JP6657009B2

JP6657009B2 - 変倍光学系及び撮像装置

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Publication number: JP6657009B2
Application number: JP2016100787A
Authority: JP
Inventors: 来未; 敏也瀬川
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: JP2017207666A

Description

本発明は、変倍光学系及び撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）を用いた撮像装置に好適な変倍光学系及び撮像装置に関する。

従来より、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が広く普及している。このような撮像装置に用いられる光学系として、焦点距離を変更可能な変倍光学系が広く用いられている。変倍光学系は、監視用撮像装置の光学系としても広く採用されている。変倍比の高い変倍光学系を用いれば、監視領域等に応じて焦点距離を調節することができるため、種々のニーズに対応することが容易になる。また、監視用撮像装置は常時使用されるため、大口径の明るい変倍光学系が求められている。大口径の変倍光学系であれば、光量の乏しい時間帯も鮮明な被写体像を得ることができる。

このような変倍光学系として、従来より、物体側から像側へ順に、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、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レンズ群を含む後続レンズ群とを備えたズームレンズが数多く提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

特許文献１に記載のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力を有する第１レンズ群〜第４レンズ群から構成されている。このズームレンズでは、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定し、第２レンズ群を一方向に移動させることによって変倍し、第４レンズ群を前後方向に移動させることにより変倍に伴う像面変動の補正やフォーカシングを行うものとしている。しかしながら、当該ズームレンズの変倍比は２５倍程度であり、より高い変倍比を実現することが求められる。

また、特許文献２及び特許文献３に記載のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力を有する第１レンズ群〜第４レンズ群と共に、第４レンズ群の像側に負の屈折力を有する第５レンズ群を備えている。いずれのズームレンズも、第１レンズ群、第３レンズ群及び第５レンズ群を固定し、第２レンズ群を一方向に移動させることによって変倍し、第４レンズ群を前後方向に移動させることにより変倍に伴う像面変動の補正やフォーカシングを行うものとしている。

特許文献２に記載のズームレンズの変倍比は３５倍であり、比較的高い変倍比を実現している。しかしながら、当該ズームレンズでは、変倍に伴う収差変動が大きく、良好な光学性能を得ることが困難である。また、特許文献３に記載のズームレンズの変倍比は、３０倍程度であり、より高い変倍比を実現することが求められる。

特許第４６７２８６０号公報特許第４８２３６８０号公報特開２０１３−１７８４０９号公報

また、近年では、固体撮像素子の高画素化、高感度化が進んだことから、被写体のより細かな特徴を確認することが可能なより光学性能の高い変倍光学系が求められている。また、監視用撮像装置の小型化に対する要望は大きく、変倍光学系の小型化も強く求められている。

そこで、本件発明の課題は、高い変倍比を有し、且つ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を有する小型の変倍光学系及び撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本件発明に係る変倍光学系は、物体側から順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、負の屈折力の第４レンズ群と、全体として正の屈折力の後続レンズ群とから構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の間隔が小さくなるように、少なくとも前記第２レンズ群を移動させ、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。

（１）０．３＜Ｆ３／√（Ｆｗ×Ｆｔ）＜１．０
（２）２．６＜｜Ｆ４／Ｆｗ｜＜６．０

但し、
Ｆ３は、前記第３レンズ群の焦点距離であり、
Ｆ４は、前記第４レンズ群の焦点距離であり、
Ｆｗは、広角端における当該変倍光学系全系の焦点距離であり、
Ｆｔは、望遠端における当該変倍光学系全系の焦点距離である。

また、上記課題を解決するために、本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る変倍光学系と、当該変倍光学系の像側に、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

本件発明によれば、高い変倍比を有し、且つ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を有する小型の変倍光学系及び撮像装置を提供することができる。

本件発明の実施例１の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例１の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例１の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例１の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例２の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例２の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例２の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例２の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例３の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例３の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例３の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例３の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例４の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例４の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例４の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例４の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例５の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例５の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例５の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例５の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例６の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例６の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例６の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例６の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例７の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例７の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例７の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例７の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例８の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例８の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例８の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例８の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明の実施例９の変倍光学系のレンズ構成例を示す断面図であり、上段が広角端合焦状態、中段が中間焦点位置合焦状態、下段が望遠端合焦状態を示す。実施例９の変倍光学系の広角端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例９の変倍光学系の中間焦点位置合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。実施例９の変倍光学系の望遠端合焦状態における無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。本件発明に係る撮像装置の一例を示す模式図である。

