JP5040430B2 - 変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器 - Google Patents

変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器 Download PDF

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Description

本発明は、オプティカルユニット等に用いられる変倍光学系であって、特に小型で高変倍でありながら色収差を良好に補正できる変倍光学系、その変倍光学系を備える撮像装置及びその撮像装置を搭載したデジタル機器に関するものである。
近年、デジタルカメラは急速に普及し、単にパーソナルコンピュータに画像を取り込むための手段にとどまらず、従来の銀塩カメラと同様に写真を残すための道具として広く用いられるようになりつつある。それに伴い、より小型で、高変倍や広角などより高機能のズームレンズが要望されている。一方、撮像素子の画素数は年々増加の傾向にあるため、更に高い光学性能を達成することが要求されている。また、カムコーダなどの主に動画を取り込む機器においても、静止画撮影機能やハイビジョンへの対応などを背景として、従来以上に高い光学性能が要求されるようになっている。
このような要望を満足するズームレンズ系として、例えば、物体側から順にズーミングの際に不動で正の光学的パワーを有する第１レンズ群、負の光学的パワーを有し光軸に沿って移動することで変倍を行う第２レンズ群、ズーミングに際して像面の位置を一定に保つために光軸に沿って移動する第３レンズ群、及び、正の光学的パワーを有し結像作用を担う第４レンズ群を配置してなる正先行型のズームレンズが知られている（例えば、特許文献１）。
また、カムコーダ用に好適なレンズとして、物体側から順にズーミングの際に不動で正の光学的パワーを有する第１レンズ群、負の光学的パワーを有し光軸に沿って移動することで変倍を行う第２レンズ群、ズーミングに際して不動の第３レンズ群、及び、ズーミングに際して像面の位置を一定に保つために光軸に沿って移動する第４レンズ群を配置してなる正先行型のズームレンズも知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００５−４３６３０号公報 特開平８−２４８３１７号公報
一般に、ズームレンズにおいて一定サイズを保ちつつ高変倍化しようとすると、各レンズ面の光学的パワーが強くなり、諸収差が悪化する傾向がある。ザイデル収差は非球面の面数を増やしたり、高屈折率材料を用いたりする等によりある程度の改善は可能である。しかし、軸上色収差や倍率色収差などの色収差は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Elements）などの回折素子や蛍石などの特殊材料を用いたり、あるいはレンズ枚数を増やしたりしない限り、その改善は困難である。特に、一次の色収差の補正は言うまでもなく、望遠端での軸上色収差の二次スペクトル、広角端での倍率色収差の二次スペクトルの低減が大きな課題となる。
例えば、特許文献１では光軸方向に分散が変化する媒質を用いて残存色収差の低減を狙っている。しかし、そのような特性を有する媒質を使用することは生産性やコストの点で懸念がある。また、特許文献２では各レンズ群の分散値と部分分散比を適切に設定することで、残存色収差の低減を狙っている。しかしながら変倍比は８倍程度であって、十分な高変倍とは言い難い。さらに、大きな口径が必要となる第１レンズ群に蛍石などの低分散材料のレンズを複数枚使用しており、コストの点で懸念がある。また、色収差の補正の自由度を確保するためにレンズ枚数を増やしたり、あるいは収差の発生量を小さくする為に各レンズの屈折力を弱くしたりすることも有効であるが、コストやサイズの点で懸念がある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、小型で高い性能を有し、コスト的にも優れたバランスを保持しつつ高変倍化を達成した変倍光学系、これを備えた撮像装置及びデジタル機器を提供することにある。
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。
本発明の一局面に係る変倍光学系は、物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ群と、負の光学的パワーを有する第２レンズ群と、正の光学的パワーを有する第３レンズ群と、を少なくとも含み、広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少し、前記第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズを含んで構成され、前記第２レンズ群は最も物体側に像側へ凹面を向けた負レンズを含んで構成されてなり、下記（１）及び（２）の条件式を満たし、前記第２レンズ群内の最も物体側に位置する負レンズが、下記（３）の条件式を満たし、前記第１レンズ群に含まれる負レンズが、下記（４）の条件式を満たし、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１枚が、下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする。
νｄ２＜３０ ・・・（１）
５０＞νｄ１ｎ＞３０ ・・・（２）
但し、νｄ２：第２レンズ群内の最も物体側の負レンズのアッベ数
νｄ１ｎ：第１レンズ群内の負レンズの平均アッベ数
θｇ，Ｆ ２ ＋０．００１７６７＊νｄ ２ −０．６４７７＞０．００４ ・・・（３）
但し、θｇ，Ｆ ２ ：第２レンズ群内の最も物体側に位置する負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比
なお、上式で「＊」は乗算を、「／」は除算を示す。以下、同じ。
θｇ，Ｆ １ｎ ＋０．００１７６７＊νｄ １ｎ −０．６４７７＜−０．００４ ・・・（４）
但し、θｇ，Ｆ １ｎ ：第１レンズ群の前記負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比の平均値
θｇ，Ｆ １ｐ ＋０．００１７６７＊νｄ １ｐ −０．６４７７＞０．００４ ・・・（５）
但し、θｇ，Ｆ １ｐ ：第１レンズ群の前記正レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比
上記いずれかの構成において、下記（６）〜（８）の条件式を満たすことが望ましい。
１．７＜ｆ１／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜４．８ ・・・（６）
−０．６３＜ｆ２／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜−０．０８ ・・・（７）
０．２１＜ｆ３／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜１．２５ ・・・（８）
但し、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
上記いずれかの構成において、下記（９）の条件式を満たすことが望ましい。
１０．０≦ｆｔ／ｆｗ ・・・（９）
本発明の他の局面に係る撮像装置は、上記の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。
本発明のさらに他の局面に係るデジタル機器は、上記の撮像装置と、前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部と、を具備し、前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とする。
本発明によれば、物体側から順に、正・負・正の光学的パワーを有するレンズ群を含む変倍光学系において、第１レンズ群内の負レンズ及び正レンズ、及び第２レンズ群内の最も物体側のレンズの分散性を適切に設定している。このため、本発明に係る変倍光学系は、小型で高い光学性能を有し、コスト的にも優れたバランスを保持しつつ、高変倍比を達成することが可能である。したがって、小型・高性能・高変倍比の変倍光学系を備えた撮像装置を優れたコストバランスで実現することができる。そして、本発明に係わる撮像装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いれば、これらの機器の小型化、高性能化、高機能化、低コスト化に寄与することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜変倍光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る変倍光学系１の説明のため、その構成を模式的に示した光路図である。この変倍光学系１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１５の受光面（像面）上に物体の光学像を形成するものであって、物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ群１１、負の光学的パワーを有する第２レンズ群１２及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群１３が配列され、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間の間隔が増大し、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間の間隔が減少する変倍光学系である。そして、第１レンズ群１１は、少なくとも１枚の負レンズを含んで構成される。また、第２レンズ群１２は、最も物体側に像側へ凹面を向けた負レンズを含んで構成される。
