JP2006030824A

JP2006030824A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2006030824A
Application number: JP2004212528A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Masui; 淳雄増井; Hiromichi Nose; 弘道能勢; Mamoru Terada; 守寺田
Original assignee: Konica Minolta Photo Imaging Inc
Current assignee: Konica Minolta Photo Imaging Inc
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US7315422B2; US20060018033A1

Abstract

【課題】負・正・正の３成分ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ、第２レンズ群のレンズ枚数を増やすことなく３倍以上の高変倍比が得られる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、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ＴＬと、ズームレンズ系ＴＬ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ＳＲとを備える。ズームレンズ系ＴＬは負・正・正の３成分から成り、第２レンズ群ＧＲ２が、物体側から順に、正レンズＬ２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ２２と、正レンズＬ２３と、の単レンズ３枚から成り、条件式：1.0＜｜P22／P21｜＜2.0(P21：第２レンズ群ＧＲ２内の物体側の正レンズＬ２１のパワー、P22：第２レンズ群ＧＲ２内の負メニスカスレンズＬ２２のパワー)を満たす。
【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、なかでも高変倍で小型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)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、撮影レンズ系と撮像素子を備えた撮像装置が搭載される。撮像素子の画素数は年々増加する傾向にあるため、撮影レンズ系には撮像素子の高画素化に対応した高い光学性能が求められている。なかでも、画質を劣化させずに広範囲の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，携帯情報端末(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として、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、正のパワーを有する第３レンズ群と、の３成分から成る、いわゆる負・正・正の３成分ズームレンズ系が数多く提案されている。このタイプのズームレンズ系は、構成レンズ枚数が少なく移動機構も比較的単純でコンパクト化に適する等の特長を有している。その一例として、特許文献１記載のズームレンズ系が挙げられる。特許文献１記載のズームレンズ系では、第２レンズ群中の負レンズにメニスカス形状を採用することにより第２レンズ群の厚さを減らし、沈胴時の全長の短縮を可能としている。また、比較的高性能にもかかわらず、焦点距離を変化させるために移動させるレンズ群の数が少なく、その移動機構も比較的単純である。したがって、コンパクトなカメラに適している。
特開２００２−１４２８４号公報

しかし、特許文献１記載のズームレンズ系では、第２レンズ群をレンズ３枚構成としたときの変倍比が最高でも２倍であり、充分とは言えない。そして、それ以上の高変倍率化を達成しようとすれば、第２レンズ群の構成レンズ枚数を増やさなければならなくなる。

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、負・正・正の３成分ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ、第２レンズ群のレンズ枚数を増やすことなく３倍以上の高変倍比が得られる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、正のパワーを有する第３レンズ群と、の３成分から成り、前記第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと、正レンズと、の単レンズ３枚から成り、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
1.0＜｜P22／P21｜＜2.0 …(1)
ただし、
P21：第２レンズ群内の物体側の正レンズのパワー、
P22：第２レンズ群内の負メニスカスレンズのパワー、
である。

第２の発明の撮像装置は、上記第１の発明において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群が像面側に移動するとともに前記第２レンズ群が物体側に移動する変倍域を有することを特徴とする。

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、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
N1／N2＜1 …(2)
ただし、
N1：第１レンズ群を構成するレンズの枚数、
N2：第２レンズ群を構成するレンズの枚数、
である。

第４の発明の撮像装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
3＜ft／fw＜5 …(3)
ただし、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。

第５の発明の撮像装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
7＜Lw／fw＜10 …(4)
ただし、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ)、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。

第６の発明の撮像装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする。
1.5＜｜f1×fw／Lw｜＜2.5 …(5)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離(ｍｍ)、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ，ｍｍ)、
である。

第７の発明のカメラは、第１〜第６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、第２レンズ群が所定の条件を満たした構成になっているため、負・正・正の３成分ズームレンズ系において高い光学性能と低コストを確保しつつ、第２レンズ群のレンズ枚数を増やすことなく３倍以上の高変倍比が得られるコンパクトな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，携帯情報機器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，その光学像を電気映像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７に、撮像装置ＬＵの構成例を示す。この撮像装置ＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(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。ＳＴ：絞り)ＴＬ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、ズームレンズ系ＴＬ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とを備えており、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ＣＵの一部を成している。この撮像装置ＬＵ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ＬＵ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。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おり、３成分とも移動群を構成している。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７に示す撮像装置ＬＵ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３は、第１〜第３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。また各レンズ構成図中、実線矢印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、破線矢印ｍ４は平行平面板ＰＴ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。なお、いずれの実施の形態においても第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間には絞りＳＴが配置されており、絞りＳＴは第２レンズ群ＧＲ２と共にズーム移動する構成(実線矢印ｍ２)になっている。

