JP4956343B2

JP4956343B2 - ２焦点撮像光学系および撮像機器

Info

Publication number: JP4956343B2
Application number: JP2007240972A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　賢一
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2008107808A; US20090002839A1; US7724445B2

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を用いた撮像機器、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）等に搭載される撮像光学系に関し、特に、広角側と望遠側とに焦点距離を切り替え可能な２焦点撮像光学系に関する。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は近年、非常に小型化および高画素化が進んでいる。そのため、撮像機器本体、ならびにそれに搭載されるレンズにも、小型で高性能なものが求められている。従来、例えばカメラ付き携帯電話機に搭載される撮像レンズとして、非球面を多用することにより２枚または３枚の簡易なレンズ構成にしたものが知られている。このような簡易なレンズ構成であると、ズームレンズの構成にするのは困難であり、単焦点レンズとなってしまう。しかしながら、携帯型の撮像機器においても、通常画角のほかに望遠での撮影を楽しみたいという要望が強まっている。レンズ枚数を増やすことでズームレンズにすることも可能であるが、その場合、コストが掛かりまた全体の構成も大型化してしまう。また、主レンズ系に対して外付けのアタッチメントレンズを付加することで焦点距離を切り替える方法もあるが、主レンズ系に対してさらに光学系を付加することになるので、構成が大型化し、携帯型の撮像機器には向かない。

そこで、特許文献１には、主レンズ系に対してアタッチメントレンズを付加するのではなく、主レンズ系の一部を選択的に入れ替えることにより焦点距離を広角側と望遠側とに切り替えるようにした２焦点レンズの発明が開示されている。特許文献１に記載の２焦点レンズは、物体側から順に第１レンズ群と第２レンズ群との２つのレンズ群から構成されている。第２レンズ群は、広角側第２レンズ群と望遠側第２レンズ群とからなる。そして、広角側では第１レンズ群と広角側第２レンズ群との組み合わせにより広角側主レンズ系を構成し、望遠側では第１レンズ群と望遠側第２レンズ群とにより望遠側主レンズ系を構成している。このように、撮像側のレンズ群を入れ替えて広角側と望遠側とに焦点距離を切り替えている。具体的な実施例としては、第１レンズ群が２枚のレンズからなり、第２レンズ群が２枚または３枚のレンズからなる構成が開示されている。
特開２００５−２６５９５０号公報

特許文献１に記載の方式の場合、主レンズ系の一部を入れ替えているため、主レンズ系にアタッチメントレンズを付加する場合に比べて、小型化を実現できる。しかしながら、特許文献１に記載の２焦点レンズは、撮像面に隣接する側のレンズ群を入れ替える方式であるため、レンズ群の入れ替えに伴い、撮像面にゴミが付着する等のおそれがある。通常、撮像面の前側にはカバーガラスが配置されるが、その場合にもカバーガラスにゴミが付着する等のおそれがある。また、特許文献１に開示されている実施例は、カメラ付き携帯電話機等に搭載される撮像レンズとしては、全体としてレンズ枚数が多く、小型化の点で不十分である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型で簡易なレンズ構成でありながら、広角側と望遠側とに焦点距離を切り替えることが可能であり、かつ、焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着を防止することができる２焦点撮像光学系、およびその２焦点撮像光学系を搭載して広角撮影と望遠撮影との切り替えを簡易に行うことができる撮像機器を提供することにある。

本発明による２焦点撮像光学系は、１枚のレンズよりなり正の屈折力を有する広角用の第１群と、１枚または２枚のレンズよりなり全体として正の屈折力を有する望遠用の第１群と、１枚のレンズよりなり正の屈折力を有し、広角用の第１群および望遠用の第１群に対して共通に用いられる第２群とを備え、各群はそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を有し、広角用の第１群と望遠用の第１群とを選択的に用いて、広角撮影時には、物体側から順に広角用の第１群と第２群とが光軸上に配置され、望遠撮影時には、物体側から順に望遠用の第１群と第２群とが光軸上に配置されるようにすることで、全体の焦点距離を２つに切り替え可能に構成され、かつ、下記条件式を満足するものである。
１．０＜ｆ１ｗ／ｆｗ＜３．０ ……（１）
２．０＜ｆ２／ｆｗ＜４．０ ……（２）
２．５＜ｆ１ｔ／ｆｗ＜４．０ ……（３）
ただし、ｆｗは広角側での全系の焦点距離、ｆ１ｗは広角用の第１群の焦点距離、ｆ１ｔは望遠用の第１群の焦点距離、ｆ２は第２群の焦点距離とする。

