JP2005173191A - 光路折り曲げ光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型な変倍光学系に関し、特に、変倍光学系を搭載するデジタルカメラ、携帯端末、携帯電話等要の小型変倍光学系を提供する。
【解決手段】少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ１２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ１３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ１２と第４レンズ群Ｇ１４が光軸に沿って移動する変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１１が屈折力を有する光路折り曲げ素子Ｌ１１を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ１２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ１３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ１４を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群Ｇ１２と第４レンズ群Ｇ１４が光軸に沿って移動する変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１１が屈折力を有する光路折り曲げ素子Ｌ１１を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、小型な変倍光学系に関し、特に、変倍光学系を搭載するデジタルカメラ、携帯端末、携帯電話等要の小型変倍光学系に関する。
ＣＣＤ等の電子撮像素子を用いた小型カメラ、携帯端末、携帯電話等に内蔵して用いる結像光学系は、小型化、特に薄型化への要求が強い。これらの光学系に関する従来技術としては次のような光学系が開示されている。例えば、特許文献１には、第３レンズ群の平凸レンズと直角プリズムを接合したものを第３レンズ群と第４レンズ群の間に配置することで光路を折り曲げた４群ズーム光学系が開示されている。又、特許文献２には光路折り曲げ用プリズムのプリズムに光学パワーを与えたものが開示されている。
特開平１０−２０１９１号公報
特開平９−２１１２８７号公報
しかし、特許文献１に示されたズーム光学系は、光学系の奥行き方向の薄型化が十分ではない。又、特許文献２には、光学系の構成に関する具体的な数値データの開示がなく薄型化するたの条件について十分述べられていない。又、両者は、いずれも、光学系で歪曲収差を補正せずに歪曲収差を電子的に画像処理で補正する際に最適な光学系に関するものではない。
本願の発明は、従来技術の上記課題に鑑み、小型な変倍光学系に関し、特に、変倍光学系を搭載するデジタルカメラ、携帯端末、携帯電話等に適した小型変倍光学系を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の光路折り曲げ光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群と第４レンズ群が光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群が屈折力を有する光路折り曲げ素子を含むことを特徴とする。
本発明の第２の光路折り曲げ光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群と第４レンズ群が光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群が光路折り曲げ素子を含み、第レンズ４群正２枚以上の正の屈折力のレンズを含むことを特徴とする。
本発明の第３の光路折り曲げ光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群と第３レンズ群が光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群が光路折り曲げ素子を含み、第３レンズ群が３枚以上の正の屈折力のレンズを含むことを特徴とする。
本発明の第４の光路折り曲げ光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を含むレンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群と第３レンズ群が光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群が、少なくとも、物体側から順に、両面が凹の負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子、凸レンズを含むことを特徴とする。
本願の発明によれば、小型デジタルスチルカメラ、携帯電話、携帯端末等に搭載可能な小型変倍光学系を提供することができる。
実施例の説明に先立ち、本願の発明の構成に基づく作用効果を説明する。
本発明の光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有する。そして、広角端から望遠端に変倍する際に、２つのレンズ群が光軸に沿って移動する。
ここで、従来のように、撮像光学系の物体側から撮像面までの光路が直線であると、撮像装置の厚さは撮像光学系の全長より厚くなってしまう。そこで、本発明では、光路折り曲げ素子を設けている。このようにすれば、光路を折り曲げるための反射面により、撮像光学系の光路を折り曲げることができる。その結果、撮像装置の厚さを薄くすることができる。
本発明の光学系は、少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有する。そして、広角端から望遠端に変倍する際に、２つのレンズ群が光軸に沿って移動する。
ここで、従来のように、撮像光学系の物体側から撮像面までの光路が直線であると、撮像装置の厚さは撮像光学系の全長より厚くなってしまう。そこで、本発明では、光路折り曲げ素子を設けている。このようにすれば、光路を折り曲げるための反射面により、撮像光学系の光路を折り曲げることができる。その結果、撮像装置の厚さを薄くすることができる。
又、光路の折り曲げは、できるだけ物体側で行った方がよい。それは、光学系の奥行き寸法や物体側面の有効径を、より小さくできるからである。このように、第１レンズ群が光路折り曲げ素子を含むことで、光学系の小型化の効果を大きくできる。以上の構成を基本構成とし、更に特徴を備えることで、本発明の光学系が構成されている。
ここで、本発明の１つは、正の屈折力の第４レンズ群を備え、光路折り曲げ素子が屈折力を有している。光路折り曲げ素子に屈折力を持たせることで、光学系の奥行き方法の寸法と物体側面の有効径の小型化の効果が大きくなる。また、光学系の性能向上やレンズ枚数の削減ができる。
屈折力を有する光路折り曲げ素子としては、内部反射プリズム、曲率を有する反射鏡、反射型可変形状鏡などがある。内部反射プリズムの場合、入射面あるいは射出面の少なくとも一方が曲率を有するのが好ましい。
屈折力を有する光路折り曲げ素子としては、内部反射プリズム、曲率を有する反射鏡、反射型可変形状鏡などがある。内部反射プリズムの場合、入射面あるいは射出面の少なくとも一方が曲率を有するのが好ましい。
また、移動する２つのレンズ群は、第２レンズ群と第４レンズ群である。すなわち、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第４レンズ群を光軸方向に移動させる。
この時、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広げ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を狭め、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を狭めるように、第２レンズ群と第４レンズ群を移動させるのが好ましい。このようにすれば、光学系を長焦点距離化できる。
この時、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広げ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を狭め、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を狭めるように、第２レンズ群と第４レンズ群を移動させるのが好ましい。このようにすれば、光学系を長焦点距離化できる。
また、正の屈折力の第３レンズ群の前あるいは後に、絞りを配置する。そして、この構成で、変倍の際に絞りと第３レンズ群を固定にする。このようにすれば、絞りやシャッターの移動スペースが無くなり光学系をより小型化できるので、より好ましい。
又、別の発明では、基本構成に加えて、正の屈折力の第４レンズ群を備えている。また、移動する２つのレンズ群は、第２レンズ群と第４レンズ群である。すなわち、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第４レンズ群を光軸方向に移動させる。
この時、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広げ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を狭め、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を狭めるように、第２レンズ群と第４レンズ群を移動させるのが好ましい。このようにすれば、光学系を長焦点距離化できる。
この時、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広げ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を狭め、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を狭めるように、第２レンズ群と第４レンズ群を移動させるのが好ましい。このようにすれば、光学系を長焦点距離化できる。
そして、この第４レンズ群は、２枚以上の正の屈折力のレンズを含むようにする。これにより、第２レンズ群で発散した光を、第３レンズ群とともに良好に収束することができる。
ここで、第４レンズ群は、負の屈折力の第２レンズ群で発散した光を、第３レンズ群とともに収束する必要がある。そこで、第４レンズ群の物体側には、正の屈折力のレンズを配置するのが好ましい。
また、良好な性能を確保したまま光束を十分に収束し、更に第４レンズ群を短焦点化するには、少なくとも２枚の正の屈折力のレンズを含むのが好ましい。この場合、第４レンズ群の最も物体側に配置した正の屈折力のレンズが、第４レンズ群で最も強い正の屈折力を持つようにする。このようにすると、光束を十分に収束し光学系を小型化する効果が大きくなるので、より好ましい。
