JP2004117827A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで残存色収差の少ない撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、正のパワーを有し、変倍時に像面に対して固定されている第１群と、前記第１群の像側に可変間隔を介して配置され、負のパワーを有する第２群と、前記第２群の像側に可変間隔を介して配置され、正のパワーを有する第３群と、前記第３群の像側に可変間隔を介して配置され、少なくとも２つのレンズ群から構成される像側群と、を備え、ズームレンズ系中に少なくとも１面の回折光学面を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、正のパワーを有し、変倍時に像面に対して固定されている第１群と、前記第１群の像側に可変間隔を介して配置され、負のパワーを有する第２群と、前記第２群の像側に可変間隔を介して配置され、正のパワーを有する第３群と、前記第３群の像側に可変間隔を介して配置され、少なくとも２つのレンズ群から構成される像側群と、を備え、ズームレンズ系中に少なくとも１面の回折光学面を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ 電荷結合素子）やＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ 相補性金属酸化膜半導体センサ）等の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置に関し、特にデジタルカメラ；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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）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撮像装置に関する。詳しくは、特にズームレンズ系を備えた小型の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、そのデータをデジタル化して記録したり転送したりするデジタルカメラが急速に普及してきている。このようなデジタルカメラにおいては、最近、２００万画素や３００万画素といった高画素を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサが比較的安価に提供されるようになったため、高画素を有する固体撮像素子を装着した高性能な撮像装置に対する需要が非常に増大しているおり、特に、画質を劣化させずに変倍が可能なズームレンズ系を搭載したコンパクトな撮像装置が切望されている。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の固体撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【０００３】
さらに、近年では、半導体素子等の画像処理能力の向上により、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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に撮像装置が内蔵又は外付けされるようになっており、高性能な撮像装置に対する需要に拍車をかけている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられるズームレンズ系としては、最も物体側に配置されたレンズ群が正のパワーを有する、いわゆるプラスリードのズームレンズ系が数多く提案されている。
【０００５】
プラスリードのズームレンズ系としては、従来から銀塩フィルム用カメラの撮影レンズ系として提案されたズームレンズ系がある。しかしながら、これらのズームレンズ系は、特に最短焦点距離状態でのレンズ系の射出瞳位置が比較的像面の近くに位置するため、特に高画素を有する固体撮像素子の各画素に対応して設けられたマイクロレンズの瞳と整合せず、周辺光量が十分に確保できないという問題があった。また、変倍時に射出瞳位置が大きく変動するため、マイクロレンズの瞳の設定が困難であるという問題もあった。また、そもそも銀塩フィルムと固体撮像素子では、求められる空間周波数特性等の光学性能が全く異なるため、固体撮像素子に要求される十分な光学性能を確保できなかった。このため、固体撮像素子を備えた撮像装置に最適化された専用のズームレンズ系を開発する必要が生じている。
【０００６】
また、固体撮像素子用の高倍率かつ高画質なズームレンズ系においては、残存色収差を小さくする必要があり、高価な異常分散レンズを用いるの一般的であった。さらに、色週差補正のために、ズームレンズ系に含まれるズーム群を構成するレンズ素子の枚数が多くなる傾向であった（例えば、特許文献１乃至３）。これらの公報には、第１群が正のパワーを持つ５成分で構成されるズームレンズが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１１１４５７号公報
【特許文献２】
特開平０９−５６２４号公報
【特許文献３】
特開平１２−２８４１７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記３つの公報では、高画質のデジタルカメラ用の撮像装置にもちいらるズームレンズ系としては、なお残存色収差が大きいという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、以上の課題に鑑み、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで残存色収差の少ない撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の別の側面は、上記撮像装置を含むデジタルカメラであることを特徴とする。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の固体撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、正のパワーを有し、変倍時に像面に対して固定されている第１群と、前記第１群の像側に可変間隔を介して配置され、負のパワーを有する第２群と、前記第２群の像側に可変間隔を介して配置され、正のパワーを有する第３群と、前記第３群の像側に可変間隔を介して配置され、少なくとも２つのレンズ群から構成される像側群と、を備え、ズームレンズ系中に少なくとも１面の回折光学面を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態である撮像装置は、例えば図１３に示すように、物体側（被写体側）から順に、物体の光学像を変倍可能に形成するズームレンズ系とＴＬ、光学的ローパスフィルタＬＰＦと、ズームレンズ系ＴＬにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子ＳＲと、で構成されている。撮像装置は、デジタルカメラ；ビデオカメラ；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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）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。
【００１４】
ズームレンズ系ＴＬは、第１レンズ群Ｇｒ１、第２レンズ群Ｇｒ２、第３レンズ群Ｇｒ３を含む複数のレンズ群から構成されており、各レンズ群の間の間隔を変化させることによって光学像の大きさを変化させることが可能である。第１レンズ群Ｇｒ１は正のパワー、第２レンズ群Ｇｒ２は負のパワー、第３レンズ群Ｇｒ３は正のパワーをそれぞれ有している。
【００１５】
光学ローパスフィルタＬＰＦは、撮影レンズ系の空間周波数特性を調整し固体撮像素子で発生する色モアレを解消するための特定の遮断周波数を有している。実施形態の光学ローパスフィルタは、結晶軸を所定方向に調整された水晶等の複屈折材料や偏光面を変化させる波長板等を積層して作成された複屈折型ローパスフィルタである。なお、光学ローパスフィルタとしては、必要な光学的な遮断周波数の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等を採用してもよい。
