JP2005077693A - 変倍撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】負、正、負のレンズタイプでありながら、射出角を抑えることが可能で、しかも極めてコンパクトな光学系を実現することが可能な変倍撮像レンズを提供する。
【解決手段】１枚構成よりなる負の屈折力を有する第１レンズ群１１０、１または２枚構成の正の屈折力を有する第２レンズ群１２０、および１枚構成の負の屈折力を有する第３レンズ群１３０により変倍撮像レンズ１００の撮像光学系が構成されている。すなわち、撮像光学系が、負、正、負のレンズ構成で、物体側ＯＢＪＳから順に配置した第１レンズ群１１０が１枚構成、第２レンズ群１２０が１または２枚構成、第３レンズ群１３０が１枚構成の計３または４枚のレンズで構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像レンズ装置に係り、特に、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長および高い光学性能を有する変倍撮像レンズに関するものである。

情報の多様化に伴い、携帯電話機や携帯情報端末に撮像レンズが搭載され、また、情報伝達速度の向上により画像の情報量も急速に増大しつつある。そして、既に固定焦点レンズが搭載され、変倍レンズを搭載した携帯装置が種々提案されている。
この種の携帯装置である携帯電話機や携帯情報端末等にカメラモジュールを搭載するためには、光学（レンズ）系は極めてコンパクトである必要がある。

このような要望に答えて、コンパクト化を実現した変倍機能を有する小型ズームレンズが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のズームレンズは、正のパワーを有する前群と負のパワーを有する後群とで構成されている。
そして、前群が物体側より負のパワーの貼り合わせレンズ、メニスカス負レンズ、両凸正レンズ、両凸正レンズの４群５枚、後群が両凸正レンズ、負レンズ、メニスカス負レンズの３群３枚の合計７群８枚のレンズから構成され、第３群あるいは第４群のレンズの少なくとも一つの面に非球面を採用することにより、小型で高性能な光学系を構成している。
特開平９−３１１２７５号公報

ところで、製造可能な肉厚を持つレンズ、および変倍に伴うレンズ群の移動量を考慮に入れれば自明なことであるが、携帯装置に搭載可能な極めてコンパクトな光学系を実現するための条件の一つに、光学系を構成するレンズ枚数が少ないことがあげられる。
しかしながら、上述した特許文献１に記載のズームレンズは、レンズの構成枚数が７群８枚と比較的多く、撮像光学系の小型化には、限界があり、携帯電話機等、全長に制限のある機器に対しては十分な小型化がなされているとは言い難い。

変倍機能を有する光学系において、構成枚数が２枚から５枚程度の少ないレンズ枚数で構成されている例は、物理的な大きさが小さいものとして撮像素子を対象とした撮像レンズに概ね限られる。
コンパクトなデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラに使用される撮像素子は、通例として、銀塩フィルムに比べ撮像面サイズが数％から２０％程度と極端に小さいため、高い光学性能を確保でき得るものとなっている。
したがって、撮像素子を用いた撮像光学系は、テレセントリック性を重視するため、レンズタイプとしては、以下の２通りに分類される。

第１のタイプは、物体側より負の屈折力の第１レンズ群、および正の屈折力の第２のレンズ群からなる２群構成レンズタイプである。この２群構成レンズタイプでは、最小２枚のレンズで構成できる。
この第１のタイプは、いわゆるレトロフォーカスタイプであり、広角化には容易に適用できるとされている。
しかしながら、上述した第１のレンズタイプは、いわゆるレトロフォーカスタイプであり、広角化には容易に適用できるとされているものの、携帯電話機等、全長に制限のある機器に対しては十分な小型化がなされているとは言い難い。

第２のタイプは、物体側より負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、および正の屈折力の第３レンズ群からなる３群構成レンズタイプである。この３群構成のレンズタイプでは、最小３枚のレンズで構成できる。
たとえば、このレンズタイプは、テレセントリック性に優れており、撮像素子を用いた光学系では、採用されることが多い。
しかし、第２のレンズタイプは、テレセントリック性に優れているものの、前述の正、負の２群構成と同様に、レトロフォーカスタイプであるが故に、十分な小型化がなされているとは言い難い。

