JP2006276808A - ズーム光学系及びそれを有する電子撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高ズーム比で、奥行きが薄く、光学系全長が短いズーム光学系を搭載して、コンパクト性を向上させて、使い勝手の良好な電子撮像装置を提供する。
【解決手段】 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群、を少なくとも有するズーム光学系と、前記ズーム光学系より像側に配置された電子撮像素子とを備える電子撮像装置において、前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、1枚の反射部材と、1枚の正レンズを有し、前記電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部を有することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ズーム光学系とそれを用いた電子撮像装置に関し、特に、ズーム光学系の奥行き方向の薄型化を実現した、ビデオカメラやデジタルカメラを始めとする電子撮像装置に関するものである。
近年、被写体像を、例えば、CCD(電荷結合素子)撮像素子等の固体撮像素子により撮像し、被写体の静止画像(スティル画像)または動画像(ムービー画像)の画像データをディジタル処理して記録するデジタルカメラ等が、既に一般化している。
カメラの薄型化を図る上で、最大のネックとなっているのは、光学系、特にズームレンズの最も物体側の面から撮像面までの厚みである。
最近におけるカメラボディ薄型化技術の主流は、撮影時には光学系がカメラボディ内から突出しているが、携帯時には収納するいわゆる沈胴式鏡筒を採用することである。沈胴式鏡筒を採用した光学系に関する技術として、例えば、特許文献1乃至3が提案されている。
特開平11−194274号公報 特開平11−287953号公報 特開2000−9997号公報
特許文献1乃至3に記載の光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、正の屈折力を含む第2レンズ群を有しており、広角端から望遠端にズーミングする際には、共に移動するようになっている。
しかし、特許文献1乃至3に記載のものは、ズームレンズの光学系が直線であるため、光学系のせり出し部分が大きかった。そのため、沈胴式鏡筒を採用するとレンズを収納した状態から使用する状態に立ち上げるための時間(光学系のせり出し部分)がかかり、使用する上で好ましくないということが問題であった。また、最も物体側のレンズ群をズーミングする際に可動するようにすると、防水・防塵上好ましくないということが問題であった。
カメラの使用状態への立ち上げ時間(レンズのせり出し時間)がなく、防水・防塵上も好ましく、また、奥行き方向が極めて薄いカメラとするために、光学系の光路(光軸)をミラー等の反射光学素子で折り曲げる構成がとりやすいズーム光学系に関する技術として、例えば、特許文献4乃至7が提案されている。
特開2004−4533号公報 特開2004−564343号公報 特開2003−202500号公報 特開2004−37967号公報
特許文献4乃至7に記載の光学系は、光学系の光路(光軸)をミラー等の反射光学素子で折り曲げる構成を採用することで、ズームレンズの入射光軸方向の長さを短くするようになっている。具体的には、前記反射光学素子以降の光路をカメラボディの縦あるいは横方向に折り曲げることによって、奥行き方向の寸法を極力薄くするようになっている。
しかしながら、デジタルカメラの小型化を図る上で、さらに、小型で、高性能なズームレンズが必要である。
そこで、本発明は、従来方法の有する上記のような課題に鑑みて成されたものである。その目的とするところは、高ズーム比で、奥行きが薄く、光学系全長が短いズーム光学系を搭載して、コンパクト性を向上させて、使い勝手の良好な電子撮像装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の電子撮像装置は、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群、を少なくとも有するズーム光学系と、前記ズーム光学系より像側に配置された電子撮像素子とを備える電子撮像装置において、前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の正レンズを有し、前記電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部を有することを特徴とする。
また、本発明の電子撮像装置においては、好ましくは、前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式(1)(2)を満足することを特徴とする。
0.85<|y07/(fw・tanω07w)|<0.97 ・・・(1)
0.75<|y10/(fw・tanω10w)|<0.92 ・・・(2)
但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
また、本発明の電子撮像装置においては、好ましくは、前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.02<|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|<0.15 ・・・(3)
但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
本発明のズーム光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群とを有するズーム光学系において、前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の正の単レンズから構成されることを特徴とする。
また、本発明のズーム光学系においては、好ましくは、前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の両凸正レンズから構成されることを特徴とする。
本発明の他の電子撮像装置は、上記本発明のズーム光学系と、前記ズーム光学系の像側に配置された電子撮像素子とを備える電子撮像装置であって、前記電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部をさらに有することを特徴とする。
また、本発明において、好ましくは、前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式(4)を満足することを特徴とする。
0.33<(R1+R2)/(R1−R2)<0.82 ・・・(4)
但し、R1は前記第1レンズ群の負レンズの物体側面光軸上曲率半径であり、R2は前記第1レンズ群の負レンズの像側面光軸上曲率半径である。
また、本発明において、好ましくは、前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式(5)を満足することを特徴とする。
dA>1.70 ・・・(5)
但し、ndAは前記第1レンズ群における負の単レンズのd線(587.56nm)に対する屈折率である。
また、本発明において、好ましくは、次の条件式(6)を満足することを特徴とする。
−3<f1/fw<−0.5 ・・・(6)
但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離である。
また、本発明において、好ましくは、前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第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、を少なくとも有し、広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が固定され、前記第4レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする。
本発明によれば、3倍程度の高変倍比を有し、十分コンパクトなズーム光学系及びそれを備えた電子撮像装置を提供することが可能である。
本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明のように、前記第1レンズ群の物体側のレンズを両面が凹面の負の単レンズにすれば、レンズの厚みを抑えることができる。また、両面が凹面である負の単レンズの負のパワーを強くすれば、より広い画角を得ることできるとともに、レンズ径を小型化することができる。さらに、ワイド側の軸外の色収差やコマ収差を効率的に補正することができる。
本発明のように、第1レンズ群内の反射部材によって光軸を折り曲げるようにすれば、撮像装置からレンズ部が繰出さないような構成にできるため、撮像装置の薄型化および電源オンからのセットアップ時間短縮のためにも都合が良い。また、防水、防塵のためにも都合が良い。
本発明のように、第1レンズ群の反射部材の像側に正レンズを配置すれば、光線の高さを低くし、第2レンズ群以降のレンズ径を小さくすることができる。
また、第1レンズ群の反射部材の撮像素子側に配置した正レンズのパワーを調整すれば、光学系の全長を短縮することができる。前記第1レンズ群の正レンズは、単レンズであることが好ましい。また、前記第1レンズ群の正レンズを両凸レンズにしても良い。
前記第1レンズ群の正レンズを両凸レンズにすれば、光線の高さをより低くすることができる。
また、本発明のように、前記第1レンズ群の物体側に配置した両面が凹面の負レンズによりコマ収差を補正し、反射部材の撮像素子側に配置した上記正レンズにより色収差を補正することができる。
さらに、画像処理による歪曲収差の補正を組み合わせれば、収差補正の効果を向上させることができる。
