JP2010072639A - 撮像光学系およびカメラ装置および携帯情報端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半画角：３８°以上の広画角、Ｆ２．０以下の大口径で、近距離においても高性能であり、なおかつ小型化を実現できる撮像光学系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、正または負のパワーを有する第１群Ｉと、開口絞りＳと、正のパワーを有する第２群ＩＩを配してなり、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、第１群Ｉが像側に移動し、第２群ＩＩが物体側に移動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、撮像光学系およびカメラ装置および携帯情報端末装置に関する。
この発明の撮像光学系は、デジタルカメラやビデオカメラに用いることができるが、銀塩カメラに用いることも可能である。
従って、この発明のカメラ装置は銀塩カメラや「撮影画像をデジタル情報とする機能を有するカメラ装置」即ち、デジタルカメラやビデオカメラとして実施できる。
また、これらカメラを撮像機能部として持つ携帯情報端末装置として実施できる。

デジタルカメラの普及に伴い、デジタルカメラに対するユーザの要望も多岐にわたる。 ユーザの要望中「高性能な単焦点レンズを搭載した小型で高画質のコンパクトカメラ」というカテゴリが一定の支持を得ており、その実現に対する期待も大きい。

また、高性能であることに加え「Ｆナンバが小さい」こと、即ち大口径であることに対する期待も大きい。

「単焦点レンズを搭載したコンパクトカメラ」の高性能化に関しては「少なくとも１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力」を有することが求められる。

また、高解像力に加え、絞り開放からコマフレアが少なく、高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れがないことや、色収差が少なく「輝度差の大きな部分にも不要な色付きを生じない」こと、歪曲収差が少なく「直線を直線として描写可能である」こと等が求められる。

大口径化に関しては「ズームレンズを搭載した一般のコンパクトカメラと差別化」する観点から、少なくともＦ２．４以下が求められ、Ｆ２．０以下を望む声も少なくない。
撮影レンズの画角については、ある程度の広角を望むユーザが多く、結像レンズの半画角は３８度以上であることが望ましい。半画角：３８度は３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で２８ｍｍに相当する。

デジタルカメラは、各画素に色フィルタやマイクロレンズを有するエリアセンサの特性から「射出瞳位置を像面から遠ざけ、周辺光束がセンサに対し垂直に近い角度で入射するようにしたい」という要望があり、これに応え得る「広角単焦点レンズの代表的な構成」として、物体側に負の屈折力のレンズ群、像側に正の屈折力のレンズ群を配設した所謂レトロフォーカスタイプが採用されることが多い。

レトロフォーカスタイプでのフォーカシングは、リアフォーカス式が一般的であるが、フォーカシングにより像面が倒れる問題があり、特に、大口径化すると像面の倒れによる画質への影響が大きくなる。
このような問題に対する対策として「フォーカシング時に複数の群を移動させる方式」が提案されている。このようなフォーカシング方式で、大口径・広画角をある程度実現したものとして、特許文献１、２記載のものが知られている。
例えば、特許文献１記載のものは半画角：２７度を実現しているが、Ｆナンバは２．８以上とやや暗い。

特許文献１、２に記載された撮像光学系は、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、絞りの前後の群が共に、物体側へ移動しつつ群間隔を減少させる。
このため、フォーカシングに際して「前群が物体側へ迫り出す」ため、レンズ全長が大きくなりやすく、撮影装置の小型化に対する阻害要因になる。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、半画角：３８°以上の広画角、Ｆ２．０以下の大口径で、近距離においても高性能であり、なおかつ小型化を実現できる撮像光学系の提供を課題とする。
この発明はまた、かかる撮像光学系を用いるカメラ装置、携帯情報端末装置の提供を課
題とする。

この発明の撮像光学系は「物体側から順に、正または負のパワーを有する第１群と、開口絞りと、正のパワーを有する第２群を配して」なる。
請求項１記載の撮像光学系は以下の点を特徴とする。
即ち、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、第１群が像側に移動し、第２群が物体側に移動する。

このように「無限遠から近距離物体へのフォーカシング時」に、第１群が像側に移動するので、第１群が「物体側へ迫り出す」ことがない。従って、例えば、デジタルカメラに搭載した場合、上記フォーカシングを行ってもカメラ外形が変化せず、コンパクトなカメラ装置が実現可能である。

正のパワーを持つ第２群は、フォーカシングに伴い物体側に移動するので「射出瞳位置を像面から遠ざけ、周辺光束がセンサに対し垂直に近い角度で入射させる」というレトロフォーカスタイプの長所を備えることができる。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング時に「第２群が物体側に移動することにより、第２群を通る光線高さが変化」し、これにより像面倒れが発生するのを「第１群を像側に移動させる」ことにより補正する。

第１群は、無限遠から近距離へのフォーカシング時に「連続的に動かなくても良」く、ある物体距離よりも近距離の物体へのフォーカシング時に第１群の位置が切り替わるようにしてもよく、特定の撮影モードを選択した場合にのみ、第１群の位置が切り替わるようにしてもよい。

