JP2012155209A - ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４レンズ群構成で、小型で、広角端における半画角：３８度以上、１０倍以上の変倍比、１０００万〜１５００万画素の撮像素子に対応可能な解像力の実現を持ったズームレンズの実現を可能とする。
【解決手段】物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りＳを有してなり、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第１レンズ群および第３レンズ群が、広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、物体側よりも強い凹面を像側に有する第１負レンズ、像側に凹面を有する第２負レンズ、物体側に凸面を有する正レンズを有し、第２負レンズと正レンズとが空気間隔を介して配置され、条件（１）を満足する。
【選択図】図１

Description

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

デジタルカメラが幅広く普及し、デジタルカメラの高画質化と小型化に対する要望も大きい。このため、デジタルカメラの撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高性能化と小型化の両立が求められる。

デジタルカメラ用のズームレンズの小型化の面では、使用時のレンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの距離）を短縮することとともに、各レンズ群の厚みを短縮して収納時の全長を抑えることが重要である。
高性能化の面では、少なくとも１０００万〜１５００万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有する必要がある。

ズームレンズの広画角化の要望も大きく、３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で２８ｍｍ相当の、半画角：３８度程度が望まれている。

また、変倍比についてもなるべく大きなものが望まれているが、３５ｍｍ銀塩カメラ換算の焦点距離で２８〜２００ｍｍ相当程度（約７．１倍）の変倍比を持つズームレンズであれば、一般的な撮影のほとんど全てをこなすことが可能と考えられるが、近来、３５ｍｍ銀塩カメラ換算の焦点距離で２８〜３００ｍｍ相当程度（約１０．７倍）以上を望むユーザも増加している。

デジタルカメラ用のズームレンズで、高変倍化に適したタイプとして、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化するものがある。

このタイプで、広角・高変倍かつ小型のズームレンズを実現するためには、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群が「広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動するタイプ」であることが好ましい。即ち、広角端でのレンズ全長を望遠端に比べて短くすることにより、第１レンズ群の大型化を抑制しつつ、十分な広角化が可能となる。

また、第２レンズ群を、物体側から順に、負レンズ・負レンズ・正レンズの３枚で構成することにより、収差補正能力を保ったまま「第２レンズ群の主点位置」を後方（像側）に設定することが可能となり、望遠端時の最大全長を抑制しつつ、ズームレンズの高変倍化が可能となる。

正・負・正・正の屈折力分布をもつこのタイプのズームレンズで、第１レンズ群および第３レンズ群が、望遠端において「広角端よりも物体側に位置」するように移動し、第２レンズ群が物体側から像側へ向かって順に、物体側よりも強い凹面を像面側に有する第１負レンズ、像面側に凹面を有する第２負レンズ、物体側に凸面を有する正レンズを有し、第２負レンズと正レンズとが空気間隔を介して配置されたものが、特許文献１〜４等に記載されたものが知られている。

特許文献１記載のものは、広角端での半画角：３８度と広画角であるが、変倍比は３倍程度であり、近年求められている高変倍比を満足できない。

特許文献２、３記載のものは、広角端の焦点距離が、いわゆる３５ｍｍ銀塩カメラ(ライカ版)相当で３５ｍｍ程度と、画角の面で十分でなく、特許文献４記載のものは、変倍比が５倍程度であり近年求められている高変倍比を満足できない。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、広角端の半画角が約３８度以上と十分に広画角でありながら１０倍以上の変倍比を有し、色収差が良好に補正され、小型でかつ１０００万〜１５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズの実現を可能ならしめること、さらにはかかるズームレンズを実現し、これを撮影用光学系とするカメラ、携帯情報端末装置の実現を課題とする。

この発明のズームレンズは「物体側より像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを有してなり、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第１レンズ群および第３レンズ群が、広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動するズームレンズ」である。

請求項１記載のズームレンズは、以下の点を特徴とする。
即ち、第２レンズ群は物体側より順に、物体側よりも強い凹面を像側に有する第１負レンズ、像側に凹面を有する第２負レンズ、物体側に凸面を有する正レンズを有し、第２負レンズと、その像側の正レンズとが空気間隔を介して配置される。

そして、第２レンズ群の第２負レンズの「第２面の曲率半径」：r22、第２レンズ群の物体側に凸面を有する正レンズの第１面の曲率半径：r31、第２負レンズの材料の部分分散比：Pg,F2、第２レンズ群の物体側に凸面を有する正レンズの材料の部分分散比：Pg,F3が、条件：
（１） 0 ＜(1/r22-1/r31)/(Pg,F2-Pg,F3)＜ 2.00
を満足する。

「部分分散比：Pg,F」は、レンズ材料のg線、F線、C線に対する屈折率：ng，nF，nCにより、次式：
Pg,F＝(ng-nF)/(nF-nC)
で定義される。

請求項１記載のズームレンズは、第２レンズ群内の第１負レンズが、非球面を少なくとも１面有することが好ましい（請求項２）。
請求項１または２記載のズームレンズは、第２レンズ群の焦点距離：f2、第３レンズ群の焦点距離：f3が、条件：
（２） 0.5 ＜|f2|/f3＜ 0.85
を満足することが好ましい（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズは、第３レンズ群が、物体側に正レンズ、像側に正レンズと負レンズの接合レンズを配してなり、「物体側の正レンズ」の像側の曲率半径：r3R、広角端における全系の焦点距離：fwが、条件：
（３） 1.5 ＜|r3R|/fw＜ 4.0
を満足することが好ましい（請求項４）。

