JP4802598B2

JP4802598B2 - 撮像光学系および撮像装置

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Publication number: JP4802598B2
Application number: JP2005232924A
Authority: JP
Inventors: 哲生河野; 玄太柳生; 伸二山口
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007047538A

Description

本発明は、撮像光学系および撮像装置に関し、特に、撮像倍率が可変で変倍比の高い撮像光学系に関する。

近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、手軽に画像を取り込めるデジタルカメラが普及している。また、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末（ＰＤＡ：ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）等の情報処理機器にデジタルカメラを組み込むことも一般化している。このような状況のもと、より小型のデジタルカメラが求められるようになっており、撮像光学系にもより一層の小型化が要望されている。

また、光を電気信号に変換する撮像素子も、画素数をはじめとする種々の点で高性能化が進んでいる。このため、撮像光学系には、単に小型であるだけでなく、高性能であることも要求されるようになっている。

さらに、デジタルカメラの撮像光学系としてはズーム光学系が用いられているが、変倍比を従来の２〜５程度から、一層高倍にすることも求められている。この要求を満たし得る変倍比の高いズーム光学系は、従来から知られている。例えば、特許文献１には変倍比が１０程度のズーム光学系が開示されている。
特開２０００−３４７１０２号公報

ところが、特許文献１のズーム光学系は変倍比が大きいものの、小型とはいえず、また高性能とも言い難い。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、変倍比が大きく、しかも、小型かつ高性能である撮像光学系を提供することを目的とする。また、そのような撮像光学系を備えた小型、高性能である撮像装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、次の構成により解決される。

（１）撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、の４群構成、又は、撮像対象側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、の５群構成からなり、
第１レンズ群が撮像対象側から順に負レンズと正レンズとからなり、第２レンズ群が少なくとも１枚の正レンズを含み、
第２レンズ群に後続する少なくとも２つのレンズ群を後続レンズ群とすると、第１レンズ群と第２レンズ群と後続レンズ群の少なくとも１つのレンズ群とを移動させて変倍を行い、広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群の横倍率をβＢＴ、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、
０．２＜Ｍ１／ｆＴ＜０．８
３．２＜Ｍ１／ｆＷ＜８．２
２＜ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＜４
−２．２＜ｆ２／ｆＷ＜−０．９
βＢＷ＞−０．９
βＢＴ＜−１．１
１＜ｆ１Ｐ／ｆＷ＜１２
−５０＜ｆ１Ｎ／ｆＴ＜−３
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。

（２）広角端から望遠端までの変倍時に、第１レンズ群は単調に撮像対象側に移動することを特徴とする（１）に記載の撮像光学系。

（３）撮像素子と、（１）又は（２）に記載の撮像光学系を備えることを特徴とする撮像装置。

本発明の撮像光学系は、第１レンズ群が負レンズと正レンズからなり、第１レンズ群の屈折力が適切であり、さらに第１レンズ群の変倍時の移動量が適切であるため、小型に構成することができて、また諸収差の発生を少なくすることができて、高変倍にするのに適する。このような特長を有する撮像光学系を備えた本発明の撮像装置は、小型、高性能の装置となる。

上記目的を達成するために、本発明では、撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系は、撮像対象側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、少なくとも２つのレンズ群からなる後続レンズ群とを有し、第１レンズ群が撮像対象側から順に負レンズと正レンズとからなり、第２レンズ群が少なくとも１枚の正レンズを含み、第１レンズ群と第２レンズ群と後続レンズ群の少なくとも１つのレンズ群とを移動させて変倍を行い、次の式１、式２、式３の関係を満たすものとする。

