JP2013083921A

JP2013083921A - ズームレンズ及び結像装置

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Publication number: JP2013083921A
Application number: JP2012102572A
Authority: JP
Inventors: Fang-Ying Peng; 芳英彭; Hae-Ruoh Huang; 海若黄; Seong-Ahn Wang; 聖安王; Hyo-Na Yu; 暁娜柳; An-Tse Lee; 安澤李
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-05-09
Also published as: US8456749B2; CN103033913A; TWI448726B; US20130088787A1; TW201316030A

Abstract

【課題】本発明は、小型で且つ高変倍機能及び優れた結像品質を有するズームレンズ及び結像装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るズームレンズは、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが順に配列され、以下の条件式を満たす。
０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５
ここで、Ｌ３は前記ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群の光軸上での移動ベクトルであり、Ｌｔは前記ズームレンズが望遠端の状態になった際の、前記第１レンズの物体側に対向する表面から結像面までの長さである。また、本発明は、ズームレンズを有する結像装置にも関している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ及び結像装置に関する。

技術の発展に伴い、デジタルカメラ、デジタルビデオ及びモニターなどにおける結像装置も、小型化、高変倍機能及び優れた結像品質に関する進化が求められている。しかし、小型化を維持すれば、変倍機能及び結像品質は低下し、逆に高変倍機能及び結像の高品質を維持すれば、結像装置のレンズは長くなり、また体積も増加し易い。従って、現在、小型であり且つ高変倍機能及び優れた結像品質を有する結像装置の発明は、当業者の研究課題である。

本発明の目的は、小型であり且つ高変倍機能及び優れた結像品質を有するズームレンズ及び結像装置を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明に係るズームレンズは、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが順に配列され、以下の条件式を満たす。
０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５
ここで、Ｌ３は前記ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群の光軸上での移動ベクトルであり、Ｌｔは前記ズームレンズが望遠端の状態になった際の、前記第１レンズの物体側に対向する表面から結像面までの長さである。

前記目的を達成するため、本発明に係る結像装置は、前記ズームレンズ及び固体撮像素子を備え、前記ズームレンズの光軸と前記固体撮像素子の中心とは同じ直線上に位置し、前記ズームレンズは、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが順に配列され、以下の条件式を満たす。
０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５
ここで、Ｌ３は前記ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群の光軸上での移動ベクトルであり、Ｌｔは前記ズームレンズが望遠端の状態になった際の、前記第１レンズの物体側に対向する表面から結像面までの長さである。

本発明のズームレンズ及び結像装置は、小型で且つ高変倍機能及び優れた結像品質を有する。

本発明の第一実施形態に係るズームレンズが広角端の状態である時の構造を示す図である。本発明の第一実施形態に係るズームレンズが遠望端の状態である時の構造を示す図である。図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの球面収差図である。図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの像面湾曲図である。図１に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの歪曲収差図である。図２に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの球面収差図である。図２に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの像面湾曲図である。図２に示す本発明の第一実施形態に係るズームレンズの歪曲収差図である。本発明の第二実施形態に係るズームレンズが広角端の状態である時の構造を示す図である。本発明の第二実施形態に係るズームレンズが遠望端の状態である時の構造を示す図である。図９に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの球面収差図である。図９に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの像面湾曲図である。図９に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの歪曲収差図である。図１０に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの球面収差図である。図１０に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの像面湾曲図である。図１０に示す本発明の第二実施形態に係るズームレンズの歪曲収差図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１及び図２は、本発明の第一実施形態に係る結像装置１００である。前記結像装置１００は、ズームレンズ１０及び固体撮像素子２０を備え、前記ズームレンズ１０の光軸と、前記固体撮像素子２０の中心は、同じ直線上に位置する。

前記ズームレンズ１０は、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群１２と、正の屈折力を有する第３レンズ群１３と、正の屈折力を有する第４レンズ群１４とが順に配列され、且つ前記第２レンズ群１２と前記第３レンズ群１３との間には、絞り１５が設置されている。前記ズームレンズ１０は、光軸に沿って、前記第１レンズ群１１、前記第２レンズ群１２、前記第３レンズ群１３及び前記第４レンズ群１４を移動させることによって変倍する。この変倍する過程において、前記第４レンズ群１４は、変倍又は物体距離の変化によって起こる結像面２１の位置移動を補正するために用いられる。前記ズームレンズ１０が最小の焦点距離に調整された場合、広角状態となり、これとは逆に、前記ズームレンズ１０が最大の焦点距離に調整された場合、望遠状態となる。

