JP2013250534A - 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】半画角が３５〜４３度程度、Ｆナンバ：３程度以下、レンズ全長・レンズ総厚・レンズ径の全てにおいて小型で、各種収差を十分に低減して１２００万〜２４００万画素の撮像素子に対応した解像力を持つ高性能の結像レンズを実現する。
【解決手段】物体側から像側へ向かって順に、負の第１レンズ群Ｉ、正の第２レンズ群ＩＩ、開口絞りＳ、正の第３レンズ群ＩＩＩ、第４レンズ群ＩＶを配して構成され、第４レンズ群ＩＶの屈折力が全レンズ群中で最も弱く、第１レンズ群Ｉは、像側に凹面を向けた負レンズで構成され、第２レンズ群ＩＩ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レンズ、正レンズまたは全体として正の屈折力を有する接合レンズを配して構成され、第３レンズ群ＩＩＩは、物体側から両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズで構成され、第４レンズ群ＩＶは、単レンズまたは接合レンズであって、物体側の面が凹面、像側の面が凸面であることを特徴とする。
【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、銀塩カメラやデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらには携帯情報端末装置の撮影用光学系として実施できる。また、カメラは銀塩カメラやデジタルカメラ、デジタルビデオカメラとして実施できる。
デジタルカメラが広く普及し、デジタルカメラに対するユーザの要望も多岐に亘る。なかでも、対角長：２０ｍｍ〜４５ｍｍ程度の比較的大きな撮像素子と、高性能な単焦点レンズとを搭載した高画質のコンパクトカメラが、大きな期待を集めている。
このようなコンパクトカメラに対しては、高性能かつ大口径でありながら「携帯性に優れる」こと、即ち、小型であることが大きな要望となっている。
高性能という面では、少なくとも１２００万〜２４００万画素の撮像素子に対応した解像力を有することに加え、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、色収差が少なくて輝度差の大きな部分にも不要な色付きが生ぜず、また、歪曲収差が少なく「直線を直線として描写可能」であること等が必要である。
「大口径化」という面では、ズームレンズを搭載した一般のコンパクトカメラとの差別化の必要性から、少なくとも「Ｆ３未満」が必要である。
また、小型化の面では、撮像素子が比較的大きいために実焦点距離が長くなるため、「焦点距離または最大像高で正規化」した場合に、小さな撮像素子を用いる場合よりも全長が短くなっていることが必要である。
また、撮影レンズの画角についても「ある程度の広角を望むユーザ」が多く、結像レンズの半画角は３５度以上であることが好ましい。半画角：３５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３１ｍｍに相当する。
デジタルカメラの撮像素子は、画素ごとに色フィルタやマイクロレンズを有するため、射出瞳位置を像面から遠ざけ、周辺光束が撮像面に対し垂直に近い角度で入射するようにするのが良い。
この目的には、レトロフォーカスタイプの結像レンズが適しており、従来から多く用いられているが、レトロフォーカスタイプを採用すると、結像レンズ全長（最も物体側の面から像面までの距離）が大きくなりがちである。
近年、対角長：２０〜４５ｍｍ程度の比較的大きな撮像素子においては、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、周辺光束の擦像面に対する入射状態として「ある程度斜めの入射」も許容されるようになってきている。
即ち、具体的には、最大像高において主光線と光軸とのなす角が３５〜４５度程度でも十分に許容できるようなシステムを構築可能であり、「周辺光束の垂直入射」と言う条件に拘束されることなく「より小型化に適したレンズタイプ」を選択できるようになった。
このような観点からすると「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、この種のタイプの結像レンズの従来例として、例えば特許文献１〜４を挙げることができる。
これら特許文献１〜４に記載された結像レンズのうち、特許文献１記載のものは「略対称型の広角レンズ」で十分な大口径化もなされているが、レンズ全長やレンズ総厚（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）が大きく、このため、小型化の面でなお改善の余地がある。
また、特許文献２記載の結像レンズも「対称型に近い構成」であり、半画角：５０度を越える広角化を達成しているが、Ｆナンバが４〜４．５と大きい。
特許文献３記載の結像レンズは、レンズ全長・レンズ総厚は小さいが、バックフォーカスが短いことから「像面に近いレンズの径」が大きく、やはり、小型化の面で改善の余地がある。
特許文献４記載の結像レンズは、画角・Ｆナンバ・結像性能の点で優れているが、レトロフォーカスタイプの特徴が強く残る構成で、やはり小型化に課題を残している。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、半画角が３５〜４３度程度と広角で、Ｆナンバ：２．８程度と大口径であり、レンズ全長・レンズ総厚・レンズ径の全てにおいて小型で、各種収差を十分に低減して１２００万〜２４００万画素の撮像素子に対応した解像力を持つ高性能の結像レンズの実現を可能ならしめること、さらにかかる結像レンズを用いるカメラや携帯情報端末装置の実現を課題とする。
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、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、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、第４レンズ群を配して構成され、第４レンズ群の屈折力が全レンズ群中で最も弱く、第１レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズで構成され、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レンズ、正レンズまたは全体として正の屈折力を有する接合レンズを配して構成され、第３レンズ群は、物体側から両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズで構成され、第４レンズ群は、単レンズまたは接合レンズであって、物体側の面が凹面、像側の面が凸面であることを特徴とする。
