結像光学系、カメラおよび光学機器
【課題】１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な結像光学系を提供する。
【解決手段】ズームレンズ系ＺＬは、１群の固体レンズＬ１からなる結像レンズＧ１と、結像レンズＧ１に近接して設けられた可変絞りＳとを備え、可変絞りＳとともに結像レンズＧ１が光軸に沿って移動可能に構成されており、結像レンズＧ１は、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、結像レンズＧ１の移動により結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて可変絞りＳの径が大きくなるように構成される。
【解決手段】ズームレンズ系ＺＬは、１群の固体レンズＬ１からなる結像レンズＧ１と、結像レンズＧ１に近接して設けられた可変絞りＳとを備え、可変絞りＳとともに結像レンズＧ１が光軸に沿って移動可能に構成されており、結像レンズＧ１は、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、結像レンズＧ１の移動により結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて可変絞りＳの径が大きくなるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等に搭載されるカメラ等に用いられる結像光学系、カメラおよび光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に搭載されるカメラは、小型であることと、低コストであることが要求される。その一方で、このようなカメラに用いられるレンズは、単焦点レンズからズームレンズへと、高機能化も要求されている。そこで、携帯電話等に搭載可能なズーム光学系が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ズーム光学系は、通常、複数のレンズ群が異なる動きをするように構成されているため、レンズ等の構成が複雑となって、小型化には限界があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な結像光学系、カメラおよび光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明を例示する第１の態様に従えば、１群の固体レンズからなる結像レンズと、前記結像レンズに近接して設けられた可変絞りとを備え、前記可変絞りとともに前記結像レンズが光軸に沿って移動可能に構成されており、前記結像レンズは、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、前記結像レンズの移動により前記結像レンズから像面までの距離が長くなるにつれて前記可変絞りの径が大きくなるように構成されることを特徴とする結像光学系が提供される。
【０００７】
また、本発明を例示する第２の態様に従えば、物体の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された前記物体の像を撮像する撮像素子とを備えたカメラにおいて、前記結像光学系が上記第１の態様の結像光学系であることを特徴とするカメラが提供される。
【０００８】
また、本発明を例示する第３の態様に従えば、上記第１の態様の結像光学系を備えたことを特徴とする光学機器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結像レンズから像面までの距離が変化しても、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な結像光学系、カメラおよび光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図２】第１実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。
【図３】第１実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図４】第１実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図５】第１実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図６】（ａ）は第１実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図７】第２実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図８】第２実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。
【図９】第２実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図１０】第２実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図１１】第２実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図１２】（ａ）は第２実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図１３】第３実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図１４】第３実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｅ）の順に示す図である。
【図１５】第３実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図１６】第３実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図１７】第３実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図１８】（ａ）は第３実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図１９】カメラ機能を備えた携帯電話の概略構成図である。
【図２０】カメラ部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態の結像光学系の焦点距離は可変ではないためズーム光学系ではないが、画角を可変にして使用可能なので、簡単のためズーム光学系のアナロジーを用いて説明する。本実施形態の結像光学系（以下、ズームレンズ系ＺＬと称する）は、例えば図１に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成され、物体からの光が結像レンズＧ１により集光されて像面Ｉで結像するようになっている。また、広角端状態から望遠端状態（ワイド側からテレ側）への変倍（ズーミング）の際、結像レンズＧ１が光軸に沿って物体側へ移動するようになっている。
【００１２】
結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１から構成される。正レンズＬ１は、固体の単レンズであり、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有している。なお、本実施形態において、１群のレンズとは、単レンズや貼り合わせレンズ等といった一塊のレンズをいう。可変絞りＳは、正レンズＬ１における物体側の面に近接して設けられ、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）とともに光軸に沿って移動するようになっている。なお、図１、図７、および図１３において、視認容易化のため、可変絞りＳを実際よりも正レンズＬ１から離して描いている。
【００１３】
このような構成のズームレンズ系ＺＬにおいて、本実施形態においては、例えば、図２（ａ）〜（ｇ）に示すように、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）を可変絞りＳとともに移動させて、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離（以下、ｄｓとする）を変化させることにより、画角と像高の関係を変化させてズーミングを行う。例えば、像高を一定とすると、ｄｓが小さいほど画角は大きくなり（ワイド側）、ｄｓが大きいほど画角は小さくなる（テレ側）。なお、ズームレンズ系ＺＬの実効焦点距離は、当該実効焦点距離をｆeとし、ズームレンズ系ＺＬの最大像高をＹとし、ズームレンズ系ＺＬの半画角をωとしたとき、次の式（１）によって規定される。
