JP2008122882A

JP2008122882A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2008122882A
Application number: JP2006309787A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sato; 佐藤　　誠
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: JP5087908B2

Abstract

【課題】非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、沈胴収納時もコンパクトなズームレンズを提供する。
【解決手段】拡大側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズ、及びメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、正レンズである第３レンズ、１面以上の非球面を持つパワーの小さな第４レンズ、正レンズである第５レンズ、前記第５レンズと接合状態で使用される負レンズの第６レンズを配して構成され、前期第３レンズ群は正レンズである第７レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、第２レンズ群及び前記第３レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とするズームレンズ。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にデジタルスチルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられる高性能なズームレンズに関する。

デジタルスチルカメラの撮像装置に用いられるズームレンズというものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００３−０５７５４２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているズームレンズを超薄型デジタルスチルカメラの撮像装置に用いようとした場合、収納時の全長が長すぎるという問題点があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、沈胴収納時もコンパクトなズームレンズを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため請求項１記載の発明に係るズームレンズにあっては、拡大側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、メニスカス形状で負の屈折力を有する負レンズである第１レンズ、及び拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有する正レンズである第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側が凸面の正レンズである第３レンズ、パワーの小さな第４レンズ、正レンズである第５レンズ、前記第５レンズと接合状態で使用される負レンズの第６レンズを配して構成され、前期第３レンズ群は正レンズである第７レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、第２レンズ群及び前記第３レンズ群の位置を移動することにより変倍を成していることを特徴とするズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）、（２）及び（３）を満足していることを特徴とする。
（１） −０．６＜ｆ_W／ｆ_I＜−０．３
（２）０．５＜ｆ_W／ｆ_II＜０．７
（３）（Ｌ_I＋Ｌ_II）／ｆ_W＜１．９
ただし、
ｆ_W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
Ｌ_I ：第１レンズ群の全長
Ｌ_II ：第２レンズ群の全長
条件式（１）、（２）は、適切な群パワーで小型化と性能の両立できる各群のパワー配分を規定するものである。条件式（１）は、上限を越えると大型化してしまう。下限を越えるとパワー過大となり性能が低下する。条件式（２）は、上限を越えるとパワー過大となり性能が低下する。下限を越えると大型化してしまう。
条件式（３）は、収納時における組レンズ全長に関するものである。上限を越えると収納時の十分な小型化が困難となる。

また、請求項２記載の発明に係るズームレンズにあっては、前記請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記条件式（４）を満足し、第１レンズの縮小側の面の形状に関して下記条件式（５）を満足し、前記第１レンズ及び第２レンズの材質に関し条件式（６）及び（７）を満足し、前記第１レンズの縮小側の面の形状が非球面であることが好ましい。
（４） −０．９＜ｆ_W／ｆ₁＜−０．５
（５）０．８＜ｆ_W／Ｒ₃＜１．２
（６）２０＜ν₁−ν₂
（７）１．６５＜ｎ₁
ただし、
ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離
Ｒ₃ ：第１レンズの縮小側の面の曲率半径
ν₁ ：第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第２レンズのアッベ数
ｎ₁ ：第１レンズのｄ線における屈折率
条件式（４）は、負の屈折力を有する第１レンズ群へのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。下限を越えると、第２群との空気間隔を大きくとらねばならず、光学系全体の大きさが大型化する事となりコンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適さない。逆に上限を越えると、第１レンズ群の負のパワーが大きいことになり、これに伴い第２レンズ群の正のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。
条件式（５）は、曲率の大きい凹面である前記第１レンズの縮小側面の形状に関する条件式である。条件式（５）の範囲で曲率を与える事によって、入射瞳に対して同心的形状とすることにより諸収差の発生を基本的に小さくしている。上限を越えると、前記第１レンズの縮小側面の曲率半径が小さくなり加工が困難となると共に、負のパワーが過大になりすぎ、ペッツバール和が過小となってしまう。逆に下限を越えると、加工上は有利となるが、同心性が悪化し、歪曲収差や球面収差、コマ収差の補正が困難となる。
条件式（６）は、色収差補正に関するものである。下限を越えると第１レンズによる色収差が補正しきれず、第１群内での補正が困難になる。
条件式（７）は、像面湾曲補正、コマ収差補正に関するものである。下限を越えるとペッツバール和が大きくなってしまい、像面湾曲、コマ収差が補正しきれなくなってしまう。

