JP5029185B2 - 変倍光学系、撮像装置およびデジタル機器 - Google Patents

変倍光学系、撮像装置およびデジタル機器 Download PDF

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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、小型化可能な変倍光学系、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、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯可能な通信機能を備えた携帯端末の普及が目覚ましく、これらの機器にコンパクトな静止画撮影や動画撮影可能な撮像装置が内蔵されることが多い。これらの機器に搭載される撮像装置は、通常、サイズ（大きさ）やコストの制約が厳しい。このため、デジタルカメラに較べて、低画素で小型の撮像素子を用い、２〜４枚程度のプラスチックレンズから構成される単焦点光学系を備えた撮像装置が一般的に採用されている。しかしながら、これらの機器に搭載される撮像装置も高画素化や高機能化が進展してきており、このため、高画素撮像素子に対応可能で、かつ撮影者から離れた被写体も撮影可能であって、これらの機器に搭載することができるコンパクトな変倍光学系が要求されている。
これらの機器に搭載される撮像装置の変倍光学系としては、例えば、特許文献１や特許文献２が挙げられる。特許文献１に開示の変倍光学系は、負正負３成分であり、そのレンズ構成枚数が非常に少ないことを特徴としている。また、特許文献２に開示の変倍光学系は、負正負正４成分であり、第１レンズ群を固定することによって小型化を図っている。
特開２００５−０３７９３５号公報 特開２００６−２２７１２９号公報
ところで、上記特許文献１に開示の変倍光学系は、軸上色収差および倍率色収差の補正が上記要求に対し不充分であり、近年の高画素化に充分に対応することが難しい。また、上記特許文献２に開示の変倍光学系は、第２および第３レンズ群をそれぞれ１枚のレンズで構成しているため、球面収差および非点収差の補正が上記要求に対し不充分である。
このように、これら変倍光学系は、コンパクトであるが、収差補正が不充分であるため、高画素撮像素子に充分に対応することが難しい。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、コンパクトでありながら、球面収差、色収差および非点収差の諸収差を背景技術に較べてより補正す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」または「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。
（ｅ）接合レンズを構成している各単レンズにおける光学的パワーの表記は、単レンズのレンズ面の両側が空気である場合におけるパワーである。
（ｆ）複合型非球面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枚として取り扱うものとする。そして、レンズ屈折率も基板となっているガラス材料の屈折率とする。複合型非球面レンズは、基板となる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である。
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、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レンズ群の３個のレンズ群のみから構成されて成る変倍光学系であって、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に移動し、前記第１レンズ群は、変倍の際に固定であり、前記第２レンズ群は、最物体側レンズが正の光学的パワーを有し、かつ、前記第２レンズ群内に少なくとも１枚の負レンズを有するとともに、接合レンズを有し、前記第３レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とは、それぞれ、１面以上の非球面を有し、下記（１）の条件式を満足することを特徴とする。
β３ｔ／β３ｗ＞１．５ ・・・（１）
ただし、β３ｔは、前記望遠端での前記第３レンズ群の結像倍率であり、β３ｗは、前記広角端での前記第３レンズ群の結像倍率である。
この構成では、変倍比が約２〜３倍程度のズームレンズにおいて、光学全長、前玉径のサイズおよび誤差感度の点から有利な負リードの光学系である。負正負を含む構成とすることによって、変倍移動量の短縮による当該変倍光学系のコンパクト化が維持されつつ、球面収差、色収差および非点収差の良好な補正が可能となる。そして、第１レンズ群を固定とすることによって、第１レンズ群のレンズ有効径を抑えることが可能となる。仮に第１レンズ群が可動する場合では、第１レンズ群の外側に駆動装置を配置しなければならず、外径方向のサイズが大きくなるが、この構成によれば、外径方向の小型化に非常に効果的である。第２レンズ群の最物体側レンズを正レンズとすることによって、第１レンズ群のレンズ有効径を抑えることが可能となる。第２レンズ群が少なくとも１枚の負レンズを有することによって、球面収差および軸上色収差が補正される。第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有することによって、非点収差および倍率色収差が補正される。第２レンズ群と前記第３レンズ群とがそれぞれ１面以上の非球面を有することによって、非点収差および軸外コマ収差が補正される。さらに、条件式（１）を満たすことによって、第２レンズ群における変倍負担の一部を第３レンズ群が担うことが可能となり、第２レンズ群における各レンズの製造難易度を軽減することが可能となる。そして、この構成では、第１ないし第３レンズ群の３群構成とすることによって、機械的機構の簡略化によるコストダウンと光学全長の大幅な短縮化を図ることができる。さらに、この構成では、第２レンズ群に接合レンズを用いることによって、第２レンズ群における各レンズの製造誤差感度を抑えることが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、下記（２）の条件式を満足することを特徴とする。
（β２ｔ／β２ｗ）/（β３ｔ／β３ｗ）＞０．６ ・・・（２）
ただし、β２ｔは、前記望遠端での前記第２レンズ群の結像倍率であり、β２ｗは、前記広角端での前記第２レンズ群の結像倍率である。
この構成によれば、条件式（２）を満たすことによって、第２レンズ群および第３レンズ群における変倍負担が適切となって、第２レンズ群および第３レンズ群共に各レンズの製造難易度を軽減することが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、下記（３）の条件式を満足することを特徴とする。
１＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜３ ・・・（３）
ただし、ｆ３は、前記第３レンズ群の合成焦点距離であり、ｆｗは、前記広角端での全光学系の合成焦点距離である。
この構成において、条件式（３）の上限を上回ると、第３レンズ群での変倍負担が減少し、第２レンズ群の偏芯誤差感度が上昇してしまい、好ましくない。一方、条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群の偏芯誤差感度が非常に高くなり、製造が困難となり、好ましくない。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、下記（４）の条件式を満足することを特徴とする。
Ｙ’／ＴＬ＞０．１２ ・・・（４）
ただし、Ｙ’は、最大像高であり、ＴＬは、最物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（但し、バックフォーカスは空気換算長）である。
この構成によれば、条件式（４）を満たすことによって、コンパクトな光学系を達成することが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、正レンズと、負レンズおよび正レンズの接合レンズとから構成されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、第２レンズ群の各レンズを物体側より像側へ正負正の順に配置することにより、球面収差および非点収差の補正効果を高めることが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする。
０．６＜ｆ２／ｆｗ＜１．５ ・・・（５）
ただし、ｆ２は、前記第２レンズ群の合成焦点距離であり、ｆｗは、前記広角端での全光学系の合成焦点距離である。
この構成において、条件式（５）の上限を上回ると、第２レンズ群のパワーが弱過ぎるため、コンパクト化が維持されつつ約２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となり、好ましくない。一方、条件式（５）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って、製造が困難となり、好ましくない。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記第２レンズ群内の前記負レンズは、下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする。
Ｎ２ｎ＞１．７ ・・・（６）
ただし、Ｎ２ｎは、前記第２レンズ群内の前記負レンズの屈折率の最大値である。
この構成によれば、条件式（６）を満たすことによって、軸上色収差および非点収差の補正効果を高めることが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記第２レンズ群内の接合レンズのうちの正レンズは、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする。
｜Ｒｆｇ２／Ｒｒｇ２｜＜０．８ ・・・（７）
ただし、Ｒｆｇ２は、前記正レンズの物体側面の曲率半径であり、Ｒｒｇ２は、前記正レンズの像側面の曲率半径である。
この構成によれば、条件式（７）を満たすことにより、第２レンズ群における各レンズの製造誤差感度を抑えることが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、望遠端において、下記（８）の条件式を満たすことを特徴とする。
Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜０．２ ・・・（８）
