WO2023166815A1 - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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WO2023166815A1
WO2023166815A1 PCT/JP2022/046453 JP2022046453W WO2023166815A1 WO 2023166815 A1 WO2023166815 A1 WO 2023166815A1 JP 2022046453 W JP2022046453 W JP 2022046453W WO 2023166815 A1 WO2023166815 A1 WO 2023166815A1
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lens group
zoom
zoom lens
group
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Inventor
修一 茂木
Original Assignee
キヤノン株式会社
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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
    • G02B15/16—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
    • 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
    • G02B15/16—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
    • G02B15/20—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 an additional movable lens or lens group for varying the objective focal length

Definitions

  • the present invention relates to zoom lenses and imaging devices.
  • Patent Document 1 discloses a zoom lens having, in order from the object side to the image side, a first lens group with a positive refractive index and a second lens group with a negative refractive index.
  • obtaining a zoom lens with an even higher zoom ratio and an even longer focal length at the telephoto end is due to axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification at the telephoto end, chromatic aberration of magnification at the wide-angle end, and over the entire zoom range. It is difficult in terms of field curvature variation (high optical performance) over the entire range.
  • An object of the present invention is to provide a zoom lens that is advantageous in terms of, for example, a long focal length, a high zoom ratio, and high optical performance over the entire zoom range.
  • a zoom lens as one aspect of the present invention has a plurality of lens groups, and the plurality of lens groups includes, in order from the object side to the image side, a first lens group with positive refractive power and a lens group with negative refractive power.
  • a zoom lens comprising a second lens group and a rear group including at least one lens group, wherein for zooming, the first lens group does not move, the spacing between adjacent lens groups changes, and the Among the refractive indices at a wavelength of 10 ⁇ m of the lenses constituting the first lens group, the minimum refractive index N10m, the focal length f1 of the first lens group, and the focal length f2 of the second lens group satisfy a predetermined conditional expression. .
  • a zoom lens that is advantageous in terms of, for example, a long focal length, a high zoom ratio, and high optical performance over the entire zoom range.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the zoom lens in Example 1 at the wide-angle end;
  • FIG. 4A and 4B are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end of the zoom lens in Example 1.
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 2;
  • 10A and 10B are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end of the zoom lens in Example 2.
  • FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 3;
  • 10A and 10B are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end of the zoom lens in Example 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 4; 10A and 10B are aberration diagrams at the wide-angle end, the intermediate zoom position, and the telephoto end of the zoom lens in Example 4.
  • FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 5; 13A and 13B are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end of the zoom lens in Example 5.
  • FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 6;
  • FIG. 12 is an aberration diagram at the wide-angle end, the intermediate zoom position, and the telephoto end of the zoom lens in Example 6;
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an imaging device having a zoom lens in each embodiment;
  • the zoom lens of each embodiment can suppress variations in longitudinal chromatic aberration, chromatic aberration of magnification, and curvature of field over the entire zoom range while increasing the focal length at the telephoto end and increasing the zoom ratio.
  • the zoom lens of each embodiment has a plurality of lens groups, and the plurality of lens groups includes, in order from the object side to the image side, a first lens group B1 with positive refractive power and a second lens group with negative refractive power. It consists of a group B2 and a rear group including at least one lens group.
  • the diameter of the front lens can be reduced when the zoom ratio is increased.
  • the first lens group B1 does not move and the spacing between adjacent lens groups changes. This makes it possible to suppress the total optical length when the zoom ratio is increased.
  • the zoom lens of each example satisfies the following conditional expressions (1) and (2).
  • N10m is the minimum refractive index among the refractive indices at a wavelength of 10 ⁇ m of the lenses constituting the first lens group B1
  • f1 is the focal length of the first lens group B1
  • f2 is the focal length of the second lens group B2.
  • At least one of the lenses constituting the first lens group B1 or the second lens group B2 satisfies the following conditional expression (3).
  • N10 is the refractive index at the wavelength of 10 ⁇ m
  • ⁇ 10 is the Abbe number at the wavelength of 10 ⁇ m.
  • the conditional expression (1) is a conditional expression for appropriately setting the minimum refractive index among the refractive indices at a wavelength of 10 ⁇ m of the lenses constituting the first lens group B1.
  • the refractive index of the lens can be appropriately set at a wavelength of 8 to 12 ⁇ m, which is mainly used for far infrared rays. If the lower limit or upper limit of conditional expression (1) is exceeded, it becomes impossible to obtain the refractive index at the wavelength of 8 to 12 ⁇ m, which is mainly used for far infrared rays, and as a result, appropriate thermal information cannot be obtained over the entire zoom range. becomes difficult.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the first lens group B1 and the second lens group B2. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the focal length of the first lens group B1 will be too long, making it difficult to suppress the overall optical length and front lens diameter at the telephoto end. On the other hand, when the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the focal length of the first lens group B1 becomes too small, making it difficult to suppress spherical aberration, axial chromatic aberration, and lateral chromatic aberration at the telephoto end.
  • Conditional expression (3) is a conditional expression for appropriately setting the lens ranges required for the first lens group B1 and the second lens group B2. If the lower limit or upper limit of conditional expression (3) is exceeded, it becomes difficult to suppress axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration over the entire zoom range when the magnification is increased.
  • conditional expressions (1) to (3) are set respectively as the following conditional expressions (1a) to (3a).
  • conditional expressions (1) to (3) are set as shown in conditional expressions (1b) to (3b) below.
  • the zoom lens of each embodiment can be realized by satisfying the above configuration. ) is preferably satisfied.
  • ⁇ 2t is the lateral magnification of the second lens group B2 at the telephoto end
  • ⁇ 2w is the lateral magnification of the second lens group B2 at the wide-angle end.
  • TDt is the length on the optical axis from the object side surface (first lens surface) of the lens closest to the object in the first lens group B1 to the image plane
  • ft is the focal length of the zoom lens at the telephoto end.
  • N10n is the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m of at least one negative lens that constitutes the first lens group B1.
  • ⁇ t is the total thickness (central thickness) of all lenses constituting the zoom lens on the optical axis
  • fw is the focal length of the zoom lens at the wide-angle end.
  • fp2 is the lens group with positive refractive power located closest to the object side in the rear group (the lens group with positive refractive power located closest to the image side of the first lens group B1 and closest to the object side); is the focal length.
  • f1p is the focal length of at least one positive lens forming the first lens group B1
  • f1n is the focal length of at least one negative lens forming the first lens group B1.
  • R1 is the radius of curvature of the object-side lens surface of the positive lens closest to the object in the first lens group B1
  • R2 is the curvature of the image-side lens surface of the positive lens closest to the object in the first lens group B1. is the radius.
  • R1+R2)/(R1-R2) corresponds to the shape factor SF1 of the first lens group B1.
  • M2 is the amount of relative movement from the wide-angle end to the telephoto end with respect to the image plane of the second lens group B2 (the image plane may move) (when the second lens group B2 moves from the object side to the image side, positive).
  • Conditional expression (4) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the lateral magnification at the telephoto end and the lateral magnification at the wide-angle end of the second lens group B2. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, it becomes difficult to suppress the overall optical length and the front lens diameter at the telephoto end. On the other hand, when the lower limit of conditional expression (4) is exceeded, it becomes difficult to increase the zoom ratio.
  • Conditional expression (5) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the length on the optical axis from the first lens surface to the image plane and the focal length at the telephoto end. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, it becomes difficult to suppress the total optical length at the telephoto end. On the other hand, when the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, it becomes difficult to suppress spherical aberration, longitudinal chromatic aberration, and lateral chromatic aberration at the telephoto end.
  • Conditional expression (6) is a conditional expression for appropriately setting the refractive index of the negative lens in the first lens group B1 at a wavelength of 10 ⁇ m. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the refractive index of the negative lens becomes too high, making it difficult to suppress longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration at the telephoto end. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (6) is exceeded, the refractive index of the negative lens becomes too low, making it difficult to obtain appropriate thermal information in the far-infrared region.
  • Conditional expression (7) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the sum of the thicknesses of all lenses from the first lens surface to the image surface and the focal length at the wide-angle end. If the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, the transmittance of the entire system of the zoom lens decreases too much, and as a result, the TNO increases too much, making it difficult to detect more detailed temperature differences. Become. On the other hand, when the lower limit of conditional expression (7) is exceeded, it becomes difficult to secure the edge thickness and the center thickness of each lens, making it difficult to process the lenses.
  • Conditional expression (8) appropriately sets the ratio between the focal length of the first lens group B1 and the focal length of the positive lens group located on the image side of the first lens group B1 and closest to the object side. is a conditional expression for If the conditional expression (8) exceeds the upper limit, the focal length of the first lens group B1 will be too long, and the total optical length at the telephoto end will be too large, or the diameter of the front lens will be too large. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (8) is exceeded, the focal length of the first lens unit B1 will be too short, and as a result, it will be difficult to suppress axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration at the telephoto end. .
  • Conditional expression (9) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the focal length of the positive lens and the focal length of the negative lens in the first lens group B1. If the upper limit of conditional expression (9) is exceeded, the focal length of the positive lens in the first lens group B1 will be too long, and as a result, it will be difficult to suppress the total optical length at the telephoto end or the diameter of the front lens. . On the other hand, if the lower limit of conditional expression (9) is exceeded, the focal length of the first lens unit B1 will be too short, and as a result, it will be difficult to suppress axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration at the telephoto end. .
