JP2006154702A - 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型で高精細な変倍光学系と、その変倍光学系を備える撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器とを提供する。
【解決手段】 入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）を、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置する。そして、少なくとも一方の反射プリズムの入射面又は射出面は光学的パワーを有し、かつ当該２つの反射プリズムの間には１枚以上のレンズを含む少なくとも１つのレンズ群が当該レンズ群の光軸と当該２つの反射プリズム間の光路の中心線とが一致するように備えられ、さらに少なくとも１つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させる。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、薄型の変倍光学系と、その変倍光学系を備える撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関する。

近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラあるいは、カメラ付き携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等のデジタル機器の普及が目覚しく、これらに搭載される撮像素子の高画素化・高機能化が急速に進んでいる。このため、高画素化等がなされた撮像素子の性能を十分に活かすため、該撮像素子に被写体を結像させる変倍光学系にも高い光学性能が要求されている。

また、一般向けのデジタル機器においても、画像の変倍、特に画像劣化の少ない光学変倍が望まれており、その一方で携帯性を良くするための小型化が望まれている。当該デジタル機器の小型化の一手段として変倍光学系の薄型化が考えられる。従来では、変倍光学系の薄型化の手段として、例えば変倍光学系の沈胴構造が採用されている。

しかしながら、沈胴構造の変倍光学系にあっては、鏡胴の構成が複雑化し、コストアップを招来することとなる。また、機器の電源投入後にレンズを繰り出すようにした場合には、撮影準備が完了するまでに所定の時間を要するため、その間に撮像したい対象があっても、シャッターチャンスを逃すという問題もある。

変倍光学系の薄型化を図る他の手段として、変倍光学系の光路上に反射面を設ける技術が知られており、この種の変倍光学系につき、例えば下記特許文献１〜４において種々の提案がなされている。特許文献１には、最も物体（被写体）側のレンズ群に固定の三角プリズムを配することで光軸を９０度折り曲げ、当該三角プリズムにおける光線の入射面を凹面の非球面とした変倍光学系が開示されている。特許文献２には、光軸を９０度折り曲げる２つの反射面を有し、折り曲げる方向を空間的にねじれの方向にすることで、変倍光学系の小型化を実現する技術が開示されている。特許文献３には、単焦点光学系内に、光軸を９０度折り曲げる２つの反射要素（鏡）を配置して、光学系の小型化を実現する技術が開示されている。特許文献４には、光軸を９０度折り曲げる２つの反射要素（三角プリズム又は鏡）を配置して、光学系の小型化を実現する技術が開示されている。
特開２００４−７０２３５号公報 特開２００４−１７０７０７号公報 特表２０００−５１５２５５号公報 特開２００４−２４７８８７号公報

特許文献１の変倍光学系においては、光線の入射面が凹面の非球面である三角プリズムを用いることで、光学系の厚み方向を圧縮し、薄型でコンパクトな変倍光学系を実現している。しかしながら、光軸を折り曲げる回数が１回であるために、変倍光学系を備えたカメラの厚みを決めているのは撮像素子の大きさである。一般に、撮像素子の受光面の周辺には配線や回路、パッケージ等が配置されており、これらの面積は受光面のそれよりもかなり大きいため、さらなる薄型化が望まれる構成である。

特許文献２の変倍光学系においては、光軸を９０度折り曲げる反射面を２つ配置しているが、折り曲げる方向が空間的なねじれの方向である。そのため、カメラの厚みを決めているのは、特許文献１同様に撮像素子の大きさであり、さらなる薄型化が望まれる。

特許文献３の光学系においては、光軸を９０度折り曲げる反射面を２つ配置し、物体面と撮像面とが平行になる構成であるため、カメラの厚みを決めているのは、光学系の厚みである。しかしながら、実現している光学系が単焦点光学系であるために、変倍光学系の提供ができないという問題点がある。さらに、反射鏡を用いて光軸を折り曲げているために、プリズムを用いた場合に比較して必要な光路が長くなり、その結果、光軸を折り曲げる部分の厚みが厚くなってしまう。

特許文献４の光学系においては、光軸を折り曲げる際にプリズムを用いてはいるが、それは単純な三角プリズムであり、さらにプリズムの外部の物体側にレンズを設けている構成なので、さらなる薄型化が望まれる。また、当該レンズは撮影窓として用いられているのみであり、そのレンズ効果を有効に利用しようという思想は開示されていない。このように、特許文献１〜４に開示されている光学系では、高性能の変倍光学系の提供が困難である点や、コンパクト化が十分ではないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑制しつつ、高い光学性能を有し、かつ携帯電話機や携帯情報端末への搭載が可能な薄型で、コンパクトな変倍光学系、撮像レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器を提供することを目的とする。

請求項１にかかる変倍光学系は、入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２つの反射プリズムと、前記２つの反射プリズムの間に１枚以上のレンズを含む少なくとも１つのレンズ群とを有する変倍光学系であって、前記２つの反射プリズムは、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなり、さらに少なくとも一方の反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有し、前記レンズ群は、当該レンズ群の光軸と前記２つの反射プリズム間の光路の中心線とが一致するように備えられ、前記レンズ群は変倍動作のために当該レンズ群の光軸方向へ移動可能とされていることを特徴とする。

請求項２にかかる変倍光学系は、請求項１に記載の変倍光学系であって、前記反射プリズムによる入射光の屈曲角は、略９０度であることを特徴とする。

請求項３にかかる変倍光学系は、請求項１又は２に記載の変倍光学系であって、前記２つの反射プリズムは、それぞれの入射面及び射出面の少なくとも一面が光学的パワーを有することを特徴とする。

請求項４にかかる変倍光学系は、請求項１又は２に記載の変倍光学系であって、前記２つの反射プリズムは、それぞれの入射面及び射出面のいずれの面も光学的パワーを有することを特徴とする。

請求項５にかかる変倍光学系は、請求項１乃至４のいずれかに記載の変倍光学系であって、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に光学絞りが備えられている場合において、少なくとも前記光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面が、負の光学的パワーを有するものであることを特徴とする。

請求項６にかかる変倍光学系は、請求項１乃至５のいずれかに記載の変倍光学系であって、前記２つの反射プリズムの間には、それぞれ１枚以上のレンズを含む少なくとも２つのレンズ群が備えられていることを特徴とする。

請求項７にかかる変倍光学系は、請求項６記載の変倍光学系であって、少なくとも２つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることで変倍を行うことを特徴とする。

請求項８にかかる変倍光学系は、請求項１乃至７のいずれかに記載の変倍光学系であって、少なくとも１つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることでフォーカシングを行うことを特徴とする。

請求項９にかかる変倍光学系は、請求項１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系であって、前記２つの反射プリズムのうちの少なくとも１つは、樹脂により構成されていることを特徴とする。

請求項１０にかかる変倍光学系は、請求項９記載の変倍光学系であって、前記反射プリズムを構成する樹脂材料の吸水率が、０．０１％以下であることを特徴とする。

請求項１１にかかる変倍光学系は、請求項１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系であって、前記反射プリズムは、ガラスモールド法により作製されたものであることを特徴とする。

請求項１２にかかる変倍光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の変倍光学系であって、前記反射プリズムの反射面は平面であり、当該反射面以外の入射面及び射出面は光軸を中心に軸対称であることを特徴とする。

請求項１３にかかる変倍光学系は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の変倍光学系であって、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、前記反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子が備えられていることを特徴とする。

請求項１４にかかる変倍光学系は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の変倍光学系であって、前記他方の反射プリズムに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を具備させたことを特徴とする。

請求項１５にかかる撮像レンズ装置は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の変倍光学系を備え、前記変倍光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする。

請求項１６にかかるデジタル機器は、請求項１５に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子と、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前記撮像レンズ装置及び撮像素子に実行させる機能部とを具備することを特徴とする。

