JP2012093717A - 変倍光学系、及び撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化かつ小型化設計に好適な変倍光学系を提供すること。
【解決手段】物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズを有する負の第一のレンズ群、正レンズ、負レンズを有する正の第二のレンズ群、正の第三のレンズ群を有し、撮像面に対して位置が固定されている第一のレンズ群中に光路を折り曲げる第一の偏向光学素子が配置され、第二のレンズ群、第三のレンズ群の少なくとも一方を移動させて変倍又は合焦を行う変倍光学系を、所定の条件を満たすように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被写体を撮影するための変倍光学系、及び該変倍光学系を有する撮影装置に関する。

近年、ズーム機能を備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、撮像モジュールを搭載したデジタル機器、例えば携帯電話端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ＰＮＤ（Portable Navigation Device）、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）、携帯ゲーム機、ノートＰＣ等が広く普及している。この種のカメラ又はデジタル機器に搭載される変倍光学系は、携帯性やデザインの自由度を高めるため、薄型かつ小型であることが望ましい。

特許文献１には、負、正、正の３つのレンズ群からなる沈胴タイプの変倍光学系が記載されている。特許文献１に記載の変倍光学系は、全てのレンズ群が一方向に並ぶため、厚み方向の寸法を抑えることが難しく薄型設計に不向きである。

特許文献２には、第一レンズ群内に直角プリズムを配置して光路を折り曲げた変倍光学系が記載されている。特許文献２に記載の変倍光学系は、光路を折り曲げたいわゆる屈曲光学系であり、薄型化を試みた設計となっている。直角プリズムの直後には、合焦時に移動する負のレンズ群が配置されている。直角プリズムと負のレンズ群との間隔は、近距離撮影時の繰り出し移動量や機械的干渉を避けるためのクリアランスを考慮して広く設計されている。しかし、直角プリズムの射出面と負のレンズ群との間隔を離すほど遠距離撮影時に画面周辺に向かう直角プリズム内の光線の通過位置が高くなる（光軸から離れる）。そのため、寸法の大きい直角プリズムを選択する必要があり、薄型設計に不利である。

特許文献３には、撮像チップ直前にも直角プリズムを配置した変倍光学系が記載されている。特許文献３に記載の変倍光学系は、当該光学系の入射直後と射出直前の２箇所で光路を折り曲げるため、薄型化及び小型化に有利と思われる。しかし、特許文献３には、変倍光学系の概略構成しか記載されていない。すなわち、変倍光学系を薄型化及び小型化するための具体的構成が不明である。

特許第３７０９１４８号明細書 特開２００７−０５２２７３号公報 特許第４１９１５０１号明細書

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、薄型化かつ小型化設計に好適な変倍光学系、及び該変倍光学系を有する撮影装置を提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る変倍光学系は、物体側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、正のパワーを持つ第三のレンズ群を有している。第一のレンズ群は、変倍時にも合焦時にも撮像面に対して位置が固定されている。第一のレンズ群中には、光路を折り曲げる第一の偏向光学素子が配置されている。変倍又は合焦は、第二のレンズ群、第三のレンズ群の少なくとも一方を移動させることにより行われる。第一のレンズ群は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズを少なくとも有している。第二のレンズ群は、物体側から順に、正レンズ、負レンズを少なくとも有している。第三のレンズ群は、正レンズを少なくとも有している。本発明に係る変倍光学系は、短焦点距離端における第一のレンズ群の像側主点と第二のレンズ群の物体側主点との距離をｄ１２ｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における該第一のレンズ群の像側主点と該第二のレンズ群の物体側主点との距離をｄ１２ｔ（単位：ｍｍ）と定義し、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における全系の焦点距離をｆｔ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一のレンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）
2.5 < (d12w/d12t)/|√(fw × ft)/f1| < 4.0・・・（１）
を満たす。

本発明に係る変倍光学系は、第二のレンズ群内の負レンズの焦点距離をｆ２ｎ（単位：ｍｍ）と定義し、該第二のレンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（２）
0.7 <|f2n|/f2< 1.0・・・（２）
を満たす構成としてもよい。

