JP2005265914A - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広画角化が可能なズームレンズでありながら、小型で明るく、レンズ枚数の少ない低コストのズームレンズ、これを用いたカメラ、携帯情報端末装置を得る。
【解決手段】物体側より順に、正の焦点距離を持つ可動の第１レンズ群Ｇ１、負の焦点距離を持つ可動の第２レンズ群Ｇ２、正の焦点距離を持つ可動の第３レンズ群Ｇ３、正の焦点距離を持つ第４レンズ群Ｇ４を有し、第３レンズ群Ｇ３の物体側に絞りを有する。短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔は減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔は増大するように移動し、ｆｉを第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）としたとき、
０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．５ または
０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．４
の条件式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数組のレンズ群を光軸方向へ個別に進退させることにより焦点距離を連続的に異ならせるようにしたズームレンズに関し、特にデジタルカメラやビデオカメラ等の電子撮像手段を用いたカメラに用いる広角からのズームレンズ、このズームレンズを撮影用光学系として有するカメラおよび携帯情報端末装置に関するものである。

近年、撮影レンズの焦点距離が最短であるときの広角状態と、最長であるときの望遠状態とを選択的に切り替えることができるようにした可変焦点装置を備えたズームレンズ鏡胴が提案され、このようなズームレンズ鏡胴を備えたデジタルカメラが普及しつつある。

この種の可変焦点装置を備えたデジタルカメラに対するユーザーのニーズは多岐に渡ってきており、中でも、高画質化とカメラの小型化に対するニーズは群を抜いて高い。よって、撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高画質化および高性能化と、小型化の両立が求められる。

ここで、ズームレンズの小型化という面では、まず、レンズ全長すなわち最も物体側のレンズ面から像面までの距離を短縮することが必要である。さらに、高画質化、高性能化という面では、少なくとも３００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。また、撮影レンズの広画角化を望むユーザーも多く、かかるユーザーの要求を満たすためには、ズームレンズの広角端側の半画角は３８度以上であることが望ましい。半画角３８度は、３５ｍｍ版の銀塩カメラ（いわゆるライカ版）に換算した場合の焦点距離で２８ｍｍに相当し、要求される広角の度合いが大きいことがわかる。

従来、この分野の民生用ズームレンズであって小型化が図られたズームレンズとして、物体側から像面側へ向かって順に正の屈折力を有する変倍時固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて物体側から像面側に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて像面側から物体側に移動する第３レンズ群と、正の屈折力を有する変倍時固定の第４レンズ群とから構成されるものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。しかし、特許文献１や特許文献２に記載されているズームレンズは、どちらも半画角２５度未満であり、広角化という面ではまだ十分ではない。

また、ズームレンズにおいて、第４レンズ群を変倍時可動とし、より高度な収差補正を行うことで、さらなる小型化・広角化を図ったものもある（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。特許文献３には、基本的なズームレンズの構成は全て開示されているが、小型化という面に関しては構成が十分に開示されていない。特許文献４に記載されているズームレンズは、構成レンズ枚数を削減することで小型化を目指しているが、十分な収差補正が行われておらず、３００万〜５００万画素の撮像素子に対応してこの性能を活かすだけの光学的な性能を有していない。特許文献５に記載されているズームレンズは比較的小型であり、また、結像性能は前述のものよりも良好であるが、半画角は３３度程度に止まっており、広角化という面ではまだ十分とは言えない。

特許第２９２０５４９号公報 特許第３０９１２５０号公報 特開平６−９４９９７号公報 特開平１０−６２６８７号公報 特開平１１−２５８５０７号公報

本発明は、物体側より順に、正、負、正、正のパワーを有する４群以上のレンズ構成とすることにより、広画角化が可能なズームレンズでありながら、小型で明るく、レンズ枚数の少ない低コストのズームレンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、上記のようなズームレンズを有することにより、広画角化が可能で、小型で低コストのカメラおよび携帯情報端末装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１から９に記載のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、正屈折力の第４レンズ群で構成され、さらにそれぞれ以下のような特徴を持つものである。

請求項１記載のズームレンズは、物体側より順に、正の焦点距離を持つ可動の第１レンズ群と、負の焦点距離を持つ可動の第２レンズ群と、正の焦点距離を持つ可動の第３レンズ群と、正の焦点距離を持つ第４レンズ群を有するとともに、第３レンズ群の物体側に絞りを有しており、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は減少し、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔は増大するように移動し、ｆｉを第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）としたとき、
０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．５
の条件式を満足することを特徴とする。

請求項２に記載のズームレンズは、請求項１の上記条件式に代えて、
０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．４
の条件式を満足することを特徴とする。

