JP5554191B2

JP5554191B2 - 小型の広角レンズおよびこれを備えたカメラ

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Publication number: JP5554191B2
Application number: JP2010209220A
Authority: JP
Inventors: 隆鈴木
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2014-07-23
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Description

本発明は、小型の広角レンズおよびこれを備えたカメラに関し、より詳しくは、デジタルカメラに好適に使用可能な小型の広角レンズ、および該小型の広角レンズを備えたカメラに関するものである。

一般に、コンパクトデジタルカメラ用のレンズでは、バックフォーカスが短く、カメラに搭載したときに携帯時のカメラのサイズを小さくできることが求められており、またレンズ径が小さいことも重要とされている。このようなデジタルカメラ用のレンズとして、例えば下記特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、物体側から順に、負レンズ群、正レンズ群が配置された構成よりなり、Ｆ値が２であり、３５ｍｍ銀塩フィルムカメラに換算した焦点距離が２８ｍｍ相当となるレンズ系が記載されている。特許文献２には、概略的には物体側から順に、負レンズ群、正レンズ群が配置された構成よりなり、Ｆ値が４程度のレンズ系が記載されている。

なお、上記特許文献１、２に記載のものは、焦点距離が固定された単焦点レンズ系であるが、焦点距離が可変のズームレンズ系で小型化を図ったものとしては、例えば下記特許文献３に記載のものがある。特許文献３には、物体側から順に、正レンズ群、正レンズ群、負レンズ群が配置された構成よりなり、各レンズ群がそれぞれ負レンズと正レンズを含み、広角端におけるＦ値が５．７のレンズ系が記載されている。

特開２０１０−１１３２４８号公報特開２００８−４００３３号公報特開平８−１７９２１５号公報

デジタルカメラ用のレンズは一般に、像面に配置される撮像素子へ入射する光線の像面に対する角度が垂直に近いものが好まれる。そのためには、レンズ系の絞り位置は撮像素子から離れた位置にあることが好ましい。ただし、このようなレンズ系は、レンズ系の最も物体側の面から撮像素子までの光軸方向の長さが長くなる傾向があり、カメラの小型化の障害となっていた。

従来では、撮影しない非使用時にはレンズをカメラボディ内に沈胴させ、撮影時にはレンズをカメラボディから繰り出す沈胴式を採用することで、携帯時のカメラのサイズを小さくしてきた。しかしながら、沈胴式のカメラは、レンズが沈胴している状態からレンズを繰り出して使用可能な状態に移行するまでに時間がかかり、また、レンズの繰出・沈胴動作のためにバッテリーを消費するという不都合があった。そのため、沈胴式を用いることなく携帯時と撮影時の両方においてコンパクトなカメラを構成可能なまでに小型化が進められたレンズ系が要望されていた。その一方で、近年の使用者の要望を満たす程度に広角で、Ｆ値が小さく、高性能であることも要望されていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、小さなＦ値と広角および高性能を維持しながら、テレセントリック性が高く、より小型化が図られたレンズ、および該レンズを備えたカメラを提供することにある。

本発明の第１の観点にかかる小型の広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、第１レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第２レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第３レンズ群の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの物体側直前には物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置されており、第２レンズ群と第３レンズ群の少なくともいずれか一方が、１面の非球面を含み、下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されたことを特徴とするものである。
１＜ｆ／Ｙ＜２……（１）
０．７＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９５……（２）
３．４＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜８……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｙ：像面における最大像高
ＳＳ：絞りから最も像側の面までの光軸上の距離
ＢＦ：バックフォーカス（空気換算長）
ＤＤ：最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離
Ｆｎｏ：開放Ｆ値
また、本発明の第２の観点にかかる小型の広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、第１レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第２レンズ群が、両凹レンズと両凸レンズとが物体側からこの順に接合された接合レンズを含み、第３レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第２レンズ群と第３レンズ群の少なくともいずれか一方が、１面の非球面を含み、下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されたことを特徴とするものである。
１＜ｆ／Ｙ＜２……（１）
０．７＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９５……（２）
３．４＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜８……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｙ：像面における最大像高
ＳＳ：絞りから最も像側の面までの光軸上の距離
ＢＦ：バックフォーカス（空気換算長）
ＤＤ：最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離
Ｆｎｏ：開放Ｆ値