一方、物体側より負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、および負の屈折力の第３レンズ群で構成される、いわゆる、負、正、負のレンズタイプのものが提案されている。このレンズタイプの方がテレフォト系の作用を強くできるため、光学系全長を短縮可能で優位であり、銀塩フィルムを対象とした撮像レンズに好適である。
しかし、このレンズタイプは最も撮像面に近いレンズ群である第３レンズ群が負の屈折力を持つため、光学系からの射出角が跳ね上がる傾向があり、撮像素子を対象として用いた際には、撮像素子の開口によるケラレが懸念される。

携帯電話機を始めとする極めてコンパクトさを必要とされている光学系においては、上記の通り、いわゆるレトロフォーカスタイプでは実現が困難である。
一方、テレフォト系の作用を強くした負、正、負のレンズタイプはコンパクト化の面では優位であるが、光学系からの射出角を跳ね上がる傾向がある。また、昨今の撮像素子では、開口によるケラレの減少を促すために、各画素にマイクロレンズを搭載し、このマイクロレンズにより補正を行うことが一般的になってきている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負、正、負のレンズタイプでありながら、射出角を抑えることが可能で、しかも極めてコンパクトな光学系を実現することが可能な変倍撮像レンズを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の観点は、撮像素子を対象とした変倍機能を備えた撮像光学系を有する変倍撮像レンズであって、上記撮像光学系が、物体側から順に配置した３枚または４枚のレンズで構成され、変倍比が約２．５以下であり、かつ、以下の条件式（１）を満足する。
０．１８＜ｙ’／Ｌ …（１）
ただし、ｙ’は上記撮像素子の撮像面における最大像高を、Ｌは光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における上記撮像面までの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をそれぞれ表している。

好適には、上記撮像光学系は、物体側から順に配置された、１枚構成よりなる負の屈折力を有する第１レンズ群と、１枚または２枚構成よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群と、１枚構成よりなる負の屈折力を有する第３レンズ群と、により構成され、変倍を行う際には、少なくとも上記第２レンズ群と上記第３レンズ群が光軸上を移動する。

好適には、上記第１レンズ群、上記第２レンズ群、および上記第３レンズ群の焦点距離は、それぞれ以下の条件式（２）、（３）、および（４）を満足する。
２．１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．７ …（２）
０．６５＜ｆ２／ｆｗ＜０．９０ …（３）
０．８４＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１．３２ …（４）
ただし、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離を、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離をそれぞれ表している。

好適には、上記第２レンズ群に少なくとも１面非球面を有する。

また、好適には、上記第３レンズ群は、少なくとも１面非球面を有し、かつ、最も像側の面が、像側に凹面を向けた負のレンズであり、以下の条件式（５）を満足する。
ｔａｎω×ｆst／Ｌst＜０．７２ …（５）
ただし、ωは広角端での最大入射角度を、ｆstは広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離を、Ｌstは広角端における絞りから撮像面までの距離をそれぞれ表している。

好適には、上記第１レンズ群は、第１面に物体側を凸面とした負のメニスカスレンズである。

本発明によれば、情報端末、携帯電話機等に搭載可能なコンパクトな変倍撮像レンズを実現することができる。
また、デジタルスチルカメラへの応用も可能であり、超薄型の変倍レンズ搭載のカメラを実現でき、応用範囲が広い変倍撮像レンズを実現できる利点がある。

以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。

図１および図２は、変倍撮像レンズの基本構成を示す図であって、図１は第２レンズ群が１枚構成であるレンズ構成例を示し、図２は第２レンズ群が２枚構成であるレンズ構成例を示している。

この変倍撮像レンズ１００は、図１に示すように、物体側ＯＢＪＳから順に配置された、１枚構成の負の屈折力を有する第１レンズ群１１０、図１に示すように１枚構成または図２に示すように２枚構成からなる正の屈折力を有する第２レンズ群１２０または１２０Ａ、１枚構成の負の屈折力を有する第３レンズ群１３０、撮像部１４０、および第２レンズ群１２０の物体側（第１レンズ群１１０側）に配置された絞り部１５０により構成されている。
この変倍撮像レンズ１００において変倍を行う際には、第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０，１２０Ａ、および第３レンズ群１３０のうち、たとえば第２レンズ群１２０と第３レンズ群１３０が光軸ＡＸ上を移動する。
なお、変倍機能に関しては、第１レンズ群１１０を固定する構成をとることが可能であるが、第１レンズ群１１０を変動させる（移動可能）に構成することも可能であり、使用目的に応じて対応することができる。

