JP4813136B2 - ズーム光学系及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光路折り曲げズーム光学系に関し、特に、ズーム光学系を搭載するデジタルカメラや携帯端末等の奥行き方向の薄型化を実現するために光路折り曲げプリズムを配置した、ズーム光学系及びそれを備えた撮像装置に関するものである。
ＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の電子撮像素子を用いた小型カメラや携帯電話等の携帯端末等への内蔵用の結像光学系では、小型化、特に、薄型化の要求が強い。さらに結像光学系の焦点距離を変化させることで画角を可変とする結像性能が高いズーム光学系も求められている。
このような要望に対して、物体側にプリズムを配置した折り曲げズーム光学系が数多く提案され、又、製品化されている。
これらの折り曲げズーム光学系は、広角側の画角を確保し、結像性能を高め、プリズムをコンパクトにするために、プリズムの物体側に１枚以上の負レンズを配置するものが多い。しかし、この１枚以上の負レンズを配置したために、ズーム光学系全体としての小型化を十分達成できてはいなかった。
そこで、従来、このような負レンズを配置しないで済むようにしたズーム光学系として、例えば、次の特許文献１〜４に記載のズーム光学系が提案されている。
特開２００３−４３３５４号公報 特開２００３−１０７３５６号公報 特開２００４−１５１５５２号公報 特開２００４−２６４５８５号公報
特許文献１〜４に記載のズーム光学系では、プリズムの入射面を凹面に構成して、プリズムの物体側にレンズ素子を配置することなく、３倍程度の光学系を実現している。特に、特許文献１、２に記載のズーム光学系は、プリズムの射出面も凹面で構成している。これら特許文献１〜４に記載のズーム光学系の全長は、撮像画面の対角長の７倍から９倍程度である。
しかるに、現在、適度なズーム倍率を有しながら、特許文献１〜４に記載のズーム光学系に比べて、光学系の全長をより短縮化して、搭載するデジタルカメラ等の奥行き方向をより一層薄型化することができるズーム光学系が望まれている。
しかし、従来、そのようなズーム光学系は、実在しなかった。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、従来のズーム光学系に比べて、薄型化を十分達成でき、かつ、適度なズーム倍率を確保しつつ、光学系の全長をより短縮化することが可能なズーム光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明によるズーム光学系は、物体側より順に、負の屈折力を持つ入射面と、反射面と、正の屈折力を持つ射出面を有するプリズム成分と、変倍時と合焦時のいずれかで可動する少なくとも二つの可動群を備え、全体として正の屈折力を持つズーム光学系であって、物体側より順に、前記プリズム成分を備え、全体として負の屈折力を持つ第１群と、実質的な開口絞り機能を有し、全体として正の屈折力を持つ第２群と、負の屈折力を持つ第３群と、正の屈折力を持つ第４群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、前記第２群と前記第３群をそれぞれ物体側へ移動させるとともに、前記第１群と前記第２群との間隔を狭め、前記第３群と前記第４群との間隔を広げるようにし、前記プリズム成分の前記入射面の近軸曲率半径をｒＰ１、前記射出面の近軸曲率半径をｒＰ２としたとき、次の条件式（１０）を満足することを特徴としている。
−０．７５≦（ｒＰ１−ｒＰ２）／（ｒＰ１＋ｒＰ２）＜−０．２・・・（１０）
また、本発明のズーム光学系は、前記プリズム成分が、全体で負の屈折力を持つことを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記プリズム成分の屈折力をφＰ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、次の条件式（９）を満足することを特徴としている。
−０．５５＜φＰ・ｆｗ＜０ ・・・（９）
また、本発明のズーム光学系は、前記プリズム成分の前記入射面と前記射出面が、光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなる非球面であり、前記反射面が、実質的に平面であることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記第３群を構成する１枚の負レンズが、プラスチック成形によるレンズであることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記第１群が、前記プリズム成分の像側に負レンズと正レンズを配置して構成されていることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記負レンズと前記正レンズの屈折率が、１．７以上であることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記負レンズと前記正レンズとが、接合されていることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記第２群が、物体側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズとで構成されていることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記第２群における最も物体側のレンズが、プラスチック成形による両面非球面レンズであり、該第２群における最も物体側のレンズよりも像側の正レンズと負レンズが、屈折率１．７以上のレンズであることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記第４群が、１枚の正レンズで構成されることを特徴としている。
また、本発明のズーム光学系は、前記プリズム成分が、前記反射面を１つのみ備えることを特徴としている。
また、上記目的を達成するため、本発明による撮像装置は、上記いずれかのズーム光学系を備えていることを特徴としている。
本発明のズーム光学系によれば、ズーム倍率を低くすれば更に全長を短縮できる。他方、ズーム倍率を高くした場合であっても、従来のズーム光学系に比べて光学系の全長を短くすることができる。
即ち、本発明のズーム光学系によれば、従来のズーム光学系に比べて、薄型化を十分達成でき、かつ、適度なズーム倍率を確保しつつ、光学系の全長をより短縮化することが可能なズーム光学系及びそれを備えた撮像装置が得られる。
実施例の説明に先立ち、本発明のより具体的な作用効果について説明する。
本発明のズーム光学系は、物体側より順に、負の屈折力を持つ入射面と、反射面と、正の屈折力を持つ射出面を有するプリズム成分と、変倍時と合焦時のいずれかで可動する少なくとも二つの可動群を備え、全体として正の屈折力を持つズーム光学系であって、物体側より順に、前記プリズム成分を備え、全体として負の屈折力を持つ第１群と、実質的な開口絞り機能を有し、全体として正の屈折力を持つ第２群と、負の屈折力を持つ第３群と、正の屈折力を持つ第４群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、前記第２群と前記第３群をそれぞれ物体側へ移動させるとともに、前記第１群と前記第２群との間隔を狭め、前記第３群と前記第４群との間隔を広げるようにし、前記プリズム成分の前記入射面の近軸曲率半径をｒＰ１、前記射出面の近軸曲率半径をｒＰ２としたとき、次の条件式（１０）を満足する。
−０．７５≦（ｒＰ１−ｒＰ２）／（ｒＰ１＋ｒＰ２）＜−０．２・・・（１０）
本発明のズーム光学系のように、入射面に負の屈折力を持ち、射出面に正の屈折力を持つプリズム成分を用いると、プリズム成分全体の屈折力が負の方向に強くならないようにしながらも、入射面に強い負の屈折力を配置することができる。これにより、プリズム成分の入射面の面積を小さくして、プリズム成分への入射光線高を低くでき、薄型化の達成に寄与できる。