請求項１および２記載のズームレンズは、本発明の主たる変倍作用を担う第２レンズ群と第３レンズ群の屈折力の比を条件式で規定したものである。条件式の上限を超えると、第２レンズ群の負の屈折力が小さくなるとともに、第３レンズ群の屈折力も小さくなるので、レンズ全長が長くなる。条件式の下限を超えると、第２レンズ群の負の屈折力が大きくなるので、高い組み立て精度が要求されるため生産性の上で不利となりやすく、また、変倍時の収差変動が大きくなる。

請求項３に記載のズームレンズは、請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第１レンズ群が、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの３枚構成であることを特徴とする。

請求項３記載のズームレンズでは、第１レンズ群を物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの３枚構成とすることで、変倍比の大きな本発明にかかるズームレンズにおいても、望遠側での球面収差を良好に補正できる。同時に倍率の色収差の補正も容易になる。

請求項４記載のズームレンズは、請求項１に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も物体側のレンズは、その硝材のアッベ数をνｄとしたとき、
νｄ＜５０
であることを特徴とする。

請求項５記載のズームレンズは、請求項２に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も物体側のレンズは、その硝材のアッベ数をνｄとしたとき、
νｄ＜４５
であることを特徴とする。

請求項４および５記載の発明は、変倍比の大きな本ズームレンズにおいて、発生する倍率の色収差を良好に補正するための条件式を規定しており、この条件式の範囲外では倍率の色収差が大きくなり、ＣＣＤなどの撮像素子の画素にまたがって結像することになり、画像品質を劣化させる要因となる。

請求項６記載のズームレンズは、請求項４または５に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も像面側の面が非球面であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も像側の面を非球面としたことにより、広角側での歪曲収差、像面湾曲、非点収差を効率良く補正することが可能となる。歪曲収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正は、光軸外から入射する光線束の主光線が光軸から大きく離れて通過する面を非球面化することにより光線経路を効果的に操作することが可能となる。

請求項７記載のズームレンズは、請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第３レンズ群に接合レンズが含まれていることを特徴とする。

請求項７記載の発明では、第３レンズ群中に少なくとも１つの接合レンズを配置することで、色収差補正と高次収差の補正に効果があり、偏心による性能劣化も抑制できる。

請求項８記載のズームレンズは、請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第４レンズ群の最も物体側の面が非球面であることを特徴とする。

請求項８記載の発明では、第４レンズ群の最も物体側の非球面が、変倍時に発生する像面湾曲を始めとした諸収差の補正の役割を担っている。

請求項９記載のズームレンズは、請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、フォーカシングを第４レンズ群で行うことを特徴とする。

電子撮像素子の受光面を結像面とする場合、結像面に入射する光線は平行光であることが望ましい。請求項９記載の発明のように、結像面付近に正の屈折力を有する第４レンズ群を配置することにより、上記の条件は容易に達成され、さらに第４レンズ群は全体の収差を整える役割を担っている。この第４レンズ群を少ないレンズ枚数で構成して軽量化を図り、フォーカス群として使用することで、合焦速度を向上させることができる。この際、無限遠から近距離まで、少ないレンズ枚数で良好な撮影性能を得るために、この合焦レンズ群に少なくとも１面の非球面を用いることによって、収差補正の自由度を上げることができ、望ましい構成となる。

請求項１０記載の発明は、請求項１から請求項９に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラに関する。

請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項９に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする携帯情報端末装置に関する。

請求項１ないし請求項８に記載の発明によれば、以下の効果を得ることができる。
・小型で、高性能であり、３００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを提供することができるため、広画角を容易に実現でき、かつ、高変倍率で高画質を得ることができるズームレンズを提供することができる。
・偏心による性能劣化も抑制できるので、より高画質を得ることができるズームレンズを提供することができる。

請求項９に記載の発明によれば、第４レンズ群を少ないレンズ枚数で構成して軽量化を図ることができ、第４レンズ群をフォーカス群として使用することで、合焦速度を向上させることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、十分に小型で、高変倍率でありながら高性能であり、３００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを撮影光学系として使用することにより、小型、かつ高変倍率で、高画質を得ることができる高性能なカメラを提供することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、十分に小型で、高変倍率でありながら高性能であり、３００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを撮影光学系として使用することにより、小型、かつ高変倍率で、高画質を得ることができる高性能な、さらに、携帯性に優れた携帯情報端末装置を提供することができる。

なお、全てのレンズ材質として、化学的に安定で鉛や砒素等の有害物質を含まない光学ガラスを使用することにより、材料のリサイクル化が可能で、加工時の廃液による水質汚染の無い地球環境保全が可能となる。

