JP4534389B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ズームレンズ、特にデジタルカメラやビデオカメラ等に用いられ、変倍比が２．５倍以上で広角端の画角が６０°以上のコンパクトなＣＣＤ（電荷結合素子）用ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤを用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等が多数利用されているが、特に携帯に便利なコンパクトタイプのものの需要が増えている。
このような需要に応えるための負正正のパワー配置を持つＣＣＤ用ズームレンズとしては、特開２００１−４２２１８号公報、特開平１１−２１１９８４号公報等にその例が見られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの先行例においては、Ｆナンバーが明るいものの、レンズ枚数が１０枚と多く、コンパクト性に欠けていたり、レンズ枚数が６枚と少ないが変倍比が２倍程度で画角が狭かったりと、画角、変倍比、コンパクト性の総てにおいて十分な仕様を満たしているとは言い難いものであった。
本発明は、広画角、高変倍比、コンパクト性を併せ持ち、さらに諸収差が良好に補正されたズームレンズを得ようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、以下の構成を取ることによってその目的を達することが出来た。すなわち、本発明のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され短焦点端から長焦点端への変倍に際し、各群の間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が物体側から順に、少なくとも正の２ａレンズ、正の２ｂレンズ、負の２ｃレンズを含み、さらにその最も像側に位置するレンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状で、少なくとも１面に非球面を有するプラスチックレンズであり、以下の条件式を満足することを特徴とする。
−０．１＜ｆ_ｗ／ｆ_p＜０．１ ‥‥‥‥（１）
１．０＜ｆ _２ ／ｆ _w ＜３．０ ‥‥‥‥（２）
ただし、ｆ_w： 広角端における全レンズ系の焦点距離
ｆ_p： 第２群レンズ中の非球面プラスチックレンズの焦点距離
ｆ _２ ：前記第２レンズ群の焦点距離
また、前記第１レンズ群は３枚以下のレンズからなり、前記第２レンズ群が物体側から順に、少なくとも正の２ａレンズ、正の２ｂレンズ、負の２ｃレンズを含み、さらにその最も像側に位置するレンズが少なくとも１面に非球面を有するレンズであることを特徴とする。さらに、物体側から順に、少なくとも正の２ａレンズ、正の２ｂレンズ、負の２ｃレンズを含み、その最も像側に位置するレンズが少なくとも１面に非球面を有するプラスチックレンズであることを特徴とする。そして、前記２ａ、２ｂ、２ｃレンズは研磨加工によるガラス球面レンズである。
【０００５】
前記の特徴を有するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群の前記２ａレンズは以下の条件式を満足することが望ましい。
ｎ_2a＞１．８０‥‥‥‥（３）
ただし ｎ_2a：２ａレンズのｄ線に対する屈折率
【０００６】
前記第１レンズ群は、最も物体側に位置する少なくとも１枚の負の１ａレンズを有し、該負レンズは少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。そして該１ａレンズは、以下の条件式を満足することが望ましい。
ｎ_1a＞１．８０ ・・・（４）
ただし ｎ_1a：前記１ａレンズのｄ線に対する屈折率
また、前記１ａレンズの非球面は、ガラス球面上に非球面樹脂を形成させた複合非球面であることが望ましい。
【０００７】
