JP2009014931A - 撮影光学系、カメラ装置および携帯情報端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に小型であり、広角端における半画角：４２度以上を有し、第２レンズ群を別の第２レンズ群に交換することで、望遠側により長い焦点距離を得ることができる撮影光学系、カメラ装置および携帯情報端末装置を得る。
【解決手段】物体側から順に、負の第１レンズ群Ｇ１、正の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３を配し、第２レンズ群Ｇ２の物体側に第２レンズ群Ｇ２と一体に移動する開口絞りＳを有し、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が小さくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が大きくなるように、少なくとも第１、第２レンズ群が移動する。第２レンズ群が、少なくとも３枚のレンズが接合された第１接合レンズと、少なくとも２枚のレンズが接合された第２接合レンズを有し、第２レンズ群を別の第２レンズ群と交換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子等を用いた撮像装置に好適な撮影光学系、カメラ装置および携帯情報端末装置に関するものである。

近年、撮影レンズの焦点距離が最短であるときの広角状態、あるいは、最長であるときの望遠状態を、より広角に、あるいは、より望遠に選択的に切り替えることができるズームレンズ鏡胴等の可変焦点装置を備えたデジタルカメラが普及している。
この種の可変焦点装置を備えたデジタルカメラに対するユーザーのニーズは多岐に渡ってきており、中でも、高画質化と小型化に対するニーズは群を抜いて高い。よって、撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高性能化と小型化の両立が求められる。

ここで、小型化という面では、まず、レンズ全長すなわち最も物体側のレンズ面から像面までの距離を短縮することが必要である。さらに、高性能化という面では、少なくとも５００万画素以上の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって有することが必要である。
また、撮影レンズの広画角化を望むユーザーも多く、ズームレンズの広角端側の半画角は３８度以上のものが市場に多く出回るようになってきた。半画角３８度は、３５ｍｍサイズの銀塩フィルムを用いるカメラ（いわゆるライカ版）に換算すると、焦点距離で２８ｍｍに相当するが、今後、さらなる広画角化を望む声が大きくなることは、銀塩カメラの発展経緯をみても明らかである。
しかしながら、さらなる広画角化を目指すと、小型化との両立が難しく、変倍比の確保が難しくなる。

デジタルカメラ用のズームレンズには多くの種類が考えられるが、小型化に適したタイプとして、物体側から順に、負の焦点距離を持つ第１レンズ群、正の焦点距離を持つ第２レンズ群、正の焦点距離を持つ第３レンズ群を配し、第２レンズ群の物体側に絞りを有してなり、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第２レンズ群が像側から物体側へ単調に移動し、第１レンズ群が変倍に伴う像面位置の変動を補正するように移動するものがある（特許文献１参照）。

特開平１０−０３９２１４号公報

特許文献１に記載されたズームレンズは、大きさの面でまだ改良の余地を残している。すなわち、更なる小型化が望まれている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、十分に小型でありながら、広角端における半画角：４２度以上を有し、なおかつ、第２レンズ群を別の第２レンズ群に交換することで、望遠側により長い焦点距離を得ることができる撮影光学系を提供することを目的とする。
本発明はまた、固体撮像素子等を用いた撮像装置に好適な撮影光学系、この撮像光学系を用いたカメラ装置および携帯情報端末装置を提供することを目的とする。

本発明に係る撮影光学系の基本構成は、図１に例示するように、物体側（図の左方）から順に、負の焦点距離を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の焦点距離を持つ第２レンズ群Ｇ２、正の焦点距離を持つ第３レンズ群Ｇ３を配し、第２レンズ群Ｇ２の物体側に第２レンズ群Ｇ２と一体に移動する開口絞りＳを有しており、短焦点端から長焦点端への変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が小さくなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が大きくなるように、少なくとも第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２が移動するものである。

かかる基本構成を備えた撮影光学系において、本願発明にかかる撮影光学系は、第２レンズ群が、少なくとも３枚のレンズが接合された第１接合レンズと、少なくとも２枚のレンズが接合された第２接合レンズを有していて、第２レンズ群を別の第２レンズ群と交換することにより、短焦点端から長焦点端への変倍域よりも望遠側に大きい焦点距離を得ることができることを特徴とするものである。

本発明にかかる撮影光学系は、上記の特徴に加えて、さらに以下の構成を備えていることを特徴とする。
第２レンズ群内の第１接合レンズの最も物体側の面と最も像側の面の双方が、物体側に凸であることを特徴とする。これは色収差と球面収差、さらに非点収差等の単色収差をより良好に補正するためである。

第２レンズ群と交換することができる別の第２レンズ群は、少なくとも３枚のレンズが接合された第１接合レンズと、少なくとも２枚のレンズが接合された第２接合レンズで構成するとよい。
これにより、軸上色収差と倍率色収差を独立して補正することが可能となるが、より色収差の補正に使用できる自由度を確保するためにこのような構成としている。

