(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ系と、そのズームレンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、
前記ズームレンズ系が、物体側から順に、反射部材を含む正パワーの第１群と、負パワーの第２群と、正パワーの第３群と、正パワーの第４群とから構成されており、前記第１群が、物体側から順に、像面側に凹の負メニスカスレンズと、前記反射部材と、両凸の正レンズと、で構成されており、広角端から望遠端までの変倍において、前記第１群が固定であり、前記第２群が像側へ移動し、前記第３群が物体側へ移動し、広角端から望遠端までの変倍において固定の絞りを前記第２群と前記第３群との間に有し、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする撮像レンズ装置；
-8＜fa／fW＜-3  …(1)
1.0＜D／fW＜3.0  …(2)
ただし、
fa：第１群において反射部材よりも物体側に位置する全光学要素の合成焦点距離、
fW：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
D：第１群の最も物体側の面から反射部材の反射面までの軸上面間隔、
である。
【請求項２】
前記第４群でフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像レンズ装置を備えたことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズ装置に関するものであり、特に被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで撮像素子により電気的な信号として出力する撮像レンズ装置{例えば、デジタルカメラ；ビデオカメラ；デジタルビデオユニット，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等に内蔵又は外付けされるカメラの主たる構成要素}、なかでも広角域から望遠域までをカバーする高変倍で小型のズームレンズ系を備えた撮像レンズ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
広角域から望遠域までをカバーするズームレンズ系においては、特に高倍率化，小型化等が強く望まれている。この種のズームレンズ系としては、正・負・正・正・正や正・負・正・負・正の５群ズームが従来より知られている。これらのタイプのズームレンズ系は、第１群をズーミングにおいて固定とし、近距離撮影でのフォーカシングを後群で行うことにより、前玉径の肥大化を抑える構成になっている。一方、正・負・正・正の４群ズームにおいて、レンズ間に挿入したプリズムで光路を折り曲げることにより光軸方向の小型化を推し進めたズームレンズ系が特許文献１で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２４８３１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、撮像素子の小型化に伴ってズームレンズ系にも更なる小型化が望まれている。しかし、上記５群ズームの構成でそれに応えることは困難である。また、特許文献１で提案されているズームレンズ系は、レンズ枚数が多く、光学性能も光軸方向の小型化も十分とは言えない。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、変倍比３倍程度でズーム全域にわたり良好な光学性能を有する小型のズームレンズ系を備えた撮像レンズ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の撮像レンズ装置は、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ系と、そのズームレンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記ズームレンズ系が、物体側から順に、反射部材を含む正パワーの第１群と、負パワーの第２群と、正パワーの第３群と、正パワーの第４群とから構成されており、前記第１群が、物体側から順に、像面側に凹の負メニスカスレンズと、前記反射部材と、両凸の正レンズと、で構成されており、広角端から望遠端までの変倍において、前記第１群が固定であり、前記第２群が像側へ移動し、前記第３群が物体側へ移動し、広角端から望遠端までの変倍において固定の絞りを前記第２群と前記第３群との間に有し、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする。
-8＜fa／fW＜-3  …(1)
1.0＜D／fW＜3.0  …(2)
ただし、
fa：第１群において反射部材よりも物体側に位置する全光学要素の合成焦点距離、
fW：広角端でのズームレンズ系全体の焦点距離、
D：第１群の最も物体側の面から反射部材の反射面までの軸上面間隔、
である。
【０００７】
第２の発明の撮像レンズ装置は、上記第１の発明の構成において、前記第４群でフォーカシングを行うことを特徴とする。
【００１０】
第３の発明のカメラは、上記第１又は第２の発明に係る撮像レンズ装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した撮像レンズ装置を、図面を参照しつつ説明する。被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像レンズ装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラ{例えば、デジタルカメラ；ビデオカメラ；デジタルビデオユニット，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ)等に内蔵又は外付けされるカメラ}の主たる構成要素である。その撮像レンズ装置は、例えば図７に示すように、物体(被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮影レンズ系(TL)と、光学的ローパスフィルター等に相当する平行平面板(PL)と、撮影レンズ系(TL)により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子(SR)と、で構成される。撮影レンズ系(TL)内の光路の途中には平面状の反射面(RL)が配置されており、反射面(RL)の前側と後側には各々少なくとも１枚のレンズが配置されている。この反射面(RL)により、撮影レンズ系(TL)を屈曲光学系として使用するための光路の折り曲げが行われ、その際、光軸(AX)が約９０度折り曲げられるようにして光束が反射される。なお反射面(RL)は、プリズム類(直角プリズム等)，ミラー類(平面ミラー等)等の反射部材により構成される。
