JP4994812B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラレンズ等の撮影装置に関する。
近年、画像形成に撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、カメラ全体がコンパクトで、しかも高画質の画像が得られることが要求されている。
例えばデジタルカメラ等の撮影装置では、撮影者の携帯性を重視した薄い(前後方向が薄い)コンパクトなカメラであることが望まれている。
カメラの薄型化のため収納性に効率の良い沈胴構造を利用したズームレンズ鏡筒が知られている。
一方、ズームレンズにおいて機構上の簡易化及びコンパクト化を図るためにズーミングに際して変動する結像位置に追従するように撮像素子を移動させた変倍撮影装置が知られている(特許文献1)。
又、光学系中に反射部材を配し、光軸を略90°偏向させる屈曲型の光学系を用いることにより物体側方向(前後方向)の光学的厚みを抑えた薄型のカメラ(撮像装置)が知られている(特許文献2、3)。
又、屈曲型のズーム光学系においてズーミングに際して撮像素子を像面位置に沿って移動させて光学系全体の小型化を図ったズームレンズが知られている(特許文献4、5)。
特開平06−284322号公報 特開2004−37967号公報 特開2004−69808号公報 特開2005−84151号公報 特開2006−106071号公報
ズームレンズにおいて、ズーミングのために移動させる群の移動機構の簡素化を図りつつ、変倍に伴う像面位置の変動を補正するには、撮像素子を含めた各群の移動条件を適切に設定する必要がある。
又、撮像装置の前後方向の厚さを薄くするために光学系の光路中に反射部材を配置して光軸を折り曲げて薄型化を図った屈折型のズームレンズにおいては、撮像素子を他の群(レンズ群を含む場合と、屈折力のない光学部材のみからなる場合がある)と独立に移動させると移動機構の数が増加し、移動機構が複雑及び大型になってくる。
又、撮像装置の前後方向の厚さを薄くしつつ、高い光学性能を維持するには、光軸折り曲げ用の反射部材を光学系の光路中の適切な位置に設けるとともに、ズーミングにおける移動群の選択を適切に設定する必要がある。
本発明は、ズーミングにおける各群の移動機構の簡素化を図りつつ、光学系全体の小型化が容易な撮像装置の提供を目的とする。
この他、本発明は撮像装置の前後方向の厚さが薄く、かつ移動機構の簡素化を図ることができる撮像装置の提供を目的とする。
本発明の撮像装置は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群、撮像素子を含む第3群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1群は不動であり、前記第2群は物体側へ移動し、前記第3群は移動し、前記第1群は光軸を屈曲させる反射部材を有し、前記第3群はレンズを有し、前記第1群の焦点距離をF1、前記第2群と前記第3群の広角端における合成焦点距離をFR、広角端における全系の焦点距離をFwとするとき、
0.25 <|Fw/F1|≦0.442
0.25 <Fw/FR≦0.338
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、ズーミングにおける各群の移動機構の簡素化を図りつつ、光学系全体の小型化が容易な撮像装置が得られる。
以下、本発明の撮像装置の実施例について説明する。
図1、図2は本発明の参考例1の撮像装置に用いるズームレンズの光路を展開したときの広角端におけるレンズ断面図と、反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。
図3、図4、図5はそれぞれ参考例1の撮像装置に用いるズームレンズの広角端(短焦点距離端)、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離端)における収差図である。
図6、図7は本発明の実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図8、図9、図10はそれぞれ実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図11、図12は本発明の実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図13、図14、図15はそれぞれ実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図16、図17は本発明の実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図18、図19、図20はそれぞれ実施例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図21、図22は本発明の参考例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図23、図24、図25はそれぞれ参考例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図26、図27は本発明の参考例3の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図28、図29、図30はそれぞれ参考例3の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図31、図32は本発明の参考例4の撮像装置に用いるズームレンズのレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図33、図34、図35はそれぞれ参考例4の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図36、図37は本発明の参考例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図38、図39、図40はそれぞれ参考例の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
尚、反射部材で光路を折り曲げた光路図において(A)は広角端、(B)は中間のズーム位置、(C)は望遠端の様子を表している。
図41は本発明に係る撮像素子が光軸に対する直交面から倒れたときの説明図である。
図42は本発明のデジタルスチルカメラ(撮像装置)要部概略図である。
図43は本発明の光学系の基本構成の説明図である。
各実施例と各参考例のズームレンズの光路を展開したレンズ断面図と光路図において、左方が被写体側(前方)で、右方又は下方が像側(後方)である。
尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の投射装置として用いるときは、光路を展開したレンズ断面図と光路図において左方がスクリーン、右方又は左方が被投射画像となる。
図43においてOBは撮像装置であり、レンズ鏡筒に収納されている。
