JP4862433B2 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、オプティカルユニット等に用いられる変倍光学系、およびこの変倍光学系を備える撮像装置に関するものである。
近年、パーソナルコンピュータ(PC)の普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルスチルカメラ(撮像装置)が普及している。そして、このようなデジタルスチルカメラ(DSC)にも、銀塩フィルムを用いたカメラ同様に、小型化(薄型化)や高性能化(例えば、高い変倍機能や高い収差補正機能)が要望されている。そのため、デジタルスチルカメラに搭載されるレンズ光学系(例えば変倍光学系)も、小型化かつ高性能化が要望されている。
すると、特許文献1・2のように、複数のレンズ群を一列状に配した変倍光学系(いわゆるストレート光学系)は、DSCの搭載には不向きといえる。なぜなら、変倍光学系の全長方向とDSCの奥行き方向とが一致する場合、DSCの厚型化につながるためである。
そこで、昨今、DSCの薄型を実現すべく、光学プリズムよって、物体側から像側に至る光線を屈曲させ、全長の短縮化を図った変倍光学系が開発されている(例えば特許文献3)。このような全長の抑制された変倍光学系は、DSCのハウジングの限られたスペース内に適切に配設できる。そのため、ハウジングのサイズ(ひいてはDSCのサイズ)が小型・薄型になる。
特開2004−246043号公報 特開2005−156828号公報 特開2004−205796号公報
ところで、特許文献3の変倍光学系は、物体側から像側に向かって、「負・正・負」のパワー配置を有し、さらに、物体側から3番目のレンズ群(負パワーの第3レンズ群)を像側に移動させることで、近距離でのフォーカシングを実現している。そのため、この変倍光学系では、最短撮影距離が短くなりやすい。
しかしながら、かかる変倍光学系では、最物体側の第1レンズ群内の最物体側に、物体側凹面を有するプリズムが位置している。そのため、この凹面に起因する軸外収差が発生しやすい。すると、かかる軸外収差を補正のために、多くの非球面を変倍光学系内に含ませたり、変倍光学系の全長を延長させたりする方策が必要とされてくる。そのため、特許文献3の変倍光学系は、全長を十分に短縮しているとはいいがたい。つまり、特許文献3の変倍光学系は、小型化および高性能化という両要望を十分に満たしているとはいいがたい。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、高性能で小型化された変倍光学系、およびそれを備えた撮像装置を提供することにある。
本発明の一例としては、撮像素子に、物体側からの光を導く複数のレンズ群を有する変倍光学系が挙げられる。そして、かかる変倍光学系では、複数のレンズ群は、物体側から像側に向かって順番に、負パワーを有するとともに、光軸を変更させる光軸変更素子を備える第1レンズ群と、正パワーを有するとともに、3枚のレンズを備える第2レンズ群と、負パワーを有する第3レンズ群と、正パワーを有する第4レンズ群と、から成っている。
その上、この変倍光学系では、広角端から望遠端に至るまでの変倍で、第1レンズ群は不動でありながら、第1レンズ群から第2レンズ群までの間隔が減少、第3レンズ群から第4レンズ群までの間隔が増大する。
つまり、変倍光学系のパワー配置は「負・正・負・正」になっており、広角端にあっては、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が変倍中で最も離れる。そのため、第1レンズ群と第2レンズ群とのパワー配置はレトロフォーカス配置となる。したがって、変倍光学系は全長を短くしながらも、比較的長いバックフォーカスを確保できる。
ただし、広角端から望遠端になるにしたがい、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔が狭まるので、両レンズ群の合成パワーが正パワーを発揮する。そのため、かかる両レンズ群の合成の正パワーと、第3レンズ群の負パワーとのパワー配置は、「正・負」となりテレフォト配置となる。したがって、変倍光学系は比較的長い焦点距離も確保できる。
なお、負パワーを有する第1レンズ群と第3レンズ群との間に、第2レンズ群が介在している。すると、第2レンズ群の正パワーのために、例えば第1レンズ群の下端から射出する光は第3レンズ群の上端に入射する。つまり、第1レンズ群と第3レンズ群とでは、光軸を境に相反する位置で、光(軸外光)が通過することになる。そのため、両レンズ群に起因する収差(歪曲収差等)は相反する性質を有する収差になり、両収差の相殺ができる。したがって、高性能な(収差を抑制した)変倍光学系が実現する。
また、第1レンズ群は、負パワーを有するとともに、光軸を変更させる光学プリズムを備えているので、変倍光学系を一方向に長くならないようにできる。
また、第2レンズ群は、最物体側の位置に、物体側で凸面を有する正レンズを配置させているので、第1レンズ群の負パワーによって発散されてくる光(軸外光等)を効率よく収斂できる。そのため、変倍光学系は、球面収差を引き起こしやすい軸外光を収斂することになるので、かかる球面収差を効果的に補正できる。
その上、第2レンズ群は、最物体側以外の位置(要は他の位置に)に、負レンズおよび正レンズを配置させているので、負レンズと正レンズのとの組合せが成立する。そのため、変倍光学系は、色収差やコマ収差も効果的に補正できる。
また、変倍光学系は、下記条件式(1)を満たすと望ましい。なお、この条件式(1)は、光軸素子よりも物体側に位置するレンズに起因する歪曲収差の抑制と前玉径の大きさとのバランスを規定している。
−2.0<f{GR1(PR-oL)}/fm<−0.5
… 条件式(1)
ただし、
f{GR1(PR-oL)}:第1レンズ群内の光軸変更素子よりも、物体側に位置するレン
ズの焦点距離
fm :√(fw×ft)
fw :広角端での変倍光学系全体の焦点距離
ft :望遠端での変倍光学系全体の焦点距離
である。
f{GR1(PR-oL)}/fmの値が条件式(1)の下限値以下になる場合、例えば、光軸素子よりも物体側に位置するレンズの負パワーは比較的弱くなる。そのため、歪曲収差が抑制されるものの、焦点距離が長いことに起因して前玉径が増大する。一方、f{GR1(PR-oL)}/fmの値が条件式(1)の上限値以上になる場合、例えば、光軸素子よりも物体側に位置するレンズの負パワーが比較的強くなる。そのため、かかるレンズの径は比較的小さくなるものの、負パワーが強いことに起因して歪曲収差が生じる。
すると、条件式(1)の範囲内に収まるように、光軸素子よりも物体側に位置するレンズの焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系の焦点距離とが設定されると、レンズ径が比較的小さくなりつつ、歪曲収差も抑制される。
また、変倍光学系は、下記条件式(2)を満たすと望ましい。なお、この条件式(2)は、第2レンズ群における最物体側の正レンズにおける物体側面のパワーを像側面のパワーよりも強くするための条件を規定している。
−1.2<[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]<0
… 条件式(2)
ただし、
r{GR2(oL:o)}:第2レンズ群における最物体側の正レンズの物体側面が有する
曲率半径
r{GR2(oL:i)}:第2レンズ群における最物体側の正レンズの像側面が有する曲
率半径
である。
[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]の値が条件式(2)の下限値以下になる場合、例えば、像側面の曲率半径の絶対値よりも物体側面の曲率半径の絶対値が短くなり、物体側面の正パワーが強くなる。しかし、正パワーが強くなりすぎると、アンダー傾向の球面収差が生じる。一方、[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]の値が条件式(2)の上限値以上になる場合、例えば、像側面の曲率半径の絶対値よりも物体側面の曲率半径の絶対値が長くなり、物体側面の正パワーが弱まる。しかし、正パワーが弱くなりすぎると、オーバー傾向の球面収差が生じる。
すると、条件式(2)の範囲内に収まるように、第2レンズ群における最物体側の正レンズにおける物体側面の曲率半径と像側面の曲率半径とが設定されると、アンダー傾向およびオーバー傾向の球面収差の発生が抑制される。
また、変倍光学系は、下記条件式(3)を満たすと望ましい。なお、この条件式(3)は、第1レンズ群に起因する諸収差の抑制と前玉径の大きさ(ひいては変倍光学系の全長)とのバランスを規定している。
−1.3<f1/fm<−0.5 … 条件式(3)
ただし、
f1:第1レンズ群の焦点距離
fm:√(fw×ft)
fw:広角端での変倍光学系全体の焦点距離
ft:望遠端での変倍光学系全体の焦点距離
である。
f1/fmの値が条件式(3)の下限値以下になる場合、第1レンズ群の負パワーは比較的弱くなるので諸収差が抑制されるものの、焦点距離が長いことに起因し前玉径が大きくなる(ひいては全系の全長が長くなる)。一方、f1/fmの値が条件式(3)の上限値以上になる場合、第1レンズ群の負パワーは比較的強くなるので前玉径が小型化する(ひいては全系の全長が比較的短くなる)ものの、負パワーが強いことに起因し諸収差(特に、広角端で負の歪曲収差、望遠端で球面収差)が生じる。
すると、条件式(3)の範囲内に収まるように、第1レンズ群の焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系の焦点距離とが設定されると、前玉径は比較的小さくなりつつ(ひいては全系の全長が短縮されつつ)、諸収差も抑制される。
また、変倍光学系は、下記条件式(4)を満たすと望ましい。なお、この条件式(4)は、第2レンズ群に起因する諸収差の抑制と変倍光学系の全長とのバランスを規定している。
0.5<f2/fm< 1.5 … 条件式(4)
ただし、
f2:第2レンズ群の焦点距離
fm:√(fw×ft)
fw:広角端での変倍光学系全体の焦点距離
ft:望遠端での変倍光学系全体の焦点距離
である。
f2/fmの値が条件式(4)の下限値以下になる場合、第2レンズ群の正パワーは比較的強くなるので全系の全長が比較的短くなるものの、正パワーが強いことに起因し諸収差(特に、球面収差とコマ収差)が生じる。一方、f2/fmの値が条件式(4)の上限値以上になる場合、第2レンズ群の正パワーは比較的弱くなるので諸収差が抑制されるものの、焦点距離が長いことに起因し全系の全長が長くなる。