ただし、Ｔ１２は、前記望遠端での前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間の光軸上距離であり、ｆｔは、前記望遠端での全光学系の合成焦点距離であり、ｆｗは、前記広角端での全光学系の合成焦点距離である。
この構成において、条件式（８）の上限を上回ると、第２レンズ群の実質的な変倍移動量が小さくなるため、第２群の光学的パワーが強くなって、製造難易度が高くなり、好ましくない。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記第３レンズ群の最像側レンズの最像側面は、非球面であり、光軸から周辺に向かうに従って負の屈折力を弱める形状とされており、下記（９）および（１０）の条件式を満たすことを特徴とする。
１０＜αｗ＜４０ ・・・（９）
｜αｗ-αｔ｜＜３０ ・・・（１０）
ただし、αｗは、前記広角端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）であり、αｔは、前記望遠端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）であり、αｗおよびαｔは、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。
この構成において、条件式（９）を満たすことによって、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。そして、条件式（１０）の上限を上回ると、撮像面手前にレンズアレイを配置しても、周辺照度低下を抑えることが困難となり、好ましくない。
また、この上述の変倍光学系において、好ましくは、下記（１１）の条件式を満たすことを特徴とする。
１＜Ｌｂ／ｆｗ＜２ ・・・（１１）
ただし、Ｌｂは、前記望遠端におけるバックフォーカス（空気換算長）であり、ｆｗは、前記広角端での全光学系の合成焦点距離である。
この構成において、条件式（１１）の上限を上回ると、第１レンズ群における負レンズの光学的パワーが強くなり過ぎるため、第１レンズ群で発生する軸外収差を他の群で補正することが困難となり、好ましくない。一方、条件式（１１）の下限を下回ると、第３レンズ群の変倍負担が低くなって、光学全長が増加してしまい、好ましくない。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記変倍における可動群は、２個のみであることを特徴とする。
この構成によれば、可動群を、変倍群とズーミングによる像面補正群との２群に限定することによって、これらを駆動する駆動装置の占有体積が減少し、機械的機構も簡略化するため、当該変倍光学系のサイズを小型化することが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを含むことを特徴とする。
この構成によれば、樹脂材料製レンズを用いることによって、安定した品質で大量生産が可能となり、コストダウンを図ることが可能となる。
また、これら上述の変倍光学系において、好ましくは、前記少なくとも１枚の樹脂材料製レンズは、前記第３レンズ群内にまたは前記第３レンズ群よりも像側に配置されることを特徴とする。
この構成によれば、第３レンズ群内にまたは第３レンズ群よりも像側に樹脂材料製レンズを配置することによって、光学性能への影響を最小限に抑えつつ、コストダウンを図ることが可能となる。
そして、本発明の他の一態様に係る撮像装置は、これら上述の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、上述の構成の撮像装置と、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。そして、好ましくは、デジタル機器は、携帯端末から成る。
本発明によれば、コンパクト性を確保しつつ、球面収差、色収差および非点収差の諸収差を背景技術に較べてより補正す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。
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１６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、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２と、負の光学的パワーを有する第３レンズ群１３とを含み、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２とが互いの間隔が狭くなるよう移動し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５）と同じ構成である。
図１では、第１レンズ群１１は、変倍において固定され、物体側より像側へ順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ１１１と、物体側に凸の正メニスカスレンズ１１２とから構成されて成り、第２レンズ群１２は、変倍において物体側に移動し、物体側より像側へ順に、非球面を有する両凸の正レンズ１２１と、物体側に凸の負メニスカスレンズ１２２と、両凸の正レンズ１２３とから構成され、第３レンズ群１３は、物体側より像側へ順に、非球面を有する像側に凸の正メニスカスレンズ１３１と、非球面を有する両凹の負レンズ１３２とから構成される例を示している。このように変倍光学系１では、第２レンズ群１２は、最物体側レンズが正の光学的パワーを有し、かつ、第２レンズ群１２内に少なくとも１枚の負レンズを有し、第３レンズ群１３は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有し、そして、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３とは、それぞれ、１面以上の非球面を有している。図１に示す例では、第１レンズ群１１の正メニスカスレンズ１１２、第２レンズ群１２の正レンズ１２１、第３レンズ群１３の負メニスカスレンズ１３１および同群１３の正メニスカスレンズは、それぞれ、両面が非球面である。第２レンズ群１２の負メニスカスレンズ１２２と正レンズ１２３とは、固定的に一体化された接合レンズである。また、第３レンズ群１３における正メニスカスレンズ１３１と負レンズ１３２とは、例えばプラスチックなどの樹脂材料製レンズである。
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。
さらに、変倍光学系１は、望遠端での第３レンズ群の結像倍率をβ３ｔとし、広角端での第３レンズ群の結像倍率をβ３ｗとする場合に、下記（１）の条件式を満たすものとされる。
β３ｔ／β３ｗ＞１．５ ・・・（１）
このような構成の変倍光学系１は、物体側から順に「負・正・負」の３成分を有する、いわゆる負リードの光学系である。このため、変倍比が約２〜３倍程度のズームレンズにおいて、光学全長、前玉径のサイズおよび誤差感度の点から有利となる。負正負を含む構成とすることによって、変倍移動量の短縮による当該変倍光学系のコンパクト化が維持されつつ、球面収差、色収差および非点収差の良好な補正が可能となる。
そして、第１レンズ群１１を固定とすることによって、第１レンズ群１１のレンズ有効径を抑えることが可能となる。仮に第１レンズ群１１が可動する場合では、第１レンズ群１１の外側に、第１レンズ群１１を移動するための駆動装置を配置しなければならず、外径方向のサイズが大きくなるが、この構成によれば、外径方向の小型化に非常に効果的である。第２レンズ群１２の最物体側レンズを正レンズとすることによって、第１レンズ群１１のレンズ有効径を抑えることが可能となる。第２レンズ群１２が少なくとも１枚の負レンズ（図１に示す例では、負メニスカスレンズ１２２）を有することによって、球面収差および軸上色収差が補正される。第３レンズ群１３が少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズと（図１に示す例では、正メニスカスレンズ１３１と負レンズ１３２と）を有することによって、非点収差および倍率色収差が補正される。第２レンズ群１２と第３レンズ群１３とがそれぞれ１面以上の非球面（図１に示す例では、第２レンズ群１２の正レンズ１２１の両面、第３レンズ群１３の負メニスカスレンズ１３１の両面および同群１３の正メニスカスレンズの両面）を有することによって、非点収差および軸外コマ収差が補正される。さらに、条件式（１）を満たすことによって、第２レンズ群１２における変倍負担の一部を第３レンズ群１３が担うことが可能となり、第２レンズ群１２における各レンズの製造難易度を軽減することが可能となる。
また、製造難易度低減の観点から、変倍光学系１は、下記条件式（１’）を満たすことがより一層好ましい。
β３ｔ／β３ｗ＞１．５５ ・・・（１’）
条件式（１’）を満たすことによって、第３レンズ群１３における各レンズの製造難易度を高めることなく、第２レンズ群１２における各レンズの製造難易度を低減することが可能となる。
そして、この変倍光学系１は、第２レンズ群１２の物体側レンズ面よりも物体側に配置された光学絞り（開口絞り）１４も備えている。この光学絞り１４は、変倍において、第２レンズ群１２と共に移動する。さらに、この変倍光学系１の像側には、フィルタ１５や撮像素子１６が配置される。フィルタ１５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など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１６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１６の受光面まで導かれ、撮像素子１６によって前記被写体の光学像が撮像される。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２は、物体側より像側へ順に、正レンズ１２１と、負レンズ、図１に示す例では負メニスカスレンズ１２２および正レンズ１２３の接合レンズとから構成されて成っている。このため、球面収差および非点収差の補正効果を高めることが可能となる。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２の正レンズ１２１は、両面が非球面である。このように第２レンズ群１２内の正レンズに非球面が設けられているので、コンパクト化に伴う第２レンズ群１２の光学的パワーの増加によって発生する球面収差およびコマ収差を良好に補正することが可能となる。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２の正レンズ１２１は、第２レンズ群１２における最物体側レンズであって、両凸のレンズである。このため、両凸の正レンズにおける前後面の相対偏芯によって発生する収差を抑えることが可能となる。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２および第３レンズ群１３は、変倍において移動する。このように可動するレンズ群は、変倍において、２個のみであるので、これらを駆動する駆動装置の占有体積が減少し、機械的機構も簡略化するため、当該変倍光学系１のサイズを小型化することが可能となる。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２は、接合レンズを有している。このように第２レンズ群１２に接合レンズが用いられることによって、第２レンズ群１２における各レンズの製造誤差感度を抑えることが可能となる。
