JP6695293B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、特に、遠距離用の監視カメラに好適なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、港湾や空港等での遠方監視に用いる監視カメラ用の光学系として高変倍比を有するズームレンズが用いられている。このような用途に適したズームレンズとして、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、物体側から順に、正の屈折力を有し接合レンズを含む第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群の４つのレンズ群を備え、そのうち第２レンズ群と第３レンズ群を移動させることにより６０倍程度の変倍比を実現したズームレンズが記載されている。

特許第５４３８６２０号公報

近年、遠方監視用途のズームレンズには、長焦点距離まで変倍可能な高い変倍比を有しながら、撮像素子の高画素化に対応可能なように高性能であることが求められている。また、上記用途では夜間時や濃霧時での撮影のために可視域だけでなく近赤外の波長にも対応可能であることが要望される。

特許文献１に記載のズームレンズは、高変倍比かつ高性能を実現しているが、近年のさらなる高変倍比、すなわち望遠端での長焦点距離化の要求に応えようとすると、収差補正、特に望遠端の色収差の補正が問題となってくる。具体的には、残存２次スペクトルの除去のために第１レンズ群の接合レンズの各接合面の曲率半径の絶対値が小さくなることにより、波長ごとの球面収差の差を発生させており、十分な色収差補正を困難としている。さらなる高倍率化においては、接合面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎないようにし、波長ごとの球面収差の差を軽減する必要がある。

このように、高変倍比を実現しながら全変倍域にわたって良好な性能を有し、さらには可視から近赤外までの波長帯域に対応可能な光学系を実現することは難しい。これらの要望を同時に満たすためには光学系が大型化する傾向にあるが、近年では装置のコンパクト性に対する要望も厳しくなってきている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの波長帯域に対応可能で、高変倍比かつ高性能の両方を実現可能なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本発明のズームレンズは、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、正の屈折力を有し最も物体側に絞りが配置された第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群および第４レンズ群は像面に対して固定されており、第２レンズ群および第３レンズ群は相互間隔を変化させて光軸方向に移動し、第２レンズ群および第３レンズ群はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通り、第１レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合してなる第１の接合レンズと、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合してなる第２の接合レンズと、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合してなる第３の接合レンズとからなり、無限遠物体から近距離物体への合焦時に、第３の接合レンズのみが移動することを特徴とする。

本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の焦点距離をｆ２、無限遠物体に合焦時の望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましく、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−０．０１９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．００８ （１）
−０．０１７＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０１ （１−１）

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｐ、第１レンズ群内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｎとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
２４＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜４１ （２）
２７＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜３８ （２−１）

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群が、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを含み負の屈折力を有する第４ａレンズ群と、第４ａレンズ群の像側に配置された負の屈折力を有する第４ｂレンズ群と、第４ｂレンズ群の像側に第４ｂレンズ群に対し第４レンズ群内で最長の光軸上の空気間隔を隔てて配置された正の屈折力を有する第４ｃレンズ群とを備え、第４ｂレンズ群のみを光軸と垂直な方向に移動させることにより撮影画像のぶれを補正し、第４ａレンズ群の焦点距離をｆ４ａ、第４ｂレンズ群の焦点距離をｆ４ｂとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
２．４＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．６ （３）
２．８＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．２ （３−１）

第４レンズ群が上記の好ましい構成を採る場合、第４ｂレンズ群と第４ｃレンズ群の間の光路中に挿入されることにより全系の焦点距離を長焦点距離側に変更するエクステンダーレンズ群が挿脱可能に配置されていることが好ましい。

本発明のズームレンズにおいては、第３の接合レンズの正レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｐ、第３の接合レンズの負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｎ、第３の接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｐ、第３の接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｎ、第３の接合レンズの接合面の曲率半径をＲｃ、ΔΦＦＣ＝（（Ｎｄｎ−１）／νｄｎ−（Ｎｄｐ−１）／νｄｐ）／Ｒｃ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−０．００２＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１ （４）
−０．００１８＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１２ （４−１）

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。

なお、本明細書の「〜からなり」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および／または手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。