また、良好な性能を確保したまま光束を十分に収束し、更に第４レンズ群を短焦点化するには、少なくとも２枚の正の屈折力のレンズを含むのが好ましい。この場合、第４レンズ群の最も物体側に配置した正の屈折力のレンズが、第４レンズ群で最も強い正の屈折力を持つようにする。このようにすると、光束を十分に収束し光学系を小型化する効果が大きくなるので、より好ましい。
また、広角端から望遠端に変倍する際に、第４レンズ群は光軸方向に沿って移動する。そこで、第４レンズ群に少なくとも１枚の負の屈折力のレンズを含むようにするのが好ましい。このようにすることで、変倍に伴う色収差を含む諸収差の変動を抑制できる。
又、第４レンズ群を、物体側から正負の構成にするのが好ましい。このようにすることで、第４レンズ群を短焦点化できる。更に、この構成により、主点位置が第３レンズ群側に移動し、第３レンズ群と第４レンズ群の主点間隔の短縮できる。よって、レンズ全長の短縮につながる。又、第４レンズ群の倍率を大きくできるため、変倍に伴う第４レンズ群の移動量を小さくできるのでより好ましい。
この場合、第２レンズ群が正の屈折力のレンズ、正の屈折力と負の屈折力の接合レンズであると、少ないレンズ枚数で上記効果を得られる。又、接合レンズにすることで偏心誤差、間隔誤差等が効きにくくなり、メカ構造も簡単になるのでより好ましい。また、接合レンズが、物体側から両面が凸レンズと両面が凹レンズの接合の像側に凹面を向けたメニスカス形状であるのがよい。このような形状であると、主点位置が第３レンズ群側に移動し、第３レンズ群と第４レンズ群の主点間隔の短縮できる。よって、レンズ全長の短縮につながる。
又、第４レンズ群の倍率を大きくできるので、変倍に伴う第４レンズ群の移動量を小さくできる。又、負屈折力が強くできるので、第４レンズ群で発生する色収差を良好に補正でき、変倍に伴う色収差の変動を抑制できる。
又、第４レンズ群の倍率を大きくできるので、変倍に伴う第４レンズ群の移動量を小さくできる。又、負屈折力が強くできるので、第４レンズ群で発生する色収差を良好に補正でき、変倍に伴う色収差の変動を抑制できる。
また、更に別の発明では、基本構成において、第３レンズ群が複数のレンズを有する。そして移動する２つのレンズ群は、第２レンズ群と第３レンズ群である。すなわち、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第３レンズ群を光軸方向に移動させる。
ここで、第３レンズ群は、負の屈折力の第２レンズ群で発散した光を、収束する必要がある。そこで、第３レンズ群の物体側は、正の屈折力のレンズにするのが好ましい。この時、第３レンズ群が、３枚以上の正の屈折力のレンズを含むようにするのが好ましい。このようにすることにより、良好な性能を確保したまま、光束を十分に収束することができる。また、正の屈折力が３枚の正の屈折力のレンズに分散されるので、製作誤差に関する感度が低減され好ましい。
この場合、第３レンズ群に、物体側から正負の構成となるレンズを配置するのが好ましい。このようにすることで、第３レンズ群を短焦点化できる。また、主点位置が第２レンズ群側に移動し、第２レンズ群と第３レンズ群の主点間隔の短縮できるので、レンズ全長の短縮につながる。又、第３レンズ群の倍率を大きくできるため、変倍に伴う第３レンズ群の移動量を小さくできるのでより好ましい。
また、第３レンズ群を、物体側から正屈折力のレンズ２枚、正の屈折力と負の屈折力の接合レンズの順に構成するのがよい。このようにすることにより、少ないレンズ枚数で上記効果を得られる。又、接合レンズにすることにより偏心誤差、間隔誤差等が効きにくくなり、メカ構造も簡単になるのでより好ましい。
この場合、接合レンズを、物体側から両凸レンズと両凹レンズの接合とするのがよい。このように、接合レンズの形状を像側に凹面を向けたメニスカス形状にすることにより、主点位置が第２レンズ群側に移動する。その結果、第２レンズ群と第３レンズ群の主点間隔の短縮できるので、レンズ全長の短縮につながる。又、第３レンズ群の倍率を大きくできるので、変倍に伴う第３レンズ群の移動量を小さくできる。又、負の屈折力が強くできるので、第３レンズ群で発生する色収差を良好に補正できる。また、変倍に伴う色収差の変動を抑制できる。
また、更に別の発明では、基本構成において、第１レンズ群が、少なくとも、物体側から順に、両面が凹の負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子、凸レンズを含む。そして、移動する２つのレンズ群は、第２レンズ群と第３レンズ群である。すなわち、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第３レンズ群を光軸方向に移動させる。
光路折り曲げ部よりも像側の大きさを小さくするためには、光路折り曲げ部より前のレンズは負の屈折力であることが、より好ましい。一方、色収差補正のためには、第１レンズ群が正の屈折力を有することが好ましい。よって、少ないレンズ枚数で、光路折り曲げ素子を小さくし良好な色収差を確保するためには、第１レンズ群を物体側から順に、負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子の光路折り曲げ部、正の屈折力のレンズを含むように構成するのが好ましい。
この場合、負の屈折力のレンズを両面が凹のレンズとするのが好ましい。このようにすることで、強い負の屈折力により光路折り曲げ部以降の大きさを小さくする作用が強くなる。なお、この負レンズは、光路折り曲げ素子の光路折り曲げ部より物体側に配置されたレンズである。
又、歪曲収差を光学系で良好に補正しようとすると、レンズ枚数が増え光学系が大型化する。そこで、光学系で補正しきれない歪曲収差を電子的に補正することで、光学系をより小型にすることができる。この際に、第１レンズ群のより物体側に、強い負の屈折力のレンズを配置する。このようにすることで、特に広角端で、より大きな負の歪曲収差を発生させ、より広画角化・高倍率化することができる。この場合、第１レンズ群の前側主点位置が第１レンズ群より物体側に突出するパワー配置であると、レンズ有効径やレンズ全長を十分に小型化する効果がより大きくなりより好ましい。
又、第１レンズ群のより物体側に強い負の屈折力のレンズを配置すると、強い負の屈折力により大きな収差が発生する。そこで、この両凹レンズは非球面とするのが好ましい。この非球面は、光軸から離れるに従って近軸パワーを弱める非球面作用を持つことが収差補正上より好ましい。
以下、本願の発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、本願の発明の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端の上記光学系の断面図である。
図１に示されるように、実施例１の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４及び第５レンズ群Ｇ１５を備える。Ｆ１は、平行平面板群であり、最終レンズ群と撮像面IＭＧとの間に配される。この平行平面板群Ｆ１は近赤外線カットフイルターＦ１１、光学的ローパスフイルターＦ１２、電子撮像素子であるＣＣＤのカバーガラスＦ１３より構成される。上記平行平面板の組合せ、配置等は適宜必要に応じて変更できる。
図１は、本願の発明の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端の上記光学系の断面図である。
図１に示されるように、実施例１の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ１４及び第５レンズ群Ｇ１５を備える。Ｆ１は、平行平面板群であり、最終レンズ群と撮像面IＭＧとの間に配される。この平行平面板群Ｆ１は近赤外線カットフイルターＦ１１、光学的ローパスフイルターＦ１２、電子撮像素子であるＣＣＤのカバーガラスＦ１３より構成される。上記平行平面板の組合せ、配置等は適宜必要に応じて変更できる。
第１レンズ群Ｇ１１は、負の屈折力の光学素子Ｌ１１、両凸面のレンズＬ１２とで構成されている。光学素子Ｌ１１は光路折り曲げ素子であって、物体側に凹面を向けた負の屈折力のレンズ面を有する。また、光学素子Ｌ１１は光路を折り曲げるための反射光学面ＲＦを有し、光路を９０°折り曲げる反射プリズムとしての機能も有している。第２レンズ群Ｇ１２は、物体側から順に、両凹面のレンズＬ１３、両凸面のレンズＬ１４で構成されている。第３レンズ群Ｇ１３は、両凸面のレンズＬ１５で構成される。第４レンズ群Ｇ１４は、両凸面のレンズＬ１６と、両凸面のレンズＬ１７と両凹面のレンズＬ１８とで構成されている。上記レンズＬ１７とレンズＬ１８は接合されている。第５レンズ群Ｇ１５は、両凸面のレンズＬ１９で構成されている。
又、開口絞りＳは、第２レンズ群Ｇ１２と第３レンズ群Ｇ１３の間に設けられている。より詳しくは、開口絞りＳは、レンズＬ１５の物体側の面に近接して設けられている。
又、開口絞りＳは、第２レンズ群Ｇ１２と第３レンズ群Ｇ１３の間に設けられている。より詳しくは、開口絞りＳは、レンズＬ１５の物体側の面に近接して設けられている。
広角端から望遠端に変倍の際には、各レンズ群は次のようになる。第２レンズ群Ｇ１２は、第３レンズ群Ｇ１３との間隔を狭めるように、像側に向かって移動する。第４レンズ群Ｇ１４は、第３レンズ群Ｇ１３との間隔を狭めるように、物体側に向かって光軸に沿って移動する。第５レンズ群Ｇ１５は、広角端から中間位置への変倍の際は物体側に移動し、中間位置から望遠端への変倍の際は像側に移動する。
また、第１レンズ群Ｇ１１、開口絞りＳ及び第３レンズ群Ｇ１３は、撮像面IMGに対しては位置固定である。なお、合焦は第５レンズ群Ｇ１５で行う。
また、第１レンズ群Ｇ１１、開口絞りＳ及び第３レンズ群Ｇ１３は、撮像面IMGに対しては位置固定である。なお、合焦は第５レンズ群Ｇ１５で行う。
以上のように、実施例１の構成によれば、変倍の際に、絞りＳの位置や第３レンズ群Ｇ１３を固定にしているため、メカ機構が簡単になるので好ましい。又、最終レンズ群Ｇ１５の屈折力を正の屈折力ととすることで、像側テレセントリック性の確保がより容易になる。
第２レンズ群Ｇ１２の像点は、第２レンズ群から、かなり物体側位置に形成される。レンズ全長を短くするには、第２レンズ群と第２レンズ群以降の正の屈折力のレンズ群の主点間隔などを小さくする必要がある。
そこで、第４レンズ群Ｇ１４を物体側から正レンズ、負レンズの順の構成にすると、主点位置が第２レンズ群側に移動する。そうすると、第２レンズ群Ｇ１２と第２レンズ群以降の正の屈折力のレンズ群の主点間隔が短縮できるので、レンズ全長の短縮につながる。又、第４レンズ群Ｇ１４の倍率を大きくできるので、変倍に伴う第４レンズ群Ｇ１４の移動量を小さくできる。この場合、第４レンズ群Ｇ１４の最終面を像側に凹形状の面とすれば、さらに効果が大きくなる。
そこで、第４レンズ群Ｇ１４を物体側から正レンズ、負レンズの順の構成にすると、主点位置が第２レンズ群側に移動する。そうすると、第２レンズ群Ｇ１２と第２レンズ群以降の正の屈折力のレンズ群の主点間隔が短縮できるので、レンズ全長の短縮につながる。又、第４レンズ群Ｇ１４の倍率を大きくできるので、変倍に伴う第４レンズ群Ｇ１４の移動量を小さくできる。この場合、第４レンズ群Ｇ１４の最終面を像側に凹形状の面とすれば、さらに効果が大きくなる。