０．２＜Ｍ１／ｆＴ＜０．８・・・式１
３．２＜Ｍ１／ｆＷ＜８．２・・・式２
２＜ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＜４・・・式３
ただし、Ｍ１は広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量、ｆＴは望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離、ｆＷは広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離である。
広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群が移動し、後続レンズ群の少なくとも１つのレンズ群とが移動すると、広角端ではバックフォーカスを確保することができて、また望遠端では撮像光学系の全長を短くすることができる。さらに第１レンズ群を負レンズと正レンズとの２枚のレンズからなる構成にすると、レンズ群の厚みが薄くすることができて、撮像しない時沈胴長の短縮化を図れる。
式１は、撮像光学系の望遠端おいて、広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量を適切な範囲に規定するものである。Ｍ１／ｆＴの値が式１の下限に達しないと、第１レンズ群の移動量が小さくなり、広角端での撮像光学系の全長が長くなって、好ましくない。さらに広角端での第１群レンズ位置が撮像対象側に長くなり、周辺光量を確保するのに第１レンズ群の有効径が大きくなり、好ましくない。またＭ１／ｆＴの値が式１の上限を超えると、第１レンズ群の移動量が大きくなり、望遠端での撮像光学系の全長が長くなるとともに、望遠端での周辺光量を確保するのに第１レンズ群の有効径が大きくなる。
式１に代えて次の式１’の関係を満たすようにすると、さらに小型で高性能の撮像光学系となる。

０．２＜Ｍ１／ｆＴ＜０．５・・・式１’
式２は、撮像光学系の広角端において、広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量を適切な範囲に規定するものである。Ｍ１／ｆＷの値が式１の下限に達しないと、第１レンズ群の移動量が小さくなり、広角端での撮像光学系の全長が長くなって、好ましくない。さらに広角端での第１群レンズ位置が撮像対象側に長くなり、周辺光量を確保するのに第１レンズ群の有効径が大きくなり、好ましくない。またＭ１／ｆＷの値が式１の上限を超えると、第１レンズ群の移動量が大きくなり、望遠端での撮像光学系の全長が長くなるとともに、望遠端での周辺光量を確保するのに第１レンズ群の有効径が大きくなる。
式２に代えて次の式２’の関係を満たすようにすると、さらに小型で高性能の撮像光学系となる。

３．２＜Ｍ１／ｆＷ＜５．５・・・式２’
式３は、第１レンズ群の屈折力の適切な範囲を規定するものである。ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2の値が式３の下限に達しないと、第１レンズ群の屈折力が強くなり、望遠側の球面収差の補正が困難になる。逆にｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2の値が式３の上限を超えると、収差補正上有利であるが、撮像光学系の全長が長くなって、好ましくない。
さらに、第２レンズ群に少なくとも１枚の正レンズを含むとともに、次の式４の関係を満たすようにするとよい。ただし、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離である。

−２．２＜ｆ２／ｆＷ＜−０．９・・・式４
式４は、第２レンズ群の屈折力の適切な範囲を規定するものである。ｆ２／ｆＷの値が条件式の下限に達しないと、収差補正は有利であるが、撮像光学系の全長が長くなる。逆にｆ２／ｆＷの値が条件式の上限を超えると、ペッツバール和が負に偏り像面湾曲が悪化するとともに、広角端の負の歪曲収差が増大する。
また、次の式５と式６の関係を満たすようにするとよい。ただし、βＢＷは広角端での後続レンズ群の横倍率、βＢＴは望遠端での後続レンズ群の横倍率である。

βＢＷ＞−０．９・・・式５
βＢＴ＜−１．１・・・式６
式５と式６は、後続レンズ群の横倍率の適切な範囲を規定するものである。βＢＷの値が条件式の下限より大きく、βＢＴの値が条件式の上限より小さいと、広角端から望遠端への変倍に際し、後続レンズ群の横倍率が等倍を挟んで変化し、広角端での横倍率の絶対値が等倍より小さく望遠端での横倍率の絶対値が等倍より大きくなるので、高倍率であってレンズ性能を良くすることができる。
式５と式６に代えて次の式５’と式６’の関係を満たすようにすると、さらに高倍率で高性能の撮像光学系となる。

−０．２＞βＢＷ＞−０．９・・・式５’
−２．２＜βＢＴ＜−１．１・・・式６’
また、次の式７と式８の関係を満たすようにするとよい。ただし、ｆ１Ｐは第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離、ｆ１Ｎは第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離である。

