JP4234957B2 - ズームレンズ、撮像装置および携帯情報端末システム - Google Patents
ズームレンズ、撮像装置および携帯情報端末システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやスチルビデオカメラに適した、コンパクトなズームレンズ、このズームレンズを使用したカメラ装置等の撮像装置およびこの撮像装置を具備した携帯情報端末システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやスチルビデオカメラに搭載されるズームレンズは、近年高変倍比、広画角および、高解像力化等の要求が高くなると共に、小型、軽量、低コスト化に対応するため、レンズ全長およびレンズ外径の短縮と、構成枚数の低減が必須となっている。
【０００３】
このようなズームレンズとして、物体側から順に正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群および正の屈折力を有する第５群からなり、前記第２群を像面側へ移動させることにより、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍を行い、変倍に伴う第２群の移動による像面変動の補正を第４群で行うズームタイプが提案されている。
【０００４】
このズームタイプの例として、特開平６−１８０４２４号公報、特許第３１０９３４２号公報、および特開平９−９０２２１号公報記載の発明がある。これらの発明では、変倍に伴う像面位置変動の補正を第４群の移動で行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来公報に記載された５群構成のズームレンズは、何れの例も第４群は、変倍に伴う像面位置変動の補正を行うためのみに移動しており、変倍にはほとんど寄与しておらず、第２群が変倍作用の大部分を負担している。このため、第２群の変倍のための移動量が大きくなり、第３群に配置されている開口絞りから第１群を遠くに配置しなければならなくなり、第１群の大型化ひいては、ズームレンズ全体が大型化してしまうと言う欠点を有している。
【０００６】
そこで本発明はこれらの点を鑑み、４．５倍を越える高変倍比で有りながら、レンズ全長およびレンズ外径が非常に小さく、短焦点距離端の半画角が３０°以上と広画角で、かつ高解像力を達成可能なズームレンズ、カメラ装置等の撮像装置。及び携帯情報端末システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、図１に示すように、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群、および正の屈折力を有する第５群を順次有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第２群が第３群へ向かって移動するとともに、第４群が第３群側に向かって移動することにより変倍を行い、第２群と第４群の移動による像面変動の補正を第５群で行い、短焦点距離端の半画角が３０度以上のズームレンズにおいて、長焦点距離端のレンズ第１面から結像面までの距離をΣｄ、短焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｗ、長焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｔ、第１群の合成焦点距離をｆ１、第１群及び第２群の長焦点距離端の合成焦点距離をｆ12ｔとした場合、下記条件を満足することを特徴とする。
（１） １.６＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２.２
（２） −１．６３５≦ ｆ12ｔ／ｆ1 ≦−１．３２４
【０００８】
この請求項１の発明では、変倍を行うために第４群も変倍機能を負担させ、変倍に伴う像面移動は、第５群を移動させ補正を行う。このことにより、第２群の移動量を小さく抑え、第１群の開口絞りからの距離を近づけることが可能となり、第１群のレンズ外径を小さくできると共に、ズームレンズ全体の大きさを小さくすることが出来、更に第５群を移動させることにより、性能向上させるための自由度が増加し、高性能化が達成可能である。
【０００９】
条件式（１）は、ズームレンズ全体の大きさを規定するもので、上限を越えるとズームレンズの全長が長くなり、第１群のレンズ外径が大きくなり、コストが大幅に上がると共に、ズームレンズを使用するカメラ装置が大型化してしまう。下限を越えると各群のパワーが強くなりすぎ、良好な結像性能を得られなくなる。これに対して、上記条件式（１）の範囲を満足することで高性能化が達成される。
条件式（２）記載のｆ 12 ｔ／ｆ 1 は、長焦点距離端の第２群の倍率を表しており、ズームレンズ全体の小型化を達成するためこの条件を満足することが望ましい。上限を越えると、第２群の変倍への寄与が小さくなり過ぎるため、変倍時の入射瞳の変化が小さくなり、開口絞りの径を固定した場合、短焦点距離端に対する長焦点距離端のＦナンバの変化が大きくなる。下限を越えると第４群の変倍への寄与が小さくなり過ぎるため、第１群のパワーが強くなり過ぎ、第１群での収差の発生が過剰に大きくなり、良好な結像性能を得られなくなる。
なお、本条件式において、更なる小型化と高性能化を達成するためには、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（２−２） −１．７＜ｆ 12 ｔ／ｆ 1 ＜−１ . ２
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のズームレンズにおいて、第１群が固定群であることを特徴とする。この固定群とは第１群がズーミング及び一部のレンズを移動する（即ち全体繰り出しではない）フォーカシングに対して移動しないレンズ群のことである。請求項１記載のズームレンズにおいて、移動群をより簡単な機構で実現するために、第１群は、移動しない構成とすることが望ましい。第１群は、本発明のズームレンズ内で最もレンズ外径が大きくなり、これに伴い重量も重くなるため、第１群を移動させるためには、機構の簡略化や省電力化が達成できなくなる。また、第１群でフォーカシングを行うと、第１群を繰り出すことで近距離の撮影距離において、周辺光量が著しく低下し、これを確保するためには、第１群が非常に大型化してしまう。請求項２のような構成とすると、当然のことながら、全ズーム域におけるレンズ第１面から結像面までの距離は一定となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１〜２の何れかに記載のズームレンズにおいて、開口絞りは第３群の近傍に配置する事が出来、特に第３群の最も第２群側に配置することが望ましい。更に、開口絞りを含む第３群を移動させないことを特徴とする。
【００１２】
開口絞りの位置には、シャッタが設けられることが一般的であり、シャッタを移動させると機構が煩雑となり、好ましくない。更にシャッタを移動させるとシャッタの駆動時の振動がレンズユニットの他の部分へ伝わりやすく、像ぶれなどの性能劣化の要因となる。このため、シャッタを含む第３群は、移動させないことが望ましい。
【００１３】
請求項１〜３の何れかに記載のズームレンズにおいて、撮影距離を変更した場合のピント合わせ、所謂フォーカシングは、レンズ全体を繰り出す全体繰り出しや、ＣＣＤなどの受光素子などを移動させる方法や、第１群以外の群を移動させる所謂インナーフォーカスでも行うことが出来る。
請求項４の発明は、インナーフォーカスを行う群を第５群とすることを特徴とする。同じ撮影距離におけるフォーカス群の繰り出し量は、短焦点距離端で小さく、長焦点距離端に近づくにつれて大きくなる。本発明のズームレンズにおいては、第４群と第５群との間隔は、短焦点距離端で小さく長焦点距離端で大きくなる。
【００１４】
このため、フォーカシングによる第５群の移動のためのスペースがどのズーム点においても第４群と干渉せず確保可能である。更に、第５群で変倍に伴う像面移動の補正を行う構成となっているため、像面補正とフォーカシングのための移動機構と制御機構とを共通化できるという利点がある。
【００１５】
請求項１〜４の何れかに記載のズームレンズは、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することが出来る。このような光学系に使用する場合は、第５群側に物体（液晶）を配置し、第１群側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に拡大投影して使用する。
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とした撮影用ズームレンズであることを特徴とする。第１群の第１面を物体側とする事で、被写体を例えばＣＣＤ等の受光素子上に縮小結像する事で、良好な結像性能が得られる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかに記載のズームレンズにおいて、短焦点距離端の第１群と第２群との間隔をｄ1ｗ
、長焦点距離端の第１群と第２群との間隔をｄ1ｔ 、短焦点距離端の第３群と第４群との間隔をｄ3ｗ 、長焦点距離端の第３群と第４群との間隔をｄ3ｔ
とした場合、条件式
（３） ０.３＜(ｄ3ｗ−ｄ3ｔ)／(ｄ1ｔ−ｄ1ｗ) ＜０．８
を満足することを特徴とする。
【００１９】
条件式（３）は、変倍における第４群の移動量と第２群の移動量との割合を規定するものである。本発明のズームレンズを小型化するためには、第４群の移動量をある程度大きくする必要がある。下限を越えると、条件式（３）の分母（第２群の移動量）が大きくなるか、分子（第４群の移動量）が小さくなることとなり、第４群の変倍機能の分担が小さくなり、レンズの小型化を達成できなくなる。逆に上限を越えると、第４群の移動量が大きくなり、変倍に対する第４群の機能が大きく、第２群の変倍機能への分担が小さくなってしまい、良好な変倍を行うことが困難となり、結像性能の劣化の要因となる。