以下、本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。但し、以下に説明する当該変倍光学系及び撮像装置は本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置の一態様であって、本件発明に係る変倍光学系は以下の態様に限定されるものではない。

１．変倍光学系
１−１．変倍光学系の構成
まず、本件発明に係る変倍光学系の実施の形態を説明する。本件発明に係る変倍光学系は、物体側から順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、負の屈折力の第４レンズ群と、全体として正の屈折力の後続レンズ群とから構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の間隔が小さくなるように、少なくとも前記第２レンズ群を移動させ、後述する所定の条件式を満足することを特徴とする。まず、本件発明に係る光学系の構成について説明し、条件式に関する事項は後で説明するものとする。当該構成を採用すると共に、所定の条件式を満足させることにより、高い変倍比を有し、且つ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を有する小型の変倍光学系を提供することが可能になる。

（１）第１レンズ群
第１レンズ群は、全体として正の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。また、広角端から望遠端への変倍の際における第１レンズ群の動作についても特に限定されるものではなく、第１レンズ群は光軸方向に固定される固定群であってもよいし、光軸方向に移動させる移動群であってもよい。しかしながら、当該変倍光学系全体の小型化、軽量化を図ることが容易になるという観点から、広角端から望遠端への変倍の際に第１レンズ群を光軸方向に固定することが好ましい。当該変倍光学系において、第１レンズ群は、他のレンズ群と比較すると、外径が大きいレンズで構成され、正レンズを多く含むため重い。そのため、変倍の際に第１レンズ群を固定群とすれば、変倍の際にレンズ群を移動させるための移動機構の小型化、軽量化を図ることが容易になり、当該変倍光学系全体の小型化、軽量化を図ることが容易になるためである。

（２）第２レンズ群
第２レンズ群は、全体として負の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群及び第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の間隔が小さくなるように、少なくとも第２レンズ群を移動させる。当該変倍光学系において、第２レンズ群はバリエータとして機能し、当該第２レンズ群を移動させることによって、当該変倍光学系の焦点距離を変化させる。第２レンズ群の移動の方向は特に限定されないが、第１レンズ群を変倍の際に光軸方向に固定したとき、第２レンズ群は像側に移動させるものとする。

（３）第３レンズ群
第３レンズ群は、全体として正の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。例えば、当該第３レンズ群を１枚の正レンズから構成し、当該正レンズの少なくとも１面を非球面とすることが好ましい。少なくとも１面が非球面である１枚の正レンズから当該第３レンズ群を構成すれば、少ないレンズ枚数で解像度の高い変倍光学系を実現することが容易になり、当該変倍光学系の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることが容易になる。また、変倍比の高い変倍光学系としたときも、変倍域全域において、球面収差及び像面湾曲の補正を良好に行うことが可能になる。

また、広角端から望遠端への変倍の際における第３レンズ群の動作についても特に限定されるものではなく、第３レンズ群は光軸方向に固定される固定群であってもよいし、光軸方向に移動させる移動群であってもよい。しかしながら、第３レンズ群を固定群とすれば、当該第３レンズ群を変倍の際に移動するための移動機構が不要になることから、当該変倍光学系全体の小型化、軽量化を図る上で、第３レンズ群を固定群とすることが好ましい。

（４）第４レンズ群
第４レンズ群は、全体として負の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。例えば、当該第４レンズ群を１枚の負レンズから構成することが好ましい。第４レンズ群をこのように構成すれば、少ないレンズ枚数で解像度の高い変倍光学系を実現することが容易になり、当該変倍光学系の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることが容易になる。

また、広角端から望遠端への変倍の際における第４レンズ群の動作についても特に限定されるものではなく、第４レンズ群は光軸方向に固定される固定群であってもよいし、光軸方向に移動させる移動群であってもよい。しかしながら、第４レンズ群を移動群とすれば、第２レンズ群と第４レンズ群とで変倍作用を分担することができる。第２レンズ群にのみ変倍作用を持たせる場合と比較すると、変倍時における収差変動を抑制することができる。このため、少ない枚数のレンズで収差補正を良好に行うことができ、解像度の高い変倍光学系を小型に構成することが容易になる。

