JP2012027502A - 変倍光学系及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】収差の補正を十分に行うことができる超小型の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、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、正の光学的パワーを有する第４レンズ群Ｇｒ４を含み、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との間隔が狭くなる変倍光学系である。そして、第３レンズ群Ｇｒ３又は第４レンズ群Ｇｒ４内の正レンズとして、下記の条件式を満たすレンズが選択される。
νｐ＜４０
但し、νｐ：前記正レンズのアッベ数の最小値
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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レンズ群とを含む、いわゆる負正正３成分の変倍光学系において、沈胴時のレンズ総厚の薄型化を図る構成が提案されている。また、特許文献２には、物体側から順に、負正正正４成分の変倍光学系において、硝材を適切に設定することにより、第１レンズ群内の非球面負レンズの生産性を改善する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１のような沈胴構造は、携帯電話機等では求められる耐衝撃性が厳しいためこれを採用することは難しく、提案されている光学系は使用状態での光学全長が大きすぎる。また、第２レンズ群が３枚以上のレンズで構成されており、全レンズ枚数も６〜８枚と多くなっている。このため、特許文献１に開示された光学系は、コンパクト化の観点からは十分とは言えない。また、特許文献２の変倍光学系では、第２レンズ群のパワーが弱く、また移動量も大きいことからコンパクト性に欠き、さらにレンズ枚数も７枚と多いことから、やはり携帯電話機等への搭載は難しいと言わざるを得ない。

また、特許文献１、２の変倍光学系では、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が採用されている。このような負リードの光学系においては、光学系の超小型化を図ろうとすると、変倍を担う第２レンズ群の光学的パワーを非常に強くする必要が生じる。この場合、特に望遠端において、前記第２レンズ群のパワー増加に起因する倍率色収差が顕著となって、画面周辺部でのコントラスト低下（画質劣化）を招来するという不具合があった。

特開２００２−４８９７５号公報 特開２００２−３６５５４３号公報

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、変倍レンズ群の移動量を可及的に抑えつつ、倍率色収差の補正を十分に行うことにより画面全域にわたって高画質化を実現できるコンパクトな（超小型の）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を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る変倍光学系は、物体側から順に配置された、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レンズ群、負の光学的パワーを有する第３レンズ群、正の光学的パワーを有する第４レンズ群の４群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、前記第４レンズ群は、１枚の正レンズからなり、前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズが、下記（１）の条件式を満たし、前記第２レンズ群が、下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする。
νｐ＜４０ ・・・（１）
０．７＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（４）
但し、νｐ：前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズのアッベ数の最小値
ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
この構成によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの光学系とされている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利となる。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制し得る。これらの点は、変倍比が２〜３倍程度のズームレンズにおいて特に顕著となる。

しかし、光学系のコンパクト化を追求した場合、上記のレンズ構成では第２レンズ群を構成する各レンズに要求される光学的パワーが増大し、それに伴って望遠端で発生する倍率色収差が非常に大きくなる。そこで、これを補正するために第３レンズ群又は第３レンズ群より像側のレンズ群内に備えられている正レンズを、上記条件式（１）を満たすアッベ数を有する高分散材料で構成している。なお、アッベ数が条件式（１）の上限を上回ると、前記正レンズによる倍率色収差の補正が不十分となり、画質劣化の原因となるコントラスト低下の傾向が顕在化する。

この発明によれば、負リードの構成として変倍光学系のコンパクト化を可能とすると共に、当該変倍光学系の（超）小型化を追求した場合に問題となる第２レンズ群の倍率色収差等を、第３レンズ群又は第４レンズ群内に備えられている正レンズのアッベ数を最適化することで十分に補正できるようになる。従って、所定の変倍比の変倍光学系、とりわけ変倍比２〜３倍程度の変倍光学系において、変倍域全域にわたって収差が良好に補正され、かつ小型化が十分に達成された変倍光学系を提供できる。

さらに、上記条件式（４）を満たす変倍光学系によれば、コンパクト性を確保しながら必要な変倍比を得ることが可能となる。なお、ｆ２／ｆｗが条件式（４）の上限を上回ると、第２レンズ群のパワーが弱すぎ、コンパクト性を維持した状態で２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となる。一方、ｆ２／ｆｗが条件式（４）の下限を下回ると、第２レンズ群の偏芯誤差感度が非常に高くなり、そのような誤差感度をクリアするレンズ群の製造が困難となる。このようにｆ２／ｆｗの値が最適化されることで、コンパクト性を確保しながら必要な変倍比を得ることができる。

本発明の他の局面に係るデジタル機器は、上述のような変倍光学系を用い、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なる。

これらの発明によれば、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高精細でありながら、変倍が可能な撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器を実現することができる。

本発明の一局面に係る変倍光学系は、所定の変倍比の変倍光学系において、変倍域全域にわたって収差が良好に補正され、かつ小型化が十分に達成された変倍光学系を提供できる。

本発明の他の局面に係るデジタル機器は、コンパクトでかつ高精細でありながら、変倍が可能な撮像レンズ装置を搭載したデジタル機器を実現することができる。

本発明の実施例１に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 非球面サグ量の定義を示す模式図である。 主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。 本発明に係る変倍光学系を搭載したカメラ付携帯電話機の外観構成図であって、（ａ）は、その操作面を示す外観構成図、（ｂ）は、操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る変倍光学系を具備するデジタル機器の一例としての携帯電話機の撮像に係る機能部の構成を示す機能ブロック図である。 実施例２に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例３に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例３に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。 実施例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。 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。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）光学的パワーの表記において、接合レンズを構成している各単レンズについては、該単レンズのレンズ面の両側が空気であるとした場合の光学的パワーをいうものとする。（ｅ）非球面サグ（sag）量とは、レンズの面頂点と最大有効半径に対する非球面曲線上の点との間の光軸方向の距離と、近軸曲率に基づく球面サグ量との差分を表すパラメータである（図２参照）。
（ｆ）複合型非球面レンズ（基板となる球面ガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズ）に用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材としては取扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も１枚と考える。その際、レンズ屈折率も、基板となっているガラス材料の屈折率を用いるものとする。
（ｇ）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。
＜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（ＳＲ）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（被写体Ｈ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１０１（Ｇｒ１）、光学絞りＳＴ、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群１０３（Ｇｒ３）、正の光学的パワーを有する第４レンズ群１０４（Ｇｒ４）が配列され、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１２に示したように、第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）は物体側に直線的に移動して、前記第１レンズ群１０１（Ｇｒ１）と第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）との間隔が狭くなり、第３レンズ群１０３（Ｇｒ３）はＵターン移動する変倍光学系である。一方、第１レンズ群１０１（Ｇｒ１）及び第４レンズ群１０４（Ｇｒ４）は固定とされる。

