WO2013038610A1 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

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WO2013038610A1
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lens
refractive power
lens group
optical system
variable magnification
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右恭 富岡
長　倫生
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富士フイルム株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++
    • G—PHYSICS
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    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/163—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
    • G02B15/173—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses arranged +-+

Definitions

  • the present invention relates to a variable power optical system and an imaging apparatus that can be used for a video camera, an electronic still camera, and the like, and is particularly suitable as a surveillance camera application and can be used in a wide wavelength band from the visible range to the near infrared range.
  • the present invention also relates to an imaging apparatus provided with the variable magnification optical system.
  • surveillance cameras are used for crime prevention and recording purposes.
  • Such an optical system for a surveillance camera is small and can be configured inexpensively, has a large aperture ratio so that a subject can be specified even under low illumination conditions, has a high zoom ratio, and is high It is required to have optical performance.
  • Patent Documents 1 and 2 As an optical system for surveillance camera applications, for example, those described in Patent Documents 1 and 2 below have been proposed.
  • a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a third lens having a positive refractive power Consists of a lens group and a fourth lens group having a positive refractive power, and the first lens group and the third lens group are fixed at the time of zooming, and the second lens group and the fourth lens group move.
  • the first lens group has a three-lens configuration in which a positive lens, a positive lens, and a negative lens are arranged in order from the object side.
  • the optical system described in Patent Document 1 is compatible with the visible range to the near-infrared range, but further improvement in resolution performance is required depending on the specifications of the device with the recent increase in the number of pixels. There was a case. Although the optical system described in Patent Document 2 can cope with an increase in the number of pixels, only the visible range is assumed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can be used over a wide wavelength band from the visible range to the near infrared range while maintaining a small size and a large aperture ratio, and can be used for a high-pixel imaging device. It is an object of the present invention to provide a variable magnification optical system having optical performance and an imaging device including the variable magnification optical system.
  • the variable magnification optical system of the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a third lens group having a positive refractive power;
  • the first lens group and the third lens group are substantially in the optical axis direction when zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the second lens unit is fixed and moved to the image side along the optical axis, and the magnification is changed.
  • the fourth lens unit is moved along the optical axis to correct and focus the image plane accompanying the zooming.
  • the first lens group includes, in order from the object side, a lens having a positive refractive power, a lens having a positive refractive power, and a lens having a negative refractive power.
  • the second lens group has negative refractive power in order from the object side. And a twenty-first lens having a positive refractive power, a twenty-third lens having a negative refractive power, and a twenty-fourth lens having a negative refractive power. It is what.
  • the image side surface of the 22nd lens is convex and the object side surface of the 23rd lens is concave.
  • the 22nd lens and the 23rd lens are cemented.
  • Rc radius of curvature of the cemented surface of the 22nd lens and the 23rd lens
  • fw focal length of the entire system at the wide angle end
  • variable magnification optical system of the present invention it is preferable that the following conditional expressions (2) and (3) are satisfied. 70.0 ⁇ 1p (2) 34.0 ⁇ 2n ⁇ 40.0 (3) However, ⁇ 1p: Average value of Abbe number with respect to d-line of positive lens included in first lens group ⁇ 2n: Average value of Abbe number with respect to d-line of negative lens included in second lens group
  • the 24th lens is a meniscus lens having a concave surface directed toward the object side.
  • the 22nd lens is a biconvex lens and the 23rd lens is a biconcave lens.
  • variable magnification optical system of the present invention it is preferable that the following conditional expression (4) is satisfied. 0.50 ⁇ (R21f + R21r) / (R21f ⁇ R21r) ⁇ 1.30 (4)
  • R21f radius of curvature of the object side surface of the 21st lens
  • R21r radius of curvature of the image side surface of the 21st lens
  • the fourth lens group includes, in order from the object side, a forty-first lens having a positive refractive power, a forty-second lens having a negative refractive power, and a positive refractive power.
  • the forty-third lens has substantially three lenses
  • the forty-first lens has at least one aspherical surface.
  • the third lens group includes a lens having a positive refractive power and a cemented lens in which a lens having a positive refractive power and a lens having a negative refractive power are cemented. It is preferable to include.
  • Substantially consisting of four lens groups are “substantially to” In addition to the listed lens group and lens, it includes lenses that have substantially no power, optical elements other than lenses such as an aperture and cover glass, lens flanges, lens barrels, image sensors, mechanical parts such as image stabilization mechanisms, etc. It is intended to be good.
  • variable magnification optical system of the present invention may be a zoom lens or a varifocal lens.
  • the surface shape of the lens and the sign of refractive power in the variable magnification optical system according to the present invention are considered in the paraxial region when an aspheric surface is included.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
  • An image pickup apparatus includes the variable magnification optical system according to the present invention described above and an image pickup element that picks up an image of a subject formed by the variable magnification optical system.
  • the variable magnification optical system of the present invention includes, in order from the object side, a positive first lens group fixed at the time of zooming, a negative second lens group, a positive third lens group fixed at the time of zooming, and a positive It consists of a fourth lens group.
  • the second lens group is moved to the image side, and the fourth lens group is moved to correct and focus the image plane accompanying zooming.
  • the lens configurations of the first lens group and the second lens group are suitably set in detail.
