JP2006119319A - 変倍光学系、撮像レンズ装置及びデジタル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２〜３倍程度の変倍比を持ち、小型で高精細な変倍光学系と、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とを提供する。
【解決手段】 複数のレンズ群からなり、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系が、物体側から順に、光学的パワーが負正である２つ以上のレンズ群で構成される。そして、広角端及び望遠端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度をそれぞれα_W及びα_Wとするとき、それらの差の絶対値は、15 °＜ ｜α_W − α_T ｜ ＜ 30 °の関係を満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のレンズ群からなり、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系と、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する。

近年、携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の普及が目覚しく、しかもこれらの機器に、コンパクトなデジタルスチルカメラユニットやデジタルビデオユニットが内蔵される仕様が一般化してきている。これらの機器ではサイズやコストの制約が厳しいことから、独立した商品であるデジタルスチルカメラ等に比べて低画素数で小型の撮像素子と、プラスチックレンズ１〜３枚程度から成る単焦点光学系を備えた撮像レンズ装置とが一般的に用いられている。

しかしながら、単焦点光学系の倍率は目視と同程度であるため、撮影できる対象が撮影者の近くのものに限られてしまっていた。この点において、撮像素子の高画素化・高機能化が急激に進んでいる現在、高画素撮像素子に対応でき、かつ撮影者から離れた被写体をも撮影可能とする、携帯電話機等に搭載できるコンパクトな変倍光学系が要求されている。

コンパクトな構成の変倍光学系としては、例えば、特許文献１において、物体側から順に配置される、負の光学的パワーを有する第１レンズ群、正の光学的パワーを有する第２レンズ群、正の光学的パワーを有する第３レンズ群及び第４レンズ群よりなる、４成分の変倍光学系が提案されている。この特許文献１に開示されている技術では、光学全長を短くするために、最も像側のレンズ群（第４レンズ群）を常時固定とし、この直前のレンズ群（第３レンズ群）がフォーカスのために移動する、いわゆるリアフォーカス式を採用している。さらに、レンズエレメントを薄くすることにより、沈胴時の薄型化を達成している。
特開２００２−９０６２４号公報

しかしながら、携帯電話機等の携帯端末では求められる耐衝撃性が厳しく、沈胴することは難しい。さらに、特許文献１に係る変倍光学系では、構成レンズ群が４成分と多いため、総レンズ枚数を減らすことが困難である。それに加え、レンズ群が多いことによりレンズの支持部材やレンズ駆動系の数もそれに伴って増加し、その変倍光学系を備えた撮像レンズ装置全体をコンパクトにすることが困難である。そのため、特許文献１に係る変倍光学系では、使用時の光学全長が長く、携帯端末への搭載は難しい。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、２〜３倍程度の変倍が可能でありながら使用時の光学全長が短く、かつ収差が良好に補正された、超小型な変倍光学系を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、物体側から順に配置される、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められる構成を備えると共に、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
15 °＜ ｜α _W − α _T ｜ ＜ 30 ° ・・・（１）
4.0 mm ＜ T _W × f _W ／ f_T ＜ 9.0 mm ・・・（２）
ただし、
α _W：広角端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度（度）
α _T：望遠端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度（度）
ｆ_W：広角端での全光学系の合成焦点距離（mm）
ｆ_T：望遠端での全光学系の合成焦点距離（mm）
Ｔ_W：広角端での全光学系の光学全長（mm）
である。

この構成によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの構成になっている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、この第１レンズ群の負の光学的パワーによりいち早く緩め得る。さらに、負リードの構成では、サイズを小さくしても誤差感度の上昇を抑制し得る。

ここで、条件式（１）における像面入射角は、図２０に示す方向を正の方向と定義する。つまり、図２０の左側を物体側、右側を像面側として、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。

ここで、条件式（１）の下限を下回ると絞りを含むレンズ群の変倍への寄与が少なくなり、２〜３倍程度の変倍比を得ることが困難となる。あるいは、条件式（１）の下限を下回る条件で十分な変倍を得ようとすると、絞りを含むレンズ群の移動量が大きくなるか、又は射出瞳の移動量が大きくなってしまい、いずれにしても全長がコンパクトでなくなる。それに対して、条件式（１）の上限を越えると撮像素子へ入射する角度が広角端と望遠端とで大きく異なるため、撮像素子上に配置されたマイクロレンズでの光線ケラレが過大となり、周辺光量落ちが大きくなる。つまり、条件式（１）を満たすことで、広角端及び望遠端での撮像素子への光線の入射角が適切な値となるため、周辺光量落ちを小さく抑えたままで、使用時の光学全長を短くし得る。

また、条件式（２）の下限を下回ると広角端での全長が短くなり、変倍を担うレンズ群の光学的パワーが過大となるため像面湾曲や球面収差の補正が困難となる。それに対して、条件式（２）の上限を超えると広角端での全長が長くなり、コンパクトでなくなる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の変倍光学系であって、以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする。
0.1 ＜ Ｌ_b ／ｆ_W ＜ 0.9 ・・・（３）
ただし、
Ｌ_b：望遠端での、最も撮像素子側に位置する光学的パワーを有するレンズ面の面頂点から撮像素子面までの光軸上距離（レンズバック）
である。

ここで、条件式（３）の下限を下回ると撮像素子と像面側のレンズとの距離が近すぎて、撮像素子の取り付けが困難となる。それに対して、条件式（３）の上限を超えると望遠端でのレンズバックが長くなり、変倍に必要な第２レンズ群の移動量を確保することが困難となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の変倍光学系であって、以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする。
0 °＜ α _W ＜ 30 ° ・・・（４）
ここで、条件式（４）の上限を超えると撮像素子上のマイクロレンズによる軸外光のケラレが大きくなり、それに起因する周辺光量落ちが大きくなる。それに対して、条件式（４）の下限を下回ると最も像面側に配置されるレンズに必要とされる光学的パワーが強くなり、歪曲収差や像面湾曲の補正が困難となる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の変倍光学系であって、以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする。
0.2 ＜ｆ_W ／ｆ_bg ＜ 2.0 ・・・（５）
ただし、
ｆ_bg：最も像面側のレンズ群の焦点距離
である。

