JP5154981B2 - ズームレンズを備えた撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ（以下、総称してデジタルカメラという）に用いられるズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
近年、５〜７倍程度の変倍比を持つズームレンズとＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（ Complementary Metal-Oxide Semiconductor ）のような固体撮像素子とを備えたデジタルカメラが普及してきている。また、最近では、手軽に撮影を楽しみたいというユーザーの要望がますます強くなってきたこともあり、そのようなデジタルカメラであっても、服やカバンのポケット等への収納性が良く持ち運びに便利なように小型化が図られるようになってきている。
そのようなズームレンズを備えたデジタルカメラの中には、周知のように、ズームレンズの物体側に、非使用時にレンズを保護するためのバリア機構を備えたものがある。
また、そのようなズームレンズを備えたデジタルカメラの中には、フレアやゴーストの原因となる散乱光を遮断するために、ズームレンズ中にフレア絞りを備えているものがある。そのようなフレア絞りを備えたズームレンズとしては、下記の特許文献１〜３に記載されているようなものが知られている。
しかし、そのようなデジタルカメラに、従来のものよりも広角であって１０倍程度の高変倍比を持つズームレンズを採用すると、最終的に撮像素子に入射する光束である有効光束の、ズームレンズの最も物体側のレンズ面に入射する際の形状と大きさが、従来のズームレンズを使用した場合に比べ、広角端のときと望遠端のときとで顕著に異なるようになる。
そのため、従来のズームレンズを採用する場合よりも、広角・高変倍のズームレンズを採用する場合には、ズームレンズよりも物体側に配置されているバリア機構等の開口部において、フレアやゴーストの原因となる散乱光が発生しやすくなってしまうという問題があった。
また、特許文献１〜３に記載のズームレンズに備えられているフレア絞りは、ズームレンズ内部において発生するフレアやゴーストを除去することを目的としたものであり、ズームレンズよりも物体側に配置されたバリア機構等の開口部によって発生したフレアやゴーストを除去することを考慮して構成されたものではない。そのため、バリア機構等の開口部によって発生したゴーストやフレアを除去するために、特許文献１〜３に記載のズームレンズに備えられているフレア絞りを採用すると、必要以上に有効光束が遮断されてしまい、光量、特に、周辺光量が低下しがちになり、画面周辺部の光量が不足してしまうという問題があった。
さらに、特許文献１に記載のズームレンズのようにフレア絞りの開口部の大きさを制御したり、特許文献２に記載のズームレンズのようにフレア絞りを光路から退出自在に設けたり、引用文献３に記載のズームレンズのようにフレア絞りを単体で駆動させたりするものは、いずれも、採用される装置全体を大型化し、かつ、複雑化させてしまうという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、開口部材とフレア絞りとズームレンズを備えていて、広角・高変倍であるにも関わらず、フレアやゴーストが少なく明るい画像が得られる小型の撮像装置を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、物体側から順に、開口部を有する開口部材と、複数のレンズ群の間隔を適宜変化させることによって変倍を行うズームレンズと、撮像素子とを備える撮像装置において、所定の形状の開口部を有するフレア絞りが、前記複数のレンズ群のうち最も物体側にあるレンズ群と一体的に設けられており、前記開口部材の開口部が、広角端のときには有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときには有効光束の一部を遮断し、前記フレア絞りが、広角端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束のうち前記開口部材の開口部の淵に当たって散乱した光を遮断することを特徴とする。
また、本発明に係る撮像装置は、前記開口部材の開口部、前記フレア絞りの開口部及び前記撮像素子の有効撮像領域が、略矩形であり、次の条件式（１）を満たすことが好ましい。
（ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（１）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸAは前記開口部材の有する開口部のＸ方向の最大値、ＹAは前記開口部材の有する開口部のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。
（ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（１）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸAは前記開口部材の有する開口部のＸ方向の最大値、ＹAは前記開口部材の有する開口部のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。
また、本発明に係る撮像装置は、前記開口部材の開口部、前記フレア絞りの開口部及び前記撮像素子の有効撮像領域が略矩形であり、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
（ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（２）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸIは前記撮像素子の有効撮像領域のＸ方向の最大値、ＹIは前記撮像素子の有効撮像領域のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。
（ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（２）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸIは前記撮像素子の有効撮像領域のＸ方向の最大値、ＹIは前記撮像素子の有効撮像領域のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。
また、本発明に係る撮像装置は、前記ズームレンズが、物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを有し、前記撮像素子が固体撮像素子であって、変倍の際に前記フレア絞りと前記第１レンズ群とが一体的に移動し、次の条件式（３）及び（４）を満たすことが好ましい。
０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ・・・（３）
４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ・・・（４）
ただし、ｆｗは前記ズームレンズの広角端での焦点距離、ｆｔは前記ズームレンズの望遠端での焦点距離、Ｄは前記固体撮像素子の対角長である。
０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ・・・（３）
４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ・・・（４）
ただし、ｆｗは前記ズームレンズの広角端での焦点距離、ｆｔは前記ズームレンズの望遠端での焦点距離、Ｄは前記固体撮像素子の対角長である。
また、本発明に係る撮像装置は、前記開口部材と前記フレア絞りが、望遠端のとき、有効光束の最大像高の主光線を遮断しないことが好ましい。
また、本発明に係る撮像装置は、歪曲収差を画像処理により補正することが好ましい。
本発明によれば、開口部材とフレア絞りとズームレンズを備えていて、広角・高変倍であるにも関わらず、フレアやゴーストが少なく明るい画像が得られる小型の撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例の説明に先立ち、本発明に係る撮像装置の構成による作用効果を説明する。
本発明に係る撮像装置は、物体側から順に、開口部を有する開口部材と、複数のレンズ群の間隔を適宜変化させることによって変倍を行うズームレンズと、撮像素子とを備える撮像装置を前提としている。
ここで、図１及び図２を用いて、本発明と同様な広角・高変倍が得られるようにした場合における従来の撮像装置のズームレンズに入射する光束について説明する。図１は、広角・高変倍のズームレンズの無限遠物点合焦時の構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図２は、図１に示したズームレンズにより撮像面上に像を結ぶ有効光束の、ズームレンズの最も物体側レンズ面における断面形状を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。
