JP5397063B2 - 撮像光学系およびカメラ装置および携帯情報端末装置 - Google Patents

Description

この発明は、撮像光学系およびカメラ装置および携帯情報端末装置に関する。
この撮像光学系は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの撮影用レンズとして好適に用いることができるほか、銀塩写真カメラの撮影用レンズとして用いることができる。
従ってこの発明のカメラ装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、銀塩写真カメラとして実施できる。そして、このデジタルカメラやデジタルビデオカメラを撮影機能部として通信等の情報処理を可能とした携帯情報端末装置を実現できる。

デジタルカメラが広く普及し、性能も高くなってきており、カメラのタイプも多様化してきている。その中で「高性能な単焦点レンズを搭載した小型で高画質のコンパクトカメラ」を求めるユーザも多く、高性能であることに加えＦナンバが小さい「大口径」で「画角の大きい」ものの実現に対する期待が大きい。

「高性能」という面では、少なくとも１０００万〜２０００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、絞り開放からコマフレアが少なく、高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れがなく、色収差が少なく「輝度差の大きな部分にも不要な色付きを生じない」ことや、歪曲収差が少なく直線を直線として描写可能なこと等が求められる。

また「大口径」という面では、ズームレンズを搭載した一般のコンパクトカメラとの差別化の面から「Ｆ２．０以下」のＦナンバを望む声も少なくない。

さらに「画角」については、３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で２８ｍｍに相当する「半画角：３８度」以上が好ましい。

デジタルカメラは近来、コンパクト化が進みつつあるが、非撮影時の「さらなるコンパクト化」が求められている。

デジタルカメラのコンパクト化については、非撮影時に、撮像光学系のレンズ群間やレンズ間の間隔を狭めて、撮像光学系全体をデジタルカメラ本体内に収納し、デジタルカメラ本体から撮像光学系部分が突出しないようにする「沈胴式の収納」が提案されている。

しかし、大口径化に伴って撮像光学系のレンズ枚数が増加すると、沈胴式の収納により光軸上のレンズ群間隔やレンズ間隔を狭めても、レンズ枚数に応じてレンズの厚みが重なることにより、沈胴式に収納しても「鏡胴部の長さ」が増加し、カメラ本体内への十分な収納ができなくなることが考えられる。

「広角で単焦点の撮像光学系」に適した代表的なレンズ構成として、物体側に負の屈折力のレンズ群（前群）を配し、像側に正の屈折力のレンズ群（後群）を配した所謂「レトロフォーカスタイプ」がある。
レトロフォーカスタイプは、射出瞳位置を像面から遠ざけて「周辺光束が像面に対し垂直に近い角度で入射する」ようにできるため、「各画素に色フィルタやマイクロレンズを有するエリアセンサ」を用いるデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像光学系の構成として好適である。
しかし反面、レトロフォーカスタイプは「屈折力配置の非対称性」が大きく、コマ収差や歪曲収差、倍率色収差等の補正が不完全になりがちである。

レトロフォーカスタイプの単焦点の撮像光学系は、従来から種々のものが知られているが、その中で、負の前群・絞り・正の後群から成り、Ｆナンバが比較的小さく、且つ、比較的広画角であるものとして、特許文献１〜４記載のものが知られている。

特許文献１開示の撮像光学系は、Ｆ１．４と大口径ではあるものの、非点収差や像面湾曲が大きく、絞り開放付近では周辺部での性能に問題があり「１０００万〜２０００万画素の撮像素子」への対応は困難であると考えられる。

特許文献２、３開示の撮像光学系は、Ｆ２．８と「大口径化の面」で昨今の要求水準に照らして十分ではなく、非点収差や像面湾曲、倍率色収差の面でも「１０００万〜２０００万画素の撮像素子」に適合する水準にない。

特許文献４記載の撮像光学系は、非点収差や像面湾曲、歪曲収差が良好に補正されているが球面収差がやや大きく、Ｆナンバの小さい実施例は、コンパクト性の面で昨今要求されるレベルに対してやや不充分である。

デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯情報端末装置において、撮像光学系の沈胴式の収納を「よりコンパクトに実現する」ものとして、撮像光学系を構成するレンズを、光軸から退避させて沈胴による収納を行なうものが特許文献５に開示されている。

特許文献５は、沈胴式に収納される撮像光学系については具体的な記載が無く、大口径化に伴って撮像光学系のレンズ枚数が増加した場合には、収納時のコンパクト性を高めるためになお工夫が必要であると考えられる。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、半画角：３８度以上の広画角で、Ｆナンバ：２．０以下の大口径であり、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に好適に適合できる高性能を有する撮像光学系の実現を課題とする。

また、かかる撮像光学系を用い、非撮影時には撮像光学系をコンパクトに収納できるカメラ装置、携帯情報端末装置の実現を課題とする。

この発明の撮像光学系は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、形態情報端末装置等の撮像光学系として好適に使用可能な「単焦点の撮像光学系」であって、以下の如き特徴を有する（請求項１）。