ここで、条件式（５）の下限を下回ると最も像面側のレンズ群の正の光学的パワーが弱くなるため、軸外光線が撮像素子に入射する角度が大きくなり、射出瞳が撮像素子に近づきすぎてしまう。そのため、撮像素子のマイクロレンズによるケラレが発生し撮像素子を含めた周辺光量が少なくなる。それに対して、条件式（５）の上限を超えると最も像面側のレンズ群の光学的パワーが大きくなり、そのレンズ群で発生する像面湾曲と歪曲収差を補正することが困難となる。

請求項５記載の発明は、撮像レンズ装置であって、請求項１乃至４のいずれかに記載の変倍光学系を備え、前記変倍光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成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クトで、高精細な撮像レンズ装置において、２〜３倍程度の変倍を行わせることが可能となる。

請求項６記載の発明は、デジタル機器であって、請求項５に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子と、前記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前記撮像レンズ装置及び撮像素子に実行させる機能部とを具備す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のデジタル機器において、高精細を保ったままで変倍を実現し得る。

請求項１記載の発明によれば、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの構成になっている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、この第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る。また、負リードの構成では光学全長を短くすることも可能であるので、正リードのものに比べ全体的にコンパクト化が可能となる。さらに、負リードの構成ではサイズを小さくしても誤差感度の上昇が抑制されるため、レンズ面の加工精度やレンズを鏡筒に配置する際の位置精度等に課される条件を緩くしても、高い光学性能を達成することができる。つまり、製造が容易となる。

また、条件式（１）を満たすため、変倍を担うレンズ群の寄与が適切となり、２〜３倍程度の変倍比を得ることが可能となる。さらに、広角端及び望遠端での撮像素子への光線の入射角が適切な値となるため、周辺光量落ちを小さく抑えたままで、使用時の光学全長を短くできる。

さらに、条件式（２）を満たすため、変倍を担うレンズ群の光学的パワーが適切となり、像面湾曲や球面収差の補正が良好に行える。それに加え、広角端での全長を抑えることができるので、コンパクト化が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、撮像素子と像面側のレンズとの距離が適切となり、撮像素子の取り付けが容易に行える。さらに、望遠端でのレンズバックを短く抑えられるので、変倍に必要な第２レンズ群の移動量を確保することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、撮像素子上のマイクロレンズによる軸外光のケラレが小さく、周辺光量落ちを小さく抑えることができる。さらに、最も像面側に配置されるレンズに必要とされる光学的パワーが適切となるので、歪曲収差や像面湾曲の補正が良好に行える。

請求項４記載の発明によれば、最も像面側のレンズ群の正の光学的パワーが適切となるので、軸外光線が撮像素子に入射する角度が適切となる。そのため、撮像素子のマイクロレンズによるケラレが小さくなり、周辺光量落ちを小さく抑えることができる。さらに、最も像面側のレンズ群の光学的パワーが適切となるので、そのレンズ群で発生する像面湾曲や歪曲収差を良好に補正することが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、２〜３倍程度の変倍を行うことが可能で、さらに携帯電話機や携帯情報端末等に搭載可能な、コンパクトかつ高精細な撮像レンズ装置が実現できる。

請求項６記載の発明によれば、高精細を保ったままで、被写体の静止画撮影又は動画撮影における変倍（ズーミング）が可能な、携帯電話機や携帯情報端末等のデジタル機器が実現できる。

図２１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の外観構成図である。尚、本発明において、デジタル機器としては、上記携帯電話機以外に、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、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を含むものとする。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラは、被写体の映像を光学的に取り込んだ後、その映像を半導体素子を使って電気信号に変換し、デジタルデータとしてフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶する撮像レンズ装置である。さらに本発明では、被写体の静止又は動きのある映像を光学的に取り込む、コンパクトな撮像レンズ装置を内蔵する仕様を備えた携帯電話機、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器も含んでいる。

図２１（ａ）は携帯電話機の操作面を、図２１（ｂ）は操作面の裏面、つまり背面を表している。携帯電話機本体２００には、上部にアンテナ２０１、操作面にはディスプレイ２０２、画像撮影モードの起動及び静止画と動画撮影の切り替えを行う画像切替ボタン２０３、本発明に係る変倍（ズーミング）を制御する変倍ボタン２０４、シャッターボタン２０５、そしてダイヤルボタン２０６が備えられている。変倍ボタン２０４は、その上端部分に望遠端を表す「Ｔ」の印字が、下端部分に広角端を表す「Ｗ」の印字がされ、印字位置が押下されることで、それぞれの変倍動作が指示可能な２接点式のスイッチ等で構成されている。さらに携帯電話機本体２００には、本発明に係る変倍光学系によって構成された撮像レンズ装置（カメラ）２０７が内装され、撮影レンズが背面に露呈している。

静止画を撮影するときは、まず、画像切替ボタン２０３を押すことで、画像撮影モードを起動する。ここでは、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードが起動し、その状態でもう一度画像切替ボタン２０３を押すことで動画撮影モードに切り替わるとする。つまり、画像切替ボタン２０３からの指示を受けた携帯電話機本体２００の制御部（図略）は、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及び撮像素子に実行させる機能を有する。

静止画撮影モードが起動すると、撮像レンズ装置２０７を通して被写体の像がＣＣＤ等の撮像素子で周期的にくり返し撮像され、表示用メモリに転送された後に、ディスプレイ２０２に導かれる。ディスプレイ２０２を覗くことで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。この状態でシャッターボタン２０５を押すことで、静止画像を得ることができる、すなわち、静止画用のメモリに画像データが格納される。

このとき、被写体が撮影者から離れた位置にある、あるいは近くの被写体を拡大したいためズーム撮影を行うときには、変倍ボタン２０４の上端「Ｔ」の印字部分を押すと、その状態が検出され、押している時間に応じて変倍のためのレンズ駆動が実行されて、連続的にズーミングが行われる。また、ズーミングし過ぎた場合など、被写体の拡大率を下げたい場合には、変倍ボタン２０４の下端「Ｗ」の印字部分を押すことで、その状態が検出され、押している時間に応じて連続的に変倍が行われる。このようにして、撮影者から離れた被写体であっても、変倍ボタン２０４を用いてその拡大率を調節することができる。そして、通常の等倍撮影と同様、主被写体がその画面中の所望の位置に収まるように調整し、シャッターボタン２０５を押すことで、拡大された静止画像を得ることができる。

