JP2015060083A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸外の光学特性を劣化させることなく、光学系を薄型化することができるズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｂ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する後群Ｂ２とからなり、後群Ｂ２は、少なくとも２つの正群を含み、前群Ｂ１は、最も物体側に光線を反射させることで光路を折り曲げる反射光学素子ＰＲＭを有し、反射光学素子ＰＲＭの像側面２ｃは凹面であり、後群Ｂ２は、少なくとも１つの変倍時に移動する群を有し、ズームの全域で以下の条件式を満足する。０．１≦Ｌ／Σｄ≦０．４…（１）。ただし、Ｌは光学系の最も物体側の頂点から開口絞りＳまでの距離を示し、Σｄは光学系の最も物体側の頂点から像面までの距離を示す。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向にレンズ群の間隔を変えることで変倍を行うズームレンズ、及び当該ズームレンズを備える撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ(Charged Coupled Device)型イメージセンサーあるいはＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサー等の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化及び小型化に伴い、撮像装置を備えた携帯電話や携帯情報端末が広く普及しつつある。これらの機器では、サイズやコストの制約が非常に厳しいことから、通常のデジタルスチルカメラ等に比べて低画素数で小型の固体撮像素子と、１〜４枚程度のプラスチックレンズからなる単焦点光学系とを備えた撮像装置が一般的に用いられている。一方、携帯情報端末に搭載される撮像装置も高画素化・高機能化が急速に進んでいる中で、高画素撮像素子に対応でき、かつ撮影者から離れた被写体をも撮影可能とするだけではなく、室内での撮影のように被写体からの距離を十分離すことができない場合にも撮影可能とするために、携帯電話機等に搭載できる小型のズームレンズが要求されるようになっている。

携帯電話や携帯情報端末にズームレンズを搭載するためには、小型化のなかでも特に厚さ方向を薄くすることが求められている。厚みが薄いタイプのズームレンズでは、プリズム等の反射光学素子を用いて光軸を９０度折り曲げる屈曲光学系が多く用いられている。下記特許文献１の変倍光学系において、第１レンズ群に上記反射光学素子を用いることで厚み方向の小型化を図った変倍光学系が開示されている。

一般に、特許文献１のように反射光学素子を用いた変倍光学系では、第１レンズ群の光学使用範囲を小さくするために、反射光学素子の物体側に負の屈折力を有するレンズを配置することが多いが、このレンズがズームレンズの薄型化を妨げる要因となっているため、レンズの代わりに反射光学素子の物体側を凹面とすることにより、薄型化を図っている。

しかしながら、反射光学素子の物体側の凹面が強くなると、光学系の薄型化には有利である一方、開口絞りに対してコンセントリックな構成とはならず、軸外光線に対して入射角が大きくなる。そのため、諸収差が発生しやすくなり、軸外の光学性能を劣化させるという問題がある。

特開２００９−２５８１７４号公報

本発明は、軸外の光学性能を劣化させることなく、光学系を薄型化することができるズームレンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、当該ズームレンズを備える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、本発明に係るズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する前群と、開口絞りと、正の屈折力を有する後群とからなり、後群は、少なくとも２つの正群を含み、前群は、最も物体側に光線を反射させることで光路を折り曲げる反射光学素子を有し、反射光学素子の像側面は凹面であり、後群は、少なくとも１つの変倍時に移動する群を有し、ズームの全域で以下の条件式を満足する。
０．１≦Ｌ／Σｄ≦０．４ … （１）
ただし、
Ｌ：光学系の最も物体側の頂点から開口絞りまでの距離
Σｄ：光学系の最も物体側の頂点から像面までの距離

上記ズームレンズでは、上記構成を有することにより、軸外の光学性能を劣化させることなく、光学系を薄型化することができる。
具体的には、開口絞りより前に設けられた群を負の屈折力とすることにより、入射瞳位置が物体側に近づく傾向となる。そのため、最も物体側に配置された光路を折り曲げる反射光学素子の有効径を小さくすることができ、光学系を薄型化することができる。また、開口絞りより後ろに少なくとも２つの正群を配置することにより、開口絞りを通過した軸外光束の高さを低く抑える効果がある。そのため、開口絞り以降のレンズ有効径を小さくすることができる。この結果、折り曲げ厚みを薄くすることができる。
また、反射光学素子の像側面を凹面とすることにより、光線入射角を小さくすることができるため、軸外の光学性能を良好にすることができる。一方、物体側面を凹面とする場合、開口絞りに対してコンセントリックな構成にはならず、物体側面への光線入射角が大きくなり、収差が発生する。この結果、軸外の光学性能が劣化することとなる。
また、開口絞りを条件式（１）を満たすように配置することで、反射光学素子の像側面を凹面にしても、入射瞳位置を物体側へ近づけることができるため、光学系を薄型化することができる。すなわち、条件式（１）の値が上限を下回ることで、光学系の最も物体側の頂点から開口絞りまでの距離が短くなるため、折り曲げ厚が薄くなり、光学系を薄型化することができる。一方、条件式（１）の値が下限を上回ることで、光学系の最も物体側の頂点から開口絞りまでの距離が長くなるため、収差を抑えるためのレンズを配置することができ、良好な性能の光学とすることができる。