即ち、撮像光学系は、開口絞りと、この開口絞りの物体側に配置される第１レンズ群と、上記開口絞りの像側に配置され正のパワーを有する第２レンズ群とで構成される。

即ち、開口絞りの物体側に配置されるのが第１レンズ群であり、開口絞りの像側に配置されるのが第２レンズ群である。

「第１レンズ群」は、物体側から順に、負のパワーを有する第１Ｆレンズ群と、正のパワーを有する第１Ｒレンズ群とを、上記第１レンズ群中で最も広い空気間隔を隔して配置してなる。

即ち、第１レンズ群中に配置されたレンズ間隔（空気間隔）は、第１Ｆレンズ群の最も像側のレンズ面と第１Ｒレンズ群の最も物体側のレンズ面との間の間隔が、第１レンズ群中で最も大きい。

「第１Ｆレンズ群」は、少なくとも２枚の負レンズを有する。
「第１Ｒレンズ群」は、少なくとも１枚の正レンズを有する。

「第２レンズ群」は、開口絞りの像側に配置され、物体側から順に、第２Ｆレンズ群と、第２Ｒレンズ群とを配してなる。

「第２Ｆレンズ群」は、物体側から順に、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズが、この順序に配置されて、第２Ｆレンズ群全体としては正のパワーを持つ。
第１正レンズと第１負レンズとは「正または負の合成焦点距離」を有し、第２負レンズと第２正レンズとが「正の接合レンズ」として接合されてなる。
また、第１負レンズは「像側に凸のメニスカスレンズ」である。

即ち、第２Ｆレンズ群は「第１正レンズと第１負レンズとによる正または負の合成パワー」と、第２負レンズと第２正レンズが接合された「正の接合レンズ」による正の合成パワーとにより、第２Ｆレンズ群全体として「正のパワー」を持つのである。
「第２Ｒレンズ群」は、少なくとも１枚のレンズを有する。

請求項１記載の撮像光学系は、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２Ｆレンズ群の焦点距離：ｆ２、第２Ｒレンズ群の焦点距離：ｆ３が、条件：
（１） ０．２ ＜ ｆ／ｆ２ ＜ ０．５
（３） ｜ｆ１｜／ｆ ＞ ８．０
（４） ０．３ ＞ ｜ｆ／ｆ３｜ ＞ ０．１
を満足する。

請求項１記載の撮像光学系における「第１Ｆレンズ群」は、上記の如く「少なくとも２枚の負レンズ」を有するが、第１Ｆレンズ群を「２枚の負レンズからなる」構成とすることができる（請求項２）。
請求項１または２記載の撮像光学系は、第２Ｆレンズ群内における、第１正レンズと第１負レンズとの正または負の合成焦点距離：ｆ２１、第２負レンズと第２正レンズとの「正の接合レンズ」の合成焦点距離：ｆ２２が、条件：
（２） ｜ｆ２２／ｆ２１｜ ＜ ０．５
を満足することが好ましい（請求項３）。

上記合成焦点距離：ｆ２２は、第１正レンズと第１負レンズの正・負のパワーの大小関係に応じて、正または負の値を取る。

請求項１または２または３記載の撮像光学系は、光軸上における、第２Ｆレンズ群の厚み：Ｔ２ｆ、第１レンズ群の厚み、：Ｔ１、第２Ｒレンズ群の厚み：Ｔ２ｒが、条件：
（５） １ ≧ Ｔ２ｆ／（Ｔ１＋Ｔ２ｒ） ＞ ０．１
を満足することが好ましい（請求項４）。

請求項１〜４の任意の１に記載の撮像光学系における「第２Ｆレンズ群内の、第１正レンズと第１負レンズ」は、接合レンズとして接合されていることができる（請求項５）。
請求項１〜５の任意の１に記載の撮像光学系は「第２レンズ群の全体または一部を移動させて、無限遠から近距離へのフォーカシングを行う」ことが好ましい（請求項６）。

この発明のカメラ装置は、請求項１〜６の任意の１に記載の撮像光学系を有する（請求項７）。
このカメラ装置は、銀塩写真カメラとして実施することもできるが、「撮影画像をデジタル情報とする機能」を有することが好ましく（請求項８）、従ってデジタルカメラやデジタルビデオカメラとして好適に実施できる。

この発明の携帯情報端末装置は「請求項８記載のカメラ装置を撮影機能部として有」する（請求項９）。

請求項１０記載のカメラ装置は、請求項７または８記載のカメラ装置において「撮像光学系が沈胴式に収納される」ものであり、収納時に「撮像光学系の第２Ｆレンズ群が、光軸上から退避可能」であることを特徴とする。

