JP2007114727A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】
プラスチックレンズを効果的に配することにより、特にデジタルカメラに適した、小型、高画質で安価なズームレンズを提供する。
【解決手段】
負レンズＬ１に、非球面を有するプラスチックレンズを用いることで、ガラスモールド非球面レンズを用いる場合に比べ製造コストを抑えている。プラスチックレンズは、射出成形の如き成形により作られるため、面形状が非球面であっても、球面に比べて作製が困難となることがなく、コストアップもほとんど無い。このため、各群にプラスチックレンズを用いている本発明では、各群の少なくとも１面が非球面を用いていることが望ましい。好ましくは両面非球面にすることで歪曲収差、非点収差を良好に補正できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ズームレンズに関し、特にデジタルスチルカメラ、もしくはビデオカメラ等に用いられ、変倍比が３倍程度のコンパクトな撮像素子用として好適なズームレンズに関する。

近年、パソコンの普及が進み、またパソコンを用いて画像データを扱うことも多くなり、画像データを取り込むためのデジタルスチルカメラ等の需要が増えてきている。このようなデジタルスチルカメラの普及に伴い、より安価なデジタルスチルカメラが求められてきており、撮像光学系にもより一層のコストダウンが要望されている。一方、光電変換素子の画素数は年々増加の傾向にあり、撮影光学系にはより高性能なものが求められているので、コストダウンと高性能化という、相反する要求に応えていく必要がある。このような需要に応えるためのＣＣＤ用ズームレンズとしては、以下の特許文献１，２にその例が見られる。
特開２００２−３７２６６７号公報 特開２００３−５０３５２号公報

特許文献１で提案されているズームレンズは、第２群にプラスチックレンズを使用することにより低コスト化を図っている。しかし、構成レンズ中におけるプラスチックレンズの割合が少ないために、低コストを実現するには不十分である。一方、特許文献２で提案されているズームレンズは、各群にプラスチックレンズを使用することにより低コスト化を図っている。しかし、変倍比が２〜２．５倍程度と小さく、近年のズームレンズとしては光学仕様の改善に余地がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、プラスチックレンズを効果的に配することにより、特にデジタルカメラに適した、小型、高画質で安価なズームレンズを提供することを目的とする。

請求項１に記載のズームレンズは、物体側より、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、および、第３レンズ群の３つのレンズ群を有し、各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において、前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の負レンズと１枚の正レンズとを有し、前記第２レンズ群は物体側から順に、正の２１レンズ、正の２２レンズ、及び負の２３レンズを有すると共に、前記第１レンズ群の最も物体側に１面以上の非球面を有する負のプラスチックレンズを配し、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたプラスチックレンズの焦点距離ｆ１ａ、全系の広角端での焦点距離をｆｗとしたとき
２．０ ＜ ｜ｆ１／ｆｗ｜ ＜ ３．０ （１）
１．２＜ ｜ｆ１ａ／ｆｗ｜ ＜ １．８ （２）
なる条件を満足することを特徴とする。

本発明のように負群先行の光学系の場合は、第１レンズ群の最も物体側に配置された負レンズ（１ａという）の有効径が大きくなる傾向があるが、負レンズ１ａの有効径を大きくすると歪曲収差が発生しがちとなる。その補正のためには、負レンズ１ａを非球面形状に設計して歪曲収差を抑えることが考えられる。

しかるに、負レンズ１ａを非球面を備えたガラスモールド非球面レンズとすることもできるが、一般的に、負レンズ１ａのような大径で非球面形状の凹レンズを製作することは技術的に難しく、そのため製造コストがかかるという問題点がある。

そこで、本発明においては、負レンズ１ａに、非球面を有するプラスチックレンズを用いることで、ガラスモールド非球面レンズを用いる場合に比べ製造コストを抑えている。プラスチックレンズは、射出成形の如き成形により作られるため、面形状が非球面であっても、球面に比べて作製が困難となることがなく、コストアップもほとんど無い。このため、各群にプラスチックレンズを用いている本発明では、各群の少なくとも１面が非球面を用いていることが望ましい。好ましくは両面非球面にすることで歪曲収差、非点収差を良好に補正できる。

