JP2008040159A

JP2008040159A - ズームレンズ・撮像レンズユニットおよび撮像装置

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Publication number: JP2008040159A
Application number: JP2006214783A
Authority: JP
Inventors: Takao Saito; 隆夫齊藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】性能良好で広角単における半画角が４０度を超える広画角であり、なおかつコンパクト性の高いズームレンズを実現する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第１群I、正の屈折力を有する第２群II、正の屈折力を有する第３群IIIを配し、第２群の物体側に絞りSを有してなり、
第１群Iが、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、負レンズ、全体として正の屈折力を有する負レンズと正レンズの接合レンズを配して構成されるズームレンズ。
【選択図】図１

Description

この発明は、ズームレンズ・撮像レンズユニットおよび撮像装置に関する。

デジタルカメラなどの撮像装置では、結像光学系による物体像をＣＣＤ等の撮像素子の受光面に結像させるため、結像光束は、撮像素子の受光面に対して可及的に垂直に入射することが好ましく、また、結像光学系と撮像素子との間に、光学的ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等の「フィルタ類」を配置する必要があることから、長いバックフォーカスが必要である。即ち、このような結像光学系は、像側に高いテレセントリック性をもち、長いバックフォーカスを有することが重要である。

また、上記結像光学系がズーム機能を有する場合には、広角端における画角が大きいことが求められ、変倍にかかわらず性能が良好であり、なおかつ、コンパクト性の面からレンズ枚数が少ないことが好ましい。

しかしながら、バックフォーカスを大きく確保しつつ、画角を大きくして大口径化を実現し、高性能を保つことは必ずしも容易でない。

この発明のズームレンズと同様に、負・正・正の３群構成で、レンズ枚数も少ないズームレンズとしては、特許文献１、２に記載のものが知られている。これら特許文献１、２に記載のズームレンズは、性能も良好でコンパクト性も高いが、広角端における半画角は４０度弱に留まっている。

特開２００５−４９５３６特開２００５−２４８０４

この発明は、性能良好で広角単における半画角が４０度を超える広画角であり、なおかつコンパクト性の高いズームレンズの実現を課題とする。この発明はまた、かかるズームレンズを用いた撮像装置の実現を課題とする。

この発明のズームレンズは、図１に例示するように、物体側（図の左方）から像側へ向かって順に、負の屈折力を有する第１群Ｉ、正の屈折力を有する第２群ＩＩ、正の屈折力を有する第３群ＩＩＩを配し、第２群ＩＩの物体側に絞りＳを有してなる。
そして第１群Ｉが、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、接合レンズを配して構成される。

第１群１において最も物体側に配される負レンズは「物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ」である。この負メニスカスレンズの像側に配される負レンズは、一般的な負レンズの形状が可能であるが、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズや両凹レンズ、像側に凹面を向けた平凹レンズは好ましい形態である。

第１群において像側に配置される接合レンズは「負レンズと正レンズの接合レンズ」であって、全体として正の屈折力を有するが、負レンズが物体側に配され、正レンズはその像側に接合される。

この接合レンズにおける負レンズと正レンズとの組合せとしては種々の組合せが可能であるが「負レンズが両凹レンズ、正レンズが両凸レンズの組合せ」や「負レンズが曲率の強い凹面を接合面として像側に向けた負のメニスカスレンズ、正レンズが曲率の強い凸面を物体側に向けた正のメニスカスレンズの組合せ」は好ましい組合せである。

請求項１記載のズームレンズは、第１群における接合レンズを構成する正レンズおよび負レンズの材質のｄ線に対するアッベ数を、正レンズの材質に対してν_ｄｐ、負レンズの材質に対してν_ｄｎとするとき、これらが条件：
（１） ν_ｄｐ＜３０
（２） ν_ｄｎ＞５５
を満足することが好ましい（請求項２）。

請求項１または２記載のズームレンズは、第１群の最も物体側の負メニスカスレンズと、この負メニスカスレンズの像側に配された負レンズとの合成焦点距離：ｆ_１Ｆ、第１群における接合レンズの焦点距離：ｆ_１Ｒが、条件：
（３）０．１＜｜ｆ_１Ｆ／ｆ_１Ｒ｜＜０．３
を満足することが好ましい（請求項３）。

これら実施例１〜３に記載のズームレンズにおいて、第２群は、物体側から順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、正レンズを配した４枚構成であることができる。この場合、物体側の正レンズは「物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ」、接合レンズは「物体側に両凸レンズ、像側に両凹レンズ」、像側の正レンズは「両凸レンズ」であることができる。また、第３群は、単一の正レンズで構成することができ、この単一の正レンズとしては「物体側に凸面を向けた平凸レンズ」を好適に用いることができる。

