JP4803952B2 - 電子撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズを有する電子撮像装置に関し、特にズームレンズ等の光学系部分の工夫により奥行き方向の薄型化を実現した、ビデオカメラやデジタルカメラを始めとする電子撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
本発明においては、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ビデオカメラ、デジタルカメラを実現する技術を提供することをねらっている。
【０００３】
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。
沈胴式鏡筒を採用して効果的に薄型化できる可能性を有する光学系の例としては、特許文献１、２、３等に記載のものがある。これらは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１群と、正の屈折力を有する第２群を有し、第１群、第２群共に変倍時には移動する。
【０００４】
【特許文献】
特許文献１：特開平１１−９４２７４号公報
特許文献２：特開平１１−２８７９５３号公報
特許文献３：特開２０００−９９９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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掛かり使い勝手上好ましくない。また、最も物体側のレンズ群を可動とすると、防水・防塵上好ましくない。
【０００６】
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る。その目的は、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）を反射光学素子で折り曲げる構成がとりやすく、ズーム比、画角、Ｆ値、少ない収差など高い光学仕様性能を有するズームレンズを有する電子撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の第１の発明による電子撮像装置は、物体側より順に、物体側より入射する光路を折り曲げるための反射面を持つ反射部材を含む負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、第４レンズ群からなる変倍撮影光学系を備えた電子撮像装置であって、次の条件式（１）、（２）及び（１０）を満足することを特徴とする電子撮像装置。
−１．７５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −０．８ （１）
６ ＜ ｆ４／ｆｗ ＜ ４０ （２）
−０．６ ＜ ｆ１／ｆＴ ＜ −０．４５ （１０）
ただし、ｆ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆｗは前記変倍撮影光学系の広角端の焦点距離、ｆ４は前記第４レンズ群の焦点距離、ｆＴは前記変倍撮影光学系の望遠端の焦点距離である。
レンズ系入射面を物体側に向けてなおかつ光学系の奥行きを薄くするには、光路の折り曲げを変倍撮影光学系の出来るだけ物体側の位置で、しかも、光線高が低い場所で行うことが望ましい。また、折り曲げ部近傍での結像に寄与する全ての光線高が低いことが良いことを考えると、折り曲げ部の存在する第１レンズ群を負にすることが良い。そして、第１レンズ群よりも像側に正の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群を配することで、正の屈折力を分割し、全体をレトロフォーカスタイプにすることで収差を抑えて広画角化が行なえる。
また、上記条件式（１）について、反射部材の硝路長をある程度長く確保するためには、負の屈折力をもつ第１レンズ群の屈折力を条件式（１）のように適切に配置する必要がある。この条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群の屈折力が強まり反射部材の硝路長の確保には有利であるが、広角端での収差補正が困難となる。一方、この条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群の屈折力が弱まり、反射部材の硝路長を確保するのが困難となる。
また、全系での収差補正を良好にするためには、最も像側のレンズ群の屈折力を上記条件式（２）のように適切に配置すると好ましい。この条件式（２）の下限値を下回ると、最も像側のレンズ群の屈折力が強まり、このレンズ群で大きな収差が発生するためレンズ全系での収差補正には有利であるが、偏心に対する収差劣化が大きくなる。一方、この条件式（２）の上限値を上回ると、最も像側のレンズ群の屈折力が弱まり、このレンズ群で発生する収差が小さくなるため、レンズ全系での収差補正が困難となる。
さらに、条件式（１０）を満足すると、反射部材の硝路長の確保と収差補正のバランスがよりとりやすくなり、光路長の確保と収差補正のバランスがよりとりやすくなる。
【０００８】
本願の第２の発明による電子撮像装置は、上記本願の第１の発明の電子撮像装置において、前記反射面よりも物体側に、負の屈折力を持つレンズを有することを特徴とする。
このように構成すると、撮影光学系全体のレトロフォーカス作用をより強くできるので、反射面を大きくすることなく広画角化が行なえる。
【０００９】
また、本願の第３の発明による電子撮像装置は、さらに、上記本願の第１又は第２の発明において、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、光軸上を可動であることを特徴とする。
