WO2014155459A1 - 撮像レンズおよび撮像レンズを備えた撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- f Focal length of the entire system
- f45 The combined focal length of the fourth lens and the fifth lens.
- the configuration of each lens element is optimized, and in particular, the shapes of the first lens and the fifth lens are suitably configured.
- a lens system having high imaging performance from the central field angle to the peripheral field angle can be realized.
Abstract
【課題】全長の短縮化および高解像化を実現した撮像レンズおよびこの撮像レンズを備えた撮像装置を実現する。 【解決手段】撮像レンズが、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズ(L1)と、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた形状である第2レンズ(L2)と、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズ(L3)と、負の屈折力を有する第4レンズ(L4)と、負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズ(L5)とから構成される実質的に5個のレンズからなり、所定の条件式を満足する。
Description
本発明は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子上に被写体の光学像を結像させる固定焦点の撮像レンズ、およびその撮像レンズを搭載して撮影を行うデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話機および情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistance)、スマートフォン、タブレット型端末および携帯型ゲーム機等の撮像装置に関する。
パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルスチルカメラが急速に普及している。また、携帯電話、スマートフォン、またはタブレット型端末に画像入力用のカメラモジュールが搭載されることも多くなっている。このような撮像機能を有する機器には、CCDやCMOSなどの撮像素子が用いられている。近年、これらの撮像素子のコンパクト化が進み、撮像機器全体ならびにそれに搭載される撮像レンズにも、コンパクト性が要求されている。また同時に、撮像素子の高画素化も進んでおり、撮像レンズの高解像、高性能化が要求されている。例えば5メガピクセル以上、よりさらに好適には8メガピクセル以上の高画素に対応した性能が要求されている。
このような要求を満たすために、撮像レンズをレンズ枚数が比較的多い5枚または6枚構成とすることが考えられる。例えば、特許文献1および2には、物体側から順に正の屈折力を有する第1レンズ、負の屈折力を有する第2レンズ、正の屈折力を有する第3レンズ、負の屈折力を有する第4レンズ、および負の屈折力を有する第5レンズからなる5枚構成の撮像レンズを提案している。
一方、特に携帯端末、スマートフォンまたはタブレット端末のような薄型化が進む装置に用いられる撮像レンズには、レンズ全長の短縮化の要求が益々高まっている。このために、上記特許文献1および2に記載の撮像レンズは全長をさらに短縮化することが求められる。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、全長の短縮化を図りつつ、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を実現することができる撮像レンズ、およびその撮像レンズを搭載して高解像の撮像画像を得ることができる撮像装置を提供することにある。
本発明の第1の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズと、
負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(1)を満足することを特徴とするものである。
負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(1)を満足することを特徴とするものである。
-3<f1/f23<-0.38 (1)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離
f23:第2レンズと第3レンズとの合成焦点距離
とする。
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離
f23:第2レンズと第3レンズとの合成焦点距離
とする。
本発明の第2の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズと、
両凹形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(6)を満足することを特徴とするものである。
両凹形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(6)を満足することを特徴とするものである。
-0.46<f/f45<0 (6)
ただし、
f:全系の焦点距離
f45:第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離
とする。
ただし、
f:全系の焦点距離
f45:第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離
とする。
本発明の第1および第2の撮像レンズによれば、全体として5枚というレンズ構成において、第1レンズから第5レンズの各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しながらも、高解像性能を有するレンズ系を実現することができる。
なお、本発明の第1および第2の撮像レンズにおいて、「実質的に5個のレンズからなり」とは、本発明の撮像レンズが、5個のレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つものも含むことを意味する。また、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。
本発明の第1および第2の撮像レンズにおいて、さらに、次の好ましい構成を採用して満足することで、光学性能をより良好なものとすることができる。
本発明の第1の撮像レンズにおいて、第2レンズは両凹形状であることが好ましい。
本発明の第1の撮像レンズにおいて、第2レンズの物体側の面より物体側に配置された開口絞りをさらに備えていることが好ましい。
