JP2023525415A - ズームレンズ、及びズームレンズを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

沈胴収納可能なズームレンズであって、物体側より像側へ光軸に沿って順に、第一レンズ群と、第二レンズ群と、Ｐレンズ群と、を備え、第一レンズ群は、負の屈折力を有し、第二レンズ群は、光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、沈胴収納時に、第二レンズ群が光軸に沿って像側に移動し、第一レンズ群の少なくとも一部が第二レンズ群の移動によって生じた空間に沈胴収容される。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のレンズ群を備えるズームレンズ、及びこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来のスマートフォン等のモバイル機器の撮像装置において、ズームレンズを搭載したいという需要はあるが、ズームレンズの薄型化や小型化が困難であるため、モバイル機器の撮像装置にズームレンズが搭載される事は少なかった。このため、従来のモバイル機器では、離散的なズームレンズを構成するように複数の画角の異なる単焦点の撮像装置を複数並べて配置し、撮像させていた。

しかし、撮像装置の数が多くなる事で、センサーや回路等も撮像装置の数だけ増えるため、コスト高になる事はもとより、撮像装置の数だけ体積が増える為、スマートフォン等のモバイル機器全体が大きく且つ重くなる事が問題であった。

そこで、撮影状態から沈胴状態になるとき、光学要素の一部を光軸と直交する同一平面内に相対移動させることで、沈胴収納時の寸法を小さくした沈胴式のズームレンズを備えた撮像装置が開発された（特許文献１参照）。

この撮像装置１００は、図２７Ａ～図２７Ｃに示すように、ズーム光学系１０１と、撮像素子Ｓｅと、を備える。このズーム光学系１０１は、光軸Ｃ１方向に並ぶ三つのレンズ群（第一レンズ群１０２、第二レンズ群１０３、第三レンズ群１０４）と、ローパスフィルタ１０５と、を備える。そして、該ズーム光学系１０１では、沈胴収納時に、第二レンズ群１０３が光軸Ｃ１から側方にスライドし（図２７Ｂ参照）、第一レンズ群１０２が第二レンズ群１０３のスライド前の位置まで後退する（図２７Ｃ参照）。この状態（沈胴収納時）でのズーム光学系１０１全体の厚さ方向の寸法は、第一レンズ群１０２と第三レンズ群１０４とを合わせた大きさとなる。尚、厚さ方向の寸法とは、撮像対象である物体とズーム光学系１０１の最も物体側のレンズとを結ぶ方向の寸法であり、図２７Ａ～図２７Ｃにおける左右方向の寸法である。

このズーム光学系１０１では、沈胴収納時に、上述のように、第二レンズ群１０３が光軸Ｃ１から側方にスライドし、第一レンズ群１０２が第二レンズ群１０３のスライド前の位置まで後退するため、通常の沈胴式のズーム光学系と比べ、第二レンズ群１０３の分だけ薄型化が可能ではある。しかし、このズーム光学系１０１においても、沈胴収納時において、二つのレンズ群（第一レンズ群１０２及び第三レンズ群１０４）の厚さ分の寸法が必要であるため、十分に薄型化ができているとは言えなかった。

また、図２８に示すように、反射プリズム（反射光学素子）２０２ａ、２０５ａによって光軸Ｃ２を屈曲させることで薄型化したズーム光学系２０１を備えた撮像装置２００が開発されている（特許文献２参照）。

この撮像装置２００のズーム光学系２０１は、物体側から像側へ光軸Ｃ２に沿って順に、第一レンズ群２０２と、第二レンズ群２０３と、第三レンズ群２０４と、第四レンズ群２０５とを備え、第一レンズ群２０２及び第四レンズ群２０５がそれぞれ反射プリズム２０２ａ、２０５ａを有することで、薄型化を実現している。このズーム光学系２０１では、反射プリズム２０２ａ、２０５ａによって光軸Ｃ２を屈曲させることで薄型化を実現しているが、反射プリズム２０２ａ、２０５ａ間の距離（第二レンズ群２０３及び第三レンズ群２０４の配置されているスペース）は、撮像しない状態においても小さくならないため、厚さ方向と直交する方向（第一レンズ群２０２の反射プリズム２０２ａから第四レンズ群２０５の反射プリズム２０５ａに向かう方向：図２８における左右方向）の十分な小型化ができているとは言えなかった。