【００１６】
固体撮像素子ＳＲは、複数の画素を有するＣＣＤからなり、ズームレンズ系が形成した光学像をＣＣＤで電気信号に変換する。固体撮像素子ＳＲで生成された信号は、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を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。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【００１７】
図１乃至図６は、本発明の第１乃至第６実施形態の撮像装置に含まれるズームレンズ系の最短焦点距離状態でのレンズ配置を示す構成図である。なお、各図において最も像側に配置されている平行平板は光学的ローパスフィルタを含むフィルタを表している。
【００１８】
図１に示された第１実施形態のズームレンズ系は、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、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００１９】
図２に示された第２実施形態のズームレンズ系は、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、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２０】
図３に示された第３実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第１群Ｇｒ１、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３に回折光学面が設けられている。
【００２１】
図４に示された第４実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第１群Ｇｒ１、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３に回折光学面が設けられている。
【００２２】
図５に示された第５実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２３】
図６に示された第６実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２４】
なお、いずれの実施形態のズームレンズ系も、第２群Ｇｒ２と第３群Ｇｒ３の間に絞りＳＴが配置されている。また、最も像側に配置されている平行平板ＬＰＦは光学的ローパスフィルタを含むフィルタを表している。
【００２５】
各実施形態のズームレンズ系は、少なくとも１面の回折光学面を備えている。一般に、回折光学素子を含む光学系のある面で発生する軸上色収差は薄肉系で取り扱った場合に以下の式で表される。
【００２６】
Ｌ ＝ φｒｅ ／ νｒｅ ＋φｄｅ ／ νｄｅ （ａ）
νｒｅ ＝ （Ｎｄ − １） ／ （Ｎｆ − Ｎｃ） （ｂ）
νｄｅ ＝ λｄ ／ （λｆ − λｃ） ＝ −３．４５ （ｃ）
ただし、
Ｌ：軸上色収差、
φｒｅ：屈折光学素子のパワー、
νｒｅ：屈折光学素子の分散値（アッベ数）、
φｄｅ：回折光学素子のパワー、
νｄｅ：回折光学素子の分散値、
Ｎｄ：ｄ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
Ｎｆ：ｆ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
Ｎｃ：ｃ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
λｄ：ｄ線の波長、
λｆ：ｆ線の波長、
λｃ：ｃ線の波長、
である。
【００２７】
従来の屈折光学面のみで構成される光学系では、上記式（ａ）の第２項がなく、屈折光学面では分散値νｒｅは正の値しかとりえないので、ある面で発生した軸上色収差Ｌを打ち消すためには、光路上にパワーの符号が反対の面を配置するしか方法がなかった。このため必然的に軸上色収差の補正のためにレンズ枚数が増加していた。
【００２８】
ところが、（ｃ）式から確認できるように、回折光学面を含む光学系では、上記式（ａ）の第２項があり、回折光学面の分散値νｄｅが大きな負の値を持つので、正のパワーを持つ屈折光学面に正のパワーを持つ回折光学面を組み合わせるだけで、軸上色収差を小さくすることができる。特に、屈折面上に回折パターンを設けた回折−屈折Ｈｙｂｒｉｄ型レンズ素子とすることにより、レンズ枚数を増加させることなく軸上色収差の補正が可能となる。
【００２９】
各実施形態のズームレンズ系では、上記の回折−屈折Ｈｙｂｒｉｄ型レンズ素子を効果的に配置することにより、高倍率で高画質でありながらレンズ枚数の少ないズームレンズ系を達成している。
【００３０】
次に、各実施形態のズームレンズ系が満足すべき条件式範囲について説明する。なお、以下に説明する各条件式範囲は、すべてを満足することが望ましいが、必ずしもすべて満足する必要はなく、それぞれ規定する範囲を満足することにより所定の作用効果を達成することが可能である。
【００３１】
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇ ×１０｜ ＜ ２ （１）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇ：回折光学面が設けられたレンズ素子の屈折光学面のパワー、
である。
【００３２】
条件式範囲（１）は、回折光学面のパワーと回折光学面が設けられたレンズ素子の屈折光学面のパワーとの比を規定している。条件式範囲（１）の上限値を超えると、回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（１）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３３】
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇｒ ×１０｜ ＜ ２ （２）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇｒ：回折光学面を含むズーム群（変倍時に間隔が変化しないレンズのブロックであるレンズ群）の屈折光学面の合成パワー、
である。
【００３４】
条件式範囲（２）は、回折光学面のパワーと回折光学面を含むズーム群の屈折光学面の合成パワーとの比を規定している。条件式範囲（２）の上限値を超えると、ズーム群内での回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（２）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３５】
０．０１ ＜ ｜φｄ × ｆｗ ×１０｜ ＜ １ （３）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
ｆｗ：ズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離、
である。
【００３６】
条件式範囲（３）は、回折光学面のパワーとズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離の積（すなわち、回折光学面のパワーと最短焦点距離状態での全系のパワーとの比）を規定している。条件式範囲（３）の上限値を超えると、全系での回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（３）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３７】
０．５ ＜ ｜Ｒ２ × Ｈｍａｘ ／ λ０｜ ＜ ５０ （４）
ただし、
Ｒ２：回折光学面の２次の位相係数（１／ｍｍ）、
Ｈｍａｘ：レンズ有効径（ｍｍ）、
λ０：設計中心波長（ｍｍ）
である。
【００３８】