また、請求項３記載の発明に係るズームレンズにあっては、前記請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、前記第３レンズのパワーに関して下記条件式（９）を満足し、前記第３レンズの材質に関して下記条件式（１１）及び（１２）を満足し、更に、前記第３レンズ及び前記第５レンズの材質に関して下記条件式（１０）を満足し、前記第３レンズ及び前記第５レンズの形状に関して下記条件式（１３）を満足し、前記第２レンズ群を構成するレンズ面の２面以上の形状が非球面であることが好ましい。
（８）｜ｆ_W｜／ｆ₄＜０．２
（９）０．６＜ｆ_W／ｆ₃＜１．０
（１０）（ν₃＋ν₅）／２−ν₆＜１０
（１１）ｎ₃＜１．６
（１２）６０＜ν₃
（１３）０．７＜Ｒ₆／Ｒ₁₂＜１．０
ただし、
ｆ₃ ：第３レンズの焦点距離
ｆ₄ ：第４レンズの焦点距離
ν₃ ：第３レンズのアッベ数
ν₅ ：第５レンズのアッベ数
ν₆ ：第６レンズのアッベ数
ｎ₃ ：第３レンズのｄ線における屈折率
Ｒ₆ ：第６レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ₁₂ ：第１２レンズの縮小側の面の曲率半径
条件式（８）は、第４レンズのパワーに関するものである。特に第４レンズを樹脂で構成する場合、範囲を越えると非球面製造誤差や温度変化に因る性能に与える影響が大きくなる。
条件式（９）は、強い正の屈折力を有する第３レンズへのパワーの適切な配分に関するものである。光学系全体の大きさと諸収差を適正に補正するための条件のバランスとなる。この条件からはずれると第３レンズの正のパワーが大きいことになり、これに伴い第１レンズ群の負のパワーを強めなければならず諸収差のバランスを取るのが困難となり性能が低下する。
条件式（１０）は、第２レンズ群全体の色補正条件で、下限を越えると図無地の色収差の変動が大きくなる。
条件式（１１）は、像面湾曲補正に関するものである。上限を越えるとペッツバール和が不適切になってしまい、像面湾曲が補正しきれなくなってしまう。
条件式（１２）は、色収差補正を良好に維持するための条件式である。この条件を越えると色収差の補正が困難になる。
条件式（１３）は、球面収差、コマ収差補正の用件である。第２群には太い軸上及び軸外光束が入るため、入射光束に対し、コンセトリックな面が必要となる。この条件からはずれると球面収差、コマ収差を良好に補正できない。

また、請求項４記載の発明に係るズームレンズにあっては、前記請求項１から４のいずれかに記載のズームレンズにおいて、前記第４レンズが樹脂から形成されていることが好ましい。

本発明によれば、非球面レンズを効果的に配することにより、高解像でかつ歪曲収差が小さく、沈胴収納時もコンパクトなズームレンズを提供することが出来る。

以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例４では、第１レンズ群ＬＧ１、第２レンズ群ＬＧ２及び第３レンズ群ＬＧ３から構成され、前記第１レンズ群ＬＧ１は、縮小側が凹面の負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）である第１レンズＬ１、及び拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）である第２レンズＬ２を配して構成され、前記第２レンズ群ＬＧ２は正の屈折力を有し、拡大側を凸面とした正レンズである第３レンズＬ３、パワーの小さな第４レンズＬ４、及び縮小側を凸面とした正レンズである第５レンズＬ５、前記第５レンズと接合状態で使用される負レンズの第６レンズＬ６を配して構成され、前期第３レンズ群ＬＧ２は正レンズである第７レンズＬ７を配して構成される。

また、前記第３レンズ群ＬＧ３と縮小側物像面ＩＰとの間には空気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが単数または複数配されている。前記平行平面ガラスＬＰは詳細にはＣＣＤのカバーガラス、水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターなど複数或いは単品で構成されているのであるが、光学的には何ら問題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。

各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／〔１＋√｛１−（Ｙ／ｒ）²｝〕
＋Ａ₄・Ｙ⁴＋Ａ₆・Ｙ⁶＋Ａ₈・Ｙ⁸＋Ａ₁₀・Ｙ¹⁰
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、高次の非球面係数：Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀を与えて形状を定義する。なお表中の高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０^-4を意味し、この数値が直前の数値に掛かるのである。

［実施例１］本発明のズームレンズの第１の実施例について数値例を表１に示す。また図１、図２、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、Ｆ_NoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角を表す。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎ_dはｄ線の屈折率、ν_dはｄ線のアッベ数を示す。諸収差図中のＣ、ｄ、ｅ、Ｆ、ｇはそれぞれの波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。

［実施例２］第２の実施例について数値例を表２に示す。また、図５、図６、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。

なお、第４レンズは条件式（８）によってパワーが小さいため、実施例２のように材料として樹脂を使用しても温度変化などに因る色収差増大などの弊害が少ない。

［実施例３］第３の実施例について数値例を表３に示す。また、図９、図１０、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。