本発明の具体的な側面では、上記ズームレンズにおいて、前群は少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズを有する。この場合、開口絞りより前に設けられる負の屈折力を有する前群に少なくとも正の屈折力を有するレンズを１枚以上配置することになり、負の屈折力を有するレンズで発生する収差を正の屈折力を有するレンズで打ち消すことができる。このため、良好な光学性能の光学系とすることができる。

本発明の別の側面では、前群及び後群の少なくとも一方は、開口絞りの最も近くに非球面レンズを有する。この場合、光学系の中で、比較的軸上マージナル光線の高さが高くなる開口絞り付近のレンズに非球面を付加することにより、球面収差等を制御することができ、良好な光学性能の光学系とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
−０．８≦φ像側／φall_Wide≦−０．５ … （２）
ただし、
φ像側：反射光学素子の像側の屈折力
φall_Wide：広角端の屈折力
条件式（２）は、光学系を薄型化、コンパクト化、かつ良好な性能にするための条件式である。条件式（２）の値が上限を下回ることで、入射瞳位置を物体側に近づけることができるため、光学系を薄型化することができる。一方、条件式（２）の値が下限を上回ることで、凹面のパワーを強くしすぎることがなくなるため、収差の発生を制御することができる。これにより、良好な性能の光学系とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、以下の条件式を満足する。
｜φ物体側｜≦０．５×｜φ像側｜ … （３）
ただし、
φ物体側：反射光学素子の物体側の屈折力
φ像側：反射光学素子の像側の屈折力
条件式（３）を満たす範囲で反射光学素子の両面に屈折力が付加されると、物体側面では大きな収差が発生することなく、反射光学素子の面形状自由度が増える。そのため、光学性能を良好にすることができる。

本発明のさらに別の側面では、後群は、開口絞りの最も近く及び最も像側に正の屈折力を有するレンズ群を有する。後群のうち開口絞りの最も近くのレンズ群が正の屈折力を有することにより、開口絞りの最も近くのレンズ群以降のレンズの有効径を小さくすることができる。また、後群のうち最も像側のレンズ群が正の屈折力を有することにより、光線の撮像素子（センサー）への入射角を小さくすることができる。

本発明のさらに別の側面では、反射光学素子の物体側面は平面である。この場合、反射光学素子の物体側面の加工が容易となる。

本発明のさらに別の側面では、実質的にパワーを持たないレンズをさらに備える。

本発明に係る撮像装置は、上述のズームレンズと、当該ズームレンズにより撮像面に形成された画像を光電変換する撮像素子とを備える。本発明のズームレンズを用いることで、主に厚さ方向のコンパクト化を達成しつつ、さらに諸収差を良好に抑えた撮像装置を得ることができる。

本発明に係る一実施形態のズームレンズを備える撮像装置を説明する図である。 図１の撮像装置を備える携帯通信端末を説明するブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、携帯通信端末の表面側及び裏面側の斜視図である。 実施例１のズームレンズの断面図である。 （Ａ）は、実施例１の広角端における断面図であり、（Ｂ）は、中間における断面図であり、（Ｃ）は、望遠端における断面図である。 （Ａ）は、実施例１の広角端における収差図であり、（Ｂ）は、中間における収差図であり、（Ｃ）は、望遠端における収差図である。 （Ａ）は、実施例２の広角端における断面図であり、（Ｂ）は、中間における断面図であり、（Ｃ）は、望遠端における断面図である。 （Ａ）は、実施例２の広角端における収差図であり、（Ｂ）は、中間における収差図であり、（Ｃ）は、望遠端における収差図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る一実施形態のズームレンズを備える撮像装置としてのカメラモジュールを説明する断面図である。

カメラモジュール（撮像装置）５０は、被写体像を形成するズームレンズ１０と、ズームレンズ１０によって形成された被写体像を光電変換する撮像素子５１と、この撮像素子５１を背後から保持するとともに配線等を有する配線基板５２と、ズームレンズ１０等を保持するとともにズームレンズ１０に物体側からの光線を入射させる開口部ＯＰを有する鏡筒部５４とを備える。ズームレンズ１０は、被写体像を撮像素子５１の撮像面（又は被投影面）Ｉに結像させる機能を有する。このカメラモジュール５０は、後述する携帯通信端末３００（図２等参照）に組み込まれて使用される。

