JPWO2008075566A1 - 変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

変倍光学系は、可動レンズ群のレンズ重量を軽くしてレンズ駆動装置の負荷を減らし、コンパクト化を達成する。このため、物体側から順に、負正正の光学的パワーを有する第１〜第３レンズ群を有し、第２レンズ群は変倍時に移動する。第１レンズ群は、負レンズと正レンズとから構成され、これらレンズはプラスチックレンズからなる。そして、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端における全光学系の合成焦点距離をｆｗ、望遠端における第２レンズ群１２の結像倍率をβ２ｔとするとき、条件式０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４、０．５＜ｆ２／ｆｗ＜２．０、−３．２＜β２ｔ＜−１．４を満たす。

Description

本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向に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装置及びその撮像装置を搭載したデジタル機器に関し、特に超小型化に適した変倍光学系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、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非常に厳しいことから、通常の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１〜４枚程度からなる単焦点光学系とを備えた撮像装置が一般的に用いられている。しかしながら、単焦点光学系の倍率は目視と同程度であるため、撮影できる対象が撮影者の近くのものに限られてしまう。携帯情報端末に搭載される撮像装置も高画素化・高機能化が急速に進んでいる中で、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。

コンパクトな構成の変倍光学系として、例えば特許文献１〜３には、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群、正のパワーを有する第２レンズ群よりなる、いわゆる負正２成分の変倍光学系が開示されている。また、より小型で安価な光学系を実現させる目的で、特許文献４には、負正負の３成分で構成され、かつ全てのレンズがプラスチックである変倍光学系が開示されている。さらに最近は、光学系の小型化に最も有利と考えられている、負正正の３成分で構成されたものが提案されており、特許文献５には、２〜４枚程度の少ないレンズ枚数で、小型の変倍光学系を実現したものが開示されている。また、特許文献６には、同じ負正正の３成分系において、全レンズ枚数の半数以上をプラスチックレンズとすることで生産性の改善を図っているものが開示されている。
特許第３３３３４７３号公報 特開２００２−８２２８４号公報 特開２００５−２０８５６６号公報 特開平５−３２３１９０号公報 特開２００３−１７７３１４号公報 特開２００３−５０３５２号公報

しかしながら、特許文献１〜３において提案されている負正２成分の変倍光学系では、各種の収差補正を行うことが困難であり、近年の高画素撮像素子に対応するには無理がある。さらに特許文献１の変倍光学系においては、その全てのレンズがプラスチックで構成されているが、負正２成分の構成では光学全長が大きく、変倍時の第１及び第２レンズ群の移動量も大きいため、光学系を含めた撮像レンズ装置全体の小型化が図りにくい。

特許文献４で提案されている負正負の３成分の変倍光学系では、各レンズ群が１枚ずつのレンズで構成されているため、各レンズ群内での収差補正が不十分であり、光学系全体の収差も大きい。特に、変倍の役割を担う第２レンズ群はパワーが強く、１枚のレンズで構成することは軸上色収差補正の点で不利である。またＦ値も７〜１０程度と暗いという不具合もある。

特許文献５で提案されている負正正の３成分の変倍光学系では、第１レンズ群と第３レンズ群とをそれぞれ１枚のレンズで構成しているが、これでは収差補正が不十分である。また、特許文献６では、ガラスレンズを複数枚用いている上、レンズ枚数も７〜８枚と多く、光学全長も長いため、サイズ及びコストの両面で改善の余地がある。

以上のように、従来の変倍光学系においては、高画素大型撮像素子に対応しようとすると、レンズ枚数が増加し、また光学全長も長くなる傾向があった。変倍光学系のコンパクト化と高画質化とを両方同時に実現するためには、ガラスレンズ、特にガラス非球面レンズの使用が有利であるが、重量が大きくなる上にコストアップにつながる。しかも、ガラス非球面レンズの製作には高い加工精度が要求されるので、大量生産には適していない。さらに、変倍光学系は、同じくレンズ可動部を有するオートフォーカスに比べ一般にレンズ群の移動量が大きいが、それにガラスレンズを多用することによる重量増加が加わると、レンズ群を動かす駆動装置はさらに大型化してしまうことになる。

コスト及び重量の面からは、プラスチックレンズを多用することが望ましい。しかし、プラスチックレンズは光学的パワーが小さくコンパクト化に不利な点、色収差補正が難しい点、環境温度変化に伴うバックフォーカス変動が大きい点など課題も多い。また、ガラスレンズ、プラスチックレンズを問わず、コンパクト化を図ろうとすると変倍を担うレンズ群内の誤差感度がそれに伴って高くなるため、レンズ間の調整作業が必要になる。結果として、従来の変倍光学系においては、高画素で低コスト、さらに携帯電話機や携帯情報端末に収まるコンパクトなサイズを同時に実現することはできていなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、可動レンズ群のレンズ重量を軽くしてレンズ駆動装置の負荷を減らし、コンパクト化を可能にすることを目的とする。さらに、電子ズーム方式において拡大画像を得る際に補間処理を実質的に不必要とでき、しかも２００万画素クラス以上の高画素撮像素子に対応できる、小型で安価な変倍光学系を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する変倍光学系、撮像装置及びデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣ、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）面形状に関する表記は、近軸曲率に基づいた表記である。
（ｄ）レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているもの（近軸曲率に基づいた表記）とする。

１．物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有し変倍時に移動する第２レンズ群と、正又は負の光学的パワーを有する第３レンズ群とを含み、前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとの２枚以上のレンズで構成されると共に、少なくとも２枚以上のプラスチック材料よりなるレンズを含み、且つ、下記（１）〜（３）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。

０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）
０．５＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（２）
−３．２＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）
但し、ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全光学系の合成焦点距離
β２ｔ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率
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。また、前記第１レンズ群が負レンズと正レンズとを少なくとも各１枚有する構成とされているので、倍率色収差や像面湾曲を良好に補正することができる。一般に、第１レンズ群を負レンズ１枚にて構成した場合、第１レンズ群での倍率色収差や像面湾曲の発生を抑えるため第１レンズ群のパワーを強めることができず、結果として前玉径が増大してしまう。しかし、本構成によれば、第１レンズ群での倍率色収差や像面湾曲の発生を抑えつつ、第１レンズ群のパワーを強めることが可能となり、これにより第１レンズ群の前玉径の増大が防がれる。

また、第３レンズ群を有しているので、撮像素子の小型化に伴うズームレンズのパワーの増大を分担できる。このため、第１、第２レンズ群で構成されるズーム系のパワーを減らすことができ、各レンズ群で発生する収差を抑え良好な光学性能を達成することができる。さらに、他のレンズ群に比べてレンズ外径が大きくなる第１レンズ群内にプラスチックレンズを含ませているので、ガラスレンズに比べてコスト削減になる上、軽量化が可能となる。

