(57)【要約】【課題】  デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで１０倍程度の高変倍比のズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】複数のレンズ群ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４、ＧＲ５から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズ１であって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群（第５レンズ群ＧＲ５）が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子Ｌ１４を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する。【選択図】  図１
2008170874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、
前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する
ことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
以下の条件式（1）を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
（１）1.0＜βet/βew＜2.0
但し、
βew：前記最終レンズ群の広角端での横倍率
βet：前記最終レンズ群の望遠端での横倍率
とする。
【請求項３】
前記複数のレンズ群のうち最も物体側のレンズ群が、変倍中に位置が固定であり、光軸を略９０度折り曲げるための反射部材を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記最終レンズ群は光軸とほぼ直交する方向に移動することで像をシフトさせるシフトレンズ群を有し、
前記屈折力可変光学素子は前記シフトレンズ群より像側に配置され、
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のズームレンズ。
（２）1.0<bbT/bbW<2.0
但し、
bbW：前記シフトレンズ群より像側にあるレンズ群の広角端での横倍率
bbT：前記シフトレンズ群より像側にあるレンズ群の望遠端での横倍率
とする。
【請求項５】
前記複数のレンズ群が、物体側から順に配列された、光軸を略９０度折り曲げるための反射部材を含み、正の屈折力を有し変倍中その位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に光軸に沿って移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍中その位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に移動して変倍時の像面の位置の変化を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第５レンズ群（最終レンズ群）である
ことを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
【請求項６】
ズームレンズと、該ズームレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を有する撮像装置であって、
前記ズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規なズームレンズ及び撮像装置に関する。詳しくは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで高変倍比を有するズームレンズ及びこれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が普及しつつある。このようなデジタルスチルカメラの普及に伴い一層の高画質化が求められており、特に画素数の多いデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い固体撮像素子に対応した結像性能に優れた撮影用レンズ、特にズームレンズが求められている。また、その上で、小型化とズームの高変倍比化への要求も強く、コンパクトで変倍比の大きいズームレンズが求められている。
【０００３】
小型化を実現するために、レンズ間にプリズムを挿入することで光学系を折り曲げ、入射光軸方向での小型化を図ることが行われている。例えば、特許文献１に記載の光学系では、正負正正、４群ズーム構成においてプリズムを用いて光軸を折り曲げることで、入射光軸方向での小型化を図ったズームレンズが提案されている。
【０００４】
また、一方では、レンズ群中の一部の光学素子を光軸に垂直に移動させることで、手ブレなどの撮像装置の振動に起因する撮影画像の像ブレを光学的に補正する方法が提案されている。例えば、特許文献２には、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、負の屈折力の第５レンズ群で構成されるズームレンズにおいて、第５レンズ群中の正レンズを光軸と垂直な方向に移動させることで、手ブレの補正を行うズームレンズが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４８３１８号公報
【特許文献２】特開２００６−７１９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズでは、前玉径及び反射部材が大きく小型化が十分ではない。また、特許文献２に記載のズームレンズでは、光軸上を移動するレンズ群の変倍作用が小さいためズーム変倍比が小さい。また、特許文献２に記載のズームレンズでは、最も像側に配置したレンズをブレ補正レンズとしてあり、ズーム比が大きくなるに従い、望遠端において光軸と垂直な方向に移動させるブレ補正レンズの移動量が大きくなり、径方向への光学系の大型化を招く。これは、光軸を折り曲げることによって、入射光軸方向での小型化、いわゆる薄型化を図りながら、ブレ補正レンズの駆動部の部分で径が大きくなって、結局、薄型化を阻害することになる。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑みなされたものであり、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで１０倍程度の高変倍比のズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によるズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する。