条件式範囲（４）は、レンズ面上に設けられた回折光学面の回折パターンのピッチに関係する式である。条件式範囲（４）の上限値を超えると、回折パターンのピッチが小さくなりすぎ、製造が困難となり望ましくない。逆に、条件式範囲（４）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３９】
０．５ ＜ ｜β２Ｔ｜ ＜ ２ （５）
ただし、
β２Ｔ：最長焦点距離状態での第２群の横倍率、
である。
【００４０】
条件式範囲（５）は、最長焦点距離状態での第２群の横倍率を規定している。条件式範囲（５）の上限を超えると、球面収差のアンダー傾向が著しくなり望ましくない。逆に、条件式範囲（５）の下限値を超えると、全長及び前玉径の増大を招くとともに、球面収差のオーバー傾向が著しくなり望ましくない。
【００４１】
０．２ ＜ ｌｏｇ （β２Ｔ ／ β２Ｗ） ／ ｌｏｇ （Ｚ）＜ ０．９ （６）
ただし、
β２Ｔ：最長焦点距離状態での第２群の横倍率、
β２Ｗ：最短焦点距離状態での第２群の横倍率、
Ｚ：ズーム比（＝ ｆＷ ／ ｆＴ； ｆＴ：全系の最長焦点距離状態の焦点距離、ｆＷ：全系の最短焦点距離状態の焦点距離）
である。
【００４２】
条件式範囲（６）は、全系中の第２群の変倍負担の割合を示している。条件式範囲（６）の上限値を超えると、第２群の変倍負担が大きくなり過ぎ、歪曲収差及び像面湾曲の補正が困難になる。逆に条件式範囲（６）の下限値を超えると、第２群より像側にあるレンズ群の変倍負担が大きくなり過ぎるため、球面収差の補正が困難になる。
【００４３】
０．２ ＜ ｜φＧｒ２ × ｆｗ｜ ＜ １．５ （７）
ただし、
φＧｒ２：第２群の全合成パワー、
ｆｗ：ズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離、
である。
【００４４】
条件式範囲（７）は、第２群のパワーとズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離の積（すなわち、第２群のパワーと最短焦点距離状態での全系のパワーとの比）を規定している。条件式範囲（７）の上限値を超えると、第２群のパワーが強くなり過ぎ、光学系のコンパクト化には有利ではあるが、各種収差の劣化が著しくなり特に像面のオーバー側へ倒れが許容できなくなる。逆に、条件式範囲（７）の下限値を超えると、第２群のパワーが弱くなり過ぎ、光学系が大型化して望ましくない。
【００４５】
回折光学面の回折パターンは、ブレーズド（鋸歯状）化されることが望ましい。ブレーズド化することにより回折効率を向上させることができる。ブレーズド化する方法としては、半導体製造技術を応用して鋸歯状のパターン形状をステップ形状で近似して製作したり（バイナリオプティクス）、精密な切削加工等により金型を製作し、ガラスあるいは樹脂材料をモールド成形する方法等により実現することが可能である。成形する方法では、回折面を持つ素子自体をガラスあるいは樹脂を一体的に成形する方法と、ガラス等で製造した基体レンズ上に、樹脂層を成形する方法のいずれも可能である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像装置に含ま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，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至６は、前述した第１乃至第６の実施形態にそれぞれ対応しており第１乃至第６の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至６）は、対応する実施例１乃至６のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００４７】
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、最短焦点距離状態（広角端、Ｗ）〜中間焦点距離状態（ミドル、Ｍ）〜最長焦点距離状態（望遠端、Ｔ）での可変間隔の値を示す。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）を他のデータと併せて示す。
【００４８】
曲率半径ｒｉに＊が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式（ＡＳ）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータと併せて示す。
【００４９】
Ｚ（ｈ） ＝ ｒ−（ｒ＾２−ε・ｈ＾２）＾１／２＋（Ａ４・Ｈ＾４＋Ａ６・Ｈ＾６＋Ａ８・Ｈ＾８＋・・） （ＡＳ）
ただし、
ｒ：非球面の近軸曲率半径、
ｈ：光軸から垂直な方向の距離、
ε：楕円係数、
Ａｉ：非球面のｉ次の非球面係数、
である。
【００５０】
曲率半径ｒｉに＃が付された面は、回折光学面であることを示し、回折パターン形状を決定する位相形状を表す以下の式（ＤＥ）で定義されるものとする。各実施例の回折光学面データを他のデータと併せて示す。
【００５１】
φ（ｈ） ＝ ２π （Ｒ２・ｈ＾２ ＋ Ｒ４・ｈ＾４ ＋ Ｒ６・ｈ＾６＋・・） ／ λ０ （ＤＥ）
ただし、
ｈ：光軸から垂直な方向の距離、
Ｒｉ：ｉ次の位相係数、
λ０：設計中心波長、
である。
以下の表１及び表２は、条件式に対する各実施例の数値を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
図７乃至図１２は実施例１〜実施例６の収差図であり、各実施例のズームレンズ系の無限遠合焦状態での収差を表している。図６乃至図１２中、それぞれ上から順に、最短焦点距離状態，中間焦点距離状態，最長焦点距離状態での諸収差を示している。各焦点距離状態での収差図は、左から順に、球面収差，非点収差，歪曲収差を表している。球面収差図において、縦軸は入射瞳への入射高さＨをその最大高さＨ０（＝１）で規格化した値（すなわち入射瞳平面を切る相対高さ）Ｈ／Ｈ０であり、横軸は近軸結像位置からの光軸方向のズレ量（ｍｍ）である。実線はｄ線（波長：λｄ＝５８７．６ｎｍ）に対する球面収差量を表している。非点収差図において、縦軸は像高Ｙ’（ｍｍ）であり、横軸は近軸結像位置からの光軸方向のズレ量（ｍｍ）である。また、実線Ｘはサジタル面での非点収差を表しており、実線Ｙはメリディオナル面での非点収差を表している。歪曲収差図において、縦軸は像高Ｙ’（ｍｍ）であり、横軸は歪曲収差量（％）である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、各実施形態のズームレンズ系によれば、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで残存色収差の少ない撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】第４の実施形態（実施例４）のレンズ構成図。
【図５】第５の実施形態（実施例５）のレンズ構成図。
【図６】第６の実施形態（実施例６）のレンズ構成図。
【図７】実施例１の無限遠合焦状態での収差図。
【図８】実施例２の無限遠合焦状態での収差図。
【図９】実施例３の無限遠合焦状態での収差図。
【図１０】実施例４の無限遠合焦状態での収差図。
【図１１】実施例５の無限遠合焦状態での収差図。
【図１２】実施例６の無限遠合焦状態での収差図。
【図１３】本発明の概略を示す構成図。
【符号の説明】
ＬＰＦ：光学的ローパスフィルタに相当する平行平面板
ＳＲ：固体撮像素子
ＴＬ：ズームレンズ系
Ｇｒ１：第１レンズ群Ｇｒ１
Ｇｒ２：第２レンズ群Ｇｒ２
Ｇｒ３：第３レンズ群Ｇｒ３
ＳＴ：絞り
