JP2007156417A - ズームレンズおよびデジタルカメラおよび携帯情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズを提供する。
【解決手段】像面からの距離が固定された負の屈折力を有する第１群レンズＧ１と、正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第２群レンズＧ２と、正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第３群レンズＧ３と、上記像面からの距離が固定された正の屈折力を有する第４群レンズＧ４とからなる。上記第１群レンズＧ１,第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３および第４群レンズＧ４を物体側から像面側に向かって順に配置する。上記第３群レンズＧ３は、開口絞りｓと正の屈折力を有するレンズ１３と負の屈折力を有するレンズ１４を有し、開口絞りｓ,レンズ１３およびレンズ１４を物体側から像面側に向かって順に配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、小型のズームレンズに関するものであり、特に携帯情報端末や携帯電話に内蔵されるレンズ全長の短縮化を図った携帯性に優れたズームレンズおよびそれを用いたデジタルカメラおよび携帯情報機器に関する。

近年、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)と呼ばれる携帯情報端末や携帯電話等が普及し、それらの多くにデジタルカメラ等の撮像装置が搭載されるようになった。これらの撮像装置は、小型のＣＣＤ(チャージ・カップルド・デバイス：電荷結合素子)やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ)センサーを用いることで小型化を実現している。また、これらの装置の普及に伴い、撮像装置はより小型化が求められると共に、高解像度化、高性能化が求められ、携帯電話のような薄い筐体にズームレンズが搭載されつつある。

このような携帯電話等の携帯端末に搭載するズームレンズは、従来の最も物体側のレンズが駆動するタイプは、防塵や耐衝撃性の観点から好まれず、ズームレンズの内側のレンズのみが駆動し最も物体側および像面側のレンズが固定された構成が、堅牢性に富み、防塵対策も容易であることから携帯機器には有利である。

このようなズームレンズとして、例えば特許文献１(特開平１１−２４９０１６号公報)に、物体側より順に、負の屈折力を有する第１群レンズと、それぞれ正の屈折力を有する第２群レンズ、第３群レンズ、第４群レンズで構成され、上記第２群レンズと第３群レンズのみを駆動させることで変倍を行う負正正正の４成分ズームレンズが開示されている。このズームレンズは、第１群レンズと第２群レンズとの間に開口絞りを設け、第４群レンズを張り合わせてレンズとすることによって、レンズ枚数の少ないコンパクトなズームレンズを実現している。

また、同じタイプの光学系として、特許文献２(特許第３４９３４０６号)では、非球面を多用することによって、全ての群レンズが１枚のレンズで構成されたズームレンズを実現している。

しかしながら、上記特許文献１に記載されているような構成では、第４群レンズを２枚のレンズで構成しているが、第４群レンズは像面に近く、外径が大きく曲率半径が小さくなることから、レンズの厚みを薄くすることができないため、２枚のレンズで第４群レンズを構成すると光学全長が極端に増加してしまう。また、特許文献２に記載されているように、各群のレンズを夫々１枚で構成した場合には色収差の補正が困難となる。
特開平１１−２４９０１６号公報 特許第３４９３４０６号

この発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズおよびそれを用いたデジタルカメラおよび携帯情報機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明のズームレンズは、
像面からの距離が固定された負の屈折力を有する第１群レンズと、
正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第２群レンズと、
正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第３群レンズと、
上記像面からの距離が固定された正の屈折力を有する第４群レンズとからなり、
上記第１群レンズ,第２群レンズ,第３群レンズおよび第４群レンズが物体側から上記像面側に向かって順に配置され、
上記第３群レンズは、開口絞りと、複数のレンズとを有することを特徴とする。

上記構成のズームレンズによれば、堅牢性に富み、防塵にも優れる第１群レンズ,第４群レンズ固定の負正正正タイプのズームレンズにおいて、色収差を良好に補正しながらズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることが可能である。したがって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズを実現できる。なお、ここで「群レンズ」とは、複数のレンズからなるものに限らず、１つのレンズで構成されているものであってもよい。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第３群レンズの上記複数のレンズは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズを有することを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、最も移動量の大きな第３群レンズに正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズを組み合わせることにより、色収差を良好に補正することができる。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第３群レンズは、上記開口絞りと、上記正の屈折力を有するレンズと、上記負の屈折力を有するレンズとが上記物体側から上記像面側に向かって順に配置されていることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、上記第３群レンズにおいて、開口絞りと、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを物体側から像面側に向かって順に配置することによって、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズの有効径を、開口絞りの有効径と同程度にすることができる。

