JP2014202841A5 - - Google Patents

Description

ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

本発明はズームレンズに関し、特に、監視カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ等の撮像装置に用いる撮像レンズとして好適なものである。

固体撮像素子を用いた撮像装置には、固体撮像素子の高精細化に対応できる高い光学性能を有する撮影レンズであることが要望されている。

例えば近年、監視市場の急速な拡大に伴い、監視カメラ用の撮影レンズは、１台の監視カメラで広域な範囲の撮影（広画角化）が容易で、しかも高ズーム比のズームレンズであることが要望されている。更に監視の自由度を向上させることができる構成や、設置性や目立ちにくさの観点等から小型であること、そして撮像の際の光量が不足する暗い環境での監視もできるように、できるだけ明るい（ＦＮｏが小さい）撮像レンズであることも等が要望されている。

また、近年、撮像装置には高画質化の観点において、ＳＤ（Standard Definition）画質から、メガピクセル、フルＨＤ（High Definition）画質への移行が加速している。これら高精細な撮像素子に対応可能な、高い光学性能を有する撮像レンズであることも望まれている。

広画角で全系が小型のズームレンズとして例えば、物体側より像側へ順に、負・正・負の屈折力の第１レンズ群乃至第３レンズ群より構成されるネガティブリード型の３群ズームレンズが知られている（特許文献１，２）。特許文献１は、レンズ全長の短縮を狙いつつ高い光学性能を有するズームレンズを開示している。特許文献２は、全系の小型化を図りつつ、広画角化、および高ズーム比化を図ったズームレンズを開示している。

特開２００８−１５１９４７号公報 特開２０１０−４９１８９号公報

前述したネガティブリード型の３群ズームレンズは、全系の小型化を図りつつ、広画角化かつ高ズーム比化及び大口径比化を達成するのが比較的容易である。しかしながらそのような特徴のあるズームレンズを得るには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力や各レンズ群のレンズ構成、そしてズーミングに際しての移動レンズ群の移動量等を適切に設定することが重要になってくる。

例えば広角端と望遠端における第２レンズ群の結像倍率、広角端と望遠端における第３レンズ群の結像倍率、第１，第２，第３レンズ群の屈折力、そして第１レンズ群を構成する各レンズの材料等を適切に設定することが重要である。これらの構成が不適切であると、広画角で明るいＦナンバーを有しつつ高い光学性能のズームレンズを得るのが大変困難になってくる。前述の特許文献１，２の３群ズームレンズは、例えば監視カメラ用のズームレンズとしては広画角化及び明るさ（Ｆナンバー）が必ずしも十分でなかった。

本発明は、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比、大口径で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動し、広角端に比べて望遠端において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が物体側に位置し、フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
２．５＜β２ｔ／β２ｗ＜４．５
０．３５＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．８０
−１．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．５
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、レンズ系全体がコンパクトで、広画角、高ズーム比、大口径で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られるズームレンズが得られる。

実施例１の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例２の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例３の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 実施例４の広角端におけるレンズ断面と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端における諸収差図 本発明のズームレンズをドームカバーに適用したときのレンズ断面図 本発明のズームレンズを監視カメラに適用したときの要部概略図

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置を図面に基づいて説明する。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成されている。ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動する。また、広角端に比べて望遠端において、第２レンズ群と第３レンズ群が物体側に位置する。また、フォーカシングに際して第３レンズ群が移動する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比４．９、開口比１．５４〜３．５０のズームレンズである。

図３は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比４．５、開口比１．４３〜２．８０のズームレンズである。

図５は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比４．０、開口比１．４６〜２．８０のズームレンズである。

図７は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例４はズーム比３．７、開口比１．４４〜２．６８のズームレンズである。

図９は、本発明のズームレンズをドームカバー付の監視カメラに適用したときのレンズ断面図である。図１０は本発明のズームレンズを有する監視カメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の光学機器に用いても良く、このときは、左方がスクリーン、右方が被投影画像となる。レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。

矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。第３レンズ群Ｌ３に関する矢印３ａは無限遠にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動軌跡を示す。また矢印３ｂは近距離にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動軌跡を示す。第３レンズ群Ｌ３に関する矢印Ｆは無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての移動方向を示している。

収差図のうち、球面収差図においては、実線のｄはｄ線、点線のｇはｇ線を示している。ＦｎｏはＦナンバーである。非点収差図において、点線のΔＭはメリディオナル像面、実線のΔＳはサジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角である。尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