この請求項４記載のズームレンズにおいては、第３レンズ群の物体側の正レンズの材料の、アッベ数：νd31、部分分散比：Pg,F31が、条件：
（４） 65.0 ＜νd31＜ 85.0
（５） 0.536 ＜Pg,F31＜ 0.550
を満足することが好ましい（請求項５）。

請求項１〜５の任意の１に記載のズームレンズは、第１レンズ群の焦点距離：f1、広角端における全系の焦点距離：fwが、条件：
（６） 5.0 ＜f1/fw＜ 8.0
を満足することが好ましい（請求項６）。

請求項１〜６の任意の１に記載のズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際する第１レンズ群の総移動量：X1、望遠端における全系の焦点距離：fTが、条件：
（７） 0.10 ＜X1/fT＜ 0.35
を満足することが好ましい（請求項７）。

請求項１〜７の任意の１に記載のズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際する第３レンズ群の総移動量：X3、望遠端における全系の焦点距離：fTが、条件：
（８） 0.10 ＜X3/fT＜ 0.30
を満足することが好ましい（請求項８）。

請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズは、広角端から望遠端への変倍に際する第２レンズ群の総移動量：X2、広角端から望遠端への変倍に際する第3レンズ群の総移動量：X3が、条件：
（９） 0.50 ＜|X2|/X3＜ 1.20
を満足することが好ましい（請求項９）。

請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズは「ズームレンズによる像を撮像素子により読取る情報装置に用いられるもの」であることができ、その場合、その歪曲収差が「撮像素子により情報化されたデータの電子的な処理により補正できる範囲」で許容されていることができる（請求項１０）。

この発明の「カメラ」は、請求項１〜１０の任意の１に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とする（請求項１１）。

請求項１２のカメラは、ズームレンズによる像を撮像素子により読取る機能を持ち、ズームレンズとして、請求項１〜１０の任意の１に記載のものを用いることを特徴とする。 この発明の「携帯情報端末装置」は、請求項１〜１０の任意の１に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする（請求項１３）。

請求項１２のカメラ、請求項１３の携帯情報端末装置に用いるズームレンズとしては、請求項１０記載のものが特に適している。

この発明のような、正・負・正・正の４つのレンズ群を有するズームレンズでは「第２レンズ群が主要な変倍作用を負担するいわゆるバリエータとして構成される」のが一般である。
しかし、この発明においては、第３レンズ群にも変倍作用を分担させ、第２レンズ群の変倍作用の負担を軽くすることにより、広角化・高変倍化に伴って困難になる収差補正の自由度を確保している。
また、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群を大きく物体側へ移動させることにより、広角端において第１レンズ群を通過する光線高さを低くして、広角化に伴う第１レンズ群の大型化を抑制するとともに、望遠端では第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を大きく確保して、長焦点化を達成可能としている。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなり、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなって、第２・第３レンズ群の倍率（絶対値）はどちらも増加し、変倍作用を互いに分担する。

第２レンズ群を上記のように「色収差補正に最低限必要な、負レンズ・正レンズのペアの物体側に負レンズを１つ配置する」ことで、３枚という比較的少ない構成枚数で、収差補正能力の確保と、第２レンズ群主点位置の「より像面側への設定」とが可能となる。
第２レンズ群の主点位置を「より像側に設定」することは「望遠端時の全長短縮」に効果がある。
第２レンズ群の先頭レンズの第２面を「像側を強い凹の面とする」ことには、球面収差、コマ収差、サジタル像面湾曲の補正に効果がある。
第２レンズ群を構成する３枚のレンズを互いに「空気間隔を介して配置」することにより「レンズ間の空気レンズ」を有効に使用でき、収差補正能力を向上させる効果を期待できる。

第２レンズ群内の「第２負レンズの像側面の曲率と、その像側の正レンズの物体側面の曲率の差」と、これら第２負レンズと正レンズの各材料の「部分分散比の差」との比を、条件（１）を満たすように適切に設定することにより、球面収差と軸上の色収差の良好な補正に効果がある。
条件（１）の上限値を超えると、第２負レンズの像側面の凹面形状と、正レンズの物体側面の凸面形状とに「相対偏心（光軸の不一致）があった場合」に、性能の劣化が大きくなりすぎるので、相対偏心による性能劣化を小さくするために、光学系を全体として大きくする必要が生じて光学系全体の小型化が困難になる恐れがある。
もしくは、前記第２負レンズとその像側の正レンズの材料の「部分分散比の差」が小さくなり、色収差の２次スペクトル成分の補正が不十分となり、画面全体に軸上色収差の影響が発生する恐れがある。
条件（１）の下限値を超えると、第２負レンズの像側面の凹面形状と、正レンズの物体側面の凸面形状の「曲率差」が小さくなり、これらの面での屈折力が小さくなり、特に球面収差の補正が不十分となり易く、光学系全体の小型化が困難になる恐れがある。
条件（１）のパラメータは、より好ましくは、条件（１）よりも若干狭い以下の条件：
（１Ａ） 0.2 ＜(1/r22-1/r31)/(Pg,F2-Pg,F3)＜ 0.6
を満足するのが良い。