また、この変倍光学系１では、第１レンズ群１１ないし第３レンズ群１３の３個のレンズ群のみから構成されて成っている。このため、機械的機構の簡略化によるコストダウンと光学全長の大幅な短縮化を図ることができる。
また、この変倍光学系１では、第３レンズ群１３の正メニスカスレンズ１３１と負レンズ１３２が樹脂材料製レンズであり、変倍光学系１は、少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを含んでいる。このため、安定した品質で負メニスカスレンズ１３２を大量生産することができ、コストダウンを図ることが可能となる。そして、負レンズ１３２は、第３レンズ群１３内に配置される。このため、光学性能への影響を最小限に抑えつつ、コストダウンを図ることが可能となる。なお、同様の観点から、第３レンズ群１３よりも像側に樹脂材料製レンズがさらに配置されていてもよい。
また、このような構成の変倍光学系１において、望遠端での第２レンズ群１２の結像倍率をβ２ｔとし、広角端での第２レンズ群１２の結像倍率をβ２ｗとする場合に、下記（２）の条件式を満足することが好ましい。
（β２ｔ／β２ｗ）/（β３ｔ／β３ｗ）＞０．６ ・・・（２）
この条件式（２）を満たすことによって、第２レンズ群１２および第３レンズ群１３における変倍負担が適切となって、第２レンズ群１２および第３レンズ群１３共に各レンズの製造難易度を軽減することが可能となる。そして、より適切に変倍負担を割り当てるために、変倍光学系１は、下記（２’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
（β２ｔ／β２ｗ）/（β３ｔ／β３ｗ）＞０．８ ・・・（２’）
この条件式（２’）を満たすことによって、第２レンズ群１２および第３レンズ群１３における変倍負担が最も適切となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、第３レンズ群の合成焦点距離をｆ３とし、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとする場合に、下記（３）の条件式を満足することが好ましい。
１＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜３ ・・・（３）
この条件式（３）の上限を上回ると、第３レンズ群１３での変倍負担が減少し、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が上昇してしまい、好ましくない。一方、条件式（３）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の偏芯誤差感度が非常に高くなり、製造が困難となり、好ましくない。そして、製造難易度の観点から、変倍光学系１は、下記（３’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
１＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜２ ・・・（３’）
この条件式（３’）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の製造難易度がやや高くなって、第２レンズ群１２においてレンズ調整が必要となる。この結果、工数が増加してしまい、好ましくない。
また、このような構成の変倍光学系１において、最大像高をＹ’とし、最物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（但し、バックフォーカスは空気換算長）をＴＬとすると、下記（４）の条件式を満足することが好ましい。
Ｙ’／ＴＬ＞０．１２ ・・・（４）
この条件式（４）を満たすことによって、コンパクトな光学系を達成することが可能となる。そして、コンパクト化の観点から、変倍光学系１は、下記（４’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
Ｙ’／ＴＬ＞０．１５ ・・・（４’）
この条件式（４’）を満たすことによって、変倍光学系１は、さらにコンパクト化され、例えば携帯端末などのコンパクト性が要求されるデジタル機器へ好適に搭載される。
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の合成焦点距離をｆ２とし、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとする場合に、下記（５）の条件式を満たすことが好ましい。
０．６＜ｆ２／ｆｗ＜１．５ ・・・（５）
この条件式（５）の上限を上回ると、第２レンズ群１２のパワーが弱過ぎるため、コンパクト化が維持されつつ約２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となり、好ましくない。一方、条件式（５）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が非常に高くなって、製造が困難となり、好ましくない。そして、光学全長の短縮化の観点から、変倍光学系１は、下記（５’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
０．６＜ｆ２／ｆｗ＜１．２ ・・・（５’）
この条件式（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るため、変倍移動量が増加して光学全長が増加してしまうため、好ましくない。
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内の負レンズの屈折率の最大値をＮ２ｎとする場合に、第２レンズ群１２内の負レンズ、図１に示す例では負メニスカスレンズ１２２は、下記（６）の条件式を満たすことが好ましい。
Ｎ２ｎ＞１．７ ・・・（６）
この条件式（６）を満たすことによって、軸上色収差および非点収差の補正効果を高めることが可能となる。そして、非点収差の補正の観点から、変倍光学系１は、下記（６’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
Ｎ２ｎ＞１．８ ・・・（６’）
この条件式（６’）を満たすことによって、いわゆるペッツバール和が効果的に減少するため、非点収差が良好に補正される。
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内の接合レンズのうちの正レンズ、図１に示す例では正レンズ１２３の物体側面の曲率半径をＲｆｇ２とし、前記正レンズ（正レンズ１２３）の像側面の曲率半径をＲｒｇ２とする場合に、前記正レンズ（正レンズ１２３）は、下記（７）の条件式を満たすことが好ましい。
｜Ｒｆｇ２／Ｒｒｇ２｜＜０．８ ・・・（７）
この条件式（７）を満たすことにより、第２レンズ群１２における各レンズの製造誤差感度を抑えることが可能となる。そして、像面湾曲の補正の観点から、変倍光学系１は、下記（７’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
｜Ｒｆｇ２／Ｒｒｇ２｜＜０．６ ・・・（７’）
この条件式（７’）を満たすことによって、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、望遠端での第１レンズ群１１と第２レンズ群１２の間の光軸上距離をＴ１２とし、望遠端での全光学系の合成焦点距離をｆｔとし、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとする場合に、望遠端において、下記（８）の条件式を満たすことが好ましい。
Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜０．２ ・・・（８）
この条件式（８）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の実質的な変倍移動量が小さくなるため、第２レンズ群１２の光学的パワーが強くなって、製造難易度が高くなり、好ましくない。そして、変倍光学系１は、下記（８’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜０．１６ ・・・（８’）
この条件式（８’）の上限を上回ると、第２レンズ群１２における各レンズの光学的パワーが増加するため、偏芯誤差感度がやや高くなって第２レンズ群１２においてレンズ調整が必要となる。この結果、工数が増加してしまい、好ましくない。
また、このような構成の変倍光学系１において、第３レンズ群１３の最像側レンズの最像側面は、非球面であり、図２に示すように、広角端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）をαｗとし、望遠端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）をαｔとする場合に、光軸から周辺に向かうに従って負の屈折力を弱める形状とされており、下記（９）および（１０）の条件式を満たすことが好ましい。
１０＜αｗ＜４０ ・・・（９）
｜αｗ-αｔ｜＜３０ ・・・（１０）
ここで、αｗおよびαｔは、図２に示すように、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。
この条件式（９）を満たすことによって、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。そして、条件式（１０）の上限を上回ると、撮像面手前にレンズアレイを配置しても、周辺照度低下を抑えることが困難となり、好ましくない。
また、シェーディングの低減の観点から、変倍光学系１は、下記（９’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
