JP2015222333A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】厚さ方向のコンパクト化を達成し、被写体距離が小さく接近した場合でも諸収差が良好に補正された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】物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gr1と、正の屈折力を有する第2レンズ群Gr2と、負の屈折力を有する第3レンズ群Gr3と、正の屈折力を有する第4レンズ群Gr4とから構成され、第1レンズ群Gr1は反射光学素子PRMを有し、第2及び第3レンズ群Gr2,Gr3を移動させることにより変倍を行うズームレンズ10において、広角端から望遠端にいたる変倍で、第2レンズ群Gr2が物体側に移動し、焦点調節時には、所定の第1の変倍領域では第3レンズ群Gr3を移動させて合焦を行い、第1の変倍領域以外の第2の変倍領域では、所定の被写体距離より近接した際に、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を移動させて合焦を行う。【選択図】図1
Description
本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向にレンズ群の間隔を変えることで変倍を行うズームレンズ及び当該ズームレンズを備える撮像装置に関する。
近年、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサーやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサー等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に伴い、撮像装置を備える携帯電話、携帯情報端末等が普及している。これらの機器では、サイズやコストの制約が非常に厳しいことから、通常のデジタルスチルカメラ等に比べて低画素数で小型の固体撮像素子と、プラスチックレンズ1〜5枚程度からなる単焦点光学系とを備えた撮像装置が一般的に用いられている。携帯情報端末に搭載される撮像装置も高画素化及び高機能化が急速に進んでいるなかで、高画素撮像素子に対応でき、かつ撮影者から離れた被写体をも撮像可能とするだけではなく、室内での撮影のように被写体からの距離を離すことができない場合にも撮影可能とするために、携帯電話機等に搭載できる小型のズームレンズが要求されている。
携帯電話や携帯情報端末にズームレンズを搭載するためには、小型化のなかでも特に厚さ方向を薄くすることが求められている。また、携帯電話や携帯情報端末は文書やQRコード(登録商標)等を撮影する機会も多いため、被写体距離が近い状態でも高い撮像性能が求められる。ここで、厚みが薄いタイプのズームレンズには、プリズム等の反射光学素子を用いて光軸を90度折り曲げる屈曲光学系が多く用いられており、特許文献1〜4の変倍光学系において、第1レンズ群に上記反射光学素子を用いて厚み方向の小型化を図った変倍光学系が開示されている。
一般に、第1レンズ群に反射光学素子を用いた変倍光学系を薄型化するためには、第1レンズ群を薄型化することと、光路を折り曲げた後の各レンズ群の径を小型化することとが必要となる。特許文献1〜4のような負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とを有する変倍光学系は、第1レンズ群の厚みを薄くしやすい点、構成するレンズ枚数を少なくしやすい点、広角端のFナンバーを明るくしやすい点で有利である。しかしながら、特許文献1のような負正正3成分の光学系では、後群に負の屈折力を有するレンズ群がないことから前玉径が大きくなりやすい傾向があるため、薄型化に不向きである。また、特許文献2〜4のような負正負正4成分の光学系では、薄型化と光学性能との両立を比較的行いやすいものの、特許文献2及び3のように第4レンズ群を変倍や合焦時に固定すると、第1レンズ群を薄型化する場合、広角端において被写体距離が近づいたときの収差変動が大きいという問題が存在する。特に、特許文献3のようにレンズのかわりに負の屈折力を有する反射光学素子を用いることにより、薄型化を図っている光学系においては、その傾向が強くなってしまう。特許文献4のように変倍や合焦時に第4レンズ群も移動するようにすればこの問題は解決するが、3つの群を大きく移動させる必要があり、カム構造又は比較的大きなアクチュエーターが3つ必要になるため、大型化しやすくなるという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、厚さ方向のコンパクト化を達成しつつ、被写体距離が小さく接近した場合においても諸収差が良好に補正されたズームレンズを提供することを目的とする。
また、本発明は、上述のズームレンズを備える撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、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、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、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有し、第2レンズ群及び第3レンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、広角端から望遠端にいたる変倍で、第2レンズ群が物体側に移動し、焦点調節時に、所定の第1の変倍領域では、第3レンズ群を移動させて合焦を行い、第1の変倍領域以外の第2の変倍領域では、所定の被写体距離より近接した際に、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う。
小型で収差が良好に補正されたズームレンズを得るための、本発明の基本構成は、物体側から順に、負の屈折力を有するとともに、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備える第1レンズ群と、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、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなる。第1レンズ群を負の構成にすることにより、物体側から大きな角度で入射してくる光線をいち早く緩めることができ、前玉径のコンパクト化を図る点で有利となる。また、第1レンズ群内に反射光学素子を備えることにより、撮像装置の奥行き方向の大きさを小さくすることができる。
また、このズームレンズでは、広角端から望遠端に至るまでの変倍で、第2レンズ群が物体側に移動するため、広角端においては、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が変倍中で最も離れる。そのうえで、第2レンズ群が正の屈折力を持つことにより、第1レンズ群と第2レンズ群とのパワー配置はレトロフォーカス配置となる。従って、ズームレンズは全長を短くしながらも、比較的長いバックフォーカスを確保できるので、ズームレンズの最も像側の面と固体撮像素子との間に、光学的ローパスフィルター、赤外線カットフィルター等を配置するスペースを確保できる。
一方、広角端から望遠端になるに従い、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が狭まるので、両レンズ群の合成パワーが正パワーを発揮する。そのうえで、第3レンズ群が負の屈折力を持つことにより、第1レンズ群と第2レンズ群との合成の正の屈折力と、第3レンズの負の屈折力とのパワー配置は、「正・負」となりテレフォト配置となる。従って、ズームレンズは比較的長い焦点距離を確保しつつ、光学全長を抑えることができる。また、被写体距離が変化した場合に合焦を行う際、所定の第1の変倍領域では、第3レンズ群を移動させて合焦を行い、それ以外の第2の変倍領域では、所定の被写体距離より近接した際に第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う。第3レンズ群や第4レンズ群によって合焦を行うことによって、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、変倍領域に応じて合焦方法を使い分けることで、第4レンズ群を常に移動させる場合よりも第4レンズ群の移動範囲を限定することができる。そのため、より小さな簡素なアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群の移動範囲が狭まることで、第4レンズ群の位置誤差が発生しにくくなる。そのため、光学性能の劣化を抑えることができる。
また、このズームレンズでは、広角端から望遠端に至るまでの変倍で、第2レンズ群が物体側に移動するため、広角端においては、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が変倍中で最も離れる。そのうえで、第2レンズ群が正の屈折力を持つことにより、第1レンズ群と第2レンズ群とのパワー配置はレトロフォーカス配置となる。従って、ズームレンズは全長を短くしながらも、比較的長いバックフォーカスを確保できるので、ズームレンズの最も像側の面と固体撮像素子との間に、光学的ローパスフィルター、赤外線カットフィルター等を配置するスペースを確保できる。
一方、広角端から望遠端になるに従い、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が狭まるので、両レンズ群の合成パワーが正パワーを発揮する。そのうえで、第3レンズ群が負の屈折力を持つことにより、第1レンズ群と第2レンズ群との合成の正の屈折力と、第3レンズの負の屈折力とのパワー配置は、「正・負」となりテレフォト配置となる。従って、ズームレンズは比較的長い焦点距離を確保しつつ、光学全長を抑えることができる。また、被写体距離が変化した場合に合焦を行う際、所定の第1の変倍領域では、第3レンズ群を移動させて合焦を行い、それ以外の第2の変倍領域では、所定の被写体距離より近接した際に第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う。第3レンズ群や第4レンズ群によって合焦を行うことによって、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、変倍領域に応じて合焦方法を使い分けることで、第4レンズ群を常に移動させる場合よりも第4レンズ群の移動範囲を限定することができる。そのため、より小さな簡素なアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群の移動範囲が狭まることで、第4レンズ群の位置誤差が発生しにくくなる。そのため、光学性能の劣化を抑えることができる。
本発明の具体的な側面では、上記ズームレンズにおいて、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域は、広角側である。一般に、焦点距離が大きくなる方が、被写体距離が変化した場合のピントズレ量が大きくなるのに対し、第4レンズ群のような最も像側にあるレンズ群を合焦に用いた場合のレンズ群が距離1動いた場合のピント補正量は焦点距離によらずほぼ一定になる。そのため、焦点距離が大きくなればなるほど、第4レンズ群を合焦に用いた場合の移動量は大きくなる。そこで、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域を、第3レンズ群を移動させて合焦を行う第1の変倍領域よりも広角側にすることで、第4レンズ群の移動範囲を狭めることができ、より小さなアクチュエーターを使用でき、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。また、本発明のような負の屈折力を有する第1レンズ群と、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、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなる構成の場合、被写体距離が変化した際の収差変動量は広角側の方が大きくなりやすい。そのため、収差補正の観点からも2つのレンズ群を移動させる第2の変倍領域は広角側にすることが望ましい。
本発明の別の側面では、ズームレンズは、以下の条件を満足する。
−1.5<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5 … (1)
ただし、
r1:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の物体側面の近軸曲率半径
r2:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の像側面の近軸曲率半径
条件式(1)は、最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子のシェーピングファクターを規定したものである。最も物体側にあるレンズは、反射光学素子によって光路を折り曲げる前に配置される。そのため、レンズが厚くなるとズームレンズ全体の厚型化につながってしまう。よって、最も物体側にあるレンズはできるだけ薄くする必要がある。一方、メニスカスレンズは物体側面と像側面とで逆符号の屈折力を有する。そのため、レンズ全体の屈折力を確保しようとすると、どちらかの面の曲率が大きくなり、レンズが厚型化しやすいといった問題が存在する。それに対し、条件式(1)の範囲を満足することで、最も物体側のレンズが強いメニスカス形状になることを防ぐことができ、ズームレンズの厚型化を防ぐことができる。また、最も物体側にレンズを配置する代わりに反射光学素子に屈折力を与えることで、ズームレンズの薄型化を行う方法があるが、これも同様に物体側面と像側面とで逆符号の屈折力を有すると、反射光学素子の厚型化に繋がる。そのため、条件式(1)の範囲を満たすことが望ましい。一方、条件式(1)の上限値を下回ることで、最も物体側の面が平面又は凹面に近づくことになる。そのため、周辺からの光線に対してのコンセントリック性が悪く、被写体距離が変化した際の収差変動が発生しやすいと言った問題が存在するが、本発明のように所定の被写体距離より近接した際には第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことで、この問題を解決し、近距離での性能とズームレンズの薄型化とを両立することができる。なお、最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子には、実質的にパワーを有しないものを含まない。
−1.5<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5 … (1)
ただし、
r1:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の物体側面の近軸曲率半径
r2:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の像側面の近軸曲率半径
