JP2004037924A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで低コストで製造可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、全体として負のパワーを有し、光束を略９０°折り曲げる反射面を含む第１レンズ群と、前記第１レンズ群との間に変化可能な空気間隔を隔てて配置され、パワーを有する第２レンズ群と、を含むとともに、全系中に樹脂を材料とするレンズ素子を少なくとも１枚含む。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、全体として負のパワーを有し、光束を略９０°折り曲げる反射面を含む第１レンズ群と、前記第１レンズ群との間に変化可能な空気間隔を隔てて配置され、パワーを有する第２レンズ群と、を含むとともに、全系中に樹脂を材料とするレンズ素子を少なくとも１枚含む。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ 電荷結合素子）やＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ 相補性金属酸化膜半導体センサ）等の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置に関し、特にデジタルカメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に内蔵又は外付けされるカメラの主たる構成要素である撮像装置に関するものである。詳しくは、特にズームレンズ系を備えた小型の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、そのデータをデジタル化して記録したり転送したりするデジタルカメラが急速に普及してきている。このようなデジタルカメラにおいては、最近、２００万画素や３００万画素といった高画素を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサが比較的安価に提供されるようになったため、撮像素子を装着した高性能な撮像装置に対する需要が非常に増大しているおり、特に、画質を劣化させずに変倍が可能なズームレンズ系を搭載したコンパクトな撮像装置が切望されている。
【０００３】
さらに、近年では、半導体素子等の画像処理能力の向上により、パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に撮像装置が内蔵又は外付けされるようになっており、高性能な撮像装置に対する需要に拍車をかけている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられるズームレンズ系としては、最も物体側に配置されたレンズ群が負のパワーを有する、いわゆるマイナスリードのズームレンズ系が数多く提案されている。マイナスリードのズームレンズ系は、広角化が容易であり、光学的ローパスフィルタの挿入に必要なレンズバックを確保しやすい等の特徴を有している。
【０００５】
マイナスリードのズームレンズ系としては、従来から銀塩フィルム用カメラの撮影レンズ系として提案されたズームレンズ系がある。しかしながら、これらのズームレンズ系は、特に最短焦点距離状態でのレンズ系の射出瞳位置が比較的像面の近くに位置するため、特に高画素を有する撮像素子の各画素に対応して設けられたマイクロレンズの瞳と整合せず、周辺光量が十分に確保できないという問題があった。また、変倍時に射出瞳位置が大きく変動するため、マイクロレンズの瞳の設定が困難であるという問題もあった。また、そもそも銀塩フィルムと撮像素子では、求められる空間周波数特性等の光学性能が全く異なるため、撮像素子に要求される十分な光学性能を確保できなかった。このため、撮像素子を備えた撮像装置に最適化された専用のズームレンズ系を開発する必要が生じている。
【０００６】
一方、撮像装置を小型化するために、ズームレンズ系を光路の途中で折り曲げ、光路長を変化させずにコンパクト化を図かる提案が成されている。例えば、特開平１１−１９６３０３号公報には、マイナスリードのズームレンズ系において、光路上に反射面を設けて略９０°折り曲げた後、移動レンズ群を経て撮像素子上に光学像を形成する撮像装置が提案されている。同公報開示の撮像装置は、負メニスカス形状の固定レンズ素子の像側に反射面を設け、この反射面で光路を略９０°折り曲げた後、可動の２つの正レンズ群、固定の正レンズ群を経て撮像素子に至る構成を有している。
【０００７】
また別の例として、特開平１１−２５８６７８号公報には、負メニスカス形状の固定レンズ素子、可動の正レンズ群の像側に反射面を設け、この反射面で光路を略９０°折り曲げた後、正レンズ群を経て撮像素子に至る構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの公報においては、鏡胴の構成のみしか開示されておらず、具体的なズームレンズ系の構成が不明であるという問題があった。ズームレンズ系を備えた撮像装置では、体積的に最も大きな空間を占めるズームレンズ系を最適化しない限り、全体の小型化を達成することは困難である。
【０００９】
また、これらの撮像装置への低コスト化への要望は高いが限界があった。
【００１０】
本発明は、以上の課題に鑑み、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで低コストで製造可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、全体として負のパワーを有し、光束を略９０°折り曲げる反射面を含む第１レンズ群と、前記第１レンズ群との間に変化可能な空気間隔を隔てて配置され、パワーを有する第２レンズ群と、を含むとともに、全系中に樹脂を材料とするレンズ素子を少なくとも１枚含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の側面は、上記撮像装置を含むデジタルカメラであることを特徴とする。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態である撮像装置は、例えば図１１に示すように、物体側（被写体側）から順に、物体の光学像を変倍可能に形成するズームレンズ系とＴＬ、光学的ローパスフィルタＬＰＦと、ズームレンズ系ＴＬにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、で構成されている。また、ズームレンズ系は、内部に反射面を有するプリズムＰＲを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、後続するレンズ群を含んでいる。撮像装置は、デジタルカメラ；ビデオカメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に内蔵又は外付けされるカメラの主たる構成要素である。
