JP5007646B2

JP5007646B2 - ズームレンズ及び撮像装置

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Publication number: JP5007646B2
Application number: JP2007260754A
Authority: JP
Inventors: 篤大畑
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: JP2009092740A; US20090091843A1; US7742236B2

Description

本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられ、小型・低コスト・高倍率を実現するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。

近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いたデジタルカメラが急速に普及し、一般化してきている。このようにデジタルカメラが一般的になるにつれて、特に、レンズ一体型のデジタルカメラの低コスト化・小型化・高倍率化へのユーザーニーズが強くなってきている。さらに、撮像素子の画素数は年々増加する傾向にあり、高画質化へのニーズも強まっている。

このため、低コスト化と高画質化を目的とした、例えば、特許文献１に記載されているごとく、負正正の３群構成で各群が樹脂レンズを含む光学系の構成が開示されている。

特開２０００−２６７００９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されているような光学系では、撮像素子のサイズと変倍比に対して広角側の光学全長が長く、さらなる高倍率化と小型化の余地が残されている。

本発明は、前記した問題点に鑑み、負正正の３群構成において、プラスチックレンズを適切なパワーで効果的に配置することにより、低コストで小型・高画質・高倍率なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態によるズームレンズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群が配列されて構成され、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態まで変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群と第２レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群が物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズと像側に位置した正のパワーを有する非球面形状をしたプラスチックレンズとから構成され、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞りと、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズと、負のパワーを有するガラスレンズである第２レンズと、負のパワーを有するプラスチックレンズである第３レンズとから構成されると共に、前記第１レンズと第２レンズとが接合され、前記第３レンズ群は１つの正のパワーを有するプラスチックレンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。
（１）α＞２．５
（２）ｌｗ／（α・Ｙ）＜４．５
（３）｜ΦＰ１／Φ１｜≦０．５５
（４）｜ΦＰ２／Φ２｜≦０．３
（５）｜ΦＰ１／Φｔ｜＜０．７
（６）｜ΦＰ２／Φｔ｜＜０．４
但し、
α：変倍比（＝望遠端での全系の焦点距離／広角端での全系の焦点距離）
Φ１：第１レンズ群のパワー
ΦＰ１：第１レンズ群中の正のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φ２：第２レンズ群のパワー
ΦＰ２：第２レンズ群中の負のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φｔ：全系の望遠端におけるパワー
ｌＷ：広角端における光学全長
Ｙ：最大像高
とする。

また、本発明の一実施形態による撮像装置は、前記本発明の一実施形態にかかるズームレンズと、前記ズームレンズで形成した光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えるものである。

本発明によれば、小型・高画質・高倍率なズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を低コストで提供することができる。

以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

先ず、本発明ズームレンズについて説明する。

本発明ズームレンズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群が配列されて構成され、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態まで変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群と第２レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群が物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズと像側に位置した正のパワーを有する非球面形状をしたプラスチックレンズとから構成され、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞りと、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズと、負のパワーを有するガラスレンズである第２レンズと、負のパワーを有するプラスチックレンズである第３レンズとから構成されると共に、前記第１レンズと第２レンズとが接合され、前記第３レンズ群は１つの正のパワーを有するプラスチックレンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足する。
（１）α＞２．５
（２）ｌｗ／（α・Ｙ）＜４．５
（３）｜ΦＰ１／Φ１｜≦０．５５
（４）｜ΦＰ２／Φ２｜≦０．３
（５）｜ΦＰ１／Φｔ｜＜０．７
（６）｜ΦＰ２／Φｔ｜＜０．４
但し、
α：変倍比（＝望遠端での全系の焦点距離／広角端での全系の焦点距離）
Φ１：第１レンズ群のパワー
ΦＰ１：第１レンズ群中の正のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φ２：第２レンズ群のパワー
ΦＰ２：第２レンズ群中の負のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φｔ：全系の望遠端におけるパワー
ｌＷ：広角端における光学全長
Ｙ：最大像高
とする。

