JP2008310035A

JP2008310035A - 変倍光学系、撮像装置およびデジタル機器

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Publication number: JP2008310035A
Application number: JP2007157703A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakatani; 通中谷; Yasushi Yamamoto; 康山本
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【課題】本発明は、従来と同程度以上の大口径比、光学性能及びコンパクト性を確保しつつ、非球面形状の必要精度を低く抑え得る変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器を提供する。
【解決手段】本発明の変倍光学系は、物体側より順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１と絞り１３と正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２とを備え、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２とは、互いの間隔を狭くするよう移動し、絞り１３は、固定されており、第２レンズ群１２は、物体側より順に、第１正レンズ１２１と第２負レンズ１２２と第３正レンズ１２３と少なくとも１面の非球面を有する第４レンズ１２４とを備え、変倍比Ｚ、広角端のＦナンバーＦｎｗ、望遠端の全系の焦点距離ｆｔおよび第４レンズ１２４の焦点距離ｆＬ２４は、０．６＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２)＜４．０、−０．４＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．４の各条件を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に好適に用いられる変倍光学系に関し、特に監視カメラに好適な、小型で広角な変倍光学系、それを備えた撮像装置、およびその撮像装置を搭載したデジタル機器に関する。

近年、監視カメラの需要が増えてきている。監視カメラ用の変倍光学系としては、低照度の環境でも使用できるように大口径比で明るいことが望まれ、また、広い範囲を撮影できるように広角であることが求められている。その一方、コンパクト化や低コスト化も望まれている。また、近年、撮像素子の画素数は、年々増加する傾向にあり、さらに高い光学性能が要求されるようになってきている。

このような変倍光学系の例としては、例えば、下記特許文献１および特許文献２に記載されたものがある。これらは、物体側から、負の第１レンズ群、変倍時に固定の絞り、正の第２レンズ群が配列された２群構成の変倍光学系である。このような負のレンズ群が先行する構成は、広角化に適しており、バックフォーカスの確保も比較的容易という特徴がある。また、絞りを移動群から独立させて固定することによって、変倍およびフォーカスの機構を簡単にすることができるとともに、ワイド端におけるＦナンバーを小さく(大口径に)しても、絞り径を比較的小さくすることができる。
特開２００２−２７７７３７号公報特開２００６−２５１４３７号公報

しかし、このような構成では、第２レンズ群への光線の入射高さ（軸上光束のマージナル光線の通過高さ）が高くなり、第２レンズ群において大きな収差が発生しやすい。そのため、従来は、第２レンズ群の構成が球面レンズのみとされた場合には、構成枚数が多くなり、第２レンズ群の全厚が大きい（長い）もの(特許文献１)であった。一方、第２レンズ群に非球面を用いてコンパクト化を達成したものもあるが、非球面の必要精度が高く、コストが高いものであった(特許文献２)。

本発明は、上記事情に鑑みなされた発明であり、その目的は、従来と同程度以上の大口径比、光学性能およびコンパクト性を確保しつつ、非球面形状の必要精度を低く抑えることができる変倍光学系、これを備えた撮像装置およびデジタル機器を提供することである。

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、撮像装置およ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。

本発明の一態様に係る変倍光学系は、物体側より像側へ順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、絞りと、正の光学的パワーを有する第２レンズ群とを備え、広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とは、互いの間隔を狭くするよう移動し、前記絞りは、固定されており、前記第２レンズ群は、物体側より順に、第１正レンズと、第２負レンズと、第３正レンズと、少なくとも１面の非球面を有する第４レンズとを備えて構成されてなり、下記（１）および（２）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．６＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２) ＜４．０・・・（１）
−０．４＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．４・・・（２）
ただし、
Ｚ：変倍比（望遠端焦点距離を広角端焦点距離で割った値）
Ｆｎｗ：広角端におけるＦナンバー
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｆＬ２４：第２レンズ群の第４レンズの焦点距離

この構成において、第２レンズ群が物体側より順に、第１正レンズと、第２負レンズと、第３正レンズと、少なくとも１面の非球面を有する第４レンズとを備えることにより、第１正レンズおよび第３正レンズで発生する球面収差、軸上色収差を第２負レンズで効果的に打ち消すことが可能となる。また、第４レンズに非球面が設けられることにより、第１正レンズ、第２負レンズ、第３正レンズで補正しきれなかった非点収差の補正が可能となる。したがって、第４レンズの光学的パワーが弱くても良好に収差補正が可能となり、大口径比および高い光学性能の達成が可能となるとともに、前記条件式（２）を満たすように第４レンズの光学的パワーが設定可能となる。

また、変倍光学系は、下記（２’）の条件式を満たすことがより好ましい。
−０．３＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．３・・・（２’）

また、第４レンズは、最も像側に配置されており、軸上光束のマージナル光線の通過高さが第２レンズ群中もっとも低い（光束幅が小さい）。第４レンズの光学的パワーを弱く（条件式（２））、光束幅が小さいことにより、第４レンズに設けた非球面形状の誤差感度を弱くすることが可能となり、必要な精度を低くすることが可能となる。このため、製造コストを低廉にすることが可能となる。

