JP4840719B2 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、CCD型イメージセンサあるいはCMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子に対して光学像を結像させるためのズームレンズ、及び撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）型イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子を備えた、小型撮像ユニットを搭載した小型のデジタルカメラ、ビデオカメラにおいては、固体撮像素子の高画素化にともない、より高い結像性能を有し高変倍なズームレンズの要望が高まってきている。また、小型撮像装置のズームレンズには、よりいっそうの小型化が求められている。

小型撮像装置用の小型のズームレンズとしては、例えば特許文献１に開示されているように、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、負の屈折力の第５レンズ群と、正または負の第６レンズ群からなり、第１レンズ群中に光路を折り曲げるプリズムを配置することによってズームレンズの厚さ方向の薄型化を図ったものがある。
特開２００５−１９５７５７号公報

しかしながら、これに開示されたズームレンズは、変倍比も３〜５倍程度と小さく、その変倍比の割に全長も長いという問題点がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、特に高画素数の固体撮像素子を用いたデジタルカメラ、ビデオカメラ等に用いるのに適した、高い結像性能を有し、変倍比７〜８倍程度の小型のズームレンズ及び撮像装置を提供することを目的とする。

ここで、小型のズームレンズの尺度であるが、本発明では下式を満たすレベルの小型化を目指している。（６）式に示す条件を満たすことで、ズームレンズ全長を短くでき、（７）式に示す条件を満たすことで、反射光学素子の厚みを薄くできるので、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。これにより、撮像装置全体の小型軽量化が可能となる。
Ｌ／Ｖ ＜ １２．０ （６）

ただし、Ｌ：前記ズームレンズ全系の最も物体側のレンズ面から像側焦点までの光軸上の距離
Ｖ：前記ズームレンズの広角端から望遠端への変倍比
ＰＬ：前記ズームレンズの反射光学素子の光軸上の厚み
ｆ_W：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
ｆ_T：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離

ここで、像側焦点とはズームレンズに光軸と平行な平行光線が入射した場合の像点をいう。なお、ズームレンズの最も像側の面と像側焦点位置との間に、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、または固体撮像素子パッケージのシールガラス等の平行平板が配置される場合には、平行平板部分は空気換算距離とした上で上記Ｌの値を計算するものとする。

請求項１に記載のズームレンズは、
複数のレンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、
光軸に沿って物体側から順に、
正の屈折力を有し、光軸上の位置が変倍および合焦に際して常に固定とされた第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
負の屈折力を有する第５レンズ群と、
正の屈折力を有する第６レンズ群と、からなり、
前記第１レンズ群は、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、
前記第２レンズ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズで構成され、
有限距離物体への合焦を、前記第５レンズ群で行い、
以下の条件式を満たすことを特徴とする。

ただし、β_max：前記ズームレンズの広角端から望遠端の間での、フォーカス群以降の横倍率の最大値
ｆ_W：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
ｆ_T：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離

請求項１に記載のズームレンズによれば、光軸に沿って物体側から、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、負の屈折力を有する第５レンズ群、正の屈折力を有する第６レンズ群の順に配置することで、高変倍化と小型化の両立を達成することができる。

条件式（１）は、広角端から望遠端での任意の焦点距離におけるフォーカス群以降の横倍率の最大値を適切に設定するための式である。フォーカス群以降の横倍率が大きくなると、その分フォーカス群の光軸方向の移動量に対する像点位置変動が大きくなる。フォーカス群の光軸方向の移動量に対する像点位置変動が大きいと、少ない移動量で合焦が可能であるという利点があるものの、一方で正確に合焦させるには精度よくフォーカス群を移動させる必要性が生じる。フォーカス群を移動させるアクチュエーターによっては、微小量の移動が困難な場合があり、仮に可能であってもコストアップにつながってしまう。

そこで、条件式（１）の値が上限値を下回るようにすることで、フォーカス群以降の横倍率が大きくなりすぎず、フォーカス群の光軸方向の移動量に対する像点位置変動が大きくなりすぎることを防ぐことができる。また、条件式（１）の値が下限値を上回るようにすることで、フォーカス時のフォーカス群の移動量が大きくなりすぎず、フォーカス群の移動スペースを大きく確保する必要がなくなるため、ズームレンズ全体の小型化を達成することができる。また、フォーカス群である第５レンズ群の負の屈折力を適度に維持することができ、撮像レンズ全系のペッツバール和が小さくなり、像面湾曲を良好に補正することができるうえ、負の屈折力の第５レンズ群と正の屈折力の第６レンズ群によるテレフォト効果を強めることで、ズームレンズ全体の小型化を達成することができる。なお、より望ましくは、条件式（１’）を満たすのがよい。