また、動画撮影を行う場合には、画像切替ボタン２０３を一度押すことで静止画撮影モードを起動した後、もう一度画像切替ボタン２０３を押して動画撮影モードに切り替える。後は静止画撮影のときと同様にして、ディスプレイ２０２を覗き、撮像レンズ装置２０７を通して得た被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整する。このとき、変倍ボタン２０４を用いて被写体像の拡大率を調節することができる。この状態でシャッターボタン２０５を押すことで、動画撮影が開始される。この撮影中、変倍ボタン２０４により、被写体の拡大率を随時変えることも可能である。ここで、もう一度シャッターボタン２０５を押すことで、動画撮影は終了する。動画像は、ディスプレイ２０２のための表示メモリに導かれると共に、動画像用のメモリに導かれて格納される。

本発明に係る変倍ボタン２０４はこの実施形態に限られることなく、既設のダイヤルボタン２０６を利用するようにしてもよいし、また、ダイヤルボタン設置面に回転軸を持つような回転式のダイヤル等、拡大と縮小の２方向の変倍を可能とする機能を備える態様としたものでもよい。

また、本発明は携帯電話機に制限されることなく、それ以外のデジタル機器、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、又はこれらの周辺機器にも適用することができる。

図２１（ｂ）に示した、本発明に係る撮像レンズ装置２０７におけるレンズ系としては、撮影者から離れた被写体も撮影可能とするために、ズーミングが可能で、高性能かつコンパクトな変倍光学系への要求が強い。変倍光学系においては、複数のレンズ群が前記レンズ系を構成しており、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍及びフォーカシングを行う仕組みになっている。本発明は、この変倍光学系、そしてその変倍光学系を用い、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する撮像レンズ装置、さらにはその撮像レンズ装置と、撮像素子とを含み、静止画又は動画の撮影を実行する機能を有するデジタル機器に関するものである。

以下、図２１（ｂ）に示したカメラ付携帯電話機の撮像レンズ装置２０７を構成する、本発明に係る変倍光学系を図面を参照しつつ説明する。

また、本明細書を通じて、接合レンズを構成している各単レンズの光学的パワーは、その単レンズのレンズ面の両側が空気との界面を備えている、つまりその単レンズが単独で存在しているときのパワーを指すものとする。

［実施形態１］
図１は、実施形態１の変倍光学系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。この図１及び以下に示す図２〜図９においては、広角端（Ｗ）でのレンズ配置を示している。本実施形態を通じてこれらのレンズ群は、図の物体側（図１における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）、正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）、及び正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）とから構成されている。また、各実施形態において、第２レンズ群（Ｇｒ２）の第１レンズ群（Ｇｒ１）側には、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）が備えられている。そして、物体側から最も離れたレンズ群のさらに物体から離れる側には、平行平面板（ＰＬ）及び撮像素子（ＳＲ）が配置されている。

以下本明細書においては、レンズについて、「凹」、「凸」又は「メニスカス」という術語を用いるが、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているものであり、レンズ全体又はレンズの端付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズでは一般に、レンズの中心付近と端付近での形状が異なるので注意が必要である。

図１に示した実施形態１の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズ（負の光学的パワーを持つレンズ）と物体側に凸の正メニスカスレンズ（正の光学的パワーを持つレンズ）とから成る。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズである。また、図１に示した番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えている。）であり、ｒｉに＊が付された面は非球面である。

ここで、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。例えば、３枚の単レンズで構成される接合レンズのレンズ枚数は、１枚ではなく３枚と数える。

このような構成の下で、図の物体側から入射した光線は、順に、第１、第２及び第３レンズ群（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３）を通過し、そこで物体の光学像を形成する。そして、このレンズ群で形成された光学像は、第３レンズ群（Ｇｒ３）に隣り合って配置された平行平面板（ＰＬ）を通過する。このとき、光学像は、撮像素子（ＳＲ）において電気的な信号に変換される際に発生する、いわゆる折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板（ＰＬ）は、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。最後に、撮像素子（ＳＲ）において、平行平面板（ＰＬ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号として携帯電話機や携帯情報端末等のメモリに記録されたり、有線あるいは無線により他のデジタル機器に伝送されたりする。

図１０は、これらレンズ群の変倍時における移動のさせ方を表した模式図であり、実施形態１のみならず、後述する実施形態２以降の各レンズ群の移動のさせ方も同時に示してある。この図１０においてもこれまでと同様左側が物体側であり、その物体側から第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）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）との真中（以下、中間点と呼ぶ）を表している。実際のレンズ群は光軸に沿った直線上を移動させられるが、この図においては、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）及び望遠端（Ｔ）におけるレンズ群の位置を、図の上から下へ並べる形で表している。

本実施形態で扱うような、光学的パワーが負正正の３成分を含む変倍光学系においては、変倍を担うのはほとんどが第２レンズ群（Ｇｒ２）である。そのため、主に第２レンズ群（Ｇｒ２）が光学的パワーを有することになる。しかしながら、本発明に係るコンパクトな変倍光学系においては、第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動だけでは２〜３倍程度の変倍比を確保することが困難となる。そのため、第２レンズ群（Ｇｒ２）以外のレンズ群にも変倍を担わせる構成としている。図１のようなレンズ構成の実施形態１では、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に、それと反対に第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動させられる。そして、これら第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）が主に変倍を担うことになる。

以下、図面を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２から実施形態９までのレンズ構成を順に説明していく。このとき、図２から図９までの図中の符号の意味は、図１と同様とする。

［実施形態２］
図２は、実施形態２の変倍光学系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。この実施形態２の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズ、及び両凹の負レンズとから成る。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズである。

このようなレンズ構成の実施形態２においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は像側に凸の軌道を描くように移動させられる。つまり、広角端（Ｗ）から中間点（Ｍ）への途中で一端像側に近づけられた後、物体側に移動させられ、望遠端（Ｔ）では広角端（Ｗ）での位置より若干像側になる。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に、それと反対に第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動させられる。

