JP2006209100A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高画素の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等に好適な、高い結像性能を有し、変倍比５〜７倍程度の小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供する。
【解決手段】光軸Ｘに沿って物体側から、それぞれ正、負、正、正、及び負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１〜第５レンズ群Ｇ５の順に配置する。また、第２レンズ群Ｇ２を、光軸Ｘに沿って物体側から１枚の負レンズＬ４、１枚の負レンズＬ５、１枚の正レンズＬ６の順に構成することで、変倍全域における軸外の色収差を効果的に補正でき、高変倍になると大きくなる第２レンズ群Ｇ２の負の屈折力を２枚の負レンズＬ４，Ｌ５で分担することにより、ズームレンズ全系の諸収差を良好に補正でき、特に広角端での歪曲収差や倍率色収差を良好に補正することができる。なお、第２レンズ群Ｇ２中に少なくとも１面の非球面形状を有することが、上記効果が高めるうえで望ましい。
【選択図】図７

Description

本発明は、CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子に対して光学像を結像させるためのズームレンズ、及び撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子を備えた小型撮像ユニットを搭載した小型のデジタルカメラやビデオカメラにおいては、固体撮像素子の高画素化にともない、より高い結像性能を有し高変倍なズームレンズの要望が高まってきている。また、小型撮像装置のズームレンズには、よりいっそうの小型化が求められている。

小型撮像装置用の小型のズームレンズとしては、例えば特許文献１に開示されているように、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群からなり、第１レンズ群中に光路を折り曲げるプリズムを配置することによってズームレンズの厚さ方向の薄型化を図ったものがある。
特開２０００−１３１６１０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたズームレンズは、変倍比も３倍程度と小さく、その焦点距離に対して全長も長かった。これに対し、よりコンパクトで高変倍比を有する、小型撮像装置用のズームレンズが望まれている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、例えば高画素の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等に好適な、高い結像性能を有し、変倍比５〜７倍程度の小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のズームレンズは、
光軸に沿って物体側から順に、
正の屈折力を有し、光軸上の位置が変倍および合焦に際して常に固定とされた第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
負の屈折力を有する第５レンズ群と、を有し、
前記第２レンズ群と前記第４レンズ群と前記第５レンズ群を少なくとも移動させて変倍を行い、
前記第１レンズ群は、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、
前記第２レンズ群は、光軸に沿って物体側から１枚の負レンズ、１枚の負レンズ、１枚の正レンズの順に構成され、
前記第４レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを含んで構成されることを特徴とする。

請求項１に記載のズームレンズによれば、光軸に沿って物体側から、正の屈折力を有する前記第１レンズ群、負の屈折力を有する前記第２レンズ群、正の屈折力を有する前記第３レンズ群、正の屈折力を有する前記第４レンズ群、負の屈折力を有する前記第５レンズ群の順に配置することで、高変倍化と小型化の両立を達成することができる。また、前記第２レンズ群を、光軸に沿って物体側から１枚の負レンズ、１枚の負レンズ、１枚の正レンズの順に構成することで、変倍全域における軸外の色収差を効果的に補正でき、高変倍になると大きくなる前記第２レンズ群の負の屈折力を２枚の負レンズで分担することにより、ズームレンズ全系の諸収差を良好に補正でき、特に広角端での歪曲収差や倍率色収差を良好に補正することができる。なお、前記第２レンズ群中に少なくとも１面の非球面形状を有することが、上記効果を高めるうえで望ましい。また、レンズ群中で比較的屈折力の大きい前記第４レンズ群を２枚の正レンズを含めた構成にすることで、球面収差、コマ収差、像面湾曲の発生を抑えることができる。

請求項２に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。

ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
ｆＴ：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離

条件式（１）は第１レンズ群の焦点距離を適切に設定するための式である。下限値を上回ることで、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎず、第１レンズ群での収差の発生を抑えることができる。また、上限値を下回ることで、第１レンズ群の正の屈折力を適度に確保することができ、ズームレンズの全長を短くすることができる。なお、より望ましくは下式の範囲がよい。

請求項３に記載のズームレンズは、請求項１又は２に記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。

ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
ｆＴ：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離

