JP2007286548A - 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】堅牢性に富み、防塵にも優れる小型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、像面からの距離が固定された負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を物体側から上記像面に向かって順に配置する。広角端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔よりも望遠端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構１,２により第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３を光軸方向に移動させてズーミングを行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、小型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に関し、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では、従来の沈胴式と呼ばれる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、最も物体側のレンズおよび最も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。

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のズームレンズでは、第４群レンズが正の屈折力を有するため、バックフォーカスが長くなりやすく、また外径が大きく曲率半径が小さい第４群レンズを２枚のレンズで構成していることから、レンズの厚みを薄くすることができず、光学全長を短くすることが困難である。

また、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、負の屈折力を有する第４群レンズで構成されたレンズとしては、例えば特許文献２(特開２００３−４３３５８号公報)、特許文献３(特開２００４−３１８１０６号公報)に記載のズームレンズが挙げられる。このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍時に、絞りを有する第２群レンズを物体側へ移動させる。

しかしながら、このような構成では、変倍時の焦点位置の移動を抑えるために第３群レンズの他に第１群レンズも駆動しなければならず、最も物体側のレンズと最も像面側のレンズの両者を常時固定することができない。
特開平１１−２４９０１６号公報 特開２００３−４３３５８号公報 特開２００４−３１８１０６号公報

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、防塵性と堅牢性を有しつつ、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ことを目的とする。

上記課題を解決するため、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、
像面からの距離が固定された負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に向かって順に配置され、
ズーミング時、広角端における上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔よりも望遠端における上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が小さくなり、かつ、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、上記第２群レンズおよび上記第３群レンズを光軸方向に移動させるためのレンズ移動機構を備え、
上記第３群レンズは、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からなり、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。

上記構成のズームレンズによれば、ズーミング時、広角端における第１群レンズと第２群レンズとの間隔よりも望遠端における第１群レンズと第２群レンズとの間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズと第４群レンズとの間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構によって、第２群レンズおよび第３群レンズを光軸方向に移動させる。これにより、第１群レンズと第４群レンズを移動させることなく、ズーミング時の焦点位置の移動を抑えることが可能となる。このように、上記第１群レンズと第４群レンズ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、十分な堅牢性が得られる。したがって、防塵性と堅牢性を有しつつ、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。ここで、第１群レンズと第４群レンズは、このズームレンズのレンズ群を保持するハウジング等に固定してもよいし、このズームレンズを収納する装置のケーシング等に固定してもよい。

また、開口絞りを有する第３群レンズを、例えば複数の異なる材料からな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群レンズを、物体側から像面側に向かって順に、開口絞り、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ことによって、第３群レンズのレンズの有効径を、開口絞りの有効径と同程度にすることができる。上記開口絞りｓの有効径を小さくすることによって、第３群レンズのレンズの有効径を小さくすることができる。

また、一実施形態のズームレンズでは、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。

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では、
上記第４群レンズの最も上記物体側の面は非球面であり、
上記第４群レンズの光軸上の屈折力が負となり、上記第４群レンズの有効範囲内の周辺部の屈折力が正となっている。

上記実施形態のズームレンズによれば、第４群レンズの最も物体側の面を、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズの有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるような非球面とすることによって、バックフォーカスを短くしつつ、軸外光線の像面への入射角が大きくなりすぎることを抑えることができる。ここで、上記第４群レンズの有効範囲内の周辺部とは、第４群レンズの光軸を中心にして有効範囲のうちの半径方向外側の領域のことである。

また、一実施形態のズームレンズでは、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。

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では、上記第１群レンズの１枚のレンズが、上記物体側に凸面を有するメニスカスレンズである。

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枚の物体側に凸面を有するメニスカス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と共に、開口率を向上し、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では、上記メニスカスレンズの像面側の凹面が非球面である。

上記実施形態のズームレンズによれば、上記メニスカスレンズの少なくとも像面側の凹面を非球面にすることによって、軸外光線の収差補正を良好とすることができる。

また、一実施形態のズームレンズでは、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ている。

上記実施形態のズームレンズによれば、第１群レンズである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することによって、軸外光線の収差補正が良好となり、光学特性を向上できると共に、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、最も物体側のレンズである第１群レンズと最も像面側のレンズである第４群レンズとを固定とすることによって、堅牢性に富み、防塵にも優れると共に、ズームレンズ全長の増加を最小限に留めつつ、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することができる。

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、負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)時に固定されている。また、変倍においては、広角端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔よりも望遠端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構１,２により第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動する。

