JP5280705B2

JP5280705B2 - 変倍光学系および撮像装置

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Publication number: JP5280705B2
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Inventors: 右恭富岡
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Filing date: 2008-02-29
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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の需要が増大しているが、近年では変倍可能なものも求められている。このような監視カメラ用の変倍光学系としては、低照度の撮影条件下でも被写体を特定できるように大口径比の明るい光学系であることが要求される。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。

大口径比でありながら、小型で良好な光学性能を有し、監視カメラに搭載可能な変倍光学系としては、例えば、下記特許文献に記載のものが知られている。下記特許文献に記載の光学系は、物体側から順に、負の第１群と、絞りと、正の第２群とからなり、第２群は物体側から順に、２枚の両凸レンズ、負メニスカスレンズ、両凸レンズが配されてなる４枚構成を採っている。
特開２００６−１１９５７４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上記要望を満たすためには、口径比を小さくする等の変更が必要になり、その場合には、監視カメラ用途における低照度の撮影条件下での使用が困難になる虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で大口径比でありながら、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。

本発明の第１の変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、該第２レンズ群を光軸上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群の移動により行い、前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ群と、正レンズ群とが配されてなり、前記第２レンズ群は、物体側から順に、サブレンズ群と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正の屈折力を有する両凸レンズとが配されてなる５枚構成であり、前記サブレンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する両凸レンズであり光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成された非球面を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとからなり、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第１レンズの焦点距離をｆ２１としたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするものである。
１．２＜ｆ２１／ｆ２＜４．５ … （１）
また、本発明の第２の変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、該第２レンズ群を光軸上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群の移動により行い、前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ群と、正レンズ群とが配されてなり、前記第２レンズ群は、物体側から順に、サブレンズ群と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正の屈折力を有する両凸レンズとが配されてなる５枚構成であり、前記サブレンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する両凸レンズであり光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成された非球面を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとからなり、前記第２レンズおよび前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄ２ｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とするものである。
νｄ２ｍ＞６０．０ … （２）

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。

本発明の変倍光学系は、第２レンズ群のサブレンズ群において、非球面レンズの第１レンズの像側に２枚の正レンズである第２，第３レンズを配置している。必要な正パワーを２枚のレンズに分散して持たせることにより、第１レンズの製造誤差に対する感度を低減することができるとともに、第２，第３レンズで発生する軸上色収差を抑制することができ、高画質の画像を取得可能なより高い光学性能を得ることが容易になる。

また、本発明の変倍光学系においては、前記第１レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負の屈折力を有する両凹レンズと、正レンズとが配されてなる３枚構成としてもよい。あるいは、前記第１レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと、負の屈折力を有する両凹レンズと、正レンズとが配されてなる４枚構成としてもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、前記第１レンズ群が少なくとも１つの正レンズを有し、前記第１レンズ群が有する前記少なくとも１つの正レンズのｄ線におけるアッベ数をνｄ１ｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
νｄ１ｐ＜２１．０ … （３）

ここで、第１レンズ群が有する正レンズのうち、最も像側に配された正レンズが条件式（３）を満たすことが好ましく、この場合には軸上色収差の補正に有利となる。

また、本発明の変倍光学系においては、前記第２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３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。撮像装置とは、例えば、テレビカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ等である。

本発明の変倍光学系は、物体側から順に、負レンズ群と正レンズ群とからなり全体として負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、この第２レンズ群の最も物体側のサブレンズ群において、非球面レンズを効果的に配置し、該非球面レンズの像側に２つの正レンズを配置して正パワーを分散させる構成を採っているため、小型で大口径比でありながら、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、小型に構成可能であり、低照度の撮影条件下においても良好に使用可能で、高画質の映像を得ることができる。

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３〜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３〜実施例６の変倍光学系に対応している。なお、図２は、本発明に対する参考例にかかる変倍光学系の構成を示す断面図であり、後述の参考例２の変倍光学系に対応している。

図１、図３〜図６に示す実施例１、実施例３〜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、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備えている。このような負のパワーが先行する構成は、広角化に適し、バックフォーカスの確保も比較的容易であるという特長を有している。