１５＜αｗ＜３０ ・・・（９’）
この条件式（９’）を満たすことによって、シェーディングの少ない良好な画質を得ることが可能となる。
また、周辺照度の低下抑制の観点から、変倍光学系１は、下記（１０’）の条件式を満たすことがより一層好ましい。
｜αｗ-αｔ｜＜１５ ・・・（１０’）
この条件式（１０’）の上限を上回ると、広角端または望遠端のいずれか一方で、周辺照度が低下してしまい、好ましくない。
また、このような構成の変倍光学系１において、望遠端におけるバックフォーカス（空気換算長）をＬｂとし、広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗとする場合に、下記（１１）の条件式を満たすことが好ましい。
１＜Ｌｂ／ｆｗ＜２ ・・・（１１）
この条件式（１１）の上限を上回ると、第１レンズ群１１における負レンズ、図１に示す例では負メニスカスレンズ１１１の光学的パワーが強くなり過ぎるため、第１レンズ群１１で発生する軸外収差を他の群で補正することが困難となり、好ましくない。一方、条件式（１１）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の変倍負担が低くなって、光学全長が増加してしまい、好ましくない。
また、このような構成の変倍光学系１において、変倍比および製造誤差感度の観点から、第３レンズ群１３の合成焦点距離をｆ３とし、望遠端での全光学系の合成焦点距離をｆｔとする場合に、下記（１２）の条件式を満たすことが好ましい。
０．２＜｜ｆ３／ｆｔ｜＜１ ・・・（１２）
この条件式（１２）の上限を上回ると、第３レンズ群１３での変倍負担が減少し、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度が上昇してしまい、好ましくない。一方、条件式（１２）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の偏芯誤差感度が非常に高くなり、製造が困難となる。そして、製造難易度の観点から、変倍光学系１は、下記条件式（１２’）を満たすことがより一層好ましい。
０．２＜｜ｆ３／ｆｔ｜＜０．６ ・・・（１２’）
条件式（１２’）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の製造難易度がやや高くなって、第２レンズ群１２においてレンズ調整が必要となる。この結果、工数が増加してしまう。
また、このような構成の変倍光学系１において、変倍比および製造誤差感度の観点から、第２レンズ群１２の合成焦点距離をｆ２とし、望遠端での全光学系の合成焦点距離をｆｔとする場合に、下記（１３）の条件式を満たすことが好ましい。
０．２＜ｆ２／ｆｔ＜０．８ ・・・（１３）
この条件式（１３）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱過ぎて約２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難である。一方、条件式（１３）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の製造誤差感度が非常に高くなり、製造が困難となる。そして、光学全長および偏芯誤差感度の観点から、変倍光学系１は、下記条件式（１３’）を満たすことがより一層好ましい。
０．３＜ｆ２／ｆｔ＜０．７ ・・・（１３’）
条件式（１３’）の上限を上回ると、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱いため、約２〜３倍程度の変倍に必要な第２レンズ群１２の移動量が増加して光学全長が長くなってしまい、コンパクト化の妨げとなる。一方、条件式（１３’）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の偏芯誤差感度がやや高くなって第２レンズ群１２においてレンズ調整が必要となる。この結果、工数が増加してしまう。
また、このような構成の変倍光学系１において、光学絞り１４は、撮像素子１６に対して遮光する機能を備えたメカニカルシャッタでもよい。このようなメカニカルシャッタは、例えば、撮像素子１６にＣＣＤ方式の素子を用いた場合にスミアの防止に効果的である。
また、この変倍光学系１では、第２レンズ群１２は、接合レンズを有しているけれども、このような構成の変倍光学系１において、少なくとも１組の接合レンズを有することが好ましい。このように構成されることによって、コンパクト化と誤差感度の低減とを両立することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、各レンズ群１１、１２、１３や光学絞り１４などの駆動には、カムやステッピングモータなどが用いられても良いし、あるいは、圧電アクチュエータが用いられても良い。圧電アクチュエータを用いる場合では、駆動装置の体積および消費電力の増加を抑制することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、各レンズ群１１、１２、１３は、３枚以下のレンズで構成することが好ましい。この構成によって、レンズ枚数の削減によってコストを低減することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、物体側から順に、両凹の負レンズまた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から構成されて成る第１レンズ群、両凸または物体側に凸の正レンズと、負レンズと正レンズの接合レンズとから構成されて成る第２レンズ群、および、像側に凸の正メニスカスレンズと、両凹の負レンズまたは像側に凸の負メニスカスレンズとから構成されて成る第３レンズ群を備えることが好ましい。この構成では、第１レンズ群を負正で構成することによって、高画素撮像素子に対応する点で非点収差および倍率色収差を充分に補正できる。第２レンズ群を正負正の３枚で構成することによって、２枚の正レンズを用いることで誤差感度を低減することができ、高画素撮像素子に対応する点で軸上色収差および非点収差を充分に補正することができる。第３レンズ群を負正で構成することによって、第３レンズ群の誤差感度低減と非点収差補正とを両立することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、空気と面している全てのレンズ面が非球面であることが好ましい。この構成によってコンパクト化と高画質化との両立が可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、非球面を有するガラスレンズは、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）であってもよい。ガラスモールド非球面レンズは、大量生産に向き好ましく、複合型非球面レンズは、基板となり得るガラス材料が多いため、設計の自由度が高くなる。特に、高屈折率材料を用いた非球面レンズでは、モールド形成が容易ではないため、複合型非球面レンズが好ましい。また、片面非球面の場合には、複合型非球面レンズの利点を最大限に活用することが可能となる。
また、このような構成の変倍光学系１において、樹脂材料製レンズを用いる場合では、樹脂材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが好ましい。
一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光が散乱し透過率が低下するので、光学材料として使用することが困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長よりも小さくすることによって、光は、実質的に散乱しない。そして、樹脂材料は、温度上昇に伴って屈折率が低下してしまうが、無機粒子は、逆に、温度上昇に伴って屈折率が上昇する。このため、このような温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることで、温度変化に対して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。より具体的には、母材となる樹脂材料に最大長で３０ナノメートル以下の無機微粒子を分散させることによって、屈折率の温度依存性を低減した樹脂材料となる。例えば、アクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させる。このような構成の変倍光学系１において、少なくとも１枚のレンズに、このような無機微粒子を分散させた樹脂材料製レンズを用いることによって、変倍光学系１の環境温度変化に伴うバックフォーカスのずれを小さく抑えることが可能となる。
このような無機微粒子を分散させた樹脂材料製レンズは、以下のように成形されることが好ましい。
屈折率の温度変化について説明すると、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）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って式１４で表される。
ｎ（Ｔ）＝（（ｎ２＋２）×（ｎ２−１））／６ｎ×（−３α＋（１／［Ｒ］）×（∂［Ｒ］／∂Ｔ）） ・・・（１４）
ただし、αは、線膨張係数であり、［Ｒ］は、分子屈折である。
樹脂材料の場合では、一般に、屈折率の温度依存性に対する寄与は、式１６中の第１項に較べて第２項が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合では、線膨張係数αは、７×１０−５であって、式１６に代入すると、ｎ（Ｔ）＝−１．２×１０−４（／℃）となり、実測値と略一致する。
変倍光学系１の環境温度変化に伴うバックフォーカスのずれを小さく抑える観点から、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、絶対値で８×１０−５（／℃）未満であることが好ましく、さらに、絶対値で６×１０−５（／℃）未満であることが好ましい。屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）が絶対値で６×１０−５（／℃）未満である場合には、変倍光学系１の環境温度変化に伴うバックフォーカスのずれ量は、約半分に抑えられる。
よって、このような樹脂材料としては、ポリオレフィン系の樹脂材料やポリカーボネイト系の樹脂材料が好ましい。ポリオレフィン系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約−１１×１０−５（／℃）となり、ポリカーボネイト系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約−１４×１０−５（／℃）となる。