１＜ｆ１Ｐ／ｆＷ＜１２・・・式７
−５０＜ｆ１Ｎ／ｆＴ＜−３・・・式８
式７は第１レンズ群の正レンズの屈折力を適切な範囲に規定するものであり、式８は第１レンズ群の負レンズの屈折力を適切な範囲に規定するものである。式７と式８を満たすことにより、望遠端で軸上色収差と像面特性の補正をすることができて、広角端で倍率色収差と像面特性の補正をすることができる。
また、次の９式の関係を満たすようにするとよい。ただし、ｆ２Ｐは第２レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離である。

−３．８＜ｆ２Ｐ／ｆ２＜−０．８・・・式９
式９は、第２レンズ群の正レンズの屈折力を適切な範囲に規定するものである。
ｆ２Ｐ／ｆ２の値が条件式の下限に達しないと、広角端での倍率色収差の補正が困難になる。逆にｆ２Ｐ／ｆ２の値が条件式の上限を超えると、望遠端で球面収差が補正過剰になる。
また、広角端から望遠端までの変倍時に、第１レンズ群が単調に撮像対象側に移動するようにするとよい。第１レンズ群を駆動機構により移動させる際に、制御部を簡単な構成にすることができる。
前記目的を達成するために、本発明ではまた、撮像装置は、撮像素子と、上記のいずれかの撮像光学系とを備えるものとする。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態であるデジタルカメラ１の外観を図１に模式的に示す。図１において（ａ）は前面および上面を表す斜視図、（ｂ）は背面図である。デジタルカメラ１は、本体１０と、本体１０に取り付けられたレンズ鏡胴１１を有している。レンズ鏡胴１１は複数段より成り、撮像時には本体１０の前方に突出し、非撮像時には本体１０に収容し得るように、前後方向に可動に構成されている。レンズ鏡胴１１は、撮像光学系１２を収容し、保持している。

撮像光学系１２は、撮像対象からの光を本体１０に収容されている撮像素子２１（図２参照）に導き、撮像素子２１上に結像させる。撮像光学系１２の焦点距離は可変、つまり、撮像光学系１２はズーム光学系である。

デジタルカメラ１は、前面にフラッシュ発光部１４、上面に電源ボタン１５とシャッターレリーズボタン１６、背面に表示部１７とズームボタン１８と他の操作ボタン１９を備えている。フラッシュ発光部１４は撮像対象を照明するフラッシュ光を発する。電源ボタン１５は、撮像素子２１をはじめ電力で動作する各部への電力の供給と停止の指示のために操作され、シャッターレリーズボタン１６は、記録用画像の撮像指示のために操作される。

表示部１７は液晶表示器より成り、撮像した画像およびデジタルカメラ１の設定状況、操作案内等の諸情報を表示する。ズームボタン１８は、撮像光学系１２の焦点距離設定のために操作される。ズームボタン１８の一端部を押すと、撮像光学系１２の焦点距離が増大する方向に変化し、撮像画角は狭く、撮像倍率は大きくなる。ズームボタン１８の他端部を押すと、撮像光学系１２の焦点距離が減少する方向に変化し、撮像画角は広く、撮像倍率は小さくなる。撮像光学系１２の焦点距離の設定可能な範囲のうち、最長端を望遠端といい、最短端を広角端という。操作ボタン１９は、デジタルカメラ１の諸設定のために操作される。

図２にデジタルカメラ１の構成を模式的に示す。デジタルカメラ１は、撮像光学系１２および表示部１７のほか、撮像素子２１、信号処理部２２、記録部２３、操作部２４、撮像光学系駆動部２５および制御部２６を有している。撮像素子２１はＣＣＤエリアセンサであり、画素ごとの受光量を表す信号を出力する。信号処理部２２は撮像素子２１の出力信号を処理して、撮像した画像を表す画像データを生成する。記録部２３は信号処理部２２が生成した画像データを着脱可能な記録媒体２３ａに記録し、また、画像の再生表示のために、記録媒体２３ａから画像データを読み出す。操作部２４は前述の諸ボタン１６〜１９の総称であり、使用者の操作を制御部２６に伝達する。

撮像光学系駆動部２５は、いくつかのモータとその駆動力を撮像光学系１２のレンズ群に伝達する伝達機構を有しており（不図示）、撮像光学系１２の焦点距離と焦点位置を設定する。制御部２６は操作部２４を介して与えられる指示に応じて各部を制御する。

