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JP2008304708A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ及び撮像装置 Download PDF

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JP2008304708A JP2007151810A JP2007151810A JP2008304708A JP 2008304708 A JP2008304708 A JP 2008304708A JP 2007151810 A JP2007151810 A JP 2007151810A JP 2007151810 A JP2007151810 A JP 2007151810A JP 2008304708 A JP2008304708 A JP 2008304708A
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Abstract

【課題】コストを上昇させることなく、全画角70度を超える広画角をズーム領域に含み、12倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズZLであって、物体側より像側へ順に、正パワーの第1レンズ群Gr1、負パワーの第2レンズ群Gr2、正パワーの第3レンズ群Gr3、負パワーの第4レンズ群Gr4、正パワーの第5レンズ群Gr5から成る。第2レンズ群Gr2と第4レンズ群Gr4との間に光学絞りSTが位置し、第4レンズ群Gr4が、少なくとも1面の非球面を有し、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ1枚から成る。条件式:-1.15<f4/√(fw・ft)<-0.5(f4:第4レンズ群Gr4の焦点距離、fw:広角端Wにおける全系の焦点距離、ft:望遠端Tにおける全系の焦点距離)を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明はズームレンズ及び撮像装置に関するものであり、例えば被写体の映像を撮像素子で取り込むためのオプティカルユニット等に用いられ、特に変倍比が7倍以上で比較的広角なズーム域を含むズームレンズと、それを備えた撮像装置に関するものである。
近年、デジタルカメラが急速に普及し、単に画像をコンピュータに取り込むための手段にとどまらず、従来の銀塩カメラと同様に写真を残すための道具として広く用いられるようになってきている。それに伴って、写真を残すのに有用な機能(例えば、高変倍比,広角化等)やコンパクト化への要望が強くなっている。また、撮像素子の画素数が年々増加の傾向にあるため、更に高い光学性能を達成することが要求されている。主に動画を取り込むための機器(例えば、カムコーダ等)においても、静止画撮影機能やハイビジョンへの対応等を背景として、従来以上に高い光学性能が要求されるようになっている。
これらの要求を満足する手段の1つとして、物体側より順に、正のパワーを有する第1レンズ群と、負のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、正のパワーを有する第4レンズ群と、正のパワーを有する第5レンズ群と、を配置して、高変倍比を達成したズームレンズが、特許文献1,3で提案されている。また、物体側より順に、正のパワーを有する第1レンズ群と、負のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、負のパワーを有する第4レンズ群と、正のパワーを有する第5レンズ群と、を配置して、高変倍比を達成したズームレンズが、特許文献2,3で提案されている。
特開2006−276712号公報 特開2003−255228号公報 特開2005−345892号公報
特許文献1及び2に開示されているズームレンズは、全画角77度の広画角をズーム領域中に含み、変倍比10倍程度の高変倍比を達成してはいるが、光学系のサイズが比較的大きいという問題がある。また、広画角に伴う軸外収差を補正するために、比較的口径の大きな第2レンズ群を含む複数のレンズ群にガラスモールド非球面を使用しており、それによるコストアップの懸念がある。特許文献3に開示されているズームレンズでは、光学系のサイズが比較的小さくなっているが、全画角70度を超える広画角と変倍比10倍を超える高変倍比とを同時に達成できていない。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コストを上昇させることなく、全画角70度を超える広画角をズーム領域に含み、12倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の発明のズームレンズは、撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第1レンズ群と、負のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、負のパワーを有する第4レンズ群と、正のパワーを有する第5レンズ群と、から構成され、前記第2レンズ群と第4レンズ群との間に光学絞りが位置し、前記第4レンズ群が、少なくとも1面の非球面を有し、かつ、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ1枚で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
-1.15<f4/√(fw・ft)<-0.5 …(1)
ただし、
f4:第4レンズ群の焦点距離、
fw:広角端における全系の焦点距離、
ft:望遠端における全系の焦点距離、
である。
第2の発明のズームレンズは、上記第1の発明において、前記第5レンズ群が1枚の正レンズで構成されていることを特徴とする。
第3の発明のズームレンズは、上記第2の発明において、前記第5レンズ群内の正レンズが少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする。
第4の発明のズームレンズは、上記第2又は第3の発明において、前記第5レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることを特徴とする。
第5の発明のズームレンズは、上記第1〜第4のいずれか1つの発明において、前記第5レンズ群がズーミング中に固定であることを特徴とする。