さらに詳しくは、第１レンズ群１０１（Ｇｒ１）は、物体側から順に、両凹負レンズ１０１１（Ｌ１）と、物体側に凸の正メニスカスレンズ１０１２（Ｌ２）とからなる。また、第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）は、物体側から順に、両凸正レンズ１０２１（Ｌ３）と、両凹負レンズ１０２２（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群１０３（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ１０３１（Ｌ５）１枚からなり、第４レンズ群１０４（Ｇｒ４）は、両凸正レンズ１０４１（Ｌ６）１枚からなる。

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（ＦＴ）を介して撮像素子１０５（ＳＲ）が配置され、これにより被写体Ｈ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（ＳＲ）により前記被写体Ｈの光学像が撮像されるものである。

なお、光学絞りＳＴは、変倍時に第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）と共に移動する。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１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１０１（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１０１（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。

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、第３レンズ群１０３（Ｇｒ３）又は第４レンズ群１０４（Ｇｒ４）内に含まれる正レンズが、上記条件式（１）で示したように、アッベ数の最小値νｐが、νｐ＜４０の関係を満たす高分散材料で構成されることに特徴を有する。これにより、変倍光学系１００をコンパクト化すべく第２レンズ群１０２（Ｇｒ２）の光学的パワーを増大させた場合でも、望遠端で発生する倍率色収差を十分に補正できるようになる。なお、撮像素子１０５として、高画素・微小画素ピッチの撮像素子を用いた場合においても十分に倍率色収差を補正させるためには、アッベ数の最小値νｐを下記（１）’の条件式を満たすようにすることが望ましい。

νｐ＜３２ ・・・（１）’
アッベ数の最小値νｐを３２未満とすることで、高画素・微小画素ピッチの撮像素子１０５を用いた場合でも、倍率色収差の補正不足は問題とならず、十分なコントラストを担保した撮像が行える。

以下、第１〜第４レンズ群１０１（Ｇｒ１）〜１０４（Ｇｒ４）各々についての望ましい構成、及び変倍光学系１００全体としての望ましい構成等につき順次説明する。
［第１レンズ群１０１について］
第１レンズ群１０１は、図１に示したように、物体側から順に両凹の負レンズ１０１１、物体側に凸の正メニスカスレンズ１０１２の２枚のレンズで構成することが望ましい。なお、両凹の負レンズ１０１１に代えて、物体側に凸の負メニスカスレンズを用いるようにしても良い。このようなレンズ構成とすることで、広角端でのバックフォーカス確保が容易となり、また広画角な軸外光の非点収差、倍率色収差を良好に補正することができるようになる。さらに、物体側に凸の正メニスカスレンズ１０１２を配置することで、非点収差を良好に補正し、像面性を改善することが可能となる。

第１レンズ群１０１は、接合レンズを含む構成（図１の場合ならば、負レンズ１０１１と正メニスカスレンズ１０１２とが接合されている態様）とすることが望ましい。第１レンズ群１０１に接合レンズを含ませることにより、第１レンズ群１０１内の各レンズ面の偏芯誤差感度を大幅に低減でき、仮にレンズ間調整が必要な場合でも感度バランスを良好に保つことができる。また、第１レンズ群１０１の鏡筒構成を簡略化できる。

また、第１レンズ群１０１は、下記（１０）、（１１）の条件式を満たすことが望ましい。

１．５＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．５ ・・・（１０）
０．５＜｜ｆ１／ｆｔ｜＜１．５ ・・・（１１）
但し、ｆ１：第１レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離
条件式（１０）、（１１）の上限を上回ると、特に広角端での非点収差、歪曲収差の補正が不十分となる。また条件式（１０）、（１１）の下限を下回ると、第１レンズ群１０１を構成する各レンズのパワーが非常に高くなって、製造が困難になる。また発生する倍率色収差を十分に補正できない傾向が顕著となる。

さらに、第１レンズ群１０１は、下記（１０）’、（１１）’の条件式を満たすことがより望ましい。

１．８＜｜ｆ１／ｆｗ｜＜３．０ ・・・（１０）’
０．６＜｜ｆ１／ｆｔ｜＜１．２ ・・・（１１）’
条件式（１０）’、（１１）’の上限を上回ると、第１レンズ群１０１の負パワーが弱くなって前玉径の増大につながり、下限を下回ると、特に望遠端での第１レンズ群１０１の誤差感度が上昇し、レンズ間の調整作業が必要となる。
［第２レンズ群１０２について］
第２レンズ群１０２は、後記の条件式（４）にも示しているように、第２レンズ群１０２の合成焦点距離をｆ２、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとするとき、ｆ２／ｆｗが、
０．７＜ｆ２／ｆｗ＜２．０
の関係を満たしていることが望ましい。これにより、変倍光学系１００のコンパクト性を確保しながら、必要な変倍比を得ることが可能となる。特に、下記条件式（４）’で示される条件を満たす第２レンズ群１０２とすることがより望ましい。

０．８＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ ・・・（４）’
条件式（４）’の上限を上回ると、第２レンズ群１０２のパワーが弱くなるため、変倍に必要な第２レンズ群１０２の移動量が増加することとなり、光学全長が長くなる。一方条件式（４）’の下限を下回ると、第２レンズ群１０２の偏芯誤差感度が高くなってレンズ間の調整が必須となり、コスト高となる。

また、第２レンズ群１０２は、図１に示す両凸正レンズ１０２１と両凹負レンズ１０２２との組み合わせのように、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとで構成する場合、後記の条件式（７）にも示しているように、第２レンズ群１０２内の負レンズの焦点距離をｆ２ｎ、第２レンズ群１０２内の正レンズの焦点距離をｆ２ｐとするとき、ｆ２ｎ／ｆ２ｐが、
０．７＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜１．８
の関係を満たしていることが望ましい。特に、下記条件式（７）’で示される条件を満たす第２レンズ群１０２とすることがより望ましい。

０．９＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜１．５ ・・・（７）’
条件式（７）’の上限又は下限を超えると、球面収差、軸上色収差、倍率色収差の補正のために正レンズと負レンズ双方のパワーが強くなり、製造誤差感度が高くなって生産性が悪化する傾向がある。

