JP5678771B2 - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

Description

この発明は、ズームレンズおよびこれを用いるカメラ、携帯情報端末装置に関する。

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わたるが、高画質化と小型化はユーザの常に欲するところであり、撮影レンズとして用いられるズームレンズにも高性能化と小型化の両立が求められる。

ズームレンズの小型化という面では、まず「使用時のレンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの距離）」の短縮が必要であり、また、各レンズ群の厚みを小さくして収納時の全長を抑えることも重要である。
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全ズーム域にわたって有することが必要である。

撮影レンズの広画角化も望まれるところであり、ズームレンズの短焦点端の半画角は４２度以上であることが望ましい。

さらに、大口径化に対する要望も強く、短焦点端のＦナンバが２．４以下であることが好ましい。
変倍比については、３５ｍｍ銀塩カメラ換算の焦点距離で２４〜１０５ｍｍ相当程度のズームレンズであれば、一般的な撮影を十分にこなすことが可能であると考えられる。

出願人は先に、正・負・正・正の４レンズ群構成で、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化するズームレンズであって、異常分散性を有するレンズを使用して、色収差の良好な補正を実現し、なおかつ６．５倍以上の高変倍比を達成したズームレンズを提案した（特許文献１）。このタイプのズームレンズとしては、また特許文献２記載のものも知られている。

これら特許文献１、２に記載されたズームレンズは、短焦点端における半画角が３７度程度であり、昨今求められている４２度以上という要望を満たすことができない。

この発明は上述した事情を鑑みてなされたものであって、短焦点端の半画角が４２度以上と十分に広画角でありながら短焦点端のＦナンバが２．４以下と明るく、４倍を超える変倍比で、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力をもち、１１枚程度の構成枚数で、小型のズームレンズを実現可能とすることを課題とする。

この発明はまた、上記ズームレンズの実現を課題とする。
また、かかるズームレンズを搭載したカメラ、携帯情報端末装置の実現を課題とする。

この発明のズームレンズは「物体側から像側ヘ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に開口絞りを配してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が増大し、長焦点端において、第１レンズ群および第３レンズ群が、短焦点端よりも物体側に位置するように移動するズームレンズ」である。
請求項１記載のズームレンズは、以下の特徴を有する。

即ち、ｄ線に対する屈折率：nd、およびアッベ数：νd、
g線、F線、C線に対する屈折率：ng、nF、nCにより、
Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC)
で定義される部分分散比：Pg,Fが、条件：
（1） 1.5 < nd <1.65
（2） 60 < νd < 80
（3） 0.008 < Pg,F - ( -0.001802×νd + 0.6483 ) < 0.050
を満足する材料により形成された正レンズを、第３レンズ群の「最も物体側と最も像側」に有する。

請求項１記載のズームレンズは、第３レンズ群の焦点距離：f3、長焦点端における全系の焦点距離：ftが、条件：
（4） 0.3 < f3/ft < 0.7
を満足することが好ましい（請求項２）。

請求項１および２記載のズームレンズは何れも、第３レンズ群の「最も物体側」にある正レンズの焦点距離：f1_3、第３レンズ群の焦点距離：f3が、条件：
（5） 0.8 < f1_3/f3 < 1.2
を満足する。

請求項１または２記載のズームレンズは、第３レンズ群の「最も像側」にある正レンズの焦点距離：f2_3、第３レンズ群の焦点距離：f3が、条件：
（6） 0.6 < f2_3/f3 < 1.0
を満足することが好ましい（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズは「第１レンズ群を、負レンズと正レンズの２枚で構成する」ことが好ましい（請求項４）。

この場合、第１レンズ群の焦点距離：f1、長焦点端の焦点距離：ftが、条件：
（7） 1.5 < f1/ft < 2.5
を満足することが好ましい（請求項５）。

請求項１〜５の任意の１に記載のズームレンズは「開口絞りと第３レンズ群の間隔が、短焦点端において長焦点端におけるよりも広くなる」ことが好ましい（請求項６）。

請求項１〜６の任意の１に記載のズームレンズにおける「第３レンズ群」は、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの５枚を配して構成するのが良い（請求項７）。

