(57)【要約】【課題】多種多様の光学特性を有する光学系を容易に構成可能とする。【解決手段】レンズ基板８、９には、焦点距離、屈折率や、焦点距離、口径、ガラス材質（硝材）、収差などの光学特性が異なる複数のレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…が装着、または形成されている。この集合系レンズ１０、１１を複数枚、前後に配列し、撮像素子１２の前に配置して光学系を構成する。集合系レンズ１０、１１は、移動駆動機構により、光軸に対して、上下左右、あるいは前後に平行スライド駆動する。これにより、光軸上に位置するレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…を自在に変えることで、レンズの組合せ、レンズ位置、焦点位置の調整などを行う。【選択図】図１
2010032759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、
略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、
前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に取り付けて支持する集合系レンズ支持部材と、
前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＸＹ方向駆動手段と、
前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記光軸方向に平行なＺ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＺ方向駆動手段と
を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
撮影モードもしくは撮影条件を入力する入力手段と、
前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を記憶するレンズデータ記憶手段と、
前記入力手段からの入力に基づいて、撮影モードもしくは撮影条件を設定する撮影条件設定手段と、
前記レンズデータ記憶手段から前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を読み出す読出手段と、
前記撮影条件設定手段により設定された撮影モードもしくは撮影条件と、前記読み出されたＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報とに基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの中から、撮影に用いるレンズを選択するレンズ選択手段と、
前記読出手段により読み出されたＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動して、前記選択されたレンズの中心位置が略光軸位置に設置されるよう制御するとともに、前記ＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、当該集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向に移動させるよう駆動して、前記選択されたレンズの光軸上の所定位置に設置されるように制御するレンズ駆動制御手段と、
前記選択されたレンズを透過した光により結像された被写体像を撮像して撮像信号を出力する撮像手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記入力手段からの入力に基づいて、変倍ズーム及び／又はフォーカス調整の指示信号を出力する変倍ズーム及び／又はフォーカス調整の指示手段をさらに備え、
前記レンズ駆動制御手段は、前記指示信号に応じて、前記レンズデータ記憶手段から読み出されたレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、前記集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向に前後移動するように駆動して、光学系の変倍ズーム動作及び／又はフォーカス調整動作を行うよう制御することを特徴とする請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
被写体からの入射光を９０度屈曲させて、前記集合系レンズユニットを含む光学系に導くように、前記集合系レンズユニットの光軸上の前方に設けられた光学的屈曲手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項５】
前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段もしくは集合系レンズＺ方向駆動手段は、
回転動作するモータと、
前記集合系レンズ支持部材の動作を直線的に平行移動するようにガイドするガイド手段と、
前記モータに連結され、該モータの回転動作に従って、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記ガイド手段に沿って、前記ＸＹ方向もしくはＺ方向に平行移動させる歯車輪列機構と
を備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項６】
前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段もしくは集合系レンズＺ方向駆動手段は、
往復動作するモータと、
前記集合系レンズ支持部材の動作を直線的に平行移動するようにガイドするガイド手段と、
前記モータに連結され、該モータの往復動作に従って、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記ガイド手段に沿って、前記ＸＹ方向もしくはＺ方向に平行移動させる連結部材と
を備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項７】
光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、
略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、
前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に維持するとともに、この集合系レンズユニットを、前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動可能に支持する集合系レンズ支持部材と、
を備え、
前記集合系レンズ支持部材を、前記光軸方向に平行なＺ方向に並べて複数設けたことを特徴とする撮影装置。
【請求項８】
前記集合系レンズユニットは、
前記集合系レンズ支持部材に着脱自在に装着して、他の集合系レンズユニットと交換可能にした構成であることを特徴とする請求項７記載の撮影装置。
【請求項９】
固定焦点の結像レンズと、
この固定焦点の結像レンズを前記光軸方向に平行なＺ方向に駆動する結像レンズ駆動手段と、
前記複数の集合系レンズ支持部材に指示された複数の集合系レンズユニットの位置を、この複数の集合系レンズユニットに配置されている複数レンズによる合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となるように移動した状態で、前記結像レンズ駆動手段により、前記結像レンズを前記光軸方向に平行なＺ方向に移動させるよう制御するレンズ駆動制御手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の撮影装置。
【請求項１０】
前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動させることにより、合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となるような複数レンズを選択する集合系レンズ選択手段を備えることを特徴とする請求項７記載の撮影装置。
【請求項１１】
前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に平行なＺ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＺ方向駆動手段と、
前記集合系レンズユニットの光軸上の後方の撮像面側に設けられた、固定焦点の結像レンズと、
少なくとも、前記複数の集合系レンズユニットを、当該集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の前後に移動させ、前記複数の集合系レンズユニットに配置されている複数レンズによる合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となる位置に各レンズを移動するように駆動することにより、前記結像レンズを含む撮影光学系全体の焦点距離を変更する変倍動作を行うとともに、前記結像レンズによる結像点が略同じ位置に結像させるよう制御するレンズ駆動制御手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の撮影装置。
【請求項１２】
前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、移動駆動する移動駆動手段と、
前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの位置情報及びレンズ仕様情報を記憶するレンズデータ記憶手段と、
焦点距離や、口径比、収差特性などの光学特性を、所望の光学特性条件として入力する光学特性条件入力手段と、
前記レンズデータ記憶手段から前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの位置情報及びレンズ仕様情報を読み出す読出手段と、
前記読み出された位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズにより得られる光学特性をシミュレーション演算する光学特性シミュレーション手段と、
前記光学特性シミュレーション手段によりシミュレーション演算された光学特性に基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの中から、前記光学特性条件入力手段により入力された前記光学特性条件を満足するレンズを、撮影に用いるレンズとして選択するレンズ選択手段と、
前記集合系レンズユニットを前記移動駆動手段により移動駆動させることにより、前記レンズ選択手段により選択されたレンズの中心位置を撮影光軸に移動させるように制御するレンズ駆動制御手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の撮影装置。
【請求項１３】
前記集合系レンズユニットは、
前記集合系レンズ支持部材に着脱自在に装着して、他の集合系レンズユニットと交換可能にした構成であることを特徴とする請求項１２記載の撮影装置。
【請求項１４】
前記レンズデータ記憶手段は、前記着脱自在で、交換可能な集合系レンズユニットに設けられており、
前記読出手段は、前記集合系レンズ支持部材もしくは当該撮影装置に設けられており、前記レンズデータ記憶手段と非接触または接触して複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を読み出すことを特徴とする請求項１３記載の撮影装置。
【請求項１５】
前記集合系レンズユニット、及び、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段、前記集合系レンズＺ方向駆動手段をそれぞれ複数組備えるとともに、
前記複数の集合系レンズユニットのうち、第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第１の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、正の屈折率を有するレンズを選択するよう制御し、
前記複数の集合系レンズユニットのうち、第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸ／Ｙ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、第２の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、負の屈折率を有するレンズを選択するよう制御するとともに、
変倍ズーム操作に応じて、前記第１の集合系レンズユニットの位置を、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動し、前記第２の集合系レンズユニットの位置を、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動させることにより変倍動作を行うように制御し、
前記第１および第２の集合系レンズユニットからそれぞれ選択されたレンズの組合せを含む撮影光学系が、望遠タイプの可変焦点ズームレンズとして構成されるように制御するレンズ駆動制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項１６】
前記集合系レンズユニット、及び、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段、前記集合系レンズＺ方向駆動手段をそれぞれ複数組備えるとともに、
前記複数の集合系レンズユニットのうち、第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第１の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、負の屈折率を有するレンズを選択するよう制御し、
前記複数の集合系レンズユニットのうち、第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第２の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、正の屈折率を有するレンズを選択するよう制御するとともに、
変倍ズーム操作に応じて、前記第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動し、前記第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動させることにより変倍動作を行うように制御し、
前記第１および第２の集合系レンズユニットからそれぞれ選択されたレンズの組合せを含む撮影光学系が、広角タイプの可変焦点ズームレンズとして構成されるよう制御するレンズ駆動制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項１７】
光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、
略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、
前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に取り付けて支持する集合系レンズ支持部材と、
前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＸＹ方向駆動手段と、
前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により移動駆動させることより、この集合系レンズユニットに含まれるレンズの１つを選択的に撮影光軸上に移動させるレンズ選択手段と、
光学系により結像された被写体像を撮像する際のブレを逐次検出するブレ検出手段と、
前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により前記集合系レンズユニットを駆動制御して、前記ブレ検出手段により逐次検出されるブレ量に基づいて、該ブレ量が打ち消される方向に、前記選択されたレンズの中心位置を、撮影光軸中心から偏心した位置に逐次移動させるように制御するレンズ駆動制御手段と、
前記選択されたレンズを透過した光により結像された被写体像を撮像して撮像信号を出力する撮像手段と
を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項１８】
前記レンズ駆動制御手段は、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に並行移動させて、前記選択されたレンズの中心位置を、所定量だけ撮影光軸中心から被写体に対して縦方向に偏心した位置に移動させるように制御することを特徴とする請求項１７記載の撮影装置。
【請求項１９】
略平面状の基板上に、口径、曲面形状、曲面の曲率、焦点距離、硝材、屈折率、分散比（Ａｂｂｅ数）、ペンディング条件、あるいは、収差特性を含む光学特性のうち、いずれかの光学特性がそれぞれ異なる複数のレンズを並列して配置した集合系レンズユニットを備えることを特徴とする光学装置。
【請求項２０】
前記集合系レンズユニットは、
少なくとも、当該集合系レンズユニットの識別情報、当該集合系レンズユニットが備える複数のレンズの位置情報、前記複数のレンズのレンズ仕様情報を含むレンズ情報を記憶するための記憶手段と、
外部からの読み出し要求に応じて、前記記憶手段に記憶されているレンズ情報を読み出して前記外部に出力する出力手段と
を備えることを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２１】
前記複数のレンズは、