さらに、第２レンズ群１０２は、下記（１２）の条件式を満たすようにすることが望ましい。

０．３＜ｆ２／ｆｔ＜０．９ ・・・（１２）
条件式（１２）の上限を上回ると、第２レンズ群１０２のパワーが弱すぎて２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となる。また、条件式（１２）の下限を下回ると、第２レンズ群１０２の誤差感度が非常に高くなり、製造の困難性が高くなる傾向がある。

特に、下記条件式（１２）’で示される条件を満たす第２レンズ群１０２とすることがより望ましい。

０．４＜ｆ２／ｆｔ＜０．８ ・・・（１２）’
条件式（１２）’の上限を上回ると、第２レンズ群１０２のパワーが弱いため、変倍に必要な第２レンズ群１０２の移動量が増加し、光学全長が長くなってコンパクト化には不向きになる。また、条件式（１２）’の下限を下回ると、第２レンズ群１０２の偏芯誤差感度が高くなってレンズ間の調整作業が必要となり、コスト高となる。

第２レンズ群１０２は、接合レンズを含む構成とすることが望ましい。第２レンズ群１０２に接合レンズを含ませることにより、第２レンズ群１０２内における各レンズ面の各誤差感度を大幅に低減でき、また第２レンズ群１０２の鏡筒構成を簡略化できる。

さらに、第２レンズ群１０２に含まれる正レンズ（図１の場合ならば、両凸正レンズ１０２１）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、コンパクト化に伴う第２レンズ群１０２のパワー増大により発生する球面収差とコマ収差を良好に補正することができるようになる。
［第３レンズ群１０３および第４レンズ群１０４について］
第３レンズ群１０３に含まれる或いは第４レンズ群１０４に含まれる、条件式（１）を満たす正レンズ、すなわち図１の例では、両凸正レンズ１０４１は、後記の条件式（２）でも示しているように、ｄ線屈折率Ｎｐｇが、Ｎｐｇ＞１．７の関係を満たすような高屈折硝材を用いることが望ましい。第３レンズ群１０３が複数枚のレンズ構成の場合、その内の正レンズが、条件式（１），（２）を満たしていてもよい。これにより、広角端と望遠端とにおける撮像素子１０５への入射角差を小さくし、かつ製造難易度を下げることができるようになる。

なお、両凸正レンズ１０４１を樹脂材料で構成することもできるが、この場合後記の条件式（３）でも示しているように、当該樹脂材料からなる正レンズのｄ線屈折率Ｎｐｐが、Ｎｐｐ＞１．５５の関係を満たすような屈折率を有する樹脂材料を用いることが望ましい。これにより、倍率色収差の補正等を十分に行える変倍光学系１００を構築できるようになる。

なお、条件式（１）を満たす正レンズを、図１に示すような、物体側に凸の正メニスカスレンズ１０３１とすることで、レンズの主点位置を像面から遠ざけることができ、像面入射角を緩める効果があることから、変倍光学系１００の長小型化を図る場合に有効な構成となる。

上記両凸正レンズ１０４１は、後記の条件式（８）でも示しているように、条件式（１）を満たすアッベ数を有する正レンズの像側面において、最大有効半径での非球面サグ量をΔＺｐｉ、前記アッベ数を有する正レンズの像側面における最大有効半径をｄｉとするとき、ΔＺｐｉ／ｄｉが、
０．０５＜｜ΔＺｐｉ／ｄｉ｜＜０．２５
の条件を満たすことが望ましい。これにより、レンズ周辺部での面角度を適正化でき、また周辺照度の低下を抑止できる。

また、両凸正レンズ１０４１は、後記の条件式（９）でも示しているように、条件式（１）を満たすアッベ数を有する正レンズの焦点距離をｆｐとするとき、ｆｐ／ｆｗが、１＜ｆｐ／ｆｗ＜８の関係を満たすことが、倍率色収差の十分な補正を担保する点で望ましい。特に、下記条件式（９）’で示される条件を満たす両凸正レンズ１０４１とすることがより望ましい。

４＜ｆｐ／ｆｗ＜７ ・・・（９）’
条件式（９）’の上限を上回ると、像面入射角をテレセントリックに近付けるために非球面が必須となり、また非球面サグ量も大きくなる傾向があり、製造コストが高くなる。一方、条件式（９）’の下限を下回ると、広角端と望遠端での像面入射角の隔差が大きくなって周辺照度低下を招く傾向がある。

ここで、先に定義した非球面サグ量について、図２に基づいて説明を加えておく。いま、光軸方向を横軸、レンズ径方向を縦軸とし、この横軸と縦軸との交点を面頂点ａとする。さらに、球面の曲線がｐ１、非球面の曲線がｐ２で示され、これら球面及び非球面のレンズとしての最大有効半径をｒとする。この場合、球面サグ（sag/sagitta）量は、レンズの面頂点ａと最大有効半径ｒに対する球面の曲線ｐ１上の点との間の光軸方向の距離となる。そして、非球面サグ量とは、レンズの面頂点ａと最大有効半径ｒに対する非球面の曲線ｐ２上の点との間の光軸方向の距離と、前記球面サグ量との差分を表すパラメータである。

さらに、両凸正レンズ１０４１は、下記条件式（１３）で示される条件を満たすことが望ましい。

０．５＜ｆｐ／ｆｔ＜２．５ ・・・（１３）
条件式（１３）の上限を上回ると倍率色収差の補正不足となり、また条件式（１３）の下限を下回ると倍率色収差の過剰補正となり、いずれの場合も周辺画質が劣化する傾向がある。

また、両凸正レンズ１０４１に、少なくとも１面の非球面を具備させるようにしても良い。かかる非球面を設けることで、コスト的には若干の不利は生じるものの、非点収差・歪曲収差の十分な補正が行える。また、撮像素子１０５に対する光像の入射角調整の自由度が高まり、広角端と望遠端とでの撮像素子入射角差を小さくし、周辺部まで光量落ちの少ない画像を得ることができるようになる。
［変倍光学系の各種好ましい態様について］
変倍光学系１００は、後記の条件式（５）、（６）でも示しているように、広角端において撮像素子１０５の撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の像面に立てた垂線に対する角度をαｗ（ｄｅｇ）、望遠端において前記撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の像面に立てた垂線に対する角度をαｔ（ｄｅｇ）とするとき、
０＜αｗ＜３０
｜αｗ−αｔ｜＜２０
とされていることが望ましい。なお、ここでのαｗ（ｄｅｇ）、αｔ（ｄｅｇ）は、図３に示す方向を正の方向と定義する。すなわち、図３の左側を物体側とし、右側を像側として、射出瞳位置が像面よりも物体側にある場合の主構成の角度を正方向とする。

