームレンズに関する。

近年、急速に普及しつつあるデジタルカメラでは、コンパクト化を図るとともに収差補正を良好とするために３群ズームレンズが用いられており、特にフォーカシング時に最終群を繰り出すリアフォーカス式の３群ズームレンズが頻繁に用いられている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

特許文献１記載の３群ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有するとともに明るさ絞りを有する第２レンズ群、および正の屈折力を有する第３レンズ群を配設してなり、広角端から望遠端に向かって変倍する際に、第１レンズ群は、像側へ移動させた後に反転して物体側へ向かって移動させることにより移動軌跡が像側に凸弧状となるように移動させ、第２レンズ群は、物体側へ単調に移動させ、第３レンズ群は、物体側へ移動させた後に反転して像側へ向かって移動させることにより移動軌跡が物体側に凸弧状となるように移動させるように構成されている。

特許文献２記載の３群ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、および正の屈折力を有する第３レンズ群を配設してなり、広角端から望遠端に向かって変倍する際に無限遠物体に合焦させた状態で、第３レンズ群は、像面側に単調あるいは像面側に凸状の軌跡を描いて移動するように構成されている。

特開平１０−１３３１１５号公報特開２００１−２９６４７６号公報特開２００３−３５８６８号公報

上記従来の３群ズームレンズは、小型化、高変倍化、および高解像力化を達成しようとしたものであるが、近年においては、さらなる小型化、高変倍化、および高解像力化が望まれている。

また、上記特許文献１記載の３群ズームレンズは、第１レンズ群の焦点距離が広角端において全系の焦点距離の絶対値の２．４〜２．６倍程度となっており、変倍比が３倍程度までは小型化、高変倍化、および高解像力化という要請を満たすことができるが、変倍比が３倍を超えると、レンズ全長が長くなりコンパクト化という要請を満たすことができなくなる。

また、上記特許文献２記載の３群ズームレンズは、変倍時における第３レンズ群が像面側に凸の軌跡を描き、あるいは像面側へ単調に移動されるため、変倍比が３倍程度までは小型化、高変倍化、および高解像力化という要請を満たすことができるが、変倍比が３倍を超えると、中間倍率における像面湾曲の補正が困難となる。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、変倍比が３倍を超える３群ズームレンズにおいて、コンパクト化および高解像力化を図ることを目的とする。

本発明の３群ズームレンズは、上記目的を達成するため、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有するとともに光量調節用の絞りを有する第２レンズ群、および正の屈折力を有する第３レンズ群を配設してなり、
広角端から望遠端に向かって変倍する際に、前記第１レンズ群は、前記第２レンズ群に相対的に近づくように移動させ、前記第２レンズ群は、単調に物体側へ移動させ、前記第３レンズ群は、物体側へ移動させた後に反転して像側へ向かって移動させることにより移動軌跡が物体側に凸弧状となるように移動させるとともに、物体距離を無限遠とした場合に、広角端における位置を望遠端における位置よりも物体側とし、
無限遠から近距離へ向かってフォーカシングする際に、前記第３レンズ群を物体側へ向かって移動させてなる３群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、少なくとも１面が非球面とされるとともに像側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有するレンズ、および物体側に曲率の大きい凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、
下記条件式（１）および（２）を満足してなることを特徴とするものである。
２．０＜｜ｆ_１｜／ｆ_ｗ＜２．４・・・（１）
０．２９＜ｆ_２／ｆ_３＜０．３７・・・（２）
ただし、
ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離

また、本発明の３群ズームレンズは、前記構成に加えて、下記条件式（３）を満足してなることが好ましい。
２．７＜ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）＜３．３・・・（３）
ただし、
ＬＴ：望遠端における第１レンズ群の最も物体側の面と像面との光軸間隔
Ｚ：変倍比
ω：広角端における最大像高での半画角

また、本発明の３群ズームレンズは、前記構成に加えて、前記第２レンズ群は、両凸レンズと物体側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有するレンズとの接合レンズ、および少なくとも１面が非球面とされるとともに負の屈折力を有する単レンズからなることが好ましい。

また、本発明の３群ズームレンズは、前記構成に加えて、前記第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する１枚のレンズからなることが好ましい。

