JP6227539B2 - ズームレンズシステムおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズシステムおよびそれを用いた撮像装置に関するものである。

日本国特許公開２００３−２３２９９３号公報（文献１）には、レンズ枚数が少なくても良好な結像性能を維持できる中間結像を持つ屈折光学系を提供することが記載されている。そのため、この文献１には、物体の中間像を形成する結像レンズ群と、中間像の形成位置の近傍に配置されたフィールドレンズ群と、中間像を再結像するリレーレンズ群とを備えた屈折光学系であって、結像レンズ群の焦点距離ｆ１と屈折光学系の焦点距離ｆとは、条件式「１＜｜ｆ１／ｆ｜＜３」を満足することが記載されている。

広角端において全画角が１１０度を超えるような広角のズームレンズシステムにおいて、鮮明な像が得られるコンパクトなズームレンズシステムが要望されている。

本発明の態様の１つは、物体側からの光を中間像として結像させる第１の光学系と、中間像からの光を最終像として結像させる第２の光学系とから構成され、第１の光学系は、変倍する際に移動しない固定レンズ群から構成され、第２の光学系は、変倍する際に移動する変倍レンズ群を含み、固定レンズ群は、最も物体側に配置され物体側に凸面を向けた第１の負メニスカスレンズを含むズームレンズシステムである。

このズームレンズシステムにおいて、第１の光学系は、最も物体側に第１の負メニスカスレンズが凸面を物体側に向けて配置された広角のレンズ群である。このレンズ群は、第１の負メニスカスレンズを通過した光束を、光軸を挟んで反対側に導いて中間像として倒立像を形成し、第２の光学系により最終結像させている。さらに、このズームレンズシステムにおいては、変倍に際して、第２の光学系に含まれる変倍レンズ群が動き、第１の光学系を構成する広角の固定レンズ群は動かない。中間像を結像させる第１の光学系を固定できるので、中間像の結像位置も固定できる。このため、ズーミングに伴い中間像の結像位置が変動することはなく、広角端から望遠端に至る各ズームポジションにおいて、中間像面がレンズ表面やレンズ内に位置することを抑制できる。したがって、レンズ表面の傷やゴミなどの異物が最終像へ写り込むことを抑制できる。

さらに、第１の光学系を固定することにより中間像の結像位置を固定できるので、第１の光学系のバックフォーカスが短くなるように設計できる。このため、広角化を図りやすく、第１の光学系の全長を短縮できるので、ズームレンズシステムの全長も短縮化しやすい。さらに、変倍に際して第１の光学系が固定されているため、ズーミングのための駆動機構を第２の光学系の近傍に集約できるので、ズーミング機構を簡素化できる。したがって、鮮明な最終像を結像できるコンパクトな広角ズームレンズシステムを提供できる。

固定レンズ群は、第１の負メニスカスレンズを備えた負の屈折力の第１の固定レンズ群と、第１の固定レンズ群の最終像側に配置された正の屈折力の第２の固定レンズ群と、第１の固定レンズ群および第２の固定レンズ群の間に配置された絞りとを含む。ズームレンズシステムの入射瞳を絞りの物体側に位置させやすく、第１の固定レンズ群に近付けやすい。このため、第１の負メニスカスレンズのレンズ口径を大型化させることなく広角化を図りやすい。

第２の固定レンズ群は、最も物体側に配置された第１の接合レンズを含み、第１の接合レンズは、物体側から順に配置された両凸の正レンズおよび両凹の負レンズを含む。入射瞳の最終像側に第１の接合レンズを配置することにより、色収差を効果的に補正できる。第１の接合レンズは、負レンズの最終像側に配置された両凸の正レンズを含むことがさらに望ましい。

第２の光学系は、変倍レンズ群の物体側に配置され変倍する際に移動しない負の屈折力の第３の固定レンズ群を含むことが望ましい。第１の光学系を固定することにより中間像の結像位置を固定でき、さらに、中間像と変倍レンズ群との間に第３の固定レンズ群を配置することにより、中間像を固定レンズ群および第３の固定レンズ群により挟むことができる。したがって、ズーミングの際に中間像面がレンズ表面やレンズ内に位置することをいっそう効果的に抑制できる。

中間像と第３の固定レンズ群の最も物体側のレンズ面との間の光軸上の距離は、中間像と固定レンズ群の最も最終像側のレンズ面との間の光軸上の距離よりも短いことが望ましい。ズームレンズシステムであって、中間像を物体側および最終像側から挟むそれぞれのレンズ群を固定することにより、中間像と第３の固定レンズ群の最も物体側のレンズ面との間の距離を、中間像と固定レンズ群の最も最終像側のレンズ面との間の距離よりも短くなる関係を維持できる。この関係により、第３の固定レンズ群のフロントフォーカスを固定レンズ群のバックフォーカスよりも短くできるので、第３の固定レンズ群のレンズ口径を小型化しやすい。

第３の固定レンズ群は、最も最終像側に配置され最終像側に凸面を向けた第１の正メニスカスレンズを含み、第１の負メニスカスレンズの屈折率ｎ１と、第１の正メニスカスレンズの屈折率ｎ３とが以下の条件（１．１）〜（１．３）を満たすことが望ましい。
ｎ１≧１．６５ ・・・（１．１）
ｎ３≧１．９０ ・・・（１．２）
０．８２≦ｎ１／ｎ３＜１．００ ・・・（１．３）