上記において、特に下記条件式（５）’で示される条件を満たすことが望ましい。

１０＜αｗ＜２５ ・・・（５）’
条件式（５）’の上限を上回ると、周辺照度を良質に維持するためには高画素撮像素子を用いることが困難となる。これは、同一サイズの撮像素子の場合、高画素になるほど画素ピッチが微細化し、開口効率が低下することから、テレセントリック性がよりシビアになることが原因である。一方、条件式（５）’の下限を下回ると、コンパクト化を図ることが困難となる。

また、特に下記条件式（６）’で示される条件を満たすことが望ましい。

｜αｗ−αｔ｜＜１５
条件式（６）’の上限を上回ると、広角端と望遠端いずれもの周辺照度を良質に維持するためには高画素撮像素子を用いることが困難となる。これは、同一サイズの撮像素子の場合、高画素になるほど画素ピッチが微細化し、開口効率が低下するため、テレセントリック性がよりシビアになることが原因である。

また、変倍光学系１００は、下記（１４）の条件式を満たすことが望ましい。

０．１＜Ｙ’／ＴＬ＜０．３ ・・・（１４）
但し、Ｙ’：最大像高
ＴＬ：変倍域全域において、最も物体側面の面頂点から像面までの光軸上距離の最大値
条件式（１４）の上限を上回ると、変倍を行う第２レンズ群１０２の移動量が小さくなるため、第２レンズ群１０２のパワーが強くなりすぎて、第２レンズ群１０２を構成する各レンズの曲率半径等の製造要件を満たすことが困難となる。また、条件式（１４）の下限を下回ると、サイズ面から携帯端末等への搭載が難しくなる。

この場合、特に下記（１４）’の条件式を満たすことがより望ましい。

０．１３＜Ｙ’／ＴＬ＜０．２ ・・・（１４）’
条件式（１４）’の上限を上回ると、第２レンズ群１０２のパワーが強くなり、第２レンズ群１０２内の誤差感度の上昇を招くことになり、レンズ間調整が必要となってコスト高となる。一方、条件式（１４）’の下限を下回ると、光学系のサイズアップだけでなく、変倍時の移動量増加に伴う駆動系の負荷も大きくなり、結果として駆動装置が大型化してしまう傾向がある。

さらに、変倍光学系１００は、下記（１５）の条件式を満たすことが望ましい。

０．２＜ｔ２／ＴＬ＜０．４ ・・・（１５）
但し、ｔ２：広角端から望遠端への変倍時に第２レンズ群が移動する距離
条件式（１５）の上限を上回ると、スミア防止に効果のあるメカニカルシャッターを配置するスペースが確保できず、また鏡筒構成も駆動群同士の接触を避けるため、複雑な形状となりコスト高となる。また、条件式（１５）の下限を下回ると、第２レンズ群１０２の偏芯誤差感度が高くなって製造が困難となる傾向がある。

また、変倍光学系１００は、下記（１６）の条件式を満たすことが望ましい。

Ｌｂ／ｆＷ＜２ ・・・（１６）
但し、Ｌｂ：望遠端において、最も撮像素子側に位置するパワーを有するレンズ面の面頂点から撮像素子面までの光軸上距離（空気換算長）
条件式（１６）の上限を上回ると、長いバックフォーカスを確保するために第１レンズ群１０１の負パワーを強める必要が生じ、第１レンズ群１０１内の負レンズの曲率が大きくなって製造の困難性が高くなる。

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ＳＴ（開口絞り）を配置し、その絞り径を固定とすることが望ましい。まず、光学絞りＳＴの配置位置を第２レンズ群１０２の物体側とすることで、第１レンズ群１０１の前玉径を極力小さくすることができる。さらに、絞り径を固定とすることで、第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０２との間隔を必要以上に広げる必要がなくなり、光軸方向の薄肉化が達成できるようになる。

次に、変倍光学系１００のフォーカシング構成について、第１レンズ群１０１を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われるようにすることが望ましい。第１レンズ群１０１を移動させることに伴う諸収差の変動は比較的小さいことから、フォーカシングによる性能劣化を抑制できるからである。また、第１レンズ群１０１の移動量に対するバックフォーカスの変動も大きいため、少ない移動量でレンズ前数ｃｍ程度まで良好なフォーカシング性能を得ることが可能となる。

また、第３レンズ群１０３を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われるようにしても良い。この場合、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。なお、フォーカシングに際し、第１レンズ群１０１を移動させるか、或いは第３レンズ群１０３を移動させるかは、光学仕様によって使い分ければよい。すなわち、マクロ機能を強化させる場合には第１レンズ群１０１が移動されるようにし、コンパクト化が優先される場合は第３レンズ群１０３が移動されるようにすればよい。

また、上記の変倍光学系１００は、所謂「負正負正」の４成分の変倍光学系であり、第３レンズ群１０３が負の光学的パワーを有することで、軸上色収差の十分な補正が可能となり、画面中心のコントラストを高めることができる。また、第４レンズ群１０４を具備することで、近距離物体に対する光学性能の確保が容易となる。

また、「負正負正」の４成分の変倍光学系１００において、上記条件式（１）を満たすアッベ数を有する正レンズは、第４レンズ群１０４内に備えられていることが望ましい。像側に近い第４レンズ群１０４は、軸外光線の主光線高さが高くなる位置に存在している。このような第４レンズ群１０４に含まれる正レンズを、前記アッベ数を有する正レンズとすることで、倍率色収差の補正効果を高めることができる。さらに、４成分の変倍光学系１００では、第４レンズ群１０４は、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０２に比べて光学的パワーが小さいことから、１枚のレンズで構成することが比較的容易であり、前記第４レンズ群１０４を１枚の両凸正レンズ１０４１から構成することにより、一層のコンパクト化を図ることが可能となる。

さらに、「負正負正」の４成分の変倍光学系１００において、前記第４レンズ群１０４は、広角端から望遠端への変倍時に固定されていることが望ましい。第４レンズ群１０４を固定とすることで鏡筒機構が簡略化でき、レンズの位置精度を向上させることが可能となる。或いは、第１レンズ群１０１が、広角端から望遠端への変倍時に固定されていることが望ましい。外径が自ずと大きくなる第１レンズ群１０１は、変倍光学系１００のユニットサイズに与える影響が大きい。従って、第１レンズ群１００を固定とすることでその鏡筒機構を簡略化でき、ユニットの縦・横・厚みいずれのサイズに対しても小型化を図る上で非常に効果的である。