ここでは、第１レンズ群１１が、物体側に凸の負メニスカスレンズ１１１（少なくとも１枚の負レンズ）と両凸の正レンズ１１２とから構成され、第２レンズ群１２が、物体側に凸の負メニスカスレンズ１２１（像側へ凹面を向けた負レンズ）と両凹の負レンズ１２２とから構成され、第３レンズ群１３が両凸の正レンズ１３１のみで構成されている例を示している。第３レンズ群１３の物体側には光学絞り１４（開口絞り）が配置されている。このような変倍光学系１の像側には撮像素子１５が配置され、これにより物体側の被写体光学像が、変倍光学系１によりその光軸ＡＸに沿って適宜な変倍比で撮像素子１５の受光面まで導かれ、撮像素子１５により前記被写体の光学像が撮像されるものである。
この変倍光学系１は、物体側から順に「正・負・正」の３成分を有する、所謂正リードの光学系である。一般に、望遠端での軸上色収差を補正するためには、軸上光線高さが高い第１レンズ群１１内に負レンズが配置される。この負レンズとしては、高屈折率、低分散の特性をもつ材料からなるレンズを使用するのが一般的である。そのような材料を使用することで、第１レンズ群１１内の面の光学的パワーを上昇させることなく効率的に軸上色収差補正を行うことができる。また、第２レンズ群１２内の負の光学的パワーの大部分を担うレンズは、非常に強い光学的パワーが必要となることから高屈折率であることが望まれるが、色収差のバランスの点からあまり高分散側の硝材を使用することができない。このため、一般に比較的分散が小さい重ランタンフリント系の材料が用いられる。
しかしながら、このような正リード型の変倍光学系１を高変倍化していくと、広角端において＋ｙ方向の倍率色収差の二次スペクトルが、望遠端においては広角端と逆の−ｙ方向の倍率色収差の二次スペクトルが残存し、通常の分散性をもつレンズの組み合わせではこれを低減することが困難となる。このため、倍率色収差の二次スペクトルを低減する為には、通常の分散性から逸脱した異常分散性を有した材料からなるレンズを用いることが効果的である。
本実施形態では、上記に鑑み、高変倍であっても色収差を良好に補正できるようにするために、第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズ（負メニスカスレンズ１２１）のアッベ数をνｄ２、第１レンズ群１１内の負レンズ（負メニスカスレンズ１１１）のアッベ数（第１レンズ群１１が複数の負レンズを含むときはその平均アッベ数）をνｄ１ｎとするとき、下記（１）、（２）の条件式を満たすものとされる。
νｄ２＜３０ ・・・（１）
５０＞νｄ１ｎ＞３０ ・・・（２）
倍率色収差をコントロールするには、ズーミング中に軸外光線高さが大きく変化する第２レンズ群１２内の分散性を適切に設定することが効果的である。特に第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズは、広角端における軸外光線高さが最も大きくなるとともに、望遠端における軸上光線高さが、絞り１４よりも物体側の領域において最も低くなる。したがって、この第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズの分散性を適切に設定することにより、望遠端の軸上色収差に与える影響を最小限に抑制しつつ広角端の倍率色収差をコントロールすることが可能となる。
条件式（１）で規定されるアッベ数の領域の材料は、一般に部分分散比が“＋”となる異常分散性を示す。したがって、通常の分散性を有する材料のレンズに比べ、長波長側の光線に比較して短波長側の光線を相対的に大きく−ｙ方向に屈折させることができ、結果として、＋ｙ方向に残存する広角端における倍率色収差の二次スペクトルを減少させることが可能となる。
ここで、第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズは、下記（１０）の条件式を満足することが望ましい。なお条件式（１０）において、ｈｂは絞り位置で光軸と交差するように近軸トレースした光線における、第２レンズ群１２の最も物体側のレンズ面における軸外光線高さで、入射角度１．０で規格化した場合の値である。
ｈｂ／ｆｗ≧１．５ ・・・（１０）
ｈｂ／ｆｗが条件式（１０）の下限を下回った場合、軸外光線高さが低くなり前述の作用による効果が十分に発揮されない。
望遠端における軸上色収差の補正の観点からは、条件式（１）を満足させることにより、第２レンズ群１２による色収差補正が補正過剰気味になることが考えられる。すなわち、第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズの焦点距離をｆ２ｎとすると、第２レンズ群１２内の最も物体側の負レンズにより、−ｆ２ｎ／νｄ２だけ、Ｆ線がＣ線の焦点位置からずれるが、ずれの方向はｆ２ｎ＜０であるので＋方向であり、そのアッベ数νｄ２が小さくなるので、ずれの量は大きくなって補正過剰気味となる。
一方、第１レンズ群１１においては、第１レンズ群１１内のｉ個目の負レンズの焦点距離をｆ１ｎｉ、アッベ数をνｄ１ｎｉとしたとき、第１レンズ群１１内の負レンズによってΣ−ｆ１ｎｉ／νｄ１ｎｉだけ、Ｆ線がＣ線の焦点位置からずれる。ずれの方向はｆ１ｎｉ＜０であるので＋方向であるが、条件式（２）の下限を上回るようにしてずれの量を小さくすることで、上述の第２レンズ群１２による軸上色収差補正が過剰となった場合、第１レンズ群１１によってバランスをとることが可能となる。しかし、条件式（２）の上限を上回ると、第１レンズ群１１による色収差補正が不足気味となったり、又は第１レンズ群１１の負レンズの面のパワーを強くする必要が生じ、像面湾曲等の収差が悪化したりする。
以上のことから、条件式（１）及び（２）の双方を満足させることで、変倍光学系１が高変倍になっても色収差を良好に補正できるようになる。従って、光学系を構成するレンズ枚数を増やしたり、或いは各レンズの屈折力を弱めたりする必要がなく、小型で且つ高変倍であって、色収差が良好に補正されたズームレンズを得ることが出来る。
変倍光学系１において、広角端における倍率色収差の二次スペクトルの低減効果を一層高める観点からは、第２レンズ群１２内の最も物体側に位置する負レンズ（負メニスカスレンズ１２１）が、当該負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比をθｇ，Ｆ２とするとき、下記（３）の条件式を満たすものであることが望ましい。
θｇ，Ｆ２＋０．００１７６７＊νｄ２−０．６４７７＞０．００４ ・・・（３）
とりわけ、下記（３ａ）の条件式を満たすものとすることで、より一層、広角端における倍率色収差の二次スペクトルを低減することができる。
θｇ，Ｆ２＋０．００１７６７＊νｄ２−０．６４７７＞０．０１ ・・・（３ａ）
変倍光学系１において、第１レンズ群１１に含まれる負レンズが、第１レンズ群１１の負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比の平均値をθｇ，Ｆ１ｎとするとき、下記（４）の条件式を満たすことが望ましい。
θｇ，Ｆ１ｎ＋０．００１７６７＊νｄ１ｎ−０．６４７７＜−０．００４ ・・・（４）
条件式（４）を満足することで、第１レンズ群１１内の負レンズは、長波長側に比較して短波長側の光線の屈折力が相対的に弱くなる。このため、望遠端における軸上色収差の二次スペクトルを削減することが可能となる。また、正リード型の高変倍ズームレンズの望遠端においては、第１レンズ群１１内の負レンズの発散面が原因で発生する非点収差の色差がしばしば問題となる。かかる非点収差の色差に関しても、条件式（４）を満足させることで短波長側の屈折力が相対的に弱まるため、軽減が可能となる。とりわけ、下記（４ａ）の条件式を満たすものとすることで、より一層、軸上色収差の二次スペクトルの低減効果、並び非点収差の色差の軽減効果を得ることができる。
θｇ，Ｆ１ｎ＋０．００１７６７＊νｄ１ｎ−０．６４７７＜−０．００６ ・・・（４ａ）
変倍光学系１において、第１レンズ群１１に含まれる正レンズの少なくとも１枚（図１の例では正レンズ１１２）が、該正レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比をθｇ，Ｆ１ｐとするとき、下記（５）の条件式を満たすことが望ましい。
θｇ，Ｆ１ｐ＋０．００１７６７＊νｄ１ｐ−０．６４７７＞０．００４ ・・・（５）
第１レンズ群１１に含まれる正レンズについても、条件式（５）の条件を満たす異常分散性をもつレンズとすることで、望遠端における軸上色収差の二次スペクトルをさらに削減することが可能となる。とりわけ、下記（５ａ）の条件式を満たすものとすることで、より一層、軸上色収差の二次スペクトルの低減効果を得ることができる。
θｇ，Ｆ１ｐ＋０．００１７６７＊νｄ１ｐ−０．６４７７＞０．０１ ・・・（５ａ）