条件式(1)は、最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子のシェーピングファクターを規定したものである。最も物体側にあるレンズは、反射光学素子によって光路を折り曲げる前に配置される。そのため、レンズが厚くなるとズームレンズ全体の厚型化につながってしまう。よって、最も物体側にあるレンズはできるだけ薄くする必要がある。一方、メニスカスレンズは物体側面と像側面とで逆符号の屈折力を有する。そのため、レンズ全体の屈折力を確保しようとすると、どちらかの面の曲率が大きくなり、レンズが厚型化しやすいといった問題が存在する。それに対し、条件式(1)の範囲を満足することで、最も物体側のレンズが強いメニスカス形状になることを防ぐことができ、ズームレンズの厚型化を防ぐことができる。また、最も物体側にレンズを配置する代わりに反射光学素子に屈折力を与えることで、ズームレンズの薄型化を行う方法があるが、これも同様に物体側面と像側面とで逆符号の屈折力を有すると、反射光学素子の厚型化に繋がる。そのため、条件式(1)の範囲を満たすことが望ましい。一方、条件式(1)の上限値を下回ることで、最も物体側の面が平面又は凹面に近づくことになる。そのため、周辺からの光線に対してのコンセントリック性が悪く、被写体距離が変化した際の収差変動が発生しやすいと言った問題が存在するが、本発明のように所定の被写体距離より近接した際には第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことで、この問題を解決し、近距離での性能とズームレンズの薄型化とを両立することができる。なお、最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子には、実質的にパワーを有しないものを含まない。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、第3レンズ群は被写体距離に対応して連続的に移動させ、第4レンズ群は非連続的に移動させる。ここで、所定の被写体距離より近接した際に、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことが前提となっている。この際、第4レンズ群を所定の位置にのみ非連続で移動させ、合焦ずれの微調整は第3レンズ群で行うことで、第4レンズ群の移動機構をさらに簡略化することができるため、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、第4レンズ群は被写体距離が遠いときと近いときとの2段階で移動させる。ここで、所定の被写体距離より近接した際に、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことが前提となっている。この際、第4レンズ群は被写体距離が遠いときと近いときとの2段階で移動させ、合焦ずれの微調整は第3レンズ群で行う。これにより、第4レンズ群の移動機構を非連続で動かすよりもさらに簡略化することができるため、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、第3レンズ群及び第4レンズ群は連続的に移動させる。ここで、所定の被写体距離より近接した際に、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことが前提となっている。この際、第3レンズ群と第4レンズ群との両方を連続的に移動させることで、どの被写体距離においても最適な各レンズ群の配置とすることができ、優れた光学性能を得ることができる。
本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
1.00≦fM/fW<2.00 … (2)
ただし、
fM:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の最長焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(2)は、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の最長焦点距離と広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(2)の上限を下回ることで、より広角側に第2の変倍領域を限定することになる。そのため、第4レンズ群の移動範囲を狭めることができ、より小さなアクチュエーターを使用することでズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群の移動範囲を狭めることで、第4レンズ群の位置誤差が発生しにくくなるため、光学性能の劣化を抑えることができる。なお、本明細書に記載のズームレンズにおいて、被写体距離の記載がなく、単に焦点距離という場合は、無限遠に合焦させた状態での焦点距離を指すものとする。
1.00≦fM/fW<2.00 … (2)
ただし、
fM:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の最長焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(2)は、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の最長焦点距離と広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(2)の上限を下回ることで、より広角側に第2の変倍領域を限定することになる。そのため、第4レンズ群の移動範囲を狭めることができ、より小さなアクチュエーターを使用することでズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群の移動範囲を狭めることで、第4レンズ群の位置誤差が発生しにくくなるため、光学性能の劣化を抑えることができる。なお、本明細書に記載のズームレンズにおいて、被写体距離の記載がなく、単に焦点距離という場合は、無限遠に合焦させた状態での焦点距離を指すものとする。
本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
0.005<m4/TL<0.05 … (3)
ただし、
m4:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域における第4レンズ群の最大移動距離
TL:反射光学素子の反射面から結像面までの光軸上の距離
条件式(3)は第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域における第4レンズ群の最大移動距離と、反射光学素子の反射面から結像面までの光軸上の距離とを規定している。条件式(3)の下限を上回ることで、第3レンズ群のみで合焦を行うよりも、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。一方、条件式(3)の上限を下回ることで、第4レンズ群の移動範囲を限定し、より小さなアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。
0.005<m4/TL<0.05 … (3)
ただし、
m4:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域における第4レンズ群の最大移動距離
TL:反射光学素子の反射面から結像面までの光軸上の距離
条件式(3)は第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域における第4レンズ群の最大移動距離と、反射光学素子の反射面から結像面までの光軸上の距離とを規定している。条件式(3)の下限を上回ることで、第3レンズ群のみで合焦を行うよりも、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。一方、条件式(3)の上限を下回ることで、第4レンズ群の移動範囲を限定し、より小さなアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズのさらなる薄型化が可能となる。
本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
0.50<d11/fW<1.00 … (4)
ただし、
d11:第1レンズ群の最も物体側の面の頂点から反射光学素子の反射面と光軸との交点までの距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(4)は、第1レンズ群の最も物体側の面の頂点から反射光学素子の反射面と光軸との交点までの距離と、広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(4)の上限を下回ることで、撮像装置の厚さを決定することが多い反射光学素子付近の厚さを薄くすることができる。そのため、撮像装置の薄型化が可能となる。一方、条件式(4)の下限を上回ることで、過度な反射光学素子の薄型化において、光路折り曲げの成立性を保つための周辺光束のカッティングによる急激な周辺光量の低下を防ぐことができる。
0.50<d11/fW<1.00 … (4)
ただし、
d11:第1レンズ群の最も物体側の面の頂点から反射光学素子の反射面と光軸との交点までの距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(4)は、第1レンズ群の最も物体側の面の頂点から反射光学素子の反射面と光軸との交点までの距離と、広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(4)の上限を下回ることで、撮像装置の厚さを決定することが多い反射光学素子付近の厚さを薄くすることができる。そのため、撮像装置の薄型化が可能となる。一方、条件式(4)の下限を上回ることで、過度な反射光学素子の薄型化において、光路折り曲げの成立性を保つための周辺光束のカッティングによる急激な周辺光量の低下を防ぐことができる。
本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
0.2<D34M/fW<0.5 … (5)
ただし、
D34M:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域において最小となる第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(5)は、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域において最小となる第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔と、広角端における全系の焦点距離とを規定している。条件式(5)の下限を上回ることで、第3レンズ群と第4レンズ群とが過度に近づくことによって生じるレンズ枠等の干渉を防ぐことができる。また、合焦の際の第3レンズ群や第4レンズ群の移動量は、各レンズの製造誤差や使用温度によって変化する。そのため、第3レンズ群と第4レンズ群とが設計の際に距離が近づきすぎると、前述の原因によって第3レンズ群と第4レンズ群とが衝突する可能性が存在するが、条件式(5)の下限を上回ることで、これを防ぐことができる。一方、条件式(5)の上限を下回ることで、ズームレンズの全長の増大を抑えることができる。
0.2<D34M/fW<0.5 … (5)
ただし、
D34M:第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域において最小となる第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(5)は、第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域において最小となる第3レンズ群と第4レンズ群との光軸上の間隔と、広角端における全系の焦点距離とを規定している。条件式(5)の下限を上回ることで、第3レンズ群と第4レンズ群とが過度に近づくことによって生じるレンズ枠等の干渉を防ぐことができる。また、合焦の際の第3レンズ群や第4レンズ群の移動量は、各レンズの製造誤差や使用温度によって変化する。そのため、第3レンズ群と第4レンズ群とが設計の際に距離が近づきすぎると、前述の原因によって第3レンズ群と第4レンズ群とが衝突する可能性が存在するが、条件式(5)の下限を上回ることで、これを防ぐことができる。一方、条件式(5)の上限を下回ることで、ズームレンズの全長の増大を抑えることができる。
本発明のさらに別の側面では、第2レンズ群は、開口絞りを有する。この場合、変倍時における可動群である第2レンズ群が開口絞りを有することにより、固定絞りによる変倍時の移動量の制約がなくなるため、全長を抑えつつ、高変倍化が可能となる。
本発明のさらに別の側面では、第1レンズ群は、最も物体側に、負の屈折力を有するレンズを有し、以下の条件式を満足する。
1.0<|f1a/fW|<3.0 … (6)
ただし、
f1a:第1レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(6)は、第1レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離と広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(6)の上限を下回ることによって、レンズが適度な負の屈折力を持ち、広角端において、広い画角を確保することができる。一方、条件式(6)の下限を上回ることによって、レンズの屈折力の増大による収差の発生を抑えることができる。
1.0<|f1a/fW|<3.0 … (6)
ただし、
f1a:第1レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離
条件式(6)は、第1レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離と広角端における全系の焦点距離との比を規定している。条件式(6)の上限を下回ることによって、レンズが適度な負の屈折力を持ち、広角端において、広い画角を確保することができる。一方、条件式(6)の下限を上回ることによって、レンズの屈折力の増大による収差の発生を抑えることができる。
本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
1.60<nprm<2.20 … (7)
ただし、
nprm:反射光学素子の屈折率
条件式(7)は、反射光学素子の屈折率を規定している。条件式(7)の下限を上回ることで、反射光学素子に入射した光束の屈折角が小さくなり、より光軸に近い位置を通過するようになる。そのため、第1レンズ群の有効径が小さくなり、小型化に有利である。一方、条件式(7)の上限を下回ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。
1.60<nprm<2.20 … (7)
ただし、
nprm:反射光学素子の屈折率
条件式(7)は、反射光学素子の屈折率を規定している。条件式(7)の下限を上回ることで、反射光学素子に入射した光束の屈折角が小さくなり、より光軸に近い位置を通過するようになる。そのため、第1レンズ群の有効径が小さくなり、小型化に有利である。一方、条件式(7)の上限を下回ることで、入手しやすい硝材で構成することができる。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群は、単レンズである。この場合、第3レンズ群全体が大きくなることを抑えることができる。そのため、変倍のためのスペースを確保し、よりコストを抑えることができる。また、第3レンズ群全体の軽量化をすることができるので、変倍時におけるアクチュエーターの負荷を抑えることができる。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群の単レンズは、以下の条件式を満足する。