請求項１７にかかるデジタル機器は、請求項１６記載のデジタル機器に備えられたディスプレイの表示面と、前記撮像素子の受光面とが平行であり、かつ前記表示面及び受光面の長辺が互いに平行であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、２つの反射プリズムの間に配置されたレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることで変倍を行うので、変倍光学系全体を駆動する構成に比して、変倍のための駆動部に要求される駆動力を小さくすることができる結果、駆動部をコンパクト化することができる。また、２つの反射プリズムの間に配置されたレンズにより球面収差や像面湾曲等の補正を行うことができるので、変倍光学系の光学性能を向上させることができる。さらに、変倍に際して光学系の厚みを変化させることがないので、高い光学性能を有し、かつ携帯電話機や携帯情報端末への搭載が可能な薄型で、コンパクトな変倍光学系が実現できる。

請求項２記載の発明によれば、反射プリズムによる入射光の屈曲角を略９０度としたので、コンパクトな変倍光学系を実現することができる。

請求項３記載の発明によれば、反射プリズムの入射面及び射出面のいずれか一面が光学的パワーを有するものとし、反射プリズムに反射の機能のみならずレンズの機能をも具備させているために、これらの機能を別個の光学素子で実現する構成に比して、部品点数を低減することができ、変倍光学系をよりコンパクト化することができる。

請求項４記載の発明によれば、反射プリズムの入射面及び射出面のいずれの面も光学的パワーを有するものとし、反射プリズムに反射の機能のみならずレンズの機能をも具備させているために、これらの機能を別個の光学素子で実現する構成に比して、部品点数を低減することができ、変倍光学系をより一層コンパクト化することができる。

請求項５記載の発明によれば、反射プリズム自体の小型化を図ることができる。すなわち、反射プリズムの小型化を図るには、プリズム内の最周辺部位を通過する光線が光軸と平行に近いことが望ましいが、光学絞りが光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に配置されている場合は、前記反射プリズムの入射面に負の光学的パワーを具備させることで前記光軸との平行性を担保し易くなる。これにより、反射プリズムのサイズを小さくすることが可能となり、ひいては変倍光学系の小型化を図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、２つの反射プリズムの間に、それぞれ１枚以上のレンズを含む少なくとも２つのレンズ群が備えられているので、それらに変倍に必要なバリエータとコンペンセータの機能を担わせることが可能となる。これにより、高画質な変倍光学系を実現できる。

請求項７記載の発明によれば、少なくとも２つのレンズ群に変倍に必要なバリエータとコンペンセータの機能を担わせることが可能となるので、高画質な変倍光学系を実現できる。さらに、少なくとも２つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることで変倍を行う構成であるので、１つのレンズ群を移動させる構成に比べ、各レンズ群の移動距離を抑えることが可能となり、光学系をコンパクト化することができる。

請求項８記載の発明によれば、２つの反射プリズムの間に配置された少なくとも１つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることでフォーカシングを行うので、変倍光学系全体を駆動する構成に比して、フォーカシングのための駆動部に要求される駆動力を小さくすることができる結果、駆動部をコンパクト化することができる。また、反射プリズムを駆動しないので、光軸のずれが発生するなどの不具合を抑制でき、反射プリズムの位置精度を確保することができる。さらに、フォーカシングに際して、光学系の厚みを変化させることがないので、変倍時の薄さを保つことが可能となる。

請求項９記載の発明によれば、少なくとも１つの反射プリズムを樹脂で構成したので、ガラス製に比べて軽量で安価であり、さらに量産性に優れた光学系を提供することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、反射プリズムを樹脂で構成する場合において、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いるので、当該反射プリズムについて吸湿に伴う光学特性（屈折率等）の影響を受けない変倍光学系を実現できるようになる。

請求項１１に記載の発明によれば、高精度で高屈折率な反射プリズムを比較的容易に得ることができるガラスモールド法により作製された反射プリズムを用いるので、光路長の短縮や屈折面での収差の発生を低減し易い変倍光学系を提供できる。

請求項１２記載の発明によれば、光軸を中心に軸対称な光学系であるために製造難易度は高くなく、かつ組み込み時の評価や、調整の難易度も、軸非対称な光学系に比べ低くて済むので、製造コストを抑えることができる。

請求項１３記載の発明によれば、光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子を備えるようにしたので、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面より光路上被写体側又は他方の反射プリズムの射出面より光路上像側に光学素子を配置する場合に比して、光学系全体を薄型化することができる。

請求項１４に記載の発明によれば、当該変倍光学系を経た入射光の光像を撮像素子で撮像するような場合に、画像劣化要因となる赤外線成分を、反射プリズムの付随機構を用いて減少させるので、赤外線をカットするための光学部品の使用を省くことができるようになる。これにより、変倍光学系の構成を簡素化でき、さらには変倍光学系の小型化を図ることが可能となる。

請求項１５記載の発明によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトかつ高精細な撮像レンズ装置が実現できる。

請求項１６記載の発明によれば、高精細を保ったままで、被写体の静止画撮影又は動画撮影における変倍（ズーミング）が可能な、携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器が実現できる。

請求項１７記載の発明によれば、デジタル機器に備えられたディスプレイの表示面と撮像素子の受光面とが平行であり、かつ表示面及び受光面の長辺が互いに平行であるために、撮像された光学像は周辺光量落ちが少なくなるため、有効に撮像素子上に結像され、さらにはディスプレイに有効に表示される。したがって、ディスプレイの面積を最大に生かした表示が可能となり、撮影時の構図の確認等が有効に行える。

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、本発明にかかる変倍光学系１００の構成を模式的に示す図である。この変倍光学系１００は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１０５の受光面上に被写体Ｈの光学像を形成するものであって、入射光をそれぞれ所定の角度（略９０度）だけ屈曲して反射する２個の反射プリズム、すなわち光路上被写体Ｈ側に配置された第１反射プリズム１０１（ここでの説明において「入射側プリズム１０１」という）と、光路上撮像素子１０５側に配置された第２反射プリズム１０２（ここでの説明において「像面側プリズム１０２」という）とが備えられている。なお、入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間には、変倍動作並びにフォーカシング動作を行うためのレンズ群１０３、光学絞り１０４が配置されている。前記レンズ群１０３は、それぞれ図中の矢印Ｂ１，Ｂ２方向へ移動自在とされた変倍レンズ１０３１、１０３２から構成されている。

そして、前記入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとが、略平行となるように配置されている。つまり、被写体Ｈから撮像素子１０５までの光軸ＡＸは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の反射面１０１ｃ、１０２ｃによりそれぞれ９０度折り曲げられたものとされている。このような変倍光学系１００は、各種デジタル機器（例えば携帯電話等）の筐体ＢＤ内に収容される。

このように構成された変倍光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の少なくとも一方の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂが、光学的パワーを有する構成とされる。例えば、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａ又は射出面１０１ｂのいずれか、及び／又は像面側プリズム１０２の入射面１０２ａ又は射出面１０２ｂのいずれかに、光学的パワーを具備させる構成とすることができる。或いは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのいずれもが、光学的パワーを具備する構成とすることもできる。これらの構成によれば、前記入射面１０１ａ、１０２ａ又は射出面１０１ｂ、１０２ｂのうちの少なくとも一面がレンズ機能面として活用されるので、その分だけ別個の光学素子の使用を省くことができ、変倍光学系１００のコンパクト化を図ることができるようになる。

前記撮像素子１０５は、当該変倍光学系１００により結像された被写体Ｈ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１０５としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）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。

ここで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１の射出面１０１ｂ側に位置している場合において、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが、負の光学的パワーを有する構成とすれば、次のような利点がある。図２は、入射側プリズム１０１（１０１’）と光線との関係を示す光路図である。いま、入射側プリズム１０１（１０１’）から所定の光線幅ＢＴを射出させる場合、プリズム自体を小型化するためには、プリズム内の最も周辺側を通過する光線ｏｐについて、その射出光線ｏｐ−ｏｕｔが光軸ＡＸと平行に近いことが望ましい。