  • the imaging apparatus of the present invention includes the variable magnification optical system of the present invention, the imaging apparatus can be configured in a small size, can be used in low-illumination conditions and in a wide wavelength band from the visible region to the near infrared region, and has high image quality. Video can be acquired.
  • FIGS. 6A to 6L are aberration diagrams of the variable magnification optical system according to Example 1 of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 2 of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 3 of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9L are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 4 of the present invention.
  • FIGS. 10A to 10L are aberration diagrams of the variable magnification optical system according to Example 5 of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a variable magnification optical system according to an embodiment of the present invention, and corresponds to a variable magnification optical system of Example 1 described later.
  • 2 to 5 are cross-sectional views showing other configuration examples according to the embodiment of the present invention, which respectively correspond to the variable magnification optical systems of Examples 2 to 5 described later. Since the basic configuration of the example shown in FIGS. 1 to 5 is the same and the method of illustration is also the same, here, the variable power optical system according to the embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIG. To do.
  • the variable power optical system includes, in order from the object side, a first lens group G1 having a positive refractive power, a second lens group G2 having a negative refractive power, and a third lens group G3 having a positive refractive power. , Substantially consisting of four lens groups with the fourth lens group G4 having positive refractive power.
  • the first lens group G1 and the third lens group G3 are fixed in the optical axis direction, and the second lens group G2 is moved to the image side along the optical axis Z.
  • zooming is performed, and image plane correction and focusing associated with zooming are performed by moving the fourth lens group G4 along the optical axis Z.
  • the lens configuration shown in FIG. 1 shows the lens arrangement when focusing on an object at infinity at the wide-angle end, and the second lens group G2 and the fourth lens when zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the movement trajectory of the group G4 is schematically shown by arrows below these.
  • the left side is the object side
  • the right side is the image side.
  • the aperture stop St is disposed between the second lens group G2 and the third lens group G3, and is fixed with respect to the image plane Sim at the time of zooming. Note that the aperture stop St shown in FIG. 1 does not necessarily indicate the size or shape, but indicates the position on the optical axis Z.
  • FIG. 1 shows an example in which the parallel plate-like optical member PP that assumes these is arranged between the lens group closest to the image side and the image plane Sim.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, an eleventh lens L11 having a positive refractive power, a twelfth lens L12 having a positive refractive power, and a first lens having a negative refractive power.
  • the three-lens configuration includes 13 lenses L13.
  • the eleventh lens L11 can be a biconvex lens
  • the twelfth lens L12 can be a biconvex lens
  • the thirteenth lens L13 can be a biconcave lens.
  • the twelfth lens L12 and the thirteenth lens L13 may constitute a cemented lens. In the case of the cemented lens, the air space between the twelfth lens L12 and the thirteenth lens L13 is eliminated, which contributes to downsizing. In addition, performance degradation due to errors during assembly can be reduced.
  • the second lens group G2 includes, in order from the object side, a 21st lens L21 having a negative refractive power, a 22nd lens L22 having a positive refractive power, and a second lens having a negative refractive power.
  • the four-lens configuration includes a twenty-third lens L23 and a twenty-fourth lens L24 having negative refractive power.
  • the negative 21st lens L21 and the positive 22nd lens L22 are arranged in this order from the object side, so that it is possible to satisfactorily correct the chromatic aberration of magnification particularly on the wide angle side.
  • the positive 22nd lens L22 and the negative 23rd lens L23 are arranged as the second and third lenses from the object side of the second lens group G2, so that axial chromatic aberration is improved particularly on the telephoto side. It becomes possible to correct.
  • the negative 24th lens L24 on the image side of the negative 23rd lens L23, it becomes possible to satisfactorily correct spherical aberration that tends to be overcorrected at an intermediate magnification.
  • the image side surface of the 22nd lens L22 of the second lens group G2 has a convex shape
  • the object side surface of the 23rd lens L23 has a concave shape.
  • the 22nd lens L22 is a biconvex lens and the 23rd lens L23 is a biconcave lens. In the case of such a shape, it is possible to suppress variation in chromatic aberration of magnification due to zooming.
  • the 22nd lens L22 and the 23rd lens L23 are cemented.
  • chromatic aberration can be corrected satisfactorily, ensuring good optical performance in a wide wavelength band from the visible range to the near infrared range, and reducing performance degradation due to errors during assembly. be able to.
  • conditional expression (1) If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the blue axial chromatic aberration particularly on the telephoto side will be overcorrected. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the blue axial chromatic aberration on the telephoto side will be undercorrected. By satisfying conditional expression (1), it is possible to satisfactorily correct axial chromatic aberration on the telephoto side.
  • conditional expression (1) In order to further enhance the effect obtained by satisfying conditional expression (1), it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1 ′) instead of conditional expression (1). -1.7 ⁇ Rc / fw ⁇ -0.8 (1 ')
  • the 24th lens L24 is preferably a meniscus lens having a concave surface facing the object side. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of short wavelength spherical aberration on the telephoto side.
  • the third lens group G3 has a two-lens configuration including a 31st lens L31 having a positive refractive power and a 32nd lens L32 having a negative refractive power in order from the object side. can do.
  • the positive thirty-first lens L31 and the negative thirty-second lens L32 are cemented, and when cemented, good over a wide wavelength band from the visible region to the near infrared region. Chromatic aberration can be corrected, and performance degradation due to errors during assembly can be reduced.