50<ν3<95 … (8)
ただし、
ν3:第3レンズ群の単レンズのアッベ数
条件式(8)は、第3レンズ群の単レンズのアッベ数を規定している。第3レンズ群が単レンズで構成される場合、色分散の大きな材料を使用すると第3レンズ群で色収差が発生してしまう。それに対し、条件式(8)の下限を上回ることで、十分色分散の小さな材料を選択できるので、第3レンズ群で発生する色収差を小さく抑えることができる。一方、条件式(8)の上限を下回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。
50<ν3<95 … (8)
ただし、
ν3:第3レンズ群の単レンズのアッベ数
条件式(8)は、第3レンズ群の単レンズのアッベ数を規定している。第3レンズ群が単レンズで構成される場合、色分散の大きな材料を使用すると第3レンズ群で色収差が発生してしまう。それに対し、条件式(8)の下限を上回ることで、十分色分散の小さな材料を選択できるので、第3レンズ群で発生する色収差を小さく抑えることができる。一方、条件式(8)の上限を下回ることで、入手しやすい材料で構成することができる。
本発明のさらに別の側面では、第3レンズ群は、プラスチックからなり、少なくとも1面の非球面を有する。この場合、第2レンズ群が正の屈折力を有するため、第3レンズ群を通る光線高さは比較的小さく、第3レンズ群は外径の小さなレンズとなる。従って、手間のかかる研磨加工により製造するガラスレンズと比較すれば、射出成形により製造されるプラスチックレンズで構成することによって、安価に大量生産が可能となる。また、射出成形は非球面レンズを容易に製造することができるため、非球面レンズによって、各収差を効果的に補正することができる。さらに、プラスチックレンズはプレス温度を低くできることから、成形金型の損耗を抑えることができる。その結果、成形金型の交換回数やメンテナンス回数を減少させ、コスト低減を図ることができる。
本発明のさらに別の側面では、第4レンズ群は、プラスチックからなる単レンズであり、少なくとも1面の非球面を有する。この場合、第4レンズ群は固体撮像素子に最も近いレンズ群であり、他のレンズ群に比べレンズを通る光束が細くなる。よって、屈折力の変化が全体へ与える影響は他のレンズ群に比べ小さく、プラスチックによる単レンズを用いても、温度変化による光学性能への影響を抑えることができる。また、射出成形によるプラスチックレンズは非球面レンズを容易に製造することができるため、非球面レンズによって、像面湾曲や歪曲収差等の各収差を効果的に補正することができる。
本発明のさらに別の側面では、実質的にパワーを持たないレンズをさらに有する。
上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、上述のズームレンズと、ズームレンズにより撮像面に形成された画像を光電変換する撮像素子とを有する。本発明のズームレンズを用いることで、厚さ方向のコンパクト化を達成しつつ、被写体距離が接近した場合においても諸収差が良好に補正された撮像装置を得ることができる。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明に係る一実施形態のズームレンズを備える撮像装置としてのカメラモジュールを説明する断面図である。
図1は、本発明に係る一実施形態のズームレンズを備える撮像装置としてのカメラモジュールを説明する断面図である。
カメラモジュール(撮像装置)50は、被写体像を形成するズームレンズ10と、ズームレンズ10によって形成された被写体像を光電変換する撮像素子51と、この撮像素子51を背後から保持するとともに配線等を有する配線基板52と、ズームレンズ10等を保持するとともにズームレンズ10に物体側からの光線を入射させる開口部OPを有する鏡筒部54とを備える。ズームレンズ10は、被写体像を撮像素子51の撮像面(又は被投影面)Iに結像させる機能を有する。このカメラモジュール50は、後述する携帯通信端末300(図2等参照)に組み込まれて使用される。
ズームレンズ10は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gr1と、正の屈折力を有する第2レンズ群Gr2と、負の屈折力を有する第3レンズ群Gr3と、正の屈折力を有する第4レンズ群Gr4とから実質的になる。各レンズ群Gr1〜Gr4は、単一又は複数のレンズからなるものとすることができる。なお、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4は、単レンズであることが望ましい。第1レンズ群Gr1には、反射によって光路を折り曲げる三角柱状の反射光学素子(プリズムミラー)PRMが組み込まれており、−Z方向に向かう光線を傾斜した内面(又は反射面12b)で反射させることにより、90°折り曲げて+Y方向に向ける。つまり、光軸AXは、反射面12bを挟んで直交して延び、Y軸に平行な軸AX1とZ軸に平行な軸AX2とを有する。第1レンズ群Gr1において、反射光学素子PRMの物体側面12aは、平面となっており、反射光学素子PRMの像側面12cは、平面となっている。なお、図1に例示したズームレンズ10は、後述する実施例1のズームレンズ11と同一の構成となっている。ズームレンズ10は、第2及び第3レンズ群Gr2,Gr3を光軸AXに沿って移動させることで変倍し、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を光軸AXに沿って移動させることで合焦動作する。ここで、ズームレンズ10は、広角側かつ近接側では、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を移動させるが、それ以外では第3レンズ群Gr3のみを移動させる。
撮像素子51は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像素子51の光電変換部51aは、CCD(電荷結合素子)やCMOS(相補型金属酸化物半導体)からなり、入射光をRGBの各画素毎に光電変換し、そのアナログ信号を出力する。受光部としての光電変換部51aの光電変換面は、撮像面(被投影面)Iとなっている。
配線基板52は、支持体を介して撮像素子51を他の部材(例えば鏡筒部54)に対してアライメントして固定する役割を有する。配線基板52は、外部回路から撮像素子51や第1〜第3駆動機構55a〜55cを駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、また、検出信号を上記外部回路へ出力したりすることを可能としている。
撮像素子51のズームレンズ10側には、不図示のホルダー部材によって、例えばIRカットフィルター、光学的ローパスフィルター等で構成された平行平板Fが撮像素子51等を覆うように配置・固定されている。
鏡筒部54は、ズームレンズ10を収納し保持している。鏡筒部54は、ズームレンズ10を構成するレンズ群Gr1〜Gr4のうち第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4を光軸AXに沿って移動させることにより、ズームレンズ10の変倍及び合焦の動作を可能にするため、第1、第2及び第3駆動機構55a,55b,55cを有している。各駆動機構55a,55b,55cは独立して動作可能である。第1駆動機構55aは、第2レンズ群Gr2を光軸AXに沿って往復移動させる。第2駆動機構55bは、第3レンズ群Gr3を光軸AXに沿って往復移動させる。第3駆動機構55cは、第4レンズ群Gr4を光軸AXに沿って往復移動させる。第1駆動機構55aは、例えばステッピングモーターと、タンジェントスクリュー型の動力伝達部材と、スライドガイドとを備える。また、第2及び第3駆動機構55b,55cは、例えばボイスコイルモーターと、ガイドとを備える。なお、駆動機構は、上記に限るものでなく、第1駆動機構55aをステッピングモーターの代わりに圧電素子を用いたアクチュエーター(例えば、米国特許第5,589,723号参照)やボイスコイルモーター等で構成してもよいし、第2及び第3駆動機構55b,55cをボイスコイルモーターの代わりに同様に圧電素子を用いたアクチュエーターやステッピングモーター等で構成してもよい。第3駆動機構55cについては、本実施形態では2ポジションに移動するだけであるので、ソレノイドとガイドとを組み合わせたもので足りる。また、第3駆動機構55cについては、レバー等によって手動で操作する機構に置き換えることもできる。なお、第1〜第3駆動機構55a〜55cには、ポジションセンサーが付随しており、第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4の位置を検出することができる。
次に、図2、3(A)及び3(B)を参照して、図1に例示されるカメラモジュール50を搭載した携帯端末である携帯通信端末300の一例について説明する。
携帯通信端末300は、スマートフォン型の携帯通信端末であり、撮像装置であるカメラモジュール50を有する撮像機能部200と、各部を統括的に制御するとともに各処理に応じたプログラムを実行する制御部(CPU)310と、通信に関連するデータ、撮像した画像・映像等を表示するとともにユーザーの操作を受け付けるタッチパネルである表示操作部320と、電源スイッチ等を含む操作部330と、アンテナ341を介して外部サーバー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、携帯通信端末300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、処理データ、若しくは撮像機能部200による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一時記憶部(RAM)370等を備えている。
撮像機能部200は、既に説明したカメラモジュール50のほかに、制御装置74、光学系駆動回路部105a、撮像素子駆動装置77、画像記憶装置78、AF装置79等を備える。
制御装置74は、撮像機能部200の各部を制御する。制御装置74は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を含み、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。なお、制御部310は、撮像機能部200の制御装置74とインターフェースIFを介して通信可能に接続されており、制御信号や画像データの授受が可能になっている。
光学系駆動回路部105aは、制御装置74の制御により変倍、合焦、露出等を行う際に、ズームレンズ10の第1〜第3駆動機構55a〜55cを動作させてズームレンズ10の状態を制御する。光学系駆動回路部105aは、第1及び第2駆動機構55a,55bを動作させて第2及び第3レンズ群Gr2,Gr3を光軸AXに沿ってそれぞれ適宜移動させることにより、ズームレンズ10にズーム動作を行わせる。つまり、ズーム動作に際して、第1及び第4レンズ群Gr1,Gr4は固定されている。広角端から望遠端に至る変倍に際して、第2及び第3レンズ群Gr2,Gr3は、図1に対応するズームレンズ10の場合、物体側(図1の−Y側)に移動する。一方、ズームレンズ10は合焦動作も可能となっている。つまり、光学系駆動回路部105aは、第2及び第3駆動機構55b,55cを動作させて第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を光軸AXに沿って適宜移動させることにより、ズームレンズ10に合焦動作を行わせる。合焦動作に際して、第1及び第2レンズ群Gr1,Gr2は固定されている。なお、本実施形態において、開口絞りSを第2レンズ群Gr2とともに移動させているが、単独で移動させてもよい。
撮像素子駆動装置77は、制御装置74の制御により露出等を行う際に、撮像素子51の動作を制御する。具体的には、撮像素子駆動装置77は、タイミング信号に基づいて撮像素子51を走査駆動させてこれを制御する。また、撮像素子駆動装置77は、撮像素子51又はこれに付属する回路から送出された画像信号に対して、歪み補正、色補正、圧縮等の各種画像処理を施すことができる。
画像記憶装置78は、デジタル化された画像信号を撮像素子駆動装置77から受け取って、読み出し及び書き込み可能な画像データとして記憶する。
AF装置79は、自動で検出した被写体又はユーザーが指定した被写体に対応するフォーカス位置を検出し、光学系駆動回路部105aを介してズームレンズ10を構成する第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を光軸AXに沿って適宜移動させ、これらの位置を調整することでフォーカシングを行わせる。
以下、図4を参照しつつ、合焦(フォーカシング)時の動作について説明する。
まず、制御装置74は、第1〜第3駆動機構55a〜55cの位置検出信号と制御装置74に保管されたレンズ位置情報とに基づいて第2レンズ群Gr2の位置を取り込み、この位置から現在の焦点距離を確認する(ステップS11)。次に、現在の焦点距離が予め決められた境界の焦点距離より短い場合(ステップS12のYes)、制御装置74は、まず光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第3レンズ群Gr3のみを移動させてフォーカシングを行う(ステップS13)。ここで、境界の焦点距離GX1とは、図5に示すように、例えば第1の中間位置M1と、第1の中間位置M1より焦点距離が長い第2の中間位置M2との間にある境界を意味する。次に、第3レンズ群Gr3の移動量から判断して、被写体距離が予め決められた境界MXの距離よりも近い場合(ステップS14のYes)、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第4レンズ群Gr4をピンポイントの所定位置(近距離側動作位置)に移動させる(ステップS15)。すなわち第4レンズ群Gr4は、図5に示す境界の焦点距離GX1より広角側(第2の変倍領域AR2)の範囲であって、被写体距離が境界MXの距離よりも近い場合に移動する。その後、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第3レンズ群Gr3のみを移動させて再度フォーカシングを行う(ステップS16)。なお、ステップS12において、現在の焦点距離が境界の焦点距離GX1より長い場合(ステップS12のNo)、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第4レンズ群Gr4は基本位置に配置したまま、第3レンズ群Gr3のみを移動させてフォーカシングを行う(ステップS23)。つまり、第3レンズ群Gr3は、図5に示す第2の変倍領域AR2以外の第1の変倍領域AR1においても移動する。また、第1の変倍領域AR1において、第4レンズ群Gr4は移動しない。