  • Conditional expression (10) is a conditional expression for appropriately setting the shape factor of the positive lens in the first lens group B1. If the upper limit or the lower limit of conditional expression (10) is exceeded, it is necessary to ensure the edge thickness of the positive lens in the first lens group B1, so that the center thickness of the lens increases too much. As a result, the transmittance of the entire system of the zoom lens decreases too much, and the TNO in the far infrared region increases too much, making it difficult to detect finer temperature differences.
  • Conditional expression (11) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the focal length of the first lens group B1 and the focal length at the wide-angle end. If the upper limit of conditional expression (11) is exceeded, the focal length of the first lens group B1 will be too long, making it difficult to suppress the overall optical length and front lens diameter of the zoom lens system. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (11) is exceeded, the focal length of the first lens group B1 will be too short, making it difficult to suppress longitudinal chromatic aberration and lateral chromatic aberration at the telephoto end.
  • Conditional expression (12) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the amount of movement of the second lens group B2 and the focal length at the wide-angle end. If the upper limit of conditional expression (12) is exceeded, the focal length of the first lens group B1 will be too long, making it difficult to suppress the overall optical length and front lens diameter of the zoom lens system. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (12) is exceeded, the amount of movement of the second lens unit B2 is too small, and it is necessary to increase the power of the second lens unit B2. It becomes difficult to suppress field curvature and coma.
  • conditional expressions (4) to (12) are respectively set as the following conditional expressions (4a) to (12a).
  • the zoom lens of each embodiment may perform zooming by moving the third lens group B3 at the telephoto end with respect to the wide-angle end.
  • distortion aberration and lateral chromatic aberration among various aberrations may be corrected by electrical image processing.
  • the diaphragm may be moved along a locus different from that of each lens group.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 1.
  • FIG. 2A and 2B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 1 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 2.
  • FIG. 4A and 4B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 2 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 3.
  • FIG. 6A and 6B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 3 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 4.
  • FIG. 8A and 8B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 4 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 5.
  • FIG. 10A and 10B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 5 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the zoom lens at the wide-angle end in Example 6.
  • FIG. 12A and 12B are aberration diagrams of the zoom lens in Example 6 at (a) the wide-angle end, (b) the intermediate zoom position, and (c) the telephoto end.
  • the zoom lens of each example is a photographing lens system used in an imaging device, and in each cross-sectional view, the left side is the object side and the right side is the image side.
  • the zoom lenses of Examples 1 to 6 are composed of, in order from the object side to the image side, a first lens group B1 with positive refractive power, a second lens group B2 with negative refractive power, and a rear group.
  • at least one lens group included in the rear group consists of a third lens group B3 with positive refractive power and a fourth lens group B4 with positive refractive power in order from the object side to the image side.
  • At least one lens group included in the rear group includes, in order from the object side to the image side, the third lens group B3 with negative refractive power, the fourth lens group B4 with positive refractive power, and the third lens group B4 with positive refractive power. It consists of a fifth lens group B5 with refractive power.
  • at least one lens group included in the rear group includes, in order from the object side to the image side, the third lens group B3 with positive refractive power, the fourth lens group B4 with negative refractive power, and the third lens group B4 with positive refractive power. It consists of a fifth lens group B5 having refractive power.
  • SP is a stop (aperture stop)
  • IP is an image plane.
  • Example 1 and 4 to 6 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens group B1 is fixed with respect to the image plane IP, and the second lens group B2 is positioned on the image side, as indicated by the arrow. Zooming is performed by moving and moving the fourth lens group B4. In addition, by moving the fourth lens unit B4 along a locus convex toward the image side, image plane fluctuation accompanying zooming is corrected.
  • Example 2 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens group B1 is fixed with respect to the image plane IP, and the second lens group B2 is moved toward the image side, as indicated by the arrow. Zooming is performed by moving the third lens group B3 and the fifth lens group B5. In addition, by moving the fifth lens unit B5 along a locus convex toward the image side, image plane fluctuation accompanying zooming is corrected.
  • Example 3 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens group B1 is fixed with respect to the image plane IP, and the second lens group B2 is moved toward the image side, as indicated by the arrow. Magnification is changed by moving the fourth lens group B4 and the fifth lens group B5. In addition, by moving the fifth lens unit B5 along a locus convex toward the image side, image plane fluctuation accompanying zooming is corrected.
  • the first lens group B1 is composed of a meniscus positive lens and a negative lens in order from the object side to the image side, thereby reducing spherical aberration and chromatic aberration that occur with increasing the zoom ratio. can be suppressed.
  • the second lens group B2 consists of a positive lens and a negative lens in order from the object side to the image side.
  • the third lens group B3 consists of a positive lens. As a result, the distance between the principal points of the second lens group B2 and the third lens group B3 can be reduced, and the lens length after the third lens group B3 can be shortened.
  • the third lens group B3 consists of a negative lens. As a result, it is possible to satisfactorily suppress lateral chromatic aberration and coma that accompany zooming.
  • the fourth lens group B4 consists of a positive lens. As a result, comatic aberration that accompanies zooming can be suppressed satisfactorily.
  • the fourth lens group B4 consists of a negative lens.
  • the fifth lens group B5 consists of a positive lens. As a result, comatic aberration that accompanies zooming can be suppressed satisfactorily.
  • Examples 1 to 6 it is possible to control the position of the lens group and the exit pupil located closest to the image side so as not to be too close to the image plane IP, and to ensure telecentricity within a range compatible with the image sensor.
  • Each cross-sectional view shows the movement when the image plane IP is fixed, but the image plane IP may be moved by the amount of relative movement with respect to the image plane IP at the wide-angle end and the telephoto end.
  • the solid-line curve 4a and the dotted-line curve 4b relating to the fourth lens unit B4 are the image planes associated with zooming when focusing on an infinity object and a short-distance object, respectively. It is a locus of movement for correcting fluctuations.
  • the solid-line curve 5a and the dotted-line curve 5b regarding the fifth lens unit B5 represent image plane fluctuations accompanying zooming when focusing on an infinite distance object and a short distance object, respectively. It is a movement locus for correction.
  • 10 and 12 indicate the 10 ⁇ m wavelength line and the 12 ⁇ m wavelength line, respectively, and ⁇ M and ⁇ S indicate the meridional image plane and the sagittal image plane, respectively.
  • Fno is the F number
  • ⁇ is the half angle of view (degrees).
  • the 10 ⁇ m wavelength line (solid line) and the 12 ⁇ m wavelength line (dotted line) are shown.
  • ⁇ M and ⁇ S at a wavelength of 10 ⁇ m are shown, respectively.
  • the 10 ⁇ m wavelength line is shown.
  • the chromatic aberration of magnification the aberration of the 12 ⁇ m wavelength line with respect to the 10 ⁇ m wavelength line is shown.
  • each surface of the zoom lens is given a surface number i (i is a natural number) from the object side.
  • r is the radius of curvature of each surface (mm)
  • d is the lens thickness or distance (air gap) (mm) on the optical axis between the surface with surface number i and the surface with surface number (i+1)
  • nd is each surface is the refractive index for the d-line of the material of the optical member having
  • ⁇ d is the Abbe number for the d-line of the material of the optical member having each surface.
  • the refractive index at a wavelength of 10 ⁇ m is N10
  • the Abbe number at a wavelength of 10 ⁇ m is ⁇ 10
  • the refractive index at a wavelength of 8 ⁇ m is N8
  • the refractive index at a wavelength of 12 ⁇ m is N12
  • the focal length (mm), F-number and half angle of view (°) are the values when the zoom lens is focused on an object at infinity.
  • the total optical length is the length obtained by adding the back focus BF to the distance on the optical axis from the frontmost lens surface (the lens surface closest to the object side) to the final surface (the lens surface closest to the image side) of the zoom lens.
  • Back focus BF is the distance from the final surface of the zoom lens to the image plane.
  • the two surfaces closest to the image are planes corresponding to the optical block G.
  • the "*" attached to the surface number means that the surface has an aspherical shape.
  • x is the displacement amount from the surface vertex in the optical axis direction
  • h is the height from the optical axis in the direction orthogonal to the optical axis
  • the light traveling direction is positive
  • r is the paraxial radius of curvature
  • K is a conic constant
  • A4, A6, A8, and A10 are aspheric coefficients, the following equation (A) is obtained.
  • "eZ" in aspherical coefficients means 10 -Z .
  • phase ⁇ of a diffractive surface (diffractive optical element) with (diffraction) next to the surface number is defined by m being the diffraction order of the diffracted light, ⁇ 0 being the reference wavelength,
  • the phase coefficient of each order is represented by the following formula (B).
  • FIG. 13 is a configuration diagram of the imaging device 100.
  • Reference numeral 10 denotes a monitoring camera body having a far-infrared optical system.
  • Reference numeral 11 denotes an imaging optical system configured by the zoom lens of any one of Examples 1-6.
  • Reference numeral 12 denotes an imaging element (photoelectric conversion element) such as a CCD sensor or a CMOS sensor, which is built in the surveillance camera body 10 and receives the subject image formed by the imaging optical system 11 (pictures the image formed by the zoom lens).
  • a memory 13 records information corresponding to the subject image photoelectrically converted by the image sensor 12 .
  • Reference numeral 14 denotes a network cable for transferring the subject image photoelectrically converted by the image sensor 12 .
  • the imaging device of each embodiment is not limited to a surveillance camera, and can be used as other imaging devices such as a video camera and a digital camera.
  • the imaging apparatus of each example may have a circuit for electrically correcting one or both of distortion and chromatic aberration of magnification. In this way, if the zoom lens is configured to allow distortion and other aberrations, the number of lenses in the entire zoom lens can be reduced, facilitating miniaturization.
  • each embodiment for example, it is possible to provide a zoom lens and imaging device that are advantageous in terms of long focal length, high zoom ratio, and high optical performance over the entire zoom range.

