JP2013061570A - 結像レンズおよびカメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

結像レンズおよびカメラおよび携帯情報端末装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半画角：２８〜３６度程度、Ｆナンバが２．８未満で、小型で構成枚数が少なく、インナーフォーカス方式で各種収差が十分に低減され、デジタルカメラに適した高性能の結像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から像側へ向かって順に、正の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の第２レンズ群Ｇ２、負の第３レンズ群Ｇ３を配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第２レンズ群Ｇ２のみを物体側へ移動させる結像レンズであって、第１レンズ群Ｇ１は１枚の正レンズと１枚の負レンズを有し、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ向かって順に、物体側に凹面を向けた負の第2-1レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-2レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-3レンズを配して構成され、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凹面を向けた負レンズで構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、結像レンズおよびカメラおよび携帯情報端末装置に関する。
この発明の結像レンズは、銀塩カメラやビデオカメラ等の撮影用レンズとして実施できるほか、デジタルカメラや携帯情報端末装置の撮影用レンズとして好適に実施できる。
デジタルカメラが広く普及し、種々の特徴をもつデジタルカメラが実現しているが、撮像領域の対角長が２０ｍｍ〜４５ｍｍ程度の「比較的大きな撮像素子」を使用し、高性能な単焦点の結像レンズを搭載した高画質のデジタルカメラが大きな期待を集めている。
デジタルカメラに対する要望としては、結像レンズが高性能で、大口径であることに加え、携帯性に優れること、即ち、小型であることに対するウエイトが高く、近時は、撮影の高速化に対する要望も強い。
「結像レンズの高性能化」という面では、少なくとも１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、絞り開放から、コマフレアが少なく、高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れが少なく、色収差が少なく「輝度差の大きな部分にも不要な色付きを生じない」こと、歪曲収差が極端に大きくないこと等が必要である。
「結像レンズの大口径化」という面では、ズームレンズを搭載した一般のデジタルカメラとの差別化の面から、少なくともＦ２．８未満の明るさが必要である。
「結像レンズの小型化」の面では、撮像素子が比較的大きく、実焦点距離が長くなるので、小さな撮像素子を用いる場合よりも、焦点距離、または、最大像高で正規化した場合に、全長がより短くなっていることが必要である。
「結像レンズの画角」については、ある程度の広角を望むユーザが多く、半画角は２８度以上であることが望ましい。半画角：２８度は、３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で約４１ｍｍに相当する。
「撮影の高速化」の要望は、オートフォーカスの高速化である。単焦点レンズのフォーカシング方法として最も一般的な「全体繰り出し方式」は、移動するレンズ枚数が多く、虹彩絞りやレンズシャッタも含めての移動が必要で、移動させる総重量が大きくなって高速化に不利である。従って、高速のオートフォーカスに適したフォーカシング方式としては、一部のレンズ群のみを移動させてフォーカシングする方式が適しており、好ましくは、フォーカシングによって全長の変わらないインナーフォーカス方式が好適である。
デジタルカメラに用いる広角単焦点の結像レンズの構成としては「物体側に負の屈折力のレンズ群、像側に正の屈折力のレンズ群を配設した所謂レトロフォーカスタイプ」を挙げることができる。
各画素に色フィルタやマイクロレンズを有するエリアセンサを用いることから、結像レンズの射出瞳位置をなるべく像面から遠ざけ、周辺光束が撮像面（受光素子の配列面）に対して「垂直に近い角度」で入射するようにしたいという要求の存在が、レトロフォーカスタイプが採用される主な理由である。
しかし、レトロフォーカスタイプは、最も物体側の面から像面までの距離である「レンズ全長」が大きくなり易く、デジタルカメラの小型化の面では不利である。
近来、オンチップマイクロレンズの改良や最適化、画像処理の進歩等により、撮像領域の対角長が２０ｍｍ〜４５ｍｍ程度の比較的大きい撮像素子においては、周辺光束の撮像面に対する入射角に対する許容度が大きくなりつつある。
具体的には、結像レンズの最大像高において「主光線とレンズ光軸とのなす角」が３０度程度まで、十分に許容できるシステムを構築可能である。従って、擦像面への周辺光束の垂直入射には以前ほど拘る必要がなく、結像レンズとして「より小型化に適したレンズタイプ」が選択できる。
レトロフォーカスタイプよりも小型化に適したレンズタイプとして、略対称型や「像側に負の屈折力のレンズ群を配設したテレフォトタイプ」を挙げることができる。
これらのタイプの結像レンズを開示するものとして、例えば、特許文献１〜５を挙げることができる。
特開文献１に開示された結像レンズは、銀塩コンパクトカメラに多く用いられる４群４枚構成テレフォトタイプで、小型ではあるが像面湾曲や非点収差が大きく、高画素密度の撮像素子に対して用いるには、性能的に十分と言い難い。
特許文献２、３に開示された結像レンズは、小型で高い結像性能を有するが、最大像高において主光線と光軸とのなす角が３５度を超えており、デジタルカメラに用いるには問題なしとしない。
特許文献４に開示された結像レンズは、大口径ではあるが構成レンズ枚数が多く、コスト高でありデジタルカメラの小型化の面で難なしとしない。
特許文献５に開示された結像レンズは、焦点距離に比べて全長が大きく，小型化の面で改良の余地なしとしない。
また、特許文献３、４、５に開示された結像レンズは、レンズ系の内部に比較的広い空気間隔がなく、バックフォーカスもそれほど確保されていないため、沈胴機構を用いても薄型に収納することができず、カメラ携帯時の小型化の面でも難がある。