このズームレンズシステムにおいては、条件（１．１）〜（１．３）の条件を成立させることにより、広角化を図るために高屈折率の第１の負メニスカスレンズが発生させた強い負の歪曲収差を、高屈折率の第１の正メニスカスレンズが発生させた逆向きの強い正の歪曲収差により相殺できる。したがって、このズームレンズシステムにより歪曲収差が良好に補正された最終像を結像させやすい。

典型的には、このズームレンズシステムにより、負の歪曲収差ＤｉｓｔＬｆと、正の歪曲収差ＤｉｓｔＬｂとが以下の条件（１．４）および（１．５）を満たすように設計できる。
ＤｉｓｔＬｆ≧−１０ ・・（１．４）
０．９８≦｜ＤｉｓｔＬｆ｜／｜ＤｉｓｔＬｂ｜≦１．０２・・（１．５）

第３の固定レンズ群は、最も最終像側に配置された第２の接合レンズを含み、第２の接合レンズは、物体側から順に配置された最終像側に凸面を向けた第２の負メニスカスレンズおよび第１の正メニスカスレンズから構成され、第２の負メニスカスレンズのアッベ数ν３２と、第１の正メニスカスレンズのアッベ数ν３３とが以下の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たすことが望ましい。
４５．０≦ν３２≦５５．０ ・・・（Ａ）
１５．０≦ν３３≦２５．０ ・・・（Ｂ）

このズームレンズシステムにおいては、第２の負メニスカスレンズに弱い分散力（低分散）を与えるために条件（Ａ）を設定し、第１の正メニスカスレンズに強い分散力（高分散）を与えるために条件（Ｂ）を設定している。このため、低分散の第２の負メニスカスレンズと高分散の第１の正メニスカスレンズとを組み合わせることにより、可視領域から近赤外領域にわたって色収差を良好に補正できる。

変倍レンズ群は、広角端から望遠端に変倍する際に最終像側から物体側へ移動する正の屈折力の第１の移動レンズ群と、第１の移動レンズ群の最終像側に配置され広角端から望遠端に変倍する際に最終像側から物体側へ移動する正の屈折力の第２の移動レンズ群とを含み、第１の移動レンズ群は、最も最終像側に配置された第１の正レンズから構成され、第２の移動レンズ群は、物体側から順に配置された第２の正レンズ、第１の負レンズおよび第３の正レンズから構成され、第１の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ４１と、第２の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５１と、第１の負レンズの部分分散比Ｐｇｆ５２と、第３の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５３とが以下の条件（２．１）〜（２．４）を満たすことが望ましい。
０．５３≦Ｐｇｆ４１≦０．５５ ・・・（２．１）
０．５３≦Ｐｇｆ５３≦０．５５ ・・・（２．２）
０．５５≦Ｐｇｆ５１≦０．５８ ・・・（２．３）
０．５８≦Ｐｇｆ５２≦０．６６ ・・・（２．４）

条件（２．１）および（２．２）は、第１の移動レンズ群の最も物体側の第１の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ４１と、第２の移動レンズ群の最も最終像側の第３の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５３とをほぼ等しいバランスで低く設定することを示す。さらに、条件（２．３）は、第２の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５１を条件（２．１）および（２．２）よりもやや高く設定し、条件（２．４）は、第１の負レンズの部分分散比Ｐｇｆ５２を変倍レンズ群の中で最も高く設定することを示す。上記の条件（２．１）〜（２．４）を満たすことにより、ズーミングに伴う色収差変動を抑制しやすく、諸収差が良好に補正された最終像を結像させやすい。さらに、第１の正レンズと、条件（２．１）を満たす正の屈折力のレンズとを貼り合わせることにより、ズームレンズシステムの色収差をいっそう良好に補正することができる。

本発明の異なる態様の１つは、上記ズームレンズシステムと、ズームレンズシステムの最終像が結像される位置に配置された撮像デバイスとを有する撮像装置である。

第１の実施形態に係るズームレンズシステムおよびそれを用いた撮像装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は広角端におけるレンズ配置を示し、（ｂ）は望遠端におけるレンズ配置を示す。 第１の実施形態に係るズームレンズシステムのレンズデータを示す図。 第１の実施形態に係るズームレンズシステムの諸数値を示す図であり、（ａ）は基本データを示し、（ｂ）はズームデータを示し、（ｃ）は非球面データを示す。 第１の実施形態に係るズームレンズシステムの収差図であり、（ａ）は広角端における収差図を示し、（ｂ）は望遠端における収差図を示す。 第１の実施形態に係るズームレンズシステムの第１の光学系の収差図。 第２の実施形態に係るズームレンズシステムおよびそれを用いた撮像装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は広角端におけるレンズ配置を示し、（ｂ）は望遠端におけるレンズ配置を示す。 第２の実施形態に係るズームレンズシステムのレンズデータを示す図。 第２の実施形態に係るズームレンズシステムの諸数値を示す図であり、（ａ）は基本データを示し、（ｂ）はズームデータを示し、（ｃ）は非球面データを示す。 第２の実施形態に係るズームレンズシステムの収差図であり、（ａ）は広角端における収差図を示し、（ｂ）は望遠端における収差図を示す。 第２の実施形態に係るズームレンズシステムの第１の光学系の収差図。

図１に、本発明の第１の実施形態に係るズームレンズシステム１０およびそれを用いた撮像装置１の概略構成を示しており、図１（ａ）は広角端（ＷＩＤＥ）におけるレンズ配置を示し、図１（ｂ）は望遠端（ＴＥＬＥ）におけるレンズ配置を示している。撮像装置（カメラ）１は、ズームレンズシステム１０と、ズームレンズシステム１０の最終像５２が結像される位置に配置され、最終像５２を電気信号（画像データ）に変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像デバイス（撮像素子、イメージセンサー）５０とを有する。