本発明の３群ズームレンズによれば、変倍に際して第３レンズ群を物体側に凸弧状を描くように移動させることにより、変倍比が３倍を超えると像面湾曲の補正が難しい中間倍率においても、像面湾曲を良好に補正することができる。

また、物体距離を無限遠とした場合に、広角端における第３レンズ群の位置を望遠端における第３レンズ群の位置よりも物体側とするとともに、無限遠から近距離へ向かってフォーカシングする際に、第３レンズ群を物体側へ向かって移動させることにより、変倍時およびフォーカシング時における第３レンズ群の移動量を低減して、コンパクト化を図ることができる。

また、所定の条件式（１）および（２）を満足することにより、変倍比が３倍を超える場合にもコンパクト化および高解像力化を達成することができる。

以下、本発明の３群ズームレンズの代表的な実施形態について、図１に示す実施例１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る３群ズームレンズのレンズ構成を示すもので、上段は広角端におけるレンズ構成図、下段は望遠端におけるレンズ構成図である。また、中段には、広角端から望遠端に至る各レンズ群の移動軌跡を示してある。

本発明の実施形態に係る３群ズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、正の屈折力を有するとともに光量調節用の絞りＳを有する第２レンズ群Ｇ_２、および正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３を配設してなる。

また、広角端から望遠端に向かって変倍する際に、各レンズ群を以下のように移動させる。すなわち、第１レンズ群Ｇ_１は、第２レンズ群Ｇ_２に相対的に近づくように移動させ、第２レンズ群Ｇ_２は、単調に物体側へ移動させ、第３レンズ群Ｇ_３は、物体側へ移動させた後に反転して像側へ向かって移動させることにより物体側に凸弧状を描くように移動させる。また、物体距離を無限遠とした場合に、広角端における第３レンズ群Ｇ_３の位置を望遠端における位置よりも物体側とする。

さらに、無限遠から近距離へ向かってフォーカシングする際に、第３レンズ群Ｇ_３を物体側へ向かって移動させる。
このように、３つのレンズ群Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３を光軸Ｘに沿って移動せしめることで全系の焦点距離ｆを変化させるとともに光束を結像面上に効率良く集束させることができる。

また、第６レンズＬ_６と結像面（ＣＣＤ撮像面）の間にはローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むフィルタ部１が配されている。

また、第１レンズ群Ｇ_１は、物体側から順に、少なくとも１面が非球面とされるとともに像側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有する第１レンズＬ_１、および物体側に曲率の大きい凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第２レンズＬ_２からなる。
第１レンズ群Ｇ_１をこのような構成とすることにより、像面湾曲、歪曲収差等を良好に補正することができ、高解像化を図りつつレンズ全系の厚みと沈胴時の厚みを小さくしてコンパクト化を図ることができる。

また、第２レンズ群Ｇ_２は、物体側から順に、光量調節用の絞りＳ、両凸の第３レンズＬ_３、物体側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有する第４レンズＬ_４、および少なくとも１面が非球面とされるとともに負の屈折力を有する第５レンズＬ_５からなり、第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４は互いにレンズ面が接合された接合レンズとされている。
第２レンズ群Ｇ_２をこのような構成とすることにより、球面収差を良好に補正することができ、高解像化を図りつつレンズ全系の厚みと沈胴時の厚みを小さくしてコンパクト化を図ることができる。

また、第３レンズ群Ｇ_３は、少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第６レンズＬ_６からなる。
第３レンズ群Ｇ_３をこのような構成とすることにより、変倍時における収差変動を抑えつつコンパクト化を図ることができる。

なお、各非球面は、下記非球面式により表される。

本実施形態においては、近年の光学系に対する高解像力化の要請およびコンピュータ性能の向上等の社会的事情を背景として、従来の低次の偶数次項のみならず、奇数次項をも用いて非球面形状を規定している。

このように、奇数次項を含む非球面係数を用いることにより、非球面形状を決定するパラメータが増加するため、この非球面の光軸を含む中央領域と、周辺領域との各形状をそれぞれ独立して決定することが可能となり、中央領域および周辺領域共に、良好に収差補正を行うことが可能な形状に形成することが可能となる。