請求項１１記載の携帯情報端末装置は、請求項９記載の携帯情報端末装置において「撮像光学系が沈胴式に収納される」ものであり、収納時に「撮像光学系の第２Ｆレンズ群が、光軸上から退避可能」であることを特徴とする。

即ち、請求項１０、１１において第２Ｆレンズ群は「撮影時には、他のレンズ群と共に同一光軸上に位置」し、沈胴式の収納時には、光軸から退避した状態で「自らも沈胴」するとともに、光軸から退避することにより「第２Ｆレンズ群」が占めていた空間に、第１レンズ群が沈胴式に移動することにより収納される。

従って、上の説明において「撮像光学系の第２Ｆレンズ群が、光軸上から退避可能」であるとは、第２Ｆレンズ群収納時に、光軸から退避した第２Ｆレンズ群が、他の群の収納の妨げにならないような退避が可能であることを意味する。

説明を補足する。
前述の如く、デジタルカメラやデジタルビデオカメラは、小型化、広角化に対する要望が強く、小型・広角を保ちつつ大口径化を進めることが求められている。
一般に、大口径化していくと、増大する「光線の収差」を補正するために撮像光学系が長大化する傾向にある。
この発明の撮像光学系は、上述の如く、開口絞りの物体側に第１レンズ群、像側に第２レンズ群を配したものであり、レンズタイプとしては「レトロフォーカスタイプ」に類するものである。

周知の如く、レトロフォーカスタイプの撮像光学系は、一般に、物体側に負の屈折力、像側に正の屈折力を配設したものであり、その非対称性から歪曲収差や倍率色収差等が発生しやすく、それら収差の低減が大きな課題となる。

また、大口径化に伴い「コマ収差や、コマ収差の色差」の補正の困難性が増大する。
この発明の撮像光学系は、発明者が上記の如き構成により、上記各収差の良好な補正が可能であることを見出してなされたものである。

即ち、この発明の撮像光学系において、開口絞りの物体側に配置される第１レンズ群は「第２レンズ群に付加したワイドコンバータのような役割」を果たすものと考えることができる。

第１レンズ群は、物体側から負の屈折力（第１Ｆレンズ群）、正の屈折力（第１Ｒレンズ群）が順に配置されるが、これら正・負屈折力の間隔を「第１レンズ群内で最大」とすることにより、十分な画角の確保と「球面収差を始めとする各種収差の補正」の両立を可能としている。

また、第１Ｒレンズ群と第２Ｆレンズ群とは「開口絞りを挟んで対峙」するので、これら「開口絞り前後の正の屈折力」のバランスにより、コマ収差をコントロールするという側面もある。

この発明の結像レンズにおいては「第２Ｆレンズ群が主要な結像作用を担って」おり、収差補正上も最も重要なレンズ群である。
第２Ｆレンズ群は、屈折力配置として正・負・正の所謂トリプレット型を基本とし、トリプレット型の最後の正の屈折力を「第２負レンズと第２正レンズからなる正の接合レンズ」とし、第２Ｆレンズ群全体として「正・負・正のテッサータイプ」とした。

開口絞りが第２Ｆレンズ群の物体側に配設されることから、第１正レンズ・第１負レンズのペアと、第２負レンズ・第２正レンズのペア（正の接合レンズ）とでは軸外光線の高さが異なるので、このことを利用して「軸上色収差と倍率色収差の双方を有効に低減させる」ことができるようにしている。
さらに、通常のテッサータイプでは「正・負・正における負レンズの前後の正のパワーバランス」が直接的に歪曲収差に影響しやすいが、この発明の撮像光学系では、開口絞りが第２Ｆレンズ群の物体側に配設されることから、第１負レンズの前後の正のパワーバランスが直接的に歪曲収差に影響しなくなり、コマ収差の補正や偏心感度の低減のための自由度が増大している。

第２負レンズの自由度を利用して「コマ収差の色差」を低減することも可能となった。

第２Ｒレンズ群には、収差のバランス取りと射出瞳距離のコントロールの役目を持たせている。この第２Ｒレンズ群に正の屈折力を持たせれば、射出瞳距離の確保に効果があることは言うまでもないが、射出瞳距離が短くて良い場合には、第２Ｒレンズ群に負の屈折力を持たせて「レンズ全長の短縮」に寄与させることも可能である。

上記の如き構成によれば「収差補正上の大きな効果」を得ることが可能であり、半画角：３８度程度の広角、Ｆナンバ：２．０程度以下の大口径、という厳しい条件の下でも非常に高い像性能の達成が可能となる。
上記の如く、請求項１の撮像光学系においては、第２Ｆレンズ群を収差補正上の最重要のレンズ群とし、また撮像光学系における「主要な結像作用」を担わせている。