すると、条件式(4)の範囲内に収まるように、第2レンズ群の焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系の焦点距離とが設定されると、諸収差が抑制されつつも、変倍光学系の全長も短縮される。
なお、第2レンズ群における最物体側の正レンズの物体側面および像側面の少なくとも一方の面が、非球面になっていると望ましい。その上、第2レンズ群における最物体側の正レンズの非球面のうち、少なくとも1面が下記条件式(5)を満たすと望ましい。ただし、この条件式(5)は、第2レンズ群における最物体側の正レンズにおける正パワーの調整に要する非球面形状について規定している。
−0.01<[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]<0
… 条件式(5)
ただし、
第2レンズ群における最物体側の正レンズに含まれる非球面にあって、
X{GR2(oL)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光
軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量
の値は正とする)
X0{GR2(oL)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の
高さでの光軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像
側の変位量の値は正とする)
N{GR2(oL)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折
N’{GR2(oL)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折
f2 :第2レンズ群の焦点距離
である。
[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]の値が条件式(5)の下限値以下になる場合、非球面の負パワーが過剰に強くなり、正レンズの正パワーが過剰に弱まる。そのため、オーバー傾向の球面収差が生じてしまう。一方、[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]の値が条件式(5)の上限値以上になる場合、非球面の負パワーが過剰に弱くなり、正レンズの正パワーが過剰に強くなる。そのため、アンダー傾向の球面収差が生じてしまう。
すると、条件式(5)の範囲内に収まるように、X{GR2(oL)}、X0{GR2(oL)}、N{GR2(oL)}、N’{GR2(oL)}、およびf2が設定されると、アンダー傾向およびオーバー傾向の球面収差の発生が抑制される。
また、第3レンズ群は、1枚のレンズ(単レンズ)で構成され、さらに、下記条件式(6)を満たすと望ましい。なお、この条件式(6)は、第3レンズ群の単レンズの形状を規定している。
−0.8<[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]<1.6
… 条件式(6)
ただし、
r{GR3(L:o)} :第3レンズ群における単レンズの物体側面が有する曲率半径
r{GR3(L:i)} :第3レンズ群における単レンズの像側面が有する曲率半径
である。
[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]の値が条件式(6)の下限値以下になる場合、単レンズの物体側面の曲率半径が像側面の曲率半径よりも短いので、物体側面のパワーが過剰に強くなり、諸収差が生じる(特に、望遠端での球面収差が生じる)。一方、[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]の値が条件式(6)の上限値以上になる場合、単レンズの像側面の曲率半径が物体側面の曲率半径よりも短いので、像側面のパワーが過剰に強くなり、諸収差が生じる(特に、広角端での歪曲収差およびコマ収差が生じる)。
すると、条件式(6)の範囲内に収まるように、第3レンズ群の単レンズにおける物体側面の曲率半径と像側面の曲率半径とが設定されると、諸収差の発生が抑制される。
また、第3レンズ群における単レンズの物体側面および像面側面の少なくとも一方の面が、非球面になっていること望ましい。その上、かかる単レンズにおける非球面の少なくとも1面が、下記条件式(7)を満たすと望ましい。なお、この条件式(7)は、第3レンズ群の単レンズにおける負パワーの調整に要する非球面形状について規定している。
0<[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]<0.015
… 条件式(7)
ただし、
第3レンズ群における単レンズに含まれる非球面にあって、
X{GR3(L)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光軸
方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値
は正とする)
X0{GR3(L)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高
さでの光軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の
変位量の値は正とする)
N{GR3(L)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折
N’{GR3(L)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折
f3 :第3レンズ群の焦点距離
である。
[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]の値が条件式(7)の下限値以下になる場合、非球面の負パワーが過剰に強くなり、単レンズの負パワー過剰に強まる。そのため、諸収差(特に広角端で像面湾曲)が生じてしまう。一方、[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]の値が条件式(7)の上限値以上になる場合、非球面の負パワーが強まらず、単レンズの負パワーが比較的不足する。そのため、諸収差(特に望遠端での球面収差等)の補正が不十分になる。
すると、条件式(7)の範囲内に収まるように、X{GR3(L)}、X0{GR3(L)}、N’{GR3(L)}、N{GR3(L)}、およびf3が設定されると、諸収差(像面湾曲や球面収差等)の発生が抑制される。
なお、合焦の場合、軽量の第3レンズ群(すなわち単レンズ)が移動することで、変倍光学系の合焦が行われるようになっている。
また、以上のような変倍光学系を備える撮像装置も、本発明の一例といえることはいうまでもない。
本発明によれば、パワー配置設定および変倍中のレンズ群間隔設定を調整することで、
、変倍光学系の全長を短くしながらも、比較的長いバックフォーカスを確保している。また、比較的長い焦点距離も確保している。その上、第1レンズ群が、光軸を変更させる光学プリズムを備えているので、変倍光学系を一方向に長くならないようにし、撮像装置に搭載しやすい変倍光学系になっている。
また、第2レンズ群が、最物体側の位置に、物体側で凸面を有する正レンズを配置させているので、第1レンズ群の負パワーによって発散されてくる光(軸外光等)を効率よく収斂する。そのため、変倍光学系は球面収差等を効果的に補正する。その上、第2レンズ群は、最物体側以外の位置に、負レンズおよび正レンズを配置させることで、負レンズと正レンズのとの組合せを成立させている。そのため、変倍光学系は色収差やコマ収差も効果的に補正する。
したがって、本発明の変倍光学系は、小型化および高性能化という両要望を十分に満たしているといえる。
[実施の形態1]
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
〔1.デジタルスチルカメラについて〕
図17は、本発明の撮像装置の一例であるデジタルスチルカメラ(DSC)29の内部を示すブロック図である。
図17に示すように、DSC29は、変倍光学系OS、フラッシュFL、光学系駆動部13、撮像素子SR、信号処理部14、表示部15、記録部16、記録媒体17、操作部18、および制御部19を含むようになっている。
変倍光学系OSは、撮影対象(物体側)からの光を撮像素子SRに導くとともに、その光を撮像素子SRの受光面(像面)上に結像させるものである。したがって、この変倍光学系OSは、結像光学系や撮像光学系と表現してもよい。なお、変倍光学系OSの詳細については後述する。
フラッシュFLは、被写体へ光線を照射させることで、被写体からの光(反射光)を増加させ、容易に撮像素子SRの撮像を可能にさせる光源である。
光学系駆動部13は、いくつかの駆動モータ(光学系用駆動モータ)と、その駆動力を変倍光学系OSを構成するレンズ群に伝達する伝達機構(光学系用伝達機構)とを有している(なお、駆動モータ・伝達機構は不図示)。そして、光学系駆動部13は、駆動モータ・伝達機構を用いて、変倍光学系OSの焦点距離および焦点位置を設定する。具体的には、光学系駆動部13は、制御部19からの指示に応じて、焦点距離および焦点位置を設定する。
撮像素子SRは、例えばCCD(Charge Coupled Device)のエリアセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等であり、変倍光学系OSを経た光線を受光し、電気的信号(撮像データ)に変換する。そして、撮像素子SRは、この撮像データを信号処理部14へと出力する。
信号処理部14は、撮像素子SRからの電子データ(撮像データ)を処理することで、撮像データに基づいた撮像画像データを生成する。なお、この信号処理部14は、制御部19の指示に応じて処理動作のONまたはOFFを行う。また、制御部19の指示に応じて、信号処理部14は、撮像画像データを表示部15や記録部16に出力する。
表示部15は、例えば液晶パネルから構成されており、信号処理部14からの撮像画像データ等や、DSC29の使用状況等を表示する。
記録部16は、制御部19の指示に応じて、記録媒体17に、信号処理部14の生成した撮像画像データを記録する。また、記録部16は、操作部18等による操作に応じた制御部19の指示に従い、記録媒体17から撮像画像データを読み出す。
記録媒体17は、例えばDSC29の内部に組み込まれるようになったものでもよいし、フラッシュメモリ等のように着脱可能なものであってもよい。要は、撮像画像データ等を記録できるような媒体(光ディスクや半導体メモリ等)であればよい。