図１３ないし図１６を参照しながら、本発明にかかるカメラもしくは携帯情報端末装置の実施例について説明する。図１６はカメラもしくは携帯情報端末装置の光学系の概略および制御系を示す。図１６において、カメラまたは携帯情報端末１０は、撮影レンズ１２と、この撮影レンズ１２の結像位置に配置されたエリアセンサからなる受光素子１４を有している。カメラまたは携帯情報端末１０はまた、電気的信号処理系統に、信号処理装置１６、画像処理装置１８、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２０、液晶モニタ２２、半導体メモリ２４、通信カード２６などを有している。上記撮影レンズ１２によって形成される撮影対象物の像を受光素子１４によって読み取るように構成されている。撮影レンズ１２としては、請求項１〜請求項９に記載されている本発明にかかるズームレンズであり、かつ、後で説明する実施例にかかるズームレンズを用いる。受光素子１４としては、例えばチャージ・カップルド・デバイス（ＣＣＤ）エリアセンサを用いることができる。

受光素子１４からの出力信号は中央演算装置２０の制御を受ける信号処理装置１６によって処理され、デジタル画像情報に変換される。信号処理装置１６によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置２０の制御を受ける画像処理装置１８において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ２４に記録される。液晶モニタ２２には撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ２４に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ２４に記録した画像は通信カード２６等を使用して外部へ送信することも可能である。

図１３、図１４、図１５に示すカメラの実施例において、カメラ１０は前面側に上記撮影レンズ１２と、光学式ファインダ２８と、例えばストロボからなるフラッシュ３０を備えている。カメラ１０はまた、上面に電源スイッチ３２と、シャッタボタン３４を備えている。カメラ１０はさらに、背面側に前記液晶モニタ２２と、各種の操作ボタン３６と、ズーム操作レバー３８を備え、カメラ１０の一側面側に、メモリカードあるいは通信カードを挿入するためのスロット４０を備えている。

撮影レンズ１２はカメラ１０の携帯時には図１３に示すように沈胴状態にあり、ユーザーが電源スイッチ３２を操作して電源を入れると、図１４に示すようにレンズ鏡胴が繰り出され、撮影可能な態様となる。このとき、レンズ鏡胴の内部で撮影レンズ１２を構成するズームレンズの各レンズ群は、例えば短焦点端の配置となっており、ズーム操作レバー３８を操作することで各レンズ群の配置が変化し、長焦点端への変倍を行うことができるようになっている。このとき、ファインダ２８も撮影レンズ１２の画角の変化に連動して変倍する。

シャッタボタン３４の半押しによりフォーカシングがなされる。本発明にかかるズームレンズにおいて、フォーカシングは第４レンズ群の移動、もしくは、前記受光素子１４の光軸方向への移動によって行うことができる。シャッタボタン３４を半押し状態からさらに押し込むと、そのとき受光素子１４の撮像面に結像されている被写体像に応じた画像情報が取り込まれて撮影がなされ、その後は既述の処理がなされる。

半導体メモリ２４に記録された画像を液晶モニタ２２に表示し、あるいは通信カード２６等を使用して外部へ送信する際は、操作ボタン３６を使用して行う。半導体メモリ２４および通信カード２６等は、それぞれ専用または汎用のスロット４０に挿入して使用される。

以上説明したようなカメラまたは携帯情報端末装置１０には、後に開示する数値実施例１〜数値実施例６にかかるズームレンズを撮影レンズとして使用することができる。これによって、３００万画素〜５００万画素クラスの受光素子１４を使用し、高画質で小型のカメラまたは携帯情報端末装置１０を実現することができる。

次に、本発明にかかるズームレンズの実施例について説明する。図１、図３、図５、図７、図９、図１１はそれぞれ本発明にかかるズームレンズの実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、実施例６の光学配置図である。いずれの実施例も、物体側より順に、正の焦点距離を持つ可動の第１レンズ群Ｇ１と、負の焦点距離を持つ可動の第２レンズ群Ｇ２と、正の焦点距離を持つ可動の第３レンズ群Ｇ３と、正の焦点距離を持つ第４レンズ群Ｇ４を有するとともに、第３レンズ群Ｇ３の物体側すなわち第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ軍Ｇ３との間に絞り５０を有している。上記各図において各レンズ群の下に示されている斜線は、変倍時に各レンズ群の移動軌跡を示しており、各斜線の上端が短焦点端、各斜線の下端が長焦点端である。これらの斜線からわかるとおり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔は減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔は増大するように、各レンズ群が移動するようになっている。

上記ズームレンズの各実施例はまた、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの３枚構成となっている。また、第３レンズ群Ｇ３に正レンズと負レンズの接合レンズが含まれている。第４レンズ群Ｇ４の最も物体側の面が非球面となっている。フォーカシングは第４レンズ群Ｇ４で行うようになっている。第４レンズ群Ｇ４の後方（像面側）に配置されている２枚の並行平板は、フィルタとカバーガラスである。

