JP4244288B2

JP4244288B2 - ３群ズームレンズ

Info

Publication number: JP4244288B2
Application number: JP2002251211A
Authority: JP
Inventors: 哲也小里
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: US20040051963A1; JP2004093647A; US6785057B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３群ズームレンズ、特にデジタルカメラやビデオカメラに搭載される、固体撮像素子を有する３群ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種カメラのズームレンズとして３群ズームレンズが知られている。この３群ズームレンズはコンパクト化を図り、かつ収差補正を良好にするという観点から広く用いられている。
そして、近年急速に普及しつつあるデジタルカメラやビデオカメラにおいては、一般のカメラに用いられるものと同様にレンズの小型化、高画質化、低ディストーション化等が望まれる一方で、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたことによる特有の条件を満足させる必要がある。
【０００３】
ところで、デジタルカメラやビデオカメラにおいては、オートフォーカスが主流となっており、フォーカシングの高速化が望まれている。そのため、ズームレンズのフォーカシング方式としては、レンズ重量を軽くでき、なおかつカメラ本体側にレンズが近く駆動操作が容易な、インナーフォーカス式やリアーフォーカス式が頻繁に使用されており、レンズ群数としては２群構成とするよりも３群構成とすることが望ましい。
【０００４】
３群ズームレンズとしては、例えば特開2000-284177号公報、特開2001-272602号公報、あるいは特開2001-296476号公報に開示されているように、リアーフォーカス方式を採用し、フォーカシングの高速化および小型化を図り、高解像力を発揮し、諸収差を良好とし得るようにしたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開2000-284177号公報記載の技術においては、ズーミング期間中に亘り、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔がほぼ一定となるように設定されており、また、フォーカシングは第３レンズ群を光軸方向に移動させて行うため、物体距離無限遠時における上記第２、第３の両レンズ群の間隔としてフォーカシング時の移動量分を確保しておく必要があり、鏡筒枠の構成を考慮すると沈胴時のレンズ系全長をさらに短くすることは難しい。
【０００６】
また、上述した各公報記載の技術は、ズーミング時には、第２レンズ群と第３レンズ群を連動させるためのカム機構が必要となり、したがって沈胴時のレンズ系全長を短くすることに制約がある。
したがって、上記公報記載の技術を採用した場合には、撮影レンズの沈胴時の光学系全長を大幅に短くすることが難しく、不使用時におけるカメラのコンパクト化を促進する上で障害となっていた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、３倍程度の変倍比を有し、沈胴時における光学系の全長を大幅に短くすることができ、諸収差を良好なものとし得る３群ズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の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レンズ群が配列され、
前記第１レンズ群は、物体側から順に負レンズと正レンズを配列してなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に両凸レンズと両凹レンズを配列してなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとが、この順に配列されてなるとともに、この第２レンズ群中には光量調節用の絞りが配設され、
前記第２レンズ群中のメニスカスレンズは、負の屈折力を有するレンズとされ、
前記第３レンズ群は、ズーミング時には、所定の基準位置に固定とされた１枚の正レンズからなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は共に少なくとも１つの非球面を有し、
広角端から望遠端に向かってズーミングする際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が相対的に遠ざかるように移動させ、
無限遠から至近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群を物体側に移動させ、
さらに下記の条件式（１）と（２）を満足することを特徴とするものである。
【０００９】
−０．２＜ｆ _Ｗ／ｆ _５＜０（１）
ν_３−ν_４＞１４（２）
ただし、
ｆ_Ｗは広角端における全系の焦点距離
ｆ_５は第２レンズ群中のメニスカスレンズの焦点距離
ν_３は第２レンズ群中の両凸レンズのアッベ数
ν_４は第２レンズ群中の両凹レンズのアッベ数
また、前記第３レンズ群は、沈胴時に前記基準位置に設定された状態とされることが好ましい。
【００１１】
また、前記第２レンズ群中の接合レンズを構成する両凹レンズのコバ後端面と前記第２レンズ群中のメニスカスレンズのコバ前端面が共に平面とされ、これら２つの平面が互いに当接するように、またはこれら２つの平面がこれらの平面に平行な表面を有する平行平面板を挟持するように配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記第２レンズ群中のメニスカスレンズは非球面レンズであることが好ましい。
この場合において、前記第２レンズ群中のメニスカスレンズは合成樹脂により構成されることが好ましい。
【００１３】
【作用】
本発明の３群ズームレンズによれば、第３レンズ群はズーミング時において所定の基準位置に固定され、フォーカシング時にのみ移動するように構成されており、この第３レンズ群のみを直接モータ駆動することが容易であるから、沈胴時における光学系全長をその限界まで短縮することが容易に可能である。
【００１４】
また、第２レンズ群中に接合レンズを用いており、接合レンズを構成する２つのレンズの空気間隔を０とし得るので、第２レンズ群のレンズ厚みを薄くでき、沈胴時のレンズ全長を短くすることができる。
さらに、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は共に少なくとも１つの非球面を有しているので、６枚レンズ構成でありながら諸収差を良好に補正できる。
【００１５】
また、上記条件式（１）は第２レンズ群中のメニスカスレンズの屈折力を規定する式で、この条件を満足することにより、環境温度および環境湿度が変化したときのピント移動を小さくできるため、このメニスカスレンズを合成樹脂によって構成することが可能となり、低コスト化を促進することができる。さらにメニスカスレンズを合成樹脂製とすることで、非球面を形成することが容易となり諸収差を良好に補正することが容易となる。
【００１６】