第１〜第３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、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。そして、少なくとも第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２を可動群とするズーム構成を採用しており、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングに際しては、第１レンズ群ＧＲ１が像面側に移動するとともに第２レンズ群ＧＲ２が物体側に移動する変倍域を有している。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。このようなズーム構成を採用することによって、中間焦点距離状態での像面を良好に補正することが可能となる。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、像側面が非球面の両凹レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、から成っている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に、両面非球面の両凸の正レンズＬ２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ２２と、両凸の正レンズＬ２３と、から成っており、第２レンズ群ＧＲ２の物体側にはズーミングに際して第２レンズ群ＧＲ２と共に移動する絞りＳＴが配置されている。第３レンズ群ＧＲ３は、物体側に凸の正メニスカスレンズのみから成っている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群ＧＲ１は像側への移動後に像側から物体側へＵターン移動し、第２レンズ群ＧＲ２は物体側へ単調に移動し、第３レンズ群ＧＲ３は像側へ単調に移動する。

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、像側面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、から成っている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に、両面非球面の両凸の正レンズＬ２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ２２と、両面非球面の両凸の正レンズＬ２３と、から成っており、第２レンズ群ＧＲ２の物体側にはズーミングに際して第２レンズ群ＧＲ２と共に移動する絞りＳＴが配置されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面の像側に凸の正メニスカスレンズのみから成っている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群ＧＲ１は像側への移動後に像側から物体側へＵターン移動し、第２レンズ群ＧＲ２は物体側へ単調に移動し、第３レンズ群ＧＲ３は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。

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、像側面が非球面の両凹レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、から成っている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に、両面非球面の両凸の正レンズＬ２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ２２と、両面非球面の両凸の正レンズＬ２３と、から成っており、第２レンズ群ＧＲ２の物体側にはズーミングに際して第２レンズ群ＧＲ２と共に移動する絞りＳＴが配置されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面非球面の像側に凸の正メニスカスレンズのみから成っている。広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群ＧＲ１は像側への移動後に像側から物体側へＵターン移動し、第２レンズ群ＧＲ２は物体側へ単調に移動し、第３レンズ群ＧＲ３は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。

上記のようにいずれの実施の形態も、第２レンズ群ＧＲ２が、物体側から順に、正レンズＬ２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ２２と、正レンズＬ２３と、の３枚で構成されている。このように、負・正・正の３成分ズームレンズ系において、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと、正レンズと、の単レンズ３枚で第２レンズ群を構成すれば、構成レンズ枚数が少なく移動機構も比較的単純でコンパクトなズームレンズ系を実現することができる。しかも、第２レンズ群中の負レンズへのメニスカス形状の採用により、第２レンズ群を薄くして光学全長を短縮することが可能となる。つまり、正・負・正のレンズ３枚構成の第２レンズ群において、その負レンズを両凹レンズではなく物体側に凸の負メニスカスレンズとすることにより、第２レンズ群における物体側の２枚のレンズ(各実施の形態における正レンズＬ２１と負メニスカスレンズＬ２２)の間隔を小さくして、第２レンズ群をコンパクト化することができる。

上記効果をバランス良く得るとともに、負・正・正の３成分ズームレンズ系において高い光学性能を確保しつつ、第２レンズ群のレンズ枚数を増やすことなく３倍以上の高変倍比を得るには、以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。
1.0＜｜P22／P21｜＜2.0 …(1)
ただし、
P21：第２レンズ群内の物体側の正レンズのパワー、
P22：第２レンズ群内の負メニスカスレンズのパワー、
である。

条件式(1)は、第２レンズ群内の負メニスカスレンズのパワーについて、好ましい条件範囲を規定している。この条件式(1)の下限を下回ると、ズームレンズ系のペッツバール和を小さくして像面を補正することが難しくなる。逆に、条件式(1)の上限を上回ると、負メニスカスレンズの像側面の曲率が大きくなりすぎて第２レンズ群の厚さが増大し、ズームレンズ系の沈胴時の全長が長くなってしまう。