また、図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、物体側から像側へ光軸Ｃ３に沿って順に、正の屈曲率を有する第一レンズ群３０２と、負の屈曲率を有する第二レンズ群３０３と、光軸Ｃ３を屈曲させる反射プリズム（反射光学素子）３０４と、複数のレンズ群を含む後続レンズ群３０５とを有するズーム光学系３０１を備えた撮像装置３００が開発されている（特許文献３参照）。このズーム光学系３０１では、変倍時に、少なくとも第一レンズ群３０２及び第二レンズ群３０３が移動し、沈胴収納時には、反射プリズム３０４が撮像時とは異なる位置に移動し、この移動によって生じた空間に、第一レンズ群３０２および第二レンズ群３０３が沈胴収納される。

このズーム光学系３０１では、沈胴収納時に反射プリズム３０４が移動することで空いた空間に、第一レンズ群３０２及び第二レンズ群３０３が収納されることで、撮像しない状態での薄型化が図られているが、第一レンズ群３０２と第二レンズ群３０３とが沈胴収納されるため（図２９Ｂ参照）、厚さ方向の寸法（図２９Ｂにおける左右方向の寸法）が、少なくともこれら二つのレンズ群３０２、３０３を合わせた大きさが必要となり、十分な薄型化を図ることができなかった。しかも、このズーム光学系３０１では、第一レンズ群３０２が正の屈折率を有しているため、広角化が困難であった。

日本国特許第４５２０１９０号公報 日本国特許第５５５１０５５号公報 日本国特許第４７９００５２号公報

そこで、本発明は、沈胴収納時の薄型化及び小型化を達成しつつ広角化が可能なズームレンズ、及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを課題とする。

本発明に係るズームレンズは、
沈胴収納可能なズームレンズであって、
物体側より像側へ光軸に沿って順に、第一レンズ群と、第二レンズ群と、Ｐレンズ群と、を備え、
前記第一レンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第二レンズ群は、前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、
沈胴収納時に、前記第二レンズ群が前記光軸に沿って像側に移動し、前記第一レンズ群の少なくとも一部が前記第二レンズ群の移動によって生じた空間に沈胴収容される。

前記Ｐレンズ群は、正の屈折力を有し、
広角端から望遠端への変倍時に、
前記第一レンズ群及び前記第二レンズ群のうちの少なくとも前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように前記光軸に沿って移動し、
前記Ｐレンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように移動し、
前記第二レンズ群の像面に対する前記光軸上の位置は、固定されていてもよい。

前記ズームレンズは、
前記Ｐレンズ群より像側に配置されると共に、広角端から望遠端への変倍時に像面に対する前記光軸上の位置が固定されているＩレンズ群を備え、
前記Ｉレンズ群は、該ズームレンズの像面の物体側に配置され且つ前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有してもよい。

また、前記ズームレンズでは、
前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとしたときに、
－６．０００ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦ －１．５００
を満たしてもよい。

また、前記ズームレンズでは、
前記Ｐレンズ群の焦点距離をｆＰとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
０．５００ ≦ ｆＰ／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００
を満たしてもよい。

また、前記ズームレンズでは、
広角端から望遠端までの前記第一レンズ群の移動量（像側を正とする）をｍ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
０．８００ ≦ ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００
を満たしてもよい。

また、前記ズームレンズでは、
前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記Ｐレンズ群の焦点距離をｆＰとしたときに、
－５．０００ ≦ ｆ１／ｆｐ ≦ －０．５００
を満たしてもよい。

また、前記ズームレンズでは、
望遠端の焦点距離をｆｔとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、前記Ｐレンズ群の望遠端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｔとし、前記Ｐレンズ群の広角端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｗとしたときに、
０．２００ ≦ ｜（ｆｔ／ｆｗ）／（ｂＰｔ／ｂＰｗ）｜ ≦ ４．０００
を満たしてもよい。

また、前記ズームレンズでは、
広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
－１．０００ ≦ √（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ２ ≦ ２．０００
を満たしてもよい。

