(57)【要約】【課題】  コンパクトで、各種の収差補正が十分に行える高い光学性能を備え、高画素撮像素子にも対応可能な変倍光学系を提供する。【解決手段】  変倍光学系１００は、物体側から順に、１枚の負の単レンズＬ１からなる第１レンズ群１０１、正の単レンズＬ２と負の単レンズＬ３とからなり正の光学的パワーを有する第２レンズ群１０２、１枚の負の単レンズＬ４からなる第３レンズ群１０３で構成されている。そして、負の単レンズＬ１の物体側面の曲率半径をＲ１、像側面の曲率半径をＲ２とするとき、    −２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５の関係を満たすものとされる。また、第２レンズ群１０２における負の単レンズＬ３の屈折率をＮ３、分散をν３とするとき、    １．６５＜Ｎ３＜２．４    １５＜ν３＜３５との条件式を満たすよう構成される。【選択図】      図１
2006317800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、正の光学的パワーを有する第３レンズ群とからなり、これらレンズ群のうちの２つ以上のレンズ群を移動させることで変倍を行う変倍光学系であって、
前記第１レンズ群及び第３レンズ群はそれぞれ単レンズにより、前記第２レンズ群は物体側から順に正の単レンズと負の単レンズとの２枚のレンズにより構成され、
前記第１レンズ群を構成する単レンズは物体側に凹面を有すると共に下記（１）の条件式を満たすものであり、前記第２レンズ群は下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
−２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５  ・・・（１）
但し、Ｒ１：第１レンズ群を構成する単レンズの物体側面の曲率半径（像側が正）
Ｒ２：第１レンズ群を構成する単レンズの像側面の曲率半径（像側が正）
１．６５＜Ｎ３＜２．４    ・・・（２）
１５＜ν３＜３５          ・・・（３）
但し、Ｎ３：第２レンズ群中の負レンズの屈折率
ν３：第２レンズ群中の負レンズの分散
【請求項２】
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、正の光学的パワーを有する第３レンズ群とからなり、これらレンズ群のうちの２つ以上のレンズ群を移動させることで変倍を行う変倍光学系であって、
前記第１レンズ群及び第３レンズ群はそれぞれ単レンズにより、前記第２レンズ群は物体側から順に正の単レンズと負の単レンズとの２枚のレンズにより構成され、
前記第２レンズ群は下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
１．７８＜Ｎ３＜２．４    ・・・（４）
１５＜ν３＜２７          ・・・（５）
【請求項３】
前記第１レンズ群を構成する単レンズは物体側に凹面を有すると共に下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の変倍光学系。
−２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５  ・・・（６）
【請求項４】
下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の変倍光学系。
０．８＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜１．４５    ・・・（７）
但し、ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：ワイド端の全系焦点距離
ｆｔ：テレ端の全系焦点距離
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の変倍光学系を用い、該変倍光学系が、所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像レンズ装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、前記撮像レンズ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、
前記撮像レンズ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向に各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レンズ装置及びその撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器に関し、特に小型化に適した変倍光学系等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、しかもこれらの機器に、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厳しいことから、独立した商品である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を備えた撮像レンズ装置とが一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、単焦点光学系の倍率は目視と同程度であるため、撮影できる対象が撮影者の近くのものに限られる。この点において、撮像素子の高画素化・高機能化が急速に進んでいる現在、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。
【０００４】
従来、１００万画素以上の高画素撮像素子に対応した変倍光学系は、一般に５枚以上のレンズが使用されており、レンズの厚み等の影響で十分にコンパクト化を図ることが困難であった。また、レンズ枚数を４枚以下として構成された変倍光学系については、ＶＧＡ（３０万画素）程度までしか対応できていないのが現状である。
【０００５】
さらに、例えば特許文献１には、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、正の光学的パワーを有する第３レンズ群とからなる、いわゆる負正正３成分の変倍光学系において、第１レンズ群と第３レンズ群とを単レンズで構成し、第２レンズ群を正・負の２枚の単レンズで構成した、４枚のレンズからなる変倍光学系が開示されている。しかし、この変倍光学系では、第２レンズ群における負レンズの屈折率が低く、また低分散であるため、像面湾曲収差等の補正が困難となり、十分な高性能化が図れないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２には、同様に負正正３成分の変倍光学系において、第１レンズ群と第３レンズ群とを単レンズで構成し、第２レンズ群を２枚の単レンズで構成した、４枚のレンズからなる変倍光学系が開示されている。この変倍光学系は、第２レンズ群における正レンズが、高屈折率で高分散のガラス材で構成されるものである。しかし、第２レンズ群が２枚の正レンズで構成されるものであり、色収差等の補正の点で不十分となる。
【０００７】
さらに、特許文献３にも、同様な４枚レンズ構成の負正正３成分の変倍光学系が開示されている。しかし、この変倍光学系では、第１レンズ群を構成する負の単レンズの、前面及び後面の曲率半径の設定が適当ではなく、やはり像面湾曲収差等の補正が困難となり、十分な高性能化が図れないという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１７７３１５号公報
【特許文献２】特開２００２−８２２８４号公報（実施例６）
【特許文献３】特開２００５−７７７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたもので、変倍光学系を構成するレンズ枚数を最適化することで携帯電話機等のデジタル機器に搭載できるコンパクトな変倍光学系の提供を前提としつつ、各種の収差補正が十分に行える高い光学性能を備え、１００万画素以上の高画素撮像素子にも対応可能な変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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）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。
