JP2012042557A - 撮像ユニット及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高倍率化、広角化及び小型化を図る。
【解決手段】 正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、第１レンズ群乃至第３レンズ群によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子ＩＭＧとが物体側より像側へ順に配置され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなると共に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が小さくなり、広角端における第２レンズ群から固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は撮像ユニット及び撮像装置に関する。詳しくは、高い変倍比を有すると共に撮影画角の十分な広角化が可能なデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ等に好適な撮像ユニット及び撮像ユニットを備えた撮像装置の技術分野に関する。
近年デジタルカメラ等の撮像装置の市場は非常に大きなものとなっており、ユーザーのデジタルカメラ等の撮像装置に対する要望も多岐に亘り、高画質化、小型化、薄型化は言うまでもなく、近年ではズームレンズを含む撮像ユニットの高倍率化や広角化への要望も非常に大きくなってきている。
一般に、最も物体側のレンズ群が正の屈折力を有するポジティブリードタイプの光学系は、変倍比を大きくできる利点があるため、例えば、変倍比が５倍を超えるような高倍率に適したタイプとして多く用いられている。
特に、ポジティブリードタイプの小型の光学系として、物体側より像側へ順に、正・負・正・正の屈折力を有する４つのレンズ群から成る４群構成の光学系（ズームレンズ）が知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。
特開２００６−２３５２９号公報 特開２００５−３３８７４０号公報 特許第３９７７１５０号 特開２００６−３０８９５７号公報
ところが、特許文献１及び特許文献３に記載された正・負・正・正の４群構成の光学系にあっては、十分な高倍率化が達成されていない。また、一般に、正・負・正・正の４群構成の光学系においては、広角化を図る際に、第１レンズ群の最も物体側に位置するレンズの外径が大型化し易いため、特許文献１乃至特許文献３に記載された正・負・正・正の４群構成の光学系にあっては、撮影画角の十分な広角化と小型化が実現されていない。
さらに、光学系の広角化及び高倍率化には良好な収差補正を行う必要があるため、レンズ枚数を多く使うことが通常とされている。特許文献４に記載された光学系は、高倍率化と広角化が図られた光学系とされているが、上記のような良好な収差補正を図る必要があるため、第１レンズ群のレンズ枚数が多く、十分な小型化の実現には至っていない。
加えて、正・負・正・正の４群構成の光学系にあっては、フォーカシングを行うために第４レンズ群を配置していることが多く、３群構成等のレンズ群の少ない光学系よりもサイズが大きくなってしまい、より十分な小型化を図ることが課題であった。
従って、特に、非撮影時にレンズを沈胴させて収納性を図った所謂沈胴式の撮像ユニットにおいては、レンズの枚数を削減して沈胴時の光軸方向における薄型化を図ることが極めて困難となるため、高倍率化及び広角化と同時に、小型化された撮像ユニットの開発が強く要請されている。
また、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を用いた撮像装置においては、像側がテレセントリックに近い撮像ユニットを用いることが、像面照度の均一化を図ることが可能であるため望ましい。このような撮像ユニットとしては最も像側のレンズ群が正の屈折力を有する撮像ユニットが好適である。
そこで、本発明撮像ユニット及び撮像装置は、上記した問題点を克服し、高倍率化、広角化及び小型化を図ることを課題とする。
撮像ユニットは、上記した課題を解決するため、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、前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子とが物体側より像側へ順に配置され、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなり、広角端における前記第２レンズ群から前記固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにしたものである。
従って、撮像ユニットにあっては、ズーミングの際の変倍効果に大きく寄与している第２レンズ群と第３レンズ群の変倍効果が高くなる。
上記した撮像ユニットにおいては、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間に開口絞りが配置され、前記開口絞りがズーミングに際して前記第３レンズ群と一体で移動することが望ましい。
ズーミングに際して開口絞りに専用の空間が不要となる。
上記した撮像ユニットにおいては、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．４５＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜０．７０
但し、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
撮像ユニットが条件式（１）を満足することにより、第３レンズ群の屈折力が適正化される。
上記した撮像ユニットにおいては、 前記第３レンズ群における最も像側に位置するレンズ面を非球面に形成することが望ましい。
第３レンズ群における最も像側に位置するレンズ面を非球面に形成することにより、全てのズームポジションに亘ってコマ収差と像面湾曲が良好に補正される。
上記した撮像ユニットにおいては、前記第２レンズ群は第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズが物体側より像側へ順に配置されて成ることが望ましい。
第２レンズ群が第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズが物体側より像側へ順に配置されて成ることにより、第２レンズ群の主点位置が物体側に近付き易くなる。
上記した撮像ユニットにおいては、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）−０．５０＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜−０．３０
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
撮像ユニットが条件式（２）を満足することにより、第２レンズ群の屈折力が適正化される。
上記した撮像ユニットにおいては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−２．０＜ｆ１２ｗ／ ｆｗ＜−１．５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
とする。
撮像ユニットが条件式（３）を満足することにより、第１レンズ群と第２レンズ群の合成屈折力が適正化される。
上記した撮像ユニットにおいては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．８＜ｆ２３ｔ／ ｆｔ＜３．５
但し、
ｆ２３ｔ：望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
撮像ユニットが条件式（４）を満足することにより、第２レンズ群と第３レンズ群の合成屈折力が適正化される。
上記した撮像ユニットにおいては、前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことが望ましい。
固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことにより、フォーカシングを目的とするレンズ群が不要となる。
上記した撮像ユニットにおいては、ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、無限遠物体合焦時において、広角端における固体撮像素子の位置が最も像側に存在することが望ましい。
無限遠物体合焦時において、広角端における固体撮像素子の位置が最も像側に存在することにより、広角端よりも望遠側において長くなるフォーカスストロークをズーミングにおいて可能な限り確保することが可能となる。
上記した撮像ユニットにおいては、ズーミングの際に第２レンズ群が光軸方向において固定されていることが望ましい。