また、フォーカシング時の「第２群の移動による像面倒れ」を、第１群の移動により補正できるが、第１群を光軸方向に動かすことにより「製造誤差等で発生する像面湾曲を調整する」ことも可能である。

第１群は「正のパワー」を持つようにも「負のパワー」を持つようにもできるので、撮像光学系設計の自由度が大きい。

上記請求項１記載の撮像光学系は、第１群の焦点距離：ｆ１、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（１） −０．２＜ ｆ／ｆ１ ＜０．４
を満足することが好ましい（請求項２）。
請求項１または２記載の撮像光学系は、無限遠物体フォーカシング時の開口絞りと第２群の間隔：Ｄ＿Ｓ２、無限遠物体フォーカシング時の第１群と開口絞りの間隔：Ｄ＿１Ｓが、条件：
（２） ０．３＜ Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓ ＜２．０
を満足することが好ましい（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載の撮像光学系は、無限遠物体へのフォーカシング時の第１群と第２群の間隔：Ｄ＿１２、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（３） ０．５＜ Ｄ＿１２／ｆ ＜２．５
を満足することが好ましい（請求項４）。
請求項１〜４の任意の１に記載の撮像光学系は「第１群を、第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズを有する第１Ｆ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群とにより構成」するのが良い（請求項５）。即ち、請求項５においては、第１群内において、第１Ｆ群が物体側、第１Ｒ群が像側に配置され、第１Ｆ群と第１Ｒ群の間の空気間隔が、第１群中における空気間隔の中で最大である。

また、請求項１〜５の任意の１に記載の撮像光学系は「第２群を、正のパワーを有する第２Ｆ群と、少なくとも１枚の非球面レンズを有する第２Ｒ群とにより構成」するのが良い（請求項６）。

請求項１〜６の任意の１に記載の撮像光学系は、近距離物体へのフォーカシングに際して、開口絞りを固定とすることが好ましい（請求項７）。

請求項１〜７の任意の１に記載の撮像光学系の第１群は「正のパワー」を持つこともできるし（請求項８）、「負のパワー」を持つこともできる（請求項９）。

請求項１０記載の撮像光学系は、レンズ構成としては、請求項１の撮像光学系と同様、物体側から順に、正または負のパワーを有する第１群と、開口絞りと、正のパワーを有する第２群を配してなるが、フォーカシングの態様が請求項１のものとは異なり、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に「第２群が物体側に移動」する。

請求項１０記載の撮像光学系における第１群は「第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズを有する第１Ｆ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群」とにより、第２群は「物体側から順に、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズを配した第２Ｆ群と、少なくとも１枚の非球面レンズを有する第２Ｒ群」とにより、それぞれ構成されている。
上の説明において「第２群が物体側へ移動する」とは、第２群を構成する全レンズが物体側へ移動することを意味するが、これら「第２群を構成する全レンズ」の変位は、全レンズが「一体的」に、即ち、相互の相対的な位置関係を保って移動することもできるし、第２群を構成する個々のレンズが別個に移動することもできる。

請求項１０記載の撮像光学系は、第１群の焦点距離：ｆ１、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（１） −０．２＜ ｆ／ｆ１ ＜０．４
を満足することが好ましい（請求項１１）。

請求項１０または１１記載の撮像光学系は、無限遠物体フォーカシング時の開口絞りと第２群の間隔：Ｄ＿Ｓ２、無限遠物体フォーカシング時の第１群と開口絞りの間隔：Ｄ＿１Ｓが、条件：
（２） ０．３＜ Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓ ＜２．０
を満足することが好ましい（請求項１２）。

請求項１０〜１２の任意の１に記載の撮像光学系は、無限遠物体フォーカシング時の第１群と第２群の間隔：Ｄ＿１２、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（３） ０．５＜ Ｄ＿１２／ｆ ＜２．５
を満足することが好ましい（請求項１３）。

そして、請求項１０〜１３の任意の１に記載の撮像光学系は、無限遠から近距離物体へのフォーカシングに際して「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔が短縮する」構成とすることができる（請求項１４）。
即ち、無限遠から近距離物体へのフォーカシングに際して「第２群は物体側へ移動」するのであるが、請求項１４記載の撮像光学系においては、第２Ｆ群と第２Ｒ群とは、群間隔を短縮させつつ物体側ヘ移動する。従って、このときの移動速さは、第２Ｒ群の方が、第２Ｆ群よりも速い。従って「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔」は無限遠へのフォーカシング状態よりも短くなる。

請求項１０〜１４の任意の１に記載の撮像光学系は、第２Ｒ群が１枚の非球面レンズで構成されていることができ（請求項１５）、また、請求項１０〜１５の任意の１に記載の撮像光学系は、近距離物体へのフォーカシングに際して「開口絞りが固定」であることが好ましい（請求項１６）。

請求項１０〜１６の任意の１に記載の撮像光学系における第１群は「正のパワー」を持つこともできるし（請求項１７）、「負のパワー」を持つこともできる（請求項１８）。

この発明のカメラ装置は、請求項１〜１８の任意の１に記載の撮像光学系を有する（請求項１９）。請求項１９記載のカメラ装置は「撮影画像をデジタル情報とする機能」を有することができる（請求項２０）。