操作部18は、ユーザー等による各種操作指示を制御部19に出力するものであり、例えばシャッターレリーズボタンや操作ダイヤル等から構成されている。
制御部19は、DSC29全体の動作制御等を行う中枢部分となっており、DSC29の各部材の駆動を有機的に制御して、動作を統括制御する。
〔2.変倍光学系について〕
〈2−1.実施例1〜4の変倍光学系の構成について(図1〜図16参照)〉
ここで、変倍光学系OS(実施例1〜4)について、図1〜図16を用いて説明する。なお、図1〜図4が実施例1、図5〜図8が実施例2、図9〜図12が実施例3、図13〜図16が実施例4に関する図面になっている。
また、図1・図5・図9・図13は、実施例1・2・3・4の変倍光学系OSを一列状の展開した状態を示すレンズ断面図である。そして、図2〜図4・図6〜図8・図10〜図12・図14〜図16は実施例1・2・3・4の変倍光学系OSにおける収差図である。
なお、図面における「GRi」はレンズ群を示し、「Li」はレンズを示す。さらに、「si」はレンズ面(透過面等)を示している。そして、「GRi」、「Li」、および「si」に付される数字(i)は、物体側から像側に至るまでの順番を示している。また、非球面の面には、「*」(アスタリスク)が付されている。
《2−1−1.実施例1の変倍光学系の構成について(図1参照)》
実施例1の変倍光学系OSは、撮影対象から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、および第4レンズ群GR4を有している。
《《第1レンズ群について》》
第1レンズ群GR1は、物体側から順に、第1レンズL1、光学プリズム(光軸変更素子)PR、第2レンズL2、および第3レンズL3を含んでいる。そして、この第1レンズ群GR1は、全体として「負(−)」の光学的パワー(屈折力)を有している。なお、パワーは、焦点距離の逆数で定義されている。
そして、各レンズおよび光学プリズムPRは、下記のような特徴を有している。
・第1レンズL1 :物体側凸の負メニスカスレンズ
・光学プリズムPR:物体側からの光線を直角に折り曲げることのできるプリズムであ
る(例えば直角プリズムである)。
なお、光学プリズムPRにおけるs3は光線の入射面、s4は
光線の射出面になっている。
・第2レンズL2 :物体側に平面を有する平凹レンズ
・第3レンズL3 :物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第2レンズL2と第3レンズL3とは、s6にて接合することで接合レンズを構成している。また、接合方法としては、接着剤等による接合が挙げられる(なお、後述の接合レンズの接合方法としても、同様に接着剤等の接合が挙げられる)。
《《第2レンズ群について》》
第2レンズ群GR2は、物体側から順に、光学絞りST、第4レンズL4(少なくとも物体側に凸面を有する正レンズ)、第5レンズL5、および第6レンズL6を含んでいる。そして、この第2レンズ群GR2は、全体として「正(+)」の光学的パワーを有している。
そして、光学絞りSTおよび各レンズは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りST :第1レンズ群GR1を経た光線を一部遮光する絞りであり、s8と
も表記。なお、この光学絞りSTは、第2レンズ群GR2と一体的
に構成されている。
・第4レンズL4:両側凸の正レンズ(ただし、s9*・s10*は非球面)
・第5レンズL5:物体側凸の負メニスカスレンズ
・第6レンズL6:両側凸の正レンズ(ただし、s13*は非球面)
なお、第5レンズL5と第6レンズL6とは、s12にて接合することで接合レンズを構成している。また、非球面は、非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等をいう。
《《第3レンズ群について》》
第3レンズ群GR3は、第7レンズL7のみで構成されている。そして、この第3レンズ群GR3は(実質的には第7レンズL7が)、全体として「負」の光学的パワーを有している。
そして、この第7レンズL7は、下記のような特徴を有している。
・第7レンズL7:両側凹の負レンズ(ただし、s14*・s15*は非球面)
《《第4レンズ群について》》
第4レンズ群GR4は、第8レンズL8、およびローパスフィルタLFを含んでいる。そして、この第4レンズ群GR4は、全体として「正」の光学的パワーを有している。
そして、第8レンズL8およびローパスフィルタLFは、下記のような特徴を有している。
・第8レンズL8 :物体側凹の正メニスカスレンズ(ただし、s16*・s17
*は非球面)
・ローパスフィルタLF:2面構成(s18・s19)の光学的フィルタであり、撮
像素子SRの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波 数特性を有する。
なお、実施例1および以降の実施例において、ローパスフィルタLFよりも像側に撮像素子SRが位置するようになっている。そして、この撮像素子SRと変倍光学系OSとを含めたものをオプティカルユニットと称してもよい。
《2−1−2.実施例2の変倍光学系の構成について(図5参照)》
実施例2の変倍光学系OSも、撮影対象から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、および第4レンズ群GR4を有している。そして、実施例1同様、パワー配置は、「負・正・負・正」になっている。
《《第1レンズ群について》》
第1レンズ群GR1は、物体側から順に、第1レンズL1、光学プリズムPR、第2レンズL2、および第3レンズL3を含んでいる。
そして、各レンズおよび光学プリズムPRは、下記のような特徴を有している。
・第1レンズL1 :物体側凸の負メニスカスレンズ
・光学プリズムPR:実施例1同様、物体側からの光線を直角に折り曲げることのでき
るプリズムである
なお、光学プリズムPRにおけるs3は光線の入射面、s4は
光線の射出面になっている。
・第2レンズL2 :物体側凸の負メニスカスレンズ
・第3レンズL3 :物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第2レンズL2と第3レンズL3とは、s6にて接合することで接合レンズを構成している。
《《第2レンズ群について》》
第2レンズ群GR2は、物体側から順に、光学絞りST、第4レンズL4、第5レンズL5、第6レンズL6、および遮光板TTを含んでいる。
そして、光学絞りST、各レンズ、および遮光板TTは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りST :実施例1同様、第1レンズ群GR1を経た光線を一部遮光する絞り
であり、s8とも表記。なお、この光学絞りSTも、実施例1同様
、第2レンズ群GR2と一体的に構成されている。
・第4レンズL4:両側凸の正レンズ(ただし、s9*・s10*は非球面)
・第5レンズL5:物体側凸の負メニスカスレンズ
・第6レンズL6:両側凸の正レンズ(ただし、s13*は非球面)
・遮光板TT :不要な軸外光が撮像素子SRへ到達することを防ぐための遮光板で あり、s14とも表記。なお、この遮光板TTは、第3レンズ群G R3と一体的に構成されている。
なお、第5レンズL5と第6レンズL6とは、s12にて接合することで接合レンズを構成している。
《《第3レンズ群について》》
第3レンズ群GR3は、物体側から順に、第7レンズL7のみを含んでいる。そして、この第7レンズL7は、下記のような特徴を有している。
・第7レンズL7:両側凹の負レンズ(ただし、s15*・s16*は非球面)
《《第4レンズ群について》》
第4レンズ群GR4は、第8レンズL8、およびローパスフィルタLFを含んでいる。そして、第8レンズL8およびローパスフィルタLFは、下記のような特徴を有している。
・第8レンズL8 :両側凸の正レンズ(ただし、s17*・s18*は非球面)
・ローパスフィルタLF:2面構成(s19・s20)を有する実施例1同様の光学
的フィルタである。
《2−1−3.実施例3の変倍光学系の構成について(図9参照)》
実施例3の変倍光学系OSも、撮影対象から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、および第4レンズ群GR4を有している。そして、実施例1・2同様、パワー配置は、「負・正・負・正」になっている。
《《第1レンズ群について》》
第1レンズ群GR1は、物体側から順に、第1レンズL1、光学プリズムPR、第2レンズL2、および第3レンズL3を含んでいる。
そして、各レンズおよび光学プリズムPRは、下記のような特徴を有している。
・第1レンズL1 :物体側凸の負メニスカスレンズ
・光学プリズムPR:実施例1・2同様、物体側からの光線を直角に折り曲げることの
できるプリズムである
なお、光学プリズムPRにおけるs3は光線の入射面、s4は
光線の射出面になっている。
・第2レンズL2 :物体側凹の負メニスカスレンズ
・第3レンズL3 :物体側凹の正メニスカスレンズ
なお、第2レンズL2と第3レンズL3とは、s6にて接合することで接合レンズを構成している。
《《第2レンズ群について》》
第2レンズ群GR2は、物体側から順に、光学絞りST、第4レンズL4、第5レンズL5、および第6レンズL6を含んでいる。
そして、光学絞りSTおよび各レンズは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りST :実施例1・2同様、第1レンズ群GR1を経た光線を一部遮光する
絞りであり、s8とも表記。なお、この光学絞りSTも、実施例1
・2同様、第2レンズ群GR2と一体的に構成されている。
・第4レンズL4:両側凸の正レンズ(ただし、s9*・s10*は非球面)
・第5レンズL5:物体側凸の負メニスカスレンズ
・第6レンズL6:両側凸の正レンズ
《《第3レンズ群について》》
第3レンズ群GR3は、物体側から順に、第7レンズL7のみを含んでいる。そして、この第7レンズL7は、下記のような特徴を有している。
・第7レンズL7:物体側凸の負メニスカスレンズ(ただし、s15*・s16*は非
球面)
《《第4レンズ群について》》
第4レンズ群GR4は、第8レンズL8、およびローパスフィルタLFを含んでいる。そして、第8レンズL8およびローパスフィルタLFは、下記のような特徴を有している。
・第8レンズL8 :物体側凹の正メニスカスレンズ(ただし、s17*・s18 *は非球面)
・ローパスフィルタLF:2面構成(s19・s20)を有する実施例1・2同様の
光学的フィルタである。
《2−1−4.実施例4の変倍光学系の構成について(図13参照)》