特に、「負正負正」の４成分の変倍光学系１００において、第１レンズ群１０１及び第４レンズ群１０４の双方を広角端から望遠端への変倍時に固定とすることが望ましい。この構成によれば、４成分の変倍光学系１００において変倍時に駆動するレンズ群の重量を極めて軽量化できる。従って、変倍機構として小型の駆動装置を用いることができ、ユニットの小型化を図る上で一層有利になる。
［変倍光学系のその他の構成について］
次に、変倍光学系１００の製法に関し、上記第１〜第４レンズ群１０１〜１０４を構成する各レンズの材質については特に制限はなく、上記アッベ数の最小値νｐの要件を満たす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。

樹脂材料からなるレンズを少なくとも２枚用いる場合には、第１レンズ群１０１中の負レンズ（図１の場合は負レンズ１０１１）と、条件式（１）を満たす正レンズ（両凸正レンズ１０４１）を樹脂材料にて構成することが望ましい。この場合、環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

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。

変倍光学系１００は、空気と面している全てのレンズ面が、非球面であるレンズ構成とすることが望ましい。これにより、変倍光学系１００のコンパクト化と高画質化の両立を図ることが可能となる。

また、変倍光学系１００は、光学絞りＳＴ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。

変倍光学系１００に備えられている各レンズ群１０１〜１０４や絞りＳＴ、シャッター等の駆動源としては、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。

図１に示したような、物体側から順に、負レンズ（両凹負レンズ１０１１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（正メニスカスレンズ１０１２）から成る第１レンズ群１０１、両凸レンズ（両凸正レンズ１０２１）、負レンズ（両凹負レンズ１０２２）から成る第２レンズ群１０２、負レンズ（負メニスカスレンズ１０３１）から成る第３レンズ群１０３、正レンズ（両凸正レンズ１０４１）から成る第４レンズ群１０４（Ｇｒ４）を含む変倍光学系１００は、最も好ましいレンズ構成の一つである。すなわち、第２レンズ群１０２を物体側から順に正負の順とすることで、第２レンズ群１０２の主点位置を第１レンズ群１０１側に近付けることにより、変倍作用を保ったまま第２レンズ群１０２の実質的パワーを軽減し誤差感度低減を行うことができる。また、両凸正レンズ１０４１を配置することで、第２レンズ群１０２のパワーを強め、変倍時の移動量を減らすことができる。

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。

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。
＜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４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。

図４（ａ）は、携帯電話機２００の操作面を、図４（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。

図５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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。
＜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「負正負正」の変倍光学系１００、すなわち図４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。

図１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、ローパスフィルタ１０６（ＦＴ）の両面、撮像素子１０５（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でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図６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）及びローパスフィルタ（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体（Ｈ）の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、ローパスフィルタ（ＦＴ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。

図１２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１２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１２においてもこれまでと同様左側が物体側であり、その物体側から第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）、第３レンズ群（Ｇｒ３）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）の順に並んで配置されている。この図において、符号Ｗは焦点距離が最も短い、すなわち画角が最も大きい広角端を示しており、符号Ｔは焦点距離が最も長い、すなわち画角が最も小さい望遠端を示している。また、符号Ｍは焦点距離が広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）との中間（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。

図１２に示すように、この実施例１では、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１レンズ群（Ｇｒ１）及び第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３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸のＵターン軌道を描くように移動される。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。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１２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。

次に、実施例１である上述の変倍光学系１００における、各レンズのコンストラクションデータを表１及び表２に示す。これらの表及び図１に示すように、この実施例１では、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学系１００では、第１、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ５、Ｌ６）が樹脂レンズとされ、その他のレンズはガラスレンズとされている。

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、そしてアッべ数である。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、各光学面の番号ｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図１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、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。なお、光学絞り（ＳＴ）、ローパスフィルタ（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、以下の数式により定義する。

ただし、ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ：それぞれ４，６，８，１０，１２，１４次の非球面係数
ｋ：円錐係数
上記（１７）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ｉ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。

図６は、実施例２の変倍光学系１００Ｑ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１００Ｑは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸正レンズ（Ｌ３）と、両凹負レンズ（Ｌ４）及び両凸正レンズ（Ｌ５）の接合レンズとからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凹負レンズ（Ｌ６）１枚からなる。また、第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸正レンズ（Ｌ７）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例２にかかる変倍光学系１００Ｑにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１２に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされ、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に直線的に移動する。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にかかる変倍光学系１００Ｑ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。これらの表及び図６に示すように、この実施例２では、第１〜３、６，７レンズ（Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ６、Ｌ７）が両面非球面レンズとされ、第４レンズ（Ｌ４）が球面レンズとされ、第５レンズ（Ｌ５）が片面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学系１００Ｑでは、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ７）がガラスレンズとされている。

図７及び図８は、実施例３の変倍光学系１００Ｒ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１００Ｒは、光軸（ＡＸ）が９０度折り曲げられた屈曲光学系であって、図７はその光学構成を示し、図８は図７に示した光学構成を直線光路に変換して表した図である。

この変倍光学系１００Ｒは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ１）、光路を９０度屈曲させるプリズム（ＰＲ）、及び物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸正レンズ（Ｌ３）と物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凹負レンズ（Ｌ５）１枚からなる。また、第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例３にかかる変倍光学系１００Ｒにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１２に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされ、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体側に直線的に移動する。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にかかる変倍光学系１００Ｒ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７、図８に示すように、この実施例３では、第２〜６レンズ（Ｌ２〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされ、第１レンズ（Ｌ１）が片面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学系１００Ｒでは、全てのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）がガラスレンズとされている。なお実施例３においては、レンズユニットの厚み方向のサイズを抑えるためにプリズム（ＰＲ）を使用しているが、光路を折り曲げる手段はプリズム（ＰＲ）に限るものではなく、例えばコストを優先するのであれば反射ミラー等で代替することももちろん可能である。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例１〜３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９〜図１１の左側から順に示す。これらの図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。

さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実線で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして破線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ｓとｔはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。

これらの図から理解されるように、いずれの実施例におけるレンズ群も、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、歪曲収差がほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。また、これらの実施例１〜３の各変倍光学系に、上述した条件式（１）〜（１６）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表７に示す。