また、本発明に係る撮像装置は、
上記のいずれかのズームレンズと、
前記ズームレンズの像面位置に配置される撮像素子と、を備える。

図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。 図２は、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。 図３Ａは、実施例１のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図３Ｂは、実施例１のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図３Ｃは、実施例１のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図４は、実施例１のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図５は、実施例１のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図６は、実施例１のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図７Ａは、実施例２のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図７Ｂは、実施例２のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図７Ｃは、実施例２のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図８は、実施例２のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図９は、実施例２のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図１０は、実施例２のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図１１Ａは、実施例３のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図１１Ｂは、実施例３のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図１１Ｃは、実施例３のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図１２は、実施例３のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図１３は、実施例３のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図１４は、実施例３のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図１５Ａは、実施例４のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図１５Ｂは、実施例４のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図１５Ｃは、実施例４のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図１６は、実施例４のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図１７は、実施例４のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図１８は、実施例４のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図１９Ａは、実施例５のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図１９Ｂは、実施例５のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図１９Ｃは、実施例５のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図２０は、実施例５のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図２１は、実施例５のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図２２は、実施例５のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図２３Ａは、実施例６のズームレンズの広角端状態におけるレンズ構成図である。 図２３Ｂは、実施例６のズームレンズの中間焦点位置状態におけるレンズ構成図である。 図２３Ｃは、実施例６のズームレンズの望遠端状態におけるレンズ構成図である。 図２４は、実施例６のズームレンズの広角端状態における縦収差図である。 図２５は、実施例６のズームレンズの中間焦点位置状態における縦収差図である。 図２６は、実施例６のズームレンズの望遠端状態における縦収差図である。 図２７Ａは、従来の撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。 図２７Ｂは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納される途中の状態を示す図である。 図２７Ｃは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。 図２８は、従来の撮像装置の構成を示す模式図である。 図２９Ａは、従来の撮像装置の構成を示す模式図であって、撮影状態を示す図である。 図２９Ｂは、前記撮像装置の構成を示す模式図であって、ズームレンズが格納された状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る撮像装置は、図１及び図２に示すように、屈曲沈胴式ズームレンズ（ズーム光学系）２を有している。このズームレンズ２では、第一レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有する事で広角化に対応させる事ができ、沈胴部分はこの第一レンズ群Ｇ１のみとする。また、薄型化を促進させるために像側にも反射光学素子（Ｉレンズ群ＧＩ）を配置する事で、撮像装置１の厚さ寸法（図１及び図２における左右方向の寸法）が撮像素子３の外形によって影響を受けない。また、沈胴収納時に反射光学素子（第二レンズ群Ｇ２）がスライドするため、第一レンズ群Ｇ１よりも像側の各レンズ群を構成するレンズ（光学素子）の最大有効径、もしくは第一レンズ群Ｇ１の厚さ方向の寸法のみが、撮像装置１の厚さに対応する。上述の通り、本構成により広角化と薄型化の両立を実現できる。尚、本実施形態における厚さ方向の寸法とは、撮像対象である物体とズームレンズ２の最も物体側のレンズとを結ぶ方向の寸法であり、図１及び図２における左右方向の寸法である。

具体的に、撮像装置１は、沈胴収容可能なズームレンズ２と、ズームレンズ２の像面位置に配置される撮像素子３と、撮像素子３から送られた撮像（画像）データを表示する液晶画面４と、を備える。この撮像素子３は、ズームレンズ２によって形成された光学像を電気的信号（撮像データ）に変換する素子であり、本実施形態の撮像素子３は、イメージセンサーである。

ズームレンズ２は、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、少なくとも、第一レンズ群Ｇ１と、第二レンズ群Ｇ２と、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３と、Ｉレンズ群ＧＩと、を有する。本実施形態のズームレンズ２は、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、第一レンズ群Ｇ１と、第二レンズ群Ｇ２と、第三レンズ群Ｇ３と、第四レンズ群Ｇ４と、Ｉレンズ群ＧＩと、を有する。このズームレンズ２において、第四レンズ群Ｇ４が、フォーカスレンズ群Ｆを構成する。

尚、ズームレンズ２は、Ｉレンズ群ＧＩを備えない構成も取り得る。また、本実施形態のズームレンズ２において、レンズ群Ｇ１～ＧＩは、便宜上の名称であり、一つの光学素子（レンズ等）のみによって構成されるものも含む。また、ズームレンズ２において、変倍時に光軸Ｃ上の位置が固定されている光学素子（レンズ等）や異なる軌跡で移動する光学素子との間でそれぞれ区分けし、区分けされた領域内の前記固定されている少なくとも一つの光学素子を一つのレンズ群とし、区分けされた領域内の前記移動する少なくとも一つの光学素子を別のレンズ群とする。

また、ズームレンズ２は、第二レンズ群Ｇ２の像側に配置される開口絞り２１と、第一レンズ群Ｇ１を保持する鏡筒２２と、を有する。この鏡筒２２は、撮影時に物体側に伸び（図１参照）、撮影しないときに沈胴収納される（図２参照）。

このズームレンズ２では、撮影時において、広角端から望遠端への変倍時に、第一レンズ群Ｇ１及び第二レンズ群Ｇ２のうちの少なくとも第一レンズ群Ｇ１は、第二レンズ群Ｇ２との間隔が小さくなるように光軸Ｃに沿って移動し、第三レンズ群Ｇ３は、第二レンズ群Ｇ２との間隔が小さくなるように移動する。また、第二レンズ群Ｇ２及びＩレンズ群ＧＩの撮像素子３（ズームレンズ２の像面）に対する光軸Ｃ上の位置は、固定されている。