１群にプラスチックを多用することによって、有効径の大きいレンズを低コストで構成することができ、大幅にコストダウンにつながるが、全長が大きくなってしまう。そこで、全長短縮を試みると、第２レンズ群が微小に偏心した場合にも性能が大きく劣化してしまう。このため、条件式（１）〜（３）を満たすことを要件とし、製造誤差感度を抑えつつ、低コストで、コンパクトでありながら、高い光学性能を実現した。条件式（１）は第１レンズ群と第２レンズ群の光学的パワーを適切に配分するためのものである。条件式（１）の下限を下回ると、１群のパワーが強い一方で２群のパワーが弱く第１レンズで発生した収差を第２群で補正しきれず、性能が不足する。プラスチックを多く含む第１群のパワーを強めると、加工性が困難となり、コストアップとなる。また、高い変倍比を得ようとすると、第２群の移動量が大きくなってしまい、全長が大きくなってしまう。また、条件式（１）の上限を上回ると、プラスチックを多用している第１群のパワーが弱く、成形性に有利であり、かつ第２群の移動量が抑えられ全長短縮に有利となるが、一方で移動群である第２群が微小に偏心した場合に性能劣化が著しく、最終製品における光学系全体での性能確保のためには、調整や型補正が多くなり、コストアップにつながってしまう。さらに、広角端における第２群のパワーを条件式（２）で規定することにより低コストと全長短縮の効果を同時に得られる。条件式（２）の下限を下回ると、移動群である第２群が微小に偏心した場合に性能劣化が著しく、最終製品における光学系全体での性能確保のためには、調整や型補正が多くなり、コストアップにつながってしまう。一方、条件式（２）の上限を上回ると、高い変倍比を得ようとすると、第２群の移動量が大きくなってしまい、全長が大きくなってしまう。また、望遠側において第２群の結像倍率を条件式（３）で規定することにより、低コストを維持しながらも、変倍しても全長短縮の効果を得ることができる。条件式（３）の下限を下回ると、移動群である第２群が微小に偏心した場合に性能劣化が著しく、最終製品における光学系全体での性能確保のためには、調整や型補正が多くなり、コストアップにつながってしまう。条件式（３）の上限を上回ると、高い変倍比を得ようとすると、第2群の移動量が大きくなってしまい、全長が大きくなってしまう。

２．前記記条件式（１）の｜ｆ１／ｆ２｜の関係は、下記（１）’の条件式を満たすことを特徴とする１に記載の変倍光学系。

１．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）’
条件式（１）’を満足することにより、第２レンズ群１２の正のパワーに比べ、第１レンズ群１１の負のパワーが弱くなり、負のディストーションの補正が容易となる。

３．前記条件式（２）のｆ２／ｆｗの関係は、下記（２）’の条件式を満たすことを特徴とする１又は２に記載の変倍光学系。

１．２＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ ・・・（２）’
条件式（２）’を満足することにより、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱いため全長の短縮化には不利となるが、移動群である第２レンズ群１２の製造誤差感度が低くなる。また、第２レンズ群１１の光学的パワーが強くなり、全長を短くできる。

４．前記条件式（３）のβ２ｔは、下記（３）’の条件式を満たすことを特徴とする１乃至３のいずれかに記載の変倍光学系。

−２．３＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）’
条件式（３）’を満足することにより、第２レンズ群１２のレンズ枚数を２枚で構成することが可能となり、レンズ枚数を抑えられるので低コストで製造できる。

５．前記第２レンズ群に開口絞りが備えられ、
下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至４のいずれかに記載の変倍光学系。

０．２５＜Ｌｓｗ／Ｌｗ＜０．７０ ・・・（４）
但し、Ｌｓｗ：広角端での開口絞りから像面までの距離
Ｌｗ：広角端での全長
この構成によれば、開口絞りが最も移動量の大きい第２レンズ群と共に移動することになる。このため、第２レンズ群の実効的なレンズ外径の増大が抑制されるだけでなく、最も像側のレンズ群によって、像側における光線をテレセントリックに近づけ易くなる。また、Ｌｓｗ／Ｌｗが条件式（４）の下限を下回ると、広角端でのテレセントリック性を適切に保つことが困難となる。一方、条件式（４）の上限を上回ると、変倍時のレンズ群の移動量が少なくなってしまい、第２レンズ群の光学的パワーを非常に強くせねばならず、製造が困難となるだけでなく、光学性能も良好に保てなくなる傾向が顕著となる。

６．前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが正の光学的パワーを持ち、
下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至５のいずれかに記載の変倍光学系。

０．２＜ｆ２１／ｆｗ＜１．６ ・・・（５）
但し、ｆ２１：前記第２レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
ｆ２１／ｆｗが条件式（５）の下限を下回ると、第１レンズ群から射出した軸外主光線の屈折角が大きくなりすぎ、軸外収差の発生が顕著となる。一方、条件式（５）の上限を超えると、軸外収差の発生の抑制が困難となる。

７．前記条件式（５）のｆ２１／ｆｗの関係は、下記（５）’の条件式を満たすことを特徴とする６に記載の変倍光学系。

０．６＜ｆ２１／ｆｗ＜１．３ ・・・（５）’
条件式（５）’を満足することにより、軸上色収差が抑えられるため、これを補正するためのレンズ枚数が少なくてすみ、また、第２レンズ群１２のパワーが強いため、全長を短くできる。

８．前記第１レンズ群に含まれるレンズが、全てプラスチック材料で構成されていることを特徴とする１乃至７のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、絞り位置から離れていることから第２レンズ群と比べてレンズ外径が大きくなる第１レンズ群を、全てプラスチック材料からなるレンズとしたことにより、ガラスレンズに比べてコスト削減になる上、変倍光学系の軽量化が達成し易くなる。

９．前記第１レンズ群の最も物体側のレンズが負の光学的パワーを持ち、
下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至８のいずれかに記載の変倍光学系。

−１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）
但し、ｆ１１：前記第１レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
ｆ１１／ｆｔが、条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズ群の最も物体側のレンズ（第１レンズ）のパワーが弱く、第１レンズ群の前玉径が大きくなったり全長が長くなったりする。また、条件式（６）の上限を上回ると、第１レンズのパワーが強くなりすぎて収差補正が難しくなる。例えば、負の歪曲が大きくなりすぎたり、像面湾曲がオーバーになりすぎたりする。

１０．前記条件式（６）のｆ１１／ｆｔの関係は、下記（６）’の条件式を満たすことを特徴とする９に記載の変倍光学系。

−１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）’
条件式（６）’を満足することにより、ペッツバール和を十分に小さくでき、優れた像面性が得られる。また、負レンズ１１１の曲率が緩いので、製造しやすい。

