JP5931117B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は撮像装置に関し、例えば固体撮像素子を用いたビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ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用いる撮影光学系には、固体撮像素子の高精細化に加え、これに対応できる高い光学性能を有し、かつ広域撮影が容易な広画角のズームレンズであることが要望されている。特に、高画質化の観点においては、ＳＤ（Standard Definition）画質から、メガピクセル、フルＨＤ（High Definition）画質やそれ以上の画素数の撮像素子への対応が十分できる高い光学性能を有すること等が要望されている。
これらの要求を満足するズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群で構成され双方のレンズ群を移動させてズーミングを行うネガティブリード型の２群ズームレンズが知られている（特許文献１，２）。
特開２０１１−１１２９０９号公報 特開２０１１−１７５１７４号公報
近年、監視市場の急速な拡大に伴い監視カメラに用いるズームレンズには広域な範囲を1台のカメラで監視できるような広画角で夜間においても鮮明な撮影が容易となる明るい（ＦＮＯが小さい）ことが要望されている。この他、薄暮および夜間の撮影では、波長８００ｎｍ〜波長１０００ｎｍの近赤外光を利用して低照度下での撮影が容易となるように、可視光から近赤外領域までの広い波長域で色収差が良好に補正され、ピントずれが少ないこと等が要望されている。更に、屋内および屋外において場所を選ばず設置しやすくするために全系が小型であることも要望されている。
前述したネガティブリード型の２群ズームレンズにおいて、全系が小型でかつ広画角でありながら全ズーム領域にわたり高い光学性能を得るには各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。可視域から近赤外域までの広い波長域にわたり、色収差が良好に補正されピントずれを少なくするには広い波長域において全系の焦点距離の差が少なくなるようにレンズ構成を設定することが重要になってくる。
特許文献１の２群ズームレンズは、大口径比と全系の小型化を図っているが、近赤外域においてピント移動が多くなる傾向があった。特許文献２の２群ズームレンズは、可視光域から近赤外光域までの広い波長域に対応し、メガピクセル化に対応した高い光学性能を有しているがズーミングに際して、第１レンズ群と第２レンズ群の移動量が多く全系が大型化する傾向があった。
本発明は、広画角で、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が得られるズームレンズを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明の撮像装置は、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とを有する撮像装置において、
前記ズームレンズは物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群から構成され、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、２つの負レンズより成る負の屈折力の部分群１ａと、正の屈折力の部分群１ｂより構成され、
ズーミングに際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が互いに異なる軌跡で移動し、
前記ズームレンズの広角端における開放ＦナンバーをＦｎｏｗ、前記ズームレンズの望遠端における開放ＦナンバーをＦｎｏｔ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記ズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、波長８５０ｎｍの光に対する前記ズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗｒ、波長８５０ｎｍの光に対する前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔｒ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ａの焦点距離をｆ１ａ、前記固体撮像素子の画素ピッチをＰとするとき、
１．５＜Ｆｎｏｗ×（（ｆｗｒ−ｆｗ）／Ｐ）＜９．５
５．０＜Ｆｎｏｔ×（（ｆｔｒ−ｆｔ）／Ｐ）＜２８．０
−１．８０＜ｆ１ａ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．２２
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、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とを有する撮像装置が得られる。
実施例１に係るズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例１に係るズームレンズの広角端，中間ズーム位置，望遠端における収差図 実施例２に係るズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例２に係るズームレンズの広角端，中間ズーム位置，望遠端における収差図 実施例３に係るズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例３に係るズームレンズの広角端，中間ズーム位置，望遠端における収差図 実施例４に係るズームレンズの広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ） 実施例４に係るズームレンズの広角端，中間ズーム位置，望遠端における収差図 実施例１に係るズームレンズにおける広角端，中間ズーム位置，望遠端での光路図 本発明の監視カメラ（撮像装置）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について説明する。本発明の撮像装置に用いられるズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群から構成され、ズーミングに際して第１レンズ群と第２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。
図１は本発明の実施例１の撮像装置に用いられる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の撮像装置に用いられる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に係るズームレンズはズーム比２．３３、開口比１．２３〜１．８３である。
