(57)【要約】【課題】  高精細画素の受光素子に対応した高変倍比で比較的明るい小型・軽量でコンパクトな高解像度の３群ズームレンズを実現すること。【解決手段】  ズームレンズ１００は３群構成であって、物体側より結像面に向けて、負のパワーを有する第１レンズ群Ｉ、正のパワーを有する第２レンズ群II、正のパワーを有する第３レンズ群IIIがこの順序で配列されている。第２レンズ群IIは、物体側より順に配列された、前群レンズＡと後群レンズＢからなり、前群レンズＡは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズ３と正のパワーを有する第４レンズ４、および正のパワーを有する第５レンズ５からなり、後群レンズＢは、像面側に強い凹面を向けた負のパワーを有する第６レンズ６からなる。第２レンズ群IIが、負、正、正、負に分割されたパワー配分となっているので各種の収差補正が行い易い。【選択図】  図１
2005283709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より結像面に向けて配列された、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、および正のパワーを有する第３レンズ群によって構成され、各レンズ群の空気間隔を変えて変倍を行なう３群のズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズと物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズによって構成され、
前記第２レンズ群は、物体側より順に配列された、前群レンズと後群レンズからなり、
前記前群レンズは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズと正のパワーを有する第４レンズと正のパワーを有する第５レンズからなり、
前記後群レンズは負のパワーを有する第６レンズからなり、
前記第３レンズ群は正のパワーを有する第８レンズからなることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
物体側より順に結像面に向けて配列された、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、および正のパワーを有する第３レンズ群によって構成され、各レンズ群の空気間隔を変えて変倍を行なう３群のズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズと物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズによって構成され、
前記第２レンズ群は、物体側より順に配列された、前群レンズと後群レンズからなり、
前記前群レンズは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズと正のパワーを有する第４レンズと正のパワーを有する第５レンズからなり、
前記後群レンズは、負のパワーを有する第６レンズと負のパワーを有する第７レンズからなり、
前記第３レンズ群は正のパワーを有する第８レンズからなることを特徴とするズームレンズ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であり、
前記第２レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であり、
前記第３レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面となっていることを特徴とするズームレンズ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
ワイド端のときの全光学系の焦点距離をＦＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、第２レンズ群の第３レンズの焦点距離をｆＣ、前群レンズの焦点距離をｆＡ、後群レンズの焦点距離をｆＢとしたとき、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．８
１．０＜ｆ２／ＦＷ＜２．０
０．５＜｜ｆＡ／ｆＢ｜＜１．５
｜ｆ２／ｆＣ｜＜１．５
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかにおいて、
ワイド端のときの全光学系の焦点距離をＦＷ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．１＜ＦＷ／ｆ３＜０．５
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ、および携帯電話機搭載カメラ等に使用されるメガオーダの高画素に対応した小型軽量のズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子は小型化と高精細化が速いテンポで実用化されてきている。これに伴って、それらが使用されたデジタルカメラや携帯電話機搭載カメラなどに用いられるズームレンズ系も必然的に小型化、高性能化が要求されてきている。