また、一実施形態のズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミング時において、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が単調に増加すると共に、上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が単調に減少することを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、主結像群である第３群レンズが物体側に繰り出すほど焦点距離が長くなるので、広角端から望遠端へのズーミングのとき、第３群レンズの移動量が大きいほど、一般に拡大倍率を大きく取ることが可能となる。そこで、ズーミング時に第３群レンズが物体側に移動するほど、第２群レンズも物体側に移動させることにより、第３群レンズの移動可能な範囲を確保し、高拡大倍率を実現することができる。

また、一実施形態のズームレンズは、
広角端から望遠端へのズーミング時において、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が増加すると共に、
上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が最小になるズームポジションから望遠端へのズーミング時において、上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔の変化量が、上記第２群レンズの最大移動量の１／１０以下であることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、上記第１群レンズと第２群レンズとの間隔が最小になるズームポジションから望遠端へのズーミング時において、第１群レンズと第２群レンズとの間隔の変化量を、第２群レンズの最大移動量の１／１０以下とすることによって、第３群レンズの移動可能な範囲を確保するので、十分な拡大倍率が得られる。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間かつ上記第３群レンズ近傍に配置されたメカニカルシャッターを備えることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、上記第３群レンズと第４群レンズとの間かつ第３群レンズ近傍にメカニカルシャッターを配置することによって、開口絞りにメカニカルシャッターが近いため、メカニカルシャッターの開口径を小さくすることができ、コンパクト化に有利である。また、像面近傍にメカニカルシャッターを設ける場合に比べて、光束の集まった位置でシャッターを切れるため、シャッター速度による周辺光量の低下を抑えることができる。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第１群レンズが１枚のレンズのみで構成されていることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、有効径の大きな第１群レンズを１枚のレンズで構成することによって、レンズ厚みによるズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第１群レンズは、上記物体側に凸面を有するメニスカスレンズであることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、上記第１群レンズに、物体側に凸面を有するメニスカスレンズを用いることによって、広角端においても周辺光量比を高く保つことができる。

また、一実施形態のズームレンズは、上記メニスカスレンズの像面側の凹面が非球面であることを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、第１群レンズのメニスカスレンズの像面側の面を非球面にすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズを1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、一実施形態のズームレンズは、上記第１群レンズは、上記メニスカスレンズの像面側の凹面の表面形状を樹脂により非球面にしたことを特徴とする。

上記実施形態のズームレンズによれば、第１群レンズのメニスカスレンズの像面側の面の表面形状を樹脂により非球面にすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズを1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、この発明のデジタルカメラでは、上記のいずれか１つのズームレンズと、上記ズームレンズによって形成される像を受光する電子撮像素子とを有することを特徴とする。

上記構成のデジタルカメラによれば、上記ズームレンズを用いることによって、小型でズーム比の大きい高性能なデジタルカメラを実現できる。

また、この発明の携帯情報機器では、上記のいずれか１つのズームレンズと、上記ズームレンズによって形成される像を受光する電子撮像素子とを有することを特徴とする。

上記構成の携帯情報機器によれば、上記ズームレンズを用いることによって、小型でズーム比の大きい高性能な撮影機能を備えた携帯情報機器を実現できる。

以上より明らかなように、この発明のズームレンズによれば、堅牢性に富み、防塵にも優れる第１群レンズ,第４群レンズが固定されたズームレンズにおいて、ズーミング(変倍)のために可動する第３群レンズに開口絞りを設け、かつ正の屈折力をもつレンズと負の屈折力を有するレンズで第３群レンズを構成することによって、レンズ枚数の増加によるズームレンズ全長の増加を最小限に留め、コンパクトで収差補正の良好なズームレンズが可能となる。

また、この発明のデジタルカメラによれば、上記ズームレンズを用いることによって、小型でズーム比の大きい高性能なデジタルカメラを実現することができる。

また、この発明の携帯情報機器によれば、上記ズームレンズを用いることによって、小型でズーム比の大きい高性能な撮影機能を備えた携帯情報機器を実現することができる。

以下、この発明のズームレンズおよびデジタルカメラおよび携帯情報機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態のズームレンズの構成を示す断面図であり、各断面図において、図１(ａ)は広角端、図１(ｂ)は中間焦点距離、図１(ｃ)は望遠端のズーム位置を示している。また、図１の左側が物体側であり、右側が像面側である。図中の矢印はズーミング時のレンズの移動の様子を示している。

この第１実施形態のズームレンズは、図１に示すように、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２群レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３群レンズＧ３と、正の屈折力を有する第４群レンズＧ４からなり、第１群レンズＧ１,第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３および第４群レンズＧ４が物体側から像面側に向かって順に配置されたズームレンズである。このズームレンズは、第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４が変倍時や合焦(焦点を合わせる)時に固定されており、第２群レンズＧ２と第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動することにより変倍や合焦を行うタイプである。