図３は本発明の実施例２の撮像装置に用いられる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の撮像装置に用いられる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に係るズームレンズはズーム比２．２８、開口比１．２４〜１．８３である。
図５は本発明の実施例３の撮像装置に用いられる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の撮像装置に用いられる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に係るズームレンズはズーム比２．３０、開口比１．２３〜１．７９である。
図７は本発明の実施例４の撮像装置に用いられる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の撮像装置に用いられる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に係るズームレンズはズーム比２．３１、開口比１．２３〜１．７３である。
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は実施例１に係るズームレンズにおける広角端、中間のズーム位置、望遠端における光路図である。実線は軸上光線、点線は最軸外光線である。図１０は本発明の撮像装置の要部概略図である。
各実施例において、広角端と望遠端は、変倍用のレンズ群（第２レンズ群Ｌ２）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。各実施例に係るズームレンズは撮像装置に用いられる。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。レンズ断面図及び光路図において、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レンズ群である。第１レンズ群Ｌ１は負の屈折力の部分群１ａと正の屈折力の部分群１ｂより構成されている。
部分群１ａは２つの負レンズから構成され、第１レンズ群Ｌ１に含まれるレンズの中で、部分群１ａよりも像側に配置されたレンズを合わせて部分群１ｂと定義する。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１レンズ群Ｌ１に関する矢印Ｚａは無限遠にフォーカス（合焦）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Ｚｂ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。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第１レンズ群Ｌ１の移動方向を示している。ズームレンズを構成する各レンズ群はズーミング時の間隔変化を基準に分けられており、各レンズ群は１枚又は複数枚のレンズより構成されている。
収差図において、各波長に関しては収差図の右上方に示しているｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、ＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）である。また波長８５０ｎｍを表示している。非点収差図においてΔＭ，ΔＳは各々ｄ線におけるメリディオナル像面、サジタル像面を表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）である。
球面収差においてはｄ線、ｇ線、Ｃ線、波長８５０ｎｍを表示し、非点収差においてはｄ線におけるΔＭ，ΔＳを表示し、歪曲収差においてはｄ線を表示している。倍率色収差においてはｄ線に対するＣ線、ｇ線、波長８５０ｎｍの収差を表示している。
本発明の撮像装置に用いられるズームレンズのズームタイプは、ネガティブリード（負群先行）型の２つのレンズ群よりなる２群ズームレンズである。負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔を変化させることにより変倍を行い、広画角化に好適なレンズ構成としている。像側に位置する正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を移動させることにより変倍を行い、それに伴う像面変動を物体側の負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１で補正している。可動レンズ群を２つのみとすることにより、鏡筒構造の簡略化を容易にしつつ、全系の小型化を図っている。
各実施例の撮像装置は、ズームレンズと、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とを有する。第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に開口絞りＳＰを有する。第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、２つの負レンズより成る負の屈折力の部分群１ａ、負レンズと正レンズを含む正の屈折力の部分群１ｂより構成されている。ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２が互いに異なった軌跡で移動する。
ズームレンズの広角端における開放ＦナンバーをＦｎｏｗ、ズームレンズの望遠端における開放ＦナンバーをＦｎｏｔとする。ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔとする。
波長８５０ｎｍの光に対するズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗｒ、波長８５０ｎｍの光に対するズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔｒとする。ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する部分群１ａの焦点距離をｆ１ａ、固体撮像素子の画素ピッチをＰとする。このとき、
１．５＜Ｆｎｏｗ×（（ｆｗｒ−ｆｗ）／Ｐ）＜９．５ ・・・（１）
５．０＜Ｆｎｏｔ×（（ｆｔｒ−ｆｔ）／Ｐ）＜２８．０ ・・・（２）
−１．８０＜ｆ１ａ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．２２ ・・・（３）
