WO2019078222A1 - 可変焦点距離レンズ系および撮像装置 - Google Patents

可変焦点距離レンズ系および撮像装置 Download PDF

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WO2019078222A1
WO2019078222A1 PCT/JP2018/038553 JP2018038553W WO2019078222A1 WO 2019078222 A1 WO2019078222 A1 WO 2019078222A1 JP 2018038553 W JP2018038553 W JP 2018038553W WO 2019078222 A1 WO2019078222 A1 WO 2019078222A1
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WO
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lens
axis direction
end state
focal length
axis
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PCT/JP2018/038553
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English (en)
French (fr)
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基之 大竹
松井　拓未
マーカス カム
クリスティン ヴァイシェルト
学 石岡
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ソニー株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective

Definitions

  • the present disclosure relates to variable focal length lens systems and imaging devices.
  • a photoelectric conversion device such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS)
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • CPUs central processing units
  • storage media can be highly integrated, and large-capacity image data that can not be handled before can be processed at high speed. It has become.
  • aberration correction such as distortion and lateral chromatic aberration has come to be performed in the main body after photographing.
  • variable focal length lens system capable of realizing good imaging performance from a wide angle end state to a telephoto end state with a small number of lenses, and an imaging device equipped with such a variable focal length lens system. desirable.
  • a variable focal length lens system includes a first lens unit including a first lens element in which at least one lens surface is a free-form surface in order from the object side to the image surface side
  • a second lens unit comprising a second lens element in which at least one lens surface is a free-form surface, and a third lens unit having an aperture stop and comprising a rotationally symmetrical lens;
  • the optical axis of the third lens unit is Z axis
  • the axis orthogonal to the Z axis on the image plane is Y axis
  • the axis orthogonal to the Y axis and the Z axis on the image plane is X axis
  • the first lens unit and the second lens unit are movable in the Y-axis direction, and by moving in opposite directions to each other, the combined refractive power of the first lens unit and the second lens unit is variable.
  • An imaging apparatus includes a variable focal length lens system and an imaging element that outputs an imaging signal according to an optical image formed by the variable focal length lens system, and the variable focal length lens system Are configured by the variable focal length lens system according to the embodiment of the present disclosure.
  • a first lens unit and a second lens unit including free-form surfaces move in directions opposite to each other in a direction orthogonal to the optical axis.
  • the combined refractive power changes.
  • At least the third lens unit is moved in the optical axis direction so as to compensate for the change in the image plane position caused by the change in the combined refractive power.
  • FIG. 3 is a diagram showing a spot diagram in the wide-angle end state in Numerical Embodiment 1 in which specific numerical values are applied to the variable focal length lens system shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing a spot diagram in a telephoto end state in Numerical Embodiment 1 in which specific numerical values are applied to the variable focal length lens system shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing distortion in a wide-angle end state in Numerical Embodiment 1 in which specific numerical values are applied to the variable focal length lens system shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing distortion in a telephoto end state in Numerical Embodiment 1 in which specific numerical values are applied to the variable focal length lens system shown in FIG. 2. It is lens sectional drawing which shows the 2nd structural example of the variable focal distance lens system which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the spot diagram in the wide-angle end state in numerical Example 2 which applied a concrete numerical value to the variable focal length lens system shown in FIG. It is a figure which shows the spot diagram in the telephoto end state in the numerical value example 2 which applied a concrete numerical value to the variable focal length lens system shown in FIG.
  • variable focal length lens system including a plurality of movable lens groups and moving the plurality of movable lens groups in the optical axis direction while changing the focal length while keeping the image plane position constant. It has been known.
  • variable focal length lens system in which the angle of view is changed by moving a free-form surface lens having no rotationally symmetric axis in a direction perpendicular to the optical axis (US Pat. No. 3,305,294) And Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-4063)).
  • Patent Document 1 only describes a conceptual configuration using a free-form surface lens, and does not describe a specific configuration of a variable focal length lens system.
  • two free curved surface lenses are arranged at two positions to separate them into a zoom unit and a compensator unit, and the two free curved surface lenses are moved in different directions at two positions, respectively.
  • a lens system that performs zooming is disclosed.
  • variable focal length lens system that can realize good imaging performance from the wide-angle end state to the telephoto end state with a small number of lenses.
  • a variable focal length lens system relates to a lens system having a variable angle of view, and in particular, an open F-number of about 28 to 35 mm (35 mm conversion) in the wide-angle end state where the angle of view becomes the widest. Is approximately 2.8 to 5.6, and is suitable for a zoom lens having a zoom ratio of approximately 2 ⁇ .
  • FIG. 1 shows an outline of a variable focal length lens system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows the variable focal length lens system 1 of the first configuration example according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows the variable focal length lens system 2 of the second configuration example.
  • FIG. 12 shows the variable focal length lens system 3 of the third configuration example.
  • Numerical examples in which specific numerical values are applied to these configuration examples will be described later.
  • Z1 shows an optical axis.
  • optical members such as a cover glass CG for protecting the imaging device and various optical filters may be disposed.
  • the configuration of the variable focal length lens system according to an embodiment of the present disclosure will be described in association with the variable focal length lens systems 1 to 3 of each configuration example shown in FIG.
  • the technology is not limited to the illustrated configuration example.
  • variable focal length lens system includes, in order from the object side to the image plane side, substantially three of the first lens unit G1, the second lens unit G2, and the third lens unit G3. It consists of a lens unit.
  • the first lens unit G1 includes a first lens element L1 in which at least one lens surface is a free-form surface.
  • the second lens unit G2 comprises a second lens element L2 in which at least one lens surface is a free-form surface.
  • the third lens unit G3 has an aperture stop St, and is configured of a lens of a rotationally symmetric shape.
  • a lens having a rotationally symmetric shape such as a spherical lens or an aspheric lens is used, and at least two movable lens groups move in the optical axis direction. Specifically, one movable lens group is moved, and the other movable lens group is moved so as to compensate for the change in the image plane position accompanying the movement.
  • variable focal length lens system disclosed in Patent Document 2 and the like, four free curved surface lenses are disposed, and all of them are configured to shift in the direction perpendicular to the optical axis. Then, the two free-form-surface lenses disposed on the object side shift in opposite directions to change the refractive power of the entire lens system, and the associated changes in the image plane position are placed on the image side.
  • the two free-form surface lenses are configured to compensate by shifting in opposite directions.
  • variable focal length lens system in the variable focal length lens system according to the present embodiment, two free-form-surface lenses of the first lens element L1 and the second lens element L2 mutually extend in the direction perpendicular to the optical axis Z1. Move backwards. As a result, the combined refracting power of the two free-form surface lenses is changed, and the change in the image plane position accordingly is moved by the third lens unit G3 in the direction of the optical axis Z1, so that the image plane position is kept constant. To compensate.
  • the free-form surface lens can be moved (shifted) in a direction substantially perpendicular to the optical axis Z1, and the shape changes according to the amount of movement, and the refractive power changes Do.
  • the third lens unit G3 may include a plurality of rotationally symmetrical lenses.
  • the respective lenses may be arranged to be coaxial with each other in the third lens unit G3.
  • variable focal length lens system since a free-form surface lens, that is, a rotationally asymmetric lens is used, an X axis, a Y axis, and a Z axis are defined.
  • the optical axis of the third lens unit G3 is taken as the Z axis.
  • An axis orthogonal to the Z axis on the image plane Simg is taken as a Y axis.
  • An axis orthogonal to the Y axis and the Z axis on the image plane Simg is taken as an X axis.
  • the three axes X, Y, and Z intersect.
  • FIG. 1 shows an outline of changes in lens position state from the wide-angle end state to the telephoto end state of each lens unit.
  • FIG. 2 and the like show lens cross sections in the YZ plane and the XZ plane in the wide-angle end state and the telephoto end state of each lens unit.
  • all lens units move in the direction of the optical axis Z1 when the lens position state changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 move without changing the distance in the optical axis Z1 direction, but simultaneously move in the Y axis direction perpendicular to the optical axis Z1 by different moving amounts.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 may be fixed in the direction of the optical axis Z1, and only the third lens unit G3 may be moved in the direction of the optical axis Z1.
  • the shape of the free-form surface is expressed using an XY polynomial.
  • the amount of sag Zsag in the Z-axis direction of the lens surface is represented by Z in the following equation (A).
  • C3, ... C53 are coefficients of the XY polynomial.
  • the first lens element L1 and the second lens element L2 have a symmetrical shape with respect to the YZ plane as shown in FIG. 2 and the like, and a shape in which the refractive power changes continuously in the Y axis direction. It is. That is, even if odd terms of Y exist, odd terms of X mean zero.
  • variable focal length lens system Accordingly, it is desirable that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfy a predetermined conditional expression and the like described later.
  • variable focal length lens system according to the present embodiment, three lens units are configured as a whole, and the free curved surface is appropriately used to optimize the configuration of each lens unit.
  • the free curved surface is appropriately used to optimize the configuration of each lens unit.
  • the focal length of the zoom lens in the wide-angle end state increases, but a large amount of aberration occurs.
  • variable focal length lens system Accordingly, it is desirable that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfy the following conditional expressions (1) and (2).
  • ⁇ 1 W refractive power in the X-axis direction in the wide-angle end state of the first lens element
  • L 1 ⁇ 2 W refractive power in the X-axis direction in the wide-angle end state of the second lens element
  • L fw focal length of the entire lens system in the wide-angle end state I assume.
  • variable focal length lens system Accordingly, it is desirable that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfy the following conditional expressions (3) and (4).
  • ⁇ 1T refractive power in the X axis direction in the telephoto end state of the first lens element L1
  • ⁇ 2T refractive power in the X axis direction in the telephoto end state of the second lens element L2 ft: focal length of the entire lens system in the telephoto end state I assume.
  • the free-form surface does not have an axis that is rotationally symmetric, the definition of the refractive power will be described.
  • a ray passing on the optical axis of the third lens unit G3 is regarded as an on-axis ray.
  • the refractive power along the on-axis ray is taken as the paraxial refractive power of the first lens element L1 and the second lens element L2.
  • ray tracing is performed as a skew ray. Therefore, the refractive power is also calculated separately in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the conditional expressions (1) to (4) set forth the refractive powers of the first lens element L1 and the second lens element L2, and when the respective upper limits are exceeded, the wide-angle end state and the telephoto state are satisfied.