本発明による２焦点撮像光学系では、物体側から順に、正の第１群と正の第２群とが配置された構成を基本とする。そして、第１群として広角用の第１群と望遠用の第１群とが選択的に切り替えられて光軸上に配置されることで、広角側と望遠側とに焦点距離が切り替えられる。物体側に配置された第１群を切り替える方式であるため、焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着が防止される。また、この２焦点撮像光学系では、各群が１枚または２枚で構成されているので、全体としてもレンズ枚数が少なく、小型で簡易な構成となる。この場合において、各群にそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を使用し、かつ、各条件式を満足して各レンズ群の屈折力が最適化されていることで、小型で簡易な構成でありながら、高性能化が図られる。

本発明による２焦点撮像光学系において、広角用の第１群は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成されていることが好ましい。望遠用の第１群は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを少なくとも１枚有していることが好ましい。第２群は、光軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成されていることが好ましい。また、第２群はプラスチックレンズであることが好ましい。
これらの好ましい構成にすることで、全体として数枚という少ないレンズ構成でありながら、各レンズの形状等が最適化され、より高性能化を図りやすくなる。

本発明による撮像機器は、本発明の２焦点撮像光学系と、この２焦点撮像光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像機器では、本発明の２焦点撮像光学系によって広角撮影時と望遠広角時とで選択的に焦点距離の切り替えが行われ、それによって形成された光学像に基づいて撮像信号が得られ、その撮像信号に基づいて撮影画像が得られる。

本発明の２焦点撮像光学系によれば、物体側から順に、正の第１群と正の第２群とが配置された構成を基本とし、第１群として広角用の第１群と望遠用の第１群とを選択的に切り替えて光軸上に配置することにより焦点距離の切り替えを行うようにしたので、広角側と望遠側とに焦点距離を切り替えることが可能となる。この場合において、物体側に配置された第１群を切り替える方式であるため、焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着を防止することができる。また、各群を１枚または２枚の構成にすると共に、各群にそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を使用し、かつ、各条件式を満足して各レンズ群の屈折力を最適化するようにしたので、小型で簡易な構成でありながら、高性能化を図ることができる。

また、本発明の撮像機器によれば、上記本発明の２焦点撮像光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、撮影環境に応じて広角撮影と望遠撮影との切り替えを簡易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る２焦点撮像光学系の第１の構成例を示している。特に図１（Ａ）は第１の構成例の広角側での構成を示しており、後述の第１の数値実施例（図４（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図１（Ｂ）は第１の構成例の望遠側での構成を示しており、後述の第１の数値実施例（図５（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。また、図２（Ａ），（Ｂ）は、第２の構成例を示している。特に図２（Ａ）は第２の構成例の広角側での構成を示しており、後述の第２の数値実施例（図６（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図２（Ｂ）は第２の構成例の望遠側での構成を示しており、後述の第２の数値実施例（図７（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。さらに、図３（Ａ），（Ｂ）は、第３の構成例を示している。特に図３（Ａ）は第２の構成例の広角側での構成を示しており、後述の第３の数値実施例（図８（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。図３（Ｂ）は第３の構成例の望遠側での構成を示しており、後述の第３の数値実施例（図９（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。各構成例において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じである。

この２焦点撮像光学系は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた各種撮像機器、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、および情報携帯端末等に用いて好適なものである。この２焦点撮像光学系は、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１群と正の屈折力を有する第２群Ｇ２とが配置された構成を基本としている。光学的な開口絞りＳｔは、テレセントリック性を確保するためになるべく物体側に配置されていることが好ましい。各構成例では、第１群の前側、レンズ系の最も物体側に開口絞りＳｔが配置されている。

この２焦点撮像光学系の結像面Ｓｉｍｇには、ＣＣＤ等の撮像素子が配置される。第２群Ｇ２と撮像素子との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されている。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置される。なお、図１（Ａ），（Ｂ）〜図３（Ａ），（Ｂ）の各構成例では、光学部材ＧＣの像側の面を撮像面と一致させている。