また、このように構成すれば、プリズム成分の入射面である凹面で発生した像面湾曲と歪曲収差の発生量を、プリズム成分の射出面である凸面を介してバランスを整え、プリズム成分よりも像側に位置するレンズ群の全長を短縮することができる。即ち、プリズム成分で発生する像面湾曲と歪曲収差の発生量とのバランスが崩れると、両方の収差を良好に補正するために像高に応じた光束が分離した部分での収差補正面を多くなり、結果的にズーム光学系の全長を長くせざるを得なくなる。
尚、プリズム成分は、弱い正の屈折力から負の屈折力を持つのが望ましく、像側のレンズ素子群はワイド状態からテレ状態まで正の屈折力をもつように構成する必要がある。
また、２つの可動群を配置すれば、焦点距離を変化させ且つ像面にフォーカスさせることができる。
また、条件式（１０）の上限値を上回ると、像側のレンズ群で特に球面収差やコマ収差の補正が難しくなり、高い結像性能を得るにはレンズ群の構成枚数を増やしたり高価な素材や加工コストが高いレンズ素子を用いたりする必要が生じてしまう。
一方、条件式（１０）の下限値を下回ると、入射面の凹面形状が深くなり、プリズム成分の加工性が悪くなったり、像面湾曲と非点隔差と歪曲収差とのバランスが取れなくなったりしてしまう。
また、第２群と第３群をその間隔を広げながらそれぞれ物体側へ移動させると、この２つの群に変倍機能を分散させ、収差の変動を抑え、偏心等の製造上の許容量を確保することができる。また、第４群を、射出瞳を整える機能を有するとともに、広角端から望遠端への変倍時に、開口絞りを有する第２群と負の成分をもつ第３群が物体側に遠ざかるように構成すれば、各像高への主光線の入射光線高を望遠端で高くなるように変化させて、軸外収差、特に、歪曲収差をズーム状態に関わらず良好に補正することができる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記プリズム成分が、全体で負の屈折力を持つのが好ましい。
このようにすれば、射出光束を拡散させることにより像側のレンズ素子群で特に球面収差やコマ収差の補正を容易にすることができる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記プリズム成分の屈折力をφＰ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、次の条件式（９）を満足するのが好ましい。
−０．５５＜φＰ・ｆｗ＜０ ・・・（９）
条件式(9)の上限値を上回ると、像側のレンズ群で特に球面収差やコマ収差の補正が難しくなり、高い結像性能を得るにはレンズ群の構成枚数を増やしたり、高価な素材や加工コストが高いレンズ素子を用いる必要が生じ、生産性コスト上好ましくない。
一方、条件式(9)の下限値を下回ると、入射面の凹面形状が深くなり、プリズム成分の加工性が悪くなったり、または、像面湾曲と非点隔差と歪曲収差とのバランスが取れなくなる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記プリズム成分の前記入射面と前記射出面が、光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなる非球面であり、前記反射面が、実質的に平面であるのが好ましい。
反射面を曲率を有して構成し、又は非球面形状で構成すれば、入射面の近くに屈折力面を配置でき近軸レイアウト上有利になるが、一方、この非球面形状の反射面で生じる軸非対称な収差を、別の面に光軸に対して非対称な面を配置して補正する必要が生じ、結果的に枚数、加工コスト等で不利になる。
入射面と射出面の非球面形状は、それぞれが同様に光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなるように形成する。このようにすれば、メニスカス形状が維持され、入射面と射出面で各像高の光束の重なり具合が変わることを利用して、軸外収差のバランスをコントロールしやすくなる。また、入射面と射出面の非球面形状は、軸対称な形状であれば、加工性や収差補正上、好ましい。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第３群を、１枚の負レンズで構成するのが好ましい。
第１群に広角端側の軸外収差の補正、第２群に軸上収差の補正、第４群に望遠端側の軸外収差の補正を主に担わせるように構成するとともに、第３群に主に変倍機能やコンペンセーターの機能等近軸的な機能を担わせるように、第３群を１枚の負レンズで構成する。このように第３群を１枚の負レンズで構成すれば、ズーム光学系の全長を短縮するという点で小型化に有利になる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第３群を構成する１枚の負レンズが、プラスチック成形によるレンズであるのが好ましい。
第３群の機能は主に変倍であるので、材質の屈折率や分散の制約条件を緩和させ、コストや重量の点で有利にするのが望ましい。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第１群が、前記プリズム成分の像側に負レンズと正レンズを配置して構成されているのが好ましい。
このように配置すれば、特に、広角側の倍率の色収差を良好に補正することができ、好ましい。
また、本発明のズーム光学系においては、前記負レンズと前記正レンズの屈折率が、１．７以上であるのが好ましい。
屈折率を高くして、曲率半径をゆるくすると、全長を短縮化でき小型化に貢献できる。特に、第１群の後側主点と第２群との間隔を望遠端において小さくすることができると、群の移動量やプリズム成分での収差補正の負荷を小さくすることができるので、小型化の効果が大きい。
また、本発明のズーム光学系においては、前記負レンズと前記正レンズとが、接合されているのが好ましい。
レンズを接合すれば、その分、全長の小型化に貢献できる。また、偏心等の影響も低減できる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第２群が、物体側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズとで構成されているのが好ましい。
第２群では、軸上収差と軸上色収差を十分に補正するために、２枚の正レンズと１枚の負レンズを配置するのがよい。
更に、第２群の前側主点を物体側に配置するために、物体側に正レンズ２枚、像側に負レンズ１枚で構成するのが有利である。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第２群における最も物体側のレンズが、プラスチック成形による両面非球面レンズであり、該第２群における最も物体側のレンズよりも像側の正レンズと負レンズが、屈折率１．７以上のレンズであるのが好ましい。
非球面による補正が必要な機能を、物体側のレンズに集中させて、これをプラスチック成形レンズで構成すれば、コストと生産性が有利になる。
また、屈折率を高めることが必要な機能を、像側のレンズに集中させ、このとき、像側の正レンズと負レンズを球面レンズとすると、コストと生産性が有利になる。
更に、像側の正レンズと負レンズは、接合レンズとするのが生産上好ましい。
また、これら接合レンズをガラス球面レンズにすると、屈折率と分散の選択の範囲を広げることができ、プラスチックレンズで補正が難しい、ペッツバール和や色収差を良好にすることができる。
即ち、非球面を有するプラスチックレンズと高い屈折率を有するガラス球面レンズを本発明のように組み合わせれば、高性能でコストや加工性の有利な光学系を構成することができる。
また、本発明のズーム光学系においては、前記第４群が、１枚の正レンズで構成されるのが好ましい。
第４群を１枚の正レンズで構成すれば、光学全長短縮という点での小型化ができ、好ましい。
その他、上記本発明のズーム光学系においては、第２群、第３群、第４群のいずれか一つの群のみで焦点合わせを行うようにしても良い。
また、第１群は、変倍時及び合焦時に固定されていることが望ましい。
また、第４群は、変倍時に固定されていることが望ましい。
また、第４群は、合焦時に移動しても固定されていてもよい。
さらに、前記プリズム成分は、前記反射面を１つのみ備えるのが好ましい。
