JPWO2008072466A1 - 変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、超コンパクト化を達成しつつ、色収差・非点収差等の諸収差を十分に補正する。このため、変倍光学系は、物体側から順に、負正負正の光学的パワーを有する第１〜第４レンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が狭くなる光学系である。第１レンズ群は、負レンズと正メニスカスレンズとから構成され、第２レンズ群が、両凸正レンズと両凹負レンズとから構成され非球面を含む。物体距離無限時の、広角端、望遠端での最も物体側レンズ面の面頂点から像面までの距離をＴＬｗ、ＴＬｔ、両凸正レンズと両凹負レンズとの屈折率差をΔＮ２、アッベ数差をΔν２、正メニスカスレンズのレンズ面の面頂点から像面までの距離をＬｂ、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとするとき、ＴＬｗ／ＴＬｔ＜１．２、ΔＮ２＞０．１５、Δν２＞２０、及びＬｂ／ｆｗ≦１．２を満たす。

Description

本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向にレンズ群の間隔を変えることで変倍を行う変倍光学系、その変倍光学系を備える撮像装置及びその撮像装置を搭載したデジタル機器に関し、特に超小型化に適した変倍光学系に関するものである。

近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：ＰＥＲＳＯＮＡＬ ＤＩＧＩＴＡＬ ＡＳＳＩＳＴＡＮＴ）の普及が目覚しく、これらの機器に、コンパクトなデジタルスチルカメラユニットやデジタルビデオユニットが内蔵される仕様が一般化してきている。これらの機器では、サイズやコストの制約が非常に厳しいことから、通常のデジタルスチルカメラ等に比べて低画素数で小型の撮像素子と、プラスチックレンズ１〜３枚程度からなる単焦点光学系とを備えた撮像装置が一般的に用いられている。携帯情報端末に搭載される撮像装置も高画素化・高機能化が急速に進んでいる中で、高画素撮像素子に対応でき、且つ撮影者から離れた被写体をも撮影可能とする、携帯電話機等に搭載できるコンパクトな変倍光学系が要求されている。

従来、例えば特許文献１には、負正正３成分の変倍光学系において、第２レンズ群の変倍負担を増加させることで、変倍に伴うレンズ群の移動量を抑えるようにした変倍光学系が開示されている。しかし、開示されている光学系は、いずれも第１レンズ群、第２レンズ群に各３枚のレンズを使用しており、コンパクト化が十分と言えない。

また、特許文献２には、負正負３成分の変倍光学系において、第１レンズ群を固定とすることで小型化を図った変倍光学系が開示されている。しかし、提案されている光学系は、第１レンズ群内のパワー配置や、第２レンズ群の硝材が最適化されていないため、非点収差や色収差の補正が不十分となっている。

さらに、特許文献３には、負正負正４成分の変倍光学系において、光軸を直角に折り曲げて光学ユニットの薄型化を図るようにした所謂屈曲光学系と呼ばれる変倍光学系が開示されている。しかし、光軸を折り曲げるプリズムを含めてレンズ枚数が７〜９枚と多く、コスト高となる上、薄型化は図っているものの、光学全長としては非常に長いため、ユニット体積の観点からは小型化が不十分である。
特開２００１−３１８３１１号公報 特開２００５−５５７２５号公報 特開２００４−２０５７９６号公報

従来提案されている変倍光学系は、レンズ枚数の多さや変倍移動量の大きさから、ユニット体積としてのコンパクト化が十分に図られていない。また、変倍光学系の更なるコンパクト化を達成しようとすると、収差補正が不十分となる課題があった。

本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、変倍光学系の超コンパクト化を達成しつつ、色収差・非点収差等の諸収差を十分に補正することができる変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）光学的パワーの表記において、接合レンズを構成している各単レンズについては、該単レンズのレンズ面の両側が空気であるとした場合の光学的パワーをいうものとする。（ｅ）非球面サグ（sag）量とは、レンズの面頂点と最大有効半径に対する非球面曲線上の点との間の光軸方向の距離と、近軸曲率に基づく球面サグ量との差分を表すパラメータである。
（ｆ）複合型非球面レンズ（基板となる球面ガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズ）に用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材としては取扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も１枚と考える。その際、レンズ屈折率も、基板となっているガラス材料の屈折率を用いるものとする。
（ｇ）屈曲光学系の場合は、プリズムをレンズ枚数として数える。
（ｈ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。

１．物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有する第２レンズ群と、負の光学的パワーを有する第３レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、前記第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズとを含み、前記第２レンズ群は１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、当該第２レンズ群内に少なくとも１面の非球面が具備され、且つ、下記（１）〜（４）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。

ＴＬｗ／ＴＬｔ＜１．２ ・・・（１）
ΔＮ２＞０．１５ ・・・（２）
Δν２＞２０ ・・・（３）
Ｌｂ／ｆｗ≦１．２ ・・・（４）
但し、ＴＬｗ、ＴＬｔ：物体距離無限時における、広角端（ｗ）、望遠端（ｔ）での最も物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離
ΔＮ２：前記第２レンズ群内のレンズの屈折率差
Δν２：前記第２レンズ群のレンズのアッベ数差
Ｌｂ：望遠端において、最も像側に位置するパワーを有するレンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（空気換算長）
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
この構成によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの光学系とされている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利となる。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制し得る。これらの点は、変倍比が２〜４倍程度のズームレンズにおいて特に顕著となる。また、前記第１レンズ群が負レンズと正レンズとを少なくとも各１枚有する構成とされているので、倍率色収差を良好に補正することができる。さらに、前記第２レンズ群が、軸上色収差と球面収差の補正に最低限必要な正負各１枚のレンズにて構成されているので、変倍時において移動量が大きくなる第２レンズ群の駆動装置の負荷を減らし、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成することが可能となる。加えて、第２レンズ群内に少なくとも１面の非球面が具備されているので、第２レンズ群の光学的パワーの増加に伴って増大する球面収差を補正することができる。

さらに、コンパクト化や光学性能に鑑みて上記条件式（１）〜（４）を満たすことを要件としている。ＴＬｗ／ＴＬｔが条件式（１）の上限を上回ると、広角端における像面の周辺照度を確保するために、最も物体側のレンズの有効光路径を大きくする必要が生じる。このため、変倍光学系の外径方向のサイズ小型化が困難となる。ΔＮ２が条件式（２）の下限を下回ると、ペッツバール和の増加に伴う非点収差が顕著となる。Δν２が条件式（３）の下限を下回ると、軸上色収差の補正が不十分となる。Ｌｂ／ｆｗが条件式（４）の上限を上回ると、広角端での非点収差補正と望遠端での非点収差補正とを、共に良好な状態で両立させることが困難となる。

２．前記第２レンズ群が、下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする１に記載の変倍光学系。

０．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（５）
但し、ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
上記条件式（５）を満たす変倍光学系によれば、光学性能や製造難易度の面で一層優れた変倍光学系とすることができる。ｆ２／ｆｗが条件式（５）の上限を上回ると、第２レンズ群の光学的パワーが弱すぎ、変倍光学系のコンパクト性を維持した状態で２〜４倍程度の変倍比を得ることが困難となる。一方、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群の偏芯誤差感度が非常に高くなり、製造難易度が高くなる。

３．無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが、前記第３レンズ群を像側に移動させることによって行われ、下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする１又は２に記載の変倍光学系。

１．５＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜６．０ ・・・（６）
但し、ｆ３：前記第３レンズ群の合成焦点距離
第３レンズ群でフォーカシングすることで、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、条件式（６）を満たすことで、第３レンズ群の光学性能や製造難易度の面で一層優れた変倍光学系とすることができる。ｆ３／ｆｗが条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズ群のフォーカス移動量が大きくなる。このため、コンパクト性を維持しようとした時に、変倍レンズ群の移動量が制約されることになり、所望の変倍比を得ることが難しくなる。一方、条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ、偏芯誤差感度が高くなって、レンズの組立が困難となる。

４．前記第３レンズ群が、広角端から望遠端への変倍時に、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動するものであって、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする請求の１乃至３のいずれかに記載の変倍光学系。

｜Ｄ３／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２｜＜１．５ ・・・（７）
但し、Ｄ３：広角端から望遠端への変倍時における前記第３レンズ群の移動量
ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離
第３レンズ群を、広角端から望遠端への変倍時において、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動させることで、第３レンズ群の変倍負担を軽減できる。そして、条件式（７）を満たすことで、第３レンズ群の偏芯誤差感度を抑制することができる。条件式（７）の上限を上回ると、第３レンズ群の偏芯誤差感度が高くなりすぎる。このため、レンズの製造難易度が高くなる。

５．前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、下記（８）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至４のいずれかに記載の変倍光学系。