条件（１）は、第２Ｆレンズ群の「主要な結像作用」を確保する条件であり、パラメータ：ｆ／ｆ２が、条件（１）の下限値を越えると、撮像光学系全系中における第２Ｆレンズ群の結像作用への寄与が十分に大きくならず、第２Ｆレンズ群の存在意義が小さくなり、広角且つ大口径という厳しい条件の下で高い性能を保つことが困難になる。

パラメータ：ｆ／ｆ２が、条件（１）の上限値を超えると、撮像光学系全系中における第２Ｆレンズ群の結像作用への寄与が過大となり、第２Ｆレンズ群内における「球面収差を始めとする諸収差のやり取り」が過大となり、レンズの偏心や空気間隔に対する要求精度が高くなり、撮像光学系組み付けに高精度を要求され、製造上の困難を招来する。

また、この発明の撮像光学系を用いるカメラ装置や携帯情報端末において、収納時に第２Ｆレンズ群を光軸から退避させるのであるが、条件（１）を満足しないときは、第２Ｆレンズ群を退避可能な群として構成することが困難になる恐れもある。

条件（３）は、第２Ｆレンズ群と第１レンズ群の機能をバランスさせる条件である。
パラメータ：｜ｆ１｜／ｆに含まれる「ｆ１（第１Ｆレンズ群の焦点距離）」は、正・負何れの値を取ることも可能であるが、第１Ｆレンズ群の屈折力が正である場合（ｆ１＞０）に、パラメータ：｜ｆ１｜／ｆが条件（３）の下限値を超えると、第１Ｆレンズ群の正の屈折力が、全系の屈折力に対して相対的に小さくなるが、それに応じて第２Ｆレンズ群の結像作用が相対的に弱くなり、第２Ｆレンズ群が全系の中で担うべき収差補正の役割が小さくなり、軸上色収差と倍率色収差の双方を有効に低減させることが困難となる恐れがある。

また、第１Ｆレンズ群の屈折力が負である場合（ｆ１＜０）に、パラメータ：｜ｆ１｜／ｆが条件（３）の下限値を超えると、第２Ｆレンズ群を通る軸上マージナル光が高くなり、第２Ｆレンズ群の有効径が過大となって撮像光学系のコンパクト化を困難とし易い。

また、開口絞りの口径が過大となる。
さらに、第２レンズ群の屈折力を比較的強くする必要が生じ、像面の曲がりの増大や、負の歪曲収差が大きく発生しやすくなる。
第１Ｆレンズ群のパワーの正・負に係わらず、条件（３）の下限値を超えると、第１レンズ群内における「球面収差を初めとする諸収差のやり取り」が過大となって、レンズ間の偏心や空気間隔に対する要求精度が高くなり易い。

なお、第１レンズ群のパワーが負であると、第２レンズ群の屈折力を比較的強くする必要があり、第２レンズ群のせいの屈折力を強くすると、像面の曲がりが大きくなったり、負の歪曲収差が大きく発生しやすくなったりするので、第１Ｆレンズ群は、その屈折力を正とし、条件：
（３Ａ） ｆ１／ｆ＞８．０
を満足させるのがよい。

条件（４）は、第２レンズ群における第２Ｆレンズ群と第２Ｒレンズ群の役割バランスを良好にするための条件である。
パラメータ：｜ｆ／ｆ３｜が条件（４）の上限を超えると、第２Ｒレンズ群の屈折力が正であっても負であっても、全系に対する第２Ｒレンズ群のパワーが強くなりすぎ、第２Ｆレンズ群との「球面収差を始めとする諸収差のやりとり」が大きくなり、第２Ｆレンズ群と第２Ｒレンズ群との偏心感度が上昇し、撮像光学系組み付けに高精度を要求され、製造上の困難を招来する恐れがある。
また、第２Ｒレンズ群の屈折力が正である場合に、条件（４）の下限を超えると、第２Ｆレンズ群の結像作用が比較的弱くなり、全系の中で第２Ｆレンズ群が担う収差補正の役割が相対的に小さくなり、軸上色収差と倍率色収差の双方を有効に低減させることが困難となる恐れがある。

請求項３の条件（２）は、請求項１における条件（１）、（３）、（４）を満足させた状態において、性能のさらなる向上を可能とするものである。

第２Ｆレンズ群内において、第２負レンズと第２正レンズとを接合してなる「正の接合レンズ（接合レンズ自体として正の屈折力を持つ接合レンズ）」の焦点距離：ｆ２２を、「第１正レンズと第１負レンズの合成焦点距離：ｆ２１」よりも小さくすることで、軸外光線が第２負レンズと第２正レンズから成る正の接合レンズを「より高く通る」ようにして軸上色収差と倍率色収差の双方をより有効に低減させることが可能となり、収差補正に対する自由度が向上する。