まず、制御装置74は、第1〜第3駆動機構55a〜55cの位置検出信号と制御装置74に保管されたレンズ位置情報とに基づいて第2レンズ群Gr2の位置を取り込み、この位置から現在の焦点距離を確認する(ステップS11)。次に、現在の焦点距離が予め決められた境界の焦点距離より短い場合(ステップS12のYes)、制御装置74は、まず光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第3レンズ群Gr3のみを移動させてフォーカシングを行う(ステップS13)。ここで、境界の焦点距離GX1とは、図5に示すように、例えば第1の中間位置M1と、第1の中間位置M1より焦点距離が長い第2の中間位置M2との間にある境界を意味する。次に、第3レンズ群Gr3の移動量から判断して、被写体距離が予め決められた境界MXの距離よりも近い場合(ステップS14のYes)、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第4レンズ群Gr4をピンポイントの所定位置(近距離側動作位置)に移動させる(ステップS15)。すなわち第4レンズ群Gr4は、図5に示す境界の焦点距離GX1より広角側(第2の変倍領域AR2)の範囲であって、被写体距離が境界MXの距離よりも近い場合に移動する。その後、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第3レンズ群Gr3のみを移動させて再度フォーカシングを行う(ステップS16)。なお、ステップS12において、現在の焦点距離が境界の焦点距離GX1より長い場合(ステップS12のNo)、制御装置74は、光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第4レンズ群Gr4は基本位置に配置したまま、第3レンズ群Gr3のみを移動させてフォーカシングを行う(ステップS23)。つまり、第3レンズ群Gr3は、図5に示す第2の変倍領域AR2以外の第1の変倍領域AR1においても移動する。また、第1の変倍領域AR1において、第4レンズ群Gr4は移動しない。
以下、上記撮像機能部200を含む携帯通信端末300の撮影動作を説明する。携帯通信端末300をカメラとして動作させるカメラモードに設定されると、被写体のモニタリング(スルー画像表示)が行われるとともに、ズーム動作が行われる。この際、AF装置79によってズームレンズ10のフォーカシングが行われる。上記のように、ズーム動作やフォーカシングにおいて、制御装置74の制御下で光学系駆動回路部105aを動作させることにより、第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4が対応する位置に変位する。その後、画像撮影実行が行われる。モニタリングにおいては、ズームレンズ10を介して得られた被写体の像が、撮像素子51の撮像面I(図1等参照)に結像される。撮像素子51は、撮像素子駆動装置77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、撮像素子51に付属する回路においてRGBの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、デジタルデータに変換される。そのデジタルデータに対しては、撮像素子駆動装置77にて画素補間処理及びY補正処理を含むカラープロセス処理が行われて、デジタル値の輝度信号Y及び色差信号Cb,Cr(画像データ)が生成されて画像記憶装置78に格納される。格納されたデジタルデータは、画像記憶装置78から定期的に読み出されてそのビデオ信号が生成されて、制御装置74及び制御部310を介して、表示操作部320に出力される。
この表示操作部320は、モニタリングにおいては電子ファインダーとして機能し、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、ユーザーが表示操作部320を介して行う操作入力に基づいて、光学系駆動回路部105aの駆動によりズームレンズ10の変倍、合焦、露出等の条件設定や変更が可能になる。
このようなモニタリング状態において、ユーザーが表示操作部320を適宜操作することにより、静止画像データが撮影される。表示操作部320の操作内容に応じて、画像記憶装置78に格納された1コマの画像データが読み出されて、撮像素子駆動装置77により圧縮される。その圧縮された画像データは、制御装置74及び制御部310を介して、例えばフラッシュメモリーその他の補助記憶部(不図示)に記録される。
なお、上述の撮像機能部200は、本発明に好適な構成の一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
すなわち、ズームレンズ10を搭載した撮像装置であるカメラモジュール50は、スマートフォン型の携帯通信端末300に内蔵されるものに限らず、携帯電話、PHS(Personal Handyphone System)等に内蔵されるものであってもよく、PDA(Personal Digital Assistant)、タブレットパソコン、モバイルパソコン、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に内蔵されるであってもよい。
以下、ズームレンズ10について詳細に説明する。図1のズームレンズ10は、撮像素子51の撮像面Iに被写体像を結像させるものであって、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gr1と、正の屈折力を有する第2レンズ群Gr2と、負の屈折力を有する第3レンズ群Gr3と、正の屈折力を有する第4レンズ群Gr4とを備える。第1レンズ群Gr1は、例えば像側に平凹で負の第1レンズL11と、物体側面12a及び像側面12cが平面の反射光学素子PRMと、物体側に凹で負メニスカスの第2レンズL12aと、像側に凸で正メニスカスの第3レンズL12bとを含む。ここで、第2及び第3レンズL12a,L12bは、貼り合わせレンズL12となっている。第2レンズ群Gr2は、例えば開口絞りSと、両凸で正の第4レンズL21aと、両凹で負の第5レンズL21bと、両凸で正の第6レンズL21cとを含む。ここで、第4〜第6レンズL21a〜L21cは、貼り合わせレンズL21となっている。第3レンズ群Gr3は、例えば単レンズで構成され、両凹で負の第7レンズL31を含む。第4レンズ群Gr4は、例えば単レンズで構成され、両凸で正の第8レンズL41を含む。少なくとも第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を構成するレンズは、プラスチックで形成されており、少なくとも1面の非球面を有する。
図1のズームレンズ10は、広角端から望遠端への変倍に際し、第1〜第4レンズ群Gr1〜Gr4のうち第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4の位置を変更する。つまり、広角端から望遠端に至る変倍に際して、第1レンズ群Gr1が撮像面I等を基準として固定されて移動せず、第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4が物体側に移動する。ズームレンズ10は、第2レンズ群Gr2及び第3レンズ群Gr3を移動させることにより変倍を行う。具体的には、広角端から望遠端にいたる変倍で、第2レンズ群Gr2が物体側に移動する。また、焦点調節時には、所定の第1の変倍領域AR1では、第3レンズ群Gr3を移動させて合焦を行い、第1の変倍領域AR1以外の第2の変倍領域AR2では、所定の被写体距離より近接した際に第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動させて合焦を行う。第2の変倍領域AR2は、第1の変倍領域AR1よりも広角側となっている。第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動させて合焦を行う際に、第3レンズ群Gr3は、被写体距離に対応して連続的に移動させ、第4レンズ群Gr4は、非連続的に移動させている。なお、第4レンズ群Gr4は、被写体距離が遠いときと近いときとの2段階で移動させてもよい。また、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を連続的に移動させてもよい。
小型で収差の良好に補正されたズームレンズを得るための、本発明の基本構成は、物体側から順に、負の屈折力を有するとともに、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PRMを備える第1レンズ群Gr1と、正の屈折力を有する第2レンズ群Gr2と、負の屈折力を有する第3レンズ群Gr3と、正の屈折力のレンズを有する第4レンズ群Gr4とからなる。第1レンズ群Gr1を負の構成にすることにより、物体側から大きな角度で入射してくる光線をいち早く緩めることができ、前玉径のコンパクト化を図る点で有利となる。また、第1レンズ群Gr1内に反射光学素子PRMを備えることにより、カメラモジュール(撮像装置)50の奥行き方向の大きさを小さくすることができる。
また、このズームレンズ10では、広角端から望遠端に至るまでの変倍で、第2レンズ群Gr2が物体側に移動するため、広角端においては、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2との間隔が変倍中で最も離れる。そのうえで、第2レンズ群Gr2が正の屈折力を持つことにより、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2とのパワー配置はレトロフォーカス配置となる。従って、ズームレンズ10は全長を短くしながらも、比較的長いバックフォーカスを確保できるので、ズームレンズ10の最も像側の面と撮像素子51との間に、光学的ローパスフィルター、赤外線カットフィルター等を配置するスペースを確保できる。
一方、広角端から望遠端になるに従い、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2との間隔が狭まるので、両レンズ群Gr1,Gr2の合成パワーが正パワーを発揮する。そのうえで、第3レンズ群Gr3が負の屈折力を持つことにより、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2の合成の正の屈折力と第3レンズ群Gr3の負の屈折力とのパワー配置は、「正・負」となりテレフォト配置となる。従って、ズームレンズ10は比較的長い焦点距離を確保しつつ、光学全長を抑えることができる。また、被写体距離が変化した場合に合焦を行う際、所定の第1の変倍領域AR1では、第3レンズ群Gr3を移動させて合焦を行い、それ以外の第2の変倍領域AR2では、所定の被写体距離より近接した際に第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動させて合焦を行う。第3レンズ群Gr3や第4レンズ群Gr4によって合焦を行うことによって、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、変倍領域に応じて合焦方法を使い分けることで、第4レンズ群Gr4を常に移動させる場合よりも第4レンズ群Gr4の移動範囲を限定することができる。そのため、より小さなアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズ10のさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群Gr4の移動範囲が狭まることで、第4レンズ群Gr4の位置誤差が発生しにくくなる。そのため、光学性能の劣化を抑えることができる。
一方、広角端から望遠端になるに従い、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2との間隔が狭まるので、両レンズ群Gr1,Gr2の合成パワーが正パワーを発揮する。そのうえで、第3レンズ群Gr3が負の屈折力を持つことにより、第1レンズ群Gr1と第2レンズ群Gr2の合成の正の屈折力と第3レンズ群Gr3の負の屈折力とのパワー配置は、「正・負」となりテレフォト配置となる。従って、ズームレンズ10は比較的長い焦点距離を確保しつつ、光学全長を抑えることができる。また、被写体距離が変化した場合に合焦を行う際、所定の第1の変倍領域AR1では、第3レンズ群Gr3を移動させて合焦を行い、それ以外の第2の変倍領域AR2では、所定の被写体距離より近接した際に第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動させて合焦を行う。第3レンズ群Gr3や第4レンズ群Gr4によって合焦を行うことによって、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、変倍領域に応じて合焦方法を使い分けることで、第4レンズ群Gr4を常に移動させる場合よりも第4レンズ群Gr4の移動範囲を限定することができる。そのため、より小さなアクチュエーターを使用することができ、ズームレンズ10のさらなる薄型化が可能となる。また、第4レンズ群Gr4の移動範囲が狭まることで、第4レンズ群Gr4の位置誤差が発生しにくくなる。そのため、光学性能の劣化を抑えることができる。
以下、図1に示す実施形態のズームレンズ10が満たす数値的な条件について説明する。図1のズームレンズ10は、既に説明した条件式(1)
−1.5<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5 … (1)
を満足する。ここで、値r1は、最も物体側にあるレンズ(図1の場合、第1レンズL11)又は反射光学素子PRMの物体側面の近軸曲率半径を示す。値r2は、最も物体側にあるレンズ(図1の場合、第1レンズL11)又は反射光学素子PRMの像側面の近軸曲率半径を示す。
−1.5<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5 … (1)
を満足する。ここで、値r1は、最も物体側にあるレンズ(図1の場合、第1レンズL11)又は反射光学素子PRMの物体側面の近軸曲率半径を示す。値r2は、最も物体側にあるレンズ(図1の場合、第1レンズL11)又は反射光学素子PRMの像側面の近軸曲率半径を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)に加えて、既に説明した条件式(2)
1.00≦fM/fW<2.00 … (2)
を満足する。ここで、値fMは、第2の変倍領域AR2の最長焦点距離(具体的には、図5に示す境界の焦点距離GX1に相当)を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
1.00≦fM/fW<2.00 … (2)
を満足する。ここで、値fMは、第2の変倍領域AR2の最長焦点距離(具体的には、図5に示す境界の焦点距離GX1に相当)を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(3)
0.005<m4/TL<0.05 … (3)
を満足する。ここで、値m4は、第2の変倍領域AR2における第4レンズ群Gr4の最大移動距離を示す。値TLは、反射光学素子PRMの反射面12bから結像面までの光軸AX上の距離を示す。ここで、後述する実施例1の図7(A)〜7(D)に示す反射光学素子PRMにおいて、点線E1は、反射光学素子PRMの反射面12bを示す。
0.005<m4/TL<0.05 … (3)
を満足する。ここで、値m4は、第2の変倍領域AR2における第4レンズ群Gr4の最大移動距離を示す。値TLは、反射光学素子PRMの反射面12bから結像面までの光軸AX上の距離を示す。ここで、後述する実施例1の図7(A)〜7(D)に示す反射光学素子PRMにおいて、点線E1は、反射光学素子PRMの反射面12bを示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(4)
