JP2010186011A

JP2010186011A - 広角光学系及びそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JP2010186011A
Application number: JP2009029563A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Yamada; 康晴山田; Hirohiko Kimata; 宏彦木股
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-26
Also published as: US20100201782A1; US8755132B2

Abstract

【課題】画角６０°程度と広角でありながら、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に２枚接合レンズＳＵ２１、開口絞りＳ、レンズＳＵ２２、両凸レンズＬ２５からなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が開口絞りＳの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２に分割されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置等に用いられる光学系に関し、主にデジタル一眼カメラやコンパクトカメラ等に使用される広角光学系及びそれを用いた撮像装置に関する。

デジタルカメラの広角レンズにおいては、広い画角を確保しながら電子撮像面の直前方にフィルターなどの光学素子を挿入するスペースを設けるため、バックフォーカスの長い光学系が要求される。このような光学系としては、負屈折力の前群と正屈折力の後群を持つ、レトロフォーカスタイプの光学系が広く採用されている。また、光学系を透過した光束が電子撮像面に入射する際、入射光束が光軸に対し傾いて入射するいわゆる斜入射の状態になると、周辺光量が低下しシェーディングや色ずれが発生するため、入射光束のテレセントリック性を保持した光学系が提案されている。このようなタイプの技術としては、以下の特許文献１〜５が存在する。
特開２０００−２３５１４５号公報特開平１１−２４９００９号公報特開平１１−１４２７３０号公報特開平０９−１６６７４８号公報特開平１１−２４２１５５号公報

近年のデジタルカメラの広角レンズでは、さらに構成枚数を少なくし、レンズ全長を短くしたコンパクトな構成のものが求められている。構成枚数の少ないレンズでは、広角を確保しながら、諸収差の発生を抑え、かつテレセントリック性を保った光学系を設計する事が困難である。しかし、近年の電子撮像素子の技術的進歩により、ディストーションを電気信号によりある程度補正する技術なども提案されており、収差補正においてはディストーション補正に強い顧慮を払う必要が無くなってきている。

本発明はこのような状況を鑑み考案されたものであって、画角６０°程度と広角でありながら、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る広角光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、物体側から順に２枚接合レンズ、開口絞り、レンズ、両凸レンズからなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されている構成とした。

以下、このような構成をとった理由と作用を説明する。

物体側に負レンズ群、像側に正レンズ群を配置したレトロフォーカス型は、撮影画角が広く、バックフォーカスの長い場合に効果的である。特に負レンズ群と正レンズ群の間隔を広げると更に効果的である。負の屈折力を有する第１レンズ群により軸外主光線の光軸とのなす角を小さくすることができる。また第２レンズ群の開口絞りを挟んで対称に広い間隔で配置された２組の接合レンズにより、レンズ系全体のペッツバール和を小さくし、色収差や像面湾曲との収差の発生を抑え、最も像側の両凸レンズにより射出瞳を像面から離してテレセントリックな光学系とし、撮像素子に略平行に光線を入射させることでシェーディング等の影響を軽減させる。以上の構成により、諸収差の発生を抑えつつレンズ枚数を必要最小限にとどめてレンズ全長を短縮し、広画角でテレセントリックな光学系を確保することができる。

更には、上述の発明にて、以下のいずれかの構成を有する事がより好ましい。

本願の広角光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、前記第２レンズ群は、物体側から順に、接合面が凸のレンズと接合面が凹のレンズからなる２枚接合レンズ、開口絞り、接合面が凹のレンズと接合面が凸のレンズからなる２枚接合レンズ、両凸のレンズからなる構成が好ましい。

前にも触れたように、物体側に負レンズ群、像側に正レンズ群を配置したレトロフォーカス型は、撮影画角が広く、バックフォーカスの長い場合に効果的である。また、第２レンズ群の開口絞りを挟んで２組の接合レンズを配置させることで、レンズ全系の対称性をより高め、レンズ系全体のペッツバール和を小さくし、色収差や像面湾曲との収差の発生を抑えている。最も像側の両凸のレンズは射出瞳を像面から離してテレセントリックな光学系とし、撮像素子に略平行に光線を入射させることでシェーディング等の影響を軽減させている。