【００１０】
本発明の請求項１にかかる変倍光学系は、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、正の光学的パワーを有する第３レンズ群とからなり、これらレンズ群のうちの２つ以上のレンズ群を移動させることで変倍を行う変倍光学系であって、
前記第１レンズ群及び第３レンズ群はそれぞれ単レンズにより、前記第２レンズ群は物体側から順に正の単レンズと負の単レンズとの２枚のレンズにより構成され、
前記第１レンズ群を構成する単レンズは物体側に凹面を有すると共に下記（１）の条件式を満たすものであり、前記第２レンズ群は下記（２）、（３）の条件式を満たすことを特徴とする。
−２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５  ・・・（１）
但し、Ｒ１：第１レンズ群を構成する単レンズの物体側面の曲率半径（像側が正）
Ｒ２：第１レンズ群を構成する単レンズの像側面の曲率半径（像側が正）
１．６５＜Ｎ３＜２．４    ・・・（２）
１５＜ν３＜３５          ・・・（３）
但し、Ｎ３：第２レンズ群中の負レンズの屈折率
ν３：第２レンズ群中の負レンズの分散
【００１１】
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。また、負正正３成分の変倍光学系を４枚のレンズで構成していることから、レンズ枚数の多さに起因する厚肉化を抑止することができる。さらに、第２レンズ群が正・負の２枚の単レンズで構成されているので、色収差や球面収差の補正の点で有利である。従って、良好な光学性能を担保しつつ、光学系全体のコンパクト化が達成可能となる。
【００１２】
これに加え、第１レンズ群を構成する単レンズの曲率半径、並びに第２レンズ群中の負レンズの屈折率及び分散（アッベ数）が、上記（１）〜（３）の条件式の通りに設定されているので、良好な光学性能を具備するものである。すなわち、第１レンズ群を構成する物体側に凹面を有する負の単レンズの曲率半径に関し、条件式（１）の下限を下回ると、前記単レンズの物体側面の凹面がきつくなりすぎ、この面で発生する像面湾曲収差補正が困難となる傾向が顕著となる。また、条件式（１）の上限を超えると、前記単レンズの像側面の凹面がきつくなりすぎ、この面で発生する像面湾曲収差の補正が困難となる傾向が顕著となる。
【００１３】
一方、第２レンズ群中の負レンズの屈折率に関し、条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群のペッツバール和が負に大きくなり像面湾曲が大きくなりすぎる傾向が顕著になる。また、条件式（２）の上限を超えると、ガラス材料として特殊なものを用いる必要が生じ、量産性の点での困難性が増大する。
【００１４】
さらに、第２レンズ群中の負レンズの分散に関し、条件式（３）の下限を下回ると、ガラス材料として特殊なものを用いる必要が生じ、量産性の点での困難性が増大する。また、条件式（３）の上限を超えると、色収差補正のために第２レンズ群の負レンズのパワーを強くする必要があり、その結果像面湾曲補正が困難となる傾向が顕著となる。
【００１５】
本発明の請求項２にかかる変倍光学系は、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、正の光学的パワーを有する第３レンズ群とからなり、これらレンズ群のうちの２つ以上のレンズ群を移動させることで変倍を行う変倍光学系であって、前記第１レンズ群及び第３レンズ群はそれぞれ単レンズにより、前記第２レンズ群は物体側から順に正の単レンズと負の単レンズとの２枚のレンズにより構成され、前記第２レンズ群は下記（４）、（５）の条件式を満たすことを特徴とする。
１．７８＜Ｎ３＜２．４    ・・・（４）
１５＜ν３＜２７          ・・・（５）
【００１６】
この構成によれば、同様に負リードの光学系であることから、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と共に、負正正３成分の変倍光学系を４枚のレンズで構成していることから、レンズ枚数の多さに起因する厚肉化を抑止することができる。さらに、第２レンズ群が正・負の２枚の単レンズで構成されているので、色収差や球面収差の補正の点で有利であり、良好な光学性能を担保しつつ、光学系全体のコンパクト化が達成可能となる。
【００１７】
これに加え、第２レンズ群中の負レンズの屈折率及び分散（アッベ数）が、上記（４）、（５）の条件式の通りに設定されているので、像面湾曲補正や色収差補正の点で有利であるだけでなく、誤差感度の点においても有利な変倍光学系が構築できるようになる。すなわち、第２レンズ群中の負レンズの屈折率に関し、条件式（４）の下限を下回ると、第２レンズ群中の負レンズに比較的きつい面形状を与えないと、色収差補正のために必要なパワーを具備させることができなくなり、結果として誤差感度が高くなる傾向が顕在化する。また、条件式（４）の上限を超えると、ガラス材料を用いたガラスモールドによる面の非球面化が困難な領域となるため、非球面を使用してレンズ全長をコンパクト化することが困難となる傾向が顕著となる。
【００１８】
さらに、第２レンズ群中の負レンズの分散に関し、条件式（５）の下限を下回ると、ガラス材料として特殊なものを用いる必要が生じ、量産性の点での困難性が増大する。また、条件式（５）の上限を超えると、色収差補正のために第２レンズ群の負レンズのパワーを強くする必要があり、結果として誤差感度が高くなり、量産時の性能維持が困難となる傾向が顕著となる。
【００１９】
請求項３にかかる変倍光学系は、請求項２において、前記第１レンズ群を構成する単レンズは物体側に凹面を有すると共に下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする。
−２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５  ・・・（６）
【００２０】
第１レンズ群を構成する物体側に凹面を有する負の単レンズの曲率半径に関し、条件式（６）の下限を下回ると、前記単レンズの物体側面の凹面がきつくなりすぎ、この面で発生する像面湾曲収差補正が困難となる傾向が顕著となる。また、条件式（６）の上限を超えると、前記単レンズの像側面の凹面がきつくなりすぎ、この面で発生する像面湾曲収差の補正が困難となる傾向が顕著となる。
【００２１】
請求項４にかかる変倍光学系は、請求項１〜３のいずれかにおいて、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．８＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜１．４５    ・・・（７）
但し、ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：ワイド端の全系焦点距離
ｆｔ：テレ端の全系焦点距離
【００２２】
この構成によれば、当該変倍光学系の光学特性を一層最適化することができる。条件式（７）の下限を下回ると、第３レンズ群の正のパワーが強くなりすぎ、第３レンズ群で発生する像面湾曲、歪曲収差の補正が困難となる傾向が顕著となる。また、条件式（７）の上限を超えると、第３レンズ群のパワーが小さくなりすぎ、当該変倍光学系の像面に撮像素子を配置した場合に前記撮像素子周辺への光線の入射角が大きくなり、周辺光の撮像素子による光線のケラレが大きくなることに起因する周辺光量の低下問題が顕在化する。
【００２３】
本発明の請求項５にかかる撮像レンズ装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の変倍光学系を用い、該変倍光学系が、所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする。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コンパクトでかつ優れた光学性能を有し、変倍が可能な撮像レンズ装置を実現し得る。
【００２４】
