JP4454996B2

JP4454996B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4454996B2
Application number: JP2003329513A
Authority: JP
Inventors: あずさ野口; 正仁渡邉
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2010-04-21
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Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、ズームレンズ付きのデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに好適な、広角端での撮影画角が大きく、高変倍比を有するズーム光学系を有する撮像装置に関するものである。

近年、銀塩３５ｍｍフィルム（通称ライカ版）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。特にポータブルな普及タイプのカテゴリーにおいては、撮影時に光学系をカメラボディ内からせり出し、携帯時に光学系をカメラボディ内に収納する、いわゆる沈胴式鏡筒を採用することが主流になっている。しかしながら、使用するレンズタイプやフィルターによって光学系沈胴時の厚みが大きく異なる。

特に、ズーム比やＦ値等の仕様を高く設定することができる、最も物体側のレンズ群が正の屈折力を有するいわゆる正先行型ズームレンズでは、各々のレンズエレメントの厚みやデッドスペースが大きく、沈胴してもたいして被写体方向の厚みを薄くすることができない。

一方、負先行型ズームレンズは、特に３群以下の構成とした場合、沈胴時の厚みの点で有利である。電子撮像素子用に適し、かつ、ズーム比、画角、Ｆ値等を含めた結像性能が良好で沈胴厚を薄くできる可能性を有するものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。また、小型で画角の広いズームレンズも知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開平１１−２８７９５３号公報特開２０００−２６７００９号公報特開２０００−２７５５２０号公報特開２０００−１１１７９８号公報

しかしながら、上記特許文献の何れも十分な広画角と高変倍比を備えているとは言い難い。負先行型ズームレンズでは、高変倍化及び広角化を達成するためには、各レンズ群の屈折力配置や群内のレンズ構成を適切に設定しなければならない。小型化のために第１レンズ群を小さくするには、入射瞳位置を浅くするのがよいことが知られている。しかし、そのためには、第２レンズ群の倍率を高くすることになる。そのため、第２レンズ群の負担が大きくなり、非点収差や倍率色収差等の収差補正が困難となり、製造誤差の感度が増大し、好ましくない。また、この場合、広角化するためには第１レンズ群の負のパワーがある程度必要であるが、第１レンズ群の負のパワーが強くなりすぎると、第１レンズ群が厚くなってしまう。広画角かつ高変倍と小型化を両立するには、撮像素子を小さくすればよいが、同じ画素数とするためには、画素ピッチを小さくする必要があり、感度不足を光学系でカバーしなければならない。そのため、回折の影響による結像性能劣化の面でも不利となるといった問題がある。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非点収差や倍率色収差等の諸収差を十分に補正することにより、小型で無限遠から近距離まで安定した高い結像性能を有しながら、広画角で高変倍比を有するビデオカメラやデジタルカメラに適したズーム光学系を有する撮像装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の撮像装置は、ズーム光学系及びそのズーム光学系により形成される像面側に配された撮像素子とを有する撮像装置において、前記ズーム光学系は、物体側より順に、全体として負の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群とを有し、前記第１レンズ群は、少なくとも１面の非球面を含む負の単レンズと、正の単レンズを含み、前記負の単レンズと前記正の単レンズの間に空気間隔が配され、前記第２レンズ群は、物体側より順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、正レンズからなり、少なくとも１面の非球面を有し、前記各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行い、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。

１．１＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜２．２・・・（１）
７０°＜２ω_W＜８５° ・・・（２）
１５°＜２ω_T＜２４° ・・・（３）
ただし、ｆ_W：条件式（２）を満たす広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ_T：条件式（３）を満たす望遠端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離、
ω_W：広角端における最大撮像半画角、
ω_T：望遠端における最大撮像半画角、
である。

本発明のもう１つの撮像装置は、ズーム光学系及びそのズーム光学系により形成される像面側に配された撮像素子とを有する撮像装置において、前記ズーム光学系は、物体側より順に、全体として負の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群とからなり、前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の単レンズと、非球面を含む負の単レンズと、正の単レンズとからなり、前記負の単レンズと前記正の単レンズの間に空気間隔が配され、前記第２レンズ群は、物体側より順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、正レンズからなり、少なくとも１面の非球面を有し、前記第３レンズ群は正の単レンズからなり、前記各レンズ群の間隔を変えることによって変倍を行い、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。

１．１＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜２．２・・・（１）
７０°＜２ω_W＜８５° ・・・（２）
１５°＜２ω_T＜２４° ・・・（３）
１．５＜（Ｒ_b＋Ｒ_a）／（Ｒ_b−Ｒ_a）＜３・・・（４）
０．６＜Ｒ_2FR／Ｒ_2FF＜１．０・・・（１１）
ただし、ｆ_W：条件式（２）を満たす広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ_T：条件式（３）を満たす望遠端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離、
ω_W：広角端における最大撮像半画角、
ω_T：望遠端における最大撮像半画角、
Ｒ_a：第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の光軸上曲率半径、
Ｒ_b：第２レンズ群の最も物体側のレンズの像面側の光軸上曲率半径、
Ｒ_2FF：第２レンズ群の接合レンズの最も物体側の面の光軸上曲率半径、
Ｒ_2FR：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。

以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。

従来から、銀塩フィルムカメラ用ズームレンズとしてよく使用される、物体側より負、正の２群からなるズーム光学系では、小型化するために、前記のように、第１レンズ群での入射瞳位置を浅くし、各焦点距離における正の後群（第２レンズ群）の倍率を高くするのがよいことが知られている。

また、第２レンズ群のさらに像側に正レンズを第３レンズ群として加え、広角端から望遠端に変倍する際に各レンズ群の間隔を変化させるという方法が知られている。また、この第３レンズ群はフォーカス用としても使用できる可能性を有している。ただし、撮像素子を有するビデオカメラやデジタルカメラに適したズーム光学系とするには、結像位置に光軸と略平行に入射させる必要があり、広画角で高変倍比の実現のために、さらに、第１、第２レンズ群のパワー配分や、高倍率となる第２レンズ群の収差補正等を適正に行う必要がある。