ズームレンズ１０は、物体側から順に、負の屈折力を有する前群Ｂ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する後群Ｂ２とからなる。前群Ｂ１は、第１レンズ群Ｇｒ１と、第２レンズ群Ｇｒ２とで構成される。換言すれば、前群Ｂ１は、例えば２つの副群から構成されており、第１レンズ群Ｇｒ１は前群Ｂ１の第１副群Ｃ１であり、第２レンズ群Ｇｒ２は前群Ｂ１の第２副群Ｃ２である。後群Ｂ２は、第３レンズ群Ｇｒ３と、第４レンズ群Ｇｒ４と、第５レンズ群Ｇｒ５と、第６レンズ群Ｇｒ６とで構成される。換言すれば、後群Ｂ２は、例えば４つの副群から構成されており、第３レンズ群Ｇｒ３は後群Ｂ２の第１副群Ｃ３であり、第４レンズ群Ｇｒ４は後群Ｂ２の第２副群Ｃ４であり、第５レンズ群Ｇｒ５は後群Ｂ２の第３副群Ｃ５であり、第６レンズ群Ｇｒ６は後群Ｂ２の第４副群Ｃ６である。各レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６は、単一又は複数のレンズからなるものとすることができる。第１レンズ群Ｇｒ１には、反射によって光路を折り曲げる三角柱状の反射光学素子（プリズムミラー）ＰＲＭが組み込まれており、−Ｚ方向に向かう光線を傾斜した内面（又は反射面）２ｂで反射させることにより、９０°折り曲げて＋Ｙ方向に向ける。つまり、光軸ＡＸは、反射面２ｂを挟んで直交して延び、Ｙ軸に平行な軸ＡＸ１とＺ軸に平行な軸ＡＸ２とを有する。第１レンズ群Ｇｒ１において、反射光学素子ＰＲＭの物体側面２ａは、平面となっており、反射光学素子ＰＲＭの像側面２ｃは、凹面となっている。なお、図１に例示したズームレンズ１０は、後述する実施例１のズームレンズ１１と同一の構成となっている。

撮像素子５１は、固体撮像素子からなるセンサーチップである。撮像素子５１の光電変換部５１ａは、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）からなり、入射光をＲＧＢの各画素毎に光電変換し、そのアナログ信号を出力する。受光部としての光電変換部５１ａの光電変換面は、撮像面（被投影面）Ｉとなっている。

配線基板５２は、支持体を介して撮像素子５１を他の部材（例えば鏡筒部５４）に対してアライメントして固定する役割を有する。配線基板５２は、外部回路から撮像素子５１や第１及び第２駆動機構５５ａ，５５ｂを駆動するための電圧や信号の供給を受けたり、また、検出信号を上記外部回路へ出力したりすることを可能としている。

撮像素子５１のズームレンズ１０側には、不図示のホルダー部材によって、例えばＩＲカットフィルター、光学的ローパスフィルター等で構成された平行平板Ｆが撮像素子５１等を覆うように配置・固定されている。

鏡筒部５４は、ズームレンズ１０を収納し保持している。鏡筒部５４は、ズームレンズ１０を構成するレンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６のうち第２〜第５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５を光軸ＡＸに沿って移動させることにより、ズームレンズ１０の変倍及び合焦の動作を可能にするため、第１及び第２駆動機構５５ａ，５５ｂを有している。両駆動機構５５ａ，５５ｂは独立して動作可能であり、一方の第１駆動機構５５ａは、第２〜第４レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ４を光軸ＡＸに沿って往復移動させ、他方の第２駆動機構５５ｂは、第５レンズ群Ｇｒ５を光軸ＡＸに沿って往復移動させる。第１駆動機構５５ａは、例えばステッピングモーターと、タンジェントスクリュー型の動力伝達部材と、スライドガイドとを備える。また、第２駆動機構５５ｂは、例えばボイスコイルモーターと、ガイドとを備える。なお、駆動機構は、上記に限るものでなく、第１駆動機構５５ａをステッピングモーターの代わりに圧電素子を用いたアクチュエーター（例えば、米国特許第５，５８９，７２３号参照）やボイスコイルモーター等で構成してもよいし、第２駆動機構５５ｂをボイスコイルモーターの代わりに同様に圧電素子を用いたアクチュエーターやステッピングモーター等で構成してもよい。

以下、ズームレンズ１０について詳細に説明する。図１のズームレンズ１０は、撮像素子５１の撮像面Ｉに被写体像を結像させるものであって、物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｂ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する後群Ｂ２とを備える。具体的には、ズームレンズ１０は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇｒ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇｒ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇｒ６とからなる。つまり、ズームレンズ１０のうち前群Ｂ１は、少なくとも１つの負群を含む。また、後群Ｂ２は、少なくとも２つの正群を含む。また、後群Ｂ２のうち、開口絞りＳの最も近くの第３レンズ群Ｇｒ３と、最も像側の第６レンズ群Ｇｒ６とは、正の屈折力を有する。ここで、第１レンズ群Ｇｒ１は、例えば物体側面２ａが平面で像側面２ｃが凹面の反射光学素子ＰＲＭと、両凹で負の第１レンズＬ１１とを含む。第２レンズ群Ｇｒ２は、例えば像側に凸で正メニスカスの第２レンズＬ２１と、両凸で正の第３レンズＬ２２とを含む。つまり、前群Ｂ１のうち第２レンズ群Ｇｒ２は、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズを有する。第３レンズ群Ｇｒ３は、例えば両凸で正の第４レンズＬ３１を含む。第４レンズ群Ｇｒ４は、例えば両凹で負の第５レンズＬ４１と、両凸で正の第６レンズＬ４２とを含む。第５レンズ群Ｇｒ５は、例えば両凹で負の第７レンズＬ５１を含む。第６レンズ群Ｇｒ６は、例えば物体側に凸で正メニスカスの第８レンズＬ６１を含む。なお、ズームレンズ１０のうち前群Ｂ１及び後群Ｂ２の少なくとも一方は、開口絞りＳの最も近くに非球面レンズを有する。本実施形態において、第４レンズＬ３１等は、非球面レンズとすることができる。