ズーミングの際に第２レンズ群が光軸方向において固定されていることにより、第２レンズ群をズーミング時に移動させるための駆動機構を設ける必要がない。
上記した撮像ユニットにおいては、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子が物体側から像側へ向かって移動することが望ましい。
無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子が物体側から像側へ向かって移動することにより、広角端よりも望遠側において長くなるフォーカスストロークをズーミングにおいて可能な限り確保することが可能となる。
上記した撮像ユニットにおいては、前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行い、ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がステッピングモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することが望ましい。
フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がステッピングモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することにより、ズーミングとフォーカシングの動作を同一の機構によって制御することが可能となる。
上記した撮像ユニットにおいては、前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行い、ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がリニアモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することが望ましい。
フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がリニアモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することにより、ズーミングとフォーカシングの動作を同一の機構によって制御することが可能となる。
撮像装置は、上記した課題を解決するため、物体側より像側へ順に配置された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レンズ群とから成るズームレンズと、前記ズームレンズによって形成される光学像を撮像する固体撮像素子と、操作が行われるスイッチを有する入力部と、少なくともズームレンズの駆動を制御する駆動制御部とを備え、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなり、広角端における前記第２レンズ群から前記固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにしたものである。
従って、撮像装置にあっては、ズーミングの際の変倍効果に大きく寄与している第２レンズ群と第３レンズ群の変倍効果が高くなる。
本発明撮像ユニット及び撮像装置は、上記のように構成することにより、高倍率化、広角化及び小型化を図ることができる。
以下に、本発明撮像ユニット及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
［撮像ユニットの構成］
本発明撮像ユニットは、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、第１レンズ群乃至第３レンズ群によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子とが物体側より像側へ順に配置されている。
また、本発明撮像ユニットは、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなると共に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が小さくなり、広角端における第２レンズ群から固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにしている。
上記のように構成することにより、広角化を確保した上で、ズーミングの際の変倍効果に大きく寄与している第２レンズ群と第３レンズ群の変倍効果を最大限に引き出して高倍率化を図ることができ、また、全光学系の全長を短縮化して小型化を図ることもできる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、第２レンズ群と第３レンズ群の間に開口絞りが配置され、開口絞りがズーミングに際して第３レンズ群と一体で移動することが望ましい。
開口絞りに関して上記のように構成することにより、高倍率化を図った際においても、全てのズームポジションにおいて十分なＦナンバー及び周辺光量を確保することが可能となる。また、開口絞りが第３レンズ群と一体で移動する構成にすることにより、ズーミング時に開口絞りを独立して移動させる必要がなくなるため、駆動機構の削減を図ることが可能となり、撮像ユニットの簡素化及び小型化を図ることができる。
一般に、特に、光量調整用の開閉機構等を有する開口絞りの場合には、絞り羽根やシャッター等の駆動機構を有しているため、独立して移動させると、移動のための空間の確保が困難になったり、レンズ鏡筒の構造が複雑化するため好ましくない。従って、上記のように開口絞りを第３レンズ群と一体で移動する構成とすることにより、撮像ユニットが配置されるレンズ鏡筒の小型化を図ることも可能である。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．４５＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜０．７０
但し、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
条件式（１）は、第３レンズ群の屈折力を規定する式である。
第３レンズ群は、ズーミングに際して変倍に大きく寄与しているレンズ群であるため、第３レンズ群の屈折力を適切に設定することが小型化及び高倍率化を図るために重要となる。
条件式（１）の上限を超えて大きくなり過ぎると、第３レンズ群の屈折力が小さくなり過ぎ、光学系の高倍率化を実現するために全長を長くする必要が生じ、小型化を実現することができなくなる。
逆に、条件式（１）の下限を超えて小さくなり過ぎると、第３レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎるため、第３レンズ群において発生する収差の補正が困難になる上、特に、ズーミング時おける収差変動が大きくなり過ぎるため、画質の劣化を来たしてしまう。
従って、撮像ユニットが条件式（１）を満足することにより、第３レンズ群の屈折力が適正化され、高倍率化及び小型化を図ることができると共に画質の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、第３レンズ群における最も像側に位置するレンズ面を非球面に形成することが望ましい。
第３レンズ群における最も像側に位置するレンズ面を非球面に形成することにより、全てのズームポジションに亘ってコマ収差と像面湾曲を良好に補正することが可能となり、画質の向上を図ることが可能となる。特に、固体撮像素子を可動とすることによりフォーカシングを行う場合において、全ての物体距離に対してコマ収差と像面湾曲を良好に補正し良好な画像を得ることが可能となる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、第２レンズ群は第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズが物体側より像側へ順に配置されて成ることが望ましい。
第２レンズ群は、第３レンズ群と同様にズーミングに際して変倍に大きく寄与しているレンズ群であるため、第２レンズ群の屈折力を適切に設定することが小型化及び高倍率化を図るために重要となる。また、第２レンズ群は光学系の広角化と光学系のレンズ径を小型化するために最も重要なレンズ群であり、第２レンズ群のレンズ構成と屈折力を適切に設定することが、小型化、高倍率化、広角化及び高画質化の全てにおいて重要となる。
第２レンズ群を第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズを物体側より像側へ順に配置して構成することにより、第２レンズ群の主点位置を物体側に近付け易くなるため、広角端における入射瞳位置を物体側に配置することが容易になる。従って、例えば、画角（広角端の半画角）が３８°を超えるような広角化を図る際においても、第１レンズ群の径を小さくすることが可能となり、それに伴い全光学系のレンズ径の小型化に大きく寄与する。
