JP3767155B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特にＣＣＤ等の固体撮像素子等を用いる電子スチルカメラもしくはビデオカメラ等に適した２．５から６倍程度の変倍比を有するズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンの技術的進歩や普及と共に画像データを扱うソフトウェアの発展が著しく、パソコンへの画像読込みなどに用いる電子スチルカメラの要望が高まってきている。
【０００３】
固体撮像素子用のズームレンズとしては従来より３群構成や４群構成のものが開示されており、ビデオカメラ用のズームレンズでは高変倍化の傾向があり、４群構成のものが広く用いられ、また、電子スチルカメラ用では、高解像、高画質化が望まれ変倍比すなわち、短焦点端と長焦点端での焦点距離の比が３倍前後のものが多く、３倍前後のズームレンズでは３群構成のものも開示されている。
【０００４】
３群構成のズームレンズとしては、従来より特開昭６４−７９７１６号公報、特開平２−２９１５１５号公報、同３−８９３０９号公報、同４−１０６５１２号公報、同４−３０７５０９号公報、同５−２０３８７５号公報および同８−２７１７８８号公報等が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来例では、短焦点端における歪曲収差が−５％程度もあったり、あるいは歪曲収差は小さいがレンズ全長が大きかったり、球面収差や非点収差の補正が不十分であった。
【０００６】
また、収差を十分に補正したものでは、３倍程度の変倍比を有するためにレンズ構成枚数が１１〜１２枚を要したり、製造コストの比較的高いガラス非球面レンズを多用したりしてコスト高のものが多かった。
【０００７】
また、コストダウンに重点を置いた例では、全てのレンズをプラスチックレンズとし、変倍比を大きくしており、レンズ全長が極端に長く、また温度変化の影響をレンズ以外の何らかの方法で補正する必要があったり、また、非球面を多用したため、レンズの偏心による性能劣化の感度が高く、組み立てが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、本発明の目的はレンズ構成枚数が１０枚以下で短焦点端の歪曲収差や球面収差をはじめとする諸収差が十分補正された２．５倍あるいはそれ以上の変倍比を有するコンパクトなズームレンズを提供することにある。
【０００９】
また、コンパクトで少ない構成枚数ながら、レンズの偏心などによる性能劣化が少なく組み立てし易いズームレンズを提供することにある。
【００１０】
また、プラスチックレンズを効果的に用い、温度変化による影響の少ない低コストで高性能を有するコンパクトなズームレンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は下記の手段により達成される。即ち、本発明のレンズは物体側より順に、正の焦点距離を有する第１レンズ群と、負の焦点距離を有する第２レンズ群と、正の焦点距離を有する第３レンズ群（ただし、第3群にラジアル型屈折率分布レンズを用いる場合を除く）からなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を移動させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、短焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2W、β3Wとし、長焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2T、β3Tとし、短焦点端における半画角ωWとするとき、
0.60＜（β2T／β2W）・（β3W／β3T）≦0.97 （１）
30°＜ωW （２）
なる条件式を満足し、且つ短焦点端と長焦点端での焦点距離の比である変倍比が２．５倍以上であるズームレンズとする。
【００１２】
更に、前記第３レンズ群が３枚のレンズと１枚の負レンズからなり、少なくとも１つの面を非球面とする。
【００１３】
以上の構成において、条件式の（１）は、第２レンズ群と第３レンズ群の変倍への寄与の割合を定めたものであり、上限を越えると、第２レンズ群の変倍への寄与が大きくなりすぎ、第２レンズ群の変倍の際の移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなる。あるいは移動量を小さくするために、第２レンズ群の負の屈折力を大きくすると、第２レンズ群により発生するコマ収差が大きくなったり、または第２レンズ群の構成枚数を増加する必要があり、コストが高くなる。
【００１４】
また、更に短焦点端の半画角が条件式（２）を満足するような広角の場合は、条件式（１）を満足するようにすると性能良好で、コンパクトなズームレンズを得ることが出来る。条件式（１）の上限を越えると前記第１レンズ群の径が大きくなり好ましくなく、下限を下回ると前記第３レンズ群の変倍への寄与が大きくなりすぎ、第３レンズ群の変倍時の移動量が大きくなり、その結果全長が大きくなったり、あるいは第３レンズ群の変倍の際に歪曲収差の変動が大きくなり好ましくない。特に短焦点端での負の歪曲収差の大きくなり好ましくない。
【００１５】
またフォーカシングを第３レンズ群で行うようにすると、フォーカシングによる性能劣化が少なく、また短焦点端では、物体距離に対する第３レンズ群のフォーカシング移動量が小さく１／１０倍以上のマクロ撮影が可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明のズームレンズの実施例を示す。各実施例における記号は以下の通りである。