【０００３】
従来では、こうした高性能化を達成するためには多数枚のレンズを用いて収差補正を行なってきたのが実状である。また、カメラの小型化を達成するために、ズームレンズの薄型化が望まれるところとなっており、ズームレンズを構成する各レンズ群の全長を従来よりも短小化する必要が生じてくる。
【０００４】
また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約があり、これを無視すると周辺光量が減少し、いわゆる、周辺部の暗いカメラとなってしまう。従来では、このような現象に対応するために、電気的補正回路を設けたり、受光素子と対をなすマイクロレンズを配置するなどして素子面への光量拡大を図っていた。
【０００５】
このような背景を踏まえて、２〜３倍程度の変倍比を有する高性能な負、正、正で構成された３群構成のズームレンズが、例えば下記の特許文献１、２、３に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１９６２４０号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３６５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの提案によれば、第２レンズ群は正、正、負、正の構成となっており、前方に二つの正レンズが配置されているため、後方に配置された負のレンズのパワーが強いものとなってしまい、このために諸収差を良好に補正することが難しくなる。
【０００７】
上記のような問題点に鑑みて、本発明の課題は、高精細画素を使用したＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光素子を用いた薄型カメラに適した小型でコンパクトな、さらには高い変倍比を有し、第２レンズ群の構成を負、正、正、負とし、負のパワーを二つに分割することにより諸収差の補正を容易にし、高解像度のズームレンズを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明のズームレンズは３群構成であって、物体側より結像面に向けて、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、および正のパワーを有する第３レンズ群がこの順序で配列されている。また、前記第１レンズ群は、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズと物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズから構成されている。更に、前記第２レンズ群は、物体側より順に配列された、前群レンズと後群レンズからなり、前記前群レンズは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズと正のパワーを有する第４レンズ、および正のパワーを有する第５レンズからなり、前記後群レンズは、像面側に強い凹面を向けた負のパワーを有する第６レンズ、または負のパワーを有する第６レンズと負のパワーを有する第７レンズから構成されている。更にまた、前記第３レンズ群は正のパワーを有する第８レンズから構成されている。
【０００９】
本発明のズームレンズでは、第２レンズ群が、負、正、正、負に分割されたパワー配分となっているので各種の収差補正が行い易い。特に、最も物体側に負のパワーを有する第３レンズを配置することにより、ズームレンズ全域での射出瞳位置とバックフォーカスを長く保つことができる。
【００１０】
ここで、前記第１レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面を非球面とし、前記第２レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面を非球面とし、さらに、前記第３レンズ群のレンズ面のうち、少なくとも１面を非球面とすれば、レンズの枚数を低減できるので好ましい。
【００１１】
次に、本発明のズームレンズは以下の条件式(１)〜(４)を満足することが望ましい。
１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．８      (１)
１．０＜ｆ２／ＦＷ＜２．０          (２)
０．５＜｜ｆＡ／ｆＢ｜＜１．５      (３)
｜ｆ２／ｆＣ｜＜１．５              (４)
ただし、ＦＷ：全光学系のワイド端の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆＡ：前群レンズの焦点距離
ｆＢ：後群レンズの焦点距離
ｆＣ：第２レンズ群の最も物体側よりの第３レンズの焦点距離
【００１２】
条件式(１)は、ワイド端からテレ端までの全光学系の全長を安定に保つための条件である。上限の１．８を超えるとワイド側に対し、テレ側の全長が短くなると同時に、ズーム倍率と各焦点距離を同一に維持しようとした場合、ワイド端の全長を長くする必要が生じ、これは本来の目的である小型化薄型化を満たさなくなってしまう。加えて、第２レンズ群のパワーが強くなってズーム全域における安定した収差を得ることが難しくなる。また、下限の１．２を下回るとワイド端に対してテレ端の全長が長くなり、これもまた小型化薄型化の妨げとなってしまう。