なお、最大像高は例えば、この小型の広角レンズがカメラ等の装置に適用される際にその像面に配置されるフィルムや撮像素子の撮像面の寸法に基づき決めることができる。例えば、撮像面が矩形の場合には、その対角長の１／２を最大像高Ｙとして考えることができる。

なお、ＢＦは、レンズ系における最も像側の面から像面までの光軸上の距離の空気換算長である。ここでいう「レンズ系」には屈折力を有しない光学部材は含まないことにする。例えば、最も像側のレンズと像面との間にフィルタやカバーガラス等の平行平面板が挿入されている場合は、この平行平面板を除去し、除去に伴う像面位置の変動を考慮してＢＦを算出することとする。

なお、上記のＳＳ、ＢＦ、ＤＤにおける「面」とは、レンズ面を意味し、例えば平行平面板等の屈折力を有しない光学部材の面は含まないものとする。

なお、本発明の第１の観点にかかる小型の広角レンズにおける「正レンズの物体側直前には〜負メニスカスレンズが配置されている」とは、正レンズの物体側に負メニスカスが配置されており、この正レンズと負メニスカスレンズの間には何も光学部材が配置されていない状態を意味する。

第３レンズ群が、最も像側に配置された正レンズと、該正レンズの物体側直前に配置されて物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを有する場合は、下記条件式（４）、（５）を満足するように構成されていることが好ましい。
１．７５＜Ｎｄ３ｎ……（４）
１．８＜Ｎｄ３ｐ……（５）
ただし、
Ｎｄ３ｎ：第３レンズ群の負メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ３ｐ：第３レンズ群の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率

また、本発明の第２の観点にかかる小型の広角レンズにおいては、第３レンズ群の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの物体側直前には物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置されている場合には、第２レンズ群の上記接合レンズと第３レンズ群の上記負メニスカスレンズとの間に、非球面レンズが配置されていることが好ましい。

第２レンズ群が、上記接合レンズを有する場合は、下記条件式（６）、（７）を満足するように構成されていることが好ましい。
１．７＞Ｎｄ２ｎ……（６）
１．８＜Ｎｄ２ｐ……（７）
ただし、
Ｎｄ２ｎ：第２レンズ群の両凹レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ２ｐ：第２レンズ群の両凸レンズのｄ線に対する屈折率

第２レンズ群が上記接合レンズを含み、第３レンズ群の最も像側には正レンズが配置されている場合は、下記条件式（８）を満足するように構成されていることが好ましい。
１．８＜Ｎｄｐ……（８）
ただし、
Ｎｄｐ：第１レンズ群中の正レンズのうちｄ線に対する屈折率が最も高い正レンズと、第２レンズ群の両凸レンズと、第３レンズ群の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値

また、本発明の第１、第２の観点にかかる小型の広角レンズにおいては、無限遠物体から近距離物体へのフォーカス調整は、第１レンズ群および第２レンズ群を一体的に物体側に移動させることにより行うように構成されていることが好ましい。

その際に、下記条件式（９）を満足するように構成されていることが好ましい。
０．６＜ｆＧ１２／ｆ＜０．９……（９）
ただし、
ｆＧ１２：第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離

また、本発明の第１、第２の観点にかかる小型の広角レンズにおいては、第３レンズ群が、２枚のレンズから構成されるようにしてもよい。

本発明の第１、第２の観点にかかる小型の広角レンズにおいては、第２レンズ群は、物体側から順に、正メニスカスレンズと、負レンズおよび正レンズを接合した接合レンズと、非球面レンズとを配列してなることが好ましい。

本発明の第１、第２の観点にかかる小型の広角レンズにおいては、第１レンズ群は、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、物体側に凸面を向けた正レンズとを配列してなることが好ましい。その際に、第１レンズ群の負メニスカスレンズと正レンズとが接合されていることが好ましい。

本発明の第３の観点にかかる小型の広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび物体側に凸面を向けた正レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、正メニスカスレンズと、両凹レンズおよび両凸レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズと、非球面レンズとを配列してなり、第３レンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズとを配列してなることを特徴とするものである。