本発明の請求項６にかかるデジタル機器は、請求項５に記載の撮像レンズ装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、前記撮像レンズ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、前記撮像レンズ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。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レンズ装置を搭載したデジタル機器を実現し得る。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１記載の発明によれば、レンズの使用枚数を４枚とすることで変倍光学系のコンパクト化を図ると共に、条件式（１）〜（３）の通りに第１レンズ群を構成する負レンズの曲率半径、第２レンズ群に含まれる負レンズの屈折率及び分散（アッベ数）を設定することで、変倍域全域にわたって収差が良好に補正される変倍光学系が構築できるようになる。従って、小型で、高画素撮像素子にも対応可能な優れた光学性能を有する変倍光学系を提供できるという効果を奏する。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、レンズの使用枚数を４枚とすることで変倍光学系のコンパクト化を図ると共に、条件式（４）、（５）の通りに第２レンズ群に含まれる負レンズの屈折率及び分散（アッベ数）を設定することで、変倍域全域にわたって収差が良好に補正される変倍光学系が構築できるようになる。従って、小型で、高画素撮像素子にも対応可能な優れた光学性能を有する変倍光学系を提供できるという効果を奏する。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明においてさらに第１レンズ群を構成する負レンズの曲率半径を条件式（６）を満たすようにすることで、特に像面湾曲収差の補正が良好に行える変倍光学系を提供できるようになる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、像面湾曲、歪曲収差の補正がより良好に行われると共に、撮像素子の周辺光量が低下するといった問題が顕在化することのない変倍光学系を提供できるようになる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、変倍が可能で、さらに携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトで且つ優れた光学性能を有する撮像レンズ装置が実現できる。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、高精細を保ったままで、被写体の静止画撮影又は動画撮影における変倍（ズーミング）が可能な、携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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、本発明にかかる変倍光学系１００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１００は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１０５の受光面上に被写体Ｈ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１０１、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１０２、正の光学的パワーを有する第３レンズ群１０３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１０１と前記第２レンズ群１０２との間隔が狭くなる変倍光学系である。
【００３２】
ここでは、第１レンズ群１０１及び第３レンズ群１０３は、それぞれ負の単レンズ及び正の単レンズにより構成され、第２レンズ群１０２は物体側から順に正の単レンズと負の単レンズとの２枚のレンズにより構成され、全体として４枚のレンズで構成された例を示している。具体的には、第１レンズ群１０１が両凹の負レンズからなる第１レンズＬ１のみで構成され、第２レンズ群１０２が、両凸の正レンズからなる第２レンズＬ２と物体側に凸の負メニスカスレンズからなる第３レンズＬ３とから構成され、また第３レンズ群１０３が像側に凸の正メニスカスレンズからなる第４レンズＬ４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１０２の物体側には光学絞り１０４が配置されている。このような変倍光学系１００の像側には、ローパスフィルタ１０６を介して撮像素子１０５が配置され、これにより被写体の光学像が、変倍光学系１００によりその光軸ＡＸに沿って適宜な変倍比で撮像素子１０５の受光面まで導かれ、撮像素子１０５により前記被写体の光学像が撮像されるものである。
【００３３】
本発明においては、このように構成された変倍光学系１００において、前記第１レンズＬ１（第１レンズ群１０１を構成する物体側に凹面を有する負の単レンズ）に関し、その曲率半径が、上記条件式（１）、（６）の範囲、すなわち、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径をＲ１、像側面の曲率半径をＲ２とするとき、
−２．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．８５
の関係を満たすように設定される。なお、像面湾曲収差の補正をより良好なものとするためには、下記（８）の条件式を満たすようにすることが望ましい。
−１．６＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．４５・・・（８）
【００３４】
さらに、実際の好ましい光路設計の観点からは、前記第１レンズＬ１の曲率半径を、下記（９）の条件式を満たすようにすることが望ましい。
−１．０＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜０．３・・・（９）
上記条件式（９）の下限を下回ると、第１レンズＬ１の主点位置が物体側に移動し、第１レンズＬ１の像側主点位置に対して第１レンズＬ１が像側に配置されるため、ワイド端での第１レンズ群１０１〜第２レンズ群１０２の空気間隔を十分に確保することが困難になる傾向が顕著になる。また、条件式（９）の上限を超えると、第１レンズＬ１の主点位置が像面側に移動しすぎるため、物体側主点位置に対して第１面（第１レンズＬ１の物体側）が物体側に移動するため光学全長が大きくなる傾向が顕著になる。
【００３５】
次に、変倍光学系１００の第２レンズ群１０２に関し、図１に示すように物体側から順に、正の単レンズからなる第２レンズＬ２と、負の単レンズからなる第３レンズＬ３が順に配置される構成とされる。これにより、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１０１で拡張された光束を第２レンズＬ２にて収束することができ、第２レンズ群１０２内での光線の高さを低く抑えられるようになる。従って、収差及び誤差感度の低減を図ることが可能となる。また、第２レンズ群１０２を正負２枚のレンズ構成とすることで、第２レンズ群１０２内において色収差補正が行えるようになる。
【００３６】
そして、第３レンズＬ３（第２レンズ群１０２中の負レンズ）の屈折率に関し、上記条件式（２）、（３）の範囲、すなわち、第３レンズＬ３の屈折率をＮ３、分散（アッベ数）をν３とするとき、
１．６５＜Ｎ３＜２．４
１５＜ν３＜３５
の関係を満たすように設定される。これにより、像面湾曲収差や色収差の補正が良好に行え、また量産性に優れる変倍光学系１００を提供できるようになる。さらに、誤差感度においても有利な変倍光学系１００とするためには、上記条件式（４）、（５）の範囲、すなわち、
１．７８＜Ｎ３＜２．４
１５＜ν３＜２７
の関係を満たすように第３レンズＬ３の屈折率等を設定することが望ましい。
【００３７】
さらに、変倍光学系１００の光路設定に関し、上記条件式（７）の範囲、すなわち、第３レンズ群１０３の焦点距離をｆ３、ワイド端の全系焦点距離をｆｗ、テレ端の全系焦点距離をｆｔとするとき、