なお、本条件式において、更なる小型化と高性能化を達成するためには、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（３−２） ０.４＜（ｄ3ｗ−ｄ3ｔ）／（ｄ1ｔ−ｄ1ｗ）＜０．７
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかに記載のズームレンズにおいて、第１群と第２群とがそれぞれ３枚のレンズで構成され、第４群が４枚のレンズで構成され、第５群が１枚のレンズで構成され、少なくとも第２群から第５群のそれぞれに非球面を１面以上有していることを特徴とする。高性能なズームレンズを得るためには、各収差を小さく抑える必要がある。各収差を良好に補正するためには、レンズの構成枚数をある程度増加させ、各レンズでの収差の発生を小さく抑える必要がある。しかし、レンズの構成枚数が多くなると、各群が厚くなり、ズームレンズ全体の小型化を達成できなくなると共に、機構も複雑となりコストアップの要因となる。
【００２１】
そこで、本発明のズームレンズは、第１群と第２群とをそれぞれ３枚という比較的少ないレンズ枚数とし、第４群は、群内における各レンズの偏心による結像性能劣化の影響を小さくするため、４枚構成とする。また、第５群は、１枚のレンズで構成する。第５群は、像面補正やフォーカシングのために移動するときに、レンズの構成枚数が少ないと軽量であるため少ないエネルギーで移動可能とする事が出来る。このように少ないレンズの構成枚数で、結像性能を良好に保つため、少なくとも第２群から第５群のそれぞれに非球面を１面以上有することが望ましい。
【００３９】
請求項８の発明は、長焦点距離端の開口絞り径を短焦点距離端の開口絞り径に対して大きくしたことを特徴とする。
近年記録画像の高画質化を達成するため、ＣＣＤの高密度化が大幅に進み、総画素数が３００万画素から４００万画素の物が具現化されている。高密度化とＣＣＤの小型化を両立させるために、ＣＣＤの一画素の大きさは小型化され、例えば１／２．７型で４００万画素のＣＣＤの一画素の大きさは、２．８μｍ程度と非常に小さくなる。このような画素サイズが小さいＣＣＤに使用するズームレンズとしては、評価周波数が１８０本／ｍｍと言う非常な高周波数で良好な結像性能を有する必要がある。この時レンズのＦナンバが暗くなると回折の影響により、レンズ系に収差が無い場合でも、結像性能が劣化してしまうと言う問題がある。本ズームレンズは、第２群と第４群の変倍に対する寄与を適切に配分することにより、短焦点距離端に対する長焦点距離端のＦナンバ変化は小さく抑えることが出来ている。しかし、例えば評価周波数が１８０本／ｍｍを越える高い周波数でより長焦点距離端の性能を向上させるためには、長焦点距離端のＦナンバがより明るくなることが望ましい。そこで、長焦点距離端の明るさを明るくするために、長焦点距離端の開口絞りの径を短焦点距離端に対して大きくする。
【００４０】
なお、本発明において、より小型、コンパクトなレンズを達成するためには、第４群の構成枚数を４枚とし、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（４−２） ２.２５＜Σｄ／（Z×ｙ'）＜２.９
（５−２） ０.８＜-ｆ2／ｆW＜１.４５
【００４１】
請求項１〜８の何れかに記載のズームレンズは、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することが出来る。このような光学系に使用する場合は、第５群側を物体（液晶）を配置し、第１群側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に投影して使用する。
【００４２】
請求項９の発明は、請求項１〜８の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とする撮影用ズームレンズであることを特徴としている。第１群の第１面を物体側とすることで、被写体を例えばＣＣＤ等の受光素子上に縮小結像することで、良好な結像性能が得られる。
【００４３】
請求項１０の発明は、請求項９に記載のズームレンズを撮影用ズームレンズとして使用することを特徴とする撮像装置である。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の撮像装置において、撮影画像をデジタル情報に変換する手段を有することを特徴としている。
カメラ装置等の撮像装置は、被写体の像を本発明のズームレンズを介して、記録するもので、記録媒体としてフィルムを使用する所謂銀塩カメラや請求項２１の発明のように、ＣＣＤなどの受光素子に結像させ、被写体の情報をデジタル情報として記録する所謂デジタルカメラやデジタルビデオに適用する事で、非常にコンパクトで高変倍、高画質、かつ省電力なカメラ装置が得られる。
【００４４】
請求項１２の発明は、請求項１０〜１１の何れかに記載の撮像装置において、ズームレンズによる被写体の像を受光する受光素子が３００万画素以上の画素数を有していることを特徴とする。受光素子の画素数は、画素数が増加すればそれだけ被写体像の記録密度を向上することが可能となり、３００万画素以上を有することで、プリンタにより本発明の撮像装置で記録した被写体像を出力しても、従来の銀塩カメラでの出力と同程度以上の品質のアウトプットが得られる。
【００４５】
請求項１３の発明は、請求項１０〜１２の何れかに記載の撮像装置を使用したことを特徴とする携帯情報端末システムである。携帯情報端末システムは、図２６に示すようにカメラシステムに加えて、カメラシステムで記録したデータを例えば通信を介して送信する通信用Ｉ／Ｆ１４を有している。
このような携帯情報端末システムにおいて、請求項１０〜１２の何れかに記載の撮像装置を使用することにより、携帯情報端末システムを非常に小型にでき、高品質な記録データが得られる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るズームレンズの各ズームポジションにおけるレンズ群の位置関係を示す図（図１では一例として数値実施例８の構成を示す）、図２は同ズームレンズの変倍を説明するための図である。図３は本発明の数値実施例１のズームレンズの構成を示す断面図、図４は本発明の数値実施例２のズームレンズの構成を示す断面図、図５は本発明の数値実施例３のズームレンズの構成を示す断面図、図６は本発明の数値実施例４のズームレンズの構成を示す断面図、図７は本発明の数値実施例５のズームレンズの構成を示す断面図、図８は本発明の数値実施例６のズームレンズの構成を示す断面図、図９は本発明の数値実施例７のズームレンズの構成を示す断面図、図１０は本発明の数値実施例８のズームレンズの構成を示す断面図、図１１は本発明の数値実施例９のズームレンズの構成を示す断面図、図１２は本発明の数値実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図、図１３は本発明の数値実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図である。なお、図３から図１３において、符号ＦＩはフィルタ、符号ＣはＣＣＤカバーグラス、符号Ｋは結像面である。
【００４７】
本発明の数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、正の屈折力を有する第１群Ｇ１、負の屈折力を有する第２群Ｇ２、正の屈折力を有する第３群Ｇ３、正の屈折力を有する第４群Ｇ４、および正の屈折力を有する第５群Ｇ５を順次有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に対して、第２群Ｇ２が第３群Ｇ３へ向かって移動するとともに、第４群Ｇ４が第３群Ｇ３側に向かって移動することにより変倍を行い、第２群Ｇ２と第４群Ｇ４の移動による像面変動の補正を第５群Ｇ５で行い、長焦点距離端のレンズ第１面から結像面Ｋまでの距離をΣｄ、短焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｗ、長焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｔとしたとき、下記の条件式、
１ . ６＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２.２
を満足している。
【００４８】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１が固定群である。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第３群Ｇ３の最も第２群Ｇ２側に開口絞りＳを有し、第３群Ｇ３および開口絞りＳが固定群を構成している。
【００４９】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第５群Ｇ５がフォーカシング用の移動群である。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１を物体側とする撮影用ズームレンズである。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第５群Ｇ５側の結像面Ｋの位置に物体（液晶）を配置し、第１群Ｇ１側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に拡大投影して使用することにより、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することもできる。