【００１４】
Ｙ＝ｆe×ｔａｎω …（１）
【００１５】
またこのとき、ｄｓが大きくなるにつれて、すなわち、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて、可変絞りＳの径が大きくなるように構成されている。そうすると、可変絞りＳの径およびｄｓが小さい場合には、例えば図２（ａ）に示すように、可変絞りＳによって、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の光軸近傍を通過した光だけが像面Ｉで結像する。一方、可変絞りＳの径およびｄｓが大きい場合には、正レンズＬ１が光軸から離れるにつれて（すなわち、光線高が高くなるほど）増加する正の球面収差を有しているため、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の光軸近傍を通過した光は結像レンズＧ１の移動に伴って像面Ｉから離れた位置で結像するが、例えば図２（ｇ）に示すように、結像レンズＧ１の周部近傍を通過した光は球面収差によってｄｓが変化しても像面Ｉで結像する。そのため、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離ｄｓが変化しても、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能（収差性能）を得ることができる。そして、ｄｓが小さいほど画角は大きく、ｄｓが大きいほど画角は小さくなって、ズーミングを行うことが可能になる。
【００１６】
なお、正の球面収差を得るためには、正レンズＬ１において可変絞りＳが近接する片方の面を双曲面にすることが好ましい。双曲面にすることにより、径が大きい所でのレンズ形状が平面に近くなる。ズームレンズ系ＺＬの収差性能を向上させるには、可変絞りＳの径が最大になるときに、径が大きい所でのレンズ形状は平面に近くなるのが望ましいからである。なお、双曲面を含む非球面（円錐曲面）の形状は、光軸からの距離をｈとし、光軸と非球面の交点を含み、かつ光軸に垂直な基準平面からの光軸方向の非球面の変位をＺとし、その面の曲率半径をＲとし、円錐係数をＫとしたとき、次の式（２）で表される。
【００１７】
Ｚ＝（ｈ2／Ｒ）／［｛１＋｛１−（１＋Ｋ）×ｈ2／Ｒ2｝1/2］ …（２）
【００１８】
式（２）において、球面の場合はＫ＝０となり、双曲面の場合はＫ＜０となる。双曲面が球面と十分に異なりほぼ平面となるには、｜Ｋ（ｈ／Ｒ）2｜を１より十分大きくする必要がある。特に、可変絞りＳの最大径をＤmaxとしたとき、円錐係数Ｋについて、次の条件式（３）で表される条件を満足することが好ましい。
【００１９】
１０≦（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2 …（３）
【００２０】
なお、条件式（３）の下限値を下回る条件である場合、球面からの変形量が小さいため、可変絞りＳの径を大きくした場合の球面収差量が不十分で、テレ側（望遠側）で十分な光学性能が得られない。
【００２１】
正レンズＬ１における物体側の面が双曲面の場合、可変絞りＳの径の大きい所を通過する光はほぼ平行光束のままなので、正レンズＬ１における像側の面以降の面により集光される位置（焦点距離）がズームレンズ系ＺＬのテレ側（望遠側）の実効焦点距離よりも大きい必要がある。すなわち、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における実効焦点距離をｆetとし、正レンズＬ１（結像レンズＧ１）における双曲面以外の面（上記の場合、正レンズＬ１における像側の面以降の面）による焦点距離をｆr2としたとき、次の条件式（４）で表される条件を満足することが好ましい。
【００２２】
ｆet＜ｆr2 …（４）
【００２３】
なお、本実施形態のように単レンズの場合、正レンズＬ１の屈折率をｎとし、正レンズＬ１における像側の面の曲率半径をＲ2としたとき、ｆr2は、次の式（５）によって規定される。
【００２４】
ｆr2＝（−Ｒ2）／（ｎ−１） …（５）
【００２５】
また、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における実効焦点距離をｆetは、ズームレンズ系ＺＬの最大像高をＹとし、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における半画角をωtとしたとき、前述の式（１）を用いて、次の式（６）によって規定される。
【００２６】
Ｙ＝ｆet×ｔａｎ（ωt） …（６）
【実施例】
【００２７】
（第１実施例）
以下、各実施例を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施例について図１〜図６および表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図であり、図２は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。第１実施例に係るズームレンズ系ＺＬは、前述したように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成され、物体からの光が結像レンズＧ１により集光されて像面Ｉで結像するようになっている。
【００２８】
結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１から構成される。正レンズＬ１は、固体の単レンズであり、光軸から離れるにつれて（すなわち、光線高が高くなるほど）増加する正の球面収差を有している。可変絞りＳは、正レンズＬ１における物体側の面に近接して設けられ、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）とともに光軸に沿って移動するようになっている。なお、図１、図７、および図１３において、視認容易化のため、可変絞りＳを実際よりも正レンズＬ１から離して描いている。
【００２９】
このようなズームレンズ系ＺＬにおいて、広角端状態から望遠端状態（ワイド側からテレ側）への変倍（ズーミング）の際、可変絞りＳとともに結像レンズＧ１が光軸に沿って物体側へ移動するようになっている。またこのとき、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて、可変絞りＳの径が大きくなるように構成されている。
【００３０】
以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１〜第３実施例に係るズームレンズ系の諸元の値をそれぞれ掲げた表である。各表の［全体諸元］において、ＦＮＯは実効Ｆ値を、Ｙは最大像高を、ｆは近軸焦点距離をそれぞれ示す。なお、実効Ｆ値は、実効焦点距離／入射瞳径で定義する。また、［レンズデータ］において、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番を、ｒはレンズ面の曲率半径を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはアッベ数をそれぞれ示す。なお、面番号の右に付した*は、そのレンズ面が双曲面（非球面）であることを示す。また、空気の屈折率である「1.00000」の記載は省略し、曲率半径「∞」は平面を示している。また、［非球面データ］において、Ｋは円錐定数を示し、双曲面（非球面）の形状は、前述の式（２）で表されるものとする。
【００３１】