また、ズームレンズ２では、沈胴収納時に、例えば、非撮影状態では、第二レンズ群Ｇ２が光軸Ｃに沿って像側に移動し、第一レンズ群Ｇ１の少なくとも一部が第二レンズ群Ｇ２の移動によって生じた空間に沈胴収容される。即ち、沈胴収容時において、第一レンズ群Ｇ１の少なくとも一部は、撮影時に第二レンズ群Ｇ２が配置されていた空間Ｓに沈胴収容される。このときの、各レンズ群Ｇ１～Ｇ４の移動や鏡筒２２の伸縮は、従来から公知の種々の機構によって行われる。

以下では、ズームレンズ２の各レンズ群Ｇ１～ＧＩの詳細について説明する。

第一レンズ群Ｇ１は、複数のレンズ（光学素子）を含み、負の屈折力を有する。第二レンズ群Ｇ２は、光軸Ｃを屈曲させる反射光学素子を有する。本実施形態の反射光学素子は、プリズムであるが、鏡等の光路（光軸Ｃ）を屈曲できる光学素子であればよい。本実施形態の第二レンズ群Ｇ２は、反射光学素子のみによって構成されている。第三レンズ群Ｇ３は、複数のレンズ（光学素子）を含み、正の屈折力を有する。Ｉレンズ群ＧＩは、撮像素子３（ズームレンズ２の像面）の物体側に配置され且つ光軸Ｃを屈曲させる反射光学素子Ｐと、反射光学素子Ｐの像側に配置される光学フィルター２３と、を有する。本実施形態の反射光学素子Ｐは、プリズムであるが、鏡等の光路（光軸Ｃ）を屈曲できる光学素子であればよい。

このズームレンズ２において、第一レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとしたときに、
－６．０００ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦ －１．５００ ・・・（１）
を満たす。

広角端の焦点距離に対する第一レンズ群Ｇ１の焦点距離の比率を上記の式（１）のような範囲とすることで、広角端の画角の広角化と、高性能化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（１）の下限値（－６．０００）を下回ると、第一レンズ群Ｇ１のパワーが弱くなることでレトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため、広角端の画角を広角化することが難しくなる。一方、前記比率が式（１）の上限値（－１．５００）を上回ると、第一レンズ群Ｇ１のパワーが強くなることで、広角化は容易になるが、変倍領域の全域で各レンズ群Ｇ１～ＧＩを通して、倍率色収差やコマ収差、像面湾曲等の補正が困難になるため、諸収差の補正が十分にならず、高性能化ができない。このように、ズームレンズ２において、第一レンズ群Ｇ１のパワーを強めると広角端の画角広角化ができる反面、収差補正が困難になる。この状態において、上記の式（１）は、第一レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１の最適な条件を示すものである。

尚、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
－５．５００ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦ －１．７００
を満たすことが好ましく、
－５．０００ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦ －２．０００
を満たすことが、より好ましい。

また、ズームレンズ２において、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３の焦点距離をｆＰとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
０．５００ ≦ ｆＰ／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００ ・・・（２）
を満たす。

光学系（ズームレンズ）２全体の実効焦点距離に対する第三レンズ群Ｇ３の焦点距離の比率を上記の式（２）のような範囲とすることで、高性能化と、光学系全体の小型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（２）の下限値（０．５００）を下回ると、第三レンズ群Ｇ３のパワーが強くなることで球面収差等の補正が難しくなり、高性能化ができない。一方、前記比率が式（２）の上限値（２．５００）を上回ると、第三レンズ群Ｇ３のパワーが弱くなることで光学全長が長くなり、光学系（ズームレンズ）２全体の小型化が困難になる。このように、第三レンズ群Ｇ３は正の屈折力を有するレンズ群であるため、パワーを強めると光学全長を小さくできる反面、収差補正が困難になる。この状態において、上記の式（２）は、第三レンズ群Ｇ３の焦点距離の最適な条件を示すものである。

尚、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
０．６５０ ≦ ｆＰ／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．０００
を満たすことが好ましく、
０．８００ ≦ ｆＰ／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ １．５００
を満たすことが、より好ましい。

また、ズームレンズ２において、広角端から望遠端までの第一レンズ群Ｇ１の移動量（像側を正とする）をｍ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
０．８００ ≦ ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００ ・・・（３）
を満たす。