  • Aberrations in the end state increase. Particularly in the wide-angle end state, distortion occurring at the periphery of the screen becomes large.
  • it causes deterioration of the image quality. Specifically, since the number of recording pixels in the imaging device is fixed, the resolution is reduced due to the stretching effect. Further, in the telephoto end state, decentering coma aberration occurring at the center of the screen becomes large.
  • conditional expressions (1), (2), (3) and (4) It is more desirable to set the numerical range of in the following conditional expressions (1) ′, (2) ′, (3) ′ and (4) ′. 0.07 ⁇
  • variable focal length lens system when the difference in refractive power between the first lens element L1 and the second lens element L2 in the X axis direction and the Y axis direction increases, the X axis direction and the Y axis The focal distance difference in the direction becomes large.
  • variable focal length lens system According to the present embodiment satisfy the following conditional expressions (5) and (6).
  • ⁇ 12WX Combined refractive power in the X axis direction of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the wide angle end state
  • ⁇ 12WY Y of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the wide angle end state
  • ⁇ 12 TX Combined refractive power of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the X-axis direction in the telephoto end state
  • ⁇ 12 TY first lens element L1 and the second lens element in the telephoto end state
  • ft focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • conditional expression (5) and conditional expression (6) When the value exceeds the upper limit value of conditional expression (5) and conditional expression (6) or falls below the lower limit value, the angle of view difference between the X axis direction and the Y axis direction becomes large, which is not preferable.
  • conditional expression (5) it is more desirable to set the numerical range of the conditional expression (5) as in the following conditional expression (5) ′.
  • variable focal length lens system it is desirable that the shift of the focus position be compensated (focused) by the third lens unit G3 moving in the optical axis direction according to the subject distance.
  • variable focal length lens system in order to achieve high performance, if the focal distance difference between the X-axis direction and the Y-axis direction is small, the X-axis direction and the Y-axis direction may change even if the object position changes from infinity to a close distance.
  • the focus position of the camera is small.
  • the focal distance difference between the X-axis direction and the Y-axis direction increases, the focus position shifts. Therefore, it is desirable that the variable focal length lens system according to the present embodiment satisfy the following conditional expressions (7) and (8).
  • ⁇ 12WX Combined refractive power in the X axis direction of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the wide angle end state
  • ⁇ 12WY Y of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the wide angle end state
  • ⁇ 12 TX Combined refractive power of the first lens element L1 and the second lens element L2 in the X-axis direction in the telephoto end state
  • ⁇ 12 TY first lens element L1 and the second lens element in the telephoto end state
  • the combined refractive power in the Y axis direction with the lens element L2 is used.
  • variable focal length lens system According to the present embodiment satisfy the following conditional expressions (9) and (10) in order to achieve a balance between downsizing and high performance.
  • ⁇ 1 Movement amount of first lens unit L1 in the Y-axis direction when the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state
  • ⁇ 2 The second when the lens position state changes from the wide-angle end to the telephoto end
  • the amount of movement of the lens unit L2 in the Y-axis direction ft the focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • variable focal length lens system higher performance can be achieved by arranging the aperture stop St on the most object side of the third lens unit G3. Specifically, since the off-axis light beams passing through the two free-form-surface lenses approach the optical axis Z1, the occurrence of off-axis aberrations is reduced, and high performance can be achieved.
  • variable focal length lens system in order to correct the chromatic aberration in the wide-angle end state better, it is desirable to use a glass material having high anomalous dispersion in the third lens unit G3.
  • variable focal length lens system of the lens units constituting the lens system, one lens unit (third lens unit G3) or one lens unit (third lens unit G3) is included. It is possible to shift the image position by shifting some lens components as a shift lens group in a direction substantially perpendicular to the optical axis Z1.
  • the shift lens group can be combined with a detection system, an arithmetic system, and a drive system in an imaging device to function as a vibration reduction camera that corrects image blurring due to camera shake or the like generated at the time of shutter release. .
  • the detection system detects a shake angle of the camera and outputs camera shake information.
  • the arithmetic system outputs lens position information necessary to correct the camera shake based on the camera shake information.
  • the shift lens group is a lens system that has been corrected so as to reduce the change in performance caused by the shift.
  • the drive system gives a drive amount to the shift lens group based on the lens position information.
  • variable focal length lens system in the variable focal length lens system according to the present embodiment, a low pass filter is disposed to prevent generation of moire fringes on the image plane side, or infrared cut according to the spectral sensitivity characteristic of the imaging device on the image plane side. It is also possible to place a filter.
  • variable focal length lens systems 1 to 3 according to the present embodiment to an imaging device will be described.
  • FIG. 17 shows a configuration example of an imaging device 100 to which the variable focal length lens systems 1 to 3 according to the present embodiment are applied.
  • the imaging apparatus 100 is, for example, a digital still camera, and includes a camera block 10, a camera signal processing unit 20, an image processing unit 30, an LCD (Liquid Crystal Display) 40, and an R / W (reader / writer) 50. , A central processing unit (CPU) 60, an input unit 70, and a lens drive control unit 80.
  • CPU central processing unit
  • the camera block 10 bears an imaging function, and includes an optical system including an imaging lens 11, and an imaging element 12 such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS).
  • the imaging element 12 is configured to output an imaging signal (image signal) corresponding to the optical image by converting the optical image formed by the imaging lens 11 into an electrical signal.
  • the imaging lens 11 the variable focal length lens systems 1 to 3 of the configuration examples shown in FIG. 2, FIG. 7 and FIG. 12 are applicable.
  • the camera signal processing unit 20 performs various signal processing such as analog-to-digital conversion, noise removal, image quality correction, conversion to luminance and color difference signals, and the like on the image signal output from the imaging device 12.
  • the image processing unit 30 performs recording / reproduction processing of an image signal, and performs compression encoding / expansion decoding processing of an image signal based on a predetermined image data format, conversion processing of data specifications such as resolution, etc. It has become.
  • the LCD 40 has a function of displaying various data such as an operation state of the user on the input unit 70 and a photographed image.
  • the R / W 50 writes the image data encoded by the image processing unit 30 to the memory card 1000 and reads the image data recorded on the memory card 1000.
  • the memory card 1000 is, for example, a semiconductor memory that can be attached to and detached from a slot connected to the R / W 50.
  • the CPU 60 functions as a control processing unit that controls each circuit block provided in the imaging device 100, and controls each circuit block based on an instruction input signal or the like from the input unit 70.
  • the input unit 70 includes various switches and the like for which a user performs a required operation.
  • the input unit 70 includes, for example, a shutter release button for performing a shutter operation, a selection switch for selecting an operation mode, and the like, and outputs an instruction input signal according to the operation by the user to the CPU 60.
  • the lens drive control unit 80 controls the drive of the lens disposed in the camera block 10, and controls a motor (not shown) that drives each lens of the imaging lens 11 based on a control signal from the CPU 60. It has become.
  • an image signal photographed in the camera block 10 is output to the LCD 40 via the camera signal processing unit 20 and displayed as a camera through image.
  • the CPU 60 outputs a control signal to the lens drive control unit 80, and the imaging lens 11 is controlled based on the control of the lens drive control unit 80.
  • the predetermined lens moves.
  • the photographed image signal is output from the camera signal processing unit 20 to the image processing unit 30, and compression encoding processing is performed. Converted to digital data in data format. The converted data is output to the R / W 50 and written to the memory card 1000.
  • focusing is performed, for example, when the shutter release button of the input unit 70 is half-pressed or fully-pressed for recording (shooting), etc., based on the control signal from the CPU 60. This is performed by moving a predetermined lens of the imaging lens 11.
  • predetermined image data is read from the memory card 1000 by the R / W 50 in response to an operation on the input unit 70, and the image processing unit 30 decompresses and decodes the image data. After the processing, the reproduced image signal is output to the LCD 40 and the reproduced image is displayed.
  • the imaging device is applied to a digital still camera or the like, but the application range of the imaging device is not limited to the digital still camera, and is applied to other various imaging devices It is possible.
  • the present invention can be applied to digital single-lens reflex cameras, digital non-reflex cameras, digital video cameras, surveillance cameras, and the like.
  • the present invention can be widely applied as a camera unit of a digital input / output device such as a mobile phone in which a camera is incorporated or an information terminal in which a camera is incorporated.
  • the present invention can also be applied to a lens-interchangeable camera.
  • the “surface number” indicates the number of the ith surface counted from the object side to the image surface side.
  • the radius of curvature indicates the value (mm) of the paraxial radius of curvature of the i-th surface.
  • Spacing is the axial surface distance between the i-th surface and the i + 1-th surface (the thickness of the center of the lens Or the air gap value (mm) is indicated.
  • Refractive index indicates the value of refractive index at e-line (wavelength 546 nm) of a lens or the like starting from the i-th surface.
  • the “Abbe number” indicates the value of the Abbe number at the e-line of a lens or the like starting from the i-th surface.
  • variable focal length lens systems 1 to 3 have an aspheric surface represented by the following equation (B), in addition to the free-form surface represented by the XY polynomial of the above equation (A)
  • the odd-order aspheric surface represented by Formula (C) is included.
  • Z is a sag amount
  • R is a curvature radius
  • K is a conical constant
  • A, B, ..., G, and AR3, AR4, ... are aspheric coefficients.
  • E-n represents an exponential expression with a base of 10, that is, “10 minus n,” for example, “0.12345E-05" is "0. Represents 12345 ⁇ (10 minus 5).
  • variable focal length lens systems 1 to 3 to which the following numerical examples 1 to 3 are applied are all described above in ⁇ 1. Basic configuration of lens> is satisfied.
  • substantially three of the first lens unit G1, the second lens unit G2, and the third lens unit G3 are sequentially arranged from the object side to the image surface side. It consists of two lens units.
  • the first lens unit G1 includes a first lens element L1 in which at least one lens surface is a free-form surface.
  • the second lens unit G2 comprises a second lens element L2 in which at least one lens surface is a free-form surface.
  • the third lens unit G3 has an aperture stop St, and is configured of a lens of a rotationally symmetric shape.
