(57)【要約】【課題】簡単な構造の光学系であるにもかかわらず、近距離から遠距離までオートフォーカシングを行ったとき、高解像力の性能を維持でき、小さなサイズを実現できるズームレンズ光学系を提供する。【解決手段】ズームレンズ光学系は、対物側から順に、総パワーが負の屈折力であり、光を反射させる面を有する光学部品を含む第１のレンズ群と、総パワーが負の屈折力である第２のレンズ群と、絞りと、総パワーが正の屈折力である第３のレンズ群と、総パワーが正の屈折力である第４のレンズ群とを含み、第２〜４のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を移動させて倍率を変化させ、対物距離が遠距離と近距離に移動するときに焦点調節を行うためには、第２のレンズ群を移動させ、変倍及び焦点調節のときにレンズが移動しても、一番目のレンズからイメージ面までの距離が固定されていることを特徴とする。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物側から順に、総パワーが負の屈折力であり、光を反射させる面を有する光学部品を含む第１のレンズ群と、総パワーが負の屈折力である第２のレンズ群と、絞りと、総パワーが正の屈折力である第３のレンズ群と、総パワーが正の屈折力である第４のレンズ群とを含み、
前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群と前記第４のレンズ群とを移動させて倍率を変化させる変倍の機能を有し、対物距離が遠距離と近距離に移動するときに焦点調節を行うためには、前記第２のレンズ群を移動させ、変倍及び焦点調節のときにレンズが移動しても、前記第１のレンズ群の一番目のレンズからイメージ面までの距離が固定されていることを特徴とするズームレンズ光学系。
【請求項２】
前記第１のレンズ群は、非球面に形成されているレンズ面を少なくとも１つ以上含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ光学系。
【請求項３】
前記第２のレンズ群は、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ光学系。
【請求項４】
前記第４のレンズ群は、１枚のレンズからなり、少なくとも１つ以上の非球面を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のズームレンズ光学系。
【請求項５】
前記第４のレンズ群は、プラスチック素材からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のズームレンズ光学系。
【請求項６】
ＴＴＬを、前記第１のレンズ群の最も対物側の面からイメージ面までの光軸上の距離とし、ｆｗを、光学系が最広角のときの焦点距離とすると、１＜ＴＴＬ／ｆｗ＜７を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のズームレンズ光学系。
【請求項７】
ｆｗを、光学系が最広角のときの焦点距離とし、ｆ４を、前記第４のレンズ群の全焦点距離とすると、０＜ｆｗ／ｆ４＜１を満たすことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のズームレンズ光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル光学系をはじめとする小型携帯機器に適用される屈折型の小型ズームレンズ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、高解像度の屈折型のズームレンズ光学系には、高解像力の性能を有するものの、光学系の構成が複雑な、またはサイズが大きいものと、サイズが小さく、且つ光学系の構成が簡単であるものの、特定の対物距離においてのみ高解像力を有するものとがある。
【０００３】
従来、屈折型ズームレンズ光学系には、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたシステムがある。上記の２つのシステムには、既存の屈折型ズームレンズに比べ３倍ぐらいの倍率を有し、且つサイズが小さく、レンズの構成が簡単であるという長所がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３４０７０号公報
【特許文献２】米国特許第７，０８５，０７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、以下のような幾つかの技術的問題点もある。
【０００６】
第一に、ズームレンズ光学系のサイズが大きい。ＴＴＬを光学的な全長とし、ｆｗを光学系が最広角のときの焦点距離とすると、上記の２つの光学系は、ＴＴＬ／ｆｗの値が１０〜１２程度であった。一方、近年は、ＴＴＬ／ｆｗの値が６〜７．５程度となる小さなサイズのものが技術的に求められている。