なお、上記の「正の屈折力を有する〜群」とは、群全体として正の屈折力を有することを意味する。上記の「負の屈折力を有する〜群」についても同様である。上記の「〜群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。上記の群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。「負メニスカスレンズ」は負の屈折力を有するメニスカスレンズである。上記条件式は全てｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準としたものである。

本発明によれば、物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、および正の第４レンズ群からなるレンズ系において、変倍時に移動するレンズ群、第１レンズ群の構成、および合焦時に移動するレンズを好適に設定することにより、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの波長帯域に対応可能で、高変倍比かつ高性能の両方を実現可能なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るズームレンズであり実施例１に対応するズームレンズの広角端における構成の断面図と変倍時の移動軌跡を示す図である。 図１のズームレンズの広角端および望遠端における構成と光路を示す断面図である。 図１のズームレンズの部分拡大図である。 図４のレンズ系にエクステンダーレンズ群を挿入した状態の断面図である。 本発明の実施例２のズームレンズの広角端における構成の断面図と変倍時の移動軌跡を示す図である。 図５のズームレンズにエクステンダーレンズ群を挿入した状態の断面図である。 本発明の実施例３のズームレンズの広角端における構成の断面図と変倍時の移動軌跡を示す図である。 図７のズームレンズにエクステンダーレンズ群を挿入した状態の断面図である。 本発明の実施例４のズームレンズの広角端における構成の断面図と変倍時の移動軌跡を示す図である。 図９のズームレンズにエクステンダーレンズ群を挿入した状態の断面図である。 本発明の実施例１のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例２のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例３のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例４のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。

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に、本発明の一実施形態に係るズームレンズの広角端におけるレンズ構成の断面図を示す。図２に、このズームレンズの広角端と望遠端におけるレンズ構成と光路の断面図を示す。図２では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端の状態を示し、光束として軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂを記入し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端の状態を示し、光束として軸上光束ｔａおよび最大画角の光束ｔｂを記入している。図１および図２に示す例は後述の実施例１のズームレンズに対応している。図１および図２では、紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、いずれも無限遠物体に合焦した状態を示している。

このズームレンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、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とを備える。第４レンズ群Ｇ４の最も物体側には開口絞りＳｔが配置されている。なお、図１および図２に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または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。

ズームレンズが撮像装置に搭載される際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタおよび／または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図１および図２ではこれらを想定した平行平面板状の光学部材ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材ＰＰの位置はこの例に示すものに限定されないし、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

このズームレンズは広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向の相互間隔を変化させて光軸方向に移動する。第２レンズ群Ｇ２は変倍機能を有する。第３レンズ群Ｇ３は変倍に伴う像面の変動を補正する機能を有する。第４レンズ群Ｇ４は結像作用を有する。

４群構成の監視用のズームレンズにおいては、本実施形態と異なる構成として第３レンズ群Ｇ３が負の屈折力をもつタイプも考えられるが、そのようなタイプでは第４レンズ群Ｇ４に入射する光束が発散光束となり、第４レンズ群Ｇ４のレンズ径の増大を招き光学系が大型化してしまう。第４レンズ群Ｇ４は、撮影画像のぶれを補正する防振レンズ群、および／または全系の焦点距離を長焦点距離側に変更するエクステンダーレンズ群が配置されることがあるため、第４レンズ群Ｇ４のレンズの大径化は好ましくない。また、変倍比を高くしようとすると、望遠側において第１レンズ群Ｇ１で補正しきれなかった残存色収差が課題となるが、本実施形態のように第３レンズ群Ｇ３が正の屈折力を有する場合は、望遠側において第３レンズ群Ｇ３に入射する光束が広がっているため、その残存色収差を補正することが容易となり高性能化が可能となる。

このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３はそれぞれの横倍率が−１倍となる点（倒立等倍となる点）を同時に通るように構成される。図１では、広角端から望遠端へ変倍する際の第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３それぞれの模式的な移動軌跡の曲線を各レンズ群の下に矢印で示し、広角端、中間焦点距離状態、倒立等倍となる点、望遠端それぞれに対応する状態を、ＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、β＝−１、ＴＥＬＥそれぞれの語句を付した水平の点線で示している。