なお、上記の本発明の第１〜第３の小型の広角レンズ、およびその好ましい態様における、レンズの屈折力の符号、形状は、当該レンズが非球面レンズの場合は、近軸領域で考えるものとする。

本発明のカメラは、上記記載の本発明の第１〜第３の少なくともいずれか１つの広角レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の第１、第２の小型の広角レンズによれば、物体側から順に、正、正、負のレンズ群配置とし、絞り位置を物体側よりに設定し、各レンズ群が含むレンズの構成を好適に設定し、非球面を含み、所定の条件式を満足するように構成しているため、小さなＦ値と広角および高性能を維持しながら、テレセントリック性が高く、より小型化が図られたレンズ系を実現することができる。

本発明の第３の小型の広角レンズによれば、物体側から順に、正、正、負のレンズ群配置とし、絞り位置を物体側よりに設定し、各レンズ群におけるレンズの枚数、形状、屈折力の詳細構成を好適に設定しているため、小さなＦ値と広角および高性能を維持しながら、テレセントリック性が高く、より小型化が図られたレンズ系を実現することができる。

本発明のカメラによれば、上記本発明の小型の広角レンズを備えたものであるため、広い画角で良好な像を得ることができ、携帯時だけでなく撮影時もコンパクトな構成が可能になる。

本発明の第１および第２の実施形態にかかる小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図本発明の実施例１の小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図本発明の実施例２の小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図本発明の実施例３の小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図本発明の実施例４の小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図本発明の実施例５の小型の広角レンズのレンズ構成と光路を示す断面図図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は本発明の実施例１の小型の広角レンズの各収差図図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は本発明の実施例２の小型の広角レンズの各収差図図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は本発明の実施例３の小型の広角レンズの各収差図図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は本発明の実施例４の小型の広角レンズの各収差図図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は本発明の実施例５の小型の広角レンズの各収差図本発明の実施形態にかかるカメラの構成を示す斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる小型の広角レンズ１の構成を示す断面図であり、後述の実施例１に対応している。図１においては、左側が物体側、右側が像側であり、無限遠の距離にある物点からの軸上光束２、最大画角の軸外光束３も合わせて示している。

本発明の第１の実施形態にかかる小型の広角レンズ１は、基本構成として、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配列されてなる。第１レンズ群Ｇ１は、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第２レンズ群Ｇ２は、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第３レンズ群Ｇ３は、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の少なくともいずれか一方が、１面の非球面を含むように構成されている。

なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、この小型の広角レンズ１をカメラに適用する際には、カメラ側の構成に応じて、カバーガラスや、各種フィルタを設けることが好ましく、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを最も像側のレンズと像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

この小型の広角レンズ１は、物体側から順に、正、正、負の屈折力をもつレンズ群配置したテレフォトタイプとすることで、コンパクトなレンズ系を実現している。そして、開口絞りＳｔを物体側よりに配置することで、開口絞りＳｔからの像面Ｓｉｍまでの距離を長くとることができ、像面Ｓｉｍに入射する光線の像面Ｓｉｍに対する角度を垂直に近くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３それぞれが、正レンズと負レンズを含むように構成することで、各レンズ群内における収差補正のバランスがとりやすくなる。開口絞りＳｔより像側の第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の少なくともいずれか一方に非球面を配置することで、球面収差を良好に補正して小さなＦ値を達成しながら、軸外光線が像面Ｓｉｍに入射するときの像面Ｓｉｍに対する角度を垂直に近づけることがより容易になる。

また、この本発明の第１の実施形態にかかる小型の広角レンズ１は、基本構成として、下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。
１＜ｆ／Ｙ＜２……（１）
０．７＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９５……（２）
３．４＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜８……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｙ：像面Ｓｉｍにおける最大像高
ＳＳ：開口Ｓｔ絞りから最も像側の面までの光軸上の距離
ＢＦ：バックフォーカス（空気換算長）
ＤＤ：最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離
Ｆｎｏ：開放Ｆ値