【０００７】
第二に、未だ解像力の性能が足りない。すなわち、特定の対物距離においてのみ解像力の性能がよく、近距離から遠距離までオートフォーカシングを行えば、解像力の性能が低下し、性能に制限がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、メガ級にも適用可能な解像力を有し、近距離から遠距離までオートフォーカシングを行っても、高解像力の性能をそのままに維持でき、ＴＴＬ／ｆｗの値が６〜７．５程度となるように小さなサイズを実現できる屈折型ズームレンズ光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のような技術的目的を達成するため、本発明は、対物側から順に、総パワーが負の屈折力であり、光を反射させる面を有する光学部品を含む第１のレンズ群と、総パワーが負の屈折力である第２のレンズ群と、絞りと、総パワーが正の屈折力である第３のレンズ群と、総パワーが正の屈折力である第４のレンズ群とを含み、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群と前記第４のレンズ群とを移動させて倍率を変化させる変倍の機能を有し、対物距離が遠距離と近距離に移動するときに焦点調節を行うためには、第２のレンズ群を移動させ、変倍及び焦点調節のときにレンズが移動しても、第１のレンズ群の一番目のレンズからイメージ面までの距離が固定されていることを特徴とするズームレンズ光学系を提供する。
【００１０】
この際、第１のレンズ群は、非球面に形成されているレンズ面を少なくとも１つ以上含むことが望ましい。
【００１１】
第２のレンズ群は、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを含むことが望ましい。
【００１２】
第４のレンズ群は、１枚のレンズからなり、少なくとも１つ以上の非球面を含むことが望ましい。また、プラスチック素材を用いることが望ましい。
【００１３】
また、ズームレンズ光学系は、ＴＴＬを、第１のレンズ群の最も対物側の面からイメージ面までの光軸上の距離とし、ｆｗを、光学系が最広角のときの焦点距離とすると、１＜ＴＴＬ／ｆｗ＜７の条件を満たすことが望ましい。
【００１４】
さらに、ズームレンズ光学系は、第４のレンズ群の全焦点距離をｆ４とすると、０＜ｆｗ／ｆ４＜１の条件を満たすことが望ましい。
【００１５】
このように本発明によるズームレンズ光学系は、全パワーを負、負、正、正の構造、すなわち、前側に負のパワーを配置し、後側に正のパワーを配置することにより、レトロフォーカスタイプの構造を有する。このようなレトロフォーカスタイプの構造は、センサに入射する主光線の入射角であるＣＲＡ値を減少させ、後焦点距離であるＢＦＬを長くし、機構的な構成を容易にするという長所を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、モバイル機器のような小型機器に適用可能な屈折型ズームレンズにおいて、サイズが小さく、かつレンズの枚数が少ないにもかかわらず、近距離から遠距離までＡＦ作動をしたとき、高解像力の性能を維持できるという効果が得られる。また、サイズも、既存の技術よりも一層小型化されるという効果が得られる。
【００１７】
これは、屈折力が大きい変倍群の収差を効率よく補正する第２のレンズ群をオートフォーカシング群で構成することにより、近距離から遠距離までオートフォーカシングを行うとき、高解像力の性能をそのままに維持することができ、また、第２のレンズ群をテレフォトタイプで構成することにより、短い全長及び高解像力を有することができるようにしたからである。
【００１８】
また、光束の有効面積が広い第１のレンズ群と第４のレンズ群にそれぞれ少なくとも一面以上の非球面を構成することにより、高解像力の性能及び短い全長を有することができるようにしたからである。
【００１９】
さらに、第４のレンズ群に、弱い正のパワーを配置し、変倍群（第３のレンズ群）の大きな屈折力に対する負担を軽減することにより、高解像力の性能を有することができ、また、１枚のプラスチック素材を用いることにより、設計の自由度を高め、更なる高性能と小さなサイズを実現できるようにしたからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例によるズームレンズ光学系の構成について、より具体的に述べる。
【００２１】
先ず、第１のレンズ群は、負の屈折力を有し、光を反射する機能を果たす光学部品を含む。
【００２２】
このように第１のレンズ群に光を反射する機能を果たす光学部品（例えば、プリズム、反射鏡など）を含む構造では、第１のレンズ群のパワーが正の屈折力であれば、第２のレンズ群に入射する光束が発散する構造となり、レンズの有効径が大きくなり、それによってレンズの外径も大きくなり、全体のサイズを縮小し難くなるだけでなく、非軸収差が大きくなるので、解像力の性能も低下するという問題点がある。
