JP2007078800A

JP2007078800A - 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JP2007078800A
Application number: JP2005263578A
Authority: JP
Inventors: Yuko Kobayashi; 祐子小林
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】構成枚数が少く、小型で高性能な変倍光学系及びそれを搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と負の屈折力の第３レンズ群Ｇ３よりなり、少なくとも第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３を移動させて各群間間隔を変えることで変倍を行う変倍光学系であって、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１に少なくとも１枚の屈折力可変光学素子を用いた変倍光学系。
【選択図】図１

Description

本発明は、変倍光学系及びそれを用いた撮像装置に関するものであり、特に、コンパクトな変倍光学系及びそのコンパクトな変倍光学系を含む電子機器（例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末等に内蔵又は外付けされる）に関するものである。

近年、ＰＤＡと呼ばれる情報携帯端末や携帯電話が爆発的に普及し、撮像素子にＣＣＤ（Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）センサーを使ったコンパクトなデジタルカメラやデジタルビデオユニットを内蔵したものも増えてきている。最近、比較的小さなサイズで高画素（メガピクセル）な撮像素子が開発されるようになり、小型で高性能な光学系が必要とされるようになった。

従来、電子機器用の小型な変倍光学系の一つとして特許文献１のものがあげられる。これは負正負かあるいは負正正の３群３枚構成の変倍光学系で、第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて変倍を行っている。また、従来、屈折力可変光学素子を利用した変倍光学系が多数提案されているが、負先行の変倍光学系に屈折力可変光学素子を用いた提案として、特許文献２のものがあげられる。
特開２００４−２２６６９１号公報特開昭６４−２４２１４号公報特開２００１−２７２６４６号公報

しかし、特許文献１のものは、撮像素子高が１ｍｍ程度の超小型撮像素子に対応した光学系で、負群先行の３群３枚という簡単な構成で非常に小型な変倍光学系を実現しているが、光学性能はＶＧＡ（撮像素子の画素数が３０万程度）レベルと低く、高性能とは言いがたい。特許文献２では、負先行の変倍光学系で第１レンズ群に屈折力可変光学素子を用い、レンズ鏡筒上の簡素化を図った変倍光学系を提案しているが、銀塩カメラ用の光学系であり、レンズ構成枚数も８〜９枚と多く、非常に大型である。

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、構成枚数が少く、小型で高性能な変倍光学系及びそれを搭載した電子機器を提供することである。

上記目的を達成する本発明の変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群と負の屈折力の第３レンズ群よりなり、少なくとも第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて各群間間隔を変えることで変倍を行う変倍光学系であって、
前記負の屈折力の第１レンズ群に少なくとも１枚の屈折力可変光学素子を用いたことを特徴とするものである。

本発明において上記構成をとる理由とその作用効果を以下に説明する。

電子機器に搭載する光学系は撮像素子やフィルター類を像側に装備しているために、比較的長いバックフオーカスが必要となり、そのために有利な光学系としては、負先行のレトロフォーカス構成が最適である。

本発明では、第１レンズ群に負の屈折力を配置することで、広角化及び比較的長いバックフォーカスを得るのに有利な構成としている。また、第２レンズ群を比較的強い正の屈折力を有するレンズ群とすることで、第１レンズ群の負レンズで発生する負作用の諸収差を良好に補正している。また、第３レンズ群を負の屈折力を有するレンズ群で構成することで、第２レンズ群の正レンズ群で補正し切れない諸収差、特に軸外の諸収差を良好に補正している。さらに、第３レンズ群を負屈折力の群とすることで、第２レンズ群と第３レンズ群との主点位置がより前方に配置されることとなり、全長の短縮を図っている。

さらに、本発明では、負の屈折力の第１レンズ群に少なくとも１枚の屈折力可変光学素子を用いて変倍効果を負担すると同時に、第１レンズ群内での収差発生量をコントロールして、広角端から望遠端までの広い範囲で良好な光学性能を実現している。

