JP4647255B2

JP4647255B2 - ズームレンズ系

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Publication number: JP4647255B2
Application number: JP2004217094A
Authority: JP
Inventors: 隆榎本
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: KR100856837B1; KR20060046762A; US20060018034A1; CN101614865B; US7251080B2; JP2006039094A; TW200608052A; CN101706608A; CN100576009C; CN101706608B; CN1727936A; CN101614865A

Description

本発明は、ズームレンズ系に関し、特にデジタルカメラに適したズームレンズ系に関する。

近年、小型撮像装置、ＣＣＤなどの固体撮像素子を用いたデジタルカメラ用のレンズ系として、小型で、Ｆ値が小さく（明るく）、さらに画角変化が可能なズームレンズ系が求められている。
特開平１０-２８２４１６号公報特開２００１-１９４５８９号公報

本発明は、物体側から順に、負の第１レンズ群、絞り、及び正の第２レンズ群から構成されるレトロフォーカス型のズームレンズ系において、小型で、Ｆ値が２以下と明るく、かつ短焦点距離端における半画角が５０゜前後で変倍比（ズーム比）が２倍程度のズームレンズ系を提供することを目的とする。

本発明のズームレンズ系は、物体側から順に、負の第１レンズ群、絞り、及び正の第２レンズ群から構成され、第１、第２レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うズームレンズ系において、第１レンズ群は、物体側から順に、第１負レンズ、第２負レンズ及び正レンズの３枚から構成され、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）０．７＜ｆｔ／ｆ２Ｇ＜１．１
（２）４．５２≦（ｄ１２ｗ−ｄ１２ｔ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜５．０（ｍｍ）
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆ２Ｇ；第２レンズ群の焦点距離、
ｄ１２ｗ；短焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、
ｄ１２ｔ；長焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、
ｆｗ；短焦点距離端の全系の焦点距離、
である。

本発明のズームレンズ系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）３．０＜Σ２Ｇ／（ｆｔ／ｆｗ）＜４．０（ｍｍ）
但し、
Σ２Ｇ；第２レンズ群の群厚（第２レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面迄の距離）、
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆｗ；短焦点距離端の全系の焦点距離、
である。

また、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．６＜ｆ１ｎ／ｆ２ｎ＜１．２
但し、
ｆ１ｎ；第１レンズ群中の第１負レンズの焦点距離、
ｆ２ｎ；第１レンズ群中の第２負レンズの焦点距離、
である。

負のパワーの第１レンズ群中の第２負レンズは、より具体的には両凹負レンズから構成することが好ましい。

正のパワーの第２レンズ群は、物体側から順に、正第１レンズ、正第２レンズ、負第３レンズ及び正第４レンズの４枚から構成することが好ましい。

以上の具体的構成の第２レンズ群は、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）νｐ-νｎ＞２３
但し、
νｐ；第２レンズ群中の正第２レンズのｄ線のアッベ数、
νｎ；第２レンズ群中の負第３レンズのｄ線のアッベ数、
である。

また、本発明のズームレンズ系は、次の条件式（６）を満足することが好ましい。
（６）−１．１＜ｆｔ／ｆ１Ｇ＜−０．６
但し、
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆ１Ｇ；第１レンズ群の焦点距離、
である。

第２レンズ群の正第４レンズは、好ましくは少なくとも１面の非球面を有するとよい。

絞りは光軸上の位置を固定し、像面との距離が変化しないように固定ユニットとすることが好ましい。

本発明によれば、レトロフォーカス型のズームレンズ系において、小型で、Ｆ値が２以下と明るく、かつ短焦点距離端における半画角が５０゜前後で変倍比（ズーム比）が２倍程度のズームレンズ系を得ることができる。

本発明によるズームレンズ系は、図１３の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ群１０、絞りＳ及び正の第２レンズ群２０からなっている。短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、第１レンズ群１０は像側に移動し、第２レンズ群２０は物体側に移動する。絞りＳは像面Ｉとの距離が変化しないように光軸上の位置が固定されている。絞りＳ（絞りユニット）を固定すると、短焦点距離端において、絞りＳと第１レンズ群１０、絞りＳと第２レンズ群２０との間隔を双方とも拡大できる（分離することができる）ので、広い画角に及ぶ軸外収差の補正に有利である。

