WO2007049504A2 - 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents

変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 Download PDF

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WO2007049504A2
WO2007049504A2 PCT/JP2006/320853 JP2006320853W WO2007049504A2 WO 2007049504 A2 WO2007049504 A2 WO 2007049504A2 JP 2006320853 W JP2006320853 W JP 2006320853W WO 2007049504 A2 WO2007049504 A2 WO 2007049504A2
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variable magnification
positive
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Keiji Matsusaka
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Konica Minolta Opto, Inc.
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    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/177—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a negative front lens or group of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/22—Telecentric objectives or lens systems
    • G—PHYSICS
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    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1435—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative
    • G02B15/143507—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative arranged -++

Definitions

  • the present invention relates to a variable power optical system that changes power by changing a distance between lens groups in the optical axis direction, an imaging lens device including the variable power optical system, and the imaging lens device.
  • a variable magnification optical system suitable for miniaturization.
  • Patent Document 1 for example, in a negative / positive two-component variable magnification optical system, the image side surface of the lens located closest to the object side is made an aspherical surface so that compactness can be achieved.
  • a variable magnification optical system is disclosed.
  • the curvature of the image side surface of the lens located closest to the object side is large, it must be a so-called compound aspherical lens in which a resin is applied on a spherical lens that is difficult to produce by molding. It will be expensive.
  • each lens of the first lens group and the second lens group has a problem that the manufacturing error sensitivity is high, and adjustment work is required at the time of assembly, resulting in further cost increase.
  • Patent Document 2 describes the variable magnification of the second lens unit in a variable magnification optical system with negative positive and negative three components.
  • a variable magnification optical system is disclosed in which the amount of movement associated with variable magnification is suppressed by increasing the burden.
  • the optical system disclosed in Patent Document 2 uses three lenses for each of the first lens group and the second lens group, and the degree of achievement of compactness is sufficient. I can't.
  • Patent Document 3 in a variable magnification optical system having negative positive positive positive four components, an aspheric lens made of a material having a high refractive index and low dispersion is used for the second lens group, so that a lens when retracted is used.
  • a variable power optical system designed to reduce the total thickness is disclosed.
  • the optical system proposed in Patent Document 3 has a problem that the power of the second lens group is weak, and thus the movement amount is large, and the total optical length in use is too large for a portable terminal. .
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-318311
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-365542
  • the present invention has been made in view of such a technical problem, and while achieving sufficient compactness, the manufacturing difficulty of each lens in the first lens group is suppressed to the same level as before.
  • the object is to provide a variable magnification optical system, an imaging lens device, and a digital device.
  • a variable magnification optical system includes a first lens group having negative optical power and a second lens group having positive optical power in order, also in the object side force.
  • the first lens group includes at least one negative lens and at least one positive lens
  • the second lens group includes three or less lenses, and the following conditions (1) and (2) It is characterized by satisfying the equation.
  • D1 Thickness on the optical axis from the lens front surface of the first lens group to the lens rear surface of the first lens group
  • a variable magnification optical system includes, in order from the object side, a first lens group having negative optical power and a second lens group having positive optical power.
  • the first lens group has at least one negative lens.
  • the second lens group includes three or less lenses, and satisfies the following conditional expressions (3) and (4): a lens and at least one positive lens.
  • AZlpi Sag amount at the maximum effective radius based on the apex of the surface of the positive lens in the first lens group
  • dlpi Maximum effective radius on the image side of the positive lens in the first lens group
  • fw Total focal length of the entire optical system at the wide-angle end
  • An imaging lens device includes the above-described variable magnification optical system and an imaging element that converts an optical image into an electrical signal, and the variable magnification optical system includes the imaging An optical image of a subject can be formed on the light receiving surface of the element.
  • a digital device includes at least one of the above-described imaging lens device, imaging lens device, and still image shooting and moving image shooting of a subject on the imaging lens device and the imaging element.
  • a control unit that performs shooting, and a change of the imaging lens device.
  • the double optical system is assembled so that an optical image of a subject can be formed on the light receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an imaging optical system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the definition of an aspheric sag amount.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the definition of the image plane incident angle of the chief ray.
  • FIG. 1 An external configuration diagram of a camera-equipped mobile phone equipped with a variable magnification optical system according to the present invention, in which (a) is an external configuration diagram showing its operation surface, and (b) is a back surface of the operation surface.
  • FIG. 1 An external configuration diagram of a camera-equipped mobile phone equipped with a variable magnification optical system according to the present invention, in which (a) is an external configuration diagram showing its operation surface, and (b) is a back surface of the operation surface.
  • FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a configuration of a functional unit related to imaging of a mobile phone as an example of a digital device including the variable magnification optical system according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a wide-angle end optical path diagram of the variable magnification optical system according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 3.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 5.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 6.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a wide-angle optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 7.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a wide-angle end optical path diagram of a variable magnification optical system according to Example 8.
  • FIG. 14 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 1.
  • FIG. 15 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 2.
  • FIG. 16 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 3.
  • FIG. 17 shows aberrations showing the spherical aberration, astigmatism and distortion of the lens group in Example 4.
  • FIG. 18 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 5.
  • FIG. 19 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 6.
  • FIG. 20 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 7.
  • FIG. 21 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the lens group in Example 8.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing the moving direction of the lens group in each example of the variable magnification optical system according to the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing a moving direction of a lens group in each example of the variable magnification optical system according to the present invention.
  • the refractive index is the refractive index with respect to the wavelength of the d-line (587.56 nm).
  • Abbe number is nd, nF, nC and Abbe number is v d for d-line, F-line (486.13nm), C-line (656.28nm), respectively.
  • each single lens constituting a cemented lens has the optical power when both sides of the lens surface of the single lens are air. ,And Umono.
  • Aspherical sag is the difference between the distance in the optical axis direction between the lens surface vertex and the point on the aspherical curve for the maximum effective radius, and the spherical sag amount based on the paraxial curvature. Represents Parameter (see Figure 2).
  • a resin material used for a composite aspheric lens (a lens made into a non-spherical shape by applying a thin resin material on a spherical glass material to be a substrate) has only an additional function of the substrate glass material. Therefore, it is not handled as a single optical member, it is treated as if the substrate glass material has an aspheric surface, and the number of lenses is considered to be one. At this time, the refractive index of the glass material used for the lens is also V.
  • FIG. 1 is an optical path diagram (optical path diagram at the wide angle end) showing a configuration example of the variable magnification optical system 1 according to the present invention.
  • the variable magnification optical system 1 forms an optical image of the subject H on the light receiving surface of the image sensor 15 that converts an optical image into an electrical signal.
  • the variable magnification optical system 1 is negative in order from the object side (subject H side).
  • a first lens group 11 having a positive optical power, a second lens group 12 having a positive optical power, a third lens group having a positive optical power (which may have a negative optical power) 13 In which the distance between the first lens group 11 and the second lens group 12 is narrowed at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the first lens group 11 includes a biconcave negative lens 111, a positive meniscus lens 112 convex to the object side, and a force.
  • the second lens group 12 includes a biconvex positive lens 121 and an object side.
  • the negative lens lens 122 is convexly convex
  • the third lens group 13 is composed only of a positive meniscus lens 131 convex toward the object side.
  • An optical aperture 14 is disposed on the object side of the second lens group 12.
  • An image sensor 15 is disposed on the image side of such a variable magnification optical system 1 through a low-pass filter 16 so that an optical image of the subject H is appropriately converted by the variable magnification optical system 1 along its optical axis AX.
  • the optical image of the subject H is picked up by the image pickup device 15 by being guided to the light receiving surface of the image pickup device 15 with a variable zoom ratio.
  • the first lens group 11 includes at least one negative lens (negative lens 111) and at least one positive lens (positive lens).
  • the second lens group has three or fewer lenses (biconvex positive lens 121 and The negative meniscus lens 122) is also configured to have a force.
  • the zoom ratio is 2 to 3 This is advantageous in terms of compactness of the optical total length and the size of the front lens diameter in a zoom lens of about double.
  • the first lens group 11 has the negative lens 111 and the positive meniscus lens 112
  • the lateral chromatic aberration can be corrected well.
  • the second lens group 12 is composed of two lenses, a biconvex positive lens 121 and a negative meniscus lens 122, the load on the driving device of the second lens group 12 that increases the amount of movement during zooming. The cost can be reduced by reducing the number of lenses.
  • variable magnification optical system 1 has a thickness on the optical axis AX from the lens front surface 11a of the first lens group 11 to the lens rearmost surface 1 lb of the first lens group 11 on the optical axis AX, and the variable magnification optical system
  • the combined focal length of the entire optical system at the wide-angle end of 1 is fw and the combined focal length of the second lens group 12 is f2
  • DlZfw, f2Zfw as shown in the following conditional expressions (1) and (2) But,
  • variable magnification optical system 1 that is excellent in compactness and has good optical performance while preventing the manufacturing difficulty of the lens from increasing.
  • variable magnification optical system 1 is based on the surface vertex on the image side surface of the positive meniscus lens 112, which is a positive lens in the first lens group 11 (corresponding to the last lens surface lib in the example of FIG. 1).
  • the maximum effective radius at the image side of the positive meniscus lens 112 is dlpi
  • the combined focal length of the entire optical system at the wide-angle end of the variable magnification optical system 1 is the same as above.
  • fw where the combined focal length of the second lens group 12 is f2, I ⁇ / dlpi I, f2 / fw are as shown in the following conditional expressions (3) and (4):
  • variable magnification optical system 1 that is excellent in compactness and has good optical performance while preventing the manufacturing difficulty of the lens from increasing.
  • conditional expression (2) ′ If f2 / fw exceeds the upper limit of the conditional expression (2) ′, the amount of movement of the second lens group 12 necessary for zooming increases due to the weak power of the second lens group 12. The optical total length becomes longer. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) ′ is not reached, adjustment between the lenses is indispensable due to the high decentration error sensitivity of the second lens group 12, and the manufacturing cost increases. .
  • the negative lens 111 which is the negative lens located closest to the object in the group, has a maximum thickness in the optical axis direction of the negative lens 111 as Tle, and the optical axis of the negative lens 111.
  • the first lens group 11 includes, in order of object side force, one negative lens (biconcave negative lens 111), one positive lens (positive meniscus lens 112), and a lens.
  • the focal length of the positive lens lens 112 is flp and the focal length of the negative lens 111 is fin, I flnZflp I force s as shown in the following conditional expression (7)
  • variable magnification optical system 1 can be made excellent in terms of manufacturing difficulty.
  • the back lens at the wide-angle end can be easily secured by using a two-concave negative lens 111 and a positive positive lens 112 convex on the object side. Further, it becomes possible to satisfactorily correct off-axis aberrations of light beams having a wide angle of view. Furthermore, by arranging a convex positive meniscus lens on the object side, it is possible to correct astigmatism well and improve the image plane. Instead of the biconcave negative lens 111, a negative meniscus lens convex on the object side may be used.
  • the refractive index of positive positive lens 112 is Nlp, and the Abbe number is
  • V lp and the Abbe number of the negative lens 111 are V In, Nlp, I V lp — V In I force S as shown in the following conditional expressions (9) and (10)
  • variable magnification optical system 1 can be obtained which is advantageous in terms of compactness and correction of chromatic aberration of magnification.
  • Nip in the conditional expression (9) satisfies the following conditional expression (9) ′.
  • the first lens group 11 has a configuration including a cemented lens (in the case of FIG. 1, a mode in which the negative lens 111 and the positive meniscus lens 112 are cemented).
  • a cemented lens in the first lens group 11, the decentration error sensitivity of each lens surface in the first lens group 11 can be greatly reduced, and even if adjustment between lenses is necessary, a good balance of sensitivity is maintained. be able to.
  • the lens barrel configuration of the first lens group 11 can be simplified.
  • the first lens group 11 preferably satisfies the following conditional expressions (13) and (14).
  • fl is the composite focal length of the first lens group 11
  • conditional expressions (13) and (14) If the upper limit of conditional expressions (13) and (14) is exceeded, correction of astigmatism and distortion will be insufficient, especially at the wide-angle end. If the lower limit of conditional expressions (13) and (14) is not reached, the power of the lenses constituting the first lens group 11 will be very high, making it difficult to manufacture. In addition, the tendency that the generated lateral chromatic aberration cannot be sufficiently corrected becomes remarkable.
  • the first lens group 11 satisfies the following conditional expressions (13) ′ and (14) ′.
  • conditional expressions (13) 'and (14) If the upper limit of conditional expressions (13) 'and (14) is exceeded, the negative power of the first lens group 11 will weaken, leading to an increase in the front lens diameter, and if it falls below the lower limit, the first lens will be at the telephoto end.
  • the error sensitivity of group 11 increases and adjustment work between lenses is required.
  • the second lens group 12 includes one positive lens (biconvex positive lens) in order of the object side force. 121) and one negative lens (negative-mass lens 122), the focal length of the positive lens in the second lens group 12 is f2p, and the focal length of the negative lens in the second lens group 12 is f2n.
  • conditional expression (8) makes it possible to sufficiently correct spherical aberration and suppress lateral chromatic aberration.
  • the second lens group 12 is composed of two lenses, a biconvex positive lens 121 and a negative meniscus lens 122 having a strong concave surface on the image side. It is desirable that Instead of the negative meniscus lens 122, a biconcave lens having a strong concave surface on the image side may be used.
  • the biconvex positive lens 121 the power of the second lens group 12 can be strengthened and the amount of movement during zooming can be reduced.
  • the negative meniscus lens 122 has a strong concave surface facing the image side, so that astigmatism and chromatic aberration can be corrected satisfactorily.
  • the refractive index of the biconvex positive lens 121 (positive lens in the second lens group 12) is N2p
  • the Abbe number is V 2p
  • the negative mass lens 122 (in the second lens group 12).
  • force as shown in the following conditional expressions (11) and (12)
  • the second lens group 12 satisfies the following conditional expression (15).
  • conditional expression (15) If the upper limit of conditional expression (15) is exceeded, the power of the second lens group 12 is too weak, and it becomes difficult to obtain a zoom ratio of about 2 to 3 times. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (15) is not reached, the error sensitivity of the second lens group 12 becomes very high and the manufacturing difficulty increases.
  • conditional expression (15) ' If the upper limit of conditional expression (15) 'is exceeded, the power of the second lens group 12 is weak, so the amount of movement of the second lens group 12 necessary for zooming increases, and the optical total length becomes longer, making it more compact. It becomes unsuitable. If the lower limit of conditional expression (15) ′ is not reached, the decentering error sensitivity of the second lens group 12 becomes high and adjustment work between the lenses becomes necessary, resulting in an increase in cost.
  • the second lens group 12 is preferably configured to include a cemented lens (in the case of FIG. 1, a mode in which the biconvex positive lens 121 and the negative meniscus lens 122 are cemented).
  • a cemented lens in the case of FIG. 1, it is possible to greatly reduce the error sensitivity of each lens surface in the second lens group 12, and to simplify the lens barrel configuration of the second lens group 12. .
  • the third lens group 13 may be disposed on the image side of the second lens group 12 as illustrated in FIG. In this case, it is desirable that the third lens group 13 has a positive optical power like the positive meniscus lens 131 shown in FIG. As a result, the variable magnification optical system 1 becomes a negative / positive optical system by the first to third lens groups 11 to 13. Since the second lens group 12 needs only a small amount of movement, it is advantageous for compactness. Further, the third lens group 13 makes it possible to make the incident angle of the off-axis light beam to the image plane (the light receiving surface of the image sensor 15) close to telecentric.
  • the third lens group 13 preferably has a single lens configuration of a positive meniscus lens 131 convex toward the object side. As a result, the principal point position of the lens can be moved away from the image plane force, and the image plane incident angle can be relaxed. This is advantageous when the variable magnification optical system 1 is miniaturized.
  • the third lens group 13 is composed of one positive lens (positive meniscus lens 131), it is desirable to satisfy the following conditional expression (16).
  • V p is the minimum value of the Abbe number of the positive lens constituting the third lens group 13
  • the positive meniscus lens 131 is made of a high dispersion material satisfying the relation of V p 40, thereby changing the magnification. Even when the optical power of the second lens group 12 is increased to make the optical system 1 compact, the lateral chromatic aberration generated at the telephoto end can be sufficiently corrected.
  • the Abbe number minimum value vp is set to the following condition (16) ' It is desirable to satisfy the formula.
  • the positive meniscus lens 131 satisfies the condition represented by the following conditional expression (17)! /.
  • fp is the focal length of the positive lens
  • conditional expression (17) If the upper limit of conditional expression (17) is exceeded, an aspherical surface is essential to make the image plane incident angle close to telecentric, and the amount of aspherical sag tends to increase, resulting in high manufacturing costs. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (17) is not reached, the difference in image plane incident angle between the wide-angle end and the telephoto end is large. It tends to cause a decrease in ambient illuminance.
  • the optical axis direction is the horizontal axis
  • the lens diameter direction is the vertical axis
  • the intersection of the horizontal axis and the vertical axis is the surface vertex a.