【０００９】
また、本発明の一実施形態による撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を有し、前記ズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にあっては、コンパクトに構成することができ、１０倍程度の高変倍比を達成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。
【００１２】
先ず、ズームレンズについて説明する。
【００１３】
本発明ズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する。
【００１４】
これによって、全体を小型に構成できると共に、１０倍程度の高変倍比を達成する。すなわち、最終レンズ群に含まれる屈折力可変光学素子の屈折力が、複数のレンズ群の光軸上の移動だけでは担いきれない変倍作用を発生させて、高変倍比化を可能にする。さらに、最終レンズ群での変倍は、光学性能への影響が小さく、変倍による収差変動が少ない。
【００１５】
従って、性能が十分に評価されている既知のズームレンズの像側に屈折力可変光学素子を含む群を付加することによって、既存の性能をそのままに、変倍比のみを高くすることが可能になり、既得の技術資産（レンズ設計）を活用して容易に高変倍比のズームレンズを得ることが可能になる。
【００１６】
前記屈折力可変光学素子としては、例えば、電気毛管現象（エレクトロウェッティング現象）を利用したものが適用可能である。例えば、屈折力が異なり互いに混合することのない導電性又は有極性の２つの液体を密閉容器内に密封し、前記液体間に電圧を印加し得るように構成し、該電圧の印加によって前記２つの液体の界面の曲率半径を変化させて、前記２つの液体の界面を横切って通過する光の屈折方向を変化させるように構成したものがある。
【００１７】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、以下の条件式（1）を満足することが望ましい。
（１）1.0＜βet/βew＜2.0
但し、
βew：前記最終レンズ群の広角端での横倍率
βet：前記最終レンズ群の望遠端での横倍率
とする。
【００１８】
条件式（１）は最終レンズ群の広角端での横倍率と望遠端での横倍率との比を規定するものである。条件式（１）の下限値を下回ると最終レンズ群での変倍作用が無くなり高倍率化が困難である。条件式（１）の上限値を上回ると、周辺コマ収差や倍率色収差の補正が困難となる。また、Ｆナンバーを規定する絞りが最終レンズ群よりも物体側に配置されている場合、条件式（１）の上限値を上回ると、望遠端でのＦナンバーが大きく（暗く）なりすぎる。
【００１９】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記複数のレンズ群のうち最も物体側のレンズ群が、変倍中に位置が固定であり、光軸を略９０度折り曲げるための反射部材を有することが望ましい。これにより、入射光軸方向での小型化、すなわち、薄型化が可能になる。
【００２０】
なお、光軸を折り曲げるための反射部材にプリズムを使用する場合は、屈折率が高い硝材を使うことが望ましい。これによって、反射部材を小型化することが可能になり、ズームレンズ全体の小型化に有利である。
【００２１】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記最終レンズ群は光軸とほぼ直交する方向に移動することで像をシフトさせるシフトレンズ群を有し、前記屈折力可変光学素子は前記シフトレンズ群より像側に配置され、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）1.0<bbT/bbW<2.0
但し、
bbW：前記シフトレンズ群より像側にあるレンズ群の広角端での横倍率
bbT：前記シフトレンズ群より像側にあるレンズ群の望遠端での横倍率
とする。
【００２２】
これによって、シフトレンズ群のシフトによる光学性能への影響を小さくできる。また、シフトレンズ群のシフト量を小さくでき、これによって、シフトレンズ群をシフトさせるための駆動部の外径が小さくなり、小型化に寄与する。特に、光軸をほぼ９０度折り曲げるための反射部材を備える場合、入射光軸方向での小型化、すなわち、薄型化が可能であるが、かかる構成において、シフトレンズ群のシフト量が大きくなると、入射光軸方向での大きさが大きくなってしまい、薄型化に反することになる。そのため、特に反射部材を備える光学系において、本実施形態による効果が大きい。
【００２３】
シフトレンズ群を光軸に垂直な方向にシフトさせて手ブレによる像のシフトを補正する場合、一般的に、変倍率が上がるとシフトレンズ群のシフト量も大きくなる。ところが、シフトレンズ群より像側で倍率を変化させる場合は、変倍率の変化がシフトレンズ群のシフト量に影響を与えず、シフトレンズ群より物体側での変倍のみがシフトレンズ群のシフト量に影響を与える。そのため、本実施の形態のように、屈折力可変光学素子をシフトレンズ群より像側に配置することによって、変倍率の割に、シフトレンズ群のシフト量を小さくすることができる。
【００２４】
条件式（２）はシフトレンズ群より像側にあるレンズ群の広角端での横倍率と望遠端での横倍率との比を規定するものである。条件式（２）を満足することで、像ブレ量の大きい望遠端において、像ブレを補正するためのシフトレンズ群のシフト量を小さくすることができ、シフトレンズ群のシフトのための駆動装置を小型化することができる。
【００２５】