【００１３】
条件式(２)は、レンズ系全体の大型化を抑制し良好な収差補正をするための条件である。上限の２．０を超えるとレンズ系全体のパワーが弱くなり、諸収差特性は安定に保つことはできるが、小型化はできなくなる。また、下限の１．０を下回ると全光学系の小型化はできてもレンズ系全体のパワーが強くなり過ぎて、ズーム全域における各収差のバランスを取ることが極めて難しくなる。
【００１４】
条件式(３)は、全光学系の全長を小さくするための条件である。上限の１．５を超えると全長は短くできるが第２レンズ群の後側レンズのパワーが強くなり、ズーム全域での像面の湾曲と色収差の補正が困難となると同時に、バックフォーカスが短くなりすぎて、レンズ後方に配置されているフィルターなどの挿入物のスペースが確保できなくなってしまう。下限の０．５を下回ると全光学系の全長が長くなると共に、像面湾曲が補正不足となるほか、倍率の色収差も補正困難となってくる。
【００１５】
条件式(４)は、第２レンズ群の最も物体側の負のパワーを有する第３レンズを配置することによって、第２レンズ群のペッツバール和を低減させて像面湾曲やコマ収差を抑えるための条件となっており、併せて、ズーム全域での非点収差、軸上の色収差、および倍率の色収差を安定に保つための条件でもある。この条件の１．５を超えると第３レンズのパワーが強くなりすぎて、軸上の色収差と球面収差を最良に補正した場合、像面湾曲と倍率の色収差が良好に補正できなくなる。また、これとは別に、負の第３レンズを配置することにより小型のズームレンズにも拘らずズーム全域においてバックフォーカスを長く保つことができる。
【００１６】
次に、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの受光素子の特性として、光学系の最大射出角が重要となる。この射出角を小さく保つための条件として、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、０．１＜ＦＷ／ｆ３＜０．５であることが望ましい。この条件式の上限０．５を超えると最大射出角は小さくできるが、第３レンズ群のパワーが強くなりすぎて倍率の色収差と像面湾曲を良好に補正することが困難となる。また、下限の０．１を下回ると第３レンズ群のパワーが弱くなることによって、各収差のバランスは取り易くなるが、最大射出角は小さくすることができなくなってしまう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のズームレンズでは、第２レンズ群の構成を負、正、正、負のパワー配分としているので、諸収差の補正が行い易くなるという効果を奏する。また、各群に非球面を用いることにより、レンズ枚数が少なくて良好な収差補正を得ることが可能になるという効果を奏する。したがって、本発明によれば、高精細画素の受光素子に対応した高変倍比で比較的明るい小型・軽量でコンパクトな高解像度の３群ズームレンズを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したズームレンズの各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１に係るズームレンズを示す構成図である。
【００２０】
ズームレンズ１００は、物体側より結像面１０に向かって、負のパワーを有する第１レンズ群Ｉ、正のパワーを有する第２レンズ群II、および正のパワーを有する第３レンズ群IIIがこの順に配列された３群構成のズームレンズである。ワイドからテレへの変倍にあたっては、第３レンズ群IIIが固定され、第１レンズ群Ｉが物体側より像面側に光軸上を移動し、途中より像面側から物体側に移動し、丁度物体側に凹面をなすような軌跡で移動する。これに対して、第２レンズ群IIは像面側から順次物体側に光軸上を移動することによって変倍する。
【００２１】
第１レンズ群Ｉは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズ１と物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズ２からなる。第２レンズ群IIは、物体側より順に配列された、前群レンズＡと後群レンズＢからなる。前群レンズＡは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズ３、正のパワーを有する第４レンズ４、および正のパワーを有する両凸の第５レンズ５からなる。後群レンズＢは、像面側に強い凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第６レンズからなっている。一方、第３レンズ群IIIは、正のパワーを有する両凸の第８レンズ８によって構成されている。
【００２２】
第２レンズ２、第６レンズ６、第８レンズ８は樹脂レンズであり、レンズ面の両面が非球面となっている。また、第８レンズ８と結像面１０との間にはカバーガラス９が配置されている。
【００２３】
ズームレンズ１００の全光学系のレンズデータは、次のとおりである。