本発明の第1および第2の撮像レンズは、以下の条件式(1-1)から(8)のいずれかを満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、条件式(1)から(8)のいずれか1つを満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。
-2<f1/f23<-0.4 (1-1)
-3<f/f2<-0.75 (2)
-2<f/f2<-0.8 (2-1)
-0.18<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.5 (3)
-0.15<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.2 (3-1)
-0.45<Pair67<-0.1 (4)
-0.4<Pair67<―0.2 (4-1)
0.5<f・tanω/R5r<10 (5)
0.7<f・tanω/R5r<3 (5―1)
-0.46<f/f45<0 (6)
1.6<Nd3 (7)
νd3<30 (8)
ただし、
f:全系の焦点距離
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
f23:第2レンズと第3レンズとの合成焦点距離
f45:第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離
R3f:第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径
R3r:第3レンズの像側の面の近軸曲率半径
Pair67:前記第3レンズと前記第4レンズの間の空気レンズの屈折力(1/焦点距離)
R5r:第5レンズの像側の面の近軸曲率半径
ω:半画角
Nd3:第3レンズの材質のd線に対する屈折率
νd3:第3レンズの材質のd線に対するアッベ数
本発明による撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。
-3<f/f2<-0.75 (2)
-2<f/f2<-0.8 (2-1)
-0.18<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.5 (3)
-0.15<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.2 (3-1)
-0.45<Pair67<-0.1 (4)
-0.4<Pair67<―0.2 (4-1)
0.5<f・tanω/R5r<10 (5)
0.7<f・tanω/R5r<3 (5―1)
-0.46<f/f45<0 (6)
1.6<Nd3 (7)
νd3<30 (8)
ただし、
f:全系の焦点距離
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
f23:第2レンズと第3レンズとの合成焦点距離
f45:第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離
R3f:第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径
R3r:第3レンズの像側の面の近軸曲率半径
Pair67:前記第3レンズと前記第4レンズの間の空気レンズの屈折力(1/焦点距離)
R5r:第5レンズの像側の面の近軸曲率半径
ω:半画角
Nd3:第3レンズの材質のd線に対する屈折率
νd3:第3レンズの材質のd線に対するアッベ数
本発明による撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の撮像レンズによって得られた高解像の光学像に基づいて高解像の撮像信号を得ることができる。
本発明の撮像レンズによれば、全体として5枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化し、特に第1レンズおよび第5レンズの形状を好適に構成したので、全長を短縮化しつつ、中心画角から周辺画角まで高い結像性能を有するレンズ系を実現できる。
また、本発明の撮像装置によれば、本発明の高い結像性能を有する撮像レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像の撮影画像を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像レンズの第1の構成例を示している。この構成例は、後述の第1の数値実施例(表1、表2)のレンズ構成に対応している。同様にして、後述の第2から第6の実施形態に係る数値実施例(表3~表12)のレンズ構成に対応する第2から第6の構成例の断面構成を図2~図6に示す。図1~図6において、符号Riは、最も物体側のレンズ要素の面を1番目として、像側(結像側)に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目の面の曲率半径を示す。符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じであるため、以下では、図1に示した撮像レンズの構成例を基本にして説明し、必要に応じて図2~図6の構成例についても説明する。また、図7は図1に示す撮像レンズLにおける光路図であり、無限遠の距離にある物点からの軸上光束2および最大画角の光束3の各光路を示す。
本発明の実施形態に係る撮像レンズLは、CCDやCMOS等の撮像素子を用いた各種撮像機器、特に比較的小型の携帯端末機器、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、スマートフォン、タブレット型端末およびPDA等に用いて好適なものである。この撮像レンズLは、光軸Z1に沿って、物体側から順に、第1レンズL1と、第2レンズL2と、第3レンズL3と、第4レンズL4と、第5レンズL5とを備えている。
図14に、本発明の実施形態に係る撮像装置1である携帯電話端末の概観図を示す。本発明の実施形態に係る撮像装置1は、本実施形態に係る撮像レンズLと、この撮像レンズLによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するCCDなどの撮像素子100(図1参照)とを備えて構成される。撮像素子100は、この撮像レンズLの結像面(像面R14)に配置される。
図15に、本発明の実施形態に係る撮像装置501であるスマートフォンの概観図を示す。本発明の実施形態に係る撮像装置501は、本実施形態に係る撮像レンズLと、この撮像レンズLによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するCCDなどの撮像素子100(図1参照)とを有するカメラ部541を備えて構成される。撮像素子100は、この撮像レンズLの結像面(撮像面)に配置される。
第5レンズL5と撮像素子100との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材CGが配置されていてもよい。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていてもよい。この場合、光学部材CGとして例えば平板状のカバーガラスに、赤外線カットフィルタやNDフィルタ等のフィルタ効果のあるコートが施されたもの、あるいは同様の効果を有する材料を使用してもよい。
また、光学部材CGを用いずに、第5レンズL5にコートを施す等して光学部材CGと同等の効果を持たせるようにしてもよい。これにより、部品点数の削減と全長の短縮を図ることができる。