  • the spherical curve is denoted by pl and the aspherical curve is denoted by P 2, and the maximum effective radius for these spherical and aspherical lenses is r.
  • the amount of spherical sag is the distance in the optical axis direction between the surface vertex a of the lens and the point on the spherical curve pi with respect to the maximum effective radius r.
  • the aspheric sag amount represents the difference between the spherical sag amount and the distance in the optical axis direction between the lens surface apex a and the point on the aspheric curve p2 with respect to the maximum effective radius r. Is a parameter
  • variable power optical system [0047]
  • variable magnification optical system 1 As shown in the following conditional expression (6), the relationship of LbZfW is
  • variable power optical system 1 including only the three lens groups of the first to third lens groups 11 to 13 is one of preferable lens configurations. In this way, by reducing the number of lens groups and the number of lenses as much as possible, it is possible to achieve a more compact size than other variable magnification optical systems.
  • the third lens group 13 has a smaller optical power than the first lens group 11 and the second lens group 12. It is relatively easy to configure with a single lens, which makes it possible to achieve a more compact lens.
  • the third lens group 13 is fixed at the time of zooming from the wide angle end to the telephoto end. .
  • the lens barrel mechanism can be simplified and the positional accuracy can be improved.
  • the first lens group 11 and the second lens group 12 of the variable magnification optical system 1 are each preferably composed of three or less lenses.
  • the first lens group 11 which generally increases the lens outer diameter. It is possible to reduce the load on the driving device of the second lens group 12 that has a large movement amount at the time of doubling, and it is possible to achieve cost reduction by reducing the number of lenses. From this point of view, the variable magnification optical system 1 shown in Fig. 1 is preferable. / Speak.
  • the variable magnification optical system 1 of FIG. 1 it is desirable to place an optical aperture 14 (aperture stop) on the object side of the second lens group 12 and to fix the aperture diameter.
  • the front lens diameter of the first lens group 11 can be made as small as possible by arranging the optical diaphragm 14 at the object side of the second lens group 12.
  • the aperture diameter it is not necessary to increase the distance between the first lens group 11 and the second lens group 12 more than necessary, and a reduction in thickness in the optical axis direction can be achieved.
  • variable magnification optical system 1 satisfies the following conditional expression (18).
  • conditional expression (18) If the upper limit of conditional expression (18) is exceeded, the amount of movement of the second lens group 12 for zooming becomes small, so the power of the second lens group 12 becomes too strong to form the second lens group 12 It becomes difficult to satisfy manufacturing requirements such as the radius of curvature of each lens. Also, if the lower limit of conditional expression (18) is not reached, it will be difficult to mount on a portable terminal or the like.
  • conditional expression (18) If the upper limit of conditional expression (18) is exceeded, the power of the second lens group 12 will increase, leading to an increase in error sensitivity in the second lens group 12, and adjustment between lenses will be required, resulting in high costs. Obviously, if the lower limit of conditional expression (18) 'is not reached, the load on the drive system increases as the amount of movement during zooming increases just by increasing the size of the optical system. As a result, the drive unit tends to increase in size. There is.
  • variable magnification optical system 1 satisfies the following conditional expression (19).
  • variable magnification optical system 1 satisfies the following conditional expressions (20) and (21).
  • a w angle of the chief ray at the maximum image height with respect to the perpendicular standing on the image plane (deg) at the wide-angle end of the incident ray on the imaging surface of the image sensor 15
  • a t The angle (deg) of the principal ray at the maximum image height with respect to the perpendicular standing on the image plane among the rays incident on the imaging plane of the image sensor 15 at the telephoto end.
  • the aw (deg), a t ( deg) defines the direction shown in FIG. 3 is a positive direction. That is, the left side of FIG. 3 is the object side, the right side is the image side, and the chief ray angle when the exit pupil position is on the object side of the image plane is the positive direction.
  • the first lens group 11 may be moved to the object side to perform focusing on an object at infinity and a close object. desirable. This is because fluctuations in various aberrations caused by moving the first lens group 11 are relatively small, so that performance degradation due to focusing can be suppressed. In addition, since the back focus varies greatly with respect to the movement amount of the first lens group 11, good focusing performance can be obtained up to several cm before the lens with a small movement amount.
  • the third lens group 13 or the lens group on the image side from the third lens group may be moved to the object side. Infinite object force Focusing to a close object may be performed. In this case, it is possible to obtain a clear image up to a short-distance object that does not cause an increase in the total optical length or an increase in the front lens diameter due to feeding.
  • whether to move the first lens group 11 or the third lens group 13 (or the lens group on the image side from the third lens group) may be properly used depending on the optical specification. In other words, if the macro function is to be strengthened, the first lens group 11 should be moved, and if compactness is given priority, the third lens group 13 should be moved.
  • the fourth lens on the image plane side with respect to the third lens group 13 is used. It is desirable to make the lens group a negative lens group. With this configuration, it is possible to greatly improve the optical performance for short-distance objects, particularly at the telephoto end. In addition, the exit pupil position at the telephoto end can be placed closer to the object side than the imaging plane, and as a result, the difference in the incident angle of the ray on the imaging plane between the wide-angle end and the telephoto end can be reduced.
  • variable magnification optical system 1 there is no particular limitation on the material of each lens constituting the first to third lens groups 11 to 13, and various glass materials (Plastic) material Optical materials that can be used can be used. However, if a resin material is used, it is lightweight and can be mass-produced with an injection mold or the like. This is advantageous. Therefore, it is desirable that the variable magnification optical system 1 includes at least one lens made of a resin material. Of course, two or more lenses made of a resin material may be provided.
  • the negative lens in the first lens group 11 (the negative lens 111 in FIG. 1) and the positive lens in the third lens group 13 are used. It is desirable to make (positive male lens 131) with a resin material. In this case, the back focus shift accompanying the environmental temperature change can be suppressed small.
  • the temperature change A of the refractive index can be expressed by the following equation (22) by differentiating the refractive index n with respect to the temperature t based on the equation of the one-lentz / Lorentz equation.
  • the contribution of the second term is generally smaller than that of the first term in equation (22) and can be almost ignored.
  • the absolute value is preferably less than 6 ⁇ 10 _5 [Z ° C].
  • the positive lens in the third lens group 13 or the lens group on the image side of the third lens group is a lens made of a resin material as described above. This makes it possible to reduce costs without losing compactness.
  • the positive lens affects the back focus when the temperature changes, this effect can be greatly reduced when a material in which inorganic particles of 30 nanometers or less are dispersed is used.
  • variable magnification optical system 1 has a lens configuration in which all lens surface forces facing the air are aspherical surfaces. This makes it possible to achieve both compactness and high image quality of the variable magnification optical system 1.
  • the aspheric glass lens may be molded by a mold, or a composite type of a glass material and a resin material is used. But of course. The mold type is suitable for mass production, but the glass material is limited.
  • the composite type has the advantage of a high degree of freedom in design because of the large number of glass materials that can be used as substrates. Since aspherical lenses using high refractive materials are generally difficult to mold, in the case of a single-sided aspherical surface, the advantages of the composite type can be maximized.
  • variable power optical system 1 instead of the optical aperture 14, a mechanical shirter having a function of shielding light from the image sensor 15 may be arranged.
  • a mechanical shirter having a function of shielding light from the image sensor 15
  • the image sensor 15 when a CCD (Charge Coupled Device) type is used as the image sensor 15, the powerful mechanical shirtta is effective in preventing smear.
  • CCD Charge Coupled Device
  • variable magnification optical system 1 As a driving source for driving each lens group, diaphragm, shutter, etc. provided in the variable magnification optical system 1, a conventionally known cam mechanism or stepping motor can be used. In addition, when the amount of movement is small! / Or when the weight of the drive group is light, if an ultra-small piezoelectric actuator is used, each group can be driven independently while suppressing an increase in the volume and power consumption of the drive unit.
  • the imaging lens device including the variable magnification optical system 1 can be further compacted.
  • the object side force is also in order, the first lens group 11 consisting of a negative lens (negative lens 111) and a positive meniscus lens convex on the object side (positive meniscus lens 112), a biconvex lens (
  • the variable magnification optical system 1 including the biconvex positive lens 121), the second lens group 12 composed of a negative lens (negative meniscus lens 122), and the third lens group 13 composed of a positive lens (positive meniscus lens 131) is the most This is one of the preferred lens configurations.
  • the second lens group 12 moves closer to the first lens group 11 side by moving the principal point position of the second lens group 12 while maintaining the zooming function.
  • the actual power of the lens group 12 can be reduced and the error sensitivity can be reduced. Also, by arranging a biconvex lens, the power of the second lens group 12 can be strengthened and the amount of movement during zooming can be reduced. Furthermore, by using the third lens group 13 as a positive lens, there is an advantage that the off-axis ray incident angle on the light receiving surface of the image sensor 15 can be made telecentric.
  • the image pickup device 15 corresponds to the light amount of the optical image of the subject H imaged by the variable magnification optical system 1.
  • the image signals of R, G, and B components are photoelectrically converted and output to a predetermined image processing circuit.
  • R (red), G (green), and B (blue) color filters are affixed to the surface of each CCD of an area sensor in which the CCD is arranged in a two-dimensional pattern. It is possible to use a single-plate type color area sensor called a loose Bayer type. In addition to such CCD image sensors, CMOS image sensors, VMIS image sensors, and the like can also be used.
  • the low-pass filter 16 is a parallel plate-like optical component that is disposed on the imaging surface of the imaging device 15 and removes noise components.
  • this low-pass filter 16 for example, a birefringent low-pass filter made of quartz crystal whose direction of a predetermined crystal axis is adjusted, or a phase-type low-pass filter that realizes a required optical cutoff frequency characteristic by a diffraction effect. Etc. are applicable.
  • the low-pass filter 16 is not necessarily provided, and instead of the optical low-pass filter 16 described above, an infrared cut filter is used to reduce noise included in the image signal of the image sensor 15. Also good. In addition, apply an infrared reflective coating on the surface of the optical low-pass filter 16 to achieve both filter functions.
  • FIG. 4 is an external configuration diagram of the camera-equipped cellular phone 2 showing an embodiment of the digital device according to the present invention.
  • the digital device includes a digital still camera, a video camera, a digital video unit, a personal digital assistant (PDA), a personal computer, a mobile computer, or a peripheral device (mouse, scanner, Printer, etc.).
  • PDA personal digital assistant
  • FIG. 4 (a) shows the operation surface of the mobile phone 2
  • FIG. 4 (b) shows the back surface of the operation surface, that is, the back surface.
  • Mobile phone 2 has antenna 21 on the top, rectangular display 22 on the operation surface, image switching button 23 that activates image capture mode and switches between still image and movie capture, and controls zooming.
  • a scaling button 24, a shutter button 25, and a dial button 26 are provided.
  • the enlargement / reduction button 24 has a printing force of “T” representing telephoto at the upper end portion thereof, and “W” representing wide angle is printed at the lower end portion thereof, and the printing position is pressed. It consists of a two-contact switch that can instruct each zooming operation.
  • the mobile phone 2 incorporates an imaging lens device 27 configured by the variable magnification optical system 1 described above.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an electrical functional configuration related to imaging of the mobile phone 2.
  • the mobile phone 2 includes an imaging unit 30, an image generation unit 31, an image data buffer 32, an image processing unit 33, a drive unit 34, a control unit 35, a storage unit 36, and an iZF unit 37 for the imaging function. Composed.
  • the imaging unit 30 includes an imaging lens device 27 and an imaging element 15.
  • the imaging lens device 27 includes a variable magnification optical system 1 as shown in FIG. 1 and a lens drive device (not shown) for driving the lens in the optical axis direction to perform variable magnification and focusing. .
  • the light beam of the subject is focused on the light receiving surface of the image sensor 15 by the variable magnification optical system 1 and becomes an optical image of the subject H.
  • the image sensor 15 converts the optical image of the subject formed by the variable magnification optical system 1 into electrical signals (image signals) of R (red), G (green), and B (blue) color components. , Output to the image generation unit 31 as image signals of R, G, and B colors.
  • the image sensor 15 is controlled by the control unit 35 to perform imaging operation such as imaging of either a still image or a moving image, or reading of the output signal of each pixel in the image sensor 15 (horizontal synchronization, vertical synchronization, transfer). Be controlled.
  • the image generation unit 31 performs amplification processing, digital conversion processing, and the like on the analog output signal from the image sensor 15, and determines an appropriate black level, ⁇ correction, and white balance for the entire image.
  • Image data of each pixel is generated from the image signal by performing known image processing such as adjustment (WB adjustment), contour correction, and color unevenness correction.
  • the image data generated by the image generation unit 31 is output to the image data notifier 32.
  • the image data buffer 32 is a memory that temporarily stores image data and is used as a work area for performing processing described later on the image data by the image processing unit 33. (Random Access Memory).
  • the image processing unit 33 is a circuit that performs image processing such as resolution conversion on the image data of the image data notifier 32. Further, if necessary, the image processing unit 33 can be configured to correct aberrations that cannot be corrected by the variable magnification optical system 1.
  • the drive unit 34 drives the plurality of lens groups of the zoom optical system 1 so as to perform desired zooming and forcing by the control signal output from the control unit 35.
  • the control unit 35 includes, for example, a microprocessor, and includes an imaging unit 30, an image generation unit 31, an image data buffer 32, an image processing unit 33, a drive unit 34, a storage unit 36, and an iZF unit 37. Control the operation of each part. That is, the control unit 35 controls the imaging lens device 27 and the imaging element 15 to perform at least one of still image shooting and moving image shooting of a subject.
  • the storage unit 36 is a storage circuit that stores image data generated by still image shooting or moving image shooting of a subject, and includes, for example, a ROM (Read Only Memory) and a RAM. That is, the storage unit 36 has a function as a memory for still images and moving images.
  • ROM Read Only Memory
  • the IZF unit 37 is an interface that transmits and receives image data to and from an external device.
  • the IZF unit 37 is an interface that conforms to a standard such as USB or IEEE1394.
  • An imaging operation of the mobile phone 2 configured as described above will be described.
  • the still image shooting mode is activated by pressing the image switching button 23 once, and the video switching mode is switched by pressing the image switching button 23 again in that state. That is, the control unit 35 of the mobile phone 2 that has received an instruction from the image switching button 23 performs at least one of still image shooting and moving image shooting of the object-side object on the imaging lens device 27 and the imaging element 15. To run.
  • the control unit 35 controls the imaging lens device 27 and the imaging device 15 to take a still image, and also performs lens driving of the imaging lens device 27 (not shown). Drive the device and perform focusing.
  • the focused optical image is periodically and repeatedly formed on the light receiving surface of the image sensor 15, converted into image signals of R, G, and B color components, and then output to the image generator 31. .
  • the image signal is temporarily stored in the image data buffer 32, subjected to image processing by the image processing unit 33, transferred to display memory (not shown), and guided to the display 22.
  • the photographer can adjust the main subject to fit in the desired position on the screen by turning the display 22. wear.
  • By pressing the shutter button 25 in this state a still image can be obtained. That is, the image data is stored in the storage unit 36 as a still image memory.
  • the enlargement ratio can be adjusted using the zoom button 24 even for a subject away from the photographer. Then, as with normal 1X shooting, you can adjust the main subject so that it is in the desired position on the screen, and press the shutter button 25 to obtain an enlarged still image.
  • the still image shooting mode is activated by pressing the image switching button 23 once, and then the image switching button 23 is pressed again to switch to the moving image shooting mode.
  • the control unit 35 controls the imaging lens device 27 and the imaging element 15 to take a moving image.
  • the photographer turns the display 22 and adjusts the image power of the subject obtained through the imaging lens device 27 so as to be within a desired position on the screen in the same manner as in the still image shooting.
  • the enlargement ratio of the subject image can be adjusted by using the scaling button 24.
  • press the shutter button 25 to start movie recording.
  • the enlargement ratio of the subject can be changed at any time using the zoom button 24.
  • the control unit 35 controls the imaging lens device 27 and the image sensor 15 to shoot a moving image and drives a lens driving device (not shown) of the imaging lens device 27 to perform focusing.
  • the focused optical image force SCCD or the like is periodically and repeatedly imaged on the light receiving surface of the image sensor 15 and converted into image signals of R, G, and B color components, and then the image generator 31 Is output.
  • the image signal is temporarily stored in the image data buffer 32, subjected to image processing by the image processing unit 33, and then transferred to the display memory. And led to the display 22. If you press the shutter button 25 again, the movie shooting will end.
  • the captured moving image is guided to and stored in the storage unit 36 as a moving image memory.
  • variable power optical system 1 constituting the imaging lens device 27 mounted in the variable power optical system 1 shown in FIG. 1, that is, the camera-equipped mobile phone 2 shown in FIG. This will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view (optical path diagram) taken along the optical axis (AX), showing the arrangement of lens groups in the variable magnification optical system 1A of Example 1.
  • FIG. The optical path diagrams of FIG. 6 and FIGS. 7 to 13 shown below show the lens arrangement at the wide angle end (W).