この発明の結像レンズは、上記の如き構成により、後述の実施例に示すように、半画角：３５〜４３度程度と広角で、Ｆナンバ：２．８程度と大口径でありながら、レンズ全長・レンズ総厚・レンズ径の全てにおいて小型で、各種収差を十分に低減して１２００万〜２４００万画素の撮像素子に対応した解像力を有する高性能の結像レンズを実現でき、この結像レンズを用いることにより小型かつ非常に高画質のカメラや携帯情報端末装置を実現できる。
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７の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例８の結像レンズの構成を示す断面図である。 実施例１の結像レンズの収差曲線図である。 実施例２の結像レンズの収差曲線図である。 実施例３の結像レンズの収差曲線図である。 実施例４の結像レンズの収差曲線図である。 実施例５の結像レンズの収差曲線図である。 実施例６の結像レンズの収差曲線図である。 実施例７の結像レンズの収差曲線図である。 実施例８の結像レンズの収差曲線図である。 携帯情報端末装置の実施の１形態のシステム構成を説明するための図である。 図１７の装置の外観を説明するための図である。
以下、実施の形態を説明する。
図１〜図８に、結像レンズの実施の形態を８例示す。これら実施の形態の結像レンズは、順に、後述の実施例１〜８に対応する。
繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。各図において、図の左方が「物体側」であり、右方が「像側」である。
最も物体側にある符号Ｉは「第１レンズ群」、符号ＩＩは「第２レンズ群」、符号ＩＩＩは「第３レンズ群」、符号ＩＶは「第４レンズ群」レンズ群」を示す。
また、第２レンズ群ＩＩと第３レンズ群ＩＩＩとの間の符合Ｓは「開口絞り」を示す。
各実施の形態とも、物体像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の「撮像素子」に結像させるものであり、上記各図において、図の右側に描かれた符号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センサなどの撮像素子のカバーガラス（シールガラス）」を想定し、これらに「光学的に等価」な透明平行平板として示している。
後述する実施例１〜８においては、平行平板Ｆは、その像側面（図の右側の面）が結像面Ｉｍから「物体側に約０．５ｍｍの位置」となるよう配設してあるが、これに限るものではない。平行平板Ｆは「複数枚に分割された構成」でも良い。
結像面Ｉｍは、撮像素子の受光面に合致する。
この発明の結像レンズは、図１〜図８に示すように「略対称型の広角レンズ」である。そして、従来にない「適切なレンズ構成とパワー配置」によって、レンズ全長・レンズ総厚・レンズ径の全てにおいて小型化を達成するものである。
図１〜図８に示す結像レンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩ、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群ＩＩＩ、第４レンズ群ＩＶを配して構成される。
第１レンズ群Ｉは「像側に凹面を向けた負レンズ」で構成される。
第２レンズ群ＩＩは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズ、正レンズまたは「全体として正の屈折力を有する接合レンズ」を配して構成される。
図１、図３〜図７に示す実施の形態では、第２レンズ群ＩＩは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズと「全体として正の屈折力を有する接合レンズ」とを配して構成されている。
また、図２および図８に示す実施の形態では、第２レンズ群ＩＩは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズと正レンズとを配して構成されている。
第３レンズ群ＩＩＩは「物体側から両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズ」で構成される。従って、第３レンズ群ＩＩＩの像側のレンズ面は凹面である。
第４レンズ群ＩＶは、単レンズまたは接合レンズで構成され、物体側の面が凹面、像側の面が凸面である。
第４レンズ群ＩＶは、図１〜図６の実施の形態では「単レンズ」で構成され、図７、図８の実施の形態では「接合レンズ」で構成されるが、何れの場合も、物体側の面を凹面、像側の面を凸面とする構成である。
第４レンズ群ＩＶは、第１〜第４レンズ群のうちで「屈折力が最も弱い」、即ち、第４レンズ群の屈折力の絶対値は、第１〜第３レンズ群の「屈折力の絶対値」よりも小さい。
この発明の結像レンズは、絞りＳの前後に正のパワー（第２レンズ群ＩＩの正レンズまたは「全体として正の屈折力を有する接合レンズ」、第３レンズ群ＩＩＩの両凸レンズ）、その外側に負のパワー（第１レンズ群Ｉおよび第２レンズ群ＩＩの「物体側に凹面を向けた負レンズ」、第３レンズ群ＩＩＩの両凹レンズ、および、第４レンズ群ＩＶ）を配置した「略対称型のパワー配置」を基本とし、この構成により、コマ収差や歪曲収差、倍率色収差の補正を容易としている。
第４レンズ群ＩＶの屈折力は「負」に限らず、「正」であることもあり得るが、第４レンズ群の屈折力が他のレンズ群よりも弱いので、第４レンズ群が「正の屈折力」を持つ場合にも、上記の「略対称型のパワー配置」に近いものとなる。
さらに、第２レンズ群ＩＩの最も物体側の面と、第３レンズ群ＩＩＩの最も像側の面の双方を凹面として対応させると共に、第１レンズ群Ｉを構成する負レンズの像側面と、第４レンズ群ＩＶの最も物体側の面の双方も共に凹面として対応させることにより、上述した収差の補正を「より高いレベル」で実現することを可能としている。
第１レンズ群Ｉと第２レンズ群ＩＩとの間は「両凸の空気レンズ」を構成し、第３レンズ群ＩＩＩと第４レンズ群ＩＶの間も「両凸の空気レンズ」を構成する。これら「両凸の空気レンズ」は負の屈折力を持ち、第１・第２レンズ群間および第３・第４レンズ群間の屈折力の配分を良好に調整する。