【００２３】
第１のレンズ群が正の屈折力を有すれば、第２のレンズ群に入射する光束が発散する構造となるが、このように発散する光束を収斂するためには、第３のレンズ群の正の屈折力が更に強くなければならない。
【００２４】
ところで、その場合、収差が発生し過ぎ、高解像力の性能を発揮できないという問題点がある。構造的に、第３のレンズ群は、倍率を変化させる変倍群であり、強い正の屈折力を有するが、その上に更に強い正の屈折力が求められれば、パワーが強過ぎることになり、大きな収差が発生せざるをえないからである。
【００２５】
また、第１のレンズ群に含まれている、光を反射する機能を果たす光学部品において、光を反射する面が全反射の原理で反射作用を生じる場合は、第１のレンズ群のパワーが反射率と密接に関連している。
【００２６】
第１のレンズ群が正の屈折力を有すれば、反射面に入射する光の入射角が小さくなり、光の一部は反射されない可能性がある。よって、光を反射する光学部品の反射率を高くするためにも、第１のレンズ群のパワーは、負の屈折力でなければならない。
【００２７】
なお、第１のレンズ群は、非球面に形成されているレンズ面を少なくとも１つ以上含む。これは、第１のレンズ群に入射する光束は、レンズの有効径内の領域のうちの大面積を占める領域に入射する光束であるので、少なくとも一面が非球面であれば、光学性能を高めることができ、全長を短くしやすくなるからである。
【００２８】
第２のレンズ群は、負の屈折力を有し、焦点調節のために動くオートフォーカシング群である。これは、第３のレンズ群が倍率を変化させるための変倍群であるので、強い正の屈折力を有することに深く関連している。
【００２９】
すなわち、第３のレンズ群は、強い正の屈折力により、最大の収差を発生させるレンズ群である。遠距離から近距離まで移動すれば、レンズの収差が変化するが、この場合も、変倍群の収差の変化が最も大きい。
【００３０】
よって、オートフォーカシングレンズ群（第２のレンズ群）は、このように近距離移動による収差の変化が最も大きいレンズ群である変倍群（第３のレンズ群）の収差を効果的に補正しなければならない。
【００３１】
このとき、変倍群である第３のレンズ群が絞りの後方にあるので、絞りの後部の収差の変化が大きくなることが分かる。よって、光学設計上、絞りの前方の収差を変化させることにより、収差を補正することが最も効果的である。
【００３２】
よって、オートフォーカシングするレンズ群として、絞りの前方に位置する第２のレンズ群の位置を前後に移動させることにより、変倍群（第３のレンズ群）の収差を効果的に補正することができ、遠距離から近距離まで焦点調節を行っても性能を維持できる。
【００３３】
また、第２のレンズ群を、正の屈折力のレンズと、負の屈折力のレンズとを含むようにし、そのものをテレフォトタイプで構成すれば、全長を短くし、高解像力の性能を有し、オートフォーカシングを行うときに性能を維持できる。
【００３４】
第３のレンズ群は、倍率を変化させる機能を果たす変倍群であり、強い正のパワーを有する。第３のレンズ群は、変倍を行うために強い正のパワーを有していなければならないが、絞りの近傍に第３のレンズ群を配置すれば、収差が大きく発生せず、高性能を発揮できる。
【００３５】
第４のレンズ群は、弱い正の屈折力を有するレンズ群であり、第３のレンズ群の強い正の屈折力の負担を分担する役割を果たす。また、第４のレンズ群は、レンズの構成上、大きなパワーを有するレンズ群ではないので、小さな収差を発生するレンズ群である。
【００３６】
よって、１枚のレンズでも十分な機能を果たすことができ、更に、１枚で構成するのが、全長の縮小にも効果的である。
【００３７】
また、第４のレンズ群は、光束がレンズの有効径内の領域のうちの広い部分を通るので、少なくとも一面が非球面のものを用いれば、短い全長でも、よい性能を発揮することができる。
【００３８】
さらに、素材の特性による性能の変化よりも、面の形状による性能の変化が激しい位置にある第４のレンズ群では、レンズの素材をプラスチックにすることが有利である。これは、非球面レンズの形状自由度を高め、更なる高解像力の性能を実現できるからである。
【００３９】
なお、第４のレンズ群は、下記式を満たさなければならない。
０＜ｆｗ／ｆ４＜１
ここで、ｆｗは、ズームレンズ光学系が最広角のときの焦点距離であり、ｆ４は、第４のレンズ群の全焦点距離である。
【００４０】
ｆｗ／ｆ４の値が上記式の下限よりも小であれば、第３のレンズ群のパワーの負担を分担する機能を十分果たすことができず、上限よりも大であれば、第４のレンズ群にかかるパワーが大きくなるすぎ、収差の補正が困難になる。
【００４１】
なお、本発明の実施例によるズームレンズ光学系は、小さなサイズの光学系に適用するものであるので、全長のＴＴＬについて、下記式を満たさなければならない。
