JP2009237400A - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変倍光学系において、比較的望遠側において変倍可能で小型の構成を有しながら、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を保持する。
【解決手段】変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４の４つのレンズ群を備える。広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は固定され、第２レンズ群Ｇ２を像側に移動させて変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を移動させて行う。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、正の第１１レンズＬ１１と、正の第１２レンズＬ１２と、負の第１３レンズＬ１３とを含む。第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正の第４１レンズＬ４１と、像側に凹面を向けた負の第４２レンズＬ４２と、正の第４３レンズＬ４３とを含む。第４レンズ群Ｇ４は少なくとも１面が非球面の正のレンズを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられる変倍光学系および撮像装置に関し、特に監視カメラ用途として好適に使用可能な変倍光学系および該変倍光学系を備えた撮像装置に関するものである。

従来、無人の施設を稼働させるために監視カメラが用いられている。近年では変倍可能なものが求められており、さらには設置場所等の関係から、望遠側への要求が高まってきている。また、監視カメラに適用する光学系としては、コンパクトで良好な光学性能を有するものが求められている。

このような用途の変倍光学系として、下記特許文献１，２に記載されたような、第１レンズ群と第３レンズ群を固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面の補正を第４レンズ群の移動により行う４群方式の変倍光学系が知られている。特許文献１に記載の変倍光学系は、第１レンズ群が、物体側から順に、負レンズ、正レンズ、正レンズからなる。特許文献２に記載の変倍光学系は、第３レンズ群が、両凸レンズと両凹レンズからなり、第４レンズ群が、物体側から順に、両凹レンズ、両凸レンズ、両凸レンズからなる。
特開２００６−３５８９号公報 特開２００７−３２８００６号公報

ところで、近年では、監視カメラ用途でも、より高画質な映像を望む声が高まってきており、特に１００万画素以上の撮像素子を有するカメラに対応可能な変倍光学系に対する要望が高まっている。しかしながら、従来の光学系において、比較的望遠側において変倍可能で小型の構成を有しながら、より高画質の画像を得ることは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、比較的望遠側において変倍可能で小型の構成を有しながら、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を保持する変倍光学系および該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の変倍光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群および第３レンズ群は固定され、第２レンズ群を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行い、第１レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズと、負の屈折力を有する第１３レンズとを含み、第４レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４２レンズと、正の屈折力を有する第４３レンズとを含み、かつ、第４レンズ群は少なくとも１面が非球面の正の屈折力を有するレンズを含むことを特徴とするものである。

なお、上記の各「レンズ群」は、複数のレンズから構成されるものだけでなく、単レンズのみで構成されるものも含むものとする。

上記構成の本発明の変倍光学系によれば、第１レンズ群が物体側から順に、正、正、負のパワー配置を有することにより光学系全長の短縮化に有利となり、第４レンズ群が物体側から順に、正、負、正のパワー配置を有することにより像面湾曲の良好な補正に有利となる。

本発明の変倍光学系においては、最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
３．８＜ＴＬ／ｆｗ＜６．７ … （１）
なお、上記のＴＬの算出の際には、バックフォーカス分については空気換算した距離を用いるものとする。例えば、最も像面側のレンズから像面までの間にフィルタ等の光学部材が存在する場合は、該光学部材を空気換算してＴＬを算出するものとする。

本発明の変倍光学系においては、第１２レンズおよび第１３レンズの合成の屈折力が負であるように構成することが好ましい。なお、第１２レンズおよび第１３レンズは接合レンズとして構成されていてもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、第１１レンズおよび第１２レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
νｄｍ＞６０ … （２）

また、本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズと、両凹レンズおよび正の屈折力を有するレンズの接合レンズとを含むように構成することが好ましい。その際に、第２レンズ群は、負の屈折力を有する単レンズの物体側あるいは接合レンズの像側に、正または負の屈折力を有するレンズをさらに含むように構成してもよい。また、第２レンズ群の接合レンズを構成する正の屈折力を有するレンズのｄ線における屈折率をＮｄｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
Ｎｄｐ＞１．７５ … （３）

また、本発明の変倍光学系においては、第３レンズ群が、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとを含むように構成することが好ましい。

その際に、第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３２レンズとの２枚の単レンズからなるように構成してもよく、あるいは、第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズおよび負の屈折力を有する第３２レンズの接合レンズからなるように構成してもよい。

本発明の変倍光学系においては、第３レンズ群が少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズを含む場合には、該正の屈折力を有するレンズの少なくとも１面が非球面であるように構成してもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、第４レンズ群の第４１レンズの少なくとも１面が非球面であるように構成することが好ましい。