ズームレンズシステム１０は、物体側１０ａから順に、物体側１０ａからの光を中間像５１として結像させる第１の光学系（１次結像レンズ群）１１と、中間像５１からの光を最終像５２として結像させる第２の光学系（２次結像レンズ群、リレーレンズ群）１２とから構成されている。１次結像レンズ群１１は、ズームレンズシステム１０が変倍する際に移動しない固定広角レンズ群（固定レンズ群）１１ａである。本例の固定広角レンズ群１１ａは、物体側１０ａから順に、負の屈折力の第１の固定レンズ群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓｔと、正の屈折力の第２の固定レンズ群Ｇ２とから構成されている。

リレーレンズ群１２は、物体側１０ａから順に、変倍する際に移動しない負の屈折力の第３の固定レンズ群Ｇ３と、変倍する際に移動する変倍レンズ群１２ａとから構成されている。変倍レンズ群１２ａは、変倍する際に移動する正の屈折力の第１の移動レンズ群Ｇ４と、変倍する際に移動する正の屈折力の第２の移動レンズ群Ｇ５とから構成されている。リレーレンズ群１２の最終像側（像側）１０ｂには、カバーガラスＣＧを挟んで撮像デバイス５０が配置されている。撮像デバイス５０は、画像データをパーソナルコンピュータなどのホスト装置に提供したり、コンピュータネットワークなどを介して外部の情報処理装置に伝送したりできる。

このズームレンズシステム１０は、１次結像レンズ群１１およびリレーレンズ群１２から構成される再結像型レンズシステム（２段光学系）であり、全体が１３枚のガラス製のレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１〜Ｌ２５、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ４１、およびＬ５１〜Ｌ５３により構成されている。

このズームレンズシステム１０は、１次結像レンズ群１１とリレーレンズ群１２との間に中間像５１を結像させ、リレーレンズ群１２の最終像側１０ｂに最終像５２を結像させる。すなわち、このズームレンズシステム１０においては、１次結像レンズ群１１が、光軸１００を含む第１の面１００ｘに対して一方の領域（上側半分の領域、第１の領域）１００ａから入射する光束を第１の固定レンズ群Ｇ１で光軸１００に沿った方向に集め、第２の固定レンズ群Ｇ２で収束させて第１の領域１００ａとは反対側、すなわち光軸１００を含む第１の面１００ｘに対して他方の領域（下側半分の領域、第２の領域）１００ｂに倒立した中間像（倒立像）５１として結像させる。さらに、リレーレンズ群１２が、中間像５１から出射する光束を第３の固定レンズ群Ｇ３で発散させた後、第１および第２の移動レンズ群Ｇ４、Ｇ５で変倍させながら収束させて第１の領域１００ａに中間像５１の上下左右が反転した最終像（正立像）５２として結像させることができる。

最も物体側１０ａの第１の固定レンズ群Ｇ１は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、物体側１０ａから順に配置された、物体側１０ａに凸面Ｓ１を向けた第１の負メニスカスレンズＬ１１と、物体側１０ａに凸の負メニスカスレンズＬ１２とから構成されている。第１の負メニスカスレンズＬ１１は、ズームレンズシステム１０の中で最も大きな有効径（口径）のレンズであるが、その有効径は１６．５０ｍｍと非常にコンパクトである。負メニスカスレンズＬ１２の両面、すなわち物体側１０ａの凸面Ｓ３および最終像側１０ｂの凹面Ｓ４のそれぞれは非球面である。

第１の固定レンズ群Ｇ１の最終像側１０ｂに絞りＳｔを挟んで配置された第２の固定レンズ群Ｇ２は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、物体側１０ａから順に配置された、３枚貼合の第１の接合レンズ（バルサムレンズ）ＬＢ１と、両凸の正レンズＬ２４と、物体側１０ａに凸の正メニスカスレンズＬ２５とから構成されている。第１の接合レンズＬＢ１は、物体側１０ａから順に配置された、両凸の正レンズＬ２１と、両凹の負レンズＬ２２と、両凸の正レンズＬ２３とから構成されている。正レンズＬ２４の両面、すなわち物体側１０ａの凸面Ｓ９および最終像側１０ｂの凸面Ｓ１０のそれぞれは非球面である。正メニスカスレンズＬ２５の最終像側１０ｂの凹面Ｓ１２と中間像５１との間の光軸１００上の距離ｄｍｉａ（ｄ１２ａ）は、３．３４ｍｍである。

第２の固定レンズ群Ｇ２の最終像側１０ｂに中間像５１を挟んで配置された第３の固定レンズ群Ｇ３は、全体が負の屈折力を備えたレンズ群であり、物体側１０ａから順に配置された、両凹の負レンズＬ３１と、最終像側１０ｂに凸面Ｓ１６を向けた第１の正メニスカスレンズＬ３２とから構成されている。中間像５１と負レンズＬ３１の物体側１０ａの凹面Ｓ１３との間の光軸１００上の距離ｄｍｉｂ（ｄ１２ｂ）は、２．１０ｍｍである。

第３の固定レンズ群Ｇ３の最終像側１０ｂに配置された第１の移動レンズ群Ｇ４は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、両凸の正レンズ（第１の正レンズ）Ｌ４１から構成されている。