【００１５】
ズームレンズ系ＴＬは、第１レンズ群Ｇｒ１を含む複数のレンズ群から構成されており、各レンズ群の間の間隔を変化させることによって光学像の大きさを変化させることが可能である。第１レンズ群Ｇｒ１は負のパワーを有しており、内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げるプリズムＰＲを有する。
【００１６】
光学ローパスフィルタＬＰＦは、撮影レンズ系の空間周波数特性を調整し撮像素子で発生する色モアレを解消するための特定の遮断周波数を有している。実施形態の光学ローパスフィルタは、結晶軸を所定方向に調整された水晶等の複屈折材料や偏光面を変化させる波長板等を積層して作成された複屈折型ローパスフィルタである。なお、光学ローパスフィルタとしては、必要な光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルタ等を採用してもよい。
【００１７】
撮像素子ＳＲは、複数の画素を有するＣＣＤからなり、ズームレンズ系が形成した光学像をＣＣＤで電気信号に変換する。撮像素子ＳＲで生成された信号は、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を施されてデジタル映像信号としてメモリー（半導体メモリー，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【００１８】
図１乃至図５は、本発明の第１乃至第５実施形態の撮像装置に含まれるズームレンズ系の最短焦点距離状態でのレンズ配置を示す構成図である。なお、各図においては、内部反射面を有するプリズムＰＲを平行平板で表し光路を直線的に表している。
【００１９】
第１の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１とプリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２０】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２１】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の両面と、第５レンズ素子Ｌ５の像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第６レンズ素子Ｌ６が樹脂レンズである。
【００２２】
第２の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２３】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２４】
レンズ素子の面のうち、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第４レンズ素子Ｌ４が樹脂レンズである。
【００２５】
第３の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１とプリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１と物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２６】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２７】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の像側面と、第３レンズ素子の像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第３レンズ素子Ｌ３、第３レンズ群Ｇｒ３に含まれる第８レンズ素子Ｌ８、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００２８】
第４の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第３レンズ素子Ｌ３と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２９】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００３０】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の物体側面と、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００３１】
第５の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第５レンズ群Ｇｒ５と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第５レンズ群Ｇｒ５の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００３２】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、第５レンズ群Ｇｒ５は平行平板ＬＰＦとともに像面に対して固定されている。
【００３３】
レンズ素子の面のうち、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第３レンズ素子Ｌ３、第３レンズ群Ｇｒ３に含まれる第８レンズ素子Ｌ８、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００３４】
各実施形態のズームレンズ系は、第１群内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げる反射面を持つようリズムＰＲを備えている。このように、物体光の光軸を略９０°折り曲げることにより、撮像装置の見かけ上の薄型化を達成することが可能になる。
【００３５】
デジタルカメラを例に考えた場合、装置中で最も大きな体積を占有するのは、ズームレンズ系を含めた撮像装置である。特に、デジタルカメラで従来のレンズシャッタータイプのフィルムカメラのように、光軸の方向を変更することなくズームレンズ系に含まれるレンズや絞り等の光学要素を直線的に配列した場合、カメラの厚み方向の大きさは、撮像装置に含まれるズームレンズ系の最も物体側の構成から撮像素子までの大きさで事実上決定される。ところが、近年の撮像素子に対する高画素化に伴い、撮像装置の収差補正レベルも飛躍的に向上している。このため、撮像装置に含まれるズームレンズ系のレンズ素子の枚数も増大する一方であり、非使用時（いわゆる沈胴状態）でもレンズ素子の厚みのため薄型を達成することが困難になっている。
【００３６】