なる条件式を満足する。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。なお以下の説明において、各種のパラメータは特に断りが無い限り、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における数値を示す。条件式（１），（２）は、可視光（波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ）から近赤外光までの広い波長域においてピントずれを軽減し、広い波長域で高い解像力を得るためのものである。また条件式（１），（２）は、近赤外光（８５０ｎｍ）とｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の焦点距離、および解像度の要因となるＦナンバーＦｎｏと固体撮像素子のセンサーピッチ（画素ピッチ）を含めて特定している。
条件式（１）の上限を超えると、センサーピッチに対して波長８５０ｎｍの光に対する焦点距離とｄ線の焦点距離差が大きくなる傾向となる。このため、焦点位置のズレが大きくなり可視光から近赤外光までの波長域におけるピントずれが大きくなり、可視光から近赤外までの波長域において高い解像力を得ること（ピントずれを抑制すること）が困難となる。条件式（１）の下限を超えると、センサーピッチに応じた焦点位置のズレが小さくなる傾向となるが、これを実現するためには軸上色収差の補正のために材料を多用する構成が必要となり、全系の小型化が困難になる。
条件式（２）の上限を超えると、センサーピッチに対して波長８５０ｎｍの光に対する焦点距離とｄ線の焦点距離差が大きくなる傾向となる。このため、可視光領域から近赤外領域までの波長域においてピントずれを補正することが困難となる。
条件式（２）の下限を超えると、センサーピッチに応じた焦点位置のズレが小さくなる傾向となるが、これを実現するためには材料を多用する構成が求められ、全系の小型化が困難になる。
条件式（３）は、部分群１ａに比較的強い負のパワー（屈折力）を持たせることにより、レンズ有効径を縮小しつつ広画角化を実現するためのものである。広画角化のためには、広角端における全系の焦点距離を短くする必要がある。そのため各実施例では最も物体側の部分群１ａの負の屈折力を強めている。条件式（３）の上限を超えて、部分群１ａの負の屈折力が強くなると（負の屈折力の絶対値が大きくなると）ズームレンズ全系として像面湾曲や色収差をバランス良く補正するのが困難となり、広い波長域において高い光学性能を得るのが困難になる。
条件式（３）の下限を超えて、部分群１ａの負の屈折力が弱くなると（負の屈折力の絶対値が小さくなると）、広画角化が困難となり、またレンズ全長が長くなり、更に前玉有効径が大型化してくる。
各実施例では以上のように構成することにより、全系が小型でありながら全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得ている。更に可視光から近赤外光の広い波長域においてピントずれを軽減し、高い解像力を維持し、広画角で明るいズームレンズを有する撮像装置を得ている。なお更に好ましくは条件式（１）乃至（３）の数値範囲を次のごとく設定するのが良い。
３．０＜Ｆｎｏｗ×（（ｆｗｒ−ｆｗ）／Ｐ）＜８．０ ・・・（１ａ）
８．０＜Ｆｎｏｔ×（（ｆｔｒ−ｆｔ）／Ｐ）＜２５．０ ・・・（２ａ）
−１．６５＜ｆ１ａ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．２４ ・・・（３ａ）
本発明の目的とするズームレンズは、以上のような構成を満足することにより実現される。さらに、好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する部分群１ｂの焦点距離をｆ１ｂ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する第２レンズ群の焦点距離をｆ２とする。ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する第１レンズ群の焦点距離をｆ１とする。広角端から望遠端までのズーミングにおける第１レンズ群の移動量をＭ１、広角端から望遠端までのズーミングにおける第２レンズ群の移動量をＭ２とする。
ここで移動量は、広角端の位置に対する望遠端の位置との差を表す。移動量の符号は広角端に比べて望遠端において像側に位置するときを正とする。各実施例では広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ断面図に示すように、また後述する各数値実施例に示すように第１レンズ群Ｌ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｌ２は物体側へ移動する。そして広角端に比べて望遠端において第１レンズ群Ｌ１は像側に位置し、第２レンズ群Ｌ２は物体側に位置する。従って第１レンズ群Ｌ１の移動量Ｍ１の符号は正となり、第２レンズ群Ｌ２の移動量Ｍ２の符号は負となる。広角端におけるレンズ全長をＯＡＬｗとする。レンズ全長とは第１レンズ面から最終レンズ面までの距離（光学全長）にｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するバックフォーカス（最終レンズ面から像面までの空気換算長）を加えた値である。
部分群１ａは、２つの負レンズから成り、部分群１ａに含まれる少なくとも１つの負レンズの材料の屈折率は１．９以上であり、部分群１ｂは負レンズと正レンズを有し、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する部分群１ａの焦点距離をｆ１ａとする。第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に、２つ以上の正レンズ、負レンズ、正レンズより構成され、第２レンズ群Ｌ２に含まれるレンズの中で物体側から像側へ連続して配置された２つ以上の正レンズの材料のアッベ数の平均値をν２ｐとする。
第１レンズ群Ｌ１は、正レンズと負レンズを接合した接合レンズを有し、接合レンズを構成する負レンズの材料のアッベ数をν１ｎ、接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をν１ｐとする。ここでアッベ数νｄは、可視光域のｄ線、Ｆ線、Ｃ線における材料の屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣとすると以下の式（Ａ）で定義される。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）・・・（Ａ）
ｎｄ：ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率
ｎＦ：Ｆ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率
ｎＣ：Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率
このとき次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
２．０＜ｆ１ｂ／ｆ２＜４．８ ・・・（４）
９．３＜ｆ１ｂ／ｆｗ＜１９．０ ・・・（５）