前記略平面状の基板上に、等ピッチもしくは等間隔に、ｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは整数）のマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２２】
前記複数のレンズは、
口径、曲面の曲率、焦点距離、屈折率、分散比（Ａｂｂｅ数）、ペンディング条件、もしくは、収差特性を含む光学特性のうち、いずれかの光学特性の大小の順序に従って、所定の行もしくは列に配置されていることを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２３】
前記複数のレンズは、
所定の行もしくは列毎に配置された、焦点距離の異なる正の屈折率のレンズ、あるいは、焦点距離の異なる負の屈折率のレンズからなることを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２４】
前記複数のレンズは、混在して配置された、正の屈折率のレンズと、負の屈折率のレンズとからなることを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２５】
前記基板は、ガラス材、あるいは、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＤＣ（アクリルジグリコールカーボネート）、ＣＲ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネト）等の透明プラスチック材のいずれかからなり、
前記複数のレンズは、前記基板とは異なる屈折率の材質、もしくは、それぞれ異なる屈折率の材質を、前記基板の表面上に印刷、もしくは、塗布、貼り合せ、装着、形成のいずれかの製造手法により作製されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２６】
前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上に、屈折率、もしくは濃度、拡散量のいずれかが異なる金属イオンを拡散させて、段階的な屈折率の変化を持たせたレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２７】
前記複数のレンズは、所定の曲面形状を成した鋳型に、プラスチック樹脂材を注いで充填した後、プラスチック樹脂材を鋳型から取り外することにより、所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２８】
前記複数のレンズは、加熱軟化したガラス材を、所定の曲面形状のプレス金型で加圧することにより、所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項２９】
前記複数のレンズは、ガラス基板上にフォトリソグラフィーにより、所定量の円柱状のフォトレジストパターンを作製した後、前記ガラス基板を加熱してレジストを流動させることにより、前記レジストの表面張力により所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項３０】
前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上の所定位置に、所定量の樹脂材料を微滴化して噴出して塗布した後、前記樹脂材料の表面張力により所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【請求項３１】
前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上に、フォトリソグラフィーにより、レンズ曲面形状に相当する段階的な透過率のフォトレジストマスクを用いて露光現像して、所定の曲面形状を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする請求項１９記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置、及び光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一眼レフなどのレンズ交換できるカメラでは、好みの焦点距離や仕様のレンズに交換できるので汎用性が高いが、焦点距離を変えるのに、逐一、レンズを着脱する手間が必要で、複数の交換レンズを持運ぶのも面倒であった。また、レンズ交換時にカメラ内や、撮像面に塵埃が混入しやすいという問題があった。
【０００３】
最近では、一眼レフでも、レンズ交換することなく、１つのレンズで広角側から望遠側までの広い範囲で使用可能なズームレンズを利用する場合が多くなった。光学ズームレンズには、多種の方式があるが、一般に、図３８（ａ）に示すように、機械補正式の２群ズームレンズＬａ１、Ｌａ２を用いたり、図３８（ｂ）に示すように、機械補正式の３群ズームレンズＬｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３を用いることで、広角（Ｗｉｄｅ）側から望遠（Ｔｅｌｅ）側まで、連続的に焦点距離を変えられ、各焦点距離でフォーカス調整や、ＡＦ処理も可能になっている。
【０００４】
一方、従来、図３９に示すように、標準レンズＬｃ１と望遠レンズＬｃ２などの２系統の撮影レンズ系を備える「２焦点カメラ」などがあった。また、上記２焦点カメラと同様に、図４０に示すように、２系統のレンズＬｄ１、Ｌｄ２を切替え使用するデジタルカメラも知られている。固定焦点の広角レンズにより撮影する第１のＣＣＤと、光学望遠ズーム（３倍）により撮影する第２のＣＣＤとの２系統の撮像部を備え、各撮像部からの信号を連続的に切り替えて５倍相当のズーム撮影が可能となっている。
【０００５】
また、従来、顕微鏡の対物レンズや、フィルタ等を、回転ターレット板や、レボルバに備え付けた複数の中から、手動や電動で切替える機構や、ビデオカメラの対物レンズ側のフィルタや、拡張レンズの一部を切り替える例があった（例えば、特許文献１、２、３、４、５参照）。
【０００６】
特許文献１の従来技術では、テレビカメラの光路に選択的に挿入される複数個のレンズを有するレンズターレット板に、回転状態を検出するターレット検出器が付設され、切換器は、レンズターレット板のレンズが光路に挿入されている状態では、ターレット検出器からのターレット指令信号により通常のオートアイリスモードで動作し、レンズターレット板のレンズが光路に挿入されていない状態では、アイリスモータを停止し、アイリス絞りを固定するよう動作する。
【０００７】
また、特許文献２の従来技術では、複数の変倍光学系の光路中に、それぞれのターレットに保持された４組のセーフティフィルターを、駆動ディスクとソレノイドにより揺動させて挿入、離脱することができる挿入・離脱機構が提案されている。
【０００８】
また、特許文献３の従来技術では、電動レボルバ装置の駆動制御装置は、複数の対物レンズを保持するレボルバを回転させるモータを、対物レンズ切換え指示に応じて、回転量に応じたデータを読出し、読出したデータと検出されるモータ回転量とが一致するまでモータを駆動させる技術が提案されている。
【０００９】
また、特許文献４の従来技術では、可視光域撮影に応じたピント位置補正を行うレンズと、近赤外光域撮影に応じたピント位置補正を行うレンズとを、エクステンダのターレット板に装着し、ターレット板を回動させることにより、可視光域撮影と近赤外域撮影とを、画角を変更することなく容易に切り換えるズームレンズ装置が提案されている。
【００１０】
また、特許文献５の従来技術では、光学系に対して選択的に付加される複数の光学部材を備えた保持部材と、該保持部材を駆動する駆動手段と、保持部材の位置を検出する検出手段と、保持部材が選択された光学部材を目標位置に駆動されるよう駆動手段を制御する手段とを有し、検出位置から目標位置までの駆動量に応じて駆動手段の駆動速度を制御する技術が知られている。
【００１１】
【特許文献１】特開平０８−３３１４４６号公報
【特許文献２】特開平０９−１７９０３１号公報
【特許文献３】特開平１１−１７４３４２号公報
【特許文献４】特開２００１−２４２３７０号公報
【特許文献５】特開２００５−３５１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した一眼レフのデジタルカメラにおいて、光学ズームレンズを用いる場合、焦点距離の広い範囲に渡って収差や、光学特性を良好にするには、光学ズームレンズに多数のレンズ群を要し、非球面レンズや、高屈折率レンズなどを用いる必要があり、光学設計が複雑になり、コストも高くなるという問題があった。
【００１３】
また、上述した２焦点カメラでは、単純な構成で、それぞれのレンズの長所を活用でき、比較的安価だが、カメラサイズが大きくなる。また、望遠と広角の２焦点だけなので、その間の焦点距離での撮影もできなかった。
【００１４】
また、上述した２系統のレンズを切替え使用するデジタルカメラでは、光学系や、撮像部が大きくなり、コストが高くなる。また、２つの入射光の開口位置が上下にずれているので、連続的なズームに使うには、パララックス（視差）が生じるという問題もあった。
【００１５】
さらに、上述したターレットや、レボルバ方式を用いるデジタルカメラでは、回転式であるため、円周上に配置できるレンズの数が数個に限られるという問題があった。また、撮影レンズの組合せだけでなく、レンズ位置を自由に選択したり、自由に電子制御できるカメラはなかった。
【００１６】
そこで本発明は、多種多様の光学特性を有する光学系を容易に構成することができる撮影装置、及び光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的達成のため、請求項１記載の発明は、光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に取り付けて支持する集合系レンズ支持部材と、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＸＹ方向駆動手段と、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記光軸方向に平行なＺ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＺ方向駆動手段とを備えることを特徴とする撮影装置である。
【００１８】
また、好ましい態様として、例えば請求項２記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、撮影モードもしくは撮影条件を入力する入力手段と、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を記憶するレンズデータ記憶手段と、前記入力手段からの入力に基づいて、撮影モードもしくは撮影条件を設定する撮影条件設定手段と、前記レンズデータ記憶手段から前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を読み出す読出手段と、前記撮影条件設定手段により設定された撮影モードもしくは撮影条件と、前記読み出されたＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報とに基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの中から、撮影に用いるレンズを選択するレンズ選択手段と、前記読出手段により読み出されたＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動して、前記選択されたレンズの中心位置が略光軸位置に設置されるよう制御するとともに、前記ＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、当該集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向に移動させるよう駆動して、前記選択されたレンズの光軸上の所定位置に設置されるように制御するレンズ駆動制御手段と、前記選択されたレンズを透過した光により結像された被写体像を撮像して撮像信号を出力する撮像手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、好ましい態様として、例えば請求項３記載のように、請求項２に記載の撮影装置において、前記入力手段からの入力に基づいて、変倍ズーム及び／又はフォーカス調整の指示信号を出力する変倍ズーム及び／又はフォーカス調整の指示手段をさらに備え、前記レンズ駆動制御手段は、前記指示信号に応じて、前記レンズデータ記憶手段から読み出されたレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットを、前記集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向に前後移動するように駆動して、光学系の変倍ズーム動作及び／又はフォーカス調整動作を行うよう制御することを特徴とする。
【００２０】
また、好ましい態様として、例えば請求項４記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、被写体からの入射光を９０度屈曲させて、前記集合系レンズユニットを含む光学系に導くように、前記集合系レンズユニットの光軸上の前方に設けられた光学的屈曲手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
また、好ましい態様として、例えば請求項５記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段もしくは集合系レンズＺ方向駆動手段は、回転動作するモータと、前記集合系レンズ支持部材の動作を直線的に平行移動するようにガイドするガイド手段と、前記モータに連結され、該モータの回転動作に従って、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記ガイド手段に沿って、前記ＸＹ方向もしくはＺ方向に平行移動させる歯車輪列機構とを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、好ましい態様として、例えば請求項６記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段もしくは集合系レンズＺ方向駆動手段は、往復動作するモータと、前記集合系レンズ支持部材の動作を直線的に平行移動するようにガイドするガイド手段と、前記モータに連結され、該モータの往復動作に従って、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記ガイド手段に沿って、前記ＸＹ方向もしくはＺ方向に平行移動させる連結部材とを備えることを特徴とする。
【００２３】
また、上記目的達成のため、請求項７記載の発明は、光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に維持するとともに、この集合系レンズユニットを、前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動可能に支持する集合系レンズ支持部材と、を備え、前記集合系レンズ支持部材を、前記光軸方向に平行なＺ方向に並べて複数設けたことを特徴とする撮影装置である。
【００２４】
また、好ましい態様として、例えば請求項８記載のように、請求項７に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニットは、前記集合系レンズ支持部材に着脱自在に装着して、他の集合系レンズユニットと交換可能にした構成であることを特徴とする。
【００２５】
また、好ましい態様として、例えば請求項９記載のように、請求項７に記載の撮影装置において、固定焦点の結像レンズと、この固定焦点の結像レンズを前記光軸方向に平行なＺ方向に駆動する結像レンズ駆動手段と、前記複数の集合系レンズ支持部材に指示された複数の集合系レンズユニットの位置を、この複数の集合系レンズユニットに配置されている複数レンズによる合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となるように移動した状態で、前記結像レンズ駆動手段により、前記結像レンズを前記光軸方向に平行なＺ方向に移動させるよう制御するレンズ駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
また、好ましい態様として、例えば請求項１０記載のように、請求項７に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動させることにより、合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となるような複数レンズを選択する集合系レンズ選択手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
また、好ましい態様として、例えば請求項１１記載のように、請求項７に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に平行なＺ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＺ方向駆動手段と、前記集合系レンズユニットの光軸上の後方の撮像面側に設けられた、固定焦点の結像レンズと、少なくとも、前記複数の集合系レンズユニットを、当該集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の前後に移動させ、前記複数の集合系レンズユニットに配置されている複数レンズによる合成光学系が略アフォーカル（無焦点）系となる位置に各レンズを移動するように駆動することにより、前記結像レンズを含む撮影光学系全体の焦点距離を変更する変倍動作を行うとともに、前記結像レンズによる結像点が略同じ位置に結像させるよう制御するレンズ駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