すなわち、図２（ａ）の入射側プリズム１０１’のように、入射面１０１ａ’が平面である場合、この入射面１０１ａ’へ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度を、光軸ＡＸに対して小さくすることができず、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して傾き角を持った状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためには、前記傾き角を考慮して、入射面１０１ａ’及び射出面１０１ｂ’を大きくする必要があり、このためプリズムのサイズを大きくせねばならない。

一方、図２（ｂ）の入射側プリズム１０１のように、入射面１０１ａが負の光学的パワー（凹面）とされている場合、この入射面１０１ａへ入射する光線のうち最も周辺側の角度θ１を持った入射光線ｏｐ−ｉｎの光線角度は、光軸ＡＸに対して小さくなり、結果として出射光線ｏｐ−ｏｕｔは光軸ＡＸに対して平行に近い状態で射出される。従って、所定の光線幅ＢＴを得るためのプリズムのサイズを、図２（ａ）の場合に比べて大幅に小さくすることができ、ひいては変倍光学系１００もコンパクト化できるようになる。

なお、前述のような入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２を備える代わりに、反射鏡を備えた変倍光学系１００とすることも考えられるが、この場合、反射鏡を保持する部材等を別途備える必要があり、変倍光学系１００のコストアップや大型化を招来することとなるので、前記のような２個の反射プリズムを採用することが望ましい。

また、反射面による入射光の屈曲角は９０度に限られないが、屈曲角が９０度から離れるほど変倍光学系１００のサイズが、図１の矢印Ａ方向に大きくなるため、前記屈曲角を９０度に設定することが、変倍光学系１００のコンパクト化を達成する上で最も望ましい。

ここで、撮像素子１０５が長辺と短辺とを有する矩形状のものである場合、その屈曲方向としては、撮像素子１０５の短辺方向（図１に矢印ａを付している幅方向が短辺方向）に光線を屈曲させるようにすることが好ましい。撮像素子１０５の長辺方向に光線を屈曲することでも相応に変倍光学系１００の薄型化を達成することができるが、撮像素子１０５の短辺方向に光線を屈曲する方がより変倍光学系１００の薄型化を達成することができる。

図１に示す変倍光学系１００のように、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側や、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂより光路上像側（撮像素子１０５側）には、屈折力（光学的パワー）を有する光学素子を配置せず、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂとの間の光路上にのみ屈折力を有する光学素子を配置する構成とすることが望ましい。これにより、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａより光路上被写体Ｈ側等に屈折力を有する光学素子を配置する場合に比して、変倍光学系１００の厚み（矢印Ａ方向のサイズ）を薄くすることができ、変倍光学系１００の大型化を抑制することができる。

また、前記変倍光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間に、１枚以上のレンズを含むレンズ群を配置することが望ましい。これは、該レンズにより球面収差や像面湾曲等の補正を行うことができ、変倍光学系１００の光学性能を向上することができるからである。なお、前記のようなレンズ等を配置する場合に、このレンズとして反射プリズムより矢印Ａの方向に小さいレンズを採用することで、該レンズの搭載による矢印Ａの方向の大型化の問題は発生しない。

あるいは、矢印Ａの方向の大型化の問題を防ぐために、レンズの形状を工夫してもよい。例えば、レンズ周縁部の不使用部分を削除して、光軸（ＡＸ）を縦断した断面をアルファベットのＤ字型形状や小判形状などとすることで、矢印Ａの方向に不必要に大きくなることを防ぐことができる。

そして、１枚以上のレンズを含むレンズ群を、当該レンズ群の光軸方向（入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと略平行な方向）に駆動してズーミング（変倍）を行うことが望ましい。これは、反射プリズムを含む変倍光学系全体を光軸方向に駆動するように構成した場合、光学系全体の厚みが変化することになり薄型化に課題が出たり、駆動対象物の重量増加により駆動用モータの大型化を招来したりするからである。さらに、前記駆動による光軸のずれが発生したり、変倍光学系の各光学素子の保持機構が複雑になったりする課題もある。２つの反射プリズムの間にレンズ群を配置し、このレンズ群を光軸方向に駆動するようにすることで、反射プリズムや光学絞りを固定できるとともに、駆動用モータの大型化、光軸のずれの発生、前記保持機構の複雑化の問題を解消することができる。

一般にズーミングには、バリエータとコンペンセータとの２つのレンズ群の移動が必要である。したがって、良好な変倍を行うためには、２つのプリズム間に少なくとも２つのレンズ群が必要で、さらに２つとも光軸方向に移動することが望ましい。光軸方向に移動させることで、変倍に際して光学系の厚みを変化させないので、携帯電話機や携帯情報端末への搭載が可能な薄型で、コンパクトな変倍光学系が実現できる。また２つのレンズ群を移動させることにより、１つのレンズ群を移動させる構成に比べ各レンズ群の移動距離を抑えることが可能となり、光学系をコンパクト化することができる。しかし、光学式ズーム光学系のようにズーム解を適切に調整すれば、変倍時に移動するレンズ群を１つにすることも可能である。

図１に示す変倍光学系１００においては、上述のような要請を満たすため、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の間に変倍レンズ１０３１、１０３２が配置されているものである。すなわち、これら変倍レンズ１０３１、１０３２が、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａと平行な方向（図中の矢印Ｂ１，Ｂ２方向）にそれぞれ移動されることで、ズーミングが行われる構成とされている。

同様に、１枚以上のレンズを含むレンズ群（変倍レンズ１０３１、１０３２）を、当該レンズ群の光軸方向（上記実施形態においては、入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間の、光路の中心線と平行方向）に駆動してフォーカシングを行うように構成するのが望ましい。理由は変倍時の駆動と同様である。

なお、前記変倍光学系１００において、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２や変倍レンズ１０３１、１０３２の製造の容易性の点から、変倍光学系１００の各光学面は、光軸ＡＸを中心に軸対称な面（回転対称面）とするのが望ましい。軸非対称な光学系は、製造難易度を上げるばかりでなく、組み込み時の評価や、調整に対しても難易度を押し上げるために、コストが高くなるために望ましくない。逆に、コストが高くなることを許容するならば、軸非対称な面を反射面に用いることも可能である。

次に、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との望ましい配置関係について説明する。変倍光学系１００自体の矢印Ａ方向のサイズは、上述のような光学構成とすることで薄型化が可能であるが、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに撮像素子１０５を対向配置し、これを筐体ＢＤ内に収容する場合、前記筐体ＢＤの薄型化を図るには、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離も可及的に短縮することが望ましい。

いま、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との距離をｄとし（両者間に光学部品が介在されている場合も含む物理距離とする）、当該変倍光学系１００の光路折り曲げ面内（図１における紙面が相当する）における撮像素子１０５の受光面の高さをａ（例えば撮像素子１０５の短辺方向）と定義するとき、次の（１）式の関係を満たすよう、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定することが、筐体ＢＤの薄型化を図る観点からは望ましい。
０．０≦ｄ／ａ＜０．８ ・・・（１）

上記（１）式において、ｄ／ａが０．８以上となると、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との距離ｄが大きくなりすぎて、筐体ＢＤの薄型化には不向きとなる。すなわち、距離ｄが大きいということは、そのような環境において撮像素子１０５の受光面に結像させるには像面側プリズム１０２のサイズも大きなものとなることから、全体として変倍光学系１００が大型化（厚肉化）することとなる。

一方、ｄ／ａ＝０として、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とを密着させる態様は、矢印Ａ方向のサイズの極小化を図り得る態様であり、薄型化という観点からは望ましい態様である。しかし、前記射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面とが接触することから組み付けの困難性が招来され、また射出面１０２ｂと撮像素子１０５の受光面との間における面間反射によるゴーストの発生が懸念される。このような不都合を解消するため、ｄ／ａの下限値は０．１以上とすることが望ましい。

以上のように像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂと撮像素子１０５との配置関係を設定するだけでなく、前記像面側プリズム１０２の大きさ（長さ）を最適化することで、一層薄型化を図ることが可能となる。いま、図３に示すように、像面側プリズム１０２の屈折率をｎ、像面側プリズム１０２内を通過する光軸ＡＸ上の主光線の距離（プリズムを展開したときの厚み）をｔ、射出瞳距離をｐとすると、次の（２）式の関係を満たすようにすることが望ましい。
−１．５＜（ｔ＊ｎ）／ｐ＜１．０ ・・・（２）

