JP4819413B2 - ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
1.2mm ≦ D12t ≦ 3.0mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、D12tは望遠端における前記第1群と前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。
0.3mm ≦ Ds2t ≦ 1.2mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、Ds2tは望遠端における前記開口絞りと前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。
1.2mm ≦ D12t ≦ 3.0mm
0.3mm ≦ Ds2t ≦ 1.2mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、D12tは望遠端における前記第1群と前記第2群との間隔、Ds2tは望遠端における前記開口絞りと前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。
0.1 < r7/fw ≦ 1.1
但し、r7は前記第2群を構成する負レンズの最も像側の面の曲率半径、fwは広角端における全系の焦点距離である。
50 < νd1
但し、νd1は前記第1群の負レンズのアッベ数である。
50 < νd2
但し、νd2は前記第2群を構成する正レンズのアッベ数である。
1.5 < N2P
但し、N2Pは前記第2群を構成する正レンズの屈折率である。
0.8 < f2/fw < 1.6
但し、f2は前記第2群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。
1.3 < f3/fw < 4.0
但し、f3は前記第3群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。
0.6 < (G2L)/Y' < 1.16
但し、Y'は撮像素子の有効撮像領域の対角長の半分の長さ、G2Lは前記第2群を構成するレンズの肉厚の合計である。
本発明によるズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力の第1群と、正の屈折力の第2群と、正の屈折力の第3群を有し、各群間を変えることにより変倍を行う3群ズームレンズであって、前記負の屈折力の第1群は負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第2群は物体側から順に正レンズ1枚と負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第3群は正レンズ1枚で構成されて、下記条件を満足することを特徴としている。
1.2mm ≦ D12t ≦ 3.0mm (1)
但し、D12tは望遠端における前記第1群と前記第2群との間隔である。
負正正の上記構成の広角ズームレンズは、高画質化に対応できる光学性能を確保しているが、このズームレンズにメカニカルシャッター機構を併用することで前述の問題点を解決でき、また余分な光を撮像素子上に導かないため、よりクリアで高画質の画像を提供できる。
上記条件(1)を満足することで、メカニカルシャッター部材のスペースを確保し、かつズーミングによるレンズ群の移動、フォーカシングによるレンズ群の移動などの可動に伴う余裕スペースを確保できる。
条件(1)の上限値を上回ると、広角時の第1面から像面までのサイズが大きくなり、また第1負レンズの玉径も大きくなり、光学系が大型化してしまう。また第1負レンズで発生する軸外収差が大きく、像面湾曲収差が十分に補正できなくなる。または、撮像素子の撮像面積を大きくすることになり、光学系全体が大きくなり、消費エネルギーや、装置全体のレイアウト上不利になる。また、下限値を下回ると、レトロフォーカス効果が小さくなり、バックフォーカスの確保が難しくなる。
0.3mm ≦ Ds2t ≦ 1.2mm (2)
但し、Ds2tは望遠端における前記開口絞りと前記第2群との間隔である。
負正正の上記構成の広角ズームレンズは、高画質化に対応できる光学性能を確保しているが、このズームレンズにメカニカルシャッター機構等の遮光状態と透過状態を切り替えられる機構を搭載することで前述の問題が解決でき、余分な光を撮像素子上に導かないため、より鮮明で高画質な画像を提供できる。
条件(2)の上限値を上回ると、特に広角化に対応させようとする場合第2群及び第3群の玉径が大きくなり、サイズが大型化する。また、第2群で発生する軸外収差が増大し、像面湾曲収差が補正不可能となる。または、撮像素子の撮像面積を大きくすることになり、ズームレンズ全体が大きくなって、消費エネルギー面や装置全体のレイアウト上不利になる。下限値を下回ると、メカニカルシャッター部材等を入れるスペースが取れず、前述の不具合が生じる。あるいは、メカニカルシャッター機構等のコストを高くしたり大きさを大きくしたりすることで、装置全体のレイアウト上不利になる。