請求項２のように、第２レンズ群内の第１負レンズが「非球面を少なくとも１面有するようにする」ことにより、請求項１のズームレンズの性能のより高性能化が可能となる。

この発明のズームレンズのタイプでは、主たる変倍群としての役割を担う第２レンズ群の中で、最も絞りから遠い第１負レンズに「少なくとも１面の非球面」を採用することにより、特に像面湾曲を始めとした各種収差の良好な補正を保ちながらより小型化を進めることが可能となる。

請求項３の条件（２）を満足することにより、更なる高性能化が可能になる。

条件（２）は、「主たる変倍群である第２レンズ群」と、「主たる結像群で補佐的に変倍群の役割も担う第３レンズ群」との間の「屈折力の比」を定めるもので、条件（２）の下限値を超えると、第２レンズ群の屈折力が相対的に強くなりすぎ、上限値を超えると、第３レンズ群の屈折力が相対的に強くなりすぎる。そして、いずれにしろ「変倍に際する収差変動」が大きくなりやすい。

条件（２）のパラメータは、より好ましくは、条件（２）よりも若干狭い条件：
（２Ａ） 0.60 ＜|f2|/f3＜ 0.75
を満足するのが良い。

より良好な収差補正のためには、第３レンズ群の最も物体側にある正レンズが、請求項４の条件（３）を満足するのがよい。

条件（３）の下限値を越えると、第３レンズ群の最も物体側にある正レンズの像側レンズ面の曲率が大きくなって「球面収差が補正過剰」となりやすく、上限値を越えると逆に前記像側レンズ面の曲率が小さくなって球面収差が補正不足となりやすい。
そして、条件（３）の範囲外では、球面収差同様、コマ収差のバランスも取りにくく、軸外周辺部で外向性または内向性のコマ収差が発生しやすくなる。

条件（３）のパラメータは、より好ましくは、条件（３）より若干狭い条件：
（３Ａ） 1.8 ＜|r3R|/fw＜ 3.0
を満足するのがよい。

収差補正をさらに良好にするには、第３レンズ群内の最も物体側の正レンズの材料が、請求項５の条件（４）、（５）を満足するのが良い。

条件（４）の下限値を超えても、条件（５）の下限値を超えても、色収差の２次スペクトル成分の色収差補正が不十分となる恐れがある。条件（４）、（５）の上限値を超える硝材は存在しないか、存在しても非常に高価であり、採用候補として現実的でない。

また、他の収差を良好に補正しつつ「光学系全体を小型化する」ためには、請求項６の条件（６）を満足することが望ましい。

条件（６）の下限値を超えると、第１レンズ群の合成屈折力が大きくなり、第２レンズ群の結像倍率が等倍に近付いて変倍効率が上がる。このため、高変倍化には有利であるが、第１レンズ群の各レンズに大きな屈折力が必要になり、特に望遠端での色収差が悪化する等の弊害があり、さらには、第１レンズ群が「厚肉化・大口径化」して、特に収納状態における小型化を実現する上で不利となる。
条件（６）の上限値を超えると、第１レンズ群の合成屈折力が小さくなって、第２レンズ群の変倍への寄与が小さくなり、高変倍化が難しくなる。

請求項７の条件（７）は、広角化・長焦点化のために重要な第１レンズ群の移動量に関連する条件であり、条件（７）を満足することにより、十分な収差補正が可能となる。

条件（７）の下限値を超えると、第１レンズ群の変位量が小さくなり「第２レンズ群の移動範囲を制限」するため、第２レンズ群の変倍への寄与が小さくなり、第３レンズ群の負担が増加するか、第１レンズ群・第２レンズ群の屈折力を強めなければならなくなる。

従って、条件（７）の下限値を超えると、いずれにせよ各種収差の悪化を招く。また、広角端におけるレンズ全長が長くなって、第１レンズ群を通過する光線高さが増加するため、第１レンズ群の大型化を招く。
条件（７）の上限値を超えると、第１レンズ群の移動量が大きくなるため、広角端での全長が短くなりすぎるか、望遠端での全長が長くなりすぎることになる。
広角端でのレンズ全長が短くなりすぎると、第３レンズ群の移動領域が制限され、第３レンズ群の変倍への寄与が小さくなって全体の収差補正が困難となる。
望遠端での全長が長くなりすぎると、全長方向の小型化の妨げになるだけでなく、望遠端での周辺光量確保のために径方向が大型化したり、鏡胴の倒れ等の製作誤差による像性能の劣化も招きやすくなったりする。

条件（７）のパラメータは、より好ましくは条件（７）よりも若干狭い条件：
（７Ａ） 0.15 ＜X1/fT＜ 0.30
を満足するのがよい。

請求項８の条件（８）は「第２レンズ群とともに変倍作用を分担する第３レンズ群」の移動量に関するものであり、下限値を超えると、第３レンズ群の変位量が小さくなり「第３レンズ群の変倍への寄与」が小さくなる。このため、第２ンズ群の負担が増加するか、第３レンズ群自体の屈折力を強めなければならず、いずれにせよ各種収差の悪化を招く。