また、好ましい態様として、例えば請求項１２記載のように、請求項７に記載の撮影装置において、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、移動駆動する移動駆動手段と、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの位置情報及びレンズ仕様情報を記憶するレンズデータ記憶手段と、焦点距離や、口径比、収差特性などの光学特性を、所望の光学特性条件として入力する光学特性条件入力手段と、前記レンズデータ記憶手段から前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの位置情報及びレンズ仕様情報を読み出す読出手段と、前記読み出された位置情報及びレンズ仕様情報に基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズにより得られる光学特性をシミュレーション演算する光学特性シミュレーション手段と、前記光学特性シミュレーション手段によりシミュレーション演算された光学特性に基づいて、前記集合系レンズユニットに配置された複数のレンズの中から、前記光学特性条件入力手段により入力された前記光学特性条件を満足するレンズを、撮影に用いるレンズとして選択するレンズ選択手段と、前記集合系レンズユニットを前記移動駆動手段により移動駆動させることにより、前記レンズ選択手段により選択されたレンズの中心位置を撮影光軸に移動させるように制御するレンズ駆動制御手段とを備えることを特徴とする撮影装置である。
【００２９】
また、好ましい態様として、例えば請求項１３記載のように、請求項１２に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニットは、前記集合系レンズ支持部材に着脱自在に装着して、他の集合系レンズユニットと交換可能にした構成であることを特徴とする。
【００３０】
また、好ましい態様として、例えば請求項１４記載のように、請求項１３に記載の撮影装置において、前記レンズデータ記憶手段は、前記着脱自在で、交換可能な集合系レンズユニットに設けられており、前記読出手段は、前記集合系レンズ支持部材もしくは当該撮影装置に設けられており、前記レンズデータ記憶手段と非接触または接触して複数のレンズのＸＹ方向位置情報及びレンズ仕様情報を読み出すことを特徴とする。
【００３１】
また、好ましい態様として、例えば請求項１５記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニット、及び、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段、前記集合系レンズＺ方向駆動手段をそれぞれ複数組備えるとともに、前記複数の集合系レンズユニットのうち、第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第１の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、正の屈折率を有するレンズを選択するよう制御し、前記複数の集合系レンズユニットのうち、第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸ／Ｙ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、第２の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、負の屈折率を有するレンズを選択するよう制御するとともに、変倍ズーム操作に応じて、前記第１の集合系レンズユニットの位置を、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動し、前記第２の集合系レンズユニットの位置を、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動させることにより変倍動作を行うように制御し、前記第１および第２の集合系レンズユニットからそれぞれ選択されたレンズの組合せを含む撮影光学系が、望遠タイプの可変焦点ズームレンズとして構成されるように制御するレンズ駆動制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００３２】
また、好ましい態様として、例えば請求項１６記載のように、請求項１に記載の撮影装置において、前記集合系レンズユニット、及び、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段、前記集合系レンズＺ方向駆動手段をそれぞれ複数組備えるとともに、前記複数の集合系レンズユニットのうち、第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第１の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、負の屈折率を有するレンズを選択するよう制御し、前記複数の集合系レンズユニットのうち、第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＸＹ方向駆動手段により、Ｘ方向及び／又はＹ方向に移動駆動して、所定のレンズの中心位置を撮影光軸上に移動させることにより、前記第２の集合系レンズユニットに含まれるレンズの中から、正の屈折率を有するレンズを選択するよう制御するとともに、変倍ズーム操作に応じて、前記第１の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動し、前記第２の集合系レンズユニットを、対応する集合系レンズＺ方向駆動手段により、Ｚ方向の所定位置に移動駆動させることにより変倍動作を行うように制御し、前記第１および第２の集合系レンズユニットからそれぞれ選択されたレンズの組合せを含む撮影光学系が、広角タイプの可変焦点ズームレンズとして構成されるよう制御するレンズ駆動制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００３３】
また、上記目的達成のため、請求項１７記載の発明は、光学系により結像された被写体像を撮像する撮影装置であって、略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズが並列して配置された集合系レンズユニットと、前記集合系レンズユニットを、前記基板の面方向が撮影光軸方向に平行なＺ方向と垂直となる姿勢に取り付けて支持する集合系レンズ支持部材と、前記集合系レンズユニットを前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に移動するよう駆動する集合系レンズＸＹ方向駆動手段と、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により移動駆動させることより、この集合系レンズユニットに含まれるレンズの１つを選択的に撮影光軸上に移動させるレンズ選択手段と、光学系により結像された被写体像を撮像する際のブレを逐次検出するブレ検出手段と、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により前記集合系レンズユニットを駆動制御して、前記ブレ検出手段により逐次検出されるブレ量に基づいて、該ブレ量が打ち消される方向に、前記選択されたレンズの中心位置を、撮影光軸中心から偏心した位置に逐次移動させるように制御するレンズ駆動制御手段と、前記選択されたレンズを透過した光により結像された被写体像を撮像して撮像信号を出力する撮像手段とを備えることを特徴とする撮影装置である。
【００３４】
また、好ましい態様として、例えば請求項１８記載のように、請求項１７に記載の撮影装置において、前記レンズ駆動制御手段は、前記集合系レンズ支持部材を、前記集合系レンズユニットとともに、前記集合系レンズＸＹ方向駆動手段により前記光軸方向に垂直なＸ方向及び／又はＹ方向に並行移動させて、前記選択されたレンズの中心位置を、所定量だけ撮影光軸中心から被写体に対して縦方向に偏心した位置に移動させるように制御することを特徴とする。
【００３５】
また、上記目的達成のため、請求項１９記載の発明は、略平面状の基板上に、口径、曲面形状、曲面の曲率、焦点距離、硝材、屈折率、分散比（Ａｂｂｅ数）、ペンディング条件、あるいは、収差特性を含む光学特性のうち、いずれかの光学特性がそれぞれ異なる複数のレンズを並列して配置した集合系レンズユニットを備えることを特徴とする光学装置である。
【００３６】
また、好ましい態様として、例えば請求項２０記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記集合系レンズユニットは、少なくとも、当該集合系レンズユニットの識別情報、当該集合系レンズユニットが備える複数のレンズの位置情報、前記複数のレンズのレンズ仕様情報を含むレンズ情報を記憶するための記憶手段と、外部からの読み出し要求に応じて、前記記憶手段に記憶されているレンズ情報を読み出して前記外部に出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００３７】
また、好ましい態様として、例えば請求項２１記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、前記略平面状の基板上に、等ピッチもしくは等間隔に、ｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは整数）のマトリクス状に配置されていることを特徴とする。
【００３８】
また、好ましい態様として、例えば請求項２２記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、口径、曲面の曲率、焦点距離、屈折率、分散比（Ａｂｂｅ数）、ペンディング条件、もしくは、収差特性を含む光学特性のうち、いずれかの光学特性の大小の順序に従って、所定の行もしくは列に配置されていることを特徴とする。
【００３９】
また、好ましい態様として、例えば請求項２３記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、所定の行もしくは列毎に配置された、焦点距離の異なる正の屈折率のレンズ、あるいは、焦点距離の異なる負の屈折率のレンズからなることを特徴とする。
【００４０】
また、好ましい態様として、例えば請求項２４記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、混在して配置された、正の屈折率のレンズと、負の屈折率のレンズとからなることを特徴とする。
【００４１】
また、好ましい態様として、例えば請求項２５記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記基板は、ガラス材、あるいは、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＤＣ（アクリルジグリコールカーボネート）、ＣＲ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネト）等の透明プラスチック材のいずれかからなり、前記複数のレンズは、前記基板とは異なる屈折率の材質、もしくは、それぞれ異なる屈折率の材質を、前記基板の表面上に印刷、もしくは、塗布、貼り合せ、装着、形成のいずれかの製造手法により作製されたことを特徴とする。
【００４２】
また、好ましい態様として、例えば請求項２６記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上に、屈折率、もしくは濃度、拡散量のいずれかが異なる金属イオンを拡散させて、段階的な屈折率の変化を持たせたレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【００４３】
また、好ましい態様として、例えば請求項２７記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、所定の曲面形状を成した鋳型に、プラスチック樹脂材を注いで充填した後、プラスチック樹脂材を鋳型から取り外することにより、所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【００４４】
また、好ましい態様として、例えば請求項２８記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、加熱軟化したガラス材を、所定の曲面形状のプレス金型で加圧することにより、所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【００４５】
また、好ましい態様として、例えば請求項２９記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、ガラス基板上にフォトリソグラフィーにより、所定量の円柱状のフォトレジストパターンを作製した後、前記ガラス基板を加熱してレジストを流動させることにより、前記レジストの表面張力により所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【００４６】
また、好ましい態様として、例えば請求項３０記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上の所定位置に、所定量の樹脂材料を微滴化して噴出して塗布した後、前記樹脂材料の表面張力により所定の光学特性を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【００４７】
また、好ましい態様として、例えば請求項３１記載のように、請求項１９記載の光学装置において、前記複数のレンズは、ガラス基板もしくはプラスチック基板上に、フォトリソグラフィーにより、レンズ曲面形状に相当する段階的な透過率のフォトレジストマスクを用いて露光現像して、所定の曲面形状を有するレンズ形状として、基板と一体形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
この発明によれば、略平面状の基板に光学特性が異なる複数のレンズを並列して配置し、ＸＹＺ方向に自在に移動駆動するようにしたことにより、各レンズの光学特性や焦点距離、口径、ガラス材質（硝材）などを組合わせることで、多種の光学系を自由に構成することができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００５０】
Ａ．第１実施形態
Ａ−１．第１実施形態の構成
図１は、本発明の第１実施形態によるデジタルカメラの光学系（集合系レンズによる可変焦点撮影レンズ系）の構成を示す斜視図である。図において、本第１実施形態では、それぞれ焦点距離、または光学特性が異なる複数のレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…を、１枚の基板８、９上に装着、または形成し、また、この集合系レンズ１０、１１を複数枚、前後に配列し、撮像素子１２の前に配置して光学系を構成する。この集合系レンズ１０、１１の各レンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…について、それぞれ屈折率や、焦点距離、口径、ガラス材質（硝材）、収差などの光学特性などを異ならせることで、多種の光学系を自由に構成する。
【００５１】
また、各集合系レンズ１０、１１を上下左右、および、前後に平行スライド駆動する移動駆動機構を設けることにより、使用するレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…、およびレンズの組合せの選択、レンズ位置や、焦点位置の調整を、電子的に自在に行えるようになっている。例えば、２枚の集合系レンズ１０、１１の、一方を複数種の凸レンズ群、他方を複数種の凹レンズ群として、上下左右移動により選択したレンズ同士を組み合わせて、ズームレンズ系や、マクロレンズ、各種望遠鏡系などを構成可能とし、前後位置を制御することで可変焦点、かつオートフォーカス調整を可能にしている。
【００５２】
さらに、各凹凸レンズは、それぞれ異なるレンズに切替えられるので、集合系レンズ１０、１１として、各レンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…、の曲面形状や口径、屈折率、Ａｂｂｅ数（屈折率の波長帯毎の分散係数）、硝材などが、それぞれ少しずつ異なるレンズを、内蔵や、装着しておき、集合系レンズ１０、１１に内蔵するレンズ群の組合せ次第で、同じカメラ単体において、同様のズームレンズでも、撮影用途や、作画意図などに応じて、あるいは、撮影モードや、ズーム範囲などに応じて、異なるレンズの組合せや、異なる焦点距離範囲、異なる収差特性のズームレンズ系などを構成して撮影に利用できる。
【００５３】
あるいは、集合系レンズ１０、１１の各々に凹レンズ、凸レンズを設けて、２枚の集合系レンズ１０、１１の組合せにより、被写体側から見て、凸レンズ−凹レンズの順の組合せだけでなく、凹レンズ−凸レンズや、凸レンズ−凸レンズ、凹レンズ−凹レンズの順など、任意のレンズの組合せができるように構成してもよい。
【００５４】
図２は、本第１実施形態による集合系レンズを用いたデジタルカメラの外観構成とそのズームレンズユニット部の構成を示す斜視図である。デジタルカメラ２０には、電源スイッチ２１、レリーズ釦（シャッターボタン）２２、ズームスイッチ２３、モードスイッチ２４、カーソルスイッチ２５などのスイッチ類、電子ファインダや、撮影した静止画を再生表示するための画像表示部２６、光学ファインダ部２７、メモリカード／電池収納部２８が設けられている。また、デジタルカメラ２０には、前述した集合系レンズ１０、１１が収納された撮影レンズ部２９、ストロボ３０などが設けられている。