  • these lens groups are arranged in order from the object side (left side in FIG. 6) to the first lens group having negative optical power as a whole (Grl ), A second lens group (Gr2) having a positive optical power, and a third lens group (Gr3) having a positive or negative optical power except for the eighth embodiment.
  • the first lens group (Grl) located on the most object side has negative optical power, and it has a V, so-called negative lead configuration! /
  • each lens group is configured as follows in order of the object side force.
  • the first lens group (Grl) has a negative optical power as a whole, and also includes a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) force convex toward the object side.
  • the second lens group (Gr2) has a positive optical power as a whole, and also includes a biconvex positive lens (L3) and a negative meniscus lens (L4) convex on the object side.
  • an optical stop (ST) that moves together with the first lens group (Grl) and the second lens group (Gr2) at the time of zooming is provided.
  • the third lens group (Gr3) is composed of one positive meniscus lens (L5) convex toward the object side having positive optical power.
  • the light receiving surface of the image sensor (SR) is arranged via a parallel plate (FT).
  • the parallel plate (FT) corresponds to an optical low-pass filter, an infrared cut filter, a cover glass of an image sensor, or the like.
  • FIG. 6 shows a continuous variable magnification optical system, but a two-focus switching variable magnification optical system with the same optical configuration may be used for more compactness.
  • the movement trajectory force of the first lens group (Grl) turns (moves so as to draw a convex trajectory on the image side), resulting in the total optical length at the wide-angle end and the telephoto end.
  • the first lens group (Grl) can be fixed during zooming by using a two-focus switching zooming optical system, so the unit size including the drive mechanism is small. There is a big effect on the conversion.
  • the surface with the asterisk (*) is an aspherical surface, and the optical aperture (ST), parallel plate (FT ) And the light-receiving surface of the image sensor (SR) are also handled as one surface, and this is the same in the optical path diagrams (Figs. 7 to 13) for other examples described later.
  • the meanings of the symbols in the figure are basically the same as those in Fig. 6. However, the same symbol (rl) is used for the lens surface closest to the object, for example, throughout the figures. However, this does not mean that these curvatures are the same throughout the embodiments.
  • a light beam also incident on the object side force passes through the first, second, and third lens groups (Grl, Gr2, Gr3) and the parallel plate (FT) in order along the optical axis AX. Passes and forms an optical image of the object on the light receiving surface of the image sensor (SR). Then, in the image sensor (SR), the optical image corrected in the parallel plate (FT) is converted into an electrical signal.
  • This electrical signal is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like as necessary, and is recorded as a digital video signal in a memory of a mobile phone or a personal digital assistant, or other wired or wireless connection. Or transmitted to digital devices.
  • FIG. 22 (and FIG. 23) are schematic views showing the moving directions of these lens groups during zooming.
  • FIG. 22 (and FIG. 23) not only the first embodiment but also the moving direction of each lens group in the second and later embodiments will be shown at the same time.
  • the left side is the object side as before, and the first lens group (Grl) and second lens group (Gr 2)
  • the third lens group (Gr3) and the fourth lens group (Gr4) are arranged in this order.
  • symbol W indicates the wide-angle end with the shortest focal length, that is, the largest angle of view
  • symbol T indicates the telephoto end with the longest focal length, that is, the smallest angle of view.
  • the symbol M represents the midpoint between the wide angle end (W) and the telephoto end (T) (hereinafter referred to as the midpoint).
  • the actual lens group can be moved along a straight line along the optical axis.
  • the position of the lens group at the wide-angle end (W), midpoint (M), and telephoto end (T) is It is shown in the form of arranging from bottom to bottom.
  • the first lens group (Grl) and the second lens group (Gr2) are movable during zooming, and the third lens group (Gr3) is movable during zooming. It is fixed. Specifically, during zooming from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T), the position of the second lens group (Gr2) is linearly moved in the direction approaching the object, while the first lens group (Grl) is moved to draw a convex trajectory on the image side.
  • the direction and amount of movement of these lens groups can vary depending on the optical power of the lens group, the lens configuration, and the like. For example, in FIG. 22, even if it is drawn so as to move linearly like the second lens group (Gr2), it includes a case where it is a convex curve on the object side or image side. This includes the case of U-turn shape.
  • Tables 2 and 3 show construction data of each lens in the variable magnification optical system 1A of Example 1.
  • all lenses L1 to L5 are glass lenses.
  • Table 20 below shows the respective numerical values when the conditional expressions (1) to (21) described above are applied to the optical system of Example 1. In Table 20, since conditional expressions (2) and (4) are the same conditional expression, description of conditional expression (4) is omitted.
  • Table 2 shows, in order from the left, the number of each lens surface, the radius of curvature of each surface (unit: mm), wide angle end (W), midpoint (M), and telephoto end (T).
  • the blanks for the shaft upper surface spacing M and T indicate that they are the same as the values in the left column W.
  • the axial upper surface distance is a distance converted assuming that the medium existing in the region between a pair of opposing surfaces (including the optical surface and the imaging surface) is air.
  • the number i of each optical surface (i l, 2, 3,...) «, As shown in FIG. 6, is the i-th optical surface counted from the object side on the optical path.
  • a surface marked with * indicates an aspherical surface (aspherical refractive optical surface or a surface having a refractive action equivalent to an aspherical surface).
  • each surface of the optical diaphragm (ST), both surfaces of the plane parallel plate (FT), and the light receiving surface of the image sensor (SR) are flat surfaces, their curvature radius is ⁇ .
  • the aspherical shape of the optical surface uses a local Cartesian coordinate system (X, y, z) in which the vertex of the surface is the origin and the direction from the object toward the image sensor is the positive direction of the z axis. )
  • the radius of curvature for the aspherical lens shown in Table 2 is a value near the surface apex of the lens.
  • Table 3 also shows the conic coefficient k and the values of the aspheric coefficients A, B, C, and D for the aspheric surface (the surface with i in Table 2). Is.
  • the spherical aberration (LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION), astigmatism (ASTIGMATISM), and distortion aberration (DISTORTION) of the entire optical system in Example 1 under the lens arrangement and configuration as described above are shown in FIG. Shown in order from the left side of 14.
  • the upper graph shows aberrations at the wide-angle end (W)
  • the middle graph shows aberrations at the midpoint (M)
  • the lower graph shows aberrations at the telephoto end (T).
  • the horizontal axis of spherical aberration and astigmatism represents the deviation of the focal position in mm
  • the horizontal axis of distortion aberration represents the amount of distortion as a percentage (%) of the total.
  • the vertical axis of spherical aberration is shown as a value normalized by the incident height, while the vertical axis of astigmatism and distortion is shown in image height (image height) (unit: mm).
  • red wavelength 656. 28 nm
  • yellow blue
  • blue wavelength 435.84 nm
  • d line the results on the sagittal (radial) plane and tangential (meridional) plane, respectively.
  • diagrams of astigmatism and distortion are the results when the yellow line (d line) is used. As shown in Fig.
  • the lens group of Example 1 has excellent distortion aberration within approximately 5% at any of the wide-angle end (W), intermediate point (M), and telephoto end (T). Optical characteristics are shown.
  • Table 18 and Table 19 show focal lengths (unit: mm) and F values at the wide angle end (W), the midpoint (M), and the telephoto end (T) in Example 1, respectively. From these tables, it can be seen that in the present invention, a bright optical system with a short focus can be realized.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the optical axis (AX), showing the arrangement of lens groups in the variable magnification optical system 1B of Example 2.
  • the variable magnification optical system 1B of Example 2 includes a first lens group (Grl) having an overall negative optical power, an optical stop (ST), and a positive optical system as a whole.
  • the first lens group (Grl) is composed of a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex toward the object side in order of the object side force.
  • the second lens group (Gr2) also has an object side force in order, a biconvex positive lens (L3) and an object side convex negative lens.
  • a scas lens (L4) and force are also constructed.
  • Sarako, the third lens group (Gr3) consists of a single positive meniscus lens (L5) convex toward the object side.
  • variable magnification optical system 1B having such a lens configuration, as shown in FIG. 22, when the magnification is changed from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves U-turn, the second lens group (Gr2) moves linearly toward the object side, and the third lens group (Gr3) is fixed.
  • the optical aperture (ST) moves together with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • the construction data of each lens in the variable magnification optical system 1B according to Example 2 is shown in Tables 4 and 5.
  • the second to fifth lenses (L2 to L5) are double-sided aspheric lenses
  • the first lens (L1) is a single-sided aspherical lens. ing.
  • the first lens (L1) is a composite aspheric lens.
  • all lenses (L1 to L5) are glass lenses.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the optical axis (AX), showing the arrangement of lens groups in the variable magnification optical system 1C of Example 3.
  • the variable magnification optical system 1C of Example 3 is arranged on the object side of the first lens group (Grl) and the second lens group (Gr2) in which each lens group has a negative optical power as a whole in order from the object side.
  • the second lens group (Gr2) having positive optical power as a whole
  • the third lens group (Gr3) force having positive optical power as a whole.
  • the first lens group (Grl) is composed of, in order from the object side, a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex on the object side.
  • the second lens group (Gr2) is composed of, in order from the object side, a biconvex positive lens (L3) and a negative meniscus lens (L4) convex toward the object side.
  • the third lens group (Gr3) is composed of one positive meniscus lens (L5) convex toward the object side.
  • variable magnification optical system 1C having such a lens configuration, as shown in FIG. 22, when the magnification is changed from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves U-turn, the second lens group (Gr2) moves linearly to the object side, and the position of the third lens group (Gr3) is fixed (wide-angle end length> telephoto end) full length).
  • the optical aperture (ST) moves with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Table 6 and Table 7 show construction data of each lens in the variable magnification optical system 1C according to Example 3.
  • all of the first to fifth lenses (L1 to L5) are double-sided aspheric lenses.
  • the fifth lens (L5) is a resin lens, and the other lenses are glass lenses. ing
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification optical system ID of Example 4 taken along the optical axis (AX).
  • the variable magnification optical system 1D of Example 4 includes a first lens group (Grl) having an overall negative optical power in order from the object side, an optical aperture stop (ST), and a positive optical system as a whole.
  • the first lens group (Grl) is composed of a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex on the object side in order of the object side force.
  • the second lens group (Gr2) is composed of a biconvex positive lens (L3) and a biconcave negative lens (L4) in order from the object side.
  • the third lens group (Gr3) consists of l negative meniscus lenses (L5) convex toward the object side
  • the fourth lens group (Gr4) consists of biconvex positive lenses (L6).
  • the zoom optical system ID according to Example 4 having such a lens configuration, as shown in FIG. 22, when the zoom is changed from the wide-angle end (W) to the telephoto end (T), the second The lens group (Gr2) moves linearly toward the object side, and the third lens group (Gr3) moves U-turns.
  • the first lens group (Grl) and the fourth lens group (Gr4) are fixed.
  • the optical aperture (ST) moves with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Table 8 and Table 9 show construction data of each lens in the variable magnification optical system 1D according to Example 4.
  • all the lenses (L1 to L6) are double-sided aspheric lenses.
  • the first, fifth, and sixth lenses (L1, L5, and L6) are made of resin, and the other lenses are made of glass lenses.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification optical system 1E of Example 5 taken along the optical axis ( ⁇ ).
  • the variable magnification optical system 1E of Example 5 includes a first lens group (Grl) having an overall negative optical power in order from the object side, an optical aperture stop (ST), and a positive optical system as a whole.
  • the first lens group (Grl) in order from the object side, there is also a cemented lens force of a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex on the object side.
  • L1 biconcave negative lens
  • L2 positive meniscus lens
  • the second lens group (Gr2) is composed of a cemented lens of a biconvex positive lens (L3) and a biconcave negative lens (L4) in order of object-side force. Furthermore, the third lens group (Gr3) has one biconvex positive lens (L5).
  • variable magnification optical system 1E In the variable magnification optical system 1E according to Example 5 having such a lens configuration, as shown in FIG. 23, when the magnification is changed from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves U-turn, the second lens group (Gr2) moves linearly to the object side, and the third lens group (Gr3) moves linearly to the image side.
  • the optical aperture (ST) moves together with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Example 5 the construction data of each lens in the variable magnification optical system 1E according to Example 5 is shown in Table 10 and Table 11.
  • the first to fourth lenses (L1 to L4) are single-sided aspherical lenses
  • the fifth lens (L5) is a double-sided aspherical lens. Yes.
  • the first, second and fifth lenses (L1, L2, L5) The lens is made of resin, and the other lens is made of glass.
  • FIG. 11 shows the optical axis (AX) indicating the arrangement of lens groups in the variable magnification optical system 1F of Example 6.
  • FIG. The variable magnification optical system IF of Example 6 includes a first lens unit (Grl) having an overall negative optical power, an optical aperture (ST), and a positive optical unit as a whole. There is also a second lens group (Gr2) having a positive power and a third lens group (Gr3) having a positive optical power. More specifically, the first lens group (Grl) includes, in order from the object side, a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex toward the object side.
  • L1 biconcave negative lens
  • L2 positive meniscus lens
  • the second lens group (Gr2) is composed of a biconvex positive lens (L3) and a negative meniscus lens (L4) convex toward the object side in order from the object side. Furthermore, the third lens group (Gr3) has a biconvex positive lens (L5).
  • variable magnification optical system 1F In the variable magnification optical system 1F according to Example 6 having such a lens configuration, as shown in FIG. 23, when the magnification is changed from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves U-turn, the second lens group (Gr2) moves linearly to the object side, and the third lens group (Gr3) moves linearly to the image side (wide-angle end length> telephoto end total length). .
  • the optical aperture (ST) moves with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Table 12 and Table 13 show construction data of each lens in the variable magnification optical system 1F according to Example 6.
  • the second to fifth lenses (L2 to L5) are double-sided aspheric lenses
  • the first lens (L1) is a single-sided aspherical lens. Yes.
  • all lenses (L1 to L5) are glass lenses.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the lens group in the variable magnification optical system 1G of Example 7, with the optical axis (AX) taken longitudinally.
  • the variable magnification optical system 1G of Example 7 includes a first lens group (Grl) having a negative optical power as a whole in order from the object side, an optical aperture stop (ST), and a positive optical system as a whole.
  • the first lens group (Grl) is composed of, in order from the object side, a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex toward the object side.
  • the second lens group (Gr2) is composed of a biconvex positive lens (L3) and a negative meniscus lens (L4) convex on the object side in order of the object side force.
  • the third lens group (Gr3) consists of one biconvex positive lens (L5).
  • the zoom optical system 1G according to Example 7 having such a lens configuration as shown in FIG. 22, during the zooming from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves U-turn, the second lens group (Gr2) moves linearly toward the object side, and the third lens group (Gr3) is fixed.
  • the optical aperture (ST) moves together with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Example 7 the construction data of each lens in the variable magnification optical system 1G according to Example 7 is shown in Tables 14 and 15. As shown in these tables and FIG. 12, in Example 7, all the lenses (L1 to L5) are double-sided aspheric lenses. In this variable magnification optical system 1G, the first, second, and fifth lenses (L1, L2, and L5) are made of resin, and the other lenses are glass lenses.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the optical axis (AX), showing the arrangement of lens groups in the variable magnification optical system 1H of Example 8.
  • the variable magnification optical system 1H of Example 8 includes a first lens group (Grl) in which each lens group has a negative optical power as a whole in order from the object side, an optical aperture (ST), and a positive optical system as a whole. It consists of a second lens group (Gr2) that has a positive power. More specifically, the first lens group (Grl) is composed of a biconcave negative lens (L1) and a positive meniscus lens (L2) convex toward the object side in order from the object side. In the second lens group (Gr2), the object side force also becomes the force with the biconvex positive lens (L3) and the negative meniscus lens (L4) convex toward the image side.
  • L1 biconcave negative lens
  • L2 positive meniscus lens
  • variable magnification optical system 1H according to Example 8 having such a lens configuration as shown in FIG. 23, when the magnification is changed from the wide angle end (W) to the telephoto end (T), the first The lens group (Grl) moves linearly to the image side, and the second lens group (Gr2) moves linearly to the object side.
  • the optical aperture (ST) is Moves with the second lens group (Gr2) during zooming.
  • Table 16 and Table 17 show the construction data of each lens in the variable magnification optical system 1H according to Example 8. As shown in these tables and FIG. 13, in Example 8, all the lenses (L1 to L4) are double-sided aspheric lenses. In the zoom optical system 1H, all lenses are glass lenses.
  • FIGS. 15 to 21 show the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the entire optical systems of Examples 2 to 8 under the lens arrangement and configuration as described above.
  • the spherical aberration chart shows the aberrations when using three lights with different wavelengths, as shown in FIG. 14, red for the dashed line, yellow for the solid line, and blue for the dashed line. is there.
  • the lens groups in any of the examples show excellent optical characteristics with distortion within approximately 5% at any of the wide-angle end (W), intermediate point (M), and telephoto end (T).
  • the focal lengths (unit: mm) and F values at the wide-angle end (W), the midpoint (M), and the telephoto end (T) in the variable magnification optical systems of Examples 2 to 8 are shown in Table 18. And in Table 19, respectively. From these tables, it can be seen that, similar to Example 1, a bright optical system with a short focal point can be realized.
