JP3988214B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適なズームレンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、特開平6−94996号公報や特開平7−261083号公報等には、固体撮像素子を用いたカメラ等に適したズームレンズが開示されている。
なお、これらの公報に開示のズームレンズは、負屈折力の第1レンズ群と正屈折力の第2レンズ群と正屈折力の第3レンズ群とから構成され、変倍に際して第1レンズ群および第2レンズ群G2が移動し第3レンズ群が固定である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平6−94996号公報の各実施例に開示されたズームレンズでは、いずれも変倍比(ズーム比)が2倍程度と小さく不十分であった。
また、特開平7−261083号公報に開示されたズームレンズにおいても、変倍比が2.3倍程度と小さく不十分であった。さらに、収差図からわかるように変倍に伴う球面収差の変動が大きく、画素数の多い固体撮像素子に適用するには結像性能が不十分であった。
【0004】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、2.5倍以上の変倍比を有し、広角端で60°程度の画角を有し、画素数の多い固体撮像素子に適用するのに充分優れた結像性能を有する、小型のズームレンズを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とからなり、
前記第1レンズ群G1は、物体側から順に、2枚の負レンズと、1枚の正レンズとからなり、
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2との間隔が減少し、前記第2レンズ群G2と前記第3レンズ群G3との間隔が増大するように、前記第1レンズ群G1および前記第2レンズ群G2は移動し且つ前記第3レンズ群G3は固定であり、
前記第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されており、
前記第1レンズ群G1の焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群G2の焦点距離をf2とし、前記第3レンズ群G3の焦点距離をf3とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をfwとし、前記負メニスカスレンズのアッベ数をν1とし、前記両凹レンズのd線に対する屈折率をn2とし、前記正メニスカスレンズのd線に対する屈折率をn3としたとき、
0.7<f2/|f1|<1.5
3<f3/fw<10
30<ν1<40
0.25<n3−n2
の条件を満足することを特徴とするズームレンズを提供する。
【0006】
本発明の好ましい態様によれば、前記第2レンズ群G2は、物体側から順に、2枚の正レンズと、1枚の負レンズと、1枚の正レンズとから構成されているか、あるいは2枚の正レンズと、1枚の負レンズと、2枚の正レンズとから構成されている。
【0007】
また、本発明において、前記第3レンズ群G3は、少なくとも一方の面が非球面状に形成された1枚の正単レンズから構成されていることが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
上述のように、本発明では、第1レンズ群G1に負屈折力を付与し且つ第2レンズ群G2に正屈折力を付与する構成を採用しているので、広角端で60°程度の画角を確保しつつ十分な周辺光量を得ることができる。
また、本発明では、第2レンズ群G2の像側に正屈折力の第3レンズ群G3を設けているため、射出瞳位置を像面から充分遠くに離すことができるので、固体撮像素子を用いたカメラなどに好適である。
【0009】
さらに、本発明では、物体側から順に2枚の負レンズと1枚の正レンズとで第1レンズ群G1を構成しているので、特に倍率色収差および歪曲収差を良好に補正することができ、画素数の多い固体撮像素子に適用するのに充分優れた結像性能を確保することができる。
また、本発明では、結像面に最も近い位置にある第3レンズ群G3が変倍に際して固定であるように構成されているので、変倍に際して第1レンズ群G1および第2レンズ群G2を駆動する駆動機構を、固体撮像素子や該素子に結合された電子回路から充分間隔を隔てて配置することができる。
【0010】
以下、本発明の条件式について説明する。
本発明においては、以下の条件式(1)および(2)を満足する。
0.7<f2/|f1|<1.5 (1)
3<f3/fw<10 (2)
ここで、f1は第1レンズ群G1の焦点距離であり、f2は第2レンズ群G2の焦点距離であり、f3は第3レンズ群G3の焦点距離であり、fwは広角端におけるレンズ系全体の焦点距離である。
【0011】
条件式(1)は、2.5倍以上の変倍比を達成しつつ小型化と良好な結像性能とを両立させるための条件式であって、第2レンズ群G2の焦点距離と第1レンズ群G1の焦点距離との比について適切な範囲を規定している。
条件式(1)の下限値を下回ると、所望の変倍比を達成することが困難になってしまう。また、変倍に伴う第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔の変化が大きくなり、ズームレンズの小型化が困難になってしまう。
一方、条件式(1)の上限値を上回ると、歪曲収差、倍率色収差、像面湾曲の良好な補正が困難になり、その結果簡素な構成で良好な結像性能を得ることが困難になってしまう。
【0012】
条件式(2)は、射出瞳位置を適切な位置に設定するとともにズームレンズの小型化を達成するための条件式であって、第3レンズ群G3の焦点距離について適切な範囲を規定している。
条件式(2)の上限値を上回ると、射出瞳位置を像面から充分遠くに離すことが難しくなり、固体撮像素子に適したズームレンズを達成することが困難になってしまう。