さらに、上記本発明のいずれかのズーム光学系を備えた撮像装置を構成すれば、その撮像装置において、薄型化を十分達成でき、かつ、適度なズーム倍率と光学系の全長をより短縮化することが可能なズーム光学系の効果が得られるので好ましい。
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。
なお、以下に示す実施例１、実施例４及び実施例５は、本発明の実施例であり、実施例２及び実施例３は、本発明の参考例である。
図１は本発明の実施例１にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は撮影距離が無限遠のときの広角端、（ｂ）は撮影距離が無限遠のときの中間画角、（ｃ）は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。図２は実施例１にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、（ａ）は撮影距離が無限遠のときの広角端、（ｂ）は撮影距離が無限遠のときの中間画角、（ｃ）は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図３は実施例１にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、（ａ）は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、（ｂ）は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、（ｃ）は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図２、図３中、ＩＨは像高である。
なお、図１では、便宜上、プリズム成分を、光路を折り曲げない直進系で示してある。
実施例１のズーム光学系１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、第３群Ｇ３と、第４群Ｇ４を有して構成されている。なお、図１中、Ｓは開口絞り、ＦＬはローパスフィルターや電子撮像素子のカバーガラス、赤外カットフィルターなどの平行平板、ＩＭは電子撮像素子の受光面である。
第１群Ｇ１は、物体側から順に、プリズムＰと、両凹レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２との接合レンズとで構成され、全体で負の屈折力を有している。
プリズムＰは、最も物体側に配置されており、物体側に凹面を向けた入射面Ｐ１と、反射面（図示省略）と、像側に凸面を向けた射出面Ｐ３を有して構成され、全体で負の屈折力を有している。
入射面Ｐ１と射出面Ｐ３は、それぞれ光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなるような形状に形成された非球面で構成されている。
反射面（図示省略）は、実質的に平面で構成されている。
第２群Ｇ２は、開口絞りＳと、光軸上において両凸のレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズとで構成され、全体で正の屈折力を有している。
レンズＬ２１は、プラスチック成形により形成され、両面に非球面を有している。なお、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズは、ガラス球面レンズとして形成されている。
第３群Ｇ３は、１枚の両凹レンズＬ３１で構成されている。
両凹レンズＬ３１は、プラスチック成形により形成されており、両面が非球面に構成されている。
第４群Ｇ４は、１枚の光軸上において両凸のレンズＬ４１で構成されている。レンズＬ４１は、両面が非球面（本発明における非球面ａ，ｂに相当）に構成されている。レンズＬ４１の像側の面（本発明における非球面ｂに相当）は、変曲点を有し光軸付近で像側に凸面となるように形成されている。
広角端から望遠端への変倍時には、第１群Ｇ１は固定され、第２群Ｇ２は第１群Ｇ１との間隔を狭めるように物体側へ移動し、第３群Ｇ３は第２群Ｇ２との間隔及び第４群Ｇ４との間隔をそれぞれ広げるように物体側へ移動し、第４群は固定されている。
また、焦点合わせを、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔を変化させることで行うようになっている。
そして、無限遠での合焦から至近方向での合焦を基準としたとき、広角側では第２群Ｇ２が第３群Ｇ３に比べて大きく移動し、望遠側では、第３群Ｇ３が第２群Ｇ２に比べて大きく移動するように構成されている。
なお、合焦時には、第１群Ｇ１は固定されている。
また、第１群Ｇ１の両凹レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２との接合レンズから第４群Ｇ４のレンズＬ４１までが、全体として正の屈折力を有している。
次に、実施例１のズーム光学系を構成する光学部材の数値データを示す。数値データ中、ｒ1、ｒ2、・・・は光学部材の曲率半径、ｄ1、ｄ2、・・・は光学部材の面間隔（肉厚又は空気間隔）、ｎd1、ｎd2、・・・は光学部材のｄ線での屈折率、νd1、νd2、・・・は光学部材のｄ線でのアッベ数、ＦｎｏはＦナンバーである。
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、次式（ｃ）で表される。
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10・・・ ・・・（ｃ）
これらは以下の各実施例の数値データにおいて共通である。
数値データ１（実施例１）
ｒ1＝-7.3661（非球面） ｄ1＝6.00 ｎd1＝1.52542 νd1＝55.78
ｒ2＝-15.8354（非球面） ｄ2＝0.21
ｒ3＝-9.8122 ｄ3＝0.65 ｎd3＝1.80400 νd3＝46.57
ｒ4＝13.8961 ｄ4＝0.90 ｎd4＝1.84666 νd4＝23.78
ｒ5＝240.4001 ｄ5＝Ｄ５
ｒ6＝∞（開口絞り） ｄ6＝0.65
ｒ7＝4.0914（非球面） ｄ7＝2.20 ｎd7＝1.52542 νd7＝55.78
ｒ8＝-20.7730（非球面） ｄ8＝0.25
ｒ9＝17.2752 ｄ9＝1.26 ｎd9＝1.80400 νd9＝46.57
ｒ10＝-6.6689 ｄ10＝0.82 ｎd10＝1.84666 νd10＝23.78
ｒ11＝51.4108 ｄ11＝Ｄ１１
ｒ12＝-11.0035（非球面） ｄ12＝1.22 ｎd12＝1.52542 νd12＝55.78
ｒ13＝4.0986（非球面） ｄ13＝Ｄ１３
ｒ14＝27.1190（非球面） ｄ14＝2.57 ｎd14＝1.52542 νd14＝55.78
ｒ15＝-3.6438（非球面） ｄ15＝0.54
ｒ16＝∞ ｄ16＝0.50 ｎd16＝1.51633 νd16＝64.14
ｒ17＝∞ ｄ17＝0.58
ｒ18＝∞（撮像素子受光面）

非球面係数
面番号 ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
１ -0.000 1.1835×10-3 -4.6222×10-5 3.1110×10-6 -6.7350×10-8
２ -0.000 9.5004×10-4 -1.1680×10-4 1.8911×10-5 -7.8809×10-7
７ -0.000 7.1998×10-4 1.0941×10-4 2.0647×10-5 2.2314×10-6
８ -0.000 3.7583×10-3 6.2853×10-4 -9.8635×10-5 2.6799×10-5
１２ -0.000 2.5142×10-3 -3.4809×10-4
１３ -0.000 6.7535×10-3 6.0145×10-5 -5.4357×10-5
１４ -0.000 1.6783×10-3 1.9069×10-4 -5.6697×10-7
１５ -0.000 1.3251×10-2 -9.0528×10-4 6.9564×10-5
Figure 0004813136