さらに、本発明に係るズームレンズでは、各群に非球面を効果的に配置している事や、かつ前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたプラスチックレンズの焦点距離ｆ１ａ、全系の広角端での焦点距離をｆｗとしたとき
２．０ ＜ ｜ｆ１／ｆｗ｜ ＜ ３．０ （１）
１．２＜ ｜ｆ１ａ／ｆｗ｜ ＜ １．８ （２）
が成立するように構成されているので、低屈折率のプラスチック硝材を用いたことによって発生する収差を良好に補正できる。

ここで、条件式（１）は、第１レンズ群の屈折力を規定するものであり、かかる条件式（１）を満たすことにより、十分コンパクトでありながら良好な結像性能をズームレンズに与えることができる。条件式（１）の値がその下限を超えると、第１レンズ群で発生する諸収差が大きくなり、特に、広角端での歪曲収差、倍率色収差、望遠端での球面収差の良好な補正が困難になってしまう。逆に、条件式の値がその上限を超えると、第１レンズ群のパワーが弱くなりすぎるため、レンズ系全体のコンパクト化が困難になってしまう。

更に、条件式（２）は、負の焦点距離を有する第１レンズ群の負レンズ１ａの焦点距離を規定しているものであり、かかる条件式（２）を満たすことにより、プラスチックレンズでありながらもコンパクト性と良好な光学性能を両立することができる。条件式（２）の値がその上限を超えて広角化すると、負レンズ１ａのパワーが大きくなりすぎて、第１レンズ群内の球面収差、非点収差が補正過剰となり、変倍時の収差の変動が大きくなる。一方、条件式（２）の値がその下限を超えると、広角化には有利であるが、負レンズ１ａのパワーが小さくなりすぎて、収差を補正するには第１レンズ群厚の増大を招き大型化する。

更に第２レンズ群は、物体側から順に、少なくとも正正負のレンズ配置を含むことにより、球面収差やコマ収差を良好に補正でき、負レンズの光線高を低くすることでペッツバール和を小さくして像面湾曲を抑えることが出来る。また、正レンズを２枚とする事により、各レンズの正のパワーを小さくできるので、この正レンズで発生する球面収差やコマ収差を小さくすることが出来る。さらに、組み立ての際のレンズ偏芯が生じても、それによる収差変動を小さく抑えることができ、良好な生産性を維持できる。

請求項２に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記第１レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズのみで構成されることを特徴とする。

請求項３に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記第１レンズ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズのみで構成されることを特徴とする。

前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ（Ｌ１）と正レンズ（Ｌ２）の２枚構成、若しくは物体側から順に、負レンズ（Ｌ１）、負レンズ（Ｌ２）、正レンズ（Ｌ３）の３枚構成とすると好ましい。例えば、後述する第１実施例乃至第２実施例、第４実施例のように２枚構成にすることにより、レンズ厚や前玉系の小さいコンパクトな光学系とすることができ、更に後述する第３実施例のように３枚構成にすることで、負のパワーを分割して小さくでき、第１レンズ群で発生する負の歪曲収差等を良好に補正することが出来る。

請求項４に記載のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ群の正レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする。

前記第１レンズ群の最も物体側に負の屈折力を有するプラスチックレンズを配した場合、温度・湿度による屈折率変化の影響でピントずれが生じてしまうことや、屈折率が低いため、ガラスと同程度の屈折率を得ようとすると、面の曲率半径を小さくしなければならず、レンズとして構成できなくなったり、収差発生量が大きくなり補正が困難となるなどの課題がある。