一方、条件式(2)の下限値を下回ると、第3レンズ群G3の構成の複雑化や第1レンズ群G1および第2レンズ群G2の大型化を招くので、ズームレンズ全体の小型化が困難になってしまう。
【0013】
また、本発明の上述の構成において、良好な結像性能を維持しつつ組み立てを容易にし且つ公差を緩和するために、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズで第1レンズ群G1を構成することが好ましい。この場合、色収差および球面収差を良好に補正するために、以下の条件式(3)および(4)を満足することが望ましい。
【0014】
30<ν1<40 (3)
0.25<n3−n2 (4)
ここで、ν1は負メニスカスレンズのアッベ数であり、n2は両凹レンズのd線に対する屈折率であり、n3は正メニスカスレンズのd線に対する屈折率である。
【0015】
条件式(3)は、第1レンズ群G1中の負メニスカスレンズのアッベ数について適切な範囲を規定している。
条件式(3)の上限値および下限値によって規定される範囲を逸脱すると、軸上色収差と倍率色収差とをバランス良く補正することが困難になるので好ましくない。
【0016】
条件式(4)は、第1レンズ群G1中の接合レンズを構成する両凹レンズと正メニスカスレンズとの屈折率差について適切な範囲を規定している。
条件(4)の下限値を下回ると、球面収差を良好に補正することが困難になるので好ましくない。
【0017】
また、球面収差およびコマ収差を良好に補正するために、物体側から順に、2枚の正レンズと1枚の負レンズと1枚の正レンズとで第2レンズ群G2を構成することが好ましい。あるいは、球面収差およびコマ収差をはじめとする諸収差を一層良好に補正するために、物体側から順に、2枚の正レンズと1枚の負レンズと2枚の正レンズとで第2レンズ群G2を構成することが好ましい。
【0018】
また、第3レンズ群G3の構成を複雑化させることなくコマ収差の良好な補正を達成するとともに、ズームレンズの小型化と良好な収差補正との両立を可能にするために、少なくとも一方の面が非球面状に形成された1枚の正単レンズで第3レンズ群G3を構成することが好ましい。この場合、コマ収差の補正を一層効果的に行うために、第3レンズ群G3を構成する正単レンズが両凸形状を有し、その像側の面は光軸から周辺部に向かって正の屈折力が小さくなるような非球面状に形成されていることが好ましい。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。
各実施例において、本発明のズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とを備えている。そして、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が減少し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が増大するように、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2を移動させて、広角端から望遠端への変倍を行っている。ただし、第3レンズ群G3は、変倍に際して固定である。
【0020】
また、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されている。
さらに、第3レンズ群G3は、1枚の両凸レンズから構成され、その像側の面は、光軸から周辺部に向かって正の屈折力が小さくなるような非球面状に形成されている。
【0021】
各実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離(サグ量)をS(y)とし、近軸の曲率半径をrとし、円錐定数をκとし、n次の非球面係数をCn としたとき、以下の数式(a)で表される。
【数1】
各実施例において、非球面には面番号の右側に*印を付している。
【0022】
〔第1実施例〕
図1は、本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
図1のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されている。
また、第2レンズ群G2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、および物体側に非球面状に形成された凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
【0023】
さらに、第3レンズ群G3は、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズから構成されている。
なお、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間において第2レンズ群G2の近傍には開口絞りSが設けられ、開口絞りSは変倍に際して第2レンズ群G2と一体的に移動する。
図1は、広角端におけるレンズ配置を示しており、望遠端への変倍に際して、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第2レンズ群G2は物体側へ移動し、第3レンズ群G3は固定である。
【0024】
次の表(1)に、本発明の第1実施例の諸元の値を掲げる。表(1)において、fは焦点距離を、Bfはバックフォーカスを、FNOはFナンバーを、2ωは画角をそれぞれ表している。また、表(1)のレンズ諸元において、第1カラムは物体側からのレンズ面の番号を、第2カラムのrはレンズ面の曲率半径を、第3カラムのdはレンズ面の間隔を、第4カラムのνはアッベ数を、第5カラムのnはd線(λ=587.6nm)に対する屈折率をそれぞれ示している。
【0025】
【表1】
【0026】
図2乃至図4は、第1実施例の諸収差図である。すなわち、図2は広角端における諸収差図であり、図3は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図4は望遠端における諸収差図である。