この発明は上述したところに鑑みてなされたものであって、半画角が２８〜３６度程度と広角で、Ｆナンバが２．８未満と大口径でありながら、十分に小型で、構成枚数が少なく、インナーフォーカス方式でありながら各種収差が十分に低減され、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、デジタルカメラに適した高性能の結像レンズの実現を課題としている。
この発明の結像レンズは、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第２レンズ群のみを物体側へ移動させる結像レンズである。
第１レンズ群は１枚の正レンズと１枚の負レンズを有する。
第２レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、物体側に凹面を向けた負の第2-1レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-2レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-3レンズを配して構成される。
第３レンズ群は、物体側に凹面を向けた負レンズで構成される。
無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fと、第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離：Lとの比：L/f、最大像高：Y’と上記焦点距離：fとの比：Y’/fとが、それぞれ、
1.2 < L/f < 2.0 （２）
0.50 < Y’/f < 0.80 （３）
の範囲にある。
無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離：D2G-3G、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も像側の面までの距離：Tは、条件：
（１） 0.15 < D2G-3G/T < 0.50
を満足する。
この発明によれば、半画角が２８〜３６度程度と広角で、Ｆナンバが２．８未満と大口径でありながら、十分に小型で、構成枚数が少なく、インナーフォーカス方式でありながら各種収差が十分に低減され、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、デジタルカメラに適した高性能の結像レンズを実現できる。
実施例１の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例２の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例３の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例４の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例５の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例６の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例１の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例１の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例２の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例２の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例３の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例３の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例４の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例４の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例５の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例５の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例６の結像レンズが無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図である。 実施例６の結像レンズが−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図である。 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。 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。
この発明の結像レンズは、最も像側に負のパワー（第３レンズ群）を配置し、全体の構成を所謂テレフォトタイプに近付けることにより、レンズ全長を短縮し小型化を図ろうとするものである。
従来、銀塩コンパクトカメラに用いられていたテレフォトタイプの結像レンズは一般に、周辺光束の像面への入射角度が３５〜４５度と大きく、上述したように、デジタルカメラ用としては不適当である。
また、オートフォーカスの高速化や静音化に対応するべく、インナーフォーカス方式を採ったものは見当たらない。上記公知の結像レンズに対して「無理にインナーフォーカス方式」を行なおうとすると、十分な結像性能が保証されない。
また、周辺光束の像面への入射角度が３０度程度以下で、デジタルカメラに適用可能なものもあるが、これらは「十分な小型化と高性能化」が両立していない。
この発明の結像レンズは、上記の如き構成により、デジタルカメラへの適用が可能で、インナーフォーカス方式のフォーカシングを実施しつつも結像性能を維持でき、小型化と高性能化の両立が可能であることを見出してなされたものである。
結像レンズは、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を配設してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して「第２レンズ群のみを物体側へ移動させるインナーフォーカス方式」が採用される。
第１レンズ群は「１枚の正レンズと１枚の負レンズ」を有し、第２レンズ群は物体側から像側へ向かって順に「物体側に凹面を向けた負の第2-1レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-2レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-3レンズ」で構成され、第３レンズ群は「物体側に凹面を向けた負レンズ」で構成される。
