JP4672755B2 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられる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、無人の施設を稼働させるために監視カメラが用いられているが、近年ではその需要が増大しており、中でも変倍可能なものが求められている。このような監視カメラ用の変倍光学系としては、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の明るい光学系であることが要求される。また、監視カメラに適用する光学系としては、コンパクトで良好な光学性能を有するものが求められている。

大口径比でありながら、小型で良好な光学性能を有し、監視カメラに搭載可能な変倍光学系としては、例えば、下記特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、物体側から順に、負の第１群と、絞りと、正の第２群とを有し、第１群が負、負、正の３枚の単レンズからなる光学系が記載されている。特許文献２には、物体側から順に、負の第１群と、正の第２群とを有し、第２群は群中に絞りを含み、第２群の最も物体側には負メニスカスレンズと正レンズの接合レンズが配置された光学系が記載されている。
特開２００６−１１９５７４号公報 特開２００７−９４１７４号公報

ところで、監視カメラ用途の光学系には、広い範囲まで監視可能なように、さらなる広角化が要望されている。また、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、そのため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への要望が高まっている。しかしながら、従来の光学系では、監視カメラ用途に必要な大口径比を維持しつつ、広角化を図りながら、近年の高画素化に対応可能な光学性能を実現することは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型かつ大口径比でありながら、さらなる広角化を図り、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を保持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レンズ群とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸上の間隔を変化させることにより変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を第１レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行う変倍光学系であって、第１レンズ群は、物体側から順に、３枚の負メニスカスレンズを含む第１サブレンズ群と、両凹レンズおよび正レンズを含む第２サブレンズ群とが配されてなり、第２レンズ群は、最も物体側に配置された少なくとも１面が非球面の第１の正レンズと、該第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズとを含み、第１レンズ群の焦点距離の絶対値を｜ｆ１｜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（１）を満たすことを特徴とするものである。
１．９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．６ … （１）
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、負の屈折力を有する第３レンズ群とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸上の間隔を変化させることにより変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を第１レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行い、第３レンズ群は変倍時に固定されている変倍光学系であって、第１レンズ群は、物体側から順に、３枚の負メニスカスレンズを含む第１サブレンズ群と、両凹レンズおよび正レンズを含む第２サブレンズ群とが配されてなり、第２レンズ群は、最も物体側に配置された少なくとも１面が非球面の第１の正レンズと、該第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズとを含み、第１レンズ群の焦点距離の絶対値を｜ｆ１｜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（１）を満たすことを特徴とするものである。
１．９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．６ … （１）

なお、「第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズ」とは、第１の正レンズと第２の正レンズの間の距離的なものを意味するのではなく、第１の正レンズと第２の正レンズの間にパワーを有する光学要素がないという意味である。

本発明の変倍光学系は、物体側に少なくとも３枚の負メニスカスレンズを有する第１サブレンズ群を配置することで、歪曲収差を抑えつつ広角化を達成することが可能となる。また、第２レンズ群の最も物体側のレンズを非球面レンズとすることで、口径比の増大に伴って増加する傾向にある球面収差の補正が容易となるため、大口径比を実現しやすくなる。さらにこの非球面レンズにより、球面収差以外の収差についても補正が容易となるため、小型化を図りつつ高い光学性能を得ることが容易になる。また、本発明の変倍光学系は、条件式（１）を満たすことで全系に対する第１レンズ群のパワーの比を好適な範囲に保ち、小型化を図りつつ望遠端での球面収差を抑制することが可能となり、大口径比で高画質の画像を取得可能な光学系を実現することができる。

本発明の変倍光学系においては、第１サブレンズ群に含まれる全ての負メニスカスレンズのｄ線における屈折率の平均をＮ１ｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
Ｎ１ｍ＞１．７０ … （２）

また、本発明の変倍光学系においては、第２サブレンズ群に含まれる正レンズのｄ線におけるアッベ数をν２ｐとしたとき、下記条件式（３）を満たす正レンズが少なくとも１つあることが好ましい。
ν２ｐ＜２０．０ … （３）