【００５０】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１の合成焦点距離をｆ１、第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２の長焦点距離端の合成焦点距離をｆ12ｔとしたとき、下記の条件式、
−１．８ ＜ ｆ12ｔ／ｆ1 ＜ −１.１
を満足している。
【００５１】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との短焦点距離端の間隔をｄ1ｗ、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との長焦点距離端の間隔をｄ1ｔ、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との短焦点距離端の間隔をｄ3ｗ、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との長焦点距離端の間隔をｄ3ｔとしたとき、下記の条件式、
０.３＜（ｄ3ｗ−ｄ3ｔ）／（ｄ1ｔ−ｄ1ｗ）＜０．８
を満足している。
【００５２】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１が３枚のレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３）で構成され、第２群Ｇ２も３枚のレンズ（第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６）で構成され、第３群Ｇ３が１枚のレンズ（第７レンズＬ７）で構成され、第４群Ｇ４が４枚のレンズ（第８レンズＬ８、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１）で構成され、第５群Ｇ５が１枚のレンズ（第１２レンズＬ１２）で構成され、少なくとも第２群Ｇ２から第５群Ｇ５のそれぞれに非球面を１面以上有している。
【００５３】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、短焦点距離端の開口絞りＳの径に対して、長焦点距離端の開口絞り径の方を大きくすることができる。この場合、例えば、開口絞り径をズーミング機構と連動させることができる。
【００５４】
次に本発明のズームレンズの数値実施例を以下に示す。
但し、
Ｒ ：各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄ ：面間隔
Ｎｄ ：ｄ線に対する屈折率
Ｖｄ ：ｄ線に対するアッベ数
ｆ ：全系の合成焦点距離
Ｆ ：Ｆナンバ
ω ：半画角
ｙ' ：像高
Ｗｉｄｅ：短焦点距離端
Ｍｅａｎ：中間焦点距離
Ｔｅｌｅ：長焦点距離端
【００５５】
また、非球面は下式で表す。
Ｘ＝〔｛(１／Ｒ)×Ｙ2 ｝／｛１＋ＳＱＲＴ(１−(１＋Ｋ)×(Ｙ／Ｒ)2 )｝〕＋A4×Y4 +A6×Y6 +A8×Y8 +A10×Y10
【００５６】
ここで、
Ｘ ：光軸から高さＹにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離
Ｙ ：光軸からの高さ
Ｒ ：非球面の近軸曲率半径
Ｋ ：円錐乗数
A4,A6,A8,A10：非球面係数
ＳＱＲＴ ：平方根の意味
また、数値実施例の中で、E-XYは１０-XYの意味であり、Ｎは面番号である。
【００５７】
図１４〜図２４に順次数値実施例１〜数値実施例１１に関する収差曲線図を示す。これらの収差図において、SAは球面収差、SCは正弦条件であり、実線が球面収差、点線が正弦条件を表す。また、Astは、非点収差であり、実線がサジタル像面、点線がメリディオナル像面を表す。Distは歪曲収差、Comaは、コマ収差である。また、ｄはｄ線（587.56nm）、ｇはｇ線（435.83nm）を表す。なお、ｄ線（587.56nm）及びｇ線（435.83nm）を表す各符号は、球面収差及び非点収差については長焦点距離端のみ表示し、コマ収差については短焦点距離端のみ表示した。なお、以下の数値実施例は、像高ｙ'が４．６５ｍｍの場合について示した。
【００５８】
［数値実施例１］
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【００６２】
【表４】
【００６３】
［数値実施例２］
【００６４】
【表５】
【００６５】
【表６】
【００６６】
【表７】
【００６７】
【表８】
【００６８】
［数値実施例３］
【００６９】
【表９】
【００７０】
【表１０】
【００７１】
【表１１】
【００７２】
【表１２】
【００７３】
［数値実施例４］
【００７４】
【表１３】
【００７５】
【表１４】
【００７６】
【表１５】
【００７７】
【表１６】
【００７８】
［数値実施例５］
【００７９】
【表１７】
【００８０】
【表１８】
【００８１】
【表１９】
【００８２】
【表２０】
【００８３】
［数値実施例６］
【００８４】
【表２１】
【００８５】
【表２２】
【００８６】
【表２３】
【００８７】
【表２４】
【００８８】
［数値実施例７］
【００８９】
【表２５】
【００９０】
【表２６】
【００９１】
【表２７】
【００９２】
【表２８】
【００９３】
［数値実施例８］
【００９４】
【表２９】
【００９５】
【表３０】
【００９６】
【表３１】
【００９７】
【表３２】
【００９８】
［数値実施例９］
【００９９】
【表３３】
【０１００】
【表３４】
【０１０１】
【表３５】
【０１０２】
【表３６】
【０１０３】
［数値実施例１０］
【０１０４】
【表３７】
【０１０５】
【表３８】
【０１０６】
【表３９】
【０１０７】
【表４０】
【０１０８】
上記実施例の非球面は、ガラスレンズに薄い樹脂層を設け樹脂層を非球面とする所謂ハイブリッド非球面とガラスレンズの面自体が非球面の所謂ガラス非球面レンズの両方を用いている。当然のことながら、非球面は、非球面効果が得られれば、非球面の種類はどのようなものでも良く、実施例でハイブリッド非球面であるものをガラス非球面に変更することや逆にガラス非球面をハイブリッド非球面に変更することが出来る。
【０１０９】
下記に上記数値実施例８の第１２レンズのハイブリッド非球面をガラス非球面に変更した場合の例を示す。
【０１１０】
［数値実施例１１］
【０１１１】
【表４１】
【０１１２】
【表４２】
【０１１３】
【表４３】
【０１１４】
【表４４】
【０１１５】
また、全ての非球面をガラス非球面またはハイブリッド非球面で構成することが可能であるのは、言うまでもない。
数値実施例３は、長焦点距離端の開口絞りを短焦点距離端の開口絞りに対して径を大きくして、長焦点距離端のＦナンバを小さくした例を示す。
【０１１６】
どの実施例を見ても、レンズの構成枚数が１２枚と少なく、非常にコンパクトなレンズでありながら、短焦点距離端側の半画角が３０°以上と広画角で、変倍比が約４．７倍以上と高変倍でありながら、ズーム域全体にわたって、良好な性能を有していることが判る。
【０１１７】
本発明のズームレンズを使用したデジタルカメラの概念図を図２５に示す。
図２５に示すように、撮像装置１は、被写体を撮影する撮影ズーム光学系２と撮影ズーム光学系２により結像された像を光電変換する例えばＣＣＤ３、ＣＭＯＳセンサのような撮像素子からなる。また必要に応じて、被写体の撮影範囲を視認するためのファインダ光学系１５を有していても良い。
【０１１８】
撮像装置の制御系の一例を図２６に示す。撮影ズーム光学系２は、上述した何れかの実施例のズームレンズである撮影ズームレンズ２１とメカ機構２２とからなる。メカ機構は、例えばオートフォーカス機構、メカニカルシャッタ機構や、ズームレンズ群間隔を変更するズーム機構などにより、構成されている。
【０１１９】
光学系により結像された被写体の像は、ＣＣＤ３上に結像され、ＣＣＤ３上に配置されたフィルタにより色分解後光電変換され、赤（Red）,緑（Green）,青（Blue）のアナログ画像信号として出力される。
【０１２０】
出力されたアナログ信号は、信号処理部４において、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）で画像信号のノイズ低減と、オートゲイン回路（ＡＧＣ回路）で画像信号レベルの調整等が行われる。
【０１２１】
画像処理を通った信号は、Ａ／Ｄ変換部５において、アナログ画像データを最適なサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する。
デジタル化された画像データは、デジタル信号処理部６において、Red,Greenのゲイン調整を行うホワイトバランス調整や、デジタル画像データを色差と輝度に分離する処理などを行う。
デジタル処理された画像データは、画像メモリ７に一時的に保存される。
【０１２２】
制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＲＡＭを作業領域として、ＣＰＵがシステム全体の制御を行う。例えば、モータドライバ９は、制御部８からの制御信号に基づいて、光学系のメカ機構の駆動を行う。また、タイミング制御回路１０は、ＣＣＤ３に対する駆動制御信号の生成や信号処理、Ａ／Ｄ変換のタイミング制御を行う。
【０１２３】
カメラ装置としては、例えば図２６に示すように撮像装置１に加えて、例えばフラッシュメモリーカードなどのメディアを使用して、撮影した画像を記録するデータ記録部１１を有し、必要に応じてＬＣＤ（液晶表示装置）などの撮影範囲を表示する表示装置１２などを具備している。
【０１２４】
また、暗い被写体を撮影するために、ストロボ装置１３を具備することも可能であり、光量が不足するような暗い被写体を撮影する場合、ストロボ装置により被写体を照明することで、撮影が可能となる。
【０１２５】
携帯情報端末システムは、図２６に示すようにカメラシステムに加えて、カメラシステムで記録したデータを例えば通信を介して送信する通信用Ｉ／Ｆ１４を有している。このように通信機能を付加させることで、携帯情報端末システムの大幅な小型、軽量、低コスト化かつ省電力を達成することができる。
