JP2008281764A - 光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画角や変倍比、光学性能の確保でき、レンズのせり出し時間が短く、防水・防塵上も有利な光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置を提供すること。
【解決手段】ズームレンズと、このレンズの像側に配置された撮像素子とを備え、ズームレンズは、物体側から順に、光路を反射する反射面をもつ反射光学部材を有し正の第１レンズ群Ｇ１と、負の第２レンズ群Ｇ２と、正の第３レンズ群Ｇ３と、正の第４レンズ群Ｇ４と、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４との間に配置された明るさ絞りＳを有し、第１レンズ群Ｇ１は撮像素子の位置に対して位置を固定し、且つ少なくとも第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４が移動して各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、銀塩３５ｍｍフィルム（１３５フォーマット）カメラに代わる次世代カメラとしてデジタルカメラ（電子カメラ）が注目されてきている。さらにそれは業務用高機能タイプからポータブルな普及タイプまで幅広い範囲でいくつものカテゴリーを有するようになってきている。

カメラの奥行き方向を薄くするのに最大のネックとなっているのは光学系特にズームレンズ系の最も物体側の面から撮像面までの厚みである。最近におけるカメラボディ薄型化技術の主流は、撮影時には光学系がカメラボディ内から突出しているが携帯時には収納するいわゆる沈胴式鏡筒を採用することである。しかしながら、沈胴式鏡筒を採用するとレンズ収納状態から使用状態に立ち上げるための時間が長くなる。また、最も物体側のレンズ群を可動とすると、防水・防塵に対しては不利となる。

最近では、沈胴式鏡筒に見られるようなカメラの使用状態への立ち上げ時間（レンズのせり出し時間）がなく、防水・防塵上も好ましく、また、奥行き方向が極めて薄いカメラとするために光学系の光路（光軸）をミラーやプリズムなど反射光学部材で反射させる構成をとるものも出現している。

そのような光学系は、最も物体側のレンズ群を撮像素子に対して位置を固定したレンズ群とし、その中に反射光学部材を設けることで、反射後の光路をカメラボディの縦あるいは横方向に沿わせ、カメラの奥行き方向の寸法を極力薄くしたものである。

加えて、現在のところポータブルなカテゴリーのビデオカメラ、デジタルカメラにおいては広角端での画角が３０°程度のものが主流であるが、さらに撮影領域を広げた広角化へのニーズもある。

光路反射式の光学系を採用したズームレンズで広角なものとしては、例えば、以下の特許文献１、２に開示されている。

特開２００４‐３５４８７１号公報 特開２００４‐３５４８６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたズームレンズは、半画角が３７°程度と大きいが変倍比は２．８倍程度に止まるものである。また、特許文献２に開示されたレンズは、半画角が３７°程度で、変倍比は３．７倍程度であるが、全長が大きいものである。

上述の課題に鑑み、本発明は、ズームレンズの工夫により、画角や変倍比の確保を行いつつ光学性能の確保にも有利であり、沈胴式鏡筒に見られるようなカメラの使用状態への立ち上げのためのレンズのせり出し時間をかけることなく、防水・防塵上も有利となる光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置の基本構成は、
ズームレンズと、
そのズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。
そして、ズームレンズは、物体側から順に、
光路を反射する反射面をもつ反射光学部材を有し正の屈折力を有１する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群とを有するズームレンズとしている。
そして、第２レンズ群と第４レンズ群との間に配置された明るさ絞りを有し、
第１レンズ群は撮像素子の位置に対して位置を固定し、且つ少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群が移動して各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行う構成としている。

このような構成とすると、第１レンズ群で光路を反射し、奥行き方向の厚さの薄型化を可能とすると共に、第２レンズ群、第４レンズ群を移動させることで変倍の負担を分担させ高変倍化を可能としている。また、広角側で第２レンズ群から射出する光束を正屈折力の第３レンズ群を介して正屈折力の第４レンズ群に導くことで、第４レンズ群に入射する光束径を抑えやすくなり、全長や径の小型化に有利となる。

そして、第１レンズ群を撮像素子に対して固定することで、撮像装置の使用状態への立ち上げ時にレンズを繰り出すことなく、防水・防塵上も好ましい。また、反射光学素子を第１レンズ群中に設けることにより、撮像装置の厚さの薄型化に有利となる。

また、このような基本構成にて、以下の構成とすることが好ましい。
第２レンズ群を、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなるレンズ３枚構成とすることが好ましい。
第２レンズ群は、変倍レンズ群として移動するため、第１レンズ群の小型化や変倍比の確保のためには負の屈折力を強くし、移動量を小さくしても変倍負担を持たせやすくすることが好ましい。しかしながら、この場合、第２レンズ群で発生する軸上収差が発生しやすくなる。そのため、第１の側面の発明は、この第２レンズ群を上述の構成とし、第２レンズ群の負の屈折力を負レンズ２枚に分担し軸上収差の発生を抑えるとともに、残存する軸上収差を打ち消すために１枚の正レンズを２つの負レンズの間に配置することで群内におけるレンズ構成の対称性を良好にして第２レンズ群内で効率良く収差補正を行えるようにできる。

また、第２レンズ群中の正レンズは、第２レンズ群中の２つの負レンズの少なくとも何れかと接合することがより好ましい。これにより、レンズ同士の相対的な偏心の影響を抑え、偏心収差の発生を抑えることに有利となる。

また、第２レンズ群中の正レンズは、第２レンズ群中の２つの負レンズのうち、像側の負レンズにのみ接合することがより好ましい。これにより、第２レンズ群の主点を物体側よりにしやすくなり、レンズの径の小型化等に有利となる。

また、第１レンズ群が以下の条件式を満足するように構成することがより好ましい。
２．０＜ｆ₁／ｆ_w＜５．０ ・・・（１）
ただし、
ｆ₁は第１レンズ群の焦点距離、
ｆ_wは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。

条件式（１）の下限を下回らないようにして、第１レンズ群の屈折力を適度に抑えることで、第1レンズ群の球面収差、非点収差の発生を抑えやすくなる。条件式（１）の上限を上回らないようにして第１レンズ群の屈折力を確保することで、第２レンズ群への変倍機能の確保に有利となる。また、第１レンズ群と明るさ絞りを近づけやすくなり、レンズの径の小型化に有利となる。

また、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
３５°＜tan^-1（ＩＨ_w／ｆ_w) ・・・（２）
ただし、
ｆ_wは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
ＩＨ_wは広角端における最大像高、
である。

条件式（２）は、広角端での焦点距離と最大像高との関係を規定するものであり、広角端での画角の確保を行いやすくするものである。条件式（２）の下限を下回らないように焦点距離と像高を特定することで画角の確保を行いやすくなる。なお、ＩＨ_wは広角端における有効撮像領域で決まる。

