JP2011242517A - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変倍光学系において、小型、広角、大口径比および高性能を維持しながら、温度変化による性能劣化を抑制し、低コスト化を実現する。
【解決手段】変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備え、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行う。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備える。第２レンズ群Ｇ２は、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを含み、これら正、負の非球面プラスチックレンズは焦点距離に関する所定の条件式を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、変倍光学系および撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に使用可能で、特に監視カメラ用途として好適に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、小型かつ安価に構成可能で、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、高い光学性能を有することが要求される。また、近年では変倍機能付きの監視カメラの需要が高まっていることから、変倍光学系が主流になりつつある。

従来知られているカメラ用のズームレンズとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載のものがある。特許文献１には、物体側から順に、３枚構成で負の屈折力をもつ第１レンズ群と、３枚構成で正の屈折力をもつ第２レンズ群とが配されてなり、第１レンズ群および第２レンズ群に正、負両方のプラスチックレンズを配置したズームレンズが記載されている。特許文献２には、物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群とが配されてなり、正、負両方のプラスチックレンズを第２レンズ群に、または第１レンズ群および第２レンズ群に配置したズームレンズが記載されている。

また、従来提案されている監視カメラ用の変倍光学系としては、例えば、下記特許文献３に記載のものがある。特許文献３には、物体側から順に、負の第１レンズ群と、絞りと、正の第２レンズ群とが配されてなり、少なくとも１枚の正のプラスチックレンズと少なくとも１枚の負のプラスチックレンズを第２レンズ群に配置した変倍光学系が記載されている。

特許第３３３３４７３号公報 特許第２８５６４６４号公報 特開２００８−３１０１３３号公報

現在、監視カメラ用レンズは、広角、大口径比で高性能なレンズが主流であり、さらに近年では低コスト化が強く要求されている。低コスト化を進める１つの方法としてはプラスチックレンズの使用が挙げられる。しかしながら、上記特許文献１、２に記載の光学系は、プラスチックレンズを多用した構成ではあるが、Ｆ値が大きい、画角が小さい、変倍比が小さい等の問題点がある。また、上記特許文献１〜３に記載の光学系は全て、最も像側にプラスチックレンズを配置している。最も像側のレンズを通過する光束は比較的細くなっており、プラスチックレンズはガラスレンズに比べて静電気によりゴミが付着しやすいため、このプラスチックレンズの光路上のレンズ面にゴミが付着した場合、画像への影響が大きいという問題点がある。

プラスチックレンズは、ガラスレンズより安価、軽量で、形状の自由度が高いといった長所があるが、温度変化による屈折率の変化や体積の変化が大きいという短所もある。そのため、温度変化の大きい屋外で使用される監視カメラ用レンズには、プラスチックレンズの採用は困難であると考えられてきた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型、広角、大口径比および高性能を維持しながら、温度変化による性能劣化を抑制し、低コスト化を実現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を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行う変倍光学系であって、第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、第２レンズ群が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含み、正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが第２レンズ群の最も物体側に配置され、正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ａ）、（２Ａ）を満たすことを特徴とするものである。
３．５＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ａ）
−１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−３．０ … （２Ａ）

本発明の第２の変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行う変倍光学系であって、第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、第２レンズ群が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含み、正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ｂ）、（２Ｂ）を満たすことを特徴とするものである。
３．８＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ｂ）
−１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−９．０ … （２Ｂ）

低コスト化のためにプラスチックレンズを用いる場合、温度変化時のプラスチックレンズによる性能変化を抑制する１つの方法として、プラスチックレンズの屈折力を弱くすることが考えられる。しかし、この方法では本発明の目的とする小型、広角、大口径比、高性能の光学系を実現することは困難になる。そこで、本発明の第１および第２の変倍光学系では、正の屈折力をもつプラスチックレンズと負の屈折力をもつプラスチックレンズの両方を備えるように構成し、温度変化による影響を打ち消し合うようにしている。これにより、プラスチックレンズの屈折力を弱くする必要はなくなり、設計の自由度が高まり、少ないレンズ枚数で良好な収差補正が可能になる。さらに、本発明の第１および第２の変倍光学系は、正、負のプラスチックレンズの屈折力の好適な範囲を設定することで、小型、広角、大口径比を維持しながら高い光学性能を実現するものである。

