(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系と、該撮像光学系によって形成した像を受光する撮像素子と、該撮像素子で得られた画像の歪曲を補正する画像処理部を有する撮像装置において、
前記画像処理部による歪曲の補正に際して、前記撮像素子の有効範囲のうち最大像高を10割とし、歪曲を補正する前の最大像高に対するi割での像高[mm]をy1ai、像高y1aiに前記撮像素子の画素ピッチ[mm]を加えた像高[mm]をy2ai、像高y1aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy1bi、像高y2aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy2biとし、最大像高に対してi割での像高におけるメリジオナル方向の引き延ばし量kmiを
kmi=(y2bi-y1bi)/(y2ai-y1ai)
とおくとき、最大像高に対する5割，7割，9割の各像高における引き延ばし量km5,km7,km9はそれぞれ、
0.05<km7-km5<0.12
0.05<km9-km5<0.28
1.18<km7<1.4
なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
最大像高に対する3割，5割，7割の各像高における引き延ばし量km3,km5,km7はそれぞれ、
1.05<km3<1.15
1.1<km5<1.3
1.18<km7<1.40
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
撮像光学系と、該撮像光学系によって形成した像を受光する撮像素子と、該撮像素子で得られた画像の歪曲を補正する画像処理部を有する撮像装置において、
前記画像処理部による歪曲の補正に際して、前記撮像素子の有効範囲のうち最大像高を10割とし、歪曲を補正する前の最大像高に対するi割での像高[mm]をy1ai、像高y1aiに前記撮像素子の画素ピッチ[mm]を加えた像高[mm]をy2ai、像高y1aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy1bi、像高y2aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy2biとし、最大像高に対してi割での像高におけるメリジオナル方向の引き延ばし量kmiを
kmi=(y2bi-y1bi)/(y2ai-y1ai)
とおくとき、最大像高に対する3割，5割，7割の各像高における引き延ばし量km3,km5,km7はそれぞれ、
1.05<km3<1.15
1.1<km5<1.3
1.18<km7<1.40
なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記最大像高に対してi割での像高におけるサジタル方向の引き延ばし量ksiを
ksi=y2bi/y2ai
とおくとき、最大像高に対する9割の像高における引き延ばし量ks9は、
1.11<ks9<1.40
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記最大像高に対する3割，9割の各像高における引き延ばし量km3,km9はそれぞれ、
0.1<km9-km3<0.5
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至４のいずれか1項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、デジタル一眼レフカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の画像処理部を用いて、撮影画像の座標変換処理を行うことによって、撮影画像の歪曲を補正する技術が知られている（特許文献1）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006−330675号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像装置の画像処理部を用いて、撮像光学系の負の歪曲収差を補正することにより、広画角で小型の撮像光学系を得ることが容易になる。しかしながら、負の歪曲収差を補正するとき、画面中心から画面周辺にかけての歪曲収差の曲線形状が不適切であると、画質が大きく低下する。
【０００５】
本発明は、歪曲収差を補正しても解像力の低下が少ない撮像光学系を有する撮像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】
【０００６】
本発明の撮像装置は、撮像光学系と、該撮像光学系によって形成した像を受光する撮像素子と、該撮像素子で得られた画像の歪曲を補正する画像処理部を有する撮像装置において、前記撮像素子の有効範囲のうち最大像高を10割とし、歪曲を補正する前の最大像高に対するi割での像高[mm]をy1ai、像高y1aiに前記撮像素子の画素ピッチ[mm]を加えた像高[mm]をy2ai、像高y1aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy1bi、像高y2aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy2biとし、最大像高に対してi割での像高におけるメリジオナル方向の引き延ばし量kmiを
kmi=(y2bi-y1bi)/(y2ai-y1ai)
とおくとき、最大像高に対する5割，7割，9割の各像高における引き延ばし量km5,km7,km9はそれぞれ、
0.05<km7-km5<0.12
0.05<km9-km5<0.28
1.18<km7<1.4
なる条件式を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、歪曲収差を電子的に補正しても解像力の低下が少ない撮像光学系を有する撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】メリジオナル方向での歪曲補正の概念図
【図２】サジタル方向での歪曲補正の概念図
【図３】本発明の歪曲の形の概念図
【図４】実施例1のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図５】(A),(B)数値実施例1のズームレンズの広角端と望遠端における収差図
【図６】実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図７】(A),(B)数値実施例2のズームレンズの広角端と望遠端における収差図
【図８】実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図９】(A),(B)数値実施例3のズームレンズの広角端と望遠端における収差図
【図１０】実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図１１】(A),(B)数値実施例4のズームレンズの広角端と望遠端における収差図
【図１２】本発明の撮像装置の要部概略図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。本発明の撮像装置は、撮像光学系と、撮像光学系によって形成した像を受光する撮像素子と、撮像素子で得られた画像の歪曲を補正する画像処理部を有する。まず光学系に歪曲が発生したときに解像力が劣化するメカニズムについて説明する。図1（A），（B）にメリジオナル方向の歪曲補正前と、歪曲補正後の概念図を示す。画面中心から対角方向の像高にx軸をとる。補正前のメリジオナル方向の画面中心からの線分の長さ（像高）をL1m(x)、微小領域（画素ピッチ）の線分の長さをΔL1m(x)とする。
【００１０】
