JP2019144397A - レンズ装置およびそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の被写体に対して十分な解像度が得られるレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置は複数のレンズを有する光学系Ｌ０を備える。光学系Ｌ０は、一部のレンズを変化させることで、焦点距離が第１の焦点距離となる第１の状態と、焦点距離が第１の焦点距離よりも短い第２の焦点距離となる第２の状態をとることができる。第１の状態と第２の状態の最大像高および最大画角は略一定であり、所定の条件を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置に関し、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適なものである。

撮影光学系の射影方式を異ならせると、得られる像の見え方が変化することが知られている。例えば、正射影方式や等立体角射影方式を採用した場合、画面中心と比較して画面周辺における像倍率が低くなる。一方、立体射影方式を採用すると画面周辺と比較して画面中心の像倍率が低くなる。

特定の位置で像倍率が低くなると、その位置における解像度は他の位置と比較して低下する。このため、単一のレンズ装置内で射影方式を異ならせることができれば広画角を維持しつつ撮影目的や状況に応じて画面上の注目する被写体に対して十分な解像度を得ることができる。

特許文献１には、光学系の最も物体側に設けられたほとんど光学的パワーを有さないドーム型レンズを光軸方向に移動させることで射影方式を変化させることのできる光学系が記載されている。

特開２００８−１９７５４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された光学系では、画面中心と画面周辺の相対的な像倍率の変化が小さい。したがって、特許文献１の光学系では、注目する被写体に対して十分な解像度を得ることができない場合があった。加えて、特許文献１の光学系では射影方式を変化させる際に最大像高が変化してしまうため、画角が変化したり撮像素子の一部の画素が無駄になったりする場合があった。

そこで本発明は、所望の被写体に対して十分な解像度が得られるレンズ装置を実現することを目的とする。

本発明のレンズ装置は、複数のレンズを有する光学系を備え、前記光学系は、前記光学系の一部のレンズを変化させることで、前記光学系の焦点距離が第１の焦点距離となる第１の状態と、前記光学系の焦点距離が前記第１の焦点距離よりも短い第２の焦点距離となる第２の状態をとることができ、前記第１の状態における最大像高をＹｍａｘ１、前記第２の状態における最大像高をＹｍａｘ２、前記第１の状態における最大半画角をθｍａｘ１、前記第２の状態における最大半画角をθｍａｘ２とし、前記第１の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ１）に対応する像高をＹ１（θ）、前記第２の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ２）に対応する像高をＹ２（θ）、ΔＹ（θ）＝｜Ｙ１（θ）／Ｙｍａｘ１−Ｙ２（θ）／Ｙｍａｘ２｜で定義されるΔＹ（θ）のθに対する最大値をΔＹｍａｘとし、前記第１の焦点距離をｆＬ、前記第２の焦点距離をｆＳとしたとき、
０．９０＜Ｙｍａｘ１／Ｙｍａｘ２＜１．１０
０．９０＜θｍａｘ１／θｍａｘ２＜１．１０
０．０４＜ΔＹｍａｘ＜０．５０
１．０５＜ｆＬ／ｆＳ＜４．００
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、所望の被写体に対して十分な解像度が得られるレンズ装置を提供することができる。

実施例１の光学系の断面図である。 実施例１の光学系における半画角と像高の関係を示す図である。 実施例１の光学系における収差図である。 実施例２の光学系の断面図である。 実施例２の光学系における半画角と像高の関係を示す図である。 実施例２の光学系における収差図である。 実施例３の光学系の断面図である。 実施例３の光学系における半画角と像高の関係を示す図である。 実施例３の光学系における収差図である。 撮像装置の概略図である。

本発明のレンズ装置及びそれを有する撮像装置の実施例に関する説明に先立ち、本願明細書における用語の定義について述べる。

最大像高とは、光学系の有効像円径の半値（イメージサークルの半径）である。有効像円径は、光学系を通過した光線が像面において結像して形成した円形の領域のことを言う。

最大半画角とは、最大像高に到達する軸外主光線の画角（光線が光軸の成す角度）である。

撮影状態とは、光学系が撮影に使用され得る状態である。通常、１つのレンズ装置はレンズの位置やＦ値の異なる複数の撮影状態を取ることができるように構成される。なお、撮影に使用されることが想定されていない状態は撮影状態には含まれない。撮影に使用されることが想定されていない状態とは、例えば沈胴式レンズにおける沈胴状態である。また、光路に対して挿抜可能なコンバータレンズを内蔵したレンズ装置において、コンバータレンズの光線有効領域の一部のみが光路内に挿入されているような状態（半掛かり状態）も、撮影に使用されることが想定されていない状態に含まれる。

次に、本発明のレンズ装置及びそれを有する撮像装置の実施例について、添付の図面に基づいて説明する。

図１，４，７は実施例１から３のレンズ装置が備える光学系Ｌ０の断面図である。各レンズ断面図において、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。各実施例のレンズ装置は光学系Ｌ０の他、光学系を保持する鏡筒（不図示）を有している。