＜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３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）、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯端末、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１６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１６の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
撮像素子１６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１６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１６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１６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基づいて図略の前記レンズ駆動装置を動作させることによって、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における１または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、駆動部３４を介して撮像装置２１の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、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１６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、駆動部３４を介して撮像装置２１の図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、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１６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、コンパクトでありながら、球面収差、色収差および非点収差などの諸収差を背景技術に較べてより補正することができる変倍光学系１を備えるので、小型化を図りつつ高画素な撮像素子１６を採用することができる。特に、変倍光学系１が小型で高画素撮像素子に適用可能であるので、高画素化や高機能化が進む携帯端末に好適である。その一例として、携帯電話機に撮像装置２１を搭載した場合について、以下に説明する。
図４は、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。図４（Ａ）は、携帯電話機の操作面を示し、図４（Ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を示す。
図４において、携帯電話機５には、上部にアンテナ５１が備えられ、その操作面には、図４（Ａ）に示すように、長方形のディスプレイ５２、画像撮影モードの起動および静止画撮影と動画撮影との切り替えを行う画像撮影ボタン５３、変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン５４、シャッタボタン５５およびダイヤルボタン５６が備えられている。
そして、この携帯電話機５には、携帯電話網を用いた電話機能を実現する回路が内蔵されると共に、上述した撮像部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および記憶部３６が内蔵されており、撮像部３０の撮像装置２１が背面に臨んでいる。
画像撮影ボタン５３が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部３５へ出力され、制御部３５は、その操作内容に応じた動作を実行する。変倍ボタン５４は、例えば、２接点式のスイッチ等で構成され、その上端部分に望遠を表す「Ｔ」の印字がされ、下端部分に広角を表す「Ｗ」の印字がされている。そして、変倍ボタン５４の印字位置が押下されることによって、それぞれの変倍動作を表す制御信号が制御部３５へ出力され、制御部３５は、その変倍動作に応じた動作を実行する。そして、シャッタボタン５５が操作されると、その操作内容を表す制御信号が制御部３５へ出力され、制御部３５は、その操作内容に応じた動作を実行する。
＜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３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５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。図６は、実施例１の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。Ｗは、広角端の場合を示し、Ｍは、中間点の場合を示し、そして、Ｔは、望遠端の場合を示している。図１１は、実施例１の広角端におけるレンズ群の収差図である。図１２は、実施例１の中間点におけるレンズ群の収差図である。図１３は、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１の変倍光学系１Ａは、図５に示すように、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３）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、全体として負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）とからなる負・正・負の３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）が固定され、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）とが移動し、光学絞りＳＴは、第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。
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、Ｇｒ３）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）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第２レンズＬ２）から構成されて成る。第２レンズＬ２は、両面が非球面である。
第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第３レンズＬ３）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）と、両凸の正レンズ（第５レンズＬ５）とから構成されてなる。第３レンズＬ３は、両面が非球面である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）および両凹の負レンズ（第７レンズＬ７）から構成されて成る。第６レンズＬ６および第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、樹脂材料製レンズである。
第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体には、光学絞りＳＴが第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動するように配置される。そして、第３レンズ群（Ｇｒ３）の像側には、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５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および実施例３についても同様である（図７および図９）。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１〜３の各図５、７、９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１〜３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）、第３レンズ群（Ｇｒ３）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例えばデジタルカメラ等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）から中間（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍時に、図６に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、固定され、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、第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体に近づく方向に曲線的（物体側に凸となる曲線）に移動される。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する。
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 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 13.513 0.600 1.76385 50.00
２ 3.652 1.524
３＊ 8.025 0.901 1.83273 24.05
４＊ 13.129 可変
５（絞り） ∞ 0.000
６＊ 3.734 0.968 1.58913 61.24
７＊ -17.976 1.200
８ 10.101 0.600 2.00330 28.30
９ 2.500 1.913 1.52835 51.28
１０ -4.849 可変
１１＊ -4.139 0.917 1.60700 27.10
１２＊ -2.516 0.559
１３＊ -3.458 0.600 1.53048 55.72
１４＊ 6.277 可変
１５ ∞ 0.500 1.517 64.20
１６ ∞ 0.500
像面 ∞
非球面データ