ＣＣＤ等の固体撮像素子を備えたデジタルカメラ用のズームレンズ系では、シェーディングなどの発生を防ぐため、短焦点距離端から長焦点距離端までテレセントリック（テレセン）性が要求される。射出角度を小さくして変倍するためには、一般的に物体側から順に負正のレトロフォーカスタイプが有利であり、本ズームレンズ系もレトロフォーカスタイプを採用している。

加えて、本ズームレンズ系は、短焦点距離端における半画角５０゜前後を実現している。第１負レンズ群の理論上の最低枚数は負正の２枚であるが、２枚で半画角５０゜前後を実現するには、第１負レンズの第２面の曲率半径が小さくなりすぎ、軸外収差の発生につながる。そこで本ズームレンズ系では、負の第１レンズ群を、物体側から順に負負正の３枚構成に限定している。４枚以上使用すればより容易に収差補正できることは言うまでも無いが、第１レンズ群厚を増大させ、その結果、レンズ全長の増大につながり、本願発明が目的とする小型ズームレンズ系とならない。

レンズ全長の小型化に関して、各群の移動量と各群厚が課題となる。本ズームレンズ系では、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、第１レンズ群１０は像側に移動し、第２レンズ群２０は物体側に移動する。このため、変倍比（ズーム比）を大きくするために両レンズ群の移動量を大きくとると、短焦点距離端におけるレンズ全長が増加してしまう。

条件式（１）は、第２レンズ群のパワーに関する条件である。条件式（１）を満足するように正の第２レンズ群のパワーを強くすることで、収差発生を抑えながら変倍比を大きくすることができる。

条件式（１）の上限を超えて第２レンズ群のパワーを強くすると、第２レンズ群内に収差が大きく発生し、短焦点距離端から中間焦点距離における軸外収差、および中間焦点距離から長焦点距離端における軸上収差の補正が困難となる。条件式（１）の下限を超えて第２レンズ群のパワーを弱くすると、テレセン性を維持する為の第１レンズ群の負のパワーによる残存収差の補正が困難となる。

条件式（２）は、条件式（１）を満足した上でさらに変倍比と変倍による収差変化と各レンズ群の移動量の最適なバランスを、第１レンズ群と第２レンズ群の変倍に伴う間隔の変化量で表現した条件である。

条件式（２）の上限を超えると、第１、２レンズ群間隔の変化量が大きくなり、絞りと像面との間隔及び第２レンズ群と像面との間隔が接近してしまう為、テレセン性を維持するには第２レンズ群の正のパワーが弱くなりすぎ、条件式（１）の下限を越えてしまう。条件式（２）の下限を超えると、第１、第２レンズ群の移動量が小さいため、十分な変倍比を確保すると第２レンズ群のパワーが強くなりすぎ、条件式（１）の上限を越えてしまう。

条件式（３）は、条件式（１）を満足した上でさらに小型化とＦ値を小さくした場合の収差補正とのバランスを図るための第２レンズ群の群厚に関する条件である。条件式（３）の上限を超えると、第２レンズ群厚が大きくなりすぎ、第２レンズ群の移動量が確保できないために第２レンズ群のパワーが強くなりすぎ、短焦点距離端における軸外収差の補正が困難になる。条件式（３）の下限を超えると、第２レンズ群に配置できるレンズ枚数が減少し、第２レンズ群内の収差補正が不十分となり、変倍に伴う収差変動が大きくなるので、要求されるＦ値を達成できない（明るいレンズが得られない）。

条件式（４）は、負のパワーの第１レンズ群中の第１負レンズと第２負レンズが満足すべきパワーに関する条件である。本ズームレンズ系では、第１レンズ群を負負正の構成とし、第１レンズ群の強い負のパワーを２枚の負レンズでバランスよく負担させているが、一方にパワーが偏ると、第１レンズ群内の収差補正が困難となり、短焦点距離端から中間焦点距離における軸外収差および中間焦点距離から長焦点距離端における軸上収差の補正が難しくなる。