メカニカルシャッターは、遮光部材として薄い板や膜で構成でき、第1群と第2群の間隔をそれほど大きくすることなくシャッターを配置することができる。このように、メカニカルシャッターにより小型化とともに高画質化も達成できる。
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51 (3)’
但し、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径である。
上記条件(3)’を満足することで、第2群を比較的強いパワーとすることが可能となり、同じ群間隔でも高変倍を実現することが可能となる。また、軸外諸収差、特に像面湾曲収差の発生量を更に小さくできる。条件(3)’の上限値を上回ると、第2群の負レンズの物体側の面で発生する収差量が大きく、像面湾曲収差補正が困難になり好ましくない。下限値を下回ると、像面湾曲収差及びコマ収差の補正が困難になり好ましくない。
0.1 < r7/fw ≦ 1.1 (4)
但し、r7は前記第2群を構成する負レンズの最も像側の面の曲率半径、fwは広角端における全系の焦点距離である。
上記条件(4)の下限値を下回ると、第2群を構成する負レンズの最も像側の面でのコマ収差発生量が増大し、周辺部の性能悪化の一因となる。上限値を上回ると、前記面での負成分収差が小さくなりすぎて、他のレンズ要素で発生する正成分の球面収差を補正しきれなくなり、好ましくない。
さらに、下記条件を満足させると、諸収差発生量を更に小さくできるので、更に好ましい。
0.23 < r7/fw ≦ 1.0 (4−1)
50 < νd1 (5)
但し、νd1は前記第1群の負レンズのアッベ数である。
上記条件(5)を満足することにより、色収差をより良好にすることが可能である。条件(5)の下限値を下回ると、第1群で発生する色収差が補正しきれずに、性能確保が困難となる。また、第1群のレンズを硝子材料とした場合、低分散の異常分散性の硝子材を選ぶのが好ましく、これにより軸上色収差のズームによる変動をより小さく抑えることが可能となる。
さらに、下記条件を満足させると、更に好ましい。
50 < νd1 < 100 (5−1)
上記条件(5−1)の上限値を上回ると、光学材料見つけることが困難になる。
50 < νd2 (6)
上記条件(6)を満足することにより、色収差をより良好にすることが可能である。下限値を下回ると、特に望遠時に大きくなる軸上色収差が補正しきれず、性能確保が困難となる。また、第2群を構成する正レンズを硝子材料とした場合、低分散の異常分散性の硝子材を選ぶのが好ましく、これにより軸上色収差のズームによる変動をより小さく抑えることが可能となる。
さらに、下記条件を満足すると、更に好ましい。
50 < νd2 < 100 (6−1)
上記条件(6−1)の上限値を上回ると、光学材料を見つけることが困難になる。
1.5 < N2P (7)
上記条件(7)を満足する即ち第2群を構成する正レンズを1.5を超える高屈折率の硝材を選ぶことで、前記レンズで発生するぺッツバール和を小さく抑えることが可能となる。なお、上限値はガラスの材質の製作限界で決定される。また、前記レンズに適切なアッベ数を持つ硝材を選ぶことで、特に望遠時に大きくなる軸上色収差を小さくすることが可能となる。
これにより、赤外カットフィルターが必要なくなり、更に小型化が可能になる。特にCCD等電子撮像素子の特性上射出瞳がある程度離れている光学系においては、像面に近いレンズに赤外カット機能を有するコーティングをすることにより安定した赤外カット効果を得やすい。また、赤外カット機能を有するコーティングをするレンズは、硝子材料であることが望ましい。即ち、硝子材料は熱による変形が少なく且つ吸湿が殆どないため、コーティングの層数を増やしやすく、赤外カット機能を有するコーティングを行うのに有利である。
第3群の少なくとも1枚のレンズを硝子レンズで構成することで、軸外収差特に像面湾曲収差をより良好に補正できる。即ち、屈折率とアッベ数を自由に選択できる。更に、樹脂レンズに比べてレンズ面の精度を高く且つ縁肉を薄く構成できるので、高屈折率の選択の効果も合わせ、必要なレンズパワーを確保しつつレンズを薄く構成でき、全系の小型化に寄与させることができる。
光学プラスチック材料は屈折率が1.5程度と限られてしまうが、第2群の正レンズにそれよりも高屈折率の硝材を選ぶことで、該レンズで発生するぺッツバール和を小さく抑えることが可能となる。また、前記2つのレンズを硝子材とすることで、変倍時の収差変動量を小さく抑え、特に軸上色収差をより良好に保つことが可能となる。また、負正の異なった屈折力のレンズを硝子レンズとすることで、温度変化による像面ズレをより小さく抑えることも可能となる。
プラスチックレンズを用いることにより、ズームレンズの低コスト化と軽量化が実現できる。
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0 (8)’
但し、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。