第6の発明のズームレンズは、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、前記第4レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることを特徴とする。
第7の発明のズームレンズは、上記第1〜第6のいずれか1つの発明において、以下の条件式(2)及び(3)を満足することを特徴とする。
1.6<f1/√(fw・ft)<5.0 …(2)
-2.0<f4/f5<-0.5 …(3)
ただし、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
f5:第5レンズ群の焦点距離、
である。
第8の発明のズームレンズは、上記第1〜第7のいずれか1つの発明において、前記第4レンズ群を光軸に沿って移動させることにより近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする。
第9の発明のズームレンズは、上記第1〜第8のいずれか1つの発明において、前記第3レンズ群が3枚接合レンズを含むことを特徴とする。
第10の発明のズームレンズは、上記第4又は第6の発明において、前記材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が30ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする。
第11の発明の撮像装置は、上記第1〜第10のいずれか1つの発明に係るズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする。
本発明で規定される特性を保持することによって、ズーム領域中に全画角70度を超える部分を含んだ12倍程度の高変倍比を有するズームレンズが、全ズーム域にわたって球面収差及び像面湾曲が50μm以内、歪曲収差が最大5%程度の高い光学性能を保持しつつ、コスト上昇を伴うことなく、最大光学全長78mm程度の大きさで実現可能となる。したがって本発明によれば、コストを上昇させることなく、全画角70度を超える広画角をズーム領域に含み、12倍程度の高変倍比を有したズームレンズと、それを備えた撮像装置を実現することができる。本発明に係る撮像装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器の薄型・軽量・コンパクト化,低コスト化,高性能化,高機能化等に寄与することができる。
以下、本発明に係るズームレンズ,撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係るズームレンズは、撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第1レンズ群と、負のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、負のパワーを有する第4レンズ群と、正のパワーを有する第5レンズ群と、から構成されている。そして、第2レンズ群と第4レンズ群との間に光学絞りが位置し、第4レンズ群が、少なくとも1面の非球面を有する負レンズ1枚で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴としている。
-1.15<f4/√(fw・ft)<-0.5 …(1)
ただし、
f4:第4レンズ群の焦点距離、
fw:広角端における全系の焦点距離、
ft:望遠端における全系の焦点距離、
である。
一般的な正リード光学系では、負のパワーを有する第2レンズ群が変倍の主要な部分を担っており、第2レンズ群のパワーは比較的強い。また、第2レンズ群内での軸外光線高さは広角端において最も高くなる。したがって、広画角化を達成しようとすると、第2レンズ群で発生する軸外収差が問題となる。本発明に係るズームレンズでは、第2レンズ群から光学絞りを経た第4レンズ群に比較的強い負のパワーを配置することによって、第2レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差等の軸外収差を第4レンズ群で打ち消している。また、第4レンズ群に少なくとも1面の非球面を配置することによって、所望の第4レンズ群のパワーを保ちつつ、第4レンズ群を1枚のレンズで構成することを可能としている。
第4レンズ群を構成している1枚の負レンズは、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さいこと、つまり、像側面のパワーが物体側面のパワーよりも強い形状であることが望ましい。前述の第2レンズ群で発生する軸外収差を第4レンズ群で打ち消すという作用は、具体的には、第4レンズ群で正の歪曲と正の非点収差を発生させることである(ただし、非点収差の符合は物体側から像側への方向を正とする)。したがって、上述の望ましい形状とは逆に、物体側面のパワーが像側面のパワーより強い形状になると、当該面は光学絞りに凹面を向けた形状となるため、当該面での歪曲収差と非点収差の発生量が減少し、結果として、第2レンズ群で発生する軸外収差を打ち消す作用が不足する。
条件式(1)は、第4レンズ群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、第4レンズ群のパワーが弱くなり過ぎて、光学系が大型化すると共に、第2レンズ群で発生する軸外収差を打ち消す作用が不足する。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、光学系の小型化の点では望ましいが、第4レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、第2レンズ群やその他のレンズ群で発生する収差とのバランスを保つことが困難になる。
以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
-0.9<f4/√(fw・ft)<-0.6 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
第4レンズ群を構成する負レンズの形状に関しては、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.2<(R1+R2)/(R1-R2)<6.0 …(4)
ただし、