これによって、低コストで小型・高画質・高倍率なズームレンズを得ることができる。

前記条件式（１）及び（２）は、高倍率を維持しつつ小型化を実現するための条件を規定するものである。条件式(２)を満たさなければ、高倍率を実現できても撮像装置の全長が伸びて大型化してしまう。

前記条件式（３）及び（４）は各レンズ群内でのプラスチックレンズのパワーを抑制することで相対偏芯の感度を抑制し組み立て性を向上させ、また、温度・湿度変化時のプラスチックレンズの形状及び屈折率変化に起因する性能劣化も抑制するための条件を規定するものである。条件式（３）、（４）を満たさない状態で小型化・高倍率化を実現しようとする場合は、プラスチックレンズのパワーが強くなりすぎて、当該プラスチックレンズが位置するレンズ群内での相対偏芯の敏感度が高くなり、組み立て性が悪化したり、温度・湿度変化時の性能劣化が激しくなる。

前記条件式（５）及び（６）は全系に対するプラスチックレンズのパワーを抑制することで、温度・湿度変化時にも性能劣化の少ない光学系を実現するための条件を規定するものである。条件式（５）、（６）を満たさない場合、高変倍は確保できても温度・湿度変化による性能劣化が激しくなる。

前記第１レンズ群を２枚構成とし、物体側の負レンズにガラスレンズを、像側の正レンズにプラスチックレンズを用いることで、一般的に屈折率の低いプラスチックレンズを、全体として負のパワーを持つ第１レンズ群に効果的に配置できる。つまり、第１レンズ群の正レンズにプラスチックレンズを用いることで、負レンズにプラスチックレンズを用いる場合よりも、プラスチックレンズのパワーを抑制する事が出来て、温度・湿度変化時の性能劣化を抑制できる。また、第１レンズ群の最も物体側の負レンズにプラスチックレンズを用いるのではなく、像側の正レンズにプラスチックレンズを用いることで、プラスチックレンズの外径を抑制できるため、レンズ単品としての強度確保や成形しやすさ等の利点も得られる。

さらに、第２レンズ群を構成する物体側から順に位置した、正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、負のパワーを有する第３レンズのうち、負のパワーを有する第３レンズにだけプラスチックレンズを用いることで、温度・湿度変化時のバックフォーカスの変動を、第１レンズ群の正のプラスチックレンズのバックフォーカスの変動分とキャンセルすることができる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式（７）、（８）を満足することが望ましい。
（７）ｎ１＜１．６２
（８）ν１＞５５
但し、
ｎ１：第１レンズ群中の負のパワーを有するガラスレンズの屈折率
ν１：第１レンズ群中の負のパワーを有するガラスレンズのアッベ数
とする。

これによって、第１レンズ群の正のパワーを持つプラスチックレンズのパワーを抑制しつつ色収差を抑えることができ、温度・湿度変化時の性能劣化も抑制することができる。

前記条件式（７）及び（８）を満足しない場合は、収差補正上、第１レンズ群を構成する正レンズのパワーが上がってしまい、温度・湿度変化時の性能劣化が激しくなり、また敏感度も増大するため製造面からも不利になる。

本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞り、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズ、正のパワーを有するガラスレンズである第２レンズ、負のパワーを有するガラスレンズである第３レンズ、負のパワーを有するプラスチックレンズである第４レンズから構成され、前記第２レンズと第３レンズとが接合されていることが望ましい。

これにより、全体として正のパワーを持つ第２レンズ群の正のパワーを正のガラスレンズと正の接合レンズとで分担することで、相対偏芯の敏感度を抑制出来、製造面で有利になる。また、負のパワーを有するプラスチックレンズを開口絞りから遠い位置に配置することで、周辺光線の主光線のプラスチックレンズ通過位置が光軸から遠くなり、従って、該プラスチックレンズを非球面形状とすることで特に非点収差や歪曲収差を効果的に補正することができる。

