JP2006039063A - 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い光学性能を有して、携帯電話機や携帯情報端末への搭載可能なコンパクトな変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供する。
【解決手段】 変倍光学系を、物体側から順に、全体として負の屈折力を持つ第１レンズ群、光学絞り、全体として正の屈折力を持つ第２レンズ群及び正の屈折力を持つ第３レンズ群で構成した。第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を持つ両凹レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズで、第２レンズ群は、正の屈折力を持つ両凸レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズで、第３レンズ群は両凸レンズで構成した。広角端での第１、第２レンズ群間の間隔が、０．０３＜Ｔ１２ｔ／ｆｗ＜０．２（Ｔ１２ｔ：望遠端において、第１レンズ群の最も像面側のレンズ面と第２レンズ群の最も物体側のレンズ面との間隔、ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離）を満たすようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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する。

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、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し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が一般的に用いられている。

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。

この種の変倍光学系につき、例えば下記特許文献１〜３において種々の提案がなされている。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、正の光学的パワーを有する第２、第３、第４レンズ群を備えてなる、所謂負正正正４成分の変倍光学系において、レンズ系の簡単化を図りつつ、全変倍範囲において高い光学性能をズームレンズに持たせることを目的として、所定のレンズ群に回折光学素子を設ける技術が開示されている。

また、特許文献２には、同じく負正正正４成分の変倍光学系において、変倍光学系のコンパクト化を図りつつ、広画角・高変倍比で全変倍範囲において高い光学性能をズームレンズに持たせることを目的として、各レンズ群の屈折力やレンズ構成を設定する技術が開示されている。また、特許文献３には、負正正３成分の変倍光学系において、変倍光学系のコンパクト化及びコストダウンを目的として、第２レンズ群の屈折率等を設定する旨の記載がある。
特開２０００−１４７３８０号公報 特開２００１−３１８３１３号公報 特開２００２−３５０７２６号公報

前記各特許文献１〜３においては、それぞれ次のような問題点がある。すなわち、前記特許文献１の変倍光学系においては、０．１ｍｍという望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離は、光学系の製造誤差を考慮すると、必要な間隙を確保しているとは言い難い。特許文献２の変倍光学系においては、第１レンズ群のレンズ枚数が４枚と多く、また、特許文献３の変倍光学系においては、第２レンズ群のレンズ枚数が４枚と多く、いずれもコンパクト性に欠けるため、小型化が要求される携帯電話機や携帯情報端末への搭載は困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い光学性能を有して、携帯電話機や携帯情報端末への搭載可能なコンパクトな変倍光学系、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。

請求項１に記載の発明は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に複数のレンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、物体側から順に配置される、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レンズ群とを含み、前記第１レンズ群及び第２レンズ群は、負レンズ及び正レンズを少なくとも１枚ずつ含む３枚以下のレンズでそれぞれ構成されていると共に、前記望遠端における前記第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は下記条件式を満たすことを特徴とするものである。
０．０３＜Ｔ１２ｔ／ｆｗ＜０．２
ただし、Ｔ１２ｔ：望遠端において、第１レンズ群の最も像面側のレンズ面と第２レンズ群の最も物体側のレンズ面との間隔
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変倍光学系において、下記条件式を満たすことを特徴とするものである。
４．０＜（Ｔｗ・ｆｗ）／ｆｔ＜１０．０
ただし、Ｔｗ：広角端での光学全長
ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の変倍光学系において、前記第１レンズ群と第２レンズ群との間に光学絞り又はメカニカルシャッターが配置されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の変倍光学系において、前記第２レンズ群の像面側に、１又は複数のレンズ群が備えられていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、下記条件式を満たすことを特徴とするものである。
−０．３＜ｆｗ／ｆｂｇ＜０．６５
ただし、ｆｂｇ：最も像面側のレンズ群の焦点距離

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の変倍光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする撮像レンズ装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６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を含み、前記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実行する機能部とを含むことを特徴とするデジタル機器である。

請求項１に記載の発明によれば、変倍光学系を、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レンズ群とを含む構成としたので、第１レンズ群により光軸に対する軸外光線の角度を小さくして該光線を第２レンズ群に導くことができる。その結果、第２レンズ群への光線の入射角度を小さくすることができ、偏芯誤差感度を小さくすることができる。

また、第１レンズ群及び第２レンズ群とも正レンズ及び負レンズを備えたので、レンズ群ごとに色収差を補正することができ、高画素の撮像素子に対応する光学性能を備えることが可能となる。また、各レンズ群に備えるレンズの枚数を３枚以下にしたので、レンズの枚数を４枚以上とする場合に比して、変倍光学系の光学全長や第１レンズ群のレンズ径を小さくすることができ、変倍光学系がコンパクトとなる。