条件式（１）は、レンズ系の全長と画面サイズに関する式である。条件式（１）の下限を下回ると、焦点距離が短くなることで広角となり、像面湾曲の補正が困難となる。条件式（１）の上限を上回ると、焦点距離が長くなり、像面Ｓｉｍまでの距離を含めて考えたレンズ系の全長が長くなる。条件式（１）の上限を満たす場合は、レンズ系の全長を短くすることができ、例えば、沈胴式を採用しなくても携帯時と撮影時の両方においてコンパクトなカメラを構成可能になる。あるいは、条件式（１）の上限を満たす場合は、従来の沈胴式のカメラよりもさらに小型で携帯性の高い沈胴式のカメラを構成可能になる。

条件式（２）は、レンズ全系に対する開口絞りＳｔの位置に関する式である。条件式（２）の下限を下回ると、開口絞りＳｔの位置が像面Ｓｉｍに近づきすぎ、このレンズ系をカメラに搭載したときに像面Ｓｉｍに配置される撮像素子へ入射する光線の入射角（入射光線と像面Ｓｉｍの法線とのなす角）が大きくなり、撮像素子に光が取り込まれにくくなる。条件式（２）の上限を上回ると、開口絞りＳｔより物体側のレンズスペースが少なくなり、瞳下側の光線に起因する収差の補正が困難となる。なお、ここでいう瞳下側の光線とは、例えば図１の軸外光束３においては主光線４より下側で下側最外光線５までに含まれる光線のことである。

条件式（３）は、レンズの全長とＦ値に関する式である。条件式（３）の下限を下回ると、レンズ系の全長に対してＦ値が小さくなりすぎ、球面収差などの収差補正が困難となる。条件式（３）の上限を上回ると、レンズ系の全長がＦ値に対して長くなりすぎ、小型化が図れない、またはＦ値の小さな光学系を実現できない。レンズ系の全長を短くすることができれば、例えば、沈胴式を採用しなくても携帯時と撮影時の両方においてコンパクトなカメラを構成可能になり、あるいは、従来の沈胴式のカメラよりもさらに小型で携帯性の高い沈胴式のカメラを構成可能になる。

本発明の第１の実施形態にかかる小型の広角レンズ１は、上記基本構成に加え、さらに以下に述べる構成を有することが好ましい。なお、好ましい態様としては、以下のいずれか１つの構成を有するものでもよく、あるいは任意の複数の構成の組合せを有するものでもよい。

第１レンズ群Ｇ１は、図１に示すように、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であるレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正レンズであるレンズＬ２とを含むことが好ましい。小型化のためには、第１レンズ群Ｇ１はこれら２枚のレンズのみからなることが好ましい。レンズＬ２は例えば、正メニスカスレンズとすることができ、正メニスカスレンズとした場合は、両凸レンズとした場合に比べ、レンズ系の全長をより短くすることができる。また、第１レンズ群Ｇ１のレンズＬ１とレンズＬ２とは接合されていることが好ましく、接合レンズとした場合には、接合しない場合に比べてレンズ系の全長の小型化に貢献できる。

第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズと両凸レンズとが物体側からこの順に接合された接合レンズを含むことが好ましい。接合レンズを含むことで、色収差の補正が容易になるとともに、２枚のレンズを接合することで接合しない場合に比べてレンズ系の全長の小型化に貢献できる。

第３レンズ群Ｇ３においては、図１に示すように、最も像側には正レンズであるレンズＬ８が配置され、該正レンズの物体側直前には物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ７が配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、画角の大きな軸外光線を負メニスカスレンズで光軸Ｚから離れる方向に屈折させた後、正レンズで収束させて像面Ｓｉｍに入射する角度が像面Ｓｉｍに対して垂直に近くなるようにすることが容易になる。第３レンズ群Ｇ３の最も像側に配置される正レンズは、平凸レンズでもよく、メニスカスレンズでもよく、両凸レンズでもよい。

なお、レンズ系の小型化のためには、レンズ枚数は極力少ないことが好ましく、第３レンズ群Ｇ３は、１枚の負レンズと１枚の正レンズからなる２枚構成とすることが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２の上記接合レンズと第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズとの間には、非球面レンズが配置されていることが好ましい。良好な収差補正のためには、レンズ系が非球面レンズを含むことが好ましいが、その位置は適切に設定する必要がある。非球面レンズを上記接合レンズの物体側に配置すると、非球面レンズを第２レンズ群Ｇ２の上記接合レンズと第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズとの間に配置した場合に比べて、像面湾曲の良好な補正が難しくなる。非球面レンズを、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズの像側に配置すると、非球面レンズを第２レンズ群Ｇ２の上記接合レンズと第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズとの間に配置した場合に比べて、球面収差の良好な補正が難しくなる。