上記第１群レンズＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ１１であり、第２群レンズＧ２は、物体側に凸面を向け、像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するレンズ１２である。また、第３群レンズＧ３は、開口絞りｓと、物体側に正の屈折力を有するレンズ１３と、像面側に負の屈折力を有するレンズ１４とを有し、開口絞りｓ,レンズ１３およびレンズ１４を物体側から像面側に向かって順に配置している。また、上記第４群レンズＧ４は、物体側に凹面を向け、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ１５である。上記第４群レンズＧ４の像面側にフィルター等のガラスブロックｆを配置している。

また、第３群レンズＧ３の開口絞りｓとレンズ１３,１４は一体で移動する。

上記ズームレンズの構成において第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４を固定することによって、ズームレンズの密閉性の向上が容易となり、防塵に優れると共に、十分な堅牢性を得ることができる。また、一般に物体側に負の屈折力を有するレンズを配置したマイナスリードタイプのズームレンズは、第１群レンズの有効径が大きくなるため、この第１群レンズを駆動に用いないことは、メカニズム構成の面でも有効である。

一般に、レンズの色収差を補正するためには、複数の異なる材料からなる正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズを組み合わせることが有効であるが、レンズ枚数を増やすことはズームレンズ全長の長さの増加につながり、コンパクト化が困難となる。従って、色収差を補正するには、レンズ枚数の増加によるズームレンズ全長の増加が最小限に抑えられる群を複数のレンズで構成することが最も有効である。

また、レンズは、強度等の問題から、最も肉厚が薄くなる部分でも０.５ｍｍ〜１.０ｍｍ程度の厚みが必要となり、両凹レンズでは中心厚がこの厚みより厚い必要があり、両凸レンズでは最外周部がこの厚みより厚い必要がある。このため、曲率半径が等しいレンズであっても、有効径が大きくなるほどレンズ厚みを厚くせざるを得ない。このため、有効径の小さいレンズ群に、ガラス材料の異なる複数のレンズを用いることによって、色収差を補正しつつズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

従って、開口絞りｓを有する第３群レンズＧ３を、複数の異なる材料からなる正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズで構成することによって、色収差を補正しつつズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

また、第３群レンズＧ３を、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りｓ、正の屈折力を有するレンズ、負の屈折力を有するレンズとなるように配置すると、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズの有効径を、開口絞りｓの有効径と同程度にすることができる。上記開口絞りｓの有効径を小さくすることで、第３群レンズＧ３のレンズの有効径を小さくすることができる。

なお、第３群レンズＧ３を、物体側から順に、開口絞りｓ、負の屈折力を有するレンズ、正の屈折力を有するレンズとなるように配置してしまうと、正の屈折力を有するレンズの有効径が増加してしまう。

また、この第１実施形態のレンズでは、広角端から望遠端へのズーミングにおいて、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が単調に増加すると共に、第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が単調に減少する。この発明のズームレンズでは、第３群レンズＧ３が主結像群であるため、第３群レンズＧ３が物体側に繰り出すほど焦点距離が長くなる。従って、広角端から望遠端へのズーミングのとき、第３群レンズＧ３の移動量が大きいほど一般に拡大倍率を大きく取ることができる。そこで、ズーミング時に第３群レンズＧ３が物体側に移動するほど、第２群レンズＧ２も物体側に移動させることにより、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲を広く確保でき、高拡大倍率を実現することができる。

上記構成のズームレンズでは、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４の間隔が最短でも２ｍｍ以上と比較的大きく、このスペースにメカニカルシャッター１７を設けることが可能である。このとき、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間の第３群レンズＧ３近傍に、第３群レンズＧ３と一体で移動するようにシャッターを配置すると、開口絞りｓに近いためシャッターの開口径を小さくすることができ、コンパクト化に有利である。また像面近傍にシャッターを設ける場合に比べて、光束の集まった位置でシャッターを切れるため、シャッター速度による周辺光量の低下を抑えることができる。

この第１実施形態のズームレンズにおいて、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ１１とすることによって、広角端においても周辺光量比を高く保つことができる。

また、第１群レンズＧ１のメニスカスレンズ１１の像面側の面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズＧ１を1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率、低分散ガラス材料を用いるとレンズの曲率半径を大きくできるため、収差補正に有利であると共に、レンズの厚みが薄くなるため、コンパクト化にも有利である。

次に、この第１実施形態のズームレンズの数値例を表１〜表３に示す。表１の面データに示す数値例では、物体側から順に各面の曲率半径、レンズ厚または空気間隔、ｄ線に対する屈折率、ｄ線に対するアッベ数を示している。また、表１,表２中の非球面は、以下の非球面式で表される非球面形状となっている。