以下に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態を説明する。

なお、各実施の形態には、レンズ面が非球面によって構成されるものも含まれる。そして、非球面形状は、以下の数１式で定義されるものとする。

ここで、「ｘ」はレンズ面頂点からの光軸方向の距離、「ｙ」は光軸と垂直な方向の高さ、「ｃ」はレンズ頂点での近軸曲率、「ｋ」はコーニック定数、「Ａ、Ｂ、・・・」は非球面係数とする。

図１は本発明ズームレンズの第１の実施の形態１のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ１は、物体側より順に、負のパワーを有する第１レンズ群ＧＲ１、正のパワーを有する第２レンズ群ＧＲ２、正のパワーを有する第３レンズ群ＧＲ３が配列されて構成される。変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３の全てが可動である。広角側(短焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を広げて第２レンズ群と撮像面との間の間隔を縮めることで主点を撮像面に近づけて短焦点を実現している。また、望遠側(長焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を縮めて、第２レンズ群と撮像面との間の距離を広げることで主点を撮像面から遠ざけて長焦点を実現している。また、第３レンズ群を可動として、第３レンズ群に各画角での焦点位置変動を吸収させることで、小型化を維持しながら高性能を確保することができる。

第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に位置した、像側に凹面を向けたガラス製の負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ２から構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順に位置した、開口絞りＳＴ、両凸形状のガラス製正レンズＬ３と両凹形状のガラス製負レンズＬ４との接合正レンズ、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の負メニスカスレンズＬ５から構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、像側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ６から成る。また、第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ等のフィルタＦＬが配置されている。

表１に、第１の実施の形態にかかるズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１のＦナンバー「ＦＮＯ」及び半画角「ω」を焦点距離「ｆ」と共に示す。

表２にズームレンズ１を構成する各光学要素の数値実施例１におけるデータを示す。なお、データを示す表において、「面番号」は物体側から数えてｉ番目の面であることを、「曲率半径」は物体側から数えてｉ番目の面の近軸曲率半径を、「面間隔」は物体側から数えてｉ番面の面とｉ＋１番面の面との間の軸上面間隔を、「屈折率」は物体側から数えてｉ番目の面のｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ（ナノメータ））での屈折率を、「アッベ数」は物体側から数えてｉ番目の面のｄ線でのアッベ数を、示す。

ズームレンズ１において、第１レンズ群ＧＲ１のプラスチックで形成された正メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）、第２レンズ群ＧＲ２のプラスチックで形成された負メニスカスレンズＬ５の両面（第９面、第１０面）、第３レンズ群ＧＲ３を構成するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ６の両面（第１１面、第１２面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表３に示す。なお、表３及び以下の非球面を示す表において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

ズームレンズ１において、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔Ｄ４、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔Ｄ１０及び第３レンズ群ＧＲ３とフィルタＦＬとの間の間隔Ｄ１２が変化する。そこで、表４に数値実施例１における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．２２９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．５４５）及び望遠端状態（ｆ＝２３．４６４）における値を示す。

数値実施例１の条件式（１）〜（８）対応値を表５に示す。

図２乃至図４は前記数値実施例１の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図２は広角端状態（ω＝30.03度）、図３は中間焦点距離状態（ω＝13.04度）、図４は望遠端状態（ω=8.72度）における諸収差図を示す。

前記各収差図において、収差は波長ｄ線に対応するものであり、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。

前記収差図から、数値実施例１は、変倍比が３．８倍と高変倍比を有し、且つ、プラスチックレンズを多用しながら、収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

図５は本発明ズームレンズの第２の実施の形態２のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ２は、物体側より順に、負のパワーを有する第１レンズ群ＧＲ１、正のパワーを有する第２レンズ群ＧＲ２、正のパワーを有する第３レンズ群ＧＲ３が配列されて構成される。変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３の全てが可動である。広角側(短焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を広げて第２レンズ群と撮像面との間の間隔を縮めることで主点を撮像面に近づけて短焦点を実現している。また、望遠側(長焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を縮めて、第２レンズ群と撮像面との間の距離を広げることで主点を撮像面から遠ざけて長焦点を実現している。また、第３レンズ群を可動として、第３レンズ群に各画角での焦点位置変動を吸収させることで、小型化を維持しながら高性能を確保することができる。