本発明の第１および第２の変倍光学系においては、上記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが、第２レンズ群の最も物体側に配置されており、そのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすものであることが好ましい。
νｄｐｐ＞５４．０ … （３）

本発明の第１および第２の変倍光学系においては、上記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｎとしたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
νｄｐｎ＜２９．０ … （４）

本発明の第１および第２の変倍光学系においては、上記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの物体側の面が、光軸近傍で凹面であり、有効径内において変曲点を有することが好ましい。なお、ここでいう「有効径」とは、仕様に基づいて最大径まで軸上光束および軸外光束を入射させたとき、これら光束に含まれる光線の中で最も外側（光軸から離れる方向の側）の光線の光線高で決まる径である。仕様としては、Ｆ値、画角、像高、所定の光線を遮光する絞りの径等を考えることができる。

本発明の第１および第２の変倍光学系においては、第１レンズ群が３枚のレンズからなり、第２レンズ群が４枚のレンズからなるように構成することができる。

なお、本発明における「非球面プラスチックレンズ」とは、プラスチック材質からなり、物体側の面、像側の面の少なくとも一方が非球面形状のレンズである。また、上述した本発明におけるレンズの屈折力の符号は、非球面レンズについては近軸領域で考えるものとする。条件式（１）、（２）の焦点距離は近軸領域におけるものである。

なお、上述したレンズの枚数は、構成要素となるレンズの枚数である。例えば、材質の異なる複数の単レンズが接合された接合レンズにおけるレンズの枚数は、この接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すことにする。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の変倍光学系を備えたことを特徴とするものである。

本発明の第１の変倍光学系は、物体側から順に、負の第１レンズ群と、絞りと、正の第２レンズ群とを備え、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行うように構成した変倍光学系において、第１レンズ群のレンズ形状とパワー配置を好適に設定し、第２レンズ群が正、負の非球面プラスチックレンズを有するように構成し、そのうち正の非球面プラスチックレンズを効果的に配置し、この状態における正、負の非球面プラスチックレンズのパワーを好適に設定しているため、小型、広角、大口径比および高性能を維持しながら、温度変化による性能劣化を抑制し、低コスト化を実現することができる。

本発明の第２の変倍光学系は、物体側から順に、負の第１レンズ群と、絞りと、正の第２レンズ群とを備え、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行うように構成した変倍光学系において、第１レンズ群のレンズ形状とパワー配置を好適に設定し、第２レンズ群が正、負の非球面プラスチックレンズを有するように構成し、正、負の非球面プラスチックレンズのパワーを好適に設定しているため、小型、広角、大口径比および高性能を維持しながら、温度変化による性能劣化を抑制し、低コスト化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、小型で安価に構成でき、広い画角での撮像が可能であり、低照度や温度度変化が大きい環境でも高画質の映像を得ることができる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１の変倍光学系の広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図２（Ａ）、図２（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例２の変倍光学系の広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図３（Ａ）、図３（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例３の変倍光学系の広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例４の変倍光学系の広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図５（Ａ）〜図５（Ｈ）は本発明の実施例１の変倍光学系の各収差図 図６（Ａ）〜図６（Ｈ）は本発明の実施例２の変倍光学系の各収差図 図７（Ａ）〜図７（Ｈ）は本発明の実施例３の変倍光学系の各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｈ）は本発明の実施例４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。まず、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照しながら、本発明の第１の実施形態にかかる変倍光学系について説明する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）は本発明の第１の実施形態にかかる変倍光学系の一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。