即ち、本発明の電子撮像装置のように、電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部を設けることにより、補正するのが困難となる歪曲収差を画像処理過程で補正し、全体の画像の質をより向上させることができる。
このように、本発明は、高ズーム比のズーム光学系を搭載した電子撮像装置において、奥行きの薄型化と広画角化を両立させるものである。特にズームレンズ広角端近傍の焦点距離において、意図的に大きな樽型の歪曲収差を有した像を前記電子撮像素子に形成させる構成とした。このように構成すると、光学系を肥大化させずに広い画角の情報を取り込むことが可能となる。樽型に歪んだ像は、前記撮像素子を介して光電変換されて画像データとなる。そして、前記電子撮像装置に内蔵されている信号処理系等を介して、電気的に形状変化(画像の歪み)に相当する修正加工が施される。このようにすれば、最終的に前記電子撮像装置より出力された画像データを表示装置において再生したときに、画像の歪みがデジタル補正されて被写体形状にほぼ相似した画像が得られる。
画像処理過程では、コマ収差を補正する場合に比べ歪曲収差を補正する方が、システムへの負荷をかけることなくすることができる。
ここで、像の歪曲をデジタル補正するための基本的概念について説明する。
例えば、図1に示すように、光軸と撮像面との交点を中心として有効撮像面の長辺に内接する半径Rの円周上(像高)での倍率を固定し、この円周を補正の基準とする。そして、それ以外の任意の半径r(ω)の円周上(像高)の各点をほぼ放射方向に移動させて、半径r'(ω)となるように同心円状に移動させることで補正する。例えば、図1において、半径Rの円の内側に位置する任意の半径r1(ω)の円周上の点P1は、円の中心に向けて補正すべき半径r1'(ω)円周上の点P2に移動させる。また、半径Rの円の外側に位置する任意の半径r2(ω)の円周上の点Q1は、円の中心か
ら離れる方向に向けて補正すべき半径r2'(ω)円周上の点Q2に移動させる。ここで、r'(ω)は次のように表わすことができる。
r'(ω)=αftanω (0≦α≦1)
但し、ωは被写体半画角、fは結像光学系(本発明ではズーム光学系)の焦点距離である。
ここで、前記半径Rの円上(像高)に対応する理想像高をYとすると、
α=R/Y=R/ftanω
となる。
光学系は、理想的には、光軸に対して回転対称であり、すなわち歪曲収差も光軸に対して回転対称に発生する。従って、上述のように、光学的に発生した歪曲収差を電気的に補正する場合には、再現画像上で光軸と撮像面との交点を中心とした有効撮像面の長辺に内接する半径Rの円の円周上(像高)の倍率を固定して、それ以外の半径r(ω)の円周上(像高)の各点をほぼ放射方向に移動させて、半径r'(ω)となるように同心円状に移動させることで補正することができれば、データ量や演算量の点で有利と考えられる。
ところが、光学像は、前記電子撮像素子で撮像された時点で(サンプリングのため)連続量ではなくなる。従って、厳密には前記光学像上に描かれる上記半径Rの円も、前記電子撮像素子上の画素が放射状に配列されていない限り正確な円ではなくなる。つまり、離散的座標点毎に表わされる画像データの形状補正においては、上記倍率を固定できる円は存在しない。そこで、各画素(Xi,Yj)毎に、移動先の座標(Xi',Yj')を決める方法を用いるのがよい。なお、座標(Xi',Yj')に(Xi,Yj)の2点以上が移動してきた場合には、各画素が有する値の平均値をとる。また、移動してくる点がない場合には、周囲のいくつかの画素の座標(Xi',Yi')の値を用いて補間すればよい。
このような方法は、特に光学系や電子撮像素子の製造誤差などのために光軸に対して歪みが著しく、前記光学像上に描かれる上記半径Rの円が非対称になった場合の補正に有効である。また、撮像素子或いは各種出力装置において信号を画像に再現する際に幾何学的歪みなどが発生する場合などの補正に有効である。また、トーリック面その他の回転非対称面などを応用すれば、プリズムをさらに小型化でき、電子撮像装置のさらなる薄型化が可能であるが、その場合においてもこの補正方法は有効である。
本発明の電子撮像装置では、補正量r'(ω)−r(ω)を計算するために、r(ω)即ち半画角と像高との関係、或いは、実像高rと理想像高r'/αとの関係が、電子撮像装置に内蔵された記録媒体に記録されている構成としても良い。
なお、歪曲補正後の画像が短辺方向の両端において光量が極端に不足することのないようにするには、前記半径Rが、次の条件式を満足するのが良い。
0≦R≦0.6Ls
但し、Lsは有効撮像面の短辺の長さである。
好ましくは、前記半径Rは、次の条件式を満足するのがよい。
0.3Ls≦R≦0.6Ls
さらには、前記半径Rは、ほぼ有効撮像面の短辺方向の内接円の半径に一致させるのが最も有利である。なお、半径R=0の近傍、即ち、軸上近傍において倍率を固定した補正の場合は、実質画像数の面で若干の不利があるが、広角化しても小型化にするための効果は確保できる。
なお、補正が必要な焦点距離区間については、いくつかの焦点ゾーンに分割する。そして、該分割された焦点ゾーン内の望遠端近傍でほぼ
r'(ω)=αftanω
を満足する補正結果が得られる場合と同じ補正量で補正してもよい。ただし、その場合、分割された焦点ゾーン内の広角端において樽型歪曲量がある程度残存してしまう。また、分割ゾーン数を増加させてしまうと、補正のために必要な固有データを記録媒体に余計に保有する必要が生じあまり好ましくない。そこで、分割された焦点ゾーン内の各焦点距離に関連した1つ又は数個の係数を予め算出しておく。この係数は、シミュレーションや実機による即手に基づいて決定しておけば良い。そして、前記分割されたゾーン内の望遠鏡近傍でほぼ
r'(ω)=αftanω
を満足する補正結果が得られる場合の補正量を算出し、この補正量に対して焦点距離毎に前記係数を一律に掛けて最終的な補正量にしてもよい。
ところで、無限遠物体を結像させて得られた像に歪曲がない場合は、
f=y/tanω
が成立する。
但し、yは像点の光軸からの高さ(像高)、fは結像系(本発明ではズーム光学系)の焦点距離、ωは前記撮像面上の中心からyの位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度(被写体半画角)である。
結像系に樽型の歪曲収差がある場合は、
f>y/tanω
となる。
つまり、結像系の焦点距離fと、像高yとを一定とすると、ωの値は大きくなる。
条件式(1)(2)は、ズーム光学系の広角端における樽型歪曲の度合いを規定したものである。
0.85<|y07/(fw・tanω07w)|<0.97 ・・・(1)
0.75<|y10/(fw・tanω10w)|<0.92 ・・・(2)
但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
より詳しくは、図2に示すように、ω07wは、像高y07の位置を通過する主光線と光軸とがなす物体側における角度であって、物体側からズーム光学系の前側主点位置に向かう主光線が光軸となす角度である。
|y07/(fw・tanω07w)|の値と|y10/(fw・tanω10w)|の値が、いずれも、条件式(1)(2)の上限を上回ると、各レンズ群の径、厚さが大きくなり、好ましくない。
一方、|y07/(fw・tanω07w)|の値と|y10/(fw・tanω10w)|の値が、いずれも、条件式(1)(2)の下限を下回ると、画像の歪みが大きくなり、電気的画像処理による補正の際に、画面周辺部の像の解像力の劣化が大きくなるため、好ましくない。
また、本発明では、次の条件式(3)を満足する。
0.02<|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|<0.15 ・・・(3)
但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
上記条件式(3)を満たせば、画像の電気的加工による画質劣化の影響を小さく抑えることができる。
従って、本発明は、上記条件式(1)(2)(3)のいずれも満たすことによって、画質劣化と光学系の小型化との良好なバランスを得ることができる。
|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|の値が、条件式(3)の上限を上回ると、画像処理による画像の電気的加工により周辺部の画質の劣化が著しくなり、好ましくない。
一方、|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|の値が、条件式(3)の下限を下回ると、各レンズ群の径と厚さ方向の大きさが大きくなり、好ましくない。
さらに、条件式(3)は、次の条件式(3-1)を満足することがより好ましい。
0.05<|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|<0.10 ・・・(3-1)
本発明において、敢えて光学系で意図的に歪曲収差を出しておき、電子撮像素子で撮像後に電気的に画像処理して歪みを補正するような構成としたのは、光学系の小型化と広角化や高変倍化等を満たすためである。従って、本発明では、光学系自体のサイズに無駄がないように、光学系を選択することも重要である。
また、本発明のように、次の条件式(4)を満足することが好ましい。
0.33<(R1+R2)/(R1−R2)<0.82 ・・・(4)
但し、R1は前記第1レンズ群の負の単レンズの物体側面光軸上曲率半径であり、R2は前記第1レンズ群の負の単レンズの像側面光軸上曲率半径である。
条件式(4)は、前記第1レンズ群の両面が凹面の負レンズの形状を表わしたものである。
(R1+R2)/(R1−R2)の値が、条件式(4)の上限を上回ると、R2のサグ量が大きくなり第1レンズ群の厚さが大きくなってしまう。または、R1のパワーが小さくなり十分な画角を稼ぐことが困難になり、好ましくない。
一方、(R1+R2)/(R1−R2)の値が、条件式(4)の下限を下回ると、R1のサグ量が大きくなりレンズの厚さが大きくなってしまう。または、R2のパワーが小さくなり十分な画角を稼ぐことが困難になり、好ましくない。