このように構成すると、ズームやフォーカス駆動を行なえるが、群移動は折り曲げ位置よりも像側となるためレンズ全長の増大化を抑えることができる。
【００１０】
また、本願の第４の発明による電子撮像装置は、上記第３の発明の電子撮像装置において、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、光軸上を異なる軌跡で移動し変倍を行なうことを特徴とする。
このように構成すると、主として全体の変倍群が反射面以降となるので、光学系自体の厚さの増大化を抑えることができる。
【００１１】
また、本願の第５の発明による電子撮像装置は、上記第４の発明の電子撮像装置において、前記第１レンズ群が、変倍時に固定であることを特徴とする。
このように構成すると、変倍時にレンズ全長を一定に保つことが可能となる。さらに、変倍の分担を２つの正レンズ群に分担させることで、広角端から望遠端までレンズ全長を一定に保った変倍を可能としている。
【００１２】
また、本願の第６の発明による電子撮像装置は、上記第５の発明の電子撮像装置において、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、前記変倍撮影光学系の広角端よりも望遠端で物体側に位置することを特徴とする。
このように構成すると、双方のレンズにて変倍作用を分担でき高変倍比化に有利となる。
【００１３】
また、本願の第７の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至６の何れかの発明の電子撮像装置において、最も物体側の光学素子が、少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする。
レンズ全長を短縮化しようとすると、負の第１レンズ群の屈折力が強くなり収差補正が困難となる。そこで、収差補正を良好に行うために、このように負レンズ群の少なくとも一面に非球面を用いることが好ましい。特に、軸外光線が高い最も物体側の光学素子に非球面を用いることで、像面湾曲、歪曲収差を良好に補正し、全系の収差補正を良好に行うことができる。
【００１４】
また、本願の第８の発明による電子撮像装置は、上記第７の発明の電子撮像装置において、前記光学素子が、プラスチック材料により構成されていることを特徴とする。
このように構成すると、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、本願の第９の発明の電子撮像装置は、上記第１乃至８の発明の何れかの電子撮像装置において、前記変倍撮影光学系に含まれる各々のレンズの光軸上の肉厚が、撮像面の対角長の１／７以上であることを特徴とする。
このように構成すると、各レンズの縁肉厚を確保でき、良好に生産性の安定化を図ることができる。
【００１６】
また、本願の第１０の発明による電子撮像装置は、上記第９の発明の電子撮像装置において、前記変倍撮影光学系に含まれる各々のレンズの光軸上の肉厚が、撮像面の対角長の１／６以上であることを特徴とする。
このように構成すると、より一層良好に生産性の安定化を図ることができる。
【００１７】
また、本願の第１１の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１０の何れかの電子撮像装置において、前記第４レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズ１枚から構成されていることを特徴とする。
このように構成すると、第４レンズ群において、第４レンズ群よりも物体側にて発生する収差を打ち消しあい、全系での収差補正を良好にすることができる。
【００１８】
また、本願の第１２の発明による電子撮像装置は、上記第１１の電子撮像装置において、前記第４レンズ群が、プラスチック材料により構成されていることを特徴とする。
このように構成すると、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
また、本願の第１３の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１２の何れかの電子撮像装置において、前記第２レンズ群に含まれるレンズ枚数が、負レンズと正レンズの２枚のみであり、前記第３レンズ群に含まれるレンズ枚数が、正レンズの１枚のみであることを特徴とする。
このような構成にすると、第２レンズ群に含まれる正レンズ、負レンズのそれぞれが色収差を発生させて、それらのレンズが相互に色収差を補正するので、第３レンズ群を単レンズで構成しても結像性能の低下を抑えることができる。
【００２１】
また、本願の第１４の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１３の何れかの電子撮像装置において、前記第２レンズ群が、前記第１レンズ群の像側直後に配置され、且つ、物体側より順に、物体側に凸面を有する正レンズ、像側に凹面を有する負レンズの２枚のレンズで構成されていることを特徴とする。
このような構成にすると、第２レンズ群は、物体より正、負のレンズ配置であるため、広角端でのバックフォーカスを確保しやすい。また、正レンズの物体側面が物体側に凸であるため球面収差を良好に補正でき、負レンズの像側面が像側に凹であるため像面湾曲を良好に補正することができる。
【００３６】
また、本願の第１５の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１４の発明の何れかの電子撮像装置において、前記反射部材が、プリズムであり、次の条件式（４）を満足することを特徴とする。