図４は本発明の実施例２にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。図５は実施例２にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図６は実施例２にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図５、図６中、ＩＨは像高である。
なお、図４では、便宜上、プリズム成分を、光路を折り曲げない直進系で示してある。
実施例２のズーム光学系１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、第３群Ｇ３と、第４群Ｇ４を有して構成されている。なお、図４中、Ｓは開口絞り、ＦＬはローパスフィルターや電子撮像素子のカバーガラス、赤外カットフィルターなどの平行平板、ＩＭは電子撮像素子の受光面である。
第１群Ｇ１は、物体側から順に、プリズムＰと、両凹レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２との接合レンズで構成され、全体で負の屈折力を有している。
プリズムＰは、最も物体側に配置されており、物体側に凹面を向けた入射面Ｐ１と、反射面（図示省略）と、平面形状の射出面Ｐ３’を有して構成され、全体で負の屈折力を有している。
入射面Ｐ１は、非球面で構成されている。
反射面（図示省略）は、実質的に平面で構成されている。
第２群Ｇ２は、開口絞りＳと、光軸上において両凸のレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズとで構成され、全体で正の屈折力を有している。
レンズＬ２１は、プラスチック成形により形成され、両面に非球面を有している。なお、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズは、ガラス球面レンズとして形成されている。
第３群Ｇ３は、１枚の両凹レンズＬ３１で構成されている。
両凹レンズＬ３１は、プラスチック成形により形成されており、両面が非球面に構成されている。
第４群Ｇ４は、１枚の光軸上において両凸のレンズＬ４１で構成されている。レンズＬ４１は、両面が非球面（本発明における非球面ａ，ｂに相当）に構成されている。レンズＬ４１の像側の面（本発明における非球面ｂに相当）は、変曲点を有し光軸付近で像側に凸面となるように形成されている。
広角端から望遠端への変倍時には、第１群Ｇ１は固定され、第２群Ｇ２は第１群Ｇ１との間隔を狭めるように物体側へ移動し、第３群Ｇ３は第２群Ｇ２との間隔及び第４群Ｇ４との間隔をそれぞれ広げるように物体側へ移動し、第４群は固定されている。
また、焦点合わせを、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔を変化させることで行うようになっている。
そして、無限遠での合焦から至近方向での合焦を基準としたとき、広角側では第２群Ｇ２が第３群Ｇ３に比べて大きく移動し、望遠側では、第３群Ｇ３が第２群Ｇ２に比べて大きく移動するように構成されている。
なお、合焦時には、第１群Ｇ１は固定されている。
また、第１群Ｇ１の両凹レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２との接合レンズから第４群Ｇ４のレンズＬ４１までが、全体として正の屈折力を有している。
次に、実施例２のズーム光学系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２）
ｒ1＝-7. 6995（非球面） ｄ1＝6.00 ｎd1＝1.52542 νd1＝55.78
ｒ2＝∞ ｄ2＝0.20
ｒ3＝-27.5310 ｄ3＝0.65 ｎd3＝1.80400 νd3＝46.57
ｒ4＝14.8877 ｄ4＝0.86 ｎd4＝1.84666 νd4＝23.78
ｒ5＝93.3267 ｄ5＝Ｄ５
ｒ6＝∞（開口絞り） ｄ6＝0.14
ｒ7＝3.9288（非球面） ｄ7＝1.99 ｎd7＝1.52542 νd7＝55.78
ｒ8＝-22.7877（非球面） ｄ8＝0.10
ｒ9＝19.5924 ｄ9＝1.33 ｎd9＝1.80400 νd9＝46.57
ｒ10＝-6.8623 ｄ10＝0.80 ｎd10＝1.84666 νd10＝23.78
ｒ11＝38.1449 ｄ11＝Ｄ１１
ｒ12＝-352.5316（非球面）ｄ12＝0.77 ｎd12＝1.52542 νd12＝55.78
ｒ13＝3.5045（非球面） ｄ13＝Ｄ１３
ｒ14＝69.0396（非球面） ｄ14＝2.50 ｎd14＝1.52542 νd14＝55.78
ｒ15＝-3.6244（非球面） ｄ15＝0.80
ｒ16＝∞ ｄ16＝0.50 ｎd16＝1.51633 νd16＝64.14
ｒ17＝∞ ｄ17＝0.54
ｒ18＝∞（撮像素子受光面）

非球面係数
面番号 ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
１ -0.000 4.2351×10-4 -4.4996×10-5 4.9179×10-6 -1.6629×10-7
７ -0.000 9.0647×10-4 2.7807×10-4 4.2152×10-6 7.3690×10-6
８ -0.000 4.8399×10-3 6.7470×10-4 -7.9509×10-5 3.9980×10-5
１２ -0.000 2.3184×10-3 -1.9862×10-4
１３ -0.000 4.6978×10-3 2.4867×10-4 -8.6627×10-5
１４ -0.000 4.0769×10-3 1.6742×10-4 2.6227×10-6
１５ -0.000 1.5729×10-2 -9.8093×10-4 9.4002×10-5
Figure 0004813136
図７は本発明の実施例３にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。図８は実施例３にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図９は実施例３にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図８、図９中、ＩＨは像高である。
なお、図７では、便宜上、プリズム成分を、光路を折り曲げない直進系で示してある。
実施例３のズーム光学系１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、第３群Ｇ３と、第４群Ｇ４を有して構成されている。なお、図７中、Ｓは開口絞り、ＦＬはローパスフィルターや電子撮像素子のカバーガラス、赤外カットフィルターなどの平行平板、ＩＭは電子撮像素子の受光面である。
第１群Ｇ１は、物体側から順に、プリズムＰと、両凹レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２との接合レンズで構成され、全体で負の屈折力を有している。
プリズムＰは、最も物体側に配置されており、物体側に凹面を向けた入射面Ｐ１と、反射面（図示省略）と、平面形状の射出面Ｐ３’を有して構成され、全体で負の屈折力を有している。
入射面Ｐ１は、非球面で構成されている。
反射面（図示省略）は、実質的に平面で構成されている。
第２群Ｇ２は、開口絞りＳと、光軸上において両凸のレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズとで構成され、全体で正の屈折力を有している。
レンズＬ２１は、プラスチック成形により形成され、両面に非球面を有している。なお、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズは、ガラス球面レンズとして形成されている。
第３群Ｇ３は、１枚の物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３１’で構成されている。
負メニスカスレンズＬ３１’は、プラスチック成形により形成されており、両面が非球面に構成されている。