１１．前記第１レンズ群の最も像側のレンズが、正の光学的パワーを持つことを特徴とする１乃至１０のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、第１レンズ群内の最も像側の正の光学的パワーを持つレンズは、第１レンズ群内の負レンズで発生した軸上色収差と倍率色収差の逆符号の収差を発生させる。このため、収差変動をキャンセルできるようになり、変倍時にも色収差を小さく抑えることができる。

１２．前記第１レンズ群に含まれる正レンズ及び負レンズのアッベ数が、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする１乃至１１のいずれかに記載の変倍光学系。

１０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３５ ・・・（７）
但し、ν１ｎ：前記第１レンズ群に含まれる負レンズのアッベ数の平均値
ν１ｐ：前記第１レンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値
ν１ｎ−ν１ｐが条件式（７）の下限を下回ると、第１レンズ群内で倍率色収差を補正することが困難となる。一方、条件式（７）の上限を上回ると、汎用性や光学材質として特性に適したプラスチック材料を容易に手に入れることが困難となる。

１３．前記条件式（７）のｆ１１／ｆｔの関係は、は、下記（７）’の条件式を満たすことを特徴とする１２に記載の変倍光学系。

２３＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３０ ・・・（７）’
条件式（７）’を満足することにより、第１レンズ群１１内での倍率収差補正が十分となる。また、この範囲のプラスチック材料であれば、吸湿性等の諸特性に課題はなく、安定した特性が得られる。

１４．前記第１レンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴とする１乃至１３のいずれかに記載の変倍光学系。

第１レンズ群を２枚のレンズのみで構成することによって、レンズ群が軽量化され、変倍時の駆動装置の負荷を軽減できる。また、第１レンズ群がプラスチック材料から成る負レンズと正レンズとの２枚で構成されることになり、ガラスに比べ温度変化に伴う形状変化や屈折率変化の大きいプラスチック材料製のレンズであっても、その影響を相殺し、温度変化による性能の劣化を低減できる。

１５．前記第２レンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴とする１乃至１４のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、第２レンズ群は変倍に大きく寄与するため変倍時の移動距離が最も長い。このため、第２レンズ群を２枚という少ないレンズ枚数で構成することによって軽量化でき、変倍駆動装置の負荷を軽減することが可能となる。

１６．前記第１レンズ群を物体側に移動させて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする１乃至１５のいずれかに記載の変倍光学系。

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。

１７．前記第３レンズ群又は前記第３レンズ群よりも像側のレンズ群を物体側に移動させて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする１乃至１６のいずれかに記載の変倍光学系。

この構成によれば、前記第３レンズ群又は第３レンズ群より像側の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３レンズ群より像側の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、クローズアップ距離を極力近づけ、且つクローズアップ特性を良好に保ちたい場合には第１レンズ群を移動させるようにし、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３レンズ群より像側のレンズ群を移動させるようにすればよい。

１８．前記プラスチック材料からなるレンズは、その少なくとも１枚が、プラスチック材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする１乃至１７のいずれかに記載の変倍光学系。

一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光の散乱が生じ透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難である。しかし、微粒子の大きさを透過光束の波長より小さくすることにより、散乱が実質的に発生しないようにできる。樹脂材料は温度が上昇することにより屈折率が低下してしまうが、例えば無機の微粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこで、これらの温度依存性を利用して互いに打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。具体的には、母材となる樹脂材料に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い樹脂材料とすることができる。例えばアクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折率変化を小さくすることができる。従って、少なくとも１枚のレンズに、このような粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、本発明に係る変倍光学系の全系の環境温度変化に伴うバックフォーカスずれを小さく抑えることができる。

１９．１乃至１８のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
この構成によれば、携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な超小型でかつ高精細でありながら、変倍が可能な撮像装置を実現し得る。

２０．１９に記載の撮像装置と、
前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部と、を具備し、
前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。
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装置を搭載したデジタル機器を実現し得る。

本発明によれば、高画素の撮像素子に対応可能で、また変倍駆動装置の負荷を減らして十分なコンパクト化を達成しつつ、変倍域全域にわたって収差が良好に補正された変倍光学系を提供できるようになる。従って、変倍光学系、及びこれを搭載した撮像装置若しくはデジタル機器を、安価に、且つ小型化が十分達成された態様で提供することができる。

本発明に係る変倍光学系の構成を模式的に示す図である。 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。 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。 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４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５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６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。 実施例４におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例５におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例６におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。

符号の説明

１、１Ａ〜１Ｆ 変倍光学系
１１、Ｇｒ１ 第１レンズ群
１２、Ｇｒ２ 第２レンズ群
１３、Ｇｒ３ 第３レンズ群
１４、ＳＴ 光学絞り
１５、ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
２ 携帯電話機（デジタル機器）
２７ 撮像装置

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
＜変倍光学系の構成の説明＞
図１は、本発明に係る変倍光学系１の構成例を示す光路図（広角端の光路図）である。この変倍光学系１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１５の受光面（像面）上に被写体の光学像を形成するものであって、物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群１１、正の光学的パワーを有する第２レンズ群１２及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群１３が配列され、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との間隔が狭くなる変倍光学系である。ここで、第３レンズ群１３は、負の光学的パワーを有するものであっても良い。なお、図１で例示した変倍光学系１は、後述する実施例１の変倍光学系１Ａ（図４参照）と同じ構成である。

ここでは、第１レンズ群１１が、両凹の負レンズ１１１と両凸の正レンズ１１２とから構成され、第２レンズ群１２が、両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２とから構成され、第３レンズ群１３が両凸の正レンズ１３１のみで構成されている例を示している。ここで、負レンズ１１１、正レンズ１１２及び正レンズ１３１は、プラスチック材料製のレンズである。なお、第２レンズ群１２の物体側には光学絞り１４（開口絞り）が配置されている。このような変倍光学系１の像側には、ローパスフィルタ１６を介して撮像素子１５が配置され、これにより物体側の被写体光学像が、変倍光学系１によりその光軸ＡＸに沿って適宜な変倍比で撮像素子１５の受光面まで導かれ、撮像素子１５により前記被写体の光学像が撮像されるものである。

この変倍光学系１は、負正正３成分の光学系であって、最も物体側に位置する第１レンズ群１１が負の光学的パワーを持った、負リードの光学系である。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、第１レンズ群１１の負の光学的パワーによりいち早く緩めることができ、光学全長や前玉径のサイズのコンパクト化を図る点で有利である。さらに、負リードの構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、誤差感度の上昇を抑制できる利点がある。