図１のズームレンズ１０は、広角端から望遠端への変倍に際し、第１〜第６レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６のうち第２〜第５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５の位置を変更する。つまり、後群Ｂ２中は、少なくとも１つの変倍時に移動する群を有する。具体的には、広角端から望遠端に至る変倍に際して、第１及び第６レンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ６が撮像面Ｉ等を基準として固定されて移動せず、第２〜第５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５が物体側に移動する。

反射光学素子ＰＲＭは、像側面２ｃとして、略円形の凹面を有し、像側面２ｃの周囲の有効領域外には、平面２ｆが形成されている。

次に、図２、３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、図１に例示されるカメラモジュール５０を搭載した携帯端末である携帯通信端末３００の一例について説明する。

携帯通信端末３００は、スマートフォン型の携帯通信端末であり、撮像装置であるカメラモジュール５０を有する撮像機能部２００と、各部を統括的に制御するとともに各処理に応じたプログラムを実行する制御部（ＣＰＵ）３１０と、通信に関連するデータ、撮像した画像・映像等を表示するとともにユーザーの操作を受け付けるタッチパネルである表示操作部３２０と、電源スイッチ等を含む操作部３３０と、アンテナ３４１を介して外部サーバー等との間の各種情報通信を実現するための無線通信部３４０と、携帯通信端末３００のシステムプログラムや各種処理プログラム及び端末ＩＤ等の必要な諸データを記憶している記憶部（ＲＯＭ）３６０と、制御部３１０によって実行される各種処理プログラムやデータ、処理データ、若しくは撮像機能部２００による撮像データ等を一時的に格納する作業領域として用いられる一時記憶部（ＲＡＭ）３７０等を備えている。

撮像機能部２００は、既に説明したカメラモジュール５０のほかに、制御装置７４、光学系駆動回路部１０５ａ、撮像素子駆動装置７７、画像記憶装置７８等を備える。

制御装置７４は、撮像機能部２００の各部を制御する。制御装置７４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、ＲＯＭから読み出されてＲＡＭに展開された各種プログラムとＣＰＵとの協働で各種処理を実行する。なお、制御部３１０は、撮像機能部２００の制御装置７４とインターフェースＩＦを介して通信可能に接続されており、制御信号や画像データの授受が可能になっている。

光学系駆動回路部１０５ａは、制御装置７４の制御により変倍、合焦、露出等を行う際に、ズームレンズ１０の第１及び第２駆動機構５５ａ，５５ｂを動作させてズームレンズ１０の状態を制御する。光学系駆動回路部１０５ａは、第１駆動機構５５ａを動作させて第２〜第４レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ４を光軸ＡＸに沿って適宜移動させるとともに、第２駆動機構５５ｂを動作させて第５レンズ群Ｇｒ５を光軸ＡＸに沿って適宜移動させることにより、ズームレンズ１０にズーム動作を行わせる。つまり、ズーム動作に際して、第１及び第６レンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ６は固定されている。広角端から望遠端に至る変倍に際して、第２〜第５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５は、図１に対応するズームレンズ１０の場合、物体側（図１の−Ｙ側）に移動する。一方、ズームレンズ１０は合焦動作も可能となっている。つまり、光学系駆動回路部１０５ａは、第２駆動機構５５ｂを動作させて第５レンズ群Ｇｒ５を光軸ＡＸに沿って適宜移動させることにより、ズームレンズ１０に合焦動作を行わせる。合焦動作に際して、第１〜第４及び第６レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ４，Ｇｒ６は固定されている。なお、本実施形態において、開口絞りＳを第２レンズ群Ｇｒ２とともに移動させているが、単独で移動させてもよい。

撮像素子駆動装置７７は、制御装置７４の制御により露出等を行う際に、撮像素子５１の動作を制御する。具体的には、撮像素子駆動装置７７は、タイミング信号に基づいて撮像素子５１を走査駆動させてこれを制御する。また、撮像素子駆動装置７７は、撮像素子５１又はこれに付属する回路から送出された画像信号に対して、歪み補正、色補正、圧縮等の各種画像処理を施すことができる。