本実施形態に係る３群ズームレンズは、下記条件式（１）および（２）を満足し、さらに下記条件式（３）を満足することが好ましい。
２．０＜｜ｆ_１｜／ｆ_ｗ＜２．４・・・（１）
０．２９＜ｆ_２／ｆ_３＜０．３７・・・（２）
２．７＜ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）＜３．３・・・（３）
ただし、
ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離
ＬＴ：望遠端における第１レンズ群の最も物体側の面と像面との光軸間隔
Ｚ：変倍比
ω：広角端における最大像高での半画角

次に、各条件式（１）、（２）および（３）の意義について説明する。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ_１の焦点距離の絶対値｜ｆ_１｜と広角端における全系の焦点距離ｆ_ｗの比｜ｆ_１｜／ｆ_ｗの値を規定することにより、コンパクト化を図りつつ像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
この条件式（１）において、｜ｆ_１｜／ｆ_ｗの値が下限を超えると、コンパクト化を図ることはできるが像面湾曲を良好に補正することが困難となる。一方、｜ｆ_１｜／ｆ_ｗの値が上限を超えると、像面湾曲を良好に補正することはできるがコンパクト化を図ることが困難となる。

条件式（２）は、第２レンズＬ_２の焦点距離ｆ_２と第３レンズＬ_３の焦点距離ｆ_３の比ｆ_２／ｆ_３の値を規定することにより、コンパクト化を図りつつ球面収差および像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
この条件式（２）において、ｆ_２／ｆ_３の値が下限を超えると、コンパクト化を図ることはできるが第２レンズ群Ｇ_２の屈折力が大きくなって球面収差が悪化しかつ像面湾曲が拡大する。一方、ｆ_２／ｆ_３の値が上限を超えると、第２レンズ群Ｇ_２の屈折力が小さくなって球面収差および像面湾曲を良好に補正することはできるがコンパクト化を図ることが困難となる。

条件式（３）は、望遠端における第１レンズ群Ｇ_１の最も物体側の面と像面との光軸間隔ＬＴと、広角端における全系の焦点距離ｆ_ｗ、変倍比Ｚ、および広角端における最大像高での半画角ωの積との比ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）の値を規定することにより、コンパクト化を図りつつ像面湾曲等を良好に補正するための条件式である。
この条件式（３）において、ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）の値が下限を超えると、変倍比が３倍以上のズームレンズにおいて、コンパクト化を図ることはできるが像面湾曲等を良好に補正することが困難となる。一方、ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）の値が上限を超えると、変倍比が３倍以上のズームレンズにおいて、像面湾曲等を良好に補正することはできるがコンパクト化を図ることが困難となる。

＜実施例１＞
以下、本発明の実施例１に係る３群ズームレンズの具体的構成について説明する。
実施例１に係る３群ズームレンズは、上述したレンズ構成を備えている。

具体的には、第１レンズ群Ｇ_１は、物体側から順に、像側に曲率の大きい凹面を向けた負のメニスカス形状を有する第１レンズＬ_１、および物体側に曲率の大きい凸面を向けた正のメニスカス形状を有する第２レンズＬ_２からなる。また、第１レンズＬ_１の両面は、偶数次項と奇数次項の双方に値を有する上記非球面式で表される非球面とされている。

第２レンズ群Ｇ_２は、物体側から順に、両凸の第３レンズＬ_３、物体側に曲率の大きい凹面を向けた負のメニスカス形状を有する第４レンズＬ_４、および物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状を有する第５レンズＬ_５からなり、第３レンズＬ_３と第４レンズＬ_４は互いにレンズ面が接合された接合レンズとされている。また、第５レンズＬ_５の両面は、偶数次項と奇数次項の双方に値を有する上記非球面式で表される非球面とされている。

第３レンズ群Ｇ_３は、両凸の第６レンズＬ_６からなり、その両面は、偶数次項と奇数次項の双方に値を有する上記非球面式で表される非球面とされている。

実施例１に係る３群ズームレンズに関する各数値を下記表１に示す。
表１の上段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表２において同じ）。

また、表１の中段に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=7.5ｍｍ）、中間位置（ｆ=14.3ｍｍ）および望遠端（ｆ＝27.5ｍｍ）のＤ_４、Ｄ_１０、およびＤ_１２の可変範囲、広角端および望遠端各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値、前述した条件式（１）、（２）および（３）の値を示す。
本実施例においては、前述した条件式（１）、（２）および（３）は全て満足されている。