請求項１〜７の任意の１に記載のズームレンズは、ズームレンズによる像を撮像素子により読取る情報装置に用いられることができる（請求項８）。
撮像素子により読取られた像は「情報化されたデータ」とされるが、像のもつ歪曲収差については、電子的な処理により補正できることが知られている。
このような電子的な処理による歪曲収差の補正を前提とすると、ズームレンズは、その歪曲収差については、電子的に処理ができる範囲で許容されていることができる。

この発明のカメラは、請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズを撮影用光学系として有するカメラである（請求項９）。また、この発明の携帯情報端末装置は、請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズを「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（請求項１０）。

請求項９のカメラは、ズームレンズによる像を撮像素子により読取る機能を持ち、ズームレンズとして、請求項１〜８の任意の１に記載のものを用いることができる。このようなカメラや、請求項１０の携帯情報端末装置に用いるズームレンズとしては、請求項８記載のものが特に適している。

説明を補足する。
この発明のズームレンズのように「正・負・正・正の４レンズ群」で構成されるズームレンズでは、負の屈折力を持つ第２レンズ群が「主要な変倍作用を負担する所謂バリエータ」として構成されるのが一般的である。
しかし、本発明のズームレンズにおいては「第３レンズ群にも変倍作用を分担」させることにより第２レンズ群の負担を軽くし、広角化・高変倍化に伴って困難になる収差補正の自由度を確保している。
また、短焦点端から長焦点端への変倍にあって「第１レンズ群および第３レンズ群が、長焦点端において、短焦点端よりも物体側に位置する」ように移動するので、上記短焦点端から長焦点端への変倍の際に「第１レンズ群を大きく物体側へ移動させる」ことにより、短焦点端において第１レンズ群を通過する光線高さを低くして、広角化に伴う第１レンズ群の大型化を抑制することができる。

短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔は大きくなり、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔は小さくなって、第２レンズ群・第３レンズ群の倍率（絶対値）はどちらも増加し、これら第２・第３レンズ群が変倍作用を互いに分担する。

条件（１）〜（３）について説明する。
長焦点端での焦点距離を長くしようとすると、望遠側における「軸上色収差の２次スペクトルの補正」が困難となる。また、短焦点端の焦点距離を短くして「より広角化」しようとすると、広角側における「倍率色収差の２次スペクトル」の補正が困難となる。

この発明のズームレンズは、これらの色収差をいわゆる異常分散材料（異常分散性の大きな材料）を用いて補正しようとするものであるが、その使用箇所と光学特性に大きな特徴がある。

一般に、軸上色収差の２次スペクトルの低減には「軸上光線高さが高いレンズ群」に特殊低分散ガラスを用いると効果が大きい。

この発明のズームレンズでは、第３レンズ群に異常分散ガラスを採用する。
第３レンズ群は、第１レンズ群に次いで軸上光線高さが高く、異常分散ガラスの採用により「軸上色収差の２次スペクトル」を十分に低減することが可能となる。
異常分散ガラスは、請求項１のように、第３レンズ群の「最も物体側と最も像側」に用いる。
第３レンズ群の最も物体側のレンズにおいては「軸上光線と軸外光線の主光線が近い」のに対し、第３レンズ群の最も像側のレンズにおいては「軸上光線と軸外光線の主光線が離れ」る。従って、これら「光線の通り方が異なる２つのレンズ」での補正ができ、軸上色収差や倍率色収差の２次スペクトルを十分に低減することが可能になる。

特殊低分散の光学材料は一般に屈折率が低く、単色収差の補正能力は低下する。従って、第３レンズ群を少ない枚数で構成しつつ、単色収差・色収差をバランス良く低減しようとする場合、特殊低分散は必ずしも十分な効果を上げない。
そこで、第３レンズ群中の、最も物体側と最も像側の２枚の正レンズを、条件（１）〜（３）を満足する範囲の「屈折率・アッベ数・異常分散性」を有する光学ガラスで構成する。このようにすることにより、第３レンズ群を５枚程度で構成しても、色収差の２次スペクトルを低減し、かつ、単色収差の十分な補正も可能となる。

