JP2009036961A - ２群ズームレンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍比を確保してもズームレンズ全長の短縮化に有利であり、光学性能も確保しやすい２群ズームレンズ、及びそれを備えた撮像装置を提供すること。
【解決手段】物体側から順に、負の第１レンズ群Ｇ１と、正の第２レンズ群Ｇ２とを有し、広角端から望遠端への変倍に際して第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が狭まり、第１レンズ群Ｇ１は広角端から望遠端への変倍に際して像側に移動後物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２は広角端から望遠端への変倍に際して物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２は、第２レンズ群Ｇ２中の最も長い空気間隔を挟んで、物体側から順に正の屈折力を有する前側副群と負の屈折力を有する後側副群とからなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に、第２レンズ群Ｇ２と一体で移動する明るさ絞りを有し、所定の条件式を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は小型のズームレンズ、及びそれを用いたコンパクトなデジタルカメラ等の撮像装置に関するものである。

従来より、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置においては高画質、高変倍、鏡枠の薄型化が要求されている。例えば、特開２００６−２８４７９０号にて、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群とからなる２群ズームレンズが知られている。このズームレンズは、変倍時の移動群が２つと少なく、駆動機構の簡略化に有利となる。また、少ないレンズ枚数ながら変倍比が４．８倍程度の高変倍比を達成している。

特開２００６−２８４７９０号公報

しかしながら、像面サイズに対するズームレンズ全長の小型化のニーズはますます高まっている。一方、最近では、特開２００６−３５１９７２号に開示されているように撮像素子の撮像領域内の周辺部分への光線の入射角を大きくしても良好な撮像が行える撮像素子が知られている。

本発明は上述の課題に鑑み、高変倍比を確保してもズームレンズ全長の短縮化に有利であり、光学性能も確保しやすい２群ズームレンズ、及びそれを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、
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レンズ群とを有し、
広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭まり、
第１レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して像側に移動後物体側に移動し、
第２レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して物体側に移動し、
第２レンズ群は、第２レンズ群中の最も長い空気間隔を挟んで、物体側から順に正の屈折力を有する前側副群と負の屈折力を有する後側副群とからなり、
第１レンズ群と第２レンズ群の間に、前記第２レンズ群と一体で移動する明るさ絞りを有する２群ズームレンズを基本構成としている。

このように、第１レンズ群の屈折力を負とすることにより、画角の確保や径方向の小型化、構成するレンズ群の数を減らすことに有利となる。レンズ群の数が少なくなることによってレンズの枚数も少なくすることにも有利となる。結果として鏡枠の薄型化とコストの削減につながる。

そして、正屈折力の第２レンズ群が第１レンズ群との距離を変えることでバリエーターの役割を果たし、広角端から望遠端に変倍する際に、物体側から像側へ移動し、増倍を行う。第１レンズ群は上述の移動により全長を抑えつつコンペンセーターの役割を果たす。

そして、第２レンズ群中の前側副群から離れて負屈折力の後側副群を配置することで、ズームレンズ全体のパワー配置の対称性が良好となる。これにより、第１レンズ群の負の屈折力とのバランスがとれ、必要以上にディストーションや像面湾曲などの収差を発生させることがない。この結果、軸上、軸外の収差のバランスのとれたズームレンズの提供が可能となる。

また、後側副群にて軸外主光線を光軸から離れる方向に屈折させる機能を確保しやすくなり、像面のサイズに対するズームレンズの小型化に有利となる。
また、第２レンズ群内のレンズ配置がテレフォトタイプとなり、主点を第１レンズ群に近づけることで小型ながら変倍比の確保に有利となる。
さらに本発明は、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、第２レンズ群と一体で移動する明るさ絞りを有する。

このように構成することで、第１レンズ群に入射する軸外光線の高さを抑え、径方向のサイズをいっそう小さくできる。また、第２レンズ群の前側副群のサイズも小さくでき、第２レンズ群の前側副群の正の屈折力の確保と小型化に有利となる。また、射出瞳が撮像素子に近づきすぎることを防止できる。また、明るさ絞りが第２レンズ群と一体で移動することにより駆動機構を簡単にでき、構成の簡略化にも有利となる。