撮像光学系１２の構成を図３に示す。撮像光学系１２は、撮像対象側から順に第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を有する。
第１レンズ群Ｇ１は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２より成り、全体として正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３，撮像対象側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４、両凸レンズＬ５より成り、全体として負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ６，両凸レンズＬ７、両凹レンズＬ８、撮像対象側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ９より成り、全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ１０より成り、全体として正の屈折力を有する。
レンズＬ３の面ｒ６、レンズＬ９の面ｒ１８、レンズＬ９の面ｒ１９およびレンズＬ１０の面ｒ２１はいずれも非球面である。また、レンズＬ７とレンズＬ８は接着されており、両面の間には接着剤が存在する。
第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間には、開口径が可変の絞りＳが設けられている。絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。また、撮像素子２１の直前にはローパスフィルターＦが配置されている。
なお、図３に示した符号ｒ１〜ｒ２３はレンズＬ１〜Ｌ１０、絞りＳ、およびフィルターＦの面である。レンズＬ１〜Ｌ１０およびフィルターＦはそれぞれ２つの面を有する。同一のレンズ（フィルター）の２つの面のうち、符号の数字の値が小さいものの方がより撮像対象に近い面である。例えば、レンズＬ３は面ｒ５と面ｒ６を有するが、面ｒ５が撮像対象側に位置し、面ｒ６が撮像素子２１側に位置する。絞りＳは１つの面ｒ１１のみを有する。なお、絞りＳの面ｒ１１の前後の媒質は空気であり、当然、面ｒ１１の前後で屈折率は変化しない。
図３の撮像光学系は広角端における無限遠合焦状態を示す。図３に示した矢印は、ズーミングに際してのレンズ群Ｇ１〜Ｇ４の位置を表している。矢印の基端が広角端、先端が望遠端に対応する。なお、ズーミングに際し固定であるレンズ群には矢印を示していない。ズーミングは第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を移動させて、広角端から望遠端へのズーミングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大するように変化することによって行われる。また、第４レンズ群Ｇ４が撮像対象側に移動することにより、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う。

広角端および望遠端での焦点距離はそれぞれ５．０ｍｍおよび５０．０ｍｍであり、したがって、変倍比は１０である。広角端および望遠端でのＦ数はそれぞれ２．７および５．２である。また、中間の焦点距離が１６ｍであるときのＦ数は４．３である。
撮像光学系１２のコンストラクションデータを表１に示す。表１において、曲率半径をｒで示し、撮像対象側から順に番号を付し、図３の符号ｒ１からｒ２３に対応する。軸上面間隔をｄで示し、撮像対象側から順に番号を付している。ズーミングにより変化する軸上面間隔については、広角端と上記の中間の焦点距離と望遠端での値を、左から順に表している。屈折率、アッベ数は撮像対象側から順に番号を付している。また、屈折率およびアッベ数はｄ線に対するものであり、屈折率およびアッベ数は空気については省略してある。なお、非球面については面番号の末尾にアスタリスク（＊印）を付している。撮像素子が最終面の後ろに配置されている。距離の単位はｍｍである。

非球面は次の式１０で定義している。

Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ²／｛１＋（１−ε・Ｃ²・Ｈ²）^1/2｝＋ΣＡｋ・Ｈｋ・・・式１０
ここで、Ｈは光軸に対して垂直な方向の高さ、Ｘ（Ｈ）は高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）、Ｃは近軸曲率、εは２次曲面パラメータ、ｋは非球面の次数、Ａｋはｋ次の非球面係数である。非球面に関するデータを表２に示す。

広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１で表すとき、Ｍ１／ｆＴ＝０．４４、Ｍ１／ｆＷ＝４．４，ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＝２．２である。したがって、前述の式１，式２、式３の関係は全て満たされおり、式１’撮像光学系ＣＬの焦点距離は４．５ｍｍ、Ｆ数は４である。式２’の関係も全て満たされている。

