JP2008139757A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ズーミングにおける各群の移動機構の簡素化を図りつつ、光学系全体の小型化が容易な撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮像素子と、該撮像素子に像を形成するための光学系とを有する撮像装置であって、
該光学系は、物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、光軸を偏向させる反射部材を含む負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力のレンズ群を少なくとも１つ含む全体として正の屈折力の後群を有し、
ズーミングに際して、該第２レンズ群は不動であり、
該第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化し、該第２レンズ群と該後群との間隔が変化するように各レンズ群及び該撮像素子が移動すること。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラレンズ等の撮影装置に関する。

近年、画像形成に撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、カメラ全体がコンパクトで、しかも高画質の画像が得られることが要求されている。

例えばデジタルカメラ等の撮影装置では、撮影者の携帯性を重視した薄い（カメラの前後方向が薄い）コンパクトなカメラであることが望まれている。

カメラの薄型化のため収納性に効率の良い沈胴構造を利用したズームレンズ鏡筒が知られている。

一方、ズームレンズにおいて機構上の簡易化及びコンパクト化を図るためにズーミングに際して変動する結像位置に追従するように撮像素子を移動させた変倍撮影装置が知られている（特許文献１）。

又、光学系中に反射部材を配し、光軸を略９０°偏向させる屈曲型の光学系を用いることにより物体側方向（光学系の前後方向）の光学的厚みを抑えた薄型のカメラ（撮像装置）が知られている（特許文献２、３）。

又、屈曲型のズーム光学系においてズーミングに際して撮像素子を像面位置に沿って移動させて光学系全体の小型化を図ったズームレンズが知られている（特許文献５、６）。
特開平０６−２８４３２２号公報 特開２００４−３７９６７号公報 特開２００４−６９８０８号公報 特開２００６−１０６１１７号公報 特開２００５−８４１５１号公報 特開２００６−１０６０７１号公報

ズームレンズにおいて、ズーミングのために移動させるレンズ群の移動機構の簡素化を図りつつ、変倍に伴う像面位置の変動を補正するには、撮像素子を含めた各レンズ群の移動条件を適切に設定する必要がある。

又、撮像装置の前後方向の厚さを薄くするために光学系の光路中に反射部材を配置して光軸を折り曲げて薄型化を図った屈折型のズームレンズ（ズーム光学系）においては、撮像素子を他のレンズ群と独立に移動させると移動機構の数が増加し、移動機構が複雑及び大型になってくる。

又、撮像装置の前後方向の厚さを薄くしつつ、高い光学性能を維持するには、光軸折り曲げ用の反射部材を光学系の光路中の適切な位置に設けるとともに、ズーミングにおける移動レンズ群の選択を適切に設定する必要がある。

屈曲型のズーム光学系においては反射部材を有するレンズ群と撮像素子の移動条件を適切に設定しないと広い画角を有した高変倍のズーム光学系を得るのが難しくなってくる。

本発明は、ズーミングにおける各レンズ群の移動機構の簡素化を図りつつ、光学系全体の小型化が容易な撮像装置の提供を目的とする。

この他、本発明は撮像装置の前後方向の厚さが薄く、かつ移動機構の簡素化を図ることができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像素子と、該撮像素子に像を形成するための光学系とを有する撮像装置であって、
該光学系は、物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、光軸を偏向させる反射部材を含む負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力のレンズ群を少なくとも１つ含む全体として正の屈折力の後群を有し、
ズーミングに際して、該第２レンズ群は不動であり、
該第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化し、該第２レンズ群と該後群との間隔が変化するように各レンズ群及び該撮像素子が移動することを特徴としている。

本発明によれば、ズーミングにおける各レンズ群の移動機構の簡素化を図りつつ、光学系全体の小型化が容易な撮像装置が得られる。

以下、本発明の撮像装置の実施例について説明する。

図１、図２は本発明の実施例１の撮像装置に用いるズームレンズの光路を展開したときの広角端におけるレンズ断面図と、反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。

図３、図４、図５はそれぞれ実施例１の撮像装置に用いるズームレンズの広角端（痰焦点距離端）、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

図６、図７は本発明の実施例２の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図８、図９、図１０はそれぞれ実施例２の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図１１、図１２は本発明の実施例３の撮像装置に用いるズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と反射部材で光路を折り曲げたときの光路図である。図１３、図１４、図１５はそれぞれ実施例３の撮像装置に用いるズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

尚、反射部材で光路を折り曲げた図２、図７、図１２の光路図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間のズーム位置、（Ｃ）は望遠端の様子を表している。

図１６は本発明に係る撮像素子が光軸に対する直交面から倒れたときの説明図である。

図１７は本発明のデジタルスチルカメラ（撮像装置）要部概略図である。

図１８は本発明の光学系の基本構成の説明図である。

各実施例のズームレンズの光路を展開したレンズ断面図と光路図において、左方が被写体側（前方）で、右方又は下方が像側（後方）である。

尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の投射装置として用いるときは、光路を展開したレンズ断面図と光路図において左方がスクリーン、右方又は左方が被投射画像となる。