また、本発明の変倍光学系においては、第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと、両凹レンズと、正レンズの５枚の単レンズが配されてなるように構成してもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群が、物体側から順に、両凸レンズである前記第１の正レンズと、両凸レンズである前記第２の正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズとが配されてなる４枚構成であるように構成してもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群の前記負メニスカスレンズのｄ線における屈折率をＮ２３としたとき、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
Ｎ２３＞１．９５ … （４）

また、本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群の像側に、変倍時に固定されている負の屈折力を有する第３レンズ群をさらに備えているように構成してもよい。

また、本発明の変倍光学系においては、第１サブレンズ群に含まれる少なくとも１つの負メニスカスレンズが少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。

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

本発明の変倍光学系によれば、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レンズ群とから構成される系、または、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、負の屈折力を有する第３レンズ群とから構成される系において、第１レンズ群の物体側に少なくとも３枚の負メニスカスレンズを有し、第２レンズ群の最も物体側に非球面レンズを配置し、各レンズ群の構成を好適に設定し、条件式（１）を満たすようにしているため、小型かつ大口径比でありながら、広角化が図られ、高画質の画像を取得可能な高い光学性能を保持する光学系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、小型に構成可能であり、広い視野範囲を有し、低照度の撮影条件下においても良好に使用可能で、高画質の映像を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態にかかる変倍光学系の構成を示す断面図である。この図１の構成例は、後述の実施例１の変倍光学系に対応している。なお、図１の左側が物体側、右側が像側であり、図１は、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、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その下に模式的に矢印で示している。

この変倍光学系は、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とを備えている。このような負のパワーが先行する構成は、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。

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。

図１では、変倍光学系が撮像装置に適用される場合を考慮して、変倍光学系の結像面に配置された撮像素子５も図示している。撮像素子５は、変倍光学系によって結像された被写体の像を撮像するものであり、撮像素子５の撮像面が変倍光学系の結像面に位置するように配置される。

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、光学系と結像面（撮像面）の間にカバーガラスや、赤外線カットフィルタ、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では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが第２レンズ群Ｇ２と撮像素子５との間に配置された例を示している。

この変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の光軸Ｚ上の間隔を変化させることにより変倍を行い、その変倍に伴う像面位置の補正を第１レンズ群Ｇ１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。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図１に実線の矢印で示した軌跡を描くように移動する。また、この変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１を光軸Ｚに沿って移動させることによりフォーカシングを行うものであり、第１レンズ群Ｇ１は、フォーカス群としての機能も兼ねている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、少なくとも３枚の負メニスカスレンズを含む第１サブレンズ群Ｇ１１と、物体側から順に両凹レンズと正レンズとを含む第２サブレンズ群Ｇ１２とが配されてなる。

例えば、第１レンズ群Ｇ１は、図１に示す例のように、物体側から順に、３枚の負メニスカスレンズであるレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、両凹レンズであるレンズＬ１４と、正レンズであるレンズＬ１５の５枚の単レンズからなるように構成することができる。この例では、第１サブレンズ群Ｇ１１はレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３からなり、第２サブレンズ群Ｇ１２はレンズＬ１４、Ｌ１５からなる。

レンズ系の最も物体側に、負メニスカスレンズを配置することで、望遠端での球面収差の補正がしやすくなるとともに、広角化に有利となる。さらに、本実施形態の変倍光学系は、少なくとも３枚の負メニスカスレンズを含むように構成されている点が特徴であり、以下に述べるような、従来技術では得られない効果を得ることができる。

特許文献１に記載の従来の光学系も第１レンズ群の最も物体側に負メニスカスレンズを１枚有しているが、１枚だけであるため、系を広角化するに伴って歪曲収差が増大してしまう。これに対して、本実施形態の変倍光学系では、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に、負メニスカスレンズを少なくとも３枚配置するようにしているため、歪曲収差を抑えつつ広角化を達成することが可能となる。

なお、第１レンズ群Ｇ１の第１サブレンズ群Ｇ１１に含まれる少なくとも１つの負メニスカスレンズが少なくとも１面の非球面を有するように構成してもよく、この場合には、諸収差をより良好に補正することができる。