さらに、条件式(4)は、次の条件式(4-1)を満足することがより好ましい。
0.40<(R1+R2)/(R1−R2)<0.8 ・・・(4-1)
また、本発明のように、次の条件式(5)を満足することが好ましい。
dA>1.70 ・・・(5)
但し、ndAは前記第1レンズ群における負の単レンズのd線(587.56nm)に対する屈折率である。
上記条件式(5)を満たせば、R1及びR2のサグ量をより小さくすることができ、小型化に好ましい。
また、本発明のように、次の条件式(6)を満足することが好ましい。
−3.0<f1/fw<−0.5 ・・・(6)
但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離である。
条件式(6)は、第1レンズ群の焦点距離を広角端の全系焦点距離で規格化したものである。
上記条件式(6)を満たせば、小型化、高性能化することができる。
1/fwの値が、条件式(6)の上限を上回ると、上限を超えると第1レンズ群のパワーが強くなり、球面収差やコマ収差の補正のためには好ましくない。
一方、f1/fwの値が、条件式(6)の下限を下回ると、第1レンズ群のパワーが弱くなり、第1レンズ群の厚さや径の小型化のためには好ましくない。
さらに、条件式(6)は、次の条件式(6-1)を満足することがより好ましい。
−2.0<f1/fw<−1.0 ・・・(6-1)
また、本発明のように、広角端から望遠端へ変倍する際に、変倍時に第1レンズ群を像面に対し固定すれば、第1レンズ群及び撮像素子を含む保持部分の構造を簡略化できるとともに、防水、防塵のためにも都合が良い。
また、広角端から望遠端へ変倍する際に、第3レンズ群を固定とすれば、第3レンズ群より像側のレンズ群の外径方向の大きさを抑えることができる。
以下、本発明のズーム光学系の実施例1乃至4について図面を用いて説明する。
第1実施例
図3は、本発明による電子撮像装置に用いるズーム光学系の第1実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図3において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図4は、第1実施例にかかるズーム光学系の無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)、を示す図である。
第1実施例のズーム光学系は、図3に示すように、物体側Xから撮像面Iに向かって、順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、開口絞りSと、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とを有している。図3中、IはCCD等の電子撮像素子の撮像面である。第5レンズ群G5と撮像面Iとの間には、平面平板状の光学的ローパスフィルターLFとCCDカバーガラスCGが設けられている。
第1レンズ群G1は、物体側Xから順に、1枚の両凹負レンズL11と、光路を折り曲げるための反射光学素子(反射部材)R1と、1枚の両凸正レンズL12とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側Xから順に、両凹負レンズL21と、両凹負レンズL22と両凸正レンズL23との接合レンズとで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、明るさ絞りSを挟んで上記第2レンズ群G2の撮像面I側にあって、光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズL31と、両凸正レンズL32と両凹負レンズL33との接合レンズとで構成されており、全体で正の屈折力を有している。尚、正レンズL31は、レンズ中心部から周辺部にかけて負のパワーが徐々に強くなっていく構成となっている。
第4レンズ群G4は、物体側に凸面を向けた負メ二スカスレンズL41で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第5レンズ群G5は、両凸正レンズL51で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
非球面は、第1レンズ群G1の両凸正レンズL12の両側の面、第3レンズ群G3の両凸形状の正レンズL31の両側の面、第5レンズ群G5の両凸正レンズL51の物体側Xの面にそれぞれ設けられている。
広角端(a)から望遠端(c)に変倍する際は、第1レンズ群G1は位置が固定され、第2レンズ群G2は広角端(a)に対して望遠端(c)において像側へ移動し、開口絞りSは位置が固定され、第3レンズ群G3は広角端(a)に対して望遠端(c)において物体側へ移動し、第4レンズ群G4は像側に凸の軌跡で移動し、第5レンズ群G5は位置が固定されるようになっている。このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d6が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔d11とd12が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔d17が増大し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の間隔d19が広角端(a)から中間(b)では減少し中間(b)から望遠端(c)では増大するように、各レンズ群の間隔は変化する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
次に、本発明の第1実施例の変倍光学系を構成する光学部材の数値データを以下に示す。
ここで、数値データ中、r1、r2・・・は各光学部材の面の曲率半径(mm)、d1、d2・・・は各光学部材の肉厚又はそれらの空気間隔(mm)、nd1、nd2・・・は各光学部材のd線の波長(587.6nm)における屈折率、νd1、νd2・・・は各光学部材のd線の波長(587.6nm)におけるアッベ数を表している。fは全系の焦点距離を表している。
また、光軸に対して回転対象な非球面形状は、光軸方向をzとし,光軸に直交する方向をyとし、zとyの直交する方向をxとして、円錐係数をk、光軸に対して回転対象な非球面係数をA4、A6、A8、A10とした時、次式で定義される。
z=(y2/r)/〔1+[1−(1+k)(y/r)2]1/2〕+A44
+A66+A88+A1010
なお、これらの記号は、後述の実施例2乃至実施例3の数値データにおいても共通である。
数値データ1
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.80mm
焦点距離f:6.90mm〜19.49mm
Fno.(Fナンバー):3.50〜5.13
1=-52.39 d1=0.84 nd1=1.81186 νd1=25.72
2=10.59 d2=1.37
3=∞ d3=7.39 nd3=1.84666 νd3=23.78
4=∞ d4=0.16
5=16.43(非球面) d5=2.74 nd5=1.74320 νd5=49.34
6=-14.97(非球面) d6=D6(可変)
7=-52.98 d7=0.84 nd7=1.88300 νd7=40.76
8=32.48 d8=0.63
9=-17.46 d9=0.84 nd9=1.88300 νd9=40.76
10=8.037 d10=2.14 nd10=1.84666 νd10=23.78
11=-107.0 d11=D11(可変)
12=∞(絞り) d12=D12(可変)
13=7.537(非球面) d13=2.20 nd13=1.74320 νd13=49.34
14=-32.87(非球面) d14=0.21
15=8.885 d15=2.44 nd15=1.69584 νd15=42.98
16=-46.50 d16=0.84 nd16=1.84666 νd16=23.78
17=4.558 d17=D17(可変)
18=190.7 d18=0.84 nd18=1.84666 νd18=23.78
19=24.18 d19=D19(可変)
20=11.54(非球面) d20=2.20 nd20=1.49700 νd20=81.54
21=-26.42 d21=2.33
22=∞ d22=0.93 nd22=1.54771 νd22=62.84
23=∞ d23=0.94
24=∞ d24=0.53 nd24=1.51633 νd24=64.14
25=∞ d25=0.58
26=∞(撮像面)
非球面係数
面番号 k A46810
5 0.00 -6.27251×10-5 4.81767×10-6 -2.76647×10-7 8.86129×10-9
6 0.00 2.76467×10-5 4.35667×10-6 -2.30756×10-7 7.75216×10-9
13 0.00 -1.48421×10-5 3.02417×10-5 -1.65090×10-6 1.59641×10-7
14 0.00 4.53970×10-4 4.70445×10-5 -3.48547×10-6 3.17476×10-7
20 0.00 4.00006×10-5 -1.95270×10-5 1.78900×10-6 -6.11181×10-8
ズームデータ1
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 6.903 11.534 19.49
Fno. 3.50 4.19 5.13
画角(ω) 32.476° 18.478° 10.930°
D6 0.63 4.64 8.15
D11 8.49 4.54 0.95
D12 4.55 2.57 0.42
D17 3.43 5.62 7.44
D19 2.74 2.47 2.97
第2実施例