最も最終像側１０ｂに配置された第２の移動レンズ群Ｇ５は、全体が正の屈折力を備えたレンズ群であり、物体側１０ａから順に配置された、物体側１０ａに凸の正メニスカスレンズ（第２の正レンズ）Ｌ５１と、両凹の負レンズ（第１の負レンズ）Ｌ５２と、両凸の正レンズ（第３の正レンズ）Ｌ５３とから構成されている。正レンズＬ５３の両面、すなわち物体側１０ａの凸面Ｓ２３および最終像側１０ｂの凸面Ｓ２４のそれぞれは非球面である。

このズームレンズシステム１０は、物体側１０ａから順に、屈折力が負−正−負−正−正の５つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５にグループ化された１３枚のレンズＬ１１〜Ｌ５３により構成された、変倍可能なレンズシステムである。このズームレンズシステム１０においては、広角端から望遠端に変倍する際に、固定レンズ群Ｇ１〜Ｇ３は動かず、すなわち入射光束の結像倍率は変更させず、移動レンズ群Ｇ４およびＧ５のそれぞれが最終像側１０ｂから物体側１０ａへ光軸１００に沿って単調に動くことにより、中間像５１の結像倍率を変更させている。第１の移動レンズ群Ｇ４の移動距離（本例では８．８４ｍｍ）は、第２の移動レンズ群Ｇ５の移動距離（本例では７．４１ｍｍ）よりも僅かに長い。焦点調整（フォーカシング）は、第１の固定レンズ群Ｇ１、第２の固定レンズ群Ｇ２の正メニスカスレンズＬ２５およびズームレンズシステム１０の全体のいずれかにより行うことができる。

このズームレンズシステム１０においては、最も物体側１０ａに配置された第１の負メニスカスレンズＬ１１の凸面Ｓ１を介して広範囲（広角度）から取り込んだ光束を、１次結像レンズ群１１により光軸１００を挟んで反対側（第２の領域１００ｂ）に導いて一旦倒立像５１として中間結像（１次結像）させてから、リレーレンズ群１２により光軸１００を挟んで元の側（第１の領域１００ａ）に導いて正立像５２として最終結像（２次結像）させている。すなわち、最終像５２は、軸外から入射した光（軸外光線）が光軸１００を２回横切る（交差する、跨ぐ）ことにより、光軸１００に対して入射した側の領域（第１の領域１００ａ）に結像される。このため、広角の軸外光線を第１の領域１００ａのみで屈折させて最終結像させる必要がないので、諸収差の発生を抑制しながら広角化を図りやすい。したがって、設計の自由度も向上させやすい。

このズームレンズシステム１０においては、変倍に際して中間像５１よりも最終像側１０ｂのリレーレンズ群１２に含まれる移動レンズ群Ｇ４およびＧ５が動き、中間像５１を結像させる１次結像レンズ群１１は動かず固定されている。このため、中間像５１の結像位置を動かさずに固定できる。したがって、ズーミングに伴い中間像５１の結像位置が変動することはなく、広角端から望遠端に至る各ズームポジションにおいて、中間像面がレンズ表面やレンズ内に位置することを抑制できる。このため、レンズ表面の傷やゴミなどの異物が最終像５２へ写り込むことを抑制できる。さらに、このズームレンズシステム１０においては、中間像５１に最も近く、中間像５１を光軸１００方向の両側から挟む第２および第３の固定レンズ群Ｇ２、Ｇ３が固定されているので、撮像装置１に実装する際に中間像５１の近傍の密封性を確保しやすく、中間像５１の近傍への異物の混入を抑制できる。

さらに、１次結像レンズ群１１を固定することにより中間像５１の結像位置を固定できるので、１次結像レンズ群１１のバックフォーカスを極めて短くすることができる。このため、広角化を図りやすく、第１の光学系の全長を短縮できるので、ズームレンズシステムの全長も短縮化しやすい。さらに、変倍に際して１次結像レンズ群１１が固定されているため、ズーミングのための駆動機構を第１および第２の移動レンズ群Ｇ４、Ｇ５の近傍に集約できるので、ズーミングのための駆動機構やカムの形状なども簡素化できる。このため、ズームレンズシステム１０の全長を短縮化しやすく、物体側１０ａのレンズサイズを小型化しやすい。したがって、コンパクトな構成で広い視野角を確保でき、明るく鮮明な最終像５２を結像可能なズームレンズシステム１０を提供できる。

このズームレンズシステム１０においては、第１の固定レンズ群Ｇ１と第２の固定レンズ群Ｇ２との間に絞りＳｔを配置させている。このため、ズームレンズシステム１０の入射瞳ＥＰを絞りＳｔの物体側１０ａに位置させることができ、入射瞳ＥＰを第１の固定レンズ群Ｇ１に近付けやすい。したがって、このズームレンズシステム１０においては、１次結像レンズ群１１が内部に入射瞳ＥＰを有するので、入射瞳ＥＰよりも物体側１０ａの第１の固定レンズ群Ｇ１を負の屈折力を備えたレンズのみで構成できる。このため、第１の負メニスカスレンズＬ１１および負メニスカスレンズＬ１２のレンズ口径を大型化させることなく、効果的に画角を広げて広角化を図ることができる。さらに、入射瞳ＥＰの最終像側１０ｂに第１の接合レンズＬＢ１を配置することにより、分散の異なる第１の負メニスカスレンズＬ１１および負メニスカスレンズＬ１２が発生させた色収差を効果的に補正できる。なお、入射瞳ＥＰの位置は、最も物体側１０ａに配置された第１の負メニスカスレンズＬ１１の物体側１０ａの凸面Ｓ１からの距離を表し、本例では５．４６ｍｍである。