前記条件式（１）の下限を下回ると、充分なズーム比および明るさを確保することができずに好ましくない。前記条件式（１）の上限を上回ると、大口径比およびコンパクトを保ちながら、収差（特に球面収差）を良好に補正することが困難となる。

また、変倍光学系は、下記（１’）の条件式を満たすことがより好ましい。
０．８＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２) ＜３．０・・・（１’）

そして、この上記構成の変倍光学系において、下記（３）の条件式を満足することが望ましい。
２．８＜ｆ２／ｆｗ＜６．０・・・（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離

この構成において、前記条件式（３）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、第２レンズ群での球面収差の発生が大きくなって好ましくない。前記条件式（３）の上限を上回ると、全長が大きくなり過ぎて好ましくない。

また、変倍光学系は、下記（３’）の条件を満たすことがより好ましい。
３．０＜ｆ２／ｆｗ＜４．５・・・（３’）

そして、これら上記構成の変倍光学系において、前記第２レンズ群の前記第４レンズがプラスチックレンズであることが望ましい。

この構成において、第４レンズがプラスチックレンズとされることにより、ガラスモールド非球面レンズや、研削非球面ガラスレンズや、複合型非球面レンズ（球面ガラスレンズ上に非球面形状の樹脂を形成したもの）に比べ、格段にコストが低廉となって好ましい。また、プラスチックレンズは、ガラスレンズよりも軽量であるため、好ましい。プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べ、温度変化による屈折率変化および体積変化が大きく、結像性能の劣化（結像面位置の変化および収差変化）が生じやすいが、前述のとおり、本発明の構成とすることにより、第４レンズの光学的パワーが抑えられ、非球面形状の誤差感度が低くできるので、温度変化による結像性能の劣化を充分に小さく抑えることが可能である。

そして、これら上記構成の変倍光学系において、前記第２レンズ群の前記第１正レンズと前記第２負レンズとは、互いに接合された接合レンズであることが望ましい。

この構成において、負正の２群ズームの構成では、第２レンズ群への光線の入射高さ（軸上光束のマージナル光線の通過高さ）が高くなるが、特に第２レンズ群の先頭の、第１正レンズと第２負レンズへの光線の入射高さが高くなり、誤差感度が高くなりやすい。特に第１正レンズと第２負レンズの相対偏心感度が高くなりがちであるが、それらを互いに接合された接合レンズとすることにより、相対偏心による収差劣化（特に軸上コマ収差）が抑えられ、好ましい。また、第１正レンズと第２負レンズとの間隔の誤差感度（特に球面収差の感度）も接合レンズとすることにより、下げることができて好ましい。

そして、本発明の他の一態様に係る撮像装置は、これら上記構成のいずれかの変倍光学系と、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物体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。

そして、本発明の他の一態様に係るデジタル機器は、上記構成の撮像装置と、前記撮像装置に被写体の静止画撮影およ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備え、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前記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。

本発明によれば、従来と同程度以上の大口径比、光学性能、コンパクト性を確保しつつ、非球面形状の必要精度を低く抑えることができる変倍光学系、撮像装置およびデジタル機器の提供が可能となる。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
＜変倍光学系の構成の説明＞
図１は、実施形態における変倍光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。

図１において、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１５の受光面（像面）上に、物体（被写体）の光学像を形成するものであって、物体側より像側へ順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１と、絞り１３と、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２とを備え、広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群１１と前記第２レンズ群１２とが互いの間隔が狭くなるよう移動し、前記絞り１３が前記第１レンズ群１１と前記第２レンズ群１２との間に固定されて配設されて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３）と同じ構成である。

図１では、第１レンズ群１１は、物体側より順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（像側へ凹面を向けた負レンズ）１１１と、両凹の負レンズ１１２と、物体側に凸の正メニスカスレンズ１１３とから構成され、負レンズ１１２と正レンズ１１３とは固定的に一体化された接合レンズであり、第２レンズ群１２は、物体側より順に、両凸の正レンズ１２１と、両凹の負レンズ１２２と、物体側に凸の正メニスカスレンズ１２３と、少なくとも１面の非球面を有する像側に凸の正メニスカスレンズ１２４とから構成され、正レンズ１２１と負レンズ１２２とは固定的に一体化された接合レンズである例を示している。第２レンズ群１２の物体側には、光学絞り１３（開口絞り）が固定されて配置されている。この変倍光学系１は、物体側から順に「負・正」の２成分を有する、いわゆる負リードの光学系である。

なお、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。

第１レンズ群１１は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ１１１と、負レンズ１１２と正レンズ１１３とからなる接合レンズとから構成されている。このため、大きな負の光学的パワーを、光束が比較的小さい（光線の入射高さが低い）ところに配置でき収差（特に球面収差とコマ収差）の発生を抑えることが可能となる。また、大きな負の光学的パワーを負メニスカスレンズ１１１および負レンズ１１２に分担させることでも収差の発生を抑えることが可能となる。第１レンズ群１１は、第２レンズ群１２に比べると光束が比較的小さく（光線の入射高さが低く）、誤差感度は、比較的小さいが、第１レンズ群１１内では、比較的光束が大きくなる負レンズ１１２と正レンズ１１３とを、互いに接合された接合レンズとすることにより、相対偏心による収差劣化（特に軸上コマ収差）を抑えることが可能となる。また、負レンズ１１２と正レンズ１１３との間隔の誤差感度（特に球面収差の感度）も接合レンズとすることにより、低減することが可能となる。