本明細書中でフォーカス群とは、有限距離物体への合焦の際に、光軸上を移動するレンズ群を言うものとする。又、フォーカス群は変倍に伴う像点位置変動の補償を行うようにしても良い。

請求項２に記載のズームレンズは、請求項１に記載の発明において、前記第３レンズ群は、変倍及び合焦に際し、光軸上の位置が常に固定であることを特徴とするので、変倍及び合焦に際して第３レンズ群の光軸方向の位置を常に固定とすることで、かかるズームレンズを搭載した撮像装置のレンズ駆動機構を簡略化することができる。

請求項３に記載のズームレンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記第３レンズ群は、光軸上の物体側または像側に開口絞りを有し、少なくとも１面の非球面形状を有する１枚の正レンズのみにより構成されることを特徴とする。

開口絞りを第３レンズ群に近接させ配置し、第３レンズ群を少なくとも１面の非球面形状を有する単レンズにより構成することで、第２レンズ群及び第４レンズ群の移動スペースを確保しつつ、球面収差、コマ収差、及び像面湾曲を効果的に補正することができる。また、開口絞りを第３レンズ群の物体側に配置することで、入射瞳位置を光軸上の物体側に近づけることができ、第１レンズ群の光軸上の最も物体側のレンズの直径と反射光学素子とを小さくすることができ、従って撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができるので、より望ましい。

第２レンズ群を、２枚の負レンズと１枚の正レンズで構成することで、変倍全域における軸外の色収差を効果的に補正でき、高変倍になると大きくなる第２レンズ群の負の屈折力を２枚の負レンズで分担することにより、ズームレンズ全系の諸収差を良好に補正でき、特に広角端での歪曲収差や倍率色収差を良好に補正することができる。

請求項４に記載のズームレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｎ_2P ＞ １．８０ （２）
ν_2P ＜ ２６．０ （３）
ただし、ｎ_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線での屈折率
ν_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線でのアッベ数

条件式（２）は、第２レンズ群の正レンズの屈折率を適切に設定するための条件を規定する。条件式（３）は、第２レンズ群の正レンズのアッベ数を適切に設定するための条件を規定する。（２）式において、ｎ_2Pがその下限を上回ることで、また（３）式において、ν_2Pがその上限を下回ることで、変倍全域における軸上、軸外の色収差を効果的に補正することができる。なお、望ましくは以下の条件式を満たすのがよい。
ｎ_2P ＞ １．８５ （２’）
ν_2P ＜ ２３．０ （３’）

請求項５に記載のズームレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ群中の正レンズは、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ν_1P ＞ ８０ （４）
ただし、ν_1P：前記第１レンズ群中の正レンズのｄ線でのアッベ数

本発明のような高変倍ズームレンズでは、望遠端において第１レンズ群中の正レンズを太い光束が通過するため、色収差が大きくなってしまう。そこで、条件式（４）を満たすようなアッベ数の異常分散硝材もしくは特殊低分散硝材を、第１レンズ群中の正レンズに用いることにより、望遠端での色収差を低減することができる。

請求項６に記載のズームレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１レンズ群のレンズは、全て球面レンズであることを特徴とする。

本発明のような高変倍ズームレンズでは、第１レンズ群中のレンズ径が大きく、ガラスモールド非球面レンズを使用しようとしても成形不可能であったり、コストアップにつながってしまう恐れがある。また、第１レンズ群中のレンズには望遠端で太い光束が通過するため、面形状誤差による性能劣化が著しく、非球面レンズでは成形するうえで非常に高い面精度が要求されてくる。そこで、第１レンズ群を全て球面レンズで構成することで、レンズを比較的面精度を出しやすい研磨加工で製造することが可能となり、上述の問題を克服することができる。なお、第１レンズ群中に正レンズを２枚使用することで、高変倍では大きくなる第１レンズ群中の正の屈折力を２枚の正レンズで分担することができ、非球面を使用せず良好な収差補正をすることができるので望ましい。