また、第４レンズ群Ｇ１４は、負の屈折力のレンズ群で発散した光束を、収束させる作用を持つ正の屈折力のレンズ群である。そのため、第４レンズ群Ｇ１４持は、少なくとも２枚の正の屈折力のレンズと１枚の負の屈折力のレンズを含むことが好ましい。
変倍の際に光軸に沿って移動するレンズ群は、正の屈折力と負の屈折力のレンズを含むのが好ましい。このようにすれば、変倍に伴う色収差の変動を抑制することで、光学系全体の変倍に伴う色収差の変動を抑制することができる。
光学素子Ｌ１１は、νd≦３５を満足することが好ましい。第２レンズ群Ｇ１２は、アッベ数の差ΔνdがΔνd≧１２となるような正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを含むことが好ましい。第４レンズ群Ｇ１４は、アッベ数の差ΔνdがΔνd≧２０となるような正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを含むことが好ましい。
非球面については、光学素子Ｌ１１の入射面、レンズＬ１２の物体側面、レンズＬ１３の物体側面と像側面、レンズＬ１６の物体側の面及び接合レンズＬ１７の物体側の面が非球面である。これら非球面は、光軸から離れるにつれ近軸的なパワーを弱めるような非球面作用を持つことが、収差補正上好ましい。
最も像側のレンズ群では光線高が高いので、歪曲収差や非点収差、コマ収差等の軸外収差や瞳収差を、効果的に補正することができる。そこで、最も像側のレンズ群が、少なくとも１面の非球面を含むようにしても良い。この場合、光軸から離れるに従って近軸パワーよりパワーを弱める非球面作用を持つことが望ましい。
第１レンズ群Ｇ１１や第４レンズ群Ｇ１４は、絞りＳから離れた位置にある。このようなレンズ群は、円径の外径ではなく長方形の外径とするのが好ましい。このようにしてレンズ群を軽量化すると、アクチュエータの負担が減るので好ましい。
ＣＣＤのように撮像面が長方形の場合、撮像面の短辺に平行になるように光軸を折り曲げれば、撮像装置の厚さを薄くできる。
図５は光路の折り曲げの説明図であり、(a)は従来の光学系における撮像面の短辺を示す。(b)は光路の折り曲げ素子による光路の折り曲げ光学系の概略図である。(c)は光路折り曲げプリズムによる光路の折り曲げ光学系の概略図である。
この図の紙面内方向が撮像面の短辺方向で、紙面と垂直方向が撮像面の長辺方向とすれば、Ｄ１やＤ２’を小さくできる。この場合、最も物体側のレンズ群や最も像側のレンズの有効径は、撮像面の形状に近くなる。そこで、レンズ外径形状を、光軸を中心とした円形ではなく長方形にすると、撮像光学系を小型化できる。
図５は光路の折り曲げの説明図であり、(a)は従来の光学系における撮像面の短辺を示す。(b)は光路の折り曲げ素子による光路の折り曲げ光学系の概略図である。(c)は光路折り曲げプリズムによる光路の折り曲げ光学系の概略図である。
この図の紙面内方向が撮像面の短辺方向で、紙面と垂直方向が撮像面の長辺方向とすれば、Ｄ１やＤ２’を小さくできる。この場合、最も物体側のレンズ群や最も像側のレンズの有効径は、撮像面の形状に近くなる。そこで、レンズ外径形状を、光軸を中心とした円形ではなく長方形にすると、撮像光学系を小型化できる。
本実施例においては、望遠焦点距離／広角焦点距離の値は２．８６倍であるが、広角端で負の像歪を発生させ、広角画角／望遠画角を３倍というように高画角化・高倍率化している。そして、高画角化・高倍率化に伴って生じた像歪を、電気的に補正している。
上記の光学系において、レンズ面を非球面にする場合、非球面が形成されたレンズがガラスからなり、その転移点Ｔｇが以下の条件式を満たすことが望ましい。
６０℃＜Ｔｇ＜６２０℃
６０℃＜Ｔｇ＜６２０℃
非球面形状は、研磨では形状を正確に出すことが困難で、又、研削では大量に加工することが困難である。非球面が形成されたレンズが上記条件式を満たすと、ガラス成形法により加工することができる。その結果、非球面レンズを容易に大量に生産することができる。そのため、光学系が安価になる。このようなことから、レンズに非球面を設ける場合、非球面が形成されたレンズが、ガラス成形法で加工されたものであることが望ましい。
又、非球面を有する場合、非球面を形成するレンズを、有機無機ハイブリッド材料から形成することが可能である。有機無機ハイブリッド材料は、例えば特開平７−９０１８１号公報に記載されている。有機無機ハイブリッド材料は、、無機材料中に有機材料が分散されているもの、あるいは、有機材料中に無機材料が分散されているものである。そして、有機無機ハイブリッド材料は、ガラスに比べると融点が低く、低い温度で成形して、容易に大量に生産することができる。このような材料を用いることにより、光学系が安価になる。
又、有機無機ハイブリッド材料は、プラスチックに比べると高屈折率低分散の光学特性が得られ、 又、耐熱性に優れている。さらに、傷も付き難く、例えば光学系の前玉（最も物体側にある光学素子）にも使用できる。したがって、少なくとも非球面が形成されたレンズに、このような有機無機ハイブリッド材料を用いることが望ましい。
又、有機無機ハイブリッド材料は、プラスチックに比べると高屈折率低分散の光学特性が得られ、 又、耐熱性に優れている。さらに、傷も付き難く、例えば光学系の前玉（最も物体側にある光学素子）にも使用できる。したがって、少なくとも非球面が形成されたレンズに、このような有機無機ハイブリッド材料を用いることが望ましい。
又、レンズが非球面を有する場合、非球面を形成するレンズの素材として、プラスチックを用いることが可能である。プラスチックを用いると、プラスチック成形法で、容易にしかも大量に非球面を有するレンズを生産することができる。又、材料費が安いため, 安価なレンズ及び安価な光学系を得ることができる。又、プラスチックはガラスに比べ軽いため, 光学系の軽量化も図ることができる。
又、本発明の変倍光学系において、全てのレンズをプラスチックで形成することが可能である。全てのレンズをプラスチックで構成すると、全てのレンズをプラスチック成形法で生産することができ、容易に大量に生産することができる。又、材料費が安いため、安価な光学系を得ることができる。
以下に、上記実施例１の数値データを示す。ここでｆは全系焦点距離、２ωは画角、FnoはFナンバー、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、nd1、nd2は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2・・は各レンズのアッベ数である。
なお、回転対称な非球面は次式で定義する。
（ｈは光軸からの距離。ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
Ｚ＝ｃｈ2／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ2 ｈ2 ｝］
＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ10＋・・
ここで、ｃは頂点の曲率、ｋは円錐定数、Ａは４次非球面係数、Ｂは６次非球面係数、Ｃは８次非球面係数、Ｄは１０次非球面係数である。
これらの記号は、以下の各実施例においても共通である。
なお、回転対称な非球面は次式で定義する。
（ｈは光軸からの距離。ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
Ｚ＝ｃｈ2／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ2 ｈ2 ｝］
＋Ａｈ4＋Ｂｈ6＋Ｃｈ8＋Ｄｈ10＋・・
ここで、ｃは頂点の曲率、ｋは円錐定数、Ａは４次非球面係数、Ｂは６次非球面係数、Ｃは８次非球面係数、Ｄは１０次非球面係数である。
これらの記号は、以下の各実施例においても共通である。
数値データ１（実施例１）
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -4.18 1.8467 23.8
2 ∞ 3.88 偏心(1) 1.8467 23.8
3 ∞ 0.10
4 非球面[2] 1.94 1.7495 35.3
5 -20.65 1.00
6 非球面[3] 0.70 1.7000 48.1
7 非球面[4] 0.79
8 15.48 1.44 1.7552 27.5
9 -23.46 8.29
10 絞り面 0.10
11 30.40 1.13 1.4875 70.2
12 -46.25 6.86
13 非球面[5] 3.07 1.4875 70.2
14 -11.54 0.10
15 非球面[6] 1.95 1.5163 64.1
16 -21.14 1.89 1.7282 28.5
17 4.00 2.87
18 12.33 1.53 1.6031 60.6
19 -14.86 1.00
20 ∞ 0.00
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IＭＧ) ∞ 0.00
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -4.18 1.8467 23.8
2 ∞ 3.88 偏心(1) 1.8467 23.8
3 ∞ 0.10
4 非球面[2] 1.94 1.7495 35.3
5 -20.65 1.00
6 非球面[3] 0.70 1.7000 48.1
7 非球面[4] 0.79
8 15.48 1.44 1.7552 27.5
9 -23.46 8.29
10 絞り面 0.10
11 30.40 1.13 1.4875 70.2
12 -46.25 6.86
13 非球面[5] 3.07 1.4875 70.2
14 -11.54 0.10
15 非球面[6] 1.95 1.5163 64.1
16 -21.14 1.89 1.7282 28.5
17 4.00 2.87
18 12.33 1.53 1.6031 60.6
19 -14.86 1.00
20 ∞ 0.00
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IＭＧ) ∞ 0.00
非球面[1]
曲率半径 ｒ1＝9.80
ｋ＝0
A＝ -3.4025×10-4 Ｂ＝-2.2640×10-7 Ｃ＝1.0953×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝14.51
ｋ＝0
A＝ -2.1901×10-4 Ｂ＝9.7085×10-8 Ｃ＝7.4441×10-9
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝-7.52
ｋ＝0
A＝5.2340×10-4 Ｂ＝1.4142×10-5 Ｃ＝-2.1045×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝6.70