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２レンズ群Ｇ２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、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚ上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、その変倍に伴う像面位置の補正を第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚ上で像面側に移動させることにより行うように構成されている。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図１に実線の矢印で示した軌跡を描くように移動する。また、この変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚに沿って移動させることによりフォーカシングを行うものであり、第１レンズ群Ｇ１は、フォーカス群としての機能も兼ねている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する負レンズ群Ｇ１ｎと、正の屈折力を有する正レンズ群Ｇ１ｐとが配されてなる。図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は３枚構成であり、負レンズ群Ｇ１ｎは物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１１と、負の屈折力を有する両凹レンズであるレンズＬ１２とからなり、正レンズ群Ｇ１ｐは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１３とからなる。

図１に示す例のように、レンズ系の最も物体側に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを配置することで、望遠端での球面収差の補正がしやすくなるとともに、広角化に有利となる。

第２レンズ群Ｇ２は、最も物体側に全体として正の屈折力を有するサブレンズ群Ｇ２ｓが配されている。サブレンズ群Ｇ２ｓは、物体側から順に、正の屈折力を有し少なくとも１面が非球面とされた第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとからなる。

サブレンズ群Ｇ２ｓの第１レンズ、第２レンズ、第３レンズとしてはそれぞれ、図１に示す例では、近軸領域において両凸形状のレンズＬ２１、両凸形状のレンズＬ２２、両凸形状のレンズＬ２３が対応する。また、図１に示す例では、第２レンズ群Ｇ２は、サブレンズ群Ｇ２ｓの像側にさらに、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ２４と、正の屈折力を有する両凸レンズであるレンズＬ２５を有する５枚構成となっている。

本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の構成を、前述の特許文献（特開２００６−１１９５７４号公報）に記載された光学系の構成と比較すると、特許文献の第２レンズ群は、物体側から順に、非球面形状の両凸レンズ、両凸レンズ、負メニスカスレンズ、両凸レンズからなる４枚構成である。すなわち、特許文献では第２レンズ群の非球面レンズと負メニスカスレンズの間に１枚の両凸レンズを配置しているところを、本実施形態では２枚の両凸レンズとしている点が大きく異なる。本実施形態のように、必要とされる正パワーを２枚のレンズに分散して持たせることにより、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ（図１ではＬ２１）の製造誤差に対する感度を低減することができるとともに、特に瞳径の大きな領域を通る光線により第２，第３レンズで発生する軸上色収差を抑制することができ、高画質の画像を取得可能なより高い光学性能を得ることが容易になる。

さらに、第２レンズ群Ｇ２においては、最も物体側のレンズＬ２１を非球面レンズとすることで、大口径比に伴って発生する球面収差の補正をしやすくなり、大口径比を確保しやすくなる。より詳しくは、レンズＬ２１は、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１により発散された光束を収束させるために両凸レンズとすることが好ましいが、仮に、レンズＬ２１が球面レンズで構成されている場合には、光軸から離れて周辺に向かうに従い、正のパワーが強くなり、周辺部ほど球面収差が補正過剰となる虞がある。

これに対して、本実施形態のように、レンズＬ２１を非球面レンズとして、図１に示す例のように、レンズＬ２１の形状を光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成すれば、球面収差が補正過剰となるのを防止し、球面収差の発生量を抑制することができるため、大口径比を実現するのが容易となる。

また、レンズＬ２１を非球面レンズとすることで、色収差を含めた諸収差の補正がしやすくなり、小型化を図りつつ高い光学性能を確保することが容易になる。特に、図１に示す例のように、物体側の面Ｓ８および像側の面Ｓ９の両面が非球面とされた両凸レンズとすることにより、より高い収差補正効果を得ることができる。また、サブレンズ群Ｇ２ｓを全て両凸レンズで構成した場合には、第１レンズ群Ｇ１により発散された光束を収束させるために必要とされる正パワーを確保しやすくなり、少ないレンズ枚数で小型化を図りつつ、効率良く収差補正することができる。