そこで、本発明に係るズームレンズでは、後述する第１実施例乃至第２実施例の様に、負レンズ（Ｌ１）と対になる正レンズ（Ｌ２）もプラスチック材料で作製することで、プラスチックレンズの合成パワーを小さくし、温度・湿度による屈折率変化の影響で生じるピントずれを小さくしている。更に後述する第３実施例も同様に、負レンズ（Ｌ１）と負レンズ（Ｌ２）と対になる正レンズ（Ｌ３）もプラスチックレンズとする事で温度変化による影響を少なくしている。

請求項５に記載のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ群は、プラスチックレンズのみで構成されることを特徴とする。

請求項６に記載のズームレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズ群の正の２１レンズ、正の２２レンズ、負の２３レンズは、それぞれ研磨加工によるガラス球面レンズからなることを特徴とする。

さらに、正レンズ２１を研磨加工によるガラス球面レンズで構成することにより、屈折率の高い硝材を選択できるので、光学系全体をコンパクト化することが可能である。

請求項７に記載のズームレンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズ群の正の２１レンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする。
０．５ ＜ ｜ｆ２１／ｆ２｜ ＜ １．５ （３）
但し、ｆ２１：正の２１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離

条件式（３）は、第２レンズ群で最も物体側にある正の２１レンズの屈折力を規定するもので、これを満たすことで、十分なるコンパクト化と良好な結像性能を得ることができる。条件式（３）の値がその上限を超えると、第２レンズ群のパワーが弱くなりすぎるため、光学系全体のコンパクト化が困難になってしまう。また、条件式（３）の値がその下限を超えると、正の２１レンズのパワーが強くなりすぎ、球面収差及びコマ収差の補正が困難になり好ましくない。なお、以下の条件式を満たすとより好ましい。
０．８ ＜ ｜ｆ２１／ｆ２｜ ＜ １．２ （３’）

請求項８に記載のズームレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズ群は、前記正の２２レンズと前記負の２３レンズを接合した接合レンズを有することを特徴とする。

請求項９に記載のズームレンズは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズ群は、最も像側に少なくとも一面に非球面を有するプラスチックレンズを配置することを特徴とする。

第２レンズ群の最も像側に非球面レンズを配置する事で、非点収差を良好に補正できる。またこのレンズをプラスチック化することにより、射出成形による非球面付加の容易化やレンズ全系の軽量化が達成できる。前記正の２１レンズを含めた第２レンズ群中の上記非球面レンズ以外のレンズを研磨加工によるガラス球面レンズとすることにより、モールド成形によるガラスモールドレンズ、射出成形によるプラスチックレンズよりも製造時の曲率半径誤差やうねり誤差を小さく抑えることができ、良好な光学性能を確保することができる。

なお、第２レンズ群の最も物体側に物体側に、強い凸面を向けた正レンズ２１を配置することで、第１レンズ群で発散された軸外光線の屈折角を抑えて、軸外諸収差が極力発生しない様にできる。

請求項１０に記載のズームレンズは、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする。
１．５ ＜ ｜ｆ２／ｆｗ｜ ＜ ２．５ （４）

条件式（４）は、第２レンズ群の屈折力を規定するもので、これを満たすことでコンパクト性と良好な光学性能を両立することができる。条件式（４）の値がその上限を超えると、第２レンズ群のパワーが小さくなり過ぎ、変倍に必要な第２レンズ群の移動量が大きくなってしまうため、コンパクト性が失われてしまい、逆に条件式（４）の値がその下限を超えると第２レンズ群のパワーが大きくなりすぎ、この群で発生する諸収差が大きくなってしまう。なお、以下の条件式を満たすとより好ましい。
１．６ ＜ ｜ｆ２／ｆｗ｜ ＜ ２．０ （４’）

請求項１１に記載のズームレンズは、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、正の屈折力を有することを特徴とする。

請求項１２に記載のズームレンズは、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、少なくとも１枚のプラスチックレンズを有することを特徴とする。

請求項１３に記載のズームレンズは、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、１枚の正レンズで構成されることを特徴とする。

