JP4923965B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は新規な撮像装置に関する。詳しくは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に用いられ、小型で高倍率を実現するリアコンバータレンズを備えた撮像装置に関する。

近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いたデジタルカメラが急速に普及し、一般化してきている。このようにデジタルカメラが一般的になるにつれて、特に、レンズ一体型のデジタルカメラの小型化、高倍率化へのユーザーニーズが強くなってきている。

主レンズ系の像側に装着することにより、主レンズ系の焦点距離を拡大するようにしたリアコンバータレンズは特に交換レンズ用として広く使われている。

レンズ一体型カメラ向けのリアコンバータレンズとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されたもの等が知られている。特許文献１、特許文献２に示されたリアコンバータレンズは、単焦点の主レンズに対し、変倍比が１．７〜２倍程度の３群３枚構成で、主レンズと銀塩フィルムとの間に配置されるようにしたものである。

特開平５−１８８２８９号公報 特開昭５９−１８２４１４号公報

しかしながら、前記した従来のリアコンバータレンズでは、主レンズに装着する際に主レンズと撮像面との間の間隔を広げて装着し、しかも、リアコンバータレンズを装着した場合でも主レンズ用の撮像面に撮像するためリアコンバータレンズの構成や装着向きが限定され、装着のための構造及び操作が煩雑化し、撮像装置が大型化してしまうという問題があった。

一方、主レンズと撮像面との間の間隔を変えずにリアコンバータレンズを装着する場合、唯一の撮像面に撮像するため、高変倍比と高性能を両立させることが困難であった。

本発明は前記した問題に鑑みて為されたものであり、高変倍比と小型化との両立に適したリアコンバータレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明の一実施形態による撮像装置は、主撮像レンズ及び主撮像レンズで形成された光学像を電気的信号に変換する主撮像素子を有する主撮像ユニットと、光路折曲素子を有するリアコンバータレンズ及びリアコンバータレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子を備えるリアコンバータユニットとを備え、前記リアコンバータユニットは、光路折曲素子が主撮像ユニット内に形成される配置空間に位置して主撮像レンズの光をリアコンバータレンズに導く拡大像取得位置と、光路折曲素子が前記配置空間から離脱した待避位置との間を移動可能に構成されたものである。

本発明撮像装置にあっては、主撮像レンズによる撮影とリアコンバータレンズを使用しての撮影とで、それぞれ各別の撮像素子を使用するため、空間利用の自由度が拡大し、小型化が容易であり、且つ、リアコンバータレンズや主撮像レンズの構成の空間的制約条件が少なくなるため、高変倍比を実現できる。

以下に、本発明撮像装置を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

本発明撮像装置は、主撮像レンズ及び主撮像レンズで形成された光学像を電気的信号に変換する主撮像素子を有する主撮像ユニットと、光路折曲素子を有するリアコンバータレンズ及びリアコンバータレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子を備えるリアコンバータユニットとを備え、前記リアコンバータユニットは、光路折曲素子が主撮像ユニット内に形成される配置空間に位置して主撮像レンズの光をリアコンバータレンズに導く拡大像取得位置と、光路折曲素子が前記配置空間から離脱した待避位置との間を移動可能に構成されたものである。

従って、リアコンバータユニットが待避位置にある通常撮影状態では、主撮像レンズを経た被写体像が主撮像素子によって受光される。また、リアコンバータユニットが拡大像取得位置にある拡大像撮影状態では、主撮像レンズ及びリアコンバータレンズを経た被写体像が副撮像素子によって受光される。

本発明撮像装置にあっては、リアコンバータレンズを経て形成された光学像を受光するための副撮像素子が主撮像素子の他に用意されているので、リアコンバータレンズの配置に関して、空間利用上の制約が、従来の単一の撮像素子しか有しないものに比較して、格段少なく、小型化、特に、薄型化、すなわち、入射光軸方向での小型化に有利である。そのために、主撮像レンズには、リアコンバータレンズの光路折曲素子を挿入するための配置空間が形成されれば良く、主撮像レンズ及びリアコンバータレンズ共に設計上のサイズや形態（折曲光学系か否か等）に関する制約が少なく、高機能化を図ることができる。以上のような観点から本発明撮像装置にあっては、高変倍比と小型化との両立を図ることができる。

本発明の一実施形態による撮像装置にあっては、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．１５＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７
但し、
Ｌ１：主撮像レンズのバックフォーカス
Ｌ２：配置空間の物体側面から主撮像レンズの光軸と光路折曲素子の反射面との交点までの距離とする。

条件式(１)は、リアコンバータレンズを主撮像レンズに装着する際にリアコンバータレンズが他の素子に衝突しない間隔を維持しつつ、リアコンバータレンズを適度なサイズに維持するための条件を規定するものである。条件式(1)の上限値を上回ると、リアコンバータレンズの口径が大きくなって、小型化を十分に図ることが出来なくなってしまう。また、条件式（１）の下限値を下回ると、主撮像レンズにおける配置空間の物体側面とリアコンバータレンズの光路折曲素子とが衝突しないための間隔を確保出来なくなってしまう。