０．８＜ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜１．４５
の関係を満たすようにすることが望ましい。これにより、第３レンズ群１０３の光学的パワーを適正化でき、像面湾曲、歪曲収差の補正がより良好に行えると共に、撮像素子１０５の周辺光量の低下が顕在化しないようにすることができる。
【００３８】
また、第１レンズ群１０１の光学的パワーを適正化する観点からは、下記（１０）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
−１．５＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜−０．９  ・・・（１０）
但し、ｆ１：第１レンズ群１０１の焦点距離
上記条件式（１０）の下限を下回ると、第１レンズ群１０１のパワーが弱くなりすぎ、変倍時における第１レンズ群１０１の移動量が大きくなるため、結果的に変倍光学系１００の全長が大きくなる傾向が顕著になる。また、上記条件式（１０）の上限を超えると、第１レンズ群１０１のパワーが強くなりすぎ、第１レンズ群１０１で発生する像面湾曲収差、倍率色収差の補正が困難となる傾向が顕著になる。
【００３９】
同様に、第２レンズ群１０２の光学的パワーを適正化する観点からは、下記（１１）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
０．４＜ｆ２／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜０．８  ・・・（１１）
但し、ｆ２：第２レンズ群１０２の焦点距離
上記条件式（１１）の下限を下回ると、第２レンズ群１０２のパワーが強くなりすぎ、第２レンズ群１０２で発生する球面収差、像面湾曲収差の補正が困難となる傾向が顕著になる。また、上記条件式（１１）の上限を超えると、第２レンズ群１０２のパワーが弱くなりすぎ、変倍時における第２レンズ群１０２の移動量が大きくなるため、結果的に変倍光学系１００の全長が大きくなる傾向が顕著になる。
【００４０】
さらに、前記第２レンズ群１０２に含まれる第３レンズＬ３に関し、下記（１２）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
−０．７＜ｆＬ３／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜−０．３  ・・・（１２）
但し、ｆＬ３：第３レンズＬ３の焦点距離
上記条件式（１２）の下限を下回ると、第３レンズＬ３の負のパワーが弱くなりすぎ、第２レンズ群１０２内での軸上色収差補正が困難になる傾向が顕著になる。また、上記条件式（１２）の上限を超えると、第３レンズＬ３の負のパワーが強くなりすぎ、この第３レンズＬ３で発生する球面収差、像面湾曲収差の補正が困難となる傾向が顕著になる。
【００４１】
また、第２レンズ群１０２の変倍時における移動量に関し、下記（１３）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
０．３５＜ｉ２／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜０．５５  ・・・（１３）
但し、ｉ２：ワイドからテレへの第２レンズ群１０２の移動量
上記条件式（１３）の下限を下回ると、第２レンズ群１０２の移動量が小さくなるため、必要な変倍を得るためには第１レンズ群１０１及び第２レンズ群１０２のパワーを強くする必要が生じるが、これにより第１、第２レンズ群１０１、１０２で発生する像面湾曲、球面収差の補正が困難となる傾向が顕著になる。上記条件式（１３）の上限を超えると、第２レンズ群１０２の移動量が大きくなりすぎ、結果的に変倍光学系１００の全長が大きくなる傾向が顕著になる。
【００４２】
また、第１レンズＬ１の分散（アッベ数）に関し、下記（１４）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
５２＜ν１  ・・・（１４）
但し、ν１：第１レンズＬ１の分散
上記条件式（１４）の下限を下回ると、第１レンズＬ１で発生する色収差が過大となる傾向が顕著になる。
【００４３】
さらに、より好ましくは、第１レンズＬ１の分散に関し、下記（１５）の条件式を満たすように構成することが望ましい。
６５＜ν１＜９０  ・・・（１５）
上記条件式（１５）の下限を下回ると、第１レンズＬ１で発生する色収差が大きいことから、高画素の撮像素子１０５に対応性について劣る傾向がある。また、上記条件式（１５）の上限を超えると、ガラス材として特殊なものを用いる必要が生じ、量産性が低下する傾向がある。
【００４４】
第１レンズ群１０１を構成する第１レンズＬ１の少なくともいずれか一面に、非球面を設けていることが望ましい。これにより、第１レンズ群１０１を１枚の単レンズで構成した場合でも、像面湾曲及び歪曲収差の補正を良好に行うことができる。
【００４５】
また、第２レンズ群１０２に含まれるレンズ（第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３）の複数の面に、非球面を設けていることが望ましい。これにより、球面収差及び像面湾曲を良好に補正でき、第２レンズ群１０２の構成を、色収差補正のために必要な最低限のレンズ枚数である正の単レンズと負の単レンズとの２枚で達成でき、変倍光学系１００のコンパクト化に寄与できる。特に、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３のすべての面を非球面とすれば、像面湾曲や球面収差補正だけでなく、第２レンズ群１０２内のレンズの誤差感度がコントロールできるようになり、レンズ位置調整の手間を省くことができるので特に好ましい。
【００４６】
同様に、第３レンズ群１０３を構成する第４レンズＬ４の少なくともいずれか一面に、非球面を設けていることが望ましい。これにより、第３レンズ群１０３を１枚の単レンズで構成した場合でも、像面湾曲及び歪曲収差の補正を良好に行うことができる。
【００４７】
図１の変倍光学系１００に示すように、第２レンズ群１０２の物体側に光学絞り１０４（又は後述のメカニカルシャッター）を配置することが望ましい。これにより第１レンズ群１０１のレンズ径を小さくでき、さらに射出瞳位置を遠くすることができる。従って、撮像素子１０５の周辺での光線の入射角を小さくすることができ、撮像素子１０５での光線ケラレによる周辺光量落ちを低減することができる。
【００４８】
次に、変倍光学系１００の製法に関し、上記第１〜第３レンズ群１０１〜１０３を構成する各レンズの材質については特に制限はなく、上記屈折率やアッベ数の要件を満たし得る光学材料であれば良く、各種ガラス材料や樹脂（プラスチック）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、コストの抑制や変倍光学系１００の軽量化の面で有利である。
【００４９】
当該変倍光学系１００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。
【００５０】
また、変倍光学系１００は、光学絞り１０４の代わりに、撮像素子１０５に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッターを配置しても良い。かかるメカニカルシャッターは、例えば撮像素子１０５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。
【００５１】
変倍光学系１００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１００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。
【００５２】
撮像素子１０５は、当該変倍光学系１００により結像された被写体Ｈ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１０５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。
【００５３】
