JP5003174B2 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のような固体撮像素子を用いた撮像装置に好適で、広角端での画角が十分な広画角で、４〜５倍程度の高変倍比を有するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラ等の個体撮像素子を用いた撮像装置が広く普及しつつある。このような個体撮像素子を用いた撮像装置の普及に伴い一層の高画質化が求められており、特に、画素数の多い撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い個体撮像素子に対応した結像性能にすぐれた撮影用レンズ、特に、ズームレンズが求められている。また、その上、小型化・薄型化への要求も強いため、小型且つ薄型で高性能なズームレンズが求められている。さらに近年では撮影レンズの高変倍化への要望も大きく、コンパクトなデジタルカメラにおいても４倍以上の変倍比をもつズームレンズが求められている。一方で、撮影レンズの広画角化への要望も非常に大きく、その場合、撮影レンズとして用いるズームレンズの広角端での撮影画角（半画角）は３５°以上であることが望ましい。

ズームレンズとして、最も物体側のレンズ群が負の屈折力であるネガティブリードタイプのズームレンズは、前玉径を小さくしやすく小型化に有利であるため、広画角化に適したタイプとして多く用いられている。

また、固体撮像素子を用いた撮像装置には像側がテレセントリックであるズームレンズが像面照度を均一にすることができるので望ましい。このようなズームレンズとしては最も像側のレンズ群が正の屈折力を有するズームレンズが適している。

ネガティブリードタイプで最も像側のレンズ群が正の屈折力であるズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群ズームレンズが知られている（例えば特許文献１〜３）。しかし、特許文献１や２に示されたズームレンズのように変倍比が２〜３倍程度と変倍比が小さいものや、特許文献３に示されたズームレンズのように半画角が３０°程度と撮影画角が狭いものがほとんどであり、高変倍比と広画角の双方を達成し、尚且つ小型で高画質なズームレンズへの要望が大きい。

ネガティブリードタイプのズームレンズとして、負、正、正の３群で構成されている小型ズームレンズも知られているが、その多くは変倍比が３倍程度でありそれ以上の十分な変倍比を実現することは困難となっている（例えば特許文献４）。

一般に広角化・高変倍化には良好な収差補正を行う必要があるため、レンズの必要枚数が多くなる。従って、現在では、広角化・高変倍化と同時にズームレンズの小型化・軽量化が要請される。

特開平８−１５２５５８号公報 特開２００３−１３１１３０号公報 特開２００６−２０８８８９号公報 特開２００６−７８５８１号公報

近年、デジタルカメラ用のズームレンズには、高変倍比と、撮影画角の広画角化、そして撮影される像の高画質化が強く求められている。

しかし、前記したように、従来のズームレンズとしては種々の技術があるが、広画角と高変倍との双方を満たし、全ズーム範囲で光学性能が高く、かつ、小型化・薄型化を実現したズームレンズはない。

本発明は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、変倍比が４〜５倍の高変倍でありながら、コンパクトで全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化するズームレンズであって、前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）2.2<|f1/fw|<3.0
（２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離
fw：広角端における全系の焦点距離
DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
Ymax：最大像高
とする。

本発明の一実施形態による撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備え、前記ズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化し、前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）2.2<|f1/fw|<3.0
（２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離
fw：広角端における全系の焦点距離
DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
Ymax：最大像高
とする。

本発明にあっては、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、変倍比が４〜５倍の高変倍でありながら、コンパクトで全ズーム範囲にわたり高い光学性能を発揮することができる。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

先ず、本発明ズームレンズについて説明する。

本発明ズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化し、前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）2.2<|f1/fw|<3.0
（２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離
fw：広角端における全系の焦点距離
DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
Ymax：最大像高
とする。

このような本発明ズームレンズにあっては、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、変倍比が４〜５倍の高変倍でありながら、コンパクトで全ズーム範囲にわたり高い光学性能を発揮する。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ独立に移動する。第２レンズ群と第３レンズ群の合成系は常に正の屈折力をもち、上記のように移動することで合成系の結像倍率を変化させて変倍を行っている。これにより光学系の小型化と同時に高い変倍比も実現できる。なお、第４レンズ群も変倍の際に可動であるが、高変倍化を実現するためには広角端から望遠端への変倍に際して第２レンズ群と第４レンズ群の間隔が広がるように各レンズ群を移動させるとよい。なお、広角端から望遠端への変倍に際して、第４レンズ群を物体側から像側に移動させると、変倍作用がさらに高くなる上、望遠側におけるフォーカシング時にフォーカスレンズ群である第４レンズ群の繰出し移動量を長く確保することができる。