また、本願発明の広角光学系は、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、両凸レンズと接合面が凹のレンズからなる正の屈折力を有する２枚接合レンズ、開口絞り、両凹レンズと、両凸レンズとからなる２枚接合レンズ、両凸レンズ１枚、からなる構成であることが好ましい。

上記構成にすることにより、少ないレンズ枚数での諸収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができる。

また、本願発明の広角光学系は、第２レンズ群中の物体側から順に両凹レンズと両凸レンズからなる２枚接合レンズは正の屈折力を有する構成であることが好ましい。

上記構成にすることにより、２組の接合レンズが共に正の屈折力であり、開口絞りに対して対称型のパワー配置となる為、少ないレンズ枚数での諸収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができる。

また、本願発明の広角光学系は、最も像側の両凸レンズの像側の面が、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面を有する構成であることが好ましい。

最も像側の両凸レンズの像側の面が、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面を有する構成にすることにより、レトロフォーカスタイプの光学系を小型化する際に発生しやすい像面湾曲、樽型の歪曲収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
0.3 ≦（R45＋R23）／（R45−R23）≦ 0.5 ・・・（１）
ここで、R23は開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
R45は開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
である。

条件式（１）は前記開口絞りの物体側と像側に各々配置された接合レンズの接合面同士のシェイプファクターを規定するものであり、物体側接合レンズの接合面と像側接合レンズの接合面とで、開口絞りを挟んで略対称配置させ、バランスを取ることで、光学系全体の像面湾曲の発生を抑えている。

条件式（１）の上限を上回ると、像面湾曲がマイナス側に大きく発生するため、補正が困難となる。逆に、条件式（１）の下限を下回ると像面湾曲がプラス側に大きく発生するため補正が困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
−0.5 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.3 ・・・（２）
ここで、R6ｆは最も像側の両凸レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R6ｒは最も像側の両凸レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。

条件式（２）は前記両凸レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（２）の上限を上回ると、球面収差がプラス側に大きく発生するため、補正が困難となる。逆に、条件式（２）の下限を下回ると、球面収差がマイナス側に大きく発生するため補正が困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
0.3 ≦（R3ｒ＋R3ｆ）／（R3ｒ−R3ｆ）≦ 0.5 ・・・（３）
ここで、R3ｆは開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面が凹のレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R3ｒは開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面が凹のレンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。

条件式（３）は、前記接合面が凹レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（３）の上限を上回ると、像面湾曲がマイナス側に大きく発生するため、補正が困難となる。また、条件式（３）の下限を下回ると、像面湾曲がプラス側に大きく発生するため補正が困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
10 ≦（R45r＋R45f）／（R45r−R45f）≦ 40 ・・・（４）
ここで、R45fは開口絞りの像側に配置された接合レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R45rは開口絞りの像側に配置された接合レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。

条件式（４）は前記開口絞りの像側に配置された接合レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（４）の上限を上回ると、像面湾曲がプラス側に大きく発生するため、補正が困難となる。逆に、条件式（４）の下限を下回ると、像面湾曲がマイナス側に大きく発生し、且つ歪曲収差もマイナス側に大きく発生するため補正が困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（５）及び条件式（６）を全て満足することが好ましい。
0.8 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.2 ・・・（５）
1.3 ≦｜ｆ1／ｆ2｜≦ 1.5 ・・・（６）
ここで、ｆ1は光学系の第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
である。

条件式（５）は第２レンズ群の屈折力を規定するものである。条件式（５）の上限を上回ると、第２レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが，バックフォーカスが長くなるため光学系全体が大型化するため実用上好ましくない。逆に、条件式（５）の下限を下回ると前記第２レンズ群の屈折力が強くなるため、諸収差の補正が困難となる。