例えば、第２レンズ群Ｇ２は、図１に示すように、物体側から順に、正メニスカスレンズであるレンズＬ３と、負レンズであるレンズＬ４および正レンズであるレンズＬ５を接合した接合レンズと、非球面レンズであるレンズＬ６とが配列されてなる３群４枚構成とすることができる。第２レンズ群Ｇ２をこのように構成することで、球面収差、像面湾曲をバランス良く補正することが可能となる。

なお、後述の実施例に例示するように、第２レンズ群Ｇ２を、物体側から順に、正メニスカスレンズであるレンズＬ３と、負レンズであるレンズＬ４および正レンズであるレンズＬ５を接合した接合レンズとが配列されてなる２群３枚構成とし、第３レンズ群Ｇ３を、物体側から順に、非球面レンズであるレンズＬ６と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ７と、正レンズであるレンズＬ８とが配列されてなる３群３枚構成とすることも可能である。このようにした場合は、第２レンズ群Ｇ２を上記３群４枚構成とした場合に比べて、フォーカス調整を第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を移動させるフロントフォーカス式で行うときに、駆動機構の負担をより小さくでき、装置の小型化に有利となる。

レンズＬ３は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズでもよく、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズでもよいが、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズとした方がより小型化に貢献できる。レンズＬ６の近軸領域における形状は、物体側に凸面を向けた形状であることが好ましく、例えば、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状、両凸形状、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のいずれかとすることができる。

第３レンズ群Ｇ３が、最も像側に配置された正レンズと、該正レンズの物体側直前に配置されて物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを有する場合は、これらのレンズに関して下記条件式（４）、（５）を満足することが好ましい。条件式（４）または（５）を満足しない場合は、ペッツバール和の制御が難しくなり、像面湾曲の補正が困難となる。
１．７５＜Ｎｄ３ｎ……（４）
１．８＜Ｎｄ３ｐ……（５）
ただし、
Ｎｄ３ｎ：第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ３ｐ：第３レンズ群Ｇ３の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率

第２レンズ群Ｇ２が、両凹レンズと両凸レンズとが物体側からこの順に接合された接合レンズを含む場合は、これらのレンズに関して下記条件式（６）、（７）を満足することが好ましい。条件式（６）および（７）を満足することで、像面湾曲と球面収差の良好な補正を両立させることができる。
１．７＞Ｎｄ２ｎ……（６）
１．８＜Ｎｄ２ｐ……（７）
ただし、
Ｎｄ２ｎ：第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ２ｐ：第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズのｄ線に対する屈折率

また、第２レンズ群Ｇ２が接合レンズの構成要素となる両凸レンズを含み、第３レンズ群Ｇ３の最も像側には正レンズが配置されている場合は、これらのレンズと、第１レンズ群Ｇ１中の正レンズのうちｄ線に対する屈折率が最も高い正レンズとに関して、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
１．８＜Ｎｄｐ……（８）
ただし、
Ｎｄｐ：第１レンズ群Ｇ１中の正レンズのうちｄ線に対する屈折率が最も高い正レンズと、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズと、第３レンズ群Ｇ３の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値

条件式（８）を満足しない場合は、ペッツバール和の制御が難しくなる。条件式（８）を満足しない状態で像面湾曲を良好に補正しようとすると、レンズ系の全長を伸ばす必要が生じ、小型化に不利となる。

また、この小型の広角レンズ１におけるフォーカス調整は、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を移動させるフロントフォーカス式で行うことができる。より詳しくは、無限遠物体から近距離物体へのフォーカス調整を行うときに、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を一体的に物体側に移動させることにより行うように構成することができる。この小型の広角レンズ１では、開口絞りＳｔが物体側よりに位置しているため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２のレンズ径が小さく比較的軽量である。上記フロントフォーカス式を採用することで、レンズ群全体を移動させる方式や、レンズ径が大きく重量の大きい像側のレンズ群を移動させるリアフォーカス方式に比べて、駆動機構の負担を小さくでき、装置の小型化に有利となる。