本発明の一実施形態による撮像装置にあっては、リアコンバータレンズは、光路折曲素子の物体側に合成屈折力が負である光学素子群を有することが望ましい。

主撮像レンズと光路折曲素子との間に配置される光学素子群に負のパワー（屈折力）を持たせることで、全体で負のパワーを持つリアコンバータレンズにおいて、光路折曲素子より像側に配置される各光学素子に強いパワーを持たせる必要がなくなり、製造時における軸ずれや軸倒れに対する敏感度を小さくすることができる。また、光路折曲素子以降の光学素子の負のパワーを主撮像レンズと光路折曲素子との間に配置される光学素子群が分担することによって高変倍比化が可能になる。そのため、高性能かつ高変倍比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装置にあっては、リアコンバータレンズが、光路折曲素子の物体側に合成屈折力が負である光学素子群を有する場合において、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）０．２５＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７
条件式（２）は、小型化、高変倍比及び高性能を実現するための条件を規定するものである。条件式（２）の上限値を上回ると、主撮像レンズから負のパワーを持った光学素子群までの距離が長くなりすぎて十分な変倍比を維持しつつ、性能を維持することが難しい。また、サイズも大型化する。条件式（２）の下限値を下回ると、主撮像レンズにおける配置空間の物体側面と負のパワーを持った光学素子群とが衝突しないための間隔を確保することが出来なくなってしまうか、主撮像レンズのバックフォーカスが長くなりすぎて十分な明るさを確保することが出来なくなる。

本発明の一実施形態による撮像装置にあっては、リアコンバータレンズが、光路折曲素子の物体側に合成屈折力が負である光学素子群を有する場合において、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）ｆｒｃ／ｆ１＞０．０５
但し、
ｆ１：光路折曲素子の物体側に位置する負の屈折力を有する光学素子群の焦点距離
ｆｒｃ：リアコンバータレンズの焦点距離
とする。

条件式（３）の下限値を下回ると、リアコンバータレンズ全体の負のパワーに対して、主撮像レンズと光路折曲素子との間に位置する光学素子群の負のパワーが弱くなりすぎて、リアコンバータレンズの光路折曲素子以降の（像側の）光学素子群との間隔を、折り曲げに必要な分だけ確保しつつ、高性能を維持することが困難となる。すなわち、主撮像レンズと光路折曲素子との間に位置する光学素子群の負のパワーが弱いパワーの時はリアコンバータレンズに入射する収束光を強く発散させることが出来ないために、前記間隔を折り曲げに必要な分だけ長く確保しようとすると、光路折曲素子以降の光学素子の第１面へ入射する光束幅が狭くなり、光線を曲げるために強い曲率が必要になる。一般的に、曲率が強くなればなるほど、画面中心と周辺の性能バランスを確保することは難しくなる。すなわち、高性能を維持することが難しくなる。

本発明の一実施形態による撮像装置にあっては、使用時に主撮像レンズの一部又は全部が移動することによって前記配置空間が形成されることが望ましい。

主撮像レンズ内又は主撮像レンズと主撮像素子との間に予め配置空間が形成されていても、前記した効果を奏するものであるが、配置空間を、主撮像レンズの一部又は全部が移動させて、形成することによって、さらなる空間利用上の利点が得られる。すなわち、主撮像レンズのうち配置空間より物体側に位置する（ことになる）部分の少なくとも一部を、使用時、すなわち、撮影時に、例えば、カメラ筐体前面より突出させて、配置空間を形成することにより、不使用時には、前記主撮像レンズの前記部分をカメラ筐体内に引き込んでおく、いわゆる、沈胴式レンズの構成とすることができ、不使用時、すなわち、撮影をしないときにおけるカメラ筐体を薄型のものとすることができる。

次に、本発明撮像装置の具体的な実施の形態及び該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。

なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、次の数１式によって定義されるものとする。

ここで、ｘは高さyでの光軸方向の変位量(面頂点基準)、ｙは光軸に垂直な方向の高さ、ｃは近軸曲率、ｋは円錐係数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数である。

図１及び図２は本発明撮像装置の第１の実施の形態１のレンズ構成を示すものであり、図１は通常撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが待避位置にある状態を示し、図２は拡大像撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが拡大像取得位置にある状態を示す。

主撮像ユニット１ＭＵは主撮像レンズ１Ｍと該主撮像レンズ１Ｍによって形成された光学像を電気的信号に変換する主撮像素子ＭＩを備える。

主撮像レンズ１Ｍは、物体側より順に、第１レンズ群Ｇｒ１、第２レンズ群Ｇｒ２、第３レンズ群Ｇｒ３、第４レンズ群Ｇｒ４及び第５レンズ群Ｇｒ５が配列されて成る。そして、第５レンズ群Ｇｒ５の後方に主撮像素子ＭＩが配置されている。