光学系（ズームレンズ）２全体の実効焦点距離に対する第一レンズ群Ｇ１の移動量の比率を上記の式（３）のような範囲とすることで、変倍比率の確保と、変倍比率を確保したときの沈胴収納時の薄型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（３）の下限値（０．８００）を下回ると、第一レンズ群Ｇ１の移動量が小さくなることから、十分な変倍比を確保することが困難になる。一方、前記比率が式（３）の上限値（２．５００）を上回ると、第一レンズ群Ｇ１の移動量が大きくなることから、沈胴レンズを構成するカム筒等のメカ部品を薄型化することが難しくなり、沈胴収納時の厚さを薄くする事が困難になる。このように、移動することで変倍に寄与する第一レンズ群Ｇ１の移動量を大きくとることで変倍比を確保することができる反面、沈胴レンズを構成するメカ部品の薄型化は難しくなり、ひいては沈胴収納時の厚さを薄くすることが困難になる。この状態において、上記の式（３）は、第一レンズ群Ｇ１の移動量の最適な条件を示すものである。

尚、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
０．９００ ≦ ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．０００
を満たすことが好ましく、
１．０００ ≦ ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ １．８００
を満たすことが、より好ましい。

また、ズームレンズ２において、第一レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３の焦点距離をｆＰとしたときに、
－５．０００ ≦ ｆ１／ｆｐ ≦ －０．５００ ・・・（４）
を満たす。

第三レンズ群Ｇ３の焦点距離に対する第一レンズ群Ｇ１の焦点距離の比率を上記の式（４）のような範囲とすることで、広角端の画角の広角化と、光学系全体の小型化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（４）の下限値（－５．０００）を下回ると、第一レンズ群Ｇ１のパワーが弱くなることで、レトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため広角端の画角を広角化することが難しくなる。一方、前記比率が式（４）の上限値（－０．５００）を上回ると、第三レンズ群Ｇ３のパワーが弱くなることで光学全長が長くなり、光学系（ズームレンズ）２全体の小型化が困難になる。このように、第一レンズ群Ｇ１と第三レンズ群Ｇ３のパワーの比率において、第一レンズ群Ｇ１のパワーを弱めると光学全長を小さくできる反面、広角化が困難になる。この状態において、上記の式（４）は、第一レンズ群Ｇ１と第三レンズ群Ｇ３の焦点距離の比率に関する最適な条件を示すものである。

尚、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
－４．０００ ≦ ｆ１／ｆｐ ≦ －０．７００
を満たすことが好ましく、
－３．０００ ≦ ｆ１／ｆｐ ≦ －０．９００
を満たすことが、より好ましい。

また、ズームレンズ２において、望遠端の焦点距離をｆｔとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３の望遠端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｔとし、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３の広角端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｗとしたときに、
０．２００ ≦ ｜（ｆｔ／ｆｗ）／（ｂＰｔ／ｂＰｗ）｜ ≦ ４．０００
・・・（５）
を満たす。

第三レンズ群Ｇ３の倍率変化に対する光学系（ズームレンズ）２全体の変倍比を上記の式（５）のような範囲とすることで、ズーム機構の簡略化や小型化、及び各レンズ群Ｇ１～ＧＩの相対偏芯等に起因する組立後の設計性能に対する性能劣化を小さくする事ができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（５）の下限値（０．２００）を下回ると、第三レンズ群Ｇ３以外のレンズ群で広角端から望遠端への変倍時に倍率を減少させるレンズ群が必要となるため、レンズ群やレンズ枚数の削減及び小型化が困難となる。一方、前記比率が式（５）の上限値（４．０００）を上回ると、第三レンズ群Ｇ３以外に倍率を増加させるレンズ群が必要となるため、変倍時に移動させるレンズ群が多く、また移動量も大きくなるために小型化が困難となる。そこで、第三レンズ群Ｇ３の移動に伴う倍率変化を効果的に使い変倍比に寄与させることで、変倍時に像面に対して固定となるレンズ群を設け、これにより、変倍時に多くのレンズ群が移動するレンズと比較して、ズーム機構の簡略化や小型化、及び各レンズ群の相対偏芯等に起因する組立後の設計性能に対する性能劣化を小さくする事ができる。この状態において、上記の式（５）は、Ｐレンズ群の倍率変化として最適な条件を示すものである。

尚、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
０．３００ ≦ ｜（ｆｔ／ｆｗ）／（ｂＰｔ／ｂＰｗ）｜ ≦ ３．０００
を満たすことが好ましく、
０．４００ ≦ ｜（ｆｔ／ｆｗ）／（ｂＰｔ／ｂＰｗ）｜ ≦ ２．０００
を満たすことが、より好ましい。

また、ズームレンズ２において、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとし、第二レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２としたときに、
－１．０００ ≦ √（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ２ ≦ ２．０００ ・・・（６）
を満たす。

