JP2008233611A - 変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能で小型化された変倍光学系、及びこれを備えた撮像装置、デジタル機器を提供する。
【解決手段】変倍光学系１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１１〜１４を有する。広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群１１、第２レンズ群１２及び第３レンズ群１３が移動し、第２レンズ群１２の移動領域と第３レンズ群１３の移動領域とが一部重なり合っている。変倍光学系１は、第１レンズ群１１が含む負レンズ１１１の物体側面、像側面の曲率半径をｒ１、ｒ２、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３、変倍光学系１全系の広角端、望遠端における焦点距離をそれぞれｆｗ、ｆｔ、第２レンズ群１２の正メニスカスレンズ１２１及び正レンズ１２３の平均屈折率をｎｄ２ｐとするとき、次の３つの条件式を満たす。
０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．０
−０．９＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．４
１．６＜ｎｄ２ｐ
【選択図】図１

Description

本発明は、オプティカルユニット等に用いられる変倍光学系であって、特に変倍比が２倍〜５倍程度の変倍光学系、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するものである。

近年、デジタルカメラは急速に普及し、単にパーソナルコンピュータに画像を取り込むための手段にとどまらず、従来の銀塩カメラと同様に写真を残すための道具として広く用いられるようになりつつある。特に、変倍比が３倍程度のズーム比を備えたデジタルカメラは、そのコンパクト性と使い勝手の良さから広く普及している。それに伴い、より小型のズームレンズが要望されている（ここで言う小型とは、使用時の光学ユニットサイズと沈胴時の光学ユニットサイズとの両方を指す）。また、撮像素子の画素数は年々増加の傾向にあるため、更に高い光学性能を達成することが要求されている。また、カムコーダなどの主に動画を取り込む機器においても、静止画撮影機能やハイビジョンへの対応などを背景として、従来以上に高い光学性能が要求されるようになっている。

このような要求を満足できるズームレンズ系として、物体側から像側に向かって、「負・正・正」の光学的パワーを有するレンズ群を配列した３群ズームレンズが広く知られている（例えば特許文献１）。このようなレンズタイプでは、比較的小型で高い光学性能を有し、加えて、偏心による誤差感度も小さく製造容易であるなどの長所を有している。

また、物体側から順に、「負・正・負・正」の光学的パワーを有するレンズ群を配列した４群ズームレンズも知られている（例えば特許文献２）。このようなレンズタイプでは、変倍負担を第２レンズ群と第３レンズ群とに分担させつつ、変倍時に第２レンズ群及び第３レンズ群が移動する領域を重ね合わせることで、第２レンズ群の光学的パワーや第２レンズ群の移動量を強めることなく、光学系の小型化を達成できる利点がある。
特開２００５−３３１６４１号公報 特開２００５−５５４９６号公報

しかしながら、特許文献１のような変倍光学系では、変倍負担が第２レンズ群に集中することになる。従って、所望の変倍比を達成する為には、それに応じた第２レンズ群の移動距離を確保する、或いは移動距離をあまり大きくせずに第２レンズ群のパワーを強くする必要がある。前者では光学系の小型化の阻害要因となり、後者ではパワーを強くすることで諸収差の補正が困難となる。また、特許文献１の変倍光学系では、第１レンズとしてメニスカス形状のレンズが採用されており、第１レンズ群の光軸方向の厚みが大きく、沈胴時の光学ユニットサイズの小型化が困難である。

また、特許文献２で開示されている変倍光学系もまだ十分小型化されているとは言えない。さらに、特許文献２の変倍光学系では、非球面レンズが６枚も使用されており、製造誤差による光学性能の劣化が懸念される。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、高性能で小型化された変倍光学系、及びこれを備えた撮像装置、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）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。