このように、この発明の結像レンズは、テレフォトタイプの特性を持たせるため最も像側に負の第３レンズ群を配置して「レンズ全長の短縮に有利な構成」とし、その上で、最も物体側に配置される正の第１レンズ群が負レンズを含む構成とし、第１レンズ群に含まれる負のパワーと第３レンズ群の負のパワーをバランスさせ、コマ収差や倍率色収差、歪曲収差の補正を容易としている。
第２レンズ群を構成する３枚のレンズは、第１レンズ群との組み合わせで「逆エルノスタータイプもしくはガウスタイプ」に近い構成とし、Ｆ２．８未満という大口径においても、球面収差・コマ収差の良好な補正を可能としている。
第１レンズ群に「正レンズ・負レンズの双方」が含まれる構成とすることは、第２レンズ群のみを物体側へ移動させることにより無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う際の収差変動を抑えるためにも必要である。
また、レンズ系の中で比較的物体側となる「第１レンズ群と第２レンズ群の間」に開口絞りを設けることにより、像面から射出瞳までの距離をコントロールし「周辺光束の像面への入射角度が大きくなり過ぎる」ことを防止している。
より具体的には、第２レンズ群の「第2-1レンズの物体側面・第2-3レンズの像側面を、開口絞りに対して略コンセントリックな形状」としてコマ収差の発生を抑えると共に、第2-2レンズ・第2-3レンズの正の屈折力により、射出瞳位置を像面から遠ざけている。
条件（１）は、結像レンズの全長（第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も像側の面までの距離：T）に対する「無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離：D2G-3G」の比の範囲を規定している。
条件（１）を満足することにより、第２レンズ群と第３レンズ群とが「比較的広い空気間隔を介して配置」される構成となり、第１レンズ群と第２レンズ群が果たす「結像群としての役割」と、リアコンバータとフィールドフラットナーの機能を併せ持つような第３レンズ群の役割を、ある程度明確に分離でき、これらの役割が適切に果たされるようにできる。
このような構成では、第１レンズ群・第２レンズ群と第３レンズ群との間で「必要以上に大きな収差のやり取りが行われない」ようにでき、また、不使用時に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を短縮して薄型に収納することが可能となって、カメラや携帯情報端末装置の小型化に適したものとなる。
また、第２レンズ群のみを物体側へ移動させることにより「無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング」を行う際の収差変動も抑制される。
このような構成は、小型化のために、レンズ系の最も物体側の面から像面までの距離を小さく設計したり、レンズ系の最も物体側の面から最も像側の面までの距離を小さく設計したりする場合に比して、収差補正の難度が減り、構成枚数の低減や非球面の削減、製造誤差感度の低減につながっている。
条件（１）のパラメータ：D2G-3G/Tが、下限値を超えると、第３レンズ群が第２レンズ群に近付きすぎ第３レンズ群の「フィールドフラットナーとしての働き」が弱くなり、像面湾曲を十分に抑制することが難しくなる。
また、不使用時に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を短縮して薄型に収納することを考えた場合、その効果が十分に得られなくなり、第２レンズ群と第３レンズ群との間で行われる収差のやり取りも大きくなって「第２レンズ群のみを移動させることによりフォーカシングを行う際の収差変動」を抑制することが困難になる。
逆に、パラメータ：D2G-3G/Tが、上限値を超えると、結像群としての第１レンズ群・第２レンズ群が「十分な厚み」を持つことができなくなり、各種収差を良好に補正することが難しくなる。
条件（１）のパラメータ：D2G-3G/Tは、より好ましくは、条件（１）よりも若干狭い、条件：
（１Ａ） 0.20 < D2G-3G/T < 0.45
を満足するのが良い。
このように、この発明の撮影レンズは、各部の構成が目的に対して最適化され、総合的に従来にはない効果を生じて、広角・大口径・小型・低コスト・高性能を併せて実現できるものである。
結像レンズは、上記の如く、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fと、第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離：Lとの比：L/f、最大像高：Y’と上記焦点距離：fとの比：Y’/fとが、それぞれ、
1.2 < L/f < 2.0 （２）
0.50 < Y’/f < 0.80 （３）
の範囲にある。
「L/f」、「Y’/f」がこれらの範囲にあると、上述した効果を最も良く発揮できる。
この発明の結像レンズは、上記条件（１）とともに、以下に挙げる各条件の１以上を満足することが好ましい。
（４） 1.0 < (1-M2G 2 )・M3G 2 < 1.8
（５） -1.5 < f3G/f < -1.0
（６） -1.6 < RL2-1F / D1G-2G < -0.8
（７） 1.2 < f1G/f < 2.0
これらの条件において、「M2G」は「無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の結像倍率」、「M3G」は「無限遠物体に合焦した状態における第３レンズ群の結像倍率」を表し、「f3G」は「第３レンズ群の焦点距離」、「RL2-1F」は「第2-1レンズの物体側面の曲率半径」、「D1G-2G」は「第１レンズ群の最も像側の面から第２レンズの最も物体側の面までの距離」を表す。また、「f1G」は「第１レンズ群の焦点距離」を表す。
条件（４）は、結像レンズを「オートフォーカスの高速化により適したもの」とするために好ましい条件である。
条件（４）の下限値を下回ると、フォーカシングに際する第２レンズ群の移動量が大きくなり、結像レンズの小型化が難しくなったり、フォーカシング時の第２レンズ群の移動に必要な時間が長くなったりする。
条件（４）の上限値を超えると、第２レンズ群の光軸方向位置の変化による「像面位置（ピント）の変動」が大きくなり、フォーカシングの精度の維持が難しくなり易く、各レンズ群の屈折力のバランスを保つのが難しくなり、収差補正も難しくなる。
条件（５）は、第３レンズ群の屈折力の範囲を適正に保つ条件であり、下限値を超えると「結像レンズのテレフォトタイプとしての特性」が弱くなり、レンズ全長の短縮が難くなる。