実施例4の変倍光学系OSも、撮影対象から順に、第1レンズ群GR1、第2レンズ群GR2、第3レンズ群GR3、および第4レンズ群GR4を有している。そして、実施例1〜3同様、パワー配置は、「負・正・負・正」になっている。
《《第1レンズ群について》》
第1レンズ群GR1は、物体側から順に、第1レンズL1、光学プリズムPR、第2レンズL2、および第3レンズL3を含んでいる。
そして、各レンズおよび光学プリズムPRは、下記のような特徴を有している。
・第1レンズL1 :物体側凸の負メニスカスレンズ
・光学プリズムPR:実施例1〜3同様、物体側からの光線を直角に折り曲げることの
できるプリズムである
なお、光学プリズムPRにおけるs3は光線の入射面、s4は
光線の射出面になっている。
・第2レンズL2 :両側凹の負レンズ
・第3レンズL3 :物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第2レンズL2と第3レンズL3とは、s6にて接合することで接合レンズを構成している。
《《第2レンズ群について》》
第2レンズ群GR2は、物体側から順に、光学絞りST、第4レンズL4、第5レンズL5、および第6レンズL6を含んでいる。
そして、光学絞りSTおよび各レンズは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りST :実施例1〜3同様、第1レンズ群GR1を経た光線を一部遮光する
絞りであり、s8とも表記。なお、この光学絞りSTも、実施例1
〜3同様、第2レンズ群GR2と一体的に構成されている。
・第4レンズL4:両側凸の正レンズ(ただし、s9*・s10*は非球面)
・第5レンズL5:物体側凹の正メニスカスレンズ
・第6レンズL6:物体側凸の負メニスカスレンズ
《《第3レンズ群について》》
第3レンズ群GR3は、物体側から順に、第7レンズL7のみを含んでいる。そして、この第7レンズL7は、下記のような特徴を有している。
・第7レンズL7:両側凹の負レンズ(ただし、s15*・s16*は非球面)
《《第4レンズ群について》》
第4レンズ群GR4は、第8レンズL8、およびローパスフィルタLFを含んでいる。そして、第8レンズL8およびローパスフィルタLFは、下記のような特徴を有している。
・第8レンズL8 :両側凸の正レンズ(ただし、s17*・s18*は非球面)
・ローパスフィルタLF:2面構成(s19・s20)を有する実施例1〜3同様の
光学的フィルタである。
〈2−2.実施例1〜4の変倍光学系のコンストラクションデータについて〉
次に、実施例1〜4の変倍光学系OSのコンストラクションデータについて、表1〜表8を用いて説明する。
なお、これらの表での「ri」は、各面(si)における曲率半径[単位;mm]を示している。なお、非球面の面には、アスタリスク(*)が付されている。「di」は、i番目の面(si)と、i+1番目の面(si+1)との間における軸上面間隔[単位;mm]を示している。なお、ズーミングにより軸上面間隔(群間距離)が変化する場合、広角端状態(W)でのdi、中間焦点距離状態(M)でのdi、および望遠端状態(T)でのdiが、この順で表記されている。
また、「Ni」および「υi」は、軸上面間隔(di)での媒質の有する屈折率(Nd)およびアッベ数(νd)を示している。なお、屈折率(Nd)およびアッベ数(νd)は、d線(波長587.56nm)に対するものである。
また、「焦点距離状態」は、広角端状態(W;最短焦点距離状態)〜中間焦点距離状態(M)〜望遠端状態(T;最長焦点距離状態)を意味している。そして、「f」と「FNO.」とは、各焦点状態(W)、(M)、および(T)に対応する全系の焦点距離[単位;mm]とFナンバーとを示している。
なお、上記の非球面は、下記の式(定義式1)で定義される。
X(H)=C0・H2/{1+√(1−ε・C0 2・H2)}+ΣAj・Hj…(定義式
1)
ただし、定義式1中、
H :光軸AXに対しての垂直な方向の高さ
X(H):高さHの位置での光軸AX方向(サグ)の変位量
0 :近軸曲率(=1/ri)
ε :2次曲面パラメータ
j :非球面の次数、
Aj :j次の非球面係数
である。
そこで、非球面に関するデータ(非球面データ)を下記の表2・表4・表6・表8に示す。ただし、表記されていない項の係数は「0」(ゼロ)であり、すべてのデータに関して、「E−n」=「×10-n」になっている。
《2−2−1.実施例1の変倍光学系のコンストラクションデータについて》
《2−2−2.実施例2の変倍光学系のコンストラクションデータについて》
《2−2−3.実施例3の変倍光学系のコンストラクションデータについて》
《2−2−4.実施例4の変倍光学系のコンストラクションデータについて》
〈2−3.実施例1〜4の変倍光学系における各レンズ群の移動について〉
ここで、実施例1〜4の変倍光学系OSおける各レンズ群(GR1〜GR4)の移動について、図1・図5・図9・図13を用いて説明する。通常、広角端から望遠端に至るズーミング等(変倍等)のとき、変倍光学系OSは、各レンズ群の間隔を光軸AXに沿って変化させる。例えば、実施例1〜4の変倍光学系OSは、第1レンズ群GR1・第4レンズ群GR4を不動にし、その他のレンズ群(GR2・GR3)を移動させている。
例えば、実施例1・2の変倍光学系OSは、第2レンズ群GR2・第3レンズ群GR3を物体側に移動させることで、第1レンズ群GR1〜第2レンズ群GR2の群間距離を狭め、第2レンズ群GR2〜第3レンズ群GR3の群間距離を一旦狭めた後に広げ、第3レンズ群GR3〜第4レンズ群GR4の群間距離を広げている。
一方、実施例3・4の変倍光学系OSは、第2レンズ群GR2・第3レンズ群GR3を物体側に移動させることで、第1レンズ群GR1〜第2レンズ群GR2の群間距離を狭め、第2レンズ群GR2〜第3レンズ群GR3の群間距離を広げ、第3レンズ群GR3〜第4レンズ群GR4の群間距離を広げている。
そこで、図1・図5・図9・図13は、ズーミングに伴って間隔変動の生じる軸上面間隔(di)のみに番号を付している。例えば、実施例1の場合はd7、d13、およびd15が図示され、実施例2の場合はd7、d14、およびd16が図示される。また、実施例3・4の場合は、d7、d14、およびd16が図示される。
なお、図における矢印「MMi」は、望遠端状態(W)から中間焦点状態(M)、さらには、中間焦点状態(M)から望遠端状態(T)に至るまでの各レンズ群の移動を模式的に表記している。なお、MMiのiは物体側から像側に至るまでの順番を示している。したがって、各レンズ群の順番に対応する。
また、フォーカシングの場合(合焦の場合)、実施例1〜4の変倍光学系OSは、第3レンズ群GR3を移動させるようになっている。
〈2−4.実施例1〜4の変倍光学系における収差について〉
ズーミングにおける実施例1・2・3・4の変倍光学系の収差は、図2〜図4・図6〜図8・図10〜12・図14〜図16にて示される。ただし、図6〜図8・図10〜12・図14〜図16は、図2〜図4と同様の表現になっている。
そして、具体的には、図2(図2A〜図2C)は広角端状態(W)での収差、図3(図3A〜図3C)は中間焦点距離状態(M)での収差、図4(図4A〜図4C)は望遠端状態(T)での収差を示している。
そして、図2A・図3A・図4Aは球面収差・正弦条件を示している。なお、これらの図における縦軸は入射高さになっており、各線は下記のようになっている。
・線d :d線(波長587.6nm)に対する球面収差[単位;mm]
・線g :g線(波長435.8nm)に対する球面収差[単位;mm]
・線SC:正弦条件不満足量[単位;mm]
図2B・図3B・図4Bは非点収差を示している。なお、これらの図における縦軸は最大像高(Y’;[単位:mm])になっており、各線は下記のようになっている。
・線DM(破線) :メリジオナル面でのd線に対する非点収差[単位:mm]
・線DS(実線) :サジタル面でのd線に対する非点収差[単位:mm]
図2C・図3C・図4Cは歪曲収差を示している。なお、これらの図における縦軸は最大像高(Y’;[単位:mm])になっており、実線はd線に対する歪曲[単位:%]を示している。
〔2.種々の特徴の一例について〕
以上のように、変倍光学系OSは、撮像素子SRに、物体側からの光を導く複数のレンズ群{少なくとも、4個のレンズ群(GR1〜GR4)}を有する。そして、第1レンズGR1〜第4レンズ群GR4までのパワー配置は、「負・正・負・正」になっている。
さらに、この変倍光学系OSは、広角端から望遠端に至るまでのズーミングでは、少なくとも第1レンズ群GR1を不動にさせつつ、第1レンズ群GR1から第2レンズ群GR2までの間隔を減少、第3レンズ群GR3から第4レンズ群GR4までの間隔を増大させている。
具体的には、変倍光学系OSは、第1レンズ群GR1・第4レンズ群GR4を不動にさせつつ、第2レンズ群GR2・第3レンズ群GR3を物体側に移動させることで、広角端から望遠端に至るまでのズーミングを行っている。そのため、第1レンズ群GR1から第2レンズ群GR2までの間隔は減少し、第3レンズ群GR3から第4レンズ群GR4までの間隔は増大する。
なお、実施例1・2の変倍光学系OSでは、第2レンズ群GR2から第3レンズ群GR3までの間隔(群間隔)は、広角端状態から中間焦点距離状態に至るまでは減少し、中間焦点距離状態から望遠端状態に至るまでは増大するようになっている。ただし、広角端での間隔よりも望遠端での間隔のほうが長いため、広角端から望遠端に至るまでのズーミングでは、第2レンズ群GR2から第3レンズ群GR3までの間隔は増大すると表現してもよい。
このような変倍光学系OSでは、パワー配置が「負・正・負・正」になっており、広角端にあっては、第1レンズ群GR1と第2レンズ群GR2との間隔はズーミング中で最も離れている。そのため、第1レンズ群GR1と第2レンズ群GR2とのパワー配置を「レトロフォーカス配置」と称してもよい。そして、かかるようなレトロフォーカス配置の場合、比較的長いバックフォーカスが確保しやすい。
ところが、広角端から望遠端になるにしたがい、第1レンズ群GR1と第2レンズ群GR2との間隔が狭まる。すると、両レンズ群の合成パワーが正パワーを発揮するようになる(すなわち、第1レンズ群GR1の負パワーが弱まるようになる)。その結果、第1レンズ群GR1および第2レンズ群GR2の合成の正パワーと、第3レンズ群GR3の負パワーとのパワー配置は、「正・負」となり「テレフォト配置」と称せる。かかるようなテレフォト配置は、変倍光学系OSの全長を延長させることなく、比較的長い焦点距離(長焦点)を確保できる。そのため、変倍光学系OSは、望遠端に適した長焦点を確保しやすい。