上記条件(8)’は、軸外光束の射出角度をあまり大きくせず且つ全長の短い光学系を提供するための条件であり、上限値を上回ると軸外光束の射出角度が大きくなりすぎて、周辺部光量不足の一因となる。また、軸外収差の悪化特にコマ収差が良好に補正できなくなる。下限値を下回ると、光学系の全長が長くなり易く小型化には不利となる。
0.8 < f2/fw < 1.6 (9)
但し、f2は前記第2群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。
上記条件(9)の上限値を上回ると、第2群の屈折力が弱くなり、適当な変倍比を確保しようとすると光学系が大型化してしまう。下限値を下回ると、小型化には有利ではあるが第2群での収差発生量が増え、軸外収差補正上好ましくない。
1.3 < f3/fw < 4.0 (10)
但し、f3は前記第3群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。
上記条件(10)の上限値を上回ると、バックフォーカスの確保や収差補正には有利となるが、ズームレンズの全長が長くなり、小型化には不利である。下限値を下回ると、軸外収差の悪化を招き、特にコマ収差が補正しきれなくなる。
第1群である負レンズを移動させてフォーカシングを行うと、距離変化に対しての収差変動が少ないので好ましい。
また、本発明によるズームレンズは、好ましくは、前記第3群を移動させてフォーカシングを行うことを特徴としている。
第3群である正レンズを移動させてフォーカシングを行うと、駆動上の優位性を保つことができる。すなわち、第3群のフォーカシング用のモーターを後方部に配置できるため、第1群を沈胴させる鏡枠構造も可能となる。
なお、本発明では、第3群を固定することで可動群を減らし、レンズ枠機構をシンプルにする構成も可能であるし、また、第3群を可動として、軸外収差、特に像面湾曲収差補正を有利にし、周辺部画質をより良くすることも可能であるが、これらは、撮像装置に求められる特性に応じて、適宜選択することが望ましい。
0.6 < (G2L)/Y' < 1.16 (11)
但し、Y'は撮像素子の有効撮像領域の対角長の半分の長さ、G2Lは前記第2群を構成するレンズの肉厚の合計である。
上記条件(11)の上限値を上回ると、第2群の全長が大きくなり、光学系の全体の大型化の一因となる。下限値を下回ると、小型化には有利となるが、径に対しレンズが薄くなり破損し易くなる等、加工組み立て上望ましくない。
参考例
図1は本発明に係るズームレンズの参考例の構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端の状態をそれぞれ示している。図2の(a)、(b)、(c)は図1のズームレンズの(a)、(b)、(c)の各状態における球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。なお、歪曲収差は電子撮像素子で受光後、画像処理等で補正されることを前提としている。
第1群G1は両面が非球面である両凹負レンズL11で構成され、第2群G2は両面が非球面である両凸正レンズL21と空気間隔を挟んで像側の面が非球面である両凹負レンズL22とで構成され、第3群G3は像側の面が非球面である両凸正レンズL31で構成されていて、広角端から望遠端への変倍の際に、第1群G1と第2群との間隔は減少し、第2群G2と第3群G3との間隔は増大するズーム方式を採用している。
なお、第1群G1は像側に凸の軌跡で移動し、第2群G2は明るさ絞りSと共に物体側へ常に移動し、第3群G3は固定である。
なお、非球面係数は、光軸方向をz、光軸方向と直交する方向をyにとり、Rを各レンズ面の曲率半径、kを円錐係数、A4、A6、A8、A10としたとき、次の式で表される。
z=(y2/R)/[1+[1−(1+k)(y/R)2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
なお、非球面係数中、例えば数値データ1の非球面(面番1)のA4 -4.4963E-03は、A4=-4.4963×10-3とも表され得るが、本数値データ中では、全て前者の形式で表示してある。
焦点距離(f) 3.2mm〜8.5mm
Fナンバー(FNO) 2.8〜4.8
画角(2ω) 76.2°〜28.8°
有効撮像領域(対角長) 4.5mm
面番 R D Nd Vd
1 * -7.898 0.67 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
2 * 6.245 D1
3(絞り) ∞ 0.75
4 * 2.581 1.40 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
5 * -3.679 1.02
6 -8.795 0.99 1.60687 27.03 (プラスチックレンズ)
7 * 3.222 D2
8 19.576 0.88 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
9 * -7.913 1.40
10 ∞ 0.50 1.51633 64.14
11 ∞ 0.50
12(撮像面)∞
*非球面
面番 R k
1 -7.898 0.