  • Table 20 shows numerical values when the conditional expressions (1) to (21) are applied to the variable magnification optical systems of Examples 2 to 8, respectively.
  • variable magnification optical systems 1A to 1H according to Examples 1 to 8 in the variable magnification optical system having a variable magnification ratio of about 2 to 3 times, It is possible to provide a zoom lens at a low cost in which various types of convergence are corrected well over the entire area and (ultra) miniaturization can be achieved.
  • variable magnification optical system includes a first lens group having negative optical power and a second lens group having positive optical power in order of object side force.
  • zoom optical system in which the distance between the first lens group and the second lens group becomes narrow when zooming from the wide-angle end to the telephoto end,
  • the first lens group includes at least one negative lens and at least one positive lens
  • the second lens group includes three or less lenses, and the following conditions (1) and (2) It is characterized by satisfying the equation.
  • D1 Thickness on the optical axis from the lens front surface of the first lens group to the lens rear surface of the first lens group
  • the first lens group located closest to the object side has a negative optical power, which is a so-called negative lead optical system.
  • the light incident on the object side force at a large angle can be quickly relaxed by the negative optical power of the first lens group, and the compactness of the total optical length and the size of the front lens diameter can be achieved. It will be advantageous.
  • the moving distance of the zooming group can be ensured relatively long, so that an increase in error sensitivity of the second lens group can be suppressed.
  • the first lens group includes at least one negative lens and one positive lens
  • the lateral chromatic aberration can be favorably corrected.
  • the second lens group is composed of three or less lenses. As a result, it is possible to reduce the load on the driving device of the second lens group, which increases the amount of movement during zooming, and achieve cost reduction by reducing the number of lenses.
  • conditional expressions (1) and (2) are required in view of manufacturing difficulty and optical performance. If DlZfw exceeds the upper limit of conditional expression (1), the effective zooming movement of the second lens group will decrease when trying to maintain the total optical length, so the optical power of the second lens group will increase. It becomes necessary to do this, and the tendency to increase the manufacturing difficulty becomes remarkable. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the optical power of the negative lens in the first lens group becomes weak, and the rear principal point also reduces the image surface force. As a result, it becomes relatively difficult to ensure the back focus, and it becomes difficult to keep the exit pupil away from the image plane force.
  • a variable magnification optical system includes, in order from the object side, a first lens group having negative optical power and a second lens group having positive optical power.
  • the first lens group has at least one negative lens.
  • the second lens group includes three or less lenses, and satisfies the following conditional expressions (3) and (4): a lens and at least one positive lens.
  • AZlpi Sag amount at the maximum effective radius based on the apex of the surface of the positive lens in the first lens group
  • dlpi Maximum effective radius on the image side of the positive lens in the first lens group
  • fw Total focal length of the entire optical system at the wide-angle end
  • the optical system is a negative lead
  • the second lens group is configured by three or less lenses, and is manufactured.
  • difficulty It is required to satisfy the above conditional expressions (3) and (4) in consideration of the degree and the optical performance. If I ⁇ 1 pi / dlpi I exceeds the upper limit of conditional expression (3), the curvature of each lens in the first lens group increases and the deviation ratio increases. The tendency to increase the difficulty becomes significant. Since the lens barrels holding the first lens group and the second lens group may interfere with each other, it is difficult to shorten the distance between the first lens group and the second lens group. against.
  • variable magnification optical system it is desirable that the third lens group having a positive optical power is provided on the image side of the second lens group.
  • the variable power optical system is configured as a negative positive optical system. Since the negative / positive optical system can also distribute power to the third lens group, compared with the negative / positive optical system, the optical power of the second lens group is made stronger when the manufacturing error sensitivity is the same. It is possible to reduce the amount of movement of the second lens group, which is advantageous for downsizing, and the third lens group makes the incident angle of off-axis rays on the image plane (image sensor light receiving surface) closer to telecentricity. There is also an advantage of being able to.
  • the variable magnification optical system includes only three lens groups of the first to third lens groups.
  • the lens When trying to reduce the size of the variable magnification optical system, the lens always occupies a certain space due to manufacturing limitations, so the lens space occupying ratio with respect to the entire space of the lens unit becomes relatively high. Therefore, even if there is a burden of improving the accuracy of a single lens, it is necessary to reduce the number of lens groups and the number of lenses as much as possible. Therefore, the lens group is made up of three positive and negative components on the object side in order, so that it is more compact than other variable magnification optical systems, while the performance, focus performance, and manufacturing of the variable magnification optical system are improved. The balance between error sensitivity and telecentricity of the image plane incident angle can be optimized.
  • Tic Thickness on the optical axis of the negative lens
  • variable power optical system satisfying the conditional expression (5) it is possible to obtain a variable power optical system that is superior in terms of manufacturing difficulty and optical performance. If TleZTlc exceeds the upper limit of conditional expression (5), the tendency for lens processing to become difficult due to the large thickness deviation ratio becomes significant. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the optical power of the negative lens will weaken, and the difficulty of maintaining telecentricity will become apparent if knock focus is ensured.
  • variable magnification optical system it is desirable that the following conditional expression (6) is satisfied when the imaging element is disposed on the image side.
  • Lb Distance on the optical axis from the apex of the lens surface having the power closest to the image side to the imaging surface of the image sensor at the telephoto end (equivalent air length)
  • variable magnification optical system satisfying the conditional expression (6) a variable magnification optical system that is superior in terms of manufacturing difficulty and optical performance can be obtained. If LbZfw exceeds the upper limit of conditional expression (6), it will be necessary to increase the negative power of the first lens group in order to secure a long back focus, and the negative lens in the first lens group will have a large curvature. The tendency to increase the difficulty becomes remarkable.
  • the zoom optical system described above it is desirable that the third lens group is fixed at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end. According to this configuration, by fixing the third lens group at the time of zooming, the lens barrel mechanism can be simplified and the positional accuracy can be improved.
  • the first lens group is composed of one negative lens and one positive lens in order from the object side, and satisfies the following conditional expression (7): Is desirable.
  • flp is the focal length of the positive lens in the first lens group
  • the second lens group is composed of one positive lens and one negative lens in order from the object side, and the following condition (8) It is desirable to satisfy the formula.
  • f 2p is the focal length of the positive lens in the second lens group.
  • the second lens group is configured by one positive lens and one negative lens, and the above I f2nZf2p I satisfies the conditional expression (8).
  • a single lens can sufficiently correct spherical aberration and axial chromatic aberration.
  • the principal point position of the second lens group approaches the first lens group side, thereby reducing the substantial power of the second lens group while maintaining the zooming effect. Therefore, it can be expected to reduce error sensitivity. If the upper limit of conditional expression (8) is exceeded, the optical power of the negative lens in the second lens group will weaken, so correction of spherical aberration will tend to be insufficient. As the power of the lens increases, the chromatic aberration of magnification increases, and the tendency for the image quality to deteriorate becomes significant.
  • the first lens group includes, in order from the object side, a biconcave lens or a negative meniscus lens convex toward the object side, and a positive meniscus lens convex toward the object side. It is desirable to consist of two lenses.
  • the first lens group satisfies the following conditional expressions (9) and (10).
  • Nip Refractive index of the positive meniscus lens in the first lens group
  • V lp Abbe number of the positive meniscus lens in the first lens group
  • V In Abbe number of the negative lens in the first lens group
  • the second lens group includes, in order from the object side, a biconvex lens and a biconcave lens or a negative meniscus lens having a strong concave surface facing the image side. It is desirable to consist of one lens.
  • the second lens group is in order of positive and negative from the object side, the principal point position of the second lens group approaches the first lens group side, and the zooming effect is achieved. While maintaining this, the actual power of the second lens group can be reduced and the error sensitivity can be reduced. Also, by arranging a biconvex lens, the power of the second lens group can be strengthened and the amount of movement during zooming can be reduced. Furthermore, for a biconcave lens or negative meniscus lens, astigmatism and chromatic aberration can be corrected satisfactorily by directing a strong concave surface toward the image side.
  • the second lens group satisfies the following conditional expressions (11) and (12).
  • N2p Refractive index of the positive lens in the second lens group
  • V 2p Abbe number of the positive lens in the second lens group
  • N2n refractive index of the negative lens in the second lens group
  • V 2n Abbe number of the negative lens in the second lens group
  • the third lens group is composed of a single positive positive lens that is convex on the object side.
  • an aperture stop is provided on the object side of the second lens group, and the aperture stop has a fixed aperture diameter.
  • the front lens diameter of the first lens group can be made as small as possible by disposing the aperture stop on the object side of the second lens group.
  • the optical total length is increased by, for example, about 2 to 3 times. Need to do. Therefore, it is possible to achieve a reduction in the thickness in the optical axis direction by simplifying the aperture member with a fixed aperture diameter.
  • any one of the above variable magnification optical systems it is desirable that focusing on an object at a short distance is performed by moving the first lens group toward the object side.
  • Variations in various aberrations caused by moving the first lens group are relatively small. Therefore, by performing focusing by moving the first lens group toward the object side, performance degradation due to focusing can be suppressed. In addition, since the image plane defocus amount with respect to the movement amount of the first lens group is large, it is possible to obtain a good focusing performance with a small amount of movement up to several cm in front of the lens.
  • variable magnification optical system by moving the third lens group or the lens group on the image side from the third lens group to the object side, an object force at infinity is applied to a near object. It is desirable that the four forces of Thing be performed!
  • focusing by the third lens group or the lens group on the image side of the third lens group is performed without causing an increase in the total optical length due to the extension or an increase in the front lens diameter.
  • a clear image can be obtained up to a distance object.
  • the first lens unit is moved, or the third lens unit or the third lens unit is positioned closer to the image side.
  • it is possible to move the process group that is, when the close-up distance is made as close as possible and the close-up characteristic is kept good, the first lens group is moved in the case, and when the compact lens is given priority, the third lens group or the third lens is moved. If you move the lens group on the image side of the lens group.
  • the second lens group includes a cemented lens.
  • the power of the second lens unit is required to obtain a desired zoom ratio under such limitation.
  • This increases the sensitivity to lens curvature error, core thickness error, refractive index error, inter-lens spacing error, and eccentricity error, improving the mechanical accuracy of the lens barrel and adjusting the lens within the second lens group. Is required.
  • the error sensitivity of each lens surface in the second lens group can be greatly reduced, and even if adjustment between lenses is necessary, a good balance of sensitivity is maintained. be able to.
  • the configuration of the lens barrel of the second lens group can be simplified, and as a result, it is possible to efficiently create a powerful space that has previously been optically disadvantageous but must be expanded due to mechanical limitations. This makes it possible to make the zooming optical system more compact. By joining the lenses together, there is also an effect of suppressing unnecessary inter-surface reflected light.
  • the first lens group includes a cemented lens.
  • the decentration error sensitivity in the first lens group increases, and it is necessary to improve the mechanical accuracy of the lens barrel and adjust the distance between the lenses in the first lens group.
  • the decentration error sensitivity of each lens surface in the first lens group can be greatly reduced, and even if adjustment between lenses is necessary, a good balance of sensitivity can be achieved. Can keep.
  • the configuration of the lens barrel of the first lens group can be simplified, and as a result, it is possible to provide a powerful space that is optically disadvantageous but has to be expanded due to mechanical limitations. It can be used efficiently, and the zoom lens system can be made more compact. Power!]
  • the lens made of a resin material is a lens molded using a material in which inorganic particles having a maximum length of 30 nanometers or less are dispersed in a resin material.
  • the rate change can be reduced. Therefore, by using a resin material in which such inorganic particles are dispersed in at least one lens, the back focus shift caused by the change in the environmental temperature of the entire zoom optical system according to the present invention can be reduced. Can be suppressed.
  • the positive lens in the third lens group or the lens group on the image side from the third lens group is the lens made of the resin material. ,.
  • the positive lens in the third lens group or the lens group on the image side of the third lens group is formed of the resin material, the cost can be reduced without impairing the compactness. It becomes possible.
  • the positive lens affects the back focus when the temperature changes, this effect can be greatly reduced when a material in which inorganic particles of 30 nanometers or less are dispersed is used.
  • An imaging lens device includes any of the above-described variable-power optical systems and an image sensor that converts an optical image into an electrical signal.
  • An optical image of a subject can be formed on the light receiving surface of the element.
  • a digital device includes the above-described imaging lens device, and a control unit that causes the imaging lens device and the imaging device to perform at least one of photographing a still image and a moving image. And the variable magnification optical system of the imaging lens device is assembled on the light receiving surface of the imaging element so as to form an optical image of the subject.
  • the digital device is preferably a mobile terminal. According to these configurations, it is possible to realize a digital device equipped with an imaging lens device capable of zooming while maintaining high definition.
  • the portable terminal is a digital device that is normally carried, such as a cellular phone or a portable information terminal.
  • variable magnification optical system that achieves a sufficient compactness and suppresses the lens manufacturing difficulty to the same level as in the past.
  • variable magnification optical system having a variable magnification ratio of about 2 to 3 times, and an imaging lens device or digital device equipped with the variable magnification optical system at a low cost and in a sufficiently small size.