また、上記条件式（２）は第２レンズ群中の接合レンズを構成する２枚のレンズのアッベ数の差を規定する式で、この条件を満足することにより、広角端時における倍率色収差を良好に補正することができるとともに、望遠端時における軸上色収差を良好に補正することができる。
【００１７】
さらに、第２レンズ群中の単レンズであるメニスカスレンズの屈折力を負とすることで、広角端時に発生する負のディストーションを抑制することができ、かつ第１レンズ群中の非球面でのディストーションの補正の分担割合を小さくすることができる。また、広角端における像面湾曲補正を向上させることができる。このように構成することで、像質の向上を図ることができる。
【００１８】
また、第２レンズ群中のメニスカスレンズの屈折力を負とすれば、第２レンズ群中のメニスカスレンズと第３レンズ群を構成する正レンズの合成屈折力を小さくすることができ、第３レンズ群中の１枚の正レンズを合成樹脂で構成しても、温度・湿度変化時のピント移動を小さくすることができ、さらなるコストの低減を図ることができる。
【００１９】
また、第２レンズ群中の接合レンズを構成する両凹レンズのコバ後端面と第２レンズ群中のメニスカスレンズのコバ前端面が互いにその平面で当接するか、あるいは、これら２つの平面がこれらの平面に平行な表面を有する平行平面板を挟持するか、のいずれかの構成を採用することにより、第２レンズ群を構成する各レンズの光軸合わせ（偏芯軸調整）を行う際の労力軽減および組立精度の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る３群ズームレンズについて図面を参照しつつ説明する。なお、ここでは、実施例１の構成を代表例として実施形態の構成を説明する。
図１は、１つの実施形態としての、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あり、図２はこの広角端（WIDE端)における無限遠時（ａ）および至近時（ｂ）の各レンズ配置を示すものであり、図３はこの望遠端(TELE端)における無限遠時（ａ）および至近時（ｂ）の各レンズ配置を示すものである。
【００２１】
本実施形態の３群ズームレンズは図１に示すように、物体側より順に、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３とからなり、広角端から望遠端に向かってズーミングする際には前記第１レンズ群Ｇ_１と前記第２レンズ群Ｇ_２が相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群Ｇ_２と前記第３レンズ群Ｇ_３が相対的に遠ざかるように移動させ、その一方、ズーミング時に第３レンズ群Ｇ_３は固定とし、無限遠から至近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群Ｇ_３を物体側に移動させるように構成し、これら３つのレンズ群Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３をこのように光軸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１上に効率良く集束させるようにしたズームレンズである。
【００２２】
さらに、上記第１レンズ群Ｇ_１は物体側から順に、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第１レンズＬ_１および物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第２レンズＬ_２を配列してなる。
【００２３】
また、第２レンズ群Ｇ_２は物体側から順に、絞り２、両凸レンズからなる第３レンズＬ_３と物体側に強い曲率の面を向けた両凹レンズからなる第４レンズＬ_４、とを接合してなる接合レンズ、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズからなる第５レンズＬ_５を配列してなる。
【００２４】
また、第３レンズ群Ｇ_３は像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＬ_６により構成されている。
【００２５】
また、第６レンズＬ_６と結像面（ＣＣＤ撮像面）３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。
【００２６】
また、上記第３レンズ群Ｇ_３は、沈胴時には基準位置に設定された状態とされ、フォーカシング時には図示されないモータ（アクチュエータ）により独立に駆動される。このように、第３レンズ群Ｇ_３が、他のレンズ群Ｇ_１、Ｇ_２とは独立に移動する構成とされているので、沈胴位置に移動する際の第３レンズ群Ｇ_３の操作が迅速かつ容易となり、また、図４に示すように、沈胴時における光学系全長を短縮することが可能である。
【００２７】
さらに第２レンズ群Ｇ_２中の単レンズである第５レンズＬ_５の屈折力が負とされているので、広角端で発生する負のディストーションを抑えることができ、第１レンズ群Ｇ_１中の第１レンズＬ_１の非球面でのディストーション補正の分担割合を減少させることができるとともに、同時に広角端の像面湾曲の補正を向上させることができ、像質の向上を図ることができる。
【００２８】
また、第３レンズ群Ｇ_３の１枚の正レンズからなる第６レンズＬ_６をプラスチックで構成した際に、第２レンズ群Ｇ_２中の単レンズからなる第５レンズＬ_５の屈折力を負にすることでこれら第５レンズＬ_５と第６レンズＬ_６の合成屈折力を小さくすることができ、温度・湿度変化時のピント移動を少なくできるため、更なる低コスト化に寄与することができる。
【００２９】
また、図１〜４に示すように、第２レンズ群Ｇ_２中の接合レンズを構成する第４レンズＬ_４のコバ後端面と第２レンズ群Ｇ_２中の第５レンズＬ_５のコバ前端面が互いに平面で当接していることから、第２レンズ群Ｇ_２を構成する各レンズの光軸合わせを行う際の労力軽減およびレンズ偏芯調整等の組立精度の向上を図ることができる。
【００３０】
また、下記の条件式（１）と（２）を満足するように構成されている。
−０．２＜ｆ _Ｗ／ｆ _５＜０（１）
ν_３−ν_４＞１４（２）
ただし、
ｆ_Ｗは広角端における全系の焦点距離
ｆ_５は第２レンズ群中の単レンズの焦点距離
ν_３は第２レンズ群中の両凸レンズのアッベ数
ν_４は第２レンズ群中の両凹レンズのアッベ数
【００３１】
＜実施例１＞
以下、実施例１にかかるズームレンズの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の値を表１に示す。
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３において同じ）。
【００３２】
また、表１に広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。
【００３３】
また、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=5.2ｍｍ)、中間位置（ｆ=8.63ｍｍ)および望遠端(f=14.4ｍｍ)のD_AおよびD_Bの可変範囲を表１に示す。
【００３４】
さらに、本実施例においては、前述した条件式（１）、（２）は全て満足されており各々の値は表１の下段に示されている。
【００３５】
【表１】

