JP3854769B2 - 撮影光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ特にデジタルスチルカメラおよび携帯電話や携帯モバイルパソコン等に備えられている撮像装置に好適なレトロフォーカスタイプの撮影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レトロフォーカスタイプの撮影光学系で、レンズ枚数の少ない光学系の従来例として、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開昭５７−１６３２１２号公報に記載された光学系、負、正、負、正、正の５枚構成又は負、正、負、正の４枚構成の光学系である特開昭６４−６１７１４号公報に記載されている光学系、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開平２−８５８１６号公報に記載されている光学系、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開平９−１６６７４８号公報に記載されている光学系が知られている。
【０００３】
これら光学系は、レンズ枚数の比較的少ない光学系であるが、これら光学系を用いた場合、カメラボディの厚さを十分に薄くすることは困難である。
【０００４】
カメラボディを薄くするために、光路を折り曲げるようにした光学系が知られている。このような光学系の従来例としては、特開平６−１０７０７０号公報や特開平９−２１１２８７号公報に記載されている光学系がある。前者は車載カメラ用であり、画素数の多いデジタルカメラに使用できる性能には達していない。又フォーカシングについて考慮されていない。また後者はプリズムによる光路折り曲げについて記載されているが、データー等の記載がなく光学性能等は不明である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光路中に反射部材の配置が可能であり、反射部材の配置によって光路を上下方向もしくは左右方向に折り曲げてカメラのボディの厚さを薄くすることが可能であり、広角であり、少ないレンズ枚数で高性能なレンズ系で、カメラ特にデジタルスチールカメラおよび携帯電話や携帯モバイルパソコン等に備えられている撮像装置に好適な撮影光学系を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮影光学系は、物体側から順に、物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと、像面側の面が物体側の面より曲率の強い負レンズとの２枚の負レンズよりなり全体として負のパワーを持つ前群と、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとよりなり全体として正のパワーを持つ後群とよりなり、前記前群と前記後群との間に、物体側より順に、光路を曲げるための反射部材と明るさ絞りとが配置され、次の条件（１）、（２）を満足することを特徴としている。
【０００７】
（１） １．５＜｜ｆF |／ｆ＜３．５
（２） １．６＜ｄM ／ｆ＜２．６
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆF は前群の焦点距離、ｄM は前群のレンズ最終面から明るさ絞りまでの光軸上の空気間隔である。
【０００８】
本発明は、負のパワーを持つ前群と正のパワーを持つ後群とよりなるレトロフォーカスタイプの光学系を採用することにより、デジタルカメラに必要なローパスフィルターと赤外カットフィルターを配置するために必要なバックフォーカスを確保すると共に、広角な光学系を達成し得るようにしている。
【０００９】
更に、光学系の前群と後群との間にミラー等の反射部材を配置して光路を折り曲げるようにし、カメラボディーの厚みを薄くするようにした。
【００１０】
また、反射部材のすぐ後方に明るさ絞りを配置して、反射部材上での中心光束と周辺光束との分離が小さくなるようにして反射部材に必要な光学的有効範囲を小さくし、光学系全体を小型にしたものである。
【００１１】
また本発明の光学系は前記条件（１）、（２）を満足するようにした。
【００１２】
条件（１）は、前群の焦点距離を規定するもので、これにより所望のバックフォーカスを確保すると共に歪曲収差の発生を抑えるようにした。
【００１３】
条件（１）の下限の１．５を超えると前群の焦点距離が短くなりすぎ、バックフォーカスの確保には有利であるが歪曲収差の発生が大きくなり実用に耐えられなくなる。また条件（１）の上限の３．５を超えると、バックフォーカスの確保が困難になり、ローパスフィルターや赤外カットフィルターを配置するスペースがなくなる。
【００１４】
また、本発明の光学系は、反射部材を配置するための空気間隔を確保するために、条件（２）を満足するようにした。
【００１５】
条件（２）の下限の１．６を超えると反射部材を配置するためのスペースがなくなり、又条件（２）の上限の２．６を超えると光学系の全長が長くなると共に、前群のレンズ径が大になりすぎて光学系全体が大になる。
【００１６】
本発明の前記構成の光学系において、後群が物体側より順に、両凸の第１正レンズと、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなる接合レンズと、第２正レンズとよりなる３群４枚構成とし第２正レンズが非球面を有し、下記条件（３）を満足することが望ましい。
（３） ２＜Ｓd ／ｆ＜５
Ｓd は明るさ絞りから近軸像面位置までの光軸上での距離である（フィルタ部は空気換算長とする）。
【００１７】
本発明の光学系の後群において、第１正レンズは、前群にて発散された光束を収束する作用を有している。このとき、この第１レンズを像側の面の曲率に対して物体側の面の曲率を緩くすれば、球面収差の発生を抑えることができるので好ましい。
【００１８】
また、後群にて用いた接合レンズは、主として色収差とペッツバール和を良好に補正することを目的としており、更に像側の第２正レンズは、射出瞳を像面から遠ざける作用を有すると共に、主として非点収差を補正するものである。また、第２正レンズに非球面を用いることにより、この正レンズで発生する歪曲収差を抑えることができ、広角化を達成することができる。
【００１９】
前述のように、反射部材を配置すればカメラの厚み方向についての小型化が可能になる。しかし、反射部材により折り曲げられた後の光学系が大になると、カメラの上下方向もしくは左右方向が大になり好ましくない。そのため本発明の光学系において、前記条件（３）を満足することが好ましい。
【００２０】
条件（３）の上限の５を超えると光学系の全長が長くなりすぎ、また下限の２を超えると射出瞳位置を像面から遠ざけることが困難になり、特にＣＣＤを使用するようなデジタルスチールカメラ等の電子撮像装置に光学系を用いたときはシェーディングによって像がかけることになる。
【００２１】
本発明の光学系において、条件（３）の代りに下記条件（３−１）を満足すれば一層望ましい。
（３−１） ２．７＜Ｓd ／ｆ＜４．３
【００２２】
また、本発明の光学系において、前群を例えば後に示す実施例１のように１枚の負のメニスカスレンズにて構成することが可能である。しかしその場合、前群の偏芯により性能が劣化し易い。
【００２３】
前群と後群との間に反射部材を配置した場合、製造上後群に対し前群が偏芯しやすい。この前群の偏芯による性能の劣化を小さくするためには前群の各面を曲率の小さい面にすることが望ましい。前群は歪曲収差の補正を行ない易く、この収差を補正するためには負のメニスカスレンズにすることが好ましい。しかしこのように負のメニスカスレンズにするとその像側の面の曲率が強くなる。
【００２４】
そのために、本発明の光学系においては、非球面を用いることにより、負レンズで発生する歪曲収差を小さく抑え、また負レンズの像面側の面の曲率をゆるくすることが好ましい。
【００２５】
また、前群を物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと、像面側の面が物体側の面より曲率の強い負レンズとの２枚の負レンズにて構成することにより前群の全体のパワーを２枚の負レンズに分担することにより各面の曲率を弱くすることができると共に歪曲収差の発生を抑えることができる。
【００２６】
また、前群の偏芯による性能劣化を小さくするために下記条件（４）を満足することが望ましい。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００２７】
ただし、｜ψ（Ｆ）｜max は前群中の各面のパワーのうちの絶対量での最大値であり、パワーψは下記の式で与えられる。
ψ＝（Ｎ′−Ｎ）／Ｒ
ここでＮ′、Ｎは夫々射出側および入射側の屈折率、Ｒは曲率半径である。
【００２８】
条件（４）の上限を超えると前群中にパワーの大きな面が存在するために偏芯による性能劣化が大になる。また下限を超えると少ないレンズ枚数で前群を構成することが困難になり、ひいては光学系が大になり、レンズ系全体のコストが大になる。
【００２９】