条件式（２）は第２レンズ群の焦点距離を適切に設定するための式である。下限値を上回ることで、適度に第２レンズ群の負の屈折力を維持することができ、所望のズーム比を得るうえで、第２レンズ群の移動量を小さくすることができるので、ズームレンズの全長を短くすることができる。また、上限値を下回ることで、第２レンズ群の負の屈折力が大きくなりすぎず、第２レンズ群での収差の発生を抑えることができる。なお、より望ましくは下式の範囲がよい。

請求項４に記載のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｎ_2p ＞ １．８０ ・・・（３）
ν_2P ＜ ２６．０ ・・・（４）
ｎ_2p：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線での屈折率
ν_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線でのアッベ数

条件式（３）は、前記第２レンズ群の正レンズの屈折率をより適切に設定するものであり、条件式（４）は、前記第２レンズ群の正レンズのアッベ数をより適切に設定するためのものである。条件式（３）において、値ｎ_2pが下限を上回り、且つ条件式（４）において、値ν_2Pが上限を下回るようにすれば、変倍全域における軸上、軸外の色収差を効果的に補正することができる。尚、望ましくは以下の範囲がよい。
ｎ_2p ＞ １．８５ ・・・（３’）
ν_2P ＜ ２３．０ ・・・（４’）

請求項５に記載のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、変倍及び合焦に際し、光軸上の位置が常に固定であることを特徴とする。

請求項５に記載のズームレンズによれば、変倍及び合焦に際して前記第３レンズ群の光軸方向の位置を常に固定とすることで、かかるズームレンズを搭載した例えば撮像装置のレンズ駆動機構を簡略化することができる。

請求項６に記載のズームレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第３レンズ群は、光軸上の物体側または像側に開口絞りを有し、少なくとも１面の非球面形状を有する１枚の正レンズのみにより構成されることを特徴とする。

請求項６に記載のズームレンズによれば、前記開口絞りを前記第３レンズ群に近接させ配置し、前記第３レンズ群を少なくとも１面の非球面形状を有する単レンズにより構成することで、前記第２レンズ群及び前記第４レンズ群の移動スペースを確保しつつ、球面収差、コマ収差、及び像面湾曲を効果的に補正することができる。また、前記開口絞りを前記第３レンズ群の物体側に配置することで、入射瞳位置を光軸上の物体側に近づけることができ、前記第１レンズ群の光軸上の最も物体側のレンズの直径と反射光学素子とを小さくすることができ、従って撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができるので、より望ましい。

請求項７に記載のズームレンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第４レンズ群は物体側から、正レンズ、負レンズ、正レンズの順に構成されることを特徴とする。

請求項７に記載のズームレンズによれば、各レンズ群の中で比較的結像作用の強い第４レンズ群を、物体側から正レンズ、負レンズ、正レンズの順に配置する、所謂トリプレットタイプとすることで、球面収差、コマ収差、像面湾曲を効果的に補正することができる。

請求項８に記載のズームレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記第４レンズ群は、正レンズと負レンズが接合された接合レンズを含むことを特徴とする。

請求項８に記載のズームレンズによれば、正レンズと負レンズが接合された接合レンズを含むことで、第４レンズ群を構成するレンズ要素がひとつ減り、接合レンズに関しては各レンズの位置の調整を行う必要がなくなり、製造が容易となり、従って高い量産性を得ることができる。

請求項９に記載のズームレンズは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記第５レンズ群は、１枚の負レンズのみで構成されることを特徴とする。

請求項９に記載のズームレンズによれば、前記第５レンズ群を負の屈折力を有する単レンズにより構成することで、前記第４レンズ群の移動スペースを確保しつつ、球面収差を効果的に補正することができ、また、負の屈折力を有することで、ズームレンズ全系のペッツバール和が小さくなり、像面湾曲を良好に補正することができる。

請求項１０に記載のズームレンズは、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第４レンズ群または前記第５レンズ群を光軸方向に移動することで合焦を行うことを特徴とする。