以下の条件式(1a),(1b)のうちの少なくとも１つを満たすことが更に望ましい。
1.05＜｜P22／P21｜＜2.00 …(1a)
1.00＜｜P22／P21｜＜1.15 …(1b)
この条件式(1a),(1b)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。

各実施の形態において前記条件式(1)を満たすようにすれば、負・正・正の３成分ズームレンズ系ＴＬにおいて高い光学性能を確保しつつ、第２レンズ群ＧＲ２のレンズ枚数を増やすことなく３倍以上の高変倍比が得られる撮像装置ＬＵを実現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ＬＵをデジタルカメラ，携帯情報機器等のデジタル機器ＣＵに用いれば、これらのデジタル機器ＣＵ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。

構成レンズ枚数の削減によるズームレンズ系の軽量化，小型化，低コスト化等の効果を得るには、以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
N1／N2＜1 …(2)
ただし、
N1：第１レンズ群を構成するレンズの枚数、
N2：第２レンズ群を構成するレンズの枚数、
である。

条件式(2)は、第１レンズ群の構成レンズ枚数について、好ましい条件範囲を規定している。この条件式(2)を満たすことにより、良好な光学性能を保ちつつ、ズームレンズ系の光学全長を短縮することが可能となる。条件式(2)の上限を上回ると、第１レンズ群の厚さが増大して、沈胴時の全長を短くすることが難しくなる。

以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
N1／N2＝2／3 …(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。

ズームレンズ系における高変倍率化と小型化とのバランスをとる上で、以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。
3＜ft／fw＜5 …(3)
ただし、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。

条件式(3)は、ズームレンズ系の変倍比(すなわちズーム比)について、好ましい条件範囲を規定している。この条件式(3)を満たすことにより、３倍以上の高変倍比を確保しつつズームレンズ系の小型化を達成することができる。条件式(3)の下限よりズーム比が小さいと、光学的ズームの有意性が小さくなり、ユーザーベネフィットを達成することができなくなる。逆に、条件式(3)の上限よりズーム比が大きくなると、特に最長焦点距離状態での全長が大きくなりすぎてしまい、撮像装置の小型化を達成することが困難になる。なお、後述する各実施例では、コンパクト化及び高性能化とともに３〜４倍のズーム比を達成している。

以下の条件式(3a),(3b)のうちの少なくとも１つを満たすことが更に望ましい。
3.5＜ft／fw＜5.0 …(3a)
3.0＜ft／fw＜4.0 …(3b)
この条件式(3a),(3b)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。

ズームレンズ系における高変倍率化と小型化とのバランスをとる上で、以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。
7＜Lw／fw＜10 …(4)
ただし、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ)、
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(4)は、広角端における全長について、好ましい条件範囲を規定している。この条件式(4)を満たすことにより、３倍以上の高変倍比を確保しつつズームレンズ系の小型化を達成することができる。条件式(4)の下限を下回ると、バリエーターである第２レンズ群の移動量が小さくなって高変倍率化が難しくなる。逆に、条件式(4)の上限を上回ると、レンズ全長が長くなりすぎてしまい、ズームレンズ系の小型化を達成することが困難になる。

以下の条件式(4a),(4b)のうちの少なくとも１つを満たすことが更に望ましい。
8.0＜Lw／fw＜10.0 …(4a)
7.0＜Lw／fw＜9.5 …(4b)
この条件式(4a),(4b)は、上記条件式(4)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。

ズームレンズ系における高変倍率化と小型化とのバランスをとる上で、以下の条件式(5)を満たすことが望ましい。
1.5＜｜f1×fw／Lw｜＜2.5 …(5)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離(ｍｍ)、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ，ｍｍ)、
である。

条件式(5)は、第１レンズ群の焦点距離について、好ましい条件範囲を規定している。この条件式(5)を満たすことにより、歪曲収差を良好に補正しつつズームレンズ系の小型化を達成することができる。条件式(5)の下限を下回ると、第１レンズ群のパワーが強くなり、広角端において発生する負の歪曲を補正することが難しくなる。逆に、条件式(5)の上限を上回ると、広角端での軸外光を第１レンズ群で大きく曲げて前玉径を小さくすることが難しくなる。