  • the third lens group G3 may have a configuration of three or more lenses including a lens having a positive refractive power and a cemented lens in which a lens having a positive refractive power and a lens having a negative refractive power are cemented. .
  • the cemented lens in the third lens group G3 it becomes possible to correct chromatic aberration satisfactorily over a wide wavelength band from the visible range to the near infrared range, and to reduce performance degradation due to errors during assembly.
  • the third lens group G3 has a three-lens configuration
  • the third lens group G3 has a three-lens configuration.
  • the third lens group G3 has the above-described three-lens configuration, for example, as shown in FIGS. 2 and 4, the 31st lens L31 having positive refractive power in order from the object side, the positive lens It is preferable to arrange like a thirty-second lens L32 having a refracting power and a thirty-third lens L33 having a negative refracting power. When arranged in this way, the spherical aberration generated in the third lens group G3 is improved. It can be corrected.
  • the fourth lens group G4 includes, in order from the object side, a forty-first lens L41 having a positive refractive power, a forty-second lens L42 having a negative refractive power, and a positive refractive power.
  • a 43-lens configuration including the forty-third lens L43 can be adopted.
  • the fourth lens group G4 having such a power arrangement is advantageous for good correction of field curvature.
  • the forty-first lens L41 arranged on the most object side of the fourth lens group G4 may be an aspherical lens. In such a case, a small F value and high optical performance are realized while ensuring compactness. It becomes easy.
  • variable magnification optical system preferably satisfies the following conditional expressions (2) and (3). 70.0 ⁇ 1p (2) 34.0 ⁇ 2n ⁇ 40.0 (3) However, ⁇ 1p: Average value of Abbe number with respect to d-line of positive lens included in first lens group G1 ⁇ 2n: Average value of Abbe number with respect to d-line of negative lens included in second lens group G2
  • conditional expression (2) If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, axial chromatic aberration will be undercorrected particularly on the telephoto side.
  • conditional expression (2) it is possible to satisfactorily correct axial chromatic aberration on the telephoto side.
  • conditional expression (2) it is more preferable to satisfy the following conditional expression (2 ′) instead of conditional expression (2). 75.0 ⁇ 1p (2 ′)
  • conditional expression (3) If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, it will be difficult to suppress variations in chromatic aberration of magnification and axial chromatic aberration during zooming. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, secondary chromatic aberration will occur, making it difficult to handle visible light and near infrared light simultaneously. By satisfying the conditional expression (3), it is possible to suppress a change in chromatic aberration at the time of zooming and handle a wide wavelength band from the visible range to the near infrared range.
  • conditional expression (3) In order to further enhance the effect obtained by satisfying conditional expression (3), it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3 ′) instead of conditional expression (3). 35.0 ⁇ 2n ⁇ 39.0 (3 ′)
  • this zoom optical system satisfies the following conditional expression (4). 0.50 ⁇ (R21f + R21r) / (R21f ⁇ R21r) ⁇ 1.30 (4)
  • R21f radius of curvature of the object side surface of the 21st lens L21
  • R21r radius of curvature of the image side surface of the 21st lens L21
  • conditional expression (4) When the lower limit of conditional expression (4) is surpassed, distortion at the wide-angle end and chromatic aberration of magnification around the imaging region deteriorate. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, it will be difficult to correct short-wavelength spherical aberration at the telephoto end. Satisfying conditional expression (4) makes it possible to correct aberrations at the wide-angle end and the telephoto end.
  • conditional expression (4) it is more preferable to satisfy the following conditional expression (4 ′) instead of conditional expression (4). Even more preferably. 0.70 ⁇ (R21f + R21r) / (R21f ⁇ R21r) ⁇ 1.20 (4 ′) 0.75 ⁇ (R21f + R21r) / (R21f ⁇ R21r) ⁇ 1.10 (4 ′′)
  • the lens placed closest to the object is resistant to surface deterioration due to wind and rain, temperature changes due to direct sunlight, It is preferable to use a material resistant to chemicals such as detergents, that is, a material having high water resistance, weather resistance, acid resistance, chemical resistance, etc., and it is preferable to use a material that is hard and hard to break.
  • the material of the lens arranged closest to the object side is preferably glass, or transparent ceramics may be used.
  • variable magnification optical system when used in a harsh environment, a protective multilayer coating is preferably applied.
  • an antireflection coating film for reducing ghost light during use may be applied.
  • variable magnification optical system of the present invention will be described.
  • Lens cross-sectional views of the variable magnification optical systems of Examples 1 to 5 are shown in FIGS. 1 to 5, respectively.
  • Table 1 shows basic lens data at the time of focusing on an object at infinity of the variable magnification optical system of Example 1.
  • the Ri column shows the radius of curvature of the i-th surface
  • the Di column shows the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface.
  • the numerical value in the bottom column of Di indicates the surface interval between the final surface in the table and the image surface Sim.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
  • the refractive index for a wavelength of 587.6 nm) is shown, and the ⁇ dj column shows the Abbe number for the d-line of the j-th component.
  • the table of basic lens data includes the aperture stop St and the optical member PP.
  • the word (St) is also described.
  • the surface number of the aspheric surface is marked with *, and the numerical value of the paraxial curvature radius is shown as the curvature radius of the aspheric surface.