前記第３レンズ群は、最も像側に位置する少なくとも１枚の正の３ａレンズを有し、該３ａレンズは少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。該３ａレンズは、プラスチックレンズあるいはガラス球面上に非球面樹脂を形成させた複合非球面レンズであってよい。
【０００８】
さらに、前記ズームレンズは、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．０＜ＳＤ／Ｙ_max＜３．０ ・・・（５）
ただし ＳＤ：各レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの距離の和
Ｙ_max：撮像素子の対角長
そして、前記第３レンズ群は、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、像側に移動すると共に、無限遠から有限距離への合焦は、少なくとも前記第３レンズ群を移動させてを行う。
【０００９】
【作用】
本発明のズームレンズのタイプは、第１レンズ群が負の屈折力、第２レンズ群が正の屈折力を持っているため、撮影レンズとＣＣＤ面の間にローパスフィルタ、赤外線カットフィルタやカバーガラス等を配置するのに十分なバックフォーカスを得られ、また、開口絞りが負の第１レンズ群より後にある場合、この負レンズ群の発散効果により周辺光量比が多く取れるという利点がある。
また、第３レンズ群に正の屈折力を持たせることにより、テレセントリック性を十分に確保することが出来、撮像素子がＣＣＤの場合には特に有利である。コンパクト性とテレセントリック性を両立させるためには、開口絞りを第２レンズ群の物体側に設けるとよい。
【００１０】
第２レンズ群中に物体側から順に、少なくとも正正負の配置を含むことにより、球面収差やコマ収差を良好に補正出来、ペッツバール和を小さくして像面湾曲を抑えることが出来る。さらに、第２レンズ群の最も像側のレンズを非球面化することで、非点収差を良好に補正することが出来る。
このように第２レンズ群で発生する収差を小さく抑えることが出来るので、ズーミング時の収差変動も小さくすることが出来る。また、正正負とすることにより、正負だけの構成に比べ、正のパワーを分割して小さくできるので、この正レンズで発生する球面収差やコマ収差を小さくすることが出来る。さらに、組立ての際のレンズ偏心が生じても、それによる収差変動を小さく抑えることが出来、良好な生産性を維持できる。
【００１１】
第２レンズ群の最も像側に配置された非球面レンズを像側に凸面を向けたメニスカス形状とすると、このレンズが偏心したときの性能劣化を小さくできる。またこのレンズをプラスチック化することにより、射出成形による非球面付加の容易化やレンズ全系の軽量化が達成できる。
第２レンズ群中の上記非球面レンズ以外のレンズを研磨加工によるガラス球面レンズとすることにより、モールド成形によるガラスモールドレンズ、射出成形によるプラスチックレンズよりも製造時の曲率半径誤差や面のうねり誤差を小さく抑えることが出来、良好な光学性能を確保することが可能となる。
【００１２】
本発明のズームレンズは、条件式（１）を満たすことにより、プラスチックレンズのパワーが小さくなるので、プラスチックレンズの温度変化時におけるピント移動量を小さく抑えることが出来る。この上限下限は、望ましくは−０．０５＜ｆ _w ／ｆ _p ＜０．０５ ・・・（１’）とすることが好ましい。
【００１３】
条件式（２）を満たすことにより、コンパクト性と良好な光学性能を両立することが出来る。この条件式の下限を超えると第２レンズ群のパワーが強くなり過ぎ、この群で発生する諸収差が大きくなってしまう。逆に上限を超えると第２レンズ群のパワーが小さくなり過ぎ、変倍に必要な第２レンズ群の移動量が大きくなってしまうため、コンパクト性が損なわれてしまう。この条件式の上限下限は、望ましくは１．５＜ｆ ₂ ／ｆ _w ＜２．５ ・・・（２’）とすることが好ましい。
【００１４】
条件式（３）を満たし、第２レンズ群中の最も物体側にある正レンズの屈折率を大きくすることにより、レンズ全系をコンパクト化した際にこのレンズのパワーが強くなっても、屈折率の低い硝材に比べて曲率を小さくできるので、このレンズで発生する球面収差やコマ収差の発生を小さくするこことが可能である。