第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ１、光路をほぼ９０°折り曲げるプリズムＧ２、両凸形状の正レンズＧ３が配列されて成り、正レンズＧ３の両面（第５面、第６面）は非球面で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ４、両凹形状の負レンズと凹面を像側に向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズＧ５、両凹形状の負レンズＧ６が配列されて成る。第３レンズ群Ｇｒ３は、両凸形状の正レンズＧ７から成り、正レンズＧ７の両面（第１４面、第１５面）は非球面で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側から順に位置した、両凸形状の正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズＧ８から成り、正レンズの物体側面（第１７面）は非球面で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ９、両凸形状の正レンズＧ１０が配列されて成る。そして、主撮像素子ＭＩと第５レンズ群Ｇｒ５との間には２枚のフィルタＦＬが介挿され、物体側のフィルタＦＬと第５レンズ群ＧＲ５との間の空間が配置空間ＳＰＣとされる。また、第３レンズ群Ｇｒ３の像側に近接して開口絞りＳが位置している。

リアコンバータユニット１ＲＵはリアコンバータレンズ１ＲＣと前記主撮像レンズ１Ｍ及びリアコンバータレンズ１ＲＣによって形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子ＳＩを備える。

リアコンバータレンズ１ＲＣは、光路折曲素子としてプリズムＬ３を有し、該プリズムＬ３の物体側に、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズがＬ２が配列され、これら２枚のレンズＬ１、Ｌ２が光路折曲素子の物体側に位置した合成屈折力が負である光学素子群を構成する。そして、前記負メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）は非球面で構成されている。前記プリズムＬ３の像側には、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合負レンズＬ４、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合正レンズＬ５が配列されている。そして、副撮像素子ＳＩと接合正レンズＬ５との間には２枚のフィルタＦＬが介挿されている。

そして、図１に示した、通常撮影状態では、リアコンバータユニット１ＲＵは配置空間ＳＰＣから退避した退避位置にあり、主撮像レンズ１Ｍを透過してきた光束は配置空間ＳＰＣを経て主撮像素子ＭＩによって受光される。

そして、図２に示した拡大像撮影状態では、リアコンバータユニット１ＲＵが主撮像ユニット１ＭＵに装着された状態、すなわち、リアコンバータレンズ１ＲＣのプリズムＬ３及び負の屈折力を有するレンズ群Ｌ１、Ｌ２が前記配置空間ＳＰＣに挿入された状態とされ、主撮像レンズ１Ｍの第５レンズ群Ｇｒ５を出た光束は、負の屈折力を有するレンズ群Ｌ１、Ｌ２を透過した後プリズムＬ３の反射面で反射されて、さらに、接合レンズＬ４、Ｌ５を経て副撮像素子ＳＩによって受光される。

表１乃至表４に前記第１の実施の形態１に具体的数値を適用した数値実施例１における主撮像レンズ１Ｍのレンズデータを示す。

先ず、表１に焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、半画角ωを広角端（ｆ＝６．００）、中間焦点距離（ｆ＝１６．９５）、望遠端（ｆ＝２８．２４）毎に示す。

次に、表２に主撮像レンズ１Ｍの面番号、曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示す。なお、面番号は、物体側からの順番を示し、曲率半径は物体側からｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、屈折率は、物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線（波長＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、アッベ数は物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示す。なお、曲率半径に関し「０」は当該面が平面であることを示し、面間隔に関し「Ｄｉ」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。

前記したように主撮像レンズ１Ｍの第５面、第６面、第１４面、第１５面及び第１７面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐係数κと共に表３に示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10⁻⁵」を表している。

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との間の面間隔Ｄ６、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３との間の面間隔Ｄ１３、第３レンズ群Ｇｒ３（開口絞りＳ）と第４レンズ群Ｇｒ４との間の面間隔Ｄ１６及び第４レンズ群Ｇｒ４と第５レンズ群Ｇｒ５との間の面間隔Ｄ１９が変化する。そこで、数値実施例１における前記各可変面間隔の広角端（ｆ＝６．００）、中間焦点距離（ｆ＝１６．９５）、望遠端（ｆ＝２８．２４）における数値を表４に示す。

リアコンバータユニット１ＲＵを主撮像ユニット１ＭＵに装着した拡大像撮影状態において、数値実施例１の主撮像レンズ１Ｍとリアコンバータレンズ１ＲＣとで得られる焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、半画角ωを広角端（ｆ＝１２．００）、中間焦点距離（ｆ＝３３．８５）、望遠端（ｆ＝５６．５４）毎に表５に示す。