各実施例のレンズ装置は、光学系Ｌ０の一部のレンズを変化させることで、焦点距離を変化させることができるように構成されている。なお、一部のレンズを変化させるとは、光学系Ｌ０に含まれるレンズを光軸方向に移動する、光学系Ｌ０に含まれるレンズの一部を光路から取り外す、光学系Ｌ０に他のレンズを追加する、光学系Ｌ０に含まれるレンズの一部を他のレンズと交換することを含む。なお、光学系Ｌ０における焦点距離の変化は、光学系Ｌ０の一部のレンズを不連続的に変化させることによって行われても良いし、連続的に変化させることによって行われても良い。

これによって、各実施例の光学系Ｌ０は焦点距離の異なる複数の撮影状態をとることができる。また、各実施例のレンズ装置において、複数の撮影状態は第１の状態と、第１の状態よりも焦点距離の短い第２の状態を含む。第１の状態と第２の状態は、後述する条件式（１）乃至（４）を全て満足する。

なお、後述のように実施例１，２では、光学系Ｌ０を構成するレンズの一部を光軸方向に移動させることで焦点距離を変化させている。各実施例において、焦点距離の変化に際して光軸方向に相対移動するレンズの集合体を「レンズ群」と称する。レンズ群は１枚のレンズのみで構成されていても良いし、複数のレンズで構成されていても良い。また、実施例３のレンズ装置では、光学系Ｌ０を構成するレンズの一部を別のレンズに置き換えることによって焦点距離を変化させている。

各実施例のレンズ装置において、第１の状態と第２の状態の最大半画角および最大像高は略一定であるように構成されている。このため、光学系Ｌ０の撮影状態が第１の状態から第２の状態へ変化すると、最大半画角と最大像高を略一定に保ちつつ画面中心部の倍率が変化する。換言すると、各実施例の光学系Ｌ０では第１の状態と第２の状態で射影方式を異ならせている。

一般に、撮影に用いられる撮像素子の画素数は限られているため、光学系を広角化すると、画角当たりの画素数は低下する。それゆえ、光学系を広角化しつつ全画角を高解像度に撮影することは難しい。一方、各実施例のレンズ装置のように射影方式を可変に構成することで、画像の中心部と周辺部の倍率を可変とすることができる。この場合、光学系を広角化しつつ注目する被写体が存在する領域の倍率をあげることが可能であるため、所望の被写体の位置や構図に依らず所望の被写体に対して十分な解像度を得ることができる。

各実施例において、第１の状態と第２の状態は、以下の条件式（１）乃至（４）を満足する。
０．９０＜Ｙｍａｘ１／Ｙｍａｘ２＜１．１０ （１）
０．９０＜θｍａｘ１／θｍａｘ２＜１．１０ （２）
０．０４＜ΔＹｍａｘ＜０．５０ （３）
１．０５＜ｆＬ／ｆＳ＜４．００ （４）

ここで、第１の状態における最大像高をＹｍａｘ１、第２の状態における最大像高をＹｍａｘ２としている。また、第１の状態における最大半画角をθｍａｘ１、第２の状態における最大半画角をθｍａｘ２としている。また、第１の状態における光学系Ｌ０の焦点距離である第１の焦点距離をｆＬ、第２の状態における光学系Ｌ０の焦点距離である第２の焦点距離をｆＳとしている。また、第１の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ１）に対応する像高をＹ１（θ）、第２の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ２）に対応する像高をＹ２（θ）としたとき、ΔＹ（θ）を次の式（５）で定義する。このとき、ΔＹ（θ）のθに対する最大値をΔＹｍａｘとしている。
ΔＹ（θ）＝｜Ｙ１（θ）／Ｙｍａｘ１−Ｙ２（θ）／Ｙｍａｘ２｜ （５）

条件式（１）乃至（４）の技術的な意義について説明する。

条件式（１）及び（２）は、第１の状態の最大像高及び最大半画角が第２の状態の最大像高及び最大半画角と略等しいことを表している。これらの数値範囲の上限値または下限値を超える場合、第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させた場合に、画面周辺の被写体が欠けたり、撮像素子の画素が無駄になったりするため好ましくない。

なお、条件式（１）及び（２）の数値範囲は、以下の条件式（１ａ）及び（２ａ）のように設定することが好ましい。
０．９５＜Ｙｍａｘ１／Ｙｍａｘ２＜１．０５ （１ａ）
０．９５＜θｍａｘ１／θｍａｘ２＜１．０５ （２ａ）

条件式（３）は、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化に伴う射影方式の変化の大きさに関する。式（５）におけるΔＹ（θ）は、レンズ装置の撮影状態を第１の状態から第２の状態に変化させた際の、半画角θに対応する像高の変化量を表している。すなわち、ΔＹ（θ）のθに対する最大値ΔＹｍａｘが大きいことは、第１の状態から第２の状態への撮影状態の変化に伴い、画面の一部の領域における像倍率が大きく変化していることを意味する。よって、ΔＹｍａｘが大きい場合、第１の状態と第２の状態で射影方式が大きく変化していることになる。

ΔＹｍａｘの値が条件式（３）の下限値を下回る場合、画面中心と画面周辺の像倍率を十分に変化させることが困難となる。その結果、第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させることによって注目する被写体に対して十分な解像度を得ることが困難となる。ΔＹｍａｘの値が条件式（３）の上限値を上回る場合、画面中心と画面周辺の像倍率を大きく変化させることが可能となるが、光学系Ｌ０の収差を良好に補正することが困難となるため好ましくない。