第二レンズ群の焦点距離に対するレンズ系全体の実効焦点距離の比率を上記の式（６）のような範囲とすることで、高性能化と、広角端の画角の広角化とのバランスの最適化を図ることができる。具体的には、以下の通りである。

前記比率が式（６）の下限値（－１．０００）を下回ると、第二レンズ群Ｇ２が負の強いパワーを持つことから、第二レンズ群Ｇ２よりも像側のレンズ群で強い正のパワーを持つレンズ群を配置する必要性があるため、球面収差等の補正が難しくなり、高性能化ができない。一方、前記比率が式（６）の上限値（２．０００）を上回ると、第二レンズ群Ｇ２が正の強いパワーを持つことから、レトロフォーカス型のパワー配置を取ることができなくなるため、広角端の画角を広角化することが難しくなる。この状態において、上記の式（６）は、第二レンズ群Ｇ２の焦点距離として最適な条件を示すものである。

尚、第二レンズ群Ｇ２に光学的な発散もしくは収束させるパワーがない場合は、上記の式（６）において、ｆ２を∞とし、計算結果（前記比率）が０になることとする。

また、本実施形態のズームレンズ２において、前記比率は、
－０．５００ ≦ √（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ２ ≦ １．７５０
を満たすことが好ましく、
－０．２００ ≦ √（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ２ ≦ １．５００
を満たすことが、より好ましい。

以上のように構成されるズームレンズ２によれば、第一レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有し、第二レンズ群Ｇ２が、光軸Ｃを屈曲させる反射光学素子を有する。そして、沈胴収納時に、第二レンズ群Ｇ２が光軸Ｃに沿って像側に移動し、第一レンズ群Ｇ１が第二レンズ群Ｇ２の移動によって生じた空間Ｓに沈胴収容される。このように、最も物体側に負の屈折力を有する第一レンズ群Ｇ１が配置されているため、レトロフォーカスのパワー配置を取ることが容易となり、広角端の焦点距離を短くすることで広角化が実現できる。

しかも、第二レンズ群Ｇ２（反射光学素子）が物体側から入射した光の光路（光軸Ｃ）を屈曲させ、且つ、沈胴収納時に第二レンズ群Ｇ２が光軸Ｃに沿って像側に移動し、この移動によって生じた空間Ｓ（即ち、撮影状態の第二レンズ群Ｇ２の位置）に第一レンズ群Ｇ１が移動することでズームレンズ２全体として薄型化（厚さ方向の寸法の小型化）を図ることができる。即ち、ズームレンズ２において第二レンズ群Ｇ２によって光路を屈曲させることで、該ズームレンズ２の薄型化（厚さ方向の寸法の小型化）を図った上で、第一レンズ群Ｇ１を沈胴収容可能とすることで、非撮影時（沈胴収容時）の該ズームレンズ２の更なる薄型化（厚さ方向の寸法の小型化）を図ることができる。且つ、沈胴収納時において、第二レンズ群Ｇ２が第一光軸（即ち、屈曲した光軸）に沿って像側に移動し、第一レンズ群Ｇ１が第二光軸（即ち、屈曲する前の光軸）に沿って移動し、空間Ｓに沈胴収納されるため、第二レンズ群Ｇ２と第一レンズ群Ｇ１とが二つの異なる方向で独立的に移動することができ、両者の移動自由度および移動空間を確保することができる。

また、沈胴収納時に、第二レンズ群Ｇ２が光軸Ｃに沿って像側に移動する、即ち、ズームレンズ２として必要な各レンズ群間の間隔を減らすように移動するため、体積を最小化してズームレンズ２全体としての小型化（詳しくは、図１及び図２における上下方向の寸法の小型化）を図ることができる。

また、本実施形態のズームレンズ２では、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３が正の屈折力を有する。そして、ズームレンズ２の広角端から望遠端への変倍時に、第一レンズ群Ｇ１及び第二レンズ群Ｇ２のうちの少なくとも第一レンズ群Ｇ１が、第二レンズ群Ｇ２との間隔が小さくなるように光軸Ｃに沿って移動し、第三レンズ群（Ｐレンズ群）Ｇ３が、第二レンズ群Ｇ２との間隔が小さくなるように移動し、第二レンズ群Ｇ２及びＩレンズ群ＧＩの撮像素子３（ズームレンズ２の像面）に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。このように、撮像素子３（像面）に対する光軸Ｃ上の位置が固定された第二レンズ群Ｇ２より像側に正の屈折力を有する第三レンズ群Ｇ３を配置し、第一レンズ群Ｇ１と第三レンズ群Ｇ３を変倍時に可動させて各レンズ群の倍率を変更させることで、該ズームレンズ２を効果的に変倍させることができる。即ち、ズームレンズ２の高性能化を図ることができる。