  • variable 1 is the distance between the first lens group G1 and the second lens group G2
  • variable 2 is the distance between the second lens group G2 and the aperture stop St
  • variable 3 is the distance between the third lens group G3 and the fourth lens. This is the distance from the group G4, and the variable 4 is the distance between the fourth lens group G4 and the optical member PP.
  • Table 2 shows specifications and variable intervals at the wide-angle end, the intermediate focal length state, and the telephoto end of the variable magnification optical system of Example 1.
  • the table of specifications includes the zoom ratio, the focal length f ′ of the entire system, the back focus Bf ′ (air equivalent distance), the F number Fno. The value of the total field angle 2 ⁇ is shown.
  • the values in the table of specifications are related to the d-line.
  • the variable interval table shows the values of the surface intervals of the variable 1, variable 2, variable 3, and variable 4.
  • Table 3 shows the surface number of the aspheric surface of the variable magnification optical system of Example 1 and the aspheric coefficient of the aspheric surface.
  • the numerical value “E ⁇ n” (n: integer) of the aspheric coefficient in Table 3 means “ ⁇ 10 ⁇ n ”.
  • Zd Depth of aspheric surface (length of perpendicular drawn from a point on the aspherical surface at height Y to a plane perpendicular to the optical axis where the aspherical vertex contacts)
  • Y Height (distance from the optical axis to the lens surface)
  • C Paraxial curvature K
  • the first lens group G1 and the third lens group G3 are light beams with respect to the image plane Sim. It is fixed in the axial direction, and zooming is performed by moving the second lens group G2 along the optical axis Z toward the image side, and correction and focusing of the image plane accompanying the zooming is performed in the fourth lens group.
  • the configuration is such that G4 is moved along the optical axis.
  • Table 16 shows values corresponding to the conditional expressions (1) to (4) of the variable magnification optical systems of Examples 1 to 5.
  • the values in Table 16 relate to the d line.
  • the spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration) and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) at the wide angle end of the variable magnification optical system of Example 1 are shown in FIGS. 6 (A) to 6 (D), respectively.
  • the spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) at the position are shown in FIGS. 6 (E) to 6 (H), respectively.
  • Spherical aberration, astigmatism, distortion (at the telephoto end) Distortion aberration) and lateral chromatic aberration (magnification chromatic aberration) are shown in FIGS.
  • each aberration diagram is based on the d-line, but the spherical aberration diagram also shows aberrations relating to the g-line (wavelength 435.8 nm), the C-line (wavelength 656.3 nm), and the wavelength 880 nm.
  • the sagittal direction is indicated by a solid line, and the tangential direction is indicated by a dotted line.
  • Fno Of spherical aberration diagram. Means F number, and ⁇ in other aberration diagrams means half angle of view.
  • FIGS. 7A to 7L and FIGS. 8A to 8L are graphs showing aberrations at the wide-angle end, the intermediate focal position, and the telephoto end of the variable magnification optical systems of Examples 2 to 5, respectively. ), FIG. 9 (A) to FIG. 9 (L), and FIG. 10 (A) to FIG. 10 (L). All aberration diagrams are for focusing on an object at infinity.
  • FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of an imaging apparatus using the variable magnification optical system of the embodiment of the present invention as an example of the imaging apparatus of the embodiment of the present invention.
  • the imaging device include a surveillance camera, a video camera, and an electronic still camera.
  • An imaging apparatus 10 shown in FIG. 11 includes a variable magnification optical system 1, a filter 2 disposed on the image side of the variable magnification optical system 1, and an imaging element 3 that captures an image of a subject formed by the variable magnification optical system. And a signal processing unit 4 that performs arithmetic processing on an output signal from the image sensor 3.
  • the variable magnification optical system 1 includes a positive first lens group G1, a negative second lens group G2, an aperture stop St, a positive third lens group G3, and a positive fourth lens group G4.
  • FIG. 11 conceptually shows each lens group.
  • the image pickup device 3 picks up an image of a subject formed by the variable magnification optical system 1 and converts it into an electric signal, and the image pickup surface thereof is arranged so as to coincide with the image plane of the variable magnification optical system.
  • a CCD or a CMOS can be used as the imaging element 3.
  • the imaging apparatus 10 includes a zooming control unit 5 for zooming the zooming optical system 1 and a focus control unit 6 for adjusting the focus of the zooming optical system 1.
  • a diaphragm control unit for changing the diaphragm diameter of the aperture diaphragm St may be provided.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
  • the values of the radius of curvature, the surface interval, the refractive index, the Abbe number, the aspherical coefficient, etc. of each lens are not limited to the values shown in the above numerical examples, and can take other values.