  • all lens units move in the direction of the optical axis Z1 when the lens position state changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 move without changing the distance in the optical axis Z1 direction, but simultaneously move in the Y axis direction perpendicular to the optical axis Z1 by different moving amounts.
  • the first lens unit G1 comprises a first lens element L1 having a shape symmetrical to the optical axis Z1 in the XZ cross section and having an asymmetric shape in the YZ cross section. .
  • the second lens unit G2 is formed of a second lens element L2 having a shape symmetrical to the optical axis in the XZ cross section and having an asymmetrical shape in the YZ cross section.
  • the third lens unit G3 has a positive lens L31 having a convex surface on the object side, a negative lens L32 having a concave surface on the image surface side, a positive lens L33 having a convex surface on the image surface side, and a convex surface on the image surface side And a positive lens L35 having a biconvex shape, and a negative lens L36 having a concave surface facing the object side.
  • the aperture stop St is disposed between the second lens unit G2 and the third lens unit G3, and moves integrally with the third lens unit G3 when the lens position state changes.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 can move in the Y-axis direction by different amounts of movement, and the third lens unit G3 moves in the optical axis direction so as to compensate for the change in the image plane position accompanying it. Do.
  • Table 1 shows basic lens data of Numerical Example 1 in which specific numerical values are applied to the variable focal length lens system 1.
  • the lens surfaces (first to fourth surfaces) of the first lens unit G1 and the second lens unit G2 are free-form surfaces (XY polynomial surface) It is assumed.
  • the lens surfaces (sixth to eleventh surfaces) of the lenses L31, L32, and L33 in the third lens unit G3 are aspheric.
  • each lens surface (the twelfth surface to the seventeenth surface) of the lenses L34, L35, and L36 in the third lens unit G3 is an odd-order aspheric surface.
  • [Table 2] and [Table 3] show the coefficients of the free-form surface, the aspheric surface, and the odd-order aspheric surface.
  • the surface distances D4 and D17 change in value when changing the focal length.
  • [Table 4] shows the focal length in the X axis direction of the whole lens system, the focal length in the Y axis direction of the whole lens system, the value of D4, the value of D17, and the first lens as data when changing the focal length.
  • the shift amount of the element L1 in the Y-axis direction and the shift amount of the second lens element L2 in the Y-axis direction are shown.
  • Amount of shift in the Y-axis direction with respect to the first surface of the second surface -0.00245 (mm)
  • Amount of shift in the Y-axis direction with respect to the fourth surface of the fifth surface -0.15963 (mm)
  • focal lengths in the X-axis direction and Y-axis direction of the entire lens system and in the X-axis direction and Y-axis direction of the first lens element L1.
  • a focal length and focal lengths in the X-axis direction and the Y-axis direction of the second lens element L2 are shown.
  • the focal length in the X-axis direction and the focal length in the Y-axis direction of the composite of the first lens element L1 and the second lens element L2 are shown.
  • FIG. 3 shows a spot diagram in the wide-angle end state in the numerical value example 1.
  • FIG. 4 shows a spot diagram in the telephoto end state in the numerical value example 1.
  • FIG. 5 shows distortion in the wide-angle end state in the numerical value example 1.
  • FIG. 6 shows distortion aberration in the telephoto end state in the numerical value example 1.
  • the first lens unit G1 comprises a first lens element L1 having a shape symmetrical to the optical axis Z1 in the XZ cross section and having an asymmetric shape in the YZ cross section. .
  • the second lens unit G2 is formed of a second lens element L2 having a shape symmetrical to the optical axis in the XZ cross section and having an asymmetrical shape in the YZ cross section.
  • the third lens unit G3 has a positive lens L31 having a convex surface on the object side, a negative lens L32 having a concave surface on the image surface side, a positive lens L33 having a convex surface on the image surface side, and a convex surface on the image surface side And a positive lens L35 having a biconvex shape, and a negative lens L36 having a concave surface facing the object side.
  • the aperture stop St is disposed between the second lens unit G2 and the third lens unit G3, and moves integrally with the third lens unit G3 when the lens position state changes.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 can move in the Y-axis direction by different amounts of movement, and the third lens unit G3 moves in the optical axis direction so as to compensate for the change in the image plane position accompanying it. Do.
  • the surface distances D4 and D17 change in value when changing the focal length.
  • [Table 9] shows the focal length in the X axis direction of the whole lens system, the focal length in the Y axis direction of the whole lens system, the value of D4, the value of D17, and the first lens as data when changing the focal length.
  • the shift amount of the element L1 in the Y-axis direction and the shift amount of the second lens element L2 in the Y-axis direction are shown.
  • focal lengths in the X axis direction and Y axis direction of the entire lens system and in the X axis direction and Y axis direction of the first lens element L1.
  • a focal length and focal lengths in the X-axis direction and the Y-axis direction of the second lens element L2 are shown.
  • the focal length in the X-axis direction and the focal length in the Y-axis direction of the composite of the first lens element L1 and the second lens element L2 are shown.
  • FIG. 8 shows a spot diagram in the wide-angle end state in the numerical value example 2.
  • FIG. 9 shows a spot diagram in the telephoto end state in the second numerical embodiment.
  • FIG. 10 shows distortion in the wide-angle end state according to Numerical Embodiment 2.
  • FIG. 11 shows distortion in the telephoto end state according to Numerical Example 2.
  • the first lens unit G1 has a shape symmetrical to the optical axis Z1 in the XZ cross section, and comprises the first lens element L1 having an asymmetric shape in the YZ cross section. .
  • the second lens unit G2 is formed of a second lens element L2 having a shape symmetrical to the optical axis in the XZ cross section and having an asymmetrical shape in the YZ cross section.
  • the third lens unit G3 has a positive lens L31 having a convex surface on the object side, a negative lens L32 having a concave surface on the image surface side, a positive lens L33 having a convex surface on the image surface side, and a convex surface on the image surface side And a positive lens L35 having a biconvex shape, and a negative lens L36 having a concave surface facing the object side.
  • the aperture stop St is disposed between the second lens unit G2 and the third lens unit G3, and moves integrally with the third lens unit G3 when the lens position state changes.
  • the first lens unit G1 and the second lens unit G2 can move in the Y-axis direction by different amounts of movement, and the third lens unit G3 moves in the optical axis direction so as to compensate for the change in the image plane position accompanying it. Do.
  • the surface distances D4 and D17 change in value when changing the focal length.
  • [Table 14] shows the focal length in the X axis direction of the entire lens system, the focal length in the Y axis direction of the entire lens system, the value of D4, the value of D17, and the first lens as data when changing the focal length.
  • the shift amount of the element L1 in the Y-axis direction and the shift amount of the second lens element L2 in the Y-axis direction are shown.
  • focal lengths in the X-axis direction and Y-axis direction of the entire lens system and in the X-axis direction and Y-axis direction of the first lens element L1.
  • a focal length and focal lengths in the X-axis direction and the Y-axis direction of the second lens element L2 are shown.
  • the focal length in the X-axis direction and the focal length in the Y-axis direction of the composite of the first lens element L1 and the second lens element L2 are shown.
  • FIG. 13 shows a spot diagram in the wide-angle end state in the numerical value example 3.
  • FIG. 14 shows a spot diagram in the telephoto end state in the third numerical embodiment.
  • FIG. 15 shows distortion in the wide-angle end state in the numerical value example 3.
  • FIG. 16 shows distortion in the telephoto end state according to Numerical Example 3.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is any type of movement, such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, robots, construction machines, agricultural machines (tractors), etc. It may be realized as a device mounted on the body.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000 that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 7000 comprises a plurality of electronic control units connected via communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside information detection unit 7400, an in-vehicle information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. .
  • the communication network 7010 connecting the plurality of control units is, for example, an arbitrary standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing in accordance with various programs, a storage unit that stores programs executed by the microcomputer or parameters used in various arithmetic operations, and drive circuits that drive devices to be controlled. Equipped with Each control unit is provided with a network I / F for communicating with other control units via the communication network 7010, and by wired communication or wireless communication with an apparatus or sensor inside or outside the vehicle. A communication I / F for performing communication is provided. In FIG.
  • a microcomputer 7610 As the functional configuration of the integrated control unit 7600, a microcomputer 7610, a general-purpose communication I / F 7620, a dedicated communication I / F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I / F 7660, an audio image output unit 7670
  • An in-vehicle network I / F 7680 and a storage unit 7690 are illustrated.
  • the other control units also include a microcomputer, a communication I / F, a storage unit, and the like.
  • Drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • drive system control unit 7100 includes a drive force generation device for generating a drive force of a vehicle such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control mechanism such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as an ABS (Antilock Brake System) or an ESC (Electronic Stability Control).
  • Vehicle state detection unit 7110 is connected to drive system control unit 7100.
  • the vehicle state detection unit 7110 may be, for example, a gyro sensor that detects an angular velocity of an axial rotational movement of a vehicle body, an acceleration sensor that detects an acceleration of the vehicle, or an operation amount of an accelerator pedal, an operation amount of a brake pedal, and steering of a steering wheel. At least one of the sensors for detecting the angle, the engine speed, the rotational speed of the wheel, etc. is included.
  • Drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using a signal input from vehicle state detection unit 7110 to control an internal combustion engine, a drive motor, an electric power steering device, a brake device, and the like.
  • Body system control unit 7200 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
  • the body control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device of various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker or a fog lamp.
  • the body system control unit 7200 may receive radio waves or signals of various switches transmitted from a portable device substituting a key.
  • Body system control unit 7200 receives the input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp and the like of the vehicle.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310 which is a power supply source of the drive motor according to various programs. For example, information such as the battery temperature, the battery output voltage, or the remaining capacity of the battery is input to the battery control unit 7300 from the battery device provided with the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals, and performs temperature adjustment control of the secondary battery 7310 or control of a cooling device or the like provided in the battery device.
  • Outside-vehicle information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with vehicle control system 7000.
  • the imaging unit 7410 and the external information detection unit 7420 is connected to the external information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a time-of-flight (ToF) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and another camera.
  • ToF time-of-flight
  • an environment sensor for detecting the current weather or weather, or another vehicle, an obstacle or a pedestrian around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000 is detected in the outside-vehicle information detection unit 7420, for example.
  • the ambient information detection sensors at least one of the ambient information detection sensors.