【００５５】
図３は、本第１実施形態において、撮影レンズ部２９に収納された、集合系レンズ、及び該集合系レンズを駆動するズームレンズユニットの構造を示す斜視図である。集合系レンズ１０、１１の移動駆動には、小型ステップモータとリード・スクリューなどの歯車輪列機構とを用いるか、あるいは、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）による電磁駆動機構を用いることができる。また、固定焦点の結像レンズと組合せて構成したり、プリズム等を用いる屈曲光軸式と組合せて薄型ズームレンズなども構成できる。
【００５６】
図示の例では、それぞれ、ｍ行Ｘｎ列（３×３）の複数のレンズが予め装着された、２枚の集合系レンズ１０、１１を撮像素子１２の前方に配置している。また、各集合系レンズ１０、１１の取り付け部４１、４２には、左右（Ｘ）方向、及び上下（Ｙ）方向に、それぞれ、永久磁石を取り付けた継鉄（ヨーク）部の固定部と、コイルに電流を流すとヨーク部に沿って平行にスライド摺動する可動ボイスコイルとにより構成されるＶＣＭ（ボイスコイルモータ）４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂを設け、集合系レンズ１０、１１を撮影光軸方向と垂直な左右（Ｘ）方向、及び上下（Ｙ）方向にそれぞれ平行スライド移動できるように構成している。
【００５７】
さらに、各集合系レンズ１０、１１の取り付け部４１、４２を、小型ステップモータ４５ａ、４５ｂとリード・スクリューによる歯車輪列機構４６ａ、４６ｂとでガイドレールなどに沿って、撮影光軸の前後（Ｚ）方向に移動駆動できるように構成している。図示の例では、集合系レンズ１０、１１は、２枚としたが、３枚以上組合せて用いるようにしても良い。
【００５８】
図４は、本第１実施形態による集合系レンズ１０、１１を、着脱式に交換装着できる着脱式の集合系レンズユニットとして構成した場合の構造を示す斜視図である。図４に示すように、集合系レンズ１０、１１を、集合系レンズ取付けホルダ部５０に対して着脱式に交換装着できる着脱式の集合系レンズユニット５１−１、５１−２、…として構成しても良い。
【００５９】
この場合、各集合系レンズユニット５１−１、５１−２、…には、当該ユニットを識別するための識別情報や、内蔵するレンズの位置データ、仕様データなどが予め記憶された電磁誘導式のＲＦＩＤチップ５２（または、無線ＩＣタグなど）を設ける。一方、集合系レンズの着脱式取り付けホルダ部５５、または着脱式取り付け部５６にＲＦＩＤリーダ（または、ＩＣタグのリーダ部）５７とそのアンテナ５８とを設ける。ＲＦＩＤリーダ５７（ＩＣタグのリーダ部）は、ＲＦＩＤチップ５２（無線ＩＣタグ）と通信して、装着された集合系レンズユニット５１−ｉの識別情報や、集合系レンズに内蔵されているレンズの位置、仕様データなどを自動的に読み取り、図示しないカメラ制御部に送信するように制御する。
【００６０】
図示しないカメラ制御部では、装着された集合系レンズユニット５１−ｉに応じて、それに装着されているレンズの位置データや、仕様データに従って、レンズの選択や、移動位置の駆動制御などを適切に行う。これにより、さらに、集合系レンズユニット５１−ｉによる撮影光学系の汎用性や、自由度を拡大することができる。あるいは、図示しないが、さらに、撮像素子１２を複数組設けて、レンズ系と撮像素子との各種の組合せを選択して撮影できるように構成しても良い。
【００６１】
Ｂ．第２実施形態
Ｂ−１．第２実施形態の構成
図５（ａ）、（ｂ）は、本第２実施形態による集合系レンズを用いたデジタルカメラの他の構成例を示す斜視図である。なお、図２に対応する部分には、同一の符号を付けて説明を省略する。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、該デジタルカメラは、被写体側の入射光の開口部に反射ミラーもしくはプリズム６０を設けて、撮影光軸を９０度屈曲させて、集合系レンズ１０、１１を用いる撮影光学系に導く構成とし、集合系レンズ１０、１１の後方、撮像素子１２の手前には、固定焦点の結像レンズ６１を設けて、薄型カメラ用のズームレンズユニットを構成したものである。
【００６２】
集合系レンズ１０、１１は、前述した構成例と同様に、複数の集合系レンズ（図示の例では２枚）を光軸方向に並べた構成となっている。それぞれの集合系レンズ１０、１１は、ＶＣＭなどにより、９０度屈曲された撮影光軸に垂直な左右（Ｘ）方向、上下（Ｙ）方向にそれぞれ平行移動駆動すると共に、ステップモータとリード・スクリューなどの歯車輪列機構により、撮影光軸の前後（Ｚ）方向に移動駆動する。
【００６３】
図６は、上述したデジタルカメラの集合系レンズ部の駆動機構の構成例を示す斜視図である。なお、図３に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図６において、該デジタルカメラの集合系レンズ１０、１１の駆動機構は、基本的に、前述した図３に示す駆動機構と同じである。図示の例では、それぞれ、ｍ行Ｘｎ列（３×３）の複数のレンズ群が予め装着された、２枚の集合系レンズ１０、１１を、プリズム６０と固定焦点レンズ１２との間に配置している。
【００６４】
集合系レンズ１０、１１の移動駆動には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）による電磁駆動機構を用いる。各集合系レンズ１０、１１の取り付け部４１、４２には、左右（Ｘ）方向、及び上下（Ｙ）方向に、それぞれ、永久磁石を取り付けた継鉄（ヨーク）部の固定部と、コイルに電流を流すとヨーク部に沿って平行にスライド摺動する可動ボイスコイルとにより構成されるＶＣＭを設け、集合系レンズ１０、１１を撮影光軸方向と垂直な左右（Ｘ）方向、及び上下（Ｙ）方向にそれぞれ平行スライド移動できるように構成している。
【００６５】
さらに、各集合系レンズ１０、１１の取り付け部４１、４２を、小型ステップモータ４５ａ、４５ｂとリード・スクリュー４６ａ、４６ｂによる歯車輪列機構とでガイドレールなどに沿って、撮影光軸の前後（Ｚ）方向に移動駆動できるようＺ方向移動機構部を備えている。図示の例では、集合系レンズ１０、１１は、２枚としたが、前述したように、３枚以上組合せて用いるようにしてもよい。
【００６６】
図７は、上述したデジタルカメラの集合系レンズ部の駆動機構の他の構成例（ステップモータと歯車）を示す斜視図である。図７において、集合系レンズ１０（１１）には、その取り付け部４１（４２）のＸ、Ｙ方向のそれぞれに、ステップモータ７０、７１と減速歯車７２、７３、リード・スクリュー７４、７５などの歯車輪列による駆動機構が配置されている。集合系レンズ１０（１１）が取り付けられたＹ方向スライダ（取り付け部４１（４２））は、Ｘ方向スライダ７６に対して、上下（Ｙ）方向にガイドレール７７等に沿ってスライド移動自在に取り付けられており、Ｙ方向スライダ（取り付け部４１（４２））は、Ｙ方向駆動用モータ７１が回転すると、減速歯車７３によって減速された速さでリード・スクリュー７５を回転させ、Ｙ方向のガイドレール７７に沿って、上下（Ｙ）方向に平行にスライド移動する。ステップモータ７１の回転の向きと回転量を制御することで、Ｙ方向スライダ（取り付け部４１（４２））の上下位置、すなわち、集合系レンズ１０（１１）のＹ方向位置を自在に制御できる。
【００６７】
また、Ｘ方向スライダ７６は、集合系レンズ１０（１１）の取付け部４１（４２）の基台に対して、左右（Ｘ）方向にガイドレール７８に沿ってスライド移動自在に取り付けられており、Ｘ方向スライダ７６は、Ｘ方向駆動用モータ７０が回転すると、減速歯車７２によって減速された速さでリード・スクリュー７４を回転させ、Ｘ方向のガイドレール７８に沿って、（Ｙ方向スライダや集合系レンズを伴って、）左右（Ｘ）方向に平行にスライド移動する。同様に、ステップモータ７０の回転の向きと回転量を制御することで、Ｘ方向スライダ７６の左右位置、すなわち、集合系レンズ１０（１１）のＸ方向位置を制御できる。
【００６８】
図８は、上述したデジタルカメラの集合系レンズの駆動機構（Ｘ−Ｙ方向）であるＶＣＭの構成例を示す正面図である。図８には、集合系レンズ１０（１１）のＸ−Ｙ方向駆動部の構成例として、Ｘ、Ｙ方向のそれぞれに、ＶＣＭによる駆動機構を用いた例を示している。集合系レンズ１０（１１）が取り付けられたＹ方向スライダ８０は、Ｘ方向スライダ８１に対して、上下（Ｙ）方向にガイドレール８２に沿ってスライド移動自在に取り付けられており、Ｙ方向のＶＣ（ボイスコイル）８４が上下方向に直線駆動すると、アーム（リンク機構）によりボイスコイル８４に連結されたＹ方向スライダ８０がＹ方向のガイドレール８２に沿って、上下（Ｙ）方向に平行にスライド移動する。
【００６９】
また、Ｘ方向スライダ８１は、集合系レンズの取付け部の基台に対して、左右（Ｘ）方向にガイドレール８３に沿ってスライド移動自在に取り付けられており、Ｘ方向のＶＣ（ボイスコイル）８５が左右方向に直線駆動すると、アームによりボイスコイル８５に連結されたＸ方向スライダ８１が、Ｘ方向のガイドレール８３に沿って、（Ｙ方向スライダや集合系レンズを伴って、）左右（Ｘ）方向に平行にスライド移動する。
【００７０】
ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）では、永久磁石を設けた継鉄ヨーク部８６、８７の磁界の中に可動コイルを配すると、「フレミングの左手の法則」により、磁界方向と電流方向とに垂直な方向に、次式（１）に比例する電磁力（発生力）Ｆが発生し、可動コイル（ボイスコイル８４、８５）を駆動できる。
【００７１】
【数１】
2010032759.tif 000003
【００７２】
但し、ｒ：コイル半径、Ｎ：巻き数、ｉ：電流、Ｂ：磁束密度とする。
【００７３】
したがって、可動コイル（ボイスコイル８４、８５）に流す電流の方向と大きさにより可動コイルの移動方向と駆動加速度や、変位量を制御でき、可動コイルに連結されたアームにリンクしたＸＹ方向スライダ８０、８１を直線的に駆動させることができる。すなわち、Ｘ、Ｙ両方向の可動コイル（ボイスコイル８４、８５）に流す電流の向きと電流の大きさとを制御することにより、Ｘ、Ｙ両方向の各スライダ８０、８１の左右、上下の位置、すなわち、集合系レンズ１０（１１）のＸ、Ｙ方向の位置を自在に制御できる。ＶＣＭでは、駆動の精度や、応答性は、圧電アクチュエータよりは、やや劣るが、ＤＣモータや、ステップモータに比べて、応答性や、駆動力に優れ、変位量を数ｍｍ程度以上に大きく取れるという利点がある。
【００７４】
図９は、本第２実施形態において、集合系レンズを用いたズームレンズや撮影光学系と駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。なお、図５、図６に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。図において、集合系レンズＸＹ位置駆動部１００は、集合系レンズ１０の取付け部４１をＸ、Ｙ方向に駆動し、ｍ行Ｘｎ列（３×３）の複数のレンズのいずれかを光軸上に移動させる。同様に、集合系レンズＸＹ位置駆動部１０１は、集合系レンズ１１の取付け部４２をＸ、Ｙ方向に駆動し、ｍ行Ｘｎ列（３×３）の複数のレンズのいずれかを光軸上に移動させる。集合系レンズＺ位置駆動部１０２、１０３は、各集合系レンズ１０、１１の取付け部４１、４２を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。
【００７５】
集合系レンズ制御部１０４、１０５は、各々、集合系レンズＸＹ位置駆動部１００、１０１及び集合系レンズＺ方向位置駆動部１０２、１０３に対して、ＸＹ方向の移動量、Ｚ方向の移動量に応じた制御信号を供給する。カメラ制御部１０６は、レンズ制御プログラムに従って、集合系レンズ制御部１０４、１０５、撮影制御部１０７の動作など、全体の動作を制御する。撮影制御部１０７は、撮像素子１２の動作を制御する。画像信号処理部１０８は、撮像素子１２に結像した撮影映像に対して所定の画像処理を施す。操作入力部１０９は、電源スイッチ２１や、レリーズ釦（シャッターボタン）２２などの各種操作ボタンなどからなり、カメラ制御部１０６に対して動作を指示する。
【００７６】
図１０は、本第２実施形態による集合系レンズを撮影光学系に用いたデジタルカメラ全体の構成を示すブロック図である。なお、図９等に対応する部分には同一の符号を付けて説明を省略する。レンズ識別データリーダ１９９は、集合系レンズユニット５１−１、５１−２、…に設けられたＲＦＩＤチップ５２（または、無線ＩＣタグなど）に記憶された、レンズユニットの識別情報や、レンズの位置データ、仕様データを、無線通信により読み出す。第１集合系レンズ駆動部２００は、図９の集合系レンズＸＹ位置駆動部１００、集合系レンズＺ位置駆動部１０２、及び集合系レンズ制御部１０４に相当し、集合系レンズ１０をＸＹＺ方向に駆動する。第２集合系レンズ駆動部２０１は、図９の集合系レンズＸＹ位置駆動部１０１、集合系レンズＺ位置駆動部１０３、及び集合系レンズ制御部１０５に相当し、集合系レンズ１１をＸＹＺ方向に駆動する。
【００７７】
絞り駆動部２０２は、結像レンズ５０の前面に設けられた絞りを駆動する。画像信号処理部２０３は、撮像素子１２に結像した映像信号に対してレベル調整や、各種フィルタ処理などの信号処理を施す。タイミング制御＆駆動回路２０４は、所定のタイミングで撮像素子１２に結像した映像を取り出して画像信号処理部２０３に供給するように、撮像素子１２と画像処理部２０３との動作を制御する。
【００７８】
測光測距センサ２０５は、レンズを介して入力される光線から被写体の光量、距離を検出する。色温度検出部２０６は、撮像画像のホワイトバランス等を補正する際の被写体の色温度を検出する。測光部２０７は、測光測距センサ２０５からの光量を測定する。測距部２０８は、被写体までの距離を測定する。照明／ストロボ駆動回路２０９は、撮影制御部２２１の制御に従って、照明／ストロボ２１０を所定の光量で発光させる。
【００７９】
ブレ検出回路２１１は、角度センサ（Ｐｉｔｃｈ）２１２からの検出信号に従ってＰｉｔｃｈ方向のブレ量を検出する。ブレ検出回路２１３は、角度センサ（Ｙａｗ）２１４からの検出信号に従ってＹａｗ方向のブレ量を検出する。メモリインタフェース２１５は、外部メモリ媒体２１６との間のインタフェースである。外部メモリ媒体２１６は、着脱可能な半導体メモリなどである。
【００８０】
電池２１７は、例えば、充電可能な二次電池である。電源制御回路２１８は、電池２１７の出力電圧を安定化し、各部に供給する。制御回路２２０は、所定のプログラムに従って動作し、各部の動作を制御する。撮影制御部２２１は、第１集合系レンズ駆動部２００、第２集合系レンズ駆動部２０１、絞り駆動部２０２、タイミング制御＆駆動回路２０４、ブレ検出回路２１１、２１３の動作を制御して、撮影を行う。
【００８１】
メモリ（集合系レンズのレンズデータ）２２２は、レンズ識別データリーダ１９９により読み出した集合系レンズ１０、１１に設けられたＲＦＩＤチップ５２に記憶された、レンズユニットの識別情報や、レンズの位置データ、仕様データを記憶する。各レンズ駆動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）算出部２２３は、レンズ選択部２２４により選択されたレンズを、上記レンズの位置データ、フォーカス、変倍ズームに従って、光軸上に移動するために、集合系レンズユニットのＸＹＺ移動量を算出する。
【００８２】
レンズ選択部２２４は、操作部２３０からの指示や、仕様データなどから、集合系レンズユニットに設けられた複数のレンズのうち、撮影に用いるレンズを選択する。変倍ズーム操作部２２５は、操作部２３０による操作に応じて、変倍ズーム量を決定する。フォーカス操作部２２６は、被写体にピントが合うようにフォーカシング量を決定する。撮影モード選択／撮影操作部２２７は、操作部２３０からの操作に応じて、撮影モードを選択したり、撮影操作（シャッタ押下）などを制御する。
【００８３】
操作部２３０は、電源スイッチ２１、レリーズスイッチ２２、モードスイッチ２４などからなる。入力回路２３１は、操作部２３０からの操作を検出し、制御回路２２０に供給する。表示駆動部２４０は、制御回路２２０の制御に従って、電子ファインダ表示部２４１を駆動する。電子ファインダ表示部２４１は、例えば、液晶表示器からなり、撮像素子１２に結像した撮像映像をスルー表示したり、撮影画像や、撮影条件、各種パラメータなどを表示する。
【００８４】
画像処理部２４２は、撮影画像に対して、ホワイトバランスや、γ調整などを行う。圧縮符号化／伸長復号化部２４３は、撮影画像を所定のフォーマットの形式に圧縮して符号化したり、圧縮された撮影画像を伸長して復号化する。静止画／動画画像メモリ２４４は、撮影された静止画や、動画を保存する。プログラムメモリ２４５は、制御回路２２０により実行されるプログラムを記憶している。データメモリ２４６は、制御回路２２０のプログラム実行に伴う各種データを（一時）記憶する。入出力インタフェース２４７は、外部入出力部２４８を介して、外部機器との間で撮影画像データを送受信するためのインタフェースである。
【００８５】
次に、図１１乃至図１６は、本第２実施形態において、集合系レンズのレンズの構成例と動作例を説明するための模式図である。
【００８６】