以下に、本発明にかかるズームレンズの具体的な数値実施例を示す。各数値実施例における記号の意味は以下のとおりである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ：Ｆナンバ
ω：半画角
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａ４：４次の非球面係数
Ａ６：６次の非球面係数
Ａ８：８次の非球面係数
Ａ１０：１０次の非球面係数
ただし，ここで用いられる非球面は，近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ，光軸からの高さをＨとするとき，以下の式で定義される。
ＣＨ^２
Ｘ＝───────────────＋Ａ_４・Ｈ^４＋Ａ_６・Ｈ^６＋Ａ_８・Ｈ^８＋Ａ_１０
１＋√（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２）

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図１に、収差図を図４に示す。

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図３、収差図を第４図に示す。

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図５に、収差図を図６に示す。

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図７に、収差図を図８に示す。

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図９に、収差図を図１０に示す。

＜非球面係数＞

＜可変間隔＞

本実施例の光学配置図を図１１に、収差図を図１２に示す。

各数値実施例において、第２面は第１レンズ群Ｇ１を構成する第１レンズと第２レンズの接合面である。第９面は第２レンズ群Ｇ２を構成する第５レンズと第６レンズの接合面であり、また、第１６面は第３レンズ群Ｇ３を構成する第８レンズと第９レンズの接合面である。

各収差図において、（ａ）は変倍範囲の広角端における収差図、（ｂ）は変倍範囲の中間点における収差図、（ｃ）は変倍範囲の望遠端における収差図である。各収差図から明らかなとおり、各実施例にかかるズームレンズの収差は十分に補正されており、カメラまたは携帯情報端末装置が３００万画素〜５００万画素という精細度の高い受光素子を備えるものであっても、これに対応することが可能となっている。本発明のようにズームレンズを構成することにより、十分な広画角化および高変倍率化を達成しながら、非常に良好な像性能を確保し得ることは、実施例より明らかである。

本発明にかかるズームレンズの実施例１を示す光学配置図である。 上記実施例１にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるズームレンズの実施例２を示す光学配置図である。 上記実施例２にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるズームレンズの実施例３を示す光学配置図である。 上記実施例３にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるズームレンズの実施例４を示す光学配置図である。 上記実施例４にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるズームレンズの実施例５を示す光学配置図である。 上記実施例５にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるズームレンズの実施例６を示す光学配置図である。 上記実施例６にかかるズームレンズの収差図である。 本発明にかかるカメラの実施例を前方斜めから示す外観斜視図である。 同上カメラの実施例の異なる作動態様を前方斜めから示す外観斜視図である。 同上カメラの実施例を後方斜めから示す外観斜図である。 本発明にかかるカメラまたは携帯情報端末装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
５０ 絞り

Claims (11)

1. 物体側より順に、正の焦点距離を持つ可動の第１レンズ群と、負の焦点距離を持つ可動の第２レンズ群と、正の焦点距離を持つ可動の第３レンズ群と、正の焦点距離を持つ第４レンズ群を有するとともに、第３レンズ群の物体側に絞りを有しており、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は減少し、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔は増大するように移動し、ｆｉを第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）としたとき、
   ０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．５
   の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 物体側より順に、正の焦点距離を持つ可動の第１レンズ群と、負の焦点距離を持つ可動の第２レンズ群と、正の焦点距離を持つ可動の第３レンズ群と、正の焦点距離を持つ第４レンズ群を有するとともに、第３レンズ群の物体側に絞りを有しており、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔は減少し、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔は増大するように移動し、ｆｉを第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３）としたとき、
   ０．３＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．４
   の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第１レンズ群が、物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの３枚構成であることを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も物体側のレンズは、その硝材のアッベ数をνｄとしたとき、
   νｄ＜５０
   であることを特徴とするズームレンズ。
5. 請求項２に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も物体側のレンズは、その硝材のアッベ数をνｄとしたとき、
   νｄ＜４５
   であることを特徴とするズームレンズ。
6. 請求項４または５に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群の最も像面側の面が非球面であることを特徴とするズームレンズ。
7. 請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第３レンズ群に接合レンズが含まれていることを特徴とするズームレンズ。
8. 請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、第４レンズ群の最も物体側の面が非球面であることを特徴とするズームレンズ。
9. 請求項１または２に記載のズームレンズにおいて、フォーカシングを第４レンズ群で行うことを特徴とするズームレンズ。
10. 請求項１から請求項９に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ。
11. 請求項１から請求項９に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする携帯情報端末装置。

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