【００１７】
ｆ：全系の焦点距離
Ｆno：Ｆナンバー
ω：半画角
ωW：短焦点端における半画角
ωT：長焦点端における半画角
Ｒ：屈折面の曲率半径
Ｄ：屈折面の間隔
Ｎ：レンズ材料のｄ線（５８８ｎｍ）での屈折率
ν：レンズ材料のアッベ数
ｆW：全系の短焦点端での焦点距離
ｆ1：第１レンズ群の焦点距離
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離
ｆ3-a：第３−ａレンズ群の焦点距離
ｆ2R：第２−２レンズと第２−３レンズの合成焦点距離
β2W：第２レンズ群の短焦点端での横倍率
β3W：第３レンズ群の短焦点端での横倍率
β2T：第２レンズ群の長焦点端での横倍率
β3T：第３レンズ群の長焦点端での横倍率
Ｓ：第３−ａレンズ群と第３−ｂレンズ群の空気間隔
Ｌ：画像の対角線の長さ
ｒa：第３−ａレンズ群の最も像側の面の曲率半径
ｒb：第３−ｂレンズ群の最も物体側の面の曲率半径
１Ｇ：第１レンズ群
２Ｇ：第２レンズ群
３Ｇ：第３レンズ群
Ａ：絞り
また、非球面の形状は、座標を光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈと表すと、「数１」の式で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
「数１」で、Ｋは円すい定数、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10は非球面係数を示す。
【００２０】
各光学断面図におけるカバーガラスＣＧはローパスフィルター，赤外カットフィルター，ＣＣＤのカバーガラスなどを表している。
【００２１】
（実施例１）実施例１は請求項１，２，及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例１の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図２に、実施例１のレンズデータを表１，表２に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
（実施例２）実施例２は請求項１，２，及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例２の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図３に、実施例２のレンズデータを表３，表４に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】
（実施例３）実施例３は請求項１，２及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例３の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図４に、実施例３のレンズデータを表５，表６に示す。
【００２８】
【表５】
【００２９】
【表６】
【００３０】
これらの実施例で、絞りは第２レンズ群と第３レンズ群の間に配置され、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、固定されていても、あるいは第３レンズ群と一体に移動しても良い。また、複写体に対するフォーカシングは、第３レンズ群を移動するようにし、近距離物体となる程、第３レンズ群を物体側へ移動させるようにすると良く、第１レンズ群、第２レンズ群を移動させてもフォーカシングは可能である。第３レンズ群でフォーカシングする場合は、短焦点端付近でマクロ撮影が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように構成したので、下記のような効果を奏する。請求項１及び２の発明のズームレンズによれば、各レンズ群の変倍への寄与や屈折力配分を適切にし、８〜１０枚という少ない構成枚数でありながら、画面対角長に対するレンズ全長の比が７〜７．８とコンパクトで、各収差図に見るように歪曲収差をはじめとする諸収差を良好に補正したズームレンズを得ることができる。
【００３２】請求項３の発明のズームレンズによれば、短焦点端で結像倍率が１／１０倍以上のマクロ撮影が可能なズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１，２，３の短焦点端の光学系断面図およびズーミング時の移動軌跡を示す。
【図２】実施例１の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【図３】実施例２の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【図４】実施例３の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【符号の説明】
１Ｇ 第１レンズ群
２Ｇ 第２レンズ群
３Ｇ 第３レンズ群
Ａ 絞り
ＣＧ カバーガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特にＣＣＤ等の固体撮像素子等を用いる電子スチルカメラもしくはビデオカメラ等に適した２．５から６倍程度の変倍比を有するズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンの技術的進歩や普及と共に画像データを扱うソフトウェアの発展が著しく、パソコンへの画像読込みなどに用いる電子スチルカメラの要望が高まってきている。
【０００３】