図１１乃至図１３は、集合系レンズの第１の構成例と動作例として、複数の集合系レンズに凹凸各種レンズを設け、それらレンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。すなわち、集合系レンズ１０に、凹凸各種のレンズ群Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、…を、集合系レンズ１１に、凹凸各種のレンズ群Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、…を、それぞれ設けて、集合系レンズ１０と集合系レンズ１１とをそれぞれＸ，Ｙ方向に駆動して選択された各レンズを組み合わせることで、望遠タイプのズームレンズ系として、あるいは、レトロフォーカスタイプのズームレンズ系として、または、広角レンズなど各種固定焦点のレンズ系として用いるようにした場合の動作例である。以下、詳細に説明する。
【００８７】
例えば、図１１（ａ）、（ｂ）では、集合系レンズ１０のうち、凸レンズで構成されたレンズＬ１１と、集合系レンズ１１のうち、凹レンズで構成されたレンズＬ２２とを選択し、また、ズーム操作と所望の変倍率に応じて、選択されたレンズＬ１１とレンズＬ２２とのＺ方向の位置を、図示するように、連動させてそれぞれ前後に移動駆動させることで、望遠タイプの変倍ズームレンズとして動作させるもので、撮影画角が狭い、または、比較的長い焦点距離のズームレンズ系として利用できる。
【００８８】
また、同様に、レンズＬ１１とレンズＬ２２の代りに、他の焦点距離や、仕様のレンズを選択することで、同じ凸−凹レンズの組合せでも、異なる焦点距離や、異なる収差特性のズームレンズに代えることが自在にできる。
【００８９】
また、図１２（ａ）、（ｂ）では、逆に、集合系レンズ１０の凹レンズのレンズＬ１２と、集合系レンズ１１の凸レンズのレンズＬ２１とを選択し、また、ズーム操作と所望の変倍率に応じて、選択されたレンズＬ１２とレンズＬ２１のＺ方向位置を、図示するように、連動させてそれぞれ前後に移動駆動させることで、レトロフォーカスタイプの変倍ズームレンズとして動作させるもので、画角が比較的広い、または、短焦点距離のズームレンズとして利用できる。
【００９０】
また、図１３（ａ）、（ｂ）では、集合系レンズ１０のうち、メニスカス凹レンズで構成されたレンズＬ１３と、集合系レンズ１１のうち、メニスカス凸レンズで構成されたレンズＬ２３とを選択し、また、適切なＺ方向位置に各レンズを移動駆動することにより、一種の広角レンズを構成して用いる。同様に、その他のレンズを選択して組合せることにより、例えば、超広角レンズや、魚眼レンズ、マクロレンズなど、その他の固定、または可変焦点の撮影レンズを構成するようにしてもよい。
【００９１】
このように、同じカメラ機器内において、交換レンズを交換する手間を必要とすることなく、集合系レンズ１０、１１の中から所望のレンズを電子的に駆動制御して選択し、適宜組み合わせることにより、各種の撮影光学系を自在に実現することができ、所望の撮影レンズとして用いることができる。
【００９２】
なお、２枚の集合系レンズ１０、１１の代りに、３枚以上の多数枚の集合系レンズを組合せて利用してもよい。従来の光学系と同様に、レンズ群や、枚数を増やすほど、光学設計や、駆動制御は複雑になるが、従来の光学系とは違って、レンズ系の焦点距離の全範囲に渡って、必ずしも無収差に近い良好な光学特性を得るための構成は必要ない。つまり、用いる焦点距離の範囲において、所望の収差特性や、光学特性が得られればよく、各組合せの長所を生かせる範囲のみ利用して、他の範囲においては、他の組合せによる光学系に適宜切替えて利用することができる。
【００９３】
図１４乃至図１６は、集合系レンズの第２の構成例と動作例として、複数の集合系レンズとともに結像レンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。例えば、固定焦点距離（ｆ＝ｆ０）の結像レンズＭを、撮像面の前方の固定位置（レンズの主点が撮像面からｆ０だけ手前の位置）に設置し、結像レンズＭの被写体側前方に、集合系レンズ１と２とを設置し、また、集合系レンズ１０と集合系レンズ１１との組合せの焦点距離が無限大となる略アフォーカル系（無焦点系）を構成するように、各集合系レンズ１０、１１の焦点距離（ｆ１、ｆ２）とその位置（集合系レンズ１０の像側主点Ｈ１’と集合系レンズ１１の物体側主点Ｈ２との間の距離ｄ）とを駆動制御することにより、結像レンズＭが固定焦点で固定位置であっても、被写体像を撮像面上に結像できるとともに、撮影系全体の焦点距離は、ｆ＝ｍ×ｆ０となるので、ｍ（＝−ｆ１／ｆ２）を切替え制御することで、可変倍率の「コンバージョンレンズ」として機能させる例である。
【００９４】
一方、（図示しないが、）結像レンズＭの前方に置く代りに、結像レンズＭの後方に集合系レンズ１０、１１を配置し、結像レンズＭのＺ方向の位置も可変制御できるようにすると、集合系レンズ１０を凹レンズとして撮影系の焦点距離を延ばし、集合系レンズ１１を凸レンズとして撮影系の焦点距離を短縮することができ、集合系レンズを「リアコンバージョンレンズ」として機能させる構成としてもよい。
【００９５】
（アフォーカル系）
よく知られるように、第１レンズの焦点距離ｆ１と第２レンズの像倍率β２が分かっているとすると、２つのレンズを合成した焦点距離ｆ１２は、次式（２）で表わされる。
【００９６】
【数２】
2010032759.tif 000004
【００９７】
一方、第１レンズ、第２レンズの焦点距離ｆ１、ｆ２と、第１レンズの像側主点Ｈ１’と第２レンズの物体側主点Ｈ２との間の距離をｄとすると、次式（３）の関係が得られる。
【００９８】
【数３】
2010032759.tif 000005
【００９９】
上記数式（３）を数式（２）に代入すると、集合系レンズ１、２からそれぞれ選択された２つのレンズを合成した系の焦点距離ｆ１２は、次式（４）となる。
【０１００】
【数４】
2010032759.tif 000006
【０１０１】
この特殊な例として、ｄ＝ｆ１＋ｆ２（正負の方向性あり）となるように配置すると、上記数式（４）の分母は０となり、第１レンズの像側焦点（Ｆ１’）と第２レンズの物体側焦点（Ｆ２）とが一致して、無限遠物点からの平行光束は、２つのレンズを通った後、再び平行光束になる。このような系は、「アフォーカル系」（無焦点系）と呼ばれ、望遠鏡や、コンバージョンレンズ等で用いられている。
【０１０２】
また、ｆ１とｆ２との比ｍ＝−ｆ１／ｆ２は、「アフォーカル倍率と」呼ばれる。また、アフォーカル系では、入射した光線の高さｈ１と射出した光線の高さｈ２の間には、次式（５）が成り立つ。
【０１０３】
【数５】
2010032759.tif 000007
【０１０４】
また、アフォーカル系では、無限遠物体に対しては無限遠像となるが、有限距離物体に対しては有限位置に像を作る。例えば、図１４（ｂ）に示すように、第１レンズ（Ｌ１１）の物体側焦点Ｆ’より距離ｚ１の物体が、第２レンズ（Ｌ２１）の像側焦点Ｆ２’よりｚ２’の位置に結像すると、
【０１０５】
【数６】
2010032759.tif 000008
【０１０６】
ゆえに、
【０１０７】
【数７】
2010032759.tif 000009
【０１０８】
【数８】
2010032759.tif 000010
【０１０９】
つまり、物体の焦点Ｆ１からの距離（ｚ１）と、像の焦点Ｆ２’からの距離（ｚ２’）との比（ｚ２’／ｚ１）は、ｍの２乗に逆比例し、像倍率βは、物体や像の位置に関わり無く、アフォーカル倍率ｍのみで決まる。
【０１１０】
このように、ｄ＝ｆ１＋ｆ２（正負の方向性あり）となるように配して、集合系レンズ１０、１１の合成系の焦点距離がｆ１２＝∞になるアフォーカル（無焦点系）条件を満たす範囲内で、第１または第２レンズのＺ方向位置を調整することにより、結像レンズＭが固定焦点（ｆ）で固定位置であっても、撮像面に結像できることになる。
【０１１１】
図１４〜図１６に示すように、アフォーカル系の後に結像レンズＭを置くと、結像レンズＭの像側焦点をそのまま全系の像側焦点にできる。後に置く結像レンズＭの焦点距離をｆ０、アフォーカル系にｈ１の高さで入射した平行光がｈ２の高さの平行光で結像レンズＭに入り、その焦点で光軸とｕ’の角度で交わるとすると、ｆ０＝ｈ２／ｕ’であるから、上記の集合系レンズ１、２と結像レンズＭ（焦点距離ｆ０）とを組合せた撮影系全体の焦点距離（ｆ）は、次式（９）で表わされる。
【０１１２】
【数９】
2010032759.tif 000011
【０１１３】
但し、ｍ：アフォーカル倍率、ｍ＝−ｆ１／ｆ２である。
【０１１４】
集合系レンズ１０、１１のレンズの焦点距離（ｆ１、ｆ２）の組合せを選択することで、アフォーカル倍率ｍ（ｍ＝−ｆ１／ｆ２）を切替え、系全体の焦点距離ｆを変化させることができるので、可変焦点の撮影レンズ系を容易に構成できる。
【０１１５】
（アフォーカル条件）
２枚の集合系レンズ１０、１１を組合せて、アフォーカル系となる条件を満たすには、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、正（凸）レンズ・負（凹）レンズの順で構成したアフォーカル系１（ガリレオ望遠鏡タイプ）、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、正（凸）レンズ・正（凸）レンズの順で構成したアフォーカル系２（ケプラー望遠鏡タイプ）、図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、負（凹）レンズ・正（凸）レンズの順で構成したアフォーカル系３（逆ガリレオ望遠鏡タイプ）等で構成できる。
【０１１６】
前述したように、いずれも、ｄ＝ｆ１＋ｆ２（ｄ、ｆ１、ｆ２は、正負の方向性あり）を満たすとき、２枚の集合系レンズ１０、１１の合成焦点距離ｆ１２＝∞のアフォーカル系となる。すなわち、図１４（ａ）、（ｂ）のｆ１≧０（正、凸レンズ）、かつ、ｆ２＜０（負、凹レンズ）の場合には、｜ｆ２ｌ＝｜ｆ１｜−ｄとなるように、ｆ１、ｆ２を可変制御すれば、アフォーカル系１（ガリレオ望遠鏡タイプ）となる。この領域のｆ１、ｆ２の組合せでは、アフォーカル倍率ｍ＝−ｆ１／ｆ２≧１となり、これに結像レンズＭ（ｆ０）を組合せると、望遠タイプの撮影系を構成できる。
【０１１７】
また、図１５（ａ）、（ｂ）のｆ２≧０（正、凸レンズ）、かつ、ｆ２≧０（正、凸レンズ）の場合には、｜ｆ２｜＝ｄ−｜ｆ１｜となるように制御すれば、アフォーカル系２（ケプラー望遠鏡タイプ）となる。この領域の組合せでは、ｍ＝−ｆ１／ｆ２＜０となり、倒立像となるが、撮像信号をカメラ内で画像処理等により反転処理すれば、結像レンズＭ（ｆ０）と組み合わせて、高倍率や、長焦点距離の望遠レンズを構成できる。焦点距離はｆ＝ｍ×ｆ０（但し、ｍ＝−ｆ１／ｆ２＜０）となる。
【０１１８】
また、図１６（ａ）、（ｂ）のｆ１＜０（負、凹レンズ）、かつ、ｆ２≧０（正、凸レンズ）の場合には、｜ｆ２｜＝｜ｆ１｜＋ｄとなるように制御すれば、アフォーカル系３（逆ガリレオ望遠鏡タイプ）となる。アフォーカル倍率は、０≦ｍ≦１となり、結像レンズＭ（ｆ０）と組み合わせると、同様に、ｆ＝ｍ×ｆ０（０≦ｍ≦１）を可変にでき、レトロフォーカス系の広角レンズや、マクロレンズを構成できる（焦点距離ｆは、結像レンズ単体の焦点距離ｆ０よりも短くできる）。
【０１１９】
（カメラの制御動作）
次に、図１７乃至図１９は、本第２実施形態によるカメラの制御動作を説明するためのフローチャートである。また、図２０及び図２１は、本第２実施形態によるカメラの集合系レンズのレンズデータの構成例を示す概念図である。
【０１２０】
まず、カメラの制御回路２２０は、ユーザによる操作部２３０の操作に応じて、撮影モードが選択されたが否かを判断し（ステップＳ１０）、撮影モードが選択されなかった場合には、その他のモード処理へ進む（ステップＳ１２）。一方、撮影モードまたは撮影条件が選択や設定された場合には、カメラの制御回路２２０は、選択された撮影に応じて、撮影モード、及び撮影条件を設定し（ステップＳ１４）、該撮影モード、及び撮影条件に応じて、集合系レンズ１０、１１から最適なレンズの組合せを選択する（ステップＳ１６）。
【０１２１】
次に、レンズの組合せが、「人物撮影モード」や、「集合写真撮影モード」、あるいは、「近接撮影モード」などの広角ズームモードであるか否かを判断する（ステップＳ１８）。そして、広角系のズームモードである場合には、広角ズーム用に設定されたレンズの組合せを選択し（ステップＳ２０）、レンズ識別データリーダ１９９により、集合系レンズ１０、１１のＲＦＩＤチップ５２から、選択された各レンズの仕様データ、位置データ、及び当該レンズの組合せに該当するレンズ制御プログラムを読み込む（ステップＳ２２）。
【０１２２】
図２０には、集合系レンズ１０の各レンズの位置データ及び仕様データの一例が示されており、図２１には、集合系レンズ１１の各レンズの位置データ及び仕様データの一例が示されている。図２０、図２１に示されるように、各レンズの位置データとして、Ｘ方向の中心位置、Ｙ方向の中心位置が記憶され、仕様データとして、焦点距離ｆ、曲率半径Ｒａ、曲率半径Ｒｂ、口径Ｄ、屈折率ｎｄ、Ａｂｂｅ数ν、その他が記憶されている。上記ステップＳ２２では、これらの位置データ及び仕様データを読み込む。
【０１２３】
一方、ステップＳ１８で、レンズの組合せが、広角ズームモードでない場合には、「風景撮影モード」や、「人物＋風景撮影モード」などの望遠ズームレンズモードであるか否かを判断する（ステップＳ２４）。そして、望遠ズームレンズモードである場合には、望遠ズーム用に設定されたレンズの組合せを選択し（ステップＳ２６）、レンズ識別データリーダ１９９により、集合系レンズ１０、１１のＲＦＩＤチップ５２から、選択された各レンズの仕様データ、位置データ、及び当該レンズの組合せに該当するレンズ制御プログラムを読み込む（ステップＳ２８）。
【０１２４】
また、レンズの組合せが広角ズームモードでも、望遠ズームレンズモードでもない場合には、マクロレンズモードであるか否かを判断し（ステップＳ３０）、マクロレンズモードである場合には、マクロ用に設定されたレンズの組合せを選択し（ステップＳ３２）、レンズ識別データリーダ１９９により、集合系レンズ１０、１１のＲＦＩＤチップ５２から、選択された各レンズの仕様データ、位置データ、及び当該レンズの組合せに該当するレンズ制御プログラムを読み込む（ステップＳ３４）。
【０１２５】
また、レンズの組合せが広角ズームモードでも、望遠ズームレンズモードでも、マクロレンズモードでもない場合には、その他のレンズモード処理を実行する（ステップＳ３６）。
【０１２６】
次に、レンズ制御プログラムを読み込んだ後、いずれのモードにおいても、当該レンズ仕様データを参照して、撮影光軸中心が、集合系レンズ１０から選択されたレンズＬ１ｉ（ｉ＝１、２、…、９）の中心位置（Ｘ１，Ｙ１）に一致するように、集合系レンズ１０をＸ，Ｙ方向に移動駆動する（ステップＳ３８）。同様に、当該レンズ仕様データを参照して、撮影光軸中心が集合系レンズ１１の選択されたレンズＬ２ｊ（ｊ＝１、２、…、９）の中心位置（Ｘ２，Ｙ２）に一致するように、集合系レンズ１１をＸ，Ｙ方向に移動駆動する（ステップＳ４０）。そして、集合系レンズ１０と集合系レンズ１１の組合せに応じて、それぞれのモードにおける初期位置（Ｚ１，Ｚ２）に、各集合系レンズのＺ方向位置をそれぞれ移動駆動する（ステップＳ４２）。
【０１２７】
次に、カメラの制御回路２２０は、ユーザによる操作部２３０からズーム変倍操作があったか否かを判断し（ステップＳ４４）、ズーム変倍操作が入力された場合には、操作量と当該レンズプログラム（広角、望遠、マクロ）に基づいて、当該集合系レンズ１０、１１をそれぞれ該当するズーム倍率に相当するＺ方向位置まで移動するよう駆動して、ズームの変倍動作を実行する（ステップＳ４６）。一方、ズーム変倍操作が入力されない場合には、ズーム変倍動作を実行しない。
【０１２８】
次に、ズーム操作後、選択されているＡＦ（合焦）枠に相当する撮像信号の高周波成分や、コントラスト値などを検出して、選択ＡＦ枠領域が合焦するように、フォーカス駆動レンズ、もしくは該当する集合系レンズ１０、１１をＺ方向の前後に微調駆動して、オートフォーカス処理を実行する（ステップＳ４８）。そして、撮像素子１２に結像した被写体象を表示部２４１にスルー表示する（ステップＳ５０）。
【０１２９】
次に、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされたか否かを判断し（ステップＳ５２）、半押しされていない場合には、ステップＳ４４に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされた場合には、測光部２０７からの測光値を取得し、撮影条件と測光値とに応じて露出条件を設定し（ステップＳ５４）、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が全押しされたか否かを判断する（ステップＳ５６）。
【０１３０】
そして、全押しされた場合には、設定露出時間に従って、図示しない露出時間タイマ（ソフトウェアタイマでもよい）を設定し、露出時間タイマの計時を開始し（ステップＳ５８）、設定撮影条件に従って、露出＆撮影処理を実行し（ステップＳ６０）、露出時間タイマによる計時がタイムアップしたか否か、すなわち露出時間が終了したか否かを判断し（ステップＳ６２）、露出時間が終了していない場合には、ステップＳ６０に戻り、露出＆撮影処理を継続する。
【０１３１】
一方、露出時間タイマによる計時がタイムアップした場合、すなわち露出時間が終了した場合には、圧縮符号化／伸長復号化部２４３により、撮影画像データを符号化／圧縮符号化し（ステップＳ６４）、撮影画像データをメモリ２４４に記録し（ステップＳ６６）、撮影画像を表示部２４１にレビュー表示し（ステップＳ６８）、図示しないメインルーチンに戻る。
【０１３２】
（連続ズーム制御動作）
上述したように、モード別にレンズの組合せを切替える代りに、一連のズーム変倍操作や、撮影操作などにおいて、ズーム倍率や、所定の焦点距離範囲に応じて、あるいは、被写体の距離や、輝度値、被写界深度などの所定の撮影条件に応じて、集合系レンズ１０、１１から使用するレンズの組合せを自動的に選択し、切り替えるよう制御しても良い。
【０１３３】
