(57)【要約】【課題】レンズ光学全長の短縮、高性能化を図りながら、レンズ枚数の低減、変倍時のレンズ群移動方式の簡素化および、大量生産性にすぐれた広角ズームレンズを提供する。【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、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、前記第１レンズと第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行い、第１群は正レンズと負レンズの接合レンズのみあるいは負の単レンズ、第２群は正レンズと負レンズの接合レンズのみとし、少なくとも第２群の最像側面が非球面であることを特徴とする。【選択図】図１
2007279335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、前記第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行い、前記第１レンズ群は物体側から順に正レンズと、像側に凹面を有する負レンズとの接合レンズからなり、前記第２レンズ群は物体側から順に、物体側に凸面を有する正レンズと、像側に凹面を有する負レンズとの接合レンズからなり、少なくとも前記第２レンズ群の最像側面が非球面であることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
（１）ν12−ν11≧１５
（２）ν21−ν22≧１５
ただし、
ν11：第１群の正レンズのアッベ数
ν12：第１群の負レンズのアッベ数
ν21：第２群の正レンズのアッベ数
ν22：第２群の負レンズのアッベ数
【請求項３】
第１レンズ群が像側に強い曲率の凹面を有する負の単レンズのみから構成され、前記単レンズの片面のみが非球面であることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項４】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
（３）ν12≧５０
（４）ν21−ν22≧１５
ただし、
ν12：第１群の負レンズのアッベ数
ν21：第２群の正レンズのアッベ数
ν22：第２群の負レンズのアッベ数
【請求項５】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１、２、３および４記載のズームレンズ。
（５）１．４≦｜ｆ1／ｆw｜≦２．０
（６）１．０≦ｆ2／ｆw≦１．４
ただし、
ｆ1：第１群の合成焦点距離
ｆ2：第２群の合成焦点距離
ｆw：ズームレンズ全系の広角端での焦点距離
【請求項６】
第１レンズ群の最像側面と第２レンズ群の最物体側面に回折面を有することを特徴とする請求項３記載のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にデジタルカメラ、携帯電話用カメラおよび監視カメラのように、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳなどの固体撮像素子を用いた撮像装置用の撮像レンズに関するものであり、簡単な構成でありながら広角端の対角全画角が６５度以上、変倍比が２倍以上の広角ズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラや携帯電話用カメラなどのように、ＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像素子を用い、携帯性に優れたカメラの需要が著しく高まっている。このようなカメラ用のレンズとして、特にズームレンズの需要が高まっているが、これらのレンズは限られたスペースに搭載する必要があるため、従来の銀塩カメラ用レンズと比較して小型である必要がある。一方で、前記の需要に対応するためには大量生産性に優れている必要がある。
【０００３】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特許第３４３８５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小型のズームレンズ実現の手段として、従来、少ないレンズ枚数でレンズ光学系を実現する手法が採用されている。その設計例としては、特許第３４３８５５２号に示されるように、２群からなるズームレンズであり、レンズ各群の屈折率が物体側から負、正のものが提案されている。すなわち、レンズ群を物体側から第１群、第２群とした場合、第１群は広画角からの光の取り込み、第２群は変倍、合焦作用を有するものである。
【０００５】
一般にズームレンズにおいて、各群が複数枚数のレンズから構成されている場合、群内でのレンズ間距離および各レンズ間での偏芯誤差が性能劣化に与える影響が大きい。これらの影響を軽減するためには接合レンズを用いることが有効であり、前記特許でも第２群に接合レンズを用いた設計例が示されている。しかしながら、前記特許では第１群に複数枚数のレンズが使用されており、これらのレンズ間の距離、偏芯誤差が性能劣化に与える影響については十分に考慮されていない。
【０００６】