本発明の一局面に係る変倍光学系は、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、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レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍において、少なくとも前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが移動し、且つ、前記第２レンズ群が移動する領域と前記第３レンズ群が移動する領域とには重複する部分が存在し、前記第１レンズ群は１枚の負レンズと１枚の正レンズとの２枚で構成され、前記第２レンズ群は２枚以上のレンズで構成され、前記第３レンズ群は１枚の負レンズで構成されてなり、下記（１）〜（３）の条件式を満たすことを特徴とする（請求項１）。
０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．０ ・・・（１）
−０．９＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．４ ・・・（２）
１．６＜ｎｄ２ｐ ・・・（３）
但し、ｒ１：第１レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径
ｒ２：第１レンズ群内の負レンズの像側面の曲率半径
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｎｄ２ｐ：第２レンズ群内の正レンズの平均屈折率

この構成によれば、物体側から順に「負正負正」の第１〜第４レンズ群が配置され、変倍時に少なくとも第２レンズ群と第３レンズ群とが移動される。これにより、変倍負担を第２レンズ群と第３レンズ群とに割り振ることができる。また、第２レンズ群の移動領域と第３レンズ群の移動領域とを重ね合わせているので、所望の変倍比を確保しつつ変倍光学系を小型化しやすくなる。

また、第１レンズ群が１枚の負レンズと１枚の正レンズとの２枚のレンズ、第２レンズ群が２枚以上のレンズ、第３レンズ群が１枚の負レンズで構成されている。第１レンズ群に負レンズと正レンズとの２枚のレンズを配置することで、コストや製造に懸念のある回折光学素子や低分散ガラスを用いることなく色収差を補正できる。第２レンズ群は光学系の収束作用の主な部分を担っている為、２枚以上のレンズを配置することで高い光学性能を達成することができる。第３レンズ群は、比較的軸上光線高さが低いこともあり１枚のレンズでも高い光学性能の達成は可能である。また、一般に第３レンズ群はフォーカス群であるため、レンズ１枚で構成することでフォーカスの高速化、駆動時の消費電力の削減、駆動用アクチュエータの小型化などに寄与することができる。

第１レンズ群の負レンズの形状につき、条件式（１）を満たすことで、高い光学性能を保持しつつ変倍光学系の小型化を達成することができる。条件式（１）の上限を上回ると、当該負レンズの形状が像側に凹面を向けたメニスカス形状になり、第１レンズ群の厚みが増大する。従って、沈胴時における光学ユニットサイズの小型化が困難となる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、当該負レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎ、当該面で発生する歪曲や像面湾曲の軸外収差が増大する。

また、第３レンズ群の光学的パワーにつき、条件式（２）を満たすことで、高い光学性能を保持しつつ光学系の小型化を達成することができる。第１レンズ群の負レンズの形状が条件式（１）で規定される範囲に入ると、当該負レンズで大きな負の歪曲を発生する。しかし、条件式（２）の下限を上回るように第３レンズ群の光学的パワーを設定することで、第３レンズ群で大きな正の歪曲を発生させ前記の負の歪曲を打ち消すことができるとともに、第３レンズ群に変倍負担を適切に担わせることができ、所望の変倍比を確保しつつ光学系の小型化を達成できる。第３レンズ群の光学的パワーが条件式（２）の下限を下回ると、このような効果を達成できず、また、条件式（２）の上限を上回ると、第３レンズ群の光学的パワーが強くなり過ぎ、第３レンズ群で発生する軸外収差を補正することが困難となる。

さらに、第２レンズ群内の正レンズの平均屈折率につき、条件式（３）を満たすことで、高い光学性能を確保することができる。条件式（３）の下限を下回ると、第２レンズ群内の正レンズの平均屈折率が小さ過ぎる為、第２レンズ群で必要な正のパワーを維持するためには当該正レンズの面の曲率を強くせねばならず、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。

上記構成において、下記（４）の条件式を満たすことが望ましい（請求項２）。
０．３＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．６ ・・・（４）
但し、β３ｔ：第３レンズ群の望遠端の近軸横倍率
β３ｗ：第３レンズ群の広角端の近軸横倍率