（５）後続レンズ群
後続レンズ群は、全体として正の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。また、後続レンズ群が全体として正の屈折力を有する限り、当該後続レンズ群は一つのレンズ群から構成されてもよいし、複数のレンズ群から構成されていてもよい。

広角端から望遠端への変倍の際における後続レンズ群の動作についても特に限定されるものではなく、当該後続レンズ群は光軸方向に固定される固定群であってもよいし、光軸方向に移動させる移動群であってもよい。また、当該後続レンズ群が複数のレンズ群から構成されるとき、各々のレンズ群はそれぞれ固定群であってもよいし、移動群であってもよい。当該後続レンズ群を複数のレンズ群から構成し、少なくともその一部のレンズ群をコンペンセータとして機能させることにより、高い変倍比を実現したときも、変倍域全域にわたって良好な光学性能を実現することがより容易になるため好ましい。

また、当該後続レンズ群の全体又は一部を移動させることにより無限遠から近距離物体への合焦を行うことが好ましい。当該変倍光学系において、第１レンズ群〜第４レンズ群と比較すると後続レンズ群は小型、軽量に構成することができる。そのため、後続レンズ群の全体又は一部を合焦群として用いれば、合焦群の小型化、軽量化を図ることができる。また、合焦時における合焦群の移動量を小さくすることができる。そのため、迅速な合焦動作を行わせることができる。また、合焦群の小型化、軽量化を図ることにより、合焦群を移動させるための駆動機構の小型化、軽量化を図ることが容易になるため、当該変倍光学系全体の小型化、軽量化が容易になる。特に、後続レンズ群において最も物体側に配置される第５レンズ群を合焦群として用いることが上記効果を得る上で好ましい。

当該後続レンズ群を複数のレンズ群から構成する場合、例えば、物体側から順に配置された、正の屈折力の第５レンズ群と、負の屈折力の第６レンズ群とを有する構成とすることが好ましい。

また、当該後続レンズ群を複数のレンズ群から構成する場合、例えば、物体側から順に配置された、負の屈折力の第５レンズ群と、正の屈折力の第６レンズ群とを有する構成としてもよい。

しかしながら、高い変倍比を実現したときも、当該変倍光学系の小型化を図ることができ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を実現することがより容易になるという観点から、正の屈折力の第５レンズ群と、負の屈折力の第６レンズ群とを有する構成を採用することがより好ましい。なお、上記いずれの場合も、第６レンズ群の像側に正又は負の屈折力を有する第７レンズ群を備えていてもよい。なお、第５レンズ群の屈折力が正、第６レンズ群の屈折力が負である場合、第７レンズ群の屈折力は正であることが好ましい。また、広角端から望遠端への変倍時、第２レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群及び第６レンズ群を移動群とすることが好ましい。

（５）開口絞り
本件発明に係る変倍光学系において、当該変倍光学系の小型化を図ると共に、明るく、より良好な光学性能を実現するという観点から、開口絞りは第３レンズ群の物体側に配置されることが好ましい。

（６）防振レンズ群
当該変倍光学系を構成するレンズ群のうち、いずれか一のレンズ群、若しくはそのレンズ群の一部を光軸に対して垂直方向に移動させることで、撮像時の像ブレを補正する防振レンズ群として構成してもよい。

１−２．条件式
次に、当該変倍光学系が満たすべき条件、又は、満足することが好ましい条件について説明する。

当該変倍光学系は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。

１−２−１．条件式（１）
条件式（１）は、当該変倍光学系全系の実効焦点距離に対する第３レンズ群の焦点距離の比を規定する式である。条件式（１）を満足することにより、第３レンズ群の屈折力が適正な範囲内となり、高変倍比を実現したときも小型化を図ることができ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を有する変倍光学系とすることができる。

これに対して、条件式（１）の数値が上限値以上になると、第３レンズ群の屈折力が小さく、変倍比を高くしたときに、当該変倍光学系全系の光学全長が長くなり、当該変倍光学系の小型化を図ることが困難になる。一方、条件式（１）の数値が下限値以下になると、第３レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ、球面収差や像面湾曲の補正が困難になる。

これらの効果を得る上で、条件式（１）の上限値は０．９５であることが好ましく、０．９０であることがより好ましい。条件式（１）の上限値が小さいほど、高い変倍比を実現したときも当該変倍光学系の小型化を図ることが容易になり、より高い光学性能の変倍光学系を得ることができる。一方、条件式（１）の下限値は０．３５であることが好ましく、０．４０であることがより好ましい。条件式（１）の下限値が大きいほど、変倍域全域にわたって良好な光学性能を得ることができる。