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ 電荷結合素子）やＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ 相補性金属酸化膜半導体センサ）等の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置に関し、特にデジタルカメラ；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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）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撮像装置に関する。詳しくは、特にズームレンズ系を備えた小型の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、そのデータをデジタル化して記録したり転送したりするデジタルカメラが急速に普及してきている。このようなデジタルカメラにおいては、最近、２００万画素や３００万画素といった高画素を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサが比較的安価に提供されるようになったため、高画素を有する固体撮像素子を装着した高性能な撮像装置に対する需要が非常に増大しているおり、特に、画質を劣化させずに変倍が可能なズームレンズ系を搭載したコンパクトな撮像装置が切望されている。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の固体撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【０００３】
さらに、近年では、半導体素子等の画像処理能力の向上により、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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に撮像装置が内蔵又は外付けされるようになっており、高性能な撮像装置に対する需要に拍車をかけている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられるズームレンズ系としては、最も物体側に配置されたレンズ群が正のパワーを有する、いわゆるプラスリードのズームレンズ系が数多く提案されている。
【０００５】
プラスリードのズームレンズ系としては、従来から銀塩フィルム用カメラの撮影レンズ系として提案されたズームレンズ系がある。しかしながら、これらのズームレンズ系は、特に最短焦点距離状態でのレンズ系の射出瞳位置が比較的像面の近くに位置するため、特に高画素を有する固体撮像素子の各画素に対応して設けられたマイクロレンズの瞳と整合せず、周辺光量が十分に確保できないという問題があった。また、変倍時に射出瞳位置が大きく変動するため、マイクロレンズの瞳の設定が困難であるという問題もあった。また、そもそも銀塩フィルムと固体撮像素子では、求められる空間周波数特性等の光学性能が全く異なるため、固体撮像素子に要求される十分な光学性能を確保できなかった。このため、固体撮像素子を備えた撮像装置に最適化された専用のズームレンズ系を開発する必要が生じている。
【０００６】
また、固体撮像素子用の高倍率かつ高画質なズームレンズ系においては、残存色収差を小さくする必要があり、高価な異常分散レンズを用いるの一般的であった。さらに、色週差補正のために、ズームレンズ系に含まれるズーム群を構成するレンズ素子の枚数が多くなる傾向であった（例えば、特許文献１乃至３）。これらの公報には、第１群が正のパワーを持つ５成分で構成されるズームレンズが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１１１４５７号公報
【特許文献２】
特開平０９−５６２４号公報
【特許文献３】
特開平１２−２８４１７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記３つの公報では、高画質のデジタルカメラ用の撮像装置にもちいらるズームレンズ系としては、なお残存色収差が大きいという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、以上の課題に鑑み、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで残存色収差の少ない撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明の別の側面は、上記撮像装置を含むデジタルカメラであることを特徴とする。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の固体撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する固体撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、正のパワーを有し、変倍時に像面に対して固定されている第１群と、前記第１群の像側に可変間隔を介して配置され、負のパワーを有する第２群と、前記第２群の像側に可変間隔を介して配置され、正のパワーを有する第３群と、前記第３群の像側に可変間隔を介して配置され、少なくとも２つのレンズ群から構成される像側群と、を備え、ズームレンズ系中に少なくとも１面の回折光学面を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態である撮像装置は、例えば図１３に示すように、物体側（被写体側）から順に、物体の光学像を変倍可能に形成するズームレンズ系とＴＬ、光学的ローパスフィルタＬＰＦと、ズームレンズ系ＴＬにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子ＳＲと、で構成されている。撮像装置は、デジタルカメラ；ビデオカメラ；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，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）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。
【００１４】
ズームレンズ系ＴＬは、第１レンズ群Ｇｒ１、第２レンズ群Ｇｒ２、第３レンズ群Ｇｒ３を含む複数のレンズ群から構成されており、各レンズ群の間の間隔を変化させることによって光学像の大きさを変化させることが可能である。第１レンズ群Ｇｒ１は正のパワー、第２レンズ群Ｇｒ２は負のパワー、第３レンズ群Ｇｒ３は正のパワーをそれぞれ有している。
【００１５】
光学ローパスフィルタＬＰＦは、撮影レンズ系の空間周波数特性を調整し固体撮像素子で発生する色モアレを解消するための特定の遮断周波数を有している。実施形態の光学ローパスフィルタは、結晶軸を所定方向に調整された水晶等の複屈折材料や偏光面を変化させる波長板等を積層して作成された複屈折型ローパスフィルタである。なお、光学ローパスフィルタとしては、必要な光学的な遮断周波数の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等を採用してもよい。
【００１６】
固体撮像素子ＳＲは、複数の画素を有するＣＣＤからなり、ズームレンズ系が形成した光学像をＣＣＤで電気信号に変換する。固体撮像素子ＳＲで生成された信号は、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を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。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【００１７】
図１乃至図６は、本発明の第１乃至第６実施形態の撮像装置に含まれるズームレンズ系の最短焦点距離状態でのレンズ配置を示す構成図である。なお、各図において最も像側に配置されている平行平板は光学的ローパスフィルタを含むフィルタを表している。
【００１８】
図１に示された第１実施形態のズームレンズ系は、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、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００１９】
図２に示された第２実施形態のズームレンズ系は、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、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２０】