条件式（４）は、第３レンズ群の変倍負担を規定する式である。条件式（４）の下限を下回ると、第３レンズ群の変倍負担が小さくなり過ぎ、所望の変倍比を維持するためには第２レンズ群の変倍負担を増加させる必要があるため、第２レンズ群の光学的パワーが増大して収差補正が困難となる。若しくは、所望の変倍比を維持するために第２レンズ群及び第３レンズ群の移動量が増大し、変倍光学系の小型化が困難となる。逆に、条件式（４）の上限を上回ると、第３レンズ群の変倍負担が大きくなり過ぎて、全変倍域にわたって高い光学性能を確保することが困難となる。

上記いずれかの構成において、下記（５）の条件式を満たすことが望ましい（請求項３）。
０．４＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜０．８ ・・・（５）
但し、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離

条件式（５）は、高い光学性能を保ちつつ変倍光学系の小型化を達成する為の、第２レンズ群の光学的パワーの望ましい範囲を規定している。条件式（５）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過ぎ、変倍光学系の小型化には望ましいが第２レンズ群で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難となる。逆に、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くなりすぎ、収差補正上は望ましいが変倍光学系の小型化が困難となる。

上記いずれかの構成において、下記（６）の条件式を満たすことが望ましい（請求項４）。
１．７＜ｎｄ１ｎ ・・・（６）
但し、ｎｄ１ｎ：第１レンズ群内の負レンズの屈折率

第１レンズ群内の負レンズの屈折率が条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズ群に必要な負のパワーを維持する為に負レンズの面の曲率が強くなり、軸外収差の発生が増大する。また、負レンズの曲率半径が小さくなることで第１レンズ群の厚みが増大することから、変倍光学系の小型化の観点からも望ましくない。

上記いずれかの構成において、前記第２レンズ群は、物体側から順に正レンズ、負レンズが順次配置されていることが望ましい（請求項５）。

本発明の変倍光学系では、負の光学的パワーを有する第１レンズ群の発散作用により、第２レンズ群に入射する軸上光線高さは高くなる。そこで、第２レンズ群の最も物体側に正レンズを配置することで、像側に向かう以降の軸上光線高さを下げることができ、軸上収差の発生を抑えることができる。さらに、正レンズの像側に負レンズを配置することで、正レンズで発生する球面収差やコマ収差を打ち消すことができる。

上記いずれかの構成において、前記第２レンズ群の物体側に絞りを有し、前記第２レンズ群の最も像側の面は、光軸から離れるに従って正の光学的パワーが弱くなる面、或いは、光軸から離れるに従って負の光学的パワーが強くなる面とされていることが望ましい（請求項６）。

このように、第２レンズ群内で最も絞りから離れた面に上記のような非球面を配置することで、球面収差と非点収差を同時に補正することができる。

上記いずれかの構成において、前記第３レンズ群の負レンズが、プラスチック材料からなるレンズであることが望ましい（請求項７）。

第３レンズ群の負レンズをプラスチック材料からなるレンズとすることで、生産コストを低減することができる。また、第３レンズ群は軸上光線高さが比較的低く、面精度誤差や温度変化による収差変動の感度が比較的小さいので、プラスチックレンズを用いるには好適である。さらに、第３レンズ群は４成分の光学系では一般にフォーカス群となるが、レンズをプラスチック材料で構成し軽量化することにより、フォーカス駆動に必要な電力の削減やフォーカス駆動アクチュエータの小型化に寄与できる。

この場合、前記プラスチック材料からなるレンズが、プラスチック材料中に最大長が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が望ましい（請求項８）。

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。プラスチック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、母材となるプラスチック材料に最大長が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プラスチック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。

本発明の他の局面に係る撮像装置は、請求項１〜８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（請求項９）。この構成によれば、小型のデジタルカメラ等に搭載可能な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。

本発明のさらに他の局面に係るデジタル機器は、請求項９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（請求項１０）。この構成によれば、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。

本発明によれば、変倍域全域にわたって収差が良好に補正される高性能で小型化された変倍光学系、及びこれを備えた撮像装置、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。