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Abstract

【課題】変倍光学系において、小型かつ大口径比を維持し、可視域から近赤外域まで使用可能で、高画素の撮像素子に対応可能な高い光学性能を有する。 【解決手段】変倍光学系（１）は、物体側から順に、正の第１レンズ群（Ｇ１）、負の第２レンズ群（Ｇ２）、正の第３レンズ群（Ｇ３）、正の第４レンズ群（Ｇ４）からなる。広角端から望遠端への変倍時、第１レンズ群（Ｇ１）と第３レンズ群（Ｇ３）は固定され、第２レンズ群（Ｇ２）を像側に移動させて変倍し、該変倍に伴う像面の補正と合焦を第４レンズ群（Ｇ４）を移動させて行う。第１レンズ群（Ｇ１）は物体側から順に、２つの正レンズ（Ｌ１１）、（Ｌ１２）、負レンズ（Ｌ１３）からなる。第２レンズ群（Ｇ２）は物体側から順に、負の第２１レンズ（Ｌ２１）、正の第２２レンズ（Ｌ２２）、負の第２３レンズ（Ｌ２３）、負の第２４レンズ（Ｌ２４）からなる。

Description

変倍光学系および撮像装置
　本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に使用可能な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で、可視域から近赤外域にわたる広い波長帯域で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、防犯や記録等の目的で監視カメラが用いられている。このような監視カメラ用の光学系としては、小型で安価に構成可能で、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であり、高変倍比を有し、かつ、高い光学性能を有することが要求される。
　監視カメラ用途の光学系としては、例えば下記特許文献１、２に記載のものが提案されている。特許文献１、２に記載の光学系はともに、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、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第３レンズ群は固定されており第２レンズ群と第４レンズ群が移動するように構成され、第１レンズ群が物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズを配列した３枚構成である。
特開２００７－３２８００６号公報 特開２００９－２３７４００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。一方、昼夜兼用の監視カメラ用途では、無人の施設に設置し、昼間は可視光、夜間は近赤外光による撮影が行われることが多いため、可視域から近赤外域にわたる広い波長帯域で色収差が良好に補正され、高い光学性能を維持することが要望されている。そして近年では、これら２つの要望を同時に満たす光学系の実現が望まれている。
　しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、可視域から近赤外域までに対応したものであるが、近年の高画素化が進んだ装置の仕様によってはさらなる解像性能の向上が要求される場合があった。特許文献２に記載の光学系は、高画素化に対応可能であるが、可視域のみを想定したものであった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型かつ大口径比を維持しながら、可視域から近赤外域までの広い波長帯域にわたって使用可能で、高画素の撮像素子に対応可能な高い光学性能を有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。
　本発明の変倍光学系は、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、正の屈折力を有する第４レンズ群との実質的に４つのレンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群および第３レンズ群は光軸方向について固定され、第２レンズ群を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面の補正および合焦を第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されており、第１レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとの実質的に３つのレンズからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第２１レンズと、正の屈折力を有する第２２レンズと、負の屈折力を有する第２３レンズと、負の屈折力を有する第２４レンズとの実質的に４つのレンズからなることを特徴とするものである。
　本発明の変倍光学系においては、第２２レンズの像側の面が凸形状であり、第２３レンズの物体側の面が凹形状であることが好ましい。
　また、本発明の変倍光学系においては、第２２レンズと第２３レンズは接合されていることが好ましい。第２２レンズと第２３レンズとを接合する場合は、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
　　－２．０＜Ｒｃ／ｆｗ＜－０．６　　（１）
ただし、
Ｒｃ：第２２レンズと第２３レンズの接合面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
　また、本発明の変倍光学系においては、下記条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。
　　７０．０＜ν１ｐ　　（２）
　　３４．０＜ν２ｎ＜４０．０　　（３）
ただし、
ν１ｐ：第１レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
ν２ｎ：第２レンズ群に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
　また、本発明の変倍光学系においては、第２４レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであることが好ましい。
　また、本発明の変倍光学系においては、第２２レンズが両凸レンズであり、第２３レンズが両凹レンズであることが好ましい。
　また、本発明の変倍光学系においては、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
　　０．５０＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．３０　　（４）
ただし、
Ｒ２１ｆ：第２１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ２１ｒ：第２１レンズの像側の面の曲率半径
　また、本発明の変倍光学系においては、第４レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズと、負の屈折力を有する第４２レンズと、正の屈折力を有する第４３レンズとの実質的に３つのレンズからなり、第４１レンズが少なくとも１面に非球面を有することが好ましい。
　また、本発明の変倍光学系においては、第３レンズ群が、正の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズが接合された接合レンズとを含むことが好ましい。
　なお、上記の「実質的に４つのレンズ群からなり」、「実質的に３つのレンズからなり」、「実質的に４つのレンズからなる」の「実質的に～」とは、構成要件として挙げたレンズ群やレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等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、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。
　なお、「レンズ群」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。また、本発明の変倍光学系は、ズームレンズでもバリフォーカルレンズでもよい。
　なお、上記本発明の変倍光学系におけるレンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。また、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。
　本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の変倍光学系と、該変倍光学系によって形成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。
　本発明の変倍光学系は、物体側から順に、変倍時に固定の正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、変倍時に固定の正の第３レンズ群と、正の第４レンズ群とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、第２レンズ群を像側へ移動させ、変倍に伴う像面の補正および合焦を第４レンズ群を移動させて行うように構成されたレンズ系において、第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ構成を詳細に好適に設定しているため、小型かつ大口径比を維持しながら、可視域から近赤外域までの広い波長帯域にわたる良好な色収差補正、および高画素の撮像素子に対応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、小型に構成でき、低照度の条件下および可視域から近赤外域までの広い波長帯域に対応可能であり、高画質の映像を取得することができる。