本発明に係る変倍光学系は、第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
6 <f3/fw< 10・・・（３）
を満たす構成としてもよい。

本発明に係る変倍光学系は、第二のレンズ群内の正レンズのｄ線におけるアッベ数をＶ２ｐと定義した場合に、次の条件式（４）
V2p>70・・・（４）
を満たす構成としてもよい。

本発明に係る変倍光学系は、第一の偏向光学素子のｄ線における屈折率をＮｐと定義し、該第一の偏向光学素子の偏向面よりも物体側の部分の焦点距離をｆＬ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）
0.7 < Np/|fL1/fw| < 1.0・・・（５）
を満たす構成としてもよい。

本発明に係る変倍光学系は、第三のレンズ群を透過した光を所定位置に設置される撮像素子に向けて偏向する第二の偏向光学素子を有する構成としてもよい。

第一、第二の偏向光学素子の少なくとも一方は、プリズムとしてもよい。プリズムは、撮影装置の筐体の長手方向に光路を長く取りつつ撮像素子のセンサ面を当該方向と平行に配置して筐体の厚み方向の寸法を抑えるため、例えば光路を略９０°折り曲げることとしてもよい。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る撮影装置は、上記の変倍光学系と、結像レンズ群の結像面上にセンサ面が配置された撮像素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、薄型化かつ小型化設計に好適な変倍光学系、及び該変倍光学系を有する撮影装置が提供される。

本発明の実施形態の撮影装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態の変倍光学系の構成を変倍時の動きと併せて示す図である。 本発明の実施例１の変倍光学系及びその後段の光学素子の配置を示す光路展開図である。 本発明の実施例１の変倍光学系で発生する各種収差図である。 本発明の実施例２の変倍光学系及びその後段の光学素子の配置を示す光路展開図である。 本発明の実施例２の変倍光学系で発生する各種収差図である。 本発明の実施例３の変倍光学系及びその後段の光学素子の配置を示す光路展開図である。 本発明の実施例３の変倍光学系で発生する各種収差図である。 本発明の実施例４の変倍光学系及びその後段の光学素子の配置を示す光路展開図である。 本発明の実施例４の変倍光学系で発生する各種収差図である。 本発明の実施例５の変倍光学系及びその後段の光学素子の配置を示す光路展開図である。 本発明の実施例５の変倍光学系で発生する各種収差図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の変倍光学系を有する撮影装置について説明する。

図１は、本実施形態の撮影装置１の構成を示す図である。図１においては、図面を明瞭にする便宜上、本発明の要部でない機械構成及び回路構成については図示を省略する。本実施形態において、撮影装置１は、携帯電話端末を想定しているが、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、撮像モジュールを搭載したＰＤＡ、ＰＮＤ、ＰＨＳ、携帯ゲーム機、ノートＰＣ等の別形態の装置に置き換えてもよい。又は、この種の装置に搭載される撮影モジュール自体が撮影装置１であってもよい。

図１に示されるように、撮影装置１は、厚みＴの筐体１０を有している。図１においては、説明の便宜上、筐体１０の厚みＴ方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ軸方向（紙面と直交する方向）、Ｙ軸方向（紙面と平行な方向）と定義する。

図１の破線で囲われる領域には、変倍光学系１００が配置されている。変倍光学系１００は、撮影装置１の厚みＴ（Ｚ軸方向）を薄くするため、Ｙ軸方向に光路が長く取られた屈曲光学系である。変倍光学系１００は、撮影画角内の被写体の画像データを得るため、被写体からの光を樹脂パッケージ２０内にパッケージされた撮像チップのセンサ面上に結像させる。撮像チップは、センサ面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して撮像信号に変換して、図示省略された画像処理エンジンに出力する。画像処理エンジンは、撮像信号を処理して画像を生成して表示画面に出力したり記録メディアに保存したりする。撮像チップには、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサチップやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサチップが想定される。