各収差図において、FNOはFナンバーを、ωは半画角を、dはd線(λ=587.6nm)を、gはg線(λ=435.8nm)をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0027】
〔第2実施例〕
図5は、本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
図5のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されている。
また、第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
【0028】
さらに、第3レンズ群G3は、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズから構成されている。
なお、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間において第2レンズ群G2の近傍には開口絞りSが設けられ、開口絞りSは変倍に際して第2レンズ群G2と一体的に移動する。
図5は、広角端におけるレンズ配置を示しており、望遠端への変倍に際して、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第2レンズ群G2は物体側へ移動し、第3レンズ群G3は固定である。
【0029】
次の表(2)に、本発明の第2実施例の諸元の値を掲げる。表(2)において、fは焦点距離を、Bfはバックフォーカスを、FNOはFナンバーを、2ωは画角をそれぞれ表している。また、表(2)のレンズ諸元において、第1カラムは物体側からのレンズ面の番号を、第2カラムのrはレンズ面の曲率半径を、第3カラムのdはレンズ面の間隔を、第4カラムのνはアッベ数を、第5カラムのnはd線(λ=587.6nm)に対する屈折率をそれぞれ示している。
【0030】
【表2】
【0031】
図6乃至図8は、第2実施例の諸収差図である。すなわち、図6は広角端における諸収差図であり、図7は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図8は望遠端における諸収差図である。
各収差図において、FNOはFナンバーを、ωは半画角を、dはd線(λ=587.6nm)を、gはg線(λ=435.8nm)をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0032】
〔第3実施例〕
図9は、本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
図9のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されている。
また、第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、両凸レンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
【0033】
さらに、第3レンズ群G3は、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズから構成されている。
なお、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間において第2レンズ群G2の近傍には開口絞りSが設けられ、開口絞りSは変倍に際して第2レンズ群G2と一体的に移動する。
図9は、広角端におけるレンズ配置を示しており、望遠端への変倍に際して、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第2レンズ群G2は物体側へ移動し、第3レンズ群G3は固定である。
【0034】
次の表(3)に、本発明の第3実施例の諸元の値を掲げる。表(3)において、fは焦点距離を、Bfはバックフォーカスを、FNOはFナンバーを、2ωは画角をそれぞれ表している。また、表(3)のレンズ諸元において、第1カラムは物体側からのレンズ面の番号を、第2カラムのrはレンズ面の曲率半径を、第3カラムのdはレンズ面の間隔を、第4カラムのνはアッベ数を、第5カラムのnはd線(λ=587.6nm)に対する屈折率をそれぞれ示している。
【0035】
【表3】
【0036】
図10乃至図12は、第3実施例の諸収差図である。すなわち、図10は広角端における諸収差図であり、図11は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図12は望遠端における諸収差図である。
各収差図において、FNOはFナンバーを、ωは半画角を、dはd線(λ=587.6nm)を、gはg線(λ=435.8nm)をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0037】
〔第4実施例〕
図13は、本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
図13のズームレンズにおいて、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されている。
また、第2レンズ群G2は、物体側から順に、両凸レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズから構成されている。
【0038】
さらに、第3レンズ群G3は、像側の面が非球面状に形成された両凸レンズから構成されている。
なお、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間において第2レンズ群G2の近傍には開口絞りSが設けられ、開口絞りSは変倍に際して第2レンズ群G2と一体的に移動する。