本発明の光学系、即ち物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズよりなり全体として負のパワーを持つ前群と少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとからなり全体として正のパワーを持つ後群とよりなり、前群と後群との間に物体側より順に光路を曲げるための反射部材と明るさ絞りとが配置され、条件（１）、（２）を満足する光学系において、後群の第１正レンズ（最も物体側の正レンズ）が下記条件（５）を満足することが望ましい。
（５） ２８＜νP1＜５７
ただしνP1は前記第１正レンズのアッベ数である。
【００３０】
アッベ数νP1が条件（５）の下限の２８を超えると軸上色収差が補正不足になり、上限のの５７を超えると軸上色収差が補正過剰になり、いずれも一層良好な光学性能を得るためには好ましくない。
【００３１】
条件（５）の代わりに下記条件（５−１）を満足すれば一層望ましい。
（５−１） ３２＜νP1＜４８
【００３２】
条件（５−１）を満足すれば中心から周辺までより高性能な撮影光学系が得られる。
【００３３】
また、本発明の撮影光学系は、前群を繰り出しても、後群を繰り出してもフォーカシングできる。しかし、前群を非球面を有する１枚の負レンズか、あるいは物体側から順に物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと像面側の面が物体側の面よりも曲率の大きい負レンズとの２枚のレンズにて構成する場合、前群内で発生する非点収差や球面収差を小さくできるので、前群を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行なえば、撮影至近距離を短くすることが可能である。
【００３４】
光軸を折り曲げる方向は、長方形の撮像面を有する撮像素子を用いた場合、長方形の撮像面に対して短辺方向でもよいし、長辺方向でもよい。尚、短辺方向に折り曲げると反射部材のスペースが小さくなり好ましい。
【００３５】
次に本発明の光学系における好ましいフォーカシング手段について述べる。
【００３６】
本発明の撮影光学系、つまり物体側より順に、少なくとも１枚の負レンズからなり全体として負のパワーを持つ前群と、少なくとも１枚の正レンズからなり全体として正のパワーを持つ後群とからなり、撮像面を形成する光学系で、また、前群と後群との間に光路を折り曲げるための反射部材が配置されている撮影光学系で次の各手段によるフォーカシングを行なうことが好ましい。
【００３７】
それは、前記構成の本発明光学系において前群と撮像面との光軸上の距離を変化させることによってフォーカシングを行なうものである。例えば遠距離の物体から近距離の物体へのフォーカシングを行なう場合、前群と撮像面の間隔を広げ、近距離の物体から遠距離の物体へフォーカシングする場合は、前群と撮像面との間隔を狭くする。
【００３８】
本発明の光学系において、前群と撮像面との光軸上の距離を一定にし、後群を繰り出すことによって遠距離の物体から近距離の物体へフォーカシングすることも可能であるが、前述のように前群を繰り出す場合、後群を繰り出す場合に比べて、後群を通過する光束の状態の変化が少なく、光学性能の変化を小さく抑えることができる。また本発明の光学系は、反射部材を含むため、製作の際に偏芯に対する考慮をはらう必要があり、フォーカシングの際に変化する間隔が少ない方がよい。後群を繰り出すことによりフォーカシングを行なうと、少なくとも前群と後群の間隔および後群と撮像面との間隔の２箇所が変化し、これに対し、前群と撮像面との光軸上の距離を変化させる方法の場合は１箇所のみが変化するため好ましい。
【００４０】
このように前群と後群の間隔を変化させると後群を通過する光束の状態が更に大きく変化することはなく、前群と後群との間の偏芯による性能の劣化が少ないため光学系の製作が容易になる。またフォーカシングの際、明るさ絞りと後群の位置関係を固定すればフォーカシングによる射出瞳位置の変化が少なく電子撮像素子を用いる場合好ましい。
【００４１】
また、前記撮影光学系において、次の手段によりフォーカシングを行なうことも可能である。つまり前群と反射部材を後群の光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行なうものである。
【００４５】
また、前記撮影光学系におけるフォーカシングとして、前群と後群の位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることも可能である。
【００４６】
このフォーカシング手段によれば、前群と後群の位置関係が固定されているために製造時から使用時を通して前群と後群の偏芯関係を良好に維持できる。また、このフォーカシング手段によれば、変化する間隔が一つであり、前群のみを繰り出す場合に比べてフォーカシングによる間隔の変化が小である。
【００４８】
このフォーカシング手段は、前群と後群の位置関係が固定されているので、製造時から使用時を通じて前群と後群の偏芯関係を維持でき、更に撮影距離による撮影範囲の中心位置のずれを生ずることがない。またフォーカスの際変化する間隔は一つである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の撮影光学系の各実施例を示す。
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・ は各レンズの屈折率、ν1 ，ν2 ，・・・ は各レンズのアッベ数である。
【００６０】
実施例１〜１１は夫々図１〜図１１に示す通りの構成である。
【００６１】
実施例１、２、３、５、１１は、いずれも１枚の負レンズよりなる前群と、明るさ絞りと、第１正レンズと正レンズと負レンズよりなる接合レンズと第２正レンズよりなる後群とにて構成されている。
【００６２】
これら実施例のうち、実施例１は、後群の第１正レンズの像側の面（ｒ5）と第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面であり、実施例２は前群の負レンズの物体の面と後群の第１正レンズの像側の面と第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面であり、実施例３および５は前群の負レンズの像側の面に樹脂層を設けその像側の面（ｒ3）を非球面とし又後群の第１正レンズの像側の面（ｒ6）および第２正レンズの像側の面（ｒ11）が非球面であり、実施例１１は、前群の負レンズの像側の面（ｒ2）と後群の第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面である。
【００６３】
実施例４、６、７、８、９、１０は、前群が２枚の負レンズよりなり、後群が第１正レンズと正レンズと負レンズとよりなる接合レンズと第２正レンズよりなる。
【００６４】
これら実施例のうち、実施例４、７、１０は後群の第１正レンズの像側の面（ｒ7）と第２正レンズの像側の面（ｒ12）が非球面であり、実施例６は後群の第１正レンズの像側の面（ｒ7）と第２正レンズの物体側の面（ｒ11）が非球面である。実施例８、９は後群の第２レンズの像側の面（ｒ12）が非球面である。
【００６５】
これら実施例１〜１１は、いずれも前群と明るさ絞りとの間に反射面（ミラー）を配置して光路を折り曲げている。
【００６６】
これら実施例のうち、実施例１、２、３、５、１１は、ｒ3 が明るさ絞りである。
【００６７】
また、実施例４、６、７、８、９、１０はｒ4 が明るさ絞りである。
【００６８】
本発明の実施例中に用いられる非球面の形状は、光軸方向をｘ軸、光軸に直角な方向をｙ軸とするとき、下記の式にて表わされる。
ｘ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2 ｝1/2 ＋Ａ4 ｙ4 ＋Ａ6 ｙ6 ＋Ａ8 ｙ8 ＋Ａ10ｙ10
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、ｋ、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係数である。
【００６９】
各実施例の断面図（図１〜図１１）において、像面付近に配置されている平行平面板は、ローパスフィルターと赤外カットフィルターを表わす。
【００７０】
これら実施例１乃至実施例１１においてはいずれも前群と明るさ絞りとの間に反射面（ミラー）を用いているが、ミラーの代りに３角プリズム等のプリズム反射部材を用いてもよい。
【００７１】
また、実施例２〜１１の光学系は、前群を繰り出してフォーカシングが行なわれる。前群のみを前群の光軸方向に繰り出しても、又、前群と反射部材を一体として、後群の光軸方向に移動させてもよい。物体距離１０ｃｍの時の前群の繰り出し量は下記の通りである。
【００７２】
実施例２ ２．２９７ｍｍ
実施例３ ２．３１５ｍｍ
実施例４ ２．７２２ｍｍ
実施例５ １．４２７ｍｍ
実施例６ ２．７８４ｍｍ
実施例７ ０．７７ｍｍ
実施例８ ０．６０ｍｍ
実施例９ ０．６４ｍｍ
実施例１０ ０．６５ｍｍ
実施例１１ ０．５６ｍｍ
又、後群と撮像素子を一体として、相対的に固定させた前群との距離を変化させることでフォーカシングを行なってもよい。
【００７３】
実施例７〜１１は後群繰り出しにてもフォーカシングは可能であり、また光学系全体を繰り出すことによってもフォーカシングが可能である。
【００７４】
実施例７〜１１の光学系において、全体繰り出しにより１０ｃｍの物体にフォーカシングする時の繰り出し量は次の通りである。