図１に示した広角・高変倍のズームレンズＺＬの像側には、矩形の有効撮像領域を有する撮像面ＩＭを持つ撮像素子が配置されている。この図１に示すように、ズームレンズＺＬが広角・高変倍である場合、撮像面ＩＭ上に像を結ぶ一つ一つの光束ＬＦの径は、広角端のときよりも、望遠端のときのほうがかなり大きい。
そのため、ズームレンズＺＬの最も物体側のレンズの物体側の面に入射する光束のうち、最終的に撮像面ＩＭの有効撮像領域に入射する光束ＬＦにより形成される有効光束の断面形状は、広角端においては、図２（ａ）に示すような略矩形の形状ＬＦWとなり、望遠端においては、図２（ｂ）に示すような略円形の形状ＬＦTとなる。なお、各有効光束の断面形状において一点鎖線で示した矩形は、有効光束を形成する光束のうち、最も外側の光束の主光線ＰＲを結んだ線である。
このように、ズームレンズは、広角・高変倍であればあるほど、広角端における有効光束の形状や大きさと、望遠端における有効光束の形状や大きさとが、著しく異なることになる。そのため、撮像装置に採用されるズームレンズが、広角・高変倍であるとバリア機構やフレア絞りを採用した場合でも、十分に光量を確保しつつフレアやゴーストを除去するとともに、装置全体の小型化を実現することは難しい。
このような問題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、開口部材の開口部が、広角端のときには有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときに有効光束の一部を遮断し、フレア絞りが、広角端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束のうち前記開口部材の開口部の淵に当たって散乱した光を遮断するように構成している。
ここで、図３及び図４を用いて、本発明に係る撮像装置の開口部材の開口部とフレア絞りについて説明する。図３は、本発明に係る撮像装置の開口部材と、その開口部材によって遮断される有効光束の領域を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図４は、本発明に係る撮像装置のフレア絞りと、そのフレア絞りによって遮断される有効光束の領域を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。なお、これらの図において、遮断される有効光束の領域は、ハッチングにより表している。また、符号については、図１図２と同様のものについては、同様の符号を付している。
上述したように、広角・高変倍のズームレンズでは、広角端においては入射する光束の径が小さく、望遠端においては入射する光束の径が大きい。そのため、撮像装置にそのようなズームレンズを採用する場合、広角端においては、Ｆナンバーを小さくしなければ、取得する画像の明るさを十分に確保することができないが、望遠端においては、Ｆナンバーがある程度大きくても取得する画像の明るさを十分に確保することができる。一方、ズームレンズの物体側に配置されるバリア機構は、デジタルカメラの使用時に羽根を収納するスペースを確保しつつ、小型であることが望ましいため、バリア機構の開口部材に形成される開口部は可能な限り小型であることが望ましい。
本発明の開口部材Ａの開口部Ａaは、図３（ａ）に示すように、広角端においては、有効光束ＬＦWを全て通過させるため、開口部Ａaにおいては、フレアやゴーストの原因となる散乱光は発生せず、また、取得する画像の明るさも十分に確保することができる。
一方、図３（ｂ）に示すように、望遠端においては、有効光束ＬＦTの一部を遮断するため、本発明の開口部Ａaの淵において、フレアやゴーストの原因となる散乱光が発生してしまうものの、十分な明るさを確保することができ、また、装置全体の小型化も実現することができる。
また、本発明のフレア絞りＦの開口部Ｆaは、図４（ａ）に示すように、開口部材Ａの開口部Ａａを通過した有効光束ＬＦW’を全て通過させるため、開口部材Ａと同様に、取得する画像の明るさを十分に確保することができる。なお、開口部材Ａにおいてフレアやゴーストの原因となる散乱光が発生していないため、開口部材Ａの開口部Ａaの淵における反射を原因とするフレアやゴーストが発生することもない。
一方、図４（ｂ）に示すように、望遠端において、開口部材Ａの開口部Ａaで一部が遮断された有効光束ＬＦT’のうち、フレアやゴーストの原因となる散乱光を含む部分をさらに遮断するため、撮像素子において取得される画像には、ゴーストやフレアが発生を抑えることができる。なお、有効光束の一部がさらに遮断されるため、取得される画像の一部においては、周辺光量が低下するが、有効光束を形成する一つ一つの光束の径が大きいため、全体としては十分な明るさを確保することができる。
従って、本発明に係る撮像装置は、このような特徴的な開口部を有する開口部材とフレア絞りとを併せ持っているため、広角端、望遠他のいずれにおいても、取得する画像の明るさを十分に確保することができるとともに、ゴーストやフレアを除去することができる。
また、本発明に係る撮像装置は、フレア絞りＦが、開口部材と第２レンズ群との間において、第１レンズ群と一体的に設けられており、その開口部Ｆaが、所定の形状となっていて変形しない構成としている。
本発明で前提としている撮像装置に採用されるようなズームレンズは、入射した有効光束の形状が、広角端であっても望遠端であっても、撮像素子に近づくにつれ、撮像素子の形状（一般的には略矩形）に近い形状に変化する。そのため、撮像素子に近すぎる位置にフレア絞りを配置すると、望遠端においてのみ有効光束の一部を遮断することが難しくなる。そのため、本発明においては、フレア絞りを、第１レンズ群と一体的に設けている。
また、そのような位置にフレア絞りを配置しているため、フレア絞りの開口部の形状を変化させなくても、望遠端においてのみ、光束の一部を遮断することできる。そのため、フレア絞りの開口部の形状を変化させる機構や、変倍時に独立して移動させるための機構が必要なく、撮像装置全体の小型化も容易に実現できる。
また、本発明に係る撮像装置は、開口部材の開口部、フレア絞りの開口部及び撮像素子の有効撮像領域が略矩形であり、次の条件式（１）を満たすように構成することが好ましい。
（ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（１）
ただし、撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸAは開口部材の有する開口部のＸ方向の最大値、ＹAは開口部材の有する開口部のＹ方向の最大値（図３参照）、ＸFはフレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFはフレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である（図４参照）。
（ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（１）
ただし、撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸAは開口部材の有する開口部のＸ方向の最大値、ＹAは開口部材の有する開口部のＹ方向の最大値（図３参照）、ＸFはフレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFはフレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である（図４参照）。
条件式（１）の上限値を上回ると、開口部材の開口部の淵に有効光束の一部が当たって発生した散乱光が、フレア絞りを通過して撮像素子に到達しやすくなってしまう。また、フレア絞りにおいて遮断される範囲が大きくなりすぎてしまうため、画面対角方向での周辺光量を十分に確保することができなくなってしまう。
なお、条件式（１）に代わり、次の条件式（１）’，（１）”のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
０．３ ＜ （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０５ ・・・（１）’
０．６ ＜ （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０２ ・・・（１）”
また、条件式（１）’の上限値又は下限値を、条件式（１），（１）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（１）”の上限値又は下限値を、条件式（１），（１）’の上限値又は下限値としても良い。
０．３ ＜ （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０５ ・・・（１）’
０．６ ＜ （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０２ ・・・（１）”