第１レンズ群には、色収差補正のために負レンズと正レンズが必要であるが、最も物体側に負レンズを配すると、性能劣化が少なく画角を広げやすい。

ここで、第１レンズ群を、物体側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの構成とするとよく、特に、物体側に凸のメニスカス形状の第１負レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の第２負レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の第３正レンズの３レンズで構成することが望ましい。この構成とすることにより、負レンズを２つ物体側に配置し、物体側に凸のメニスカスレンズとしているので、広角端の画角を大きくでき、また、軸外光線を徐々に曲げることができるので、軸外収差の発生を抑えて良好に補正できる。

また、第１レンズ群の負レンズを非球面とし、さらに、負レンズと正レンズの間に空気間隔を設けるのがよく、この空気間隔の両側の面で収差補正することにより、歪曲収差等の軸外性能の向上を図ることができる。また、負レンズと正レンズを単レンズとすることにより、レンズ枚数を少なく構成できる。

第２レンズ群は、物体側より順に、正レンズ、正レンズ負レンズの接合レンズ、正レンズの計４枚のレンズから構成するのがよく、これによりレンズ部品とそれらを保持する枠との製造誤差による偏心感度を小さくすることができる。第２レンズ群に、さらには第２レンズ群の最も物体側のレンズには、少なくとも１面の非球面を有するようにし、変倍は各レンズ群の間隔を変えることにより行うようにするとよい。ここで、式（１）〜（３）満たすことが望ましい。

条件式（１）は、第１レンズ群の屈折力分担の適正な範囲を規定している。その下限の１．１より小さいと、第２レンズ群の倍率が大きくなりすぎて製造誤差による光学性能の劣化に弱くなり、好ましくない。その上限の２．２より大きいと、広角端での光学全長が長くなりやすく、小型化に不利となる。

その下限値は１．２であればより望ましく、１．３であればさらに望ましい。また、上限値は１．9 であればより望ましく、１．7 であればさらに望ましい。例えば、次の条件（１’）とすると望ましく、条件（１”）とするとさらに望ましい。

１．２＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜１．９・・・（１’）
１．３＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜１．７・・・（１”）
条件式（２）は、本発明のズーム光学系の満たす条件式（１）のｆ_Wの前提となる広角端の画角の範囲を規定している。その下限値は７２°であればより望ましく、７５°であればさらに望ましい。また、上限値は８３°であればより望ましく、８１°であればさらに望ましい。例えば、条件（２’）とすると望ましく、条件（２”）とするとさらに望ましい。

７２°＜２ω_W＜８３° ・・・（２’）
７５°＜２ω_W＜８１° ・・・（２”）
また、条件式（３）は、本発明の撮像装置のズーム光学系の満たす条件式（１）のｆ_Tの前提となる望遠端の画角の範囲を規定している。その下限値は１６°であればより望ましく、１７°であればさらに望ましい。また、上限値は２３．５°であればより望ましく、２３°であればさらに望ましい。例えば、条件（３’）とすると望ましく、条件（３”）とするとさらに望ましい。

１６°＜２ω_T＜２３．５° ・・・（３’）
１７°＜２ω_T＜２３° ・・・（３”）
以上のように構成することにより、結像面への入射光を光軸に略平行に保ちつつ、広角端から望遠端まで収差を良好に補正したズーム光学系を有する撮像装置に適した構成とすることが可能となる。

また、本発明の撮像装置のズーム光学系は、第１レンズ群の全ての屈折面及び少なくとも第２レンズ群の最も像側の面以外の屈折面は、物体側に凸である構成とするのがよい。この構成により、絞りより物体側にある第１レンズ群の屈折面は物体側に凸であるため、軸外光線を徐々に曲げるので、広角端での軸外収差の発生量を小さくできる。また、第２レンズ群は、屈折面を物体側に凸とすることで主点位置をより物体側に出すことにより、第１レンズ群との間隔をより小さくすることが可能となり、高変倍比を確保しやすくなる。なお、第２レンズ群の最も像側の面は、それより前のレンズ面で発生する球面収差やコマ収差等の軸外収差を補正するために、像側に凸にしてもよい。

また、第１レンズ群の第２負レンズは、非球面レンズである構成とするのが望ましい。第２負レンズの像側の曲率半径の小さい凹面は空気と接するので、収差補正の自由度を持たせることができる。高画角化で発生する歪曲収差を補正するには、最も物体側の第１負レンズに非球面を用いることも考えられるが、レンズ外径が大きくなることによる製造コストと他の収差の補正とのバランスを考慮すると、第２負レンズに非球面を用いることが望ましく、歪曲収差や像面湾曲を効率良く小さくすることができる。この場合は、光軸から周辺に行くに従い曲率半径が大きくなる形状となる。ここで、第１レンズ群の第２負レンズの像側にある非球面は、以下の条件式（８）を満たすことが望ましい。

３８°＜θ＜６４° ・・・（８）
ただし、θ：第２負レンズの像面側の非球面の有効光束の範囲での面の法線が光軸となす角の最大値、
である。

ここで、この条件式（８）の下限の３８°より小さいと、非球面量が小さく十分な収差補正を行うことができない。また、上限の６４°より大きいと、広角端での光学系全長が長く、外径も大きくなるため、小型化に不利となる。ここで、下限値は４０°であればより望ましく、４６°であればさらに望ましい。また、上限値は６２°であればより望ましく、６０°であればさらに望ましい。例えば、条件（８’）とすると望ましく、条件（８”）とするとさらに望ましい。

４０°＜θ＜６２° ・・・（８’）
４６°＜θ＜６０° ・・・（８”）
第２レンズ群の最も物体側のレンズは、最も物体側の面に非球面を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状とするのがよい。また、第２レンズ群の最も物体側のレンズの形状が、条件式（４）を満たすことが望ましい。