ｋ＝0
A＝-7.7041×10-4 Ｂ＝1.0353×10-5 Ｃ＝2.8905×10-7
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝6.31
ｋ＝0
A＝-5.9344×10-4 Ｂ＝-1.6321×10-5 Ｃ＝-3.5256×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝8.32
ｋ＝0
A＝-2.9810×10-4 Ｂ＝3.4617×10-6 Ｃ＝1.3142×10-6
曲率半径 ｒ1＝9.80
ｋ＝0
A＝ -3.4025×10-4 Ｂ＝-2.2640×10-7 Ｃ＝1.0953×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝14.51
ｋ＝0
A＝ -2.1901×10-4 Ｂ＝9.7085×10-8 Ｃ＝7.4441×10-9
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝-7.52
ｋ＝0
A＝5.2340×10-4 Ｂ＝1.4142×10-5 Ｃ＝-2.1045×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝6.70
ｋ＝0
A＝-7.7041×10-4 Ｂ＝1.0353×10-5 Ｃ＝2.8905×10-7
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝6.31
ｋ＝0
A＝-5.9344×10-4 Ｂ＝-1.6321×10-5 Ｃ＝-3.5256×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝8.32
ｋ＝0
A＝-2.9810×10-4 Ｂ＝3.4617×10-6 Ｃ＝1.3142×10-6
偏心[１]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
以下、本願の発明の実施例２について図面を用いて説明する。
図２は、実施例２の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図２に示されるように、実施例２の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ２４を有している。そして、第２レンズ群Ｇ２２と第３レンズ群Ｇ２３との間には、絞りＳが配置されている。なお、最終レンズ群Ｇ２４の像側と撮像面IＭＧとの間には、光学素子である平行平面板群Ｆ２が配置されている。これらは、例えば、Ｆ２１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ２２とＦ２３は光学的ローパスフイルタとＣＣＤのカバーガラスである。
図２は、実施例２の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図２に示されるように、実施例２の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ２４を有している。そして、第２レンズ群Ｇ２２と第３レンズ群Ｇ２３との間には、絞りＳが配置されている。なお、最終レンズ群Ｇ２４の像側と撮像面IＭＧとの間には、光学素子である平行平面板群Ｆ２が配置されている。これらは、例えば、Ｆ２１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ２２とＦ２３は光学的ローパスフイルタとＣＣＤのカバーガラスである。
第１レンズ群Ｇ２１は、負の屈折力の光学素子Ｌ２１と、両凸面のレンズＬ２２とで構成されている。光学素子Ｌ２１は光路折り曲げ素子であって、物体側に凹面を向けた負の屈折力のレンズ面を有する。また、光学素子Ｌ１１は光路を折り曲げるための反射光学面ＲＦを有し、光路を９０°折り曲げる反射プリズムとしての機能も有している。第２レンズ群Ｇ２２は、物体側から順に、両凹面のレンズＬ２３と、両凸面のレンズＬ２４で構成されている。第３レンズ群Ｇ２３は、両凸面のレンズＬ２５、両凸面のレンズＬ２６、両凸面のレンズＬ２７及び両凹面のレンズＬ２８で構成される。レンズＬ２７とレンズＬ２８は接合されている。第４レンズ群Ｇ２４は、両凸面のレンズＬ２９で構成されている。又、開口絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２２と第３レンズ群Ｇ２３の間に配置されている。
広角端から望遠端に変倍の際には、各レンズ群は次のようになる。第２レンズ群Ｇ２２は、第３レンズ群Ｇ２３との間隔を狭めるように、像側に向かって移動する。第３レンズ群Ｇ２３は、第２レンズ群Ｇ２２との間隔を狭めるように、物体側に向かって移動する。第４レンズ群Ｇ２４は、広角端から中間位置への変倍の際は像側に向かって移動し、そして中間位置から望遠端に変倍の際は物体側に移動する。
また、第１レンズ群Ｇ２１、開口絞りＳは、撮像面IＭＧに対しては位置固定である。
また、第１レンズ群Ｇ２１、開口絞りＳは、撮像面IＭＧに対しては位置固定である。
非球面については、光学素子Ｌ２１の入射面、レンズＬ２２の物体側面、レンズＬ２３の物体側面と像側面、レンズＬ２５の最も物体側の面及び接合レンズＬ２７の最も物体側の面が非球面である。
本実施例においては、望遠焦点距離／広角焦点距離の値は２．９倍であるが、広角端で負の像歪を発生させ、広角画角／望遠画角を３倍というように高画角化・高倍率化している。そして、高画角化・高倍率化に伴って生じた像歪を、電気的に補正している。
数値データ２(実施例２)
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -4.25 1.8467 23.8
2 ∞ 4.10 偏心(1) 1.8467 23.8
3 ∞ 0.10
4 非球面[2] 1.96 1.7495 35.3
5 -13.68 1.00
6 非球面[3] 0.70 1.7440 44.8
7 非球面[4] 1.10
8 20.91 1.13 1.7552 27.5
9 -18.83 7.75
10 絞り面 7.26
11 非球面[5] 1.73 1.4875 70.2
12 -63.54 1.08
13 18.33 1.80 1.4875 70.2
14 -12.12 0.10
15 非球面[6] 1.93 1.6204 60.3
16 -11.42 2.71 1.6989 30.1
17 4.02 1.11
18 7.22 1.62 1.4875 70.2
19 -20.57 1.67
20 ∞ 0.00 1.6779 31.6
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -4.25 1.8467 23.8
2 ∞ 4.10 偏心(1) 1.8467 23.8
3 ∞ 0.10
4 非球面[2] 1.96 1.7495 35.3
5 -13.68 1.00
6 非球面[3] 0.70 1.7440 44.8
7 非球面[4] 1.10
8 20.91 1.13 1.7552 27.5
9 -18.83 7.75
10 絞り面 7.26
11 非球面[5] 1.73 1.4875 70.2
12 -63.54 1.08
13 18.33 1.80 1.4875 70.2
14 -12.12 0.10
15 非球面[6] 1.93 1.6204 60.3
16 -11.42 2.71 1.6989 30.1
17 4.02 1.11
18 7.22 1.62 1.4875 70.2
19 -20.57 1.67
20 ∞ 0.00 1.6779 31.6
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
非球面[1]
曲率半径 ｒ1＝10.02
ｋ＝0
A＝-3.1608×10-4 Ｂ＝6.1735×10-7 Ｃ＝4.5767×10-9
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝23.56
ｋ＝0
A＝-2.0079×10-4 Ｂ＝-9.3110×10-8 Ｃ＝1.0294×10-8
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝-7.80
ｋ＝0
A＝5.7738×10-4 Ｂ＝6.1928×10-6 Ｃ＝3.8289×10-7
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝9.64
ｋ＝0
A＝-1.2116×10-4 Ｂ＝2.4022×10-7 Ｃ＝1.1537×10-6
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝7.84
ｋ＝0
A＝-5.9238×10-4 Ｂ＝-4.7973×10-6 Ｃ＝-2.0809×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝15.54
ｋ＝0
A＝-1.5057×10-4 Ｂ＝2.5950×10-6 Ｃ＝4.1292e×10-7
曲率半径 ｒ1＝10.02
ｋ＝0
A＝-3.1608×10-4 Ｂ＝6.1735×10-7 Ｃ＝4.5767×10-9
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝23.56
ｋ＝0
A＝-2.0079×10-4 Ｂ＝-9.3110×10-8 Ｃ＝1.0294×10-8
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝-7.80
ｋ＝0
A＝5.7738×10-4 Ｂ＝6.1928×10-6 Ｃ＝3.8289×10-7
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝9.64
ｋ＝0
A＝-1.2116×10-4 Ｂ＝2.4022×10-7 Ｃ＝1.1537×10-6
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝7.84
ｋ＝0
A＝-5.9238×10-4 Ｂ＝-4.7973×10-6 Ｃ＝-2.0809×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝15.54
ｋ＝0
A＝-1.5057×10-4 Ｂ＝2.5950×10-6 Ｃ＝4.1292e×10-7
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
本願の発明の実施例３について図面を用いて説明する。