さらに、前記条件式に設定したので、前記条件式の下限を下回った場合に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が小さくなりすぎて変倍時に両レンズ群が衝突したり、前記条件式の上限を上回った場合に、第２レンズ群の移動範囲が限定されることで第２レンズ群の移動量が少なくなり、第１レンズ群及び第２レンズ群の光学的パワーが大きくなりすぎて像面湾曲の補正が困難となったり偏芯誤差感度が過大となりレンズの製造が困難となったりするのを防止又は抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、条件式４．０＜（Ｔｗ・ｆｗ）／ｆｔ＜１０．０を満たすようにしたので、この条件式の下限を下回った場合に、変倍に必要なレンズの移動スペースが小さくなり、各レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ偏心誤差感度が過大となりレンズの製造が困難となったり、前記条件式の上限を上回った場合に、光学全長が長くなりすぎ、変倍光学系が大型化したりするのを防止又は抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記第１レンズ群と第２レンズ群との間に光学絞り又はメカニカルシャッターを配置したので、第１レンズ群に隣接して光学絞り又はメカニカルシャッターが配置されることとなることにより、第１レンズ群のレンズ径を小さくすることができる。また、光学絞り又はメカニカルシャッターがいずれかのレンズ群内における隣接するレンズ間に配置される構成ではないため、レンズ群内でのレンズ同士の偏芯誤差を小さくすることが可能となり、製造時における変倍光学系において、安定した光学性能が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、前記第２レンズ群の像面側に、１又は複数のレンズ群を備えたので、第１レンズ群または第２レンズ群で発生する偏心誤差感度を低減することができる。

請求項５に記載の発明によれば、条件式−０．３＜ｆｗ／ｆｂｇ＜０．６５を満たすようにしたので、この条件式の下限を下回った場合に、最も像面側に位置するレンズ群が有する負の光学的パワーが強くなるため軸外光線が撮像素子に入射する角度が大きくなりすぎ、射出瞳位置が撮像素子に近すぎるため、周辺光量が少なくなったり、前記条件式の上限を上回った場合に、最も像面側に位置するレンズ群で発生する像面湾曲と歪曲収差が過大となったりするのを防止又は抑制することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかに記載の変倍光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成するようにしたので、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、高精細な撮像レンズ装置において、所望の倍率の（例えば２〜３倍程度の）変倍を行わせることが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、前記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実行する機能部とを含むので、携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器において、高精細を保ったままで変倍を実現し得る。

図１７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、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、その映像を半導体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。

図１７（ａ）は、携帯電話機の操作面を、図１７（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示している。携帯電話機本体２００には、上部にアンテナ２０１、操作面にはディスプレイ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、本発明に係る変倍（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、そしてダイヤルボタン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端を表す「Ｔ」の印字が、下端部分に広角端を表す「Ｗ」の印字がなされており、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、携帯電話機本体２００には、本発明に係る変倍光学系によって構成された撮像レンズ装置（カメラ）２０７が内装され、撮影レンズが背面に露出している。

静止画を撮影するときは、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、動画撮影モードに切り替わるとする。静止画撮影モードが起動すると、撮像レンズ装置２０７を通して被写体の像がＣＣＤ等の撮像素子で周期的に繰り返し撮像され、表示用メモリに転送された後に、ディスプレイ２０２に導かれる。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２０４の上端「Ｔ」の印字部分を押すと、その状態が検出され、押している時間に応じて変倍のためのレンズ駆動が実行されて、連続的にズーミングが行われる。また、ズーミングし過ぎた場合など、等倍の方向へ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」の印字部分を押すことで、その状態が検出され、押している時間に応じて連続的に、等倍までの変倍が行われる。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２０３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。

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。後は静止画撮影のときと同様にして、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、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。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。動画像は、ディスプレイ２０２のための表示メモリに導かれると共に、動画像用のメモリに導かれて格納される。

本発明に係る変倍ボタン２０４は、この実施形態に限られることなく、既設のダイヤルボタン２０６を利用するようにしてもよいし、また、ダイヤルボタン設置面に回転軸を持つ回転式のダイヤル等、拡大と縮小の２方向の変倍を可能とする機能を備える態様としたものでもよい。

また、本発明は携帯電話機に制限されることなく、それ以外のデジタル機器、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、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にも適用することができる。