本変倍光学系では、上述した構成を採用することにより、大口径比を維持しつつコンパクトな構成で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可能となっている。例えば、図１に示す変倍光学系は、３枚の第１レンズ群Ｇ１と５枚の第２レンズ群Ｇ２からなる全体として８枚構成の系であり、変倍光学系としてはコンパクトに構成されている。

しかし、本発明の変倍光学系は、図１に示すレンズ枚数やレンズ形状に限定されず、後述の実施例のように各種の態様をとることができる。例えば、本発明の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２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３レンズ群をさらに備えるようにしてもよい。この第３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。具体的には、撮像素子として、６ｍｍサイズのＣＣＤを８ｍｍサイズのＣＣＤに変更する場合等に対応可能である。

本発明の変倍光学系は、上記構成に加え、さらに以下の好ましい態様を採用することにより、さらに良好な光学性能を得ることができる。以下に好ましい態様を列挙する。

本変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、第１レンズの焦点距離をｆ２１としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
１．２＜ｆ２１／ｆ２＜４．５ … （１）

条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ２と第１レンズの焦点距離の比に関するものであり、いわば、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力に対する第１レンズの寄与度の好適な範囲を示している。条件式（１）の上限を超えると、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力に対する第１レンズの寄与度が小さくなり、第１レンズよりも像側に配置される他のレンズの負荷が大きくなり、軸上色収差の補正において不利となる。条件式（１）の下限を超えると、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力に対する第１レンズの寄与度が大きくなり、第１レンズの製造誤差により生じる性能劣化が増大してしまう。

また、本変倍光学系は、サブレンズ群Ｇ２ｓの第２レンズおよび第３レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄ２ｍ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、サブレンズ群Ｇ２ｓの第２レンズおよび第３レンズで発生する軸上色収差が増大してしまう。
νｄ２ｍ＞６０．０ … （２）

正レンズである第２レンズおよび第３レンズは、低分散材質からなることが好ましく、より良好な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。
νｄ２ｍ＞８０．０ … （２−１）

また、現在光学部品に使用可能な材質の特性を考慮すると、サブレンズ群Ｇ２ｓの第２レンズおよび第３レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値νｄ２ｍは、下記条件式（２−２）を満たすことが好ましい。
νｄ２ｍ＜９７．０ … （２−２）

また、本変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１が少なくとも１つの正レンズを有し、第１レンズ群Ｇ１が有するこの少なくとも１つの正レンズのｄ線におけるアッベ数をνｄ１ｐ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）の上限を超えると、望遠端側において軸上色収差の増大を招いてしまう。
νｄ１ｐ＜２１．０ … （３）

なお、本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、小型化および大口径比を図ることができ、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と、本発明に対する参考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、そのレンズ構成は、前述したとおりである。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズＬ２１の物体側の面Ｓ８と像側の面Ｓ９は非球面となっている。開口絞りＳｔは、絞り径が可変であり、位置は固定されている。

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および参考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と開口絞りＳｔの間隔、開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２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と記載している。

表３の各種データに、広角端と望遠端における、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。

＜参考例２＞
参考例２のレンズ断面図は、図２に示したものである。参考例２の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズのレンズＬ１１、両凹レンズのレンズＬ１２、正メニスカスレンズのレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は、近軸領域において物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズのレンズＬ２１、両凸レンズのレンズＬ２２、両凸レンズのレンズＬ２３、負メニスカスレンズのレンズＬ２４、両凸レンズのレンズＬ２５の５枚構成である。レンズＬ２１の物体側の面Ｓ８と像側の面Ｓ９は非球面である。

参考例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のレンズ断面図は、図３に示したものである。実施例３の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズのレンズＬ１１、両凹レンズのレンズＬ１２、正メニスカスレンズのレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズのレンズＬ２１、両凸レンズのレンズＬ２２、両凸レンズのレンズＬ２３、両凹レンズのレンズＬ２４、両凸レンズのレンズＬ２５の５枚構成である。レンズＬ２１の物体側の面Ｓ８と像側の面Ｓ９は非球面である。