【０１２６】
図２７は、一眼レフタイプのデジタルカメラの要部構成を示す図である。
図２７に示すように、撮影ズーム光学系２は、上記実施例の何れかのズームレンズから構成され、その後方の所定位置には、図示しないフォーカルプレーン形式のシャッタを介してＣＣＤ３が配設されている。
【０１２７】
このシャッタと撮影ズーム光学系２との間には、ミラー１６が配設されている。このミラー１６は撮影光束と観察光束とを選択的に振り分けるためのものであり、平生は、ミラー１６が光軸に対して４５°の傾斜を持って支持され、撮影ズーム光学系２を通過する光束をミラー１６の反射面によって上方に反射させて観察光束とし、露光時にはミラー１６がミラー１６ａの如く上方に跳ね上げられることによって撮影ズーム光学系２を通過した光束がそのまま直進されてＣＣＤ３上に結像する撮影光束となる。
【０１２８】
ミラー１６の上方には、焦点板１７が配設され、焦点板１７の上方にペンタゴナルダハプリズム（以下、ペンタプリズムという）１８の入射面が位置されている。このペンタプリズム１８の射出面の後方に接眼レンズ１９が設けられ、この接眼レンズ１９を通じて正立正像でかつパララックスのない被写体像を観察できるようになっている。
【０１２９】
また、ミラー１６の一部を測距光束分岐用のハーフミラー面とし、ミラー１６の後方に周知のオートフォーカス光学系を設けるようにしてもよい。また、ＣＣＤ３の代わりに銀塩フィルムを配置するようにして銀塩フィルムを用いた一眼レフカメラとしてもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、正,負,正,正,正の５群ズームタイプを用いて、第２群と第４群で変倍機能を分担し、第５群で変倍による像面の変動補正とフォーカシングを行うことで、半画角３０°以上と広画角で、変倍比４．５倍を越える高変倍で有りながら、非常に軽量コンパクトで高性能なズームレンズが得られる。また、Ｆナンバの変化を大きくすることなく、良好な結像性能が得られ、ズームレンズ全体の小型化を達成することができる。
【０１３１】
また、請求項２の発明によれば、第１群が移動しないので、第１群が移動する場合より第１群の外径を小さくすることができるとともに、移動機構の簡略化や省電力化を達成することができる。
【０１３２】
また、請求項３の発明によれば、開口絞りを含む第３群を移動しないので、機構が煩雑となることがなく、更にシャッタの駆動時の振動がレンズユニットの他の部分へ伝わりにくく、シャッタの作動による像ぶれなどの性能劣化を防止することができる。
【０１３３】
また、請求項４の発明によれば、第５群でフォーカシングするので、フォーカシングによる第５群の移動のためのスペースがどのズーム点においても第４群と干渉せず確保可能であり、更に、第５群で変倍に伴う像面移動の補正を行う構成となっているため、像面補正とフォーカシングのための移動機構と制御機構とを共通化できるという利点がある。
【０１３４】
また、請求項５、９の発明によれば、第１面を物体側としているので、被写体を受光素子、銀塩フィルム等に縮小結像する事で、良好な結像性能が得られる。
【０１３６】
また、請求項６の発明によれば、第２群と第４群との変倍機能の分担を適切に配分できるので、さらなる小型化と高性能化とを達成することができる。
【０１３７】
また、請求項７の発明によれば、少ないレンズ枚数で各収差を良好に補正することができるとともに、フォーカシングするためのレンズを１枚構成としたので、軽量であるため少ないエネルギーで移動可能とする事が出来る。
【０１４４】
また、請求項８の発明によれば、評価周波数が１８０本／ｍｍを越える高い周波数でより長焦点距離端の性能を向上させることができる。
【０１４５】
また、請求項１０、１１の発明によれば、非常にコンパクトで高変倍、高画質、かつ省電力なカメラ装置が得られる。
【０１４６】
また、請求項１２の発明によれば、プリンタにより被写体像を出力しても、従来の銀塩カメラでの出力と同程度以上の品質のアウトプットが得られる。
【０１４７】
また、請求項１３の発明によれば、携帯情報端末システムを非常に小型にでき、高品質な記録データが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るズームレンズの各ズームポジションにおけるレンズ群の位置関係を示す図である。
【図２】同ズームレンズの変倍を説明するための図である。
【図３】本発明の数値実施例１のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の数値実施例２のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の数値実施例３のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の数値実施例４のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の数値実施例５のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の数値実施例６のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の数値実施例７のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の数値実施例８のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の数値実施例９のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の数値実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の数値実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の数値実施例１の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１５】本発明の数値実施例２の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１６】本発明の数値実施例３の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１７】本発明の数値実施例４の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１８】本発明の数値実施例５の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１９】本発明の数値実施例６の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２０】本発明の数値実施例７の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２１】本発明の数値実施例８の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２２】本発明の数値実施例９の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２３】本発明の数値実施例１０の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２４】本発明の数値実施例１１の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２５】本発明のズームレンズを使用したデジタルカメラの概念図である。
【図２６】図２５のデジタルカメラに備える撮像装置の制御系の一例を示すブロック図である。
【図２７】本発明のズームレンズを使用した一眼レフタイプのデジタルカメラの概念図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｌ７ 第７レンズ
Ｌ８ 第８レンズ
Ｌ９ 第９レンズ
Ｌ１０ 第１０レンズ
Ｌ１１ 第１１レンズ
Ｌ１２ 第１２レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやスチルビデオカメラに適した、コンパクトなズームレンズ、このズームレンズを使用したカメラ装置等の撮像装置およびこの撮像装置を具備した携帯情報端末システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやスチルビデオカメラに搭載されるズームレンズは、近年高変倍比、広画角および、高解像力化等の要求が高くなると共に、小型、軽量、低コスト化に対応するため、レンズ全長およびレンズ外径の短縮と、構成枚数の低減が必須となっている。
【０００３】
このようなズームレンズとして、物体側から順に正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群および正の屈折力を有する第５群からなり、前記第２群を像面側へ移動させることにより、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍を行い、変倍に伴う第２群の移動による像面変動の補正を第４群で行うズームタイプが提案されている。
【０００４】
このズームタイプの例として、特開平６−１８０４２４号公報、特許第３１０９３４２号公報、および特開平９−９０２２１号公報記載の発明がある。これらの発明では、変倍に伴う像面位置変動の補正を第４群の移動で行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来公報に記載された５群構成のズームレンズは、何れの例も第４群は、変倍に伴う像面位置変動の補正を行うためのみに移動しており、変倍にはほとんど寄与しておらず、第２群が変倍作用の大部分を負担している。このため、第２群の変倍のための移動量が大きくなり、第３群に配置されている開口絞りから第１群を遠くに配置しなければならなくなり、第１群の大型化ひいては、ズームレンズ全体が大型化してしまうと言う欠点を有している。