第１レンズ群Ｇ１の第２サブレンズ群Ｇ１２は、図１のレンズＬ１４で例示されるように負の両凹レンズを含んでおり、これにより、第１レンズ群Ｇ１に必要とされる負のパワーを確保しやすくなり、少ないレンズ枚数で小型化を図りつつ、効率良く収差補正することができる。

また、第１レンズ群Ｇ１は、図１のレンズＬ１５で例示されるように正レンズを含んでいることから、この正レンズより物体側の発散光束に収束作用を施して正の第２レンズ群Ｇ２へ導くことができるとともに、第１レンズ群Ｇ１における収差のバランスがとりやすくなる。

第２レンズ群Ｇ２は、最も物体側に配置された少なくとも１面が非球面とされた第１の正レンズと、該第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズとを備えるように構成される。

例えば、第２レンズ群Ｇ２は、図１に示す例のように、物体側から順に、少なくとも１面が非球面とされた両凸形状の正レンズであるレンズＬ２１と、両凸形状の正レンズであるレンズＬ２２と、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ２３と、両凸形状のレンズＬ２４の４枚の単レンズが配されてなるように構成することができる。

第２レンズ群Ｇ２においては、最も物体側のレンズＬ２１を非球面レンズとすることで、レンズ周辺部を通る光線に関する諸収差を補正しやすくなる。特に、大口径比に伴って発生する球面収差の補正をしやすくなり、大口径比を確保しやすくなる。仮に、レンズＬ２１が球面レンズで構成されている場合には、光軸から離れて周辺に向かうに従い、正のパワーが強くなり、周辺部ほど球面収差が補正過剰となる虞がある。これに対して、本実施形態のように、レンズＬ２１を非球面レンズとして、図１に示す例のように、レンズＬ２１の形状を光軸近傍から周辺に向かうに従い正のパワーが弱くなるように構成すれば、球面収差が補正過剰となるのを防止し、球面収差の発生量を抑制することができるため、大口径比を実現するのが容易となる。

さらに、レンズＬ２１を非球面レンズとすることで、球面収差以外の諸収差の補正もしやすくなり、小型化を図りつつ高い光学性能を確保することが容易になる。特に、図１に示す例のように、物体側の面Ｓ１２および像側の面Ｓ１３の両面が非球面とされた両凸レンズとすることにより、小型化を図りつつより高い収差補正効果を得ることができる。ここで、このレンズＬ２１の両凸形状は、物体側は光束を集束させていくために強い曲率の凸形状が適していることから、また像側は色収差補正を良好とするために凸形状が適していることから決定されている。

また、図１に示す例のように、第２レンズ群Ｇ２に含まれる正のレンズを全て両凸レンズで構成した場合には、第１レンズ群Ｇ１により発散された光束を収束させるために必要とされる正パワーを確保しやすくなり、少ないレンズ枚数で小型化を図りつつ、効率良く収差補正することができる。

本変倍光学系では、上述した構成を採用することにより、広角化を図り、大口径比を維持しつつ、コンパクトな構成で高画質の画像を取得可能な高い光学性能を実現することが容易となる。例えば、図１に示す変倍光学系は、５枚の第１レンズ群Ｇ１と４枚の第２レンズ群Ｇ２からなる全体として９枚構成の系であり、変倍光学系としてはコンパクトに構成されている。

しかし、本発明の変倍光学系は、図１に示す例のレンズ枚数やレンズ形状に限定されず、各種の態様をとることができる。例えば、本発明の変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２の像側に、変倍時に固定されている負の屈折力を有する第３レンズ群をさらに備えるようにしてもよい。この第３レンズ群を追加することにより、像サイズを変えることが可能になり、撮像素子のサイズ変更に対応可能となる。具体的には、撮像素子として、６ｍｍサイズのＣＣＤを８ｍｍサイズのＣＣＤに変更する場合等に対応可能である。

本発明の変倍光学系は、上記構成に加え、さらに以下の好ましい態様を採用することにより、さらに良好な光学性能を得ることができる。

本変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の絶対値を｜ｆ１｜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（１）を満たすことが好ましい。
１．９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．６ … （１）