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Abstract

　十分なコンパクト化を達成しつつ、レンズの製造難易度を従来と同程度に抑えた変倍光学系を提供する。変倍光学系は、物体側から順に、負の光学的パワーを有する第１レンズ群と、正の光学的パワーを有する第２レンズ群とを含み、広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が狭くなる変倍光学系である。第１レンズ群は負レンズ及び正メニスカスレンズで、第２レンズ群は両凸正レンズ及び負メニスカスレンズで構成されている。そして、第１レンズ群のレンズ最前面から第１レンズ群のレンズ最後面までの光軸ＡＸ上の厚みをＤ１、当該変倍光学系の広角端での全光学系の合成焦点距離をｆｗ、第２レンズ群の合成焦点距離をｆ２とするとき、次の関係を満たすように構成される。 　　０．５＜Ｄ１／ｆｗ＜０．８ 　　０．７＜ｆ２／ｆｗ＜２．０

Description

明 細 書
変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器
技術分野
[0001] 本発明は、複数のレンズ群力 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。
背景技術
[0002] 近年、携帯電話機や携帯情報端末 (PDA： Personal Digital Assistant)の普及が目 覚しぐしカゝもこれらの機器に、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 デォユニットが内蔵される仕様が一般ィ匕してきて 、る。これらの機器ではサイズゃコス トの制約が厳 、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枚程度力 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。
[0003] し力しながら、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外な変倍光学系が要求 されている。
[0004] 従来、例えば特許文献 1では、負正 2成分の変倍光学系にお 、て、最も物体側に 位置するレンズの像側面を非球面とすることで、コンパクトィ匕を図るようにした変倍光 学系が開示されている。しかし、最も物体側に位置するレンズの像側面の曲率が大き いため、モールド成形によって作製することが難しぐ球面レンズの上に榭脂を塗布 する所謂複合型非球面レンズとせねばならないことから、非常にコスト高となってしま う。また、第 1レンズ群、第 2レンズ群の各レンズともに製造誤差感度が高ぐ組立て時 に調整作業が必要となってさらなるコスト高を招来するという問題がある。
[0005] また、特許文献 2には、負正正 3成分の変倍光学系において、第 2レンズ群の変倍 負担を増加させることで、変倍に伴う移動量を抑えるようにした変倍光学系が開示さ れている。しかし、特許文献 2に開示されている光学系は、いずれも第 1レンズ群、第 2レンズ群共に各 3枚のレンズを使用しており、コンパクトィ匕の達成度が十分であると 言うことができない。
[0006] さらに、特許文献 3には、負正正正 4成分の変倍光学系において、第 2レンズ群に 高屈折率低分散の材料よりなる非球面レンズを用いることで、沈胴時のレンズ総厚の 薄型化を図るようにした変倍光学系が開示されている。しかし、携帯端末では求めら れる耐衝撃性が厳しいため沈胴構造を採用すること自体が難しい。また、特許文献 3 にお 、て提案されて 、る光学系は、第 2レンズ群のパワーが弱 、ため移動量が大きく 、使用状態での光学全長が携帯端末としては大きすぎるという問題がある。
[0007] 撮像素子を用い、 2〜3倍程度の変倍比を有する光学系では、一般にバックフォー カス確保ゃテレセントリック性の維持等の必要性から、第 1レンズ群に負の光学的パ ヮーを有する、所謂レトロフォーカス型の構成が適している。し力しながら、この構成 の場合、変倍光学系のコンパクト化に伴って負の光学的パワーが増加するようになる 。これにより、第 1レンズ群内の各レンズの曲率が大きくなり、その結果偏肉比が増加 するため、変倍光学系の製造や面形状測定の難易度が高くなるという課題があった 特許文献 1：特開 2001—4920号公報
特許文献 2：特開 2001— 318311号公報
特許文献 3：特開 2002— 365542号公報
発明の開示
[0008] 本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたものであり、十分なコンパクトィ匕を 達成しつつ、第 1レンズ群内の各レンズ製造難易度を従来と同程度に抑えた変倍光 学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器を提供することを目的とする。
[0009] 本発明の一局面に係る変倍光学系は、物体側力も順に、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レンズ群とを含み、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 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レンズとを含んで 構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（1)、 （2)の条件式を 満たすことを特徴とする。
0. 5< Dl/fw< 0. 8 · · · (1)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (2)
但し、 D1：前記第 1レンズ群のレンズ最前面から前記第 1レンズ群のレンズ最後 面までの光軸上の厚み
fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[0010] 本発明の他の局面に係る変倍光学系は、物体側から順に、負の光学的パワーを有 する第 1レンズ群と、正の光学的パワーを有する第 2レンズ群とを含み、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 、て、前記第 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レン ズとを含んで構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（3)、 （4) の条件式を満たすことを特徴とする。
I ΔΖΙρί/dlpi I < 0. 2 · · · (3)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (4)
但し、 AZlpi:前記第 1レンズ群内の正レンズの像側面において、面頂点を基 準とする最大有効半径でのサグ量
dlpi:第 1レンズ群内の正レンズの像側面における最大有効半径 fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[0011] 本発明の他の局面に係る撮像レンズ装置は、上述のような変倍光学系と、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。
[0012] 本発明のさらに他の局面に係るデジタル機器は、上述の撮像レンズ装置と、撮像レ ンズ装置と、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。
[0013] 本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明 白となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明に係る撮像光学系の構成を模式的に示す図である。
[図 2]非球面サグ量の定義を示す模式図である。
[図 3]主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。
圆 4]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つ 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。
[図 5]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。
[図 6]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。
[図 7]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。
[図 8]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。
[図 9]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。
[図 10]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。
[図 11]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。
[図 12]実施例 7に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
[図 13]実施例 8に係る変倍光学系の広角端光路図を示す断面図である。
[図 14]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。
[図 15]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。
[図 16]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。
[図 17]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。
[図 18]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。
[図 19]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。
[図 20]実施例 7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。
[図 21]実施例 8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。
[図 22]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。
[図 23]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。
発明を実施するための最良の形態
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 ぉ ヽて使用されて 、る用語は、本明細書にぉ 、ては次の通り定義されて 、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 v dとした場合に、
v d= (nd- l) / (nF-nC)
の定義式で求められるアッベ数 V d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ぉ 、て、接合レンズを構成して 、る各単レンズにっ 、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 、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 ヽ榭脂材料を塗布して 非球面形状としたレンズ）に用いる榭脂材料は、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 V、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 、るもの（近軸曲率に基づ!/ヽ た表記）とする。
[0016] <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 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、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 1 2、正の光学的パワー（負の光学的パワーを有するものでも良い）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前記第 1レンズ群 11と前記第 2レ ンズ群 12との間隔が狭くなる変倍光学系である。
[0017] ここでは、第 1レンズ群 11が、両凹の負レンズ 111と物体側に凸の正メニスカスレン ズ 112と力も構成され、第 2レンズ群 12が、両凸正レンズ 121と物体側に凸の負メ- スカスレンズ 122とから構成され、また第 3レンズ群 13が物体側に凸の正メニスカスレ ンズ 131のみで構成されている例を示している。なお、第 2レンズ群 12の物体側には 光学絞り 14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、これにより被写体 Hの光学像が、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 Hの光学像が撮像されるものである。
[0018] 本発明においては、上述の変倍光学系 1で例示したように、第 1レンズ群 11は、少 なくとも 1枚の負レンズ (負レンズ 111)と少なくとも 1枚の正レンズ（正メニスカスレンズ 112)とを含んで構成され、第 2レンズ群は 3枚以下のレンズ（両凸正レンズ 121及び 負メニスカスレンズ 122)力もなる構成とされて 、る。このような構成の変倍光学系 1に よれば、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つ負リード の構成とされているので、変倍比が 2〜3倍程度のズームレンズにおいて光学全長や 前玉径のサイズのコンパクトィ匕を図る点で有利となる。また、第 1レンズ群 11が負レン ズ 111と正メニスカスレンズ 112とを有して!/ヽるので、倍率色収差を良好に補正するこ とができる。さらに、第 2レンズ群 12が両凸正レンズ 121及び負メニスカスレンズ 122 の 2枚のレンズで構成されているので、変倍時において移動量が大きくなる第 2レン ズ群 12の駆動装置の負荷を減らし、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成できる。
[0019] さらに変倍光学系 1は、第 1レンズ群 11のレンズ最前面 11aから第 1レンズ群 11の レンズ最後面 1 lbまでの光軸 AX上の厚みを D 1、当該変倍光学系 1の広角端での 全光学系の合成焦点距離を fw、第 2レンズ群 12の合成焦点距離を f2とするとき、下 記条件式（1)、 （2)で示すように、 DlZfw、 f2Zfwが、
0. 5<Dl/fw<0. 8 · · · (1)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (2)
の関係を満たすように構成される。これにより、レンズの製造難易度が高くならないよ うにしつつ、コンパクト性に優れ、良好な光学性能を備える変倍光学系 1が提供でき るよつになる。
[0020] 若しくは変倍光学系 1は、第 1レンズ群 11内の正レンズである正メニスカスレンズ 11 2の像側面（図 1の例では前記レンズ最後面 libが相当）において、面頂点を基準と する最大有効半径でのサグ量を AZlpi、正メニスカスレンズ 112の像側面における 最大有効半径を dlpi、上記と同様に当該変倍光学系 1の広角端での全光学系の合 成焦点距離を fw、第 2レンズ群 12の合成焦点距離を f2とするとき、下記条件式 (3)、 (4)で示すように、 I ΔΖΙρί/dlpi I、f2/fwが、
I ΔΖΙρί/dlpi I <0. 2 · · · (3)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (4)
の関係を満たすように構成される。このような構成によっても、レンズの製造難易度が 高くならないようにしつつ、コンパクト性に優れ、良好な光学性能を備える変倍光学 系 1が提供できるようになる。 [0021] ここで、上記条件式（1)における DlZfwの関係を、下記（1) 'の条件式を満たすよ うにすることが望ましい。
0. 6く Dl/fwく 0. 8 · ' · (1)，
DlZfwが上記条件式（1) 'の下限を下回ると、第 1レンズ群 11内の各レンズの光学 的パワーが弱くなり、像点補正のための移動量が増加する傾向が顕著となる。
[0022] また、上記条件式（1)、並びに (4)における f2Zfwの関係を、下記（2) 'の条件式 を満たすようにすることが望ま 、。
0. 8<f2/fw< l. 8 ' · · (2) '
f2/fwが上記条件式（2) 'の上限を上回ると、第 2レンズ群 12のパワーが弱いことに 起因して、変倍のために必要な第 2レンズ群 12の移動量が増加し、光学全長が長く なる。一方、条件式 (2) 'の下限を下回ると、第 2レンズ群 12の偏芯誤差感度が高い ことに起因して、レンズ間の調整が必須とならざるを得ず、製造コストが高くなる。
[0023] さらに、上記条件式（3)における I AZlpiZdlpi | の関係を、下記（3) 'の条件式 を満たすようにすることが望ま 、。
I ΔΖΙρί/dlpi I < 0. 15 · · · (3)，
I ΔΖΙρί/dlpi Iが上記条件式 (3) 'の上限を上回ると、図 1に示した光学絞り 14 のような独立した絞り部材を配置することが困難となり、鏡筒の構成を複雑ィ匕したり、 鏡筒設計の自由度が規制されてしまったりする不都合が顕在化する。
[0024] 以下、第 1〜第 3レンズ群 11〜13各々についての望ましい構成、変倍光学系 1全 体としての望ましい構成等につき順次説明する。
[0025] [第 1レンズ群 11について]
第 1レンズ群 11は、その群内において最も物体側に位置する負レンズである負レン ズ 111が、当該負レンズ 111の光軸方向における厚みの最大値を Tle、負レンズ 11 1の光軸 AX上での厚みを Ticとするとき、下記条件式（5)で示すように、 Tle/Tlc が
l <Tle/Tlc<4 · · · (5)
の関係を満たすように構成されることが望ましい。これにより、製造難易度や光学性 能の面で一層優れた変倍光学系とすることができる。特に、下記条件式 (5) 'で示さ れる条件を満たす第 1レンズ群 11とすることがより望ましい。
2<Tle/Tlc<4 …（5) '
TleZTlcが上記条件式 (5) 'の下限を下回ると、像面湾曲、非点収差の補正が十 分に行えない傾向がある。
[0026] 第 1レンズ群 11は、図 1に示したように、物体側力も順に、 1枚の負レンズ (両凹の 負レンズ 111)と 1枚の正レンズ（正メニスカスレンズ 112)とカゝらなり、正メ-スカスレン ズ 112の焦点距離を flp、負レンズ 111の焦点距離を finとするとき、下記条件式 (7 )で示すように、 I flnZflp I力 s
0. 2く I fln/flp I < 0. 5 · · · (7)
の関係を満たすように構成されることが望ましい。これにより、非点収差、歪曲収差の 補正が十分に行え、また製造難易度の面でも優れた変倍光学系 1とすることができる
[0027] とりわけ、レンズ構成を物体側から順に、両凹の負レンズ 111と物体側に凸の正メ- スカスレンズ 112との 2枚構成とすることで、広角端でのバックフォーカス確保が容易 となり、また広画角な光線の軸外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。なお、両凹の負レンズ 111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 、。
[0028] このようなレンズ構成の場合、正メ-スカスレンズ 112の屈折率を Nlp、アッベ数を
V lp、負レンズ 111のアッベ数を V Inとするとき、下記条件式（9)、 （10)で示すよう に、 Nlp、 I V lp— V In I力 S
Ν1ρ> 1. 7 · · · (9)
I v lp— v In I > 20 …（10)
の関係を満たすように構成されることが望ましい。これにより、コンパクト化の面、倍率 色収差の補正の面において有利な変倍光学系 1とすることができる。
[0029] さらに、上記条件式（9)における Nipを、下記（9) 'の条件式を満たすようにするこ とが望ましい。
Ν1ρ> 1. 75 · ' · (9)， Nipが条件式 (9) 'の下限を下回ると、コンパクトィ匕を追求した場合に非点収差、歪 曲収差の補正が難しくなる。また、コンパクト性を維持しつつ所要の光学的パワーを 得ようとすると、レンズの曲率半径を小さくする必要があることから発生する収差が大 きくなり、また製造難易度も増加するようになる。
[0030] 第 1レンズ群 11は、接合レンズを含む構成（図 1の場合ならば、負レンズ 111と正メ ニスカスレンズ 112とが接合されて 、る態様）とすることが望まし 、。第 1レンズ群 11に 接合レンズを含ませることにより、第 1レンズ群 11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 11の鏡筒構成を簡略ィ匕できる。
[0031] また、第 1レンズ群 11は、下記（13)、（14)の条件式を満たすことが望ましい。
1. 5< I fl/fw I < 3. 5 · · · (13)
0. 5く I fl/ft I < 1. 5 …（14)
但し、 fl :第 1レンズ群 11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（13)、（14)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（13)、（14)の下限を下回ると、第 1レンズ群 11を構 成する各レンズのパワーが非常に高くなつて、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。
[0032] さらに、第 1レンズ群 11は、下記（13) '、（14) 'の条件式を満たすことがより望まし い。
1. 8< I fl/fw I < 3. 0 · ' · (13)，
0. 6く I fl/ft I < 1. 2 · ' · (14)，
条件式（13) '、（14)，の上限を上回ると、第 1レンズ群 11の負パワーが弱くなつて 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 11の誤差 感度が上昇し、レンズ間の調整作業が必要となる。
[0033] [第 2レンズ群 12について]
第 2レンズ群 12は、図 1に示すように、物体側力も順に、 1枚の正レンズ（両凸正レ ンズ 121)と 1枚の負レンズ（負メ-スカスレンズ 122)と力らなり、第 2レンズ群内 12の 正レンズの焦点距離を f2p、第 2レンズ群 12内の負レンズの焦点距離を f2nとすると き、下記条件式 (8)で示すように、 I f2n/f2p I力
0. 7< I f2n/f2p I < 1. 8 · · · (8)
の関係を満たしていることが望ましい。力かるレンズ構成とすることで球面収差と軸上 色収差の十分な補正が行われ、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 12の主点位置が第 1レンズ群 11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 12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。さらに、条件式 (8)を満足することで、球面収差の補正が十分に行 えると共に、倍率色収差を抑制することができる。
[0034] 特に、下記条件式 (8) 'で示される条件を満たす第 2レンズ群 12とすることがより望 ましい。
0. 9< I f2n/f2p I < 1. 5 · · · (8)，
条件式 (8) '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つて 生産性が悪化する傾向がある。
[0035] 第 2レンズ群 12は、図 1に示すように、物体側力も順に、両凸正レンズ 121と、像側 に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ 122との 2枚のレンズで構成されることが望ま しい。なお、負メニスカスレンズ 122に代えて、像側に強い凹面を向けた両凹レンズ を用いるようにしても良い。両凸正レンズ 121を配置することで、第 2レンズ群 12のパ ヮーを強め、変倍時の移動量を減らすことができる。さらに、負メニスカスレンズ 122 について、像側に強い凹面を向けることで、非点収差と色収差の補正が良好に行え るよつになる。
[0036] この場合、両凸正レンズ 121 (第 2レンズ群 12内の正レンズ）の屈折率を N2p、アツ ベ数を V 2pとし、また、負メ-スカスレンズ 122 (第 2レンズ群 12内の負レンズ）の屈 折率を N2n、アッベ数を V 2nとするとき、下記条件式（11)、 （12)で示すように、 | N 2p-N2n I、 I V 2p- v 2n |力
I N2p-N2n | >0. 15 …（11) I v 2p- v 2n I > 30 · · · (12)
の関係を満たすように構成されることが望ましい。これにより、非点収差を抑制し、軸 上色収差の補正を十分に行えるようになる。
[0037] さらに、第 2レンズ群 12は、下記（15)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 · · · (15)
条件式（15)の上限を上回ると、第 2レンズ群 12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（15)の下限を下回ると、第 2レンズ群 12の誤差感度が非常に高くなり、製造の困難性が高くなる。
[0038] 特に、下記条件式（15) 'で示される条件を満たす第 2レンズ群 12とすることがより 望ましい。
0. 4< f2/ft< 0. 8 · ' · (15) '
条件式（15) 'の上限を上回ると、第 2レンズ群 12のパワーが弱いため、変倍に必要 な第 2レンズ群 12の移動量が増加し、光学全長が長くなつてコンパクト化には不向き になる。また、条件式（15) 'の下限を下回ると、第 2レンズ群 12の偏芯誤差感度が高 くなつてレンズ間の調整作業が必要となり、コスト高となる。
[0039] 第 2レンズ群 12は、接合レンズを含む構成（図 1の場合ならば、両凸正レンズ 121と 負メニスカスレンズ 122とが接合されている態様）とすることが望ましい。第 2レンズ群 12に接合レンズを含ませることにより、第 2レンズ群 12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 12の鏡筒構成を簡略ィ匕できる。
[0040] さらに、第 2レンズ群 12に含まれる正レンズ（図 1の場合ならば、両凸正レンズ 121) 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 タト化に伴う第 2レンズ群 12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。
[0041] [第 3レンズ群 13について]
本発明に係る変倍光学系 1は、図 1に例示したように、第 2レンズ群 12の像側に第 3 レンズ群 13が配置されていても良い。この場合、第 3レンズ群 13は、図 1に示した正 メニスカスレンズ 131のように、正の光学的パワーを有するものであることが望ましい。 これにより、変倍光学系 1が第 1〜第 3レンズ群 11〜13による負正正の光学系として 構成されるようになり、第 2レンズ群 12の移動量が少なくて済むことからコンパクトィ匕 に有利となる。また、第 3レンズ群 13により像面 (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ようになる。
[0042] 第 3レンズ群 13は、図 1に示すように、物体側に凸の正メニスカスレンズ 131の 1枚 構成とすることが望ましい。これにより、レンズの主点位置を像面力も遠ざけることがで き、像面入射角を緩める効果があることから、変倍光学系 1の超小型化を図る場合に 有利となる。
[0043] 上記のように、第 3レンズ群 13が 1枚の正レンズ（正メニスカスレンズ 131)で構成さ れる場合、下記（16)の条件式を満たすようにすることが望ましい。
v p< 40 · · · (16)
但し、 V p：第 3レンズ群 13を構成する正レンズのアッベ数の最小値 このように、正メニスカスレンズ 131を V pく 40の関係を満たす高分散材料で構成す ることで、変倍光学系 1をコンパクトィ匕すべく第 2レンズ群 12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。
[0044] なお、撮像素子 15として、高画素 ·微小画素ピッチのものを用いた場合にも十分に 倍率色収差を補正させるためには、アッベ数の最小値 v pを、下記（16) 'の条件式 を満たすようにすることが望ま 、。
ν ρ< 32 · ' · (16)，
アッベ数の最小値 V ρ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 1 5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ようになる。
[0045] また、正メニスカスレンズ 131は、下記条件式（17)で示される条件を満たすものと することがより望まし!/、。
4< fp/fw< 7 · · · (17)
但し、 fp :前記正レンズの焦点距離
条件式（17)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（17)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 きくなつて周辺照度低下を招く傾向がある。
[0046] 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 pl、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 pi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
[0047] [変倍光学系の各種好ま 、態様にっ 、て]
変倍光学系 1は、下記条件式 (6)に示すように、 LbZfWの関係が、
Lb/fW< l . 5 · · · (6)
とされていることが望ましい。これにより、長いバックフォーカスを確保するために第 1 レンズ群 11の負パワーを強める必要がなぐ前記負レンズ 111の曲率を大きくせず に済むことから、製造難易度が高くなることを抑止できる。
[0048] また、図 1に示すように、第 1〜第 3レンズ群 11〜13の 3つのレンズ群のみから構成 されている変倍光学系 1は、好ましいレンズ構成の一つである。このように、レンズ群 数やレンズ枚数を極力減らすことで、他の変倍光学系よりもコンパクトィ匕を図ることが できる。なお、図 1に示した負正正の 3成分の変倍光学系 1では、第 3レンズ群 13は、 第 1レンズ群 11や第 2レンズ群 12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、これにより一層のコンパクトィ匕を図ることが可 能となる。
[0049] このような負正正の 3成分の変倍光学系 1を採用した場合、第 3レンズ群 13は、広 角端から望遠端への変倍時に固定されるようにすることが望ましい。第 3レンズ群 13 を変倍時固定とすることで、その鏡筒機構が簡略ィ匕でき、位置精度も向上させること が可能となる。
[0050] 変倍光学系 1の第 1レンズ群 11及び第 2レンズ群 12は、各々 3枚以下のレンズで構 成することが望ましい。これにより、一般にレンズ外径が大きくなる第 1レンズ群 11、変 倍時の移動量が大きい第 2レンズ群 12の駆動装置の負荷を減らすことが可能となり、 レンズ枚数削減によるコスト低減を達成することができる。このような観点からも、図 1 に示した変倍光学系 1は好ま ヽレンズ構成を備えて！/ヽる。
[0051] 図 1の変倍光学系 1に示すように、第 2レンズ群 12の物体側に光学絞り 14 (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 14の配置位置 を第 2レンズ群 12の物体側とすることで、第 1レンズ群 11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 11と第 2レンズ群 12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。