また、実施例３のズーム光学系１では、第２群Ｇ２の最も像側のレンズ面と第３群Ｇ３の最も物体側のレンズ面との間に、光量調整部分ＳＨとして、公知の液晶シャッターが配置されている（図７において図示省略）。光量調整部分ＳＨとしては、本実施例のような液晶等の電気的に光の透過率を変化させる液晶シャッターでもよいし、機械式のシャッター機構でもよいし、ＮＤフィルターを挿入退避させる機構でもよいし、それらを組み合わせたものでも良い。
第４群Ｇ４は、１枚の光軸上において両凸のレンズＬ４１で構成されている。レンズＬ４１は、両面が非球面（本発明における非球面ａ，ｂに相当）に構成されている。レンズＬ４１の像側の面（本発明における非球面ｂに相当）は、変曲点を有し光軸付近で像側に凸面となるように形成されている。
広角端から望遠端への変倍時には、第１群Ｇ１は固定され、第２群Ｇ２は第１群Ｇ１との間隔を狭めるように物体側へ移動し、第３群Ｇ３は第２群Ｇ２との間隔及び第４群Ｇ４との間隔をそれぞれ広げるように物体側へ移動し、第４群は固定されている。
また、焦点合わせを、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔を変化させることで行うようになっている。
そして、無限遠での合焦から至近方向での合焦を基準としたとき、広角側では第２群Ｇ２が第３群Ｇ３に比べて大きく移動し、望遠側では、第３群Ｇ３が第２群Ｇ２に比べて大きく移動するように構成されている。
なお、合焦時には、第１群Ｇ１は固定されている。
また、第１群Ｇ１の両凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合レンズから第４群Ｇ４のレンズＬ４１までが、全体として正の屈折力を有している。
次に、実施例３のズーム光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ３（実施例３）
ｒ1＝-7.7334（非球面） ｄ1＝6.00 ｎd1＝1.52542 νd1＝55.78
ｒ2＝∞ ｄ2＝0.20
ｒ3＝-26.6932 ｄ3＝0.65 ｎd3＝1.80400 νd3＝46.57
ｒ4＝14.5085 ｄ4＝0.87 ｎd4＝1.84666 νd4＝23.78
ｒ5＝99.8567 ｄ5＝Ｄ５
ｒ6＝∞（開口絞り） ｄ6＝0.14
ｒ7＝3.9235（非球面） ｄ7＝1.99 ｎd7＝1.52542 νd7＝55.78
ｒ8＝-22.8668（非球面） ｄ8＝0.10
ｒ9＝19.6534 ｄ9＝1.33 ｎd9＝1.80400 νd9＝46.57
ｒ10＝-6.8845 ｄ10＝0.80 ｎd10＝1.84666 νd10＝23.78
ｒ11＝37.8553 ｄ11＝0.50
ｒ12＝∞ ｄ12＝1.00 ｎd12＝1.51633 νd12＝64.14
ｒ13＝∞ ｄ13＝Ｄ１３
ｒ14＝949.9402（非球面） ｄ14＝0.77 ｎd14＝1.52542 νd14＝55.78
ｒ15＝3.4651（非球面） ｄ15＝Ｄ１５
ｒ16＝97.7468（非球面） ｄ16＝2.53 ｎd16＝1.52542 νd16＝55.78
ｒ17＝-3.5526 ｄ17＝0.80
ｒ18＝∞ ｄ18＝0.50 ｎd18＝1.51633 νd18＝64.14
ｒ19＝∞ ｄ19＝0.55
ｒ20＝∞（撮像素子受光面）

非球面係数
面番号 ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
１ -0.000 3.3769×10-4 -2.4237×10-5 3.1079×10-6 -1.0918×10-7
７ -0.000 1.0092×10-3 3.2198×10-4 -8.5427×10-6 9.1174×10-6
８ -0.000 4.9588×10-3 7.7360×10-4 -1.1630×10-4 4.7068×10-5
１４ -0.000 1.5126×10-3 -1.5107×10-4
１５ -0.000 3.5741×10-3 2.4750×10-4 -8.7786×10-5
１６ -0.000 3.6318×10-3 2.3999×10-4 -2.0159×10-6
１７ -0.000 1.5224×10-2 -8.5997×10-4 8.8017×10-5
Figure 0004813136
図１０は本発明の実施例４にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。図１１は実施例４にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図１２は実施例４にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図１１、図１２中、ＩＨは像高である。
なお、図１０では、便宜上、プリズム成分を、光路を折り曲げない直進系で示してある。
実施例４のズーム光学系１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、第３群Ｇ３と、第４群Ｇ４を有して構成されている。なお、図１０中、Ｓは開口絞り、ＦＬはローパスフィルターや電子撮像素子のカバーガラス、赤外カットフィルターなどの平行平板、ＩＭは電子撮像素子の受光面である。
第１群Ｇ１は、物体側から順に、プリズムＰと、両凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２’との接合レンズで構成され、全体で負の屈折力を有している。
プリズムＰは、最も物体側に配置されており、物体側に凹面を向けた入射面Ｐ１と、反射面（図示省略）と、光軸上において像側に凸面を向けた射出面Ｐ３を有して構成され、全体で負の屈折力を有している。
入射面Ｐ１と射出面Ｐ３は、それぞれ光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなるような形状に形成された非球面で構成されている。
反射面（図示省略）は、実質的に平面で構成されている。
第２群Ｇ２は、開口絞りＳと、光軸上において両凸のレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズとで構成され、全体で正の屈折力を有している。
レンズＬ２１は、プラスチック成形により形成され、両面に非球面を有している。なお、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との接合レンズは、ガラス球面レンズとして形成されている。
第３群Ｇ３は、１枚の両凹レンズＬ３１で構成されている。
両凹レンズＬ３１は、プラスチック成形により形成されており、両面が非球面に構成されている。
第４群Ｇ４は、１枚の光軸上において両凸のレンズＬ４１で構成されている。レンズＬ４１は、両面が非球面（本発明における非球面ａ，ｂに相当）に構成されている。レンズＬ４１の像側の面（本発明における非球面ｂに相当）は、変曲点を有し光軸付近で像側に凸面となるように形成されている。
広角端から望遠端への変倍時には、第１群Ｇ１は固定され、第２群Ｇ２は第１群Ｇ１との間隔を狭めるように物体側へ移動し、第３群Ｇ３は第２群Ｇ２との間隔及び第４群Ｇ４との間隔をそれぞれ広げるように物体側へ移動し、第４群は固定されている。
また、焦点合わせを、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔を変化させることで行うようになっている。
そして、無限遠での合焦から至近方向での合焦を基準としたとき、広角側では第２群Ｇ２が第３群Ｇ３に比べて大きく移動し、望遠側では、第３群Ｇ３が第２群Ｇ２に比べて大きく移動するように構成されている。
なお、合焦時には、第１群Ｇ１は固定されている。
また、第１群Ｇ１の両凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２’との接合レンズから第４群Ｇ４のレンズＬ４１までが、全体として正の屈折力を有している。
次に、実施例４のズーム光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ４（実施例４）
ｒ1＝-7.2950（非球面） ｄ1＝6.00 ｎd1＝1.52542 νd1＝55.78