条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離と広角端における全系の焦点距離の比に関するものであり、いわば、全系に対する第１レンズ群Ｇ１のパワー比に関するものである。条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が弱まり、変倍に伴う第１レンズ群Ｇ１の移動量が増大し、光学系の大型化を招いてしまう。また、条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が強まり、望遠端において球面収差が補正不足となってしまう。

なお、特許文献２に記載の実施例１〜４はいずれも条件式（１）を満たしておらず、条件式（１）の下限より小さな値をとる。これに対して、本実施形態の変倍光学系では条件式（１）を満たすことにより、光学系の小型化とともに、望遠端における球面収差の増大を抑えて高い光学性能を達成することができる。

さらに、本変倍光学系は、より小型化を図りつつ良好な光学性能を得るためには、下記条件式（１−１）を満たすことが好ましい。
２．４＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．２ … （１−１）

また、本変倍光学系は、第１サブレンズ群Ｇ１１に含まれる全ての負メニスカスレンズのｄ線における屈折率の平均をＮ１ｍとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が弱まり、光学系の大型化を招いてしまう。
Ｎ１ｍ＞１．７０ … （２）

さらに、本変倍光学系は、より小型化を図るためには、下記条件式（２−１）を満たすことが好ましい。
Ｎ１ｍ＞１．８４ … （２−１）

また、本変倍光学系は、第２サブレンズ群Ｇ１２に含まれる正レンズのｄ線におけるアッベ数をν２ｐとしたとき、下記条件式（３）を満たす正レンズが少なくとも１つあることが好ましい。条件式（３）の上限を上回ると、望遠端において軸上色収差の増大を招いてしまう。
ν２ｐ＜２０．０ … （３）

また、本変倍光学系は、第２レンズ群Ｇ２が像側に凹面を向けた負メニスカスレンズを有する場合、該負メニスカスレンズのｄ線における屈折率をＮ２３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）の下限を下回ると、この負メニスカスレンズの像側の凹面の曲率がきつくなり、像面湾曲が増大し、画面中心部から画面周辺部まで高い光学性能を維持することができなくなる。
Ｎ２３＞１．９５ … （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質、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材質を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材質としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

非球面形状が形成されるレンズの材質としては、プラスチックを用いることが好ましく、この場合には、非球面形状を精度良く作製することができるとともに、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

本変倍光学系が、広い温度範囲で使用可能なことが要求される場合には、各レンズの材質としては線膨張係数の小さいものを用いることが好ましい。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。

図１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。

以上説明したように、本実施形態の変倍光学系によれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、コンパクトな構成と大口径比を維持しつつ、さらなる広角化を図ることができ、１００万画素以上の撮像素子を有するカメラに対応した高画質の画像を容易に得ることが可能になる。

次に、本発明にかかる変倍光学系の具体的な数値実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１のレンズ断面図は、図１に示したものである。より詳しくは、実施例１の変倍光学系の第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負のレンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と、両凹形状の負のレンズＬ１４と、物体側に凸面を向けた平凸形状の正のレンズＬ１５とからなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、光軸近傍において両凸形状の正のレンズＬ２１、両凸形状の正のレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負のレンズＬ２３と、両凸形状の正のレンズＬ２４とからなる。実施例１の変倍光学系では、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２と像側の面Ｓ１３が非球面である。開口絞りＳｔは、変倍時に位置は固定されており、絞り径は可変である。

実施例１にかかる変倍光学系のレンズデータを表１に、非球面データを表２に、各種データを表３に示す。なお、下に述べる表１〜表３中の記号の意味は後述の実施例についても同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉ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はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉ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は最も物体側のレンズを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、レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。レンズデータの曲率半径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。

また、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２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。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数Ｋ、Ｂｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＢｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
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：近軸曲率半径の逆数
Ｋ、Ｂｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

表１のレンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔの間隔、開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２の間隔、第２レンズ群Ｇ２と光学部材ＰＰの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、可変Ｄ１、可変Ｄ２、可変Ｄ３と記載している。