このような基本構成を基に、本発明は以下の構成を満足する構成としている。
ｆ_t／ｆ_w＞３．６ ・・・（１）
０．５＜ｄ_2FR／ｆ_w＜１．５ ・・・（２）
ただし、
ｆ_wは２群ズームレンズの広角端での焦点距離、
ｆ_tは２群ズームレンズの望遠端での焦点距離、
ｄ_2FRは第２レンズ群中の前側副群と後側副群との間の光軸上の空気間隔、
である。

条件式（１）は変倍比を特定するものである。条件式（１）の下限を下回らないようにして変倍比を確保することが好ましい。

条件式（２）は第２レンズ群中の前側副群と後側副群との間の光軸上の空気間隔を特定するものである。
条件式（２）を満たすことによって、特に広角端での負屈折力の後側副群への光線の主光線の入射高を適度に高くすることができる。このため、第１レンズ群で発生した軸外の諸収差を第２レンズ群の負屈折力の後側副群によって良好に補正することが可能となる。

条件式（２）の下限を下回らないようにすることで後側副群に入射する軸外主光線の光線高を確保し、軸外の諸収差を良好に補正することに有利となる。また、軸外光線を光軸から離れるように屈折させる機能の確保がしやすくなり、ズームレンズの小型化に有利となる。
一方、条件式（２）の上限を上回らないようにすることで、第２レンズ群自体の光軸方向のサイズが大きくなりすぎることを抑えやすくなる。

更には、以下の構成の少なくともいずれかの構成とすることが好ましい。
第２レンズ群の前記後側副群を像側に移動させることにより、遠距離物から近距離物へのフォーカシングを行うことが好ましい。
これにより、遠距離物から近距離物へのフォーカシングの際に、後側副群は像側に向かって移動する。このため、特に望遠端で収差のバランスを崩すことなく、十分なフォーカシング間隔を保持することが可能となる。

また、以下の条件式を満足することが好ましい。
３＜Ｄ_w／ｆ_w＜８ ・・・（３）
０．３＜Ｄ_t／ｆ_t＜１．８ ・・・（４）
ただし、
Ｄ_wは広角端での光軸上での２群ズームレンズ全長、
Ｄ_tは望遠端での光軸上での２群ズームレンズ全長、
であり、
全長は２群ズームレンズの最も物体側のレンズの入射面から最も像側のレンズの射出面までの光軸上の厚みに、空気換算長で表したバックフォーカスを足したものとする。

条件式（３）および（４）は、２群ズームレンズの好ましい全長を特定するものである。
条件式（３）、（４）の上限を上回らないようにすることで、使用時の薄型化に有利となる。また条件式（３）、(４)の下限を下回らないようにすることで、各々のレンズ群の屈折力を抑えやすくなり、軸上および軸外の収差を低減しやすくなる。

また、第１レンズ群は最も物体側に以下の条件を満足する負レンズを有することが好ましい。
０．０＜(ｒ_L11＋ｒ_L12)／(ｒ_L11−ｒ_L12)＜３．０ ・・・（５）
ただし、
ｒ_L11は第１レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
ｒ_L12は第１レンズ群の最も物体側の負レンズの像側面の近軸曲率半径、
である。

条件式（５）は２群ズームレンズの第１レンズ群の最も物体側のレンズの形状に関するものである。
条件式（５）の下限を下回らないようにすることで、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率を抑え、軸外の収差を抑えやすくなる。
また、条件式（５）の上限を上回らないようにすることで、負レンズの主点に対して負レンズが物体側に出すぎることを防止でき、小型化に有利となる。

また、第２レンズ群の前側副群は正レンズと負レンズをもつ接合レンズを備え、その負レンズはその正レンズよりもアッベ数が小さいことが好ましい。
望遠端で特に発生しやすい軸上の色収差を補正するためには上述の構成として色消しの機能を正屈折力をもつ第２レンズ群の前側副群に持たせることが好ましい。