また、第１レンズ群１１が負レンズ１１１と正レンズ１１２とからなる構成とされているので、倍率色収差や像面湾曲を良好に補正することができる。従って、第１レンズ群１１での倍率色収差や像面湾曲の発生を抑えつつ、第１レンズ群１１のパワーを強めることが可能となり、第１レンズ群１１の前玉径の増大が防がれる。さらに、他のレンズ群に比べてレンズ外径が大きくなる第１レンズ群１１の構成レンズである負レンズ１１１及び正レンズ１１２がプラスチックレンズからなるので、ガラスレンズを用いる場合に比べてコスト的に有利であり、軽量化が図られている。

ここでは、第１レンズ群１１に負レンズ１１１と正レンズ１１２とが１枚ずつ含まれている例を示しているが、各々複数枚含んでいても良い。また、光軸ＡＸを例えば直角に折り曲げるプリズムを含んでいても良い。しかし、第１レンズ群１１はプリズムも含めて４枚以下のレンズで構成することが望ましい。特に、２枚のレンズで構成されていることが望ましい。これにより、レンズ群が軽量化され、変倍時の駆動装置の負荷の軽減、レンズ枚数削減によるコスト低減等を達成することができる。また、第１レンズ群１１がプラスチック材料から成る負レンズ１１１と正レンズ１１２との２枚で構成されることで、ガラスに比べ温度変化に伴う形状変化や屈折率変化の大きいプラスチック材料製のレンズであっても、その影響を相殺し、温度変化による性能の劣化を低減できる。

また、変倍光学系１は、第３レンズ群１３を有しているので、撮像素子１６の小型化に伴うズームレンズのパワーの増大を分担できる。このため、第１、第２レンズ群１１、１２で構成されるズーム系のパワーを減らすことができ、各レンズ群で発生する収差を抑え良好な光学性能を達成することができる。

さらに変倍光学系１は、第１レンズ群１１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群１２の焦点距離をｆ２、広角端における全光学系の合成焦点距離をｆｗ、望遠端における第２レンズ群１２の結像倍率をβ２ｔとするとき、下記（１）〜（３）の条件式を満たすものとされる。

０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）
０．５＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（２）
−３．２＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）
条件式（１）〜（３）を満たすことにより、変倍光学系１は、製造誤差感度を抑えつつ、高い光学性能を有する。｜ｆ１／ｆ２｜が条件式（１）の下限を下回ると、第３レンズ群１３（又はこれよりも像側のレンズ群）の正レンズのパワーを非常に強くせねばならず、十分なバックフォーカスを得ることができなくなる。一方、条件式（１）上限を上回ると、変倍時のレンズ群の移動量が大きくなってしまい、全長の増大を招く。また、ｆ２／ｆｗが条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群１２のパワーが著しく強くなるためバックフォーカスが十分に確保できなくなるばかりか、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。一方、条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群１２のパワーが弱くなりすぎて、全長の増大を招く。さらに、β２ｔが条件式（３）の下限を下回ると、第２レンズ群１２の変倍負担が大きくなり、良好な光学性能を得ることが困難になる。一方、条件式（３）の上限を上回った場合、広角端から望遠端への高い変倍比を得るためには、移動群である第２レンズ群１２を大きく移動させる必要があり全長の増大を招来する。

ここで、上記条件式（１）の｜ｆ１／ｆ２｜の関係は、下記（１）’の条件式を満たすことが望ましい。

１．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）’
条件式（１）’を満足することにより、第２レンズ群１２の正のパワーに比べ、第１レンズ群１１の負のパワーが弱くなり、負のディストーションの補正が容易となる。

また、上記条件式（２）のｆ２／ｆｗの関係は、下記（２）’の条件式を満たすことが望ましい。

１．２＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ ・・・（２）’
条件式（２）’を満足することにより、第２レンズ群１２の光学的パワーが弱いため全長の短縮化には不利となるが、移動群である第２レンズ群１２の製造誤差感度が低くなる。また、第２レンズ群１１の光学的パワーが強くなり、全長を短くできる。

さらに、上記条件式（３）のβ２ｔは、下記（３）’の条件式を満たすことが望ましい。

−２．３＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）’
条件式（３）’を満足することにより、第２レンズ群１２のレンズ枚数を２枚で構成することが可能となり、レンズ枚数を抑えられるので低コストで製造できる。

本発明において、光学絞り１４（開口絞り）の配置位置は特に限定されるものではないが、図１に示すように、第２レンズ群１２の物体側に光学絞り１４を配置し、さらに第２レンズ群１２と光学絞り１４とが変倍時に一体移動することが望ましい。この構成によれば、光学絞り１４が最も移動量の大きい第２レンズ群１２と共に移動するので、第２レンズ群１２の実効的なレンズ外径の増大が抑制される。また、最も像側の第３レンズ群１３によって、像側における光線をテレセントリックに近づけ易くなる。

第２レンズ群１２に光学絞り１４を具備させた上で、広角端での開口絞りから像面までの距離をＬｓｗ、変倍光学系１の広角端での全長をＬｗとするとき、下記（４）の条件式を満たすことが望ましい。

０．２５＜Ｌｓｗ／Ｌｗ＜０．７０ ・・・（４）
Ｌｓｗ／Ｌｗが条件式（４）の下限を下回ると、広角端でのテレセントリック性を適切に保つことが困難となる。一方、条件式（４）の上限を上回ると、変倍時のレンズ群の移動量が少なくなってしまい、第２レンズ群１２の光学的パワーを非常に強くせねばならず、製造が困難となるだけでなく、光学性能も良好に保てなくなる傾向が顕著となる。

図１に例示するように、第２レンズ群１２が物体側に正レンズ１２１を持ち、正レンズ１２１の焦点距離をｆ２１とするとき、下記（５）の条件式を満たすことが望ましい。

０．２＜ｆ２１／ｆｗ＜１．６ ・・・（５）
ｆ２１／ｆｗが条件式（５）の下限を下回ると、第１レンズ群１１から射出した軸外主光線の屈折角が大きくなりすぎ、軸外収差の発生が顕著となる。一方、条件式（５）の上限を超えると、軸外収差の発生の抑制が困難となる。

上記条件式（５）のｆ２１／ｆｗの関係は、下記（５）’の条件式を満たすことがより望ましい。

０．６＜ｆ２１／ｆｗ＜１．３ ・・・（５）’
条件式（５）’を満足することにより、軸上色収差が抑えられるため、これを補正するためのレンズ枚数が少なくてすみ、また、第２レンズ群１２のパワーが強いため、全長を短くできる。

図１に示すように、第１レンズ群１１の最も物体側に負の光学的パワーを持つレンズ（負レンズ１１１）を配置し、負レンズ１１１の焦点距離をｆ１１とするとき、下記（６）の条件式を満たすことが望ましい。

−１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）
ｆ１１／ｆｔが、条件式（６）の下限を下回ると、負レンズ１１１のパワーが弱く、第１レンズ群１１の前玉径が大きくなったり全長が長くなったりする。また、条件式（６）の上限を上回ると、負レンズ１１１の光学的パワーが強くなりすぎて収差補正が難しくなる。例えば、負の歪曲が大きくなりすぎたり、像面湾曲がオーバーになりすぎたりする。