０．１＜ｈ１／ＴＬｗ ・・・（８）
但し、ｈ１：最も物体側レンズ面の広角端での有効光路半径
上記構成によれば、第１レンズ群が固定とされているので、レンズ群の駆動装置の負荷を大幅に低減することが可能となる。また、第１レンズ群を変倍時に可動とする場合には、第１レンズ群の外側に駆動装置を配置しなければならず、このことは外径方向のサイズアップを招来する。従って、第１レンズ群を固定とすることで、外径方向の小型化に対して非常に有効である。また、条件式（８）を満たすことで、第１レンズ群の光学性能の適正化を図ることができる。ｈ１／ＴＬｗが条件式（８）の下限を下回ると、第１レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ、偏芯誤差感度が高くなる。このため、組立時に調整を行う必要が生じ、製造コストのアップに繋がる。

６．前記第１レンズ群及び、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とのレンズ群間隔が、下記（９）、（１０）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至５のいずれかに記載の変倍光学系。

０．２＜Ｔ１／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜１．５ ・・・（９）
Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜０．３ ・・・（１０）
但し、Ｔ１：前記第１レンズ群のレンズ最前面から前記第１レンズ群のレンズ最後面までの光軸上厚み
Ｔ１２：望遠端における、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との光軸上間隔
条件式（９）、（１０）を満たすことで、第１レンズ群の構成、及び第１レンズ群と第２レンズ群とのレンズ群間隔を一層適正化することができる。条件式（９）の上限を上回ると、光学全長をコンパクトに維持しようとする場合、第２レンズ群の実質的な変倍移動量が小さくなる。このため、第２レンズ群の光学的パワーが強くなり、製造難易度が高くなる。条件式（９）の下限を下回ると、第１レンズ群内の負レンズの光学的パワーが弱くなって後側主点が像面から遠ざかる。このため、同じ焦点距離を維持しようとすると、相対的にバックフォーカスの確保が困難となり、また射出瞳を像面から遠ざけることが困難となる傾向が顕著となる。また、条件式（１０）の上限を上回ると、光学全長をコンパクトに維持しようとする場合、第２レンズ群の実質的な変倍移動量が小さくなる。このため、第２レンズ群の光学的パワーが強くなり、製造難易度が高くなる。

７．前記第２レンズ群の物体側に開口絞りが備えられ、前記開口絞りは絞り径が固定であることを特徴とする１乃至６のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、第２レンズ群の物体側に開口絞りを配置することで、第１レンズ群の前玉径を極力小さくすることができる。一方で、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は光学全長に与える影響が大きく、可変絞り機構を挿入するために当該間隔を広げるよう構成すると、例えば２〜３倍程度光学全長を長くする必要が生じる。そこで、絞り径を固定として絞り部材を簡略化することで、光軸方向の薄肉化が達成できるようになる。

８．前記第２レンズ群の像側に、光量を調節する機構が配置されていることを特徴とする７に記載の変倍光学系。

光量調節機構を配置するに際しては、像面の中心と周辺との光量ムラを避けるため、全光束が同一位置を通過する絞り位置に配置することが好ましい。一方で、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は光学全長に与える影響が大きく、当該間隔を広げると２〜３倍程度光学全長が長くなり得る。このため、厚みのある光量調節機構を絞り位置に配置することは難しい。そこで第２レンズ群の像側に光量調節機構を設けることにより、絞り位置とほぼ同等程度に光量ムラを抑え、かつコンパクト性も維持することが可能となる。なお、光量調節機構としては、例えば、絞りによる回折の影響を抑えるためのＮＤフィルタやメカニカルシャッタ等を用いることができる。

９．前記第３レンズ群の像側に、正の光学的パワーを有する第４レンズ群をさらに具備することを特徴とする１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系。

前記第４レンズ群を設けることにより、像面（撮像素子受光面）への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づけることができる。

１０．前記第４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、
下記（１１）の条件式を満たすことを特徴とする９に記載の変倍光学系。

１．０＜｜ＥＰｗ／ｆｗ｜＜８．０ ・・・（１１）
但し、ＥＰｗ：広角端における、最大画角の主光線の射出瞳位置から像面までの距離
第４レンズ群を変倍時固定とすることで、変倍のための機械的な機構（鏡筒機構）を簡略化することができ、位置精度も向上させることができる。条件式（１１）を満たすことで、第４レンズ群が変倍時固定の光学系において、光学特性を良好なものとすることができる。条件式（１１）の上限を上回ると、コンパクトな光学全長を維持した際に、第１レンズ群の光学的パワーが増加するため、誤差感度の増大が顕著になる。一方、条件式（１１）の下限を下回ると、像面への光線入射角のテレセントリック性が崩れ、撮像素子の撮像面手前に画素に対応したレンズアレイを配置したとしても、周辺照度低下を防ぐことが難しくなる。

１１．変倍光学系が、４つのレンズ群のみから構成されることを特徴とする１乃至１０のいずれかに記載の変倍光学系。

変倍光学系の超小型化を図る場合、レンズは製造限界の都合上、一定のスペースを必ず占有するため、レンズユニットの全空間に対するレンズの空間占有比率が相対的に高くなる。そのため、製造難度よりレンズ単品の精度向上を優先させてでも、レンズ群数やレンズ枚数を極力減らす必要がある。従って、４成分の変倍光学系とすることで、超小型化に有利な構成とすることができる。特に、負正負正４成分とすることで、他のズームタイプよりもコンパクト化と高性能化とのバランス、すなわちコンパクト化とフォーカス性能、製造誤差感度、像面入射角のテレセントリック性とのバランスを最適なものとすることができる。

１２．変倍時に可動のレンズ群が、変倍群とズーミングに伴う像面変動補正群との２つのレンズ群のみであることを特徴とする請求の１乃至１１のいずれかに記載の変倍光学系。

可動群が変倍群の一つである場合、構成によってはズーミングに伴う像面変動補正が行えず、不連続な変倍となってしまうことがある。しかし、上記構成を採ることで、いずれの構成でも連続的な変倍が可能となる。また、３群以上の可動群がある場合に比べて、レンズ群の駆動装置が占有する体積を減少させることができ、変倍光学系ユニットの小型化を図ることができる。

１３．前記第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなり、下記（１２）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至１２のいずれかに記載の変倍光学系。

０．１５＜｜ｆ１ｎ／ｆ１ｐ｜＜０．５０ ・・・（１２）
但し、ｆ１ｐ：前記第１レンズ群内の正レンズの焦点距離
ｆ１ｎ：前記第１レンズ群内の負レンズの焦点距離
第１レンズ群のレンズ配列を物体側から順に負正とすることで、広角端でのバックフォーカス確保が容易となり、また広画角な軸外光の非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。なお、｜ｆ１ｎ／ｆ１ｐ｜が条件式（１２）の上限を上回ると、特に広角端での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となる。一方、条件式（１２）の下限を下回ると、第１レンズ群を構成する各レンズのパワーが非常に強くなるため、製造難易度が高くなる。

１４．前記第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、下記（１３）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至１３のいずれかに記載の変倍光学系。

１．０＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜２．５ ・・・（１３）
但し、ｆ２ｐ：前記第２レンズ群内の正レンズの焦点距離
ｆ２ｎ：前記第２レンズ群内の負レンズの焦点距離
第１レンズ群のレンズ配列を物体側から順に正負とすることで、第２レンズ群の主点位置が第１レンズ群側に近付く。このため、変倍作用を保ったまま第２レンズ群の実質的パワーを軽減することができ、誤差感度低減に寄与する。なお、｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜が条件式（１３）の上限を上回ると、球面収差を十分に補正することが困難になる。一方、条件式（１３）の下限を下回ると、第２レンズ群の負レンズのパワーが強くなるため、倍率色収差が大きくなり、画質の低下が顕著になる。

１５．少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを有することを特徴とする１乃至１４のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、樹脂材料製レンズを用いることで、安定した品質での大量生産が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。

１６．前記樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする１５に記載の変倍光学系。

一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、例えば無機の微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、本発明に係る変倍光学系の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

１７．前記第４レンズ群、又は第４レンズ群よりも像側に位置するレンズ群内の正レンズが、樹脂材料製レンズであることを特徴とする９に記載の変倍光学系。

この構成によれば、前記正レンズが樹脂材料製レンズとされているので、コンパクト性を損ねることなくコストダウンを図ることが可能となる。また、前記正レンズが温度変化するとバックフォーカスに影響を与えるため、３０ナノメートル以下の粒子を分散させた材料を用いれば、この影響を大幅に軽減することができる。

１８．１乃至１７のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な超小型でかつ高精細でありながら、変倍が可能な撮像装置を実現し得る。

１９．１８に記載の撮像装置と、前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
２０．前記デジタル機器は、携帯端末であることを特徴とする１９に記載のデジタル機器。
これらの構成によれば、高精細を保ったままで変倍可能な撮像装置を搭載したデジタル機器を実現し得る。なお、前記携帯端末とは、携帯電話機や携帯情報端末等に代表される、携帯することを常態とするデジタル機器のことである。