請求項７に記載のズームレンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記第５レンズ群は、少なくとも１面の非球面形状を有するプラスチックレンズ１枚で構成されることを特徴とする。

移動群である第５レンズ群に非球面形状を持たせることで、変倍及び合焦時における高画角での像面湾曲、歪曲収差の変動を効果的に補正することができる。また、プラスチックレンズ１枚で構成することにより、駆動機構に与える負荷を軽減させることができる。

請求項８に記載のズームレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズと正レンズの３枚接合レンズのみで構成されることを特徴とする。

各レンズ群の中で比較的結像作用の強い第４レンズ群を、物体側から正レンズ、負レンズ、正レンズの順に配置する、所謂トリプレットタイプとすることで、球面収差、コマ収差、像面湾曲を効果的に補正することができる。また、正レンズを２枚使用することで、正の屈折力を分担でき、球面収差、像面湾曲の発生を抑えることができる。さらに、３枚のレンズを接合レンズとすることで、第４レンズ群が１つの接合レンズのみで構成されるため、各レンズの位置の調整を行う必要がなくなり、製造が容易となり、従って高い量産性を得ることができる。

請求項９に記載の撮像装置は、請求項１〜８に記載のズームレンズを搭載することで、高性能ながら小型化を図ることができる。

なお、後述する実施例においては、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子としてプリズムを用いているが、これに限定されるものではなく、例えばミラーであってもよい。反射光学素子をプリズムにより構成することで、反射光学系内を通過する光束径が小さくなり、よって反射光学素子を小型にでき、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。また、反射光学素子をプリズムとしたときは、以下の条件式を満たすような材料で構成することが望ましい。
ｎｄｐ ＞ １．７ （５）
ただし、ｎｄｐ：プリズムのｄ線での屈折率

条件式（５）は、プリズム材料の屈折率の範囲を規定する式である。ｎｄｐが式の下限を上回ることで、プリズム内を通過する光束径が小さくなり、よってプリズムを小型にでき、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

また、本発明においては、光路を折り曲げるためのプリズムにより撮像素子の長辺方向と同一方向に光路を９０度折り曲げる設計としているが、撮像素子の短辺方向と同一方向に光軸を折り曲げるような設計であってもよい。短辺方向の光路折り曲げの場合には、プリズムの大きさを小さくできるためズームレンズの小型化に便利である。また、短辺方向の光路折り曲げでは、像面上の画像の左右のみが反転し、長辺方向の折り曲げでは、像面上の画像の上下のみが反転する。一般的に固体撮像素子にＣＣＤを用いた場合、短辺方向の光路折り曲げでは垂直ラインでの折り曲げになるため、フレームメモリ、またはフレーム蓄積が必要となるのに対し、長辺方向の光路折り曲げでは、ライン蓄積、またはラインメモリによる反転読み出しが可能となり、従って、長辺方向の光路折り曲げの方が正転させるためのハードウェアの要求内容が小さくなるというメリットがある。なお、本明細書中の「撮像装置の厚み方向」とは、前記第１レンズ群の反射光学素子における入射面の光軸方向と同一方向をいうものとする。

固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる撮像レンズには、画面全域において良好な受光感度を得るために像側テレセントリックであることが要求される。像側テレセントリックとは、各像高において主光線が光軸と平行な角度で固体撮像素子の撮像面に入射することを言う。近年では、固体撮像素子の結像面上にマイクロレンズアレイを適当に配置することによって、像側テレセントリックの不満足量を補正することが可能になってきた。具体的には、撮像面の各画素の画素ピッチに対し、マイクロレンズアレイの配列のピッチをわずかに小さく設定することにより、画面周辺部にいくほど各画素に対しマイクロレンズアレイが撮像レンズ光軸側へシフトして配置されるため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。このとき、画面全域で良好な受光感度、及び画質を得るためには、撮像面への主光線入射角度が像高に対してできるだけ線形性を持つような特性であることが望ましい。

本発明において「プラスチックレンズ」とは、通常のプラスチック材料で構成されるものや、通常のプラスチック材料を母材とし、プラスチック材料中に小径の粒子を分散させた素材から成形され、かつプラスチックの体積比が半分以上のレンズも含むものとし、さらにその表面に反射防止や表面強度の向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。