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Abstract

【課題】例えば、長焦点距離、高ズーム比、およびズーム全域にわたる高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供する。 【解決手段】複数のレンズ群を有し、複数のレンズ群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群（Ｂ１）と、負の屈折力の第２レンズ群（Ｂ２）と、少なくとも１つのレンズ群を含む後群（Ｂ３～Ｂ５）とからなるズームレンズであって、ズーミングのために、第１レンズ群は移動せず、隣り合うレンズ群の間隔は変化し、第１レンズ群を構成するレンズの波長１０μｍにおける屈折率のうち最小の屈折率Ｎ１０ｍ、第１レンズ群の焦点距離ｆ１、第２レンズ群の焦点距離ｆ２は、所定の条件式を満足する。

Description

ズームレンズ及び撮像装置
　本発明は、ズームレンズ及び撮像装置に関する。
　従来、焦点距離が可変の遠赤外線ズームレンズが知られている。また、遠赤外線センサの高画素化やセンサピッチ縮小に伴い、遠赤外線ズームレンズはより高い光学性能が求められている。特許文献１には、物体側から像側へ順に、正の屈折率の第１レンズ群と、負の屈折率の第２レンズ群とを有するズームレンズが開示されている。
特開２０１１－１８６０７０号公報
　特許文献１のズームレンズにおいて、さらなる高ズーム比かつ望遠端でのさらなる長焦点距離のズームレンズを得るのは、望遠端での軸上色収差および倍率色収差、広角端での倍率色収差、並びにズーム全域にわたる像面湾曲変動（高い光学性能）の点で困難である。
　本発明は、例えば、長焦点距離、高ズーム比、およびズーム全域にわたる高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することを目的とする。
　本発明の一側面としてのズームレンズは、複数のレンズ群を有し、前記複数のレンズ群は、物体側から像側へ順に、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、少なくとも１つのレンズ群を含む後群とからなるズームレンズであって、ズーミングのために、前記第１レンズ群は移動せず、隣り合うレンズ群の間隔は変化し、前記第１レンズ群を構成するレンズの波長１０μｍにおける屈折率のうち最小の屈折率Ｎ１０ｍ、前記第１レンズ群の焦点距離ｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離ｆ２は、所定の条件式を満足する。
　本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
　本発明によれば、例えば、長焦点距離、高ズーム比、およびズーム全域にわたる高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することができる。
実施例１におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例１におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 実施例２におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例２におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 実施例３におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例３におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 実施例４におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例４におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 実施例５におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例５におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 実施例６におけるズームレンズの広角端での断面図である。 実施例６におけるズームレンズの広角端、中間ズーム位置、望遠端での収差図である。 各実施例におけるズームレンズを備えた撮像装置の概略図である。
　以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　まず、各実施例のズームレンズの概略について説明する。各実施例のズームレンズは、望遠端での焦点距離を長焦点距離かつ、高ズーム比化しつつも、ズーム全域の軸上色収差、倍率色収差、および像面湾曲の変動を抑制することが可能である。各実施例のズームレンズは、複数のレンズ群を有し、複数のレンズ群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｂ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２と、少なくとも１つのレンズ群を含む後群とからなる。これにより、高ズーム比化した際に前玉径を小さくすることができる。ズーミングのために、第１レンズ群Ｂ１は移動せず、隣り合うレンズ群の間隔は変化する。これにより、高ズーム比化した際の光学全長を抑制することができる。
　また、各実施例のズームレンズは、以下の条件式（１）、（２）を満足する。
　　２．１５＜Ｎ１０ｍ＜４．１０　・・・（１）
　　－１５．００＜ｆ１／ｆ２＜－６．２０　・・・（２）
　ここで、Ｎ１０ｍは第１レンズ群Ｂ１を構成するレンズの波長１０μｍにおける屈折率のうち最小の屈折率、ｆ１は第１レンズ群Ｂ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｂ２の焦点距離である。
　また、第１レンズ群Ｂ１または第２レンズ群Ｂ２を構成するレンズのうち少なくとも一つは、以下の条件式（３）を満足する。
　　０．０＜－Ｎ１０－０．０２５×ν１０＋１１＜１２．０　・・・（３）
　ここで、Ｎ１０は波長１０μｍにおける屈折率、ν１０は波長１０μｍにおけるアッベ数である。
　条件式（１）は、第１レンズ群Ｂ１を構成するレンズの波長１０μｍにおける屈折率のうち最小となる屈折率を適切に設定するための条件式である。このように設定することで、遠赤外線で主に用いられる波長８～１２μｍにおいて、レンズの屈折率を適切に設定することができる。条件式（１）の下限値または上限値を超えると、遠赤外線で主に用いられる波長８～１２μｍでの屈折率を得ることができなくなり、その結果、ズーム全域で適切な熱情報を得ることが困難となる。
　条件式（２）は、第１レンズ群Ｂ１と第２レンズ群Ｂ２との比を適切に設定するための条件式である。条件式（２）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が増大しすぎてしまい、望遠端での光学全長や前玉径を抑制することが困難となる。一方、条件式（２）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が小さくなりすぎてしまい、望遠端における球面収差、軸上色収差、倍率色収差を抑制することが困難となる。
　条件式（３）は、第１レンズ群Ｂ１および第２レンズ群Ｂ２に必要なレンズの範囲を適切に設定するための条件式である。条件式（３）の下限値または上限値を超えると、高倍化した際にズーム全域の軸上色収差および倍率色収差を抑制することが困難となる。
　好ましくは、条件式（１）～（３）の数値範囲は、以下の条件式（１ａ）～（３ａ）のようにそれぞれ設定される。
　　２．３６＜Ｎ１０ｍ＜４．１０　・・・（１ａ）
　　－１３．２０＜ｆ１／ｆ２＜－６．２９　・・・（２ａ）
　　１．０＜－Ｎ１０－０．０２５×ν１０＋１１＜８．０　・・・（３ａ）
　より好ましくは、条件式（１）～（３）の数値範囲は、以下の条件式（１ｂ）～（３ｂ）のようにそれぞれ設定される。
　　２．５７＜Ｎ１０ｍ＜３．２５　・・・（１ｂ）
　　－１１．４１＜ｆ１／ｆ２＜－６．３８　・・・（２ｂ）
　　２．０＜－Ｎ１０－０．０２５×ν１０＋１１＜６．０　・・・（３ｂ）
　各実施例のズームレンズは、以上のような構成を満足することにより実現されるが、光学全長を抑制しつつ更に光学性能を良好に維持するには、以下の条件式（４）～（１２）の少なくとも一つを満足することが好ましい。
　　５．０＜β２ｔ／β２ｗ＜２３．０　・・・（４）
　　０．６０＜Ｔｄｔ／ｆｔ＜３．００　・・・（５）
　　２．１５＜Ｎ１０ｎ＜４．２０　・・・（６）
　　０．８０＜Σｔ／ｆｗ＜３．００　・・・（７）
　　０．０６＜ｆ１／ｆｐ２＜０．３０　・・・（８）
　　－０．９０＜ｆ１ｐ／ｆ１ｎ＜－０．１０　・・・（９）
　　－１２．００＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ２）＜－０．５０　・・・（１０）
　　５．００＜ｆ１／ｆｗ＜２７．００　・・・（１１）
　　１．００＜Ｍ２／ｆｗ＜１６．００　・・・（１２）