変倍光学系１において、第１レンズ群１１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、変倍光学系１全系の広角端における焦点距離をｆｗ、望遠端における焦点距離をｆｔとするとき、下記（６）〜（８）の条件式を満たすことが望ましい。
１．７＜ｆ１／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜４．８ ・・・（６）
−０．６３＜ｆ２／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜−０．０８ ・・・（７）
０．２１＜ｆ３／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜１．２５ ・・・（８）
上記の条件式（６）は、第１レンズ群１１の焦点距離の、√（ｆｗ＊ｆｔ）で示されるズームポジションにおける変倍光学系１全系の焦点距離に対する比を規定する条件式である。条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズ群１１の光学的パワーが強くなり、変倍光学系１のコンパクト化の観点からは好ましいものの、第１レンズ群１１での収差の発生量が大きくなり、特に像面湾曲と歪曲収差が大きく発生してしまう。このような収差を補正する為にはレンズの追加、又は非球面の追加が必要となり好ましくない。逆に、条件式（６）の上限を上回ると、収差補正上は有利にはなるが、光学系のコンパクト化の観点からは好ましくない。
条件式（７）は、第２レンズ群１２の焦点距離の、√（ｆｗ＊ｆｔ）で示されるズームポジションにおける変倍光学系１全系の焦点距離に対する比を規定する条件式である。条件式（７）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の光学的パワーが強くなり、ズーミングの際の第２レンズ群１２の移動量を減少できることからコンパクト化の観点からは好ましいが、第２レンズ群１２での収差の発生量が大きくなり、特に像面湾曲と歪曲収差が大きく発生してしまう。このような収差を補正する為にはレンズの追加、又は非球面の追加が必要となり好ましくない。逆に、条件式（７）の上限を上回ると、収差補正上は有利にはなるが、コンパクト化の観点で好ましくない。
条件式（８）は、第３レンズ群１３の焦点距離の、√（ｆｗ＊ｆｔ）で示されるズームポジションにおける変倍光学系１全系の焦点距離に対する比を規定する条件式である。条件式（８）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の光学的パワーが強くなり、コンパクト化の観点では好ましいが、第３レンズ群１３での収差の発生量が大きくなり、特に球面収差とコマ収差が大きく発生してしまう。このような収差を補正する為にはレンズの追加、又は非球面の追加が必要となり好ましくない。逆に、条件式（８）の上限を上回ると、収差補正上は有利にはなるが、コンパクト化の観点で好ましくない。
さらに変倍光学系１は、下記（９）の条件式を満たすことが望ましい。
１０．０≦ｆｔ／ｆｗ ・・・（９）
この条件式（９）は、変倍光学系１のズーム比を規定する条件式である。条件式（９）を満足するような高ズーム比、とりわけ２０倍以上の高ズーム比をもつ変倍光学系１において、上記の構成が適用された場合、コンパクトさを確保しつつ倍率色収差及び軸上色収差を十分に抑制でき、本発明に係る効果を顕著に享受することができる。
図１では、物体側から順に第１レンズ群１１〜第３レンズ群１３の３つのレンズ群が配置されている例を示したが、変倍光学系１は、例えば撮像素子１５の受光面への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づける目的等のために、第３レンズ群１３よりも像側に他のレンズ群を含んでいても良い。例えば、第３レンズ群１３よりも像側に、正の光学的パワーを有する第４レンズ群と、正または負の光学的パワーを有する第５レンズ群を配置した構成とすることができる。或いは、第３レンズ群１３よりも像側に、負の光学的パワーを有する第４レンズ群と、正または負の光学的パワーを有する第５レンズ群を配置した構成とすることができる。
次に、変倍光学系１の構成材料について説明する。第１〜第３レンズ群１１〜１３に含まれるレンズの材料としては特に限定はなく、各種ガラス材料やプラスチック材料からなる光学材料を用いることができる。プラスチック材料製のレンズを用いる場合、そのプラスチック材料としては、プラスチック材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子、特に無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。このようなプラスチック材料製レンズを用いることで、温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることができる。
一般に透明なプラスチック材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。プラスチック材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、例えば無機の微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となるプラスチック材料に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような粒子を分散させたプラスチック材料を用いることにより、本実施形態に係る変倍光学系１の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。
また、変倍光学系１は、光学絞り１４の代わりに、撮像素子１５に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１５としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。
変倍光学系１に備えられている各レンズ群や絞り、シャッタ等の駆動の駆動源としては、従来公知のカム機構やステッピングモータを用いることができる。また、移動量が少ない場合や駆動群の重量が軽い場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いれば、駆動部の体積や電力消費の増加を抑えつつ、各群を独立に駆動させることも可能で、変倍光学系１を含む撮像レンズ装置の更なるコンパクト化が図れるようになる。
撮像素子１５の受光面上には、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ（図略）を配置することが望ましい。このローパスフィルタとして、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。また、光学的なローパスフィルタに代えて、撮像素子１５の画像信号に含まれるノイズを低減するために赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタの表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルタ機能を一つで実現してもよい。
撮像素子１５は、当該変倍光学系１により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１５としては、ＣＣＤが２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。
＜変倍光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような変倍光学系１が組み込まれたデジタル機器について説明する。図２は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、デジタルカメラ２の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。
図２（ａ）はデジタルカメラ２の正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、及び（ｄ）は背面図をそれぞれ示している。カメラボディ２００の正面側には撮像レンズ装置２１が設けられている。上記変倍光学系１は、この撮像レンズ装置２１に内蔵されている。また背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示モニタ２２と、電子ビューファインダ２３とが設けられている。さらに上面側には、撮影を指示するためのシャッターボタン２４と、再生モード（ＰＬＡＹモード）と記録モード（ＲＥＣモード）との切り換えを行うための撮影モード切り換えスイッチ２５が設けられている。
また、カメラボディ２００の背面側には、電源ＯＮ／ＯＦＦと、電子ビューファインダ２３とモニタ２２との表示切換スイッチとを兼ねたスライドスイッチからなるメインスイッチ２６が設けられている。このメインスイッチ２６の右側方には、再生モード時において記録画像をコマ送りするスイッチ、及び撮像レンズ装置２１のズームスイッチとしての機能を果たすプッシュスイッチ群２７が配置されている。なお、図中の「Ｔ」の印字は望遠を表し、「Ｗ」の印字は広角を表す。