この撮像レンズLはまた、第2レンズL2の物体側の面より物体側に配置された開口絞りStを備えることが好ましい。このように、開口絞りStを第2レンズL2の物体側の面よりも物体側に配置したことにより、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。この効果をさらに高めるために、開口絞りStを、第1レンズL1の物体側の面より物体側に配置することが好ましい。なお、「第2レンズの物体側の面より物体側に配置」とは、光軸方向における開口絞りの位置が、軸上マージナル光線と第2レンズL2の物体側の面との交点と同じ位置かそれより物体側にあることを意味する。同様に、「第1レンズの物体側の面より物体側に配置」とは、光軸方向における開口絞りの位置が、軸上マージナル光線と第1レンズL1の物体側の面との交点と同じ位置かそれより物体側にあることを意味する。
本実施形態において、第4および第5の構成例のレンズ(図4,5)が、開口絞りStが第1レンズL1の物体側の面より物体側に配置された構成例であり、第1、第2、第3および第6の構成例のレンズが(図1,2,3,6)、開口絞りStが第2レンズL2の物体側より物体側に配置された構成例である。なお、ここに示す開口絞りStは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Z1上の位置を示すものである。
なお、開口絞りStを第2レンズL2の物体側の面よりも物体側に配置した場合において、第1レンズL1の物体側の面より物体側に、フレア成分やゴースト成分を抑制するためのフレア絞りをさらに備えるものとしてもよい。本実施形態において、第1、第2、第3および第6の構成例のレンズ(図1,2,3,6)が、フレア絞りを備えた構成例である。なお、図1、図2、図3および図6において、フレア絞りに参照符号St1を、開口絞りに参照符号St2を付与している。この場合、開口絞りSt2はFno.を制限する絞りであり、フレア絞りSt1は周辺画角の光束を制限する絞りとなる。
さらに、開口絞りSt(あるいはフレア絞り)を光軸方向において第1レンズL1の物体側の面よりも物体側に配置した場合において、開口絞りStを第1レンズL1の面頂点よりも像側に配置することが好ましい。このように、開口絞りStを第1レンズL1の面頂点よりも像側に配置した場合には、開口絞りStを含めた撮像レンズの全長を短縮化することができる。また、本実施形態において、開口絞りStは第1レンズL1の面頂点よりも像側に配置されているが、これに限定されず、開口絞りStは第1レンズL1の面頂点に配置されていてもよく、面頂点よりも物体側に配置されていてもよい。開口絞りStが第1レンズL1の面頂点よりも物体側に配置されている場合には、開口絞りStが第1レンズL1の面頂点よりも像側に配置されている場合より周辺光量の確保の観点からはやや不利であるが、結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのをさらに好適に抑制することができる。
また、図1,2,3,6に示す第1、第2、第3および第6の実施形態に係る撮像レンズのように、開口絞りSt(St2)を光軸方向において第1レンズL1と第2レンズL2との間に配置してもよい。この場合には、像面湾曲を良好に補正することができる。なお、開口絞りStを光軸方向において第1レンズL1と第2レンズL2との間に配置した場合には、開口絞りStを光軸方向において第1レンズL1の物体側の面より物体側に配置した場合よりもテレセントリック性を確保する、すなわち、主光線を光軸にできるだけ平行な状態にする(撮像面における入射角度がゼロに近くなるようにする)ためには不利であるものの、撮像素子技術の発展に伴い近年実現された、入射角度の増大に起因する受光効率の低下や混色の発生が従来よりも低減された撮像素子を適用することにより、好適な光学性能を実現することができる。
この撮像レンズLにおいて、第1レンズL1は、光軸近傍において正の屈折力を有し、光軸近傍において物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。各実施形態にも示されるように、最も物体側のレンズである第1レンズL1を、正の屈折力を有し、光軸近傍で物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることにより、第1レンズL1の後側主点位置を物体側に寄せやすくなり、全長を好適に短縮化できる。
第2レンズL2は、光軸近傍において負の屈折力を有し、光軸近傍において像側に凹面を向けた形状である。このことにより、色収差を良好に補正しつつ、好適に全長の短縮化を実現することができる。また、第2レンズL2は両凹形状としてもよい。このことにより、特に球面収差を良好に補正することができる。
第3レンズL3は、光軸近傍において正の屈折力を有する。このことにより、球面収差をより良好に補正することができる。また、第3レンズL3は、光軸近傍において物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。このことにより、第3レンズL3の後側主点位置をより好適に物体側に寄せることができるため、好適に全長の短縮化を実現することができる。
第4レンズL4は、光軸近傍において負の屈折力を有する。第4レンズL4と後述の第5レンズL5とを光軸近傍において負の屈折力を有するものとすることにより、第4レンズL4と第5レンズL5とで負の屈折力を分担できるため、歪曲収差の補正および中間画角の光線の像面への入射角を小さくするのに有利である。また、第4レンズL4と第5レンズL5を光軸近傍において負の屈折力を有するものとすることにより、第1レンズL1から第3レンズL3を1つの正の屈折力を有する光学系としてみなし、第4レンズL4と第5レンズL5とを負の屈折力を有する1つの光学系としてみなすと、撮像レンズ全体としてテレフォト型の構成とすることができるため、撮像レンズ全体の後側主点位置を物体側に寄せることができ、全長を好適に短縮化することができる。また、第1の実施形態に示すように、第4レンズL4は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状としてもよい。このことにより、非点収差を好適に補正することができる。
第5レンズL5は、光軸近傍において負の屈折力を有する。撮像レンズの最も像側に光軸近傍において負の屈折力を有するレンズを配置することで、より好適に撮像レンズを全体としてテレフォト型の構成とすることができ、全長を好適に短縮化することができる。また、第5レンズL5が光軸近傍で負の屈折力を有することにより、像面湾曲を好適に補正することができる。また、第5レンズL5は光軸近傍において像側に凹面を向けている場合には、より好適に全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。この効果をさらに高めるために、各実施形態に示すように、第5レンズL5を光軸近傍において像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることが好ましい。
