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JP5000403B2 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像機能を有する小型の機器、特にデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、および情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）等に好適に用いられる変倍光学系および撮像装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子の小型化が進むにつれて、装置全体としてもさらなる小型化が求められている。これに伴い撮影用レンズ、特に変倍光学系（ズームレンズ）は全長の短縮等による薄型化が求められている。従来、デジタルスチルカメラ等に用いられる変倍光学系としては例えば、特許文献１に開示されているように全体として５群構成のものが知られている。特許文献１に記載の変倍光学系は、レンズ系を構成する各光学部材を、光軸の方向を変更することなく一方向に直線的に配列したいわゆるストレートタイプの光学系となっている。ここで、撮像装置の厚み方向の大きさは最も物体側の光学部材から撮像素子までの長さで事実上決定される。一方、近年の撮像素子の高画素化および高性能化の要求を満足するためにレンズの枚数が増え、レンズ系の全長を短縮するのが困難になってきている。そのため、撮像装置全体の薄型化を達成することが困難になってきている。そこで、撮像装置を薄型化するためにレンズ系の光路を途中で折り曲げた、いわゆる屈曲光学系が開発されている。
屈曲光学系では、第１レンズ群内に直角プリズム等の反射部材を配置し、光路を途中で略９０°折り曲げることによって、光学系の厚さ方向の長さを短縮している。そのような屈曲タイプによる変倍光学系としては従来、全体として４群構成で、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群を移動させるものが知られている。また、近年ではより高変倍比のものへの要求があるため、屈曲タイプによる変倍光学系で、全体として５群構成として４群構成のものに比べて高変倍比化を図ったものが開発されている（特許文献２ないし４参照）。特許文献３に記載の変倍光学系は、変倍時に第２レンズ群と第４レンズ群のみを移動させるものであるが、特許文献２および４に記載の変倍光学系では、第２レンズ群と第４レンズ群に加え、第５レンズ群をも変倍時に移動させる方式となっている。特許文献２に記載の変倍光学系では、第５レンズ群が合焦機能を有し、第５レンズ群を像面側に移動させることにより、無限遠から近距離へのフォーカシングを行っている。また、変倍時には、第２レンズ群および第４レンズ群の線形動作により焦点距離変更を行い、第５レンズ群の非線形動作により像面変動の補正を行っている。
特許第３１９６２８３号公報 特開２００６−３０１５４３号公報 特開２００６−３２３０５１号公報 特開２００６−９８６８６号公報
しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、第１レンズ群の焦点距離ｆ１が長く、レンズ全長が長くなるため小型化に不利である。また、特許文献２に記載の光学系は、第５レンズ群を像面側に移動させて合焦を行う方式のため、第５レンズ群を合焦時に移動させる際に、射出瞳距離の変動が大きく、シェーディングの変化が生じやすい。また、第５レンズ群が合焦時に像面に近づくために、第５レンズ群のレンズ表面に付着するゴミや、キズが画質に影響を与えやすいという問題がある。また、特許文献３に記載の光学系は、第１レンズ群を反射面より前群と後群とに分けた場合において、第１レンズ群中の後群の焦点距離ｆ１ｒが長く設定されているため、レンズ全長が長くなり小型化に不利である。また、特許文献４に記載の光学系は、第２レンズ群の焦点距離ｆ２が長く設定されているため、レンズ全長が長くなり小型化に不利である。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短くし、小型化を達成できるようにした変倍光学系および撮像装置を提供することにある。
本発明に係る変倍光学系は、物体側より順に、変倍および合焦の際に固定の正の屈折力の第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力の第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定の正の屈折力の第３レンズ群と、変倍の際に移動すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力の第５レンズ群とを備え、第１レンズ群が、物体側より順に、負の屈折力を有する前群と、光路を折り曲げる反射部材と、正の屈折力を有する後群とで構成され、かつ以下の条件式を満足するように構成されているものである。式中、ｆ１ｆは第１レンズ群における前群の焦点距離、ｆ１ｒは第１レンズ群における後群の焦点距離を示す。
−３．５＜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ＜−１．８ ……（１）
また、以下の条件式を満足するように構成されていることが好ましい。式中、ｆｗは広角端での全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離を示す。
０．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜０．８ ……（２）
０．４＜ｆｗ／ｆ１＜０．８ ……（３）