各実施例は物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３より構成される３群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際しては各レンズ群が矢印の如く移動する。具体的には広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群は単調に物体側に移動し、第３レンズ群は物体側に移動する。

各実施例のズームレンズにおけるズームタイプは、少ないレンズ群構成で小型化に有利なネガティブリードタイプとしつつ、隣り合うレンズ群の間隔を変化させてズーミングを行うために好適なレンズ構成としている。広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３（ともにバリエーター、変倍レンズ群）を移動させることにより行い、変倍を行っている。そして変倍に伴う像面変動を第１レンズ群Ｌ１（コンペンセーター、補正レンズ群）で補正している。

さらに、各レンズ群の移動に関しては、第２レンズ群Ｌ２の変倍（広角端と望遠端の横倍率比）作用に加え、第３レンズ群Ｌ３においても積極的に変倍効果を持たせている。これにより、ズーミングに際してのレンズ群の移動量の増大を軽減しつつ、全系の小型化を維持しながら高ズーム比化を図っている。

フォーカシングに際しては、第３レンズ群Ｌ３が移動する。これは、レンズ径を小さくしやすい第３レンズ群Ｌ３で行うことによりフォーカス駆動のためのレンズ鏡筒の構成を小さくして、撮像装置としての小型化に好適な構成としている。広角端と望遠端における第２レンズ群Ｌ２の横倍率を各々β２ｗ，β２ｔとする。広角端と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の横倍率を各々β３ｗ，β３ｔとする。第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を各々ｆ１，ｆ２とする。このとき、
２．５＜β２ｔ／β２ｗ＜４．５ ・・・（１）
０．３５＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．８０ ・・・（２）
−１．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．５ ・・・（３）
なる条件式を満足する。

条件式（１）は広角端と望遠端における第２レンズ群Ｌ２の横倍率比を適切に設定している。条件式（２）は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端における好ましい横倍率比、すなわち変倍分担の条件を適切に設定したものである。各実施例のズームレンズでは高ズーム比化を図るため、変倍分担を第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３に振り分け、ズーミングに際しての移動量を抑え（レンズ全長を抑制し）て、全系の小型化を図っている。そのためにまずズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動により変倍比を一定量確保しつつ、第３レンズ群Ｌ３の変倍比を効果的に得ている。

条件式の（１）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２による変倍分担が大きすぎると、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量が増大し、レンズ全長が増大して全系の小型化が困難になる。条件式（１）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２による変倍分担が小さくなりすぎると、その代わりに第３レンズ群Ｌ３で変倍効果を得なければならず、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が増大し、全系の小型化が困難になる。

条件式（２）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなり過ぎると、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなる。また諸収差が多く発生し、これを補正するためにレンズの枚数を増やせねばならず全系の小型化が困難になる。条件式（２）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の変倍分担が大きくなり過ぎると、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大し、全系の小型化が困難になる。

条件式（３）は、変倍レンズ群の1つである第２レンズ群Ｌ２の焦点距離と、広画角化のために負の屈折力が必要とされる第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の関係を設定している。第１レンズ群Ｌ１は、広画角化のためにズームレンズ全体をネガティブリードタイプとして、比較的強い負の屈折力を有する必要がある。

それと同時に、変倍に伴う像面変動の補正レンズ群として、適切な値の負の屈折力が必要となる。さらに、第２レンズ群Ｌ２には変倍効果を与えるために所定量の正の屈折力を持たせる必要があり、第１レンズ群Ｌ１との屈折力のバランスを適切に設定することが必要となる。条件式（３）はこのために設定したものである。

条件式（３）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さく（負の屈折力が強く）なると、それにより像面湾曲や色収差が増大してくる。加えて、条件式（３）の上限を超えるということは、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が大きくなる傾向にもなり得る。それにより第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が小さくなりすぎてしまい、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、レンズ全長や前玉有効径が大型化してくる。

条件式（３）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が大きく（負の屈折力が弱くなる）なると、変倍に伴う像面変動を補正するために第１レンズ群Ｌ１の広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動量が増大する。この結果、レンズ全長や前玉有効径が大型化してくる。加えて、条件式（３）の下限を超えるということは、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が小さくなる傾向にもなり得る。それにより第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が大きくなりすぎてしまい、球面収差などの諸収差が増加してくる。好ましくは条件式（１）乃至条件式（３）の数値範囲を以下の如く限定するのが良い。