このズームレンズシステム１０においては、１次結像レンズ群１１の最も最終像側１０ｂに、ズームレンズシステム１０の中で最も高い屈折率（本例では１．９６）の正メニスカスレンズＬ２５を配置させている。このため、正メニスカスレンズＬ２５の強い屈折力により、入射光束の主光線を光軸１００に向けて（内向きに）屈折させやすい。したがって、１次結像レンズ群１１のバックフォーカス、すなわち正メニスカスレンズＬ２５の凹面Ｓ１２と中間像５１との間の距離ｄ１２ａを短くできる。このため、ズームレンズシステム１０の全長を短縮化しやすい。さらに、高屈折率の正メニスカスレンズＬ２５により軸外光線を光軸１００に向けて集めやすいので、中間像５１の像高が大型化することを抑制できる。このため、リレーレンズ群１２の最も物体側１０ａに配置され、中間像５１から発散する光束を最初に受ける負レンズＬ３１のサイズを小型化しやすい。

このズームレンズシステム１０においては、１次結像レンズ群１１によりコンパクトな中間像５１を結像させることができるので、負レンズＬ３１を中間像５１に近付けやすい。このため、中間像５１と負レンズＬ３１の凹面Ｓ１３との間の距離ｄ１２ｂ（本例では２．１０ｍｍ）が、正メニスカスレンズＬ２５の凹面Ｓ１２と中間像５１との間の距離ｄ１２ａ（本例では３．３４ｍｍ）よりも短くなるように配置できる。したがって、第３の固定レンズ群Ｇ３のフロントフォーカスを第２の固定レンズ群Ｇ２のバックフォーカスよりも短くできるので、第３の固定レンズ群Ｇ３のレンズ口径を小型化しやすく、ズームレンズシステム１０の全長も短縮化しやすい。

このズームレンズシステム１０においては、物体側１０ａからの入射光を取り込む第１の固定レンズ群Ｇ１の第１の負メニスカスレンズＬ１１の凸面Ｓ１と、中間像５１からの出射光を取り込む第３の固定レンズ群Ｇ３の第１の正メニスカスレンズＬ３２の凸面Ｓ１６とが逆向きになるように配置し、さらに、第１の負メニスカスレンズＬ１１の屈折率ｎ１と、第１の正メニスカスレンズＬ３２の屈折率ｎ３とが以下の条件（１．１）〜（１．３）を満たすように設計されている。
ｎ１≧１．６５ ・・・（１．１）
ｎ３≧１．９０ ・・・（１．２）
０．８２≦ｎ１／ｎ３＜１．００ ・・・（１．３）

このズームレンズシステム１０においては、条件（１．１）〜（１．３）を成立させることにより、広角化を図るために高屈折率の第１の負メニスカスレンズＬ１１が発生させた強い樽型の歪曲（負の歪曲）に対して、高屈折率の第１の正メニスカスレンズＬ３２が逆向きの強い糸巻き型の歪曲（正の歪曲）を発生させることにより、正負の歪曲を打ち消してキャンセルできる。したがって、歪曲収差が良好に補正された最終像５２を結像させやすい。

条件（１．１）の上限は、２．２５であることが好ましく、２．１０であることがさらに好ましく、２．００であることがいっそう好ましい。条件（１．１）の下限は、１．７５であることが好ましく、１．８５であることがさらに好ましい。条件（１．２）の上限は、２．２５であることが好ましく、２．１０であることがさらに好ましく、２．００であることがいっそう好ましい。条件（１．２）の下限は、１．９２であることが好ましく、１．９４であることがさらに好ましい。

条件（１．１）の上限を超えると、負の歪曲が大きくなり補正が困難となり、条件（１．１）の下限を超えると、広角化が困難となる。条件（１．２）の上限を超えると、正の歪曲が大きくなり補正が困難となり、条件（１．２）の下限を超えると、正の歪曲が小さくなり補正が困難となる。条件（１．３）の範囲を超えると、屈折率のバランスが崩れ歪曲収差を相殺することが困難となる。

このズームレンズシステム１０においては、１次結像レンズ群１１に両面非球面の負メニスカスレンズＬ１２と、両面非球面の正レンズＬ２４とを配置することにより、１次結像レンズ群１１で発生する負の歪曲収差ＤｉｓｔＬｆが増大することを抑制できる。したがって、負の歪曲収差ＤｉｓｔＬｆをリレーレンズ群１２で発生する正の歪曲収差ＤｉｓｔＬｂにより打ち消しやすい。このズームレンズシステム１０においては、負の歪曲収差ＤｉｓｔＬｆと、正の歪曲収差ＤｉｓｔＬｂとが以下の条件（１．４）および（１．５）を満たすように設計されている。
ＤｉｓｔＬｆ≧−１０ ・・（１．４）
０．９８≦｜ＤｉｓｔＬｆ｜／｜ＤｉｓｔＬｂ｜≦１．０２・・（１．５）