次に図１８に示す光学系について説明する。

図１８においてＯＢは光学系であり、レンズ鏡筒に収納されている。

Ｌ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群である。

Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群であり、レンズ鏡筒に固定されている。第２レンズ群Ｌ２は、負の屈折力のレンズ部Ｌ２１と、光軸を偏向させる、例えば８０°〜１００°の範囲内で偏向させるプリズム又は反射鏡より成る反射部材ＰＲＺと、負の屈折力のレンズ部Ｌ２２を有している。

ＦＲは少なくとも１つの正の屈折力のレンズ群を有し、全体として正の屈折力の後群である。ＣＰは撮像素子である。

ＳＰは開口絞り（虹彩絞り）であり、第２レンズ群Ｌ２と後群ＦＲとの間に配置している。ＬＵは撮像素子ＣＰに最も近い位置にある後群ＦＲの一部を構成する正の屈折力のレンズ部材である。

Ｆ１は光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する屈折力のない光学ブロックである。

ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）ＣＰの撮像面に相当している。

Ｍは移動機構であり、ズーミングに際して撮像素子ＣＰとレンズ部材ＬＵとを一体的に移動させている。このように、レンズ部材と撮像素子やフィルター等が一体的に移動するため、本実施例においてレンズ群（レンズユニット）と言う表現は、撮像素子を含んでいても構わない。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線である。ΔＭ，ΔＳはメリディオナル像面，サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表わしている。ｆは焦点距離である。ＦｎｏはＦナンバーである。Ｙは像高である。

尚、以下の各実施例においてズームレンズの広角端と望遠端は、変倍用レンズ群が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

本実施例ではズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１は移動する。第２レンズ群Ｌ２は不動である。第２レンズ群Ｌ２と後群ＦＲ間の空気間隔が変化するように後群ＦＲ中のレンズ群は移動する。それにともなって変動する結像面位置が撮像素子ＣＰの撮像素子面に一致するようにレンズ部材ＬＵと撮像素子ＣＰとが一体的に移動機構Ｍによって光軸上移動される。

各実施例において、正の屈折力のレンズ部材ＬＵと撮像素子ＣＰは、変倍によって変動する像面位置に撮像素子ＣＰが位置するように一体的に移動する。

撮像素子ＣＰの有効画面の対角線長をＬＤとする。最も像側の屈折力のあるレンズ部材ＬＵは撮像素子ＣＰから空気換算長で１．５×ＬＤの距離以内に配置されている。

ここで空気換算長ＯＤとは、空気中での長さである。例えば光路中にガラスブロックが配置されているときには、そのガラスブロックの空気換算長ＯＤは次のとおりである。その材料の屈折率をｎ、光軸方向の厚さをＤとするとき、
ＯＤ＝Ｄ／ｎ
である。

正の屈折力のレンズ部材ＬＵをズーミングに際して撮像素子ＣＰと一体的に移動すると撮像素子ＣＰが光軸に対して倒れても、撮像素子ＣＰで得られる画像の片ボケの発生が少なくなる。

次に図１８に示す撮像装置において、正の屈折力のレンズ部材ＬＵと撮像素子ＣＰとが一体的に移動するとき、光軸に対して傾いたときの光学作用を図１６を用いて説明する。

図１６は、撮像装置を構成する光学系ＯＢが便宜上物体側から像側へ順に正レンズＡと正レンズＢより成るズーム範囲中の１つのズーム位置を示している。

図１６（Ａ）は正レンズＡ、Ｂが光軸Ｌａに対して偏心していない、無偏心状態における光学系の概略図である。

図１６（Ａ）は、正レンズＡ、Ｂが設計値どおり、組立てられた理想的な光学系を用いて撮像面の上下方向の２つの像高に結像する光線の光路を示している。

図中で最も像面側に配置され撮像素子ＣＰに近接した正レンズ（Ｂ）と光学系全系からそれを除いた合成屈折力を総合して一つの正レンズとしたものを正レンズ（Ａ）として示している。

図１６（Ｂ）は光軸Ｌａに対して撮像素子ＣＰのみが倒れを生じた場合である。図１６（Ｂ）では上方の像高が前ピント状態で下方の像高が後ピント状態になっている。更に像面に対し光線が斜映された状態になるため光線スポット径が大きくなってしまうと同時に上下方向の像高の横収差が非対称性となってくる。

図１６（Ｃ）は撮像素子ＣＰと最も像側の正レンズＢとが一体的に光軸Ｌａに対して傾いた場合である。

ここで上下方向の２つの像高に入射する光線が正レンズ（Ｂ）に入射する際に、正レンズ（Ｂ）のへの入射角度が図１６（Ａ）の無偏心状態に対して、上方の像高に入射する光線（上光線）はきつくなり、下方の像高に入射する光線（下光線）は緩くなるように変化する。

