(57)【要約】【課題】  変倍撮影光学系を構成するレンズ群のうち、少なくとも１つの群を別のレンズ群と入れ替えることで、広角から望遠までの通常ズーム域以外の焦点距離を得ることができるようにする。【解決手段】  変倍撮影光学系は、物体側より順に、正の焦点距離を持つ第１群１と、負の焦点距離を持つ第２群２と、正の焦点距離を持つ第３群３と、正の焦点距離を持つ第４群４とを備えている。短焦点端から長焦点端への変倍に際して少なくとも第３群３が光軸上を移動し、第３群３を第３’群５と交換することにより、短焦点端から長焦点端への変倍域外に１点の焦点距離を得ることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数群により構成される変倍撮影光学系を備えた変倍撮影光学系システムにおいて、
前記複数群の少なくとも１つの群と交換する当該複数群とは別の群となる光学素子を備え、
前記交換により、短焦点端から長焦点端の範囲外の焦点距離を得ること、
を特徴とする変倍撮影光学系システム。
【請求項２】
前記複数群は物体側より順に、正の焦点距離を持つ第１群と、負の焦点距離を持つ第２群と、正の焦点距離を持つ第３群と、正の焦点距離を持つ第４群とであり、
短焦点端から長焦点端への変倍に際して少なくとも前記第３群が光軸上を移動し、
前記第３群を前記光学素子となる第３’群と交換することにより短焦点端から長焦点端への変倍域外に１点の焦点距離を得ることができる、
ことを特徴とする請求項１に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項３】
前記交換により短焦点端から長焦点端より望遠側の焦点距離を得ることができることを特徴とする請求項２に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項４】
前記第１群は１枚の正レンズより構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項５】
０．６＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．８
（但し、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３））
の条件式を満足することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項６】
前記第１群を構成する正レンズは屈折率Ｎｄ、アッベ数νｄとすると、
Ｎｄ＞１．５５、νｄ＞５５
の条件を満足する硝材で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項７】
前記第２群の最も物体側の面は非球面であることを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項８】
前記第１群の最も物体側の面は非球面であることを特徴とする請求項４又は６に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項９】
前記第３群に接合レンズが含まれていることを特徴とする請求項２乃至８の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項１０】
前記第３群の最も像側の面が非球面であることを特徴とする請求項２乃至９の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項１１】
フォーカシングを前記第４群で行うことを特徴とする請求項２乃至１０の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムを備え、
前記変倍撮影光学系システムは、前記交換を行う機構を備えていて、当該交換により広角から望遠までの変倍域とその変倍域外の焦点距離を切り替えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムをカメラ機能部に備え、
前記変倍撮影光学系システムは、前記交換を行う機構を備えていて、当該交換により広角から望遠までの変倍域とその変倍域外の焦点距離を切り替えることを特徴とする携帯情報端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変倍撮影光学系を構成するレンズ群のうち、少なくとも１つの群を別のレンズ群と入れ替えることで、広角から望遠までの通常ズーム域以外の焦点距離を得ることができる変倍撮影光学系システム、並びにこの変倍撮影光学系システムを備えた撮像装置、及び携帯情報端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮影レンズの焦点距離が最短であるときの広角状態と、最長であるときの望遠状態とを選択的に切り替えることができるズームレンズ鏡胴等の可変焦点装置を備えたデジタルカメラが普及している。
この種の可変焦点装置を備えたデジタルカメラに対するユーザのニーズは多岐に渡ってきており、中でも、高画質化と小型化に対するニーズは群を抜いて高い。よって、撮影レンズとして用いるズームレンズにも、高性能化と小型化の両立が求められる。
ここで、小型化という面では、まず、レンズ全長（最も物体側のレンズ面から像面までの距離）を短縮することが必要である。さらに、高性能化という面では、少なくとも３００万〜５００万画素の撮像素子に対応した解像力を全ズーム域にわたって備えていることが必要である。
また、撮影レンズの広画角化を望むユーザも多く、ズームレンズの広角端側の半画角は４２度以上であることが望ましい。半画角４２度は、３５ｍｍ銀塩カメラ（いわゆるライカ版）換算の焦点距離で２４ｍｍに相当する。
従来、この分野のズームレンズであって民生用に小型化が図られたものとして、特許文献１に開示のものや特許文献２に開示のもののように、物体側から像面側へ向かって順に正の屈折力を有する変倍時固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて物体側から像面側に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて像面側から物体側に移動する第３レンズ群と、正の屈折力を有する変倍時固定の第４レンズ群とから構成されるものが提案されている。