このように第２レンズ群を第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズを物体側より像側へ順に配置して構成することにより、広角化及び小型化を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）−０．５０＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜−０．３０
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
条件式（２）は、第２レンズ群の屈折力を規定する式である。
条件式（２）の下限を超えて小さくなり過ぎると、第２レンズ群の屈折力が小さくなり過ぎ、第１レンズ群の最も物体側に位置するレンズの径と全長を大きくする必要が生じるため小型化を実現することができない。
逆に、条件式（２）の上限を超えて大きくなり過ぎると、第２レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎるため、特に、広角端における軸外収差と望遠端における軸上収差の補正を適切に行うことが困難になり、画質の劣化を来たしてしまう。
従って、撮像ユニットが条件式（２）を満足することにより、第２レンズ群の屈折力が適正化され、小型化及び高画質化を図ることができる。
尚、撮像ユニットにおいては、第２レンズ群における物体側に位置する第１負レンズを非球面レンズとして構成することが最も好ましい。第１負レンズを非球面レンズとして構成することにより、特に、広角端における軸外収差の発生を極限まで抑えることが可能となるため、一層の画質の向上を図ることが可能となる。
また、第２レンズ群における最も像側に位置する正レンズを非球面レンズとして構成することも望ましい。正レンズを非球面レンズとして構成することにより、広角端における軸外収差と望遠端における軸上収差の補正を一層効果的に行うことが可能となる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−２．０＜ｆ１２ｗ／ ｆｗ＜−１．５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
とする。
条件式（３）は、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成屈折力を規定する式である。
上記したように、例えば、画角（広角端の半画角）が３８°を超えるような広角化を図る場合には、第１レンズ群のレンズの径を小さくすることが全光学系のレンズ径の小型化に大きく寄与している。具体的には、広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成屈折力が、その光学系の径方向における小型化に対して最も大きく寄与する。
従って、条件式（３）の下限を超えて小さくなり過ぎると、第１レンズ群と第２レンズ群の合成屈折力が小さくなり過ぎるため、広角化を図る場合に第１レンズ群における最も物体側に位置するレンズの径が大型化してしまう。
逆に、条件式（３）の上限を超えて大きくなり過ぎると、第１レンズ群と第２レンズ群の合成屈折力が大きくなり過ぎるため、特に、広角端における軸外収差が大きくなってしまう。従って、画質の劣化を来たしたり、又は、第１レンズ群の屈折力が小さくなり過ぎることにより、高倍率化を図った場合において光学系の全長が長くなったり、望遠端におけるＦナンバーが暗くなり過ぎたりするため、小型化に支障を来たすと共に高画質化を図ることができなくなる。
従って、撮像ユニットが条件式（３）を満足することにより、高倍率化を確保した上で小型化を図ることができると共に高画質化を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．８＜ｆ２３ｔ／ ｆｔ＜３．５
但し、
ｆ２３ｔ：望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離
ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
とする。
条件式（４）は、広角端における第２レンズ群と第３レンズ群の合成屈折力を規定する式である。
条件式（４）の上限を超えて大きくなり過ぎると、第２レンズ群と第３レンズ群の合成屈折力が小さくなり過ぎるため、光学系の全長が長くなり小型化を図ることが困難になる。
逆に、条件式（４）の下限を超えて小さくなり過ぎると、第２レンズ群と第３レンズ群の合成屈折力が大きくなり過ぎるため、特に、望遠端における軸上収差と倍率色収差が大きくなってしまい画質の劣化を来たしてしまう。
従って、撮像ユニットが条件式（４）を満足することにより、小型化及び高画質化を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことが望ましい。
固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことにより、フォーカシングを目的とするレンズ群を削減することができる上に、フォーカス感度を１．０に設定することができるため、レンズ群によってフォーカシングを行う場合に比べてフォーカスストロークを短くすることが可能となる。具体的には、例えば、正・負・正・正の４群構成のタイプにおいて第４レンズ群によってフォーカシングを行う場合には、フォーカス感度が０．３〜０．７程度になることが多い。従って、固体撮像素子によってフォーカシングを行うことにより、フォーカシングに必要な空間をレンズ鏡筒の内部から３０％〜７０％も削減することが可能となり、必要に応じて確保したスペースをズーミングのためのストロークの確保に分配することも可能となる。
このように固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行うことにより、小型化を図ることができると共に高変倍化を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、ズーミングの際に固体撮像素子が光軸方向へ移動され、無限遠物体合焦時において、広角端における固体撮像素子の位置が最も像側に存在することが望ましい。
一般に、光学系における像倍率は、広角端に比べてそれより望遠側の方が高くなるため、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までフォーカシングするためのフォーカスストロークは、広角端に比べてそれより望遠側の方が長くなることが多い。
そこで、上記したように、無限遠物体合焦時におけるズーミングに際して、広角端における固体撮像素子の位置が最も像側に存在するように構成することにより、広角端よりも望遠側において長くなるフォーカスストロークをズーミングにおいて可能な限り確保することが可能となり、結果として、レンズ鏡筒において必要なフォーカスストロークを短くすることが可能となる。
従って、撮像ユニットにおいて光学系の小型化を実現することが可能となる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、ズーミングの際に第２レンズ群が光軸方向において固定されていることが望ましい。
ズーミングの際に第２レンズ群が光軸方向において固定されていることにより、第２レンズ群をズーミング時に移動させるための駆動機構を設ける必要がなく、また、第２レンズ群の移動ストロークを駆動機構のカム部材等において確保する必要がない。
従って、レンズ鏡筒の構造に関して大幅に簡素化及び小型化を図ることが可能となり、撮像ユニットの小型化を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子が物体側から像側へ向かって移動することが望ましい。
上記したように、一般に、光学系における像倍率は、広角端に比べてそれより望遠側の方が高くなるため、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までフォーカシングするためのフォーカスストロークは、広角端に比べてそれより望遠側の方が長くなることが多い。
そこで、上記したように、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子が物体側から像側へ向かって移動する構成とすることにより、広角端よりも望遠側において長くなるフォーカスストロークをズーミングにおいて可能な限り確保することが可能となり、レンズ鏡筒において必要なフォーカスストロークを短くすることが可能となる。
従って、撮像ユニットにおいて光学系の小型化を実現することが可能となる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、フォーカシング及びズーミングの際に、固体撮像素子がステッピングモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することが望ましい。
固体撮像素子がステッピングモーターの駆動力によって光軸方向へ移動するように構成することにより、ズーミングとフォーカシングの双方の複雑な動作を同一の機構によって制御することが可能となる。