【０００６】
そこで本発明はこれらの点を鑑み、４．５倍を越える高変倍比で有りながら、レンズ全長およびレンズ外径が非常に小さく、短焦点距離端の半画角が３０°以上と広画角で、かつ高解像力を達成可能なズームレンズ、カメラ装置等の撮像装置。及び携帯情報端末システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、図１に示すように、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群、および正の屈折力を有する第５群を順次有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第２群が第３群へ向かって移動するとともに、第４群が第３群側に向かって移動することにより変倍を行い、第２群と第４群の移動による像面変動の補正を第５群で行い、短焦点距離端の半画角が３０度以上のズームレンズにおいて、長焦点距離端のレンズ第１面から結像面までの距離をΣｄ、短焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｗ、長焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｔ、第１群の合成焦点距離をｆ１、第１群及び第２群の長焦点距離端の合成焦点距離をｆ12ｔとした場合、下記条件を満足することを特徴とする。
（１） １.６＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２.２
（２） −１．６３５≦ ｆ12ｔ／ｆ1 ≦−１．３２４
【０００８】
この請求項１の発明では、変倍を行うために第４群も変倍機能を負担させ、変倍に伴う像面移動は、第５群を移動させ補正を行う。このことにより、第２群の移動量を小さく抑え、第１群の開口絞りからの距離を近づけることが可能となり、第１群のレンズ外径を小さくできると共に、ズームレンズ全体の大きさを小さくすることが出来、更に第５群を移動させることにより、性能向上させるための自由度が増加し、高性能化が達成可能である。
【０００９】
条件式（１）は、ズームレンズ全体の大きさを規定するもので、上限を越えるとズームレンズの全長が長くなり、第１群のレンズ外径が大きくなり、コストが大幅に上がると共に、ズームレンズを使用するカメラ装置が大型化してしまう。下限を越えると各群のパワーが強くなりすぎ、良好な結像性能を得られなくなる。これに対して、上記条件式（１）の範囲を満足することで高性能化が達成される。
条件式（２）記載のｆ 12 ｔ／ｆ 1 は、長焦点距離端の第２群の倍率を表しており、ズームレンズ全体の小型化を達成するためこの条件を満足することが望ましい。上限を越えると、第２群の変倍への寄与が小さくなり過ぎるため、変倍時の入射瞳の変化が小さくなり、開口絞りの径を固定した場合、短焦点距離端に対する長焦点距離端のＦナンバの変化が大きくなる。下限を越えると第４群の変倍への寄与が小さくなり過ぎるため、第１群のパワーが強くなり過ぎ、第１群での収差の発生が過剰に大きくなり、良好な結像性能を得られなくなる。
なお、本条件式において、更なる小型化と高性能化を達成するためには、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（２−２） −１．７＜ｆ 12 ｔ／ｆ 1 ＜−１ . ２
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のズームレンズにおいて、第１群が固定群であることを特徴とする。この固定群とは第１群がズーミング及び一部のレンズを移動する（即ち全体繰り出しではない）フォーカシングに対して移動しないレンズ群のことである。請求項１記載のズームレンズにおいて、移動群をより簡単な機構で実現するために、第１群は、移動しない構成とすることが望ましい。第１群は、本発明のズームレンズ内で最もレンズ外径が大きくなり、これに伴い重量も重くなるため、第１群を移動させるためには、機構の簡略化や省電力化が達成できなくなる。また、第１群でフォーカシングを行うと、第１群を繰り出すことで近距離の撮影距離において、周辺光量が著しく低下し、これを確保するためには、第１群が非常に大型化してしまう。請求項２のような構成とすると、当然のことながら、全ズーム域におけるレンズ第１面から結像面までの距離は一定となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１〜２の何れかに記載のズームレンズにおいて、開口絞りは第３群の近傍に配置する事が出来、特に第３群の最も第２群側に配置することが望ましい。更に、開口絞りを含む第３群を移動させないことを特徴とする。
【００１２】
開口絞りの位置には、シャッタが設けられることが一般的であり、シャッタを移動させると機構が煩雑となり、好ましくない。更にシャッタを移動させるとシャッタの駆動時の振動がレンズユニットの他の部分へ伝わりやすく、像ぶれなどの性能劣化の要因となる。このため、シャッタを含む第３群は、移動させないことが望ましい。
【００１３】
請求項１〜３の何れかに記載のズームレンズにおいて、撮影距離を変更した場合のピント合わせ、所謂フォーカシングは、レンズ全体を繰り出す全体繰り出しや、ＣＣＤなどの受光素子などを移動させる方法や、第１群以外の群を移動させる所謂インナーフォーカスでも行うことが出来る。
請求項４の発明は、インナーフォーカスを行う群を第５群とすることを特徴とする。同じ撮影距離におけるフォーカス群の繰り出し量は、短焦点距離端で小さく、長焦点距離端に近づくにつれて大きくなる。本発明のズームレンズにおいては、第４群と第５群との間隔は、短焦点距離端で小さく長焦点距離端で大きくなる。
【００１４】
このため、フォーカシングによる第５群の移動のためのスペースがどのズーム点においても第４群と干渉せず確保可能である。更に、第５群で変倍に伴う像面移動の補正を行う構成となっているため、像面補正とフォーカシングのための移動機構と制御機構とを共通化できるという利点がある。
【００１５】
請求項１〜４の何れかに記載のズームレンズは、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することが出来る。このような光学系に使用する場合は、第５群側に物体（液晶）を配置し、第１群側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に拡大投影して使用する。
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とした撮影用ズームレンズであることを特徴とする。第１群の第１面を物体側とする事で、被写体を例えばＣＣＤ等の受光素子上に縮小結像する事で、良好な結像性能が得られる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかに記載のズームレンズにおいて、短焦点距離端の第１群と第２群との間隔をｄ1ｗ
、長焦点距離端の第１群と第２群との間隔をｄ1ｔ 、短焦点距離端の第３群と第４群との間隔をｄ3ｗ 、長焦点距離端の第３群と第４群との間隔をｄ3ｔ
とした場合、条件式
（３） ０.３＜(ｄ3ｗ−ｄ3ｔ)／(ｄ1ｔ−ｄ1ｗ) ＜０．８
を満足することを特徴とする。
【００１９】
条件式（３）は、変倍における第４群の移動量と第２群の移動量との割合を規定するものである。本発明のズームレンズを小型化するためには、第４群の移動量をある程度大きくする必要がある。下限を越えると、条件式（３）の分母（第２群の移動量）が大きくなるか、分子（第４群の移動量）が小さくなることとなり、第４群の変倍機能の分担が小さくなり、レンズの小型化を達成できなくなる。逆に上限を越えると、第４群の移動量が大きくなり、変倍に対する第４群の機能が大きく、第２群の変倍機能への分担が小さくなってしまい、良好な変倍を行うことが困難となり、結像性能の劣化の要因となる。
なお、本条件式において、更なる小型化と高性能化を達成するためには、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（３−２） ０.４＜（ｄ3ｗ−ｄ3ｔ）／（ｄ1ｔ−ｄ1ｗ）＜０．７
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかに記載のズームレンズにおいて、第１群と第２群とがそれぞれ３枚のレンズで構成され、第４群が４枚のレンズで構成され、第５群が１枚のレンズで構成され、少なくとも第２群から第５群のそれぞれに非球面を１面以上有していることを特徴とする。高性能なズームレンズを得るためには、各収差を小さく抑える必要がある。各収差を良好に補正するためには、レンズの構成枚数をある程度増加させ、各レンズでの収差の発生を小さく抑える必要がある。しかし、レンズの構成枚数が多くなると、各群が厚くなり、ズームレンズ全体の小型化を達成できなくなると共に、機構も複雑となりコストアップの要因となる。
【００２１】
そこで、本発明のズームレンズは、第１群と第２群とをそれぞれ３枚という比較的少ないレンズ枚数とし、第４群は、群内における各レンズの偏心による結像性能劣化の影響を小さくするため、４枚構成とする。また、第５群は、１枚のレンズで構成する。第５群は、像面補正やフォーカシングのために移動するときに、レンズの構成枚数が少ないと軽量であるため少ないエネルギーで移動可能とする事が出来る。このように少ないレンズの構成枚数で、結像性能を良好に保つため、少なくとも第２群から第５群のそれぞれに非球面を１面以上有することが望ましい。
【００３９】
請求項８の発明は、長焦点距離端の開口絞り径を短焦点距離端の開口絞り径に対して大きくしたことを特徴とする。