このズームレンズシステム１０においては、正レンズＬ４１の部分分散比Ｐｇｆ４１と、正メニスカスレンズＬ５１の部分分散比Ｐｇｆ５１と、負レンズＬ５２の部分分散比Ｐｇｆ５２と、正レンズＬ５３の部分分散比Ｐｇｆ５３とが以下の条件（２．１）〜（２．４）を満たすように設計されている。
０．５３≦Ｐｇｆ４１≦０．５５ ・・・（２．１）
０．５３≦Ｐｇｆ５３≦０．５５ ・・・（２．２）
０．５５≦Ｐｇｆ５１≦０．５８ ・・・（２．３）
０．５８≦Ｐｇｆ５２≦０．６６ ・・・（２．４）

このズームレンズシステム１０においては、条件（２．１）および（２．２）に示すように、正レンズＬ４１の部分分散比Ｐｇｆ４１と、正レンズＬ５３の部分分散比Ｐｇｆ５３とをほぼ等しいバランスで低く設定し、さらに、条件（２．３）に示すように、正メニスカスレンズＬ５１の部分分散比Ｐｇｆ５１を条件（２．１）および（２．２）よりもやや高く設定し、条件（２．４）に示すように、負レンズＬ５２の部分分散比Ｐｇｆ５２を変倍レンズ群１２ａの中で最も高く設定している。上記の条件（２．１）〜（２．４）を満たすことにより、ズーミングに伴う色収差変動を抑制しやすく、諸収差が良好に補正された最終像５２を結像させやすい。さらに、移動レンズ群Ｇ４の最も最終像側１０ｂに配置された最終レンズである正レンズＬ５３の両面Ｓ２３およびＳ２４を非球面とすることにより、球面収差および像面湾曲を良好に補正できるとともに、レンズ枚数の増大を抑制でき、光学全長が長大化することを抑制できる。

条件（２．１）および（２．２）の上限は、０．５４であることが好ましい。条件（２．３）の上限は、０．５７であることが好ましく、条件（２．３）の下限は、０．５６であることが好ましい。条件（２．４）の上限は、０．６４であることが好ましく、条件（２．４）の下限は、０．６０であることが好ましい。

図２に、ズームレンズシステム１０の各レンズのレンズデータを示している。図３に、ズームレンズシステム１０の諸数値を示している。レンズデータにおいて、Ｒｉは物体側１０ａから順に並んだ各レンズ（各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは物体側１０ａから順に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、Ｄｉは物体側１０ａから順に並んだ各レンズ面の有効径（ｍｍ）、ｎｄは物体側１０ａから順に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄは物体側１０ａから順に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。図２において、Ｆｌａｔは平面を示している。また、図３（ａ）において、入射瞳位置は第１の負メニスカスレンズＬ１１の凸面Ｓ１からの距離を示し、出射瞳位置は撮像デバイス５０の像面からの距離を示している。以降の実施形態においても同様である。

図３（ｂ）に示すように、このズームレンズシステム１０においては、第３の固定レンズ群Ｇ３と第１の移動レンズ群Ｇ４との間の空気間隔（距離）ｄ１６と、第１の移動レンズ群Ｇ４と第２の移動レンズ群Ｇ５との間の空気間隔ｄ１８と、第２の移動レンズ群Ｇ５とカバーガラスＣＧとの間の空気間隔ｄ２４とが変化する。

また、負メニスカスレンズＬ１２の両面Ｓ３およびＳ４と、正レンズＬ２４の両面Ｓ９およびＳ１０と、正レンズＬ５３の両面Ｓ２３およびＳ２４とは、非球面である。非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図３（ｃ）の係数Ｋ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５およびＣ６を用いて次式で表わされる。なお、「Ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ）２Ｙ２｝１／２］
＋Ｃ１Ｙ４＋Ｃ２Ｙ６＋Ｃ３Ｙ８＋Ｃ４Ｙ１０＋Ｃ５Ｙ１２＋Ｃ６Ｙ１４

本例のズームレンズシステム１０の上述した条件（１．１）〜（１．３）および（２．１）〜（２．４）を与える各式の値は、以下のようになる。
条件（１．１） ｎ１＝１．８８
条件（１．２） ｎ３＝１．９６
条件（１．３） ｎ１／ｎ３＝０．９６
条件（２．１） Ｐｇｆ４１＝０．５３
条件（２．２） Ｐｇｆ５３＝０．５４
条件（２．３） Ｐｇｆ５１＝０．５７
条件（２．４） Ｐｇｆ５２＝０．６３
したがって、本例の投射用レンズシステム１０は、条件（１．１）〜（１．３）および（２．１）〜（２．４）を満たしている。

図４に、ズームレンズシステム１０の収差図を示しており、図４（ａ）は広角端における収差図を示し、図４（ｂ）は望遠端における収差図を示している。図５に、ズームレンズシステム１０の１次結像レンズ群１１の収差図を示している。図４および図５に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な画像を撮影できる。なお、球面収差は、波長６５６ｎｍ（点線）と、波長５８７ｎｍ（実線）と、波長５４６ｎｍ（一点鎖線）と、波長４８６ｎｍ（二点鎖線）と、波長４３５ｎｍ（一点長鎖線）とを示している。また、非点収差は、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示している。また、収差図において縦軸は像高（ＩＭＧ ＨＴ）を示している。以降の実施形態においても同様である。

したがって、本例のズームレンズシステム１０は、広角端において全画角が１２６度と広角で、Ｆ値が２．０と明るく鮮明な画像を撮影できる、性能およびコストのバランスが取れたズームレンズシステム１０の一例である。

図６に、本発明の第２の実施形態に係るズームレンズシステム２０およびそれを用いた撮像装置１の概略構成を示しており、図６（ａ）は広角端（ＷＩＤＥ）におけるレンズ配置を示し、図６（ｂ）は望遠端（ＴＥＬＥ）におけるレンズ配置を示している。