表３の各種データに、広角端と望遠端における、全系の焦点距離、Ｆ値（Ｆｎｏ．）、全画角、可変Ｄ１、可変Ｄ２、可変Ｄ３の値を示す。レンズデータおよび各種データにおける長さの単位としてはここではｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位はｍｍに限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

＜実施例２＞
実施例２のレンズ断面図は、図２に示したものである。実施例２の変倍光学系の基本的なレンズ構成は実施例１のものと同じであるが、実施例１の平凸形状のＬ１５に代わり、実施例２では物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正のレンズＬ１５を用いている点が異なる。また、実施例２の変倍光学系では、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２と像側の面Ｓ１３が非球面である。

実施例２にかかる変倍光学系のレンズデータを表４に、非球面データを表５に、各種データを表６に示す。

＜実施例３＞
実施例３のレンズ断面図は、図３に示したものである。実施例３の変倍光学系の基本的なレンズ構成は実施例２のものと同じである。また、実施例３の変倍光学系では、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２と像側の面Ｓ１３が非球面である。

実施例３にかかる変倍光学系のレンズデータを表７に、非球面データを表８に、各種データを表９に示す。

＜実施例４＞
実施例４のレンズ断面図は、図４に示したものである。実施例４の変倍光学系の基本的なレンズ構成は実施例２のものと同じである。また、実施例４の変倍光学系では、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２と像側の面Ｓ１３が非球面である。

実施例４にかかる変倍光学系のレンズデータを表１０に、非球面データを表１１に、各種データを表１２に示す。

＜実施例５＞
実施例５のレンズ断面図は、図５に示したものである。実施例５の変倍光学系の基本的なレンズ構成は実施例１のものと同じであるが、実施例１の平凸形状のＬ１５に代わり、実施例５では両凸形状の正のレンズＬ１５を用いている点が異なる。また、実施例５の変倍光学系では、レンズＬ１２の物体側の面Ｓ３および像側の面Ｓ４、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２および像側の面Ｓ１３が非球面である。

実施例５にかかる変倍光学系のレンズデータを表１３に、非球面データを表１４に、各種データを表１５に示す。

＜実施例６＞
実施例６のレンズ断面図は、図６に示したものである。実施例６の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とからなる。実施例６の変倍光学系の第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の基本的なレンズ構成は実施例２のものと同じである。実施例６の変倍光学系の第３レンズ群Ｇ３は、変倍時に移動しない負の屈折力を有する固定群であり、両凹形状の負のレンズＬ３１と、両凸形状の正のレンズＬ３２との２枚構成からなる。実施例６においては、可変Ｄ３は上述の実施例とは異なり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔になる。実施例６の変倍光学系では、レンズＬ２１の物体側の面Ｓ１２と像側の面Ｓ１３は非球面である。

実施例６にかかる変倍光学系のレンズデータを表１６に、非球面データを表１７に、各種データを表１８に示す。

表１９に、実施例１〜６における条件式（１）〜（４）に対応する値を示す。表１９からわかるように、実施例１〜６のいずれも、条件式（１）〜（４）を満足している。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）にそれぞれ、実施例１にかかる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）の各収差図を示し、図７（Ｄ）〜図７（Ｆ）にそれぞれ、実施例１にかかる変倍光学系の望遠端における球面収差、非点収差、ディストーションの各収差図を示す。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはｇ線（波長４３６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、非点収差図、歪曲収差図のωは半画角を意味する。また同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｆ）、図９（Ａ）〜図９（Ｆ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｆ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｆ）にそれぞれ、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、実施例６の変倍光学系の各収差図を示す。

以上のデータから、実施例１〜６は、変倍比が約２．７倍の変倍光学系において、小型に構成され、広角端でのＦ値が１．３３〜１．７８と大口径比の明るいレンズ系となっており、また、広角端での全画角が１４４°〜１４８°と広い画角を有し、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。

図１３に、本発明の撮像装置の一実施形態として、本発明の実施形態にかかる変倍光学系が搭載された監視カメラの概略構成図を示す。図１３に示す監視カメラ１０は、レンズ装置６と、カメラ本体７とから構成される。レンズ装置６の内部には変倍光学系１が配置されている。なお、図１３では、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とを有する変倍光学系１を概略的に示している。