また、第5レンズL5は、像側の面の有効径内に少なくとも1つの変曲点を有する。第5レンズL5の像側の面における「変曲点」とは、第5レンズL5の像側の面形状が像側に対して凸形状から凹形状(または凹形状から凸形状)に切り替わる点を意味する。変曲点の位置は、第5レンズL5の像側の面の有効径内であれば光軸から半径方向外側の任意の位置に配置することができる。各実施形態に示すように、第5レンズL5の像側の面を少なくとも1つの変曲点を有する形状とすることにより、特に結像領域の周辺部において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。
上記撮像レンズLによれば、全体として5枚というレンズ構成において、第1から第5レンズL1~L5の各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しつつ、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。
この撮像レンズLは、高性能化のために、第1レンズL1から第5レンズL5のそれぞれのレンズの少なくとも一方の面に、非球面を用いることが好適である。
また、撮像レンズLを構成する各レンズL1~L5は接合レンズでなく単レンズとすることが好ましい。各レンズL1~L5のいずれかを接合レンズとした場合よりも、非球面数が多いため、各レンズの設計自由度が高くなり、好適に全長の短縮化を図ることができるからである。
次に、以上のように構成された撮像レンズLの条件式に関する作用および効果をより詳細に説明する。
まず、第1レンズL1の焦点距離f1、および第2レンズL2と第3レンズL3との合成焦点距離f12は、以下の条件式(1)を満足することが好ましい。
-3<f1/f23<-0.38 (1)
条件式(1)は、第2レンズL2と第3レンズL3との合成焦点距離f23に対する第1レンズL1の焦点距離f1の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(1)の下限以下とならないように、第1レンズL1の焦点距離f1を維持することにより、第1レンズL1の屈折力に対して第2レンズL2と第3レンズL3との負の合成屈折力が小さくなり、好適に全長を短縮化することができる。条件式(1)の上限以上とならないように、第1レンズL1の屈折力を確保することにより、第1レンズL1の屈折力に対して第2レンズL2と第3レンズL3との負の合成屈折力が大きくなり、特に軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(1-1)を満足することがより好ましく、条件式(1-2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(1)は、第2レンズL2と第3レンズL3との合成焦点距離f23に対する第1レンズL1の焦点距離f1の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(1)の下限以下とならないように、第1レンズL1の焦点距離f1を維持することにより、第1レンズL1の屈折力に対して第2レンズL2と第3レンズL3との負の合成屈折力が小さくなり、好適に全長を短縮化することができる。条件式(1)の上限以上とならないように、第1レンズL1の屈折力を確保することにより、第1レンズL1の屈折力に対して第2レンズL2と第3レンズL3との負の合成屈折力が大きくなり、特に軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(1-1)を満足することがより好ましく、条件式(1-2)を満足することがさらに好ましい。
-2<f1/f23<-0.4 (1-1)
-1<f1/f23<-0.41 (1-2)
また、第2レンズL2の焦点距離f2および全系の焦点距離fは、以下の条件式(2)を満足することが好ましい。
-1<f1/f23<-0.41 (1-2)
また、第2レンズL2の焦点距離f2および全系の焦点距離fは、以下の条件式(2)を満足することが好ましい。
-3<f/f2<-0.75 (2)
条件式(2)は、第2レンズL2の焦点距離f2に対する全系の焦点距離fの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(2)の下限以下とならないように、第2レンズL2の屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第2レンズL2の屈折力が強くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。条件式(2)の上限以上とならないように、第2レンズL2の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第2レンズL2の屈折力が弱くなりすぎず、特に軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(2-1)を満足することがより好ましく、条件式(2-2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(2)は、第2レンズL2の焦点距離f2に対する全系の焦点距離fの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(2)の下限以下とならないように、第2レンズL2の屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第2レンズL2の屈折力が強くなりすぎず、好適に全長を短縮化することできる。条件式(2)の上限以上とならないように、第2レンズL2の屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第2レンズL2の屈折力が弱くなりすぎず、特に軸上色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(2-1)を満足することがより好ましく、条件式(2-2)を満足することがさらに好ましい。
-2<f/f2<-0.8 (2-1)
-1<f/f2<-0.82 (2-2)
第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rは、以下の条件式(3)を満足することが好ましい。
-1<f/f2<-0.82 (2-2)
第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rは、以下の条件式(3)を満足することが好ましい。
-0.18<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.5 (3)