近年記録画像の高画質化を達成するため、ＣＣＤの高密度化が大幅に進み、総画素数が３００万画素から４００万画素の物が具現化されている。高密度化とＣＣＤの小型化を両立させるために、ＣＣＤの一画素の大きさは小型化され、例えば１／２．７型で４００万画素のＣＣＤの一画素の大きさは、２．８μｍ程度と非常に小さくなる。このような画素サイズが小さいＣＣＤに使用するズームレンズとしては、評価周波数が１８０本／ｍｍと言う非常な高周波数で良好な結像性能を有する必要がある。この時レンズのＦナンバが暗くなると回折の影響により、レンズ系に収差が無い場合でも、結像性能が劣化してしまうと言う問題がある。本ズームレンズは、第２群と第４群の変倍に対する寄与を適切に配分することにより、短焦点距離端に対する長焦点距離端のＦナンバ変化は小さく抑えることが出来ている。しかし、例えば評価周波数が１８０本／ｍｍを越える高い周波数でより長焦点距離端の性能を向上させるためには、長焦点距離端のＦナンバがより明るくなることが望ましい。そこで、長焦点距離端の明るさを明るくするために、長焦点距離端の開口絞りの径を短焦点距離端に対して大きくする。
【００４０】
なお、本発明において、より小型、コンパクトなレンズを達成するためには、第４群の構成枚数を４枚とし、条件式のパラメータが下記の範囲を満足していることが望ましい。
（４−２） ２.２５＜Σｄ／（Z×ｙ'）＜２.９
（５−２） ０.８＜-ｆ2／ｆW＜１.４５
【００４１】
請求項１〜８の何れかに記載のズームレンズは、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することが出来る。このような光学系に使用する場合は、第５群側を物体（液晶）を配置し、第１群側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に投影して使用する。
【００４２】
請求項９の発明は、請求項１〜８の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とする撮影用ズームレンズであることを特徴としている。第１群の第１面を物体側とすることで、被写体を例えばＣＣＤ等の受光素子上に縮小結像することで、良好な結像性能が得られる。
【００４３】
請求項１０の発明は、請求項９に記載のズームレンズを撮影用ズームレンズとして使用することを特徴とする撮像装置である。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の撮像装置において、撮影画像をデジタル情報に変換する手段を有することを特徴としている。
カメラ装置等の撮像装置は、被写体の像を本発明のズームレンズを介して、記録するもので、記録媒体としてフィルムを使用する所謂銀塩カメラや請求項２１の発明のように、ＣＣＤなどの受光素子に結像させ、被写体の情報をデジタル情報として記録する所謂デジタルカメラやデジタルビデオに適用する事で、非常にコンパクトで高変倍、高画質、かつ省電力なカメラ装置が得られる。
【００４４】
請求項１２の発明は、請求項１０〜１１の何れかに記載の撮像装置において、ズームレンズによる被写体の像を受光する受光素子が３００万画素以上の画素数を有していることを特徴とする。受光素子の画素数は、画素数が増加すればそれだけ被写体像の記録密度を向上することが可能となり、３００万画素以上を有することで、プリンタにより本発明の撮像装置で記録した被写体像を出力しても、従来の銀塩カメラでの出力と同程度以上の品質のアウトプットが得られる。
【００４５】
請求項１３の発明は、請求項１０〜１２の何れかに記載の撮像装置を使用したことを特徴とする携帯情報端末システムである。携帯情報端末システムは、図２６に示すようにカメラシステムに加えて、カメラシステムで記録したデータを例えば通信を介して送信する通信用Ｉ／Ｆ１４を有している。
このような携帯情報端末システムにおいて、請求項１０〜１２の何れかに記載の撮像装置を使用することにより、携帯情報端末システムを非常に小型にでき、高品質な記録データが得られる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るズームレンズの各ズームポジションにおけるレンズ群の位置関係を示す図（図１では一例として数値実施例８の構成を示す）、図２は同ズームレンズの変倍を説明するための図である。図３は本発明の数値実施例１のズームレンズの構成を示す断面図、図４は本発明の数値実施例２のズームレンズの構成を示す断面図、図５は本発明の数値実施例３のズームレンズの構成を示す断面図、図６は本発明の数値実施例４のズームレンズの構成を示す断面図、図７は本発明の数値実施例５のズームレンズの構成を示す断面図、図８は本発明の数値実施例６のズームレンズの構成を示す断面図、図９は本発明の数値実施例７のズームレンズの構成を示す断面図、図１０は本発明の数値実施例８のズームレンズの構成を示す断面図、図１１は本発明の数値実施例９のズームレンズの構成を示す断面図、図１２は本発明の数値実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図、図１３は本発明の数値実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図である。なお、図３から図１３において、符号ＦＩはフィルタ、符号ＣはＣＣＤカバーグラス、符号Ｋは結像面である。
【００４７】
本発明の数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、正の屈折力を有する第１群Ｇ１、負の屈折力を有する第２群Ｇ２、正の屈折力を有する第３群Ｇ３、正の屈折力を有する第４群Ｇ４、および正の屈折力を有する第５群Ｇ５を順次有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に対して、第２群Ｇ２が第３群Ｇ３へ向かって移動するとともに、第４群Ｇ４が第３群Ｇ３側に向かって移動することにより変倍を行い、第２群Ｇ２と第４群Ｇ４の移動による像面変動の補正を第５群Ｇ５で行い、長焦点距離端のレンズ第１面から結像面Ｋまでの距離をΣｄ、短焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｗ、長焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｔとしたとき、下記の条件式、
１ . ６＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２.２
を満足している。
【００４８】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１が固定群である。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第３群Ｇ３の最も第２群Ｇ２側に開口絞りＳを有し、第３群Ｇ３および開口絞りＳが固定群を構成している。
【００４９】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第５群Ｇ５がフォーカシング用の移動群である。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１を物体側とする撮影用ズームレンズである。
また、数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第５群Ｇ５側の結像面Ｋの位置に物体（液晶）を配置し、第１群Ｇ１側からの射出光を例えばスクリーン（像面）等に拡大投影して使用することにより、例えば液晶プロジェクタ等における投影用のズームレンズとして使用することもできる。
【００５０】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１の合成焦点距離をｆ１、第１群Ｇ１及び第２群Ｇ２の長焦点距離端の合成焦点距離をｆ12ｔとしたとき、下記の条件式、
−１．８ ＜ ｆ12ｔ／ｆ1 ＜ −１.１
を満足している。
【００５１】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との短焦点距離端の間隔をｄ1ｗ、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との長焦点距離端の間隔をｄ1ｔ、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との短焦点距離端の間隔をｄ3ｗ、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との長焦点距離端の間隔をｄ3ｔとしたとき、下記の条件式、
０.３＜（ｄ3ｗ−ｄ3ｔ）／（ｄ1ｔ−ｄ1ｗ）＜０．８
を満足している。
【００５２】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、第１群Ｇ１が３枚のレンズ（第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３）で構成され、第２群Ｇ２も３枚のレンズ（第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６）で構成され、第３群Ｇ３が１枚のレンズ（第７レンズＬ７）で構成され、第４群Ｇ４が４枚のレンズ（第８レンズＬ８、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１）で構成され、第５群Ｇ５が１枚のレンズ（第１２レンズＬ１２）で構成され、少なくとも第２群Ｇ２から第５群Ｇ５のそれぞれに非球面を１面以上有している。
【００５３】
数値実施例１から数値実施例９に係るズームレンズは、短焦点距離端の開口絞りＳの径に対して、長焦点距離端の開口絞り径の方を大きくすることができる。この場合、例えば、開口絞り径をズーミング機構と連動させることができる。