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であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。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１７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第１レンズ群１１、第２レンズ群１２及び第３レンズ群１３が移動す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、物体側に凸の正メニスカスレンズ１２１及び物体側に凸の負メニスカスレンズ１２２の接合レンズと、両凸の正レンズ１２３とから構成され、第３レンズ群１３が両凹の負レンズ１３１のみで構成され、第４レンズ群１４が両凸の正レンズ１４１のみで構成されている例を示している。第２レンズ群１２の物体側には光学絞り１５（開口絞り）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１６を介して撮像素子１７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１７の受光面まで導かれ、撮像素子１７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」の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。

また、変倍光学系１は、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群１１、第２レンズ群１２及び第３レンズ群１３が移動する。これにより、変倍負担を第２レンズ群１２と第３レンズ群１３とに割り振ることができ、各レンズ群の変倍負担を相対的に軽減することができる。さらに、図１（ａ）〜（ｃ）を見比べて明らかな通り、第３レンズ群１３の望遠端の位置は第２レンズ群１２の広角端の位置を越えている。つまり、第２レンズ群１２の移動領域と第３レンズ群１３の移動領域とが一部重なり合っている。このため、所望の変倍比を確保しつつ光学系の小型化を図り易い構成とされている。

また、第１レンズ群１１が１枚の負レンズと１枚の正レンズ（負レンズ１１１と正メニスカスレンズ１１２）との２枚のレンズ、第２レンズ群１２が２枚以上のレンズ（正メニスカスレンズ１２１、負メニスカスレンズ１２２及び正レンズ１２３）、第３レンズ群１３が１枚の負レンズ（負レンズ１３１）のみで構成されている。第１レンズ群１１に負レンズと正レンズとの２枚のレンズを配置することで、コストや製造に懸念のある回折光学素子や低分散ガラスを用いることなく色収差を補正できる。第２レンズ群１２は光学系の収束作用の主な部分を担っている為、２枚以上のレンズを配置することで高い光学性能を達成することができる。第３レンズ群は、比較的軸上光線高さが低いこともあり１枚のレンズでも高い光学性能の達成は可能である。また、一般に第３レンズ群はフォーカス群であるため、レンズ１枚で構成することでフォーカスの高速化、駆動時の消費電力の削減、駆動用アクチュエータの小型化などに寄与することができる。

第２レンズ群１２は、図１に示すように、物体側から順に正メニスカスレンズ１２１、負メニスカスレンズ１２２が順次配置されていることが望ましい。この変倍光学系１では、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１の発散作用により、第２レンズ群１２に入射する軸上光線高さは高くなる。そこで、第２レンズ群１２の最も物体側に正レンズ（正メニスカスレンズ１２１）を配置することで、像側に向かう以降の軸上光線高さを下げることができ、軸上収差の発生を抑えることができる。さらに、正メニスカスレンズ１２１の像側に負メニスカスレンズ１２２を配置することで、正メニスカスレンズ１２１で発生する球面収差やコマ収差を打ち消すことができる。

また、第２レンズ群１２の最も像側の面である正レンズ１２３の像側の面は、光軸ＡＸから離れるに従って正の光学的パワーが弱くなる面、或いは、光軸ＡＸから離れるに従って負の光学的パワーが強くなる面とされていることが望ましい。このように、第２レンズ群１２内において最も絞りから離れた面である正レンズ１２３の像側面に非球面を配置することで、球面収差と非点収差を同時に補正することができる。なお、正レンズ１２３の像側面に限らず、他のレンズ面も非球面としても良い。特に、空気と面している全てのレンズ面を非球面とすることで、変倍光学系１の超コンパクト化と高画質化の両立を図ることができる。

このような変倍光学系１において、第１レンズ群１１が含む負レンズ１１１の物体側面の曲率半径をｒ１、負レンズ１１１の像側面の曲率半径をｒ２とするとき、下記（１）の条件式を満たすものとされる。
０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．０ ・・・（１）