条件（１）の下限値を超えると「単色収差の補正効果」が不十分となり、条件（２）の下限値を超えると「色収差の補正効果が不十分」となる。
条件（３）の下限値を超えると「色収差の２次スペクトルに対する補正効果」が不十分となる。条件（１）〜（３）の全てについて「上限を超えるような光学材料」は存在しなか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、低コストのズームレンズの実現にはそぐわない。

条件（４）の上限値を超えると、第３レンズ群に十分な変倍機能を負担させることが困難となり「小型化と、ズーム域全体の収差補正」を両立させることが困難になる。
条件（４）の下限値を超えると「第３レンズ群の焦点距離」が短くなりすぎ、第３レンズ群内での収差補正が困難になる。

条件（４）のパラメータは、より好ましくは、条件（４）よりも若干狭い以下の条件：
（４Ａ） 0.4 < f3/ft < 0.6
を満足するのがよい。

条件（５）は、単色収差・色収差をより良好に補正できる条件である。上限値を超えると「異常分散材料を使用したレンズ（第３レンズ群の最も物体側の正レンズ）の屈折力」が２次スペクトルの十分な低減には不十分となって、十分な色収差補正が行えない場合がありうる。下限値を超えると「色収差補正と球面収差等の補正のバランス」を取ることが難しくなるほか、レンズの各面の曲率が大きくなるため加工精度の点でも不利となる。
条件（６）は、単色収差・色収差の更なる補正を可能にする条件である。上限値を超えると「異常分散材料を使用したレンズ（第３レンズ群の最も像側の正レンズ）の屈折力」が２次スペクトルを十分に低減するには不十分となって、十分な色収差補正を行えない場合がありうる。下限値を超えると「色収差補正と単色収差補正のバランス」を取ることが難しくなるほか、レンズの各面の曲率が大きくなるため、加工精度の点でも不利となる。

請求項４のように、第１レンズ群を「負・正２枚のレンズ」で構成することにより、第１レンズ群の厚さや径を小さくすることができる。
第１レンズ群に「異常分散性のある光学材料」を用いると色収差補正に対する効果は大きいが、第１レンズ群を負レンズと正レンズの２枚で構成する場合においては、正レンズの屈折率が高いことが必要とされる。

屈折率が高く、異常分散性のある光学材料は存在しないか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、低コストのズームレンズの実現にはそぐわない。

この発明のズームレンズのように「第３レンズ群に、異常分散性のある光学材料の正レンズを２枚用いる」ことにより、第１レンズ群に異常分散性のある光学材料を用いることなく色収差補正を達成することができる。
第１レンズ群の正レンズのｄ線に対する屈折率は１．７以上であることが好ましい。

また、第１レンズ群の負レンズと正レンズは接合するのが良い。「１つの群を１エレメント構成」にすると製造が容易である。
条件（７）は、請求項４の場合に、より良好な収差補正を可能とする条件である。
条件（７）の下限値を超えると、第１レンズ群の焦点距離が短くなりすぎて「第１レンズ群内で発生する収差を、負・正２枚のレンズで補正することが困難である。上限値を超えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなりすぎ「第２レンズ群による変倍」が困難になり、ズーム全域において収差補正をすることが困難になる。

請求項６のように「開口絞りと第３レンズ群との間隔」が、短焦点端において長焦点端よりも広くなるようにすると、異常分散材料を使用している第３レンズ群が、短焦点端において開口絞りから離れ、長焦点端において開口絞りに近付くことにより、異常分散性が「短焦点端では倍率色収差の２次スペクトルの補正」に効果的に働き、「長焦点端では軸上色収差の２次スペクトルの補正」に効果的に働く。これにより、変倍の全域において色収差の良好な補正が可能となる。
加えて、短焦点端において開口絞りを第１レンズ群に近づけ、第１レンズ群を通過する光線高さをより低くすることが可能となり、第１レンズ群のさらなる小型化を達成できるという効果も生じる。

なお「開口絞りと第３レンズ群との間隔を、短焦点端において長焦点端よりも広く」する場合、両者の間隔に関して以下の条件式を満足することが好ましい。

（8） 0.05 < dSW / fT < 0.20
ここに、「dSW」は、短焦点端における開口絞りと第３レンズ群の最も物体側の面との軸上間隔を表し、fTは長焦点端における全系の焦点距離である。