本発明によれば、十分なコンパクト化を達成しつつ、変倍域全域にわたって収差が良好に補正された変倍光学系を提供できるようになり、特に変倍比が２〜４倍程度の変倍光学系、及びこれを搭載した撮像装置若しくはデジタル機器を、安価に、且つ小型化が十分達成された態様で提供することができる。

本発明に係る変倍光学系の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る変倍光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る変倍光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施例１に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例２に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例３に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例４に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例５に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例６に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例１におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例４におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例５におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例６におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例におけるレンズ群の移動方向を示す模式図である。 実施例におけるレンズ群の移動方向を示す模式図である。

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｆ 変倍光学系
１１、Ｇｒ１ 第１レンズ群
１２、Ｇｒ２ 第２レンズ群
１３、Ｇｒ３ 第３レンズ群
１４、Ｇｒ４ 第４レンズ群
１５、ＳＴ 光学絞り
１６、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２ 携帯電話機（デジタル機器）
２７ 撮像装置

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜変倍光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る変倍光学系１の構成例を示す光路図（広角端の光路図）である。この変倍光学系１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２、負の光学的パワーを有する第３レンズ群１３及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群１４が配列され、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群１１と前記第２レンズ群１２との間隔が狭くなる変倍光学系である。なお、図１で例示した変倍光学系１は、後述する実施例１の変倍光学系１Ａ（図４参照）と同じ構成である。

ここでは、第１レンズ群１１が、両凹の負レンズ１１１と物体側に凸の正メニスカスレンズ１１２とから構成され、第２レンズ群１２が、両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２とから構成され、第３レンズ群１３が物体側に凸の負メニスカスレンズ１３１のみで構成され、また第４レンズ群１４が物体側に凸の正メニスカスレンズ１４１のみで構成されている例を示している。なお、第２レンズ群１２の物体側には光学絞り１５が配置されている。このような変倍光学系１の像側には、ローパスフィルタ１７を介して撮像素子１６が配置され、これにより物体側の被写体光学像が、変倍光学系１によりその光軸ＡＸに沿って適宜な変倍比で撮像素子１６の受光面まで導かれ、撮像素子１６により前記被写体の光学像が撮像されるものである。

この変倍光学系１は、負正負正４成分の光学系であって、最も物体側に位置する第１レンズ群１１が負の光学的パワーを持った、負リードの光学系である。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群１１の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利である。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制できる利点がある。

本発明においては、上述の変倍光学系１で例示したように、第１レンズ群１１は、少なくとも１枚の負レンズ（負レンズ１１１）と、少なくとも１枚の正レンズ（正メニスカスレンズ１１２）とを含んで構成される。これにより、倍率色収差を良好に補正することができる。ここでは、第１レンズ群１１に負レンズと正レンズとが１枚ずつ含まれている例を示しているが、各々複数枚含んでいても良い。また、光軸ＡＸを例えば直角に折り曲げるプリズムを含んでいても良い。しかし、第１レンズ群１１はプリズムも含めて４枚以下のレンズで構成することが望ましい。これにより、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成することができる。なお、両凹の負レンズ１１１に代えて、物体側に凸の負メニスカスレンズを用いることも、好ましい実施形態の一つである。

また、第２レンズ群１２は１枚の正レンズ（両凸正レンズ１２１）と、１枚の負レンズ（両凹負レンズ１２２）とから構成される。これにより、軸上色収差と球面収差の補正に最低限必要な正負各１枚のレンズを有する一方で、変倍時において移動量が大きくなる第２レンズ群１２の駆動装置の負荷を減らし、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成できる。

さらに、第２レンズ群１２内には、少なくとも１面の非球面が具備される。図１の例では、両凸正レンズ１２１及び両凹負レンズ１２２が有する４つのレンズ面のうち、少なくとも１面が非球面とされる。勿論、複数面を非球面としても良く、全ての面を非球面としても良い。この非球面の存在により、第２レンズ群１２の光学的パワーの増加に伴って増大する球面収差を良好に補正することができる。とりわけ、第２レンズ群１２内の正レンズ、つまり両凸正レンズ１２１に非球面を設けることが望ましい。これにより、コンパクト化に伴う第２レンズ群のパワー増大により発生する球面収差とコマ収差を良好に補正することができる。

なお、第２レンズ群１２に限らず、他のレンズ群にも非球面を具備させることが望ましい。特に、空気と面している全てのレンズ面が、非球面であることが望ましい。すなわち、負レンズ１１１、正メニスカスレンズ１１２、両凸正レンズ１２１、両凹負レンズ１２２、負メニスカスレンズ１３１及び正メニスカスレンズ１４１の全てのレンズの物体側及び像側のレンズ面が、非球面とされていることが望ましい。これにより、超コンパクト化と高画質化の両立を図ることができる。

さらに変倍光学系１は、物体距離無限時における、広角端（ｗ）、望遠端（ｔ）での最も物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸ＡＸ上の距離をＴＬｗ、ＴＬｔ、第２レンズ群１２内のレンズである両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２との屈折率差をΔＮ２、並びにアッベ数差をΔν２、望遠端において最も像側に位置するレンズである正メニスカスレンズ１４１のレンズ面の面頂点から像面までの光軸ＡＸ上の距離（空気換算長）をＬｂ、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとするとき、下記（１）〜（４）の条件式を満たすものとされる。

ＴＬｗ／ＴＬｔ＜１．２ ・・・（１）
ΔＮ２＞０．１５ ・・・（２）
Δν２＞２０ ・・・（３）
Ｌｂ／ｆｗ≦１．２ ・・・（４）
ＴＬｗ／ＴＬｔが条件式（１）の上限を上回ると、広角端における像面の周辺照度を確保するために、負レンズ１１１の有効光路径を大きくする必要が生じる。このため、変倍光学系１の外径方向のサイズ小型化が困難となる。ΔＮ２が条件式（２）の下限を下回ると、ペッツバール和の増加に伴う非点収差が顕著となる。Δν２が条件式（３）の下限を下回ると、軸上色収差の補正が不十分となる。Ｌｂ／ｆｗが条件式（４）の上限を上回ると、広角端での非点収差補正と望遠端での非点収差補正とを、共に良好な状態で両立させることが困難となる。

ここで、上記条件式（２）の関係、すなわち両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２との屈折率差ΔＮ２は、下記（２）’の条件式を満たすことが望ましい。

ΔＮ２＞０．２０ ・・・（２）’
条件式（２）’を満足することで、第２レンズ群１２内での非点収差の補正が十分となり、レンズ群の組立誤差に伴う性能バラツキが大きくなる傾向が緩やかになる。

また、上記条件式（３）の関係、すなわち両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２とのアッベ数差をΔν２は、下記（３）’の条件式を満たすことが望ましい。

Δν２＞３０ ・・・（３）’
条件式（３）’を満足することで、望遠端での軸上コントラストが回折限界に比して低下しない。このため、望遠端でのＦ値と相まって、鮮明な画像を得ることの難易度が上昇しない。

さらに、上記条件式（４）におけるＬｂ／ｆｗの関係は、下記（４）’の条件式を満たすことが望ましい。

Ｌｂ／ｆｗ＜１．０ ・・・（４）’
条件式（４）’を満足することで、望遠端において、撮像素子１６の受光面へ入射する軸外光線のテレセントリック性の崩れ度合いが大きくならず、周辺照度の低下を抑える。

変倍光学系１において、第２レンズ群１２の合成焦点距離をｆ２とするとき、当該第２レンズ群１２が、下記（５）の条件式を満たすことが望ましい。

０．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（５）
ｆ２／ｆｗが条件式（５）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱すぎ、変倍光学系１のコンパクト性を維持した状態で２〜４倍程度の変倍比を得ることが困難となる。一方、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が非常に高くなり、製造難易度が高くなる。

ここで、上記条件式（５）におけるｆ２／ｆｗの関係は、下記（５）’の条件式を満たすことが望ましい。

０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ ・・・（５）’
条件式（５）’を満足することで、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱くならないため、変倍時に必要な第２レンズ群１２の移動量が増加することなく、光学全長を短くすることができる。また、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が高くなりすぎることがなく、レンズ間の調整が必須とならないため、生産コストを抑えることができる。

変倍光学系１のフォーカシング構成について、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが、第３レンズ群１３（負メニスカスレンズ１３１）を像側に移動させることによって行われることが好ましい。この場合、第３レンズ群１３の合成焦点距離をｆ３とするとき、下記（６）の条件式を満たすことが望ましい。

１．５＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜６．０ ・・・（６）
フォーカシングは、例えば第１レンズ群１１を移動させることによって行うこともできる。しかし、第３レンズ群１３でフォーカシングすることで、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、条件式（６）を満たすことで、第３レンズ群１３の光学性能や製造難易度の面で一層優れた変倍光学系１とすることができる。ｆ３／ｆｗが条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズ群１３のフォーカス移動量が大きくなる。このため、コンパクト性を維持しようとした時に、変倍レンズ群の移動量が制約されることになり、所望の変倍比を得ることが難しくなる。一方、条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の光学的パワーが強くなりすぎ、偏芯誤差感度が高くなって、レンズの組立が困難となる。