なお、条件式（３）の数値範囲は、以下の条件式（３ａ）のように設定することが好ましい。
０．０５＜ΔＹｍａｘ＜０．３５ （３ａ）

条件式（４）は、条件式（１）、（２）を満足しつつ画面中心と画面周辺の像倍率を十分変化させるために必要な第１の状態と第２の状態の焦点距離の比を規定するものである。

第１の状態と第２の状態の焦点距離の比が条件式（４）を下回る程に小さい場合、第１の状態と第２の状態の間で画面中心の像倍率を十分に変化させられなくなってしまう。したがって、第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させることによって注目する被写体に対して十分な解像度を得ることが困難となる。第１の状態と第２の状態の焦点距離の比が条件式（４）の上限値を上回る場合、画面中心と画面周辺の像倍率を大きく変化させることが可能となるが、光学系Ｌ０の収差を良好に補正することが困難となるため好ましくない。

なお、条件式（４）の数値範囲は、以下の条件式（４ａ）のように設定することが好ましい。
１．１０＜ｆＬ／ｆＳ＜２．５０ （４ａ）

次に、光学系Ｌ０における好ましい構成について述べる。

第１の状態と第２の状態における最大半画角は、共にある程度大きいことが好ましい。このため、光学系Ｌ０は以下の条件式（６）、（７）を満足することが好ましい。
８０°＜θｍａｘ１＜１１０° （６）
８０°＜θｍａｘ２＜１１０° （７）

条件式（６）、（７）はそれぞれ第１の状態または第２の状態における最大半画角を規定するものである。条件式（６）、（７）の下限値を下回る程に半画角が小さくなると、光学系Ｌ０によって撮影可能な画角が狭くなりすぎるため好ましくない。また、条件式（６）、（７）の下限値を下回る程に半画角が小さくなると、画角内に存在する被写体を高い解像度で撮影し易くなるため、条件式（１）乃至（４）を満足することによるメリットが小さくなる傾向がある。条件式（６）、（７）の上限値を上回る程に半画角が大きくなると、光学系Ｌ０が大型化してしまうため好ましくない。

なお、より好ましくは光学系Ｌ０が取り得る全ての撮影状態において最大半画角が８０°以上であることがより好ましい。

また、条件式（６）、（７）の数値範囲は以下の条件式（６ａ）、（７ａ）のように設定することがより好ましい。
８５°＜θｍａｘ１＜９５° （６ａ）
８５°＜θｍａｘ２＜９５° （７ａ）

また、光学系Ｌ０は開口絞りＳＰの物体側に２枚以上の負レンズを有することが好ましい。開口絞りＳＰの物体側に配置された負レンズが１枚以下である場合、開口絞りＳＰの物体側における負の屈折力が弱くなる結果、歪曲収差の発生量が少なくなってしまい、光学系Ｌ０の画角が狭くなってしまうため好ましくない。

また、光学系Ｌ０に含まれる負レンズのうち、最も物体側に配置されている負レンズを第１負レンズＧ１とし、第１負レンズＧ１の物体側の曲率半径をＧ１Ｒ１、像側の曲率半径をＧ１Ｒ２としたとき、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
１．００＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜４．００ （８）

条件式（８）は、第１負レンズＧ１の形状因子（シェープファクター）に関するものである。第１負レンズＧ１の形状因子が条件式（６）の下限値よりも大きいことは、第１負レンズＧ１がメニスカスレンズであることを意味する。第１負レンズＧ１をメニスカスレンズとすることで、より広い画角の光を取り込むことができるようになり、光学系Ｌ０をより広画角化することができる。一方、第１負レンズＧ１の形状因子が条件式（８）の上限値を上回る場合、第１負レンズＧ１の負の屈折力が弱まって歪曲収差の発生量が減少する。その結果、光学系Ｌ０を広画角化することが難しくなるため好ましくない。

なお、条件式（８）の数値範囲は、以下の条件式（８ａ）のように設定することがより好ましい。
１．３０＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜３．７０ （８ａ）

さらに、光学系Ｌ０に含まれる負レンズのうち、物体側から数えて２番目の負レンズを第２負レンズＧ２とし、第２負レンズＧ２の焦点距離をｆＧ２、第１負レンズＧ１の焦点距離をｆＧ１としたとき、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
０．８０＜ｆＧ１／ｆＧ２＜３．５０ （９）

条件式（９）は、第１負レンズＧ１と第２負レンズＧ２の焦点距離の比に関するものである。ｆＧ１／ｆＧ２の値が条件式（９）の上限値を上回る程に第２負レンズＧ２の負の屈折率が強い場合、歪曲収差等の補正が不十分となるため好ましくない。ｆＧ１／ｆＧ２の値が条件式（９）の下限値を下回る程に第１負レンズＧ１の負の屈折力が強い場合、歪曲収差を十分に補正することが困難になるか、光学系Ｌ０を十分に広画角化することが困難となるため好ましくない。

なお、条件式（９）の数値範囲は、以下の条件式（９ａ）のように設定することがより好ましい。
０．９０＜ｆＧ１／ｆＧ２＜３．３０ （９ａ）

なお、後述する実施例１，２のレンズ装置のように、光学系Ｌ０に含まれるレンズ群を光軸方向に移動させて第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させる場合、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
０．４＜Ｍｆｍａｘ＜１．０８ （１０）