第２Ｆレンズ群内における「第１正レンズと第１負レンズの合成焦点距離：ｆ２１」が正である場合に、条件（２）のパラメータ：｜ｆ２２／ｆ２１｜が上限値を超えると、第２Ｆレンズ群内において「第１正レンズと第１負レンズのペア」と、第２負レンズと第２正レンズのペア（正の接合レンズ）とにおける「軸外光線の高さの差」が小さくなり、軸上色収差と倍率色収差の双方を有効に低減させることが困難となって、収差補正の自由度が低下し、色収差の補正が不十分となる恐れがある。
第２Ｆレンズ群内における「第１正レンズと第１負レンズの合成焦点距離：ｆ２１」が負の場合、パラメータ：｜ｆ２２／ｆ２１｜が条件（２）の上限値を超えると、第１正レンズと第１負レンズによる合成の負のパワーが相対的に大きくなり、第２負レンズと第２正レンズによる「正の接合レンズ」における軸外光線が高くなり、正の接合レンズが大きくなり易い。
また、第１正レンズと第１負レンズのペアと、第２正レンズと第２負レンズのペアとの間における諸収差のやり取りが過大となり、レンズの偏心や空気間隔に対する要求精度が高くなり易い。

パラメータ：｜ｆ２２／ｆ２１｜は、より好ましくは条件（２）に代えて、条件：
（２Ａ） ｜ｆ２２／ｆ２１｜ ＜ ０．２５
を満足することが好ましい。

請求項４における条件（５）は、沈胴式によるレンズ群収納の際に、第２Ｆレンズ群を光軸から退避させるのに好適な条件である。

条件（５）の分母は、撮像光学系全系における第１レンズ群と第２レンズ群との群の厚みの総和から第２Ｆレンズ群の厚みを差し引いたものであり、分子は第２Ｆレンズ群の厚さである。

パラメータ：Ｔ２ｆ／（Ｔ１＋Ｔ２ｒ）が条件（５）の上限値を超えると、光軸から退避可能とする第２Ｆレンズ群の厚みが、退避をしない第１レンズ群の厚みと第２Ｒレンズ群の厚みとの和（条件（５）の分子）よりも大きくなり、第２Ｆレンズ群の「退避先のスペース」が大きくなり、鏡胴部分以外のカメラ装置本体の厚みをかえって増大させる恐れがある。
パラメータ：Ｔ２ｆ／（Ｔ１＋Ｔ２ｒ）が条件（５）の下限値を超えると、第２Ｆレンズ群が薄くなって、この第２Ｆレンズ群を光軸から退避させることによる「鏡胴部分の厚み短縮」の効果が小さく、通常の沈胴鏡胴に対するメリットが減少する。

請求項１の撮像光学系のように、第２Ｆレンズ群内の第１負レンズを「像側に凸のメニスカスレンズ」とすることにより、第２Ｆレンズ群内の第１負レンズの「物体側面および像側面における軸外主光線の入射角・出射角」を小さく抑えることができ、第２Ｆレンズ群内の「第１正レンズと第１負レンズのペア」による軸上色収差の補正の役割をより有効に機能させることが可能となる。
一方、倍率の色収差の補正は「主に第２負レンズと第２正レンズのペア」で行うことにより、軸上色収差補正と倍率色収差補正の役割を分担して行うことが可能となり、収差補正に対する自由度が向上する。

請求項５の撮像光学系のように、第２Ｆレンズ群内の第１正レンズと第１負レンズを接合することにより、撮像光学系の製造容易性を向上させることができる。

第２Ｆレンズ群内の各レンズ面においては、最終的な収差量を低減するために、各収差が大きくやり取りされており、製造誤差感度が高くなりがちである。
第１正レンズと第１負レンズ、第２負レンズと第２正レンズを「それぞれ接合」することにより実質的な製造誤差感度が低減され、安定した性能が得やすくなる。レンズを保持する鏡筒の部品削減にもつながる。

請求項６の撮像光学系のように、第２レンズ群の全体または一部を移動させて無限遠から近距離へのフォーカシングを行う構成は、結像レンズ全体を移動させるフォーカシング方式に比して、移動部分の重量が小さく、フォーカシングの高速化や省電力化に有利であるし、撮影光学系をカメラ装置や形態情報端末装置に組み込んで、沈胴式の収納時の第２レンズ群に関する収納のための機構をフォーカシング機構と共通化できる。
条件（３）が満足されることにより、第１レンズ群の焦点距離が比較的長いため、第１レンズ群と第２レンズ群間の空気間隔が変化しても、第２レンズ群の最も物体側の面を通る軸上マージナル光の高さ変化が少なく、上記空気間隔の誤差に起因する性能劣化が起こりにくい。