そのため正レンズ（Ｂ）を通過する光線は、上方の光線は正の屈折作用が強くなるために光軸方向に強く屈折され、一方、下方の光線は逆の作用を生じることとなる。

よって、撮像面の倒れ方向に準じた上下光線の屈折作用の変化が生ずる。このため、図１６（Ｃ）では撮像面のみが倒れた場合の図１６（Ｂ）に示す像変化を抑える作用が生じる。この結果、図１６（Ｃ）のように横収差の発生量が図１６（Ｂ）に対し少なくなる。

尚、光学系ＯＢの屈折力配置は、正レンズＡ、正レンズＢの順に限定されるものではない。負レンズ、正レンズの順でも良い。

撮像素子を光軸方向に移動させるときには光学性能を良好に維持するために、撮像素子の撮像面が光軸と直角となるように移動させねばならない。

撮像素子の移動を行うとき、撮像面が光軸に対して傾くと、画面中心から見て対向した周辺像の合焦不均一性（片ボケ状態）が発生してきて画質劣化を招く。

これに対して実施例１〜３によれば、撮像素子を移動させるとき、正の屈折力のレンズ部材ＬＵと一体的に移動しているので撮像素子ＣＰの撮像面が倒れても画面全体の光学性能の不均一性が少なく、高画質の画像を維持することができる。
またその際には屈折力を有するレンズ部材は出来れば撮像素子に接近させるのがより好ましく、最も像側の屈折力のあるレンズ部材ＬＵは撮像素子ＣＰから空気換算長で距離１．５×ＬＤ以内とするのが望ましい。更には、撮像素子ＣＰと撮像素子ＣＰに最も近い屈折力のあるレンズ部材との距離は、空気換算長で１×ＬＤ以内、更に好ましくは０．７×ＬＤ以内であることが望ましい。これはすべての実施例に関して同じである。

尚、後述する本実施例１〜３において、撮像素子の有効領域の対角長の長さＬＤは７.１ｍｍである。各実施例における、この撮像素子に最も近い屈折レンズ（パワーを持つレンズ）と、撮像素子との距離の空気換算長（バックフォーカスの空気換算長）は、以下の通りである。
実施例１ 3.1mm
実施例２ 2.6mm
実施例３ 4.5mm
図１８において、正の屈折力のレンズ部材ＬＵの焦点距離をＰＦＬとする。広角端で無限遠物体に合焦しているときの全系の焦点距離をＦｗとする。

このとき
０．２５＜ Ｆｗ／ＰＦＬ ＜ ０．５５ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

条件式（３）の上限値を越えると正の屈折力のレンズ部材ＬＵの屈折力が強くなりすぎてしまい、射出瞳径が大きくなる傾向になってくる。このため一定の周辺光量を得るためには正の屈折力のレンズ部材ＬＵのレンズ外径を大きくしなくてはならなくなると同時に軸外収差が大きく発生してくるため好ましくない。

一方、下限値を越えると正の屈折力のレンズ部材ＬＵの屈折力が弱くなりすぎるため片ボケの像劣化の補正に対する効果が弱まってしまうので良くない。

第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の広角端における合成焦点距離をＦＦｗ、後群ＦＲの広角端における焦点距離をＦＲｗとする。

このとき
０．３＜｜Ｆｗ／ＦＦｗ｜＜ ０．６ （但し、ＦＦｗ ＜ ０） ‥‥‥（１）
０．２＜ Ｆｗ／ＦＲｗ ＜ ０．６ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。

条件式（１）は、広角端における全系の焦点距離と、広角端における第１レンズ群Ｌ１と反射部材を有する第２レンズ群Ｌ２の合成焦点距離の比に関し、レンズ外径を小型しつつ、良好な画質を得るための条件である。

条件式（１）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の合成の負の屈折力が強くなってくるため、正の球面収差が大きく発生してしまいそれを補正するのが困難になってくる。

一方、下限値を越えると光学系全体のレトロフォーカス作用が弱くなってくる。このため、バックフォーカスが短くなりすぎてしまい撮像素子面と最も像面側にある光学部材ＬＵとの空間に挿入されるローパスフィルターや赤外吸収等のフィルター類が配置できなくなってしまう。

又、第２レンズ群Ｌ２のレンズ径の増加とともに軸外光線収差が大きく発生してくるため良くない。

条件式（２）は、広角端における全系の焦点距離と、広角端における後群ＦＲの焦点距離の比に関する。

条件式（２）の上限値を超えると後群ＦＲの正の屈折作用を大きくなりすぎてしまい高次の球面収差やコマ収差が大きく発生してきてこれを補正するのが困難となってくる。

他方、下限値を越えると一定のズーム域を確保するために各レンズ群の移動量が大きくなってしまうため、光学系の全長が増加してしまい良くない。

尚、各実施例において更に好ましくは条件式（１）〜（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．３５＜｜Ｆｗ／ＦＦｗ｜＜ ０．５ （但し、ＦＦｗ＜０）‥‥‥（１ａ）
０．２５＜ Ｆｗ／ＦＲｗ ＜ ０．５ ‥‥‥（２ａ）
０．３ ＜ Ｆｗ／ＰＦＬ ＜ ０．５ ‥‥‥（３ａ）
更に、条件式（１ａ）の下限値を０．４にしたり、その上限値を０．４７にしたり、条件式（２ａ）の下限値を０．２７にしたり、その上限値を０．４３にしたり、条件式（３ａ）の下限値を０．３４にしたり、その上限値を０．４８にしたりすると尚好ましい。