−１．００＜ｆ１／ｆ２＜−０．６５ ・・・（６）
−４．５＜Ｍ１／Ｍ２＜−２．０ ・・・（７）
−０．１５＜Ｍ２／ＯＡＬｗ＜−０．０４ ・・・（８）
−０．２８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．１０ ・・・（９）
７３．０＜ν２ｐ ・・・（１０）
２０．０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜４８．０ ・・・（１１）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（４）は、広画角化のために設定した強い負の屈折力の部分群１ａより発生する諸収差を、正の屈折力の部分群１ｂと第２レンズ群Ｌ２で良好に補正するためのものである。この他、条件式（４）はズーミングに際してレンズ群間隔が変化する部分群１ｂと第２レンズ群Ｌ２のパワーをバランス良く設定し、全ズーム領域で高い光学性能を得るためのものである。
条件式（４）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２のパワーが強くなりすぎると、ズーミングによる像面湾曲や球面収差の変動が大きくなってくる。条件式（４）の下限を超えて、部分群１ｂの正のパワーが強くなりすぎると、諸収差の補正が困難となってしまい、特に倍率色収差の補正が困難になる。
条件式（５）は、広画角化のために広角端における全系の焦点距離ｆｗを短くしつつ、部分群１ｂの正のパワーを適切に設定するためのものである。条件式（５）の上限を超えて、部分群１ｂの正のパワーが弱くなりすぎると、レンズ全長が長くなり、全系の小型化が困難になる。条件式（５）の下限を超えて、部分群１ｂの正のパワーが強くなりすぎると、像面湾曲が増大してくる。
条件式（６），（７）は、変倍用の第２レンズ群Ｌ２と変倍に伴って変動する像面位置を補正する第１レンズ群Ｌ１の関係を適切に設定したものである。条件式（６）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが弱くなりすぎるとズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、全系の小型化が困難になる。または第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが強くなりすぎると像面湾曲が増大してくる。
また条件式の（６）の下限を超えて、変倍用の第２レンズ群Ｌ２のパワーが強くなると球面収差が増大し補正が困難となる。この他第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが弱くなりすぎると、ズーミングのために第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔を大きく設定する必要が生じ、レンズ全長が増大し、全系の小型化が困難になる。
条件式（７）の上限を超えて、ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなりすぎるとレンズ全長が増大するとともに、前玉有効径が増大し、全系の小型化が困難になる。条件式（７）の下限を超えて、ズーミングに際して第１レンズ群Ｌ１の移動量が短くなりすぎると、所定のズーム比を得るため第１レンズ群Ｌ１の負のパワーを強める必要が生じ、この結果、球面収差や像面湾曲などが増大してくる。条件式（８）は、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量と広角端におけるレンズ全長の関係を設定したものである。
各実施例において、開口絞りＳＰは第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間に設置し、ズーミングに際して不動としている。これにより開口絞り機構を動かすためのモーター等の駆動機構の追加を不要とし、撮像装置としての小型化を容易にしている。条件式（８）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の移動量が多くなると、レンズ全長が増大してくる。また開口絞りＳＰの位置を物体側へシフトさせることになる。この結果、軸外光束を蹴りやすくなるため、周辺光量が減少してしまい明るさが低下してくるので好ましくない。
条件式（８）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の移動量が少なくなると、所望のズーム比を得るために第２レンズ群Ｌ２の正のパワーを強くする必要が生じ、この結果球面収差等の諸収差の補正が困難となる。
条件式（９）は、第１レンズ群Ｌ１を構成する部分群１ａと部分群１ｂの焦点距離の比を表したものである。部分群１ａは広画角化のために強い負のパワーを持たせつつ、第１レンズ群Ｌ１全体として諸収差を抑えるために部分群１ｂ群の正のパワーとの比をバランス良く設定している。条件式（９）の上限を超えて、部分群１ａの負のパワーが強くなりすぎると部分群１ｂにおいて球面収差、コマ収差、像面湾曲などの諸収差の補正が困難になる。条件式（９）の下限を超えて、部分群１ａの負のパワーが小さくなりすぎると広画角化を図ることが困難になる。
条件式（１０）は、可視光から近赤外光までの広い波長域において色収差を補正しピントずれを補正するための材料に関するものである。波長の違いによるピントずれは、いわゆる軸上色収差の影響で発生している。第２レンズ群Ｌ２の物体側の各レンズは軸上光束の光軸からの入射高さが最も高くなる領域である。このため、この箇所の複数の正レンズにおいて条件式（１０）を満たす材料を使用することにより軸上色収差を効果的に補正している。条件式（１０）の下限を超えると、色収差の補正が不足することになり（可視光に対する）近赤外光のピントずれが大きくなってしまい好ましくない。
条件式（１１）は、第１レンズ群Ｌ１における色収差を良好に補正するためのものである。条件式（１１）を満足することにより全ズーム領域において倍率色収差および軸上色収差の補正を容易にしている。条件式（１１）の上限を超えて、アッベ数の差が大きくなりすぎると、色収差が補正過剰となり全ズーム領域における色収差をバランス良く補正するのが困難になる。条件式（１１）の下限を超えて、アッベ数の差が小さくなりすぎると色収差が補正不足となってくる。尚、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。
２．２＜ｆ１ｂ／ｆ２＜４．５ ・・・（４ａ）
９．５＜ｆ１ｂ／ｆｗ＜１８．０ ・・・（５ａ）
−０．９７＜ｆ１／ｆ２＜−０．６８ ・・・（６ａ）
−４．２＜Ｍ１／Ｍ２＜−２．１ ・・・（７ａ）
−０．１２＜Ｍ２／ＯＡＬｗ＜−０．０５・・・（８ａ）
−０．２５＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．１１・・・（９ａ）
７６．０＜ν２ｐ ・・・（１０ａ）