上述のように、この発明の撮影光学系は、第２Ｆレンズ群が撮像光学系中で主要な結像作用を持ち、また、第２Ｆレンズ群内での収差のやりとりが、撮像光学系全体の収差補正に対して大きな役割を担っている。
このため、第２Ｆレンズ群内の各レンズの「相対組付け精度」が比較的高く保たれていれば「他のレンズ群に対する第２Ｆレンズ群全体の組付け精度」が比較的低くても、撮像光学系全体の収差補正状態に大きな影響を与えにくい。
この理由により、他のレンズ群との位置精度を高く保つことが比較的に困難である第１レンズ群、第２Ｒレンズ群に対して、第２Ｆレンズ群を「光軸上から退避可能な群」として構成し、収納時には「光軸から、沈胴する他の群に干渉しない位置まで退避」させながら沈胴させることで、収納時の鏡胴部厚を大きく短縮することが可能である。

以上に説明したように、この発明によれば、新規な撮像光学系・カメラ装置・携帯情報端末装置を実現できる。
この発明によれば、後述する実施例に示すように、半画角：３８度以上の広画角、Ｆナンバ：２．０以下の大口径で、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に好適に適合できる高性能を有する撮像光学系を実現できる。

また、かかる撮像光学系を用い、非撮影時には撮像光学系をコンパクトに収納できるカメラ装置、携帯情報端末装置を実現できる。

実施例１の撮像光学系を示す図である。 実施例２の撮像光学系を示す図である。 実施例３の撮像光学系を示す図である。 実施例４の撮像光学系を示す図である。 実施例１の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例２の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例３の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 実施例４の撮像光学系の無限遠物体における収差曲線図である。 携帯情報端末装置の実施の１形態の外観図である。 図９の携帯情報端末装置のシステム構造例を示すブロック図である。 第２Ｆレンズ群の収納時の光軸上から退避を行う機構の１例を説明するための図である。 第２Ｆレンズ群の収納時の光軸上から退避を行う機構の１例を説明するための図である。 撮像光学系の撮影時と沈胴時における各レンズ群の相対的な位置関係の１形態を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１〜図４に、撮像光学系の実施の形態を４例示す。これらの実施の形態は、具体的には、それぞれ後述する実施例１〜４に関するものである。混同の恐れは無いと思われるので、これら図１〜図４を通じて同一の符合を用いる。
図１〜図４に示す撮像光学系は、単焦点の撮像光学系であって、開口絞りＳと、この開口絞りＳの物体側（図１〜図４の左方）に配置される第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳの像側（図１〜図４の右方）に配置される第２レンズ群Ｇ２とで構成される。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負のパワーを有する第１Ｆレンズ群Ｇ１Ｆと、正のパワーを有する第１Ｒレンズ群Ｇ１Ｒとを、第１レンズ群Ｇ１中で「最も広い空気間隔」を隔して配置してなる。

第１Ｆレンズ群Ｇ１Ｆは、２枚の負レンズ（像側に凹面を向けたメニスカスレンズ）により構成され、第１Ｒレンズ群Ｇ１Ｒは、１枚の正レンズにより構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆと、第２Ｒレンズ群Ｇ２Ｒとを配してなる。

第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆは、物体側から順に、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズが、この順序に配置されて正のパワーを持ち、第１正レンズと第１負レンズとが正または負の合成焦点距離を有し、第２負レンズと第２正レンズとは「正の接合レンズとして接合され」てなる。

第２Ｒレンズ群Ｇ２Ｒは、１枚のレンズを有する。実施例１〜４の何れにおいても第２Ｒレンズ群Ｇ２Ｒを構成する１枚のレンズは正レンズである。

これら実施例１〜４の撮像光学系における、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２Ｆレンズ群の焦点距離：ｆ２、第２Ｒレンズ群の焦点距離：ｆ３が、条件：（１）〜（３）を満足する。

また、各実施例とも、第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆ内における、第１正レンズと第１負レンズとの合成焦点距離：ｆ２１、第２負レンズと第２正レンズとの正の接合レンズの合成焦点距離：ｆ２２は、条件（２）を満足する。

さらに、各実施例とも、光軸上における、第２Ｆレンズ群の厚み：Ｔ２ｆ、第１レンズ群の厚み、：Ｔ１、第２Ｒレンズ群の厚み：Ｔ２ｒは、条件（５）を満足する。

また、各実施例とも、第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆの第１負レンズは「像側に凸のメニスカスレンズ」であり、第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆ内の、第１正レンズと第１負レンズは「接合レンズとして接合され」ている。

そして「無限遠から近距離へのフォーカシング」は、第２レンズ群の全体または一部を移動させて行う。

図１〜図４に示した実施例は何れも、撮像光学系のレンズが収納時には沈胴されるが、第２レンズ群Ｇ２における第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆは「退避可能群」であり、収納時に光軸から退避して沈胴収納される。

図９および図１０を参照して、携帯情報端末装置の実施の１形態を説明する。
図９（Ａ）は形態情報端末装置の「正面側と上部面」とを示し、同図（Ｂ）は「背面側と上部面」を示す。
携帯情報端末装置は「撮像光学系」である撮影レンズ１として、上に説明した請求項１〜６の任意の１に記載の撮像光学系（具体的には後述の実施例１〜４の適宜のもの）が用いられる。