第１群は、広角用の第１群Ｇ１ｗおよび望遠用の第１群Ｇ１ｔからなる。第２群Ｇ２は、広角用の第１群Ｇ１ｗおよび望遠用の第１群Ｇ１ｔに対して共通に用いられる。広角用の第１群Ｇ１ｗと望遠用の第１群Ｇ１ｔは選択的に用いられるものである。広角撮影時には、例えば図１（Ａ）に示したように物体側から順に広角用の第１群Ｇ１ｗと第２群Ｇ２とが光軸Ｚ１上に配置され、望遠撮影時には、例えば図１（Ｂ）に示したように物体側から順に望遠用の第１群Ｇ１ｔと第２群Ｇ２とが光軸Ｚ１上に配置されるようになっている。広角用の第１群Ｇ１ｗと望遠用の第１群Ｇ１ｔとを選択的に切り替えて使用することで、全体の焦点距離を広角側と望遠側との２つに切り替え可能とされている。望遠側では焦点距離が長くなるので、広角側から望遠側への切り替えの際には、広角時の構成に対して、撮像面を基準にして各群が全体的に物体側に繰り出される。

広角用の第１群Ｇ１ｗ、望遠用の第１群Ｇ１ｔ、および第２群Ｇ２はそれぞれ、正の屈折力を有する少なくとも１枚のレンズで構成されている。また、各群はそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を有している。特に、広角用の第１群Ｇ１ｗは、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成されていることが好ましい。望遠用の第１群Ｇ１ｔは、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを少なくとも１枚有することが好ましい。第２群Ｇ２は、光軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成されていることが好ましい。

なお、図１（Ａ），（Ｂ）および図２（Ａ），（Ｂ）に示した構成例は広角用の第１群Ｇ１ｗと望遠用の第１群Ｇ１ｔとが共に１枚のレンズで構成されているが、いずれか一方または双方を２枚のレンズで構成するようにしてもよい。特に、望遠側では色収差が発生しやすいので、高性能化を図る場合には、望遠用の第１群Ｇ１ｔを２枚のレンズで構成するようにしても良い。図３（Ｂ）に示した構成例では、望遠用の第１群Ｇ１ｔを、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカスレンズＬ１，Ｌ２で構成している。

第２群Ｇ２は、撮像面側に配置されたレンズであるため、第１群に比べて各画角ごとに光束が分離される。したがって第２群Ｇ２において非球面を適切に用いることで各画角ごとの収差補正をしやすく、像面湾曲および歪曲収差の補正をしやすい。また、テレセントリック性の確保をしやすい。このため、第２群Ｇ２の各レンズ面を光軸近傍と周辺部とで異なる形状とすることが好ましい。例えば、図１（Ａ），図１（Ｂ）の構成例のように、第２群Ｇ２の物体側の面を光軸近傍では凸形状、周辺部では凹形状とすることが好ましい。また、像側の面を例えば、光軸近傍において凹形状で周辺部で凸形状とすることが好ましい。このように複雑な非球面形状とするために、第２群Ｇ２は加工性の点でプラスチックレンズであることが好ましい。

この２焦点撮像光学系は、以下の条件を満足している。ただし、ｆｗは広角側での全系の焦点距離、ｆ１ｗは広角用の第１群Ｇ１ｗの焦点距離、ｆ１ｔは望遠用の第１群Ｇ１ｔの焦点距離、ｆ２は第２群Ｇ２の焦点距離とする。
１．０＜ｆ１ｗ／ｆｗ＜３．０ ……（１）
２．０＜ｆ２／ｆｗ＜４．０ ……（２）
２．５＜ｆ１ｔ／ｆｗ＜４．０ ……（３）

次に、以上のように構成された２焦点撮像光学系の作用および効果を説明する。
この２焦点撮像光学系では、第１群として広角用の第１群Ｇ１ｗと望遠用の第１群Ｇ１ｔとが選択的に切り替えられて光軸Ｚ１上に配置されることで、広角側と望遠側とに焦点距離が切り替えられる。物体側に配置された第１群を切り替える方式であるため、焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着が防止される。また、この２焦点撮像光学系では、各群が１枚（または２枚）で構成されているので、全体としてもレンズ枚数が少なく、小型で簡易な構成となる。この場合において、各群にそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を使用し、かつ、各条件式を満足して各レンズ群の屈折力が最適化されていることで、小型で簡易な構成でありながら、高性能化が図られる。