本発明の実施例１の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の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の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の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の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 図６（Ａ）～図６（Ｌ）は本発明の実施例１の変倍光学系の各収差図 図７（Ａ）～図７（Ｌ）は本発明の実施例２の変倍光学系の各収差図 図８（Ａ）～図８（Ｌ）は本発明の実施例３の変倍光学系の各収差図 図９（Ａ）～図９（Ｌ）は本発明の実施例４の変倍光学系の各収差図 図１０（Ａ）～図１０（Ｌ）は本発明の実施例５の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構成図
　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、本発明の実施形態にかかる変倍光学系の構成例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２～図５は、本発明の実施形態にかかる別の構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２～５の変倍光学系に対応している。図１～図５に示す例の基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、ここでは主に図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、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との実質的に４つのレンズ群からなる。広角端から望遠端への変倍の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定され、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚに沿って移動させることにより行うように構成されている。
　図１に示すレンズ構成は広角端において無限遠物体に合焦している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第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４の移動軌跡をこれらの下にそれぞれ模式的に矢印で示している。図１では左側が物体側、右側が像側である。
　図１に示す例では、開口絞りＳｔは第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間に配置されており、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されている。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。
　なお、変倍光学系が撮像装置に搭載される際には、撮像素子の撮像面を保護するカバーガラスや、撮像装置の仕様に応じて色分解プリズム等のプリズム、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタを適宜備えるように撮像装置を構成することが好ましい。図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを最も像側のレンズ群と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。
　第１レンズ群Ｇ１は、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第１１レンズＬ１１と、正の屈折力を有する第１２レンズＬ１２と、負の屈折力を有する第１３レンズＬ１３とからなる３枚構成である。第１レンズ群Ｇ１を物体側から順に正、正、負のパワー配列とすることで、負、正、正のパワー配列としたものより光学系全長の短縮化に有利となる。
　第１レンズ群Ｇ１の詳細なレンズ構成としては、例えば、第１１レンズＬ１１を両凸レンズ、第１２レンズＬ１２を両凸レンズ、第１３レンズＬ１３を両凹レンズとすることができる。そして、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３が接合レンズを構成するようにしてもよく、接合レンズとした場合は、第１２レンズＬ１２と第１３レンズＬ１３の空気間隔を排除して小型化に貢献できるとともに、組立時の誤差による性能劣化を軽減することができる。
　第２レンズ群Ｇ２は、図１に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有する第２１レンズＬ２１と、正の屈折力を有する第２２レンズＬ２２と、負の屈折力を有する第２３レンズＬ２３と、負の屈折力を有する第２４レンズＬ２４とからなる４枚構成である。
　第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負の第２１レンズＬ２１、正の第２２レンズＬ２２を配置することで、特に広角側での倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。また、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目、３番目のレンズとして、正の第２２レンズＬ２２、負の第２３レンズＬ２３を配置することで、特に望遠側での軸上色収差を良好に補正することが可能となる。さらに、負の第２３レンズＬ２３の像側に負の第２４レンズＬ２４を配置することで、中間倍率で補正過剰となりやすい球面収差を良好に補正することが可能となる。
　第２レンズ群Ｇ２の第２２レンズＬ２２の像側の面は凸形状であり、第２３レンズＬ２３の物体側の面は凹形状であることが好ましい。このような形状にすることにより、第２２レンズＬ２２の像側の面および第２３レンズＬ２３の物体側の面の曲率半径の絶対値を適切な値に保って色収差を良好に補正することが容易になる。
　さらに、第２２レンズＬ２２が両凸レンズであり、第２３レンズＬ２３が両凹レンズであることが好ましい。このような形状とした場合は、変倍による倍率の色収差の変動を抑えることができる。
　第２２レンズＬ２２と第２３レンズＬ２３は接合されていることが好ましい。接合した場合は、良好に色収差を補正することができ、可視域から近赤外域にかけて広い波長帯域で良好な光学性能を確保することが可能になるとともに、組立時の誤差による性能劣化を軽減することができる。
　第２２レンズＬ２２と第２３レンズＬ２３が接合されている場合、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
　　－２．０＜Ｒｃ／ｆｗ＜－０．６　　（１）
ただし、
Ｒｃ：第２２レンズＬ２２と第２３レンズＬ２３の接合面の曲率半径
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
　条件式（１）の下限を下回ると、特に望遠側での青色の軸上色収差が補正過剰となる。条件式（１）の上限を上回ると、望遠側での青色の軸上色収差が補正不足となる。条件式（１）を満たすことで望遠側での軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
　条件式（１）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（１）に代えて下記条件式（１’）を満たすことがより好ましい。
　　－１．７＜Ｒｃ／ｆｗ＜－０．８　　（１’）
　また、第２４レンズＬ２４は物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであることが好ましい。これにより、望遠側での短波長の球面収差の発生を抑えることができる。
　第３レンズ群Ｇ３は、例えば、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズＬ３１と、負の屈折力を有する第３２レンズＬ３２とからなる２枚構成とすることができる。このような２枚構成においては、正の第３１レンズＬ３１と負の第３２レンズＬ３２とは接合されていることが好ましく、接合した場合は、可視域から近赤外域までの広い波長帯域にわたって良好な色収差補正が可能になるとともに、組立時の誤差による性能劣化を軽減することができる。
　あるいは、第３レンズ群Ｇ３は、正の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズが接合された接合レンズとを含む３枚以上の構成としてもよい。第３レンズ群Ｇ３が接合レンズを含むことで可視域から近赤外域までの広い波長帯域にわたって良好な色収差補正が可能になるとともに、組立時の誤差による性能劣化を軽減することができる。