図１０は「携帯情報端末装置」のシステム構成を示す図である。
図１０に示すように、携帯情報端末装置は「撮像光学系」である撮影レンズ１と受光素子１３を有し、撮影レンズ１によって形成される「撮影対象物の像」を受光素子１３によって読取るように構成されている。
受光素子１３の出力は、中央演算装置１１の制御を受ける信号処理装置１４によって処理されてデジタル情報に変換される。即ち、携帯情報端末装置は「撮影画像をデジタル情報とする機能（請求項８）」を有している。
デジタル情報化された撮影画像は、中央演算装置１１による制御を受ける画像処理装置１２により画像処理される。画像処理された画像は、液晶モニタ７に表示することも、半導体メモリ１５に記憶させることもできる。また、通信カード等１６を介して外部に送信することもできる。通信カード１６等は、図９（Ａ）に示すスロット９内に収納される。

「通信カード等１６による通信機能」を除いた部分は、携帯情報端末装置における撮影機能部である「カメラ装置」を構成する。

なお、請求項６記載のフォーカシング方式を「メニュー画面等から選択」できるように構成しても良い。

図１１、図１２を参照して、沈胴による収納の際の「第２Ｆレンズ群」の光軸からの退避と沈胴の実施の１形態を説明する。

図１１は、カメラ装置の鏡胴ユニットを、カメラ装置前方から見た図であり、図１２は、図１１に示す第２Ｆレンズ群を退避させる「退避機構」を斜視図で示している。
図１２において、第２Ｆレンズ群は保持枠３１にされている。
図示されない駆動源からの駆動力は、ギヤ７１、７２、７４による「ギヤ列」により導力され、リードスクリュ３４を回転させる。
リードスクリュ３４の回転は、リードスクリュ３４に螺合した雌ねじ部材３５をリードスクリュ３４にそって変位させる。リードスクリュ３４は、撮像光学系の光軸に実質的に平行である。

雌ねじ部材３５は、保持枠３１に一体的であり、上記変位により保持枠３１およびこれに保持された第２Ｆレンズ群を光軸方向へ変位させる。その際、雌ねじ部材３１の変位は、圧縮トーションスプリング３７により負勢される。
第２Ｆレンズ群は、沈胴時には、上記の如く撮像素子側に沈胴しながら、図示されないカム構造と圧縮トーションスプリング３７による負勢により、図１１においてリードスクリュ３４の周りに反時計回りに回転することにより、「矢印で示すように退避」する。

図１１中に「破線」で示された保持枠３１は、光軸から退避した状態での位置を示しており、沈胴してくる第１レンズ群を保持した保持枠（図示されず）と直進筒の光軸方向への変位を妨げない。
鏡胴が、撮影状態に繰出す場合は、図示されない上記保持枠および直進筒が「規定の位置まで繰出した時点」で、図示されないカム構造と圧縮トーションスプリング３７による負勢とにより、図１１に示す矢印と逆方向、すなわち時計回りに保持枠３１が回転し、位置決め軸３３に突き当たることにより「光軸上の位置」を確保する。
図１３の上の図は、撮影状態にある撮像光学系の群位置を示している。
図１３の下の図は、沈胴状態（収納時）におけるレンズ群の配置を示している。この図のように、第２Ｒレンズ群Ｇ２Ｒは沈胴して撮像面に近づき、第１レンズ群Ｇ１は沈胴して第２Ｒレンズ群Ｇ２Ｒとの間隔を縮め、第２Ｆレンズ群Ｇ２Ｆは、沈胴して撮像面に近づく共に光軸から退避している。

以下に撮像光学系の具体的な実施例を示す。

実施例における各記号の意味は以下の通りである。
f：全系の焦点距離
F：Fナンバ
ω：半画角
R：曲率半径
D：面間隔
N_d：屈折率
ν_d：アッベ数
K：非球面の円錐定数
A₄：4次の非球面係数
A₆：6次の非球面係数
A₈：8次の非球面係数
A₁₀：10次の非球面係数
「非球面」は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：C、光軸からの高さ：H、円錐乗数：k、上記各非球面係数を用いて、周知の次式で表現される。

X=CH²/[1+√(1-(1+K)C²H²)]
+A₄・H⁴+A₆・H⁶+A₈・H⁸+A₁₀・H¹⁰+A₁₂・H¹²+A₁₄・H¹⁴+A₁₆・H¹⁶+A₁₈・H¹⁸
また、硝種は、株式会社オハラ及び、株式会社住田光学ガラスの光学硝種名である。