但し、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは非球面係数、Ｙは光軸からの高さ、Ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｚは光軸から高さＹの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの垂直方向の距離である。

次に、第１実施形態の非球面データを表２に示す。なお、表２中の浮動小数点形式の表現では、指数底１０は記号Ｅで表わしかつ掛け算記号＊は省略しており、例えば、−０.１２３４５＊１０(−１５乗)は、−０.１２３４５Ｅ−１５で表わされている(表５,表８および表１１も同様)。

次に、第１実施形態のズームデータを表３に示す。表３において、「面間隔２」とは、第２面と第３面との間の距離[mm]であり、「面間隔４」とは、第４面と第５面との間の距離[mm]であり、「面間隔９」とは、第９面と第１０面との間の距離[mm]である。

また、図５Ａ〜図５Ｃは、上記第１実施形態に対応する無限遠の収差図であり、図５Ａが広角端、図５Ｂが中間焦点距離、図５Ｃが望遠端の収差図を夫々示しており、左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差である。

図５Ａ〜図５Ｃの左側に示す球面収差図において、点線はｄ線(波長５８７.６ｎｍ)、実線はＣ線(波長６５６.３ｎｍ)、一点鎖線はｆ線(波長４８６.１ｎｍ)を示している。また、図５Ａ〜図５Ｃの中央に示す非点収差図においては、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがタンジェンシャル像面を示している。

上記第１実施形態のズームレンズでは、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、球面収差,非点収差および歪曲収差の各特性について、広角端,中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性が得られた。したがって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズができ、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯機器に好適な小型で薄型のズームレンズを実現することができる。

〔第２実施形態〕
図２はこの発明の第２実施形態のズームレンズの構成を示す断面図であり、各断面図において、図２(ａ)は広角端、図２(ｂ)は中間焦点距離、図２(ｃ)は望遠端のズーム位置を示している。また、図２の左側が物体側であり、右側が像面側である。図中の矢印はズーミング時のレンズの移動の様子を示している。

この第２実施形態のズームレンズは、図２に示すように、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２群レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３群レンズＧ３と、正の屈折力を有する第４群レンズＧ４からなり、第１群レンズＧ１,第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３および第４群レンズＧ４が物体側から像面側に向かって順に配置されたズームレンズである。このズームレンズは、第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４が変倍時や合焦(焦点を合わせる)時に固定されており、第２群レンズＧ２と第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動することにより変倍や合焦を行うタイプである。

上記第１群レンズＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ２１であり、第２群レンズＧ２は、物体側に凸面を向け、像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するレンズ２２である。また、第３群レンズＧ３は、開口絞りｓと、正の屈折力を有するレンズ２３と、負の屈折力を有するレンズ２４とを有し、開口絞りｓ,レンズ２３およびレンズ２４を物体側から像面側に向かって順に配置している。また、上記第４群レンズＧ４は、物体側に凹面を向け、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ２５である。上記第４群レンズＧ４の像面側にフィルター等のガラスブロックｆを配置している。

また、開口絞りｓは、第３群レンズＧ３の物体側に設けられ、開口絞りｓとレンズ２３,２４は一体で移動する。

上記ズームレンズの構成において第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４を固定することによって、ズームレンズの密閉性の向上が容易となり、防塵に優れると共に、十分な堅牢性を得ることができる。

また、開口絞りｓを有する第３群レンズＧ３を、複数の異なる材料からなる正の屈折力を有するレンズ２３と負の屈折力を有するレンズ２４で構成することによって、色収差を補正しつつズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

また、第３群レンズＧ３を、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りｓ、正の屈折力を有するレンズ２３、負の屈折力を有するレンズ２４となるように配置すると、レンズ２３およびレンズ２４の有効径を、開口絞りの有効径と同程度にすることができる。上記開口絞りｓの有効径を小さくすることで、第３群レンズＧ３のレンズの有効径を小さくすることができる。

この第２実施形態では、第２群レンズＧ２は、広角端から中間へのズーミング時に一度物体側に移動した後、中間から望遠端へのズーミング時に像面側に移動するが、第２群レンズＧ２が像面側に移動する量を、第２群レンズＧ２の駆動範囲全体の長さの１／１０以下とすることによって、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲を確保している。第２群レンズＧ２が像面側に移動する量が上記の値以上となると、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲が第２群レンズＧ２により制約されるため、十分な拡大倍率を得ることができない。