図13は、広角端におけるレンズ配置を示しており、望遠端への変倍に際して、第1レンズ群G1は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第2レンズ群G2は物体側へ移動し、第3レンズ群G3は固定である。
【0039】
次の表(4)に、本発明の第4実施例の諸元の値を掲げる。表(4)において、fは焦点距離を、Bfはバックフォーカスを、FNOはFナンバーを、2ωは画角をそれぞれ表している。また、表(4)のレンズ諸元において、第1カラムは物体側からのレンズ面の番号を、第2カラムのrはレンズ面の曲率半径を、第3カラムのdはレンズ面の間隔を、第4カラムのνはアッベ数を、第5カラムのnはd線(λ=587.6nm)に対する屈折率をそれぞれ示している。
【0040】
【表4】
【0041】
図14乃至図16は、第4実施例の諸収差図である。すなわち、図14は広角端における諸収差図であり、図15は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図16は望遠端における諸収差図である。
各収差図において、FNOはFナンバーを、ωは半画角を、dはd線(λ=587.6nm)を、gはg線(λ=435.8nm)をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子等を用いたビデオカメラや電子スチルカメラ等に適したズームレンズであって、2.5倍以上の変倍比を有し、広角端で60°程度の画角を有し、画素数の多い固体撮像素子に適用するのに充分優れた結像性能を有する、小型のズームレンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図2】第1実施例の広角端における諸収差図である。
【図3】第1実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図4】第1実施例の望遠端における諸収差図である。
【図5】本発明の第2実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図6】第2実施例の広角端における諸収差図である。
【図7】第2実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図8】第2実施例の望遠端における諸収差図である。
【図9】本発明の第3実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図10】第3実施例の広角端における諸収差図である。
【図11】第3実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図12】第3実施例の望遠端における諸収差図である。
【図13】本発明の第4実施例にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図14】第4実施例の広角端における諸収差図である。
【図15】第4実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図16】第4実施例の望遠端における諸収差図である。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
S 開口絞り
Claims (5)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、正の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3とからなり、
前記第1レンズ群G1は、物体側から順に、2枚の負レンズと、1枚の正レンズとからなり、
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2との間隔が減少し、前記第2レンズ群G2と前記第3レンズ群G3との間隔が増大するように、前記第1レンズ群G1および前記第2レンズ群G2は移動し且つ前記第3レンズ群G3は固定であり、
前記第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、および両凹レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成されており、
前記第1レンズ群G1の焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群G2の焦点距離をf2とし、前記第3レンズ群G3の焦点距離をf3とし、広角端におけるレンズ系全体の焦点距離をfwとし、前記負メニスカスレンズのアッベ数をν1とし、前記両凹レンズのd線に対する屈折率をn2とし、前記正メニスカスレンズのd線に対する屈折率をn3としたとき、
0.7<f2/|f1|<1.5
3<f3/fw<10
30<ν1<40
0.25<n3−n2
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第2レンズ群G2は、物体側から順に、2枚の正レンズと、1枚の負レンズと、1枚の正レンズとから構成されていることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
- 前記第2レンズ群G2は、物体側から順に、2枚の正レンズと、1枚の負レンズと、2枚の正レンズとから構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群G3は、少なくとも一方の面が非球面状に形成された1枚の正単レンズから構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 前記正単レンズは、両凸形状を有し、
前記正単レンズの像側の面は、光軸から周辺部に向かって正の屈折力が小さくなるような非球面状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載のズームレンズ。
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