これに対し、各実施形態のズームレンズ系のように反射面により物体光の光軸を略９０°折り曲げる構成を採用することにより、非使用時には撮像装置の厚さ方向の大きさを最も物体側のレンズから反射面までの大きさまで小さくすることが可能になるため、撮像装置の見かけ上の薄型化を達成することが可能になるのである。また、反射面により物体光の光軸を略９０°折り曲げる構成を採用することにより、反射面近傍では物体光の光路を重ね合わせることができるため、空間を有効に使用することができ、撮像装置のさらなる小型化を達成することができる。
【００３７】
反射面の位置は、第１レンズ群Ｇｒ１内部であることが望ましい。最も物体側に配置された第１レンズ群Ｇｒ１内部に配置することにより、撮像装置の厚さ方向の大きさを最小にすることが可能になる。
【００３８】
反射面が含まれる第１レンズ群Ｇｒ１は、負のパワーを有することが望ましい。第１レンズ群Ｇｒ１が負のパワーを持つことにより、反射面位置での反射面の大きさを小さくすることが可能になる。また、第１レンズ群Ｇｒ１が負のパワーを有する構成を採用することにより、ズームレンズ系がいわゆるマイナスリードタイプになる。マイナスリードタイプのズームレンズ系は、広い焦点距離領域において、レトロフォーカスタイプの構成をとりやすく、撮像素子に光学像を形成するための光学系に必要な像側テレセントリック性を達成することが容易になり望ましい。
【００３９】
反射面は、（ａ）内部反射プリズム（実施形態）、（ｂ）表面反射プリズム、（Ｃ）内部反射平板ミラー、（ｄ）表面反射ミラー、のいずれを採用してもよいが、（ａ）内部反射プリズムが最適である。内部反射プリズムを採用することにより、物体光がプリズムの媒質中を通過することになるため、プリズムを透過する際の面間隔は、媒質の屈折率に応じて通常の空気間隔よりも物理的な間隔よりも短い換算面間隔になる。このため、反射面の構成として内部反射プリズムを採用した場合、光学的に等価な構成を、よりコンパクトなスペースで達成することができ望ましい。
【００４０】
反射面を内部反射プリズムで構成する場合、プリズムの材質は、以下の条件を満足することが望ましい。
【００４１】
Ｎｐ≧１．５５・・・・（１）
ただし、
Ｎｐはプリズムの材質の屈折率、
である。
【００４２】
プリズムの屈折率が上記の範囲を下まわると、コンパクト化への寄与が小さくなり好ましくない。
【００４３】
さらに、上記範囲に加えて以下の範囲にあることが好ましい。
【００４４】
Ｎｐ≧１．７・・・・（１）’
また、反射面は、完全な全反射面でなくてもよい。反射面のうち一部分の反射率を適宜調整して一部の物体光を分岐するようにし、測光や測距用のセンサに入射させてもよい。さらに、反射面全面の反射率を適宜調整してファインダ光を分岐させてもよい。さらに、各実施形態では、プリズムの入射面と出射面はいずれも平面であるが、パワーを持つ面であってもよい。
【００４５】
反射面より、物体側は２枚以下のレンズ素子で構成されていることが望ましい。第１群内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げる反射面を持つようリズムＰＲを有する構造では、最も物体側に配置されたレンズの物体側面から反射面までの間隔で、光学系の実質的な厚みが決定されてしまうので、反射面より物体側の構成を、２枚以下のレンズ素子で構成することにより、薄型の光学系を得ることが可能になる。特に、第１レンズ群Ｇｒ１を１枚のレンズ素子と反射面のみで構成した場合、鏡胴構成の自由度を増加させることができ、撮像装置の低コスト化を達成することができる。また、第１レンズ群Ｇｒ１を２枚のレンズ素子と反射面のみで構成した場合、相対的な偏心収差の補正が可能となり光学性能上有利である。
【００４６】
さらに、変倍時に第１レンズ群Ｇｒ１は、像面に対して固定であることが望ましい。第１レンズ群Ｇｒ１には反射面が含まれているため、移動させると大きなスペースを必要とするとともに、特に、反射面をプリズムで構成している場合、重量の大きなプリズムを移動させなければならず、駆動機構に大きな負担を強いることになり好ましくない。また、第１レンズ群Ｇｒ１を変倍時に像面に対して固定にすることにより、全長変化しない光学系を得ることができ好ましい。また、鏡胴構成も簡素化することができ、撮像装置全体の低コスト化を達成することが可能になる。さらに、第１レンズ群Ｇｒ１をズーミング時に固定する構成を採用することにより、特にデジタルカメラにおいて、ズーム時移動群のコントロールのための制御系のイニシャライズが簡単になるため、主電源ＯＮ時から撮影可能状態までに必要な時間を短縮することが可能となり望ましい。
【００４７】
各実施形態のズームレンズ系は、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１に続く、第２レンズ群Ｇｒ２も負のパワーとする構成を採用している。この構成により、上記の第１レンズ群を固定にする構成を採用しやすく望ましい。
【００４８】
以下に、光学系について望ましい条件を記す。上記各実施形態の光学系は、以下の条件式（１）を満足する事が望ましい。
【００４９】
−０．８ ＜ Ｃｐ × （Ｎ’ − Ｎ） ／ φｗ ＜ ０．８ （２）
但し、
Ｃｐ：樹脂レンズ曲率
φｗ：広角端での全系のパワー
Ｎ ：非球面の物体側媒質のｄ線の屈折率
Ｎ’′：非球面の像側媒質のｄ線の屈折率
である。
【００５０】
条件式（２）は、樹脂レンズの面のパワーを規定する式である。面のパワーが強すぎると、温度変化に伴う面形状の変化により、諸収差が劣化する。この条件式の下限値以下になると、負のパワーが強くなりすぎ、逆に、上限値以上になると、正のパワーが強くなりすぎるため、第１レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う像面湾曲の変動が大きくなる。また、第２レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う球面収差の変動が大きくなる。そして、第３レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う球面収差、及び周辺光束のコマ収差の変動が大きくなる。
【００５１】
また、第１レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（３）を満足する事が望ましい。
【００５２】
｜φｐ ／ φ１｜＜ １．２０ （３）
但し、
φｐ：樹脂レンズのパワー
φ１：第１レンズ群のパワー
である。
【００５３】
条件式（３）は、第１レンズ群のパワーと第１レンズ群に含まれる樹脂レンズのパワーとの比を規定する式であり、温度変化に伴う収差変動を適切に保つための条件である。この条件式の上限値以上になると、温度変化による像面湾曲、特に広角側での像面湾曲の変動が大きくなる。また、第１レンズ群で生じる収差補正に関しては、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを設ける事が望ましい。
【００５４】
また、第２レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（４）を満足する事が望ましい。
【００５５】