この発明の携帯情報端末装置は「請求項２０記載のカメラ装置を撮影機能部として有する」ことを特徴とする（請求項２１）。

説明を補足する。

この発明の撮像光学系を構成する第１群、第２群のうちの第１群は、「第２群に付加したワイドコンバータのような役割」を果たしていると考えられる。
上記請求項５や請求項１０のように、第１群を「物体側から負の屈折力（第１Ｆ群）、正の屈折力（第１Ｒ群）を順に配し、これら第１Ｆ群と第１Ｒ群の間隔を比較的大きく取る」構成とすることにより、十分な画角の確保と球面収差を始めとする各種収差の補正の両立が可能である。

請求項５、６や請求項１０の構成では「第１Ｒ群が、開口絞りを介して第２群の第２Ｆ群と対峙する」ので、第１Ｒ群と第２Ｆ群の双方が持つ正の屈折力相互のバランスにより、コマ収差をコントロールすることもできる。

上記の如く、第１群が「第１Ｆ群と第１Ｒ群」により構成され、第２群が「第２Ｆ群と第２Ｒ群」で構成されるレンズ構成において、第２Ｆ群は、撮像光学系における「主要な結像作用」を担い、収差補正上も「最も重要なレンズ群」である。
請求項１０の撮像光学系では、第２Ｆ群の屈折力配置として正・負・正の所謂トリプレット型を基本とし、その中央の負の屈折力を２分し「正・負・負・正の４枚構成」としている。
勿論、請求項１〜９の任意の１に記載の撮像装置においても、後述の実施例の如く、第２Ｆ群の構成を、上記の如く「正・負・負・正の４枚構成」とすることができる。

開口絞りは「第２Ｆ群の物体側」に配設されるので、「第１正レンズと第１負レンズのペア」と「第２負レンズと第２正レンズのペア」とで、軸外光線の高さが異なることになり、これを利用して「軸上色収差と倍率色収差の双方を有効に低減させる」ことを可能としている。

また、上記の如く、トリプレット型の中央の負の屈折力を、第１負レンズと第２負レンズとに分けたことにより、第２負レンズの形状に対する設計の自由度が増え、これを利用してコマ収差の色差を低減することも可能となる。

第２Ｒ群には「収差のバランス取りと射出瞳距離のコントロール」の両機能を付与できるが、第２Ｒ群に「正の屈折力」を持たせれば、射出瞳距離の確保に効果がある。しかし、射出瞳距離が短くても良い場合には、第２Ｒ群に負の屈折力を持たせてレンズ全長の短縮に寄与させることも可能である。
また、請求項６や請求項１０のように、第２Ｒ群に非球面を設けることによって主としてコマ収差をより良好に補正することが可能となる。

請求項１０のレンズ構成の場合、一般に行なわれるリアフォーカス式のフォーカシングにより、第２群における「第２Ｒ群のみ」の移動でフォーカシングを行なうと、第２Ｒ群に含まれる非球面の影響により、像面湾曲が大きく発生し易いので、「第２群全体でフォーカシング」を行なって、かかる像面湾曲の発生を抑制するのである。

請求項１４のように、無限遠から近距離物体へのフォーカシングに際して「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔が短縮する」構成とすることにより、フォーカシングにより発生する球面収差を補正することが可能になる。
この場合、近距離物体へのフォーカシングに伴い、第２Ｆ群と第２Ｒ群の移動は同一にならないが、第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔は、近距離物体へのフォーカシング時に連続的に変化しなくても良く、ある物体距離より近距離物体へのフォーカシング時に、第２Ｆ群の位置が切り替わるようにしてもよいし、あるモードを選択した場合にのみ、第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔が切り替わるようにしてもよい。
勿論、請求項１のように、近距離物体へのフォーカシング時に「第１群を像側に移動させる」ことと組み合わせることにより像面湾曲をより良好に補正できる。

第１群を第１Ｆ群と第１Ｒ群とで構成する場合（請求項５、１０）、第１Ｆ群にも非球面を設けると良く、この場合、第１Ｆ群と第２Ｒ群の非球面は「互いに収差補正の役割を補完し合い、より効果的に作用する」ようにできる。

また、この発明の撮影光学系をカメラ装置に組み込む際「不使用時に各レンズ群の間隔やバックフォーカス部分を短縮し、コンパクトに収納する機構」を有する場合には、第２群の収納のための機構をフォーカシング機構と共通化でき都合が良い。

このカメラ装置は前述の如く、請求項１〜１８の任意の１に記載の撮像光学系を用いるものであり、銀塩カメラとして実施することもできるが、「撮影画像をデジタル情報とする機能を有するカメラ装置（請求項１９）」、即ち、デジタルカメラやビデオカメラとして実施することもできる。