条件（８）の上限値を超えると、第３レンズ群の変位量が大きくなるため、これを確保するために「広角端におけるレンズ全長」が長くなり、第１レンズ群を通過する光線高さが増加して第１レンズ群の大型化を招く恐れがある。

条件（８）のパラメータは、より好ましくは条件（８）よりも若干狭い条件：
（８Ａ） 0.14 ＜X3/fT＜ 0.20
を満足するのが良い。

請求項９の条件（９）は、第２レンズ群の移動量と「この第２レンズ群とともに変倍作用を分担する第３レンズ群」の移動量との相対的な比を規定するものであり、条件（９）の下限値を超えると、第２レンズ群の移動量が相対的に小さくなり、第２レンズ群の「変倍作用への寄与」が小さくなる。

このため、第３レンズ群の負担が増加するか、第２レンズ群自体の屈折力を強める必要が生じ、いずれにせよ、各種収差の悪化や、偏心感度の悪化を招く恐れがある。
条件（９）の上限値を超えると、第３レンズ群の変位量が小さくなって、第３レンズ群の変倍作用への寄与が小さくなる。このため、第２ンズ群の変倍への負担が増加するか、第３レンズ群自体の屈折力を強めなければならなくなり、いずれにせよ、各種収差の悪化や偏心感度の悪化を招く恐れがある。
もしくは、第２レンズ群の移動量が大きくなって広角端時の光学全長が伸び、カメラ全体の小型化や、カメラ起動時間（沈胴状態から撮影状態へのレンズの変位にかかる時間）の短縮化を阻害する恐れがある。

条件（９）のパラメータは、条件（９）よりも若干狭い条件：
（９Ａ） 0.65 ＜|X2|/X3＜ 1.10
を満足するのが良い。

レンズによる結像画像を「撮像素子」の撮像面上に結像させ、撮像素子により画像を情報化する場合、情報化されたデータに対して電子的な処理を行って、結像された画像における歪曲収差を補正できることが知られている。
従って、このような歪曲収差補正を前提とし、請求項１０のズームレンズのように「電子的な処理によって補正できる範囲の歪曲収差を許容」すれば、歪曲収差以外の収差を「より良好に補正」することができ、広画角化や高変倍化に資することができる。

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

第１レンズ群は物体側より順に「１枚の負レンズと、１枚の正レンズを有する構成」が望ましい。より具体的には、物体側から順に「物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に強い凸面を向けた正レンズ」の２枚で構成するか、その後ろにもう１枚の正レンズを加えた構成にすることが好ましい。

高変倍化、特に望遠端の焦点距離を長くするためには、望遠端における「第２〜第４レンズ群の合成倍率」を大きくする必要があり、大きくなった合成倍率により「第１レンズ群で発生した収差が像面上で拡大される」ことになる。このため、高変倍化を進めるためには「第１レンズ群で発生する収差量」を十分に小さく抑える必要があり、そのためには第１レンズ群を上述の構成とすることが望ましい。

第２レンズ群は物体側から順に、像面側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、像面側に曲率の大きな面を向けた負レンズ、物体側に曲率の大きな面を向けた正レンズの３枚で構成することが望ましい。物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズという配置にすることで、第２レンズ群の主点を「像面側に下げる」ことが可能となり、望遠端時の光学系全長の短縮に寄与できる。
このとき、第２レンズ群の各レンズは、以下の条件式を満足することが望ましい。

1.75 ＜N21＜ 2.10 、25 ＜ν21＜ 55
1.75 ＜N22＜ 2.10 、25 ＜ν22＜ 55
1.75 ＜N23＜ 2.10 、15 ＜ν23＜ 35
ただし、N2i（ｉ＝１〜３）は、第２レンズ群中で「物体側から数えてi番目のレンズの材料の屈折率」、ν2i（ｉ＝１〜３）は、第２レンズ群中「物体側から数えてi番目のレンズのアッベ数」を表す。

第２レンズ群の各レンズの材料にこのような硝種を選択することにより、単色収差を十分に小さく抑えた上で、色収差のより良好な補正が可能となる。

第３レンズ群は物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズの３枚で構成することが望ましい。ここで、物体側から２番目のレンズと３番目のレンズは、前記請求項４のように、適宜接合して良い。

本発明のズームレンズにおいて、第4レンズ群は主として射出瞳距離（テレセントリック性）の確保、および、その移動によるフォーカシングのために設けている。レンズ系の小型化のためには、第４レンズ群はなるべく簡単な構成である必要があり、後述の実施例にも示すように「正レンズ１枚」で構成することが好ましい。

良好な収差補正を保ちながら、より小型化を進めるためには非球面の採用が不可欠であり、少なくとも第２レンズ群および第３レンズ群は、それぞれ１面以上の非球面を有することが好ましい。