本発明の第１の実施形態の変倍光学系は、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備え、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行い、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、第２レンズ群Ｇ２が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含むように構成されたものである。

さらに、本発明の第１の実施形態の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが配置され、第２レンズ群Ｇ２の上記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、第２レンズ群Ｇ２の上記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ａ）、（２Ａ）を満たすように構成される。
３．５＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ａ）
−１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−３．０ … （２Ａ）

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す例の第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、レンズＬ１１と、レンズＬ１２と、レンズＬ１３とが配されてなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、レンズＬ２１と、レンズＬ２２と、レンズＬ２３と、レンズＬ２４とが配されてなる。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）では、左側が物体側、右側が像側であり、図１（Ａ）が広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示したものであり、図１（Ｂ）が望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示したものである。図１（Ａ）と図１（Ｂ）の間の矢印は、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の移動軌跡を模式的に示すものである。また、図１（Ａ）、図１（Ｂ）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、変倍光学系を撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを第２レンズ群Ｇ２と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

本発明の第１の実施形態の変倍光学系の作用効果について以下に述べる。物体側から順に、負レンズ群、正レンズ群を配置したレトロフォーカスタイプの構成は、広角化に適し、バックフォーカスの確保も比較的容易であるという特長を有している。第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズを負メニスカスレンズとすることで、広角化を図ることが容易になる。第１レンズ群Ｇ１の物体側の２枚のレンズを負レンズとすることで、第１レンズ群Ｇ１に必要な負のパワーをこれら２枚に分散することができ、収差補正が容易になる。

第２レンズ群Ｇ２は、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを含むように構成されている。プラスチックレンズは、ガラスレンズより安価、軽量で、形状の自由度が高いが、温度変化による性能変化がガラスレンズに比べ大きい。温度変化による性能変化の中でも屈折力の変化が顕著であるため、本変倍光学系では、正、負両方の屈折力を有するプラスチックレンズを含むように構成して、温度変化時の正、負のプラスチックレンズによる影響を打ち消し合うようにしている。

また、正、負両方のプラスチックレンズを第２レンズ群Ｇ２中に配置することで、温度が変化したときのレンズ群単位での性能確保が容易になる。第２レンズ群Ｇ２は像側のレンズ群であり、外界に接する最も物体側のレンズから比較的遠くに位置するものであるため、第１レンズ群Ｇ１にプラスチックレンズを配置する場合よりも環境変化による光学性能の変化を抑制することができる。

さらに、これら正、負のプラスチックレンズを非球面レンズとすることで、良好に収差を補正することができる上に、ガラスレンズを非球面レンズとする場合に比べて安価に構成できる。

第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に正の非球面プラスチックレンズを配置することで、負の第１レンズ群Ｇ１を透過した後の発散光束を第２レンズ群Ｇ２で集束させる際の球面収差の補正が容易となり、大口径比を実現しやすくなる。

第１の実施形態の構成において、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に非球面プラスチックレンズを配置し、さらに第２レンズ群Ｇ２の正、負の非球面プラスチックレンズを条件式（１Ａ）および条件式（２Ａ）を満たすように構成することで、球面収差、像面湾曲、倍率色収差を良好に補正することができる。

具体的には、条件式（１Ａ）の下限を下回ると、広角端で球面収差、像面湾曲が補正過剰になり、望遠端で球面収差、像面湾曲が補正不足になる。条件式（１Ａ）の上限を上回ると、高次の球面収差が発生し、良好に補正できなくなる。また、条件式（２Ａ）の下限を下回ると、望遠端で球面収差が補正過剰になる。条件式（２Ａ）の上限を上回ると、望遠端で球面収差、像面湾曲が補正不足になる。

より好ましくは、下記条件式（１Ａ−１）、（２Ａ−１）のいずれか一方または両方を満たすことである。
３．６＜ｆｐｐ／ｆｗ＜４．７ … （１Ａ−１）
−１０．９＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−３．３ … （２Ａ−１）