条件式（６）のｆ１１／ｆｔの関係は、下記（６）’の条件式を満たすことが望ましい。

−１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）’
条件式（６）’を満足することにより、ペッツバール和を十分に小さくでき、優れた像面性が得られる。また、負レンズ１１１の曲率が緩いので、製造しやすい。

また、第１レンズ群１１の負レンズ１１１のアッベ数ν１ｎ、及び正レンズ１１２のアッベ数ν１ｐが、下記（７）の条件式を満たすことが望ましい。

１０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３５ ・・・（７）
ν１ｎ−ν１ｐが条件式（７）の下限を下回ると、第１レンズ群１１内で倍率色収差を補正することが困難となる。一方、条件式（７）の上限を上回ると、汎用性や光学材質として特性に適したプラスチック材料を容易に手に入れることが困難となる。なお、第１レンズ群１１に複数の負レンズ、正レンズが含まれている場合は、条件式（７）はアッベ数の平均値で適用される。

条件式（７）のｆ１１／ｆｔの関係は、は、下記（７）’の条件式を満たすことが望ましい。

２３＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３０ ・・・（７）’
条件式（７）’を満足することにより、第１レンズ群１１内での倍率収差補正が十分となる。また、この範囲のプラスチック材料であれば、吸湿性等の諸特性に課題はなく、安定した特性が得られる。

図１に示すように、第１レンズ群１１の最も像側に正の光学的パワーを持つレンズ（正レンズ１１２）を配置することが望ましい。正レンズ１１２は、第１レンズ群１１内の負レンズ１１１で発生した軸上色収差と倍率色収差の逆符号の収差を発生させる。このため、収差変動をキャンセルできるようになり、変倍時にも色収差を小さく抑えることができる。

第２レンズ群１２のレンズ枚数は特に制限はないが、変倍光学系１で例示しているように、例えば両凸正レンズ１２１と両凹負レンズ１２２の２枚のレンズで構成されていることが望ましい。第２レンズ群１２は、一般に変倍時の移動距離が最も長い。このため、第２レンズ群１２を２枚という少ないレンズ枚数で構成することによって軽量化でき、変倍駆動装置の負荷を軽減することができる。

変倍光学系１のフォーカシング構成について、第１レンズ群１１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１１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１１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１３又は第３レンズ群１３より像側の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１１を移動させるか、或いは第３レンズ群１３（又は第３レンズ群１３より像側のレンズ群）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１１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１３が移動されるようにすればよい。

変倍光学系１において、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２に、各々２面以上の非球面を有していることが望ましい。第１レンズ群１１に非球面を具備させることで、主に非点収差と歪曲収差の補正効果を大きくすることができる。また、第２レンズ群１２に非球面を具備させることで、主に球面収差の補正効果を大きくすることができる。また、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２に各１面ずつ非球面を具備させただけでは、屈折率の高いガラスレンズを多用した光学系に対して同等のコンパクト性を得ることが困難であるが、各々２面以上具備させることでコンパクト化を図ることができる。

とりわけ、第２レンズ群１２の最も物体側のレンズである両凸正レンズ１２１に、少なくとも１面の非球面を具備させることが望ましい。この正レンズ１２１は軸上光線の通る高さが最も高いレンズであり、主に球面収差、コマ収差の補正に関与しているレンズである。軸上光線の通る高さが最も高いレンズと言うことは、第２レンズ群１２を構成するレンズの中で最も非球面の効果が発揮できる箇所であるので、該正レンズ１２１に非球面を具備させることが望ましい。特に、正レンズ１２１の物体側のレンズ面をレンズ周辺で正のパワーが弱くなる形状の非球面とすることが望ましい。これにより、球面収差、コマ収差を良好に補正することができる。

なお、第１、第２レンズ群１１，１２に限らず、他のレンズ群にも非球面を具備させることが望ましい。特に、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望ましい。すなわち、両凹負レンズ１１１、両凸正レンズ１１２、両凸正レンズ１２１、両凹負レンズ１２２、両凸正レンズ１３１の全てのレンズの物体側及び像側のレンズ面が、非球面とされていることが望ましい。これにより、超コンパクト化と高画質化の両立を図ることができる。

変倍光学系１において、広角端での射出瞳位置は、撮像素子１５の受光面よりも物体側に配置することが望ましい。これにより、広画角を確保しつつ、変倍光学系１のコンパクト化を図ることが可能となる。

図１では、第１〜第３レンズ群１１〜１３の３つの群からなる変倍光学系１を例示しているが、さらに他のレンズ群を追加することもできる。例えば、第３レンズ群１３の像側に、正の光学的パワーを有する第４レンズ群を具備させても良い。かかる第４レンズ群を設けることにより、撮像素子１５の受光面への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づけることができる。

また、変倍光学系を３成分で構成する場合は、物体側から順に、負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズから成る第１レンズ群、両凸レンズと負レンズとから成る第２レンズ群、正レンズから成る第３レンズ群、の構成とすることが望ましい。第１レンズ群を負正の順とすることで、広角端でのバックフォーカス確保が容易なレトロフォーカスタイプとすることができる。第２レンズ群を正負の順とすることで、第２レンズ群の主点位置を第１レンズ群側に近づかせ、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して誤差感度を低減することができる。また、第３レンズ群を正レンズとすることで、撮像素子１５の受光面への軸外光線の入射角度をテレセントリックに近づけることができる。かかる要件を図１に示す変倍光学系１は満たしており、ここに示す意味においても、変倍光学系１は好ましい構成を備えている。

次に、変倍光学系１の構成材料について説明する。上述したように、本実施形態では、第１レンズ群１１の負レンズ１１１及び両凸正レンズ１１２が、プラスチック（樹脂）材料からなる。第２、第３レンズ群１２、１３に含まれるレンズとしては、各種ガラス材料やプラスチック材料からなる光学材料を用いることができる。また、第１レンズ群１１に、負レンズ１１１及び両凸正レンズ１１２以外に、ガラス材料からなるレンズを含ませても良い。しかし、プラスチック材料を用いれば、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、製造コストの抑制や変倍光学系１の軽量化の面で有利である。従って、第１レンズ群１１以外のレンズ群にも、少なくとも１枚の樹脂材料製レンズを具備させることが望ましい。勿論、２枚以上の樹脂材料製レンズを具備させても良い。

このプラスチック材料製レンズとしては、プラスチック材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子、特に無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを用いることが望ましい。このようなプラスチック材料製レンズを用いることで、温度変化による屈折率変化を極めて小さくすることができる。