第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を移動させてフォーカス調整を行うように構成した場合は、下記条件式（９）を満足することが好ましい。
０．６＜ｆＧ１２／ｆ＜０．９……（９）
ただし、
ｆＧ１２：第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離

条件式（９）の下限を下回ると、フォーカス時の収差変動が大きくなる。条件式（９）の上限を上回ると、フォーカス調整時のレンズ群の移動量が大きくなり、レンズ系の小型化に不利となる。

さらに良好な性能を得るためには、下記条件式（１−１）〜（９−１）のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。条件式（１−１）〜（９−１）それぞれで用いている記号は、前述の条件式（１）〜（９）それぞれにおいて定義したものである。条件式（１−１）〜（９−１）それぞれを満足することにより、条件式（１）〜（９）それぞれを満足した場合に得られる効果をさらに高めることができる。
１．２５＜ｆ／Ｙ＜２……（１−１）
０．８＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９……（２−１）
４．５＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜６．７……（３−１）
１．８＜Ｎｄ３ｎ……（４−１）
１．８５＜Ｎｄ３ｐ……（５−１）
１．６５＞Ｎｄ２ｎ……（６−１）
１．８５＜Ｎｄ２ｐ……（７−１）
１．８５＜Ｎｄｐ……（８−１）
０．７＜ｆＧ１２／ｆ＜０．８５……（９−１）

次に、本発明の第２の実施形態にかかる小型の広角レンズについて説明する。図１に示した小型の広角レンズ１は、本発明の第２の実施形態にかかる小型の広角レンズ１の構成例でもある。

本発明の第２の実施形態にかかる小型の広角レンズ１は、基本構成として、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配列されてなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび物体側に凸面を向けた正レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正メニスカスレンズと、両凹レンズおよび両凸レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズと、非球面レンズとが配列されてなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズとが配列されてなるように構成されている。

第２の実施形態にかかる小型の広角レンズは、上述した第１の実施形態にかかる小型の広角レンズ、およびその好ましい態様と部分的に重複した構成を有するものであり、重複した構成の作用効果については、第１の実施形態において説明した通りであるのでここでは一部その説明を省略する。

この第２の実施形態にかかる小型の広角レンズ１は、物体側から順に、正、正、負のレンズ群という屈折力配置により小型化に有利となり、開口絞りＳｔを物体側よりに配置することにより像面Ｓｉｍへの光線の像面Ｓｉｍに対する角度を垂直に近づけることができる。また、各レンズ群が備えるレンズ構成を最適化し、レンズ枚数を極力抑えて小型化を図っている。

特に、第２レンズ群Ｇ２を上記構成とすることで、小型化を図りながら、球面収差と像面湾曲をバランス良く補正し、色収差も良好に補正することができる。また、第３レンズ群Ｇ３を上記構成とすることで、小型に構成しながら、広角な光学系においても画角の大きな軸外光線が像面Ｓｉｍへ入射するときの像面Ｓｉｍに対する角度を垂直に近づけることができる。

第２の実施形態にかかる小型の広角レンズにおいても、第１の実施形態にかかる小型の広角レンズの説明で述べた好ましい構成や可能な構成を採用することができる。例えば、第２の実施形態にかかる小型の広角レンズにおいても、第１の実施形態の説明で述べた条件式（１）〜（９）、（１−１）〜（９−１）のいずれか１つまたは任意の組合せを満足することが好ましい。また、第２の実施形態にかかる小型の広角レンズにおいても、フォーカス調整は第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を移動させるフロントフォーカス式を採用可能であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカス調整を行うときに、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を一体的に物体側に移動させることにより行うように構成することができる。

上述した第１および第２の実施形態にかかる小型の広角レンズは、焦点距離が固定された単焦点レンズとして使用可能であり、例えば、Ｆ値が２．０の大口径比で、全画角が６０°程度の広い画角を有し、非常に小型に構成され、テレセントリック性が高く、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を実現することができる。

図１２に、本発明の実施形態にかかるカメラの一例の斜視図を示す。図１２に示すカメラ１０は、コンパクトデジタルカメラであり、カメラボディ１１の正面および内部には本発明の実施形態にかかる小型の広角レンズ１２が設けられ、カメラボディ１１の正面には被写体に閃光を発光するための閃光発光装置１３が設けられ、カメラボディ１１の上面にはシャッターボタン１５と、電源ボタン１６が設けられ、カメラボディ１１の内部には撮像素子１７が設けられている。撮像素子１７は、小型の広角レンズ１２により形成される光学像を撮像して電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成される。