条件式（６）は第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力のバランスについての条件である。条件式（６）の上限を上回ると、前記第２レンズ群の正の屈折力に対する前記第１レンズ群の負の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが、レトロフォーカスタイプの効果が弱まり十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。逆に、条件式（６）の下限を下回ると、前記第２レンズ群の正の屈折力に対する前記第１レンズ群の負の屈折力が強くなるため、１枚という少ないレンズ枚数による諸収差の補正が困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（５）’及び条件式（７）を全て満足することが好ましい。
1.0 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.4 ・・・（５）’
1.3 ≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（７）
ここで、ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
HD12は光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、である。

条件式（５）’は第２レンズ群の屈折力を規定するものである。条件式（５）’の上限を上回ると、前記第２レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが、バックフォーカスが長くなるため光学系全体が大型化するため実用上好ましくない。条件式（５）’の下限を下回ると前記第２レンズ群の屈折力が強くなるため、諸収差の補正が困難となる。

条件式（７）は、第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔において、光学系全系の焦点距離で規格化したものである。条件式（７）の上限を上回ると、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広くなるため、レトロフォーカスタイプの効果が強まりバックフォーカスを確保することは容易であるが、光学系全体が大型化する。条件式（７）の下限を下回ると、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が狭くなるため、レトロフォーカスタイプの効果が弱まり十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。

また、本願発明の広角光学系は、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
｜IH／EXP｜≦ 0.35 ・・・（８）
ここで、IHは最大像高、
EXPは像面から射出瞳までの軸上距離（物体側から像面方向を正とする）、
である。

条件式（８）は最大像高と像面から射出瞳までの軸上距離の比を規定するものである。条件式（８）の条件を外れると、前記光学系の射出瞳位置が像面から十分に離れることができないため、テレセントリックな光学系を確保することが困難となり、シェーディングの影響を受けやすくなる。

また、本願発明の広角光学系を撮像装置に使用するにあたり、光学系全体を光軸方向に移動させる駆動手段と、そして光学系の結像面近傍に設けた撮像素子と、を有する撮像装置において、光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側に移動可能であり、非撮影状態において無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側で停止している構成を有することが好ましい。

本願発明の広角光学系の焦点調節は光学系全体を光軸方向に移動させる全体繰出し方式であり、撮影状態においても光学系の全長を極力短くしており、非撮影状態においては全体繰出しのフォーカス機構を利用して、光学系全体を無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側に移動させることにより更なる全長の短縮化（所謂沈胴状態）を可能としている。

また、本願発明の広角光学系を撮像装置に使用するにあたり、前記非撮影状態において、光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも該撮像素子側に移動できるよう光学系の最も像側のレンズと前記撮像素子との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でも撮像素子側の規制領域を確保する構成とすることが好ましい。

本願発明の広角光学系では、撮像素子側の空間を極力狭めた設計をすると光学系全体は小型化するが、射出瞳が像面に近くなりすぎてしまいシェーディングの影響が大きくなりすぎる。そこで本発明の光学系を用いた撮像装置では、撮影状態において射出瞳を像面から十分離してテレセントリック性を確保し、非撮影状態においては光学系全体を像側に移動させた場合でも撮像素子前にあるローパスフィルター類と干渉しないよう最も像側のレンズと撮像素子との空間をあらかじめ空けておくことで、非撮影時の小型化と撮影時の光学性能の両立を実現することができる。

また、以下のように条件式を変更する事で、より好ましい構成となる。
−0.3 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.2 ・・・（２）’
−0.1 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.1 ・・・（２）”

なお、各条件式の上限値のみ、もしくは下限値のみを新たな上限値、下限値としても良い。

以上のように、本発明によれば、画角６０°程度と広角でありながら、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供することが可能となる。

実施例１の光学系の断面図である。実施例２の光学系の断面図である。実施例３の光学系の断面図である。実施例４の光学系の断面図である。実施例１の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。実施例２の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。実施例３の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。実施例４の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。本発明の広角レンズを交換レンズとして用いたレンズ交換式カメラの断面図である。本発明によるデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。図１０のデジタルカメラの背面図である。図１０のデジタルカメラの横断面図である。図１０のデジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。