本発明に係る変倍光学系では、全体として５群構成で、変倍時に第２レンズ群、第４レンズ群および第５レンズ群を移動させる方式とすることで、高変倍比化に有利となる。また、第１レンズ群内に配置された反射部材によって光路が折り曲げられる屈曲光学系の構成とされていることで、良好な光学性能を維持しつつ、光学系の厚さ方向の長さが抑えられ、撮像装置に組み込んだときの薄型化が容易となる。屈曲光学系では、撮像装置に組み込んだ場合、その厚みはレンズの全長よりも、光路を折り曲げる部分である第１レンズ群の大きさに大きく依存する。条件式（１）を満足することで、全長の短縮化と共に、反射部材を含めた第１レンズ群の小型化が容易となる。また、第４レンズ群に合焦機能を持たせたことで、第５レンズ群に合焦機能を持たせた場合に比べて、合焦時にも射出瞳距離の変動が少なく、シェーディングの変化が少なくなる。さらに、合焦時において最も像面に近い第５レンズ群Ｇ５のレンズ表面に付着するゴミや、キズが画質に影響を与えることも少なくなる。
本発明に係る変倍光学系において、変倍時に、第２レンズ群および第５レンズ群が、光軸上で互いに異なる移動方向で、かつ、共に線形直線運動をするように移動すると共に、第４レンズ群が、非線形運動をするように移動するものであっても良い。
これにより、第２レンズ群および第５レンズ群を移動させる際、単一のモータで移動させることができ、本来移動レンズ群ごとに必要であるモータの個数削減化と移動制御の簡略化が達成可能となり、機構を含めた撮影装置の小型化と低廉化が達成される。
また、本発明に係る変倍光学系において、第１ないし第５レンズ群のそれぞれのレンズ群中に、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含んでいても良い。これにより、光学系の軽量化と低廉化に有利となる。
また、本発明に係る変倍光学系において、第１レンズ群が後群中に少なくとも１枚の正レンズを有し、第２レンズ群が少なくとも１枚の負レンズを有している場合に、第１レンズ群における後群中の少なくとも１枚の正レンズにプラスチックレンズを用い、第２レンズ群中の少なくとも１枚の負レンズにプラスチックレンズを用いることが好ましい。これにより、プラスチックレンズを用いたことによる温度変化時の焦点移動が低減される。
本発明による撮像装置は、本発明に係る変倍光学系と、この変倍光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを備えたものである。
本発明による撮像装置では、本発明の変倍光学系によって得られた高解像の光学像に基づいて高解像の撮像信号が得られる。
本発明に係る変倍光学系によれば、全体として５群構成で、変倍時に第２レンズ群、第４レンズ群および第５レンズ群を移動させる方式とし、かつ、第１レンズ群内に配置された反射部材によって光路が折り曲げられる屈曲光学系の構成とし、第１レンズ群内の前群および後群の焦点距離に関して適切な条件を満足するようにしたので、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短くし、小型化を達成できる。
また、本発明の撮像装置によれば、上記本発明の高性能の変倍光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像の撮像信号を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図１０）のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ）は広角端（最短焦点距離状態）での光学系配置、図１（Ｂ）は望遠端（最長焦点距離状態）での光学系配置に対応している。同様にして、後述の第２ないし第７の数値実施例のレンズ構成に対応する第２ないし第７の構成例の断面構成を、図２（Ａ），（Ｂ）〜図７（Ａ），（Ｂ）に示す。図１（Ａ），（Ｂ）〜図７（Ａ），（Ｂ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、変倍に伴って変化する部分の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２３のみ符号を付す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１（Ａ），（Ｂ）に示した第１の構成例を基本にして説明する。
この変倍光学系は、撮像機能を有する小型の機器、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、およびＰＤＡ等に搭載されて使用されるものである。この変倍光学系は、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、光量を調節する開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを備えている。
この変倍光学系の結像面には、ＣＣＤ等の撮像素子１００が配置される。少なくとも、この変倍光学系と撮像素子１００とで、本発明における撮像装置が構成されている。第５レンズ群Ｇ５と撮像素子１００との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルタなどの平板状の光学部材が配置されていても良い。