各実施例において、有限距離物体に対するフォーカス作用は撮像素子ＣＰ又は撮像素子ＣＰとレンズ部材ＬＵを光軸上に移動させることにより行うのが望ましい。

反射部材ＰＲＺを有する第２レンズ群Ｌ２以外のレンズ群を光軸上移動させることによって行っても良い。

又、フローティング方式を利用しても良い。

各実施例では、ズーミングに際して発生する像面位置の変動の補正作用を撮像素子ＣＰを光軸移動させることで達成している。

反射部材ＰＲＺは、シャッターまたは虹彩絞りＳＰの位置よりも物体側に配置した負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２中に設けている。そして更に反射部材ＰＲＺの物体側に負レンズ部材Ｌ２１を配置している。

瞳または虹彩絞り位置に配置されたレンズ群は、軸外光は瞳位置で光軸と交差するような光路を有する。このため、反射部材ＰＲＺの物体側に配置された負レンズを通過した軸外光線は光軸に対し平行に近くなるような屈折作用を与える。

そしてその像面側に反射部材を挿入する空間を設けることにより瞳位置が変動して光学的な特性変化が生ずることを防止しつつ、反射部材を挿入するために必要な空間を小さくすることができる。

反射部材を有する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２は光学系中で最も負の屈折力が強いレンズ群としている。

その理由として、最も屈折力が強い負の屈折力のレンズ群を移動させると、結像面位置の補正作用をレンズ群の小さな移動量で達成することが出来るため光学系を小型化することに対して有効である。

各実施例では第２レンズ群Ｌ２を光軸上固定としている。それによりズーミングによる結像面位置の変化は結像面位置補正用のレンズ群と撮像素子の相対変化量であることから撮像素子ＣＰが結像面補正を行なうための移動量を小さくすることができる。

以上から各実施例では、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２に上記した条件を満たすレンズ群として反射部材を配置している。

各実施例において、更に高画質化を図るためには以下のような構成にするのが良い。

レンズ枚数を削減しつつ小型で高性能な光学系を達成するためには、反射部材ＰＲＺを有する第２レンズ群Ｌ２中の像面側の後群ＦＲに少なくとも１つの非球面を有するレンズを導入するのが効果的である。それにより第２レンズ群Ｌ２中で発生した球面収差を良好に補正することが容易となる。

またこのときの非球面レンズは、生産性を考慮したときに使用できる硝種を拡大するために複合型非球面（レプリカ非球面）を用いても良い。

更に非球面レンズはプラスチック材料としても良い。

この他、回折光学素子、屈折分布型光学材料を導入しても良い。これによれば光学性能の向上が容易となる。

ズーミングに際して虹彩絞りＳＰを各レンズ群とは独立した光軸移動を行わせれば入射瞳位置の変化を少なくすることができる。また機構上の簡略化のためにズーミングに際して光軸上固定にしても良い。

撮影時に画質劣化原因となる手振れによる像ブレを補正するために、レンズ群やレンズ群の一部を偏心させても良い。反射部材ＰＲＺを回転又は移動させることにより偏向角度や偏向方向を変化させることにより、撮影時の像ブレをキャンセルするような像位置変位作用を持たせても良い。

また手ブレによる像ブレを補正するために撮像素子を光軸方向と垂直方向に移動させる機構を用いても良い。

各実施例では光軸を偏向させるのに反射部材にプリズムを用いているが、プリズムの替わりに反射ミラーを用いても良い。

以上のように各実施例によれば光学系として適切なズームレンズ構成及びズーミングにおける移動レンズ群に工夫を行うことにより、高画質で特に広角画角を含んだ高変倍でかつ撮影装置の薄型化に適したコンパクトなズームレンズ光学系が得られる。

次に実施例１〜３について説明する。

図１の実施例１では光学系ＯＢは、物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４より成る４群ズームレンズである。

第４レンズ群Ｌ４は、撮像素子ＣＰの有効画面の対角線長をＬＤとするとき、撮像素子ＣＰから空気換算長で１．５×ＬＤの距離以内に正の屈折力のレンズ部材ＬＵを有している。

第２レンズ群Ｌ２は光軸を８０°〜１００°の範囲内で偏向させる反射部材ＰＲＺを有している。

広角端から望遠端へのズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２は不動である。第１レンズ群Ｌ１は物体側へ移動する。第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３間の空気間隔が狭まるように該第３レンズ群Ｌ３は、物体側へ移動する。該第４レンズ群は諸収差を補正するように光軸移動を行い、それにともなって変動する結像面位置を撮像素子面に一致させるように該撮像素子ＣＰと一体的に移動機構Ｍによって光軸方向に移動される。