図３は、上記デジタルカメラ２の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。このデジタルカメラ２は、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、制御部３５、記憶部３６、及びＩ／Ｆ部３７を備えて構成されている。
撮像部３０は、撮像レンズ装置２１（撮像装置）と撮像素子１５とを備えて構成される。撮像レンズ装置２１は、図１に示したような変倍光学系１と、光軸方向にレンズを駆動し変倍及びフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置等とを備えて構成される。被写体からの光線は、変倍光学系１によって撮像素子１５の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
撮像素子１５は、変倍光学系１により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１５は、制御部３５の制御により、静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子１５における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御される。
画像生成部３１は、撮像素子１５からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。
画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、変倍光学系１では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。駆動部３４は、制御部３５から出力される制御信号により、所望の変倍及びフォーカシングを行わせるように変倍光学系１の複数のレンズ群を駆動する。
制御部３５は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、記憶部３６及びＩ／Ｆ部３７の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３５により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像レンズ装置２１及び撮像素子１５が実行するよう制御される。
記憶部３６は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３６は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。Ｉ／Ｆ部３７は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。
以上の通り構成されたデジタルカメラ２の動作の一例として、静止画の撮像動作について説明する。まず制御部３５は、撮像レンズ装置２１の図略のレンズ駆動装置を駆動し、フォーカシングを行う。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子１５の受光面に結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリ（図略）に転送され、モニタ２２で被写体画像として表示される。この状態でシャッターボタン２４を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３６に画像データが格納される。
このとき、被写体が撮影者から離れた位置にある、あるいは近くの被写体を拡大したいためズーム撮影を行うときには、変倍ボタンとしてのプッシュスイッチ群２７の「Ｔ」を押下すると、制御部３５は押下時間に応じて変倍のためのレンズ駆動を実行し、変倍光学系１に連続的にズーミングを行わせる。また、ズーミングし過ぎた場合など、被写体の拡大率を下げたい場合には、プッシュスイッチ群２７の「Ｗ」を押下すると、制御部３５は広角方向へのレンズ駆動を実行させる。このようにして、撮影者から離れた被写体であっても、変倍ボタンを用いてその拡大率を調節することができる。そして、通常の等倍撮影と同様、主被写体がそのモニタ２２の画面中の所望の位置に収まるように調整し、シャッターボタン２４を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。
＜変倍光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような変倍光学系１、すなわち図２に示したようなデジタルカメラ２に搭載される撮像レンズ装置２１に含まれる変倍光学系１の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
図４及び図５は、実施例１の変倍光学系１Ａにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。図４の光路図は、変倍光学系１Ａの広角端（Ｗ）におけるレンズ配置を示している。また図５の光路図は変倍光学系１Ａの変倍動作を示すもので、（ａ）は広角端［Ｗ］、（ｂ）は中間点［Ｍ］、及び（ｃ）は望遠端［Ｔ］におけるレンズ配置をそれぞれ示している。これは、以下に示す図６〜図１１の光路図でも同様である。
実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群が物体側から順に、全体として正の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）、全体として正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）及び負の光学的パワーを有する第５レンズ群（Ｇｒ５）からなる、正・負・正・正・負の５成分ズーム構成であり、図５に示すように、ズーミング時には第１レンズ群（Ｇｒ１）〜第４レンズ群（Ｇｒ４）がそれぞれ独立な関係で移動する。
図４を参照して、詳しくは実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凸の正レンズ（第２レンズＬ２）及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）、両凹の負レンズ（第６レンズＬ６）、両凸の正レンズ（第７レンズＬ７）及び像側に凸の負メニスカスレンズ（第８レンズＬ８）からなる。なお、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（第９レンズＬ９）、両凸の正レンズ（第１０レンズＬ１０）、像側に凸の負メニスカスレンズ（第１１レンズＬ１１）及び物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１２レンズＬ１２）からなる。この第３レンズ群（Ｇｒ３）の物体側には、変倍時に該第３レンズ群（Ｇｒ３）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（第１３レンズＬ１３）と像側に凸の負メニスカスレンズ（第１４レンズＬ１４）との接合レンズからなる。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、像側に凸の負メニスカスレンズ（第１５レンズＬ１５）１枚で構成されている。この第５レンズ群（Ｇｒ５）の像側には、光学的ローパスフィルタ又は赤外カットフィルタ等からなる平行平板（ＦＴ）、カバーガラス（ＣＧ）を介して、撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い（以下の実施例２〜４でも同じ）。
図４において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えるものとする。）であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示すものである。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）及びカバーガラス（ＣＧ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図６、図８、図１０）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図４と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２第３、第４及び第５レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３，Ｇｒ４，Ｇｒ５）、平行平板（ＦＴ）、カバーガラス（ＣＧ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号としてデジタルカメラや携帯電話機等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。