有効撮像領域は、撮像素子の光電変換面のうち、画像の記録、表示、印刷などの際に利用する像が形成される領域である。有効撮像領域は、アスペクト比の変更等、領域のサイズを変更できる場合がある。このような場合は有効撮像領域内でとり得る像高の中で最も大きくなるものをＩＨ_wとする。

また、一般に有効撮像領域の形状は矩形で、そのサイズは広角端から望遠端への変倍に際して一定である。
一方、広角側で発生するレンズ系の歪曲収差を補正する画像処理を行い、画像の記録、再生を行う場合もある。歪曲収差を電気的に補正する場合の有効撮像領域は画像処理で補正する程度により変化する。例えば、広角端で発生する樽型の歪曲収差を電気的に補正して画像を記録再生する場合、有効撮像領域の形状は樽型となる。その場合のＩＨ_wは上述と同様に、広角端撮影時の有効撮像領域内にてとりうる像高のうち最大となるものとなる。

また、変倍時に第３レンズ群を撮像素子に対して固定にすることが望ましい。これにより、変倍時に移動するレンズ群を減らせるので構成の簡素化に有利となる。また、この第３レンズ群の近くに明るさ絞りを配置すると、レンズ径の小型化に有利となる。

また、第１レンズ群を、物体側から順に、負の屈折力をもつ前側レンズ群と、光路を反射する裏面反射面をもつプリズムと、正の屈折力をもつ後側レンズ群で構成することが望ましい。これにより、反射面よりも物体側の大きさを短く構成でき、第1レンズ群の小型化に有利となる。

また、前側レンズ群を負の屈折力とすることにより、有効径を小さく出来ると共に、反射光学素子をプリズムにすることにより、光路長を短く保てる。このため、前側レンズ群と明るさ絞りの距離を短くできる。これにより、入射瞳を浅く（第１レンズ面と入射瞳との距離を短く）でき小型化に有利となる。

また、第１レンズ群の前側レンズ群では、広角端状態にて光線の入射する高さが大きくなる。そこで、第１レンズ群の前側レンズ群を１枚の負レンズとすることで、ズームレンズの厚みの方向や入射面のサイズの小型化にいっそう有利となる。

このような構成とした場合、前側レンズ群の負レンズは、以下の条件式（３）、（４）の少なくとも何れかを満足させることが好ましい。
１．０＜|ｆ_L1n／ｆ_w｜＜３．０ ・・・（３）
Ｎ_1d＞１．９ ・・・（４）
ただし、
ｆ_L1nは第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズの焦点距離、
ｆ_wは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
Ｎ_1dは第１レンズ群の前側レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率、
である。

条件式（３）は第１レンズ群の負レンズの屈折力を適切に設定するためのものであり、変倍比や光学性能を確保しつつ、入射瞳を浅くして第１レンズ群の小型化や画角の確保を一層行いやすくするためのものである。条件式（３）の下限を下回らないようにして第１レンズ群の負レンズの屈折力を適度に抑えることで、第１レンズ群に後続するレンズ群の変倍負担の確保を行いやすくなり、移動するレンズ群の移動量の低減や全系の変倍比の確保に有利となる。また、この負レンズは明るさ絞りから離れているので軸外収差が出やすいレンズであるが、屈折力を適度に抑えることで歪曲収差等の軸外収差や色収差の発生を抑えやすくなる。一方、条件式（３）の上限を上回らないようにして第１レンズ群の負レンズの屈折力を確保することで、入射瞳を浅くする機能を確保し、画角の確保と第１レンズ群を構成する各光学素子の小型化の両立に有利となる。

条件式（４）は第１レンズ群の負レンズのｄ線に対する屈折率を設定するものであり、小型化と良好な性能の両立を一層有利とするためのものである。広画角化した場合、通常、光学性能の確保のためには最も物体側の負レンズの像側面が強い凹面となりやすい。その場合、負レンズが物体側に突出しやすく、第１レンズ群が大型化しやすくなる。条件式（４）の下限を下回らないようにすることで、負レンズの負屈折力を確保しつつレンズ面の曲率を抑えやすくできる。これにより、負レンズと反射光学部材との光軸上の距離を近づけられ、第１レンズ群の小型化（しいては撮像装置の薄型化）と光学性能の確保の両立が行いやすくなる。

また、第１レンズ群の後側レンズ群を１枚の正レンズで構成することがより好ましい。これにより、第２レンズ群が移動する範囲を確保した上で第１レンズ群を明るさ絞りに近づけやすくなり小型化に有利となる。

この場合、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
１．２＜｜ｆ_T／ｆ_L1p｜＜２．０ ・・・（５）
ただし、
ｆ_Tは望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
ｆ_L1pは第1レンズ群の後側レンズ群の正レンズの焦点距離、
である。

条件式（５）は第１レンズ群の正レンズの屈折力を適切に規定するものである。条件式（５）の下限を下回らないようにすることで、第１レンズ群の屈折力を確保し、第２レンズ群への変倍機能をもたせやすくすることが小型化のうえで好ましい。条件式（５）の上限を下回らないようにして正レンズの屈折力を適度に抑えることで、正レンズで発生する波長毎のコマ収差の差を抑え、色のにじみを抑えやすくなる。

また、第２レンズ群について、条件式（６）を満足することが望ましい。
０．８＜｜ｆ₂／ｆ_w｜＜２．０ ・・・（６）
ただし、
ｆ₂は第２レンズ群の焦点距離、
ｆ_wは広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。

条件式（６）は第２レンズ群の屈折力を適切に規定するものである。条件式（６）の下限を下回らないようにすることで、第２レンズ群の負の屈折力を適度に抑え、第２レンズ群での非点収差、歪曲収差の発生を抑えやすくなる。条件式（６）の上限を上回らないように第２レンズ群の負の屈折力を適度に確保することで、第２レンズ群の変倍負担を確保しつつ全長の短縮化に有利となる。

また、第４レンズ群の像側に第５レンズ群を配置する構成としてもよい。これにより、光束の制御がいっそう容易となり好ましい。

また、第５レンズ群を正の屈折力を有する正レンズ群とすることにより、射出瞳を像面から離しやすくなる。これにより、撮像素子にて良好となる入射角が狭い場合に発生しやすい周辺部での画像劣化を抑えやすくなる。

一方、第５レンズ群を負の屈折力を有する負レンズ群とすることにより、軸外収差の補正に有利となる。

また、第５レンズ群が少なくとも１面の非球面を有する構成とすると、歪曲収差、像面湾曲の補正に有利となる。

また、第５レンズ群をフォーカシング時に移動する群としてもよい。

また、変倍時に明るさ絞りと前記第３レンズ群との間隔を一定とし、
広角端の状態に対し望遠端の状態にて、
第２レンズ群は像側に位置し、
第４レンズ群は物体側に位置し、
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は広がり、
第２レンズ群と第３との間隔は狭まり、
第３レンズ群と第４レンズ群との間隔は狭まり、
第４レンズ群と第５レンズ群との間隔は広がるように構成することがより好ましい。