１．５ ＜ ＰＤ／Ｌ ＜ ５．０ （４）
ただし、ＰＤは前記プリズムの硝路長、Ｌは撮像面の有効撮像領域対角長である。
光路折り曲げ型の変倍撮影光学系はカメラ等の電子撮像装置の水平方向に折ることが望ましい。垂直方向に折り曲げると、カメラの高さ方向を低く出来ないのでカメラが大型化する。反射部材の折り曲げをカメラの水平方向で折り曲げるには、反射部材の硝路長を条件式を満足するように適切に配置する必要がある。この条件式（４）の下限値を下回ると、プリズムの硝路長が短くなり、撮像面の長辺方向でのプリズム折り曲げ硝路長が確保できない。一方、この条件式（４）の上限値を上回ると、プリズムの硝路長が長くなり、第１レンズ群の屈折力が強まるので、全系での収差補正が困難となる。
【００４０】
また、本願の第１６の発明による電子撮像装置は、上記第１乃１５の何れかの発明の電子撮像装置において、次の条件（８）を満足することを特徴とする。
９ ＜ ｆ４／ｆｗ ＜ ２５ （８）
ただし、ｆ４は前記第４レンズ群の焦点距離、ｆｗは前記変倍撮影光学系の焦点距離であり、焦点距離が可変である場合は前記変倍撮影光学系の広角端の焦点距離である。
このように構成すると、前記の条件式（２）の効果をより発揮しやすくなり、第４レンズ群による収差性能と偏心による影響とのバランスがよりとりやすくなる。なお、条件式（８）の上限値、下限値の何れか一方のみを限定してもよい。
【００４１】
また、本願の第１７の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１６の発明の何れかの電子撮像装置において、前記反射部材が、プリズムであり、次の条件式（９）を満足することを特徴とする。
１．９５ ＜ ＰＤ／Ｌ ＜ ３．５ （９）
ただし、ＰＤは前記プリズムの硝路長、Ｌは撮像面の有効撮像領域対角長である。
このように構成すると、上記の条件式（４）の効果をより発揮しやすくなり、カメラの縦方向を短くできるレイアウトにしやすくなる。
【００４３】
また、本願の第１８の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１７の発明の何れかの電子撮像装置において、次の条件式（１１）を満足することを特徴とする。
２＜ ｆ４／ｆＴ ＜ １４ （１１）
このように構成すると、第４レンズ群での収差補正と偏心の影響とのバランスを良好なものにすることができる。
【００４４】
また、本願の第１９の発明による電子撮像装置は、上記第１乃至１８の発明の何れかの電子撮像装置において、物体側から順に、変倍時に固定されていて負の屈折力を持つ前記第１レンズ群、変倍時に光軸上を移動する正の屈折力を持つ前記第２レンズ群、変倍時に光軸上を移動する正の屈折力を持つ前記第３レンズ群、変倍時に固定されていて正の屈折力を持つ前記第４レンズ群と、光学フィルターとを有することを特徴とする。
このように構成すると、変倍時の可動群を隣り合う第２レンズ群と第３レンズ群の２つのみに限定できるので、それらを移動させるためのカム等の移動機構を共通化させることが容易となる。
【００４５】
また、本願の第２０の発明による電子撮像装置は、上記第１９の発明の電子撮像装置において、前記第３レンズ群のみを移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする。
このように構成すると、ズーミングとフォーカシングとを含めて、２つの移動レンズのみを可動群とできるので、構成を簡単にできる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び参考例について図面を用いて説明する。
参考例
図１は本発明による電子撮像装置に用いるズームレンズの参考例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、広角端物点合焦時の折り曲げ時における状態を示している。図２は参考例にかかるズームレンズの物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。図３は参考例にかかるズームレンズの合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【００４７】
参考例の電子撮像装置は、図１に示すように、物体側から順に、ズームレンズと、電子撮像素子であるＣＣＤを有している。図１中、ＰはＣＣＤの撮像面である。ズームレンズと撮像面Ｐとの間には、平面平板状の光学素子ＦＬとＣＧが設けられている。上記光学素子ＦＬはローパスフイルターに赤外域、紫外域をカットする多層膜コーテイングをほどこしたものである。また、ＣＧはＣＣＤのカバーガラスである。
ズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とを有している。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、前側副群であり光路を折り曲げるための反射光学素子Ｒ１と、負の屈折力を有する後側副群とで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
前側副群は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１₁ であり、且つ、光路を９０°折り曲げる反射プリズムである反射光学素子Ｒ１で構成されている。後側副群は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負のレンズＬ１₂と像側に凸面を向けた負レンズＬ１₃とを接合してなり全体で負の屈折力を有する接合レンズとで構成されている。