L1は物体側に配置された負の屈折力の第1レンズ群であり、レンズ鏡筒に固定されている。第1レンズ群L1は、負の屈折力のレンズ部FFN1と、光軸を偏向させる、例えば80°〜100°の範囲内で偏向させるプリズム又は反射鏡より成る反射部材PRZと、負の屈折力のレンズ部FFN2を有している。
L2は正の屈折力の第2群である。
L3は撮像素子CPを有する第3群である。第3群L3は、屈折力のない平行平板(ガラスブロック)F1と屈折力のあるレンズ部材LUの少なくとも一方を有している。
この他、第3群L3は、後述する撮像素子CPのみから成る場合もある。このように、本実施例で言う「群」とは、1枚以上のレンズで構成されているものばかりでは無く、撮像素子単体、或いは撮像素子とフィルタとを組み合わせたもの等も「群」或いは「光学群」と称することとする。
CPは撮像素子である。Mは移動機構であり、第3群L3を光軸方向に移動させている。
各実施例と各参考例の撮像装置OBはズームレンズ(光学系)と撮像素子CPを有している。
iを物体側からの群の順序とするとき、Liは正又は負の屈折力(光学的パワー=焦点距離の逆数)又は屈折力がない第i群である。
PRZは、光路折り曲げ用の反射面を含む反射鏡又はプリズム(反射部材)である。
SPは開口絞り(虹彩絞り)であり、第1群L1と第2群L2との間に配置している。
LUは撮像素子CPに最も近い位置にある屈折力のあるレンズ部材である。
F1は光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する屈折力のない光学ブロックである。
IPは像面であり、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)CPの撮像面に相当している。
Mは移動機構であり、撮像素子CPを含む第3群L3を移動させている。
収差図において、d、gは各々d線及びg線である。ΔM,ΔSはメリディオナル像面,サジタル像面、倍率色収差はg線によって表わしている。fは焦点距離である。FnoはFナンバーである。Yは像高である。
尚、以下の各実施例においてズームレンズの広角端と望遠端は、変倍用レンズ群が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
ズーミングに際して第1群L1は不動である。
第2群L2は広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側へ移動する。
第3群L3は変倍によって変動する像面位置に撮像素子CPが位置するように移動する。
図43の本発明の撮像装置OBの基本構成について説明する。図43において撮像素子CPの有効画面の対角線長をLDとする。最も像側の屈折力のあるレンズ部材LUは撮像素子CPから空気換算長で距離1.5×LD以内に配置されている。
ここで空気換算長ODとは、空気中での長さである。例えば光路中にガラスブロックが配置されているときには、そのガラスブロックの空気換算長ODは次のとおりである。その材料の屈折率をn、光軸方向の厚さをDとするとき、
OD=D/n
である。
ズーミングに際して移動機構Mによって撮像素子CPを含む第3群L3は移動している。第3群L3に正の屈折力のレンズ部材LUを設けるとズーミングに際して第3群L3が移動するとき撮像素子CPが光軸に対して倒れても、撮像素子CPで得られる画像の片ボケの発生が少なくなる。
次に図43に示す撮像装置OBにおいて、正の屈折力のレンズ部材LUと撮像素子CPとが一体的に移動するとき、光軸に対して傾いたときの光学作用を図41を用いて説明する。
図41は、撮像装置OBの光学系が便宜上物体側から像側へ順に正レンズAと正レンズBより成るズーム範囲中の1つのズーム位置を示している。
図41(A)は正レンズA、Bが光軸Laに対して偏心していない。無偏心状態における光学系の概略図である。
図41(A)は、正レンズA、Bが設計値どおり、組立てられた理想的な光学系を用いて撮像面の上下方向の2つの像高に結像する光線の光路を示している。
図中で最も像面側に配置され撮像素子CPに近接した正レンズ(B)と光学系全系からそれを除いた合成屈折力を総合して一つの正レンズとしたものを正レンズ(A)として示している。
図41(B)は光軸Laに対して撮像素子CPのみが倒れを生じた場合である。図41(B)では上方の像高が前ピント状態で下方の像高が後ピント状態になっている。更に像面に対し光線が斜映された状態になるため光線スポット径が大きくなってしまうと同時に上下方向の像高の横収差が非対称性となってくる。
図41(C)は撮像素子CPと最も像側の正レンズBとが一体的に光軸Laに対して傾
いた場合である。
ここで上下方向の2つの像高に入射する光線が正レンズ(B)に入射する際に、正レンズ(B)のへの入射角度が図41(A)の無偏心状態に対して、上方の像高に入射する光線(上光線)はきつくなり、下方の像高に入射する光線(下光線)は緩くなるように変化する。
そのため正レンズ(B)を通過する光線は、上方の光線は正の屈折作用が強くなるために光軸方向に強く屈折され、一方、下方の光線は逆の作用を生じることとなる。
よって、撮像面の倒れ方向に準じた上下光線の屈折作用の変化が生ずる。このため、図41(C)では撮像面のみが倒れた場合の図41(B)に示す像変化を抑える作用が生じる。この結果、図41(C)のように横収差の発生量が図41(B)に対し少なくなる。
尚、光学系OBの屈折力配置は、正レンズA、正レンズBの順に限定されるものではない。負レンズ、正レンズの順でも良い。
撮像素子を光軸方向に移動させるときには光学性能を良好に維持するために、撮像素子の撮像面が光軸と直角となるように移動させねばならない。
撮像素子の移動を行うとき、撮像面が光軸に対して傾くと、画面中心から見て対向した周辺像の合焦不均一性(片ボケ状態)が発生してきて画質劣化を招く。
これに対して参考例1、実施例1乃至3によれば、撮像素子を移動させるとき、正の屈折力のレンズ部材LUと一体的に移動しているので撮像素子の撮像面が倒れても画面全体の光学性能の不均一性が少なく、高画質の画像を維持することができる。
尚その際には屈折力を有するレンズ部材は出来れば撮像素子に接近させるのがより好ましく、最も像側の屈折力のあるレンズ部材LUは撮像素子CPから空気換算長で距離LD以内とするのが望ましい。更に望ましくは0.7×LD以下とするのが良い。
参考例1、実施例1乃至3、参考例2において、撮像素子の有効領域の対角長の長さLDは7.1mmである。各実施例と各参考例における、この撮像素子に最も近い屈折レンズ(パワーを持つレンズ)と、撮像素子との距離の空気換算長(バックフォーカスの空気換算長)は、以下の通りである。
参考例1 2.4mm
実施例 3.2mm
実施例 3.5mm
実施例 3.4mm
参考例 3.0mm
各実施例特徴を図43を用いて説明する。
図43において、レンズ部材LUが正の屈折力のレンズより成るときは、正の屈折力のレンズ部材LUの焦点距離をPFLとする。広角端で無限遠物体に合焦しているときの全系の焦点距離をFwとする。
このとき
0.12< Fw/PFL < 0.5 ‥‥‥(3)
なる条件を満足している。
条件式(3)の上限値を越えると正の屈折力のレンズ部材LUの屈折力が強くなりすぎてしまい、射出瞳径が大きくなる傾向になってくる。このため一定の周辺光量を得るためには正の屈折力のレンズ部材LUのレンズ外径を大きくしなくてはならなくなると同時に軸外収差が大きく発生してくるため好ましくない。