｜φｐ ／ φ２｜ ＜ ２．５ （４）
但し、
φ２：第２レンズ群のパワー
である。
【００５６】
条件式（４）は、第２レンズ群のパワーと第２レンズ群に含まれる樹脂レンズのパワーとの比を規定する式であり、温度変化に伴う収差変動を適切に保つための条件である。この条件式の上限値以上になると、温度変化による球面収差、特に望遠側での球面収差の変動が大きくなる。また、第２レンズ群で生じる収差補正に関しては、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを設ける事が望ましい。
【００５７】
上記各条件式については、下限値を規定していないが、条件式の値が小さくなるという事は、樹脂レンズのパワーが弱くなる事を意味し、温度変化による収差変動に対しては望ましい方向である。しかし、常温時の収差補正に対しては効果がなく、樹脂レンズを設けている意味がなくなるので、樹脂レンズが以下の条件式（５）を満足する場合、非球面を必ず設ける事が必要である。
【００５８】
０ ≦ ｜φｐ ／ φＡ｜ ＜ ０．４５ （５）
但し、
φＡ：樹脂レンズを含むレンズ群のパワー
である。
【００５９】
無論、この条件式の上限値以上となる樹脂レンズに非球面を設けても差し支えない。
【００６０】
各実施形態を構成している各レンズ群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されているが、これに限られない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組合わせにより入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布レンズ等で、各レンズ群を構成してもよい。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像装置に含まれるズームレンズ系の構成等を、コンストラクションデータ，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至４は、前述した第１乃至第５の実施形態にそれぞれ対応しており第１乃至第５の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至５）は、対応する実施例１乃至５のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００６２】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ｒｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）を示しており、Ｎｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．），νｉ（ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の光学要素のｄ線に対する屈折率（Ｎｄ），アッベ数（νｄ）を示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、最短焦点距離状態（広角端、Ｗ）〜中間焦点距離状態（ミドル、Ｍ）〜最長焦点距離状態（望遠端、Ｔ）での可変間隔の値を示す。各焦点距離状態（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）に対応する全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ）及びＦナンバー（ＦＮＯ）を他のデータと併せて示す。
【００６３】
曲率半径ｒｉに＊が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式（ＡＳ）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータと併せて示す。
【００６４】
図６乃至図１０は実施例１〜実施例５の収差図であり、各実施例のズームレンズ系の無限遠合焦状態での収差を表している。図６乃至図１０中、（Ｗ）は最短焦点距離状態、（Ｍ）は中間焦点距離状態、（Ｔ）は最長焦点距離状態における諸収差｛左から順に、球面収差等、非点収差、歪曲収差、Ｙ’（ｍｍ）は撮像素子上での最大像高（光軸からの距離に相当）｝を示している。球面収差図において、実線（ｄ）はｄ線に対する球面収差、一点鎖線（ｇ）はｇ線に対する球面収差、二点鎖線（ｃ）はｃ線に対する球面収差、破線（ＳＣ）は正弦条件を表している。非点収差図において、破線（ＤＭ）はメリディオナル面での非点収差、実線（ＤＳ）はサジタル面での非点収差を表している。また、歪曲収差図において、実線はｄ線に対する歪曲％を表している。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、各実施形態のズームレンズ系によれば、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトな、撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】第４の実施形態（実施例４）のレンズ構成図。
【図５】第５の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図６】実施例１の無限遠合焦状態での収差図。
【図７】実施例２の無限遠合焦状態での収差図。
【図８】実施例３の無限遠合焦状態での収差図。
【図９】実施例４の無限遠合焦状態での収差図。
【図１０】実施例５の無限遠合焦状態での収差図。
【図１１】本発明の概略を示す構成図。
【符号の説明】
ＬＰＦ：光学的ローパスフィルタに相当する平行平面板
ＳＲ：撮像素子
ＴＬ：ズームレンズ系
Ｇｒ１：第１レンズ群Ｇｒ１
Ｇｒ２：第２レンズ群Ｇｒ２
ＰＲ：内面反射プリズム
ＳＴ：絞り
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ 電荷結合素子）やＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ 相補性金属酸化膜半導体センサ）等の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置に関し、特にデジタルカメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に内蔵又は外付けされるカメラの主たる構成要素である撮像装置に関するものである。詳しくは、特にズームレンズ系を備えた小型の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムの代わりにＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、そのデータをデジタル化して記録したり転送したりするデジタルカメラが急速に普及してきている。このようなデジタルカメラにおいては、最近、２００万画素や３００万画素といった高画素を有するＣＣＤやＣＭＯＳセンサが比較的安価に提供されるようになったため、撮像素子を装着した高性能な撮像装置に対する需要が非常に増大しているおり、特に、画質を劣化させずに変倍が可能なズームレンズ系を搭載したコンパクトな撮像装置が切望されている。