ローパスフィルタ１０６は、撮像素子１０５の撮像面上に配置され、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１０６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１０６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１０６に代えて、撮像素子１０５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１０６の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルター機能を一つで実現してもよい。
【００５４】
＜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１００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２００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。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラは、被写体の映像を光学的に取り込んだ後、その映像につき半導体素子（撮像素子）を使って電気信号に変換し、デジタルデータとしてフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶する撮像レンズ装置である。更に本発明では、被写体の静止又は動きのある映像を光学的に取り込む、コンパクトな撮像レンズ装置を内蔵する仕様を備えた携帯電話機、携帯情報端末、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も含んでいる。
【００５５】
図２（ａ）は、携帯電話機２００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２００には、上部にアンテナ２０１、操作面には、長方形のディスプレイ２０２、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２０３、変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２０４、シャッターボタン２０５及びダイヤルボタン２０６が備えられている。変倍ボタン２０４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２００には、先に説明した変倍光学系１００によって構成された撮像レンズ装置２０７が内蔵されている。
【００５６】
図３は、上記携帯電話機２００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２００は、撮像機能のために、撮像部１０、画像生成部１１、画像データバッファ１２、画像処理部１３、駆動部１４、制御部１５、記憶部１６、及びＩ／Ｆ部１７を備えて構成される。
【００５７】
撮像部１０は、撮像レンズ装置２０７と撮像素子１０５とを備えて構成される。撮像レンズ装置２０７は、図１に示したような変倍光学系１００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１００によって撮像素子１０５の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
【００５８】
撮像素子１０５は、変倍光学系１００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１１に出力する。撮像素子１０５は、制御部１５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１０５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。
【００５９】
画像生成部１１は、撮像素子１０５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１１で生成された画像データは、画像データバッファ１２に出力される。
【００６０】
画像データバッファ１２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１３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。
【００６１】
画像処理部１３は、画像データバッファ１２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１３に、変倍光学系１００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１４は、制御部１５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１００の複数のレンズ群を駆動する。
【００６２】
制御部１５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１０、画像生成部１１、画像データバッファ１２、画像処理部１３、駆動部１４、記憶部１６及びＩ／Ｆ部１７の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部１５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、撮像レンズ装置２０７及び撮像素子１０５が実行するよう制御される。
【００６３】
記憶部１６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１６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１７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。
【００６４】
以上の通り構成された携帯電話機２００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、まず、画像切替ボタン２０３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２０３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２０３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２０３からの指示を受けた携帯電話機本体２００の制御部１５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レンズ装置２０７及び撮像素子１０５に実行させる。
【００６５】
静止画撮影モードが起動すると、制御部１５は、撮像レンズ装置２０７及び撮像素子１０５に静止画の撮影を行わせるように制御すると共に、撮像レンズ装置２０７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１０５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１１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ１２に一時的に記憶され、画像処理部１３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２０２に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２０２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２０５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１６に画像データが格納される。
【００６６】