[0052] また、変倍光学系 1は、下記（18)の条件式を満たすことが望ましい。
0. 1 <Y' /TL< 0. 3 · · · (18)
但し、 Υ' :最大像高
TL：変倍域全域にお!、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（18)の上限を上回ると、変倍を行う第 2レンズ群 12の移動量が小さくなるた め、第 2レンズ群 12のパワーが強くなりすぎて、第 2レンズ群 12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（18)の下限を下 回ると、サイズ面力 携帯端末等への搭載が難しくなる。
[0053] この場合、特に下記（18) 'の条件式を満たすことがより望ましい。
0. 13<Y' /TL< 0. 2 · · · (18)，
条件式（18)，の上限を上回ると、第 2レンズ群 12のパワーが強くなり、第 2レンズ群 12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（18) 'の下限を下回ると、光学系のサイズアップだけでなぐ変倍時 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。
[0054] さらに、変倍光学系 1は、下記（19)の条件式を満たすことが望ましい。
0. 2<t2/TL< 0. 4 · · · (19)
但し、 t2 :広角端力 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（19)の上限を上回ると、スミア防止に効果のあるメカ-カルシャツタを配置 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（19)の下限を下回ると、第 2レンズ群 12の 偏芯誤差感度が高くなつて製造が困難となる傾向がある。
[0055] また、変倍光学系 1は、下記 (20)、（21)の条件式を満たすことが望ましい。
10< a w< 25 - - - (20)
I a w- a t I く 15 …（21)
但し、 a w:広角端において、撮像素子 15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 (deg)
a t :望遠端にぉ 、て、撮像素子 15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 (deg)
なお、ここでの a w (deg)、 a t (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 側にある場合の主光線の角度を正方向とする。
[0056] 上記条件式（20)の上限を上回ると、撮像素子 15への光線入射角のテレセントリツ ク性が崩れ、撮像面手前に各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困難となる。一方、条件式 (20)の下限を下回ると、広画角を 確保しつつコンパクトィ匕を図ることが困難となる。また、上記条件式 (21)の上限を上 回ると、広角端と望遠端とにおける入射角の差異が大きくなりすぎ、レンズアレイの最 適化を図ることが困難となり、広角端又は望遠端のいずれかにおいて周辺照度の低 下が生じる傾向が顕著となる。
[0057] 次に、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、無限遠物体力 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 、ため、少な 、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。
[0058] また、第 3レンズ群 13又は第 3レンズ群より像側のレンズ群を物体側に移動させるこ とで、無限遠物体力 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ぐ近 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を移動させるカゝ、或いは第 3レンズ群 13 (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、コンパクトィ匕が優先される 場合は第 3レンズ群 13が移動されるようにすればょ 、。
[0059] なお、第 3レンズ群 13を正のレンズ群にて構成し、且つ第 3レンズ群 13でフォー力 ス動作を行わせる場合、この第 3レンズ群 13よりも像面側の第 4レンズ群を負のレン ズ群とすることが望ましい。この構成とすれば、特に望遠端での近距離物体に対する 光学性能を大幅に改善することができる。また望遠端での射出瞳位置を、撮像面より 物体側に配置することができ、結果として広角端と望遠端での撮像面光線入射角度 差を/ J、さくすることができる。
[0060] 次に、変倍光学系 1の製法に関し、上記第 1〜第 3レンズ群 11〜 13を構成する各 レンズの材質にっ ヽては特に制限はなく、各種ガラス材料ゃ榭脂 (プラスチック)材料 力もなる光学材料を用いることができる。しかし、榭脂材料を用いれば、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 1の軽量ィ匕の面で有利である。従って 、変倍光学系 1に、少なくとも 1枚の榭脂材料製レンズを具備させることが望ましい。 勿論、 2枚以上の榭脂材料製レンズを具備させても良い。
[0061] なお、榭脂材料製レンズを少なくとも 2枚用いる場合には、第 1レンズ群 11中の負レ ンズ（図 1の場合は負レンズ 111)と、第 3レンズ群 13中の正レンズ（正メ-スカスレン ズ 131)を榭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。
[0062] この榭脂材料製レンズとしては、榭脂材料中に最大長が 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用いることが望ましい。このよ うな榭脂材料製レンズを用いることで、上述した通り榭脂材料製レンズの温度変化に よる屈折率変化を極めて小さくすることができる。 [0063] 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、口 一レンツ.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（ 22)式にて表すことができる。
[0064] [数 1]
Figure imgf000020_0001
但し、 ： W¾S係数、 [R] ： '
[0065] 榭脂材料の場合は、一般に（22)式中の第 1項に比べ第 2項の寄与が小さぐほぼ 無視できる。例えば、 ΡΜΜΑ榭脂の場合、線膨張係数 αは 7 Χ 10_5であり、上記（2 2)式に代入すると、 Α=— 1. 2 X 10_4[Z°C]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 X 10_4[Z°C]程度であった屈折率の温度変化 Aを、絶 対値で 8 X 10_5[/°C]未満に抑えることが好ましい。好ましくは絶対値で 6 X 10_5[ Z°C]未満にすることが好ましい。 6 X 10_5[Z°C]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に適用可能な榭脂材料の屈折率の温度変化 A ( = dn/dT)を表 1 に示す。
[0066] [表 1]
Figure imgf000020_0002
[0067] この場合、第 3レンズ群 13又は第 3レンズ群より像側のレンズ群内の正レンズを、上 述のような榭脂材料製レンズとすることが望ましい。これにより、コンパクト性を損ねる ことなくコストダウンを図ることが可能となる。また、前記正レンズが温度変化時にバッ クフォーカスに影響を与えるため、 30ナノメートル以下の無機粒子を分散させた材料 とした場合には、この影響を大幅に軽減することができる。
[0068] 変倍光学系 1は、空気と面している全てのレンズ面力 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 1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。 [0069] 変倍光学系 1にお 、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 ヽし、或いはガラス材料と榭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ぐ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。
[0070] 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-カルシャツタを配置しても良い。力かるメカ-カルシャツタは、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。
[0071] 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!/、場合や駆動群の重量が軽 、場合には、超小型の圧電ァクチユエータを 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ィ匕が図れるよう になる。
[0072] 図 1に示したような、物体側力も順に、負レンズ (負レンズ 111)と物体側に凸の正メ ニスカスレンズ（正メ-スカスレンズ 112)から成る第 1レンズ群 11、両凸レンズ（両凸 正レンズ 121)、負レンズ（負メ-スカスレンズ 122)から成る第 2レンズ群 12、正レン ズ (正メニスカスレンズ 131)から成る第 3レンズ群 13を含む変倍光学系 1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 12を物体側から順に正負の 順とすることで、第 2レンズ群 12の主点位置を第 1レンズ群 11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 12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、両凸レンズを配置することで、第 2レンズ群 12のパワーを強め、 変倍時の移動量を減らすことができる。さらに、第 3レンズ群 13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入射角度をテレセントリックに近付けることが できるという利点がある。
[0073] 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 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 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巿松模様状に貼り付 けられた、 、わゆるべィ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。
[0074] ローパスフィルタ 16は、撮像素子 15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 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ぐまた、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、両方のフィルター機能を一つで実 現してちょい。
[0075] <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 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 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。
[0076] 図 4 (a)は、携帯電話機 2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 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 ィ 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 字力 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接点式のスィ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レンズ装 置 27が内蔵されている。
[0077] 図 5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 iZF部 37を備えて構成される。
[0078] 撮像部 30は、撮像レンズ装置 27と撮像素子 15とを備えて構成される。撮像レンズ 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 力もの光線は、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 H の光学像となる。
[0079] 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。
[0080] 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 つて、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、画像データノッファ 32に出力される。
[0081] 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。
[0082] 画像処理部 33は、画像データノ 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 補正しきれな力つた収差を補正させるように構成することも可能である。 [0083] 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力 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。
[0084] 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 iZF 部 37の各部の動作を制御する。すなわち、該制御部 35により、被写体の静止画撮 影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を、撮像レンズ装置 27及び撮像素子 15が 実行するよう制御される。
[0085] 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
[0086] IZF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。
[0087] 以上の通り構成された携帯電話機 2の撮像動作にっ ヽて説明する。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レンズ装置 27及び撮 像素子 15に実行させる。
[0088] 静止画撮影モードが起動すると、制御部 35は、撮像レンズ装置 27及び撮像素子 1 5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 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 2 2を覼くことで、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。
[0089] このとき、被写体が撮影者力も離れた位置にある、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
[0090] 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、撮像レンズ装置 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を覼き 、撮像レンズ装置 27を通して得た被写体の像力 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。
[0091] 動画撮影時、制御部 35は、撮像レンズ装置 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、撮像レンズ装置 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力 SCCD等の撮像素子 1 5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。
[0092] <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 4に示したようなカメラ付携帯電 話機 2に搭載される撮像レンズ装置 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
[0093] 図 6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 6、及び以下に示す図 7〜図 13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及び以下に示す実施例 2 〜8を通じて、これらのレンズ群は、図の物体側（図 6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 (Grl)、正の光学的パワーを有する第 2 レンズ群 (Gr2)を含み、さらに実施例 8を除き正又は負の光学的パワーを有する第 3 レンズ群 (Gr3)を含んで構成されている。つまり、最も物体側に位置する第 1レンズ 群 (Grl)が負の光学的パワーを有する、 V、わゆる負リードの構成とされて！/、る。
[0094] 図 6に示した実施例 1の変倍光学系 1Aは、各レンズ群が物体側力も順に、以下の ように構成されている。第 1レンズ群 (Grl)は、全体として負の光学的パワーを有し、 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)力も成る。また、第 2レ ンズ群（Gr2)は、全体として正の光学的パワーを有し、両凸の正レンズ (L3)と物体 側に凸の負メニスカスレンズ (L4)と力も成る。この第 2レンズ群（Gr2)の物体側には 、変倍時に第 1レンズ群 (Grl)及び第 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、正の光学的パワーを有する物体側に凸 の正メニスカスレンズ (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、光学的ローノ 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。
[0095] なお、上記光学絞り (ST)に代えてメカ-カルシャツタを配置するようにしても良!、。 また、図 6では連続的な変倍光学系を示しているが、よりコンパクトィ匕を目指して、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。特に広角端力 望遠端 への変倍時に第 1レンズ群 (Grl)の移動軌跡力 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 (Grl)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。これらの点 は、以下に説明する実施例 2〜8においても同様である（以下では説明を省略する）
[0096] 図 6において各レンズ面に付されている番号 ri (i= l, 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 7〜 図 13)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ぐ例えば、各図を通じて、最も物体側のレンズ面に は同じ符号 (rl)が付けられて 、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。
[0097] このような構成の下で、物体側力も入射した光線は光軸 AXに沿って、順に第 1、第 2及び第 3レンズ群 (Grl, 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。
[0098] 図 22 (及び図 23)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 22 (及び図 23)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 22 (及び図 23)においてもこれま でと同様左側が物体側であり、その物体側力ゝら第 1レンズ群 (Grl)、第 2レンズ群 (Gr 2)、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力 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。
[0099] 図 22に示すように、この実施例 1では、第 1レンズ群（Grl)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 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 1レンズ群 (Grl)は、像側に凸の軌道を描くよう 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 22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。
[0100] 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タシヨンデータを表 2、表 3に示す。なお、この変倍光学系 1Aでは、すべてのレンズ (L1〜L5)がガラスレンズ とされている。さらに、上述した条件式（1)〜（21)を、実施例 1の光学系に当てはめ た場合のそれぞれの数値を、後掲の表 20に示す。なお、表 20において、条件式（2) と (4)とは同一の条件式であるので、条件式 (4)については記載を省略している。
[0101] [表 2] 曲率半径 軸上面間隔 （mm)
レン s \ アッベ数
(mm) W M T
-98.036
0.800 1.77250 49.77
2 4.251
0.895
3* 5.294
1.248
4* 9.537 1.80518 25.43
7.276 2.539 0.900
5 CO
0.000
6$ 3.445
1.787 1.61154 61.22
7* -4.100
0.336
11.773
0.800 1.80518 25.43
2.471
1.572 4.875 7.948
10* 14.714
1.092 1.80518 25.43
39.562
3.005
12 oo
0.300 1.51680 64.12
13 CO
0.540
14 oo 3] 円錐 非球面纖
レンズ面
係数 A B C D
1 0 2.74E-06 -9.09E-07 0.00E+00
3 0 -1.25E-03 -5.22E-04 -7.06E-06 1.80E-06
4 0 -4.04E-04 -9.03E-04 6.83E-05 -1.T5E-06
6 0 -4.99E-03 -1.75E-03 1.75E-04 -1.15E-04
7 0 9.84E-03 -4.93E-03 6.51 E- 04 -3.66E-05
8 0 - 2.17E - 04 -1.74E-03 3.96E 05 2.29E-04
9 0 -8. S5E-03 3.36E-03 -1.29E-03 5.76E-04
10 0 -1.06E-04 -3.89E-06 1.48E-06
11 0 6.42E-03 2.30E-04 -7.I8E-05 7.34E-06 [0103] 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、各光学面の番号 i (i= l, 2 , 3, ···) «、図 6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)、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。
[0104] 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（23)式により定義する
[0105] [数 2]
2S +A * h*+B * he+C - h8+D - h10
Figure imgf000030_0001
+Β · hn +F · h14
[0106] 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（ = 1Z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
[0107] 上記（23)式力 分力るように、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 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。
[0108] 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 14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 、る。球面収差の縦軸は、 入射高で規格ィ匕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。
[0109] 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 (メリディォナル）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 14力もわ力るように、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 18及び表 19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
[0110] 図 7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力も順 に、全体として負の光学的パワーを有する第 1レンズ群 (Grl)、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)力もなる。さらに詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)は物体側力も順 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。また、 第 2レンズ群 (Gr2)は物体側力も順に、両凸の正レンズ (L3)と物体側に凸の負メ- スカスレンズ (L4)と力も構成されている。さら〖こ、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。
[0111] 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 22に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は Uターン移 動し、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に直線的に移動し、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。
[0112] 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タシヨンデータ を表 4及び表 5に示す。これらの表及び図 7に示すように、この実施例 2では、第 2〜 第 5レンズ (L2〜L5)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。この第 1レンズ (L1)は、複合型非球面レンズである。なお、この変倍 光学系 1Bでは、すべてのレンズ (L1〜L5)がガラスレンズとされている。
[0113] [表 4]
曲率半径 軸上面間隔 （mm)
レンス "S 屈折率 アッベ数
(mm) W M T
1* -44.288 1.51313 53.84
0.020
2 46.451
0.800 1.77250 49.77
3 4.235
0.904
4* 5.356
1.245 1.80518 25.43
5* 9.607
7.261 2.535 0.900
6 00
0.000
7* 3.452
1.781 1.61154 61.22
8* -4.080
0.350
9* 11.887
0.800 1.80518 25.43
10* 2,468
1.571 4, 867 7.933
11* 15.226
1.093 1.80518 25.43
12* 44.341
2.984
13 oo
0.300 1.51680 64.20
14 oo
0.540
15 oo
5]
円維 非球面係数
レンズ面
係数 A B C D
1 0 1.64E-03 1.08E-06 -1. 14E-06 0.00E+00
4 0 -1. 23E-03 -5. 19E-04 -6. 93E-06
5 0 -4. 73E-04 -8. 9€-04 6.89E-05 -1.68E-06
7 0 -5.00E-03 -1.77E-03 1.87E-04 -1. 18E-04
8 0 9.85E-03 -4.87E 03 6. 37E-04 -3.83E-05
9 0 -1. 96E-04 -1.75E-03 4. 93E-05 2.23E-04
10 0 -8. 67E-03 3. 24E-03 -1. 21E-03 5.50E-04
11 0 5. 33E-03 - 2.39E-05 -1.09E-05 1.69E-06
12 0 6.02E-03 3.01E-04 -7. 32E-05 7. 12E-06 実施例 3
[0115] 図 8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 (Grl)、第 2レンズ群 (Gr2 )の物体側に配置された光学絞り (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)力らなる。さらに 詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)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)と力 構成されている。また、第 2レンズ群（Gr2)は物体側 から順に、両凸の正レンズ (L3)と物体側に凸の負メニスカスレンズ (L4)と力 構成さ れている。さらに、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。
[0116] 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 22に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は Uターン移 動し、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に直線的に移動し、第 3レンズ群 (Gr3)の位置は 固定とされる (広角端全長 >望遠端全長)。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。
[0117] 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タシヨンデータ を表 6及び表 7に示す。これらの表及び図 8に示すように、この実施例 3では、第 1〜 第 5レンズ (L1〜L5)の全てが両面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学 系 1Cでは、第 5レンズ (L5)が榭脂製レンズとされ、他のレンズはガラスレンズとされ ている
[0118] [表 6]
Figure imgf000035_0001
[0119] [表 7] 醜 非球面鎖
レンズ面
纖 A B C D
1 0 5.