一方、下限値を越えると正の屈折力のレンズ部材LUの屈折力が弱くなりすぎるため片ボケの像劣化の補正に対する効果が弱まってしまうので良くない。
尚、図43において、レンズ部材LUが負の屈折力のレンズより成るときは、負の屈折力のレンズの少なくとも1つの面を非球面形状としている。
これによって条件式(3)で得られるのと同様の効果を得ている。
第1レンズ群L1の焦点距離(第1群の焦点距離)をF1とする。
第2群L2と第3群L3の合成した群(後群)の広角端(第2群と第3群の広角端)における合成焦点距離をFRとする。
このとき
0.25 <|Fw/F1| ≦0.442(但し、F1<0)‥‥‥(1)
0.25 < Fw/FR ≦ 0.338 ‥‥‥(2)
なる条件を満足している。
条件式(1)は、広角端における全系の焦点距離と、広角端における反射部材を有する第1群L1の焦点距離の比に関し、レンズ外径を小型しつつ、良好な画質を得るための条件である。
条件式(1)の上限値を超えると、第1群L1の負の屈折力が強くなってくるため、正の球面収差が大きく発生してしまいそれを補正するのが困難になってくる。
一方、下限値を越えると光学系全体のレトロフォーカス作用が弱くなってくる。このため、バックフォーカスが短くなりすぎてしまい撮像素子面と最も像面側にある光学部材LUとの空間に挿入されるローパスフィルターや赤外吸収等のフィルター類が配置できなくなってしまう。
又第2群L2のレンズ径の増加とともに軸外光線収差が大きく発生してくるため良くない。
条件式(2)は、広角端における全系の焦点距離と、広角端における第2群L2と第3群L3より成る後群の合成焦点距離の比に関する。
条件式(2)の上限値を超えると後群の正の屈折作用を大きくなりすぎてしまい高次の球面収差やコマ収差が大きく発生してきてこれを補正するのが困難となってくる。
他方、下限値を越えると一定のズーム域を確保するために第2群L2の移動量が大きくなってしまうため、光学系の全長が増加してしまい良くない。
尚、各実施例において更に好ましくは条件式(1)〜(3)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.30 <|Fw/F1|≦0.442(但し、F1<0)‥‥‥(1a)
0.30 < Fw/FR ≦ 0.338 ‥‥‥(2a)
0.14< Fw/PFL < 0.45 ‥‥‥(3a)
また、有限距離物体に対するフォーカス作用は撮像素子又は撮像素子を含む第3群L3を光軸上に移動させることにより行うのが望ましい。反射部材PRZを有する第1群L1以外のレンズ群を光軸上移動させることによって行っても良い。
本実施例においては、ズーミングに際して反射部材PRZが配置された第1群L1は光軸上固定とし、第2群L2を移動させている。そしてレンズ部材LUと撮像素子CPを一体的に又は、平行平板F1と撮像素子CPとを一体的に、又は撮像素子CPのみを光軸上移動させることにより像面位置変化の補正を行っている。
ズーミングに際して発生する像面位置の変動の補正作用を撮像素子を光軸移動させることで達成している。
反射部材PRZは、シャッターまたは虹彩絞りSPの位置よりも物体側に配置した負の屈折力の第1群L1中に設けている。そして更に反射部材PRZの物体側に負レンズを配置している。
瞳または虹彩絞り位置に配置されたレンズ群は、軸外光は瞳位置で光軸と交差するような光路を有する。このため、反射部材PRZの物体側に配置された負レンズを通過した軸外光線は光軸に対し平行に近くなるような屈折作用を与える。
そしてその像面側に反射部材を挿入する空間を設けることにより瞳位置が変動して光学的な特性変化が生ずることを防止しつつ、反射部材を挿入するために必要な空間を小さくすることができる。
反射部材を有する負の屈折力の第1群L1は光学系中で最も負の屈折力が強いレンズ群としている。
その理由として、最も屈折力が強い負の屈折力のレンズ群を移動させると、結像面位置の補正作用を補正レンズ群の小さな移動量で達成することが出来るため光学系を小型化することに対して有効である。
各実施例では第1群L1を光軸上固定としている。それによりズーミングによる結像面位置の変化は結像面位置補正用のレンズ群と撮像素子の相対変化量であることから撮像素子が結像面補正を行なうための移動量を小さくすることができる。
以上から各実施例では、最も物体側に配置された負の屈折力の第1群L1に上記した条件を満たすレンズ群として反射部材を配置している。
各実施例において、更に高画質化を図るためには以下のような構成にするのが良い。
レンズ枚数を削減しつつ小型で高性能な光学系を達成するためには、反射部材PRZを有する第1群L1中の像面側の第2群又は第3群に少なくとも1つの非球面を有するレンズを導入するのが効果的である。それにより第1群L1中で発生した球面収差を良好に補正することが容易となる。
またこのときの非球面レンズは、生産性を考慮したときに使用できる硝種を拡大するために複合型非球面(レプリカ非球面)を用いても良い。
更に非球面レンズはプラスチック材料としても良い。
この他、回折光学素子、屈折分布型光学材料を導入しても良い。これによれば光学性能の向上が容易となる。
ズーミングに際して虹彩絞りSPを各レンズ群とは独立した光軸移動を行わせれば入射瞳位置の変化を少なくすることができる。また機構上の簡略化のためにズーミングに際して光軸上固定にしても良い。
撮影時に画質劣化原因となる手振れによる像ブレを補正するために、レンズ群やレンズ群の一部を偏心させても良い。反射部材PRZを回転又は移動させることにより偏向角度や偏向方向を変化させることにより、撮影時の像ブレをキャンセルするような像位置変位作用を持たせても良い。
次に参考例1、実施例1乃至3、参考例2乃至5について説明する。
図1、図6、図11、図16の参考例1、実施例1乃至3では撮像装置OBは、物体側より像側へ順に配置された、反射部材PRZを含む負の屈折力の第1群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2群L2、撮像素子CPを含む正の屈折力の第3群L3より成る。
第3群L3は、撮像素子CPの有効画面の対角線長をLDとするとき、撮像素子CPから空気換算長で距離LD内に正の屈折力のレンズ部材LUを有している。
第1群L1は光軸を80°〜100°の範囲内で偏向させる反射部材PRZを有している。
ズーミングに際して第1群L1は不動である。
第2群L2は物体側へ移動する。
第3群L3は変倍によって移動する像面位置に撮像素子CPが位置するように移動する。
第2群L2の正レンズ負レンズ、第3群L3の正レンズ、負レンズのうち少なくとも1
つを光軸方向と垂直方向の成分を持つように移動することによって像面位置変位作用を与え、手ブレによる像ブレを補正するようにしても良い。
前述した条件式(1)〜(3)は実施例1乃至3について示すと次の如くになる。
レンズ部材LUの焦点距離をPFLとする。
広角端における全系の焦点距離をFwとする。このとき
0.12 < Fw/PFL < 0.5 ‥‥‥(3)
なる条件を満足している。