条件式（２）の下限値を下回ると、シフトレンズ群のシフト量が大きくなり小型化及び薄型化が困難となる。条件式（２）の上限値を上回ると、シフトレンズ群のシフト時の収差補正が困難となる。
【００２６】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、前記複数のレンズ群が、物体側から順に配列された、光軸を略９０度折り曲げるための反射部材を含み、正の屈折力を有し変倍中その位置が固定である第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時に光軸に沿って移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍中その位置が固定である第３レンズ群と、正の屈折力を有し光軸方向に移動して変倍時の像面の位置の変化を補正すると共に合焦を行う第４レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時にその位置が固定である第５レンズ群（最終レンズ群）であることが望ましい。これによって、より小型化が可能になる。
【００２７】
第１レンズ群は、光軸を９０度折り曲げるための反射部材を含み、また、その位置を固定とすることで、奥行き方向、すなわち、ズームレンズへの入射光軸方向での小型化が可能になる。さらに好ましくは、反射部材よりも物体側に負レンズを配置すること、又は、反射部材をプリズムにより構成することで光軸を折り曲げるためのスペースを小さくすることができ奥行き方向の小型化に適する構成となる。
【００２８】
第１レンズ群と第３レンズ群を正レンズ群として、負の第２レンズ群を変倍時に光軸に沿って移動させることにより小型でありながら高変倍に適したズームレンズの構成となる。
【００２９】
第５レンズ群を負レンズ群とすることで、第１レンズ群から第４レンズ群までの合成焦点距離を短くすることができ、全長の小型化、つまり高さ方向の小型化に適する構成となる。
【００３０】
さらに、このような構成のズームレンズでは、像ブレを補正するシフトレンズ群を、光軸方向に固定である第５レンズ群中に配置すると、シフトのための駆動機構と可動レンズ群の光軸方向への移動のための駆動機構との干渉を避けることができ、奥行き方向の小型化に好ましい構成となる。
【００３１】
このような構成の５群ズームレンズにおいて、屈折力可変光学素子を第５レンズ群中に配置すると、移動レンズ群である第２レンズ群及び第４レンズ群の移動量を増大させること無く焦点距離を変化させることができるため、ズームレンズの全長、つまり高さ方向（光軸を９０゜折り曲げる反射部材により光軸を上又は下へ折り曲げた場合に）に大型化させることなく高変倍化することが可能となる。また、高変倍化した際のシフトレンズ群のシフト量の増大を低減でき、奥行き方向の小型化（光軸を９０゜折り曲げる反射部材を有する場合に）に適した構成となる。
【００３２】
さらに、屈折力可変光学素子を有する第５レンズ群が光軸方向に固定のレンズ群であるため、可動レンズ群の光軸方向への移動のための駆動機構と屈折力可変のための機構との干渉を避けることができ、奥行き方向の小型化に好ましい構成となる。
【００３３】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、近距離撮影時のフォーカシングは、屈折力可変光学素子の屈折力を変化させることで行ってもよい。これによりフォーカシングレンズを駆動させるための消費電力を削減することができる。
【００３４】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、光量の調整のために絞り径を変化させる代わりに、ＮＤフィルターや、液晶調光素子を用いることが小型化のためにはさらに好ましい。
【００３５】
本発明の一実施形態によるズームレンズにあっては、手ブレ補正時に生じる色ずれを、電気的な信号処理で補正することが望ましい。これによって、色収差の補正に関するレンズ負荷が減少し、レンズ枚数の削減が可能になると共にレンズ設計が容易になる。
【００３６】
次に、本発明ズームレンズの具体的な実施の形態及び該実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について図面及び表を参照して説明する。
【００３７】
なお、各実施の形態において非球面が導入されており、該非球面形状は、次の数１式によって定義されるものとする。
【００３８】
【数１】
2008170874.tif 000003
【００３９】
ここで、「Ｚ」は非球面頂点における接平面と球面との光軸からの高さ「Ｈ」（＝√（Ｘ2＋Ｙ2））の時における光軸方向の距離、「Ｃ」は非球面頂点の曲率（１／ｒ）、「Ｋ」は円錐定数、「Ａ2i」は第２ｉ次の非球面係数、をそれぞれ示すものとする。
【００４０】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるズームレンズ１のレンズ構成を示す図である。図１において、上段に広角端における、下段に望遠端における各レンズ群の光軸上における位置を示す。
【００４１】
ズームレンズ１は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。
【００４２】
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、光軸を９０度折り曲げるための反射部材としてのプリズムＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、正の屈折力を有し両面が非球面で構成された第４レンズＬ４から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。プリズムＬ２により光軸を９０度折り曲げることで入射光軸方向の効率的な小型化を行うことができる。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第５レンズＬ５、負レンズＬ６と正レンズＬ７との接合レンズ、負の屈折力を有する第８レンズＬ８から成り、広角端から望遠端への変倍中に光軸上を物体側から像側へと移動する。