以上の本発明の変倍光学系において、屈折力可変光学素子を有する負の屈折力の第１レンズ群が以下の条件式（１）を満足することが望ましい。

１．１５＜｜ｆ₁（ｗ）／ｆ₁（ｔ）｜＜３．２・・・（１）
ただし、ｆ₁（ｗ）は第１レンズ群の広角端での焦点距離、
ｆ₁（ｔ）は第１レンズ群の望遠端での焦点距離、
である。

本発明では、第１レンズ群に屈折力可変光学素子を用い、広角端から望遠端に行くに従って第１レンズ群の負屈折力が強くなる構成としている。広角側では、その第１レンズ群の負屈折力を弱めることで光学系の変倍効果を負担し、同時に広角時マイナスに大きくなる歪曲収差を良好に補正している。また、望遠側では、その第１レンズ群の負屈折力を強くすることで光学系の変倍効果を負担し、同時に望遠時にマイナスに大きくなる球面収差を良好に補正している。これにより、広角側から望遠側までの高画質な光学性能を実現している。

条件式（１）の下限の１．１５を越えると、第１レンズ群が補う変倍効果が弱くなり、各群の屈折力が強くなり変倍に伴う収差変動を補正し切れなくなり、好ましくない。条件式（１）の上限の３．２を越えると、諸収差、特に広角端での軸外収差、像面湾曲収差やコマ収差が補正困難となり、軸外性能を確保できなくなり、好ましくない。

さらに、第１レンズ群の屈折力を下記条件（１−２）内とすることで、諸収差、特に軸外像面湾曲収差やコマ収差をより良好に補正することが可能となり、より好ましい。

１．２５＜｜ｆ₁（ｗ）／ｆ₁（ｔ）｜＜２．７・・・（１−２）
また、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力が以下の条件式（２）を満足することが望ましい。

１．８＜｜ｆ₁｜／ｆ₂＜６．５・・・（２）
ただし、ｆ₁は第１レンズ群の焦点距離、
ｆ₂は第２レンズ群の焦点距離、
である。

条件式（２）の上限の６．５を越えると、第２レンズ群の屈折力が強くなり、変倍光学系全体の小型化には有利になるが、第２レンズ群内での収差発生量が増え、収差補正上好ましくない。特にコマ収差補正が困難になり、高画質性能が確保できなくなる。下限の１．８を越えると、第２レンズ群の屈折力が弱くなり、第１レンズ群で発生する諸収差を良好に補正できなくなり、好ましくない。特に軸外収差の像面湾曲収差が補正困難になり、高画質性能を確保できなくなる。

さらに、本発明では、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力を次の条件式（２−２）内とすることで、望遠端における球面収差及び軸外像面湾曲収差をより良好に補正することが可能となり、好ましい。

１．９＜｜ｆ₁（ｔ）／ｆ₂｜＜２．８・・・（２−２）
ただし、ｆ₁（ｔ）は第１レンズ群の望遠端での焦点距離、
ｆ₂は第２レンズ群の焦点距離、
である。

また、負の第１レンズ群は負レンズ１枚で構成し、正の第２レンズ群は正レンズ１枚で構成し、負の第３レンズ群は負レンズ１枚で構成し、第３レンズ群の負レンズが凹面を像面側に向けた負メニスカス形状であることが望ましい。

各群をレンズ１枚構成とすることで光学系の全長をより短くできる。第２レンズ群を比較的強い正の屈折力を有するレンズとすることで、第１レンズ群の負レンズで発生する負作用の諸収差を良好に補正している。また、第３レンズ群を負の屈折力を有する１枚のレンズで構成することで、第２レンズ群正レンズで補正し切れない諸収差、特に軸外の諸収差を良好に補正している。第３レンズ群を正レンズ１枚で構成する揚合は、収差補正上第２レンズ群内に正レンズと負レンズが必要になり、第２レンズ群が大型化し、光学系全体の大型化につながり好ましくない。