［実施形態３］
図３は、実施形態３の変倍光学系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。図３に示した実施形態３の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズと像側に凸の負メニスカスレンズとの接合レンズである。

このようなレンズ構成の実施形態３においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は像側に凸の軌道を描くように移動させられる。つまり、広角端（Ｗ）から中間点（Ｍ）への途中で一端像側に近づけられた後、物体側に移動させられ、望遠端（Ｔ）では広角端（Ｗ）での位置より若干物体側になる。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に、それと反対に第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動させられる。

［実施形態４］
図４は、実施形態４の変倍光学系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。本実施形態４における第２レンズは、複合型非球面レンズ（基板となる球面ガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズ）となっている。この複合型非球面レンズに用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材としては取扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も1枚と考える。その際、レンズ屈折率も、基板となっているガラス材料の屈折率と定義する。

図４に示した実施形態４の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）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接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。そして、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズである。

このようなレンズ構成の実施形態４においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は像側に凸のＵターン軌道を描くように移動させられる。つまり、中間点（Ｍ）付近で最も像側に近づけられた後、物体側に移動させられ、望遠端（Ｔ）と広角端（Ｗ）での位置はほぼ等しい。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に、それと反対に第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動させられる。

［実施形態５］
図５は、実施形態５の変倍光学系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。この実施形態５の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとから成る。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズである。

このようなレンズ構成の実施形態５においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は、前述の実施形態４と同じ軌道を描くように移動させられる。

［実施形態６］
図６は、実施形態６の変倍光学系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。この実施形態６の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）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接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの３枚接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズである。

このようなレンズ構成の実施形態６においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は、前述の実施形態４及び５と同じ軌道を描くように移動させられる。

［実施形態７］
図７は、実施形態７の変倍光学系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。この実施形態７の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとから成る。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと物体側に凸の負メニスカスレンズとから成る。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズである。

このようなレンズ構成の実施形態７においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）は像側に凸の軌道を描くように移動させられる。つまり、広角端（Ｗ）から中間点（Ｍ）への途中で一端像側に近づけられた後、物体側に移動させられ、望遠端（Ｔ）では広角端（Ｗ）での位置より若干物体側になる。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に直線的に移動させられ、第３レンズ群（Ｇｒ３）の位置は固定されている。

［実施形態８］
図８は、実施形態８の変倍光学系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。この実施形態８の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとから成る。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと物体側に凸の負メニスカスレンズとの接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、両凸の正レンズである。

このようなレンズ構成の実施形態８においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図１０に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）は、前述の実施形態７と同様の軌道を描くように移動させられる。

［実施形態９］
図９は、実施形態９の変倍光学系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。この実施形態９の変倍光学系は、各レンズ群が物体側から順に、以下のように構成されている。全体として負の光学的パワーを持つ第１レンズ群（Ｇｒ１）は、両凹の負レンズと物体側に凸の正メニスカスレンズとの接合レンズである。また、全体として正の光学的パワーを持つ第２レンズ群（Ｇｒ２）は、両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズである。さらに、全体として正の光学的パワーを持つ第３レンズ群（Ｇｒ３）は、像側に凸の正メニスカスレンズである。

このようなレンズ構成の実施形態９においては、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍時に、図９に示したように、第１レンズ群（Ｇｒ１）の位置は固定されている。そして、第２レンズ群（Ｇｒ２）は物体に近づく方向に、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動させられる。

以上説明した実施形態１〜６及び９においては、第３レンズ群（Ｇｒ３）は物体から離れる方向に直線的に移動するとしたが、Ｕターン形状に移動させてもよい。

以上説明した実施形態１〜９においては、最も物体側に位置する第１レンズ群が負の光学的パワーを持った、いわゆる負リードの構成になっている。このため、物体側から大きな角度で入射してくる光線を、この第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る。また、負リードの構成では光学全長を短くすることも可能であるので、正リードのものに比べ全体的にコンパクト化が可能となる。さらに、負リードの構成ではサイズを小さくしても誤差感度の上昇が抑制されるため、レンズ面の加工精度やレンズを鏡筒に配置する際の位置精度等に課される条件を緩くしても、高い光学性能を達成することができる。つまり、製造が容易となる。

また、以上説明した実施形態１〜９においては、光学絞り（ＳＴ）はいずれも最も移動量の大きい第２レンズ群（Ｇｒ２）と共に移動させられている。そのため、第２レンズ群（Ｇｒ２）の実効的なレンズ外径の増大を抑制できる。さらに、この構成によれば、光学絞り専用の駆動装置を設ける必要がないので、レンズ駆動装置の構成が簡易になり、撮像レンズ装置全体のコンパクト化が可能となる。

しかし、本発明はこれに限られることなく、光学絞り（ＳＴ）はレンズ群とは独立に移動させられてもよい。この構成によれば、広角端から望遠端への変倍時において、光学絞り（ＳＴ）により撮像素子への軸外光線入射角を適切にコントロールすることができる。

以下、本発明に係る変倍光学系を構成するレンズ系に求められる光学特性の条件、又は条件式を列挙し、その条件の根拠（又は、数値範囲の根拠）について説明していく。

物体側から順に配置される、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、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系において、撮像面への入射光線のうち、有効像円径での主光線の入射角度は、以下の条件式を満たすことがより望ましい。
15 °＜ ｜α_W − α_T ｜ ＜ 25 ° ・・・（１）’
この構成とすることで、マイクロレンズと撮像素子の製造上の位置誤差を大きくできるため、撮像素子の製造が簡単になり撮像素子の製造コストを低減できるためである。

また、上記変倍光学系は、以下の条件式を満たすことがより望ましい。
0.3 ＜ Ｌ_b ／ｆ_W ＜ 0.7 ・・・（３）’
これは、条件式（３）’の下限を下回ると撮像素子と像面側のレンズとの距離が近すぎて、撮像素子の取り付けが困難となるからである。それに対して、条件式（３）’の上限を超えると望遠端でのレンズバックが長くなり、変倍に必要な第２レンズ群の移動量を確保することが困難となる。