また、表１の下段に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_Ａ、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０の値を示す。

図２は上記実施例１に係る３群ズームレンズの広角端（ｆ=7.5ｍｍ）、中間位置（ｆ=14.3ｍｍ）および望遠端（ｆ＝27.5ｍｍ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、各球面収差図には、615nm、587.6nm、460nmにおける収差が示されており、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている（図３についても同じ）。この図２から明らかなように、実施例１に係る３群ズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２に係る３群ズームレンズの具体的構成について説明する。

実施例２に係る３群ズームレンズは、上述した実施例１とほぼ同様のレンズ構成を備えているが、第１レンズＬ_１が光軸近傍において両凹形状となっている点が異なっている。
また、第１レンズＬ_１、第５レンズＬ_５、および第６レンズＬ_６の両面は、偶数次項と奇数次項の双方に値を有する上記非球面式で表される非球面とされている。

実施例２に係る３群ズームレンズに関する各数値を下記表２に示す。
表２の上段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。

また、表２の中段に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=6.5ｍｍ）、中間位置（ｆ=11.8ｍｍ）および望遠端（ｆ＝21.4ｍｍ）のＤ_４、Ｄ_１０、およびＤ_１２の可変範囲、広角端および望遠端各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値、前述した条件式（１）、（２）および（３）の値を示す。
本実施例においては、前述した条件式（１）、（２）および（３）は全て満足されている。

また、表２の下段に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_Ａ、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０の値を示す。

図３は上記実施例２に係る３群ズームレンズの広角端（ｆ=6.5ｍｍ）、中間位置（ｆ=11.8ｍｍ）および望遠端（ｆ＝21.4ｍｍ）における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。この図３から明らかなように、実施例２に係る３群ズームレンズによればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

本発明の実施例１に係る３群ズームレンズのレンズ構成図本発明の実施例１に係る３群ズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例２に係る３群ズームレンズの広角端、中間位置および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図

符号の説明

１フィルタ部
Ｓ絞り
Ｇ_１〜Ｇ_３レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_６レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_１４レンズ面等
Ｄ_１〜Ｄ_１３軸上面間隔
Ｘ光軸

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有するとともに光量調節用の絞りを有する第２レンズ群、および正の屈折力を有する第３レンズ群を配設してなり、
広角端から望遠端に向かって変倍する際に、前記第１レンズ群は、前記第２レンズ群に相対的に近づくように移動させ、前記第２レンズ群は、単調に物体側へ移動させ、前記第３レンズ群は、物体側へ移動させた後に反転して像側へ向かって移動させることにより移動軌跡が物体側に凸弧状となるように移動させるとともに、物体距離を無限遠とした場合に、広角端における位置を望遠端における位置よりも物体側とし、
無限遠から近距離へ向かってフォーカシングする際に、前記第３レンズ群を物体側へ向かって移動させてなる３群ズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、少なくとも１面が非球面とされるとともに像側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有するレンズ、および物体側に曲率の大きい凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、
下記条件式（１）および（２）を満足してなることを特徴とする３群ズームレンズ。
２．０＜｜ｆ_１｜／ｆ_ｗ＜２．４・・・（１）
０．２９＜ｆ_２／ｆ_３＜０．３７・・・（２）
ただし、
ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆ_１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ_２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離
下記条件式（３）を満足してなることを特徴とする請求項１記載の３群ズームレンズ。
２．７＜ＬＴ／（ｆ_ｗ・Ｚ・ｔａｎω）＜３．３・・・（３）
ただし、
ＬＴ：望遠端における第１レンズ群の最も物体側の面と像面との光軸間隔
Ｚ：変倍比
ω：広角端における最大像高での半画角
前記第２レンズ群は、両凸レンズと物体側に曲率の大きい凹面を向けた負の屈折力を有するレンズとの接合レンズ、および少なくとも１面が非球面とされるとともに負の屈折力を有する単レンズからなることを特徴とする請求項１または２記載の３群ズームレンズ。
前記第３レンズ群は、少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の３群ズームレンズ。