【００３６】
なお、本実施例および後述する表３において「至近距離」とは、広角端では第１レンズＬ_１の物体側の面の面頂点（以下第１面という）から１０ｃｍ、望遠端では第１面の面頂点から８０ｃｍの位置をいう。
【００３７】
また、本実施例においては、第１レンズＬ_１および第５レンズＬ_５の各両面に下記数１の非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００３８】
【数１】

【００３９】
また、下記表２には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_A、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表１における１、２、９、１０の各面のＲ値を代入する。
【００４０】
【表２】

【００４１】
図５は上記実施例１の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）を示す収差図である。なお、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６についても同じ）。この図５から明らかなように、実施例１の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。
【００４２】
＜参考例１＞
次に、参考例１の３群ズームレンズについて説明する。
この参考例１のレンズは、上記実施例１のレンズとほぼ同様のレンズ構成とされているが、第５レンズＬ_５は像側に凹面を向けた正のメニスカスレンズとされ、第６レンズＬ_６は物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズとされている点で異なっている。
この参考例１における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を下記表３に示す。
【００４３】
また、表３に広角端および望遠端各位置での、焦点距離ｆ、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。
【００４４】
また、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=5.84ｍｍ)、中間位置（ｆ=9.69ｍｍ)および望遠端(f=16.05ｍｍ)のD_AおよびD_Bの可変範囲を表３に示す。
【００４５】
この参考例１においては、前述した条件式（２）は満足しているが、条件式（１）は満足していない。なお、各々の値は表３の下段に示されている。
【００４６】
【表３】

【００４７】
また、参考例１においても、第１レンズＬ_１および第５レンズＬ_５の各両面に上記数１の非球面式で表される形状の非球面が設けられている。
【００４８】
また、下記表４には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_A、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。なお、上記非球面式におけるＲには、表３における１、２、９、１０の各面のＲ値を代入する。
【００４９】
【表４】