上記（２）式において、（ｔ＊ｎ）／ｐが１．０以上となると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが長くなることから、その光学系はテレセントリックに近づくことになる。従って、プリズム内での光線幅が大きくなってしまい、そのような光線幅のものを折り返すためにはプリズムのサイズを大きく（長く）する必要が生じることから、結果的に変倍光学系１００のコンパクト化を図れなくなる傾向が顕著になる。

一方、（ｔ＊ｎ）／ｐが−１．５以下になると、プリズムの大きさに対して射出瞳距離ｐが短くなることから、テレセントリックとは反対に、その光学系は光軸に対する傾きが大きい光線が多く含まれるようになる。一般に、撮像素子１０５の受光面には、集光効率を高くするために、画素毎にマイクロレンズが配置されている。テレセントリックな光学系の場合、前記マイクロレンズを各画素の略直上に配置すれば良く、比較的マイクロレンズの配置は容易である。しかし、射出瞳距離ｐが短く光線の傾きがある場合、この傾き角を考慮してマイクロレンズを各画素に対して所定量ずらした状態で配置せねばならない。ここで、（２）式の下限値以下のように光線の傾き角が大きくなる場合、所定の集光量を担保できるようマイクロレンズを配置することが困難となり、結果として集光効率が悪化して周辺光量が低下する傾向が顕著となる。

さらに、射出瞳距離ｐが短いということは、光学絞り１０４と像面（撮像素子１０５の受光面）との距離が短くなるということに帰着するが、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａより像面側には光学絞り１０４を配置できない（プリズム内に絞りを設けることはできない）ことから、（２）式の下限値以下の場合、光学絞り１０４の適切な配置が出来にくくなるという傾向も顕著となる。

ところで、撮像素子１０５として、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合、赤外線成分がノイズとなり出力画像を劣化させる場合がある。このため、赤外線成分を撮像素子１０５に入射させないよう、従来から赤外線カットフィルタ等を変倍光学系の適宜な箇所に配置する対策が講じられている。しかし、このような赤外線カット機能を有する光学部品が別途必要となることから、変倍光学系のコンパクト化、部品点数の抑制の阻害要因となっていた。

そこで、像面側プリズム１０２自体に、入射光に含まれる赤外線成分を減少乃至は除去する赤外線カット機能を具備させることが望ましい。図４は、赤外線カット機能を具備させた像面側プリズム１０２の例を示す断面図である。図４（ａ）は、像面側プリズム１０２の射出面１０２ｂに、赤外線反射膜１０２ｄを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線反射膜１０２ｄにて反射され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線反射膜１０２ｄとしては、例えば赤外波長の光を反射させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線反射膜１０２ｄを、像面側プリズム１０２の入射面１０２ａに設けるようにしても良い。

また図４（ｂ）は、像面側プリズム１０２の反射面１０２ｃに、赤外線吸収膜１０２ｅを一体的に設けた例を示している。これにより、入射光に含まれる赤外線成分は赤外線吸収膜１０２ｅにて吸収され、撮像素子１０５に入射されないようになる。このような赤外線吸収膜１０２ｅとしては、例えば赤外波長の光を吸収させる誘電体多層膜のコーティング層が好適である。なお、このような赤外線吸収膜１０２ｅに代えて、赤外線透過膜を反射面１０２ｃに設け、赤外線成分のみを像面側プリズム１０２から放射させるようにしても良い。

続いて、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２の材質並びに製法について説明する。これらプリズムの材質については特に制限はなく、所定の光透過率や屈折率などを備えている光学材料であれば良く、各種ガラス材料や樹脂（プラスチック）材料を用いることができる。しかし、樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、コストの抑制や変倍光学系１００の軽量化の面で有利である。さらに、上述のように入射面及び／又は射出面に屈折力を具備する反射プリズムを作成する場合、ガラス材料によれば研磨工程を経て作製する必要があるが、樹脂材料の場合は型枠等を用いて容易に作製することができるという利点もある。

但し、インジェクションモールドによると、成型後に若干の熱収縮が避けられないため、高い精度が要求される光学部品の場合は、かえって製造難易度が高くなる場合がある。ところで、高い精度を要求される度合いは、像面側プリズム１０２よりも入射側プリズム１０１の方が高い。これは、像面側プリズム１０２の方が撮像素子１０５に近く、比較的誤差感度が小さいからである。従って、少なくとも像面側プリズム１０２を樹脂材料で構成し、要求される精度に応じて入射側プリズム１０１を樹脂材料とするか或いはガラス材料とするかの選択を行うことが望ましい。

ここで、入射側プリズム１０１及び／又は像面側プリズム１０２を樹脂材料で構成する場合、その樹脂材料として、例えばポリカーボネートやＰＭＭＡ等の各種光学樹脂材料を用いることができる。この中でも、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を選択することが望ましい。樹脂材料には、空気中の水分と結合する吸湿作用があり、このような吸湿が生じると、設計値通りにプリズムを製作しても吸湿により屈折率等の光学特性が変化する場合がある。従って、吸水率が０．０１％以下の樹脂材料を用いることで、吸湿の影響を受けない変倍光学系１００を構築できるようになる。このような樹脂材料としては、例えばＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社商品名）を用いることができる。

次に、入射面及び／又は射出面に光学的パワーを有するプリズムを製造する方法としては、例えば所定のプリズムに光学的パワーを有するレンズを接合する方法、プリズムを曲面研磨する方法、インジェクションモールド或いはガラスモールドによる方法などを例示することができる。但し、プリズムにレンズを接合する方法やプリズムを曲面研磨する方法は、反射面と前記レンズ又は曲面との位置関係や傾きなどを調整するために手間のかかる調芯を行う必要があり、製造難易度が比較的高くなってしまう。これに比べ、樹脂材料を用いたインジェクションモールドは、前述の通り量産性に優れるため、好ましい製造方法の一つである。

上記インジェクションモールドにて製造されたプリズムを採用する場合、次の点に留意することが望ましい。インジェクションモールドを行う場合、樹脂を金型に注入するためのゲートが必要となる。そのようなゲートはプリズムのどの面に対向させても良いが、プリズムにおいて光の入射、出射及び反射が行われない面に配置することが望ましい。これは、一般にゲート付近は樹脂流の痕跡が残留するなどして複屈折が発生し易く、光学特性に影響を与える可能性があることから、仮に複屈折が発生してもその影響を低減できるからである。

図５は、図１に示した変倍光学系１００を立体的に描いた斜視図である。図５に基づいて、上記の望ましい構成を説明すると、入射側プリズム１０１をインジェクションモールドで形成する場合においては、金型注入用のゲートを、入射面１０１ａ、射出面１０１ｂ及び反射面１０１ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０１ｍに配置する。この場合、通常ゲートは断面長方形の角柱状を呈していることから、そのような角柱状のゲート痕Ｇｅ１（入射面１０１ａと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ１）が前記不使用面１０１ｍに残存するようになる（このゲート痕Ｇｅ１は誇張して描いている）。このようにゲートを配置すると、当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、入射側プリズム１０１の有効使用領域ｐｗ１（図中のハッチング部位；光線が通過可能な領域）に与える影響を低減することができる。

像面側プリズム１０２も同様に、金型注入用のゲートを、入射面１０２ａ、射出面１０２ｂ及び反射面１０２ｃには配置せず、これらの面の側面である不使用面１０２ｍに配置する。この場合、角柱状のゲート痕Ｇｅ２（反射面１０２ｃと広幅面が平行なゲート痕Ｇｅ２）が前記不使用面１０２ｍに残存するようになるが、同様に当該ゲート近傍で複屈折が発生したとしても、像面側プリズム１０２の有効使用領域ｐｗ２（図中のハッチング部位）に与える影響を低減することができる。