【００７５】
実施例７ ０．１９ｍｍ
実施例８ ０．１９ｍｍ
実施例９ ０．１９ｍｍ
実施例１０ ０．２１ｍｍ
実施例１１ ０．１９ｍｍ
これら実施例の光学系のフォーカシングにおいて、前群繰り出しの場合は性能の変化が少なく、また全体繰り出しの場合は、前群と後群の偏芯による性能劣化が小さい。また、全体繰り出しによるフォーカシングは繰り出し量が小さいという利点があり、像側（ＣＣＤ側）でのフォーカシングつまり光学系に対し像面を移動することによってフォーカシングが可能になる。
【００７６】
本発明の各実施例の収差状況は図１２乃至図３７に示す通りで、実施例１は図１２、実施例２は図１３、１４、実施例３は図１５、１６、実施例４は図１７、１８、実施例５は図１９、２０、実施例６は図２１、２２、実施例７は図２３、図２４、実施例８は図２５、図２６、実施例９は図２７、図２８、実施例１０は図２９、図３０、実施例１１は図３１、図３２に示す通りであり、それらのうち、図１２、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７、２９、３１は無限遠時、図１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２は物点距離１０ｃｍの時の収差図である。また、実施例７乃至実施例１１における全体繰り出しにより物体距離１０ｃｍにフォーカスした時の収差状況は図３３乃至図３７に示す通りである。
【００７７】
以上述べた本発明の撮影光学系は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の電子撮像素子を用いた電子カメラ等の各種撮影装置に使用することができる。
【００７８】
次に本発明の撮影光学系を使用した撮影装置の例を述べる。
【００７９】
図３８、図３９、図４０は、本発明の撮影光学系が組み込まれた電子カメラを示す図である。これら図において、図３８〜図４０は夫々電子カメラの外観を示す前方斜視図、電子カメラの外観を示す後方斜視図および断面図である。これら図に示すように１０は電子カメラで、撮影用光路１１を有する撮影光学系１２とファインダー用光路１３を有するファインダー光学系１４とシャッター１５とフラッシュ１６と液晶表示モニター１７とを備えている。このカメラ１０の上部に配置されたシャッター１５が押圧されるとそれに連動して図示していない本発明の撮影光学系である対物レンズ１２を通して撮影が行なわれる。この撮影光学系１２により形成される物体像は、赤外線カットフィルター２１を介してＣＣＤ等の撮像素子チップ２０上に形成される。
【００８０】
撮像素子チップ２０にて受光された物体像は、電気的に接続された処理手段１８を介することにより反転されて正立正像の電子画像としてカメラ１０の背面に設けられた液晶表示モニター１７に表示される。また処理手段１８は、撮像素子チップ２０にて撮影された物体像を反転させた正立正像の電気信号に変換し、また電子情報として記録する記録手段１９の制御をも行なう。この記録手段１９は、処理手段１８に設けられたメモリーであってもよく、図示されているような処理手段１８と電気的に記録を書き込むディバイスであってもよい。
【００８１】
また、ファインダー用光路１３を有するファインダー用光学系１４は、ファインダー用対物光学系３１と、このファインダー用対物光学系にて形成された物体像を正立させるポロプリズム３２と物体像を観察する観察者の眼球Ｅに導く接眼レンズ３３とを備えている。ポロプリズム３２は、前部分３２ａと後部分３２ｂとに分割されており、その間に物体像が形成される面を有し、この面の上に視野枠３４が配置されている。このポロプリズム３２は四つの反射面を有し、ファインダー用対物光学系３１にて形成された物体像を正立正像させる。
【００８２】
また、カメラ１０は、部品を減らしコンパクトにし、低コストにするために、ファインダー光学系１４を省いてもよい。その場合は、観察者は液晶モニター１７を見ながら撮影を行なうことになる。
【００８３】
次に、本発明の撮影光学系を内蔵する情報処理装置の一例であるパソコンについて、図４１〜図４４にもとづき述べる。
【００８４】
これら図のうち、図４１はパソコンのカバーを開いた前方斜視図、図４２はパソコン４０の撮影光学系４１の断面図、図４４は図４１における側面図である。
【００８５】
これら図に示すように、パソコン４０は、外部より操作者が情報を入力するためのキーボード４１と、図示していない情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター４２と、操作射自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系４３とを有している。ここでモニター４２は、図示していないバックライトにより背面より照明される透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってもよい。また、撮影光学系は、モニター４２の右上に内蔵されているが、図示する位置に限らず、モニター４２の周囲やキーボードの周囲のどこでもよい。
【００８６】
このパソコン４０にて用いる撮影光学系は、撮影光路４４上に本発明の撮影光学系４３と物体像を受光する撮像素子チップ４５を有しており、それらはパソコン４０に内蔵されている。
【００８７】
このパソコン４０に内蔵されている撮影光学系のフォーカシングは、図４２に示すように可動ユニット４６を移動することにより前群４７と反射ミラー４８とを一体に上下動させ得る。つまり前群と反射ミラー４８とを後群の光軸ＯＡ（Ｒ）方向に移動させ得、これによりフォーカシングが行なわれる。また、図４３に示すようにＣＣＤ（撮像素子）に対して光学系を一体に上下動させてフォーカシングを行なってもよい。
【００８８】
撮像チップ４５にて受光された物体像は、パソコン４０の処理手段（ＣＰＵ）に入力され正立正像化された電子画像としてモニター４２に表示される。図４１にはその一例として操作者の撮影された画像４５が示されている。またこの画像４５は、処理手段を介して、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されるようにすることも可能である。
【００８９】
次に、図４５〜４７は本発明の撮影光学系を内蔵した情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を示すものである。
【００９０】
図４５は携帯電話５０の正面図、図４６は側面図、図４７は携帯電話５０にて用いられる撮影光学系の断面図である。
【００９１】
図４５〜図４７に示すように、携帯電話５０は、操作者の声を情報として入力するマイク部５１と、通話相手の声を出力するスピーカー部５２と、操作者が情報を入力する入力ダイヤル５３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示する例えば液晶表示素子のモニター５４と、撮影光学系５５と、通話電波の送信と受信を行なうアンテナ５６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行なう処理手段（図示してない）とを有している。なお、図に示す各構成の配置位置は一例であって、これに限ることはない。
【００９２】
この携帯電話５０に内蔵する撮影光学系は、撮影光路５７上に配置された本発明の撮影光学系からなる対物レンズ５５と物体像を受光する撮像素子チップ とを有している。この撮影光学系はレンズ可動ユニットを移動することにより前群が光軸ＡＸに沿って前後に移動することによりフォーカシングが行なわれる。
【００９３】
撮影光学系５５において撮像チップ５８にて受光された物体像は、処理手段に入力された正立正像化された電子画像としてモニター５４に表示されまたは通信相手のモニターに表示され、あるいはその両方に表示される。又処理手段には通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ５８にて受光された物体像の情報を、送信可能な信号に変換する信号処理機能が含まれている。
【００９４】
本発明は特許請求の範囲に記載された内容のほか、下記各項に記載するものも本発明の目的を達成し得る。
【００９５】
（１）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、前記前群が、物体側より順に、物体側が凸面である負のメニスカスレンズと、物体側の面より像面側の面が曲率が大である負レンズとよりなることを特徴とする撮影光学系。
【００９６】
（２）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、前群が非球面を有する負レンズ１枚にて構成されていることを特徴とする撮影光学系。
【００９７】
（３）前記の（１）の項に記載する光学系で、下記条件（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００９８】
（４）前記の（２）の項に記載する光学系で、下記条件（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００９９】