A4 A6 A8
-4.4963E-03 1.1928E-03 -6.1456E-05
面番 R k
2 6.2448 0.
A4 A6 A8
-5.9954E-03 1.8182E-03 5.4713E-06
面番 R k
4 2.5813 -1.9920
A4 A6
6.8196E-03 -4.6381E-04
面番 R k
5 -3.6790 0.
A4 A6 A8
1.1181E-02 -1.2020E-03 8.4288E-05
面番 R k
7 3.2218 3.1471
A4 A6 A8
-1.3938E-02 4.6177E-03 -1.5879E-03
面番 R k
9 -7.9130 -0.7915
A4 A6 A8
6.5630E-03 -1.1630E-03 7.0550E-05
f 3.2 5.1 8.5
FNO 2.8 3.5 4.8
ω 38.10° 24.70° 14.40°
D1 5.83 3.30 1.53
D2 0.65 2.25 5.20
図3は本発明に係るズームレンズの実施例1の構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端の状態をそれぞれ示している。図4の(a)、(b)、(c)は図3のズームレンズの(a)、(b)、(c)の各状態における球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。なお、歪曲収差は電子撮像素子で受光後、画像処理等で補正されることを前提としている。
第1群G1は両面が非球面である両凹負レンズL11で構成され、第2群G2は両面が非球面である両凸正レンズL21と空気間隔を挟んで両面が非球面である両凹負レンズL22とで構成され、第3群G3は両面が非球面である像側に凸面を向けたメニスカスレンズL31で構成されていて、広角端から望遠端への変倍の際に、第1群G1と第2群との間隔は減少し、第2群G2と第3群G3との間隔は増大するズーム方式を採用している。
なお、第1群G1は像側に凸の軌跡で移動し、第2群G2は明るさ絞りSと共に物体側へ常に移動し、第3群G3は固定である。
焦点距離(f) 3.8mm〜10.6mm
Fナンバー(FNO) 2.8〜5.4
画角(2ω) 63.6°〜24.3°
有効撮像領域(対角長) 4.5mm
面番 R D Nd Vd
1 * -7.951 0.50 1.49700 81.54
2 * 9.240 D1
3(絞り) ∞ 0.30
4 * 2.042 1.32 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
5 * -3.427 0.23
6 * -97.277 1.08 1.60687 27.03 (プラスチックレンズ)
7 * 1.561 D2
8 * -65.860 1.07 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
9 * -4.157 2.05
10 ∞ 0.50 1.51633 64.14
11 ∞ 0.50
12(撮像面) ∞
*非球面
面番 R k
1 -7.951 0.7471
A4 A6 A8 A10
-1.4226E-03 6.5133E-04 -4.6454E-05 8.7004E-07
面番 R k
2 9.240 -8.0216
A4 A6 A8 A10
-3.3136E-03 1.2213E-03 -8.1474E-05 3.7344E-07
面番 R k
4 2.0423 0.4278
A4 A6 A8 A10
-1.3528E-02 -1.1334E-03 -1.6795E-03 -1.0532E-03
面番 R k
5 -3.4268 -0.3099
A4 A6 A8 A10
1.7843E-02 6.9048E-04 -9.8864E-03 2.6979E-03
面番 R k
6 -97.2767 0.
A4 A6 A8 A10
-3.6225E-02 1.1625E-02 -1.6419E-02 5.0282E-03
面番 R k
7 1.5611 -0.6338
A4 A6 A8 A10
-4.2511E-02 2.5540E-02 -4.8808E-03 1.7965E-04
面番 R k
8 -65.8601 0.
