专利名称：变焦光学系统和具有该系统的摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光路弯曲变焦光学系统，特别涉及为了实现安装有变焦光学系统的数码相机或便携终端等在厚度方向的薄型化而配置光路弯曲棱镜的变焦光学系统和具有该光学系统的摄像装置。
背景技术：
在内置于使用了CCD或C-MOS等电子摄像元件的小型照相机或移动电话等便携终端等的成像光学系统中，小型化、特别是薄型化的要求较高。此外，对变焦光学系统还要求通过改变成像光学系统的焦点距离而改变视角的较高的成像性能。针对这种期望，提出了很多在物体侧配置棱镜的弯曲变焦光学系统，并实现了产品化。这些弯曲变焦光学系统大多情况下确保广角侧的视角，提高成像性能，并且为了使棱镜紧凑化而通常在棱镜的物体侧配置1枚以上的负透镜，另一方面，也有不配置这种负透镜的变焦光学系统，作为上述变焦光学系统，例如提出了在日本特开2003-43354号、日本特开2003-107356号、日本特开2004-151552号和日本特开2004-264585号中记载的变焦光学系统。
在这些现有的变焦光学系统中，棱镜的入射面构成为凹面，不在棱镜的物体侧配置透镜元件，即可实现变焦比为3倍左右的光学系统。特别在日本特开2003-43354号和日本特开2003-107356号所记载的变焦光学系统中，棱镜的出射面也构成为凹面。另外，这些变焦光学系统的全长为摄像画面的对角线长度的7倍到9倍左右。
发明内容
本发明的变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的入射面、反射面和正光焦度的出射面的棱镜成分，以及具有正光焦度的透镜组，其中，所述棱镜成分在变焦光学系统的具有光焦度的光学元件中位于最靠近物体侧，所述透镜组包括在变焦(zooming)时和聚焦(focusing)时的至少一个状态下移动的多个移动光学单元。
另外，本发明的变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其中，所述第一组包括配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，满足以下条件式(1)和(2)，1.4＜G23W/G34W＜3 …(1)0.4＜G23T/G34T＜1.5…(2)其中，G23W为广角端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34W为广角端的所述第三组和所述第四组的间隔，G23T为望远端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34T为望远端的所述第三组和所述第四组的间隔。
另外，本发明的变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其中，所述第一组包括棱镜成分，该棱镜成分配置于最靠近物体侧且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，聚焦时，所述第二组和所述第三组的间隔变化，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，所述第二组和所述第三组的移动量的比例，在广角侧以所述第二组为主，在望远侧以所述第三组为主。
另外，本发明的变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其中，所述第一组包括棱镜成分，该棱镜成分配置于最靠近物体侧且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，另外，所述变焦光学系统还具有配置在所述第二透镜组的最靠近像侧的透镜面和所述第三透镜组的最靠近物体侧的透镜面之间的光量调整部。
本发明的摄像装置包括变焦光学系统和摄像元件，其中，所述变焦光学系统包括第一组，其具有棱镜成分，该棱镜成分在所述变焦光学系统中配置于最靠近物体侧并且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面；至少两个移动光学单元，其相对于所述第一组配置于像侧且在变焦时可动；最终透镜组，其在所述变焦光学系统中配置于最靠近物体侧且具有正光焦度；孔径光阑，其配置于所述第一透镜组和所述最终透镜组之间；当从广角端向望远端变焦时，由所述孔径光阑形成的入射光瞳向物体侧移动，并且在比所述最终透镜组靠近物体侧的光学系统中，由所述孔径光阑形成的出射光瞳向物体侧移动，所述最终透镜组具有透镜成分，该透镜成分具有作为第一非球面a的物体侧面，以及作为第二非球面b的像侧面，该面在包含光轴附近朝向像侧的凸面和光轴的截面上具有拐点，各非球面满足以下条件式(3)至(5)，0.08＜(hall-ha07)/I＜0.3…(3)-0.1＜ha07/I＜0.07 …(4)0.45＜Cb/I＜1 …(5)其中，ha07是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的35％的高度处的非球面a的位置的距离，(其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直。另外，以从物体侧到像侧为正方向)，hall是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的55％的高度处的非球面a的位置的距离，(其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直。另外，以从物体侧到像侧为正方向)，I为摄像元件的有效对角线长度的50％的长度，Cb为非球面b的拐点距离光轴的高度。另外，有效对角线长度为摄像元件的受光面中用于图像的记录、显示、印刷的最大区域(有效摄像面)的对角线长度。
另外，本发明的摄像装置包括变焦光学系统和摄像元件，其中，所述变焦光学系统包括棱镜成分，其在所述变焦光学系统的具有光焦度的元件中配置于最靠近物体侧，并且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面；以及具有光焦度并且移动的至少一个移动光学单元，并满足以下条件式(6)至(8)，-4＜rp1/I＜-1.8 …(6)8＜L/I＜12 …(7)2.5＜M/I＜7 …(8)其中，rp1为棱镜成分的入射面的近轴曲率半径，L为变焦光学系统的光路长度，I为摄像元件有效对角线长度的50％的长度，M为广角域和望远域的各组的移动量的总和，望远域的焦点距离为广角域的焦点距离的2.3倍以上且5倍以下。
参照附图，并根据如下的优选实施方式的详细描述，本发明的这些及其它特征和优点将变得明显。
图1A、1B、1C是表示本发明实施例1的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、以及摄影距离无限远时的望远端的状态。
图2A～2E、2F～2J、2K～2O是实施例1的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的像差、摄影距离无限远时的中间视角的像差、以及摄影距离无限远时的望远端的像差。
图3A～3E、3F～3J、3K～3O是实施例1的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差、以及摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。
图4A、4B、4C是表示本发明实施例2的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、以及摄影距离无限远时的望远端的状态。
图5A～5E、5F～5J、5K～5O是实施例2的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的像差、摄影距离无限远时的中间视角的像差、以及摄影距离无限远时的望远端的像差。
图6A～6E、6F～6J、6K～6O为实施例2的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差、以及摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。
图7A、7B、7C是表示本发明实施例3的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、摄影距离无限远时的望远端的状态。
图8A～8E、8F～8J、8K～8O是实施例3的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的像差、摄影距离无限远时的中间视角的像差、以及摄影距离无限远时的望远端的像差。
图9A～9E、9F～9J、9K～9O是实施例3的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差、以及摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。
图10A、10B、10C是表示本发明实施例4的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、以及摄影距离无限远时的望远端的状态。
图11A～11E、11F～11J、11K～11O是实施例4的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、以及摄影距离无限远时的望远端的像差。
图12A～12E、12F～12J、12K～12O是实施例4的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差、以及摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。
图13A、13B、13C是表示本发明实施例5的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的状态、摄影距离无限远时的中间视角的状态、以及摄影距离无限远时的望远端的状态。
图14A～14E、14F～14J、14K～14O是实施例5的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离无限远时的广角端的像差、摄影距离无限远时的中间视角的像差、以及摄影距离无限远时的望远端的像差。