Figure imgf000036_0001
2. 56E-04 -2. I8E-05 -1.03E-07
2 0 -1.72E-04 -1. 27E-04 1.05E-04 -5.43E-G6
3 0 9.4€ 04 - 1. 15E-03 1. 16E-04 2.01E-06
4 0 -6. 12E-04 -1.30E-03 1.67E-04 -1.
6 0 - 4. 1C1-03 -3. 1€-03 Z.53E-03 -1.42E 53
7 0 9. 32E-03 -8.88E-04 2.60E-04
8 0 -6.7IE-04 1. 52E-03 8.01E-0S
9 0 -6.78E-03 3. 75E-03 1.30E-03 -2.26E-03
10 0 6. 21E-03 -7. 10E-04 3. 15E-04 -5.81E-05
11 0 6. 90E-03 -4.79E- 04 1.84E-04 -4.79E-06
山
Figure imgf000036_0002
rn 実施例 4
図 9は、実施例 4の変倍光学系 ID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 (Grl)、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)カゝらなる。さ らに詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)は物体側力も順に、両凹負レンズ (L1)と物体側に 凸の正メニスカスレンズ (L2)とカゝらなる。また、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)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) l枚からなり、第 4レンズ群（Gr4)は、両凸正レンズ（L 6)からなる。 [0121] このようなレンズ構成の実施例 4に係る変倍光学系 IDにおいては、広角端 (W)か ら望遠端 (T)への変倍時に、図 22に示したように、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に直 線的に移動し、第 3レンズ群 (Gr3)は Uターン移動する。一方、第 1レンズ群 (Grl) 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。
[0122] 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タシヨンデータ を表 8及び表 9に示す。これらの表及び図 9に示すように、この実施例 4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 1Dでは、 第 1、 5、 6レンズ (Ll、 L5、 L6)が榭脂製レンズとされ、その他のレンズはガラスレン ズとされている。
[0123] [表 8]
曲率半径 軸上面間隔 （mm)
レンズ面 屈折率 アッベ数
(mm) W M T
1* -19.573
0.700 1.53048 55.72 n 3.S71
1.410
3* 5.935
1.507 L 79850 22.60
4* 10.024
9.141 3.905 1.500
5 oo
0.100
3.177
2.319 1.58913 61.24
7* -7,159
0,145
8* -20.246
0.700 1.72009 25.79
9* 5.554
2.580 0.711 5.287
10* 20.738
0.700 1.53048 55.飞 I n* 10,113
0.624 ?.729 5.558
12* 20.533
2.126 1.58340 30.23
13* -14.349
2.038
14 oo
0.300 1.51680 64.12
15 oo
0.540
16 oo
9] 円錐 非球面纖
レンス
係数 A B C D
1 0 2. 54E-03 -1. 71E-04 5.43E-06 -5, 04Ε )8
I 0 - 2. 14E- 03 4.64E-04 3. 81E-05 - 5.43Ε-07
3 0 -3. 59E-03 3.61E-04 -1. 06E-05 -6.74Ε-07
4 0 -2.88E-03 2. 18E-04 -7. 21E-06 -6. 53Ε-07
6 0 - 8, 32E-04 -9. 9 E- 05 2· 17E-05 2. 15E-07
7 0 4.49E-03 -1. 35E-03 3.38Ε-04 -3. 55Ε-05
8 0 1. 36E-03 6.65Ε-04 - 8.78Ε- 05
9 0 6. 54E-D3 -1.89E-05 5.38Ε-04 -4.78Ε-05
10 0 2. 19E-04 3.83E-04 -1. 7ZE-05 -2.70Ε-06
11 0 4. 28E-04 3.85E-04 9J1E-08 -4. 19Ε-06
12 0 1.03E-O3 -2, 23E-04 3. 5ΖΕ-05 -1. 13E-06
13 0 2. 56E--03 -5. 25E-04 5.83E 15 -1.44E-06
1
実施例 5
[0125] 図 10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 (ΑΧ)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 (Grl)、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)力もなる。さらに詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)は物体側から 順に、両凹の負レンズ (L1)と物体側に凸の正メニスカスレンズ (L2)との接合レンズ 力もなる。また、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側力も順に、両凸正レンズ (L3)と両凹の 負レンズ (L4)との接合レンズからなる。さらに、第 3レンズ群（Gr3)は、両凸正レンズ (L5) 1枚力 なる。
[0126] 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 23に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は Uターン移 動し、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に、第 3レンズ群 (Gr3)は像側にそれぞれ直線的 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。
[0127] 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タシヨンデータ を表 10及び表 11に示す。これらの表及び図 10に示すように、この実施例 5では、第 1〜4レンズ (L1〜L4)が片面非球面レンズとされ、第 5レンズ (L5)が両面非球面レ ンズとされている。なお、この変倍光学系 1Eでは、第 1、 2、 5レンズ (Ll、 L2、 L5)が 榭脂製レンズとされ、他のレンズはガラスレンズとされて 、る,
[表 10]
Figure imgf000040_0001
[表 11]
Figure imgf000040_0002
実施例 6
図 11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 IF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 (Grl)、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)力もなる。さらに詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)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。また 、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側カゝら順に、両凸正レンズ (L3)と物体側に凸の負メニス カスレンズ (L4)とから構成されている。さらに、第 3レンズ群（Gr3)は、両凸の正レン ズ (L5) l枚力 なる。
[0131] 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 23に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は Uターン移 動し、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に、第 3レンズ群 (Gr3)は像側にそれぞれ直線的 に移動する (広角端全長 >望遠端全長)。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。
[0132] 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タシヨンデータ を表 12及び表 13に示す。これらの表及び図 11に示すように、この実施例 6では、第 2〜5レンズ (L2〜L5)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 1Fでは、すべてのレンズ (L1〜L5)がガラ スレンズとされている。
[0133] [表 12]
曲率半径 軸上面間隔 （mm)
レンズ面 屈折率 アッベ数
(mm) W M T
u -23. 93
0.800 1. 77250 49.77
4.496
0.931
% 6. 117
1.425 1.80518 25.43
4 17.663
8.700 3. 241 1.200
5 oo
0.200
6* 3.383
1.804 1.61154 61. 22
7* -4.476
0.352
8* 25. 245
0.800 1.80518 25.43
9* 2.703
2.407 6.207 10.060
10* 125.496
1. 101 2.00170 20.60
11* -24.236
3. 148 3.02， 2.958
12 oo
0.300 1.51680 64. 12
13 oo
0.540
14 oo
13] 円錐 非球面係数
レンズ面
係数 A B C D
1 0 1. 59E-03 -2, 27E-05 -6.39E-07 2.58E-08
3 0 -8.05E-04 -2.8C-04 8.24E-08 1.48E-07
4 0 7. 26E-05 -4.27E-04 2.03E-05 -4. 13E-07
6 0 -3.78E-03 ~6, 65E-04 -8. 12E-05 -3.08E-05
7 0 1.04E-02 3.47E-03 3.74E-04 -2. 9E-05
8 0 1.62E-04 9.24E-04 1.22E-04 7.93E-05
9 0 -6. 97E-03 3.03E-03 -5. 57E-04 2.30E-04
10 0 2.55E-03 7.64E-05 -8.03E-06 6.51E-07
Π 0 2.77E-03 1.86E-04 -2. 56E-05 1.94E-06 実施例 7
[0135] 図 12は、実施例 7の変倍光学系 1G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 7の変倍光学系 1G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 (Grl)、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)力もなる。さらに詳しくは、第 1レンズ群 (Grl)は物体側から 順に、両凹負レンズ (L1)と物体側に凸の正メニスカスレンズ (L2)とからなる。また、 第 2レンズ群 (Gr2)は物体側力も順に、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、両凸正レンズ (L5) 1枚からなる。
[0136] このようなレンズ構成の実施例 7に係る変倍光学系 1Gにおいては、広角端 (W)か ら望遠端 (T)への変倍時に、図 22に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は Uターン移 動し、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側に直線的に移動し、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。
[0137] 次に、実施例 7に係る変倍光学系 1Gにおける、各レンズのコンストラタシヨンデータ を表 14及び表 15に示す。これらの表及び図 12に示すように、この実施例 7では、全 てのレンズ (L1〜L5)が両面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学系 1G では、第 1、 2、 5レンズ (Ll、 L2、 L5)が榭脂製レンズとされ、その他のレンズはガラ スレンズとされている。
[0138] [表 14]
曲率半径 軸上面間隔 （mm)
レンズ面 屈折率 アッベ数
tmm) W 丁
1* -25.773
0.800 1.53048 55.72
2* 2.506
0.665
3* 3.345
1.234 1.58340 30.23
4* 6.961
3.988 1.979 0, 900
5 oo
0.000
6* 3.068
1.528 1.58913 61.24
7* -2.922
0.280
8* 23.453
1.234 1.80542 26.12
9* 2.181
2.053 3.612 5.141
10* 18.878
1.578 1.58340 30.23
11*
1.081
12 OO
0.500 1.516S0 64.12
13 OO
0.500
14 OO
15]
円錐 非球面髓
レンズ面
繊 A B C D
1 Q -1. 28E-03 1. 38E-03 -3. 52E-04 3.80E-05
2 0 -6.03E-03 3.86E-03 -1.43E-03 1. 51E-04
3 0 -1. 5E-03 3.85E-04 -9. 94E-04 3.09E-04
4 0 7. 59E-05 -2. 20E-03 -6. 65E-05 3. 16E-04
6 0 -9.76E-03 -4.64E-03 6. 78E-03 -7. 66E-03
7 0 U9E- 02 8. 01E-03 -1. 57E-0Z 8.04E-03
8 0 -7. 27E-03 1. 69E-02 -2. 34E-02 1.31E-02
9 0 -1.80E-02 9. 61E-03 -3. 9ZE-03 -2. 19E-03
10 0 4. 30E-03 -2.06E-03 5. 17E-04 -4, 59E-05
11 0 6. 1 IE-03 -2.45E-03 4. 15E-04 -1. 70E-05 非球面係数
-1.49E-06
-7, 25E-06
-3, 0C-05
- 5. 27E-05
2.79E-03
-1. 23E-03
-2. Z9E-03
1.86E-03
1.50E-06
0.00E+00 実施例 8
[0140] 図 13は、実施例 8の変倍光学系 1H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 8の変倍光学系 1H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 (Grl)、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)からなる。さらに詳しくは、第 1レンズ群（Grl)は物体側カゝら順に、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。また、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側力も順に、両凸正レン ズ (L3)と像側に凸の負メニスカスレンズ (L4)と力もなる。
[0141] このようなレンズ構成の実施例 8に係る変倍光学系 1Hにおいては、広角端 (W)か ら望遠端 (T)への変倍時に、図 23に示したように、第 1レンズ群 (Grl)は像側に、第 2レンズ群 (Gr2)は物体側にそれぞれ直線的に移動する。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。
[0142] 次に、実施例 8に係る変倍光学系 1Hにおける、各レンズのコンストラタシヨンデータ を表 16及び表 17に示す。これらの表及び図 13に示すように、この実施例 8では、全 てのレンズ (L1〜L4)が両面非球面レンズとされている。なお、この変倍光学系 1H では、全てのレンズがガラスレンズとされている。
[0143] [表 16]
Figure imgf000046_0001
[0144] [表 17] 円錐 非球面係数
レン ®
纖 A B C D
1 0 8.89E-03 -4.97E-04 1. 14E-05 -5.01E-08
I 0 7.07E-03 6.69E-04 4.42E-05 -7. 68E-0B
3 0 -5.70E-03 9.48E-04 -7. 1 E-05 -1.85E-0S
4 0 -5.34E-03 9.07E-04 -1. 62E-04 6.94E-06
6 0 -2. 19E-04 2. 14E-04 4. 50E-05 1.42E-06
7 0 1.91E-02 -3. 58E-03 2.41E-03
8 0 3.06E-02 - 6.01E-03 1.62E-03 -7.88E-04
9 0 1. T9E-02 11 04 4. 16E-04 -1.61E-05
[0145] 以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、上記実施例 2〜8の全光学系の球面収 差、非点収差、そして歪曲収差を図 15〜図 21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 14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。
[0146] また、この実施例 2〜8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 18及び表 19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。
[0147] [表 18]
焦点 J巨離 （mm)
Figure imgf000047_0001
[0148] [表 19] W T
実施例 1 3.3 4.6 5.9
実施例 2 3.3 4.6 5.9
実施例 3 3.3 4.7 5.9
実施例 4 3.0 4.5 5.4
実施例 5 3.0 4.7 6.0
実施例 6 3 2 4.5 5.9
実施例 7 4.0 4.9 5.8
実施例 8 2.9 3.4 3.9
[0149] また、この実施例 2〜8の各変倍光学系に、上述した条件式（1)〜（21)を当てはめ た場合のそれぞれの数値を、表 20に示す。
[0150] [表 20]
Figure imgf000049_0001
[0151] 以上説明したように、上記実施例 1〜8に係る変倍光学系 1A〜1H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。
[0152] 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
[0153] 本発明の一局面に係る変倍光学系は、物体側力も順に、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レンズ群とを含み、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 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レンズとを含んで 構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（1)、 （2)の条件式を 満たすことを特徴とする。
0. 5< Dl/fw< 0. 8 · · · (1)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (2)
但し、 D1：前記第 1レンズ群のレンズ最前面から前記第 1レンズ群のレンズ最後 面までの光軸上の厚み
fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[0154] 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つ た、いわゆる負リードの光学系とされている。このため、物体側力も大きな角度で入射 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ィ匕を図る点で有利となる。さらに、負正を含む 構成では光学系のコンパクト化を図った場合でも、変倍群の移動距離が比較的長く 確保できるため、第 2レンズ群の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。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枚有する構成とすることで、倍率色収差を良好 に補正することができる。さらに、前記第 2レンズ群を 3枚以下のレンズにて構成する ことで、変倍時にぉ 、て移動量が大きくなる第 2レンズ群の駆動装置の負荷を減らし 、レンズ枚数削減によるコスト低減を達成することが可能となる。
[0155] さらに、製造難易度や光学性能に鑑みて上記条件式 (1)、 （2)を満たすことを要件 としている。 DlZfwが条件式（1)の上限を上回ると、光学全長を維持しょうとした時 に第 2レンズ群の実質的な変倍移動量が小さくなることから、第 2レンズ群の光学的 パワーを強くする必要が生じ、製造難易度が高くなる傾向が顕著となる。一方、条件 式（1)の下限を下回ると、第 1レンズ群内の負レンズの光学的パワーが弱くなつて後 側主点が像面力も遠ざ力るため、同じ焦点距離を維持しょうとすると、相対的にバック フォーカスの確保が困難となり、また射出瞳を像面力も遠ざけることが困難となる傾向 が顕著となる。また、 f2Zfwが条件式（2)の上限を上回ると、第 2レンズ群のパワー が弱くなりすぎ、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、条件式 (2)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、製造難易度が高くなる傾向が顕著となる。
[0156] 本発明の他の局面に係る変倍光学系は、物体側から順に、負の光学的パワーを有 する第 1レンズ群と、正の光学的パワーを有する第 2レンズ群とを含み、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 、て、前記第 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レン ズとを含んで構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（3)、 （4) の条件式を満たすことを特徴とする。
I ΔΖΙρί/dlpi I <0. 2 · · · (3)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (4)
但し、 AZlpi:前記第 1レンズ群内の正レンズの像側面において、面頂点を基 準とする最大有効半径でのサグ量
dlpi:第 1レンズ群内の正レンズの像側面における最大有効半径 fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[0157] この構成においても、請求項 1に係る発明と同様な利点を享受すべく負リードの光 学系とされ、第 2レンズ群が 3枚以下のレンズにて構成されていると共に、製造難易 度や光学性能に鑑みて上記条件式 (3)、 （4)を満たすことを要件としている。 I ΔΖ1 pi/dlpi Iが条件式（3)の上限を上回ると、第 1レンズ群内の各レンズの曲率が大き くなつて、偏肉比が増加するため、製造難易度や面形状測定の難易度が高くなる傾 向が顕著となる。カロえて、第 1レンズ群、第 2レンズ群をそれぞれ保持する鏡筒同士 が干渉する場合が生じ、第 1レンズ群と第 2レンズ群との間の距離を短くし難くなるた め、コンパクト化に対して不利になる。また、 f2Zfw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くなりすぎ、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、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、製造難易度が高くなる傾向が顕著となる。