２２．０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜４５ ・・・（１１ａ）
各実施例においては、第２レンズ群Ｌ２に非球面を２つ以上有するのが良い。これによればＦナンバーＦｎｏを小さく（明るく）した時に発生しやすい球面収差を良好に補正することが容易となる。部分群１ａは２つ以上の負レンズを有していても良い。また部分群１ｂは１つ以上の負レンズと１つ以上の正レンズを有していても良い。
以上のように各実施例によれば、全撮影画角が１４０°程度、広角端のＦナンバーＦｎｏが１．２程度をカバーし、フルＨＤやそれ以上の画素数の固体撮像素子にも対応できる撮像装置が得られる。
以下、各実施例のレンズ構成について説明する。各実施例において第１レンズ群Ｌ１は部分群１ａと部分群１ｂにより構成されている。部分群１ａ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で構成されている。負レンズＧ１１には、屈折率が１．９〜２．０程度の硝材を使用しており、これにより全系の小型化と広画角化を容易にしている。
部分群１ｂは、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１３、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１４により構成している。負レンズＧ１３と正レンズＧ１４は貼り合わせた接合レンズより構成しており、双方のレンズの材料に適正なアッベ数差を付与することにより色収差の補正を効果的に行っている。実施例１、２において第２レンズ群Ｌ２は、物体側により像側へ順に、次のとおりである。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、両凸形状の正レンズＧ２３、両凹形状のＧ２４、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ２５より構成している。
正レンズＧ２１、正レンズＧ２２、正レンズＧ２３には低分散の材料を使用して可視光から近赤外領域までの広い波長域で軸上色収差を良好に補正している。さらに正レンズＧ２３と負レンズＧ２４を貼り合わせた接合レンズより構成しており、双方のレンズの材料に適正なアッベ数差を付与することにより色収差の補正を効果的に行っている。
実施例３，４において第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、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４、両凹形状の負レンズＧ２５により構成している。正レンズＧ２１、正レンズＧ２２には低分散性の材料を使用して可視光から近赤外領域までの広い波長域で軸上色収差を良好に補正している。さらに正レンズＧ２４と負レンズＧ２５を貼り合わせた接合レンズより構成しており、双方のレンズの材料に適正なアッベ数差を付与することにより色収差の補正を良好に行っている。
次に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）の実施例を、図１０を用いて説明する。図１０において、３０は監視カメラ本体、３１は実施例１乃至４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影光学系である。３２はカメラ本体に内蔵され、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センサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
本実施例では高い解像力を得るためにフルＨＤ（１９２０×１０８０）などの高精細な素子を構成している。本実施例においては、１画素ピッチを３．８μｍ（実施例１、３）および２．８μｍ（実施例２，４）の固体撮像素子を用いている。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。
以上のように、各実施例によれば小型でありながら全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、しかも可視光から近赤外光においてピントずれを軽減し、広画角で明るいズームレンズを有する撮像装置を得ることができる。これら実施例は、最大画角２ωが約１４０°、ＦナンバーＦｎｏが１．２程度をカバーし、フルＨＤ以上の高画素な撮像素子に対応可能な小型のズームレンズを有する撮像装置である。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るものではなく適宜変更すること。
・開口絞りＳＰを移動させる構成とすること。
・非球面レンズの材料はガラスに限らず、球面レンズ面上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を乗せた）ハイブリッドタイプの非球面レンズや、プラスチック材料より成る非球面レンズを用いること。
・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。
・電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差を補正すること。
・部分群１ａや部分群１ｂ群を独立に移動させてフォーカシングを行うこと、もしくは第２レンズ群Ｌ２によりフォーカシングを行うこと。
・２つのレンズ群を動かすことによりフォーカシングを行うこと。
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及び変更が可能である。
次に、各実施例に対応する数値実施例を示す。各数値実施例において面番号ｉは物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは光学面の曲率半径、ｄｉは面間隔、ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面を意味する。また最も像側の２つの光学面はフェースプレート等のガラス材である。バックフォーカス（ＢＦ）は、レンズ最終レンズ面から近軸像面までの空気間隔での距離である。レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカス（ＢＦ）を加えた値である。
またＫを離心率、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を非球面係数、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、非球面形状は、
で表示される。但しＲは曲率半径である。また例えば「e−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。ＦｎｏはＦナンバー、半画角（ω）に関しては、歪曲量を考慮した撮影可能画角に関する数値である。焦点距離（８５０ｎｍ）は、波長８５０ｎｍの光に対する焦点距離である。
［数値実施例１］
単位 mm