なおここでは、第２レンズ群Ｇ２中における負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの位置は規定していないが、第２レンズ群Ｇ２が４枚構成の場合は、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目もしくは３番目に負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを配置することが好ましい。

負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に配置する場合は、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズを配列した構成とすることが好ましい。この場合は例えば、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズが配列された４枚構成とすることができる。

あるいは、負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを第２レンズ群Ｇ２の物体側から３番目に配置する場合は、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズを配列した構成とすることが好ましい。この場合は例えば、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズが配列された４枚構成とすることができる。なお、上述したレンズの屈折力の符号と形状は、非球面レンズについては近軸領域で考えるものとする。

次に、本発明の第２の実施形態の変倍光学系について説明する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す例は、以下に述べる本発明の第２の実施形態の変倍光学系の構成も兼備するものである。

本発明の第２の実施形態の変倍光学系は、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備え、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行い、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、第２レンズ群Ｇ２が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含むように構成されたものである。

さらに、本発明の第２の実施形態の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２の上記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、第２レンズ群Ｇ２の上記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ｂ）、（２Ｂ）を満たすように構成される。
３．８＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ｂ）
−１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−９．０ … （２Ｂ）

上述した第２の実施形態の変倍光学系の構成のうち、第１の実施形態と同じものについては同様の作用効果が得られるため、以下では重複説明を省略する。第１の実施形態の変倍光学系と比べると、第２の実施形態の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２の正の非球面プラスチックレンズの位置を規定する代わりに、第２レンズ群Ｇ２の正、負の非球面プラスチックレンズの屈折力をより好適に設定することにより、良好な光学性能を得るものである。

条件式（１Ｂ）の下限を下回ると、広角端で球面収差、像面湾曲が補正過剰になり、望遠端で球面収差、像面湾曲が補正不足になる。条件式（１Ｂ）の上限を上回ると、高次の球面収差が発生し、良好に補正できなくなる。また、条件式（２Ｂ）の下限を下回ると、望遠端で球面収差が補正過剰になる。条件式（２Ｂ）の上限を上回ると、望遠端で球面収差、像面湾曲が補正不足になる。

より好ましくは、下記条件式（１Ｂ−１）、（２Ｂ−１）のいずれか一方または両方を満たすことである。
３．９８＜ｆｐｐ／ｆｗ＜４．７ … （１Ｂ−１）
−１０．９＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−９．０ … （２Ｂ−１）

なお、第２の実施形態の変倍光学系において、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に配置してもよい。このように配置した場合は、球面収差の補正が容易となり、大口径比を実現しやすくなる。

第２レンズ群Ｇ２中における負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズについては、第２レンズ群Ｇ２が４枚構成の場合は、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に配置してもよい。

負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズを第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に配置する場合は、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズを配列した構成とすることが好ましい。この場合は例えば、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズが配列された４枚構成とすることができる。

さらに、上記第１および第２の実施形態の変倍光学系は以下に述べる構成を有することが好ましい。なお、好ましい態様としては、以下の構成のいずれか１つを有するものでもよく、あるいは任意の組合せを有するものでもよい。

第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。特に、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが配置されており、該非球面プラスチックレンズが下記条件式（３）を満たす場合には、より有効である。条件式（３）の下限を下回ると、広角端で軸上色収差と倍率色収差が悪化し、良好に補正することが困難となる。
νｄｐｐ＞５４．０ … （３）

より好ましくは、下記条件式（３−１）を満たすことである。条件式（３−１）の上限を上回ると、望遠端で軸上色収差が悪化する。
５５．０＜νｄｐｐ＜５８．０ … （３−１）

第２レンズ群Ｇ２の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｎとしたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。条件式（４）の上限を上回ると、広角端で軸上色収差と倍率色収差が悪化し、望遠端で軸上色収差が悪化し、良好に補正することが困難となる。
νｄｐｎ＜２９．０ … （４）