固体撮像素子用のズームレンズとしては従来より３群構成や４群構成のものが開示されており、ビデオカメラ用のズームレンズでは高変倍化の傾向があり、４群構成のものが広く用いられ、また、電子スチルカメラ用では、高解像、高画質化が望まれ変倍比すなわち、短焦点端と長焦点端での焦点距離の比が３倍前後のものが多く、３倍前後のズームレンズでは３群構成のものも開示されている。
【０００４】
３群構成のズームレンズとしては、従来より特開昭６４−７９７１６号公報、特開平２−２９１５１５号公報、同３−８９３０９号公報、同４−１０６５１２号公報、同４−３０７５０９号公報、同５−２０３８７５号公報および同８−２７１７８８号公報等が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来例では、短焦点端における歪曲収差が−５％程度もあったり、あるいは歪曲収差は小さいがレンズ全長が大きかったり、球面収差や非点収差の補正が不十分であった。
【０００６】
また、収差を十分に補正したものでは、３倍程度の変倍比を有するためにレンズ構成枚数が１１〜１２枚を要したり、製造コストの比較的高いガラス非球面レンズを多用したりしてコスト高のものが多かった。
【０００７】
また、コストダウンに重点を置いた例では、全てのレンズをプラスチックレンズとし、変倍比を大きくしており、レンズ全長が極端に長く、また温度変化の影響をレンズ以外の何らかの方法で補正する必要があったり、また、非球面を多用したため、レンズの偏心による性能劣化の感度が高く、組み立てが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、本発明の目的はレンズ構成枚数が１０枚以下で短焦点端の歪曲収差や球面収差をはじめとする諸収差が十分補正された２．５倍あるいはそれ以上の変倍比を有するコンパクトなズームレンズを提供することにある。
【０００９】
また、コンパクトで少ない構成枚数ながら、レンズの偏心などによる性能劣化が少なく組み立てし易いズームレンズを提供することにある。
【００１０】
また、プラスチックレンズを効果的に用い、温度変化による影響の少ない低コストで高性能を有するコンパクトなズームレンズを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は下記の手段により達成される。即ち、本発明のレンズは物体側より順に、正の焦点距離を有する第１レンズ群と、負の焦点距離を有する第２レンズ群と、正の焦点距離を有する第３レンズ群（ただし、第3群にラジアル型屈折率分布レンズを用いる場合を除く）からなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を移動させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、短焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2W、β3Wとし、長焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2T、β3Tとし、短焦点端における半画角ωWとするとき、
0.60＜（β2T／β2W）・（β3W／β3T）≦0.97 （１）
30°＜ωW （２）
なる条件式を満足し、且つ短焦点端と長焦点端での焦点距離の比である変倍比が２．５倍以上であるズームレンズとする。
【００１２】
更に、前記第３レンズ群が３枚のレンズと１枚の負レンズからなり、少なくとも１つの面を非球面とする。
【００１３】
以上の構成において、条件式の（１）は、第２レンズ群と第３レンズ群の変倍への寄与の割合を定めたものであり、上限を越えると、第２レンズ群の変倍への寄与が大きくなりすぎ、第２レンズ群の変倍の際の移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなる。あるいは移動量を小さくするために、第２レンズ群の負の屈折力を大きくすると、第２レンズ群により発生するコマ収差が大きくなったり、または第２レンズ群の構成枚数を増加する必要があり、コストが高くなる。
【００１４】
また、更に短焦点端の半画角が条件式（２）を満足するような広角の場合は、条件式（１）を満足するようにすると性能良好で、コンパクトなズームレンズを得ることが出来る。条件式（１）の上限を越えると前記第１レンズ群の径が大きくなり好ましくなく、下限を下回ると前記第３レンズ群の変倍への寄与が大きくなりすぎ、第３レンズ群の変倍時の移動量が大きくなり、その結果全長が大きくなったり、あるいは第３レンズ群の変倍の際に歪曲収差の変動が大きくなり好ましくない。特に短焦点端での負の歪曲収差の大きくなり好ましくない。
【００１５】
またフォーカシングを第３レンズ群で行うようにすると、フォーカシングによる性能劣化が少なく、また短焦点端では、物体距離に対する第３レンズ群のフォーカシング移動量が小さく１／１０倍以上のマクロ撮影が可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明のズームレンズの実施例を示す。各実施例における記号は以下の通りである。
【００１７】
ｆ：全系の焦点距離
Ｆno：Ｆナンバー
ω：半画角
ωW：短焦点端における半画角
ωT：長焦点端における半画角
Ｒ：屈折面の曲率半径
Ｄ：屈折面の間隔
Ｎ：レンズ材料のｄ線（５８８ｎｍ）での屈折率
ν：レンズ材料のアッベ数
ｆW：全系の短焦点端での焦点距離
ｆ1：第１レンズ群の焦点距離
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離
ｆ3-a：第３−ａレンズ群の焦点距離
ｆ2R：第２−２レンズと第２−３レンズの合成焦点距離
β2W：第２レンズ群の短焦点端での横倍率
β3W：第３レンズ群の短焦点端での横倍率
β2T：第２レンズ群の長焦点端での横倍率
β3T：第３レンズ群の長焦点端での横倍率