上述した構成のうち「第２レンズ群ＩＩの最も物体側の面を凹面とする」ことには「第１レンズ群Ｉの小径化の実現と共に、下光線のコマ収差補正を容易とする効果」があり、「第３レンズ群ＩＩＩの最も像側の面を凹面とする」ことには、「第４レンズ群ＩＶの小径化の実現と共に、上光線のコマ収差補正を容易とする効果」があり、結像レンズの小型化と高性能化の両立に有利なものとなっている。
この発明の結像レンズは、上記の如く「略対称型のパワー配置」を基本としてはいるが「完全な対称型」ではない。パワー配分を完全な対称型にすると、縮小倍率で用いられるカメラレンズとしての高性能化にとっては不都合がある。
この発明においては、第２レンズ群を「分離した負・正の２つのエレメント」で構成することにより、各種収差補正の自由度を確保しつつ、絞りＳを挟んでこれに対向する第３レンズ群ＩＩＩを「正レンズと負レンズの接合レンズのみ」で構成して製造誤差感度の上昇を防止し、組み付けの容易化を図っている。
また、第２レンズ群ＩＩ・第４レンズ群ＩＶに「必要に応じて接合レンズ」を用い、倍率色収差・コマ収差の色差を「より良好に補正する」ことを可能としている。
さらに、第４レンズ群ＩＶを「他のレンズ群よりも弱い屈折力とする」ことにより、射出瞳位置をコントロールし、周辺像高における主光線の像面への入射角を適切な状態に設定することを可能とした。
このようにして、この発明の結像レンズは、各部の構成が目的とする「小型化・大口径化・広画角化・高性能化」に対して最適化され、総合的に「従来にない効果」を生じて、広角化・大口径化・小型化・高性能化を併せて実現できる。
上記の如きレンズ構成を有するこの発明の結像レンズは、以下の条件（１）〜（１０）の１以上を満足するのが好ましい。
（１） −０．２ ＜ｆ１／ｆ４＜ ０．５
（２） ０．３ ＜ｆ１−２／ｆ３−４ ＜ ２．５
（３） −２．２ ＜ｆ１／ｆ＜ −０．８
（４） −１．５ ＜ｒ２Ｆ／f< −０．５
（５） ０．５ ＜ｒ３Ｒ／ｆ＜ １．２
（６） １．７５ ＜ｎｄＰ２−３＜ ２．０
（７） ０．７ ＜Ｙ’／ｆ＜ ０．９５
（８） ０．６ ＜ｔａｎ（θＰｍａｘ）＜ ０．９５
（９） １．４ ＜Ｌ／ｆ＜ ２．０
（１０） ０．７ ＜ＤＴ／ｆ＜ １．２
これらの条件において、ｆ１は「第１レンズ群の焦点距離」、ｆ４は「第４レンズ群の焦点距離」、ｆ１−２は「第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離」、ｆ３−４は「第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離」、ｆは「無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離」であり、r２Ｆは「第２レンズ群の最も物体側の面の曲率半径」、ｒ３Ｒは「第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径」である。
ｎｄＰ２−３は「第２レンズ群および第３レンズ群が有する正レンズの、材質の屈折率の平均」、Ｙ’は「最大像高」、θＰｍａｘは「最大像高に達する主光線の像面への入射角」である。また、Ｌは「無限遠物体に合焦した状態における第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離」、ＤＴは「第１レンズ群の最も物体側の面から第４レンズ群の最も像側の面までの距離」である。
なお、第２レンズ群の最も物体側の面は「物体側に向いた凹面」であるのでその曲率半径：r２Ｆは負であり、第３レンズ群の最も像側の面は「像側に向いた面」であるのでその曲率半径：ｒ３Ｒは正である。
条件（１）〜（１０）の意義を説明する。
条件（１）は、第１レンズ群と第４レンズ群の屈折力を良好にバランスさせる条件である。第１レンズ群の屈折力は負であるから、条件（１）を満足する第４レンズ群の屈折力は、正であることも負であることもできる。第４レンズ群のパワーは最も弱いから、焦点距離：ｆ４は絶対値において、他のレンズ群の焦点距離の絶対値よりも大きい。
条件（１）のパラメータが下限値：−０．２以下であると、第１レンズ群の負の屈折力が相対的に大きくなって、レンズ系として「レトロフォーカスタイプの特性」が強くなり、主点が像側へ移動して「レンズ全長の短縮」が難しくなる。また、射出瞳が物体側へ移動し、第４レンズ群が大径化しやすくなる。
上限値：０．５以上であると、第１レンズ群・第４レンズ群の屈折力は共に負であり、第１レンズ群の屈折力に対して第４レンズ群の屈折力が大きくなり、結像レンズはレンズ系として「テレフォトタイプの特性」が強くなり、主点が物体側へ移動し、レンズ全長が短くなりすぎて「各種収差補正の自由度」が制限されやすくなり、あるいは、製造誤差感度が高まったりする。
また、射出瞳が像側へ移動し「周辺像高における主光線の像面への入射角」が大きくなりがちになる。
条件（１）を満足することにより、射出瞳位置をコントロールしながら、小型化・高性能化をより向上させることができる。
条件（１）のパラメータ：ｆ１／ｆ４は、より好ましくは、以下の条件：
（１Ａ） ０．０ ＜ｆ１／ｆ４＜ ０．４
を満足するのが良く、条件（１Ａ）を満足することにより「さらに良好な収差補正」が可能となる。
条件（２）は、絞りＳの前後における屈折力のバランスを良好にする条件である。
条件（２）のパラメータ：ｆ１−２／ｆ３−４が、下限値：０．３以下であると、絞りＳよりも物体側（前側）の屈折力が、像側（後側）の屈折力に対して相対的に強くなりすぎ、歪曲収差が「周辺部でプラスに曲がり易く」なったり、「内向性のコマ収差が発生し易く」なったり、また「短波長の倍率色収差が画面内側へ向かって発生し易く」なったりする。
上限値：２．５以上になると、絞りＳよりも像側の屈折力が、物体側の屈折力に対して相対的に強くなりすぎて「マイナスの歪曲収差が発生し易く」なったり、「外向性のコマ収差が発生し易く」なったり、さらには「短波長の倍率色収差が画面外側へ向かって発生し易く」なったりする。
条件（２）を満足させることにより、歪曲収差・コマ収差・倍率色収差を良好に補正した小型・高性能で、画像の歪みが目立たず、周辺まで高い解像力を有し、色ずれや色滲みのほとんどない結像レンズを実現できる。
条件（３）は、第１レンズ群の屈折力の好適な範囲を規制するものであり、パラメータ：ｆ１／ｆが下限値：−２．２以下となるレベルで「第１レンズ群の屈折力が弱い」と像面湾曲が補正不足となりやすく、像面の平坦性維持が難しくなる。