また、［ズームデータ］において、ｆeは実効焦点距離を、Ｄは入射瞳径を、ωは半画角（単位は「°」）を、Ｂｆはバックフォーカス（前述のｄｓに相当）を、ＴＬはレンズ全長（レンズの第１面から最終面までの距離にバックフォーカスを加えたもの）を、Ａ１はＲＭＳ波面収差（軸上）を、Ａ２はＲＭＳ波面収差（最大像高）をそれぞれ示す。なお、以下の全ての諸元値において掲載されている近軸焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他長さの単位は「ｍｍ」である。また、ＲＭＳ波面収差は、ｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）、およびｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）からなる白色で評価しており、数字は波長単位（波長λは４９７．７ｎｍ）である。後述の第２〜第３実施例の諸元値においても、本実施例と同様の符号を用いる。
【００３２】
下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。なお、表１における面番号１〜３は、図１における面１〜３と対応している。また、結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１（単レンズ）から構成されているため、レンズ群としてのデータ記載は省略する。
【００３３】
（表１）
［全体諸元］
ズーム比＝3
Ｙ＝1.72
ＦＮＯ＝25
ｆ＝3.04
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.88512 0.300000 1.5168 64.2
３ -9.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-10000.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3 Pos4（中間） Pos5 Pos6 Pos7（望遠）
ｆe＝ 3 4 5 6 7 8 9
Ｄ＝ 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 0.32 0.36
２ω＝ 59.6 46.5 38.0 32.1 27.7 24.4 21.7
Ｂｆ＝ 2.87 3.87 4.87 5.87 6.87 7.87 8.87
ＴＬ＝ 3.17 4.17 5.17 6.17 7.17 8.17 9.17
Ａ１＝0.0370 0.0490 0.0589 0.0690 0.0708 0.0689 0.0663
Ａ２＝0.0288 0.0359 0.0458 0.0540 0.0558 0.0599 0.0670
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-10000
Ｄmax＝0.36
Ｒ＝1.88512
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝91.2
条件式（４）
ｆet＝9（＜ｆr2）
Ｒ２＝-9.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝17.4
【００３４】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００３５】
図３〜図６は、第１実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図３は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図４は中間焦点距離状態（Pos4）における縦収差図であり、図５は望遠端状態（Pos7）における縦収差図である。なお、縦収差図には、各図における左側から、（縦方向の）球面収差、像面湾曲、および歪曲収差が記載されている。また、図６（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図６（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos4）における横収差図であり、図６（ｃ）は望遠端状態（Pos7）における横収差図である。以上、収差図の説明は他の実施例においても同様である。
【００３６】
そして、各収差図より、第１実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００３７】
（第２実施例）
以下、第２実施例について図７〜図１２および表２を用いて説明する。図７は、第２実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。図８は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。なお、第２実施例のズームレンズ系は、図７および図８に示すように、第１実施例のズームレンズ系と同様の構成であり、各部に第１実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。なお、表２における面番号１〜３は、図７における面１〜３と対応している。
【００３９】
（表２）
［全体諸元］
ズーム比＝4
Ｙ＝1.66
ＦＮＯ＝25
ｆ＝2.03
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.25675 0.200000 1.5168 64.2
３ -6.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-18000.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3 Pos4（中間） Pos5 Pos6 Pos7（望遠）
ｆe＝ 2 3 4 5 6 7 8
Ｄ＝ 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 0.32
２ω＝ 79.5 57.9 45.1 36.8 31.0 26.8 23.5
Ｂｆ＝ 1.93 2.93 3.93 4.93 5.93 6.93 7.93
ＴＬ＝ 2.13 3.13 4.13 5.13 6.13 7.13 8.13
Ａ１＝0.0247 0.0422 0.0546 0.0686 0.0695 0.0583 0.0478
Ａ２＝0.0292 0.0331 0.0420 0.0498 0.0484 0.0462 0.0709
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-18000
Ｄmax＝0.32
Ｒ＝1.25675
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝291.8
条件式（４）
ｆet＝8（＜ｆr2）
Ｒ２＝-6.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝11.6
【００４０】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００４１】
図９〜図１２は、第２実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図９は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図１０は中間焦点距離状態（Pos4）における縦収差図であり、図１１は望遠端状態（Pos7）における縦収差図である。また、図１２（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図１２（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos4）における横収差図であり、図１２（ｃ）は望遠端状態（Pos7）における横収差図である。そして、各収差図より、第２実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００４２】
（第３実施例）
以下、第３実施例について図１３〜図１８および表３を用いて説明する。図１３は、第３実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。図１４は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｅ）の順に示す図である。なお、第３実施例のズームレンズ系は、図１３および図１４に示すように、第１実施例のズームレンズ系と同様の構成であり、各部に第１実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。なお、表３における面番号１〜３は、図１３における面１〜３と対応している。
【００４４】
（表３）