特に第２レンズ群においては、最も物体側の第１負レンズの物体側面を非球面とすると、広角化に伴って増大しがちな歪曲収差・非点収差等の補正に高い効果が得られる。

なお、非球面レンズとしては、光学ガラスや光学プラスチックを成型したもの（ガラスモールド非球面、プラスチックモールド非球面）や、ガラスレンズの面上に薄い樹脂層を成型し、その表面を非球面としたもの（ハイブリッド非球面、レプリカ非球面等と称される）等が使用できる。
絞りの開放径は変倍に係わらず一定とするのが機構上簡略となって良い。ただし、望遠端の開放径を広角端に比べて大きくすることにより、変倍に伴うＦナンバの変化を小さくすることもできる。
像面に到達する光量を減少させる必要があるときには、開口絞り径を小径化しても良いが、絞り径を大きく変えることなく、ＮＤフィルタ等の挿入により光量を減少させた方が、回折現象による解像力の低下を防止できて好ましい。

以上に説明したように、この発明によれば新規なズームレンズ・カメラ。携帯情報端末装置を適用できる。このズームレンズは上記のごとき構成により、後述の実施例にも示すように、広角端の半画角が３８度以上と十分に広画角でありながら、１０倍以上の変倍比を有し、十分に収差補正され、小型でかつ１０００万〜１５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズとして実現可能である。

そして、請求項２以下の各条件を満足することにより、広角端の半画角が３８度以上と十分に広画角でありながら、１０倍以上の変倍比を有し、十分に収差補正され、小型でかつ１０００万〜１５００万画素の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを実現できる。また、請求項１０のズームレンズのように「電子的な処理によって補正できる範囲の歪曲収差を許容」すれば、歪曲収差以外の収差を「より良好に補正」することができ、広画角化や高変倍化に資することができる。

そして、このようなズームレンズを搭載することにより性能良好なカメラ、携帯情報端末装置等を実現できる。

実施例１のズームレンズの構成を示す断面図である。 実施例２のズームレンズの構成を示す断面図である。 実施例３のズームレンズの構成を示す断面図である。 実施例１のズームレンズの広角端における収差曲線図である。 実施例１のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例１のズームレンズの望遠端における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの広角端における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例２のズームレンズの望遠端における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの広角端における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの中間焦点距離における収差曲線図である。 実施例３のズームレンズの望遠端における収差曲線図である。 携帯情報端末装置の実施の１形態を説明するための図である。 図１３の装置のシステムを説明するための図である。 歪曲収差の電子的な補正を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１〜図３は、ズームレンズの実施の形態を示している。図１〜図３に示すズームレンズはこの順序に、後述する実施例１〜３に関するものである。

繁雑を避けるため、図１〜３において符号を共通化する。符号Ｇ１により第１レンズ群、符号Ｇ２により第２レンズ群、符号Ｇ３により第３レンズ群、符号Ｇ４により第４レンズ群を示す。また、符号Ｓにより開口絞りを示す。
符号Ｆは「透明平行平板」を示す。透明平行平板Ｆは、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種フィルタやＣＣＤセンサ等の撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を「これらに等価な２枚の透明平行平板」として示したものである。

図１〜図３の最上段の図は「広角端におけるレンズ配置」を示し、最下段の図は「望遠端におけるレンズ配置」を示す図である。広角端から望遠端への変倍に際して、ズームレンズの各レンズ群は、図の最上段の状態から最下段の状態へ向かって、矢印で示すように移動する。

ズームレンズは、図１〜図３に示すように、物体側（図の左方）から像側（図の右方）へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に開口絞りＳを配してなる。
そして、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が減少し、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が広角端（図の最上段）よりも望遠端（図の最下段）で物体側に位置するように移動する。
第２レンズ群Ｇ２は物体側より順に、物体側よりも強い凹面を像側に有する第１負レンズ、像側に凹面を有する第２負レンズ、物体側に凸面を有する正レンズを有し、第２負レンズと正レンズとは空気間隔を介して配置されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側に正レンズ、像側に正レンズと負レンズの接合レンズを配してなるが、図１〜３の実施の形態では、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順に「両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズ」から成り、像側の２枚（両凸レンズと両凹レンズ）は接合されている。

後述の実施例に示すように、図１〜図３のズームレンズは、条件（１）〜（９）を満足する。

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

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

撮影レンズ１としては、請求項１〜１０の任意の１に記載のズームレンズ、具体的には後述する実施例１〜３のズームレンズを用いる。

液晶モニタ７には「撮影中の画像」を表示することもできるし、半導体メモリ１５に記録されている画像を表示することもできる。

撮影レンズ１はカメラの携帯時には、図１３（Ａ）に示すように「沈胴状態」にあり、電源スイッチ６の操作により電源が入ると筐体５から鏡胴が繰り出される。鏡胴が繰り出された状態において、鏡胴内部でズームレンズの各群は「例えば広角端の配置」となっており、図示されないズームレバーを操作することで各群の配置が変化し、望遠端への変倍を行うことができる。
このとき、ファインダ２も撮影レンズ１の画角の変化に連動して変倍する。

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

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

撮影レンズが「沈胴状態」にあるとき、ズームレンズの各レンズ群は、必ずしも光軸上に並んでいなくても良い。例えば、「光軸方向のサイズの大きい第３レンズ群Ｇ３」が、光軸上から退避して「他のレンズ群と並列に収納される」如き機構とすれば、携帯情報端末装置のさらなる薄型化を実現できる。