逆に、上限値：−０．８以上となるレベルで「第１レンズ群の屈折力が強い」と、非点収差・コマ収差が残存しやすくなり、高い結像性能を周辺部まで維持しにくい。
条件（３）を満足させることにより、像面湾曲を十分に低減でき、像面の平坦性が高く、画面周辺まで高いコントラストを実現できる。
条件（４）は「第２レンズ群の最も物体側の面の曲率半径：ｒ２Ｆ」の好適な範囲を規制するものである。第２レンズ群の最も物体側の面は「凹面」であるから、曲率半径：ｒ２Ｆの値（絶対値）が小さいほど、このレンズ面の「負のパワー」が大きい。
条件（４）のパラメータが、下限値：−１．５以下であると、下光線のコマ収差（コマフレア）が中間像高でプラス方向に発生し易くなったり、非点収差が発生し易くなったりする。また、第１レンズ群を通過する軸外光線が、高い位置を通るようになり、第１レンズ群が大径化しやすくなる。
条件（４）の上限値：−０．５以上になると、下光線のコマ収差（コマフレア）が中間像高でマイナス方向に発生し易くなったり、プラス方向の球面収差が発生し易くなったりする。
条件（４）を満足させることにより、非点収差・コマ収差をより良好に補正でき、画面全体で「より均一な高画質」を達成できる。
条件（５）は「第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径：ｒ３Ｒ」の好適な範囲を規制する条件である。第３レンズ群の最も像側の面も凹面であり、その曲率半径：ｒ３Ｒの値が小さいほど、このレンズ面の「負のパワー」が大きい。
条件（５）のパラメータが、上限値：０．５以下であると、上光線のコマ収差（コマフレア）が周辺像高でプラス方向に発生し易くなったり、像面湾曲が補正過剰になり易くなったりする。
逆に、上限値：１．２以上であると、上光線のコマ収差（コマフレア）が周辺像高でマイナス方向に発生し易くなったり、非点収差が発生し易くなったりする。また、第４レンズ群を通過する軸外光線が高い位置を通るようになって「第４レンズ群が大径化」しやすくなる。
条件（５）を満足させることにより、各種収差のより良好な補正が可能であり、より小型化に適した高性能の結像レンズを実現できる。
条件（６）は、像面湾曲やコマ収差の良好な補正に関する条件である。
条件（６）のパラメータが下限値：１．７５以下であると、像面湾曲が補正不足になり易くなったり、中間像高に内向性のコマ収差が残存し易くなったりする。
なお、条件（６）のパラメータ：ｎｄＰ２−３上限は、現存する光学ガラスの屈折率範囲やコストを考慮すると、凡そ２．０〜２．１である。
条件（６）を満足させることにより、各種収差の「よりに良好な補正」が可能となる。
条件（７）は、この発明の効果が最も良く発揮される「結像レンズの画角」を規制するものであり、条件（８）は、上記効果が最も良く発揮される「結像レンズの軸外光線の像面への入射角」を規制するものである。
条件（７）、（８）を満足することにより「最大像高に達する主光線の像面への入射角を、半画角と同程度（何れも３５〜４０ないし４３度程度）」にして、小型化・広角化が可能になる。
また、条件（９）、（１０）を満足することにより、レンズ全長・総厚を短縮して小型化を達成し、大口径化・広画角化・高性能化を最も良く発揮させることができる。
付言すると、結像レンズの構成として、第２レンズ群の最も像側の面と、第３レンズ群の最も物体側の面は「共に凸面」であることが好ましい。
上述した如く、この発明の結像レンズは「略対称型の屈折力配置」を基本としているが「絞りを挟んで対向する２面についても略対称型の屈折力配置」とすることにより、コマ収差や歪曲収差、倍率色収差を「非常に高いレベルで補正する」ことが可能となる。
第２レンズ群の最も像側の面の曲率半径：ｒ２Ｒ（＜０）と、第３レンズ群の最も物体側の面の曲率半径：ｒ３Ｆ（＞０）が、条件：
（１１） −４．０ ＜ｒ２Ｒ／ｒ３Ｆ ＜ −０．８
を満足するようにするのが良い。この範囲内であれば「絞りを挟んで対向する２面が略対称型の屈折力配置」であると言える。
また、第１レンズ群を構成する負レンズは、その材質のアッベ数：νｄｎ１が、条件：
（１２） ５５ ＜νｄｎ１ ＜ ８５
を満足するのが良い。
条件（１２）の下限値：５５以下では「色収差補正のバランスを保ちつつ、軸上色収差と倍率色収差の双方を良好に補正する」ことが難しくなる。また、上限値：８５以上となるような光学材料は一般に、柔らかく傷が付き易かったり、化学的耐久性が低かったりして、外界に露出する最も物体側のレンズとして用いるには適しない。
より良好な収差補正のためには、第１レンズ群および第４レンズ群に非球面を設けることが好ましく、非球面の採用により、非点収差やコマ収差・歪曲収差の補正に大きな効果がある。
結像レンズの具体的な実施例を示す前に、図１７、図１８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１８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１０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１〜８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１７（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１７（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、全レンズ群を移動させて行うこともできるし、撮像素子を移動させて結像面に合致させることにより行うこともできる。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Ｉ〜ＩＶは必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、第３レンズ群ＩＩＩおよび第４レンズ群ＩＶが光軸上から退避し、第１レンズ群Ｉおよび第２レンズ群ＩＩ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１〜８の任意のものを使用でき、１２００万〜２４００万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。
以下に本発明の結像レンズの具体的な実施例を８例示す。なお、全ての実施例の最大像高は１４．２ｍｍである。即ち、撮像に用いる撮像素子は、受光面の対角長が２８．５ｍｍのものを想定している。