次に、表６にリアコンバータレンズ１ＲＣの面番号、曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示す。なお、面番号は、負メニスカスレンズＬ１の物体側面を第１面とし、以下副撮像素子ＳＩに向かって順番に増加し、曲率半径は負メニスカスレンズＬ１の物体側面からｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔は負メニスカスレンズＬ１の物体側面からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、屈折率は、物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示し、アッベ数は物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示す。なお、曲率半径に関し「０」は当該面が平面であることを示す。

前記したようにリアコンバータレンズ１ＲＣの第３面及び第４面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐係数κと共に表７に示す。

前記数値実施例１の前記各条件式対応値を表８に示す。

図３乃至図５は本発明の数値実施例１における主撮像レンズ１Ｍの無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図３は広角端状態（ω＝３１．０度）、図４は中間焦点距離状態（ω＝１２．０度）、図５は望遠端状態（ω=７．３度）における諸収差図を示す。

図６乃至図８は数値実施例１におけるリアコンバータレンズ１ＲＣを主撮像レンズ１Ｍに装着した場合の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図６は広角端状態（ω＝１６．７度）、図７は中間焦点距離状態（ω＝６．１度）、図８は望遠端状態（ω=３．６度）における諸収差図を示す。

前記各収差図において、収差は波長ｄ線に対応するものであり、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。

各収差図から、数値実施例１は高変倍比でありながら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わかる。

図９及び図１０は本発明撮像装置の第２の実施の形態２のレンズ構成を示すものであり、図９は通常撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが待避位置にある状態を示し、図１０は拡大像撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが拡大像取得位置にある状態を示す。なお、この第２の実施の形態において、主撮像ユニットには前記第１の実施の形態における主撮像ユニット１ＭＵと同じ構成のものを使用するので、その詳細の説明は省略する。

リアコンバータユニット２ＲＵはリアコンバータレンズ２ＲＣと主撮像レンズ１Ｍ及びリアコンバータレンズ２ＲＣによって形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子ＳＩを備える。

リアコンバータレンズ２ＲＣは、光路折曲素子としてプリズムＬ３を有し、該プリズムＬ３の物体側に、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２が配列され、これら２枚のレンズＬ１、Ｌ２が光路折曲素子の物体側に位置した合成屈折力が負である光学素子群を構成する。そして、前記負メニスカスレンズＬ２の両面（第３面、第４面）は非球面で構成されている。前記プリズムＬ３の像側には、物体側から順に、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５が配列されている。そして、副撮像素子ＳＩと接合正レンズＬ５との間には２枚のフィルタＦＬが介挿されている。

そして、図９に示した、通常撮影状態では、リアコンバータユニット２ＲＵは配置空間ＳＰＣから退避した退避位置にあり、主撮像レンズ１Ｍを透過してきた光束は配置空間ＳＰＣを経て主撮像素子ＭＩによって受光される。

そして、図１０に示した拡大像撮影状態では、リアコンバータユニット２ＲＵが主撮像ユニット２ＭＵに装着された状態、すなわち、リアコンバータレンズ２ＲＣのプリズムＬ３及び負の屈折力を有するレンズ群Ｌ１、Ｌ２が前記配置空間ＳＰＣに挿入された状態とされ、主撮像レンズ１Ｍの第５レンズ群Ｇｒ５を出た光束は、負の屈折力を有するレンズ群Ｌ１、Ｌ２を透過した後プリズムＬ３の反射面で反射されて、さらに、接合レンズＬ４、正メニスカスレンズＬ５を経て副撮像素子ＳＩによって受光される。

次に、前記第２の実施の形態２に具体的数値を適用した数値実施例２に関して、リアコンバータユニット２ＲＵを主撮像ユニット１ＭＵに装着した拡大像撮影状態において、数値実施例２の主撮像レンズ１Ｍとリアコンバータレンズ２ＲＣとで得られる焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、半画角ωを広角端（ｆ＝１０．８０）、３つの中間焦点距離（ｆ＝２０．３０、３０．４７、４０．６５）、望遠端（ｆ＝５０．８５）毎に表９に示す。

次に、表１０にリアコンバータレンズ２ＲＣの面番号、曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示す。なお、面番号は、正メニスカスレンズＬ１の物体側面を第１面とし、以下副撮像素子ＳＩに向かって順番に増加し、曲率半径は正メニスカスレンズＬ１の物体側面からｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔は正メニスカスレンズＬ１の物体側面からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、屈折率は、物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示し、アッベ数は物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示す。なお、曲率半径に関し「０」は当該面が平面であることを示す。

前記したようにリアコンバータレンズ２ＲＣの第３面及び第４面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐係数κと共に表１１に示す。

前記数値実施例２の前記各条件式対応値を表１２に示す。

図１１乃至図１３は数値実施例２におけるリアコンバータレンズ２ＲＣを主撮像レンズ１Ｍに装着した場合の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図１１は広角端状態（ω＝１８．４度）、図１２は中間焦点距離状態（ω＝６．７度）、図１３は望遠端状態（ω=４．０度）における諸収差図を示す。