[0158] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、て、前記第 2レンズ群の像側に、正の光学的パ ヮーを有する第 3レンズ群を有することが望ましい。この構成によれば、変倍光学系 が負正正の光学系として構成されるようになる。負正正の光学系は、第 3レンズ群に もパワーを配分できるため、負正の光学系と比べると、製造誤差感度を同程度にした ときの第 2レンズ群の光学的パワーをより強めることが可能で、第 2レンズ群の移動量 が少なくて済むことからコンパクト化に有利となり、また第 3レンズ群により像面 (撮像 素子受光面)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とい う利点もある。
[0159] この場合、前記変倍光学系は、前記第 1〜第 3レンズ群の 3つのレンズ群のみから 構成されていることが望ましい。変倍光学系の超小型化を図ろうとする場合、レンズ は製造限界の都合上、一定のスペースを必ず占有するため、レンズユニットの全空 間に対するレンズの空間占有比率が相対的に高くなる。そのため、レンズ単品の精 度を向上させるという負担が生じることがあっても、レンズ群数やレンズ枚数を極力減 らす必要がある。そこでレンズ群を、物体側力も順に負正正の 3成分とすることで、他 の変倍光学系よりもコンパクトィ匕を図りつつ、他方で変倍光学系としての性能、フォー カス性能、製造誤差感度、像面入射角のテレセントリック性とのバランスを最適とする ことができる。
[0160] 上記いずれかの変倍光学系において、前記第 1レンズ群内において最も物体側に 位置する負レンズが下記（5)の条件式を満たすことが望ま U、。 l <Tle/Tlc<4 · · · (5)
但し、 Tie：前記負レンズの光軸方向における厚みの最大値
Tic：前記負レンズの光軸上での厚み
[0161] 上記条件式 (5)を満たす変倍光学系によれば、製造難易度や光学性能の面で一 層優れた変倍光学系とすることができる。 TleZTlcが条件式 (5)の上限を上回ると 、偏肉比が大きくなつてレンズ加工が困難となる傾向が顕著となる。また、条件式 (5) の下限を下回ると、前記負レンズの光学的パワーが弱まって、ノ ックフォーカスの確 保ゃテレセントリック性を維持することの困難性が顕在化する。
[0162] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、て、像側に撮像素子が配置される場合にぉ ヽ て、下記 (6)の条件式を満たすことが望ましい。
Lb/fw< l. 5 · · · (6)
但し、 Lb :望遠端において、最も像側に位置するパワーを有するレンズ面の面 頂点から前記撮像素子の撮像面までの光軸上の距離 (空気換算長）
[0163] 上記条件式 (6)を満たす変倍光学系によれば、製造難易度や光学性能の面で一 層優れた変倍光学系とすることができる。 LbZfwが条件式 (6)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レンズ群の負パワーを強める必要が生じ、 第 1レンズ群内の負レンズの曲率が大きくなつて製造難易度が増す傾向が顕著とな る。
[0164] 上記の変倍光学系において、前記第 3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。この構成によれば、第 3レンズ群を変倍時固定とす ることで、鏡筒機構が簡略ィ匕でき、位置精度も向上させることが可能となる。
[0165] 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、 1枚 の負レンズと 1枚の正レンズとからなり、下記（7)の条件式を満たすことが望ましい。
0. 2く I fln/flp I < 0. 5 · · · (7)
但し、 flp :前記第 1レンズ群内の正レンズの焦点距離
fin:前記第 1レンズ群内の負レンズの焦点距離
[0166] この構成によれば、第 1レンズ群を物体側力 順に 1枚の負レンズと 1枚の正レンズ とで構成することで、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可能となる。なお、上記 I fin /flp Iが条件式 (7)の上限を上回ると、特に広角端での非点収差、倍率色収差の 補正が不十分となる傾向が顕著となり、一方下限を下回ると、第 1レンズ群を構成す る各レンズのパワーが非常に強くなつて、製造難易度が増す傾向が顕著となる。
[0167] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、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（8)の条件式を満たすことが望ましい。
0. 7< I f2n/f2p I < 1. 8 · · · (8)
但し、 f 2p：前記第 2レンズ群内の正レンズの焦点距離
f2n:前記第 2レンズ群内の負レンズの焦点距離
[0168] 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 I f2nZf2p Iが条件式 (8)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 (8)の上限を上回ると、第 2レンズ 群の負レンズの光学的パワーが弱まるため、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。
[0169] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、て、前記第 1レンズ群は、物体側から順に、両 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。
[0170] 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、また広画角な光線の歪曲収差、非点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 収差をより良好に補正し、像面性を改善することが可能となる。
[0171] この場合、前記第 1レンズ群が、下記（9)、 （10)の条件式を満たすことが望ましい。
Ν1ρ> 1. 7 · · · (9)
I V lp— v In I > 20 …（10) 但し、 Nip :前記第 1レンズ群内の正メニスカスレンズの屈折率
V lp :前記第 1レンズ群内の正メニスカスレンズのアッベ数 V In:前記第 1レンズ群内の負レンズのアッベ数
[0172] この構成によれば、コンパクト化の面、倍率色収差の補正の面において有利な変倍 光学系を提供できるようになる。 Nipが条件式 (9)の下限を下回ると、前記正メニスカ スレンズの像側面の曲率が大きくなり、第 1レンズ群、第 2レンズ群をそれぞれ保持す る鏡筒同士が干渉する場合が生じ、第 1レンズ群と第 2レンズ群との間の距離を短くし 難くなるため、コンパクトィ匕に対して不利になる。また、 I V lp— V In Iが条件式（1 0)の下限を下回ると、倍率色収差の補正が不十分となる傾向が顕著となる。
[0173] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、て、前記第 2レンズ群は、物体側から順に、両 凸レンズと、像側に強い凹面を向けた両凹レンズ又は負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 U、。
[0174] この構成によれば、第 2レンズ群が物体側から順に正負の順とされているので、第 2 レンズ群の主点位置が第 1レンズ群側に近付くこととなり、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し誤差感度低減を行うことができる。また、両凸レン ズを配置することで、第 2レンズ群のパワーを強め、変倍時の移動量を減らすことがで きる。さらに、両凹レンズ又は負メニスカスレンズについて、像側に強い凹面を向ける ことで、非点収差と色収差の補正が良好に行えるようになる。
[0175] 上記変倍光学系において、前記第 2レンズ群が、下記（11)、 （12)の条件式を満た すことが望ましい。
I N2p-N2n | >0. 15 …（11)
I V 2p- V 2n I > 30 · · · (12)
但し、 N2p :前記第 2レンズ群内の正レンズの屈折率
V 2p :前記第 2レンズ群内の正レンズのアッベ数
N2n:前記第 2レンズ群内の負レンズの屈折率
V 2n:前記第 2レンズ群内の負レンズのアッベ数
[0176] 上記構成において、 I N2p—N2n |が条件式（11)の下限を下回ると、ペッツバー ル和の増加に伴う非点収差が顕著となる。また、 I V 2p— V 2n Iが条件式（12)の 下限を下回ると、軸上色収差の補正が不十分となる傾向が顕在化する。
[0177] 上記いずれかの変倍光学系において、前記第 3レンズ群は、物体側に凸の正メ- スカスレンズ 1枚で構成されて 、ることが望まし 、。
[0178] この構成によれば、レンズの主点位置を像面力も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る場合に好適な構成とす ることがでさる。
[0179] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、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。
[0180] この構成によれば、前記第 2レンズ群の物体側に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ぐ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 るよつになる。
[0181] 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、無限遠物体力 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 、。
[0182] 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 オ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 する像面デフォーカス量も大き 、ため、少な 、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。
[0183] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、て、前記第 3レンズ群又は第 3レンズ群より像側 のレンズ群を物体側に移動させることで、無限遠物体力 近距離物体へのフォー力 シングが行われることが望まし!/、。
[0184] 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 なぐ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カゝ、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 、場合には 第 1レンズ群を移動させるようにし、コンパクトィ匕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ょ 、。
[0185] 上記 、ずれかの変倍光学系にお 、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。
[0186] 光軸方向のコンパクトィ匕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ィ匕できるようになり、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力つ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ィ匕が図れるようになる。カロえて、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。
[0187] 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。
[0188] 光軸方向のコンパクトィ匕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ィ匕できるようになり、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力つたスぺ 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ィ匕が図れるように なる。力!]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 [0189] 上記いずれかの変倍光学系において、少なくとも 1枚の榭脂材料製レンズを有する ことが望ましい。
[0190] この構成によれば、榭脂材料製レンズを用いることで、安定した品質での大量生産 が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。
[0191] この場合、前記榭脂材料製レンズは、榭脂材料中に最大長が 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であることが望まし 、。
[0192] 一般に透明な榭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。榭脂材 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、無機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、母材となる榭脂材料に最大長が 30ナノメートル以下の無機粒子を分散 させることで、屈折率の温度依存性が極めて低い榭脂材料とすることができる。例え ばアクリルに酸ィ匕ニオブ (Nb O )の微粒子を分散させることで、温度変化による屈折
2 5
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、このような無機粒 子を分散させた榭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。
[0193] 上記変倍光学系にお 、て、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 内の正レンズが、前記榭脂材料製レンズとされて ヽることが望まし 、。
[0194] この構成によれば、第 3レンズ群又は第 3レンズ群より像側のレンズ群内の正レンズ が榭脂材料で構成されるので、コンパクト性を損ねることなくコストダウンを図ることが 可能となる。また、前記正レンズが温度変化時にバックフォーカスに影響を与えるた め、 30ナノメートル以下の無機粒子を分散させた材料とした場合には、この影響を大 幅に軽減することができる。
[0195] 本発明の他の局面に係る撮像レンズ装置は、上記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。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コンパ外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実現し得る。
[0196] 本発明のさらに他の局面に係るデジタル機器は、上記の撮像レンズ装置と、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。
[0197] 以上のような構成を備える本発明によれば、十分なコンパクトィ匕を達成しつつ、レン ズ製造難易度を従来と同程度に抑えた変倍光学系を提供できるようになり、特に変 倍比が 2〜3倍程度の変倍光学系、及びこれを搭載した撮像レンズ装置若しくはデ 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。

Claims

請求の範囲
[1] 物体側力 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レンズ群とを含み、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 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レンズとを含んで 構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（1)、 （2)の条件式を 満たすことを特徴とする変倍光学系。
0. 5< Dl/fw< 0. 8 · · · (1)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (2)
但し、 D1：前記第 1レンズ群のレンズ最前面から前記第 1レンズ群のレンズ最後 面までの光軸上の厚み
fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[2] 物体側力 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レンズ群とを含み、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 1レンズ群は少なくとも 1枚の負レンズと少なくとも 1枚の正レンズとを含んで 構成され、前記第 2レンズ群は 3枚以下のレンズからなり、下記（3)、 （4)の条件式を 満たすことを特徴とする変倍光学系。
I ΔΖΙρί/dlpi I < 0. 2 · · · (3)
0. 7<f2/fw< 2. 0 · · · (4)
但し、 AZlpi:前記第 1レンズ群内の正レンズの像側面において、面頂点を基 準とする最大有効半径でのサグ量
dlpi:第 1レンズ群内の正レンズの像側面における最大有効半径 fw:広角端での全光学系の合成焦点距離
f 2：前記第 2レンズ群の合成焦点距離
[3] 前記第 2レンズ群の像側に、正の光学的パワーを有する第 3レンズ群を有すること を特徴とする請求項 1又は 2に記載の変倍光学系。
[4] 前記変倍光学系は、前記第 1〜第 3レンズ群の 3つのレンズ群のみ力 構成されて いることを特徴とする請求項 3に記載の変倍光学系。
[5] 前記第 1レンズ群内にぉ ヽて最も物体側に位置する負レンズが下記（ 5)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。
l <Tle/Tlc<4 · · · (5)
但し、 Tie：前記負レンズの光軸方向における厚みの最大値
Tic：前記負レンズの光軸上での厚み
[6] 像側に撮像素子が配置される場合において、下記 (6)の条件式を満たすことを特 徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載の変倍光学系。
Lb/fw< l. 5 · · · (6)
但し、 Lb :望遠端において、最も像側に位置するパワーを有するレンズ面の面 頂点から前記撮像素子の撮像面までの光軸上の距離 (空気換算長）
[7] 前記第 3レンズ群は、広角端力 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 3〜6の 、ずれかに記載の変倍光学系。
[8] 前記第 1レンズ群は、物体側から順に、 1枚の負レンズと 1枚の正レンズとからなり、 下記（7)の条件式を満たすことを特徴とする請求項 1〜7の!ヽずれかに記載の変倍 光学系。
0. 2く I fln/flp I < 0. 5 · · · (7)
但し、 flp :前記第 1レンズ群内の正レンズの焦点距離
fin:前記第 1レンズ群内の負レンズの焦点距離
[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（8)の条件式を満たすことを特徴とする請求項 1〜8の!ヽずれかに記載の変倍 光学系。
0. 7< I f2n/f2p I < 1. 8 · · · (8)
但し、 f 2p：前記第 2レンズ群内の正レンズの焦点距離
f2n:前記第 2レンズ群内の負レンズの焦点距離
[10] 前記第 1レンズ群は、物体側から順に、両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枚のレンズ力 な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] 前記第 1レンズ群が、下記（9)、 （10)の条件式を満たすことを特徴とする請求項 10 に記載の変倍光学系。
Ν1ρ > 1. 7 · · · (9)
I V lp— v In I > 20 …（10)
但し、 Nip :前記第 1レンズ群内の正メニスカスレンズの屈折率
V lp :前記第 1レンズ群内の正メニスカスレンズのアッベ数 V In:前記第 1レンズ群内の負レンズのアッベ数
[12] 前記第 2レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと、像側に強い凹面を向けた両 凹レンズ又は負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〜 11の 、ずれかに記載の変倍光学系。
[13] 前記第 2レンズ群が、下記（11)、 （12)の条件式を満たすことを特徴とする請求項 9 又は 12に記載の変倍光学系。
I N2p-N2n | >0. 15 …（11)
I V 2p- V 2n I > 30 · · · (12)
但し、 N2p :前記第 2レンズ群内の正レンズの屈折率
V 2p :前記第 2レンズ群内の正レンズのアッベ数
N2n:前記第 2レンズ群内の負レンズの屈折率
V 2n:前記第 2レンズ群内の負レンズのアッベ数
[14] 前記第 3レンズ群は、物体側に凸の正メニスカスレンズ 1枚で構成されていることを 特徴とする請求項 3〜13のいずれかに記載の変倍光学系。
[15] 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 1〜14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ることで、無限遠物体力 近距離物体へのフ オーカシングが行われることを特徴とする請求項 1〜15のいずれかに記載の変倍光 学系。
[17] 前記第 3レンズ群又は第 3レンズ群より像側のレンズ群を物体側に移動させることで 、無限遠物体力 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 3〜 15のいずれかに記載の変倍光学系。
[18] 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 1〜17のいずれか に記載の変倍光学系。
[19] 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 1〜18のいずれか に記載の変倍光学系。
[20] 少なくとも 1枚の榭脂材料製レンズを有することを特徴とする請求項 1〜19のいず れかに記載の変倍光学系。
[21] 前記榭脂材料製レンズは、榭脂材料中に最大長が 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であることを特徴とする請求項 20に記 載の変倍光学系。
[22] 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内の正レンズが、前記榭脂 材料製レンズとされて ヽることを特徴とする請求項 20又は 21に記載の変倍光学系。
[23] 請求項 1〜22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!、ることを特徴とする撮像レンズ装置。
[24] 請求項 23に記載の撮像レンズ装置と、
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。
[25] 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 24に記載のデジタ ル機器。
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