また、第１レンズ群は、物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有する。これにより広角側での歪曲収差と像面湾曲を良好に補正し、光学性能を低下させることなく十分な広角化を実現することができる。さらに、前記非球面は、望遠側での球面収差を良好に補正するためにも有効となる。こうした構成にすることで、少ないレンズ枚数で光学系の小型化と高性能化を図ることが可能となる。さらに好ましくは、第１レンズ群を、物体側から順に位置した、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの２枚のレンズで構成し、２枚のレンズ双方の像側の面を非球面にすることが望ましい。これにより、前記効果をさらに高めることができる。

前記条件式（１）は、第１レンズ群の最適な焦点距離を規定するものである。条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群の屈折力が小さくなりすぎるため、高変倍比の実現が困難になる。逆に、条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群における負の屈折力が大きくなりすぎるため、第１レンズ群で発生する広角端での歪曲収差を補正することが困難になり、画質劣化を招く上、十分な広角化を達成することも困難になる。

前記条件式（２）は、第１レンズ群の全長を規定するものである。小型化のため、例えば、不使用時にレンズをカメラ筐体内に引き込んで携帯や収納に便ならしめる、いわゆる、沈胴式カメラにおける沈胴時の厚みを小さくして薄型化するためには第１レンズ群の全長を可能な限り短くすることが好ましいが、条件式（２）の下限値を下回ると、薄型化には良いが、望遠側での球面収差を補正するのが困難になる上、第１レンズ群中の偏芯誤差による性能劣化や、レンズ間隔誤差による球面収差やレンズバックの変動が大きくなり製造に困難を生じる。反対に、条件式（２）の上限値を上回ると、第１レンズ群の厚みが大きくなりすぎるため小型化・薄型化の達成が困難になるか、または広角端における全系の焦点距離が長くなりすぎて十分な広角化ができなくなる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、ν1nを第１レンズ群の負レンズのアッベ数、ν1pを第１レンズ群の正レンズのアッベ数として、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）ν1n-ν1p>15
これにより、第２レンズ群以降で拡大されてしまう第１レンズ群での色収差の発生を十分に抑えて、高画質化の実現に寄与することができる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第２レンズ群は少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成され、第２レンズ群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けた形状を有し、第２レンズ群内には最も物体側の面を含む少なくとも２面の非球面を有することが望ましい。

一般的に、ネガティブリードタイプのズームレンズは広角端から望遠端への変倍に際して第２レンズ群が像側から物体側へ移動し、変倍機能の殆どを第２レンズ群が担っている。従って、第２レンズ群の屈折力は必然的に強くする必要があるため、高変倍比と広角化、さらには全光学系の小型化・薄型化を実現するためにもこの第２レンズ群で起こる諸収差の発生を極めて良好に補正する必要がある。

第２レンズ群中の最も物体側のレンズは第１レンズ群を射出した軸外主光線を大きく屈折させる。従って、前記したように、第２レンズ群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けた形状を取ることで、軸外諸収差の発生を抑えることができる。またこれは、第１レンズ群を発散した軸上光線に対する球面収差の発生を抑えるためにも好ましい形状である。

さらに、第２レンズ群内に最も物体側の面を含む少なくとも２面の非球面を有することで、球面収差やコマ収差等を良好に補正することが可能となる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、小型化及び薄型化を図るために、fwを広角端における全系の焦点距離、DL2を第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離として、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）0.9<DL2/fw<2.0
条件式（４）は、第２レンズ群の厚みを規定するものである。条件式（４）の上限値を上回ると、第２レンズ群の厚みが大きくなりすぎて小型化・薄型化が困難になる。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第２レンズ群の構成枚数を少なくする必要が生じ、変倍に伴う収差変動が大きい第２レンズ群での諸収差を十分に補正することができなくなるため、画質の劣化を招く。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第２レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力をもつレンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズを配置して構成されるのが望ましい。そして、この場合において、N2pを第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ（ナノメーター））での屈折率、N2nを第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのｄ線での屈折率、ν2pを第２レンズ群中の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数、ν2nを第２レンズ群中の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数として、以下の条件式（５）及び（６）を満足することにより、色収差が良好に補正されて、好ましい。
（５）0.05<|N2p-N2n|<0.4
（６）10< |ν2p-ν2n|<50.0

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第３レンズ群が、負の屈折力を持つ１つの接合レンズで構成されていることが望ましい。このような構成にすることで第３レンズ群の構成レンズ枚数を減らし、ズームレンズの小型化・薄型化を図ることができる。