第１レンズ群の群厚を減少させるには、負負正の構成の中央の負レンズを両凹の負レンズとすることが有利である。

正の第２レンズ群は、正負正のトリップレット構成が基準となるが、Ｆ値を小さくしながら、特に球面収差などの軸上収差を補正するには、物体側から順に正正負正の４枚構成とするのがよい。５枚以上とすると、より容易に収差補正が可能であるのは言うまでもない。

第２レンズ群を正正負正の構成としたときには、短焦点距離端でＦ値が２以下、長焦点距離端でも３程度の明るいズームレンズ系を得るには、その２番目の正レンズと３番目の負レンズとにアッベ数の差を与えて色収差補正を図ることが望ましい。条件式（５）は、このアッベ数差に関する条件である。条件式（５）の下限を超えて２枚の正負レンズのアッベ数差が小さいと、小さいＦ値のもとでの色収差補正が困難になる。

条件式（６）は、負の第１レンズ群のパワーに関する条件である。条件式（６）の上限を超えると、第１レンズ群のパワーが弱くなるので、第２レンズ群のパワーも併せて弱くすることが必要となる。各群のパワーが弱いまま必要な変倍比を達成するには短焦点距離端における第２レンズ群の位置を像面に接近させて配置することになるが、その状態でテレセン性を維持することは困難である。条件式（６）の下限を超えると、第１レンズ群のパワーが強くなりすぎ、短焦点距離端で発生する軸外収差の補正が困難である。

本ズームレンズ系は、より一層の小型化、高性能を図るには、正の第２レンズ群の最終正レンズ（最も像側のレンズ）に少なくとも１面の非球面を使用することが望ましい。

次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦ_NOはＦ値、ｆは全系の焦点距離、Ｗは半画角（゜）、ｆ_Bはバックフォーカス（第２レンズ群の最も像側の面から撮像素子の撮像面までの空気換算距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_dはｄ線に対する屈折率、νはアッベ数を示す。
また、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰+A12y¹²・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）

図１ないし図３は本発明のズームレンズ系の第１実施例を示している。図１はレンズ構成図、図２は短焦点距離端における諸収差図、図３は長焦点距離端における諸収差図、表１はその数値データである。第１レンズ群１０（面No. １〜６）は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ、両凹負レンズ、物体側に凸の正レンズからなり、第２レンズ群２０（面No. ７〜１４）は、物体側から順に、両凸正レンズ、物体側に凸の正メニスカスレンズ、両凹負レンズ、両凸正レンズからなっている。面No. １５〜１６は撮像素子の前のカバーガラスである。絞りＳは短焦点距離端においては第１レンズ群（第６面）の後方（像側面）7.63の位置にあり、長焦点距離端においては同1.00の位置にある。

（表１）
F_NO= 1:1.9-3.1
f= 2.85-6.88（ズーム比=2.41）
W= 49.1-19.9
f_B= 5.06-9.35
面No. ｒｄ N_d ν
1 15.818 0.70 1.77250 49.6
2 4.816 3.11
3 -22.259 0.60 1.85000 42.8
4 10.970 0.42
5 10.149 1.65 1.84666 23.8
6 ∞ 12.92 -2.00
7 7.676 1.77 1.65001 53.5
8 -32.986 0.10
9 6.201 1.87 1.58897 62.2
10 93.683 0.29
11 -17.367 1.64 1.83809 25.3
12 5.484 0.99
13 6.528 1.92 1.66626 55.2
14* -14.874 1.00-5.29
15 ∞ 2.91 1.49782 66.8
16 ∞ -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面No. ＫＡ４Ａ６Ａ８
14 0.00 0.13326×10^-20.68521×10^-4 -0.28069×10^-5