この下限は、望ましくは
ｎ_2a＞１．８５ ・・・（３’）
とすることが好ましい。
【００１５】
第１レンズ群を物体側から順に、負レンズ、正レンズの２枚構成とすることにより、レンズ厚や前玉径の小さいコンパクトな光学系とすることが出来る。負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚構成とすると、負のパワーを分割して小さくできるので、この群で発生する負の歪曲収差等を良好に補正することが出来る。
【００１６】
第１レンズ群にある負レンズの曲率の大きい面や、第３レンズ群に非球面を使用することにより、歪曲収差や非点収差等を効果的に補正することが出来る。さらにガラス球面レンズと非球面樹脂とを複合化することで、プラスチックレンズに比べ、硝種の選択幅が広がり、諸収差の補正効果が大きくなる。
ただし、第３レンズ群ではプラスチックレンズ相当の屈折率でも良好に収差が補正される場合もあるため、この群にガラスより軽いプラスチックレンズを使用することにより、ズーミングやフォーカシングで第３レンズ群を移動させる際の駆動機構に与える負荷が少なくて済む。
第３レンズ群にプラスチックレンズを使用した際、ここを通過する軸上光線の高さが低いので、温度変化による屈折率変化やレンズ形状変化が生じても、結像位置の変動は比較的小さくて済む。なお、第１、第３レンズ群に使用する非球面にガラスモールド非球面を使用しても良好な光学性能を保つことが出来る。
【００１７】
条件式（４）を満たすことにより、第１レンズ群中の最も物体側にある負レンズの屈折率を大きくできるので、レンズ全系をコンパクト化したときにこのレンズのパワーが強くなっても、屈折率が低い硝材に比べてレンズの曲率を小さくすることが出来、このレンズで発生する歪曲収差や非点収差等を小さくすることが出来る。
この下限は
ｎ_1a＞１．８５ ・・・（４’）
とすることが望ましい。
【００１８】
条件式（５）を満たすことにより、レンズのコンパクト化と良好な光学性能を両立することが出来る。この条件式の上限を超えるとレンズが厚くなり過ぎ、コンパクト性が失われる。逆に下限を超えると収差補正不足になったり、各レンズの偏心誤差感度が大きくなり、製造上好ましくない。
この上限下限は、
１．５＜ＳＤ／Ｙ_max＜２．５ ・・・（５’）
とすることが望ましい。
【００１９】
第３レンズ群で合焦させるいわゆるリアフォーカス式の場合、短焦点端から長焦点端へのズーミングに際して第３レンズ群を像側へ移動させることにより、第３レンズ群にも変倍作用を持たせることが出来、第２レンズ群のパワーもしくは移動量を小さく抑えることが出来る。また、短焦点端での無限遠から至近距離へ合焦するのに必要な移動経路を、長焦点端での合焦に必要な移動経路に含ませることが出来るので、レンズ駆動機構をコンパクトにすることが出来る。
特に、第３レンズ群が正レンズ１枚から構成される場合には、他の群より軽量となるので、フォーカシングレンズとして駆動機構に与える負荷を最も小さくして使用することが可能である。また、第１レンズ群でフォーカシングしようとすると至近距離での周辺光量比を確保するために前玉径が大きくなってしまうが、第３群によるフォーカシングではそのようなことがないので、コンパクト性を保つことが出来る。
【００２０】
赤外カットフィルターを、ローパスフィルター表面にコート処理を施した反射型とすることにより、吸収型の赤外カットフィルターガラスを別途にレンズ系に挿入する必要がなくなり、光軸方向の厚みを薄くすることが出来、各レンズ群、フィルターを近接させてカメラボディに格納する際、よりコンパクトな格納が可能となる。
【００２１】
以下、本発明の実施例を示す。表中、ｆは全系の焦点距離、ＦはＦナンバー、ωは半画角、ｒは近軸曲率半径、ｄは軸上面間隔、ｎ_dはｄ線に対する屈折率、ν_dはアツベ数である。また非球面形状は面の頂点を原点として、光軸方向をＸ軸とした直交座標系において、近軸曲率半径をｒ、円錐係数をκ、非球面係数をＡ_2iとして、
【数１】