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。なお、以下の実施例において「硝種名」とあるのは何れも「商品名」である。
「実施例１」
f = 18.32，F = 2.85，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -35.692 0.80 1.58313 59.46 0.5404 HOYA M-BACD12
02* 20.888 1.33
03 -20.058 0.80 1.71736 29.50 0.6033 HOYA E-FD1
04 -68.248 0.20
05 17.593 0.80 1.76182 26.61 0.6122 HOYA FD140
06 9.640 2.44 1.83481 42.72 0.5653 HOYA TAFD5F
07 -22.161 1.52
08 絞り 1.00
09 14.090 3.10 1.83481 42.72 0.5653 HOYA TAFD5F
10 -9.782 0.81 1.67270 32.17 0.5962 HOYA E-FD5
11 12.779 2.26
12 -10.864 1.20 1.80610 40.73 0.5693 HOYA M-NBFD130
13* -12.678 11.730
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
非球面（上記データ中の「＊印」を付した面 以下の実施例においても同様である。）のデータを以下にあげる。
「非球面データ」
第2面
K = 7.01177，A4 = 1.70754×10-4，A6 = -3.41940×10-7，A8 = 1.25705×10-7，
A10 = -2.19437×10-9
第13面
K = -2.16285，A4 = 1.26506×10-4，A6 = 3.79544×10-6，A8 = 8.67908×10-8，
A10 = -3.66733×10-10 。
「条件式のパラメータの数値」
(1) f1/f4 =0.168
(2) f1-2 /f3-4 = 0.733
(3) f1/f = -1.227
(4) r2F/f = -1.095
(5) r3R/f = 0.698
(6) ndP2-3 = 1.835
(7) Y’/f = 0.775
(8) tan(θPmax) = 0.763
(9) L/f = 1.632
(10) DT/f = 0.888
(11) r2R/r3F = -1.573
(12) νdn1 = 59.46 。
「実施例２」
f = 18.34，F = 2.88，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -36.757 0.80 1.48749 70.45 0.5306 HOYA FC5
02* 14.461 1.79
03 -19.505 0.80 1.84666 23.78 0.6191 HOYA FDS90
04 -45.354 0.20
05 16.326 2.54 1.77250 49.62 0.5503 HOYA TAF1
06 -22.028 1.52
07 絞り 1.00
08 13.757 2.89 1.83481 42.72 0.5653 HOYA TAFD5F
09 -8.979 1.65 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
10 13.233 1.86
11 -12.445 1.20 1.83441 37.28 0.5772 HOYA M-NBFD10
12* -13.926 12.441
13 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
14 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 3.79018，A4 = 1.47147×10-4，A6 = -1.66166×10-6，A8 = 1.59220×10-7，
A10 = -3.48523×10-9
第12面
K = -2.38795，A4 = 1.75179×10-4，A6 = 4.15425×10-6，A8 = 1.26254×10-7，
A10 = -7.36910×10-10 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1/f4 = 0.095
(2) f1-2/f3-4 = 1.243
(3) f1 / f = -1.155
(4) r2F / f = -1.064
(5) r3R / f = 0.722
(6) ndP2-3 = 1.804
(7) Y’ / f = 0.774
(8) tan (θPmax ) = 0.749
(9) L / f = 1.668
(10) DT / f = 0.886
(11) r2R / r3F = -1.601
(12) νdn1 = 70.45 。
「実施例３」
f = 18.30，F = 2.81，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 816.141 0.80 1.49710 81.56 0.5388 HOYA M-FCD1
02* 13.666 1.79
03 -23.543 0.80 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
04 200.425 0.20
05 15.416 0.80 1.84666 23.78 0.6191 HOYA FDS90
06 9.513 2.34 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
07 -34.121 1.50
08 絞り 1.00
09 14.691 2.59 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
10 -9.087 0.89 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
11 12.917 1.73
12 -12.419 1.20 1.82080 42.71 0.5642 HOYA M-TAFD51
13* -13.832 12.756
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 3.80085，A4 = 1.07069×10-4，A6 = -3.38949×10-6，A8 = 2.19205×10-7，