上記構成のズームレンズでは、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４の間隔が最短でも２ｍｍ以上と比較的大きく、このスペースにメカニカルシャッター２７を設けることが可能である。このとき、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間の第３群レンズＧ３近傍に、第３群レンズＧ３と一体で移動するようにシャッターを配置すると、開口絞りｓに近いためシャッターの開口径を小さくすることができ、コンパクト化に有利である。また像面近傍にシャッターを設ける場合に比べて、光束の集まった位置でシャッターを切れるため、シャッター速度による周辺光量の低下を抑えることができる。

この第２実施形態のズームレンズにおいて、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ２１とすることによって、広角端においても周辺光量比を高く保つことができる。

また、第１群レンズＧ１のメニスカスレンズ２１の像面側の面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズＧ１を1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率、低分散ガラス材料を用いるとレンズの曲率半径を大きくできるため、収差補正に有利であると共に、レンズの厚みが薄くなるため、コンパクト化にも有利である。

次に、この第２実施形態のズームレンズの数値例を表４〜表６に示す。表４の面データに示す数値例では、物体側から順に各面の曲率半径、レンズ厚または空気間隔、ｄ線に対する屈折率、ｄ線に対するアッベ数を示している。また、表４,表５中の非球面は、上記(式１)で表される非球面形状となっている。

次に、第２実施形態の非球面データを表５に示す。

次に、第２実施形態のズームデータを表６に示す。

また、図６Ａ〜図６Ｃは、上記第２実施形態に対応する無限遠の収差図であり、図６Ａが広角端、図６Ｂが中間焦点距離、図６Ｃが望遠端の収差図を夫々示しており、左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差である。

図６Ａ〜図６Ｃの左側に示す球面収差図において、点線はｄ線(波長５８７.６ｎｍ)、実線はＣ線(波長６５６.３ｎｍ)、一点鎖線はｆ線(波長４８６.１ｎｍ)を示している。また、図６Ａ〜図６Ｃの中央に示す非点収差図においては、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがタンジェンシャル像面を示している。

上記第２実施形態のズームレンズでは、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、球面収差,非点収差および歪曲収差の各特性について、広角端,中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性が得られた。したがって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズができ、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯機器に好適な小型で薄型のズームレンズを実現することができる。

〔第３実施形態〕
図３はこの発明の第３実施形態のズームレンズの構成を示す断面図であり、各断面図において、図３(ａ)は広角端、図３(ｂ)は中間焦点距離、図３(ｃ)は望遠端のズーム位置を示している。また、図３の左側が物体側であり、右側が像面側である。図中の矢印はズーミング時のレンズの移動の様子を示している。

この第３実施形態のズームレンズは、図３に示すように、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２群レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３群レンズＧ３と、正の屈折力を有する第４群レンズＧ４からなり、第１群レンズＧ１,第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３および第４群レンズＧ４が物体側から像面側に向かって順に配置されたズームレンズである。このズームレンズは、第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４が変倍時や合焦(焦点を合わせる)時に固定されており、第２群レンズＧ２と第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動することにより変倍や合焦を行うタイプである。

上記第１群レンズＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ３１であり、第２群レンズＧ２は、物体側に凸面を向け、像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するレンズ３２である。また、第３群レンズＧ３は、開口絞りｓと、正の屈折力を有するレンズ３３と、負の屈折力を有するレンズ３４とを有し、開口絞りｓ,レンズ３３およびレンズ３４を物体側から像面側に向かって順に配置している。また、上記第４群レンズＧ４は、物体側に凹面を向け、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ３５である。上記第４群レンズＧ４の像面側にフィルター等のガラスブロックｆを配置している。

また、開口絞りｓは、第３群レンズＧ３の物体側に設けられ、開口絞りｓとレンズ３３,３４は一体で移動する。

上記ズームレンズの構成において第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４を固定することによって、ズームレンズの密閉性の向上が容易となり、防塵に優れると共に、十分な堅牢性を得ることができる。

また、開口絞りｓを有する第３群レンズＧ３を、複数の異なる材料からなる正の屈折力を有するレンズ３３と負の屈折力を有するレンズ３４で構成することによって、色収差を補正しつつズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

また、第３群レンズＧ３を、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りｓ、正の屈折力を有するレンズ３３、負の屈折力を有するレンズ３４となるように配置すると、レンズ３３およびレンズ３４の有効径を、開口絞りの有効径と同程度にすることができる。上記開口絞りｓの有効径を小さくすることで、第３群レンズＧ３のレンズの有効径を小さくすることができる。