「実施例１」
実施例１のデータを表１に示す。

「非球面」
非球面のデータを表２に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表３に示す。

「実施例２」
実施例２のデータを表４に示す。

「非球面」
非球面のデータを表５に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表６に示す。

「実施例３」
実施例３のデータを表７に示す。

「非球面」
非球面のデータを表８に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表９に示す。

「実施例４」
実施例４のデータを表１０に示す。

「非球面」
非球面のデータを表１１に示す。

「条件式のパラメータの値」
条件式の各パラメータの値を表１２に示す。

図５〜図８に順次、上記実施例１〜４に関する収差図を示す。
球面収差の破線は正弦条件を、非点収差の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。「ｄ」、「ｇ」はそれぞれｄ線、ｇ線を表す。

これら収差図から明らかなように、各半画角：３８度以上の広画角、Ｆ２．０以下の大口径であり、１０００万〜２０００万画素の撮像素子に好適に適合できる高性能を有している。また、第２Ｆレンズ群を光軸から退避させて収納することにより、非撮影時におけるコンパクト性が確保されている。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１Ｆ 第１Ｆレンズ群
Ｇ１Ｒ 第１Ｒレンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ２Ｆ 第２Ｆレンズ群（退避可能群）
Ｇ２Ｒ 第２Ｒレンズ群
Ｓ 開口絞り
Ｆ フィルタ

特開平０６−３０８３８５号公報 特開平０７−４６３３７号公報 特開平０９−２１８３５０号公報 特開２００６−３４９９２０号公報 特開２００６−３９１５２号公報

Claims (11)

1. 単焦点の撮像光学系であって、
   開口絞りと、この開口絞りの物体側に配置される第１レンズ群と、上記開口絞りの像側に配置され正のパワーを有する第２レンズ群とで構成され、
   上記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを有する第１Ｆレンズ群と、正のパワーを有する第１Ｒレンズ群とを、上記第１レンズ群中で最も広い空気間隔を隔して配置してなり、
   上記第１Ｆレンズ群は、少なくとも２枚の負レンズを有し、
   上記第１Ｒレンズ群は、少なくとも１枚の正レンズを有し、
   上記第２レンズ群は、物体側から順に、第２Ｆレンズ群と、第２Ｒレンズ群とを配してなり、
   上記第２Ｆレンズ群は、物体側から順に、第１正レンズ、第１負レンズ、第２負レンズ、第２正レンズが、この順序に配置されて正のパワーを持ち、
   上記第１負レンズが、像側に凸のメニスカスレンズで、上記第１正レンズと第１負レンズとが正または負の合成焦点距離を有し、上記第２負レンズと第２正レンズとが正の接合レンズとして接合されてなり、
   上記第２Ｒレンズ群は、少なくとも１枚のレンズを有し、
   全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２Ｆレンズ群の焦点距離：ｆ２、第２Ｒレンズ群の焦点距離：ｆ３が、条件：
   （１） ０．２ ＜ ｆ／ｆ２ ＜ ０．５
   （３） ｜ｆ１｜／ｆ ＞ ８．０
   （４） ０．３ ＞ ｜ｆ／ｆ３｜ ＞ ０．１
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
2. 請求項１記載の撮像光学系において、
   第１Ｆレンズ群は、２枚の負レンズからなることを特徴とする撮像光学系。
3. 請求項１または２記載の撮像光学系において、
   第２Ｆレンズ群内における、第１正レンズと第１負レンズとの正または負の合成焦点距離：ｆ２１、第２負レンズと第２正レンズとの正の接合レンズの合成焦点距離：ｆ２２が、条件：
   （２） ｜ｆ２２／ｆ２１｜ ＜ ０．５
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
4. 請求項１または２または３記載の撮像光学系において、
   光軸上における、第２Ｆレンズ群の厚み：Ｔ２ｆ、第１レンズ群の厚み：Ｔ１、第２Ｒレンズ群の厚み：Ｔ２ｒが、条件：
   （５） １ ≧ Ｔ２ｆ／（Ｔ１＋Ｔ２ｒ） ＞ ０．１
   を満足することを特徴とする撮像光学系。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第２Ｆレンズ群内の、第１正レンズと第１負レンズが、接合レンズとして接合されていることを特徴とする撮像光学系。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の撮像光学系において、
   第２レンズ群の全体または一部を移動させて、無限遠から近距離へのフォーカシングを行うことを特徴とする撮像光学系。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の撮像光学系を有するカメラ装置。
8. 請求項７記載のカメラ装置において、
   撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とするカメラ装置。
9. 請求項８記載のカメラ装置を撮影機能部として有する携帯情報端末装置。
10. 請求項７または８記載のカメラ装置において、
    撮像光学系が沈胴式に収納され、
    撮像光学系の第２Ｆレンズ群が、収納時に、光軸上から退避可能であることを特徴とするカメラ装置。
11. 請求項９記載の携帯情報端末装置において、
    撮像光学系の第２Ｆレンズ群が、収納時に、光軸上から退避可能であることを特徴とする携帯情報端末装置。

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