图15A～15E、15F～15J、15K～15O是实施例5的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的特性线图，分别表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差、摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。
图16是表示应用本发明光学系统的电子照相机外观的前方立体图。
图17是图16的电子照相机的后方立体图。
图18是表示图16的电子照相机结构的内部结构图。
图19是表示电子照相机的一个实施例的控制各个部分的电路结构的框图。
图20是安装有作为物镜光学系统的本发明的光学系统的个人电脑开盖时的前方立体图。
图21是安装于个人电脑上的摄影光学系统的剖视图。
图22是图20的侧视图。
图23A、23B、23C分别是安装有作为物镜光学系统的本发明的光学系统的移动电话的正视图、侧视图、以及摄影光学系统的剖视图。
图24是关于条件式(3)、(4)、(5)的说明图。
具体实施例方式
在实施例的说明之前，对本发明的更具体的作用效果进行说明。
本第1发明的变焦光学系统由整体具有正光焦度的透镜组构成，该透镜组从物体侧开始依次具有棱镜成分，其具有入射面、反射面、出射面，并且入射面具有负光焦度，出射面具有正光焦度；以及至少两个可动组，其在变焦时和聚焦时的任意一个状态下可动。
如本第1发明的变焦光学系统那样，如果使用在入射面具有负光焦度，在出射面具有正光焦度的棱镜成分，则能够避免棱镜成分整体的光焦度在负方向增强，同时能够在入射面配置较强的负光焦度。由此，能够使棱镜成分的入射面的面积减小，并降低棱镜成分上的入射光线高度，有助于实现薄型化。另外，根据该结构，由棱镜成分的作为入射面的凹面产生的像面弯曲和畸变像差的产生量，经由棱镜成分的作为出射面的凸面来调整平衡，能够使比棱镜成分更位于像侧的透镜组的全长缩短。即，当由棱镜成分产生的像面弯曲和畸变像差的产生量的平衡被破坏时，为了较好地校正两者的像差，需要增加与像高对应的光束分离的部分的像差校正面，结果不得不使变焦光学系统的全长增加。另外，棱镜成分优选具有较弱的正光焦度到负光焦度，像侧的透镜元件组需要构成为从广角状态到望远状态具有正光焦度。另外，如果配置两个可动组，则能够使焦点距离变化并且在像面上聚焦。
另外，本第2发明的变焦光学系统从物体侧开始依次具有第一组，其具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，且作为整体具有负光焦度；第二组，其具有实质的孔径光阑功能，且作为整体具有正光焦度；具有负光焦度的第三组；以及具有正光焦度的第四组；当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，满足以下条件式(1)和(2)，1.4＜G23W/G34W＜3 …(1)0.4＜G23T/G34T＜1.5…(2)其中，G23W为广角端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34W为广角端的所述第三组和所述第四组的间隔，G23T为望远端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34T为望远端的所述第三组和所述第四组的间隔。
在第一组中使用棱镜成分时，能够实现使用变焦光学系统构成的摄像光学系统的薄型化。此时，如果使入射面构成为凹面朝向物体侧，则能够使棱镜成分小型化并配置于最靠近物体侧，与专利文献1～4所记载的变焦光学系统那样的在棱镜成分的物体侧配置独立的负透镜元件等的现有结构相比，能够使摄像光学系统进一步薄型化。
另外，在本第2发明中，所谓棱镜成分是指仅使包含棱镜的光学元件的最靠近物体侧的面和最靠近像侧的面与空气接触并且其间不包含空气间隔的光学元件。另外，棱镜成分以棱镜单体或者使透镜与棱镜接合而成的接合元件为一个单元。另外，所谓透镜成分是指仅使其透镜的最靠近物体侧的透镜面和最靠近像侧的透镜面与空气接触并且其间没有空气间隔的光学元件，以单透镜或接合透镜为一个单元。
另外，如果第二组具有实质的孔径光阑功能，则易于使棱镜成分小型化、使第三组以后的直径小型化、以及使针对摄像元件的光束的入射角接近垂直。另外，作为具有实质的孔径光阑功能的结构，除了在第二组内直接配置孔径光阑的结构以外，也可以例如通过组装构成第二组的透镜的镜框的一部分，构成实质的孔径光阑。
另外，当由广角端向望远端变焦时，如果使第二组和第三组分别向物体侧移动，第一组和第二组的间隔变小，并且，第二组和第三组的间隔、第三组和第四组的间隔分别变大，则能够使该第二组和第三组的两组分散变焦功能，易于抑制像差变动，并确保偏心等制造上的容许量。
特别是，在第三组中，当由广角端向望远端变焦时，与第二组的间隔变大，从而能够增强远景模式，具有全长缩短的效果。另外，与第四组的间隔变大，从而能够使针对第四组的周边光束的入射高度变高，易于经由第四组对轴外像差特别是畸变像差进行良好地校正。
另外，在第四组中，具有调整出射光瞳位置的功能，并且当由广角端向望远端变焦时，具有孔径光阑的第二组和具有负成分的第三组远离物体侧，从而使针对各像高度的主光线的入射光线高度变化(在望远端增高)，易于与变焦状态无关地对轴外像差特别是畸变像差进行良好地校正。另外，在第一组的入射面上，广角端侧的轴外光束与望远端侧相比在离开光轴的位置入射，因此易于对广角端侧的轴外像差进行校正，通过这样构成第一组至第四组，易于从广角端到望远端，平衡性良好地校正像差。
当低于条件式(1)的下限值时，在广角端第三组和第四组间隔过大而非理想状态。另一方面，当高于条件式(1)的上限值时，第二组和第四组间隔过大而非理想状态。
另外，当低于条件式(2)的下限值时，第二组和第三组间隔减小使远景配置削弱而非理想状态。另一方面，当高于条件式(2)的上限值时，第三组和第四组间隔过小而非理想状态。
另外，本第3发明的变焦光学系统从物体侧依次包括第一组，其具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面；相对于所述第一组配置于像侧的在变焦时可动的至少两个透镜组；以及配置于最靠近像侧的具有正光焦度的最终透镜组；实质的孔径光阑功能配置于所述第一透镜组和所述最终透镜组之间，其构成为当从广角端向望远端变焦时，入射光瞳向物体侧移动，在比最终透镜组靠近物体侧的光学系统中，出射光瞳向物体侧移动，在所述最终透镜组中，在至少一个透镜成分的物体侧配置非球面a，还配置比所述非球面a更位于像侧并且在该透镜成分的像侧的面上具有拐点且在光轴附近使凸面朝向像侧的非球面b，各非球面满足以下条件式(3)至(5)，0.08＜(hall-ha07)/I＜0.3…(3)-0.1＜ha07/I＜0.07 …(4)0.45＜Cb/I＜1 …(5)其中，ha07是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的35％的高度处的非球面a的位置的距离，(其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直。另外，以从物体侧到像侧为正方向)，hall是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的55％的高度处的非球面a的位置的距离，(其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直。另外，以从物体侧到像侧为正方向)，I为摄像元件有效对角线长度的50％的长度，Cb为非球面b的拐点距离光轴的高度(参照图24)。
如本第2发明所述，如果在第一组中使用棱镜成分，则能够实现使用变焦光学系统构成的摄像光学系统的薄型化。此时，如果使入射面构成为凹面朝向物体侧，则能够使棱镜成分小型化并配置于最靠近物体侧，能够使摄像光学系统进一步薄型化。
另外，在第四组中，具有调整出射光瞳位置的功能，并且当由广角端向望远端变焦时，使针对各像高度的主光线的入射光线高度变化(在望远端增高)，接合第一组的效果，易于与变焦状态无关地对轴外像差特别是畸变像差进行良好地校正。另外，在第一组的入射面上，广角端侧的轴外光束与望远端侧相比在离开光轴的位置入射，因此易于对广角端侧的轴外像差进行校正，通过这样构成第一组至第四组，易于从广角端到望远端，平衡性良好地校正像差。
另一方面，与本第3发明不同，构成为在望远端侧使入射光瞳位置朝像侧移动，在第一组的入射面上，由于广角端侧的视角的宽度，或者，由于望远端侧的入射光瞳的距离，使针对周边像高度的光束的入射光线上没有差(即，近轴光束和轴外光束通过第一组的入射面的范围重叠的可能性增大)，难于进行像差的校正。
上述条件式(3)、(4)、(5)是规定适于发挥第四组功能的非球面形状的条件式。条件式(3)、(4)表示了物体侧的非球面a在中心部具有较弱的光焦度，而在周边部具有急剧增强的光焦度。这是特别有利于望远端侧的像差校正的形状。当低于条件式(3)的下限值时，周边部形状的曲率过大而难于加工，在生产性方面是不利的。另一方面，当高于条件式(3)的上限值时，望远侧的轴外像差尤其恶化。当低于条件式(4)的下限值时，该面(非球面a)曲率变化程度较大而非理想状态。另一方面，当高于条件式(4)的上限值时，如果该透镜面的中央部和周边部的光焦度具有差，则透镜形状复杂，而不利于提高整体的成像性能。
条件式(5)表示非球面b的光焦度从中心部到周边部发散作用增强。如果满足条件式(5)，则与广角端侧相比望远端侧的针对周边像高度的光束的正光焦度减小，有利于抑制实质的出射光瞳的变动。另外，通过与物体侧的非球面a组合，能够对望远侧的像面弯曲、像散、彗差、畸变像差等轴外像差进行良好地校正。即，在第一组中，主要对广角端侧的轴外像差进行良好地校正，即使望远端侧的像差恶化，也易于在整体上获得良好的成像性能。当低于条件式(5)的下限值时，望远端侧的周边光束和大量的广角端侧的周边光束，都通过拐点而在周边侧受到透镜作用，使对光束的作用具有差，这一点是不利的。另一方面，当高于条件式(5)的上限值时，广角端侧的周边光束和大量的望远端侧的周边光束，都通过拐点而在中心侧受到透镜作用，使对光束的作用具有差，这一点是不利的(即，近轴光束和轴外光束重叠的可能性增大，而难于进行像差的校正)。
另外，本第4发明的变焦光学系统从物体侧开始依次具有第一组，其具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，整体具有负光焦度；具有实质的孔径光阑功能且作为整体具有正光焦度的第二组；具有负光焦度的第三组；以及具有正光焦度的第四组；当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，通过所述第二组和所述第三组的间隔变化来进行对焦，当以无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，所述第二组和所述第三组的移动比例，在广角端侧以所述第二组为主，在望远端侧以所述第三组为主。