図３は、実施例３の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図３に示されるように、実施例３の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ３１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ３２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ３４及び第５レンズ群Ｇ３５を有している。そして、第２レンズ群Ｇ３２と第３レンズ群Ｇ３３との間には、絞りＳが配置されている。なお、最終レンズ群Ｇ３５の像側には、光学素子である平行平面板群Ｆ３が配置されている。例えば、Ｆ３１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ３２は光学的ローパスフイルタ、Ｆ３３はＣＣＤのカバーガラスである。
図３は、実施例３の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図３に示されるように、実施例３の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ３１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ３２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ３４及び第５レンズ群Ｇ３５を有している。そして、第２レンズ群Ｇ３２と第３レンズ群Ｇ３３との間には、絞りＳが配置されている。なお、最終レンズ群Ｇ３５の像側には、光学素子である平行平面板群Ｆ３が配置されている。例えば、Ｆ３１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ３２は光学的ローパスフイルタ、Ｆ３３はＣＣＤのカバーガラスである。
第１レンズ群Ｇ３１は、両凹面のレンズＬ３１と光学素子Ｌ３２と、両凸面のレンズＬ３３とで構成されている。光学素子Ｌ３２は光路折り曲げ素子であって、反射光学面ＲＦを有し、光路を９０°折り曲げる反射プリズムとしての機能を有している。第２レンズ群Ｇ３２は、物体側から順に、両凹面のレンズＬ３４と、物体側凸面の正メニスカスレンズＬ３５で構成されている。第３レンズ群Ｇ３３は、両凸面のレンズＬ３６で構成される。第４レンズ群Ｇ３４は両面凸のレンズＬ３７と両凹面のレンズＬ３８で構成される。レンズＬ３７とレンズＬ３８は接合されている。第５レンズ群Ｇ３５は、両凸面のレンズＬ３９で構成されている。又、開口絞りSは、第２レンズ群Ｇ３２と第３レンズ群Ｇ３３の間に配置されている。変倍時、開口絞りSの位置は固定である。
広角端から望遠端まで変倍の際には、各レンズ群は次のようになる。第２レンズ群Ｇ３２は、第３レンズ群Ｇ３３との間隔を狭めるように、像側に向かって移動する。第３レンズ群Ｇ３３は、第２レンズ群Ｇ３２との間隔を狭めるように、物体側に向かって移動する。第４レンズ群Ｇ３４は、物体側に向かって移動する。
また、第１レンズ群Ｇ３１、開口絞りＳ、第５レンズ群Ｇ３５は、撮像面IＭＧに対しては位置固定である。
また、第１レンズ群Ｇ３１、開口絞りＳ、第５レンズ群Ｇ３５は、撮像面IＭＧに対しては位置固定である。
非球面については、レンズＬ３１の両面、レンズＬ３３の物体側面、レンズＬ３４の物体側面と像側面、レンズＬ３６の物体側の面及び接合レンズＬ３７の最も物体側の面が非球面である。
本実施例においては、望遠焦点距離／広角焦点距離の値は２．９８倍であるが、広角端で負の像歪を発生させ、広角画角／望遠画角を３倍というように高画角化・高倍率化している。そして、高画角化・高倍率化に伴って生じた像歪を、電気的に補正している。
数値データ３（実施例３）
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -0.70 1.8467 23.8
2 非球面[2] -0.84
3 ∞ -4.60 1.8467 23.8
4 ∞ 4.60 偏心(1) 1.8467 23.8
5 ∞ 0.10
6 非球面[3] 2.02 1.7200 46.0
7 -11.23 1.00
8 非球面[4] 0.70 1.6204 60.3
9 非球面[5] 0.16
10 8.66 1.27 1.7552 27.5
11 47.60 5.63
12 絞り面 5.58
13 非球面[6] 2.23 1.5163 64.1
14 -12.99 1.29
15 非球面[7] 2.20 1.4875 70.2
16 -6.53 0.70 1.7552 27.5
17 3.81 1.64
18 7.56 1.55 1.5814 40.7
19 -17.19 1.00
20 -26.36 0.70 1.4875 70.2
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -0.70 1.8467 23.8
2 非球面[2] -0.84
3 ∞ -4.60 1.8467 23.8
4 ∞ 4.60 偏心(1) 1.8467 23.8
5 ∞ 0.10
6 非球面[3] 2.02 1.7200 46.0
7 -11.23 1.00
8 非球面[4] 0.70 1.6204 60.3
9 非球面[5] 0.16
10 8.66 1.27 1.7552 27.5
11 47.60 5.63
12 絞り面 5.58
13 非球面[6] 2.23 1.5163 64.1
14 -12.99 1.29
15 非球面[7] 2.20 1.4875 70.2
16 -6.53 0.70 1.7552 27.5
17 3.81 1.64
18 7.56 1.55 1.5814 40.7
19 -17.19 1.00
20 -26.36 0.70 1.4875 70.2
21 ∞ 0.10 1.5163 64.1
22 ∞ 0.60
23 ∞ 0.50 1.5163 64.1
24 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
非球面[1]
曲率半径 ｒ1＝47.34
ｋ＝0
A＝1.0521×10-4 Ｂ＝-6.3951×10-6 Ｃ＝8.3454×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝-12.04
ｋ＝0
A＝3.7680×10-5 Ｂ＝-7.9299×10-6 Ｃ＝-7.9253×10-8
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝16.43
ｋ＝0
A＝-1.8586×10-4 Ｂ＝-8.9933×10-7 Ｃ＝1.9689×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝15.54
ｋ＝0
A＝5.8258×10-4 Ｂ＝3.6669×10-5 Ｃ＝-7.3341e×10-7
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝5.77
ｋ＝0
A＝-8.9229×10-4 Ｂ＝3.1685×10-5 Ｃ＝8.4797×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝5.03
ｋ＝0
A＝-9.0568×10-4 Ｂ＝-1.7113×10-5 Ｃ＝-1.1827×10-6
非球面[7]
曲率半径 ｒ7＝5.73
ｋ＝0
A＝-6.5787×10-4 Ｂ＝-2.8480×10-5 Ｃ＝1.8738×10-6
曲率半径 ｒ1＝47.34
ｋ＝0
A＝1.0521×10-4 Ｂ＝-6.3951×10-6 Ｃ＝8.3454×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝-12.04
ｋ＝0
A＝3.7680×10-5 Ｂ＝-7.9299×10-6 Ｃ＝-7.9253×10-8
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝16.43
ｋ＝0
A＝-1.8586×10-4 Ｂ＝-8.9933×10-7 Ｃ＝1.9689×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝15.54
ｋ＝0
A＝5.8258×10-4 Ｂ＝3.6669×10-5 Ｃ＝-7.3341e×10-7
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝5.77
ｋ＝0
A＝-8.9229×10-4 Ｂ＝3.1685×10-5 Ｃ＝8.4797×10-7
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝5.03
ｋ＝0
A＝-9.0568×10-4 Ｂ＝-1.7113×10-5 Ｃ＝-1.1827×10-6
非球面[7]
曲率半径 ｒ7＝5.73
ｋ＝0
A＝-6.5787×10-4 Ｂ＝-2.8480×10-5 Ｃ＝1.8738×10-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
本願の発明の実施例４について図面を用いて説明する。
図４は、実施例４の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図４に示されるように、実施例４の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ４１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ４２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ４３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４４を有している。そして、第２レンズ群Ｇ４２と第３レンズ群Ｇ４３との間には、絞りＳが配置されている。第４レンズ群Ｇ４４の像側と撮像面IＭＧとの間には、光学素子である平行平面板群Ｆ４が配置されている。例えば、Ｆ４１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ４２は光学的ローパスフイルタ、Ｆ４３は、ＣＣＤのカバーガラスである。
図４は、実施例４の光路折り曲げ光学系の断面図を示す。(a)は無限遠物点合焦時の広角端の、(b)は中間状態の、(c)は望遠端のレンズ断面図である。
図４に示されるように、実施例４の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ４１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ４２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ４３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４４を有している。そして、第２レンズ群Ｇ４２と第３レンズ群Ｇ４３との間には、絞りＳが配置されている。第４レンズ群Ｇ４４の像側と撮像面IＭＧとの間には、光学素子である平行平面板群Ｆ４が配置されている。例えば、Ｆ４１は近赤外線カットフイルタ、Ｆ４２は光学的ローパスフイルタ、Ｆ４３は、ＣＣＤのカバーガラスである。
