JP4630577B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、例えば、ビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラそしてデジタルスチルカメラ等の撮像装置に好適なズームレンズに関する。

近年、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、そして銀塩フィルムを用いた銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置の高機能化に伴い、それに用いる撮影光学系として高変倍化で高解像なズームレンズが要求されている。

これらの要求に答えるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群の４つのレンズ群を有し、第２レンズ群から第４レンズ群までを動かしてズーミングを行うズームレンズが知られている（特許文献１）。

また物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群の４つのレンズ群を有し、第１レンズ群から第４レンズ群までを動かしてズーミングを行うズームレンズが知られている（特許文献２，３）。

また、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より成り、変倍比３〜５倍程度のズームレンズが知られている（特許文献４，５）。
特許第２８７９４６３号 特開２００１−１９４５８６号公報 特開平８−５０２４４号公報 特開平７−１５１９７０号公報 特開平９−１８４９８３号公報

デジタルスチルカメラ（以下ＤＳＣ）等においては、撮像素子の高画素数化の進歩が著しく、それに用いる撮影光学系には、より一層の高性能化が要求されてきている。

特に高変倍比のズームレンズにおいては、ズーム領域全域にわたり、かつ画面全域での結像性能を良好に保つことが大切であり、そのため諸収差のうち特に像面湾曲等画面周辺性能に関する収差の変動を良好に抑制することが必要となってきている。

ズームレンズの変倍比を高変倍化するとズーミングに伴う収差変動が大となり、これを抑制しようとするとレンズ群の構成が複雑になり易く、光学系の大型化を招く傾向がある。

例えばズーミングに伴う各レンズ群の移動条件や各レンズ群の屈折力等を適切に設定しないと諸収差の発生が増大し、全変倍範囲にわたり良好なる画質の映像を得るのが難しくなってくる。

本発明は高変倍比で全変倍範囲にわたり、しかも全画面にわたり高い光学性能を有するズームレンズ及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、前記第３レンズ群は、正の屈折力の第３ａレンズ群と正の屈折力の第３ｂレンズ群より成り、ズーミングに際して、前記第２レンズ群、前記第３ａレンズ群、前記第３ｂレンズ群、前記第４レンズ群が各々独立に移動するズームレンズであって、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群の移動量を各々Ｍ３ａ，Ｍ３ｂ、前記第３ａレンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａ、前記第３ｂレンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ｂ、ズーミングに伴って変化する前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群の空気間隔の最大値をｄｍａｘとするとき、
０．９＜Ｍ３ａ／Ｍ３ｂ＜１．１
（０．７×Ｌ３ｂ）＜ｄｍａｘ＜Ｌ３ａ
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、高変倍比で、高い光学性能を有するズームレンズを得ることができる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２、図３、図４はそれぞれ実施例１のズームレンズの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。

図５は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ実施例２のズームレンズの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。

図９は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２はそれぞれ実施例３のズームレンズの広角端，中間のズーム位置，望遠端における収差図である。

図１３は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。

第３レンズ群Ｌ３は、正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａ、正の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂより成っている。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置しており、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と共に移動する。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

収差図において、ｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように、第１レンズ群Ｌ１は、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔が広がるように物体側へ移動している。

第２レンズ群Ｌ２は像側に凸形状の軌跡を有するように移動している。第３ａレンズ群Ｌ３ａは、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３ａとの間隔が狭くなるように物体側へ移動させている。

第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは、実施例１では第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂとの間隔が単調に減少するように物体側へ移動し、実施例２ではズーム範囲の略中間のズーム位置で第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂとの間隔が最小となるように移動し、実施例３ではズーム範囲の略中間のズーム位置で第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂとの間隔が最大となるように移動している。

第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸形状の軌跡を有するように移動させている。尚、第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは、ズーミングに際して独立に移動している。

また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。

又、望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。

各実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は物体側の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力の第１１レンズと、正の屈折力の第１２レンズとを接合した接合レンズ、物体側の面が凸でメニスカス形状の正の屈折力の第１３レンズより成っている。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側に順に、物体側の面が凸でメニスカス形状の負の屈折力の第２１レンズと、物体側と像側の面が凹形状の負の屈折力の第２２レンズと、物体側と像側の面が凸形状の正の屈折力の第２３レンズと、像側の面が凸形状の負の屈折力の第２４レンズより成っている。