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２０４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１５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１００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２０４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１５が変倍光学系１００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２０４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２０５を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。
【００６７】
また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２０３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２０３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１５は、撮像レンズ装置２０７及び撮像素子１０５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２０２を覗き、撮像レンズ装置２０７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２０４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２０５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２０４により、被写体の拡大率を随時変えることも可能である。
【００６８】
動画撮影時、制御部１５は、撮像レンズ装置２０７及び撮像素子１０５に動画の撮影を行わせるように制御すると共に、撮像レンズ装置２０７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ＣＣＤ等の撮像素子１０５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１１に出力される。その画像信号は、画像データバッファ１２に一時的に記憶され、画像処理部１３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２０２に導かれる。ここで、もう一度シャッターボタン２０５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１６に導かれて格納される。
【００６９】
＜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１００、すなわち図２に示したようなカメラ付携帯電話機２００に搭載される撮像レンズ装置２０７を構成する変倍光学系１００の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００７０】
図４は、実施例１の変倍光学系１００Ａ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１３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２〜１０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、負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）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。
【００７１】
また、実施例１及び以下に示す実施例２〜１０は、第１レンズ群（Ｇｒ１）は負の単レンズからなる第１レンズＬ１のみで構成され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に正の単レンズからなる第２レンズＬ２と負の単レンズからなる第３レンズＬ３との２枚のレンズにより構成され、第３レンズ群（Ｇｒ３）は正の単レンズからなる第４レンズＬ４のみで構成されている点で共通している。
【００７２】
実施例１にかかる変倍光学系１００Ａにおける具体的なレンズ構成は、物体側から順に次の通りとされている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、負の光学的パワーを有し、両凹の負レンズ（Ｌ１）からなる。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（Ｌ２）と物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ３）との２枚のレンズからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、正の光学的パワーを有し、像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）からなる。前記第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第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。また、第３レンズ群（Ｇｒ３）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。
【００７３】
なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッター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２〜１０においても同様である（以下では説明を省略する）。
【００７４】
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番目のレンズ面である。なお、実施例１及び以下に示す実施例２〜１０を通じて、ｒ１〜ｒ９のレンズ面は全て非球面とされている。また、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１３）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。
【００７５】
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及び第３レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３）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。
【００７６】
図２４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２４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。この図２４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）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）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（以下、中間点と呼ぶ）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。
【００７７】
図２４に示すように、この実施例１では、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）変倍時可動とされ、第３レンズ群（Ｇｒ３）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２レンズ群（Ｇｒ２）の位置は物体に近付く方向に直線的に移動され、一方第１レンズ群（Ｇｒ１）は、像側に凸の軌道を描くように移動（Ｕターン移動）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２４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。
【００７８】
実施例１の変倍光学系１００Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１、表２に示す。