第1群L1の焦点距離をF1とする。広角端における第2、第3群L2、L3の合成焦点距離をFRとする。
このとき
0.25 <|Fw/F1|≦0.442(但し、F1<0)‥‥‥(1)
0.25 < Fw/FR ≦ 0.338 ‥‥‥(2)
なる条件を満足している。
図1の参考例1では、物体側から像側へ順に、第1群L1は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズG11、反射部材PRZ、正レンズG12、負レンズG13より成っている。
第2群L2は開口絞りSP、両凸形状の正レンズG21、両凹形状の負レンズG22、物体側が凸面の正レンズG23より成っている。
第3群L3は正レンズG31、平行平板F1、撮像素子CPを有している。
図6の実施例では、物体側から像側へ順に、第1群L1は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズG11、反射部材PRZ、負レンズG12、正レンズG13より成っている。
第2群L2は開口絞りSP、両凸形状の正レンズG21、正レンズG22、負レンズG23より成っている。
第3群L3は負レンズG31、正レンズG32、平行平板F1、撮像素子CPを有している。
図11の実施例では、物体側から像側へ順に、第1群L1は、正レンズG11、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズG12、反射部材PRZ、負レンズG13、正レンズG14より成っている。
正レンズG11と負レンズG12によって広角端における歪曲収差と倍率色収差を補正している。
第2群L2は開口絞りSP、両凸形状の正レンズG21、正レンズG22、物体側が凸面のメニスカス形状の負レンズG23より成っている。
第3群L3は負レンズG31、正レンズG32、平行平板F1、撮像素子CPを有している。
図16の実施例のレンズ構成は、図6の実施例と同じである。
図21の参考例では撮像装置OBは、物体側より像側へ順に配置された、反射部材PRZを含む負の屈折力の第1群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2群L2、撮像素子CPを含む負の屈折力の第3群L3より成る。
第1群L1は光軸を80°〜100°の範囲内で偏向させる反射部材PRZを有している。
ズーミングに際して該第1群L1は不動である。
第2群L2は物体側へ移動する。
第3群L3は変倍によって移動する像面位置に撮像素子CPが位置するように移動する。
第2群L2の正レンズ、負レンズ、第3群L3内の負レンズのうち少なくとも1つを光軸方向と垂直方向の成分を持つように移動することによって像面位置変位作用を与え、手ブレによる像ブレを補正するようにしても良い。
前述した条件式(1)、(2)の数値範囲を参考例1、2について示すと次の如くになる。
第1群L1の焦点距離をF1とする。広角端における第2、第3群L2、L3の合成焦点距離をFRとする。
このとき
0.25 <|Fw/F1|< 0.6(但し、F1<0)‥‥‥(1b)
0.25 < Fw/FR < 0.9 ‥‥‥(2
なる条件を満足している。
図21の参考例では、物体側から像側へ順に、第1群L1は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズG11、反射部材PRZ、正レンズG12、負レンズG13より成っている。
第2群L2は開口絞りSP、正レンズG21、負レンズG22、物体側が凸面の正レンズG23より成っている。
第3群L3は非球面形状の面を有し、樹脂より成る負レンズG31、平行平板F1、撮像素子CPを有している。
第2群L2の正レンズ若しくは負レンズのうち、少なくとも一方又は該第3群L3内の負レンズを光軸方向と垂直方向の成分を持つように移動することによって像面位置変位作用を与え、手ブレによる像ブレを補正するようにしても良い。
図26、図31、図36の参考例3乃至5では撮像装置OBは、物体側より像側へ順に配置された、反射部材PRZを含む負の屈折力の第1群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2群L2、撮像素子CPを含む第3群L3より成る。
第1群L1は光軸を80°〜100°の範囲内で偏向させる反射部材PRZを有している。
ズーミングに際して該第1群L1は不動である。
第2群L2は物体側へ移動する。
第3群L3は変倍によって移動する像面位置に撮像素子CPが位置するように移動する。
第2群L2の正レンズ若しくは負レンズのうち少なくとも一方または該第3群L3を光軸方向と垂直方向の成分を持つように移動することによって像面位置変位作用を与え、手ブレによる像ブレを補正するようにしても良い。
前述した条件式(1)、(2)は参考例3、4について示すと次の如くになる。
第1群L1の焦点距離をF1とする。広角端における第2群L2の焦点距離をFRとする。
このとき
0.25 <|Fw/F1|≦0.442(但し、F1<0)‥‥‥(1)
0.25 < Fw/FR < 0.9 ‥‥‥(2b
なる条件を満足している。前述した条件式(1)、(2b)の数値範囲を参考例について示すと前述の参考例と同様に条件式(1b)、(2b)となる。
図26の参考例3では、物体側から像側へ順に、第1群L1は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズG11、反射部材PRZ、正レンズG12、負レンズG13より成っている。
第2群L2は開口絞りSP、両凸形状の正レンズG21、両凹形状の負レンズG22、物体側が凸面の正レンズG23より成っている。
第3群L3は平行平板F1、撮像素子CPを有している。
図31の参考例4のレンズ構成は図26の参考例3と同じである。
図36の参考例では、物体側より像側へ順に第1群L1は、両凹形状の負レンズG11、ミラーより成る反射部材PRZ、正レンズG12、負レンズG13より成っている。
第2群L2は開口絞りSP、両凸形状の正レンズG21、両凹形状の負レンズG22、物体側が凸面の正レンズG23より成っている。
第3群L3は平行平板F1、撮像素子CPを有している。
次に、本発明の参考例1、実施例1乃至3、参考例2乃至5の数値実施例1乃至8を示す。各数値実施例において、iは物体側からの面の順序を示し、Riは各面の曲率半径、Diは第i面と第(i+1)面との間隔、Ni、νiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。
又、最も像側の2つの面は光学ブロックLPである。また、非球面形状は光軸からの高さhの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき、
x=(h2/R)/[1+{1−(1+k)(h/R)2}1/2]
+Ah2+Bh4+Ch6+Dh8+Eh10
で表される。但し、kは円錐定数、A,B,C,D,Eは非球面形数、Rは近軸曲率半径である。
又、「e−0X」は、「×10−x」を意味している。fは焦点距離、FnoはFナンバー、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と各数値実施例との関係を表−1に示す。