また、上記変倍光学系は、以下の条件式を満たすことがより望ましい。
0 °＜ α_W ＜ 20 ° ・・・（４）’
この構成とすることで、マイクロレンズと撮像素子の製造上の位置誤差を大きくできるため、撮像素子の製造が簡単になり製造コストを低減できるからである。

また、上記変倍光学系は、
0.2 ＜ｆ_W ／ｆ_bg ＜ 1.0 ・・・（５）'
を満たすことがより望ましく、さらには、
0.4 ＜ｆ_W ／ｆ_bg ＜ 0.7 ・・・（５）''
を満たすことがより望ましい。これは、条件式（５）'の上限を超えると最も像面側のレンズ群の誤差感度が高くなり、製造が困難となるためである。また、条件式（５）’の下限を下回ると、撮像素子への軸外光の入射角を小さくできなくなり、撮像素子上のマイクロレンズによる光線のケラレを含んだ光量落ちが大きくなりすぎてしまう。

また、上記変倍光学系は、
−4.0 ＜ ｆ_1g ／ f_w ＜ −1.0 ・・・（６）
を満たすことがより望ましく、さらには、
−3.3 ＜ ｆ_1g ／ f_w ＜ −2.0 ・・・（６）’
を満たすことがより望ましい。
ただし、
ｆ_1g：第１レンズ群（Ｇｒ１）の焦点距離
である。

これは、条件式（６）の下限を下回ると第１レンズ群（Ｇｒ１）の負の光学的パワーが弱くなるため変倍に必要な移動量が大きくなり、レンズ全長がコンパクトでなくなるためである。それに対して、条件式（６）の上限を超えると第１レンズ群（Ｇｒ１）の光学的パワーが強くなり、第１レンズ群（Ｇｒ１）で発生する像面湾曲の補正が困難となると共に、第１レンズ群（Ｇｒ１）内の誤差感度が過大となり製造が困難となる。

また、条件式（６）’の下限を下回ると第１レンズ群（Ｇｒ１）の負の光学的パワーが弱くなりすぎ、第１レンズ群（Ｇｒ１）のレンズ径が大きくなり径方向にコンパクトでなくなる。それに対して、条件式（６）’の上限を越えると第１レンズ群（Ｇｒ１）内の負レンズの光学的パワーが強くなりすぎ、負レンズの凹面形状がきつくなるため、負レンズの製造コストが上昇する。

また、上記変倍光学系は、
0.5 ＜ ｆ_2g ／ f_w ＜ 3.0 ・・・（７）
を満たすことがより望ましく、さらには、
1.0 ＜ ｆ_2g ／ f_w ＜ 1.9 ・・・（７）’
を満たすことがより望ましい。
ただし、
ｆ_2g：第２レンズ群（Ｇｒ２）の焦点距離
である。

これは、条件式（７）の下限を下回ると第２レンズ群（Ｇｒ２）の正の光学的パワーが強くなり、第２レンズ群（Ｇｒ２）で発生する軸上色収差や球面収差の補正が困難となると共に第２レンズ群（Ｇｒ２）内の誤差感度が過大となり製造が困難となるからである。それに対して、条件式（７）の上限を超えると第２レンズ群（Ｇｒ２）の光学的パワーが弱くなり、変倍に必要な移動量が大きくなるためレンズ全長がコンパクトでなくなる。

また、条件式（７）’の下限を下回ると第２レンズ群（Ｇｒ２）内の誤差感度が大きくなり、高画素の撮像素子で良好な性能を得るためにはレンズ位置を調整することが必要となり、製造コストが高くなる。それに対して、条件式（７）’の上限を超えると第２レンズ群（Ｇｒ２）の光学的パワーが弱くなり、変倍に必要な移動量が大きくなるためレンズ全長がコンパクトでなくなる。

また、上記変倍光学系は、
-5 °＜ α_T ＜ 15 ° ・・・（８）
を満たすことがより望ましく、さらには、
-4 °＜ α_T ＜ 7 ° ・・・（８）’
を満たすことがより望ましい。

これは、条件式（８）の下限を下回ると撮像素子に近接したレンズ径が大きくなりレンズユニットの径方向の大きさがコンパクトでなくなるためである。それに対して、条件式（８）の上限を上回ると広角端において撮像素子上のマイクロレンズによる軸外光のケラレが大きくなり、それに起因する周辺光量落ちが大きくなる。

また、条件式（８）’を満たすと撮像素子上のマイクロレンズと受光素子との位置許容誤差を大きく取ることが可能となり、より高精細な撮像素子を用いてもマイクロレンズによる軸外光のケラレが防げるため、高画素化に適している。

また、上記変倍光学系において、第２レンズ群（Ｇｒ２）又は第２レンズ群より像側のレンズ群を単独で又は複数群動かすことによりフォーカシングすることが望ましい。本発明に係る変倍光学系は、携帯電話機等に搭載可能なコンパクトサイズであるため、第１レンズ群（Ｇｒ１）を繰り出すことによりフォーカシングを行うことは、光学全長の観点から不利であるからである。また、第１レンズ群（Ｇｒ１）にてフォーカシングすると、周辺光量を確保するために前玉径の増大を招くことになり望ましくない。

本実施形態における変倍光学系のように、レンズ群の光学的パワーが物体側から順に負正正を含む構成の場合、第３レンズ群は他のレンズ群に比べ光学的パワーが弱く、収差補正に与える効果は大きくない。そのため、１枚又は２枚で構成することが望ましい。そして、２枚で構成したときは、レンズ面間に空気間隙を持つように配置してもよいし、レンズ面を密着させて配置してもよい。さらには、固定的に一体化して、接合レンズとしてもよい。

また、いずれのレンズ群においても、レンズ面を密着させる場合には、そのレンズ面間に紫外線硬化樹脂等の接着剤を介在させてもよい。

また、以上説明した実施形態においては、いずれのレンズ群も非球面を有する構成としたが、それに限られることはない。例えば、第１レンズ群（Ｇｒ１）に非球面を配置すると軸外収差、特に非点収差と歪曲収差の補正を有効に行える。また、例えば、第２レンズ群（Ｇｒ２）に非球面を配置すると軸上収差、特に球面収差の補正を有効に行える。

さらに、気体との界面を備えるすべてのレンズ面を非球面とすると、非球面の効果を有効に発揮させることができるのでより望ましい。これにより、コンパクト化と高画質化の両立を図ることができる。