このズーム構成により、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２に隣接する第１、第３の正の屈折力のレンズ群を移動させることによって変倍作用を生じさせている。

図１の実施例１では、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は、正レンズＧ１１より成っている。第２レンズ群Ｌ２は両レンズ面が凹面の負レンズＧ２１、反射部材ＰＲＺ、負レンズＧ２２、正レンズＧ２３より成っている。

第３レンズ群Ｌ３は、両凸形状の正レンズＧ３１、正レンズＧ３２、負レンズＧ３３より成っている。

第４レンズ群Ｌ４は正レンズＧ４１、平行平板Ｆ１、を有している。

ここで各レンズ群Ｌ１〜Ｌ４と図１８に示す後群ＦＲとレンズ部材ＬＵ、との関係は表−１に示すとおりである。

又、前述した条件式（１）〜（３）は実施例１に示すと次の如くである。

レンズ部材ＬＵの焦点距離をＰＦＬとする。

広角端における全系の焦点距離をＦＷとする。このとき
０．２５ ＜ Ｆｗ／ＰＦＬ ＜ ０．５５ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

広角端における第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２の合成焦点距離をＦＦｗとする。広角端における第３、第４レンズ群Ｌ３、Ｌ４の合成焦点距離をＦＲｗとする。このとき
０．３ ＜｜Ｆｗ／ＦＦｗ｜＜０．６（但し、ＦＦｗ＜０）‥‥‥（１）
０．２ ＜ Ｆｗ／ＦＲｗ ＜０．６ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。

第３レンズ群Ｌ３または第４レンズ群Ｌ４内の正レンズが光軸方向と垂直の方向の成分を持つように移動することによって像面位置の変位作用が生じて、手ブレによる像ブレを補正しても良い。

図６の実施例２では、光学系ＯＢは、物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５より成る。

実施例２は５群ズームレンズである。

第５レンズ群Ｌ５は、撮像素子ＣＰの有効画面の対角線長をＬＤとするとき、撮像素子ＣＰから空気換算長で１．５×ＬＤの距離以内に正の屈折力のレンズ部材ＬＵを有している。

第２レンズ群Ｌ２は光軸を８０°〜１００°の範囲内で偏向させる反射部材ＰＲＺを有している。

広角端から望遠端へのズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１は物体側へ移動する。第２レンズ群Ｌ２は不動である。第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３間の空気間隔が狭まるように第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動する。第４レンズ群Ｌ４は諸収差を補正するように移動する。それに伴って変動する像面位置が撮像素子ＣＰの撮像素子面に一致するように第５レンズ群Ｌ５と撮像素子ＣＰとが一体的に移動機構Ｍによって移動される。

実施例２では、高変倍化とともに問題となってくる変倍時の像面湾曲の変動を良好に補正することができ、変倍域全域で良好な光学性能を得ている。

図６の実施例２では、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、正レンズＧ１２、正レンズＧ１３より成っている。

負レンズＧ１１と正レンズＧ１２、Ｇ１３によって広角端における歪曲収差と倍率色収差を補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２１、反射部材ＰＲＺ、負レンズＧ２２、正レンズＧ２３より成っている。

第３レンズ群Ｌ３は開口絞りＳＰ、両凸形状の正レンズＧ３１、正レンズＧ３２、負レンズＧ３３より成っている。

第４レンズ群Ｌ４は物体側の面が凹形状の負レンズＧ４１より成っている。

第５レンズ群Ｌ５は、正レンズＧ５１、平行平板Ｆ１を有している。

ここで各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５と図１８に示す後群ＦＲ、レンズ部材ＬＵ、との関係は表−１に示すとおりである。

又、前述した条件式（１）〜（３）は実施例２に示すと次の如くである。

レンズ部材ＬＵの焦点距離をＰＦＬとする。

広角端における全系の焦点距離をＦｗとする。

０．２５ ＜ Ｆｗ／ＰＦＬ ＜ ０．５５ ‥‥‥（３）
なる条件を満足している。

広角端における第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２の合成焦点距離をＦＦｗとする。広角端における第３、第４、第５レンズ群Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の合成焦点距離をＦＲｗとする。このとき
０．３＜｜Ｆｗ／ＦＦｗ｜＜０．６（但し、ＦＦｗ＜０）‥‥‥（１）
０．２＜ Ｆｗ／ＦＲｗ ＜０．６ ‥‥‥（２）
なる条件を満足している。

実施例２の光学系において、第３レンズ群Ｌ３または第５レンズ群Ｌ５内の正レンズが光軸方向と垂直方向の成分を持つように移動することによって像面位置の変位作用が生じ、手ブレによる像ブレを補正しても良い。