２．６＜β２ｔ／β２ｗ＜４．０ ・・・（１ａ）
０．３８＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．６５ ・・・（２ａ）
−０．９８＜ｆ１／ｆ２＜−０．７０ ・・・（３ａ）
各実施例において、更に好ましくは以下の条件式のうち少なくとも１つを満足するのが良い。

第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。第１レンズ群Ｌ１は、正レンズと少なくとも２枚の負レンズを有しており、第１レンズ群Ｌ１に含まれる負レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄ１ｎ、第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄ１ｐとする。アッベ数ν１ｐは正レンズが１枚のときは、該正レンズの材料のアッベ数である。なお、材料のアッベ数νｄは以下のように定義される。

ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をｎｄ、
Ｆ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率をｎＦ、
Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をｎＣとする。このとき
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
である。

広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。望遠端における全系の焦点距離をｆｔとする。第２レンズ群Ｌ２は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを含み、接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をνｄ２ｐ、接合レンズを構成する負レンズの材料のアッベ数をνｄ２ｎとする。第３レンズ群Ｌ３は１枚の負レンズから構成されており、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の移動量をＭ３とする。

ここで移動量Ｍ３は広角端における第３レンズ群Ｌ３の光軸上の位置と望遠端における第３レンズ群Ｌ３の光軸上の位置の差である。ここで移動量Ｍ３の符号は正とする。このとき、次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

−０．６５＜ｆ２／ｆ３＜−０．２５ ・・・（４）
２．３＜νｄ１ｎ／νｄ１ｐ＜３．５ ・・・（５）
−３．３＜ｆ１／ｆｗ＜−１．９ ・・・（６）
０．５２＜ｆ２／ｆｔ＜０．８０ ・・・（７）
２．１＜νｄ２ｐ／νｄ２ｎ＜３．０ ・・・（８）
−４．５＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−２．５ ・・・（９）
−３．３＜ｆ３／Ｍ３＜−１．５ ・・・（１０）
１．１５＜β３ｔ／β３ｗ＜１．６０ ・・・（１１）
次に前述した各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（４）は、第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３の屈折力を適切に設定したものである。各実施例において、第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３は、ともに増倍効果を担うレンズ群となる。このため、二つのレンズ群の屈折力の条件を適切に設定し、全系の小型化を維持しつつ高ズーム比化を図っている。

条件式（４）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎると、球面収差やコマ収差などの諸収差が増加してくる。条件式（４）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強くなりすぎると、コマ収差などの諸収差が増加することに加え、第３レンズ群Ｌ３でフォーカスを行うときの物体距離変化による収差変動が大きくなってくる。条件式（５）は、第１レンズ群Ｌ１より生ずる倍率色収差を良好に補正するための条件である。

各実施例では広画角化と全系の小型化のために、物体側の負の屈折力のレンズ（以下、「負レンズ」という。）の材料に屈折率の高い材料を選択している。このとき、アッベ数が小さくなりすぎるため、色収差が多く発生してくる。各実施例では、これを第１レンズ群Ｌ１の正レンズの材料にアッベ数の小さな材料を使用することにより補正している。

条件式（５）の上限を超えると、正レンズの材料の平均アッベ数が小さくなり過ぎる傾向となるので、色収差の補正が過剰となる。条件式（５）の下限を超えると、正レンズの材料の平均アッベ数が大きくなり過ぎる傾向となるので、色収差の補正が不足してくる。

条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力を適切に設定することにより、広画角化及び全系の小型化を図りつつ、良好な光学性能を得るための条件である。条件式（６）の上限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなり過ぎると、ズーム全域において像面湾曲や色収差が大きく発生し、これらの諸収差の補正が困難になる。また、条件式（６）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が弱くなり過ぎると、広画角化が困難となり、しかも第１レンズ群Ｌ１の有効径が大型化して、全系の小型化が困難になる。

条件式（７）は、変倍を担う第２レンズ群Ｌ２の屈折力と、望遠端における全系の焦点距離の関係を適切に設定することにより、高ズーム比化と全系の小型化を図りつつ、良好な光学性能を得るための条件である。条件式（７）の上限を超えて、変倍を担う第２レンズ群Ｌ２の屈折力が小さくなり過ぎると、ズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２の移動量が大きくなり、全系の小型化が困難になる。条件式（７）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が大きくなり過ぎると、ズーム全域において像面湾曲や色収差が増大し、これらの諸収差の補正が困難になる。