そして、変倍光学系１は、望遠端（ｔ）の焦点距離を広角端（ｗ）の焦点距離で割った値である変倍比をＺ、広角端におけるＦナンバーをＦｎｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、および、第２レンズ群１２のレンズ１２４の焦点距離をｆＬ２４とする場合に、下記（１）および（２）の条件式を満たすものとされる。
０．６＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２) ＜４．０・・・（１）
−０．４＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．４・・・（２）

このような構成の変倍光学系１では、第２レンズ群１２が物体側より順に、正レンズ１２１と、負レンズ１２２と、正レンズ１２３とを備えることにより、正レンズ１２１および正レンズ１２３で発生する球面収差および軸上色収差が負レンズ１２２で効果的に打ち消すことが可能となる。また、第２レンズ群１２の正レンズ１２３の像側に、少なくとも１面の非球面を有するレンズ１２４がさらに設けられることにより、正レンズ１２１、負レンズ１２２および正レンズ１２３で補正しきれなかった非点収差の補正が可能となる。

したがって、レンズ１２４の光学的パワーが弱くても良好に収差補正が可能となり、大口径比および高い光学性能の達成が可能となるとともに、前記条件式（２）を満たすようにレンズ１２４の光学的パワーが設定可能となる。

また、第２レンズ群１２のレンズ１２４は、最も像側に配置されており、軸上光束のマージナル光線の通過高さが第２レンズ群１２中もっとも低い（光束幅が小さい）。このレンズ１２４の光学的パワーが弱く（条件式（２））、そして、光束幅が小さいことにより、レンズ１２４に設けた非球面形状の誤差感度を弱くすることが可能となり、必要な精度を低くすることが可能となる。このため、製造コストを低廉にすることが可能となる。

前記条件式（２）の下限を下回り、レンズ１２４の負のパワーが強くなる、または、条件式（２）の上限を上回り、レンズ１２４の正のパワーが強くなると、レンズ１２４に設けた非球面形状の誤差感度が強くなり、好ましくない。また、より非球面形状の誤差感度を弱くする観点から、変倍光学系１は、下記条件式（２’）を満たすことがより好ましい。
−０．３＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．３・・・（２’）

そして、前記条件式（１）の下限を下回ると、充分なズーム比と明るさとを確保することができずに好ましくない。前記条件式（１）の上限を上回ると、大口径比、コンパクトを保ちながら、収差（特に球面収差）を良好に補正することが困難となる。また、より充分なズーム比と明るさとを確保しつつ、大口径比、コンパクトを保ちながら収差をより良好に補正する観点から、変倍光学系１は、下記条件式（１’）を満たすことがより好ましい。
０．８＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２) ＜３．０・・・（１’）

また、絞り１３は、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間に固定されて配設されているので、第２レンズ群１２を移動させ変倍し、第１レンズ群１１を移動させフォーカスする機構をそれぞれ独立に構成でき、変倍、フォーカスの機構を簡単にすることができる。

このような変倍光学系１の像側には、フィルタ１４、撮像素子１５が配置される。フィルタ１４は、平行平板状の光学素子であり、各種光学フィルタや、撮像素子のカバーガラス等を模式的に表したものである。使用用途、撮像素子、カメラの構成等に応じて、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを適宜に配置することが可能である。撮像素子１５は、この変倍光学系１によって結像された被写体の光学像における光量に応じてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路（不図示）へ出力する素子である。これらによって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１５の受光面まで導かれ、撮像素子１５によって前記被写体の光学像が撮像される。

また、このような構成の変倍光学系１において、第２レンズ群１２における球面収差やその全長の点から、第２レンズ群１２の焦点距離をｆ２および広角端における全系の焦点距離をｆｗとする場合に、下記（３）の条件式を満足することが望ましい。
２．８＜ｆ２／ｆｗ＜６．０・・・（３）

前記条件式（３）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、第２レンズ群１２での球面収差の発生が大きくなって好ましくない。前記条件式（３）の上限を上回ると、全長が大きくなり過ぎて好ましくない。また、第２レンズ群における球面収差の発生を低減しつつ、全長をより短くする観点から、変倍光学系１は、下記条件式（３’）を満たすことがより一層好ましい。
３．０＜ｆ２／ｆｗ＜４．５・・・（３’）

また、このような構成の変倍光学系１において、第２レンズ群１２のレンズ１２４は、ガラスレンズでも良いが、プラスチックレンズであることが望ましい。

レンズ１２４がプラスチックレンズとされることにより、ガラスモールド非球面レンズや、研削非球面ガラスレンズや、複合型非球面レンズ（球面ガラスレンズ上に非球面形状の樹脂を形成したもの）に比べ、格段にコストが低廉となって好ましい。また、プラスチックレンズは、ガラスレンズよりも軽量であるため、好ましい。

プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べ、温度変化による屈折率変化および体積変化が大きく、結像性能の劣化（結像面位置の変化および収差変化）が生じやすいが、上述したように、本実施形態の構成とすることにより、第２レンズ群１２におけるレンズ１２４の光学的パワーが抑えられ、非球面形状の誤差感度が低くできるので、温度変化による結像性能の劣化を充分に小さく抑えることが可能である。