変倍光学系１において、変倍時に移動させるレンズ群は、適宜に設定することができる。その中で、第３レンズ群１３が、広角端から望遠端への変倍時に、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動するものとし、広角端から望遠端への変倍時における第３レンズ群１３の移動量をＤ３、望遠端での全光学系の合成焦点距離をｆｔとするとき、下記（７）の条件式を満たすことが望ましい。

｜Ｄ３／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２｜＜１．５ ・・・（７）
第３レンズ群１３を、広角端から望遠端への変倍時において、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動させることで、第３レンズ群１３の変倍負担を軽減できる。そして、条件式（７）を満たすことで、第３レンズ群１３の偏芯誤差感度を抑制することができる。条件式（７）の上限を上回ると、第３レンズ群１３の偏芯誤差感度が高くなりすぎる。このため、レンズの製造難易度が高くなる。

上記条件式（７）の関係は、下記（７）’の条件式を満たすことが望ましい。

Ｄ３／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜１．０ ・・・（７）’
条件式（７）’を満足することで、偏芯誤差感度の上昇による軸外性能のバラツキが大きくならないため、前記バラツキを調整する作業が不要となり、生産コストを抑えることができる。

これに対し、第１レンズ群１１は、広角端から望遠端への変倍時に固定とすることが望ましい。第１レンズ群１１を固定とすれば、レンズ群の駆動装置の負荷を大幅に低減することが可能となる。また、第１レンズ群１１を変倍時に可動とする場合には、第１レンズ群１１の外側に駆動装置を配置しなければならず、このことは外径方向のサイズアップを招来する。従って、第１レンズ群１１を固定とすることで、外径方向の小型化に対して非常に有効である。

第１レンズ群１１を固定とする場合、最も物体側のレンズ面、すなわち負レンズ１１１の物体側のレンズ面の広角端での有効光路半径をｈ１とするとき、下記（８）の条件式を満たすことが望ましい。

０．１＜ｈ１／ＴＬｗ ・・・（８）
ｈ１／ＴＬｗが条件式（８）の下限を下回ると、第１レンズ群１１の光学的パワーが強くなりすぎ、偏芯誤差感度が高くなる。このため、組立時に調整を行う必要が生じ、製造コストのアップに繋がる。

第１レンズ群１１の構成及び、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２とのレンズ群間隔は、次の通りとすることが望ましい。すなわち、光軸ＡＸ上における第１レンズ群１１のレンズ最前面（負レンズ１１１の物体側面）から第１レンズ群１１のレンズ最後面（正メニスカスレンズ１１２の像側面）までの光軸上厚みをＴ１、望遠端における第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との光軸上間隔（正メニスカスレンズ１１２の像側面と両凸正レンズ１２１の物体側面との望遠端間隔）をＴ１２とするとき、下記（９）、（１０）の条件式を満たすことが望ましい。

０．２＜Ｔ１／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜１．５ ・・・（９）
Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜０．３ ・・・（１０）
条件式（９）の上限を上回ると、光学全長をコンパクトに維持しようとする場合、第２レンズ群１２の実質的な変倍移動量が小さくなる。このため、第２レンズ群１２の光学的パワーが強くなり、製造難易度が高くなる。条件式（９）の下限を下回ると、第１レンズ群１２内の負レンズ１１１の光学的パワーが弱くなって後側主点が像面から遠ざかる。このため、同じ焦点距離を維持しようとすると、相対的にバックフォーカスの確保が困難となり、また射出瞳を像面から遠ざけることが困難となる傾向が顕著となる。また、条件式（１０）の上限を上回ると、光学全長をコンパクトに維持しようとする場合、第２レンズ群１２の実質的な変倍移動量が小さくなる。このため、第２レンズ群１２の光学的パワーを強くせねばならず、製造難易度が高くなる。

なお、変倍時に可動のレンズ群が、変倍群とズーミングに伴う像面変動補正群との２つのレンズ群のみであることが望ましい。図１に示す変倍光学系１の場合、例えば、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３のみを変倍時に移動させる変倍構成とすることが望ましい。可動群が変倍群の一つである場合、構成によってはズーミングに伴う像面変動補正が行えず、不連続な変倍となってしまうことがある。しかし、上記構成を採ることで、いずれの構成でも連続的な変倍が可能となる。また、３群以上の可動レンズ群がある場合に比べて、レンズ群の駆動装置が占有する体積を減少させることができ、変倍光学系１の小型化を図ることができる。

本発明において、光学絞り１５（開口絞り）の配置位置は特に限定されるものではないが、図１に示すように、第２レンズ群１２の物体側に配置されることが望ましい。また、光学絞り１５は絞り径が固定であることが望ましい。

第２レンズ群の物体側に光学絞り１５を配置することで、第１レンズ群１１の前玉径を極力小さくすることができる。一方で、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間隔は光学全長に与える影響が大きく、可変絞り機構を挿入するために当該間隔を広げるよう構成すると、例えば２〜３倍程度光学全長を長くする必要が生じる。そこで、絞り径を固定として絞り部材を簡略化することで、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間隔を必要以上に広げる必要がなくなり、光軸方向の薄肉化が達成できるようになる。

図１では図示省略しているが、第２レンズ群１２の像側に、光量調節機構を配置することが望ましい。ここで光量調節機構としては、例えば、絞りによる回折の影響を抑えるためのＮＤフィルタやメカニカルシャッタ等を用いることができる。一般に、光量調節機構を配置するに際しては、像面の中心と周辺との光量ムラを避けるため、全光束が同一位置を通過する絞り位置に配置することが好ましく、図１に例では第２レンズ群１２の物体側に光量調節機構を配置することが好ましいと言える。しかしながら、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間隔は光学全長に与える影響が大きく、当該間隔を広げると２〜３倍程度光学全長が長くなり得る。このため、厚みのある光量調節機構を絞り位置に配置することは難しい。そこで、光学絞り１５に近い第２レンズ群１２の像側に光量調節機構を設けることにより、絞り位置とほぼ同等程度に光量ムラを抑え、かつコンパクト性も維持することができる。

本発明に係る変倍光学系は、負正負３成分を具備していれば良い。しかし、図１に例示するように、第３レンズ群１３の像側に、正の光学的パワーを有する第４レンズ群１４（正メニスカスレンズ１４１）を具備していることが望ましい。第４レンズ群１４を設けることにより、撮像素子１６の受光面への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づけることができる。

第４レンズ群１４を設ける場合は、この第４レンズ群１４は、広角端から望遠端への変倍時に固定とすることが望ましい。これにより、変倍のための機械的な機構（鏡筒機構）を簡略化することができ、位置精度も向上させることができる。

さらに、広角端における、最大画角の主光線の射出瞳位置から像面までの距離をＥＰｗとするとき、下記（１１）の条件式を満たすことが望ましい。

１．０＜｜ＥＰｗ／ｆｗ｜＜８．０ ・・・（１１）
条件式（１１）の上限を上回ると、コンパクトな光学全長を維持した際に、第１レンズ群１１の光学的パワーが増加するため、誤差感度の増大が顕著になる。一方、条件式（１１）の下限を下回ると、像面への光線入射角のテレセントリック性が崩れ、撮像素子１６の受光面手前に画素に対応したレンズアレイを配置したとしても、周辺照度低下を防ぐことが難しくなる。

上記条件式（１１）の｜ＥＰｗ／ｆｗ｜の関係は、下記（１１）’の条件式を満たすことが望ましい。

２．０＜｜ＥＰｗ／ｆｗ｜＜４．０ ・・・（１１）’
条件式（１１）’を満足することで、広角端と望遠端での撮像素子１６の受光面への軸外光線入射角度の差が大きくなりすぎることがなく、変倍時における周辺照度低下が抑えられる。

図１では、負正負正４成分の変倍光学系１を例示しているが、さらに他のレンズ群を追加することもできる。しかし、４つのレンズ群のみから構成される変倍光学系１は、超小型化を図る場合に有利である。特に、負正負正４成分とすることで、他のズームタイプよりもコンパクト化と高性能化とのバランス、すなわちコンパクト化とフォーカス性能、製造誤差感度、像面入射角のテレセントリック性とのバランスを最適なものとすることができる。

とりわけ、物体側から順に、負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズから成る第１レンズ群、両凸レンズ、負レンズから成る第２レンズ群、負レンズから成る第３レンズ群、正レンズから成る第４レンズ群を含む構成とすることが望ましい。第２レンズ群を正負の順としたのは、第２レンズ群の主点位置を第１レンズ群側に近付けることにより、変倍作用を保ったまま第２レンズ群の実質的パワーを軽減し誤差感度低減を行うためである。第２レンズ群に両凸レンズを配置するのは、第２レンズ群のパワーを強め、変倍時の移動量を減らすためである。第３レンズ群を負レンズとするのは、光学全長短縮化と非点収差補正を両立するためである。第４レンズ群を正レンズとするのは、上述したように撮像素子の受光面への軸外光線入射角度をテレセントリックに近づけるためである。かかる要件を図１に示す変倍光学系１は満たしており、ここに示す意味においても、変倍光学系１は好ましい構成を備えている。