本発明にかかるカメラ装置は、撮影用光学系として、上に述べたような撮影光学系を有することを特徴とする。
図１６は、この発明にかかるカメラ装置の実施例を示す。図１６（ａ）は正面側と上部面とを示す図、図１６（ｂ）は背面側を示す図である。カメラ装置は、撮影レンズとして、上に説明した撮影光学系を有している。
本発明にかかるカメラ装置は、撮影光学系がカメラ本体に沈胴式に収納される構成とすることができる。図１６（ａ）において、カメラは、フラッシュ３、ファインダ２を有している。ズームレバー１０は本体の背面側に、シャッタボタン４は、本体の上面側に配置されている。撮影レンズ１は、使用されないときは、図１６（ａ）に示すように、カメラ装置本体に「沈胴式」に収納される。本発明にかかる上記撮影光学系はズームレンズを構成していて、第２レンズ群を沈胴式に収納すると、薄いカメラ本体内に収納できる。図１６（ｂ）に示すように、電源スイッチ６、操作ボタン８、液晶モニタ７はカメラ装置本体の背面側に配置され、カメラ装置本体にはまた通信カード用スロットおよびメモリカードスロットが配置されている。

本発明にかかるカメラ装置は、撮影画像をデジタル情報とする機能をもたせることができる。カメラは、撮影レンズと受光素子（エリアセンサ）を有し、撮影レンズによって形成される撮影対象物の像を受光素子上に結像させて画像情報を読み取るように構成されている。受光素子からの出力は中央演算装置の制御を受ける信号処理装置によって処理され、デジタル情報に変換される。信号処理装置によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置の制御を受ける画像処理装置において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリに記録される。液晶モニタには撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリに記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリに記録した画像は通信カード等を使用して外部へ送信することも可能である。

本発明にかかるカメラ装置において、撮影レンズによる像を受光する受光素子は５００万画素以上のものとすることができる。
本発明にかかるカメラ装置は、「携帯情報端末装置」であってもよい。
以上説明したようなカメラまたは携帯情報端末装置には、後述の実施例１〜実施例３にかかる撮影光学系を撮影レンズとして使用することができる。これによって、高画質で小型のカメラまたは携帯情報端末装置を実現できる。

本発明によれば、新規な撮影光学系とカメラ装置を実現できる。
本発明にかかる撮影光学系によれば、十分に小型で、４２度以上の半画角という広画角を実現でき、さらに第２レンズ群を別の第２レンズ群に交換することで、望遠側により長い焦点距離を得ることができ、しかも高性能である。
本発明にかかる撮影光学系によれば、５００万画素以上の撮像素子に対応した解像力が実現可能である。広角端の射出瞳を像面から十分に離し、中間位置も含めた変倍時の射出瞳変動を低減し、固体撮像素子を用いた撮像装置に好適な撮影光学系を提供することができる。

本発明にかかるカメラ装置によれば、十分に小型で、高変倍率を実現しながら高性能であり、５００万画素以上の撮像素子に対応した解像力を有する撮影レンズを撮影光学系として使用した、小型で、高変倍率で高性能のカメラを提供することができる。よって、ユーザーは携帯性に優れたカメラで高画質の画像を撮影することができる。

本発明かかるカメラ装置によれば、十分に小型で、高変倍率を実現しながら高性能であり、５００万画素以上の撮像素子に対応した解像力を有する撮影光学系として、小型、高変倍率で高画質のカメラを提供することができるので、かかるカメラを携帯情報端末装置に適用することにより、ユーザーは携帯性に優れた携帯情報端末装置で高画質の画像を撮影し、その画像を外部へ送信することもできる。

以下に本発明かかる撮影光学系の具体的な実施例を示す。
各実施例の収差は十分に補正されており、５００万画素以上の受光素子に対応することが可能となっている。本発明のように撮影光学系を構成することで、十分な広画角化を図ることができると共に、高変倍比化を達成しながら非常に良好な像性能を確保し得ることは、各実施例の収差曲線から明らかである。

各実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ ：全系の焦点距離
Ｆ ：Ｆナンバ
ω ：半画角
Ｒ ：曲率半径
Ｄ ：面間隔
Ｎ_ｄ ：屈折率
ν_ｄ ：アッベ数
Ｋ ：非球面の円錐定数
Ａ_４ ：４次の非球面係数
Ａ_６ ：６次の非球面係数
Ａ_８ ：８次の非球面係数
Ａ_１０ ：１０次の非球面係数
Ａ_１２ ：１２次の非球面係数
Ａ_１４ ：１４次の非球面係数
Ａ_１６ ：１６次の非球面係数
Ａ_１８ ：１８次の非球面係数

ただし、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ、光軸からの高さをＨとするとき、以下の式で定義される。