負レンズ１１１の形状につき、条件式（１）を満たすことで、高い光学性能を保持しつつ変倍光学系１の小型化を達成することができる。条件式（１）の上限を上回ると、負レンズ１１１の形状が像側に凹面を向けたメニスカス形状になり、第１レンズ群１１の厚み（本実施形態では負レンズ１１１の物体側面頂点〜正メニスカスレンズ１１２のレンズ周縁の厚み）が増大する。従って、沈胴時における光学ユニットサイズの小型化が困難となる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、負レンズ１１１の物体側面の曲率半径が小さくなりすぎ、当該面で発生する歪曲や像面湾曲の軸外収差が増大する。なお、このような利点をより顕在化させるためには、下記（１）’の条件式を満たすことが望ましい。
０．５＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜０．９５ ・・・（１）’

また、第３レンズ群１３の光学的パワーにつき、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３、変倍光学系１全系の広角端、望遠端における焦点距離をそれぞれｆｗ、ｆｔとするとき、下記（２）の条件式を満たすものとされる。
−０．９＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．４ ・・・（２）

条件式（２）を満たすことで、高い光学性能を保持しつつ変倍光学系１の小型化を達成することができる。第１レンズ群１１の負レンズ１１１の形状が条件式（１）で規定される範囲に入ると、負レンズ１１１で大きな負の歪曲を発生する。しかし、条件式（２）の下限を上回るように第３レンズ群１３の光学的パワーを設定することで、第３レンズ群１３で大きな正の歪曲を発生させ前記の負の歪曲を打ち消すことができるとともに、第３レンズ群１３に変倍負担を適切に担わせることができ、所望の変倍比を確保しつつ光学系の小型化を達成できる。第３レンズ群１３の光学的パワーが条件式（２）の下限を下回ると、このような効果を達成できず、また、条件式（２）の上限を上回ると、第３レンズ群１３の光学的パワーが強くなり過ぎ、第３レンズ群１３で発生する軸外収差を補正することが困難となる。なお、このような利点をより顕在化させるためには、下記（２）’の条件式を満たすことが望ましい。
−０．７５＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．５ ・・・（２）’

さらに、第２レンズ群１２内の正レンズの平均屈折率につき、第２レンズ群１２の正メニスカスレンズ１２１及び正レンズ１２３の平均屈折率をｎｄ２ｐとするとき、下記（３）の条件式を満たすものとされる。
１．６＜ｎｄ２ｐ ・・・（３）

条件式（３）を満たすことで、変倍光学系１は高い光学性能を確保することができる。条件式（３）の下限を下回ると、正メニスカスレンズ１２１及び正レンズ１２３の平均屈折率が小さ過ぎる為、第２レンズ群１２で必要な正のパワーを維持するためには正メニスカスレンズ１２１及び正レンズ１２３の面の曲率を強くせねばならず、球面収差やコマ収差の補正が困難となる。

第３レンズ群１３の変倍負担に関し、第３レンズ群１３の望遠端の近軸横倍率をβ３ｔ、広角端の近軸横倍率をβ３ｗとするとき、下記（４）の条件式を満たすことが望ましい。
０．３＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．６ ・・・（４）

条件式（４）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の変倍負担が小さくなり過ぎ、所望の変倍比を維持するためには第２レンズ群１２の変倍負担を増加させる必要があるため、第２レンズ群１２の光学的パワーが増大して収差補正が困難となる。若しくは、所望の変倍比を維持するために第２レンズ群１２及び第３レンズ群１３の移動量が増大し、変倍光学系１の小型化が困難となる。逆に、条件式（４）の上限を上回ると、第３レンズ群１３の変倍負担が大きくなり過ぎて、全変倍域にわたって高い光学性能を確保することが困難となる。

第２レンズ群１２の光学的パワーに関し、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、下記（５）の条件式を満たすことが望ましい。
０．４＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜０．８ ・・・（５）