关于光焦度的配置，第一组为负，第二组为正，第三组为负，第四组为正，并且当构成为在变焦时使第二组和第三组移动的变焦光学系统的情况下，在广角端缩小第三组和第四组的间隔，另一方面，在望远端缩小第一组和第二组的间隔，成为有利于光学系统全长缩短和像差校正的有利条件。此时，若构成为通过第三组或第四组进行聚焦，则为了确保聚焦所需的空间，即使在广角端也要求扩大第三组和第四组的间隔。另一方面，若通过第二组进行聚焦，则为了确保聚焦所需的空间，即使在望远端也要求扩大第一组和第二组的间隔。但是，第一组的聚焦不优选通过移动棱镜成分来实现。因此，在本发明的变焦光学系统中，为了解决该课题，并且，为了与变焦时相接合而减少驱动组，构成为通过第二组和第三组进行聚焦，当以无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，它们的移动比例在广角端侧以第二组为主，在望远端侧以第三组为主。根据该结构，易于在广角端减小第三组和第四组的间隔，并且易于在望远端减小第一组和第二组的间隔，结果能够缩短变焦光学系统的全长。
另外，本第5发明的变焦光学系统从物体侧开始依次具有第一组，其具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，整体具有负光焦度；具有实质的孔径光阑功能且作为整体具有正光焦度的第二组；具有负光焦度的第三组；以及具有正光焦度的第四组；当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，另外，采用在第二组的最靠近像侧的透镜面和第三组的最靠近物体侧的透镜面之间配置光量调整功能的结构。
在望远端要求第一组和第二组的间隔小，在广角端要求第三组和第四组的间隔小。在整个变焦区域内要求远景性，需要使第二组和第三组的间隔确保一定程度。优选第二组具有实质的孔径光阑功能，但优选与其不同的在第二组和第三组之间配置通过包含遮光来调整光量的部件。根据该结构，能够实现有效的变焦结构，保持整体的良好性能并实现小型化。
另外，本第6发明的变焦光学系统具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分从物体侧开始依次具有使凹面朝向物体侧的入射面、反射面、出射面，满足以下条件式(6)至(8)，-4＜rp1/I＜-1.8…(6)8＜L/I＜12 …(7)2.5＜M/I＜7…(8)其中，rp1为棱镜的入射面的近轴曲率半径，L为变焦光学系统的光路长度，I为摄像元件有效对角线长度的50％的长度，M为广角域和望远域的各组的移动量的总和，望远域的焦点距离为广角域的焦点距离的2.3倍以上且5倍以下。
在最靠近物体侧配置具有使凹面朝向物体侧的入射面、反射面、出射面的棱镜成分的结构中，条件式(6)是用于获得良好的光学性能并实现小型化的条件式。当高于条件式(6)的上限值时，在广角端侧接近入射光瞳位置，由于入射面的像高度使光束的分离性恶化，难以获得良好的轴外性能。另一方面，当低于条件式(6)的下限值时，难以获得良好的光学性能，需要更靠近物体侧配置透镜元件，不利于小型化。当低于条件式(7)的下限值时，由于全长过短使变焦结构和组的结构复杂而非理想状态。另一方面，当高于条件式(7)的上限值时，当简单构成变焦结构时，入射光瞳位置的变动较大，另外，广角端的入射光瞳位置过远而使棱镜较大，并非理想状态。条件式(8)是规定透镜结构长度和变焦移动域之间的平衡的条件式。当高于条件式(8)的上限值时，难以取得各像差校正的平衡。另一方面，当低于条件式(8)的下限值时，适当的变焦比需要增强各透镜组的光焦度，容易产生像差。
另外，在本第7发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第6发明的任一变焦光学系统中，所述棱镜成分整体具有负光焦度。这样，通过使出射光束扩散而特别易于利用像侧的透镜元件组对球面像差和彗差进行校正。
另外，在本第8发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第7发明的任一变焦光学系统中，当所述棱镜成分的光焦度为φP、广角端的焦点距离为fw时，满足以下条件式(9)，-0.55＜φP·fw＜0…(9)当高于条件式(9)的上限值时，特别难于利用像侧的透镜组对球面像差和彗差进行校正，为了获得较高的成像性能，需要增加透镜组的构成数量或者使用材料昂贵和加工成本高的透镜元件，在生产性成本方面不理想。另一方面，当低于条件式(9)的下限值时，入射面的凹面形状加深，导致棱镜成分的加工性恶化，或者无法获得像面弯曲、像散以及畸变像差的平衡。
另外，在本第9发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第8发明的任一变焦光学系统中，当所述棱镜成分的入射面的近轴曲率半径为rP1、出射面的近轴曲率半径为rP2时，满足以下条件式(10)，-1＜(rP1-rP2)/(rP1+rP2)＜-0.2…(10)当高于条件式(10)的上限值时，特别难于利用像侧的透镜组对球面像差和彗差进行校正，为了获得较高的成像性能，需要增加透镜组的构成数量或者使用材料昂贵和加工成本高的透镜元件。另一方面，当低于条件式(10)的下限值时，入射面的凹面形状加深，导致棱镜成分的加工性恶化，或者无法获得像面弯曲、像散以及畸变像差的平衡。
另外，在本第10发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第9发明的任一变焦光学系统中，所述棱镜成分的入射面和出射面由非球面构成，并且反射面实质上由平面构成，入射面和出射面的非球面分别形成为光焦度随着远离光轴而减弱的形状(即，局部曲率的绝对值随着远离光轴而减小的形状)。如果反射面构成为具有曲率或非球面形状，则能够使光焦度面配置在入射面附近，有利于近轴布局，但是另一方面，需要在其他面上相对于光轴配置非对称面，来对由该非球面形状的反射面产生的非轴对称像差进行校正，结果在透镜数量和加工成本等方面不利。入射面和出射面的非球面形状，分别同样地形成为光焦度随着远离光轴而减弱。由此，能够维持弯月形状，利用通过入射面和出射面使各像高度的光束的重叠状况变化的情况，易于控制轴外像差的平衡。另外，入射面和出射面的非球面形状若为轴对称形状则在加工性和相差校正方面较理想。
另外，在本第11发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1、第3和第6发明的任一的变焦光学系统中，从物体侧依次具有第一组，其具有配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，整体具有负光焦度；具有实质的孔径光阑功能且作为整体具有正光焦度的第二组；具有负光焦度的第三组；以及具有正光焦度的第四组；当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，所述第三组和所述第四组的间隔变大。如果像本第11发明那样，使第二组和第三组的间隔扩大并分别向物体侧移动，则使该两组分散变焦功能，易于抑制像差变动，并确保偏心等制造上的容许量。另外，如果构成为使第四组具有调整出射光瞳的功能，并且当由广角端向望远端变焦时，具有孔径光阑的第二组和具有负成分的第三组远离物体侧，则使针对各像高度的主光线的入射光线高度变化而在望远端增高，易于与变焦状态无关地对轴外像差特别是畸变像差进行良好地校正。
另外，在本第12发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第5和第11发明的任一的变焦光学系统中，所述第三组由1枚负透镜构成。在第一组中主要对广角端侧的轴外像差进行校正，在第二组中主要对轴上像差进行校正，在第四组中主要对望远端侧的轴外像差进行校正，并且为了使第三组主要具有变焦功能和补偿器功能等近轴功能，使第三组由1枚负透镜构成。如果这样使第三组由1枚负透镜构成，则在缩短变焦光学系统全长方面有利于小型化。
另外，在本第13发明的变焦光学系统中，优选在上述本第12发明的变焦光学系统中，构成所述第三组的1枚负透镜通过塑料成形而制成。由于第三组的功能主要是变焦，因此优选使材质的折射率和色散的制约条件缓和，从而在成本和重量方面有利。
另外，在本第14发明的变焦光学系统中，优选在上述本第2至4和第11至第13发明的任一的变焦光学系统中，所述第一组构成为在棱镜成分的像侧配置负透镜和正透镜。根据该配置特别能够对广角侧的倍率色差进行良好地校正，因此是理想的。
另外，在本第15发明的变焦光学系统中，优选在上述本第14发明的变焦光学系统中，所述负透镜和所述正透镜的折射率分别为1.7以上。如果折射率高，曲率半径平缓，则能够缩短全长而有助于小型化。特别地，如果能够使第一组的后侧主点和第二组之间的间隔在望远端减小，则能够减小各组的移动量以及通过棱镜成分进行的像差校正的负荷，小型化效果明显。
另外，在本第16发明的变焦光学系统中，优选在上述本第15发明的变焦光学系统中，所述负透镜和正透镜相接合。如果接合透镜，则有助于全长的小型化。并且能够降低偏心等的影响。
另外，在本第17发明的变焦光学系统中，优选在上述本第1至第5和第11至第16发明的任一的变焦光学系统中，所述第二组构成为从物体侧开始依次由正透镜、正透镜、负透镜构成。为了充分校正轴上像差和轴上色差，可以在第二组中配置2枚正透镜和1枚负透镜。另外，为了将第二组的前侧主点配置于物体侧，在物体侧由2枚正透镜构成，在像侧由1枚负透镜构成是有利的。
另外，在本第18发明的变焦光学系统中，优选在上述本第17发明的变焦光学系统中，所述第二组的最靠近物体侧的透镜为通过塑料成形而制成的双面非球面透镜，比所述第二组的最靠近物体侧的透镜靠近像侧的正透镜和负透镜是折射率为1.7以上的透镜。如果使利用非球面进行补正所需的功能集中于物体侧的透镜，并通过塑料成形透镜构成非球面，则有利于成本和生产性。另外，如果将需要提高折射率的功能集中于像侧的透镜，并使像侧的正透镜和负透镜成为球面透镜，则有利于成本和生产性。另外，像侧的正透镜和负透镜为接合透镜有利于生产。如果使这些接合透镜为玻璃球面透镜，则能够扩大折射率和色散的选择范围，并且能够使难以通过塑料透镜校正的珀兹伐(Petzval)和色差变得良好。即，如果将具有非球面的塑料透镜和具有高折射率的玻璃球面透镜如本发明进行组合，则能够构成高性能的成本和加工性有利的光学系统。