R1:第4レンズ群を構成する負レンズの物体側面の曲率半径、
R2:第4レンズ群を構成する負レンズの像側面の曲率半径、
である。
条件式(4)は、第4レンズ群を構成する負レンズの形状に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(4)の下限を下回ると、物体側面と像側面の負のパワーの差が小さくなり、第2レンズ群で発生する非点収差や歪曲収差等の軸外収差を第4レンズ群で打ち消す作用が弱くなってしまうため、望ましくない。逆に、条件式(4)の上限を上回ると、第4レンズ群に必要な負のパワーを得ることが困難になってしまうため、望ましくない。
第5レンズ群は、1枚の正レンズで構成されていることが望ましい。第5レンズ群は像面に近いため軸上光線高さが低く、球面収差やコマ収差の発生量が比較的小さい。したがって、第5レンズ群を1枚の正レンズで構成することが、低コスト化や光学系の小型化を達成する上で望ましい。
第5レンズ群内の正レンズは、少なくとも1面の非球面を有することが望ましい。第5レンズ群に少なくとも1面の非球面を配置することにより、歪曲収差や非点収差を効率良く補正することができる。
第5レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることが望ましい。第5レンズ群は像面に近いため軸上光線高さが低く、第5レンズ群の1枚の正レンズを樹脂材料で構成したとしても、樹脂材料を用いた場合に問題となる温度変化による結像位置の変動や、面精度誤差による性能劣化が生じにくい。したがって、コストや重量の点で第5レンズ群の1枚の正レンズは樹脂材料で構成することが望ましい。
第5レンズ群は、ズーミング中に固定であることが望ましい。第5レンズ群をズーミング中固定とすることにより、機構の簡略化を効果的に達成することができる。
第4レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることが望ましい。非球面の負レンズをガラス材料で成型することは、樹脂材料で成型することに比較して技術難易度が高い。したがって、第4レンズ群を樹脂材料で構成することがコストの点で望ましい。また、第4レンズ群は光学絞りと像面との中間付近に位置し、比較的光線高さが低いため、樹脂材料を用いた場合に問題となる温度変化による結像位置の変動や、面形状誤差による性能劣化は比較的許容し易い。
上記のように第4レンズ群では光線高さが比較的低いため、球面収差やコマ収差の発生量が比較的小さい。したがって、第4レンズ群を1枚の負レンズで構成することが、低コスト化や光学系の小型化を達成する上で望ましく、第4レンズ群を物体側に凸の負メニスカスレンズ1枚で構成することが更に望ましい。そして、第4レンズ群を構成する負レンズの材質を上記のように樹脂とすることにより、軽量小型化・低コスト化の効果が更に向上する。
第1レンズ群,第4レンズ群,第5レンズ群のパワーに関しては、以下の条件式(2)及び(3)を満足することが望ましい。
1.6<f1/√(fw・ft)<5.0 …(2)
-2.0<f4/f5<-0.5 …(3)
ただし、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
f4:第4レンズ群の焦点距離、
f5:第5レンズ群の焦点距離、
fw:広角端における全系の焦点距離、
ft:望遠端における全系の焦点距離、
である。
条件式(2)は、第1レンズ群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(2)の下限を下回ると、第1レンズ群のパワーが強くなり過ぎて、光学系の小型化の点では望ましいが、第1レンズ群で発生する望遠端での球面収差や非点収差の補正が困難となる。逆に、条件式(2)の上限を上回ると、光学系が大型化しすぎて望ましくない。
以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
2.1<f1/√(fw・ft)<3.0 …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
条件式(3)は、第4レンズ群と第5レンズ群とのパワー比に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)で規定している範囲から外れると、撮像素子に入射する軸外光線の、ズーミングに伴う角度変動が大きくなる。一般的な固体撮像素子では、所定の入射角度範囲を逸脱すると色ムラ等の画質劣化が生じる。
以下の条件式(3a)を満足することが更に望ましい。
-1.0<f4/f5<-0.7 …(3a)
この条件式(3a)は、上記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
第4レンズ群を光軸に沿って移動させることにより近距離物体へのフォーカシングを行うことが望ましい。第4レンズ群は1枚の負レンズで構成されているので軽量であり、フォーカス群として用いた場合、駆動するアクチュエーターの小型化や消費電力の点でメリットがある。
第3レンズ群は3枚接合レンズを含むことが望ましい。第3レンズ群は全系の収束作用の主要な部分を担当する群であり、光学系を大型化させないためには、ある程度のパワーを有することが必要である。また、光学絞りにも近いため軸上光線高さも高い。したがって、第3レンズ群では球面収差やコマ収差の補正が大きな課題となる。一般的には非球面レンズを用いて球面収差やコマ収差を効率的に補正することが行われる。3枚接合レンズを用いて比較的曲率の強い接合面を2面配置し、前述の球面収差やコマ収差を打ち消す収差を発生させることにより、非球面と同等の収差補正効果を実現することができる。製品の設計時には部品の市況等を勘案して、非球面を使用するか否かを選択することが可能となる。
上記3枚接合レンズは、物体側より像側へ向かって、物体側に凸面を向けた正レンズと、負レンズと、像側に凸面を向けた正レンズとで構成し、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
ndn−ndp>0.15 …(5)
ただし、
ndn:3枚接合レンズを構成する負レンズの屈折率、
ndp:3枚接合レンズを構成する2枚の正レンズの平均屈折率、
である。
3枚接合レンズを上記のような構成にすれば、2面ある空気境界面が正のパワーを持つため、第3レンズ群の正のパワーに寄与することができる。第3レンズ群の正のパワーを十分確保できなければ、光学系が大型化してしまうため望ましくない。条件式(5)の下限を下回ると、接合面で発生する収差量が不十分となり、期待した量の収差補正作用を得ることが困難になる。