条件式(3)は、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rの好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(3)の下限以下とならないように、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rを設定することにより、好適に全長の短縮化を実現できる。条件式(3)の上限以上とならないように、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rを設定することにより、球面収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(3-1)を満足することがより好ましく、条件式(3-2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(3)は、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rの好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(3)の下限以下とならないように、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rを設定することにより、好適に全長の短縮化を実現できる。条件式(3)の上限以上とならないように、第3レンズL3の物体側の面の近軸曲率半径R3fおよび第3レンズL3の像側の面の近軸曲率半径R3rを設定することにより、球面収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(3-1)を満足することがより好ましく、条件式(3-2)を満足することがさらに好ましい。
-0.15<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.2 (3-1)
-0.12<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0 (3-2)
第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力Pair67(1/焦点距離)は、以下の条件式(4)を満足することが好ましい。
-0.12<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0 (3-2)
第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力Pair67(1/焦点距離)は、以下の条件式(4)を満足することが好ましい。
―0.45<Pair67<-0.1 (4)
条件式(4)は、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力Pair67の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(4)の下限以下とならないように、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力を維持することにより、歪曲収差を良好に補正することができる。条件式(4)の上限以上とならないように、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力を確保することにより、非点収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(4-1)を満足することがより好ましく、条件式(4-2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(4)は、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力Pair67の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(4)の下限以下とならないように、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力を維持することにより、歪曲収差を良好に補正することができる。条件式(4)の上限以上とならないように、第3レンズL3と第4レンズL4との間の空気レンズの屈折力を確保することにより、非点収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(4-1)を満足することがより好ましく、条件式(4-2)を満足することがさらに好ましい。
-0.4<Pair67<-0.2 (4-1)
-0.35<Pair67<-0.25 (4-2)
また、全系の焦点距離f、半画角ω、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
-0.35<Pair67<-0.25 (4-2)
また、全系の焦点距離f、半画角ω、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rは、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.5<f・tanω/R5r<10 (5)
条件式(5)は、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(5)の下限以下とならないように、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)を設定することで、近軸像高(f・tanω)に対して撮像レンズの最も像側の面である第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rの絶対値が大きくなりすぎず、全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を十分に補正することができる。また、条件式(5)の上限以上とならないように、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)を設定することで、近軸像高(f・tanω)に対して撮像レンズの最も像側の面である第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rの絶対値が小さくなりすぎず、特に中間画角において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。この効果をより高めるために、条件式(5-1)を満足することが好ましい。
条件式(5)は、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)の比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(5)の下限以下とならないように、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)を設定することで、近軸像高(f・tanω)に対して撮像レンズの最も像側の面である第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rの絶対値が大きくなりすぎず、全長の短縮化を実現しつつ、像面湾曲を十分に補正することができる。また、条件式(5)の上限以上とならないように、第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rに対する近軸像高(f・tanω)を設定することで、近軸像高(f・tanω)に対して撮像レンズの最も像側の面である第5レンズL5の像側の面の近軸曲率半径R5rの絶対値が小さくなりすぎず、特に中間画角において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。この効果をより高めるために、条件式(5-1)を満足することが好ましい。
0.7<f・tanω/R5r<3 (5―1)
また、第4レンズL4と第5レンズL5との合成焦点距離f45および全系の焦点距離fは、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