また、条件式（１）’の上限値又は下限値を、条件式（１），（１）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（１）”の上限値又は下限値を、条件式（１），（１）’の上限値又は下限値としても良い。
また、本発明に係る撮像装置は、開口部材の開口部、フレア絞りの開口部及び撮像素子の有効撮像領域が略矩形であり、次の条件式（２）を満たすように構成することが好ましい。
（ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（２）
ただし、撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、撮像素子の有効撮像領域の長手方向に直交する方向をＹ方向とし、ＸIは撮像素子の有効撮像領域のＸ方向の最大値、ＹIは撮像素子の有効撮像領域のＹ方向の最大値、ＸFはフレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFはフレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である（図４参照）。
（ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（２）
ただし、撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、撮像素子の有効撮像領域の長手方向に直交する方向をＹ方向とし、ＸIは撮像素子の有効撮像領域のＸ方向の最大値、ＹIは撮像素子の有効撮像領域のＹ方向の最大値、ＸFはフレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFはフレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である（図４参照）。
条件式（２）の上限値を上回ると、開口部材の開口部の淵に有効光束の一部が当たって発生した散乱光が、フレア絞りを通過して撮像素子に到達しやすくなってしまう。また、フレア絞りにおいて遮断される範囲が大きくなりすぎてしまうため、画面周辺部での光量を十分に確保することができなくなってしまう。
なお、条件式（２）に代わり、次の条件式（２）’，（２）”のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
０．３ ＜ （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０５ ・・・（２）’
０．６ ＜ （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０３ ・・・（２）”
また、条件式（２）’の上限値又は下限値を、条件式（２），（２）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（２）”の上限値又は下限値を、条件式（２），（２）’の上限値又は下限値としても良い。
０．３ ＜ （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０５ ・・・（２）’
０．６ ＜ （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．０３ ・・・（２）”
また、条件式（２）’の上限値又は下限値を、条件式（２），（２）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（２）”の上限値又は下限値を、条件式（２），（２）’の上限値又は下限値としても良い。
また、本発明に係る撮像装置は、ズームレンズが、物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを有し、撮像素子が固体撮像素子であって、変倍の際に前記フレア絞りと第１レンズ群とが一体的に移動し、次の条件式（３）及び（４）を満たすように構成することが好ましい。
０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ・・・（３）
４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ・・・（４）
ただし、ｆｗはズームレンズの広角端での焦点距離、ｆｔはズームレンズの望遠端での焦点距離、Ｄは固体撮像素子の対角長である。
０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ・・・（３）
４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ・・・（４）
ただし、ｆｗはズームレンズの広角端での焦点距離、ｆｔはズームレンズの望遠端での焦点距離、Ｄは固体撮像素子の対角長である。
条件式（３）の上限値を上回ると、広角・高変倍化が実現しにくい。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、開口部材の開口部の淵を通過する光線の高さと第１レンズ群の有効径の差が大きくなりすぎてしまうため、条件式（２）を満たすように構成しても、ズームレンズの径方向の大きさが大きくなってしまい、撮像装置の小型化が困難になってしまう。
なお、条件式（３）に代わり、次の条件式（３）’，（３）”のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
０．３ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ ０．９ ・・・（３）’
０．６ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ ０．８ ・・・（３）”
また、条件式（３）’の上限値又は下限値を、条件式（３），（３）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（３）”の上限値又は下限値を、条件式（３），（３）’の上限値又は下限値としても良い。
０．３ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ ０．９ ・・・（３）’
０．６ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ ０．８ ・・・（３）”
また、条件式（３）’の上限値又は下限値を、条件式（３），（３）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（３）”の上限値又は下限値を、条件式（３），（３）’の上限値又は下限値としても良い。
条件式（４）の上限値を上回ると、ズーム全域に渡って十分な結像性能を確保することが困難となってしまう。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、高変倍のズームレンズを設計することができない。
なお、条件式（４）に代わり、次の条件式（４）’，（４）”のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
５．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ３０ ・・・（４）’
８．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ２５ ・・・（４）”
また、条件式（４）’の上限値又は下限値を、条件式（４），（４）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（４）”の上限値又は下限値を、条件式（４），（４）’の上限値又は下限値としても良い。
５．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ３０ ・・・（４）’
８．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ２５ ・・・（４）”
また、条件式（４）’の上限値又は下限値を、条件式（４），（４）”の上限値又は下限値としても良いし、条件式（４）”の上限値又は下限値を、条件式（４），（４）’の上限値又は下限値としても良い。
また、本発明に係る撮像装置は、開口部材とフレア絞りが、有効光束の最大像高の主光線を遮断しないように構成することが好ましい。
このような構成とする事で、望遠端においても軸外光束の主光線を撮像素子上で検出可能となる。
また、本発明に係る撮像装置は、歪曲収差を画像処理により補正するように構成することが好ましい。
広角端においては、歪曲収差は大きくなりやすいため、大きな負の歪曲収差が発生しやすい。そこで、開口部材の開口部を糸巻き型に形成して広角端における有効光束を制限しても良いが、製造が困難となってしまう。そこで、画像処理によって歪曲収差を補正するようにすると、開口部材の開口部の形状を略矩形としても構わなくなるため、開口部材を製造しやすくなる。