另外，在本第19发明的变焦光学系统中，优选在上述本第2至第4和第11至18发明的任一的变焦光学系统中，所述第四组由1枚正透镜构成。如果由1枚正透镜构成第四组，则能够缩短光学全长而有利于小型化。
特别地，在上述本第3发明的变焦光学系统中，如果由1枚正透镜构成第四组，则不需要分别组合非球面度较大的两个面进行配置，降低了配置误差，因此比较理想。
此外，在上述本发明的变焦光学系统中，可以仅由第二组、第三组、第四组的任一组进行对焦。
另外，第一组优选在变焦时和聚焦时固定。
另外，第四组优选在变焦时固定。
另外，第四组即使在聚焦时移动也可以固定。
另外，所述棱镜成分优选只具有一个反射面。
另外，如果构成具有上述本发明的任一变焦光学系统的摄像装置，则在该摄像装置中，能够充分实现薄型化，并且能够获得适当的变焦倍率和可使光学系统的全长进一步缩短的变焦光学系统的效果，因此是理想的。
下面，参照附图对本实施例进行说明。
实施例1图1是表示本发明实施例1的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，图1A表示了摄影距离无限远时的广角端的状态，图1B表示了摄影距离无限远时的中间视角的状态，以及图1C表示了摄影距离无限远时的望远端的状态。图2是表示实施例1的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图2A至图2E表示了摄影距离无限远时的广角端的像差，图2F至图2J表示了摄影距离无限远时的中间视角的像差，以及图2K～2O表示了摄影距离无限远时的望远端的像差。图3是表示实施例1的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图3A至图3E表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差，图3F至图3J表示了摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差，以及图3K至图3O表示了摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。在图2和图3中，IH为像高。另外，在图1中，为了方便起见，以光路未弯曲的直进系统表示棱镜成分，但是如图18、21和23C所示，具有将光轴反射90度的反射平面。
实施例1的变焦光学系统1构成为包括第一组G1、第二组G2、第三组G3和第四组G4。另外，图1中S表示孔径光阑，FL表示低通滤光镜或电子摄像元件的罩玻璃、红外截止滤光镜等平行平板，IM为电子摄像元件的受光面。本实施例和其他实施例的受光面IM的尺寸和有效摄像面的尺寸一致，图中描绘出该面的对角方向。
第一组G1从物体侧开始依次由棱镜P、与双面凹透镜L11和朝向物体侧具有凸面的正弯月透镜L12的接合透镜构成，整体具有负光焦度。棱镜P构成为配置于最靠近物体侧，且具有凹面朝向物体侧的入射面P1、反射面(未图示)、以及凸面朝向像侧的出射面P3，整体具有负光焦度。入射面P1和出射面P3分别由形成为光焦度随着离开光轴而减弱的形状的非球面构成。反射面(未图示)实质上由平面构成。
第二组G2由孔径光阑S、在光轴上双面凸出的透镜L21、以及双面凸透镜L22和双面凹透镜L23的接合透镜构成，整体具有正光焦度。透镜L21通过塑料成形而制成，双面具有非球面。另外，双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜形成为玻璃球面透镜。
第三组G3由1枚双面凹透镜L31构成。双面凹透镜L31通过塑料成形而制成，双面构成为非球面。
第四组G4由1枚在光轴上双面凸出的透镜L41构成。透镜L41的双面构成为非球面(与本发明的非球面a、b相当)。透镜L41的像侧的面(与本发明的非球面b相当)形成为具有拐点并在光轴附近朝向像侧具有凸面。
当从广角端向望远端变焦时，第一组G1固定，第二组G2向物体侧移动，使其与第一组G1的间隔减小，第三组G3向物体侧移动，使其与第二组G2的间隔以及与第四组G4的间隔分别增大，第四组G4固定。
另外，通过使第二组G2和第三组G3的间隔变化来进行对焦。并且，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，在广角侧，第二组G2比第三组G3移动得大，在望远侧，第三组G3比第二组G2移动得大。另外，对焦时固定第一组G1。并且，从第一组G1的双面凹透镜L11和朝向物体侧具有凸面的正弯月透镜L12的接合透镜到第四组G4的透镜L41，整体具有正光焦度。
下面表示构成实施例1的变焦光学系统的光学部件的数值数据。在数值数据中，r1、r2、…表示光学部件的曲率半径，d1、d2、…表示光学部件的面间隔(壁厚或空气间隔)，nd1、nd2、…表示光学部件的d线上的折射率，υd1、υd2、…表示光学部件的d线上的阿贝数，Fno表示F编号。另外，当取光轴方向为Z，与光轴垂直的方向为Y，设圆锥系数为k，非球面系数为A4、A6、A8、A10时，非球面形状如下式(c)所示，Z＝(Y2/r)/[1+{1-(1+k)·(Y/r)2}1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10……(c)这些在以下各实施例的数值数据中是通用的。
数值数据1(实施例1)r1＝-7.3661(非球面) d1＝6.00nd1＝1.52542vd1＝55.78r2＝-15.8354(非球面) d2＝0.21r3＝-9.8122 d3＝0.65nd3＝1.80400vd3＝46.57r4＝13.8961 d4＝0.90nd4＝1.84666vd4＝23.78r5＝240.4001 d5＝D5r6＝∞(孔径光阑) d6＝0.65r7＝4.0914(非球面)d7＝2.20nd7＝1.52542vd7＝55.78r8＝-20.7730(非球面) d8＝0.25r9＝17.2752 d9＝1.26nd9＝1.80400vd9＝46.57
r10＝-6.6689 d10＝0.82nd10＝1.84666vd10＝23.78r11＝51.4108 d11＝D11r12＝-11.0035(非球面)d12＝1.22nd12＝1.52542vd12＝55.78r13＝4.0986(非球面) d13＝D13r14＝27.1190(非球面) d14＝2.57nd14＝1.52542vd14＝55.78r15＝-3.6438(非球面) d15＝0.54r16＝∞ d16＝0.50nd16＝1.51633vd16＝64.14r17＝∞ d17＝0.58r18＝∞(摄像元件受光面)非球面系数面编号k A4A6A8A101 -0.000 1.1835×10-3-4.6222×l0-53.1110×10-5-6.7350×10-82 -0.000 9.5004×10-4-1.1680×10-41.8911×10-5-7.8809×10-77 -0.000 7.1998×10-41.0941×10-42.0647×10-52.2314×10-68 -0.000 3.7583×1036.2853×10-4-9.8635×10-52.6799×10-512 -0.000 2.5142×10-3-3.4809×10-413 -0.000 6.7635×10-36.0145×10-5-5.4357×10-514 -0.000 1.6783×10-31.9069×10-4-5.6697×10-715 0.000 1.3251×10-2-9.0528×10-46.9564×10-表1
实施例2图4是表示本发明实施例2的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，图4A表示了摄影距离无限远时的广角端的状态，图4B表示了摄影距离无限远时的中间视角的状态，以及图4C表示了摄影距离无限远时的望远端的状态。图5是表示实施例2的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图5A至图5E表示了摄影距离无限远时的广角端的像差，图5F至图5J表示了摄影距离无限远时的中间视角的像差，以及图5K～5O表示了摄影距离无限远时的望远端的像差。图6是表示实施例2的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图6A至图6E表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差，图6F至图6J表示了摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差，以及图6K至图6O表示了摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。在图5和图6中，IH为像高。另外，在图4中，为了方便起见，以光路未弯曲的直进系统表示棱镜成分，但是如图18、21和23C所示，具有将光轴反射90度的反射平面。
实施例2的变焦光学系统1构成为包括第一组G1、第二组G2、第三组G3和第四组G4。另外，在图4中，S表示孔径光阑，FL表示低通滤光镜或电子摄像元件的罩玻璃、红外截止滤光镜等平行平板，IM为电子摄像元件的受光面。
第一组G1从物体侧依次由棱镜P、与双面凹透镜L11和朝向物体侧具有凸面的正弯月透镜L12的接合透镜构成，整体具有负光焦度。棱镜P构成为配置于最靠近物体侧，且具有凹面朝向物体侧的入射面P1、反射面(未图示)、以及平面形状的出射面P3’，整体具有负光焦度。入射面P1由非球面构成。反射面(未图示)实质上由平面构成。
第二组G2由孔径光阑S、在光轴上双面凸出的透镜L21、以及双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜，整体具有正光焦度。透镜L21通过塑料成形而制成，双面具有非球面。另外，双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜形成为玻璃球面透镜。
第三组G3由1枚双面凹透镜L31构成。双面凹透镜L31通过塑料成形而制成，双面构成为非球面。
第四组G4由1枚在光轴上双面凸出的透镜L41构成。透镜L41的双面构成为非球面(与本发明的非球面a、b相当)。透镜L41的像侧的面(与本发明的非球面b相当)形成为具有拐点并在光轴附近朝向像侧具有凸面。