条件（８）の下限値を超えると「短焦点端において第３レンズ群を通過する光線高さ」が小さくなり、倍率色収差の２次スペクトルの低減を効果的に行うことが難しくなる。また、「短焦点端において第１レンズ群を通過する光線高さ」が大きくなり、第１レンズ群の大型化を招き易くなる。

条件（８）の上限値を超えると「短焦点端において第３レンズ群を通過する光線高さ」が大きくなり、像面がオーバー側に倒れたり、樽型の歪曲収差が大きくなったりし易く、特に広角域における性能確保が難しく成り易い。

第３レンズ群は「軸上光線が高い位置を通る」ため、ズームレンズを大口径化するためには、第３レンズ群の構成が重要になる。
第３レンズ群は、請求項７のように、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの５枚のレンズで構成するのが良く、この場合、像側にある４枚のレンズのうち「正レンズ・負レンズ」および「負レンズ・正レンズ」をそれぞれ接合するのが良い。

さらに小型で球面収差を低減するには、第３レンズ群の「最も物体側の正レンズ」が非球面レンズであるのが良い。球面収差の補正のための非球面は「開口絞りに近い箇所」に用いるのが効果的である。

小型化と高性能化をさらに進めるには、以下の条件を満足するのが良い。
（9） 0.9<φ2 /φ3<1.3
ここに、「φ2」は、第２レンズ群における最も像側面の有効径であり、「φ3」は、第３レンズ群における最も物体側面の有効径である。

条件（９）の上限値を超えると「開口絞りより物体側にある群」が大きくなり易く、開口絞りより物体側にある群における収差補正が困難になり易い。下限値を超えると、第３レンズ群に入る光線が高くなり、第３レンズ群内での収差補正が困難になる。

像面に到達する光量を減少させる必要があるときには、開口絞りを小径化しても良いが、絞り径を大きく変えることなく、ＮＤフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。

レンズによる結像画像を「撮像素子」の撮像面上に結像させ、撮像素子により画像を情報化する場合、情報化されたデータに対して電子的な処理を行って、結像された画像における歪曲収差を補正できることが知られている。
従って、このような歪曲収差補正を前提とし、上記電子的な処理によって補正できる範囲の歪曲収差を許容すれば、歪曲収差以外の収差を「より良好に補正」することができ、広画角化や高変倍化に資することができる。

歪曲収差は、画角が大きくなるほど発生しやすいので、少なくとも広角端側、好ましくは広角端と中間焦点距離を含む変倍領域で、歪曲収差を補正可能とするのがよい。電子的な処理による歪曲収差補正は、歪曲収差２０％程度まで可能である。

以上に説明したように、請求項１の発明では、構成枚数：１１枚程度の小型なズームレンズで、広角端の半画角：４２度以上、３倍程度の変倍比、短焦点端におけるＦナンバが２．４以下と明るく、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応可能な解像力の実現が可能となる。また、請求項２以下の各条件を満足させることにより、ズームレンズの高性能化や小型化を実現でき、条件（４）〜（７）を満足することにより、後述する実施例のように、広角端の半画角：４２度以上、短焦点端のＦナンバ：２．４以下、変倍比：３倍程度で、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応可能な解像力をもったズームレンズが実現される。

ズームレンズの実施例１を示す光学配置図である。 ズームレンズの実施例２を示す光学配置図である。 ズームレンズの実施例３を示す光学配置図である。 ズームレンズの実施例４を示す光学配置図である。 実施例１のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例１のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例１のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの長焦点端における収差曲線図である。 実施例４のズームレンズの短焦点端における収差曲線図である。 実施例４のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例４のズームレンズの長焦点端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。 図１７の装置のシステム構造例を示すブロック図である。 歪曲収差の電子的な補正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４に、ズームレンズの実施の形態を示す。これら図１〜図４に示すズームレンズは、具体的にはそれぞれ、後述する実施例１〜４に対応する。繁雑を避けるため、図１〜図４において、符号を共通化する。