ここで、開口部材やフレア絞りの開口部の形状について説明する。図５は、フレア絞りの構成例を示す図であり、（ａ）は４隅をカットしていない矩形の開口部ａを有するフレア絞りを、（ｂ）は矩形の４隅を丸めて形成した略矩形の開口部ａを有するフレア絞りを、（ｃ）は矩形の何れかの対向する二辺を曲線とした略矩形の開口部ａを有するフレア絞りを、それぞれ示している。開口部材の開口部やフレア絞りの開口部は、図２や図３において示したような略矩形ではあるが、実際には４隅を小さくカットした八角形の他、図５に示したような形状にしても良い。
以下に、本発明の光学系の実施例１，実施例２について図面を参照して説明する。
なお、光学系断面図におけるｒ1，ｒ2，・・・・・・及びｄ1，ｄ2，・・・・・・において下付き文字として示した数字は、数値データにおける面番号１，２，・・・に対応している。また、収差曲線図において、非点収差におけるΔＭはメリジオナル面の非点収差，ΔＳはサジタル面の非点収差を示している。また、メリジオナル面とは、光学系の光軸と主光線を含む面（紙面に平行な面）であり、サジタル面とは、光学系の光軸と主光線を含む面に垂直な面（紙面に垂直な面）を意味している。
また、以下の各実施例におけるレンズの数値データにおいては、ｓは面番号、Ｒは各面の曲率半径、Ｄは面間隔、Ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数、Ｋは円錐係数、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10は非球面係数をそれぞれ示している。
また、各非球面形状は、各実施例における各非球面係数を用いて以下の式で表される。但し、光軸に沿う方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ4Ｙ4＋Ａ6Ｙ6＋Ａ8Ｙ8＋Ａ10Ｙ10＋Ａ12Ｙ12＋・・・
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ4Ｙ4＋Ａ6Ｙ6＋Ａ8Ｙ8＋Ａ10Ｙ10＋Ａ12Ｙ12＋・・・
図６は、本実施例に係る撮像装置の備えるズームレンズの無限遠物点合焦時の構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図７は、図６に示したズームレンズを備えた撮像装置の無限遠物点合焦時における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図８は、図６及び図７に示したズームレンズの光路を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。
まず、図６を用いて、本実施例のズームレンズを備えた撮像装置の構成を説明する。本実施例のズームレンズを備えた撮像装置は、光軸Ｌｃ上に、物体側から順に、開口部材Ａ、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ1、フレア絞りＦ、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ2、開口絞りＳ、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ3、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ4、撮像面ＩＭを持つＣＣＤが配置されている。なお、第４レンズ群Ｇ4とＣＣＤとの間には、物体側から順に、平面平板状のローパスフィルターＬＰＦ、平面平板状のＣＣＤカバーガラスＣＧが配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり負の屈折力を持つレンズＬ11と、像側の面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ12とにより構成されている。なお、レンズＬ11とレンズＬ12とは、接着剤により接合されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、両面が非球面の両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ21と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり負の屈折力を持つレンズＬ22と、像側の面が非球面の両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ23とにより構成されている。なお、レンズＬ22とレンズＬ23とは、接着剤により接合されている。
第３レンズ群Ｇ3は、物体側から順に、像側の面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ31と、両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ32と、両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ33とにより構成されている。なお、レンズＬ32とレンズＬ33とは、接着剤により接合されている。
第４レンズ群Ｇ4は、両面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ4のみにより構成されている。
また、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群Ｇ1は、開口部材Ａとフレア絞りＦとともに光軸Ｌｃ上を物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ2は、第１レンズ群Ｇ1との間隔を広げつつまず物体側に移動した後に像側に移動するようにして光軸Ｌｃ上を往復運動する。第３レンズ群Ｇ3は、明るさ絞りＳとともに第２レンズ群Ｇ2との間隔を狭めつつ光軸Ｌｃ上を物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ4は、第３レンズ群Ｇ3との間隔を広げつつまず像側に移動した後に物体側に移動するようにして光軸Ｌｃ上を往復運動する。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （開口部材） ∞ 1.30
2 24.303 0.60 1.94595 17.98
3 20.278 0.01 1.56384 60.67
4 20.278 3.86 1.59201 67.02
5 （非球面） -83.332 0.00
6 （フレア絞り） ∞ Ｄ６
7 （非球面） -219.382 0.80 1.85135 40.10
8 （非球面） 7.253 2.75
9 -48.761 1.82 1.94595 17.98
10 -12.340 0.01 1.56384 60.67
11 -12.340 0.70 1.77377 47.17
12 （非球面） 263.939 Ｄ１２
13 （開口絞り） ∞ 0.00
14 （非球面） 4.672 2.50 1.59201 67.02
15 （非球面） -25.291 0.10
16 8.562 1.70 1.49700 81.54
17 -9.402 0.01 1.56384 60.67
18 -9.402 0.42 1.62004 36.26
19 3.399 Ｄ１９
20 （非球面） 20.655 2.76 1.58313 59.38
21 （非球面） -14.163 Ｄ２１
22 ∞ 0.40 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
26 （撮像面） ∞
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （開口部材） ∞ 1.30
2 24.303 0.60 1.94595 17.98
3 20.278 0.01 1.56384 60.67
4 20.278 3.86 1.59201 67.02
5 （非球面） -83.332 0.00
6 （フレア絞り） ∞ Ｄ６
7 （非球面） -219.382 0.80 1.85135 40.10
8 （非球面） 7.253 2.75
9 -48.761 1.82 1.94595 17.98
10 -12.340 0.01 1.56384 60.67
11 -12.340 0.70 1.77377 47.17
12 （非球面） 263.939 Ｄ１２
13 （開口絞り） ∞ 0.00
14 （非球面） 4.672 2.50 1.59201 67.02
15 （非球面） -25.291 0.10
16 8.562 1.70 1.49700 81.54
17 -9.402 0.01 1.56384 60.67
18 -9.402 0.42 1.62004 36.26
19 3.399 Ｄ１９
20 （非球面） 20.655 2.76 1.58313 59.38
21 （非球面） -14.163 Ｄ２１
22 ∞ 0.40 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
26 （撮像面） ∞
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
5 -83.332 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.01931e-05 -1.99182e-08 2.10982e-10 -1.07813e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