（５）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）又は（４）の項に記載する光学系で、後群の第１正レンズが下記条件（５）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（５） ２８＜νP1＜５７
ただしνP1は後群の第１正レンズのアッベ数である。
【０１００】
（６）前記（５）の項に記載する光学系で、後群の第１正レンズが下記条件（５−１）を満足する撮影光学系。
（５−１） ３２＜νP1＜４８
【０１０１】
（７）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、前群と撮像面との光軸上の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうようにしたことを特徴とする撮影光学系。
【０１０２】
（８）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、前群と後群との間隔を変化させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影装置。
【０１０３】
（９）前記の（８）の項に記載する光学系で、前群と反射部材とを後群の光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０４】
（１０）前記の（８）の項に記載する光学系で、前群の光軸方向に前群を移動させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０５】
（１１）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）又は（７）の項に記載する光学系において、前群を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０６】
（１２）特許請求の範囲の請求項４に記載する光学系で、前群と後群の相対的位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０７】
（１３）前記の（７）の項に記載する光学系で、前群と後群の相対的位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０８】
（１４）前記の（１２）の項に記載する光学系で、撮像面上に配置された撮像素子を有し、撮像素子を光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０９】
（１５）前記の（１３）の項に記載する光学系で、光学系による結像面上に配置された撮像素子を有し、撮像素子を光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１１０】
（１６）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４に記載する光学系で、反射部材がミラーであることを特徴とする撮影光学系。
【０１１１】
（１７）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４に記載する光学系で、反射部材がプリズムであることを特徴とする撮影光学系。
【０１１２】
（１８）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、
前群と後群の屈折力を有する面が光軸に対して回転対称な球面および光軸に対して回転対称な回転対称非球面のみからなることを特徴とする撮影光学系。
【０１１３】
（１９）前記（１８）の項に記載する光学系で、反射部材が反射面を１面のみ有しかつ反射面が平面である撮影光学系。
【０１１４】
（２０）前記の（１９）の項に記載する撮影光学系を備え、光学系の撮像面に配置された撮像素子を有し、撮像素子が受光する像を表裏反転させた電気信号に変換する信号処理手段を有する撮影装置。
【０１１５】
（２１）前記の（２０）の項に記載する撮像装置で、信号処理手段により変換された電気信号をもとに撮像素子に入射した像を表裏反転させた像を表示する表示手段を有する撮影装置。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば、反射部材の配置が可能で、これにより光路を折り曲げてカメラボディを薄くでき、しかも収差図のように無限遠至近距離における光学性の良好な撮影光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例３の断面図
【図４】本発明の実施例４の断面図
【図５】本発明の実施例５の断面図
【図６】本発明の実施例６の断面図
【図７】本発明の実施例７の断面図
【図８】本発明の実施例８の断面図
【図９】本発明の実施例９の断面図
【図１０】本発明の実施例１０の断面図
【図１１】本発明の実施例１１の断面図
【図１２】本発明の実施例１の無限遠の収差曲線図
【図１３】本発明の実施例２の無限遠の収差曲線図
【図１４】本発明の実施例２の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１５】本発明の実施例３の無限遠の収差曲線図
【図１６】本発明の実施例３の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１７】本発明の実施例４の無限遠の収差曲線図
【図１８】本発明の実施例４の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１９】本発明の実施例５の無限遠の収差曲線図
【図２０】本発明の実施例５の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２１】本発明の実施例６の無限遠の収差曲線図
【図２２】本発明の実施例６の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２３】本発明の実施例７の無限遠の収差曲線図
【図２４】本発明の実施例７の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２５】本発明の実施例８の無限遠の収差曲線図
【図２６】本発明の実施例８の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２７】本発明の実施例９の無限遠の収差曲線図
【図２８】本発明の実施例９の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２９】本発明の実施例１０の無限遠の収差曲線図
【図３０】本発明の実施例１０の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３１】本発明の実施例１１の無限遠の収差曲線図
【図３２】本発明の実施例１１の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３３】本発明の実施例７の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３４】本発明の実施例８の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３５】本発明の実施例９の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３６】本発明の実施例１０の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３７】本発明の実施例１１の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３８】本発明の撮影光学系を用いたカメラの外観を示す前面斜視図
【図３９】本発明の撮影光学系を用いたカメラの外観を示す背面斜視図
【図４０】本発明の撮影光学系を用いたカメラの断面図
【図４１】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの外観を示す斜視図
【図４２】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの断面図
【図４３】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの他の例の断面図
【図４４】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの側面図
【図４５】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の正面図
【図４６】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の側面図
【図４７】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の断面図