請求項１４に記載のズームレンズは、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、以下の条件を満足することを特徴とする。
２．０ ＜ ｜ｆ３／ｆｗ｜ ＜ ５．０ （５）

条件式（５）は、第３レンズ群の屈折力を規定するもので、これを満たすことにより、十分なるコンパクト化と良好な結像性能を得ることができる。条件式（５）の値がその上限を超えると、バックフォーカスが増大し、また、フォーカシングの際の第３レンズ群の移動量が増大し、全長が長くなるので好ましくない。一方、条件式（５）の値がその下限を超えると、第３レンズ群で発生する歪曲収差、像面湾曲が大きくなり、第３レンズ群に非球面を用いても補正が困難になる。なお、以下の条件式を満たすとより好ましい。
２．２ ＜ ｜ｆ３／ｆｗ｜ ＜ ３．０ （５’）

請求項１５に記載のズームレンズは、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記第各レンズ群は、少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、該プラスチックレンズは少なくとも１面以上の非球面を有することを特徴とするので、ズームレンズの低コスト化を図れる。

請求項１６に記載のズームレンズは、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、広角側から望遠側への変倍に際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大するように、前記各レンズ群の間隔を変化させ変倍することを特徴とする。

請求項１７に記載のズームレンズは、請求項１〜１６のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、広角側から望遠側への変倍に際し、光軸上を物体側に単調に移動することを特徴とする。

第３レンズ群は、広角側から望遠側の変倍に際し、光軸上を物体側へ移動することで、第３レンズ群にも変倍作用を持たせることができ、第２レンズ群のパワーもしくは移動量を小さく抑えることができる。

請求項１８に記載のズームレンズは、請求項１〜１７のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ群もしくは第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより、無限遠物体から近距離物体におけるフォーカシングを行うことを特徴とする。

本発明にかかるズームレンズを用いて無限遠物体から近距離物体を撮影する場合には、第１レンズ群もしくは第３レンズ群を移動させることでフォーカシングを行っている。本発明のように第１レンズ群ないし第３レンズ群をガラスより軽いプラスチックレンズのみで構成することで、ズーミングやフォーカシングで第１レンズ群ないし第３レンズ群を移動させる際の駆動機構に与える負荷が少なくてすむ。さらに、第３レンズ群がプラスチックで作成された正レンズ１枚で構成すると、駆動機構に与える負荷を最も小さくすることができる。

請求項１９に記載のズームレンズは、請求項１〜１８のいずれかの発明において、変倍比が２．８倍以上であることを特徴とする。

なお、本発明にかかるズームレンズと撮像素子との間に配置される赤外カットフィルターを、ローパスフィルターの表面にコート処理を施した反射型とすることにより、吸収型の赤外カットフィルターを別途にレンズ系を挿入する必要がなくなり、光軸方向の厚みを薄くすることが出来、各レンズ群、フィルターを近接させてカメラボディに格納する際、よりコンパクトな格納が可能となる。

本発明において「プラスチックレンズ」とは、プラスチック材料を母材とし、プラスチック材料中に小径の粒子を分散させた素材から成形され、かつプラスチックの体積比が半分以上のレンズも含むものとし、さらにその表面に反射防止や表面強度の向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。

本発明によれば、プラスチックレンズを効果的に配することにより、特にデジタルカメラに適した、小型、高画質で安価なズームレンズを提供することができる。

図１を参照して、本発明の実施の形態にかかるズームレンズを搭載した撮像装置１００について説明する。図１は、撮像装置１００のブロック図である。

図１に示すように、撮像装置１００は、ズームレンズ１０１と、固体撮像素子１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、制御部１０４と、光学系駆動部１０５と、タイミング発生部１０６と、撮像素子駆動部１０７と、画像メモリ１０８と、画像処理部１０９と、画像圧縮部１１０と、画像記録部１１１と、表示部１１２と、動作部１１３とを備えて構成される。

ズームレンズ１０１は、被写体像を固体撮像素子１０２の撮像面に結像させる機能を有する。固体撮像素子１０２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、入射光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に光電変換してそのアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号をデジタルの画像データに変換する。