図1（A）で発生している負の歪曲が図1(B)で歪曲は0%に補正されているとしている。線分の長さL1m(x)の補正後の線分の長さをL2m(x)、補正前の微小領域の線分の長さΔL1m(x)の補正後の微小領域の線分の長さをΔL2m(x)とする。歪曲を補正することで長さL1m(x)が長さL2m(x)に、長さΔL1m(x)が長さΔL2m(x)に引き延ばされる。ここで座標変換関数V(x)を以下のように定義する。
【００１１】
【数１】
0006362107.tif 000002
【００１２】
歪曲補正による引き延ばしは、微小領域の線分がどれだけ引き延ばされるかで計算できるので、メリジオナル方向の引き延ばし関数xm(x)は以下のように定義できる。
【００１３】
【数２】
0006362107.tif 000003
【００１４】
ここで、
【００１５】
【数３】
0006362107.tif 000004
【００１６】
とする。Distは%表記の歪曲量を表す。yrは実際の像高、yiは理想像高を表す。この式は以下のように変形できる。
【００１７】
【数４】
0006362107.tif 000005
【００１８】
ここで見通しを良くするために、補正後の歪曲が0%の場合を考える。補正後の歪曲が0%でない場合も補正項が入るだけであり、傾向は一致する。補正後の歪曲が0%の場合なので、歪曲補正前の実際の像高yrが歪曲補正後の理想像高yiとなる引き延ばしに相当する。
【００１９】
【数５】
0006362107.tif 000006
【００２０】
となる。メリジオナル方向の歪曲補正による引き延ばしと歪曲の関係を知りたいので、引き延ばし関数xm(x)を歪曲量Distの関数で表現する。補正後の歪曲は0%であるため以下のように変形できる。
【００２１】
【数６】
0006362107.tif 000007
【００２２】
つまりメリジオナル方向にどれだけ引き延ばされるかは歪曲量Distと、歪曲の微分値
【００２３】
【数７】
0006362107.tif 000008
【００２４】
に依存する。引き延ばし量が増えると解像力が下がるため、歪曲の微分値
【００２５】
【数８】
0006362107.tif 000009
【００２６】
が大きいほどメリジオナル方向の解像力は下がる。画素ピッチ程度の領域ΔL1m(x)での差分値は微分値とみなせるので、ここでは歪曲の差分値を用いる。
【００２７】
図2にサジタル方向の歪曲を補正するときの概念図を示す。歪曲補正前のサジタル方向の微小領域の線分をΔL1sとする。歪曲補正後の微小領域の線分をΔL2sとする。歪曲を補正することで線分ΔL1sが線分ΔL2sに引き延ばされる。現在考えているのは微小領域であるために、線分ΔL1sは半径L1,角度θの弧と同じ大きさであるとみなせる。同様に線分ΔL2sは半径L2,角度θの弧と同じ大きさであるとみなせる。従って以下のようになる。
【００２８】
【数９】
0006362107.tif 000010
【００２９】
【数１０】
0006362107.tif 000011
【００３０】
【数１１】
0006362107.tif 000012
【００３１】
歪曲の補正による引き延ばしは、微小領域の線分ΔL1sがどれだけ引き延ばされるかで計算できるので、サジタル方向の引き延ばし関数xs(x)は以下のように定義できる。
【００３２】
【数１２】
0006362107.tif 000013
【００３３】
メリジオナル方向の場合と同様に補正後の歪曲が0%の場合を考えると、歪曲の補正前の像高yrが歪曲補正後の像高yiとなる引き延ばしに相当する。メリジオナル方向の場合と同様に歪曲の補正による引き延ばしと歪曲の関係を知りたいので、xs(x)をDistの関数で表現する。
【００３４】
【数１３】
0006362107.tif 000014
【００３５】
つまりサジタル方向にどれだけ引き延ばせるかの引き延ばしは歪曲量Distによって決定される。負の歪曲量Distが大きいほど引き延ばし量は増大し、サジタル方向の解像力は下がる。ここで負の歪曲が大きい場合、歪曲が大きい像高での解像力が低下するメカニズムについて説明する。負の歪曲があると画面周辺部の画像は画面中心部の画像に比べて圧縮された状態になる。被写体が例えば100lp/mmの解像力評価用のチャートであったときに、撮像素子（センサー）上で画面中心の画像は歪曲による圧縮がないのでチャートは100lp/mmで結像する。
【００３６】
これに比べて画面周辺部の画像は歪曲による空間圧縮作用で例えばチャートは140lp/mmで結像する。一般に空間周波数が高くなるほど解像力は低下するので、負の歪曲があると画面周辺部は画面中心に比べて解像力が低下する。以上の理由より、歪曲が発生するとメリジオナル方向は歪曲の差分値
【００３７】
【数１４】
0006362107.tif 000015
【００３８】
が増加すると解像力が下がる。サジタル方向は歪曲量Distが増加すると引き延ばし関数xs(x)が大きくなり解像力が下がる。一般に歪曲を大きく出すと画面周辺部で急激に歪曲量が増大する傾向がある。そのため、画面周辺部での歪曲の差分値
【００３９】
【数１５】
0006362107.tif 000016
【００４０】
が増大し、引き延ばし関数xm(x),xs(x)が増大する。特にxm(x)が大きくなりメリジオナル方向の解像力が大きく下がる。そこで、光学系全体を小型化するために大きい歪曲(最大像高で-10%以上)を出しながら、かつ歪曲の差分値
【００４１】
【数１６】
0006362107.tif 000017
【００４２】
を周辺部でも小さくなるように歪曲の曲線を設定することでメリジオナル方向の解像力が順次低下するようにしてメリジオナル方向の解像力の低下を抑える。
【００４３】
本発明の歪曲の形の概念図を図3に示す。図3中の曲線Aは従来の光学系の歪曲の形、曲線B、曲線Cは本発明の光学系に係る歪曲の形である。Dは直線的な歪曲の形である。従来の光学系では、例えば曲線Aの如く設定しており、このため画面周辺部での解像力が低下していた。それに対して直線Dに近づくほど画面周辺部の解像力は良くなる。しかしながら直線Dは画面中心から歪曲を大きく出すことになるため、特に球面収差が増加し、画面中心の解像力が低下する。
【００４４】
そこで、本発明の光学系では、解像力と球面収差のバランスをとるために曲線Bや曲線Cといった形状の歪曲を残存させている。本発明の光学系は、全系の小型化を図りつつ、歪曲補正したときの解像力の低下を小さくするために、曲線Bや曲線Cで示す形状の歪曲が生ずるように光学系を構成している。
【００４５】
本発明は、解像力が低下するメカニズムを考慮し、比較的低い像高から撮像光学系の歪曲収差を積極的に残存させて、画像処理部で電子歪曲の補正を行う撮像装置を提供することを目的としている。特許文献1の変倍光学系は最大像高での歪曲量が-20%程度と大きく、全系の小型化には有利であるが、歪曲の差分値が大きいため、メリジオナル方向の解像力が低下する傾向があった。
【００４６】
本発明の撮像装置に用いる撮像光学系は、広画角化及び全系の小型化を図ることを目的としている。このときの各像高における歪曲の曲線形状が所定の像高において所定の引き延ばし量で電子的に補正したとき、歪曲が0％となるように設定している。即ち、撮像光学系の歪曲を積極的に出すとき、各像高における歪曲が所定の引き延ばし量で電子的に補正したとき、０％となるように設定している。尚、このとき電子的に補正した歪曲は0％でなくても所定の値（例えば0％〜5％の範囲内）であれば良い。
【００４７】
本発明に係る撮像光学系は単一焦点距離の光学系の他にズームレンズであっても良い。ズームレンズのときは広角端におけるズーム位置を基準に各構成要件を設定すればよい。
【００４８】
撮像素子の有効範囲のうち最大像高を10割とする。歪曲を補正する前の最大像高に対するi割での像高[mm]をy1aiとする。像高y1aiに撮像素子の画素ピッチ[mm]を加えた像高[mm]をy2ai、像高y1aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy1biとする。像高y2aiでの歪曲を補正した後の像高[mm]をy2biとする。最大像高に対してi割での像高におけるメリジオナル方向の引き延ばし量kmiを