インジェクションモールドを行った後、その成型品（この場合はプリズム）を金型から取り出すときに、イジェクトピンで当該成型品を押圧する手法が汎用されている。このようなイジェクトピンの当接部位には、やはり痕跡が残り、この部分においても光学特性が乱れる場合がある。そこで図５に示す例では、入射側プリズム１０１については、その入射面１０１ａにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ１が現れるようにしている。また像面側プリズム１０２については、その反射面１０２ｃにおける不使用領域に対応する部位にイジェクトピンを配置し、前記不使用領域にピン痕跡ｅｐ２が現れるようにしている。なお、前記ピン痕跡ｅｐ１、ｅｐ２が、それぞれ不使用面１０１ｍ、１０２ｍと対向する反対側の不使用面１０１ｎ、１０２ｎに現れるよう、イジェクトピンを配置するようにしても勿論良い。

さらに、この変倍光学系１００のように、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合において（図１参照）、組み付け時において、図５に示すように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が同じ方向に存在するように、ゲート方向を調整することが望ましい。この点を、図６に基づいて説明する。

図６は、図５に示した変倍光学系１００についての、模式的な光路図である。図示するように、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２についてのゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２は、同方向に存在するそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに形成されている。なお、この不使用面１０１ｍ、１０２ｍに対向するもう一方の不使用面１０１ｎ、１０２ｎは、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２が存在しないフラット面（形状的に安定した面）でもあることから、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２共通のプリズム保持部材１０６（筐体ＢＤのフレーム部材等に相当）に固定されている。これにより、プリズムの高精度な組み付けが行えるようになる。

ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２をそれぞれの不使用面１０１ｍ、１０２ｍに設けることで、複屈折等の影響を低減できるとはいえ、完全にその影響を取り除くことは難しい。このような、ゲート痕Ｇｅ１、Ｇｅ２近傍の光学特性に影響を与えるような領域を、図６においてそれぞれゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍとして示している（図中のハッチング部位が相当する）。

ところで、光学絞り１０４が入射側プリズム１０１と像面側プリズム１０２との間に配置されている場合、該光学絞り１０４の前後で光像が反転するようになる。いま、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａのゲート痕Ｇｅ１側から入射する光線ｏｐの光路を考える。入射側プリズム１０１内において、光線ｏｐはゲート影響領域Ｇｅ１ｍを通過することから複屈折率等の影響を受けてしまう。しかし、光学絞り１０４を通過すると光線ｏｐはゲート痕Ｇｅ１側から離間する方向に屈折する。そして、像面側プリズム１０２に入射すると、ゲート影響領域Ｇｅ２ｍから離れた領域を通過するようになる。従って、光線ｏｐは、入射側プリズム１０１及び像面側プリズム１０２のゲート影響領域Ｇｅ１ｍ、Ｇｅ２ｍを重畳的に通過するようなことはなく、残存複屈折の影響は分散され、画面の片側だけ複屈折等の影響が偏在するような不具合は発生しなくなる。

上述したような樹脂材料を用いたインジェクションモールド法は、量産化に適し、また反射プリズムの入射面や射出面に高精度な凹面等を形成できるという利点があるが、樹脂材料を用いる関係上、高い屈折率を有する反射プリズムを製作することはできない。そこで、高精度で高屈折率のプリズムが求められる場合は、高屈折率のガラス素材をプリズム形状の金型を用いて加熱加圧するガラスモールド法により製作することが望ましい。高屈折率のプリズムを適用すると、光路長の短縮化や屈折面における収差の発生の低減化を図ることができ、これにより変倍光学系１００の小型化、レンズ枚数の削減が可能となり、コンパクト化に有利となる。

＜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１００が組み込まれたデジタル機器について説明する。図７は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、カメラ付携帯電話機２００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。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラは、被写体の映像を光学的に取り込んだ後、その映像につき半導体素子を使って電気信号に変換し、デジタルデータとしてフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶する撮像レンズ装置である。更に本発明では、被写体の静止又は動きのある映像を光学的に取り込む、コンパクトな撮像レンズ装置を内蔵する仕様を備えた携帯電話機、携帯情報端末、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も含んでいる。

図７（ａ）は、携帯電話機２００の操作面を、図７（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を表している。携帯電話機２００には、上部にアンテナ２０１、操作面には、図の上下方向に長辺Ｌｔ１を有する長方形のディスプレイ２０２、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２０３、シャッターボタン２０４、ダイヤルボタン２０５及び変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２１０が備えられている。変倍ボタン２１０は、その上端部分に望遠を表す「Ｔ」の印字が、下端部分に広角を表す「Ｗ」の印字がされ、印字位置が押下されることで、それぞれの変倍動作が指示可能な２接点式のスイッチ等で構成されている。

携帯電話機２００には、本発明に係る変倍光学系１００によって構成された撮像レンズ装置（カメラ）２０６及びＣＣＤ等の撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の被写体光が入射される撮影レンズ２０７が背面に露出している。なお、該撮影レンズ２０７の裏面には、入射側プリズム１０１の入射面１０１ａが配置されている。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ２０２とは、携帯電話機２００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ２０２で表示させながら撮像を行うことができるようになる。

ここで、撮像素子１０５は、撮像エリアの縦横比が例えば４：３の長方形を呈するものが用いられている。汎用型の撮像素子は、一般的にこのような長方形であるが、このような撮像素子１０５を備える撮像レンズ装置２０６の携帯電話機２００への組み込み形態は、前記長方形のディスプレイ２０２との関係において、図７に示すような態様とすることが望ましい。

すなわち、ディスプレイ２０２が図７（ａ）の上下方向に長辺Ｌｔ１を有している場合、撮像素子１０５もまた、図７（ｂ）の上下方向にその長辺Ｌｔ２を有する組み込み構成とすることが望ましい。換言すると、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられることが望ましい。これにより、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像は、長方形のディスプレイ２０２上に有効に表示されるようになる。

つまり、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向に配置されていると、撮像素子１０５により取得された画像の長辺方向と、表示画像の長辺方向とが一致することから、ディスプレイ２０２の表示エリアを有効に活用した表示が行え、画像を大きく表示させることができる。すなわち、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となり、撮影時の構図の確認等に有利である。

上記撮像レンズ装置２０６は、被写体の光学像を形成する変倍光学系１００以外に光学的ローパスフィルタ等に相当する平行平面板を備えていてもよい。光学的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。

なお、光学的ローパスフィルタは必ずしも備える必要はなく、また、光学的ローパスフィルタに代えて、撮像素子１０５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搭載する（この場合、上述のように反射プリズムに赤外線カット機能を具備させることが望ましい）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、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。

以上の通り構成された携帯電話機２００の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２０３を押すことで、画像撮影モードを起動される。ここでは、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２０３を押すことで動画撮影モードに切り替わるものとする。つまり、画像切替ボタン２０３からの指示を受けた携帯電話機２００の制御部（図略）は、物体側の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２０６及び撮像素子１０５に実行させる機能を有する。

静止画撮影モードが起動されると、撮像レンズ装置２０６を通して被写体の像がＣＣＤ等の撮像素子１０５で周期的にくり返し撮像され、表示用メモリに転送された後に、ディスプレイ２０２に導かれる。ディスプレイ２０２を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッターボタン２０４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２１０の上端「Ｔ」の印字部分を押すと、その状態が検出され、押している時間に応じて変倍のためのレンズ駆動が実行されて、連続的にズーミングが行われる。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、変倍ボタン２１０の下端「Ｗ」の印字部分を押すことで、その状態が検出され、押している時間に応じて連続的に変倍が行われる。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２１０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２０４を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。

また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２０３を押して動画撮影モードに切り替える。後は静止画撮影のときと同様にして、ディスプレイ２０２を覗き、撮像レンズ装置２０６を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。このとき、変倍ボタン２１０を用いて被写体像の拡大率を調節することができる。この状態でシャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影が開始される。この撮影中、変倍ボタン２１０により、被写体の拡大率を随時変えることも可能である。ここで、もう一度シャッターボタン２０４を押すことで、動画撮影は終了する。動画像は、ディスプレイ２０２のための表示メモリに導かれると共に、動画像用のメモリに導かれて格納される。