ここで、条件式（４）の下限値は２．０であればより望ましく、２．３であればさらに望ましい。また、上限値は２．９であればより望ましく、２．８であればさらに望ましい。例えば、条件（４’）とすると望ましく、条件（４”）とするとさらに望ましい。

２．０＜（Ｒ_b＋Ｒ_a）／（Ｒ_b−Ｒ_a）＜２．９・・・（４’）
２．３＜（Ｒ_b＋Ｒ_a）／（Ｒ_b−Ｒ_a）＜２．８・・・（４”）
この構成により、球面収差、コマ収差を小さく抑えつつ、第２レンズ群の主点位置をより物体側に出すことができる。

また、第２レンズ群の接合レンズは、物体側に凸面を向け、物体側、像側の両面の光軸上曲率半径が条件式（１１）に表されるように近い値をとり、像側の面が第２レンズ群中で最も強い負パワーを持ち、下記の条件式（１２）又は（１３）を満たすメニスカス形状とするのがよい。また、このタイプでは、正先行型ズームレンズに比べて前玉径が大きくなり難いので、開口絞りを第２レンズ群の直前の物体側に配置するのがよい。また、第２レンズ群と一体にしてもよい。開口絞りを第２レンズ群と一体とした方が機構上単純であるばかりでなく、沈胴時のデッドスペースが発生し難く、広角端と望遠端のＦ値の差が小さくできる。

第２レンズ群の一部を接合レンズとすることにより、特に負レンズの正レンズに対する相対的偏心による収差の発生を抑制することができる。接合する場合は、できるだけ接合レンズ成分内で収差をキャンセルして偏心感度を小さくするのがよい。そして、残る単独の正レンズ成分との相対偏心度を少なくするとよい。また、その接合レンズについて、条件式（１１）を満足するとよい。

条件式（１１）の上限の１．０を越えると、全系収差の球面収差・コマ収差・非点収差の補正には有利だが、接合による偏心感度の緩和の効果が少ない。下限の０．６を越えると、全系収差の球面収差・コマ収差・非点収差の補正が困難になりやすい。

なお、次のようにすればより望ましい。

０．６５＜Ｒ_2FR／Ｒ_2FF＜０．９５・・・（１１’）
さらに、次のようにすればさらに望ましい。

０．７＜Ｒ_2FR／Ｒ_2FF＜０．９・・・（１１”）
また、上記の第２レンズ群の接合レンズ成分について、以下の条件式（１２）を満足するとよい。

０．２２＜Ｒ_2FR／ｆ_T＜０．４０・・・（１２）
ただし、ｆ_T：条件式（３）を満たす望遠端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
Ｒ_2FR：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。

条件式（１２）の上限の０．４０を越えると、全系収差の補正が不足してしまう。下限の０．２２を越えると、偏心感度が強くなりすぎて接合による偏心感度の緩和の効果が少ない。

なお、次のようにすればより望ましい。

０．２３＜Ｒ_2FR／ｆ_T＜０．３８・・・（１２’）
さらに、次のようにすればさらに望ましい。

０．２４＜Ｒ_2FR／ｆ_T＜０．３６・・・（１２”）
また、上記の第２レンズ群の接合レンズ成分について、以下の条件式（１３）を満足するとよい。

１．０＜Ｒ_2FR／ｆ_W＜１．７・・・（１３）
ただし、ｆ_W：条件式（２）を満たす広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
Ｒ_2FR：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。

条件式（１３）の上限の１．７を越えると、上記と同様に偏心感度が強くなりすぎて接合による偏心感度の緩和の効果が少ない。下限の１．０を越えると、全系収差の補正が不足する。

なお、次のようにすればより望ましい。

１．１＜Ｒ_2FR／ｆ_W＜１．６・・・（１３’）
さらに、次のようにすればさらに望ましい。

１．２＜Ｒ_2FR／ｆ_W＜１．５・・・（１３”）
また、第２レンズ群の像側に第３レンズ群を配置し、第３レンズ群にてフォーカスをする場合、収差変動が問題になるが、第３レンズ群に必要以上の量の非球面が入ると、その効果を出すために第１レンズ群・第２レンズ群で残存する非点収差を第３レンズ群にて補正することになる。ここで、第３レンズ群がフォーカスのために動くと、そのバランスが崩れてしまい好ましくない。したがって、第３レンズ群でフォーカスする場合は、第１レンズ群・第２レンズ群で非点収差をズーム全域にわたり略取り切らねばならない。よって、第１レンズ群・第２レンズ群は上記のような構成をとり、第３レンズ群は球面系又は少ない非球面量にて構成するのがよい。また、第３レンズ群は正の単レンズとすることにより、コストの面で有利にすることができる。

また、高変倍化に関して、以下の条件式（１４）を満足するとよい。

−２．５＜ｄ_W／ｆ₁＜−１．０・・・（１４）
ただし、ｄ_W：広角端における第１レンズ群の最も像側の面から第２レンズ群の最も物体側の面までの距離、
である。

条件式（１４）は、第１レンズ群、第２レンズ群の間隔と第１レンズ群のパワーの関係を規定している。この条件式を満たすことにより、より高画角化と高変倍化の両立に適したズーム光学系とすることができる。この条件式の上限の−１．０を越えると、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなり広角端での小型化が難しくなる。また、下限の−２．５を越えると、十分な高変倍比が得られない。

なお、次のようにすればより望ましい。

−２．３＜ｄ_W／ｆ₁＜−１．３・・・（１４’）
さらに、次のようにすればさらに望ましい。

−２．１＜ｄ_W／ｆ₁＜−１．５・・・（１４”）
また、本発明の撮像装置のズーム光学系は、以下の条件式（５）又は（６）を満たす構成とすることが望ましい。

ν_pi≦ν_pi+1 （ｉ＝１，２）・・・（５）
ν_pi≦ν_pi+1 （ｉ＝１，２，３）・・・（６）
ただし、ν_pi：物体側よりｉ番目の正レンズのアッベ数、
である。