［全体諸元］
ズーム比＝2
Ｙ＝1.16
ＦＮＯ＝16.7
ｆ＝2.03
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.40000 0.200000 1.5168 64.2
３ -4.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-4500.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3（中間） Pos4 Pos5（望遠）
ｆe＝ 2 2.5 3 3.5 4
Ｄ＝ 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24
２ω＝ 59.7 49.4 42.1 36.6 32.3
Ｂｆ＝ 1.95 2.45 2.95 3.45 3.95
ＴＬ＝ 2.15 2.65 3.15 3.65 4.15
Ａ１＝0.0639 0.0714 0.0743 0.0737 0.0645
Ａ２＝0.0479 0.0525 0.0577 0.0620 0.0784
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-4500
Ｄmax＝0.24
Ｒ＝1.40000
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝33.1
条件式（４）
ｆet＝4（＜ｆr2）
Ｒ２＝-4.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝7.7
【００４５】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００４６】
図１５〜図１８は、第３実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図１５は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図１６は中間焦点距離状態（Pos3）における縦収差図であり、図１７は望遠端状態（Pos5）における縦収差図である。また、図１８（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図１８（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos3）における横収差図であり、図１８（ｃ）は望遠端状態（Pos5）における横収差図である。そして、各収差図より、第３実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００４７】
なお、上述の実施形態において、ズーミングによって実効Ｆ値が同じになるようにしているが、これに限られるものではなく、可変絞りの径に対して常に検出器位置で最良像面になるように、レンズの配置を決めるようにしてもよい。この場合、ズーミングによって実効Ｆ値がばらつく場合もあるが、収差性能を向上させたり、望遠側（テレ側）で明るく（実効Ｆ値を高く）したりすることが可能になる。
【００４８】
また、上述の実施形態において、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）は片方の面に双曲面を有しているが、これに限られるものではなく、高次非球面を有していてもよい。また、片面に限らず、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の両面が双曲面もしくは高次非球面であっても構わない。
【００４９】
また、上述の実施形態において、正レンズＬ１は色収差補正なしの単レンズであるが、これに限られるものではなく、貼り合わせダブレット（接合型ダブレット）や回折光学素子を利用して、１群構成で色収差補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態において、ズームレンズ系ＺＬは、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成されているが、これに限られるものではなく、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する結像レンズと、結像レンズとともに移動可能な可変絞りとから構成されるようにしてもよい。この場合、結像レンズにおける像側の面が非球面となり、当該非球面に近接して可変絞りが設けられるようにしてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態において、正レンズＬ１の硝材として、代表的な光学ガラスのＢＫ７を使用しているが、これに限られるものではなく、プレス加工で非球面を形成する場合には、低融点ガラスやプラスチックの方が製造容易である。
【００５２】
次に、上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）を備えた光学機器について簡単に説明する。このような光学機器の一例としてカメラ機能を備えた携帯電話を図１９に示しており、この携帯電話ＰＨは、携帯電話本体Ａと、携帯電話本体Ａの上部に搭載されたカメラ部ＣＡＭと、携帯電話本体Ａの上側に配設された液晶ディスプレイＤと、携帯電話本体Ａの下側に配設された各種操作ボタンＢと、携帯電話本体Ａに内蔵されたマイクＭおよびスピーカ（図示せず）等を主体に構成される。
【００５３】
カメラ部ＣＡＭは、図２０に示すように、物体（被写体）の像を像面Ｉに結像させるズームレンズ系ＺＬと、ズームレンズ系ＺＬによって像面Ｉに結像した物体（被写体）の像を撮像する撮像素子ＣＣＤとを有して構成される。そして、各種操作ボタンＢを操作することにより、ズームレンズ系ＺＬによる変倍（ズーミング）が行われ、ズームレンズ系ＺＬによって像面Ｉに結像した物体（被写体）の像が撮像素子ＣＣＤにより撮像されるようになっている。上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）は、このようなズームレンズ系ＺＬに対しても適用することができるため、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な光学機器を提供することが可能である。
【００５４】
なお、上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）を備えた光学機器の例として携帯電話ＰＨを用いたが、これに限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しなければ、例えば、ノート型コンピュータや携帯端末機器等、様々な光学機器に対して応用することができ、小型で画角が可変な光学機器を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
ＺＬ ズームレンズ系（結像光学系）
Ｇ１ 結像レンズ Ｌ１ 正レンズ
Ｉ像面 Ｓ 可変絞り
ＰＨ 携帯電話（光学機器）
ＣＡＭ カメラ部 ＣＣＤ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等に搭載されるカメラ等に用いられる結像光学系、カメラおよび光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に搭載されるカメラは、小型であることと、低コストであることが要求される。その一方で、このようなカメラに用いられるレンズは、単焦点レンズからズームレンズへと、高機能化も要求されている。そこで、携帯電話等に搭載可能なズーム光学系が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ズーム光学系は、通常、複数のレンズ群が異なる動きをするように構成されているため、レンズ等の構成が複雑となって、小型化には限界があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な結像光学系、カメラおよび光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的達成のため、本発明を例示する第１の態様に従えば、１群の固体レンズからなる結像レンズと、前記結像レンズに近接して設けられた可変絞りとを備え、前記可変絞りとともに前記結像レンズが光軸に沿って移動可能に構成されており、前記結像レンズは、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、前記結像レンズの移動により前記結像レンズから像面までの距離が長くなるにつれて前記可変絞りの径が大きくなるように構成されることを特徴とする結像光学系が提供される。