  • the environment sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects wet weather, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects sunshine intensity, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the ambient information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a light detection and ranging (LIDAR) device.
  • the imaging unit 7410 and the external information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as an integrated device of a plurality of sensors or devices.
  • FIG. 19 shows an example of installation positions of the imaging unit 7410 and the external information detection unit 7420.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 are provided at, for example, at least one of the front nose of the vehicle 7900, the side mirror, the rear bumper, the back door, and the upper portion of the windshield of the vehicle interior.
  • An imaging unit 7910 provided in the front nose and an imaging unit 7918 provided in the upper part of the windshield in the vehicle cabin mainly acquire an image in front of the vehicle 7900.
  • the imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 7900.
  • An imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the passenger compartment is mainly used to detect a leading vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 19 illustrates an example of the imaging range of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
  • the imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose
  • the imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors
  • the imaging range d indicates The imaging range of the imaging part 7916 provided in the rear bumper or the back door is shown.
  • a bird's-eye view of the vehicle 7900 as viewed from above can be obtained.
  • the external information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided on the front, rear, sides, and corners of the vehicle 7900 and above the windshield of the vehicle interior may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices.
  • the external information detection units 7920, 7926, 7930 provided on the front nose of the vehicle 7900, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield of the vehicle interior may be, for example, a LIDAR device.
  • These outside-of-vehicle information detection units 7920 to 7930 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle or the like.
  • the out-of-vehicle information detection unit 7400 causes the imaging unit 7410 to capture an image outside the vehicle, and receives the captured image data. Further, the external information detection unit 7400 receives detection information from the external information detection unit 7420 connected. When the out-of-vehicle information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device, the out-of-vehicle information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves or electromagnetic waves and receives information on the received reflected waves.
  • the external information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing of a person, a car, an obstacle, a sign, a character on a road surface, or the like based on the received information.
  • the external information detection unit 7400 may perform environment recognition processing for recognizing rainfall, fog, road surface conditions and the like based on the received information.
  • the external information detection unit 7400 may calculate the distance to an object outside the vehicle based on the received information.
  • the external information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing a person, a car, an obstacle, a sign, a character on a road surface, or the like based on the received image data.
  • the external information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and combines the image data captured by different imaging units 7410 to generate an overhead image or a panoramic image. It is also good.
  • the external information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410.
  • An in-vehicle information detection unit 7500 detects information in the vehicle.
  • a driver state detection unit 7510 that detects a state of a driver is connected to the in-vehicle information detection unit 7500.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera for imaging the driver, a biometric sensor for detecting the driver's biological information, a microphone for collecting sound in the vehicle interior, and the like.
  • the biological sensor is provided, for example, on a seat or a steering wheel, and detects biological information of an occupant sitting on a seat or a driver who grips the steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, or determine whether the driver does not go to sleep You may The in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
  • the integrated control unit 7600 controls the overall operation in the vehicle control system 7000 in accordance with various programs.
  • An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by, for example, a device such as a touch panel, a button, a microphone, a switch or a lever, which can be input operated by the passenger.
  • the integrated control unit 7600 may receive data obtained by speech recognition of speech input by the microphone.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared rays or other radio waves, or an external connection device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) corresponding to the operation of the vehicle control system 7000.
  • PDA Personal Digital Assistant
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gesture. Alternatively, data obtained by detecting the movement of the wearable device worn by the passenger may be input. Furthermore, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the passenger or the like using the above-described input unit 7800 and outputs the generated signal to the integrated control unit 7600. The passenger or the like operates the input unit 7800 to input various data to the vehicle control system 7000 and instruct processing operations.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, and the like.
  • the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as a hard disk drive (HDD), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • HDD hard disk drive
  • semiconductor storage device an optical storage device
  • magneto-optical storage device or the like.
  • the general-purpose communication I / F 7620 is a general-purpose communication I / F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
  • General-purpose communication I / F 7620 is a cellular communication protocol such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced).
  • GSM Global System of Mobile communications
  • WiMAX registered trademark
  • LTE registered trademark
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • other wireless communication protocols such as wireless LAN (also referred to as Wi-Fi (registered trademark)), Bluetooth (registered trademark), etc. may be implemented.
  • the general-purpose communication I / F 7620 is connected to, for example, an apparatus (for example, an application server or control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network) via a base station or access point
  • an apparatus for example, an application server or control server
  • an external network for example, the Internet, a cloud network, or an operator-specific network
  • the general-purpose communication I / F 7620 is a terminal (for example, a driver, a pedestrian or a shop terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal) existing near the vehicle using, for example, P2P (Peer To Peer) technology. It may be connected with
  • the dedicated communication I / F 7630 is a communication I / F that supports a communication protocol designed for use in a vehicle.
  • the dedicated communication I / F 7630 may be a standard protocol such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or cellular communication protocol, which is a combination of lower layer IEEE 802.11p and upper layer IEEE 1609, for example. May be implemented.
  • the dedicated communication I / F 7630 is typically used for Vehicle to Vehicle communication, Vehicle to Infrastructure communication, Vehicle to Home communication, and Vehicle to Pedestrian. 2.) Perform V2X communication, a concept that includes one or more of the communication.
  • the positioning unit 7640 receives a GNSS signal (for example, a GPS signal from a Global Positioning System (GPS) satellite) from, for example, a Global Navigation Satellite System (GNSS) satellite and executes positioning, thereby performing latitude, longitude, and altitude of the vehicle.
  • Generate location information including Positioning section 7640 may specify the current position by exchanging signals with the wireless access point, or may acquire position information from a terminal such as a mobile phone having a positioning function, a PHS, or a smartphone.
  • the beacon receiving unit 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from a radio station or the like installed on a road, and acquires information such as the current position, traffic jams, closing times or required time.
  • the function of the beacon reception unit 7650 may be included in the above-described dedicated communication I / F 7630.
  • An in-vehicle apparatus I / F 7660 is a communication interface that mediates the connection between the microcomputer 7610 and various in-vehicle apparatuses 7760 existing in the vehicle.
  • the in-car device I / F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I / F 7660 is connected via a connection terminal (not shown) (and, if necessary, a cable) via USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface), or MHL (Mobile)
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI High-Definition Multimedia Interface
  • MHL Mobile
  • the in-vehicle device 7760 may include, for example, at least one of a mobile device or wearable device owned by a passenger, or an information device carried in or attached to a vehicle. Further, the in-vehicle device 7760 may include a navigation device for performing a route search to any destination.
  • the in-vehicle device I / F 7660 exchanges control signals or data signals with these in-vehicle devices 7760.
  • the in-vehicle network I / F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the in-vehicle network I / F 7680 transmits and receives signals and the like in accordance with a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 is connected via at least one of a general-purpose communication I / F 7620, a dedicated communication I / F 7630, a positioning unit 7640, a beacon reception unit 7650, an in-vehicle device I / F 7660, and an in-vehicle network I / F 7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled in accordance with various programs based on the information acquired. For example, the microcomputer 7610 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism or the braking device based on the acquired information inside and outside the vehicle, and outputs a control command to the driving system control unit 7100. It is also good.
  • the microcomputer 7610 realizes the function of an advanced driver assistance system (ADAS) including collision avoidance or shock mitigation of a vehicle, follow-up traveling based on an inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance traveling, vehicle collision warning, vehicle lane departure warning, etc. Cooperative control for the purpose of In addition, the microcomputer 7610 automatically runs without using the driver's operation by controlling the driving force generating device, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the acquired information of the surroundings of the vehicle. Coordinated control may be performed for the purpose of driving and the like.
  • ADAS advanced driver assistance system
  • the microcomputer 7610 is information acquired via at least one of a general-purpose communication I / F 7620, a dedicated communication I / F 7630, a positioning unit 7640, a beacon reception unit 7650, an in-vehicle device I / F 7660, and an in-vehicle network I / F 7680. Based on the above, three-dimensional distance information between the vehicle and an object such as a surrounding structure or a person may be generated, and local map information including the peripheral information of the current position of the vehicle may be created. Further, the microcomputer 7610 may predict a danger such as a collision of a vehicle or a pedestrian or the like approaching a road or the like on the basis of the acquired information, and may generate a signal for warning.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or lighting a warning lamp.
  • the audio image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of audio and image to an output device capable of visually or aurally notifying information to a passenger or the outside of a vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • the display unit 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • the display portion 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be another device such as a headphone, a wearable device such as a glasses-type display worn by a passenger, a projector, or a lamp other than these devices.
  • the display device may obtain information obtained from various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from another control unit in various formats such as text, images, tables, graphs, etc. Display visually.
  • the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data or audio data into an analog signal and outputs it in an auditory manner.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • each control unit may be configured by a plurality of control units.
  • the vehicle control system 7000 may comprise another control unit not shown.
  • part or all of the functions of any control unit may be provided to another control unit. That is, as long as transmission and reception of information are performed via the communication network 7010, predetermined arithmetic processing may be performed by any control unit.
  • a sensor or device connected to any control unit is connected to another control unit, a plurality of control units may mutually transmit and receive detection information via the communication network 7010. .
  • variable focal length lens system and the imaging device of the present disclosure can be applied to the imaging unit 7410 and the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918.
  • the present technology can have the following configurations.
  • the entire configuration is configured by three lens units, and the free curved surface is appropriately used to optimize the configuration of each lens unit. It is possible to realize good imaging performance up to the telephoto end state.
  • a first lens unit comprising a first lens element in which at least one lens surface is a free-form surface;
  • a second lens unit comprising a second lens element in which at least one lens surface is a free-form surface;
  • a third lens unit having an aperture stop and configured of a rotationally symmetric lens, Assuming that the optical axis of the third lens unit is Z axis, the axis orthogonal to the Z axis on the image plane is Y axis, and the axis orthogonal to the Y axis and the Z axis on the image plane is X axis
  • the first lens unit and the second lens unit are The combined refractive power of the first lens unit and the second lens unit is variable by moving in the Y-axis direction and moving in opposite directions, and an image plane associated with a change in the combined refractive power.
  • variable focal length lens system wherein at least the third lens unit is moved in the optical axis direction so as to compensate for positional fluctuations.