ここで、屈折率の温度変化について詳細に説明する。屈折率の温度変化Ａは、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度ｔで微分することにより、下記（８）式にて表すことができる。

プラスチック材料の場合は、一般に（８）式中の第１項に比べ第２項の寄与が小さく、ほぼ無視できる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合、線膨張係数αは７×１０^−５であり、上記（８）式に代入すると、Ａ＝−１．２×１０^−４［／℃］となり、実測値とおおむね一致する。具体的には、従来は−１．２×１０^−４［／℃］程度であった屈折率の温度変化Ａを、絶対値で８×１０^−５［／℃］未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で６×１０^−５［／℃］未満にすることが好ましい。６×１０^−５［／℃］未満にすることで、環境温度変化時におけるバックフォーカス変動量を約半分に抑制することが可能となる。なお、上記変倍光学系１に適用可能なプラスチック材料の屈折率の温度変化Ａ（＝ｄｎ／ｄＴ）を表１に示す。

上述の、プラスチック材料中に最大長が３０ナノメートル以下の無機粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズを、第２レンズ群１２の正レンズである両凸正レンズ１２１に適用することが特に望ましい。第２レンズ群の正レンズに温度変化時に屈折率変化の小さなレンズを用いることで、温度変化時の像点位置変動を相殺することができるからである。

また、変倍光学系１は、光学絞り１４の代わりに、撮像素子１５に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッタを配置しても良い。かかるメカニカルシャッタは、例えば撮像素子１５としてＣＣＤ（ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＵＰＬＥＤ ＤＥＶＩＣＥ）方式のものが用いられた場合に、スミア防止に効果がある。

変倍光学系１に備えられている各レンズ群や絞り、シャッター等の駆動の駆動源としては、従来公知のカム機構やステッピングモータを用いることができる。また、移動量が少ない場合や駆動群の重量が軽い場合には、超小型の圧電アクチュエータを用いれば、駆動部の体積や電力消費の増加を抑えつつ、各群を独立に駆動させることも可能で、変倍光学系１を含む撮像レンズ装置の更なるコンパクト化が図れるようになる。

撮像素子１５は、当該変倍光学系１により結像された被写体の光像の光量に応じて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路へ出力するものである。例えば撮像素子１５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１６は、撮像素子１５の受光面上に配置され、ノイズ成分を除去する平行平板状の光学部品である。このローパスフィルタ１６として、例えば所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルタや、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により実現する位相型ローパスフィルタ等が適用可能である。なお、ローパスフィルタ１６は必ずしも備える必要はなく、また、前述の光学的なローパスフィルタ１６に代えて、撮像素子１５の画像信号に含まれるノイズを低減するために赤外線カットフィルタを用いるようにしてもよい。さらに、光学的ローパスフィルタ１６の表面に赤外線反射コートを施して、両方のフィルタ機能を一つで実現してもよい。
＜変倍光学系を組み込んだデジタル機器の説明＞
次に、以上説明したような変倍光学系１が組み込まれたデジタル機器について説明する。図２は、本発明に係るデジタル機器の一実施形態を示す、カメラ付携帯電話機２の外観構成図である。なお、本発明において、デジタル機器としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ：ＰＥＲＳＯＮＡＬ ＤＩＧＩＴＡＬ ＡＳＳＩＳＴＡＮＴ）、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器（マウス、スキャナ、プリンタ等）を含むものとする。

図２（ａ）は、携帯電話機２の操作面を、図２（ｂ）は、操作面の裏面、つまり背面を表している。携帯電話機２には、上部にアンテナ２１、操作面には、長方形のディスプレイ２２、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２３、変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２４、シャッターボタン２５及びダイヤルボタン２６が備えられている。変倍ボタン２４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２には、先に説明した変倍光学系１によって構成された撮像装置２７が内蔵されている。

図３は、上記携帯電話機２の撮像に係る電気的な機能構成を示す機能ブロック図である。この携帯電話機２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、及びＩ／Ｆ部３７を備えて構成される。

撮像部３０は、撮像装置２７と撮像素子１５とを備えて構成される。撮像装置２７は、図１に示したような変倍光学系１と、光軸方向にレンズを駆動し変倍及びフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置等とを備えて構成される。被写体からの光線は、変倍光学系１によって撮像素子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、変倍光学系１により結像された被写体の光学像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として画像生成部３１に出力する。撮像素子１５は、制御部３５の制御により、静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像、又は撮像素子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）等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、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正及び色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から各画素の画像データを生成する。画像生成部３１で生成された画像データは、画像データバッファ３２に出力される。

画像データバッファ３２は、画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し画像処理部３３により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリであり、例えば、ＲＡＭ（ＲＡＮＤＯＭ ＡＣＣＥＳＳ ＭＥＭＯＲＹ）等で構成される。

画像処理部３３は、画像データバッファ３２の画像データに対し、解像度変換等の画像処理を行う回路である。また、必要に応じて画像処理部３３に、変倍光学系１では補正しきれなかった収差を補正させるように構成することも可能である。

駆動部３４は、制御部３５から出力される制御信号により、所望の変倍及びフォーカシングを行わせるように変倍光学系１の複数のレンズ群を駆動する。

制御部３５は、例えばマイクロプロセッサ等を備えて構成され、撮像部３０、画像生成部３１、画像データバッファ３２、画像処理部３３、駆動部３４、記憶部３６及びＩ／Ｆ部３７の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部３５により、被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像装置２７及び撮像素子１５が実行するよう制御される。

記憶部３６は、被写体の静止画撮影又は動画撮影により生成された画像データを記憶する記憶回路であり、例えば、ＲＯＭ（ＲＥＡＤ ＯＮＬＹ ＭＥＭＯＲＹ）やＲＡＭを備えて構成される。つまり、記憶部３６は、静止画用及び動画用のメモリとしての機能を有する。

Ｉ／Ｆ部３７は、外部機器と画像データを送受信するインターフェースであり、例えば、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の規格に準拠したインターフェースである。

以上の通り構成された携帯電話機２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２３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２３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２３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２３からの指示を受けた携帯電話機２本体の制御部３５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装置２７及び撮像素子１５に実行させる。

静止画撮影モードが起動すると、制御部３５は、撮像装置２７及び撮像素子１５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２７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、表示用メモリ（図略）に転送され、ディスプレイ２２に導かれる。そして、撮影者はディスプレイ２２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２５を押すことで、静止画像を得ることができる。すなわち、静止画用のメモリとしての記憶部３６に画像データが格納される。