さらに、この実施例１〜３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８及び表９にそれぞれ示す。これらの表から、短焦点で、明るい光学系が実現できていることが理解される。

以上説明したように、上記実施例１〜３に係る変倍光学系１００，１００Ｑ，１００Ｒによれば、とりわけ変倍比が２〜３倍程度の変倍光学系において、変倍域全域にわたって各種の収差が良好に補正され、且つ、（超）小型化が達成できるズームレンズを安価に提供することができるものである。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に係る変倍光学系は、物体側から順に配置された、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レンズ群、負の光学的パワーを有する第３レンズ群、正の光学的パワーを有する第４レンズ群の４群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、前記第４レンズ群は、１枚の正レンズからなり、前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズが、下記（１）の条件式を満たし、前記第２レンズ群が、下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする。
νｐ＜４０ ・・・（１）
０．７＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（４）
但し、νｐ：前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズのアッベ数の最小値
ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
この構成によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの光学系とされている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利となる。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制し得る。これらの点は、変倍比が２〜３倍程度のズームレンズにおいて特に顕著となる。

しかし、光学系のコンパクト化を追求した場合、上記のレンズ構成では第２レンズ群を構成する各レンズに要求される光学的パワーが増大し、それに伴って望遠端で発生する倍率色収差が非常に大きくなる。そこで、これを補正するために第３レンズ群又は第４レンズ群内に備えられている正レンズを、上記条件式（１）を満たすアッベ数を有する高分散材料で構成している。なお、アッベ数が条件式（１）の上限を上回ると、前記正レンズによる倍率色収差の補正が不十分となり、画質劣化の原因となるコントラスト低下の傾向が顕在化する。

このように、本発明の一局面に係る変倍光学系によれば、負リードの構成として変倍光学系のコンパクト化を可能とすると共に、当該変倍光学系の（超）小型化を追求した場合に問題となる第２レンズ群の倍率色収差等を、第３レンズ群又は第４レンズ群内に備えられている正レンズのアッベ数を最適化することで十分に補正できるようになる。従って、所定の変倍比の変倍光学系、とりわけ変倍比２〜３倍程度の変倍光学系において、変倍域全域にわたって収差が良好に補正され、かつ小型化が十分に達成された変倍光学系を提供できるという効果を奏する。

また、前記第３レンズ群が負の光学的パワーを有することで、軸上色収差の十分な補正が可能となり、画面中心のコントラストを高めることができ、また第４レンズ群を具備させることで、近距離物体に対する光学性能の確保が容易となる。

さらにまた、前記第４レンズ群は、第１レンズ群や第２レンズ群に比べて光学的パワーが小さいことから、１枚のレンズで構成することで、一層のコンパクト化を図ることが可能となる。

また、前記第２レンズ群が上記（４）の条件式を満たすことで、コンパクト性を確保しながら必要な変倍比を得ることが可能となる。なお、ｆ２／ｆｗが条件式（４）の上限を上回ると、第２レンズ群のパワーが弱すぎ、コンパクト性を維持した状態で２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となる。一方、ｆ２／ｆｗが条件式（４）の下限を下回ると、第２レンズ群の偏芯誤差感度が非常に高くなり、そのような誤差感度をクリアするレンズ群の製造が困難となる。このようにｆ２／ｆｗの値が最適化されることで、コンパクト性を確保しながら必要な変倍比を得ることができる。

上記の変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズが、下記（２）の条件式を満たすことが望ましい。

Ｎｐｇ＞１．７ ・・・（２）
但し、Ｎｐｇ：前記正レンズのｄ線屈折率
当該変倍光学系の像側に、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子等の受光面が配置されるような場合、第３レンズ群以降のレンズ群に含まれる正レンズは、前記撮像素子へ導かれる入射光の入射角調整の役割を果たすことになる。そこで、前記正レンズとして、上記条件式（２）を満たすような高屈折硝材を用いる構成とすることで、広角端と望遠端とにおける撮像素子への入射角差を小さくし、かつ製造難易度を下げることができるようになる。なお、屈折率が条件式（２）の下限を下回ると、第３レンズ群又は第４レンズ群の面角度が大きくなり、特にガラスレンズの場合には製造や評価が難しくなるためコスト高となる傾向が顕著となる。このように、変倍光学系の像側に受光面が配置される場合に、第３レンズ群又は第４レンズ群に含まれる正レンズの屈折率を最適化することで、広角端と望遠端とにおける撮像素子への入射角差を小さくし、かつ変倍光学系の製造難易度を下げることができる。

また、上記の変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズが樹脂材料からなり、下記（３）の条件式を満たすことが望ましい。なお、前記第３レンズ群１０３が複数枚のレンズ構成の場合、その内の正レンズが、前記条件式（１），（２）と同様に、この条件式（３）を満たしていてもよい。

Ｎｐｐ＞１．５５ ・・・（３）
但し、Ｎｐｐ：前記樹脂材料からなる正レンズのｄ線屈折率
当該変倍光学系において、生産コスト及び量産性が重要視される場合は、光学系を構成するレンズを樹脂材料で形成することが望ましい。この場合、第３レンズ群又は第４レンズ群に含まれる正レンズについて、上記条件式（３）を満たすような屈折率を有する樹脂材料を用いる構成とすることで、倍率色収差の補正等を十分に行える光学系を構築できるようになる。なお、屈折率が条件式（３）の下限を下回ると、低分散の樹脂材料しか存在しなくなり、倍率色収差の補正を十分に行えなくなる傾向が顕著となる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズは、少なくとも１面の非球面を有することが望ましい。この構成によれば、前記正レンズに少なくとも１面の非球面を設けることで、非点収差・歪曲収差の十分な補正が行える。また、撮像素子に対する光像の入射角調整の自由度が高まり、広角端と望遠端での撮像素子入射角差を小さくし、周辺部まで光量落ちの少ない画像を得ることができるようになる。

ところで、ガラスレンズはプラスチックレンズに比して非球面化（非球面加工）が困難であり、かつ一般的には屈折率が高くなるほど融点が高くなって非球面化が難しい。しかし、本発明において使用される高分散材料（上記条件式（１）で定義される材料）は比較的高屈折率でも低融点であるという特質があり、前記正レンズをガラス材料で構成する場合であっても、ガラスモールド法等により比較的容易に成型できるので非球面化に有利となる。