  • the variable focal length lens system according to the above [1] which satisfies the following conditional expression. 0.04 ⁇
  • ⁇ 1 W refractive power in the X axis direction in the wide angle end state of the first lens element
  • ⁇ 2 W refractive power in the X axis direction in the wide angle end state of the second lens element fw: of the entire lens system in the wide angle end state Let it be the focal length.
  • variable focal length lens system according to the above [1] or [2], which satisfies the following conditional expression. 0.20 ⁇
  • ⁇ 1 T refractive power in the X axis direction in the telephoto end state of the first lens element
  • ⁇ 2 T refractive power in the X axis direction in the telephoto end state of the second lens element ft: of the entire lens system in the telephoto end state Let it be the focal length.
  • variable focal length lens system according to any one of the above [1] to [3], which further satisfies the following conditional expression.
  • ⁇ 12WX combined refractive power of the first lens element and the second lens element in the wide-angle end state in the X-axis direction
  • ⁇ 12WY the first lens element and the second lens element in the wide-angle end state
  • ⁇ 12 TX Combined refractive power in the X-axis direction of the first lens element and the second lens element L2 in the telephoto end state
  • ⁇ 12 TY the first lens element in the telephoto end state
  • fw focal length of the entire lens system in the wide-angle end state
  • ft focal length of the entire lens system in the wide-angle end state
  • variable focal length lens system according to any one of the above [1] to [4], which further satisfies the following conditional expression.
  • ⁇ 12WX combined refractive power of the first lens element and the second lens element in the wide-angle end state in the X-axis direction
  • ⁇ 12WY the first lens element and the second lens element in the wide-angle end state
  • ⁇ 12 TX Combined refractive power in the X-axis direction of the first lens element and the second lens element in the telephoto end state
  • ⁇ 12 TY the first lens element in the telephoto end state
  • the combined refractive power in the Y-axis direction with the second lens element is taken.
  • variable focal length lens system according to any one of the above [1] to [5], which satisfies the following conditional expression.
  • ⁇ 1 The amount of movement of the first lens unit in the Y-axis direction when the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end state
  • ⁇ 2 The above when the lens position changes from the wide-angle end state to the telephoto end
  • the amount of movement of the second lens unit in the Y-axis direction ft the focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • a variable focal length lens system and an imaging device for outputting an imaging signal according to an optical image formed by the variable focal length lens system
  • the variable focal length lens system is In order from the object side to the image side, A first lens unit comprising a first lens element in which at least one lens surface is a free-form surface; A second lens unit comprising a second lens element in which at least one lens surface is a free-form surface; And a third lens unit having an aperture stop and configured of a rotationally symmetric lens, Assuming that the optical axis of the third lens unit is Z axis, the axis orthogonal to the Z axis on the image plane is Y axis, and the axis orthogonal to the Y axis and the Z axis on the image plane is X axis
  • the first lens unit and the second lens unit are The combined refractive power of the first lens unit and the second lens unit is variable by moving in the Y-axis direction and moving in opposite directions, and an image plane associated with a change in the
  • At least the third lens unit is moved in the optical axis direction so as to compensate for positional fluctuations.
  • the variable focal length lens system according to any one of the above [1] to [6], further comprising a lens having substantially no refractive power.
  • the imaging device according to the above [7], wherein the variable focal length lens system further includes a lens having substantially no refractive power.

Landscapes

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Abstract

本開示の可変焦点距離レンズ系は、物体側から像面側に向かって順に、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットとで構成され、第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上でＺ軸に直交する軸をＹ軸、像面上でＹ軸とＺ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、第１レンズユニットと第２レンズユニットは、Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、第１レンズユニットと第２レンズユニットとの合成屈折力が可変である。

Description

可変焦点距離レンズ系および撮像装置
　本開示は、可変焦点距離レンズ系、および撮像装置に関する。
　従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Comple menttaryMetal Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を、各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して、記録する方法が知られている。近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。特に、ＣＰＵの高速化により、歪曲収差や倍率色収差といった収差補正が撮影後に本体内で行われるようになってきた。
米国特許第３３０５２９４号明細書 特開２００７－４０６３号公報
　上記したカメラに適した小型で高性能なズームレンズの開発が望まれている。
　少ないレンズ枚数で広角端状態から望遠端状態まで良好な結像性能を実現することが可能となる可変焦点距離レンズ系、およびそのような可変焦点距離レンズ系を搭載した撮像装置を提供することが望ましい。
　本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側から像面側に向かって順に、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットとで構成され、前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上で前記Ｚ軸に直交する軸をＹ軸、像面上で前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットは、前記Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも前記第３レンズニットが光軸方向に移動するように構成されているものである。
　本開示の一実施の形態に係る撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と、可変焦点距離レンズ系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撮像素子とを含み、可変焦点距離レンズ系を、上記本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系によって構成したものである。
　本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系、または撮像装置では、自由曲面を含む第１レンズユニットと第２レンズユニットとが、光軸に直交する方向に互いに逆向きに移動することにより、合成屈折力が変化する。その合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも第３レンズニットが光軸方向に移動する。
本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の概要を示す説明図である。 一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の第１の構成例を示すレンズ断面図である。 図２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例１における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例１における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例１における広角端状態での歪曲収差を示す図である。 図２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例１における望遠端状態での歪曲収差を示す図である。 一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の第２の構成例を示すレンズ断面図である。 図７に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例２における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図７に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例２における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図７に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例２における広角端状態での歪曲収差を示す図である。 図７に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例２における望遠端状態での歪曲収差を示す図である。 一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の第３の構成例を示すレンズ断面図である。 図１２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例３における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図１２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例３における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す図である。 図１２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例３における広角端状態での歪曲収差を示す図である。 図１２に示した可変焦点距離レンズ系に具体的な数値を適用した数値実施例３における望遠端状態での歪曲収差を示す図である。 撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．レンズの基本構成
　２．作用・効果
　３．撮像装置への適用例
　４．レンズの数値実施例
　５．応用例
　６．その他の実施の形態
＜１．レンズの基本構成＞
　従来より、複数の可動レンズ群を備え、それら複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで像面位置を一定に保ったまま、焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズ系（ズームレンズ）が知られている。
　また、回転対称な軸を持たない自由曲面レンズを光軸に垂直な方向に移動させて画角を変化させる可変焦点距離レンズ系が知られている（特許文献１（米国特許第３３０５２９４号明細書）、および特許文献２（特開２００７－４０６３号公報））。
　しかしながら、上記特許文献１には、自由曲面レンズを用いる概念的な構成が記載されているのみであり、具体的な可変焦点距離レンズ系の構成は記載されていない。
　上記特許文献２には、２か所に自由曲面レンズを２枚ずつ配置することでズーム部とコンペンセータ部とに分離し、２か所において各自由曲面レンズをそれぞれ異なる方向に移動させることにより、変倍を行うレンズ系が開示されている。
　特許文献２に記載のレンズ系では、自由曲面レンズが４枚と非常に多い。自由曲面は加工が難しいために、枚数が多くなると、製造を含めて安定した光学品質を得ることが困難である。さらに、各自由曲面レンズが独立して移動するために、枚数が多くなると、各自由曲面レンズの位置制御が困難となる。
　そこで、少ないレンズ枚数で広角端状態から望遠端状態まで良好な結像性能を実現することが可能となる可変焦点距離レンズ系の開発が望まれる。
　以下の本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、画角が可変のレンズ系に関し、特に画角が最も広くなる広角端状態で２８～３５ｍｍ程度（３５ｍｍ換算）、開放Ｆ値が２．８～５．６程度で、ズーム比が２倍程度のズームレンズに適している。
　図１は、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の概要を示している。図２は、本実施の形態に係る第１の構成例の可変焦点距離レンズ系１を示している。図７は、第２の構成例の可変焦点距離レンズ系２を示している。図１２は、第３の構成例の可変焦点距離レンズ系３を示している。これらの構成例に具体的な数値を適用した数値実施例は後述する。図１等において、Ｚ１は光軸を示す。可変焦点距離レンズ系１～３と像面Ｓｉｍｇとの間には、撮像素子保護用のカバーガラスＣＧや各種の光学フィルタ等の光学部材が配置されていてもよい。
　以下、本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の構成を、適宜図２等に示した各構成例の可変焦点距離レンズ系１～３に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側から像面側に向かって順に、第１レンズユニットＧ１と、第２レンズユニットＧ２と、第３レンズユニットＧ３との実質的に３つのレンズユニットで構成されている。
　第１レンズユニットＧ１は、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントＬ１からなる。
　第２レンズユニットＧ２は、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントＬ２からなる。
　第３レンズユニットＧ３は、開口絞りＳｔを有し、回転対称な形状のレンズで構成されている。