上式（５）、（６）は、軸上色収差と倍率色収差をバランス良く補正するための条件を規定している。特に、開口絞りが第１レンズ群と第２レンズ群の間にある場合、開口絞りよりも像側の正レンズについては、絞りから遠ざかる程低分散の硝材を用いると、倍率色収差を良好に補正できる。

また、本発明の撮像装置のズーム光学系は、レンズ系全体の負レンズの枚数をｍ枚とするとき、以下の条件式を満たす構成としている。

ｎ_ni≦ｎ_ni+1 （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）・・・（７）
ただし、ｎ_ni：物体側よりｉ番目の負レンズの屈折率、
である。

倍率色収差、ペッツバール和、球面収差をバランス良く補正するためには、条件式（７）を満たすのがよい。

また、本発明の撮像装置のズーム光学系は、第２レンズ群の像側に第３レンズ群を有している場合、第３レンズ群は１枚の正レンズからなり、下記の条件式を満たすことが望ましい。

ν_p5−ν_p1＞４０・・・（９）
ただし、ν_p1：第１レンズ群の正の単レンズのアッベ数、ν_p5は第３レンズ群の正レンズのアッベ数、
である。

第１レンズ群、第２レンズ群で主に変倍と収差補正を行い、第３レンズ群を１枚で構成することにより、鏡枠全体としての厚みを薄型化できる。

ここで、条件（９’）とすると望ましく、条件（９”）とするとさらに望ましい。

ν_p5−ν_p1＞４３・・・（９’）
ν_p5−ν_p1＞４６・・・（９”）
条件式（９）は、第３レンズ群は低分散なガラスであることを示し、このように構成することにより、倍率色収差を小さくすることができる。

また、第１レンズ群の全ての負レンズは、物体側の面がマルチコートであり、像側の面が単層コートとすることが望ましい。メニスカスレンズの曲率半径の大きい物体側の面にはマルチコートを施して反射率を下げることにより、ゴースト光の影響を低減できる。曲率半径の小さい像面側の面は単層コートとした方が、レンズ周辺部の反射率を安定させやすくできる。

また、下記の条件式（１０）を満たすことが望ましい。

Ｄ₁₁＞Ｄ₁₂＞Ｄ₃₁＞Ｄ₂₂＞Ｄ₂₁ ・・・（１０）
ただし、Ｄ₁₁：第１レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₁₂：第１レンズ群の最像側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₃₁：第３レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₂₂：第２レンズ群の最像側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₂₁：第２レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
である。

第１レンズ群は、物体側程大きい径にした方が、群全体を小さく保ったまま広画角の光線を通すことができる。第２レンズ群以降は、像面側程大きい径とし、レンズの物体側で枠に接する構造とした方が、枠の内径とレンズの外径の製造誤差によるレンズの偏心に起因するコマ収差や像面湾曲を小さくすることができる。また、絞りから遠いレンズの外径は大きくした方が、撮影画像の周辺光量の低下を小さくできる。

また、本発明の撮像装置のズーム光学系は、第３レンズ群を移動することにより近距離物点への合焦を行うようにすることができる。第３レンズ群を移動してフォーカスを行うことにより、他のレンズ群の枠構成を簡素化できる。

また、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳ等の電子撮像素子を用いることができる。

また、ズーム光学系とは別の光路上に被写体を観察するためのファインダー光学系を備えることにより、撮像装置に備えられた液晶表示モニター等により観察するよりも消費電力を抑えることができる。

なお、本発明の各請求項において、条件式（１）から（１４）（それらの下位の条件式も含む。）は、適宜どのように組み合わせてもよく、また、一部条件式を省いて用いることもできるものである。

以上の本発明によると、非点収差や倍率色収差等の諸収差を十分に補正することにより、小型で無限遠から近距離まで安定した高い結像性能を有しながら、広画角で高変倍比を有するビデオカメラやデジタルカメラに適したズーム光学系を有する撮像装置を提供することができる。

以下、本発明のズームレンズ（ズーム光学系）の実施例１〜５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。図中、第１レンズ群はＧ１、開口絞りはＳ、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、ＩＲカットコートを施したローパスフィルターを構成する平行平板はＬＦ、電子撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣＧ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣＧ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ＣＧにローパスフィルター作用を持たせるようにしてもよい。

実施例１のズーム光学系は、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は像側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２は一体に物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。

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２枚と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズと、両凸正レンズからなり、第３レンズ群Ｇ３は両凸正レンズ１枚からなる。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の２枚目の負メニスカスレンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面と最も像側の面の３面に用いている。

実施例２のズーム光学系は、図２に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は像側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２は一体に物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ３はわずかに物体側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の２枚目の負メニスカスレンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面と、第３レンズ群Ｇ３の物体側の面の３面に用いている。

実施例３のズーム光学系は、図３に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は像側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２は一体に物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の２枚目の負メニスカスレンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面の２面に用いている。

実施例４のズーム光学系は、図４に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は像側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２は一体に物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の２枚目の負メニスカスレンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の正メニスカスレンズの物体側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の両凸正レンズの物体側の面の３面に用いている。

実施例５のズーム光学系は、図５に示すように、物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３から構成されており、広角端から望遠端への変倍をする際に、第１レンズ群Ｇ１は像側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２は一体に物体側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に凸の軌跡を描いて移動し、望遠端では広角端の位置より像側に位置する。

非球面は、第１レンズ群Ｇ１の２枚目の負メニスカスレンズの像側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の正メニスカスレンズの物体側の面と、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の両凸正レンズの物体側の面と、第３レンズ群Ｇ３の像側の面の４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が、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、２ωは画角、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、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、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。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］
＋A₄ｙ⁴＋A₆ｙ⁶＋A₈ｙ⁸＋ A₁₀ｙ¹⁰
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆、A₈、A₁₀はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。

