JP2005258067A

JP2005258067A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2005258067A
Application number: JP2004069416A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Nose; 弘道能勢; Mamoru Terada; 守寺田; Atsuo Masui; 淳雄増井
Original assignee: Konica Minolta Photo Imaging Inc
Current assignee: Konica Minolta Photo Imaging Inc
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US7139129B2; US20050200970A1

Abstract

【課題】ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ小型化を達成した撮像装置を提供する。
【解決手段】ズームレンズ系ＴＬは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、を少なくとも含み、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との間隔が減少する構成になっており、第１レンズ群Ｇｒ１が２枚のプラスチックレンズＬ１，Ｌ２で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置に関するものであり、更に詳しくは被写体の映像をズームレンズ系により光学的に取り込んで撮像素子により電気的な信号として出力する撮像装置、なかでも小型・軽量のズームレンズ系を備えた撮像装置に関するものである。

近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等の撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、そのデータをデジタル化して記録したり転送したりするデジタルカメラが一般化している。このようなデジタルカメラにはレンズ系と撮像素子を備えた撮像装置が搭載されるが、撮像素子の画素数は年々増加する傾向にあり、それに伴ってより高性能な撮像装置の需要が非常に増大してきている。なかでも、画質を劣化させずに変倍が可能なズームレンズ系を搭載したコンパクトな撮像装置が特に切望されている。さらに近年では、半導体素子等における画像処理能力の向上により、パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等に、ズーム機能を有する撮像装置が内蔵又は外付けされるようになってきており、高性能でコンパクトな撮像装置に対する需要に拍車をかけている。

撮像装置をコンパクト化するには、それに搭載されるズームレンズ系の小型化が必要であり、小型化を狙ったズームレンズ系が数多く提案されている。例えば、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、を少なくとも含むズーム構成(いわゆる「負リードのズームレンズ系」)が、特許文献１〜７で提案されている。
米国特許第５，３５７，３７４号明細書米国特許第５，７４５，３０１号明細書米国特許第６，０４０，９４９号明細書米国特許第６，２２９，６５５号明細書米国特許第６，５３２，１１４号明細書特開２００２−７２０９５号公報特開２００３−１７７３１４号公報

特許文献１〜７には、最も物体側のレンズとしてプラスチックレンズを用いたズームレンズ系が記載されている。プラスチックレンズを用いると、非球面の導入が容易になりコストダウンも可能になる。しかし、特許文献１〜７記載の構成において高い光学性能を確保しつつ小型化を達成することは困難である。例えば、特許文献１，２記載のズームレンズ系は第１レンズ群がレンズ１枚のみで構成されており、更にズーム時固定のため、収差補正が十分ではない。また特許文献３，７記載のズームレンズ系も第１レンズ群がレンズ１枚のみで構成されているため、収差補正が十分ではない。特許文献４，５に記載されている第１レンズ群がレンズ３枚構成のものは小型化が十分でなく、第１レンズ群がレンズ２枚構成のものでもプラスチックレンズは１枚のみであり、収差補正が十分ではない。また、いずれについてもコストダウンが十分ではない。特許文献６に記載されている第１レンズ群がレンズ１枚構成のものは収差補正が十分ではない。第１レンズ群がレンズ２枚構成のものでもプラスチックレンズは１枚のみであり、収差補正が十分ではない。また、いずれについてもコストダウンが十分ではない。

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、ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ小型化を達成し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の発明の撮像装置は、複数のレンズ群から成りレンズ群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ系と、そのズームレンズ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、を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系が、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、を少なくとも含み、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が減少する構成になっており、前記第１レンズ群が２枚のプラスチックレンズで構成されていることを特徴とする。

第２の発明の撮像装置は、上記第１の発明において、前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズが以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
1＜｜f11／fw｜＜3 …(1)
ただし、
f11：第１レンズの焦点距離、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。