後述する実施例１、２、３では、レンズＬ１１とレンズＬ１２に、実施例４ではレンズＬ１２にプラスチックレンズを使用しているが、プラスチック材料は温度変化時の屈折率変化が大きいため、周囲温度が変化した際に、撮像レンズ全系の像点位置が変動してしまうという問題を抱えてしまう。ズームレンズの場合、フォーカス群を光軸方向に移動させ、像点位置の変動を補正するのが普通であるので、温度変化時の像点位置変動そのものは問題とならない。しかし、フォーカス群を移動させることにより、色収差や像面湾曲などの収差劣化を招くおそれがある。このような場合には、例えば実施例１において、負のレンズＬ１１と正のレンズＬ１２とで温度変化時の像点位置変動をある程度相殺するような屈折力配分とすることで、この温度特性の問題を軽減することができる。

また最近では、プラスチック材料中に無機微粒子を混合させ、プラスチック材料の温度変化を小さくできることが分かってきた。詳細に説明すると、一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が２０ナノメートル以下の無機粒子を分散させることにより、屈折率の温度依存性のきわめて低いプラスチック材料となる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。

ここで、屈折率の温度変化について詳細に説明する。屈折率の温度変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、以下の式で表される。

ただし、α：線膨張係数、［Ｒ］：分子屈折

プラスチック素材の場合は、一般に式中第１項に比べ第２項の寄与が小さく、ほぼ無視できる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０^-5であり、上記式に代入すると、Ａ＝−１．２×１０^-4［／℃］となり、実測値とおおむね一致する。

具体的には、従来は−１．２×１０^-4［／℃］程度であった屈折率の温度変化Ａを、絶対値で８×１０^-5［／℃］未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で６×１０^-5［／℃］未満にすることが好ましい。本発明で適用可能なプラスチック材料の屈折率の温度変化Ａ（＝ｄｎ／ｄＴ）を表１に示す。

ここで、以下の実施例１のズームレンズを例にとり、上記微粒子を分散させたプラスチックレンズを使用した場合と使用しない場合の、温度変化時のバックフォーカス変化量の違いを示す。

温度による屈折率ｎｄの変化を表２に示す。また、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）、−３０［℃］下降時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）を表３に示す。

ここで、比較のために本実施例のズームレンズ系において、全てのプラスチックレンズを上記粒子を含まないプラスチックレンズとした場合の、温度による屈折率ｎｄの変化と、常温（２０［℃］）に対し＋３０［℃］上昇時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）、−３０［℃］下降時の広角端・望遠端それぞれのバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_W、ΔｆＢ_T）を、表４・表５に示す。

以上の結果より、上記微粒子を全く含まない場合と比較し、レンズＬ１１及びレンズＬ１２に上記微粒子を分散させたプラスチック材料を使用し、Ａ＝−６×１０^-5［／℃］の場合は、望遠端での温度変化時のバックフォーカス変化量（ΔｆＢ_T）が半分以下まで抑えられていることが分かる。

また、レンズＬ１１、レンズＬ１２それぞれに異なった屈折率の温度変化Ａの値を持つ上記粒子を分散させたプラスチック材料を使用してもよく、その場合は、それぞれのレンズの温度変化時の像点位置変動の寄与の大きさを考慮して、最適なＡの値を選択することによって、撮像レンズ全体で温度変化時の像点位置変動がまったく生じないようにすることも可能となる。

本発明によれば、特に高画素数の固体撮像素子を用いたデジタルカメラ、ビデオカメラ等に用いるのに適した、高い結像性能を有し、変倍比７〜８倍程度の小型のズームレンズ及び撮像装置を提供することができる。

図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態にかかるズームレンズを搭載した撮像装置１００について説明する。図１は、撮像装置１００のブロック図である。

図１に示すように、撮像装置１００は、ズームレンズ１０１と、固体撮像素子１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、制御部１０４と、光学系駆動部１０５と、タイミング発生部１０６と、撮像素子駆動部１０７と、画像メモリ１０８と、画像処理部１０９と、画像圧縮部１１０と、画像記録部１１１と、表示部１１２と、動作部１１３とを備えて構成される。

ズームレンズ１０１は、被写体像を固体撮像素子１０２の撮像面に結像させる機能を有する。固体撮像素子１０２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、入射光をＲ、Ｇ、Ｂ毎に光電変換してそのアナログ信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、アナログ信号をデジタルの画像データに変換する。