また、負レンズ、正レンズの各々１枚以上を樹脂材料で構成することが望ましい。この場合、温度変化で生じる樹脂材料の膨張又は収縮に伴う変形及び屈折率変化によるバックフォーカスずれを負レンズと正レンズとで打ち消し、小さく抑えることができる。

さらに、非球面を有するレンズは、モールドで成形しても構わないし、あるいはガラス材料と樹脂材料との複合型としても勿論構わない。モールドタイプは大量生産に向く反面、硝材が限定されてしまう。一方の複合型は、基板と成り得るガラス材料が非常に多く、設計の自由度が高い利点がある。

また、広角端（Ｗ）での射出瞳位置は撮像素子面よりも物体側に配置することが望ましい。これにより、広画角を確保しつつ、コンパクト化を図ることが可能となるからである。

さらに、本実施形態は連続的な変倍光学系であるが、これに限定されるものではなく、より一層のコンパクト化を図るために、同一の光学構成で２焦点切り替え光学系としてもよい。特に広角端から望遠端への変倍時に第1群の移動軌跡がＵターンし、結果として広角端と望遠端での光学全長が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（Ｇｒ１）が固定群となる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。

さらに、上記実施形態において、光学絞り（ＳＴ）として、撮像素子（ＳＲ）に対して遮光を行う機能を有するメカニカルシャッターを配置してもよい。メカニカルシャッターは、例えば撮像素子としてＣＣＤ方式を用いた場合のスミア防止にも効果がある。

尚、各実施形態を構成している変倍光学系には、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ（つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ）が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。また、光学絞り（ＳＴ）の他に光束規制板等を必要に応じて配置してもよい。

以上説明したように本発明は、超小型で安価、かつ高精細な変倍光学系に関するものである。そして、光学系全体は２成分以上のレンズ群から構成されており、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う仕組みになっている。

このとき、上記実施形態において示したように、すべてのレンズ群が単レンズ又は接合レンズから成ることが望ましい。この構成によれば、レンズを支持する部材をレンズ群内に複数設ける必要がなくなる。その結果、メカ機構が簡略化でき、撮像レンズ装置全体をよりコンパクトにできる。

また、接合レンズの場合には、レンズを支持するための支持部材の機械精度ではなく、レンズ接合時の精度に保つことが可能となる。その結果、長期の使用によりレンズ群内で光軸がずれたりするような経年劣化が発生せず、光学的な調整も容易となる。さらに接合により、偏芯による誤差感度を低減することが可能である。それに加えて、接合によりレンズ面間に間隙が存在しないので、不要な面間反射光を抑えることが可能となり、良好な光学像が得られる。

そして、第１レンズ群（Ｇｒ１）は、物体側から順に配置される、１枚の負レンズと１枚の正レンズとから構成されることが望ましい。これにより、第１レンズ群（Ｇｒ１）内の色収差を補正することができるため、レンズ群の高性能化が可能となる。また、物体側に負レンズを配置することで正の第２レンズに入射する軸外光の角度を小さくできるため、誤差感度を低減することができる。さらに、第１レンズ群（Ｇｒ１）を２枚で構成することで、３枚以上で構成するより薄型にできるため、レンズ全長をコンパクトにできる。以上に加えて、さらに第１レンズ群（Ｇｒ１）には非球面を配置することが望ましく、この構成とすることで第１レンズ群（Ｇｒ１）内で発生する像面湾曲収差の補正が可能となる。

また、第２レンズ群（Ｇｒ２）は、物体側から順に配置される、１枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成されることが望ましい。これにより、第２レンズ群（Ｇｒ２）内の色収差を補正することができるため、レンズ群の高性能化が可能となる。また、物体側に正レンズを配置することで負レンズに入射する軸上光の高さを小さくできるため、球面収差の誤差感度を低減することができる。さらに、第２レンズ群（Ｇｒ２）を２枚で構成することで、３枚以上で構成するより薄型にできるため、レンズ全長をコンパクトにできる。以上に加えて、さらに第２レンズ群（Ｇｒ２）には非球面を配置することが望ましく、この構成とすることで第２レンズ群（Ｇｒ２）内で発生する球面収差の補正が可能となる。

さらに、最も撮像素子よりに配置されたレンズに、少なくとも１面の非球面を配置することが望ましい。この構成とすることで、歪曲収差補正が可能となり、さらに各像高での射出瞳位置のコントロールが可能となることにより、各像高での射出瞳位置の変動を小さくできるため、撮像素子上のマイクロレンズの配置を簡単にできる。そのため、マイクロレンズを備えた撮像素子の製造コストを低減できる。

次に、本発明に係る変倍光学系を組み込んだ撮像レンズ装置の、具体的な実施形態の一例につき、図を参照しながら説明する。

図２２は、撮像レンズ装置１０の内部構成の一例を示す斜視図である。ただし、ここでは、変倍光学系を構成するレンズ群、及びレンズ群の駆動装置等を合わせた撮像レンズ装置の他に、図略の撮像素子を含めた形で示している。この実施例では、変倍光学系は３つのレンズ群から構成されるとしている。さらに、変倍の際に、第２レンズ群１０２及び第３レンズ群１０３を移動させ変倍及びフォーカシングを行い、第１レンズ群１０１の位置は固定しておくことを想定している。これは、図１０に示した実施形態９の動きに対応するものである。

この図２２に示すように、撮像レンズ装置１０は、被写体（物体）側から第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０２、及び第３レンズ群１０３が、各々の光軸を一致させて配列されて構成されている。そして、第１、第２及び第３レンズ群１０１〜１０３は、それぞれ支持部材１０４〜１０６に支持されている。図略の平行平面板及び撮像素子は固定部材１０７に支持されて、その固定部材１０７の中心部分に固定されている。この固定部材１０７は、図略の携帯電話機本体部に固設されている。第１、第２及び第３レンズ群の支持部材１０４〜１０６には、棒状のガイド部材１０８が貫通されている。