第３の発明の撮像装置は、上記第１又は第２の発明において、前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズのうち、一方が正のパワーを有し、他方が負のパワーを有することを特徴とする。

第４の発明の撮像装置は、上記第３の発明において、前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズが以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
15＜νdn−νdp …(2)
ただし、
νdp：正のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
νdn：負のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
である。

第５の発明の撮像装置は、上記第３又は第４の発明において、前記第１レンズ群を構成している負のパワーを有するプラスチックレンズの少なくとも１つの面が非球面から成ることを特徴とする。

第６の発明の撮像装置は、上記第５の発明において、非球面の有効半径をY、光軸に対して垂直方向の高さをyとするとき、0.8Y≦y≦Yの範囲にある任意の高さyに対して、前記非球面が以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
-0.1≦φ・(N'−N)・d{x(y)−x0(y)}／dy≦0 …(3)
ただし、
φ：非球面のパワー(ｍｍ^-1)、
N：非球面の物体側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
N'：非球面の像側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
x(y)：非球面の面形状(非球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
x0(y)：非球面の参照球面の面形状(参照球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
である。

第７の発明の撮像装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズの像側面が、像側に凹の形状を有するとともに以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
θ≦48° …(4)
ただし、
θ：第１レンズの像側面における有効半径位置での面傾斜角(ただし、面傾斜角は光軸を含む平面において第１レンズの像側面の接線と光軸に対して垂直な直線とが成す角度であり、光軸位置での面傾斜角は0°とする。)、
である。

第８の発明の撮像装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記第２レンズ群以降に正のパワーを有するプラスチックレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする。

第９の発明の撮像装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記第２レンズ群以降に有するレンズのうち３枚以上がプラスチックレンズであることを特徴とする。

第１０の発明の撮像装置は、上記第１〜第９のいずれか１つの発明において、すべてのレンズがプラスチック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８〜第１０のいずれか１つの発明において、前記ズームレンズ系が有する全プラスチックレンズについて、以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする。
-3.5＜Σ{(ft／fi)×hi}＜3.5 …(5)
ただし、
fi：i番目のプラスチックレンズの焦点距離(ｍｍ)、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
hi：望遠端での近軸追跡における初期条件を換算傾角α1＝0，高さh1＝1としたときの、i番目のプラスチックレンズの物体側面での近軸周辺光の光線高さ(ｍｍ)、
である。

第１２の発明のカメラは、第１〜第１１のいずれか１つの発明に係る撮像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、負リードのズームレンズ系において第１レンズ群が２枚のプラスチックレンズで構成されているため、ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ小型化が十分に達成された撮像装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像装置をデジタルカメラ，携帯情報端末等の機器に用いれば、これらの機器の薄型・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、本発明を実施した撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像装置は、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光学装置であって、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ものである。そのような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；ドアホーン用カメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)，これらの周辺機器(マウス，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も可能である。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。

なお、従来「デジタルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ，デジタルムービーカメラ，ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系，その光学像を電気信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。

図９に、撮像装置ＵＴの構成例を示す。この撮像装置ＵＴは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(ＩＭ：像面)を変倍可能に形成するズームレンズ系(撮影レンズ系に相当する。)ＴＬと、平行平面板ＰＬ(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、ズームレンズ系ＴＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気映像信号に変換する撮像素子ＳＲとを備え、デジタルカメラ，携帯情報機器(つまり、携帯電話，ＰＤＡ等の小型で携帯可能な情報機器端末)等に相当するデジタル機器ＣＴの一部を成している。これらの撮像装置ＵＴでデジタルカメラを構成する場合、通常そのカメラのボディ内部に撮像装置ＵＴ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ＵＴをカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮像装置ＵＴを携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。

ズームレンズ系ＴＬは複数のレンズ群から成り、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。後述する各実施の形態では、ズームレンズ系ＴＬが負・正・正の３成分ズーム構成になっている。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。そして、ズームレンズ系ＴＬにより(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に)形成された光学像は、撮像素子ＳＲにより電気的な信号に変換される。撮像素子ＳＲで生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，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。