前記第４レンズ群と前記第５レンズ群のどちらか一つのレンズ群を移動させて合焦を行うことにより、レンズ駆動機構や合焦時の駆動アルゴリズムを簡略化することができる。

請求項１１に記載のズームレンズは、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第４レンズ群および前記第５レンズ群を光軸方向に移動することで合焦を行うことを特徴とする。

前記第４レンズ群と前記第５レンズ群のどちらか一つのレンズ群、または、両レンズ群の光軸方向の移動量に対する焦点位置変化が大きい場合、少ない移動量で合焦が可能であるという利点がある一方で、正確に合焦させるには精度よく移動群（移動するレンズ群を言う）を移動させる必要性がでてくる。移動群を移動させるアクチュエーターによっては、微小量の移動が困難な場合があるため、そのような場合には、合焦の際に前記第４及び前記第５レンズ群を一体的に移動させればよく、そのようにすることで、光軸方向の移動量に対する焦点位置変化を小さくすることができる。また、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群の移動量は完全に一致させる必要はなく、近距離物体への合焦時の収差性能を考慮してそれぞれ最適な移動量を決定し移動させてもよい。

請求項１２に記載のズームレンズは、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記ズームレンズは、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群の５群構成であることを特徴とする。

請求項１２に記載のズームレンズによれば、前記ズームレンズを５群構成とすることで、レンズ枚数の少ない、低コストで全長の短いズームレンズを得ることができる。

請求項１３に記載のズームレンズは、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記ズームレンズは、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群、前記第６レンズ群の６群構成であることを特徴とする。

前記ズームレンズを６群構成とすることで、良好な像側テレセントリック特性を確保しつつ良好に収差を補正でき、低コストで全長の短いズームレンズを得ることができる。また、最も像側の第６レンズ群を光軸上固定とすることで、撮像素子の封止部材や撮像素子面を覆えるため、それらにゴミ等が付着することを抑制することが可能となるのでより望ましい。

請求項１４に記載のズームレンズは、請求項１３に記載の発明において、前記第６レンズ群は、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面形状を有することを特徴とする。

請求項１４に記載のズームレンズによれば、負の屈折力の前記第５レンズ群に加え、正の屈折力の前記第６レンズ群を配置することによって、両レンズ群それぞれの屈折力を強くすることができ、良好な像側テレセントリック特性を確保しつつ、ズームレンズ全系の諸収差を効果的に補正することができる。また、少なくとも１面の非球面形状を有することで、高画角での良好な像側テレセントリック特性を確保しつつ、像面湾曲、歪曲収差を効果的に補正することができる。

請求項１５に記載の撮像装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載のズームレンズと、撮像素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば高画素の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等に好適な、高い結像性能を有し、変倍比５〜７倍程度の小型のズームレンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。

図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態にかかるズームレンズを搭載した撮像装置１００について説明する。図１は、撮像装置１００のブロック図である。

図１に示すように、撮像装置１００は、ズームレンズ１０１と、固体撮像素子１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、制御部１０４と、光学系駆動部１０５と、タイミング発生部１０６と、撮像素子駆動部１０７と、画像メモリ１０８と、画像処理部１０９と、画像圧縮部１１０と、画像記録部１１１と、表示部１１２と、動作部１１３とを備えて構成される。

ズームレンズ１０１は、被写体像を固体撮像素子１０２の撮像面に結像させる機能を有する。固体撮像素子１０２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、入射光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に光電変換してそのアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号をデジタルの画像データに変換する。

制御部１０４は、撮像装置１００の各部を制御する。制御部１０４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含み、ＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開された各種プログラムと、ＣＰＵとの協働で各種処理を実行する。

光学系駆動部１０５は、制御部１０４の制御により、変倍、合焦（後述する第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５の移動）、露出等において、ズームレンズ１０１を駆動制御する。タイミング発生部１０６は、アナログ信号出力用のタイミング信号を出力する。撮像素子駆動部１０７は、固体撮像素子１０２を走査駆動制御する。

画像メモリ１０８は、画像データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。画像処理部１０９は、画像データに各種画像処理を施す。画像圧縮部１１０は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ ＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）等の圧縮方式により、撮像画像データを圧縮する。画像記録部１１１は、図示しないスロットにセットされた、メモリカード等の記録メディアに画像データを記録する。