図３に示された第３実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第１群Ｇｒ１、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３に回折光学面が設けられている。
【００２１】
図４に示された第４実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第１群Ｇｒ１、第２群Ｇｒ２及び第３群Ｇｒ３に回折光学面が設けられている。
【００２２】
図５に示された第５実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１、第３群Ｇｒ３と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２３】
図６に示された第６実施形態のズームレンズ系は、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、負のパワーを有する第５群Ｇｒ５とから構成されており最短焦点距離状態から最長焦点距離状態への変倍に際して、第１群Ｇｒ１と第５群Ｇｒ５を像面に対して固定させつつ、第２群Ｇｒ２を像側へ、第３群Ｇｒ３及び第４群Ｇｒ４を物体側へ移動させるズームレンズ系である。このズームレンズ系では、第２群Ｇｒ２、第３群Ｇｒ３及び第５群Ｇｒ５に回折光学面が設けられている。
【００２４】
なお、いずれの実施形態のズームレンズ系も、第２群Ｇｒ２と第３群Ｇｒ３の間に絞りＳＴが配置されている。また、最も像側に配置されている平行平板ＬＰＦは光学的ローパスフィルタを含むフィルタを表している。
【００２５】
各実施形態のズームレンズ系は、少なくとも１面の回折光学面を備えている。一般に、回折光学素子を含む光学系のある面で発生する軸上色収差は薄肉系で取り扱った場合に以下の式で表される。
【００２６】
Ｌ ＝ φｒｅ ／ νｒｅ ＋φｄｅ ／ νｄｅ （ａ）
νｒｅ ＝ （Ｎｄ − １） ／ （Ｎｆ − Ｎｃ） （ｂ）
νｄｅ ＝ λｄ ／ （λｆ − λｃ） ＝ −３．４５ （ｃ）
ただし、
Ｌ：軸上色収差、
φｒｅ：屈折光学素子のパワー、
νｒｅ：屈折光学素子の分散値（アッベ数）、
φｄｅ：回折光学素子のパワー、
νｄｅ：回折光学素子の分散値、
Ｎｄ：ｄ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
Ｎｆ：ｆ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
Ｎｃ：ｃ線に対する屈折光学素子のレンズ光軸上での屈折率、
λｄ：ｄ線の波長、
λｆ：ｆ線の波長、
λｃ：ｃ線の波長、
である。
【００２７】
従来の屈折光学面のみで構成される光学系では、上記式（ａ）の第２項がなく、屈折光学面では分散値νｒｅは正の値しかとりえないので、ある面で発生した軸上色収差Ｌを打ち消すためには、光路上にパワーの符号が反対の面を配置するしか方法がなかった。このため必然的に軸上色収差の補正のためにレンズ枚数が増加していた。
【００２８】
ところが、（ｃ）式から確認できるように、回折光学面を含む光学系では、上記式（ａ）の第２項があり、回折光学面の分散値νｄｅが大きな負の値を持つので、正のパワーを持つ屈折光学面に正のパワーを持つ回折光学面を組み合わせるだけで、軸上色収差を小さくすることができる。特に、屈折面上に回折パターンを設けた回折−屈折Ｈｙｂｒｉｄ型レンズ素子とすることにより、レンズ枚数を増加させることなく軸上色収差の補正が可能となる。
【００２９】
各実施形態のズームレンズ系では、上記の回折−屈折Ｈｙｂｒｉｄ型レンズ素子を効果的に配置することにより、高倍率で高画質でありながらレンズ枚数の少ないズームレンズ系を達成している。
【００３０】
次に、各実施形態のズームレンズ系が満足すべき条件式範囲について説明する。なお、以下に説明する各条件式範囲は、すべてを満足することが望ましいが、必ずしもすべて満足する必要はなく、それぞれ規定する範囲を満足することにより所定の作用効果を達成することが可能である。
【００３１】
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇ ×１０｜ ＜ ２ （１）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇ：回折光学面が設けられたレンズ素子の屈折光学面のパワー、
である。
【００３２】
条件式範囲（１）は、回折光学面のパワーと回折光学面が設けられたレンズ素子の屈折光学面のパワーとの比を規定している。条件式範囲（１）の上限値を超えると、回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（１）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３３】
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇｒ ×１０｜ ＜ ２ （２）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇｒ：回折光学面を含むズーム群（変倍時に間隔が変化しないレンズのブロックであるレンズ群）の屈折光学面の合成パワー、
である。
【００３４】
条件式範囲（２）は、回折光学面のパワーと回折光学面を含むズーム群の屈折光学面の合成パワーとの比を規定している。条件式範囲（２）の上限値を超えると、ズーム群内での回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（２）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３５】
０．０１ ＜ ｜φｄ × ｆｗ ×１０｜ ＜ １ （３）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
ｆｗ：ズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離、
である。
【００３６】
条件式範囲（３）は、回折光学面のパワーとズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離の積（すなわち、回折光学面のパワーと最短焦点距離状態での全系のパワーとの比）を規定している。条件式範囲（３）の上限値を超えると、全系での回折光学面でのパワーが強くなりすぎ、軸上色収差の補正が過剰となり望ましくない。逆に条件式範囲（３）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３７】
０．５ ＜ ｜Ｒ２ × Ｈｍａｘ ／ λ０｜ ＜ ５０ （４）
ただし、
Ｒ２：回折光学面の２次の位相係数（１／ｍｍ）、
Ｈｍａｘ：レンズ有効径（ｍｍ）、
λ０：設計中心波長（ｍｍ）
である。
【００３８】
条件式範囲（４）は、レンズ面上に設けられた回折光学面の回折パターンのピッチに関係する式である。条件式範囲（４）の上限値を超えると、回折パターンのピッチが小さくなりすぎ、製造が困難となり望ましくない。逆に、条件式範囲（４）の下限値を超えると、回折光学面のパワーが弱くなりすぎるため、色補正能力が低下して望ましくない。
【００３９】
０．５ ＜ ｜β２Ｔ｜ ＜ ２ （５）
ただし、
β２Ｔ：最長焦点距離状態での第２群の横倍率、
である。
【００４０】
条件式範囲（５）は、最長焦点距離状態での第２群の横倍率を規定している。条件式範囲（５）の上限を超えると、球面収差のアンダー傾向が著しくなり望ましくない。逆に、条件式範囲（５）の下限値を超えると、全長及び前玉径の増大を招くとともに、球面収差のオーバー傾向が著しくなり望ましくない。
【００４１】
０．２ ＜ ｌｏｇ （β２Ｔ ／ β２Ｗ） ／ ｌｏｇ （Ｚ）＜ ０．９ （６）
ただし、
β２Ｔ：最長焦点距離状態での第２群の横倍率、
β２Ｗ：最短焦点距離状態での第２群の横倍率、
Ｚ：ズーム比（＝ ｆＷ ／ ｆＴ； ｆＴ：全系の最長焦点距離状態の焦点距離、ｆＷ：全系の最短焦点距離状態の焦点距離）
である。
【００４２】
条件式範囲（６）は、全系中の第２群の変倍負担の割合を示している。条件式範囲（６）の上限値を超えると、第２群の変倍負担が大きくなり過ぎ、歪曲収差及び像面湾曲の補正が困難になる。逆に条件式範囲（６）の下限値を超えると、第２群より像側にあるレンズ群の変倍負担が大きくなり過ぎるため、球面収差の補正が困難になる。