図４ないし図６は本発明のズームレンズ系の第２実施例を示している。図４はレンズ構成図、図５は短焦点距離端における諸収差図、図６は長焦点距離端における諸収差図、表２はその数値データである。この実施例２は、第２レンズ群の２番目の両凸正レンズと３番目の両凹負レンズが貼り合わせレンズである点を除き、基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。絞りＳは短焦点距離端においては第１レンズ群（第６面）の後方（像側面）8.58の位置にあり、長焦点距離端においては同1.29の位置にある。

（表２）
F_NO= 1:1.9-3.1
f= 2.85-7.15（ズーム比=2.51）
W= 49.1-19.1
f_B= 4.63-9.01
面No. ｒｄ N_d ν
1 14.780 0.70 1.81454 44.6
2 4.851 3.05
3 -17.859 0.60 1.76524 47.1
4 11.862 0.38
5 10.502 1.66 1.84666 23.8
6 ∞ 13.96-2.29
7 12.061 1.37 1.83400 45.6
8 -43.866 0.10
9 5.792 2.23 1.54132 65.1
10 -14.300 2.63 1.82730 27.1
11 4.633 0.73
12 5.859 2.20 1.66626 55.2
13* -18.834 1.00-5.38
14 ∞ 2.91 1.49782 66.8
15 ∞ -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面No. ＫＡ４Ａ６Ａ８
13 0.00 0.10012×10^-20.81948×10^-4 -0.45202×10^-5

図７ないし図９は本発明のズームレンズ系の第３実施例を示している。図７はレンズ構成図、図８は短焦点距離端における諸収差図、図９は長焦点距離端における諸収差図、表３はその数値データである。この実施例３の基本的なレンズ構成は、実施例２と同様である。絞りＳは短焦点距離端においては第１レンズ群（第６面）の後方（像側面）8.82の位置にあり、長焦点距離端においては同1.30の位置にある。

（表３）
F_NO= 1:1.9-3.1
f= 2.85-7.15（ズーム比=2.51）
W= 53.4-20.6
f_B= 4.99-9.42
面No. ｒｄ N_d ν
1 17.594 0.70 1.83481 42.7
2 5.080 3.07
3 -21.905 0.60 1.77250 49.6
4 11.112 0.41
5 10.318 1.83 1.84666 23.8
6 ∞ 14.34 -2.40
7 11.855 1.33 1.80400 46.6
8 -49.556 0.10
9 5.870 2.30 1.53172 48.9
10 -16.041 2.44 1.84666 23.8
11 5.217 0.66
12 6.553 2.26 1.69350 53.2
13* -21.530 1.00-5.43
14 ∞ 2.91 1.49782 66.8
15 ∞ -
*は回転対称非球面。
非球面データ（表示していない非球面係数は0.00である。）：
面No. ＫＡ４Ａ６Ａ８
13 0.00 0.10356×10^-20.71422×10^-4 -0.31316×10^-5

図１０ないし図１２は本発明のズームレンズ系の第４実施例を示している。図１０はレンズ構成図、図１１は短焦点距離端における諸収差図、図１２は長焦点距離端における諸収差図、表４はその数値データである。この実施例４の基本的なレンズ構成は、実施例１と同様であるが、非球面は含まれていない。絞りＳは短焦点距離端においては第１レンズ群（第６面）の後方（像側面）7.64の位置にあり、長焦点距離端においては同1.00の位置にある。

（表４）
F_NO= 1:2.0-2.6
f= 2.85-5.50（ズーム比=1.92）
W= 49.0-24.2
f_B= 3.95-6.08
面No. ｒｄ N_d ν
1 11.450 0.70 1.77250 49.6
2 4.413 3.54
3 -17.012 0.60 1.85000 42.8
4 38.217 0.24
5 13.677 1.20 1.84666 23.8
6 99.368 12.02-3.25
7 54.508 1.10 1.83400 37.2
8 -10.737 0.10
9 4.085 1.91 1.55911 63.9
10 -20.120 0.24
11 -11.196 2.30 1.85000 24.1
12 3.759 0.55
13 11.684 1.21 1.85000 43.5
14 -9.377 1.00-3.13
15 ∞ 1.00 1.51633 64.1
16 ∞ -