この変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３が変倍および合焦の際に常時固定であり、変倍時に第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４および第５レンズ群Ｇ５が光軸Ｚ１上で移動するようになっている。また、第４レンズ群Ｇ４は合焦機能を有しており、変倍時のほか、合焦時にも第４レンズ群Ｇ４が光軸Ｚ１上で移動するようになっている。この変倍光学系は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、各移動群は、図１（Ａ）の状態から図１（Ｂ）の状態へと、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。この場合において、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５は、光軸Ｚ１上で互いに異なる移動方向で、かつ、共に線形直線運動をするように移動する。第４レンズ群Ｇ４は、非線形運動をするように移動する。第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５が主に変倍作用を担い、第４レンズ群Ｇ４は変倍に伴う像面変動の補正作用を担っている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｇ１ｆと、光路を折り曲げる反射部材Ｇ１ｐと、正の屈折力を有する後群Ｇ１ｒとで構成されている。前群Ｇ１ｆは例えば、１枚の負レンズＬ１１からなる。後群Ｇ１ｒは例えば、２つの正レンズＬ１２，Ｌ１３からなる。反射部材Ｇ１ｐは例えば、光路を略９０°折り曲げる内部反射面を有する直角プリズムＬＰで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は例えば、物体側から順に、１枚の負レンズＬ２１と、負レンズＬ２２および正レンズＬ２３からなる接合レンズとで構成されている。第３レンズ群Ｇ３は例えば１枚の正レンズＬ３１で構成されている。第４レンズ群Ｇ４は例えば、物体側から順に、２つのレンズＬ４１，Ｌ４２からなる接合レンズと物体側に凸面を向けた正レンズＬ４３とで構成されている。第５レンズ群Ｇ５は例えば、１枚の負レンズＬ５１で構成されている。
この変倍光学系は、以下の条件式（１）を満足している。式中、ｆ１ｆは第１レンズ群Ｇ１における前群Ｇ１ｆの焦点距離、ｆ１ｒは第１レンズ群Ｇ１における後群Ｇ１ｒを示す。
−３．５＜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ＜−１．８ ……（１）
この変倍光学系は、以下の条件式（２）、（３）を満足することが好ましい。式中、ｆｗは広角端での全系の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示す。
０．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜０．８ ……（２）
０．４＜ｆｗ／ｆ１＜０．８ ……（３）
図８は、この変倍光学系におけるレンズ移動機構の構成例を示している。なお、図８はこの変倍光学系を正面側（光の入射側）から見た構成を示している。このレンズ移動機構は、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５を移動させる線形移動機構と、第４レンズ群Ｇ４を非線形移動させる非線形移動機構とを備えている。
非線形移動機構は、単一のモータＭ２と、モータＭ２に接続されたシャフト２０と、シャフト２０に螺合された伝達ブロック２１とを有している。シャフト２０には、雄ネジが形成されており、モータＭ２の回転に伴いシャフト２０が自転すれば、シャフト２０に螺合された伝達ブロック２１が直線移動するようになっている。図示しないレンズ駆動制御部は、このモータＭ２の回転量等を制御することにより、第４レンズ群Ｇ４を非線形移動させている。
線形移動機構は、単一のモータＭ１と、これに接続されるシャフト１０と、シャフト１０に螺合された２つの伝達ブロック１１，１２とを有している。モータＭ１は、図示しないレンズ駆動制御部からの指示に応じて駆動し、その回転力をシャフト１０に供給する。シャフト１０は、直角プリズムＬＰによる反射後の光軸と平行に配置されており、第２レンズ群Ｇ２の移動範囲に相当する部分に第１雄ネジ１０Ａが、第５レンズ群Ｇ５の移動範囲に相当する部分に第２雄ネジ１０Ｂが形成されている。
第１雄ネジ１０Ａと第２雄ネジ１０Ｂは、そのネジ巻方向が反対方向となっている。つまり、第１雄ネジ１０Ａが右ネジであれば、第２雄ネジ１０Ｂは左ネジとなる。また、第１雄ネジ１０Ａと第２雄ネジ１０Ｂは、そのリード量も異なっている。したがって、シャフト１０を一回転させた際の、第１雄ネジ１０Ａの進み量と第２雄ネジ１０Ｂの進み量が異なる。この第１雄ネジ１０Ａには第１伝達ブロック１１が、第２雄ネジ１０Ｂには第２伝達ブロック１２が、それぞれ螺合されている。そして、第１伝達ブロック１１は第２レンズ群Ｇ２に、第２伝達ブロック１２は第５レンズ群Ｇ５にそれぞれ物理的に接続されている。その結果、モータＭ１の駆動により、シャフト１０が自転すれば、第１伝達ブロック１１および第２伝達ブロック１２がそれぞれ直線駆動する。このとき、第１雄ネジ１０Ａおよび第２雄ネジ１０Ｂは、そのネジ巻方向が反対であるため、これらに螺合されている第１伝達ブロック１１および第２伝達ブロック１２は、互いに反対方向に移動する。そして、この第１伝達ブロック１１および第２伝達ブロック１２に物理的に接続されている第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５も互いに反対方向に移動する。また、第１雄ネジ１０Ａおよび第２雄ネジ１０Ｂは、リード量も互いに異なるため、第１伝達ブロック１１および第２伝達ブロック１２の移動量も互いに異なり、結果として、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５の移動量も異なってくる。その結果、単一のモータＭ１を駆動するだけで、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５を所望の方向に、所望の移動量で線形直線運動させることができる。