また、第３レンズ群の支持部材１０６には、例えばインパクト型圧電アクチュエータから成る駆動ユニット２０が取り付けられており、第３レンズ群１０３はこの駆動ユニット２０を含む駆動装置により、支持部材１０６を介して光軸に沿って駆動される。駆動ユニット２０は、より具体的には、支持部材２１、圧電素子２２、駆動部材２３及び係合部材２４により構成されている。支持部材２１は、図略の携帯電話機本体部に固定され、圧電素子２２及び駆動部材２３を保持するものである。圧電素子２２は、その分極方向である伸縮方向を支持部材２１の軸方向と一致させて設置されている。そして、駆動部材２３の一端は圧電素子２２に、他端は係合部材２４の側面に固着されている。また、第２レンズ群の支持部材１０５及び係合部材２４には、それぞれ係合部１０５a、１０６aが適所に設けられている。

以上のような構成で、図略の駆動手段により圧電素子２２に電圧が加えられると、圧電素子２２はその電圧の向きにより、光軸方向に伸展又は収縮する。そして、その伸び又は縮みは、駆動部材２３を介して接合されている係合部材２４に伝えられる。この係合部材２４は、第３レンズ群の支持部材１０６に接合されているので、これにより第３レンズ群１０３を移動させることが可能になる。このとき、係合部１０５a、１０６aを図略のカム部材等にそれぞれ係合させることで、第２、第３レンズ群１０２、１０３に、変倍及びフォーカシング等に必要な所望の動きをさせることが可能となる。また、第１レンズ群の支持部材１０４に、係合部１０５a、１０６aと同様の係合部を設けることにより、３つのレンズ群を同時に駆動させ、変倍及びフォーカシングを行わせることも可能である。さらに、同様の構成により、２つ、あるいは４つ以上のレンズ群を設け、それぞれを独立に又は相関を持たせて駆動させ、変倍及びフォーカシングを行わせることも可能である。

このような撮像レンズ装置において、被写体側から入射した光線は、順に、第１、第２及び第３レンズ群１０１〜１０３を通過する。そして、第３レンズ群１０３に隣り合って配置された図略の平行平面板を通過する。このとき、光学像は、撮像素子において電気的な信号に変換される際に発生する、いわゆる折り返しノイズが最小化されるように修正される。この平行平面板は、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター、撮像素子のカバーガラス等に相当するものである。最後に、図略の撮像素子受光面に物体の光学像が形成され、その後、光学像は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。

尚、各レンズ群や光学絞りを駆動させるには、ステッピングモーター等を用いてもよい。あるいは、移動量が小さい場合やレンズ群の重量が軽い場合には、超小型の圧電アクチュエータを各レンズ群に独立に用いてもよい。これにより、各レンズ群を独立に駆動することが可能になるばかりでなく、駆動部の体積や電力消費の増加を抑えつつ、撮像レンズ装置全体のさらなるコンパクト化が図れる。

以下、本発明に係る変倍光学系の実施例を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。

実施形態１（実施例１）における、各レンズのコンストラクションデータを表１及び表２に示す。尚、本実施例においては、第１及び第５レンズ、つまり第１レンズ群（Ｇｒ１）における物体側のレンズ及び第３レンズ群（Ｇｒ３）がプラスチックレンズ（樹脂製レンズ）である。

表１に示したものは、左から順に、各レンズ面の番号、各面の曲率半径（単位はｍｍ）、広角端（Ｗ）、中間点（Ｍ）そして望遠端（Ｔ）における光軸上での各レンズ面の間隔（軸上面間隔）（単位はｍｍ）、各レンズの屈折率、そしてアッべ数である。軸上面間隔Ｍ、Ｔの空欄は、左のＷ欄の値と同じであることを表している。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、図１にも示したように、物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、ｒｉに＊が付された面は非球面である。

この表１からわかるように、この実施例１では、第１レンズ（物体側から数えて１番目のレンズ）（第１レンズ群（Ｇｒ１））の両面、第２レンズ（第１レンズ群（Ｇｒ１））の像側の面、第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、及び第５レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の両面が非球面である。また、光学絞り（ＳＴ）、平行平面板（ＰＬ）の両面、そして撮像素子（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。

レンズの非球面形状は、面頂点を原点とし、物体から撮像素子に向かう向きをｚ軸の正の向きとするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた以下の式で定義する。

ただし、
ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝ｘ²＋ｙ²）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ：それぞれ４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。表２には、円錐係数ｋと非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのみを示したが、それ以外の非球面係数Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊは０である。この数１からわかるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの中心付近の値を示している。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１の全光学系（第１、第２及び第３レンズ群を合わせたもの）の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図１１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％で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高）（単位ｍｍ）で表してある。さらに球面収差の図には、一点鎖線で赤色（波長６５６．２７ｎｍ）、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４３５．８３ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号SとTはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンシャル（メリディオナル）面における結果を表している。さらに、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（d線）を用いた場合の結果である。この図１１からわかるように、本実施例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、球面収差、非点収差がほぼ０．１ｍｍ以内、歪曲収差もほぼ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）、そして望遠端（Ｔ）における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表１９及び表２０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。

次に、実施形態２（実施例２）における、各レンズのコンストラクションデータを表３及び表４に示す。これらの表からわかるように、この実施例２では、第１レンズ（第１レンズ群（Ｇｒ１））の最も物体側の面、第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、及び第６レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の両側の面が非球面である。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

実施形態３（実施例３）における、各レンズのコンストラクションデータを表５及び表６に示す。これらの表からわかるように、この実施例３では、第２レンズ（第１レンズ群（Ｇｒ１））の像側の面、第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、及び第６レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の像側の面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

実施形態４（実施例４）における、各レンズのコンストラクションデータを表７及び表８に示す。これらの表からわかるように、実施例４においては、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、第５レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の両面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。また特に、第２レンズの像側の面は、複合型非球面レンズである。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

実施形態５（実施例５）における、各レンズのコンストラクションデータを表９及び表１０に示す。これらの表からわかるように、実施例５においては、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、及び第５レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の両面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。尚、本実施例においては、第１、第２及び第５レンズ、つまり第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）がプラスチックレンズである。

実施形態６（実施例６）における、各レンズのコンストラクションデータを表１１及び表１２に示す。これらの表からわかるように、実施例６においては、第１レンズ群（Ｇｒ１）及び第２レンズ群（Ｇｒ２）を構成するそれぞれの接合レンズの両端面（外気に面している面）、及び第６レンズ（第３レンズ群（Ｇｒ３））の両面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。