【００５０】
図６は上記参考例１の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）を示す収差図である。
【００５１】
なお、本発明の３群ズームレンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数や形状は適宜選択し得る。
【００５２】
また、例えば、上記実施形態では、第２レンズ群Ｇ_２中の両凹レンズＬ_４のコバ後端面と、第２レンズ群Ｇ_２中のメニスカスレンズＬ_５のコバ前端面が互いに当接するように構成されているが、これら２つの端面に平行な、所定厚みの平行平面板を上記２つの端面で挟持するようにしても上記と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の３群ズームレンズによれば、第３レンズ群はズーミング時において基準位置に固定され、フォーカシング時にのみ移動するように構成されており、この第３レンズ群のみを直接モータ駆動することが可能であるから、沈胴時における光学系全長をその限界まで短縮することができる。また、第２レンズ群中に接合レンズを用いており、第２レンズ群のレンズ厚みを薄くでき、沈胴時のレンズ全長をさらに短くすることができる。
【００５４】
さらに、本発明の３群ズームレンズによれば、前述した条件式（１）を満足するように構成されているので、環境温度および環境湿度が変化したときのピント移動を小さくできるため、この単レンズを合成樹脂によって構成することが可能となり、低コスト化を促進することができる。さらに単レンズを合成樹脂製とすることで、非球面を形成することが容易となり諸収差を良好に補正することが容易となる。
【００５５】
また、前述した条件式（２）を満足するように構成されているので、広角端時における倍率色収差を良好に補正することができるとともに、望遠端時における軸上色収差を良好に補正することができる。
【００５６】
また、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成し、さらに第１レンズ群と第２レンズ群にそれぞれ少なくとも１つの非球面を使用することで、６枚レンズ構成でありながら諸収差を良好に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る３群ズームレンズの基本構成を示す概略図
【図２】実施例１に係る３群ズームレンズの広角端における無限遠時（ａ）および至近時（ｂ）のレンズ配置図
【図３】実施例１に係る３群ズームレンズの望遠端における無限遠時（ａ）および至近時（ｂ）のレンズ配置図
【図４】実施例１に係る３群ズームレンズの沈胴時におけるレンズ配置図
【図５】実施例１の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
【図６】参考例１の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】
Ｌ_１〜Ｌ_６レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_１３レンズ面の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_１３レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ光軸
１フィルタ部
２絞り
３結像面

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第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群が配列され、
前記第１レンズ群は、物体側から順に負レンズと正レンズを配列してなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に両凸レンズと両凹レンズを配列してなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとが、この順に配列されてなるとともに、この第２レンズ群中には光量調節用の絞りが配設され、
前記第２レンズ群中のメニスカスレンズは、負の屈折力を有するレンズとされ、
前記第３レンズ群は、ズーミング時には、所定の基準位置に固定とされた１枚の正レンズからなり、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は共に少なくとも１つの非球面を有し、
広角端から望遠端に向かってズーミングする際には、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が相対的に近づくよう移動させるとともに、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が相対的に遠ざかるように移動させ、
無限遠から至近距離へフォーカシングする際には、前記第３レンズ群を物体側に移動させ、
さらに下記の条件式（１）と（２）を満足することを特徴とする３群ズームレンズ。
−０．２＜ｆ _Ｗ／ｆ _５＜０（１）
ν_３−ν_４＞１４（２）
ただし、
ｆ_Ｗは広角端における全系の焦点距離
ｆ_５は第２レンズ群中のメニスカスレンズの焦点距離
ν_３は第２レンズ群中の両凸レンズのアッベ数
ν_４は第２レンズ群中の両凹レンズのアッベ数
前記第３レンズ群は、沈胴時に前記基準位置に設定された状態とされることを特徴とする請求項１記載の３群ズームレンズ。
前記第２レンズ群中の接合レンズを構成する両凹レンズのコバ後端面と前記第２レンズ群中のメニスカスレンズのコバ前端面が共に平面とされ、これら２つの平面が互いに当接するように、またはこれら２つの平面がこれらの平面に平行な表面を有する平行平面板を挟持するように配置されてい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２レンズ群中のメニスカスレンズが非球面レンズであ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。
前記第２レンズ群中のメニスカスレンズが合成樹脂により構成されてなることを特徴とする請求項４記載の３群ズームレンズ。