なお、本発明の実施例及び参考例における折り曲げ方向は横方向である。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸面の正のレンズＬ２₁と像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２₂との接合レンズとで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
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Ｌ３₁で構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４₁とで構成されている。また、開口絞りＳは第２レンズ群Ｇ２の直前方に設けられている。
【００４８】
物点合焦時において広角端から望遠端へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は位置が固定され、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳとともに物体側へのみ移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を一旦広げた後、第２レンズ群Ｇ２との間隔を縮めるようにして物体側へのみ移動するようになっている。
また、合焦動作時に際しては、第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動するようになっている。
なお、第４レンズ群Ｇ４は、合焦動作時においても位置が固定されている。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１中の物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１₁の物体側の面、第２レンズ群Ｇ２中の両凸面の正レンズＬ２₁の物体側の面、第３レンズ群Ｇ３中のレンズＬ３₁の両面および第４レンズ群Ｇ４中のレンズＬ４₁の両面に設けられている。
【００４９】
次に、参考例のズームレンズを構成する光学部材の数値データを示す。
なお、参考例の数値データにおいて、ｒ₁、ｒ₂、・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂、・・・は各レンズの肉厚又は空気間隔、ｎ_d1、ｎ_d2、・・・は各レンズのｄ線での屈折率、ν_d1、ν_d2、・・・は各レンズのアッべ数、Ｆｎｏ．はＦナンバー、ｆは全系焦点距離、Ｄ０は物体から第１面までの距離を表している。
なお、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ₄ｙ⁴＋Ａ₆ｙ⁶＋Ａ₈ｙ⁸＋Ａ₁₀ｙ¹⁰
なお、これらの記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
【００５０】
数値データ１
（参考例：図１〜２）
焦点距離ｆ＝2.510〜7.257ｍｍ、２ω＝62.889°〜23.082°、Ｆｎｏ．＝2.86〜5.13
ｒ₁＝-5.140（非球面）
ｄ₁＝7.40 ｎ_d1＝1.50913 ν_d1＝56.20
ｒ₂＝-80.000
ｄ₂＝1.06
ｒ₃＝-3.004
ｄ₃＝0.86 ｎ_d3＝1.68597 ν_d3＝56.50
ｒ₄＝-27.698
ｄ₄＝0.91 ｎ_d4＝1.84666 ν_d4＝23.78
ｒ₅＝-7.760
ｄ₅＝D5
ｒ₆＝∞（絞り）
ｄ₆＝0.00
ｒ₇＝3.500（非球面）
ｄ₇＝1.51 ｎ_d7＝1.74330 ν_d7＝49.33
ｒ₈＝-8.674
ｄ₈＝0.37
ｒ₉＝38.107
ｄ₉＝0.80 ｎ_d9＝1.84666 ν_d9＝23.78
ｒ₁₀＝2.887
ｄ₁₀＝D10
ｒ₁₁＝2.919（非球面）
ｄ₁₁＝D11
ｒ₁₂＝6.350（非球面）
ｄ₁₂＝D12
ｒ₁₃＝-23.259（非球面）
ｄ₁₃＝0.80 ｎ_d13＝1.50913 ν_d13＝56.20
ｒ₁₄＝-9.555（非球面）
ｄ₁₄＝0.50
ｒ₁₅＝∞
ｄ₁₅＝1.00 ｎ_d15＝1.51633 ν_d15＝64.14
ｒ₁₆＝∞
ｄ₁₆＝0.50
ｒ₁₇＝∞
ｄ₁₇＝1.00 ｎ_d17＝1.51633 ν_d17＝64.14
ｒ₁₈＝∞
ｄ₁₈＝D18
Ｐ＝撮像面
【００５１】

【００５２】

【００５３】
次に、上記参考例における条件式のパラメータ等の値を示す。

ｆ１／ｆｗ -1.67
ｆ４／ｆｗ 12.44
ＰＤ／Ｌ 2.47
ｆ１／ｆＴ -0.58
ｆ４／ｆＴ 4.30
【００５４】
実施例
図４は本発明による電子撮像装置に用いるズームレンズの実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、広角端物点合焦時の折り曲げ時における状態を示している。図５は実施例にかかるズームレンズの物点合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。図６は実施例にかかるズームレンズの物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【００５５】
実施例の電子撮像装置は、図４に示すように、物体側から順に、ズームレンズと、電子撮像素子であるＣＣＤを有している。図４中、ＰはＣＣＤの撮像面である。ズームレンズと撮像面Ｐとの間には、平面平板状の光学素子ＦＬおよびＣＧが設けられている。上記光学素子ＦＬはローパスフイルターに赤外域、紫外域をカットする多層膜コーテイングをほどこしたものである。また、ＣＧはＣＣＤのカバーガラスである。
ズームレンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とを有している。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、前側副群と、光路を折り曲げるための反射光学素子Ｒ１と、負の屈折力を有する後側副群とで構成されており、全体で負の屈折力を有している。
前側副群は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１₁で構成されている。後側副群は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズＬ１₂と両凸正レンズＬ１₃とを接合してなり全体で負の屈折力を有する接合レンズとで構成されている。
反射光学素子Ｒ１は、光路を９０°折り曲げる反射プリズムで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸面の正レンズＬ２₁と物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２₂とで構成されており、全体で正の屈折力を有している。
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Ｌ３₁で構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた正レンズＬ４₁で構成されている。
【００５６】
物点合焦時において広角端から望遠端へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４は位置が固定され、第２レンズ群Ｇ２は開口絞りＳとともに物体側へのみ移動し、第３レンズ群Ｇ３は第２レンズ群Ｇ２との間隔を一旦広げた後、第２レンズ群Ｇ２との間隔を縮めるようにして物体側へのみ移動するようになっている。
また、合焦動作時に際しては、第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動するようになっている。なお、第４レンズ群Ｇ４は、合焦動作時においても位置が固定されている。
非球面は、第１レンズ群Ｇ１中の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１ ₁ の物体側の面、第２レンズ群Ｇ２中の両凸面の正レンズＬ２ ₁ の物体側の面、第３レンズ群Ｇ３中の正メニスカスレンズＬ３ ₁ の両面と第４レンズ群Ｇ４中の負メニスカスレンズＬ４ ₁ の両面に設けられている。
【００５７】
次に、実施例のズームレンズを構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ２
（実施例：図４〜５）
焦点距離ｆ＝2.510〜7.260ｍｍ、２ω＝61.569°〜23.169°、Ｆｎｏ．＝2.86〜5.06
ｒ₁＝100.000（非球面）
ｄ₁＝1.00 ｎ_d1＝1.50913 ν_d1＝56.20
ｒ₂＝4.784
ｄ₂＝1.53
ｒ₃＝∞
ｄ₃＝6.02 ｎ_d3＝1.84666 ν_d3＝23.78
ｒ₄＝∞
ｄ₄＝1.07
ｒ₅＝-3.302
ｄ₅＝0.81 ｎ_d5＝1.72000 ν_d5＝41.98
ｒ₆＝13.809
ｄ₆＝1.04 ｎ_d6＝1.80518 ν_d6＝25.42
ｒ₇＝-9.057
ｄ₇＝D7
ｒ₈＝∞ （絞り）
ｄ₈＝0.00
ｒ₉＝3.865（非球面）
ｄ₉＝1.75 ｎ_d9＝1.74330 ν_d9＝49.33
ｒ₁₀＝-6.357
ｄ₁₀＝0.18
ｒ₁₁＝25.192
ｄ₁₁＝0.81 ｎ_d11＝1.84666 ν_d11＝23.78
ｒ₁₂＝3.161
ｄ₁₂＝D12
ｒ₁₃＝3.607（非球面）
ｄ₁₃＝1.17 ｎ_d13＝1.50913 ν_d13＝56.20
ｒ₁₄＝7.169(非球面)
ｄ₁₄＝D14
ｒ₁₅＝-3.984（非球面）
ｄ₁₅＝1.09 ｎ_d15＝1.50913 ν_d15＝56.20
ｒ₁₆＝-3.661(非球面)
ｄ₁₆＝0.51
ｒ₁₇＝∞
ｄ₁₇＝1.00 ｎ_d17＝1.51633 ν_d17＝64.14
ｒ₁₈＝∞
ｄ₁₈＝0.50
ｒ₁₉＝∞
ｄ₁₉＝1.00 ｎ_d19＝1.51633 ν_d19＝64.14
ｒ₂₀＝∞
ｄ₂₀＝D20
Ｐ＝撮像面
【００５８】

【００５９】

【００６０】
次に、上記実施例における条件式のパラメータ等の値を示す。

【００６１】
なお、本発明の実施例及び参考例では、いずれも、折り曲げ方向を上述のように電子撮像素子（ＣＣＤ）の長辺方向（水平方向）としている。短辺方向（垂直方向）へ折り曲がるようにしたほうが、折り曲げのためのスペースが少なくて済み小型化には有利であるが、長辺方向への折り曲げに対応できるようにしておけば、長辺、短辺のいずれへの折り曲げにも対応でき、レンズを組み込むカメラデザインの自由度が増して好ましい。
【００６２】
ここで、図７により電子撮像素子の有効撮像面の対角長Ｌと画素間隔ａについて説明する。図７は本発明の実施例及び参考例に用いる電子撮像素子の画素配列の一例を示す図であり、画素間隔ａでＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素あるいはシアン、マゼンダ、イエロー、グリーン（緑）の４色の画素がモザイク状に配されている。有効撮像面は撮影した映像の再生（パソコン上での表示、プリンターによる印刷等）に用いる撮像素子上の光電変換面内における領域を意味する。図中に示す有効撮像面は、光学系の性能（光学系の性能が確保し得るイメージサークル）に合わせて、撮像素子の全光電変換面よりも狭い領域に設定されている。有効撮像面の対角長Ｌは、この有効撮像面の対角長である。なお、映像の再生に用いる撮像範囲を種々変更可能としてよいが、そのような機能を有する撮像装置に本発明のズームレンズを用いる際は、その有効撮像面の対角長Ｌが変化する。そのような場合は、本発明における有効撮像面の対角長Ｌは、とり得る範囲における最大値とする。