これらの構成要素のうち、１枚構成の負の屈折力を有する第１レンズ群１１０、１枚構成または２枚構成からなる正の屈折力を有する第２レンズ群１２０または１２０Ａ、１枚構成の負の屈折力を有する第３レンズ群１３０により変倍撮像レンズ１００の撮像光学系が構成されている。
すなわち、本実施形態においては、撮像光学系が、物体側ＯＢＪＳから順に配置した第１レンズ群１１０が１枚構成、第２レンズ群１２０が１または２枚構成、第３レンズ群１３０が１枚構成の計３または４枚のレンズで構成される。

第１レンズ群１１０は、たとえば第１面に物体側を凸面とした負の屈折力を持つメニスカスレンズ１１１により構成される。
このように、第１レンズ群１１０を負の屈折力を持つメニスカスレンズ１１１により構成することにより、ディストーションを抑えやすくなる。
また、第１レンズ群１１０は、レンズ１枚で構成される故、色収差の発生を抑えるために、分散の小さな硝材を選ぶことが望ましい。

第２レンズ群１２０は、唯一の正の屈折力を持つ群となるために、屈折力集中による球面収差の分散を抑えるため、２枚に分割する方が、より良好な収差補正が可能となる。１枚で構成する場合には、絞り直後に非球面を設けるなどして、球面収差の補正を図るのが良い。
第２レンズ群１２０を１枚のレンズで構成する場合には、たとえば図１に示すように、両凸レンズ１２１により構成される。
第２レンズ群１２０を２枚のレンズで構成する場合には、たとえば図２に示すように、正のレンズ１２２，１２３の組み合わせにより構成される。

第３レンズ群１３０は、１枚構成であり、第２レンズ群１２０に対する移動量が大きくないために、適切な屈折率配分をすることにより、第２レンズ群１２０と合わせて色収差補正を行うことが可能となる。第２レンズ群１２０が正の色収差を大きく発生するために、負の色収差の発生する第３レンズ群１３０では、分散の大きな硝材を選ぶことが望ましい。また、非球面を用いるには、コスト面を考慮に入れた際には、プラスチック硝材がより優位である。少なくとも１面に非球面を用いることにより、諸収差、射出各の補正を行う。
第３レンズ群１３０は、たとえば像面側を凹とした負のレンズ１３１により構成される。
本実施形態において、ピント調整（フォーカス調整）は第３レンズ群１３０で行っており、無限から至近にかけて撮像面測に移動する。
第３レンズ群が正レンズの場合は物体側に移動するために、特に望遠端での第２レンズ群と第３レンズ群間の距離を確保する必要がある。
本実施形態では、像面側に移動するため、望遠端での第２レンズ群１２０と第３レンズ群１３０との距離を狭めることができる。
これは、変倍光学系のコンパクト化を可能ならしめる要因の一つであり、また同じ大きさであれば、無理の無いパワー配置が可能となり、高性能化および偏心感度の低下を可能ならしめている。

撮像部１４０は、第３レンズ群１３０側から、ガラス製の平行平面板（カバーガラス）１４１と、たとえばＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子１４２が順に配置されている。
撮像光学系を介した被写体（物体）からの光が、撮像素子１４２の撮像面１４２ａ上に結像される。

以上の第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０、および第３レンズ群１３０を有する撮像光学系は、光学系全体が負、正、負のレンズ構成となっていることから、テレフォト作用を持たせるために全長短縮が可能である。

以上のような構成を有する本実施形態に係る変倍撮像レンズ１００は、携帯電話機等に搭載可能なようにコンパクト化を実現し、撮像素子への入射角度の射出瞳の規制を緩和するために、以下に説明するような、各種条件が設定されている。
以下に、本実施形態に係る変倍撮像レンズ１００において設定された各条件について説明する。