このように構成すると、第２レンズ群と第４レンズ群の移動にて主な変倍を行わせつつ、第３レンズ群の小径化を行いやすくなる。また、第５レンズ群の変倍時の移動量を小さくできる。もしくは変倍時に固定とできるので、いっそう構成の簡略化に有利となる。

尚、ズームレンズがフォーカシング機能を持つ場合、上述の各条件式に用いる値は、いずれも最遠距離物点に合焦した状態での値とする。

上述の基本構成を元に、上述の各構成や条件式に関して、複数を同時に満足させると、小型化、変倍比の確保、画角の確保、光学性能の確保等のいずれかの点でより好ましい。

例えば、光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置の他の基本構成は、
ズームレンズと、
前記ズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。
そして、前記ズームレンズは、物体側から順に、
光路を反射する反射面をもつ反射光学部材を有し正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
正の屈折力を有する第４レンズ群と、
正の屈折力を有する第５レンズ群と、からなり、
前記第２レンズ群と前記第４レンズ群との間に配置された明るさ絞りを有し、
前記第１レンズ群は前記撮像素子の位置に対して位置を固定し、且つ少なくとも前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移動させて各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
以下の条件式を満足する構成とすることができる。
２．０＜ｆ₁／ｆ_w＜５．０ ・・・（１）
３５°＜tan^-1（ＩＨ_w／ｆ_w） ・・・（２）
ただし、
ｆ₁は前記第1レンズ群の焦点距離、
ｆ_w は広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
ＩＨ_wは広角端における最大像高、
である。

また、前記第２レンズ群は、物体側から順に、
負レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズとからなる構成としてもよい。

また、上述の各条件式にて以下のようにするとより好ましい。
条件式（１）の下限を２．７、更には２．９とするとより好ましい。
条件式（１）の上限を４．６、更には４．３とするとより好ましい。
条件式（２）の下限を３６°、更には３７°とするとより好ましい。
条件式（２）に上限値を設け、上限４５°、更には４０°以上にならないようにするとより好ましい。これにより、小型化を維持しながら、極度な歪曲収差の発生を抑えることに有利となる。
条件式（３）の下限を１．５、更には２．０とするとより好ましい。
条件式（３）の上限を２．７、更には２．５とするとより好ましい。
条件式（４）の下限を１．９５、更には２．０とするとより好ましい。
条件式（４）に上限値を設け、上限２．３、更には２．２以上にならないようにするとより好ましい。これにより、材料費の低減に有利となる。
条件式（５）の下限を１．３、更には１．４とするとより好ましい。
条件式（５）の上限を１．９、更には１．８５とするとより好ましい。
条件式（６）の下限を１．０、更には１．２とするとより好ましい。
条件式（６）の上限を１．８、更には１．６とするとより好ましい。

上述の各発明は、任意に複数を同時に満足することがより好ましい。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。また、上述の各構成は、任意に組み合わせて構わない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ズームレンズの工夫により、画角や変倍比の確保を行いつつ光学性能の確保にも有利であり、撮像装置の立ち上げ時にレンズがせり出すこともなく、防水・防塵上も有利となる光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置を提供することが可能となる。

以下に、本発明に係る撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下に示す各実施例は、撮像装置の立ち上げ時にレンズがせり出すこともなく、防水・防塵上も有利となる光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置の例である。実施例１〜５においては、変倍比が３．５倍程度、かつ、広角端の半画角ωが４０°以上で、最先端の小さな画素ピッチの撮像素子用の光学系としても使用できる高い性能を持ち、かつ、コンパクト性に優れた薄型広角ズームレンズ系を有する撮像装置となっている。
また、実施例１〜５は全ズーム状態にて有効撮像領域は矩形で一定である。
有効撮像領域の短辺方向がズームレンズの厚さ方向となるように反射面を配置している。

レンズデータ上は裏面反射面の位置が省略されているが、反射面は第３面と第４面との中間に位置し、光軸を９０度反射させるように反射平面を光軸に対して４５°傾けている。また、反射光学部材はいずれの実施例も直角プリズムとしている。もちろん表面鏡でも良いし、反射曲面でもよいし、反射面の形状が変化するものであってもよい。また、プリズムの入射面や射出面が屈折力を持つようにしてもよい。

また、各ズームレンズでの条件式対応値は無限遠物点に合焦した状態での値である。
全長は、レンズの入射面から射出面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えたものである。バックフォーカスは、空気換算長で示している。

また、実施例６〜１０は、それぞれ実施例１〜５の撮像装置におけるズームレンズを用い、電気的に歪曲収差を補正する撮像装置に用いた例であり変倍時に有効撮像領域の形状が変化する。そのため、ズーム状態における像高や画角が対応する実施例と相違する。
広角端の半画角ωが３８°以上のズームレンズを備えた撮像装置となっている。
実施例６〜１０では広角側で発生する樽型の歪曲収差や、望遠側での糸巻き型の歪曲収差を電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行っている。

まず、歪曲収差補正についての概念的な説明を図１１の（ａ）から（ｆ）を用いて説明する。（ａ）は、広角端付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。（ｃ）は中間焦点距離付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。（ｅ）は望遠端付近での光電変換面と画像の歪み状態、有効撮像領域の関係を表す図である。

本発明のズームレンズは矩形の光電変換面上に広角端では（ａ）のような樽型の歪曲収差が発生する。一方、中間焦点距離状態付近や望遠端では（ｃ）、（ｅ）のような糸巻き型の歪曲収差が発生する。なお、図は、説明のため歪み状態を誇張して描いている。

歪曲収差を電気的に補正するために、有効撮像領域は、広角端では樽型形状とし、中間焦点距離状態や望遠端では糸巻き型形状となるようにしている。そして、あらかじめ設定した有効撮像領域を画像処理により画像変換し、歪みを低減させた矩形の画像情報に変換する。図１１の（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は、それぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端における歪みを低減させた矩形の画像情報をそれぞれ示している。

広角端での最大像高ＩＨ_wは、中間焦点距離状態の最大像高ＩＨ_sや望遠端での最大像高ＩＨ_tよりも小さくなるようにしている。（ａ）の例では広角端にて光電変換面の短辺方向の長さが有効撮像領域の短辺方向の長さと同じになるようにしているが、それよりも小さい樽型の領域を有効撮像領域として矩形に変換した画像を記録・再生するようにしてもよい。後述する実施例６〜１０の像高は、広角端にて光電変換面の短辺方向の長さが有効撮像領域の短辺方向の長さと同じになるようにし、歪曲収差を完全に電気補正した場合の像高、画角としている。

以下、本発明の実施例１〜５に係る撮像装置が備えるズームレンズについて説明する。実施例１〜５の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間焦点距離状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。図１〜図５中、第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、明るさ絞りはＳ、第３レンズ群はＧ３、第４レンズ群はＧ４、第５レンズ群はＧ５、赤外光を制限する波長域制限コートを施したローパスフィルタを構成する平行平板はＦ、電子撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。