また、第２レンズ群の焦点距離をｆ２で表すとき、ｆ２／ｆＷ＝−１．１８である。したがって式４の関係を満たしている。さらに、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群での横倍率をβＢＴで表すとき、βＢＷ＝−０．６３，βＢＴ＝−１．８９である。したがって式５，式６の関係を全て満たしており、式５’、式６’も満たしている。また、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、ｆ１Ｐ／ｆＷ＝３．４６，ｆ１Ｎ／ｆＴ＝−６．９５である。したがって式７，式８の関係を全て満たしている。また、第２レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ２Ｐで表すとき、ｆ２Ｐ／ｆ２＝−１．８である。したがって式９の関係を満たしている。
撮像光学系１２の収差を図４に示す。球面収差の線ｄはｄ線の収差、線ｇはｇ線の収差である。線ＳＣは正弦条件不満足量を表している。また、非点収差の線ＤＭおよび線ＤＳはそれぞれメリジオナル面およびサジタル面での収差である。単位は、歪曲の横軸のみ百分率であり、他の軸については全てｍｍである。
本実施形態のデジタルカメラ３の撮像光学系１２は、変倍比が１０と大きいが、図４より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。また、全長が４５ｍｍ程度（広角端）であり、小型になっている。
以下、他の実施形態のデジタルカメラについて説明するが、撮像光学系以外の構成は第１の実施形態のものと同様なので、重複する説明は省略し、撮像光学系についてのみ述べる。なお、以下に示す図５〜図１０においては図３および図４と同様の表記方法を採用している。また、非球面の定義は前述の式１０に従っており、表３〜表８においては表１および表２と同様の表記方法を採用している。

第２の実施形態のデジタルカメラ２の撮像光学系１２の構成を図５に示す。デジタルカメラ２の撮像光学系１２は、撮像対象側から順に第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、撮像対象側に凸面を負メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２より成り、全体として正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３，両凹レンズＬ４、撮像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５より成り、全体として負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、撮像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６，撮像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７，両凸レンズＬ８、撮像対象側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９より成り、全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群Ｇ４は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０、撮像対象側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１より成り、全体として負の屈折力を有する。第５レンズ群Ｇ５は両凸レンズＬ１２より成り、全体として正の屈折力を有する。

レンズＬ３の面ｒ６、レンズＬ７の面ｒ１４はいずれも非球面である。また、レンズＬ８とレンズＬ９は接着されており、レンズＬ８とレンズＬ９の間には、接着剤が存在する。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間には絞りＳが設けられている。絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。また、撮像素子２１の直前にはローパスフィルターＦが配置されている。

ズーミングは第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を移動させて、広角端から望遠端へのズーミングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が増大するように変化することによって行われる。また、第４レンズ群Ｇ４が撮像面側に移動することにより、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う。

広角端および望遠端での焦点距離はそれぞれ５．０ｍｍおよび５０．０ｍｍであり、したがって、変倍比は１０．０である。広角端および望遠端でのＦ数はそれぞれ２．８８および４．９５である。また、中間焦点距離が１３．０ｍｍであるときのＦ数は３．８０である。

撮像光学系１２のコンストラクションデータを表３に示し、非球面に関するデータを表４に示す。

広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１で表すとき、Ｍ１／ｆＴ＝０．４８、Ｍ１／ｆＷ＝４．８，ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＝３．２２である。したがって、前述の式１，式２、式３の関係は全て満たされおり、式１’、式２’の関係も全て満たされている。

また、第２レンズ群の焦点距離をｆ２で表すとき、ｆ２／ｆＷ＝−１．６２である。したがって式４の関係を満たしている。さらに、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群での横倍率をβＢＴで表すとき、βＢＷ＝−０．４６，βＢＴ＝−１．４３である。したがって式５，式６の関係を全て満たしており、式５’、式６’も満たしている。また、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、ｆ１Ｐ／ｆＷ＝７．４４，ｆ１Ｎ／ｆＴ＝−２９．４７である。したがって式７，式８の関係を全て満たしている。また、第２レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ２Ｐで表すとき、ｆ２Ｐ／ｆ２＝−２．３３である。したがって式９，式８の関係を満たしている。
撮像光学系１２の収差を図６に示す。本実施形態のデジタルカメラ３の撮像光学系１２は、変倍比が１０と大きいが、図６より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。また、全長が５１ｍｍ程度（広角端）であり、小型になっている。
第３の実施形態のデジタルカメラ２の撮像光学系１２の構成を図７に示す。デジタルカメラ２の撮像光学系１２は、撮像対象側から順に第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、撮像対象側に凸面を負メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２より成り、全体として正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３，両凹レンズＬ４、撮像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５より成り、全体として負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ６，撮像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７，両凸Ｌ８、撮像対象側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９より成り、全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群Ｇ４は、両凹レンズＬ１０より成り、全体として負の屈折力を有する。第５レンズ群Ｇ５は両凸レンズＬ１１より成り、全体として正の屈折力を有する。