制御部１０４は、撮像装置１００の各部を制御する。制御部１０４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含み、ＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開された各種プログラムと、ＣＰＵとの協働で各種処理を実行する。

光学系駆動部１０５は、制御部１０４の制御により、変倍、合焦（後述する第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５の移動）、露出等において、ズームレンズ１０１を駆動制御する。タイミング発生部１０６は、アナログ信号出力用のタイミング信号を出力する。撮像素子駆動部１０７は、固体撮像素子１０２を走査駆動制御する。

画像メモリ１０８は、画像データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。画像処理部１０９は、画像データに各種画像処理を施す。画像圧縮部１１０は、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）等の圧縮方式により、撮像画像データを圧縮する。画像記録部１１１は、図示しないスロットにセットされた、メモリカード等の記録メディアに画像データを記録する。

表示部１１２は、カラー液晶パネル等であり、撮影後の画像データ、撮影前のスルー画像、各種操作画面等を表示する。動作部１１３は、レリーズボタン、各種モード、値を設定するための各種操作キーを含み、ユーザにより操作入力された情報を制御部１０４に出力する。

ここで、撮像装置１００における動作を説明する。被写体撮影では、被写体のモニタリング（スルー画像表示）と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、ズームレンズ１０１を介して得られた被写体の像が、固体撮像素子１０２の受光面に結像される。ズームレンズ１０１の撮影光軸後方に配置された固体撮像素子１０２が、タイミング発生部１０６、撮像素子駆動部１０７によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を１画面分出力する。

このアナログ信号は、ＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、Ａ／Ｄ変換部１０３でデジタルデータに変換される。そのデジタルデータは、画像処理部１０９により、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理が行なわれて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ（画像データ）が生成されて画像メモリ１０８に格納され、定期的にその信号が読み出されてそのビデオ信号が生成されて、表示部１１２に出力される。

この表示部１１２は、モニタリングにおいては電子ファインダとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザの動作部１１３を介する操作入力に基づいて、光学系駆動部１０５の駆動によりズームレンズ１０１の変倍、合焦、露出等が設定される。

このようなモニタリング状態において、静止画撮影を行ないたいタイミングで、ユーザが動作部１１３のレリーズボタンを操作することにより、静止画像データが撮影される。レリーズボタンの操作に応じて、画像メモリ１０８に格納された１コマの画像データが読み出されて、画像圧縮部１１０により圧縮される。その圧縮された画像データが、画像記録部１１１により記録メディアに記録される。

なお、上記各実施の形態及び各実施例における記述は、本発明に係る好適なズームレンズ及び撮像装置の一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記各実施の形態及び各実施例において、ズームレンズを搭載した撮像装置として、デジタルスチルカメラの例を説明したがこれに限定されるものではなく、ビデオカメラや、撮像機能付の携帯電話機、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の少なくとも撮像機能を有する携帯端末等の機器としてもよい。

また、ズームレンズを搭載した撮像装置を、上記機器に搭載される撮像ユニットとしてもよい。ここで、図２を参照して、撮像装置１００を搭載した携帯電話機３００の例を説明する。図２は、携帯電話機３００の内部構成を示すブロック図である。

図２に示すように、携帯電話機３００は、各部を統括的に制御すると共に各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）３１０と、番号等をキーにより操作入力するための操作部３２０と、所定のデータの他に撮像した映像等を表示する表示部３３０と、アンテナ３４１を介して外部サーバ等との間の各種情報通信を実現するための無線通信部３４０と、撮像装置１００と、携帯電話機１００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）３６０と、制御部３１０によって実行される各種処理プログラムやデータ、若しくは処理データ、或いは撮像装置１００により撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる及び一時記憶部（ＲＡＭ）３７０とを備えている。

尚、撮像装置１００の制御部１０４と、携帯電話機３００の制御部３１０とは通信可能に接続されており、かかる場合、図１に示す表示部１１２，操作部１１３などの機能は、携帯電話機３００側に持たせることができるが、撮像装置１００自体の動作は基本的に同様である。より具体的には、撮像装置１００の外部接続端子（不図示）は、携帯電話機３００の制御部３１０と接続され、携帯電話機３００側から撮像装置１００側にレリーズ信号が送信され、撮像により得られた輝度信号や色差信号等の画像信号は撮像装置１００側から制御部３１０側に出力する。かかる画像信号は、携帯電話機３００の制御系により、記憶部３６０に記憶されたり、或いは表示部３３０で表示され、さらには、無線通信部３４０を介して映像情報として外部に送信されることができる。