図１は実施例１にかかる撮影光学系の光学配置図を示しており、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間位置、（ｃ）は望遠端の第１態様を、（ｄ）は望遠端の第２態様をそれぞれ示している。望遠端の第２態様とは、望遠端において、第２レンズ群Ｇ２を別の第２レンズ群Ｇ２´と交換した態様のことである。
図４ないし図７は実施例１にかかる撮影光学系の収差曲線を示すもので、図４は広角端、図５は中間位置、図６は望遠端の第１態様、図７は望遠端の第２態様それぞれにおける収差曲線を示す。

図２は実施例２にかかる撮影光学系の光学配置図を示しており、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間位置、（ｃ）は望遠端の第１態様を、（ｄ）は望遠端の第２態様をそれぞれ示している。望遠端の第２態様とは、望遠端において、第２レンズ群Ｇ２を別の第２レンズ群Ｇ２´と交換した態様のことである。
図８ないし図１１は実施例２にかかる撮影光学系の収差曲線を示すもので、図８は広角端、図９は中間位置、図１０は望遠端の第１態様、図１１は望遠端の第２態様それぞれにおける収差曲線を示す。

図３は実施例３にかかる撮影光学系の光学配置図を示しており、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間位置、（ｃ）は望遠端の第１態様を、（ｄ）は望遠端の第２態様をそれぞれ示している。望遠端の第２態様とは、望遠端において、第２レンズ群Ｇ２を別の第２レンズ群Ｇ２´と交換した態様のことである。
図１２ないし図１５は実施例３にかかる撮影光学系の収差曲線を示すもので、図１２は広角端、図１３は中間位置、図１４は望遠端の第１態様、図１５は望遠端の第２態様それぞれにおける収差曲線を示す。

数値実施例１の撮影光学系の構成を示す断面図である。 数値実施例２の撮影光学系の構成を示す断面図である。 数値実施例３の撮影光学系の構成を示す断面図である。 数値実施例１の撮影光学系の広角端における収差曲線図である。 数値実施例１の撮影光学系の中間位置における収差曲線図である。 数値実施例１の撮影光学系の望遠端における収差曲線図である。 数値実施例１の撮影光学系の望遠端の第２態様における収差曲線図である。 数値実施例２の撮影光学系の広角端における収差曲線図である。 数値実施例２の撮影光学系の中間位置における収差曲線図である。 数値実施例２の撮影光学系の望遠端における収差曲線図である。 数値実施例２の撮影光学系の望遠端の第２態様における収差曲線図である。 数値実施例３の撮影光学系の広角端における収差曲線図である。 数値実施例３の撮影光学系の中間位置における収差曲線図である。 数値実施例３の撮影光学系の望遠端における収差曲線図である。 数値実施例３の撮影光学系の望遠端の第２態様における収差曲線図である。 本発明にかかるカメラ装置の実施例を示すもので、（ａ）は正面斜め上方からの斜視図、（ｂ）は背面斜め上方からの斜視図である。

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
Ｇ２´ 別の第２レンズ群

Claims (8)

1. 物体側から順次に、負の焦点距離を持つ第１レンズ群と、正の焦点距離を持つ第２レンズ群と正の焦点距離を持つ第３レンズ群を配置し、第２レンズ群の物体側に第２レンズ群と一体に移動する開口絞りを有しており、
   短焦点端から長焦点端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が小さくなり、第２レンズ群と像面との間隔が大きくなるように、少なくとも第１レンズ群および第２レンズ群が移動し、
   第２レンズ群が、少なくとも３枚のレンズを接合してなる第１接合レンズと、少なくとも２枚のレンズを接合してなる第２接合レンズを有するズームレンズであって、
   上記第２レンズ群を別の第２レンズ群と交換可能とすることにより、短焦点端から長焦点端への変倍域よりも望遠側に大きい焦点距離を得ることができることを特徴とする撮影光学系。
2. 第２レンズ群内の第１接合レンズの最も物体側の面と最も像側の面の双方が、物体側に凸であることを特徴とする請求項１記載の撮影光学系。
3. 別の第２レンズ群は、少なくとも３枚のレンズが接合された第１接合レンズと、少なくとも２枚のレンズが接合された第２接合レンズを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の撮影光学系。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の撮影光学系を、撮影レンズとして有するカメラ装置。
5. 請求項４記載のカメラ装置において、撮影レンズが沈胴式に収納されることを特徴とするカメラ装置。
6. 請求項４または５記載のカメラ装置において、撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とするカメラ装置。
7. 請求項６記載のカメラ装置において、撮影光学系によって結ばれる画像から撮影画像信号を得る受光素子は５００万画素以上の撮像素子であることを特徴とするカメラ装置。
8. 請求項６または７記載のカメラ装置を有することを特徴とする携帯情報端末装置。

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