また、第4レンズL4と第5レンズL5との合成焦点距離f45および全系の焦点距離fは、以下の条件式(6)を満足することが好ましい。
-0.46<f/f45<0 (6)
条件式(6)は、第4レンズL4と第5レンズL5との合成焦点距離f45に対する全系の焦点距離fの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(6)の下限以下とならないように、第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力が強くなりすぎず、特に中間画角において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。条件式(6)の上限以上とならないように、第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力が弱くなりすぎず、像面湾曲を良好に補正しつつ、好適に全長を短縮化することできる。この効果をより高めるために、条件式(6-1)を満足することがより好ましく、条件式(6-2)を満足することがさらに好ましい。
条件式(6)は、第4レンズL4と第5レンズL5との合成焦点距離f45に対する全系の焦点距離fの比の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(6)の下限以下とならないように、第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力を維持することにより、全系の屈折力に対して第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力が強くなりすぎず、特に中間画角において、光学系を通過する光線の結像面(撮像素子)への入射角が大きくなるのを抑制することができる。条件式(6)の上限以上とならないように、第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力を確保することにより、全系の屈折力に対して第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力が弱くなりすぎず、像面湾曲を良好に補正しつつ、好適に全長を短縮化することできる。この効果をより高めるために、条件式(6-1)を満足することがより好ましく、条件式(6-2)を満足することがさらに好ましい。
-0.45<f/f45<0 (6-1)
-0.42<f/f45<-0.2 (6-2)
また、第3レンズL3の材質のd線に対する屈折率Nd3は、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
-0.42<f/f45<-0.2 (6-2)
また、第3レンズL3の材質のd線に対する屈折率Nd3は、以下の条件式(7)を満足することが好ましい。
1.6<Nd3 (7)
条件式(7)は、第3レンズL3の材質のd線に対する屈折率Nd3の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(7)の下限以下とならないように、第3レンズL3の屈折率Nd3を維持することにより、特に像面湾曲を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(7-1)を満足することがより好ましい。
条件式(7)は、第3レンズL3の材質のd線に対する屈折率Nd3の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(7)の下限以下とならないように、第3レンズL3の屈折率Nd3を維持することにより、特に像面湾曲を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(7-1)を満足することがより好ましい。
1.62<Nd3 (7―1)
また、第3レンズL3の材質のd線に対するアッベ数νd3は、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
また、第3レンズL3の材質のd線に対するアッベ数νd3は、以下の条件式(8)を満足することが好ましい。
νd3<30 (8)
条件式(8)は、第3レンズL3の材質のd線に対するアッベ数νd3の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(8)の下限以下とならないように、第3レンズL3のアッベ数νd3を維持することにより、特に倍率の色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(8-1)を満足することがより好ましい。
条件式(8)は、第3レンズL3の材質のd線に対するアッベ数νd3の好ましい数値範囲を規定するものである。条件式(8)の下限以下とならないように、第3レンズL3のアッベ数νd3を維持することにより、特に倍率の色収差を良好に補正することができる。この効果をより高めるために、条件式(8-1)を満足することがより好ましい。
νd3<25 (8―1)
次に、図2~図6を参照しながら、本発明の第2から第6の実施形態に係る撮像レンズについて詳細に説明する。図1~図6に示す第1から第6の実施形態に係る撮像レンズは、第1レンズL1から第5レンズL5のすべての面が非球面形状とされている。また、本発明の第2から第6の実施形態に係る撮像レンズは、第1の実施形態と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズL1と、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第2レンズL2と、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズL3と、負の屈折力を有する第4レンズL4と、負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズL5とから構成される実質的に5個のレンズから構成される。このため、以下の第2から第6の実施形態においては、各レンズ群を構成する各レンズの他の詳細な構成についてのみ説明する。また、第1から第6の実施形態の間で互いに共通する構成の作用効果はそれぞれ同じ作用効果を有するため、実施形態の順番が早いものについて構成およびその作用効果を説明し、その他の実施形態の共通する構成およびその作用効果の重複説明を省略する。
次に、図2~図6を参照しながら、本発明の第2から第6の実施形態に係る撮像レンズについて詳細に説明する。図1~図6に示す第1から第6の実施形態に係る撮像レンズは、第1レンズL1から第5レンズL5のすべての面が非球面形状とされている。また、本発明の第2から第6の実施形態に係る撮像レンズは、第1の実施形態と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズL1と、負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた第2レンズL2と、正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズL3と、負の屈折力を有する第4レンズL4と、負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズL5とから構成される実質的に5個のレンズから構成される。このため、以下の第2から第6の実施形態においては、各レンズ群を構成する各レンズの他の詳細な構成についてのみ説明する。また、第1から第6の実施形態の間で互いに共通する構成の作用効果はそれぞれ同じ作用効果を有するため、実施形態の順番が早いものについて構成およびその作用効果を説明し、その他の実施形態の共通する構成およびその作用効果の重複説明を省略する。