ズーミングは第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を移動させて、広角端から望遠端へのズーミングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が増大するように変化することによって行われる。また、第５レンズ群Ｇ５が撮像対象側に移動することにより、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う。

広角端および望遠端での焦点距離はそれぞれ５．０ｍｍおよび５０．０ｍｍであり、したがって、変倍比は１０．０である。広角端および望遠端でのＦ数はそれぞれ２．８８および４．９５である。また、中間焦点距離が２４．０ｍｍであるときのＦ数は４．３０である。

撮像光学系１２のコンストラクションデータを表５に示し、非球面に関するデータを表６に示す。

広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１で表すとき、Ｍ１／ｆＴ＝０．４８、Ｍ１／ｆＷ＝４．８，ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＝３．１６である。したがって、前述の式１，式２、式３の関係は全て満たされおり、式１’、式２’の関係も全て満たされている。

また、第２レンズ群の焦点距離をｆ２で表すとき、ｆ２／ｆＷ＝−１．５８である。したがって式４の関係を満たしている。さらに、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群での横倍率をβＢＴで表すとき、βＢＷ＝−０．４８，βＢＴ＝−１．４３である。したがって式５，式６の関係を全て満たしており、式５’、式６’も満たしている。また、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、ｆ１Ｐ／ｆＷ＝７．３１，ｆ１Ｎ／ｆＴ＝−２８．９９である。したがって式７，式８の関係を全て満たしている。また、第２レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ２Ｐで表すとき、ｆ２Ｐ／ｆ２＝−１．９２である。したがって式９，式８の関係を満たしている。
撮像光学系１２の収差を図８に示す。本実施形態のデジタルカメラ３の撮像光学系１２は、変倍比が１０と大きいが、図８より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。また、全長が５１ｍｍ程度（広角端）であり、小型になっている。
第４の実施形態のデジタルカメラ２の撮像光学系１２の構成を図９に示す。デジタルカメラ２の撮像光学系１２は、撮像対象側から順に第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を有する。

第１レンズ群Ｇ１は、撮像対象側に凸面を負メニスカスレンズＬ１、両凸レンズＬ２より成り、全体として正の屈折力を有する。第２レンズ群Ｇ２は、撮像対象側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３，撮像対象側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４、両凸レンズＬ５より成り、全体として負の屈折力を有する。第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ６，両凸レンズＬ７、両凹レンズＬ８、両凸レンズＬ９より成り、全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ１０より成り、全体として正の屈折力を有する。

レンズＬ３の面ｒ６、レンズＬ９の面ｒ１８と面ｒ１９、レンズＬ１０の面２１はいずれも非球面である。また、レンズＬ７とレンズＬ８は接着されており、レンズＬ７とレンズＬ８の間には、接着剤が存在する。
第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間には絞りＳが設けられている。絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。また、撮像素子２１の直前にはローパスフィルターＦが配置されている。

ズーミングは第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４を移動させて、広角端から望遠端へのズーミングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が増大するように変化することによって行われる。また、第４レンズ群Ｇ４が撮像対象側に移動することにより、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行う。

広角端および望遠端での焦点距離はそれぞれ５．０ｍｍおよび５０．０ｍｍであり、したがって、変倍比は１０．０である。広角端および望遠端でのＦ数はそれぞれ２．７および５．１５である。また、中間焦点距離が１６．０ｍｍであるときのＦ数は４．３０である。