また、本実施形態のズームレンズ２では、
Ｉレンズ群ＧＩが、撮像素子３（ズームレンズ２の像面）の物体側に配置され且つ光軸Ｃを屈曲させる反射光学素子を有している。このため、第二レンズ群Ｇ２より像面側のＩレンズ群ＧＩ（反射光学素子）が第二レンズ群Ｇ２から延びる光軸Ｃを屈曲させるため、像面位置に配置される撮像素子３の大きさに関わらず、ズームレンズ２における第二レンズ群Ｇ２からＩレンズ群ＧＩまでの部位の厚さ方向の寸法が増大するのを防ぐことができる。即ち、ズームレンズ２及び撮像装置１の厚さ方向の寸法が、撮像素子３の大きさに影響されない。

以上のように、本実施形態のズームレンズ２、及び該ズームレンズ２を備えた撮像装置１によれば、沈胴収納時の薄型化及び小型化を達成しつつ広角化が可能なズームレンズ、及び該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

次に、本発明のズームレンズの実施例１～６について説明する。以下の各実施例において、上記実施形態のズームレンズ２の各構成と対応する構成については、同じ符号を用いる。また、以下の各実施例における表において、ｒは曲率半径であり、ｄはレンズ厚又はレンズ間隔であり、ｎｄはｄ線の屈折率であり、ｖｄはｄ線基準のアッベ数を示す。また、非球面は、次に示す式１で定義されるものとする。

（但し、ｃは曲率（１／ｒ）であり、ｈは光軸からの高さであり、ｋは円錐係数であり、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・は各次数の非球面係数である。）

また、各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ－ｌｉｎｅ）の特性であり、短破線はＦ線（Ｆ－ｌｉｎｅ）の特性であり、長破線はＣ線（Ｃ－ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、Ｓで示す）の特性であり、破線はメリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は画角（図中、Ｗで示す）を表す。

［実施例１］
図３Ａ～図３Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図３Ａは広角状態を示し、図３Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図３Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図３Ａ～図３Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例１のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図４は、広角端状態における縦収差図であり、図５は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図６は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表１は、各レンズの面データを示し、表２は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表３は、各種データを示し、表４は、ズームレンズ群データを示し、表５は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．６６２であり、像高は４．０４８である。

［実施例２］
図７Ａ～図７Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図７Ａは広角状態を示し、図７Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図７Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図７Ａ～図７Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例２のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図８は、広角端状態における縦収差図であり、図９は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図１０は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表６は、各レンズの面データを示し、表７は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表８は、各種データを示し、表９は、ズームレンズ群データを示し、表１０は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．６４６であり、像高は４．０４８である。

［実施例３］
図１１Ａ～図１１Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図１１Ａは広角状態を示し、図１１Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図１１Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図１１Ａ～図１１Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例３のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図１２は、広角端状態における縦収差図であり、図１３は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図１４は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表１１は、各レンズの面データを示し、表１２は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表１３は、各種データを示し、表１４は、ズームレンズ群データを示し、表１５は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．６４１であり、像高は４．０４８である。

［実施例４］
図１５Ａ～図１５Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図１５Ａは広角状態を示し、図１５Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図１５Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図１５Ａ～図１５Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例４のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図１６は、広角端状態における縦収差図であり、図１７は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図１８は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表１６は、各レンズの面データを示し、表１７は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表１８は、各種データを示し、表１９は、ズームレンズ群データを示し、表２０は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．４７６であり、像高は４．０４８である。

［実施例５］
図１９Ａ～図１９Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図１９Ａは広角状態を示し、図１９Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図１９Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図１９Ａ～図１９Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例５のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図２０は、広角端状態における縦収差図であり、図２１は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図２２は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表２１は、各レンズの面データを示し、表２２は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表２３は、各種データを示し、表２４は、ズームレンズ群データを示し、表２５は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．６５８であり、像高は４．０４８である。

［実施例６］
図２３Ａ～図２３Ｃは、本実施例１のズームレンズのレンズ構成図であり、図２３Ａは広角状態を示し、図２３Ｂは、中間焦点位置状態を示し、図２３Ｃは、望遠端状態を示す。尚、図２３Ａ～図２３Ｃでは、光軸の屈曲がない状態で示している。また、ズームレンズの各構成を示す符号は、上記実施形態のズームレンズ２の対応する構成の符号と同じである。