【００６３】
以上のような本発明の折り曲げズームレンズを用いた電子撮像装置は、ズームレンズ等の結像光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムといった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。
【００６４】
図８〜図１０は本発明による折り曲げズームレンズ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であり、図８はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図９は同後方斜視図、図１０はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。なお、図１０に示すデジタルカメラは、撮像光路をファインダーの長辺方向に折り曲げた構成となっており、図１０中の観察者の眼を上側からみて示してある。
【００６５】
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等を含み、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、本発明に係る光路折り曲げズームレンズを通して撮影が行われるようになっている。
そして、撮影光学系４１によって形成された物体像が、近赤外カットフィルター、又はＣＣＤカバーガラス又はその他のレンズに施された近赤外カットコートを経てＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。
【００６６】
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（登録商標）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。
【００６７】
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。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、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム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、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【００６８】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、長辺方向に光路を置き曲げたことによりカメラの薄型化に効果がある。また、撮影光学系４１が広画角で高変倍比であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きなズームレンズであるので、高性能・低コスト化が実現できる。
なお、デジタルカメラ４０の撮像光路をファインダーの短辺方向に折り曲げて構成してもよい。その場合には、撮影レンズの入射面からストロボ（又はフラッシュ）をより上方に離して配置し、人物のストロボ撮影時の際に生じる影の影響を緩和できるレイアウトにし得る。
また、図１０の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、屈折力を持ったレンズを用いてもよい。
【００６９】
次に、本発明の折り曲げズームレンズ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を図１１〜図１３に示す。図１１はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１２はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１３は図１１の側面図である。
【００７０】
図１１〜図１３に示すように、パソコン３００は、外部から操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、本発明による例えば本発明に係る光路折り曲げズームレンズ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。
【００７１】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはカバーガラスＣＧ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（図示略）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中のズームレンズの駆動機構等は図示を省いてある。
【００７２】
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１１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。
【００７３】
次に、本発明の折り曲げズームレンズ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を図１４に示す。図１４（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１４（ｂ）は側面図、図１４（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。