7 -219.382 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-7.79808e-05 -9.78436e-07 2.06198e-08 4.17971e-10 -9.04989e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
8 7.253 0.108
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
3.53561e-05 1.81435e-06 -4.09283e-07 1.46449e-08 -4.48012e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
12 263.939 -8.501
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-2.84161e-04 -3.58819e-06 2.07140e-07
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
14 4.672 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-4.28460e-04 2.56408e-05 -7.90463e-07 2.10375e-07 2.49609e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
15 -25.291 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.14651e-03 7.78099e-05 -4.88552e-06 1.20734e-06 3.25505e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
20 20.655 2.172
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
8.48827e-06 1.27088e-06 -4.12476e-07 7.62650e-09
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
21 -14.163 -0.705
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
6.34913e-05 -5.55093e-06 -2.18822e-07 5.67198e-09
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
5 -83.332 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.01931e-05 -1.99182e-08 2.10982e-10 -1.07813e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
7 -219.382 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-7.79808e-05 -9.78436e-07 2.06198e-08 4.17971e-10 -9.04989e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
8 7.253 0.108
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
3.53561e-05 1.81435e-06 -4.09283e-07 1.46449e-08 -4.48012e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
12 263.939 -8.501
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-2.84161e-04 -3.58819e-06 2.07140e-07
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
14 4.672 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-4.28460e-04 2.56408e-05 -7.90463e-07 2.10375e-07 2.49609e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
15 -25.291 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.14651e-03 7.78099e-05 -4.88552e-06 1.20734e-06 3.25505e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
20 20.655 2.172
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
8.48827e-06 1.27088e-06 -4.12476e-07 7.62650e-09
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
21 -14.163 -0.705
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
6.34913e-05 -5.55093e-06 -2.18822e-07 5.67198e-09
各種データ
ズーム比 9.60
広角 中間 望遠
焦点距離 5.12 15.93 49.16
Ｆナンバー 3.29 5.49 6.00
画角 79.91 27.16 9.03
像高 3.62 3.87 3.88
レンズ全長 41.84 53.45 58.92
バックフォーカス 6.02 4.25 4.66
Ｄ６ 0.30 8.86 18.86
Ｄ１２ 15.35 8.83 1.44
Ｄ１９ 2.15 13.51 15.94
Ｄ２１ 4.51 2.83 3.17
ズーム比 9.60
広角 中間 望遠
焦点距離 5.12 15.93 49.16
Ｆナンバー 3.29 5.49 6.00
画角 79.91 27.16 9.03
像高 3.62 3.87 3.88
レンズ全長 41.84 53.45 58.92
バックフォーカス 6.02 4.25 4.66
Ｄ６ 0.30 8.86 18.86
Ｄ１２ 15.35 8.83 1.44
Ｄ１９ 2.15 13.51 15.94
Ｄ２１ 4.51 2.83 3.17
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 2 35.31
2 7 -7.62
3 14 11.31
4 20 14.84
群 始面 焦点距離
1 2 35.31
2 7 -7.62
3 14 11.31
4 20 14.84
上記条件式に係るデータ
条件式（１） （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０１
条件式（２） （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．００
条件式（３） ０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ： ０．６６
条件式（４） ４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ： ９．６０
条件式（１） （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０１
条件式（２） （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．００
条件式（３） ０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ： ０．６６
条件式（４） ４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ： ９．６０
図９は、本実施例に係る撮像装置の備えるズームレンズの無限遠物点合焦時の構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図１０は、図９に示したズームレンズを備えた撮像装置の無限遠物点合焦時における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。図１１は、図９及び図１０に示したズームレンズの光路を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端における状態をそれぞれ示している。