また、このような構成の変倍光学系１において、第２レンズ群１２における正レンズ１２１と負レンズ１２２とは、離間していても良いが、互いに接合された接合レンズであることが望ましい。

負正の２群ズームの構成では、第２レンズ群１２への光線の入射高さ（軸上光束のマージナル光線の通過高さ）が高くなるが、特に第２レンズ群１２の先頭の、正レンズ１２１と負レンズ１２２への光線の入射高さが高くなり、誤差感度が高くなりやすい。また、特に正レンズ１２１と負レンズ１２２の相対偏心感度が高くなりがちである。このため、それらを互いに接合された接合レンズとすることにより、相対偏心による収差劣化（特に軸上コマ収差）が抑えられ、上記構成が望ましい。また、正レンズ１２１と負レンズ１２２との間隔の誤差感度（特に球面収差の感度）も接合レンズとすることにより、下げることができ、上記構成が望ましい。

また、このような構成の変倍光学系１において、ｆ１を第１レンズ群１１の焦点距離とする場合に、下記（４）の条件式を満足することが望ましい。
−１．０５＜ｆ１／ｆ２＜ −０．６（４）

前記条件式（４）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、第２レンズ群１２における球面収差が大きくなって好ましくない。前記条件式（４）の上限を上回ると、第１レンズ群１１の負の光学的パワーが強くなり過ぎ、広角端での歪曲収差が大きくなって好ましくない。また、第２レンズ群１２における球面収差の発生をより低減しつつ、第１レンズ群１１における広角端での歪曲収差の発生をより低減する観点から、変倍光学系１は、下記条件式（４’）を満たすことがより好ましい。
−０．９５＜ｆ１／ｆ２＜ −０．７・・・（４’）

また、このような構成の変倍光学系１において、第２レンズ群１２における正レンズ１２１の焦点距離をｆＬ２１、および、望遠端でのバックフォーカス（空気換算長）をＢＦｔとする場合に、下記（５）の条件式を満足することが望ましい。
０．４＜ｆＬ２１／ＢＦｔ＜１．４・・・（５）

前記条件式（５）の下限を下回ると、正レンズ１２１の光学的パワーが大きくなりすぎ、球面収差が大きくなって好ましくない。また、正レンズ１２１の曲率誤差や芯厚誤差に対する球面収差感度が高くなり過ぎて好ましくない。前記条件式（５）の上限を上回ると、正レンズ１２１の光学的パワーが小さくなり過ぎ、負レンズ１２２以降への光線の入射高さが高くなり、負レンズ１２２以降における球面収差の発生が大きくなって好ましくない。また、レンズ径も増大して好ましくない。また、正レンズ１２１における球面収差や球面収差感度をより低減しつつ、負レンズ１２２以降における球面収差の発生をより低減する観点から、変倍光学系１は、下記条件式（５’）を満たすことがより好ましい。
０．５＜ｆＬ２１／ＢＦｔ＜１．２・・・（５’）

＜変倍光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、上述の変倍光学系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、実施形態におけるデジタル機器の構成を示すブロック図である。デジタル機器３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およびＩ／Ｆ部３７を備えて構成される。デジタル機器３としては、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ（モニタカメラ）、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ，Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータおよびモバイルコンピュータを挙げることができ、これらの周辺機器（例えば、マウス、スキャナおよびプリンタなど）を含んでよい。

撮像部３０は、撮像装置２１と撮像素子１５とを備えて構成される。撮像装置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およ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１５の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。

撮像素子１５は、上述したように、変倍光学系１により結像された被写体の光学像をＲ，Ｇ，Ｂ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１５は、制御部３５によって静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、または、撮像素子１５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）などの撮像動作が制御される。

画像生成部３１は、撮像素子１５からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理などを行うと共に、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）、輪郭補正および色ムラ補正など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によって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、揮発性の記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成される。

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、解像度変換など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って所望の変倍およ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およびその周辺回路などを備えて構成され、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およびＩ／Ｆ部３７の各部の動作をその機能に従って制御する。すなわち、この制御部３５によって、撮像装置２１は、被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を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または動画撮影によって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、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）や、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）や、ＲＡＭなどを備えて構成される。つまり、記憶部３６は、静止画用およ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などの規格に準拠したインターフェースである。

このような構成のデジタル機器３の撮像動作に次について説明する。

静止画を撮影する場合は、制御部３５は、撮像装置２１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２１の図略の前記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１５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、その画像信号に基づく画像がディスプレイ（不図示）に表示される。そして、撮影者は、前記ディスプレイを参照することで、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可能となる。この状態でいわゆるシャッターボタン（不図示）が押されることによって、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、静止画像が得られる。