図５に示すように、この実施例１の変倍光学系１Ａでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体に近付く方向に直線的に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は、物体側に凸の軌道を描くように移動される。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、変倍時固定である。また、この変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）との間の間隔が増大し、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）の間隔が減少する。
実施例１の変倍光学系１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ θg,Ｆ
物面 ∞ ∞
１ 90.885 1.600 1.88300 40.8 0.5652
２ 40.775 6.145 1.48749 70.5 0.5303
３ -339.265 0.116
４ 40.149 5.101 1.49700 81.6 0.5386
５ 1012.770 可変
６ 44.169 1.000 1.92286 20.9 0.6391
７ 10.644 2.881
８ 31.886 1.000 1.81359 25.7 0.6161
９＊ 15.317 4.140
１０ -15.530 0.958 1.58913 61.2 0.5395
１１ 11.698 3.933 1.84666 23.8 0.6191
１２ -20.461 1.937
１３ -10.109 0.800 1.62041 60.4 0.5399
１４ -44.781 可変
１５(絞り) ∞ 1.300
１６＊ 8.871 5.461 1.58913 61.2 0.5374
１７ -84.116 0.100
１８ 21.647 3.855 1.49700 81.6 0.5386
１９ -8.074 1.724 1.90366 31.3 0.5946
２０ -96.076 3.017
２１＊ 21.691 1.006 1.53048 55.7 0.5672
２２＊ 16.669 可変
２３ 24.330 2.363 1.51680 64.2 0.5342
２４ -14.680 1.000 1.92286 20.9 0.6391
２５ -20.026 可変
２６＊ -11.691 3.240 1.60280 28.3 0.5948
２７＊ -13.135 0.638
２８ ∞ 0.600 1.51680 64.2 0.5342
２９ ∞ 0.100
３０ ∞ 0.500 1.51680 64.2 0.5342
３１(像面) ∞ 0.000
非球面データ
第９面
K＝0.000、A4＝-2.9599E-05、A6＝-2.0934E-07、A8＝1.2905E-08、A10＝-1.9668E-10
第１６面
K＝0.000、A4＝-4.3720E-05、A6＝2.4344E-07、A8＝-8.2591E-09、A10＝1.7966E-10
第２１面
K＝0.000、A4＝-1.3146E-03、A6＝-2.1307E-05、A8＝-2.4625E-07、A10＝1.3891E-08
第２２面
K＝0.000、A4＝-9.4885E-04、A6＝-1.8721E-05、A8＝2.7312E-07、A10＝9.7397E-09
第２６面
K＝0.000、A4＝4.3938E-04、A6＝2.1699E-05、A8＝-2.1102E-06、A10＝4.4565E-08
第２７面
K＝0.000、A4＝1.4909E-03、A6＝-3.2757E-05、A8＝-5.8581E-07、A10＝1.7089E-08
各種データ
ズーム比 23.959
広角 中間 望遠
焦点距離 4.801 23.517 115.032
Ｆナンバー 2.880 4.013 4.422
半画角 76.789 17.082 3.483
像高 3.600 3.600 3.600
レンズ全長 85.284 112.431 135.006
ＢＦ 0.606 0.604 0.616
ｄ５ 0.700 20.491 52.706
ｄ１４ 24.421 3.905 2.000
ｄ２２ 2.839 21.513 22.431
ｄ２５ 2.200 11.400 2.736
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
１ １ 75.039
２ ６ -7.333
３ １６ 15.047
４ ２３ 25.520
５ ２６ -1130.423
上記の面データにおいて、面番号は、図４に示した各レンズ面に付した符号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）の番号ｉが対応する。番号ｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを示す。また、“ｒ”は各面の曲率半径（単位はｍｍ）、“ｄ”は無限遠合焦状態での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）、“ｎｄ”は各レンズの屈折率、“νｄ”はアッベ数、“θg,Ｆ”は部分分散比をそれぞれ示している。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）及びカバーガラス（ＣＧ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。
上記の非球面データは、非球面とされている面（面データにおいて番号ｉに＊が付された面）の円錐係数Ｋと非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値とをそれぞれ示すものである。なお、光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（１１）式により定義している。
ｚ＝ｃｈ2／［１＋√｛１−(1+ｋ)ｃ2ｈ2}]＋Ａ４・ｈ4＋Ａ６・ｈ6＋Ａ８・ｈ8＋Ａ１０・ｈ10
・・・（１１）
但し、ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１の変倍光学系１Ａの球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差を、図１２、図１３に示す。図１２は広角端［Ｗ］、図１３は望遠端［Ｔ］における各収差を表している。球面収差、非点収差及び倍率色収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差の縦軸は、画角を度単位で表してある。
球面収差の図には、実線でｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）、粗点線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、密点線でＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）の３つの光の収差をそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、実線Ｍはタンジェンシャル（メリディオナル）面、点線Ｓはサジタル（ラディアル）面における結果をそれぞれ表している。非点収差及び歪曲収差の図は、上記ｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）を用いた場合の結果である。倍率色収差の図には、実線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、点線でＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）の収差をそれぞれ示してある。以上のような扱いは、以下に示す実施例２〜４に係るコンストラクションデータ、各収差を示す図１４〜図１９においても同様である。
図６、図７は、実施例２の変倍光学系１Ｂにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群が物体側から順に、全体として正の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）、負の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）及び正の光学的パワーを有する第５レンズ群（Ｇｒ５）からなる、正・負・正・負・正の５成分ズーム構成であり、図７に示すように、ズーミング時には第１レンズ群（Ｇｒ１）〜第４レンズ群（Ｇｒ４）がそれぞれ独立な関係で移動する。