以下、ズームレンズの具体的な実施例を３例挙げる。
実施例における記号の意味は以下の通りである。

ｆ：全系の焦点距離
Ｆ：Ｆナンバ
ω：半画角
Ｒ：曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａ４：４次の非球面定数
Ａ６：６次の非球面定数
Ａ８：８次の非球面定数
Ａ１０：１０次の非球面定数
Ａ１２：１２次の非球面定数
Ａ１４：１４次の非球面定数
「非球面形状」は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式：
Ｘ＝ＣＨ^２／[１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２｝]＋Ａ４・Ｈ^４＋Ａ６・Ｈ^６
＋Ａ８・Ｈ^８＋Ａ１０・Ｈ^１０＋Ａ１２・Ｈ^１２＋Ａ１４・Ｈ^１４
で表され、近軸曲率半径Ｒ（＝１／Ｃ）と円錐定数：Ｋ、非球面係数：Ａ４〜Ａ１４を与えて形状を特定する。

なお「長さの次元を持つ量」の単位は「ｍｍ」である。

各実施例における「硝種」中の（HOYA）は「HOYA株式会社」、(OHARA)は「株式会社オハラ」、（HIKARI）は「光ガラス株式会社」であり、これらの製造会社の光学硝種名を挙げている。

「実施例１」
f=5.17〜16.63〜53.30、 F=3.67〜4.99〜5.79、 ω=38.6〜13.8〜4.2
面番号 R D Nd νd 硝種
1 41.83600 0.85000 1.84666 23.78 S-TIH53(OHARA)
2 24.87700 2.55000 1.59282 68.63 FCD505(HOYA)
3 488.77500 0.12000
4 21.15800 2.19000 1.61800 63.33 S-PHM52(OHARA)
5 71.58100 <A>
6* ∞ 0.04000 1.52020 52.02 光学プラスチック
7 250.00000 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
8 5.55600 1.75000
9 ∞ 0.80000 1.80400 46.58 S-LAH65V(OHARA)
10 12.56500 0.10000
11 8.38700 1.67000 1.94595 17.98 FDS18(HOYA)
12 26.57800 <B>
13 絞り <C>
14* 6.56200 2.37000 1.59255 67.86 QPSKH1S(HIKARI)
15* -11.82200 0.21000
16 7.00300 2.31000 1.59282 68.63 FCD505(HOYA)
17 -9.57600 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
18 4.79500 <D>
19* 9.27700 1.99000 1.52528 56.20 光学プラスチック
20 87.01600 <E>
21 ∞ 0.30000 1.53770 66.60 各種フィルタ
22 ∞ 0.10000
23 ∞ 0.50000 1.50000 64.00 各種フィルタ
24 ∞ 。

「非球面(面番号に * 記号を付した面)」
第6面
K=0.0, A4= -4.51639E-06, A6= -4.96799E-06, A8= 2.14239E-07,
A10= -2.72927E-09
第14面
K= -5.07124, A4= 1.65756E-03, A6= -1.67381E-05, A8= -2.79670E-06,
A10= 2.08900E-07
第15面
K= -19.04391, A4= -1.28975E-03, A6= 1.38567E-04, A8= -1.02164E-05,
A10= 4.05683E-07
第19面
K= 0.0, A4= -8.30858E-05, A6= 4.25908E-06, A8= -1.25212E-07,
A10= 1.74999E-09
上記表記において例えば「1.74999E-09」は「1.74999×10^-9」を意味する。以下の他の実施例においても同様である。

「可変量」
広角端 中間焦点距離 望遠端
f=5.17 f=16.63 f=53.30
A 0.5996 9.7821 19.2118
B 9.5000 1.5782 0.9956
C 7.0990 5.5388 0.8200
D 3.9956 7.5659 12.9232
E 3.2517 6.2141 2.9010 。

「条件式のパラメータの値」
条件式 計算結果
（1） 0.408
（2） 0.680
（3） 2.29
（4） 67.86
（5） 0.5441
（6） 6.57
（7） 0.233
（8） 0.166
（9） 0.668 。

図４〜図６に順次、実施例１のズームレンズの、広角端、中間焦点距離、望遠端における収差曲線図を示す。「球面収差」の図中の破線は正弦条件、「非点収差」の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。また「ｄ」はｄ線、「ｅ」はｅ線を表す。以下の他の実施例に関しても同様である。

「実施例２」
f=5.18〜16.65〜53.32、 F=3.68〜5.00〜5.79、 ω=38.6〜13.8〜4.2
面番号 R D Nd νd 硝種
1 30.61800 0.85000 1.84666 23.78 S-TIH53(OHARA)
2 20.06100 2.53000 1.59282 68.63 FCD505(HOYA)
3 101.88200 0.10000
4 22.12500 2.07000 1.62041 60.29 S-BSM16(OHARA)
5 80.60100 <A>
6* 581.23500 0.04000 1.52020 52.02 光学プラスチック
7 ∞ 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
8 5.81800 1.96000
9 ∞ 0.80000 1.67790 50.72 S-LAL56(OHARA)
10 11.13700 0.10000
11 8.41600 1.79000 1.92286 18.90 S-NPH2(OHARA)
12 27.05000 <B>
13 絞り <C>
14* 6.42700 2.63000 1.55332 71.68 MFCD500(HOYA)
15* -11.30000 0.20000
16 7.08900 2.37000 1.59282 68.63 FCD505(HOYA)
17 -12.21600 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
18 4.71700 <D>
19* 10.10900 2.00000 1.52528 56.20 光学プラスチック
20 85.97500 <E>
21 ∞ 0.30000 1.53770 66.60 各種フィルタ
22 ∞ 0.10000
23 ∞ 0.50000 1.50000 64.00 各種フィルタ
24 ∞ 。