Ｆナンバー：    ２．８５        ４．０３      ５．４９
焦点距離：    ３．４８        ６．７４    １０．４７mm
ｆ１：  −８．０６４mm      ｆＡ：    ３．８３０mm
ｆ２：    ５．７７８mm      ｆＢ：  −４．９７４mm
ｆ３：  １２．７０４mm      ｆＣ：  −７．１５９mm
【００２４】
表１Ａにはズームレンズ１００の各レンズ面のレンズデータを示し、表１Ｂには、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。
【００２５】
表１Ａにおいて、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の曲率半径を表し、ｄはレンズ面間の距離を表し、Ｎｄは各レンズの屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。また、番号ｉに星印が付いているレンズ面は非球面である。
【００２６】
【表１Ａ】
2005283709.tif 000003
【００２７】
【表１Ｂ】
2005283709.tif 000004
【００２８】
なお、レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次式により表すことができる。
【００２９】
【数１】
2005283709.tif 000005
【００３０】
これらの各記号の意味、および非球面形状を表す式は、後述の実施例２および３においても同様である。
【００３１】
本実施例１に係るズームレンズ１００は、次の条件式(１)〜(４)を満足している。
１．２＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．８      (１)
１．０＜ｆ２／ＦＷ＜２．０          (２)
０．５＜｜ｆＡ／ｆＢ｜＜１．５      (３)
｜ｆ２／ｆＣ｜＜１．５              (４)
ただし、ＦＷ：全光学系のワイド端の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆＡ：前群レンズの焦点距離
ｆＢ：後群レンズの焦点距離
ｆＣ：第２レンズ群の最も物体側の第３レンズの焦点距離
【００３２】
すなわち、｜ｆ１／ｆ２｜＝１．４、ｆ２／ＦＷ＝１．６６、ｆＡ／ｆＢ＝０．７７、ｆ２／ｆＣ＝０．８であり、条件式(１)〜(４)を満足している。
【００３３】
図４は、実施例１に係るズームレンズ１００における諸収差を示す収差図である。図の(Ｗ)はワイド、(Ｎ)はノーマル、(Ｔ)はテレにおける収差図である。また、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＩＳＴはディストーションを表す。非点収差のうち、Ｔはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。これらの記号の意味は後述の実施例２、および３の諸収差を表す収差図においても同様である。
【実施例２】
【００３４】
図２は、実施例２に係るズームレンズ２００を示す構成図である。ズームレンズ２００は物体側より順に配列された、負のパワーを有する第１レンズ群Ｉ、正のパワーを有する第２レンズ群II、正のパワーを有する第３レンズ群IIIからなる３群構成で、このパワー配分と変倍方式は実施例１と同様である。
【００３５】
第１レンズ群Ｉは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズ１１と、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズ１２からなる。第２レンズ群IIは、物体側より順に配列された、前群レンズＡと後群レンズＢからなる。前群レンズＡは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズ１３と正のパワーを有する両凸レンズの第４レンズ１４と正のパワーを有する第５レンズ１５からなり、後群レンズＢは、像面側に強い凹面を向けた両凹の第６レンズ１６からなる。第３レンズ群IIIは、両凸レンズによる正のパワーを有する第８レンズ１８によって構成されている。
【００３６】
第２レンズ１２、第５レンズ１５、第６レンズ１６、第８レンズ１８は樹脂製レンズであり、各レンズとも両面が非球面となっている。また、第８レンズ１８と結像面１０との間にはカバーガラス９が配置されている。
【００３７】
ズームレンズ２００の全光学系のレンズデータは、次のとおりである。
Ｆナンバー：    ３．０２        ４．３９      ５．９５
焦点距離：    ３．５０        ６．７６    １０．５０mm
ｆ１：  −８．１１０mm      ｆＡ：      ３．７３８mm
ｆ２：    ５．７９０mm      ｆＢ：    −５．１０１mm
ｆ３：  １２．７０４mm      ｆＣ：  −１０．８２９mm
【００３８】
表２Ａにはズームレンズ２００の各レンズ面のレンズデータを示し、表２Ｂには非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。また、図５は、実施例２に係るズームレンズ２００の諸収差を示す収差図である。