図１７（ｂ）に示した、本発明に係る撮像レンズ装置２０７は、背面側から、すなわち、物体（被写体）側から順に、物体の光学像を形成するレンズ系と、光学的ローパスフィルター等に相当する平行平面板と、レンズ系によって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えて構成される。ここで、前記レンズ系としては、撮影者から離れた被写体も撮影可能とするために、ズーミングが可能で、高性能且つコンパクトな変倍光学系への要求が強い。変倍光学系においては、複数のレンズ群が前記レンズ系を構成しており、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより、変倍又はフォーカシングを行う仕組みになっている。本発明は、この変倍光学系、そしてその変倍光学系を用い、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像レンズ装置、さらには、その撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、静止画又は動画の撮影を実行する機能を有するデジタル機器に関するものである。

以下、図１７（ｂ）に示したカメラ付携帯電話機の撮像レンズ装置２０７を構成する、本発明に係る変倍光学系を、図面を参照しつつ説明する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１の変倍光学系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。図１及び図２〜図７においては、広角端でのレンズ配置を示している。なお、以下にいう光学的パワーは、レンズ面の両側の媒質が空気である場合のパワーと定義する。

本実施形態の変倍光学系は、物体側（図１における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第３レンズ群は固定されており、変倍時には、第１，第２レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）及び光学絞り（ＳＴ）が光軸方向に移動可能に構成されている。第３レンズ群（Ｇｒ３）に対し第２レンズ群（Ｇｒ２）と反対側の位置には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。

以下、本明細書においては、レンズの形状について、「凸」，「凹」及び「メニスカス」という術語を用いるが、これらの光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を現しているものであり、レンズ全体又はレンズの端部付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズでは一般に、レンズの中心付近と端部付近での形状が異なるので注意が必要である。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負の光学的パワーを持つ両凹レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズ（正の光学的パワーを持つレンズ）とからなり、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（正の光学的パワーを持つレンズ）とからなり、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、正の光学的パワーを持つ両凸レンズからなる。

図１に示す番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目
の光学面である。

このような構成の下で、図の物体側から入射した光線は、順に、第１、第２そして第３レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３）を通過し、そこで物体の光学像を形成する。そして、このレンズ群で形成された光学像は、第３レンズ群（Ｇｒ３）に隣り合って配置された平行平面板（ＰＬ）を通過する。このとき、光学像は、撮像素子（ＳＲ）において電気的な信号に変換される際に発生する所謂折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板（ＰＬ）は、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。最後に、撮像素子（ＳＲ）において、平行平面板（ＰＬ）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９は、各レンズ群の変倍時における移動のさせ方を表した模式図である。この図９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）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の状態を示しており、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の状態を示している。また、符号Ｍは焦点距離が広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）との真中（以下、中間点という）の状態を示している。また、この図９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の仕方も同時に示している。

以下、図を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２から実施形態７までのレンズ構成を順に説明していく。このとき、図２から図７までの図中の符号の意味は、図１と同様とする。

［実施形態２］
図２は、実施形態２の変倍光学系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。この実施形態２の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定されており、変倍時には、第１，第２レンズ群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）及び光学絞り（ＳＴ）が光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負の光学的パワーを持つ両凹レンズと両凸レンズとからなり、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズとからなり、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸レンズからなる。

図２に示すようなレンズ構成の実施形態２では、変倍時に第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定され、第１レンズ群（Ｇｒ１），第２レンズ群（Ｇｒ２）が移動し、第１レンズ群（Ｇｒ１），第２レンズ群（Ｇｒ２）が変倍を担うことになる。

［実施形態３］
図３は、実施形態３の変倍光学系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。この実施形態３の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）、正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第１レンズ群（Ｇｒ１）は固定されており、変倍時には、第２，第３レンズ群（Ｇｒ２，Ｇｒ３）及び光学絞り（ＳＴ）が光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、両凹の負レンズ及び両凸レンズからなり、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズ及び物体側に凸の負メニスカスレンズからなり、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸レンズからなる。

図３に示すようなレンズ構成の実施形態３では、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２），第３レンズ群（Ｇｒ３）が移動し、これらが変倍と収差補正とを行うことになる。

［実施形態４］
図４は、実施形態４の変倍光学系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。この実施形態４の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は変倍時に光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、両凹の負レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズが配置され、それらが接合されてなる接合レンズとされており、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズ及び負の光学的パワーを持つ両凹レンズが配置され、それらが接合されてなる接合レンズとされており、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズからなる。

図４に示すようなレンズ構成の実施形態４では、変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１），第２レンズ群（Ｇｒ２），第３レンズ群（Ｇｒ３）が全て移動し、これらで変倍と収差補正とを行うことになる。

［実施形態５］
図５は、実施形態５の変倍光学系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。この実施形態５の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）、全体として負の光学的パワーを持つ第４レンズ群（Ｇｒ４）を有して構成されている。本実施形態では、第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は変倍時に光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負の光学的パワーをもつ両凹レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズが配置され、それらが接合されてなる接合レンズとされており、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズ及び負の光学的パワーを持つ両凹レンズが配置され、それらが接合されてなる接合レンズとされており、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズからなり、前記第４レンズ群（Ｇｒ４）は、像側に凸の負メニスカスレンズからなる。