で表される。
【００２２】
第１実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図１に、収差図を図７に示す。１ａレンズは複合非球面レンズ（面No.１〜３）、第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１１〜１２）、３ａレンズは複合非球面レンズ（面No.１３〜１５）である。
ｆ＝８．２５〜２３．３５ 絞り位置：第６面前方０．３０ｍｍ

【００２３】
第２実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図２に、収差図を図８に示す。１ａレンズは複合非球面レンズ（面No.１〜３）、第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１１〜１２）、３ａレンズは複合非球面レンズ（面No.１３〜１５）である。
ｆ＝８．２５〜２３．３５ 絞り位置：第６面前方０．３０ｍｍ

【００２４】
第３実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図３に、収差図を図９に示す。１ａレンズは複合非球面レンズ（面No.１〜３）、第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１１〜１２）である。
ｆ＝８．２５〜２３．３５ 絞り位置：第６面前方０．３０ｍｍ

【００２５】
第４実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図４に、収差図を図１０に示す。第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１０〜１１）である。
ｆ＝８．２５〜２３．３５ 絞り位置：第５面前方０．３０ｍｍ

【００２６】
第５実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図５に、収差図を図１１に示す。第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１０〜１１）である。
ｆ＝８．２５〜２３．３５ 絞り位置：第５面前方０．３０ｍｍ

【００２７】
第６実施例のレンズデータを以下の表に示す。また、この実施例のレンズ断面を図６に、収差図を図１２に示す。第２レンズ群中の非球面レンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１０〜１１）、３ａレンズはプラスチック非球面レンズ（面No.１２〜１３）である。
ｆ＝４．５３〜１２．８２ 絞り位置：第５面前方０．３０ｍｍ

【００２８】
各実施例に対する条件式の値は以下のようである。

【００２９】
【発明の効果】
上記のように本発明のズームレンズは、実施例および収差曲線図で見るように、レンズ構成は７枚程度と、コンパクトでありながら、約３倍の高変倍比と、広角端では６０°以上の広い画角を持ち、Ｆナンバーも約２．８と明るいものが得られた、しかも、各収差図で見るように、諸収差がバランスよく良好に補正することが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のズームレンズの第１実施例の断面図である。
【図２】本発明のズームレンズの第２実施例の断面図である。
【図３】本発明のズームレンズの第３実施例の断面図である。
【図４】本発明のズームレンズの第４実施例の断面図である。
【図５】本発明のズームレンズの第５実施例の断面図である。
【図６】本発明のズームレンズの第６実施例の断面図である。
【図７】本発明のズームレンズの第１実施例の収差図である。
【図８】本発明のズームレンズの第２実施例の収差図である。
【図９】本発明のズームレンズの第３実施例の収差図である。
【図１０】本発明のズームレンズの第４実施例の収差図である。
【図１１】本発明のズームレンズの第５実施例の収差図である。
【図１２】本発明のズームレンズの第６実施例の収差図である。

Claims (12)

1. 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、正の屈折力を有する第３レンズ群から構成され短焦点端から長焦点端への変倍に際し、各群の間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズにおいて、前記第２レンズ群が物体側から順に、少なくとも正の２ａレンズ、正の２ｂレンズ、負の２ｃレンズを含み、さらにその最も像側に位置するレンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状で、少なくとも１面に非球面を有するプラスチックレンズであり、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。
   −０．１＜ｆ_ｗ／ｆ_p＜０．１
   １．０＜ｆ _２ ／ｆ _w ＜３．０
   ただし、ｆ_w： 広角端における全レンズ系の焦点距離
   ｆ_p： 第２群レンズ中の非球面プラスチックレンズの焦点距離
   ｆ _２ ：前記第２レンズ群の焦点距離
2. 前記第１レンズ群は３枚以下のレンズからなることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記２ａ、２ｂ、２ｃレンズは研磨加工によるガラス球面レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のズームレンズ。
4. 前記２ａレンズは以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のズームレンズ。
   ｎ_{2 ａ}＞１．８０
   ただし ｎ_2a：２ａレンズのｄ線に対する屈折率。
5. 前記第１レンズ群は、最も物体側に位置する少なくとも１枚の負の１ａレンズを有し、該負レンズは少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のズームレンズ。
6. 前記１ａレンズは、以下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。
   ｎ_{１ a}＞１．８０
   ただしｎ_{１ a}：前記１ａレンズのｄ線に対する屈折率。
7. 前記１ａレンズの非球面は、ガラス球面上に非球面樹脂を形成させた複合非球面であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のズームレンズ。
8. 前記第３レンズ群は、最も像側に位置する少なくとも１枚の正の３ａレンズを有し、該３ａレンズは少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のズームレンズ。
9. 前記３ａレンズは、プラスチックレンズあるいはガラス球面上に非球面樹脂を形成させた複合非球面レンズであることを特徴とする請求項８に記載のズームレンズ。
10. 前記ズームレンズは、撮像素子を備えたカメラ用のものであって、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のズームレンズ。
    ０＜ＳＤ／Ｙ_max＜３．０
    ただし ＳＤ： 各レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの距離の和
    Ｙ_max：撮像素子の対角長。
11. 前記第３レンズ群は、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、像側に移動することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のズームレンズ。
12. 前記ズームレンズは、少なくとも前記第３レンズ群を移動させて無限遠から有限距離への合焦を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のズームレンズ。

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