【００４３】
０．２ ＜ ｜φＧｒ２ × ｆｗ｜ ＜ １．５ （７）
ただし、
φＧｒ２：第２群の全合成パワー、
ｆｗ：ズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離、
である。
【００４４】
条件式範囲（７）は、第２群のパワーとズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離の積（すなわち、第２群のパワーと最短焦点距離状態での全系のパワーとの比）を規定している。条件式範囲（７）の上限値を超えると、第２群のパワーが強くなり過ぎ、光学系のコンパクト化には有利ではあるが、各種収差の劣化が著しくなり特に像面のオーバー側へ倒れが許容できなくなる。逆に、条件式範囲（７）の下限値を超えると、第２群のパワーが弱くなり過ぎ、光学系が大型化して望ましくない。
【００４５】
回折光学面の回折パターンは、ブレーズド（鋸歯状）化されることが望ましい。ブレーズド化することにより回折効率を向上させることができる。ブレーズド化する方法としては、半導体製造技術を応用して鋸歯状のパターン形状をステップ形状で近似して製作したり（バイナリオプティクス）、精密な切削加工等により金型を製作し、ガラスあるいは樹脂材料をモールド成形する方法等により実現することが可能である。成形する方法では、回折面を持つ素子自体をガラスあるいは樹脂を一体的に成形する方法と、ガラス等で製造した基体レンズ上に、樹脂層を成形する方法のいずれも可能である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像装置に含ま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，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至６は、前述した第１乃至第６の実施形態にそれぞれ対応しており第１乃至第６の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至６）は、対応する実施例１乃至６のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００４７】
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、最短焦点距離状態（広角端、Ｗ）〜中間焦点距離状態（ミドル、Ｍ）〜最長焦点距離状態（望遠端、Ｔ）での可変間隔の値を示す。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）を他のデータと併せて示す。
【００４８】
曲率半径ｒｉに＊が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式（ＡＳ）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータと併せて示す。
【００４９】
Ｚ（ｈ） ＝ ｒ−（ｒ＾２−ε・ｈ＾２）＾１／２＋（Ａ４・Ｈ＾４＋Ａ６・Ｈ＾６＋Ａ８・Ｈ＾８＋・・） （ＡＳ）
ただし、
ｒ：非球面の近軸曲率半径、
ｈ：光軸から垂直な方向の距離、
ε：楕円係数、
Ａｉ：非球面のｉ次の非球面係数、
である。
【００５０】
曲率半径ｒｉに＃が付された面は、回折光学面であることを示し、回折パターン形状を決定する位相形状を表す以下の式（ＤＥ）で定義されるものとする。各実施例の回折光学面データを他のデータと併せて示す。
【００５１】
φ（ｈ） ＝ ２π （Ｒ２・ｈ＾２ ＋ Ｒ４・ｈ＾４ ＋ Ｒ６・ｈ＾６＋・・） ／ λ０ （ＤＥ）
ただし、
ｈ：光軸から垂直な方向の距離、
Ｒｉ：ｉ次の位相係数、
λ０：設計中心波長、
である。
【００５２】
【表１】
【表２】
図７乃至図１２は実施例１〜実施例６の収差図であり、各実施例のズームレンズ系の無限遠合焦状態での収差を表している。図６乃至図１２中、それぞれ上から順に、最短焦点距離状態，中間焦点距離状態，最長焦点距離状態での諸収差を示している。各焦点距離状態での収差図は、左から順に、球面収差，非点収差，歪曲収差を表している。球面収差図において、縦軸は入射瞳への入射高さＨをその最大高さＨ０（＝１）で規格化した値（すなわち入射瞳平面を切る相対高さ）Ｈ／Ｈ０であり、横軸は近軸結像位置からの光軸方向のズレ量（ｍｍ）である。実線はｄ線（波長：λｄ＝５８７．６ｎｍ）に対する球面収差量を表している。非点収差図において、縦軸は像高Ｙ’（ｍｍ）であり、横軸は近軸結像位置からの光軸方向のズレ量（ｍｍ）である。また、実線Ｘはサジタル面での非点収差を表しており、実線Ｙはメリディオナル面での非点収差を表している。歪曲収差図において、縦軸は像高Ｙ’（ｍｍ）であり、横軸は歪曲収差量（％）である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、各実施形態のズームレンズ系によれば、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで残存色収差の少ない撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】第４の実施形態（実施例４）のレンズ構成図。
【図５】第５の実施形態（実施例５）のレンズ構成図。
【図６】第６の実施形態（実施例６）のレンズ構成図。
【図７】実施例１の無限遠合焦状態での収差図。
【図８】実施例２の無限遠合焦状態での収差図。
【図９】実施例３の無限遠合焦状態での収差図。
【図１０】実施例４の無限遠合焦状態での収差図。
【図１１】実施例５の無限遠合焦状態での収差図。
【図１２】実施例６の無限遠合焦状態での収差図。
【図１３】本発明の概略を示す構成図。
【符号の説明】
ＬＰＦ：光学的ローパスフィルタに相当する平行平面板
ＳＲ：固体撮像素子
ＴＬ：ズームレンズ系
Ｇｒ１：第１レンズ群Ｇｒ１
Ｇｒ２：第２レンズ群Ｇｒ２
Ｇｒ３：第３レンズ群Ｇｒ３
ＳＴ：絞り
Claims (5)
- 複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記ズームレンズ系は、物体側から順に、
正のパワーを有し、変倍時に像面に対して固定されている第１群と、
前記第１群の像側に可変間隔を介して配置され、負のパワーを有する第２群と、
前記第２群の像側に可変間隔を介して配置され、正のパワーを有する第３群と、
前記第３群の像側に可変間隔を介して配置され、少なくとも２つのレンズ群から構成される像側群と、を備え、ズームレンズ系中に少なくとも１面の回折光学面を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 以下の条件式範囲（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置：
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇ ×１０｜ ＜ ２ （１）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇ：回折光学面が設けられたレンズ素子の屈折光学面のパワー、
である。 - 以下の条件式範囲（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置：
０．０２ ＜ ｜φｄ ／ φｇｒ ×１０｜ ＜ ２ （２）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
φｇｒ：回折光学面を含むズーム群（変倍時に間隔が変化しないレンズのブロックであるレンズ群）の屈折光学面の合成パワー、
である。 - 以下の条件式範囲（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置：
０．０１ ＜ ｜φｄ × ｆｗ ×１０｜ ＜ １ （３）
ただし、
φｄ：回折光学面のパワー、
ｆｗ：ズームレンズ系の最短焦点距離状態での焦点距離、
である。 - 以下の条件式範囲（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置：
０．５ ＜ ｜Ｒ２ × Ｈｍａｘ ／ λ０｜ ＜ ５０ （４）