前述の材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が30ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが望ましい。一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じて透過率が低下するため、それを光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにすることは可能である。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が30ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低い樹脂材料を得ることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ(Nb2O5)の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において少なくとも1枚のレンズに(例えば、第5レンズ群内の正レンズ、第4レンズ群内の負レンズが好ましい。)、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、撮像レンズ全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。
本発明に係るズームレンズは、画像入力機能付きデジタル機器(例えば、デジタルカメラ,ビデオカメラ等)用の撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像装置を構成することができる。撮像装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。
カメラの例としては、デジタルカメラ,ビデオカメラ,監視カメラ,車載カメラ,テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ,携帯情報機器(モバイルコンピュータ,携帯電話,携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末),これらの周辺機器(スキャナー,プリンター等),その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
図9に、デジタル機器CU(デジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器に相当する。)の概略光学構成例を模式的断面で示す。図9に示すデジタル機器CUに搭載されている撮像装置LUは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(像面)IMを変倍可能に形成するズームレンズZLと、平行平面板PT(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター,赤外カットフィルター等の光学フィルター;撮像素子SRのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズZLにより受光面SS上に形成された光学像IMを電気的な信号に変換する撮像素子SRと、を備えている。この撮像装置LUで画像入力機能付きデジタル機器CUを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像装置LUを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像装置LUをデジタル機器CUの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。
撮像素子SRとしては、例えば複数の画素を有するCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。ズームレンズZLは、撮像素子SRの受光面SS上に被写体の光学像IMが形成されるように設けられているので、ズームレンズZLによって形成された光学像IMは、撮像素子SRによって電気的な信号に変換される。
デジタル機器CUは、撮像装置LUの他に、信号処理部1,制御部2,メモリ3,操作部4,表示部5等を備えている。撮像素子SRで生成した信号は、信号処理部1で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ3(半導体メモリ,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。制御部2はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能,画像再生機能,並びにズーミング及びフォーカシングのためのレンズ移動機構等を集中的に制御する。例えば、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部2により撮像装置LUに対する制御が行われる。表示部5は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子SRによって変換された画像信号あるいはメモリ3に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部4は、操作ボタン(例えばレリーズボタン),操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部2に伝達する。
ズームレンズZLは、前述したように正・負・正・負・正の5群ズーム構成になっており、複数のレンズ群が光軸AXに沿って移動し、レンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。ズームレンズZLで形成されるべき光学像は、撮像素子SRの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図9中の平行平面板PTに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。