なお、図９に示す撮像装置ＵＴでは、ズームレンズ系ＴＬによって拡大側の被写体から縮小側の撮像素子ＳＲへの縮小投影が行われるが、撮像素子ＳＲの代わりに２次元画像を表示する表示素子(例えば液晶表示素子)を用い、ズームレンズ系ＴＬを投影レンズ系として使用すれば、縮小側の画像表示面から拡大側のスクリーン面への拡大投影を行う画像投影装置を構成することができる。つまり、以下に説明する各実施の形態のズームレンズ系ＴＬは、撮影レンズ系としての使用に限らず、投影レンズ系としても好適に使用することが可能である。

図１〜図４は、第１〜第４の実施の形態を構成するズームレンズ系ＴＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(Ｗ)でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、ｒｉ(ｉ＝1,2,3,...)が付された面は物体側から数えてｉ番目の面(ｒｉに＊印が付された面は非球面)であり、ｄｉ(ｉ＝1,2,3,...)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。Ｌｊ(ｊ＝1,2,3,...)が付されたレンズは物体側から数えてｊ番目の第ｊレンズであり、Ｌｊにｐ印が付された第ｊレンズはプラスチックレンズである。また各レンズ構成図中、矢印ｍ１，ｍ２，ｍ３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２レンズ群Ｇｒ２，第３レンズ群Ｇｒ３の移動をそれぞれ模式的に示しており、直線ｍ４は平行平面板ＰＬがズーミングにおいて位置固定であることを示している。いずれの実施の形態もズーミングにおいて、第１レンズ群Ｇｒ１はＵターン気味に移動し、第２レンズ群Ｇｒ２は物体側へ直進するが、第３レンズ群Ｇｒ３は、第２の実施の形態ではズーム位置固定であり、第１，第３，第４の実施の形態では像側へ移動する。

第１〜第４の実施の形態のズームレンズ系ＴＬは、物体側から順に、負のパワー(パワー：焦点距離の逆数で定義される量)を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇｒ３と、から成り、少なくとも第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２を可動群として、各レンズ群間隔を変化させることによりズーミングを行う３成分ズームレンズである。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングに際しては、第２レンズ群Ｇｒ２が物体側へ移動し、第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との間隔が減少する構成になっている。つまり、第２レンズ群Ｇｒ２はバリエーターとして物体側に移動することにより変倍を行い、これに伴う焦点の位置ズレを第１レンズ群Ｇｒ１の移動により補正している。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、負・正・正の３成分ズーム構成において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、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とから成っている。第１レンズＬ１は両凹で両面非球面の負のプラスチックレンズであり、第２レンズＬ２は物体側に凸で物体側面が非球面の正メニスカス形状を有するプラスチックレンズである。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、絞りＳＴと、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４から成る接合レンズと、第５レンズＬ５と、から成っている。第３レンズＬ３は両凸の正のガラスレンズであり、第４レンズＬ４は両凹の負のガラスレンズであり、第５レンズＬ５は物体側に凸の正メニスカス形状を有する両面非球面のプラスチックレンズである。第３レンズ群Ｇｒ３は、第６レンズＬ６のみから成っており、その第６レンズＬ６は両凸で両面非球面の正のプラスチックレンズである。

第２の実施の形態(図２)では、負・正・正の３成分ズーム構成において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、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とから成っている。第１レンズＬ１は両凹で両面非球面の負のプラスチックレンズであり、第２レンズＬ２は物体側に凸の正メニスカス形状を有するプラスチックレンズである。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、絞りＳＴと、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５から成る接合レンズと、第６レンズＬ６と、から成っている。第３レンズＬ３は両凸で物体側面が非球面の正のプラスチックレンズであり、第４レンズＬ４は両凸の正のガラスレンズであり、第５レンズＬ５は両凹の負のガラスレンズであり、第６レンズＬ６は物体側に凸の正メニスカス形状を有する両面非球面のプラスチックレンズである。第３レンズ群Ｇｒ３は、第７レンズＬ７のみから成っており、その第７レンズＬ７は両凸で物体側面が非球面の正のプラスチックレンズである。