ここで、Ｍｆｍａｘは、第ｎレンズ群Ｌｎの第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化に伴う移動量をＭｎ、第ｎレンズ群Ｌｎの焦点距離をｆＬｎ、Ｍｆｎ＝｜Ｍｎ／ｆＬｎ｜としたとき、Ｍｆｎのｎに対する最大値である。ただし、ｎは光学系Ｌ０を構成するレンズ群の数をＮとしたとき、１からＮまでの整数である。

条件式（１０）は、光学系Ｌ０に含まれるレンズ群の、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化に伴う移動量に関する。Ｍｆｍａｘの値が条件式（１０）の下限値を下回る場合、第１の状態と第２の状態の間の焦点距離の変化が小さくなりすぎる結果、第１の状態と第２の状態の間で注目する被写体に対する像倍率を十分に変化させることが困難となる。その結果、注目する被写体に対して十分に高い解像度を得ることが困難となる。または、光学系Ｌ０に含まれる各レンズ群の焦点距離に対する敏感度が高くなり過ぎる結果、光学系Ｌ０の製造が困難となってしまうため好ましくない。

Ｍｆｍａｘの値が条件式（１０）の上限値を上回る場合、光学系Ｌ０が大型化してしまうため好ましくない。

なお、条件式（１０）の数値範囲は、以下の条件式（１０ａ）のように設定することがより好ましい。
０．５＜Ｍｆｍａｘ＜１．０ （１０ａ）

さらに、後述する実施例１，２のレンズ装置のように光学系Ｌ０に含まれるレンズ群を光軸方向に移動させて第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させる場合、光学系Ｌ０は以下の条件式（１１）を満足する非球面を１面以上有することが好ましい。
０．１５＜｜（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／ＥＡ｜ （１１）

ここで、ＥＡは非球面の有効径である。ｈｍａｘは、第１の状態において無限遠合焦時に最軸外光束（最大像高に結像する光束）の主光線が非球面に入射する位置の光軸からの高さである。ｈｍｉｎは、第２の状態において無限遠合焦時に最軸外光束の主光線が非球面に入射する位置の光軸からの高さである。

条件式（１１）は、特定の光学面における第１の状態と第２の状態の間での最軸外主光線の光線高さの変化に関する。

第１の状態と第２の状態の間で最軸外光束の主光線の光線高さの変化が大きい面に非球面を配置することで、光学系Ｌ０の最大半画角と最大像高を略一定に保ちつつ射影方式を効率よく変化させることができる。条件式（１１）の下限値を下回る場合、光学系Ｌ０の最大半画角と最大像高を略一定に保ちつつ射影方式を十分に変化させることが難しくなる結果、注目する被写体に対して十分に高い解像度を得ることが困難となる。

なお、｜（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／ＥＡ｜の値が大きくなることは、第１の状態と第２の状態において非球面に入射する光線の高さが大きく変化することになる。この場合、第１の状態と第２の状態の変化に際してのレンズ群の移動量が大きくなってしまい、結果としてレンズ装置が大型化してしまう。このため、条件式（１１）の数値範囲は、以下の条件式（１１ａ）のように設定することがより好ましい。
０．２０＜｜（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／ＥＡ｜＜０．３７ （１１ａ）

次に、各実施例のレンズ装置について詳しく述べる。

［実施例１］
実施例１のレンズ装置の有する光学系Ｌ０は、図１に示す通りである。本実施例の光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５を有する。本実施例の光学系Ｌ０は隣り合うレンズ群の光軸上の間隔を変化させることで、上述した条件式（１）乃至（４）を全て満足する第１の状態と第２の状態の間で焦点距離を連続的に変化させることができる。

図２に、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、中間状態、第２の状態における半画角θに対する像高を示す。ここで、中間状態とは第１の状態より焦点距離が短く、第２の状態よりも焦点距離が長い撮影状態（すなわち第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させている途中の状態）である。図２に示す通り、本実施例の光学系Ｌ０では各レンズ群の間隔を変化させることで、等立体角射影である第１の状態から、等距離射影である中間状態を経て、立体射影である第２の状態へと撮影状態を変化させることができる。

また、図２においてＹｍａｘ１、ＹｍａｘＭ、Ｙｍａｘ２は、それぞれ第１の状態、中間状態、第２の状態における最大像高である。また、θｍａｘ１、θｍａｘＭ、θｍａｘ２はそれぞれ第１の状態、中間状態、第２の状態における最大半画角である。図２に示す通り、Ｙｍａｘ１、ＹｍａｘＭ、Ｙｍａｘ２およびθｍａｘ１、θｍａｘＭ、θｍａｘ２はそれぞれ略等しくなっている。すなわち、本実施例の光学系Ｌ０では、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化において、最大像高および最大半画角を略一定に保っている。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、中間状態、第２の状態における無限遠合焦時の収差図である。

収差図においてＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）であり、近軸計算による画角である。球面収差図において、ｄはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）について示している。

非点収差図においてΔＳはサジタル像面におけるｄ線、ΔＭはメリディオナル像面におけるｄ線について示している。歪曲収差はｄ線について示している。なお、第１の状態における歪曲収差は等立体角射影を基準とし、中間状態における歪曲収差は等距離射影を基準とし、第２の状態における歪曲収差は立体射影を基準としている。