この場合において、被写体が撮像装置２１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場合には、制御部３５は、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。これによって、撮影者から離れた被写体であっても拡大率を調節することによって、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、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は、制御部３５は、撮像装置２１に動画の撮影を行わせるように制御する。後は、静止画撮影の場合と同様にして、撮影者は、前記ディスプレイ（不図示）を参照することで、撮像装置２１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とができる。この場合において、静止画撮影と同様に、被写体像の拡大率を調節することができ、前記シャッターボタン（不図示）を押すことによって、動画撮影が開始される。この撮影中において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２１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２１の図略の前記レンズ駆動装置を駆動し、フォーカシングを行う。これによって、ピントの合った光学像が撮像素子１５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、その画像信号に基づく画像がディスプレイ（不図示）に表示される。そして、もう一度前記シャッターボタン（不図示）を押すことで、動画撮影が終了する。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。

このような撮像装置２１およびデジタル機器３では、従来と同程度以上の大口径比、光学性能、コンパクト性を確保しつつ、非球面形状の必要精度を低く抑えることができる変倍光学系１を備えるので、小型化や低コスト化を図ることができる。特に、変倍光学系１が小型であるので、携帯電話に好適であり、また特に、変倍光学系１が小型で広角であるので、監視カメラに好適である。

＜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機器３に搭載される撮像装置２１に備えられる変倍光学系１の具体的な構成を、図面を参照しつつ説明する。

図３は、実施例１における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。また、図３には、この変倍光学系１Ａの広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置も示されている。

実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）と、光学絞りＳＴと、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）とからなる負・正の２成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図３に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と前記第２レンズ群１２とが移動し、光学絞りＳＴは、固定で移動しない。

より詳しくは、実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。

第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凹の負レンズ（第２レンズＬ２）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第４レンズＬ４）、両凹の負レンズ（第５レンズＬ５）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）および像側に凸の正メニスカスレンズ（第７レンズＬ７）からなる。なお、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは接合レンズであり、第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、プラスチックレンズである。なお、第７レンズＬ７は、後述の実施例２〜５も同様に、例えば、ガラスモールド非球面レンズなどでもよい。例えば、ガラスモールド非球面レンズで形成することによって、高屈折率の硝材や低分散の硝材を選ぶ自由度が増え、収差補正の自由度が増えるので、好ましい。

第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、光学絞りＳＴが固定されて配置され、像側には、フィルタとしての平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。平行平板（ＦＴ）は、各種光学フィルタや撮像素子のカバーガラス等である。

図３において、各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えた場合の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。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ)の両面および撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような取り扱いおよび符号の意義は、後述の実施例２ないし実施例５についても同様である（図４ないし図７）。ただし、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各実施例１〜５の各図３〜７を通じて、最も物体側に配置されるレンズ面には、同じ符号（ｒ１）が付されているが、これらの曲率などが各実施例１〜５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レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞りＳＴ、第２レンズ群（Ｇｒ２）および平行平板（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）では、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などが施され、デジタル映像信号としてデジタルカメラなどのデジタル機器のメモリに記録されたり、有線あるいは無線の通信によって他のデジタル機器に伝送されたりする。

この実施例１の変倍光学系１Ａでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図３に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体から離れる方向に曲線的（像側に凸となる曲線）に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体に近づく方向に直線的に移動され、光学絞りＳＴは、常に、固定で移動しない。このように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）とは、互いの間隔が狭くなるように移動し、その間に配設されている光学絞りＳＴは、固定である。

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以下に示す。

数値実施例１
単位ｍｍ
面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 19.216 0.900 1.83400 37.35
２ 5.642 3.740
３ -18.079 0.800 1.65844 50.85
４ 7.017 3.060 1.84666 23.78
５ 107.032 可変
６（絞り） ∞ 可変
７ 10.652 4.280 1.65844 50.85
８ -9.028 0.800 1.84666 23.78
９ 125.870 1.030
１０ 8.768 2.630 1.71300 53.94
１１ 114.003 1.210
１２＊ -21.631 1.500 1.53048 55.72
１３＊ -12.225 可変
１４ ∞ 2.750 1.51680 64.20
１５ ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第１２面
K＝2.1963e+001，A4＝-7.2259e-005，A6＝3.8295e-005，A8＝2.1758e-006，A10＝-4.8494e-008，A12＝3.2633e-010
第１３面
K＝0.0000e+000，A4＝8.2871e-004，A6＝2.6341e-005，A8＝1.8557e-006，A10＝4.2087e-008，A12＝-1.6814e-009
各種データ
ズームデータ
ズーム比 1.93
広角中間望遠
焦点距離 2.902 4.035 5.611
Ｆナンバー 1.450 1.578 1.849
画角 45.783 32.231 22.939
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 46.849 40.793 37.349
ＢＦ 7.519 8.878 10.770
ｄ５ 14.514 8.458 5.014
ｄ６ 4.866 3.507 1.615
ｄ１３ 4.706 6.065 7.957
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
１１ -7.992
２７ 9.590
上記の面データにおいて、面番号は、図３に示した各レンズ面に付した符号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）の番号ｉが対応する。番号ｉ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。

また、“ｒ”は、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、“ｄ”は、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）、“ｎｄ”は、各レンズのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、“νｄ”は、アッベ数をそれぞれ示している。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面、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、∞（無限大）である。