次に、第1〜第4の実施の形態を挙げて、ズームレンズZLの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図1〜図4に、ズームレンズZLの第1〜第4の実施の形態を、広角端(W),中間(M),望遠端(T)でのレンズ配置でそれぞれ示す。第1〜第4の実施の形態のズームレンズZLは、撮像素子SRに対して物体の光学像IMを変倍可能に形成する正・負・正・負・正の5群ズームレンズであり、そのズーミングは、各レンズ群間隔(例えば、第1,第2の実施の形態の場合、面間隔d5,d11,d17,d19、第3,第4の実施の形態の場合、面間隔d5,d11,d18,d20)を変化させることにより行われる。図10(A)〜(D)に、第1〜第4の実施の形態にそれぞれ対応するズーム移動の軌跡を矢印で模式的に示す。各ズーム移動の軌跡は、広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおける第1レンズ群Gr1〜第5レンズ群Gr5の移動(つまり像面IMに対する相対的な位置の変化)をそれぞれ示している。なお、破線矢印の移動軌跡は、第5レンズ群Gr5がズーミングにおいて位置固定であること(つまり固定群であること)を示している。
いずれの実施の形態においても、図1〜図4に示すように、近距離物体へのフォーカシングに際し、第4レンズ群Gr4は像側へ移動する構成になっている。つまり、第4レンズ群Gr4がフォーカス成分になっている。また、第3レンズ群Gr3において、最も物体側、又は正レンズと接合レンズとの間には絞り(つまり開口絞り)STが配置されており、その絞りSTは第3レンズ群Gr3と一体にズーム移動する構成(図1〜図4)になっている。各実施の形態のレンズ構成を以下に詳しく説明する。
第1の実施の形態(図1)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第1レンズ群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第2レンズ群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第3レンズ群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第4レンズ群Gr4は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ1枚で構成されている。第5レンズ群Gr5は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ1枚で構成されている。
第2の実施の形態(図2)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第1レンズ群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第2レンズ群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第3レンズ群Gr3は、物体側から順に、絞りSTと、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズと、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第4レンズ群Gr4は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ1枚で構成されている。第5レンズ群Gr5は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ1枚で構成されている。
第3の実施の形態(図3)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第1レンズ群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第2レンズ群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第3レンズ群Gr3は、物体側から順に、両凸の正レンズと、絞りSTと、両凸の正レンズ,両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第4レンズ群Gr4は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ1枚で構成されている。第5レンズ群Gr5は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ1枚で構成されている。
第4の実施の形態(図4)では、各レンズ群が以下のように構成されている。第1レンズ群Gr1は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第2レンズ群Gr2は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第3レンズ群Gr3は、物体側から順に、両凸の正レンズと、絞りSTと、両凸の正レンズ,両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第4レンズ群Gr4は、両面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズ1枚で構成されている。第5レンズ群Gr5は、両面が非球面から成る両凸の正レンズ1枚で構成されている。
図10に示すように、第1〜第4の実施の形態(図1〜図4)において、移動群である第1レンズ群Gr1〜第4レンズ群Gr4の移動軌跡はいずれも曲線である。第1,第3の実施の形態では、第1レンズ群Gr1は、広角端(W)と中間(M)との間で、広角端(W)のときよりも像側に位置する焦点距離が存在する。つまり、広角端(W)と中間(M)との間で像側に凸の軌跡を描くように、像側への移動後に像側から物体側へUターン移動する。第2,第4の実施の形態では、第1レンズ群Gr1は、広角端(W)で最も像側に位置し、望遠端(T)で最も物体側に位置する。つまり、広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおいて、極値を持たない移動軌跡を描くように物体側へ単調に移動する。第2レンズ群Gr2は、広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおいて、極値を持たない移動軌跡を描くように像側へ単調に移動する。第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4は、中間(M)と望遠端(T)との間で、中間(M)のときよりも物体側に位置する焦点距離が存在する。つまり、中間(M)と望遠端(T)との間で物体側に凸の軌跡を描くように、物体側への移動後に物体側から像側へUターン移動する。