制御部１０４は、撮像装置１００の各部を制御する。制御部１０４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含み、ＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開された各種プログラムと、ＣＰＵとの協働で各種処理を実行する。

光学系駆動部１０５は、制御部１０４の制御により、変倍、合焦（後述する第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３の移動）、露出等において、ズームレンズ１０１を駆動制御する。タイミング発生部１０６は、アナログ信号出力用のタイミング信号を出力する。撮像素子駆動部１０７は、固体撮像素子１０２を走査駆動制御する。

画像メモリ１０８は、画像データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。画像処理部１０９は、画像データに各種画像処理を施す。画像圧縮部１１０は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）等の圧縮方式により、撮像画像データを圧縮する。画像記録部１１１は、図示しないスロットにセットされた、メモリカード等の記録メディアに画像データを記録する。

表示部１１２は、カラー液晶パネル等であり、撮影後の画像データ、撮影前のスルー画像、各種操作画面等を表示する。動作部１１３は、レリーズボタン、各種モード、値を設定するための各種操作キーを含み、ユーザにより操作入力された情報を制御部１０４に出力する。

ここで、撮像装置１００における動作を説明する。被写体撮影では、被写体のモニタリング（スルー画像表示）と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、ズームレンズ１０１を介して得られた被写体の像が、固体撮像素子１０２の受光面に結像される。ズームレンズ１０１の撮影光軸後方に配置された固体撮像素子１０２が、タイミング発生部１０６、撮像素子駆動部１０７によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を１画面分出力する。

このアナログ信号は、ＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、Ａ／Ｄ変換部１０３でデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは、画像処理部１０９により、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ（画像データ）が生成されて画像メモリ１０８に格納され、定期的にその信号が読み出されてそのビデオ信号が生成されて、表示部１１２に出力される。

この表示部１１２は、モニタリングにおいては電子ファインダとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザの動作部１１３を介する操作入力に基づいて、光学系駆動部１０５の駆動によりズームレンズ１０１の変倍、合焦、露出等が設定される。

このようなモニタリング状態において、静止画撮影を行ないたいタイミングで、ユーザが動作部１１３のレリーズボタンを操作することにより、静止画像データが撮影される。レリーズボタンの操作に応じて、画像メモリ１０８に格納された１コマの画像データが読み出されて、画像圧縮部１１０により圧縮される。その圧縮された画像データが、画像記録部１１１により記録メディアに記録される。

なお、上記各実施の形態及び各実施例における記述は、本発明に係る好適なズームレンズ及び撮像装置の一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記各実施の形態及び各実施例において、ズームレンズを搭載した撮像装置として、デジタルスチルカメラの例を説明したがこれに限定されるものではなく、ビデオカメラや、撮像機能付の携帯電話機、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の少なくとも撮像機能を有する携帯端末等の機器としてもよい。

以下に、図１の撮像装置１００に用いることができるズームレンズの実施例を示すが、これに限定されるものではない。各実施例に使用する記号は下記の通りである。又、以下の表に示すレンズデータにおいて、＊１，＊２，＊３，・・・は、プラスチックレンズであることを示す。
ｆ：焦点距離
Ｆ：Ｆナンバー
ω：半画角
ｒ：レンズ各面の曲率半径
ｄ：レンズ厚、または、レンズ間隔
ｎｄ：屈折率（ｄ線に対する）
νｄ：アッベ数

各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。

なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０^-02）をＥ（たとえば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。

（実施例１）
実施例１にかかるズームレンズのレンズデータを表１に示す。また図２に、実施例１にかかるズームレンズの断面図を示し、図３に、実施例１にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図３（Ａ）は広角端の収差図である。図３（Ｂ）は中間の収差図である。図３（Ｃ）は望遠端の収差図である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を表すものとする。