図２は、本発明の実施形態の変倍光学系１００の構成を変倍時の動きと併せて示す図である。図２に示されるように、変倍光学系１００は、物体側から順に、負の第一のレンズ群Ｇ１、正の第二のレンズ群Ｇ２、正の第三のレンズ群Ｇ３を有している。変倍光学系１００は、短焦点距離端から長焦点距離端に変倍するに際して、第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３が移動する。第一のレンズ群Ｇ１は倍率に拘わらず不動である。具体的には、第二のレンズ群Ｇ２は、短焦点距離端から長焦点距離端に変倍する間、光軸ＡＸ方向を物体側に単調に移動する。第三のレンズ群Ｇ３は、短焦点距離端から中間焦点距離にかけて光軸ＡＸ方向を像側に移動する。第三のレンズ群Ｇ３は、中間焦点距離から長焦点距離端にかけては反転して光軸ＡＸ方向を物体側に移動する。合焦は、第三のレンズ群Ｇ３のみを動かすことにより行われる。

第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との間には絞りＳが配置されている。絞りＳは、第二のレンズ群Ｇ２と一体に移動する。変倍光学系１００の後段には、偏向プリズム３０、樹脂パッケージ２０が順に配置されている。偏向プリズム３０は、例えば光路を９０°折り曲げる直角プリズムである。図２においては、説明の便宜上、樹脂パッケージ２０に代えて、カバーガラス２２とセンサ面２４を示している。カバーガラス２２は、樹脂パッケージ２０に接着された撮像チップを封止している。撮像チップのセンサ面２４は、変倍光学系１００の結像面上に配置されている。

第一のレンズ群Ｇ１は、負のパワーを持つレンズ群である。第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負レンズＬ１、偏向プリズムＰ、負レンズＬ２、正レンズＬ３を少なくとも有している。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３は何れも、正のパワーを持つレンズ群である。第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ４、負レンズＬ５を少なくとも有している。第三のレンズ群Ｇ３は、正レンズＬ６を少なくとも有している。各レンズ群の説明において「少なくとも有している」と記載したのは、本発明の技術的思想の範囲において、別の光学素子を追加配置する構成例もあり得るからである。

第三のレンズ群Ｇ３は、合焦動作時の機械的負担を軽減するため、単レンズで構成して軽量化するのが好ましい。第三のレンズ群Ｇ３を構成する単レンズには、例えば像側に凸面を向けた平凸又は両凸の正レンズが想定される。

偏向プリズムＰは、例えば光路を９０°折り曲げる直角プリズムである。そのため、負レンズＬ１に入射したＺ軸方向の光は、偏向プリズムＰでＹ軸方向に折り曲げられた後、負レンズＬ２、正レンズＬ３、正レンズＬ４、負レンズＬ５、正レンズＬ６を順に透過する。正レンズＬ６を透過した光は、偏向プリズム３０で再度Ｚ軸方向に折り曲げられて、カバーガラス２２を透過してセンサ面２４の有効画素領域に入射する。

撮像チップは、偏向プリズム３０でＺ軸方向に折り曲げられた光をセンサ面２４の有効画素領域に正対して入射させるため、センサ面２４がＸＹ平面と平行に配置されている。センサ面方向に寸法の大きい撮像チップをこのように配置することにより、変倍光学系１００と撮像チップ（樹脂パッケージ２０）とからなるブロックのＺ軸方向の寸法ｔが抑えられる。その結果、筐体１０の厚みＴが抑えられて、撮影装置１が薄型化する。また、変倍光学系１００は、構成レンズが二方向（Ｚ軸方向又はＹ軸方向）に並ぶため、全長（Ｙ軸方向）が短くなり、撮影装置１の小型設計に有利である。

変倍光学系１００は、良好な光学性能を維持しつつ構成レンズの大型化又はレンズ厚の増加を抑えるため、短焦点距離端における第一のレンズ群Ｇ１の像側主点と第二のレンズ群Ｇ２の物体側主点との距離をｄ１２ｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における第一のレンズ群Ｇ１の像側主点と第二のレンズ群Ｇ２の物体側主点との距離をｄ１２ｔ（単位：ｍｍ）と定義し、短焦点距離端における変倍光学系１００の全系の焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における全系の焦点距離をｆｔ（単位：ｍｍ）と定義し、第一のレンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）
2.5 < (d12w/d12t)/|√(fw × ft)/f1| < 4.0・・・（１）
を満たすように構成されている。