広角端から望遠端への変倍に際しては、絞りが第２群と一体に変位し、負・正・正の３群ズームレンズの群変位として一般的な変位に従い、第１群と第２群の間隔が減少し、第２群と第３群の間隔が増大する。

この発明の撮像レンズユニットは、上記請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズを有する撮像レンズユニットであり、上記ズームレンズの各群と絞りとを変位可能に鏡筒に保持したものである（請求項４）。

この発明の撮像装置は請求項４記載の撮像レンズユニットを有する撮像装置である。撮像装置はＣＣＤ等の撮像素子により撮像を行うものであることが好適であり、デジタルカメラや携帯情報端末装置として好適に実施することができる。勿論、請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズは銀塩写真撮影用の撮像装置にも使用可能である。

この発明のズームレンズは、上述の如く、第１群が、物体側から順に「物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ」と「負レンズ」と「負レンズ（物体側）と正レンズ（像側）からなり全体として正の屈折力を有する接合レンズ」とを、物体側から上記順序に配して構成されている。

負の屈折力を持つ第１群のこのようなレンズ配置は「良好な収差補正を広い画角で達成する」のに適したものである。
特に、全体として正の屈折力を持つ接合レンズを「物体側に負レンズ、像側に正レンズとする構成」により高性能と広画角との両立を可能としている。

光学系設計では一般に、各レンズで発生する収差の量を、プラスとマイナスで打消し合せながら全系として良好な性能を得られるようにするが、このとき主に「正レンズと負レンズの組合せ」で収差のやり取りを行う。従って、正レンズのみ、若しくは負レンズのみが連続するレンズ配置は、収差補正上はあまり得策でない。

この発明のような広角レンズでは、物体空間の広い範囲の光線を光学系に取り込むため、光学系の小型化を同時に考えた場合、レンズ系の物体側に「負の大きなパワー」を配するのが有利であるが、１枚のレンズに大きなパワーを与えて、光線を大きく曲げると大きな収差が発生し、性能向上が困難になる。

そこで、この発明においては、上記の如く、第１群に「負レンズ３枚を物体側から順に配置」して「光線を無理なく曲げ」て広角を実現するとともに、近年のデジタルカメラで問題となり易い「倍率色収差」の低減をはかるため接合レンズを用いている。

この接合レンズが上記条件（１）、（２）を満足することにより倍率色収差を良好に低減できる。

即ち、条件（１）、（２）は、第１群で発生する色収差を抑制し「色のにじみの小さな画像」を得ることを可能とする条件である。
条件（３）は、像面湾曲を抑え、像平面上での均質な画像を得、かつ、レンズ系を小型にするための条件であり、条件（３）の下限を越えると、第１群中の「最も物体側の負メニスカスレンズとその像側に配置された負レンズとの合成の負の屈折力」が強くなり過ぎて大きな像面湾曲を惹起し、良好な画像を得ることを妨げる。逆に条件（３）の上限を越えると、接合レンズの正の屈折力が強くなり過ぎ、第１群の大型化を招来し、ズームレンズ系の小型化が困難になる。

以上に説明したように、この発明によれば、負・正・正の３群構成の新規なズームレンズを実現できる。このズームレンズは、実施例に示すように「広角端における半画角が略４４度」と広画角が可能で、レンズ枚数も９枚と少なくコンパクト化が可能であり性能も良好である。従って、かかるズームレンズにより構成された撮像レンズユニットを撮像装置に組込む事により良好な撮像装置を実現できる。

以下、ズームレンズに関する具体的な実施例を２例挙げる。
各実施例において、最も像側の屈折力を有するレンズと像面との間にある平行平板は「水晶ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のフィルタ類、または、例えばＣＣＤ等の撮像素子の保護ガラスなど」であり、これらを符号Ｆで示す。実施例１、２においては、３枚の平行平板が用いられ、物体側の２枚は接合されており、これら２枚はフィルタであり、像側の１枚は保護ガラスである。

非球面は光軸からの高さ：Ｈ、面頂点からの光軸方向の変位量：Ｓ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、非球面計数：Ａ_2iを用いて、周知の次式により定義される。

Ｓ＝(１/Ｒ)Ｈ^２／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｈ/Ｒ)^２}]＋ΣＡ_２ｉ・Ｈ^２ｉ
この式における和の項は「ｉにつき１から適宜の数値」まで取るが、実施例ではｉ＝２〜５まで（即ち、２ｉ＝４〜１０まで）取る。