実施例１のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、および、第３レンズ群Ｇ３を有している。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に負レンズＬ１（負レンズ１ａともいう）と正レンズＬ２を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ３（２１レンズともいう）、正レンズＬ４（２２レンズともいう）と負レンズＬ５（２３レンズともいう）の接合された接合レンズＬ４５と、レンズＬ６を有する。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ７のみからなる。負レンズＬ１、レンズＬ６、正レンズＬ７は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズであり、正レンズＬ２は、ポリエステル系のプラスチックレンズである。一方、正レンズＬ３，正レンズＬ４，負レンズＬ５は研磨加工によるガラス球面レンズである。また、第３レンズ群Ｇ３と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施したローパスフィルタＬＰＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することはない。

広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１が、矢印Ａに示すごとく、まず像側へと移動し、その後物体側へと移動し、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ｂに示すごとく物体側へと移動し、第３レンズ群Ｇ３が、矢印Ｃに示すごとく物体側へと移動する。広角側から望遠側への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように、各レンズ群の間隔を変化させることもできる。又、合焦に際しては、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が光軸方向に移動するようになっている。

（実施例２）
実施例２にかかるズームレンズのレンズデータを表２に示す。また図４に、実施例２にかかるズームレンズの断面図を示し、図５に、実施例２にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図５（Ａ）は広角端の収差図である。図５（Ｂ）は中間の収差図である。図５（Ｃ）は望遠端の収差図である。

実施例２のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、および、第３レンズ群Ｇ３を有している。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に負レンズＬ１（負レンズ１ａともいう）と正レンズＬ２を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ３（２１レンズともいう）、正レンズＬ４（２２レンズともいう）と負レンズＬ５（２３レンズともいう）の接合された接合レンズＬ４５と、レンズＬ６を有する。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ７のみからなる。負レンズＬ１、レンズＬ６、正レンズＬ７は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズであり、正レンズＬ２は、ポリエステル系のプラスチックレンズである。一方、正レンズＬ３，正レンズＬ４，負レンズＬ５は研磨加工によるガラス球面レンズである。また、第３レンズ群Ｇ３と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施したローパスフィルタＬＰＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１が、矢印Ａに示すごとく、まず像側へと移動し、その後物体側へと移動し、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ｂに示すごとく物体側へと移動し、第３レンズ群Ｇ３が、矢印Ｃに示すごとく物体側へと移動する。広角側から望遠側への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように、各レンズ群の間隔を変化させることもできる。又、合焦に際しては、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が光軸方向に移動するようになっている。

（実施例３）
実施例３にかかるズームレンズのレンズデータを表３に示す。また図６に、実施例３にかかるズームレンズの断面図を示し、図７に、実施例３にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図７（Ａ）は広角端の収差図である。図７（Ｂ）は中間の収差図である。図７（Ｃ）は望遠端の収差図である。

実施例３のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、および、第３レンズ群Ｇ３を有している。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に負レンズＬ１（負レンズ１ａともいう）と、負レンズＬ２と、正レンズＬ３を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ４（２１レンズともいう）、正レンズＬ５（２２レンズともいう）と負レンズＬ６（２３レンズともいう）の接合された接合レンズＬ５６と、レンズＬ７を有する。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ８のみからなる。負レンズＬ１、負レンズＬ２、レンズＬ７、正レンズＬ８は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズであり、正レンズＬ３は、ポリエステル系のプラスチックレンズである。一方、正レンズＬ４，正レンズＬ５，負レンズＬ６は研磨加工によるガラス球面レンズである。また、第３レンズ群Ｇ３と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施したローパスフィルタＬＰＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１が、矢印Ａに示すごとく、まず像側へと移動し、その後物体側へと移動し、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ｂに示すごとく物体側へと移動し、第３レンズ群Ｇ３が、矢印Ｃに示すごとく物体側へと移動する。広角側から望遠側への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように、各レンズ群の間隔を変化させることもできる。又、合焦に際しては、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が光軸方向に移動するようになっている。