このズームレンズシステム２０も、物体側２０ａから順に、物体側２０ａからの光を中間像５１として結像させる１次結像レンズ群２１と、中間像５１からの光を最終像５２として結像させるリレーレンズ群２２とから構成されている。本例の１次結像レンズ群２１も、ズームレンズシステム２０が変倍する際に移動しない固定広角レンズ群２１ａである。この固定広角レンズ群２１ａも、物体側２０ａから順に、変倍する際に移動しない負の屈折力の第１の固定レンズ群Ｇ１と、絞りＳｔと、変倍する際に移動しない正の屈折力の第２の固定レンズ群Ｇ２とから構成されている。

本例のリレーレンズ群２２も、物体側２０ａから順に、変倍する際に移動しない負の屈折力の第３の固定レンズ群Ｇ３と、変倍する際に移動する変倍レンズ群２２ａとから構成されている。この変倍レンズ群２２ａも、変倍する際に移動する正の屈折力の第１の移動レンズ群Ｇ４と、変倍する際に移動する正の屈折力の第２の移動レンズ群Ｇ５とから構成されている。

このズームレンズシステム２０は、全体が１４枚のガラス製のレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１〜Ｌ２５、Ｌ３１〜Ｌ３３、Ｌ４１、およびＬ５１〜Ｌ５３により構成されている。

第３の固定レンズ群Ｇ３は、物体側２０ａから順に配置された、両凹の負レンズＬ３１と、２枚貼合の第２の接合レンズ（バルサムレンズ）ＬＢ２とから構成されている。第２の接合レンズＬＢ２は、物体側２０ａから順に配置された、最終像側２０ｂに凸面Ｓ１６を向けた第２の負メニスカスレンズＬ３２と、最終像側２０ｂに凸面Ｓ１７を向けた第１の正メニスカスレンズＬ３３とから構成されている。なお、その他のレンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４およびＧ５の構成と、レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ４およびＧ５に含まれる各レンズの形状とは、第１の実施形態と共通するため、共通の符号を付して個々のレンズの説明は省略する。

このズームレンズシステム２０においては、中間像５１よりも最終像側２０ｂに第２の接合レンズＬＢ２を配置し、さらに、第２の負メニスカスレンズＬ３２のアッベ数ν３２と、第１の正メニスカスレンズＬ３３のアッベ数ν３３とが以下の条件（Ａ）および（Ｂ）を満たすように設計されている。
４５．０≦ν３２≦５５．０ ・・・（Ａ）
１５．０≦ν３３≦２５．０ ・・・（Ｂ）

このズームレンズシステム２０においては、第２の負メニスカスレンズＬ３２に弱い分散力（低分散）を与えるために条件（Ａ）を設定し、第１の正メニスカスレンズＬ３３に強い分散力（高分散）を与えるために条件（Ｂ）を設定している。このため、低分散の第２の負メニスカスレンズＬ３２と高分散の第１の正メニスカスレンズＬ３３とを組み合わせることにより、可視領域から近赤外領域にわたって色収差を良好に補正できる。したがって、入射光が近赤外線を含む波長帯であって、中間像５１よりも物体側２０ａに配置された第１の接合レンズＬＢ１による色収差補正が不足する場合であっても、第２の接合レンズＬＢ２により色収差補正能力を補強できる。条件（Ａ）および（Ｂ）の範囲を超えると、軸上色収差が増大し収差補正が困難となる。

図７に、ズームレンズシステム２０の各レンズのレンズデータを示している。図８に、ズームレンズシステム２０の諸数値を示している。図８（ｂ）に示すように、このズームレンズシステム２０においては、第３の固定レンズ群Ｇ３と第１の移動レンズ群Ｇ４との間の空気間隔ｄ１７と、第１の移動レンズ群Ｇ４と第２の移動レンズ群Ｇ５との間の空気間隔ｄ１９と、第２の移動レンズ群Ｇ５とカバーガラスＣＧとの間の空気間隔ｄ２５とが変化する。また、負メニスカスレンズＬ１２の両面Ｓ３およびＳ４と、正レンズＬ２４の両面Ｓ９およびＳ１０と、正レンズＬ５３の両面Ｓ２４およびＳ２５とは、非球面である。

本例のズームレンズシステム２０の上述した条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．４）、（Ａ）および（Ｂ）を与える各式の値は、以下のようになる。なお、本例では、屈折率ｎ３は第１の正メニスカスレンズＬ３３の屈折率を示している。
条件（１．１） ｎ１＝１．８８
条件（１．２） ｎ３＝１．９５
条件（１．３） ｎ１／ｎ３＝０．９６
条件（２．１） Ｐｇｆ４１＝０．５３
条件（２．２） Ｐｇｆ５３＝０．５３
条件（２．３） Ｐｇｆ５１＝０．５５
条件（２．４） Ｐｇｆ５２＝０．６４
条件（Ａ） ν３２＝４６．６
条件（Ｂ） ν３３＝１８．０
したがって、本例の投射用レンズシステム２０は、条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．４）、（Ａ）および（Ｂ）を満たしている。

図９に、ズームレンズシステム２０の収差図を示しており、図９（ａ）は広角端における収差図を示し、図９（ｂ）は望遠端における収差図を示している。図１０に、ズームレンズシステム２０の１次結像レンズ群２１の収差図を示している。図９および図１０に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な画像を撮影できる。なお、球面収差は、波長９００ｎｍを破線により示している。