実施例１
ｒ₁= 36.860 ｄ₁= 1.20 ｎ_d1 =1.74100 ν_d1 =52.64
ｒ₂= 11.241 ｄ₂= 3.12
ｒ₃= 20.005 ｄ₃= 1.30 ｎ_d2 =1.74330 ν_d2 =49.33
ｒ₄= 8.091 （非球面）ｄ₄= 3.98
ｒ₅= 15.491 ｄ₅= 3.01 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₆= 33.328 ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞（絞り）ｄ₇= 0.80
ｒ₈= 16.975 （非球面）ｄ₈= 1.58 ｎ_d4 =1.69350 ν_d4 =53.21
ｒ₉= 38.888 ｄ₉= 0.28
ｒ₁₀= 9.759 ｄ₁₀= 4.61 ｎ_d5 =1.72000 ν_d5 =43.69
ｒ₁₁= 47.955 ｄ₁₁= 0.89 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= 7.899 ｄ₁₂= 1.51
ｒ₁₃= 22.430 ｄ₁₃= 2.80 ｎ_d7 =1.48749 ν_d7 =70.23
ｒ₁₄= -19.802 （非球面）ｄ₁₄= （可変）
ｒ₁₅= 20.122 ｄ₁₅= 2.85 ｎ_d8 =1.49700 ν_d8 =81.54
ｒ₁₆= -152.133 ｄ₁₆= （可変）
ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.30 ｎ_d9 =1.54771 ν_d9 =62.84
ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.80
ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.50 ｎ_d10=1.51633 ν_d10=64.14
ｒ₂₀= ∞
非球面係数
第４面
Ｋ =-0.842
A₄ =-6.74445×10^-7
A₆ =-2.55662×10^-7
A₈ =-4.63462×10^-10
A₁₀=-3.76434×10^-11
第８面
Ｋ =-0.850
A₄ =-1.89434×10^-5
A₆ =-7.45889×10^-8
A₈ = 0
A₁₀= 0
第１４面
Ｋ =-0.429
A₄ = 6.19289×10^-5
A₆ = 6.31162×10^-8
A₈ = 4.88137×10^-8
A₁₀= 0
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 5.780 11.400 22.500
Ｆ_NO 2.85 3.41 4.86
２ω (°) 78.5 43.8 22.6
ｄ₆ 31.27 11.71 3.43
ｄ₁₄ 5.77 13.82 33.94
ｄ₁₆ 5.27 6.22 3.79 。

実施例２
ｒ₁= 35.867 ｄ₁= 1.24 ｎ_d1 =1.78590 ν_d1 =44.20
ｒ₂= 11.136 ｄ₂= 3.38
ｒ₃= 23.278 ｄ₃= 1.30 ｎ_d2 =1.74330 ν_d2 =49.33
ｒ₄= 8.404 （非球面）ｄ₄= 3.03
ｒ₅= 15.998 ｄ₅= 3.11 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₆= 51.708 ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞（絞り）ｄ₇= 0.80
ｒ₈= 18.343 （非球面）ｄ₈= 2.11 ｎ_d4 =1.69350 ν_d4 =53.21
ｒ₉= 39.619 ｄ₉= 0.05
ｒ₁₀= 9.929 ｄ₁₀= 4.62 ｎ_d5 =1.72000 ν_d5 =43.69
ｒ₁₁= 41.025 ｄ₁₁= 1.04 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= 8.029 ｄ₁₂= 1.18
ｒ₁₃= 26.936 ｄ₁₃= 2.19 ｎ_d7 =1.49700 ν_d7 =81.54
ｒ₁₄= -15.731 ｄ₁₄= （可変）
ｒ₁₅= 19.932 （非球面）ｄ₁₅= 3.34 ｎ_d8 =1.48749 ν_d8 =70.23
ｒ₁₆= -135.370 ｄ₁₆= （可変）
ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.30 ｎ_d9 =1.54771 ν_d9 =62.84
ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.80
ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.50 ｎ_d10=1.51633 ν_d10=64.14
ｒ₂₀= ∞
非球面係数
第４面
Ｋ =-0.841
A₄ =-3.18836×10^-5
A₆ =-2.83895×10^-7
A₈ = 3.42260×10^-11
A₁₀=-3.52479×10^-11
第８面
Ｋ =-6.573
A₄ = 7.72043×10^-5
A₆ =-8.85647×10^-7
A₈ = 0
A₁₀= 0
第１５面
Ｋ =-17.194
A₄ = 2.23176×10^-4
A₆ =-2.70882×10^-6
A₈ = 1.96635×10^-8
A₁₀= 0
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 5.800 11.514 22.500
Ｆ_NO 2.84 3.42 4.80
２ω (°) 77.9 43.2 22.5
ｄ₆ 30.62 11.65 3.20
ｄ₁₄ 4.56 13.89 32.82
ｄ₁₆ 5.79 5.36 2.99 。