この実施例６のズームレンズでは、第三レンズ群がＰレンズ群であり、像側に配置されている平行平板ガラス（光学フィルター）を含む群がＩレンズ群である。また、このズームレンズでは、変倍時に、第二レンズ群及びＩレンズ群の像面に対する光軸上の位置が固定されている。

また、図２４は、広角端状態における縦収差図であり、図２５は、中間焦点位置状態における縦収差図であり、図２６は、望遠端状態における縦収差図であり、下記の表２６は、各レンズの面データを示し、表２７は、非球面データ（表示していない非球面係数は０．００である。）を示し、表２８は、各種データを示し、表２９は、ズームレンズ群データを示し、表３０は、ズームレンズ群倍率を示す。

ズーム比は２．６２０であり、像高は４．０４８である。

以上の実施例１～６の上記実施形態の式（１）～式（６）に対応する値を下記の表３１に示す。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易に成し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１…撮像装置、２…ズームレンズ、２２…鏡筒、２３…光学フィルター、３…撮像素子、４…液晶画面、１００…撮像装置、１０１…ズーム光学系、１０２…第一レンズ群、１０３…第二レンズ群、１０４…第三レンズ群、１０５…ローパスフィルタ、２００…撮像装置、２０１…ズーム光学系、２０２…第一レンズ群、２０２ａ…反射プリズム、２０３…第二レンズ群、２０４…第三レンズ群、２０５…第四レンズ群、２０５ａ…反射プリズム、３００…撮像装置、３０１…ズーム光学系、３０２…第一レンズ群、３０３…第二レンズ群、３０４…反射プリズム、３０５…後続レンズ群、Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…光軸、Ｆ…フォーカスレンズ群、Ｇ１…第一レンズ群、Ｇ２…第二レンズ群、Ｇ３…第三レンズ群（Ｐレンズ群）、Ｇ４…第四レンズ群、ＧＩ…Ｉレンズ群、Ｐ…反射光学素子、Ｓ…空間、Ｓｅ…撮像素子

Claims (10)

1. 沈胴収納可能なズームレンズであって、
   物体側より像側へ光軸に沿って順に、第一レンズ群と、第二レンズ群と、Ｐレンズ群と、を備え、
   前記第一レンズ群は、負の屈折力を有し、
   前記第二レンズ群は、前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有し、
   沈胴収納時に、前記第二レンズ群が前記光軸に沿って像側に移動し、前記第一レンズ群の少なくとも一部が前記第二レンズ群の移動によって生じた空間に沈胴収容される、ズームレンズ。
2. 前記Ｐレンズ群は、正の屈折力を有し、
   広角端から望遠端への変倍時に、
   前記第一レンズ群及び前記第二レンズ群のうちの少なくとも前記第一レンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように前記光軸に沿って移動し、
   前記Ｐレンズ群は、前記第二レンズ群との間隔が小さくなるように移動し、
   前記第二レンズ群の像面に対する前記光軸上の位置は、固定されている、請求項１に記載にズームレンズ。
3. 前記Ｐレンズ群より像側に配置されると共に、広角端から望遠端への変倍時に像面に対する前記光軸上の位置が固定されているＩレンズ群を備え、
   前記Ｉレンズ群は、該ズームレンズの像面の物体側に配置され且つ前記光軸を屈曲させる反射光学素子を有する、請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとしたときに、
   －６．０００ ≦ ｆ１／ｆｗ ≦ －１．５００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
5. 前記Ｐレンズ群の焦点距離をｆＰとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
   ０．５００ ≦ ｆＰ／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
6. 広角端から望遠端までの前記第一レンズ群の移動量（像側を正とする）をｍ１とし、広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとしたときに、
   ０．８００ ≦ ｍ１／√（ｆｗ×ｆｔ） ≦ ２．５００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
7. 前記第一レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記Ｐレンズ群の焦点距離をｆＰとしたときに、
   －５．０００ ≦ ｆ１／ｆｐ ≦ －０．５００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
8. 望遠端の焦点距離をｆｔとし、広角端の焦点距離をｆｗとし、前記Ｐレンズ群の望遠端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｔとし、前記Ｐレンズ群の広角端での無限遠合焦における横倍率をｂＰｗとしたときに、
   ０．２００ ≦ ｜（ｆｔ／ｆｗ）／（ｂＰｔ／ｂＰｗ）｜ ≦ ４．０００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
9. 広角端の焦点距離をｆｗとし、望遠端の焦点距離をｆｔとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
   －１．０００ ≦ √（ｆｗ×ｆｔ）／ｆ２ ≦ ２．０００
   を満たす、請求項２に記載のズームレンズ。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズの像面位置に配置される撮像素子と、を備える、撮像装置。

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