条件式（５）を満たすことで、第２レンズ群１２の光学的パワーが適正化され、高い光学性能を保ちつつ変倍光学系１の小型化を達成することができる。条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の光学的パワーが強くなり過ぎ、変倍光学系１の小型化には望ましいが第２レンズ群１２で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難となる。逆に、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くなりすぎ、収差補正上は望ましいが変倍光学系１の小型化が困難となる。なお、このような利点をより顕在化させるためには、下記（５）’の条件式を満たすことが望ましい。
０．５＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜０．７ ・・・（５）’

第１レンズ群内の負レンズの屈折率に関し、負レンズ１１１の屈折率をｎｄ１ｎとするとき、下記（６）の条件式を満たすことが望ましい。
１．７＜ｎｄ１ｎ ・・・（６）

条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズ群１１に必要な負のパワーを維持する為に負レンズ１１１の面の曲率が強くなり、軸外収差の発生が増大する。また、負レンズ１１１の曲率半径が小さくなることで第１レンズ群１１の厚みが増大することから、変倍光学系１の小型化の観点からも望ましくない。

本発明において、光学絞り１５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の物体側に光学絞り１５を配置し、さらに第２レンズ群１２と光学絞り１５とが変倍時に一体移動することが望ましい。この構成によれば、光学絞り１５が最も移動量の大きい第２レンズ群１２と共に移動するので、第２レンズ群１２の実効的なレンズ外径の増大が抑制される。

次に、変倍光学系１の構成材料について説明する。第１〜第４レンズ群１１〜１４に含まれるレンズの材料としては特に限定はなく、各種ガラス材料や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。この中で、第３レンズ群１３の負レンズ１３１として、プラスチック材料からなるレンズを採用することは、好ましい態様の一つである。

負レンズ１３１をプラスチック材料からなるレンズとすることで、生産コストを低減することができる。また、第３レンズ群１３は軸上光線高さが比較的低く、面精度誤差や温度変化による収差変動の感度が比較的小さいので、プラスチックレンズを用いるには好適である。さらに、第３レンズ群１３は４成分の光学系では一般にフォーカス群となるが、レンズをプラスチック材料で構成し軽量化することにより、フォーカス駆動に必要な電力の削減やフォーカス駆動アクチュエータの小型化に寄与できる。

このプラスチック材料製レンズとしては、プラスチック材料中に最大長が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。このようなプラスチック材料製レンズを用いることで、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（７）式にて表すことができる。

プラスチック材料の場合は、一般に（１０）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（１０）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。

また、変倍光学系１は、光学絞り１５の代わりに、撮像素子１７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１７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。

ローパスフィルタ１６は、撮像素子１７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１６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１６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１６に代えて、撮像素子１７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１６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。

撮像素子１７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１７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。

＜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、デジタルカメラ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）はデジタルカメラ２の正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、及び（ｄ）は背面図をそれぞれ示している。カメラボディ２００の正面側には撮像レンズ装置２１が設けられている。上記変倍光学系１は、この撮像レンズ装置２１に内蔵されている。また背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示モニタ２２と、電子ビューファインダ２３とが設けられている。さらに上面側には、撮影を指示するためのシャッターボタン２４と、再生モード（ＰＬＡＹモード）と記録モード（ＲＥＣモード）との切り換えを行うための撮影モード切り換えスイッチ２５が設けられている。

また、カメラボディ２００の背面側には、電源ＯＮ／ＯＦＦと、電子ビューファインダ２３とモニタ２２との表示切換スイッチとを兼ねたスライドスイッチからなるメインスイッチ２６が設けられている。このメインスイッチ２６の右側方には、再生モード時において記録画像をコマ送りするスイッチ、及び撮像レンズ装置２１のズームスイッチとしての機能を果たすプッシュスイッチ群２７が配置されている。なお、図中の「Ｔ」の印字は望遠を表し、「Ｗ」の印字は広角を表す。

図３は、上記デジタルカメラ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。このデジタルカメラ２は、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を備えて構成されている。

撮像部３０は、撮像レンズ装置２１と撮像素子１７とを備えて構成される。撮像レンズ装置２１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１７の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。