本発明に係る変倍ボタン２１０はこの実施形態に限られることなく、既設のダイヤルボタン２０５を利用するようにしてもよいし、また、ダイヤルボタン設置面に回転軸を持つような回転式のダイヤル等、拡大と縮小の２方向の変倍を可能とする機能を備える態様としたものでもよい。

上記実施形態においては、ディスプレイ２０２の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが、図７の上下方向に揃って平行であるとしたが、それに限られることなく、例えば図７の左右方向など、ある一方向に揃って平行であることが望ましい。この場合にも、ディスプレイ２０２の面積を最大に生かした表示が可能となるので、撮影時の構図の確認等が有効に行える。

このことは、上記のような携帯電話機２００のほか、同様に表示素子としてのディスプレイを備える各種デジタル機器においても同様であり、例えば折り畳み式の携帯電話機や、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末、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においても同様である。

図８は、折り畳み式の携帯電話機３００の外観構成図であり、図８（ａ）は、携帯電話機３００の操作面を、図８（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。この携帯電話機３００は、第１の筐体３１０と第２の筐体３２０とがヒンジ３３０によって連結された折り畳み可能な構造であって、第１の筐体１１０の操作面には上下方向に長いディスプレイ３１１が備えられている。また第２の筐体３２０には、操作部としてのキー入力部３２１が設けられている。

このような携帯電話機３００において、第１の筐体３１０には、上述の変倍光学系１００によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ３１１とは、第１の筐体３１０の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ３１１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ３１１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（同一方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ３１１上に有効に表示させることができる。

また図９は、携帯情報端末機４００の外観構成図であり、図９（ａ）は、携帯情報端末機４００の操作面を、図９（ｂ）は背面を示している。この携帯情報端末機４００の操作面には、左右方向に長いディスプレイ４０１と、操作部としてのキー入力部４０２とが設けられている。

このような携帯情報端末機４００において、上述の変倍光学系１００によって構成された撮像レンズ装置２０６及び撮像素子１０５が内装され、その撮像レンズ装置２０６の撮影レンズ２０７が背面に露出している。つまり、撮像レンズ装置２０６の被写体光入射面とディスプレイ４０１とは、当該携帯情報端末機４００の表裏面（背面と操作面）にそれぞれ配置されている。これにより、撮像レンズ装置２０６により取得される画像をディスプレイ４０１で表示させながら撮像を行うことができるようになる。そして、ディスプレイ４０１の長辺Ｌｔ１と撮像素子１０５の長辺Ｌｔ２とが平行方向（この場合水平方向）になるように組み付けられている。このような構成によっても、撮影時に、撮影レンズ２０７から入射され長方形の撮像エリアを持つ撮像素子１０５上に結像された被写体光像を、長方形のディスプレイ４０１上に有効に表示させることができる。

以下本明細書においては、レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という術語を用いるが、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であり、レンズ全体又はレンズの端付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズでは一般に、レンズの中心付近と端付近での形状が異なるので注意が必要である。非球面レンズとは、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等の面を有するレンズである。

また、本明細書を通じて、単レンズ及び接合レンズを構成している各単レンズの光学的パワーは、単レンズのレンズ面の両側が空気との界面を備えている、つまりその単レンズが単独で存在しているときのパワーを指すものとする。

以下、図１に示したような撮像光学系１００、すなわち図７〜図９に示したようなカメラ付携帯電話機２００、３００或いは携帯情報端末機４００に搭載される撮像レンズ装置２０６を構成する変倍光学系１００の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。

［実施形態１］
図１０は、実施形態１の変倍光学系５１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。この図１０は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。また、この図１０（及び図１１〜図１６）には、物体側から入射した光の進む経路（光路）の概略も示してあり、その光路の中心線が光軸（ＡＸ）である。

本実施形態の変倍光学系５１は、光路上物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１反射プリズム（ＰＲ１；図１における入射側プリズム１０１が相当）から成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、両凹の負レンズ（Ｌ１）（負の光学的パワーを有するレンズ）と両凸の正レンズ（正の光学的パワーを有するレンズ）（Ｌ２）との接合レンズから成り、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）を備え、全体として正の光学的パワーを有し、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズである第４レンズ（Ｌ４）との接合レンズ、及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして正の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２；図１における像面側プリズム１０２が相当）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。この撮像素子（ＳＲ）は、縦横比が例えば３：４の撮像素子である。

また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）が正の光学的パワーを、射出面（Ｓ６）が負の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射させるものである。

図１０に示す変倍光学系５１は、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。つまり、図１０における左右（横）方向が、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向である。また、矢印Ａの方向は、図７に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。

図１１は、図１０における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズ（ＬＰ１及びＬＰ２）に置換して構成した変倍光学系５１の構成を示す図である。また、図１１に示した番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。

ここで、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。例えば、３枚の単レンズで構成される接合レンズのレンズ枚数は、１枚ではなく３枚と数える。

このような構成の下で、図１０の物体側（被写体側）から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の入射面（Ｓ１）に入射し、続いて反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、射出面（Ｓ３）から射出され、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の入射面（Ｓ４）に入射する。そして、この入射光は、反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲された後、射出面（Ｓ６）から射出され、そこで物体の光学像を形成する。この光学像は、第２反射プリズム（ＰＲ２）に隣り合って配置された平行平面板（ＰＬ）を通過する。このとき、光学像は、撮像素子（ＳＲ）において電気的な信号に変換される際に発生する、いわゆる折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板（ＰＬ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。

最後に、撮像素子（ＳＲ）において、平行平面板（ＰＬ）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図７〜図９に示すような携帯電話機２００、３００や携帯情報端末機４００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。

以下、焦点距離が最も短い、すなわち画角が最も大きい広角端（Ｗ）と、焦点距離が最も長い、すなわち画角が最も小さい望遠端（Ｔ）との真中を中間点（Ｍ）という。

図１０のようなレンズ構成の実施形態１では、図１１に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は像側に凸のＵターン形状を描くように移動し、中間点（Ｍ）付近で最も像側に近づく。また、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に略直線的に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。ただし、以下の実施形態も含め、これらレンズ群の移動の向きや移動量等は、当該レンズ群の光学的パワー等に依存して変わり得るものである。

また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図１０の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図１０の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。

以下、図面を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２及び実施形態３のレンズ構成を順に説明していく。このとき、図１２及び図１４の符号の意味は図１０と同様であり、図１３及び図１５の符号の意味は図１１と同様である。ただし、同じ符号が付けられているものは同質であるというだけであり、全く同一のものであるという意味ではない。例えば、図１０，図１２及び図１４における第１反射プリズムには同じ符号（ＰＲ１）が付けられているが、これらが同一であるという意味ではない。

［実施形態２］
図１２は、実施形態２の変倍光学系５２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。この図１２は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。

本実施形態の変倍光学系５２は、光路上物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１反射プリズム（ＰＲ１）、及び全体として負の光学的パワーを有する両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）との接合レンズから成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）を備え、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズ（Ｌ４）との接合レンズから成り、全体として負の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして正の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。

また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）とが共に正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射するものである。

図１２に示す変倍光学系５２は、図１０と同様、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。また、矢印Ａの方向は、図７に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。

図１３は、図１２における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系５２の構成を示す図である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。

このような構成の下で、図１２の物体側から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲され、撮像素子（ＳＲ）の受光面に被写体の光学像を形成する。

図１２のようなレンズ構成の実施形態２では、図１３に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に略直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）も第２レンズ群（Ｇｒ２）との間隔を変化させながら物体側に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。

また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図１２の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図１２の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。

［実施形態３］
図１４は、実施形態３の変倍光学系５３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。この図１４は、無限遠に合焦させた状態における光学素子の配置を示している。