また、カメラ本体７の内部には、変倍光学系１によって結像された被写体の像を撮像する撮像素子５が配置されている。撮像素子５の具体例としては、変倍光学系により形成される光学像を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を挙げることができる。撮像素子５は、その撮像面が、変倍光学系１の結像面に一致するように配置される。

レンズ装置６の上方には、開口絞りＳｔの絞り径を変更するための絞り機構８が設けられている。レンズ装置６の下方には、変倍光学系１の倍率を変更するためのズームツマミ９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ツマミ１１が設けられている。

本発明の実施形態にかかる変倍光学系１は、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は小型に構成可能であり、低照度の撮影条件下においても良好に使用可能であり、広い範囲を撮像可能で高画質の映像を得ることができる。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、屈折率およびアッベ数の値は、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。

また、上記実施形態では、撮像装置として監視カメラを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、テレビカメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。

本発明の実施例１にかかる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にかかる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にかかる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にかかる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にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例２にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例３にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例４にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例５にかかる変倍光学系の各収差図 本発明の実施例６にかかる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断面図

１ 変倍光学系
５ 撮像素子
６ レンズ装置
７ カメラ本体
８ 絞り機構
９ ズームツマミ
１０ 監視カメラ
１１ フォーカスツマミ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ１１ 第１サブレンズ群
Ｇ１２ 第２サブレンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (10)

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レンズ群とから構成され、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸上の間隔を変化させることにより変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行う変倍光学系であって、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、３枚の負メニスカスレンズを含む第１サブレンズ群と、両凹レンズおよび正レンズを含む第２サブレンズ群とが配されてなり、
   前記第２レンズ群は、最も物体側に配置された少なくとも１面が非球面の第１の正レンズと、該第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズとを含み、
   前記第１レンズ群の焦点距離の絶対値を｜ｆ１｜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（１）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   １．９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．６ … （１）
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、負の屈折力を有する第３レンズ群とから構成され、
   前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の光軸上の間隔を変化させることにより変倍を行い、該変倍に伴う像面位置の補正を前記第１レンズ群を光軸に沿って移動させることにより行い、前記第３レンズ群は変倍時に固定されている変倍光学系であって、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、３枚の負メニスカスレンズを含む第１サブレンズ群と、両凹レンズおよび正レンズを含む第２サブレンズ群とが配されてなり、
   前記第２レンズ群は、最も物体側に配置された少なくとも１面が非球面の第１の正レンズと、該第１の正レンズの像側の直後に配置された第２の正レンズとを含み、
   前記第１レンズ群の焦点距離の絶対値を｜ｆ１｜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（１）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   １．９＜｜ｆ１｜／ｆｗ＜３．６ … （１）
3. 前記第１サブレンズ群に含まれる全ての負メニスカスレンズのｄ線における屈折率の平均をＮ１ｍとしたとき、下記条件式（２）を満たす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。
   Ｎ１ｍ＞１．７０ … （２）
4. 前記第２サブレンズ群に含まれる正レンズのｄ線におけるアッベ数をν２ｐとしたとき、下記条件式（３）を満たす正レンズが少なくとも１つある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。
   ν２ｐ＜２０．０ … （３）
5. 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と、負メニスカスレンズと、負メニスカスレンズと、両凹レンズと、正レンズの５枚の単レンズが配されてな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２レンズ群が、物体側から順に、両凸レンズである前記第１の正レンズと、両凸レンズである前記第２の正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズとが配されてなる４枚構成であ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. 前記第２レンズ群の前記負メニスカスレンズのｄ線における屈折率をＮ２３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６に記載の変倍光学系。
   Ｎ２３＞１．９５ … （４）
8. 前記第２レンズ群の像側に、変倍時に固定されている負の屈折力を有する第３レンズ群をさらに備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
9. 前記第１サブレンズ群に含まれる少なくとも１つの負メニスカスレンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
10. 請求項１から９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。

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