　ここで、β２ｔは望遠端での第２レンズ群Ｂ２の横倍率、β２ｗは広角端での第２レンズ群Ｂ２の横倍率である。ＴＤｔは第１レンズ群Ｂ１のうち最も物体側のレンズの物体側の面（第１レンズ面）から像面までの光軸上での長さ、ｆｔは望遠端でのズームレンズの焦点距離である。Ｎ１０ｎは、第１レンズ群Ｂ１を構成する少なくとも一つの負レンズの波長１０μｍにおける屈折率である。Σｔはズームレンズを構成する全てのレンズの光軸上での厚みの総和（中心肉厚）、ｆｗは広角端でのズームレンズの焦点距離である。ｆｐ２は、後群のうち最も物体側に配置された正の屈折力のレンズ群（第１レンズ群Ｂ１の像側にあり、かつ最も物体側に配置された正の屈折力のレンズ群）の焦点距離である。ｆ１ｐは第１レンズ群Ｂ１を構成する少なくとも一つの正レンズの焦点距離、ｆ１ｎは第１レンズ群Ｂ１を構成する少なくとも一つの負レンズの焦点距離である。Ｒ１は第１レンズ群Ｂ１において最も物体側に配置された正レンズの物体側レンズ面の曲率半径、Ｒ２は第１レンズ群Ｂ１において最も物体側に配置された正レンズの像側レンズ面の曲率半径である。（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ２）は、第１レンズ群Ｂ１のシェープファクターＳＦ１に相当する。Ｍ２は、広角端から望遠端への第２レンズ群Ｂ２の像面（像面が移動する場合もある）に対する相対的移動量（第２レンズ群Ｂ２が物体側から像側へ移動する場合を正とする）である。
　条件式（４）は、第２レンズ群Ｂ２の望遠端での横倍率と広角端での横倍率との比を適切に設定するための条件式である。条件式（４）の上限値を超えると、望遠端における光学全長および前玉径を抑制することが困難となる。一方、条件式（４）の下限値を越えると、ズーム比を増大させることが困難となる。
　条件式（５）は、第１レンズ面から像面までの光軸上での長さと望遠端での焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（５）の上限値を超えると、望遠端での光学全長を抑制することが困難となる。一方、条件式（５）の下限値を越えると、望遠端での球面収差、軸上色収差、および倍率色収差を抑制することが困難となる。
　条件式（６）は、第１レンズ群Ｂ１の負レンズの波長１０μｍにおける屈折率を適切に設定するための条件式である。条件式（６）の上限値を超えると、負レンズの屈折率が高くなりすぎてしまい、望遠端での軸上色収差および倍率色収差を抑制することが困難となる。一方、条件式（６）の下限値を越えると、負レンズの屈折率が低くなりすぎてしまい、遠赤外線領域で適切な熱情報を得ることが困難となる。
　条件式（７）は、第１レンズ面から像面までの全てのレンズの厚みの総和と広角端での焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（７）の上限値を超えると、ズームレンズの全系の透過率が減少しすぎてしまい、その結果、ＴＮＯが増大しすぎてしまい、より詳細な温度差を検知することが困難となる。一方、条件式（７）の下限値を越えると、各レンズのコバ厚および中心肉厚を確保することが困難となり、レンズの加工をすることが困難となる。
　条件式（８）は、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離と、第１レンズ群Ｂ１の像側にあり、かつ最も物体側に配置された正レンズ群の焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（８）が上限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が増大しすぎてしまい、望遠端での光学全長の増大もしくは前玉径が増大しすぎてしまう。一方、条件式（８）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が減少しすぎてしまい、その結果、望遠端での軸上色収差および倍率色収差を抑制することが困難となる。
　条件式（９）は、第１レンズ群Ｂ１の正レンズの焦点距離と負レンズの焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（９）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の正レンズの焦点距離が増大しすぎてしまい、その結果、望遠端の光学全長もしくは前玉径を抑制することが困難となる。一方、条件式（９）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が減少しすぎてしまい、その結果、望遠端での軸上色収差および倍率色収差を抑制することが困難となる。
　条件式（１０）は、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのシェープファクターを適切に設定するための条件式である。条件式（１０）の上限値または下限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の正レンズのコバ厚保を確保する必要があるため、レンズの中心肉厚が増大しすぎてしまう。その結果、ズームレンズの全系の透過率が減少しすぎてしまい、遠赤外線領域におけるＴＮＯが増大しすぎるため、より細かい温度差を検知することが困難となる。
　条件式（１１）は、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離と広角端での焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（１１）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が増大しすぎてしまい、ズームレンズの全系の光学全長および前玉径を抑制することが困難となる。一方、条件式（１１）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が減少しすぎてしまい、望遠端での軸上色収差および倍率色収差を抑制することが困難となる。
　条件式（１２）は、第２レンズ群Ｂ２の移動量と広角端の焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式（１２）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｂ１の焦点距離が増大しすぎてしまい、ズームレンズの全系の光学全長および前玉径を抑制することが困難となる。一方、条件式（１２）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｂ２の移動量が減少しすぎてしまい、第２レンズ群Ｂ２のパワーを強くする必要があるため、ズームレンズの全系の像面湾曲およびコマ収差を抑制することが困難となる。
　より好ましくは、条件式（４）～（１２）の数値範囲は、以下の条件式（４ａ）～（１２ａ）のようにそれぞれ設定される。
　　６．２１＜β２ｔ／β２ｗ＜２０．０（４ａ）
　　０．６８＜Ｔｄｔ／ｆｔ＜２．５０（５ａ）
　　２．３６＜Ｎ１０ｎ＜３．７３（６ａ）
　　０．９６＜Σｔ／ｆｗ＜２．６２（７ａ）
　　０．０７＜ｆ１／ｆｐ２＜０．２６（８ａ）
　　－０．７９＜ｆ１ｐ／ｆ１ｎ＜－０．１５（９ａ）
　　－１０．４６＜ＳＦ１＜－１．０９（１０ａ）
　　９．３１＜ｆ１／ｆｗ＜２１．４３（１１ａ）
　　３．１２＜Ｍ２／ｆｗ＜１１．７９（１２ａ）
　更に好ましくは、条件式（４）～（１２）の数値範囲は、以下の条件式（４ｂ）～（１２ｂ）のようにそれぞれ設定される。
　　７．４３＜β２ｔ／β２ｗ＜１７．０２（４ｂ）
　　０．７７＜Ｔｄｔ／ｆｔ＜２．００（５ｂ）
　　２．５７＜Ｎ１０ｎ＜３．２５（６ｂ）
　　１．１２＜Σｔ／ｆｗ＜２．２４（７ｂ）
　　０．０９＜ｆ１／ｆｐ２＜０．２２（８ｂ）
　　－０．６９＜ｆ１ｐ／ｆ１ｎ＜－０．１９（９ａ）
　　－８．９２＜ＳＦ１＜－１．６８（１０ｂ）
　　１３．６２＜ｆ１／ｆｗ＜１５．８５（１１ｂ）
　　５．２５＜Ｍ２／ｆｗ＜７．５９（１２ｂ）
　各実施例のズームレンズは、広角端に対して望遠端において第３レンズ群Ｂ３が移動してズーミングを行ってもよい。また各実施例のズームレンズは、諸収差のうち歪曲収差および倍率色収差の補正を電気的な画像処理によって補正してもよい。また各実施例のズームレンズにおいて、絞りを各レンズ群とは別の軌跡で移動してもよい。
　次に、図１乃至図１２を参照して、各実施例のズームレンズの構成について具体的に説明する。図１は、実施例１におけるズームレンズの広角端での断面図である。図２は、実施例１におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。図３は、実施例２におけるズームレンズの広角端での断面図である。図４は、実施例２におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。図５は、実施例３におけるズームレンズの広角端での断面図である。図６は、実施例３におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。図７は、実施例４におけるズームレンズの広角端での断面図である。図８は、実施例４におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。図９は、実施例５におけるズームレンズの広角端での断面図である。図１０は、実施例５におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。図１１は、実施例６におけるズームレンズの広角端での断面図である。図１２は、実施例６におけるズームレンズの（ａ）広角端、（ｂ）中間ズーム位置、（ｃ）望遠端での収差図である。
　各実施例のズームレンズは、撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、各断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。実施例１～６のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、および後群からなる。実施例１、４～６において、後群に含まれる少なくとも１つのレンズ群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４とからなる。実施例２において、後群に含まれる少なくとも１つのレンズ群は、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４、および正の屈折力の第５レンズ群Ｂ５からなる。実施例３において、後群に含まれる少なくとも１つのレンズ群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、負の屈折力の第４レンズ群Ｂ４、および正の屈折力を有する第５レンズ群Ｂ５からなる。各実施例において、ＳＰは絞り（開口絞り）、ＩＰは像面である。