図５に示すようなレンズ構成の実施形態５では、変倍時に第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）が全て移動し、これらで変倍と収差補正とを行うことになる。

［実施形態６］
図６は、実施形態６の変倍光学系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。この実施形態６の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）及び全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定されており、変倍時、第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、第２レンズ群（Ｇｒ２）は光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負の光学的パワーをもつ両凹レンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズとからなり、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズと物体側に凸の負メニスカスレンズからなり、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の正メニスカスレンズからなる。

図６に示すようなレンズ構成の実施形態６では、変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１），第２レンズ群（Ｇｒ２）が移動し、これらで変倍と収差補正とを担うことになる。

［実施形態７］
図７は、実施形態７の変倍光学系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。この実施形態７の変倍光学系は、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持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）を有して構成されている。本実施形態では、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定されており、変倍時、第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、第２レンズ群（Ｇｒ２）は光軸方向に移動可能に構成されている。

前記第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と物体側に凸の正メニスカスレンズとからなり、前記第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、正の光学的パワーを持つ両凸レンズと物体側に凸の負メニスカスレンズとからなり、前記第３レンズ群（Ｇｒ３）は、正の光学的パワーを持つ両凸レンズからなる。

図７に示すようなレンズ構成の実施形態７では、変倍時に第１レンズ群（Ｇｒ１），第２レンズ群（Ｇｒ２）が移動し、これらで変倍と収差補正とを行うことになる。

以下、本発明に係る変倍光学系を構成するレンズ系に求められる光学特性の条件又は条件式を列挙し、その条件の根拠又は数値範囲の根拠について説明する。

前記各実施形態のように、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レンズ群と、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群とを含み、光軸方向に複数のレンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系においては、前記のように、第１，第２レンズ群に備えるレンズの枚数をそれぞれ３枚以下とし、広角端での第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が下記条件式（１）を満たすことが望ましい。
０．０３＜Ｔ１２ｔ／ｆｗ＜０．２ ・・・（１）
ただし、Ｔ１２ｔ：望遠端において、第１レンズ群の最も像面側のレンズ面と第２レンズ群の最も物体側のレンズ面との間隔
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離

これは、第１、第２レンズ群に備えるレンズの枚数を４枚以上とすると、レンズの厚みやレンズ間の間隔を維持するために各レンズ群の厚みが厚くなりすぎ、光学全長が長くなるとともに、第１レンズ群のレンズ径を大きくする必要があり、変倍光学系の大型化を招来するからである。

また、前記条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が小さくなりすぎて変倍時に両レンズ群が衝突する可能性があり、また、前記条件式（１）の上限を上回ると、第２レンズ群の移動範囲が限定されて該第２レンズ群の移動量が少なくなり、必要な変倍を行うために第１レンズ群及び第２レンズ群の光学的パワーが大きくなりすぎて像面湾曲の補正が困難となったり、偏芯誤差感度が過大となりレンズの製造が困難となったりするからである。

なお、変倍光学系を、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レンズ群とを含む構成とすることで、第１レンズ群により光軸に対する軸外光線の角度を小さくして該光線を第２レンズ群に導くことができることから、第２レンズ群への光線の入射角度を小さくすることができ、偏芯誤差感度を小さくすることができる。また、第１レンズ群及び第２レンズ群とも正レンズ及び負レンズを備えることで、レンズ群ごとに色収差を補正することができ、高画素の撮像素子（例えば１００万画素以上の撮像素子）に対応する光学性能を備えることが可能となる。

さらに、前記変倍光学系においては、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。
４．０＜（Ｔｗ・ｆｗ）／ｆｔ＜１０．０ ・・・（２）
ただし、Ｔｗ：広角端での光学全長
ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離

これは、条件式（２）の下限を下回ると、変倍に必要なレンズの移動スペースが小さくなり、各レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎて偏心誤差感度が過大となり、レンズの製造が困難となるからである。また、条件式（２）の上限を上回ると、光学全長が長くなりすぎ、変倍光学系が大型化するからである。

さらに、光学絞りまたはメカニカルシャッターを第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置するのが望ましい。

これは、光学絞りまたはメカニカルシャッターを１のレンズ群におけるレンズ間に配置する構造を避けることで、レンズ群内でのレンズ同士の偏心誤差感度を小さくすることが可能となり、変倍光学系の生産時における光学性能が安定するからである。なお、メカニカルシャッターを備えた場合には、例えば撮像素子としてＣＣＤ方式を用いた場合のスミアの発生を防止することができる。