【０００３】
さらに、近年では、半導体素子等の画像処理能力の向上により、パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に撮像装置が内蔵又は外付けされるようになっており、高性能な撮像装置に対する需要に拍車をかけている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられるズームレンズ系としては、最も物体側に配置されたレンズ群が負のパワーを有する、いわゆるマイナスリードのズームレンズ系が数多く提案されている。マイナスリードのズームレンズ系は、広角化が容易であり、光学的ローパスフィルタの挿入に必要なレンズバックを確保しやすい等の特徴を有している。
【０００５】
マイナスリードのズームレンズ系としては、従来から銀塩フィルム用カメラの撮影レンズ系として提案されたズームレンズ系がある。しかしながら、これらのズームレンズ系は、特に最短焦点距離状態でのレンズ系の射出瞳位置が比較的像面の近くに位置するため、特に高画素を有する撮像素子の各画素に対応して設けられたマイクロレンズの瞳と整合せず、周辺光量が十分に確保できないという問題があった。また、変倍時に射出瞳位置が大きく変動するため、マイクロレンズの瞳の設定が困難であるという問題もあった。また、そもそも銀塩フィルムと撮像素子では、求められる空間周波数特性等の光学性能が全く異なるため、撮像素子に要求される十分な光学性能を確保できなかった。このため、撮像素子を備えた撮像装置に最適化された専用のズームレンズ系を開発する必要が生じている。
【０００６】
一方、撮像装置を小型化するために、ズームレンズ系を光路の途中で折り曲げ、光路長を変化させずにコンパクト化を図かる提案が成されている。例えば、特開平１１−１９６３０３号公報には、マイナスリードのズームレンズ系において、光路上に反射面を設けて略９０°折り曲げた後、移動レンズ群を経て撮像素子上に光学像を形成する撮像装置が提案されている。同公報開示の撮像装置は、負メニスカス形状の固定レンズ素子の像側に反射面を設け、この反射面で光路を略９０°折り曲げた後、可動の２つの正レンズ群、固定の正レンズ群を経て撮像素子に至る構成を有している。
【０００７】
また別の例として、特開平１１−２５８６７８号公報には、負メニスカス形状の固定レンズ素子、可動の正レンズ群の像側に反射面を設け、この反射面で光路を略９０°折り曲げた後、正レンズ群を経て撮像素子に至る構成が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの公報においては、鏡胴の構成のみしか開示されておらず、具体的なズームレンズ系の構成が不明であるという問題があった。ズームレンズ系を備えた撮像装置では、体積的に最も大きな空間を占めるズームレンズ系を最適化しない限り、全体の小型化を達成することは困難である。
【０００９】
また、これらの撮像装置への低コスト化への要望は高いが限界があった。
【００１０】
本発明は、以上の課題に鑑み、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトで低コストで製造可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記ズームレンズ系は、物体側から順に、全体として負のパワーを有し、光束を略９０°折り曲げる反射面を含む第１レンズ群と、前記第１レンズ群との間に変化可能な空気間隔を隔てて配置され、パワーを有する第２レンズ群と、を含むとともに、全系中に樹脂を材料とするレンズ素子を少なくとも１枚含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の側面は、上記撮像装置を含むデジタルカメラであることを特徴とする。なお、デジタルカメラの語は、従来は専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、動画を同時に扱えるものや家庭用のデジタルビデオカメラも提案されており、現在では特に区別されなくてなってきている。したがって、以下、デジタルカメラの語は、デジタルスチルカメラやデジタルムービー等の撮像素子の受光面上に形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラをすべて含むものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態である撮像装置は、例えば図１１に示すように、物体側（被写体側）から順に、物体の光学像を変倍可能に形成するズームレンズ系とＴＬ、光学的ローパスフィルタＬＰＦと、ズームレンズ系ＴＬにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、で構成されている。また、ズームレンズ系は、内部に反射面を有するプリズムＰＲを有する第１レンズ群Ｇｒ１と、後続するレンズ群を含んでいる。撮像装置は、デジタルカメラ；ビデオカメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等に内蔵又は外付けされるカメラの主たる構成要素である。
【００１５】
ズームレンズ系ＴＬは、第１レンズ群Ｇｒ１を含む複数のレンズ群から構成されており、各レンズ群の間の間隔を変化させることによって光学像の大きさを変化させることが可能である。第１レンズ群Ｇｒ１は負のパワーを有しており、内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げるプリズムＰＲを有する。
【００１６】
光学ローパスフィルタＬＰＦは、撮影レンズ系の空間周波数特性を調整し撮像素子で発生する色モアレを解消するための特定の遮断周波数を有している。実施形態の光学ローパスフィルタは、結晶軸を所定方向に調整された水晶等の複屈折材料や偏光面を変化させる波長板等を積層して作成された複屈折型ローパスフィルタである。なお、光学ローパスフィルタとしては、必要な光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルタ等を採用してもよい。
【００１７】
撮像素子ＳＲは、複数の画素を有するＣＣＤからなり、ズームレンズ系が形成した光学像をＣＣＤで電気信号に変換する。撮像素子ＳＲで生成された信号は、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を施されてデジタル映像信号としてメモリー（半導体メモリー，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。なお、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【００１８】