条件式（１）の上限を上回ると、変倍時における第二のレンズ群Ｇ２の移動距離が長くなり、センサ面２４の有効画素領域周辺に向かう光線がけられて周辺光量が低下する。周辺光量の低下を抑えるには、第一のレンズ群Ｇ１又は第二のレンズ群Ｇ２の径を大きく設計して周辺光線を取り込む必要がある。そのため、変倍光学系１００の薄型化及び小型化設計が難しい。条件式（１）の下限を下回ると、変倍光学系１００の各レンズ群の屈折力が高くなり、収差の発生が大きい。収差を補正するためにはレンズ枚数を増やす必要があるため、変倍光学系１００の薄型化及び小型化設計に不利である。

変倍光学系１００は、第二のレンズ群Ｇ２内の負レンズ（図２の例では負レンズＬ５）の焦点距離をｆ２ｎ（単位：ｍｍ）と定義し、第二のレンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（２）
0.7 <|f2n|/f2< 1.0・・・（２）
を満たす構成としてもよい。

条件式（２）は、変倍域全域に亘って球面収差及びコマ収差を良好に補正すると共に、センサ面２４の有効画素領域周辺に向かう光線の像面入射角を垂直に近付けて変倍光学系１００の最終レンズ面と像面との間のスペース（バックフォーカス）を確保するための条件式である。条件式（２）が満たされると、偏向プリズム３０を配置するのに十分なバックフォーカスが確保される。条件式（２）の上限を上回ると、第二のレンズ群Ｇ２の負レンズＬ５の屈折力が小さすぎて、バックフォーカスを確保するのが難しい。条件式（２）の下限を下回ると、ペッツバール和が負に大きくなりすぎて像面湾曲がオーバーに強く発生するため、その補正が困難であるうえに、第二のレンズ群Ｇ２の曲率半径が小さくなり、軸外光束の上下それぞれのマージナル光線の入射角差が大きくなる。そのため、軸外コマ収差が大きく発生する。

変倍光学系１００は、第三のレンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
6 <f3/fw< 10・・・（３）
を満たす構成としてもよい。

条件式（３）は、変倍域全域に亘って像面湾曲及び非点収差を良好に補正すると共にバックフォーカスを確保するための条件式である。条件式（３）の上限を上回ると、第三のレンズ群Ｇ３の屈折力が弱すぎて変倍時又は合焦時の第三のレンズ群Ｇ３の移動量が長くなり、変倍光学系１００の薄型化及び小型化設計に不利である。また、フィールドレンズとしての効果が弱まるため、センサ面２４の有効画素領域周辺に向かう光線の像面入射角度がきつくなる。取り込み角を超える光線はセンサ面２４上に結像しないため、コントラスト低下などの問題が生じる。条件式（３）の下限を下回ると、第三のレンズ群Ｇ３の屈折力が強すぎて像面湾曲がアンダーに強く発生するため、その補正が困難である。また、倍率色収差が広い変倍域に亘り大きくなる。バックフォーカスが短くなるため、偏向プリズム３０を配置するのが難しいという問題もある。

変倍光学系１００は、色収差を良好に補正するため、第二のレンズ群Ｇ２内の正レンズ（図２の例では正レンズＬ４）のｄ線におけるアッベ数をＶ２ｐと定義した場合に、次の条件式（４）
V2p>70・・・（４）
を満たす構成としてもよい。

条件式（４）の下限を下回ると、第二のレンズ群Ｇ２において色収差が大きく発生するため、変倍に伴う色収差の変動を補正するのが難しい。

変倍光学系１００は、第一のレンズ群Ｇ１内の偏向プリズム（図２の例では偏向プリズムＰ）のｄ線における屈折率をＮｐと定義し、第一のレンズ群Ｇ１内の反射面（図２の例では偏向プリズムＰの反射面）よりも物体側の部分の焦点距離をｆＬ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）
0.7 < Np/|fL1/fw| < 1.0・・・（５）
を満たす構成としてもよい。