本実施形態の変倍光学系５３は、光路上物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有し、第１反射プリズム（ＰＲ１）と両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）との接合レンズから成る第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）を備え、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）と両凸の正レンズ（Ｌ４）との接合レンズから成り、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）から構成される第３レンズ群（Ｇｒ３）、そして負の光学的パワーを有する第２反射プリズム（ＰＲ２）から成る第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成される。ここで、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）の光軸は、前記２つの反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間の光路の中心線（ＡＸ）と一致するように備えられている。さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の像側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。

また、第１反射プリズム（ＰＲ１）は、入射面（Ｓ１）が負の光学的パワーを、射出面（Ｓ３）が正の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ１）と射出面（Ｓ３）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ２）を備えている。また、第２反射プリズム（ＰＲ２）は、入射面（Ｓ４）が正の光学的パワーを、射出面（Ｓ６）が負の光学的パワーを有しており、入射面（Ｓ４）と射出面（Ｓ６）との間の光路上に平面状の反射面（Ｓ５）を備えている。第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）に設けられた反射面（Ｓ２，Ｓ５）は、本実施形態では、入射光を略９０度に屈曲して、それぞれ第２レンズ群（Ｇｒ２）又は平行平面板（ＰＬ）に向かって反射する。

図１４に示す変倍光学系は、図１０及び図１２と同様、撮像素子（ＳＲ）の短辺方向に光線を屈曲した変倍光学系を示すものである。また、矢印Ａの方向は、図７に示した携帯電話機２００の表裏方向に対応する。

図１５は、図１４における第１反射プリズム（ＰＲ１）及び第２反射プリズム（ＰＲ２）を、それぞれ当該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の構成を示す図である。ここで、矢印Ｄの方向は、撮像素子（ＳＲ）の対角方向に相当する。

このような構成の下で、図１４の物体側から入射した光線は、第１反射プリズム（ＰＲ１）の反射面（Ｓ２）で略９０度に屈曲された後、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を通過し、第２反射プリズム（ＰＲ２）の反射面（Ｓ５）で略９０度に屈曲され、撮像素子（ＳＲ）の受光面に被写体の光学像を形成する。

図１４のようなレンズ構成の実施形態３では、図１５に示したように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）も第２レンズ群（Ｇｒ２）との間隔を変化させながら物体側に移動する。このとき、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は共に、当該レンズ群の光軸方向へ移動し、変倍動作を行う。

また、無限遠合焦状態から近接距離合焦状態にフォーカシングを行うときは、第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）は固定されており、少なくとも第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）のいずれか一方のレンズ群を光軸と平行（図１４の矢印Ｂ）の方向に移動すると、全体の厚み（図１４の矢印Ａの方向）を変化させずに合焦できるので望ましい。

以上説明した実施形態１〜３においては、変倍光学系、特に第１反射プリズム（ＰＲ１）の汚損を防止するため、第１反射プリズムの入射面より被写体側の位置にカバーガラスを設けてもよい。カバーガラスは通常薄いので、全体の厚みを極端に大きくすることはない。

以上説明した前記各実施形態にかかる変倍光学系５１、５２、５３のように、入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する２個の反射プリズムを、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置している。これにより、変倍光学系のコンパクト化を図ることができる。

すなわち、例えば図１１に示すように、反射プリズムを備えずに（入射光をそれぞれ略９０度折り曲げて反射する反射面を１つも設けずに）、図１０に示す変倍光学系５１と略等価な変倍光学系５０１を構成し、携帯電話機２００等に搭載する場合、矢印Ｂに示す方向と携帯電話機２００の厚み方向（図７の表裏方向）とが対応するから、携帯電話機２００の厚みは変倍光学系の光学全長以上となる。この構成にあっては、携帯電話機２００は非常に厚みが厚くなり、大型となる。

そこで、図１６に示すように、反射面を１つ設けた変倍光学系（図１１に示すレンズ（ＬＰ１）に代えて反射プリズム（ＰＲ１）を備えた変倍光学系）を構成すると、変倍光学系における矢印Ａの方向を携帯電話機２００の厚み方向に対応させることができ、図１１に示す場合に比して、携帯電話機２００を薄型化することができる。

しかしながら、撮像素子（ＳＲ）は、パッケージや電気配線を備えて構成されており、これらの存在によって受光面と平行な面方向に大きな構造を有している。そのため、携帯電話機２００の厚みは、撮像素子（ＳＲ）の前記面方向の長さ以上（図１６に示す長さＬ以上）となり、携帯電話機２００の薄型化は十分でない。

そこで、本実施形態では、図１０に示すように、前記反射面を２つ備えた変倍光学系５１（図１１に示すレンズ（ＬＰ１，ＬＰ２）に代えて第１、第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）を備えた変倍光学系）を構成することにより、変倍光学系の厚みが、第１反射プリズム（ＰＲ１）の幅方向（矢印Ａ方向）Ｌ’（＜Ｌ）に相当することとなり、携帯電話機２００の更なる薄型化（コンパクト化）を達成することができる。

以下、本発明に係る変倍光学系の実施例を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。

実施形態１（実施例１）の変倍光学系５１における、各レンズのコンストラクションデータを表１及び表２に示す。

表１に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における、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）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔Ｍ、Ｔの空欄は、左のＷ欄の値と同じであることを表している。また、軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、図１１にも示したように、物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、ｒｉ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。

この表１からわかるように、この実施例１では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の両面、第５レンズ（Ｌ５）の両面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＰＬ）の両面、そして撮像素子（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無限大（∞）である。尚、本実施例においては、第１反射プリズム（ＰＲ１）がプラスチック製であり、それ以外の光学素子はガラス製である。

光学素子の非球面形状は、面頂点を原点とし、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の向きとするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式で定義する。

ただし、
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（ｈ^２＝ｘ^２＋ｙ^２）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ：それぞれ４，６，８，１０，１２次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。表２に、円錐係数ｋと非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの値を示す。また、上記（３）式から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの面頂点付近の値を示している。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１の全光学系（第１、第２、第３及び第４レンズ群を合わせたもの）の、無限遠合焦状態における球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図１７の左側から順に示す。この図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点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％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、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高、単位ｍｍ）で表してある。

さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２７ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるd線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８３ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ＳとＴはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（d線）を用いた場合の結果である。

この図１７からわかるように、本実施例１のレンズ群は、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。また、この実施例１における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（ｍｍ）及びＦ値を、表７及び表８にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。

次に、実施形態２（実施例２）の変倍光学系５２における、各レンズのコンストラクションデータを表３及び表４に示す。これらの表からわかるように、この実施例２では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の両面、第２レンズ（Ｌ２）の像側の面、第３レンズ（Ｌ３）の物体側の面、第５レンズ（Ｌ５）の両面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。なお、本実施例においては、第１反射プリズム（ＰＲ１）がプラスチック製であり、それ以外の光学素子はガラス製である。

実施形態３（実施例３）の変倍光学系５３における、各レンズのコンストラクションデータを表５及び表６に示す。これらの表からわかるように、この実施例３では、最も物体側のレンズ（ＬＰ１）の物体側の面、第２レンズ（Ｌ２）の像側の面、第３レンズ（Ｌ３）の物体側の面、第５レンズ（Ｌ５）の物体側の面、及び最も像側のレンズ（ＬＰ２）の両面が非球面である。なお、本実施例においては、第１反射プリズム（ＰＲ１）がプラスチック製であり、それ以外の光学素子はガラス製である。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２及び３の全光学系の球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１８、並びに図１９及び図２０にそれぞれ示す。図１８及び図１９は、無限遠合焦状態における各収差であり、図２０は実施例３の近接距離合焦状態における各収差である。いずれの実施例におけるレンズ群も、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、球面収差、非点収差及び歪曲収差が十分に抑えられており、優れた光学特性を示している。

また、この実施例２及び３における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（mm）及びＦ値を、表７及び表８にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１同様、明るい光学系が実現できていることがわかる。

上記実施例１〜３においては、変倍光学系のコンパクト化を図るために、第２反射プリズム（ＰＲ２）と撮像素子（ＳＲ）との配置関係を、次の表９の通りに設定した。すなわち、撮像素子（ＳＲ）の光路折り曲げ面（図１０、図１２、図１４における紙面）内における受光面高さａ、第２反射プリズム（ＰＲ２）の射出面（Ｓ６）と撮像素子（ＳＲ）の受光面との距離ｄ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（１）式による値を表９の通りにそれぞれ設定した。