本変倍撮像レンズ１００は、３または４枚のレンズで構成され、変倍比が約２．５以下であり、かつ、撮像素子１４２の撮像面１４２ａにおける最大像高をｙ’、撮像光学系の最物体側レンズ１１１の面頂より光軸ＡＸ上における撮像面１４２ａまでの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をＬとしてそれぞれ表した場合に、以下の（条件式１）を満足するように構成されている。
０．１８＜ｙ’／Ｌ …（条件式１）

撮像素子を用いた光学系において、極めてコンパクトな光学系を実現するための条件は、製造可能な肉厚をもつレンズ、および、変倍に伴うレンズ群の移動量を考慮に入れれば自明なことであるが、光学系を構成するレンズ枚数が少ないことが挙げられる。したがって、撮像光学系の構成枚数を３枚または４枚程度で構成することが条件のーつとなる。
この条件下において、高い光学性能を維持ずるために変倍比に上限を設ける必要がある。上限を超えると、第１レンズ群１１０を光軸ＡＸに沿って大きく移動する必要が生じるためコンパクト性が失われ、また、３または４枚という構成枚数では諸収差の補正が困難となる。さらに好ましくは、変倍比２．０以下が望ましい。
また、条件式１の下限を超えると、条件式中のＬが像高ｙ’に比し大きくなるのでコンパクト性が失われることを意味しているのは自明だが、それに加え、径方向にも増大する傾向があるために極めてコンパクトな光学系であることを求めるには望ましくない。さらに、絞りの位置によってはＦ値が大きくなる傾向があり十分な明るさと光学性能を両立することが困難となる。

なお、条件式１のｙ’とＬとの関係制約条件は、撮像面１４２ａの大きさにより光学系の大きさも左右される。
しかしながら、本実施形態では、負、正、負の３群構成にも関わらずコンパクトな全長の短い光学系が可能である。
また、本実施形態は３または４枚構成と少ない枚数でコンパクト化を実現している。枚数を低減すると収差補正を行うためにはＬを短くすることが困難となり、本実施形態においてはｙ＜０．２２となっている。

本実施形態の変倍撮像レンズ１００は、第１レンズ群１１０の焦点距離ｆ１、第２レンズ群１２０（１２０Ａ）の焦点距離ｆ２、および第３レンズ群１３０の焦点距離ｆ３は、合成パワーの強くなる広角端における撮像光学系の焦点距離ｆｗを用いて、以下の（条件式２）、（条件式３）、および（条件式４）を満足するように構成されている。
２．１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．７ …（条件式２）
０．６５＜ｆ２／ｆｗ＜０．９０ …（条件式３）
０．８４＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１．３２ …（条件式４）

これらの条件式２、条件式３、および条件式４は、変倍撮像レンズ１００のコンパクト化を達成するための各群の屈折力（パワー）の条件を示している。

条件式２は、第１レンズ群１１０の屈折力の条件を示しており、上限を超えると負のディストーション補正が厳しくなり、さらに、第２レンズ群１２０の屈折力が大きくなることによる収差劣化を発生させる。また、下限を超えると、全長が大きくなりコンパクト化が達成でき無くなると共に、第１レンズ群１１０の屈折力を大きくする必要が生じ、非点収差、歪曲収差が悪化する。
条件式３は、第２レンズ群１２０の屈折力の条件を示しており、上限を超えると全長が長くなり、さらに球面収差補正が困難となる。下限を超えると、球面収差、非点収差、コマ収差が悪化する。さらに好ましくは、０．７１＜ｆ２／ｆｗ＜０．８５の条件を満たしていることが望ましい。
条件式４は、第３レンズ群１３０の屈折力の条件を示しており、上限を起えると負の歪曲補正が困難となり、下限を超えるとコマ収差、正の歪曲を増大させ、さらに全長が長くなる。

また、本実施形態の変倍撮像レンズ１００は、第２レンズ群１２０，１２０Ａに少なくとも１面非球面を有し、かつ、第３レンズ群１３０に少なくとも１面非球面を有するように構成されている。
具体的には、本実施形態の変倍撮像レンズ１００は、上述したように、収差補正において、各群のパワー配置を最適化することでコンパクト化を達成しており、さらに第２レンズ群１２０，１２０Ａと第３レンズ群１３０に非球面を適宜配置することで、さらにコンパクト化を実現している。