以下、請求項２〜４および請求項１１〜１３における条件（１）〜（３）について説明する。

条件（１）〜（３）は、無限遠から近距離物体へのフォーカシングを、請求項１〜９の撮像光学系のように「第１群を像側へ、第２群を物体側へ移動させる方式」で行なう場合、請求項１０〜１８の撮像光学系のように「第２群を物体側へ移動させる方式」で行なう場合に共通した条件である。

条件（１）の下限値を超えると、近距離物体へのフォーカシングに伴って球面収差等が劣化する。条件（１）の上限値を超えると「上記フォーカシングによる第２群の移動量」が大きくなり、近距離における収差補正が困難になる。

条件（１）のパラメータ：ｆ／ｆ１は、より好ましくは以下の条件（１Ａ）を満足するのがよい。
（１Ａ） −０．１＜ ｆ／ｆ１ ＜０．２
条件（２）の上限値を超えると、第２群内を通る軸外光線が高くなり、第２群内の軸外収差の補正が困難になる。条件（２）の下限値を超えると、第１群内を通る軸外光線が高くなって撮像光学系が大型化し、さらに第１群内の軸外収差の補正が困難になる。
条件（２）のパラメータ：Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓは、より好ましくは以下の条件（２Ａ）を満足するのがよい。
（２Ａ） ０．５＜ Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓ ＜１．５
条件（３）の上限値を超えると、第１群と第２群の間隔が広くなり「第１群または第２群内を通る軸外光線」が高くなりすぎ、軸外収差の十分な補正が困難である。

条件（３）の下限値を超えると「フォーカシングを行うための空気間隔」の十分な確保が困難となり、近距離撮影が困難になる。
条件（３）のパラメータ：Ｄ＿１２／ｆは、より好ましくは以下の条件（３Ａ）を満足するのがよい。
（３Ａ） １．０＜ Ｄ＿１２／ｆ ＜２．０
上記の条件（１）好ましくは（１Ａ）とともに、条件（２）好ましくは（２Ａ）を満足することにより、さらにはこれらの条件と共に条件（３）好ましくは（３Ａ）を満足することにより、撮像光学系の「より高性能」を実現できる。

請求項５や請求項１０のように、第１群を「第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズを有する第１Ｆ群を物体側に、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群を像側に配して構成」すると、第１群を構成する「第１Ｆ群と第１Ｒ群」の間隔を比較的大きく取ることにより、前述の如く「十分な画角の確保と、球面収差を始めとする各種収差の補正を両立」させることができる。

また、第１Ｆ群の負の屈折力を「２枚の負レンズを有する」ことにより構成し、特定の面で過大な収差が発生することを防ぐことにより、レンズ系全体として非点収差等をより良好に補正できる。
さらに、第１Ｆ群の「曲率の大きな像側面」を非球面とすることにより、歪曲収差の補正に大きな効果が得られる他、コマ収差等を補正する役割を持たせることもできる。
また、請求項６、１１のように、第２群は「正のパワー有する第２Ｆ群と、少なくとも１枚の非球面レンズを有する第２Ｒ群」とにより構成するのがよく、第２Ｒ群に設けた非球面により、主としてコマ収差をより良好に補正できるようになる。

請求項１６のように、「開口絞り」をフォーカシング時に固定することによりフォーカシングに大きな駆動力を必要としなくなる。

「フォーカシング時の第２群の移動による像面倒れを、第１群の移動により補正」できるが、第１群を光軸方向に動かすことにより「製造誤差等で発生する像面倒れ」を調整することも可能である。

以上に説明したように、この発明によれば、新規な撮像光学系を提供できる。この撮像光学系は、後述する具体的な実施例に示すように、半画角：３８°以上の広画角、Ｆ２．０以下の大口径で、無限遠物体へのフォーカシング状態のみならず、近距離物体にフォーカシングした状態においても高性能であることができ、しかもコンパクトな光学系として実現できる。

従って、かかる撮像光学系を用いることにより、小型で高性能のカメラ装置・携帯情報端末装置を実現できる。

撮像光学系の実施例１を示す光学配置図である。 撮像光学系の実施例２を示す光学配置図である。 撮像光学系の実施例３を示す光学配置図である。 撮像光学系の実施例４を示す光学配置図である。 実施例１の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例１にかかる撮像光学系の像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図で、（ａ）は第２群のみの移動によるフォーカシング、（ｂ）は第１・２群の移動によるフォーカシングの場合である。 実施例２の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例２にかかる撮像光学系の像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図で、（ａ）は第２群のみの移動によるフォーカシング、（ｂ）は第１・２群の移動によるフォーカシングの場合である。 実施例３の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例３にかかる撮像光学系の像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図で、（ａ）は第２群のみの移動によるフォーカシング、（ｂ）は第１・２群の移動によるフォーカシングの場合である。 実施例４の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例４にかかる撮像光学系の像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図で、（ａ）は第２群のみの移動によるフォーカシング、（ｂ）は第１・２群の移動によるフォーカシングの場合である。 実施例５にかかる撮像光学系の像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図で、（ａ）は第２群のみを一体として移動させたフォーカシングの場合、（ｂ）は第２群の第２Ｆ群と第２Ｒ群との間隔を短縮させつつ、物体側へ移動させて第２群のみでフォーカシングを行なった場合である。 実施例５にかかる撮像光学系の像面から９０ｍｍにある物体における収差曲線図で、第１群を像側へ移動させ、第２群を、第２Ｆ群、第２Ｒ群の間隔を短縮させつつ物体側へ移動させてフォーカシングを行なった場合である。 実施例５において、像面から３００ｍｍにある物体に対し、第１群、第２Ｆ群を「無限遠にフォーカシング」しているときと同一位置に保ち、第２Ｒ群のみの移動によりフォーカシング（リアフォーカシング）を行なった場合の収差曲線図である。 携帯情報端末装置の実施形態を示すデジタルカメラを示す外観図であり、（Ａ）は正面側斜視図、（Ｂ）は裏面側斜視図である。 携帯情報端末装置のシステム構成例を示すブロック図である。