図１１の実施例３は図６の実施例２と同じ５群ズームレンズである。

実施例３の光学系は実施例２の光学系に比べて第１レンズ群Ｌ１のレンズ構成が異なるだけで、その他のレンズ構成は同じである。

実施例３では、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、正レンズＧ１２より成っている。

この他のレンズ群の構成は実施例２と同じであり、実施例２と同様の効果を得ている。

以上のように各実施例によれば、撮像素子を用いたコンパクトなデジタルカメラやビデオカメラレンズ等に好適な、広角な画角を含んだズーム比４倍〜１０倍程度の小型な光学系を有する撮像装置が得られる。

次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。

又、最も像側の２つの面は光学ブロックＬＰである。また、非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋{１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２}^１／２］
＋Ａｈ^２＋Ｂｈ^４＋Ｃｈ^６＋Ｄｈ^８＋Ｅｈ^１０
で表される。但し、ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面形数、Ｒは近軸曲率半径である。

又、「ｅ−０Ｘ」は、「×１０^−ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又前述の各条件式と各数値実施例との関係を表−２に示す。

数値実施例１

ｆ＝ 4.72 〜 17.31 Ｆｎｏ＝ 2.51 〜 4.50 ２ω＝73.9°〜 23.2°

Ｒ 1＝ 15.565 Ｄ 1＝ 5.20 Ｎ 1＝ 1.48749 ν 1＝ 70.2
Ｒ 2＝ 209.071 Ｄ 2＝ 可変

* Ｒ 3＝ -50.484 Ｄ 3＝ 1.00 Ｎ 2＝ 1.85961 ν 2＝ 40.3
Ｒ 4＝ 9.037 Ｄ 4＝ 2.56
Ｒ 5＝ ∞ Ｄ 5＝ 8.00 Ｎ 3＝ 1.77250 ν 3＝ 49.6
Ｒ 6＝ ∞ Ｄ 6＝ 0.95
Ｒ 7＝ -15.718 Ｄ 7＝ 0.50 Ｎ 4＝ 1.83481 ν 4＝ 42.7
Ｒ 8＝ 9.917 Ｄ 8＝ 0.46
Ｒ 9＝ 11.851 Ｄ 9＝ 1.90 Ｎ 5＝ 1.84666 ν 5＝ 23.9
Ｒ10＝ -24.411 Ｄ10＝ 可変

Ｒ11＝ 絞り Ｄ11＝ 0.50
* Ｒ12＝ 5.968 Ｄ12＝ 1.70 Ｎ 6＝ 1.69350 ν 6＝ 53.2
Ｒ13＝ -26.051 Ｄ13＝ 0.12
Ｒ14＝ 6.415 Ｄ14＝ 1.60 Ｎ 7＝ 1.69680 ν 7＝ 55.5
Ｒ15＝ 182.351 Ｄ15＝ 0.50 Ｎ 8＝ 1.84666 ν 8＝ 23.9
Ｒ16＝ 3.502 Ｄ16＝ 可変

* Ｒ17＝ 10.689 Ｄ17＝ 2.00 Ｎ 9＝ 1.73077 ν 9＝ 40.5
Ｒ18＝ -34.695 Ｄ18＝ 1.50
Ｒ19＝ ∞ Ｄ19＝ 1.25 Ｎ10＝ 1.51633 ν10＝ 64.1
Ｒ20＝ ∞

＼焦点距離 4.72 13.54 17.31
可変間隔＼
D 2 0.90 5.89 6.71
D10 11.50 2.07 0.63
D16 6.87 15.45 18.83


非球面係数

第 3面 : Ｋ＝-4.23949e+001 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 1.42820e-004
Ｃ＝-1.19268e-006 Ｄ＝ 5.47717e-009 Ｅ＝-2.94385e-012

第12面 : Ｋ＝-2.05313e+000 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 5.58921e-004
Ｃ＝ 7.98734e-006 Ｄ＝-3.86674e-006 Ｅ＝ 2.43428e-007

第17面 : Ｋ＝ 5.46772e-001 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝-2.72057e-004
Ｃ＝ 7.02856e-006 Ｄ＝-6.64417e-007 Ｅ＝ 1.37919e-008

数値実施例２

ｆ＝ 4.72 〜 47.00 Ｆｎｏ＝ 2.83 〜 5.70 ２ω＝73.8°〜 8.6°

Ｒ 1＝ 38.973 Ｄ 1＝ 1.40 Ｎ 1＝ 1.84666 ν 1＝ 23.9
Ｒ 2＝ 30.798 Ｄ 2＝ 4.50 Ｎ 2＝ 1.48749 ν 2＝ 70.2
Ｒ 3＝ 122.673 Ｄ 3＝ 0.15
Ｒ 4＝ 51.633 Ｄ 4＝ 3.00 Ｎ 3＝ 1.48749 ν 3＝ 70.2
Ｒ 5＝-1754.434 Ｄ 5＝ 可変