条件式（５）が満たされると、収差の悪化を抑えつつ正規光が反射面上で全反射するため、反射面上へのミラー蒸着が不要になる。そのため、良好な光学性能を保ちつつミラー蒸着を原因とした迷光の発生が有効に避けられる。条件式（５）の上限を上回ると、アッベ数の値が大きい材料を選択するのが難しいため、倍率色収差の悪化が問題となる。また、第一のレンズ群Ｇ１の屈折力が強すぎて倍率色収差及び歪曲収差が悪化するという問題も指摘される。条件式（５）の下限を下回ると、反射面上で正規光を高効率で全反射させることができない。そのため、反射面上にミラー蒸着などの処理を施す必要がある。しかし、ミラー蒸着を施すと、正規結像に関与しない光線が反射面に対して臨界角より狭い角で入射した場合でも反射する場合があり、ゴーストやフレアとして画面に現れる虞がある。

変倍光学系１００には、良好な光学性能を維持しつつ薄型化及び小型化を達成するため、非球面形状を有するレンズが含まれていてもよい。非球面の形状は、光軸からの高さがｈ（単位：ｍｍ）となる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＳＡＧと定義し、非球面の光軸上での曲率を１／ｒ（但し、ｒ（単位：ｍｍ）は曲率半径）と定義し、円錐係数をκと定義し、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ_４、Ａ_６、・・・と定義した場合に、次の式で表される。非球面レンズを採用することにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。また、例えば第三のレンズ群Ｇ３に非球面を採用すると、短焦点距離端での画面周辺性能や最短撮影距離を短くしたときの接写性能がより一層向上する。

次に、これまで説明した撮影装置１に組み込まれる変倍光学系１００の具体的数値実施例を５例説明する。

図３は、本発明の実施例１の変倍光学系１００及びその後段の光学素子（以下、説明の便宜上、「第四群Ｇ４」と記す。）の配置を光路を展開して示す図である。図３（ａ）は、変倍位置が長焦点距離端にあるときのレンズ配置を示し、図３（ｂ）は、変倍位置が短焦点距離端にあるときのレンズ配置を示す。図３に示されるように、本実施例１の第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、非球面加工された凹面を像側に向けた平凹の負レンズＬ１、偏向プリズムＰ、両凹の負レンズＬ２、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を有している。本実施例１の第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ４、両凹の負レンズＬ５を有している。本実施例１の第三のレンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた平凸の正レンズＬ６を有している。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３の各レンズ面は、非球面形状を有している。

本実施例１の変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の具体的数値構成（設計値）は、表１に示される。表１において、Ｒ（単位：ｍｍ）は光学部材の各面の曲率半径を、Ｄ（単位：ｍｍ）は光軸ＡＸ上の光学部材厚又は光学部材間隔を、Ｎｄはｄ線（波長５８８ｎｍ）の屈折率を、νｄはｄ線のアッベ数を、それぞれ示す。

表２は、本実施例１の変倍光学系１００において変倍位置に応じて変化する値を示す。具体的には、全系の焦点距離（単位：ｍｍ）、Ｆナンバー、半画角（単位：ｄｅｇ）、群間隔Ｄ８（単位：ｍｍ）、群間隔Ｄ１２（単位：ｍｍ）、群間隔Ｄ１４（単位：ｍｍ）が示される。群間隔Ｄ８は、第一のレンズ群Ｇ１と第二のレンズ群Ｇ２との群間隔である。群間隔Ｄ１２は、第二のレンズ群Ｇ２と第三のレンズ群Ｇ３との群間隔である。群間隔Ｄ１４は、第三のレンズ群Ｇ３と第四群Ｇ４との群間隔である。表２中、左側から順に、変倍位置が短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端にあるときの値である。

変倍光学系１００の各非球面形状は、球面収差やコマ収差等の諸収差を良好に補正するように設計されている。本実施例１の各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表３に示される。各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