したがって、本例のズームレンズシステム２０は、広角端において全画角が１１７度と広角で、Ｆ値が１．８と明るく、可視領域から近赤外領域にわたって鮮明な画像を撮影できる。このため、オートフォーカス機構などを持たず、昼夜兼用の監視目的、あるいは観察、防災、計測、記録などの多種多様な用途で採用される高感度なカメラ（撮像装置）に好適なズームレンズシステム２０を提供できる。

なお、本発明はこれらの実施形態に限定されず、請求の範囲に規定されたものを含む。すなわち、ズームレンズシステムの第１の光学系および／または第２の光学系は、少なくとも１つの反射面（ミラー）を有していてもよい。また、請求の範囲に規定された発明は、請求項ごとに相互に独立であってもよい。

Claims (8)

1. 物体側からの光を中間像として結像させる第１の光学系と、
   前記中間像からの光を最終像として結像させる第２の光学系とから構成され、
   前記第１の光学系は、変倍する際に移動しない固定レンズ群から構成され、
   前記第２の光学系は、変倍する際に移動する変倍レンズ群を含み、
   前記固定レンズ群は、最も前記物体側に配置され前記物体側に凸面を向けた第１の負メニスカスレンズを備えた負の屈折力の第１の固定レンズ群と、
   前記第１の固定レンズ群の前記最終像側に配置された正の屈折力の第２の固定レンズ群と、
   前記第１の固定レンズ群および前記第２の固定レンズ群の間に配置された絞りとを含み、
   前記第２の固定レンズ群は、最も前記物体側に配置された第１の接合レンズを含み、
   前記第１の接合レンズは、前記物体側から順に配置された両凸の正レンズおよび両凹の負レンズを含む、ズームレンズシステム。
2. 請求項１において、
   前記第１の接合レンズは、前記負レンズの前記最終像側に配置された両凸の正レンズを含む、ズームレンズシステム。
3. 物体側からの光を中間像として結像させる第１の光学系と、
   前記中間像からの光を最終像として結像させる第２の光学系とから構成され、
   前記第１の光学系は、変倍する際に移動しない固定レンズ群から構成され、
   前記第２の光学系は、変倍する際に移動する変倍レンズ群を含み、
   前記固定レンズ群は、最も前記物体側に配置され前記物体側に凸面を向けた第１の負メニスカスレンズを含み、
   前記第２の光学系は、前記変倍レンズ群の前記物体側に配置された変倍する際に移動しない負の屈折力の第３の固定レンズ群を含む、ズームレンズシステム。
4. 請求項３において、
   前記中間像と前記第３の固定レンズ群の最も前記物体側のレンズ面との間の光軸上の距離は、前記中間像と前記固定レンズ群の最も前記最終像側のレンズ面との間の光軸上の距離よりも短い、ズームレンズシステム。
5. 請求項３または４において、
   前記第３の固定レンズ群は、最も前記最終像側に配置され前記最終像側に凸面を向けた第１の正メニスカスレンズを含み、
   前記第１の負メニスカスレンズの屈折率ｎ１と、前記第１の正メニスカスレンズの屈折率ｎ３とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   ｎ１≧１．６５
   ｎ３≧１．９０
   ０．８２≦ｎ１／ｎ３＜１．００
6. 請求項５において、
   前記第３の固定レンズ群は、最も前記最終像側に配置された第２の接合レンズを含み、
   前記第２の接合レンズは、前記物体側から順に配置された前記最終像側に凸面を向けた第２の負メニスカスレンズおよび前記第１の正メニスカスレンズから構成され、
   前記第２の負メニスカスレンズのアッベ数ν３２と、前記第１の正メニスカスレンズのアッベ数ν３３とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   ４５．０≦ν３２≦５５．０
   １５．０≦ν３３≦２５．０
7. 物体側からの光を中間像として結像させる第１の光学系と、
   前記中間像からの光を最終像として結像させる第２の光学系とから構成され、
   前記第１の光学系は、変倍する際に移動しない固定レンズ群から構成され、
   前記第２の光学系は、変倍する際に移動する変倍レンズ群を含み、
   前記固定レンズ群は、最も前記物体側に配置され前記物体側に凸面を向けた第１の負メニスカスレンズを含み、
   前記変倍レンズ群は、広角端から望遠端に変倍する際に前記最終像側から前記物体側へ移動する正の屈折力の第１の移動レンズ群と、
   前記第１の移動レンズ群の前記最終像側に配置され広角端から望遠端に変倍する際に前記最終像側から前記物体側へ移動する正の屈折力の第２の移動レンズ群とを含み、
   前記第１の移動レンズ群は、最も前記最終像側に配置された第１の正レンズから構成され、
   前記第２の移動レンズ群は、前記物体側から順に配置された第２の正レンズ、第１の負レンズおよび第３の正レンズから構成され、
   前記第１の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ４１と、前記第２の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５１と、前記第１の負レンズの部分分散比Ｐｇｆ５２と、前記第３の正レンズの部分分散比Ｐｇｆ５３とが以下の条件を満たす、ズームレンズシステム。
   ０．５３≦Ｐｇｆ４１≦０．５５
   ０．５３≦Ｐｇｆ５３≦０．５５
   ０．５５≦Ｐｇｆ５１≦０．５８
   ０．５８≦Ｐｇｆ５２≦０．６６
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のズームレンズシステムと、
   前記ズームレンズシステムの前記最終像が結像される位置に配置された撮像デバイスとを有する、撮像装置。

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