撮像光学系１２のコンストラクションデータを表７に示し、非球面に関するデータを表８に示す。

広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１で表すとき、Ｍ１／ｆＴ＝０．４４、Ｍ１／ｆＷ＝４．４，ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＝２．２４である。したがって、前述の式１，式２、式３の関係は全て満たされおり、式１’、式２’の関係も全て満たされている。

また、第２レンズ群の焦点距離をｆ２で表すとき、ｆ２／ｆＷ＝−１．２である。したがって式４の関係を満たしている。さらに、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群での横倍率をβＢＴで表すとき、βＢＷ＝−０．６２，βＢＴ＝−１．７９である。したがって式５，式６の関係を全て満たしており、式５’、式６’も満たしている。また、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、ｆ１Ｐ／ｆＷ＝３．４，ｆ１Ｎ／ｆＴ＝−６．５７である。したがって式７，式８の関係を全て満たしている。また、第２レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ２Ｐで表すとき、ｆ２Ｐ／ｆ２＝−１．７１である。したがって式９，式８の関係を満たしている。
撮像光学系１２の収差を図１０に示す。本実施形態のデジタルカメラ３の撮像光学系１２は、変倍比が１０と大きいが、図１０より明らかなように諸収差が良好に抑えられており、高い結像特性を有する。また、全長がフィルターＦまで含めても４５ｍｍ程度（広角端）であり、小型になっている。
なお、上記の各実施形態ではスチル画像を撮像するデジタルカメラの例を掲げたが、本発明の撮像光学系は、動画を撮像するデジタルビデオカメラや、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末等の情報処理機器に組み込まれるカメラに採用することも可能である。

各実施形態のデジタルカメラの外観を模式的に示す斜視図（ａ）および背面図（ｂ）。各実施形態のデジタルカメラの構成を模式的に示す図。第１の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の構成を示す図。第１の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）での収差を示す図。第２の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の構成を示す図。第２の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）での収差を示す図。第３の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の構成を示す図。第３の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）での収差を示す図。第４の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の構成を示す図。第４の実施形態のデジタルカメラの撮像光学系の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）での収差を示す図。

符号の説明

１デジタルカメラ
１０カメラ本体
１１レンズ鏡胴
１２撮像光学系
１４フラッシュ発光部
１５電源ボタン
１６シャッターレリーズボタン
１７表示部
１８ズームボタン
１９操作ボタン
２１撮像素子
２２信号処理部
２３記録部
２３ａ記録媒体
２４操作部
２５撮像光学系駆動部
２６制御部
Ｇ１〜Ｇ５レンズ群
Ｌ１〜Ｌ１２レンズ
Ｓ絞り
Ｆローパスフィルター
ｒ１〜ｒ２７面

Claims

撮像対象からの光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
撮像対象側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、の４群構成、又は、撮像対象側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、の５群構成からなり、
第１レンズ群が撮像対象側から順に負レンズと正レンズとからなり、第２レンズ群が少なくとも１枚の正レンズを含み、
第２レンズ群に後続する少なくとも２つのレンズ群を後続レンズ群とすると、第１レンズ群と第２レンズ群と後続レンズ群の少なくとも１つのレンズ群とを移動させて変倍を行い、広角端から望遠端までの第１レンズ群の移動量をＭ１、望遠端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＴ、広角端での当該撮像光学系全体の焦点距離をｆＷ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端での後続レンズ群の横倍率をβＢＷ、望遠端での後続レンズ群の横倍率をβＢＴ、第１レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離をｆ１Ｐ、第１レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離をｆ１Ｎで表すとき、
０．２＜Ｍ１／ｆＴ＜０．８
３．２＜Ｍ１／ｆＷ＜８．２
２＜ｆ１／（ｆＷ・ｆＴ）^1/2＜４
−２．２＜ｆ２／ｆＷ＜−０．９
βＢＷ＞−０．９
βＢＴ＜−１．１
１＜ｆ１Ｐ／ｆＷ＜１２
−５０＜ｆ１Ｎ／ｆＴ＜−３
の関係を満たすことを特徴とする撮像光学系。
広角端から望遠端までの変倍時に、第１レンズ群は単調に撮像対象側に移動することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
撮像素子と、請求項１又は請求項２に記載の撮像光学系を備えることを特徴とする撮像装置。