焦点距離：f=5.1mm〜16.0mm，FNO=2.8〜4.3，半画角：ω=44.0°〜15.8°
面曲率半径間隔 Nd νd
1 34.51010 1.20000 1.62041 60.32
2 12.22414 3.76810 1.00000
3 100.00000 1.20000 1.80610 40.73
4 16.15071 2.75148 1.00000
5 -51.34705 1.20000 1.62278 59.85
6 25.21360 4.26980 1.75520 27.58
7 -48.38982 D7 1.00000
8 0.00000 1.00000 1.00000
9 9.22800 2.42137 1.53918 49.58
10 21.51151 1.12829 1.00000
11 10.21793 2.23705 1.72870 46.09
12 -35.55677 2.02734 1.74301 28.09
13 6.69236 1.72368 1.00000
14 11.96399 2.02156 1.53218 66.08
15 -24.71219 D15 1.00000
16 35.24621 1.63927 1.55662 64.19
17 0.00000 2.00000 1.00000
18 0.00000 0.53000 1.54892 69.31
19 0.00000 0.37500 1.54892 69.31
20 0.00000 1.00000 1.00000
21 0.00000 0.50000 1.50000 64.00
22 0.00000 65.33169 1.00000 。

非球面係数
面 K A₄ A₆ A₈ A₁₀
4 0.00000 -6.87345E-05 0.00000 0.00000 0.00000
9 0.00000 -1.39393E-04 0.00000 0.00000 0.00000
16 0.00000 -2.57239E-04 0.00000 0.00000 0.00000
上の表記において、例えば「−２．５７２３９Ｅ−０４」は「−２．５７２３９×１０^−４」を意味する。以下においても同様である。

可変間隔
短焦点距離中間焦点距離長焦点距離
D7 28.64786 10.28281 0.50000
D15 3.69091 7.62642 17.79164 。

条件のパラメータの値
（１） ν_ｄｐ＝２７．５８
（２） ν_ｄｎ＝５９．８５
（３）｜ｆ_１Ｆ／ｆ_１Ｒ｜＝０．１２。

図１は、実施例１のズームレンズのレンズ構成を、短焦点距離（ｆ＝５．１ｍｍ）と長焦点距離（ｆ＝１６．０ｍｍ）におけるレンズ配置として示している。
また、図２には実施例１に関する短焦点距離と長焦点距離における収差図を示す。球面収差における横軸の両端の目盛りは±０．０５、非点収差における横軸の両端の目盛りは±０．５、歪曲収差における横軸の両端の目盛りは±５である。これらの収差は良好に補正され、性能良好である。

焦点距離：f=5.1mm〜16.0mm，FNO=2.4〜4.1，半画角：ω=43.9°〜15.8°
面曲率半径間隔 Nd νd
1 23.44152 1.20000 1.74397 44.85
2 11.14334 4.84611 1.00000
3 -652.64010 1.20000 1.80610 40.73
4 17.30052 1.70724 1.00000
5 172.67178 1.20000 1.56810 63.39
6 13.09339 4.28912 1.75520 27.58
7 593.77467 21.13476 1.00000
8 0.00000 1.00000 1.00000
9 9.09964 2.10772 1.70847 40.93
10 84.75369 1.06788 1.00000
11 13.41798 3.10797 1.71776 47.06
12 -9.60380 1.26450 1.75520 27.58
13 6.21147 3.87982 1.00000
14 14.03449 2.43544 1.60967 60.89
15 -48.60115 0.50000 1.00000
16 16.88563 2.08174 1.62041 60.32
17 0.00000 2.00000 1.00000
18 0.00000 0.53000 1.54892 69.31
19 0.00000 0.37500 1.54892 69.31
20 0.00000 1.00000 1.00000
21 0.00000 0.50000 1.50000 64.00
22G 0.00000 57.42729 1.00000 。

非球面係数
面 K A₄ A₆ A₈ A₁₀
4 0.00000 -7.31351E-05 0.00000 0.00000 0.00000
9 0.00000 -1.31123E-04 0.00000 0.00000 0.00000
16 0.00000 -1.80398E-04 0.00000 0.00000 0.00000 。

可変間隔
短焦点距離中間焦点距離長焦点距離
D7 21.13476 6.61147 0.50824
D15 0.50000 9.02160 17.59647 。

条件のパラメータの値
（１） ν_ｄｐ＝２７．５８
（２） ν_ｄｎ＝６３．３９
（３）｜ｆ_１Ｆ／ｆ_１Ｒ｜＝０．１８。

図３は、実施例２のズームレンズのレンズ構成を、短焦点距離（ｆ＝５．１ｍｍ）と長焦点距離（ｆ＝１６．０ｍｍ）におけるレンズ配置として示している。
また、図４には実施例２に関する短焦点距離と長焦点距離における収差図を示す。球面収差における横軸の両端の目盛りは±０．０５、非点収差における横軸の両端の目盛りは±０．５、歪曲収差における横軸の両端の目盛りは±５である。これらの収差は良好に補正され、性能良好である。