上記いずれかの変倍光学系において、下記（５）及び（６）の条件式を満たすことが望ましい。

０＜αｗ＜３０ ・・・（５）
｜αｗ−αｔ｜＜２０ ・・・（６）
但し、αｗ：広角端において、撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ）
αｔ：望遠端において、撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ）
ここで、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。

上記αｗが、条件式（５）の上限を上回ると、像側に撮像素子が配置される場合に、該撮像素子への光線入射角のテレセントリック性が崩れ、撮像面手前に画素に対応したレンズアレイを配置したとしても、周辺照度の低下を防ぐことが難しくなる。一方、上記αｗが、条件式（５）の下限を満たすものとすることにより、広画角を確保しつつ、コンパクト化を図ることが可能となる。さらに、｜αｗ−αｔ｜が条件式（６）の上限を上回ると、広角端と望遠端での入射角の差異が大きすぎて、前記レンズアレイの最適化を図ることが困難となり、広角端か望遠端いずれかで周辺照度低下が生じる傾向が顕著となる。従って、上記構成を採用することで、コンパクト化を確保しつつ、撮像素子に対する周辺照度の低下の問題を抑止でき、高品質な画像を撮像できるようになる。

この構成において、前記アッベ数を有する正レンズは、前記第４レンズ群内に備えられていることが望ましい。像側に近い第４レンズ群は、軸外光線の主光線高さが高くなる位置に存在している。このような第４レンズ群に含まれる正レンズを、前記アッベ数を有する正レンズとすることで、倍率色収差の補正効果を高めることができる。

上記構成において、前記第４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定されていることが望ましい。第４レンズ群を固定とすることで鏡筒機構が簡略化でき、レンズの位置精度を向上させることが可能となる。

また、上記構成において、前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定されていることが望ましい。外径が自ずと大きくなる第１レンズ群は、変倍光学系のユニットサイズに与える影響が大きい。従って、第１レンズ群を固定とすることでその鏡筒機構を簡略化でき、ユニットの縦・横・厚みいずれのサイズに対しても小型化を図る上で非常に効果的である。

なお、上記構成において、前記第１レンズ群及び第４レンズ群の双方を広角端から望遠端への変倍時に固定とすれば、４成分の変倍光学系において変倍時に駆動するレンズ群の重量を極めて軽量化できる。従って、変倍機構として小型の駆動装置を用いることができ、ユニットの小型化を図る上で一層有利になる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、下記（７）の条件式を満たすことが望ましい。

０．７＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜１．８ ・・・（７）
但し、ｆ２ｎ：前記第２レンズ群内の負レンズの焦点距離
ｆ２ｐ：前記第２レンズ群内の正レンズの焦点距離
この構成によれば、第２レンズ群が１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成され、上記ｆ２ｎ／ｆ２ｐを、条件式（７）を満たすようにすることで、これら各１枚のレンズで球面収差と軸上色収差の十分な補正が行われるようになる。また、物体側から正負の順で配置することで第２レンズ群の主点位置が第１レンズ群側に近付き、これにより変倍作用を保ったまま第２レンズ群の実質的パワーを軽減させることができるので、誤差感度の低減作用が期待できる。なお、条件式（７）の上限を上回ると、球面収差の補正が不足がちとなり、一方下限を下回ると、第２レンズ群の負レンズのパワーが強くなるため、倍率色収差が大きくなり、画質が低下する傾向が顕著となる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第２レンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記開口絞りは絞り径が固定とされていることが望ましい。この構成によれば、前記第２レンズ群の物体側に絞り径固定の開口絞りを配置することで、第１レンズ群の前玉径を極力小さくすることができる。一方で、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔は光学全長に与える影響が大きく、可変絞り機構を挿入するために当該間隔を広げるよう構成すると、例えば２〜３倍程度光学全長を長くする必要が生じる。そこで、絞り径を固定として絞り部材を簡略化することで、光軸方向の薄肉化が達成できるようになる。その結果として、変倍光学系の厚さ方向の小型化が図れるようになる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズが、物体側に凸のメニスカスレンズであることが望ましい。この構成によれば、レンズの主点位置を像面から遠ざけることができ、像面入射角を緩める効果があることから、変倍光学系の超小型化を図った際に有効となる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズの像側面は非球面であり、下記（８）の条件式を満たすことが望ましい。

０．０５＜｜ΔＺｐｉ／ｄｉ｜＜０．２５ ・・・（８）
但し、ΔＺｐｉ：前記アッベ数を有する正レンズの像側面において、最大有効半径での非球面サグ量
ｄｉ：前記アッベ数を有する正レンズの像側面における最大有効半径
この構成によれば、上記ΔＺｐｉ／ｄｉの値が最適化される。ΔＺｐｉ／ｄｉが条件式（８）の上限を上回ると、レンズ周辺部での面角度が大きくなって、製造や製品評価が難しくなる。また、条件式（８）の下限を下回ると、広角端と望遠端とにおける撮像素子への入射角差を小さくすることができなくなり、周辺照度の低下傾向が顕在化する。さらに、前記正レンズの像側面に非球面を設けることで、特に歪曲収差の補正が効果的に行える。このように、レンズ周辺部での面角度を適正にできると共に、周辺照度の低下の問題を抑止できる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記アッベ数を有する正レンズが、下記（９）の条件式を満たすことが望ましい。
１＜ｆｐ／ｆｗ＜８ ・・・（９）
但し、ｆｐ：前記アッベ数を有する正レンズの焦点距離
この構成によれば、上記ｆｐ／ｆｗの値が最適化され、一層適正に倍率色収差を補正できるようになり、高品質な画像を撮像できるようになる。ｆｐ／ｆｗが条件式（９）の上限を上回ると倍率色収差が十分に補正できなくなり、また、条件式（９）の下限を下回ると倍率色収差の補正を過剰に行ってしまう結果となり、いずれの場合も周辺画質の劣化傾向が顕著になる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第１レンズ群は、物体側から順に、両面凹レンズ又は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の２枚のレンズからなることが望ましい。このように第１レンズ群のレンズ構成を設定することで、広角端でのバックフォーカス確保が容易となり、また広画角な軸外光の非点収差、倍率色収差を良好に補正することができるようになる。さらに、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し、像面性を改善することが可能となる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第１レンズ群を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われることが望ましい。前記第１レンズ群を移動させることに伴う諸収差の変動は比較的小さい。従って、フォーカシングを前記第１レンズ群の物体側への移動により行わせることで、フォーカシングによる性能劣化を抑制することができる。また、前記第１レンズ群の移動量に対するバックフォーカスの変動も大きいため、少ない移動量でレンズ前数ｃｍ程度まで良好なフォーカシング性能を得ることが可能となる。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第３レンズ群又は第４レンズ群を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われる構成とすることが望ましい。この構成によれば、前記第３レンズ群又は第４レンズ群でフォーカシングすることで、繰り出しによる光学全長の増加や前玉レンズ径の増大を招くことなく、近距離物体まで鮮明な画像を得ることができる。