このレンズ移動機構では、変倍時における、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５の焦点距離変更動作と、第４レンズ群Ｇ４の像面位置補正動作とを分離している。これにより、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５の移動機構を簡略化でき、その結果、コスト削減や省スペース化を図ることができる。なお、図８の線形移動機構は一例であり、第２レンズ群Ｇ２および第５レンズ群Ｇ５を線形移動させることができるのであれば、他の形態でも良い。例えば、上述の例では、シャフト１０と伝達ブロック１１，１２とを有する伝達機構を用いているが、単一のモータＭ１からの駆動力を、移動方向および移動量が異なる直線運動として２つのレンズ群Ｇ２，Ｇ５に同時に伝達でき得る構成であれば、他の伝達機構を用いても良い。例えば、ピッチが互いに異なり、共にモータの回転軸に接続された２種類のピニオンと、その２種類のピニオンに係合する２種類のラックとを有する伝達機構などでも良い。
次に、以上のように構成された変倍光学系の作用および効果を説明する。
この変倍光学系では、全体として５群構成で、変倍時に第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４および第５レンズ群Ｇ５を移動させる方式とすることで、高変倍比化に有利な構成とし、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の焦点距離に関して適切な条件式（３），（２）を満たしていることで、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短くして小型化が容易となる。
条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化でき、変倍全域での収差を良好に補正することができる。条件式（３）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなり、また反射部材Ｇ１ｐを含めた第１レンズ群Ｇ１の外径も拡大されるため、光学系の小型化を達成することができない。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなるため、光学系の小型化には有利であるが、第１レンズ群Ｇ１にて発生する収差が増大されるため、変倍全域にて良好に収差を補正することが困難となる。
条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２に関する式で、この式を満足することで、光学系を小型化でき、変倍全域での収差を良好に補正することができる。条件式（２）の下限を下回ると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が大きくなり、小型化には有利であるが、第２レンズ群Ｇ２で発生する収差が増大し、変倍全域での収差を良好に補正することが困難である。上限を上回ると第２レンズ群Ｇ２の屈折力が小さくなり、第２レンズ群Ｇ２で発生する収差が縮小するが、レンズの全長が長くなり小型化を達成することができない。
この変倍光学系では、第１レンズ群Ｇ１に入射した物体光が、直角プリズムＬＰの内部反射面によって第２レンズ群Ｇ２側に略９０°折り曲げられ、第１レンズ群Ｇ１の入射面に対し直交するように配置された撮像素子１００上に結像する。このような屈曲光学系の構成とされていることで、良好な光学性能を維持しつつ、光学系の厚さ方向の長さを抑えることができ、撮像装置に組み込んだときの薄型化を達成することが可能になる。このような屈曲光学系の構成において、第１レンズ群Ｇ１を物体側より順に、負の屈折力を有する前群Ｇ１ｆと光路を折り曲げる反射部材Ｇ１ｐと正の屈折力を有する後群Ｇ１ｒとで構成し、反射部材Ｇ１ｐの前に負の屈折力を有する前群Ｇ１ｆを配置することで、反射部材Ｇ１ｐの小型化を達成することができ、光学系の薄型化を達成することができる。
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１内の負の屈折力を有する前群Ｇ１ｆと正の屈折力を有する後群Ｇ１ｒとの焦点距離ｆ１ｆ，ｆ１ｒに関する式で、この式を満足することで、反射部材Ｇ１ｐを含めた第１レンズ群Ｇ１の外径の小型化とレンズ全長の短縮化を達成することができる。条件式（１）の下限を下回ると第１レンズ群Ｇ１内の前群Ｇ１ｆの屈折力が小さくなるため、反射部材Ｇ１ｐを通過する光束径が大きくなるため、反射部材Ｇ１ｐを含めた第１レンズ群Ｇ１の外径が大きくなってしまう。上限を上回ると第１レンズ群Ｇ１内の後群Ｇ１ｒの屈折力が小さくなるため、レンズ全長が長くなってしまう。
さらに、この変倍光学系では、変倍時に第２レンズ群Ｇ２、および第５レンズ群Ｇ５を移動させる際、異なる移動方向で、ともに線形直線運動とすることで、第２レンズ群Ｇ２、および第５レンズ群Ｇ５を移動させる際、図８に示したように単一のモータＭ１で移動させることができる。これにより、本来移動レンズ群ごとに必要であるモータの個数削減化と移動制御の簡略化を達成することで、機構を含めた撮影装置の小型化と低廉化を達成することができる。また、第４レンズ群Ｇ４を合焦時に移動させることで、合焦時にも射出瞳距離の変動が少なく、シェーディングの変化を少なくすることができる。さらに、合焦時に、最も像面に近い第５レンズ群Ｇ５を移動させる方式と比べて、第５レンズ群Ｇ５のレンズ表面に付着するゴミやキズが、画質に影響を与えることも少なくなる。
また、この変倍光学系において、第１ないし第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５のそれぞれのレンズ群中に、少なくとも１枚のプラスチックレンズが含まれていても良い。これにより、光学系の軽量化と低廉化が図れる。この場合、第１レンズ群Ｇ１における後群Ｇ１ｒ中の少なくとも１枚の正レンズにプラスチックレンズを用い、第２レンズ群Ｇ２中の少なくとも１枚の負レンズにプラスチックレンズを用いることが好ましい。プラスチックレンズは温度変化時の屈折率変化と膨張率がガラスレンズより大きく、そのためプラスチックレンズを多用すると、温度変化時の焦点移動が増大するが、第１レンズ群Ｇ１における後群Ｇ１ｒ中の少なくとも１枚の正レンズにプラスチックレンズを用い、第２レンズ群Ｇ２中の少なくとも１枚の負レンズにプラスチックレンズを用いることで、温度変化時の焦点移動を低減することができる。