当从广角端向望远端变焦时，第一组G1固定，第二组G2向物体侧移动，使其与第一组G1的间隔减小，第三组G3向物体侧移动，使其与第二组G2的间隔以及与第四组G4的间隔分别增大，第四组固定。另外，通过使第二组G2和第三组G3的间隔变化而进行对焦。并且，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，在广角侧，第二组G2比第三组G3移动得大，在望远侧，第三组G3比第二组G2移动得大。另外，对焦时固定第一组G1。并且，从第一组G1的双面凹透镜L11和朝向物体侧具有凸面的正弯月透镜L12的接合透镜到第四组G4的透镜L41，整体具有正光焦度。
下面，示出构成实施例2的变焦光学系统的光学部件的数值数据。
数值数据2(实施例2)r1＝-7.6995(非球面) d1＝6.00 nd1＝1.52542 vd1＝55.78r2＝∞ d2＝0.20r3＝-27.5310d3＝0.65 nd3＝1.80400 vd3＝46.57r4＝14.8877 d4＝0.86 nd4＝1.84666 vd4＝23.78r5＝93.3267 d5＝D5r6＝∞(孔径光阑)d6＝0.14r7＝3.9288(非球面) d7＝1.99 nd7＝1.52542 vd7＝55.78r8＝-22.7877(非球面)d8＝0.10r9＝19.5924 d9＝1.33 nd9＝1.80400 vd9＝46.57r10＝-6.8623d10＝0.80 nd10＝1.84666 vd10＝23.78r11＝38.1449d11＝D11r12＝-352.5316(非球面) d12＝0.77 nd12＝1.52542 vd12＝55.78r13＝3.5045(非球面) d13＝D13r14＝69.0396(非球面)d14＝2.50 nd14＝1.52542 vd14＝55.78r15＝-3.6244(非球面)d15＝0.80r16＝∞ d16＝0.50 nd16＝1.51633 vd16＝64.14r17＝∞ d17＝0.54r18＝∞(摄像元件受光面)
非球面系数面编号k A4A6A8A101 -0.000 4.2351×10-4-4.4996×10-54.9179×10-6-1.6629×10-77 -0.000 9.0647×10-42.7807×10-44.2152×10-67.3690×10-68 -0.000 4.8399×10-36.7470×10-4-7.9509×10-53.9980×10-512 -0.000 2.3184×10-3-1.9862×10-413 -0.000 4.6978×10-32.4867×10-4-8.6627×10-514 -0.000 4.0769×10-31.6742×10-42.6227×10-615 -0.000 1.5729×10-2-9.8093×10-49.4002×10-表2
实施例3图7是表示本发明实施例3的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，图7A表示了摄影距离无限远时的广角端的状态，图7B表示了摄影距离无限远时的中间视角的状态，图7C表示了摄影距离无限远时的望远端的状态。图8是表示实施例3的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图8A至图8E表示了摄影距离无限远时的广角端的像差，图8F至图8J表示了摄影距离无限远时的中间视角的像差，图8K～8O表示了摄影距离无限远时的望远端的像差。图9为表示实施例3的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图9A至图9E表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差，图9F至图9J表示了摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差，图9K至图9O表示了摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。在图8和图9中，IH为像高。另外，在图7中，为了方便起见，以光路未弯曲的直进系统表示棱镜成分，但是如图18、21和23C所示，具有使光轴反射90度的反射平面。
实施例3的变焦光学系统1构成为包括第一组G1、第二组G2、第三组G3和第四组G4。另外，在图7中，S表示孔径光阑，FL表示低通滤光镜或电子摄像元件的罩玻璃、红外截止滤光镜等平行平板，IM为电子摄像元件的受光面。
第一组G1从物体侧开始依次由棱镜P、与双面凹透镜L11和朝向物体侧具有凸面的正弯月透镜L12的接合透镜构成，整体具有负光焦度。棱镜P构成为配置于最靠近物体侧，且具有凹面朝向物体侧的入射面P1、反射面(未图示)、以及平面形状的出射面P3’，整体具有负光焦度。入射面P1由非球面构成。反射面(未图示)实质上由平面构成。
第二组G2由孔径光阑S、在光轴上双面凸出的透镜L21、以及双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜构成，整体具有正光焦度。透镜L21通过塑料成形而制成，双面具有非球面。另外，双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜形成为玻璃球面透镜。
第三组G3由1枚朝向物体侧具有凸面的负弯月透镜L31’构成。负弯月透镜L31’通过塑料成形而制成，双面构成为非球面。
另外，在实施例3的变焦光学系统1中，在第二组G2的像侧的透镜面和第三组的最靠近物体侧的透镜面之间配置有公知的液晶快门，作为光量调整机构SH(图7中省略图示)。作为光量调整机构SH，可以是如本实施例的液晶等通过电气方式改变光的透过率的液晶快门，也可以是机械式快门机构，还可以是使ND滤光镜插入或退出的机构，还可以是对它们进行组合的机构。
第四组G4由1枚在光轴上双面凸出的透镜L41构成。透镜L41的双面构成为非球面(与本发明的非球面a、b相当)。透镜L41的像侧的面(与本发明的非球面b相当)形成为具有拐点并在光轴附近朝向像侧具有凸面。
当从广角端向望远端变焦时，第一组G1固定，第二组G2向物体侧移动，使其与第一组G1的间隔减小，第三组G3向物体侧移动，使其与第二组G2的间隔以及与第四组G4的间隔分别增大，第四组固定。另外，通过使第二组G2和第三组G3的间隔变化来进行对焦。另外，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，在广角侧，第二组G2比第三组G3移动得大，在望远侧，第三组G3比第二组G2移动得大。另外，对焦时固定第一组G1。并且，从第一组G1的双面凹透镜L11和双面凸透镜L12的接合透镜到第四组G4的透镜L41，整体具有正光焦度。
下面，示出了构成实施例3的变焦光学系统的光学部件的数值数据。
数值数据3(实施例3)r1＝-7.7334(非球面) d1＝6.00 nd1＝1.52542 vd1＝55.78r2＝∞ d2＝0.20r3＝-26.6932d3＝0.65 nd3＝1.80400 vd3＝46.57r4＝14.5085 d4＝0.87 nd4＝1.84666 vd4＝23.78r5＝99.8567 d5＝D5r6＝∞(孔径光阑)d6＝0.14r7＝3.9235(非球面) d7＝1.99 nd7＝1.52542 vd7＝55.78r8＝-22.8668(非球面)d8＝0.10r9＝19.6534 d9＝1.33 nd9＝1.80400 vd9＝46.57r10＝-6.8845d10＝0.80 nd10＝1.84666 vd10＝23.78r11＝37.8553d11＝0.50r12＝∞ d12＝1.00 nd12＝1.51633 vd12＝64.14r13＝∞ d13＝D13r14＝949.9402(非球面) d14＝0.77 nd14＝1.52542 vd14＝55.78r15＝3.4651(非球面) d15＝D15r16＝97.7468(非球面)d16＝2.53 nd16＝1.52542 vd16＝55.78r17＝-3.5526d17＝0.80r18＝∞ d18＝0.50 nd18＝1.51633 vd18＝64.14r19＝∞ d19＝0.55r20＝∞(摄像元件受光面)非球面系数面编号k A4A6A8A101 -0.000 3.3769×10-4-2.4237×10-53.1079×10-6-1.0918×10-77 -0.000 1.0092×10-33.2198×10-4-8.5427×10-69.1174×10-68 -0.000 4.9588×10-37.7360×10-4-1.1630×10-44.7068×10-514 -0.000 1.5126×10-3-1.5107×10-415 -0.000 3.5741×10-32.4750×10-4-8.7786×10-516 -0.000 3.6318×10-32.3999×10-4-2.0159×10-617 -0.000 1.5224×10-2-8.5997×10-48.8017×10-表3
实施例4图10是表示本发明实施例4的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，图10A表示了摄影距离无限远时的广角端的状态，图10B表示了摄影距离无限远时的中间视角的状态，图10C表示了摄影距离无限远时的望远端的状态。图11是表示实施例4的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图11A至图11E表示了摄影距离无限远时的广角端的像差，图11F至图11J表示了摄影距离无限远时的中间视角的像差，图11K至11O表示了摄影距离无限远时的望远端的像差。图12是表示实施例4的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图12A至图12E表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差，图12F至图12J表示了摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差，图12K至图12O表示了摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。在图11和图12中，IH为像高。另外，在图10中，为了方便起见，以光路未弯曲的直进系统表示棱镜成分，但是如图18、21和23C所示，具有使光轴反射90度的反射平面。
实施例4的变焦光学系统1构成为包括第一组G1、第二组G2、第三组G3和第四组G4。另外，在图10中，S表示孔径光阑，FL表示低通滤光镜或电子摄像元件的罩玻璃、红外截止滤光镜等平行平板，IM为电子摄像元件的受光面。