（実施例４）
実施例４にかかるズームレンズのレンズデータを表４に示す。また図８に、実施例４にかかるズームレンズの断面図を示し、図９に、実施例４にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図９（Ａ）は広角端の収差図である。図９（Ｂ）は中間の収差図である。図９（Ｃ）は望遠端の収差図である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を表すものとする。

実施例４のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、および、第３レンズ群Ｇ３を有している。第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に負レンズＬ１（負レンズ１ａともいう）と正レンズＬ２を有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ３（２１レンズともいう）、正レンズＬ４（２２レンズともいう）と負レンズＬ５（２３レンズともいう）の接合された接合レンズＬ４５と、レンズＬ６を有する。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズＬ７のみからなる。負レンズＬ１、レンズＬ６、正レンズＬ７は、ポリオレフィン系のプラスチックレンズである。一方、正レンズＬ２，正レンズＬ３，正レンズＬ４，負レンズＬ５は研磨加工によるガラス球面レンズである。また、第３レンズ群Ｇ３と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施したローパスフィルタＬＰＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することはない。

広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１が、矢印Ａに示すごとく、まず像側へと移動し、その後物体側へと移動し、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ｂに示すごとく物体側へと移動し、第３レンズ群Ｇ３が、矢印Ｃに示すごとく物体側へと移動する。広角側から望遠側への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように、各レンズ群の間隔を変化させることもできる。又、合焦に際しては、第１レンズ群Ｇ１又は第３レンズ群Ｇ３が光軸方向に移動するようになっている。

上記実施例において、実施例１、２では、負レンズＬ１、正レンズＬ２，負レンズＬ６、正レンズＬ７に、実施例３では、負レンズＬ１、負レンズＬ２、正レンズＬ３，レンズＬ７、正レンズＬ８に、実施例４では、負レンズＬ１、レンズＬ６，正レンズＬ７にプラスチックレンズを使用しているが、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、周囲温度が変化した際に、撮像レンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題を抱えてしまう。ズームレンズの場合、フォーカス群を光軸方向に移動させ、像点位置の変動を補正するのが普通であるので、温度変化時の像点位置変動そのものは問題とならない。しかし、フォーカス群を移動させることにより、色収差や像面湾曲などの収差劣化を招くおそれがある。このような場合には、例えば実施例１において、負のレンズＬ１と正のレンズＬ２とで温度変化時の像点位置変動をある程度相殺するような屈折力配分とすることで、この温度特性の問題を軽減することができる。

また最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の温度変化を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が２０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。

ここで、屈折率の温度変化について詳細に説明する。屈折率の温度変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、数２で表される。

プラスチック素材の場合は、一般に式中第１項に比べ第２項の寄与が小さく、ほぼ無視できる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０^-5であり、上記式に代入すると、Ａ＝−１．２×１０^-4［／℃］となり、実測値とおおむね一致する。

具体的には、従来は−１．２×１０^-4［／℃］程度であった屈折率の温度変化Ａを、絶対値で８×１０^-5［／℃］未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で６×１０^-5［／℃］未満にすることが好ましい。

本発明で適用可能なプラスチック材料の屈折率の温度変化Ａ（＝ｄｎ／ｄＴ）を表５に示す。

ここで、実施例１のズームレンズを例にとり、上記微粒子を分散させたプラスチックレンズを使用した場合と使用しない場合の温度変化時のバックフォーカス変化量の違いを示す。

温度による屈折率ｎｄの変化を表６に示す。また、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）、−３０［℃］下降時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）を表６に示す。

ここで、比較のために本実施例のズームレンズ系において、全てのプラスチックレンズを上記粒子を含まないプラスチックレンズとした場合の、温度による屈折率ｎｄの変化と、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）、−３０［℃］下降時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）を、表７，表８に示す。

以上の結果より、上記微粒子を全く含まない場合と比較し、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２、第６レンズＬ６、第７レンズＬ７に上記微粒子を分散させたプラスチック材料を使用し、Ａ＝−６×１０−⁵［／℃］の場合は、望遠端での温度変化時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_T）が半分以下まで抑えられていることが分かる。