図5は、本発明による電子撮像装置に用いるズーム光学系の第2実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図5において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図6は、第2実施例にかかるズーム光学系の無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)、を示す図である。
第2実施例のズーム光学系は、図5に示すように、物体側Xから撮像面Iに向かって、順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、開口絞りSと、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5とを有している。図5中、IはCCD等の電子撮像素子の撮像面である。ズーム光学系と撮像面Iとの間には、平面平板状の光学的ローパスフィルターLFとCCDカバーガラスCGが設けられている。
第1レンズ群G1は、物体側Xから順に、1枚の両凹負レンズL11と、光路を折り曲げるための反射光学素子(反射部材)R1と、1枚の両凸正レンズL12とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側Xから順に、両凹負レンズL21と、両凹負レンズL22と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL23’との接合レンズとで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、明るさ絞りSを挟んで上記第2レンズ群G2の撮像面I側にあって、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL31’で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凸正レンズL41’と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL42で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第5レンズ群G5は、両凸正レンズL51で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
非球面は、第1レンズ群G1の両凸正レンズL12の両側の面、第3レンズ群G3の正メニスカスレンズL31’の両側の面、第4レンズ群G4の両凸正レンズ41’の両側の面にそれぞれ設けられている。
広角端(a)から望遠端(c)に変倍する際は、第1レンズ群G1は位置が固定され、第2レンズ群G2は広角端(a)に対して望遠端(c)において像側へ移動し、開口絞りSは位置が固定され、第3レンズ群G3は位置が固定され、第4レンズ群G4は広角端(a)に対して望遠端(c)において物体側へ移動し、第5レンズ群G5は位置が固定されるようになっている。このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d6が増大し、第2レンズ群G2と絞りSの間隔d11が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔d14が減少し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の間隔d18が増大するように、各レンズ群の間隔は変化する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
次に、本発明の第2実施例の変倍光学系を構成する光学部材の数値データを以下に示す。
数値データ2
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.60mm
焦点距離f:6.69mm〜18.45mm
Fno.(Fナンバー):3.50〜5.00
1=-33.39 d1=0.80 nd1=1.80518 νd1=25.42
2=13.44 d2=1.10
3=∞ d3=7.00 nd3=1.84666 νd3=23.78
4=∞ d4= 0.15
5=15.02(非球面) d5=2.50 nd5=1.74320 νd5=49.34
6=-12.93(非球面) d6=D6(可変)
7=-150.6 d7=0.80 nd7=1.79952 νd7=42.22
8=11.76 d8=1.10
9=-14.94 d9=0.80 nd9=1.79952 νd9=42.22
10=5.843 d10=1.80
11=54.03 d11=D11(可変) nd11=1.84666 νd11=23.78
12=∞(絞り) d12=0.40
13=8.372(非球面) d13=1.50 nd13=1.74320 νd13=49.34
14=18.31(非球面) d14=D14(可変)
15=6.253(非球面) d15=2.90 nd15=1.74320 νd15=49.34
16=-13.49(非球面) d16=0.15
17=55.684 d17=0.80 nd17=1.84666 νd18=23.78
18=4.296 d18=D18(可変)
19=43.860 d19=2.00 nd19=1.49700 νd19=81.54
20=-15.81 d20=6.33
21=∞ d21=0.88 nd21=1.54771 νd21=62.84
22=∞ d22=0.89
23=∞ d23=0.50 nd24=1.51633 νd24=64.14
24=∞ d24=0.56
25=∞ (撮像面)
非球面係数
面番号 k A46810
5 0.00 -8.75679×10-5 -3.28931×10-6 2.81096×10-7 -1.53034×10-9
6 0.00 8.86390×10-5 6.60148×10-8 5.41252×10-8 -9.60653×10-9
13 0.00 6.57110×10-4 -1.96290×10-5 7.68643×10-6 -5.19184×10-7
14 0.00 1.08296×10-3 -3.88758×10-5 1.60807×10-5 -1.20522×10-6
15 0.00 5.69022×10-4 -2.13312×10-5 1.33198×10-6 -9.45570×10-8
16 0.00 3.09325×10-4 -5.18559×10-5 -2.09692×10-8 -6.64648×10-8
ズームデータ2
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 6.688 10.940 18.452
Fno. 3.50 4.18 5.00
画角(ω) 30.355° 18.192° 10.655°
D6 0.60 3.53 7.08
D11 7.39 4.50 0.90
D14 4.58 1.46 0.90
D18 2.50 5.60 6.21
第3実施例
図7は、本発明による電子撮像装置に用いるズーム光学系の第3実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図7において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図8は、第3実施例にかかるズーム光学系の無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)、を示す図である。
第3実施例のズーム光学系は、図7に示すように、物体側Xから撮像面Iに向かって、順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、開口絞りSと、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4とを有している。図7中、IはCCD等の電子撮像素子の撮像面である。ズーム光学系と撮像面Iとの間には、平面平板状の光学的ローパスフィルターLFとCCDカバーガラスCGが設けられている。
第1レンズ群G1は、物体側Xから順に、1枚の両凹負レンズL11と、光路を折り曲げるための反射光学素子(反射部材)R1と、1枚の光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズL12’とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側Xから順に、両凹負レンズL21と、両凹負レンズL22と両凸正レンズL23との接合レンズとで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、第3レンズ群G3は、明るさ絞りSを挟んで上記第2レンズ群G2の撮像面I側にあって、光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズL31と、両凸正レンズL32と両凹負レンズL33との接合レンズとで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凸正レンズL41’と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL42’とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
非球面は、第1レンズ群G1の正レンズL12’の両側の面、第3レンズ群G3の正レンズL31の両側の面、第4レンズ群G4の両凸正レンズL41’の両側の面にそれぞれ設けられている。
尚、第1レンズ群G1の正レンズL12’及び第3レンズ群G3の正レンズL31は、レンズ中心部から周辺部にかけて負のパワーが徐々に強くなるように構成されている。