また、各実施例において、明るさ絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と一体で固定する。数値データはいずれも無限遠の被写体に合焦した状態でのデータである。各数値の長さの単位はｍｍ、角度の単位は°（度）である。いずれの実施例も、反射光学部材としてパワーを持たない直角プリズムを使用している。また、フォーカシングは第５レンズ群の移動により行う。実施例１〜４において、遠距離物点から近距離物点への合焦動作にて第５レンズ群を物体側に移動させ、実施例５において、遠距離物点から近距離物点への合焦動作にて第５レンズ群を像側に移動させて行う。さらに、ズームデータは広角端（ＷＥ）、中間ズーム（焦点距離）状態（ＳＴ）、望遠端（ＴＥ）での値である。

実施例１のズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定し、第４レンズ群Ｇ４は物体側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は像側に凸の軌跡で移動する。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、両凸正レンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第５レンズ群Ｇ５は、両凸正レンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凸正レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹負レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の両凸正レンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の物体側の両凸正レンズの両面との８面に用いている。

実施例２のズームレンズは、図２に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定し、第４レンズ群Ｇ４は物体側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は像側に凸の軌跡で移動する。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第５レンズ群Ｇ５は、両凸正レンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凸正レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹負レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の物体側の両凸正レンズの両面との８面に用いている。

実施例３のズームレンズは、図３に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定し、第４レンズ群Ｇ４は物体側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は像側に凸の軌跡で移動する。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第５レンズ群Ｇ５は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凸正レンズの両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹負レンズの物体側の面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の正メニスカスレンズの両面との７面に用いている。

実施例４のズームレンズは、図４に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定し、第４レンズ群Ｇ４は物体側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は固定している。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、平凹負レンズと、光路折り曲げプリズムＰと、両凸正レンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第５レンズ群Ｇ５は、両凸正レンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凸正レンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の物体側の両凸正レンズの両面と、第５レンズ群Ｇ５の両凸正レンズの物体側の面との７面に用いている。

実施例５のズームレンズは、図５に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は物体像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は固定し、第４レンズ群Ｇ４は物体側に移動し、第５レンズ群Ｇ５は固定している。また、明るさ絞りＳは固定し、開口サイズを変化させて光量を調整する。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、両凹負レンズと、光路折り曲げプリズムＰと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、両凹負レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４は、両凸正レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第５レンズ群Ｇ５は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹負レンズの像側の面と、第１レンズ群Ｇ１の正メニスカスレンズの両面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズの両面と、第４レンズ群Ｇ４の両凸正レンズの物体側の面との６面に用いている。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。表及び図面において、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＢＦはバックフォーカス、f1、f2…は各レンズ群の焦点距離、ＩＨは像高、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ＷＥは広角端、ＳＴは中間焦点距離状態、ＴＥは望遠端、ｒ1、ｒ2…は各レンズ面の曲率半径、ｄ1、ｄ2…は各レンズ面間の間隔、ｎdは各レンズのｄ線の屈折率、νdは各レンズのアッベ数である。上述したように、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。ＢＦ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。

なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／ｒ）² ｝^1/2 ］
＋Ａ₄ ｙ⁴ ＋Ａ₆ ｙ⁶ ＋Ａ₈ ｙ⁸ ＋Ａ₁₀ｙ¹⁰＋Ａ₁₂ｙ¹²
ただし、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀、Ａ₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。

実施例１
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 55.879 0.74 2.00069 25.46
2 9.501 2.64
3 ∞ 8.20 1.90366 31.31
4 ∞ 0.20
5* 19.185 2.80 1.76802 49.24
6* -14.366 可変
7* -25.592 0.74 1.83481 42.71
8* 26.661 0.74
9 -17.188 1.81 1.92286 20.88
10 -7.239 0.70 1.88300 40.76
11 66.345 可変
12* 19.931 1.01 1.67790 55.34
13* -61.239 0.60
14(絞り) 可変
15* 7.455 2.52 1.49700 81.54
16* -24.398 0.15
17 7.284 3.00 1.75500 52.32
18 -26.330 0.61 2.00330 28.27
19 4.475 可変
20 12.017 2.18 1.49700 81.54
21 -60.611 可変
22 ∞ 0.50 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面) ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.35814e-05,Ａ6=-2.66941e-06,Ａ8=1.24427e-07,Ａ10=-2.70997e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=4.27276e-05,Ａ6=-1.53073e-06,Ａ8=7.81923e-08,Ａ10=-1.96173e-09
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=3.46457e-04,Ａ6=-3.10453e-05,Ａ8=9.28879e-07,Ａ10=-1.68327e-08
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=3.37536e-04,Ａ6=-2.54529e-05,Ａ8=2.09249e-07
第１２面
ｋ=0.000,Ａ4=2.41522e-04,Ａ6=2.10041e-05,Ａ8=-9.98821e-07
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=1.88466e-04,Ａ6=4.20577e-05,Ａ8=-2.44231e-06
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.22549e-04,Ａ6=4.16143e-05,Ａ8=-2.78800e-06,Ａ10=1.22405e-07
第１６面
ｋ=0.000,Ａ4=1.41387e-04,Ａ6=3.82748e-05,Ａ8=-2.26325e-06,Ａ10=1.26788e-07

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.08 9.24 17.75
ＦＮＯ． 3.57 4.51 5.10
画角２ω 82.87 44.68 23.84
像高IH 3.84 3.84 3.84

d6 0.60 4.07 7.66
d11 7.56 4.10 0.50
d14 8.91 5.11 1.05
d19 2.78 6.97 9.70
d21 3.16 2.76 4.09

実施例２
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 94.620 0.80 2.00069 25.46
2 10.091 2.42
3 ∞ 8.20 1.90366 31.31
4 ∞ 0.20
5* 17.799 2.80 1.76802 49.24
6* -14.462 可変
7* -38.540 0.69 1.83481 42.71
8* 22.125 1.02
9 -12.291 1.81 1.92286 20.88
10 -6.346 0.70 1.88300 40.76
11 388.644 可変
12* 12.627 1.07 1.67790 55.34
13* 107.441 0.59
14(絞り) 可変
15* 8.255 2.31 1.49700 81.54
16* -26.827 0.15
17 6.965 3.36 1.75500 52.32
18 -15.860 0.61 2.00330 28.27
19 4.442 可変
20 10.799 2.53 1.48749 70.23
21 -32.352 可変
22 ∞ 0.50 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面) ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-1.74286e-05,Ａ6=-4.90551e-06,Ａ8=2.16049e-07,Ａ10=-3.54125e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=7.74875e-05,Ａ6=-4.01517e-06,Ａ8=1.87904e-07,Ａ10=-3.17544e-09
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=8.69830e-04,Ａ6=-5.43495e-05,Ａ8=1.24045e-06,Ａ10=-1.96967e-08
第８面
ｋ=0.000,Ａ4=9.08000e-04,Ａ6=-4.45144e-05,Ａ8=-2.03614e-08
第１２面
ｋ=0.000,Ａ4=8.02256e-04,Ａ6=3.87597e-05,Ａ8=8.67712e-07
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=9.09983e-04,Ａ6=4.81706e-05,Ａ8=1.20183e-06
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.82018e-06,Ａ6=3.54013e-05,Ａ8=-2.64602e-06,Ａ10=1.47956e-07
第１６面
ｋ=0.000,Ａ4=2.12556e-04,Ａ6=3.84434e-05,Ａ8=-3.21279e-06,Ａ10=2.00561e-07