図６を参照して、詳しくは実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凸の正レンズ（第２レンズＬ２）及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）、両凹の負レンズ（第６レンズＬ６）、両凸の正レンズ（第７レンズＬ７）及び像側に凸の負メニスカスレンズ（第８レンズＬ８）からなる。なお、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（第９レンズＬ９）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１０レンズＬ１０）、両凸の正レンズ（第１１レンズＬ１１）及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（第１２レンズＬ１２）からなる。なお、第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１とは接合レンズである。この第３レンズ群（Ｇｒ３）の物体側には、変倍時に該第３レンズ群（Ｇｒ３）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１３レンズＬ１３）１枚で構成されている。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（第１４レンズＬ１４）１枚で構成されている。この第５レンズ群（Ｇｒ５）の像側には、平行平板（ＦＴ）、カバーガラス（ＣＧ）を介して、撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。
図７に示すように、この実施例２の変倍光学系１Ｂでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は物体に近付く方向に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は僅かに像側に凸の軌道を描くように移動される。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、変倍時固定である。また、この変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）との間の間隔が増大し、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）の間隔が減少する。
実施例２の変倍光学系１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ θg,Ｆ
物面 ∞ ∞
１ 81.747 1.600 1.88300 40.8 0.5652
２ 39.993 6.157 1.48749 70.5 0.5303
３ -38695.242 0.100
４ 40.756 4.893 1.49700 81.6 0.5386
５ 544.482 可変
６ 27.433 1.015 1.92286 20.9 0.6391
７ 10.217 3.420
８ 38.545 1.020 1.90366 31.3 0.5946
９ 16.192 2.823
１０ -26.078 0.800 1.75700 47.7 0.5555
１１ 11.485 3.830 1.92286 20.9 0.6391
１２ -24.620 2.560
１３＊ -9.701 0.800 1.69350 53.2 0.5464
１４ -31.564 可変
１５(絞り) ∞ 1.300
１６＊ 9.226 3.890 1.58913 61.2 0.5374
１７ -58.849 1.991
１８ 195.188 1.817 1.80518 25.5 0.6156
１９ 11.236 2.437 1.49700 81.6 0.5386
２０ -24.672 2.338
２１＊ 22.369 5.052 1.53048 55.7 0.5672
２２＊ 23.590 可変
２３＊ 39.555 0.617 1.53048 55.7 0.5672
２４＊ 17.929 可変
２５ 19.130 1.723 1.54814 45.8 0.5702
２６ 1213.160 2.008
２７ ∞ 0.600 1.51680 64.2 0.5342
２８ ∞ 0.100
２９ ∞ 0.500 1.51680 64.2 0.5342
３０(像面) ∞ 0.000
非球面データ
第１３面
K＝0.000、A4＝5.2401E-05、A6＝-6.8147E-07、A8＝4.9230E-08、A10＝-7.9254E-10
第１６面
K＝0.000、A4＝-1.4397E-04、A6＝-4.9165E-07、A8＝-1.5460E-08、A10＝1.0397E-11
第２１面
K＝0.000、A4＝-5.1585E-04、A6＝-7.5192E-06、A8＝-3.0845E-08、A10＝5.6477E-10
第２２面
K＝0.000、A4＝-3.3634E-04、A6＝-6.7390E-06、A8＝2.7337E-07、A10＝-2.6726E-09
第２３面
K＝0.000、A4＝7.5444E-05、A6＝-5.1330E-06、A8＝6.5022E-07、A10＝-3.0721E-08
第２４面
K＝0.000、A4＝9.1420E-05、A6＝-6.0334E-06、A8＝7.4282E-07、A10＝-3.5901E-08
各種データ
ズーム比 23.955
広角 中間 望遠
焦点距離 4.582 22.435 109.760
Ｆナンバー 2.880 3.878 4.422
半画角 78.970 17.887 3.704
像高 3.600 3.600 3.600
レンズ全長 80.956 103.648 135.001
ＢＦ 0.607 0.601 0.601
ｄ５ 0.740 26.284 57.152
ｄ１４ 22.616 5.936 2.000
ｄ２２ 1.534 9.878 1.533
ｄ２４ 2.070 7.559 20.326
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
１ １ 82.073
２ ６ -7.179
３ １６ 13.344
４ ２３ -62.436
５ ２５ 35.440
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例２の変倍光学系１Ｂの球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差を、図１４、図１５に示す。図１４は広角端［Ｗ］、図１５は望遠端［Ｔ］における各収差を表している。
図８、図９は、実施例３の変倍光学系１Ｃにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群が物体側から順に、全体として正の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）、全体として正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）及び負の光学的パワーを有する第５レンズ群（Ｇｒ５）からなる、正・負・正・正・負の５成分ズーム構成であり、図９に示すように、ズーミング時には第１レンズ群（Ｇｒ１）〜第４レンズ群（Ｇｒ４）がそれぞれ独立な関係で移動する。
図８を参照して、詳しくは実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凸の正レンズ（第２レンズＬ２）及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）、両凹の負レンズ（第６レンズＬ６）、両凸の正レンズ（第７レンズＬ７）及び像側に凸の負メニスカスレンズ（第８レンズＬ８）からなる。なお、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（第９レンズＬ９）、両凸の正レンズ（第１０レンズＬ１０）、像側に凸の負メニスカスレンズ（第１１レンズＬ１１）及び物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１２レンズＬ１２）からなる。なお、第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１とは接合レンズである。この第３レンズ群（Ｇｒ３）の物体側には、変倍時に該第３レンズ群（Ｇｒ３）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（第１３レンズＬ１３）と像側に凸の負メニスカスレンズ（第１４レンズＬ１４）との接合レンズからなる。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、像側に凸の負メニスカスレンズ（第１５レンズＬ１５）１枚で構成されている。この第５レンズ群（Ｇｒ５）の像側には、平行平板（ＦＴ）、カバーガラス（ＣＧ）を介して、撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。
図９に示すように、この実施例３の変倍光学系１Ｃでは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体に近付く方向に直線的に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は、物体側に凸の軌道を描くように移動される。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、変倍時固定である。また、この変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）との間の間隔が増大し、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）の間隔が減少する。
実施例３の変倍光学系１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例３