ｒ2＝-16.7915（非球面） ｄ2＝0.36
ｒ3＝-9.7309 ｄ3＝0.66 ｎd3＝1.80400 νd3＝46.57
ｒ4＝13.5503 ｄ4＝0.95 ｎd4＝1.84666 νd4＝23.78
ｒ5＝-1219.4911 ｄ5＝Ｄ５
ｒ6＝∞（開口絞り） ｄ6＝0.30
ｒ7＝4.0499（非球面） ｄ7＝2.06 ｎd7＝1.52542 νd7＝55.78
ｒ8＝-21.5703（非球面） ｄ8＝0.12
ｒ9＝16.6160 ｄ9＝1.25 ｎd9＝1.80400 νd9＝46.57
ｒ10＝-6.3712 ｄ10＝0.80 ｎd10＝1.84666 νd10＝23.78
ｒ11＝77.1776 ｄ11＝Ｄ１１
ｒ12＝-10.6390（非球面） ｄ12＝1.07 ｎd12＝1.52542 νd12＝55.78
ｒ13＝3.9135（非球面） ｄ13＝Ｄ１３
ｒ14＝20.8952（非球面） ｄ14＝2.55 ｎd14＝1.52542 νd14＝55.78
ｒ15＝-3.7887（非球面） ｄ15＝0.59
ｒ16＝∞ ｄ16＝0.50 ｎd16＝1.51633 νd16＝64.14
ｒ17＝∞ ｄ17＝0.60
ｒ18＝∞（撮像素子受光面）

非球面係数
面番号 ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
１ -0.000 1.2734×10-3 -3.7071×10-5 1.5959×10-6 -1.1269×10-8
２ -0.000 1.0379×10-3 -1.0413×10-4 1.5254×10-5 -4.8660×10-7
７ -0.000 9.9710×10-4 1.3954×10-4 1.9959×10-5 3.3621×10-6
８ -0.000 4.3607×10-3 4.3558×10-4 -2.1370×10-5 2.1064×10-5
１２ -0.000 4.6291×10-3 -1.1680×10-3
１３ -0.000 9.0463×10-3 -6.8653×10-4 -8.7660×10-5
１４ -0.000 2.5318×10-3 -9.3395×10-5 1.6074×10-5 -2.1482×10-7
１５ -0.000 1.3685×10-2 -1.2063×10-3 -7.7094×10-5
Figure 0004813136
図１３は本発明の実施例５にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。図１４は実施例５にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図１５は実施例５にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。図１４、図１５中、ＩＨは像高である。
なお、図１３では、便宜上、プリズム成分を、光路を折り曲げない直進系で示してある。
実施例５のズーム光学系１は、第１群Ｇ１と、第２群Ｇ２と、第３群Ｇ３と、第４群Ｇ４を有して構成されている。なお、図１３中、Ｓは開口絞り、ＦＬはローパスフィルターや電子撮像素子のカバーガラス、赤外カットフィルターなどの平行平板、ＩＭは電子撮像素子の受光面である。
第１群Ｇ１は、物体側から順に、プリズムＰと、両凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２’との接合レンズで構成され、全体で負の屈折力を有している。
プリズムＰは、最も物体側に配置されており、物体側に凹面を向けた入射面Ｐ１と、反射面（図示省略）と、像側に凸面を向けた射出面Ｐ３を有している。
入射面Ｐ１と射出面Ｐ３は、それぞれ光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなるような形状に形成された非球面で構成されている。
反射面（図示省略）は、実質的に平面で構成されている。
第２群Ｇ２は、開口絞りＳと、光軸上において両凸のレンズＬ２１と、両凸レンズＬ２２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３’との接合レンズとで構成され、全体で正の屈折力を有している。
レンズＬ２１は、プラスチック成形により形成され、両面に非球面を有している。なお、両凸レンズＬ２２と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３’との接合レンズは、ガラス球面レンズとして形成されている。
第３群Ｇ３は、１枚の両凹レンズＬ３１で構成されている。
両凹レンズＬ３１は、プラスチック成形により形成されており、物体側の面が非球面に構成されている。
第４群Ｇ４は、１枚の光軸上において両凸のレンズＬ４１で構成されている。レンズＬ４１は、両面が非球面（本発明における非球面ａ，ｂに相当）に構成されている。レンズＬ４１の像側の面（本発明における非球面ｂに相当）は、変曲点を有し光軸付近で像側に凸面となるように形成されている。
広角端から望遠端への変倍時には、第１群Ｇ１は固定され、第２群Ｇ２は第１群Ｇ１との間隔を狭めるように物体側へ移動し、第３群Ｇ３は第２群Ｇ２との間隔及び第４群Ｇ４との間隔をそれぞれ広げるように物体側へ移動し、第４群は固定されている。
また、焦点合わせを、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間隔を変化させることで行うようになっている。
そして、無限遠での合焦から至近方向での合焦を基準としたとき、広角側では第２群Ｇ２が第３群Ｇ３に比べて大きく移動し、望遠側では、第３群Ｇ３が第２群Ｇ２に比べて大きく移動するように構成されている。
なお、合焦時には、第１群Ｇ１は固定されている。
また、第１群Ｇ１の両凹レンズＬ１１と両凸レンズＬ１２’との接合レンズから第４群Ｇ４のレンズＬ４１までが、全体として正の屈折力を有している。
次に、実施例５の結像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
数値データ５（実施例５）
ｒ1＝-8.4605（非球面） ｄ1＝6.00 ｎd1＝1.80400 νd1＝46.57
ｒ2＝-58.9999（非球面） ｄ2＝0.13
ｒ3＝-25.1357 ｄ3＝0.65 ｎd3＝1.80400 νd3＝46.57
ｒ4＝16.4035 ｄ4＝0.94 ｎd4＝1.84666 νd4＝23.78
ｒ5＝-276.3763 ｄ5＝Ｄ５
ｒ6＝∞（開口絞り） ｄ6＝0.23
ｒ7＝4.2908（非球面） ｄ7＝2.33 ｎd7＝1.52542 νd7＝55.78
ｒ8＝769.3655（非球面） ｄ8＝0.26
ｒ9＝35.3764 ｄ9＝1.66 ｎd9＝1.80400 νd9＝46.57
ｒ10＝-4.5478 ｄ10＝0.65 ｎd10＝1.84666 νd10＝23.78
ｒ11＝-18.0677 ｄ11＝Ｄ１１
ｒ12＝-10.8542（非球面） ｄ12＝0.72 ｎd12＝1.52542 νd12＝55.78
ｒ13＝3.9342 ｄ13＝Ｄ１３
ｒ14＝16.8714（非球面） ｄ14＝2.52 ｎd14＝1.52542 νd14＝55.78
ｒ15＝-3.9902（非球面） ｄ15＝0.67
ｒ16＝∞ ｄ16＝0.50 ｎd16＝1.51633 νd16＝64.14
ｒ17＝∞ ｄ17＝0.55
ｒ18＝∞（撮像素子受光面）

非球面係数
面番号 ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
１ -0.000 3.1854×10-4 8.1624×10-6 -2.7758×10-7 1.3649×10-8
２ -0.000 1.6895×10-4 1.0091×10-5
７ -0.000 4.8122×10-4 5.9923×10-5 1.7634×10-5 7.4884×10-8
８ -0.000 3.5049×10-3 1.9473×10-4 2.5412×10-5 3.8429×10-6
１２ -0.000 -9.5269×10-4 1.1024×10-5
１４ -0.000 -6.5298×10-4 1.9493×10-4 1.3236×10-6