また、接合レンズを用いた場合、光の屈折に使用可能な光学面が減少すること、および、レンズ表面が空気に接している場合のレンズ面での光の屈折と接合面での光の屈折を比較した場合、後者の場合には屈折力が弱くなる。その理由は、界面前後での媒質の屈折率差が小さいためである。したがって、設計上の制約が大きくなり、光学性能確保の点で不利になる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００８】
本発明の請求項１記載の発明は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、前記第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行い、前記第１レンズ群は物体側から順に正レンズと、像側に凹面を有する負レンズとの接合レンズからなり、前記第２レンズ群は物体側から順に、物体側に凸面を有する正レンズと、像側に凹面を有する負レンズとの接合レンズからなり、少なくとも前記第２レンズ群の最像側面が非球面であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のズームレンズでは第１群を構成する負の屈折力を有するレンズで広角からの光を取り込み、第２群で変倍、合焦を行う作用を有する。広角端から望遠端への変倍に際して、第１群と第２群が接近するように光軸上を移動する。移動群は２つのみであるので、簡易な機構系でズーム機能を実現可能となる。
【００１０】
また、第１群、第２群ともに接合レンズのみからなる構成をとることにより、製造誤差に対して性能劣化が小さいレンズを実現することが可能となる。すなわち、各レンズが接合されていない単体レンズの場合、全てのレンズを組み立てた後でなければ光学性能評価は不可能であり、なおかつ、各群内での各レンズの偏芯、軸上面間隔誤差がすべて性能劣化に寄与してしまう。接合レンズを使用する場合、レンズ接合においては接合面に接着用樹脂を塗布し、レンズ間の調芯を行いながら前記樹脂を硬化させることによって接合レンズとしての精度を補償することが可能となる。本発明では２群ズーム構成で第１群は単レンズもしくは接合レンズ１枚、第２群は接合レンズ１枚であり、光学性能劣化に与える影響は群間の偏芯誤差の方が群内レンズ間の偏芯誤差よりも小さい。したがって、本発明の構成では製造誤差による光学性能劣化を低減したズームレンズの実現が可能となる。
【００１１】
さらに、本発明のズームレンズでは第２群の最像側面１面のみを非球面とした設計でも性能確保が可能となっている。一般に非球面数が増加すると製造誤差に対して光学性能劣化度が増加するが、本発明では非球面の使用を必要最小限に抑えることにより、前記の光学性能劣化を抑制している。
【００１２】
本発明の請求項２記載の発明は、以下の条件を満足する。
【００１３】
（１）ν12−ν11≧１５
（２）ν21−ν22≧１５
ただし、
ν11：第１群の正レンズのアッベ数
ν12：第１群の負レンズのアッベ数
ν21：第２群の正レンズのアッベ数
ν22：第２群の負レンズのアッベ数
以上のように各群を構成するレンズのアッベ数を設定することにより、第１群で軸上色収差、第２群で倍率色収差の補正を良好に行うことが可能となる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、第１レンズ群が像側に強い曲率の凹面を有する負の単レンズのみから構成され、前記単レンズの片面のみが非球面であることを特徴とする。
【００１５】
以上のように第１群を単レンズとし、非球面を設定することによって、レンズ枚数を低減しつつ、軸外光に起因するコマ収差の補正を行い、光学性能の確保が可能となる。この場合、両面を非球面にすると前記単レンズ製造時のレンズ面間偏芯公差が厳しくなり、製造時に光学性能確保が困難になるため好ましくない。
【００１６】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載のズームレンズにおいて、以下の条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
（３）ν12≧５０
（４）ν21−ν22≧１５
ただし、
ν12：第１群の負レンズのアッベ数
ν21：第２群の正レンズのアッベ数
ν22：第２群の負レンズのアッベ数
単レンズからなる第１群のレンズ材料としてそのアッベ数が（３）式で表したように大きな値を有する材料を使用することにより、単レンズであっても軸上色収差の補正が可能となり、また、（４）式で表したように第２群のレンズ材料を選択することにより、第２群で倍率色収差の補正を良好に行うことが可能となる。
【００１８】
本発明の請求項４記載の発明は、以下の条件を満足することを特徴とする。
【００１９】
（５）１．４≦｜ｆ1／ｆw｜≦２．０
（６）１．０≦ｆ2／ｆw≦１．４
ただし、
ｆ1：第１群の合成焦点距離
ｆ2：第２群の合成焦点距離
ｆw：ズームレンズ全系の広角端での焦点距離
条件式（５）は第１群の合成焦点距離の範囲を定めたものである。第１群の合成屈折力は負であるが、その多くは負レンズ像側面の凹面に起因している。条件式（５）の下限を超えた場合、第１群の合成屈折力が強くなりすぎる、すなわち、第１群を構成する負レンズ像側面の凹面の曲率が強くなりすぎることを意味する。この場合、前記凹面の周辺部で発生するコマ収差を補正することが困難となり、ズームレンズの光学性能確保が困難となる。条件式（５）の上限を超えた場合、ズーム広角端で光を取り込むことに対して不利となり、広角端での性能確保が困難となる。