また、後側副群中に含まれるレンズの総数は１であることが好ましい。
後側副群を１枚のレンズで構成することによって、軽量化、低コスト化を行いやすくなる。更には前側副群との距離を小さくして沈胴させることで、沈胴時の厚さを薄くできる。

また、前側副群中の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面がいずれも非球面であることが広角端から望遠端までの全状態での球面収差を抑える点で好ましい。

また、上述何れかの２群ズームレンズを撮像装置の結像レンズとして用いることができる。
つまり、
２群ズームレンズと、
２群ズームレンズの像側に配置され、２群ズームレンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子を備える撮像装置であって、
２群ズームレンズが上述の何れかの２群ズームレンズである撮像装置とすることが好ましい。これにより、装置の小型化に有利となる。

さらに、２群ズームレンズによるディストーションを含んだ電気信号を画像処理によりディストーションを補正した画像信号に変換する画像変換部を有することが好ましい。
これにより、２群ズームレンズのディストーションを許容することで、２群ズームレンズのレンズ枚数低減や小型化に一層有利となる。

また、２群ズームレンズが広角端の状態にて撮像素子の有効撮像領域の最大像高に向かって２群ズームレンズから射出する主光線と光軸との成す角が以下の条件を満足することが好ましい。
−４０°＜ＥＸ（ｗ）＜−１１° ・・・（６）
ただし、ＥＸ（ｗ）は、２群ズームレンズが広角端の状態にて前記撮像素子の有効撮像領域の最大像高に向かって２群ズームレンズから射出する主光線の光軸に対する成す角である。

条件式（６）を満たすような射出角の大きさを許容する撮像素子を用いることによって、後側副群に強い負の屈折力をもたせ、小型化の機能を得やすくなる。
条件式（６）の上限を上回らないようにすることで、後側副群に十分な負の屈折力を持たせやすくなり、２群ズームレンズの小型化や光学性能の向上に有利となり好ましい。
また条件式（６）の下限を下回らないようにすることで、射出角が大きくなりすぎることを抑え、周辺光量の確保に有利となり好ましい。

上述の各条件式は、２群ズームレンズがフォーカシング機能を持つ場合は、もっとも遠距離に合焦した状態での構成とする。

条件式（１）について
下限値を３．７更には３．８とすることが好ましい。
上限値を設けて８．０、更には、５．５を上回らないようにすることが好ましい。
これにより、小型化や光学性能の維持に有利となる。
条件式（２）について
下限値を設けて０．７、更には０．９を下回らないようにすることが好ましい。
これにより、レンズの強度を維持しやすくなる。
上限値を１．３、更には１．２とすることが好ましい。
条件式（３）について
下限値を４、更には５とすることが好ましい。
上限値を７、更には６．５とすることが好ましい。
条件式（４）について
下限値を０．６、更には１．０とすることが好ましい。
上限値を１．７、更には１．６とすることが好ましい。
条件式（５）について
下限値を０．３、更には０．５とすることが好ましい。
上限値を１．５、更には１．０とすることが好ましい。
条件式（６）について
下限値を−３０．０°、更には−２５．０°とすることが好ましい。
上限値を−１４．０°、更には、−１６．０°とすることが好ましい。

上述の各発明は、任意に複数を同時に満足することがより好ましい。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。また、上述の各構成は、任意に組み合わせて構わない。

変倍比を確保し且つ小型軽量化にも有利であり光学性能も確保しやすい２群ズームレンズ、及びそれを備えた撮像装置を提供することが可能となる。

以下に、本発明に係るズームレンズ、撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下の実施例は、いずれも４倍程度の高変倍比を達成し、３８°以上の広角端半画角を確保し、光学性能も良好な負、正タイプの２群ズームレンズとなっている。また、広角端付近にて負屈折力の後側副群で軸外光束を光軸から離れる方向に屈折させ、径方向、光軸方向のサイズも小さいズームレンズとなっている。
実施例１乃至３は全ズーム状態にて有効撮像領域は矩形で一定である。

各実施形態での条件式対応値は無限遠物点に合焦した状態での値である。
全長は、レンズの入射面から射出面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えたものである。バックフォーカスは、空気換算長で示している。