表示部１１２は、カラー液晶パネル等であり、撮影後の画像データ、撮影前のスルー画像、各種操作画面等を表示する。動作部１１３は、レリーズボタン、各種モード、値を設定するための各種操作キーを含み、ユーザにより操作入力された情報を制御部１０４に出力する。

ここで、撮像装置１００における動作を説明する。被写体撮影では、被写体のモニタリング（スルー画像表示）と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、ズームレンズ１０１を介して得られた被写体の像が、固体撮像素子１０２の受光面に結像される。ズームレンズ１０１の撮影光軸後方に配置された固体撮像素子１０２が、タイミング発生部１０６、撮像素子駆動部１０７によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を１画面分出力する。

このアナログ信号は、ＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、Ａ／Ｄ変換部１０３でデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは、画像処理部１０９により、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ（画像データ）が生成されて画像メモリ１０８に格納され、定期的にその信号が読み出されてそのビデオ信号が生成されて、表示部１１２に出力される。

この表示部１１２は、モニタリングにおいては電子ファインダとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザの動作部１１３を介する操作入力に基づいて、光学系駆動部１０５の駆動によりズームレンズ１０１の変倍、合焦、露出等が設定される。

このようなモニタリング状態において、静止画撮影を行ないたいタイミングで、ユーザが動作部１１３のレリーズボタンを操作することにより、静止画像データが撮影される。レリーズボタンの操作に応じて、画像メモリ１０８に格納された１コマの画像データが読み出されて、画像圧縮部１１０により圧縮される。その圧縮された画像データが、画像記録部１１１により記録メディアに記録される。

なお、上記各実施の形態及び各実施例における記述は、本発明に係る好適なズームレンズ及び撮像装置の一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記各実施の形態及び各実施例において、ズームレンズを搭載した撮像装置として、デジタルスチルカメラの例を説明したがこれに限定されるものではなく、ビデオカメラや、撮像機能付の携帯電話機、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の少なくとも撮像機能を有する携帯端末等の機器としてもよい。

また、ズームレンズを搭載した撮像装置を、上記機器に搭載される撮像ユニットとしてもよい。ここで、図２を参照して、撮像装置１００を搭載した携帯電話機３００の例を説明する。図２は、携帯電話機３００の内部構成を示すブロック図である。

図２に示すように、携帯電話機３００は、各部を統括的に制御すると共に各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）３１０と、番号等をキーにより操作入力するための操作部３２０と、所定のデータの他に撮像した映像等を表示する表示部３３０と、アンテナ３４１を介して外部サーバ等との間の各種情報通信を実現するための無線通信部３４０と、撮像装置１００と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）３６０と、制御部３１０によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置１００により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）３７０とを備えている。

尚、撮像装置１００の制御部１０４と、携帯電話機３００の制御部３１０とは通信可能に接続されており、かかる場合、図１に示す表示部１１２，操作部１１３などの機能は、携帯電話機３００側に持たせることができるが、撮像装置１００自体の動作は基本的に同様である。より具体的には、撮像装置１００の外部接続端子（不図示）は、携帯電話機３００の制御部３１０と接続され、携帯電話機３００側から撮像装置１００側にレリーズ信号が送信され、撮像により得られた輝度信号や色差信号等の画像信号は撮像装置１００側から制御部３１０側に出力する。かかる画像信号は、携帯電話機３００の制御系により、記憶部３６０に記憶されたり、或いは表示部３３０で表示され、さらには、無線通信部３４０を介して映像情報として外部に送信されることができる。

また、ズームレンズを搭載した撮像装置は、これと、基板上に配置された制御部及び画像処理部等と、を配置して、コネクタ等により表示部及び操作部等を有する別体に結合され用いられることを前提とするカメラモジュールとして構成してもよい。

以下に、図１の撮像装置１００に用いることができるズームレンズの実施例を示すが、これに限定されるものではない。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ ：ズームレンズ全系の焦点距離
ｒ ：曲率半径
ｄ ：軸上面間隔
ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッべ数