第３レンズ群ＧＲ３は両面が非球面で構成された正レンズＬ９から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側面が非球面で構成された正レンズＬ１０と負レンズＬ１１との接合レンズから成り、変倍中に光軸上を移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から順に位置した、負レンズＬ１２、光軸方向に垂直に移動することで像ブレを補正するためのシフトレンズ群である正レンズＬ１３、透明平行平板により密閉された液室に充填された屈折率の異なる２種類の液体の境界屈折面ＶＳの形状が、電圧を印加することにより変化する液体型屈折力可変光学素子Ｌ１４により構成されている。広角端においては、前記液体の境界屈折面ＶＳは物体側に凸面を向けた形状にしてあり、変倍時においては印加電圧を制御することで前記境界屈折面ＶＳの形状を連続的に変化させ、望遠端においては物体側に凹面を向けた形状とする。すなわち、液体型屈折力可変光学素子Ｌ１４の屈折力は広角端においては正の屈折力を有し、望遠端においては負の屈折力を有し、従って、変倍において光学系の変倍作用に寄与する。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５のさらに像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の撮像素子の受光面とされる。
【００４３】
表１に第１の実施の形態に係るズームレンズ１に具体的数値を適用した数値実施例１のレンズデータを示す。なお、表１及び他のレンズデータを示す表において、「ｓｉ」は物体側から数えてｉ番目の面の面番号を示し、「ｒｉ」は物体側から数えて第ｉ番目の面の曲率半径を示し、「ｄｉ」は物体側から数えて第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示し、「ｎｉ」は物体側から数えて第ｉ番目の面のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、「νｉ」は物体側から数えて第ｉ番目の面のｄ線に対するアッベ数を示す。そして、「ｒｉ」に関し「ＩＮＦ」は当該面が平面であることを示し、同じく「ｒｉ」に関し「ＡＳＰ」は当該面が非球面であることを示し、同じく「ｒｉ」に関し「ｖａｒｉａｂｌｅ」は当該面の曲率が可変であることを示し、「ｄｉ」に関し「ｖａｒｉａｂｌｅ」は当該面間隔が可変間隔であることを示す。
【００４４】
【表１】
2008170874.tif 000004
【００４５】
広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔ｄ８、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔ｄ１５、第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＩＲ）と第４レンズ群ＧＲ４との間の間隔ｄ１８及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の間隔ｄ２１が変化する。そこで、数値実施例１における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝５．００）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．８３）、望遠端状態（ｆ＝４７．４１）での値を焦点距離「ｆ」、Ｆナンバー「Ｆｎｏ」、半画角「ω（度）」と共に表２に示す。なお、屈折力可変光学素子Ｌ１４の境界屈折面ＶＳの前後の間隔の変化については、境界屈折面ＶＳの曲率半径（ｒ２８）を示してこれに替える。
【００４６】
【表２】
2008170874.tif 000005
【００４７】
正レンズＬ４の両面（ｒ７、ｒ８）、正レンズＬ９の両面（ｒ１６、ｒ１７）及び正レンズＬ１０の物体側面（ｒ１９）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数εと共に表３に示す。なお、表３及び以下の非球面係数を示す表において「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０−ｉ」を表しており、例えば、「0.12345E-05」は「0.12345×10−5」を表している。
【００４８】
【表３】
2008170874.tif 000006
【００４９】
図２乃至図４は数値実施例１の球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示し、図２は広角端状態における、図３は中間焦点距離状態における、図４は望遠端状態における、各収差図を示す。図２乃至図４の各収差図の球面収差においては実線はｄ線に対する、破線はＣ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する、一点鎖線はｇ線（波長４３５．８nm）に対する各値を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはｄ線に対する値を示す。また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００５０】
数値実施例１は、各収差図から優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００５１】
図５は本発明の第２の実施の形態にかかるズームレンズ２のレンズ構成を示す図である。図２において、上段に広角端における、下段に望遠端における各レンズ群の光軸上における位置を示す。
【００５２】
ズームレンズ２は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。
【００５３】