以下、本発明のズームレンズの実施例１〜３について説明する。実施例１〜３の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間焦点距離状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図３に示す。図１〜図３中、第１レンズ群はＧ１、明るさ絞りはＳ、第２レンズ群はＧ２、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を構成する平行平板はＦ、電子撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。

また、各実施例において、明るさ絞りＳは第２レンズ群Ｇ２と一体で移動する。数値データはいずれも無限遠の被写体に合焦した状態でのデータである。各数値の長さの単位はｍｍ、角度の単位は°（度）である。さらに、ズームデータは広角端（ＷＥ）、中間焦点距離状態（ＳＴ）、望遠端（ＴＥ）での値である。

実施例１のズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２とを配置している。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像側に移動後物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は物体側にのみ移動する。フォーカシングは後側副群の移動で行い、遠距離物点から近距離物点への合焦動作を後側副群を像側に移動させて行う。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズとの接合レンズ（正の前側副群）と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（負の後側副群）とからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの物体側の面と、両凸正レンズの像側の面と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの物体側の面との５面に用いている。

実施例２のズームレンズは、図２に示すように、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２とを配置している。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像側に移動後物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は物体側にのみ移動する。フォーカシングは後側副群の移動で行い、遠距離物点から近距離物点への合焦動作を後側副群を像側に移動させて行う。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、両凸正レンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズと両凹負レンズとの接合レンズと、両凸正レンズと（正の前側副群）、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（負の後側副群）とからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の物体側の両凸正レンズの物体側の面と、像側の両凸正レンズの像側の面との３面に用いている。

実施例３のズームレンズは、図３に示すように、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２とを配置している。

広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は像側に移動後物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ２は物体側にのみ移動する。フォーカシングは後側副群の移動で行い、遠距離物点から近距離物点への合焦動作を後側副群を像側に移動させて行う。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬと両凸正レンズとの接合レンズ（正の前側副群）と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ（負の後側副群）とからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズの物体側の面と、両凸正レンズの像側の面と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの物体側の面との５面に用いている。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＢＦはバックフォーカス、ｆ１、ｆ２…は各レンズ群の焦点距離、ＩＨは像高、Ｆ_NOはＦナンバー、ωは半画角、ＷＥは広角端、ＳＴは中間焦点距離状態、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、ｎｄ１、ｎｄ２…は各レンズのｄ線の屈折率、νｄ１、νｄ２…は各レンズのアッベ数である。後述するレンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。ＢＦ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。

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 ］
＋Ａ₄ ｙ⁴ ＋Ａ₆ ｙ⁶ ＋Ａ₈ ｙ⁸ ＋Ａ₁₀ｙ¹⁰＋Ａ₁₂ｙ¹²
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀、Ａ₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。

数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ｎd νd
1* -109.133 0.70 1.88300 40.76
2* 6.005 1.73
3 11.191 1.71 1.84666 23.78
4 54.513 可変
5(絞り) ∞ 0.00
6* 4.493 2.40 1.51633 64.14
7 9.235 0.50 1.90366 31.32
8 3.829 2.15 1.62263 58.16
9* -25.819 6.73
10* -3.830 1.00 1.49700 81.54
11 -6.033 可変
12 ∞ 0.50 1.53996 59.45
13 ∞ 0.50
14 ∞ 0.49 1.51633 64.14
15 ∞ 0.58
像面（受光面）

非球面データ
第１面
Ｋ=0.000,Ａ4=-5.77590e-04,Ａ6=3.18741e-05,Ａ8=-8.21251e-07,Ａ10=7.76919e-09
第２面
Ｋ=0.000,Ａ4=-1.05824e-03,Ａ6=2.36637e-05,Ａ8=-4.72993e-07,Ａ10=-1.59450e-08
第６面
Ｋ=-0.289,Ａ4=-1.34320e-04,Ａ6=-1.32741e-05,Ａ8=1.38640e-06
第９面
Ｋ=18.466,Ａ4=1.02416e-03,Ａ6=5.55050e-06,Ａ8=1.49025e-06,Ａ10=5.87865e-07
第１０面
Ｋ=-0.460,Ａ4=-7.45600e-04,Ａ6=-5.41084e-05,Ａ8=-1.49108e-07,Ａ10=-2.26247e-07