数値実施例1
f= 6.31 〜10.56 Fno=3.55 〜 4.53 2ω=58.7°〜 37.2°

R 1= 13.345 D 1= 1.00 N 1= 1.69680 ν 1= 55.5
R 2= 8.327 D 2= 3.41
R 3= ∞ D 3= 12.00 N 2= 1.77250 ν 2= 49.6
R 4= ∞ D 4= 0.72
R 5= -13.225 D 5= 1.50 N 3= 1.84666 ν 3= 23.9
R 6= -11.139 D 6= 0.70 N 4= 1.48749 ν 4= 70.2
R 7= 225.227 D 7= 可変

R 8= 絞り D 8= 0.30
* R 9= 4.545 D 9= 2.20 N 5= 1.74320 ν 5= 49.3
* R10= -12.519 D10= 0.30
R11= -10.045 D11= 1.00 N 6= 1.69895 ν 6= 30.1
R12= 4.176 D12= 0.20
R13= 7.146 D13= 2.00 N 7= 1.69680 ν 7= 55.5
R14= 131.113 D14= 可変

R15= 11.679 D15= 1.50 N 8= 1.48749 ν 8= 70.2
R16= 27.893 D16= 1.00
R17= ∞ D17= 1.25 N 9= 1.51633 ν 9= 64.1
R18= ∞


\焦点距離 6.31 8.97 10.56
可変間隔\
D 7 8.34 2.94 1.00
D14 5.00 6.85 7.95

非球面係数

第 9面 : K=-6.64966e-002 A= 0.00000e+000 B= 1.74069e-004
C= 4.67119e-004 D=-1.47826e-004 E= 2.16085e-005

第10面 : K= 4.27738e+000 A= 0.00000e+000 B= 2.59427e-003
C= 1.36497e-004 D=-1.57732e-005 E= 1.27714e-005

数値実施例2
f= 4.06 〜15.94 Fno=3.17 〜 6.30 2ω=82.3°〜 25.1°

R 1= 34.663 D 1= 1.50 N 1= 1.88300 ν 1= 40.8
R 2= 16.618 D 2= 5.50
R 3= ∞ D 3= 19.00 N 2= 1.77250 ν 2= 49.6
R 4= ∞ D 4= 0.30
* R 5= 85.947 D 5= 1.15 N 3= 1.85961 ν 3= 40.3
R 6= 8.236 D 6= 1.66
R 7= 10.880 D 7= 2.50 N 4= 1.84666 ν 4= 23.9
R 8= 30.932 D 8= 可変