【０００７】
また、本発明を例示する第２の態様に従えば、物体の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された前記物体の像を撮像する撮像素子とを備えたカメラにおいて、前記結像光学系が上記第１の態様の結像光学系であることを特徴とするカメラが提供される。
【０００８】
また、本発明を例示する第３の態様に従えば、上記第１の態様の結像光学系を備えたことを特徴とする光学機器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結像レンズから像面までの距離が変化しても、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な結像光学系、カメラおよび光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図２】第１実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。
【図３】第１実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図４】第１実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図５】第１実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図６】（ａ）は第１実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図７】第２実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図８】第２実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。
【図９】第２実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図１０】第２実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図１１】第２実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図１２】（ａ）は第２実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図１３】第３実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。
【図１４】第３実施例に係る結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｅ）の順に示す図である。
【図１５】第３実施例での広角端状態における縦収差図である。
【図１６】第３実施例での中間焦点距離状態における縦収差図である。
【図１７】第３実施例での望遠端状態における縦収差図である。
【図１８】（ａ）は第３実施例での広角端状態における横収差図であり、（ｂ）は中間焦点距離状態における横収差図であり、（ｃ）は望遠端状態における横収差図である。
【図１９】カメラ機能を備えた携帯電話の概略構成図である。
【図２０】カメラ部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願の実施形態について図を参照しながら説明する。本実施形態の結像光学系の焦点距離は可変ではないためズーム光学系ではないが、画角を可変にして使用可能なので、簡単のためズーム光学系のアナロジーを用いて説明する。本実施形態の結像光学系（以下、ズームレンズ系ＺＬと称する）は、例えば図１に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成され、物体からの光が結像レンズＧ１により集光されて像面Ｉで結像するようになっている。また、広角端状態から望遠端状態（ワイド側からテレ側）への変倍（ズーミング）の際、結像レンズＧ１が光軸に沿って物体側へ移動するようになっている。
【００１２】
結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１から構成される。正レンズＬ１は、固体の単レンズであり、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有している。なお、本実施形態において、１群のレンズとは、単レンズや貼り合わせレンズ等といった一塊のレンズをいう。可変絞りＳは、正レンズＬ１における物体側の面に近接して設けられ、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）とともに光軸に沿って移動するようになっている。なお、図１、図７、および図１３において、視認容易化のため、可変絞りＳを実際よりも正レンズＬ１から離して描いている。
【００１３】
このような構成のズームレンズ系ＺＬにおいて、本実施形態においては、例えば、図２（ａ）〜（ｇ）に示すように、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）を可変絞りＳとともに移動させて、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離（以下、ｄｓとする）を変化させることにより、画角と像高の関係を変化させてズーミングを行う。例えば、像高を一定とすると、ｄｓが小さいほど画角は大きくなり（ワイド側）、ｄｓが大きいほど画角は小さくなる（テレ側）。なお、ズームレンズ系ＺＬの実効焦点距離は、当該実効焦点距離をｆeとし、ズームレンズ系ＺＬの最大像高をＹとし、ズームレンズ系ＺＬの半画角をωとしたとき、次の式（１）によって規定される。
【００１４】
Ｙ＝ｆe×ｔａｎω …（１）
【００１５】
またこのとき、ｄｓが大きくなるにつれて、すなわち、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて、可変絞りＳの径が大きくなるように構成されている。そうすると、可変絞りＳの径およびｄｓが小さい場合には、例えば図２（ａ）に示すように、可変絞りＳによって、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の光軸近傍を通過した光だけが像面Ｉで結像する。一方、可変絞りＳの径およびｄｓが大きい場合には、正レンズＬ１が光軸から離れるにつれて（すなわち、光線高が高くなるほど）増加する正の球面収差を有しているため、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の光軸近傍を通過した光は結像レンズＧ１の移動に伴って像面Ｉから離れた位置で結像するが、例えば図２（ｇ）に示すように、結像レンズＧ１の周部近傍を通過した光は球面収差によってｄｓが変化しても像面Ｉで結像する。そのため、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離ｄｓが変化しても、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能（収差性能）を得ることができる。そして、ｄｓが小さいほど画角は大きく、ｄｓが大きいほど画角は小さくなって、ズーミングを行うことが可能になる。
【００１６】
なお、正の球面収差を得るためには、正レンズＬ１において可変絞りＳが近接する片方の面を双曲面にすることが好ましい。双曲面にすることにより、径が大きい所でのレンズ形状が平面に近くなる。ズームレンズ系ＺＬの収差性能を向上させるには、可変絞りＳの径が最大になるときに、径が大きい所でのレンズ形状は平面に近くなるのが望ましいからである。なお、双曲面を含む非球面（円錐曲面）の形状は、光軸からの距離をｈとし、光軸と非球面の交点を含み、かつ光軸に垂直な基準平面からの光軸方向の非球面の変位をＺとし、その面の曲率半径をＲとし、円錐係数をＫとしたとき、次の式（２）で表される。
【００１７】
Ｚ＝（ｈ2／Ｒ）／［｛１＋｛１−（１＋Ｋ）×ｈ2／Ｒ2｝1/2］ …（２）
【００１８】