表６に、第２の実施の形態にかかるズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２のＦナンバー「ＦＮＯ」及び半画角「ω」を焦点距離「ｆ」と共に示す。

表７にズームレンズ２を構成する各光学要素の数値実施例２におけるデータを示す。

ズームレンズ２において、第１レンズ群ＧＲ１のプラスチックで形成された正メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）、第２レンズ群ＧＲ２のプラスチックで形成された負メニスカスレンズＬ５の両面（第９面、第１０面）、第３レンズ群ＧＲ３を構成するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ６の両面（第１１面、第１２面）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表８に示す。

ズームレンズ２において、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔Ｄ４、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔Ｄ１０及び第３レンズ群ＧＲ３とフィルタＦＬとの間の間隔Ｄ１２が変化する。そこで、表９に数値実施例２における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．３５）、中間焦点距離状態（ｆ＝１２．５６）及び望遠端状態（ｆ＝１９．１４）における値を示す。

数値実施例２の条件式（１）〜（８）対応値を表１０に示す。

図６乃至図８は前記数値実施例２の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図６は広角端状態（ω＝29.55度）、図７は中間焦点距離状態（ω＝16.00度）、図８は望遠端状態（ω=10.65度）における諸収差図を示す。

前記収差図から、数値実施例２は、高変倍比を有し、且つ、プラスチックレンズを多用しながら、収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

図９は本発明ズームレンズの比較例１のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ３は、物体側より順に、負のパワーを有する第１レンズ群ＧＲ１、正のパワーを有する第２レンズ群ＧＲ２、正のパワーを有する第３レンズ群ＧＲ３が配列されて構成される。変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３の全てが可動である。広角側(短焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を広げて第２レンズ群と撮像面との間の間隔を縮めることで主点を撮像面に近づけて短焦点を実現している。また、望遠側(長焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を縮めて、第２レンズ群と撮像面との間の距離を広げることで主点を撮像面から遠ざけて長焦点を実現している。また、第３レンズ群を可動として、第３レンズ群に各画角での焦点位置変動を吸収させることで、小型化を維持しながら高性能を確保することができる。

第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に位置した、像側に凹面を向けたガラス製の負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ２から構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順に位置した、開口絞りＳＴ、物体側に凸面を向けたガラス製の正メニスカスレンズＬ３、両凸形状のガラス製正レンズＬ４と両凹形状のガラス製負レンズＬ５との接合正レンズ、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の負メニスカスレンズＬ６から構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、像側に両凸形状で両面に非球面を有するプラスチック製の正レンズＬ７から成る。また、第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ等のフィルタＦＬが配置されている。

この比較例１にかかるズームレンズ３にあっては、第２レンズ群ＧＲ２を、物体側から順に、正のガラスレンズＬ３、正のガラスレンズ(正のガラスレンズＬ４と負のガラスレンズＬ５との接合レンズ)、負のプラスチックレンズＬ６という構成をとることにより、ガラスレンズの正のパワーを複数のレンズに分担させることで第２レンズ群ＧＲ２内の各レンズ間の相対偏芯の敏感度を抑制でき、組み立てが容易で製造面で有利な構成となっている。また、第２レンズ群ＧＲ２内の絞りＳＴとプラスチックレンズＬ６との間の距離を遠ざけることで、プラスチックレンズＬ６の非球面を効果的に利用することが出来、収差補正上有利な構成となっている。

表１１に、比較例１にかかるズームレンズ３に具体的数値を適用した数値比較例１のＦナンバー「ＦＮＯ」及び半画角「ω」を焦点距離「ｆ」と共に示す。

表１２にズームレンズ３を構成する各光学要素の数値比較例１におけるデータを示す。

ズームレンズ３において、第１レンズ群ＧＲ１のプラスチックで形成された正メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）、第２レンズ群ＧＲ２のプラスチックで形成された負メニスカスレンズＬ６の両面（第１１面、第１２面）、第３レンズ群ＧＲ３を構成するプラスチック製の正レンズＬ７の両面（第１３面、第１４面）は非球面で構成されている。そこで、数値比較例１における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表１３に示す。