上述したように、発明の実施形態にかかる小型の広角レンズ１２は非常に小型化が図られているため、カメラ１０は、沈胴式を採用しなくても携帯時と撮影時の両方においてコンパクトなカメラとすることができる。あるいは、沈胴式を採用した場合には、従来の沈胴式のカメラよりもさらに小型で携帯性の高いカメラとすることができる。

次に、本発明の小型の広角レンズの数値実施例について説明する。実施例１〜実施例５の小型の広角レンズのレンズ断面図をそれぞれ図２〜図６に示す。図２〜図６においては、左側が物体側、右側が像側であり、無限遠の距離にある物点からの軸上光束、最大画角の軸外光束も合わせて示しているが、これらの光束の符号の図示は省略している。また、図２〜図６には、カバーガラスや各種フィルタを想定した平行平板状の光学部材ＰＰも合わせて示している。なお、図２〜図６における開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例１、２では、第１レンズ群Ｇ１がレンズＬ１、Ｌ２の２枚からなり、第２レンズ群Ｇ２がレンズＬ３〜Ｌ６の４枚からなり、第３レンズ群Ｇ３がレンズＬ７、Ｌ８の２枚からなる。実施例３〜５では、第１レンズ群Ｇ１がレンズＬ１、Ｌ２の２枚からなり、第２レンズ群Ｇ２がレンズＬ３〜Ｌ５の３枚からなり、第３レンズ群Ｇ３がレンズＬ６〜Ｌ８の３枚からなる。

実施例１にかかる小型の広角レンズの基本レンズデータを表１に、非球面データを表２に示す。同様に、実施例２〜５にかかる小型の広角レンズの基本レンズデータ、非球面データをそれぞれ表４〜表１０に示す。以下では表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜５のものについても基本的に同様である。

表１の基本レンズデータにおいて、Ｓｉの欄は最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

レンズデータにおいて、Ｎｄｊの欄は最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔと光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には、（開口絞り）という語句を合わせて記載している。

表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸曲率半径の数値を示している。表２の非球面データには、非球面の面番号と、各非球面に関する非球面係数を示す。表２の非球面データの数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０^ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。ただし、式（Ａ）におけるΣはｍの項に関する和を意味する。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

上記実施例１〜５の小型の広角レンズの仕様、条件式に関係する値、条件式（１）〜（９）の対応値を表１１に示す。表１１において、ｆは全系の焦点距離、ＢＦは最も像側の面から像面までの光軸上の距離（空気換算したバックフォーカス）、２ωは全画角、Ｆｎｏ．はＦ値である。また、ＤＤ、ＳＳ、Ｙ、ｆＧ１２は上記条件式において説明したものである。実施例１〜５全て条件式（１）〜（９）を満足している。

上記表の各数値の単位としては、２ωについては「度」を用い、長さについては「ｍｍ」を用いている。しかし、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。また、上記表における数値は、所定の桁でまるめた数値である。

上記実施例１〜５にかかる小型の広角レンズの各収差図をそれぞれ、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）、に示す。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）それぞれは、実施例１にかかる小型の広角レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率色収差）の収差図を示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。ディストーションの図は、全系の焦点距離ｆ、画角φ（変数扱い、０≦φ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎ（φ）とし、それからのずれ量を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差も示す。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）における図示方法も図７（Ａ）〜図７（Ｄ）と同様である。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、カメラの実施形態では、コンパクトデジタルカメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラや、フィルムカメラ等にも適用可能である。

１小型の広角レンズ
２軸上光束
３軸外光束
４主光線
５下側最外光線
１０カメラ
１１カメラボディ
１２小型の広角レンズ
１３閃光発光装置
１５シャッターボタン
１６電源ボタン
１７撮像素子
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群
Ｌ１〜Ｌ８レンズ
Ｓｉｍ像面
Ｓｔ開口絞り
Ｚ光軸