このとき、被写体が撮影者から離れた位置にある、あるいは近くの被写体を拡大したいためズーム撮影を行うときには、変倍ボタン２４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３５は押下時間に応じて変倍のためのレンズ駆動を実行し、変倍光学系１に連続的にズーミングを行わせる。また、ズーミングし過ぎた場合など、被写体の拡大率を下げたい場合には、変倍ボタン２４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３５が変倍光学系１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２４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２５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２３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２３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３５は、撮像装置２７及び撮像素子１５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２２を覗き、撮像装置２７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２４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２５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２４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３５は、撮像装置２７及び撮像素子１５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２７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、表示用メモリに転送され、ディスプレイ２２に導かれる。ここで、もう一度シャッターボタン２５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３６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に示したような変倍光学系１、すなわち図２に示したようなカメラ付携帯電話機２に搭載される撮像装置２７を構成する変倍光学系１の具体的構成を、図面を参照しつつ説明する。

［実施例１］
図４は、実施例１の変倍光学系１Ａにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図（光路図）である。この図４、及び以下に示す図５〜図９の光路図は、広角端（Ｗ）におけるレンズ配置を示している。実施例１のレンズ群は、図の物体側（図４における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）から構成されている。このように変倍光学系１Ａは、最も物体側に位置する第１レンズ群（Ｇｒ１）が負の光学的パワーを有する、いわゆる負リードの構成とされている。この構成は、後述する実施例２〜６でも同様である。

詳しくは実施例１の変倍光学系１Ａは、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズ（第１レンズＬ１）と両凸の正レンズ（第２レンズＬ２）から成る。第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズ（第３レンズＬ３）と両凹負レンズ（第４レンズＬ４）とから成る。この第２レンズ群（Ｇｒ２）の物体側には、変倍時に該第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する光学絞り（ＳＴ）が備えられている。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（第５レンズＬ５）１枚で構成されている。この第３レンズ群（Ｇｒ３）の像側には、平行平板（ＦＴ）を介して撮像素子（ＳＲ）の受光面が配置されている。前記平行平板（ＦＴ）は、光学的ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。なお、上記光学絞り（ＳＴ）に代えてメカニカルシャッタを配置するようにしても良い（実施例２〜６でも同じ）。

図４において各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えるものとする。）であり、ｒｉに「＊」印が付されている面は非球面であることを示すものである。なお、前記光学絞り（ＳＴ）、平行平板（ＦＴ）の両面、撮像素子（ＳＲ）の受光面も１つの面として扱っている。このような扱いは、後述する他の実施例についての光路図（図５〜図９）でも同様で、図中の符号の意味は、基本的に図４と同様である。但し、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面には同じ符号（ｒ１）が付けられているが、これらの曲率等が実施形態を通じて同一であるという意味ではない。

このような構成の下で、物体側から入射した光線は光軸ＡＸに沿って、順に第１、第２及び第３（Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３）及び平行平板（ＦＴ）を通過し、撮像素子（ＳＲ）の受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子（ＳＲ）において、平行平板（ＦＴ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として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４（図５〜図９）の下部には、これらレンズ群の変倍時における移動方向を示している。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）との中間点を表している。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４に示すように、この実施例１では、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）が変倍時可動とされ、第３レンズ群（Ｇｒ３）が変倍時固定とされている。具体的には、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、像側に凸の軌道を描くように移動され、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動される。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４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。

実施例１の変倍光学系１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを表２、表３に示す。この変倍光学系１Ａでは、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、第１、２、５レンズ（Ｌ１、Ｌ５、Ｌ６）がプラスチックレンズとされ、第３、４レンズ（Ｌ３、Ｌ４）がガラスレンズとされている。さらに、上述した条件式（１）〜（７）を、実施例１の変倍光学系１Ａに当てはめた場合のそれぞれの数値を、後掲の表１６に示す。

表２に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における、無限遠合焦状態での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッベ数である。軸上面間隔Ｍ、Ｔの空欄は、左のＷ欄の値と同じであることを表している。また、軸上面間隔は、対向する一対の面（光学面、撮像面を含む）間の領域に存在する媒質が空気であるとして換算した距離である。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、図４に示したように、光路上の物体側から数えてｉ番目の光学面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを示す。なお、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＦＴ）の両面及び撮像素子（ＳＲ）の受光面の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。

光学面の非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、下記（９）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，Ｇ：それぞれ４，６，８，１０，１２，１４，１６次の非球面係数
ｋ：円錐係数
上記（９）式から分かるように、表２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３は、非球面とされている面（表２においてｒｉに＊が付された面）の円錐係数ｋと非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの値とをそれぞれ示すものである。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、実施例１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１０の左側から順に示す。この図において、上段は広角端（Ｗ）、中段は中間点（Ｍ）、下段は望遠端（Ｔ）における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）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。この図１０からわかるように、実施例１のレンズ群は、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）、望遠端（Ｔ）のいずれにおいても、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、この実施例１における広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、本発明では、短焦点で明るい光学系が実現できていることがわかる。
［実施例２］
図５は、実施例２の変倍光学系１Ｂにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例２の変倍光学系１Ｂは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例２に係る変倍光学系１Ｂにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図５の下部に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）が像側に凸の軌道を描くように移動し、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動する。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例２に係る変倍光学系１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを表４及び表５に示す。これらの表及び図５に示すように、この実施例２では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、第１、２、３、５レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５）がプラスチックレンズとされ、第４レンズ（Ｌ４）がガラスレンズとされている。

［実施例３］
図６は、実施例３の変倍光学系１Ｃにおけるレンズ群の配列を示す、光軸（ＡＸ）を縦断した断面図である。この実施例３の変倍光学系１Ｃは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と両凸の正レンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（Ｌ５）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例３に係る変倍光学系１Ｃにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図６の下部に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）が像側に凸の軌道を描くように移動し、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動する。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例３に係る変倍光学系１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを表６及び表７に示す。これらの表及び図６に示すように、この実施例３では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、第１、２、４、５レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５）がプラスチックレンズとされ、第３レンズ（Ｌ３）がガラスレンズとされている。

［実施例４］
図７は、実施例４の変倍光学系１Ｄ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４の変倍光学系１Ｄ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）及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例４に係る変倍光学系１Ｄにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図７の下部に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）が像側に凸の軌道を描くように移動し、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動する。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例４に係る変倍光学系１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを表８及び表９に示す。これらの表及び図７に示すように、この実施例４では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）が両面非球面レンズとされている。また、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ５）がプラスチックレンズとされている。

［実施例５］
図８は、実施例５の変倍光学系１Ｅ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５の変倍光学系１Ｅ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）及び正の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）、像側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ４）及び両凹の負レンズ（Ｌ５）からなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例５に係る変倍光学系１Ｅにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図８の下部に示すように、第１レンズ群（Ｇｒ１）が像側に凸の軌道を描くように移動し、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近付く方向に直線的に移動する。一方、第３レンズ群（Ｇｒ３）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例５に係る変倍光学系１Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１０及び表１１に示す。これらの表及び図８に示すように、この実施例５では、第１、２、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６）が両面非球面レンズとされ、第３、４レンズ（Ｌ３、Ｌ４）が片面非球面レンズとされている。また、第１、２、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６）がプラスチックレンズとされ、第３、４レンズ（Ｌ３、Ｌ４）がガラスレンズとされている。