さらに、この場合には、光学絞り又はメカニカルシャッターが第２レンズ群と連動するように構成するのが望ましい。これは、第２レンズ群の構成が簡単となり第２レンズ群と光学絞り又はメカニカルシャッターを光軸方向に駆動する駆動機構の構成を簡素化することができる。その結果、該駆動機構と変倍光学系とを含んでなるレンズユニットの構成をコンパクト化することができる。

さらに、前記変倍光学系においては、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
−０．３＜ｆｗ／ｆｂｇ＜０．６５ ・・・（３）
ただし、ｆｂｇ：最も像面側のレンズ群の焦点距離

これは、条件式（３）の下限を下回ると、最も像側に位置するレンズ群が有する負の光学的パワーが強くなるため軸外光線が撮像素子に入射する角度が大きくなりすぎ、射出瞳位置が撮像素子に近すぎるため、撮像素子のマイクロレンズによるケラレが発生し周辺光量が少なくなるからである。また、前記条件式（３）の上限を上回ると、最も像面側に位置するレンズ群で発生する像面湾曲と歪曲収差が過大となるからである。

また、前記変倍光学系においては、広角端における最大像高の主光線が像面に入射する角度をθｗとすると、この角度θｗを３０度以下に設定することが望ましい。

これは、前記角度θｗが３０度を超えると、撮像素子上のマイクロレンズによる軸外光のケラレが大きくなり過ぎ、周辺光量の低下が著しくなるからである。

さらに、前記角度θｗを２５度以下に設定することが望ましい。これは、マイクロレンズと撮像素子との製造上における組付け誤差の許容範囲を大きく設定することができるため、撮像素子の製造が容易となり撮像素子の製造コストを低減することができるからである。

前記変倍光学系においては、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
０．１＜Ｂｆｗ／ｆｗ＜２．０ ・・・（４）
Ｂｆｗ：広角端において最も像面側に配置されたレンズの像面側の面から像面までの距離

これは、条件式（４）の下限を下回ると、変倍光学系と撮像素子とが近接し過ぎることで、変倍光学系と撮像素子との間のスペースが小さすぎるため、撮像素子の図略のカバーガラスやパッケージとが物理的に干渉したり、レンズの製造誤差によりバックフフォーカスの変動を調整するスペースが無くなったりするからである。

また、条件式（４）の上限を上回ると、物体側のレンズ群が移動するスペースが小さくなりすぎ、それらのレンズ群の光学的パワーが大きくなり、発生する像面湾曲の補正が困難となるとともに、偏芯誤差感度が過大となり、レンズの製造が困難となるからである。

さらに、前記変倍光学系にあっては、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。
−４．０＜ｆ１ｇ／ｆｗ＜−１．０ ・・・（５）
ｆ１ｇ：第１レンズ群の焦点距離

これは、条件式（５）の下限を下回ると、第１レンズ群の光学的パワーが小さくなりすぎ、変倍に必要なレンズの移動量が大きくなるため、光学全長が長くなり、変倍光学系の大型化を招来するからである。また、条件式（５）の上限を上回ると、第１レンズ群の負の光学的パワーが強くなりすぎ、第１レンズ群で発生する像面湾曲の補正が困難となるとともに、第１レンズ群内の偏芯誤差感度が過大となり、レンズの製造が困難となるからである。

さらに、前記変倍光学系にあっては、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。
０．５＜ｆ２ｇ／ｆｗ＜４．０ ・・・（６）
ｆ２ｇ：第２レンズ群の焦点距離

これは、条件式（６）の下限を下回ると、第２レンズ群の光学的パワーが強くなりすぎ、第２レンズ群で発生する軸上色収差や球面収差の補正が困難となるとともに、第２レンズ群内の偏芯誤差感度が過大となりレンズの製造が困難となるからである。また、条件式（６）の上限を上回ると、第２レンズ群の光学的パワーが弱くなりすぎ、変倍に必要なレンズの移動量が大きくなるため、光学全長が長くなり、変倍光学系の大型化を招来するからである。

前記変倍光学系においては、第１レンズ群は、物体側から順に負レンズ及び正レンズの２枚のレンズで構成されることが望ましい。これは、第１レンズ群内で発生する色収差を補正することができ、レンズの高い光学性能を有することが可能となるからである。また、物体側に負レンズを配置することで、該負レンズに対して像面側で隣接する正レンズに入射する軸外光の角度を小さくすることができる結果、偏芯誤差感度を低減することができ、また、第１レンズ群を２枚のレンズで構成することで、３枚以上のレンズで構成する場合に比して、第１レンズ群の軸方向の長さを短縮化することができ、光学全長をコンパクト化することができる。