前記第１レンズ群１１は、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ１１１及び正の屈折力を有する第２レンズ１１２が順に配列される。前記第１レンズ１１１及び前記第２レンズ１１２は球面レンズである。前記第１レンズ１１１は、メニスカス形状であり、物体側に凸面を有する第一表面及び像側に凹面を有する第二表面を備える。また、前記第２レンズ１１２もメニスカス形状であり、物体側に凸面を有する第三表面及び像側に凹面を有する第四表面を備える。前記第１レンズ１１１の第二表面と前記第２レンズ１１２の第三表面とは接着されているため、従って、前記第１レンズ群１１は、前記第１レンズ１１１及び前記第２レンズ１１２からなる。

前記第２レンズ群１２は、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第３レンズ１２１と、負の屈折力を有する第４レンズ１２２と、正の屈折力を有する第５レンズ１２３とが順に配列される。前記第３レンズ１２１、前記第４レンズ１２２及び前記第５レンズ１２３は球面レンズである。前記第３レンズ１２１は、メニスカス形状であり、物体側に凸面を有する第五表面及び像側に凹面を有する第六表面を備える。前記第４レンズ１２２は凹レンズであり、物体側に凸面を有する第七表面及び像側に凹面を有する第八表面を備える。前記第５レンズ１２３は凸レンズであり、物体側に凸面を有する第九表面及び像側に凹面を有する第十表面を備える。

前記第３レンズ群１３は、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第６レンズ１３１と、負の屈折力を有する第７レンズ１３２と、正の屈折力を有する第８レンズ１３３とが順に配列される。前記第６レンズ１３１は非球面レンズであり、前記第７レンズ１３２及び第８レンズ１３３は球面レンズである。前記６レンズ１３１は、物体側に凸面を有する第十一表面及び像側に凸面を有する第十二表面を備える。前記第７レンズ１３２は、物体側に凸面を有する第十三表面及び像側に凹面を有する第十四表面を備える。前記第８レンズ１３３は、物体側に凹面を有する第十五表面及び像側に凸面を有する第十六表面を備える。

前記第４レンズ群１４は、正の屈折力を有する第９レンズである。前記第９レンズは球面レンズであり、物体側に凹面を有する第十七表面及び像側に凸面を有する第十八表面を備える。

前記ズームレンズ１０は、以下の条件式を満たす。

０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５……（１）

ここで、Ｌ３は前記ズームレンズ１０が広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群１３の光軸上での移動ベクトルであり、前記第３レンズ群１３の物体側から像側までの移動ベクトルを負値とし、前記第３レンズ群１３の像側から物体側までの移動ベクトルを正値としたものである。また、Ｌｔは前記ズームレンズ１０の望遠端の状態になった際の、前記第１レンズ１１１の第一表面から前記結像面２１までの長さである。

条件式（１）を満たせば、前記ズームレンズ１０は、小型であり且つ優れた結像品質を有する。

前記ズームレンズ１０は、以下の条件式を満たすことが好ましい。

０．０４５＜ｆ３／（ｆｔ×ｆｗ）＜０．０５５……（２）

ここで、ｆ３は前記第３レンズ群１３の有効焦点距離であり、ｆｔは前記ズームレンズ１０が望遠端の状態である際の有効焦点距離であり、ｆｗは前記ズームレンズ１０が広角端の状態である際の有効焦点距離である。