kmi=(y2bi-y1bi)/(y2ai-y1ai)
とする。
【００４９】
このとき、最大像高に対する5割，7割，9割の各像高における引き延ばし量km5,km7,km9がそれぞれ、
0.05<km7-km5<0.12    ・・・(1)
0.05<km9-km5<0.28    ・・・(2)
1.18<km7<1.4          ・・・(3)
なる条件式を満足するように設定している。
【００５０】
条件式(1)はメリジオナル方向の引き延ばし量kmiの歪曲補正後の7割像高と歪曲補正後の5割像高の差の範囲を規定している。条件式(1)の上限値を超えて、引き延ばし量km7が大きくなりすぎると、7割像高でのメリジオナル方向の解像力の劣化が大きくなりすぎるために好ましくない。条件式(1)の下限値を超えて、引き延ばし量km7が小さくなりすぎると、全系の小型化が困難になるために好ましくない。
【００５１】
条件式(2)は、全系の小型化を図りつつ、歪曲補正後の9割像高で解像力の劣化を少なくするためのものである。条件式(2)は歪曲補正後の9割像高の引き延ばし量km9と歪曲補正後の5割像高の引き延ばし量km5の差の範囲を規定している。条件式(2)の上限値を超えて引き延ばし量km9が大きくなりすぎると、9割像高でのメリジオナル方向の解像力の劣化が顕著になるために好ましくない。条件式(2)の下限値を下回ると引き延ばし量km9が小さくなりすぎ、全系の小型化が困難になるために好ましくない。
【００５２】
条件式(3)は、全系の小型化を図りつつ、高い解像力を維持するためのものである。条件式(3)は前述したように歪曲補正後の7割像高での引き延ばし量km7の値の範囲を規定している。条件式(3)の上限値をこえて引き延ばし量km7の値が大きくなりすぎると、像高7割での解像力の劣化が大きくなりすぎるために好ましくない。条件式(3)の下限値を下回ると歪曲量が小さくなり、全系の小型化が困難になるために好ましくない。
【００５３】
条件式(1),(2),(3)を同時に満たす事で、全系の小型化のために必要な歪曲量を出しつつ、出した歪曲量を電子的に補正するときの解像力の劣化を少なくし、小型のデジタルカメラ（撮像装置）を得ている。更に好ましくは条件式(1),(2),(3)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.06<km7-km5<0.12    ・・・(1a)
0.07<km9-km5<0.28    ・・・(2a)
1.2<km7<1.4          ・・・(3a)
【００５４】
また、本発明の一実施形態としての撮像装置は、最大像高に対する3割，5割，7割の各像高における引き延ばし量km3,km5,km7について、
1.05<km3<1.15    ・・・(4)
1.1<km5<1.3      ・・・(5)
1.18<km7<1.40    ・・・(3)
なる条件式を満足する。
【００５５】
条件式 (4),(5),(3)は各々3割像高，5割像高，7割像高のメリジオナル方向における引き延ばし量km3,km5,km7を適切に設定し、全系（光学系全体）の小型化を図りつつ、歪曲補正後の解像力の低下を少なくするためのものである。
【００５６】
各像高における引き延ばし量が条件式(3),(4),(5)の下限値又は上限値のいずれかを外れると、全系の小型化を図りつつ、メリジオナル方向の解像力を良好に維持するのが困難になる。例えば上限値を超えると、解像力の低下が増大する。また下限値を超えると歪曲量が少なくなり、全系の小型化が困難になる。更に好ましくは条件式(4),(5)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５７】
1.06<km3<1.10    ・・・(4a)
1.13<km5<1.25      ・・・(5a)
最大像高に対してi割での像高におけるサジタル方向の引き延ばし量ksiを
ksi=y2bi/y2ai
とおくとき、最大像高に対する9割の像高における引き延ばし量ks9は、
1.11<ks9<1.40    ・・・(6)
なる条件式を満足するのが良い。
【００５８】
条件式(6)はサジタル方向の歪曲補正後の9割像高の引き延ばし量ks9の範囲を規定している。条件式(6)の上限値を超えると歪曲が大きくなりすぎ、像高9割での解像力の劣化が大きくなりすぎるために好ましくない。条件式(6)の下限値を下回ると歪曲量が小さくなり、全系の小型化が困難になるために好ましくない。さらに望ましくは以下の条件式(6a)を満たすと、全系の小型化を図りつつ、高い解像力を維持するのが容易となる。
【００５９】
1.11<ks9<1.35    ・・・(6a)
さらに望ましくは以下の条件式(6b)を満たすのが良い。
1.11<ks9<1.30    ・・・(6b)
さらに望ましくは以下の条件式(6c)を満たすのが良い。
1.11<ks9<1.25    ・・・(6c)
最大像高に対する3割，9割の各像高における引き延ばし量km3,km9はそれぞれ、
0.1<km9-km3<0.5    ・・・(7)
なる条件式を満足するのが良い。
【００６０】
条件式(7)は画面全体での解像力の劣化を小さくするためのものである。条件式(7)は歪曲補正後の9割像高の引き延ばし量km9と歪曲補正後の3割像高の引き延ばし量km3の差の範囲を規定している。条件式(7)の上限値を超えると9割像高の引き延ばし量km9が大きくなりすぎ、9割像高でのメリジオナル方向の解像力の劣化が顕著になるために好ましくない。条件式(7)の下限値を下回ると、引き延ばし量km3の値が大きくなりすぎ、3割像高でのメリジオナル方向の解像力の劣化が顕著になるために好ましくない。
【００６１】
さらに望ましくは以下の条件式(7a)を満たすと画面全体での解像力の劣化を低減できるために良い。
0.10<km9-km3<0.45・・・(7a)
【００６２】
次に各実施例のレンズ構成について説明する。本発明において特に断りがない限り、計算に用いる歪曲補正は、歪曲補正後に歪曲が0%になる補正を指す。引き延ばし量kmi、ksiの値は特に歪曲が顕著になりやすい広角端で計算を行っている。また歪曲は物体距離が無限遠の状態で計算している。各条件式は光学系が単一焦点距離のときは無限遠にフォーカスしているとき、ズームレンズのときはズームレンズのいずれかのズーム位置で満たされていればよく、ズーム全域で必ずしも満たす必要はない。
【００６３】
数値実施例において歪曲補正後の歪曲が0%になるように補正を行っているが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。引き延ばし量kmi，ksiの値は、歪曲補正後の歪曲が0%の場合で計算するが、実施形で例えば歪曲を0.5%残した状態に歪曲補正したとしても良い。歪曲補正後の歪曲は0〜5％程度あっても良い。
【００６４】
［実施例1］
以下、図4を参照して、本発明の実施例1に係るズームレンズのレンズ構成について説明する。図5(A),(B)は実施例1の広角端と望遠端における収差図である。収差図においてdはd線、gはg線である。ΔMはメリジオナル像面、ΔSはサジタル像面である。倍率色収差はg線について示している。以下、収差図は全て同じである。
【００６５】
図4に示す実施例1のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2レンズ群L2、フレアカット絞りFC、正の屈折力の第3レンズ群L3を有している。GBはガラスブロックである。矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動方向を示している。広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動は次のとおりである。
【００６６】