【００２０】
条件式（６）は第２群の合成焦点距離の範囲を定めたものである。条件式（６）の下限を超えた場合、第２群の合成屈折力が強くなりすぎることを意味する。このことは第２群を構成する正レンズの屈折力が強くなりすぎることを意味するが、この場合、前記正レンズの周辺部で発生するコマ収差を補正することが困難となり、ズームレンズの光学性能確保が困難となる。条件式（６）の上限を超えた場合、第２群の合成屈折力が弱くなりすぎることを意味する。この場合、変倍に伴う第２群の移動量が大きくなり、レンズ全系の小型化が困難となる。
【００２１】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項３記載のズームレンズにおいて、第１レンズ群の最像側面と第２レンズ群の最物体側面に回折面を有することを特徴とする。
【００２２】
以上の構成により、各群における色収差補正がさらに良好に行えるようになり、回折面を用いない場合と比較して同じ光学全長であれば光学性能の向上が、光学性能を同程度に保った場合では光学全長の短縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
各実施例において使用している非球面についての式を以下に示す。
【００２４】
ｚ＝（ｈ2／ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）2｝］＋Ａ4・ｈ4＋Ａ6・ｈ6＋Ａ8・ｈ8＋Ａ10・ｈ10＋Ａ12・ｈ12
ただし、ここで、光軸方向にｚ軸、光軸と直交する方向にｘ軸、ｙ軸をそれぞれ直交する方向にとっている。さらに各パラメータは次の諸量を表す。
【００２５】
ｈ＝√（ｘ2＋ｙ2）
ｒ：近軸曲率半径、Ｋ：コニカル定数
Ａp（ｐ＝４，６，８，１０，１２）：高次の非球面係数
なお、表中のＫおよびＡpの表記において、「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表し、その数値が直前の数値にかけられる。たとえば、「６．０２３４５６Ｅ−４」は６．０２３４５６×１０-4を表す。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明のズームレンズの実施の形態１について、（表１）〜（表４）にその数値例、図１にそのレンズ構成図、図２にその諸収差図をそれぞれ示す。図１中の矢印は広角端から望遠端への変倍時の各レンズ群の移動を表している。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ広角端、中間焦点距離、望遠端での諸収差をそれぞれ示している。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第１群全体を図１の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の広角端、中間焦点距離、望遠端での非点収差変化量を、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、第２群全体を図１の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の広角端、中間焦点距離、望遠端での非点収差変化量を表す。表および図面中の各パラメータは次の諸量を表す。
【００２７】
ｒ：曲率半径
ｄ：レンズ厚またはレンズ間隔
ｎd：ｄ線の屈折率
νd：ｄ線のアッベ数を示す。
【００２８】
ｒおよびｄの単位はｍｍである。
【００２９】
【表１】
2007279335.tif 000003
【００３０】
【表２】
2007279335.tif 000004
【００３１】
【表３】
2007279335.tif 000005
【００３２】
【表４】
2007279335.tif 000006
【００３３】
本実施例は１／４インチＣＣＤ対応、変倍比が２倍のズームレンズの設計例であるが、第１群が正、負レンズの接合レンズであり、各面はすべて球面となっている。第２群は正、負レンズの接合レンズであり、最も像側の凹面のみを非球面としている。絞りは第２群の後方に設置している。さらに第１群中の各レンズのアッベ数差は１６．９、第２群中の各レンズのアッベ数差は１５．８となるようにレンズ材料の光学特性を選択しており、各群それぞれで色収差の補正がなされている。このように、各群を接合レンズのみで構成し、非球面は１面のみであるにも関わらず、各収差ともズームレンズとして十分に補正されている。また、図３、図４より、各群を個別に偏芯移動させた場合でも、像面全体にわたって非点収差の変化量が小さいことがわかる。一般に、レンズの偏芯に伴って非点収差の変化量が大きい場合、像面のサジタル方向とメリディオナル方向の解像度の相違が拡大するため、像流れ現象として目立つ画質劣化を招く。本設計のズームレンズではレンズ組立て時、あるいは変倍時にレンズ各群の偏芯が発生した場合でも非点収差の変化量が小さく、したがって画質劣化を抑制可能となっている。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明のズームレンズの実施の形態２について、（表５）〜（表８）にその数値例、図５にその諸収差図をそれぞれ示す。レンズ構成図は実施の形態１におけるレンズ構成図と略同一であるので省略する。また、第１群および第２群をそれぞれ図１の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の非点収差変化量について実施の形態１と同様に図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。