Claims

物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、
前記第１レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、
前記第２レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、
前記第３レンズ群の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの物体側直前には物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置されており、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の少なくともいずれか一方が、１面の非球面を含み、
下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されたことを特徴とする小型の広角レンズ。
１＜ｆ／Ｙ＜２……（１）
０．７＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９５……（２）
３．４＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜８……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｙ：像面における最大像高
ＳＳ：前記絞りから最も像側の面までの光軸上の距離
ＢＦ：バックフォーカス（空気換算長）
ＤＤ：最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離
Ｆｎｏ：開放Ｆ値
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、
前記第１レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、
前記第２レンズ群が、両凹レンズと両凸レンズとが物体側からこの順に接合された接合レンズを含み、
前記第３レンズ群が、１枚の負レンズと１枚の正レンズを含み、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の少なくともいずれか一方が、１面の非球面を含み、
下記条件式（１）〜（３）を満足するように構成されたことを特徴とする小型の広角レンズ。
１＜ｆ／Ｙ＜２……（１）
０．７＜（ＳＳ＋ＢＦ）／（ＤＤ＋ＢＦ）＜０．９５……（２）
３．４＜Ｆｎｏ×（ＤＤ＋ＢＦ）／Ｙ＜８……（３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｙ：像面における最大像高
ＳＳ：前記絞りから最も像側の面までの光軸上の距離
ＢＦ：バックフォーカス（空気換算長）
ＤＤ：最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離
Ｆｎｏ：開放Ｆ値
前記第３レンズ群の最も像側には正レンズが配置され、該正レンズの物体側直前には物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置され、
前記第２レンズ群の前記接合レンズと前記第３レンズ群の前記負メニスカスレンズとの間に、非球面レンズが配置されていることを特徴とする請求項２記載の小型の広角レンズ。
下記条件式（４）、（５）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１または３記載の小型の広角レンズ。
１．７５＜Ｎｄ３ｎ……（４）
１．８＜Ｎｄ３ｐ……（５）
ただし、
Ｎｄ３ｎ：前記第３レンズ群の前記負メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ３ｐ：前記第３レンズ群の最も像側の前記正レンズのｄ線に対する屈折率
下記条件式（６）、（７）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の小型の広角レンズ。
１．７＞Ｎｄ２ｎ……（６）
１．８＜Ｎｄ２ｐ……（７）
ただし、
Ｎｄ２ｎ：前記第２レンズ群の前記両凹レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎｄ２ｐ：前記第２レンズ群の前記両凸レンズのｄ線に対する屈折率
下記条件式（８）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項２、３、５のうちいずれか１項記載の小型の広角レンズ。
１．８＜Ｎｄｐ……（８）
ただし、
Ｎｄｐ：前記第１レンズ群中の正レンズのうちｄ線に対する屈折率が最も高い正レンズと、前記第２レンズ群の前記両凸レンズと、前記第３レンズ群の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値
無限遠物体から近距離物体へのフォーカス調整は、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を一体的に物体側に移動させることにより行うように構成されていることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の小型の広角レンズ。
下記条件式（９）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項７記載の小型の広角レンズ。
０．６＜ｆＧ１２／ｆ＜０．９……（９）
ただし、
ｆＧ１２：前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の合成焦点距離
前記第３レンズ群が、２枚のレンズから構成されることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか１項記載の小型の広角レンズ。
前記第２レンズ群が、物体側から順に、正メニスカスレンズと、負レンズおよび正レンズを接合した接合レンズと、非球面レンズとを配列してなることを特徴とする請求項１から９のうちいずれか１項記載の小型の広角レンズ。
前記第１レンズ群が、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、物体側に凸面を向けた正レンズとを配列してなることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか１項記載の小型の広角レンズ。
前記第１レンズ群の前記負メニスカスレンズと前記正レンズとが接合されていることを特徴とする請求項１１記載の小型の広角レンズ。
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とを配列してなり、
前記第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび物体側に凸面を向けた正レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズからなり、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、正メニスカスレンズと、両凹レンズおよび両凸レンズを物体側からこの順に接合した接合レンズと、非球面レンズとを配列してなり、
前記第３レンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズとを配列してなることを特徴とする小型の広角レンズ。
請求項１から１３のいずれか１項記載の小型の広角レンズを備えたことを特徴とするカメラ。