さらに、第３レンズ群に関し、構成する２枚のレンズ材料に関して、ν3pを第３レンズ群の接合レンズを構成する正レンズのアッベ数、ν3nを第３レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのアッベ数として、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
（７）10<|ν3p-ν3n|< 50
条件式（７）を満足することにより、諸収差を良好に補正することが可能となる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第４レンズ群が、正の屈折力を持つ１枚のレンズで構成されていることが望ましい。これにより、ズームレンズを簡素で高性能なものにすることができる。さらに、高性能なものとするためには、第４レンズ群を構成する唯一のレンズ中に少なくとも非球面を１面有することが望ましい。

また、第４レンズ群に光学系を像側テレセントリックに近づけて、固体撮像素子を用いた撮像装置に好適となるようにフィールドレンズの役割を持たせることができる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第４レンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うことが望ましい。構成レンズ枚数が少ない第４レンズ群でフォーカシングを行うことによって、フォーカスレンズ群の駆動機構を小型化することが可能になる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、開口絞りが第２レンズ群と第３レンズ群との間に位置し、変倍の際に第３レンズ群と一体に移動することが望ましい。これによって、望遠端でのＦナンバーを小さくすることが可能になる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、固体撮像素子上に像を形成することが望ましい。

次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。

なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、次の数１式によって定義されるものとする。

但し、xはレンズ面頂点からの光軸方向の距離、yは光軸と垂直な方向の高さ、cはレンズ頂点での近軸曲率、kはコーニック定数、A、B、…は非球面係数である。

図１は本発明の第１の実施の形態にかかるズームレンズ１のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ１は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図１に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け物体側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、像面側に凸面を向け物体側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表１に、前記第１の実施の形態にかかるズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１の諸元の値を掲げる。表１及び以下の諸元表中の、「FNo」はＦナンバーを、「f」は焦点距離を、「ω」は半画角を、「s i」は物体側から数えてｉ番目の面を、「r i」は第ｉ面の曲率半径を、「d i」は物体側から数えてi番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔を、「n i」は物体側に第ｉ面（ｓｉ）を有する硝材のｄ線における屈折率を、「ν i」は物体側に第ｉ面（ｓｉ）を有する硝材のｄ線におけるアッベ数を、それぞれ示す。また、「ｓｉ」に関し「ＡＳＰ」は当該面が非球面であることを、「ｒｉ」に関し「ＩＮＦＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを、「ｄｉ」に関し「（ｄｉ）」は当該面間隔が可変間隔であることを、それぞれ示す。

ズームレンズ１において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表２に数値実施例１における前記各間隔の広角端、中間焦点位置、望遠端における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ１において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の物体側面ｓ３、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の物体側面ｓ１０及び第４レンズ群Ｇ４の正メニスカスレンズＬ４の物体側面ｓ１６は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表３に示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

数値実施例１の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表４に示す。

図２乃至図４は前記数値実施例１の各種収差を示す図である。図２は広角端における、図３は中間焦点位置における、図４は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例１は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

図５は本発明の第２の実施の形態にかかるズームレンズ２のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ２は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群をＧ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図５に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状で両面に非球面を有する正レンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表５に、前記第２の実施の形態にかかるズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２の諸元の値を掲げる。

ズームレンズ２において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表６に数値実施例２における前記各間隔の広角端、中間焦点位置、望遠端における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ２において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の像側面ｓ４、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の物体側面ｓ１０及び第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４の両面ｓ１６、ｓ１７は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表７に示す。

数値実施例２の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表８に示す。

図６乃至図８は前記数値実施例２の各種収差を示す図である。図６は広角端における、図７は中間焦点位置における、図８は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例２は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

図９は本発明の第３の実施の形態にかかるズームレンズ３のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ３は、物体側から像面側へ順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を持つ第４レンズ群をＧ４を配置して成り、広角端から望遠端への変倍に際し、図９に実線矢印で示す軌跡を描いて、光軸に沿ってを移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する負メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向け像面側に非球面を有する正メニスカスレンズＬ１２によって構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像面側へ順に位置した、物体側に凸面を向け両面に非球面を有する正メニスカスレンズＬ２１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズとの接合正レンズＬ２２、両凸形状で両面に非球面を有する正レンズＬ２３によって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像面側へ順に位置した、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合負レンズＬ３によって構成される。第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状で物体側に非球面を有する正レンズＬ４によって構成される。開口絞りＳＰは第３レンズ群Ｇ３の物体側に位置し、広角端から望遠端への変倍に際し、第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。なお、第４レンズ群Ｇ４と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等のフィルタＦＬが配置される。

以下の表９に、前記第３の実施の形態にかかるズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３の諸元の値を掲げる。

ズームレンズ３において、広角端から望遠端までの変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の間隔ｄ４、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３（開口絞りＳＰ）との間の間隔ｄ１１、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間の間隔ｄ１５及び第４レンズ群Ｇ４とフィルタＦＬとの間の間隔ｄ１７が変化する。そこで、表１０に数値実施例３における前記各間隔の広角端、中間焦点位置、望遠端における各数値を左から右へ順に示す。