なお、本発明の変倍光学系においては、第４レンズ群の像側に、変倍時に固定されている負の屈折力を有する第５レンズ群をさらに備えているように構成してもよい。

本発明の撮像装置は、上記記載の変倍光学系と、該変倍光学系によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の変倍光学系は、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う４群方式の変倍光学系において、第１レンズ群が物体側から順に、正、正、負のパワー配置を有し、第４レンズ群が物体側から順に、正、負、正、のパワー配置を有する構成とすることにより、比較的望遠側において変倍可能で小型化を図りつつ、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を実現することができる。

本発明の撮像装置は、本発明の変倍光学系を備えているため、比較的望遠側において変倍可能であり、小型に構成でき、高画質の映像を取得することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかる変倍光学系の構成を示す断面図であり、後述の実施例１の変倍光学系に対応している。また、図２〜図６は、本発明の別の実施の形態にかかる変倍光学系の構成を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２〜実施例６の変倍光学系に対応している。

図１〜図６に示す実施例１〜実施例６ともに、基本的な構成は同様であり、各図の図示方法も同様であるため、ここでは、図１を参照しながら、本発明の実施形態にかかる変倍光学系について説明する。

この変倍光学系は、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。

なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１では、左側が物体側、右側が像側であり、広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示したものであり、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の移動軌跡をその下に模式的に矢印で示している。

図１では、変倍光学系が撮像装置に適用される場合を考慮して、変倍光学系の結像面に配置された撮像素子５も図示している。撮像素子５は、変倍光学系によって結像された被写体の像を撮像するものであり、撮像素子５の撮像面が変倍光学系の結像面に位置するように配置される。

変倍光学系を撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と結像面（撮像面）の間にカバーガラスや、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１に示す例では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが第４レンズ群Ｇ４と撮像素子５との間に配置されている。

この変倍光学系は、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されている。つまり、第４レンズ群Ｇ４は、コンペンセータ群およびフォーカス群としての機能を兼備している。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１１レンズＬ１１と、正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２と、負の屈折力を有する第１３レンズＬ１３とを含むように構成される。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、正、正、負のパワー配置となっており、これにより、パワー配置が最適化され、レンズ長の短縮化を図ることができる。

第１レンズ群Ｇ１においては、上記の３つのレンズのうち、像側の２枚のレンズである第１２レンズＬ１２，第１３レンズＬ１３の合成の屈折力が負であるように構成することが好ましく、この場合は、２枚のレンズＬ１２，Ｌ１３を合成して１枚の負レンズとして考えることができる。このように考えると、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、１枚の正のレンズＬ１１と１枚の負レンズＬ１２＋１３からなると見なすことができる。図７の光軸Ｚより下側に、このときの第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離ｆ１と、レンズ長についての関係を模式的に示す。

これに対して、前述の特許文献１に記載の変倍光学系は、第１レンズ群が負、正、正のパワー配置で物体側の２枚のレンズの合成屈折力が正となっている。この特許文献１の変倍光学系において、物体側の２枚のレンズを合成することにより、第１レンズ群が２枚の正のレンズＬ１＋２，Ｌ３で構成されていると見なした場合の模式図を図７の光軸Ｚより上側に示す。

図７に明示されるように、第１レンズ群の合成焦点距離ｆ１が同じならば、本実施形態の変倍光学系の方が、特許文献１の変倍光学系よりも長さΔＤの分だけ、レンズ系の光軸方向の長さを短縮することができる。すなわち、本実施形態の変倍光学系の方が、より小型化を図ることができる。

なお、本変倍光学系の第１レンズ群Ｇ１においては、上記の第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３は接合レンズとして構成してもよい。空気間隔を排除した接合レンズとすることで小型化にさらに貢献できるとともに、製造時の組み込み誤差による性能劣化を回避することができる。

本変倍光学系の第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズ（図１に示す例では第２１レンズＬ２１）と、両凹レンズおよび正の屈折力を有するレンズの接合レンズ（図１に示す例では第２２レンズＬ２２および第２３レンズＬ２３の接合レンズ）とを含むように構成されることが好ましい。空気間隔を排除した接合レンズを採用することで小型化に寄与できるとともに、製造時の組み込み誤差による性能劣化を回避することができる。

なお、第２レンズ群Ｇ２は、上記の負の屈折力を有する単レンズの物体側あるいは接合レンズの像側に、正または負の屈折力を有するレンズをさらに含むように構成してもよい。この場合には、移動群である第２レンズ群Ｇ２で発生する収差を抑制でき、変倍に伴う収差変動を低減することができる。