従って、レンズ鏡筒の構造の簡素化及び小型化を図ることができると共にカム部材を回転させて行う制御方法に比べて駆動精度が高いため動作の信頼性の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態による撮像ユニットにあっては、フォーカシング及びズーミングの際に、固体撮像素子がリニアモーターの駆動力によって光軸方向へ移動することが望ましい。
固体撮像素子がリニアモーターの駆動力によって光軸方向へ移動するように構成することにより、ズーミングとフォーカシングの双方の複雑な動作を同一の機構によって制御することが可能となる。
従って、レンズ鏡筒の構造の簡素化及び小型化を図ることができると共にカム部材を回転させて行う制御方法に比べて駆動精度が高いため動作の信頼性の向上を図ることができる。
尚、本発明による撮像ユニットにあっては、ズーミング及びフォーカシングの際に固体撮像素子が光軸方向へ移動されるが、固体撮像素子の近傍に配置されている赤外線カットフィルターや光学ローパスフィルター、固体撮像素子を封止しているカバーガラス等を固体撮像素子と一体で移動させてもよい。
一般に、固体撮像素子はカバーガラス等により予め封止されている形態や、赤外線カットフィルターや光学ローパスフィルターがパッケージとして一体に設けられている形態が多い。従って、赤外線カットフィルターや光学ローパスフィルター、カバーガラス等を固体撮像素子と一体で移動させる場合においても、フォーカシングやズーミングに際して固体撮像素子が移動される構成とされたときの上記した効果が損なわれることはない。
［撮像ユニットの数値実施例］
以下に、本発明撮像ユニットの具体的な実施の形態及び実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について、図面及び表を参照して説明する。
尚、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。
「ｓｉ」は物体側から像側へ数えた第ｉ番目の面、「ｒｉ」は第ｉ番目の面の曲率半径、「ｄｉ」は第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間の軸上面間隔（レンズ中心厚又は空気間隔）、「ｎｉ」は第ｉ番目の面から始まるレンズ等のｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率、「νｉ」は第ｉ番目の面から始まるレンズ等のｄ線におけるアッベ数を示す。
「面番号」に関し「ＡＳＰ」は当該面が非球面であることを示し、「曲率半径」に関し「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面であることを示し、「面間隔」に関し「（ｄｉ）」は可変間隔を示す。
「Ｋ」は円錐定数（コーニック定数）、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数を示す。
「ｆ」はレンズ全系の焦点距離、「ＦＮＯ」はＦナンバー（開放Ｆ値）、「ω」は半画角（単位°）を示す。
尚、以下の非球面係数を示す各表において、「Ｅ−ｎ」は１０を底とする指数表現、即ち、「１０−ｎ」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×１０−５」を表している。
各実施の形態において用いられたズームレンズには、レンズ面が非球面に形成されたものがある。レンズ面の頂点から光軸方向における距離を「ｘ」、光軸方向に直交する方向における高さを「ｙ」、レンズ頂点での近軸曲率を「ｃ」とすると、非球面形状は以下の数式１によって定義される。
Figure 2012042557
 ＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態における撮像ユニット１のレンズ構成を示している。
撮像ユニット１は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、第１レンズ群ＧＲ１乃至第３レンズ群ＧＲ３によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子ＩＭＧとが物体側より像側へ順に配置されて成る。
撮像ユニット１においては、図２に示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように物体側へ移動し、第３レンズ群ＧＲ３が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を縮めるように物体側へ移動する。第２レンズ群ＧＲ２は、広角端と望遠端の間のズーミングに際し、光軸方向において固定とされている。
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、固体撮像素子ＩＭＧが光軸方向へ移動され、固体撮像素子ＩＭＧは広角端において最も像側のポジションＰに位置されている。
また、撮像ユニット１においては、広角端における第２レンズ群ＧＲ２から固体撮像素子ＩＭＧまでの距離Ｌが、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにされている。
さらに、撮像ユニット１においては、固体撮像素子ＩＭＧを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行う構成とされ、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子ＩＭＧが物体側から像側へ向かって移動する。
撮像ユニット１は変倍比が９．４１倍とされている。
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の正レンズＬ１２とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２の正レンズＬ１３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ２１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３とが接合されて成る接合レンズとが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の正レンズＬ３１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ３２とが接合されて成る接合レンズと、両凸形状の第２の正レンズＬ３３と、物体側に凹面を向けた第２の負レンズＬ３４とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧの間にはカバーガラスＣＧが配置されている。
開口絞りＳＴＯは第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３の間に配置され、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の近傍に配置され、第３レンズ群ＧＲ３と一体に光軸方向へ移動する。
表１に、第１の実施の形態における撮像ユニット１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデーターを示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット１において、第２レンズ群ＧＲ２の第１の負レンズＬ２１の両面（第６面、第７面）、第２レンズ群ＧＲ２の接合レンズの接合面（第９面）、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の物体側の面（第１２面）及び第３レンズ群ＧＲ３の第２の負レンズＬ３４の両面（第１７面、第１８面）は非球面に形成されている。数値実施例１における非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数Ｋと共に表２に示す。
Figure 2012042557
 数値実施例１の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１３．４３）及び望遠端状態（ｆ＝４１．２３）におけるＦナンバーＦＮＯ及び半画角ωを表３に示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット１において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２の間の面間隔ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＳＴＯ）の間の面間隔ｄ１０及び第３レンズ群ＧＲ３とカバーガラスＣＧの間の面間隔ｄ１８が変化する。数値実施例１における各面間隔の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１３．４３）及び望遠端状態（ｆ＝４１．２３）における可変間隔を表４に示す。
Figure 2012042557