前記各収差図において、収差は波長ｄ線に対応するものであり、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。

各収差図から、数値実施例２は高変倍比でありながら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わかる。

図１４及び図１５は本発明撮像装置の第３の実施の形態３のレンズ構成を示すものであり、図１４は通常撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが待避位置にある状態を示し、図１５は拡大像撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットが拡大像取得位置にある状態を示す。

主撮像ユニット３ＭＵは主撮像レンズ３Ｍと該主撮像レンズ３Ｍによって形成された光学像を電気的信号に変換する主撮像素子ＭＩを備える。

主撮像レンズ３Ｍは、物体側より順に、第１レンズ群Ｇｒ１、第２レンズ群Ｇｒ２、第３レンズ群Ｇｒ３、第４レンズ群Ｇｒ４及び第５レンズ群Ｇｒ５が配列されて成る。そして、第５レンズ群Ｇｒ５の後方に主撮像素子ＭＩが配置されている。

第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ１、光路をほぼ９０°折り曲げるプリズムＧ２、両凸形状の正レンズＧ３が配列されて成り、正レンズＧ３の両面（第５面、第６面）は非球面で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ４、両凹形状の負レンズと凹面を像側に向けた正レンズとの接合負レンズＧ５、凹面を物体側に向けた負レンズＧ６が配列されて成る。第３レンズ群Ｇｒ３は、両凸形状の正レンズＧ７から成り、正レンズＧ７の両面（第１４面、第１５面）は非球面で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側から順に位置した、両凸形状の正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズＧ８から成り、正レンズの物体側面（第１７面）は非球面で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＧ９、両凸形状の正レンズＧ１０が配列されて成る。そして、主撮像素子ＭＩと第５レンズ群Ｇｒ５との間には２枚のフィルタＦＬが介挿され、物体側のフィルタＦＬと第５レンズ群ＧＲ５との間の空間が配置空間ＳＰＣとされる。また、第３レンズ群Ｇｒ３の像側に近接して開口絞りＳが位置している。

リアコンバータユニット３ＲＵはリアコンバータレンズ３ＲＣと前記主撮像レンズ３Ｍ及びリアコンバータレンズ３ＲＣによって形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子ＳＩを備える。

リアコンバータレンズ３ＲＣは、光路折曲素子としてミラーＬ１を有し、該ミラーＬ１の像側には、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凹形状の負レンズＬ３、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合正レンズＬ４、両凸形状の正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接合正レンズＬ５が配列されて成る。そして、副撮像素子ＳＩと接合正レンズＬ５との間には２枚のフィルタＦＬが介挿されている。

そして、図１４に示した、通常撮影状態では、リアコンバータユニット３ＲＵは配置空間ＳＰＣから退避した退避位置にあり、主撮像レンズ３Ｍを透過してきた光束は配置空間ＳＰＣを経て主撮像素子ＭＩによって受光される。

そして、図１５に示した、拡大像撮影状態では、リアコンバータユニット３ＲＵが主撮像ユニット３ＭＵに装着された状態、すなわち、リアコンバータレンズ３ＲＣのミラーＬ１２が前記配置空間ＳＰＣに挿入された状態とされ、主撮像レンズ３Ｍの第５レンズ群Ｇｒ５を出た光束は、ミラーＬ１の反射面で反射されて、さらに、各レンズＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５及びフィルタＦＬを経て副撮像素子ＳＩによって受光される。

表１３乃至表１６に前記第３の実施の形態３に具体的数値を適用した数値実施例３における主撮像レンズ３Ｍのレンズデータを示す。

先ず、表１３に焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、半画角ωを広角端（ｆ＝６．００）、３つの中間焦点距離（ｆ＝１５．０８、１６．９５、２２．６０）、望遠端（ｆ＝２８．２５）毎に示す。

次に、表１４に主撮像レンズ３Ｍの面番号、曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示す。なお、面番号は、物体側からの順番を示し、曲率半径は物体側からｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、屈折率は、物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示し、アッベ数は物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示す。なお、曲率半径に関し「０」は当該面が平面であることを示し、面間隔に関し「Ｄｉ」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。

前記したように主撮像レンズ３Ｍの第５面、第６面、第１４面、第１５面及び第１７面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐係数κと共に表１５に示す。

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との間の面間隔Ｄ６、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３との間の面間隔Ｄ１３、第３レンズ群Ｇｒ３（開口絞りＳ）と第４レンズ群Ｇｒ４との間の面間隔Ｄ１６及び第４レンズ群Ｇｒ４と第５レンズ群Ｇｒ５との間の面間隔Ｄ１９が変化する。そこで、数値実施例３における前記各可変面間隔の広角端（ｆ＝６．００）、中間焦点距離（ｆ＝１６．９５）、望遠端（ｆ＝２８．２５）における数値を表１６に示す。