また、第３レンズ群の「フィールドフラットナー」としての働きが弱まり、像面湾曲の補正不足を招来する恐れがある。
条件（５）の上限値を超えると、第３レンズ群の屈折力が過大となって、像面湾曲の補正過剰を招来したり、コマ収差が発生し易くなったりしやすい。
条件（６）は、コマ収差の補正を良好に行なうのに適した条件であり、下限値を超えると「内向性のコマ収差」が、上限値を超えると「外向性のコマ収差」が発生し易くなる。
条件（７）は、射出瞳距離の確保や、歪曲収差の補正、他の収差のバランスに対して有効な条件であり、下限値を超えると、開口絞りより物体側の正の屈折力が強まり、絞りより像側の正の屈折力が弱くなり、開口絞り前後の正の屈折力のバランスが崩れて、十分な射出瞳距離を確保できなくなる場合がある。
また、上限値を超えると、開口絞りより像側の正の屈折力が強まり、絞りより物体側の正の屈折力が弱くなり、マイナスの歪曲収差が発生し易くなる。
条件（７）の範囲外では、他の収差についても「全体のバランス」が崩れやすくなる。
第2-3レンズに「周辺部ほど正の屈折力が弱まる形状の非球面」を用いることにより、コマ収差および非点収差を「より良好に補正」することが可能となる。
この場合、開口絞りから第2-3レンズが有する非球面までの距離：LS-Aと、開口絞りから像面までの距離：LS-Iの比：LS-A/LS-Iが、条件：
（８） 0.25 < LS-A/LS-I < 0.55
を満足するようにするのが好ましい。
条件（８）の下限値を超えると、「第2-3レンズが有する非球面」が開口絞りに近付きすぎ、該非球面に入射する光束の「中心部と周辺部があまり分離していない状態」となり、非点収差補正の効果が得られ難くなる。
条件（８）の上限を超えると、該非球面が「開口絞りから遠く」なり、該非球面に入射する光束が「十分な径を有さない状態」となるため、コマ収差補正の効果が得られ難くなる。
図１〜図７に、結像レンズの実施の形態例を６例示す。これらの形態例の結像レンズは、上記順序で後述の実施例１〜６に対応する。
繁雑を避けるため、図１〜図６において符号を共通化する。図１〜図６において、図の左方が物体側、右方が像側である。
図１〜図６の結像レンズは何れも、物体側から像側へ向かって順に、正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、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を配設してなる。
第１レンズ群Ｇ１は「１枚の正レンズと１枚の負レンズ」を有し、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ向かって順に「物体側に凹面を向けた負の第2-1レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-2レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-3レンズ」を配して構成され、第３レンズ群Ｇ３は「物体側に凹面を向けた負レンズ」で構成されている。
無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fと、第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離：Lとの比：L/f、最大像高：Y’と上記焦点距離：fとの比：Y’/fとは、それぞれ、
1.2 < L/f < 2.0 （２）
0.50 < Y’/f < 0.80 （３）
の範囲にあり、無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離：D2G-3G、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も像側の面までの距離：Tが、条件：
（１） 0.15 < D2G-3G/T < 0.50
を満足する。
図１〜図６に実施の形態を示す結像レンズは、撮像領域の対角長が２０ｍｍ〜４５ｍｍ程度の「比較的大きな撮像素子」に対して使用することが想定されており、図１〜図６において、符号Ｆで示すのは、撮像素子とともに用いられる光学ローパスフィルタ・赤外線カットフィルタ等の各種フィルタや、撮像素子のカバーガラス（シールガラス）等を一まとめにして、これらと光学的に等価な１枚の透明平行平板として表したものである。
また、符号Ｉｍは「像面」を表し、撮像素子の撮像面に合致する。これらの結像レンズを銀塩カメラに用いる場合であれば像面Ｉｍはフィルム面に合致し、その場合には、フィルタ類Ｆは用いられない。
結像レンズの具体的な実施例を示す前に、図１９、図２０を参照して「携帯情報端末装置」の実施の形態を説明する。
図２０に示すように、携帯情報端末装置３０は、「結像レンズ」である撮影レンズ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によって形成される撮影対象物の像を受光素子４５によって読み取るように構成されている。この撮影レンズとして、請求項１〜請求項８の任意の１に記載の結像レンズ、より具体的には、後述の実施例１〜６の何れかの結像レンズを用いる。
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「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等４３を使用して外部へ送信することも可能である。
「結像レンズ」である撮影レンズ３１は、カメラの携帯時には図１９（ａ）に示すように沈胴状態にあり、ユーザが電源スイッチ３６を操作して電源を入れると、図１９（ｂ）に示すように鏡胴が繰り出される。
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。
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、第２レンズ群のみを物体側へ移動させて行う。このとき、ファインダ３３も連動して合焦動作が行なわれる。
シャッタボタン３５をさらに押し込むと撮影がなされ、上述の処理が実行される。
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、通信カード等４４を使用して外部へ送信したりする際は、操作ボタン３７を使用する。
半導体メモリおよび通信カード等は、それぞれ専用または汎用のスロット３９Ａ、３９Ｂ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、結像レンズの各レンズ群Ｇ１〜Ｇ３は必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、第２レンズ群Ｇ２が光軸上から退避し、第１レンズ群と並列に収納されるような機構とすれば、携帯情報端末装置のさらなる薄型化を実現できる。