条件式（２）を満たせば、前記ズームレンズ１０は、高倍率ズーム及び超広角の要求を満たし、小型化を維持するとともに収差が良好に補正される。

前記ズームレンズ１０は、前記第３レンズ群１３を移動させることによって、像振れを補正するが、以下の条件式を満たすことが好ましい。

０．１５＜ｆ３／ｆｔ＜０．２５……（３）

条件式（３）を満たせば、前記第３レンズ群１３は短い距離を移動して、像振れを補正するが、以下の条件式を満たすことが好ましい。

５５＜｜Ｖ７−Ｖ８｜＜７０……（４）

ここで、Ｖ７は前記第７レンズのアッベ数であり、Ｖ８は前記第８レンズのアッベ数である。

条件式（４）を満たせば、前記ズームレンズ１０は、優れた結像品質を保証するとともに高倍率ズームを有することができる。

本実施形態における、前記結像装置１００の各々の光学素子のパラメーターの値は、表１〜表３に示される。ここで、Ｒは各々のレンズの光学表面の曲率半径であり、Ｄは対応する表面から次の表面までの軸上距離であり、Ｎｄはレンズの屈折率であり、Ｖｄはレンズのアッベ数であり、ｆは前記ズームレンズ１０の有効焦点距離であり、Ｄ４は第四表面から第五表面までの軸上距離であり、Ｄ１０は第十表面から第十一表面までの軸上距離であり、Ｄ１６は第十六表面から第十七表面までの軸上距離であり、Ｄ１８は第十八表面からフィルター２２の物体側に対向する表面までの軸上距離である。

レンズ表面の非球面形状は以下の数式によって表示される。

ｈは光軸からレンズ表面までの高さであり、ｋは二次曲面係数であり、Ａｉは第ｉ段階の非球面形状の係数であり、ｃはレンズ表面中心の曲率である。

本実施形態に係る前記ズームレンズ１０の異なる状態における絞り数及び対応する画角は表４に示す。２ωは前記ズームレンズ１０の画角であり、Ｆｎｏは前記ズームレンズ１０の絞り数である。

表１及び表２の各々のパラメーターの値に基づいた条件式（１）〜（４）のパラメーターは表５に示す。

また、算出することができる｜Ｌ３｜／Ｌｔの値は約０．１８７であり、ｆ３／（ｆｔ×ｆｗ）の値は約０．０５であり、ｆ３／ｆｔの値は約０．２３であり、Ｖ７−Ｖ８の値は約−６２．７である。

前記ズームレンズ１０は、８倍で変倍することができる。

本実施形態において、前記ズームレンズ１０が広角端の状態である際、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図３乃至図５に示した。図３の曲線ａ１〜ａ５は、それぞれ波長が４３６ｎｍ、４８６ｎｍ、５４６ｎｍ、５８８ｎｍ、６５６ｎｍである光線の球面収差曲線である。図４のｔ１〜ｔ５は、それぞれ波長が４３６ｎｍ、４８６ｎｍ、５４６ｎｍ、５８８ｎｍ、６５６ｎｍである光線のＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｆｉｅｌｄｃｕｒｖａｔｕｒｅｃｕｒｖｅ）特性曲線であり、ｓ１〜ｓ５は、それぞれ波長が４３６ｎｍ、４８６ｎｍ、５４６ｎｍ、５８８ｎｍ、６５６ｎｍである光線のＳ（Ｓａｇｉｔｔａｌｆｉｅｌｄｃｕｒｖａｔｕｒｅｃｕｒｖｅ）特性曲線である。図３に示したように、球面収差は、−０．１０ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内に制御される。図４に示したように、像面湾曲は、−０．０４ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内に制御される。図５に示したように、歪曲収差は、−１２％〜０％の範囲内に制御される。

前記ズームレンズ１０が望遠端の状態である際、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図６乃至図８に示した。図６に示したように、球面収差は、−０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内に制御される。図７に示したように、像面湾曲は、−０．３２ｍｍ〜０．５６ｍｍの範囲内に制御される。図８に示したように、歪曲収差は、−７％〜０％の範囲内に制御される。

従って、前記ズームレンズ１０は、小型で且つ高変倍機能を持つ。また、その球面収差、像面湾曲及び歪曲収差も、全て、より小さい範囲内に制御される。

図９及び図１０は、本発明の第二実施形態に係る結像装置２００である。第二実施形態が前記第一実施形態と異なる部分は、前記結像装置２００の第３レンズ群１３ａの第８レンズ１３３ａの第十五表面は、物体側に凸面を有する点である。また、第４レンズ群１４ａの第９レンズは非球面レンズである。