第３の実施の形態(図３)では、負・正・正の３成分ズーム構成において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、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とから成っている。第１レンズＬ１は両凹で両面非球面の負のプラスチックレンズであり、第２レンズＬ２は物体側に凸の正メニスカス形状を有するプラスチックレンズである。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、絞りＳＴと、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、から成っている。第３レンズＬ３は両凸で物体側面が非球面の正のプラスチックレンズであり、第４レンズＬ４は像側に凹の負メニスカス形状を有するガラスレンズであり、第５レンズＬ５は両凸で両面非球面の正のプラスチックレンズである。第３レンズ群Ｇｒ３は、第６レンズＬ６のみから成っており、その第６レンズＬ６は像側に凸で両面非球面の正のプラスチックレンズである。

第４の実施の形態(図４)では、負・正・正の３成分ズーム構成において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、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とから成っている。第１レンズＬ１は両凹で両面非球面の負のプラスチックレンズであり、第２レンズＬ２は物体側に凸の正メニスカス形状を有するプラスチックレンズである。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、絞りＳＴと、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４と、第５レンズＬ５と、から成っている。第３レンズＬ３は両凸で物体側面が非球面の正のプラスチックレンズであり、第４レンズＬ４は両凹の負のプラスチックレンズであり、第５レンズＬ５は両凸で両面非球面の正のプラスチックレンズである。第３レンズ群Ｇｒ３は、第６レンズＬ６のみから成っており、その第６レンズＬ６は像側に凸で両面非球面の正のプラスチックレンズである。

上記のように各実施の形態では、第１レンズ群Ｇｒ１が２枚のプラスチックレンズＬ１，Ｌ２から成っている。このように、負リードのズームレンズ系において第１レンズ群をプラスチックレンズ２枚で構成すれば、ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ小型化を十分に達成することが可能となる。そして、各実施の形態に係る撮像装置をデジタルカメラ，携帯情報端末等の機器に用いれば、これらの機器の薄型・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。このような効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能等を達成するための条件を以下に説明する。

各実施の形態では、収差補正を容易にするために、最も物体側に位置する第１レンズＬ１に非球面が用いられている。このように、最も物体側に位置する第１レンズの少なくとも１つの面が非球面から成ることが好ましく、これにより歪曲収差，像面湾曲を良好に補正することが可能となる。非球面レンズにはガラスモールドレンズ，複合型非球面レンズ，プラスチックレンズ等があるが、最もコストパフォーマンスの高いプラスチックでレンズを成形すれば効果的にコストダウンを達成することができる。そして、第１レンズ群を２枚のプラスチックレンズで構成することにより、高い収差補正能力を得ることが可能となり、プラスチックレンズのみで構成することによる軽量化によって、ズーム駆動系等に対する負荷を軽減することができる。

第１レンズ群を２枚のプラスチックレンズで構成するとともに、第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズについて以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。
1＜｜f11／fw｜＜3 …(1)
ただし、
f11：第１レンズの焦点距離、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。

条件式(1)は、プラスチックから成る第１レンズのパワーについて、好ましい条件範囲を規定しており、条件式(1)を満たすことにより、レンズ径を小さくし全長を短くするとともに低コスト化を達成することが可能となる。条件式(1)の下限を越えると、第１レンズのパワーが強くなりすぎて収差補正が難しくなる。例えば、負の歪曲が大きくなりすぎたり、像面湾曲がオーバーになったりする等の問題が発生する。逆に、条件式(1)の上限を越えると、収差補正上は有利になるが、レンズ径が大きくなったり全長が長くなったりして、ズームレンズ系全体が大型化することになる。