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ θg,Ｆ
物面 ∞ ∞
１ 99.043 1.600 1.80610 40.7 0.5670
２ 40.392 6.327 1.49700 81.6 0.5386
３ -331.403 0.511
４ 40.706 4.986 1.48749 70.5 0.5303
５ 772.213 可変
６ 47.222 1.001 1.84666 23.8 0.6191
７ 9.822 2.858
８ 35.262 1.008 1.81359 25.7 0.6161
９＊ 14.887 3.127
１０ -15.290 1.356 1.58913 61.2 0.5395
１１ 12.374 3.431 1.84666 23.8 0.6191
１２ -20.372 1.904
１３ -10.200 0.823 1.62041 60.4 0.5399
１４ -37.160 可変
１５(絞り) ∞ 1.300
１６＊ 8.816 5.447 1.58913 61.2 0.5374
１７ -92.480 0.311
１８ 21.242 3.832 1.49700 81.6 0.5386
１９ -7.998 3.690 1.90366 31.3 0.5946
２０ -81.953 2.230
２１＊ 22.001 1.214 1.53048 55.7 0.5672
２２＊ 17.485 可変
２３ 28.120 2.378 1.51680 64.2 0.5342
２４ -16.094 1.358 1.92286 20.9 0.6391
２５ -21.692 可変
２６＊ -12.169 2.371 1.60280 28.3 0.5948
２７＊ -13.010 0.376
２８ ∞ 0.600 1.51680 64.2 0.5342
２９ ∞ 0.100
３０ ∞ 0.500 1.51680 64.2 0.5342
３１(像面) ∞ 0.000
非球面データ
第９面
K＝0.000、A4＝-4.1296E-05、A6＝2.1411E-08、A8＝5.3737E-09、A10＝-1.2983E-10
第１６面
K＝0.000、A4＝-4.8761E-05、A6＝1.9174E-07、A8＝-1.1770E-08、A10＝2.1841E-10
第２１面
K＝0.000、A4＝-1.4137E-03、A6＝-2.1858E-05、A8＝-2.2985E-07、A10＝1.1814E-08
第２２面
K＝0.000、A4＝-1.0946E-03、A6＝-1.8655E-05、A8＝3.7243E-07、A10＝5.6586E-09
第２６面
K＝0.000、A4＝6.6053E-05、A6＝4.0325E-05、A8＝-2.9779E-06、A10＝5.3581E-08
第２７面
K＝0.000、A4＝9.1371E-04、A6＝5.0036E-07、A8＝-1.9752E-06、A10＝3.2864E-08
各種データ
ズーム比 20.000
広角 中間 望遠
焦点距離 4.797 21.441 95.933
Ｆナンバー 2.880 4.384 4.422
半画角 76.795 18.734 4.178
像高 3.600 3.600 3.600
レンズ全長 85.599 108.146 134.889
ＢＦ 0.600 0.600 0.600
ｄ５ 1.017 15.739 51.964
ｄ１４ 24.148 3.836 2.000
ｄ２２ 2.921 20.875 19.869
ｄ２５ 2.272 12.456 5.816
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
１ １ 75.293
２ ６ -7.246
３ １６ 14.834
４ ２３ 28.268
５ ２６ 5194.865
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例３の変倍光学系１Ｃの球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差を、図１６、図１７に示す。図１６は広角端［Ｗ］、図１７は望遠端［Ｔ］における各収差を表している。
図１０、図１１は、実施例４の変倍光学系１Ｄにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群が物体側から順に、全体として正の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）、全体として正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）及び正の光学的パワーを有する第５レンズ群（Ｇｒ５）からなる、正・負・正・正・正の５成分ズーム構成であり、図１１に示すように、ズーミング時には第１レンズ群（Ｇｒ１）〜第４レンズ群（Ｇｒ４）がそれぞれ独立な関係で移動する。
図１０を参照して、詳しくは実施例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凸の正レンズ（第２レンズＬ２）及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）、両凹の負レンズ（第６レンズＬ６）、両凸の正レンズ（第７レンズＬ７）及び像側に凸の負メニスカスレンズ（第８レンズＬ８）からなる。なお、第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（第９レンズＬ９）、両凸の正レンズ（第１０レンズＬ１０）、像側に凸の負メニスカスレンズ（第１１レンズＬ１１）及び物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１２レンズＬ１２）からなる。なお、第１０レンズＬ１０と第１１レンズＬ１１とは接合レンズである。この第３レンズ群（Ｇｒ３）の物体側には、変倍時に該第３レンズ群（Ｇｒ３）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（第１３レンズＬ１３）と像側に凸の負メニスカスレンズ（第１４レンズＬ１４）との接合レンズからなる。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（第１５レンズＬ１５）１枚で構成されている。この第５レンズ群（Ｇｒ５）の像側には、平行平板（ＦＴ）、カバーガラス（ＣＧ）を介して、撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。
図１１に示すように、この実施例４の変倍光学系１Ｄでは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体に近付く方向に直線的に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は、物体側に凸の軌道を描くように移動される。第５レンズ群（Ｇｒ５）は、変倍時固定である。また、この変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）との間の間隔が増大し、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）の間隔が減少する。
実施例４の変倍光学系１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例４
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ θg,Ｆ
物面 ∞ ∞
１ 95.356 1.600 1.80450 39.6 0.5709
２ 45.438 5.730 1.49700 81.6 0.5386
３ -259.670 0.100
４ 42.109 4.291 1.49700 81.6 0.5386
５ 216.139 可変
６ 37.515 1.014 1.80518 25.5 0.6156
７ 9.265 3.926
８ 134.570 1.000 1.80518 25.5 0.6156
９ 19.219 3.386
１０ -14.598 0.801 1.56883 56.0 0.5488
１１ 13.367 3.332 1.84666 23.8 0.6191
１２ -19.256 1.886
１３＊ -9.871 0.800 1.58913 61.2 0.5374
１４ -31.794 可変
１５(絞り) ∞ 1.300
１６＊ 8.602 3.971 1.58913 61.2 0.5374
１７ 214.849 0.100
１８ 17.252 5.333 1.49700 81.6 0.5386
１９ -7.500 2.615 1.90366 31.3 0.5946
２０ -122.455 2.284
２１＊ 23.203 2.406 1.53048 55.7 0.5672
２２＊ 20.704 可変
２３ 35.111 2.323 1.51680 64.2 0.5342
２４ -14.879 1.000 1.92286 20.9 0.6391
２５ -19.321 可変
２６＊ -10.906 1.150 1.60280 28.3 0.5948
２７＊ -10.351 0.300
２８ ∞ 0.600 1.51680 64.2 0.5342
２９ ∞ 0.100