以上説明したように、本実施の形態に係る変倍光学系によれば、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短くし、小型化された光学系を達成できる。また、本実施の形態に係る撮像装置によれば、本実施の形態に係る高性能の変倍光学系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力するようにしたので、高解像の撮像信号を得ることができる。
次に、本実施の形態に係る変倍光学系の具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１ないし第７の数値実施例をまとめて説明する。
図９（Ａ），（Ｂ）および図１０は、図１（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを示している。特に図９（Ａ）にはその基本的なレンズデータを示し、図９（Ｂ）および図１０にはその他のデータを示す。図９（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、実施例１に係る変倍光学系について、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２５）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。Ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間におけるｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。図８（Ａ）にはまた、諸データとして、広角端および望遠端における全系の近軸焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）、および画角２ω（ω：半画角）の値についても示す。
実施例１に係る変倍光学系は、変倍に伴って第２レンズ群Ｇ２、第４レンズ群Ｇ４、および第５レンズ群Ｇ５が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２３の値は可変となっている。図９（Ｂ）には、これらの面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２３の変倍時のデータとして、広角端および望遠端における値を示す。
図９（Ａ）のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。実施例１に係る変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ１３の両面Ｓ７，Ｓ８と、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３１の両面Ｓ１４，Ｓ１５と第４レンズ群Ｇ４内のレンズＬ４３の両面Ｓ２０，Ｓ２１とがすべて非球面形状となっている。図９（Ａ）の基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。
図１０には実施例１に係る変倍光学系における非球面データを示す。非球面データとして示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０-2」であることを示す。
実施例１に係る変倍光学系の非球面データとしては、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａn，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さＹの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
実施例１に係る変倍光学系は、非球面係数ＡnとしてＡ3〜Ａ20までの次数を適宜有効に用いて表されている。
Ｚ＝Ｃ・Ｙ2／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ2・Ｙ2）1/2｝＋ΣＡn・Ｙn ……（Ａ）
（ｎ＝３以上の整数）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
Ｙ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａn：第ｎ次の非球面係数
以上の実施例１に係る変倍光学系と同様にして、図２（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２として、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）および図１２に示す。また同様にして、図３（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例３として、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）および図１４に示す。また同様にして、図４（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例４として、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）および図１６に示す。また同様にして、図５（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例５として、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）および図１８に示す。また同様にして、図６（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例６として、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）および図２０に示す。また同様にして、図７（Ａ），（Ｂ）に示した変倍光学系の構成に対応する具体的なレンズデータを実施例７として、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）および図２２に示す。