また、ズームレンズを搭載した撮像装置は、これと、基板上に配置された制御部及び画像処理部等と、を配置して、コネクタ等により表示部及び操作部等を有する別体に結合され用いられることを前提とするカメラモジュールとして構成してもよい。

以下に、図１の撮像装置１００に用いることができるズームレンズの実施例を示すが、これに限定されるものではない。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
ｆ ：ズームレンズ全系の焦点距離
ｒ ：曲率半径
ｄ ：軸上面間隔
ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッべ数

各実施例において非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の「数５」で表す。

なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（たとえば２．５×１０^-02）をＥ（たとえば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。

（実施例１）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４９ｍｍ〜１４．４６ｍｍ〜４３．１６ｍｍ
画角：２ω＝６０．６°〜２７．２°〜９．２°

実施例１にかかるズームレンズのレンズデータを表６に示す。また図３に、実施例１にかかるズームレンズの断面図を示し、図４に、実施例１にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図４（Ａ）は焦点距離６．４９ｍｍの収差図である。図４（Ｂ）は焦点距離１４．４６ｍｍの収差図である。図４（Ｃ）は焦点距離４３．１６ｍｍの収差図である。尚、以降の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線、点線がｇ線を表し、非点収差図では、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を表すものとする。

実施例１のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ（第３レンズ群に含まれる場合もある）、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ａに示すごとく第１レンズ群Ｇ１との間隔を広げるように単調に移動し、第４レンズ群Ｇ４が、矢印Ｂに示すごとく第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げるように単調に移動し、第５レンズ群Ｇ５が、矢印Ｃに示すごとく第６レンズ群Ｇ６との間隔を広げるようにように非線形に移動して、各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。又、合焦に際しては、少なくとも第５レンズ群Ｇ５が光軸方向の像側に移動する。更に、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、かかる機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。又、本実施例（以下の実施例も同様）では、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４を、広角端から望遠端への変倍に際して完全に線形に移動するようにしている。このようにすることで、一つのアクチュエータで第２レンズ群Ｇ２及び第４レンズ群Ｇ４を同時に移動させることができ、ズームレンズを搭載した撮像装置のレンズ駆動機構を簡略化することができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子であるプリズムＰと、正レンズＬ２と、正レンズＬ３からなり（但しレンズＬ１〜Ｌ３は球面レンズ）、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ４と、負レンズＬ５と正レンズＬ６の接合された接合レンズＬ５６からなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ７のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ８と負レンズＬ９と像側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ１０の接合された３枚接合レンズＬ８９１０のみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、両面非球面形状を有する負のプラスチックレンズＬ１１のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１２のみからなる。また、第６レンズ群Ｇ６と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタＩＲＣＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

（実施例２）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４９ｍｍ〜１６．７４ｍｍ〜４３．１６ｍｍ
画角：２ω＝６０．７°〜２３．６°〜９．２°

実施例２にかかるズームレンズのレンズデータを表７に示す。また図５に、実施例２にかかるズームレンズの断面図を示し、図６に、実施例２にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図６（Ａ）は焦点距離６．４９ｍｍの収差図である。図６（Ｂ）は焦点距離１６．７４ｍｍの収差図である。図６（Ｃ）は焦点距離４３．１６ｍｍの収差図である。

実施例２のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ（第３レンズ群に含まれる場合もある）、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ａに示すごとく第１レンズ群Ｇ１との間隔を広げるように単調に移動し、第４レンズ群Ｇ４が、矢印Ｂに示すごとく第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げるように単調に移動し、第５レンズ群Ｇ５が、矢印Ｃに示すごとく第６レンズ群Ｇ６との間隔を広げるようにように非線形に移動して、各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。残りのレンズ群は、変倍に際し固定されている。又、合焦に際しては、少なくとも第５レンズ群Ｇ５が光軸方向の像側に移動する。更に、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、かかる機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子であるプリズムＰと、正レンズＬ２と、正レンズＬ３からなり（但しレンズＬ１〜Ｌ３は球面レンズ）、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ４と、負レンズＬ５と正レンズＬ６の接合された接合レンズＬ５６からなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ７のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ８と負レンズＬ９と像側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ１０の接合された３枚接合レンズＬ８９１０のみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、両面非球面形状を有する負のプラスチックレンズＬ１１のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１２のみからなる。また、第６レンズ群Ｇ６と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタＩＲＣＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