図１乃至図５は、本発明の第１乃至第５実施形態の撮像装置に含まれるズームレンズ系の最短焦点距離状態でのレンズ配置を示す構成図である。なお、各図においては、内部反射面を有するプリズムＰＲを平行平板で表し光路を直線的に表している。
【００１９】
第１の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１とプリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２０】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２１】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の両面と、第５レンズ素子Ｌ５の像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第６レンズ素子Ｌ６が樹脂レンズである。
【００２２】
第２の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２３】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２４】
レンズ素子の面のうち、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第４レンズ素子Ｌ４が樹脂レンズである。
【００２５】
第３の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１とプリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１と物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２６】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００２７】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の像側面と、第３レンズ素子の像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第３レンズ素子Ｌ３、第３レンズ群Ｇｒ３に含まれる第８レンズ素子Ｌ８、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００２８】
第４の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第３レンズ素子Ｌ３と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と両凹形状の第６レンズ素子Ｌ６とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第４レンズ群Ｇｒ４の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００２９】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、平行平板ＬＰＦは像面に対して固定されている。
【００３０】
レンズ素子の面のうち、第２レンズ素子Ｌ２の物体側面と、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００３１】
第５の実施形態のズームレンズ系は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズ素子Ｌ１、プリズムに相当する平板ＰＲと、から構成される第１レンズ群Ｇｒ１と、両凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、から構成される第２レンズ群Ｇｒ２と、絞りＳＴと、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と両凹形状の第５レンズ素子Ｌ５とを接合してなる第１接合レンズ素子ＤＬ１から構成される第３レンズ群Ｇｒ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６から構成される第４レンズ群Ｇｒ４と、両凸形状の第７レンズ素子Ｌ７から構成される第５レンズ群Ｇｒ５と、から構成されている。さらに、このズームレンズ系の第５レンズ群Ｇｒ５の像側には、光学的ローパスフィルタに相当する平行平板ＬＰＦが配置されている。
【００３２】
このズームレンズ系は、最短焦点距離状態から最長焦点距離状態へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｇｒ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は一旦像側へ移動した後で物体側へ移動するよう像側に凸のＵターン状の軌跡を描いて移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は、第３レンズ群Ｇｒ３の物体側に配置された絞りＳＴと一体となりほぼ単調に物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇｒ４はほぼ単調に像側へ移動し、第５レンズ群Ｇｒ５は平行平板ＬＰＦとともに像面に対して固定されている。
【００３３】
レンズ素子の面のうち、第３レンズ素子Ｌ３の像側面と、第４レンズの像側面と、第６レンズ素子Ｌ６の像側面と、第７レンズ素子Ｌ７の両面は、それぞれ非球面形状を有している。また、第２レンズ群Ｇｒ２に含まれる第３レンズ素子Ｌ３、第３レンズ群Ｇｒ３に含まれる第８レンズ素子Ｌ８、第４レンズ群Ｇｒ４を構成している第９レンズ素子Ｌ９が樹脂レンズである。
【００３４】
各実施形態のズームレンズ系は、第１群内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げる反射面を持つようリズムＰＲを備えている。このように、物体光の光軸を略９０°折り曲げることにより、撮像装置の見かけ上の薄型化を達成することが可能になる。
【００３５】
デジタルカメラを例に考えた場合、装置中で最も大きな体積を占有するのは、ズームレンズ系を含めた撮像装置である。特に、デジタルカメラで従来のレンズシャッタータイプのフィルムカメラのように、光軸の方向を変更することなくズームレンズ系に含まれるレンズや絞り等の光学要素を直線的に配列した場合、カメラの厚み方向の大きさは、撮像装置に含まれるズームレンズ系の最も物体側の構成から撮像素子までの大きさで事実上決定される。ところが、近年の撮像素子に対する高画素化に伴い、撮像装置の収差補正レベルも飛躍的に向上している。このため、撮像装置に含まれるズームレンズ系のレンズ素子の枚数も増大する一方であり、非使用時（いわゆる沈胴状態）でもレンズ素子の厚みのため薄型を達成することが困難になっている。
【００３６】