第１レンズ群Ｇ４１は、両凹面のレンズＬ４１と光学素子Ｌ４２と、両凸面のレンズＬ４３とで構成されている。光学素子Ｌ４２は光路折り曲げ素子であって、反射光学面ＲＦを有し、光路を９０°折り曲げる反射プリズムとしての機能を有している。第２レンズ群Ｇ４２は、物体側から順に、両凹面のレンズＬ４４と、物体側凸面の正メニスカスレンズＬ４５で構成されている。レンズＬ４４とレンズＬ４５は接合されている。第３レンズ群Ｇ４３は、両凸面のレンズＬ４６、両凸面のレンズＬ４７及び両凹面のレンズＬ４８で構成されている。レンズＬ４７とレンズＬ４８は接合されている。第４レンズ群Ｇ４４は両面凸のレンズＬ４９で構成されている。又、開口絞りSは、第２レンズ群Ｇ４２と第３レンズ群Ｇ４３の間に配置されている。
広角端から望遠端まで変倍の際に、各レンズ群は次のようになる。第２レンズ群Ｇ４２は、第３レンズ群Ｇ４３との間隔を狭めるように、像側に向かって移動する。第３レンズ群Ｇ４３は、第２レンズ群Ｇ４２との間隔を狭めるように、物体側に向かって移動する。
また、変倍時、第１レンズ群Ｇ４１、開口絞りS、第４レンズ群Ｇ４４の位置は撮像面IMGに対して固定である。
また、変倍時、第１レンズ群Ｇ４１、開口絞りS、第４レンズ群Ｇ４４の位置は撮像面IMGに対して固定である。
非球面については、レンズＬ４１の両面、レンズＬ４３の物体側面、接合レンズＬ４４の物体側面、レンズＬ４６の物体側の面及び接合レンズＬ４７の最も物体側の面が非球面である。
数値データ４（実施例４）
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -0.70 1.8467 23.8
2 非球面[2] -1.08
3 ∞ -4.60 1.8467 23.8
4 ∞ 4.60 偏心(1) 1.8467 23.8
5 ∞ 0.10
6 非球面[3] 2.06 1.7620 40.1
7 -10.58 1.00
8 非球面[4] 0.70 1.6204 60.3
9 8.50 1.26 1.7552 27.5
10 17.30 7.79
11 絞り面 5.70
12 非球面[5] 3.26 1.4875 70.2
13 -12.81 0.24
14 非球面[6] 3.52 1.4875 70.2
15 -4.94 0.70 1.7552 27.5
16 3.94 1.18
17 6.93 1.42 1.6668 33.1
18 -52.65 1.16
19 ∞ 0.16
20 ∞ 0.10 1.5163 64.1
21 ∞ 0.60
22 ∞ 0.50 1.5163 64.1
23 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
（i） （ｒi） （ｄi） （ｎi） （νdi）
物体面 ∞ ∞
1 非球面[1] -0.70 1.8467 23.8
2 非球面[2] -1.08
3 ∞ -4.60 1.8467 23.8
4 ∞ 4.60 偏心(1) 1.8467 23.8
5 ∞ 0.10
6 非球面[3] 2.06 1.7620 40.1
7 -10.58 1.00
8 非球面[4] 0.70 1.6204 60.3
9 8.50 1.26 1.7552 27.5
10 17.30 7.79
11 絞り面 5.70
12 非球面[5] 3.26 1.4875 70.2
13 -12.81 0.24
14 非球面[6] 3.52 1.4875 70.2
15 -4.94 0.70 1.7552 27.5
16 3.94 1.18
17 6.93 1.42 1.6668 33.1
18 -52.65 1.16
19 ∞ 0.16
20 ∞ 0.10 1.5163 64.1
21 ∞ 0.60
22 ∞ 0.50 1.5163 64.1
23 ∞ 1.04
像面(IMG) ∞ 0.00
非球面[1]
曲率半径 ｒ1＝525.35
ｋ＝0
A＝2.8917×10-4 Ｂ＝-5.5062×10-6 Ｃ＝3.3711×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝-8.83
ｋ＝0
A＝1.7221×10-4 Ｂ＝-4.1469e-×10-6 Ｃ＝-1.7618×10-7
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝34.74
ｋ＝0
A＝-6.2004×10-5 Ｂ＝-6.2178×10-7 Ｃ＝1.6587×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝-10.04
ｋ＝0
A＝2.2669×10-4 Ｂ＝-2.6936×10-7 Ｃ＝-7.9278×10-9
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝4.99
ｋ＝0
A＝-7.6279×10-4 Ｂ＝-1.4496×10-5 Ｃ＝-1.1231×10-6
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝7.51
ｋ＝0
A＝-5.6762×10-4 Ｂ＝-1.9175×10-5 Ｃ＝4.6853×10-7
曲率半径 ｒ1＝525.35
ｋ＝0
A＝2.8917×10-4 Ｂ＝-5.5062×10-6 Ｃ＝3.3711×10-8
非球面[2]
曲率半径 ｒ2＝-8.83
ｋ＝0
A＝1.7221×10-4 Ｂ＝-4.1469e-×10-6 Ｃ＝-1.7618×10-7
非球面[3]
曲率半径 ｒ3＝34.74
ｋ＝0
A＝-6.2004×10-5 Ｂ＝-6.2178×10-7 Ｃ＝1.6587×10-8
非球面[4]
曲率半径 ｒ4＝-10.04
ｋ＝0
A＝2.2669×10-4 Ｂ＝-2.6936×10-7 Ｃ＝-7.9278×10-9
非球面[5]
曲率半径 ｒ5＝4.99
ｋ＝0
A＝-7.6279×10-4 Ｂ＝-1.4496×10-5 Ｃ＝-1.1231×10-6
非球面[6]
曲率半径 ｒ6＝7.51
ｋ＝0
A＝-5.6762×10-4 Ｂ＝-1.9175×10-5 Ｃ＝4.6853×10-7
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -45.00 β 0.00 γ 0.00
本願の発明は、特許請求の範囲に記載した発明の他に、次のような特徴を有している。
（１）前記光路折り曲げ素子が屈折力を有する光路折り曲げプリズムであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光路折り曲げ光学系。
上記構成によれば、第１レンズ群の屈折力の一部を、光路折り曲げ素子が分担する。このようにすると、第１レンズ群の収差補正能力が増し、第１レンズ群のレンズ枚数を削減できる。よって、光学系をより小型にすることができる。
また、光路を折り曲げるための反射面をプリズムの反射面とすれば、屈折率が１より大きな媒質中を光が通過するので、同じ光路長でも空気換算長が長くなる。図５において、(a)は従来の光学系、(b)は光路折り曲げ素子による光路折り曲げ光学系、(c)は光路折り曲げプリズムによる光路折り曲げ光学系における奥行き方向の寸法と物体側面の有効径との関係を示すものである。図５に示されるように、上記構成によれば、光学系の奥行き方向の寸法Ｄ２'と物体側面の有効径Ｄ３'をより小さくできる。この場合、光路折り曲げプリズムの入射面、射出面の少なくとも一方が、屈折力を有すればよい。そうすれば、光学系の奥行き方法の寸法Ｄ２'と物体側面の有効径Ｄ３'の小型化の効果が大きくなるし、光学系の性能向上やレンズ枚数の削減ができる。
（１）前記光路折り曲げ素子が屈折力を有する光路折り曲げプリズムであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光路折り曲げ光学系。
上記構成によれば、第１レンズ群の屈折力の一部を、光路折り曲げ素子が分担する。このようにすると、第１レンズ群の収差補正能力が増し、第１レンズ群のレンズ枚数を削減できる。よって、光学系をより小型にすることができる。
また、光路を折り曲げるための反射面をプリズムの反射面とすれば、屈折率が１より大きな媒質中を光が通過するので、同じ光路長でも空気換算長が長くなる。図５において、(a)は従来の光学系、(b)は光路折り曲げ素子による光路折り曲げ光学系、(c)は光路折り曲げプリズムによる光路折り曲げ光学系における奥行き方向の寸法と物体側面の有効径との関係を示すものである。図５に示されるように、上記構成によれば、光学系の奥行き方向の寸法Ｄ２'と物体側面の有効径Ｄ３'をより小さくできる。この場合、光路折り曲げプリズムの入射面、射出面の少なくとも一方が、屈折力を有すればよい。そうすれば、光学系の奥行き方法の寸法Ｄ２'と物体側面の有効径Ｄ３'の小型化の効果が大きくなるし、光学系の性能向上やレンズ枚数の削減ができる。
（２）第１レンズ群を、物体側から負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子の光路折り曲げ部、正の屈折力のレンズの順で構成することを特徴とする請求項１乃至４記載の光路折り曲げ光学系。
最も物体側のレンズ群や最も像側のレンズ群は、軸外光線の光線高が高い。そこで、上記構成のように、最も物体側のレンズ群である第１レンズ群が、負の屈折力と正の屈折力のレンズの両方を含むことで、倍率の色収差や軸外収差を有効に補正できる。一方、光路折り曲げ部以降の大きさを小さくするためには、光路折り曲げ部より物体側は負の屈折力のレンズであることが、好ましい。以上のことから、少ないレンズ枚数で良好な色収差を確保しつつ光学系を小型化するためには、第１レンズ群を物体側から負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子の光路折り曲げ部、正の屈折力のレンズの順で構成するのがより好ましい。この場合、第１レンズ群の前側主点位置を、第１レンズ群より物体側に突出する程度まで光路折り曲げ部より物体側の負の屈折力を十分に強くする。このようにすると、レンズ有効径やレンズ全長を十分に小型化することができる。
最も物体側のレンズ群や最も像側のレンズ群は、軸外光線の光線高が高い。そこで、上記構成のように、最も物体側のレンズ群である第１レンズ群が、負の屈折力と正の屈折力のレンズの両方を含むことで、倍率の色収差や軸外収差を有効に補正できる。一方、光路折り曲げ部以降の大きさを小さくするためには、光路折り曲げ部より物体側は負の屈折力のレンズであることが、好ましい。以上のことから、少ないレンズ枚数で良好な色収差を確保しつつ光学系を小型化するためには、第１レンズ群を物体側から負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子の光路折り曲げ部、正の屈折力のレンズの順で構成するのがより好ましい。この場合、第１レンズ群の前側主点位置を、第１レンズ群より物体側に突出する程度まで光路折り曲げ部より物体側の負の屈折力を十分に強くする。このようにすると、レンズ有効径やレンズ全長を十分に小型化することができる。