図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、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例えば本発明に係る光路折り曲げズームレンズ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。
【００７４】
ここで、撮像素子チップ１６２上にはカバーガラスＣＧ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（図示略）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中のズームレンズの駆動機構等は図示を省いてある。
【００７５】
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。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、物体側に反射プリズムなどの反射光学素子を挿入して光学系特にズームレンズ系の光路（光軸）を折り曲げる構成とし、さらに諸々の条件式等を満たすように構成したので、ズーム比、画角、Ｆ値、少ない収差など高い光学仕様性能を確保しながらも、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を実現することができる。加えて、沈胴式鏡筒に適したズームレンズなど他のズーム光学系と異なり、今後、撮像素子の小型化が進んだ場合に、その小形化された撮像素子を使用する場合におけるカメラのさらなる小型化、薄型化を有利に進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電子撮像装置に用いるズームレンズの参考例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、広角端物点合焦時の折り曲げ時における状態を示している。
【図２】 参考例にかかるズームレンズの光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【図３】 参考例にかかるズームレンズの合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端での状態、（ｂ）は中間での状態、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【図４】 本発明による電子撮像装置に用いるズームレンズの実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、広角端物点合焦時の折り曲げ時における状態を示している。
【図５】 実施例にかかるズームレンズの合焦時の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【図６】 実施例にかかるズームレンズの合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す図であり、（ａ）は広角端での状態、（ｂ）は中間での状態、（ｃ）は望遠端での状態を示している。
【図７】 本発明の実施例及び参考例に用いる電子撮像素子の画素配列の一例を示す説明図である。
【図８】 本発明による折り曲げズームレンズ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であり、デジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図である。
【図９】 図８に示したデジタルカメラ４０の後方斜視図である。
【図１０】 図８に示したデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。
【図１１】 本発明の折り曲げズームレンズ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３００のカバーを開いた前方斜視図である。
【図１２】 図１１に示したパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図である。
【図１３】 図１１の側面図である。
【図１４】 本発明の折り曲げズームレンズ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携帯電話を示す図であり、（ａ）は携帯電話４００の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。
【符号の説明】
ＣＧ ＣＣＤカバーガラス
Ｅ 観察者眼球
Ｆ ローパスフイルター
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群（第１移動レンズ群）
Ｇ３ 第３レンズ群（第２移動レンズ群）
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌｎ_n レンズ要素
Ｐ 撮像面
Ｒ１ 反射光学素子
Ｓ 開口絞り
４０ デジタルカメラ
４１ 撮像光学系
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 ポロプリズム
５７ 視野枠
５９ 接眼光学系
１０３ 制御系
１０４ 撮像ユニット
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 (20)