「非球面」
第6面
K=0.0, A4= 1.50234E-05, A6= -1.92420E-06, A8= 6.51568E−08,
A10= - 6.65714E-10
第14面
K= -4.86128, A4= 1.67187E-03, A6= -1.55009E-05, A8= -2.62808E-06,
A10= 2.03793E-07
第15面
K= -17.22338, A4= -1.25553E-03, A6= 1.42611E-04, A8= -1.01601E-05,
A10= 4.08575E-07
第19面
K= 0.0, A4= -1.06631E-05, A6= 7.85608E-06, A8= -3.72280E-07,
A10= 7.73269E-09 。

「可変量」
広角端 中間焦点距離 望遠端
f=5.18 f=16.65 f=53.32
A 0.5512 9.2463 18.5714
B 10.4799 1.5138 0.6570
C 7.8435 6.0697 0.8200
D 3.3955 6.8940 12.6379
E 3.53874 6.24058 2.40108 。

「条件式のパラメータの値」
条件式 計算結果
（1） 0.309
（2） 0.695
（3） 2.18
（4） 71.68
（5） 0.5402
（6） 6.55
（7） 0.174
（8） 0.152
（9） 1.079 。

図７〜図９に順次、実施例２のズームレンズの、広角端、中間焦点距離、望遠端における収差曲線図を示す。

「実施例３」
f=5.15〜16.62〜53.34、 F=3.67〜4.87〜5.79、 ω=38.7〜13.8〜4.2
面番号 R D Nd νd 硝種
1 43.32500 0.85000 1.84666 23.78 S-TIH53(OHARA)
2 22.76600 2.63000 1.59522 67.74 S-FPM2(OHARA)
3 280.78900 0.10000
4 21.26800 2.23000 1.66672 48.32 S-BAH11(OHARA)
5 80.05600 <A>
6* ∞ 0.04000 1.52020 52.02 光学プラスチック
7 250.00000 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
8 5.67300 1.80000
9 ∞ 0.80000 1.88300 40.76 S-LAH58(OHARA)
10 11.36300 0.10000
11 8.55400 1.78000 2.00272 19.32 EFDS2(HOYA)
12 39.24500 <B>
13 絞り <C>
14* 6.74600 2.78000 1.55332 71.68 MFCD500(HOYA)
15* -11.10800 0.20000
16 7.06000 2.41000 1.59522 67.74 S-FPM2(OHARA)
17 -11.73700 0.80000 1.91082 35.25 TAFD35(HOYA)
18 4.96000 <D>
19* 9.55100 1.79000 1.52528 56.20 光学プラスチック
20 55.55600 <E>
21 ∞ 0.28000 1.53770 66.60 各種フィルタ
22 ∞ 0.10000
23 ∞ 0.50000 1.50000 64.00 各種フィルタ
24 ∞ 。

「非球面」
第6面
K=0.0, A4= -5.84201E-06, A6= -2.35467E-06, A8= 8.89140E-08,
A10= -9.84097E-10
第14面
K= -4.13292, A4= 1.14796E-03, A6= -4.65426E-07, A8= -2.08697E-06,
A10= 1.18518E-07
第15面
K= -10.16731, A4= -7.44016E-04, A6= 7.54795E-05, A8= -5.12853E-06,
A10= 1.93682E-07
第15面
K=0.0, A4= -9.70673E-05, A6= 8.34680E-06, A8= -3.42094E-07,
A10= 5.91594E-09
「可変量」
広角端 中間焦点距離 望遠端
f=5.15 f=16.62 f=53.34
A 0.5731 9.9166 18.9478
B 9.8000 1.1902 0.8901
C 8.0676 6.3782 0.5700
D 4.0810 7.2467 12.8747
E 3.3610 6.25798 3.55302 。

「条件式のパラメータの値」
条件式 計算結果
（1） 0.369
（2） 0.684
（3） 2.16
（4） 71.68
（5） 0.5402
（6） 6.60
（7） 0.205
（8） 0.168
（9）0.826 。

図４〜図６に順次、実施例１のズームレンズの、広角端、中間焦点距離、望遠端における収差曲線図を示す。

上記実施例１〜３において「最大像高は４．０３ｍｍ」である。
広角端においては「負の歪曲収差」を発生（許容）させ、発生させた負の歪曲収差を電子的に補正するようにしており、歪曲収差量を考慮して最大像高を小さく設定してある。

広角端における最大歪曲収差量 広角端における最大像高
実施例１ -16.5％ 3.45ｍｍ
実施例２ -16.4％ 3.45ｍｍ
実施例３ -16.3％ 3.45ｍｍ
実施例１〜３のズームレンズとも、広角端において「電子的に補正可能な程度の歪曲収差」を許容しており、これらの歪曲収差を電子的に補正し、理想像高が４．０３となるようするのである。