各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の数式で表す。

なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０^-02）をＥ（たとえば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。

（実施例１）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４０ｍｍ〜１６．５０ｍｍ〜４２．６０ｍｍ
画角：２ω＝６３．４°〜２４．４°〜９．５°

実施例１にかかるズームレンズのレンズデータを表１に示す。また図３に、実施例１にかかるズームレンズの断面図を示し、図４に、実施例１にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図４（Ａ）は焦点距離６．４０ｍｍの収差図である。図４（Ｂ）は焦点距離１６．５０ｍｍの収差図である。図４（Ｃ）は焦点距離４２．６０ｍｍの収差図である。

実施例１のズームレンズは、光軸Ｘに沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６、及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が広がるように第２レンズ群Ｇ２が移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が狭まるように第４レンズ群Ｇ４が移動し、第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６の間隔が広がるように第５レンズ群Ｇ５が移動し、合焦においては少なくとも第４レンズ群Ｇ４又は第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動する。尚、合焦は全移動群中、任意の移動群を移動させることによっても可能であるが、第２レンズ群Ｇ２は光軸方向の移動量に対する焦点距離変化が大きいので、合焦前後で撮影画角の変動が目立ち、第２レンズ群Ｇ２を移動させることは好ましくない。又、第４レンズ群Ｇ４，第５レンズ群Ｇ５は光軸方向の移動量に対する焦点位置変化が大きいので、少ない移動量で合焦が可能であるという利点がある。一方で、正確に合焦させるには精度良く移動群を移動させる必要性が出てくる。移動群を移動させるアクチュエータによっては、微小量の移動が困難な場合があるため、そのような場合には、合焦の際に第４レンズ群Ｇ４，第５レンズ群Ｇ５を一体的に移動させれば良く、そのようにすることで、光軸方向の移動量に対する焦点位置変化を小さくすることができる。又、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動量は完全に一致させる必要はなく、近距離物体への合焦時の収差性能を考慮してそれぞれ最適な移動量を決定し移動させても良い。また、図示していないが、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞りＳ近傍に配置することによって、機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、像側に非球面形状を有する負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つプリズムＰ２と、正レンズＬ３と、正レンズＬ４からなり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に非球面形状を有する負レンズＬ５と、負レンズＬ６及び正レンズＬ７の接合された接合レンズとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正レンズＬ８のみからなり（ただし、本発明上は、開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３に含まれるものとしてよい。以下同じ）、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ９及び負レンズＬ１０の接合された接合レンズと、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１１とからなり、第５レンズ群Ｇ５は、負レンズＬ１２のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１３のみからなる。第６レンズ群Ｇ６と、固体撮像素子ＩＭの撮像面との間には、光学面に赤外カットコートを施したローパスフィルタＬＰと、固体撮像素子ＩＭの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定する必要はない。

（実施例２）
［仕様］
焦点距離：ｆ ＝ ６．３０ｍｍ〜１６．３０ｍｍ〜４１．９０ｍｍ
画角：２ω＝６２．８°〜２４．８°〜９．９°

実施例２にかかるズームレンズのレンズデータを表２に示す。また図５に、実施例２にかかるズームレンズの断面図を示し、図６に、実施例２にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図６（Ａ）は焦点距離６．３０ｍｍの収差図である。図６（Ｂ）は焦点距離１６．３０ｍｍの収差図である。図６（Ｃ）は焦点距離４１．９０ｍｍの収差図である。