図１は、撮像光学系の実施の１形態を示す図である。図１の実施の形態は、後述する具体的な実施例１、実施例５に関するものである。
撮像光学系は、物体側（図１の左方）から順に、正のパワーを有する第１群Ｉと、開口絞りＳと、正のパワーを有する第２群ＩＩを配してなる。
そして、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、実施例１では、第１群Ｉが像側（図の右方）に移動し、第２群ＩＩが物体側に移動する。
実施例５では、第２群ＩＩのみが物体側に変位する。

図２は、撮像光学系の実施の別形態を示す図である。図２の実施の形態は、後述する具体的な実施例２に関するものである。
撮像光学系は、物体側（図２の左方）から順に、正のパワーを有する第１群Ｉと、開口絞りＳと、正のパワーを有する第２群ＩＩを配してなる。
そして、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、第１群Ｉが像側（図の右方）に移動し、第２群ＩＩが物体側に移動する。

図３は、撮像光学系の実施の他の形態を示す図である。図３の実施の形態は、後述する具体的な実施例３に関するものである。
撮像光学系は、物体側（図３の左方）から順に、正のパワーを有する第１群Ｉと、開口絞りＳと、正のパワーを有する第２群ＩＩを配してなる。
そして、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、第１群Ｉが像側（図の右方）に移動し、第２群ＩＩが物体側に移動する。

図４は、撮像光学系の実施の他の形態を示す図である。図４の実施の形態は、後述する具体的な実施例４に関するものである。
撮像光学系は、物体側（図４の左方）から順に、正のパワーを有する第１群Ｉと、開口絞りＳと、正のパワーを有する第２群ＩＩを配してなる。
そして、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、第１群Ｉが像側（図の右方）に移動し、第２群ＩＩが物体側に移動する。

図１〜図４に示した実施の各形態とも、第１群Ｉは、第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズ（物体側の２枚の負メニスカスレンズ）を有する第
１Ｆ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群（像側の両凸レンズ）とにより構成されている。
第２群ＩＩは、正のパワーを有する第２Ｆ群（物体側の２組の接合レンズ）と、１枚の「非球面レンズを有する第２Ｒ群（像側の正メニスカスレンズ）」とにより構成されている。第２Ｆ群は、物体側から順に第１正レンズと第１負レンズとの接合レンズ、第２負レンズと第２正レンズの接合レンズにより構成されている。

これら実施の形態において、近距離物体へのフォーカシングに際して、開口絞りＳが固定である。

図１、図２及び図４の実施の形態（実施例１、５、２、４）においては、第１群Ｉは正のパワーを有し、図３の実施の形態（実施例３）では、第１群Ｉは負のパワーを有する。

図１〜図４における「フィルタ」は、受光素子のカバーガラスやカラーフィルタ等をこれらに等価な１枚の透明平行平板として示したものである。

図１６は「携帯情報端末装置」の実施の１形態を説明するための図である。
図１６（Ａ）は正面側と上部面とを示し、図１６（Ｂ）は背面側を示す。
携帯情報端末装置は、撮影レンズ１として、上に説明した請求項１〜１３の任意の１に記載の撮像光学系（具体的には後述の実施例１〜５の適宜のもの）を有する。

図１６において、符号２はファインダ、符号３はフラッシュ、符号４はシャッタボタン、符号５はボディケース、符号６は電源スイッチ、符号７は液晶モニタ、符号８は操作ボタン、符号９はメモリーカードスロットを示している。

図１７は「携帯情報端末装置」のシステム構成を示す図である。
図１７に示すように、装置は撮影レンズ１と受光素子１３を有し、撮影レンズ１によって形成される撮影対象物の像を受光素子１３によって読取るように構成されている。
受光素子１３からの出力は中央演算装置１１の制御を受ける信号処理装置１４によって処理されてデジタル情報に変換される。即ち、携帯情報端末装置は「撮影画像をデジタル情報とする機能」を有している。
デジタル情報化された撮影画像は、中央演算装置１１による制御を受ける画像処理装置１２により画像処理される。画像処理された画像は、液晶モニタ７に表示することも、半導体メモリ１５に記憶させることもできる。撮影の操作は操作ボタンにより行なわれる。 また、通信カード等１６を介して外部に送信することもできる。通信カード１６等は、図１６（Ｂ）に示すスロット９内に収納される。