 図３乃至図５は数値実施例１の無限遠合焦状態における諸収差図を示し、図３は広角端状態、図４は中間焦点距離状態、図５は望遠端状態における諸収差図を示す。
図３乃至図５には、球面収差図において、実線でｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線でｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値をそれぞれ示し、非点収差図において、実線でサジタル像面、点線でメリディオナル像面における値をそれぞれ示し、横収差図において、実線でｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線でｇ線における値をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例１は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態における撮像ユニット２のレンズ構成を示している。
撮像ユニット２は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、第１レンズ群ＧＲ１乃至第３レンズ群ＧＲ３によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子ＩＭＧとが物体側より像側へ順に配置されて成る。
撮像ユニット２においては、図７に示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように物体側へ移動し、第３レンズ群ＧＲ３が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を縮めるように物体側へ移動する。第２レンズ群ＧＲ２は、広角端と望遠端の間のズーミングに際し、光軸方向において固定とされている。
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、固体撮像素子ＩＭＧが光軸方向へ移動され、固体撮像素子ＩＭＧは広角端において最も像側のポジションＰに位置されている。
また、撮像ユニット２においては、広角端における第２レンズ群ＧＲ２から固体撮像素子ＩＭＧまでの距離Ｌが、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにされている。
さらに、撮像ユニット２においては、固体撮像素子ＩＭＧを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行う構成とされ、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子ＩＭＧが物体側から像側へ向かって移動する。
撮像ユニット２は変倍比が９．４１倍とされている。
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた第１の正レンズＬ１２とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２の正レンズＬ１３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ２１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２の負レンズＬ２２と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３とが接合されて成る接合レンズとが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の正レンズＬ３１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ３２とが接合されて成る接合レンズと、両凸形状の第２の正レンズＬ３３と、物体側に凹面を向けた第２の負レンズＬ３４とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧの間にはカバーガラスＣＧが配置されている。
開口絞りＳＴＯは第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３の間に配置され、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の近傍に配置され、第３レンズ群ＧＲ３と一体に光軸方向へ移動する。
表５に、第２の実施の形態における撮像ユニット２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデーターを示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット２において、第２レンズ群ＧＲ２の第１の負レンズＬ２１の両面（第６面、第７面）、第２レンズ群ＧＲ２の接合レンズの接合面（第９面）、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の物体側の面（第１２面）及び第３レンズ群ＧＲ３の第２の負レンズＬ３４の両面（第１７面、第１８面）は非球面に形成されている。数値実施例２における非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数Ｋと共に表６に示す。
Figure 2012042557
 数値実施例２の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１３．４５）及び望遠端状態（ｆ＝４１．２１）におけるＦナンバーＦＮＯ及び半画角ωを表７に示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット２において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２の間の面間隔ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＳＴＯ）の間の面間隔ｄ１０及び第３レンズ群ＧＲ３とカバーガラスＣＧの間の面間隔ｄ１８が変化する。数値実施例２における各面間隔の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１３．４５）及び望遠端状態（ｆ＝４１．２１）における可変間隔を表８に示す。
Figure 2012042557
 図８乃至図１０は数値実施例２の無限遠合焦状態における諸収差図を示し、図８は広角端状態、図９は中間焦点距離状態、図１０は望遠端状態における諸収差図を示す。
図８乃至図１０には、球面収差図において、実線でｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線でｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値をそれぞれ示し、非点収差図において、実線でサジタル像面、点線でメリディオナル像面における値をそれぞれ示し、横収差図において、実線でｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線でｇ線における値をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例２は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜第３の実施の形態＞
図１１は、本発明の第３の実施の形態における撮像ユニット３のレンズ構成を示している。
撮像ユニット３は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、第１レンズ群ＧＲ１乃至第３レンズ群ＧＲ３によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子ＩＭＧとが物体側より像側へ順に配置されて成る。
撮像ユニット３においては、図１２に示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように物体側へ移動し、第３レンズ群ＧＲ３が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を縮めるように物体側へ移動する。第２レンズ群ＧＲ２は、広角端と望遠端の間のズーミングに際し、光軸方向において固定とされている。
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、固体撮像素子ＩＭＧが光軸方向へ移動され、固体撮像素子ＩＭＧは広角端において最も像側のポジションＰに位置されている。
また、撮像ユニット３においては、広角端における第２レンズ群ＧＲ２から固体撮像素子ＩＭＧまでの距離Ｌが、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにされている。
さらに、撮像ユニット３においては、固体撮像素子ＩＭＧを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行う構成とされ、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子ＩＭＧが物体側から像側へ向かって移動する。