１−２−２．条件式（２）
条件式（２）は、広角端における当該変倍光学系全系の焦点距離に対する第４レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（２）を満足することにより、高い変倍比を実現したときも当該変倍光学系の小型化を図ることができ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を有する変倍光学系とすることができる。

これに対して、条件式（２）の数値が上限値以上になると、第４レンズ群の屈折力が小さく、変倍の際に第４レンズ群を移動群としたときの第４レンズ群の移動量が大きくなる。そのため、変倍比を高くしたときに、望遠端における当該変倍光学系全系の光学全長が長くなり、当該変倍光学系の小型化を図ることが困難になる。一方、条件式（２）の数値が下限値以下になると、第４レンズ群の屈折力が大きくなりすぎ、球面収差、像面湾曲、非点収差等の補正が困難になる。

これらの効果を得る上で、条件式（２）の上限値は５．８であることが好ましく、５．５であることがより好ましい。条件式（２）の上限値が小さいほど、高い変倍比を実現したときも当該変倍光学系の小型化を図ることが容易になり、より高い光学性能の変倍光学系を得ることができる。一方、条件式（２）の下限値は２．８であることが好ましく、３．０であることがより好ましい。条件式（２）の下限値が大きいほど、変倍域全域にわたって良好な光学性能を得ることができる。

１−２−３．条件式（３）
当該変倍光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

（３）０．３＜ＴＴＬ／Ｆｔ＜０．８
但し、
Ｆｔは、望遠端における当該変倍光学系全系の焦点距離であり、
ＴＴＬは、望遠端における当該変倍光学系全系の全長である。

条件式（３）は、当該変倍光学系全系の全長と望遠端における当該変倍光学系の焦点距離との比を規定した式である。条件式（３）を満足することにより、高変倍比を実現したときも光学全長方向の小型化を図ることができる。また、条件式（３）を満足することにより、像面湾曲や軸上色収差の補正を良好に行うことができ、変倍域全域にわたって良好な光学性能を実現することができる。

条件式（３）の数値が上限値以上になると、変倍比の高いズームレンズとしたときに、当該変倍光学系全系の全長が長くなるため、小型の変倍光学系を実現することが困難になる。一方、条件式（３）の数値が下限値以下になると、像面湾曲や軸上色収差の補正が困難になり、変倍域全域にわたって良好な光学性能を維持することが困難になる。

これらの効果を得る上で、条件式（３）の上限値は０．７８であることが好ましく、０．７５であることがより好ましい。条件式（３）の上限値が小さいほど、高い変倍比を実現した場合も、当該ズームレンズの小型化を図ることがより容易になる。一方、条件式（３）の下限値は、０．３５であることが好ましく、０．４０であることがより好ましい。条件式（３）の下限値が大きいほど、像面湾曲や軸上色収差の補正が容易になり、変倍域全域にわたって良好な光学性能を維持することがより容易になる。

１−２−４．条件式（４）
当該変倍光学系において、第１レンズ群が、物体側から順に配置された１枚の負レンズ及び１枚の正レンズからなる接合レンズと、少なくとも１枚の正の単レンズとを備えるとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。

（４）０．１＜Ｆ１／Ｆｔ＜０．４
但し、
Ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離である。

条件式（４）は望遠端における当該変倍光学系全系の焦点距離に対する第１レンズ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（４）を満足することにより、高変倍比を実現したときも小型化を図ることができ、光学性能の高い変倍光学系を得ることができる。

これに対して、条件式（４）の数値が上限値以上になると、第１レンズ群の屈折力が小さく、変倍比を高くしたときに当該変倍光学系全系の光学全長が長くなり、当該変倍光学系の小型化を図ることが困難になる。一方、条件式（４）の数値が下限値以下になると、第１レンズ群の屈折力が大きくなり過ぎ、球面収差や色収差の補正が困難になる。

これらの効果を得る上で、条件式（４）の上限値は０．３８であることが好ましく、０．３５であることがより好ましい。条件式（４）の上限値が小さいほど、高い変倍比を実現した場合も、当該変倍光学系全系の光学全長を小さくすることができ、小型の変倍光学系を得ることが容易になる。一方、条件式（４）の下限値は０．１２であることが好ましく、０．１５であることがより好ましい。条件式（４）の下限値が大きいほど、変倍域全域にわたって良好な光学性能を得ることができる。