実施例３
ｒ₁= 38.881 ｄ₁= 1.21 ｎ_d1 =1.72916 ν_d1 =54.68
ｒ₂= 12.531 ｄ₂= 3.50
ｒ₃= 21.795 ｄ₃= 1.30 ｎ_d2 =1.74330 ν_d2 =49.33
ｒ₄= 8.298 （非球面）ｄ₄= 4.02
ｒ₅= 16.122 ｄ₅= 3.39 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₆= 36.855 ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞（絞り）ｄ₇= 0.80
ｒ₈= 15.694 （非球面）ｄ₈= 2.25 ｎ_d4 =1.74330 ν_d4 =49.33
ｒ₉= 34.961 ｄ₉= 0.24
ｒ₁₀= 9.281 ｄ₁₀= 2.99 ｎ_d5 =1.75700 ν_d5 =47.82
ｒ₁₁= 28.352 ｄ₁₁= 1.46 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= 7.211 ｄ₁₂= 1.27
ｒ₁₃= 45.498 ｄ₁₃= 2.83 ｎ_d7 =1.48749 ν_d7 =70.23
ｒ₁₄= -16.301 ｄ₁₄= （可変）
ｒ₁₅= 19.658 ｄ₁₅= 2.70 ｎ_d8 =1.49700 ν_d8 =81.54
ｒ₁₆= -120.480 ｄ₁₆= （可変）
ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.30 ｎ_d9 =1.54771 ν_d9 =62.84
ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.80
ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.50 ｎ_d10=1.51633 ν_d10=64.14
ｒ₂₀= ∞
非球面係数
第４面
Ｋ =-0.869
A₄ = 7.72245×10^-6
A₆ = 2.93661×10^-8
A₈ =-1.62810×10^-9
A₁₀=-1.46177×10^-11
第８面
Ｋ =-2.394
A₄ = 2.73461×10^-5
A₆ =-1.11350×10^-7
A₈ = 0
A₁₀= 0
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 5.840 11.501 22.504
Ｆ_NO 2.84 3.37 4.82
２ω (°) 77.8 43.6 22.7
ｄ₆ 31.46 11.93 3.64
ｄ₁₄ 3.53 12.82 33.10
ｄ₁₆ 6.99 7.12 3.66 。

実施例４
ｒ₁= 23.444 ｄ₁= 1.20 ｎ_d1 =1.63930 ν_d1 =44.87
ｒ₂= 15.500 ｄ₂= 3.60
ｒ₃= 35.523 ｄ₃= 1.30 ｎ_d2 =1.74320 ν_d2 =49.34
ｒ₄= 8.249 （非球面）ｄ₄= 3.89
ｒ₅= 13.662 ｄ₅= 2.80 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₆= 22.847 ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞（絞り）ｄ₇= 0.80
ｒ₈= 14.631 （非球面）ｄ₈= 1.40 ｎ_d4 =1.77250 ν_d4 =49.60
ｒ₉= 34.012 ｄ₉= 0.10
ｒ₁₀= 10.239 ｄ₁₀= 3.19 ｎ_d5 =1.77250 ν_d5 =49.60
ｒ₁₁= 26.955 ｄ₁₁= 1.83 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= 7.358 ｄ₁₂= 1.71
ｒ₁₃= 36.600 （非球面）ｄ₁₃= 3.14 ｎ_d7 =1.58313 ν_d7 =59.38
ｒ₁₄= -21.350 ｄ₁₄= （可変）
ｒ₁₅= 16.805 ｄ₁₅= 2.70 ｎ_d8 =1.49700 ν_d8 =81.54
ｒ₁₆= -153.231 ｄ₁₆= （可変）
ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.30 ｎ_d9 =1.54771 ν_d9 =62.84
ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.80
ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.50 ｎ_d10=1.51633 ν_d10=64.14
ｒ₂₀= ∞
非球面係数
第４面
Ｋ =-0.595
A₄ = 8.57632×10^-6
A₆ = 2.89918×10^-8
A₈ = 1.20170×10^-9
A₁₀=-2.23755×10^-11
第８面
Ｋ =-2.293
A₄ = 5.18474×10^-5
A₆ =-3.33636×10^-7
A₈ =-1.97514×10^-9
A₁₀= 0
第１３面
Ｋ =-0.059
A₄ = 9.11545×10^-8
A₆ = 8.13085×10^-7
A₈ =-1.60810×10^-10
A₁₀= 0
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 5.900 12.897 28.525
Ｆ_NO 2.80 3.60 4.90
２ω (°) 77.1 39.4 17.8
ｄ₆ 34.95 9.91 2.60
ｄ₁₄ 3.84 11.20 36.06
ｄ₁₆ 5.12 6.76 0.52 。

実施例５
ｒ₁= 26.139 ｄ₁= 1.20 ｎ_d1 =1.74320 ν_d1 =49.34
ｒ₂= 14.200 ｄ₂= 3.30
ｒ₃= 26.285 ｄ₃= 1.30 ｎ_d2 =1.74320 ν_d2 =49.34
ｒ₄= 8.448 （非球面）ｄ₄= 3.66
ｒ₅= 13.750 ｄ₅= 3.39 ｎ_d3 =1.84666 ν_d3 =23.78
ｒ₆= 23.170 ｄ₆= （可変）
ｒ₇= ∞（絞り）ｄ₇= 0.80
ｒ₈= 15.165 （非球面）ｄ₈= 1.72 ｎ_d4 =1.78800 ν_d4 =47.37
ｒ₉= 33.388 ｄ₉= 0.10
ｒ₁₀= 9.515 ｄ₁₀= 2.96 ｎ_d5 =1.74320 ν_d5 =49.34
ｒ₁₁= 26.822 ｄ₁₁= 1.58 ｎ_d6 =1.84666 ν_d6 =23.78
ｒ₁₂= 7.283 ｄ₁₂= 1.63
ｒ₁₃= 35.704 （非球面）ｄ₁₃= 3.10 ｎ_d7 =1.58313 ν_d7 =59.38
ｒ₁₄= -19.396 ｄ₁₄= （可変）
ｒ₁₅= 18.643 ｄ₁₅= 2.70 ｎ_d8 =1.49700 ν_d8 =81.54
ｒ₁₆= -371.719 （非球面）ｄ₁₆= （可変）
ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.30 ｎ_d9 =1.54771 ν_d9 =62.84
ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.80
ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.50 ｎ_d10=1.51633 ν_d10=64.14
ｒ₂₀= ∞
非球面係数
第４面
Ｋ =-0.606
A₄ = 5.96675×10^-6
A₆ =-5.12154×10^-10
A₈ = 1.15133×10^-9
A₁₀=-2.21290×10^-11
第８面
Ｋ =-2.476
A₄ = 4.45482×10^-5
A₆ =-4.22739×10^-7
A₈ =-1.96055×10^-9
A₁₀= 0
第１３面
Ｋ =-0.199
A₄ = 8.95360×10^-6
A₆ = 7.49249×10^-7
A₈ = 3.59024×10^-10
A₁₀= 0
第１６面
Ｋ = 0.000
A₄ = 1.54951×10^-5
A₆ =-4.91310×10^-7
A₈ = 1.39082×10^-11
A₁₀= 0
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ (mm) 5.845 12.902 28.549
Ｆ_NO 2.80 3.50 4.90
２ω (°) 77.8 39.1 17.9
ｄ₆ 33.92 10.03 0.76
ｄ₁₄ 3.21 12.00 34.73
ｄ₁₆ 5.73 6.16 2.60 。