第一组G1从物体侧开始依次由棱镜P、与双面凹透镜L11和双面凸透镜L12’的接合透镜构成，整体具有负光焦度。
棱镜P构成为配置于最靠近物体侧，且具有凹面朝向物体侧的入射面P1、反射面(未图示)、以及在光轴上朝向像侧具有凸面的出射面P3，整体具有负光焦度。入射面P1和出射面P3分别由形成为光焦度随着远离光轴而减弱的形状的非球面构成。反射面(省略图示)实质上由平面构成。
第二组G2由孔径光阑S、在光轴上双面凸出的透镜L21、以及双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜构成，整体具有正光焦度。透镜L21通过塑料成形而制成，双面具有非球面。另外，双面凸透镜L22与双面凹透镜L23的接合透镜形成为玻璃球面透镜。
第三组G3由1枚双面凹透镜L31构成。双面凹透镜L31通过塑料成形而制成，双面构成为非球面。
第四组G4由1枚在光轴上双面凸出的透镜L41构成。透镜L41的双面构成为非球面(与本发明的非球面a、b相当)。透镜L41的像侧的面(与本发明的非球面b相当)形成为具有拐点并在光轴附近朝向像侧具有凸面。
当从广角端向望远端变焦时，第一组G1固定，第二组G2向物体侧移动，使其与第一组G1的间隔减小，第三组G3向物体侧移动，使其与第二组G2的间隔以及与第四组G4的间隔分别增大，第四组固定。另外，通过使第二组G2和第三组G3的间隔变化来进行对焦。另外，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，在广角侧，第二组G2比第三组G3移动得大，在望远侧，第三组G3比第二组G2移动得大。另外，聚焦时固定第一组G1。并且，从第一组G1的双面凹透镜L11和双面凸透镜L12’的接合透镜到第四组G4的透镜L41，整体具有正光焦度。
下面，示出了构成实施例4的变焦光学系统的光学部件的数值数据。
数值数据4(实施例4)r1＝-7.2950(非球面) d1＝6.00 nd1＝1.52542 vd1＝55.78r2＝-16.7915(非球面)d2＝0.36r3＝-9.7309 d3＝0.66 nd3＝1.80400 vd3＝46.57r4＝13.5503 d4＝0.95 nd4＝1.84666 vd4＝23.78r5＝-1219.4911 d5＝D5r6＝∞(孔径光阑)d6＝0.30r7＝4.0499(非球面) d7＝2.06 nd7＝1.52542 vd7＝55.78r8＝-21.5703(非球面)d8＝0.12r9＝16.6160 d9＝1.25 nd9＝1.80400 vd9＝46.57r10＝-6.3712d10＝0.80 nd10＝1.84666 vd10＝23.78r11＝77.1776d11＝D11r12＝-10.6390(非球面) d12＝1.07 nd12＝1.52542 vd12＝55.78r13＝3.9135(非球面) d13＝D13r14＝20.8952(非球面)d14＝2.55 nd14＝1.52542 vd14＝55.78r15＝-3.7887(非球面)d15＝0.59r16＝∞ d16＝0.50 nd16＝1.51633 vd16＝64.14r17＝∞ d17＝0.60r18＝∞(摄像元件受光面)非球面系数面编号k A4A6A8A101 -0.000 1.2734×10-3-3.7071×10-51.5959×10-6-1.1269×10-82 -0.000 1.0379×10-3-1.0413×10-41.5254×10-5-4.8660×10-77 -0.000 9.9710×10-41.3954×10-41.9959×10-53.3621×10-68 -0.000 4.3607×10-34.3558×10-4-2.1370×10-52.1064×10-512 -0.000 4.6291×10-3-1.1680×10-313 -0.000 9.0463×10-3-6.8653×10-4-8.7660×10-514 -0.000 2.5318×10-3-9.3395×10-51.6074×10-5-2.1482×10-715 -0.000 1.3685×10-2-1.2063×10-3-7.7094×10-5
表4
实施例5图13是表示本发明实施例5的变焦光学系统的光学结构的沿着光轴的光路展开图，图13A表示了摄影距离无限远时的广角端的状态，图13B表示了摄影距离无限远时的中间视角的状态，图13C表示了摄影距离无限远时的望远端的状态。图14是表示实施例5的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图14A至图14E表示了摄影距离无限远时的广角端的像差，图14F至图14J表示了摄影距离无限远时的中间视角的像差，图14K～14O表示了摄影距离无限远时的望远端的像差。图15是表示实施例5的变焦光学系统的球面像差、像散、畸变像差、倍率色差以及特定像高的纵向像差的曲线图，图15A至图15E表示了摄影距离为300mm的极近距离时的广角端的像差，图15F至图15J表示了摄影距离为300mm的极近距离时的中间视角的像差，图15K至图15O表示了摄影距离为300mm的极近距离时的望远端的像差。在图14和图15中，IH为像高。另外，在图13中，为了方便起见，以光路未弯曲的直进系统表示棱镜成分，但是如图18、21和23C所示，具有使光轴反射90度的反射平面。
实施例5的变焦光学系统1构成为包括第一组G1、第二组G2、第三组G3和第四组G4。另外，在图13中，S表示孔径光阑，FL表示低通滤光镜或电子摄像元件的罩玻璃、红外截止滤光镜等平行平板，IM为电子摄像元件的受光面。
第一组G1从物体侧开始依次由棱镜P、与双面凹透镜L11和双面凸透镜L12’的接合透镜构成，整体具有负光焦度。棱镜P配置于最靠近物体侧，且具有凹面朝向物体侧的入射面P1、反射面(未图示)、以及凸面朝向像侧的出射面P3。入射面P1和出射面P3分别由形成为光焦度随着远离光轴而减弱的形状的非球面构成。反射面(省略图示)实质上由平面构成。
第二组G2由孔径光阑S、在光轴上双面凸出的透镜L21、以及双面凸透镜L22与朝向物体侧具有凹面的负弯月透镜L23’的接合透镜构成，整体具有正光焦度。透镜L21通过塑料成形而制成，双面具有非球面。另外，双面凸透镜L22与朝向物体侧具有凹面的负弯月透镜L23’的接合透镜形成为玻璃球面透镜。
第三组G3由1枚双面凹透镜L31构成。双面凹透镜L31通过塑料成形而制成，物体侧的面构成为非球面。
第四组G4由1枚在光轴上双面凸出的透镜L41构成。透镜L41的两面构成为非球面(与本发明的非球面a、b相当)。透镜L41的像侧的面(与本发明的非球面b相当)形成为具有拐点并在光轴附近朝向像侧具有凸面。
当从广角端向望远端变焦时，第一组G1固定，第二组G2向物体侧移动，使其与第一组G1的间隔减小，第三组G3向物体侧移动，使其与第二组G2的间隔以及与第四组G4的间隔分别增大，第四组固定。另外，通过使第二组G2和第三组G3的间隔变化来进行对焦。另外，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，在广角侧，第二组G2比第三组G3移动得大，在望远侧，第三组G3比第二组G2移动得大。另外，聚焦时固定第一组G1。并且，从第一组G1的双面凹透镜L11和双面凸透镜L12’的接合透镜到第四组G4的透镜L41，整体具有正光焦度。
下面，示出了构成实施例5的成像光学系统的光学部件的数值数据。
数值数据5(实施例5)
r1＝-8.4605(非球面) d1＝6.00 nd1＝1.80400 vd1＝46.57r2＝-58.9999(非球面)d2＝0.13r3＝-25.1357d3＝0.65 nd3＝1.80400 vd3＝46.57r4＝16.4035 d4＝0.94 nd4＝1.84666 vd4＝23.78r5＝276.3763d5＝D5r6＝∞(孔径光阑)d6＝0.23r7＝4.2908(非球面) d7＝2.33 nd7＝1.52542 vd7＝55.78r8＝769.3655(非球面)d8＝0.26r9＝35.3764 d9＝1.66 nd9＝1.80400 vd9＝46.57r10＝-4.5478d10＝0.65 nd10＝1.84666 vd10＝23.78r11＝-18.0677 d11＝D11r12＝-10.8542(非球面) d12＝0.72 nd12＝1.52542 vd12＝55.78r13＝3.9342 d13＝D13r14＝16.8714(非球面)d14＝2.52 nd14＝1.52542 vd14＝55.78r15＝-3.9902(非球面)d15＝0.67r16＝∞ d16＝0.50 nd16＝1.51633 vd16＝64.14r17＝∞ d17＝0.55r18＝∞(摄像元件受光面)非球面系数面编号k A4A6A8A101 -0.000 3.1854×10-48.1624×10-6-2.7758×10-71.3649×10-82 -0.000 1.6895×10-41.0091×10-57 -0.000 4.8122×10-45.9923×10-51.7634×10-57.4884×10-88 -0.000 3.5049×10-31.9473×10-42.5412×10-53.8429×10-612 -0.000 -9.5269×10-41.1024×10-514 -0.000 -6.5298×10-41.9493×10-41.3236×10-515 -0.000 8.1885×10-3-7.2053×10-4-1.0516×10-4-5.8514×10-61.7832×10-表5
下面，示出各实施例中的条件式的数值参数对应值。
表6各实施例的条件式对应值
此外，在从实施例1到实施例6的变焦光学系统中，可以通过仅使第二组G2、第三组G3和第四组G4的任一组移动来进行聚焦。
另外，第四组G4即使在聚焦时也可以固定。
使用如上所述的本发明的变焦光学系统的电子摄像装置通过构成变焦光学系统的成像光学系统形成物体像，使CCD等固体摄像元件接收该像而进行摄影的摄影装置特别适用于数码相机、摄像机、以及作为信息处理装置的例如个人电脑、电话，特别是易于携带的移动电话等。以下对其实施例进行例示。
图16至图18是表示在数码相机40的摄影光学系统41中装入本发明的变焦光学系统的结构的示意图，图16是表示数码相机40外观的前方立体图，图17是其后方立体图，图18是表示数码相机40的结构的内部结构图。另外，图18所示的数码相机采用使摄像光路在取景器的长边方向弯曲的结构，示出了从上侧看到图18中的观察者的眼睛的情况。