さらに、本発明では、第３レンズ群の負レンズ形状を凹面を像面側に向けた負メニスカス形状とすることで、主点位置をより後方に設定し、フィルター類や撮像素子を装備できるバックフォーカスを確保している。

また、第３レンズ群の負レンズのシェイピングファクターが以下の条件式（３）を満足することが望ましい。

０．７＜（ｒ₆＋ｒ₇）／（ｒ₆−ｒ₇）＜２．０・・・（３）
ただし、ｒ₆、ｒ₇はそれぞれ第３レンズ群の負レンズの物体側面と像側面の軸上曲率半径である。

本発明では、第３レンズ群を構成する負屈折力のレンズ形状を像面側に凹面を向けた負メニスカス形状としているが、そのレンズのシェイピングファクターを条件式（３）を満足するようにすることで、軸外諸収差、特に像面湾曲収差やコマ収差を良好に補正することが可能となる。条件式（３）の上限の２．０を越えると、像面側面であるｒ₇で発生する収差量が大きく、軸外収差、特に像面湾曲収差が補正困難になり好ましくない。下限の０．７を越えると、第３レンズ群の負屈折力が弱くなり、第３レンズ群で諸収差が補正し切れない。

さらに、本発明では、第３レンズ群の負レンズのシェイピングファクターを次の条件式（３−２）内とすることで、軸外諸収差、特に像面湾曲収差とコマ収差をより良好にすることが可能となり、好ましい。さらに、条件式（３−３）を満足することが好ましい。

０．８５＜（ｒ₆＋ｒ₇）／（ｒ₆−ｒ₇）＜１．６・・・（３−２）
１．０＜（ｒ₆＋ｒ₇）／（ｒ₆−ｒ₇）＜１．６・・・（３−３）
また、第３レンズ群を構成する負レンズが以下の条件式（４）を満足することが望ましい。

０．４＜ｒ₇／ｆ_w＜１．０・・・（４）
ただし、ｒ₇は第３レンズ群の負レンズの像側面の軸上曲率半径、
ｆ_wは広角端における全系焦点距離、
である。

条件式（４）の下限の０．４を越えると、第３レンズ群の負レンズの像側面でのコマ収差発生量が増大し、周辺部の性能悪化の一因となる。上限の１．０を越えると、その面での負成分収差が小さくなりすぎて、他のレンズ要素で発生する正成分の球面収差を補正し切れなくなり、好ましくない。

また、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。

０．４＜（Ｇ２３Ｌ）／Ｙ’＜０．９・・・（５）
ただし、Ｙ’は最大像高（有効撮像領域の対角長の半分の長さ）、
Ｇ２３Ｌは第２レンズ群と第３レンズ群を構成するレンズの光軸上の厚さの合計、
である。

条件式（５）の上限の０．９を越えると、第２レンズ群の全長が大きくなり、光学系の全体の大型化の一因となる。下限の０．４を越えて小さくなると、小型化には有利となるが、径に対しレンズが薄くなり破損しやすくなる等、加工組み立て上望ましくない。

また、、屈折力可変光学素子が、以下の条件式を満足することが望ましい。

０．０７＜｜φ₁｜＜０．２７・・・（６）
ただし、φ₁は屈折力可変光学素子の屈折力である。

条件式（６）の上限の０．２７を越えると、その屈折力可変光学素子の屈折力が強くなりすぎて軸外収差、特に広角端における歪曲収差等の補正が困難になる。また、下限の０．０７を越えると、全長が長くなりすぎて大型化してしまう。

また、第１レンズ群の負レンズを移動させてフォーカシングを行うことが望ましい。

第１レンズ群である負の第１レンズを移動させフォーカシングを行うと、距離変化に対しての収差変動が少なく好ましい。

また、屈折力可変光学素子の屈折力を変化させてフォーカシングを行うことが望ましい。この場合は、フォーカシング時の移動群機構が不要になり、シンプルな鏡枠構成が可能となる。