まず、図８を用いて、本実施例のズームレンズを備えた撮像装置の構成を説明する。本実施例のズームレンズを備えた撮像装置は、光軸Ｌｃ上に、物体側から順に、開口部材Ａ、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ1、フレア絞りＦ、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ2、開口絞りＳ、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ3、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ4、撮像面ＩＭを持つＣＣＤが配置されている。また、第４レンズ群Ｇ4とＣＣＤとの間には、物体側から順に、平面平板状のローパスフィルターＬＰＦ、平面平板状のＣＣＤカバーガラスＣＧが配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり負の屈折力を持つレンズＬ11と、像側の面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ12とにより構成されている。なお、レンズＬ11とレンズＬ12とは、接着剤により接合されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、両面が非球面の両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ21と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり負の屈折力を持つレンズＬ22と、像側の面が非球面の両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ23とにより構成されている。なお、レンズＬ22とレンズＬ23とは、接着剤により接合されている。
第３レンズ群Ｇ3は、物体側から順に、像側の面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ31と、両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ32と、両凹レンズであり負の屈折力を持つレンズＬ33とにより構成されている。なお、レンズＬ32とレンズＬ33とは、接着剤により接合されている。
第４レンズ群Ｇ4は、両面が非球面の両凸レンズであり正の屈折力を持つレンズＬ4のみにより構成されている。
また、広角端から望遠端に変倍する際に、第１レンズ群Ｇ1は、開口部材Ａとフレア絞りＦとともに光軸Ｌｃ上を物体側に移動する。第２レンズ群Ｇ2は、第１レンズ群Ｇ1との間隔を広げつつまず物体側に移動した後に像側に移動するようにして光軸Ｌｃ上を往復運動する。第３レンズ群Ｇ3は、明るさ絞りＳとともに第２レンズ群Ｇ2との間隔を狭めつつ光軸Ｌｃ上を物体側に移動する。第４レンズ群Ｇ4は、第３レンズ群Ｇ3との間隔を広げつつまず像側に移動した後に物体側に移動するようにして光軸Ｌｃ上を往復運動する。
なお、フレア絞りＦは、その面が、光軸上において、第１レンズ群Ｇ1の最も像側のレンズであるレンズＬ22の像側の面の頂点の位置と、レンズＬ22の像側の面の外縁の位置との間になるようにして配置されている。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （開口部） ∞ 1.50
2 23.990 0.60 1.94595 17.98
3 20.014 0.01 1.56384 60.67
4 20.014 3.61 1.59201 67.02
5 （非球面） -81.633 -0.28
6 （フレア絞り） ∞ 0.28
7 ∞ Ｄ７
8 （非球面） -119.663 0.80 1.85135 40.10
9 （非球面） 7.135 2.77
10 -49.115 1.72 1.94595 17.98
11 -12.221 0.01 1.56384 60.67
12 -12.221 0.70 1.77377 47.17
13 （非球面） 1391.402 Ｄ１３
14 （開口絞り） ∞ 0.00
15 （非球面） 4.647 2.44 1.59201 67.02
16 （非球面） -25.229 0.10
17 （非球面） 8.387 1.69 1.49700 81.54
18 -9.072 0.01 1.56384 60.67
19 -9.072 0.41 1.62004 36.26
20 3.398 Ｄ２０
21 （非球面） 17.586 2.64 1.53113 55.80
22 （非球面） -13.846 Ｄ２３
23 ∞ 0.40 1.54771 62.84
24 ∞ 0.50
25 ∞ 0.50 1.51633 64.14
26 ∞ 0.37
27 （撮像面） ∞
なお、面番号５に係る面間隔は、第１レンズ群の最も像側のレンズの像側の面である面番号５の面から、フレア絞りである面番号６の面までの距離であり、面番号６に係る面間隔は、フレア絞りである面番号６の面から、第１レンズ群の最も像側のレンズの像側の面である面番号７（面番号５）の面までの距離である。
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （開口部） ∞ 1.50
2 23.990 0.60 1.94595 17.98
3 20.014 0.01 1.56384 60.67
4 20.014 3.61 1.59201 67.02
5 （非球面） -81.633 -0.28
6 （フレア絞り） ∞ 0.28
7 ∞ Ｄ７
8 （非球面） -119.663 0.80 1.85135 40.10
9 （非球面） 7.135 2.77
10 -49.115 1.72 1.94595 17.98
11 -12.221 0.01 1.56384 60.67
12 -12.221 0.70 1.77377 47.17
13 （非球面） 1391.402 Ｄ１３
14 （開口絞り） ∞ 0.00
15 （非球面） 4.647 2.44 1.59201 67.02
16 （非球面） -25.229 0.10
17 （非球面） 8.387 1.69 1.49700 81.54
18 -9.072 0.01 1.56384 60.67
19 -9.072 0.41 1.62004 36.26
20 3.398 Ｄ２０
21 （非球面） 17.586 2.64 1.53113 55.80
22 （非球面） -13.846 Ｄ２３
23 ∞ 0.40 1.54771 62.84
24 ∞ 0.50
25 ∞ 0.50 1.51633 64.14
26 ∞ 0.37
27 （撮像面） ∞
なお、面番号５に係る面間隔は、第１レンズ群の最も像側のレンズの像側の面である面番号５の面から、フレア絞りである面番号６の面までの距離であり、面番号６に係る面間隔は、フレア絞りである面番号６の面から、第１レンズ群の最も像側のレンズの像側の面である面番号７（面番号５）の面までの距離である。
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
5 -81.633 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.07975e-05 -2.33198e-08 2.23143e-10 -1.11486e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
8 -119.663 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
6.97736e-06 -1.51633e-06 -6.73939e-09 1.12137e-09 -1.53525e-11
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
9 7.135 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.61852e-04 5.23127e-06 -1.40862e-07 4.39299e-09 -4.10602e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
13 1391.402 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-2.83385e-04 -5.68516e-06 8.44218e-08 1.07571e-08 -2.27133e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
15 4.647 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-3.57433e-04 1.75624e-05 1.81288e-06 -5.08442e-09 4.08679e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