条件式（１）〜（３）は、各レンズの焦点距離に関するもので、これらの数値範囲を外れると、各レンズ間のパワーバランスが崩れ、小型化と高性能化とを両立するのが困難になる。これらの条件を満足することで、広角側と望遠側の双方において、各レンズ間のパワーバランスが最適化され、小型化と高性能化とを図りやすくなる。

また、この２焦点撮像光学系では、開口絞りＳｔを第１群の前側に配置したことで、全長短縮とテレセントリック性の確保とに有利なレンズ系が得られる。また、この２焦点撮像光学系では、各面の非球面を最適化することでより一層効果的な収差補正が可能となる。高画素の撮像素子に対応するためにはテレセントリック性、すなわち、撮像素子への主光線の入射角度が光軸に対して平行に近く（撮像面における入射角度が撮像面の法線に対してゼロに近く）なるようにすることが求められる。例えば、撮像素子に最も近い最終レンズ面である第２群Ｇ２の像側の面を光軸近傍において像側に凹形状で周辺部では像側に凸形状となる形状にすることで、各画角ごとの収差補正が適切になされ、光束の撮像素子への入射角度が一定の角度以下に制御される。これにより、結像面全域における光量むらを軽減することができ、また、像面湾曲および歪曲収差の補正に有利となる。

以上説明したように、本実施の形態に係る２焦点撮像光学系によれば、小型で簡易なレンズ構成でありながら、広角側と望遠側とに焦点距離を切り替えることが可能であり、かつ、焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着を防止することができる。

次に、本実施の形態に係る２焦点撮像光学系における広角側と望遠側との焦点切替機構（レンズ切替機構）について説明する。
図１７および図１８は、その焦点切替機構の一例を示している。図１７は正面側の構成、図１８は側面側の構成を示している。この焦点切替機構は、広角側の機構として、広角用の第１群Ｇ１ｗの外縁を支持する広角側レンズ枠１１と、広角側レンズ枠１１の一端を支持する支持軸１２と、一端が広角側レンズ枠１１に取り付けられた引張りばね１３と、広角側レンズ枠１１の回動を所定の位置で止めるための振れ止め１４とを備えている。望遠側の機構についても同様に、望遠用の第１群Ｇ１ｔの外縁を支持する望遠側レンズ枠２１と、望遠側レンズ枠２１の一端を支持する支持軸２２と、一端が望遠側レンズ枠２１に取り付けられた引張りばね２３と、望遠側レンズ枠２１の回動を所定の位置で止めるための振れ止め２４とを備えている。また、第２群Ｇ２用の機構として、第２群Ｇ２の外縁を支持する第２群用レンズ枠３１と、第２群用レンズ枠３１を光軸Ｚ１方向に移動可能に支持するガイド軸３２Ａおよびガイド軸３２Ｂとを備えている。広角側レンズ枠１１と望遠側レンズ枠２１は、図１７に示したように正面側から見て第２群用レンズ枠３１に対して例えば左右に略対称的な位置に配置されている。

この焦点切替機構はまた、上部に突起状の操作部４１が設けられた切替えレバー４２を備えている。切替えレバー４２の底面中央部には、図１７に示したようにギア４４と係合するラック４３が設けられている。この焦点切替機構はまた、図１８に示したように第２群用レンズ枠３１を光軸Ｚ１方向に移動させるためのカム軸４５を備えている。撮像素子５０（図１８参照）とカバーガラス等の光学部材ＧＣは、光軸Ｚ１上の所定位置に固定されている。

この焦点切替機構では、操作部４１を介して切替えレバー４２を左右に移動させることで、第２群用レンズ枠３１に対して広角側レンズ枠１１と望遠側望遠側レンズ枠２１との位置が切り替えられる。図１７の状態では、操作部４１を左方向に移動させることで広角用の引張りばね１３の張力により広角側レンズ枠１１が光学系の光軸Ｚ１に直交する面内（図１７のＸＹ平面内）で第２群Ｇ２側に回動し、第１群の構成が広角側に切り替えられている。図１７の状態から望遠側に切り替える場合には、操作部４１を右方向に移動させる。これにより、切替えレバー４２によって広角側レンズ枠１１が光軸Ｚ１上から退避すると共に、望遠用の引張りばね２３の張力により望遠側レンズ枠２１が光軸Ｚ１に直交する面内で第２群Ｇ２側に回動し、第１群の構成が望遠側に切り替えられる。この切り替え時にはまた、カム軸４５（図１８）が連動して回転することで第２群用レンズ枠３１が光軸Ｚ１方向に移動し、第２群Ｇ２の位置が望遠光学系に適した位置に切り替えられる。