３０ ∞ 0.500 1.51680 64.2 0.5342
３１(像面) ∞ 0.000
非球面データ
第１３面
K＝0.000、A4＝2.3475E-05、A6＝-2.3434E-07、A8＝1.0334E-08、A10＝-4.2607E-11
第１６面
K＝0.000、A4＝-3.9975E-05、A6＝5.4330E-07、A8＝-1.7529E-08、A10＝3.5485E-10
第２１面
K＝0.000、A4＝-9.4971E-04、A6＝-1.7946E-05、A8＝-2.8027E-07、A10＝-2.6674E-09
第２２面
K＝0.000、A4＝-4.8964E-04、A6＝-1.4059E-05、A8＝6.7553E-08、A10＝6.1306E-09
第２６面
K＝0.000、A4＝5.5693E-05、A6＝1.6545E-04、A8＝-1.0783E-05、A10＝1.9788E-07
第２７面
K＝0.000、A4＝3.1217E-04、A6＝2.4040E-04、A8＝-1.5976E-05、A10＝2.9153E-07
各種データ
ズーム比 24.000
広角 中間 望遠
焦点距離 4.760 23.324 114.240
Ｆナンバー 2.880 3.834 4.422
半画角 77.159 17.273 3.512
像高 3.600 3.600 3.600
レンズ全長 83.156 110.350 135.000
ＢＦ 0.600 0.600 0.600
ｄ５ 0.700 17.695 52.835
ｄ１４ 24.392 3.181 2.000
ｄ２２ 2.992 22.045 25.218
ｄ２５ 2.626 14.982 2.500
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
１ １ 76.489
２ ６ -7.403
３ １６ 14.726
４ ２３ 28.549
５ ２６ 189.674
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例４の変倍光学系１Ｄの球面収差、非点収差、歪曲収差及び倍率色収差を、図１８、図１９に示す。図１８は広角端［Ｗ］、図１９は望遠端［Ｔ］における各収差を表している。
上記に列挙した実施例１〜４の変倍光学系１Ａ〜１Ｄに、上述した条件式（１）〜（６）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１に示す。
Figure 0005040430
以上説明したように、上記実施例１〜４に係る変倍光学系１Ａ〜１Ｄによれば、本発明に係る要件を満足している結果、φ７．２ｍｍの像円径において、広角端［Ｗ］、望遠端［Ｔ］のいずれにおいても、球面収差が略５０μｍ以内に収まり、ｇ線およびＣ線の倍率色収差は略１０μｍ以内に収まり、さらに望遠端［Ｔ］の軸上色収差は略１００μm以内に収まっており、優れた光学特性を有している。このように、変倍光学系１Ａ〜１Ｄは、２０倍以上という高変倍比にもかかわらず、優れた光学特性を保持しつつ小型化が達成されている。
本発明に係る変倍光学系の光路図を示す断面図である。 本発明に係る変倍光学系を搭載したデジタルカメラの外観構成図であって、（ａ）はデジタルカメラの正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、及び（ｄ）は背面図をそれぞれ示している。 本発明に係る変倍光学系を具備するデジタル機器の一例としてのデジタルカメラの機能構成を示す機能ブロック図である。 実施例１に係る変倍光学系の広角端における光路図を示す断面図である。 実施例１に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例２に係る変倍光学系の広角端における光路図を示す断面図である。 実施例２に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例３に係る変倍光学系の広角端における光路図を示す断面図である。 実施例３に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例４に係る変倍光学系の広角端における光路図を示す断面図である。 実施例４に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例１の広角端におけるレンズ群の収差図である。 実施例１の望遠端におけるレンズ群の収差図である。 実施例２の広角端におけるレンズ群の収差図である。 実施例２の望遠端におけるレンズ群の収差図である。 実施例３の広角端におけるレンズ群の収差図である。 実施例３の望遠端におけるレンズ群の収差図である。 実施例４の広角端におけるレンズ群の収差図である。 実施例４の望遠端におけるレンズ群の収差図である。
符号の説明
１、１Ａ〜１Ｄ 変倍光学系
１１、Ｇｒ１ 第１レンズ群
１２、Ｇｒ２ 第２レンズ群
１３、Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
Ｇｒ５ 第５レンズ群
１４、ＳＴ 光学絞り
１５、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２ デジタルカメラ（デジタル機器）
２１ 撮像レンズ装置

Claims (5)

  1. 物体側から順に、正の光学的パワーを有する第１レンズ群と、負の光学的パワーを有する第２レンズ群と、正の光学的パワーを有する第３レンズ群と、を少なくとも含み、
    広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の間隔が減少し、
    前記第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズを含んで構成され、前記第２レンズ群は最も物体側に像側へ凹面を向けた負レンズを含んで構成されてなり、
    下記（１）及び（２）の条件式を満たし、
    前記第２レンズ群内の最も物体側に位置する負レンズが、下記（３）の条件式を満たし、
    前記第１レンズ群に含まれる負レンズが、下記（４）の条件式を満たし、
    前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１枚が、下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
    νｄ２＜３０ ・・・（１）
    ５０＞νｄ１ｎ＞３０ ・・・（２）
    但し、νｄ２：第２レンズ群内の最も物体側の負レンズのアッベ数
    νｄ１ｎ：第１レンズ群内の負レンズの平均アッベ数
    θｇ，Ｆ ２ ＋０．００１７６７＊νｄ ２ −０．６４７７＞０．００４ ・・・（３）
    但し、θｇ，Ｆ ２ ：第２レンズ群内の最も物体側に位置する負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比
    なお、上式で「＊」は乗算を、「／」は除算を示す。以下、同じ。
    θｇ，Ｆ １ｎ ＋０．００１７６７＊νｄ １ｎ −０．６４７７＜−０．００４ ・・・（４）
    但し、θｇ，Ｆ １ｎ ：第１レンズ群の前記負レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比の平均値
    θｇ，Ｆ １ｐ ＋０．００１７６７＊νｄ １ｐ −０．６４７７＞０．００４ ・・・（５）
    但し、θｇ，Ｆ １ｐ ：第１レンズ群の前記正レンズの、θｇ，Ｆ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で定義される部分分散比
  2. 下記（６）〜（８）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
    １．７＜ｆ１／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜４．８ ・・・（６）
    −０．６３＜ｆ２／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜−０．０８ ・・・（７）
    ０．２１＜ｆ３／√（ｆｗ＊ｆｔ）＜１．２５ ・・・（８）
    但し、ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
    ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
    ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
  3. 下記（９）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍光学系。
    １０．０≦ｆｔ／ｆｗ ・・・（９）
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項４に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部と、を具備し、
    前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
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