ただし、
Ｒ２：回折光学面の２次の位相係数（１／ｍｍ）、
Ｈｍａｘ：レンズ有効径（ｍｍ）、
λ０：設計中心波長（ｍｍ）
である。
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|---|---|
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Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337745A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Canon Inc | ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 |
| JP2007256656A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nitto Kogaku Kk | ズームレンズシステム |
| JP2007304195A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Sony Corp | ズームレンズ及び撮像装置 |
| US7545577B2 (en) | 2007-02-28 | 2009-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
| JP2010175901A (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を有する光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| JP2011175098A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Nikon Corp | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| JP2011221422A (ja) * | 2010-04-14 | 2011-11-04 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を備える光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| JP2012141555A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を備える光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| WO2012137421A1 (ja) * | 2011-04-06 | 2012-10-11 | 株式会社ニコン | ズーム光学系及びこれを有する撮像装置 |
| JP2012255895A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Olympus Corp | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2012255893A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Olympus Corp | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2013174758A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を有する光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| US8605362B2 (en) | 2010-02-24 | 2013-12-10 | Nikon Corporation | Zoom lens system, optical apparatus and method for manufacturing zoom lens system |
| JP2014059360A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Canon Inc | ズームレンズ、及びそれを用いたプロジェクター |
| WO2014069448A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 株式会社ニコン | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| JP2014089385A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-15 | Canon Inc | ズームレンズ及びそれを有する光学機器 |
| JP2014089290A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Nikon Corp | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| EP2698660A3 (en) * | 2012-08-17 | 2014-07-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
| JP2015011171A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子を用いた光学系および光学機器 |
| JP2015172789A (ja) * | 2015-07-08 | 2015-10-01 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2016102978A (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | キヤノン株式会社 | ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 |
| JP2016170450A (ja) * | 2016-06-30 | 2016-09-23 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2016191942A (ja) * | 2016-07-06 | 2016-11-10 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2017191127A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | キヤノン株式会社 | ズームレンズおよびこれを用いた撮像装置 |
| JP2017191128A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | キヤノン株式会社 | ズームレンズおよびこれを用いた撮像装置 |
| CN107402438A (zh) * | 2016-05-19 | 2017-11-28 | 株式会社腾龙 | 变倍光学系统以及摄像装置 |
-
2002
- 2002-09-26 JP JP2002281043A patent/JP2004117827A/ja active Pending
Cited By (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337745A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Canon Inc | ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 |
| JP2007256656A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nitto Kogaku Kk | ズームレンズシステム |
| JP2007304195A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-11-22 | Sony Corp | ズームレンズ及び撮像装置 |