ズームレンズ３において、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１１の像側面ｓ２、正メニスカスレンズＬ１２の像側面ｓ４、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２１の両面ｓ５、ｓ６、正レンズＬ２３の両面ｓ１０、ｓ１１及び第４レンズ群Ｇ４の正レンズＬ４の物体側面ｓ１６は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをコーニック定数ｋと共に表１１に示す。

数値実施例３の前記各条件式（１）〜（７）対応値を表１２に示す。

図１０乃至図１２は前記数値実施例３の各種収差を示す図である。図１０は広角端における、図１１は中間焦点位置における、図１２は望遠端における、各縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差）及び横収差を示すものである。球面収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を示し、非点収差図において、実線はサジタル像面を、破線はメリジオナル像面を示す。また、横収差図において、実線はｄ線での、点線はｇ線での収差を、また、Ａは画角、ｙは像高をそれぞれ示す。

前記各表及び収差図から、数値実施例３は、広角端での撮影画角が十分な広画角で、かつ、５倍近いズーム比を示しながら各レンズ群の厚みが薄く、全体として小型に構成されると共に、各収差が良好に補正され、優れた光学性能を有することが分かる。

次に、本発明撮像装置について説明する。

本発明撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備え、前記ズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化し、前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。
（１）2.2<|f1/fw|<3.0
（２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
但し、
f1：第１レンズ群の焦点距離
fw：広角端における全系の焦点距離
DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
Ymax：最大像高
とする。

図１３に本発明撮像装置を具体化した実施の形態の構成例をブロック図で示す。なお、図示した実施の形態は、本発明をデジタルスチルカメラに適用したものである。

デジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザーによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。

カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１を含む光学系や、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。
メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザーによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。

次に、前記デジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。

撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズ、例えば、第４レンズ群を移動させることにより行われる。

また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。

なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。

その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

本発明ズームレンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図３及び図４と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図７及び図８と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。 図１１及び図１２と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の収差図を示し、本図は広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 中間焦点距離位置における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を示すものである。 本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した実施の形態の回路ブロック図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、３…ズームレンズ、Ｇ１…第１レンズ群、Ｌ１１…負レンズ、Ｌ１２…正レンズ、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｌ３…負の屈折力を持つ一つの接合レンズ、Ｇ４…第４レンズ群、Ｌ４…正の屈折力を持つ一枚のレンズ、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子

Claims (9)

1. 物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化するズームレンズにおいて、
   前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、
   以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （１）2.2<|f1/fw|<3.0
   （２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
   但し、
   f1：第１レンズ群の焦点距離
   fw：広角端における全系の焦点距離
   DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
   Ymax：最大像高
   とする。
2. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   （３）ν1n-ν1p>15
   但し、
   ν1n：第１レンズ群の負レンズのアッベ数
   ν1p：第１レンズ群の正レンズのアッベ数
   とする。
3. 前記第２レンズ群は少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成され、第２レンズ群の最も物体側の面が物体側に凸面を向けた形状を有し、第２レンズ群内には最も物体側の面を含む少なくとも２面の非球面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. 以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   （４）0.9<DL2/fw<2.0
   但し、
   fw：広角端における全系の焦点距離
   DL2：第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
   とする。
5. 前記第３レンズ群が、負の屈折力を持つ１つの接合レンズで構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
6. 前記第４レンズ群が、正の屈折力を持つ１枚のレンズで構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
7. 前記第４レンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行う
   ことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
8. 固体撮像素子上に像を形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
9. ズームレンズと、該ズームレンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
   前記ズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群、負の屈折力を持つ第３レンズ群、正の屈折力を持つ第４レンズ群とから構成され、実質的に４個のレンズ群から成り、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群は第２レンズ群との空気間隔を減少させながら像側に向かって凸状の軌道を描いて移動し、第２レンズ群と第３レンズ群は空気間隔を広げながら共に物体側へ移動し、さらに第２レンズ群から第４レンズ群までの距離が広がりながら変化し、
   前記第１レンズ群が物体側から順に位置した、負レンズと正レンズの２枚のレンズのみで構成され、これら２枚のレンズの少なくとも１つのレンズ面に非球面を有し、
   以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像装置。
   （１）2.2<|f1/fw|<3.0
   （２）1.2<DL1・fw/Ymax2<2.1
   但し、
   f1：第１レンズ群の焦点距離
   fw：広角端における全系の焦点距離
   DL1：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離
   Ymax：最大像高
   とする。

Images