この焦点切替機構では、第１群側を広角側と望遠側とで入れ替える方式のため、撮像面に隣接する第２群Ｇ２を入れ替える方式に比べて焦点距離の切り替えに伴う撮像面へのゴミ等の付着を防止することができる。この焦点切替機構では、第２群Ｇ２は光軸Ｚ１方向に移動するのみなので、例えば、第２群用レンズ枠３１から撮像面までを全体的に取り囲むような防塵機構を設けておけば良い。なお、図１８では、説明の都合上、広角用の第１群Ｇ１ｗと望遠用の第１群Ｇ１ｔの双方が光軸Ｚ１上に同時に配置した状態として示されているが、実際には双方は同時には光軸Ｚ１上に存在しない。上記した操作部４１の切り替え操作に応じていずれか一方のみが光軸Ｚ１上に配置される。

図１９は、この焦点切替機構を用いて２焦点撮像光学系を撮像機器に搭載した構成例を簡略化して示したものである。この撮像機器は、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、および情報携帯端末等である。この撮像機器は、例えば略直方体形状の撮像機器本体（筐体）５０を備えている。撮像機器本体５０の任意の箇所（例えば正面上部）には、撮影開口窓５１が設けられている。撮像機器本体５０内部には、撮影開口窓５１の中心位置に２焦点撮像光学系の光軸Ｚ１が一致するように焦点切替機構が組み込まれている。また、焦点切替機構の切替操作部４１が、例えば撮像機器本体５０の上部から突出するように組み込まれている。これにより、切替操作部４１を操作することで、選択的に２焦点撮像光学系の焦点距離の切り替えが行われる。そして、２焦点撮像光学系によって形成された光学像に基づいて撮像信号が得られ、その撮像信号に基づいて撮影画像が得られる。

このように、本実施の形態に係る撮像機器によれば、本実施の形態に係る２焦点撮像光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、撮影環境に応じて広角撮影と望遠撮影との切り替えを簡易に行うことができる。

次に、本実施の形態に係る２焦点撮像光学系の具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１および第２の数値実施例をまとめて説明する。
図１（Ａ）に示した第１の構成例の広角側での構成に対応する具体的なレンズデータを実施例１として、図４（Ａ），（Ｂ）に示す。同様にして、図１（Ｂ）に示した望遠側での構成に対応する具体的なレンズデータを図５（Ａ），（Ｂ）に示す。特に図４（Ａ），図５（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図４（Ｂ），図５（Ｂ）には非球面に関するデータを示す。図４（Ａ），図５（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜６）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｊは、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜３）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。図４（Ａ），図５（Ａ）にはまた、諸データとして、全系の近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）、および画角２ω（ω＝半画角）の値についても示す。

実施例１に係る２焦点撮像光学系は、各レンズの両面がすべて非球面形状となっている。図４（Ａ），図５（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。図４（Ｂ），図５（Ｂ）に非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。

非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_n，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸Ｚ１から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸Ｚ１に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。実施例１に係る２焦点撮像光学系は、第２群Ｇ２の各非球面（第３面および第４面）が非球面係数Ａ_nとして第３次〜第１０次の係数Ａ₃〜Ａ₁₀を有効に用いて表されている。広角用の第１群Ｇ１ｗおよび望遠用の第１群Ｇ１ｔの各非球面（第１面および第２面）は、奇数次の係数Ａ₃，Ａ₅，Ａ₇，Ａ₉が０となっている。
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋ΣＡ_n・ｈⁿ ……（Ａ）
（ｎ＝３以上の整数）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率（第２次の非球面係数）
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_n：第ｎ次の非球面係数

以上の実施例１に係る２焦点撮像光学系と同様にして、図２（Ａ）に示した第２の構成例の広角側での構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２として、図６（Ａ），（Ｂ）に示す。同様にして、図２（Ｂ）に示した望遠側での構成に対応する具体的なレンズデータを図７（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、実施例２に係る２焦点撮像光学系は広角側、望遠側のいずれについても、実施例１と同様、各レンズの両面がすべて非球面形状となっている。さらに同様にして、図３（Ａ）に示した第３の構成例の広角側での構成に対応する具体的なレンズデータを実施例３として、図８（Ａ），（Ｂ）に示す。同様にして、図３（Ｂ）に示した望遠側での構成に対応する具体的なレンズデータを図９（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、実施例３に係る２焦点撮像光学系についても、広角側、望遠側のいずれについても、実施例１と同様、各レンズの両面がすべて非球面形状となっている。