0.50<d11/fW<1.00 … (4)
を満足する。ここで、値d11は、第1レンズ群Gr1の最も物体側の面(図1の場合、第1レンズL11の物体側面S11a)の頂点から反射光学素子PRMの反射面12bと光軸AXとの交点までの距離を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
0.50<d11/fW<1.00 … (4)
を満足する。ここで、値d11は、第1レンズ群Gr1の最も物体側の面(図1の場合、第1レンズL11の物体側面S11a)の頂点から反射光学素子PRMの反射面12bと光軸AXとの交点までの距離を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(5)
0.2<D34M/fW<0.5 … (5)
を満足する。ここで、値D34Mは、第2の変倍領域AR2において最小となる第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4との光軸AX上の間隔を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
0.2<D34M/fW<0.5 … (5)
を満足する。ここで、値D34Mは、第2の変倍領域AR2において最小となる第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4との光軸AX上の間隔を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(6)
1.0<|f1a/fW|<3.0 … (6)
を満足する。ここで、値f1aは、第1レンズ群Gr1の最も物体側のレンズ(図1の場合、第1レンズL11)の焦点距離を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
1.0<|f1a/fW|<3.0 … (6)
を満足する。ここで、値f1aは、第1レンズ群Gr1の最も物体側のレンズ(図1の場合、第1レンズL11)の焦点距離を示す。値fWは、広角端における全系の焦点距離を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(7)
1.60<nprm<2.20 … (7)
を満足する。ここで、値nprmは、反射光学素子PRMの屈折率を示す。
1.60<nprm<2.20 … (7)
を満足する。ここで、値nprmは、反射光学素子PRMの屈折率を示す。
実施形態のズームレンズ10は、上記条件式(1)等に加えて、既に説明した条件式(8)
50<ν3<95 … (8)
を満足する。ここで、値ν3は、第3レンズ群Gr3の単レンズのアッベ数を示す。
50<ν3<95 … (8)
を満足する。ここで、値ν3は、第3レンズ群Gr3の単レンズのアッベ数を示す。
なお、実施形態のズームレンズ10では、実質的に近軸パワーを持たないレンズ等のその他の光学素子をさらに有してもよい。
〔実施例〕
以下、本発明に係るズームレンズの実施例を示す。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
Fno:Fナンバー
2Y :固体撮像素子の撮像面対角線長
R :近軸曲率半径
D :軸上面間隔
Nd :レンズ材料のd線に対する屈折率
νd :レンズ材料のアッベ数
以下、本発明に係るズームレンズの実施例を示す。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
Fno:Fナンバー
2Y :固体撮像素子の撮像面対角線長
R :近軸曲率半径
D :軸上面間隔
Nd :レンズ材料のd線に対する屈折率
νd :レンズ材料のアッベ数
各実施例において、各面番号の後に「*」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸AX方向にX軸をとり、光軸AXと垂直方向の高さをhとして以下の「数1」で表す。
〔数1〕
ただし、
Ai:i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
〔数1〕
ただし、
Ai:i次の非球面係数
R :曲率半径
K :円錐定数
以下、本発明のズームレンズの具体的な実施例を説明する。
〔実施例1〕
実施例1のズームレンズ10のズーム比及びレンズ全長を以下に示す。
ズーム比 = 2.85
レンズ全長 = 27.899
実施例1のズームレンズ10のズーム比及びレンズ全長を以下に示す。
ズーム比 = 2.85
レンズ全長 = 27.899
実施例1のズームレンズ10のレンズデータを表1に示す。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(例えば2.5×10−02)をE(例えば2.5E−02)を用いて表すものとする。また、面番号をS(Surface No.)、有効半径をER(Effective radius)(mm)と表す。その他、記号d1〜d4は、第1〜第4レンズ群Gr1〜Gr4の可変の群間隔を示し、記号infinityは、無限大又は∞を意味し、記号stopは、絞りを意味する。ここで、面番号4の面は、後述する図7(A)〜7(D)に示すE1の位置であり、図6に示す反射光学素子PRMの反射面12bの軸上光束が反射する位置に対応する。
〔表1〕
[曲率半径、面間隔等]
S R(mm) D(mm) Nd νd ER(mm)
(Surface No.) (Effective radius)
1 infinity 0.300 1.91082 35.25 3.11
2 9.490 0.640 2.87
3 infinity 2.575 2.00069 25.46 2.81
4 infinity 2.575 2.00069 25.46 2.40
5 infinity 0.473 2.00
6 -5.613 0.300 1.69680 55.46 1.96
7 -48.369 0.740 1.94594 17.98 1.95
8 -11.378 d1 1.94
9(stop) infinity -0.145 2.12
10* 5.580 2.010 1.77200 49.98 2.18
11 -10.463 0.770 1.69895 30.05 2.12
12 4.466 1.770 1.63246 63.77 2.03
13* -9.436 d2 1.98
14* -28.076 0.570 1.54470 56.16 1.91
15* 5.392 d3 1.92
16* 15.790 2.300 1.54470 56.16 3.12
17* -8.596 d4 3.08
18 infinity 0.210 1.51680 64.20 2.98
19 infinity 0.640 2.97
[非球面係数]
第10面
K=0.00000E+00, A4=-0.67545E-03, A6=0.11147E-03,
A8=-0.42779E-04, A10=0.79833E-05, A12=-0.55675E-06
第13面
K=0.00000E+00, A4=0.21889E-02, A6=-0.12795E-03,
A8=0.66892E-04, A10=-0.14667E-04, A12=0.12991E-05
第14面
K=0.00000E+00, A3=-0.12337E-01, A4=0.48780E-01,
A5=-0.77972E-01, A6=0.51595E-01, A8=-0.13068E-01,
A10=0.32139E-02, A12=-0.46308E-03, A14=0.27959E-04
第15面
K=0.00000E+00, A3=-0.13899E-01, A4=0.47110E-01,
A5=-0.67274E-01, A6=0.40861E-01, A8=-0.87155E-02,
A10=0.17438E-02, A12=-0.18245E-03, A14=0.56720E-05
第16面
K=0.00000E+00, A4=0.25955E-02, A6=-0.96845E-04,
A8=0.21262E-05, A10=0.21738E-06, A12=-0.73869E-08
第17面
K=0.00000E+00, A4=0.58347E-02, A6=-0.21284E-03,
A8=-0.14740E-04, A10=0.17785E-05, A12=-0.46136E-07
〔表1〕
[曲率半径、面間隔等]
S R(mm) D(mm) Nd νd ER(mm)
(Surface No.) (Effective radius)
1 infinity 0.300 1.91082 35.25 3.11
2 9.490 0.640 2.87
3 infinity 2.575 2.00069 25.46 2.81
4 infinity 2.575 2.00069 25.46 2.40
5 infinity 0.473 2.00
6 -5.613 0.300 1.69680 55.46 1.96
7 -48.369 0.740 1.94594 17.98 1.95
8 -11.378 d1 1.94
9(stop) infinity -0.145 2.12
10* 5.580 2.010 1.77200 49.98 2.18
11 -10.463 0.770 1.69895 30.05 2.12
12 4.466 1.770 1.63246 63.77 2.03
13* -9.436 d2 1.98
14* -28.076 0.570 1.54470 56.16 1.91
15* 5.392 d3 1.92
16* 15.790 2.300 1.54470 56.16 3.12
17* -8.596 d4 3.08
18 infinity 0.210 1.51680 64.20 2.98
19 infinity 0.640 2.97
[非球面係数]
第10面
K=0.00000E+00, A4=-0.67545E-03, A6=0.11147E-03,
A8=-0.42779E-04, A10=0.79833E-05, A12=-0.55675E-06
第13面
K=0.00000E+00, A4=0.21889E-02, A6=-0.12795E-03,
A8=0.66892E-04, A10=-0.14667E-04, A12=0.12991E-05
第14面
K=0.00000E+00, A3=-0.12337E-01, A4=0.48780E-01,
A5=-0.77972E-01, A6=0.51595E-01, A8=-0.13068E-01,
A10=0.32139E-02, A12=-0.46308E-03, A14=0.27959E-04
第15面
K=0.00000E+00, A3=-0.13899E-01, A4=0.47110E-01,
A5=-0.67274E-01, A6=0.40861E-01, A8=-0.87155E-02,
A10=0.17438E-02, A12=-0.18245E-03, A14=0.56720E-05
第16面
K=0.00000E+00, A4=0.25955E-02, A6=-0.96845E-04,
A8=0.21262E-05, A10=0.21738E-06, A12=-0.73869E-08
第17面
K=0.00000E+00, A4=0.58347E-02, A6=-0.21284E-03,
A8=-0.14740E-04, A10=0.17785E-05, A12=-0.46136E-07
実施例1のズームレンズ10のポジション(Po)のうち、各ポジションにおける全系の焦点距離(f)、Fナンバー(Fno)、画角及び群間隔(d1〜d4)を以下の表2〜表4に示す。Poにおいて、1は、広角端(Wide)を示し、2は、第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置を示し、3は、中間(Middle)を示し、4は、望遠端(Tele)を示す。
〔表2〕
[被写体距離無限遠での各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.12 2.47 70.9 4.984 6.947 2.495 1.465 1.264
2 5.78 3.04 53.9 5.517 4.796 2.422 3.690 1.264
3 6.86 3.34 46.3 5.681 3.687 2.594 4.627 1.264
4 11.75 4.53 27.6 5.868 0.395 4.328 6.185 1.264
〔表3〕
[被写体距離1mでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.12 2.47 71.0 4.987 6.947 2.510 1.451 1.264
2 5.77 3.04 53.9 5.520 4.796 2.441 3.670 1.264
3 6.85 3.34 46.3 5.684 3.687 2.618 4.603 1.264
4 11.76 4.54 27.6 5.868 0.395 4.383 6.129 1.264
〔表4〕
[被写体距離10cmでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.04 2.45 71.9 5.016 6.947 2.548 1.202 1.475
2 5.66 3.01 54.5 5.560 4.796 2.551 3.350 1.475
3 6.83 3.36 46.3 5.710 3.687 2.824 4.397 1.264
4 11.85 4.55 27.3 5.868 0.395 4.889 5.624 1.264
〔表2〕
[被写体距離無限遠での各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.12 2.47 70.9 4.984 6.947 2.495 1.465 1.264
2 5.78 3.04 53.9 5.517 4.796 2.422 3.690 1.264
3 6.86 3.34 46.3 5.681 3.687 2.594 4.627 1.264
4 11.75 4.53 27.6 5.868 0.395 4.328 6.185 1.264
〔表3〕
[被写体距離1mでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.12 2.47 71.0 4.987 6.947 2.510 1.451 1.264
2 5.77 3.04 53.9 5.520 4.796 2.441 3.670 1.264
3 6.85 3.34 46.3 5.684 3.687 2.618 4.603 1.264
4 11.76 4.54 27.6 5.868 0.395 4.383 6.129 1.264
〔表4〕
[被写体距離10cmでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.04 2.45 71.9 5.016 6.947 2.548 1.202 1.475
2 5.66 3.01 54.5 5.560 4.796 2.551 3.350 1.475
3 6.83 3.36 46.3 5.710 3.687 2.824 4.397 1.264
4 11.85 4.55 27.3 5.868 0.395 4.889 5.624 1.264
比較例としてズームレンズの所定のポジションにおける全系の焦点距離(f)、Fナンバー(Fno)、画角及び群間隔(d1,d2)を以下の表5に示す。