この第３実施形態では、第２群レンズＧ２は、広角端から中間へのズーミング時に一度物体側に移動した後、中間から望遠端へのズーミング時に像面側に移動するが、第２群レンズＧ２が像面側に移動する量を、第２群レンズＧ２の駆動範囲全体の長さの１／１０以下とすることによって、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲を確保している。第２群レンズＧ２が像面側に移動する量が上記の値以上となると、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲が第２群レンズＧ２により制約されるため、十分な拡大倍率を得ることができない。

上記構成のズームレンズでは、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４の間隔が最短でも２ｍｍ以上と比較的大きく、このスペースにメカニカルシャッター３７を設けることが可能である。このとき、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間の第３群レンズＧ３近傍に、第３群レンズＧ３と一体で移動するようにシャッターを配置すると、開口絞りｓに近いためシャッターの開口径を小さくすることができ、コンパクト化に有利である。また像面近傍にシャッターを設ける場合に比べて、光束の集まった位置でシャッターを切れるため、シャッター速度による周辺光量の低下を抑えることができる。

この第３実施形態のズームレンズにおいて、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ３１とすることによって、広角端においても周辺光量比を高く保つことができる。

また、第１群レンズＧ１のメニスカスレンズ３１の像面側の面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズＧ１を1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率、低分散ガラス材料を用いるとレンズの曲率半径を大きくできるため、収差補正に有利であると共に、レンズの厚みが薄くなるため、コンパクト化にも有利である。

第３実施形態では、第１群レンズＧ１を、モールド用ガラス材料にはない屈折率１.８５以上の材料を用い、さらに像面側の面に樹脂層３０により表面形状を非球面にすることにより特性を向上している。樹脂層３０を物体側に形成すると、傷などが付きやすい樹脂面がズームレンズの外側に出てしまうため、好ましくない。

次に、この第３実施形態のズームレンズの数値例を表７〜表９に示す。表７の面データに示す数値例では、物体側から順に各面の曲率半径、レンズ厚または空気間隔、ｄ線に対する屈折率、ｄ線に対するアッベ数を示している。また、表７,表８中の非球面は、上記(式１)で表される非球面形状となっている。

次に、第３実施形態の非球面データを表８に示す。

次に、第３実施形態のズームデータを表９に示す。

また、図７Ａ〜図７Ｃは、上記第３実施形態に対応する無限遠の収差図であり、図７Ａが広角端、図７Ｂが中間焦点距離、図７Ｃが望遠端の収差図を夫々示しており、左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差である。

図７Ａ〜図７Ｃの左側に示す球面収差図において、点線はｄ線(波長５８７.６ｎｍ)、実線はＣ線(波長６５６.３ｎｍ)、一点鎖線はｆ線(波長４８６.１ｎｍ)を示している。また、図７Ａ〜図７Ｃの中央に示す非点収差図においては、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがタンジェンシャル像面を示している。

上記第３実施形態のズームレンズでは、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、球面収差,非点収差および歪曲収差の各特性について、広角端,中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性が得られた。したがって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズができ、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯機器に好適な小型で薄型のズームレンズを実現することができる。

〔第４実施形態〕
図４はこの発明の第４実施形態のズームレンズの構成を示す断面図であり、各断面図において、図４(ａ)は広角端、図４(ｂ)は中間焦点距離、図４(ｃ)は望遠端のズーム位置を示している。また、図４の左側が物体側であり、右側が像面側である。図中の矢印はズーミング時のレンズの移動の様子を示している。

この第４実施形態のズームレンズは、図４に示すように、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２群レンズＧ２と、正の屈折力を有する第３群レンズＧ３と、正の屈折力を有する第４群レンズＧ４からなり、第１群レンズＧ１,第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３および第４群レンズＧ４が物体側から像面側に向かって順に配置されたズームレンズである。このズームレンズは、第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４が変倍時や合焦(焦点を合わせる)時に固定されており、第２群レンズＧ２と第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動することにより変倍や合焦を行うタイプである。

上記第１群レンズＧ１は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ４１であり、第２群レンズＧ２は、物体側に凸面を向け、像面側に凹面を向けた正の屈折力を有するレンズ４２である。また、第３群レンズＧ３は、開口絞りｓと、正の屈折力を有するレンズ４３と、負の屈折力を有するレンズ４４と、負の屈折力を有するレンズ４５とを有し、開口絞りｓ,レンズ４３,レンズ４４およびレンズ４５を物体側から像面側に向かって順に配置している。また、上記第４群レンズＧ４は、物体側に凹面を向け、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有するレンズ４６である。上記第４群レンズＧ４の像面側にフィルター等のガラスブロックｆを配置している。

また、第３群レンズＧ３の開口絞りｓとレンズ３３,３４は一体で移動する。

上記ズームレンズの構成において第１群レンズＧ１と第４群レンズＧ４を固定することによって、ズームレンズの密閉性の向上が容易となり、防塵に優れると共に、十分な堅牢性を得ることができる。