撮像ユニット３は変倍比が１１．７６倍とされている。
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の第１の正レンズＬ１２とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２の正レンズＬ１３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ２１と、両凹形状の第２の負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、両凸形状の第１の正レンズＬ３１と、両凸形状の第２の正レンズＬ３２と両凹形状の負レンズＬ３３とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３の正レンズＬ３４とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧの間にはフィルターＦＬとカバーガラスＣＧが物体側より像側へ順に配置されている。
開口絞りＳＴＯは第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３の間に配置され、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の近傍に配置され、第３レンズ群ＧＲ３と一体に光軸方向へ移動する。
表９に、第３の実施の形態における撮像ユニット３に具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデーターを示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット３において、第２レンズ群ＧＲ２の第１の負レンズＬ２１の両面（第６面、第７面）、第２レンズ群ＧＲ２の正レンズＬ２３の像側の面（第１１面）、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の両面（第１３面、第１４面）及び第３レンズ群ＧＲ３の第３の正レンズＬ３４の両面（第１８面、第１９面）は非球面に形成されている。数値実施例３における非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数Ｋと共に表１０に示す。
Figure 2012042557
 数値実施例３の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．７９）及び望遠端状態（ｆ＝５１．５０）におけるＦナンバーＦＮＯ及び半画角ωを表１１に示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット３において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２の間の面間隔ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＳＴＯ）の間の面間隔ｄ１１及び第３レンズ群ＧＲ３とカバーガラスＣＧの間の面間隔ｄ１９が変化する。数値実施例３における各面間隔の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．７９）及び望遠端状態（ｆ＝５１．５０）における可変間隔を表１２に示す。
Figure 2012042557
 図１３乃至図１５は数値実施例３の無限遠合焦状態における諸収差図を示し、図１３は広角端状態、図１４は中間焦点距離状態、図１５は望遠端状態における諸収差図を示す。
図１３乃至図１５には、球面収差図において、実線でｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線でｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値をそれぞれ示し、非点収差図において、実線でサジタル像面、点線でメリディオナル像面における値をそれぞれ示し、横収差図において、実線でｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線でｇ線における値をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例３は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜第４の実施の形態＞
図１６は、本発明の第４の実施の形態における撮像ユニット４のレンズ構成を示している。
撮像ユニット４は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、第１レンズ群ＧＲ１乃至第３レンズ群ＧＲ３によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子ＩＭＧとが物体側より像側へ順に配置されて成る。
撮像ユニット４においては、図１７に示すように、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を広げるように物体側へ移動し、第３レンズ群ＧＲ３が第２レンズ群ＧＲ２との間隔を縮めるように物体側へ移動する。第２レンズ群ＧＲ２は、広角端と望遠端の間のズーミングに際し、光軸方向において固定とされている。
広角端から望遠端へのズーミングに際しては、固体撮像素子ＩＭＧが光軸方向へ移動され、固体撮像素子ＩＭＧは広角端において最も像側のポジションＰに位置されている。
また、撮像ユニット４においては、広角端における第２レンズ群ＧＲ２から固体撮像素子ＩＭＧまでの距離Ｌが、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにされている。
さらに、撮像ユニット４においては、固体撮像素子ＩＭＧを光軸方向へ移動させてフォーカシングを行う構成とされ、無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子ＩＭＧが物体側から像側へ向かって移動する。
撮像ユニット４は変倍比が１１．７８倍とされている。
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の第１の正レンズＬ１２とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２の正レンズＬ１３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第２レンズ群ＧＲ２は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズＬ２１と、両凹形状の第２の負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２３とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、両凸形状の第１の正レンズＬ３１と、両凸形状の第２の正レンズＬ３２と両凹形状の負レンズＬ３３とが接合されて成る接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第３の正レンズＬ３４とが物体側より像側へ順に配置されて構成されている。
第３レンズ群ＧＲ３と像面ＩＭＧの間にはフィルターＦＬとカバーガラスＣＧが物体側より像側へ順に配置されている。
開口絞りＳＴＯは第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３の間に配置され、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の近傍に配置され、第３レンズ群ＧＲ３と一体に光軸方向へ移動する。
表１３に、第４の実施の形態における撮像ユニット４に具体的数値を適用した数値実施例４のレンズデーターを示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット４において、第２レンズ群ＧＲ２の第１の負レンズＬ２１の両面（第６面、第７面）、第２レンズ群ＧＲ２の正レンズＬ２３の像側の面（第１１面）、第３レンズ群ＧＲ３の第１の正レンズＬ３１の両面（第１３面、第１４面）及び第３レンズ群ＧＲ３の第３の正レンズＬ３４の両面（第１８面、第１９面）は非球面に形成されている。数値実施例４における非球面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐定数Ｋと共に表１４に示す。
Figure 2012042557
 数値実施例４の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．０３）及び望遠端状態（ｆ＝５１．６０）におけるＦナンバーＦＮＯ及び半画角ωを表１５に示す。
Figure 2012042557