群焦点距離
f1=-12.52 f2=9.55

各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
像高ＩＨ 3.84 3.84 3.84
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.86 3.94 6.00
画角２ω 76.65 37.69 19.68
ＢＦ 3.02 7.37 15.54
全長 36.66 30.80 33.95
d4 16.73 6.51 1.50
d11 1.30 5.65 13.82

数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ｎd νd
1 -23.483 0.70 1.88300 40.76
2* 6.256 1.46
3 12.278 1.52 1.84666 23.78
4 -353.569 可変
5(絞り) ∞ 0.00
6* 5.791 2.40 1.61772 49.81
7 -10.057 0.50 2.00069 25.46
8 29.274 0.25
9 8.540 2.15 1.51742 52.43
10* -12.235 5.99
11 -3.567 1.00 1.61800 63.33
12 -6.673 可変
13 ∞ 0.84 1.53996 59.45
14 ∞ 0.26
15 ∞ 0.49 1.51633 64.14
16 ∞ 0.58
像面（受光面）

非球面データ

第２面
Ｋ=0.000,Ａ4=-6.81162e-04,Ａ6=2.01536e-05,Ａ8=-2.08991e-06,Ａ10=4.58655e-08
第６面
Ｋ=-0.456,Ａ4=-1.96453e-05,Ａ6=1.96110e-05,Ａ8=2.34309e-07
第１０面
Ｋ=0.000,Ａ4=1.06482e-03,Ａ6=3.13255e-05,Ａ8=-2.41829e-06,Ａ10=2.00493e-07

群焦点距離
f1=-11.19 f2=8.20

各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
像高ＩＨ 3.84 3.84 3.84
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.71 3.85 6.00
画角２ω 76.82 37.56 19.64
ＢＦ 3.00 7.18 15.02
全長 31.14 27.47 31.47
d4 12.17 4.33 0.49
d12 1.30 5.48 13.31

数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d ｎd νd
1* -64.383 0.70 1.88300 40.76
2* 5.890 1.56
3 11.638 1.65 2.00069 25.46
4 57.232 可変
5(絞り) ∞ 0.00
6* 4.463 2.40 1.51633 64.14
7 11.223 0.67 1.90366 31.32
8 4.087 2.15 1.62263 58.16
9* -24.552 6.58
10* -4.325 1.00 1.49700 81.54
11 -7.022 可変
12 ∞ 0.50 1.53996 59.45
13 ∞ 0.50
14 ∞ 0.49 1.51633 64.14
15 ∞ 0.58
像面（受光面）

非球面データ

第１面
Ｋ=0.000,Ａ4=-5.86177e-04,Ａ6=3.49915e-05,Ａ8=-8.92496e-07,Ａ10=7.70146e-09
第２面
Ｋ=0.000,Ａ4=-1.16730e-03,Ａ6=2.84379e-05,Ａ8=-5.33001e-07,Ａ10=-2.27002e-08
第６面
Ｋ=-0.283,Ａ4=-1.35309e-04,Ａ6=-1.18513e-05,Ａ8=1.57049e-06
第９面
Ｋ=4.195,Ａ4=1.17101e-03,Ａ6=1.48471e-05,Ａ8=2.11731e-06,Ａ10=8.03233e-07
第１０面
Ｋ=-0.255,Ａ4=-2.66110e-04,Ａ6=-2.67356e-05,Ａ8=-7.26593e-07,Ａ10=-1.73717e-08

群焦点距離
f1=-12.70 f2=9.53

各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
像高ＩＨ 3.84 3.84 3.84
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.87 3.95 6.00
画角２ω 76.48 37.65 19.67
ＢＦ 3.03 7.31 15.34
全長 36.66 30.59 33.55
d4 16.92 6.58 1.50
d11 1.30 5.58 13.61