A10 = -5.16455×10-9
第13面
K = -2.86234，A4 = 1.49055×10-4，A6 = 4.18583×10-6，A8 = 1.25343×10-7，
A10 = -7.88154×10-10 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.117
(2) f1-2 / f3-4 = 1.203
(3) f1 / f = -1.529
(4) r2F / f = -1.287
(5) r3R / f = 0.706
(6) ndP2-3 = 1.883
(7) Y’ / f = 0.776
(8) tan (θPmax ) = 0.746
(9) L / f = 1.656
(10) DT / f = 0.855
(11) r2R / r3F = -2.323
(12) νdn1 = 81.56 。
「実施例４」
f = 18.32，F = 2.82，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 50.000 0.80 1.48749 70.45 0.5306 HOYA FC5
02* 12.233 2.72
03 -24.379 0.80 1.62588 35.74 0.5877 HOYA E-F1
04 77.306 0.20
05 16.097 0.80 1.80518 25.46 0.6156 HOYA FD60
06 9.256 2.39 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
07 -37.720 1.51
08 絞り 1.00
09 14.655 2.44 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
10 -9.325 0.80 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
11 12.454 1.59
12 -13.674 1.20 1.82080 42.71 0.5642 HOYA M-TAFD51
13* -15.035 13.084
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 2.13028，A4 = 9.86836×10-5，A6 = -9.74939×10-8，A8 = 4.88682×10-8，
A10 = -1.11860×10-10
第13面
K = -2.63168，A4 = 1.86803×10-4，A6 = 3.76968×10-6，A8 = 1.35267×10-7，
A10 = -1.07927×10-9 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.110
(2) f1-2 / f3-4 = 1.059
(3) f1 / f = -1.826
(4) r2F / f = -1.331
(5) r3R / f = 0.680
(6) ndP2-3 = 1.883
(7) Y’ / f = 0.775
(8) tan (θPmax ) = 0.751
(9) L / f = 1.705
(10) DT / f = 0.887
(11) r2R / r3F = -2.574
(12) νdn1 = 70.45 。
「実施例５」
f = 18.34，F = 2.86，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -51.599 0.80 1.48749 70.45 0.5306 HOYA FC5
02* 16.200 1.62
03 -20.195 0.80 1.74077 27.76 0.6076 HOYA E-FD13
04 -77.866 0.20
05 17.381 2.39 1.83481 42.72 0.5653 HOYA TAFD5F
06 -14.223 0.80 1.76182 26.61 0.6122 HOYA FD140
07 -26.356 1.51
08 絞り 1.00
09 13.693 3.11 1.83481 42.72 0.5653 HOYA TAFD5F
10 -8.619 0.80 1.67270 32.17 0.5962 HOYA E-FD5
11 12.644 2.02
12 -12.120 1.20 1.80610 40.73 0.5693 HOYA M-NBFD130
13* -13.772 12.28
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 3.42630，A4 = 1.82031×10-4，A6 = 2.87806×10-8，A8 = 1.09332×10-7，
A10 = -1.19134×10-9
第13面
K = -2.05587，A4 = 1.76087×10-4，A6 = 3.91574×10-6，A8 = 1.04887×10-7，
A10 = -4.66251×10-10 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.136
(2) f1-2 / f3-4 = 1.097
(3) f1 / f = -1.374
(4) r2F / f = -1.101
(5) r3R / f = 0.689
(6) ndP2-3 = 1.835
(7) Y’ / f = 0.774
(8) tan (θPmax ) = 0.749
(9) L / f = 1.659
(10) DT / f = 0.886
(11) r2R / r3F = -1.925
(12) νdn1 = 70.45 。
「実施例６」
f = 15.72，F = 2.86，ω = 42.4
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 173.256 0.80 1.48749 70.45 0.5306 HOYA FC5
02* 13.644 2.39
03 -10.681 0.85 1.75520 27.53 0.6090 HOYA E-FD4
04 -16.894 0.20
05 21.763 0.80 1.78472 25.72 0.6157 HOYA FD110
06 8.821 2.11 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