実施例２のズームレンズは、光軸Ｘに沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６、及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が広がるように第２レンズ群Ｇ２が移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が狭まるように第４レンズ群Ｇ４が移動し、第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６の間隔が広がるように第５レンズ群Ｇ５が移動し、合焦においては少なくとも第４レンズ群Ｇ４又は第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動する。尚、合焦は全移動群中、任意の移動群を移動させることによっても可能であるが、第２レンズ群Ｇ２は光軸方向の移動量に対する焦点距離変化が大きいので、合焦前後で撮影画角の変動が目立ち、第２レンズ群Ｇ２を移動させることは好ましくない。又、第４レンズ群Ｇ４，第５レンズ群Ｇ５は光軸方向の移動量に対する焦点位置変化が大きいので、少ない移動量で合焦が可能であるという利点がある。一方で、正確に合焦させるには精度良く移動群を移動させる必要性が出てくる。移動群を移動させるアクチュエータによっては、微小量の移動が困難な場合があるため、そのような場合には、合焦の際に第４レンズ群Ｇ４，第５レンズ群Ｇ５を一体的に移動させれば良く、そのようにすることで、光軸方向の移動量に対する焦点位置変化を小さくすることができる。又、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動量は完全に一致させる必要はなく、近距離物体への合焦時の収差性能を考慮してそれぞれ最適な移動量を決定し移動させても良い。また、図示していないが、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つプリズムＰ２と、正レンズＬ３と、物体側に非球面形状を有する正レンズＬ４からなり、第２レンズ群Ｇ２は、像側に非球面形状を有する負レンズＬ５と、負レンズＬ６及び正レンズＬ７の接合された接合レンズとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正レンズＬ８のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ９及び負レンズＬ１０の接合された接合レンズと、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１１とからなり、第５レンズ群Ｇ５は、負レンズＬ１２のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１３のみからなる。第６レンズ群Ｇ６と、固体撮像素子ＩＭの撮像面との間には、光学面に赤外カットコートを施したローパスフィルタＬＰと、固体撮像素子ＩＭの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定する必要はない。

（実施例３）
［仕様］
焦点距離：ｆ ＝ ６．３０ｍｍ〜１３．７０ｍｍ〜３０．００ｍｍ
画角：２ω＝６２．２°〜２８．９°〜１３．４°

実施例３にかかるズームレンズのレンズデータを表３に示す。また図７に、実施例１にかかるズームレンズの断面図を示し、図８に、実施例３にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図８（Ａ）は焦点距離６．３０ｍｍの収差図である。図８（Ｂ）は焦点距離１３．７０ｍｍの収差図である。図８（Ｃ）は焦点距離３０．００ｍｍの収差図である。

実施例３のズームレンズは、光軸Ｘに沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が広がるように第２レンズ群Ｇ２が移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が狭まるように第４レンズ群Ｇ４が移動し、合焦においては少なくとも第４レンズ群Ｇ４又は第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動する。尚、合焦は全移動群中、任意の移動群を移動させることによっても可能であるが、第２レンズ群Ｇ２は光軸方向の移動量に対する焦点距離変化が大きいので、合焦前後で撮影画角の変動が目立ち、第２レンズ群Ｇ２を移動させることは好ましくない。又、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６を有する上記実施例１，２に比べ、本実施例では第５レンズ群Ｇ５の負の屈折力が強くないため、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５の光軸方向の移動量に対する焦点位置変化はそれほど大きくないので、第４レンズ群Ｇ４又は第５レンズ群Ｇ５を単独で移動させて合焦を行っても良い。また、図示していないが、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つプリズムＰ２と、両面非球面形状を有する正レンズＬ３からなり、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ４と、負レンズＬ５及び正レンズＬ６の接合された接合レンズとからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正レンズＬ７のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、物体側に非球面形状を有する正レンズＬ８と、負レンズＬ９及び正レンズ１０の接合された接合レンズとからなり、第５レンズ群Ｇ５は、両面非球面形状を有する負のプラスチックレンズＬ１１のみからなる。第５レンズ群Ｇ５と、固体撮像素子ＩＭの撮像面との間には、光学面に赤外カットコートを施したローパスフィルタＬＰと、固体撮像素子ＩＭの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定する必要はない。

（実施例４）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４９ｍｍ〜１４．４６ｍｍ〜４３．１６ｍｍ
画角：２ω＝６０．６°〜２７．２°〜９．２°

実施例４にかかるズームレンズのレンズデータを表４に示す。また図９に、実施例４にかかるズームレンズの断面図を示し、図１０に、実施例４にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。図１０（Ａ）は焦点距離６．４９ｍｍの収差図である。図１０（Ｂ）は焦点距離１４．４６ｍｍの収差図である。図１０（Ｃ）は焦点距離４３．１６ｍｍの収差図である。