５０倍以上の高変倍比を実現するためには、変倍中、負の屈折力をもつ第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力をもつ第３レンズ群Ｇ３が同時に−１倍となる点を通るようにすることが必要である。なぜならば、このように構成した場合は、一般にコンペンセータ群として位置づけられる第３レンズ群Ｇ３が像面の補正のみならず、変倍そのものにも作用し、−１倍となる位置を基準として、広角側では、縮小倍率となり、望遠側では拡大倍率となるため、変倍比を大きくとることが可能となるためである。

このズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合してなる第１の接合レンズＣＥ１と、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合してなる第２の接合レンズＣＥ２と、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合してなる第３の接合レンズＣＥ３とからなるように構成される。無限遠物体から近距離物体への合焦時には、第３の接合レンズＣＥ３のみが移動し、第３の接合レンズＣＥ３以外のレンズは像面Ｓｉｍに対して固定されるように構成される。図１の水平方向の両矢印は、第３の接合レンズＣＥ３が合焦時に移動するレンズ群であることを意味する。

第１レンズ群Ｇ１に上記のように屈折力および形状の規定された各レンズを配置することによって、収差補正の自由度を上げ、高変倍比および長焦点距離を有するレンズ系で補正が困難な望遠側における収差をバランス良く補正し、可視から近赤外までの広い波長帯域に対応可能な高性能の光学系を実現することが容易となる。特に、第３の接合レンズＣＥ３を有することによって、第１の接合レンズＣＥ１および第２の接合レンズＣＥ２の接合面の曲率半径の絶対値を大きくすることが可能となり、第１レンズ群Ｇ１による波長ごとの球面収差の差を抑えることができ、８０倍程度の変倍比を有するズームレンズにおいても十分な性能を得ることが容易となる。なお、仮に、各接合レンズを構成している負レンズと正レンズを接合せず近接配置した場合は、曲率半径の近い面を近接することになり、偏芯感度の劣化による歩留まりの低下、およびゴーストの発生を招く虞がある。

図１に示す例では、第１の接合レンズＣＥ１は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および両凸レンズであるレンズＬ１２からなり、第２の接合レンズＣＥ２は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Ｌ１３および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Ｌ１４からなり、第３の接合レンズＣＥ３は両凸レンズであるレンズＬ１５および両凹レンズであるレンズＬ１６からなる。

第１の接合レンズＣＥ１および第２の接合レンズＣＥ２では、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合することによって、接合面を物体側に凸面を向けた形状とすることが容易となる。そのような形状の接合面に入射する望遠側の軸上マージナル光線の入射角は小さなものとなるため、収差の発生量を抑えることができる。第３の接合レンズＣＥ３を正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合した接合レンズとすることによって、合焦に必要とされる屈折力を保持することが容易となる。

合焦時には、第１レンズ群Ｇ１の一部である第３の接合レンズＣＥ３のみが移動する。４群構成のズームレンズにおける合焦方式として、第１レンズ群Ｇ１全体を移動させるフォーカス方式も考えられるが、一般的に第１レンズ群Ｇ１はレンズ径が大きく、重量も重いため、第１レンズ群Ｇ１全体を移動させるフォーカス方式は監視用途で重要となる迅速なフォーカスが困難である。また、合焦時移動するレンズ群を接合レンズからなるように構成することによって、物体距離が変化した時の色収差の変動を抑えることができる。

さらに、このズームレンズは、第３の接合レンズＣＥ３の正レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｐ、第３の接合レンズＣＥ３の負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｎ、第３の接合レンズＣＥ３の正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｐ、第３の接合レンズＣＥ３の負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｎ、第３の接合レンズＣＥ３の接合面の曲率半径をＲｃとし、これらを用いてΔΦＦＣ＝（（Ｎｄｎ−１）／νｄｎ−（Ｎｄｐ−１）／νｄｐ）／Ｒｃを定義し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−０．００２＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１ （４）