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、光軸を９０度折り曲げるための反射部材としてのプリズムＬ２、正の屈折力を有し両面が非球面で構成された第３レンズＬ３から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。プリズムにより光軸を９０度折り曲げることで入射光軸方向の効率的な小型化を行っている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第４レンズＬ４、負レンズＬ５と正レンズＬ６との接合レンズ、負の屈折力を有する第７レンズＬ７から成り、広角端から望遠端への変倍中に光軸上を物体側から像側へと移動する。第３レンズ群ＧＲ３は両面が非球面で構成された正レンズＬ８から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。第４レンズ群ＧＲ４は物体側面が非球面で構成された正レンズＬ９と負レンズＬ１０との接合レンズから成り、変倍中に光軸上を移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から順に位置した、負レンズＬ１１、光軸方向に垂直に移動することで像ブレを補正するためのシフトレンズ群である正レンズＬ１２、透明平行平板により密閉された液室に充填された屈折率の異なる２種類の液体の境界屈折面ＶＳの形状が、電圧を印加することにより変化する液体型屈折力可変光学素子Ｌ１３により構成されている。広角端においては、前記液体の境界屈折面ＶＳは物体側に凸面を向けた形状にしてあり、変倍時においては印加電圧を制御することで前記境界屈折面ＶＳの形状を連続的に変化させ、望遠端においては物体側に凹面を向けた形状とする。すなわち、液体型屈折力可変光学素子Ｌ１３の屈折力は広角端においては正の屈折力を有し、望遠端においては負の屈折力を有し、従って、変倍において光学系の変倍作用に寄与する。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５のさらに像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ等の撮像素子の受光面とされる。
【００５４】
表４に第２の実施の形態に係るズームレンズ２に具体的数値を適用した数値実施例２のレンズデータを示す。
【００５５】
【表４】
2008170874.tif 000007
【００５６】
広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔ｄ１３、第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＩＲ）と第４レンズ群ＧＲ４との間の間隔ｄ１６及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の間隔ｄ１９が変化する。そこで、数値実施例２における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．１０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．７０）、望遠端状態（ｆ＝４０．６０）での値を焦点距離「ｆ」、Ｆナンバー「Ｆｎｏ」、半画角「ω（度）」と共に表５に示す。なお、屈折力可変光学素子Ｌ１３の境界屈折面ＶＳの前後の間隔の変化については、境界屈折面ＶＳの曲率半径（ｒ２６）を示してこれに替える。
【００５７】
【表５】
2008170874.tif 000008
【００５８】
正レンズＬ３の両面（ｒ５、ｒ６）、正レンズＬ８の両面（ｒ１４、ｒ１５）及び正レンズＬ９の物体側面（ｒ１７）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数εと共に表６に示す。
【００５９】
【表６】
2008170874.tif 000009
【００６０】
図６乃至図８は数値実施例２の球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示し、図６は広角端状態における、図７は中間焦点距離状態における、図８は望遠端状態における、各収差図を示す。図６乃至図８の各収差図の球面収差においては実線はｄ線に対する、破線はＣ線に対する、一点鎖線はｇ線に対する各値を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはｄ線に対する値を示す。また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００６１】
数値実施例２は、各収差図から優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００６２】
図９は本発明の第３の実施の形態にかかるズームレンズ３のレンズ構成を示す図である。図３において、上段に広角端における、下段に望遠端における各レンズ群の光軸上における位置を示す。
【００６３】
ズームレンズ３は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて成る。
【００６４】
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、光軸を９０度折り曲げるための反射部材としてのプリズムＬ２、正の屈折力を有し両面が非球面で構成された第３レンズＬ３から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。プリズムにより光軸を９０度折り曲げることで入射光軸方向の効率的な小型化を行っている。第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から順に位置した、負の屈折力を有する第４レンズＬ４、負レンズＬ５と正レンズＬ６との接合レンズ、負の屈折力を有する第７レンズＬ７から成り、広角端から望遠端への変倍中に光軸上を物体側から像側へと移動する。第３レンズ群ＧＲ３は両面が非球面で構成された正レンズＬ８から成り、変倍中に光軸上の位置が固定である。第４レンズ群ＧＲ４は物体側面が非球面で構成された正レンズＬ９と負レンズＬ１０との接合レンズから成り、変倍中に光軸上を移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から順に位置した、負レンズＬ１１、光軸方向に垂直に移動することで像ブレを補正するためのシフトレンズ群である正レンズＬ１２、透明平行平板により密閉された液室に充填された屈折率の異なる２種類の液体の境界屈折面ＶＳの形状が、電圧を印加することにより変化する液体型屈折力可変光学素子Ｌ１３と、正レンズＬ１４から構成されている。広角端においては、前記液体の境界屈折面ＶＳは物体側に凸面を向けた形状にしてあり、変倍時においては印加電圧を制御することで前記境界屈折面ＶＳの形状を連続的に変化させ、望遠端においては物体側に凹面を向けた形状とする。すなわち、液体型屈折力可変光学素子Ｌ１３の屈折力は広角端においては正の屈折力を有し、望遠端においては負の屈折力を有し、従って、変倍において光学系の変倍作用に寄与する。また、第３レンズ群ＧＲ３の像面ＩＭＧ側には、光量を調整するアイリスＩＲが配置され、第５レンズ群ＧＲ５のさらに像面ＩＭＧ側には、赤外カットフィルタやローパスフィルタ等からなるフィルタＦＬが配置されている。像面ＩＭＧは、例えばＣＣＤ等の撮像素子の受光面とされる。