なお、携帯情報端末装置における上記通信機能部を除いた部分は「カメラ機能部」であり、このカメラ機能部を独立したカメラとして構成できることは言うまでもない。
上記の如く、上に説明した携帯情報端末装置には、カメラ機能部の結像レンズとして、以下に挙げる実施例１〜６の任意のものを使用でき、１０００万〜２０００万画素クラスの撮像素子を使用した高画質で小型のカメラや携帯情報端末装置を実現できる。
以下に、この発明の結像レンズの具体的な実施例を６例挙げる。
以下に本発明の結像レンズの具体的な数値実施例を示す。なお、全ての数値実施例の最大像高は１４．２ｍｍである。
近距離物体への合焦は、実施例１では「レンズ系全体の移動」により行なわれ、実施例２、３では「第１レンズ群・第２レンズ群のみの一体移動」により行なわれ、実施例４〜７では「第２レンズ群のみの移動」により行なわれる。
前述の如く、各実施例において、第３レンズ群Ｇ３の像面側に配設される平行平板Ｆは、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、ＣＭＯＳセンサ等の受光素子のカバーガラス（シールガラス）を、光学的にこれらに等価な１枚の平行平板として代表させたものである。
平行平板Ｆは、その像側面が「結像面から物体側に約０．５ｍｍの位置」となるよう配設してあるが、もちろんこれに限定されるものではなく、複数枚に分割されても良い。
各実施例における記号の意味は以下の通りである。
各実施例における記号の意味は以下の通りである。
f ：全系の焦点距離
F ：Fナンバ
ω ：半画角
R ：曲率半径
D ：面間隔
Nd ：屈折率
νd：アッベ数
Pg,F ：部分分散比[Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC)]
K ：非球面の円錐定数
A4 ：4次の非球面係数
A6 ：6次の非球面係数
A8 ：8次の非球面係数
A10 ：10次の非球面係数 。
非球面：Xは、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：C、光軸からの高さ：H、上記円錐定数：K、非球面係数：A4〜A10を用い、周知の次式：
X=CH2/[1+√{(1-(1+K)C2H2)}]
++A4・H4+A6・H6+A8・H8+A10・H10
で表す。なお、長さの次元を持つ量の単位は、「ｍｍ」である。
「実施例１」
f = 23.26，F = 2.56，ω = 31.4
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01* -18.948 1.00 1.68893 31.08 0.5986 OHARA L-TIM28
02 96.383 0.10
03 24.229 2.37 1.80400 46.58 0.5573 OHARA S-LAH65V
04 -20.250 0.80
05 絞り 可変(A)
06 -7.930 0.80 1.80518 25.42 0.6161 OHARA S-TIH6
07 -16.084 2.33 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
08 -11.821 0.10
09* -164.938 4.27 1.77387 47.25 0.5557 HIKARI Q-LASFH11S
10* -12.872 可変(B)
11 -25.000 1.20 1.72825 28.46 0.6077 OHARA S-TIH10
12 89.277 8.733
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面は、上記面番号で「＊印」を付した面である。以下の実施例においても同様である。
非球面；第1面
K = 0.0，A4 = -6.15654×10-5，A6 = -1.57995×10-7
非球面；第9面
K = 0.0，A4 = -4.76612×10-5，A6 = -2.34660×10-8
非球面；第10面
K = 0.0，A4 = 3.75758×10-5，A6 = -4.46993×10-9，A8 = 6.35129×10-10，
A10 = 5.69985×10-12 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 6.370 5.570
B 6.930 7.730 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T= 0.264
[2] L/f = 1.56
[3] Y’/f = 0.604
[4] (1-M2G 2 )・M3G 2 = 1.41
[5] f3G/f = -1.13
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.11
[7] f1G/f = 1.34
[8] LS-A/LS-I = 0.295（第9面），0.426（第10面）
[9] ndpa = 1.804
[10] νdpa = 46.5 。
「実施例２」
f = 23.46，F = 2.54，ω = 31.3
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01* -19.808 1.00 1.68893 31.08 0.5986 OHARA L-TIM28
02 -1140.783 0.10
03 28.732 2.12 1.81600 46.62 0.5568 OHARA S-LAH59
04 -23.444 0.80
05 絞り 可変(A)
06 -8.009 0.80 1.84666 23.78 0.6205 OHARA S-TIH53
07 -16.520 2.53 1.88300 40.76 0.5667 OHARA S-LAH58
08 -11.418 0.10
09* -181.478 4.08 1.77387 47.25 0.5557 HIKARI Q-LASFH11S
10* -14.163 可変(B)
11 -18.975 1.20 1.69875 30.13 0.6030 OHARA S-TIM35
12 -503.268 8.139
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面；第1面
K = 0.0，A4 = -3.14820×10-5，A6 = -1.01547×10-6，A8 = 3.64427×10-8，
A10 = -4.64191×10-10
非球面；第9面
K = 0.0，A4 = -3.76287×10-5，A6 = -1.11469×10-7
非球面；第10面