A4 A6 A8 A10
1.1036E-02 -1.7247E-03 -1.9329E-05 1.4789E-05
面番 R k
9 -4.1566 -6.0409
A4 A6 A8 A10
6.0114E-03 -1.7213E-03 -4.3832E-07 1.2409E-05
f 3.8 5.0 10.6
FNO 2.8 3.3 5.4
ω 31.85° 24.13° 12.15°
D1 5.88 4.15 1.21
D2 0.56 1.60 6.51
図5は本発明に係るズームレンズの実施例2の構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端の状態をそれぞれ示している。図6の(a)、(b)、(c)は図5のズームレンズの(a)、(b)、(c)の各状態における球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。
第1群G1は両面が非球面である両凹負レンズL11で構成され、第2群G2は両面が非球面である両凸正レンズL21と空気間隔を挟んで両面が非球面である像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL22とで構成され、第3群G3は両面が非球面である物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL31で構成されていて、広角端から望遠端への変倍の際に、第1群G1と第2群との間隔は減少し、第2群G2と第3群G3との間隔は増大するズーム方式を採用している。
なお、第1群G1は像側に凸の軌跡で移動し、第2群G2は明るさ絞りSと共に物体側へ常に移動し、第3群G3は固定である。
焦点距離(f) 3.8mm〜10.6mm
Fナンバー(FNO) 2.8〜5.4
画角(2ω) 63.6°〜24.5°
有効撮像領域(対角長) 4.5mm
面番 R D Nd Vd
1 * -7.853 0.50 1.49700 81.54
2 * 9.085 D1
3(絞り) ∞ 0.30
4 * 2.108 1.32 1.51633 64.14
5 * -3.839 0.23
6 * 11.847 1.172 1.60687 27.03 (プラスチックレンズ)
7 * 1.428 D2
8 * -33.723 1.07 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
9 * -3.956 1.94
10 ∞ 0.50 1.51633 64.14
11 ∞ 0.50
12(撮像面) ∞
*非球面
面番 R k
1 -7.853 0.9810
A4 A6 A8 A10
-1.4737E-03 6.5315E-04 -4.8254E-05 7.4343E-07
面番 R k
2 9.085 -7.8939
A4 A6 A8 A10
-3.3009E-03 1.2166E-03 -8.4213E-05 -5.9356E-07
面番 R k
4 2.108 0.4903
A4 A6 A8 A10
-1.1535E-02 -1.0013E-04 -1.0979E-03 -7.5035E-04
面番 R k
5 -3.839 -1.0874
A4 A6 A8 A10
2.0121E-02 3.6737E-03 -9.2262E-03 2.0420E-03
面番 R k
6 11.847 0.
A4 A6 A8 A10
-2.7733E-02 1.1102E-02 -1.7554E-02 4.4269E-03
面番 R k
7 1.428 -0.6661
A4 A6 A8 A10
-4.2240E-02 1.9386E-02 -3.2246E-03 -1.5530E-03
面番 R k
8 -33.7230 0.
A4 A6 A8 A10
1.0910E-02 -2.0296E-03 -8.5832E-05 1.7517E-05
面番 R k
9 -3.9563 -5.1586
A4 A6 A8 A10
5.0166E-03 -1.9639E-03 -1.8925E-05 8.6882E-06
f 3.8 5.0 10.6
FNO 2.8 3.3 5.4
ω 31.83° 24.15° 12.27°
D1 5.80 4.10 1.20
D2 0.59 1.58 6.28
図7は本発明に係るズームレンズの実施例3の構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端の状態をそれぞれ示している。図8の(a)、(b)、(c)は図7のズームレンズの(a)、(b)、(c)の各状態における球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。
第1群G1は両面が非球面である両凹負レンズL11で構成され、第2群G2は両面が非球面である両凸正レンズL21と空気間隔を挟んで像側面が非球面である両凹負レンズL22とで構成され、第3群G3は像側面が非球面である物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL31で構成されていて、広角端から望遠端への変倍の際に、第1群G1と第2群との間隔は減少し、第2群G2と第3群G3との間隔は増大するズーム方式を採用している。
なお、第1群G1は像側に凸の軌跡で移動し、第2群G2は明るさ絞りSと共に物体側へ常に移動し、第3群G3は固定である。
焦点距離(f) 3.7mm〜10.1mm
Fナンバー(FNO) 2.8〜5.3
画角(2ω) 65.5°〜24.6°
有効撮像領域(対角長) 4.5mm
面番 R D Nd Vd
1 * -9.540 0.50 1.52542 55.80 (プラスチックレンズ)
2 * 7.264 D1
3(絞り) ∞ 0.30
4 * 2.328 1.11 1.48749 70.23
5 * -3.540 1.65
6 -7.568 0.50 1.60686 27.04 (プラスチックレンズ)
7 * 2.371 D2
8 -80.915 1.45 1.52542 55.80 (プラスチックレンズ)
9 * -2.771 0.35
10 ∞ 0.50 1.51633 64.14
11 ∞ 0.50
12(撮像面) ∞
*非球面
面番 R k
1 -9.540 0.