　実施例１、４～６において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印で示されるように、第１レンズ群Ｂ１は像面ＩＰに対して固定され、第２レンズ群Ｂ２を像側に移動するとともに、第４レンズ群Ｂ４を移動することによって変倍を行う。また、第４レンズ群Ｂ４を像側に凸の軌跡で移動することによって、変倍に伴う像面変動を補正する。
　実施例２において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印に示されるように、第１レンズ群Ｂ１は像面ＩＰに対して固定され、第２レンズ群Ｂ２を像側に移動するとともに、第３レンズ群Ｂ３および第５レンズ群Ｂ５を移動することによって変倍を行う。また、第５レンズ群Ｂ５を像側に凸の軌跡で移動することによって、変倍に伴う像面変動を補正する。
実施例３において、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印に示されるように、第１レンズ群Ｂ１は像面ＩＰに対して固定され、第２レンズ群Ｂ２を像側に移動するとともに、第４レンズ群Ｂ４および第５レンズ群Ｂ５を移動することによって変倍を行う。また、第５レンズ群Ｂ５を像側に凸の軌跡で移動することによって、変倍に伴う像面変動を補正する。
　実施例１～６において、第１レンズ群Ｂ１は、物体側から像側へ順に、メニスカス正レンズと負レンズとから構成されることで、高ズーム比化に伴って発生する球面収差と色収差を抑制することができる。また実施例１～６において、第２レンズ群Ｂ２は、物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズとからなる。これにより、ズーミングに際しての軸上色収差および倍率色収差を低減し、特に望遠端における球面収差等を良好に抑制することができる。
　実施例１、３～６において、第３レンズ群Ｂ３は正レンズからなる。これにより、第２レンズ群Ｂ２と第３レンズ群Ｂ３との主点間隔を小さくし、第３レンズ群Ｂ３以降のレンズ長を短縮することができる。実施例２において、第３レンズ群Ｂ３は、負レンズからなる。これにより、ズーミングに伴う倍率色収差およびコマ収差を良好に抑制することができる。実施例１、２、４～６において、第４レンズ群Ｂ４は正レンズからなる。これにより、ズーミングに伴うコマ収差を良好に抑制することができる。実施例３において、第４レンズ群Ｂ４は負レンズからなる。これにより、ズーミングに伴うコマ収差を良好に抑制することができる。実施例３において、第５レンズ群Ｂ５は正レンズからなる。これにより、ズーミングに伴うコマ収差を良好に抑制することができる。
　実施例１～６において、最も像側に配置されたレンズ群および射出瞳位置が像面ＩＰに近づきすぎないように制御し、撮像素子に対応可能な範囲のテレセントリック性を確保することができる。なお各断面図において、像面ＩＰが固定されている場合の動きを示すが、広角端および望遠端における像面ＩＰに対する相対的移動量で、像面ＩＰが移動してもよい。
　実施例１、４～６において、第４レンズ群Ｂ４に関する実線の曲線４ａと、点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォ－カスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。実施例２、３において、第５レンズ群Ｂ５に関する実線の曲線５ａと、点線の曲線５ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォ－カスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。
　収差図において、１０、１２はそれぞれ波長１０μｍ線および波長１２μｍ線、ΔＭ、ΔＳはそれぞれメリジオナル像面、サジタル像面を示す。ＦｎｏはＦナンバ－、ωは半画角（度）である。球面収差において、波長１０μｍ線（実線）および波長１２μｍ線（点線）を示す。非点収差において、波長１０μｍ線におけるΔＭ、ΔＳをそれぞれ示す。歪曲収差において、波長１０μｍ線を示す。倍率色収差において、波長１０μｍ線に対する波長１２μｍ線の収差を示す。
　以下、実施例１～６にそれぞれ対応する数値実施例１～６を示す。各数値実施例において、ズームレンズの各面には物体側からの面番号ｉ（ｉは自然数）を付している。ｒは各面の曲率半径（ｍｍ）、ｄは面番号ｉの面と面番号（ｉ＋１）の面との間の光軸上のレンズ厚又は距離（空気間隔）（ｍｍ）、ｎｄは各面を有する光学部材の材料のｄ線に対する屈折率である。νｄは各面を有する光学部材の材料のｄ線に対するアッベ数である。ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
　νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。
　また、波長１０μｍにおける屈折率をＮ１０、波長１０μｍにおけるアッベ数をν１０として、波長８μｍにおける屈折率をＮ８、波長１２μｍにおける屈折率をＮ１２とするとき、
　ν１０＝（Ｎ１０－１）／（Ｎ８－Ｎ１２）
で表される。
　焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバーおよび半画角（°）はズームレンズが無限遠物体に合焦した状態での値である。光学全長は、ズームレンズの最前面（最も物体側のレンズ面）から最終面（最も像側のレンズ面）までの光軸上の距離にバックフォーカスＢＦを加えた長さである。バックフォーカスＢＦは、ズームレンズの最終面から像面までの距離である。また、各数値実施例において、最も像側の２面は光学ブロックＧに相当する平面である。
　面番号に付された「＊」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸に直交する方向における光軸からの高さ、光の進行方向を正とし、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を非球面係数とするとき、以下の式（Ａ）で表される。非球面係数の「ｅ－Ｚ」は１０－Ｚを意味する。
　　ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）２｝１／２］＋Ａ４・ｈ４＋Ａ６・ｈ６＋Ａ８・ｈ８＋Ａ１０・ｈ１０　・・・（Ａ）
　面番号の横に（回折）と付されている回折面（回折光学素子）の位相φは、ｍを回折光の回折次数、λ０を基準波長、Ｃｊ（ｊ＝１，２，３…）を各次数の位相係数とするとき、以下の式（Ｂ）で表される。
　　φ（ｈ）＝（２π×ｍ／λ０）（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６＋Ｃ８ｈ８＋…）　・・・（Ｂ）
　また、基準波長λ０における回折光学素子ＤＯＥの焦点距離ｆｄｏｅは、以下の式（Ｃ）で表される。
　　ｆｄｏｅ＝－１／（２×Ｃ２）　・・・（Ｃ）
　また、任意の波長λにおける回折光学素子ＤＯＥの焦点距離ｆｄｏｅ（λ）は以下の式（Ｄ）で表される。
　　ｆｄｏｅ＝－１／（２×Ｃ２）（λ０／λ）　・・・（Ｄ）
　
（数値実施例１）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1        506.258   25.00   4.0032616   862.14           
 2        664.811  177.54                             
 3        910.497    7.99   2.7770000   161.55           
 4        691.875   (可変)                             
 5*       156.032    8.79   2.7770000   161.55           
 6        171.760   10.24                             
 7*    -18322.001    6.30   4.0032616   862.14        
 8        318.986   (可変)                             
 9        127.551   10.11   4.0032616   862.14          
10(回折)  204.639   (可変)                             
11         45.235    6.11   4.0032616   862.14           
12*        44.532   (可変)                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4=-3.60346e-08  A 6= 1.76406e-11  A 8=-5.63838e-15  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4= 3.50982e-08  A 6=-3.04741e-11  A 8= 1.60310e-14  
A10=-3.11931e-18  A12= 2.57599e-22  
 