上記の非球面データは、非球面とされている面（面データにおいて番号ｉに＊が付された面）の２次曲面パラメータ（円錐係数Ｋ）と非球面係数Ａｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２）の値とを示すものである。なお、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、次式により定義している。
ｚ（ｈ）＝ｃｈ^２／［１＋√｛１−(1＋Ｋ)ｃ^２ｈ^２}]＋ΣＡｉ・ｈｉ
ただし、ｚ（ｈ）：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（ｈ^２＝ｘ^２＋ｙ^２）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｋ：２次曲面パラメータ（円錐係数）
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における球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を、図８、図９および図１０にそれぞれ示す。図８は、広角端（Ｗ）における各収差を表し、図９は、中間点（Ｍ）における各収差を表し、図１０は、望遠端（Ｔ）における各収差を表している。球面収差および非点収差の横軸は、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、実際の像高を理想像高に対する割合（％）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、非点収差および歪曲収差の縦軸は、像高をｍｍ単位で表してある。

球面収差の図には、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、破線でＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）の３つの光の収差をそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、破線は、タンジェンシャル（メリディオナル）面、実線は、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。非点収差および歪曲収差の図は、上記ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を用いた場合の結果である。以上のような扱いは、以下に示す実施例２〜５に係るコンストラクションデータ、各収差を示す図１１〜図２２においても同様である。

図４は、実施例２における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。また、図４には、この変倍光学系１Ａの広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置も示されている。

実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）と、光学絞りＳＴと、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）とからなる負・正の２成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図４に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と前記第２レンズ群１２とが移動し、光学絞りＳＴは、固定で移動しない。

より詳しくは、実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。

第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凹の負レンズ（第２レンズＬ２）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第４レンズＬ４）、両凹の負レンズ（第５レンズＬ５）、両凸の正レンズ（第６レンズＬ６）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第７レンズＬ７）からなる。第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、プラスチックレンズである。

第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、光学絞りＳＴが固定されて配置され、像側には、フィルタとしての平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。

この実施例２の変倍光学系１Ｂでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図４に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体から離れる方向に曲線的（像側に凸となる曲線で、実施例１の場合よりも曲率が大きい）に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体に近づく方向に直線的に移動され、光学絞りＳＴは、常に、固定で移動しない。このように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）とは、互いの間隔が狭くなるように移動し、その間に配設されている光学絞りＳＴは、固定である。

実施例２の変倍光学系１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。

数値実施例２
単位ｍｍ
面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 14.462 0.900 1.80420 46.49
２ 6.102 4.197
３ -37.216 0.800 1.77250 49.65
４ 11.978 0.947
５ 11.668 1.668 1.92286 20.88
６ 26.816 可変
７（絞り） ∞ 可変
８ 8.856 2.562 1.77250 49.65
９ -57.966 1.612
１０ -11.752 0.800 1.84666 23.78
１１ 47.633 0.180
１２ 9.265 2.934 1.49700 81.61
１３ -10.246 0.254
１４＊ 22.662 1.200 1.53048 55.72
１５＊ 28.254 可変
１６ ∞ 2.750 1.51680 64.20
１７ ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第１４面
K＝2.1056e+001，A4＝-1.8758e-003，A6＝-5.5340e-006，A8＝7.2433e-007，A10＝-1.0903e-007，A12＝2.0104e-009
第１５面
K＝0.0000e+000，A4＝-6.4756e-004，A6＝2.2894e-005，A8＝3.5331e-006，A10＝-3.6967e-007，A12＝1.0572e-008
各種データ
ズームデータ
ズーム比 3.57
広角中間望遠
焦点距離 2.804 5.297 10.002
Ｆナンバー 1.352 1.703 2.647
画角 46.858 24.339 12.853
像高 2.250 2.250 2.250
レンズ全長 49.081 38.265 36.488
ＢＦ 13.988 10.410 15.889
ｄ６ 14.238 3.422 1.645
ｄ７ 9.283 6.379 0.900
ｄ１５ 4.694 7.597 13.076
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
１１ -8.377
２８ 9.755
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例２の変倍光学系１Ｂにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を、図１１、図１２および図１３にそれぞれ示す。図１１は、広角端（Ｗ）における各収差を表し、図１２は、中間点（Ｍ）における各収差を表し、図１３は、望遠端（Ｔ）における各収差を表している。

図５は、実施例３における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。また、図５には、この変倍光学系１Ｃの広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置も示されている。

実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）と、光学絞りＳＴと、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）とからなる負・正の２成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図５に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と前記第２レンズ群１２とが移動し、光学絞りＳＴは、固定で移動しない。

より詳しくは、実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。

第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凹の負レンズ（第２レンズＬ２）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。なお、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、接合レンズである。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第４レンズＬ４）、両凹の負レンズ（第５レンズＬ５）、物体側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）および像側に凸の正メニスカスレンズ（第７レンズＬ７）からなる。なお、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、接合レンズである。第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、プラスチックレンズである。

この実施例３の変倍光学系１Ｃでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図５に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体から離れる方向に曲線的（像側に凸となる曲線）に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体に近づく方向に直線的に移動され、光学絞りＳＴは、常に、固定で移動しない。このように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）とは、互いの間隔が狭くなるように移動し、その間に配設されている光学絞りＳＴは、固定である。