広角端(a)から望遠端(c)に変倍する際は、第1レンズ群G1は位置が固定され、第2レンズ群G2は広角端(a)に対して望遠端(c)において像側へ移動し、開口絞りSは位置が固定され、第3レンズ群G3は広角端(a)に対して望遠端(c)において物体側へ移動し、第4レンズ群G4は像側に凹の軌跡で移動するようになっている。このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d6が増大し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の間隔d11とd12が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔d17が広角端(a)から中間(b)では減少して中間(b)から望遠端(c)では増大し、第4レンズ群G4と平行平面板FLの間隔d21が広角端(a)から中間(b)では増大して中間(b)から望遠端(c)では減少するように、各レンズ群の間隔は変化する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
次に、本発明の第3実施例の変倍光学系を構成する光学部材の数値データを以下に示す。
数値データ3
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.60mm
焦点距離f:6.49mm〜18.47mm
Fno.(Fナンバー):3.60〜5.10
1=-71.23 d1=0.80 nd1=1.83988 νd1=26.17
2=10.20 d2=1.20
3=∞ d3=7.00 nd3=1.84666 νd3=23.78
4=∞ d4=0.15
5=16.36(非球面) d5=2.70 nd5=1.74320 νd5=49.34
6=-14.68(非球面) d6=D6(可変)
7=-41.38 d7=0.80 nd7=1.88300 νd7=40.76
8=34.67 d8=0.60
9=-18.02 d9=0.80 nd9=1.90091 νd9=40.09
10=8.556 d10=1.80
11=-56.53 d11=D11(可変) nd11=1.84666 νd11=23.78
12=∞(絞り) d12=D12(可変)
13=7.204(非球面) d13=1.80 nd13=1.74320 νd13=49.34
14=-81.23(非球面) d14=0.20
15=8.559 d15=2.30 nd15=1.73804 νd15=40.33
16=-38.55 d16=0.80
17=4.667 d17=D17(可変) nd17=1.84666 νd17=23.78
18=18.26(非球面) d18=1.80 nd18=1.46968 νd18=79.60
19=-14.91(非球面) d19=0.20
20=-24.77 d20=0.80 nd20=1.84666 νd20=23.78
21=-947.4 d21=D21(可変)
22=∞ d22=0.88 nd22=1.54771 νd22=62.84
23=∞ d23=0.89
24=∞ d24=0.50 nd24=1.51633 νd24=64.14
25=∞ d25=0.52
26=∞(撮像面)
非球面係数
面番号 k A46810
5 0.00 -2.01853×10-4 2.01458×10-6 2.17879×10-8 -1.00734×10-8
6 0.00 -1.10982×10-4 3.01286×10-6 -8.52575×10-8 -6.02335×10-9
13 0.00 2.06138×10-4 4.30326×10-5 1.92948×10-8 1.96534×10-7
14 0.00 6.74285×10-4 7.43242×10-5 -2.73629×10-6 4.90486×10-7
18 0.00 6.23611×10-5 5.72091×10-5 7.72127×10-7 -3.84119×10-7
19 0.00 4.98499×10-6 9.35779×10-5 1.94066×10-8 -3.80890×10-7
ズームデータ3
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 6.487 10.971 18.47
Fno. 3.60 4.22 5.10
画角(ω) 32.710° 18.296° 10.883°
D6 0.60 6.52 9.85
D11 10.14 4.20 0.90
D12 3.28 2.94 0.40
D17 3.54 2.69 7.83
D21 4.02 5.25 2.70
第4実施例
図9は、本発明による電子撮像装置に用いるズーム光学系の第4実施例であって、光学構成を示す光軸に沿う断面図である。図9において、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態を示す。図10は、第4実施例にかかるズーム光学系の無限遠合焦時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態における球面収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)、を示す図である。
第4実施例のズーム光学系は、図9に示すように、物体側Xから撮像面Iに向かって、順に、第1レンズ群G1と、第2レンズ群G2と、開口絞りSと、第3レンズ群G3と、第4レンズ群G4と、第5レンズ群G5と、第6レンズ群G6とを有している。図9中、IはCCD等の電子撮像素子の撮像面である。ズーム光学系と撮像面Iとの間には、平面平板状の光学的ローパスフィルターLFとCCDカバーガラスCGが設けられている。
第1レンズ群G1は、物体側Xから順に、1枚の両凹負レンズL11と、光路を折り曲げるための反射光学素子(反射部材)R1と、1枚の両凸正レンズL12とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第2レンズ群G2は、物体側Xから順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL21’と、両凹負レンズL22と両凸正レンズL23との接合レンズとで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第3レンズ群G3は、明るさ絞りSを挟んで上記第2レンズ群G2撮像面I側にあって、両凸正レンズL31”で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第4レンズ群G4は、両凸正レンズL41’と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL42’とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
第5レンズ群G5は、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL51’で構成されており、全体で負の屈折力を有している。
第6レンズ群G6は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL61で構成されており、全体で正の屈折力を有している。
非球面は、第1レンズ群G1の両凸正レンズL12の両側の面、第3レンズ群G3の両凸正レンズL31”の両側の面、第4レンズ群G4の両凸正レンズL41’の物体側Xの面にそれぞれ設けられている。
広角端(a)から望遠端(c)に変倍する際は、第1レンズ群G1は位置が固定され、第2レンズ群G2は広角端(a)に対して望遠端(c)において像側へ移動し、開口絞りSは位置が固定され、第3レンズ群G3は位置が固定され、第4レンズ群G4は広角端(a)に対して望遠端(c)において物体側へ移動し、第5レンズ群G5は広角端(a)に対して望遠端(c)において物体側へ移動し、第6レンズ群G6は位置が固定されるようになっている。このとき、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔d6が増大し、第2レンズ群G2と絞りSの間隔d11が減少し、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔d14が減少し、第4レンズ群G4と第5レンズ群G5の間隔d17が減少し、第5レンズ群G5と第6レンズ群G6の間隔d19が増大するように、各レンズ群の間隔は変化する。なお、撮像面Iは、CCD若しくはCMOSセンサーの有効撮像対角方向に置かれている。
次に、本発明の第4実施例の変倍光学系を構成する光学部材の数値データを以下に示す。
数値データ4
像高(有効撮像領域の対角長の半分の長さ):3.60mm
焦点距離f:6.45mm〜18.62mm
Fno.(Fナンバー):3.50〜5.00
1=-64.65 d1=0.80 nd1=1.80518 νd1=25.42
2=10.22 d2=1.20
3=∞ d3=7.00 nd3=1.84666 νd3=23.78
4=∞ d4=0.15
5=12.96(非球面) d5=2.50 nd5=1.74320 νd5=49.34
6=-13.90(非球面) d6=D6(可変)
7=21.63 d7=0.80 nd7=1.79952 νd7=42.22
8=8.619 d8=1.20
9=-9.218 d9=0.80 nd9=1.80610 νd9=40.92
10=6.493 d10=1.80 nd10=1.84666 νd10=23.78
11=-169.6 d11=D11(可変)
12=∞(絞り) d12=0.40
13=16.83(非球面) d13=1.50 nd13=1.76802 νd13=49.24
14=-189.4(非球面) d14=D14(可変)
15=13.76(非球面) d15=2.50 nd15=1.74320 νd15=49.34
16=-5.453 d16=0.80 nd16=1.84666 νd16=23.78
17=-13.50 d17=D17(可変)
18=40.32 d18=0.70 nd18=1.80100 νd18=34.97
19=5.700 d19=D19(可変)