実施例４のズームレンズは、光軸Ｘに沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６、及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が広がるように第２レンズ群Ｇ２が移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が狭まるように第４レンズ群Ｇ４が移動し、第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６の間隔が広がるように第５レンズ群Ｇ５が移動し、合焦においては少なくとも第５レンズ群Ｇ５が光軸方向の像側に移動する。なお、合焦は全移動群中、任意の移動群を移動させることによっても可能であるが、第２レンズ群Ｇ２は光軸方向の移動量に対する焦点距離変化が大きいので、合焦前後で撮影画角の変動が目立ち、第２レンズ群Ｇ２を移動させることは好ましくない。また、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５は光軸方向の移動量に対する焦点位置変化が比較的大きいので、少ない移動量で合焦が可能であるという利点がある。一方で正確に合焦させるには精度よく移動群を移動させる必要性がでてくる。移動群を移動させるアクチュエーターによっては、微小量の移動が困難な場合があるため、そのような場合には、合焦の際に第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５を一体的に移動させればよく、そのようにすることで、光軸方向の移動量に対する焦点位置変化を小さくすることができる。また、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の移動量は完全に一致させる必要はなく、近距離物体への合焦時の収差性能を考慮してそれぞれ最適な移動量を決定し移動させてもよい。また、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞りＳ近傍に配置することによって、機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つプリズムＰ２と、正レンズＬ３と、正レンズＬ４からなり、第２レンズ群Ｇ２は負レンズＬ５と、負レンズＬ６と正レンズＬ７の接合された接合レンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は物体側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ８のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は正レンズＬ９と負レンズＬ１０と像側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ１１の接合された３枚接合レンズのみからなり、第５レンズ群Ｇ５は両面非球面形状を有する負のプラスチックレンズＬ１２のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１３のみからなる。また、第６レンズ群Ｇ６と固体撮像素子ＩＭの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタＩＲＣＦと、固体撮像素子ＩＭの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定する必要はない。

上述した実施例に対応する式（１）、（２）の値を、表５にまとめて示す。

なお、上述した実施例においては、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子としてプリズムを用いているが、これに限定されるものではなく、例えばミラーであってもよい。反射光学素子をプリズムにより構成することで、反射光学系内を通過する光束径が小さくなり、よってプリズムを小型にでき、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。また、プリズムを以下の条件式を満たすような材料で構成することが望ましい。
ｎｄｐ ＞ １．７ ・・・（５）
ｎｄｐ：プリズムのｄ線での屈折率

条件式（５）はプリズム材料の屈折率の範囲を規定する式である。下限を上回ることで、プリズム内を通過する光束径が小さくなり、よってプリズムを小型にでき、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

また、上述した実施例においては、光路を折り曲げるためのプリズムにより撮像素子の長辺方向と同一方向に光路を９０度折り曲げる設計としているが、撮像素子の短辺方向と同一方向に光軸を折り曲げるような設計であってもよい。短辺方向の光路折り曲げの場合には、プリズムの大きさを小さくできるためズームレンズの小型化に便利である。

本明細書中の「撮像装置の厚み方向」とは、前記第１レンズ群の反射光学素子における入射面の光軸方向と同一方向をいうものとする。

特に、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられるズームレンズには、画面全域において良好な受光感度を得るために像側テレセントリックであることが要求される。像側テレセントリックとは、各像高において主光線が光軸と平行な角度で固体撮像素子の撮像面に入射することを言う。近年では、固体撮像素子の結像面上にマイクロレンズアレイを適当に配置することによって、像側テレセントリックの不満足量を補正することが可能になってきた。

尚、本発明において「プラスチックレンズ」とは、プラスチック材料を母材とし、プラスチック材料中に小径の粒子を分散させた素材から成形され、かつプラスチックの体積比が半分以上のレンズも含むものとし、さらにその表面に反射防止や表面強度の向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。