より好ましくは、下記条件式（４−１）を満たすことである。条件式（４−１）の下限を下回ると、広角端、望遠端のそれぞれで軸上色収差と倍率色収差が悪化する。
２２．０＜νｄｐｎ＜２７．０ … （４−１）

第２レンズ群Ｇ２の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの物体側の面は、光軸近傍で凹面であり、有効径内において変曲点を有することが好ましい。このような形状にすることで、像面湾曲の補正が容易となる。

第１レンズ群Ｇ１が３枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２が４枚のレンズからなることが好ましい。これにより、良好な光学性能を確保しながら小型かつ安価に構成することが可能となる。

広角端から望遠端への変倍において、図１（Ａ）と図１（Ｂ）の間の矢印で示すように、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から像側へ移動した後、像側から物体側へ移動するように構成されていることが好ましい。これにより、変倍時も考慮した全系の光軸方向の長さを短くでき、全体をコンパクトにまとめることができる。

本変倍光学系に耐環境性が求められる場合には、全系の最も物体側のレンズおよび全系の最も像側のレンズが、プラスチック以外の材質で構成されていることが好ましい。最も物体側に配置されるレンズは、監視カメラの用途等で屋外で使用される場合は、常に太陽光に晒されるため、プラスチックレンズで構成すると、劣化や変質が懸念される。また、プラスチックは、ガラスに比べ静電気等によりゴミが付着しやすいことから、最も像側に配置されるレンズをプラスチックレンズとすると、ゴミの付着による画像の劣化が懸念される。

本変倍光学系が、監視カメラ用途等の厳しい環境で使用され、温度変化による性能変化を極力低減したい場合には、本変倍光学系に含まれるプラスチックレンズは、第２レンズ群Ｇ２の正、負の非球面プラスチックレンズの２枚のみとしてもよい。あるいは、低コスト化や軽量化を重視する場合には、本変倍光学系に含まれるプラスチックレンズは３枚以上としてもよい。

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を施すようにしてもよい。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、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の変倍光学系のレンズ断面図は図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したものである。実施例２のレンズ断面図を図２（Ａ）、図２（Ｂ）に、実施例３のレンズ断面図を図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、実施例４のレンズ断面図を図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す。これら実施例２〜４のレンズ断面図の図示方法は前述した実施例１のレンズ断面図のものと同様である。

実施例１の変倍光学系のレンズデータを表１に、ズームに関するデータを表２に、非球面データを表３に示す。同様に、実施例２〜４の変倍光学系のレンズデータ、ズームに関するデータ、非球面データをそれぞれ表４〜表１２に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜４のものについても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の面を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。また、Ｎｄｊの欄には最も物体側の光学要素を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、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰ、像面も含めて示している。開口絞りＳｔ、像面Ｓｉｍに相当する面の面番号の欄には面番号とともにそれぞれ（開口絞り）、（像面）という語句を記載している。

表１のレンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれ可変１、可変２、可変３と記載している。可変１は第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔとの間隔であり、可変２は開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、可変３は第２レンズ群Ｇ２と光学部材ＰＰとの間隔である。

表２のズームに関するデータに、広角端と望遠端における、ｄ線に対する全系の焦点距離、Ｆ値、全画角、可変１、可変２、可変３の値を示す。レンズデータおよびズームに関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大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。

表１のレンズデータでは、非球面は面番号に＊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。表３の非球面データは、これら非球面に関する非球面係数を示すものである。表３の非球面データの数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０^ｎ」を意味する。非球面係数は、以下の式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝２、３、４、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝２、３、４、…２０）

実施例１の変倍光学系の概略構成は以下のとおりである。実施例１の変倍光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１が、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１１、両凹形状のレンズＬ１２、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２が、近軸領域で両凸形状のレンズＬ２１、近軸領域で像側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２２、両凸形状のレンズＬ２３、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２４の４枚構成である。非球面はレンズＬ２１の両側の面およびレンズＬ２２の両側の面に施されている。レンズＬ２１およびレンズＬ２２はプラスチックレンズである。開口絞りＳｔは変倍時に固定されている。