さらに、第１レンズ群（Ｇｒ１）を負正の順とするのが望ましい。これは、広角端でのバックフォーカスの確保と広画角な光線の軸外収差の補正のためである。また、物体側に凸の正メニスカスレンズを配置することで、非点収差を良好に補正することができる。

第２レンズ群（Ｇｒ２）を正負の順とするのが望ましい。これは、第２レンズ群（Ｇｒ２）の主点位置を第１レンズ群（Ｇｒ１）側に近付けることにより、変倍作用は保ったままで第２レンズ群（Ｇｒ２）の実質的な光学的パワーを軽減し、偏芯誤差感度の低減を行うことができるからであり、両凸レンズを配置したのは、第２レンズ群（Ｇｒ２）のパワーを強め、変倍時の移動量を減らすためである。

なお、この場合において、第１レンズ群内で発生する像面湾曲及び歪曲収差の補正を良好に行うため、第１レンズ群に非球面レンズを設けることが望ましい。非球面レンズとは、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等の面を有するレンズである。

また、第２レンズ群は、物体側から順に正レンズ及び負レンズの２枚のレンズで構成されることが望ましい。これは、第２レンズ群内で発生する色収差を補正することができ、レンズに高い光学性能を有することが可能となるからである。また、物体側に正レンズを配置することで、負レンズに入射する軸上光の高さを小さくすることができる結果、球面収差の偏芯誤差感度を低減することができ、また、第２レンズ群を２枚のレンズで構成することで、３枚以上のレンズで構成する場合に比して、第２レンズ群の軸方向の長さを短縮化することができ、光学全長をコンパクト化することができる。

なお、この場合において、第２レンズ群内で発生する球面収差及び非点収差の補正を行うため、第２レンズ群に非球面レンズを設けることが望ましい。

レンズの非球面形状は、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）を用いて、以下の（７）式により定義することができる。

ただし、ｚ：高さの位置での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：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。

さらに、最も撮像素子側に位置するレンズに非球面を配置することが望ましい。歪曲収差の補正と像高の変化と射出瞳位置の変化の関係を直線に近くすることができるため、撮像素子上に製造するマイクロレンズの配置を簡単に行うことができ、その結果、撮像素子の製造コストを低減することができる。

前記変倍光学系は、第２レンズ群（Ｇｒ２）又は第２レンズ群（Ｇｒ２）より像側のレンズ群を単独又は複数群動かすことによりフォーカシングすることが望ましい。これは、第１レンズ群（Ｇｒ１）を繰り出すことによりフォーカシングを行うようにすると、光学全長の観点から不利だからである。また、第１レンズ群（Ｇｒ１）にてフォーカシングすると、周辺光量を確保するために前玉径の増大を招来することになり望ましくない。

前記変倍光学系は、２枚以上のレンズを樹脂（プラスチック）材料にて構成しても構わない。プラスチックレンズは、多数個取りが可能であり、金型も長寿命であるため、コストや生産性の観点で優れている。

また、前記変倍光学系において、全てのレンズ群を単レンズ又は接合レンズで構成することが望ましい。これにより、鏡筒の構成が大幅に簡略化でき、コストダウンを図ることができる。また、このように鏡筒の構成を簡略化できると、これまで光学的には不利でも機械的な制約のために広げざるを得なかったスペースを効率的に活用することができ、結果として更なる変倍光学系のコンパクト化を図ることができる。さらに、接合レンズを用いた場合には、対向するレンズ面間で反射する不要な光の発生を抑制することもできる。

また、正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）を備えるのが望ましい。これは、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）しか備えられていない場合に比して、第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動量が少なくて済むとともに、第３レンズ群（Ｇｒ３）により撮像素子の受光面への軸外光線の入射角度を像側テレセントリックに近づけることができるからである。

また、第３レンズ群（Ｇｒ３）を１枚のレンズで構成し、この第３レンズ群（Ｇｒ３）を物体側に移動させることでフォーカシングを行う構成とすることにより、繰り出しによる前玉レンズ径の増大を招来することなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。

なお、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、変倍の補助作用と撮像素子への入射角度の調整が主たる役割となる。なお、第３レンズ群の主たる役割は、変倍の補助作用と撮像素子への光の入射角の調整であり、他のレンズ群に比して負担が小さいため、第３レンズ群を構成するレンズの枚数は１枚で十分であることから、第３レンズ群（Ｇｒ３）を１枚のレンズで構成している。

３つ以上のレンズ群を備える変倍光学系においては、３つ以上のレンズ群が光軸方向に可動できるようにするのが望ましい。これは、第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動量の制約から２つのレンズ群の移動だけでは変倍比を確保することが困難となるからである。