これら実施例１、２の各レンズ群と絞りとを「変位可能に鏡筒に保持する」ことにより、請求項４記載の撮像レンズユニットの実施形態が得られる。

最後に、図５、図６を参照して撮像装置の実施の１形態である「携帯情報端末装置」を説明する。図５、図６に示すように、携帯情報端末装置３０は撮影レンズ３１と撮像素子である受光素子（エリアセンサ）４５を有し、撮影レンズ３１による「撮影対象物の像」を受光素子４５上に結像させて受光素子４５により読み取るように構成されている。

撮影レンズ３１としては、請求項１〜３の任意の１に記載されたズームレンズ（具体的には、例えば、上記実施例１、２の何れか）を有する撮像レンズユニットが用いられる。また、受光素子４５としては、画素数：５００万〜８００万画素以上のもの、例えば、受光領域の対角長：９．１ｍｍ、画素ピッチ：２．３５μｍ、画素数：略７００万画素のＣＣＤエリアセンサや、受光領域の対角長：９．１ｍｍ、画素ピッチ：２μｍ、画素数：略１０００万画素のＣＣＤエリアセンサ等を使用できる。

図６に示すように、受光素子４５からの出力は中央演算装置４０の制御を受ける信号処理装置４２によって処理されてデジタル情報に変換される。信号処理装置４２によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置４０の制御を受ける画像処理装置４１において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ４４に記録される。液晶モニタ３８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４４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４４に記録した画像は通信カード４３等を使用して外部へ送信することも可能である。

図５（ａ）に示すように、撮影レンズ３１は装置携帯時には「沈胴状態」にあり、ユーザが電源スイッチ３６（図５（ｃ）参照）を操作して電源を入れると図５（ｂ）に示すように、鏡胴が繰り出される。このとき、鏡胴内部でズームレンズの各群は、例えば「短焦点端の配置」となっており、ズームレバー３４を操作することで各群の配置が変化し、長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダ３３も撮影レンズ３１の画角の変化に連動して変倍する。

シャッタボタン３５の半押しによりフォーカシングがなされる。フォーカシングは、実施例１または２のズームレンズを用いる場合、第２レンズ群または第３レンズ群の移動、もしくは、受光素子４５の移動によって行うことができる。シャッタボタン３５をさらに押し込むと撮影がなされ、その後は上述の画像情報処理がなされる。符号３２はフラッシュを示す。

半導体メモリ４４に記録した画像を液晶モニタ３８に表示したり、通信カード４３等を使用して外部へ送信したりする際は、図５（ｃ）に示す操作ボタン３７の操作により行う。半導体メモリ４４および通信カード等４３は、それぞれ専用または汎用のスロット３９Ａ、３９Ｂ（図５（ｃ）参照）に挿入して使用される。

なお、撮影レンズ３１が沈胴状態にあるとき、ズームレンズの各群は必ずしも光軸上に並んでいなくても良く、例えば、第３レンズ群が光軸上から退避して「他のレンズ群と並列に収納」されるような機構とすれば情報装置のさらなる薄型化を実現できる。

以上に説明したような携帯情報端末装置には実施例１または２のズームレンズを撮影レンズ３１として使用することができ、５００万画素〜８００万画素以上のクラスの受光素子を使用した高画質で小型の携帯情報端末装置を実現できる。

実施例１のズームレンズを説明するための図である。実施例１に関する収差図である。実施例２のズームレンズを説明するための図である。実施例２に関する収差図である。携帯情報端末装置の実施の１形態を説明するための図である。図５の携帯情報端末装置のシステムを説明するための図である。

符号の説明

Ｉ第１群
ＩＩ第２群
ＩＩＩ第３群
Ｓ絞り

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１群、正の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群を配し、第２群の物体側に絞りを有してなり、
上記第１群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、負レンズ、全体として正の屈折力を有する負レンズと正レンズの接合レンズを配して構成されることを特徴とするズームレンズ。
請求項１記載のズームレンズにおいて、
第１群における接合レンズを構成する正レンズおよび負レンズの材質の、ｄ線に対するアッベ数をそれぞれν_ｄｐ、ν_ｄｎとするとき、これらが条件：
（１） ν_ｄｐ＜３０
（２） ν_ｄｎ＞５５
を満足することを特徴とするズームレンズ。
請求項１または２記載のズームレンズにおいて、
第１群の最も物体側の負メニスカスレンズと、この負メニスカスレンズの像側に配された負レンズとの合成焦点距離：ｆ_１Ｆ、第１群における接合レンズの焦点距離：ｆ_１Ｒが、条件：
（３）０．１＜｜ｆ_１Ｆ／ｆ_１Ｒ｜＜０．３
を満足することを特徴とするズームレンズ。
請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズを有する撮像レンズユニット。
請求項４記載の撮像レンズユニットを有する撮像装置。