【００５４】
次に本発明のズームレンズの数値実施例を以下に示す。
但し、
Ｒ ：各面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄ ：面間隔
Ｎｄ ：ｄ線に対する屈折率
Ｖｄ ：ｄ線に対するアッベ数
ｆ ：全系の合成焦点距離
Ｆ ：Ｆナンバ
ω ：半画角
ｙ' ：像高
Ｗｉｄｅ：短焦点距離端
Ｍｅａｎ：中間焦点距離
Ｔｅｌｅ：長焦点距離端
【００５５】
また、非球面は下式で表す。
Ｘ＝〔｛(１／Ｒ)×Ｙ2 ｝／｛１＋ＳＱＲＴ(１−(１＋Ｋ)×(Ｙ／Ｒ)2 )｝〕＋A4×Y4 +A6×Y6 +A8×Y8 +A10×Y10
【００５６】
ここで、
Ｘ ：光軸から高さＹにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離
Ｙ ：光軸からの高さ
Ｒ ：非球面の近軸曲率半径
Ｋ ：円錐乗数
A4,A6,A8,A10：非球面係数
ＳＱＲＴ ：平方根の意味
また、数値実施例の中で、E-XYは１０-XYの意味であり、Ｎは面番号である。
【００５７】
図１４〜図２４に順次数値実施例１〜数値実施例１１に関する収差曲線図を示す。これらの収差図において、SAは球面収差、SCは正弦条件であり、実線が球面収差、点線が正弦条件を表す。また、Astは、非点収差であり、実線がサジタル像面、点線がメリディオナル像面を表す。Distは歪曲収差、Comaは、コマ収差である。また、ｄはｄ線（587.56nm）、ｇはｇ線（435.83nm）を表す。なお、ｄ線（587.56nm）及びｇ線（435.83nm）を表す各符号は、球面収差及び非点収差については長焦点距離端のみ表示し、コマ収差については短焦点距離端のみ表示した。なお、以下の数値実施例は、像高ｙ'が４．６５ｍｍの場合について示した。
【００５８】
［数値実施例１］
【００５９】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
［数値実施例２］
【００６４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
［数値実施例３］
【００６９】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
［数値実施例４］
【００７４】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
［数値実施例５］
【００７９】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
［数値実施例６］
【００８４】
【表２１】
【表２２】
【表２３】
【表２４】
［数値実施例７］
【００８９】
【表２５】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
［数値実施例８］
【００９４】
【表２９】
【表３０】
【表３１】
【表３２】
［数値実施例９］
【００９９】
【表３３】
【表３４】
【表３５】
【表３６】
［数値実施例１０］
【０１０４】
【表３７】
【表３８】
【表３９】
【表４０】
上記実施例の非球面は、ガラスレンズに薄い樹脂層を設け樹脂層を非球面とする所謂ハイブリッド非球面とガラスレンズの面自体が非球面の所謂ガラス非球面レンズの両方を用いている。当然のことながら、非球面は、非球面効果が得られれば、非球面の種類はどのようなものでも良く、実施例でハイブリッド非球面であるものをガラス非球面に変更することや逆にガラス非球面をハイブリッド非球面に変更することが出来る。
【０１０９】
下記に上記数値実施例８の第１２レンズのハイブリッド非球面をガラス非球面に変更した場合の例を示す。
【０１１０】
［数値実施例１１］
【０１１１】
【表４１】
【表４２】
【表４３】
【表４４】
また、全ての非球面をガラス非球面またはハイブリッド非球面で構成することが可能であるのは、言うまでもない。
数値実施例３は、長焦点距離端の開口絞りを短焦点距離端の開口絞りに対して径を大きくして、長焦点距離端のＦナンバを小さくした例を示す。
【０１１６】
どの実施例を見ても、レンズの構成枚数が１２枚と少なく、非常にコンパクトなレンズでありながら、短焦点距離端側の半画角が３０°以上と広画角で、変倍比が約４．７倍以上と高変倍でありながら、ズーム域全体にわたって、良好な性能を有していることが判る。
【０１１７】
本発明のズームレンズを使用したデジタルカメラの概念図を図２５に示す。
図２５に示すように、撮像装置１は、被写体を撮影する撮影ズーム光学系２と撮影ズーム光学系２により結像された像を光電変換する例えばＣＣＤ３、ＣＭＯＳセンサのような撮像素子からなる。また必要に応じて、被写体の撮影範囲を視認するためのファインダ光学系１５を有していても良い。
【０１１８】
撮像装置の制御系の一例を図２６に示す。撮影ズーム光学系２は、上述した何れかの実施例のズームレンズである撮影ズームレンズ２１とメカ機構２２とからなる。メカ機構は、例えばオートフォーカス機構、メカニカルシャッタ機構や、ズームレンズ群間隔を変更するズーム機構などにより、構成されている。
【０１１９】
光学系により結像された被写体の像は、ＣＣＤ３上に結像され、ＣＣＤ３上に配置されたフィルタにより色分解後光電変換され、赤（Red）,緑（Green）,青（Blue）のアナログ画像信号として出力される。
【０１２０】
出力されたアナログ信号は、信号処理部４において、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）で画像信号のノイズ低減と、オートゲイン回路（ＡＧＣ回路）で画像信号レベルの調整等が行われる。
【０１２１】
画像処理を通った信号は、Ａ／Ｄ変換部５において、アナログ画像データを最適なサンプリング周波数のデジタル画像データに変換する。
デジタル化された画像データは、デジタル信号処理部６において、Red,Greenのゲイン調整を行うホワイトバランス調整や、デジタル画像データを色差と輝度に分離する処理などを行う。
デジタル処理された画像データは、画像メモリ７に一時的に保存される。
【０１２２】
制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＲＡＭを作業領域として、ＣＰＵがシステム全体の制御を行う。例えば、モータドライバ９は、制御部８からの制御信号に基づいて、光学系のメカ機構の駆動を行う。また、タイミング制御回路１０は、ＣＣＤ３に対する駆動制御信号の生成や信号処理、Ａ／Ｄ変換のタイミング制御を行う。
【０１２３】
カメラ装置としては、例えば図２６に示すように撮像装置１に加えて、例えばフラッシュメモリーカードなどのメディアを使用して、撮影した画像を記録するデータ記録部１１を有し、必要に応じてＬＣＤ（液晶表示装置）などの撮影範囲を表示する表示装置１２などを具備している。
【０１２４】
また、暗い被写体を撮影するために、ストロボ装置１３を具備することも可能であり、光量が不足するような暗い被写体を撮影する場合、ストロボ装置により被写体を照明することで、撮影が可能となる。
【０１２５】
携帯情報端末システムは、図２６に示すようにカメラシステムに加えて、カメラシステムで記録したデータを例えば通信を介して送信する通信用Ｉ／Ｆ１４を有している。このように通信機能を付加させることで、携帯情報端末システムの大幅な小型、軽量、低コスト化かつ省電力を達成することができる。
【０１２６】
図２７は、一眼レフタイプのデジタルカメラの要部構成を示す図である。
図２７に示すように、撮影ズーム光学系２は、上記実施例の何れかのズームレンズから構成され、その後方の所定位置には、図示しないフォーカルプレーン形式のシャッタを介してＣＣＤ３が配設されている。
【０１２７】
このシャッタと撮影ズーム光学系２との間には、ミラー１６が配設されている。このミラー１６は撮影光束と観察光束とを選択的に振り分けるためのものであり、平生は、ミラー１６が光軸に対して４５°の傾斜を持って支持され、撮影ズーム光学系２を通過する光束をミラー１６の反射面によって上方に反射させて観察光束とし、露光時にはミラー１６がミラー１６ａの如く上方に跳ね上げられることによって撮影ズーム光学系２を通過した光束がそのまま直進されてＣＣＤ３上に結像する撮影光束となる。
【０１２８】
ミラー１６の上方には、焦点板１７が配設され、焦点板１７の上方にペンタゴナルダハプリズム（以下、ペンタプリズムという）１８の入射面が位置されている。このペンタプリズム１８の射出面の後方に接眼レンズ１９が設けられ、この接眼レンズ１９を通じて正立正像でかつパララックスのない被写体像を観察できるようになっている。
【０１２９】
また、ミラー１６の一部を測距光束分岐用のハーフミラー面とし、ミラー１６の後方に周知のオートフォーカス光学系を設けるようにしてもよい。また、ＣＣＤ３の代わりに銀塩フィルムを配置するようにして銀塩フィルムを用いた一眼レフカメラとしてもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、正,負,正,正,正の５群ズームタイプを用いて、第２群と第４群で変倍機能を分担し、第５群で変倍による像面の変動補正とフォーカシングを行うことで、半画角３０°以上と広画角で、変倍比４．５倍を越える高変倍で有りながら、非常に軽量コンパクトで高性能なズームレンズが得られる。また、Ｆナンバの変化を大きくすることなく、良好な結像性能が得られ、ズームレンズ全体の小型化を達成することができる。
【０１３１】
また、請求項２の発明によれば、第１群が移動しないので、第１群が移動する場合より第１群の外径を小さくすることができるとともに、移動機構の簡略化や省電力化を達成することができる。
【０１３２】
また、請求項３の発明によれば、開口絞りを含む第３群を移動しないので、機構が煩雑となることがなく、更にシャッタの駆動時の振動がレンズユニットの他の部分へ伝わりにくく、シャッタの作動による像ぶれなどの性能劣化を防止することができる。