次に、図２２及び図２３は、本第２実施形態による連続ズーム制御動作を説明するためのフローチャートである。まず、カメラの制御回路２２０は、ユーザによる操作部２３０からズーム変倍操作があったか否かを判断し（ステップＳ８０）、ズーム変倍操作が入力されない場合には、当該処理を終了して図示しないメインルーチンに戻る。
【０１３４】
一方、ズーム変倍操作が入力された場合には、操作量に対応するズーム倍率が当該ズームゾーンの範囲内であるか否かを判断し（ステップＳ８２）、当該ズームゾーンの範囲内である場合には、操作量と当該レンズプログラムに従って、当該ズーム倍率に相当する集合系レンズ１０、１１のＺ方向の位置（Ｚ１，Ｚ２）を算出し（ステップＳ８４）、集合系レンズ１０を算出されたＺ方向の位置（Ｚ１）まで移動し（ステップＳ８６）、集合系レンズ１１を算出されたＺ方向の位置（Ｚ２）まで移動し（ステップＳ８８）、当該処理を終了して図示しないメインルーチンに戻る。
【０１３５】
一方、ステップＳ８２において、操作量に対応するズーム倍率が当該ズームゾーンの範囲内でない場合には、当該ズームゾーンより広角側のゾーンであるか否かを判断する（ステップＳ９０）。そして、広角側のゾーンである場合には、集合系レンズ１０、１１から、広角（Ｗｉｄｅ）側の次のズームゾーン用に設定されたレンズの組合せを選択し（ステップＳ９２）、選択された各レンズの仕様データと組合せに該当するレンズプログラムとを読み込む（ステップＳ９４）。一方、当該ズームゾーンより広角側のゾーンでない場合には、集合系レンズ１０、１１から、望遠（Ｔｅｌｅ）側の次のズームゾーン用に設定されたレンズの組合せを選択し（ステップＳ９６）、選択された各レンズの仕様データと組合せに該当するレンズプログラムとを読み込む（ステップＳ９８）。
【０１３６】
次に、いずれの場合も、当該レンズ仕様データを参照して、集合系レンズ１０の光軸位置を選択されたレンズＬ１ｉ（ｉ＝１、２、…、９）の中心位置（Ｘ１，Ｙ１）に一致するように、集合系レンズ１０をＸ，Ｙ方向に移動駆動する（ステップＳ１００）。同様に、当該レンズ仕様データを参照して、集合系レンズ１１の光軸位置を選択されたレンズＬ２ｊ（ｊ＝１、２、…、９）２の中心位置（Ｘ２，Ｙ２）に一致するように、集合系レンズ１１をＸ，Ｙ方向に移動駆動する（ステップＳ１０２）。次に、集合系レンズ１０と集合系レンズ１１の組合せに応じたレンズプログラムに従って、当該ズーム倍率に相当する集合系レンズ１０、１１のＺ方向の位置を算出し（ステップＳ１０４）、その後、上述したステップＳ８６で、集合系レンズ１０を算出されたＺ方向の位置（Ｚ１）まで移動し、ステップＳ８８で、集合系レンズ１１を算出されたＺ方向の位置（Ｚ２）まで移動し、当該処理を終了して図示しないメインルーチンに戻る。
【０１３７】
これにより、当該ズーム倍率や、焦点距離、撮影条件に応じて、収差特性や、明るさ（開口比Ｆ値）、解像力など、最適な光学特性のレンズや、レンズの組合せが自動的に選択され、ユーザは、特段の操作を要求することなく、最適な条件で撮影することができる。
【０１３８】
上述した第１及び第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（Ｂ−１）レンズの位置駆動による変倍ズームや、フォーカス操作だけでなく、集合系レンズ１０、１１からの任意の組合せのレンズを選択することによって、撮影レンズの焦点距離や、開口比、収差特性、光学特性などを電子制御で切替えることができる、汎用性が高いマルチ光学系を、安価に、薄小型で提供できる。
【０１３９】
（Ｂ−２）また、固定焦点の結像レンズ６１や、プリズムなど、その他の光学系と組み合わせて、屈曲光軸式ズームレンズユニットや、薄小型の可変光学系などを実現したり、小型カメラにも組み込んで内蔵することができる。
【０１４０】
（Ｂ−３）撮影モードや、撮影シーン、あるいは、被写体の距離や、輝度値、被写界深度など、撮影条件や、被写体の状況に応じて、それらに最適な焦点距離や、明るさ（開口比Ｆ値）、レンズの解像力、各種の収差特性など、最適な光学特性になるようなレンズの組合せを自動的に選択して、撮影レンズとして使用して撮影することができる。
【０１４１】
（Ｂ−４）予めＲＦＩＤチップ５２などに記憶した集合系レンズ内の各レンズの仕様データを参照して、当該レンズデータに基づいて、レンズの選択や、位置制御だけでなく、所望の光学特性の選択なども自動的に制御することができる。
【０１４２】
（Ｂ−５）さらに、集合系レンズ１０、１１を着脱交換式のユニットとすることで、汎用性や、選択できるレンズの組合せや、光学特性の範囲などをさらに広げることができる。
【０１４３】
Ｃ．第２実施形態の変形例
上述した第２実施形態の変形例について以下に説明する。
（Ｃ−１）異なるレンズの組合せを集合系レンズ１０、１１の移動により選択し、組合せに応じてその位置を移動制御して、光学特性の違うレンズを組合わせて、異なるズームレンズや、可変焦点の撮影系を構成する例を示したが、その他の光学系や、固定焦点の撮影系などにも利用してもよい。
【０１４４】
（Ｃ−２）また、集合系レンズ１０、１１の移動駆動部は、集合系レンズ１０、１１からのレンズの選択や、選択されたレンズの位置駆動に用いる例を示したが、例えば、同じレンズの組合せにおいても、光軸中心を当該レンズの中心から偏心した位置にずらせるように駆動して、ライズ／フォール撮影や、シフト撮影などの「あおり撮影」を行えるように駆動したり、あるいは、手振れ量の検出回路２１１、２１３により検出した検出ブレ量に応じて、一部の集合系レンズ１０、１１を上下左右にダイナミックに移動させながら露出動作を行い、「手振れ軽減撮影」を行うように構成してもよい（後述する第３実施形態を参照）。
【０１４５】
（Ｃ−３）また、集合系レンズ１０、１１を周期的に上下左右に所定位置ずつずらした位置に偏心させながら複数枚の撮影を行い、該複数枚の画像を元に、ずらした位置に応じて複数の画像を多重合成し、解像度を上げるような画像処理を行ってもよい。
【０１４６】
（Ｃ−４）また、集合系レンズ１０、１１に装着される各レンズは、第１、２実施形態のような凹、凸レンズに限られるものではなく、非球面レンズや、ミラー、回折光学系など異なる種類の光学系を設けたり、また、同じ曲率のレンズでも、異なる屈折率や、分散比（Ａｂｂｅ数）の硝材等、異なる光学特性を組合せるように構成してもよい（後述する第４実施形態を参照）。
【０１４７】
Ｄ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本第３実施形態では、上述した第２実施形態の変形例（Ｃ−２）で説明した、手ぶれ補正撮影、あおり撮影について説明する。
【０１４８】
図２４（ａ）、（ｂ）は、通常撮影での概念図であり、図２５（ａ）、（ｂ）は、ライズ／フォール撮影や、シフト撮影などのあおり撮影の概念図である。従来、ビューカメラや、フィールドカメラ等の蛇腹式大判カメラや、Ｎｉｋｏｎの「ＰＣ（ＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ）−Ｎｉｋｋｏｒレンズ」（Ｎｉｋｏｎ、Ｎｉｋｋｏｒは登録商標）などのアオリ撮影用交換レンズなどを用いると、いわゆる、「あおり撮影」ができる。しかし、蛇腹式カメラは、大型で、素人には扱いにくく、あおり撮影には熟練を要する。また、一眼レフにシフトレンズを交換装着するのは、面倒で、好みの焦点距離や、交換レンズであおり撮影できないという制約もあった。
【０１４９】
通常、図２４（ａ）に示すように、レンズ光軸と撮像面とは直交するので、例えば、高いビルを下から見上げる角度で建物を撮影する場合、カメラを上方に傾けて撮影しなければならならない。この場合、被写体下部までの距離Ｌ１はピント距離より短く、被写体上部までの距離Ｌ２はピント距離より長い。このため、撮影画像は、図２４（ｂ）に示すように、光軸中心近傍で合焦するものの、その上下でフォーカスがずれるとともに、被写体は、下部（近く）が大きく、上部（遠方）が小さく、透視図的に縦方向で歪んでしまうことが知られている。
【０１５０】
そこで、図２５（ａ）に示すように、カメラを水平姿勢に保ち、レンズを上下に平行移動（ライズ／フォール）、または左右に平行移動（シフト）させて撮影する（図示の例では、上方向に距離ｄだけ移動させる）。この場合、被写体までの撮影距離は、上部、下部とも略同じ距離Ｌとなる。なお、レンズの移動量ｄは、ｄ＝｛（被写体の高さｈ／距離Ｌ）−ｔａｎ（画角θ／２）｝×焦点距離ｆとなる。このため、撮影画像は、図２５（ｂ）に示すように、上部、下部の大きさが等しい正面図的になり、画面全体にピントが合うこととなり、遠近感を変化させ、像の歪みを補正したり強調させることができ、いわゆる「あおり撮影」（ディスプレースメント）することができる。また、逆にレンズ側を下方に移動（フォール）させて撮影すると、遠近感を誇張したような撮影もできる。
【０１５１】
本第３実施形態では、前述した集合系レンズを用いて、集合系レンズを含む撮影レンズ系全体を、所定のあおり量（ｄ）だけ、撮影光軸の中心からＸ方向（シフト撮影、左右方向）またはＹ方向（ライズ／フォール撮影、上下方向）に平行に偏心移動させて撮影することで、上述したあおり撮影（シフト撮影、ライズ／フォール撮影）を容易に実現する。
【０１５２】
次に、図２６乃至図２９は、本第３実施形態の集合系レンズによる撮影光学系を用いてあおり撮影や、手ぶれ補正撮影を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。まず、カメラの制御回路２２０は、ユーザによる操作部２３０から選択された撮影に応じて、撮影モード、及び撮影条件を設定し（ステップＳ１２０）、手ぶれ補正撮影モードであるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。そして、手ぶれ補正撮影モードが選択された場合には、集合系レンズ１０、１１から、手ぶれ補正用のレンズＬ１ｉ（ｉ＝１、２、…、９）、Ｌ２ｊ（ｊ＝１、２、…、９）の組合せを選択し（ステップＳ１２４）、選択された各レンズの仕様データと組合せに該当するレンズプログラムを読み込む（ステップＳ１２６）。次に、集合系レンズ１０の光軸中心を、選択したレンズＬ１ｉの中心位置（Ｘ１，Ｙ１）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ１２８）、集合系レンズ１１の光軸中心を、選択したレンズＬ２ｊの中心位置（Ｘ２，Ｙ２）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ１３０）、レンズの組合せに応じた初期位置Ｚ１、Ｚ２まで、集合系レンズ１０、１１をＺ方向に移動する（ステップＳ１３２）。
【０１５３】
次に、測光処理、ＷＢ（ホワイトバランス）処理を実行し（ステップＳ１３４）、ズーム処理及びＡＦ（オートフォーカス）処理を実行し（ステップＳ１３６）、撮像素子から取り込んだ被写体象を表示部２４１にスルー表示し（ステップＳ１３８）、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされたか否かを判断する（ステップＳ１４０）。そして、半押しされていない場合には、ステップＳ１３４に戻り、上述した処理を繰り返す。
【０１５４】
一方、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされた場合には、測光部２０７からの測光値を取得し、撮影条件と測光値とに応じて露出条件を設定し（ステップＳ１４２）、ブレ検出回路２１１、２１３を起動し、ブレ量の検出を開始する（ステップＳ１４４）。次に、選択ＡＦ枠が合掌するようにＡＦ処理を実行し（ステップＳ１４６）、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が全押しされたか否かを判断する（ステップＳ１４８）。
【０１５５】
そして、全押しされた場合には、設定露出時間に従って、露出時間タイマを設定し、露出時間タイマの計時を開始し（ステップＳ１５０）、Ｘ，Ｙ方向のブレ量を検出し（ステップＳ１５２）、Ｘ，Ｙ方向の検出ブレ量に応じて、所定の集合系レンズ１０、１１を、レンズ中心よりＸ／Ｙ方向に移動し（ステップＳ１５４）、設定撮影条件に従って、露出＆撮影処理を実行し（ステップＳ１５６）、露出時間タイマによる計時がタイムアップしたか否か、すなわち露出時間が終了したか否かを判断し（ステップＳ１５８）、露出時間が終了していない場合には、ステップＳ１５２に戻り、ブレ補正、露出＆撮影処理を継続する。
【０１５６】
一方、露出時間タイマによる計時がタイムアップした場合、すなわち露出時間が終了した場合には、圧縮符号化／伸長復号化部２４３により、撮影画像データを符号化／圧縮符号化し（ステップＳ１６０）、撮影画像データをメモリ２４４に記録し（ステップＳ１６２）、撮影画像を表示部２４１にレビュー表示し（ステップＳ１６４）、その後、集合系レンズ１０、１１を初期位置に戻し（ステップＳ１６６）、図示しないメインルーチンに戻る。
【０１５７】
また、ステップＳ１２２において、手ぶれ補正撮影モードでない場合には、あおり撮影モードであるか否かを判断する（図２８のステップＳ１６８）。手ぶれ補正撮影モードでもあおり撮影モードでもない場合には、その他のモード処理へ進む（ステップＳ１７０）。一方、あおり撮影モードである場合には、集合系レンズ１０、１１から、あおり補正用のレンズＬ１ｉ、Ｌ２ｊの組合せを選択し（ステップＳ１７２）、選択された各レンズＬ１ｉ、Ｌ２ｊの仕様データと組合せに該当するレンズプログラムを読み込む（ステップＳ１７４）。
【０１５８】
次に、集合系レンズ１０の光軸中心を、選択したレンズＬ１ｉの中心位置（Ｘ１，Ｙ１）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ１７６）、集合系レンズ１１の光軸中心を、選択したレンズＬ２ｊの中心位置（Ｘ２，Ｙ２）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ１７８）、レンズの組合せに応じた初期位置Ｚ１、Ｚ２まで、集合系レンズ１０、１１をＺ方向に移動する（ステップＳ１８０）。
【０１５９】
次に、測光処理、ＷＢ（ホワイトバランス）処理を実行し（ステップＳ１８２）、ズーム処理及びＡＦ（オートフォーカス）処理を実行し（ステップＳ１８４）、撮像素子１２から取り込んだ被写体象を表示部２４１にスルー表示し（ステップＳ１８６）、自動あおり設定であるか否かを判断する（ステップＳ１８８）。そして、自動あおり設定である場合には、被写体の高さ、または幅（ｈ）、撮影距離（Ｌ）を測定、または入力し、焦点距離（ｆ）、画角（θ）または撮影サイズ（Ｙ’）の情報を読み込み（ステップＳ１９０）、被写体高さ（ｈ）と撮影距離（Ｌ）、焦点距離（ｆ）等に応じて、あおり量ｄを算出して設定する。あおり量ｄは、例えば、前述したように、ｄ＝［（ｈ／Ｌ）−ｔａｎ（θ／２）］×ｆ、または、ｄ＝［ｆ×（ｈ／Ｌ）−（Ｙ’／２）］（三角関数の計算が不要となる）から求める。一方、自動あおり設定でない場合には、操作量に応じて、あおり量ｄを設定する（ステップＳ１９４）。
【０１６０】
次に、結像レンズ６１、及び集合系レンズ１０、１１を、中心から設定されたあおり量ｄだけ、Ｙ（上下）方向またはＸ（左右）方向に移動し（ステップＳ１９６）、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされたか否かを判断する（ステップＳ１４０）。そして、半押しされていない場合には、前述したステップＳ１８２に戻り、上述した処理を繰り返す。
【０１６１】
一方、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が半押しされた場合には、測光部２０７からの測光値を取得し、撮影条件と測光値とに応じて露出条件を設定し（ステップＳ２００）、中央、及び上下（左右）のＡＦ枠が共に合焦するようにＡＦ処理を実行し（ステップＳ２０２）、レリーズ釦（シャッターボタン）２２が全押しされたか否かを判断する（ステップＳ２０４）。そして、全押しされた場合には、設定露出時間に従って、露出時間タイマを設定し、タイマの計時を開始し（ステップＳ２０６）、設定撮影条件に従って、露出＆撮影処理を実行し（ステップＳ２０８）、露出時間タイマによる計時がタイムアップしたか否か、すなわち露出時間が終了したか否かを判断し（ステップＳ２１０）、露出時間が終了していない場合には、ステップＳ２０８に戻り、露出＆撮影処理を継続する。
【０１６２】
一方、露出時間タイマによる計時がタイムアップした場合、すなわち露出時間が終了した場合には、前述した図２７に示すステップＳ１６０で、圧縮符号化／伸長復号化部２４３により、撮影画像データを符号化／圧縮符号化し、ステップＳ１６２で、撮影画像データをメモリ２４４に記録し、ステップＳ１６４で、撮影画像を表示部２４１にレビュー表示し、その後、ステップＳ１６６で、集合系レンズ１０、１１を初期位置に戻し、図示しないメインルーチンに戻る。
【０１６３】
なお、シフト撮影では、同様に、光軸に対して垂直方向の左右にレンズ面を平行移動させて撮影すると、構図の修正や歪みの矯正ができる。例えば、鏡の中心より左右にずれた位置から撮影しても、撮影者が映らず、鏡の中央で撮ったような画像が得られる。
【０１６４】
Ｅ．第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態では、所望の光学特性を指定すると、該指定された光学特性を満足するレンズの組合せを自動検索して撮影レンズとして設定する例について説明する。なお、カメラの構成については、図１０に示す構成と同じであるので説明を省略する。
【０１６５】
（レンズ選択モード処理）
図３０乃至図３３は、本第４実施形態によるレンズ選択モード処理動作を説明するためのフローチャートである。まず、カメラの制御回路２２０は、ユーザによる操作部２３０の操作に従って、指定された光学特性を選択、または入力する（ステップＳ２３０）。次に、指定された光学特性に従って、集合系レンズ１０、１１からレンズの組合せを選択し（ステップＳ２３２）、選択した各レンズの仕様データ、及び位置データを読み込み（ステップＳ２３４）、集合系レンズ１０、１１のＺ方向位置を順に選択する（ステップＳ２３６）。