第３面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-7.94220E-04，Ａ６＝-3.03470E-04，Ａ８＝2.52810E-05，Ａ１０＝2.82640E-08，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第４面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.71000E-03，Ａ６＝-4.67470E-04，Ａ８＝5.69040E-05，Ａ１０＝-2.05510E-06，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第６面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-2.16220E-03，Ａ６＝-1.74870E-04，Ａ８＝-2.73190E-04，Ａ１０＝2.77670E-04，Ａ１２＝-4.62540E-05，Ａ１４＝-1.87050E-05
第７面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.08620E-03．Ａ６＝-4.71980E-04，Ａ８＝3.98010E-04，Ａ１０＝-1.16680E-04，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第１１面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.33020E-03，Ａ６＝1.32810E-03，Ａ８＝-4.94010E-04，Ａ１０＝9.76200E-05，Ａ１２＝1.34050E-05，Ａ１４＝-2.19250E-06
第１２面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.54970E-02，Ａ６＝-2.30820E-03，Ａ８＝2.02740E-03，Ａ１０＝-5.80410E-04，Ａ１２＝6.29520E-05，Ａ１４＝-3.52020E-09
第１３面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.45990E-02，Ａ６＝1.76850E-03，Ａ８＝3.03310E-03，Ａ１０＝-1.11280E-03，Ａ１２＝7.67920E-05，Ａ１４＝3.33370E-06
第１４面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-2.86780E-02，Ａ６＝7.88070E-03，Ａ８＝-1.00800E-03，Ａ１０＝-1.26260E-05，Ａ１２＝9.29690E-06，Ａ１４＝-4.06980E-07
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.76
広角 中間 望遠
焦点距離 4.739 7.839 13.080
Ｆナンバ 3.637 5.257 7.097
画角 38.354 25.565 15.997
像高 3.750 3.750 3.750
レンズ全長 18.830 18.830 18.830
ＢＦ 1.354 4.939 7.892
ｄ４ 5.784 3.553 0.554
ｄ１０ 1.911 0.556 0.602
ｄ１４ 0.524 4.109 7.062
ズームレンズ群データ
群 始面 終面 焦点距離
１ １ ４ -9.939
２ ６ １０ 5.352
３ １１ １４ -7.740
上記の面データにおいて、面番号は、図５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）＝ｃｈ２／［１＋√｛１−(1＋Ｋ)ｃ２ｈ２}]＋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（ｈ２＝ｘ２＋ｙ２）
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における各収差を図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１１（Ａ）、図１２（Ａ）および図１３（Ａ）の各図において左から順に、球面収差（正弦条件）（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATIC FIELD CURVER）および歪曲収差（DISTORTION）をそれぞれ示す。球面収差の横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、入射高で規格化した値で表している。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、その縦軸は、像高をｍｍ単位で表している。歪曲収差の横軸は、実際の像高を理想像高に対する割合（％）で表しており、縦軸は、その像高をｍｍ単位で表している。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。
そして、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ）に横収差を示し、左側がタンジェンシャル（TANGENTIAL）（メリディオナル）面の場合を示し、右側がサジタル（SAGITAL）（ラディアル）面の場合を示し、上から順に、最大画角の場合、中間画角の場合および軸上の場合をそれぞれ示す。主光線に対する入射光線高さをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、像面での主光線からずれをｍｍ単位で表している。
球面収差および横収差の図には、実線でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、破線でｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、一点鎖線でＣ線（波長６５６．２８ｎｍ）の３つの光の収差をそれぞれ示してある。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、３にかかるコンストラクションデータ、各収差を示す図１４〜図１９においても同様である。
図７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。図８は、実施例２の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。Ｗは、広角端の場合を示し、Ｍは、中間点の場合を示し、そして、Ｔは、望遠端の場合を示している。図１４は、実施例２の広角端におけるレンズ群の収差図である。図１５は、実施例２の中間点におけるレンズ群の収差図である。図１６は、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２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３）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、図略の光学絞り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、全体として負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）とからなる負・正・負の３成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図８に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）が固定され、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）とが移動し、光学絞りＳＴが第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。
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、Ｇｒ３）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、両凹の負レンズ（第１レンズＬ１）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２レンズＬ２）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第３レンズＬ３）および両凸の正レンズ（第４レンズＬ４）から構成されて成る。第２レンズＬ２は、両面が非球面である。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第５レンズＬ５）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）から構成されて成る。第５レンズＬ５および第６レンズＬ６は、両面が非球面であり、例えば、樹脂材料製レンズである。
第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、図略の前記光学絞りＳＴが第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動するように配置される。そして、第３レンズ群（Ｇｒ３）の像側には、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。
この実施例２の変倍光学系１Ｂでは、広角端（Ｗ）から中間点（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍時に、図８に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、固定され、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、第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体に近づく方向に直線的に移動される。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する。
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 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ -12.648 0.600 1.48764 70.40
２ 19.588 可変
３＊（絞り） 2.648 1.335 1.58913 61.24
４＊ 9.612 0.100