条件式（４）は、第３の接合レンズＣＥ３の接合面のＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））とＣ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））の屈折力の差ΔΦＦＣに関する式である。第３の接合レンズＣＥ３の正レンズのＦ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮＦｐ、ＮＣｐ、第３の接合レンズＣＥ３の負レンズのＦ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮＦｎ、ＮＣｎとすると
ΔΦＦＣ＝（ＮＦｎ−ＮＦｐ）／Ｒｃ−（ＮＣｎ−ＮＣｐ）／Ｒｃ
＝（（ＮＦｎ−ＮＣｎ）−（ＮＦｐ−ＮＣｐ））／Ｒｃ
であり、アッベ数の定義から
νｄｎ＝（Ｎｄｎ−１）／（ＮＦｎ−ＮＣｎ）
νｄｐ＝（Ｎｄｐ−１）／（ＮＦｐ−ＮＣｐ）
であるから
ΔΦＦＣ＝（（Ｎｄｎ−１）／νｄｎ−（Ｎｄｐ−１）／νｄｐ）／Ｒｃ
である。よって、条件式（４）のΔΦＦＣ×ｆ１は、第３の接合レンズＣＥ３の接合面のＦ線とＣ線の屈折力の差を第１レンズ群Ｇ１の焦点距離で規格化したものである。

条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、残存２次スペクトル量を低減でき、高性能化が容易となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、波長ごとの球面収差の差の抑制、特に望遠側の軸上色収差の補正を行いながら、１次の色収差を補正することができる。条件式（４）に関する効果を高めるためには下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−０．００１８＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１２ （４−１）

また、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｐ、第１レンズ群Ｇ１内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｎとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
２４＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜４１ （２）

条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１内の正レンズのアッベ数の平均値と負レンズのアッベ数の平均値との差を規定する式である。高変倍比、高性能、かつ近赤外も撮像可能なズームレンズを実現するためには、残存２次スペクトルが小さく、かつ高倍で変倍した際にも色収差の変動量が小さいことが要求される。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズ群Ｇ１内の接合レンズの接合面の曲率半径の絶対値を小さくすることなく１次の色収差補正を行うことができるので、高次の球面収差の増大を防ぐことができ、変倍時の収差変動を抑えることができる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、残存２次スペクトル量の低減に有利となり、高性能化が容易となる。条件式（２）に関する効果を高めるためには下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
２７＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜３８ （２−１）

また、このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、無限遠物体に合焦時の望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
−０．０１９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．００８ （１）

条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と望遠端での全系の焦点距離との比を規定する式である。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を確保することでき、広角端から望遠端への変倍の際、第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑えることができ、光学全長の短縮に有利となり、市場で要求される小型化を達成することが容易となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、諸収差の補正が容易となり、その上、組立時に位置の誤差の許容量を大きくすることができ、製造が容易となる。条件式（１）に関する効果を高めるためには下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−０．０１７＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０１ （１−１）

図１に示す例では、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、レンズＬ２１〜Ｌ２６の６枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、レンズＬ３１〜Ｌ３５の５枚のレンズからなる。図３に、図１のズームレンズの第４レンズ群Ｇ４から像面Ｓｉｍまでを拡大した図を示す。図３の例の第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に、開口絞りＳｔと、レンズＬ４１〜Ｌ４９と、フィルタＦＬと、レンズＬ５０〜Ｌ５１とからなる。ただし、本発明においては第４レンズ群Ｇ４のフィルタＦＬは必須の構成要素ではなく、フィルタＦＬを省略した構成も可能である。

本実施形態のズームレンズにおいては、図３に示すように第４レンズ群Ｇ４は、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを含み負の屈折力を有する第４ａレンズ群Ｇ４ａと、この第４ａレンズ群Ｇ４ａの像側に配置された負の屈折力を有する第４ｂレンズ群Ｇ４ｂと、この第４ｂレンズ群Ｇ４ｂの像側に第４ｂレンズ群Ｇ４ｂに対し第４レンズ群Ｇ４内で最長の光軸上の空気間隔を隔てて配置された正の屈折力を有する第４ｃレンズ群Ｇ４ｃとを備えることが好ましい。そして、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂのみを光軸Ｚと垂直な方向に移動させることにより撮影画像のぶれを補正するように構成することが好ましい。図３の垂直方向の両矢印は、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂがぶれ補正のために移動する防振レンズ群であることを意味する。

さらに、第４ａレンズ群Ｇ４ａの焦点距離をｆ４ａ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂの焦点距離をｆ４ｂとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
２．４＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．６ （３）