以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
1＜｜f11／fw｜＜2 …(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。

プラスチックレンズの使用はズームレンズ系の軽量化・低コスト化を達成する上で有効であり、プラスチック非球面レンズの使用は更に光学性能を良好にする上で有効である。しかしプラスチックレンズを使用すると、温度変化によるバックフォーカス変動が大きくなるため、広い温度範囲で性能を維持することが困難になる。つまり、プラスチックレンズは温度変化に対する形状変化がガラスレンズよりも大きく、それに伴う光学性能の変化が大きいため、温度変化に伴ってバックフォーカスが変化したり収差が発生したりすることになるのである。そこで各実施の形態のように、第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズのうち、一方が正のパワーを有し、他方が負のパワーを有することが好ましい。第１レンズ群を正負各１枚のプラスチックレンズで構成すれば、温度変化に伴う影響を相殺することが可能となる。

第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズは、以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
15＜νdn−νdp …(2)
ただし、
νdp：正のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
νdn：負のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
である。

条件式(2)は、第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズでの色収差について、好ましい条件範囲を規定している。負のパワーを有する第１レンズ群を構成する負・正各１枚のパワーバランスを考慮すると、条件式(2)を満たすことによって色収差を良好に補正することが可能となり、条件式(2)の下限を越えると色収差補正が困難になる。

第１レンズ群を構成している負のパワーを有するプラスチックレンズの少なくとも１つの面は非球面から成ることが好ましい。言い換えれば、第１レンズ群を構成している負のパワーを有するプラスチックレンズにおいて、片面又は両面を非球面で構成することが好ましい。少なくとも１面を非球面で構成することにより、歪曲収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正するとともに、ズームレンズ系全体を小型化することが可能となる。

第１レンズ群において負パワーのプラスチックレンズに用いる非球面は、周辺ほどパワーの弱い面形状を有することが好ましい。具体的には、非球面の有効半径をY、光軸に対して垂直方向の高さをyとするとき、0.8Y≦y≦Yの範囲にある任意の高さyに対して、前記非球面が以下の条件式(3)を満たすことが好ましい。
-0.1≦φ・(N'−N)・d{x(y)−x0(y)}／dy≦0 …(3)
ただし、
φ：非球面のパワー(ｍｍ^-1)、
N：非球面の物体側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
N'：非球面の像側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
x(y)：非球面の面形状(非球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
x0(y)：非球面の参照球面の面形状(参照球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
である。

なお、非球面の面形状を表すx(y)，参照球面の面形状を表すx0(y)は、具体的には以下の式(as),(re)でそれぞれ表される。
x(y)＝{C0・y²}／{1+√(1-ε・C0²・y²)}+Σ(Aj・y^j) …(as)
x0(y)＝{C0・y²}／{1+√(1-C0²・y²)} …(re)
ただし、式(AS)及び(RE)中、
C0：非球面の参照球面の曲率(ｍｍ^-1)、
ε：２次曲面パラメータ、
Aj：j次の非球面係数、
である。

条件式(3)は、非球面形状について好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)を満たすことは第１レンズ群のパワーを弱める形状であることを意味し、条件式(3)を満たすことにより、主に広角側での歪曲収差及び像面湾曲を適切に補正することが可能となる。この条件式(3)の下限を越えると、広角側において、特に近接時での正の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のアンダー側への倒れが大きくなる。逆に、条件式(3)の上限を越えると、広角側において、特に近接時での負の歪曲収差が大きくなるとともに、像面のオーバー側への倒れが大きくなる。なお、第１レンズ群に非球面が複数ある場合、少なくともその１面がこの条件式(3)を満足していれば良く、他の面は他の収差との兼ね合いでこの条件式(3)を満足していなくても差し支えない。