Ｓ：第３−ａレンズ群と第３−ｂレンズ群の空気間隔
Ｌ：画像の対角線の長さ
ｒa：第３−ａレンズ群の最も像側の面の曲率半径
ｒb：第３−ｂレンズ群の最も物体側の面の曲率半径
１Ｇ：第１レンズ群
２Ｇ：第２レンズ群
３Ｇ：第３レンズ群
Ａ：絞り
また、非球面の形状は、座標を光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈと表すと、「数１」の式で表される。
【００１８】
【数１】
「数１」で、Ｋは円すい定数、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10は非球面係数を示す。
【００２０】
各光学断面図におけるカバーガラスＣＧはローパスフィルター，赤外カットフィルター，ＣＣＤのカバーガラスなどを表している。
【００２１】
（実施例１）実施例１は請求項１，２，及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例１の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図２に、実施例１のレンズデータを表１，表２に示す。
【００２２】
【表１】
【表２】
（実施例２）実施例２は請求項１，２，及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例２の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図３に、実施例２のレンズデータを表３，表４に示す。
【００２５】
【表３】
【表４】
（実施例３）実施例３は請求項１，２及び請求項３に含まれる実施例である。ここで、実施例３の短焦点端の光学系断面図を図１に、またレンズ収差図を図４に、実施例３のレンズデータを表５，表６に示す。
【００２８】
【表５】
【表６】
これらの実施例で、絞りは第２レンズ群と第３レンズ群の間に配置され、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、固定されていても、あるいは第３レンズ群と一体に移動しても良い。また、複写体に対するフォーカシングは、第３レンズ群を移動するようにし、近距離物体となる程、第３レンズ群を物体側へ移動させるようにすると良く、第１レンズ群、第２レンズ群を移動させてもフォーカシングは可能である。第３レンズ群でフォーカシングする場合は、短焦点端付近でマクロ撮影が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように構成したので、下記のような効果を奏する。請求項１及び２の発明のズームレンズによれば、各レンズ群の変倍への寄与や屈折力配分を適切にし、８〜１０枚という少ない構成枚数でありながら、画面対角長に対するレンズ全長の比が７〜７．８とコンパクトで、各収差図に見るように歪曲収差をはじめとする諸収差を良好に補正したズームレンズを得ることができる。
【００３２】請求項３の発明のズームレンズによれば、短焦点端で結像倍率が１／１０倍以上のマクロ撮影が可能なズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１，２，３の短焦点端の光学系断面図およびズーミング時の移動軌跡を示す。
【図２】実施例１の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【図３】実施例２の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【図４】実施例３の（Ａ）短焦点端（Ｂ）中間の焦点距離（Ｃ）長焦点端での収差図である。
【符号の説明】
１Ｇ 第１レンズ群
２Ｇ 第２レンズ群
３Ｇ 第３レンズ群
Ａ 絞り
ＣＧ カバーガラス
Claims (3)
- 物体側より順に、
正の焦点距離を有する第１レンズ群と、
負の焦点距離を有する第２レンズ群と、
正の焦点距離を有する第３レンズ群（ただし、第3群にラジアル型屈折率分布レンズを用いる場合を除く）からなり、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群を移動させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
短焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2W、β3Wとし、長焦点端における前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の横倍率をそれぞれβ2T、β3Tとし、短焦点端における半画角ωWとするとき、
0.60＜（β2T／β2W）・（β3W／β3T）≦0.97
30°＜ωW
なる条件式を満足し、
且つ短焦点端と長焦点端での焦点距離の比である変倍比が２．５倍以上であることを特徴とするズームレンズ。 - 前記第３レンズ群が３枚のレンズと１枚の負レンズからなり、少なくとも１つの面を非球面としたことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
- 無限遠方から近距離被写体へのフォーカシングの際に、前記第３レンズ群を移動させることを特徴とする請求項１または２項に記載のズームレンズ
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| JP05063798A Expired - Fee Related JP3767155B2 (ja) | 1997-09-02 | 1998-03-03 | ズームレンズ |
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