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.09 9.39 17.74
ＦＮＯ． 3.57 4.47 5.10
画角２ω 82.43 43.96 23.93
像高IH 3.84 3.84 3.84

d6 0.60 4.17 7.49
d11 7.37 3.82 0.50
d14 9.01 5.16 1.05
d19 2.76 6.53 9.85
d21 2.63 2.70 3.48

実施例３
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 110.793 0.80 2.00069 25.46
2 10.296 2.35
3 ∞ 8.40 1.90366 31.31
4 ∞ 0.16
5* 19.319 2.80 1.76802 49.24
6* -14.066 可変
7* -63.073 0.71 1.88300 40.76
8 16.117 0.96
9 -13.958 1.62 1.92286 20.88
10 -6.291 0.70 1.88300 40.76
11 -1134.962 可変
12* 7.264 1.14 1.55087 71.79
13* 23.042 0.63
14(絞り) 可変
15* 7.912 2.38 1.55087 71.79
16* 46.701 0.15
17 7.300 2.96 1.88300 40.76
18 -11.443 0.66 2.00069 25.46
19 4.915 可変
20 9.243 2.35 1.49700 81.54
21 266.816 可変
22 ∞ 0.50 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面) ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-7.96935e-07,Ａ6=-5.02527e-06,Ａ8=2.31046e-07,Ａ10=-4.67786e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=8.56548e-05,Ａ6=-3.14941e-06,Ａ8=1.50538e-07,Ａ10=-3.40658e-09
第７面
ｋ=0.000,Ａ4=-3.56844e-06,Ａ6=9.98511e-07,Ａ8=-1.60774e-07
第１２面
ｋ=0.000,Ａ4=1.59568e-03,Ａ6=4.25525e-05,Ａ8=1.09265e-05
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=2.14185e-03,Ａ6=6.47142e-05,Ａ8=1.62205e-05
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=7.15811e-04,Ａ6=2.38332e-05,Ａ8=8.38892e-07,Ａ10=4.82105e-08
第１６面
ｋ=0.000,Ａ4=1.22870e-03,Ａ6=3.94324e-05,Ａ8=-2.46195e-07,Ａ10=2.99993e-07

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.08 9.32 17.73
ＦＮＯ． 3.57 4.48 5.10
画角２ω 81.72 44.15 23.88
像高IH 3.84 3.84 3.84

d6 0.60 4.28 8.06
d11 7.94 4.29 0.50
d14 8.95 4.86 1.05
d19 2.84 7.50 10.49
d21 2.56 1.96 2.77

実施例４
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.80 2.00069 25.46
2 11.678 2.17
3 ∞ 8.40 1.90366 31.32
4 ∞ 0.16
5* 16.037 2.64 1.76802 49.24
6* -15.692 可変
7 -57.513 0.70 1.88300 40.76
8 11.157 1.05
9 -21.049 1.62 1.92286 20.88
10 -6.983 0.70 1.88300 40.76
11 237.248 可変
12* 6.832 1.23 1.55087 71.79
13* 18.866 0.63
14(絞り) 可変
15* 8.327 2.44 1.55087 71.79
16* -28.146 0.15
17 8.647 2.66 1.88300 40.76
18 -39.717 0.74 2.00069 25.46
19 4.560 可変
20* 10.171 2.94 1.49700 81.54
21 -121.543 2.49
22 ∞ 0.50 1.54771 62.84
23 ∞ 0.50
24 ∞ 0.50 1.51633 64.14
25 ∞ 0.37
像面(受光面) ∞

非球面データ
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-4.70720e-06,Ａ6=-4.77883e-06,Ａ8=2.63447e-07,Ａ10=-5.49536e-09
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=9.65912e-05,Ａ6=-2.86497e-06,Ａ8=1.77246e-07,Ａ10=-4.17301e-09
第１２面
ｋ=0.000,Ａ4=1.36320e-03,Ａ6=4.54543e-06,Ａ8=9.34431e-06
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=2.03644e-03,Ａ6=-5.56638e-06,Ａ8=1.59247e-05
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.88102e-04,Ａ6=-3.59977e-05,Ａ8=2.96404e-06,Ａ10=-1.34151e-07
第１６面
ｋ=0.000,Ａ4=-7.82012e-05,Ａ6=-3.28073e-05,Ａ8=2.55029e-06,Ａ10=-1.13782e-07
第２０面
ｋ=0.000,Ａ4=-4.07150e-05,Ａ6=3.37619e-06

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.07 9.36 19.50
ＦＮＯ． 3.57 4.37 5.10
画角２ω 81.70 44.31 21.90
像高IH 3.84 3.84 3.84

d6 0.60 4.29 7.78
d11 7.66 3.98 0.50
d14 10.45 6.34 1.05
d19 2.90 6.99 12.27

実施例５
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 -215.357 0.80 2.00170 20.60
2* 11.627 1.81
3 ∞ 8.40 1.81600 46.62
4 ∞ 0.30
5* 9.196 2.58 1.80139 45.45
6* 2066.991 可変
7 -101.388 0.50 1.88300 40.76
8 10.175 1.11
9 -102.211 1.30 1.92286 20.88
10 -7.495 0.46 1.88300 40.76
11 19.286 可変
12* 7.438 1.55 1.67790 55.34
13* 48.124 1.00
14(絞り) 可変
15* 8.066 3.27 1.62299 58.12
16 -6.213 0.54 1.92286 20.88
17 -12.576 可変
18 -12.055 0.50 2.00330 28.27
19 6.159 3.27 1.51633 64.14
20 -12.008 0.96
21 11.752 1.80 1.84666 23.78
22 13.545 2.44
23 ∞ 0.50 1.51680 64.20
24 ∞ 0.50
25 ∞ 0.50 1.51680 64.20
26 ∞ 0.37
像面(受光面) ∞

非球面データ
第２面
ｋ=0.000,Ａ4=-2.80087e-04,Ａ6=2.57808e-07,Ａ8=-6.14100e-09
第５面
ｋ=0.000,Ａ4=-9.94851e-05,Ａ6=-1.07743e-06,Ａ8=6.82436e-09,Ａ10=-7.48279e-12
第６面
ｋ=0.000,Ａ4=1.76563e-04,Ａ6=-1.61036e-06,Ａ8=2.96282e-08,Ａ10=-5.43384e-11
第１２面
ｋ=0.000,Ａ4=1.90780e-04,Ａ6=1.24591e-05,Ａ8=1.38666e-06,Ａ10=3.36379e-08
第１３面
ｋ=0.000,Ａ4=5.39898e-04,Ａ6=7.51223e-06,Ａ8=3.65925e-06,Ａ10=-5.29379e-08
第１５面
ｋ=0.000,Ａ4=-4.16938e-04,Ａ6=3.24274e-05,Ａ8=-4.85028e-06,Ａ10=2.36668e-07