図１〜図４において、最上の図は「短焦点端（広角端）」におけるレンズ配置、中段の図は「中間焦点距離」におけるレンズ配置、最下の図は「長焦点端（望遠端）」におけるレンズ配置をそれぞれ示し、「矢印」は単焦点端から長焦点端への変倍に際しての「各レンズ群の変位の様子」を表す。

図１〜図４に示すズームレンズは、物体側（図の左方）より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を有する。
広角端（最上の図）から望遠端（最下の図）への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が増大し、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は「広角端よりも望遠端で物体側に位置する」ように移動する。

第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には開口絞りＳが配設されている。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズ（凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズ）と正レンズ（凸面を物体側に向けた正メニスカスレンズ）を有し、これら２枚のレンズは接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から、正レンズ（両凸レンズ）、正レンズと負レンズの接合レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズで構成され、最も物体側と最も像側のレンズは共に正レンズであり、これら正レンズは条件（１）〜（３）を満足する硝材で形成されている。

図１〜図４において、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「ＣＣＤセンサ等の受光素子のカバーガラス（シールガラス）」をまとめて、光学的にこれらに等価な１枚の透明平行平板としたものである。また符合ＩＳは「像面」であり、この像面位置に撮像素子の受光面が配される。

これら実施の形態に対応する後述の実施例１〜４のズームレンズは何れも、上述の条件（１）〜（９）を満足する。

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１７に示す「携帯情報端末装置のシステム構成」は、図１８に示すように、「ズームレンズ」である撮影レンズ１と「撮像素子」である受光素子１３を有し、撮影レンズ１によって形成される撮影対象物の像を受光素子１３によって読取るように構成され、受光素子１３からの出力を、中央演算装置１１の制御を受ける信号処理装置１４によって処理してデジタル情報に変換する。

デジタル情報に変換された画像は、液晶モニタ７に表示され、半導体メモリ１５に記憶され、あるいは通信カード１６により外部への通信に供される。この通信機能を除いた部分は「カメラ」を構成する。

撮影レンズ１としては、請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズ、具体的には後述する実施例１〜４のズームレンズを用いる。

液晶モニタ７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１５に記録されている画像を表示することもできる。

撮影レンズ１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、電源スイッチ６の操作により電源が入ると筐体５から鏡胴が繰り出される。鏡胴が繰り出された状態において、鏡胴内部でズームレンズの各群は「例えば広角端の配置」となっており、図示されないズームレバーを操作することで各群の配置が変化し、望遠端への変倍を行うことができる。
このとき、ファインダ２も撮影レンズ１の画角の変化に連動して変倍する。

シャッタボタン４の「半押し」によりフォーカシングがなされる。
フォーカシングは第４レンズ群の移動により行なわれるが、「受光素子の移動」によって行うこともできる。シャッタボタン４をさらに押し込むと撮影がなされ、その後は上記の処理がなされる。

半導体メモリ１５に記録した画像を液晶モニタ７に表示したり、通信カード１６等を使用して外部へ送信したりする際は、操作ボタン８を操作して行う。半導体メモリ１５および通信カード１６等は、それぞれ専用または汎用のスロット９に挿入して使用される。

撮影レンズが「沈胴状態」にあるとき、ズームレンズの各レンズ群は、必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、第３レンズ群および／または第４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」如き機構とすれば、携帯情報端末装置のさらなる薄型化を実現できる。
この場合、第３レンズ群の方が、第４レンズ群よりも光軸方向の大きさが大きいので、第３レンズ群を光軸から退避させるほうが、沈胴状態の薄型化により大きく資することができる。

実施例１〜４に示すズームレンズを用い、１０００万〜２０００万画素クラスの受光素子を使用した高画質で小型のカメラ機能を持つ携帯情報端末装置を実現できる。

以下、ズームレンズの具体的な実施例を４例示す。
レンズの材質は、全実施例においての第４レンズ群を構成する「１枚の正レンズ」が光学プラスチックである他は、全て光学ガラスである。