【００６５】
表７に第３の実施の形態に係るズームレンズ３に具体的数値を適用した数値実施例３のレンズデータを示す。
【００６６】
【表７】
2008170874.tif 000010
【００６７】
広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の間隔ｄ１３、第３レンズ群ＧＲ３（開口絞りＩＲ）と第４レンズ群ＧＲ４との間の間隔ｄ１６及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の間隔ｄ１９が変化する。そこで、数値実施例３における前記各間隔の広角端状態（ｆ＝６．１０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．７０）、望遠端状態（ｆ＝４０．６０）での値を焦点距離「ｆ」、Ｆナンバー「Ｆｎｏ」、半画角「ω（度）」と共に表８に示す。なお、屈折力可変光学素子Ｌ１３の境界屈折面ＶＳの前後の間隔の変化については、境界屈折面ＶＳの曲率半径（ｒ２６）を示してこれに替える。
【００６８】
【表８】
2008170874.tif 000011
【００６９】
正レンズＬ３の両面（ｒ５、ｒ６）、正レンズＬ８の両面（ｒ１４、ｒ１５）及び正レンズＬ９の物体側面（ｒ１７）は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における前記各面の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を円錐定数εと共に表９に示す。
【００７０】
【表９】
2008170874.tif 000012
【００７１】
図１０乃至図１２は数値実施例３の球面収差、非点収差及び歪曲収差の各収差図を示し、図１０は広角端状態における、図１１は中間焦点距離状態における、図１２は望遠端状態における、各収差図を示す。図１０乃至図１２の各収差図の球面収差においては実線はｄ線に対する、破線はＣ線に対する、一点鎖線はｇ線に対する各値を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはｄ線に対する値を示す。また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。
【００７２】
数値実施例３は、各収差図から優れた結像性能を有していることが明らかである。
【００７３】
表１０に前記各数値実施例１〜３の前記条件式（１）、（２）対応値を示す。
【００７４】
【表１０】
2008170874.tif 000013
【００７５】
前記各数値実施例１〜３のズームレンズは、表１０から明らかなように、条件式（１）及び（２）を満足し、また、前記各収差図に示すように、広角端、標準（中間焦点距離状態）時、望遠端において、各収差ともバランスよく補正されていることが分かる。
【００７６】
次に、本発明撮像装置について説明する。
【００７７】
本発明撮像装置は、ズームレンズと、該ズームレンズで形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子を有し、前記ズームレンズは、複数のレンズ群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、前記複数のレンズ群のうち最も像側に配置された最終レンズ群が、変倍時に光軸方向に固定であると共に、屈折力可変光学素子を有し、変倍に際して前記屈折力可変光学素子の屈折力が変化する。
【００７８】
図１３に前記した本発明に係るズームレンズを搭載することが可能なデジタルスチルカメラの構成例をブロック図で示す。
【００７９】
デジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うレンズブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザによる操作入力のための入力部７０と、レンズブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。
【００８０】
レンズブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１を含む光学系や、ＣＣＤ等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。なお、ズームレンズ１１としては前記した本発明ズームレンズ１〜３及びその各数値実施例１〜３を使用することができ、また、前記した実施の形態や数値実施例以外の態様により実施された本発明ズームレンズを使用することもできる。
【００８１】
メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。リーダ／ライタ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。
【００８２】
入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するためのモード選択スイッチ等により構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。
【００８３】
以下に、このデジタルスチルカメラ１００の動作を簡単に説明する。
【００８４】
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、レンズブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。
【００８５】