本発明の実施例１〜４の光学系について説明する。

図１は実施例１の光学系の断面図である。

実施例１の広角光学系は、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。Ｃはカバーガラス、Ｉは像面である。

非球面は、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズの両面の２面に用いている。

図２は実施例２の光学系の断面図である。

実施例２の広角光学系は、図２に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。

図３は実施例３の光学系の断面図である。

実施例３の広角光学系は、図３に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。

図４は実施例４の光学系の断面図である。

実施例４の広角光学系は、図４に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズの像側の面、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズの両面の３面に用いている。

以下に、実施例１〜４の数値データを示す。実施例１〜４の数値データにおいて、ｒはレンズ面の曲率半径，ｄはレンズ肉厚および空気間隔，Ｎｄおよびνｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率およびアッべ数，ｆは焦点距離，ＦnoはＦナンバー，ωは半画角（°）である。

実施例の説明の諸元表中、（非球面）を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをＨ，面頂を原点としたときの高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ），近軸曲率半径をｒ，円錐係数をＫ，２次，４次，６次，８次，１０次の非球面係数をそれぞれA2，A4，A6，A8，A10としたとき次の（９）式で表される。
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ²／ｒ）／｛１＋［１−（１＋Ｋ）・（Ｈ²／ｒ²）］^1/2｝
＋A4Ｈ⁴＋A6Ｈ⁶＋A8Ｈ⁸＋A10Ｈ¹⁰ ・・・（９）

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 58.585 0.932 1.48749 70.23
2 9.004 2.478
3 18.088 3.046 1.83400 37.16
4 -18.088 0.804 1.57501 41.5
5 47.964 1.841
6（絞り） ∞ 4.212
7 -10.211 0.752 1.75211 25.05
8 35.401 4.899 1.72916 54.68
9 -10.810 0.150
10（非球面） 44.588 3.000 1.80610 40.88
11（非球面） -51.256 17.229
12 ∞ 4.082 1.51633 64.14
13 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第１０面
K=-13.0866,A4=-4.046E-06,A6=9.8902E-08,A8=1.4424E-11
第１１面
K=-8.3127,A4=-6.2139E-06,A6=8.9444E-08,A8=5.679E-10

各種データ
f 17.30
Fno 2.9
ω 36.4°

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 525.076 0.821 1.48749 70.23
2 10.552 0.736
3 14.675 2.914 1.83400 37.16
4 -21.039 0.675 1.60342 38.03
5 42.990 1.550
6（絞り） ∞ 4.299
7 -8.961 0.986 1.75211 25.05
8 58.864 4.569 1.72916 54.68
9 -10.914 0.350
10（非球面） 46.796 2.709 1.80610 40.88
11（非球面） -43.958 19.237
12 ∞ 4.082 1.51633 64.14
13 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第１０面
K=-7.9145,A4=6.2247-06,A6=1.9482E-07,A8=2.0449E-09
第１１面
K=-5.5456,A4=3.5673E-06,A6=1.2038E-07,A8=3.2051-09

各種データ
f 20.38
Fno 2.9
ω 31.9°

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 35.125 1.163 1.48749 70.23
2 8.645 8.712
3 28.299 2.849 1.83400 37.16
4 -12.755 0.646 1.60342 38.03
5 3198.434 1.280
6（絞り） ∞ 5.653
7 -11.281 0.814 1.75211 25.05
8 28.071 4.847 1.72916 54.68
9 -12.025 0.150
10（非球面） 53.589 2.201 1.85135 40.10
11（非球面） -50.041 15.424
12 ∞ 4.082 1.51633 64.14
13 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第１０面
K=-17.8060,A4=-2.4032E-05,A6=-5.2713E-07,A8=7.6589E-09
第１１面
K=-5.5958,A4=-9.0088E-06,A6=-5.2842E-07,A8=7.8952-09