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、最も物体側の面が非球面であり、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるレンズ１５である。また、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、レンズ移動機構２によりズーミング時に一体で光軸方向に移動する。

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群レンズを駆動しないことは、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レンズ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、異なる材料からなる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。なお、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夫々１枚としたが、いずれか一方を２枚以上として第３群レンズＧ３を構成してもよいし、両方を２枚以上として第３群レンズＧ３を構成してもよい。

特に本構成のズームレンズでは、第３群レンズの移動によって主にその焦点距離が変化し、変倍時の移動量が最も大きいため、単一のレンズで第３群レンズを構成してしまうと、変倍時の移動による色収差を抑えることが困難である。このため、最も移動量が大きい第３群レンズを複数枚とすることによって、色収差を良好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１３、負の屈折力を有するレンズ１４となるように配置することによって、正の屈折力を有するレンズ１３および負の屈折力を有するレンズ１４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によって、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、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。

また、第４群レンズＧ４の最も物体側の面を、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるような非球面とすることによって、バックフォーカスを短くしつつ、軸外光線の像面への入射角が大きくなりすぎることを抑えることができる。

また、有効径の大きな第１群レンズＧ１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。このとき、第１群レンズを、物体側に凸面を有するメニスカスレンズ１１とすることによって、開口率を向上し、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、上記メニスカスレンズ１１の像面側の凹面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正を良好とすることができる。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率の低分散ガラス材料を用いることにより、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[mm]、軸上面間隔(レンズ厚または空気間隔)[mm]、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。

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、上記第１実施形態のズームレンズによれば、防塵性と堅牢性を有しつつ、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、デジタルカメラや、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯情報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、負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)時に固定されている。また、変倍においては、広角端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔よりも望遠端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構１,２により第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動する。

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、物体側に正の屈折力を有するレンズ２３と、負の屈折力を持ち、ガラス材料の種類が異なるレンズ２４とレンズ２５とを有し、開口絞りｓ,レンズ２３,レンズ２４,レンズ２５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、最も物体側の面が非球面であり、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるレンズ１５である。また、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。さらに、上記ガラスブロックｆに対して第４群レンズＧ４と反対の側に、受光面を像面とするＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の電子撮像素子１８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２３,２４,２５は、レンズ移動機構２によりズーミング時に一体で光軸方向に移動する。

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、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２４,２５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。なお、正の屈折力を有するレンズを１枚とし負の屈折力を有するレンズを２枚としたが、正の屈折力を有するレンズを２枚以上としてもよいし、負の屈折力を有するレンズを１枚または３枚以上としてもよい。

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２４,２５となるように配置することによって、レンズ２３およびレンズ２４,２５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によって、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。このとき、レンズ２４とレンズ２５の合成屈折力が負であれば、レンズ２４の屈折力は正でもよい。

また、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。

また、第４群レンズＧ４の最も物体側の面を、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるような非球面とすることによって、バックフォーカスを短くしつつ、軸外光線の像面への入射角が大きくなりすぎることを抑えることができる。

また、有効径の大きな第１群レンズＧ１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。このとき、第１群レンズを、物体側に凸面を有するメニスカスレンズ２１とすることによって、開口率を向上し、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、上記メニスカスレンズ２１の像面側の凹面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正を良好とすることができる。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率の低分散ガラス材料を用いることにより、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。

この第２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。上記第３群レンズＧ３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[mm]、軸上面間隔(レンズ厚または空気間隔)[mm]、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。表６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１０」とは、第１０面と第１１面との間の距離[mm]である。

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、上記第２実施形態のズームレンズによれば、防塵性と堅牢性を有しつつ、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、デジタルカメラや、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯情報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、負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)時に固定されている。また、変倍においては、広角端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔よりも望遠端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構１,２により第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動する。

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、物体側に正の屈折力を有するレンズ３３と、像面側に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、最も物体側の面が非球面であり、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるレンズ３５である。また、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、レンズ移動機構２によりズーミング時に一体で光軸方向に移動する。

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、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。なお、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夫々１枚としたが、いずれか一方を２枚以上として第３群レンズＧ３を構成してもよいし、両方を２枚以上として第３群レンズＧ３を構成してもよい。

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ことによって、レンズ３３およびレンズ３４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。

また、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３６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。

また、第４群レンズＧ４の最も物体側の面を、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるような非球面とすることによって、バックフォーカスを短くしつつ、軸外光線の像面への入射角が大きくなりすぎることを抑えることができる。