07 -20.684 0.51
08 絞り 2.00
09 18.713 2.97 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
10 -8.715 0.80 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
11 15.001 2.37
12 -9.020 1.20 1.85135 40.10 0.5694 HOYA M-TAFD305
13* -10.944 8.849
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 3.64665，A4 = 1.55190×10-4，A6 = 4.96963×10-6，A8 = -2.61329×10-7，
A10 = 1.11640×10-8
第13面
K = -1.73578，A4 = 1.34058×10-4，A6 = 4.52767×10-6，A8 = 1.10405×10-7，
A10 = -9.84332×10-10 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.360
(2) f1-2 / f3-4 = 0.349
(3) f1 / f = -1.936
(4) r2F / f = -0.679
(5) r3R / f = 0.954
(6) ndP2-3 = 1.883
(7) Y’ / f = 0.903
(8) tan (θPmax ) = 0.899
(9) L / f = 1.765
(10) DT / f = 1.081
(11) r2R / r3F = -1.105
(12) νdn1 = 70.45 。
「実施例７」
f = 18.30，F = 2.56，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 -70.091 0.80 1.84749 70.45 0.5306 HOYA FC5
02* 14.457 2.23
03 -22.847 0.80 1.69895 30.05 0.6028 HOYA E-FD15
04 -61.517 0.20
05 14.340 0.80 1.80518 25.46 0.6156 HOYA FD60
06 10.587 3.23 1.77250 49.62 0.5503 HOYA TAF1
07 -35.067 1.51
08 絞り 1.00
09 14.535 2.69 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
10 -12.184 1.28 1.68893 31.16 0.5989 HOYA E-FD8
11 14.266 2.04
12 -11.510 0.80 1.67270 32.17 0.5662 HOYA E-FD5
13 -46.938 1.15 1.82080 42.71 0.5642 HOYA M-TAFD51
14* -15.876 11.835
15 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
16 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 2.84801，A4 = 8.10328×10-5，A6 = -8.51224×10-7，A8 = 5.97881×10-8，
A10 = -9.76289×10-10
第14面
K = -0.71102，A4 = 2.26643×10-4，A6 = 2.60218×10-6，A8 = 6.37436×10-8，
A10 = -6.07070×10-10 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.160
(2) f1-2 / f3-4 = 1.107
(3) f1 / f = -1.339
(4) r2F / f = -1.248
(5) r3R / f = 0.779
(6) ndP2-3 = 1.828
(7) Y’ / f = 0.776
(8) tan (θPmax ) = 0.751
(9) L / f = 1.763
(10) DT / f = 1.012
(11) r2R / r3F = -2.413
(12) νdn1 = 70.45 。
「実施例８」
f = 18.30，F = 2.88，ω = 38.2
面番号 R D Nd νd Pg,F 硝種名
01 50.000 0.80 1.51633 64.06 0.5404 OHARA L-BSL7
02* 11.239 2.03
03 -17.410 0.60 1.67270 32.17 0.5962 HOYA E-FD5
04 ∞ 0.20
05 12.482 2.30 1.77250 49.62 0.5503 HOYA TAF1
06 -33.848 1.51
07 絞り 1.00
08 13.642 2.82 1.88300 40.80 0.5654 HOYA TAFD30
09 -8.732 0.60 1.69895 30.05 0.5962 HOYA E-FD15
10 16.067 1.85
11 -8.748 0.80 1.64769 33.84 0.5923 HOYA E-FD2
12 -37.243 1.20 1.82080 42.71 0.5642 HOYA M-TAFD51
13* -13.097 12.720
14 ∞ 1.40 1.51680 64.20 各種フィルタ
15 ∞ 。
「非球面データ」
第2面
K = 2.31354，A4 = 4.39060×10-5，A6 = -1.54647×10-6，A8 = 9.94796×10-8，
A10 = -1.38635×10-9
第13面
K = -2.16285，A4 = 2.75665×10-4，A6 = 4.58115×10-6，A8 = 1.02845×10-7，
A10 = -1.35694×10-9 。
「条件式のパラメータの値」
(1) f1 / f4 = 0.302
(2) f1-2 / f3-4 = 1.938
(3) f1 / f = -1.545
(4) r2F / f = -0.951
(5) r3R / f = 0.878
(6) ndP2-3 = 1.828
(7) Y’ / f = 0.776
(8) tan (θPmax ) = 0.727
(9) L / f = 1.657
(10) DT / f = 0.858