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る変倍光学系と、当該変倍光学系の像面側に設けられた、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

ここで、撮像素子等に特に限定はなく、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子等も用いることができる。本件発明に係る撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のこれらの固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよいし、一眼レフカメラやミラーレス一眼カメラ等のレンズ交換式の撮像装置であってもよいのは勿論である。

具体的な構成例を図３７に示す。図３７は、レンズ交換式の撮像装置１の断面を模式的に表した図である。図３７に示すように、当該レンズ交換式の撮像装置１は、変倍光学系を収容した鏡筒部２が、当該撮像装置１のマウント部３に着脱自在に固定されている。当該撮像装置１は、変倍光学系の像側に上記撮像素子４を備え、この撮像素子４の撮像面に変倍光学系によって光学像が結像される。撮像面に結像された光学像は、当該撮像素子４において電気信号に変換される。当該電気信号に基づいて生成された画像データは、撮像装置１の背面に設けられたバックモニタ５等の画像出力装置に出力される。

上記本件発明に係る変倍光学系は、高い解像力を有し、変倍域全域にわたって高い光学性能を有する。また、上記変倍光学系は、高い変倍比を実現しつつ、小型に構成することが可能である。そのため、撮像素子４の画素数が高く、高感度であっても、輪郭の鮮明な被写体像を得ることができる。そのため、本件発明に係る変倍光学系を備えた撮像装置は、画像の一部を拡大して、被写体の細部の確認を要するような用途、例えば、監視用撮像装置等に好適である。

なお、本件発明において変倍光学系とは、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ等の焦点距離が可変の可変焦点レンズを意味する。

また、上述した実施の形態は、物体側から順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、負の屈折力の第４レンズ群と、正の第５レンズ群、負の第６レンズ群及び正の第７レンズ群とから構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群、前記第３レンズ群及び第７レンズ群を光軸方向に固定し、前記第２レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群及び第６レンズ群を移動させるようにした変倍光学系にも好適である。

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に挙げる各実施例の光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系であり、特に、監視用撮像装置等の据付設置型の撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が物体側、右方が像面側である。

（１）光学系の構成
図１に、本件発明に係る実施例１の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。なお、図中に変倍時における各レンズ群の軌跡を矢印で示す。

実施例１のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６と、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｇ７とから構成されている。具体的なレンズ構成は図１に示すとおりである。

また、図１において、「ＣＧ」はカバーガラス等の実質的な屈折力を有さない平行平板である。また、「Ｉ」は像面であり、具体的にはＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の撮像面、或いは、銀塩フィルムのフィルム面等を表す。これらの点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

当該ズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２を像側に移動させ、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に固定し、第４レンズ群Ｇ４を像側に移動させ、第５レンズ群Ｇ５を物体側に凸の軌跡で移動させ、第６レンズ群Ｇ６を物体側に移動させ、第７レンズ群Ｇ７を光軸方向に固定する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、変倍の際に開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に光軸方向に固定される。なお、第２レンズ群Ｇ２はバリエータであり、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５、第６レンズ群Ｇ６はそれぞれコンペンセータとして機能する。

また、当該ズームレンズでは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際、第５レンズ群Ｇ５を光軸に沿って物体側に移動することにより合焦する。また、第７レンズ群Ｇ７は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、撮像時の像ブレを補正する防振レンズ群ＶＣとして機能する。

（２）数値実施例
次に、当該ズームレンズの具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１に当該ズームレンズの面データを示す。表１において、「面番号」は物体側から数えたレンズ面の順番、「ｒ」はレンズ面の曲率半径、「ｄ」はレンズ面の光軸上の間隔、「ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、「νｄ」はｄ線に対するアッベ数を示している。また、面番号の次に付したアスタリスク「＊」は当該レンズ面が非球面であることを表し、「Ｓ」は開口絞りを示している。また、Ｄ（７）等は、当該レンズ面の光軸上の間隔が変倍時に変化する可変間隔であることを示す。

表２に、非球面データを示す。非球面データは、下記式で非球面を定義したときの円錐係数、各次数の非球面係数を示す。

z=ch²/[1+{1-(1+k)c²h²}^1/2+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰・・・
但し、cは曲率（1/r）、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数である。