すなわち、本実施形態においては、球面系だけでは、コンパクトな変倍撮像レンズの収差補正が困難であり、非球面を適所に配置することにより諸収差の補正を行っている。
本実施形態に係る撮像光学系において、第２レンズ群１２０は唯一の正の屈折力を持ち、必然的にその屈折力も大きくなり、収差の発生も大きくなるため少なくとも１面以上の非球面が必要であり、これにより球面収差、コマ収差、非点収差の補正を行っている。

本実施形態に用いられる非球面は次式で与えられる。
Ｚ＝（ｈ² ／ｒ）／〔１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／ｒ）² ｝^1/2 〕
＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰＋Ｅｈ¹²＋Ｆｈ¹⁴＋・・・

ただし、Ｚは面頂点に対する接平面からの深さを、ｒは曲率半径を、ｈは光軸からの高さを、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数を、Ｅは１２次の非球面係数を、Ｆは１４次の非球面係数を、それぞれ表している。

また、上述したように、第３レンズ群１３０は、たとえば像面側に凹面を向けた負のレンズ１３１により構成することができるが、この場合、広角端での最大入射角度ω、広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離ｆst、広角端における絞りから撮像面までの距離Ｌstを用いて、以下の（条件式５）を満足するように構成される。
ｔａｎω×ｆst／Ｌst＜０．７２ …（条件式５）

昨今の画素の微細化が進んだ撮像素子では、それに伴い受光部への光線が開口部により遮光される傾向が強くなったため、マイクロレンズを用いて周辺光量の補正を行っている。
したがって、撮像素子を用いた光学系は、必ずしもテレセントリック性が必要とされていない。
しかしながら、撮像素子への光線光量を確保するためには、入射角の限界があり、この限界角を規制しており、上限を超えると受光部への角度が厳しくなり、画面周辺部において急激な光量低下が発生する。

条件式５は、撮像素子１４２への入射角度規制に対する射出瞳位置の条件を表しており、条件の厳しい広角端での条件式となっている。
光学系に入射する角度（両角）に対して、射出瞳距離に関与する、絞り位置と絞りから撮像面１４２ａ側の光学系の焦点距離（パワー）の関係式となっている。本実施形態において、広画角、コンパクトでありながら、射出瞳の規制緩和を行っており、その達成した条件式を表している。
また、第３レンズ群１２０は、軸外光線像高が高い上に、１枚構成であるために、諸収差の補正、および、射出角の補正のための非球面が少なくとも１面は必要であり、また、像側に凹面を向けた負のレンズとすることにより、主点位置を物体側へと配置し、コンパクト化を行うことができる。

以下に、変倍撮像レンズの具体的な数値による実施例１〜５を示す。
実施例１においては、図３（図１と同様の構成）に示す第２レンズ群１２０が１枚構成の変倍撮像レンズ１００の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部１５０、並びに撮像部１４０を構成するカバーガラス１４１に対して、図３に示すような面および間隔ｄの番号を付与した。
実施例２においては、図４（図２と同様の構成）に示す第２レンズ群１２０Ａが２枚構成の変倍撮像レンズ１００の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部１５０、並びに撮像部１４０を構成するカバーガラス１４１に対して、図４に示すような面および間隔ｄの番号を付与した。
実施例３においては、図５に示す第２レンズ群１２０Ａが２枚構成の変倍撮像レンズ１００の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部１５０、並びに撮像部１４０を構成するカバーガラス１４１に対して、図５に示すような面および間隔ｄの番号を付与した。
実施例４においては、図６に示す第２レンズ群１２０Ａが２枚構成の変倍撮像レンズ１００の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部１５０、並びに撮像部１４０を構成するカバーガラス１４１に対して、図６に示すような面および間隔ｄの番号を付与した。
実施例５においては、図７に示す第２レンズ群１２０Ａが２枚構成の変倍撮像レンズ１００の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部１５０、並びに撮像部１４０を構成するカバーガラス１４１に対して、図７に示すような面面および間隔ｄの番号を付与した。