【００１２】
後述する各実施の形態では、複数の群から成るズームレンズ系が撮影レンズ系(TL)として用いられ、複数の群が光軸(AX)に沿って移動し、各群の間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)が行われる。撮像素子(SR)としては、例えば複数の画素から成るＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられ、ズームレンズ系により形成された光学像が撮像素子(SR)により電気的な信号に変換される。
【００１３】
またズームレンズ系で形成されるべき光学像は、撮像素子(SR)の画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター{平行平面板(PL)から成る。}を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。光学的ローパスフィルターとしては、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。撮像素子(SR)で生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。
【００１４】
なお、図７に示す撮像レンズ装置では、撮影レンズ系(TL)によって拡大側(共役長の長い側)の被写体から縮小側(共役長の短い側)の撮像素子(SR)への縮小投影が行われるが、撮像素子(SR)の代わりに２次元画像を表示する表示素子(例えば液晶表示素子)を用い、撮影レンズ系(TL)を投影レンズ系として使用すれば、縮小側の画像表示面から拡大側のスクリーン面への拡大投影を行う画像投影装置を構成することができる。つまり、以下に説明する各実施の形態のズームレンズ系は、撮影レンズ系(TL)としての使用に限らず、投影レンズ系としても好適に使用することが可能である。
【００１５】
図１〜図３は、第１〜第３の実施の形態を構成するズームレンズ系にそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(W)でのレンズ配置を光学断面で示している。各レンズ構成図中、矢印mj(j=1,2,...)は広角端(W)から望遠端(T)へのズーミングにおける第ｊ群(Grj)の移動等をそれぞれ模式的に示しており、矢印mSとmPは絞り(ST)と平行平面板(PL)がズーミングにおいて位置固定であることをそれぞれ示している。ただし、第１の実施の形態(図１)では、第１群(Gr1)と第４群(Gr4)が固定群、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)が可動群であり、第２，第３の実施の形態(図２，図３)では、第１群(Gr1)が固定群、第２群(Gr2)，第３群(Gr3)及び第４群(Gr4)が可動群である。また、各レンズ構成図中、ri(i=1,2,3,...)が付された面は物体側から数えてi番目の面(riに*印が付された面は非球面)であり、di(i=1,2,3,...)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてi番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。
【００１６】
各実施の形態のズームレンズ系はいずれも、物体側から順に、正のパワーを有する第１群(Gr1)と、負のパワーを有する第２群(Gr2)と、正のパワーを有する第３群(Gr3)と、正のパワーを有する第４群(Gr4)と、から成り、第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間にズーミング中位置固定の絞り(ST)を含み、各群間隔を変化させることによりズーミングを行う４群ズームレンズである。そして、ＣＣＤ等の撮像素子(SR)を備えたカメラ(例えばデジタルカメラ)に用いられるズームレンズ系として、その像面側には光学的ローパスフィルター等の光学フィルターや撮像素子(SR)のカバーガラス等に相当する２枚のガラス製平行平面板(PL)が配置されている。各実施の形態のレンズ構成を更に詳しく以下に説明する。
【００１７】
第１の実施の形態(図１)では、正・負・正・正の４群ズーム構成において、各群が物体側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、像面側に凹の負メニスカスレンズと、光軸(AX)を９０度曲げるための反射面(RL，図７)を有する反射ミラー(MR)と、両凸の正レンズと、で構成されている。第２群(Gr2)は、両凹の負レンズ(両面が非球面)と、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３群(Gr3)は、両凸の正レンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズ(両面が非球面)と、で構成されている。第４群(Gr4)は、物体側に凸の正メニスカスレンズ(両面が非球面)で構成されている。
【００１８】