【０１３３】
また、請求項４の発明によれば、第５群でフォーカシングするので、フォーカシングによる第５群の移動のためのスペースがどのズーム点においても第４群と干渉せず確保可能であり、更に、第５群で変倍に伴う像面移動の補正を行う構成となっているため、像面補正とフォーカシングのための移動機構と制御機構とを共通化できるという利点がある。
【０１３４】
また、請求項５、９の発明によれば、第１面を物体側としているので、被写体を受光素子、銀塩フィルム等に縮小結像する事で、良好な結像性能が得られる。
【０１３６】
また、請求項６の発明によれば、第２群と第４群との変倍機能の分担を適切に配分できるので、さらなる小型化と高性能化とを達成することができる。
【０１３７】
また、請求項７の発明によれば、少ないレンズ枚数で各収差を良好に補正することができるとともに、フォーカシングするためのレンズを１枚構成としたので、軽量であるため少ないエネルギーで移動可能とする事が出来る。
【０１４４】
また、請求項８の発明によれば、評価周波数が１８０本／ｍｍを越える高い周波数でより長焦点距離端の性能を向上させることができる。
【０１４５】
また、請求項１０、１１の発明によれば、非常にコンパクトで高変倍、高画質、かつ省電力なカメラ装置が得られる。
【０１４６】
また、請求項１２の発明によれば、プリンタにより被写体像を出力しても、従来の銀塩カメラでの出力と同程度以上の品質のアウトプットが得られる。
【０１４７】
また、請求項１３の発明によれば、携帯情報端末システムを非常に小型にでき、高品質な記録データが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るズームレンズの各ズームポジションにおけるレンズ群の位置関係を示す図である。
【図２】同ズームレンズの変倍を説明するための図である。
【図３】本発明の数値実施例１のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の数値実施例２のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の数値実施例３のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の数値実施例４のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の数値実施例５のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の数値実施例６のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の数値実施例７のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の数値実施例８のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の数値実施例９のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の数値実施例１０のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の数値実施例１１のズームレンズの構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の数値実施例１の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１５】本発明の数値実施例２の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１６】本発明の数値実施例３の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１７】本発明の数値実施例４の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１８】本発明の数値実施例５の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図１９】本発明の数値実施例６の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２０】本発明の数値実施例７の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２１】本発明の数値実施例８の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２２】本発明の数値実施例９の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２３】本発明の数値実施例１０の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２４】本発明の数値実施例１１の各ズームポジションにおける収差曲線図である。
【図２５】本発明のズームレンズを使用したデジタルカメラの概念図である。
【図２６】図２５のデジタルカメラに備える撮像装置の制御系の一例を示すブロック図である。
【図２７】本発明のズームレンズを使用した一眼レフタイプのデジタルカメラの概念図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｇ５ 第５群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｌ７ 第７レンズ
Ｌ８ 第８レンズ
Ｌ９ 第９レンズ
Ｌ１０ 第１０レンズ
Ｌ１１ 第１１レンズ
Ｌ１２ 第１２レンズ
Claims (13)
- 正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群、および正の屈折力を有する第５群を順次有し、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際して、第２群が第３群へ向かって移動するとともに、第４群が第３群側に向かって移動することにより変倍を行い、第２群と第４群の移動による像面変動の補正を第５群で行い、短焦点距離端の半画角が３０度以上のズームレンズにおいて、
長焦点距離端のレンズ第１面から結像面までの距離をΣｄ、短焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｗ、長焦点距離端の全系の合成焦点距離をｆｔ、第１群の合成焦点距離をｆ１、第１群及び第２群の長焦点距離端の合成焦点距離をｆ12ｔとしたとき、下記の条件式、
（１） １.６＜Σｄ／（ｆｔ−ｆｗ）＜２.２
（２） −１．６３５≦ ｆ12ｔ／ｆ1 ≦−１．３２４
を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 請求項１に記載のズームレンズにおいて、第１群が固定群であることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜２の何れかに記載のズームレンズにおいて、第３群の最も第２群側に開口絞りを有し、第３群および開口絞りが固定群を構成することを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜３の何れかに記載のズームレンズにおいて、第５群がフォーカシング用の移動群であることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜４の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とする撮影用ズームレンズであることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜５の何れかに記載のズームレンズにおいて、第１群と第２群との短焦点距離端の間隔をｄ1ｗ、第１群と第２群との長焦点距離端の間隔をｄ1ｔ、第３群と第４群との短焦点距離端の間隔をｄ3ｗ、第３群と第４群との長焦点距離端の間隔をｄ3ｔとしたとき、下記の条件式、
０.３ ＜ (ｄ3ｗ−ｄ3ｔ)／(ｄ1ｔ−ｄ1ｗ) ＜ ０．８
を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 請求項１〜６の何れかに記載のズームレンズにおいて、第１群と第２群とがそれぞれ３枚のレンズで構成され、第４群が４枚のレンズで構成され、第５群が１枚のレンズで構成され、少なくとも第２群から第５群のそれぞれに非球面を１面以上有していることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜７の何れかに記載のズームレンズにおいて、短焦点距離端の開口絞り径に対して、長焦点距離端の開口絞り径の方が大きいことを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１〜８の何れかに記載のズームレンズにおいて、該ズームレンズが第１群を物体側とする撮影用ズームレンズであることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項９に記載のズームレンズを備えていることを特徴とする撮像装置。
- 請求項１０に記載の撮像装置において、撮影画像をデジタル情報に変換する手段を有することを特徴とする撮像装置。
- 請求項１０〜１１の何れかに記載の撮像装置において、ズームレンズによる像を受光する受光素子が３００万画素以上の画素数を有していることを特徴とする撮像装置。
- 請求項１０〜１２の何れかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする携帯情報端末システム。
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