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のレンズ断面図は、図４に示したものである。実施例４の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズのレンズＬ１１、両凹レンズのレンズＬ１２、正メニスカスレンズのレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズのレンズＬ２１、両凸レンズのレンズＬ２２、両凸レンズのレンズＬ２３、負メニスカスレンズのレンズＬ２４、両凸レンズのレンズＬ２５の５枚構成である。レンズＬ２１の物体側の面Ｓ８と像側の面Ｓ９は非球面である。

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のレンズ断面図は、図５に示したものである。実施例５の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズのレンズＬ１１、負メニスカスレンズのレンズＬ１２、両凹レンズのレンズＬ１３、正メニスカスレンズのレンズＬ１４の４枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズのレンズＬ２１、両凸レンズのレンズＬ２２、両凸レンズのレンズＬ２３、負メニスカスレンズのレンズＬ２４、両凸レンズのレンズＬ２５の５枚構成である。レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１０と像側の面Ｓ１１は非球面である。

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６＞
実施例６のレンズ断面図は、図６に示したものである。実施例６の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とからなる。第１レンズ群Ｇ１は負メニスカスレンズのレンズＬ１１、両凹レンズのレンズＬ１２、正メニスカスレンズのレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は、近軸領域において両凸レンズのレンズＬ２１、両凸レンズのレンズＬ２２、両凸レンズのレンズＬ２３、負メニスカスレンズのレンズＬ２４、両凸レンズのレンズＬ２５の５枚構成である。第３レンズ群Ｇ３は、変倍時に移動しない固定群であり、両凹レンズのレンズＬ３１、両凸レンズのレンズＬ３２の２枚構成からなる。実施例６においては、可変Ｄ３は上述の実施例とは異なり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔になる。レンズＬ２１の物体側の面Ｓ８と像側の面Ｓ９は非球面である。

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、参考例２、実施例３〜６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、参考例２、実施例３〜６のいずれも、条件式（１）〜（３）を満足している。

図７〜図１２に、実施例１、参考例２、実施例３〜６にかかる変倍光学系の広角端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７〜図１２の各図において、広角端のものにはＷＩＤＥ、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、参考例２、実施例３〜６は、約２．８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１．１１〜１．６３と大口径比の明るいレンズ系となっており、また、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。

図１３に、本発明の変倍光学系を撮像装置である監視カメラに適用した概略構成図を示す。図１３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１３では、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とを有する変倍光学系１を概略的に示している。

また、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（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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１は、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は小型に構成可能であり、低照度の撮影条件下においても良好に使用可能であり、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。

また、上記実施形態では、撮像装置として監視カメラを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。

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に対する参考例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例１にかかる変倍光学系の各収差図本発明に対する参考例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
Ｇ１ｎ正レンズ群
Ｇ１ｐ負レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ２ｓサブレンズ群
Ｓｔ開口絞り
Ｚ光軸

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
該第２レンズ群を光軸上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群の移動により行い、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ群と、正レンズ群とが配されてなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、サブレンズ群と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正の屈折力を有する両凸レンズとが配されてなる５枚構成であり、
前記サブレンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する両凸レンズであり光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成された非球面を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとからなり、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第１レンズの焦点距離をｆ２１としたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
１．２＜ｆ２１／ｆ２＜４．５ … （１）
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
該第２レンズ群を光軸上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群の移動により行い、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズ群と、正レンズ群とが配されてなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、サブレンズ群と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正の屈折力を有する両凸レンズとが配されてなる５枚構成であり、
前記サブレンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する両凸レンズであり光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成された非球面を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズとからなり、
前記第２レンズおよび前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｄ２ｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
νｄ２ｍ＞６０．０ … （２）
前記第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負の屈折力を有する両凹レンズと、正レンズとが配されてなる３枚構成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。
前記第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと、負の屈折力を有する両凹レンズと、正レンズとが配されてなる４枚構成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。
前記第１レンズ群が少なくとも１つの正レンズを有し、前記第１レンズ群が有する前記少なくとも１つの正レンズのｄ線におけるアッベ数をνｄ１ｐ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１から４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
νｄ１ｐ＜２１．０ … （３）
前記第２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３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５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
請求項１から６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。