画像記憶装置７８は、デジタル化された画像信号を撮像素子駆動装置７７から受け取って、読み出し及び書き込み可能な画像データとして記憶する。

ここで、上記撮像機能部２００を含む携帯通信端末３００の撮影動作を説明する。携帯通信端末３００をカメラとして動作させるカメラモードに設定されると、被写体のモニタリング（スルー画像表示）と、画像撮影実行とが行われる。モニタリングにおいては、ズームレンズ１０を介して得られた被写体の像が、撮像素子５１の撮像面Ｉ（図１等参照）に結像される。撮像素子５１は、撮像素子駆動装置７７によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力としてのアナログ信号を１画面分出力する。

このアナログ信号は、撮像素子５１に付属する回路においてＲＧＢの各原色成分毎に適宜ゲイン調整された後に、デジタルデータに変換される。そのデジタルデータに対しては、撮像素子駆動装置７７にて画素補間処理及びＹ補正処理を含むカラープロセス処理が行われて、デジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒ（画像データ）が生成されて画像記憶装置７８に格納される。格納されたデジタルデータは、画像記憶装置７８から定期的に読み出されてそのビデオ信号が生成されて、制御装置７４及び制御部３１０を介して、表示操作部３２０に出力される。

この表示操作部３２０は、モニタリングにおいては電子ファインダーとして機能し、撮像画像をリアルタイムに表示することとなる。この状態で、随時、ユーザーが表示操作部３２０を介して行う操作入力に基づいて、光学系駆動回路部１０５ａの駆動によりズームレンズ１０の変倍、合焦、露出等が設定される。

このようなモニタリング状態において、ユーザーが表示操作部３２０を適宜操作することにより、静止画像データが撮影される。表示操作部３２０の操作内容に応じて、画像記憶装置７８に格納された１コマの画像データが読み出されて、撮像素子駆動装置７７により圧縮される。その圧縮された画像データは、制御装置７４及び制御部３１０を介して、例えばフラッシュメモリーその他の補助記憶部（不図示）に記録される。

なお、上述の撮像機能部２００は、本発明に好適な構成の一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。

すなわち、ズームレンズ１０を搭載した撮像装置であるカメラモジュール５０は、スマートフォン型の携帯通信端末３００に内蔵されるものに限らず、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等に内蔵されるものであってもよく、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、タブレットパソコン、モバイルパソコン、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に内蔵されるであってもよい。

以下、図１に示す実施形態のズームレンズ１０が満たす数値的な条件について説明する。図１のズームレンズ１０は、既に説明した条件式（１）
０．１≦Ｌ／Σｄ≦０．４ … （１）
を満足する。ここで、値Ｌは、光学系の最も物体側の頂点（平面の場合、光軸ＡＸ上の点）から開口絞りＳまでの距離を示し、値Σｄは、光学系の最も物体側の頂点から像面までの距離を示す。
なお、条件式（１）の値Ｌ／Σｄについては、下記の条件式（１）'の範囲内とすることがより望ましい。
０．２≦Ｌ／Σｄ≦０．３５ … （１）'

実施形態のズームレンズ１０は、上記条件式（１）に加えて、既に説明した条件式（２）
−０．８≦φ像側／φall_Wide≦−０．５ … （２）
を満足する。ここで、値φ像側は、反射光学素子ＰＲＭの像側の屈折力を示し、値φall_Wideは、広角端の屈折力を示す。

実施形態のズームレンズ１０は、上記条件式（１）等に加えて、既に説明した条件式（３）
｜φ物体側｜≦０．５×｜φ像側｜ … （３）
を満足する。ここで、値φ物体側は、反射光学素子ＰＲＭの物体側の屈折力を示し、値φ像側は、反射光学素子ＰＲＭの像側の屈折力を示す。
なお、条件式（３）については、下記の条件式（３）'とすることがより望ましい。
｜φ物体側｜≦０．３×｜φ像側｜ … （３）'

以上説明したズームレンズ１０によれば、物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｂ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する後群Ｂ２とを備え、後群Ｂ２は、少なくとも２つの正群を含み、前群Ｂ１は、最も物体側に光線を反射させることで光路を折り曲げる反射光学素子ＰＲＭを有し、反射光学素子ＰＲＭの像側面２ｃは凹面であり、少なくとも条件式（１）を満足することにより、軸外の光学性能を劣化させることなく、光学系を薄型化することができる。

具体的には、開口絞りＳより前に設けられた群を負の屈折力とすることにより、入射瞳位置が物体側に近づく傾向となる。そのため、最も物体側に配置された光路を折り曲げる反射光学素子ＰＲＭの有効径を小さくすることができ、光学系を薄型化することができる。また、開口絞りＳより後ろに少なくとも２つの正群を配置することにより、開口絞りＳを通過した軸外光束の高さを低く抑える効果がある。そのため、開口絞りＳ以降のレンズ有効径を小さくすることができる。この結果、折り曲げ厚みを薄くすることができる。

また、反射光学素子ＰＲＭの像側面２ｃを凹面とすることにより、光線入射角を小さくすることができるため、軸外の光学性能を良好にすることができる。一方、物体側面を凹面とする場合、開口絞りＳに対してコンセントリックな構成にはならず、物体側面への光線入射角が大きくなり、収差が発生する。この結果、軸外の光学性能が劣化することとなる。