第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズの像側面が、像側に凹の形状を有するとともに、以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。
θ≦48° …(4)
ただし、
θ：第１レンズの像側面における有効半径位置での面傾斜角(ただし、面傾斜角は光軸を含む平面において第１レンズの像側面の接線と光軸に対して垂直な直線とが成す角度であり、光軸位置での面傾斜角は0°とする。)、
である。

条件式(4)は、プラスチックから成る第１レンズの像側面形状について、好ましい条件範囲を規定している。第１レンズの像側面の面傾斜角を強くするほど、収差補正を容易に行うことが可能となる。しかし、金型からの離型が困難になるため、金型を用いたプラスチックレンズの成型は困難になる。第１レンズの像側面を像側に凹の形状にするとともに、その有効半径位置での面傾斜角を４８°以下にすれば、金型を用いた第１レンズの成型を容易に行うことが可能となり、コストダウンを達成することができる。

また、第２レンズ群以降に正のパワーを有するプラスチックレンズを少なくとも１枚有することが好ましい。第１レンズ群は全体として負のパワーを有するため、正のパワーを有するプラスチックレンズを第２レンズ群以降に配置することにより、バックフォーカス変動等の温度変化に伴う影響を効果的に抑えることが可能となる。

各実施の形態のように、第２レンズ群以降に有するレンズのうち３枚以上がプラスチックレンズであることが好ましい。言い換えれば、ズームレンズ系全体においてレンズ５枚以上がプラスチックレンズであることが好ましい。プラスチックレンズは製造が容易で大量生産が可能であるため、負リードのズームレンズ系全体においてレンズ５枚以上をプラスチックレンズとすれば、ズームレンズ系の軽量化・低コスト化を効果的に達成することができる。この観点から言えば、第４の実施の形態のようにすべてのレンズがプラスチックレンズであることが更に好ましい。全てのレンズをプラスチックレンズとすれば、上記効果を最大限に発揮することが可能となる。

上述したプラスチックレンズのパワーバランスの観点から、ズームレンズ系が有する全プラスチックレンズについて、以下の条件式(5)を満たすことが望ましい。
-3.5＜Σ{(ft／fi)×hi}＜3.5 …(5)
ただし、
fi：i番目のプラスチックレンズの焦点距離(ｍｍ)、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
hi：望遠端での近軸追跡における初期条件を換算傾角α1＝0，高さh1＝1としたときの、i番目のプラスチックレンズの物体側面での近軸周辺光の光線高さ(ｍｍ)、
である。

条件式(5)は、各プラスチックレンズの温度変化に伴うバックフォーカスの影響度の総和に関して、好ましい条件範囲を規定している。プラスチックレンズを複数枚使用する際には、各々影響度を打ち消し合うように、正レンズと負レンズとを含むことが好ましく、この条件式(5)を満たすことにより、温度変化に伴うバックフォーカスの変化を抑制することが可能となる。条件式(5)の下限を越えると、負のパワーを有するプラスチックレンズの温度変化によるバックフォーカスの変動量が大きくなる。逆に、条件式(5)の上限を越えると、正のパワーを有するプラスチックレンズの温度変化によるバックフォーカスの変動量が大きくなる。したがって、いずれの場合も温度変化に応じてバックフォーカスを補正するための機構が必要となる。

上述した各実施の形態や後述する各実施例では、プラスチックレンズが球面により構成されているものもあるが、非球面を導入することにより更に収差補正能力を高めることができる。例えば、プラスチックレンズの全ての面を非球面により構成してもよい。

各実施の形態を構成しているズームレンズ系ＴＬには、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが望ましい。

なお、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の構成が含まれており、その構成によると、良好な光学性能が確保され、かつ、小型化を達成したズームレンズを実現することができる。そして、それをデジタルカメラ，携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)等の撮影レンズ系として用いることにより、当該機器の軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化及び高機能化等に寄与することができる。