次に、本発明に係る変倍光学系を組み込んだ撮像レンズ装置の具体的な実施形態の一例を図を参照しながら説明する。

図８は、撮像レンズ装置１０の内部構成の一例を示す斜視図である。ただし、ここでは、変倍光学系を構成するレンズ群及びレンズ群の駆動装置等を合わせた撮像レンズ装置の他に、図略の撮像素子を含めた形で示している。この実施例では、変倍光学系は３つのレンズ群から構成されるものとしている。さらに、変倍の際に、第１レンズ群１０１及び第２レンズ群１０２を移動させ、変倍及びフォーカシングを行い、第３レンズ群１０３の位置は固定することを想定している。

この図に示すように、撮像レンズ装置１０は、被写体（物体）側から第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０２及び第３レンズ群１０３が、各々の光軸を一致させた状態で配列して構成されている。そして、第１〜第３レンズ群１０１〜１０３は、それぞれ支持部材１０４〜１０６に支持されている。図略の平行平面板及び撮像素子は、固定部材１０７に支持されて、その固定部材１０７の中心部分に固定されている。

第３レンズ群１０３及びその支持部材１０６は、撮像素子を支持する固定部材１０７に固定されており、この固定部材１０７は、図略の携帯電話機本体部に固設されている。第１及び第２レンズ群の支持部材１０４，１０５には、棒状のガイド部材１０８が貫通されているとともに、係合部１０４ａ，１０５ａが適所に設けられている。

また、第２レンズ群１０２を支持する支持部材１０５には、例えばインパクト型アクチュエータからなる駆動ユニット２０が取り付けられており、第２レンズ群１０２は、この駆動ユニット２０を含む駆動装置により、支持部材１０５を介して光軸方向に駆動される。駆動ユニット２０は、より具体的には、支持部材１、圧電素子２２、駆動部材２３及び係合部材２４を備えて構成されている。

支持部材２１は、図略の携帯電話機本体部に固定され、圧電素子２２及び駆動部材２３を保持するものである。圧電素子２２は、その分極方向である伸縮方向を支持部材２１の軸方向と一致させて設定されている。そして、駆動部材２３の一端は、圧電素子２２に、他端は係合部材２４の側面に固着されている。

以上のような構成で、図略の駆動手段により圧電素子２２に電圧が印加されると、圧電素子２２はその電圧の向きにより、光軸方向に伸張又は収縮する。そして、その伸び又は縮みは、駆動部材２３を介して接合されている係合部材２４に伝えられる。この係合部材２４は、第２レンズ群の支持部材１０５に接合されているので、これにより第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０２を移動させることが可能になる。

このとき、第１、第２レンズ群１０１，１０２の係合部１０４ａ，１０５ａを、図略のカム部材等にそれぞれ係合させることで、レンズ群に、変倍及びフォーカシング等に必要な所望の動きをさせることが可能となる。また、第３レンズ群の支持部材１０６に、第１及び第２レンズ群の係合部１０４ａ，１０５ａと同様の係合部を設けることにより、３つのレンズ群を同時に駆動させ、変倍及びフォーカシングを行わせることも可能である。さらに、同様の構成により、４つ以上のレンズ群を設け、それぞれを独立に又は相関を持たせて駆動させ、変倍及びフォーカシングを行わせることも可能である。

このような撮像レンズ装置において、被写体側から入射した光線は、順に、第１、第２そして第３レンズ群１０１〜１０３を通過する。そして、第３レンズ群１０３に隣り合って配置された図略の平行平面板を通過する。このとき、光学像は、撮像素子において電気的な信号に変換される際に発生する、いわゆる折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板は、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。

最後に、図略の撮像素子受光面に物体の光学像が形成され、その後、光学像は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。

なお、各レンズ群や光学絞り（ＳＴ）を駆動させるには、ステッピングモータ等を用いてもよい。あるいは、移動量が小さい場合やレンズ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各レンズ群に独立に用いてもよい。これにより、各レンズ群を独立に駆動することが可能になるばかりでなく、駆動部の体積や電力消費の増加を抑えつつ、撮像レンズ装置全体の更なるコンパクト化を図ることができる。

以下、本発明に係る変倍光学系の実施例を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。

実施形態１（実施例１）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。

ここに示したものは、表の左から順に、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）そして望遠端（Ｔ）における光軸上で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ｍ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。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、図１にも示したように、物体側から
数えてｉ番目の光学面である。

また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＰＬ）の両面、そして撮像素子（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。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１の全光学系の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（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％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）で表している。

さらに球面収差の図には、破線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして二点鎖線で青色（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と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。また、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から分かるように、本実施例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、色収差、非点収差がほぼ０．１ｍｍ以内、歪曲収差もほぼ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）、そして望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１５及び表１６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。