各種データ
f 14.28
Fno 2.9
ω 41.7°

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
1 68.591 0.889 1.48749 70.23
2（非球面） 6.519 4.991
3 15.485 9.013 1.83481 42.71
4 -7.608 0.499 1.62588 35.70
5 -187.959 1.238
6（絞り） ∞ 4.429
7 -8.539 0.754 1.75211 25.05
8 20.227 2.288 1.72916 54.68
9 -35.708 0.150
10（非球面） 34.528 4.653 1.85135 40.10
11（非球面） -12.199 10.441
12 ∞ 4.082 1.51633 64.14
13 ∞ 0.745
像面 ∞

非球面データ
第２面
K=-0.1296,A4=-1.0744E-04,A6=1.5059E-06,A8=-3.9603E-08
第１０面
K=-30.8806,A4=6.2454E-07,A6=2.9500E-07,A8=-5.0911E-10
第１１面
K=-3.9740,A4=-1.5444E-04,A6=1.4347E-06,A8=-1.9333-09

各種データ
f 12.33
Fno 3.6
ω 45.9°

図５〜図８は実施例１〜４の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。球面収差と倍率色収差は、５８７．６ｎｍ（ｄ線：実線），４３５．８ｎｍ（ｇ線：点線），４８６．１ｎｍ（Ｆ線：一点鎖線），６５６．３ｎｍ（Ｃ線：二点鎖線）の各波長における数値を示してある。また、非点収差は、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を示している。なお、ＦＮＯはＦナンバー、ＦＩＹは像高を示す。

次に、上記各実施例における条件式（１）〜（８）の値を示す。

条件式実施例１実施例２実施例３実施例４
（１） 0.324 0.473 0.375 0.453
（２） 0.070 -0.031 -0.034 -0.478
（３） 0.452 0.343 0.992 1.084
（４） 35.069 10.174 31.321 1.629
（５） 0.936 0.813 1.174 1.309
（６） 1.356 1.333 1.424 0.920
（７） 0.855 0.611 1.465 1.681
（８） 0.268 0.256 0.252 0.298

図９は、本発明の広角レンズを用い、撮像素子として小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳ等を用いた電子撮像装置としての一眼レフレックスカメラの断面図である。図９において、１は一眼レフレックスカメラ（一眼レフカメラ）、２は鏡筒内に配置された撮影レンズ系、３は撮影レンズ系２を一眼レフレックスカメラ１に着脱可能とする鏡筒のマウント部であり、スクリュータイプのマウントやバヨネットタイプのマウント等が用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを用いている。また、４は撮像素子面、５はバックモニタ６はファインダー用画像表示素子、７はファインダー光学系である。

このような構成の一眼レフレックスカメラ１の撮影レンズ系２として、例えば上記実施例１〜４に示した本発明の広角レンズが用いられる。

以上の本発明によれば、一眼レフタイプのデジタルカメラに適した交換レンズとして、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供することが可能となる。

図１０〜図１３は、広角レンズを撮影光学系４１に組み込んだ本発明に係る撮像装置の構成の概念図を示す。図１０はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１１は同背面図、図１２はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な横断面図である。ただし、図１０と図１２においては、撮影光学系４１の撮影状態（非沈胴時）を示し，図１０においては，撮影光学系４１の非撮影状態（沈胴時）を示している。

デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、ポップアップストロボ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、カバーガラスＣを介して結像面近傍に設けた撮像素子としてのＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７や、ファインダー用画像表示素子５４に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。

撮影が終了し、非撮影状態とすると、撮影光学系４１全体は無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側で停止する。なお、非撮影状態において、撮影光学系４１全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側に移動できるよう撮影光学系４１の第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔及び最も像側のレンズとＣＣＤ４９との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でもＣＣＤ４９側の規制領域を確保する。

なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用接眼レンズ５９が配置してある。ファインダー用画像表示素子５４に表示された物体像が、このファインダー用接眼レンズ５９によって拡大および観察者が見やすい視度に調整され、観察者眼球Ｅに導かれている。なお、ファインダー用接眼レンズ５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。

図１３は、上記デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一次記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記憶手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。