（実施例３）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４５ｍｍ〜１６．６５ｍｍ〜４２．８５ｍｍ
画角：２ω＝６１．０°〜２３．６°〜９．３°

実施例３にかかるズームレンズのレンズデータを表８に示す。また図７に、実施例３にかかるズームレンズの断面図を示し、図８に、実施例３にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図８（Ａ）は焦点距離６．４５ｍｍの収差図である。図８（Ｂ）は焦点距離１６．６５ｍｍの収差図である。図８（Ｃ）は焦点距離４２．８５ｍｍの収差図である。

実施例３のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ（第３レンズ群に含まれる場合もある）、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ａに示すごとく第１レンズ群Ｇ１との間隔を広げるように単調に移動し、第４レンズ群Ｇ４が、矢印Ｂに示すごとく第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げるように単調に移動し、第５レンズ群Ｇ５が、矢印Ｃに示すごとく第６レンズ群Ｇ６との間隔を広げるようにように非線形に移動して、各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。残りのレンズ群は、変倍に際し固定されている。又、合焦に際しては、少なくとも第５レンズ群Ｇ５が光軸方向の像側に移動する。更に、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、かかる機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子であるプリズムＰと、正レンズＬ２と、正レンズＬ３からなり（但しレンズＬ１〜Ｌ３は球面レンズ）、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ４と、負レンズＬ５と正レンズＬ６の接合された接合レンズＬ５６からなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ７のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ８と負レンズＬ９と像側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ１０の接合された３枚接合レンズＬ８９１０のみからなり、第５レンズ群Ｇ５は、両面非球面形状を有する負のプラスチックレンズＬ１１のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１２のみからなる。また、第６レンズ群Ｇ６と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施したローパスフィルタＬＰＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

（実施例４）
［仕様］
焦点距離：ｆ＝６．４９ｍｍ〜１４．４６ｍｍ〜４３．１６ｍｍ
画角：２ω＝６１．６°〜２２．５°〜８．２°

実施例４にかかるズームレンズのレンズデータを表９に示す。また図９に、実施例４にかかるズームレンズの断面図を示し、図１０に、実施例４にかかるズームレンズの球面収差、非点収差、及び歪曲収差の収差図を示す。ここで、図１０（Ａ）は焦点距離６．４９ｍｍの収差図である。図１０（Ｂ）は焦点距離１４．４６ｍｍの収差図である。図１０（Ｃ）は焦点距離４３．１６ｍｍの収差図である。

実施例４のズームレンズは、光軸に沿って物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳ（第３レンズ群に含まれる場合もある）、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５、正の屈折力の第６レンズ群Ｇ６からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３、第６レンズ群Ｇ６及び開口絞りＳは光軸上の位置が不変であり、第２レンズ群Ｇ２が、矢印Ａに示すごとく第１レンズ群Ｇ１との間隔を広げるように単調に移動し、第４レンズ群Ｇ４が、矢印Ｂに示すごとく第３レンズ群Ｇ３との間隔を広げるように単調に移動し、第５レンズ群Ｇ５が、矢印Ｃに示すごとく第６レンズ群Ｇ６との間隔を広げるようにように非線形に移動して、各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。残りのレンズ群は、変倍に際し固定されている。又、合焦に際しては、少なくとも第５レンズ群Ｇ５が光軸方向の像側に移動する。更に、機械式シャッタを広角端から望遠端への変倍に際し、光軸上の位置が不変である開口絞り近傍に配置することによって、かかる機械式シャッタを動かす機構が不要となるため、撮像装置の厚み方向の厚さを薄くすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、負レンズＬ１と、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子であるプリズムＰと、負レンズＬ２Ａと正レンズＬ２Ｂとを接合してなる正レンズＬ２と、正レンズＬ３からなり（但しレンズＬ１〜Ｌ３は球面レンズ）、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズＬ４と、負レンズＬ５と正レンズＬ６の接合された接合レンズＬ５６からなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ７のみからなり、第４レンズ群Ｇ４は、正レンズＬ８と負レンズＬ９とを接合してなる正レンズＬ８９と、像側に非球面形状を有する正のガラスモールドレンズＬ１０からなり、第５レンズ群Ｇ５は、負レンズＬ１１Ａと正レンズ１１Ｂとを接合してなる正レンズＬ１１のみからなり、第６レンズ群Ｇ６は、両面非球面形状を有する正のプラスチックレンズＬ１２のみからなる。また、第６レンズ群Ｇ６と固体撮像素子ＣＣＤの撮像面との間には、光学面に赤外線カットコートを施した赤外線カットフィルタＩＲＣＦと、固体撮像素子ＣＣＤの撮像面を覆うシールガラスＳＧが配置されている。なお、本実施例では非球面の位置を上記のように配置しているが、これに限定することではない。