本発明は、以上の何れかの変倍光学系と、その変倍光学系の像側に配置された撮像素子とを備えてなる撮像装置を含むものである。このような構成により、上述の変倍光学系と同様の作用効果が得られる。

以上の本発明によって、構成枚数が少く、小型で高性能な変倍光学系及びそれを搭載した電子機器が得られる。

以下、本発明の変倍光学系の実施例１〜５について説明する。実施例１〜５の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。図中、第１レンズ群はＧ１、開口絞りはＳ、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、赤外光を制限する波長域制限コートを施したローパスフィルター等を構成する平行平板はＦ、像面はＩで示してある。

実施例１〜５は、撮像素子高が２．３ｍｍ程度の電子機器用変倍光学系であり、何れも、物体側から順に、凹面を像面側に向けた負屈折力のメニスカスレンズ、両凸の正屈折力レンズ、像側に凹面を向けた負屈折力のメニスカスレンズで構成し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３を移動させ各群間距離を変えることで変倍を行っている。

なお、実施例１〜３、５では、第１レンズ群Ｇ１を構成する第１負レンズを変倍に伴い屈折力が変化する液晶レンズ（屈折力可変素子）で構成している。液晶レンズとしは、特許文献３に記載のものを用いることができる。

実施例４では、第１レンズ群Ｇ１を構成する第１負レンズを変倍に伴い形状が変化する可変形状レンズ（屈折力可変素子）で構成している。

実施例１の変倍光学系は、図１に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は固定で、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳと一体に物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げながら物体側に移動する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、その屈折率が広角端から望遠端への変倍の際に増加する。第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。非球面は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズの像面側の面との５面に用いている。

実施例２の変倍光学系は、図２に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は固定で、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳと一体に物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げながら物体側に移動する。

実施例３の変倍光学系は、図３に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は固定で、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳと一体に物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げながら物体側に移動する。

実施例４の変倍光学系は、図４に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は固定で、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳと一体に物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げながら物体側に移動する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、その第２面の曲率半径が広角端から望遠端への変倍の際に減少し、第１面と第２面の面間隔も減少する。第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。非球面は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の負メニスカスレンズの像面側の面との５面に用いている。

実施例５の変倍光学系は、図５に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３から構成されており、開口絞りは第２レンズ群Ｇ２を構成する両凸正レンズの物体側の面に設けられている。広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は固定で、第２レンズ群Ｇ２は物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を広げながら物体側に移動する。

以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、ＦＩＹは像高、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ₂ｙ²＋Ａ₄ ｙ⁴＋Ａ₆ ｙ⁶＋Ａ₈ ｙ⁸
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ₂、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ はそれぞれ２次、４次、６次、８次の非球面係数である。