【００３５】
【表５】
2007279335.tif 000007
【００３６】
【表６】
2007279335.tif 000008
【００３７】
【表７】
2007279335.tif 000009
【００３８】
【表８】
2007279335.tif 000010
【００３９】
本実施例は実施の形態１をもとに、変倍比を２．５倍に増加した上で最適設計を行った結果である。この場合も、各収差がズームレンズとして十分に補正されており、かつ、各群が偏芯移動した場合においても非点収差の変化量、すなわち性能変動が十分に抑制されている。
【００４０】
（実施の形態３）
本発明のズームレンズの実施の形態３について、（表９）〜（表１２）にその数値例、図８にそのレンズ構成図、図９にその諸収差図をそれぞれ示す。また、第１群および第２群をそれぞれ図３の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の非点収差変化量について実施の形態１と同様に図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。
【００４１】
【表９】
2007279335.tif 000011
【００４２】
【表１０】
2007279335.tif 000012
【００４３】
【表１１】
2007279335.tif 000013
【００４４】
【表１２】
2007279335.tif 000014
【００４５】
本実施例は実施の形態１を元に、第１群を像側面が非球面の凹メニスカスレンズ１枚に変更し、１／４インチＣＣＤ対応、変倍比２倍のズームレンズの設計例である。この場合、特に第１群のレンズ材料としてアッベ数が５９．１と十分に大きい材料を選択することにより、単レンズであっても色収差の発生を抑制している。また、第１レンズ群に非球面を設定することにより、球面の場合にはレンズ周辺部で増加しやすいコマ収差の発生量を抑制している。その結果、各収差がズームレンズとして十分に補正されており、かつ、各群が偏芯移動した場合においても非点収差の変化量、すなわち性能変動が十分に抑制されている。
【００４６】
（実施の形態４）
本発明のズームレンズの実施の形態４について、（表１３）〜（表１６）にその数値例、図１２にその諸収差図をそれぞれ示す。レンズ構成図は実施の形態３におけるレンズ構成図と略同一であるので省略する。また、第１群および第２群をそれぞれ図３の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の非点収差変化量について実施の形態１と同様に図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。
【００４７】
【表１３】
2007279335.tif 000015
【００４８】
【表１４】
2007279335.tif 000016
【００４９】
【表１５】
2007279335.tif 000017
【００５０】
【表１６】
2007279335.tif 000018
【００５１】
本実施例は実施の形態３を元に、変倍比を２．５倍に増加した上で最適設計を行った結果である。この場合も、各収差および、各群が偏芯移動した場合における性能変動が十分に抑制されている。
【００５２】
（実施の形態５）
本発明のズームレンズの実施の形態５について、（表１７）〜（表２１）にその数値例、図１５にその諸収差図をそれぞれ示す。レンズ構成図は実施の形態３におけるレンズ構成図と略同一であるので省略する。また、第１群および第２群をそれぞれ図３の−Ｙ方向に２０μｍ偏芯移動させた場合の非点収差変化量について実施の形態１と同様に図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示す。
【００５３】
【表１７】
2007279335.tif 000019
【００５４】
【表１８】
2007279335.tif 000020
【００５５】
【表１９】
2007279335.tif 000021
【００５６】
【表２０】
2007279335.tif 000022
【００５７】
【表２１】
2007279335.tif 000023
【００５８】
本実施例は実施の形態３を元に、第１群像側面を非球面回折面、第２群最物体側面を非球面回折面に設定し、光学性能を確保した状態で光学全長の短縮を図った設計例である。
【００５９】
回折面を有した光学素子（以下、回折光学素子と略記）の特徴としては、通常のレンズ材料が正のアッベ数を有するのに対し、負のアッベ数を有すること、部分分散比も大きく異なるといった点が挙げられる。これらの特性を利用することによって、色収差補正を効果的に行うことが可能となる。
【００６０】
回折面は以下の位相方程式で表される。
【００６１】
φ（ｈ）＝（２π／λo）・ΣＣnｈ2n
ただし、各パラメータは以下の諸量を表す。
【００６２】