以下、本発明を実施したズームレンズの構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜4は、前述した第1〜第4の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1〜第4の実施の形態を表す光学構成図(図1〜図4)や移動軌跡図(図10)は、対応する実施例1〜4のレンズ構成,光路,ズーム移動等をそれぞれ示している。
各実施例のコンストラクションデータでは、左側の欄から順に、面番号,曲率半径r(mm),軸上での面間隔d(mm),d線に関する屈折率nd,d線に関するアッベ数vdを示す。面番号に*が付された面は非球面であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。各実施例の非球面データにおいて、表記の無い項の係数は0である。なお、すべてのデータに関してE-n=×10-nである。
X(H)=(C0・H2)/[1+√{1-(1+K)・C02・H2}]+Σ(Aj・Hj) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H):高さHの位置での光軸AX方向の変位量(面頂点基準)、
H:光軸AXに対して垂直な方向の高さ、
C0:近軸曲率(=1/r)、
K:円錐係数、
Aj:j次の非球面係数、
である。
各種データとして、ズーム比,焦点距離(mm),Fナンバー,半画角(°),像高(mm),レンズ全長,バックフォーカス(BF,mm),可変面間隔(mm)を示し、ズームレンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離(mm)を示す。また、表1に各実施例の条件式対応値を示す。
図5〜図8は、実施例1〜実施例4にそれぞれ対応する収差図であり、(W)は広角端,(M)は中間,(T)は望遠端における諸収差(左から順に、球面収差等,非点収差,歪曲収差である。)を示している。図5〜図8中、FNOはFナンバー、Y'(mm)は撮像素子SRの受光面SS上での最大像高(光軸AXからの距離に相当する。)である。球面収差図において、実線d,一点鎖線g,二点鎖線cはd線,g線,c線に対する球面収差(mm)をそれぞれ表しており、破線SCは正弦条件不満足量(mm)を表している。非点収差図において、破線DMはメリディオナル面、実線DSはサジタル面でのd線に対する各非点収差(mm)を表している。また、歪曲収差図において実線はd線に対する歪曲(%)を表している。
実施例1
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 49.749 1.500 1.84666 23.78
2 26.496 4.760 1.48749 70.45
3 452.582 0.100
4 26.644 3.300 1.80420 46.49
5 83.835 可変
6 36.603 0.900 1.88300 40.80
7 8.600 4.300
8 -16.472 0.700 1.72916 54.66
9 12.459 1.300
10 15.204 2.000 1.92286 20.88
11 77.446 可変
12(絞り) ∞ 0.100
13* 17.629 1.600 1.80610 40.71
14 -60.832 2.300
15 20.004 2.000 1.84666 23.78
16 7.873 3.100 1.51680 64.20
17 -11.795 可変
18* 20.184 2.300 1.60700 27.10
19* 5.706 可変
20* 32.453 3.500 1.53048 55.72
21* -11.189 3.437
22 ∞ 1.100 1.51680 64.20
23 ∞ 0.000
非球面データ
第13面
K=0.0000,A4=-1.2187E-04,A6=-2.8444E-06,A8= 3.0018E-07,A10=-1.2141E-08
第18面
K=0.0000,A4=-4.9561E-04,A6= 4.5690E-05,A8=-3.7376E-06,A10= 1.3540E-07
第19面
K=0.0000,A4=-5.1491E-04,A6= 1.1034E-04,A8=-1.1945E-05,A10= 4.4900E-07
第20面
K=0.0000,A4= 7.4489E-04,A6= 4.3708E-05,A8=-1.5470E-06,A10= 3.0185E-08
第21面
K=0.0000,A4= 6.3073E-04,A6= 4.5911E-05,A8=-1.5436E-06,A10= 4.7787E-08
各種データ
ズーム比 11.64
(W)広角 (M)中間 (T)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.729
Fナンバー 2.850 3.675 3.710
半画角 38.671 12.113 3.715
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 68.096 71.701 78.000
BF 1.2000 1.2000 1.2000
d5 0.5000 13.3250 25.5846
d11 22.9742 8.4067 2.0879
d17 1.8999 4.8632 3.8758
d19 3.2241 5.6089 6.9544
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 43.062
2 6 -7.301
3 12 11.223
4 18 -13.943
5 20 16.133
実施例2
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 50.395 1.500 1.84666 23.78
2 26.560 4.900 1.48749 70.45
3 523.361 0.100
4 26.474 3.300 1.80420 46.49
5 84.037 可変