本変倍光学系の第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとを含むように構成されることが好ましい。第３レンズ群Ｇ３で発生する軸上色収差を補正するためには、第３レンズ群Ｇ３は正レンズと負レンズをそれぞれ一枚以上有することが好ましい。

その際に、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３２レンズとの２枚の単レンズからなるように構成してもよい。この場合は、第３レンズ群Ｇ３で発生する軸上色収差の補正と、コンパクト性およびコスト性の両立を図ることができる。あるいは、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズおよび負の屈折力を有する第３２レンズの接合レンズからなるように構成してもよく、この場合には製造時の組み込み誤差による性能劣化を回避することができる。

また、本変倍光学系の第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズを含み、該レンズの少なくとも１面が非球面であるように構成してもよい。光線の密集する開口絞りＳｔ近傍の第３レンズ群Ｇ３において、少なくとも１面以上の非球面を採用することにより、高い光学性能とコンパクト性を確保しつつ、口径比を大きくして明るい光学系を得ることが可能になる。

本変倍光学系の第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズＬ４１と、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４２レンズＬ４２と、正の屈折力を有する第４３レンズＬ４３とを含むように構成される。

すなわち、第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、正、負、正のパワー配置を有している。ここで、図８Ａと図８Ｂを参照しながら、本実施形態の第４レンズ群Ｇ４の構成を、前述の特許文献２に記載された光学系の構成と比較しながら説明する。特許文献の第４レンズ群は、図８Ｂに模式的に示すように、物体側から順に、負、正、正のパワー配置をとっている。特許文献の第４レンズ群では、第４レンズ群に入射する光線を最も物体側の負の屈折力を有するレンズＬ４１１で跳ね上げた後に、その像側に続く正の屈折力を有する２つのレンズＬ４１２、Ｌ４１３により光線４を像面へ導いている。このため、光線が各レンズＬ４１２、Ｌ４１３を通過する際に大きく屈折されることを余儀なくされ、結果として像面湾曲の増大を招いてしまう。

これに対して、本実施形態の第４レンズ群Ｇ４は、図８Ａに模式的に示すように、物体側から順に、正、負、正のパワー配置を有している。本実施形態の第４レンズ群Ｇ４では、最も物体側の正の屈折力を有するレンズＬ４１が光を収束させるように作用するため、その像側に続く負、正の屈折力を有する２つのレンズＬ４２、Ｌ４３を光が通過する際には、大きく屈折させることなく光線３を像面へ導くことができる。よって、本実施形態の第４レンズ群Ｇ４によれば、像面湾曲の発生を極力抑制することができる。

また、本変倍光学系の第４レンズ群Ｇ４は少なくとも１面が非球面の正の屈折力を有するレンズを含むように構成される。少なくとも１面以上の非球面を有することにより、高い光学性能とコンパクト性を確保しつつ、口径比を大きくして明るい光学系を得ることが可能になる。

第４レンズ群Ｇ４の少なくとも１面以上の非球面を有する正のレンズは、上記第４１レンズＬ４１とすることが好ましい。第４レンズ群においては、物体側から像面へ向かうに従い、光線が収束する傾向にあるため、第４レンズ群Ｇ４の中で物体側に配置される第４１レンズＬ４１における光線高は高いものとなる。この第４１レンズＬ４１を非球面レンズとして、レンズの光軸近傍とレンズの周辺部の形状を最適化することにより、球面収差を良好に補正でき、口径比を大きくするのに有利となる。さらに、図１に示す例のように、第４１レンズＬ４１を両面が非球面の両凸レンズとした場合には、より高い収差補正効果を得ることができる。

また、本発明の変倍光学系は、第４レンズ群Ｇ４の像側に、正または負の屈折力を有する第５レンズ群をさらに備えるようにしてもよい。第５レンズ群としては例えば、変倍時に固定されている負の屈折力を有するレンズ群を考えることができ、この第５レンズ群を追加することにより、像サイズを変えることが可能になり、撮像素子のサイズ変更に対応可能となる。

本発明の変倍光学系は、上記構成に加え、さらに以下の条件式を満たすように構成することにより、さらに良好な光学性能を得ることができる。

本変倍光学系は、最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
３．８＜ＴＬ／ｆｗ＜６．７ … （１）

条件式（１）は、光軸方向の光学系の長さ、すなわち光学系全長と全系の焦点距離の比に関するものであ。条件式（１）の上限を超えると、光学系全長が長くなり、小型化が困難になる。条件式（１）の下限を超えると、望遠端における軸上の色収差が増大し、高画質の画像を取得することが困難になる。