第1レンズ群L1は像側に凸状の軌跡を描いて移動し、望遠端で広角端よりも物体側に位置する。開口絞りSPと、第2レンズ群L2は一体となって（同じ軌跡で）物体側に移動する。第3レンズ群L3は物体側に移動する。ズーミングに際してガラスブロックGBは不動である。物体距離が無限遠から至近になるに従って第3レンズ群L3は物体側に移動する。実施例1において歪曲補正後の最大像高（10割像高）は4.6285mmとして計算している。撮像素子として有効寸法5.55mm×7.41mmのセンサーを想定している。また画素ピッチは2μmとして計算している。
【００６７】
従来の光学系では、全系の小型化の効果を優先して最大歪曲量を15%程度出すとすると、一般に7割像高での引き延ばし量km7は1.4程度になる。引き延ばし量に比例してメリジオナル方向の評価周波数は変化するので、例えば評価周波数を1001p/mmとすると、1401p/mmで評価することに相当する。
【００６８】
実施例1での引き延ばし量km7の値は1.28であり、1281p/mmで評価する事になる。波長587.6nmで像高3.26mmの単色MTFを計算すると、空間周波数128lp/mmのメリジオナル方向でMTFは20%、空間周波数140lp/mmのメリジオナル方向でMTFは15%となり向上している。一般に評価周波数が低くなると解像力は高くなるので、歪曲の差分値に注目することで解像力の劣化を低減できていることが分かる。
【００６９】
［実施例2］
以下、図6を参照して、本発明の実施例2に係るズームレンズのレンズ構成について説明する。図7(A),(B)は実施例2の広角端と望遠端における収差図である。図6に示す実施例2のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群L1、正の屈折力の第2レンズ群L2、負の屈折力の第3レンズ群L3、正の屈折力の第4レンズ群L4、から構成されている。開口絞りSPは第2レンズ群L2中に含まれている。矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動方向を示している。広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動は次のとおりである。
【００７０】
第1レンズ群L1は像側に凸状の軌跡で移動し、第2レンズ群L2は物体側に移動する。第3レンズ群L3は物体側に、第4レンズ群L4は物体側に移動する。実施例2において最大像高は13.63mm としている。撮像素子としてAPS-Cサイズ(有効寸法15.1mm×22.7mm)のセンサーを想定している。画素ピッチは4.3μmとして計算している。
【００７１】
実施例2での7割像高での引き延ばし量km7の値は1.27である。評価周波数は歪曲のないデジタル一眼レフカメラで例えば評価周波数を30lp/mmとすると39.3lp/mmで評価する事になる。従来の光学系は実施例1と同様に考えると、引き延ばし量km7は1.4程度となり421p/mmで評価することに相当する。波長587.6nmで像高9.6mmの単色MTFを計算すると、空間周波数39.3lp/mmのメリジオナル方向でMTFは29%、空間周波数42lp/mmのメリジオナル方向でMTFは26%となり向上している。実施例1の場合と同様に、歪曲の差分値に注目することで解像力の劣化を低減できていることが分かる。
【００７２】
［実施例3］
以下、図8を参照して、本発明の実施例3に係るズームレンズのレンズ構成について説明する。図9(A),(B)は実施例3の広角端と望遠端における収差図である。図8に示す実施例3のズームレンズは、物体側から像側へ順に次のとおりである。正の屈折力の第1レンズ群L1、負の屈折力の第2レンズ群L2、開口絞りSP、正の屈折力の第3レンズ群L3、負の屈折力の第4レンズ群L4、正の屈折力の第5レンズ群L5を有する。GBはガラスブロックである。矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動方向を示している。広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動は次のとおりである。
【００７３】
第1レンズ群L1は像側に凸状の軌跡で移動し、望遠端で広角端よりも物体側に位置する。第2レンズ群L2は像側に凸状の軌跡で移動し、望遠端で広角端よりも像側に位置する。開口絞りSPは他のレンズ群と独立に（異なった軌跡で）移動する。第3レンズ群L3は物体側に移動する。第4レンズ群L4は物体側に移動する。第5レンズ群L5は物体側に凸状の軌跡で移動する。ガラスブロックGBはズーミングに際して不動である。
【００７４】
実施例3は実施例1と比較して高ズーム比化を達成している。一般に光学系の広画角化、高ズーム比化に対する全系の小型化は相反する。このため少しでも小型化するために電子的に歪曲を補正することを導入している。条件式(3)は数値実施例1乃至4の中で最大であり、全系の小型化を最大限に行っている。実施例3において撮像素子は1/2.3型(有効寸法4.65mm×6.2mm)を想定し、最大像高は3.875mmとし、画素ピッチは1.4μmとして計算している。
【００７５】
実施例3での引き延ばし量km7の値は1.32である。評価周波数は歪曲のないデジタルカメラで例えば評価周波数を100lp/mmとすると132p/mmで評価する事になる。従来の光学系は実施例1と同様に考えると、引き延ばし量km7は1.4程度となり1401p/mmで評価することに相当する。波長587.6nmで像高2.73mmの単色MTFを計算すると、空間周波数132lp/mmのメリジオナル方向でMTFは17%、空間周波数140lp/mmのメリジオナル方向でMTFは16%となり向上している。実施例1の場合と同様に、歪曲の差分値に注目することで解像力の劣化を低減できていることが分かる。
【００７６】
［実施例4］
以下、図10を参照して、本発明の実施例4に係るズームレンズのレンズ構成について説明する。図11(A),(B)は実施例4の広角端と望遠端における収差図である。図10に示す実施例4のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2レンズ群L2、フレアカット絞りFC、正の屈折力の第3レンズ群L3を有している。GBはガラスブロックである。
【００７７】
矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動方向を示している。広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動は次のとおりである。第1レンズ群L1は像側に凸状の軌跡を描いて移動し、望遠端で広角端よりも物体側に位置する。開口絞りSPと、第2レンズ群L2は一体となって物体側に移動する。第3正レンズ群L3は変倍時に像側に移動する。ズーミングに際してガラスブロックGBは不動である。物体距離が無限遠から至近になるフォーカシングに際して第3レンズ群L3は物体側に移動する。
【００７８】
条件式(1),(2),(3)は数値実施例1乃至4の中で最小であり、解像力の劣化が少ない。実施例4において歪曲補正後の最大像高は4.6285mmとして計算している。撮像素子として有効寸法5.55mm×7.41mmのセンサーを想定している。また画素ピッチは2μmとして計算している。
【００７９】
実施例4での引き延ばし量km7の値は1.22である。評価周波数は歪曲のないデジタルカメラで例えば評価周波数を100lp/mmとすると122p/mmで評価する事になる。従来の光学系は実施例1と同様に考えると、引き延ばし量km7は1.4程度となり1401p/mmで評価することに相当する。波長587.6nmで像高3.26mmの単色MTFを計算すると、空間周波数122lp/mmのメリジオナル方向でMTFは45%、空間周波数140lp/mmのメリジオナル方向でMTFは38%となり向上している。実施例1の場合と同様に、歪曲の差分値に注目することで解像力の劣化を低減できていることが分かる。
【００８０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００８１】