なお、図３から図７において、ｒｉは物体側から数えてｉ番目の面およびその曲率半径を、ｄｉは物体側から数えてｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔を示している。

表１に、各実施例１〜５における条件式１〜条件式５の各数値を示している。

（実施例１）
表２から表４に実施例１の各数値を示す。
表２は、実施例１における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞りの曲率半径（ｒ：ｍｍ）と間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率、およびアッベ数を示している。表中の面番号の＊は非球面であることを意味する。

表３は、実施例１における第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０、および第３レンズ群１３０の所定面の非球面係数を示す。表３において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表４は、変倍に伴って間隔が変化する面２，５，７の広角端、望遠端における可変間隔の数値を示している。

また、実施例１においては、表１に示すように、条件式１の（ｙ’／Ｌ）は０．１９（０．１８＜０．１９＜０．２２）、条件式２の（ｆ１／ｆｗ）は３．６３（２．１＜３．６３＜３．７）、条件式３の（ｆ２／ｆｗ）は０．６６（０．６５＜０．６６＜０．９０）、条件式４の（ｆ３／ｆｗ）は０．８８（０．８４＜０．８８＜１．３２）、条件式５の（ｔａｎω×ｆst／Ｌst）は０．２９（０．２９＜０．７２）である。

図８は、実施例１において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図９は、実施例１において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図８および図９の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図８および図９の各収差図はｄ線５８７．５６ｎｍで示されている。また、図８および図９の（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面におけるｄ線の値、破線はサジタル像面におけるｄ線での値をそれぞれ示している。
図８および図９からわかるように、実施例１によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。

（実施例２）
表５から表７に実施例２の各数値を示す。
表５は、実施例２における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞りの曲率半径（ｒ：ｍｍ）と間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率、およびアッベ数を示している。表中の面番号の＊は非球面であることを意味する。

表６は、実施例２における第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０Ａ、および第３レンズ群１３０の所定面の非球面係数を示す。表６において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表７は、変倍に伴って間隔が変化する面２，７，９の広角端、望遠端における可変間隔の数値を示している。

また、実施例２においては、表１に示すように、条件式１の（ｙ’／Ｌ）は０．２０（０．１８＜０．２０＜０．２２）、条件式２の（ｆ１／ｆｗ）は２．５９（２．１＜２．５９＜３．７）、条件式３の（ｆ２／ｆｗ）は０．８４（０．６５＜０．８４＜０．９０）、条件式４の（ｆ３／ｆｗ）は１．３２（０．８４＜１．３２＜１．３２）、条件式５の（ｔａｎω×ｆst／Ｌst）は０．２９（０．２９＜０．７２）である。

図１０は、実施例２において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図１１は、実施例２において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図１０および図１１の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１０および図１１の各収差図はｄ線５８７．５６ｎｍで示されている。また、図１０および図１１の（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面におけるｄ線の値、破線はサジタル像面におけるｄ線での値をそれぞれ示している。
図１０および図１１からわかるように、実施例２によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。

（実施例３）
表８から表１０に実施例３の各数値を示す。
表８は、実施例３における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞りの曲率半径（ｒ：ｍｍ）と間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率、およびアッベ数を示している。表中の面番号の＊は非球面であることを意味する。

表９は、実施例３における第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０Ａ、および第３レンズ群１３０の所定面の非球面係数を示す。表９において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表１０は、変倍に伴って間隔が変化する面２，７，９の広角端、望遠端における可変間隔の数値を示している。

また、実施例３においては、表１に示すように、条件式１の（ｙ’／Ｌ）は０．１８（０．１８＝０．１８＜０．２２）、条件式２の（ｆ１／ｆｗ）は２．６０（２．１＜２．６０＜３．７）、条件式３の（ｆ２／ｆｗ）は０．８９（０．６５＜０．８９＜０．９０）、条件式４の（ｆ３／ｆｗ）は１．１４（０．８４＜１．１４＜１．３２）、条件式５の（ｔａｎω×ｆst／Ｌst）は０．７１（０．７１＜０．７２）である。

図１２は、実施例３において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図１３は、実施例３において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図１２および図１３の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１２および図１３の各収差図はｄ線５８７．５６ｎｍで示されている。また、図１２および図１３の（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面におけるｄ線の値、破線はサジタル像面におけるｄ線での値をそれぞれ示している。
図１２および図１３からわかるように、実施例３によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。