実施例４乃至６は、それぞれ実施例１乃至３のズームレンズを用い、電気的に歪曲収差を補正する撮像装置に用いた例であり変倍時に有効撮像領域の形状が変化する。そのため、ズーム状態における像高や画角が対応する実施例と相違する。
広角端の半画角ωが３５°以上のズームレンズを備えた撮像装置となっている。
実施例３乃至６では広角側で発生する樽型の歪曲収差を電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行っている。

本実施例のズームレンズは矩形の光電変換面上に広角端では樽型の歪曲収差が発生する。一方中間焦点距離状態付近や望遠端では歪曲収差の発生が抑えられる。
歪曲収差を電気的に補正するために、有効撮像領域は、広角端では樽型形状とし、中間焦点距離状態や望遠端では矩形の形状となるようにしている。そして、あらかじめ設定した有効撮像領域を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。

広角端での最大像高ＩＨ_wは、中間焦点距離状態の最大像高ＩＨ_sや望遠端での最大像高ＩＨ_tよりも小さくなるようにしている。
本実施例６乃至１０では、広角端にて光電変換面の短辺方向の長さが有効撮像領域の短辺方向の長さと同じになるようにし、画像処理後の歪曲収差が−３％程残るように有効撮像領域を定めている。もちろん、それよりも小さい樽型の領域を有効撮像領域として矩形に変換した画像を記録・再生画像するようにしてもよい。

実施例４のズームレンズは実施例１のズームレンズと同じ構成である。
実施例５のズームレンズは実施例２のズームレンズと同じ構成である。
実施例６のズームレンズは実施例３のズームレンズと同じ構成である。

実施例４における像高、全画角のデータを以下に示す。
各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.86 3.94 6.00
画角２ω 70.88 37.69 19.68
像高ＩＨ 3.56 3.84 3.84

実施例５における像高、全画角のデータを以下に示す。
各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.71 3.85 6.00
画角２ω 70.69 37.56 19.64
像高ＩＨ 3.55 3.84 3.84

実施例６における像高、全画角のデータを以下に示す。
各種データ
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
焦点距離 5.80 11.50 22.20
ＦＮＯ． 2.87 3.95 6.00
画角２ω 70.89 37.65 19.67
像高ＩＨ 3.57 3.84 3.84

以上の実施例１〜３の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図４〜図６に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は望遠端における球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。各図中、“ω”は半画角を示す。

以下に条件式対応値を掲げる。

条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６
(1)ｆ_t/ｆ_w 3.83 3.83 3.83 3.83 3.83 3.83
(2)ｄ_2FR/ｆ_w 1.16 1.03 1.13 1.16 1.03 1.13
(3)Ｄ_w/ｆ_w 6.38 5.45 6.38 6.38 5.45 6.38
(4)Ｄ_t/ｆ_t 1.54 1.44 1.53 1.54 1.44 1.53
(5)(ｒ_L11＋ｒ_L12)/(ｒ_L11−ｒ_L12)
0.90 0.58 0.83 0.90 0.58 0.83
(6)ＥＸ（ｗ） -18.27 -20.92 -18.46 -17.04 -19.46 -17.23

（歪曲収差の補正）
ところで、本発明のズームレンズを用いたときに、像の歪曲は電気的にデジタル補正する。以下に、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７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）の各点を略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７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）＝α・ｆ・ｔａｎω （０≦α≦１）
ただし、
ωは被写体半画角、ｆは結像光学系（本発明では、ズームレンズ）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／（ｆ・ｔａｎω）
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。したがって、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）の各点を略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、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。したがって、厳密には光学像上に描かれる上記半径Ｒの円も、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'，Ｙj'）の値を用いて補間すればよい。

このような方法は、特にズームレンズが有する電子撮像装置において光学系や電子撮像素子の製造誤差等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、撮像素子ある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等が発生する場合等の補正に有効である。

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）すなわち半画角と像高との関係、あるいは、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よい。

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よい。

０≦Ｒ≦０．６Ｌs
ただし、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、半径Ｒは、略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、すなわち、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略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
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測定に基づいて決定しておけばよい。

そして、前記分割されたゾーン内の望遠端近傍で略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
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。
ただし、ｙは像点の光軸からの高さ（像高）、ｆは結像系（本発明ではズームレンズ）の焦点距離、ωは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。