ズームデータ
広角 中間 望遠
焦点距離 5.07 9.40 17.40
ＦＮＯ． 3.57 4.05 4.55
画角２ω 78.25 44.06 24.34
像高IH 3.84 3.84 3.84

d6 0.60 6.62 10.70
d11 10.60 4.58 0.50
d14 6.08 4.22 2.05
d17 1.51 3.37 5.54

また、実施例１〜５の他の諸元値を以下に掲げる。

バックフォーカス 全長 ズーム比 群焦点距離
WE ST TE G1 G2 G3 G4 G5
実施例1 4.68 4.28 5.61 53.15 3.49 15.17 -7.65 22.33 18.92 20.27
実施例2 4.15 4.21 5.00 53.15 3.49 14.77 -7.42 21.00 20.18 17.02
実施例3 4.08 3.48 4.30 53.15 3.49 15.25 -7.61 18.78 23.04 19.20
実施例4 4.00 4.00 4.00 54.65 3.84 14.74 -7.08 18.76 21.73 19.03
実施例5 3.97 3.97 3.97 52.90 3.43 20.34 -6.47 12.78 10.23 -11.03

以上の実施例１〜５の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間焦点距離状態、（ｃ）は望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。各図中、“ω”は半画角を示す。

次に、実施例６、７、８、９、１０の撮像装置が備えるズームレンズについて説明する。実施例６〜１０では広角側で発生する樽型の歪曲収差や、望遠側での糸巻き型の歪曲収差を電気的に補正したうえで画像の記録や表示を行っている。実施例６におけるズームレンズは実施例１のズームレンズと同一の構成である。実施例７におけるズームレンズは実施例２のズームレンズと同一の構成である。実施例８におけるズームレンズは実施例３のズームレンズと同一の構成である。実施例９におけるズームレンズは実施例４のズームレンズと同一の構成である。実施例１０におけるズームレンズは実施例５のズームレンズと同一の構成である。このため、ズームレンズに関する重複する説明は省略する。

実施例６における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角 中間 望遠
焦点距離 5.08 9.24 17.75
ＦＮＯ． 3.57 4.51 5.10
画角２ω 78.28 44.68 23.84
像高IH 3.59 3.84 3.84

実施例７における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角 中間 望遠
焦点距離 5.09 9.39 17.74
ＦＮＯ． 3.57 4.47 5.10
画角２ω 78.18 43.96 23.93
像高IH 3.60 3.84 3.84

実施例８における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角 中間 望遠
焦点距離 5.08 9.32 17.73
ＦＮＯ． 3.57 4.48 5.10
画角２ω 78.10 44.15 23.88
像高IH 3.63 3.84 3.84

実施例９における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角 中間 望遠
焦点距離 5.07 9.36 19.50
ＦＮＯ． 3.57 4.37 5.10
画角２ω 78.12 44.31 21.90
像高IH 3.63 3.84 3.84

実施例１０における像高、全画角のデータを以下に示す。
広角 中間 望遠
焦点距離 5.07 9.40 17.40
ＦＮＯ． 3.57 4.05 4.55
画角２ω 76.54 44.06 24.34
像高IH 3.74 3.84 3.84

次に、各実施例における条件式（１）〜（６）の値を掲げる。

実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
(1)ｆ₁/ｆ_w 2.98 2.88 3.00 2.90 4.01
(2)tan^-1(ＩＨ_w/ｆ_w) 37.06 37.04 37.11 37.12 37.14
(3)|ｆ_L1n/ｆ_w| 2.27 2.23 2.24 2.30 2.17
(4)Ｎ_1d 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069 2.0017
(5)|ｆ_T/ｆ_L1p| 1.60 1.64 1.61 1.82 1.51
(6)|ｆ₂/ｆ_w| 1.50 1.45 1.50 1.39 1.28

実施例6 実施例7 実施例8 実施例9 実施例10
(1)ｆ₁/ｆ_w 2.98 2.88 3.00 2.90 4.01
(2)tan^-1(ＩＨ_w/ｆ_w) 35.23 35.29 35.57 35.62 36.41
(3)|ｆ_L1n/ｆ_w| 2.27 2.23 2.24 2.30 2.17
(4)Ｎ_1d 2.00069 2.00069 2.00069 2.00069 2.0017
(5)|ｆ_T/ｆ_L1p| 1.60 1.64 1.61 1.82 1.51
(6)|ｆ₂/ｆ_w| 1.50 1.45 1.50 1.39 1.28

（歪曲収差の補正）
ところで、本発明のズームレンズを用いたときに、像の歪曲は電気的にデジタル補正する。以下に、像の歪曲をデジタル補正するための基本的概念について説明する。

例えば、図１２に示すように、光軸と撮像面との交点を中心として有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円周上（像高）での倍率を固定し、この円周を補正の基準とする。そして、それ以外の任意の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正する。

例えば、図１２において、半径Ｒの円の内側に位置する任意の半径ｒ₁（ω）の円周上の点Ｐ₁は、円の中心に向けて補正すべき半径ｒ₁'（ω）円周上の点Ｐ₂に移動させる。また、半径Ｒの円の外側に位置する任意の半径ｒ₂（ω）の円周上の点Ｑ₁は、円の中心から離れる方向に向けて補正すべき半径ｒ₂'（ω）円周上の点Ｑ₂に移動させる。

ここで、ｒ'（ω）は次のように表わすことができる。
ｒ'（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω （０≦α≦１）
ただし、
ωは被写体半画角、ｆは結像光学系（本発明では、ズームレンズ）の焦点距離である。

ここで、前記半径Ｒの円上（像高）に対応する理想像高をＹとすると、
α＝Ｒ／Ｙ＝Ｒ／（ｆ・ｔａｎω）
となる。

光学系は、理想的には、光軸に対して回転対称であり、すなわち歪曲収差も光軸に対して回転対称に発生する。したがって、上述のように、光学的に発生した歪曲収差を電気的に補正する場合には、再現画像上で光軸と撮像面との交点を中心とした有効撮像面の長辺に内接する半径Ｒの円の円周上（像高）の倍率を固定して、それ以外の半径ｒ（ω）の円周上（像高）の各点を略放射方向に移動させて、半径ｒ'（ω）となるように同心円状に移動させることで補正することができれば、データ量や演算量の点で有利と考えられる。

ところが、光学像は、電子撮像素子で撮像された時点で（サンプリングのため）連続量ではなくなる。したがって、厳密には光学像上に描かれる上記半径Ｒの円も、電子撮像素子上の画素が放射状に配列されていない限り正確な円ではなくなる。