　例えば第３レンズ群Ｇ３を３枚構成とした場合は、２枚構成のものに比べ、収差補正上有利となり、特に第３レンズ群Ｇ３で発生する球面収差をより良好に補正することができる。より広角やより高変倍比等の高諸元の光学系を求められる場合は、第３レンズ群Ｇ３を３枚構成とすることが好ましい。
　なお、第３レンズ群Ｇ３を上記のような３枚構成とする場合は、例えば図２、図４に示す例のように、物体側から順に、正の屈折力を有する第３１レンズＬ３１、正の屈折力を有する第３２レンズＬ３２、負の屈折力を有する第３３レンズＬ３３のように配列することが好ましく、このように配列した場合は第３レンズ群Ｇ３で発生する球面収差をより良好に補正することができる。
　第４レンズ群Ｇ４は、例えば、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズＬ４１と、負の屈折力を有する第４２レンズＬ４２と、正の屈折力を有する第４３レンズＬ４３とからなる３枚構成とすることができる。第４レンズ群Ｇ４をこのようなパワー配列とすることで、像面湾曲の良好な補正に有利となる。
　第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に配置される第４１レンズＬ４１は非球面レンズとしてもよく、そのようにした場合は、コンパクト性を確保しつつ、小さなＦ値と、高い光学性能を実現することが容易になる。
　本変倍光学系は、下記条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。
　　７０．０＜ν１ｐ　　（２）
　　３４．０＜ν２ｎ＜４０．０　　（３）
ただし、
ν１ｐ：第１レンズ群Ｇ１に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
ν２ｎ：第２レンズ群Ｇ２に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
　条件式（２）の下限を下回ると、特に望遠側で軸上色収差が補正不足となる。条件式（２）を満たすことで、望遠側で軸上色収差を良好に補正することが可能となる。条件式（２）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（２）に代えて下記条件式（２’）を満たすことがより好ましい。
　　７５．０＜ν１ｐ　　（２’）
　条件式（３）の下限を下回ると、変倍時の倍率の色収差、軸上色収差の変動を抑えることが困難になる。条件式（３）の上限を上回ると、二次の色収差が発生し、可視光と近赤外光に同時に対応することが困難となる。条件式（３）を満たすことで、変倍時の色収差の変動を抑え、可視域から近赤外域までの広い波長帯域に対応することが可能となる。
　条件式（３）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（３）に代えて下記条件式（３’）を満たすことがより好ましい。
　　３５．０＜ν２ｎ＜３９．０　　（３’）
　また、本変倍光学系は、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
　　０．５０＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．３０　　（４）
ただし、
Ｒ２１ｆ：第２１レンズＬ２１の物体側の面の曲率半径
Ｒ２１ｒ：第２１レンズＬ２１の像側の面の曲率半径
　条件式（４）の下限を下回ると、広角端での歪曲収差や結像領域周辺の倍率の色収差が悪化する。条件式（４）の上限を上回ると、望遠端での短波長の球面収差の補正が困難となる。条件式（４）を満たすことで、広角端および望遠端での良好な収差補正が可能となる。
　条件式（４）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（４）に代えて下記条件式（４’）を満たすことがより好ましく、下記条件式（４’’）を満たすことがさらにより好ましい。
　　０．７０＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．２０　　（４’）
　　０．７５＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．１０　　（４’’）
　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料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。これらの要望を満たすことが重視される場合は最も物体側に配置されるレンズの材質はガラスとすることが好ましく、または透明なセラミックスを用いてもよい。
　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。
　なお、図１に示す例では、最も像側のレンズのさらに像側に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、各種フィルタを各レンズの間に配置することも可能であり、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。
　次に、本発明の変倍光学系の数値実施例について説明する。実施例１～５の変倍光学系のレンズ断面図はそれぞれ図１～図５に示したものである。
　実施例１～５の変倍光学系の各種データを後掲の表１～表１５に示す。以下では主に実施例１のものを例にとり説明するが、記載方法、記号の意味等はその他の実施例についても基本的に同様であるため重複説明を省略する。
　表１に実施例１の変倍光学系の無限遠物体に合焦時の基本レンズデータを示す。表１において、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上の面間隔を示している。ただし、Ｄｉの最下欄の数値は表中の最終面と像面Ｓｉｍとの面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、面形状が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、基本レンズデータにおいて、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）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線に対するアッベ数を示している。
　なお、基本レンズデータの表には、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には（Ｓｔ）という語句も合わせて記載している。また、表１では、非球面の面番号に＊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。
　基本レンズデータの表において、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には可変１、可変２、可変３、可変４と記載している。可変１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、可変２は第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔとの間隔であり、可変３は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔であり、可変４は第４レンズ群Ｇ４と光学部材ＰＰとの間隔である。
　表２に実施例１の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端それぞれにおける、諸元と可変間隔を示す。諸元の表には、変倍比、全系の焦点距離ｆ’、バックフォーカスＢｆ’（空気換算距離）、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ωの値を示す。諸元の表の値はｄ線に関するものである。可変間隔の表には、上記の可変１、可変２、可変３、可変４の各面間隔の値を示す。
　表３に実施例１の変倍光学系の非球面の面番号と、その非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ－ｎ」（ｎ：整数）は、「×１０－ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、下記非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＹ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）
Ｙ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）
　下記表では、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、光学系は比例拡大又は比例縮小して使用することが可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。また、本明細書に記載する各表に示す数値は、所定の桁でまるめたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
　上記実施例１～５は全て、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とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、像面Ｓｉｍに対して、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定されており、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側へ移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されている。