【０１６６】
次に、指定された焦点距離、または開口比（Ｆ値）のレンズ組合せを検索するか否かを判断し（ステップＳ２３８）、検索する場合には、レンズの仕様データに従って、それらのレンズを組み合わせた場合の光線追跡計算処理プログラムを読み込み、入射光線の条件を設定し（ステップＳ２４０）、光線追跡を計算し（ステップＳ２４２）、最後の面まで計算したか否かを判断し（ステップＳ２４４）、まだ残っている場合には、次の面を選択し（ステップＳ２４６）、ステップＳ２４０に戻り、入射光線の条件の設定、光線追跡の計算を繰り返す。
【０１６７】
そして、最後の面までの計算が終了すると、最後面の像点位置、系の焦点距離（ｆ）、有効径（Ｄ）、開口比（Ｆ）、入射瞳、出射瞳などを求めて出力する（ステップＳ２４８）。なお、レンズ系全体の焦点距離（ｆ）や、像位置、開口比（Ｆ値）などは、近軸の入射光線を設定して計算する近軸光線追跡計算結果から比較的容易に求められる。次に、指定された焦点距離、または開口比の条件を満足するか否かを判断する（ステップＳ２５０）。そして、指定された焦点距離、または開口比の条件を満足する場合には、指定された収差特性の組合せを検索するのか否かを判断する（ステップＳ２５２）。
【０１６８】
そして、指定された収差特性の組合せを検索する場合には、軸上の入射光線データを設定し（ステップＳ２５４）、近軸の光線追跡を計算し（ステップＳ２５６）、軸外からの入射光線データを設定し（ステップＳ２５８）、軸外の光線追跡を計算する（ステップＳ２６０）。次に、収差係数の補助量を計算し（ステップＳ２６２）、補助量からの３次収差係数３次収差係数Ｉｊ、ＩＩｊ、ＩＩＩｊ、ＩＶｊ、Ｖｊ、Ｐｊを計算し（ステップＳ２６４）、最後の面まで計算したか否かを判断する（ステップＳ２６６）。そして、まだ残っている場合には、次の面を選択し（ステップＳ２６８）、ステップＳ２５４に戻り、近軸、軸外の光線追跡、３次収差係数の計算を繰り返す。
【０１６９】
すなわち、補助量から各面（ｊ）における３次収差係数Ｉｊ、ＩＩｊ、ＩＩＩｊ、ＩＶｊ、Ｖｊ、Ｐｊを求め、また、全ての面の各収差係数Ｉｊ〜Ｖｊ、Ｐｊを、それぞれ総和（Σ）することで、各収差係数Ｉ＝ΣＩｊ、ＩＩ＝ΣＩＩｊ、〜Ｖ＝ΣＶｊ、Ｐ＝ΣＰｊを求めることができる。もちろん、集合系レンズの前後に、固定焦点レンズや、結像レンズなどが設置されている場合も、それらの曲率や、間隔距離、屈折率、分散比（または硝材）などが記憶されていれば、それらも含めて、撮影光学系全体の焦点距離や収差特性や光学特性も同時に求めることができる。
【０１７０】
そして、最後の面までの計算が終了すると、指定された収差特性の組合せを満足したか否かを判断し（ステップＳ２７２）、満足していない場合には、次のＺ位置を選択し（ステップＳ２７６）、最後のＺ位置であるか否かを判断する（ステップＳ２７８）。そして、最後のＺ位置でない場合には、図３０のステップＳ２３８に戻り、前述した処理を繰り返す。以降、Ｚ位置を順次選択し、図３０のステップＳ２３８以降の処理を繰り返す。
【０１７１】
そして、ステップＳ２７８で、最後のＺ位置まで行った場合には、次のレンズ組合せを選択し（ステップＳ２８０）、最後の組合せであるか否かを判断する（ステップＳ２８２）。そして、最後の組合せでない場合には、図３０のステップＳ２３４に戻り、選択したレンズ組合せで、前述した処理を繰り返す。
【０１７２】
そして、ステップＳ２８２で、最後の組合せまで行った場合には、指定された組合せの検索に失敗した旨を表示部２４１に表示、または報知し（ステップＳ２８４）、当該処理を終了し、図示しないメインルーチンに戻る。すなわち、全てのレンズの組合せ、距離の組合せを計算しても、指定された光学特性を満足する組合せが得られなかった場合には、指定された光学特性の組合せの検索に失敗した旨を表示または報知する。
【０１７３】
一方、ステップＳ２７２で、満足した場合には、指定された組合せの検索に成功した旨を、または、検索されたレンズ特性データを表示し（ステップＳ２７４）、光跡図の描画が指示されているか否かを判断する（ステップＳ２８６）。そして、光跡図の描画が指示されている場合には、選択された各レンズの仕様データに基づいて、レンズ断面図を描画出力し（ステップＳ２８８）、光線追跡結果に基づいて、各面を横切る光線高ｈｉを直線で結び、光跡図を表示部２４１に描画出力する（ステップＳ２９０）。
【０１７４】
次に、光跡図の描画が指示されていない場合、あるいは光跡図の描画出力した後は、収差曲線図の描画が指示されているか否かを判断し（ステップＳ２９２）、収差曲線図の描画が指示されている場合には、各収差係数を元に、像高の高さ（角度）に対する各収差量Δｘ、Δｙを計算し、表示部２４１に描画出力する（ステップＳ２９４）。
【０１７５】
次に、収差曲線図の描画が指示されていない場合、あるいは収差曲線図の描画出力後は、当該レンズの組合せに決定するか否かを判断し（ステップＳ２９６）、当該レンズの組合せに決定しない場合には、当該処理を終了し、図示しないメインルーチンに戻る。
【０１７６】
一方、当該レンズの組合せに決定する場合には、集合系レンズ１０の光軸中心を、選択したレンズＬ１ｉの中心位置（Ｘ１，Ｙ１）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ２９８）、集合系レンズ１１の光軸中心を、選択したレンズＬ２ｊの中心位置（Ｘ２，Ｙ２）まで、ＸＹ方向に移動し（ステップＳ３００）、レンズＬ１ｉ、Ｌ２ｊの組合せに応じた初期位置Ｚ１、Ｚ２まで、集合系レンズ１０、１１をＺ方向に移動し（ステップＳ３０２、Ｓ３０４）、当該処理を終了し、図示しないメインルーチンに戻る。
【０１７７】
（光線追跡計算）
ここで、光線追跡計算について説明する。
例えば、レンズの各面において、以下のデータをレンズデータとして入力する。
ｒ：曲率半径＝各面Ｓと曲面中心Ｃとの距離（曲率Ｃ＝１／ｒを用いても良い）、
ｄ：次の面までの光軸上での距離、ｎ、ｎ’：面の前後の媒質材料の屈折率
【０１７８】
このとき、入射された光に対し、各面に入射され、屈折や反射され、次の面に入射される光を順次求めることにより、光線追跡ができる。
ｈ：光線が面を切る高さ、
ｓ、ｓ’：面Ｓから光が光軸と交わる点Ｐ、Ｐ’までの距離、
ｙ、ｙ’：物体および像の大きさ、
【０１７９】
β：像倍率＝ｙ’／ｙ、
ｕ、ｕ’：入射光および屈折光が光軸となす角、
ｉ、ｉ’：入射角および屈折角、
Φ：曲面の法線が光軸となす角、とすると、
【０１８０】
角度θが小さい領域では、三角関数は、多項式展開の１次項だけで近似でき、ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ≒１、ｔａｎθ≒θと近似できるので、光線が光軸となす角ｕが小さい近軸領域（Ｐａｒａｘｉａｌ  ｄｏｍａｉｎ）では、ｕ＝ｈ／ｓ、Φ＝ｈ／ｒとなる。
【０１８１】
また、屈折の法則（ｎ・ｓｉｎ ｉ＝ｎ’・ｓｉｎ ｉ’）は、近軸領域では、ｎ・ｉ＝ｎ’・ｉ’と表される。近軸額域の基本式は、Φ＝ｕ＋ｉ＝ｕ’＋ｉ’より、ｉ＝Φ−ｕ、ｉ’＝Φ−ｕ’となる。
【０１８２】
これに、Φ＝ｈ／ｒ、ｕ＝ｈ／ｓ、ｕ’＝ｈ／ｓ’、を代入し、屈折の式のｉ、ｉ’に代入すると、次式（１０）（Ａｂｂｅの不変量の式）が得られる。
【０１８３】
【数１０】
2010032759.tif 000012
【０１８４】
レンズ系の（ｊ）面、及び（ｊ＋１）面を考えると、（ｊ）面でのＡｂｂｅの不変量は、次式（１１）で表わされる。
【０１８５】
【数１１】
2010032759.tif 000013
【０１８６】
両辺にｈｊを掛けると、次式（１２）で表わされる。
【０１８７】
【数１２】
2010032759.tif 000014
【０１８８】
（ｊ）面から（ｊ＋１）面への移動は、次式（１３）で表わされる。
【０１８９】
【数１３】
2010032759.tif 000015
【０１９０】
ｕｊ＋１＝ｕ’ｊ、ｎｊ＋１＝ｎ’ｊなので、（ｊ＋１）面においても、同様に屈折の式を適用できる。ここで、αｊ＝ｎｊ・ｕｊ、α’ｊ＝ｎ’ｊ・ｕ’ｊを導入して、数式（１２）、（１３）を置き換えると、次式（１４）、（１５）となる。
【０１９１】
【数１４】
2010032759.tif 000016
【０１９２】
【数１５】
2010032759.tif 000017
【０１９３】
この式（１４）、（１５）を近軸計算式として用いて、各面を切る光線の高さｈ１、ｈ２、…と、α１、α２、…を順次求めていくことで、近軸での光線追跡ができる。
【０１９４】
また、最終面の光線高ｈｋとα’ｋが求まると、最終面の屈折光が光軸となす角は、ｕ’ｋ＝α’ｋ／ｎ’ｋ、像点位置（すなわち、バヅクフォーカス）は、ＢＦ＝Ｓ’ｋ＝ｈｋ／ｕ’ｋ、Ｌａｇｒａｎｇｅの式（ｎｕｙ＝ｎ’ｕ’ｙ’）から、像倍率β＝ｙ’／ｙ＝（ｎ１／ｎ’ｋ）・（ｕ１／ｕ’ｋ）、像側焦点距離ｆ’は、ｆ’＝ｈ１／ｕ’ｋより、それぞれ計算でき、有効径Ｄが分かると、開口比Ｆ＝Ｄ／ｆ等も求まる。
【０１９５】
（３次収差）
次に、３次収差計算について説明する。
収差は、理想の結像状態と異なる結像現象を表す。例えば、「球面収差」（Ｓｐｈｅｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）は、光軸上で光線が１点に集まらない現象を表し、「コマ収差」（Ｃｏｍａ）は、光軸外で点像が尾を引く現象を表し、「非点収差」（Ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）は、同心円像と放射線像の結像点が一致しない現象を表し、「像面湾曲」（Ｆｉｅｌｄ  Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）は、像面が平坦にならない現象を表し、「歪曲収差」（Ｄｓｔｏｒｔｉｏｎ）は、物体と像が相似形にならずに四角形が樽形や糸巻き形などに歪む現象を表し、また、「軸上色収差」（Ａｘｉａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ａｂｂｅｒａｔｉｏｎ）は、色（光の波長）によって結像位置が異なる現象を表し、「倍率色収差」（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ａｂｂｅｒａｔｉｏｎ）は、色によって倍率が異なる現象を表し、いずれも像質の劣化に影響する。
【０１９６】
３次収差（ｔｈｉｒｄ−Ｏｒｄｅｒａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）は、光線が近軸像面と交差する点と近軸像点との距離を、光線の入射高ｈと半画角ｔａｎωを変数とした多項式に展開した時の最低次である３次の５つの項から成る収差で、上記の最初の５つの収差を指し、いわゆる「ザイデル（Ｓｅｉｄｅｌ）の５収差」に対応する。以下に、３次収差計数の計算方法の概略を説明する。
【０１９７】
（３次収差係数の計算式）
近軸額域がｓｉｎ∂＝βの近似で成り立つのに対し、３次収差は、ｓｉｎθ＝θ−θ３／３！の３次項までの近似に対応し、簡略には、次式（１６）、（１７）で表わされる。
【０１９８】
【数１６】
2010032759.tif 000018
【０１９９】
【数１７】
2010032759.tif 000019
【０２００】
上記数式（１６）、（１７）のＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、Ｐの各収差係数は、それぞれ、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、及び、Ｐｅｔｚｖａｌ和に相当する。各収差係数を求めるには、まず、次式（１８）に従って、レンズ各面（ｊ）で次の補助量Ｑｊ、Ｑｊ＊、Δ（１／ｎｊｓｊ）、Δ（１／ｎｊ）、Ｊｊを求める。
【０２０１】
【数１８】
2010032759.tif 000020
【０２０２】
これらの補助量を元に、各レンズ面（ｊ）において、次式（１９）より収差係数が求まる。
【０２０３】
【数１９】
2010032759.tif 000021
【０２０４】
これら各面（ｊ）の収差係数をそれぞれ総和したもの（Ｉ＝ΣＩｊ、ＩＩ＝ΣＩＩｊ、…等）が、光学系全体の各３次収差係数に該当する。
【０２０５】
また、レンズのガラス（硝材）や、媒質毎の波長毎の屈折率の違い（分散特性）から生じる軸上色収差ΔＳ’や、倍率色収差ΔＹ’は、次式（２０）、（２１）で求められる。
【０２０６】
【数２０】
2010032759.tif 000022
【０２０７】
【数２１】
2010032759.tif 000023
【０２０８】
但し、Ａｂｂｅ数：νｊ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎｃ）、ｆｊ：焦点距離、ｎｃ、ｎｄ、ｎＦは、それぞれ、Ｃ線（赤、波長６５６ｎｍ）、ｄ線（黄、波長５８８ｎｍ）、Ｆ線（青、波長４８６ｎｍ）における屈折率である。
【０２０９】
３次収差係数では、レンズ系のデータをｎ倍に大きくすると、収差もｎ倍になり、収差係数が変化する。このため、焦点距離や、口径が異なる光学系でも収差性能を比較できるように、例えば、焦点距離ｆ＝１、または、撮像画角の対角＝１、となるように、系全体を縮小や、拡大して正規化することが多い。
【０２１０】
また、前述した近軸光線追跡では、入射角ｕや高さｈの入力は、任意でよいが、３次収差係数のための光線追跡では、（ｉ）軸上の光線と、（ｉｉ）軸外物点から出て入射瞳を横切る主光線との２本の光線を同時に追跡する場合が多い。
【０２１１】
（ｉ）の軸上光線追跡では、物体側主面を切る光の高さｈ￣＝１となるように正規化するために、ｕ１＝１／ａ、ｈ１＝ｓ１・ｕ１、α１＝ｎ１・ｕ１と、光線の初期値を設定する。
【０２１２】
（ｉｉ）の軸外物点から入射瞳への主光線追跡（＊印）では、物体側主点Ｈから物体高に対する角ω￣＝１となるように正規化するために、ｕ１＊＝−ａ／ａ＊、ｈ１＊＝ｚ＊・ｕ１＊、α１＊＝ｎ１・ｕ１＊と、光線の初期値を設定して、光線追跡計するのが望ましい。
【０２１３】
Ｆ．第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本第５実施形態では、集合系レンズの構成例について説明する。
【０２１４】
図３４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５実施形態による、集合系レンズの構成例を示す模式図である。図３４（ａ）に示す集合系レンズ１０（１１）の構成例は、集合系レンズを構成する各レンズＬ１１、Ｌ１２、…、Ｌｍｎの口径が異なる場合で、３行×５列の行列状に並べ、また、口径の大小順、または、焦点距離や、レンズ曲面の曲率の大小順などに整列し、レンズＬ１１、Ｌ１２、…の切替え時に、口径や、焦点距離、収差特性など、所定の光学特性が、レンズ位置に応じて順に増加、または減少するように配列した例である。また、行もしくは列毎に配列する順序方向を変えて、実装面積を有効に活用して、より多くのレンズを実装できるようにしてもよい。
【０２１５】
図３４（ｂ）に示す集合系レンズ１０（１１）の構成例は、各レンズＬ１１、Ｌ１２、…、Ｌｍｎの口径が同じ場合で、均等ピッチ、または均等間隔で３行×４列等の行列状に整列配置し、レンズ切替え時のレンズ駆動位置を等ピッチまたは等間隔とし、駆動位置の計算や、レンズ駆動の制御が容易に行えるように構成した例である。
【０２１６】
図３４（ｃ）に示す集合系レンズ１０（１１）の構成例は、各レンズＬ１１、Ｌ１２、…、Ｌｍｎのサイズ、配列を不規則とした場合で、例えば、中央部に大径レンズ１個を、その周辺や隅に小径レンズを数個配置して、より多くレンズを実装できるようにした例である。
【０２１７】
その他の規則的、不規則的な配列方法で並べるよう構成してもよい。いずれも、集合系レンズを着脱式の交換ユニットの１つとして構成し、交換レンズ取付部に取り付ける際の誤装着防止用や、装着固定用の切欠き部などを設けてある。
【０２１８】
また、集合系レンズ１０（１１）には、２次元バーコードや、ＲＦＤチップ（ＩＣタグ）５２を貼付しておき、そのメモリ内にユニット識別情報とともに、各個別レンズの位置データや、仕様データを記録しておき、レンズユニット取付部５６のＲＦＩＤリーダ５７（図４参照）や、カメラ側のレンズ識別データリーダ１９９からそれを受信または読み出して、レンズユニットを識別したり、レンズの位置データ及び仕様データに基づいてレンズ駆動の制御ができるようにするのが望ましい。
【０２１９】
また、図３４（ａ）〜（ｃ）に示すように、集合系レンズ１０（１１）の外装材には、誤装着を防止するための誤装着防止用切り欠き部３００や、装着固定／位置決め用切り欠き部３０１、３０１、レンズユニットを識別するための２次元バーコード３０２などを設けている。
【０２２０】
Ｇ．第６実施形態
次に、本発明の第６実施形態について説明する。本第６実施形態では、集合系レンズを構成する個別レンズの構成例について説明する。
【０２２１】
図３５（ａ）〜（ｈ）は、本第６実施形態による集合系レンズを構成する個別レンズの構成例を示す断面図である。図３５（ａ）は、レンズユニット毎に、もしくは、同じレンズユニットの各行や、各列毎に、レンズの正（凸）／負（凹）別に個別レンズを複数個配置して装着する例である。図３５（ｂ）は、各集合系レンズユニット内に、レンズの正（凸）／負（凹）を混在して配置する例であり、複数のレンズユニットを組合せて使用する際、対物側から見て、正（凸）／負（凹）の順の組合せだけでなく、正−正、負−正、負−負の順の組合せなども選択できる。
【０２２２】
図３５（ｃ）は、各レンズ位置に、複数枚や複数群のレンズから成る、色消しレンズや、接合レンズ、複合レンズ、さらには、絞り板などを装着する例である。図３５（ｄ）は、同じ硝材でも、曲面形状や、曲率、焦点距離などを変えたレンズを複数個配置した例、もしくは、同一基板上に一体形成した集合系レンズの例である。また、図３５（ｅ）は、屈折率（ｎ）や、分散比（Ａｂｂｅ数ν）などの光学特性の異なる硝材で形成したレンズを装着する例である。