また、第1レンズ群GR1が負パワーを有し、第2レンズ群GR2が正パワーを有することから、第1レンズ群GR1から射出する光の指向性と、第2レンズ群GR2から射出する光の指向性とが異なってくる。例えば、第1レンズ群GR1から光が射出する場合、光軸AXに対し下方から射出する光は、負パワー(発散力)によって光軸AXから離間するような指向性を有する。そして、そのような光が、第2レンズ群GR2から射出する場合、正パワー(収斂力)によって光軸AXに近づくような指向性を有する。
すると、第1レンズ群GR1から射出する軸外光(特に、光軸AXからの高さが比較的高い軸外光)は、第1レンズ群GR1から離れている第3レンズ群GR3に入射する場合、光軸AXを境に位置を変えることになる。例えば、第1レンズ群GR1から射出する場合には光軸AXに対して下方に位置する光が、第3レンズ群GR3に入射する場合には光軸AXに対して上方に位置するようになる。
つまり、光軸AXに対して下方等に位置する軸外光は、第3レンズ群GR3に入射する場合には光軸AXを境に反対に位置(すなわち上方等に位置)する軸外光となる。そのため、負パワーの第1レンズ群GR1によって生じる歪曲収差と、負パワーの第3レンズ群GR3によって生じる歪曲収差との、歪曲の向きが相反することになる。そのため、第1レンズ群GR1に起因する歪曲収差は、第3レンズ群GR3に起因する歪曲収差によって相殺される。
特に、第1レンズ群GR1から第3レンズ群GR3の間隔が比較的長いほど、第1レンズ群GR1からの射出の場合には光軸AXに対して下方等に位置する軸外光が、第3レンズ群GR3への入射の場合に、より軸外高さ(光軸AXからの高さ)を高くして光軸AXの上方等に位置する軸外光になる。このような場合、第3レンズ群GRに起因する歪曲収差は、軸外高さの比較的高い軸外光によって生じやすいといえる。すると、第1レンズ群GR1から第3レンズ群GR3までの間隔が最も長い広角端の場合、最も効率よく歪曲収差の相殺が行われるといえる。
また、第1レンズ群GR1は、負パワーを有するとともに、光軸を変更させる光学プリズム(例え直角プリズム)PRを備えている。そのため、物体側から入射してくる光の進行方向が、ほぼ90°に折り曲げられる。すると、折り曲げ後の光の進行方向とDSC29の奥行き方向とがほぼ垂直な関係になっていれば、DSC29の奥行きが短縮化されたことになる。そのため、このような光学プリズムPRを有する第1レンズ群GR1を備える変倍光学系OSは、薄型のDSC29に搭載しやすいといえる。
ところで、実施例1〜4の変倍光学系OSでは、第1レンズ群GR1が負パワーを有するだけでなく、その負パワーは第3レンズ群GR3に比べても強い。そのため、第1レンズ群GR1の負パワーに起因する球面収差が顕著に現れやすい。そこで、変倍光学系OSは、第1レンズ群GR1からの射出光を最初に受光するレンズ(すなわち、第2レンズ群GR2内の最物体側のレンズ)を正パワーを有するようにしている。
具体的には、かかるレンズは、少なくとも、物体側面に凸面を備えることで正パワーを有している。このように、第2レンズ群GR2の最物体側に、物体側に凸面を備える正レンズが位置していると、第1レンズ群GR1の負パワーによって発散されてくる光、特に軸外光を効率よく収斂できる。すると、球面収差を引き起こしやすい軸外光が収斂されることになるから、変倍光学系OSは球面収差を効果的に補正できる。
ところで、物体側に凸面を備える正レンズで球面収差を補正するには、一定の収斂力が必要になる。しかし、物体側の凸面のみでは収斂力が足りない場合がある。かかる場合、像側に凸面等を設けることで収斂力を補う方策が挙げられる。このような方策をとる場合、両側の凸面が近づいていると望ましい。なぜなら、物体側になるべく近い位置で、軸外光等を収斂でき、球面収差を効果的に補正できるためである。
すると、実施例1〜4の変倍光学系OSのように、第2レンズ群GR2の第4レンズL4(最物体側レンズ)が1枚状になっていると、両側の凸面を近づけやすいので望ましいといえる。また、第4レンズL4が1枚状であると、複数のレンズで球面収差補正のために複数枚のレンズ(例えば接合レンズ)を配置する場合に比べて、レンズ厚も薄くできる。そのため、変倍光学系OSの短縮化の点からも望ましい。
また、第2レンズ群GR2内において、第4レンズL4の像側に、負レンズ(第5レンズL5)および正レンズ(第6レンズL6)が位置していると望ましい。このようになっていれば、負レンズと正レンズとの組合せが成立することから、色収差やコマ収差が効果的に補正される。
ところで、第1レンズ群GR1内において、光学プリズムPRの前後(物体側および像側)には、レンズが位置するようになっている。例えば、光学プリズムPRの物体側には、1枚のレンズ(実施例1〜4では負パワーを有する第1レンズL1)が位置している。このような場合、第1レンズL1に起因する歪曲収差の抑制と第1レンズL1の直径(前玉径)の縮小化を図ることが望ましい。そこで、変倍光学系OSは、下記条件式A{条件式(1)}を満たすと望ましい。
−2.0<f{GR1(PR-oL)}/fm<−0.5 … 条件式A
ただし、
f{GR1(PR-oL)}:第1レンズ群GR1内の光学プリズムPRよりも、物体側に位置す るレンズ(第1レンズL1)の焦点距離[単位;mm]
fm :√(fw×ft)
fw :広角端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
ft :望遠端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Aは、第1レンズL1に起因する歪曲収差の抑制と前玉径の大きさとの調和(バランス)を規定している。
例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離;|f{GR1(PR-oL)}|)が長いために、f{GR1(PR-oL)}/fmの値が条件式Aの下限値以下になる場合、第1レンズL1の負パワーは比較的弱くなる。そのため、歪曲収差(負の歪曲収差)が抑制される。しかしながら、焦点距離が長いことに起因して前玉径が増大しやすい。
一方、例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離)が短いために、f{GR1(PR-oL)}/fmの値が条件式Aの上限値以上になる場合、第1レンズL1の負パワーは比較的強くなる。そのため、前玉径は比較的小さくなる。しかしながら、負パワーが強いことに起因して歪曲収差が生じやすい。
したがって、条件式Aの範囲内に収まるように、第1レンズL1の焦点距離と中間焦点状態の変倍光学系OSの焦点距離(fm)とが設定されると、前玉径が比較的小さくなりつつ、歪曲収差が抑制(補正)される。
また、変倍光学系OSは下記条件式Bを満たすと望ましい。
0.5<f{GR1(PR-oL)}/f1<2.5 … 条件式B
ただし、
f{GR1(PR-oL)}:第1レンズ群GR1内の光学プリズムPRよりも、物体側に位置す るレンズ(第1レンズL1)の焦点距離[単位;mm]
f1 :第1レンズ群GR1の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Bは、第1レンズL1の焦点距離(f{GR1(PR-oL)})と第1レンズ群GR1の焦点距離との比率から、歪曲収差の抑制と前玉径の大きさとのバランスをさらに良好にするための条件式になっている。
例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離;|f{GR1(PR-oL)}|)が短いために、f{GR1(PR-oL)}/f1の値が条件式Bの下限値以下になる場合、光学プリズムPRの反射面よりも物体側の焦点距離が比較的短いことになる。そのため、前玉径の小型化が実現できる。しかしながら、焦点距離が短いことから負パワーが強くなり、諸収差(特に広角端での負の歪曲収差)が生じやすい。
一方、例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離)が長いために、f{GR1(PR-oL)}/f1の値が条件式Bの上限値以上になる場合、光学プリズムPRの反射面よりも物体側の焦点距離が比較的長いことになる。そのため、第1レンズL1の負パワーは比較的弱くなり、諸収差が抑制される。しかしながら、焦点距離が長いことに起因して前玉径が増大しやすい。
したがって、条件式Bの範囲内に収まるように、第1レンズL1の焦点距離と第1レンズ群GR1の焦点距離とが設定されると、歪曲収差は抑制されつつ、前玉径が比較的小さくなる。
また、変倍光学系OSは下記条件式Cを満たすと望ましい。
−0.8<f{GR1(PR-oL)}/f{GR1(PR-iL)}<1.2 … 条件式C
ただし、
f{GR1(PR-oL)}:第1レンズ群GR1内の光学プリズムPRよりも、物体側に位置す るレンズの焦点距離[単位;mm]
f{GR1(PR-iL)}:第1レンズ群GR1内の光学プリズムPRよりも、像側に位置する レンズの焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Cは、第1レンズL1の焦点距離(f{GR1(PR-oL)})と光学プリズムPRよりも像側に位置するレンズの焦点距離(例えば、第2レンズL2および第3レンズL3の合成の焦点距離)との比率から、歪曲収差の抑制と前玉径の大きさとのバランスをさらに一層良好にするための条件式になっている。
例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離;|f{GR1(PR-oL)}|)が短いために、f{GR1(PR-oL)}/f{GR1(PR-iL)}の値が条件式Cの下限値以下になる場合、光学プリズムPRの反射面よりも物体側の焦点距離が比較的短いことになり、前玉径の小型化が実現できる。しかしながら、焦点距離が短いことから負パワーが強くなり、諸収差(特に広角端での負の歪曲収差)が生じやすい。
一方、例えば、第1レンズL1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離)が長いために、f{GR1(PR-oL)}/f{GR1(PR-iL)}の値が条件式Cの上限値以上になる場合、光学プリズムPRの反射面よりも物体側の焦点距離が比較的長いことになり、第1レンズL1の負パワーは比較的弱くなり、諸収差が抑制される。しかしながら、焦点距離が長いことに起因して前玉径が増大しやすい。
したがって、条件式Cの範囲内に収まるように、第1レンズL1の焦点距離と光学プリズムPRよりも像側に位置するレンズの焦点距離とが設定されると、歪曲収差が抑制されつつ、前玉径が比較的小さくなる。
また、諸収差の抑制と変倍光学系OSの全長とのバランスをとるために、変倍光学系OSが下記の条件式D{条件式(3)}を満たしていると望ましい。