そして、入力部７０からの指示入力信号によりレンズブロック１０の図示しないシャッタが切られると、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはリーダ／ライタ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。
【００８６】
なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズを移動させることにより行われる。
【００８７】
また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、リーダ／ライタ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。
【００８８】
図１４は、このデジタルスチルカメラ１００における部品の配置例を示す概略断面図である。なお、図１４では図中左側に被写体が存在する場合のデジタルスチルカメラの内部を示している。
【００８９】
ズームレンズ１１は、カメラ筐体９０の内部に収納されており、その下部に撮像素子１２が設けられる。また、ＬＣＤ４０は、被写体と対向する側のカメラ筐体９０面に設けられ、撮影時の画角合わせや画像の再生、各種設定情報の確認等に使用される。
【００９０】
本発明に係るズームレンズ１１は、被写体からの光の光軸をプリズムによって折り曲げ、さらにその折り曲げた方向（図中の上下方向または左右方向）に沿って所定のレンズを移動させることでズーミングやフォーカシングを行うことが可能となっている。従って、ズームレンズ１１をカメラ筐体９０から突出させずに撮影を行うことが可能で、撮影時のカメラ本体の奥行きが短縮される。これに加えて、前記した条件を満足するようにズームレンズ１１が設計されることにより、カメラ筐体９０のさらなる小型化が可能となり、小型でありながら、８〜１２倍程度のズーミングが可能で、かつ、各種焦点距離において収差の少ない高画質な撮像画像を得ることが可能である。
【００９１】
なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。
【００９２】
また、前記各実施の形態や各数値実施例において示した各部の形状及び数値は、何れも本発明を実施するための具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明ズームレンズの第１の実施の形態のレンズ構成を示す図である。
【図２】図３及び図４と共に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図３】中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図４】望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図５】本発明ズームレンズの第２の実施の形態のレンズ構成を示す図である。
【図６】図７及び図８と共に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図７】中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図８】望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図９】本発明ズームレンズの第３の実施の形態のレンズ構成を示す図である。
【図１０】図１１及び図１２と共に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の収差図を示し、本図は広角端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図１１】中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図１２】望遠端状態における球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。
【図１３】本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した実施形態の回路ブロック図である。
【図１４】デジタルスチルカメラのカメラ筐体内における部品の配置例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群（最も物体側のレンズ群）、Ｌ２…直角プリズム（反射部材）、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群（最終レンズ群）、Ｌ１３…正レンズ（シフトレンズ群）、Ｌ１４…屈折力可変光学素子、２…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群（最も物体側のレンズ群）、Ｌ２…直角プリズム（反射部材）、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群（最終レンズ群）、Ｌ１２…正レンズ（シフトレンズ群）、Ｌ１３…屈折力可変光学素子、３…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群（最も物体側のレンズ群）、Ｌ２…直角プリズム（反射部材）、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、ＧＲ５…第５レンズ群（最終レンズ群）、Ｌ１２…正レンズ（シフトレンズ群）、Ｌ１３…屈折力可変光学素子、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子
【図１】
2008170874.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008170874.tif 000022
【図１０】
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【図１１】
2008170874.tif 000024
【図１２】
2008170874.tif 000025
【図１３】
2008170874.tif 000026
【図１４】
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