１＜ＴＴＬ／ｆｗ＜７
ここで、ＴＴＬは、第１のレンズ群の最も物体側の面からイメージ面までの光軸上の距離であり、ｆｗは、ズームレンズ光学系が最広角のときの焦点距離である。
【００４２】
ＴＴＬ／ｆｗの値が、上記式の下限よりも小であれば、光学的性能の確保が難しく、十分な倍率を得ることが困難である。また、この値の上限よりも大であれば、サイズが大きくなりすぎ、小さなサイズの光学系に適用することが困難である。
【００４３】
以下の二つの実施例は、前述のような構成を有するズームレンズ光学系に関するものである。
【００４４】
先ず、各実施例における符号については、以下のとおりである。
【００４５】
実施例における非球面の形状は、以下のような式の係数の値で示す。
【数１】
2008197659.tif 000003
ここで、Ｚ値は、レンズの頂点から光軸方向への距離であり、Ｒは、光軸に対し垂直方向への距離であり、Ｃは、レンズの頂点における曲率半径の逆数であり、α1は、円錐定数であり、α3，α4，α5，α6，α7，α8，α9，α10は、それぞれ非球面の係数の値である。
【００４６】
ｆｗは、ズームレンズ光学系が最広角のときの焦点距離であり、ｆｔは、テレ位置での焦点距離である。ｆ４は、第４のレンズ群の全焦点距離であり、ＴＴＬは、光学系の一番目の面からイメージ面までの光軸上の距離である。Ｙ値は、像高であり、センサの対角サイズの半分の大きさを示す。Ｒは、レンズの曲率半径であり、Ｄは、レンズの厚さ及び空気間隔であり、Ｎｄは、レンズ素材のｄ−ｌｉｎｅの屈折率であり、ｖｄは、レンズ素材のアベ数である。
【００４７】
下記の表１は、前述のような構成からなるズームレンズ光学系の第１実施例及び第２実施例の設計仕様を示す。
【表１】
2008197659.tif 000004
【００４８】
上記表１の値の算出に用いた実施例ごとのデータは、以下のとおりである。
【００４９】
（第１実施例）
【表２】
2008197659.tif 000005
【表３】
2008197659.tif 000006
【表４】
2008197659.tif 000007
ここで、表２は、第１実施例によるズームレンズ光学系を構成する各レンズのＲ、Ｄ、Ｎｄ、ｖｄの値を示すものであり、表３は、第１実施例の非球面の係数の値であり、表４は、第１実施例のズーム位置ごとの距離間隔のデータである。
【００５０】
（第２実施例）
【表５】
2008197659.tif 000008
【表６】
2008197659.tif 000009
【表７】
2008197659.tif 000010
ここで、表５は、第２実施例によるズームレンズ光学系を構成する各レンズのＲ、Ｄ、Ｎｄ、ｖｄの値を示すものであり、表６は、第２実施例の非球面の係数の値であり、表７は、第２実施例のズーム位置ごとの距離間隔のデータである。
【００５１】
なお、第１実施例による光学系の構成は、図１ａ及び図１ｂに示され、より具体的には、図３に示すような構成を有する。第２実施例による光学系の構成は、図４ａ及び図４ｂに示され、より具体的には、図６に示すような構成を有する。
【００５２】
ここで、図１ａ及び図４ａは、それぞれ第１及び第２実施例において広角（ｗｉｄｅ）の場合の光学系の状態を示し、図１ｂ及び図４ｂは、それぞれ第１及び第２実施例においてテレ（ｔｅｌｅ）の場合の光学系の状態を示す。
【００５３】
また、図２ａ及び図２ｂは、それぞれ広角の場合とテレの場合の第１実施例による光学系の収差図を示し、図５ａ及び図５ｂは、それぞれ広角の場合とテレの場合の第２実施例による光学系の収差図を示している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１ａ】広角（ｗｉｄｅ）の場合の、本発明の第１実施例による光学系の構成を示す図である。
【図１ｂ】テレ（ｔｅｌｅ）の場合の、本発明の第１実施例による光学系の構成を示す図である。
【図２ａ】広角（ｗｉｄｅ）の場合の、本発明の第１実施例による光学系の収差図である。
【図２ｂ】テレ（ｔｅｌｅ）の場合の、本発明の第１実施例による光学系の収差図である。
【図３】本発明の第１実施例による屈折光学系の適用例を示す図である。
【図４ａ】広角（ｗｉｄｅ）の場合の、本発明の第２実施例による光学系の構成を示す図である。
【図４ｂ】テレ（ｔｅｌｅ）の場合の、本発明の第２実施例による光学系の構成を示す図である。
【図５ａ】広角（ｗｉｄｅ）の場合の、本発明の第２実施例による光学系の収差図である。
【図５ｂ】テレ（ｔｅｌｅ）の場合の、本発明の第２実施例による光学系の収差図である。
【図６】本発明の第２実施例による屈折光学系の適用例を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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