本実施形態に係るズームレンズ１０ａは、前記第一実施形態に係る条件式（１）〜（４）を満たす。

本実施形態において、前記結像装置２００の各々の光学素子のパラメーターの値は、表６〜表８に示す。表６〜表８の各々のパラメーターの内容は、第一実施形態と同じである。

本実施形態に係る前記ズームレンズ１０ａの異なる状態における絞り数及び対応する画角は表９に示す。

表６及び表７の各々のパラメーターの値に基づいた条件式（１）〜（４）のパラメーターは表１０に示す。

また、算出することができ、｜Ｌ３｜／Ｌｔの値は約０．１６６であり、ｆ３／（ｆｔ×ｆｗ）の値は約０．０４７であり、ｆ３／ｆｔの値は約０．２１であり、Ｖ７−Ｖ８の値は約−６２．７である。

本実施形態において、前記ズームレンズ１０ａが広角端の状態である際、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図１１乃至図１３に示した。図１１に示したように、球面収差は、−０．０６ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内に制御される。図１２に示したように、像面湾曲は、０．０１ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内に制御される。図１３に示したように、歪曲収差は、−１０％〜０％の範囲内に制御される。

また、前記ズームレンズ１０ａが望遠端の状態である際、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図１４乃至図１６に示した。図１４に示したように、球面収差は、−０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内に制御される。図１５に示したように、像面湾曲は、−０．２４ｍｍ〜０．５６ｍｍの範囲内に制御される。図１６に示したように、歪曲収差は、−３％〜０％の範囲内に制御される。

以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。

１０、１０ａズームレンズ
１１第１レンズ群
１２第２レンズ群
１３、１３ａ第３レンズ群
１４、１４ａ第４レンズ群
１５絞り
２０固体撮像素子
２１結像面
２２フィルター
１００、２００結像装置
１１１第１レンズ
１１２第２レンズ
１２１第３レンズ
１２２第４レンズ
１２３第５レンズ
１３１第６レンズ
１３２第７レンズ
１３３、１３３ａ第８レンズ

Claims

物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが順に配列され、以下の条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５
ここで、Ｌ３は前記ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群の光軸上での移動ベクトルであり、Ｌｔは前記ズームレンズが望遠端の状態になった際の、前記第１レンズの物体側に対向する表面から結像面までの長さである。
前記ズームレンズは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
０．０４５＜ｆ３／（ｆｔ×ｆｗ）＜０．０５５
ここで、ｆ３は前記第３レンズ群の有効焦点距離であり、ｆｔは前記ズームレンズが望遠端の状態である際の有効焦点距離であり、ｆｗは前記ズームレンズが広角端の状態である際の有効焦点距離である。
前記ズームレンズは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
０．１５＜ｆ３／ｆｔ＜０．２５
前記第１レンズ群は、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第１レンズ及び正の屈折力を有する第２レンズが順に配列され、前記第１レンズ及び前記第２レンズは、球面レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
前記第２レンズ群は、物体側から像側に向かって、負の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズとが順に配列されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
前記第３レンズ群は、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第６レンズと、負の屈折力を有する第７レンズと、正の屈折力を有する第８レンズとが順に配列されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
前記ズームレンズは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
５５＜｜Ｖ７−Ｖ８｜＜７０
ここで、Ｖ７は前記第７レンズのアッベ数であり、Ｖ８は前記第８レンズのアッベ数である。
ズームレンズ及び固体撮像素子を備え、前記ズームレンズの光軸と前記固体撮像素子の中心とが、同じ直線上に位置し、前記ズームレンズは、物体側から像側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とが順に配列され、以下の条件式を満たすことを特徴とする結像装置。
０．１５＜｜Ｌ３｜／Ｌｔ＜０．２５
ここで、Ｌ３は前記ズームレンズが広角端から望遠端まで変倍する過程における前記第３レンズ群の光軸上での移動ベクトルであり、Ｌｔは前記ズームレンズが望遠端の状態である際の前記第１レンズの物体側と対向する表面から結像面までの長さである。