次に実施例1乃至4に示したズームレンズを撮像装置に適用した実施例を図12を用いて説明する。本発明の撮像装置はズームレンズを含む交換レンズ装置と、交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、ズームレンズが形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像素子を含むカメラ本体とを備えている。
【００８２】
図12は一眼レフカメラの要部概略図である。図12において10は実施例1乃至4のズームレンズ1を有する撮影レンズである。ズームレンズ1は保持部材である鏡筒2に保持されている。20はカメラ本体であり、撮影レンズ10からの光束を上方に反射するクイックリターンミラー3、撮影レンズ10の像形成装置に配置された焦点板4より構成されている。更に焦点板4に形成された逆像を正立像に変換するペンタダハプリズム5、その正立像を観察するための接眼レンズ6などによって構成されている。
【００８３】
7は感光面であり、CCDセンサやCMOSセンサ等のズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー3が光路から退避して、感光面7上に撮影レンズ10によって像が形成される。実施例1乃至4にて説明した利益は本実施例に開示したような撮像装置において効果的に享受される。撮像装置としてクイックリターンミラー3のないミラーレスのカメラにも同様に適用できる。
【００８４】
次に本発明の各実施例の数値実施例を示す。各数値実施例においてiは物体側からの面の順序を示し、riはレンズ面の曲率半径、diは第i面と第i＋1面との間のレンズ肉厚および空気間隔、ndi、νdiはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。BFはバックフォーカスであり、最終レンズ面から像面までの空気換算での距離で示している。レンズ全長は第1レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えた値である。非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正としRを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A4，A6，A8，A10，A12を各々非球面係数としたとき、
【００８５】
【数１５】
0006362107.tif 000018
【００８６】
なる式で表している。また［e＋X］は［×10+x］を意味し、［e−X］は［×10+x］を意味している。非球面は面番号の後に＊を付加して示す。また、各光学面の間隔dが（可変）となっている部分は、ズーミングに際して変化するものであり、別表に焦点距離に応じた面間隔を記している。表1には本発明の上述した条件式と数値実施例の関係を示す。
【００８７】
数値実施例1
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd       有効径
1*      -715.455    1.40   1.84954    40.1       14.29
2*         6.510    2.68                         10.94
3*        11.638    1.90   1.94595    18.0       12.60
4         21.257  (可変)                         12.20
5(絞り)    ∞       0.40                          6.97
6*         8.262    2.70   1.74330    49.3        7.77
7*       162.365    0.20                          7.54
8          7.747    1.95   1.51633    64.1        7.40
9        107.724    0.60   1.80518    25.4        6.90
10          5.319    3.15                          6.10
11         17.548    1.65   1.72000    50.2        6.50
12        -39.308    0.35                          6.50
13          ∞     (可変)                          5.10
14*        18.438    2.00   1.48749    70.2       10.80
15         50.327  (可変)                         10.80
16          ∞       1.96   1.51633    64.1       15.00
17          ∞       0.61                         15.00
像面        ∞   
【００８８】
非球面データ
第1面
K =-1.85357e+004  A 4=-4.16158e-004  A 6= 1.82503e-005 
A 8=-2.61932e-007  A10= 1.37270e-009  
第2面
K =-2.20782e+000  A 4= 2.05194e-004  A 6= 5.57972e-006 
A 8= 6.35090e-007  A10=-1.08481e-008  
第3面
K = 4.95770e-002  A 4=-3.16117e-005  A 6=-1.34160e-006 
A 8= 1.19908e-007  A10=-1.52323e-009  
第6面
K =-1.43493e-001  A 4=-5.85079e-005  A 6= 2.59082e-006 
A 8= 7.59699e-008  A10= 1.90128e-009  
第7面
K =-6.19299e+003  A 4= 2.41060e-004  A 6=-7.08566e-006 
A 8= 8.19434e-007  A10=-1.57781e-008  
第14面
K = 4.39801e-001  A 4= 1.45395e-004  A 6=-1.59824e-005 
A 8= 6.09418e-007  A10=-8.97900e-009  
【００８９】
各種データ
ズーム比      3.53 
広角      中間      望遠
焦点距離       6.18    13.83    21.84       
Fナンバー      2.50     3.78     5.49       
半画角（度）  33.39    18.51    11.96      
像高           4.07     4.63     4.63       
レンズ全長    46.16    43.24    48.89      
BF             4.75     3.63     2.51       
d 4           17.19     5.00     1.38       
d13            5.23    15.63    26.02      
d15            2.85     1.73     0.61       
入射瞳位置     7.72     5.29     3.93       
射出瞳位置   -25.96   -49.23   -94.59     
前側主点位置  12.46    15.28    20.76      
後側主点位置  -5.57   -13.22   -21.24      