在该例的情况下，数码相机40包括具有摄影用光路42的摄影光学系统41；具有取景器用光路44的取景器光学系统43；快门按钮45；闪光灯46；液晶显示监视器47等。当按压配置于照相机40上部的快门按钮45时，与其联动地，通过构成摄影光学系统41的例如实施例1的光路弯曲变焦光学系统1进行摄影。并且，由摄影光学系统41形成的物体像，经由低通滤光镜、红外截止滤光镜等的滤光器LPF以及罩玻璃CG而形成于CCD49的摄像面上。
该CCD49所接收的物体像经由处理单元51作为电子图像显示于设置在照相机背面的液晶显示监视器47上。另外，记录单元52也可以连接在该处理单元51上，对所拍摄的电子图像进行存储。并且，该记录单元52可以与处理单元51分体设置，也可以构成为通过软盘或存储卡、MO等进行电子的记录写入。另外，也可以取代CCD49而构成为配置了银盐胶卷的银盐照相机。
另外，在取景器用光路44上配置有取景器用物镜光学系统53。由该取景器用物镜光学系统53形成的物体像，形成于作为像正立部件的普罗棱镜(Porro Prism)55的视野框57上。在该普罗棱镜55的后方，配置有将形成为正立正像的像导入观察者眼球E的目镜光学系统59。另外，在摄影光学系统41和取景器用物镜光学系统53的入射侧以及目镜光学系统59的出射侧分别配置有罩部件50。
如此构成的数码相机40，通过使光路在长边方向弯曲而使相机薄型化具有效果。另外，由于摄影光学系统41是在广角时变焦比大、且像差良好、明亮、并且能够配置滤光器等的后焦点较大的变焦光学系统，因而可实现高性能化，同时能够以较少的光学部件构成摄影光学系统41，所以实现了小型化及低成本化。
另外，也通过使本实施例的数码相机40的摄像光路在取景器的短边方向弯曲而构成。另外，在图18的示例中，配置平行平面板作为罩部件50。这里，也可以不设置罩部件而将本发明的光学系统中配置于最靠近物体侧的面兼用作罩部件。在本例中，该最靠近物体侧的面为第一组G1的入射面。
图19是上述数码相机40的主要部的内部电路的结构框图。另外，在以下说明中，上述处理单元51例如由CDS/ADC部24、临时存储器17、图像处理部18等构成，记录单元52例如由存储介质部19等构成。
如图19所示，数码相机40包括操作部12；与该操作部12连接的控制部13；经由总线14、15连接于该控制部13的控制信号输出端的摄像驱动电路16和临时存储器17；图像处理部18；存储介质部19；显示部20；以及设定信息存储部21。临时存储器17、图像处理部18、存储介质部19、显示部20和设定信息存储部21构成为经由总线22而能够彼此输入或输出数据，另外，在摄像驱动电路16上连接有CCD49和CDS/ADC部24。
操作部12是具有各种输入按钮和开关，并通过这些输入按钮和开关将从外部(相机使用者)输入的事件信息通知给控制部的电路。控制部13作为控制电路，例如是由CPU等构成的中央运算处理单元，内置有未图示的程序存储器，并根据存储于该程序存储器中的程序，经由操作部12接收从相机使用者输入的指示命令，对数码相机11整体进行控制。
CCD49接收经由装入本发明的变焦光学系统的摄影光学系统41而形成的物体像。CCD49作为摄像元件，由摄像驱动电路16驱动控制，将该物体像的各像素的光量转换为电信号，并输出给CDS/ADC部24。
CDS/ADC部24作为输出电路，用于将由CCD49输入的电信号放大并进行模/数转换，从而将仅进行了该放大和数字转换的影像原数据(原始数据，以下称为RAW数据)输出给临时存储器17。
临时存储器17作为存储装置，例如是由SDRAM等构成的缓冲器，对从CDS/ADC部24输出的上述RAW数据进行临时存储。
图像处理部18作为处理电路，将存储于临时存储器17中的RAW数据或存储于存储介质部19中的RAW数据读出，根据由控制部13指定的画质参数，以电的方式进行包含畸变像差校正的各种图像处理。
存储介质部19作为装置的控制电路，拆装自由地安装着例如由闪存等构成的卡式或棒式存储介质，在这些卡式或棒式的闪存中记录并保存从临时存储器17转送的RAW数据和由图像处理部18图像处理的图像数据。
显示部20作为显示电路，具有液晶显示监视器47，在该液晶显示监视器47上显示图像或操作菜单等。在设定信息存储部21中具有预先存储各种画质参数的ROM部；以及对从该ROM部读取的画质参数中通过操作部12的输入操作而选择的画质参数进行存储的RAM部。设定信息存储部21是对这些存储器的输入输出进行控制的电路。
下面，图20至图22示出了作为信息处理装置的一例的个人电脑，该信息处理装置内置有本发明的变焦光学系统作为物镜光学系统。图20是个人电脑300开盖时的前方立体图，图21是个人电脑300的摄影光学系统303的剖视图，图22是图20的侧视图。
如图20至图22所示，个人电脑300包括用于由操作者从外部输入信息的键盘301；省略图示的信息处理单元和记录单元；对操作者显示信息的监视器302；以及用于拍摄操作者自身和周边图像的摄影光学系统303。这里，监视器302可以是由未图示的背光灯从背面照明的透过型液晶显示元件、反射来自前方的光而进行显示的反射型液晶显示元件、或者CRT显示器等。
另外，虽然在图中摄影光学系统303内置于监视器302的右上方，但是不限于该情况，可以是监视器302的周围和键盘301的周围的任意位置。该摄影光学系统303在摄影光路304上具有由本发明的例如第1实施例的光路弯曲变焦光学系统构成的物透112，以及接收像的摄像元件芯片162。它们都内置于个人电脑300中。
这里，在摄像元件芯片162上通过附加地贴附有罩玻璃CG而一体形成为摄像单元160，由于能够在物透112的镜框113的后端通过单触嵌入来进行安装，所以不需要使物透112与摄像元件芯片162的中心对正或者对其面间隔进行调整，装配简单。另外，在镜框113的前端(未图示)配置有用于保护物透112的罩玻璃114。另外，镜框113中的变焦光学系统的驱动机构等省略了图示。
摄像元件芯片162所接收的物体像经由端子166输入给个人电脑300的处理单元，作为电子图像显示于监视器302上。在图20中，作为一例，示出了操作者所拍摄的图像305。另外，该图像305也能够经由处理单元，通过英特网或电话从远距离显示于通信对方的个人电脑上。
下面，图23示出了作为信息处理装置一例的电话、特别是易于携带的移动电话，该信息处理装置内置有本发明的变焦光学系统作为摄影光学系统。图23A是移动电话400的正视图，图23B是侧视图，图23C是摄影光学系统405的剖视图。
如图23所示，移动电话400包括将操作者的声音作为信息输入的话筒部401；输出通话对方的声音的扬声部402；供操作者输入信息的输入拨盘403；显示操作者自身或者通话对方等的摄影图像和电话号码等信息的监视器404；摄影光学系统405；进行通信电波的发送和接收的天线406；以及对图像信息、通信信息、输入信号等进行处理的处理单元(未图示)。其中，监视器404是液晶显示元件。另外，图中各结构的配置位置并没有特别限定于这些。该摄影光学系统405具有配置在摄影光路407上的由本发明的例如实施例1的光路弯曲变焦光学系统1构成的物透112；以及接收物体像的摄像元件芯片162。它们都内置于移动电话400内。
其中，通过在摄像元件芯片162上附加地贴附有罩玻璃CG而一体形成为摄像单元160，由于能够在物透112的镜框113的后端通过单触嵌入来进行安装，因而不需要使物透112与摄像元件芯片162的中心对正或者对其面间隔进行调整，装配简单。另外，在镜框113的前端(未图示)配置有用于保护物透112的罩玻璃114。另外，图中省略了镜框113中的变焦光学系统的驱动机构等。
摄像元件芯片162所接收的物体像经由端子166输入未图示的处理单元，作为电子图像显示于监视器404或者通信对方的监视器上，或者显示于两者上。另外，在向通信对方发送图像时，在处理单元中包含将摄像元件芯片162所接收的物体像的信息转换为可发送的信号的信号处理功能。
权利要求
1.一种变焦光学系统，该变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的入射面、反射面和正光焦度的出射面的棱镜成分，以及具有正光焦度的透镜组，其特征在于，所述棱镜成分在变焦光学系统的具有光焦度的光学元件中位于最靠近物体侧，所述透镜组包括在变焦时和聚焦时中的至少一个状态下移动的多个移动光学单元。
2.一种变焦光学系统，该变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其特征在于，所述第一组包括配置于最靠近物体侧的棱镜成分，该棱镜成分具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，满足以下条件式(1)和(2)，1.4＜G23W/G34W＜3 …(1)0.4＜G23T/G34T＜1.5 …(2)其中，G23W为广角端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34W为广角端的所述第三组和所述第四组的间隔，G23T为望远端的所述第二组和所述第三组的间隔，G34T为望远端的所述第三组和所述第四组的间隔。
3.一种摄像装置，该摄像装置包括变焦光学系统和摄像元件，其特征在于，所述变焦光学系统包括第一组，其具有棱镜成分，该棱镜成分在所述变焦光学系统中配置于最靠近物体侧并且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面；至少两个移动光学单元，其相对于所述第一组配置于像侧且在变焦时可动；最终透镜组，其在所述变焦光学系统中配置于最靠近像侧且具有正光焦度；孔径光阑，其配置于所述第一透镜组和所述最终透镜组之间；当从广角端向望远端变焦时，由所述孔径光阑形成的入射光瞳向物体侧移动，并且在比所述最终透镜组靠近物体侧的光学系统中，由所述孔径光阑形成的出射光瞳向物体侧移动，所述最终透镜组具有透镜成分，该透镜成分具有作为第一非球面a的物体侧面，以及作为第二非球面b的像侧面，该像侧面在包含光轴附近朝向像侧的凸面和光轴的截面上具有拐点，各非球面满足以下条件式(3)至(5)，0.08＜(ha11-ha07)/I＜0.3 …(3)-0.1＜ha07/I＜0.07 …(4)0.45＜Cb/I＜1 …(5)其中，ha07是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的35％的高度处的非球面a的位置的距离，其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直，另外，以从物体侧到像侧为正方向，ha11是从参照面沿光轴方向到摄像元件有效对角线长度的55％的高度处的非球面a的位置的距离，其中，所述参照面包含非球面a的顶点，并且与光轴垂直，另外，以从物体侧到像侧为正方向，I为摄像元件的有效对角线长度的50％的长度，Cb为非球面b的拐点距离光轴的高度。