K = 0.0，A4 = 2.29309×10-5，A6 = -1.02236×10-7，A8 = 7.98735×10-10，
A10 = -3.03208×10-12 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 6.450 5.596
B 7.710 8.564 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T = 0.287
[2] L/f = 1.57
[3] Y’/f = 0.605
[4] (1-M2G 2)・M3G 2 = 1.33
[5] f3G/f = -1.20
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.10
[7] f1G/f = 1.39
[8] LS-A/LS-I = 0.301（第9面），0.425（第10面）
[9] ndpa = 1.824
[10] νdpa = 44.9 。
「実施例３」
f = 23.00，F = 2.56，ω = 31.7
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -19.324 1.20 1.80518 25.42 0.6161 OHARA S-TIH6
02 -43.398 0.10
03 32.797 1.77 1.88300 40.76 0.5667 OHARA S-LAH58
04 -36.833 0.80
05 絞り 可変(A)
06 -8.588 0.80 1.80518 25.42 0.6161 OHARA S-TIH6
07 -52.816 2.71 1.88300 40.76 0.5667 OHARA S-LAH58
08 -15.057 0.10
09* 355.214 4.77 1.77387 47.25 0.5557 HIKARI Q-LASFH11S
10* -12.789 可変(B)
11 -21.094 1.00 1.60342 38.03 0.5835 OHARA S-TIM5
12 78.449 9.043
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面；第9面
K = 0.0，A4 = -4.82125×10-5，A6 = -1.74322×10-8
非球面；第10面
K = 0.0，A4 = 5.01331×10-5，A6 = -7.25011×10-8，A8 = 1.46969×10-9，
A10 = 2.17918×10-12，
A12 = -3.56912×10-14，A14 = 3.06780×10-16 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 6.220 5.464
B 6.680 7.436 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T = 0.255
[2] L/f = 1.61
[3] Y’/f = 0.617
[4] (1-M2G 2)・M3G 2 = 1.48
[5] f3G/f = -1.19
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.22
[7] f1G/f = 1.46
[8] LS-A/LS-I = 0.297（第9面），0.441（第10面）
[9] ndpa = 1.847
[10] νdpa = 42.9 。
「実施例４」
f = 25.99，F = 2.52，ω = 28.4
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -20.460 1.00 1.84666 23.78 0.6205 OHARA S-TIH53
02 -34.633 0.10
03 40.206 1.80 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
04 -39.614 0.80
05 絞り 可変(A)
06 -8.916 0.80 1.84666 23.78 0.6205 OHARA S-TIH53
07 -18.582 2.52 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
08 -12.717 0.10
09* -75.513 4.08 1.76802 49.24 0.5515 HOYA M-TAF101
10* -14.443 可変(B)
11 -21.472 1.20 1.67270 32.10 0.5988 OHARA S-TIM25
12 -262.187 5.968
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面；第9面
K = 0.0，A4 = -4.33144×10-5，A6 = -1.36141×10-7
非球面；第10面
K = 0.0，A4 = 1.05866×10-5，A6 = -1.55438×10-7，A8 = 9.20122×10-10，
A10 = -5.96068×10-12 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 7.520 6.325
B 12.200 13.395 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T = 0.380
[2] L/f = 1.53
[3] Y’/f = 0.546
[4] (1-M2G 2)・M3G 2 = 1.05
[5] f3G/f = -1.34
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.07
[7] f1G/f = 1.46
[8] LS-A/LS-I = 0.302（第9面），0.415（第10面）
[9] ndpa = 1.813
[10] νdpa = 44.9
「実施例５」
f = 20.10，F = 2.54，ω = 36.1
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01* -20.547 1.00 1.68893 31.08 0.5986 OHARA L-TIM28
02 16.685 0.10
03 14.700 3.26 1.88300 40.76 0.5667 OHARA S-LAH58
04 -20.208 0.80
05 絞り 可変(A)
06 -7.082 0.80 1.80518 25.42 0.6161 OHARA S-TIH6
07 -14.315 2.36 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