〔表5〕
(比較例)
[被写体距離10cmで第3レンズ群で合焦したときの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.08 2.47 71.4 5.018 6.947 2.637 1.323 1.264
2 5.74 3.05 53.9 5.549 4.796 2.610 3.502 1.264
〔表5〕
(比較例)
[被写体距離10cmで第3レンズ群で合焦したときの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.08 2.47 71.4 5.018 6.947 2.637 1.323 1.264
2 5.74 3.05 53.9 5.549 4.796 2.610 3.502 1.264
実施例1のズームレンズ10のレンズ群データを表6に示す。
〔表6〕
レンズ群 始面 焦点距離(mm)
1 1 -6.84
2 9 5.71
3 14 -8.25
4 16 10.57
〔表6〕
レンズ群 始面 焦点距離(mm)
1 1 -6.84
2 9 5.71
3 14 -8.25
4 16 10.57
図6、図7(A)〜7(D)は、実施例1のズームレンズ11の断面図である。図6では、ズームレンズ11の広角端における断面図を示している。なお、これ以降の断面図は全て被写体距離が無限遠のときの断面図である。実施例1のズームレンズ11は、物体側より順に、第1レンズ群Gr1と、第2レンズ群Gr2と、第3レンズ群Gr3と、第4レンズ群Gr4とからなる。ここで、第1レンズ群Gr1は、像側に平凹で負の第1レンズL11と、物体側面及び像側面12a,12cが平面の反射光学素子PRMと、物体側に凹で負メニスカスの第2レンズL12aと、像側に凸で正メニスカスの第3レンズL12bとを含む。このうち、反射光学素子PRMは、その物体側面12aに物体側から入射した光線を直角に折り曲げるプリズムである。また、第2及び第3レンズL12a,L12bは、貼り合わせレンズL12となっている。第2レンズ群Gr2は、開口絞りSと、両凸で正の第4レンズL21aと、両凹で負の第5レンズL21bと、両凸で正の第6レンズL21cとを含む。ここで、第4〜第6レンズL21a〜L21cは、貼り合わせレンズL21となっている。第3レンズ群Gr3は、単レンズで構成され、両凹で負の第7レンズL31を含む。第4レンズ群Gr4は、単レンズで構成され、両凸で正の第8レンズL41を含む。その他、光学的ローパスフィルター、IRカットフィルター、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板Fを第4レンズ群Gr4と撮像素子51との間に配置することができる。また、符号Iは、撮像素子51の被投影面である撮像面を示す。これらの平行平板F及び撮像面Iについては、以下で説明する実施例2でも同様であり、今後は説明を省略する。なお、第4及び第6レンズL21a,L21cはガラスモールドレンズ、第7及び第8レンズL31,L41はプラスチックレンズ、それ以外のレンズL11,L12a,L12b,L21bはガラス材料による研磨レンズを想定している。
図7(A)〜7(D)は、実施例1のズームレンズ11のズーム動作の際のポジションをそれぞれ示している。すなわち、図7(A)は、ズームレンズ11の広角端における断面図である。図7(B)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの断面図である。図7(C)は、中間における断面図である。図7(D)は、望遠端における断面図である。なお、実施例1において、反射光学素子PRMは、その光路長と等価となる平行平板として表されている。
図8(A)は、ズームレンズ11の広角端における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図8(B)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図9(A)は、中間における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図9(B)は、望遠端における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。
図10(A)は、広角端における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。図10(B)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。図11(A)は、中間における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。図11(B)は、望遠端における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。
図12(A)は、広角端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図12(B)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図13(A)は、中間における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。図13(B)は、望遠端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。
なお、上記収差図及び以後の収差図において、球面収差図では、実線がd線を表し、点線がg線を表すものとする。また、非点収差図では、実線がサジタル像面を表し、点線がメリジオナル像面を表すものとする。
実施例1のズームレンズ11は、広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群Gr2が光軸AX方向に沿って物体側に移動し、第3レンズ群Gr3が光軸AX方向に沿って移動して、各レンズ群Gr2,Gr3の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。残りのレンズ群である第1及び第4レンズ群Gr1,Gr4は、変倍に際し固定されている。無限遠から有限距離への合焦の際には、所定の被写体距離までは第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行う。また、所定の被写体距離より近接した際には、図5に示すように、広角端から所定の位置までの第2の変倍領域AR2では第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動して合焦を行い、それ以外の第1の変倍領域AR1では第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行う。
実施例1のズームレンズ11は、広角端から望遠端への変倍に際し、被写体距離1mの場合には、全ての変倍領域において第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行う。また、被写体距離10cmの場合には、広角端から図7(B)で示される位置(第2の変倍領域AR2)までは第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4をと移動して合焦を行い、それ以外の第1の変倍領域AR1では第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行っている。
以下、実施例1の比較例について説明する。図14(A)は、比較例としての広角端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群のみを移動させた合焦時の収差図である。図14(B)は、比較例としての第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離10cmに対して第3レンズ群のみを移動させた合焦時の収差図である。実施例1に示すズームレンズ11は、図12(A)、12(B)と図14(A)、14(B)とを比較すると、第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動して合焦を行うことで、第3レンズ群Gr3のみを移動して合焦を行うよりも像面湾曲や非点収差といった収差の発生を抑えていることが分かる。なお、第4レンズ群Gr4は、遠距離用と近距離用の2段階移動となっている。第4レンズ群Gr4の位置を切り替える被写体距離は10cmから1mの間のどこを選択してもよい。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係るズームレンズ等について説明する。なお、第2実施形態のズームレンズ等は第1実施形態のズームレンズ等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
以下、第2実施形態に係るズームレンズ等について説明する。なお、第2実施形態のズームレンズ等は第1実施形態のズームレンズ等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
図示を省略するが、第2実施形態の撮像装置において、撮像機能部200(図2参照)は、距離測定装置をさらに備える。距離測定装置は、自動で検出した被写体又はユーザーが指定した被写体までの被写体距離を測定する。
以下、本実施形態のズームレンズ10について詳細に説明する。図15のズームレンズ10は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群Gr1と、正の屈折力を有する第2レンズ群Gr2と、負の屈折力を有する第3レンズ群Gr3と、正の屈折力を有する第4レンズ群Gr4とを備える。第1レンズ群Gr1は、物体側面12aが凹で、像側面12cが平面の反射光学素子PRMと、両凹で負メニスカスの第1レンズL12aと、物体側に凸で正メニスカスの第2レンズL12bとを含む。ここで、第1及び第2レンズL12a,L12bは、貼り合わせレンズL12となっている。第2レンズ群Gr2は、例えば開口絞りSと、両凸で正の第3レンズL21aと、両凹で負の第4レンズL21bと、両凸で正の第5レンズL21cとを含む。ここで、第3〜第5レンズL21a〜L21cは、貼り合わせレンズL21となっている。第3レンズ群Gr3は、例えば単レンズで構成され、両凹で負の第6レンズL31を含む。第4レンズ群Gr4は、例えば単レンズで構成され、両凸で正の第7レンズL41を含む。少なくとも第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を構成するレンズは、プラスチックで形成されており、少なくとも1面の非球面を有する。
以下、図16を参照しつつ、フォーカシング時の動作について説明する。
まず、制御装置74は、第2レンズ群Gr2の位置から現在の焦点距離を確認する(ステップS11)。次に、制御装置74は、不図示の距離測定装置を用いて特定された被写体までの距離、すなわち被写体距離を測定する(ステップS31)。なお、ステップS31において、測距の代わりに、第3レンズ群Gr3のみを移動させて予備的にフォーカシングし、その合焦位置から被写体距離を判断してもよい。次に、現在の焦点距離が境界の焦点距離より短い場合(ステップS12のYes)、制御装置74は、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を移動させるための焦点距離・レンズポジションテーブル部分を参照する(ステップS35)。ここで、焦点距離・レンズポジションテーブルとは、予め制御装置74に保管されたレンズの位置に関するデータであり、焦点距離、被写体距離等に関連づけて第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4の光軸AX上の位置を規定したものとなっている。その後、制御装置74は、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を焦点距離・レンズポジションテーブル部分に従って概略移動させる(ステップS36)。ここで、境界の焦点距離GX2とは、図17に示すように、例えば第2の中間位置M2と、第2の中間位置M2より焦点距離が長い望遠位置M3との間にある境界を意味する。この際、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4は、連続的に移動させてもよいし、非連続的に移動させてもよい。第4レンズ群Gr4は、図17に示す広角位置と焦点距離GX2との間の範囲、すなわち第2の変倍領域AR2において被写体距離が境界MXの距離より近い場合にフォーカシングのために移動する。なお、ステップS12において、現在の焦点距離が上記境界の焦点距離GX2より長い場合(ステップS12のNo)、制御装置74は、第3レンズ群Gr3のみを移動させるための焦点距離・レンズポジションテーブル部分を参照し(ステップS45)、第4レンズ群Gr4を基本位置に配置し、第3レンズ群Gr3を焦点距離・レンズポジションテーブル部分に従って移動させる(ステップS46)。つまり、第3レンズ群Gr3は、図17に示す第2の変倍領域AR2以外の第1の変倍領域AR1において移動する。なお、ステップS31において、測距の代わりに、第3レンズ群Gr3のみを移動させて被写体距離を判断するよう構成した場合、ステップS12の判断でNoの場合は、第3レンズ群Gr3を当該位置のままとすればよい。
まず、制御装置74は、第2レンズ群Gr2の位置から現在の焦点距離を確認する(ステップS11)。次に、制御装置74は、不図示の距離測定装置を用いて特定された被写体までの距離、すなわち被写体距離を測定する(ステップS31)。なお、ステップS31において、測距の代わりに、第3レンズ群Gr3のみを移動させて予備的にフォーカシングし、その合焦位置から被写体距離を判断してもよい。次に、現在の焦点距離が境界の焦点距離より短い場合(ステップS12のYes)、制御装置74は、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を移動させるための焦点距離・レンズポジションテーブル部分を参照する(ステップS35)。ここで、焦点距離・レンズポジションテーブルとは、予め制御装置74に保管されたレンズの位置に関するデータであり、焦点距離、被写体距離等に関連づけて第2〜第4レンズ群Gr2〜Gr4の光軸AX上の位置を規定したものとなっている。その後、制御装置74は、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4を焦点距離・レンズポジションテーブル部分に従って概略移動させる(ステップS36)。ここで、境界の焦点距離GX2とは、図17に示すように、例えば第2の中間位置M2と、第2の中間位置M2より焦点距離が長い望遠位置M3との間にある境界を意味する。この際、第3及び第4レンズ群Gr3,Gr4は、連続的に移動させてもよいし、非連続的に移動させてもよい。第4レンズ群Gr4は、図17に示す広角位置と焦点距離GX2との間の範囲、すなわち第2の変倍領域AR2において被写体距離が境界MXの距離より近い場合にフォーカシングのために移動する。なお、ステップS12において、現在の焦点距離が上記境界の焦点距離GX2より長い場合(ステップS12のNo)、制御装置74は、第3レンズ群Gr3のみを移動させるための焦点距離・レンズポジションテーブル部分を参照し(ステップS45)、第4レンズ群Gr4を基本位置に配置し、第3レンズ群Gr3を焦点距離・レンズポジションテーブル部分に従って移動させる(ステップS46)。つまり、第3レンズ群Gr3は、図17に示す第2の変倍領域AR2以外の第1の変倍領域AR1において移動する。なお、ステップS31において、測距の代わりに、第3レンズ群Gr3のみを移動させて被写体距離を判断するよう構成した場合、ステップS12の判断でNoの場合は、第3レンズ群Gr3を当該位置のままとすればよい。