式（２）において、球面の場合はＫ＝０となり、双曲面の場合はＫ＜０となる。双曲面が球面と十分に異なりほぼ平面となるには、｜Ｋ（ｈ／Ｒ）2｜を１より十分大きくする必要がある。特に、可変絞りＳの最大径をＤmaxとしたとき、円錐係数Ｋについて、次の条件式（３）で表される条件を満足することが好ましい。
【００１９】
１０≦（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2 …（３）
【００２０】
なお、条件式（３）の下限値を下回る条件である場合、球面からの変形量が小さいため、可変絞りＳの径を大きくした場合の球面収差量が不十分で、テレ側（望遠側）で十分な光学性能が得られない。
【００２１】
正レンズＬ１における物体側の面が双曲面の場合、可変絞りＳの径の大きい所を通過する光はほぼ平行光束のままなので、正レンズＬ１における像側の面以降の面により集光される位置（焦点距離）がズームレンズ系ＺＬのテレ側（望遠側）の実効焦点距離よりも大きい必要がある。すなわち、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における実効焦点距離をｆetとし、正レンズＬ１（結像レンズＧ１）における双曲面以外の面（上記の場合、正レンズＬ１における像側の面以降の面）による焦点距離をｆr2としたとき、次の条件式（４）で表される条件を満足することが好ましい。
【００２２】
ｆet＜ｆr2 …（４）
【００２３】
なお、本実施形態のように単レンズの場合、正レンズＬ１の屈折率をｎとし、正レンズＬ１における像側の面の曲率半径をＲ2としたとき、ｆr2は、次の式（５）によって規定される。
【００２４】
ｆr2＝（−Ｒ2）／（ｎ−１） …（５）
【００２５】
また、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における実効焦点距離をｆetは、ズームレンズ系ＺＬの最大像高をＹとし、ズームレンズ系ＺＬの望遠端状態における半画角をωtとしたとき、前述の式（１）を用いて、次の式（６）によって規定される。
【００２６】
Ｙ＝ｆet×ｔａｎ（ωt） …（６）
【実施例】
【００２７】
（第１実施例）
以下、各実施例を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施例について図１〜図６および表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図であり、図２は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。第１実施例に係るズームレンズ系ＺＬは、前述したように、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成され、物体からの光が結像レンズＧ１により集光されて像面Ｉで結像するようになっている。
【００２８】
結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１から構成される。正レンズＬ１は、固体の単レンズであり、光軸から離れるにつれて（すなわち、光線高が高くなるほど）増加する正の球面収差を有している。可変絞りＳは、正レンズＬ１における物体側の面に近接して設けられ、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）とともに光軸に沿って移動するようになっている。なお、図１、図７、および図１３において、視認容易化のため、可変絞りＳを実際よりも正レンズＬ１から離して描いている。
【００２９】
このようなズームレンズ系ＺＬにおいて、広角端状態から望遠端状態（ワイド側からテレ側）への変倍（ズーミング）の際、可変絞りＳとともに結像レンズＧ１が光軸に沿って物体側へ移動するようになっている。またこのとき、結像レンズＧ１から像面Ｉまでの距離が長くなるにつれて、可変絞りＳの径が大きくなるように構成されている。
【００３０】
以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１〜第３実施例に係るズームレンズ系の諸元の値をそれぞれ掲げた表である。各表の［全体諸元］において、ＦＮＯは実効Ｆ値を、Ｙは最大像高を、ｆは近軸焦点距離をそれぞれ示す。なお、実効Ｆ値は、実効焦点距離／入射瞳径で定義する。また、［レンズデータ］において、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番を、ｒはレンズ面の曲率半径を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはアッベ数をそれぞれ示す。なお、面番号の右に付した*は、そのレンズ面が双曲面（非球面）であることを示す。また、空気の屈折率である「1.00000」の記載は省略し、曲率半径「∞」は平面を示している。また、［非球面データ］において、Ｋは円錐定数を示し、双曲面（非球面）の形状は、前述の式（２）で表されるものとする。
【００３１】
また、［ズームデータ］において、ｆeは実効焦点距離を、Ｄは入射瞳径を、ωは半画角（単位は「°」）を、Ｂｆはバックフォーカス（前述のｄｓに相当）を、ＴＬはレンズ全長（レンズの第１面から最終面までの距離にバックフォーカスを加えたもの）を、Ａ１はＲＭＳ波面収差（軸上）を、Ａ２はＲＭＳ波面収差（最大像高）をそれぞれ示す。なお、以下の全ての諸元値において掲載されている近軸焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他長さの単位は「ｍｍ」である。また、ＲＭＳ波面収差は、ｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）、およびｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）からなる白色で評価しており、数字は波長単位（波長λは４９７．７ｎｍ）である。後述の第２〜第３実施例の諸元値においても、本実施例と同様の符号を用いる。
【００３２】
下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。なお、表１における面番号１〜３は、図１における面１〜３と対応している。また、結像レンズＧ１は、１群の正レンズＬ１（単レンズ）から構成されているため、レンズ群としてのデータ記載は省略する。
【００３３】
（表１）
［全体諸元］
ズーム比＝3
Ｙ＝1.72
ＦＮＯ＝25
ｆ＝3.04
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.88512 0.300000 1.5168 64.2
３ -9.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-10000.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3 Pos4（中間） Pos5 Pos6 Pos7（望遠）
ｆe＝ 3 4 5 6 7 8 9
Ｄ＝ 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 0.32 0.36
２ω＝ 59.6 46.5 38.0 32.1 27.7 24.4 21.7
Ｂｆ＝ 2.87 3.87 4.87 5.87 6.87 7.87 8.87
ＴＬ＝ 3.17 4.17 5.17 6.17 7.17 8.17 9.17
Ａ１＝0.0370 0.0490 0.0589 0.0690 0.0708 0.0689 0.0663
Ａ２＝0.0288 0.0359 0.0458 0.0540 0.0558 0.0599 0.0670
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-10000
Ｄmax＝0.36
Ｒ＝1.88512
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝91.2
条件式（４）
ｆet＝9（＜ｆr2）
Ｒ２＝-9.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝17.4
【００３４】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００３５】