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。

次に、上記各実施例における条件式（１）〜（４）、（８）、（９）、（１１）〜（１４）の値、及び、条件式（１０）に関するＤ₁₁、Ｄ₁₂、Ｄ₃₁、Ｄ₂₂、Ｄ₂₁の値を示す。
実施例（１）（２）（３）（４）（８）（９）
１ 1.41 78.5 ° 22.6 ° 2.55 44.1 ° 57.76
２ 1.48 77.9 ° 22.5 ° 2.72 40.8 ° 46.45
３ 1.54 77.8 ° 22.7 ° 2.63 46.2 ° 57.76
４ 1.54 77.1 ° 17.8 ° 2.51 57.3 ° 57.76
５ 1.50 77.8 ° 17.9 ° 2.66 55.5 ° 57.76
。
実施例（11）（12）（13）（14）Ｄ₁₁ Ｄ₁₂ Ｄ₃₁ Ｄ₂₂ Ｄ₂₁
１ 0.81 0.35 1.37 -1.99 27.7 17.9 14.6 13.0 10.5
２ 0.81 0.36 1.38 -1.86 27.3 18.1 14.3 13.1 10.5
３ 0.78 0.32 1.23 -1.83 29.0 18.4 14.7 12.8 10.4
４ 0.72 0.26 1.25 -1.79 31.7 20.1 13.5 13.5 10.8
５ 0.77 0.26 1.25 -1.79 31.7 19.9 13.7 13.5 10.5
。

以上の実施例１〜５において、フォーカシングは第３レンズ群Ｇ３の物体側への繰り出しで行っている。

さて、以上のような本発明のズーム光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話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１１〜図１３は、本発明によるズーム光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図１１はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１２は同後方正面図、図１３はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な透視平面図である。ただし、図１１と図１３においては、撮影光学系４１の非沈胴時を示している。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７、焦点距離変更ボタン６１、設定変更スイッチ６２等を含み、撮影光学系４１の沈胴時には、カバー６０をスライドすることにより、撮影光学系４１とファインダー光学系４３とフラッシュ４６はそのカバー６０で覆われる。そして、カバー６０を開いてカメラ４０を撮影状態に設定すると、撮影光学系４１は図１３の非沈胴状態になり、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のズーム光学系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、ＩＲカットコートを施したローパスフィルターＬＦとカバーガラスＣＧを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１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４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２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５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピー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、ＣＣＤ４９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４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。ファインダー用対物光学系５３は、複数のレンズ群（図の場合は３群）と２つのプリズムからなり、撮影光学系４１のズーム光学系に連動して焦点距離が変化するズーム光学系からなり、このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材である正立プリズム５５の視野枠５７上に形成される。この正立プリズム５５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５９が配置されている。なお、接眼光学系５９の射出側にカバー部材５０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４０は、撮影光学系４１が高性能で小型で沈胴収納が可能であるあるので、高性能・小型化が実現できる。

次に、本発明のズーム光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図１４〜図１６に示される。図１４はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１５はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１６は図１４の状態の側面図である。図１４〜図１６に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。

この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明によるズーム光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。

ここで、撮像素子チップ１６２上には光学的ローパスフィルターＦが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。なお、鏡枠１１３中のズーム光学系の駆動機構は図示を省いてある。

撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図１４には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。

次に、本発明のズーム光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１７に示される。図１７（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１７（ｂ）は側面図、図１７（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明によるズーム光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。

撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。

本発明のズーム光学系の実施例１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。実施例２のズーム光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例３のズーム光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例４のズーム光学系の図１と同様のレンズ断面図である。実施例５のズーム光学系の図１と同様のレンズ断面図である。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。本発明によるズーム光学系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。図１１のデジタルカメラの後方斜視図である。図１１のデジタルカメラの断面図である。本発明によるズーム光学系を対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。パソコンの撮影光学系の断面図である。図１４の状態の側面図である。本発明によるズーム光学系を対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、その撮影光学系の断面図（ｃ）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
Ｓ…開口絞り
ＬＦ…ローパスフィルター
ＣＧ…カバーガラス
Ｉ…像面
Ｅ…観察者眼球
Ｆ…光学的ローパスフィルター
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…正立プリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
６０…カバー
６１…焦点距離変更ボタン
６２…設定変更スイッチ
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路