面データ
面番号 r d nd νd
1 22.984 0.9 2.00100 29.1
2 7.082 6.36
3 -20.976 0.6 1.69680 55.5
4 44.586 0.9
5 29.567 0.7 1.77250 49.6
6 13.3 2.26 1.94595 18.0
7 64.812 (可変)
8(絞り)∞ (可変)
9* 9.377 3.2 1.55332 71.7
10* 51.911 0.15
11 10.382 3.08 1.49700 81.5
12 -27.191 0.15
13 10.542 2.62 1.49700 81.5
14 -70.63 0.6 1.84666 23.8
15 5.744 1.37
16* 7.394 2.52 1.76802 49.2
17* 77.541 (可変)
18 ∞ 2 1.52 61.4
19 ∞
非球面データ
第9面
K =-6.55588e-001 A 4= 8.07646e-005 A 6= 4.93643e-006 A 8=-1.50086e-007 A10= 3.21825e-009 A12= 9.00619e-022
第10面
K = 2.89983e+001 A 4= 2.93716e-004 A 6= 7.32800e-006 A 8=-2.53707e-007 A10= 6.12086e-009
第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.97811e-004 A 6= 6.65720e-007 A 8=-1.50538e-007 A10= 5.97715e-009
第17面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.29586e-004 A 6= 5.07932e-006 A 8=-3.26314e-007 A10= 2.16244e-008
各種データ
ズーム比 2.33
広角 中間 望遠
焦点距離 2.64 4.39 6.14
焦点距離（850nm） 2.654 4.414 6.173
Fno 1.23 1.48 1.83
半画角（ω）° 70.6 39.8 28.0
像高 3 3 3
レンズ全長 50.31 41.44 38.89
BF 4.60 6.80 9.00