　一般的なズームレンズでは、球面レンズや非球面レンズといった回転対称な形状のレンズが使われ、少なくとも２つの可動レンズ群が光軸方向に移動する構成となっている。具体的には一方の可動レンズ群が移動して、それに伴う像面位置の変化をもう一方の可動レンズ群が補償するように移動する構成となっている。
　一方で、上記特許文献２等で開示される可変焦点距離レンズ系では、４枚の自由曲面レンズが配置され、いずれもが光軸に垂直な方向にシフトする構成となっている。そして、物体側に配置される２枚の自由曲面レンズが互いに逆向きにシフトすることにより、レンズ系全体の屈折力を変化させ、それに伴う像面位置の変化を像側に配置される他の２枚の自由曲面レンズが互いに逆向きにシフトすることにより、補償する構成となっている。
　これに対して、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との２枚の自由曲面レンズが、光軸Ｚ１に垂直な方向に互いに逆向きに移動する。これにより、２枚の自由曲面レンズの合成屈折力を変化させて、それに伴う像面位置の変化を第３レンズニットＧ３が光軸Ｚ１方向に移動することにより、像面位置を一定に保つように補償する。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、自由曲面レンズは光軸Ｚ１に対してほぼ垂直な方向に移動（シフト）可能で、移動量に応じて形状が変化して、屈折力が変化する。
　第３レンズニットＧ３は回転対称形状の複数のレンズを含んでもよい。この場合、第３レンズニットＧ３内において、各レンズは互いに共軸となるように配置してもよい。
　ここで、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、自由曲面レンズ、すなわち回転非対称のレンズを用いているため、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を定義する。図１に示す通り、第３レンズニットＧ３の光軸をＺ軸とする。像面Ｓｉｍｇ上でＺ軸に直交する軸をＹ軸とする。像面像面Ｓｉｍｇ上でＹ軸とＺ軸とに直交する軸をＸ軸とする。像面上の原点でＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の３つの軸が交わる。
　図１には、各レンズユニットの広角端状態から望遠端状態へのレンズ位置状態の変化の概要を示す。また、図２等には、各レンズユニットの広角端状態と望遠端状態とにおける、Ｙ－Ｚ平面、およびＸ－Ｚ平面内でのレンズ断面を示す。本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、広角端状態から望遠端状態へとレンズ位置状態が変化する際に、すべてのレンズユニットが光軸Ｚ１方向に移動する。このとき、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は光軸Ｚ１方向の間隔は変えずに移動するが、同時に光軸Ｚ１に垂直なＹ軸方向にそれぞれ異なる移動量で移動する。
　なお、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は光軸Ｚ１方向には固定で、光軸Ｚ１方向には第３レンズニットＧ３のみ移動させる構成であっても良い。
　本実施の形態では、自由曲面の形状をＸＹ多項式を用いて表現する。レンズ面のＺ軸方向のサグ量Ｚｓａｇが、以下の式（Ａ）のＺで表される。Ｃ３，…Ｃ５３はＸＹ多項式の係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２は、図２等に示したように、Ｙ－Ｚ平面に対して対称な形状であり、Ｙ軸方向に連続的に屈折力が変化する形状である。つまり、Ｙの奇数次項は存在しても、Ｘの奇数次項はゼロという意味である。
　その他、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、後述する所定の条件式等を満足することが望ましい。
＜２．作用・効果＞
　次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の作用および効果を説明する。併せて、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系における望ましい構成を説明する。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系によれば、全体として３つのレンズユニットで構成し、自由曲面を適切に用いて各レンズユニットの構成の最適化を図るようにしたので、少ないレンズ枚数で広角端状態から望遠端状態まで良好な結像性能を実現することが可能となる。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とをシフトさせた際の屈折力変化を大きくすると、ズーム比（＝望遠端状態の焦点距離／広角端状態の焦点距離）が大きくなるが、収差が大きく発生する。
　そこで、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（１），（２）を満足することが望ましい。
　０．０４＜｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＜０．２５　……（１）
　０．１０＜｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＜０．３０　……（２）
ただし、
　φ１Ｗ：第１のレンズエレメントＬ１の広角端状態におけるＸ軸方向の屈折力
　φ２Ｗ：第２のレンズエレメントＬ２の広角端状態におけるＸ軸方向の屈折力
　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　また、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（３），（４）を満足することが望ましい。
　０．２０＜｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＜０．６０　……（３）
　０＜｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＜０．４０　……（４）
ただし、
　φ１Ｔ：第１のレンズエレメントＬ１の望遠端状態におけるＸ軸方向の屈折力
　φ２Ｔ：第２のレンズエレメントＬ２の望遠端状態におけるＸ軸方向の屈折力
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　ここで、自由曲面は回転対称となる軸を持っていないため、屈折力の定義について説明する。本実施の形態においては、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２を通過した後、第３レンズニットＧ３の光軸上を通過する光線を軸上光線とする。この軸上光線に沿った屈折力を、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との近軸の屈折力とする。そして、ｓｋｅｗ光線として光線追跡を行う。このため、屈折力もＸ軸方向とＹ軸方向とに分けて算出している。
　上記条件式（１）ないし（４）は、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との屈折力を規定する条件式で、それぞれの上限値を上回った場合、広角端状態と望遠端状態とにおける諸収差が大きくなってしまう。特に広角端状態では画面周辺部で起こる歪曲収差が大きくなってしまう。このとき、撮像装置における信号処理による歪曲収差補正と組み合せることにより補正することも可能だが、画質低下を引き起こしてしまう。具体的には撮像装置における記録画素数が決まっているために、引き延ばし効果により解像度が低下してしまう。また、望遠端状態では画面中心部で起こる偏心コマ収差が大きくなってしまう。
　なお、上記した条件式（１），（２），（３），（４）の効果をより良好に実現するためには、条件式（１），（２），（３），（４）の数値範囲を下記条件式（１）’，（２）’，（３）’，（４）’のように設定することがより望ましい。
　０．０７＜｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＜０．２０　……（１）’
　０．１５＜｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＜０．２５　……（２）’
　０．３０＜｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＜０．５５　……（３）’
　０．０２＜｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＜０．３０　……（４）’
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とにおけるＸ軸方向とＹ軸方向での屈折力差が大きくなると、Ｘ軸方向とＹ軸方向での焦点距離差が大きくなってしまう。
　そこで、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（５），（６）を満足することが望ましい。
　｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＜０．０６　……（５）
　｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＜０．０６　……（６）
ただし、
　φ１２ＷＸ：広角端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＸ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＷＹ：広角端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＹ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＸ：望遠端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＸ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＹ：望遠端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＹ軸方向の合成屈折力
　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　条件式（５）と条件式（６）の上限値を上回る、あるいは下限値を下回った場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向との画角差が大きくなってしまうため、好ましくない。
　なお、上記した条件式（５）の効果をより良好に実現するためには、条件式（５）の数値範囲を下記条件式（５）’のように設定することがより望ましい。
　｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＜０．０３　……（５）’
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、被写体距離に応じて第３レンズユニットＧ３が光軸方向に移動することで、ピント位置のずれを補償する（フォーカス）を行うことが望ましい。
　特に、高性能化を図るためには、Ｘ軸方向とＹ軸方向との焦点距離差が微小であれば、被写体位置が無限遠から至近距離まで変化しても、Ｘ軸方向とＹ軸方向とのピント位置のずれが小さい。Ｘ軸方向とＹ軸方向との焦点距離差が大きくなると、ピント位置がずれてしまう。このため、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（７），（８）を満足することが望ましい。
　０．９＜｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＜１．２５　……（７）
　０．９＜｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＜１．１　……（８）
ただし、
　φ１２ＷＸ：広角端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＸ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＷＹ：広角端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＹ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＸ：望遠端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＸ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＹ：望遠端状態における第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２とのＹ軸方向の合成屈折力
とする。
　上記条件式（７），（８）の上限値を上回る、あるいは下限値を下回った場合には、無限遠距離においてＸ軸方向とＹ軸方向とのピント位置を合わせたとしても、最短撮影距離においてピント位置のずれが大きくなってしまう。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系は、小型化と高性能化とのバランスを図るために、以下の条件式（９），（１０）を満足することが望ましい。
　０．５＜Δ１／ｆｔ＜０．９　……（９）
　０．５＜Δ２／ｆｔ＜０．９　……（１０）
ただし、
　Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第１レンズユニットＬ１のＹ軸方向の移動量
　Δ２：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第２レンズユニットＬ２のＹ軸方向の移動量
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　条件式（９），（１０）の上限値を上回った場合、第１レンズユニットＬ１の移動量と第２レンズユニットＬ２の移動量とが大きくなりすぎて、レンズ系全体での体積が大きくなってしまう。逆に、条件式（９），（１０）の下限値を下回った場合、移動量が少なくなるため、自由曲面において発生する収差を補正することが困難になり、高性能化が充分に図れなくなってしまう。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、開口絞りＳｔを第３レンズユニットＧ３の最も物体側に配置することにより、さらなる高性能化が図れる。具体的には、２枚の自由曲面レンズを通過する軸外光束が光軸Ｚ１に近づくため、軸外収差の発生が減り、高性能化が図れる。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、広角端状態における色収差をより良好に補正するには、第３レンズユニットＧ３内に異常分散性の高い硝材を用いることが望ましい。
　本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系では、レンズ系を構成するレンズユニットのうち、１つのレンズユニット（第３レンズユニットＧ３）、もしくは、１つのレンズユニット（第３レンズユニットＧ３）内の一部のレンズ成分をシフトレンズ群として光軸Ｚ１にほぼ垂直な方向にシフトさせることにより、像位置をシフトさせることが可能である。
　このシフトレンズ群を撮像装置における検出系、演算系、および駆動系と組み合わせて、シャッタレリーズの際に発生する手ブレ等による像のブレを補正する、防振カメラとして機能させることが可能である。
　この場合、検出系はカメラのブレ角を検出して、手ブレ情報を出力する。演算系は手ブレ情報に基づき、手ブレを補正するのに必要なレンズ位置情報を出力する。シフトレンズ群は、シフトさせた際に生じる性能変化が少なくなるように補正されたレンズ系である。駆動系はレンズ位置情報に基づき、シフトレンズ群に駆動量を与える。
　また、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系においては、像面側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、像面側に撮像素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも可能である。
＜３．撮像装置への適用例＞
　次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系１～３の撮像装置への適用例を説明する。
　図１７は、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系１～３を適用した撮像装置１００の一構成例を示している。この撮像装置１００は、例えばデジタルスチルカメラであり、カメラブロック１０と、カメラ信号処理部２０と、画像処理部３０と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、Ｒ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、入力部７０と、レンズ駆動制御部８０とを備えている。
　カメラブロック１０は、撮像機能を担うものであり、撮像レンズ１１を含む光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１２とを有している。撮像素子１２は、撮像レンズ１１によって形成された光学像を電気信号へ変換することで、光学像に応じた撮像信号（画像信号）を出力するようになっている。撮像レンズ１１として、図２、図７、および図１２に示した各構成例の可変焦点距離レンズ系１～３を適用可能である。
　カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２から出力された画像信号に対してアナログ－デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行うものである。
　画像処理部３０は、画像信号の記録再生処理を行うものであり、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うようになっている。
　ＬＣＤ４０は、ユーザの入力部７０に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データのメモリカード１０００への書き込み、およびメモリーカード１０００に記録された画像データの読み出しを行うものである。メモリカード１０００は、例えば、Ｒ／Ｗ５０に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。
　ＣＰＵ６０は、撮像装置１００に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能するものであり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御するようになっている。入力部７０は、ユーザによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等からなる。入力部７０は例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力するようになっている。レンズ駆動制御部８０は、カメラブロック１０に配置されたレンズの駆動を制御するものであり、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて撮像レンズ１１の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御するようになっている。
　以下に、撮像装置１００における動作を説明する。
　撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、例えば入力部７０からのズーミングやフォーカシングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて撮像レンズ１１の所定のレンズが移動する。