条件式（８）は、第２レンズ群Ｌ２を構成する接合レンズに含まれる正レンズと負レンズの材料に関し、主にズーム全域での色収差の変動を抑制するためのものである。条件式（８）の上限を超えて、接合レンズに含まれる正レンズと負レンズの材料のアッベ数の差が大き過ぎると、色収差が補正過剰となってくる。また条件式（８）の下限を超えて、接合レンズに含まれる正レンズと負レンズの材料のアッベ数差が少なくなると、色収差が補正不足となり、特に望遠端において軸上色収差が大きくなってくる。

条件式（９）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力に関し、主に一定以上の変倍効果を持たせつつフォーカスを適切に行うためのものである。条件式（９）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強くなり過ぎると、非点収差や像面湾曲などの軸外収差が増加してくる。さらには、フォーカスに際しての第３レンズ群Ｌ３の敏感度が高くなり過ぎてしまい、最良ピント位置へのフォーカス制御が困難となり解像力が低下しやすくなる。

条件式（９）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が弱くなり過ぎると、フォーカスやズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３の移動量が多くなってきて、小型化が困難になる。

条件式（１０）は、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力とズーミングに際しての移動量に関し、条件式（１１）は第３レンズ群Ｌ３の変倍分担に関する。ここでは、第３レンズ群Ｌ３を１つの負レンズより構成し、第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群としての役割も考慮した第３レンズ群Ｌ３の適切な構成を特定している。条件式（１０）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強くなると変倍分担が増えすぎて、ズーミングに際して非点収差などの諸収差の変動が増大してくる。

条件式（１０）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が弱くなると、十分な変倍効果を得て、高ズーム比化を図るのが困難になる。

条件式（１１）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３に変倍効果を持たせ過ぎると、ズーミングに際して諸収差の変動が大きくなる。このため、第３レンズ群Ｌ３を複数枚のレンズで構成しなくてはならず、全系の小型化が困難になる。条件式（１１）の下限を超えると、第３レンズ群Ｌ３による変倍効果が少なくなってしまう。このため、第２レンズ群Ｌ２の変倍負担を大きくしなければならず、第２レンズ群Ｌ２のズーミングに際しての移動量が増大し、全系の小型化が困難になる。更に好ましくは条件式（４）乃至（１１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

−０．６０＜ｆ２／ｆ３＜−０．２９ ・・・（４ａ）
２．４＜νｄ１ｎ／νｄ１ｐ＜３．２ ・・・（５ａ）
−３．０＜ｆ１／ｆｗ＜−２．０ ・・・（６ａ）
０．５３＜ｆ２／ｆｔ＜０．７７ ・・・（７ａ）
２．２＜νｄ２ｐ／νｄ２ｎ＜２．９ ・・・（８ａ）
−４．３＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−２．６ ・・・（９ａ）
−３．１＜ｆ３／Ｍ３＜−１．７ ・・・（１０ａ）
１．１８＜β３ｔ／β３ｗ＜１．５０ ・・・（１１ａ）

以上のように本発明によれば、広画角で明るくしかもレンズ系全体がコンパクトで全ズーム範囲で高い光学性能のズームレンズが得られる。

各実施例において、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の変倍ための移動軌跡としては、広角端から望遠端へのズーミングに際していずれも像側から物体側に同じ方向に単調移動させる軌跡が良い。これによれば、移動軌跡範囲を共有させやすくなりレンズ全長の増大を抑えて、全系の小型化が容易になる。

各実施例では、第２レンズ群において色収差の発生を抑制しつつコマ収差や球面収差等の諸収差を良好に補正するために好適な材料を定めている。そして接合レンズを含めて色収差を効果的に補正していることに加え、正レンズのうち少なくとも１つの正レンズのレンズ面を非球面形状とすることにより大口径化（Ｆｎｏを小さく）したときに発生しやすい球面収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズより構成されるのが良い。更に第２レンズ群Ｌ２内の正レンズのレンズ面のうち、少なくとも１つのレンズ面は非球面形状であることが良い。この他、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１は像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより構成されるのが良い。