20=7.537 d11=2.30 nd20=1.49700 νd20=81.54
21=-24967.7 d12=1.20
22=∞ d22=0.88 nd22=1.54771 νd22=62.84
23=∞ d23=0.89
24=∞ d24=0.50 nd24=1.51633 νd24=64.14
25=∞ d25=0.60
26=∞(撮像面)
非球面係数
面番号 k A46810
5 0.00 -1.42787×10-4 5.20969×10-6 -2.70467×10-7 7.69228×10-9
6 0.00 4.66210×10-5 5.40371×10-6 -2.77354×10-7 7.90983×10-9
13 0.00 8.06284×10-5 -1.54500×10-4 2.72105×10-5 -1.72771×10-6
14 0.00 1.67854×10-4 -1.65114×10-4 2.81941×10-5 -1.73858×10-6
15 0.00 -1.43067×10-4 -2.86767×10-5 4.50634×10-6 -2.10252×10-7
ズームデータ4
ズーム状態 広角端 中間 望遠端
f 6.450 10.94 18.62
Fno. 3.50 3.80 5.00
画角(ω) 31.805° 18.161° 10.697°
D6 0.60 4.11 7.41
D11 7.70 4.15 0.90
D14 4.28 2.54 0.90
D17 3.97 3.93 3.09
D19 2.98 4.75 7.23
上記各実施例において、反射光学素子(反射部材)R1として、例えば、光路折り曲げプリズム等が好適に用いられる。
次に、上記各実施例における条件式に対応した値を次の表1に示す。
表1
以上、説明した本発明のズーム光学系を用いた電子撮像装置は、ズーム光学系等の結像光学系で物体像を形成しその像をCCD等の固体撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
図11〜図13は、本発明のズーム光学系をデジタルカメラの撮影光学系41に組み込んだ構成の概念図であり、図11はデジタルカメラ40の外観を示す前方斜視図、図12は同後方斜視図、図13はデジタルカメラ40の構成を示す断面図である。なお、図13に示すデジタルカメラは、撮像光路をファインダーの長辺方向に折り曲げた構成となっており、図13中の観察者の眼を上側からみて示してある。
デジタルカメラ40は、この例の場合、撮影用光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路44を有するファインダー光学系43、シャッター45、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含み、カメラ40の上部に配置されたシャッター45を押圧すると、それに連動して撮影光学系41、例えば、第1実施例の光路折り曲げズーム光学系を通して撮影が行われるようになっている。そして、撮影光学系41によって形成された物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルターを介してCCD49の撮像面上に形成される。
このCCD49で受光された物体像は、処理手段51を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター47に表示される。また、この処理手段51には記録手段52が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段52は処理手段51と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、MO等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。
さらに、ファインダー用光路44上には、ファインダー用対物光学系53が配置してある。このファインダー用対物光学系53によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上に形成される。このポリプリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。なお、撮影光学系41及びファインダー用対物光学系53の入射側、接眼光学系59の射出側にそれぞれカバー部材50が配置されている。
このように構成されたデジタルカメラ40は、長辺方向に光路を置き曲げたことによりカメラの薄型化に効果がある。また、撮影光学系41が広画角で高変倍比であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きなズーム光学系であるので、高性能化が実現できると共に、撮影光学系41を少ない光学部材で構成できるため、小型化、低コスト化が実現できる。
なお、本実施例のデジタルカメラ40の撮像光路をファインダーの短辺方向に折り曲げて構成してもよい。その場合には、撮影レンズの入射面からストロボ(又はフラッシュ)をより上方に離して配置し、人物のストロボ撮影時の際に生じる影の影響を緩和できるレイアウトにし得る。
また、図13の例では、カバー部材50として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。
ここで、カバー部材を設けずに、本発明の光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面は第1レンズ群G1の入射面となる。
図14は、上記デジタルカメラ40の主要部の内部回路の構成ブロック図である。尚、以下の説明では、上記の処理手段51は例えばCDS/ADC部24、一時記憶メモリ17、画像処理部18等からなり、記憶手段52は例えば記憶媒体部19等からなる。
図14に示すようにデジタルカメラ40は、操作部12と、この操作部12に接続する制御部13と、この制御部13の制御信号出力ポートにバス14及び15を介して接続された撮像駆動回路16並びに一時記憶メモリ17、画像処理部18、記憶媒体部19、表示部20、及び設定情報記憶メモリ部21を備えている。
上記の一時記憶メモリ17、画像処理部18、記憶媒体部19、表示部20、及び設定情報記憶メモリ部21はバス22を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路16には、CCD49とCDS/ADC部24が接続されている。
操作部12は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部(カメラ使用者)から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部13は、例えばCPU等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部12を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ40全体を制御する回路である。
CCD49は、本発明によるズーム光学系を組み込んだ撮影光学系41を介して形成された物体像を受光する。CCD49は、撮像駆動回路16により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してCDS/ADC部24に出力する撮像素子である。
CDS/ADC部24は、CCD49から入力する電気信号を増幅し且つアナログ/デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ(ベイヤーデータ、以下RAWデータという)を一時記憶メモリ17に出力する回路である。
一時記憶メモリ17は、例えばSDRAM等からなるバッファであり、CDS/ADC部24から出力される上記RAWデータを一時的に記憶するメモリ装置である。
画像処理部18は、一時記憶メモリ17に記憶されたRAWデータ又は記憶媒体部19に記憶されているRAWデータを読み出して、制御部13から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
記録媒体部19は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一時記憶メモリ17から転送されるRAWデータや画像処理部18で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。
表示部20は、液晶表示モニター47を備え、その液晶表示モニター47に画像や操作メニューなどを表示する回路である。設定情報記憶メモリ部21には、予め各種の画質パラメータが格納されているROM部と、そのROM部から読み出された画質パラメータの中から操作部12の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するRAM部が備えられている。設定情報記憶メモリ部21は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。
尚、以下の実施の形態においても、その主要部は、上記構成とほぼ同様のものが用いられている。
次に、本発明のズーム光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンを図15〜図17に示す。図15はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図16はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図17は図15の側面図である。
図15〜図17に示すように、パソコン300は、外部から操作者が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系303とを有している。ここで、モニター302は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレイ等であってよい。