また、色収差図においてｇはｄ線に対するｇ線の色収差量について示している。

［実施例２］
実施例２のレンズ装置は、実施例１と同じく、光学系Ｌ０に含まれるレンズ群を光軸方向に移動させることによって第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させる。ただし、光学系Ｌ０のレンズ構成が実施例１とは異なる。

本実施例のレンズ装置の有する光学系Ｌ０は図４に示す通りである。本実施例の光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有する。

図５に、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、第２の状態における半画角θに対する像高を示す。図５に示す通り、本実施例の光学系Ｌ０では各レンズ群の間隔を変化させることで、等立体角射影である第１の状態から、等距離射影である第２の状態へと撮影状態を変化させることができる。

また、図５においてＹｍａｘ１、Ｙｍａｘ２は、それぞれ第１の状態、第２の状態における最大像高である。また、θｍａｘ１、θｍａｘ２はそれぞれ第１の状態、第２の状態における最大半画角である。図５に示す通り、Ｙｍａｘ１、Ｙｍａｘ２およびθｍａｘ１、θｍａｘ２はそれぞれ略等しくなっている。すなわち、本実施例の光学系Ｌ０では、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化において、最大像高および最大半画角を略一定に保っている。

図６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、第２の状態における無限遠合焦時の収差図である。

第１の状態における歪曲収差は等立体角射影を基準とし、第２の状態における歪曲収差は等距離射影を基準としている。

［実施例３］
実施例３のレンズ装置は、実施例１，２のレンズ装置とは異なり、光学系Ｌ０を構成するレンズの一部を他のレンズで置き換えることによって第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させる。「置き換える」とは、光学系Ｌ０に含まれる一部のレンズを光学系Ｌ０の光軸上から退避させ、他のレンズを光学系Ｌ０の光軸上に挿入することを意味する。

図７に、本実施例のレンズ装置の有する光学系Ｌ０の断面図を示す。図７（ａ）は本実施例の第１の状態における光学系Ｌ０の断面図であり、図７（ｂ）は本実施例の第２の状態における光学系Ｌ０の断面図である。

本実施例の光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に、部分光学系Ｌ１、部分光学系Ｌ２Ａまたは部分光学系Ｌ２Ｂを有する。本実施例のレンズ装置は、部分光学系Ｌ２Ａおよび部分光学系Ｌ２Ｂを光軸から退避させるためのスペースを有しており、部分光学系Ｌ２Ａを部分光学系Ｌ２Ｂへ置き換えることが可能なように構成されている。

本実施例の光学系Ｌ０では、部分光学系Ｌ２Ａを部分光学系Ｌ２Ｂへ置き換えることで、第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を不連続的に変化させることができる。部分光学系Ｌ１は、第１の状態と第２の状態の間で不変である第１部分光学系に相当する。部分光学系Ｌ２Ａと部分光学系Ｌ２Ｂのうち一方は、第１部分光学系の像側に配置され第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化に伴い光軸上から退避する第２部分光学系に相当する。部分光学系Ｌ２Ａと部分光学系Ｌ２Ｂのうち他方は、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化に伴い、光学系Ｌ０の光路中であって第１部分光学系の像側に挿入される第３部分光学系に相当する。

なお、本実施例では置き換え可能な部分光学系として部分光学系Ｌ２Ａと部分光学系Ｌ２Ｂの２つを有する例を示したが、置き換え可能な部分光学系の数は３以上であっても良い。

また、光学系Ｌ０の一部を別のレンズに置き換えて第１の状態と第２の状態の間で撮影状態を変化させる場合、有効径の小さなレンズを他のレンズに置き換えるように構成することが好ましい。このため、本実施例のように、有効径の大きくなる最も物体側に配置された部分光学系Ｌ１は第１の状態と第２の状態の間で不変であることが好ましい。なお、「第１の状態と第２の状態の間で不変」とは、レンズが置き換わらないことを意味する。部分光学系Ｌ１は第１の状態と第２の状態の間で光軸方向に移動するように構成されていても良い。

図８に、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、第２の状態における半画角θに対する像高を示す。図８に示す通り、本実施例の光学系Ｌ０では部分光学系Ｌ２Ａを部分光学系Ｌ２Ｂに置き換えることで、等立体角射影である第１の状態から、立体射影である第２の状態へと撮影状態を変化させることができる。

また、図８においてＹｍａｘ１、Ｙｍａｘ２は、それぞれ第１の状態、第２の状態における最大像高である。また、θｍａｘ１、θｍａｘ２はそれぞれ第１の状態、第２の状態における最大半画角である。図８に示す通り、Ｙｍａｘ１、Ｙｍａｘ２およびθｍａｘ１、θｍａｘ２はそれぞれ略等しくなっている。すなわち、本実施例の光学系Ｌ０では、第１の状態と第２の状態の間の撮影状態の変化において、最大像高および最大半画角を略一定に保っている。

図９（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本実施例の光学系Ｌ０における第１の状態、第２の状態における無限遠合焦時の収差図である。

第１の状態における歪曲収差は等立体角射影を基準とし、第２の状態における歪曲収差は立体射影を基準としている。

次に、各実施例の光学系に対応する数値実施例１乃至３について述べる。各数値実施例において、面番号は物体側から数えた際の光学面の順序である。ｒｉは物体側から数えて第ｉ番目（ｉは自然数）の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｎｄｉ、νｄｉは、それぞれ第ｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数、部分分散比である。