6 44.137 0.900 1.88300 40.80
7 8.745 4.300
8 -18.437 0.700 1.71300 53.93
9 12.110 1.400
10 15.082 2.000 1.92286 20.88
11 62.420 可変
12(絞り) ∞ 0.100
13* 16.978 1.700 1.80610 40.71
14 -42.885 2.300
15 24.047 2.000 1.84666 23.78
16 7.899 3.200 1.51823 58.96
17 -11.468 可変
18* 45.212 2.600 1.60700 27.10
19* 6.247 可変
20* 29.985 3.600 1.53048 55.72
21* -10.329 3.121
22 ∞ 1.100 1.51680 64.20
23 ∞ 0.000
非球面データ
第13面
K=0.0000,A4=-1.2969E-04,A6=-3.0803E-06,A8= 2.9570E-07,A10=-1.0851E-08
第18面
K=0.0000,A4=-3.5251E-04,A6= 3.6953E-05,A8=-2.7487E-06,A10= 1.0236E-07
第19面
K=0.0000,A4=-1.8125E-04,A6= 9.0172E-05,A8=-8.9051E-06,A10= 3.3805E-07
第20面
K=0.0000,A4= 6.9924E-04,A6= 3.5395E-05,A8=-1.2193E-06,A10= 2.5073E-08
第21面
K=0.0000,A4= 6.1531E-04,A6= 4.6297E-05,A8=-1.8354E-06,A10= 5.1670E-08
各種データ
ズーム比 11.64
(W)広角 (M)中間 (T)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.728
Fナンバー 2.850 3.660 3.723
半画角 38.672 12.128 3.687
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 69.299 72.735 78.000
BF 1.2001 1.2002 1.2002
d5 0.5000 13.5010 25.2626
d11 23.7817 9.0898 2.1140
d17 1.9247 4.5351 4.1011
d19 3.0716 5.5886 6.5018
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 42.74
2 6 -7.312
3 12 11.091
4 18 -12.25
5 20 14.944
実施例3
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 50.772 1.500 1.84666 23.78
2 28.374 4.800 1.48749 70.45
3 496.259 0.100
4 27.555 3.400 1.77250 49.65
5 81.579 可変
6 62.848 0.900 1.88300 40.80
7 9.355 4.400
8 -28.218 0.700 1.71300 53.93
9 11.703 1.410
10 14.121 2.300 1.92286 20.88
11 48.011 可変
12 35.615 1.400 1.80420 46.49
13 -36.208 0.280
14(絞り) ∞ 0.870
15 10.535 2.600 1.59551 39.23
16 -8.462 2.800 1.80610 33.27
17 5.535 2.700 1.65844 50.84
18 -11.674 可変
19* 7.100 1.100 1.60700 27.10
20* 3.401 可変
21* 22.815 3.400 1.53048 55.72
22* -11.634 2.744
23 ∞ 1.100 1.51680 64.20
24 ∞ 0.000
非球面データ
第19面
K=0.0000,A4=-4.4350E-03,A6= 3.6218E-04,A8=-3.5765E-05,A10= 1.7826E-06
第20面
K=0.0000,A4=-7.2133E-03,A6= 3.8960E-04,A8=-5.4771E-05,A10= 1.1718E-06
第21面
K=0.0000,A4= 8.4309E-04,A6= 4.7699E-05,A8=-1.6842E-06,A10= 3.4713E-08
第22面
K=0.0000,A4= 7.9730E-04,A6= 3.7810E-05,A8=-8.2557E-07,A10= 3.7474E-08
各種データ
ズーム比 11.64
(W)広角 (M)中間 (T)望遠
焦点距離 5.045 17.457 58.729
Fナンバー 2.850 3.652 3.702
半画角 38.699 12.202 3.728
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 69.584 72.983 78.000
BF 1.2000 1.2000 1.2000
d5 0.5000 14.7610 27.2426
d11 24.1396 8.6351 0.7477
d18 2.0285 4.1110 3.4779
d20 3.2122 5.7721 6.8279
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 45.778
2 6 -8.105
3 12 10.91
4 19 -12.112
5 21 15.039
実施例4
単位:mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 49.581 1.500 1.84666 23.78
2 24.866 4.800 1.48749 70.45
3 372.943 0.100
4 25.063 3.400 1.80420 46.49
5 86.853 可変
6 73.579 0.900 1.77250 49.65
7 8.015 4.000
8 -30.295 0.700 1.69680 55.48
9 10.019 1.400
10 12.047 1.900 1.92286 20.88
11 26.718 可変