図１に示すように、第１レンズ群１１が、物体側から順に、１枚の負レンズ（負レンズ１１１）と１枚の正レンズ（正メニスカスレンズ１１２）との２枚からなるだけでなく、正メニスカスレンズ１１２の焦点距離をｆ１ｐ、負レンズ１１１の焦点距離をｆ１ｎとするとき、下記（１２）の条件式を満たすことが望ましい。

０．１５＜｜ｆ１ｎ／ｆ１ｐ｜＜０．５０ ・・・（１２）
第１レンズ群１２のレンズ配列を物体側から順に負正とすることで、広角端でのバックフォーカス確保が容易となり、また広画角な軸外光の非点収差、倍率色収差を良好に補正することができる。なお、｜ｆ１ｎ／ｆ１ｐ｜が条件式（１２）の上限を上回ると、特に広角端での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となる。一方、条件式（１２）の下限を下回ると、第１レンズ群を構成する負レンズ１１１及び正メニスカスレンズ１１２のパワーが非常に強くなるため、製造難易度が高くなる。

また第２レンズ群１２は、物体側から順に、１枚の正レンズ（両凸正レンズ１２１）と１枚の負レンズ（両凹負レンズ１２２）とからなり、両凸正レンズ１２１の焦点距離をｆ２ｐ、両凹負レンズ１２２の焦点距離をｆ２ｎとするとき、下記（１３）の条件式を満たすことが望ましい。

１．０＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜２．５ ・・・（１３）
条件式（１３）の上限を上回ると、球面収差を十分に補正することが困難になる。一方、条件式（１３）の下限を下回ると、両凹負レンズ１２２のパワーが強くなるため、倍率色収差が大きくなり、画質の低下が顕著になる。

さらに第２レンズ群１２は、下記（１４）の条件式を満たすことが望ましい。

０．３＜ｆ２／ｆｔ＜０．９ ・・・（１４）
条件式（１４）の上限を上回ると、第２レンズ群１２のパワーが弱すぎて２〜４倍程度の変倍比を得ることが困難である。一方、条件式（１４）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の誤差感度が非常に高くなり、製造が困難となる。

上記条件式（１４）のｆ２／ｆｔの関係は、下記（１４）’の条件式を満たすことが望ましい。

０．４＜ｆ２／ｆｔ＜０．８ ・・・（１４）’
条件式（１４）’を満足することで、第２レンズ群１２の光学パワーが弱くならないため、変倍に際して必要な第２レンズ群１２の移動量が増加することなく、光学全長を短くすることができる。また、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が高くなりすぎることがなく、レンズ間の調整が必須とならないため、生産コストを抑えることができる。

次に、変倍光学系１の構成材料について説明する。上記第１〜第４レンズ群１１〜１４を構成する各レンズの材質については特に制限はなく、各種ガラス材料や樹脂（プラスチック）材料からなる光学材料を用いることができる。しかし、樹脂材料を用いれば、軽量で、且つインジェクションモールド等により大量生産が可能であることから、ガラス材料で作製する場合に比して、製造コストの抑制や変倍光学系１の軽量化の面で有利である。従って、変倍光学系１に、少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを具備させることが望ましい。勿論、２枚以上の樹脂材料製レンズを具備させても良い。

なお、樹脂材料製レンズを少なくとも２枚用いる場合には、第３レンズ群１３中の負レンズ（図１の場合は負メニスカスレンズ１３１）と、第４レンズ群１４中の正レンズ（正メニスカスレンズ１４１）を樹脂材料にて構成することが望ましい。この場合、環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

この樹脂材料製レンズとしては、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子、特に無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。このような樹脂材料製レンズを用いることで、上述した通り樹脂材料製レンズの温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることができる。

ここで、屈折率の温度変化について詳細に説明する。屈折率の温度変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、下記（１５）式にて表すことができる。

樹脂材料の場合は、一般に（１５）式中の第１項に比べ第２項の寄与が小さく、ほぼ無視できる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０^−５であり、上記（１５）式に代入すると、Ａ＝−１．２×１０^−４［／℃］となり、実測値とおおむね一致する。具体的には、従来は−１．２×１０^−４［／℃］程度であった屈折率の温度変化Ａを、絶対値で８×１０^−５［／℃］未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で６×１０^−５［／℃］未満にすることが好ましい。６×１０^−５［／℃］未満にすることで、環境温度変化時におけるバックフォーカス変動量を約半分に抑制することが可能となる。なお、上記変倍光学系１に適用可能な樹脂材料の屈折率の温度変化Ａ（＝ｄｎ／ｄＴ）を表１に示す。

この場合、第４レンズ群１４、又は第４レンズ群１４よりも像側にさらにレンズ群が存在している場合は当該レンズ群内の正レンズが、樹脂材料製レンズであることが望ましい。これにより、コンパクト性を損ねることなくコストダウンを図ることが可能となる。また、前記正レンズが温度変化時にバックフォーカスに影響を与えるため、３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させた材料とした場合には、この影響を大幅に軽減することができる。

変倍光学系１において、非球面ガラスレンズを用いる場合、その非球面ガラスレンズをモールドで成形しても構わないし、或いはガラス材料と樹脂材料との複合型としても勿論構わない。モールドタイプは大量生産に向く反面、硝材が限定されてしまう。一方の複合型は、基板と成り得るガラス材料が非常に多く、設計の自由度が高い利点がある。高屈折材料を用いた非球面レンズは、一般的にモールド成形が難しいので、片面非球面の場合には複合型の利点を最大限活用することができる。

また、変倍光学系１は、光学絞り１５の代わりに、撮像素子１６に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１６としてＣＣＤ（ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＵＰＬＥＤ ＤＥＶＩＣＥ）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。

変倍光学系１に備えられている各レンズ群や絞り、シャッター等の駆動の駆動源としては、従来公知のカム機構やステッピングモータを用いることができる。また、移動量が少ない場合や駆動群の重量が軽い場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いれば、駆動部の体積や電力消費の増加を抑えつつ、各群を独立に駆動させることも可能で、変倍光学系１を含む撮像レンズ装置の更なるコンパクト化が図れるようになる。

撮像素子１６は、当該変倍光学系１により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１６としては、ＣＣＤが２次元状に配置されたエリアセンサの各ＣＣＤの表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた、いわゆるベイヤー方式と呼ばれる単板式カラーエリアセンサで構成されたものを用いることができる。このようなＣＣＤイメージセンサの他、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＶＭＩＳイメージセンサ等も用いることができる。

ローパスフィルタ１７は、撮像素子１６の受光面上に配置され、ノイズ成分を除去する平行平板状の光学部品である。このローパスフィルタ１７として、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。なお、ローパスフィルタ１７は必ずしも備える必要はなく、また、前述の光学的なローパスフィルタ１７に代えて、撮像素子１６の画像信号に含まれるノイズを低減するために赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタ１７の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルタ機能を一つで実現してもよい。
＜変倍光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような変倍光学系１が組み込まれたデジタル機器について説明する。図２は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、カメラ付携帯電話機２の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ：ＰＥＲＳＯＮＡＬ ＤＩＧＩＴＡＬ ＡＳＳＩＳＴＡＮＴ）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。

図２（ａ）は、携帯電話機２の操作面を、図２（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を表している。携帯電話機２には、上部にアンテナ２１、操作面には、長方形のディスプレイ２２、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２３、変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２４、シャッターボタン２５及びダイヤルボタン２６が備えられている。変倍ボタン２４は、その上端部分に望遠を表す「Ｔ」の印字が、下端部分に広角を表す「Ｗ」の印字がされ、印字位置が押下されることで、それぞれの変倍動作が指示可能な２接点式のスイッチ等で構成されている。さらに、この携帯電話機２には、先に説明した変倍光学系１によって構成された撮像装置２７が内蔵されている。

図３は、上記携帯電話機２の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。この携帯電話機２は、撮像機能のために、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、制御部３５、記憶部３６、及びＩ／Ｆ部３７を備えて構成される。

撮像部３０は、撮像装置２７と撮像素子１６とを備えて構成される。撮像装置２７は、図１に示したような変倍光学系１と、光軸方向にレンズを駆動し変倍及びフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置等とを備えて構成される。被写体からの光線は、変倍光学系１によって撮像素子１６の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。

撮像素子１６は、変倍光学系１により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１６は、制御部３５の制御により、静止画あるいは
動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子１６における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御される。

画像生成部３１は、撮像素子１６からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。

画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（ＲＡＮＤＯＭ ＡＣＣＥＳＳ ＭＥＭＯＲＹ）等で構成される。

画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、変倍光学系１では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。