第２レンズ群Ｌ２をこのように構成することによってズーミングの際に変動する像面湾曲と歪曲等の諸収差を良好に補正している。

各実施例では第３ａレンズ群Ｌ３ａは２枚の正レンズと２枚の負レンズからなっている。具体的には第３レンズ群Ｌ３を物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した第１の接合レンズ、負レンズと正レンズを接合した第２の接合レンズ、そして正レンズで構成している。ここで第１、第２の接合レンズからなる部分系で第３ａレンズ群Ｌ３ａ、残りの正レンズ１枚からなる部分系で第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを構成し、第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの間隔をある程度隔て配置している。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側と像側の面が凸形状の正の屈折力の第４１レンズと、負の屈折力の第４２レンズとを接合した接合レンズより成っている。

これによって第４レンズ群Ｌ４でフォーカスするときの収差変動が少なくなるようにしている。

各実施例では以上のように各レンズ群を構成することによって、レンズ系全体を小型化し、簡易なレンズ構成にもかかわらず、全変倍範囲、又、物体距離全般にわたり高い光学性能を得ている。

尚、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は／及び第４レンズ群Ｌ４の像側にアタッチメントレンズやコンバーターレンズそしてフィルター等を配置しても良い。

次に各実施例の前述した特徴以外の特徴について説明する。

◎広角端から望遠端のズーム位置へのズーミングにおける第３ａレンズＬ３ａ群と第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの移動量を各々Ｍ３ａ，Ｍ３ｂとするとき（符号は像側へ向かう移動量を正）、
０．９＜Ｍ３ａ／Ｍ３ｂ＜１．１ ‥‥‥（１）
なる条件を満足している。

上記条件式（１）の範囲の下限を超えると広角端のズーム位置における全長が長くなり、又上限を超えるとズーミング時の射出瞳の変動が大きくなり望ましくない。

◎第３ａレンズ群Ｌ３ａの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａ、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ｂとする。第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂのズーミングに伴って変化する空気間隔の最大値をｄｍａｘとするとき、
（０．７×Ｌ３ｂ）＜ｄｍａｘ＜Ｌ３ａ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。

上記条件式（２）の範囲の下限を超えると射出瞳の変動が大きくなり、上限を超えると第３レンズ群Ｌ３が光軸方向に長くなり望ましくない。

更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

（０．８５×Ｌ３ｂ）＜ｄｍａｘ＜（０．６×Ｌ３ａ） ‥‥‥（２ａ）
◎第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは、正の屈折力の単一レンズからなり、単一レンズの材料のアッベ数をνｄとするとき、
νｄ＞６０ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

上記条件式（３）の範囲の下限を超えると広角側のズーム位置において倍率色収差の２次成分が大きくなり望ましくない。

更に望ましい倍率色収差の補正の為には、条件式（３）の下限値を、７５とすることである。

以下に、実施例１〜３に各々対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ｎｉ，νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率，アッベ数を示す。又、数値実施例１〜３では最も像側の２つの面は水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する平面である。非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点に基準にしてＸとするとき、

で表される。但しＲは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数である。

又、「ｅ−Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を［表１］に示す。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施例を図１３を用いて説明する。

図１３において、２０はカメラ本体、２１は実施例１〜３で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の光学機器に適用すること
により、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。

実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例２１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図 実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例３のズームレンズの広角端における諸収差図 実施例３のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における諸収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ３ａ 第３ａレンズ群
Ｌ３ｂ 第３ｂレンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリジオナル像面
ΔＳ サジタル像面
Ｇ ガラスブロック

Claims (5)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、前記第３レンズ群は、正の屈折力の第３ａレンズ群と正の屈折力の第３ｂレンズ群より成り、ズーミングに際して、前記第２レンズ群、前記第３ａレンズ群、前記第３ｂレンズ群、前記第４レンズ群が各々独立に移動するズームレンズであって、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群の移動量を各々Ｍ３ａ，Ｍ３ｂ、前記第３ａレンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａ、前記第３ｂレンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ｂ、ズーミングに伴って変化する前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群の空気間隔の最大値をｄｍａｘとするとき、
   ０．９＜Ｍ３ａ／Ｍ３ｂ＜１．１
   （０．７×Ｌ３ｂ）＜ｄｍａｘ＜Ｌ３ａ
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第３ｂレンズ群は、正の屈折力の単一レンズからなり、該単一レンズの材料のアッベ数をνｄとするとき、
   νｄ＞６０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群は、ズーミングに際して移動す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。
4. 固体撮像素子上に像を形成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。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。