図３〜図６は、第１実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図３は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図４は中間焦点距離状態（Pos4）における縦収差図であり、図５は望遠端状態（Pos7）における縦収差図である。なお、縦収差図には、各図における左側から、（縦方向の）球面収差、像面湾曲、および歪曲収差が記載されている。また、図６（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図６（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos4）における横収差図であり、図６（ｃ）は望遠端状態（Pos7）における横収差図である。以上、収差図の説明は他の実施例においても同様である。
【００３６】
そして、各収差図より、第１実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００３７】
（第２実施例）
以下、第２実施例について図７〜図１２および表２を用いて説明する。図７は、第２実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。図８は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｇ）の順に示す図である。なお、第２実施例のズームレンズ系は、図７および図８に示すように、第１実施例のズームレンズ系と同様の構成であり、各部に第１実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。なお、表２における面番号１〜３は、図７における面１〜３と対応している。
【００３９】
（表２）
［全体諸元］
ズーム比＝4
Ｙ＝1.66
ＦＮＯ＝25
ｆ＝2.03
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.25675 0.200000 1.5168 64.2
３ -6.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-18000.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3 Pos4（中間） Pos5 Pos6 Pos7（望遠）
ｆe＝ 2 3 4 5 6 7 8
Ｄ＝ 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 0.32
２ω＝ 79.5 57.9 45.1 36.8 31.0 26.8 23.5
Ｂｆ＝ 1.93 2.93 3.93 4.93 5.93 6.93 7.93
ＴＬ＝ 2.13 3.13 4.13 5.13 6.13 7.13 8.13
Ａ１＝0.0247 0.0422 0.0546 0.0686 0.0695 0.0583 0.0478
Ａ２＝0.0292 0.0331 0.0420 0.0498 0.0484 0.0462 0.0709
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-18000
Ｄmax＝0.32
Ｒ＝1.25675
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝291.8
条件式（４）
ｆet＝8（＜ｆr2）
Ｒ２＝-6.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝11.6
【００４０】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００４１】
図９〜図１２は、第２実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図９は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図１０は中間焦点距離状態（Pos4）における縦収差図であり、図１１は望遠端状態（Pos7）における縦収差図である。また、図１２（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図１２（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos4）における横収差図であり、図１２（ｃ）は望遠端状態（Pos7）における横収差図である。そして、各収差図より、第２実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００４２】
（第３実施例）
以下、第３実施例について図１３〜図１８および表３を用いて説明する。図１３は、第３実施例に係るズームレンズ系の構成およびズーム軌道を示す図である。図１４は、結像レンズが光軸に沿って物体側へ移動する様子を（ａ）〜（ｅ）の順に示す図である。なお、第３実施例のズームレンズ系は、図１３および図１４に示すように、第１実施例のズームレンズ系と同様の構成であり、各部に第１実施例の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。なお、表３における面番号１〜３は、図１３における面１〜３と対応している。
【００４４】
（表３）
［全体諸元］
ズーム比＝2
Ｙ＝1.16
ＦＮＯ＝16.7
ｆ＝2.03
［レンズデータ］
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
１ ∞ 0.000000 可変絞りＳ
２* 1.40000 0.200000 1.5168 64.2
３ -4.00000 （Ｂｆ）
［非球面データ］
第２面
Ｋ＝-4500.0
［ズームデータ］
Pos1（広角） Pos2 Pos3（中間） Pos4 Pos5（望遠）
ｆe＝ 2 2.5 3 3.5 4
Ｄ＝ 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24
２ω＝ 59.7 49.4 42.1 36.6 32.3
Ｂｆ＝ 1.95 2.45 2.95 3.45 3.95
ＴＬ＝ 2.15 2.65 3.15 3.65 4.15
Ａ１＝0.0639 0.0714 0.0743 0.0737 0.0645
Ａ２＝0.0479 0.0525 0.0577 0.0620 0.0784
［条件対応値］
条件式（３）
Ｋ＝-4500
Ｄmax＝0.24
Ｒ＝1.40000
（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2＝33.1
条件式（４）
ｆet＝4（＜ｆr2）
Ｒ２＝-4.0
ｎ＝1.5168
ｆr2＝7.7
【００４５】
このように本実施例では、条件式（３）および（４）が満たされていることが分かる。
【００４６】
図１５〜図１８は、第３実施例に係るズームレンズ系ＺＬの諸収差図である。ここで、図１５は広角端状態（Pos1）における縦収差図であり、図１６は中間焦点距離状態（Pos3）における縦収差図であり、図１７は望遠端状態（Pos5）における縦収差図である。また、図１８（ａ）は広角端状態（Pos1）における横収差図であり、図１８（ｂ）は中間焦点距離状態（Pos3）における横収差図であり、図１８（ｃ）は望遠端状態（Pos5）における横収差図である。そして、各収差図より、第３実施例では、比較的収差が大きいように見える。しかしながら、［ズームデータ］で示したＲＭＳ波面収差は、0.07λに近いほぼ回折限界の性能になっており、比較的良好な光学性能を有していることがわかる。
【００４７】
なお、上述の実施形態において、ズーミングによって実効Ｆ値が同じになるようにしているが、これに限られるものではなく、可変絞りの径に対して常に検出器位置で最良像面になるように、レンズの配置を決めるようにしてもよい。この場合、ズーミングによって実効Ｆ値がばらつく場合もあるが、収差性能を向上させたり、望遠側（テレ側）で明るく（実効Ｆ値を高く）したりすることが可能になる。
【００４８】
また、上述の実施形態において、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）は片方の面に双曲面を有しているが、これに限られるものではなく、高次非球面を有していてもよい。また、片面に限らず、結像レンズＧ１（正レンズＬ１）の両面が双曲面もしくは高次非球面であっても構わない。