リアコンバータユニット３ＲＵを主撮像ユニット３ＭＵに装着した拡大像撮影状態において、数値実施例３の主撮像レンズ３Ｍとリアコンバータレンズ３ＲＣとで得られる焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮＯ、半画角ωを広角端（ｆ＝１０．８０）、３つの中間焦点距離（ｆ＝２７．０５、３０．４１、４０．５７）、望遠端（ｆ＝５０．７１）毎に表１７に示す。

次に、表１８にリアコンバータレンズ３ＲＣの面番号、曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示す。なお、面番号は、ミラーＬ１の反射面を第１面とし、以下副撮像素子ＳＩに向かって順番に増加し、曲率半径はミラーＬ１の反射面からｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔はミラーＬ１の反射面からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、屈折率は、物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示し、アッベ数は物体側に第ｉ面を有する媒体のｄ線に対する屈折率を示す。なお、曲率半径に関し「０」は当該面が平面であることを示す。

前記したようにリアコンバータレンズ３ＲＣの第４面及び第５面は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次、１０次の非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを円錐係数κと共に表１９に示す。

表２０に数値実施例３の各条件式対応値を示す。

図１６乃至図１８は本発明の数値実施例３における主撮像レンズ３Ｍの無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図１６は広角端状態（ω＝３１．０度）、図１７は中間焦点距離状態（ω＝１２．０度）、図１８は望遠端状態（ω=７．３度）における諸収差図を示す。

図１９乃至図２１は数値実施例３におけるリアコンバータレンズ３ＲＣを主撮像レンズ３Ｍに装着した場合の無限遠合焦状態での収差図をそれぞれ示し、図１９は広角端状態（ω＝１８．４度）、図２０は中間焦点距離状態（ω＝６．８度）、図２１は望遠端状態（ω=４．１度）における諸収差図を示す。

前記各収差図において、収差は波長ｄ線に対応するものであり、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。

各収差図から、数値実施例３は高変倍比でありながら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わかる。

図２２に本発明撮像装置の制御部の一例をブロック図で示す。

デジタルスチルカメラ１０には主撮像ユニットＭＵ及びリアコンバータユニットＲＵを備えた撮像部２０が内蔵されている。図２２は撮像部２０が拡大像撮影状態、すなわち、リアコンバータユニットＲＣが拡大像取得位置にある状態を示している。撮像部２０の主撮像素子ＭＩが出力する画像信号はアンプ２１で増幅された後カメラ信号処理部２２でＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換等の処理を施された後画像処理部３１に送出される。また、撮像部２０の副撮像素子ＳＩが出力する画像信号は別のアンプ２３で増幅された後カメラ信号処理部２４でＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換等の処理を施された後画像処理部３１に送出される。

なお、前記した主撮像素子ＭＩ及び副撮像素子ＳＩとしては、ＣＣＤやＣＭＯＳを適用することが出来る。

また、撮像部２０には、リアコンバータユニットＲＵを移動させるアクチュエータ２５が備えられ、該アクチュエータ２５は後述する制御部からの指令応じた駆動信号を出力するアクチュエータドライバ２６の前記駆動信号によって動作する。なお、撮像部２０には、その他にも、開口絞りの開口度を制御するアイリスアクチュエータ、該アイリスアクチュエータ用のドライバ、ズーミング時に変倍レンズ群を駆動するズームアクチュエータ、該ズームアクチュエータ用のドライバ等が備えられているが、図示を省略する。

画像処理部３１に入力された画像信号は、ここで各種処理を施された後、所定の方式でデータ圧縮され、画像データとして内部メモリー３２に一時保存される。また、前記画像データは画像録再部３３に送出され、該画像録再部３３にて記録される。画像録再部３３は長期保存に適した記録媒体、例えば、ハードディスク、各種ＣＤ（Compact Disk）、各種ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、磁気テープ等に記録し及びこれら記録媒体に記録された信号を読み出すドライブを１乃至複数備えたものである。前記画像処理部３１から送られた画像データは画像録再部３３に備えられたドライブによって所定の記録媒体に記録される。また、記録媒体に記録された画像データは必要に応じて画像処理部３１へと読み出される。

外部メモリインターフェース３４を介してメモリドライブ３５が備えられており、該メモリドライブ３５にメモリカード４０を挿脱できるようになっている。そして、画像処理部３１から送出された画像データは外部メモリインターフェース３４を介してメモリドライブ３５に装着されたメモリカード４０に記録される。また、外部メモリインターフェース３４を介してメモリドライブ３５に装着されたメモリカード４０に記録されている画像データを画像処理部３１へ読み込むことが出来、該読み込んだ画像データを前記画像録再部３３の記録媒体に記録することが出来る。さらに、内部メモリー３２に一時的に保存した画像データ、画像録再部３３の記録媒体に記録した画像データ、メモリカード４０に記録されている画像データによる画像をモニタドライバ３６を介して液晶表示パネル等のモニタ３７に表示することが出来る。