〔実施例2〕
実施例2のズームレンズ10のズーム比及びレンズ全長を以下に示す。
ズーム比 = 2.85
レンズ全長 = 27.523
実施例2のズームレンズ10のズーム比及びレンズ全長を以下に示す。
ズーム比 = 2.85
レンズ全長 = 27.523
実施例2のズームレンズ10のレンズデータを表7に示す。ここで、面番号2の面は、後述する図18(A)〜18(D)に示す反射光学素子PRMの反射面12bに対応する。
〔表7〕
[曲率半径、面間隔等]
S R(mm) D(mm) Nd νd ER(mm)
1 -13.550 2.450 2.00069 25.46 2.90
2 infinity 2.900 2.00069 25.46 2.50
3 infinity 0.185 2.09
4 -15.480 0.400 1.83481 42.72 2.07
5 6.710 1.130 1.92286 20.88 1.99
6 529.000 d1 1.91
7(stop) infinity 0.000 1.82
8* 6.185 1.850 1.85135 40.10 1.88
9 -5.500 0.400 1.69895 30.05 1.85
10 3.720 1.710 1.61881 63.86 1.77
11* -11.813 d2 1.73
12* 19.682 0.300 1.54470 56.16 1.74
13* 3.765 d3 1.74
14* -19.945 1.730 1.54470 56.16 3.02
15* -4.675 d4 3.14
16 infinity 0.300 1.51680 64.20 3.04
17 infinity 1.000 3.03
18 infinity 0.210 1.51680 64.20 2.98
19 infinity 0.640 2.97
[非球面係数]
第8面
K=0.00000E+00, A4=-0.63372E-03, A6=-0.74137E-04,
A8=0.36010E-04, A10=-0.10070E-04, A12=0.10203E-05
第11面
K=0.00000E+00, A4=0.16722E-02, A6=0.13269E-03,
A8=-0.90310E-04, A10=0.13945E-04, A12=-0.31151E-07
第12面
K=0.00000E+00, A3=-0.95856E-02, A4=0.33882E-01,
A5=-0.51337E-01, A6=0.32461E-01, A8=-0.76954E-02,
A10=0.11525E-02, A12=0.10476E-03, A14=-0.37235E-04
第13面
K=0.00000E+00, A3=-0.84388E-02, A4=0.35877E-01,
A5=-0.67400E-01, A6=0.50807E-01, A8=-0.16677E-01,
A10=0.46590E-02, A12=-0.63566E-03, A14=0.25778E-04
第14面
K=0.00000E+00, A3=0.28422E-02, A4=-0.34294E-02,
A5=0.12931E-02, A6=0.28118E-03, A8=-0.64517E-04,
A10=0.36163E-05, A12=-0.31094E-07
第15面
K=0.00000E+00, A3=0.22039E-02, A4=0.17314E-03,
A5=0.35732E-03, A6=0.22456E-03, A8=-0.33075E-05,
A10=-0.25957E-05, A12=0.17587E-06
〔表7〕
[曲率半径、面間隔等]
S R(mm) D(mm) Nd νd ER(mm)
1 -13.550 2.450 2.00069 25.46 2.90
2 infinity 2.900 2.00069 25.46 2.50
3 infinity 0.185 2.09
4 -15.480 0.400 1.83481 42.72 2.07
5 6.710 1.130 1.92286 20.88 1.99
6 529.000 d1 1.91
7(stop) infinity 0.000 1.82
8* 6.185 1.850 1.85135 40.10 1.88
9 -5.500 0.400 1.69895 30.05 1.85
10 3.720 1.710 1.61881 63.86 1.77
11* -11.813 d2 1.73
12* 19.682 0.300 1.54470 56.16 1.74
13* 3.765 d3 1.74
14* -19.945 1.730 1.54470 56.16 3.02
15* -4.675 d4 3.14
16 infinity 0.300 1.51680 64.20 3.04
17 infinity 1.000 3.03
18 infinity 0.210 1.51680 64.20 2.98
19 infinity 0.640 2.97
[非球面係数]
第8面
K=0.00000E+00, A4=-0.63372E-03, A6=-0.74137E-04,
A8=0.36010E-04, A10=-0.10070E-04, A12=0.10203E-05
第11面
K=0.00000E+00, A4=0.16722E-02, A6=0.13269E-03,
A8=-0.90310E-04, A10=0.13945E-04, A12=-0.31151E-07
第12面
K=0.00000E+00, A3=-0.95856E-02, A4=0.33882E-01,
A5=-0.51337E-01, A6=0.32461E-01, A8=-0.76954E-02,
A10=0.11525E-02, A12=0.10476E-03, A14=-0.37235E-04
第13面
K=0.00000E+00, A3=-0.84388E-02, A4=0.35877E-01,
A5=-0.67400E-01, A6=0.50807E-01, A8=-0.16677E-01,
A10=0.46590E-02, A12=-0.63566E-03, A14=0.25778E-04
第14面
K=0.00000E+00, A3=0.28422E-02, A4=-0.34294E-02,
A5=0.12931E-02, A6=0.28118E-03, A8=-0.64517E-04,
A10=0.36163E-05, A12=-0.31094E-07
第15面
K=0.00000E+00, A3=0.22039E-02, A4=0.17314E-03,
A5=0.35732E-03, A6=0.22456E-03, A8=-0.33075E-05,
A10=-0.25957E-05, A12=0.17587E-06
実施例2のズームレンズ10のポジション(Po)のうち、各ポジションにおける全系の焦点距離(f)、Fナンバー(Fno)、画角及び群間隔(d1〜d4)を以下の表8〜表10に示す。
〔表8〕
[被写体距離無限遠での各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.76 2.88 63.5 4.998 7.056 1.998 1.955 1.310
2 7.94 3.85 40.7 5.751 3.578 2.160 5.271 1.310
3 9.48 4.22 34.5 5.879 2.416 2.503 6.089 1.310
4 13.57 5.04 23.9 5.888 0.250 3.798 6.961 1.310
〔表9〕
[被写体距離1mでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.75 2.87 63.6 5.001 7.056 1.997 1.909 1.356
2 7.91 3.84 40.8 5.760 3.578 2.178 5.202 1.361
3 9.43 4.20 34.6 5.888 2.416 2.523 5.982 1.398
4 13.62 5.04 23.8 5.888 0.250 3.869 6.890 1.310
〔表10〕
[被写体距離10cmでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.65 2.84 64.8 5.029 7.056 2.016 1.577 1.670
2 7.72 3.78 41.6 5.832 3.578 2.346 4.666 1.729
3 9.23 4.13 34.8 5.888 2.416 2.773 5.347 1.782
4 13.93 5.11 23.4 5.888 0.250 4.525 6.234 1.310
〔表8〕
[被写体距離無限遠での各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.76 2.88 63.5 4.998 7.056 1.998 1.955 1.310
2 7.94 3.85 40.7 5.751 3.578 2.160 5.271 1.310
3 9.48 4.22 34.5 5.879 2.416 2.503 6.089 1.310
4 13.57 5.04 23.9 5.888 0.250 3.798 6.961 1.310
〔表9〕
[被写体距離1mでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.75 2.87 63.6 5.001 7.056 1.997 1.909 1.356
2 7.91 3.84 40.8 5.760 3.578 2.178 5.202 1.361
3 9.43 4.20 34.6 5.888 2.416 2.523 5.982 1.398
4 13.62 5.04 23.8 5.888 0.250 3.869 6.890 1.310
〔表10〕
[被写体距離10cmでの各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.65 2.84 64.8 5.029 7.056 2.016 1.577 1.670
2 7.72 3.78 41.6 5.832 3.578 2.346 4.666 1.729
3 9.23 4.13 34.8 5.888 2.416 2.773 5.347 1.782
4 13.93 5.11 23.4 5.888 0.250 4.525 6.234 1.310
比較例としてズームレンズの所定のポジションにおける全系の焦点距離(f)、Fナンバー(Fno)、画角及び群間隔(d1,d3,d2)を以下の表11に示す。
〔表11〕
(比較例)
[被写体距離10cmで第3レンズ群で合焦した時の各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.72 2.89 63.9 5.055 7.056 2.170 1.783 1.310
2 7.95 3.88 40.5 5.801 3.578 2.455 4.976 1.310
3 9.56 4.27 34.0 5.888 2.416 2.886 5.706 1.310
〔表11〕
(比較例)
[被写体距離10cmで第3レンズ群で合焦した時の各ポジションの焦点距離、Fナンバー、群間]
Po f Fno 画角 2Y d1 d2 d3 d4
1 4.72 2.89 63.9 5.055 7.056 2.170 1.783 1.310
2 7.95 3.88 40.5 5.801 3.578 2.455 4.976 1.310
3 9.56 4.27 34.0 5.888 2.416 2.886 5.706 1.310
実施例2のズームレンズ10のレンズ群データを表12に示す。
〔表12〕
レンズ群 始面 焦点距離(mm)
1 1 -7.99
2 7 5.59
3 12 -8.61
4 14 10.78
〔表12〕
レンズ群 始面 焦点距離(mm)
1 1 -7.99
2 7 5.59
3 12 -8.61
4 14 10.78
図15、図18(A)〜18(D)は、実施例2のズームレンズ12の断面図である。図15では、ズームレンズ12の広角端における断面図を示している。なお、これ以降の断面図は全て被写体距離が無限遠のときの断面図である。図18(A)〜18(D)は、実施例2のズームレンズ12のズーム動作の際のポジションをそれぞれ示している。すなわち、図18(A)は、ズームレンズ12の広角端における断面図である。図18(B)は、中間における断面図である。図18(C)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの断面図である。図18(D)は、望遠端における断面図である。なお、実施例2において、反射光学素子PRMは、その光路長と等価で回転対称な形状を有する凹平の単レンズとして表されている。
実施例2のズームレンズ12は、物体側より順に、第1レンズ群Gr1と、第2レンズ群Gr2と、第3レンズ群Gr3と、第4レンズ群Gr4とからなる。ここで、第1レンズ群Gr1は、物体側面12aが凹で、像側面12cが平面の反射光学素子PRMと、両凹で負の第1レンズL12aと、物体側に凸で正メニスカスの第2レンズL12bとを含む。このうち、反射光学素子PRMは、その物体側面12aに物体側から入射した光線を直角に折り曲げることのできる直角型のプリズムである。実施例2では、反射光学素子PRMは負の屈折力を有する。また、第1及び第2レンズL12a,L12bは、貼り合わせレンズL12となっている。第2レンズ群Gr2は、開口絞りSと、両凸で正の第3レンズL21aと、両凹で負の第4レンズL21bと、両凸で正の第5レンズL21cとを含む。ここで、第3〜第5レンズL21a〜L21cは、貼り合わせレンズL21となっている。第3レンズ群Gr3は、単レンズで構成され、像側に凹で負メニスカスの第6レンズL31を含む。第4レンズ群Gr4は、単レンズで構成され、像側に凸で正メニスカスの第7レンズL41を含む。その他、光学的ローパスフィルター、IRカットフィルター、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板F1,F2を第4レンズ群Gr4と撮像素子51との間に配置することができる。なお、第3及び第5レンズL21a,L21cはガラスモールドレンズ、第6及び第7レンズL31,L41はプラスチックレンズ、それ以外のレンズL12a,L12b,L21bはガラス材料による研磨レンズを想定している。
図19(A)は、ズームレンズ12の広角端における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図19(B)は、中間における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図20(A)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。図20(B)は、望遠端における無限遠合焦時の収差図(球面収差、非点収差及び歪曲収差)である。