 撮像ユニット４において、広角端状態と望遠端状態の間の変倍に際して、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２の間の面間隔ｄ５、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＳＴＯ）の間の面間隔ｄ１１及び第３レンズ群ＧＲ３とカバーガラスＣＧの間の面間隔ｄ１９が変化する。数値実施例４における各面間隔の広角端状態（ｆ＝４．３８）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．０３）及び望遠端状態（ｆ＝５１．６０）における可変間隔を表１６に示す。
Figure 2012042557
 図１８乃至図２０は数値実施例４の無限遠合焦状態における諸収差図を示し、図１８は広角端状態、図１９は中間焦点距離状態、図２０は望遠端状態における諸収差図を示す。
図１８乃至図２０には、球面収差図において、実線でｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線でｇ線（波長４３５．８ｎｍ）における値をそれぞれ示し、非点収差図において、実線でサジタル像面、点線でメリディオナル像面における値をそれぞれ示し、横収差図において、実線でｅ線（波長５４６．１ｎｍ）、破線でｇ線における値をそれぞれ示す。
各収差図から、数値実施例４は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜実施の形態の補足＞
上記した第１の実施の形態乃至第４の実施の形態における撮像ユニット１乃至撮像ユニット４にあっては、何れも広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１と第３レンズ群ＧＲ３がそれぞれ第２レンズ群ＧＲ２に離接するように移動する構成を例として示した。
しかしながら、撮像ユニット１乃至撮像ユニット４にあっては、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２の間隔が大きくなると共に第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３の間隔が小さくなるように各レンズ群が移動可能とされていればよい。
また、第２レンズ群ＧＲ２は、広角端と望遠端の間のズーミングに際し、光軸方向において固定とされているが、広角端と望遠端の間のズーミングに際して第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向へ移動される構成とすることも可能である。
［撮像ユニットの条件式の各値］
表１７に撮像ユニット１乃至撮像ユニット４における条件式（１）乃至条件式（４）の各値を示す。
Figure 2012042557
 表１７から明らかなように、撮像ユニット１乃至撮像ユニット４は条件式（１）乃至条件式（４）を満足するようにされている。
［撮像装置の構成］
本発明撮像装置は、撮像ユニットが、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、第１レンズ群乃至第３レンズ群によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子とが物体側より像側へ順に配置されている。
また、本発明撮像装置は、撮像ユニットが、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなると共に第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が小さくなり、広角端における第２レンズ群から固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにしている。
上記のように構成することにより、広角化を確保した上で、ズーミングの際の変倍効果に大きく寄与している第２レンズ群と第３レンズ群の変倍効果を最大限に引き出して高倍率化を図ることができ、また、全光学系の全長を短縮化して小型化を図ることもできる。
［撮像装置の一実施形態］
図２１に、本発明撮像装置の一実施形態によるデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
撮像装置（デジタルスチルカメラ）１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮影された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０とを有している。また、撮像装置１００は、撮影された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリーカード１０００への画像信号の書込及び読出を行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、撮像装置１００の全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０とを有している。さらに、撮像装置１００は、ユーザーによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等から成る入力部７０と、カメラブロック１０に配置されたレンズ及び後述する固体撮像素子の駆動を制御する駆動制御部８０とを備えている。
カメラブロック１０は、ズームレンズ１１とＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子１２とを含む撮像ユニット１３（本発明が適用される撮像ユニット１、２、３、４）等を有している。
カメラ信号処理部２０は、固体撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行う。
画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。
ＬＣＤ４０はユーザーの入力部７０に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。
Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データのメモリーカード１０００への書込及びメモリーカード１０００に記録された画像データの読出を行う。
ＣＰＵ６０は、撮像装置１００に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能し、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。
入力部７０は、例えば、シャッター操作を行うためのシャッターレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザーによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。
駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてズームレンズ１１の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。
メモリーカード１０００は、例えば、Ｒ／Ｗ５０に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。
以下に、撮像装置１００における動作を説明する。
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０が駆動制御部８０に制御信号を出力し、駆動制御部８０の制御に基づいてズームレンズ１１の所定のレンズが移動される。
入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッターが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリーカード１０００に書き込まれる。
尚、フォーカシングは、例えば、入力部５０のシャッターレリーズボタンが半押しされた場合や記録（撮影）のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて駆動制御部８０がズームレンズ１１の所定のレンズを移動させることにより行われる。
メモリーカード１０００に記録された画像データを再生する場合には、入力部７０に対する操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によってメモリーカード１０００から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力されて再生画像が表示される。
尚、上記した実施の形態においては、撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲はデジタルスチルカメラに限られることはなく、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等のデジタル入出力機器のカメラ部等として広く適用することができる。