また、特許文献３〜５に開示の技術のように、第４レンズ群を変倍時可動とし、より高度な収差補正を行うことで、さらなる小型化、広角化を図ったものも知られている。
さらに、第１群は１枚の正レンズより構成された、正負正正４群ズームとしては、特許文献６〜９のものが知られている。
【特許文献１】特許第２９２０５４９号
【特許文献２】特許第３０９１２５０号
【特許文献３】特開平６−９４９９７号公報
【特許文献４】特開平１０−６２６８７号公報
【特許文献５】特開平１１−２５８５０７号公報
【特許文献６】特開２００１−０４２２１５公報
【特許文献７】特開２００１−１９４５８６公報
【特許文献８】特開２００１−２４２３７９公報
【特許文献９】特開２００１−３５６２６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に開示の技術は、どちらも半画角２５度未満であり、広角化という面では不十分であるという不具合がある。
また、特許文献３の技術は基本的な構成は全て開示されているが、小型化という面では十分な構成要件を有していない。特許文献４に開示されている技術は構成レンズ枚数を削減することで小型化を目指しているが、十分な収差補正が行われておらず、３００万〜５００万画素の撮像素子に対応できる性能を有していない。特許文献５に開示の技術は比較的小型であり、また、像性能は前述のものよりも良好ではあるが、半画角は３３度程度に止まっており、広角化という面では不十分である。
そこで、本発明の目的は、変倍撮影光学系を構成するレンズ群のうち、少なくとも１つの群を別のレンズ群と入れ替えることで、広角から望遠までの通常ズーム域以外の焦点距離を得ることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、複数群により構成される変倍撮影光学系を備えた変倍撮影光学系システムにおいて、前記複数群の少なくとも１つの群と交換する当該複数群とは別の群となる光学素子を備え、前記交換により、短焦点端から長焦点端の範囲外の焦点距離を得ること、を特徴とする変倍撮影光学系システムである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記複数群は物体側より順に、正の焦点距離を持つ第１群と、負の焦点距離を持つ第２群と、正の焦点距離を持つ第３群と、正の焦点距離を持つ第４群とであり、短焦点端から長焦点端への変倍に際して少なくとも前記第３群が光軸上を移動し、前記第３群を前記光学素子となる第３’群と交換することにより短焦点端から長焦点端への変倍域外に１点の焦点距離を得ることができる、ことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記交換により短焦点端から長焦点端より望遠側の焦点距離を得ることができることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第１群は１枚の正レンズより構成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、０．６＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．８（但し、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３））の条件式を満足することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第１群を構成する正レンズは屈折率Ｎｄ、アッベ数νｄとすると、Ｎｄ＞１．５５、νｄ＞５５の条件を満足する硝材で構成されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項７に記載の発明は、請求項２〜６の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第２群の最も物体側の面は非球面であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項４又は６に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第１群の最も物体側の面は非球面であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項２〜８の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第３群に接合レンズが含まれていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項２〜９の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、前記第３群の最も像側の面が非球面であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項２〜１０の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムにおいて、フォーカシングを前記第４群で行うことを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムを備え、前記変倍撮影光学系システムは、前記交換を行う機構を備えていて、当該交換により広角から望遠までの変倍域とその変倍域外の焦点距離を切り替えることを特徴とする撮像装置である。
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１１の何れか一項に記載の変倍撮影光学系システムをカメラ機能部に備え、前記変倍撮影光学系システムは、前記交換を行う機構を備えていて、当該交換により広角から望遠までの変倍域とその変倍域外の焦点距離を切り替えることを特徴とする携帯情報端末装置である。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１又は２に記載の発明によれば、変倍撮影光学系の変倍範囲外の焦点距離を得ることができる。