　表１６に、実施例１～５の変倍光学系の条件式（１）～（４）に対応する値を示す。表１６の値はｄ線に関するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
　実施例１の変倍光学系の広角端における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図６（Ａ）～図６（Ｄ）に示し、中間焦点位置における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図６（Ｅ）～図６（Ｈ）に示し、望遠端における球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図６（Ｉ）～図６（Ｌ）に示す。各収差図はｄ線を基準としたものであるが、球面収差図ではｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、波長８８０ｎｍに関する収差も示す。非点収差図では、サジタル方向については実線で、タンジェンシャル方向については点線で示している。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。
　同様に、実施例２～５の変倍光学系の広角端、中間焦点位置、望遠端における各収差図を図７（Ａ）～図７（Ｌ）、図８（Ａ）～図８（Ｌ）、図９（Ａ）～図９（Ｌ）、図１０（Ａ）～図１０（Ｌ）に示す。収差図は全て無限遠物体に合焦時のものである。
　図１１に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態の変倍光学系を用いた撮像装置の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、監視カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等を挙げることができる。
　図１１に示す撮像装置１０は、変倍光学系１と、変倍光学系１の像側に配置されたフィルタ２と、変倍光学系によって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４を備える。変倍光学系１は、正の第１レンズ群Ｇ１と、負の第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の第３レンズ群Ｇ３と、正の第４レンズ群Ｇ４とを有するものであり、図１１では各レンズ群を概念的に示している。撮像素子３は、変倍光学系１により形成される被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面は変倍光学系の像面に一致するように配置される。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。
　また、撮像装置１０は、変倍光学系１の変倍を行うための変倍制御部５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制御部６とを備える。なお、図１１には図示されていないが、この他に開口絞りＳｔの絞り径を変更するための絞り制御部を備えるようにしてもよい。
　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、非球面係数等の値は、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。

Claims (16)

  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、正の屈折力を有する第４レンズ群との実質的に４つのレンズ群からなり、
    　広角端から望遠端への変倍の際には、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は光軸方向について固定され、前記第２レンズ群を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面の補正および合焦を前記第４レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されており、
    　前記第１レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとの実質的に３つのレンズからなり、
    　前記第２レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第２１レンズと、正の屈折力を有する第２２レンズと、負の屈折力を有する第２３レンズと、負の屈折力を有する第２４レンズとの実質的に４つのレンズからなることを特徴とする変倍光学系。
  2. 　前記第２２レンズの像側の面が凸形状であり、前記第２３レンズの物体側の面が凹形状であることを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
  3. 　前記第２２レンズと前記第２３レンズは接合されてい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。
  4. 　下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項３に記載の変倍光学系。
    　　－２．０＜Ｒｃ／ｆｗ＜－０．６　　（１）
    ただし、
    Ｒｃ：前記第２２レンズと前記第２３レンズの接合面の曲率半径
    ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
  5. 　下記条件式（１’）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の変倍光学系。
    　　－１．７＜Ｒｃ／ｆｗ＜－０．８　　（１’）
  6. 　下記条件式（２）、（３）を満たす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。
    　　７０．０＜ν１ｐ　　（２）
    　　３４．０＜ν２ｎ＜４０．０　　（３）
    ただし、
    ν１ｐ：前記第１レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
    ν２ｎ：前記第２レンズ群に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数の平均値
  7. 　下記条件式（２’）を満たすことを特徴とする請求項６に記載の変倍光学系。
    　　７５．０＜ν１ｐ　　（２’）
  8. 　下記条件式（３’）を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の変倍光学系。
    　　３５．０＜ν２ｎ＜３９．０　　（３’）
  9. 　前記第２４レンズが物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  10. 　前記第２２レンズが両凸レンズであり、前記第２３レンズが両凹レンズであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  11. 　下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    　　０．５０＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．３０　　（４）
    ただし、
    Ｒ２１ｆ：前記第２１レンズの物体側の面の曲率半径
    Ｒ２１ｒ：前記第２１レンズの像側の面の曲率半径
  12. 　下記条件式（４’）を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の変倍光学系。
    　　０．７０＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．２０　　（４’）
  13. 　下記条件式（４’’）を満たすことを特徴とする請求項１１または１２に記載の変倍光学系。
    　　０．７５＜（Ｒ２１ｆ＋Ｒ２１ｒ）／（Ｒ２１ｆ－Ｒ２１ｒ）＜１．１０　　（４’’）
  14. 　前記第４レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を有する第４１レンズと、負の屈折力を有する第４２レンズと、正の屈折力を有する第４３レンズとの実質的に３つのレンズからなり、前記第４１レンズが少なくとも１面に非球面を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  15. 　前記第３レンズ群が、正の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズおよび負の屈折力を有するレンズが接合された接合レンズとを含むことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  16. 　請求項１から１５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形成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。
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