図４は、本実施例１の変倍光学系１００で発生する各種収差図である。図４（ａ）は、変倍位置が長焦点距離端にあるときの収差図を示し、図４（ｂ）は、変倍位置が短焦点距離端にあるときの収差図を示す。図４（ａ）、（ｂ）中、グラフＡは、ｄ線（実線）、ｇ線（点線）、Ｃ線（一点鎖線）での球面収差及び色収差を示す。図４（ａ）、（ｂ）中、グラフＢは、非点収差を示す。グラフＢ中、実線はサジタル成分を、点線はメリディオナル成分を、それぞれ示す。グラフＣは、歪曲収差を示す。グラフＡ、Ｂの縦軸は像高を、横軸は収差量を、それぞれ示す。グラフＣの縦軸は像高を、横軸は歪曲率を、それぞれ示す。なお、本実施例１の各表又は各図面についての説明は、以降の各数値実施例で提示される各表又は各図面においても適用する。

図５（ａ）、（ｂ）それぞれは、本発明の実施例２において変倍位置が長焦点距離端、短焦点距離端にあるときの変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の配置を光路を展開して示す図である。図６は、本実施例２の変倍光学系１００で発生する各種収差図である。図５に示されるように、本実施例２の第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズＬ１、偏向プリズムＰ、両凹の負レンズＬ２、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３を有している。本実施例２の第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５を有している。本実施例２の第三のレンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた平凸の正レンズＬ６を有している。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３の各レンズ面は、非球面形状を有している。

本実施例２の変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の具体的数値構成（設計値）は、表４に示される。本実施例２の変倍光学系１００において変倍位置に応じて変化する値は、表５に示される。本実施例２の各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表６に示される。

図７（ａ）、（ｂ）それぞれは、本発明の実施例３において変倍位置が長焦点距離端、短焦点距離端にあるときの変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の配置を光路を展開して示す図である。図８は、本実施例３の変倍光学系１００で発生する各種収差図である。図７に示されるように、本実施例３の第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹の負レンズＬ１、偏向プリズムＰ、物体側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズＬ２、正メニスカスレンズＬ３を有している。本実施例３の第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５を有している。本実施例３の第三のレンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた平凸の正レンズＬ６を有している。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３の各レンズ面は、非球面形状を有している。

本実施例３の変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の具体的数値構成（設計値）は、表７に示される。本実施例３の変倍光学系１００において変倍位置に応じて変化する値は、表８に示される。本実施例３の各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表９に示される。

図９（ａ）、（ｂ）それぞれは、本発明の実施例４において変倍位置が長焦点距離端、短焦点距離端にあるときの変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の配置を光路を展開して示す図である。図１０は、本実施例４の変倍光学系１００で発生する各種収差図である。図９に示されるように、本実施例４の第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、非球面加工された凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズＬ１、偏向プリズムＰ、両凹の負レンズＬ２、両凸の正レンズＬ３を有している。本実施例４の第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ４、両凹の負レンズＬ５を有している。本実施例４の第三のレンズ群Ｇ３は、像側に凸面を向けた平凸の正レンズＬ６を有している。

本実施例４の変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の具体的数値構成（設計値）は、表１０に示される。本実施例４の変倍光学系１００において変倍位置に応じて変化する値は、表１１に示される。本実施例４の各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表１２に示される。

図１１（ａ）、（ｂ）それぞれは、本発明の実施例５において変倍位置が長焦点距離端、短焦点距離端にあるときの変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の配置を光路を展開して示す図である。図１２は、本実施例５の変倍光学系１００で発生する各種収差図である。図１１に示されるように、本実施例５の第一のレンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、偏向プリズムＰ、物体側に凸面を向けた両面非球面の負メニスカスレンズＬ２、正メニスカスレンズＬ３を有している。本実施例５の第二のレンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ４、両凹の負レンズＬ５を有している。本実施例５の第三のレンズ群Ｇ３は、両凸の正レンズＬ６を有している。第二のレンズ群Ｇ２、第三のレンズ群Ｇ３の各レンズ面は、非球面形状を有している。

本実施例５の変倍光学系１００及び第四群Ｇ４の具体的数値構成（設計値）は、表１３に示される。本実施例５の変倍光学系１００において変倍位置に応じて変化する値は、表１４に示される。本実施例５の各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数Ａ_４、Ａ_６、・・・は、表１５に示される。