図１３に示すように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。

上記の一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。

操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ４０全体を制御する回路である。

ＣＣＤ４９は、本発明による撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮影駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。

一次記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一次記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一次記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。

表示部２０は、液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４を備え、その液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４に画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。

このように構成されたデジタルカメラ４０は、本発明により、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を用いた撮像装置を提供することが可能となる。

本発明は、以上のような一般的な被写体を撮影する所謂コンパクトデジタルカメラだけではなく、広い画角が必要な監視カメラ等に適用してもよい。

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ１１…負メニスカスレンズ
Ｌ２１…両凸レンズ
Ｌ２２…両凹レンズ
Ｌ２３…両凹レンズ
Ｌ２４…両凸レンズ
Ｌ２５…両凸レンズ
ＳＵ２１…接合レンズ
ＳＵ２２…接合レンズ
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス
Ｅ…観察者眼球
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、
前記第２レンズ群は、
物体側から順に２枚接合レンズ、
開口絞り、
レンズ、
１枚の両凸レンズ、
からなり、
バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されていることを特徴とする広角光学系。
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、
接合面が凸のレンズと接合面が凹のレンズからなる２枚接合レンズ、
開口絞り、
接合面が凹のレンズと接合面が凸のレンズからなる２枚接合レンズ、
１枚の両凸レンズ、
からなることを特徴とする広角光学系。
前記第１レンズ群は
物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、
両凸レンズと、接合面が凹のレンズからなる正の屈折力を有する２枚接合レンズ、
開口絞り、
両凹レンズと両凸レンズからなる２枚接合レンズ、
１枚の両凸レンズ、
からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の広角光学系。
前記第２レンズ群中の、前記両凹レンズと前記両凸レンズからなる２枚接合レンズは正の屈折力を持つことを特徴とする請求項３に記載の広角光学系。
前記１枚の両凸レンズの像側の面は、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の広角光学系。
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の広角光学系。
0.3 ≦（R45＋R23）／（R45−R23）≦ 0.5 ・・・（１）
ここで、R23は前記開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
R45は前記開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
である。
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の広角光学系。
−0.5 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.3 ・・・（２）
ここで、R6ｆは前記１枚の両凸レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R6ｒは前記１枚の両凸レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の広角光学系。
0.3 ≦（R3ｒ＋R3ｆ）／（R3ｒ−R3ｆ）≦ 0.5 ・・・（３）
ここで、R3ｆは開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面が凹のレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R3ｒは開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面が凹のレンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の広角光学系。
10 ≦（R45r＋R45f）／（R45r−R45f）≦ 40 ・・・（４）
ここで、R45fは開口絞りの像側に配置された接合レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R45rは開口絞りの像側に配置された接合レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
以下の条件式（５）及び条件式（６）を全て満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の広角光学系。
0.8 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.2 ・・・（５）
1.3 ≦｜ｆ1／ｆ2｜≦ 1.5 ・・・（６）
ここで、ｆ1は前記広角光学系の第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は前記広角光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは前記広角光学系の全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（５）’及び条件式（６）を全て満足することを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかに記載の広角光学系。
1.0 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.4 ・・・（５）’
1.3 ≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（７）
ここで、ｆ2は前記光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは前記光学系の全系の焦点距離、
HD12は前記光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、
である。
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の広角光学系。
｜IH／EXP｜≦ 0.35 ・・・（８）
ここで、IHは最大像高、
EXPは像面から射出瞳までの軸上距離（物体側から像面方向を正とする）、
である。
請求項１から１２のいずれかに記載の広角光学系と、
前記光学系全体を光軸方向に移動させる駆動手段と、
そして前記光学系の結像面近傍に設けた撮像素子と、
を有する撮像装置であって、
前記光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも前記撮像素子側に移動可能であり、
非撮影状態において無限遠物体合焦位置よりも前記撮像素子側で停止していることを特徴とする撮像装置。
前記非撮影状態において、前記光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも前記撮像素子側に移動できるよう前記光学系の最も像側のレンズと前記撮像素子との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でも撮像素子側の規制領域を確保したことを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。