なお、以下の実施例の数値データ中、長さを示す値はｍｍ単位の長さである。

実施例１
ｒ₁= 26.751 （非球面）ｄ₁= 0.50 ｎ_d1 =（可変）ν_d1 =（可変）
ｒ₂= 3.372 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.29
ｒ₄= 2.017 （非球面）ｄ₄= 0.88 ｎ_d2 =1.74716 ν_d2 =52.76
ｒ₅= -5.122 （非球面）ｄ₅= （可変）
ｒ₆= 9.395 ｄ₆= 0.54 ｎ_d3 =1.84700 ν_d3 =24.00
ｒ₇= 1.928 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.50
ｒ₁₀= ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
Ａ₄= -3.7730 ×10^-3
Ａ₆= 2.3022 ×10^-3
Ａ₈= -1.9976 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0
Ａ₄= 5.2428 ×10^-4
Ａ₆= 3.6118 ×10^-3
Ａ₈= 4.9284 ×10^-4
第４面
Ｋ = -1.0229
Ａ₄= 6.2154 ×10^-3
Ａ₆= -5.1160 ×10^-3
Ａ₈= 0.0000
第５面
Ｋ = 0
Ａ₄= 4.3196 ×10^-3
Ａ₆= -7.9105 ×10^-3
Ａ₈= 2.3019 ×10^-3
第７面
Ｋ = -0.4034
Ａ₄= 3.6964 ×10^-2
Ａ₆= 4.3544 ×10^-2
Ａ₈= -1.6171 ×10^-2
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 3.60 5.10 7.20
Ｆ_NO 2.80 3.81 4.57
ＦＩＹ (mm) 2.25 2.25 2.25
ｄ₂ 3.51 1.98 0.89
ｄ₅ 0.11 0.20 0.37
ｄ₇ 2.70 4.14 5.06
ｎ₁ 1.48000 1.75306 1.82000
ν₁ 56.5 53.3 52.5
ｆ₁ -8.09 -5.17 -4.75
φ₁ -0.12 -0.19 -0.21 。

実施例２
ｒ₁= 9.065 （非球面）ｄ₁= 0.50 ｎ_d1 =（可変）ν_d1 =（可変）
ｒ₂= 2.565 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.23
ｒ₄= 2.009 （非球面）ｄ₄= 0.82 ｎ_d2 =1.73792 ν_d2 =53.77
ｒ₅= -5.289 （非球面）ｄ₅= （可変）
ｒ₆= 27.324 ｄ₆= 0.61 ｎ_d3 =1.84700 ν_d3 =24.00
ｒ₇= 2.261 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.50
ｒ₁₀= ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.1146 ×10^-2
Ａ₆= 3.4522 ×10^-3
Ａ₈= -3.0779 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.1417 ×10^-2
Ａ₆= 6.1065 ×10^-3
Ａ₈= -4.6860 ×10^-5
第４面
Ｋ = -0.9282
Ａ₄= 7.7959 ×10^-3
Ａ₆= -4.9582 ×10^-3
Ａ₈= 0.0000
第５面
Ｋ = 0
Ａ₄= 6.7293 ×10^-3
Ａ₆= -9.2563 ×10^-3
Ａ₈= 2.7121 ×10^-3
第７面
Ｋ = 0.5015
Ａ₄= 3.0181 ×10^-2
Ａ₆= 4.3227 ×10^-2
Ａ₈= -1.4779 ×10^-2
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 3.60 5.10 7.20
Ｆ_NO 2.80 3.75 4.49
ＦＩＹ (mm) 2.25 2.25 2.25
ｄ₂ 3.69 2.24 1.15
ｄ₅ 0.23 0.30 0.45
ｄ₇ 2.71 4.10 5.04
ｎ₁ 1.52000 1.73616 1.78000
ν₁ 50.5 49.6 49.5
ｆ₁ -7.07 -5.02 -4.75
φ₁ -0.14 -0.20 -0.21 。

実施例３
ｒ₁= 12.215 （非球面）ｄ₁= 0.50 ｎ_d1 =（可変）ν_d1 =（可変）
ｒ₂= 2.770 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.20
ｒ₄= 1.995 （非球面）ｄ₄= 0.91 ｎ_d2 =1.74817 ν_d2 =52.66
ｒ₅= -4.908 （非球面）ｄ₅= （可変）
ｒ₆= 20.011 ｄ₆= 0.58 ｎ_d3 =1.84700 ν_d3 =24.00
ｒ₇= 2.074 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.50
ｒ₁₀= ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.1468 ×10^-2
Ａ₆= 3.6522 ×10^-3
Ａ₈= -3.0836 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.0914 ×10^-2
Ａ₆= 5.3797 ×10^-3
Ａ₈= 3.1225 ×10^-4
第４面
Ｋ = -0.9609
Ａ₄= 7.2013 ×10^-3
Ａ₆= -3.9377 ×10^-3
Ａ₈= 0.0000
第５面
Ｋ = 0
Ａ₄= 9.4394 ×10^-3
Ａ₆= -8.3009 ×10^-3
Ａ₈= 2.2241 ×10^-3
第７面
Ｋ = 0.7903
Ａ₄= 1.7506 ×10^-2
Ａ₆= 4.4018 ×10^-2
Ａ₈= -1.4554 ×10^-2
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 3.60 5.10 7.20
Ｆ_NO 2.80 3.75 4.49
ＦＩＹ (mm) 2.25 2.25 2.25
ｄ₂ 3.58 2.15 1.08
ｄ₅ 0.18 0.25 0.39
ｄ₇ 2.70 4.05 4.98
ｎ₁ 1.52000 1.73279 1.78000
ν₁ 50.5 49.6 49.5
ｆ₁ -7.02 -5.00 -4.70
φ₁ -0.14 -0.20 -0.21 。