表１６は、本実施例１〜５において条件式（１）〜（５）を適用したときに算出される値の一覧表である。表１６に示されるように、本実施例１〜５の変倍光学系１００は、条件式（１）〜（５）を全て満たす。そのため、本実施例１〜５の変倍光学系１００は、薄型かつ小型でありつつも、各種収差図に示されるように長焦点距離端、短焦点距離端の何れにおいても諸収差が良好に補正されている。変倍光学系１００を薄型かつ小型にすることで、撮影装置１の携帯性やデザインの自由度が高まる。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば偏向プリズムＰ、３０の少なくとも一方は、光路を折り曲げる反射ミラーであってもよい。また、偏向プリズムＰは、負レンズＬ１とＬ２との間以外の位置に配置されてもよい。偏向プリズムＰは、例えば変倍時も合焦時も位置が固定されている第一のレンズ群Ｇ１中の別の位置に配置されてもよい。また、偏向プリズムＰ、３０の少なくとも一方は、光路を略９０°折り曲げるプリズムに限らず、別の角度で折り曲げる構成としてもよい。

１ 撮影装置
１０ 筐体
１００ 変倍光学系

Claims (10)

1. 物体側から順に、負のパワーを持つ第一のレンズ群、正のパワーを持つ第二のレンズ群、正のパワーを持つ第三のレンズ群を有し、撮像面に対して位置が固定されている該第一のレンズ群中に光路を折り曲げる第一の偏向光学素子が配置され、該第二のレンズ群、該第三のレンズ群の少なくとも一方を移動させて変倍又は合焦を行う変倍光学系であって、
   前記第一のレンズ群は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、正レンズを少なくとも有し、
   前記第二のレンズ群は、物体側から順に、正レンズ、負レンズを少なくとも有し、
   前記第三のレンズ群は、正レンズを少なくとも有し、
   短焦点距離端における前記第一のレンズ群の像側主点と前記第二のレンズ群の物体側主点との距離をｄ１２ｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における該第一のレンズ群の像側主点と該第二のレンズ群の物体側主点との距離をｄ１２ｔ（単位：ｍｍ）と定義し、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ（単位：ｍｍ）と定義し、長焦点距離端における全系の焦点距離をｆｔ（単位：ｍｍ）と定義し、該第一のレンズ群の焦点距離をｆ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（１）
   2.5 < (d12w/d12t)/|√(fw × ft)/f1| < 4.0・・・（１）
   を満たすことを特徴とする変倍光学系。
2. 前記第二のレンズ群内の負レンズの焦点距離をｆ２ｎ（単位：ｍｍ）と定義し、該第二のレンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（２）
   0.7 <|f2n|/f2< 1.0・・・（２）
   を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の変倍光学系。
3. 前記第三のレンズ群の焦点距離をｆ３（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（３）
   6 <f3/fw< 10・・・（３）
   を満たすことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の変倍光学系。
4. 前記第二のレンズ群内の正レンズのｄ線におけるアッベ数をＶ２ｐと定義した場合に、次の条件式（４）
   V2p>70・・・（４）
   を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の変倍光学系。
5. 前記第一の偏向光学素子のｄ線における屈折率をＮｐと定義し、該第一の偏向光学素子の偏向面よりも物体側の部分の焦点距離をｆＬ１（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次の条件式（５）
   0.7 < Np/|fL1/fw| < 1.0・・・（５）
   を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の変倍光学系。
6. 前記第一の偏向光学素子は、プリズムであることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の変倍光学系。
7. 前記第三のレンズ群を透過した光を所定位置に設置される撮像素子に向けて偏向する第二の偏向光学素子を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の変倍光学系。
8. 前記第二の偏向光学素子は、プリズムであることを特徴とする、請求項７に記載の変倍光学系。
9. 前記プリズムは、光路を略９０°折り曲げることを特徴とする、請求項６を引用する請求項７又は請求項８に記載の変倍光学系、若しくは請求項８に記載の変倍光学系。
10. 請求項１から請求項９の何れか一項に記載の変倍光学系と、
    前記変倍光学系の結像面上にセンサ面が配置された撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮影装置。

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