以下の条件式(5a),(5b)のうちの少なくとも１つを満たすことが更に望ましい。
1.8＜｜f1×fw／Lw｜＜2.5 …(5a)
1.5＜｜f1×fw／Lw｜＜2.0 …(5b)
この条件式(5a),(5b)は、上記条件式(5)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。

各実施の形態を構成しているズームレンズ系ＴＬには、光学素子としてレンズ以外に絞りＳＴが用いられているが、必要に応じて不要光をカットするための光束規制板(例えばフレアカッター)等を必要に応じて配置してもよい。例えば、第２レンズ群の像側に独立して移動するフレアカッターを用いることによって、軸外光のフレアを取り除くことができる。

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、良好な光学性能を確保しつつ少ないレンズ枚数で高変倍比が得られる、低コストでコンパクトなズームレンズ系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系であって、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、正のパワーを有する第３レンズ群と、の３成分から成り、前記第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと、正レンズと、の単レンズ３枚から成り、以下の条件式(1),(1a),(1b)のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とするズームレンズ系。

(Z2) 前記条件式(2),(2a),(3),(3a),(3b),(4),(4a),(4b),(5),(5a),(5b)のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とする上記(Z1)記載のズームレンズ系。

(Z3) ズーミングにおいて少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が移動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系。

(Z4) 広角端から望遠端へのズーミングにおいて、前記第１レンズ群が像面側に移動するとともに前記第２レンズ群が物体側に移動する変倍域を有することを特徴とする上記(Z3)記載のズームレンズ系。

(Z5) さらに前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に絞りを有することを特徴とする上記(Z1)〜(Z4)のいずれか１項に記載のズームレンズ系。

(Z6) 広角端から望遠端までのズーミングに際し、前記絞りが前記第２レンズ群と共に移動することを特徴とする上記(Z5)記載のズームレンズ系。

(Z7) 前記第２レンズ群が、物体側から順に、両凸の正レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと、両凸の正レンズと、で構成される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系。

(U1) 上記(Z1)〜(Z7)のいずれか１項に記載のズームレンズ系と、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１〜３は、前述した第１〜第３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３の実施の形態を表す光学構成図(図１〜図３)は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。

表１〜表６に実施例１〜実施例３のコンストラクションデータを示し、表７に各実施例の条件式対応値を示す。表１，表３，表５に示す基本的な光学構成(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、Ｎｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)，νｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)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(Ｎｄ)，アッベ数(νｄ)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２，表４，表６中に、各実施例の非球面データを示す。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４〜図６は実施例１〜実施例３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、一点鎖線ｇはｇ線に対する各球面収差量(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。実施例１の収差図。実施例２の収差図。実施例３の収差図。本発明に係る撮像装置の概略光学構成例を示す模式図。

符号の説明

ＣＵデジタル機器(カメラ)
ＬＵ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
Ｌ２１第２レンズ群内の物体側の正レンズ
Ｌ２２第２レンズ群内の負メニスカスレンズ
Ｌ２３第２レンズ群内の像面側の正レンズ
ＳＴ絞り
ＰＴ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、正のパワーを有する第３レンズ群と、の３成分から成り、前記第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと、正レンズと、の単レンズ３枚から成り、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする撮像装置；
1.0＜｜P22／P21｜＜2.0 …(1)
ただし、
P21：第２レンズ群内の物体側の正レンズのパワー、
P22：第２レンズ群内の負メニスカスレンズのパワー、
である。
広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群が像面側に移動するとともに前記第２レンズ群が物体側に移動する変倍域を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置；
N1／N2＜1 …(2)
ただし、
N1：第１レンズ群を構成するレンズの枚数、
N2：第２レンズ群を構成するレンズの枚数、
である。
以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置；
3＜ft／fw＜5 …(3)
ただし、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
ft：望遠端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。
以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置；
7＜Lw／fw＜10 …(4)
ただし、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ)、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。
以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置；
1.5＜｜f1×fw／Lw｜＜2.5 …(5)
ただし、
f1：第１レンズ群の焦点距離(ｍｍ)、
fw：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離(ｍｍ)、
Lw：広角端での光学全長(ズームレンズ系の最も物体側の面から像面までの長さ，ｍｍ)、
である。
請求項１〜６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。