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ特にデジタルスチルカメラおよび携帯電話や携帯モバイルパソコン等に備えられている撮像装置に好適なレトロフォーカスタイプの撮影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レトロフォーカスタイプの撮影光学系で、レンズ枚数の少ない光学系の従来例として、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開昭５７−１６３２１２号公報に記載された光学系、負、正、負、正、正の５枚構成又は負、正、負、正の４枚構成の光学系である特開昭６４−６１７１４号公報に記載されている光学系、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開平２−８５８１６号公報に記載されている光学系、負、正、負、正、正の５枚構成の光学系である特開平９−１６６７４８号公報に記載されている光学系が知られている。
【０００３】
これら光学系は、レンズ枚数の比較的少ない光学系であるが、これら光学系を用いた場合、カメラボディの厚さを十分に薄くすることは困難である。
【０００４】
カメラボディを薄くするために、光路を折り曲げるようにした光学系が知られている。このような光学系の従来例としては、特開平６−１０７０７０号公報や特開平９−２１１２８７号公報に記載されている光学系がある。前者は車載カメラ用であり、画素数の多いデジタルカメラに使用できる性能には達していない。又フォーカシングについて考慮されていない。また後者はプリズムによる光路折り曲げについて記載されているが、データー等の記載がなく光学性能等は不明である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光路中に反射部材の配置が可能であり、反射部材の配置によって光路を上下方向もしくは左右方向に折り曲げてカメラのボディの厚さを薄くすることが可能であり、広角であり、少ないレンズ枚数で高性能なレンズ系で、カメラ特にデジタルスチールカメラおよび携帯電話や携帯モバイルパソコン等に備えられている撮像装置に好適な撮影光学系を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮影光学系は、物体側から順に、物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと、像面側の面が物体側の面より曲率の強い負レンズとの２枚の負レンズよりなり全体として負のパワーを持つ前群と、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとよりなり全体として正のパワーを持つ後群とよりなり、前記前群と前記後群との間に、物体側より順に、光路を曲げるための反射部材と明るさ絞りとが配置され、次の条件（１）、（２）を満足することを特徴としている。
【０００７】
（１） １．５＜｜ｆF |／ｆ＜３．５
（２） １．６＜ｄM ／ｆ＜２．６
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆF は前群の焦点距離、ｄM は前群のレンズ最終面から明るさ絞りまでの光軸上の空気間隔である。
【０００８】
本発明は、負のパワーを持つ前群と正のパワーを持つ後群とよりなるレトロフォーカスタイプの光学系を採用することにより、デジタルカメラに必要なローパスフィルターと赤外カットフィルターを配置するために必要なバックフォーカスを確保すると共に、広角な光学系を達成し得るようにしている。
【０００９】
更に、光学系の前群と後群との間にミラー等の反射部材を配置して光路を折り曲げるようにし、カメラボディーの厚みを薄くするようにした。
【００１０】
また、反射部材のすぐ後方に明るさ絞りを配置して、反射部材上での中心光束と周辺光束との分離が小さくなるようにして反射部材に必要な光学的有効範囲を小さくし、光学系全体を小型にしたものである。
【００１１】
また本発明の光学系は前記条件（１）、（２）を満足するようにした。
【００１２】
条件（１）は、前群の焦点距離を規定するもので、これにより所望のバックフォーカスを確保すると共に歪曲収差の発生を抑えるようにした。
【００１３】
条件（１）の下限の１．５を超えると前群の焦点距離が短くなりすぎ、バックフォーカスの確保には有利であるが歪曲収差の発生が大きくなり実用に耐えられなくなる。また条件（１）の上限の３．５を超えると、バックフォーカスの確保が困難になり、ローパスフィルターや赤外カットフィルターを配置するスペースがなくなる。
【００１４】
また、本発明の光学系は、反射部材を配置するための空気間隔を確保するために、条件（２）を満足するようにした。
【００１５】
条件（２）の下限の１．６を超えると反射部材を配置するためのスペースがなくなり、又条件（２）の上限の２．６を超えると光学系の全長が長くなると共に、前群のレンズ径が大になりすぎて光学系全体が大になる。
【００１６】
本発明の前記構成の光学系において、後群が物体側より順に、両凸の第１正レンズと、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなる接合レンズと、第２正レンズとよりなる３群４枚構成とし第２正レンズが非球面を有し、下記条件（３）を満足することが望ましい。
（３） ２＜Ｓd ／ｆ＜５
Ｓd は明るさ絞りから近軸像面位置までの光軸上での距離である（フィルタ部は空気換算長とする）。
【００１７】
本発明の光学系の後群において、第１正レンズは、前群にて発散された光束を収束する作用を有している。このとき、この第１レンズを像側の面の曲率に対して物体側の面の曲率を緩くすれば、球面収差の発生を抑えることができるので好ましい。
【００１８】
また、後群にて用いた接合レンズは、主として色収差とペッツバール和を良好に補正することを目的としており、更に像側の第２正レンズは、射出瞳を像面から遠ざける作用を有すると共に、主として非点収差を補正するものである。また、第２正レンズに非球面を用いることにより、この正レンズで発生する歪曲収差を抑えることができ、広角化を達成することができる。
【００１９】
前述のように、反射部材を配置すればカメラの厚み方向についての小型化が可能になる。しかし、反射部材により折り曲げられた後の光学系が大になると、カメラの上下方向もしくは左右方向が大になり好ましくない。そのため本発明の光学系において、前記条件（３）を満足することが好ましい。
【００２０】
条件（３）の上限の５を超えると光学系の全長が長くなりすぎ、また下限の２を超えると射出瞳位置を像面から遠ざけることが困難になり、特にＣＣＤを使用するようなデジタルスチールカメラ等の電子撮像装置に光学系を用いたときはシェーディングによって像がかけることになる。
【００２１】
本発明の光学系において、条件（３）の代りに下記条件（３−１）を満足すれば一層望ましい。
（３−１） ２．７＜Ｓd ／ｆ＜４．３
【００２２】
また、本発明の光学系において、前群を例えば後に示す実施例１のように１枚の負のメニスカスレンズにて構成することが可能である。しかしその場合、前群の偏芯により性能が劣化し易い。
【００２３】
前群と後群との間に反射部材を配置した場合、製造上後群に対し前群が偏芯しやすい。この前群の偏芯による性能の劣化を小さくするためには前群の各面を曲率の小さい面にすることが望ましい。前群は歪曲収差の補正を行ない易く、この収差を補正するためには負のメニスカスレンズにすることが好ましい。しかしこのように負のメニスカスレンズにするとその像側の面の曲率が強くなる。
【００２４】
そのために、本発明の光学系においては、非球面を用いることにより、負レンズで発生する歪曲収差を小さく抑え、また負レンズの像面側の面の曲率をゆるくすることが好ましい。
【００２５】
また、前群を物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと、像面側の面が物体側の面より曲率の強い負レンズとの２枚の負レンズにて構成することにより前群の全体のパワーを２枚の負レンズに分担することにより各面の曲率を弱くすることができると共に歪曲収差の発生を抑えることができる。
【００２６】
また、前群の偏芯による性能劣化を小さくするために下記条件（４）を満足することが望ましい。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００２７】
ただし、｜ψ（Ｆ）｜max は前群中の各面のパワーのうちの絶対量での最大値であり、パワーψは下記の式で与えられる。
ψ＝（Ｎ′−Ｎ）／Ｒ
ここでＮ′、Ｎは夫々射出側および入射側の屈折率、Ｒは曲率半径である。
【００２８】
条件（４）の上限を超えると前群中にパワーの大きな面が存在するために偏芯による性能劣化が大になる。また下限を超えると少ないレンズ枚数で前群を構成することが困難になり、ひいては光学系が大になり、レンズ系全体のコストが大になる。
【００２９】
本発明の光学系、即ち物体側から順に、少なくとも１枚の負レンズよりなり全体として負のパワーを持つ前群と少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとからなり全体として正のパワーを持つ後群とよりなり、前群と後群との間に物体側より順に光路を曲げるための反射部材と明るさ絞りとが配置され、条件（１）、（２）を満足する光学系において、後群の第１正レンズ（最も物体側の正レンズ）が下記条件（５）を満足することが望ましい。
（５） ２８＜νP1＜５７
ただしνP1は前記第１正レンズのアッベ数である。
【００３０】
アッベ数νP1が条件（５）の下限の２８を超えると軸上色収差が補正不足になり、上限のの５７を超えると軸上色収差が補正過剰になり、いずれも一層良好な光学性能を得るためには好ましくない。