Claims

ズーム光学系及びそのズーム光学系により形成される像面側に配された撮像素子とを有する撮像装置において、前記ズーム光学系は、物体側より順に、全体として負の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群とを有し、前記第１レンズ群は、少なくとも１面の非球面を含む負の単レンズと、正の単レンズを含み、前記負の単レンズと前記正の単レンズの間に空気間隔が配され、前記第２レンズ群は、物体側より順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、正レンズからなり、少なくとも１面の非球面を有し、前記各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行い、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像装置。
１．１＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜２．２・・・（１）
７０°＜２ω_W＜８５° ・・・（２）
１５°＜２ω_T＜２４° ・・・（３）
１．５＜（Ｒ _b ＋Ｒ _a ）／（Ｒ _b −Ｒ _a ）＜３・・・（４）
０．２２＜Ｒ _2FR ／ｆ _T ＜０．４０・・・（１２）
ただし、ｆ_W：条件式（２）を満たす広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ_T：条件式（３）を満たす望遠端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離、
ω_W：広角端における最大撮像半画角、
ω_T：望遠端における最大撮像半画角、
Ｒ _a ：第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の光軸上曲率半径、
Ｒ _b ：第２レンズ群の最も物体側のレンズの像面側の光軸上曲率半径、
Ｒ _2FR ：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。
ズーム光学系及びそのズーム光学系により形成される像面側に配された撮像素子とを有する撮像装置において、前記ズーム光学系は、物体側より順に、全体として負の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群とからなり、前記第１レンズ群は、物体側より順に、負の単レンズと、非球面を含む負の単レンズと、正の単レンズとからなり、前記負の単レンズと前記正の単レンズの間に空気間隔が配され、前記第２レンズ群は、物体側より順に、正レンズ、正レンズと負レンズの接合レ
ンズ、正レンズからなり、少なくとも１面の非球面を有し、前記第３レンズ群は正の単レンズからなり、前記各レンズ群の間隔を変えることによって変倍を行い、以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像装置。
１．１＜｜ｆ₁｜/ √（ｆ_W・ｆ_T）＜２．２・・・（１）
７０°＜２ω_W＜８５° ・・・（２）
１５°＜２ω_T＜２４° ・・・（３）
１．５＜（Ｒ_b＋Ｒ_a）／（Ｒ_b−Ｒ_a）＜３・・・（４）
０．６＜Ｒ_2FR／Ｒ_2FF＜１．０・・・（１１）
０．２２＜Ｒ _2FR ／ｆ _T ＜０．４０・・・（１２）
ただし、ｆ_W：条件式（２）を満たす広角端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ_T：条件式（３）を満たす望遠端におけるズーム光学系全系の焦点距離、
ｆ₁：第１レンズ群の焦点距離、
ω_W：広角端における最大撮像半画角、
ω_T：望遠端における最大撮像半画角、
Ｒ_a：第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側の光軸上曲率半径、
Ｒ_b：第２レンズ群の最も物体側のレンズの像面側の光軸上曲率半径、
Ｒ_2FF：第２レンズ群の接合レンズの最も物体側の面の光軸上曲率半径、
Ｒ_2FR：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。
前記第１レンズ群の全ての屈折面及び少なくとも前記第２レンズ群の最も像側の面以外の屈折面は、物体側に凸であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の撮像装置。
ν_pi≦ν_pi+1 （ｉ＝１，２）・・・（５）
ただし、ν_pi：物体側よりｉ番目の正レンズのアッベ数、
である。
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の撮像装置。
ν_pi≦ν_pi+1 （ｉ＝１，２，３）・・・（６）
ただし、ν_pi：物体側よりｉ番目の正レンズのアッベ数、
である。
レンズ系全体の負レンズの枚数をｍ枚とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の撮像装置。
ｎ_ni≦ｎ_ni+1 （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）・・・（７）
ただし、ｎ_ni：物体側よりｉ番目の負レンズの屈折率、
である。
前記第１レンズ群は、物体側より順に、メニスカス形状の第１負レンズ、メニスカス形状の第２負レンズ、メニスカス形状の第３正レンズの３枚からなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の撮像装置。
前記第２負レンズは非球面レンズであることを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
前記第２負レンズは像面側が非球面であり、その非球面は以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
３８°＜θ＜６４° ・・・（８）
ただし、θ：第２負レンズの像面側の非球面の有効光束の範囲での面の法線が光軸となす角の最大値、
である。
前記第２レンズ群の像側に第３レンズ群を有し、前記第３レンズ群は１枚の正レンズからなり、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の撮像装置。
ν_p5−ν_p1＞４０・・・（９）
ただし、ν_p1：第１レンズ群の正の単レンズのアッベ数、ν_p5は第３レンズ群の正レンズのアッベ数、
である。
前記第１レンズ群の全ての負レンズは、物体側の面がマルチコートであり、像側の面が単層コートであることを特徴とする請求項７から９の何れか１項記載の撮像装置。
下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項記載の撮像装置。
Ｄ₁₁＞Ｄ₁₂＞Ｄ₃₁＞Ｄ₂₂＞Ｄ₂₁ ・・・（１０）
ただし、Ｄ₁₁：第１レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₁₂：第１レンズ群の最像側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₃₁：第３レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₂₂：第２レンズ群の最像側面の全変倍域における最大有効径、
Ｄ₂₁：第２レンズ群の最物体側面の全変倍域における最大有効径、
である。
前記第２レンズ群の像側に第３レンズ群を有し、前記第３レンズ群を移動することにより合焦を行うことを特徴とする請求項１から１２の何れか１項記載の撮像装置。
前記第２レンズ群の最も物体側のレンズは、最も物体側の面に非球面を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項記載の撮像装置。
開口絞りを第２レンズ群と一体に構成したことを特徴とする請求項１から１４の何れか１項記載の撮像装置。
前記第２レンズ群の前記接合レンズは以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１５の何れか１項記載の撮像装置。
０．６＜Ｒ_2FR／Ｒ_2FF＜１．０・・・（１１）
ただし、Ｒ_2FF：第２レンズ群の接合レンズの最も物体側の面の光軸上曲率半径、
Ｒ_2FR：第２レンズ群の接合レンズの最も像側の面の光軸上曲率半径、
である。
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１６の何れか１項記載の撮像装置。
−２．５＜ｄ_W／ｆ₁＜−１．０・・・（１４）
ただし、ｄ_W：広角端における第１レンズ群の最も像側の面から第２レンズ群の最も物体側の面までの距離、
である。
撮像素子として電子撮像素子を有することを特徴とする請求項１から１７の何れか１項記載の撮像装置。
前記ズーム光学系とは別の光路上に、被写体を観察するためのファインダー光学系を備えること特徴とする請求項１から１８の何れか１項記載の撮像装置。