R 9= 絞り D 9= 0.50
* R10= 6.364 D10= 2.00 N 5= 1.69350 ν 5= 53.2
* R11= -64.751 D11= 0.97
R12= 6.317 D12= 1.60 N 6= 1.69350 ν 6= 53.2
R13= 74.670 D13= 0.50 N 7= 1.80518 ν 7= 25.4
R14= 3.606 D14= 可変

R15=-10773.414 D15= 0.80 N 8= 1.59270 ν 8= 35.3
R16= 22.665 D16= 2.01
* R17= -239.836 D17= 2.00 N 9= 1.73077 ν 9= 40.5
* R18= -8.195 D18= 1.50
R19= ∞ D19= 1.25 N10= 1.51633 ν10= 64.1
R20= ∞


\焦点距離 4.06 11.19 15.94
可変間隔\
D 8 24.74 4.62 1.21
D14 3.02 10.16 14.91


非球面係数

第 5面 : K= 9.38032e+001 A= 0.00000e+000 B= 4.58085e-005
C= 2.19306e-007 D= 0.00000e+000 E= 0.00000e+000

第10面 : K=-2.05423e+000 A= 0.00000e+000 B= 9.53260e-004
C= 2.05880e-005 D= 3.08708e-006 E= 1.12930e-009

第11面 : K= 3.09419e+001 A= 0.00000e+000 B= 5.23315e-004
C= 6.73795e-005 D=-1.37951e-007 E= 2.14543e-007

第17面 : K=-5.24721e+005 A= 0.00000e+000 B=-1.34953e-003
C= 7.75565e-006 D= 2.40415e-006 E= 6.82850e-008

第18面 : K=-3.86270e+000 A= 0.00000e+000 B=-1.15490e-003
C=-1.03846e-005 D= 2.39892e-006 E= 6.30842e-008

数値実施例3
f= 4.71 〜17.20 Fno=3.00 〜 5.70 2ω=74.0°〜 23.3°

R 1= 24.836 D 1= 4.80 N 1= 1.48749 ν 1= 70.2
R 2= 624.170 D 2= 0.15
R 3= 52.758 D 3= 1.00 N 2= 1.88300 ν 2= 40.8
R 4= 9.454 D 4= 3.99
R 5= ∞ D 5= 10.00 N 3= 1.77250 ν 3= 49.6
R 6= ∞ D 6= 0.62
R 7= -116.585 D 7= 0.60 N 4= 1.88300 ν 4= 40.8
R 8= 11.497 D 8= 0.39
R 9= 11.586 D 9= 2.20 N 5= 1.84666 ν 5= 23.9
R10= 96.006 D10= 可変

R11= 絞り D11= 0.80
* R12= 6.260 D12= 2.00 N 6= 1.69350 ν 6= 53.2
* R13= -29.247 D13= 0.40
R14= 6.846 D14= 1.60 N 7= 1.69350 ν 7= 53.2
R15=
38.913 D15= 0.50 N 8= 1.80518 ν 8= 25.4
R16= 3.683 D16= 可変

R17= -19.887 D17= 0.80 N 9= 1.59270 ν 9= 35.3
R18= 253.579 D18= 5.01
* R19= -144.382 D19= 2.00 N10= 1.73077 ν10= 40.5
* R20= -8.877 D20= 1.50
R21= ∞ D21= 1.25 N11= 1.51633 ν11= 64.1
R22= ∞


\焦点距離 4.71 12.20 17.20
可変間隔\
D10 22.19 4.10 0.80
D16 1.34 7.37 11.39


非球面係数

第12面 : K=-2.04787e+000 A= 0.00000e+000 B= 8.93475e-004
C= 9.83531e-006 D= 1.09240e-006 E= 1.30132e-007

第13面 : K=-2.43093e+001 A= 0.00000e+000 B= 4.71249e-004
C= 2.02216e-005 D= 9.59498e-007 E= 2.13765e-007

第19面 : K=-5.24460e+005 A= 0.00000e+000 B=-1.59761e-003
C=-5.35728e-006 D= 2.83552e-006 E= 8.20922e-008

第20面 : K=-3.79995e+000 A= 0.00000e+000 B=-1.32477e-003
C=-1.50934e-005 D= 2.37139e-006 E= 7.29888e-008

数値実施例4
f= 4.70 〜17.48 Fno=2.90 〜 5.70 2ω=74.1°〜 23.0°

R 1= 26.182 D 1= 1.20 N 1= 1.88300 ν 1= 40.8
R 2= 12.548 D 2= 4.06
R 3= ∞ D 3= 15.00 N 2= 1.77250 ν 2= 49.6
R 4= ∞ D 4= 0.46
R 5= 481.879 D 5= 0.60 N 3= 1.88300 ν 3= 40.8
R 6= 10.074 D 6= 0.85
R 7= 10.760 D 7= 2.20 N 4= 1.84666 ν 4= 23.9
R 8= 32.602 D 8= 可変

R 9= 絞り D 9= 0.80
* R10= 6.238 D10= 2.00 N 5= 1.69350 ν 5= 53.2
* R11= -43.029 D11= 0.48
R12= 6.306 D12= 1.60 N 6= 1.69350 ν 6= 53.2
R13= 24.260 D13= 0.50 N 7= 1.80518 ν 7= 25.4
R14= 3.536 D14= 可変

R15= -94.680 D15= 0.80 N 8= 1.59270 ν 8= 35.3
R16= 22.419 D16= 4.60
* R17= -219.255 D17= 2.00 N 9= 1.73077 ν 9= 40.5
* R18= -8.195 D18= 1.50
R19= ∞ D19= 1.25 N10= 1.51633 ν10= 64.1
R20= ∞