撮像レンズ１は非撮影時にはボディケース５内に沈胴式に収納され、撮影時に電源スイッチ６により電源がオンとなると繰り出されて、図１〜図４の配置を取る。

この「通信カード等１６による通信機能」を除いた部分は、携帯情報端末装置における撮影機能部である「カメラ装置」を構成する。

なお、この発明のフォーカシング方式を「メニュー画面等から選択」できるように構成しても良い。

以下に撮像光学系の具体的な実施例を４例示す。
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
Ｙ’：最大像高
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａ４：４次の非球面係数
Ａ６：６次の非球面係数
Ａ８：８次の非球面係数
Ａ１０：１０次の非球面係数 。

「非球面」は、光軸方向のデプス：Ｘ、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：Ｃ、光軸か
らの高さ：Ｈ、上記円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ４・・を用いて、以下の式で与
えられる。
X =CH²/［1+√(1-(1+K)C²H²)］+ A4・H⁴ + A6・H⁶ + A8・H⁸ + A10・H¹⁰
実施例１
f=5.99 F=1.99 ω=39.3 Y'=4.8
実施例１のデータを表１に示す。

「非球面」
第4面
K=-0.82391,A4=8.44238E-05,A6=-1.00402E-05,A8=2.96784E-07,
A10=-1.02358E-08
第6面
A4=3.19453E-05,A6=-1.90098E-06,A8=1.59520E-07,A10=-4.45055E-09
第14面
K= -26.92849,A4=-1.76448E-05,A6=-8.17352E-06,A8=6.90928E-08,
A10=-1.17272E-09 。

上記の非球面表記において、例えば「6.90928E-08」は「6.90928×10-8」を意味する。他の実施例においても同様である。

「可変間隔」
可変間隔を表２に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表３に示す。

実施例２
f=5.98 F=2.03ω=39.3 Y'=4.8
実施例２のデータを表４に示す。

「非球面」
第4面
K=-0.82391,A4=3.31963E-05,A6=-2.95366E-06,A8=-1.27633E-07,
A10=-1.85327E-09
第6面
A4=2.42187E-05,A6=-1.63597E-06,A8=1.14965E-07,A10=-2.86332E-09
第14面
K=-26.92849,A4=4.83215E-04,A6=-2.95824E-05,A8=7.23757E-07,
A10=-1.04774E-08 。

「可変間隔」
可変間隔を表５に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表６に示す。

実施例３
f=6.00 F=1.92 ω=39.1 Y'=4.8
実施例３のデータを表７に示す。

「非球面」
第4面
K=-0.91019,A4=3.36386E-05,A6=-4.47956E-06,A8=-5.01228E-08,
A10=-2.17344E-09
第14面
K=0.0,A4=-3.03909E-04,A6=1.01354E-06,A8=-8.67386E-08,
A10=1.00498E-09 。

「可変間隔」
可変間隔を表８に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表９に示す。

実施例４
f=6.00 F=1.93ω=39.1 Y'=4.8
実施例４のデータを表１０に示す。

「非球面」
第4面
K=-0.85391,A4=1.14455E-04,A6=-4.25901E-06,A8=-1.59355E-08,
A10=-2.97123E-09
第14面
K=0.0,A4=-3.89523E-04,A6=2.62694E-06,A8=-1.62806E-07,
A10=1.73934E-09 。

「可変間隔」
可変間隔を表１１に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表１２に示す。

図５〜図１２に、実施例１〜４に関する収差図を示す。

図５は実施例１の撮像光学系の「無限遠物体における収差曲線図」である。
図６は実施例１の撮像光学系の「像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図」で、（ａ）は「第２群のみの移動によるフォーカシング」、（ｂ）は「第１・２群の移動によるフォーカシング」による収差曲線図である。

球面収差の破線は正弦条件、非点収差の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルをそれぞれ表す。「ｄ」はｄ線、「ｇ」はｇ線を表す。他の収差図においても同様である。

図７は実施例２の撮像光学系の「無限遠物体における収差曲線図」である。
図８は実施例２の撮像光学系の「像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図」で、（ａ）は「第２群のみの移動によるフォーカシング」、（ｂ）は「第１・２群の移動によるフォーカシング」による収差曲線図である。

図９は実施例３の撮像光学系の「無限遠物体における収差曲線図」である。
図１０は、実施例２の撮像光学系の「像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図」で、（ａ）は「第２群のみの移動によるフォーカシング」、（ｂ）は「第１・２群の移動によるフォーカシング」による収差曲線図である。