歪曲収差の電子的な補正は種々考えられるが、１例を図１５を参照して説明する。

図１５において、符号Ｉｍ１で示すのは「撮像素子の受光面形状」であり、矩形形状をなしている。この受光面形状Ｉｍ１に外接する円ＩＣ１は、受光面形状Ｉｍ１をカバーするイメージサークルであり、望遠端・中間焦点距離における「結像範囲」である。

図１５において、符号１ｍ２で示すのは、「広角端近傍における像面形状」を説明図的に示している。広角端近傍では意図的に負の歪曲収差を許容しているので、像面形状Ｉｍ２は「樽型形状」となっている。なお、図１５の負の歪曲収差は「やや誇張」して描かれている。

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

図１５のように、受光面形状Ｉｍ１の中心から縦方向の基準線に対して角：θをなす直線上にある「画素」を考えてみる。

図の如く、この画素に対応する受光素子の上記中心からの距離を「Ｘ」、上記中心からの距離：Ｘにおける歪曲収差をＤｉｓ（Ｘ）［％］とすると、距離「Ｘ」の位置にある画素を、上記「直線上」において「１００Ｘ／（１００＋Ｄｉｓ（Ｘ））」の位置に変換する補正を行えばよい。このようにして「広角端における歪曲収差」を良好に補正した画像を撮像することができる。
この電子的な補正により、中間焦点距離・広角端における理想像高が「所望のイメージサークルの大きさ」である４．０３ｍｍとなるようにするのである。即ち、中間焦点距離・広角端における「イメージサークルの大きさ」を所望のイメージサークルの大きさの「（１００＋Ｄｉｓ（Ｘ））／１００倍」とすることができる。

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

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

特開２００６−１２６７４１号公報 特許第４４９７８５１号公報 特開２０１０−９６８８６号公報 特開２００１−２２８３９５号公報

Claims (13)

1. 物体側より像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を配し、第２レンズ群と第３レンズ群との間に絞りを有してなり、
   広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、
   第１レンズ群および第３レンズ群が、広角端よりも望遠端で物体側に位置するように移動するズームレンズにおいて、
   第２レンズ群は物体側より順に、物体側よりも強い凹面を像側に有する第１負レンズ、像側に凹面を有する第２負レンズ、物体側に凸面を有する正レンズを有し、前記第２負レンズと、前記正レンズとが空気間隔を介して配置され、前記第２負レンズの第２面の曲率半径をr22、前記正レンズの第１面の曲率半径をr31とし、
   レンズ材料のg線、F線、C線に対する屈折率：ng，nF，nCにより、
   Pg,F＝(ng-nF)/(nF-nC)
   で定義される部分分散比を前記第２負レンズの材料につきPg,F2、前記正レンズにつきPg,F3とするとき、前記r22、r32、Pg,F2、Pg,F3が、条件：
   （１） 0 ＜(1/r22-1/r31)/(Pg,F2-Pg,F3)＜ 2.00
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 請求項１記載のズームレンズにおいて、
   第２レンズ群内の第１負レンズが、非球面を少なくとも１面有することを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項１または２記載のズームレンズにおいて、
   第２レンズ群の焦点距離：f2、第３レンズ群の焦点距離：f3が、条件：
   （２） 0.5 ＜|f2|/f3＜ 0.85
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第３レンズ群が、物体側に正レンズ、像側に正レンズと負レンズの接合レンズを配してなり、前記物体側の正レンズの像側の曲率半径：r3R、広角端における全系の焦点距離：fwが、条件：
   （３） 1.5 ＜|r3R|/fw＜ 4.0
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
5. 請求項４記載のズームレンズにおいて、
   第３レンズ群の物体側の正レンズの材料の、アッベ数：νd31、部分分散比：Pg,F31が、条件：
   （４） 65.0 ＜νd31＜ 85.0
   （５） 0.536 ＜Pg,F31＜ 0.550
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   第１レンズ群の焦点距離：f1、広角端における全系の焦点距離：fwが、条件：
   （６） 5.0 ＜f1/fw＜ 8.0
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端への変倍に際する第１レンズ群の総移動量：X1、望遠端における全系の焦点距離：fTが、条件：
   （７） 0.10 ＜X1/fT＜ 0.35
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端への変倍に際する第３レンズ群の総移動量：X3、望遠端における全系の焦点距離：fTが、条件：
   （８） 0.10 ＜X3/fT＜ 0.30
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
   広角端から望遠端への変倍に際する第２レンズ群の総移動量：X2、広角端から望遠端への変倍に際する第3レンズ群の総移動量：X3が、条件：
   （９） 0.50 ＜|X2|/X3＜ 1.20
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
10. 請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズにおいて、
    ズームレンズによる像を撮像素子により読取る情報装置に用いられ、
    その歪曲収差が、撮像素子により情報化されたデータの電子的な処理により補正できる範囲で許容されていることを特徴とするズームレンズ。
11. 請求項１〜９の任意の１に記載のズームレンズを、撮影用光学系として有することを特徴とするカメラ。
12. ズームレンズによる像を撮像素子により読取る機能を持ち、ズームレンズとして、請求項１〜１０の任意の１に記載のものを用いることを特徴とするカメラ。
13. 請求項１〜１０の任意の１に記載のズームレンズを、カメラ機能部の撮影用光学系として有することを特徴とする携帯情報端末装置。

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