次に、実施形態２（実施例２）における、各レンズのコンストラクションデータを表３、４に示す。

次に、実施形態３（実施例３）における、各レンズのコンストラクションデータを表５、表６に示す。

次に、実施形態４（実施例４）における、各レンズのコンストラクションデータを表７、表８に示す。

次に、実施形態５（実施例５）における、各レンズのコンストラクションデータを表９、表１０に示す。

次に、実施形態６（実施例６）における、各レンズのコンストラクションデータを表１１、表１２に示す。

次に、実施形態７（実施例７）における、各レンズのコンストラクションデータを表１３、表１４に示す。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２〜７の全光学系の球面収差、非点収差そして歪曲収差を、図１１〜図１６の左側から順に示す。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、色収差、非点収差ともにほぼ０．１ｍｍ以内、歪曲収差もほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。また、この実施例２〜７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１５及び表１６にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１同様、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

さらに、これら実施例１〜７において得られた前記式（１）〜（６）の値を表１７に示す。本実施例はいずれの条件式においても、前述した望ましい値が得られていることが分かる。

以上説明したように、本発明に係る変倍光学系を組み込んだ撮像レンズ装置は、小型・軽量であるため、携帯電話機等のデジタル機器に搭載することが可能であり、これにより、静止画又は動画撮影を所望の拡大率で行うことができる。さらに、高画素の撮像素子（２００万画素クラス以上の撮像素子）にも対応可能な高い光学性能を有しているので、補間を必要とする電子ズーム方式に対しても高い優位性を有する。

なお、本発明は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて次の形態（１）〜（３）に説明する変形形態も採用可能である。

（１）レンズに非球面を形成する場合には、モールドでレンズを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のレンズとしても構わない。モールドタイプは硝材が限定されるが、大量生産ができる。一方、前記複合型のレンズは、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。特に高屈折材料を用いた非球面レンズは、一般的にはモールドによる成形が比較的難しいので、複合型の利点を最大限活用することができる。

（２）前記各実施例の変倍光学系は、各レンズ群や絞り、あるいはシャッターの駆動にあたり、従来通りカムやステッピングモータを用いても良いし、あるいは、移動量が少ない場合や駆動対象のレンズ群が比較的軽量である場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いることで、駆動部のサイズや電力消費の増加を抑えつつ、各レンズ群を独立に駆動させることも可能となり、装置の更なるコンパクト化を図ることができる。

本発明に係る変倍光学系の実施形態１における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態２における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態３における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態４における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態５における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態６における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系の実施形態７における光軸を縦断した断面図である。 本発明に係る変倍光学系と撮像素子とを備えた撮像レンズ装置の内部構成の一例を示す斜視図である。 実施例１〜７の変倍光学系におけるレンズ群の移動のさせ方を示す模式図である。 実施例１の変倍光学系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の変倍光学系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の変倍光学系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の変倍光学系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の変倍光学系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の変倍光学系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７の変倍光学系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、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操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、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操作面の裏面を示す外観構成図である。

符号の説明

Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
ＳＴ 光学絞り
ＰＬ 平行平面板
ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
１０ 撮像レンズ装置
１０１ 第１レンズ群
１０２ 第２レンズ群
１０３ 第３レンズ群
２０４ 変倍ボタン
２０７ 撮像レンズ装置（カメラ）

Claims (7)

1. 光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に複数のレンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、
   物体側から順に配置される、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レンズ群とを含み、前記第１レンズ群及び第２レンズ群は、負レンズ及び正レンズを少なくとも１枚ずつ含む３枚以下のレンズでそれぞれ構成されていると共に、前記望遠端における前記第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は下記条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ０．０３＜Ｔ１２ｔ／ｆｗ＜０．２
   ただし、Ｔ１２ｔ：望遠端において、第１レンズ群の最も像面側のレンズ面と第２レンズ群の最も物体側のレンズ面との間隔
   ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
2. 下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
   ４．０＜（Ｔｗ・ｆｗ）／ｆｔ＜１０．０
   ただし、Ｔｗ：広角端での光学全長
   ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離
3. 前記第１レンズ群と第２レンズ群との間に光学絞り又はメカニカルシャッターが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の変倍光学系。
4. 前記第２レンズ群の像面側に、１又は複数のレンズ群が備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の変倍光学系。
5. 下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の変倍光学系。
   −０．３＜ｆｗ／ｆｂｇ＜０．６５
   ただし、ｆｂｇ：最も像面側のレンズ群の焦点距離
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の変倍光学系を備え、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成することを特徴とする撮像レンズ装置。
7. 請求項６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を含み、前記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実行する機能部とを含むことを特徴とするデジタル機器。

Images