駆動部３４は、制御部３５から出力される制御信号により、所望の変倍及びフォーカシングを行わせるように変倍光学系１の複数のレンズ群を駆動する。

制御部３５は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、記憶部３６及びＩ／Ｆ部３７の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３５により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像装置２７及び撮像素子１６が実行するよう制御される。

記憶部３６は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（ＲＥＡＤ ＯＮＬＹ ＭＥＭＯＲＹ）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３６は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。

Ｉ／Ｆ部３７は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。

以上の通り構成された携帯電話機２の撮像動作について説明する。静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２３を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２３を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２３を押すことで動画撮影モードに切り替わる。つまり、画像切替ボタン２３からの指示を受けた携帯電話機２本体の制御部３５が、物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を撮像装置２７及び撮像素子１６に実行させる。

静止画撮影モードが起動すると、制御部３５は、撮像装置２７及び撮像素子１６に静止画の撮影を行わせるように制御すると共に、撮像装置２７の図略のレンズ駆動装置を駆動し、フォーカシングを行う。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子１６の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリ（図略）に転送され、ディスプレイ２２に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２２を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッターボタン２５を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３６に画像データが格納される。

このとき、被写体が撮影者から離れた位置にある、あるいは近くの被写体を拡大したいためズーム撮影を行うときには、変倍ボタン２４の上端「Ｔ」の印字部分を押下すると、その状態が検出され、制御部３５は押下時間に応じて変倍のためのレンズ駆動を実行し、変倍光学系１に連続的にズーミングを行わせる。また、ズーミングし過ぎた場合など、被写体の拡大率を下げたい場合には、変倍ボタン２４の下端「Ｗ」の印字部分を押下することでその状態が検出され、制御部３５が変倍光学系１を制御することにより、押下時間に応じて連続的に変倍が行われる。このようにして、撮影者から離れた被写体であっても、変倍ボタン２４を用いてその拡大率を調節することができる。そして、通常の等倍撮影と同様、主被写体がその画面中の所望の位置に収まるように調整し、シャッターボタン２５を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。

また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２３を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２３を押して動画撮影モードに切り替える。これにより、制御部３５は、撮像装置２７及び撮像素子１６を制御し動画の撮影を行わせる。後は静止画撮影のときと同様にして、撮影者はディスプレイ２２を覗き、撮像装置２７を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。このとき、静止画撮影と同様に、変倍ボタン２４を用いて被写体像の拡大率を調節することができる。この状態でシャッターボタン２５を押すことで、動画撮影が開始される。この撮影中、変倍ボタン２４により、被写体の拡大率を随時変えることも可能である。

動画撮影時、制御部３５は、撮像装置２７及び撮像素子１６に動画の撮影を行わせるように制御すると共に、撮像装置２７の図略のレンズ駆動装置を駆動し、フォーカシングを行う。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子１６の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、画像生成部３１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ３２に一時的に記憶され、画像処理部３３により画像処理が行われた後、表示用メモリに転送され、ディスプレイ２２に導かれる。ここで、もう一度シャッターボタン２５を押すことで、動画撮影は終了する。撮影された動画像は、動画用のメモリとしての記憶部３６に導かれて格納される。
＜変倍光学系のより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したような変倍光学系１、すなわち図２に示したようなカメラ付携帯電話機２に搭載される撮像装置２７を構成する変倍光学系１の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。

［実施例１］
図４は、実施例１の変倍光学系１Ａにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この図４、及び以下に示す図５〜図９の光路図は、広角端（Ｗ）におけるレンズ配置を示している。実施例１及び以下に示す実施例２〜６を通じて、これらのレンズ群は、図の物体側（図４における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）を含み、さらに実施例４を除き正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）を含んで構成されている。つまり、最も物体側に位置する第１レンズ群（Ｇｒ１）が負の光学的パワーを有する、いわゆる負リードの構成とされている。

図４に示した実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、全体として負の光学的パワーを有し、両凹の負レンズ（第１レンズＬ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（第２レンズＬ２）から成る。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、全体として正の光学的パワーを有し、両凸の正レンズ（第３レンズＬ３）と両凹負レンズ（第４レンズＬ４）とから成る。この第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、変倍時に該第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、負の光学的パワーを有する物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）１枚で構成されている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、正の光学的パワーを有する物体側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）１枚で構成されている。この第４レンズ群（Ｇｒ４）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。

なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い。また、図４では連続的な変倍光学系を示しているが、よりコンパクト化を目指して、同一の光学構成での２焦点切り替え変倍光学系としても良い。特に広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１）の移動軌跡がＵターン（像側に凸の軌道を描くように移動）し、結果として広角端と望遠端での光学全長が略同一となる場合には、２焦点切り替え変倍光学系とすることで、第１レンズ群（Ｇｒ１）を変倍時固定とすることが可能なため駆動機構を含めたユニットサイズの小型化に大きな効果がある。これらの点は、以下に説明する実施例２〜６においても同様である（以下では説明を省略する）。

図４において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えるものとする。）であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示すものである。なお、前記光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図５〜図９）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図４と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。

このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２、第３及び第４レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３，Ｇｒ４）及び平行平板（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。

図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図１７は、これらレンズ群の変倍時における移動方向を示した模式図である。この図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図１７には、実施例１のみならず、後述する実施例２以降の各レンズ群の移動方向も同時に示してある。すなわち、図１６（ａ）は実施例１、図１６（ｂ）は実施例２と５、図１６（ｃ）は実施例３と６、図１７は実施例４の各レンズ群の移動方向を示してある。この図１６及び図１７においてもこれまでと同様左側が物体側であり、その物体側から第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）の順に並んで配置されている。この図において、符号Ｗは焦点距離が最も短い、すなわち画角が最も大きい広角端を示しており、符号Ｔは焦点距離が最も長い、すなわち画角が最も小さい望遠端を示している。また、符号Ｍは焦点距離が広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）との中間点を表している。実際のレンズ群は光軸に沿った直線上を移動させられるが、この図においては、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）におけるレンズ群の位置を、図の上から下へ並べる形で表している。

図１６（ａ）に示すように、この実施例１では、第１レンズ群（Ｇｒ１）乃至第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時可動とされ、第４レンズ群（Ｇｒ４）のみが変倍時固定とされている。具体的には、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、像側に凸の軌道を描くように移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動され、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の軌道を描くように移動される。但し、以下の実施例も含め、これらレンズ群の移動の向きや移動量等は、当該レンズ群の光学的パワーやレンズ構成等に依存して変わり得るものである。例えば、図１６において、第２レンズ群（Ｇｒ２）のように直線的に移動するように描かれているものであっても、それは物体側又は像側に凸の曲線である場合なども含み、Ｕターン形状である場合なども含むものである。

実施例１の変倍光学系１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２、表３に示す。この変倍光学系１Ａでは、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第１、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。さらに、上述した条件式（１）〜（１４）を、実施例１の光学系に当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１６に示す。

表２に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における、無限遠合焦状態での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッベ数である。軸上面間隔Ｍ、Ｔの空欄は、左のＷ欄の値と同じであることを表している。また、軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図４に示したように、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを示す。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面及び撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。

光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（１６）式により定義する。

ただし、ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：それぞれ４，６，８，１０，１２，１４，１６次の非球面係数
ｋ：円錐係数
上記（１６）式から分かるように、表２に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの面頂点付近の値を示している。また表３は、非球面とされている面（表２においてｒｉに＊が付された面）の円錐係数ｋと非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値とをそれぞれ示すものである。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１における全光学系の球面収差（ＬＯＮＧＩＴＵＤＩＮＡＬ ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ ＡＢＥＲＲＡＴＩＯＮ）、非点収差（ＡＳＴＩＧＭＡＴＩＳＭ）、及び歪曲収差（ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ）を、図１０の左側から順に示す。この図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。

さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図１０からわかるように、実施例１のレンズ群は、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。また、この実施例１における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。

［実施例２］
図５は、実施例２の変倍光学系１Ｂにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例２に係る変倍光学系１Ｂにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１６（ｂ）に示すように、第２レンズ群（Ｇｒ２）が物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）が物体側に凸を描くようにＵターン移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例２に係る変倍光学系１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４及び表５に示す。これらの表及び図５に示すように、この実施例２では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第５、６レンズ（Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

［実施例３］
図６は、実施例３の変倍光学系１Ｃにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ１）と、光路折り返しプリズムに相当する平板（ＰＲ）と、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凹の負レンズ（Ｌ５）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例３に係る変倍光学系１Ｃにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１６（ｃ）に示すように、第２レンズ群（Ｇｒ２）が物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）が中間点（Ｍ）で移動速度をシフトする態様で、物体側に直線的に移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例３に係る変倍光学系１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表６及び表７に示す。これらの表及び図６に示すように、この実施例３では、第２〜第６レンズ（Ｌ２〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされ、第１レンズが片面非球面レンズとされている。また、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）がガラスレンズとされている。

なお、実施例３においては、レンズユニットの厚み方向のサイズを抑えるためにプリズムを使用する例を示したが、光路折り返し部材として、反射ミラー等を代替的に用いることももちろん可能である。