（デジタルカメラ）
図８〜図１０は、以上のようなズームレンズを撮影光学系１４１に組み込んだ本発明によるデジタルカメラの構成の概念図を示す。図８はデジタルカメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図９は同後方正面図、図１０はデジタルカメラ１４０の構成を示す模式的な断面図である。ただし、図８と図１０においては、撮影光学系１４１の非沈胴時を示している。デジタルカメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッターボタン１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７、焦点距離変更ボタン１６１、設定変更スイッチ１６２等を含み、撮影光学系１４１の沈胴時には、カバー１６０をスライドすることにより、撮影光学系１４１とファインダー光学系１４３とフラッシュ１４６はそのカバー１６０で覆われる。そして、カバー１６０を開いてカメラ１４０を撮影状態に設定すると、撮影光学系１４１は図１０の非沈胴状態になり、カメラ１４０の上部に配置されたシャッターボタン１４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系１４１、例えば実施例１のズームレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系１４１によって形成された物体像が、波長域制限コートを施したローパスフィルタＦとカバーガラスＣを介してＣＣＤ１４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ１４９で受光された物体像は、処理手段１５１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１４７に表示される。また、この処理手段１５１には記録手段１５２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１５２は処理手段１５１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。また、ＣＣＤ１４９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１４４上にはファインダー用対物光学系１５３が配置してある。ファインダー用対物光学系１５３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１４１のズームレンズ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１５３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１５５の視野枠１５７上に形成される。この正立プリズム１５５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１５９が配置されている。なお、接眼光学系１５９の射出側にカバー部材１５０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１４０は、撮影光学系１４１が本発明により、沈胴時に厚みを極めて薄く、高変倍で全変倍域で結像性能を極めて安定的であるあるので、高性能・小型化・広角化が実現できる。

（内部回路構成）
図１１は、上記デジタルカメラ１４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段は、例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４、一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８等からなり、記憶手段は、例えば記憶媒体部１１９等からなる。

図１１に示すように、デジタルカメラ１４０は、操作部１１２と、この操作部１１２に接続された制御部１１３と、この制御部１１３の制御信号出力ポートにバス１１４及び１１５を介して接続された撮像駆動回路１１６並びに一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１は、バス１２２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１１６には、ＣＣＤ１４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４が接続されている。

操作部１１２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１１３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１１２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１４０全体を制御する回路である。

ＣＣＤ１４９は、本発明による撮影光学系１４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ１４９は、撮像駆動回路１１６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１２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４は、ＣＣＤ１４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／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１１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４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１１８は、一時記憶メモリ１１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１１３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１１９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１１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１１８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１２０は、液晶表示モニターを備え、その液晶表示モニターに画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部１２１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１１２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１２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。

このように構成されたデジタルカメラ１４０は、撮影光学系１４１が、本発明により、十分な広角域を有し、コンパクトな構成としながら、高変倍で全変倍域で結像性能が極めて安定的であるので、高性能・小型化・広角化が実現できる。そして、広角側、望遠側での速い合焦動作が可能となる。

本発明のズームレンズの実施例１の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 本発明のズームレンズの実施例２の図１と同様の図である。 本発明のズームレンズの実施例３の図１と同様の図である。 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。 歪曲収差の補正を説明する図である。 本発明によるズームレンズ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。 上記デジタルカメラの後方斜視図である。 上記デジタルカメラの断面図である。 デジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｓ…明るさ絞り
Ｆ…ローパスフィルタ
Ｃ…カバーガラス
Ｉ…像面
１１２…操作部
１１３…制御部
１１４…バス
１１５…バス
１１６…撮像駆動回路
１１７…一時記憶メモリ
１１８…画像処理部
１１９…記憶媒体部
１２０…表示部
１２１…設定情報記憶メモリ部
１２２…バス
１２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
１４０…デジタルカメラ
１４１…撮影光学系
１４２…撮影用光路
１４３…ファインダー光学系
１４４…ファインダー用光路
１４５…シャッターボタン
１４６…フラッシュ
１４７…液晶表示モニター
１４９…ＣＣＤ
１５０…カバー部材
１５１…処理手段
１５２…記録手段
１５３…ファインダー用対物光学系
１５５…正立プリズム
１５７…視野枠
１５９…接眼光学系
１６０…カバー
１６１…焦点距離変更ボタン
１６２…設定変更スイッチ