（実施例４）
表１１から表１３に実施例４の各数値を示す。
表１１は、実施例４における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞りの曲率半径（ｒ：ｍｍ）と間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率、およびアッベ数を示している。表中の面番号の＊は非球面であることを意味する。

表１２は、実施例４における第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０Ａ、および第３レンズ群１３０の所定面の非球面係数を示す。表１２において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表１３は、変倍に伴って間隔が変化する面２，７，９の広角端、望遠端における可変間隔の数値を示している。

また、実施例４においては、表１に示すように、条件式１の（ｙ’／Ｌ）は０．１９（０．１８＜０．１９＜０．２２）、条件式２の（ｆ１／ｆｗ）は２．３８（２．１＜２．３８＜３．７）、条件式３の（ｆ２／ｆｗ）は０．７３（０．６５＜０．７３＜０．９０）、条件式４の（ｆ３／ｆｗ）は０．８５（０．８４＜０．８５＜１．３２）、条件式５の（ｔａｎω×ｆst／Ｌst）は０．３６（０．３６＜０．７２）である。

図１４は、実施例４において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図１５は、実施例４において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図１４および図１５の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１４および図１５の各収差図はｄ線５８７．５６ｎｍで示されている。また、図１４および図１５の（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面におけるｄ線の値、破線はサジタル像面におけるｄ線での値をそれぞれ示している。
図１４および図１５からわかるように、実施例４によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。

（実施例５）
表１４から表１６に実施例５の各数値を示す。
表１４は、実施例５における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞りの曲率半径（ｒ：ｍｍ）と間隔（ｄ：ｍｍ）、屈折率、およびアッベ数を示している。表中の面番号の＊は非球面であることを意味する。

表１５は、実施例５における第１レンズ群１１０、第２レンズ群１２０Ａ、および第３レンズ群１３０の所定面の非球面係数を示す。表１５において、Ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

表１６は、変倍に伴って間隔が変化する面２，７，９の広角端、望遠端における可変間隔の数値を示している。

また、実施例５においては、表１に示すように、条件式１の（ｙ’／Ｌ）は０．２２（０．１８＜０．２２＜０．２２）、条件式２の（ｆ１／ｆｗ）は２．１６（２．１＜２．１６＜３．７）、条件式３の（ｆ２／ｆｗ）は０．７０（０．６５＜０．７０＜０．９０）、条件式４の（ｆ３／ｆｗ）は０．９２（０．８４＜０．９２＜１．３２）、条件式５の（ｔａｎω×ｆst／Ｌst）は０．３６（０．３６＜０．７２）である。

図１６は、実施例５において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図１７は、実施例５において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図１６および図１７の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１６および図１７の各収差図はｄ線５８７．５６ｎｍで示されている。また、図１６および図１７の（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面におけるｄ線の値、破線はサジタル像面におけるｄ線での値をそれぞれ示している。
図１６および図１７からわかるように、実施例３によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮像光学系が３群構成の変倍レンズとなっており、第１レンズ群１１０を１枚構成、第２レンズ群１２０を１または２枚構成、第３レンズ群１３０を１枚構成としていることから、光学系の全長を短くでき、このことにより径最大レンズとなる第１レンズ群１１０におけるレンズの径も小型化でき、またコスト低減を図ることができる。
変倍に際しては、第１レンズ群１１０を固定もしくは変動させることも可能であり、使用目的に応じ対応できる。
収差補正において、各レンズ群のパワー配置を最適化することでコンパクト化を達成しており、さらに第２レンズ群１２０と第３レンズ群１３０に非球面を適宜配置することで、さらにコンパクト化を実現できる。これらの条件を最適化することにより、コンパクトな変倍レンズにも関わらず高性能で、さらに歪曲を小さくすることができる利点がある。
また、本実施形態においては、ピント調整は第３レンズ群１３０で行っており、無限から至近にかけて撮像面測に移動するため、望遠端での第２レンズ群１２０と第３レンズ群１３０との距離を狭めることができる。これにより、変倍光学系のコンパクト化が可能となり、また同じ大きさであれば、無理の無いパワー配置が可能となり、高性能化および偏心感度低下を実現できる。