図１０には、上述の各条件式に関する値を各実施例についてまとめて示す。図１０から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はそれぞれ、実施例１に係る２焦点撮像光学系の広角側での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮｏ．はＦ値、ωは半画角を示す。同様にして、実施例１に係る２焦点撮像光学系の望遠側での諸収差を図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示す。

同様にして、実施例２に係る２焦点撮像光学系の広角側での諸収差を図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に、望遠側での諸収差を図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に示す。さらに同様にして、実施例３に係る２焦点撮像光学系の広角側での諸収差を図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に、望遠側での諸収差を図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、小型で簡易なレンズ構成でありながら、広角側と望遠側とで良好に収差補正された高性能の２焦点撮像光学系が実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の実施例１に係る２焦点撮像光学系に対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は広角撮影時の構成、（Ｂ）は望遠撮影時の構成を示す。本発明の実施例２に係る２焦点撮像光学系に対応するレンズ断面図であり、（Ａ）は広角撮影時の構成、（Ｂ）は望遠撮影時の構成を示す。本発明の実施例３に係る２焦点撮像光学系の広角側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例１に係る２焦点撮像光学系の広角側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例１に係る２焦点撮像光学系の望遠側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例２に係る２焦点撮像光学系の広角側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例２に係る２焦点撮像光学系の望遠側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例３に係る２焦点撮像光学系の広角側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。本発明の実施例３に係る２焦点撮像光学系の望遠側のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）は非球面に関するレンズデータを示す。条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。本発明の実施例１に係る２焦点撮像光学系における広角側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例１に係る２焦点撮像光学系における望遠側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例２に係る２焦点撮像光学系における広角側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例２に係る２焦点撮像光学系における望遠側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例３に係る２焦点撮像光学系における広角側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の実施例３に係る２焦点撮像光学系における望遠側での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。本発明の一実施の形態に係る２焦点撮像光学系における焦点切替機構の一例を示す正面図である。本発明の一実施の形態に係る２焦点撮像光学系における焦点切替機構の一例を示す側面図である。本発明の２焦点撮像光学系を搭載した撮像機器の一例を示す外観図である。

符号の説明

Ｇ１ｗ…広角用第１群、Ｇ１ｔ…望遠用第１群、Ｇ２…第２群、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims

１枚のレンズよりなり正の屈折力を有する広角用の第１群と、
１枚または２枚のレンズよりなり全体として正の屈折力を有する望遠用の第１群と、
１枚のレンズよりなり正の屈折力を有し、前記広角用の第１群および前記望遠用の第１群に対して共通に用いられる第２群とを備え、
各群はそれぞれ、少なくとも１面以上の非球面を有し、
前記広角用の第１群と前記望遠用の第１群とを選択的に用いて、
広角撮影時には、物体側から順に前記広角用の第１群と前記第２群とが光軸上に配置され、望遠撮影時には、物体側から順に前記望遠用の第１群と前記第２群とが光軸上に配置されるようにすることで、全体の焦点距離を２つに切り替え可能に構成され、かつ、下記条件式を満足する
ことを特徴とする２焦点撮像光学系。
１．０＜ｆ１ｗ／ｆｗ＜３．０ ……（１）
２．０＜ｆ２／ｆｗ＜４．０ ……（２）
２．５＜ｆ１ｔ／ｆｗ＜４．０ ……（３）
ただし、
ｆｗ：広角側での全系の焦点距離
ｆ１ｗ：広角用の第１群の焦点距離
ｆ１ｔ：望遠用の第１群の焦点距離
ｆ２：第２群の焦点距離
とする。
前記広角用の第１群は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成され、
前記望遠用の第１群は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズを少なくとも１枚有し、
前記第２群は、光軸近傍において物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の２焦点撮像光学系。
前記第２群はプラスチックレンズである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の２焦点撮像光学系。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の２焦点撮像光学系と、
前記２焦点撮像光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
を備えたことを特徴とする撮像機器。