１５ -0.000 8.1885×10-3 -7.2053×10-4 -1.0516×10-4 -5.8514×10-6
Ａ12
１５ 1.7832×10-7
Figure 0004813136
次に、各実施例における条件式の数値パラメータ対応値を示す。
Figure 0004813136
その他、実施例１〜実施例６のズーム光学系においては、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群のいずれか一つの群のみを移動させることで合焦できるようにしてもよい。
また、第４群Ｇ４は、合焦時に移動しても固定されていてもよい。
以上、説明した本発明のズーム光学系を用いた電子撮像装置は、ズーム光学系を構成した結像光学系で物体像を形成しその像をＣＣＤ等の固体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１６〜図１８は、本発明のズーム光学系をデジタルカメラ４０の撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図であり、図１６はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１７は同後方斜視図、図１８はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。なお、図１８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１８中の観察者の眼を上側からみて示してある。
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を構成する、例えば、実施例１の光路折り曲げズーム光学系１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、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルターＬＰＦ、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、フレキシブル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。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。
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光学系であるので、高性能化が実現できると共に、撮影光学系４１を少ない光学部材で構成できるため、小型化、低コスト化が実現できる。
なお、本実施例のデジタルカメラ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１８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。
ここで、カバー部材を設けずに、本発明の光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面は第１群Ｇ１の入射面となる。
図１９は、上記デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。尚、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一時記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記録手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。
図１９に示すようにデジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続する制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４，１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。
上記の一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。
操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ１１全体を制御する回路である。
ＣＣＤ４９は、本発明によるズーム光学系を組み込んだ撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮像駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。
ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅し且つアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという）を一時記憶メモリ１７に出力する回路である。
一時記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。
画像処理部１８は、一時記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
記録媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。
表示部２０は、液晶表示モニター４７を備え、その液晶表示モニター４７に画像や操作メニューなどを表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。
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を図２０〜図２２に示す。図２０はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図２１はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図２２は図２０の側面図である。
図２０〜図２２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第１実施例の光路折り曲げズーム光学系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中のズーム光学系の駆動機構等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２０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を図２３に示す。図２３（ａ）は携帯電話４００の正面図、図２３（ｂ）は側面図、図２３（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。
図２３（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、実施例１の光路折り曲げズーム光学系１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。
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中のズーム光学系の駆動機構等は図示を省いてある。
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。