表３に各種データを示す。各種データは広角端、中間焦点位置、望遠端における各種データを示している。当該表において、「Ｆ」は当該ズームレンズの無限遠合焦時における焦点距離（ｍｍ）、「Ｆｎｏ．」は当該ズームレンズのＦナンバー、「ω」は当該光学系の半画角（°）、Ｄ（７）等は各レンズ面間の可変間隔を示している。表４に各レンズ群の焦点距離を示す。

また、表３７に当該ズームレンズの上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。これらの各表に関する事項は、他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。

また、図２〜図４に当該実施例１のズームレンズの広角端、中間焦点位置、望遠端における無限遠合焦時の縦収差図をそれぞれ示す。各図に示す縦収差図は、図面に向かって左側から順に、それぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）である。

球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線がｄ線（波長587.56nm）、一点鎖線がＣ線（波長656.27nm）、破線がＦ線（波長486.13nm）における特性である。

非点収差図において、縦軸は半画角（ω）を表し、実線がｄ線（波長587.56nm）に対するサジタル像面（ｄｓ）、点線がｄ線に対するメリジオナル像面（ｄｍ）における特性である。

歪曲収差図において、縦軸は半画角（ω）を表し、ｄ線（波長587.56nm）における特性を示している。

これらの縦収差図に関する事項は、他の実施例で示す縦収差図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

（１）光学系の構成
図５に、本件発明に係る実施例２の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例２のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６と、正の屈折力を有する第７レンズ群Ｇ７とから構成されている。具体的なレンズ構成は図５に示すとおりである。

また、当該ズームレンズでは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際、第５レンズ群Ｇ５を光軸に沿って物体側に移動することにより合焦する。また、第２レンズ群Ｇ２は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、撮像時の像ブレを補正する防振レンズ群ＶＣとして機能する。

（２）数値実施例
次に、当該ズームレンズの具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表５に、当該ズームレンズの面データを示し、表６〜表８に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図６〜図８に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図９に、本件発明に係る実施例３の変倍光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例３のズームレンズは、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図９に示すとおりである。

当該ズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２を像側に移動させ、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に固定し、第４レンズ群Ｇ４を像側に移動させ、第５レンズ群Ｇ５を物体側に凸の軌跡で移動させ、第６レンズ群Ｇ６を光軸方向に固定する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、変倍の際に開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に光軸方向に固定される。なお、第２レンズ群Ｇ２はバリエータであり、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５はそれぞれコンペンセータとして機能する。

また、当該ズームレンズでは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際、第５レンズ群Ｇ５を光軸に沿って物体側に移動することにより合焦する。また、第６レンズ群Ｇ６は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、撮像時の像ブレを補正する防振レンズ群ＶＣとして機能する。

（２）数値実施例
次に、当該ズームレンズの具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表９に、当該ズームレンズの面データを示し、表１０〜表１２に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図１０〜図１２に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図１３に、本件発明に係る実施例４の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例４のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図１３に示すとおりである。

当該ズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２を像側に移動させ、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に固定し、第４レンズ群Ｇ４を物体側に移動させ、第５レンズ群Ｇ５を物体側に移動させ、第６レンズ群Ｇ６を像側に移動させる。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、変倍の際に開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に光軸方向に固定される。なお、第２レンズ群Ｇ２はバリエータであり、第４レンズ群Ｇ４、第５レンズ群Ｇ５及び第６レンズ群Ｇ６はそれぞれコンペンセータとして機能する。

（２）数値実施例
次に、当該ズームレンズの具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１３に、当該ズームレンズの面データを示し、表１４〜表１６に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図１４〜図１６に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図１７に、本件発明に係る実施例５の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例５のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図１７に示すとおりである。

また、当該ズームレンズでは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際、第５レンズ群Ｇ５を光軸に沿って物体側に移動することにより合焦する。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１７に、当該ズームレンズの面データを示し、表１８〜表２０に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図１８〜図２０に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図２１に、本件発明に係る実施例６の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例６のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図２１に示すとおりである。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２１に、当該ズームレンズの面データを示し、表２２〜表２４に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図２２〜図２４に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図２５に、本件発明に係る実施例７の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例７のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図２５に示すとおりである。