第２の実施の形態(図２)では、正・負・正・正の４群ズーム構成において、各群が物体側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、像面側に凹の負メニスカスレンズと、光軸(AX)を９０度曲げるための反射面(RL，図７)を有する反射ミラー(MR)と、両凸の正レンズと、で構成されている。第２群(Gr2)は、両凹の負レンズ(両面が非球面)と、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３群(Gr3)は、両凸の正レンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第４群(Gr4)は、両凸の正レンズ(両面が非球面)で構成されている。
【００１９】
第３の実施の形態(図３)では、正・負・正・正の４群ズーム構成において、各群が物体側から順に以下のように構成されている。第１群(Gr1)は、像面側に凹の負メニスカスレンズと、光軸(AX)を９０度曲げるための反射面(RL，図７)を有する直角プリズム(PR)と、両凸の正レンズと、で構成されている。第２群(Gr2)は、両凹の負レンズ(両面が非球面)と、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第３群(Gr3)は、物体側に凸の正メニスカスレンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズ(両面が非球面)と、で構成されている。第４群(Gr4)は、両凸の正レンズ(両面が非球面)で構成されている。
【００２０】
各実施の形態(図１〜図３)のように、物体側から順に、反射部材(MR,PR)を含む正パワーの第１群(Gr1)と、負パワーの第２群(Gr2)と、少なくとも１つの可動群(Gr3,Gr4)と、でズームレンズ系を構成するとともに第１群(Gr1)を固定群とすれば、ズームレンズ系の小型化と変倍比３倍程度でのズーム全域にわたる良好な光学性能の達成が可能となる。また、第２群(Gr2)よりも像面側{好ましくは第２群(Gr2)と第３群(Gr3)との間}に、広角端(W)から望遠端(T)までのズーミングにおいて固定の絞り(ST)を配置することによって、ズームレンズ系の小型化を更に効果的に達成することが可能である。一般に、絞りとシャッターとを同一部材で構成すると、周辺照度の低下抑制やコストダウンの達成が可能である。しかし、各実施の形態のように更なる高性能化を狙って正・負・正・正タイプの第３群(Gr3)を可動群とした場合には、絞り(ST)を第３群(Gr3)と一体で可動にしてしまうと、シャッターのような大きな部材をズーミングにおいて動かさなければならなくなる。鏡胴構成を含めて考えると、そのような構成では小型化の達成が困難になるが、各実施の形態のように絞り(ST)をズーム位置固定とすることによって、この問題を解決することができる。
【００２１】
また各実施の形態のように、ズーミングにおいて第１群(Gr1)を固定とし、少なくとも第３群(Gr3)、好ましくは第２群(Gr2)と第３群(Gr3)の移動により各群間隔を変化させるズーム構成にすると、ズームレンズ系の全長変化と前玉径の肥大化を抑えることができ、鏡胴構成も容易になる。そして、ズーム位置固定の第１群(Gr1)中に直角プリズム(PR)や反射ミラー(MR)等の反射部材を配置し、その反射面(RL)で光軸(AX)を９０度折り曲げれば、ズームレンズ系の入射側での光軸(AX)方向の長さが短くかつ一定になり、従来に比べて更に小型化と高倍率化が達成される。したがって、カメラの見かけ上の薄型化・小型化が達成され、ズーミングや沈胴による厚さの変化が生じないカメラを構成することができる。なお必要に応じて、直角プリズム(PR)や反射ミラー(MR)の代わりに他のプリズムやミラー等を反射部材として用いてもよく、光軸(AX)の折り曲げ角度を９０度以外の角度に設定してもよい。また必要に応じて、反射部材の反射面(RL)にパワーを持たせてもよく、反射面(RL)の代わりに屈折面や回折面を用いて光軸(AX)を折り曲げるようにしてもよい。
【００２２】
各実施の形態のズームレンズ系のように反射ミラー(MR)や直角プリズム(PR)等の反射部材で折り曲げ光学系を構成する場合、その光軸(AX)方向の大きさに対し反射部材(MR,PR)の光軸(AX)方向の厚みが大きく影響を及ぼしてしまう。このため反射部材(MR,PR)を薄型化する必要があり、それと同時に広角域から望遠域までをカバーする光学性能や照度確保の面からも反射部材(MR,PR)を薄くすることが望まれる。この観点から、各実施の形態のようにズーム位置固定の第１群(Gr1)中で光軸(AX)を折り曲げるズームレンズ系においては、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
【００２３】
-8＜fa／fW＜-3  …(1)
ただし、
fa：第１群(Gr1)において反射部材(MR,PR)よりも物体側に位置する全光学要素の合成焦点距離、
fW：広角端(W)でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。
【００２４】
条件式(1)を満たすことにより、最も物体側の第１レンズから反射部材(MR,PR)の前面に入射する軸外光線の高さを低くすることが可能になる。その結果として、反射部材(MR,PR)全体の厚みを増やさずにすむことができる。特に、反射部材(MR,PR)として直角プリズム(PR)等のプリズム類を用いる場合には、条件式(1)を満たすことがズームレンズ系の小型化及び照度確保を達成する上で有効である。
【００２５】
また、第１群(Gr1)が物体側から少なくとも１枚のレンズと反射部材(PR,MR)とを含む構成において、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
1.0＜D／fW＜3.0  …(2)
ただし、
D：第１群(Gr1)の最も物体側の面から反射部材(PR,MR)の反射面(RL)までの軸上面間隔、
fW：広角端(W)でのズームレンズ系全体の焦点距離、
である。
【００２６】