実施形態７（実施例７）における、各レンズのコンストラクションデータを表１３及び表１４に示す。これらの表からわかるように、実施例７においては、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を構成するすべてのレンズの両面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

実施形態８（実施例８）における、各レンズのコンストラクションデータを表１５及び表１６に示す。これらの表からわかるように、実施例８においては、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を構成するすべてのレンズの両面が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

実施形態９（実施例９）における、各レンズのコンストラクションデータを表１７及び表１８に示す。これらの表からわかるように、この実施例９では、第１レンズ群（Ｇｒ１）、第２レンズ群（Ｇｒ２）及び第３レンズ群（Ｇｒ３）を構成するそれぞれのレンズ群の両端面（外気に面している面）が非球面である。つまり、外気に面しているすべてのレンズ面が非球面である。尚、本実施例においては、構成レンズはすべてガラス製である。

以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２〜９の全光学系（第１、第２及び第３レンズ群を合わせたもの。）の球面収差、非点収差、そして歪曲収差を図１２〜図１９にそれぞれ示す。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、球面収差、非点収差ともにほぼ０．１ｍｍ以内、歪曲収差もほぼ５％以内と優れた光学特性を示している。また、この実施例２〜９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１９及び表２０にそれぞれ示す。これらの表から、実施例１同様、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。

さらに、これら実施例１〜９において得られた、前記条件式（１）〜（１７）の値を表２１に示す。本実施例はいずれの条件式においても、前述した望ましい値が得られていることがわかる。

以上説明したように、本実施例は主にガラスレンズを用いて構成しており、実施例１及び５において、それに加えプラスチックレンズを併用している。しかし、本発明はこれらに限定されることなく、１枚以上のレンズをプラスチックレンズとすることが可能である。特に第１レンズ群（Ｇｒ１）は他のレンズ群に比べレンズ径が大きいので、プラスチック製とすることによる軽量化の効果が最も大きい。また、本発明に係る変倍光学系においては、第２レンズ群（Ｇｒ２）の移動量が最も大きいが、これをプラスチック製とすることで、レンズ駆動装置の負荷を低減することができる。

さらに、他のレンズ群に比べ第３レンズ群（Ｇｒ３）の光学的パワーは弱いので、良好な収差補正を保ったまま、プラスチック製とすることが可能である。いずれの場合もプラスチックレンズとすることで、レンズ駆動装置の小型化、結果としてレンズ群及びレンズ駆動装置を含めた撮像レンズ装置全体のさらなるコンパクト化が実現できる。さらに、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べコストや生産性の点で優れている。

以上説明したように、本発明に係る変倍光学系を組み込んだ撮像レンズ装置は、小型・軽量であるために、携帯電話機等のデジタル機器に搭載することが可能である。これにより、静止画又は動画撮影を所望の拡大率で行えるようになる。さらに、２００万画素クラス以上の高画素撮像素子にも対応できる高い光学性能を保持しているので、補間を必要とする電子ズーム方式に対しても高い優位性を保っている。

実施形態１の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態２の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態３の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態４の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態５の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態６の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態７の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態８の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態９の変倍光学系における光軸を縦断した断面図である。 実施形態１〜９の変倍光学系におけるレンズ群の移動のさせ方を示す模式図である。 実施例１の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例２の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例３の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例４の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例５の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例６の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例７の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例８の変倍光学系におけるレンズ群の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す収差図である。 実施例９の変倍光学系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。 主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。 （ａ）は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操作面を示す外観構成図である。（ｂ）は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操作面の裏面を示す外観構成図である。 本発明に係る変倍光学系と撮像素子とを備えた撮像レンズ装置の、内部構成の一例を示す斜視図である。

符号の説明

Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
ＳＴ 光学絞り
ＰＬ 平行平面板
ＳＲ 撮像素子
ＡＸ 光軸
１０ 撮像レンズ装置
１０１ 第１レンズ群
１０２ 第２レンズ群
１０３ 第３レンズ群
１０４ 第１レンズ群の支持部材
１０５ 第２レンズ群の支持部材
１０６ 第３レンズ群の支持部材
１０７ 撮像素子の固定部材
１０５a 第２レンズ群用支持部材の係合部
１０６a 係合部
１０８ ガイド部材
２０ 駆動ユニット
２１ 支持部材
２２ 圧電素子
２３ 駆動部材
２４ 係合部材
２００ 携帯電話機本体
２０１ アンテナ
２０２ ディスプレイ
２０３ 画像切替ボタン
２０４ 変倍ボタン
２０５ シャッターボタン
２０６ ダイヤルボタン
２０７ 撮像レンズ装置（カメラ）

Claims (6)

1. 光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成し、光軸方向に各レンズ群の間隔を変えることにより変倍を行う変倍光学系であって、
   物体側から順に配置される、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められる構成を備えると共に、以下の条件式を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   15 °＜ ｜α_W − α_T ｜ ＜ 30 °
   4.0 mm ＜ T _W × f _W ／ f_T ＜ 9.0 mm
   α_W：広角端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度（度）
   α_T：望遠端での、主光線の像面に立てた垂線に対する角度（度）
   ｆ_W：広角端での全光学系の合成焦点距離（mm）
   ｆ_T：望遠端での全光学系の合成焦点距離（mm）
   Ｔ_W：広角端での全光学系の光学全長（mm）
2. 以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
   0.1 ＜ Ｌ_b ／ｆ_W ＜ 0.9
   Ｌ_b：望遠端での、最も撮像素子側に位置する光学的パワーを有するレンズ面の面頂点から撮像素子面までの光軸上距離
3. 以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の変倍光学系。
   0 °＜ α_W ＜ 30 °
4. 以下の条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変倍光学系。
   0.2 ＜ｆ_W ／ｆ_bg ＜ 2.0
   ｆ_bg：最も像面側のレンズ群の焦点距離
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の変倍光学系を備え、前記変倍光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。
6. 請求項５に記載の撮像レンズ装置と、撮像素子と、前記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前記撮像レンズ装置及び撮像素子に実行させる機能部とを具備することを特徴とするデジタル機器。

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