08 -10.355 0.10
09* 157.913 4.24 1.76802 49.24 0.5515 HOYA M-TAF101
10* -12.974 可変(B)
11 -51.425 1.20 1.80518 25.42 0.6161 OHARA S-TIH6
12 35.986 9.493
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面；第1面
K = 0.0，A4 = -8.83260×10-5
非球面；第9面
K = 0.0，A4 = -4.00728×10-5，A6 = 3.43374×10-7
非球面；第10面
K = 0.0，A4 = 6.73758×10-5，A6 = 4.72131×10-8，A8 = 4.16784×10-9，
A10 = 2.65080×10-12 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 5.380 4.771
B 4.910 5.519 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T = 0.203
[2] L/f = 1.76
[3] Y’/f = 0.706
[4] (1-M2G 2 )・M3G 2 = 1.62
[5] f3G/f = -1.30
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.15
[7] f1G/f = 1.55
[8] LS-A/LS-I = 0.285（第9面），0.425（第10面）
[9] ndpa = 1.829
[10] νdpa = 44.2 。
「実施例６」
f = 24.32，F = 2.56，ω = 29.9
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 16.012 2.21 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
02 58.755 0.10
03 30.000 1.00 1.76182 26.52 0.6136 OHARA S-TIH14
04 17.641 2.33
05 絞り 可変(A)
06 -8.283 0.80 1.78472 25.68 0.6047 OHARA S-TIH1
07 -316.712 3.53 1.83481 42.73 0.5648 OHARA S-LAH55V
08 -12.052 0.10
09 49.353 3.93 1.77030 47.40 0.5562 OHARA L-LAH87
10* -19.171 可変(B)
11 -24.105 1.20 1.51633 64.14 0.5353 OHARA S-BSL7
12 53.350 10.009
13 ∞ 1.30 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
非球面；第10面
K = 0.38160，A4 = 5.23082×10-5，A6 = 4.17604×10-8，A8 = 9.28720×10-10，
A10 = -6.57988×10-12 。
「可変間隔」
無限遠 -1/20倍
A 5.090 4.323
B 4.720 5.487 。
「条件のパラメータの値」
[1] D2G-3G/T = 0.189
[2] L/f = 1.51
[3] Y’/f = 0.584
[4] (1-M2G2)・M3G 2 = 1.55
[5] f3G/f = -1.32
[6] RL2-1F/D1G-2G = -1.12
[7] f1G/f = 1.73
[8] LS-A/LS-I = 0.431（第10面）
[9] ndpa = 1.813
[10] νdpa = 44.3 。
図７に、実施例１の結像レンズが「無限遠物体に合焦した状態」における収差曲線図を示し、図８に、実施例１の結像レンズが「−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態」における収差曲線図を示す。
球面収差の図中の破線は正弦条件を表す。非点収差の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。他の実施例の収差図においても同様である。
実施例２の結像レンズが、無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図を図９に、−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図を図１０に示す。
実施例３の結像レンズが、無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図を図１１に、−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図を図１２に示す。
実施例４の結像レンズが、無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図を図１３に、−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図を図１４に示す。
実施例５の結像レンズが、無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図を図１５に、−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図を図１６に示す。
実施例６の結像レンズが、無限遠物体に合焦した状態における収差曲線図を図１７に、−１／２０倍で近距離物体に合焦した状態における収差曲線図を図１８に示す。
各実施例とも、収差は高いレベルで補正され、球面収差・軸上色収差は非常に小さい。非点収差、像面湾曲、倍率色収差も十分に小さく、コマ収差やその色差の乱れも良く抑えられており、歪曲収差も絶対値で４．０％以下となっている。
上に示した実施例１〜５の結像レンズのように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凹面を向けた負の第1-1レンズ、両側が凸面である正の第1-2レンズで構成するのが好ましい。
第１レンズ群Ｇ１の最も物体側を負レンズ（第1-1レンズ）とすることにより、負の第３レンズ群Ｇ３との対称性が「より良好」になり、コマ収差や倍率色収差の補正がより容易になる。
さらに、第1-1レンズの物体側を凹面とすることによって、コマ収差や倍率色収差と球面収差をバランス良く補正することが容易になる。
結像レンズの具体的な構成として、３枚の正レンズ（第１レンズ群の正レンズ、第２レンズ群の第2-2レンズ・第2-3レンズ）は、以下の条件を満足する材質を選択して構成することが好ましい。