φ：位相
ｈ：光軸と垂直な方向での、光軸からレンズ面までの距離
λo：基準波長
Ｃn：位相係数
一般に、光学全長が短縮されるほど光学性能は劣化するが、前記のように収差補正を効果的に行うことで、短い光学全長でも十分な性能確保が可能となり、実施の形態３では光学全長が１５ｍｍであったのに対して、１２ｍｍの光学全長を実現している。また、この場合も、各収差および、各群が偏芯移動した場合における性能変動は十分に抑制されている。
【００６３】
レンズ設計パラメータについて、（表２２）に全ての実施の形態における値を示す。すべて請求項に示した範囲を満足しており、その効果は実施の形態で示したように良好な光学性能として現れている。また、すべてのレンズ設計では撮像素子対角長は４．７ｍｍであり、１／４インチＣＣＤに対応している。レンズの最大光学全長は屈折光学素子のみを用いた場合、変倍比２倍で１５ｍｍ、変倍比２倍で１７ｍｍ、さらに回折光学素子を用いた場合では１２ｍｍと十分に小型化している。変倍による全画角の変化範囲は実施の形態１、３、５では約６７度〜約３４度、実施の形態２、４では約６７度〜約２７度であり、一般的な撮影で多く用いられる５０度〜６０度の画角を包含しつつ、広角、望遠領域にまで十分な変倍効果を有している。
【００６４】
【表２２】
2007279335.tif 000024
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の撮像レンズは、固体撮像素子に適したズームレンズにおいて、光学性能を確保しつつ、製造誤差に起因する光学性能劣化が低減され、変倍機構が簡易であり、広角端での全画角６５度以上、変倍比２倍以上であり、１／４インチ以上の撮像素子に対応しつつ、小型の広角ズームレンズに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１における撮像レンズのレンズ構成図
【図２】同実施の形態における撮像レンズの諸収差図
【図３】同実施の形態において、第１群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図４】同実施の形態において、第２群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図５】本発明の実施の形態２における撮像レンズの諸収差図
【図６】同実施の形態において、第１群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図７】同実施の形態において、第２群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図８】本発明の実施の形態３における撮像レンズのレンズ構成図
【図９】同実施の形態における撮像レンズの諸収差図
【図１０】同実施の形態において、第１群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図１１】同実施の形態において、第２群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図１２】本発明の実施の形態４における撮像レンズの諸収差図
【図１３】同実施の形態において、第１群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図１４】同実施の形態において、第２群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図１５】本発明の実施の形態５における撮像レンズの諸収差図
【図１６】同実施の形態において、第１群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【図１７】同実施の形態において、第２群を２０μｍ偏芯移動させた場合の像面での非点収差移動量を表す図
【符号の説明】
【００６７】
Ｓ  絞り
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ
Ｌ４  第４レンズ
Ｃ  カバーガラス
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｉ  像面
【図１】
2007279335.tif 000025
【図２】
2007279335.tif 000026
【図３】
2007279335.tif 000027
【図４】
2007279335.tif 000028
【図５】
2007279335.tif 000029
【図６】
2007279335.tif 000030
【図７】
2007279335.tif 000031
【図８】
2007279335.tif 000032
【図９】
2007279335.tif 000033
【図１０】
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【図１１】
2007279335.tif 000035
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007279335.tif 000039
【図１６】
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【図１７】
2007279335.tif 000041