A4 A6 A8
-1.9086E-02 4.9653E-03 -3.5838E-04
面番 R k
2 7.264 0.
A4 A6 A8
-2.0726E-02 5.9923E-03 -3.1807E-04
面番 R k
4 2.328 -1.9712
A4 A6
7.5983E-03 -8.6524E-04
面番 R k
5 -3.540 0.
A4 A6 A8
1.1441E-02 -1.5539E-03 1.0720E-04
面番 R k
7 2.371 2.1787
A4 A6 A8
-1.7149E-02 4.6266E-03 -8.1781E-03
面番 R k
9 -2.771 -5.2351
A4 A6 A8
-2.1273E-03 -1.1166E-03 8.9849E-05
f 3.7 5.0 10.1
FNO 2.8 3.3 5.3
ω 32.78° 23.70° 12.32°
D1 5.55 3.83 1.28
D2 0.89 1.73 5.15
図9は本発明に係るズームレンズの実施例4の構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端の状態をそれぞれ示している。図10の(a)、(b)、(c)は図9のズームレンズの(a)、(b)、(c)の各状態における球面収差、非点収差、歪曲収差をそれぞれ示している。
第1群G1は両面が非球面である両凹負レンズL11で構成され、第2群G2は両面が非球面である両凸正レンズL21と空気間隔を挟んで両面が非球面である両凹負レンズL22とで構成され、第3群G3は両面が非球面である光軸近傍において両凸形状の正レンズL31で構成されていて、広角端から望遠端への変倍の際に、第1群G1と第2群との間隔は減少し、第2群G2と第3群G3との間隔は増大するズーム方式を採用している。
なお、第1群G1は像側に凸の軌跡で移動し、第2群G2は明るさ絞りSと共に物体側へ常に移動し、第3群G3は固定である。
焦点距離(f) 3.8mm〜10.5mm
Fナンバー(FNO) 2.8〜5.4
画角(2ω) 63.8°〜24.1°
有効撮像領域(対角長) 4.5mm
面番 R D Nd Vd
1 * -11.831 0.50 1.49700 81.54
2 * 6.858 D1
3(絞り) ∞ 0.30
4 * 1.911 1.32 1.52542 55.78 (プラスチックレンズ)
5 * -3.294 0.23
6 * -9.724 1.05 1.60687 27.03 (プラスチックレンズ)
7 * 1.720 D2
8 * 146.052 1.18 1.69100 54.82
9 * -5.882 2.01
10 ∞ 0.50 1.51633 64.14
11 ∞ 0.49
12(撮像面) ∞
*非球面
面番 R k
1 -11.8310 0.7505
A4 A6 A8 A10
-3.0131E-03 -8.0295E-05 1.9229E-04 -1.7195E-05
面番 R k
2 6.8577 -8.0068
A4 A6 A8 A10
-1.2875E-03 -5.4296E-04 4.2774E-04 -3.6982E-05
面番 R k
4 1.9110 0.4017
A4 A6 A8 A10
-1.0944E-02 -3.5790E-03 1.7809E-04 -9.6814E-04
面番 R k
5 -3.2935 -0.3103
A4 A6 A8 A10
1.7853E-02 7.5270E-03 -1.0390E-02 3.7988E-03
面番 R k
6 -9.7235 0.
A4 A6 A8 A10
-4.5896E-02 1.6389E-02 -1.3073E-02 4.8923E-03
面番 R k
7 1.7201 -0.6318
A4 A6 A8 A10
-4.2907E-02 3.5560E-02 -1.1336E-02 7.1005E-03
面番 R k
8 146.0517 0.