請求項３記載の発明によれば、短焦点端から長焦点端より望遠側の焦点距離を得ることができる。
請求項４記載の発明によれば、第１群は１枚の正レンズより構成することができる。
請求項５記載の発明によれば、レンズ全長を短く、また、高い組み立て精度が要求されず、変倍時の収差変動が小さくなる。
請求項６記載の発明によれば、ズーム全域に渡って、画面周辺部での倍率色収差が小さくできる。
請求項７記載の発明によれば、広角側での歪曲収差、像面湾曲、非点収差を効率良く補正することが可能となる。
請求項８記載の発明によれば、光線経路を効果的に操作することが可能となる。
請求項９記載の発明によれば、望遠側での球面収差を良好に補正でき、同時に倍率の色収差の補正も容易になる。また偏心による性能劣化も抑制できる。
請求項１０記載の発明によれば、変倍にともなって変化する第３群３からの出射光を所望の角度で第４群４へ光線入射させる働きを担うことができる。
請求項１１記載の発明によれば、合焦速度を向上することができる。
請求項１２又は１３記載の発明によれば、請求項１〜１１の何れか一項と同様の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
以下の説明においては、ｆ：全系の焦点距離、Ｆ：Ｆナンバ、ω：半画角、Ｒ：曲率半径、Ｄ：面間隔、Ｎｄ：屈折率、νｄ：アッベ数、Ｋ：非球面の円錐定数、Ａ４：４次の非球面係数、Ａ６：６次の非球面係数、Ａ８：８次の非球面係数、Ａ１０：１０次の非球面係数、である。
ただし、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）をＣ、光軸からの高さをＨとするとき、以下の式で定義される。
【数１】
2007065513.tif 000003
図１は、本実施形態の変倍撮影光学系の構成を示す説明図であり、図２は、同撮影光学系の各数値を示す説明図であり、図３、図４は、同撮影光学系の収差図である。
本実施形態では、変倍撮影光学系は、複数群により構成される変倍撮影光学系であり、その複数群の少なくとも１つの群を当該複数群とは別の群に交換することで、該変倍撮影光学系の短焦点端から長焦点端の範囲外の焦点距離を得ることができる。そして、本実施形態は、この変倍撮影光学系と、その複数群の少なくとも１つの群を交換するための１又は複数群を構成する光学素子とからなる変倍撮影光学系システムである。
具体的には、図１〜３の例においては、変倍撮影光学系は物体側（図１の左側）より順に、正の焦点距離を持つ第１群１と、負の焦点距離を持つ第２群２と、正の焦点距離を持つ第３群３と、正の焦点距離を持つ第４群４とを備え、短焦点端から長焦点端への変倍に際して少なくとも第３群３が光軸上を移動し（図１（ａ）、図３（ａ）〜（ｃ）の広角、中間、望遠）、更に該第３群３を別の第３’群５と交換することにより、短焦点端から長焦点端への変倍域外に１点の焦点距離を得ることができる（図１（ｂ）、図４（ｄ）の望遠’）。なお、符号６は絞りである。
【０００８】
本例では、第３群３を第３’群５に交換することで、変倍撮影光学系の短焦点端から長焦点端より望遠側の焦点距離を得ることができる。
また、変倍撮影光学系は、
０．６＜｜ｆ２｜／ｆ３＜０．８
（但し、ｆｉ：第ｉレンズ群の焦点距離（ｉ＝１〜３））
の条件式を満足する。
この条件式は、主たる変倍作用を担う第２群２と第３群３の屈折力の比を規定したものである。条件式の上限を超えると、第２群２の負の屈折力が小さくなるとともに第３群３の屈折力も小さくなるので、レンズ全長が長くなる。条件式の下限を超えると、第２群２の負の屈折力が大きくなるので、高い組み立て精度が要求されるとともに変倍時の収差変動が大きくなる。よって、この条件式を満足することにより、レンズ全長を短く、また、高い組み立て精度が要求されず、変倍時の収差変動が小さくなる。
第１群１は１枚の正レンズより構成されている。そして、この正レンズは以下に示す屈折率Ｎｄ、アッベ数νｄの硝材で構成されている。
Ｎｄ＞１．５５、νｄ＞５５
これは、変倍比の大きな本撮影光学系において発生する倍率の色収差を良好に補正するための条件式で、範囲外ではズーム全域に渡って、画面周辺部での倍率色収差が大きくなり、画像に悪影響を与える。よって、この条件式を満たすことで、ズーム全域に渡って、画面周辺部での倍率色収差が小さくできる。
【０００９】
第２群２の最も物体側の面は非球面である。第２群２の最も物体側の面を非球面とすることにより、広角側での歪曲収差、像面湾曲、非点収差を効率良く補正することが可能となる。歪曲収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正は、光軸外から入射する光線束の主光線が光軸から大きく離れて通過する面を非球面化することにより光線経路を効果的に操作することが可能となる。
第１群１の最も物体側の面は非球面である。第１群１を単レンズで構成する際、広画角を達成するには光線角度に応じた所望の入射角度を非球面で形成することで、光線経路を効果的に操作することが可能となる。
第３群３には接合レンズが含まれている。第３群３中に少なくとも１つの接合レンズを配置することで、変倍比の大きな本撮影光学系においても望遠側での球面収差を良好に補正でき、同時に倍率の色収差の補正も容易になる。また偏心による性能劣化も抑制できる。
また、第３群３の最も像側（図１の右側）の面は非球面である。第３群３の最も像側の面を非球面とすることにより、変倍にともなって変化する第３群３からの出射光を所望の角度で第４群４へ光線入射させる働きを担うことができる。