さらに、第２反射プリズム（ＰＲ２）の大きさ（長さ）を最適化するために、上記実施例１〜３において各々表１０に示すようなパラメータの第２反射プリズム（ＰＲ２）を採用した。すなわち、第２反射プリズム（ＰＲ２）の屈折率ｎ、主光線の距離ｔ、射出瞳距離ｐ（いずれも単位はｍｍ）、及び上記（２）式による値を表１０の通りにそれぞれ設定した。

表９及び表１０に示すパラメータを採用することで、実施形態１〜３にかかる変倍光学系５１〜５３は、その厚さ方向（図１０の矢印Ｌ’の方向）のサイズが抑制され、十分な薄型化が図られている。

以上説明した実施例においては、第１反射プリズム（ＰＲ１）のみをプラスチック製とし、それ以外の光学素子はガラス製としている。しかしながら、本発明の実施例はこれに限定されることなく、例えば第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）を共にプラスチック製とすることも可能であり、さらには第１及び第２反射プリズム（ＰＲ１，ＰＲ２）間のレンズも含めた光学素子の一部又は全部をプラスチック製とすることも可能である。例えば、変倍を担うレンズをプラスチック製とすることで、レンズ駆動装置の負荷を低減することができる。その結果、レンズ群及びレンズ駆動装置を含めた撮像レンズ装置全体のさらなるコンパクト化が実現できる。さらに、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べコストや生産性の点で優れている。

以上説明したように、本発明に係る変倍光学系は、小型・軽量であるため、デジタル機器、とりわけ携帯電話機２００等の携帯機器に搭載するのに好適である。さらに、本発明に係る変倍光学系は、高画素の撮像素子（２００万画素クラス以上の撮像素子）にも対応可能な高い光学性能を有しているので、補間を必要とする電子ズーム方式に対しても高い優位性を保っている。

なお、本発明は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて以下の形態も採用可能である。
（１）前記各実施形態の変倍光学系は、各レンズ群や絞り、あるいはシャッターの駆動にあたり、カムやステッピングモータを用いてもよいし、あるいは、移動量が少ない場合や駆動対象のレンズ群が比較的軽量である場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いてもよい。これにより、駆動部のサイズや電力消費の増加を抑えつつ、各レンズ群を独立に駆動させることも可能となり、装置の更なるコンパクト化を図ることができる。

（２）前記実施形態では、変倍光学系をコンパクトにするために、第１反射プリズムの被写体側の面と第２反射プリズムの像側の面とを、矢印Ａの方向に最も離間するように配置したが、これに限らず、前記２つの面が矢印Ａの方向に最も近接する（第１反射プリズム及び第２反射プリズムに対して同じ側方領域）ように配置してもよい。

本発明にかかる変倍光学系の構成を模式的に示す図である。 入射側プリズムと光線との関係を示す光路図であり、（ａ）は光学的パワーを有していないプリズム、（ｂ）は光学的パワーを有するプリズムについての光路図をそれぞれ示している。 射出瞳距離についての説明図である。 赤外線カット機能を具備させた像面側プリズムを示す断面図であり、（ａ）は像面側プリズムの射出面に赤外線反射膜を一体的に設けた例、（ｂ）は像面側プリズムの反射面に赤外線吸収膜を一体的に設けた例をそれぞれ示している。 図１に示した変倍光学系を立体的に描いた斜視図である。 図５に示した変倍光学系についての、模式的な光路図である。 本発明に係る変倍光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 折り畳み式のカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 携帯情報端末機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態１における光軸を縦断した断面図である。 図１０における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態２における光軸を縦断した断面図である。 図１２における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態３における光軸を縦断した断面図である。 図１４における反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の光軸を縦断した断面図である。 図１０における第２反射プリズムを、該反射プリズムと略等価な機能を有するレンズに置換して構成した変倍光学系の光軸を縦断した断面図である。 実施例１の変倍光学系におけるレンズ群の、無限遠合焦状態での球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２の変倍光学系におけるレンズ群の、無限遠合焦状態での球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３の変倍光学系におけるレンズ群の、無限遠合焦状態での球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３の変倍光学系におけるレンズ群の、近接距離合焦状態での球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。

符号の説明

１０１ 入射側プリズム
１０１ａ 入射側プリズムの入射面
１０１ｂ 入射側プリズムの射出面
１０２ 像面側プリズム
１０２ａ 像面側プリズムの入射面
１０２ｂ 像面側プリズムの射出面
１０３ レンズ群（変倍動作用のレンズ）
１０４、ＳＴ 光学絞り
１０５、ＳＲ 撮像素子
２００ 携帯電話機
２０６ 撮像レンズ装置（カメラ）
２１０ 変倍ボタン
３００ 折り畳み式携帯電話機
４００ 携帯情報端末機
Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
ＰＲ１ 第１反射プリズム
ＰＲ２ 第２反射プリズム
ＰＬ 平行平面板
ＡＸ 光軸
Ｈ 被写体

Claims (17)

1. 入射光をそれぞれ所定の角度だけ屈曲して反射する２つの反射プリズムと、前記２つの反射プリズムの間に１枚以上のレンズを含む少なくとも１つのレンズ群とを有する変倍光学系であって、
   前記２つの反射プリズムは、光路上被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面とが略平行となるように配置されてなり、さらに少なくとも一方の反射プリズムの入射面又は射出面が光学的パワーを有し、
   前記レンズ群は、当該レンズ群の光軸と前記２つの反射プリズム間の光路の中心線とが一致するように備えられ、前記レンズ群は変倍動作のために当該レンズ群の光軸方向へ移動可能とされていることを特徴とする変倍光学系。
2. 前記反射プリズムによる入射光の屈曲角は、略９０度であることを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
3. 前記２つの反射プリズムは、それぞれの入射面及び射出面の少なくとも一面が光学的パワーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍光学系。
4. 前記２つの反射プリズムは、それぞれの入射面及び射出面のいずれの面も光学的パワーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍光学系。
5. 光路上の被写体側に配置された反射プリズムの射出面側に光学絞りが備えられている場合において、
   少なくとも前記光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面が、負の光学的パワーを有するものであ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変倍光学系。
6. 前記２つの反射プリズムの間には、それぞれ１枚以上のレンズを含む少なくとも２つのレンズ群が備えられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の変倍光学系。
7. 少なくとも２つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることで変倍を行うことを特徴とする請求項６記載の変倍光学系。
8. 少なくとも１つのレンズ群を当該レンズ群の光軸方向に移動させることでフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の変倍光学系。
9. 前記２つの反射プリズムのうちの少なくとも１つは、樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系。
10. 前記反射プリズムを構成する樹脂材料の吸水率が、０．０１％以下であることを特徴とする請求項９に記載の変倍光学系。
11. 前記反射プリズムは、ガラスモールド法により作製されたものであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系。
12. 前記反射プリズムの反射面は平面であり、当該反射面以外の入射面及び射出面は光軸を中心に軸対称であ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変倍光学系。
13. 光路上の被写体側に配置された反射プリズムの入射面と他方の反射プリズムの射出面との間の光路上にのみ、前記反射プリズムを含む光学的パワーを有する光学素子が備えられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の変倍光学系。
14. 前記他方の反射プリズムに、入射光に含まれる赤外線成分を減少させる赤外線カット機能を具備させたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の変倍光学系。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の変倍光学系を備え、前記変倍光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
16. 請求項１５記載の撮像レンズ装置と、撮像素子と、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前記撮像レンズ装置及び撮像素子に実行させる機能部とを具備することを特徴とするデジタル機器。
17. 請求項１６記載のデジタル機器に備えられたディスプレイの表示面と、前記撮像素子の受光面とが平行であり、かつ前記表示面及び受光面の長辺が互いに平行であることを特徴とするデジタル機器。

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