［実施例４］
図７は、実施例４の変倍光学系１Ｄにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）及び負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸正レンズ（Ｌ３）と両凹負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例４に係る変倍光学系１Ｄにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１７に示したように、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に凸を描くようにＵターン移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例４に係る変倍光学系１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表８及び表９に示す。これらの表及び図７に示すように、この実施例４では、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、第５レンズ（Ｌ５）が樹脂製レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

［実施例５］
図８は、実施例５の変倍光学系１Ｅにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例５の変倍光学系１Ｅは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例５に係る変倍光学系１Ｅにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１６（ｂ）に示すように、第２レンズ群（Ｇｒ２）が物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）が物体側に凸を描くようにＵターン移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例５に係る変倍光学系１Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１０及び表１１に示す。これらの表及び図８に示すように、この実施例５では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第５、６レンズ（Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

［実施例６］
図９は、実施例６の変倍光学系１Ｆにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例６の変倍光学系１Ｆは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例６に係る変倍光学系１Ｆにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１６（ｃ）に示すように、第２レンズ群（Ｇｒ２）が物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）が中間点（Ｍ）で移動速度をシフトする態様で、物体側に直線的に移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例６に係る変倍光学系１Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１２及び表１３に示す。これらの表及び図９に示すように、この実施例６では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第５、６レンズ（Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜６の変倍光学系１Ｂ〜１Ｆの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１１〜図１５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図１０と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。いずれの実施例におけるレンズ群も、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。

また、この実施例２〜６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆにおける広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、そして望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

また、この実施例２〜６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆに、上述した条件式（１）〜（１４）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１６に示す。

以上説明したように、上記実施例１〜６に係る変倍光学系１Ａ〜１Ｆによれば、とりわけ変倍比が２〜４倍程度の変倍光学系において、変倍域全域にわたって各種の収差が良好に補正され、且つ、超小型化が達成できるズームレンズを安価に提供することができる。

１．物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有する第２レンズ群と、負の光学的パワーを有する第３レンズ群と、正の光学的パワーを有する第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、前記第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズとを含み、前記第２レンズ群は１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、当該第２レンズ群内に少なくとも１面の非球面が具備され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが、前記第３レンズ群を像側に移動させることによって行われ、且つ、下記（１）〜（４）及び（６）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。

ＴＬｗ／ＴＬｔ＜１．２ ・・・（１）
ΔＮ２＞０．１５ ・・・（２）
Δν２＞２０ ・・・（３）
Ｌｂ／ｆｗ≦１．２ ・・・（４）
１．５＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜６．０ ・・・（６）
但し、ＴＬｗ、ＴＬｔ：物体距離無限時における、広角端（ｗ）、望遠端（ｔ）での最も物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離
ΔＮ２：前記第２レンズ群内のレンズの屈折率差
Δν２：前記第２レンズ群のレンズのアッベ数差
Ｌｂ：望遠端において、最も像側に位置するパワーを有するレンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（空気換算長）
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
ｆ３：前記第３レンズ群の合成焦点距離
この構成によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの光学系とされている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利となる。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制し得る。これらの点は、変倍比が２〜４倍程度のズームレンズにおいて特に顕著となる。また、前記第１レンズ群が負レンズと正レンズとを少なくとも各１枚有する構成とされているので、倍率色収差を良好に補正することができる。さらに、前記第２レンズ群が、軸上色収差と球面収差の補正に最低限必要な正負各１枚のレンズにて構成されているので、変倍時において移動量が大きくなる第２レンズ群の駆動装置の負荷を減らし、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成することが可能となる。加えて、第２レンズ群内に少なくとも１面の非球面が具備されているので、第２レンズ群の光学的パワーの増加に伴って増大する球面収差を補正することができる。

さらに、コンパクト化や光学性能に鑑みて上記条件式（１）〜（４）を満たすことを要件としている。ＴＬｗ／ＴＬｔが条件式（１）の上限を上回ると、広角端における像面の周辺照度を確保するために、最も物体側のレンズの有効光路径を大きくする必要が生じる。このため、変倍光学系の外径方向のサイズ小型化が困難となる。ΔＮ２が条件式（２）の下限を下回ると、ペッツバール和の増加に伴う非点収差が顕著となる。Δν２が条件式（３）の下限を下回ると、軸上色収差の補正が不十分となる。Ｌｂ／ｆｗが条件式（４）の上限を上回ると、広角端での非点収差補正と望遠端での非点収差補正とを、共に良好な状態で両立させることが困難となる。
第３レンズ群でフォーカシングすることで、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。また、条件式（６）を満たすことで、第３レンズ群の光学性能や製造難易度の面で一層優れた変倍光学系とすることができる。ｆ３／ｆｗが条件式（６）の上限を上回ると、第３レンズ群のフォーカス移動量が大きくなる。このため、コンパクト性を維持しようとした時に、変倍レンズ群の移動量が制約されることになり、所望の変倍比を得ることが難しくなる。一方、条件式（６）の下限を下回ると、第３レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ、偏芯誤差感度が高くなって、レンズの組立が困難となる。
前記第４レンズ群を設けることにより、像面（撮像素子受光面）への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づけることができる。
変倍光学系の超小型化を図る場合、レンズは製造限界の都合上、一定のスペースを必ず占有するため、レンズユニットの全空間に対するレンズの空間占有比率が相対的に高くなる。そのため、製造難度よりレンズ単品の精度向上を優先させてでも、レンズ群数やレンズ枚数を極力減らす必要がある。従って、４成分の変倍光学系とすることで、超小型化に有利な構成とすることができる。特に、負正負正４成分とすることで、他のズームタイプよりもコンパクト化と高性能化とのバランス、すなわちコンパクト化とフォーカス性能、製造誤差感度、像面入射角のテレセントリック性とのバランスを最適なものとすることができる。

３．前記第３レンズ群が、広角端から望遠端への変倍時に、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動するものであって、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする１又は２に記載の変倍光学系。

４．前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、下記（８）の条件式を満たすことを特徴とする１から３のいずれかに記載の変倍光学系。

５．前記第１レンズ群及び、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とのレンズ群間隔が、下記（９）、（１０）の条件式を満たすことを特徴とする１から４のいずれかに記載の変倍光学系。

６．前記第２レンズ群の物体側に開口絞りが備えられ、前記開口絞りは絞り径が固定であることを特徴とする１から５のいずれかに記載の変倍光学系。

７．前記第２レンズ群の像側に、光量を調節する機構が配置されていることを特徴とする６に記載の変倍光学系。

８．前記第４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、
下記（１１）の条件式を満たすことを特徴とする１に記載の変倍光学系。

９．変倍時に可動のレンズ群が、変倍群とズーミングに伴う像面変動補正群との２つのレンズ群のみであることを特徴とする１から８のいずれかに記載の変倍光学系。

１０．前記第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなり、下記（１２）の条件式を満たすことを特徴とする１から９のいずれかに記載の変倍光学系。

１１．前記第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、下記（１３）の条件式を満たすことを特徴とする１から１１のいずれかに記載の変倍光学系。

１２．少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを有することを特徴とする１から１１のいずれかに記載の変倍光学系。

１３．前記樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする１２に記載の変倍光学系。

１４．前記第４レンズ群内の正レンズが、樹脂材料製レンズであることを特徴とする１に記載の変倍光学系。

１５．１から１４のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な超小型でかつ高精細でありながら、変倍が可能な撮像装置を実現し得る。

１６．１５に記載の撮像装置と、前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
１７．前記デジタル機器は、携帯端末であることを特徴とする１６に記載のデジタル機器。
これらの構成によれば、高精細を保ったままで変倍可能な撮像装置を搭載したデジタル機器を実現し得る。なお、前記携帯端末とは、携帯電話機や携帯情報端末等に代表される、携帯することを常態とするデジタル機器のことである。

本発明に係る変倍光学系の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る変倍光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る変倍光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。 参考例１に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例２に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例３に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 参考例４に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例５に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例６に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 参考例１におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 参考例４におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例５におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例６におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 （ａ）は参考例１、（ｂ）は実施例２と５、及び、（ｃ）は実施例３と６におけるレンズ群の移動方向を示す模式図である。 参考例４におけるレンズ群の移動方向を示す模式図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜変倍光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る変倍光学系１の構成例を示す光路図（広角端の光路図）である。この変倍光学系１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２、負の光学的パワーを有する第３レンズ群１３及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群１４が配列され、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群１１と前記第２レンズ群１２との間隔が狭くなる変倍光学系である。なお、図１で例示した変倍光学系１は、後述する参考例１の変倍光学系１Ａ（図４参照）と同じ構成である。

［参考例１］
図４は、参考例１の変倍光学系１Ａにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この図４、及び以下に示す図５〜図９の光路図は、広角端（Ｗ）におけるレンズ配置を示している。参考例１及び以下に示す実施例２、３、参考例４、実施例５、６を通じて、これらのレンズ群は、図の物体側（図４における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）を含み、さらに参考例４を除き正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）を含んで構成されている。つまり、最も物体側に位置する第１レンズ群（Ｇｒ１）が負の光学的パワーを有する、いわゆる負リードの構成とされている。