ズームレンズ３において、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔Ｄ４、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔Ｄ１２及び第３レンズ群ＧＲ３とフィルタＦＬとの間の間隔Ｄ１４が変化する。そこで、表１４に数値比較例１における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．３５）、中間焦点距離状態（ｆ＝１３．４５）及び望遠端状態（ｆ＝２０．９２）における値を示す。

数値比較例１の条件式（１）〜（８）対応値を表１５に示す。

図１０乃至図１２は前記数値比較例１の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図１０は広角端状態（ω＝29.55度）、図１１は中間焦点距離状態（ω＝14.98度）、図１２は望遠端状態（ω=9.76度）における諸収差図を示す。

前記収差図から、数値比較例１は、高変倍比を有し、且つ、プラスチックレンズを多用しながら、収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

図１３は本発明ズームレンズの比較例２のレンズ構成を示す図である。ズームレンズ４は、物体側より順に、負のパワーを有する第１レンズ群ＧＲ１、正のパワーを有する第２レンズ群ＧＲ２、正のパワーを有する第３レンズ群ＧＲ３が配列されて構成される。変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３の全てが可動である。広角側(短焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を広げて第２レンズ群と撮像面との間の間隔を縮めることで主点を撮像面に近づけて短焦点を実現している。また、望遠側(長焦点)では、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔を縮めて、第２レンズ群と撮像面との間の距離を広げることで主点を撮像面から遠ざけて長焦点を実現している。また、第３レンズ群を可動として、第３レンズ群に各画角での焦点位置変動を吸収させることで、小型化を維持しながら高性能を確保することができる。

第１レンズ群ＧＲ１は、物体側より順に位置した、像側に凹面を向けたガラス製の負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の正メニスカスレンズＬ２から構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側より順に位置した、開口絞りＳＴ、物体側に凸面を向けたガラス製の正メニスカスレンズＬ３、両凸形状のガラス製正レンズＬ４と両凹形状のガラス製負レンズＬ５との接合正レンズ、物体側に凸面を向け両面に非球面を有するプラスチック製の負メニスカスレンズＬ６から構成される。第３レンズ群ＧＲ３は、両凸形状で両面に非球面を有するプラスチック製の正レンズＬ７から成る。また、第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧとの間にはローパスフィルタ等のフィルタＦＬが配置されている。

この比較例２にかかるズームレンズ４にあっては、第２レンズ群ＧＲ２を、物体側から順に、正のガラスレンズＬ３、正のガラスレンズ(正のガラスレンズＬ４と負のガラスレンズＬ５との接合レンズ)、負のプラスチックレンズＬ６という構成をとることにより、ガラスレンズの正のパワーを複数のレンズに分担させることで第２レンズ群ＧＲ２内の各レンズ間の相対偏芯の敏感度を抑制でき、組み立てが容易で製造面で有利な構成となっている。また、第２レンズ群ＧＲ２内の絞りＳＴとプラスチックレンズＬ６との間の距離を遠ざけることで、プラスチックレンズＬ６の非球面を効果的に利用することが出来、収差補正上有利な構成となっている。

表１６に、比較例２にかかるズームレンズ４に具体的数値を適用した数値比較例２のＦナンバー「ＦＮＯ」及び半画角「ω」を焦点距離「ｆ」と共に示す。

表１７にズームレンズ４を構成する各光学要素の数値比較例２におけるデータを示す。

ズームレンズ４において、第１レンズ群ＧＲ１のプラスチックで形成された正メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）、第２レンズ群ＧＲ２のプラスチックで形成された負メニスカスレンズＬ６の両面（第１１面、第１２面）、第３レンズ群ＧＲ３を構成するプラスチック製の正レンズＬ７の両面（第１３面、第１４面）は非球面で構成されている。そこで、数値比較例２における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数κと共に表１８に示す。