【００７９】
【表１】
2006317800.tif 000003
【００８０】
【表２】
2006317800.tif 000004
【００８１】
表１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ＡＸ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、そしてアッべ数（分散）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、各光学面の番号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番目の光学面である。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。
【００８２】
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、以下の数式により定義する。
【００８３】
【数１】
2006317800.tif 000005
【００８４】
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〜Ｊ：それぞれ４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
【００８５】
上記（１６）式から分かるように、表１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２は、非球面とされている面（ｒ１〜ｒ９の全ての面）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。
【００８６】
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１４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。
【００８７】
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１４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２１及び表２２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】
【００８８】
図５は、実施例２の変倍光学系１００Ｂ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１００Ｂは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）から構成されている。
【００８９】
このようなレンズ構成の実施例２にかかる変倍光学系１００Ｂにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図２４に示したように、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）の位置は物体に近付く方向に直線的に移動される。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時固定とされる。但し、上記実施例１とは異なり、広角端全長＞望遠端全長の関係とされている。
【００９０】
実施例２にかかる変倍光学系１００Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表３及び表４に示す。
【００９１】
【表３】
2006317800.tif 000006
【００９２】
【表４】
2006317800.tif 000007
【実施例３】
【００９３】
図６は、実施例３の変倍光学系１００Ｃ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１００Ｃは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）から構成されている。
【００９４】
このようなレンズ構成の実施例３にかかる変倍光学系１００Ｃにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図２４に示したように、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）の位置は物体に近付く方向に直線的に移動される。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時固定とされる。但し、上記実施例１、２とは異なり、広角端全長＝望遠端全長の関係とされている。
【００９５】
実施例３にかかる変倍光学系１００Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表５及び表６に示す。
【００９６】
【表５】
2006317800.tif 000008
【００９７】
【表６】
2006317800.tif 000009
【実施例４】
【００９８】
図７は、実施例４の変倍光学系１００Ｄ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１００Ｄは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例３と同様である。
【００９９】
実施例４にかかる変倍光学系１００Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表７及び表８に示す。
【０１００】
【表７】
2006317800.tif 000010
【０１０１】
【表８】
2006317800.tif 000011
【実施例５】
【０１０２】
図８は、実施例５の変倍光学系１００Ｅ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１００Ｅは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての両凸の正レンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例１と同様である。
【０１０３】
実施例５にかかる変倍光学系１００Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表９及び表１０に示す。
【０１０４】
【表９】
2006317800.tif 000012
【０１０５】
【表１０】
2006317800.tif 000013
【実施例６】
【０１０６】
図９は、実施例６の変倍光学系１００Ｆ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１００Ｆは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての両凸の正レンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例１と同様である。
【０１０７】
実施例６にかかる変倍光学系１００Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１１及び表１２に示す。
【０１０８】
【表１１】
2006317800.tif 000014
【０１０９】
【表１２】
2006317800.tif 000015
【実施例７】
【０１１０】
図１０は、実施例７の変倍光学系１００Ｇ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７の変倍光学系１００Ｇは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例２と同様である。
【０１１１】
実施例７にかかる変倍光学系１００Ｇにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１３及び表１４に示す。
【０１１２】
【表１３】
2006317800.tif 000016
【０１１３】
【表１４】
2006317800.tif 000017
【実施例８】
【０１１４】