−1.3<f1/fm<−0.5 … 条件式D
ただし、
f1:第1レンズ群GR1の焦点距離[単位;mm]
fm:√(fw×ft)
fw:広角端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
ft:望遠端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Dは、第1レンズ群GR1に起因する諸収差の抑制と前玉径の大きさ(ひいては変倍光学系OSの全長)とバランスを規定している。
例えば、第1レンズ群GR1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離;|f1|)が長いために、f1/fmの値が条件式Dの下限値以下になる場合、第1レンズ群GR1の負パワーは比較的弱くなる。そのため、諸収差が抑制される。しかしながら、焦点距離が長いことに起因して前玉径が大きくなり、ひいては全系の全長が長くなる。
一方、例えば、第1レンズ群GR1の焦点距離(絶対値換算の焦点距離)が短いために、f1/fmの値が条件式Dの上限値以上になる場合、第1レンズ群GR1の負パワーは比較的強くなる。そのため、前玉径が小型化したり全系の全長が比較的短くなりやすい。しかしながら、負パワーが強いことに起因して諸収差が生じやすい。特に、広角端で負の歪曲収差が生じやすくなったり、望遠端で球面収差が生じやすくなる。
したがって、条件式Dの範囲内に収まるように、第1レンズ群GR1の焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系OSの焦点距離とが設定されると、前玉径が比較的小さくなりつつ(ひいては全系の全長が短縮しつつ)、諸収差が抑制される。
なお、第2レンズ群GR2の焦点距離を適切に設定することで、諸収差の抑制と変倍光学系OSの全長とのバランスをとることもできる。例えば、変倍光学系が下記の条件式E{条件式(4)}を満たしていると望ましい。
0.5<f2/fm< 1.5 … 条件式E
ただし、
f2:第2レンズ群GR2の焦点距離[単位;mm]
fm:√(fw×ft)
fw:広角端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
ft:望遠端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Eは、第2レンズ群GR2に起因する諸収差の抑制と変倍光学系OSの全長とバランスを規定している。
例えば、第2レンズ群GR2の焦点距離が短いために、f2/fmの値が条件式Eの下限値以下になる場合、第2レンズ群GR2の正パワーは比較的強くなる。そのため、全系の全長が比較的短くなる。しかしながら、正パワーが強いことに起因して諸収差が生じやすい。特に、球面収差とコマ収差とが生じやすくなる。
一方、例えば、第2レンズ群GR2の焦点距離が長いために、f2/fmの値が条件式Eの上限値以上になる場合、第2レンズ群GR2の正パワーは比較的弱くなる。そのため、諸収差が抑制される。しかしながら、焦点距離が長いことに起因して全系の全長が長くなる。
したがって、条件式Eの範囲内に収まるように、第2レンズ群GR2の焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系OSの焦点距離とが設定されると、諸収差が抑制されつつ、変倍光学系OSの全長が短縮する。
また、第3レンズ群GR3の焦点距離を適切に設定することで、諸収差の抑制と変倍光学系OSの全長とのバランスをとることもできる。例えば、変倍光学系が下記の条件式Fを満たしていると望ましい。
−1.1<f3/fm<−0.2 … 条件式F
ただし、
f3:第3レンズ群GR3の焦点距離[単位;mm]
fm:√(fw×ft)
fw:広角端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
ft:望遠端での変倍光学系OS全体(全系)の焦点距離[単位;mm]
である。
例えば、第3レンズ群GR3の焦点距離(絶対値換算の焦点距離;|f3|)が長いために、f3/fmの値が条件式Fの下限値以下になる場合、第3レンズ群GR3の負パワーは比較的弱くなる。そのため、第3レンズ群GR3に起因する諸収差は抑制される。しかしながら、負パワーが弱いために、フォーカシングでの第3レンズ群GR3の移動量を比較的長くする必要が生じ、変倍光学系OSの全長が増大しやすい。
一方、例えば、第3レンズ群GR3の焦点距離(絶対値換算の焦点距離)が短いために、f3/fmの値が条件式Fの上限値以上になる場合、第3レンズ群GR3の負パワーは比較的強くなる。そのため、フォーカシングでの第3レンズ群GR3の移動量は比較的短くなる。しかしながら、負パワーが強いことに起因して諸収差が生じやすい。特に、広角端で負の歪曲収差が生じやすい。
したがって、条件式Fの範囲内に収まるように、第3レンズ群GR3の焦点距離と中間焦点状態での変倍光学系OSの焦点距離とが設定されると、変倍光学系OSの全長が抑制されつつ、諸収差が抑制される。
ところで、第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズ(第4レンズL4)は、球面収差を補正するにあたって、下記の条件式G{条件式(2)}を満たすと望ましい。
−1.2<[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]<0
… 条件式G
ただし、
r{GR2(oL:o)}:第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズの物体側面が有
する曲率半径[単位;mm]
r{GR2(oL:i)}:第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズの像側面が有す
る曲率半径[単位;mm]
である。
この条件式Gは、最物体側の正レンズの形状を規定している。具体的には、この条件式Gは、物体側面のパワーを像側面のパワーよりも強くするための条件を規定している。
例えば、像側面の曲率半径の絶対値よりも物体側面の曲率半径の絶対値が短いために、[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]の値が条件式Gの下限値以下になる場合、曲率半径の短縮化に(曲率が強くなりすぎることに)起因して物体側面の正パワーが強くなってしまう。このように正パワーが強くなりすぎると、アンダー傾向の球面収差が生じる。
一方、例えば、像側面の曲率半径の絶対値よりも物体側面の曲率半径の絶対値が長いために、[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]の値が条件式Gの上限値以上になる場合、曲率半径の延長化に(曲率が弱くなりすぎることに)起因して物体側面の正パワーが弱まってしまう。このように正パワーが弱くなりすぎると、オーバー傾向の球面収差が生じる。
したがって、条件式Gの範囲内に収まるように、物体側面の曲率半径(r{GR2(oL:0)})と像側面の曲率半径(r{GR2(oL:i)})とが設定されると、アンダー傾向およびオーバー傾向の球面収差の発生が抑制される。
なお、[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]の値が、0(ゼロ)未満であることは、物体側面の曲率半径がと像側面の曲率半径よりも短くなるので、必ず物体側面のパワーが像側面のパワーよりも強いといえる。
また、第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズ(第4レンズL4)の物体側面および像側面の少なくとも一方の面が非球面になっていると望ましい。このように非球面があれば、諸収差の補正が効果的に行えるためである。なお、実施1〜4では、第4レンズL4は両面とも非球面になっている。
さらに、第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズ(第4レンズL4)の非球面のうち、少なくとも1面が下記の条件式H{条件式(5)}を満たすと望ましい。
−0.01<[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]<0
… 条件式H
ただし、
第2レンズ群GR2における最物体側の正レンズに含まれる非球面にあって、
X{GR2(oL)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光
軸方向の変位量[単位;mm]
(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値は正とする)
X0{GR2(oL)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の
高さでの光軸方向の変位量[単位;mm]
(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値は正とする)
N{GR2(oL)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折
N’{GR2(oL)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折
f2 :第2レンズ群の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Hは、第2レンズ群GR2の第4レンズL4(正レンズ)における正パワーの調整に要する非球面形状について規定している。具体的には、非球面に起因する負パワーを設定することで、かかる最物体側の正レンズの正パワーを適切に弱めるようにしている。
なぜなら、例えば非球面の物体側が空気で像側が媒質とすると、N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)}の値の符号は正になる(なお、第2レンズ群GR2が正パワーを有するので、f2の符号は正)。そのため、X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}の値の符号は負となる。このように、X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}の値が負になるということは、正レンズにおける物体側の非球面は、物体側に対して変位量を有することになる。そのため、この物体側の非球面は負パワーを生じることになる。