〔実施例〕
以下、本発明に係るズームレンズの実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
Ｒ ：近軸曲率半径
Ｄ ：軸上面間隔
Ｎｄ ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
νｄ ：レンズ材料のアッベ数

各実施例において、各面番号（Surf.N）の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸ＡＸ方向にＸ軸をとり、光軸ＡＸと垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。その他、記号ｄ１〜ｄ５は、第１〜第６レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６の可変の群間隔を示し、記号inf.は、無限大又は∞を意味し、記号stopは、絞りを意味する。
〔数１〕

ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数

以下、本発明のズームレンズの具体的な実施例を説明する。

〔実施例１〕
実施例１のレンズデータを表１に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０^−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。
〔表１〕
［曲率半径、面間隔等］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd νd
1 inf. 4.022 2.00100 29.1
2 6.719 0.478
3 -5.057 0.350 1.89066 34.3
4 119.144 d1(variable)
5 -29.624 0.300 1.92286 20.9
6 -7.774 0.100
7* 14.421 0.300 1.90119 28.2
8 -19.521 0.100
9(stop) inf. d2(variable)
10* 4.032 1.567 1.49710 81.6
11* -5.420 d3(variable)
12 -41.338 1.083 1.91377 23.4
13 4.473 0.662
14 6.470 4.599 1.88623 37.8
15 -11.911 d4(variable)
16* -19.731 0.300 1.77343 49.2
17 7.223 d5(variable)
18 12.808 0.691 1.72916 54.7
19* 27.853 0.638

［非球面係数］
第7面
K=-0.14222E+01, A4=-0.19718E-03, A6=-0.28981E-04
第10面
K=-0.19437E+01, A4=0.13410E-02, A6=0.70621E-04
第11面
K=0.56945E+00, A4=0.30519E-02, A6=0.93241E-04
第16面
K=0.24888E+01, A4=-0.16788E-02, A6=-0.12583E-03,
A8=-0.22933E-05
第19面
K=0.30070E+01, A4=0.13324E-02, A6=-0.14050E-02,
A8=0.13012E-03, A10=-0.39133E-05

実施例１のズームレンズのポジション（Ｐｏ）のうち、Ｗｉｄｅ（広角端）、Ｍｉｄｄｌｅ（中間）及びＴｅｌｅ（望遠端）における全系の焦点距離（ｆ）、Ｆナンバー（Ｆｎｏ）、画角及び群間隔（ｄ１〜ｄ５）を以下の表２に示す。
〔表２〕
Po f Fno 画角
Wide 4.76 2.80 63.4
Middle 7.99 4.43 40.4
Tele 13.58 6.90 24.4

Po d1 d2 d3 d4 d5
Wide 0.751 4.901 0.100 2.307 0.676
Middle 0.495 2.792 0.825 0.379 4.245
Tele 0.150 0.100 1.712 0.384 6.390

以下の表３は、実施例１のズームレンズ１１の特徴をまとめたものである。表中で、φall_wideは、ズームレンズの広角端での屈折力（パワー）を意味し、φ物体側は、反射光学素子ＰＲＭの物体側の屈折力を意味し、φ像側は、反射光学素子ＰＲＭの像側の屈折力を意味し、Σdは、ズームレンズ１１の光軸ＡＸ上での長さを意味し、LWide、LMiddle及びLTeleは、ズームレンズ１１の物体端から開口絞りＳまでの距離を意味する。
〔表３〕
φall_wide 0.210
φ物体側 0.000
φ像側 -0.149
Σd 23.926
LWide 6.402
LMiddle 6.145
LTele 5.800

図４は、実施例１のズームレンズ１１の断面図である。実施例１のズームレンズ１１は、物体側より順に、第１レンズ群Ｇｒ１と、第２レンズ群Ｇｒ２と、開口絞りＳと、第３レンズ群Ｇｒ３と、第４レンズ群Ｇｒ４と、第５レンズ群Ｇｒ５と、第６レンズ群Ｇｒ６とからなる。ここで、第１レンズ群Ｇｒ１は、像側に凹面が形成された直角プリズムである反射光学素子ＰＲＭと、凹平に近い両凹で負の第１レンズＬ１１とを含む。このうち、反射光学素子ＰＲＭは、その物体側面２ａに物体側から入射した光線を直角に折り曲げることのできる直角型のプリズムである。第２レンズ群Ｇｒ２は、像側に凸で正メニスカスの第２レンズＬ２１と、両凸で正の第３レンズＬ２２とを含む。第３レンズ群Ｇｒ３は、両凸で正の第４レンズＬ３１を含む。第４レンズ群Ｇｒ４は、凹平に近い両凹で負の第５レンズＬ４１と、両凸で正の第６レンズＬ４２とを含む。第５レンズ群Ｇｒ５は、両凹で負の第７レンズＬ５１を含む。第６レンズ群Ｇｒ６は、物体側に凸で正メニスカスの第８レンズＬ６１を含む。その他、光学的ローパスフィルター、ＩＲカットフィルター、固体撮像素子のシールガラス等を想定した平行平板Ｆを第６レンズ群Ｇｒ６と撮像素子５１との間に配置することができる。また、符号Ｉは、撮像素子５１の被投影面である撮像面を示す。これらの平行平板Ｆ及び撮像面Ｉについては、以下で説明する実施例２でも同様であり、今後は説明を省略する。