なお、アッべ数νｄは、フラウンホーファー線のＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を各々ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとしたとき以下の式（Ａ）で定義される値である。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ） （Ａ）

また、各数値実施例において、非球面形状のレンズ面については、面番号の後に＊（アスタリスク）の符号を付加している。また、各非球面係数における「ｅ±Ｐ」は「×１０^±Ｐ」を意味している。光学面の非球面形状は、光軸方向における面頂点からの変位量をｘ、光軸方向に垂直な方向における光軸からの高さをｈ、近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、非球面係数をＡ４，Ａ６、Ａ８、Ａ１０とするとき、以下の式（Ｂ）により表される。
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ａ４×ｈ^４＋Ａ６×ｈ^６＋Ａ８×ｈ^８＋Ａ１０×ｈ^１０ （Ｂ）

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 99.932 4.00 1.76385 48.5 123.84
2 40.000 18.84 76.71
3* 144.974 3.35 1.59522 67.7 74.04
4 35.732 (可変) 56.89
5 33.765 1.90 1.59522 67.7 29.31
6* 11.603 (可変) 20.36
7* -68.622 1.00 1.59522 67.7 19.00
8* 17.187 2.63 18.17
9 39.671 6.27 1.85478 24.8 17.90
10 -47.710 (可変) 16.63
11 31.182 3.02 1.56122 44.6 10.99
12 -15.079 2.00 1.80886 33.0 9.79
13 -53.124 3.89 8.54
14(絞り) ∞ 1.00 8.45
15 21.586 1.65 1.59522 67.7 8.46
16 -259.436 1.26 8.29
17 -1918.264 1.23 1.49700 81.5 7.98
18 -50.078 1.10 1.61340 44.3 7.80
19 18.998 1.56 8.66
20 30.256 1.00 1.85478 24.8 10.72
21 15.648 4.95 1.43875 94.7 11.38
22 -36.503 (可変) 14.15
23 35.182 1.50 1.85478 24.8 20.46
24 20.448 7.53 1.59522 67.7 21.05
25 -40.003 0.15 22.46
26 20.560 5.70 1.80400 46.6 24.84
27* 26.120 (可変) 22.95
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.16945e-006 A 6=-2.92242e-009 A 8= 1.08638e-012 A10=-3.77831e-017

第6面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.94747e-005 A 6= 7.77268e-008 A 8=-4.35018e-009 A10= 4.38569e-011

第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.44646e-005 A 6= 1.20102e-007 A 8= 5.61532e-010 A10=-1.25473e-011

第8面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.35635e-004 A 6=-7.82700e-008 A 8= 3.79122e-010 A10=-2.98096e-012

第27面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.77288e-006 A 6=-6.05949e-009 A 8=-1.35874e-010 A10=-2.79501e-013

各種データ
第２の状態 中間状態 第１の状態
焦点距離 5.59 7.10 7.88
Fナンバー 2.77 2.80 2.80
半画角 89.94 89.94 89.36
像高 11.15 11.15 11.15
レンズ全長 129.30 112.26 104.98
BF 11.65 12.23 12.69

d 4 22.04 6.36 1.00
d 6 9.20 10.83 11.37
d10 6.87 3.17 1.00
d22 4.02 4.16 3.40
d27 10.92 11.50 11.96

入射瞳位置 34.06 29.94 27.96
射出瞳位置 -61.42 -63.04 -58.10
前側主点位置 39.16 36.26 34.80
後側主点位置 -4.09 -5.60 -6.38

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -38.02 26.19 13.38 -7.80
2 5 -30.68 1.90 1.87 0.64
3 7 535.27 9.90 89.16 99.15
4 11 37.36 22.65 3.36 -14.72
5 23 25.47 14.88 1.32 -6.98

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -89.91
2 3 -80.59
3 5 -30.68
4 7 -22.99
5 9 26.21
6 11 18.54
7 12 -26.66
8 15 33.55
9 17 103.44
10 18 -22.32
11 20 -39.15
12 21 25.71
13 23 -59.93
14 24 23.84
15 26 82.45

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 132.714 2.00 1.48749 70.2 99.10
2 33.585 10.54 60.13
3 53.406 1.50 1.67529 59.3 58.26
4 24.110 19.01 43.52
5 -50.122 1.50 1.43875 94.7 42.82
6 22.866 6.75 36.12
7 65.611 3.79 1.77104 49.6 36.37
8* 191.883 (可変) 36.41
9 -44.898 7.41 1.43875 94.7 36.84
10* -29.515 (可変) 38.27
11(絞り) ∞ 0.50 13.35
12* 19.205 2.40 1.62230 64.7 13.51
13 178.006 13.08 13.22
14 27.239 1.60 1.89246 28.4 14.74
15 11.257 5.07 1.43875 94.7 14.48
16 -586.919 (可変) 15.63
17 28.110 3.00 1.55332 71.7 20.91
18* 118.344 (可変) 21.04
像面 ∞

非球面データ
第8面
K = 1.00496e+002 A 4=-4.72863e-006 A 6=-9.63841e-009 A 8= 2.20544e-011 A10=-5.91022e-014

第10面
K = 9.46797e-001 A 4= 4.57154e-006 A 6= 5.29316e-009 A 8=-4.67089e-012 A10= 6.43843e-014 A12=-5.45576e-017