図１１は実施例４の撮像光学系の「無限遠物体における収差曲線図」である。
図１２は、実施例４の撮像光学系の「像面から３００ｍｍにある物体における収差曲線図」で、（ａ）は「第２群のみの移動によるフォーカシング」、（ｂ）は「第１・２群の移動によるフォーカシング」による収差曲線図である。
これら収差図から明らかなように、各実施例の収差は十分に補正されている。
撮像光学系をこのように構成することにより、半画角：３８°以上の広画角、Ｆ２．０以下の大口径でありながら十分に小型であり、近距離物体においても非常に良好な像性能を確保できる。
実施例１〜４における第１群・第２群の移動による「近距離物体へのフォーカシング」は、リアフォーカス方式（図６、図８、図１０、図１２の各（ａ））より良好な性能を有している。具体的には、第１・第２群によるフォーカシングにより、像面の倒れがより小さくなっている。

図６、図８、図１０、図１２に示す各収差図を対比すると明らかなように、「像面から３００ｍｍの位置にある物体にフォーカシングしたときの収差」は良好に補正されているが、これらの図の（ａ）に示すリアフォーカス（第２群の物体側への移動によるフォーカシング）の場合に比較すると、第１群を像側へ、第２群を物体側へ移動させるフォーカシングの方が、像面の倒れについて「より良好に補正」されている。

しかしながら、像面から３００ｍｍの位置にある物体へのフォーカシングに関して、第１・第２群の移動によるフォーカシングの場合も、第２群のみの移動によるフォーカシングの場合も「実用的な立場から見れば略同等」であり、請求項１０の「第２群のみの移動によるフォーカシング」も、実用上何ら問題が無いと言える。

そこで、前述の実施例１の場合を基本として、請求項１０〜１３の撮像光学系の場合の具体的な例を実施例５として以下に挙げる。

実施例５
実施例５のデータを表１３に示す。

表１３に示すデータは、表１に示した実施例１のデータと同じであり、各レンズ面の形状は非球面まで含めて、実施例１のものと同一であり、条件（１）〜（３）の各パラメータの値も実施例１のものと同一である。

実施例５と実施例１との差異は、第２Ｆ群と第２Ｒ群との間（面番号１３と１４の間）を可変間隔：Ｃ（可変（Ｃ））としたことである。表１３における可変（Ｄ）は「表１における可変（Ｃ）と同じ」である。

上に説明した各種のフォーカシングにおける可変間隔：Ａ〜Ｄ（表中の可変（Ａ）〜可変（Ｄ））のデータを、表１４に示す。

表１４において、最も左の欄のＡ〜Ｄは上記可変間隔である
「Ｉｎｆ」とあるのは、無限遠物体にフォーカシングしているときの各可変間隔の値を示す。

「ａ」は、像面から３００ｍｍにある物体に対する第２群のみの移動によるフォーカシングの場合の各可変間隔を示す。
「ｂ」は、像面から３００ｍｍにある物体に対する第１群・第２群の移動によるフォーカシングの場合の各可変間隔を示す。
「ｃ」は、像面から９０ｍｍにある物体に対する第２群のみの移動によるフォーカシングの場合の各可変間隔を示す。

「ｄ」は、像面から９０ｍｍにある物体に対する「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔を短縮する第２群のみのフォーカシング（請求項１４）」の場合の各可変間隔を示す。

「ｅ」は、像面から９０ｍｍにある物体に対する「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔を短縮する第２群の移動」と第１群によるフォーカシング（請求項１、１４の組み合わせ）の場合の各可変間隔を示す。

「ｆ」は、像面から３００ｍｍにある物体に対する第２Ｒ群のみの移動によるリアフォーカシングの場合の各可変間隔を示す。

「ａ」は、実施例１に関連して説明した例で、このときの収差図は図６の（ａ）に示されたものと同一である。「ｂ」も実施例１に示したものであり、その収差は図６（ｂ）に示したものと同一である。

これら「ａ」、「ｂ」の場合においては、第１群・第２群とも、それぞれが群単位で一体となり移動してフォーカシングしている。

「ｃ」は、請求項１０の場合であって、第２群を一体として物体側へ移動させてフォーカシングを行なっている。このときの収差図を図１３（ａ）に示す。
「ｄ」は、請求項１０、１４の場合であって、第２群の第２Ｆ群と第２Ｒ群との間隔を短縮させつつ、第２群を物体側へ移動させてフォーカシングを行なっている。このときの収差図を図１３（ｂ）に示す。
上記「ｃ」、「ｄ」何れの場合も、像面の倒れ（非点収差）は若干悪いが、像面から９０ｍｍという近距離物体へのフォーカシングであることを考えれば、実用上の立場からこの程度の性能でも十分である。

「ｅ」は、像面から９０ｍｍにある物体に対する「第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔を短縮しつつ第２群を物体側へ移動させ、第１群を像側へ移動させるフォーカシング」の場合であるが、表１４から明らかなように、第２群の第２Ｆ群、第２Ｒ群の移動は「ｄ」の場合と同じであり、従って、第１群を移動させなければ、収差は図１３（ｂ）の場合と同じであるが、第１群を一体として像側へ移動させることにより、図１４に示すように、像面の倒れが、極めて良好に補正されている。