1. 物体側より順に、物体側より入射する光路を折り曲げるための反射面を持つ反射部材を含む負の屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、第４レンズ群からなる変倍撮影光学系を備えた電子撮像装置であって、
   次の条件式（１）、（２）及び（１０）を満足することを特徴とする電子撮像装置。
   −１．７５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ −０．８ （１）
   ６ ＜ ｆ４／ｆｗ ＜ ４０ （２）
   −０．６ ＜ ｆ１／ｆＴ ＜ −０．４５ （１０）
   ただし、ｆ１は前記第１レンズ群の焦点距離、ｆｗは前記変倍撮影光学系の広角端の焦点距離、ｆ４は前記第４レンズ群の焦点距離、ｆＴは前記変倍撮影光学系の望遠端の焦点距離である。
2. 前記反射面よりも物体側に、負の屈折力を持つレンズを有することを特徴とする請求項１に記載の電子撮像装置。
3. 前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、光軸上を可動であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子撮像装置。
4. 前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、光軸上を異なる軌跡で移動し変倍を行なうことを特徴とする請求項３に記載の電子撮像装置。
5. 前記第１レンズ群が、変倍時に固定であることを特徴とする請求項４に記載の電子撮像装置。
6. 前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群が、前記変倍撮影光学系の広角端よりも望遠端で物体側に位置することを特徴とする請求項５に記載の撮影装置。
7. 最も物体側の光学素子が、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１乃至６の何れか１項に記載の電子撮像装置。
8. 前記光学素子が、プラスチック材料により構成されていることを特徴とする請求項７に記載の電子撮像装置。
9. 前記変倍撮影光学系に含まれる各々のレンズの光軸上の肉厚が、撮像面の対角長の１／７以上であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の電子撮像装置。
10. 前記変倍撮影光学系に含まれる各々のレンズの光軸上の肉厚が、撮像面の対角長の１／６以上であることを特徴とする請求９に記載の電子撮像装置。
11. 前記第４レンズ群が、少なくとも１面の非球面を有する正レンズ１枚から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電子撮像装置。
12. 前記第４レンズ群が、プラスチック材料により構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電子撮像装置。
13. 前記第２レンズ群に含まれるレンズ枚数が、負レンズと正レンズの２枚のみであり、
    前記第３レンズ群に含まれるレンズ枚数が、正レンズの１枚のみであることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電子撮像装置。
14. 前記第２レンズ群が、前記第１レンズ群の像側直後に配置され、且つ、物体側より順に、物体側に凸面を有する正レンズ、像側に凹面を有する負レンズの２枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電子撮像装置。
15. 前記反射部材が、プリズムであり、
    次の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の電子撮像装置。
    １．５ ＜ ＰＤ／Ｌ ＜ ５．０ （４）
    ただし、ＰＤは前記プリズムの硝路長、Ｌは撮像面の有効撮像領域対角長である。
16. 次の条件（８）を満足することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の電子撮像装置。
    ９ ＜ ｆ４／ｆｗ ＜ ２５ （８）
    ただし、ｆ４は前記第４レンズ群の焦点距離、ｆｗは前記変倍撮影光学系の焦点距離であり、焦点距離が可変である場合は前記変倍撮影光学系の広角端の焦点距離である。
17. 前記反射部材が、プリズムであり、
    次の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の電子撮像装置。
    １．９５ ＜ ＰＤ／Ｌ ＜ ３．５ （９）
    ただし、ＰＤは前記プリズムの硝路長、Ｌは撮像面の有効撮像領域対角長である。
18. 次の条件式（１１）を満足することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の電子撮像装置。
    ２＜ ｆ４／ｆＴ ＜ １４ （１１）
19. 物体側から順に、変倍時に固定されていて負の屈折力を持つ前記第１レンズ群、変倍時に光軸上を移動する正の屈折力を持つ前記第２レンズ群、変倍時に光軸上を移動する正の屈折力を持つ前記第３レンズ群、変倍時に固定されていて正の屈折力を持つ前記第４レンズ群と、光学フィルターとを有することを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の電子撮像装置。
20. 前記第３レンズ群のみを移動させてフォーカシングを行なうことを特徴とする請求項１９に記載の電子撮像装置。

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