さらに、本変倍撮影光学系では、フォーカシングを第４群４で行う。本変倍撮影光学系は、主に電子撮像素子を結像面の対象としているため、結像面に入射する光線は平行光であることが望ましい。結像面付近に正の屈折力を有する第４群４を配置することにより、この条件は容易に達成され、さらに第４群４は全体の収差を整える役割を担っている。この第４群４を少ない枚数で構成して軽量化を図り、フォーカス群として使用することで、合焦速度を向上することができる。この際、無限遠から近距離まで、少ないレンズ枚数で良好な撮影性能を得るために、この合焦群に少なくとも１面の非球面を用いることによって、収差補正の自由度を上げることができ、望ましい。
【００１０】
図５は、本実施形態の変倍撮影光学系の他例の構成を示す説明図であり、図６は、同撮影光学系の各数値を示す説明図であり、図７、図８は、同撮影光学系の収差図である。
さらに、図９は、本実施形態の変倍撮影光学系のまた別の例の構成を示す説明図であり、図１０は、同撮影光学系の各数値を示す説明図であり、図１１、図１２は、同撮影光学系の収差図である。
これら、図４〜図１２の例においても、前述の図１〜図４を参照して説明した変倍撮影光学系システムの各特長を備えている。
次に、以上のとおり説明した変倍撮影光学系システムを備えた撮像装置であるデジタルカメラについて説明する。
【００１１】
図１３は、デジタルカメラ１１の電気的な接続のブロック図、図１４は、デジタルカメラ１１の外観斜視図、図１５は、前述した変倍撮影光学系システムの斜視図である。
デジタルカメラ１１は、撮影レンズ１２と受光素子（エリアセンサ）１３を有し、撮影レンズ１２によって形成される撮影対象物の像を受光素子１３上で読み取るように構成されている。この撮影レンズ１３としては、前述の変倍撮影光学系システムを用いる。
受光素子１３からの出力は中央演算装置１４の制御を受ける信号処理装置１５によって処理され、デジタル情報に変換される。信号処理装置１５によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置１４の制御を受ける画像処理装置１６において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ１７に記録される。液晶モニタ１８には撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ１７に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリ１７に記録した画像は通信カード１９等を使用して外部へ送信することも可能である。
【００１２】
撮影レンズ１２はデジタルカメラ１１の携帯時には図１４（ａ）に示すように沈胴状態にあり、ユーザが電源スイッチ２２を操作して電源を入れると、図１４（ｂ）に示すように鏡胴２１が繰り出される。このとき、鏡胴２１の内部でズームレンズである撮影レンズ１２の各群は例えば短焦点端の配置となっており、ズームレバーを操作することで各群の配置が変化し、長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダ２０も撮影レンズの画角の変化に連動して変倍する。
変倍域用には第３群３を用い、変倍域外用には第３’群５を用いるが、この切り替えは所定の機構により行う。本例では、円筒状の部材２３内に第３群３及び第３’群５を収納し、この部材２３を回転することにより、第３群３と第３’群５とを使い分けることができる。
【００１３】
シャッタボタン２４の半押しによりフォーカシングがなされる。このフォーカシングは第４群４の移動、もしくは、受光素子１３の移動によって行うことができる。シャッタボタン２４をさらに押し込むと撮影がなされ、その後は既述の処理がなされる。
半導体メモリ１７に記録した画像を液晶モニタ２５に表示したり、送信カード１９等を使用して外部へ送信する際は、操作ボタン２６を使用して行う。半導体メモリ１７及び通信カード１９等は、それぞれ専用または汎用のスロット２７に挿入して使用される。なお、符号２８はフラッシュ、符号２９はズームレバーである。
以上に説明したようなデジタルカメラ１１には、前述のような変倍撮影光学系システムを撮影レンズとして使用することができるので、３００万画素〜８００万画素クラスの受光素子１３を使用した高画質で小型のカメラを実現できる。
あるいは、このようなデジタルカメラ１１のカメラ機能部を携帯電話などの携帯情報端末装置に搭載するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の変倍撮影光学系の構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の撮影光学系の各数値を示す説明図である。
【図３】本実施形態の撮影光学系の収差図である。
【図４】本実施形態の収差図である。
【図５】本実施形態の変倍撮影光学系の他例の構成を示す説明図である。
【図６】本実施形態の撮影光学系の各数値を示す説明図である。
【図７】本実施形態の撮影光学系の収差図である。
【図８】本実施形態の収差図である。
【図９】本実施形態の変倍撮影光学系の他例の構成を示す説明図である。
【図１０】本実施形態の撮影光学系の各数値を示す説明図である。
【図１１】本実施形態の撮影光学系の収差図である。
【図１２】本実施形態の収差図である。
【図１３】本実施形態のデジタルカメラの電気的な接続のブロック図である。
【図１４】本実施形態のデジタルカメラの外観斜視図である。
【図１５】本実施形態のデジタルカメラに用いる変倍撮影光学系システムの斜視図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  第１群
２  第２群
３  第３群
４  第４群
１１  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007065513.tif 000012
【図１０】
2007065513.tif 000013
【図１１】
2007065513.tif 000014
【図１２】
2007065513.tif 000015
【図１３】
2007065513.tif 000016
【図１４】
2007065513.tif 000017
【図１５】
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