これに対し、各実施形態のズームレンズ系のように反射面により物体光の光軸を略９０°折り曲げる構成を採用することにより、非使用時には撮像装置の厚さ方向の大きさを最も物体側のレンズから反射面までの大きさまで小さくすることが可能になるため、撮像装置の見かけ上の薄型化を達成することが可能になるのである。また、反射面により物体光の光軸を略９０°折り曲げる構成を採用することにより、反射面近傍では物体光の光路を重ね合わせることができるため、空間を有効に使用することができ、撮像装置のさらなる小型化を達成することができる。
【００３７】
反射面の位置は、第１レンズ群Ｇｒ１内部であることが望ましい。最も物体側に配置された第１レンズ群Ｇｒ１内部に配置することにより、撮像装置の厚さ方向の大きさを最小にすることが可能になる。
【００３８】
反射面が含まれる第１レンズ群Ｇｒ１は、負のパワーを有することが望ましい。第１レンズ群Ｇｒ１が負のパワーを持つことにより、反射面位置での反射面の大きさを小さくすることが可能になる。また、第１レンズ群Ｇｒ１が負のパワーを有する構成を採用することにより、ズームレンズ系がいわゆるマイナスリードタイプになる。マイナスリードタイプのズームレンズ系は、広い焦点距離領域において、レトロフォーカスタイプの構成をとりやすく、撮像素子に光学像を形成するための光学系に必要な像側テレセントリック性を達成することが容易になり望ましい。
【００３９】
反射面は、（ａ）内部反射プリズム（実施形態）、（ｂ）表面反射プリズム、（Ｃ）内部反射平板ミラー、（ｄ）表面反射ミラー、のいずれを採用してもよいが、（ａ）内部反射プリズムが最適である。内部反射プリズムを採用することにより、物体光がプリズムの媒質中を通過することになるため、プリズムを透過する際の面間隔は、媒質の屈折率に応じて通常の空気間隔よりも物理的な間隔よりも短い換算面間隔になる。このため、反射面の構成として内部反射プリズムを採用した場合、光学的に等価な構成を、よりコンパクトなスペースで達成することができ望ましい。
【００４０】
反射面を内部反射プリズムで構成する場合、プリズムの材質は、以下の条件を満足することが望ましい。
【００４１】
Ｎｐ≧１．５５・・・・（１）
ただし、
Ｎｐはプリズムの材質の屈折率、
である。
【００４２】
プリズムの屈折率が上記の範囲を下まわると、コンパクト化への寄与が小さくなり好ましくない。
【００４３】
さらに、上記範囲に加えて以下の範囲にあることが好ましい。
【００４４】
Ｎｐ≧１．７・・・・（１）’
また、反射面は、完全な全反射面でなくてもよい。反射面のうち一部分の反射率を適宜調整して一部の物体光を分岐するようにし、測光や測距用のセンサに入射させてもよい。さらに、反射面全面の反射率を適宜調整してファインダ光を分岐させてもよい。さらに、各実施形態では、プリズムの入射面と出射面はいずれも平面であるが、パワーを持つ面であってもよい。
【００４５】
反射面より、物体側は２枚以下のレンズ素子で構成されていることが望ましい。第１群内部に物体光の光軸を略９０°折り曲げる反射面を持つようリズムＰＲを有する構造では、最も物体側に配置されたレンズの物体側面から反射面までの間隔で、光学系の実質的な厚みが決定されてしまうので、反射面より物体側の構成を、２枚以下のレンズ素子で構成することにより、薄型の光学系を得ることが可能になる。特に、第１レンズ群Ｇｒ１を１枚のレンズ素子と反射面のみで構成した場合、鏡胴構成の自由度を増加させることができ、撮像装置の低コスト化を達成することができる。また、第１レンズ群Ｇｒ１を２枚のレンズ素子と反射面のみで構成した場合、相対的な偏心収差の補正が可能となり光学性能上有利である。
【００４６】
さらに、変倍時に第１レンズ群Ｇｒ１は、像面に対して固定であることが望ましい。第１レンズ群Ｇｒ１には反射面が含まれているため、移動させると大きなスペースを必要とするとともに、特に、反射面をプリズムで構成している場合、重量の大きなプリズムを移動させなければならず、駆動機構に大きな負担を強いることになり好ましくない。また、第１レンズ群Ｇｒ１を変倍時に像面に対して固定にすることにより、全長変化しない光学系を得ることができ好ましい。また、鏡胴構成も簡素化することができ、撮像装置全体の低コスト化を達成することが可能になる。さらに、第１レンズ群Ｇｒ１をズーミング時に固定する構成を採用することにより、特にデジタルカメラにおいて、ズーム時移動群のコントロールのための制御系のイニシャライズが簡単になるため、主電源ＯＮ時から撮影可能状態までに必要な時間を短縮することが可能となり望ましい。
【００４７】
各実施形態のズームレンズ系は、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇｒ１に続く、第２レンズ群Ｇｒ２も負のパワーとする構成を採用している。この構成により、上記の第１レンズ群を固定にする構成を採用しやすく望ましい。
【００４８】
以下に、光学系について望ましい条件を記す。上記各実施形態の光学系は、以下の条件式（１）を満足する事が望ましい。
【００４９】
−０．８ ＜ Ｃｐ × （Ｎ’ − Ｎ） ／ φｗ ＜ ０．８ （２）
但し、
Ｃｐ：樹脂レンズ曲率
φｗ：広角端での全系のパワー
Ｎ ：非球面の物体側媒質のｄ線の屈折率
Ｎ’′：非球面の像側媒質のｄ線の屈折率
である。
【００５０】
条件式（２）は、樹脂レンズの面のパワーを規定する式である。面のパワーが強すぎると、温度変化に伴う面形状の変化により、諸収差が劣化する。この条件式の下限値以下になると、負のパワーが強くなりすぎ、逆に、上限値以上になると、正のパワーが強くなりすぎるため、第１レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う像面湾曲の変動が大きくなる。また、第２レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う球面収差の変動が大きくなる。そして、第３レンズ群の樹脂レンズの場合、主に温度変化に伴う球面収差、及び周辺光束のコマ収差の変動が大きくなる。
【００５１】
また、第１レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（３）を満足する事が望ましい。
【００５２】
｜φｐ ／ φ１｜＜ １．２０ （３）
但し、
φｐ：樹脂レンズのパワー
φ１：第１レンズ群のパワー
である。
【００５３】
条件式（３）は、第１レンズ群のパワーと第１レンズ群に含まれる樹脂レンズのパワーとの比を規定する式であり、温度変化に伴う収差変動を適切に保つための条件である。この条件式の上限値以上になると、温度変化による像面湾曲、特に広角側での像面湾曲の変動が大きくなる。また、第１レンズ群で生じる収差補正に関しては、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを設ける事が望ましい。
【００５４】
また、第２レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（４）を満足する事が望ましい。