条件式(2)は、第１群(Gr1)の最も物体側の面から反射面(RL)までの軸上面間隔について、満たすことが望ましい条件範囲を規定している。これは反射面(RL)を有する光学系において、コンパクト化に必要な条件である。条件式(2)の下限を越えると、物体側に配置された１枚のレンズのパワーが強くなるので、結果として第１群(Gr1)のパワーが強くなりすぎて広角端(W)での負の歪曲収差の補正が困難になる。逆に、条件式(2)の上限を越えると、反射面(RL)までの距離が長くなりすぎてしまい、コンパクト化という点で好ましくない。
【００２７】
第１の実施の形態(図１)のように、最終群である第４群(Gr4)を固定群にすることが鏡胴構成上好ましい。最終群を固定にすると、鏡胴構成を簡略化することが可能である。また、第４群(Gr4)でフォーカシングを行う構成にすることが望ましい。無限遠から近接撮影距離へのフォーカシングを第４群(Gr4)で行う構成にすることにより、良好な近接性能を得ることができる。
【００２８】
なお、各実施の形態を構成しているズームレンズ系には、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。また、絞り(ST)のほかに不要光をカットするための光束規制板等を必要に応じて配置してもよい。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像レンズ装置に用いられるズームレンズ系の構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜３は、前述した第１〜第３の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第３の実施の形態を表すレンズ構成図(図１〜図３)は、対応する実施例１〜３のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００３０】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、広角端(短焦点距離端,W)〜ミドル(中間焦点距離状態,M)〜望遠端(長焦点距離端,T)での可変空気間隔である。各焦点距離状態(W),(M),(T)に対応する全系の焦点距離(f,mm)及びＦナンバー(FNO)を他のデータとあわせて示し、条件式対応値を表１に示す。
【００３１】
曲率半径riに*印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。各実施例の非球面データを他のデータとあわせて示す(ただしAi=0の場合は省略する。)。
X(H)＝(C0・H2)／{1+√(1-ε・C02・H2)}＋Σ(Ai・Hi)  …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H)：高さHの位置での光軸(AX)方向の変位量(面頂点基準)、
H：光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C0：近軸曲率(=1／曲率半径)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ai：i次の非球面係数、
である。
【００３２】
図４〜図６は実施例１〜実施例３にそれぞれ対応する収差図であり、(W)は広角端，(M)はミドル，(T)は望遠端における諸収差{左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。Y':最大像高(mm)}を示している。球面収差図において、実線(d)はｄ線に対する球面収差(mm)、一点鎖線(g)はｇ線に対する球面収差(mm)、二点鎖線(c)はｃ線に対する球面収差(mm)、破線(SC)は正弦条件(mm)を表している。非点収差図において、破線(DM)はメリディオナル面でのｄ線に対する非点収差(mm)を表しており、実線(DS)はサジタル面でのｄ線に対する非点収差(mm)を表わしている。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲(％)を表している。
【００３３】
0003864897.tif 000002
0003864897.tif 000003
【００３４】
0003864897.tif 000004
【００３５】
0003864897.tif 000005
0003864897.tif 000006
【００３６】
0003864897.tif 000007
【００３７】
0003864897.tif 000008
0003864897.tif 000009
【００３８】
0003864897.tif 000010
【００３９】
【表１】
0003864897.tif 000011
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、変倍比３倍程度でズーム全域にわたり良好な光学性能を有する小型のズームレンズ系を備えた撮像レンズ装置を実現することができる。そして本発明を、デジタルカメラ；ビデオカメラ；デジタルビデオユニット，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ)等に内蔵又は外付けされるカメラに適用すれば、これらの機器のコンパクト化，低コスト化，高変倍化及び高性能化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。
【図４】実施例１の収差図。
【図５】実施例２の収差図。
【図６】実施例３の収差図。
【図７】本発明に係る撮像レンズ装置の概略光学構成を示す模式図。
【符号の説明】
TL  …撮影レンズ系(ズームレンズ系)
Gr1  …第１群
MR  …反射ミラー(反射部材)
PR  …直角プリズム(反射部材)
RL  …反射面
Gr2  …第２群
ST  …絞り
Gr3  …第３群
Gr4  …第４群
PL  …平行平面板
SR  …撮像素子
AX  …光軸
【図１】
0003864897.tif 000012
【図２】
0003864897.tif 000013
【図３】
0003864897.tif 000014
【図４】
0003864897.tif 000015
【図５】
0003864897.tif 000016
【図６】
0003864897.tif 000017
【図７】
0003864897.tif 000018