ズームレンズ４において、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔Ｄ４、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔Ｄ１２及び第３レンズ群ＧＲ３とフィルタＦＬとの間の間隔Ｄ１４が変化する。そこで、表１９に数値比較例２における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．３５）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．３５）及び望遠端状態（ｆ＝２３．９２）における値を示す。

数値比較例２の条件式（１）〜（８）対応値を表２０に示す。

図１４乃至図１６は前記数値比較例２の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図１４は広角端状態（ω＝29.55度）、図１５は中間焦点距離状態（ω＝14.08度）、図１６は望遠端状態（ω=8.56度）における諸収差図を示す。

前記収差図から、数値比較例２は、高変倍比を有し、且つ、プラスチックレンズを多用しながら、収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。

次に、本発明撮像装置について説明する。

本発明撮像装置は、ズームレンズと、前記ズームレンズで形成した光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、
前記ズームレンズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群が配列されて構成され、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態まで変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群と第２レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群が物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズと像側に位置した正のパワーを有する非球面形状をしたプラスチックレンズとから構成され、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞りと、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズと、負のパワーを有するガラスレンズである第２レンズと、負のパワーを有するプラスチックレンズである第３レンズとから構成されると共に、前記第１レンズと第２レンズとが接合され、前記第３レンズ群は１つの正のパワーを有するプラスチックレンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とする撮像装置。
（１）α＞２．５
（２）ｌｗ／（α・Ｙ）＜４．５
（３）｜ΦＰ１／Φ１｜≦０．５５
（４）｜ΦＰ２／Φ２｜≦０．３
（５）｜ΦＰ１／Φｔ｜＜０．７
（６）｜ΦＰ２／Φｔ｜＜０．４
但し、
α：変倍比（＝望遠端での全系の焦点距離／広角端での全系の焦点距離）
Φ１：第１レンズ群のパワー
ΦＰ１：第１レンズ群中の正のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φ２：第２レンズ群のパワー
ΦＰ２：第２レンズ群中の負のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φｔ：全系の望遠端におけるパワー
ｌＷ：広角端における光学全長
Ｙ：最大像高
とする。

これによって、低コストで小型・高画質・高倍率なズームレンズを有する撮像装置を得ることができる。

図１７に本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した具体的実施の形態のブロック図を示す。

デジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ６０と、ユーザーによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。

カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１を含む光学系や、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子１２等により構成される。前記ズームレンズ１１としては、前記各実施の形態によるズームレンズ１〜４、これらの数値実施例１〜４、前記した形態以外の形態で実施された本発明ズームレンズを使用し得る。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。

メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザーによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。

以下、このデジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。

撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズを移動させることにより行われる。

また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。

なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。

また、前記した各実施の形態における形状や構造、数値は、いずれも本発明を実施するための具体化の一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。

本発明の第１の実施の形態にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。図３及び図４と共に第１の実施の形態にかかるズームレンズに具体的数値を適用した数値実施例１の各種収差を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。本発明の第２の実施の形態にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。図７及び図８と共に第２の実施の形態にかかるズームレンズに具体的数値を適用した数値実施例２の各種収差を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。本発明の比較例１にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。図１１及び図１２と共に比較例１にかかるズームレンズに具体的数値を適用した数値比較例１の各種収差を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。本発明の比較例２にかかるズームレンズのレンズ構成を示す図である。図１５及び図１６と共に比較例２にかかるズームレンズに具体的数値を適用した数値比較例２の各種収差を示すものであり、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した一実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、Ｌ１…物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズ、Ｌ２…像側に位置した正のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ２…第２レンズ群、Ｌ５…負のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ６…正のパワーを有するプラスチックレンズ、２…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、Ｌ１…物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズ、Ｌ２…像側に位置した正のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ２…第２レンズ群、Ｌ５…負のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ６…正のパワーを有するプラスチックレンズ、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、Ｌ１…物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズ、Ｌ２…像側に位置した正のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ２…第２レンズ群、ＳＴ…開口絞り、Ｌ３…正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズ、Ｌ４…正のパワーを有するガラスレンズである第２レンズ、Ｌ５…負のパワーを有するガラスレンズである第３レンズ、Ｌ６…負のパワーを有するプラスチックレンズである第４レンズ、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ７…正のパワーを有するプラスチックレンズ、４…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、Ｌ１…物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズ、Ｌ２…像側に位置した正のパワーを有するプラスチックレンズ、ＧＲ２…第２レンズ群、ＳＴ…開口絞り、Ｌ３…正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズ、Ｌ４…正のパワーを有するガラスレンズである第２レンズ、Ｌ５…負のパワーを有するガラスレンズである第３レンズ、Ｌ６…負のパワーを有するプラスチックレンズである第４レンズ、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ７…正のパワーを有するプラスチックレンズ、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子