撮像素子１７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１７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１７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１７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、撮像レンズ装置２１及び撮像素子１７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デジタルカメラ２の動作の一例として、静止画の撮像動作について説明する。まず制御部３５は、撮像レンズ装置２１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１７の受光面に結像され、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、モニタ２２で被写体画像として表示される。この状態でシャッターボタン２４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、変倍ボタンとしてのプッシュスイッチ群２７の「Ｔ」を押下すると、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、プッシュスイッチ群２７の「Ｗ」を押下すると、制御部３５は広角方向へのレンズ駆動を実行させる。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、主被写体がそのモニタ２２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２４を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。

＜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に示したようなデジタルカメラ２に搭載される撮像レンズ装置２１に含まれる変倍光学系１の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。

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の光路図において、（ａ）は広角端（Ｗ）、（ｂ）は中間点（Ｍ）、及び（ｃ）は望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置をそれぞれ示している。これは、以下に示す図５、図６の光路図でも同様である。実施例１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）、及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）から構成されている。

詳しくは実施例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、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）とから成る。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）及び物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）の接合レンズと、両凸の正レンズ（第５レンズＬ５）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、両凹の負レンズ（第６レンズＬ６）１枚で構成されている。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（第７レンズＬ７）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（実施例２、３でも同じ）。

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６）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デジタルカメラや携帯電話機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４に示すように、この実施例１では、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時可動とされ、第４レンズ群（Ｇｒ４）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）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体に近付く方向に直線的に移動される。さらに、図４（ａ）〜（ｃ）の移動状況から明らかな通り、第３レンズ群（Ｇｒ３）の望遠端（Ｔ）の位置は第２レンズ群（Ｇｒ２）の広角端（Ｗ）の位置を越えている。つまり、第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動領域と第３レンズ群（Ｇｒ３）の移動領域とが一部重なり合っている。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。

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１、表２に示す。この変倍光学系１Ａでは、第５、６、７レンズ（Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７）が両面非球面レンズとされている。また、第１〜第５レンズ（Ｌ１〜Ｌ５）がガラスレンズとされ、第６、第７レンズ（Ｌ６、Ｌ７）がプラスチックレンズとされている。さらに、上述した条件式（１）〜（６）を、実施例１の変倍光学系１Ａに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１３に示す。

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。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（１１）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：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数

上記（８）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（表１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。

また、実施例１の変倍光学系１Ａにおける各種データ、ズームレンズ群データを表３及び表４にそれぞれ示す。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１の変倍光学系１Ａの球面収差（正弦条件）、非点収差、及び歪曲収差を、図７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、実線ｄで黄色（波長５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線ｇで青色（波長４３５．８４ｎｍ）の球面収差を表し、破線ＳＣで正弦条件の不満足量をそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、破線ＤＭはタンジェンシャル（メリディオナル）面、実線ＤＳはサジタル（ラディアル）面における結果をそれぞれ表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（波長５８７．５６ｎｍ）を用いた場合の結果である。

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、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ３）及び物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ４）の接合レンズと、両凸の正レンズ（Ｌ５）とから成る。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ６）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ７）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）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体に近付く方向に直線的に移動される。第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動領域と第３レンズ群（Ｇｒ３）の移動領域とは、一部重なり合っている。一方、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５及び表６に示す。これらの表及び図５に示すように、この変倍光学系１Ｂでは、第５、６、７レンズ（Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７）が両面非球面レンズとされている。また、第１〜第５レンズ（Ｌ１〜Ｌ５）がガラスレンズとされ、第６、第７レンズ（Ｌ６、Ｌ７）がプラスチックレンズとされている。

また、変倍光学系１Ｂにおける各種データ、ズームレンズ群データを表７及び表８にそれぞれ示す。さらに、上述した条件式（１）〜（６）を、変倍光学系１Ｂに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１３に示す。また、実施例２の変倍光学系１Ｂの球面収差（正弦条件）、非点収差、及び歪曲収差を、図８の左側から順に示す。