第10面(回折面)
 
 K = 0.00000e+00  A 4= 2.19534e-08  A 6=-3.78790e-12  A 8= 4.91177e-15  
A10=-2.82970e-18  A12= 6.05998e-22  
 
第10面(回折面)
C 2=-1.89014e-05  C 4= 1.95328e-09  C 6=-9.07680e-13  C 8= 3.64501e-16  
 
第12面
 K = 0.00000e+00  A 4= 4.34924e-07  A 6=-4.29381e-09  A 8= 2.18423e-11  
A10=-4.93634e-14  A12= 4.11314e-17  
 
各種データ
  ズーム比     10.16 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      50.00   123.72   508.03  
Fナンバー      1.50     1.50     1.50  
半画角        13.60     5.32     1.22  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   749.94   749.94   749.94  
BF            19.56    34.62    15.09  
 
d 4           10.02   194.29   378.60  
d 8          377.58   193.32     9.00  
d10           90.70    75.65    95.17  
d12           19.56    34.62    15.09  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     845.25  
 2    5    -130.54  
 3    9     102.28  
 4   11     172.77  
 
（数値実施例２）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1       1047.997   25.00   4.0032616   862.14            
 2       2699.764   68.56                             
 3     -16646.178   16.64   2.7770000   161.55            
 4       5518.254   (可変)                             
 5*       179.584    9.21   2.7770000   161.55            
 6        203.219   29.92                             
 7*      -959.944    5.16   4.0032616   862.14           
 8        332.642   (可変)                             
 9       -271.617    3.66   4.0032616   862.14           
10       -499.952   (可変)                             
11        182.740   10.96   4.0032616   862.14            
12(回折)  962.227   (可変)                             
13         48.323    6.00   4.0032616   862.14            
14*        52.412   (可変)                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4= 2.19353e-09  A 6= 4.54816e-12  A 8=-1.75858e-16  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4= 2.49646e-08  A 6=-1.34033e-11  A 8= 1.94246e-15  
A10= 7.61293e-19  A12=-2.01384e-22  
 