なお、フォーカシングに際し、第１レンズ群を移動させるか、或いは前記第３レンズ群又は第４レンズ群を移動させるかは、光学仕様によって使い分けることができる。すなわち、マクロ機能を強化させる場合には第１レンズ群を移動されるようにし、コンパクト化が優先される場合は前記第３レンズ群又は第４レンズ群が移動されるようにすればよい。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第２レンズ群が、接合レンズを含むことが望ましい。光軸方向のコンパクト化を図ろうとすると第２レンズ群の移動量が制限されるようになるため、かかる制限下で所望の変倍比を得ようとすると第２レンズ群のパワーを増大させることが必要となる。そのため、レンズの曲率誤差や芯厚誤差、屈折率誤差やレンズ間の間隔誤差、偏芯誤差のいずれに対する感度も上昇し、鏡筒のメカ精度向上や第２レンズ群内でのレンズ間調整が必要となる。しかし、第２レンズ群に接合レンズを配置することにより、第２レンズ群内における各レンズ面の各誤差感度を大幅に低減でき、仮にレンズ間調整が必要な場合でも感度バランスを良好に保つことができる。また、第２レンズ群の鏡筒構成を簡略化できるようになり、この結果、従前では光学的には不利でもメカ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、変倍光学系の更なるコンパクト化が図れるようになる。加えて、レンズ同士を接合させることで、不要な面間反射光を抑える効果もある。

上記いずれかの変倍光学系において、前記第１レンズ群が、接合レンズを含むことが望ましい。光軸方向のコンパクト化を図ろうとすると第１レンズ群内の偏芯誤差感度が上昇し、鏡筒のメカ精度向上や第１レンズ群内でのレンズ間調整が必要になる。しかし、第１レンズ群に接合レンズを配置することにより、第１レンズ群内の各レンズ面の偏芯誤差感度を大幅に低減でき、仮にレンズ間調整が必要な場合でも感度バランスを良好に保つことができる。また、第１レンズ群の鏡筒構成を簡略化できるようになり、この結果、従前では光学的には不利でもメカ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、変倍光学系の更なるコンパクト化が図れるようになる。加えて、レンズ同士を接合させることで、不要な面間反射光を抑える効果もある。

本発明の他の曲面に係るデジタル機器は、上記のいずれかに記載の変倍光学系を用いる撮像レンズ装置と、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。なお、前記デジタル機器は、携帯端末であることが望ましい。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。なお、前記携帯端末とは、携帯電話機や携帯情報端末等に代表される、携帯することを常態とするデジタル機器のことである。

Claims (20)

1. 物体側から順に配置された、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レンズ群、負の光学的パワーを有する第３レンズ群、正の光学的パワーを有する第４レンズ群の４群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系において、
   前記第４レンズ群は、１枚の正レンズからなり、
   前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズが、下記（１）の条件式を満たし、
   前記第２レンズ群が、下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   νｐ＜４０ ・・・（１）
   ０．７＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（４）
   但し、νｐ：前記第３レンズ群又は前記第４レンズ群内の正レンズのアッベ数の最小値
   ｆ２：前記第２レンズ群の合成焦点距離
   ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
2. 前記アッベ数を有する正レンズが、下記（２）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。
   Ｎｐｇ＞１．７ ・・・（２）
   但し、Ｎｐｇ：前記正レンズのｄ線屈折率
3. 前記アッベ数を有する正レンズが樹脂材料からなり、下記（３）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。
   Ｎｐｐ＞１．５５ ・・・（３）
   但し、Ｎｐｐ：前記樹脂材料からなる正レンズのｄ線屈折率
4. 前記アッベ数を有する正レンズは、少なくとも１面の非球面を有する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。
5. 下記（５）及び（６）の条件式を満たす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。
   ０＜αｗ＜３０ ・・・（５）
   ｜αｗ−αｔ｜＜２０ ・・・（６）
   但し、αｗ：広角端において、撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ）
   αｔ：望遠端において、撮像面への入射光線のうち最大像高での主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ）
   ここで、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。
6. 前記アッベ数を有する正レンズは、前記第４レンズ群内に備えら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４レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定されてい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. 前記第１レンズ群は、広角端から望遠端への変倍時に固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の変倍光学系。
9. 前記第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとからなり、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の変倍光学系。
   ０．７＜｜ｆ２ｎ／ｆ２ｐ｜＜１．８ ・・・（７）
   但し、ｆ２ｎ：前記第２レンズ群内の負レンズの焦点距離
   ｆ２ｐ：前記第２レンズ群内の正レンズの焦点距離
10. 前記第２レンズ群の物体側に開口絞りを有し、前記開口絞りは、絞り径が固定とされていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の変倍光学系。
11. 前記アッベ数を有する正レンズが、物体側に凸のメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の変倍光学系。
12. 前記アッベ数を有する正レンズの像側面は、非球面であり、下記（８）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１に記載の変倍光学系。
    ０．０５＜｜ΔＺｐｉ／ｄｉ｜＜０．２５ ・・・（８）
    但し、ΔＺｐｉ：前記アッベ数を有する正レンズの像側面において、最大有効半径での非球面サグ量
    ｄｉ：前記アッベ数を有する正レンズの像側面における最大有効半径
13. 前記アッベ数を有する正レンズが、下記（９）の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の変倍光学系。
    １＜ｆｐ／ｆｗ＜８ ・・・（９）
    但し、ｆｐ：前記アッベ数を有する正レンズの焦点距離
14. 前記第１レンズ群は、物体側から順に、両面凹レンズ又は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の２枚のレンズからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の変倍光学系。
15. 前記第１レンズ群を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の変倍光学系。
16. 前記第３レンズ群又は第４レンズ群を物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の変倍光学系。
17. 前記第２レンズ群が、接合レンズを含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の変倍光学系。
18. 前記第１レンズ群が、接合レンズを含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の変倍光学系。
19. 請求項１〜１８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。
20. 前記デジタル機器は、携帯端末であることを特徴とする請求項１９に記載のデジタル機器。

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