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、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）との接合レンズからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）及び像側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ４）の接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）とから成る。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ６）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ７）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、中間点まで像側に近付く方向に直線的に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体に近付く方向に直線的に移動される。第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動領域と第３レンズ群（Ｇｒ３）の移動領域とは、一部重なり合っている。一方、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９及び表１０に示す。これらの表及び図６に示すように、この変倍光学系１Ｃでは、第５、６、７レンズ（Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７）が両面非球面レンズとされている。また、第１〜第５レンズ（Ｌ１〜Ｌ５）がガラスレンズとされ、第６、第７レンズ（Ｌ６、Ｌ７）がプラスチックレンズとされている。

また、変倍光学系１Ｃにおける各種データ、ズームレンズ群データを表１１及び表１２にそれぞれ示す。さらに、上述した条件式（１）〜（６）を、変倍光学系１Ｃに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１３に示す。また、実施例３の変倍光学系１Ｃの球面収差（正弦条件）、非点収差、及び歪曲収差を、図９の左側から順に示す。

以上説明したように、上記実施例１〜３に係る変倍光学系１Ａ〜１Ｃによれば、本発明に係る要件を満足している結果、φ７．２ｍｍの像円径において、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、球面収差が７０μｍ以内、像面湾曲が５０μｍ以内、光学歪曲が５．５％以内と優れた光学特性を有している。また、レンズ全長も最大で２７．５ｍｍであり、十分な小型化を達成している。

本発明に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 本発明に係る変倍光学系を搭載したデジタルカメラの外観構成図であって、（ａ）はデジタルカメラの正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図、及び（ｄ）は背面図をそれぞれ示している。 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デジタルカメラの機能構成を示す機能ブロック図である。 実施例１に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例２に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 実施例３に係る変倍光学系の光路図を示す断面図であって、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（ｃ）は望遠端の光路図をそれぞれ示している。 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。

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｃ 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、ＦＴ ローパスフィルタ
１７、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２ デジタルカメラ（デジタル機器）
２１ 撮像レンズ装置

Claims (10)

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レンズ群とを含み、
   広角端から望遠端への変倍において、少なくとも前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とが移動し、且つ、前記第２レンズ群が移動する領域と前記第３レンズ群が移動する領域とには重複する部分が存在し、
   前記第１レンズ群は１枚の負レンズと１枚の正レンズとの２枚で構成され、前記第２レンズ群は２枚以上のレンズで構成され、前記第３レンズ群は１枚の負レンズで構成されてなり、
   下記（１）〜（３）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１．０ ・・・（１）
   −０．９＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−０．４ ・・・（２）
   １．６＜ｎｄ２ｐ ・・・（３）
   但し、ｒ１：第１レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径
   ｒ２：第１レンズ群内の負レンズの像側面の曲率半径
   ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
   ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
   ｎｄ２ｐ：第２レンズ群内の正レンズの平均屈折率
2. 下記（４）の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。
   ０．３＜（β３ｔ／β３ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜０．６ ・・・（４）
   但し、β３ｔ：第３レンズ群の望遠端の近軸横倍率
   β３ｗ：第３レンズ群の広角端の近軸横倍率
3. 下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍光学系。
   ０．４＜ｆ２／√（ｆｗ×ｆｔ）＜０．８ ・・・（５）
   但し、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
4. 下記（６）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。
   １．７＜ｎｄ１ｎ ・・・（６）
   但し、ｎｄ１ｎ：第１レンズ群内の負レンズの屈折率
5. 前記第２レンズ群は、物体側から順に正レンズ、負レンズが順次配置されていることを特徴とする請求項１〜４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絞りを有し、
   前記第２レンズ群の最も像側の面は、光軸から離れるに従って正の光学的パワーが弱くなる面、或いは、光軸から離れるに従って負の光学的パワーが強くなる面とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の変倍光学系。
7. 前記第３レンズ群の負レンズが、プラスチック材料からなるレンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の変倍光学系。
8. 前記プラスチック材料からなるレンズが、プラスチック材料中に最大長が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項７に記載の変倍光学系。
9. 請求項１〜８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。
10. 請求項９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。

Images