条件式（３）は、第４ａレンズ群Ｇ４ａの焦点距離と、防振レンズ群として光軸Ｚに対して垂直方向に移動可能な第４ｂレンズ群Ｇ４ｂの焦点距離との比を規定する式である。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、第４ａレンズ群Ｇ４ａの屈折力を抑えることができ、第４ａレンズ群Ｇ４ａの光束に対する発散作用を弱めることができ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂの大型化および重量化を防止できるので、迅速な防振制御が容易となる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂの屈折力を抑えることができ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂを構成するレンズの製造誤差および組立誤差による性能変化量を軽減でき、良好な画像を得ることが容易となる。条件式（３）に関する効果を高めるためには下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
２．８＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．２ （３−１）

例えば、第４ａレンズ群Ｇ４ａは１組の接合レンズからなるように構成することができ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂは１枚以上の接合されていない単レンズからなるように構成することができる。図３の例では第４ｂレンズ群Ｇ４ｂは３枚の単レンズからなる。図３の例の第４レンズ群Ｇ４は、上記の第４ａレンズ群Ｇ４ａ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂ、第４ｃレンズ群Ｇ４ｃのみをレンズ群として有する。より詳しくは、第４ａレンズ群Ｇ４ａは物体側から順に負のレンズＬ４１と正のレンズＬ４２とが接合されてなる。第４ｂレンズ群Ｇ４ｂは物体側から順に、負のレンズＬ４３と、正のレンズＬ４４と、負のレンズＬ４５とからなる。第４ｃレンズ群Ｇ４ｃは物体側から順に、レンズＬ４６〜Ｌ４９と、フィルタＦＬと、レンズＬ５０〜Ｌ５１とからなる。

第４レンズ群Ｇ４が上記の好ましい構成を採る場合、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂと第４ｃレンズ群Ｇ４ｃの間の光路中に挿入されることにより全系の焦点距離を長焦点距離側に変更するエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿脱可能に配置されていることが好ましい。図４に、図３の第４レンズ群Ｇ４中にエクステンダーレンズ群Ｅｘを配置した構成例を示す。

防振レンズ群およびエクステンダーレンズ群Ｅｘは駆動装置で駆動させる必要があるため、仮に、防振レンズ群とエクステンダーレンズ群Ｅｘの間に不動のレンズ群が配置されている場合は機構的に煩雑となり好ましくないが、図４の例ではこの点に関して機構的に簡素化できる。

なお、図１〜４に示す例は一例であり、本発明のズームレンズはこの例と異なる構成を採ることも可能であり、例えば第１レンズ群Ｇ１以外のレンズ群を構成するレンズの枚数は図１〜４の例とは異なる数とすることも可能である。

また、上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの波長帯域に対応可能で、高変倍比かつ高性能の両方を有するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「高変倍比」とは８０倍以上を意味する。

次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１のズームレンズのレンズ構成は図１〜図４に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。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、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に開口絞りＳｔが配置されている。広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３は相互間隔を変化させて移動し、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通る。第１レンズ群Ｇ１は物体側から順に、第１の接合レンズＣＥ１と、第２の接合レンズＣＥ２と、第３の接合レンズＣＥ３とからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦時に第３の接合レンズＣＥ３のみが物体側へ移動し、その他のレンズは像面Ｓｉｍに対して固定されている。第４レンズ群Ｇ４は物体側から順に、負の屈折力を有する第４ａレンズ群Ｇ４ａと、負の屈折力を有する第４ｂレンズ群Ｇ４ｂと、正の屈折力を有する第４ｃレンズ群Ｇ４ｃとを有する。防振レンズ群は第４ｂレンズ群Ｇ４ｂのみからなる。以上が実施例１のズームレンズの概略構成である。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に示す。表１のＳｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。表１のＮｄｊの欄には最も物体側の構成要素を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、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には（Ｓｔ）という語句も記入している。Ｄｉの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。表１では可変面間隔についてはＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。

表２に、変倍比Ｚｒ、全系の焦点距離ｆ、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端状態、中間焦点距離状態、および望遠端状態の各値をそれぞれＷＩＤＥ、ＭＩＤＤＬＥ、およびＴＥＬＥと表記した欄に示している。表１と表２の値は、無限遠物体に合焦時の、エクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態のものである。

エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の無限遠物体に合焦した状態の実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表３に、諸元と可変面間隔を表４に示す。表３および表４の記載方法は表１および表２と同様である。

以下の各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図１１に実施例１のズームレンズの各収差図を示す。図１１はエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されておらず、物体距離が５０ｍの物体に合焦した状態のものである。図１１では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図１１ではＷＩＤＥと付した上段に広角端状態のものを示し、ＭＩＤＤＬＥと付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））、および波長８８０ｎｍ（ナノメートル）における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、および波長８８０ｎｍ（ナノメートル）における収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態のレンズ構成の断面図と移動軌跡を図５に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例２のズームレンズの断面図を図６に示す。図５および図６は無限遠物体に合焦した状態のものである。

実施例２のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。ただし、実施例２の第４ａレンズ群Ｇ４ａは物体側から順にレンズＬ４１〜Ｌ４３からなり、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂは物体側から順にレンズＬ４４〜Ｌ４６からなり、第４ｃレンズ群Ｇ４ｃは物体側から順にレンズＬ４７〜Ｌ５０とフィルタＦＬとレンズＬ５１〜Ｌ５２とからなる。

実施例２のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態の基本レンズデータを表５に、諸元と可変面間隔を表６に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例２のズームレンズの基本レンズデータを表７に、諸元と可変面間隔を表８に示す。表５〜表８は無限遠物体に合焦した状態のものである。エクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されておらず、物体距離が５０ｍの物体に合焦した状態の実施例２のズームレンズの各収差図を図１２に示す。

［実施例３］
実施例３のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態のレンズ構成の断面図と移動軌跡を図７に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例３のズームレンズの断面図を図８に示す。図７および図８は無限遠物体に合焦した状態のものである。実施例３のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。実施例３のズームレンズの第４ａレンズ群Ｇ４ａ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂ、および第４ｃレンズ群Ｇ４ｃそれぞれを構成するレンズ枚数は実施例２のものと同様である。

実施例３のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態の基本レンズデータを表９に、諸元と可変面間隔を表１０に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例３のズームレンズの基本レンズデータを表１１に、諸元と可変面間隔を表１２に示す。表９〜表１２は無限遠物体に合焦した状態のものである。エクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されておらず、物体距離が５０ｍの物体に合焦した状態の実施例３のズームレンズの各収差図を図１３に示す。

［実施例４］
実施例４のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態のレンズ構成の断面図と移動軌跡を図９に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例４のズームレンズの断面図を図１０に示す。図９および図１０は無限遠物体に合焦した状態のものである。実施例４のズームレンズの概略構成は実施例１のものと同様である。実施例４のズームレンズの第４ａレンズ群Ｇ４ａ、第４ｂレンズ群Ｇ４ｂ、および第４ｃレンズ群Ｇ４ｃそれぞれを構成するレンズ枚数は実施例２のものと同様である。

実施例４のズームレンズのエクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態の基本レンズデータを表１３に、諸元と可変面間隔を表１４に示す。エクステンダーレンズ群Ｅｘを挿入後の実施例４のズームレンズの基本レンズデータを表１５に、諸元と可変面間隔を表１６に示す。表１３〜表１６は無限遠物体に合焦した状態のものである。なお、表１３と表１５では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表１７に、各非球面の非球面係数を示す。表１７の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。

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
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数

エクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されておらず、物体距離が５０ｍの物体に合焦した状態の実施例４のズームレンズの各収差図を図１４に示す。

表１８に実施例１〜４のズームレンズの条件式（１）〜（４）の対応値を示す。表１８に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜４のズームレンズは、エクステンダーレンズ群Ｅｘが挿入されていない状態でも変倍比が８０倍以上あり高変倍比を有し、可視から近赤外までの波長帯域において諸収差が良好に補正されて高い光学性能が実現されている。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１５に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係るズームレンズを用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、監視カメラ、ビデオカメラ、または電子スチルカメラ等を挙げることができる。