上述した実施例に対応する式（１）〜（４）、（６）、（７）の値を、表１０にまとめて示す。

撮像装置１００のブロック図である。 携帯電話機３００の内部構成を示すブロック図である。 実施例１にかかるズームレンズの断面図である。 実施例１にかかるズームレンズの球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、及び歪曲収差（Ｃ）の収差図を示す。 実施例２にかかるズームレンズの断面図である。 実施例２にかかるズームレンズの球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、及び歪曲収差（Ｃ）の収差図を示す。 実施例３にかかるズームレンズの断面図である。 実施例３にかかるズームレンズの球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、及び歪曲収差（Ｃ）の収差図を示す。 実施例４にかかるズームレンズの断面図である。 実施例４にかかるズームレンズの球面収差（Ａ）、非点収差（Ｂ）、及び歪曲収差（Ｃ）の収差図を示す。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ ズームレンズ
１０２ 固体撮像素子
１０３ 変換部
１０４ 制御部
１０５ 光学系駆動部
１０６ タイミング発生部
１０７ 撮像素子駆動部
１０８ 画像メモリ
１０９ 画像処理部
１１０ 画像圧縮部
１１１ 画像記録部
１１２ 表示部
１１３ 動作部
１１３ 操作部
３００ 携帯電話機
３１０ 制御部
３２０ 操作部
３３０ 表示部
３４０ 無線通信部
３４１ アンテナ
３６０ 記憶部
ＩＲＣＦ 赤外線カットフィルタ
Ｇ１〜Ｇ６ レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１３ レンズ
ＬＰＦ ローパスフィルタ
Ｐ２ プリズム
Ｓ 開口絞り
ＳＧ シールガラス
ＣＣＤ 固体撮像素子

Claims (9)

1. 複数のレンズ群を移動させることにより変倍を行うズームレンズにおいて、
   光軸に沿って物体側から順に、
   正の屈折力を有し、光軸上の位置が変倍および合焦に際して常に固定とされた第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   負の屈折力を有する第５レンズ群と、
   正の屈折力を有する第６レンズ群と、からなり、
   前記第１レンズ群は、光線を反射させることで光路を折り曲げる作用を持つ反射光学素子を含み、
   前記第２レンズ群は、２枚の負レンズと１枚の正レンズで構成され、
   有限距離物体への合焦を、前記第５レンズ群で行い、
   以下の条件式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   

   

   ただし、β_max：前記ズームレンズの広角端から望遠端の間での、フォーカス群以降の横倍率の最大値
   ｆ_W：前記ズームレンズの広角端での焦点距離
   ｆ_T：前記ズームレンズの望遠端での焦点距離
2. 前記第３レンズ群は、変倍及び合焦に際し、光軸上の位置が常に固定であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第３レンズ群は、光軸上の物体側または像側に開口絞りを有し、少なくとも１面の非球面形状を有する１枚の正レンズのみにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズ。
   ｎ_2P ＞ １．８０ （２）
   ν_2P ＜ ２６．０ （３）
   ただし、ｎ_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線での屈折率
   ν_2P：前記第２レンズ群の正レンズのｄ線でのアッベ数
5. 前記第１レンズ群中の正レンズは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズ。
   ν_1P ＞ ８０ （４）
   ただし、ν_1P：前記第１レンズ群中の正レンズのｄ線でのアッベ数
6. 前記第１レンズ群のレンズは、全て球面レンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のズームレンズ。
7. 前記第５レンズ群は、少なくとも１面の非球面形状を有するプラスチックレンズ１枚で構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のズームレンズ。
8. 前記第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズと負レンズと正レンズの３枚接合レンズのみで構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のズームレンズ。
9. 請求項１〜８に記載のズームレンズを搭載したことを特徴とする撮像装置。

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