\焦点距離 4.70 12.37 17.48
可変間隔\
D 8 21.69 3.96 0.79
D14 1.69 8.37 12.82


非球面係数

第10面 : K=-2.13082e+000 A= 0.00000e+000 B= 9.70421e-004
C= 1.88054e-005 D= 7.25651e-007 E= 1.47315e-007

第11面 : K= 6.87585e-001 A= 0.00000e+000 B= 5.62449e-004
C= 2.90541e-005 D= 1.23619e-006 E= 2.14543e-007

第17面 : K=-5.24460e+005 A= 0.00000e+000 B=-1.34953e-003
C= 7.75565e-006 D= 2.40415e-006 E= 6.82850e-008

第18面 : K=-3.86270e+000 A= 0.00000e+000 B=-1.15490e-003
C=-1.03846e-005 D= 2.39892e-006 E= 6.30842e-008

数値実施例5
f= 6.01 〜11.99 Fno=3.55 〜 4.77 2ω=61.1°〜 33.0°

R 1= 13.377 D 1= 1.00 N 1= 1.69680 ν 1= 55.5
R 2= 8.661 D 2= 3.20
R 3= ∞ D 3= 12.00 N 2= 1.77250 ν 2= 49.6
R 4= ∞ D 4= 0.72
R 5= -11.096 D 5= 1.50 N 3= 1.84666 ν 3= 23.9
R 6= -9.619 D 6= 0.60 N 4= 1.48749 ν 4= 70.2
R 7= 53.531 D 7= 可変

R 8= 絞り D 8= 0.30
* R 9= 4.117 D 9= 2.10 N 5= 1.69350 ν 5= 53.2
* R10= -136.716 D10= 0.30
R11=-1001.639 D11= 1.00 N 6= 1.80518 ν 6= 25.4
R12= 3.673 D12= 0.20
R13= 5.134 D13= 1.60 N 7= 1.64769 ν 7= 33.8
R14= -31.878 D14= 可変

* R15= -8.349 D15= 0.80 N 8= 1.58306 ν 8= 30.2
* R16= -11.353 D16= 1.20
R17= ∞ D17= 1.25 N 9= 1.51633 ν 9= 64.1
R18= ∞


\焦点距離 6.01 9.75 11.99
可変間隔\
D 7 9.85 3.04 1.00
D14 5.00 7.35 8.76


非球面係数

第 9面 : K= 3.39452e-002 A= 0.00000e+000 B= 2.47151e-005
C= 1.70872e-004 D=-4.04778e-005 E= 6.93891e-006

第10面 : K=-3.52243e+003 A= 0.00000e+000 B= 2.21925e-003
C= 1.25471e-004 D= 3.61107e-005 E= 6.09430e-007

第15面 : K=-1.73320e+001 A= 0.00000e+000 B= 1.40872e-004
C= 3.09883e-004 D= 0.00000e+000 E= 0.00000e+000

第16面 : K=-1.43760e+002 A= 0.00000e+000 B=-1.34966e-003
C= 4.76635e-004 D= 0.00000e+000 E= 0.00000e+000

数値実施例6
f= 6.40 〜10.36 Fno=3.55 〜 4.31 2ω=58.1°〜 37.8°

R 1= 12.271 D 1= 1.00 N 1= 1.69680 ν 1= 55.5
R 2= 8.122 D 2= 3.19
R 3= ∞ D 3= 12.00 N 2= 1.77250 ν 2= 49.6
R 4= ∞ D 4= 0.61
R 5= -14.128 D 5= 1.50 N 3= 1.84666 ν 3= 23.9
R 6= -12.108 D 6= 0.70 N 4= 1.48749 ν 4= 70.2
R 7= 84.072 D 7= 可変

R 8= 絞り D 8= 0.30
* R 9= 4.679 D 9= 2.20 N 5= 1.74320 ν 5= 49.3
* R10= -17.498 D10= 0.30
R11= -10.357 D11= 1.00 N 6= 1.69895 ν 6= 30.1
R12= 4.460 D12= 0.20
R13= 8.349 D13= 2.00 N 7= 1.69680 ν 7= 55.5
R14= -16.887 D14= 可変

R15= ∞ D15= 1.25 N 8= 1.51633 ν 8= 64.1
R16= ∞


\焦点距離 6.40 8.87 10.36
可変間隔\
D 7 8.44 3.01 1.00
D14 5.00 6.47 7.36


非球面係数

第 9面 : K=-5.21824e-003 A= 0.00000e+000 B= 1.85904e-005
C= 4.48315e-004 D=-1.56662e-004 E= 2.29432e-005

第10面 : K= 4.61553e+000 A= 0.00000e+000 B= 1.88617e-003
C= 1.71106e-005 D= 2.50225e-005 E= 5.38693e-006

数値実施例7
f= 6.53 〜11.66 Fno=3.55 〜 4.46 2ω=57.0°〜 33.9°

R 1= 15.926 D 1= 0.90 N 1= 1.69680 ν 1= 55.5
R 2= 10.388 D 2= 3.21
R 3= ∞ D 3= 12.00 N 2= 1.51633 ν 2= 64.1
R 4= ∞ D 4= 0.88
R 5= -10.720 D 5= 1.40 N 3= 1.80518 ν 3= 25.4
R 6= -8.522 D 6= 0.60 N 4= 1.48749 ν 4= 70.2
R 7= 1836.477 D 7= 可変

R 8= 絞り D 8= 0.30
* R 9= 5.616 D 9= 2.00 N 5= 1.74320 ν 5= 49.3
R10= -6.053 D10= 1.20 N 6= 1.64769 ν 6= 33.8
R11= 4.749 D11= 0.26
R12= 11.894 D12= 1.60 N 7= 1.60311 ν 7= 60.6
R13= -16.367 D13= 可変