(11) r2R / r3F = -2.481
(12) νdn1 = 64.06 。
図９〜図１６に順次、上記実施例1〜８の結像レンズの収差図を示す。
これらの収差図における球面収差の図中の破線は正弦条件を表す。また、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。
各収差図から明らかなように、各実施例とも、収差は高いレベルで補正され、球面収差と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」も最周辺部まで良く抑えられている。
歪曲収差も「絶対値で２．０％以下」となっている。
これらの実施例から明らかなように、この発明によれば、半画角が３５〜４３度程度と広角で、Ｆナンバが２．８程度と大口径でありながら、レンズ全長・レンズ総厚・レンズ径の全てにおいて小型化が達成され、なお且つ、非常に良好な像性能を確保した結像レンズを実現できる。
Ｉ 第１レンズ群
ＩＩ 第２レンズ群
Ｓ 絞り
ＩＩＩ 第３レンズ群
ＩＶ 第４レンズ群
特開平０８−３１３８０２号公報 特開平１１−３２６７５６号公報 特開２００５−３５２０６０号公報 特開２０１２−００８３４７号公報

Claims (12)

  1. 物体側から像側へ向かって順に、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、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、第４レンズ群を配して構成され、
    第４レンズ群の屈折力が全レンズ群中で最も弱く、
    第１レンズ群は、像側に凹面を向けた負レンズで構成され、
    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レンズ、正レンズまたは全体として正の屈折力を有する接合レンズを配して構成され、
    第３レンズ群は、物体側から両凸レンズと両凹レンズとを接合した接合レンズで構成され、
    第４レンズ群は、単レンズまたは接合レンズであって、物体側の面が凹面、像側の面が凸面であ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、
    第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第４レンズ群の焦点距離：ｆ４が、条件：
    （１） −０．２ ＜ｆ１／ｆ４＜ ０．５
    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１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ１−２、第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離：ｆ３−４が、条件：
    （２） ０．３ ＜ｆ１−２／ｆ３−４ ＜ ２．５
    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１レンズ群の焦点距離：ｆ１、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：
    （３） −２．２ ＜ｆ１／ｆ＜ −０．８
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  5. 請求項１〜４の任意の１に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全系の焦点距離：ｆ、第２レンズ群の最も物体側の面の曲率半径：ｒ２Ｆが、条件：
    （４） ―１．５ <r２Ｆ／f< −０．５
    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、
    無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆ、第３レンズ群の最も像側の面の曲率半径：ｒ３Ｒが、条件：
    （５） ０．５ ＜ｒ３Ｒ／ｆ＜ １．２
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  7. 請求項１〜６の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第２レンズ群および第３レンズ群が有する正レンズの材質の屈折率の平均：ｎｄＰ２−３
    が、条件：
    （６） １．７５ ＜ｎｄＰ２−３＜ ２．０
    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、
    無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆ、最大像高：Ｙ’、最大像高に達する主光線の像面への入射角：θＰｍａｘが、条件：
    （７） ０．７ ＜Ｙ’／ｆ＜ ０．９５
    （８） ０．６ ＜ｔａｎ（θＰｍａｘ）＜ ０．９５
    を満足する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において、
    無限遠物体に合焦した状態における第１レンズ群の最も物体側の面から像面までの距離：Ｌ、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：
    （９） １．４ ＜Ｌ／ｆ＜ ２．０
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  10. 請求項１〜９の任意の１に記載の結像レンズにおいて、
    第１レンズ群の最も物体側の面から第４レンズ群の最も像側の面までの距離：ＤＴ、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：
    （１０） ０．７ ＜ＤＴ／ｆ＜ １．２
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  11. 請求項１〜１０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。
  12. 請求項１〜１０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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