【００５５】
｜φｐ ／ φ２｜ ＜ ２．５ （４）
但し、
φ２：第２レンズ群のパワー
である。
【００５６】
条件式（４）は、第２レンズ群のパワーと第２レンズ群に含まれる樹脂レンズのパワーとの比を規定する式であり、温度変化に伴う収差変動を適切に保つための条件である。この条件式の上限値以上になると、温度変化による球面収差、特に望遠側での球面収差の変動が大きくなる。また、第２レンズ群で生じる収差補正に関しては、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを設ける事が望ましい。
【００５７】
上記各条件式については、下限値を規定していないが、条件式の値が小さくなるという事は、樹脂レンズのパワーが弱くなる事を意味し、温度変化による収差変動に対しては望ましい方向である。しかし、常温時の収差補正に対しては効果がなく、樹脂レンズを設けている意味がなくなるので、樹脂レンズが以下の条件式（５）を満足する場合、非球面を必ず設ける事が必要である。
【００５８】
０ ≦ ｜φｐ ／ φＡ｜ ＜ ０．４５ （５）
但し、
φＡ：樹脂レンズを含むレンズ群のパワー
である。
【００５９】
無論、この条件式の上限値以上となる樹脂レンズに非球面を設けても差し支えない。
【００６０】
各実施形態を構成している各レンズ群は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）のみで構成されているが、これに限られない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組合わせにより入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布レンズ等で、各レンズ群を構成してもよい。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明を実施した撮像装置に含まれるズームレンズ系の構成等を、コンストラクションデータ，収差図等を挙げて、更に具体的に説明する。ここで実施例として説明する実施例１乃至４は、前述した第１乃至第５の実施形態にそれぞれ対応しており第１乃至第５の実施形態を表すレンズ構成図（図１乃至５）は、対応する実施例１乃至５のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００６２】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ｒｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔（ｍｍ）を示しており、Ｎｉ （ｉ ＝ １，２，３．．．．），νｉ（ｉ ＝ １，２，３．．．．）は物体側から数えてｉ番目の光学要素のｄ線に対する屈折率（Ｎｄ），アッベ数（νｄ）を示している。また、コンストラクションデータ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔は、最短焦点距離状態（広角端、Ｗ）〜中間焦点距離状態（ミドル、Ｍ）〜最長焦点距離状態（望遠端、Ｔ）での可変間隔の値を示す。各焦点距離状態（Ｗ），（Ｍ），（Ｔ）に対応する全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ）及びＦナンバー（ＦＮＯ）を他のデータと併せて示す。
【００６３】
曲率半径ｒｉに＊が付された面は、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表す以下の式（ＡＳ）で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータと併せて示す。
【００６４】
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、各実施形態のズームレンズ系によれば、高性能で高倍率ズームレンズ系を備えながら、コンパクトな、撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図２】第２の実施形態（実施例２）のレンズ構成図。
【図３】第３の実施形態（実施例３）のレンズ構成図。
【図４】第４の実施形態（実施例４）のレンズ構成図。
【図５】第５の実施形態（実施例１）のレンズ構成図。
【図６】実施例１の無限遠合焦状態での収差図。
【図７】実施例２の無限遠合焦状態での収差図。
【図８】実施例３の無限遠合焦状態での収差図。
【図９】実施例４の無限遠合焦状態での収差図。
【図１０】実施例５の無限遠合焦状態での収差図。
【図１１】本発明の概略を示す構成図。
【符号の説明】
ＬＰＦ：光学的ローパスフィルタに相当する平行平面板
ＳＲ：撮像素子
ＴＬ：ズームレンズ系
Ｇｒ１：第１レンズ群Ｇｒ１
Ｇｒ２：第２レンズ群Ｇｒ２
ＰＲ：内面反射プリズム
ＳＴ：絞り
Claims (6)
- 複数のレンズ群を有し、該複数のレンズ群間の間隔を変化させることによって物体の光学像を連続的に光学的に変倍可能に形成するズームレンズ系と、ズームレンズ系が形成した光学像を電気信号に変換する撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記ズームレンズ系は、物体側から順に、
全体として負のパワーを有し、光束を略９０°折り曲げる反射面を含む第１レンズ群と、
前記第１レンズ群との間に変化可能な空気間隔を隔てて配置され、パワーを有する第２レンズ群と、を含むとともに、
全系中に樹脂を材料とするレンズ素子を少なくとも１枚含むことを特徴とする撮像装置。 - さらに、以下の式を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像装置：
−０．８ ＜ Ｃｐ × （Ｎ’ − Ｎ） ／ φｗ ＜ ０．８ （２）
但し、
Ｃｐ：樹脂レンズ曲率
φｗ：広角端での全系のパワー
Ｎ ：非球面の物体側媒質のｄ線の屈折率
Ｎ’′：非球面の像側媒質のｄ線の屈折率
である。 - 第１レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
事が望ましい。
｜φｐ ／ φ１｜＜ １．２０ （３）
但し、
φｐ：樹脂レンズのパワー
φ１：第１レンズ群のパワー
である。 - 第２レンズ群に樹脂レンズを用いる場合、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
｜φｐ ／ φ２｜ ＜ ２．５ （４）
但し、
φ２：第２レンズ群のパワー
である。 - 前記ズームレンズ系の最も像側の面と、前記撮像素子との間に、光学的ローパスフィルタを配置してい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撮像装置。
- 請求項１乃至５のいずれかの撮像装置を備えたデジタルカメラ。
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