(Z1) 複数のレンズ群から成りレンズ群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、を少なくとも含み、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が減少する構成になっており、前記第１レンズ群が２枚のプラスチックレンズで構成されていることを特徴とするズームレンズ。

(Z2) 前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズが前記条件式(1)を満たすことを特徴とする上記(Z1)記載のズームレンズ。

(Z3) 前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズのうち、一方が正のパワーを有し、他方が負のパワーを有することを特徴とする上記(Z1)又は(Z2)記載のズームレンズ。

(Z4) 前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズが前記条件式(2)を満たすことを特徴とする上記(Z3)記載のズームレンズ。

(Z5) 前記第１レンズ群を構成している負のパワーを有するプラスチックレンズの少なくとも１つの面が非球面から成ることを特徴とする上記(Z3)又は(Z4)記載のズームレンズ。

(Z6) 非球面の有効半径をY、光軸に対して垂直方向の高さをyとするとき、0.8Y≦y≦Yの範囲にある任意の高さyに対して、前記非球面が前記条件式(3)を満たすことを特徴とする上記(Z5)記載のズームレンズ。

(Z7) 前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズの像側面が、像側に凹の形状を有するとともに前記条件式(4)を満たすことを特徴とする上記(Z1)〜(Z6)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(Z8) 前記第２レンズ群以降に正のパワーを有するプラスチックレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする上記(Z1)〜(Z7)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(Z9) 前記第２レンズ群以降に有するレンズのうち３枚以上がプラスチックレンズであることを特徴とする上記(Z1)〜(Z8)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(Z10) すべてのレンズがプラスチックレンズであることを特徴とする上記(Z1)〜(Z9)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(Z11) 前記ズームレンズ系が有する全プラスチックレンズについて、前記条件式(5)を満たすことを特徴とする上記(Z8)〜(Z10)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(Z12) 前記第２レンズ群が最も物体側に絞りを含むことを特徴とする上記(Z1)〜(Z11)のいずれか１項に記載のズームレンズ。

(U1) 上記(Z1)〜(Z12)のいずれか１項に記載のズームレンズと、そのズームレンズ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、を備えたことを特徴とする撮像装置。

(C1) 上記(U1)記載の撮像装置を備え、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方に用いられることを特徴とするカメラ。

(C2) デジタルカメラ；ビデオカメラ；又は携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，若しくはこれらの周辺機器に内蔵又は外付けされるカメラであることを特徴とする上記(C1)記載のカメラ。

(D1) 上記(U1)記載の撮像装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。

(D2) 携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，又はこれらの周辺機器であることを特徴とする上記(D1)記載のデジタル機器。

以下、本発明を実施した撮像装置に用いられるズームレンズ系の構成等を、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)は、対応する実施例１〜４のレンズ構成をそれぞれ示している。

表１〜表４に、実施例１〜実施例４のコンストラクションデータを示し、表５と表６に各条件式規定のパラメータに対応するデータを各実施例について示す。表１〜表４中の基本的な光学構成(ｉ：面番号)において、ｒｉ(ｉ＝1,2,3,...)は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径(単位：ｍｍ)、ｄｉ(ｉ＝1,2,3,...)は物体側から数えてｉ番目の面と(ｉ＋１)番目の面との間の軸上面間隔(単位：ｍｍ)を示しており、Ｎｄ，νｄは軸上面間隔ｄｉに位置する光学材料のｄ線に対する屈折率，アッベ数をそれぞれ示している。また、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔ｄｉは、広角端(最短焦点距離状態，Ｗ)〜ミドル(中間焦点距離状態，Ｍ)〜望遠端(最長焦点距離状態，Ｔ)での可変空気間隔であり、ｆ，FNOは各焦点距離状態(Ｗ)，(Ｍ)，(Ｔ)に対応する全系の焦点距離(単位：ｍｍ)，Ｆナンバーをそれぞれ示している。