なお、実施例２ないし６のいずれの変倍光学系についても、実施例１に係る変倍光学系と同様、第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ１３の両面Ｓ７，Ｓ８と、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３１の両面Ｓ１４，Ｓ１５と第４レンズ群Ｇ４内のレンズＬ４３の両面Ｓ２０，Ｓ２１とがすべて非球面形状となっている。
実施例７の変倍光学系についても、実施例１に係る変倍光学系と同様、第１レンズ群Ｇ１内のレンズＬ１３の両面Ｓ７，Ｓ８と、第３レンズ群Ｇ３のレンズＬ３１の両面Ｓ１４，Ｓ１５と第４レンズ群Ｇ４内のレンズＬ４３の両面Ｓ２０，Ｓ２１とがすべて非球面形状となっている。さらに、実施例７の変倍光学系においては、それらに加え、第２レンズ群Ｇ２内のレンズＬ２１の両面Ｓ９，Ｓ１０が非球面形状となっている。また、実施例７の変倍光学系では、第１ないし第５レンズ群Ｇ１〜Ｇ５のそれぞれのレンズ群中に、１枚のプラスチックレンズが含まれている。具体的には、第１レンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｒ中の正レンズＬ１３と、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズＬ２１と、第３レンズ群Ｇ３中の正レンズＬ３１と、第４レンズ群Ｇ４中の正レンズＬ４３と、第５レンズ群Ｇ５中の負レンズＬ５１とにプラスチックレンズが用いられている。
図２３には、上述の各条件式に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。図２３から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。
図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係る変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図には、波長４６０ｎｍ，６１５ｎｍについての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。
同様に、実施例２に係る変倍光学系についての諸収差を図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）（広角端）、および図２７（Ａ）〜図２７（Ｄ）（望遠端）に示す。同様にして、実施例３に係る変倍光学系についての諸収差を図２８（Ａ）〜図２８（Ｄ）（広角端）および図２９（Ａ）〜図２９（Ｄ）（望遠端）に、実施例４に係る変倍光学系についての諸収差を図３０（Ａ）〜図３０（Ｄ）（広角端）および図３１（Ａ）〜図３１（Ｄ）（望遠端）に、実施例５に係る変倍光学系についての諸収差を図３２（Ａ）〜図３２（Ｄ）（広角端）および図３３（Ａ）〜図３３（Ｄ）（望遠端）に、実施例６に係る変倍光学系についての諸収差を図３４（Ａ）〜図３４（Ｄ）（広角端）および図３５（Ａ）〜図３５（Ｄ）（望遠端）に示す。また、実施例７に係る変倍光学系についての諸収差を図３６（Ａ）〜図３６（Ｄ）（広角端）および図３７（Ａ）〜図３７（Ｄ）（望遠端）に示す。
以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、諸収差が良好に補正され、良好な光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短くし、小型化を達成して撮像装置に搭載して薄型化するのに適した変倍光学系が実現できている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第４の構成例を示すものであり、実施例４に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第５の構成例を示すものであり、実施例５に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第６の構成例を示すものであり、実施例６に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系の第７の構成例を示すものであり、実施例７に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る変倍光学系におけるレンズ移動機構の例を示す断面図である。 