本発明の実施例１にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。 実施例１にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 実施例１にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 本発明の実施例２にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。 実施例２にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 実施例２にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 本発明の実施例３にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。 実施例３にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 実施例３にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 本発明の実施例４にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。 実施例４にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 実施例４にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 本発明の実施例５にかかるズーム光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での状態をそれぞれ示している。 実施例５にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が無限遠のときの広角端、(b)は撮影距離が無限遠のときの中間画角、(c)は撮影距離が無限遠のときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 実施例５にかかるズーム光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差を示すグラフであり、(a)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの広角端、(b)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの中間画角、(c)は撮影距離が至近距離として３００ｍｍのときの望遠端での収差をそれぞれ示している。 本発明の光学系を適用した電子カメラの外観を示す前方斜視図である。 図１６の電子カメラの後方斜視図である。 図１６の電子カメラの構成を示す断面図である。 一実施形態における電子カメラの各部を制御する回路構成を示すブロック図である。 本発明の光学系が対物光学系として組み込ま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２０の状態の側面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、本発明の光学系が対物光学系として組み込まれた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
符号の説明
ＣＧ カバーガラス
Ｅ 観察者眼球
ＦＬ 平行平板
Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
ＩＭ 電子撮像素子の受光面
Ｌ１１ 両凹レンズ
Ｌ１２ 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１２’ 両凸レンズ
Ｌ２１ 光軸上において両凸のレンズ
Ｌ２２ 両凸レンズ
Ｌ２３ 両凹レンズ
Ｌ２３’ 物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ３１ 両凹レンズ
Ｌ３１’ 物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ４１ 光軸上において両凸のレンズ
ＬＰＦ フィルター
Ｐ プリズム
Ｐ１ 入射面
Ｐ３，Ｐ３’ 射出面
Ｓ 開口絞り
ＳＨ 光量調節部分
１ ズーム光学系
１１ デジタルカメラ
１２ 操作部
１３ 制御部
１４、１５ バス
１６ 撮像駆動回路
１７ 一時記憶メモリ
１８ 画像処理部
１９ 記憶媒体部
２０ 表示部
２１ 設定情報記憶メモリ部
２２ バス
２４ ＣＤＳ／ＡＤＣ部
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 ポロプリズム
５７ 視野枠
５９ 接眼光学系
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 (14)

  1. 物体側より順に、
    負の屈折力を持つ入射面と、反射面と、正の屈折力を持つ射出面を有するプリズム成分と、
    変倍時と合焦時のいずれかで可動する少なくとも二つの可動群を備え、
    全体として正の屈折力を持つズーム光学系であって、
    物体側より順に、
    前記プリズム成分を備え、全体として負の屈折力を持つ第１群と、
    実質的な開口絞り機能を有し、全体として正の屈折力を持つ第２群と、
    負の屈折力を持つ第３群と、
    正の屈折力を持つ第４群とからなり、
    広角端から望遠端への変倍時に、前記第２群と前記第３群をそれぞれ物体側へ移動させるとともに、前記第１群と前記第２群との間隔を狭め、前記第３群と前記第４群との間隔を広げるようにし、
    前記プリズム成分の前記入射面の近軸曲率半径をｒＰ１、前記射出面の近軸曲率半径をｒＰ２としたとき、次の条件式（１０）を満足することを特徴とするズーム光学系。
    −０．７５≦（ｒＰ１−ｒＰ２）／（ｒＰ１＋ｒＰ２）＜−０．２・・・（１０）
  2. 前記プリズム成分が、全体で負の屈折力を持つことを特徴とする請求項１に記載のズーム光学系。
  3. 前記プリズム成分の屈折力をφＰ、広角端での全系の焦点距離をｆｗとしたとき、次の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のズーム光学系。
    −０．５５＜φＰ・ｆｗ＜０ ・・・（９）
  4. 前記プリズム成分の前記入射面と前記射出面が、光軸から離れるにしたがって屈折力が弱くなる非球面であり、前記反射面が、実質的に平面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズーム光学系。
  5. 前記第３群が、１枚の負レンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のズーム光学系。
  6. 前記第３群を構成する１枚の負レンズが、プラスチック成形によるレンズであることを特徴とする請求項５に記載のズーム光学系。
  7. 前記第１群が、前記プリズム成分の像側に負レンズと正レンズを配置して構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のズーム光学系。
  8. 前記負レンズと前記正レンズの屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項７に記載のズーム光学系。
  9. 前記負レンズと前記正レンズとが、接合されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のズーム光学系。
  10. 前記第２群が、物体側から順に、正レンズと、正レンズと、負レンズとで構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のズーム光学系。
  11. 前記第２群における最も物体側のレンズが、プラスチック成形による両面非球面レンズであり、該第２群における最も物体側のレンズよりも像側の正レンズと負レンズが、屈折率１．７以上のレンズであることを特徴とする請求項１０に記載のズーム光学系。
  12. 前記第４群が、１枚の正レンズで構成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のズーム光学系。
  13. 前記プリズム成分が、前記反射面を１つのみ備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のズーム光学系。
  14. 請求項１〜１３のいずれかに記載のズーム光学系を備えた撮像装置。
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