第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.19114e-005 A 6=-1.43660e-009 A 8=-2.68917e-010

第18面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.65423e-006 A 6=-3.00100e-008 A 8=-6.18983e-010 A10= 1.45808e-012

各種データ
第２の状態 第１の状態
焦点距離 7.64 8.49
Fナンバー 2.77 2.88
半画角 90.00 90.00
像高 12.00 12.00
レンズ全長 150.00 135.59
BF 19.48 15.45

d 8 7.03 24.10
d10 45.19 11.66
d16 0.16 6.25
d18 19.48 15.45

入射瞳位置 29.59 28.66
射出瞳位置 -25.42 -38.06
前側主点位置 35.93 35.80
後側主点位置 11.84 6.96

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -17.31 45.09 15.10 -22.19
2 9 171.19 7.41 13.11 8.62
3 11 37.42 22.64 -3.96 -21.01
4 17 65.85 3.00 -0.59 -2.50

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -92.85
2 3 -66.46
3 5 -35.57
4 7 127.64
5 9 171.19
6 12 34.39
7 14 -22.56
8 15 25.24
9 17 65.85

［数値実施例３］
単位 mm

面データ
部分光学系Ｌ１
面番号 r d nd νd 有効径
1 70.665 3.00 1.48749 70.2 100.00
2 38.430 10.86 69.71
3 50.646 2.00 2.00069 25.5 65.20
4 26.480 14.83 48.01
5 492.701 2.00 1.72916 54.7 47.77
6 27.655 9.79 38.14
7 -151.339 1.50 1.53775 74.7 37.56
8 34.463 (可変) 35.52

部分光学系Ｌ２Ａ
面番号 r d nd νd 有効径
9 43.522 8.38 1.77250 49.5 40.69
10* -77.114 33.00 40.28
11(絞り) ∞ 7.13 10.89
12* 22.293 5.87 1.55332 71.7 18.50
13 -52.393 1.47 19.32
14 46.959 1.60 2.00069 25.5 19.97
15 15.570 11.85 1.49700 81.5 19.48
16 -17.445 3.07 21.43
17 -12.986 3.00 1.88202 37.2 21.28
18* -21.721 12.00 24.56
像面 ∞

部分光学系Ｌ２Ｂ
面番号 r d nd νd 有効径
9 -6432.828 9.68 1.80400 46.6 41.48
10* -31.395 30.51 41.93
11(絞り) ∞ 0.50 8.79
12* 125.368 1.41 1.69680 55.5 8.76
13 -30.746 3.86 8.70
14 45.243 1.60 2.00069 25.5 9.96
15 12.771 6.73 1.49700 81.5 10.41
16 -11.782 3.26 12.69
17 -39.942 2.00 1.88202 37.2 14.05
18* 480.247 12.00 14.96
像面 ∞

非球面データ
部分光学系Ｌ２Ａ
第10面
K =-1.64734e+001 A 4=-1.81849e-007 A 6= 4.15324e-009 A 8=-5.17461e-012 A10= 3.79135e-015

第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.01002e-005 A 6=-3.87612e-008 A 8= 1.61665e-010

第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.51603e-005 A 6=-9.82406e-008 A 8= 5.86199e-010 A10=-4.69755e-012

部分光学系Ｌ２Ｂ
第10面
K =-4.19604e-001 A 4= 6.07258e-006 A 6=-4.86301e-009 A 8= 5.67919e-012 A10=-6.10324e-015 A12= 3.74542e-018

第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.22334e-005 A 6= 1.04783e-007 A 8=-5.83602e-009

第18面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.88753e-005 A 6=-3.30253e-007 A 8= 1.41902e-009 A10=-1.22642e-011

各種データ
第２の状態 第１の状態
焦点距離 6.00 8.49
Fナンバー 2.88 2.88
半画角 90.00 90.00
像高 12.00 12.00
レンズ全長 142.17 150.00
BF 12.00 12.00

d 8 26.65 18.65

入射瞳位置 32.57 33.04
射出瞳位置 -14.53 -29.34
前側主点位置 37.21 39.78
後側主点位置 6.00 3.51

部分光学系データ
部分光学系Ｌ１
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -10.18 43.98 22.94 -10.74

部分光学系Ｌ２Ａ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
2 9 47.51 75.37 64.93 -75.11

部分光学系Ｌ２Ｂ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
2 9 32.10 59.55 38.98 -39.02

単レンズデータ
部分光学系Ｌ１
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -178.25
2 3 -57.85
3 5 -40.26
4 7 -52.05

部分光学系Ｌ２Ａ
レンズ 始面 焦点距離
5 9 37.14
6 12 29.08
7 14 -23.89
8 15 18.79
9 17 -43.63

部分光学系Ｌ２Ｂ
レンズ 始面 焦点距離
5 9 39.21
6 12 35.57
7 14 -18.23
8 15 13.57
9 17 -41.73

以下の表に各実施例における種々の値を示す。

［撮像装置］
次に本発明の撮像装置の実施例について述べる。図１０は、本実施例の撮像装置（デジタルスチルカメラ）１０の概略図である。撮像装置１０は、カメラ本体１３と、上述した実施例１乃至３のいずれかと同様であるレンズ装置１１と、レンズ装置の光学系によって形成される像を光電変換する受光素子（撮像素子）１２を備える。レンズ装置１１とカメラ本体１３は一体に構成されていても良いし、着脱可能に構成されていても良い。