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
Ｎ_ｄ：屈折率
ν_ｄ：アッベ数
φ2：第２レンズ群における最も像側面の有効径
φ3：第３レンズ群における最も物体側面の有効径
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａ_４：４次の非球面係数
Ａ_６：６次の非球面係数
Ａ_８：８次の非球面係数
Ａ_１０：１０次の非球面係数
「非球面」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：Ａ_４〜Ａ_１０により、周知の次式で表される。

Ｘ＝ＣＨ^２／｛１＋√（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２）｝＋Ａ_４・Ｈ^４＋Ａ_６・Ｈ^６
＋Ａ_８・Ｈ^８＋Ａ₁₀・Ｈ^１０ 。

「実施例１」
実施例１のズームレンズは、図１に示すものである。
実施例１のデータを表１に示す。

「可変量」
可変量のデータを表２に示す。

「非球面のデータ」
非球面は上のデータで「＊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。

実施例１の非球面のデータを表３に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表４に示す。

図５〜図７に順次、実施例１のズームレンズの短焦点端、中間焦点距離、長焦点端での収差曲線図を示す。

「球面収差」の図における破線は正弦条件を示し、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。「ｄ」はｄ線、「ｇ」はｇ線に対する収差曲線図であることを示す。以下の実施例の収差図においても同様である。
また、「Ｙ’」は最大像高である。

各実施例とも、球面収差における横軸の両端の値は「±０．１」、非点収差における横軸の両端に値は「±０．１」、歪曲収差における横軸の両端の値は「±１０％」、コマ収差の図における縦軸の両端の値は「±０．１」である。

「実施例２」
実施例２のズームレンズは、図２に示したものである。

実施例２のデータを表５に示す。

「可変量」
可変量のデータを表６に示す。

「非球面のデータ」
実施例２の非球面のデータを表７に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表８に示す。

図８〜図１０に順次、実施例２のズームレンズの短焦点端、中間焦点距離、長焦点端での収差曲線図を示す。

「実施例３」
実施例３のズームレンズは、図３に示したものである。

実施例３のデータを表９に示す。

「可変量」
可変量のデータを表１０に示す。

「非球面のデータ」
実施例３の非球面のデータを表１１に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表１２に示す。

図１１〜図１３に順次、実施例３のズームレンズの短焦点端、中間焦点距離、長焦点端での収差曲線図を示す。

「実施例４」
実施例４のズームレンズは、図４に示したものである。

実施例４のデータを表１３に示す。

「可変量」
可変量のデータを表１４に示す。

「非球面のデータ」
実施例４の非球面のデータを表１５に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表１２に示す。

図１４〜図１６に順次、実施例４のズームレンズの短焦点端、中間焦点距離、長焦点端での収差曲線図を示す。

図５〜図１６に示す収差図に明らかなように、各実施例とも「短焦点端・中間焦点距離・長焦点端」の何れにおいても性能良好である。

即ち、実施例１〜４のズームレンズは、短焦点端の半画角が４２度以上と十分に広画角でありながら短焦点端のＦナンバが２．４以下と明るく、４倍を超える変倍比で、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力をもち、構成枚数１１枚で、小型のズームレンズとして実現されている。

また、実施例１〜４のズームレンズは、撮像受光素子の矩形の受光面上に「短焦点端では樽型の歪曲収差」が発生する。中間焦点距離状態付近や長焦点端では歪曲収差の発生が抑えられている。

撮像素子により情報化されたデータに対して電子的な処理を行って、結像された画像における歪曲収差を補正するため、有効撮像範囲は短焦点端では樽型形状とし、中間焦点距離や長焦点端では「ほぼ矩形の形状」となるようにしている。そして、短焦点端における有効撮像範囲を画像処理により電子的に画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。

このため、実施例１〜４の短焦点端での像高は４．３５ｍｍとし、中間焦点距離での像高や長焦点端での像高を４．９ｍｍとしている。

歪曲収差の電子的な補正は種々考えられるが、１例を、図１９を参照して説明する。
図１９において、符号Ｉｍ１で示すのは「撮像素子の受光面形状」であり、矩形形状をなしている。この受光面形状Ｉｍ１に外接する円ＩＣ１は、受光面形状Ｉｍ１をカバーするイメージサークルであり、長焦点端・中間焦点距離における「結像範囲」である。