図４に示した参考例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、全体として負の光学的パワーを有し、両凹の負レンズ（第１レンズＬ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（第２レンズＬ２）から成る。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、全体として正の光学的パワーを有し、両凸の正レンズ（第３レンズＬ３）と両凹負レンズ（第４レンズＬ４）とから成る。この第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、変倍時に該第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、負の光学的パワーを有する物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）１枚で構成されている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、正の光学的パワーを有する物体側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）１枚で構成されている。この第４レンズ群（Ｇｒ４）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。

なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い。また、図４では連続的な変倍光学系を示しているが、よりコンパクト化を目指して、同一の光学構成での２焦点切り替え変倍光学系としても良い。特に広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１）の移動軌跡がＵターン（像側に凸の軌道を描くように移動）し、結果として広角端と望遠端での光学全長が略同一となる場合には、２焦点切り替え変倍光学系とすることで、第１レンズ群（Ｇｒ１）を変倍時固定とすることが可能なため駆動機構を含めたユニットサイズの小型化に大きな効果がある。これらの点は、以下に説明する実施例、３、参考例４、実施例５、６においても同様である（以下では説明を省略する）。

図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図１７は、これらレンズ群の変倍時における移動方向を示した模式図である。この図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図１７には、参考例１のみならず、後述する実施例２以降の各レンズ群の移動方向も同時に示してある。すなわち、図１６（ａ）は参考例１、図１６（ｂ）は実施例２と５、図１６（ｃ）は実施例３と６、図１７は参考例４の各レンズ群の移動方向を示してある。この図１６及び図１７においてもこれまでと同様左側が物体側であり、その物体側から第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）の順に並んで配置されている。この図において、符号Ｗは焦点距離が最も短い、すなわち画角が最も大きい広角端を示しており、符号Ｔは焦点距離が最も長い、すなわち画角が最も小さい望遠端を示している。また、符号Ｍは焦点距離が広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）との中間点を表している。実際のレンズ群は光軸に沿った直線上を移動させられるが、この図においては、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）におけるレンズ群の位置を、図の上から下へ並べる形で表している。

図１６（ａ）に示すように、この参考例１では、第１レンズ群（Ｇｒ１）乃至第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時可動とされ、第４レンズ群（Ｇｒ４）のみが変倍時固定とされている。具体的には、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、像側に凸の軌道を描くように移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動され、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の軌道を描くように移動される。但し、以下の実施例も含め、これらレンズ群の移動の向きや移動量等は、当該レンズ群の光学的パワーやレンズ構成等に依存して変わり得るものである。例えば、図１６において、第２レンズ群（Ｇｒ２）のように直線的に移動するように描かれているものであっても、それは物体側又は像側に凸の曲線である場合なども含み、Ｕターン形状である場合なども含むものである。

参考例１の変倍光学系１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２、表３に示す。この変倍光学系１Ａでは、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第１、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。さらに、上述した条件式（１）〜（１４）を、参考例１の光学系に当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１６に示す。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、参考例１における全光学系の球面収差（ＬＯＮＧＩＴＵＤＩＮＡＬ ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ ＡＢＥＲＲＡＴＩＯＮ）、非点収差（ＡＳＴＩＧＭＡＴＩＳＭ）、及び歪曲収差（ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ）を、図１０の左側から順に示す。この図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。

さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図１０からわかるように、参考例１のレンズ群は、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。また、この参考例１における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。

［参考例４］
図７は、参考例４の変倍光学系１Ｄにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この参考例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）及び負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸正レンズ（Ｌ３）と両凹負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。

このようなレンズ構成の参考例４に係る変倍光学系１Ｄにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１７に示したように、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に凸を描くようにＵターン移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、参考例４に係る変倍光学系１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表８及び表９に示す。これらの表及び図７に示すように、この参考例４では、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、第５レンズ（Ｌ５）が樹脂製レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２、３、参考例４、実施例５、６の変倍光学系１Ｂ〜１Ｆの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１１〜図１５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図１０と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。いずれの実施例におけるレンズ群も、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。

また、この実施例２、３、参考例４、実施例５、６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆにおける広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、そして望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、参考例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

また、この実施例２、３、参考例４、実施例５、６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆに、上述した条件式（１）〜（１４）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１６に示す。

以上説明したように、上記実施例２、３、５、６に係る変倍光学系１Ｂ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｆによれば、とりわけ変倍比が２〜４倍程度の変倍光学系において、変倍域全域にわたって各種の収差が良好に補正され、且つ、超小型化が達成できるズームレンズを安価に提供することができる。

Claims (20)

1. 物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有する第２レンズ群と、負の光学的パワーを有する第３レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、
   前記第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズとを含み、
   前記第２レンズ群は１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、当該第２レンズ群内に少なくとも１面の非球面が具備され、且つ、
   下記（１）〜（４）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ＴＬｗ／ＴＬｔ＜１．２ ・・・（１）
   ΔＮ２＞０．１５ ・・・（２）
   Δν２＞２０ ・・・（３）
   Ｌｂ／ｆｗ≦１．２ ・・・（４）
   但し、ＴＬｗ、ＴＬｔ：物体距離無限時における、広角端（ｗ）、望遠端（ｔ）での最も物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離
   ΔＮ２：前記第２レンズ群内のレンズの屈折率差
   Δν２：前記第２レンズ群のレンズのアッベ数差
   Ｌｂ：望遠端において、最も像側に位置するパワーを有するレンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（空気換算長）
   ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
2. 前記第２レンズ群が、下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変倍光学系。
   ０．６＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（５）
   但し、ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
3. 無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが、前記第３レンズ群を像側に移動させることによって行われ、
   下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の変倍光学系。
   １．５＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜６．０ ・・・（６）
   但し、ｆ３：前記第３レンズ群の合成焦点距離
4. 前記第３レンズ群が、広角端から望遠端への変倍時に、物体側に凸形状の軌跡を描くように移動するものであって、
   下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の変倍光学系。
   ｜Ｄ３／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２｜＜１．５ ・・・（７）
   但し、Ｄ３：広角端から望遠端への変倍時における前記第３レンズ群の移動量
   ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離
5. 前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、
   下記（８）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の変倍光学系。
   ０．１＜ｈ１／ＴＬｗ ・・・（８）
   但し、ｈ１：最も物体側レンズ面の広角端での有効光路半径
6. 前記第１レンズ群及び、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とのレンズ群間隔が、下記（９）、（１０）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の変倍光学系。
   ０．２＜Ｔ１／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜１．５ ・・・（９）
   Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）^１／２＜０．３ ・・・（１０）
   但し、Ｔ１：前記第１レンズ群のレンズ最前面から前記第１レンズ群のレンズ最後面までの光軸上厚み
   Ｔ１２：望遠端における、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との光軸上間隔
7. 前記第２レンズ群の物体側に開口絞りが備えられ、
   前記開口絞りは絞り径が固定であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の変倍光学系。
8. 前記第２レンズ群の像側に、光量を調節する機構が配置されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の変倍光学系。
9. 前記第３レンズ群の像側に、正の光学的パワーを有する第４レンズ群をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の変倍光学系。
10. 前記第４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定であって、
    下記（１１）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の変倍光学系。
    １．０＜｜ＥＰｗ／ｆｗ｜＜８．０ ・・・（１１）
    但し、ＥＰｗ：広角端における、最大画角の主光線の射出瞳位置から像面までの距離
11. 変倍光学系が、４つのレンズ群のみから構成されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の変倍光学系。
12. 変倍時に可動のレンズ群が、変倍群とズーミングに伴う像面変動補正群との２つのレンズ群のみであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の変倍光学系。
13. 前記第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなり、
    下記（１２）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかに記載の変倍光学系。
    ０．１５＜｜ｆ１ｎ／ｆ１ｐ｜＜０．５０ ・・・（１２）
    但し、ｆ１ｐ：前記第１レンズ群内の正レンズの焦点距離
    ｆ１ｎ：前記第１レンズ群内の負レンズの焦点距離
14. 前記第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、
    下記（１３）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれかに記載の変倍光学系。
    １．０＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜２．５ ・・・（１３）
    但し、ｆ２ｐ：前記第２レンズ群内の正レンズの焦点距離
    ｆ２ｎ：前記第２レンズ群内の負レンズの焦点距離
15. 少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１４項のいずれかに記載の変倍光学系。
16. 前記樹脂材料製レンズは、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の変倍光学系。
17. 前記第４レンズ群、又は第４レンズ群よりも像側に位置するレンズ群内の正レンズが、樹脂材料製レンズであることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の変倍光学系。
18. 請求の範囲第１項乃至第１７項のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
19. 請求の範囲第１８項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部とを具備し、
    前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
20. 前記デジタル機器は、携帯端末であることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のデジタル機器。