Claims (10)

1. 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レンズ群とを有し、
   広角端から望遠端への変倍に際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭まり、
   前記第１レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して像側に移動後物体側に移動し、
   前記第２レンズ群は広角端から望遠端への変倍に際して物体側に移動し、
   前記第２レンズ群は、前記第２レンズ群中の最も長い空気間隔を挟んで、物体側から順に正の屈折力を有する前側副群と負の屈折力を有する後側副群とからなり、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に、前記第２レンズ群と一体で移動する明るさ絞りを有し、
   以下の条件式を満足することを特徴とする２群ズームレンズ。
   ｆ_t／ｆ_w＞３．６ ・・・（１）
   ０．５＜ｄ_2FR／ｆ_w＜１．５ ・・・（２）
   ただし、
   ｆ_wは前記２群ズームレンズの広角端での焦点距離、
   ｆ_tは前記２群ズームレンズの望遠端での焦点距離、
   ｄ_2FRは前記第２レンズ群中の前側副群と前記後側副群との間の光軸上の空気間隔、
   である。
2. 前記第２レンズ群の前記後側副群を像側に移動させることにより、遠距離物から近距離物へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１に記載の２群ズームレンズ。
3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の２群ズームレンズ。
   ３＜Ｄ_w／ｆ_w＜８ ・・・（３）
   ０．３＜Ｄ_t／ｆ_t＜１．８ ・・・（４）
   ただし、
   Ｄ_wは広角端での光軸上での前記２群ズームレンズ全長、
   Ｄ_tは望遠端での光軸上での前記２群ズームレンズ全長
   であり、
   全長は前記２群ズームレンズの最も物体側のレンズの入射面から最も像側のレンズの射出面までの光軸上の厚みに、空気換算長で表したバックフォーカスを足したものとする。
4. 前記第１レンズ群は最も物体側に以下の条件を満足する負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか一項に記載の２群ズームレンズ。
   ０．０＜(ｒ_L11＋ｒ_L12)／(ｒ_L11−ｒ_L12)＜３．０ ・・・（５）
   ただし、
   ｒ_L11は前記第１レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
   ｒ_L12は前記第１レンズ群の最も物体側の負レンズの像側面の近軸曲率半径、
   である。
5. 前記第２レンズ群の前側副群は正レンズと負レンズをもつ接合レンズを備え、前記負レンズは前記正レンズよりもアッベ数が小さいことを特徴とする請求項１乃至４の少なくとも何れか一項に記載の２群ズームレンズ。
6. 前記第２レンズ群の前記後側副群中に含まれるレンズの総数は１であることを特徴とする請求項１乃至５の少なくとも何れか一項に記載の２群ズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群の前記前側副群中の最も物体側のレンズ面及び最も像側のレンズ面がいずれも非球面であることを特徴とする請求項１乃至６の少なくとも何れか一項に記載の２群ズームレンズ。
8. ２群ズームレンズと、
   前記２群ズームレンズの像側に配置され、前記２群ズームレンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子を備える撮像装置であって、
   前記２群ズームレンズが請求項１乃至７の少なくとも何れか一項に記載の２群ズームレンズであることを特徴とする撮像装置。
9. 前記２群ズームレンズによるディストーションを含んだ前記電気信号を画像処理により前記ディストーションを補正した画像信号に変換する画像変換部を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記２群ズームレンズが広角端の状態にて前記撮像素子の有効撮像領域の最大像高に向かって２群ズームレンズから射出する主光線と光軸との成す角が以下の条件を満足することを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
    −４０°＜ＥＸ（ｗ）＜−１１° ・・・（６）
    ただし、
    ＥＸ（ｗ）は、前記２群ズームレンズが広角端の状態にて前記撮像素子の有効撮像領域の最大像高に向かって前記２群ズームレンズから射出する主光線の光軸に対する成す角である。
    
    

Images