また、開口絞りｓを有する第３群レンズＧ３を、複数の異なる材料からなる正の屈折力を有するレンズ４３と負の屈折力を有するレンズ４４,４５で構成することによって、色収差を補正しつつズームレンズ全長の増加を最小限に抑えることができる。

また、第３群レンズＧ３を、物体側から像面側に向かって順に、開口絞りｓ、正の屈折力を有するレンズ４３、負の屈折力を有するレンズ４４,４５となるように配置すると、レンズ４３およびレンズ４４,４５の有効径を、開口絞りの有効径と同程度にすることができる。上記開口絞りｓの有効径を小さくすることで、第３群レンズＧ３のレンズの有効径を小さくすることができる。

この第４実施形態では、第２群レンズＧ２は、広角端から中間へのズーミング時に一度物体側に移動した後、中間から望遠端へのズーミング時に像面側に移動するが、第２群レンズＧ２が像面側に移動する量を、第２群レンズＧ２の駆動範囲全体の長さの１／１０以下とすることによって、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲を確保している。第２群レンズＧ２が像面側に移動する量が上記の値以上となると、第３群レンズＧ３の移動可能な範囲が第２群レンズＧ２により制約されるため、十分な拡大倍率を得ることができない。

上記構成のズームレンズでは、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４の間隔が最短でも２ｍｍ以上と比較的大きく、このスペースにメカニカルシャッター４７を設けることが可能である。このとき、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間の第３群レンズＧ３近傍に、第３群レンズＧ３と一体で移動するようにシャッターを配置すると、開口絞りｓに近いためシャッターの開口径を小さくすることができ、コンパクト化に有利である。また像面近傍にシャッターを設ける場合に比べて、光束の集まった位置でシャッターを切れるため、シャッター速度による周辺光量の低下を抑えることができる。

この第４実施形態のズームレンズにおいて、負の屈折力を有する第１群レンズＧ１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ４１とすることによって、広角端においても周辺光量比を高く保つことができる。

また、第１群レンズＧ１のメニスカスレンズ４１の像面側の面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正が良好となり、第１群レンズＧ１を1枚のレンズで構成でき、コンパクト化に有利である。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率、低分散ガラス材料を用いるとレンズの曲率半径を大きくできるため、収差補正に有利であると共に、レンズの厚みが薄くなるため、コンパクト化にも有利である。

第４実施形態では、第１群レンズＧ１を、モールド用ガラス材料にはない屈折率１.８５以上の材料を用い、さらに像面側の面に樹脂層４０により表面形状を非球面にすることにより特性を向上している。樹脂層４０を物体側に形成すると、傷などが付きやすい樹脂面がズームレンズの外側に出てしまうため、好ましくない。

この第４実施形態では、第３群レンズＧ３を３枚のレンズで構成することにより、さらに収差を抑えている。第３群レンズの有効径が小さいため、追加されるレンズも有効径が小さく厚みの薄いモノが利用できるため、レンズ全長の増加に対する影響が小さくできる。

次に、この第４実施形態のズームレンズの数値例を表１０〜表１２に示す。表１０の面データに示す数値例では、物体側から順に各面の曲率半径、レンズ厚または空気間隔、ｄ線に対する屈折率、ｄ線に対するアッベ数を示している。また、表１０,表１１中の非球面は、上記(式１)で表される非球面形状となっている。

次に、第４実施形態の非球面データを表１１に示す。

次に、第４実施形態のズームデータを表１２に示す。

また、図８Ａ〜図８Ｃは、上記第４実施形態に対応する無限遠の収差図であり、図８Ａが広角端、図８Ｂが中間焦点距離、図８Ｃが望遠端の収差図を夫々示しており、左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差である。

図８Ａ〜図８Ｃの左側に示す球面収差図において、点線はｄ線(波長５８７.６ｎｍ)、実線はＣ線(波長６５６.３ｎｍ)、一点鎖線はｆ線(波長４８６.１ｎｍ)を示している。また、図８Ａ〜図８Ｃの中央に示す非点収差図においては、実線Ｓがサジタル像面、点線Ｍがタンジェンシャル像面を示している。

上記第４実施形態のズームレンズでは、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、球面収差,非点収差および歪曲収差の各特性について、広角端,中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性が得られた。したがって、簡単な構成によりコンパクトでズーム比の大きい高性能なズームレンズができ、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯機器に好適な小型で薄型のズームレンズを実現することができる。