実施例４
ｒ₁= 10.687 （非球面）ｄ₁= （可変）ｎ_d1 =1.70269 ν_d1 =49.62
ｒ₂= （可変）（非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.26
ｒ₄= 2.058 （非球面）ｄ₄= 0.81 ｎ_d2 =1.74100 ν_d2 =52.64
ｒ₅= -5.559 （非球面）ｄ₅= （可変）
ｒ₆= 11.123 ｄ₆= 0.82 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₇= 1.942 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₉= ∞ ｄ₉= 0.50
ｒ₁₀= ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.4506 ×10^-2
Ａ₆= 3.3139 ×10^-3
Ａ₈= -2.1979 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0
Ａ₄= （可変）
Ａ₆= （可変）
Ａ₈= （可変）
第４面
Ｋ = -1.0654
Ａ₄= 5.6061 ×10^-3
Ａ₆= -4.2360 ×10^-3
Ａ₈= 0.0000
第５面
Ｋ = 0
Ａ₄= 6.5699 ×10^-3
Ａ₆= -8.6317 ×10^-3
Ａ₈= 2.3784 ×10^-3
第７面
Ｋ = 0.0590
Ａ₄= 2.6397 ×10^-2
Ａ₆= 4.3305 ×10^-2
Ａ₈= -1.5416 ×10^-2
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 3.60 5.10 7.20
Ｆ_NO 2.76 4.13 5.05
ＦＩＹ (mm) 2.25 2.25 2.25
ｄ₁ 0.76 0.52 0.50
ｄ₂ 3.73 2.15 1.05
ｄ₅ 0.15 0.23 0.41
ｄ₇ 1.98 3.72 4.65
ｒ₂ 4.503 2.792 2.560
Ａ₄（第２面） -1.6051×10^-2 -1.7286×10^-2 -1.8638×10^-2
Ａ₆（第２面） 5.6250×10^-3 5.5014×10^-3 7.2142×10^-3
Ａ₈（第２面） -2.8595×10^-4 -1.8522×10^-4 -1.2779×10^-3
ｆ₁ -11.67 -5.53 -4.92 。
φ₁ -0.09 -0.18 -0.20