（９） 1.75 < ndpa < 1.95
（１０） 35.0 < νdpa < 50.0
ここに、「ndpa」は３枚の正レンズの屈折率の平均値、「νdpa」は３枚の正レンズのアッベ数の平均値である。
結像作用を担う上記３枚の正レンズを、条件（９）、（１０）の双方を満足する「高屈折率・低分散の材料」で構成することにより、像面湾曲の低減と色収差の低減を高いレベルで両立させることができるようになる。
第２レンズ群Ｇ２の第2-1レンズと第2-2レンズは、互いに接合されていることが好ましい。第2-1レンズと第2-2レンズの各面では、最終的な収差量を低減するために「収差が大きくやり取り」されており、製造誤差感度が高くなりがちであるが、これらを互いに接合することによって、実質的な製造誤差感度が低減され、安定した性能が得やすくなる。また、実際にレンズを保持する鏡筒の部品削減にもつながる。
さらに、より良好な収差補正のためには、実施例１、２、５のように、第１レンズ群Ｇ１に非球面を設けることが好ましい。第１レンズ群に用いられる非球面は、特に「大口径化に伴って増大する球面収差やコマ収差」の補正に有効である。
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｓ 開口絞り
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
特開昭 ６３−０２４２１３号公報 特開平 ０９−２３６７４６号公報 特開２００５−３５２０６０号公報 特開２０００−３２１４９０号公報 特開２００９−２１６８５８号公報

Claims (10)

  1. 物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第２レンズ群のみを物体側へ移動させる結像レンズであって、
    第１レンズ群は１枚の正レンズと１枚の負レンズを有し、
    第２レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、物体側に凹面を向けた負の第2-1レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-2レンズ、像側に凸面を向けた正の第2-3レンズを配して構成され、
    第３レンズ群は、物体側に凹面を向けた負レンズで構成され、
    無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fと、第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離：Lとの比：L/f、最大像高：Y’と上記焦点距離：fとの比：Y’/fとが、それぞれ、
    1.2 < L/f < 2.0 （２）
    0.50 < Y’/f < 0.80 （３）
    の範囲にあり、
    無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の最も像側の面から第３レンズ群の最も物体側の面までの距離：D2G-3G、第１レンズ群の最も物体側の面から第３レンズ群の最も像側の面までの距離：Tが、条件：
    （１） 0.15 < D2G-3G/T < 0.50
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  2. 請求項１記載の結像レンズにおいて、
    無限遠物体に合焦した状態における第２レンズ群の結像倍率：M2G、無限遠物体に合焦した状態における第３レンズ群の結像倍率：M3Gが、条件：
    （４） 1.0 < (1-M2G 2)・M3G 2 < 1.8
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  3. 請求項１または２記載の結像レンズにおいて、
    第３レンズ群の焦点距離：f3G、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fが、条件：
    （５） -1.5 < f3G/f < -1.0
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  4. 請求項１〜３の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第２レンズ群の第2-1レンズの物体側面の曲率半径：RL2-1F、第１レンズ群の最も像側の面から第２レンズの最も物体側の面までの距離：D1G-2Gが、条件：
    （６） -1.6 < RL2-1F/D1G-2G < -0.8
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  5. 請求項１〜６の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第１レンズ群の焦点距離：f1G、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：fが、条件：
    （７） 1.2 < f1G/f < 2.0
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  6. 請求項１〜５の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第２レンズ群の第2-3レンズが、周辺部ほど正の屈折力が弱まる形状の非球面を有することを特徴とする結像レンズ。
  7. 請求項６記載の結像レンズにおいて、
    開口絞りから第２レンズ群の第2-3レンズが有する非球面までの距離：LS-A、開口絞りから像面までの距離：LS-Iが、条件：
    （８） 0.25 < LS-A/LS-I < 0.55
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  8. 請求項１〜７の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第１レンズ群が、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凹面を向けた負の第1-1レンズ、両側が凸面である正の第1-2レンズで構成されたことを特徴とする結像レンズ。
  9. 請求項１〜８の任意の１に記載の結像レンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ。
  10. 請求項１〜８の任意の１に記載の結像レンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする携帯情報端末装置。
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