図2に示す第2の実施形態に係る撮像レンズLは、第1の実施形態と第1レンズL1から第5レンズL5のレンズの構成を共通としており、第4レンズL4が像側に凹面を向けたメニスカス形状を有するように構成し、第4レンズL4が像側に凹面を向けたメニスカス形状を有することを除いて、第1の実施形態と第1レンズL1から第5レンズL5の構成を共通としてもよい。第4レンズL4を像側に凹面を向けたメニスカス形状を有するものとすることで、全長を好適に短縮化できる。また、第2の実施形態において、第1の実施形態と共通する第1レンズL1から第5レンズL5の各構成によって第1の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。なお、第2の実施形態に係る撮像レンズLは、条件式(3-2)、(7)、(8)は満足しないものとなっている。
図3~図6に示す第3から第6の実施形態に係る撮像レンズLは、第1の実施形態と第1レンズL1から第5レンズL5のレンズの構成を共通としており、これらのレンズの各構成によれば第1の実施形態のそれぞれ対応する構成と同じ作用効果が得られる。なお、第3の実施形態に係る撮像レンズLは、条件式(6-2)は満足しないものとなっている。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る撮像レンズによれば、全体として5枚というレンズ構成において、各レンズ要素の構成を最適化したので、全長を短縮化しつつ、高解像性能を有するレンズ系を実現できる。
また、適宜好ましい条件を満足することで、より高い結像性能を実現できる。また、本実施形態に係る撮像装置によれば、本実施形態に係る高性能の撮像レンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、中心画角から周辺画角まで高解像の撮影画像を得ることができる。
次に、本発明の実施形態に係る撮像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、複数の数値実施例をまとめて説明する。
後掲の表1および表2は、図1に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に表1にはその基本的なレンズデータを示し、表2には非球面に関するデータを示す。表1に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、実施例1に係る撮像レンズについて、最も物体側のレンズ要素の面を1番目(開口絞りStを1番目)として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1において付した符号Riに対応させて、物体側からi番目の面の曲率半径の値(mm)を示す。面間隔Diの欄についても、同様に物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔(mm)を示す。Ndjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線(587.56nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。なお、各レンズデータには、諸データとして、全系の焦点距離f(mm)とバックフォーカスBf(mm)の値をそれぞれ示す。なお、このバックフォーカスBfは空気換算した値を表している。
この実施例1に係る撮像レンズは、第1レンズL1から第5レンズL5の両面がすべて非球面形状となっている。表1の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径(近軸曲率半径)の数値を示している。
表2には実施例1の撮像レンズにおける非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“E”は、その次に続く数値が10を底とした“べき指数”であることを示し、その10を底とした指数関数で表される数値が“E”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「1.0E-02」であれば、「1.0×10-2」であることを示す。
非球面データとしては、以下の式(A)によって表される非球面形状の式における各係数Ai,KAの値を記す。Zは、より詳しくは、光軸から高さhの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面(光軸に垂直な平面)に下ろした垂線の長さ(mm)を示す。
Z=C・h2/{1+(1-KA・C2・h2)1/2}+ΣAi・hi ……(A)
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
C:近軸曲率=1/R
(R:近軸曲率半径)
Ai:第i次(iは3以上の整数)の非球面係数
KA:非球面係数
とする。
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からレンズ面までの距離(高さ)(mm)
C:近軸曲率=1/R
(R:近軸曲率半径)
Ai:第i次(iは3以上の整数)の非球面係数
KA:非球面係数
とする。
以上の実施例1の撮像レンズと同様にして、図2~図6に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例2から実施例6として、表3~表12に示す。これらの実施例1~6に係る撮像レンズでは、第1レンズL1から第5レンズL5の両面がすべて非球面形状となっている。
なお、実施例1においては、第1レンズL1の面頂点の位置に直径が1.70mmの、実施例2においては第1レンズL1の面頂点から像側に0.101mmの位置に直径が1.67mmの、実施例3においては第1レンズL1の面頂点から像側に0.145mmの位置に直径が1.56mmの、実施例6においては第1レンズL1の面頂点から像側に0.144mmの位置に直径が1.59mmのフレア絞りが配置されているが、表1,3,5,11においては省略している。図8(A)~(D)はそれぞれ、実施例1の撮像レンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、および倍率色収差(倍率の色収差)図を示している。球面収差、非点収差(像面湾曲)、ディストーション(歪曲収差)を表す各収差図には、d線(波長587.56nm)を基準波長とした収差を示す。球面収差図、倍率色収差図には、g線(波長435.83nm)、F線(波長486.1nm)、およびC線(波長656.27nm)についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向(S)、破線はタンジェンシャル方向(T)の収差を示す。また、Fno.はFナンバーを、ωは半画角をそれぞれ示す。
同様に、実施例2から実施例6の撮像レンズについての諸収差を図9(A)~(D)から図13(A)~(D)に示す。
また、表13には、本発明に係る各条件式(1)~(8)に関する値を、各実施例1~6についてそれぞれまとめたものを示す。