［実施例４］第４の実施例について数値例を表４に示す。また、図１３、図１４、図１５はそのレンズ構成図、図１６はその諸収差図である。

次に実施例１から実施例４に関して条件式（１）から条件式（１１）に対応する値を、まとめて表５に示す。

表５から明らかなように、実施例１から実施例４の各実施例に関する数値は条件式（１）から（１３）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。

本発明によるズームレンズの実施例１の広角端レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例１の中間域レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例１の望遠端レンズ構成図実施例１のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの実施例２の広角端レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例２の中間域レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例２の望遠端レンズ構成図実施例２のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの実施例３の広角端レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例３の中間域レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例３の望遠端レンズ構成図実施例３のレンズの諸収差図本発明によるズームレンズの実施例４の広角端レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例４の中間域レンズ構成図本発明によるズームレンズの実施例４の望遠端レンズ構成図実施例４のレンズの諸収差図

Claims

拡大側より順に、第１レンズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群から構成され、前記第１レンズ群は負の屈折力を有し、縮小側を凹面とした負の屈折力を有する負レンズである第１レンズ、拡大側が凸面のメニスカス形状で正の屈折力を有する正レンズである第２レンズを配して構成され、前記第２レンズ群は正の屈折力を有し、拡大側を凸面とした正レンズである第３レンズ、１面以上の非球面を持つパワーの小さな第４レンズ、及び縮小側を凸面とした正レンズである第５レンズ、前記第５レンズと接合状態で使用される負レンズの第６レンズを配して構成され、前記第３レンズ群は正レンズである第７レンズを配して構成され、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の位置を移動することにより変倍を成しているズームレンズにおいて、レンズ全系の光軸方向の寸法に関して下記条件式（１）、（２）及び（３）を満足していることを特徴とするズームレンズ。
（１） −０．６＜ｆ_W／ｆ_I＜−０．３
（２）０．５＜ｆ_W／ｆ_II＜０．７
（３）（Ｌ_I＋Ｌ_II）／ｆ_W＜１．９
ただし、
ｆ_W ：広角端におけるレンズ全系の合成焦点距離
ｆ_I ：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆ_II ：第２レンズ群の合成焦点距離
Ｌ_I ：第１レンズ群の全長
Ｌ_II ：第２レンズ群の全長
前記第１レンズ群を構成する前記第１レンズのパワーに関して下記条件式（４）を満足し、第１レンズの縮小側の面の形状に関して下記条件式（５）を満足し、前記第１レンズ及び第２レンズの材質に関し条件式（６）及び（７）を満足し、前記第１レンズの縮小側の面の形状が非球面であることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
（４） −０．９＜ｆ_W／ｆ₁＜−０．５
（５）０．８＜ｆ_W／Ｒ₃＜１．２
（６）２０＜ν₁−ν₂
（７）１．６５＜ｎ₁
ただし、
ｆ₁ ：第１レンズの焦点距離
Ｒ₃ ：第１レンズの縮小側の面の曲率半径
ν₁ ：第１レンズのアッベ数
ν₂ ：第２レンズのアッベ数
ｎ₁ ：第１レンズのｄ線における屈折率
前記第２レンズ群を構成する前記第４レンズのパワーに関して下記条件式（８）を満足し、前記第３レンズのパワーに関して下記条件式（９）を満足し、前記第３レンズの材質に関して下記条件式（１１）及び（１２）を満足し、更に、前記第３レンズ及び前記第５レンズの材質に関して下記条件式（１０）を満足し、前記第３レンズ及び前記第５レンズの形状に関して下記条件式（１３）を満足し、前記第２レンズ群を構成するレンズ面の２面以上の形状が非球面であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
（８）｜ｆ_W｜／ｆ₄＜０．２
（９）０．６＜ｆ_W／ｆ₃＜１．０
（１０）（ν₃＋ν₅）／２−ν₆＜１０
（１１）ｎ₃＜１．６
（１２）６０＜ν₃
（１３）０．７＜Ｒ₆／Ｒ₁₂＜１．０
ただし、
ｆ₃ ：第３レンズの焦点距離
ｆ₄ ：第４レンズの焦点距離
ν₃ ：第３レンズのアッベ数
ν₅ ：第５レンズのアッベ数
ν₆ ：第６レンズのアッベ数
ｎ₃ ：第３レンズのｄ線における屈折率
Ｒ₆ ：第６レンズの拡大側の面の曲率半径
Ｒ₁₂ ：第１２レンズの縮小側の面の曲率半径
前記第４レンズが樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のズームレンズ。