第12面
 K = 0.00000e+00  A 4= 5.38055e-08  A 6= 2.47202e-12  A 8=-6.11964e-15  
A10= 4.09859e-18  A12=-1.00196e-21  
 
第12面(回折面)
C 2=-1.64659e-05  C 4=-5.56403e-10  C 6= 1.76166e-12  C 8=-8.94758e-16  
 
第14面
 K = 0.00000e+00  A 4= 4.22193e-07  A 6=-1.95791e-09  A 8= 1.31583e-11  
A10=-3.65568e-14  A12= 4.11314e-17  
 
各種データ
  ズーム比     10.16 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      50.00   116.59   508.09  
Fナンバー      1.50     1.50     1.50  
半画角        11.90     5.21     1.20  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   750.03   750.03   750.03  
BF            23.33    22.62    20.27  
 
d 4          137.99   281.83   425.69  
d 8          297.87   135.34     9.00  
d10            9.27    27.95    10.43  
d12          106.47   107.18   109.53  
d14           23.33    22.62    20.27  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     710.49  
 2    5    -101.90  
 3    9    -200.44  
 4   11      74.15  
 5   13      98.16  
 
（数値実施例３）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1        518.168   25.00   4.0032616   862.14            
 2        696.803   88.41                             
 3        864.482   14.50   2.7770000   161.55          
 4        691.165   (可変)                             
 5*       210.981    9.07   2.7770000   161.55            
 6        272.088   14.88                             
 7*      -569.820    5.49   4.0032616   862.14            
 8        431.489   (可変)                             
 9        123.450   10.29   4.0032616   862.14            
10(回折)  219.363   (可変)                             
11       -120.233    7.84   4.0032616   862.14          
12       -145.480   (可変)                             
13         45.198    6.00   4.0032616   862.14           
14*        48.679   (可変)                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4=-1.74945e-08  A 6= 2.00353e-11  A 8=-4.79357e-15  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4= 2.13125e-08  A 6=-3.14078e-11  A 8= 9.63196e-15  
A10= 1.90258e-18  A12=-7.49538e-22  
 
第10面
 K = 0.00000e+00  A 4= 2.32586e-08  A 6=-1.00485e-12  A 8= 3.30092e-16  
A10=-6.97759e-20  A12= 4.18306e-24  
 
第10面(回折面)
C 2=-1.95256e-05  C 4=-5.93768e-11  C 6= 7.83693e-13  C 8=-1.87835e-16  
 
第14面
 K = 0.00000e+00  A 4= 3.00002e-07  A 6=-4.68285e-09  A 8= 2.25530e-11  
A10=-5.02199e-14  A12= 4.11314e-17  
 
各種データ
  ズーム比     10.16 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      50.00   111.01   508.07  
Fナンバー      1.50     1.50     1.50  
半画角        13.60     6.08     1.23  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   750.01   750.01   750.01  
BF             5.63    27.95    15.06  
 
d 4          128.67   293.25   457.85  
d 8          338.18   173.60     9.00  
d10           72.22    61.60    83.63  
d12           23.84    12.14     3.00  
d14            5.63    27.95    15.06  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     790.82  
 2    5    -105.55  
 3    9      86.74  
 4   11    -300.79  
 5   13      91.78  
 
（数値実施例４）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1        532.482   31.00   4.0032616   862.14          
 2        718.877  125.93                             
 3        966.548   20.30   2.7770000   161.55           
 4        724.847   (可変)                             
 5*       700.000    9.06   2.7770000   161.55          
 6       -910.469    1.26                             
 7*      -378.274    6.28   4.0032616   862.14           
 8        428.356   (可変)                             
 9        100.681    9.64   4.0032616   862.14            
10(回折)  151.513   (可変)                             
11         42.998    6.00   4.0032616   862.14          
12*        43.497   (可変)                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4=-1.85790e-07  A 6= 6.28875e-11  A 8=-2.22008e-14  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4= 1.35744e-07  A 6=-6.14098e-11  A 8= 2.52109e-14  
A10=-2.75503e-18  A12= 2.53014e-22  
 
第10面
 K = 0.00000e+00  A 4= 4.21808e-08  A 6=-1.16777e-12  A 8= 8.00971e-17  
A10= 7.88747e-19  A12=-2.24874e-22  
 
第10面(回折面)
C 2=-2.61199e-05  C 4= 2.17911e-09  C 6= 1.34338e-12  C 8=-4.23552e-16  
 
第12面
 K = 0.00000e+00  A 4= 5.14195e-07  A 6=-4.49957e-09  A 8= 2.29879e-11  
A10=-5.07239e-14  A12= 4.11314e-17  
 
各種データ
  ズーム比     11.29 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      45.00   114.40   508.10  
Fナンバー      1.50     1.50     1.50  
半画角        16.70     6.01     1.23  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   762.87   762.87   762.87  
BF            20.99    32.09    20.45  
 
d 4          157.83   306.03   454.13  
d 8          305.29   157.10     9.00  
d10           69.30    58.20    69.83  
d12           20.99    32.09    20.45  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     806.63  
 2    5     -97.03  
 3    9      87.11  
 4   11     124.52  
 
（数値実施例５）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1        326.276   29.99   4.0032616   862.14            
 2        483.295  111.45                             
 3        577.525   17.41   2.7770000   161.55           
 4        343.581   (可変)                             
 5*       274.240    8.32   2.7770000   161.55           
 6        270.338   10.00                             
 7*      -164.134    3.22   4.0032616   862.14           
 8        545.618   (可変)                             
 9        108.953    9.41   4.0032616   862.14           
10(回折)  218.207   (可変)                             
11         49.454    6.00   4.0032616   862.14         
12*        57.211   (可変)                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4= 1.24169e-07  A 6= 1.75201e-10  A 8=-3.98457e-14  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4=-1.30538e-07  A 6=-1.00736e-10  A 8=-4.37364e-13  
A10= 8.09674e-16  A12=-3.24758e-19  
 
第10面
 K = 0.00000e+00  A 4= 9.14756e-08  A 6= 8.94936e-12  A 8= 8.92797e-15  
A10=-8.33449e-17  A12= 9.12853e-20  
 
第10面(回折面)
C 2=-2.23448e-05  C 4= 5.95150e-09  C 6=-1.65874e-11  C 8= 1.22322e-14  
 
第12面
 K = 0.00000e+00  A 4= 6.90623e-07  A 6=-5.66869e-09  A 8= 2.64353e-11  
A10=-5.44542e-14  A12= 4.11314e-17  
 
 
各種データ
  ズーム比     12.70 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      40.00   100.34   507.88  
Fナンバー      1.46     1.42     1.50  
半画角        16.30     6.69     1.21  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   431.63   431.63   431.63  
BF            21.35    33.30    16.29  
 
d 4           10.00    77.65   145.25  
d 8          144.25    76.60     9.00  
d10           60.22    48.27    65.28  
d12           21.35    33.30    16.29  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     411.09  
 2    5     -42.78  
 3    9      67.86  
 4   11      76.86  
 