実施例２、４の変倍光学系の概略構成は、上述した実施例１のものと同様である。実施例３の変倍光学系の概略構成は、第１レンズ群Ｇ１については実施例１のものと同様であるが、第２レンズ群Ｇ２は、近軸領域で両凸形状のレンズＬ２１、両凸形状のレンズＬ２２、近軸領域で両凹形状のレンズＬ２３、両凸形状のレンズＬ２４の４枚構成であり、非球面はレンズＬ２１の両側の面およびレンズＬ２３の両側の面に施されており、レンズＬ２１およびレンズＬ２３がプラスチックレンズである。実施例３の変倍光学系の開口絞りＳｔは変倍時に固定されている。

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５（Ａ）〜図５（Ｄ）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５（Ｅ）〜図５（Ｈ）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）とＣ線（波長６５６．３ｎｍ）に関する収差も示し、倍率色収差図ではｇ線とＣ線に関する収差を示す。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値を意味し、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の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図６（Ａ）〜図６（Ｈ）に示し、実施例３の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図７（Ａ）〜図７（Ｈ）に示し、実施例４の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｈ）に示す。

実施例１〜４の変倍光学系の条件式（１Ａ）、（１Ｂ）、（２Ａ）、（２Ｂ）、（３）、（４）に対応する値を表１３に示す。なお、表１３の値はｄ線に対するものである。

実施例１〜４の変倍光学系は全て、２枚のプラスチックレンズを含む７枚構成のレンズ系であり、小型で安価に作製可能である。また、実施例１〜４の変倍光学系は、広角端でのＦ値が１．３程度の大口径比を維持しつつ、広角端での全画角が１３０°程度と広角であり、各収差が良好に補正されて高い光学性能を有する。

図９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９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、負の第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の第２レンズ群Ｇ２を有するものであり、図９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により形成される光学像を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ズーム制御部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、開口絞りＳｔの絞り径を変更するための絞り制御部７を備える。なお、図９では、第１レンズ群Ｇ１を移動させることによりフォーカス調整する場合の構成を示しているが、本発明のフォーカス調整方法は必ずしもこの例に限定されない。

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、各レンズ成分の曲率半径、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。

１ 変倍光学系
２ フィルタ
３ 撮像素子
４ 信号処理部
５ ズーム制御部
６ フォーカス制御部
７ 絞り制御部
１０ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (7)

1. 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行う変倍光学系であって、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、
   前記第２レンズ群が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含み、
   前記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが前記第２レンズ群の最も物体側に配置され、
   前記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、前記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ａ）、（２Ａ）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ３．５＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ａ）
   −１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−３．０ … （２Ａ）
2. 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸方向の間隔を変化させることにより変倍を行う変倍光学系であって、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズ、負レンズ、正レンズを備え、
   前記第２レンズ群が、１枚の正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズと１枚の負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズとを含み、
   前記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐとし、前記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、下記条件式（１Ｂ）、（２Ｂ）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ３．８＜ｆｐｐ／ｆｗ＜５．０ … （１Ｂ）
   −１１．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−９．０ … （２Ｂ）
3. 前記正の屈折力を有する非球面プラスチックレンズが、前記第２レンズ群の最も物体側に配置されており、そのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｐとしたとき、下記条件式（３）を満たすものであることを特徴とする請求項１または２記載の変倍光学系。
   νｄｐｐ＞５４．０ … （３）
4. 前記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズのｄ線におけるアッベ数をνｄｐｎとしたとき、下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
   νｄｐｎ＜２９．０ … （４）
5. 前記負の屈折力を有する非球面プラスチックレンズの物体側の面が、光軸近傍で凹面であり、有効径内において変曲点を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
6. 前記第１レンズ群が３枚のレンズからなり、前記第２レンズ群が４枚のレンズからなる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。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の変倍光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。

Images