Ｒ 6＝ 90.693 Ｄ 6＝ 1.00 Ｎ 4＝ 1.88300 ν 4＝ 40.8
Ｒ 7＝ 10.669 Ｄ 7＝ 4.00
Ｒ 8＝ ∞ Ｄ 8＝ 16.00 Ｎ 5＝ 1.77250 ν 5＝ 49.6
Ｒ 9＝ ∞ Ｄ 9＝ 1.72
Ｒ10＝ -22.899 Ｄ10＝ 0.80 Ｎ 6＝ 1.88300 ν 6＝ 40.8
Ｒ11＝ 10.079 Ｄ11＝ 2.51 Ｎ 7＝ 1.84666 ν 7＝ 23.9
Ｒ12＝ -67.220 Ｄ12＝ 可変

Ｒ13＝ 絞り Ｄ13＝ 0.50
* Ｒ14＝ 6.982 Ｄ14＝ 2.20 Ｎ 8＝ 1.69350 ν 8＝ 53.2
* Ｒ15＝ -93.887 Ｄ15＝ 0.12
Ｒ16＝ 6.533 Ｄ16＝ 1.70 Ｎ 9＝ 1.70000 ν 9＝ 48.1
Ｒ17＝ -345.297 Ｄ17＝ 0.50 Ｎ10＝ 1.80518 ν10＝ 25.4
Ｒ18＝ 4.388 Ｄ18＝ 可変

Ｒ19＝ -4.814 Ｄ19＝ 0.80 Ｎ11＝ 1.59270 ν11＝ 35.3
Ｒ20＝ -8.501 Ｄ20＝ 可変

* Ｒ21＝ -329.800 Ｄ21＝ 2.50 Ｎ12＝ 1.73077 ν12＝ 40.5
* Ｒ22＝ -7.419 Ｄ22＝ 1.50
Ｒ23＝ ∞ Ｄ23＝ 1.20 Ｎ13＝ 1.51633 ν13＝ 64.1
Ｒ24＝ ∞



＼焦点距離 4.72 20.18 47.00
可変間隔＼
D 5 0.50 20.41 30.19
D12 20.35 6.37 0.53
D18 8.31 11.74 19.73
D20 0.05 4.76 2.21


非球面係数

第14面 : Ｋ＝-2.24473e+000 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 9.14803e-004
Ｃ＝ 1.12793e-005 Ｄ＝ 4.60802e-007 Ｅ＝ 1.23365e-007

第15面 : Ｋ＝ 7.96496e+001 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 5.84958e-004
Ｃ＝ 2.07949e-005 Ｄ＝ 3.35953e-007 Ｅ＝ 2.42783e-007

第21面 : Ｋ＝-3.71416e+006 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 6.20063e-004
Ｃ＝-3.65360e-005 Ｄ＝ 2.12651e-006 Ｅ＝-7.06009e-008

第22面 : Ｋ＝-5.42295e+000 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝-2.67263e-004
Ｃ＝ 1.60929e-005 Ｄ＝-2.79043e-007 Ｅ＝-2.22830e-008

数値実施例３

ｆ＝ 4.72 〜 25.35 Ｆｎｏ＝ 2.88 〜 5.70 ２ω＝73.9°〜 15.9°

Ｒ 1＝ 41.094 Ｄ 1＝ 1.40 Ｎ 1＝ 1.84666 ν 1＝ 23.9
Ｒ 2＝ 31.826 Ｄ 2＝ 4.27 Ｎ 2＝ 1.60311 ν 2＝ 60.6
Ｒ 3＝-1115.121 Ｄ 3＝ 可変

Ｒ 4＝ 42.048 Ｄ 4＝ 1.00 Ｎ 3＝ 1.88300 ν 3＝ 40.8
Ｒ 5＝ 9.626 Ｄ 5＝ 4.60
Ｒ 6＝ ∞ Ｄ 6＝ 13.00 Ｎ 4＝ 1.77250 ν 4＝ 49.6
Ｒ 7＝ ∞ Ｄ 7＝ 1.50
Ｒ 8＝ -29.360 Ｄ 8＝ 0.80 Ｎ 5＝ 1.88300 ν 5＝ 40.8
Ｒ 9＝ 9.947 Ｄ 9＝ 2.52 Ｎ 6＝ 1.84666 ν 6＝ 23.9
Ｒ10＝ -82.211 Ｄ10＝ 可変

Ｒ11＝ 絞り Ｄ11＝ 0.50
* Ｒ12＝ 7.020 Ｄ12＝ 2.00 Ｎ 7＝ 1.69350 ν 7＝ 53.2
* Ｒ13＝ -51.680 Ｄ13＝ 0.12
Ｒ14＝ 5.928 Ｄ14＝ 1.70 Ｎ 8＝ 1.70000 ν 8＝ 48.1
Ｒ15＝ 245.373 Ｄ15＝ 0.50 Ｎ 9＝ 1.80518 ν 9＝ 25.4
Ｒ16＝ 3.935 Ｄ16＝ 可変