上記した各実施の形態において示した各部の形状及び数値は、何れも本発明を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
本発明撮像ユニットの第１の実施の形態の構成を示す図である。 本発明撮像ユニットの第１の実施の形態について、広角端と望遠端の間のズーミングに際して、レンズ群と固体撮像素子の動作を示す図である。 図４及び図５と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 本発明撮像ユニットの第２の実施の形態の構成を示す図である。 本発明撮像ユニットの第２の実施の形態について、広角端と望遠端の間のズーミングに際して、レンズ群と固体撮像素子の動作を示す図である。 図９及び図１０と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 本発明撮像ユニットの第３の実施の形態の構成を示す図である。 本発明撮像ユニットの第３の実施の形態について、広角端と望遠端の間のズーミングに際して、レンズ群と固体撮像素子の動作を示す図である。 図１４及び図１５と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 本発明撮像ユニットの第４の実施の形態の構成を示す図である。 本発明撮像ユニットの第４の実施の形態について、広角端と望遠端の間のズーミングに際して、レンズ群と固体撮像素子の動作を示す図である。 図１９及び図２０と共に第４の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例の収差図を示し、本図は、広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差及び横収差を示す図である。 本発明撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。
１…撮像ユニット、２…撮像ユニット、３…撮像ユニット、４…撮像ユニット、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ２１…第１の負レンズ、Ｌ２２…第２の負レンズ、Ｌ２３…正レンズ、ＩＭＧ…固体撮像素子、１００…撮像装置、１２…固体撮像素子、１３…撮像ユニット

Claims (15)

  1. 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、前記第１レンズ群乃至前記第３レンズ群によって形成される光学像を撮像する固体撮像素子とが物体側より像側へ順に配置され、
    広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなり、
    広角端における前記第２レンズ群から前記固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにした
    撮像ユニット。
  2. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間に開口絞りが配置され、
    前記開口絞りがズーミングに際して前記第３レンズ群と一体で移動する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  3. 以下の条件式（１）を満足する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
    （１）０．４５＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜０．７０
    但し、
    ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
    ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
    ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
    とする。
  4. 前記第３レンズ群における最も像側に位置するレンズ面を非球面に形成した
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  5. 前記第２レンズ群は第１の負レンズと第２の負レンズと正レンズが物体側より像側へ順に配置されて成る
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  6. 以下の条件式（２）を満足する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
    （２）−０．５０＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜−０．３０
    但し、
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
    ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
    とする。
  7. 以下の条件式（３）を満足する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
    （３）−２．０＜ｆ１２ｗ／ ｆｗ＜−１．５
    但し、
    ｆ１２ｗ：広角端における第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離
    ｆｗ：広角端における全光学系の焦点距離
    とする。
  8. 以下の条件式（４）を満足する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
    （４）０．８＜ｆ２３ｔ／ ｆｔ＜３．５
    但し、
    ｆ２３ｔ：望遠端における第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離
    ｆｔ：望遠端における全光学系の焦点距離
    とする。
  9. 前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行う
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  10. ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、
    無限遠物体合焦時において、広角端における固体撮像素子の位置が最も像側に存在する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  11. ズーミングの際に第２レンズ群が光軸方向において固定されている
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  12. 無限遠物体合焦時から近距離物体合焦時までのフォーカシングの際に、固体撮像素子が物体側から像側へ向かって移動する
    請求項９に記載の撮像ユニット。
  13. 前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行い、
    ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、
    フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がステッピングモーターの駆動力によって光軸方向へ移動する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  14. 前記固体撮像素子を光軸方向へ移動させてフォーカシングを行い、
    ズーミングの際に前記固体撮像素子が光軸方向へ移動され、
    フォーカシング及びズーミングの際に固体撮像素子がリニアモーターの駆動力によって光軸方向へ移動する
    請求項１に記載の撮像ユニット。
  15. 物体側より像側へ順に配置された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レンズ群とから成るズームレンズと、
    前記ズームレンズによって形成される光学像を撮像する固体撮像素子と、
    操作が行われるスイッチを有する入力部と、
    少なくともズームレンズの駆動を制御する駆動制御部とを備え、
    広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなると共に前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなり、
    広角端における前記第２レンズ群から前記固体撮像素子までの距離が、全てのズームポジションにおいて最も長くなるようにした
    撮像装置。
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