12 31.858 1.400 1.80420 46.49
13 -25.745 0.250
14(絞り) ∞ 0.870
15 9.234 2.400 1.58913 61.24
16 -8.979 2.500 1.80610 40.73
17 5.524 3.700 1.56883 56.04
18 -10.018 可変
19* 14.947 0.800 1.60700 27.10
20* 4.428 可変
21* 23.664 3.600 1.53048 55.72
22* -10.717 2.464
23 ∞ 1.100 1.51680 64.20
24 ∞ 0.000
非球面データ
第19面
K=0.0000,A4=-3.1598E-03,A6= 2.1518E-04,A8=-9.6653E-06,A10= 4.5571E-07
第20面
K=0.0000,A4=-3.5151E-03,A6= 2.1234E-04,A8=-1.3183E-05,A10= 5.0721E-07
第21面
K=0.0000,A4= 1.1121E-03,A6= 2.1813E-05,A8=-7.5652E-07,A10= 1.8315E-08
第22面
K=0.0000,A4= 1.0148E-03,A6= 2.0422E-05,A8=-2.0878E-07,A10= 1.9530E-08
各種データ
ズーム比 11.64
(W)広角 (M)中間 (T)望遠
焦点距離 5.045 17.458 58.728
Fナンバー 3.319 4.418 5.000
半画角 38.679 12.349 3.743
像高 3.840 3.840 3.840
レンズ全長 66.966 71.425 75.180
BF 1.2001 1.1999 1.2003
d5 0.5000 12.9192 22.5453
d11 22.5268 9.2620 0.8366
d18 2.0000 4.0756 5.8458
d20 2.9553 6.1853 6.9681
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 40.936
2 6 -6.921
3 12 10.473
4 19 -10.673
5 21 14.429
Figure 2008304708
第1の実施の形態(実施例1)の光学構成図。 第2の実施の形態(実施例2)の光学構成図。 第3の実施の形態(実施例3)の光学構成図。 第4の実施の形態(実施例4)の光学構成図。 実施例1の収差図。 実施例2の収差図。 実施例3の収差図。 実施例4の収差図。 撮像装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を模式的断面で示す図。 第1〜第4の実施の形態(実施例1〜4)における各レンズ群のズーム移動軌跡を模式的に示す図。
符号の説明
CU デジタル機器
LU 撮像装置
ZL ズームレンズ
Gr1 第1レンズ群
Gr2 第2レンズ群
Gr3 第3レンズ群
Gr4 第4レンズ群
Gr5 第5レンズ群
ST 絞り(光学絞り)
PT 平行平面板
SR 撮像素子
SS 受光面
IM 像面(光学像)
AX 光軸
1 信号処理部
2 制御部
3 メモリ
4 操作部
5 表示部

Claims (11)

  1. 撮像素子の受光面上に物体の光学像を変倍可能に形成するためのズームレンズであって、物体側より像側へ順に、正のパワーを有する第1レンズ群と、負のパワーを有する第2レンズ群と、正のパワーを有する第3レンズ群と、負のパワーを有する第4レンズ群と、正のパワーを有する第5レンズ群と、から構成され、前記第2レンズ群と第4レンズ群との間に光学絞りが位置し、前記第4レンズ群が、少なくとも1面の非球面を有し、かつ、像側面の近軸曲率半径が物体側面の近軸曲率半径よりも小さい負レンズ1枚で構成され、以下の条件式(1)を満足することを特徴とするズームレンズ;
    -1.15<f4/√(fw・ft)<-0.5 …(1)
    ただし、
    f4:第4レンズ群の焦点距離、
    fw:広角端における全系の焦点距離、
    ft:望遠端における全系の焦点距離、
    である。
  2. 前記第5レンズ群が1枚の正レンズで構成されていることを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
  3. 前記第5レンズ群内の正レンズが少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする請求項2記載のズームレンズ。
  4. 前記第5レンズ群内の正レンズの材質が樹脂であることを特徴とする請求項2又は3記載のズームレンズ。
  5. 前記第5レンズ群がズーミング中に固定であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第4レンズ群内の負レンズの材質が樹脂であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  7. 以下の条件式(2)及び(3)を満足することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のズームレンズ;
    1.6<f1/√(fw・ft)<5.0 …(2)
    -2.0<f4/f5<-0.5 …(3)
    ただし、
    f1:第1レンズ群の焦点距離、
    f5:第5レンズ群の焦点距離、
    である。
  8. 前記第4レンズ群を光軸に沿って移動させることにより近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  9. 前記第3レンズ群が3枚接合レンズを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 前記材質が樹脂であるレンズは、樹脂材料中に最大長が30ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求項4又は6記載のズームレンズ。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のズームレンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記ズームレンズが設けられていることを特徴とする撮像装置。
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