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1     -12.06         5.98        -0.03         -4.53
2    5      13.02        11.00         1.67         -8.37
3   14      58.49         2.00        -0.76         -2.08
4   16       ∞           1.96         0.65         -0.65
【００９０】
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1     -7.59
2       3     24.81
3       6     11.63
4       8     16.06
5       9     -6.97
6      11     17.06
7      14     58.49
8      16      0.00
【００９１】
数値実施例2
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd       有効径
1         33.781    2.10   1.77250    49.6       44.84
2         19.506    7.27                         34.52
3*        47.969    1.80   1.85400    40.4       33.13
4*        12.261    8.97                         24.36
5        -81.369    1.20   1.49700    81.5       24.27
6         25.540    0.33                         23.24
7         21.691    6.00   1.80610    33.3       23.42
8        219.669  (可変)                         22.13
9*        17.306    2.50   1.85135    40.1       10.31
10       -568.837    2.38                          9.49
11(絞り)    ∞       2.51                          7.63
12        -52.975    0.80   1.80610    33.3        7.12
13          8.429    3.00   1.59282    68.6        7.02
14        -30.911    0.20                          7.14
15        133.860    1.50   1.48749    70.2        7.12
16        -19.488  (可変)                          7.77
17       -189.040    1.01   1.60311    60.6        8.58
18         28.470  (可変)                          9.27
19        319.925    3.00   1.48749    70.2       19.89
20        -40.785    0.30                         20.65
21       -141.113    1.20   1.80518    25.4       21.26
22        509.921    4.00   1.55332    71.7       21.85
23*       -26.440  (可変)                         22.55
像面        ∞   
【００９２】
非球面データ
第3面
K = 3.22156e+000  A 4= 1.61064e-005  A 6=-1.38171e-008 
A 8=-4.78782e-011  A10=-5.48940e-013  A12= 1.67078e-015  
第4面
K =-1.94862e-001  A 4= 1.80767e-006  A 6=-8.13067e-008 
A 8= 3.12204e-009  A10=-3.16628e-011  A12= 5.07186e-014  
第9面
K =-4.41308e-001  A 4=-1.88740e-005  A 6= 3.75387e-007 
A 8=-1.00553e-008  A10= 7.26232e-011  A12= 2.75905e-014  
第23面
K =-1.90837e-001  A 4= 4.31184e-005  A 6=-6.10361e-007 
A 8= 7.03104e-009  A10=-3.32333e-011  A12=-9.21025e-015  
A13= 4.76713e-015  
【００９３】
各種データ
ズーム比      1.90 
広角     中間     望遠
焦点距離       9.22    14.05    17.50  
Fナンバー      3.39     4.04     4.63  
半画角（度）  53.07    44.12    37.91  
像高          12.27    13.63    13.63  
レンズ全長    89.68    83.60    86.84  
BF            14.22    15.78    16.00  
d 8           19.98     6.83     3.00  
d16            0.73     3.17     4.00  
d18            4.68     7.75    13.76  
d23           14.22    15.78    16.00  
入射瞳位置    18.62    17.15    16.55  
射出瞳位置   -31.38   -51.83  -117.70  
前側主点位置  25.98    28.28    31.76  
後側主点位置   5.00     1.73    -1.50  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1     -17.71        27.67         6.15        -17.62
2    9      19.24        12.89         3.95         -8.09
3   17     -40.96         1.01         0.55         -0.08
4   19      36.28         8.50         4.53         -1.13
【００９４】
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1    -63.85
2       3    -19.75
3       5    -38.97
4       7     29.46
5       9     19.77
6      12     -8.97
7      13     11.50
8      15     35.01
9      17    -40.96
10      19     74.41
11      21   -137.16
12      22     45.55
【００９５】
数値実施例3
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd       有効径