【００３９】
【表２Ａ】
2005283709.tif 000006
【００４０】
【表２Ｂ】
2005283709.tif 000007
【００４１】
本実施例２に係るズームレンズ２００は、条件式(１)〜(４)を満足している。すなわち、｜ｆ１／ｆ２｜＝１．４、ｆ２／ＦＷ＝１．６５、ｆＡ／ｆＢ＝０．７３、ｆ２／ｆＣ＝０．５４であり、条件式を満足している。
【実施例３】
【００４２】
図３は、実施例３に係るズームレンズ３００を示す構成図である。ズームレンズ３００は、前記の実施例１および２に対して、同じ３群構成のズームレンズではあるが、第２レンズ群IIの後側レンズが２枚の凹レンズによって構成されている点が異なっている。すなわち、各群のパワー配分と変倍のための移動方式は前の２例と同様である。
【００４３】
第１レンズ群Ｉは、物体側より順に配列された、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第１レンズ２１と、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスの第２レンズ２２からなる。第２レンズ群IIは、物体側より順に配列された、前群レンズＡと後群レンズＢからなり、前群レンズＡは、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第３レンズ２３と、正のパワーを有する両凸レンズからなる第４レンズ２４と、物体側に強い凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズ２５からなり、後群レンズＢは、像面側に強い凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスの第６レンズ２６と像面側に凸面を向けた負の弱いパワーを有するメニスカスの第７レンズ２７から構成されている。第３レンズ群IIIは、正のパワーを有する第８レンズ２８から構成されている。
【００４４】
第２レンズ２２、第５レンズ２５、第７レンズ２７、第８レンズ２８は樹脂製レンズであり、第２レンズ２２、第５レンズ２５、第８レンズ２８の両面と第７レンズ２７の像面側レンズ面が非球面となっている。第８レンズ２８と結像面１０との間には、カバーガラス９が配置されている。
【００４５】
ズームレンズ３００の全光学系のレンズデータは、次のとおりである。
Ｆナンバー：    ２．８０      ３．９１      ５．３１
焦点距離：    ３．５０      ６．７７    １０．５１mm
ｆ１：    −８．３３０mm      ｆＡ：      ３．５６３mm
ｆ２：      ５．７８３mm      ｆＢ：    −４．５８５mm
ｆ３：  −１１．０７９mm      ｆＣ：  −１３．２６０mm
【００４６】
表３Ａにはズームレンズ３００の各レンズ面のレンズデータを示し、表３Ｂには非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。また、図６には、実施例３に係るズームレンズ３００の諸収差を示してある。
【００４７】
【表３Ａ】
2005283709.tif 000008
【００４８】
【表３Ｂ】
2005283709.tif 000009
【００４９】
本実施例３に係るズームレンズ３００は、条件式(１)〜(４)を満足している。すなわち、｜ｆ１／ｆ２｜＝１．４４、ｆ２／ＦＷ＝１．６５、ｆＡ／ｆＢ＝０．７８、ｆ２／ｆＣ＝０．４４であり、条件式を満足している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１に係るズームレンズ１００の構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係るズームレンズ２００の構成図である。
【図３】本発明の実施例３に係るズームレンズ３００の構成図である。
【図４】図１におけるズームレンズ１００の収差図である。
【図５】図２におけるズームレンズ２００の収差図である。
【図６】図３におけるズームレンズ３００の収差図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｉ      第１レンズ群
II      第２レンズ群
III      第３レンズ群
Ａ      前群レンズ
Ｂ      後群レンズ
１、１１、２１    第１レンズ
２、１２、２２    第２レンズ
３、１３、２３    第３レンズ
４、１４、２４    第４レンズ
５、１５、２５    第５レンズ
６、１６、２６    第６レンズ
２７    第７レンズ
８、１８、２８    第８レンズ
９      カバーガラス
１０      結像面
１００、２００、３００、    ズームレンズ
【図１】
2005283709.tif 000010
【図２】
2005283709.tif 000011
【図３】
2005283709.tif 000012
【図４】
2005283709.tif 000013
【図５】
2005283709.tif 000014
【図６】
2005283709.tif 000015