当該ズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１を光軸方向に固定し、第２レンズ群Ｇ２を像側に移動させ、第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に固定し、第４レンズ群Ｇ４を物体側に移動させ、第５レンズ群Ｇ５を物体側に移動させ、第６レンズ群Ｇ６を光軸方向に固定する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、変倍の際に開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３と共に光軸方向に固定される。なお、第２レンズ群Ｇ２はバリエータであり、第４レンズ群Ｇ４及び第５レンズ群Ｇ５はそれぞれコンペンセータとして機能する。

また、当該ズームレンズでは、無限遠物体から近距離物体への合焦の際、第４レンズ群Ｇ４を光軸に沿って物体側に移動することにより合焦する。また、第５レンズ群Ｇ５は光軸に対して垂直方向に移動可能に構成されており、撮像時の像ブレを補正する防振レンズ群ＶＣとして機能する。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２５に当該ズームレンズの面データを示し、表２６〜表２８に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図２６〜図２９に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図２９に、本件発明に係る実施例８の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例８のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図２９に示すとおりである。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２９に当該ズームレンズの面データを示し、表３０〜表３２に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図３０〜図３２に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図３３に、本件発明に係る実施例９の光学系であるズームレンズの広角端状態（Wide）、中間焦点位置状態（Mid）、望遠端状態（Tele）におけるレンズ構成を示す。

実施例９のズームレンズは、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、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、負の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６とから構成されている。具体的なレンズ構成は図２９に示すとおりである。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表３３に、当該ズームレンズの面データを示し、表３４〜表３６に非球面データ、各種データ、各レンズ群の焦点距離を示す。また、表３７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（４）の数値を示す。さらに、図３４〜図３６に当該ズームレンズの広角端状態、中間合焦位置状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。

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
Ｇ５・・・第５レンズ群
Ｇ６・・・第６レンズ群
Ｇ７・・・第７レンズ群
Ｓ・・・開口絞り
Ｉ・・・像面
Ｆ・・・合焦群
ＶＣ・・・防振群
１・・・レンズ交換式の撮像装置
２・・・鏡筒部
３・・・マウント部
４・・・撮像素子
５・・・バックモニタ

Claims

物体側から順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、負の屈折力の第４レンズ群と、全体として正の屈折力の後続レンズ群とから構成され、
広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群及び前記第３レンズ群の間隔が小さくなるように、少なくとも前記第２レンズ群を移動させ、変倍の際に隣り合うレンズ群との間隔が変化する変倍光学系であって、
広角端から望遠端への変倍の際に、前記第１レンズ群を光軸方向に固定し、前記第２レンズ群を像側に移動させ、
前記後続レンズ群が、物体側から順に配置された、正の屈折力の第５レンズ群と、負の屈折力の第６レンズ群とを有し、
以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする変倍光学系。
（１）０．３＜Ｆ３／√（Ｆｗ×Ｆｔ）＜０．９０
（２）２．６＜｜Ｆ４／Ｆｗ｜＜６．０
但し、
Ｆ３は、前記第３レンズ群の焦点距離であり、
Ｆ４は、前記第４レンズ群の焦点距離であり、
Ｆｗは、広角端における当該変倍光学系全系の焦点距離であり、
Ｆｔは、望遠端における当該変倍光学系全系の焦点距離である。
広角端から望遠端への変倍の際に、前記第４レンズ群を移動させる請求項１に記載の変倍光学系。
広角端から望遠端への変倍の際に、前記第３レンズ群を光軸方向に固定する請求項１又は請求項２に記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群の物体側に絞りを備え、
広角端から望遠端への変倍の際に、前記絞りを光軸方向に固定する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群が１枚の正レンズから構成され、
当該正レンズの少なくとも１面が非球面である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の変倍光学系。
前記第４レンズ群が１枚の負レンズから構成される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の変倍光学系。
以下の条件式（３）を満足する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の変倍光学系。
（３）０．３＜ＴＴＬ／Ｆｔ＜０．８
但し、
ＴＴＬは、望遠端における当該変倍光学系全系の全長である。
前記第１レンズ群が、物体側から順に配置された１枚の負レンズ及び１枚の正レンズからなる接合レンズと、少なくとも１枚の正の単レンズとを備え、
以下の条件式（４）を満足する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の変倍光学系。
（４）０．１＜Ｆ１／Ｆｔ＜０．４
但し、
Ｆ１は、前記第１レンズ群の焦点距離である。
前記後続レンズ群において最も物体側に配置された第５レンズ群を移動させることにより、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の変倍光学系。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の変倍光学系と、当該変倍光学系の像側に、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。