間隔 広角 中間 望遠
d 7 15.76 6.9 4.35
d 8 4.53 2.33 0.13
d17 2.18 4.38 6.58

各群焦点距離
1群 -7.63
2群 9.60
1ａ群 -5.77
1b群 39.60


固体撮像素子の画素ピッチ:０．００３８[ｍｍ]
［数値実施例２］
単位 mm


面データ
面番号 r d nd νd
1 26.655 1 1.91082 35.3
2 7.117 6.95
3 -22.529 0.7 1.80400 46.6
4 36.389 0.74
5 32.611 0.7 1.65160 58.5
6 17.039 2.4 1.95906 17.5
7 131.975 (可変)
8(絞り)∞ (可変)
9* 9.039 2.93 1.49710 81.6
10*2089.491 0.15
11 10.921 3.14 1.49700 81.5
12 -26.161 0.17
13 14.295 2.48 1.59282 68.6
14 -49.598 0.6 1.80518 25.4
15 5.821 1.45
16* 6.432 2.47 1.69350 53.2
17* 29.377 (可変)
18 ∞ 2 1.52 61.4
19 ∞
非球面データ
第9面
K =-4.99950e-001 A 4=-2.59729e-005 A 6= 3.90872e-006 A 8=-1.18213e-007 A10= 2.77325e-009 A12= 9.48551e-022
第10面
K = 2.85610e+003 A 4= 2.59316e-004 A 6= 5.19909e-006 A 8=-1.55089e-007 A10= 3.83500e-009
第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.31891e-004 A 6= 1.52830e-005 A 8=-3.32980e-007 A10= 1.09936e-008
第17面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.04867e-003 A 6= 3.72203e-005 A 8=-6.08589e-008 A10= 6.35888e-009
各種データ
ズーム比 2.28
広角 中間 望遠
焦点距離 2.65 4.35 6.04
焦点距離（850nm） 2.668 4.369 6.070
Fno 1.24 1.52 1.83
半画角（ω）° 71.4 40.3 28.5
像高 3 3 3
レンズ全長 49.97 41.47 38.91
BF 4.60 6.69 8.78

間隔 広角 中間 望遠
d 7 15.15 6.65 4.09
d 8 4.34 2.24 0.15
d17 2.67 4.76 6.86

各群焦点距離
1群 -7.64
2群 9.45
1ａ群 -5.37
1b群 32.25

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００２８[ｍｍ]
［数値実施例３］
単位 mm


面データ
面番号 r d nd νd
1 22.774 1 2.00100 29.1
2 7.143 6.24
3 -19.192 0.75 1.69680 55.5
4 35.13 0.55
5 26.798 0.7 1.83481 42.7
6 16.276 2.6 1.94595 18.0
7 467.837 (可変)
8(絞り)∞ (可変)
9* 9.792 2.8 1.55332 71.7
10* -57.903 0.15
11 12.167 4.29 1.43875 94.9
12 -9.436 0.15
13 54.169 0.6 1.80518 25.4
14 7.302 0.89
15* 9.246 3.61 1.85135 40.1
16 -6.55 0.7 1.71736 29.5
17 12.431 (可変)
18 ∞ 2 1.52 61.4
19 ∞
非球面データ
第9面
K = 8.26660e-001 A 4=-3.86214e-004 A 6=-5.75620e-006 A 8= 2.10758e-007 A10=-1.30207e-008
第10面
K =-6.70555e+001 A 4= 9.65837e-005 A 6= 4.77782e-006 A 8=-1.32792e-008 A10=-3.01104e-009
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.25532e-004 A 6=-8.72201e-006 A 8=-2.48290e-007 A10= 1.11843e-009


各種データ
ズーム比 2.30
広角 中間 望遠
焦点距離 2.66 4.38 6.11
焦点距離（850nm） 2.673 4.407 6.134
Fno 1.23 1.48 1.79
半画角（ω）° 69.9 39.5 28.0
像高 3 3 3
レンズ全長 49.63 40.43 37.47
BF 4.55 6.41 8.26

間隔 広角 中間 望遠
d 7 16.19 6.98 4.03
d 8 3.86 2.01 0.15
d17 1.9 3.75 5.61

各群焦点距離
1群 -8.33
2群 8.95
1ａ群 -5.50
1b群 27.77

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００３８[ｍｍ]
［数値実施例４］
単位 mm


面データ
面番号 r d nd νd
1 24.047 0.9 2.001 29.1
2 7.353 7.01
3 -24.08 0.7 1.7725 49.6
4 24.065 0.69
5 24.288 0.65 1.804 46.6
6 13.598 2.28 1.94595 18
7 120.503 (可変)
8(絞り)∞ (可変)
9* 12.443 2.81 1.55332 71.7
10* -29.787 0.16
11 15.928 4.5 1.437 95.1
12 -9.931 0.17
13 17.962 0.45 1.80518 25.4
14 6.453 1.27
15* 10.71 3.82 1.76802 49.2
16 -6.356 0.5 1.64769 33.8
17 18.829 (可変)
18 ∞ 2 1.52 61.4
19 ∞
非球面データ
第9面
K = 8.26660e-001 A 4=-4.23176e-004 A 6= 2.88839e-006 A 8=-3.05032e-007 A10= 8.11233e-010 A12=-5.64734e-022
第10面
K =-3.69492e+001 A 4=-7.35824e-005 A 6= 1.01272e-005 A 8=-4.04496e-007 A10= 4.87591e-009
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.04740e-004 A 6= 1.89175e-006 A 8=-3.37175e-007 A10= 1.13174e-008