各実施例の各条件式に対する値を表５に示す。
（表５）
実施例１実施例２実施例３実施例４
条件式（１） 0.92 0.95 0.94 0.85
条件式（２） 4.52 4.65 4.76 4.55
条件式（３） 3.55 3.69 3.62 3.84
条件式（４） 1.08 0.99 0.93 0.71
条件式（５） 36.93 38.02 25.12 39.78
条件式（６） -0.97 -0.97 -0.96 -0.68

表５からも明らかなように、実施例１ないし実施例４は、条件式（１）ないし（６）を満足しており、かつ収差図に示すように長短の焦点距離端での諸収差もよく補正されている。

本発明によるズームレンズ系の第１実施例のレンズ構成図である。図１のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。図１のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。本発明によるズームレンズ系の第２実施例のレンズ構成図である。図４のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。図４のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。本発明によるズームレンズ系の第３実施例のレンズ構成図である。図７のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。図７のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。本発明によるズームレンズ系の第４実施例のレンズ構成図である。図１０のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。図１０のレンズ構成の長焦点距離端における諸収差図である。本発明によるズームレンズ系の簡易移動図である。

Claims

物体側から順に、負の第１レンズ群、絞り、及び正の第２レンズ群から構成され、第１、第２レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行うズームレンズ系において、
第１レンズ群は、物体側から順に、第１負レンズ、第２負レンズ及び正レンズの３枚から構成され、
次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とするズームレンズ系。
（１）０．７＜ｆｔ／ｆ２Ｇ＜１．１
（２）４．５２≦（ｄ１２ｗ−ｄ１２ｔ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜５．０（ｍｍ）
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆ２Ｇ；第２レンズ群の焦点距離、
ｄ１２ｗ；短焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、
ｄ１２ｔ；長焦点距離端における第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、
ｆｗ；短焦点距離端の全系の焦点距離。
請求項１記載のズームレンズ系において、次の条件式（３）を満足するズームレンズ系。
（３）３．０＜Σ２Ｇ／（ｆｔ／ｆｗ）＜４．０（ｍｍ）
但し、
Σ２Ｇ；第２レンズ群の群厚、
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆｗ；短焦点距離端の全系の焦点距離。
請求項１または２記載のズームレンズ系において、次の条件式（４）を満足するズームレンズ系。
（４）０．６＜ｆ１ｎ／ｆ２ｎ＜１．２
但し、
ｆ１ｎ；第１レンズ群中の第１負レンズの焦点距離、
ｆ２ｎ；第１レンズ群中の第２負レンズの焦点距離。
請求項１ないし３のいずれか１項記載のズームレンズ系において、第１レンズ群中の第２負レンズは両凹負レンズからなるズームレンズ系。
請求項１ないし４のいずれか１項記載のズームレンズ系において、上記第２レンズ群は、物体側から順に、正第１レンズ、正第２レンズ、負第３レンズ及び正第４レンズの４枚から構成されているズームレンズ系。
請求項５記載のズームレンズ系において、次の条件式（５）を満足するズームレンズ系。
（５）νｐ−νｎ＞２３
但し、
νｐ；第２レンズ群中の正第２レンズのｄ線のアッベ数、
νｎ；第２レンズ群中の負第３レンズのｄ線のアッベ数。
請求項１ないし６のいずれか１項記載のズームレンズ系において、次の条件式（６）を満足するズームレンズ系。
（６）−１．１＜ｆｔ／ｆ１Ｇ＜−０．６
但し、
ｆｔ；長焦点距離端の全系の焦点距離、
ｆ１Ｇ；第１レンズ群の焦点距離。
請求項５ないし７のいずれか１項記載のズームレンズ系において、第２レンズ群の正第４レンズは少なくとも１面の非球面を有するズームレンズ系。
請求項１ないし８のいずれか１項記載のズームレンズ系において、絞りは光軸上の位置が固定され、像面との距離が変化しないズームレンズ系。