デジタルスチルカメラ１０の全体を制御する制御部３８が備えられており、該制御部３８によって、画像処理部３１、画像録再部３３への指示が為される。また、制御部３８には操作ボタン、操作ダイヤル等の各種操作子を備える操作部３９からの操作信号が入力され、該操作信号に応じた各種指令が、前記アクチュエータドライバ２６を含む各部に送出され、該指令に応じた動作が各部において為される。

なお、上記したブロック図では、本発明をデジタルスチルカメラに適用した例を示したが、デジタルビデオカメラとして適用することが出来ることは勿論である。

本発明をデジタルスチルカメラに適用した場合のカメラ筐体内での配置例を図２３に示す。

デジタルスチルカメラ５０は薄型の、すなわち、入射光軸方向Ｘでのサイズを小さくしたカメラ筐体５１を有する。

カメラ筐体５１の前面５１ａの一方の側部の上方に変位した位置に主撮像レンズ５２の前端５２ａが配置される。主撮像レンズ５２は第１レンズ群に光路折曲部材５２ｂ（例えば、図１のＧ２）を有しているので、第１レンズ５２ｃ（例えば、図１のＧ１）から入射した光はカメラ筐体５１の前面５１ａに沿う方向、図２３の例では、下方に、折り曲げられる。図２３では通常撮影状態を示しており、リアコンバータレンズ５３のプリズム５３ａが主撮像レンズ５２の像側端に形成された配置空間５４内から退避した退避位置に位置している。プリズム５３ａは光路をほぼ９０゜折り曲げるので、リアコンバータレンズ５３の光軸方向をカメラ筐体５１の前面５１ａに沿う方向に折り曲げることができる。従って、主撮像レンズ５２及びリアコンバータレンズ５３の光軸が何れもカメラ筐体５１の前面５１ａに沿う方向に延びているので、カメラ筐体５１の厚み（Ｘ方向の大きさ）を小さくすること、すなわち、薄型化が可能である。

なお前記配置空間５４の像側には主撮像素子５５が配置され、また、リアコンバータレンズ５３の像側には副撮像素子５６が配置されている。

さらに、カメラ筐体５１の上面５１ｂにはシャッターレリーズボタン５７が、また、カメラ筐体５１の前面５１ａの上部中央部にはストロボ発光部５８が配置されている。

図２４乃至図２６に、主撮像レンズに光路折曲素子を含まない場合のカメラ筐体内での配置例を示す。

デジタルスチルカメラ６０は薄型の、すなわち、入射光軸方向Ｘでのサイズを小さくしたカメラ筐体６１を有する。

前記カメラ筐体６１にはその前面６１ａから突出した使用位置（図２４、図２５参照）カメラ筐体６１内に引き込まれた不使用位置（図２６参照）との間で移動自在に構成された沈胴型レンズ鏡筒６２を備え、該沈胴型レンズ鏡筒６２に主撮像レンズ６３の大部分の構成要素が支持されている。そして、レンズ鏡筒６２が使用位置まで引き出されると、主撮像レンズ６３と主撮像素子６４との間の間隔が正規の間隔となり、また、配置空間６５が形成される。また、図２６に示す不使用状態では、レンズ鏡筒６２がカメラ筐体６１内に完全に引き込まれ、前面６１ａからの突出物がほとんど無くなり、携帯や収納に好適な状態となる。

リアコンバータレンズ６６はそのプリズム６６ａが前記配置空間６５に挿入離脱自在に構成されている。また、リアコンバータレンズ６６の像側には副撮像素子６７が配置されている。

カメラ筐体６１の上面６１ｂにはシャッターレリーズボタン６１ｃが、また、カメラ筐体６１の前面６１ａの上部にはストロボ発光部６１ｄが配置されている。また、カメラ筐体６１の背面６１ｅには液晶表示パネル等からなるモニタ６８が配置されている。さらに、前記シャッターレリーズボタン６１ｃを囲む位置にはパワースイッチ６９が回転可能に設けられている。

前記デジタルスチルカメラ６０において、図２６に示す不使用状態から、パワースイッチをＯＮ（オン）の状態にすると、レンズ鏡筒６２が図２４、図２５に示すように突出し、撮影可能な状態となる。図２４に示す状態（リアコンバータレンズ６６のプリズム６６ａが配置空間から離脱している通常撮影状態）でシャッターレリーズボタン６１ｃが押下されると、主撮像レンズ６３で形成された被写体像が主撮像素子６４に受光される。そして、図２４に示す状態から図示しないモードスイッチが拡大像撮影モードにされると、リアコンバータレンズ６６のプリズム６６ａが配置空間６５内に挿入されて図２５に示す拡大像撮影状態となる。この状態でシャッターレリーズボタン６１ｃが押下されると、主撮像レンズ６３及びリアコンバータレンズ６６によって形成された被写体像が副撮像素子６７に受光される。