（数値実施例６）
単位 mm
 
面データ
面番号       r        d       Ｎ10      ν10
 1        502.013   25.00   4.0032616   862.14           
 2        673.766  145.64                             
 3        872.073    9.65   3.1366000   209.47           
 4        664.859   (可変)                             
 5*       239.590    8.52   2.7770000   161.55          
 6        252.481   40.22                             
 7*      -482.417    6.22   4.0032616   862.14          
 8       1284.672   (可変)                                                       
9         127.593   10.10   4.0032616   862.14           
10(回折)  204.340   (可変)                                
11         46.898    6.72   4.0032616   862.14           
12*        45.855   (可変)                             
13           ∞      0.10                             
像面         ∞   
 
非球面データ
第5面
 K = 0.00000e+00  A 4= 7.75508e-09  A 6= 2.62383e-12  A 8=-1.85067e-16  
 
第7面
 K = 0.00000e+00  A 4=-1.43238e-08  A 6=-5.51363e-12  A 8=-1.19106e-16  
A10= 9.20560e-19  A12=-1.66128e-22  
 
第10面
 K = 0.00000e+00  A 4= 1.94615e-08  A 6= 3.60119e-12  A 8=-4.19169e-15  
A10= 2.31346e-18  A12=-4.67768e-22  
 
第12面(回折面)
A 2=-1.69812e-05  A 4= 4.17689e-10  A 6= 7.31087e-14  A 8=-1.49937e-17  
 
第12面
 K = 0.00000e+00  A 4= 4.38932e-07  A 6=-4.21261e-09  A 8= 2.15164e-11  
A10=-4.89310e-14  A12= 4.11314e-17  
 
各種データ
  ズーム比     10.16 
 
              広角     中間     望遠
焦点距離      50.00   124.09   508.04  
Fナンバー      1.49     1.47     1.50  
半画角        13.50     5.29     1.23  
像高          10.88    10.88    10.88  
レンズ全長   749.96   749.96   749.96  
BF             0.10     0.10     0.10  
 
d 4           10.00   194.33   378.66  
d 8          377.66   193.33     9.00  
d10           90.68    75.69    95.12  
d12           19.43    34.43    15.00  
 
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
 1    1     848.40  
 2    5    -130.49  
 3    9     102.61  
 4   11     179.07  
 
　各数値実施例における各条件式の値を、以下の表１にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、図１３を参照して、各実施例のズームレンズを撮像光学系として用いた撮像装置について説明する。図１３は、撮像装置１００の構成図である。１０は、遠赤外線用光学系を有する監視カメラ本体である。１１は、実施例１乃至６のいずれかのズームレンズにより構成された撮像光学系である。１２は、監視カメラ本体１０に内蔵され、撮像光学系１１により形成された被写体像を受光する（ズームレンズにより形成された像を撮る）ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子（光電変換素子）である。１３は、撮像素子１２により光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。１４は、撮像素子１２により光電変換された被写体像を転送するためのネットワークケーブルである。なお各実施例の撮像装置は、監視カメラに限定されるものではなく、ビデオカメラやデジタルカメラなどの他の撮像装置として用いることもできる。また各実施例の撮像装置は、実施例１～６のいずれかのズームレンズとともに、歪曲収差と倍率色収差のいずれか一方、もしくは両方を電気的に補正する回路を有していてもよい。このように、ズームレンズの歪曲収差等を許容可能に構成にすれば、ズームレンズ全体のレンズ枚数を少なくでき、小型化が容易になる。
　各実施例によれば、例えば、長焦点距離、高ズーム比、およびズーム全域にわたる高い光学性能の点で有利なズームレンズおよび撮像装置を提供することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
 

Claims (15)

  1. 　複数のレンズ群を有し、前記複数のレンズ群は、物体側から像側へ順に、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、少なくとも１つのレンズ群を含む後群とからなるズームレンズであって、
    　ズーミングのために、前記第１レンズ群は移動せず、隣り合うレンズ群の間隔は変化し、
    　前記第１レンズ群を構成するレンズの波長１０μｍにおける屈折率のうち最小の屈折率をＮ１０ｍ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
    　　２．１５＜Ｎ１０ｍ＜４．１０
    　　－１５．００＜ｆ１／ｆ２＜－６．２０
    なる条件式を満足し、
    　波長１０μｍにおける屈折率をＮ１０、波長１０μｍにおけるアッベ数をν１０として、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち少なくとも一方は、
    　　０．０＜－Ｎ１０－０．０２５×ν１０＋１１＜１２．０
    なる条件式を満足するレンズを含み、
    　波長８μｍにおける屈折率をＮ８、波長１２μｍにおける屈折率をＮ１２とするとき、ν１０は、
    　　ν１０＝（Ｎ１０－１）／（Ｎ８－Ｎ１２）
    なる式で表されることを特徴とするズームレンズ。
  2. 　望遠端での前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｔ、広角端での前記第２レンズ群の横倍率をβ２ｗとするとき、
    　　５．０＜β２ｔ／β２ｗ＜２３．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  3. 　前記第１レンズ群のうち最も物体側のレンズの物体側の面から像面までの光軸上での長さをＴＤｔ、望遠端での前記ズームレンズの焦点距離をｆｔとするとき、
    　　０．６０＜Ｔｄｔ／ｆｔ＜３．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
  4. 　前記第１レンズ群は、
    　　２．１５＜Ｎ１０＜４．２０
    なる条件式を満足する屈折率を有する負レンズを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  5. 　前記ズームレンズを構成する全てのレンズの光軸上での厚みの総和をΣｔ、広角端での前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとするとき、
    　　０．８０＜Σｔ／ｆｗ＜３．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  6. 　前記後群のうち最も物体側に配置された正の屈折力のレンズ群の焦点距離をｆｐ２とするとき、
    　　０．０６＜ｆ１／ｆｐ２＜０．３０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  7. 　正レンズの焦点距離をｆ１ｐ、負レンズの焦点距離をｆ１ｎとするとき、前記第１レンズ群は、
    　　－０．９０＜ｆ１ｐ／ｆ１ｎ＜－０．１０
    なる条件式を満足する正レンズおよび負レンズを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  8. 　前記第１レンズ群において最も物体側に配置された正レンズにおける物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、該正レンズにおける像側のレンズ面の曲率半径をＲ２とするとき、
    　　－１２．００＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１－Ｒ２）＜－０．５０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  9. 　広角端での前記ズームレンズの焦点距離をｆｗとするとき、
    　　５．００＜ｆ１／ｆｗ＜２７．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  10. 　広角端から望遠端への前記第２レンズ群の像面に対する相対的移動量をＭ２、広角端での前記ズームレンズの焦点距離をｆｗ、但し、前記相対的移動量は、前記第２レンズ群が像面の方へ移動する場合を正とするとき、
    　　１．００＜Ｍ２／ｆｗ＜１６．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  11. 　前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に、正レンズおよび負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  12. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に、正レンズおよび負レンズを有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  13. 　前記後群に含まれる前記少なくとも１つのレンズ群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第３レンズ群と正の屈折力の第４レンズ群とからなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  14. 　前記後群に含まれる前記少なくとも１つのレンズ群は、物体側から像側へ順に、第３レンズ群と、第４レンズ群と、正の屈折力の第５レンズ群とからなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  15. 　請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のズームレンズと、
    　前記ズームレンズにより形成された像を撮る撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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