Ｒ17＝ -5.344 Ｄ17＝ 0.80 Ｎ10＝ 1.59270 ν10＝ 35.3
Ｒ18＝ -8.824 Ｄ18＝ 可変

* Ｒ19＝-1068.095 Ｄ19＝ 2.30 Ｎ11＝ 1.73077 ν11＝ 40.5
* Ｒ20＝ -9.800 Ｄ20＝ 1.50
Ｒ21＝ ∞ Ｄ21＝ 1.20 Ｎ12＝ 1.51633 ν12＝ 64.1
Ｒ22＝ ∞


＼焦点距離 4.72 15.08 25.35
可変間隔＼
D 3 0.50 17.95 24.42
D10 17.89 5.06 1.66
D16 5.11 8.02 10.13
D18 0.45 4.57 7.14


非球面係数

第12面 : Ｋ＝-2.30595e+000 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 8.27907e-004
Ｃ＝ 1.07097e-005 Ｄ＝ 7.26909e-007 Ｅ＝ 6.74461e-008

第13面 : Ｋ＝ 1.03854e+002 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝ 4.93684e-004
Ｃ＝ 3.12276e-005 Ｄ＝-9.53203e-000 Ｅ＝ 2.05246e-007

第19面 : Ｋ＝-3.71416e+006 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝-3.00095e-005
Ｃ＝-1.88815e-005 Ｄ＝ 9.79652e-007 Ｅ＝-3.07789e-008

第20面 : Ｋ＝-5.57356e+000 Ａ＝ 0.00000e+000 Ｂ＝-7.28724e-004
Ｃ＝ 2.71176e-005 Ｄ＝-8.10283e-007 Ｅ＝-3.89311e-010

次に本発明の撮像装置としてレンズシャッター形式のデジタルコンパクトカメラの実施形態について図１７を用いて説明する。

図１７において、１０はデジタルカメラ本体、１１は本発明に係る光学系である。１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。１５は本発明に係る光学系のカメラボディー内での概略な光学系配置関係を示す。

このように本発明の撮像装置をデジタルカメラ等に適用することにより、特にカメラボディー形態を薄型化がなされるような、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

またこの例では、光学系を横位置撮影時に反射部材で偏向された光軸が上下(垂直)方向になるよう配置を行っているが、前記偏向された光軸が左右(水平)方向になるように配置しても良い。

実施例１のズームレンズの光学断面図 実施例１のズームレンズの光路を９０度折り曲げたときの光路図 実施例１のズームレンズの広角端での収差図 実施例１のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例１のズームレンズの望遠端での収差図 実施例２のズームレンズの光学断面図 実施例２のズームレンズの光路を９０度折り曲げたときの光路図 実施例２のズームレンズの広角端での収差図 実施例２のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例２のズームレンズの望遠端での収差図 実施例３のズームレンズの光学断面図 実施例３のズームレンズの光路を９０度折り曲げたときの光路図 実施例３のズームレンズの広角端での収差図 実施例３のズームレンズの中間のズーム位置での収差図 実施例３のズームレンズの望遠端での収差図 本発明において撮像素子が倒れたときの光学特性の説明図 本発明の撮像装置の説明図 本発明に係る光学系の基本構成の説明図

符号の説明

ＯＢ 光学系
ＰＲＺ 反射部材
ＣＰ 撮像素子
ＬＵ 光学部材
ＦＦＮ１ レンズ部
ＦＦＮ２ レンズ部
Ｍ 移動機構
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ５ 第５レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (6)

1. 撮像素子と、該撮像素子に像を形成するための光学系とを有する撮像装置であって、
   該光学系は、物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、光軸を偏向させる反射部材を含む負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力のレンズ群を少なくとも１つ含む全体として正の屈折力の後群を有し、
   ズーミングに際して、該第２レンズ群は不動であり、
   該第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化し、該第２レンズ群と該後群との間隔が変化するように各レンズ群及び該撮像素子が移動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１レンズ群と第２レンズ群の広角端における合成焦点距離をＦＦｗ、前記後群の広角端における焦点距離をＦＲｗ、広角端における全系の焦点距離をＦｗとするとき
   ０．３＜｜Ｆｗ／ＦＦｗ｜＜ ０．６ （但し、ＦＦｗ ＜ ０）
   ０．２＜ Ｆｗ／ＦＲｗ ＜ ０．６
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１の撮像装置。
3. 前記後群は、
   前記撮像素子の有効画面の対角線長をＬＤとするとき、
   該撮像素子から空気換算長で距離１．５×ＬＤ以内に、
   前記撮像素子と一体となって移動を行うような
   正の屈折力のレンズ部材を有していることを特徴とする請求項１又は２の撮像装置。
4. 前記レンズ部材の焦点距離をＰＦＬ、広角端における全系の焦点距離をＦｗとするとき
   ０．２５＜ Ｆｗ／ＰＦＬ ＜ ０．５５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項３の撮像装置。
5. 前記後群は物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、
   ズーミングに際して、該第３レンズ群は移動し、
   該第４レンズ群は前記撮像素子と一体的に移動すること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項の撮像装置。
6. 前記後群は物体側より像側へ順に配置された正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、
   ズーミングに際して該第３、第４レンズ群は移動し、
   該第５レンズ群は前記撮像素子と一体的に移動すること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項の撮像装置。

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