曲率半径ｒｉのデータに＊印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)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。表１〜表４中に、各実施例の非球面データをあわせて示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-n，Ｅ＋ｎ＝×１０⁺ⁿである。
Ｘ(Ｈ)＝(Ｃ０・Ｈ²)／{１＋√(１−ε・Ｃ０²・Ｈ²)}＋Σ(Ａｊ・Ｈ^j) …(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／ｒｉ)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。

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)はミドル，(Ｔ)は望遠端における無限遠合焦状態での諸収差{左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。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。}を示している。球面収差図において、実線ｄはｄ線に対する球面収差(ｍｍ)を表しており、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。

第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。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。本発明に係る撮像装置の概略光学構成を示す模式図。

符号の説明

ＣＴデジタル機器(カメラ)
ＵＴ撮像装置
ＴＬズームレンズ系
Ｇｒ１第１レンズ群
Ｇｒ２第２レンズ群
Ｇｒ３第３レンズ群
Ｌ１〜Ｌ７第１〜第７レンズ
ＳＴ絞り
ＰＬ平行平面板
ＳＲ撮像素子
ＳＳ受光面
ＩＭ像面
ＡＸ光軸

Claims

複数のレンズ群から成りレンズ群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ系と、そのズームレンズ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、を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系が、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群と、を少なくとも含み、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が減少する構成になっており、前記第１レンズ群が２枚のプラスチックレンズで構成されていることを特徴とする撮像装置。
前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズが以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮像装置；
1＜｜f11／fw｜＜3 …(1)
ただし、
f11：第１レンズの焦点距離、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。
前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズのうち、一方が正のパワーを有し、他方が負のパワーを有することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
前記第１レンズ群を構成している２枚のプラスチックレンズが以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項３記載の撮像装置；
15＜νdn−νdp …(2)
ただし、
νdp：正のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
νdn：負のパワーを有するプラスチックレンズのアッベ数、
である。
前記第１レンズ群を構成している負のパワーを有するプラスチックレンズの少なくとも１つの面が非球面から成ることを特徴とする請求項３又は４記載の撮像装置。
非球面の有効半径をY、光軸に対して垂直方向の高さをyとするとき、0.8Y≦y≦Yの範囲にある任意の高さyに対して、前記非球面が以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項５記載の撮像装置；
-0.1≦φ・(N'−N)・d{x(y)−x0(y)}／dy≦0 …(3)
ただし、
φ：非球面のパワー(ｍｍ^-1)、
N：非球面の物体側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
N'：非球面の像側にある媒質のｄ線に対する屈折率、
x(y)：非球面の面形状(非球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
x0(y)：非球面の参照球面の面形状(参照球面の光軸に対して垂直方向の高さyでの光軸方向の変位量；ｍｍ)、
である。
前記第１レンズ群において最も物体側に位置する第１レンズの像側面が、像側に凹の形状を有するとともに以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置；
θ≦48° …(4)
ただし、
θ：第１レンズの像側面における有効半径位置での面傾斜角(ただし、面傾斜角は光軸を含む平面において第１レンズの像側面の接線と光軸に対して垂直な直線とが成す角度であり、光軸位置での面傾斜角は0°とする。)、
である。
前記第２レンズ群以降に正のパワーを有するプラスチックレンズを少なくとも１枚有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第２レンズ群以降に有するレンズのうち３枚以上がプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
すべてのレンズがプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記ズームレンズ系が有する全プラスチックレンズについて、以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置；
-3.5＜Σ{(ft／fi)×hi}＜3.5 …(5)
ただし、
fi：i番目のプラスチックレンズの焦点距離(ｍｍ)、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
hi：望遠端での近軸追跡における初期条件を換算傾角α1＝0，高さh1＝1としたときの、i番目のプラスチックレンズの物体側面での近軸周辺光の光線高さ(ｍｍ)、
である。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の撮像装置を備えたことを特徴とするカメラ。