| US7545577B2 (en) | 2007-02-28 | 2009-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
| JP2010175901A (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を有する光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| US8605362B2 (en) | 2010-02-24 | 2013-12-10 | Nikon Corporation | Zoom lens system, optical apparatus and method for manufacturing zoom lens system |
| JP2011175098A (ja) * | 2010-02-24 | 2011-09-08 | Nikon Corp | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| JP2011221422A (ja) * | 2010-04-14 | 2011-11-04 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を備える光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| JP2012141555A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-07-26 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を備える光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| JP5641461B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2014-12-17 | 株式会社ニコン | ズーム光学系及びこれを有する撮像装置 |
| JPWO2012137421A1 (ja) * | 2011-04-06 | 2014-07-28 | 株式会社ニコン | ズーム光学系及びこれを有する撮像装置 |
| CN103477266A (zh) * | 2011-04-06 | 2013-12-25 | 株式会社尼康 | 变焦光学系统及具有其的拍摄装置 |
| TWI554782B (zh) * | 2011-04-06 | 2016-10-21 | 尼康股份有限公司 | A zoom optical system and a photographing device having a zoom optical system |
| US9625733B2 (en) | 2011-04-06 | 2017-04-18 | Nikon Corporation | Zoom optical system comprising diffractive optical element and imaging device having the same |
| WO2012137421A1 (ja) * | 2011-04-06 | 2012-10-11 | 株式会社ニコン | ズーム光学系及びこれを有する撮像装置 |
| JP2012255895A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Olympus Corp | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2012255893A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Olympus Corp | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2013174758A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Nikon Corp | 変倍光学系、この変倍光学系を有する光学機器、及び、変倍光学系の製造方法 |
| EP2698660A3 (en) * | 2012-08-17 | 2014-07-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
| US9244259B2 (en) | 2012-08-17 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and image pickup apparatus including the same |
| JP2014059360A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Canon Inc | ズームレンズ、及びそれを用いたプロジェクター |
| US9453993B2 (en) | 2012-10-30 | 2016-09-27 | Nikon Corporation | Variable magnification optical system, optical device, and production method for variable magnification optical system |
| WO2014069448A1 (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | 株式会社ニコン | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| JP2014089290A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Nikon Corp | 変倍光学系、光学装置、変倍光学系の製造方法 |
| JP2014089385A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-15 | Canon Inc | ズームレンズ及びそれを有する光学機器 |
| JP2015011171A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | キヤノン株式会社 | 回折光学素子を用いた光学系および光学機器 |
| JP2016102978A (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | キヤノン株式会社 | ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 |
| JP2015172789A (ja) * | 2015-07-08 | 2015-10-01 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2017191127A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | キヤノン株式会社 | ズームレンズおよびこれを用いた撮像装置 |
| JP2017191128A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | キヤノン株式会社 | ズームレンズおよびこれを用いた撮像装置 |
| CN107402438A (zh) * | 2016-05-19 | 2017-11-28 | 株式会社腾龙 | 变倍光学系统以及摄像装置 |
| JP2016170450A (ja) * | 2016-06-30 | 2016-09-23 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
| JP2016191942A (ja) * | 2016-07-06 | 2016-11-10 | オリンパス株式会社 | ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 |
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