図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、実施例１のズームレンズ１１のズーム動作の際のポジションをそれぞれ示している。すなわち、図５（Ａ）はズームレンズ１１の広角端における断面図であり、図５（Ｂ）は中間における断面図であり、図５（Ｃ）は望遠端における断面図である。なお、この実施例１及び以下の実施例において、反射光学素子ＰＲＭは、その光路長と等価で回転対称な形状を有する平凹の単レンズとして表されている。

図６（Ａ）は、ズームレンズ１１の広角端における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）であり、図６（Ｂ）は、中間における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）であり、図６（Ｃ）は、望遠端における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）である。なお、上記収差図及び以後の収差図において、球面収差図では、実線がｄ線を表し、点線がｇ線を表し、一点鎖線がｃ線を表すものとし、非点収差図では、実線がサジタル像面を表し、点線がメリジオナル像面を表すものとする。

実施例１のズームレンズ１１は、広角端から望遠端への変倍に際し、第２〜５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５が光軸ＡＸ方向に沿って物体側に移動する。他のレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ６は、変倍に際し固定されており、各レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。また、第５レンズ群Ｇｒ５を移動させることによって無限遠から有限距離への合焦を行うことができる。なお、第１、第２、第５及び第６レンズＬ１１，Ｌ２１，Ｌ４１，Ｌ４２は、ガラス材料による研磨レンズを想定している。

〔実施例２〕
実施例２のレンズデータを表４に示す。
〔表４〕
［曲率半径、面間隔等］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd νd
1 inf. 4.046 2.00100 29.1
2 7.097 0.487
3 -4.800 0.350 1.90366 31.3
4 23.707 d1(variable)
5 -257.833 0.300 1.92286 20.9
6 -10.073 0.100
7 -20.163 0.300 1.92286 20.9
8 -9.321 0.100
9* 22.260 0.300 1.85816 36.9
10 -20.209 0.100
11(stop) inf. d2(variable)
12* 3.958 1.918 1.49710 81.6
13* -5.538 d3(variable)
14 -31.595 0.820 1.85668 24.5
15 4.367 0.669
16 6.302 5.000 1.85798 40.2
17 -11.035 d4(variable)
18* -10.790 0.300 1.78973 47.6
19 7.461 d5(variable)
20 11.957 0.790 1.88300 40.8
21* 36.108 0.615

［非球面係数］
第9面
K=0.88887E+01, A4=0.98433E-05, A6=-0.33834E-04
第12面
K=-0.17656E+01, A4=0.13707E-02, A6=0.65013E-04
第13面
K=0.43180E+00, A4=0.31405E-02, A6=0.59786E-04
第18面
K=0.14401E+01, A4=-0.17048E-02, A6=-0.14098E-03,
A8=0.30986E-06
第21面
K=-0.30000E+02, A4=-0.18815E-02, A6=-0.83762E-03,
A8=0.10784E-03, A10=-0.39074E-05

実施例２のズームレンズのポジション（Ｐｏ）のうち、Ｗｉｄｅ（広角端）、Ｍｉｄｄｌｅ（中間）及びＴｅｌｅ（望遠端）における全系の焦点距離（ｆ）、Ｆナンバー（Ｆｎｏ）、画角及び群間隔（ｄ１〜ｄ５）を以下の表５に示す。
〔表５〕
Po f Fno 画角
Wide 4.76 2.83 63.4
Middle 7.99 4.60 40.4
Tele 13.58 7.27 24.4

Po d1 d2 d3 d4 d5
Wide 0.561 4.962 0.100 2.223 0.586
Middle 0.431 2.850 0.712 0.466 3.973
Tele 0.150 0.100 1.651 0.129 6.403

〔表６〕
以下の表６は、実施例２のズームレンズ１２の特徴をまとめたものである。なお、表中の記号の意味は、実施例１の場合と同様である。
φall_wide 0.210
φ物体側 0.000
φ像側 -0.141
Σd 24.627
LWide 6.644
LMiddle 6.513
LTele 6.232

図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、実施例２のズームレンズの断面図であり、実施例２のズームレンズ１２のズーム動作の際のポジションをそれぞれ示している。すなわち、図７（Ａ）は、ズームレンズ１２の広角端における断面図であり、図７（Ｂ）は、中間における断面図であり、図７（Ｃ）は、望遠端における断面図である。