撮像装置１００のブロック図である。 携帯電話機３００の内部構成を示すブロック図である。 実施例１にかかるズームレンズの断面図である。 実施例１にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、図４（Ａ）は焦点距離６．４０ｍｍの収差図であり、図４（Ｂ）は焦点距離１６．５０ｍｍの収差図であり、図４（Ｃ）は焦点距離４２．６０ｍｍの収差図である。 実施例２にかかるズームレンズの断面図である。 実施例２にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、図６（Ａ）は焦点距離６．３０ｍｍの収差図であり、図６（Ｂ）は焦点距離１６．３０ｍｍの収差図であり、図６（Ｃ）は焦点距離４１．９０ｍｍの収差図である。 実施例３にかかるズームレンズの断面図である。 実施例３にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、図８（Ａ）は焦点距離６．３０ｍｍの収差図であり、図８（Ｂ）は焦点距離１３．７０ｍｍの収差図であり、図８（Ｃ）は焦点距離３０．００ｍｍの収差図である。 実施例４にかかるズームレンズの断面図である。 実施例４にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図であり、図１０（Ａ）は焦点距離６．４９ｍｍの収差図であり、図１０（Ｂ）は焦点距離１４．４６ｍｍの収差図であり、図１０（Ｃ）は焦点距離４３．１６ｍｍの収差図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ ズームレンズ
１０２ 固体撮像素子
１０３ 変換部
１０４ 制御部
１０５ 光学系駆動部
１０６ タイミング発生部
１０７ 撮像素子駆動部
１０８ 画像メモリ
１０９ 画像処理部
１１０ 画像圧縮部
１１１ 画像記録部
１１２ 表示部
１１３ 動作部
１１３ 操作部
３００ 携帯電話機
３１０ 制御部
３２０ 操作部
３３０ 表示部
３４０ 無線通信部
３４１ アンテナ
３６０ 記憶部
Ｇ１〜Ｇ６ レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１３ レンズ
ＬＰ ローパスフィルタ
Ｐ２ プリズム
Ｓ 開口絞り
ＳＧ シールガラス
ＩＭ 固体撮像素子

Claims (15)

1. 光軸に沿って物体側から順に、
   正の屈折力を有し、光軸上の位置が変倍および合焦に際して常に固定とされた第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   負の屈折力を有する第５レンズ群と、を有し、
   前記第２レンズ群と前記第４レンズ群と前記第５レンズ群を少なくとも移動させて変倍を行い、
   前記第１レンズ群は、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、
   前記第２レンズ群は、光軸に沿って物体側から１枚の負レンズ、１枚の負レンズ、１枚の正レンズの順に構成され、
   前記第４レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズを含んで構成されることを特徴とするズームレンズ。
2. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   

   

   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
   ｆＴ：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離
3. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
   

   

   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
   ｆＴ：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離
4. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズ。
   ｎ_2p ＞ １．８０ ・・・（３）
   ν_2P ＞ ２６．０ ・・・（４）
   ｎ_2p：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線での屈折率
   ν_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線でのアッベ数
5. 前記第３レンズ群は、変倍及び合焦に際し、光軸上の位置が常に固定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズ。
6. 前記第３レンズ群は、光軸上の物体側または像側に開口絞りを有し、少なくとも１面の非球面形状を有する１枚の正レンズのみにより構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズ。
7. 前記第４レンズ群は物体側から、正レンズ、負レンズ、正レンズの順に構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のズームレンズ。
8. 前記第４レンズ群は、正レンズと負レンズが接合された接合レンズを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のズームレンズ。
9. 前記第５レンズ群は、１枚の負レンズのみで構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のズームレンズ。
10. 前記第４レンズ群または前記第５レンズ群を光軸方向に移動することで合焦を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のズームレンズ。
11. 前記第４レンズ群および前記第５レンズ群を光軸方向に移動することで合焦を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のズームレンズ。
12. 前記ズームレンズは、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群の５群構成であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のズームレンズ。
13. 前記ズームレンズは、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群、前記第５レンズ群、前記第６レンズ群の６群構成であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のズームレンズ。
14. 前記第６レンズ群は、正の屈折力を有し、少なくとも１面の非球面形状を有することを特徴とする請求項１３に記載のズームレンズ。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載のズームレンズと、撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
    

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