1        108.129    1.80   1.72047    34.7       41.81
2         46.978    5.26   1.49700    81.5       37.75
3       -946.730    0.18                         37.67
4         51.474    3.98   1.59282    68.6       37.18
5        280.718  (可変)                         36.78
6        142.908    0.95   1.88300    40.8       19.48
7*         9.032    4.03                         14.13
8        466.957    0.80   1.80400    46.6       13.77
9         19.862    1.99                         13.22
10        -93.334    0.70   1.80400    46.6       13.24
11         62.738    0.20                         13.34
12         19.578    1.99   1.94595    18.0       13.68
13        111.681  (可変)                         13.49
14          ∞       0.00                          8.81
15(絞り)    ∞       0.00                          8.81
16          ∞     (可変)                          8.81
17*        12.974    2.93   1.55332    71.7       11.20
18*      18242.199    0.20                         11.13
19         13.658    2.51   1.43875    94.9       11.05
20       -126.223    0.32                         10.67
21         17.766    0.60   1.83400    37.2       10.10
22          9.367  (可変)                          9.48
23         21.414    0.70   1.90366    31.3        9.54
24          8.926    2.72   1.59263    41.7        9.31
25         60.848  (可変)                          9.37
26*        21.453    2.13   1.49680    63.2       11.51
27        -50.678    0.60   2.00069    25.5       11.52
28       -102.015  (可変)                         11.57
29          ∞       0.30   1.51633    64.1       30.00
30          ∞       0.47                         30.00
31          ∞       0.50   1.51633    64.1       30.00
32          ∞       0.52                         30.00
像面        ∞   
【００９６】
非球面データ
第7面
K =-3.26846e-002  A 4= 4.44730e-006  A 6= 1.98474e-006 
A 8=-9.09294e-008  A10= 1.04407e-009  
第17面
K =-2.35583e+000  A 4= 8.02150e-005  A 6=-6.01650e-007 
A 8=-1.22700e-008  A10= 2.23374e-010  
第18面
K =-1.89560e+010  A 4= 3.33961e-005  A 6=-6.54026e-007  
第26面
K =-8.62550e-001  A 4= 4.05831e-005  A 6=-5.46445e-006 
A 8= 3.46453e-007  A10=-7.66379e-009  
【００９７】
各種データ
ズーム比     55.73 
広角     中間     望遠
焦点距離       3.86    10.55   215.00  
Fナンバー      2.87     5.00     7.07  
半画角（度）  40.82    20.17     1.03  
像高           3.33     3.88     3.88  
レンズ全長   104.64    99.63   150.63  
BF             9.87    15.27     9.51  
d 5            0.80    12.48    66.13  
d13           31.78    21.47     1.69  
d16           19.59     1.51     1.54  
d22            2.06     1.53     5.01  
d25            5.92    12.76    32.14  
d28            8.36    13.75     7.99  
入射瞳位置    18.57    37.18   715.09  
射出瞳位置    82.69   -57.35   10777.46  
前側主点位置  22.61    45.81   934.38  
後側主点位置  -3.34   -10.03  -214.48  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1      84.74        11.22         3.15         -4.13
2    6      -8.91        10.66         0.83         -7.94
SP  14       ∞           0.00         0.00         -0.00
3   17      21.84         6.57        -2.41         -6.01
4   23    -640.72         3.42        21.30         18.59
5   26      43.50         2.73         0.12         -1.61
GB  29       ∞           1.27         0.50         -0.50
【００９８】
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1   -116.74
2       2     90.21
3       4    105.64
4       6    -10.96
5       8    -25.82
6      10    -46.57
7      12     24.83
8      17     23.46
9      19     28.25
10      21    -24.56