図21(A)は、広角端における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図21(B)は、中間における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図22(A)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図22(B)は、望遠端における、被写体距離1mに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。
図23(A)は、広角端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図23(B)は、中間における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図24(A)は、第2の変倍領域AR2の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動した合焦時の収差図である。図24(B)は、望遠端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群Gr3を移動した合焦時の収差図である。
実施例2のズームレンズ12は、広角端から望遠端への変倍に際し、第2レンズ群Gr2が光軸AX方向に沿って物体側に移動し、第3レンズ群Gr3が光軸AX方向に沿って移動して、各レンズ群Gr2,Gr3の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。残りのレンズ群である第1及び第4レンズ群Gr1,Gr4は、変倍に際し固定されている。無限遠から有限距離への合焦の際には、所定の被写体距離までは第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行う。また、所定の被写体距離より近接した際には、広角端から所定の位置までの第2の変倍領域AR2では第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動して合焦を行い、それ以外の第1の変倍領域AR1では第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行う。
実施例2のズームレンズ12は、広角端から望遠端への変倍に際し、被写体距離1mや10cmの場合には、広角端から図18(C)で示される位置(第2の変倍領域AR2)までは第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動して合焦を行い、それ以外の第1の変倍領域AR1では第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行っている。
以下、実施例2の比較例について説明する。図25(A)は、比較例としての広角端における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群を移動した合焦時の収差図である。図25(B)は、比較例としての中間における、被写体距離10cmに対して第3レンズ群を移動した合焦時の収差図である。図25(C)は、比較例としての第3レンズ群と第4レンズ群とを移動させて合焦を行う第2の変倍領域の中で最も望遠側の位置にあるときの、被写体距離10cmに対して第3レンズ群を移動した合焦時の収差図である。実施例2に示すズームレンズ12は、図23(A)、23(B)、図24(A)と図25(A)〜25(C)とを比較すると、第3レンズ群Gr3と第4レンズ群Gr4とを移動して合焦を行うことで、第3レンズ群Gr3を移動して合焦を行うよりも像面湾曲や非点収差といった収差の発生を抑えていることが分かる。なお、第4レンズ群Gr4の位置は、被写体距離の変化や焦点距離の変化に応じてそれぞれ異なったものとなっている。実施例2に記載されていない変倍領域や被写体距離における第4レンズ群Gr4の位置については、実施例2に記載されている位置を非連続的に移動するか、フィッティング等を用いて、実施例2に記載されていない位置を連続的に移動するかのどちらの移動方法を用いてもよい。
以上、実施形態や実施例に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。
上記実施形態において、ズームレンズ10は、単レンズを組み合わせたものであったが、複数のレンズを2次元的に配列した複眼撮像装置用のレンズアレイであってもよい。
最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の温度変化を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が20ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性の極めて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ(Nb2O5)の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。本発明において、例えば実施例1の第7及び第8レンズL31,L41等に用いられるようなプラスチックレンズに、このような無機粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、ズームレンズ全系の温度変化時の像点位置変動をより小さく抑えることが可能となる。
また、近年、撮像装置を低コストにかつ大量に実装する方法として、予め半田がポッティングされた基板に対し、ICチップその他の電子部品と光学素子とを載置したままリフロー処理(加熱処理)し、半田を溶融させることにより電子部品と光学素子とを基板に同時実装するという技術が提案されている。このようなリフロー処理を用いて実装を行うためには、電子部品とともに光学素子を約200〜260℃に加熱する必要があるが、このような高温下では、熱可塑性樹脂を用いたレンズは熱変形し又は変色して、その光学性能が低下してしまうという問題点がある。このような問題を解決するための方法のひとつとして、耐熱性能に優れたガラスモールドレンズを使用し、小型化と高温環境での光学性能とを両立する技術が提案されているが、熱可塑性樹脂を用いたレンズよりも一般にコストが高い。そのため、撮像装置の低コスト化の要求に応えられないという問題があった。そこで、例えば実施例1の第7及び第8レンズL31,L41の材料にエネルギー硬化性樹脂を使用することで、ポリカーボネイト系やポリオレフィン系のような熱可塑性樹脂を用いたレンズに比べ、高温に曝されたときの光学性能の低下を小さくすることができる。そのため、例えば実施例1の第7及び第8レンズL31,L41は、リフロー処理に有効であり、かつガラスモールドレンズよりも製造しやすく安価となり、ズームレンズ10を組み込んだ撮像装置の低コストと量産性とを両立できる。よって、例えば実施例1の第7及び第8レンズL31,L41を上記エネルギー硬化性樹脂を用いて形成してもよい。なお、エネルギー硬化性樹脂とは、一般的に熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等を指す。
AR1…第1の変倍領域、 AR2…第2の変倍領域、 AX…光軸、 Gr1〜Gr4…レンズ群、 PRM…反射光学素子、 10,11,12…ズームレンズ、 50…カメラモジュール、 51…撮像素子、 200…撮像機能部、 300…携帯通信端末
Claims (19)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、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、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、
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有し、
前記第2レンズ群及び前記第3レンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、
広角端から望遠端にいたる変倍で、前記第2レンズ群が物体側に移動し、
焦点調節時に、
所定の第1の変倍領域では、前記第3レンズ群を移動させて合焦を行い、
前記第1の変倍領域以外の第2の変倍領域では、所定の被写体距離より近接した際に、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行うことを特徴とするズームレンズ。 - 前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う前記第2の変倍領域は、広角側であることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
- 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1及び2のいずれか一項に記載のズームレンズ。
−1.5<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5 … (1)
ただし、
r1:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の物体側面の近軸曲率半径
r2:最も物体側にあるレンズ又は反射光学素子の像側面の近軸曲率半径 - 前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、前記第3レンズ群は被写体距離に対応して連続的に移動させ、前記第4レンズ群は非連続的に移動させることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、前記第4レンズ群は被写体距離が遠いときと近いときとの2段階で移動させることを特徴とする請求項4に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う際に、前記第3レンズ群及び前記第4レンズ群は連続的に移動させることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
1.00≦fM/fW<2.00 … (2)
ただし、
fM:前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う前記第2の変倍領域の最長焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から7までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
0.005<m4/TL<0.05 … (3)
ただし、
m4:前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う前記第2の変倍領域における前記第4レンズ群の最大移動距離
TL:前記反射光学素子の反射面から結像面までの光軸上の距離 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
0.50<d11/fW<1.00 … (4)
ただし、
d11:前記第1レンズ群の最も物体側の面の頂点から前記反射光学素子の前記反射面と前記光軸との交点までの距離
fW:広角端における全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
0.2<D34M/fW<0.5 … (5)
ただし、
D34M:前記第3レンズ群と前記第4レンズ群とを移動させて合焦を行う前記第2の変倍領域において最小となる前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との前記光軸上の間隔
fW:広角端における全系の焦点距離 - 前記第2レンズ群は、開口絞りを有することを特徴とする請求項1から10までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 前記第1レンズ群は、最も物体側に、負の屈折力を有するレンズを有し、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から11までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
1.0<|f1a/fW|<3.0 … (6)
ただし、
f1a:前記第1レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
fW:広角端における全系の焦点距離 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から12までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
1.60<nprm<2.20 … (7)
ただし、
nprm:前記反射光学素子の屈折率 - 前記第3レンズ群は、単レンズであることを特徴とする請求項1から13までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 前記第3レンズ群の単レンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項14に記載のズームレンズ。
50<ν3<95 … (8)
ただし、
ν3:前記第3レンズ群の単レンズのアッベ数 - 前記第3レンズ群は、プラスチックからなり、少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする請求項14及び15のいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 前記第4レンズ群は、プラスチックからなる単レンズであり、少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする請求項1から16までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 実質的にパワーを持たないレンズをさらに有することを特徴とする請求項1から17までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 請求項1から18までのいずれか一項に記載のズームレンズと、前記ズームレンズにより撮像面に形成された画像を光電変換する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014106481A JP2015222333A (ja) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | ズームレンズ及び撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2014106481A JP2015222333A (ja) | 2014-05-22 | 2014-05-22 | ズームレンズ及び撮像装置 |
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JP2015222333A true JP2015222333A (ja) | 2015-12-10 |
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-
2014
- 2014-05-22 JP JP2014106481A patent/JP2015222333A/ja active Pending
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