また、有効径の大きな第１群レンズＧ１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。このとき、第１群レンズを、物体側に凸面を有するメニスカスレンズ３１とすることによって、開口率を向上し、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、上記メニスカスレンズ３１の像面側の凹面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正を良好とすることができる。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率の低分散ガラス材料を用いることにより、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。

この第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[mm]、軸上面間隔(レンズ厚または空気間隔)[mm]、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。表９において、「面間隔３」とは、第３面と第４面との間の距離[mm]であり、「面間隔５」とは、第５と第６面との間の距離[mm]であり、「面間隔１０」とは、第１０面と第１１面との間の距離[mm]である。

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、上記第３実施形態のズームレンズによれば、防塵性と堅牢性を有しつつ、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、デジタルカメラや、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯情報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、負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)時に固定されている。また、変倍においては、広角端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔よりも望遠端における第１群レンズＧ１と第２群レンズＧ２との間隔が小さくなり、かつ、第３群レンズＧ３と第４群レンズＧ４との間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、レンズ移動機構１,２により第２群レンズＧ２,第３群レンズＧ３が光軸に沿って移動する。

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、物体側に正の屈折力を有するレンズ４３と、像面側に負の屈折力を有するレンズ４４,４５を有し、開口絞りｓ、レンズ４３,４４,４５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、最も物体側の面が非球面であり、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるレンズ４６である。また、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４３,４４,４５は、レンズ移動機構２によりズーミング時に一体で光軸方向に移動する。

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、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。なお、正の屈折力を有するレンズを１枚とし負の屈折力を有するレンズを２枚としたが、正の屈折力を有するレンズを２枚以上としてもよいし、負の屈折力を有するレンズを１枚または３枚以上としてもよい。

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ことによって、レンズ４３およびレンズ４４,４５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によって、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。このとき、レンズ４４とレンズ４５の合成屈折力が負であれば、レンズ４４の屈折力は正でもよい。

また、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。

また、第４群レンズＧ４の最も物体側の面を、光軸上の屈折力が負となり、第４群レンズＧ４の有効範囲内の周辺部の屈折力が正となるような非球面とすることによって、バックフォーカスを短くしつつ、軸外光線の像面への入射角が大きくなりすぎることを抑えることができる。

また、有効径の大きな第１群レンズＧ１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。このとき、第１群レンズを、物体側に凸面を有するメニスカスレンズ４１とすることによって、開口率を向上し、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、上記メニスカスレンズ４１の像面側の凹面を非球面とすることによって、軸外光線の収差補正を良好とすることができる。

また、第１群レンズＧ１は、高屈折率の低分散ガラス材料を用いることにより、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。

この第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を第１群レンズＧ１の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[mm]、軸上面間隔(レンズ厚または空気間隔)[mm]、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。表１２において、「面間隔３」とは、第３面と第４面との間の距離[mm]であり、「面間隔５」とは、第５面と第６面との間の距離[mm]であり、「面間隔１１」とは、第１１面と第１２面との間の距離[mm]である。

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、上記第４実施形態のズームレンズによれば、防塵性と堅牢性を有しつつ、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、デジタルカメラや、携帯電話,ＰＤＡ等の携帯情報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、この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、レンズの全長が２０ｍｍ以下であり、電子撮像素子(図１の１８)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３０ｍｍ以下と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焦点距離の収差図である。 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焦点距離の収差図である。 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焦点距離の収差図である。 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焦点距離の収差図である。 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
１,２…レンズ移動機構
１１,２１,３１,４１…メニスカスレンズ
１２,２２,３２,４２…レンズ
１３,２３,３３,４３,１４,２４,３４,４４,２５,４５…レンズ
１５,２６,３５,４６…レンズ
１７,２７,３７,４７…メカニカルシャッター
１８…電子撮像素子
３０,４０…樹脂層

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、
   像面からの距離が固定された負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に向かって順に配置され、
   ズーミング時、広角端における上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔よりも望遠端における上記第１群レンズと上記第２群レンズとの間隔が小さくなり、かつ、上記第３群レンズと上記第４群レンズとの間隔が広角端から望遠端になるほど大きくなるように、上記第２群レンズおよび上記第３群レンズを光軸方向に移動させるためのレンズ移動機構を備え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。
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。
4. 請求項２に記載のズームレンズにおいて、
   上記第３群レンズの上記複数のレンズは、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あり、
   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。
5. 請求項１乃至４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。
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４群レンズの最も上記物体側の面は非球面であり、
   上記第４群レンズの光軸上の屈折力が負となり、上記第４群レンズの有効範囲内の周辺部の屈折力が正となっていることを特徴とするズームレンズ。
7. 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群レンズの１枚のレンズが、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。

Images