また、各レンズ群の焦点距離（ｆｌ，ｆ２、ｆ３）と合成パワーの強くなる広角端の焦点距離ｆｗとの関係において、各レンズ群のパワーバランスを取ることにより、高性能でコンパクトな変倍レンズを実現することが可能となる。

撮像素子１４２への入射角度規制に対する射出瞳位置の条件を所望の条件に規定することにより、広画角、コンパクトでありながら、射出瞳の規制緩和を行うことが可能となる。

変倍撮像レンズの基本構成を示す図であって、第２レンズ群が１枚構成であるレンズ構成例を示す図である。 本発明に係る変倍撮像レンズの基本構成を示す図であって、第２レンズ群が２枚構成であるレンズ構成例を示す図である。 実施例１において、変倍撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、絞りに対して付与した面および間隔の番号を示す図である。 実施例２において、変倍撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、絞りに対して付与した面および間隔の番号を示す図である。 実施例３において、変倍撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、絞りに対して付与した面および間隔の番号を示す図である。 実施例４において、変倍撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、絞りに対して付与した面および間隔の番号を示す図である。 実施例５において、変倍撮像レンズの各レンズ群を構成する各レンズ、絞りに対して付与した面および間隔の番号を示す図である。 実施例１において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例２において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例２において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例３において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例３において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例４において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例４において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例５において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。 実施例５において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。

符号の説明

１００…変倍撮像レンズ
１１０…第１レンズ群
１１１…負のメニスカスレンズ
１２０，１２０Ａ…第２レンズ群
１２１，１２３，１２３…正のレンズ
１３０…第３レンズ群
１３１…負のレンズ
１４０…撮像部
１４１…ガラス製の平行平面板（カバーガラス）
１４２…撮像素子
１４２ａ…撮像面

Claims (6)

1. 撮像素子を対象とした変倍機能を備えた撮像光学系を有する変倍撮像レンズであって、
   上記撮像光学系が、
   物体側から順に配置した３枚または４枚のレンズで構成され、
   変倍比が約２．５以下であり、かつ、
   以下の条件式（１）を満足する
   ことを特徴とする変倍撮像レンズ。
   ０．１８＜ｙ’／Ｌ …（１）
   ただし、ｙ’は上記撮像素子の撮像面における最大像高を、Ｌは光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における上記撮像面までの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をそれぞれ表している。
2. 上記撮像光学系は、物体側から順に配置された、
   １枚構成よりなる負の屈折力を有する第１レンズ群と、
   １枚または２枚構成よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群と、
   １枚構成よりなる負の屈折力を有する第３レンズ群と、により構成され、
   変倍を行う際には、少なくとも上記第２レンズ群と上記第３レンズ群が光軸上を移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の変倍撮像レンズ。
3. 上記第１レンズ群、上記第２レンズ群、および上記第３レンズ群の焦点距離は、それぞれ以下の条件式（２）、（３）、および（４）を満足する
   ことを特徴とする請求項２に記載の変倍撮像レンズ。
   ２．１＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．７ …（２）
   ０．６５＜ｆ２／ｆｗ＜０．９０ …（３）
   ０．８４＜｜ｆ３｜／ｆｗ＜１．３２ …（４）
   ただし、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離を、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離を、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離を、ｆｗは広角端における光学系の焦点距離をそれぞれ表している。
4. 上記第２レンズ群に少なくとも１面非球面を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の変倍撮像レンズ。
5. 上記第３レンズ群は、少なくとも１面非球面を有し、かつ、最も像側の面が、像側に凹面を向けた負のレンズであり、以下の条件式（５）を満足する
   ことを特徴とする請求項４に記載の変倍撮像レンズ。
   ｔａｎω×ｆst／Ｌst＜０．７２ …（５）
   ただし、ωは広角端での最大入射角度を、ｆstは広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離を、Ｌstは広角端における絞りから撮像面までの距離をそれぞれ表している。
6. 上記第１レンズ群は、第１面に物体側を凸面とした負のメニスカスレンズである
   請求項２から５のいずれか一に記載の変倍撮像レンズ。
   

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