R14= ∞ D14= 1.25 N 8= 1.51633 ν 8= 64.1
R15= ∞


\焦点距離 6.53 9.74 11.66
可変間隔\
D 7 10.70 3.43 0.98
D13 5.00 6.99 8.19


非球面係数

第 9面 : K= 1.37709e+000 A= 0.00000e+000 B=-2.06320e-003
C= 4.52513e-004 D=-1.87562e-004 E= 2.06825e-

数値実施例8
f= 6.54 〜11.78 Fno=3.55 〜 4.81 2ω=57.0°〜 33.5°

R 1= -152.692 D 1= 1.00 N 1= 1.69680 ν 1= 55.5
R 2= 46.600 D 2= 14.08
* R 3= -10.328 D 3= 1.40 N 2= 1.84666 ν 2= 23.9
R 4= -8.641 D 4= 0.70 N 3= 1.48749 ν 3= 70.2
R 5= 42.143 D 5= 可変

R 6= 絞り D 6= 0.30
* R 7= 4.336 D 7= 2.20 N 4= 1.74320 ν 4= 49.3
* R 8= -13.726 D 8= 0.30
R 9= -8.245 D 9= 0.60 N 5= 1.69895 ν 5= 30.1
R10= 4.277 D10= 0.24
R11= 7.720 D11= 1.70 N 6= 1.60311 ν 6= 60.6
R12= -16.517 D12= 可変

R13= ∞ D13= 1.25 N 7= 1.51633 ν 7= 64.1
R14= ∞


\焦点距離 6.54 9.81 11.78
可変間隔\
D 5 8.03 2.74 0.98
D12 5.00 7.37 8.79


非球面係数

第 3面 : K=-6.36822e-001 A= 0.00000e+000 B=-7.06419e-005
C=-6.56359e-006 D= 1.58657e-007 E= 5.20652e-010

第 7面 : K=-1.12637e-001 A= 0.00000e+000 B= 3.20201e-004
C= 4.61140e-004 D=-1.25420e-004 E= 1.74047e-005

第 8面 : K= 1.18881e+000 A= 0.00000e+000 B= 2.34714e-003
C= 2.10460e-004 D=-4.03980e-005 E= 1.65917e-005



次に本発明の撮像装置としてレンズシャッター形式のデジタルコンパクトカメラの実施形態について図42を用いて説明する。
図42において、10はデジタルカメラ本体、11は本発明に係る光学系である。12はカメラ本体に内蔵されたストロボ、13は外部式ファインダー、14はシャッターボタンである。15は本発明に係る光学系のカメラボディー内での概略な光学系配置関係を示す。
このように本発明の撮像装置をデジタルカメラ等に適用することにより、特にカメラボディー形態を薄型化がなされるような、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
またこの例では、光学系を横位置撮影時に反射部材で偏向された光軸が上下(垂直)方向になるよう配置を行っているが、前記偏向された光軸が左右(水平)方向になるように配置しても良い。
参考例1のズームレンズの光学断面図 参考例1のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 参考例1のズームレンズの広角端での収差図 参考例1のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 参考例1のズームレンズの望遠端での収差図 実施例のズームレンズの光学断面図 実施例のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 実施例のズームレンズの広角端での収差図 実施例のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例のズームレンズの望遠端での収差図 実施例のズームレンズの光学断面図 実施例のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 実施例のズームレンズの広角端での収差図 実施例のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例のズームレンズの望遠端での収差図 実施例のズームレンズの光学断面図 実施例のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 実施例のズームレンズの広角端での収差図 実施例のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例のズームレンズの望遠端での収差図 参考例のズームレンズの光学断面図 参考例のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 参考例のズームレンズの広角端での収差図 参考例のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 参考例のズームレンズの望遠端での収差図 参考例3のズームレンズの光学断面図 参考例3のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 参考例3のズームレンズの広角端での収差図 参考例3のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 参考例3のズームレンズの望遠端での収差図 参考例4のズームレンズの光学断面図 参考例4のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 参考例4のズームレンズの広角端での収差図 参考例4のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 参考例4のズームレンズの望遠端での収差図 参考例のズームレンズの光学断面図 参考例のズームレンズの光路を90度折り曲げたときの光路図 参考例のズームレンズの広角端での収差図 参考例のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 参考例のズームレンズの望遠端での収差図 本発明において撮像素子が倒れたときの光学特性の説明図 本発明の撮像装置の説明図 本発明に係る光学系の基本構成の説明図
OB 撮像装置
PRZ 反射部材
CP 撮像素子
LU 光学部材
FFN1 レンズ部
FFN2 レンズ部
M 移動機構
L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
SP 絞り
IP 像面
G ガラスブロック
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面

Claims (3)

  1. 物体側より像側へ順に、負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群、撮像素子を含む第3群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1群は不動であり、前記第2群は物体側へ移動し、前記第3群は移動し、前記第1群は光軸を屈曲させる反射部材を有し、前記第3群はレンズを有し、前記第1群の焦点距離をF1、前記第2群と前記第3群の広角端における合成焦点距離をFR、広角端における全系の焦点距離をFwとするとき、
    0.25 <|Fw/F1|≦0.442
    0.25 <Fw/FR≦0.338
    なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記撮像素子の有効画面の対角線長をLDとするとき、該撮像素子から空気換算長で距離1.5×LD以内に前記レンズを有することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  3. 前記レンズは正の屈折力を有し、該レンズの焦点距離をPFLとするとき、
    0.12<Fw/PFL<0.5
    なる条件を満足することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
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