［実施例６］
図９は、実施例６の変倍光学系１Ｆ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６の変倍光学系１Ｆは、各レンズ群が物体側から順に、全体として負の光学的パワーを有する第１レンズ群（Ｇｒ１）、光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを有する第２レンズ群（Ｇｒ２）、負の光学的パワーを有する第３レンズ群（Ｇｒ３）及び正の光学的パワーを有する第４レンズ群（Ｇｒ４）からなる。さらに詳しくは、第１レンズ群（Ｇｒ１）は物体側から順に、両凹の負レンズ（Ｌ１）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（Ｌ２）とからなる。第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体側から順に、両凸の正レンズ（Ｌ３）と両凹の負レンズ（Ｌ４）とからなる。第３レンズ群（Ｇｒ３）は、物体側に凸の負メニスカスレンズ（Ｌ５）１枚からなる。第４レンズ群（Ｇｒ４）は、両凸の正レンズ（Ｌ６）１枚からなる。

このようなレンズ構成の実施例６に係る変倍光学系１Ｆにおいては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図９の下部に示すように、第２レンズ群（Ｇｒ２）が物体側に直線的に移動し、第３レンズ群（Ｇｒ３）が中間点（Ｍ）で移動速度をシフトする態様で、物体側に直線的に移動する。一方、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第４レンズ群（Ｇｒ４）は固定とされる。なお、光学絞り（ＳＴ）は、変倍時に第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動する。

次に、実施例６に係る変倍光学系１Ｆにおける、各レンズのコンストラクションデータを表１２及び表１３に示す。これらの表及び図９に示すように、この実施例６では、すべてのレンズ（Ｌ１〜Ｌ６）が両面非球面レンズとされている。また、第１、２、５、６レンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６）がプラスチックレンズとされ、第３、４レンズ（Ｌ３、Ｌ４）がガラスレンズとされている。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例２〜６の変倍光学系１Ｂ〜１Ｆの球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１１〜図１５にそれぞれ示す。これらの図において、球面収差の図には、図１０と同様に、一点鎖線で赤色、実線で黄色、そして破線で青色と、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。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、この実施例２〜６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆ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１４及び表１５にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１と同様に、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

また、この実施例２〜６の各変倍光学系１Ｂ〜１Ｆに、上述した条件式（１）〜（７）を当てはめた場合のそれぞれの数値を、表１６に示す。

以上説明したように、上記実施例１〜６に係る変倍光学系１Ａ〜１Ｆによれば、変倍域全域にわたって各種の収差が良好に補正され、また可動レンズ群のレンズ重量を軽くしてレンズ駆動装置の負荷を減らし、コンパクト化を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。

Claims (20)

1. 物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有し変倍時に移動する第２レンズ群と、正又は負の光学的パワーを有する第３レンズ群とを含み、
   前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとの２枚以上のレンズで構成されると共に、少なくとも２枚以上のプラスチック材料よりなるレンズを含み、且つ、
   下記（１）〜（３）の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ０．５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）
   ０．５＜ｆ２／ｆｗ＜２．０ ・・・（２）
   −３．２＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）
   但し、ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   ｆｗ：広角端における全光学系の合成焦点距離
   β２ｔ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率
2. 前記条件式（１）の｜ｆ１／ｆ２｜の関係は、下記（１）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の変倍光学系。
   １．０＜｜ｆ１／ｆ２｜＜１．４ ・・・（１）’
3. 前記条件式（２）のｆ２／ｆｗの関係は、下記（２）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の変倍光学系。
   １．２＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ ・・・（２）’
4. 前記条件式（３）のβ２ｔは、下記（３）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の変倍光学系。
   −２．３＜β２ｔ＜−１．４ ・・・（３）’
5. 前記第２レンズ群に開口絞りが備えられ、
   下記（４）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の変倍光学系。
   ０．２５＜Ｌｓｗ／Ｌｗ＜０．７０ ・・・（４）
   但し、Ｌｓｗ：広角端での開口絞りから像面までの距離
   Ｌｗ：広角端での全長
6. 前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが正の光学的パワーを持ち、
   下記（５）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の変倍光学系。
   ０．２＜ｆ２１／ｆｗ＜１．６ ・・・（５）
   但し、ｆ２１：前記第２レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
7. 前記条件式（５）のｆ２１／ｆｗの関係は、下記（５）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の変倍光学系。
   ０．６＜ｆ２１／ｆｗ＜１．３ ・・・（５）’
8. 前記第１レンズ群に含まれるレンズが、全てプラスチック材料で構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の変倍光学系。
9. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズが負の光学的パワーを持ち、
   下記（６）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の変倍光学系。
   −１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）
   但し、ｆ１１：前記第１レンズ群の最も物体側のレンズの焦点距離
10. 前記条件式（６）のｆ１１／ｆｔの関係は、下記（６）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の変倍光学系。
    −１．２＜ｆ１１／ｆｔ＜−０．２ ・・・（６）’
11. 前記第１レンズ群の最も像側のレンズが、正の光学的パワーを持つことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかに記載の変倍光学系。
12. 前記第１レンズ群に含まれる正レンズ及び負レンズのアッベ数が、下記（７）の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれかに記載の変倍光学系。
    １０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３５ ・・・（７）
    但し、ν１ｎ：前記第１レンズ群に含まれる負レンズのアッベ数の平均値
    ν１ｐ：前記第１レンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均値
13. 前記条件式（７）のｆ１１／ｆｔの関係は、は、下記（７）’の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の変倍光学系。
    ２３＜ν１ｎ−ν１ｐ＜３０ ・・・（７）’
14. 前記第１レンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１３項のいずれかに記載の変倍光学系。
15. 前記第２レンズ群が、２枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１４項のいずれかに記載の変倍光学系。
16. 前記第１レンズ群を物体側に移動させて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の変倍光学系。
17. 前記第３レンズ群又は前記第３レンズ群よりも像側のレンズ群を物体側に移動させて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１６項のいずれかに記載の変倍光学系。
18. 前記プラスチック材料からなるレンズは、その少なくとも１枚が、プラスチック材料中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させてなる素材を用いて成形したレンズであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１７項のいずれかに記載の変倍光学系。
19. 請求の範囲第１項乃至第１８項のいずれかに記載の変倍光学系と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記変倍光学系が前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする撮像装置。
20. 請求の範囲第１９項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置及び撮像素子に被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を行わせる制御部と、を具備し、
    前記撮像装置の変倍光学系が、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成可能に組み付けられていることを特徴とするデジタル機器。