５ 11.099 0.500 1.82914 41.86
６ 2.018 1.670 1.56908 61.36
７ -5.695 可変
８＊ 49.316 0.599 1.53048 55.72
９＊ 2.894 1.503
１０＊ 5.112 1.102 1.53048 55.72
１１＊ 6.188 可変
１２ ∞ 0.5000 1.51680 64.20
１３ ∞ 0.5000
像面 ∞
非球面データ
第３面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.50480E-03，Ａ６＝6.43460E-04，Ａ８＝-5.23500E-05，Ａ１０＝7.03210E-05
第４面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.11660E-02，Ａ６＝2.02230E-03，Ａ８＝-2.91290E-04，Ａ１０＝3.23760E-04
第８面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-4.71980E-03，Ａ６＝-1.01260E-04，Ａ８＝2.16600E-04，Ａ１０＝1.03100E-06
第９面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-7.80610E-03，Ａ６＝-7.51910E-04，Ａ８＝3.00600E-04，Ａ１０＝-3.21240E-05
第１０面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-5.01460E-03，Ａ６＝-2.95230E-05，Ａ８＝1.02530E-05，Ａ１０＝1.12900E-07
第１１面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-7.58310E-03，Ａ６＝1.62820E-04，Ａ８＝-2.36430E-05，Ａ１０＝1.36290E-06
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.750
広角 中間 望遠
焦点距離 6.321 10.441 17.363
Ｆナンバ 3.566 5.172 7.089
画角 29.662 19.025 11.713
像高 3.600 3.600 3.600
レンズ全長 17.855 17.855 17.855
ＢＦ 1.363 5.267 9.131
ｄ２ 7.475 4.576 0.922
ｄ７ 1.607 0.601 0.392
ｄ１１ 0.534 4.438 8.302
ズームレンズ群データ
群 始面 終面 焦点距離
１ １ ２ -15.665
２ ３ ７ 5.095
３ ８ １１ -6.591
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、歪曲収差および横収差を、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９は、実施例３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。図１０は、実施例３の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。Ｗは、広角端の場合を示し、Ｍは、中間点の場合を示し、そして、Ｔは、望遠端の場合を示している。図１７は、実施例３の広角端におけるレンズ群の収差図である。図１８は、実施例３の中間点におけるレンズ群の収差図である。図１９は、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３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３、Ｇｒ４）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、全体として負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）と、全体として正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）とからなる負・正・負・正の４成分ズーム構成であり、ズーミングの際には、図１０に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）と第４レンズ群（Ｇｒ４）とが固定され、第２レンズ群（Ｇｒ２）と第３レンズ群（Ｇｒ３）とが移動し、光学絞りＳＴが第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。
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、Ｇｒ３、Ｇｒ４）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）および物体側に凸の正メニスカスレンズ（第２レンズＬ２）とから構成されて成る。第２レンズＬ２は、両面が非球面である。
第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第３レンズＬ３）、物体側に凸の負メニスカスレンズ（第４レンズＬ４）および両凸の正レンズ（第５レンズＬ５）から構成されて成る。第３レンズＬ３は、両面が非球面である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは接合レンズである。
第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（第６レンズＬ６）および両凹の負レンズ（第７レンズＬ７）から構成されて成る。第６レンズＬ６および第７レンズＬ７は、両面が非球面であり、例えば、樹脂材料製レンズである。
第４レンズ群（Ｇｒ４）は、像側に凸の正メニスカスレンズ（第８レンズＬ８）から成る。第８レンズＬ８は、両面が非球面である。
第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、光学絞りＳＴが第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動するように配置される。そして、第４レンズ群（Ｇｒ４）の像側には、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。
この実施例３の変倍光学系１Ｃでは、広角端（Ｗ）から中間点（Ｍ）を経て望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、固定され、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、第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体に近づく方向に曲線的（物体側に凸となる曲線）に移動され、第４レンズ群（Ｇｒ４）は、固定される。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する。
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 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 15.547 1.310 1.75450 51.57
２ 3.613 1.931
３＊ 10.868 0.840 1.83273 24.05
４＊ 19.751 可変
５（絞り） ∞ 0.000
６＊ 3.628 1.081 1.58913 61.24
７＊ -10.539 1.200
８ 15.423 0.600 1.99348 28.76
９ 2.500 1.768 1.52768 49.79
１０ -6.253 可変
１１＊ -3.678 1.099 1.60700 27.10
１２＊ -2.659 0.486
１３＊ -3.859 0.600 1.53048 55.72
１４＊ 10.895 可変
１５＊ -85.610 0.600 2.00330 28.30
１６＊ -48.015 0.096
１７ ∞ 0.5000 1.51680 64.20
１８ ∞ 0.5000
像面 ∞
非球面データ
第３面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-2.31540E-04，Ａ６＝-3.11690E-04，Ａ８＝2.79360E-05，Ａ１０＝-7.69970E-08，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第４面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.11310E-03，Ａ６＝-4.08750E-04，Ａ８＝4.79700E-05，Ａ１０＝-1.53770E-06，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第６面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.57530E-03，Ａ６＝4.61310E-04，Ａ８＝-3.07970E-04，Ａ１０＝1.28210E-04，Ａ１２＝2.16490E-05，Ａ１４＝-1.31440E-05
第７面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝3.06720E-03，Ａ６＝-6.98910E-05，Ａ８＝2.45500E-04，Ａ１０＝-2.54850E-05，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第１１面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.20410E-02，Ａ６＝2.30690E-03，Ａ８＝-5.11080E-04，Ａ１０＝7.55040E-05，Ａ１２＝8.16160E-06，Ａ１４＝-1.58320E-06
第１２面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝1.98900E-02，Ａ６＝-1.85470E-03，Ａ８＝2.09580E-03，Ａ１０＝-6.04570E-04，Ａ１２＝5.90840E-05，Ａ１４＝9.53040E-07
第１３面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.90940E-02，Ａ６＝5.09090E-04，Ａ８＝2.96720E-03，Ａ１０＝-1.07510E-03，Ａ１２＝8.27140E-05，Ａ１４＝3.16660E-06