（３）光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群、又は光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群中の一部のレンズを光軸方向に移動することで変倍、あるいは合焦を行うことを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
例えば、光路折り曲げ素子より物体側のレンズを含んで、変倍あるいは合焦を行うとする。この場合、光路を折り曲げる前の物体側光路に、レンズが可動となる範囲（空間）を確保する必要がある。そのため、撮像装置の厚さが増える。又、光路折り曲げ素子の物体側のレンズ群と像側のレンズ群の両方で、変倍あるいは合焦を行うとする。この場合、レンズ群移動のためのメカ機構が複雑になり、撮像装置が大型化する。よって、上記構成のように、光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群、又は光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群中の一部のレンズを光軸方向に移動することで変倍、あるいは合焦を行うことで、光学系をより簡単で小型にすることができる。
例えば、光路折り曲げ素子より物体側のレンズを含んで、変倍あるいは合焦を行うとする。この場合、光路を折り曲げる前の物体側光路に、レンズが可動となる範囲（空間）を確保する必要がある。そのため、撮像装置の厚さが増える。又、光路折り曲げ素子の物体側のレンズ群と像側のレンズ群の両方で、変倍あるいは合焦を行うとする。この場合、レンズ群移動のためのメカ機構が複雑になり、撮像装置が大型化する。よって、上記構成のように、光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群、又は光路折り曲げ素子より像側に配置されたレンズ群中の一部のレンズを光軸方向に移動することで変倍、あるいは合焦を行うことで、光学系をより簡単で小型にすることができる。
（４）広角端から望遠端に変倍する際に第１レンズ群が固定であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
最も物体側の第１レンズ群は、有効径が大きく重量も重い。また、第１レンズ群は光路折り曲げ素子を含んでいる。そのため、第１レンズ群全体を、変倍の際に光軸方向に移動するのは、メカ機構上の負担になる。これは、光路折り曲げ素子が光路折り曲げプリズムの場合、特に問題となる。上記構成によれば、第１レンズ群が固定だと、沈胴式のようなメカ機構なしで撮像装置を薄型化できる。また、メカ機構が単純となり、撮像装置の耐久性も増す。また、防水にするのも容易となる。
なお、変倍の際に、光路折り曲げ素子を固定したまま、第１レンズ群の他のレンズを光軸方向に移動したとする。この場合、光路折り曲げ素子より物体側のレンズ群を光軸方向に移動させると、撮像装置の厚さが厚くなる。光路折り曲げ素子の物体側のレンズ群と像側のレンズ群の両方で、変倍あるいは合焦を行うする。この場合、レンズ群移動のためのメカ機構が複雑になり、撮像装置が大型化する。そこで、光路折り曲げプリズムより像側の第１レンズ群のみを、光軸方向に移動すれば上記問題は無い。しかしながら、第１レンズ群の一部のみを変倍に利用するこの方式では、光学系の小型化と大きなズーム比の確保の両立は難しい。以上のことからも、光路折り曲げ素子を含む第１レンズ群は固定したまま、変倍や合焦を行うのが好ましい。
最も物体側の第１レンズ群は、有効径が大きく重量も重い。また、第１レンズ群は光路折り曲げ素子を含んでいる。そのため、第１レンズ群全体を、変倍の際に光軸方向に移動するのは、メカ機構上の負担になる。これは、光路折り曲げ素子が光路折り曲げプリズムの場合、特に問題となる。上記構成によれば、第１レンズ群が固定だと、沈胴式のようなメカ機構なしで撮像装置を薄型化できる。また、メカ機構が単純となり、撮像装置の耐久性も増す。また、防水にするのも容易となる。
なお、変倍の際に、光路折り曲げ素子を固定したまま、第１レンズ群の他のレンズを光軸方向に移動したとする。この場合、光路折り曲げ素子より物体側のレンズ群を光軸方向に移動させると、撮像装置の厚さが厚くなる。光路折り曲げ素子の物体側のレンズ群と像側のレンズ群の両方で、変倍あるいは合焦を行うする。この場合、レンズ群移動のためのメカ機構が複雑になり、撮像装置が大型化する。そこで、光路折り曲げプリズムより像側の第１レンズ群のみを、光軸方向に移動すれば上記問題は無い。しかしながら、第１レンズ群の一部のみを変倍に利用するこの方式では、光学系の小型化と大きなズーム比の確保の両立は難しい。以上のことからも、光路折り曲げ素子を含む第１レンズ群は固定したまま、変倍や合焦を行うのが好ましい。
（５）第１レンズ群が少なくとも１面の非球面を含むことを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
最も物体側の第１レンズ群は光線高が高い。そこで、上記の構成のように、第１レンズ群に少なくとも１面の非球面を含むことで、歪曲収差や非点収差、コマ収差等の軸外収差を効果的に補正することができる。又、光学系をより広画角化・高倍率化したり小型化するために、光学系では像歪を補正せず、電子的に像歪補正を行う場合、第１レンズ群に非球面があると、像歪を効果的に発生させることができる。この場合、第１レンズ群の元も物体側面が非球面だと、上記効果がより効果的である。
最も物体側の第１レンズ群は光線高が高い。そこで、上記の構成のように、第１レンズ群に少なくとも１面の非球面を含むことで、歪曲収差や非点収差、コマ収差等の軸外収差を効果的に補正することができる。又、光学系をより広画角化・高倍率化したり小型化するために、光学系では像歪を補正せず、電子的に像歪補正を行う場合、第１レンズ群に非球面があると、像歪を効果的に発生させることができる。この場合、第１レンズ群の元も物体側面が非球面だと、上記効果がより効果的である。
又、光路折り曲げ素子が光路折り曲げプリズムの場合、光路折り曲げプリズムの入射面、射出面の少なくとも一方が非球面であることが好ましい。第１レンズ群に含まれる光路折り曲げプリズムでは、ここを通過する光線の光線高は高い。そこで、光路折り曲げプリズムの入射面、射出面の少なくとも一方が非球面だと、ディストーションやコマ収差、非点収差などの軸外収差が効果的に補正上できる。
又、光路折り曲げプリズムを成型で製作する場合、球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにするのも、非球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにするのも、製作上の難易度の差が少ないので、非球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにすれば良い。この場合、光路折り曲げプリズムの非球面は、光軸から離れるに従って近軸パワーよりパワーを弱める非球面作用を持つことが、収差補正上より好ましい。
又、光路折り曲げプリズムを成型で製作する場合、球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにするのも、非球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにするのも、製作上の難易度の差が少ないので、非球面作用を持つ光路折り曲げプリズムにすれば良い。この場合、光路折り曲げプリズムの非球面は、光軸から離れるに従って近軸パワーよりパワーを弱める非球面作用を持つことが、収差補正上より好ましい。
更に、光路折り曲げプリズムの非球面形状が変曲点を持つのが好ましい。この時、有効径中心が負作用で有効径周辺が正作用というように、有効径中心と有効径周辺で光学作用が反転することが、収差補正上より好ましい。この場合、より物体に近い光路折り曲げプリズムの入射面が、非球面であることが更に好ましい。
第１レンズ群を物体側から負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子、正の屈折力のレンズの順で構成する場合、負の屈折力のレンズが非球面を含むと効果的である。この場合、この非球面は光軸から離れるに従って近軸パワーを強める非球面作用を持つことがより好ましい。これは、特に、広角端でより大きな負の歪曲収差を発生させ、この歪曲収差を電子的に補正することで、広画角化・高倍率化する場合、広画角化・高倍率化の効果が大きくなるので重要である。
第１レンズ群を物体側から負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子、正の屈折力のレンズの順で構成する場合、負の屈折力のレンズが非球面を含むと効果的である。この場合、この非球面は光軸から離れるに従って近軸パワーを強める非球面作用を持つことがより好ましい。これは、特に、広角端でより大きな負の歪曲収差を発生させ、この歪曲収差を電子的に補正することで、広画角化・高倍率化する場合、広画角化・高倍率化の効果が大きくなるので重要である。
（６）第２レンズ群より像側で複数枚のレンズを含む正の屈折力のレンズ群が少なくとも１面の非球面を含むことを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
第２レンズ群は負の屈折力を有しているため、第２レンズ群を射出する光束径が広げられる。そのため、第３レンズ群以降での光束径は大きく、第３レンズ群以降の正の屈折力のレンズ群で、この光束を収束させる必要がある。上記構成のように、第２レンズ群より像側で複数枚のレンズを含み、主たる収束作用を有する正の屈折力のレンズ群が少なくとも１面の非球面を含めば、収差補正効果が大きい。
この場合、第２レンズ群より像側で複数枚のレンズを含む正の屈折力のレンズ群の最も物体側の面、あるいは開口絞りに面した面を非球面にすると、球面収差を効果的に補正できるので好ましい。この非球面は、光軸から離れるにつれ近軸的なパワーを弱めるような非球面作用を持つと、正の球面収差を抑制できるので好ましい。
第２レンズ群は負の屈折力を有しているため、第２レンズ群を射出する光束径が広げられる。そのため、第３レンズ群以降での光束径は大きく、第３レンズ群以降の正の屈折力のレンズ群で、この光束を収束させる必要がある。上記構成のように、第２レンズ群より像側で複数枚のレンズを含み、主たる収束作用を有する正の屈折力のレンズ群が少なくとも１面の非球面を含めば、収差補正効果が大きい。
この場合、第２レンズ群より像側で複数枚のレンズを含む正の屈折力のレンズ群の最も物体側の面、あるいは開口絞りに面した面を非球面にすると、球面収差を効果的に補正できるので好ましい。この非球面は、光軸から離れるにつれ近軸的なパワーを弱めるような非球面作用を持つと、正の球面収差を抑制できるので好ましい。
（７）少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を含むレンズ群からなり、正の屈折力の最終レンズ群で合焦（フォーカシング）を行うことを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