実施例３の変倍光学系１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。

数値実施例３
単位ｍｍ
面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 19.013 1.200 1.83481 42.72
２ 6.241 5.878
３ -19.864 0.800 1.72342 38.00
４ 8.951 4.444 1.92286 20.88
５ 89.476 可変
６（絞り） ∞ 可変
７ 10.284 4.294 1.70154 41.15
８ -9.242 0.800 1.84666 23.78
９ 21.414 0.100
１０ 7.245 2.902 1.72916 54.66
１１ 1970.604 0.806
１２＊ -39.997 1.229 1.53048 55.72
１３＊ -20.221 可変
１４ ∞ 2.750 1.51680 64.20
１５ ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第１２面
K＝3.3850e+001，A4＝-6.2043e-004，A6＝9.2317e-005，A8＝5.4221e-007，A10＝-1.0262e-007，A12＝3.3443e-010
第１３面
K＝1.0000e-003，A4＝9.1174e-004，A6＝1.1129e-004，A8＝4.7011e-007，A10＝9.4687e-008，A12＝-1.6709e-009
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.06
広角中間望遠
焦点距離 2.852 4.097 5.887
Ｆナンバー 1.420 1.575 1.907
画角 64.570 42.725 29.094
像高 3.000 3.000 3.000
レンズ全長 48.550 42.064 38.597
ＢＦ 7.520 8.937 10.973
ｄ５ 13.625 7.139 3.673
ｄ６ 4.952 3.536 1.500
ｄ１３ 4.707 6.124 8.160
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
１１ -8.074
２７ 9.184
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例３の変倍光学系１Ｃにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を、図１４、図１５および図１６にそれぞれ示す。図１４は、広角端（Ｗ）における各収差を表し、図１５は、中間点（Ｍ）における各収差を表し、図１６は、望遠端（Ｔ）における各収差を表している。

図６は、実施例４における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。また、図６には、この変倍光学系１Ｄの広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置も示されている。

実施例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）と、光学絞りＳＴと、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）とからなる負・正の２成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図６に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と前記第２レンズ群１２とが移動し、光学絞りＳＴは、固定で移動しない。

より詳しくは、実施例４の変倍光学系１Ｄは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。

第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）、両凹の負レンズ（第２レンズＬ２）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）からなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第４レンズＬ４）、両凹の負レンズ（第５レンズＬ５）、両凸の正レンズ（第６レンズＬ６）および物体側に凸の負メニスカスレンズ（第７レンズＬ７）からなる。第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、プラスチックレンズである。

この実施例４の変倍光学系１Ｄでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図６に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体から離れる方向に曲線的（像側に凸となる曲線）に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体に近づく方向に直線的に移動され、光学絞りＳＴは、常に、固定で移動しない。このように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）とは、互いの間隔が狭くなるように移動し、その間に配設されている光学絞りＳＴは、固定である。

実施例４の変倍光学系１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。

数値実施例４
単位ｍｍ
面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 19.379 0.900 1.80420 46.49
２ 6.741 6.115
３ -23.627 0.800 1.51680 64.20
４ 9.252 0.549
５ 10.068 3.150 1.92286 20.88
６ 18.694 可変
７ ∞ 可変
８ 10.825 4.249 1.62041 60.35
９ -18.582 0.754
１０ -11.434 0.800 1.84666 23.78
１１ 634.942 0.100
１２ 8.591 4.004 1.72916 54.66
１３ -21.728 0.267
１４＊ 370.690 1.330 1.60700 27.10
１５＊ 68.082 可変
１６ ∞ 2.750 1.51680 64.20
１７ ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第１４面
K＝1.0000e+002，A4＝-4.3690e-005，A6＝-2.1424e-005，A8＝2.6842e-006，A10＝-1.3921e-007，A12＝2.0256e-009
第１５面
K＝-1.0000e-003，A4＝1.3560e-003，A6＝-6.5140e-005，A8＝1.1020e-005，A10＝-5.6550e-007，A12＝1.0564e-008
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.06
広角中間望遠
焦点距離 2.884 4.110 5.858
Ｆナンバー 1.232 1.374 1.638
画角 63.636 42.557 29.205
像高 3.000 3.000 3.000
レンズ全長 49.064 42.885 39.590
ＢＦ 7.432 8.871 10.921
ｄ６ 13.626 7.446 4.151
ｄ７ 4.989 3.550 1.500
ｄ１５ 4.619 6.058 8.108
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
１１ -7.923
２８ 9.293
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例４の変倍光学系１Ｄにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を、図１７、図１８および図１９にそれぞれ示す。図１７は、広角端（Ｗ）における各収差を表し、図１８は、中間点（Ｍ）における各収差を表し、図１９は、望遠端（Ｔ）における各収差を表している。

図７は、実施例５における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。また、図７には、この変倍光学系１Ｅの広角端（Ｗ）および望遠端（Ｔ）におけるレンズ配置も示されている。

実施例５の変倍光学系１Ｅは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）と、光学絞りＳＴと、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）とからなる負・正の２成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図７に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と前記第２レンズ群１２とが移動し、光学絞りＳＴは、固定で移動しない。

より詳しくは、実施例５の変倍光学系１Ｅは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２）が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。