つまり、離散的座標点毎に表わされる画像データの形状補正においては、上記倍率を固定できる円は存在しない。そこで、各画素（Ｘi，Ｙj）毎に、移動先の座標（Ｘi'，Ｙj' ）を決める方法を用いるのがよい。なお、座標（Ｘi'，Ｙj'）に（Ｘi，Ｙj）の２点以上が移動してきた場合には、各画素が有する値の平均値をとる。また、移動してくる点がない場合には、周囲のいくつかの画素の座標（Ｘi'，Ｙj'）の値を用いて補間すればよい。

このような方法は、特にズームレンズが有する電子撮像装置において光学系や電子撮像素子の製造誤差等のために光軸に対して歪みが著しく、前記光学像上に描かれる上記半径Ｒの円が非対称になった場合の補正に有効である。また、撮像素子あるいは各種出力装置において信号を画像に再現する際に幾何学的歪み等が発生する場合等の補正に有効である。

本発明の電子撮像装置では、補正量ｒ’（ω）−ｒ（ω）を計算するために、ｒ（ω）すなわち半画角と像高との関係、あるいは、実像高ｒと理想像高ｒ’／αとの関係が、電子撮像装置に内蔵された記録媒体に記録されている構成としてもよい。

なお、歪曲補正後の画像が短辺方向の両端において光量が極端に不足することのないようにするには、前記半径Ｒが、次の条件式を満足するのがよい。

０≦Ｒ≦０．６Ｌs
ただし、Ｌs は有効撮像面の短辺の長さである。

好ましくは、前記半径Ｒは、次の条件式を満足するのがよい。
０．３Ｌs≦Ｒ≦０．６Ｌs
さらには、半径Ｒは、略有効撮像面の短辺方向の内接円の半径に一致させるのが最も有利である。なお、半径Ｒ＝０の近傍、すなわち、軸上近傍において倍率を固定した補正の場合は、実質画像数の面で若干の不利があるが、広角化しても小型化にするための効果は確保できる。

なお、補正が必要な焦点距離区間については、いくつかの焦点ゾーンに分割する。そして、該分割された焦点ゾーン内の望遠端近傍で略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
を満足する補正結果が得られる場合と同じ補正量で補正してもよい。

ただし、その場合、分割された焦点ゾーン内の広角端において樽型歪曲量がある程度残存してしまう。また、分割ゾーン数を増加させてしまうと、補正のために必要な固有データを記録媒体に余計に保有する必要が生じあまり好ましくない。そこで、分割された焦点ゾーン内の各焦点距離に関連した１つ又は数個の係数を予め算出しておく。この係数は、シミュレーションや実機による測定に基づいて決定しておけばよい。

そして、前記分割されたゾーン内の望遠端近傍で略、
ｒ’（ω）＝α・ｆ・ｔａｎω
を満足する補正結果が得られる場合の補正量を算出し、この補正量に対して焦点距離毎に前記係数を一律に掛けて最終的な補正量にしてもよい。

ところで、無限遠物体を結像させて得られた像に歪曲がない場合は、
ｆ＝ｙ／ｔａｎω
が成立する。
ただし、ｙは像点の光軸からの高さ（像高）、ｆは結像系（本発明ではズームレンズ）の焦点距離、ωは撮像面上の中心からｙの位置に結ぶ像点に対応する物点方向の光軸に対する角度（被写体半画角）である。

結像系に樽型の歪曲収差がある場合は、
ｆ＞ｙ／ｔａｎω
となる。つまり、結像系の焦点距離ｆと、像高ｙとを一定とすると、ωの値は大きくなる。

（デジタルカメラ）
さて、以上のような上述のズームレンズで物体像を形成しその像をＣＣＤ等の電子撮像素子に受光させて撮影を行う電子撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。

図１３〜図１５は、上述のズームレンズをデジタルカメラの撮影光学系１４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図１３はデジタルカメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図１４は同後方斜視図、図１５はデジタルカメラ１４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッター１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７等を含み、カメラ１４０の上部に配置されたシャッター１４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系１４１、例えば実施例１の光路折り曲げズームレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系１４１によって形成された物体像が、近赤外カットフィルターと光学的ローパスフィルターＦを介してＣＣＤ１４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ１４９で受光された物体像は、処理手段１５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター１４７に表示される。また、この処理手段１５１には記録手段１５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段１５２は処理手段１５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ１４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路１４４上にはファインダー用対物光学系１５３が配置してある。このファインダー用対物光学系１５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム１５５の視野枠１５７上に形成される。このポリプリズム１５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系１５９が配置されている。なお、撮影光学系１４１及びファインダー用対物光学系１５３の入射側、接眼光学系１５９の射出側にそれぞれカバー部材１５０が配置されている。

このように構成されたデジタルカメラ１４０は、撮影光学系１４１が３．５倍程度の高変倍比で、高い光学性能を有するズームレンズであるので、高性能で、奥行き方向が極めて薄い安価なデジタルカメラが実現できる。

なお、図１５の例では、カバー部材１５０として平行平面板を配置しているが、パワーを持ったレンズを用いてもよい。あるいは、省いてもよい。

（内部回路構成）
図１６は、上記デジタルカメラ１４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段は、例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４、一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８等からなり、記憶手段は、例えば記憶媒体部１１９等からなる。

図１６に示すように、デジタルカメラ１４０は、操作部１１２と、この操作部１１２に接続された制御部１１３と、この制御部１１３の制御信号出力ポートにバス１１４及び１１５を介して接続された撮像駆動回路１１６並びに一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１１７、画像処理部１１８、記憶媒体部１１９、表示部１２０、及び設定情報記憶メモリ部１２１は、バス１２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１１６には、ＣＣＤ１４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４が接続されている。

操作部１１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。

制御部１１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ１４０全体を制御する回路である。

ＣＣＤ１４９は、本発明による撮影光学系１４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ１４９は、撮像駆動回路１１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４は、ＣＣＤ１４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時記憶メモリ１１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部１２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１１８は、一時記憶メモリ１１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記録媒体部１１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。

表示部１２０は、液晶表示モニターを備え、その液晶表示モニターに画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部１２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部１２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。

このように構成されたデジタルカメラ１４０は、撮影光学系１４１が、本発明により、十分な広角域を有し、コンパクトな構成としながら、高変倍で全変倍域で結像性能が極めて安定的であるので、高性能・小型化・広角化が実現できる。そして、広角側、望遠側での速い合焦動作が可能となる。

以上説明したように、本発明では、特にポータブルな普及タイプのカテゴリーに注目し、高画質を確保しながら奥行きが薄く使い勝手の良好な、広角端から望遠端までの広い焦点距離域をカバーする高変倍で安価なビデオカメラ、デジタルカメラを実現する技術を提供できる。