CCD等の撮像素子を用いる光学系の場合、軸外光がCCDに斜めに入射すると光量不足を招くので、光学系の射出瞳を像面から離す（理想的にはCCD側テレセントリックにする）必要がある。上記の構成によれば、正の屈折力の最終レンズ群を含むことで、像側テレセントリック性の確保がより容易になる。また、正の屈折力の最終レンズ群を光軸方向に移動することで、変倍に伴う像面位置の変化の補正やフォーカシングを効果的に行うことができる。この場合、正の屈折力の最終レンズ群が、１枚の正の屈折力のレンズからなる正の屈折力のレンズ群であると好ましい。
CCD等の撮像素子を用いる光学系の場合、軸外光がCCDに斜めに入射すると光量不足を招くので、光学系の射出瞳を像面から離す（理想的にはCCD側テレセントリックにする）必要がある。上記の構成によれば、正の屈折力の最終レンズ群を含むことで、像側テレセントリック性の確保がより容易になる。また、正の屈折力の最終レンズ群を光軸方向に移動することで、変倍に伴う像面位置の変化の補正やフォーカシングを効果的に行うことができる。この場合、正の屈折力の最終レンズ群が、１枚の正の屈折力のレンズからなる正の屈折力のレンズ群であると好ましい。
レンズ全長を短縮するには、正の屈折力の最終レンズ群は主に瞳位置の制御を行う構成にすれば良い。よって、正の屈折力の最終レンズ群を、あまり多くのレンズで構成する必要はない。そこで、正の屈折力の最終レンズ群を１枚の正の屈折力のレンズで構成すれば、少ないレンズ枚数で瞳位置を制御する効果が得られる。また、このようにすると、レンズ駆動機構の負担が減ったり、高速合焦ができるので好ましい。この場合、収差補正上、正の屈折力のレンズが両凸レンズであることが好ましい。物点位置が無限遠から近点に近づく時、正の屈折力の最終レンズ群で合焦するには、正の屈折力の最終レンズ群を光軸に沿って物体側に移動する必要がある。変倍の際に、正の屈折力の第４レンズ群は、正の屈折力の第３レンズ群との間隔を狭める方向に移動する。そこで、正の屈折力の最終レンズ群で合焦を行えば、合焦量の大きな望遠端で正の屈折力の第４レンズ群と正の屈折力の最終レンズ群の間隔を確保することが制約条件にならずに済むので好ましい。
（８）撮像素子の撮像面の短辺に平行になるように光軸を折り曲げていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
撮像面が長方形の場合、撮像面の短辺に平行になるように光軸を折り曲げれば、撮像装置の厚さを薄くできる。図５の紙面内方向が撮像面の短辺方向で、紙面と垂直方向が撮像面の長辺方向とすれば、D1やD2'を小さくできる。この場合、特に、撮像面付近の面の有効径は、撮像面の形状と似た形状になる。そこで、レンズ外径形状を光軸を中心とした円形ではなく長方形や小判形状にすると、撮像光学系を小型化できる。
撮像面が長方形の場合、撮像面の短辺に平行になるように光軸を折り曲げれば、撮像装置の厚さを薄くできる。図５の紙面内方向が撮像面の短辺方向で、紙面と垂直方向が撮像面の長辺方向とすれば、D1やD2'を小さくできる。この場合、特に、撮像面付近の面の有効径は、撮像面の形状と似た形状になる。そこで、レンズ外径形状を光軸を中心とした円形ではなく長方形や小判形状にすると、撮像光学系を小型化できる。
（９）電子的に画像処理で像歪を補正することを特徴とする請求項１乃至４に記載の折り曲げ光学系。
歪曲収差を光学系で良好に補正しようとすると、レンズ枚数が増え光学系が大型化する。光学系で歪曲収差を補正せずに、この歪曲収差を電子的に画像処理で補正することで、光学系をより小型にすることができる。この場合、歪曲収差の絶対値が３０％以下であると、電子的に歪曲収差を補正した後の画像の質を良好に保つことができるので好ましい。
歪曲収差を光学系で良好に補正しようとすると、レンズ枚数が増え光学系が大型化する。光学系で歪曲収差を補正せずに、この歪曲収差を電子的に画像処理で補正することで、光学系をより小型にすることができる。この場合、歪曲収差の絶対値が３０％以下であると、電子的に歪曲収差を補正した後の画像の質を良好に保つことができるので好ましい。
（１０）最大歪曲収差量の絶対値が３０％以下であることを特徴とする前項（９）に記載の光路折り曲げ光学系。
歪曲収差を電子的に画像処理で補正し広画角化する場合、広角端でマイナスの歪曲収差を発生させると良い。この場合、最大歪曲収差量が−３０％より大きくなると、画像最周辺の補正倍率が大きくなり、歪曲収差を電気的に補正した後の画像が粗くなる。よって、最大歪曲収差量の絶対値が３０％以下であることが望ましい。さらに、最大歪曲収差量の絶対値が２０％以下であると、より好ましい。
歪曲収差を電子的に画像処理で補正し広画角化する場合、広角端でマイナスの歪曲収差を発生させると良い。この場合、最大歪曲収差量が−３０％より大きくなると、画像最周辺の補正倍率が大きくなり、歪曲収差を電気的に補正した後の画像が粗くなる。よって、最大歪曲収差量の絶対値が３０％以下であることが望ましい。さらに、最大歪曲収差量の絶対値が２０％以下であると、より好ましい。
（１１）歪曲収差を電気的に補正する際の最大補正倍率が２倍以下であることを特徴とする（９）に記載の光路折り曲げ光学系。
図６により引き延ばし倍率について説明する。例えば、図６において実線示す歪曲収差が発生している場合、電気的歪曲の補正により図６の点線で示すように補正する必要がある。歪曲収差は像高により異なるので、補正倍率（B/A）は画素毎に異なる。補正倍率が大きい箇所（多くの場合、画像最周辺）は画質が劣化する。又、設計上は軸上の歪曲収差はないので、補正倍率が大きいと画像の中心と補正倍率が大きい箇所の解像が異なり、画像内の解像がばたつき問題となる。補正倍率を２倍以下にすると、このような問題が生じにくいので好ましい。
図６により引き延ばし倍率について説明する。例えば、図６において実線示す歪曲収差が発生している場合、電気的歪曲の補正により図６の点線で示すように補正する必要がある。歪曲収差は像高により異なるので、補正倍率（B/A）は画素毎に異なる。補正倍率が大きい箇所（多くの場合、画像最周辺）は画質が劣化する。又、設計上は軸上の歪曲収差はないので、補正倍率が大きいと画像の中心と補正倍率が大きい箇所の解像が異なり、画像内の解像がばたつき問題となる。補正倍率を２倍以下にすると、このような問題が生じにくいので好ましい。
（１２）横軸が光学系の焦点距離、縦軸が最大歪曲収差の図が、２つ以上の山あるいは谷を持たないことを特徴とする前記（９）に記載の光路折り曲げ光学系。
図７は変倍と最大歪曲収差の関係が単調である場合の説明図である。
例えば、図７に示すようにように、変倍に伴い最大歪曲収差量は変化する。変倍量fxに伴う最大歪曲収差量Ｙの変化が大きいと、画像補正用のデータ量が増え、画像補正のアルゴリズムが不安定になる。その結果、画像補正後の画像が、不自然になりやすい。そこで、図７が単調なグラフであることが望ましい。図７のグラフにおいては、変倍量fxに伴う最大歪曲収差量Ｙの曲線が、複数の極大値Ｐ又は極少値を有しないのが好ましい。即ち、２つ以上の山あるいは谷を持たないことが望ましい。更に、ある特定の焦点距離における歪曲収差は、いわゆる陣笠形状ではなく、樽型あるいは糸巻き型であることが好ましい。
図７は変倍と最大歪曲収差の関係が単調である場合の説明図である。
例えば、図７に示すようにように、変倍に伴い最大歪曲収差量は変化する。変倍量fxに伴う最大歪曲収差量Ｙの変化が大きいと、画像補正用のデータ量が増え、画像補正のアルゴリズムが不安定になる。その結果、画像補正後の画像が、不自然になりやすい。そこで、図７が単調なグラフであることが望ましい。図７のグラフにおいては、変倍量fxに伴う最大歪曲収差量Ｙの曲線が、複数の極大値Ｐ又は極少値を有しないのが好ましい。即ち、２つ以上の山あるいは谷を持たないことが望ましい。更に、ある特定の焦点距離における歪曲収差は、いわゆる陣笠形状ではなく、樽型あるいは糸巻き型であることが好ましい。
（１３）請求項１乃至４又は上記（１）乃至（１２）の何れかの項に記載の変倍光学系と、前記変倍光学系によって形成された物体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と、操作者が前記処理手段に入力したい情報信号を入力するための入力部と、前記処理手段からの出力を表示する表示素子と、前記処理手段からの出力を記録する記録媒体とを含み、前記処理手段は、前記変倍光学系によって前記電子撮像素子に受光された物体像を前記表示素子に表示するように構成されていることを特徴とする情報処理装置。
Ｇn１ 第１レンズ群
Ｇn２ 第２レンズ群
Ｇn３ 第３レンズ群
Ｇn４ 第４レンズ群
Ｇn５ 第５レンズ群
Ｌn１、Ｌn２ 第１番目のレンズ、第２番目のレンズ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４ 平行平面板群
IMG 撮像面
Ｓ 開口絞り
Ｇn２ 第２レンズ群
Ｇn３ 第３レンズ群
Ｇn４ 第４レンズ群
Ｇn５ 第５レンズ群
Ｌn１、Ｌn２ 第１番目のレンズ、第２番目のレンズ
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４ 平行平面板群
IMG 撮像面
Ｓ 開口絞り
Claims (4)
- 少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を含むレンズ群からなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第４レンズ群が光軸に沿って移動し、
第１レンズ群が屈折力を有する光路折り曲げ素子を含むことを特徴とする光路折り曲げ光学系。 - 少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を含むレンズ群からなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第４レンズ群が光軸に沿って移動し、
第１レンズ群が光路折り曲げ素子を含み、
第４レンズ群が２枚以上の正の屈折力のレンズを含むことを特徴とする光路折り曲げ光学系。 - 少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を含むレンズ群からなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群と第３レンズ群が光軸に沿って移動し、
第１レンズ群が光路折り曲げ素子を含み、
第３レンズ群が３枚以上の正の屈折力のレンズを含むことを特徴とする光路折り曲げ光学系。 - 少なくとも、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を含むレンズ群からなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、前記第２レンズ群と第３レンズ群が光軸に沿って移動し、
前記第１レンズ群が、少なくとも、物体側から順に、両面が凹の負の屈折力のレンズ、光路折り曲げ素子、凸レンズを含むことを特徴とする光路折り曲げ光学系。
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