【００４９】
また、上述の実施形態において、正レンズＬ１は色収差補正なしの単レンズであるが、これに限られるものではなく、貼り合わせダブレット（接合型ダブレット）や回折光学素子を利用して、１群構成で色収差補正を行うようにしてもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態において、ズームレンズ系ＺＬは、光軸に沿って物体側から順に並んだ、可変絞りＳと、正の屈折力を有する結像レンズＧ１とから構成されているが、これに限られるものではなく、光軸に沿って物体側から順に並んだ、正の屈折力を有する結像レンズと、結像レンズとともに移動可能な可変絞りとから構成されるようにしてもよい。この場合、結像レンズにおける像側の面が非球面となり、当該非球面に近接して可変絞りが設けられるようにしてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態において、正レンズＬ１の硝材として、代表的な光学ガラスのＢＫ７を使用しているが、これに限られるものではなく、プレス加工で非球面を形成する場合には、低融点ガラスやプラスチックの方が製造容易である。
【００５２】
次に、上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）を備えた光学機器について簡単に説明する。このような光学機器の一例としてカメラ機能を備えた携帯電話を図１９に示しており、この携帯電話ＰＨは、携帯電話本体Ａと、携帯電話本体Ａの上部に搭載されたカメラ部ＣＡＭと、携帯電話本体Ａの上側に配設された液晶ディスプレイＤと、携帯電話本体Ａの下側に配設された各種操作ボタンＢと、携帯電話本体Ａに内蔵されたマイクＭおよびスピーカ（図示せず）等を主体に構成される。
【００５３】
カメラ部ＣＡＭは、図２０に示すように、物体（被写体）の像を像面Ｉに結像させるズームレンズ系ＺＬと、ズームレンズ系ＺＬによって像面Ｉに結像した物体（被写体）の像を撮像する撮像素子ＣＣＤとを有して構成される。そして、各種操作ボタンＢを操作することにより、ズームレンズ系ＺＬによる変倍（ズーミング）が行われ、ズームレンズ系ＺＬによって像面Ｉに結像した物体（被写体）の像が撮像素子ＣＣＤにより撮像されるようになっている。上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）は、このようなズームレンズ系ＺＬに対しても適用することができるため、１群のレンズのみで比較的良好な光学性能を有した小型で画角が可変な光学機器を提供することが可能である。
【００５４】
なお、上記実施形態の結像光学系（ズームレンズ系ＺＬ）を備えた光学機器の例として携帯電話ＰＨを用いたが、これに限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しなければ、例えば、ノート型コンピュータや携帯端末機器等、様々な光学機器に対して応用することができ、小型で画角が可変な光学機器を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
ＺＬ ズームレンズ系（結像光学系）
Ｇ１ 結像レンズ Ｌ１ 正レンズ
Ｉ像面 Ｓ 可変絞り
ＰＨ 携帯電話（光学機器）
ＣＡＭ カメラ部 ＣＣＤ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１群の固体レンズからなる結像レンズと、
前記結像レンズに近接して設けられた可変絞りとを備え、
前記可変絞りとともに前記結像レンズが光軸に沿って移動可能に構成されており、
前記結像レンズは、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、
前記結像レンズの移動により前記結像レンズから像面までの距離が長くなるにつれて前記可変絞りの径が大きくなるように構成されることを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
前記結像レンズが非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記非球面が双曲面であり、前記可変絞りと近接していることを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
【請求項４】
前記双曲面の円錐係数をＫとし、前記可変絞りの最大径をＤmaxとし、前記双曲面の曲率半径をＲとしたとき、次式
１０≦（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2
の条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
【請求項５】
前記結像光学系の望遠端状態における実効焦点距離をｆetとし、前記結像光学系の最大像高をＹとし、前記結像光学系の望遠端状態における半画角をωtとしたとき、次式
Ｙ＝ｆet×ｔａｎ（ωt）
の条件によって前記実効焦点距離が規定され、
前記結像レンズにおける前記双曲面以外の面による焦点距離をｆr2としたとき、次式
ｆet＜ｆr2
の条件を満足することを特徴とする請求項３または４に記載の結像光学系。
【請求項６】
物体の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された前記物体の像を撮像する撮像素子とを備えたカメラにおいて、
前記結像光学系が請求項１から５のうちいずれか一項に記載の結像光学系であることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の結像光学系を備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項１】
１群の固体レンズからなる結像レンズと、
前記結像レンズに近接して設けられた可変絞りとを備え、
前記可変絞りとともに前記結像レンズが光軸に沿って移動可能に構成されており、
前記結像レンズは、光軸から離れるにつれて増加する正の球面収差を有し、
前記結像レンズの移動により前記結像レンズから像面までの距離が長くなるにつれて前記可変絞りの径が大きくなるように構成されることを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
前記結像レンズが非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記非球面が双曲面であり、前記可変絞りと近接していることを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
【請求項４】
前記双曲面の円錐係数をＫとし、前記可変絞りの最大径をＤmaxとし、前記双曲面の曲率半径をＲとしたとき、次式
１０≦（−Ｋ）×｛Ｄmax／（２×Ｒ）｝2
の条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
【請求項５】
前記結像光学系の望遠端状態における実効焦点距離をｆetとし、前記結像光学系の最大像高をＹとし、前記結像光学系の望遠端状態における半画角をωtとしたとき、次式
Ｙ＝ｆet×ｔａｎ（ωt）
の条件によって前記実効焦点距離が規定され、
前記結像レンズにおける前記双曲面以外の面による焦点距離をｆr2としたとき、次式
ｆet＜ｆr2
の条件を満足することを特徴とする請求項３または４に記載の結像光学系。
【請求項６】
物体の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系により結像された前記物体の像を撮像する撮像素子とを備えたカメラにおいて、
前記結像光学系が請求項１から５のうちいずれか一項に記載の結像光学系であることを特徴とするカメラ。
【請求項７】
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の結像光学系を備えたことを特徴とする光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−１６９８８０（Ｐ２０１０−１６９８８０Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１４６（Ｐ２００９−１２１４６）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]