開口絞りに関しては、第２レンズ群Ｌ２の物体側に設置しており、ズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体で移動させている。開口絞りＳＰをズーミングに際して独立に移動させる構成としても良く、これによればフレア光線をカットする自由度が増す。第１レンズ群Ｌ１はプラスチック材よりなる負レンズＧ１ｎｒを有し、負レンズＧ１ｎｒの焦点距離をｆｎとする。第２レンズ群Ｌ２はプラスチック材よりなる正レンズＧ２ｐｒを有し、正レンズの焦点距離をｆｐとする。

このとき、
０．８５＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜１．１５ ・・・（１２）
なる条件式を満足する。更に好ましくは
０．９５＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜１．０５ ・・・（１２ａ）
とするのが良い。これによれば温度変化があり、プラスチックの屈折率が変化してもピント変動を少なくすることが容易となる。以下、各実施例のレンズ構成について説明する。

（実施例１）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１２、物体側が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３により構成している。正レンズＧ１３には高分散材料を使用することにより色収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により構成している。正レンズＧ２２と負レンズＧ２３は貼り合わせた接合レンズより構成しており、双方の材料のアッベ数の差を大きくとることにより色収差を良好に補正している。このとき正レンズＧ２１の両面は非球面形状である。

これはＦｎｏ（Ｆナンバー）を決定する軸上光束が広がる第２レンズ群Ｌ２に非球面を適切に配置し、大口径化で増加しやすい球面収差を良好に補正している。また第２レンズ群の正レンズの材料には（アッベ数が７０を超えるような）低分散材料を使用しており、これにより色収差を良好に補正している。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１により構成している。負レンズＧ３１は、両面を非球面形状とすることにより、非点収差などの軸外収差を良好に補正している。

（実施例２）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３により構成している。第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４、により構成している。正レンズＧ２２と正レンズＧ２３は貼り合わせた接合レンズより構成している。正レンズＧ２４の両面は非球面形状である。第３レンズ群Ｌ３は、両凹形状の負レンズＧ３１により構成している。負レンズＧ３１は両面を非球面形状としている。

（実施例３）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３により構成している。第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４より構成している。正レンズＧ２２と正レンズＧ２３は貼り合わせた接合レンズより構成している。正レンズＧ２４の両面は非球面形状である。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１により構成している。

（実施例４）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１３により構成している。第２レンズ群Ｌ２は、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、物体側の面が凹でメニスカス形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４より構成している。正レンズＧ２２と正レンズＧ２３は貼り合わせた接合レンズより構成している。正レンズＧ２４の両面は非球面形状である。

第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸でメニスカス形状の負レンズＧ３１により構成している。なお、負レンズＧ１２と正レンズＧ２４は、プラスチックを使用した非球面レンズであり、ガラスを用いた場合に比べて軽量となっている。プラスチックは、ガラスに比べ温度変動による屈折率の変化が起こりやすいため、正レンズ、負レンズの異なる屈折力のレンズを組み合わせて温度変化によるピント移動を補正する構成とするのが良い。例えば、前述の条件式（１２）を満足することにより温度変動によるピント移動の影響が少ないレンズ系が得られる。

図９は本発明のズームレンズをドームカバー付きの監視カメラに適用したときのレンズ断面図である。図９において１１はドームカバーである。１３はズームレンズである。１４は撮像素子である。１２は光軸である。ドームカバー１１は、同心円形状で、おもにプラスチックを使用している。ドームカバー１１はズームレンズ１３に少なからず光学的な影響を与える。そのため、ズームレンズ１３をドームカバー付きを前提とした撮像装置に適用するときは、ドームカバー１１の影響（焦点距離や材質）を考慮した諸収差の補正を行うのが良い。

図１０は本発明のズームレンズを撮影光学系として用いた監視カメラ（撮像装置）の要部概略図である。図１０において、３０は監視カメラの本体、３１は各実施例で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮像光学系である。

３２は監視カメラの本体に内蔵され、撮影光学系３１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等の固体撮像素子である。３３は固体撮像素子３２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。 ３４は撮影した３２によって光電変換された被写体像を転送するためのネットワークケーブルである。撮像装置としては、監視カメラに限定されることなく、ビデオカメラやデジタルカメラ等においても同様に用いることができる。