【０２２３】
図３５（ｆ）は、ガラス基材や、または、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＤＣ（アクリルジグリコールカーボネート）、ＣＲ−３９（ジエチレングリコールビスアリルカーボネート）等の透明プラスチックの基材上に、異なる屈折率の材質を印刷や、塗布、形成、貼合せして、レンズを形成する例である。図３５（ｇ）は、ガラスなどの基材に、異なる屈折率や、異なる濃度の金属イオン（チタンイオンなどの）などを拡散させて、屈折率の段階的変化（グラデーション）により各レンズを形成する例である。図３５（ｈ）は、同じ硝材で、同じ焦点距離（ｆ）であっても、両面の曲面形状のペンディング条件を少しずつ変えて、球面収差などの収差特性が少しずつ異なる複数のレンズを装着した例である。
【０２２４】
いずれも、口径や、曲率、焦点距離、屈折率、分散比、ペンディング条件、収差特性等の所定の光学特性の大小の順に並べると、レンズの検索や、切り替え制御が容易にできる。
【０２２５】
Ｈ．第７実施形態
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本第７実施形態では、集合系レンズの製造方法について説明する。集合系レンズは、図３５（ａ）〜（ｃ）に示したように、一般光学レンズと同様に作製されたレンズを、基板に設けたレンズ枠や、鏡胴に装着して組み立てても良いが、従来の光学レンズの製法では、光学ガラス硝材から調合／溶融／成型加工／アニール（焼き鈍し）／荒ずり／砂かけ／研磨／洗浄／芯取り／コーティング／…など多数の工程を経て製作されるので、集合系にすると、レンズの個数分だけコストや、加工費が高くなり、また検査や調整などにも手間がかかる。そこで、図３５（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）に示す集合系レンズの場合には、従来の方法に代って、同一基材上に複数レンズを一体型に同時に形成して、作製するのが望ましい。
【０２２６】
図３６（ａ）〜（ｆ）は、本第７実施形態による、複数のレンズを同一基材上、もしくは、一体型に形成する集合系レンズの作製方法の一例を示す模式図である。図３６（ａ）は、精巧なレンズ曲面形状の鋳型（注ぎ型）４００を作成し、プラスチック樹脂材４０１などを注いで充填して、樹脂が硬化安定した後、鋳型４００からはずしてレンズ形状を作製するプラスチックモールド（注ぎ型成型）によるレンズ成型法である。図３６（ｂ）は、レンズ曲面形状の精密なプレス金型４１０を作製し、加熱軟化したガラス材４１１などを、この金型で直接プレス（加圧）して、レンズ形状を作製するガラスモールド（熱圧縮成型）によるレンズ成型法である。
【０２２７】
図３６（ｃ）は、ガラス基板４２０上などに、フォトリソグラフィーにより円柱状のフォトレジストパターン４２１を作製した後、基板を過熱してレジストを流動させ、表面張力によりレンズ形状を作製するマイクロレンズなどの製造法（リフロー法）である。図３６（ｄ）は、レンズ形状に合せたマスク４３０を形成した低屈折率のガラス基板４３１を、光屈折率の溶液を入れたＳａｌｔ  Ｂａｔｈ（液層）４３２に浸漬して、Ｔｉ＋（チタンイオン）などのイオンを拡散させて、段階的な屈折率変化（グラデーション）を持たせたレンズとするレンズ製造法（イオン拡散法）である。
【０２２８】
図３６（ｅ）は、圧電素子４４０を用いたインクジェットプリンタヘッド４４１を利用して、微量の樹脂材料４４２などをガラス基板４４３上の所定位置に滴下して、表面張力によりレンズ形状を作成するレンズ製造法（インクジェット法）である。図３６（ｆ）は、フォトリソグラフィーによりフォトレジストマスク（グレイスケール・マスク）４５０を作製するが、該フォトレジストマスク４５０に設けた透過率分布によってフォト・レジスト４５１の形状をコントロールして露光現像し、現像したレジスト像以外の部分をエッチングで削り取り、任意の曲面形状のレンズを作製するレンズ製造法（グレイスケール・マスク法）である。
【０２２９】
図３７は、上述した製造方法のうち、図３６（ｆ）のグレイスケール・マスク法によるレンズ製造プロセスの手順を示すフローチャートである。まず、各レンズの口径や、曲率、焦点距離、屈折率、分散比、ペンディング条件、収差特性等の設計データを作成し（ステップＳ４００）、該設計データに従って、フォト・レジストを設計し（ステップＳ４０２）、設計したフォト・レジストに従って、フォトマスク・パターンを設計する（ステップＳ４０４）。次に、フォトリソグラフィーにより所定の透過率分布を有するフォトレジストマスク４５０を作製するが（ステップＳ４０６）、このとき、フォトリソグラフィー・モデルにより、マスク透過率と露光装置の光強度分布のずれを補正する（ステップＳ４０８）。
【０２３０】
そして、所望するフォトレジストマスク４５０が作製されると、該フォトレジストマスク４５０に設けた透過率分布によってガラス基板上に塗布したフォト・レジスト４５１を露光し、現像したレジスト像以外の部分をエッチングで削り取る（ステップＳ４１０）。また、この段階で、所望するレンズが作製されない場合には、エッチング・モデルによりレジスト形状とエッチング形状変化のずれを補正し（ステップＳ４１２）、ステップＳ４００のレンズ設計データの作成から再度繰り返す。一方、所望するレンズが作製されていればマイクロレンズの完成である（ステップＳ４１４）。
【０２３１】
このような製造方法を用いて、複数のレンズを備える集合系レンズ１０、１１を一体型で作製することができる。いずれの製造方法を用いるかによって、製造コストや、曲面形状、位置合せの精度などに差はあるが、いずれも、従来の光学レンズの溶融／成型／研磨／…など多数工程を要する製法に比べると、コストや、組立費が大幅に安くなり、取付け位置や、光軸の調整なども不要にできる。
【０２３２】
作製されたレンズの曲面形状や、位置の精度が多少劣る場合にも、本発明の集合系レンズ１０、１１による撮影系では、最終レンズの形状や、位置のデータを測定し、測定されたデータや、補正データを、レンズユニットのＲＦＩＤチップ（ＩＣタグ）５２などに書き込んで記録しておくことで、カメラ側では、これらのバラツキや、誤差などを、レンズの仕様データとして読み込み、その仕様データに応じてレンズ中心位置の調整などのレンズ駆動制御ができるので、形状や、位置の精度バラツキによる不都合も緩和できる。
【０２３３】
また、広い焦点距離全体に渡って収差を削減するために多数枚のレンズを用いずとも、焦点距離により異なるレンズに切替えればよいので、レンズ数も減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】本発明の第１実施形態によるデジタルカメラの光学系（集合系レンズによる可変焦点撮影レンズ系）の構成を示す斜視図である。
【図２】本第１実施形態による集合系レンズを用いたデジタルカメラの外観構成とそのズームレンズユニット部の構成を示す斜視図である。
【図３】本第１実施形態において、撮影レンズ部２９に収納された、集合系レンズ、及び該集合系レンズを駆動するズームレンズユニットの構造を示す斜視図である。
【図４】本第１実施形態による集合系レンズ１０、１１を、着脱式に交換装着できる着脱式の集合系レンズユニットとして構成した場合の構造を示す斜視図である。
【図５】本第２実施形態による集合系レンズを用いたデジタルカメラの他の構成例を示す斜視図である。
【図６】デジタルカメラの集合系レンズ部の駆動機構の構成例を示す斜視図である。
【図７】上述したデジタルカメラの集合系レンズ部の駆動機構の他の構成例（ステップモータと歯車）を示す斜視図である。
【図８】上述したデジタルカメラの集合系レンズの駆動機構（Ｘ−Ｙ方向）であるＶＣＭの構成例を示す正面図である。
【図９】本第２実施形態において、集合系レンズを用いたズームレンズや撮影光学系と駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本第２実施形態による集合系レンズを撮影光学系に用いたデジタルカメラ全体の構成を示すブロック図である。
【図１１】本第２実施形態において、集合系レンズの第１の構成例と動作例として、複数の集合系レンズに凹凸各種レンズを設け、それらレンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１２】本第２実施形態において、集合系レンズの第１の構成例と動作例として、複数の集合系レンズに凹凸各種レンズを設け、それらレンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１３】本第２実施形態において、集合系レンズの第１の構成例と動作例として、複数の集合系レンズに凹凸各種レンズを設け、それらレンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１４】本第２実施形態において、集合系レンズの第２の構成例と動作例として、複数の集合系レンズとともに結像レンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１５】本第２実施形態において、集合系レンズの第２の構成例と動作例として、複数の集合系レンズとともに結像レンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１６】本第２実施形態において、集合系レンズの第２の構成例と動作例として、複数の集合系レンズとともに結像レンズを組合せて利用する例を説明するための模式図である。
【図１７】本第２実施形態によるカメラの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本第２実施形態によるカメラの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１９】本第２実施形態によるカメラの制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】本第２実施形態によるカメラの集合系レンズのレンズデータの構成例を示す概念図である。
【図２１】本第２実施形態によるカメラの集合系レンズのレンズデータの構成例を示す概念図である。
【図２２】本第２実施形態による連続ズーム制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図２３】本第２実施形態による連続ズーム制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図２４】通常撮影での概念図である。
【図２５】ライズ／フォール撮影やシフト撮影などのあおり撮影の概念図である。
【図２６】本第３実施形態の集合系レンズによる撮影光学系を用いてあおり撮影や、手ぶれ補正撮影を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２７】本第３実施形態の集合系レンズによる撮影光学系を用いてあおり撮影や、手ぶれ補正撮影を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２８】本第３実施形態の集合系レンズによる撮影光学系を用いてあおり撮影や、手ぶれ補正撮影を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２９】本第３実施形態の集合系レンズによる撮影光学系を用いてあおり撮影や、手ぶれ補正撮影を行う際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３０】本第４実施形態によるレンズ選択モード処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３１】本第４実施形態によるレンズ選択モード処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３２】本第４実施形態によるレンズ選択モード処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３３】本第４実施形態によるレンズ選択モード処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３４】本発明の第５実施形態による、集合系レンズの構成例を示す模式図である。
【図３５】本第６実施形態による集合系レンズを構成する個別レンズの構成例を示す断面図である。
【図３６】本第７実施形態による、複数のレンズを同一基材上、もしくは、一体型に形成する集合系レンズの作製方法の一例を示す模式図である。
【図３７】上述した製造方法のうち、図３６（ｆ）のグレイスケール・マスク法によるレンズ製造プロセスの手順を示すフローチャートである。
【図３８】従来の機械補正式の多群ズームレンズを用いた光学ズームレンズの構成を示す模式図である。
【図３９】従来の２系統の撮影レンズ系を備える２焦点カメラの一例を示す外観図である。
【図４０】従来の２系統のレンズを切替え使用するデジタルカメラの一例を示す外観図である。
【符号の説明】
【０２３５】
８、９  レンズ基板
１０、１１  集合系レンズ
１２  撮像素子
２１  電源スイッチ
２２  レリーズスイッチ
２４  モードスイッチ
２６  電子ファインダ／画像表示部
２７  光ファインダ部
４１、４２  取り付け部
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ  ボイスコイルモータ
４５ａ、４５ｂ  小型ステップモータ
４６ａ、４６ｂ  歯車輪列機構
５１−１、５１−２、…  集合系レンズユニット
５２  ＲＦＩＤチップ
５５  着脱式取り付けホルダ部
５６  着脱式取り付け部
５７  ＲＦＩＤリーダ
５８  アンテナ
６０  反射ミラーもしくはプリズム
６１、Ｍ  結像レンズ
７０、７１  ステップモータ
７２、７３  減速歯車
７４、７５  リード・スクリュー
７６  Ｘ方向スライダ
７７  ガイドレール
８０、８１  Ｘ方向スライダ
８３  ガイドレール
８４、８５  ボイスコイル
８６、８７  継鉄ヨーク部
１００、１０１  集合系レンズＸＹ位置駆動部
１０２、１０３  集合系レンズＺ位置駆動部
１０４、１０５  集合系レンズ制御部
１０６  カメラ制御部
１０７  撮影制御部
１０８  画像信号処理部
１０９  操作入力部
１９９  レンズ識別データリーダ
２００  第１集合系レンズ駆動部
２０１  第２集合系レンズ駆動部
２０２  絞り駆動部
２０３  画像信号処理部
２０４  タイミング制御＆駆動回路
２０５  測光測距センサ
２０６  色温度検出部
２０７  測光部
２０８  測距部
２０９  照明／ストロボ駆動回路
２１０  照明／ストロボ
２１１  ブレ検出回路
２１２  角度センサ（Ｐｉｔｃｈ）
２１３  ブレ検出回路
２１４  角度センサ（Ｙａｗ）
２１５  メモリインタフェース
２１６  外部メモリ媒体
２１７  電池
２１８  電源制御回路
２２０  制御回路
２２１  撮影制御部
２２２  メモリ（集合系レンズのレンズデータ）
２２３  各レンズ駆動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）算出部
２２４  レンズ選択部
２２５  変倍ズーム操作部
２２６  フォーカス操作部
２２７  撮影モード選択／撮影操作部
２３０  操作部
２３１  入力回路
２４０  表示駆動部
２４１  電子ファインダ表示部
２４２  画像処理部
２４３  圧縮符号化／伸長復号化部
２４４  静止画／動画画像メモリ
２４５  プログラムメモリ
２４６  データメモリ
２４７  入出力インタフェース
２４８  外部入出力部
【図１】
2010032759.tif 000024
【図２】
2010032759.tif 000025
【図３】
2010032759.tif 000026
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010032759.tif 000030
【図８】
2010032759.tif 000031
【図９】
2010032759.tif 000032
【図１０】
2010032759.tif 000033
【図１１】
2010032759.tif 000034
【図１２】
2010032759.tif 000035
【図１３】
2010032759.tif 000036
【図１４】
2010032759.tif 000037
【図１５】
2010032759.tif 000038
【図１６】
2010032759.tif 000039
【図１７】
2010032759.tif 000040
【図１８】
2010032759.tif 000041
【図１９】
2010032759.tif 000042
【図２０】
2010032759.tif 000043
【図２１】
2010032759.tif 000044
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2010032759.tif 000049
【図２７】
2010032759.tif 000050
【図２８】
2010032759.tif 000051
【図２９】
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【図３０】
2010032759.tif 000053
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2010032759.tif 000059
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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