撮像装置１０は、ズームレンズと、ズームレンズの像側に配置されたフィルタ７と、ズームレンズによって結像される被写体の像を撮像する撮像素子８と、撮像素子８からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、ズームレンズの変倍を行うための変倍制御部５と、ズームレンズの合焦を行うためのフォーカス制御部６とを備える。なお、図１５では各レンズ群を概念的に図示している。撮像素子８は、ズームレンズにより形成された被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面はズームレンズの像面に一致するように配置される。撮像素子８としては例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。なお、図１５では１つの撮像素子８のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。

以上、実施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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数は、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。

４ 信号処理部
５ 変倍制御部
６ フォーカス制御部
７ フィルタ
８ 撮像素子
１０ 撮像装置
ＣＥ１ 第１の接合レンズ
ＣＥ２ 第２の接合レンズ
ＣＥ３ 第３の接合レンズ
Ｅｘ エクステンダーレンズ群
ＦＬ フィルタ
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
Ｇ４ａ 第４ａレンズ群
Ｇ４ｂ 第４ｂレンズ群
Ｇ４ｃ 第４ｃレンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１６、Ｌ２１〜Ｌ２６、Ｌ３１〜Ｌ３５、Ｌ４１〜Ｌ５５ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
ｔａ、ｗａ 軸上光束
ｔｂ、ｗｂ 最大画角の軸外光束
Ｚ 光軸

Claims (11)

1. 物体側から順に、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、正の屈折力を有し最も物体側に絞りが配置された第４レンズ群とからなり、
   広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群および前記第４レンズ群は像面に対して固定されており、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群は相互間隔を変化させて光軸方向に移動し、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群はそれぞれの横倍率が−１倍となる点を同時に通り、
   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および正レンズを物体側から順に接合してなる第１の接合レンズと、負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合してなる第２の接合レンズと、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合してなる第３の接合レンズとからなり、
   無限遠物体から近距離物体への合焦時に、前記第３の接合レンズのみが移動することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、無限遠物体に合焦時の望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
   −０．０１９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．００８ （１）
   で表される条件式（１）を満足する請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｐ、前記第１レンズ群内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνａｖｅｎとしたとき、
   ２４＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜４１ （２）
   で表される条件式（２）を満足する請求項１または２記載のズームレンズ。
4. 前記第４レンズ群が、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズを含み負の屈折力を有する第４ａレンズ群と、該第４ａレンズ群の像側に配置された負の屈折力を有する第４ｂレンズ群と、該第４ｂレンズ群の像側に該第４ｂレンズ群に対し前記第４レンズ群内で最長の光軸上の空気間隔を隔てて配置された正の屈折力を有する第４ｃレンズ群とを備え、
   前記第４ｂレンズ群のみを光軸と垂直な方向に移動させることにより撮影画像のぶれを補正し、
   前記第４ａレンズ群の焦点距離をｆ４ａ、前記第４ｂレンズ群の焦点距離をｆ４ｂとしたとき、
   ２．４＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．６ （３）
   で表される条件式（３）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載のズームレンズ。
5. 前記第４ｂレンズ群と前記第４ｃレンズ群の間の光路中に挿入されることにより全系の焦点距離を長焦点距離側に変更するエクステンダーレンズ群が挿脱可能に配置されている請求項４記載のズームレンズ。
6. 前記第３の接合レンズの前記正レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｐ、前記第３の接合レンズの前記負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄｎ、前記第３の接合レンズの前記正レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｐ、前記第３の接合レンズの前記負レンズのｄ線基準のアッベ数をνｄｎ、前記第３の接合レンズの接合面の曲率半径をＲｃ、ΔΦＦＣ＝（（Ｎｄｎ−１）／νｄｎ−（Ｎｄｐ−１）／νｄｐ）／Ｒｃ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
   −０．００２＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１ （４）
   で表される条件式（４）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載のズームレンズ。
7. −０．０１７＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０１ （１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する請求項２記載のズームレンズ。
8. ２７＜νａｖｅｐ−νａｖｅｎ＜３８ （２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する請求項３記載のズームレンズ。
9. ２．８＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜６．２ （３−１）
   で表される条件式（３−１）を満足する請求項４記載のズームレンズ。
10. −０．００１８＜ΔΦＦＣ×ｆ１＜−０．００１２ （４−１）
    で表される条件式（４−１）を満足する請求項６記載のズームレンズ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項記載のズームレンズを備えた撮像装置。