A4 A6 A8 A10
1.0643E-02 -2.9194E-03 1.0575E-04 2.7686E-05
面番 R k
9 -5.8822 -6.0465
A4 A6 A8 A10
8.7300E-03 -1.7994E-03 -2.8530E-04 5.9468E-05
f 3.8 5.0 10.5
FNO 2.8 3.3 5.4
ω 31.91° 24.50° 12.07°
D1 5.88 4.15 1.21
D2 0.55 1.61 6.49
表1
例えば、本発明のズームレンズは、物体像を形成しその像をCCD等の固体撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけ携帯電話の撮影光学系に好適に用いることができる。以下にその実施形態を例示する。
図11(a)は携帯電話400の正面図、図11(b)は側面図、図11(c)は撮影光学系405の断面図である。図11(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピーカ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル403と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段(図示せず)とを有している。ここで、モニター404は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405は、撮影光路407上に配置された本発明のズームレンズからなる対物光学系100と、シャッター機構150と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
ここで、撮像素子チップ162上には付加的にlRカットフィルター180が貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物光学系100の鏡枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物光学系100と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠101の先端(図示略)には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。なお、鏡枠101中のズームレンズの駆動機構等は図示を省いてある。
撮影素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ162で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
図12はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図13はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図14は図12の状態の側面図である。図12〜図14に示されるように、パソコン300は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系303とを有している。ここで、モニター302は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系303は、モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の周囲のどこであってもよい。
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、本発明の変倍光学系からなる対物光学系100と、シャッター機構150と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらはパソコン300に内蔵されている。
ここで、撮像素子チップ162上には付加的にlRカットフィルター180が貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物光学系100の鏡枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物光学系100と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠101の先端(図示略)には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。なお、鏡枠101中のズームレンズの駆動機構等は図示を省いてある。
撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、パソコン300の処理手段に入力され、電子画像としてモニター302に表示される、図12には、その一例として、操作者の撮影された画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
さらに、ファインダー用光路44上には、ファインダー用対物光学系53が配置さしてある。このファインダー用対物光学系53によって形成された結像面67上に形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上に形成される。なお、視野枠57は、ポロプリズム55の第1反射面56と第2反射面58との間を分離し、その間に配置されている。このポリプリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。なお、撮影光学系41及びファインダー用対物光学系53の入射面、接眼光学系59の射出面にそれぞれカバー部材54が配置されている。
このように構成されたカメラ40は、撮影用対物光学系48が高変倍比であり、収差が良好なズームレンズであるので、高性能化が実現できると共に、撮影用対物光学系48を少ない光学部材で構成できるため、小型化、低コスト化が実現できる。
なお、図17の構成において、カバー部材54として、平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズとしても良い。
このように構成されたカメラ40は、撮影光学系41が高変倍比であり、収差が良好なズームレンズであるので、高性能化が実現できると共に、撮影光学系41を少ない光学部材で構成できるため、小型化、低コスト化が実現できる。
なお、本例では、撮影用対物光学系48のカバー部材65として、平行平面板を配置しているが、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
ここで、カバー部材を設けずに、本発明のズームレンズ中の最も物体側に配置された面をカバー部材と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面は第1レンズ群G1の入射面となる。
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
CG カバーガラス
I 撮像素子の撮像面
S 明るさ絞り
L11、L21、L22、L31、 レンズ
E 観察者眼球
40 カメラ
41 撮像光学系
42 撮影用光路
43 ファインダー光学系