【００３１】
条件（５）の代わりに下記条件（５−１）を満足すれば一層望ましい。
（５−１） ３２＜νP1＜４８
【００３２】
条件（５−１）を満足すれば中心から周辺までより高性能な撮影光学系が得られる。
【００３３】
また、本発明の撮影光学系は、前群を繰り出しても、後群を繰り出してもフォーカシングできる。しかし、前群を非球面を有する１枚の負レンズか、あるいは物体側から順に物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと像面側の面が物体側の面よりも曲率の大きい負レンズとの２枚のレンズにて構成する場合、前群内で発生する非点収差や球面収差を小さくできるので、前群を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行なえば、撮影至近距離を短くすることが可能である。
【００３４】
光軸を折り曲げる方向は、長方形の撮像面を有する撮像素子を用いた場合、長方形の撮像面に対して短辺方向でもよいし、長辺方向でもよい。尚、短辺方向に折り曲げると反射部材のスペースが小さくなり好ましい。
【００３５】
次に本発明の光学系における好ましいフォーカシング手段について述べる。
【００３６】
本発明の撮影光学系、つまり物体側より順に、少なくとも１枚の負レンズからなり全体として負のパワーを持つ前群と、少なくとも１枚の正レンズからなり全体として正のパワーを持つ後群とからなり、撮像面を形成する光学系で、また、前群と後群との間に光路を折り曲げるための反射部材が配置されている撮影光学系で次の各手段によるフォーカシングを行なうことが好ましい。
【００３７】
それは、前記構成の本発明光学系において前群と撮像面との光軸上の距離を変化させることによってフォーカシングを行なうものである。例えば遠距離の物体から近距離の物体へのフォーカシングを行なう場合、前群と撮像面の間隔を広げ、近距離の物体から遠距離の物体へフォーカシングする場合は、前群と撮像面との間隔を狭くする。
【００３８】
本発明の光学系において、前群と撮像面との光軸上の距離を一定にし、後群を繰り出すことによって遠距離の物体から近距離の物体へフォーカシングすることも可能であるが、前述のように前群を繰り出す場合、後群を繰り出す場合に比べて、後群を通過する光束の状態の変化が少なく、光学性能の変化を小さく抑えることができる。また本発明の光学系は、反射部材を含むため、製作の際に偏芯に対する考慮をはらう必要があり、フォーカシングの際に変化する間隔が少ない方がよい。後群を繰り出すことによりフォーカシングを行なうと、少なくとも前群と後群の間隔および後群と撮像面との間隔の２箇所が変化し、これに対し、前群と撮像面との光軸上の距離を変化させる方法の場合は１箇所のみが変化するため好ましい。
【００４０】
このように前群と後群の間隔を変化させると後群を通過する光束の状態が更に大きく変化することはなく、前群と後群との間の偏芯による性能の劣化が少ないため光学系の製作が容易になる。またフォーカシングの際、明るさ絞りと後群の位置関係を固定すればフォーカシングによる射出瞳位置の変化が少なく電子撮像素子を用いる場合好ましい。
【００４１】
また、前記撮影光学系において、次の手段によりフォーカシングを行なうことも可能である。つまり前群と反射部材を後群の光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行なうものである。
【００４５】
また、前記撮影光学系におけるフォーカシングとして、前群と後群の位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることも可能である。
【００４６】
このフォーカシング手段によれば、前群と後群の位置関係が固定されているために製造時から使用時を通して前群と後群の偏芯関係を良好に維持できる。また、このフォーカシング手段によれば、変化する間隔が一つであり、前群のみを繰り出す場合に比べてフォーカシングによる間隔の変化が小である。
【００４８】
このフォーカシング手段は、前群と後群の位置関係が固定されているので、製造時から使用時を通じて前群と後群の偏芯関係を維持でき、更に撮影距離による撮影範囲の中心位置のずれを生ずることがない。またフォーカスの際変化する間隔は一つである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の撮影光学系の各実施例を示す。
【００６０】
実施例１〜１１は夫々図１〜図１１に示す通りの構成である。
【００６１】
実施例１、２、３、５、１１は、いずれも１枚の負レンズよりなる前群と、明るさ絞りと、第１正レンズと正レンズと負レンズよりなる接合レンズと第２正レンズよりなる後群とにて構成されている。
【００６２】
これら実施例のうち、実施例１は、後群の第１正レンズの像側の面（ｒ5）と第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面であり、実施例２は前群の負レンズの物体の面と後群の第１正レンズの像側の面と第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面であり、実施例３および５は前群の負レンズの像側の面に樹脂層を設けその像側の面（ｒ3）を非球面とし又後群の第１正レンズの像側の面（ｒ6）および第２正レンズの像側の面（ｒ11）が非球面であり、実施例１１は、前群の負レンズの像側の面（ｒ2）と後群の第２正レンズの像側の面（ｒ10）が非球面である。
【００６３】
実施例４、６、７、８、９、１０は、前群が２枚の負レンズよりなり、後群が第１正レンズと正レンズと負レンズとよりなる接合レンズと第２正レンズよりなる。
【００６４】
これら実施例のうち、実施例４、７、１０は後群の第１正レンズの像側の面（ｒ7）と第２正レンズの像側の面（ｒ12）が非球面であり、実施例６は後群の第１正レンズの像側の面（ｒ7）と第２正レンズの物体側の面（ｒ11）が非球面である。実施例８、９は後群の第２レンズの像側の面（ｒ12）が非球面である。
【００６５】
これら実施例１〜１１は、いずれも前群と明るさ絞りとの間に反射面（ミラー）を配置して光路を折り曲げている。
【００６６】
これら実施例のうち、実施例１、２、３、５、１１は、ｒ3 が明るさ絞りである。
【００６７】
また、実施例４、６、７、８、９、１０はｒ4 が明るさ絞りである。
【００６８】
本発明の実施例中に用いられる非球面の形状は、光軸方向をｘ軸、光軸に直角な方向をｙ軸とするとき、下記の式にて表わされる。
ｘ＝（ｙ2 ／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2 ｝1/2 ＋Ａ4 ｙ4 ＋Ａ6 ｙ6 ＋Ａ8 ｙ8 ＋Ａ10ｙ10
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、ｋ、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係数である。
【００６９】
各実施例の断面図（図１〜図１１）において、像面付近に配置されている平行平面板は、ローパスフィルターと赤外カットフィルターを表わす。
【００７０】
これら実施例１乃至実施例１１においてはいずれも前群と明るさ絞りとの間に反射面（ミラー）を用いているが、ミラーの代りに３角プリズム等のプリズム反射部材を用いてもよい。
【００７１】
また、実施例２〜１１の光学系は、前群を繰り出してフォーカシングが行なわれる。前群のみを前群の光軸方向に繰り出しても、又、前群と反射部材を一体として、後群の光軸方向に移動させてもよい。物体距離１０ｃｍの時の前群の繰り出し量は下記の通りである。
【００７２】
実施例２ ２．２９７ｍｍ
実施例３ ２．３１５ｍｍ
実施例４ ２．７２２ｍｍ
実施例５ １．４２７ｍｍ
実施例６ ２．７８４ｍｍ
実施例７ ０．７７ｍｍ
実施例８ ０．６０ｍｍ
実施例９ ０．６４ｍｍ
実施例１０ ０．６５ｍｍ
実施例１１ ０．５６ｍｍ
又、後群と撮像素子を一体として、相対的に固定させた前群との距離を変化させることでフォーカシングを行なってもよい。
【００７３】
実施例７〜１１は後群繰り出しにてもフォーカシングは可能であり、また光学系全体を繰り出すことによってもフォーカシングが可能である。
【００７４】
実施例７〜１１の光学系において、全体繰り出しにより１０ｃｍの物体にフォーカシングする時の繰り出し量は次の通りである。
【００７５】
実施例７ ０．１９ｍｍ
実施例８ ０．１９ｍｍ
実施例９ ０．１９ｍｍ
実施例１０ ０．２１ｍｍ
実施例１１ ０．１９ｍｍ
これら実施例の光学系のフォーカシングにおいて、前群繰り出しの場合は性能の変化が少なく、また全体繰り出しの場合は、前群と後群の偏芯による性能劣化が小さい。また、全体繰り出しによるフォーカシングは繰り出し量が小さいという利点があり、像側（ＣＣＤ側）でのフォーカシングつまり光学系に対し像面を移動することによってフォーカシングが可能になる。
【００７６】