以上のように、各実施例によれば小型かつ高ズーム比化としつつも広画角でＦｎｏ（Ｆナンバー）が小さいズームレンズおよびそれを有する撮像装置を得ることができる。

なお各実施例においては以下のような構成をとっても良い。
・各実施例に示したレンズの形状、レンズ枚数に限定されず、適宜変更すること。
・一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等の振動に伴う像ブレを補正すること。
・撮像装置に用いたときは電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差などを補正すること。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態や光学仕様（画角やＦｎｏ）に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
次に、本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、最も像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は非球面係数である。

非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、
ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａ４・ｈ⁴＋Ａ６・ｈ⁶＋Ａ８・ｈ⁸＋Ａ１０・ｈ¹⁰＋Ａ１２・ｈ¹²
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。尚、バックフォーカスＢＦは最も像側の面（ガラス面）からの距離で示している。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。

数値実施例１
面番号 r d nd νd
1 35.663 0.5 1.88300 40.8
2 4.200 1.77
3 -8.623 0.45 1.69680 55.5
4 -183.513 0.15
5 14.203 0.83 1.95906 17.5
6 369.341 (可変)
7 (絞り) ∞ 0.15
8* 4.802 2.51 1.55332 71.7
9* -10.615 0.15
10 6.103 2.07 1.49700 81.5
11 -7.106 0.3 1.91082 35.3
12 4.069 0.66
13 6.294 2.05 1.65160 58.5
14 -5.457 (可変)
15* -3.451 0.5 1.52996 55.8
16* -5.891 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1
18 ∞


非球面データ
第8面
K = 9.05896e-002 A 4=-9.47018e-004 A 6=-2.13084e-005
A 8= 6.56452e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.12356e-003 A 6=-1.12572e-005
A 8= 2.34346e-006
第15面
K =-9.49945e-001 A 4= 1.49791e-003
第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.96725e-003 A 6=-4.44964e-006


各種データ
ズーム比 4.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.22 5.26 10.84
Fナンバー 1.54 2.24 3.50
半画角（度） 43.1 17.2 8.3
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 28.71 23.62 26.42
BF 0.96 0.96 0.96


間隔 広角 中間 望遠
d 6 12.61 3.84 0.39
d14 1.5 1.67 2.4
d16 0.95 4.45 9.97


各群焦点距離
1群 -5.2
2群 6.24
3群 -16.93

数値実施例２
面番号 r d nd νd
1 11.105 0.45 1.88300 40.8
2 4.324 2.66
3 -10.868 0.45 1.71300 53.9
4 21.452 0.15
5 13.18 0.91 1.95906 17.5
6 74.58 (可変)
7 (絞り) ∞ 0.15
8 6.441 1.88 1.65100 56.2
9 39.955 0.15
10 5.474 2.7 1.49700 81.5
11 -8.868 0.4 1.90366 31.3
12 6.816 0.79
13* 4.000 2.5 1.58313 59.4
14* -8.842 (可変)
15*-11.359 0.5 1.53110 56.0
16* 27.326 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1
18 ∞


非球面データ
第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.62171e-003 A 6=-1.11145e-004
A 8=-4.67554e-006 A10= 2.19677e-007
第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.16177e-003 A 6=-1.88087e-004
A 8= 1.35738e-005
第15面
K = 1.84011e+001 A 4=-9.11143e-003 A 6= 1.36723e-003
A 8=-7.12965e-006
第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.15666e-003 A 6= 1.78403e-003
A 8=-1.01650e-004 A10=-3.23662e-006

各種データ
ズーム比 4.5
広角 中間 望遠
焦点距離 2.22 4.99 9.99
Fナンバー 1.43 1.92 2.8
半画角（度） 41.6 18.0 9.0
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 31.72 25.1 26.16
BF 0.49 0.49 0.49

間隔 広角 中間 望遠
d 6 14 4.4 0.4
d14 1.5 1.58 2.06
d16 1.43 4.33 8.92

各群焦点距離
1群 -5.93
2群 6.38
3群 -15.04

数値実施例３
面番号 r d nd νd
1 9.957 0.45 1.88300 40.8
2 4.038 2.63
3 -9.237 0.45 1.67790 50.7
4 27.184 0.15
5 10.952 0.93 1.95906 17.5
6 39.88 (可変)
7(絞り) ∞ 0.15
8 6.826 1.68 1.59522 67.7
9 32.839 0.15
10 5.165 2.62 1.49700 81.5
11 -8.958 0.4 1.90366 31.3
12 13.917 0.72
13* 6.015 2.6 1.53110 56.0
14* -6.094 (可変)
15 -7.324 0.5 1.69895 30.1
16 -36.247 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1
18 ∞