以上のように、本発明に係る撮像装置は、高変倍で安価なビデオカメラ、デジタルカメラ等に有用である。

本発明の実施例１の撮像装置が備えるズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 本発明の実施例２の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。 本発明の実施例３の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。 本発明の実施例４の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。 本発明の実施例５の撮像装置が備えるズームレンズの図１と同様の図である。 実施例１の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例２の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例３の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例４の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例５の無限遠物点合焦時の収差図である。 歪曲収差の補正の概念を説明する図である。 歪曲収差の補正を説明する図である。 光路反射式ズームレンズを組み込んだ本発明のデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。 上記デジタルカメラの後方斜視図である。 上記デジタルカメラの断面図である。 デジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｇ４…第４レンズ群
Ｇ５…第５レンズ群
Ｓ…明るさ絞り
Ｆ…ローパスフィルタ
Ｃ…カバーガラス
Ｐ…プリズム
Ｉ…像面
１１２…操作部
１１３…制御部
１１４…バス
１１５…バス
１１６…撮像駆動回路
１１７…一時記憶メモリ
１１８…画像処理部
１１９…記憶媒体部
１２０…表示部
１２１…設定情報記憶メモリ部
１２２…バス
１２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
１４０…デジタルカメラ
１４１…撮影光学系
１４２…撮影用光路
１４３…ファインダー光学系
１４４…ファインダー用光路
１４５…シャッターボタン
１４６…フラッシュ
１４７…液晶表示モニター
１４９…ＣＣＤ
１５０…カバー部材
１５１…処理手段
１５２…記録手段
１５３…ファインダー用対物光学系
１５５…正立プリズム
１５７…視野枠
１５９…接眼光学系

Claims (21)

1. ズームレンズと、
   前記ズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備え、
   前記ズームレンズは、物体側から順に、
   光路を反射する反射面をもつ反射光学部材を有し正の屈折力を有する第１レンズ群と、
   負の屈折力を有する第２レンズ群と、
   正の屈折力を有する第３レンズ群と、
   正の屈折力を有する第４レンズ群と、
   を有し、
   前記第２レンズ群と前記第４レンズ群との間に配置された明るさ絞りを有し、
   前記第１レンズ群は前記撮像素子の位置に対して位置を固定し、且つ少なくとも前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が移動して各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
   前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなることを特徴とする光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
2. 前記第２レンズ群中の前記正レンズは、前記第２レンズ群中の前記２つの負レンズの少なくとも何れかと接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
3. 前記第２レンズ群中の正レンズは、前記第２レンズ群中の前記２つの負レンズのうち、像側の負レンズにのみ接合されていることを特徴とする請求項２に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
4. 前記第１レンズ群は以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
   ２．０＜ｆ₁／ｆ_w＜５．０ ・・・（１）
   ただし、
   ｆ₁は前記第1レンズ群の焦点距離、
   ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
   である。
5. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
   ３５°＜tan^-1(ＩＨ_w／ｆ_w) ・・・（２）
   ただし、
   ＩＨ_wは広角端における最大像高、
   ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
   である。
6. 前記第３レンズ群が変倍時に前記撮像素子の位置に対して位置が固定であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
7. 前記第１レンズ群は、物体側から順に、
   負の屈折力をもつ前側レンズ群と、
   前記反射光学部材と、
   正の屈折力をもつ後側レンズ群とからなり、
   前記反射光学素子は裏面反射面をもつプリズムであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
8. 前記第１レンズ群の前側レンズ群は１枚の負レンズであることを特徴とする請求項７に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
9. 前記第１レンズ群の前記負レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項８に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
   １．０＜｜ｆ_L1n／ｆ_w｜＜３．０ ・・・（３）
   ただし、
   ｆ_L1nは前記第１レンズ群の前側レンズ群の前記負レンズの焦点距離、
   ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
   である。
10. 前記第１レンズ群の前記負レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項８または９に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
    Ｎ_1d＞１．９ ・・・（４）
    ただし、
    Ｎ_1dは第１レンズ群の前側レンズ群の前記負レンズのｄ線に対する屈折率
    である。
11. 前記第1レンズ群の後側レンズ群は１枚の正レンズであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
12. 前記第1レンズ群の前記正レンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１１に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
    １．２＜｜ｆ_T／ｆ_L1p｜＜２．０ ・・・（５）
    ただし、
    ｆ_Tは望遠端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
    ｆ_L1pは前記第1レンズ群の後側レンズ群の前記正レンズの焦点距離、
    である。
13. 前記第２レンズ群が以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
    ０．８＜｜ｆ₂／ｆ_w｜＜２．０ ・・・（６）
    ただし、
    ｆ₂は前記第２レンズ群の焦点距離
    ｆ_wは広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離
    である。
14. 前記ズームレンズは、
    前記第４レンズ群の像側に配置された第５レンズ群を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
15. 前記第５レンズ群は正の屈折力を有することを特徴とする請求項１４に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
16. 前記第５レンズ群は負の屈折力を有することを特徴とする請求項１４に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
17. 前記第５レンズ群は、少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１４に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
18. 前記第５レンズ群がフォーカシング時に移動することを特徴とする請求項１４に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
19. 前記変倍時に前記明るさ絞りと前記第３レンズ群との間隔は一定であり、
    前記広角端の状態に対し前記望遠端の状態にて、
    前記第２レンズ群は像側に位置し、
    前記第４レンズ群は物体側に位置し、
    前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔は広がり、
    前記第２レンズ群と前記第３との間隔は狭まり、
    前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は狭まり、
    前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間隔は広がることを特徴とする請求項１４に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
20. ズームレンズと、
    前記ズームレンズの像側に配置され、前記ズームレンズによる像を電気信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記ズームレンズは、物体側から順に、
    光路を反射する反射面をもつ反射光学部材を有し正の屈折力を有する第1レンズ群と、
    負の屈折力を有する第２レンズ群と、
    正の屈折力を有する第３レンズ群と、
    正の屈折力を有する第４レンズ群と、
    正の屈折力を有する第５レンズ群と、からなり、
    前記第２レンズ群と前記第４レンズ群との間に配置された明るさ絞りを有し、
    前記第1レンズ群は前記撮像素子の位置に対して位置を固定し、且つ少なくとも前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移動させて各レンズ群に挟まれる各間隔を変化させることで広角端から望遠端への変倍を行い、
    以下の条件式を満足することを特徴とする光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
    ２．０＜ｆ₁／ｆ_w＜５．０ ・・・（１）
    ３５°＜tan^-1（ＩＨ_w／ｆ_w） ・・・（２）
    ただし、
    ｆ₁は前記第1レンズ群の焦点距離、
    ｆ_w は広角端における前記ズームレンズ全系の焦点距離、
    ＩＨ_wは広角端における最大像高、
    である。
21. 前記第２レンズ群は、物体側から順に、
    負レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズとからなることを特徴とする請求項２０に記載の光路反射式ズームレンズを備えた撮像装置。
    

Images