第１４面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-2.92380E-02，Ａ６＝7.12000E-03，Ａ８＝-9.67100E-04，Ａ１０＝1.18000E-06，Ａ１２＝9.83950E-06，Ａ１４＝-5.60110E-07
第１５面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝-1.67460E-03，Ａ６＝-1.74250E-04，Ａ８＝1.21800E-05，Ａ１０＝-2.04480E-06，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
第１６面
Ｋ＝0.00000E+00，Ａ４＝8.55330E-04，Ａ６＝-4.27230E-04，Ａ８＝1.11820E-05，Ａ１０＝-6.51670E-07，Ａ１２＝0.00000E+00，Ａ１４＝0.00000E+00
各種データ
ズームデータ
ズーム比 2.760
広角 中間 望遠
焦点距離 4.751 7.855 13.105
Ｆナンバ 3.737 5.294 7.100
画角 38.283 25.521 15.969
像高 3.750 3.750 3.750
レンズ全長 21.830 21.830 21.830
ＢＦ 0.926 0.926 0.926
ｄ４ 7.065 4.405 1.239
ｄ１０ 1.721 0.554 0.893
ｄ１４ 0.605 4.430 7.257
ズームレンズ群データ
群 始面 終面 焦点距離
１ １ ４ -9.053
２ ６ １０ 5.509
３ １１ １４ -8.989
４ １５ １６ 108.115
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、歪曲収差および横収差を、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。
上記に列挙した実施例１〜３の変倍光学系１Ａ〜１Ｃに、上述した条件式（１）〜（１３）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１に示す。
Figure 0005029185
以上、説明したように、上記実施例１〜３における変倍光学系１Ａ〜１Ｃは、本発明に係る要件を満足している結果、変倍比が約２〜３倍程度の変倍域全域に亘って収差が良好に補正され、そして、デジタル機器に搭載する上で、特に携帯端末に搭載する上で小型化が充分に達成され、また、低廉化が可能である。
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。 像面入射角の定義を説明するための図である。 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。 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。 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１の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。 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２の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。 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３の変倍光学系の変倍における各レンズ群の移動の様子を示す図である。 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。
符号の説明
ＡＸ 光軸
１、１Ａ〜１Ｅ 変倍光学系
３ デジタル機器
５ 携帯電話機
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、ＳＴ 絞り
１６、ＳＲ 撮像素子
２１ 撮像装置

Claims (17)

  1. 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、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レンズ群の３個のレンズ群のみから構成されて成る変倍光学系であって、
    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に移動し、
    前記第１レンズ群は、変倍の際に固定であり、
    前記第２レンズ群は、最物体側レンズが正の光学的パワーを有し、かつ、前記第２レンズ群内に少なくとも１枚の負レンズを有するとともに、接合レンズを有し、
    前記第３レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを有し、
    前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とは、それぞれ、１面以上の非球面を有し、
    下記（１）の条件式を満足することを特徴とする変倍光学系。
    β３ｔ／β３ｗ＞１．５ ・・・（１）
    ただし、
    β３ｔ：望遠端での第３レンズ群の結像倍率
    β３ｗ：広角端での第３レンズ群の結像倍率
  2. 下記（２）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。
    （β２ｔ／β２ｗ）/（β３ｔ／β３ｗ）＞０．６ ・・・（２）
    ただし、
    β２ｔ：望遠端での第２レンズ群の結像倍率
    β２ｗ：広角端での第２レンズ群の結像倍率
  3. 下記（３）の条件式を満足すること
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載の変倍光学系。
    １＜｜ｆ３／ｆｗ｜＜３ ・・・（３）
    ただし、
    ｆ３：第３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
  4. 下記（４）の条件式を満足すること
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    Ｙ’／ＴＬ＞０．１２ ・・・（４）
    ただし、
    Ｙ’：最大像高
    ＴＬ：最物体側レンズ面の面頂点から像面までの光軸上距離（但し、バックフォーカスは空気換算長）
  5. 前記第２レンズ群は、物体側より像側へ順に、正レンズと、負レンズおよび正レンズの接合レンズとから構成されて成ること
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  6. 下記（５）の条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    ０．６＜ｆ２／ｆｗ＜１．５ ・・・（５）
    ただし、
    ｆ２：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
  7. 前記第２レンズ群内の前記負レンズは、下記（６）の条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    Ｎ２ｎ＞１．７ ・・・（６）
    ただし、
    Ｎ２ｎ：第２レンズ群内の前記負レンズの屈折率の最大値
  8. 前記第２レンズ群内の接合レンズのうちの正レンズは、下記（７）の条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    ｜Ｒｆｇ２／Ｒｒｇ２｜＜０．８ ・・・（７）
    ただし、
    Ｒｆｇ２：前記正レンズの物体側面の曲率半径
    Ｒｒｇ２：前記正レンズの像側面の曲率半径
  9. 望遠端において、下記（８）の条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    Ｔ１２／（ｆｗ×ｆｔ）１／２＜０．２ ・・・（８）
    ただし、
    Ｔ１２：望遠端での第１レンズ群と第２レンズ群の間の光軸上距離
    ｆｔ：望遠端での全光学系の合成焦点距離
    ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
  10. 前記第３レンズ群の最像側レンズの最像側面は、非球面であり、光軸から周辺に向かうに従って負の屈折力を弱める形状とされており、下記（９）および（１０）の条件式を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    １０＜αｗ＜４０ ・・・（９）
    ｜αｗ-αｔ｜＜３０ ・・・（１０）
    ただし、
    αｗ：広角端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）
    αｔ：望遠端において、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇｒｅｅ）
  11. 下記（１１）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。
    １＜Ｌｂ／ｆｗ＜２ ・・・（１１）
    ただし、
    Ｌｂ：望遠端におけるバックフォーカス（空気換算長）
    ｆｗ：広角端での全光学系の合成焦点距離
  12. 前記変倍における可動群は、２個のみであること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  13. 少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを含むこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  14. 前記少なくとも１枚の樹脂材料製レンズは、前記第３レンズ群内にまたは前記第３レンズ群よりも像側に配置されること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  15. 請求項１ないし請求項１４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。
  16. 請求項１５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。
  17. 携帯端末から成ること
    を特徴とする請求項１６に記載のデジタル機器。
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