また、例えば非球面の物体側が媒質で像側が空気とすると、N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)}の値の符号は負になる。そのため、X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}の値の符号は正となる。このように、X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}の値が正になるということは、正レンズにおける像側の非球面は、像側に対して変位量を有することになる。そのため、この像側の非球面は負パワーを生じることになる。
すると、[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]の絶対値は、負パワーを反映しているといえる。そのため、[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]の値が条件式Hの下限値以下になる場合、非球面の負パワーが過剰に強くなり、正レンズの正パワー過剰に弱まる。そのため、オーバー傾向の球面収差が生じてしまう。
一方、[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]の値が条件式Hの上限値以上になる場合、非球面の負パワーが過剰に弱くなり、正レンズの正パワー過剰に強くなる。そのため、アンダー傾向の球面収差が生じてしまう。
したがって、条件式Hの範囲内に収まるように、X{GR2(oL)}、X0{GR2(oL)}、N{GR2(oL)}、N’{GR2(oL)}、およびf2が設定されると、オーバー傾向およびアンダー傾向の球面収差の発生が抑制される。
ただし、第2レンズ群GR2における第4レンズL4の両面が非球面になっている場合にあっても、両面とも必ず条件式Hを満たす必要はない。例えば、第4レンズL4の正パワーを弱らせるために、両非球面で負パワーを分担させる場合(実施例1・2・4)、両非球が条件式Hを満たすとのぞましい。
しかしながら、球面収差の補正では、両非球面で負パワーを分担させるのではなく、互いに特性の異なる球面収差を発生させることで、球面収差自体を相殺させる場合(実施例3)もある。かかる場合は、両非球面が負パワーを必要がなく、両非球面が相反するパワーを有することが望ましい。
そのため、後述の表9に示されるように、実施例1・2・4の場合は第4レンズL4の両面が条件式Hを満たすものの、実施例3の場合は第4レンズL4の片面のみが条件式Hを満たすようになっている。
ところで、第3レンズ群GR3は、1枚のレンズ(第7レンズL7)で構成されている。このようになっていれば、変倍光学系OSの全長を短くできるだけでなく、第3レンズ群GR3の重量も軽くなるためである。
その上、第3レンズ群GR3は、フォーカシングを負担するレンズ群である。すると、比較的軽い第3レンズ群GR3を移動させるための推力(例えばアクチュエータの推力)が小さくなる。その結果、アクチュエータ等の消費電力の抑制につながるだけでなく、そのアクチュエータ等のサイズ、ひいてはDSC29のサイズの小型化につながる。
なお、第3レンズ群GR3(実質的には単レンズ;第7レンズL7)は、下記の条件式I{条件式(6)}を満たすと望ましい。
−0.8<[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]<1.6
… 条件式I
ただし、
r{GR3(L:o)} :第3レンズ群GR3を構成する単レンズの物体側面が有する曲率半
径[単位;mm]
r{GR3(L:i)} :第3レンズ群GR3を構成する単レンズの像側面が有する曲率半径
[単位;mm]
である。
この条件式Iは、第3レンズ群GR3における単レンズの形状を規定している。具体的には、この条件式Iは、単レンズにおける物体側面のパワーと像側面のパワーとのバランスを規定している。
例えば、[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]の値が条件式Iの下限値以下になる場合、単レンズの物体側面の曲率半径が像側面の曲率半径よりも短い。そのため、物体側面のパワーが過剰に強くなり、諸収差が生じる(特に、望遠端での球面収差が生じやすい)。
一方、[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]の値が条件式Iの上限値以上になる場合、単レンズの像側面の曲率半径が物体側面の曲率半径よりも短い。そのため、像側面のパワーが過剰に強くなり、諸収差が生じる(特に、広角端での歪曲収差およびコマ収差が生じやすい)。
したがって、条件式Iの範囲内に収まるように、物体側面の曲率半径(r{GR3(L:0)})と像側面の曲率半径(r{GR3(L:i)})とが設定されると、諸収差の発生が抑制できる。
また、第3レンズ群GR3における単レンズの物体側面および像面側面の少なくとも一方の面が、非球面になっていると望ましい。このように非球面があれば、諸収差の補正が効果的に行えるためである。なお、実施1〜4では、第7レンズL7は両面とも非球面になっている。
さらに、第3レンズ群GR3における単レンズ(第7レンズL7)の非球面のうち、少なくとも1面が下記の条件式J{条件式(7)}を満たすと望ましい。
0<[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]<0.015
… 条件式J
ただし、
第3レンズ群GR3における単レンズに含まれる非球面にあって、
X{GR3(L)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光軸
方向の変位量[単位;mm]
(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値は正とする)
X0{GR3(L)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高
さでの光軸方向の変位量[単位;mm]
(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値は正とする)
N{GR3(L)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折
N’{GR3(L)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折
f3 :第3レンズ群の焦点距離[単位;mm]
である。
この条件式Jは、第3レンズ群GR3の第7レンズL7(単レンズ)における負パワーの調整に要する非球面形状について規定している。具体的には、非球面に起因する負パワーを設定することで、かかる最物体側の単レンズの負パワーを適切に強めるようにしている。
なぜなら、例えば非球面の物体側が空気で像側が媒質とすると、N’{GR3(L)}-N{GR3(L)}の値の符号は正になる(なお、第3レンズ群GR3が負パワーを有するので、f3の符号は負)。そのため、X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}の値の符号は負となる。このように、X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}の値が負になるということは、単レンズにおける物体側の非球面は、物体側に対して変位量を有することになる。そのため、この物体側の非球面は負パワーを生じることになる。
また、例えば非球面の物体側が媒質で像側が空気とすると、N’{GR3(L)}-N{GR3(L)}の値の符号は負になる。そのため、X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}の値の符号は正となる。このように、X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}の値が正になるということは、単レンズにおける像側の非球面は、像側に対して変位量を有することになる。そのため、この像側の非球面は負パワーを生じることになる。
すると、[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]の値は、負パワーを反映しているといえる。そのため、[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]の値が条件式Jの下限値以下になる場合、非球面の負パワーが過剰に強くなり、単レンズの負パワー過剰に強まる。そのため、諸収差(特に広角端で像面湾曲)が生じてしまう。
一方、[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]の値が条件式Jの上限値以上になる場合、非球面の負パワーが強まらず、単レンズの負パワーが比較的不足する。そのため、例えば球面収差補正のために、軸外光を跳ね上げるパワーが不足し、かかる球面収差の補正が不十分になる(特に望遠端の場合、球面収差が顕著になる)。
したがって、条件式Jの範囲内に収まるように、X{GR3(L)}、X0{GR3(L)}、N’{GR3(L)}、N{GR3(L)}、およびf2が設定されると、諸収差像面湾曲や球面収差等の諸収差の発生が抑制される。
ただし、第3レンズ群GR3における第7レンズL7の両面が非球面になっている場合にあっても、両面とも必ず条件式Jを満たす必要はない。例えば、第7レンズL7の負パワーを強めるために、両非球面で負パワーを分担させる場合(実施例3)、両非球が条件式Jを満たすとのぞましい。
しかしながら、諸収差の補正では、両非球面で負パワーを分担させるのではなく、互いに特性の異なる諸収差を発生させることで、諸収差自体を相殺させる場合(実施例1・2・4)もある。かかる場合は、両非球面が負パワーを必要がなく、両非球面が相反するパワーを有することが望ましい。
そのため、後述の表9に示されるように、実施例3の場合は第7レンズL7の両面が条件式Jを満たすものの、実施例1・2・4の場合は第7レンズL7の片面のみが条件式Jを満たすようになっている。
以上のように、変倍光学系OSは、種々の条件式を満たすようになっていると望ましい。そこで、実施例1〜4の変倍光学系OSに対応する各条件式の結果について、下記の表9に示しておく。
[その他の実施の形態]
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
例えば、撮像装置は、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、車載カメラ、テレビ電話用カメラ、ドアホーン用カメラ等が挙げられる。また、パーソナルコンピュータ、携帯情報機器(モバイルコンピュータ・携帯電話・携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)等の小型で携帯可能な情報機器端末)、これらの周辺機器(マウス・スキャナー・プリンター・メモリー等)、その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラも挙げられる。
これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
なお、従来「デジタルスチルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルスチルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラ、ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系、その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。
また、変倍光学系OSは、種々の撮像装置やデジタル入力機器(例えば撮像装置を具備したデジタル機器)に用いられる。したがって、かかる変倍光学系OSを用いた撮像装置等は、コンパクトなものになる。また、撮像装置等における限られた筐体内(ハウジング内)の容積に占める変倍光学系OSの割合は、比較的小さくなる。そのため、撮像装置等の余裕のあるハウジング内に、種々の部品(電子部品等)が配置できる(ハウジング容積の有効活用が達成できる)。したがって、種々の部品を搭載した高性能な撮像装置が実現できる。
実施例1の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ構成図である。 実施例1の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、広角端状態)。 実施例1の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、中間焦点距離状態)。 実施例1の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、望遠端状態)。 実施例2の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ構成図である 。 実施例2の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、広角端状態)。 実施例2の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、中間焦点距離状態)。 実施例2の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、望遠端状態)。 実施例3の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ構成図である。 実施例3の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、広角端状態)。 実施例3の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、中間焦点距離状態)。 実施例3の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、望遠端状態)。 実施例4の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ構成図である。 実施例4の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、広角端状態)。 実施例4の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、中間焦点距離状態)。 実施例4の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であり、(A)は球面収差図、(B)は非点収差図、(C)は歪曲収差図である(ただし、望遠端状態)。 撮像装置(DSC)内に構成を示すブロック図である。
符号の説明
29 DSC(撮像装置)
OS 変倍光学系
PR 光学プリズム(光軸変更素子)
SR 撮像素子
LF ローパスフィルタ
s レンズ面
L レンズ
* 非球面
AX 光軸
GR1 第1レンズ群
GR2 第2レンズ群
GR3 第3レンズ群
GR4 第4レンズ群

Claims (7)

  1. 撮像素子に、物体側からの光を導く複数のレンズ群を有する変倍光学系にあって、
    上記の複数のレンズ群は、
    物体側から像側に向かって順番に、
    負パワーを有するとともに、光軸を変更させる光軸変更素子を備える第1レンズ 群と、
    正パワーを有するとともに、3枚のレンズを備える第2レンズ群と、
    負パワーを有する第3レンズ群と、
    正パワーを有する第4レンズ群と、
    から成り
    広角端から望遠端に至るまでの変倍では、
    第1レンズ群は不動でありながら、
    第1レンズ群から第2レンズ群までの間隔が減少、第3レンズ群から第4レンズ群 までの間隔が増大するようになっており、
    さらに、第2レンズ群は、
    最物体側の位置に、物体側で凸面を有する正レンズを配置させるとともに、
    他の位置に、負レンズおよび正レンズを配置させるようになっており、
    加えて、下記の条件式(1)および条件式(2)を満たし、
    第2レンズ群における最物体側の正レンズの物体側面および像側面の少なくとも一方の面が、非球面になっており、第2レンズ群における最物体側の正レンズの非球面のうち、少なくとも1面が下記の条件式(5)を満たすことを特徴とする変倍光学系;
    −2.0<f{GR1(PR-oL)}/fm<−0.5
    … 条件式(1)
    −1.2<[r{GR2(oL:o)}+r{GR2(oL:i)}]/[r{GR2(oL:o)}−r{GR2(oL:i)}]<0
    … 条件式(2)
    −0.01<[X{GR2(oL)}-X0{GR2(oL)}]/[(N’{GR2(oL)}-N{GR2(oL)})×f2]<0
    … 条件式(5)
    ただし、
    f{GR1(PR-oL)}:第1レンズ群内の光軸変更素子よりも、物体側に位置するレン ズの焦点距離
    fm :√(fw×ft)
    fw :広角端での変倍光学系全体の焦点距離
    ft :望遠端での変倍光学系全体の焦点距離
    r{GR2(oL:o)}:第2レンズ群における最物体側の正レンズの物体側面が有する
    曲率半径
    r{GR2(oL:i)}:第2レンズ群における最物体側の正レンズの像側面が有する曲
    率半径
    上記の最物体側の正レンズに含まれる非球面にあって、
    X{GR2(oL)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光
    軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量
    の値は正とする)
    X0{GR2(oL)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の
    高さでの光軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像
    側の変位量の値は正とする)
    N{GR2(oL)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折率
    N’{GR2(oL)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折率
    である。
  2. 下記の条件式(3)および条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の変倍光学系;
    −1.3<f1/fm<−0.5 … 条件式(3)
    0.5<f2/fm< 1.5 … 条件式(4)
    ただし、
    f1:第1レンズ群の焦点距離
    f2:第2レンズ群の焦点距離
    である。
  3. 上記の第3レンズ群は、1枚のレンズで構成され、さらに、下記の条件式(6)を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の変倍光学系;
    −0.8<[r{GR3(L:o)}+r{GR3(L:i)}]/[r{GR3(L:o)}−r{GR3(L:i)}]<1.6
    … 条件式(6)
    ただし、
    r{GR3(L:o)} :第3レンズ群における1枚のレンズの物体側面が有する曲率半径
    r{GR3(L:i)} :第3レンズ群における1枚のレンズの像側面が有する曲率半径
    である。
  4. 上記の第3レンズ群における1枚のレンズの物体側面および像面側面の少なくとも一方の面が、非球面になっていることを特徴とする請求項に記載の変倍光学系。
  5. 第3レンズ群における1枚のレンズの非球面の少なくとも1面が、下記の条件式(7)を満たすことを特徴とする請求項に記載の変倍光学系;
    0<[X{GR3(L)}-X0{GR3(L)}]/[(N’{GR3(L)}-N{GR3(L)})×f3]<0.015
    … 条件式(7)
    ただし、
    上記の1枚のレンズに含まれる非球面にあって、
    X{GR3(L)} :非球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高さでの光軸
    方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の変位量の値
    は正とする)
    X0{GR3(L)} :非球面の参照球面の光軸から垂直方向に向かって有効径の7割の高
    さでの光軸方向の変位量(なお、物体側の変位量の値は負、像側の
    変位量の値は正とする)
    N{GR3(L)} :非球面に対する物体側媒質のd線に対する屈折
    N’{GR3(L)}:非球面に対する像側媒質のd線に対する屈折
    f3 :第3レンズ群の焦点距離
    である。
  6. 上記の第3レンズ群が移動することで、合焦が行われることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の変倍光学系。
  7. 請求項1〜のいずれか1項に記載の変倍光学系を備えることを特徴とする撮像装置。
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