11      23    -17.40
12      24     17.31
13      26     30.64
14      27   -101.23
15      29      0.00
16      31      0.00
【００９９】
数値実施例4
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd       有効径
1*       -12.772    1.40   1.84954    40.1       13.87
2*        14.060    2.68                         10.93
3*        15.399    1.90   1.94595    18.0       12.60
4*        38.111  (可変)                         12.20
5(絞り)    ∞       0.40                          7.10
6*         7.325    2.70   1.74330    49.3        8.07
7*      7993.996    0.20                          7.78
8         10.302    1.95   1.51633    64.1        7.40
9        252.002    0.60   1.80518    25.4        6.90
10          5.032    3.15                          6.10
11         13.505    1.65   1.72000    50.2        6.50
12       -116.500    0.35                          6.50
13          ∞     (可変)                          5.10
14*        21.647    2.00   1.48749    70.2       10.80
15*       -70.118  (可変)                         10.80
16          ∞       1.96   1.51633    64.1       15.00
17          ∞       0.60                         15.00
像面        ∞   
【０１００】
非球面データ
第1面
K =-9.22800e+000  A 4= 7.20202e-004  A 6=-1.03552e-005 
A 8= 8.21482e-008  A10=-3.80566e-010  
第2面
K = 3.20487e+000  A 4= 7.82725e-004  A 6=-1.32225e-006 
A 8= 3.77284e-007  A10=-1.20322e-008  
第3面
K =-7.66165e-001  A 4=-1.22270e-004  A 6= 9.28959e-006 
A 8=-1.44673e-007  A10= 6.65676e-010  
第4面
K =-2.50168e+000  A 4=-4.73353e-006  A 6=-6.35396e-008 
A 8=-4.30242e-009  A10= 2.50050e-011  
第6面
K =-2.85005e-001  A 4=-1.09355e-004  A 6=-5.93715e-006 
A 8= 5.18542e-007  A10=-1.31579e-008  
第7面
K = 3.62301e+006  A 4=-2.18903e-005  A 6=-7.49735e-007 
A 8= 5.51846e-007  A10=-2.06687e-008  
第14面
K =-5.57156e+000  A 4= 1.52203e-004  A 6=-2.10569e-005 
A 8= 1.13453e-006  A10=-1.70610e-008  
第15面
K = 1.34767e+002  A 4=-5.58926e-005  A 6= 7.07720e-006 
A 8= 1.93192e-007  A10= 3.33693e-010  
【０１０１】
各種データ
ズーム比      3.54 
広角      中間      望遠
焦点距離       6.18    13.70    21.84       
Fナンバー      2.46     3.70     5.43       
半画角（度）  34.21    18.67    11.96      
像高           4.20     4.63     4.63       
レンズ全長    46.16    43.60    49.38      
BF             4.74     3.66     2.57       
d 4           17.11     5.06     1.35       
d13            5.32    15.90    26.48      
d15            2.85     1.77     0.68       
入射瞳位置     7.26     4.93     3.63       
射出瞳位置   -33.50  -113.93   504.18     
前側主点位置  12.31    16.99    26.42      
後側主点位置  -5.58   -13.10   -21.24      
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1     -12.53         5.98        -0.81         -5.54
2    5      13.45        11.00         0.94         -8.84
3   14      34.17         2.00         0.32         -1.03
4   16       ∞           1.96         0.65         -0.65
【０１０２】
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1     -7.69
2       3     26.25
3       6      9.86
4       8     20.75
5       9     -6.38
6      11     16.90
7      14     34.17
GB     16      0.00
【０１０３】
【表１】
0006362107.tif 000019
【符号の説明】
【０１０４】
L1  第1レンズ群    L2  第2レンズ群    L3  第3レンズ群    L4  第4レンズ群
L5  第5レンズ群    IP  像面    GB  ガラスブロック    SP  開口絞り
FC  フレアカット絞り
【図１】
0006362107.tif 000020
【図２】
0006362107.tif 000021
【図３】
0006362107.tif 000022
【図４】
0006362107.tif 000023
【図５】
0006362107.tif 000024
【図６】
0006362107.tif 000025
【図７】
0006362107.tif 000026
【図８】
0006362107.tif 000027
【図９】
0006362107.tif 000028
【図１０】
0006362107.tif 000029
【図１１】
0006362107.tif 000030
【図１２】
0006362107.tif 000031