　入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード１０００に書き込まれる。
　なお、フォーカシングは、例えば、入力部７０のシャッタレリーズボタンが半押しされた場合や記録（撮影）のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０が撮像レンズ１１の所定のレンズを移動させることにより行われる。
　メモリカード１０００に記録された画像データを再生する場合には、入力部７０に対する操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によってメモリカード１０００から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力されて再生画像が表示される。
　なお、上記した実施の形態においては、撮像装置をデジタルスチルカメラ等に適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲はデジタルスチルカメラに限られることはなく、他の種々の撮像装置に適用可能である。例えば、デジタル一眼レフカメラ、デジタルノンレフレックスカメラ、デジタルビデオカメラ、および監視カメラ等に適用することができる。また、カメラが組み込まれた携帯電話や、カメラが組み込まれた情報端末等のデジタル入出力機器のカメラ部等として広く適用することができる。また、レンズ交換式のカメラにも適用することができる。
＜４．レンズの数値実施例＞
　次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系１～３の具体的な数値実施例について説明する。ここでは、図２、図７、および図１２に示した各構成例の可変焦点距離レンズ系１～３に、具体的な数値を適用した数値実施例を説明する。
　なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「面番号」は、物体側から像面側へ数えたｉ番目の面の番号を示している。「曲率半径は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。「面間隔」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔（レンズの中心の厚み、または空気間隔）の値（ｍｍ）を示す。「屈折率」はｉ番目の面から始まるレンズ等のｅ線（波長５４６ｎｍ）における屈折率の値を示す。「アッベ数」はｉ番目の面から始まるレンズ等のｅ線におけるアッベ数の値を示す。
　また、「面形状」の欄には、各レンズ面の面形状の種類を示す。本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系１～３は、上記した式（Ａ）のＸＹ多項式で表される自由曲面のほか、以下の式（Ｂ）で表される非球面と、以下の式（Ｃ）で表される奇数次非球面とが含まれている。なお、式（Ｂ），（Ｃ）において、Ｈは光軸Ｚ１からの距離でＨ＝（Ｘ2＋Ｙ2）1/2として表され、Ｚはサグ量、Ｒは曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，…，Ｇと、ＡＲ３，ＡＲ４，…は非球面係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　各数値実施例を示す各表において、「Ｅ－ｎ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０のマイナスｎ乗」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ－０５」は「０．１２３４５×（１０のマイナス５乗）」を表している。
［各数値実施例に共通の構成］
　以下の数値実施例１～３が適用される可変焦点距離レンズ系１～３はいずれも、上記した＜１．レンズの基本構成＞を満足した構成となっている。
　すなわち、可変焦点距離レンズ系１～３はいずれも、物体側から像面側に向かって順に、第１レンズユニットＧ１と、第２レンズユニットＧ２と、第３レンズユニットＧ３との実質的に３つのレンズユニットで構成されている。第１レンズユニットＧ１は、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントＬ１からなる。第２レンズユニットＧ２は、少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントＬ２からなる。第３レンズユニットＧ３は、開口絞りＳｔを有し、回転対称な形状のレンズで構成されている。
　図１に示したように、可変焦点距離レンズ系１～３はいずれも、広角端状態から望遠端状態へとレンズ位置状態が変化する際に、すべてのレンズユニットが光軸Ｚ１方向に移動する。このとき、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は光軸Ｚ１方向の間隔は変えずに移動するが、同時に光軸Ｚ１に垂直なＹ軸方向にそれぞれ異なる移動量で移動する。
［数値実施例１］
　図２に示した可変焦点距離レンズ系１において、第１レンズユニットＧ１はＸ－Ｚ断面では光軸Ｚ１に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第１のレンズエレメントＬ１からなる。
　第２レンズユニットＧ２は、Ｘ－Ｚ断面では光軸に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第２のレンズエレメントＬ２からなる。
　第３レンズユニットＧ３は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ３１と、像面側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像面側に凸面を向けた正レンズＬ３３と、像面側に凸面を向けた負レンズＬ３４と、両凸形状の正レンズＬ３５と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ３６との６つのレンズにより構成される。
　開口絞りＳｔは、第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３との間に配置され、レンズ位置状態が変化する際に、第３レンズユニットＧ３と一体的に移動する。
　第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は、それぞれ異なる移動量でＹ軸方向に移動可能であり、それに伴う像面位置の変化を補償するように第３レンズユニットＧ３が光軸方向に移動する。
　［表１］に、可変焦点距離レンズ系１に具体的な数値を適用した数値実施例１の基本的なレンズデータを示す。［表１］に示したように、数値実施例１では、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２との各レンズ面（第１面～第４面）は、自由曲面（ＸＹ多項式面）とされている。数値実施例１では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３の各レンズ面（第６面～第１１面）は、非球面とされている。数値実施例１では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３４，Ｌ３５，Ｌ３６の各レンズ面（第１２面～第１７面）は、奇数次非球面とされている。［表２］，［表３］には、自由曲面、非球面、および奇数次非球面の各係数を示す。
　面間隔Ｄ４，Ｄ１７は、焦点距離を変化させる際に値が変化する。［表４］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向の焦点距離、レンズ全系のＹ軸方向焦点距離、Ｄ４の値、Ｄ１７の値、第１のレンズエレメントＬ１のＹ軸方向のシフト量、および第２のレンズエレメントＬ２のＹ軸方向のシフト量を示す。
　また、以下に、第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量と、第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量とを示す。
　第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量：－０．００２４５（ｍｍ）
　第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量：－０．１５９６３（ｍｍ）
　また、［表５］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第１のレンズエレメントＬ１のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第２のレンズエレメントＬ２のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離とを示す。また、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との合成のＸ軸方向の焦点距離およびＹ軸方向の焦点距離を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　また、以下に、数値実施例１における上述の各条件式に関する値を示す。数値実施例１は、各条件式の値がその数値範囲内となっている。
（１）｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＝０．１５４
（２）｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＝０．２１３
（３）｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＝０．４５４
（４）｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＝０．０９３
（５）｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＝０．００７
（６）｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＝０．０３０
（７）｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＝１．１１０
（８）｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＝１．０９１
（９）Δ１／ｆｔ＝０．６２０
（１０）Δ２／ｆｔ＝０．６３０
　図３には、数値実施例１における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図４には、数値実施例１における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図５には、数値実施例１における広角端状態での歪曲収差を示す。図６には、数値実施例１における望遠端状態での歪曲収差を示す。
　各収差図から分かるように、数値実施例１では、広角端状態、および望遠端状態において、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［数値実施例２］
　図７に示した可変焦点距離レンズ系２において、第１レンズユニットＧ１はＸ－Ｚ断面では光軸Ｚ１に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第１のレンズエレメントＬ１からなる。
　第２レンズユニットＧ２は、Ｘ－Ｚ断面では光軸に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第２のレンズエレメントＬ２からなる。
　第３レンズユニットＧ３は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ３１と、像面側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像面側に凸面を向けた正レンズＬ３３と、像面側に凸面を向けた負レンズＬ３４と、両凸形状の正レンズＬ３５と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ３６との６つのレンズにより構成される。
　開口絞りＳｔは、第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３との間に配置され、レンズ位置状態が変化する際に、第３レンズユニットＧ３と一体的に移動する。
　第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は、それぞれ異なる移動量でＹ軸方向に移動可能であり、それに伴う像面位置の変化を補償するように第３レンズユニットＧ３が光軸方向に移動する。
　［表６］に、可変焦点距離レンズ系２に具体的な数値を適用した数値実施例２の基本的なレンズデータを示す。［表６］に示したように、数値実施例２では、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２との各レンズ面（第１面～第４面）は、自由曲面（ＸＹ多項式面）とされている。数値実施例２では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３の各レンズ面（第６面～第１１面）は、非球面とされている。数値実施例２では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３４，Ｌ３５，Ｌ３６の各レンズ面（第１２面～第１７面）は、奇数次非球面とされている。［表７］，［表８］には、自由曲面、非球面、および奇数次非球面の各係数を示す。
　面間隔Ｄ４，Ｄ１７は、焦点距離を変化させる際に値が変化する。［表９］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向の焦点距離、レンズ全系のＹ軸方向焦点距離、Ｄ４の値、Ｄ１７の値、第１のレンズエレメントＬ１のＹ軸方向のシフト量、および第２のレンズエレメントＬ２のＹ軸方向のシフト量を示す。
　また、以下に、第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量と、第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量とを示す。
　第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量：０．０７６１４（ｍｍ）
　第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量：－０．１２１９４（ｍｍ）
　また、［表１０］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第１のレンズエレメントＬ１のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第２のレンズエレメントＬ２のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離とを示す。また、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との合成のＸ軸方向の焦点距離およびＹ軸方向の焦点距離を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　また、以下に、数値実施例２における上述の各条件式に関する値を示す。数値実施例２は、各条件式の値がその数値範囲内となっている。
（１）｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＝０．１２１
（２）｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＝０．１８４
（３）｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＝０．４０７
（４）｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＝０．１８２
（５）｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＝０．００３
（６）｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＝０．０２５
（７）｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＝１．０３４
（８）｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＝１．０７９
（９）Δ１／ｆｔ＝０．７６７
（１０）Δ２／ｆｔ＝０．７００
　図８には、数値実施例２における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図９には、数値実施例２における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図１０には、数値実施例２における広角端状態での歪曲収差を示す。図１１には、数値実施例２における望遠端状態での歪曲収差を示す。
　各収差図から分かるように、数値実施例２では、広角端状態、および望遠端状態において、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［数値実施例３］
　図１２に示した可変焦点距離レンズ系３において、第１レンズユニットＧ１はＸ－Ｚ断面では光軸Ｚ１に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第１のレンズエレメントＬ１からなる。
　第２レンズユニットＧ２は、Ｘ－Ｚ断面では光軸に対称な形状で、Ｙ－Ｚ断面では非対称な形状の第２のレンズエレメントＬ２からなる。
　第３レンズユニットＧ３は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ３１と、像面側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像面側に凸面を向けた正レンズＬ３３と、像面側に凸面を向けた負レンズＬ３４と、両凸形状の正レンズＬ３５と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ３６との６つのレンズにより構成される。
　開口絞りＳｔは、第２レンズユニットＧ２と第３レンズユニットＧ３との間に配置され、レンズ位置状態が変化する際に、第３レンズユニットＧ３と一体的に移動する。
　第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２は、それぞれ異なる移動量でＹ軸方向に移動可能であり、それに伴う像面位置の変化を補償するように第３レンズユニットＧ３が光軸方向に移動する。
　［表１１］に、可変焦点距離レンズ系３に具体的な数値を適用した数値実施例３の基本的なレンズデータを示す。［表１１］に示したように、数値実施例３では、第１レンズユニットＧ１と第２レンズユニットＧ２との各レンズ面（第１面～第４面）は、自由曲面（ＸＹ多項式面）とされている。数値実施例３では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３の各レンズ面（第６面～第１１面）は、非球面とされている。数値実施例３では、第３レンズユニットＧ３内のレンズＬ３４，Ｌ３５，Ｌ３６の各レンズ面（第１２面～第１７面）は、奇数次非球面とされている。［表１２］，［表１３］には、自由曲面、非球面、および奇数次非球面の各係数を示す。
　面間隔Ｄ４，Ｄ１７は、焦点距離を変化させる際に値が変化する。［表１４］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向の焦点距離、レンズ全系のＹ軸方向焦点距離、Ｄ４の値、Ｄ１７の値、第１のレンズエレメントＬ１のＹ軸方向のシフト量、および第２のレンズエレメントＬ２のＹ軸方向のシフト量を示す。
　また、以下に、第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量と、第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量とを示す。