上記第１〜第４実施形態では表１〜表１２に具体的な数値例を示したが、本発明のズームレンズはこれら実施形態に限定されるものではなく、広角端,中間焦点距離および望遠端で良好な光学特性(球面収差,非点収差および歪曲収差などの特性)が得られるように、第１群レンズ〜第４群レンズの屈折力および収差を適宜設定すればよい。

この発明のズームレンズは、上記第１〜第４実施形態に示すように、電子撮像素子と組み合わせることによって、カメラモジュール全体の厚さを非常に短くすることが可能である。従って、デジタルカメラや、携帯電話やＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)等の携帯情報機器に容易に搭載することが可能である。

この発明のズームレンズは、携帯用途に適した小型の撮影機器に適用することが可能である。

図１はこの発明の第１実施形態のズームレンズの構成を示す断面図である。 図２はこの発明の第２実施形態のズームレンズの構成を示す断面図である。 図３はこの発明の第３実施形態のズームレンズの構成を示す断面図である。 図４はこの発明の第４実施形態のズームレンズの構成を示す断面図である。 図５Ａは上記第１実施形態のズームレンズの広角端の収差図である。 図５Ｂは上記ズームレンズの中間の収差図である。 図５Ｃは上記ズームレンズの望遠端の収差図である。 図６Ａは上記第２実施形態のズームレンズの広角端の収差図である。 図６Ｂは上記ズームレンズの中間の収差図である。 図６Ｃは上記ズームレンズの望遠端の収差図である。 図７Ａは上記第３実施形態のズームレンズの広角端の収差図である。 図７Ｂは上記ズームレンズの中間の収差図である。 図７Ｃは上記ズームレンズの望遠端の収差図である。 図８Ａは上記第４実施形態のズームレンズの広角端の収差図である。 図８Ｂは上記ズームレンズの中間の収差図である。 図８Ｃは上記ズームレンズの望遠端の収差図である。

符号の説明

Ｇ１…第１群レンズ
Ｇ２…第２群レンズ
Ｇ３…第３群レンズ
Ｇ４…第４群レンズ
ｓ…開口絞り
ｆ…ガラスブロック
１１,２１,３１,４１…メニスカスレンズ(第１群レンズ)
１２,２２,３２,４２…レンズ(第２群レンズ)
１３,２３,３３,４３,１４,２４,３４,４４,４５…レンズ(第３群レンズ)
１５,２５,３５,４６…レンズ(第４群レンズ)
１７,２７,３７,４７…メカニカルシャッター

Claims (12)

1. 像面からの距離が固定された負の屈折力を有する第１群レンズと、
   正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第２群レンズと、
   正の屈折力を有し、ズーミング時に移動する第３群レンズと、
   上記像面からの距離が固定された正の屈折力を有する第４群レンズとからなり、
   上記第１群レンズ,第２群レンズ,第３群レンズおよび第４群レンズが物体側から上記像面側に向かって順に配置され、
   上記第３群レンズは、開口絞りと、複数のレンズとを有することを特徴とするズームレンズ。
2. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、
   上記第３群レンズの上記複数のレンズは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズであることを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項２に記載のズームレンズにおいて、
   上記第３群レンズは、上記開口絞りと、上記正の屈折力を有するレンズと、上記負の屈折力を有するレンズとが上記物体側から上記像面側に向かって順に配置されていることを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端へのズーミング時において、上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が単調に減少すると共に、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が単調に増加することを特徴とするズームレンズ。
5. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端へのズーミング時において、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が増加すると共に、
   上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が最小になるズームポジションから望遠端へのズーミング時において、上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔の変化量が、上記第２群レンズの最大移動量の１／１０以下であることを特徴とするズームレンズ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載のズームレンズにおいて、
   上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間かつ上記第３群レンズ近傍に配置されたメカニカルシャッターを備えることを特徴とするズームレンズ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のズームレンズにおいて、
   上記第１群レンズが１枚のレンズのみで構成されていることを特徴とするズームレンズ。
8. 請求項７に記載のズームレンズにおいて、
   上記第１群レンズは、上記物体側に凸面を有するメニスカスレンズであることを特徴とするズームレンズ。
9. 請求項８に記載のズームレンズにおいて、
   上記メニスカスレンズの像面側の凹面が非球面であることを特徴とするズームレンズ。
10. 請求項９に記載のズームレンズにおいて、
    上記第１群レンズは、上記メニスカスレンズの像面側の凹面の表面形状を樹脂により非球面にしたことを特徴とするズームレンズ。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のズームレンズと、
    上記ズームレンズによって形成される像を受光する電子撮像素子と
    を有することを特徴とするデジタルカメラ。
12. 請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のズームレンズと、
    上記ズームレンズによって形成される像を受光する電子撮像素子と
    を有することを特徴とする携帯情報機器。

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