本発明の各実施例の収差状況は図１２乃至図３７に示す通りで、実施例１は図１２、実施例２は図１３、１４、実施例３は図１５、１６、実施例４は図１７、１８、実施例５は図１９、２０、実施例６は図２１、２２、実施例７は図２３、図２４、実施例８は図２５、図２６、実施例９は図２７、図２８、実施例１０は図２９、図３０、実施例１１は図３１、図３２に示す通りであり、それらのうち、図１２、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７、２９、３１は無限遠時、図１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２は物点距離１０ｃｍの時の収差図である。また、実施例７乃至実施例１１における全体繰り出しにより物体距離１０ｃｍにフォーカスした時の収差状況は図３３乃至図３７に示す通りである。
【００７７】
以上述べた本発明の撮影光学系は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等の電子撮像素子を用いた電子カメラ等の各種撮影装置に使用することができる。
【００７８】
次に本発明の撮影光学系を使用した撮影装置の例を述べる。
【００７９】
図３８、図３９、図４０は、本発明の撮影光学系が組み込まれた電子カメラを示す図である。これら図において、図３８〜図４０は夫々電子カメラの外観を示す前方斜視図、電子カメラの外観を示す後方斜視図および断面図である。これら図に示すように１０は電子カメラで、撮影用光路１１を有する撮影光学系１２とファインダー用光路１３を有するファインダー光学系１４とシャッター１５とフラッシュ１６と液晶表示モニター１７とを備えている。このカメラ１０の上部に配置されたシャッター１５が押圧されるとそれに連動して図示していない本発明の撮影光学系である対物レンズ１２を通して撮影が行なわれる。この撮影光学系１２により形成される物体像は、赤外線カットフィルター２１を介してＣＣＤ等の撮像素子チップ２０上に形成される。
【００８０】
撮像素子チップ２０にて受光された物体像は、電気的に接続された処理手段１８を介することにより反転されて正立正像の電子画像としてカメラ１０の背面に設けられた液晶表示モニター１７に表示される。また処理手段１８は、撮像素子チップ２０にて撮影された物体像を反転させた正立正像の電気信号に変換し、また電子情報として記録する記録手段１９の制御をも行なう。この記録手段１９は、処理手段１８に設けられたメモリーであってもよく、図示されているような処理手段１８と電気的に記録を書き込むディバイスであってもよい。
【００８１】
また、ファインダー用光路１３を有するファインダー用光学系１４は、ファインダー用対物光学系３１と、このファインダー用対物光学系にて形成された物体像を正立させるポロプリズム３２と物体像を観察する観察者の眼球Ｅに導く接眼レンズ３３とを備えている。ポロプリズム３２は、前部分３２ａと後部分３２ｂとに分割されており、その間に物体像が形成される面を有し、この面の上に視野枠３４が配置されている。このポロプリズム３２は四つの反射面を有し、ファインダー用対物光学系３１にて形成された物体像を正立正像させる。
【００８２】
また、カメラ１０は、部品を減らしコンパクトにし、低コストにするために、ファインダー光学系１４を省いてもよい。その場合は、観察者は液晶モニター１７を見ながら撮影を行なうことになる。
【００８３】
次に、本発明の撮影光学系を内蔵する情報処理装置の一例であるパソコンについて、図４１〜図４４にもとづき述べる。
【００８４】
これら図のうち、図４１はパソコンのカバーを開いた前方斜視図、図４２はパソコン４０の撮影光学系４１の断面図、図４４は図４１における側面図である。
【００８５】
これら図に示すように、パソコン４０は、外部より操作者が情報を入力するためのキーボード４１と、図示していない情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター４２と、操作射自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系４３とを有している。ここでモニター４２は、図示していないバックライトにより背面より照明される透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってもよい。また、撮影光学系は、モニター４２の右上に内蔵されているが、図示する位置に限らず、モニター４２の周囲やキーボードの周囲のどこでもよい。
【００８６】
このパソコン４０にて用いる撮影光学系は、撮影光路４４上に本発明の撮影光学系４３と物体像を受光する撮像素子チップ４５を有しており、それらはパソコン４０に内蔵されている。
【００８７】
このパソコン４０に内蔵されている撮影光学系のフォーカシングは、図４２に示すように可動ユニット４６を移動することにより前群４７と反射ミラー４８とを一体に上下動させ得る。つまり前群と反射ミラー４８とを後群の光軸ＯＡ（Ｒ）方向に移動させ得、これによりフォーカシングが行なわれる。また、図４３に示すようにＣＣＤ（撮像素子）に対して光学系を一体に上下動させてフォーカシングを行なってもよい。
【００８８】
撮像チップ４５にて受光された物体像は、パソコン４０の処理手段（ＣＰＵ）に入力され正立正像化された電子画像としてモニター４２に表示される。図４１にはその一例として操作者の撮影された画像４５が示されている。またこの画像４５は、処理手段を介して、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されるようにすることも可能である。
【００８９】
次に、図４５〜４７は本発明の撮影光学系を内蔵した情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話を示すものである。
【００９０】
図４５は携帯電話５０の正面図、図４６は側面図、図４７は携帯電話５０にて用いられる撮影光学系の断面図である。
【００９１】
図４５〜図４７に示すように、携帯電話５０は、操作者の声を情報として入力するマイク部５１と、通話相手の声を出力するスピーカー部５２と、操作者が情報を入力する入力ダイヤル５３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示する例えば液晶表示素子のモニター５４と、撮影光学系５５と、通話電波の送信と受信を行なうアンテナ５６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行なう処理手段（図示してない）とを有している。なお、図に示す各構成の配置位置は一例であって、これに限ることはない。
【００９２】
この携帯電話５０に内蔵する撮影光学系は、撮影光路５７上に配置された本発明の撮影光学系からなる対物レンズ５５と物体像を受光する撮像素子チップ とを有している。この撮影光学系はレンズ可動ユニットを移動することにより前群が光軸ＡＸに沿って前後に移動することによりフォーカシングが行なわれる。
【００９３】
撮影光学系５５において撮像チップ５８にて受光された物体像は、処理手段に入力された正立正像化された電子画像としてモニター５４に表示されまたは通信相手のモニターに表示され、あるいはその両方に表示される。又処理手段には通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ５８にて受光された物体像の情報を、送信可能な信号に変換する信号処理機能が含まれている。
【００９４】
本発明は特許請求の範囲に記載された内容のほか、下記各項に記載するものも本発明の目的を達成し得る。
【００９５】
（１）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、前記前群が、物体側より順に、物体側が凸面である負のメニスカスレンズと、物体側の面より像面側の面が曲率が大である負レンズとよりなることを特徴とする撮影光学系。
【００９６】
（２）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載する光学系で、前群が非球面を有する負レンズ１枚にて構成されていることを特徴とする撮影光学系。
【００９７】
（３）前記の（１）の項に記載する光学系で、下記条件（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００９８】
（４）前記の（２）の項に記載する光学系で、下記条件（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４） ０．５／｜ｆF｜＜｜ψ（Ｆ）｜max ＜１．２／｜ｆF｜
【００９９】
（５）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）又は（４）の項に記載する光学系で、後群の第１正レンズが下記条件（５）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（５） ２８＜νP1＜５７
ただしνP1は後群の第１正レンズのアッベ数である。
【０１００】
（６）前記（５）の項に記載する光学系で、後群の第１正レンズが下記条件（５−１）を満足する撮影光学系。
（５−１） ３２＜νP1＜４８
【０１０１】
（７）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、前群と撮像面との光軸上の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうようにしたことを特徴とする撮影光学系。
【０１０２】