また、図中、撮影光学系303は、モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の周囲のどこであってもよい。この撮影光学系303は、撮影光路304上に、本発明による例えば第1実施例の光路折り曲げズーム光学系からなる対物レンズ112と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらはパソコン300に内蔵されている。
ここで、撮像素子チップ162上にはカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端(図示略)には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。なお、鏡枠113中のズーム光学系の駆動機構等は図示を省いてある。
撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、パソコン300の処理手段に入力され、電子画像としてモニター302に表示される。図15には、その一例として、操作者の撮影された画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
次に、本発明のズーム光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を図18に示す。図18(a)は携帯電話400の正面図、図18(b)は側面図、図18(c)は撮影光学系405の断面図である。
図18(a)〜(c)に示すように、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピーカ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル403と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段(図示せず)とを有している。ここで、モニター404は液晶表示素子である。
また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405は、撮影光路407上に配置された本発明による、例えば、第1実施例の光路折り曲げズーム光学系からなる対物レンズ112と、物体像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
ここで、撮像素子チップ162上にはカバーガラスCGが付加的に貼り付けられて撮像ユニット160として一体に形成され、対物レンズ112の鏡枠113の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ112と撮像素子チップ162の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠113の先端(図示略)には、対物レンズ112を保護するためのカバーガラス114が配置されている。なお、鏡枠113中のズーム光学系の駆動機構等は図示を省いてある。
撮影素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ162で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
本発明において、画像処理部は電子撮像装置と一体に設けても良く、或いは、電子撮像装置とは別に画像処理装置として設けても良い。
以上説明したように、本発明のズーム光学系及びそれを有する電子撮像装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
〔1〕前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、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レンズ群を少なくとも有し、広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動し、前記第4レンズ群が広角端よりも望遠端において像側に位置するように移動することを特徴とする請求項1乃至5、8、9の何れか1項に記載の電子撮像装置。
〔2〕前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、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レンズ群を少なくとも有し、広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動し、前記第4レンズ群が広角端よりも望遠端において像側に位置するように移動することを特徴とする請求項6、7、10の何れか1項に記載のズーム光学系。
〔3〕前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、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、負の屈折力を有する第4レンズ群を少なくとも有し、広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動し、前記第4レンズ群が固定されていることを特徴とする請求項1乃至5、8、9の何れか1項に記載の電子撮像装置。
〔4〕前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、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、負の屈折力を有する第4レンズ群を少なくとも有し、広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が物体側へ移動し、前記第4レンズ群が固定されていることを特徴とする請求項6、7、10の何れか1項に記載のズーム光学系。
〔5〕前記第4レンズ群の像側に正の屈折力を有する第5レンズ群をさらに有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第5レンズ群は固定であることを特徴とする請求項11に記載の電子撮像装置。
〔6〕前記第4レンズ群の像側に正の屈折力を有する第5レンズ群をさらに有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第5レンズ群は固定であることを特徴とする請求項12に記載のズーム光学系。
〔7〕前記第4レンズ群の像側に負の屈折力を有する第5レンズ群をさらに有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第5レンズ群は物体側へ移動することを特徴とする請求項11に記載の電子撮像装置。
〔8〕前記第4レンズ群の像側に負の屈折力を有する第5レンズ群をさらに有し、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第5レンズ群は物体側へ移動することを特徴とする請求項12に記載のズーム光学系。
〔9〕前記ズーム光学系は5群からなることを特徴とする上記〔4〕、〔5〕又は〔6〕の電子撮像装置/ズーム光学系。
〔10〕前記ズーム光学系は6群からなることを特徴とする上記〔7〕又は〔8〕の電子撮像装置/ズーム光学系。
〔11〕次の条件式をさらに満足することを特徴とする請求項3に記載の電子撮像装置。
0.05<|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|<0.10
但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
〔12〕次の条件式をさらに満足することを特徴とする請求項4に記載の電子撮像装置。
0.4<(R1+R2)/(R1−R2)<0.88
但し、R1は前記第1レンズ群の負の単レンズの物体側面光軸上曲率半径であり、R2は前記第1レンズ群の負の単レンズの像側面光軸上曲率半径である。
〔13〕次の条件式をさらに満足することを特徴とする請求項9又は10に記載の電子撮像装置/ズーム光学系。
−2.0<f1/fw<−1.0
但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離である。
本発明の電子撮像装置における光学系で発生した像面歪曲をデジタル補正するための基本的概念を示す説明図である。 物体側からズーム光学系の前側主点位置に向かう主光線と光軸との関係を示す説明図である。 本発明の第1実施例に係るズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態をそれぞれ示している。 第1実施例に係るズーム光学系の無限遠合焦点時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態におけるコマ収差(縦収差)、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)をそれぞれ示している。 本発明の第2実施例に係るズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態をそれぞれ示している。 第2実施例に係るズーム光学系の無限遠合焦点時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態におけるコマ収差(縦収差)、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)をそれぞれ示している。 本発明の第3実施例に係るズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態をそれぞれ示している。 第3実施例に係るズーム光学系の無限遠合焦点時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態におけるコマ収差(縦収差)、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)をそれぞれ示している。 本発明の第4実施例に係るズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図で、(a)は広角端、(b)は中間、(c)は望遠端での状態をそれぞれ示している。 第4実施例に係るズーム光学系の無限遠合焦点時での広角端(a)、中間(b)、望遠端(c)の状態におけるコマ収差(縦収差)、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差(縦収差)、コマ収差(横収差)をそれぞれ示している。 本発明の光学系を適用した電子カメラの外観を示す前方斜視図である。 図11の電子カメラの後方斜視図である。 図11の電子カメラの構成を示す断面図である。 一実施の形態における電子カメラの各部を制御する回路構成を示すブロック図である。 本発明の光学系が対物光学系として組み込まれたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。 パソコンの撮影光学系の断面図である。 図15の状態の側面図である。 本発明の光学系が対物光学系として組み込まれた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