16 -25.229 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.26421e-03 5.98140e-05 3.66397e-06 6.18940e-09 1.23571e-07
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
21 17.586 1.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
7.35861e-05 4.19366e-06 -1.25570e-06 6.02317e-08 -9.47479e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
22 -13.846 -0.664
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.69596e-04 -1.68121e-05 2.77678e-07 -2.47101e-09 1.25457e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
5 -81.633 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.07975e-05 -2.33198e-08 2.23143e-10 -1.11486e-12
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
8 -119.663 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
6.97736e-06 -1.51633e-06 -6.73939e-09 1.12137e-09 -1.53525e-11
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
9 7.135 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.61852e-04 5.23127e-06 -1.40862e-07 4.39299e-09 -4.10602e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
13 1391.402 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-2.83385e-04 -5.68516e-06 8.44218e-08 1.07571e-08 -2.27133e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
15 4.647 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
-3.57433e-04 1.75624e-05 1.81288e-06 -5.08442e-09 4.08679e-08
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
16 -25.229 0.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.26421e-03 5.98140e-05 3.66397e-06 6.18940e-09 1.23571e-07
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
21 17.586 1.000
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
7.35861e-05 4.19366e-06 -1.25570e-06 6.02317e-08 -9.47479e-10
面番号 曲率半径 円錐係数
Ｒ Ｋ
22 -13.846 -0.664
非球面係数
Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10 Ａ12
1.69596e-04 -1.68121e-05 2.77678e-07 -2.47101e-09 1.25457e-10
各種データ
ズーム比 9.61
広角 中間 望遠
焦点距離 5.06 16.07 48.63
Ｆナンバー 3.27 5.66 6.00
画角 80.14 26.87 9.00
像高 3.56 3.82 3.82
レンズ全長 41.14 52.33 57.90
バックフォーカス 5.87 4.12 4.37
Ｄ７ 0.30 8.03 18.61
Ｄ１３ 15.14 8.21 1.38
Ｄ２０ 2.33 14.48 16.03
Ｄ２２ 4.36 2.69 2.88
ズーム比 9.61
広角 中間 望遠
焦点距離 5.06 16.07 48.63
Ｆナンバー 3.27 5.66 6.00
画角 80.14 26.87 9.00
像高 3.56 3.82 3.82
レンズ全長 41.14 52.33 57.90
バックフォーカス 5.87 4.12 4.37
Ｄ７ 0.30 8.03 18.61
Ｄ１３ 15.14 8.21 1.38
Ｄ２０ 2.33 14.48 16.03
Ｄ２２ 4.36 2.69 2.88
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 2 34.77
2 8 -7.53
3 15 11.16
4 21 15.02
群 始面 焦点距離
1 2 34.77
2 8 -7.53
3 15 11.16
4 21 15.02
上記条件式に係るデータ
条件式（１） （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０７
条件式（２） （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０５
条件式（３） ０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ： ０．６５
条件式（４） ４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ： ９．６１
条件式（１） （ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０７
条件式（２） （ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ： １．０５
条件式（３） ０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ： ０．６５
条件式（４） ４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ： ９．６１
なお、上記各実施例においては、撮像素子、開口部材の開口部、フレア絞りの開口部の形状は、それぞれ略矩形であるが、そのような形状に限られるものではない。
また、本発明に係る撮像装置は、以下のように構成しても良い。
本発明に係る撮像装置は、撮像素子で得られた画像データを、倍率色収差による色のずれを補正した画像データに変換する画像変換部を備えることが好ましい。このように画像変換部を備える構成とすれば、撮像装置の備えるズームレンズによる倍率色収差を電気的に補正することにより、さらに良好な画像を得ることができるようになる。
一般に、デジタルカメラでは、被写体の像を第１原色，第２原色，第３原色の３原色の像に分解して、それぞれの出力信号を演算により重ね合わせてカラー画像を再現するようにしている。しかし、ズームレンズに倍率色収差がある場合、第１原色の光による像を基準にして考えると、第２原色と第３原色の光による像の結像位置は第１原色の像の結像位置からずれることになる。
そのようなずれの原因となる倍率色収差を電子的に補正するためには、第１原色に対する第２原色や第３原色の像の結像位置のずれの量を、撮像素子の各画素ごとにズームレンズの収差情報に基いて予め求めておき、各画素ごとに第１原色の像の結像位置とのずれの量だけ補正するよう座標変換を行ってやればよい。
例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の出力信号からなる画像の場合、緑（Ｇ）に対する赤（Ｒ）と青（Ｂ）の像の結像位置のずれの量を各画素について求めておき、緑（Ｇ）の像の結像位置とのずれがなくなるように撮影画像の座標変換を行い、その後に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の信号を出力してやればよい。
なお、倍率色収差はズーム、フォーカス、絞り値によって変化するが、各レンズポジション（ズーム、フォーカス、絞り値）ごとに、この第１原色からの第２原色および第３原色のずれ量を補正データとして記憶保持装置に記憶させておくと良い。ズームポジションに応じてこの補正データを参照すれば、第１原色信号に対する第２及び第３原色のずれを補正した第２及び第３原色信号を出力することができる。