実施例５
ｒ₁= 11.019 （非球面）ｄ₁= 0.50 ｎ_d1 =（可変）ν_d1 =（可変）
ｒ₂= 2.614 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= 1.950 （非球面）ｄ₃= 0.85 ｎ_d2 =1.76225 ν_d2 =51.25
（絞り）
ｒ₄= -4.595 （非球面）ｄ₄= （可変）
ｒ₅= 55.017 ｄ₅= 0.50 ｎ_d3 =1.84700 ν_d3 =24.00
ｒ₆= 2.126 （非球面）ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞ ｄ₇= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50
ｒ₉= ∞（像面）
非球面係数
第１面
Ｋ = 0
Ａ₄= -1.0007 ×10^-2
Ａ₆= 4.2473 ×10^-3
Ａ₈= -4.6301 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0
Ａ₄= -6.9714 ×10^-3
Ａ₆= 7.8294 ×10^-3
Ａ₈= -1.1709 ×10^-5
第３面
Ｋ = -0.9283
Ａ₄= 7.1066 ×10^-3
Ａ₆= -5.2297 ×10^-3
Ａ₈= 0.0000
第４面
Ｋ = 0
Ａ₄= 6.7535 ×10^-3
Ａ₆= -9.2607 ×10^-3
Ａ₈= 3.2086 ×10^-3
第６面
Ｋ = 0.4987
Ａ₄= 3.0255 ×10^-2
Ａ₆= 5.5872 ×10^-2
Ａ₈= -2.4416 ×10^-2
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 3.60 5.10 7.20
Ｆ_NO 2.80 3.78 4.63
ＦＩＹ (mm) 2.25 2.25 2.25
ｄ₂ 3.46 2.12 1.09
ｄ₄ 0.19 0.26 0.43
ｄ₆ 2.70 3.97 4.83
ｎ₁ 1.52000 1.71358 1.78000
ν₁ 50.5 49.6 49.5
ｆ₁ -6.73 -4.92 -4.51
φ₁ -0.15 -0.20 -0.22 。

以上の実施例１〜５の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端におけるの球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。なお、各収差図中、“ＦＩＹ”は像高を表す。

上記実施例１〜５の条件式（１）〜（６）の値、及び、ｆ₁（ｗ）、ｆ₁（ｔ）の値は次の通りである。

条件式実施例１実施例２実施例３実施例４実施例５
（１） 1.70 1.49 1.49 2.37 1.49
（２）広角端 3.95 3.41 3.49 5.50 3.53
望遠端 2.32 2.29 2.34 2.32 2.37
（２−２） 2.32 2.29 2.34 2.32 2.37
（３） 1.52 1.18 1.23 1.42 1.08
（４） 0.54 0.63 0.58 0.54 0.59
（５） 0.63 0.63 0.66 0.72 0.60
（６）広角端 -0.12 -0.14 -0.14 -0.09 -0.15
望遠端 -0.21 -0.21 -0.21 -0.20 -0.22
ｆ₁（ｗ） -8.09 -7.07 -7.02 -11.67 -6.73
ｆ₁（ｔ） -4.75 -4.75 -4.70 -4.92 -4.51
。

さて、以上のような本発明による変倍光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う電子撮影装置、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、本発明による変倍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を示す。図１１はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１２は同後方正面図、図１３はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な透視平面図である。ただし、図１１と図１３においては、撮影光学系４１の非沈胴時を示している。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、シャッターボタン４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７、焦点距離変更ボタン６１、設定変更スイッチ６２等を含み、撮影光学系４１の沈胴時には、カバー６０をスライドすることにより、撮影光学系４１とファインダー光学系４３とフラッシュ４６はそのカバー６０で覆われる。そして、カバー６０を開いてカメラ４０を撮影状態に設定すると、撮影光学系４１は図１３の非沈胴状態になり、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１の変倍光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、ＩＲカットコートを施したローパスフィルター及びカバーガラスＦ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、フロッピー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。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

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。ファインダー用対物光学系５３は、複数のレンズ群（図の場合は３群）と２つのプリズムからなり、撮影光学系４１の変倍光学系に連動して焦点距離が変化するズーム光学系からなり、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、像正立部材である正立プリズム５５の視野枠５７上に形成される。この正立プリズム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、接眼光学系５９の射出側にカバー部材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、撮影光学系４１が高性能で小型で沈胴収納が可能であるあるので、高性能・小型化が実現できる。

次に、本発明による変倍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が図１４〜図１６に示される。図１４はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１５はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１６は図１４の状態の側面図である。図１４〜図１６に示されるように、パソコン３００は、外部から繰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、本発明による変倍光学系（図では略記）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上には光学的ローパスフィルターＦ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中の変倍光学系の駆動機構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１４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、本発明による変倍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が図１７に示される。図１７（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１７（ｂ）は側面図、図１７（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、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変倍光学系（図では略記）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。