また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２、第６レンズＬ６、第７レンズＬ７それぞれに異なった屈折率の温度変化Ａの値を持つ上記粒子を分散させたプラスチック材料を使用してもよく、その場合は、それぞれのレンズの温度変化時の像点位置変動の寄与の大きさを考慮して、最適なＡの値を選択することによって、撮像レンズ全体で温度変化時の像点位置変動がまったく生じないようにすることも可能となる。実施例２，３、４についても同様である。

上述した実施例に対応する式（１）〜（５）の値を、表９にまとめて示す。

撮像装置１００のブロック図である。 実施例１にかかるズームレンズの断面図である。 実施例１にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。 実施例２にかかるズームレンズの断面図である。 実施例２にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。 実施例３にかかるズームレンズの断面図である。 実施例３にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。 実施例４にかかるズームレンズの断面図である。 実施例４にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ ズームレンズ
１０２ 固体撮像素子
１０３ 変換部
１０４ 制御部
１０５ 光学系駆動部
１０６ タイミング発生部
１０７ 撮像素子駆動部
１０８ 画像メモリ
１０９ 画像処理部
１１０ 画像圧縮部
１１１ 画像記録部
１１２ 表示部
１１３ 動作部
１１３ 操作部
Ｇ１〜Ｇ３ レンズ群
Ｌ１〜Ｌ７ レンズ
ＬＰＦ ローパスフィルタ
Ｓ 開口絞り
ＳＧ シールガラス
ＣＣＤ 固体撮像素子

Claims (19)

1. 物体側より、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群、および、第３レンズ群の３つのレンズ群を有し、各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において、前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の負レンズと１枚の正レンズとを有し、前記第２レンズ群は物体側から順に、正の２１レンズ、正の２２レンズ、及び負の２３レンズを有すると共に、前記第１レンズ群の最も物体側に少なくとも１面以上の非球面を有する負のプラスチックレンズを配し、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたプラスチックレンズの焦点距離ｆ１ａ、全系の広角端での焦点距離をｆｗとしたとき
   ２．０ ＜ ｜ｆ１／ｆｗ｜ ＜ ３．０ （１）
   １．２＜ ｜ｆ１ａ／ｆｗ｜ ＜ １．８ （２）
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズのみで構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズのみで構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群の正レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズ群は、プラスチックレンズのみで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第２レンズ群の正の２１レンズ、正の２２レンズ、負の２３レンズは、それぞれ研磨加工によるガラス球面レンズからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群の正の２１レンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   ０．５ ＜ ｜ｆ２１／ｆ２｜ ＜ １．５ （３）
   但し、ｆ２１：正の２１レンズの焦点距離
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
8. 前記第２レンズ群は、前記正の２２レンズと前記負の２３レンズを接合した接合レンズを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第２レンズ群は、最も像側に少なくとも一面に非球面を有するプラスチックレンズを配置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    １．５ ＜ ｜ｆ２／ｆｗ｜ ＜ ２．５ （４）
11. 前記第３レンズ群は、正の屈折力を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. 前記第３レンズ群は、少なくとも１枚のプラスチックレンズを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
13. 前記第３レンズ群は、１枚の正レンズで構成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のズームレンズ。
14. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたときに、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    ２．０ ＜ ｜ｆ３／ｆｗ｜ ＜ ５．０ （５）
15. 前記第各レンズ群は、少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、該プラスチックレンズは少なくとも１面以上の非球面を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
16. 広角側から望遠側への変倍に際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大するように、前記各レンズ群の間隔を変化させ変倍することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
17. 前記第３レンズ群は、広角側から望遠側への変倍に際し、光軸上を物体側に単調に移動することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
18. 前記第１レンズ群もしくは第３レンズ群を光軸方向に移動させることにより、無限遠物体から近距離物体におけるフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
19. 変倍比が２．８倍以上であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
    

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