また、本発明に係る撮像装置は、ズームレンズのピント調節を行うためのフォーカシングを、ズームレンズを構成する複数のレンズ群のうち、最も像側のレンズ群で行うことが望ましい。そのような位置に配置されているレンズ群はレンズ重量が軽量であるため、フォーカシングの際にモータにかかる負荷が少ない。さらに、フォーカシング時に全長が変化せず、鏡枠内部に駆動モータを配置することもできるし、鏡枠を小型化することもできる。
なお、フォーカシングは、上述のように最も像側のレンズ群により行うことが望ましいが、他のレンズ群で行っても良い。また、複数のレンズ群で行っても良い。この場合には、フォーカシングのよる性能劣化をより効率的に抑えることができる。また、そのフォーカシングは、ズームレンズ全体を移動させて行っても良いし、一つのレンズ群の一部のレンズを移動させて行っても良い。
また、本発明に係る撮像装置は、画像周辺部の明るさのかげり（シェーディング）を、ＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減しても良い。例えば、各像高における光線の入射角に合わせてＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えても良い。また、画像処理により画像周辺部の低下量を補正しても良い。
本発明に係る撮像装置のフレア絞りは、枠部材を用いて構成しても良いし、別の部材を用いて構成しても良い。さらに、フレア絞りは、光学部材に直接印刷で構成しても良いし、塗料や接着シール等を用いて構成しても良い。また、フレア絞りは、有害光束をカットするだけでなく画面周辺のコマフレア等の光束をカットするようにしても良い。
また、本発明に係る撮像装置に備えられているズームレンズの各レンズには、反射防止コートを施し、ゴースト・フレアを軽減するようにしても良い。その場合、さらに、効果的にゴースト・フレアを軽減するためには、施す反射防止コートを、マルチコートとすることが望ましい。また、赤外カットコートを、ローパスフィルターにではなく、各レンズのレンズ面やカバーガラス等に施しても良い。
なお、ゴースト・フレアの発生を防止するためにレンズの空気接触面に反射防止コートを施すことが一般的に行われている。一方、接合レンズの接合面における接着剤の屈折率は空気の屈折率よりも十分高い。そのため、接合レンズの接合面は、もともと単層コート並み、あるいはそれ以下の反射率となっていることが多いので、あえてコートを施すことは少ない。しかし、接合レンズの接合面にも積極的に反射防止コートを施せば、さらにゴースト・フレアを軽減することができ、さらに良好な画像を得ることができるようになる。
特に、最近では、高い収差補正効果の得られる高屈折率硝材が普及し、カメラ用光学系にも多用されるようになってきているが、高屈折率硝材を接合レンズに用いた場合には、接合面での反射も無視できなくなってくる。そのため、そのような場合には、接合面にも反射防止コートを施しておくと効果的である。
このような接合面に対する効果的なコーティング方法に関しては、特開平２−２７３０１号公報，特開２００１−３２４６７６号公報，特開２００５−９２１１５号公報，ＵＳＰ第７１１６４８２号明細書等に開示されている。使用するコート材としては、基材となるレンズの屈折率と接着剤の屈折率に応じて、比較的高屈折率の得られるＴａ2Ｏ5，ＴｉＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，ＣｅＯ2，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＺｎＯ，Ｙ2Ｏ3などのコート材、比較的低屈折率の得られるＭｇＦ2，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3などのコート材等を適宜選択し、位相条件を満たすような膜厚に設定すれば良い。
また、当然のことながら、レンズの空気接触面へのコートと同様、接合面へのコートをマルチコートとしても良い。その場合、各層のコート材や膜厚を適宜組み合わせることにより、さらなる反射率の低減や、反射率の分光特性・角度特性等のコントロール等を行うことが可能となる。
Ａ 開口部材
Ａa 開口部材の開口部
ＣＧ カバーガラス
Ｆ フレア絞り
Ｆa フレア絞りの開口部
Ｇ1 第１レンズ群
Ｇ2 第２レンズ群
Ｇ3 第３レンズ群
Ｇ4 第４レンズ群
ＩＭ 撮像面
Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22，Ｌ23，Ｌ31，Ｌ32，Ｌ33，Ｌ34，Ｌ4 レンズ
Ｌｃ 光軸
ＬＦ 光束
ＬＦW 広角端のときの開口部材における有効光束
ＬＦW’ 広角端のときのフレア絞りにおける有効光束
ＬＦT 望遠端のときの開口部材における有効光束
ＬＦT’ 望遠端のときのフレア絞りにおける有効光束
ＬＰＦ ローパスフィルター
ＰＲ 主光線
Ｓ 開口絞り
Ａa 開口部材の開口部
ＣＧ カバーガラス
Ｆ フレア絞り
Ｆa フレア絞りの開口部
Ｇ1 第１レンズ群
Ｇ2 第２レンズ群
Ｇ3 第３レンズ群
Ｇ4 第４レンズ群
ＩＭ 撮像面
Ｌ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22，Ｌ23，Ｌ31，Ｌ32，Ｌ33，Ｌ34，Ｌ4 レンズ
Ｌｃ 光軸
ＬＦ 光束
ＬＦW 広角端のときの開口部材における有効光束
ＬＦW’ 広角端のときのフレア絞りにおける有効光束
ＬＦT 望遠端のときの開口部材における有効光束
ＬＦT’ 望遠端のときのフレア絞りにおける有効光束
ＬＰＦ ローパスフィルター
ＰＲ 主光線
Ｓ 開口絞り
Claims (6)
- 物体側から順に、開口部を有する開口部材と、複数のレンズ群の間隔を適宜変化させることによって変倍を行うズームレンズと、撮像素子とを備える撮像装置において、
所定の形状の開口部を有するフレア絞りが、前記複数のレンズ群のうち最も物体側にあるレンズ群と一体的に設けられており、
前記開口部材の開口部が、広角端のときには有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときには有効光束の一部を遮断し、
前記フレア絞りが、広角端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束を遮断せず、かつ、望遠端のときには前記開口部材の開口部を通過した有効光束のうち前記開口部材の開口部の淵に当たって散乱した光を遮断することを特徴とする撮像装置。 - 前記開口部材の開口部、前記フレア絞りの開口部及び前記撮像素子の有効撮像領域が略矩形であり、
次の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
（ＸA／ＹA）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（１）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸAは前記開口部材の有する開口部のＸ方向の最大値、ＹAは前記開口部材の有する開口部のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。 - 前記開口部材の開口部、前記フレア絞りの開口部及び前記撮像素子の有効撮像領域が略矩形であり、
次の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
（ＸI／ＹI）／（ＸF／ＹF） ＜ １．１０ ・・・（２）
ただし、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向をＸ方向、前記撮像素子の有効撮像領域の長手方向と直交する方向をＹ方向とし、ＸIは前記撮像素子の有効撮像領域のＸ方向の最大値、ＹIは前記撮像素子の有効撮像領域のＹ方向の最大値、ＸFは前記フレア絞りの有する開口部のＸ方向の最大値、ＹFは前記フレア絞りの有する開口部のＹ方向の最大値である。 - 前記ズームレンズが、物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を持つ第３レンズ群とを有し、
前記撮像素子が固体撮像素子であって、
変倍の際に前記フレア絞りと前記第１レンズ群とが一体的に移動し、
次の条件式（３）及び（４）を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
０．５ ＜ ｆｗ／Ｄ ＜ １ ・・・（３）
４．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ５０ ・・・（４）
ただし、ｆｗは前記ズームレンズの広角端での焦点距離、ｆｔは前記ズームレンズの望遠端での焦点距離、Ｄは前記固体撮像素子の対角長である。 - 前記開口部材と前記フレア絞りが、望遠端のとき、有効光束の最大像高の主光線を遮断しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
- 歪曲収差を画像処理により補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
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