実施例１のズームレンズ１１は、物体側より順に、第１レンズ群Ｇｒ１と、第２レンズ群Ｇｒ２と、開口絞りＳと、第３レンズ群Ｇｒ３と、第４レンズ群Ｇｒ４と、第５レンズ群Ｇｒ５と、第６レンズ群Ｇｒ６とからなる。ここで、第１レンズ群Ｇｒ１は、像側に凹面が形成された直角プリズムである反射光学素子ＰＲＭと、凹平に近い両凹で負の第１レンズＬ１１とを含む。このうち、反射光学素子ＰＲＭは、その物体側面２ａに物体側から入射した光線を直角に折り曲げることのできる直角型のプリズムである。第２レンズ群Ｇｒ２は、像側に凸で正メニスカスの第２レンズＬ２１と、像側に凸で正メニスカスの第３レンズＬ２２と、両凸で正の第９レンズＬ２３とを含む。第３レンズ群Ｇｒ３は、両凸で正の第４レンズＬ３１を含む。第４レンズ群Ｇｒ４は、凹平に近い両凹で負の第５レンズＬ４１と、両凸で正の第６レンズＬ４２とを含む。第５レンズ群Ｇｒ５は、両凹で負の第７レンズＬ５１を含む。第６レンズ群Ｇｒ６は、物体側に凸で正メニスカスの第８レンズＬ６１を含む。ズームレンズ１２は、その他、フィルター等である平行平板Ｆを含めることができる。

図８（Ａ）は、ズームレンズ１２の広角端における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）であり、図８（Ｂ）は、中間における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）であり、図８（Ｃ）は、望遠端における収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）である。

実施例２のズームレンズ１２は、広角端から望遠端への変倍に際し、第２〜５レンズ群Ｇｒ２〜Ｇｒ５が光軸ＡＸ方向に沿って物体側に移動する。他のレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ６は、変倍に際し固定されており、各レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ６の間隔を変えることにより変倍を行うことができる。また、第５レンズ群Ｇｒ５を移動させることによって無限遠から有限距離への合焦を行うことができる。なお、第１、第２、第５、第６及び第９レンズＬ１１，Ｌ２１，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ２３は、ガラス材料による研磨レンズを想定している。

以下の表７は、参考のため、各条件式（１）及び（２）に対応する各実施例１及び２の値をまとめたものである。
〔表７〕

なお、本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、実質的にパワーを持たないダミーレンズをさらに付与した場合でも本発明の適用範囲内である。

ＡＸ…光軸、 ＡＸ１，ＡＸ２…軸、 Ｂ１…前群、 Ｂ２…後群、 Ｃ１〜Ｃ６…副群、 Ｆ…平行平板、 Ｇｒ１〜Ｇｒ６…レンズ群、 Ｉ…撮像面、 Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ５１，Ｌ６１…レンズ、 ＯＰ…開口部、 ＰＲＭ…反射光学素子、 １０，１１，１２…ズームレンズ、 ２ａ…物体側面、 ２ｂ…反射面、 ２ｃ…像側面、 ２ｆ…平面、 ５０…カメラモジュール、 ５１…撮像素子、 ５１ａ…光電変換部、 ５２…配線基板、 ５４…鏡筒部、 ５５ａ，５５ｂ…駆動機構、 ７４…制御装置、 ７７…撮像素子駆動装置、 ７８…画像記憶装置、 １０５ａ…光学系駆動回路部、 ２００…撮像機能部、 ３００…携帯通信端末、 ３１０…制御部、 ３２０…表示操作部、 ３３０…操作部、 ３４０…無線通信部、 ３４１…アンテナ

Claims (9)

1. 物体側より順に、負の屈折力を有する前群と、開口絞りと、正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記後群は、少なくとも２つの正群を含み、
   前記前群は、最も物体側に光線を反射させることで光路を折り曲げる反射光学素子を有し、
   前記反射光学素子の像側面は凹面であり、
   前記後群は、少なくとも１つの変倍時に移動する群を有し、
   ズームの全域で以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
   ０．１≦Ｌ／Σｄ≦０．４ … （１）
   ただし、
   Ｌ：光学系の最も物体側の頂点から前記開口絞りまでの距離
   Σｄ：光学系の最も物体側の頂点から像面までの距離
2. 前記前群は少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記前群及び前記後群の少なくとも一方は、前記開口絞りの最も近くに非球面レンズを有することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のズームレンズ。
4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
   −０．８≦φ像側／φall_Wide≦−０．５ … （２）
   ただし、
   φ像側：前記反射光学素子の像側の屈折力
   φall_Wide：広角端の屈折力
5. 条件式を満足することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
   ｜φ物体側｜≦０．５×｜φ像側｜ … （３）
   ただし、
   φ物体側：前記反射光学素子の物体側の屈折力
   φ像側：前記反射光学素子の像側の屈折力
6. 前記後群は、前記開口絞りの最も近く及び最も像側に正の屈折力を有するレンズ群を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
7. 前記反射光学素子の物体側面は平面であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
8. 実質的にパワーを持たないレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載のズームレンズと、
   前記ズームレンズにより撮像面に形成された画像を光電変換する撮像素子と、
   を備える撮像装置。

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