そして、前記パワースイッチ６９がＯＦＦ（オフ）の状態とされると、レンズ鏡筒６２がカメラ筐体６１内に引き込まれて、図２６に示す不使用状態とされる。なお、このとき、リアコンバータレンズ６６のプリズム６６ａが配置空間６５内に挿入されているときは、先ず、リアコンバータレンズ６６のプリズム６６ａが配置空間６５から離脱し、その後に、レンズ鏡筒６２がカメラ筐体６１内に引き込まれる。

なお、前記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すぎず、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。

図２乃至図８と共に本発明撮像装置の第１の実施の形態を示すものであり、本図は通常撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 拡大像撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 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１の通常撮影状態における各種収差を示すものであり、本図は広角端状態での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図７及び図８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１の拡大像撮影状態における各種収差を示すものであり、本図は広角端状態での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図１０乃至図１３と共に本発明撮像装置の第２の実施の形態を示すものであり、本図は通常撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 拡大像撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 図１２及び図１３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２の拡大像撮影状態における各種収差を示すものであり、本図は広角端状態での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図１５乃至図２１と共に本発明撮像装置の第３の実施の形態を示すものであり、本図は通常撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 拡大像撮影状態におけるレンズ構成を示す図である。 図１７及び図１８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３の通常撮影状態における各種収差を示すものであり、本図は広角端状態での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 図２０及び図２１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３の拡大像撮影状態における各種収差を示すものであり、本図は広角端状態での球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。 制御部の一例を示すブロック図である。 カメラ筐体内におけるレンズの配置例を示す一部切欠斜視図である。 図２５及び図２６と共にカメラ筐体内におけるレンズの別の配置例を示すものであり、本図は一部切欠斜視図である。 拡大像撮影状態を示す概略水平断面図である。 不使用状態を示す概略水平断面図である。

符号の説明

１…撮像装置、１ＭＵ…主撮像ユニット、１Ｍ…主撮像レンズ、ＭＩ…主撮像素子、ＳＰＣ…配置空間、１ＲＵ…リアコンバータユニット、１ＲＣ…リアコンバータレンズ、ＳＩ…副撮像素子、Ｌ３…プリズム（光路折曲素子）、２…撮像装置、１ＭＵ…主撮像ユニット、１Ｍ…主撮像レンズ、ＭＩ…主撮像素子、ＳＰＣ…配置空間、２ＲＵ…リアコンバータユニット、２ＲＣ…リアコンバータレンズ、ＳＩ…副撮像素子、Ｌ３…プリズム（光路折曲素子）、３…撮像装置、３ＭＵ…主撮像ユニット、３Ｍ…主撮像レンズ、ＭＩ…主撮像素子、ＳＰＣ…配置空間、３ＲＵ…リアコンバータユニット、３ＲＣ…リアコンバータレンズ、ＳＩ…副撮像素子、Ｌ１…ミラー（光路折曲素子）、１０…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、ＭＵ…主撮像ユニット、Ｍ…主撮像レンズ、ＭＩ…主撮像素子、ＲＵ…リアコンバータユニット、ＲＣ…リアコンバータレンズ、ＳＩ…副撮像素子、５０…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、５２…主撮像レンズ、５３…リアコンバータレンズ、５３ａ…プリズム（光路折曲素子）、５４…配置空間、５５…主撮像素子、５６…副撮像素子、６０…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、６３…主撮像レンズ、６４…主撮像素子、６５…配置空間、６６…リアコンバータレンズ、６６ａ…プリズム（光路折曲素子）、６７…副撮像素子

Claims (6)

1. 主撮像レンズ及び主撮像レンズで形成された光学像を電気的信号に変換する主撮像素子を有する主撮像ユニットと、
   光路折曲素子を有するリアコンバータレンズ及びリアコンバータレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する副撮像素子を備えるリアコンバータユニットとを備え、
   前記リアコンバータユニットは、光路折曲素子が主撮像ユニット内に形成される配置空間に位置して主撮像レンズの光をリアコンバータレンズに導く拡大像取得位置と、光路折曲素子が前記配置空間から離脱した待避位置との間を移動可能に構成された
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
   （１）０．１５＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７
   但し、
   Ｌ１：主撮像レンズのバックフォーカス
   Ｌ２：配置空間の物体側面から主撮像レンズの光軸と光路折曲素子の反射面との交点までの距離
   とする。
3. リアコンバータレンズは、光路折曲素子の物体側に合成屈折力が負である光学素子群を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
   （２）０．２５＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７
5. 以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
   （３）ｆｒｃ／ｆ１＞０．０５
   但し、
   ｆ１：光路折曲素子の物体側に位置する負の屈折力を有する光学素子群の焦点距離
   ｆｒｃ：リアコンバータレンズの焦点距離
   とする。
6. 使用時に主撮像レンズの一部又は全部が移動することによって前記配置空間が形成される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の撮像装置。

Images