　第２面の第１面に対するＹ軸方向のシフト量：－０．０７６１４（ｍｍ）
　第５面の第４面に対するＹ軸方向のシフト量：－０．１２１９４（ｍｍ）
　また、［表１５］には、焦点距離を変化させる際のデータとして、レンズ全系のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第１のレンズエレメントＬ１のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離と、第２のレンズエレメントＬ２のＸ軸方向およびＹ軸方向の焦点距離とを示す。また、第１のレンズエレメントＬ１と第２のレンズエレメントＬ２との合成のＸ軸方向の焦点距離およびＹ軸方向の焦点距離を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
　また、以下に、数値実施例３における上述の各条件式に関する値を示す。数値実施例３は、各条件式の値がその数値範囲内となっている。
（１）｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＝０．１１１
（２）｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＝０．１８０
（３）｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＝０．３９３
（４）｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＝０．０５８
（５）｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＝０．００２
（６）｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＝０．００３
（７）｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＝１．０２４
（８）｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＝１．００８
（９）Δ１／ｆｔ＝０．７９６
（１０）Δ２／ｆｔ＝０．７２８
　図１３には、数値実施例３における広角端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図１４には、数値実施例３における望遠端状態でのスポットダイヤグラムを示す。図１５には、数値実施例３における広角端状態での歪曲収差を示す。図１６には、数値実施例３における望遠端状態での歪曲収差を示す。
　各収差図から分かるように、数値実施例３では、広角端状態、および望遠端状態において、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
＜５．応用例＞
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１８は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１８に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１８では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
　ここで、図１９は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１９には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
　図１８に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１８の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
　なお、図１８に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
　以上説明した車両制御システム７０００において、本開示の可変焦点距離レンズ系、および撮像装置は、撮像部７４１０、および撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８に適用することができる。
＜６．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
　例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術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。
　また、上記実施の形態および実施例では、実質的に３つのレンズユニットからなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であってもよい。
　また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。以下の構成の本技術によれば、全体として３つのレンズユニットで構成し、自由曲面を適切に用いて各レンズユニットの構成の最適化を図るようにしたので、少ないレンズ枚数で広角端状態から望遠端状態まで良好な結像性能を実現することが可能となる。
［１］
　物体側から像面側に向かって順に、
　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、
　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、
　開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットと
　で構成され、
　前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上で前記Ｚ軸に直交する軸をＹ軸、像面上で前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、
　前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットは、
　前記Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも前記第３レンズニットが光軸方向に移動する
　可変焦点距離レンズ系。
［２］
　さらに以下の条件式を満足する
　上記［１］に記載の可変焦点距離レンズ系。
　０．０４＜｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＜０．２５　……（１）
　０．１０＜｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＜０．３０　……（２）
ただし、
　φ１Ｗ：前記第１のレンズエレメントの広角端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
　φ２Ｗ：前記第２のレンズエレメントの広角端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
［３］
　さらに以下の条件式を満足する
　上記［１］または［２］に記載の可変焦点距離レンズ系。
　０．２０＜｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＜０．６０　……（３）
　０＜｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＜０．４０　……（４）
ただし、
　φ１Ｔ：前記第１のレンズエレメントの望遠端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
　φ２Ｔ：前記第２のレンズエレメントの望遠端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
［４］
　さらに以下の条件式を満足する
　上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の可変焦点距離レンズ系。
　｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＜０．０６　……（５）
　｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＜０．０６　……（６）
ただし、
　φ１２ＷＸ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＷＹ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＸ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントＬ２との前記Ｘ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＹ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
［５］
　被写体距離が無限遠位置から近距離まで移動する際に、前記第３レンズユニットが光軸方向に移動し、
　さらに以下の条件式を満足する
　上記［１］ないし［４］のいずれか１つに記載の可変焦点距離レンズ系。
　０．９＜｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＜１．２５　……（７）
　０．９＜｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＜１．１　……（８）
ただし、
　φ１２ＷＸ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＷＹ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＸ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
　φ１２ＴＹ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
とする。
［６］
　さらに以下の条件式を満足する
　上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載の可変焦点距離レンズ系。
　０．５＜Δ１／ｆｔ＜０．９　……（９）
　０．５＜Δ２／ｆｔ＜０．９　……（１０）
ただし、
　Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第１レンズユニットの前記Ｙ軸方向の移動量
　Δ２：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第２レンズユニットの前記Ｙ軸方向の移動量
　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
［７］
　可変焦点距離レンズ系と、前記可変焦点距離レンズ系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撮像素子とを含み、
　前記可変焦点距離レンズ系は、
　物体側から像面側に向かって順に、
　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、
　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、
　開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットと
　で構成され、
　前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上で前記Ｚ軸に直交する軸をＹ軸、像面上で前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、
　前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットは、
　前記Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも前記第３レンズニットが光軸方向に移動する
　撮像装置。
［８］
　実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
　上記［１］ないし［６］のいずれか１つに記載の可変焦点距離レンズ系。
［９］
　前記可変焦点距離レンズ系は、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
　上記［７］に記載の撮像装置。
　本出願は、日本国特許庁において２０１７年１０月１７日に出願された日本特許出願番号第２０１７－２０１２７５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (7)

  1. 　物体側から像面側に向かって順に、
    　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、
    　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、
    　開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットと
    　で構成され、
    　前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上で前記Ｚ軸に直交する軸をＹ軸、像面上で前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、
    　前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットは、
    　前記Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも前記第３レンズニットが光軸方向に移動する
    　可変焦点距離レンズ系。
  2. 　さらに以下の条件式を満足する
    　請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    　０．０４＜｜φ１Ｗ｜・ｆｗ＜０．２５　……（１）
    　０．１０＜｜φ２Ｗ｜・ｆｗ＜０．３０　……（２）
    ただし、
    　φ１Ｗ：前記第１のレンズエレメントの広角端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
    　φ２Ｗ：前記第２のレンズエレメントの広角端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
    　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  3. 　さらに以下の条件式を満足する
    　請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    　０．２０＜｜φ１Ｔ｜・ｆｔ＜０．６０　……（３）
    　０＜｜φ２Ｔ｜・ｆｔ＜０．４０　……（４）
    ただし、
    　φ１Ｔ：前記第１のレンズエレメントの望遠端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
    　φ２Ｔ：前記第２のレンズエレメントの望遠端状態における前記Ｘ軸方向の屈折力
    　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  4. 　さらに以下の条件式を満足する
    　請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    　｜φ１２ＷＸ－φ１２ＷＹ｜・ｆｗ＜０．０６　……（５）
    　｜φ１２ＴＸ－φ１２ＴＹ｜・ｆｔ＜０．０６　……（６）
    ただし、
    　φ１２ＷＸ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＷＹ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＴＸ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＴＹ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
    　ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  5. 　被写体距離が無限遠位置から近距離まで移動する際に、前記第３レンズユニットが光軸方向に移動し、
    　さらに以下の条件式を満足する
    　請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    　０．９＜｜φ１２ＷＸ／φ１２ＷＹ｜＜１．２５　……（７）
    　０．９＜｜φ１２ＴＸ／φ１２ＴＹ｜＜１．１　……（８）
    ただし、
    　φ１２ＷＸ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＷＹ：広角端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＴＸ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｘ軸方向の合成屈折力
    　φ１２ＴＹ：望遠端状態における前記第１のレンズエレメントと前記第２のレンズエレメントとの前記Ｙ軸方向の合成屈折力
    とする。
  6. 　さらに以下の条件式を満足する
    　請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
    　０．５＜Δ１／ｆｔ＜０．９　……（９）
    　０．５＜Δ２／ｆｔ＜０．９　……（１０）
    ただし、
    　Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第１レンズユニットの前記Ｙ軸方向の移動量
    　Δ２：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第２レンズユニットの前記Ｙ軸方向の移動量
    　ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  7. 　可変焦点距離レンズ系と、前記可変焦点距離レンズ系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撮像素子とを含み、
    　前記可変焦点距離レンズ系は、
    　物体側から像面側に向かって順に、
    　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第１のレンズエレメントからなる第１レンズユニットと、
    　少なくとも１つのレンズ面が自由曲面とされた第２のレンズエレメントからなる第２レンズユニットと、
    　開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第３レンズユニットと
    　で構成され、
    　前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸、像面上で前記Ｚ軸に直交する軸をＹ軸、像面上で前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とに直交する軸をＸ軸としたとき、
    　前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットは、
    　前記Ｙ軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第１レンズユニットと前記第２レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、少なくとも前記第３レンズニットが光軸方向に移動する
    　撮像装置。
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