図１１は、実施例８の変倍光学系１００Ｈ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８の変倍光学系１００Ｈは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての両凸の正レンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例１と同様である。
【０１１５】
実施例８にかかる変倍光学系１００Ｈにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１５及び表１６に示す。
【０１１６】
【表１５】
2006317800.tif 000018
【０１１７】
【表１６】
2006317800.tif 000019
【実施例９】
【０１１８】
図１２は、実施例９の変倍光学系１００Ｉ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９の変倍光学系１００Ｉは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての両凸の正レンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例１と同様である。
【０１１９】
実施例９にかかる変倍光学系１００Ｉにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１７及び表１８に示す。
【０１２０】
【表１７】
2006317800.tif 000020
【０１２１】
【表１８】
2006317800.tif 000021
【実施例１０】
【０１２２】
図１３は、実施例１０の変倍光学系１００Ｊ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１０の変倍光学系１００Ｊは、物体側から順に、第１レンズ群（Ｇｒ１）としての両凹の負レンズ（Ｌ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）としての、両凸の正レンズ（Ｌ２）及び物体側に凸のメニスカスレンズ（Ｌ３）、第３レンズ群（Ｇｒ３）としての両凸の正レンズ（Ｌ４）から構成されている。なお、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時における動作は、図２４に示すように、先の実施例１と同様である。
【０１２３】
実施例１０にかかる変倍光学系１００Ｊにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１９及び表２０に示す。
【０１２４】
【表１９】
2006317800.tif 000022
【０１２５】
【表２０】
2006317800.tif 000023
【０１２６】
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜１０の全光学系の球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１５〜図２３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１４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。
【０１２７】
また、上記実施例２〜１６の各変倍光学系における広角端（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２１及び表２２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。
【０１２８】
【表２１】
2006317800.tif 000024
【０１２９】
【表２２】
2006317800.tif 000025
【０１３０】
さらに、上記実施例１〜１０の各変倍光学系に、上述した条件式（１）〜（１５）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表２３に示す。なお、表２３中には条件式（１）〜（１５）に用いられていないパラメータも含まれており、ｆＬ２は第２レンズＬ２の焦点距離、ｔｗは広角端全長、ｔｔは望遠端全長をそれぞれ示す。なお、Ｒ１及びＲ２は、表１、３、５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９におけるｒ１、ｒ２の値に相当する。
【０１３１】
【表２３】
2006317800.tif 000026
【０１３２】
以上説明したように、上記実施例１〜１０に係る変倍光学系１００Ａ〜１００Ｊは、いずれもコンパクト化を図るのに有利な４枚のレンズで変倍光学系を構成しながら、変倍域全域にわたって各種の収差が良好に補正された変倍光学系であるということができ、本発明の有用性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明にかかる変倍光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】実施例７に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
【図１１】実施例８に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
【図１２】実施例９に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
【図１３】実施例１０に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】実施例７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。
【図２１】実施例８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。
【図２２】実施例９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。
【図２３】実施例１０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。
【図２４】本発明に係る変倍光学系の各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】
【０１３４】
１００、１００Ａ〜１００Ｊ  変倍光学系
１０１、Ｇｒ１  第１レンズ群
１０２、Ｇｒ２  第２レンズ群
１０３、Ｇｒ３  第３レンズ群
１０４、ＳＴ  光学絞り
１０５、ＳＲ  撮像素子
２００  携帯電話機（デジタル機器）
２０７  撮像レンズ装置
ＡＸ  光軸
Ｌ１    第１レンズ
Ｌ２    第２レンズ
Ｌ３    第３レンズ
Ｌ４    第４レンズ
【図１】
2006317800.tif 000027
【図２】
2006317800.tif 000028
【図３】
2006317800.tif 000029
【図４】
2006317800.tif 000030
【図５】
2006317800.tif 000031
【図６】
2006317800.tif 000032
【図７】
2006317800.tif 000033
【図８】
2006317800.tif 000034
【図９】
2006317800.tif 000035
【図１０】
2006317800.tif 000036
【図１１】
2006317800.tif 000037
【図１２】
2006317800.tif 000038
【図１３】
2006317800.tif 000039
【図１４】
2006317800.tif 000040
【図１５】
2006317800.tif 000041
【図１６】
2006317800.tif 000042
【図１７】
2006317800.tif 000043
【図１８】
2006317800.tif 000044
【図１９】
2006317800.tif 000045
【図２０】
2006317800.tif 000046
【図２１】
2006317800.tif 000047
【図２２】
2006317800.tif 000048
【図２３】
2006317800.tif 000049
【図２４】
2006317800.tif 000050