44 ファインダー光路
45 シャッター釦
46 フラッシュ
47 液晶表示モニター
49 CCD
50 撮像面
51 フィルター
52 処理手段
53 ファインダー用対物光学系
54、65 カバー部材
55 ポロプリズム
56 第1反斜面
57 視野枠
58 第2反射面
59 接眼光学系
60 LCD
61 記録手段
62 入射面
63、64 反射面
66 カバー部材
67 結像面
100 対物光学系
101 鏡枠
102 カバーガラス
150 シャッター
160 撮像ユニット
162 撮像素子チップ
166 端子
180 IRカットフィルター
300 パソコン
301 キーボード
302 モニター
303、405 撮影光学系
304、407 撮影光路
305 画像
400 携帯電話
401 マイク部
402 スピーカ部
403 入力ダイアル
404 モニター
406 アンテナ
Claims (18)
- 物体側から順に、負の屈折力の第1群と、正の屈折力の第2群と、正の屈折力の第3群を有し、各群間を変えることにより変倍を行う3群ズームレンズであって、
前記負の屈折力の第1群は負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第2群は物体側から順に正レンズ1枚と負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第3群は正レンズ1枚で構成されて、
下記条件を満足することを特徴とする3群ズームレンズ。
1.2mm ≦ D12t ≦ 3.0mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、D12tは望遠端における前記第1群と前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。 - 物体側から順に、負の屈折力の第1群と、開口絞りと、正の屈折力の第2群と、正の屈折力の第3群を有し、各群間を変えることで変倍を行う3群ズームレンズであって、
前記負の屈折力の第1群は負レンズ1枚で構成され、前記正の第2群は物体側から順に正レンズ1枚と負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第3群は正レンズ1枚で構成されて、
下記条件を満足することを特徴とする3群ズームレンズ。
0.3mm ≦ Ds2t ≦ 1.2mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、Ds2tは望遠端における前記開口絞りと前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。 - 前記開口絞り近傍にシャッター機構が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の3群ズームレンズ。
- 前記シャッター機構はメカニカルシャッターであることを特徴とする請求項3に記載の3群ズームレンズ。
- 物体側から順に、負の屈折力の第1群と、開口絞りと、正の屈折力の第2群と、正の屈折力の第3群を有し、各群間を変えることで変倍を行う3群ズームレンズであって、
前記負の屈折力の第1群は負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第2群は物体側から順に正レンズ1枚と負レンズ1枚で構成され、前記正の屈折力の第3群は正レンズ1枚で構成されて、
下記条件を満足することを特徴とする3群ズームレンズ。
1.2mm ≦ D12t ≦ 3.0mm
0.3mm ≦ Ds2t ≦ 1.2mm
-3.8 < (r5+r6)/(r5-r6) ≦ -0.51
0.92 ≦ (r8+r9)/(r8-r9) < 3.0
但し、D12tは望遠端における前記第1群と前記第2群との間隔、Ds2tは望遠端における前記開口絞りと前記第2群との間隔、r5は前記第2群の正レンズの像側の面の曲率半径、r6は前記第2群の負レンズの物体側の面の曲率半径、r8及びr9はそれぞれ前記第3群の正レンズの物体側の面と像側の面の曲率半径である。 - 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の3群ズームレンズ。
0.1 < r7/fw ≦ 1.1
但し、r7は前記第2群を構成する負レンズの最も像側の面の曲率半径、fwは広角端における全系の焦点距離である。 - 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の3群ズームレンズ。
50 < νd1
但し、νd1は前記第1群の負レンズのアッベ数である。 - 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の3群ズームレンズ。
50 < νd2
但し、νd2は前記第2群を構成する正レンズのアッベ数である。 - 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の3群ズームレンズ。
1.5 < N2P
但し、N2Pは前記第2群を構成する正レンズの屈折率である。 - 前記第3群を構成する正レンズに赤外カット機能を有するコーティングがされていることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 前記第3群は1枚の硝子レンズから構成されることを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 前記第1群と前記第2群がそれぞれ少なくとも1枚の硝子レンズを含むことを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 少なくとも1枚のプラスチックレンズを使用していることを特徴とする請求項1乃至12の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の3群ズームレンズ。
0.8 < f2/fw < 1.6
但し、f2は前記第2群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。 - 下記条件を満足することを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載の3群ズームレンズ。
1.3 < f3/fw < 4.0
但し、f3は前記第3群の焦点距離、fwは広角端における全系の焦点距離である。 - 前記第1群を移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 前記第3群を移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1乃至15の何れかに記載の3群ズームレンズ。
- 請求項1乃至17の何れかに記載の3群ズームレンズと、その像側に配置された撮像素子とを備え、
下記条件を満足することを特徴とする撮像装置。
0.6 < (G2L)/Y' < 1.16
但し、Y'は撮像素子の有効撮像領域の対角長の半分の長さ、G2Lは前記第2群を構成するレンズの肉厚の合計である。
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