符号の説明
S 明るさ絞り
FL 平行平面板
CG カバーがラス
I 撮像面
X 物体側
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
G6 第6レンズ群
L11 両凹負レンズ
L12 両凸正レンズ
L12’ 光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズ
L21 両凹負レンズ
L21’ 像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
L22 両凹負レンズ
L23 両凸正レンズ
L23’ 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L31 光軸近傍(レンズ中心部)において両凸形状の正レンズ
L31’ 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L31” 両凸正レンズ
L32 両凸正レンズ
L33 両凹負レンズ
L41 物体側に凸面を向けた負メ二スカスレンズ
L41’ 両凸正レンズ
L42 物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
L42’ 物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
L51 両凸正レンズ
L51’ 像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
L61 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
R1 反射光学素子(反射部材)
12 操作部
13 制御部
14、15、22 バス
16 撮像駆動回路
17 一時記憶メモリ
18 画像処理部
19 記憶媒体部
20 表示分
21 設定情報記憶メモリ
24 CDS/ADC部
25 レンズ部
40 デジタルカメラ
41 撮像光学系
42 撮影用光路
43 ファインダー光学系
44 ファインダー用光路
45 シャッター
46 フラッシュ
47 液晶表示モニター
49 CCD
50 カバー部材
51 処理手段
52 記録手段
53 ファインダー用対物光学系
55 ポロプリズム
57 視野枠
59 接眼光学系
103 制御系
160 撮像ユニット
162 撮像素子チップ
166 端子
300 パソコン
301 キーボード
302 モニター
303 撮影光学系
304 撮影光路
305 画像
400 携帯電話
401 マイク部
402 スピーカ部
403 入力ダイアル
404 モニター
405 撮影光学系
406 アンテナ
407 撮影光路
E 観察者眼球

Claims (12)

  1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群、を少なくとも有するズーム光学系と、
    前記ズーム光学系より像側に配置された電子撮像素子とを備える電子撮像装置において、
    前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の正レンズを有し、
    前記電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部を有することを特徴とする電子撮像装置。
  2. 前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の電子撮像装置。
    0.85<|y07/(fw・tanω07w)|<0.97
    0.75<|y10/(fw・tanω10w)|<0.92
    但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
  3. 前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の電子撮像装置。
    0.02<|y07/(fw・tanω07w)−y10/(fw・tanω10w)|<0.15
    但し、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離であり、y07は前記電子撮像素子の有効撮像面内(撮像可能な面内)で中心から最も遠い点までの距離(最大像高)をy10とした時に0.7y10で表わされる像高であり、ω07wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy07の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度であり、ω10wは広角端における電子撮像素子の有効撮像面上の中心からy10の位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度である。
  4. 前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電子撮像装置。
    0.33<(R1+R2)/(R1−R2)<0.82
    但し、R1は前記第1レンズ群の負の単レンズの物体側面光軸上曲率半径であり、R2は前記第1レンズ群の負の単レンズの像側面光軸上曲率半径である。
  5. 前記ズーム光学系が、ほぼ無限遠物点合焦時に次の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電子撮像装置。
    dA>1.70
    但し、ndAは前記第1レンズ群における負の単レンズのd線(587.56nm)に対する屈折率である。
  6. 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群とを有するズーム光学系において、
    前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の正の単レンズから構成されることを特徴とするズーム光学系。
  7. 前記第1レンズ群が、物体側より順に、1枚の両面が凹面である負の単レンズと、反射部材と、1枚の両凸正レンズから構成されることを特徴とする請求項6に記載のズーム光学系。
  8. 請求項6又は7に記載のズーム光学系と、前記ズーム光学系の像側に配置された電子撮像素子とを備える電子撮像装置であって、
    前記電子撮像素子で撮像した画像データを電気的に加工してその形状を変化させる処理を行う画像処理部をさらに有することを特徴とする電子撮像装置。
  9. 次の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5、8の何れか1項に記載の電子撮像装置。
    −3<f1/fw<−0.5
    但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離である。
  10. 次の条件式を満足することを特徴とする請求項6又は7の何れか1項に記載のズーム光学系。
    −3<f1/fw<−0.5
    但し、f1は第1レンズ群の焦点距離であり、fwは広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離である。
  11. 前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第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、を少なくとも有し、
    広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が固定され、前記第4レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする請求項1乃至5、8、9の何れか1項に記載の電子撮像装置。
  12. 前記ズーム光学系が、物体側より順に、正の屈折力を有する第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、を少なくとも有し、
    広角端から望遠端への変倍に際し、像面に対し、少なくとも、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が像側へ移動し、前記第3レンズ群が固定され、前記第4レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする請求項6、7、10の何れか1項に記載のズーム光学系。
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