Claims

物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群が配列されて構成され、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態まで変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群と第２レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群が物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズと像側に位置した正のパワーを有する非球面形状をしたプラスチックレンズとから構成され、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞りと、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズと、負のパワーを有するガラスレンズである第２レンズと、負のパワーを有するプラスチックレンズである第３レンズとから構成されると共に、前記第１レンズと第２レンズとが接合され、前記第３レンズ群は１つの正のパワーを有するプラスチックレンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）α＞２．５
（２）ｌｗ／（α・Ｙ）＜４．５
（３）｜ΦＰ１／Φ１｜≦０．５５
（４）｜ΦＰ２／Φ２｜≦０．３
（５）｜ΦＰ１／Φｔ｜＜０．７
（６）｜ΦＰ２／Φｔ｜＜０．４
但し、
α：変倍比（＝望遠端での全系の焦点距離／広角端での全系の焦点距離）
Φ１：第１レンズ群のパワー
ΦＰ１：第１レンズ群中の正のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φ２：第２レンズ群のパワー
ΦＰ２：第２レンズ群中の負のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φｔ：全系の望遠端におけるパワー
ｌＷ：広角端における光学全長
Ｙ：最大像高
とする。
以下の条件式（７）、（８）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
（７）ｎ１＜１．６２
（８）ν１＞５５
但し、
ｎ１：第１レンズ群中の負のパワーを有するガラスレンズの屈折率
ν１：第１レンズ群中の負のパワーを有するガラスレンズのアッベ数
とする。
ズームレンズと、前記ズームレンズで形成した光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、
前記ズームレンズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群が配列されて構成され、焦点距離が最も短くなる広角端状態から焦点距離が最も長くなる望遠端状態まで変化する際に、少なくとも前記第１レンズ群と第２レンズ群が可動であり、前記第１レンズ群が物体側に位置した負のパワーを有するガラスレンズと像側に位置した正のパワーを有する非球面形状をしたプラスチックレンズとから構成され、前記第２レンズ群が、物体側から順に位置した、開口絞りと、正のパワーを有するガラスレンズである第１レンズと、負のパワーを有するガラスレンズである第２レンズと、負のパワーを有するプラスチックレンズである第３レンズとから構成されると共に、前記第１レンズと第２レンズとが接合され、前記第３レンズ群は１つの正のパワーを有するプラスチックレンズで構成され、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とする撮像装置。
（１）α＞２．５
（２）ｌｗ／（α・Ｙ）＜４．５
（３）｜ΦＰ１／Φ１｜≦０．５５
（４）｜ΦＰ２／Φ２｜≦０．３
（５）｜ΦＰ１／Φｔ｜＜０．７
（６）｜ΦＰ２／Φｔ｜＜０．４
但し、
α：変倍比（＝望遠端での全系の焦点距離／広角端での全系の焦点距離）
Φ１：第１レンズ群のパワー
ΦＰ１：第１レンズ群中の正のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φ２：第２レンズ群のパワー
ΦＰ２：第２レンズ群中の負のパワーを有するプラスチックレンズのパワー
Φｔ：全系の望遠端におけるパワー
ｌＷ：広角端における光学全長
Ｙ：最大像高
とする