各種データ
ズーム比 2.31
広角 中間 望遠
焦点距離 2.57 4.25 5.94
焦点距離（850nm） 2.580 4.274 5.959
Fno 1.23 1.47 1.73
半画角（ω）° 74.2 41.8 29.4
像高 3.04 3.04 3.04
レンズ全長 52.66 43.59 40.92
BF 5.68 7.89 10.11

間隔 広角 中間 望遠
d 7 14.32 5.24 2.58
d 8 6.76 4.55 2.33
d17 1.93 4.14 6.36

各群焦点距離
1群 -7.46
2群 9.80
1ａ群 -5.05
1b群 27.73

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００２８[ｍｍ]
Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 １ａ １ａ群
１ｂ １ｂ群 ΔＭ メリディオナル像面 ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り ＩＰ 結像面 Ｇ ＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック ω 半画角 Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (8)

  1. 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とを有する撮像装置において、
    前記ズームレンズは物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群から構成され、
    前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、２つの負レンズより成る負の屈折力の部分群１ａと、正の屈折力の部分群１ｂより構成され、
    ズーミングに際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が互いに異なる軌跡で移動し、
    前記ズームレンズの広角端における開放ＦナンバーをＦｎｏｗ、前記ズームレンズの望遠端における開放ＦナンバーをＦｎｏｔ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記ズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、波長８５０ｎｍの光に対する前記ズームレンズの広角端における全系の焦点距離をｆｗｒ、波長８５０ｎｍの光に対する前記ズームレンズの望遠端における全系の焦点距離をｆｔｒ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ａの焦点距離をｆ１ａ、前記固体撮像素子の画素ピッチをＰとするとき、
    １．５＜Ｆｎｏｗ×（（ｆｗｒ−ｆｗ）／Ｐ）＜９．５
    ５．０＜Ｆｎｏｔ×（（ｆｔｒ−ｆｔ）／Ｐ）＜２８．０
    −１．８０＜ｆ１ａ／√（ｆｗ×ｆｔ）＜−１．２２
    なる条件式を満足することを特徴とする撮像装置。
  2. ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ｂの焦点距離をｆ１ｂ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
    ２．０＜ｆ１ｂ／ｆ２＜４．８
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ｂの焦点距離をｆ１ｂとするとき、９．３＜ｆ１ｂ／ｆｗ＜１９．０
    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に記載の撮像装置。
  4. ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、広角端から望遠端までのズーミングにおける前記第１レンズ群の移動量をＭ１、広角端から望遠端までのズーミングにおける前記第２レンズ群の移動量をＭ２とするとき、
    −１．００＜ｆ１／ｆ２＜−０．６５
    −４．５＜Ｍ１／Ｍ２＜−２．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  5. 前記開口絞りはズーミングに際して不動であり、広角端から望遠端までのズーミングにおける前記第２レンズ群の移動量をＭ２、広角端におけるレンズ全長をＯＡＬｗとするとき、
    −０．１５＜Ｍ２／ＯＡＬｗ＜−０．０４
    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項に記載の撮像装置。
  6. 前記部分群１ａに含まれる少なくとも１つの負レンズの材料の屈折率は１．９以上であり、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ａの焦点距離をｆ１ａ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する前記部分群１ｂの焦点距離をｆ１ｂとするとき、
    −０．２８＜ｆ１ａ／ｆ１ｂ＜−０．１０
    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項に記載の撮像装置。
  7. 前記第２レンズ群は物体側から像側へ順に、２つ以上の正レンズ、負レンズ、正レンズより構成され、前記第２レンズ群に含まれるレンズの中で物体側から像側へ連続して配置された２つ以上の正レンズの材料のアッベ数の平均値をν２ｐとするとき、
    ７３．０＜ν２ｐ
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
  8. 前記第１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有し、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ν１ｎ、前記接合レンズを構成する正レンズの材料のアッベ数をν１ｐとするとき、
    ２０．０＜ν１ｎ−ν１ｐ＜４８．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
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