（８）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、前群と後群との間隔を変化させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影装置。
【０１０３】
（９）前記の（８）の項に記載する光学系で、前群と反射部材とを後群の光軸方向に移動させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０４】
（１０）前記の（８）の項に記載する光学系で、前群の光軸方向に前群を移動させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０５】
（１１）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）又は（７）の項に記載する光学系において、前群を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０６】
（１２）特許請求の範囲の請求項４に記載する光学系で、前群と後群の相対的位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０７】
（１３）前記の（７）の項に記載する光学系で、前群と後群の相対的位置関係を変化させずに後群と撮像面の間隔を変化させることによりフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０８】
（１４）前記の（１２）の項に記載する光学系で、撮像面上に配置された撮像素子を有し、撮像素子を光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１０９】
（１５）前記の（１３）の項に記載する光学系で、光学系による結像面上に配置された撮像素子を有し、撮像素子を光軸方向に移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする撮影光学系。
【０１１０】
（１６）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４に記載する光学系で、反射部材がミラーであることを特徴とする撮影光学系。
【０１１１】
（１７）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４に記載する光学系で、反射部材がプリズムであることを特徴とする撮影光学系。
【０１１２】
（１８）特許請求の範囲の請求項１、２、３又は４あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載する光学系で、
前群と後群の屈折力を有する面が光軸に対して回転対称な球面および光軸に対して回転対称な回転対称非球面のみからなることを特徴とする撮影光学系。
【０１１３】
（１９）前記（１８）の項に記載する光学系で、反射部材が反射面を１面のみ有しかつ反射面が平面である撮影光学系。
【０１１４】
（２０）前記の（１９）の項に記載する撮影光学系を備え、光学系の撮像面に配置された撮像素子を有し、撮像素子が受光する像を表裏反転させた電気信号に変換する信号処理手段を有する撮影装置。
【０１１５】
（２１）前記の（２０）の項に記載する撮像装置で、信号処理手段により変換された電気信号をもとに撮像素子に入射した像を表裏反転させた像を表示する表示手段を有する撮影装置。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば、反射部材の配置が可能で、これにより光路を折り曲げてカメラボディを薄くでき、しかも収差図のように無限遠至近距離における光学性の良好な撮影光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例３の断面図
【図４】本発明の実施例４の断面図
【図５】本発明の実施例５の断面図
【図６】本発明の実施例６の断面図
【図７】本発明の実施例７の断面図
【図８】本発明の実施例８の断面図
【図９】本発明の実施例９の断面図
【図１０】本発明の実施例１０の断面図
【図１１】本発明の実施例１１の断面図
【図１２】本発明の実施例１の無限遠の収差曲線図
【図１３】本発明の実施例２の無限遠の収差曲線図
【図１４】本発明の実施例２の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１５】本発明の実施例３の無限遠の収差曲線図
【図１６】本発明の実施例３の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１７】本発明の実施例４の無限遠の収差曲線図
【図１８】本発明の実施例４の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図１９】本発明の実施例５の無限遠の収差曲線図
【図２０】本発明の実施例５の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２１】本発明の実施例６の無限遠の収差曲線図
【図２２】本発明の実施例６の物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２３】本発明の実施例７の無限遠の収差曲線図
【図２４】本発明の実施例７の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２５】本発明の実施例８の無限遠の収差曲線図
【図２６】本発明の実施例８の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２７】本発明の実施例９の無限遠の収差曲線図
【図２８】本発明の実施例９の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図２９】本発明の実施例１０の無限遠の収差曲線図
【図３０】本発明の実施例１０の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３１】本発明の実施例１１の無限遠の収差曲線図
【図３２】本発明の実施例１１の前群繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３３】本発明の実施例７の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３４】本発明の実施例８の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３５】本発明の実施例９の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３６】本発明の実施例１０の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３７】本発明の実施例１１の全体繰り出しによる物体距離１０ｃｍの収差曲線図
【図３８】本発明の撮影光学系を用いたカメラの外観を示す前面斜視図
【図３９】本発明の撮影光学系を用いたカメラの外観を示す背面斜視図
【図４０】本発明の撮影光学系を用いたカメラの断面図
【図４１】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの外観を示す斜視図
【図４２】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの断面図
【図４３】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの他の例の断面図
【図４４】本発明の撮影光学系を内蔵したパソコンの側面図
【図４５】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の正面図
【図４６】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の側面図
【図４７】本発明の撮影光学系を内蔵した携帯電話の断面図
Claims (2)
- 物体側から順に、物体側の面が凸面である負のメニスカスレンズと、像面側の面が物体側の面より曲率の強い負レンズとの２枚の負レンズよりなり全体として負のパワーを持つ前群と、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとからなり全体として正のパワーを持つ後群とよりなり、前記前群と前記後群との間に、物体側より順に、光路を曲げるための反射部材と明るさ絞りとが配置され、前記後群が、物体側より順に、両凸の第１正レンズと、正レンズと負レンズとからなる接合レンズと、第２正レンズとよりなり、前記第２正レンズが非球面を有し、下記条件（１）、（２）、（３）を満足する撮影光学系。
（１） １．５＜｜ｆF |／ｆ＜３．５
（２） １．６＜ｄM ／ｆ＜２．６
（３） ２＜Ｓ d ／ｆ＜５
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆF は前群の焦点距離、ｄM は前群のレンズ最終面から明るさ絞りまでの光軸上の空気間隔、Ｓ d は明るさ絞りから近軸像面位置までの距離である（フィルタ部は空気換算長とする）。 - 前記第１正レンズと前記第２正レンズとが夫々非球面を有することを特徴とする請求項１の撮影光学系。
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