「ｆ」は、像面から３００ｍｍにある物体に対し、第１群と第２Ｆ群を「無限遠にフォーカシング」しているときと同一位置に保ち、第２Ｒ群のみの物体側への移動によりフォーカシングを行なった場合であり、収差は図１５の如くである。像面から３００ｍｍとの物体に対するフォーカシングであるが、図６（ａ）の場合に比しても、像面の倒れが若干劣化している。

このことからも、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２群の全体を一体として、あるいは第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔を短縮させつつ物体側へ移動させるフォーカシング方式、さらには第１群を像側へ、第２群を物体側へ移動させるフォーカシング方式が有効であることが分かる。

Ｉ 第１群
ＩＩ 第２群
Ｓ 開口絞り

特許第３６２９１９号 特開平６−３２４２６４号

Claims (21)

1. 物体側から順に、正または負のパワーを有する第１群と、開口絞りと、正のパワーを有する第２群を配してなり、
   無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、前記第１群が像側に移動し、前記第２群が物体側に移動することを特徴とする撮像光学系。
2. 請求項１記載の撮像光学系において、
   第１群の焦点距離：ｆ１、全系の焦点距離：ｆが、条件：
   （１） −０．２＜ ｆ／ｆ１ ＜０．４
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
3. 請求項１または２記載の撮像光学系において、
   無限遠物体フォーカシング時の開口絞りと第２群の間隔：Ｄ＿Ｓ２、無限遠物体フォーカシング時の第１群と開口絞りの間隔：Ｄ＿１Ｓが、条件：
   （２） ０．３＜ Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓ ＜２．０
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の撮像光学系において、
   無限遠物体フォーカシング時の第１群と第２群の間隔：Ｄ＿１２、全系の焦点距離：ｆが、条件：
   （３） ０．５＜ Ｄ＿１２／ｆ ＜２．５
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第１群を、前記第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズを有する第１Ｆ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群とにより構成したことを特徴とする撮像光学系。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第２群を、正のパワーを有する第２Ｆ群と、少なくとも１枚の非球面レンズを有する第２Ｒ群とにより構成したことを特徴とする撮像光学系。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の撮像光学系において、
   近距離物体へのフォーカシングに際して、開口絞りが固定であることを特徴とする撮像光学系。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第１群が正のパワーを持つことを特徴とする撮像光学系。
9. 請求項１〜７の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第１群が負のパワーを持つことを特徴とする撮像光学系。
10. 物体側から順に、正または負のパワーを有する第１群と、開口絞りと、正のパワーを有する第２群を配してなり、
    第１群が、前記第１群の中で最も広い空気間隔を境として、少なくとも２枚の負レンズを有する第１Ｆ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第１Ｒ群とにより構成され、
    第２群が、物体側から順に、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズを配した第２Ｆ群と、少なくとも１枚の非球面レンズを有する第２Ｒ群とにより構成されており、
    無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、前記第２群が物体側に移動することを特徴とする撮像光学系。
11. 請求項１０記載の撮像光学系において、
    第１群の焦点距離：ｆ１、全系の焦点距離：ｆが、条件：
    （１） −０．２＜ ｆ／ｆ１ ＜０．４
    を満足することを特徴とする撮像光学系。
12. 請求項１０または１１記載の撮像光学系において、
    無限遠物体フォーカシング時の開口絞りと第２群の間隔：Ｄ＿Ｓ２、無限遠物体フォーカシング時の第１群と開口絞りの間隔：Ｄ＿１Ｓが、条件：
    （２） ０．３＜ Ｄ＿Ｓ２／Ｄ＿１Ｓ ＜２．０
    を満足することを特徴とする撮像光学系。
13. 請求項１０〜１２の任意の１に記載の撮像光学系において、
    無限遠物体フォーカシング時の第１群と第２群の間隔：Ｄ＿１２、全系の焦点距離：ｆが、条件：
    （３） ０．５＜ Ｄ＿１２／ｆ ＜２．５
    を満足することを特徴とする撮像光学系。
14. 請求項１０〜１３の任意の１に記載の撮像光学系において、
    無限遠から近距離物体へのフォーカシングに際して、第２Ｆ群と第２Ｒ群の間隔が短縮することを特徴とする撮像光学系。
15. 請求項１０〜１４の任意の１に記載の撮像光学系において、
    第２Ｒ群が１枚の非球面レンズで構成されていることを特徴とする撮像光学系。
16. 請求項１０〜１５の任意の１に記載の撮像光学系において、
    近距離物体へのフォーカシングに際して、開口絞りが固定であることを特徴とする撮像光学系。
17. 請求項１０〜１６の任意の１に記載の撮像光学系において、
    第１群が正のパワーを持つことを特徴とする撮像光学系。
18. 請求項１０〜１６の任意の１に記載の撮像光学系において、
    第１群が負のパワーを持つことを特徴とする撮像光学系。
19. 請求項１〜１８の任意の１に記載の撮像光学系を有するカメラ装置。
20. 請求項１９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。
21. 請求項２０記載のカメラ装置を撮影機能部として有する携帯情報端末装置。

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