4.一种变焦光学系统，该变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其特征在于，所述第一组包括棱镜成分，该棱镜成分配置于最靠近物体侧且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，聚焦时，所述第二组和所述第三组的间隔变化，当以从无限远的聚焦到极近方向的聚焦为基准时，所述第二组和所述第三组的移动量的比例，在广角侧以所述第二组为主，在望远侧以所述第三组为主。
5.一种变焦光学系统，该变焦光学系统从物体侧开始依次包括具有负光焦度的第一组、具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，其特征在于，所述第一组包括棱镜成分，该棱镜成分配置于最靠近物体侧且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面，所述第二组具有孔径光阑，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，所述第一组和所述第二组的间隔变小，并且，所述第二组和所述第三组的间隔以及所述第三组和所述第四组的间隔分别变大，另外，所述变焦光学系统还具有配置在所述第二透镜组的最靠近像侧的透镜面和所述第三透镜组的最靠近物体侧的透镜面之间的光量调整部。
6.一种摄像装置，该摄像装置包括变焦光学系统和摄像元件，其特征在于，所述变焦光学系统包括棱镜成分，其在所述变焦光学系统的具有光焦度的元件中配置于最靠近物体侧，并且具有使凹面朝向物体侧的入射面、以及反射面和出射面；以及具有光焦度并且移动的至少一个移动光学单元，并满足以下条件式(6)至(8)，-4＜rp1/I＜-1.8 …(6)8＜L/I＜12 …(7)2.5＜M/I＜7 …(8)其中，rp1为棱镜成分的入射面的近轴曲率半径，L为变焦光学系统的光路长度，I为摄像元件有效对角线长度的50％的长度，M为广角域和望远域的各组的移动量的总和，望远域的焦点距离为广角域的焦点距离的2.3倍以上且5倍以下。
7.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的摄像装置，其特征在于，所述棱镜成分整体具有负的光焦度。
8.根据权利要求3或6所述的变焦光学系统，其特征在于，所述棱镜成分整体具有负的光焦度。
9.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，当所述棱镜成分的光焦度为φP，广角端的焦点距离为fw时，满足以下条件式(9)，-0.55＜φP·fw＜0 …(9)。
10.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，当所述棱镜成分的光焦度为φP，广角端的焦点距离为fw时，满足以下条件式(9)，-0.55＜φP·fw＜0…(9)。
11.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，当所述棱镜成分的入射面的近轴曲率半径为rP1，出射面的近轴曲率半径为rP2时，满足以下条件式(10)，-1＜(rP1-rP2)/(rP1+rP2)＜-0.2 …(10)。
12.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，当所述棱镜成分的入射面的近轴曲率半径为rP1，出射面的近轴曲率半径为rP2时，满足以下条件式(10)，-1＜(rP1-rP2)/(rP1+rP2)＜-0.2 …(10)。
13.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述棱镜成分的入射面和出射面为非球面，所述棱镜成分的反射面为平面，所述棱镜成分的各个所述非球面，为光焦度随着远离光轴而减弱的形状。
14.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，所述棱镜成分的入射面和出射面为非球面，所述棱镜成分的反射面为平面，所述棱镜成分的各个所述非球面，为光焦度随着远离光轴而减弱的形状。
15.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，该变焦光学系统从物体侧开始依次具有包括所述棱镜成分的具有负光焦度的第一组、包括孔径光阑的具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，所述第二组和所述第三组为所述移动光学单元，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，并且，所述第一组和所述第二组的间隔变小，所述第三组和所述第四组的间隔变大。
16.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，该变焦光学系统从物体侧开始依次具有包括所述棱镜成分的具有负光焦度的第一组、包括所述孔径光阑的具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，所述第二组和所述第三组为所述移动光学单元，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，并且，所述第一组和所述第二组的间隔变小，所述第三组和所述第四组的间隔变大。
17.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，该变焦光学系统从物体侧开始依次具有包括所述棱镜成分的具有负光焦度的第一组、包括孔径光阑的具有正光焦度的第二组、具有负光焦度的第三组以及具有正光焦度的第四组，所述第二组和所述第三组为所述移动光学单元，当由广角端向望远端变焦时，所述第二组和所述第三组分别向物体侧移动，并且，所述第一组和所述第二组的间隔变小，所述第三组和所述第四组的间隔变大。
18.根据权利要求2、4、5、15的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述第三组包括1枚负透镜，所述第三组中的透镜总数为1。
19.根据权利要求16或17所述的摄像装置，其特征在于，所述第三组包括1枚负透镜，所述第三组中的透镜总数为1。
20.根据权利要求18所述的变焦光学系统，其特征在于，构成所述第三组的1枚负透镜为塑料透镜。
21.根据权利要求19所述的摄像装置，其特征在于，构成所述第三组的1枚负透镜为塑料透镜。
22.根据权利要求2、4、5、15的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述第一组包括配置于所述棱镜成分的像侧的负透镜和正透镜。
23.根据权利要求16或17所述的摄像装置，其特征在于，所述第一组包括配置于所述棱镜成分的像侧的负透镜和正透镜。
24.根据权利要求22所述的变焦光学系统，其特征在于，所述负透镜和所述正透镜的折射率分别为1.7以上。
25.根据权利要求23所述的摄像装置，其特征在于，所述负透镜和所述正透镜的折射率分别为1.7以上。
26.根据权利要求22所述的变焦光学系统，其特征在于，所述负透镜和正透镜相接合。
27.根据权利要求23所述的摄像装置，其特征在于，所述负透镜和正透镜相接合。
28.根据权利要求2、4、5、15的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述第二组从物体侧开始依次具有正透镜、正透镜、负透镜，所述第二组包含的透镜总数为3。
29.根据权利要求16或17所述的摄像装置，其特征在于，所述第二组从物体侧开始依次具有正透镜、正透镜、负透镜，所述第二组包含的透镜总数为3。
30.根据权利要求28所述的变焦光学系统，其特征在于，所述第二组的最靠近物体侧的所述透镜为塑料制成的两面非球面透镜，比所述第二组的最靠近物体侧的所述正透镜靠近像侧的所述正透镜和所述负透镜的折射率分别为1.7以上。
31.根据权利要求29所述的摄像装置，其特征在于，所述第二组的最靠近物体侧的所述透镜为塑料制成的两面非球面透镜，比所述第二组的最靠近物体侧的所述正透镜靠近像侧的所述正透镜和所述负透镜的折射率分别为1.7以上。
32.根据权利要求2、4、5、15的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述第四组包括正透镜，所述第四组中的总透镜数为1。
33.根据权利要求16或17所述的摄像装置，其特征在于，所述第四组包括正透镜，所述第四组中的总透镜数为1。
34.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述棱镜成分包含的反射面的总数为1。
35.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，所述棱镜成分包含的反射面的总数为1。
36.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述棱镜成分中没有中间成像面。
37.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，所述棱镜成分中没有中间成像面。
38.根据权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，所述棱镜成分的反射面使入射光轴按照直角进行反射。
39.根据权利要求3或6所述的摄像装置，其特征在于，所述棱镜成分的反射面使入射光轴按照直角进行反射。
40.一种摄像装置，其特征在于，该摄像装置包括权利要求1、2、4、5的任一项所述的变焦光学系统以及配置于其像侧的摄像元件。
全文摘要
本发明提供一种变焦光学系统和具有该系统的摄像装置。变焦光学系统从物体侧开始依次具有棱镜成分和可动组，所述棱镜成分具有入射面、反射面、出射面，且入射面具有负的光焦度，所述可变组在变焦时或聚焦时可动。摄像装置具有所述变焦光学系统。从而使摄像装置充分实现薄型化，并且能够确保适当的变焦倍率，使光学系统的全长进一步缩短。
文档编号G02B15/14GK1936644SQ20061013926
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月21日
发明者细川一幸 申请人:奥林巴斯映像株式会社