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。

なお、各実施例において、ローパスフィルター等のフィルター類を省略すれば、沈胴時のカメラ厚みをより薄く構成することができる。

本発明の以上の実施例によって、小型でＳＸＧＡ（画素数が１００万程度）レベルの高画質性能を確保した変倍光学系、及び、小型でＳＸＧＡ（画素数が１００万程度）レベルの高画質性能を確保した変倍光学系を搭載した電子機器の提供が可能となる。

本発明による変倍光学系の実施例１の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。実施例２の変倍光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例３の変倍光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例４の変倍光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例５の変倍光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。本発明による変倍光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。図１１のデジタルカメラの後方斜視図である。図１１のデジタルカメラの断面図である。本発明による変倍光学系を対物光学系として組み込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１４の状態の側面図である。本発明による変倍光学系を対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、その撮影光学系の断面図（ｃ）である。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｓ…開口絞り
Ｆ…ローパスフィルター等を構成する平行平板
Ｉ…像面
Ｅ…観察者眼球
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
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…シャッターボタン
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…正立プリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
６０…カバー
６１…焦点距離変更ボタン
６２…設定変更スイッチ
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
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

Claims

物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群と負の屈折力の第３レンズ群よりなり、少なくとも第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて各群間間隔を変えることで変倍を行う変倍光学系であって、
前記負の屈折力の第１レンズ群に少なくとも１枚の屈折力可変光学素子を用いたことを特徴とする変倍光学系。
前記屈折力可変光学素子を有する負の屈折力の第１レンズ群が以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
１．１５＜｜ｆ₁（ｗ）／ｆ₁（ｔ）｜＜３．２・・・（１）
ただし、ｆ₁（ｗ）は第１レンズ群の広角端での焦点距離、
ｆ₁（ｔ）は第１レンズ群の望遠端での焦点距離、
である。
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の屈折力が以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の変倍光学系。
１．８＜｜ｆ₁｜／ｆ₂＜６．５・・・（２）
ただし、ｆ₁は第１レンズ群の焦点距離、
ｆ₂は第２レンズ群の焦点距離、
である。
前記負の第１レンズ群は負レンズ１枚で構成し、前記正の第２レンズ群は正レンズ１枚で構成し、前記負の第３レンズ群は負レンズ１枚で構成し、前記第３レンズ群の負レンズが凹面を像面側に向けた負メニスカス形状であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群の負レンズのシェイピングファクターが以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の変倍光学系。
０．７＜（ｒ₆＋ｒ₇）／（ｒ₆−ｒ₇）＜２．０・・・（３）
ただし、ｒ₆、ｒ₇はそれぞれ第３レンズ群の負レンズの物体側面と像側面の軸上曲率半径である。
前記第３レンズ群を構成する負レンズが以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の変倍光学系。
０．４＜ｒ₇／ｆ_w＜１．０・・・（４）
ただし、ｒ₇は第３レンズ群の負レンズの像側面の軸上曲率半径、
ｆ_wは広角端における全系焦点距離、
である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の変倍光学系。
０．４＜（Ｇ２３Ｌ）／Ｙ’＜０．９・・・（５）
ただし、Ｙ’は最大像高、
Ｇ２３Ｌは第２レンズ群と第３レンズ群を構成するレンズの光軸上の厚さの合計、
である。
前記屈折力可変光学素子が、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の変倍光学系。
０．０７＜｜φ₁｜＜０．２７・・・（６）
ただし、φ₁は屈折力可変光学素子の屈折力である。
前記第１レンズ群の負レンズを移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の変倍光学系。
前記屈折力可変光学素子の屈折力を変化させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の変倍光学系。
請求項１から１０の何れか１項記載の変倍光学系と、前記変倍光学系の像側に配置された撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。