実施例１に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例１に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例２に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例２に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例３に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例３に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例４に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例４に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例５に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例５に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例６に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例６に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 実施例７に係る変倍光学系のレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は変倍に伴って移動する部分の面間隔のデータを示す。 実施例７に係る変倍光学系の非球面に関するデータを示す図である。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 実施例１に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例４に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例５に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例６に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係る変倍光学系の広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例７に係る変倍光学系の望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。
符号の説明
ＧＣ…光学部材、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、Ｇ５…第５レンズ群、Ｇ１ｆ…第１レンズ群内の前群、Ｇ１ｒ…第１レンズ群内の後群、Ｇ１ｐ…反射部材、ＬＰ…直角プリズム、Ｓｔ…絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸、１００…撮像素子。

Claims (7)

  1. 物体側より順に、変倍および合焦の際に固定の正の屈折力の第１レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力の第２レンズ群と、変倍および合焦の際に固定の正の屈折力の第３レンズ群と、変倍の際に移動すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群と、変倍の際に移動する負の屈折力の第５レンズ群とからなり、
    前記第１レンズ群が、物体側より順に、負の屈折力を有する前群と、光路を折り曲げる反射部材と、正の屈折力を有する後群とで構成され、かつ以下の条件式を満足するように構成されている
    ことを特徴とする変倍光学系。
    −３．５＜ｆ１ｆ／ｆ１ｒ＜−１．８ ……（１）
    ただし、
    ｆ１ｆ：第１レンズ群における前群の焦点距離
    ｆ１ｒ：第１レンズ群における後群の焦点距離
    とする。
  2. さらに、以下の条件式を満足している
    ことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
    ０．５＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜０．８ ……（２）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    とする。
  3. さらに、以下の条件式を満足している
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の変倍光学系。
    ０．４＜ｆｗ／ｆ１＜０．８ ……（３）
    ただし、
    ｆｗ：広角端での全系の焦点距離
    ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
  4. 変倍時に、前記第２レンズ群および前記第５レンズ群が、光軸上で互いに異なる移動方向で、かつ、共に線形直線運動をするように移動すると共に、前記第４レンズ群が、非線形運動をするように移動する
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  5. 前記第１ないし第５レンズ群のそれぞれのレンズ群中に少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  6. 前記第１レンズ群は、前記後群中に少なくとも１枚の正レンズを有し、
    前記第２レンズ群は、少なくとも１枚の負レンズを有し、
    前記第１レンズ群における前記後群中の少なくとも１枚の前記正レンズにプラスチックレンズが用いられると共に、前記第２レンズ群中の少なくとも１枚の前記負レンズにプラスチックレンズが用いられている
    ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１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光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子と
    を備えたことを特徴とする撮像装置。
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