以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、全長を短縮化しながらも高い結像性能が実現されている。
なお、本発明の撮像レンズには、実施形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数の値などは、各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
Claims (21)
- 物体側から順に、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズと、
負の屈折力を有し、像側に凹面を向けた形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(1)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
-3<f1/f23<-0.38 (1)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f23:前記第2レンズと前記第3レンズとの合成焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1記載の撮像レンズ。
-3<f/f2<-0.75 (2)
ただし
f:全系の焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1または2記載の撮像レンズ。
-0.18<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.5 (3)
ただし
R3f:前記第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径
R3r:前記第3レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から3のいずれか1項記載の撮像レンズ。
―0.45<Pair67<-0.1 (4)
ただし
Pair67:前記第3レンズと前記第4レンズとの間の空気レンズの屈折力(1/焦点距離)
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から4のいずれか1項記載の撮像レンズ。
0.5<f・tanω/R5r<10 (5)
ただし、
f:全系の焦点距離
ω:半画角
R5r:前記第5レンズの像側の面の曲率半径
とする。 - 前記第2レンズは両凹形状であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の撮像レンズ。
- 前記第2レンズの物体側の面より物体側に配置された開口絞りをさらに備えた請求項1から6のいずれか1項記載の撮像レンズ。
- さらに以下の条件式を満足する請求項1から7のいずれか1項記載の撮像レンズ。
-0.46<f/f45<0 (6)
ただし、
f:全系の焦点距離
f45:前記第4レンズと前記第5レンズとの合成焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から8のいずれか1項記載の撮像レンズ。
1.6<Nd3 (7)
ただし、
Nd3:前記第3レンズの材質のd線に対する屈折率
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から9のいずれか1項記載の撮像レンズ。
νd3<30 (8)
ただし、
νd3:前記第3レンズの材質のd線に対するアッベ数
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から10のいずれか1項記載の撮像レンズ。
-2<f1/f23<-0.4 (1-1)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f23:前記第2レンズと前記第3レンズとの合成焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から11のいずれか1項記載の撮像レンズ。
-2<f/f2<-0.8 (2-1)
ただし
f:全系の焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から12のいずれか1項記載の撮像レンズ。
-0.15<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.2 (3-1)
ただし
R3f:前記第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径
R3r:前記第3レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から13のいずれか1項記載の撮像レンズ。
-0.4<Pair67<―0.2 (4-1)
ただし
Pair67:前記第3レンズと前記第4レンズとの間の空気レンズの屈折力(1/焦点距離)
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項1から14のいずれか1項記載の撮像レンズ。
0.7<f・tanω/R5r<3 (5―1)
ただし、
f:全系の焦点距離
ω:半画角
R5r:前記第5レンズの像側の面の曲率半径
とする。 - 物体側から順に、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第1レンズと、
両凹形状である第2レンズと、
正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第3レンズと、
負の屈折力を有する第4レンズと、
負の屈折力を有し、像側の面に少なくとも1つの変曲点を有する第5レンズと、
から構成される実質的に5個のレンズからなり、下記条件式(6)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
-0.46<f/f45<0 (6)
ただし、
f:全系の焦点距離
f45:前記第4レンズと前記第5レンズとの合成焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項16記載の撮像レンズ。
-3<f/f2<-0.75 (2)
ただし
f:全系の焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項16または17記載の撮像レンズ。
-0.18<(R3f-R3r)/(R3f+R3r)<0.5 (3)
ただし
R3f:前記第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径
R3r:前記第3レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項16から18のいずれか1項記載の撮像レンズ。
1.6<Nd3 (7)
ただし、
Nd3:前記第3レンズの材質のd線に対する屈折率
とする。 - さらに以下の条件式を満足する請求項16から19のいずれか1項記載の撮像レンズ。
νd3<30 (8)
ただし、
νd3:前記第3レンズの材質のd線に対するアッベ数
とする。 - 請求項1に記載の撮像レンズを有する撮像装置。
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