なお、条件式（１）は、変倍光学系が上記第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４からなる場合だけでなく、第４レンズ群Ｇ４の像側に、正または負の屈折力を有する第５レンズ群をさらに備えた場合にも適用可能である。

本変倍光学系が、レンズ群として第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４のみを有する場合は、下記条件式（１−１）を満たすことがより好ましく、さらには下記条件式（１−２）を満たすことがより好ましい。
３．８＜ＴＬ／ｆｗ＜６．０ … （１−１）
４．２＜ＴＬ／ｆｗ＜５．５ … （１−２）

また、本変倍光学系は、上記の第１１レンズＬ１１および第１２レンズＬ１２のｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。条件式（２）の下限を超えると、特に望遠端での軸上色収差が増大し、光学性能の低下を招いてしまう。
νｄｍ＞６０ … （２）

正レンズである第１１レンズＬ１１および第１２レンズＬ１２は、低分散材質からなることが好ましく、より高い光学性能を得るためには、本変倍光学系は、下記条件式（２−１）を満たすことがより好ましい。

νｄｍ＞７０．０ … （２−１）

また、本変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２が、物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズと、両凹レンズおよび正の屈折力を有するレンズの接合レンズとを含むように構成された場合、該接合レンズを構成する正のレンズのｄ線における屈折率をＮｄｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。条件式（３）の下限を超えると、変倍に伴う第２レンズ群の移動量が増大し、光学系の小型化が困難となる。さらに、本変倍光学系は、小型化を図るためには下記条件式（３−１）を満たすことがより好ましい。
Ｎｄｐ＞１．７５ … （３）
Ｎｄｐ＞１．９ … （３−１）

本発明の変倍光学系が例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材質、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材質を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材質としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

非球面形状が形成されるレンズの材質としては、プラスチックを用いることが好ましく、この場合には、非球面形状を精度良く作製することができるとともに、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

本変倍光学系が、広い温度範囲で使用可能なことが要求される場合には、各レンズの材質としては線膨張係数の小さいものを用いることが好ましい。また、本変倍光学系が厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

以上説明したように、本実施形態の変倍光学系によれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、良好に収差補正を行いつつ、小型化を図ることができ、１００万画素以上の撮像素子を有するカメラに対応した高画質の画像を容易に得ることが可能になる。

次に、本実施形態にかかる変倍光学系の具体的な数値実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１のレンズ断面図は、図１に示したものであり、その主要な構成は前述したとおりである。

実施例１にかかる変倍光学系のレンズデータを表１に、非球面データを表２に、各種データを表３に示す。なお、下に述べる表１〜表３中の記号の意味は後述の実施例についても同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。レンズデータの曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

また、表１のレンズデータでは、非球面は面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表２の非球面データは、これら非球面に関する非球面係数を示すものである。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数Ｋ、Ｂｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＢｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
Ｋ、Ｂｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

表１のレンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔの間隔、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔、第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、可変Ｄ１、可変Ｄ２、可変Ｄ３、可変Ｄ４と記載している。

表３の各種データに、広角端、中間、望遠端における、全系の焦点距離、Ｆ値（Ｆｎｏ．）、全画角、可変Ｄ１、可変Ｄ２、可変Ｄ３、可変Ｄ４の値を示す。レンズデータおよび各種データにおける長さの単位としてはここではｍｍを用いている。

＜実施例２＞
実施例２のレンズ断面図を図２に示す。実施例１と比較して、実施例２は、第１レンズ群Ｇ１が全て単レンズで構成され、第３レンズ群Ｇ３が３枚の単レンズからなる点が大きく異なる。実施例２にかかる変倍光学系のレンズデータを表４に、非球面データを表５に、各種データを表６に示す。

＜実施例３＞
実施例３のレンズ断面図を図３に示す。実施例１と比較して、実施例３は、第１レンズ群Ｇ１が全て単レンズで構成され、第２レンズ群Ｇ２が４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３の物体側のレンズが両面非球面である点が大きく異なる。実施例３にかかる変倍光学系のレンズデータを表７に、非球面データを表８に、各種データを表９に示す。

＜実施例４＞
実施例４のレンズ断面図を図４に示す。実施例１と比較して、実施例４は、第２レンズ群Ｇ２が４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３が接合レンズからなる点が大きく異なる。実施例４にかかる変倍光学系のレンズデータを表１０に、非球面データを表１１に、各種データを表１２に示す。

＜実施例５＞
実施例５のレンズ断面図を図５に示す。実施例１と比較して、実施例５は、第４レンズ具Ｇ４の像側にさらに負の固定群である第５レンズ群Ｇ５を備える点が大きく異なる。実施例５にかかる変倍光学系のレンズデータを表１３に、非球面データを表１４に、各種データを表１５に示す。実施例５においては、可変Ｄ４は上述の実施例とは異なり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔になる。

＜実施例６＞
実施例６のレンズ断面図を図６に示す。実施例１と比較して、実施例６は、第３レンズ群Ｇ３の物体側のレンズが両面非球面である点が大きく異なる。実施例６にかかる変倍光学系のレンズデータを表１６に、非球面データを表１７に、各種データを表１８に示す。

表１９に、実施例１〜６における条件式（１）〜（３）に対応する値を示す。表１９からわかるように、実施例１〜６のいずれも、条件式（１）〜（３）を満足している。

図９〜図１４に、実施例１〜６にかかる変倍光学系の広角端、中間、および望遠端における、球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）の各収差図を示す。図９〜図１４の各図において、広角端のものにはＷＩＤＥ、中間のものにはＭＩＤＤＬＥ、望遠端のものにはＴＥＬＥと付している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはｇ線（波長４３６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値であり、非点収差図、歪曲収差図のωは半画角を示す。

以上のデータから、実施例１〜６は、約３．２倍の変倍光学系において、小型化を図りつつ、広角端でのＦ値が１．４３〜２．０３と比較的明るい光学系であり、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。

本発明の実施形態にかかる変倍光学系は、監視カメラ、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することが可能である。一例として図１５に、本発明の実施形態にかかる撮像装置としての監視カメラ１０の概略断面図を示す。図１５に示す監視カメラ１０は、レンズ装置６と、カメラ本体７とから構成される。レンズ装置６の内部には本発明の実施形態にかかる変倍光学系１が配置されている。なお、図１５では、変倍光学系１を概略的に示している。

カメラ本体７の内部には、変倍光学系１によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子５が配置されている。撮像素子５の具体例としては、変倍光学系により形成される光学像を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を挙げることができる。撮像素子５は、その撮像面が、変倍光学系１の結像面に一致するように配置される。

レンズ装置６の上方には、開口絞りＳｔの絞り径を変更するための絞り機構８が設けられている。レンズ装置６の下方には、変倍光学系１の倍率を変更するためのズームツマミ９と、変倍光学系１のフォーカスを調整するためのフォーカスツマミ１１が設けられている。

本発明の実施形態にかかる変倍光学系は、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は比較的望遠側において変倍可能であり、小型に構成可能であり、高画質の映像を得ることができる。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

本発明の実施例１にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第１レンズ群のパワー配置を説明するための図 本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第４レンズ群のパワー配置を説明するための図 従来の変倍光学系の第４レンズ群のパワー配置を説明するための図 本発明の実施例１にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例２にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例３にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例４にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例５にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例６にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略断面図

符号の説明

１ 変倍光学系
５ 撮像素子
６ レンズ装置
７ カメラ本体
８ 絞り機構
９ ズームツマミ
１０ 監視カメラ
１１ フォーカスツマミ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (14)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、
   広角端から望遠端への変倍の際には、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は固定され、前記第２レンズ群を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を前記第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行い、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズと、負の屈折力を有する第１３レンズとを含み、
   前記第４レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第４２レンズと、正の屈折力を有する第４３レンズとを含み、かつ、前記第４レンズ群は少なくとも１面が非球面の正の屈折力を有するレンズを含むことを特徴とする変倍光学系。
2. 最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
   ３．８＜ＴＬ／ｆｗ＜６．７ … （１）
3. 前記第１２レンズおよび前記第１３レンズの合成の屈折力が負であることを特徴とする請求項１または２に記載の変倍光学系。
4. 前記第１１レンズおよび前記第１２レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
   νｄｍ＞６０ … （２）
5. 前記第２レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する単レンズと、両凹レンズおよび正の屈折力を有するレンズの接合レンズとを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
6. 前記接合レンズを構成する前記正の屈折力を有するレンズのｄ線における屈折率をＮｄｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項５に記載の変倍光学系。
   Ｎｄｐ＞１．７５ … （３）
7. 前記第３レンズ群が、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
8. 前記第１２レンズおよび前記第１３レンズは接合レンズとして構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
9. 前記第３レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズと、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する第３２レンズとの２枚の単レンズからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
10. 前記第３レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズおよび負の屈折力を有する第３２レンズの接合レンズからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
11. 前記第３レンズ群が少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズを含み、該レンズの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
12. 前記第４１レンズの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の変倍光学系。
13. 前記第４レンズ群の像側に、変倍時に固定されている負の屈折力を有する第５レンズ群をさらに備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の変倍光学系と、
    該変倍光学系によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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