この実施例５の変倍光学系１Ｅでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図７に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体から離れる方向に曲線的（像側に凸となる曲線）に移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体に近づく方向に直線的に移動され、光学絞りＳＴは、常に、固定で移動しない。このように広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍において、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第２レンズ群（Ｇｒ２）とは、互いの間隔が狭くなるように移動し、その間に配設されている光学絞りＳＴは、固定である。

実施例５の変倍光学系１Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。

数値実施例５
単位ｍｍ
面データ
面番号ｒｄｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 18.245 1.197 1.80420 46.49
２ 6.503 6.751
３ -18.717 0.800 1.51680 64.20
４ 9.799 0.436
５ 10.215 4.376 1.92286 20.88
６ 18.492 可変
７（絞り） ∞ 可変
８ 10.081 4.080 1.72916 54.66
９ -34.358 0.888
１０ -13.199 0.800 1.84666 23.78
１１ 35.076 0.100
１２ 8.188 3.974 1.51680 64.20
１３ -14.753 0.200
１４＊ 7.960 1.370 1.53048 55.72
１５＊ 12.915 可変
１６ ∞ 2.750 1.51680 64.20
１７ ∞ 1.00
像面 ∞
非球面データ
第１４面
K＝1.5992e+000，A4＝-7.0067e-004，A6＝-8.8799e-005，A8＝-4.8322e-007，A10＝-8.4364e-008，A12＝2.0256e-009
第１５面
K＝-1.0000e-003，A4＝9.6627e-004，A6＝-1.2978e-004，A8＝5.4399e-006，A10＝-3.5921e-007，A12＝1.0564e-008
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.03
広角中間望遠
焦点距離 2.883 4.108 5.854
Ｆナンバー 1.232 1.372 1.669
画角 65.077 43.293 29.568
像高 3.000 3.000 3.000
レンズ全長 49.065 43.672 41.029
ＢＦ 7.585 9.163 11.412
ｄ６ 11.181 5.789 3.145
ｄ７ 5.326 3.748 1.500
ｄ１５ 4.772 6.350 8.599
ズームレンズ群データ
群始面焦点距離
１１ -7.233
２８ 9.315
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例５の変倍光学系１Ｅにおける球面収差（正弦条件）、非点収差および歪曲収差を、図２０、図２１および図２２にそれぞれ示す。図２０は、広角端（Ｗ）における各収差を表し、図２１は、中間点（Ｍ）における各収差を表し、図２２は、望遠端（Ｔ）における各収差を表している。

上記に列挙した実施例１〜５の変倍光学系１Ａ〜１Ｅに、上述した条件式（１）〜（５）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１に示す。

以上、説明したように、上記実施例１〜５における変倍光学系１Ａ〜１Ｅは、本発明に係る要件を満足している結果、従来と同程度以上の大口径比、光学性能、コンパクト性を確保しつつ、非球面形状の必要精度を低く抑えることができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態における変倍光学系の説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。実施形態におけるデジタル機器の構成を示すブロック図である。実施例１における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。実施例２における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。実施例３における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。実施例４における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。実施例５における変倍光学系におけるレンズ群の配列を示す断面図である。実施例１の広角端におけるレンズ群の収差図である。実施例１の中間点におけるレンズ群の収差図である。実施例１の望遠端におけるレンズ群の収差図である。実施例２の広角端におけるレンズ群の収差図である。実施例２の中間点におけるレンズ群の収差図である。実施例２の望遠端におけるレンズ群の収差図である。実施例３の広角端におけるレンズ群の収差図である。実施例３の中間点におけるレンズ群の収差図である。実施例３の望遠端におけるレンズ群の収差図である。実施例４の広角端におけるレンズ群の収差図である。実施例４の中間点におけるレンズ群の収差図である。実施例４の望遠端におけるレンズ群の収差図である。実施例５の広角端におけるレンズ群の収差図である。実施例５の中間点におけるレンズ群の収差図である。実施例５の望遠端におけるレンズ群の収差図である。

符号の説明

ＡＸ光軸
１、１Ａ〜１Ｅ変倍光学系
３デジタル機器
１１、Ｇｒ１第１レンズ群
１２、Ｇｒ２第２レンズ群
１３、ＳＴ絞り
１５、ＳＲ撮像素子
２１撮像装置

Claims

物体側より像側へ順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、絞りと、正の光学的パワーを有する第２レンズ群とを備え、
広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とは、互いの間隔を狭くするよう移動し、
前記絞りは、固定されており、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、第１正レンズと、第２負レンズと、第３正レンズと、少なくとも１面の非球面を有する第４レンズとを備えて構成されてなり、
下記（１）および（２）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
０．６＜Ｚ／(Ｆｎｗ^２) ＜４．０・・・（１）
−０．４＜ｆｔ／ｆＬ２４＜０．４・・・（２）
ただし、
Ｚ：変倍比
Ｆｎｗ：広角端におけるＦナンバー
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
ｆＬ２４：第２レンズ群の第４レンズの焦点距離
下記（３）の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
２．８＜ｆ２／ｆｗ＜６．０・・・（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
前記第２レンズ群の前記第４レンズがプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の変倍光学系。
前記第２レンズ群の前記第１正レンズと前記第２負レンズとは、互いに接合された接合レンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の変倍光学系。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項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物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。
請求項５に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に被写体の静止画撮影およ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備え、
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前記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。