非球面データ
第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.15720e-003 A 6=-8.90259e-005
A 8= 1.50592e-006 A10= 4.75512e-007
第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.11284e-003 A 6=-9.90132e-005
A 8= 1.07057e-005 A10= 4.75512e-007

各種データ
ズーム比 4.0
広角 中間 望遠
焦点距離 2.25 4.78 9.08
Fナンバー 1.46 1.94 2.8
半画角（度） 41.3 18.9 9.9
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 30.71 24.57 25.39
BF
1.4 1.4 1.4

間隔 広角 中間 望遠
d 6 13.17 4.37 0.66
d14 1.6 1.6 1.6
d16 0.51 3.17 7.7

各群焦点距離
1群 -5.96
2群 6.13
3群 -13.23

数値実施例４
面番号 r d nd νd
1 9.289 0.45 1.88300 40.8
2 3.95 2.21
3* -7.165 0.45 1.53110 56.0
4* 11.346 0.26
5 9.211 0.85 1.95906 17.5
6 18.289 (可変)
7(絞り) ∞ 0.15
8 7.433 1.76 1.59522 67.7
9 359.638 0.15
10 6.586 2.45 1.49700 81.5
11 -7.122 0.4 1.90366 31.3
12 -97.504 0.7
13* 11.695 2.8 1.53110 56.0
14* -6.363 (可変)
15 -5.276 0.45 1.95906 17.5
16 -7.975 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1
18 ∞


非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.74059e-004 A 6= 2.03167e-004
A 8=-2.27527e-005 A10= 4.65790e-007
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.61895e-004 A 6= 9.17956e-005
A 8=-3.75886e-006 A10=-5.44049e-007 A12=-4.29687e-011
第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.06305e-003 A 6=-6.10543e-005
A 8= 4.66794e-006 A10=-4.84672e-008

第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.20813e-004 A 6=-2.69563e-005
A 8= 3.10471e-006


各種データ
ズーム比 3.7
広角 中間 望遠
焦点距離 2.24 4.27 8.33
Fナンバー 1.44 1.89 2.68
半画角（度） 41.6 21.2 10.8
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 28.73 24.77 25.21
BF 0.64 0.64 0.64

間隔 広角 中間 望遠
d 6 10.95 4.46 0.6
d14 1.85 2.17 4.02
d16 1.61 3.82 6.27

各群焦点距離
1群 -4.79
2群 6.05
3群 -17.69

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (13)

1. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように各レンズ群が移動し、広角端に比べて望遠端において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が物体側に位置し、フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
   広角端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗ、望遠端における前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｗ、望遠端における前記第３レンズ群の横倍率をβ３ｔ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ２．５＜β２ｔ／β２ｗ＜４．５
   ０．３５＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．８０
   −１．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．５
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   −０．６５＜ｆ２／ｆ３＜−０．２５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群は、正レンズと少なくとも２枚の負レンズを有し、前記第１レンズ群に含まれる負レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄ１ｎ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｄ１ｐとするとき、
   ２．３＜νｄ１ｎ／νｄ１ｐ＜３．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   −３．３＜ｆ１／ｆｗ＜−１．９
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   ０．５２＜ｆ２／ｆｔ＜０．８０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第２レンズ群は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを含み、該接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をνｄ２ｐ、前記接合レンズを構成する負レンズの材料のアッベ数をνｄ２ｎとするとき、
   ２．１＜νｄ２ｐ／νｄ２ｎ＜３．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、物体側の面が凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
   −４．５＜ｆ３／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−２．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第３レンズ群は１枚の負レンズから構成され、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の移動量をＭ３とするとき、
   −３．３＜ｆ３／Ｍ３＜−１．５
   
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のズームレンズにおいて、
    １．１５＜β３ｔ／β３ｗ＜１．６０
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
11. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. 前記第１レンズ群は、プラスチック材よりなる負レンズＧ１ｎｒを有し、前記第２レンズ群は、プラスチック材よりなる正レンズＧ２ｐｒを有し、前記負レンズＧ１ｎｒの焦点距離をｆｎ、前記正レンズＧ２ｐｒの焦点距離をｆｐとするとき、
    ０．８５＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜１．１５
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズ。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。