本実施例の撮像装置１０は、レンズ装置１１を有することによって、所望の被写体に対して十分な解像度を得ることができる。

なお、受光素子１２としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いることができる。

なお、上述した各実施例のレンズ装置は、図１０に示したデジタルスチルカメラに限らず、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等の種々の撮像装置に適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

Ｌ０ 光学系

Claims (14)

1. 複数のレンズを有する光学系を備え、
   前記光学系は、前記光学系の一部のレンズを変化させることで、前記光学系の焦点距離が第１の焦点距離となる第１の状態と、前記光学系の焦点距離が前記第１の焦点距離よりも短い第１の焦点距離となる第２の状態をとることができ、
   前記第１の状態における最大像高をＹｍａｘ１、前記第２の状態における最大像高をＹｍａｘ２、前記第１の状態における最大半画角をθｍａｘ１、前記第２の状態における最大半画角をθｍａｘ２とし、
   前記第１の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ１）に対応する像高をＹ１（θ）、前記第２の状態における半画角θ（０≦θ≦θｍａｘ２）に対応する像高をＹ２（θ）、ΔＹ（θ）＝｜Ｙ１（θ）／Ｙｍａｘ１−Ｙ２（θ）／Ｙｍａｘ２｜で定義されるΔＹ（θ）のθに対する最大値をΔＹｍａｘとし、
   前記第１の焦点距離をｆＬ、前記第２の焦点距離をｆＳとしたとき、
   ０．９０＜Ｙｍａｘ１／Ｙｍａｘ２＜１．１０
   ０．９０＜θｍａｘ１／θｍａｘ２＜１．１０
   ０．０４＜ΔＹｍａｘ＜０．５０
   １．０５＜ｆＬ／ｆＳ＜４．００
   なる条件式を満足することを特徴とするレンズ装置。
2. ８５°＜θｍａｘ１＜１１０°
   ８５°＜θｍａｘ２＜１１０°
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のレンズ装置。
3. 前記光学系は、開口絞りと、前記開口絞りの物体側に配置された２枚以上の負レンズを有することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記光学系は少なくとも１枚の負レンズを有し、
   前記光学系に含まれる負レンズのうち最も物体側に配置された負レンズである第１負レンズＧ１の物体側の曲率半径をＧ１Ｒ１、前記第１負レンズＧ１の像側の曲率半径をＧ１Ｒ２としたとき、
   １．００＜（Ｇ１Ｒ１＋Ｇ１Ｒ２）／（Ｇ１Ｒ１−Ｇ１Ｒ２）＜４．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ装置。
5. 前記光学系は少なくとも１枚の負レンズを有し、
   前記光学系に含まれる負レンズのうち最も物体側に配置された第１負レンズＧ１の焦点距離をｆＧ１、前記光学系に含まれる負レンズのうち物体側から数えて２番目の負レンズである第２の負レンズＧ２の焦点距離をｆＧ２としたとき、
   ０．８０＜ｆＧ１／ｆＧ２＜３．５０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ装置。
6. 前記光学系は、複数のレンズ群を備え、
   隣り合うレンズ群の光軸上の間隔を変化させることで前記第１の状態と前記第２の状態の間で撮影状態を変化させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ装置。
7. 前記光学系に含まれるレンズ群を物体側から像側へ順に数えた際の番号をｎとし、
   第ｎレンズ群の焦点距離をｆＬｎ、第ｎレンズ群の前記第１の状態と前記第２の状態の間での撮影状態の変化に伴う移動量をＭｎとし、
   Ｍｆｎ＝｜Ｍｎ／ｆＬｎ｜で定義されるＭｆｎのｎに対する最大値をＭｆｍａｘとしたとき、
   ０．４＜Ｍｆｍａｘ＜１．０８
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載のレンズ装置。
8. 前記光学系は非球面を有し、
   前記非球面の有効径をＥＡ、前記第１の状態において無限遠合焦時に最軸外光束の主光線が前記非球面に入射する位置の光軸からの高さをｈｍａｘ、前記第２の状態において無限遠合焦時に最軸外光束の主光線が前記非球面に入射する位置の光軸からの高さをｈｍｉｎとしたとき、
   ０．１５＜｜（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／ＥＡ｜
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項６または７に記載のレンズ装置。
9. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群からなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のレンズ装置。
10. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群からなることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のレンズ装置。
11. 前記光学系に含まれる一部のレンズを光軸上から退避させ、他のレンズを光軸上に挿入することで前記第１の状態と前記第２の状態の間で撮影状態を変化させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ装置。
12. 前記第１の状態と前記第２の状態の間で不変である第１部分光学系と、
    前記第１部分光学系の像側に配置され前記第１の状態と前記第２の状態の間の撮影状態の変化に伴い光軸上から退避する第２部分光学系と、
    前記第１の状態と前記第２の状態の間の撮影状態の変化に伴い、前記光学系の光路中であって前記第１部分光学系の像側に挿入される第３部分光学系と、
    を有することを特徴とする請求項１１に記載のレンズ装置。
13. １．１０＜ｆＬ／ｆＳ＜２．５０
    成る条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のレンズ装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のレンズ装置と、前記レンズ装置の前記光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

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