図１９において、符号１ｍ２で示すのは「短焦点端における像面形状」を説明図的に示している。短焦点端の近傍では「意図的に負の歪曲収差」を許容しているので、像面形状Ｉｍ２は「樽型形状」となっている。なお、図１９の負の歪曲収差は「やや誇張」して描かれている。

このような「樽型形状の歪曲収差」を電子的に補正して、受光面形状Ｉｍ１に合致する形状にするのである。

図１９のように、受光面形状Ｉｍ１の中心から縦方向の基準線に対して角：θをなす直線上にある「画素」を考えてみる。

図の如く、この画素に対応する受光素子の上記中心からの距離を「Ｘ」、上記中心からの距離：Ｘにおける歪曲収差をＤｉｓ（Ｘ）［％］とすると、距離「Ｘ」の位置にある画素を、上記「直線上」において「１００Ｘ／（１００＋Ｄｉｓ（Ｘ））」の位置に変換する補正を行なえばよい。このようにして「広角端における歪曲収差」を良好に補正した画像を撮像することができる。
この電子的な補正により、中間焦点距離・広角端における理想像高が「所望のイメージサークルの大きさ」である４．９ｍｍとなるようにするのである。即ち、中間焦点距離・広角端における「イメージサークルの大きさ」を所望のイメージサークルの大きさの「（１００＋Ｄｉｓ（Ｘ））／１００倍」とすることができる。

歪曲収差は上記の如く電子的な補正が可能であるので、電子的な補正が可能な範囲で、歪曲収差の発生を許容すれば、また、他の収差の補正の自由度や変倍比に対する条件が緩和され、大きい変倍比の実現が可能になる。また、上記のように、中間焦点距離・広角端におけるイメージサークルを小さくできるため、広角化に大きな効果がある。

なお、実施例１〜４では変倍比は「４倍強」であるが、電子的な変倍と組み合わせることにより、十分に高い変倍比を実現できる。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｓ 開口絞り

特開２００８−０２６８３７号公報 特開２００４−３３３７６８号公報

Claims (10)

1. 物体側から像側ヘ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に開口絞りを配してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が増大し、長焦点端において、第１レンズ群および第３レンズ群が、短焦点端よりも物体側に位置するように移動するズームレンズにおいて、
   ｄ線に対する屈折率：nd、およびアッベ数：νd、
   g線、F線、C線に対する屈折率：ng、nF、nCにより、
   Pg,F=(ng-nF)/(nF-nC)
   で定義される部分分散比：Pg,Fが、条件：
   （1） 1.5 < nd <1.65
   （2） 60 < νd < 80
   （3） 0.008 < Pg,F - ( -0.001802×νd + 0.6483 ) < 0.050
   を満足する材料により形成された正レンズを、第３レンズ群の最も物体側と最も像側とに有し、
   第３レンズ群の最も物体側にある正レンズの焦点距離：f1_3、第３レンズ群の焦点距離：f3が、条件：
   （5） 0.8 < f1_3/f3 < 1.2
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 請求項１記載のズームレンズにおいて、
   第３レンズ群の焦点距離：f3、長焦点端における全系の焦点距離：ftが、条件：
   （4） 0.3 < f3/ft < 0.7
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項１または２記載のズームレンズにおいて、
   第３レンズ群の最も像側にある正レンズの焦点距離：f2_3、第３レンズ群の焦点距離：
   f3が、条件：
   （6） 0.6 < f2_3/f3 < 1.0
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第１レンズ群が、負レンズと正レンズの２枚で構成されることを特徴とするズームレンズ。
5. 請求項４記載のズームレンズにおいて、
   第１レンズ群の焦点距離：f1、長焦点端の焦点距離：ftが、条件：
   （7） 1.5 < f1/ft < 2.5
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   開口絞りと第３レンズ群の間隔が、短焦点端において長焦点端におけるよりも広くなることを特徴とするズームレンズ。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第３レンズ群が、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの５枚を配して構成されたことを特徴とするズームレンズ。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   ズームレンズによる像を撮像素子により読取る情報装置に用いられることを特徴とするズームレンズ。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有するカメラ。
10. 請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズを、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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