JP5535761B2 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

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、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群とが配されてなり、全系を構成する５枚のレンズのうち少なくとも３枚のレンズの材質をプラスチックと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、正のプラスチックレンズと負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３〜５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、第２レンズ群を光軸上で物体側に移動させることにより広角端から望遠端への変倍を行い、第２レンズ群の最も物体側に非球面レンズを配置した変倍光学系が記載されている。特許文献４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、広角端から望遠端への変倍において第１レンズ群と第２レンズ群とは互いの間隔を狭くするように移動し、第２レンズ群の最も像側にプラスチックレンズを配置した変倍光学系が記載されている。特許文献５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、広角端から望遠端への変倍において第１レンズ群と第２レンズ群とは互いの間隔を狭くするように移動し、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２９０１０６６号公報 特許第２８５６４６４号公報 特開２００６−１１９５７４号公報 特開２００８−３１００３５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、画角が小さい等の問題点がある。上記特許文献３に記載の光学系は、レンズが全てガラスレンズであり、特にガラス非球面レンズを使用しているため高コストとなっている。上記特許文献４、５に記載の光学系は、プラスチックレンズを採用しているが、最も像側に配置されている。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。

また、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う長所があるが、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レンズ群とからなり、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、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなり、第２レンズ群が、４枚のレンズからなり、第１レンズ群の最も像側の負レンズが、少なくとも１面の非球面が設けられた負の屈折力を有するプラスチックレンズであり、第２レンズ群の最も物体側のレンズが、少なくとも１面の非球面が設けられた正の屈折力を有するプラスチックレンズであり、第１レンズ群の最も像側の負の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、第２レンズ群の最も物体側の正の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐ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）、（２）を満たすことを特徴とするものである。
５．０＜ｆｐｐ／ｆｗ＜７．５ … （１）
−７．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−６．０ … （２）

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。

本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群の最も物体側の正の屈折力を有する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。
５２．０＜νｄｐｐ＜５８．０ … （３）

本発明の変倍光学系においては、第１レンズ群の最も像側の負の屈折力を有する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＞５４．０ … （４）

本発明の変倍光学系においては、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群が、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。なお、ここでいう「移動」は像面を基準としたものである。

本発明の変倍光学系においては、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からなることが好ましい。

なお、上述した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におけるものとする。また、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レンズ群が負のプラスチックレンズを備え、第２レンズ群が正のプラスチックを備えるよう構成し、これら負、正のプラスチックレンズの屈折力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（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例５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６（Ａ）、図６（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例６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７（Ａ）〜図７（Ｈ）は本発明の実施例１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２の変倍光学系の各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｈ）は本発明の実施例３の変倍光学系の各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）は本発明の実施例４の変倍光学系の各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）は本発明の実施例５の変倍光学系の各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）は本発明の実施例６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（Ａ）および図１（Ｂ）は本発明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。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。

本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うように構成されている。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（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い。そこで、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。

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。ここで示す例のように、広角端から望遠端への変倍において、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した場合には、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。

コンパクト性および性能を考慮すると、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズ枚数は最少３枚とすることが好ましく、第１レンズ群Ｇ１を３枚構成とする場合は２枚の負レンズと１枚の正レンズからなるように構成することが好ましい。図１（Ａ）に示す例の第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負のレンズＬ１１、正のレンズＬ１２、負のレンズＬ１３を配置した構成である。より具体的には例えば、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負メニスカスレンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズを配置した構成とすることができる。

本実施形態の変倍光学系の第１レンズ群Ｇ１は、１枚の負の屈折力を有するプラスチックレンズを有するように構成される。第１レンズ群Ｇ１が２枚の負レンズと１枚の正レンズからなる３枚構成であり、そのうち１枚の負レンズがプラスチックレンズである構成においては、そのパワー配列は、図１（Ａ）に示す例のように物体側から順に、負レンズ、正レンズ、負レンズとすることが好ましい。以下に理由を説明する。

広角化のためには最も物体側に負レンズを配置すること、耐環境性の点から最も物体側のレンズはガラスレンズが好ましいことから、負のプラスチックレンズは第１レンズ群Ｇ１中において２番目あるいは３番目の配置となる。さらに、プラスチックレンズは成型の都合上、通常は外周にフランジ部をもつ形状となるため、レンズを配置する際、このフランジ部のためのスペースがガラスレンズよりも必要となる点を考慮しなくてはならない。

仮に、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に配置された、負レンズ、負レンズ、正レンズからなり、２番目の負レンズをプラスチックレンズとした場合、フランジ部のスペース確保のために、２番目の負レンズと１番目の負レンズ、および２番目の負レンズと３番目の正レンズとの間隔を空けなければならなくなる。すると、この間隔のために球面収差、像面湾曲の補正が困難となり、大口径比および高い光学性能を実現することが難しくなる。

これに対して、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に配置された、負レンズ、正レンズ、負レンズからなり、３番目の負レンズをプラスチックレンズとした場合には、３番目の負レンズとその２番目の正レンズの間隔を考慮すればよく、収差補正が行いやすくなるとともに、第１レンズ群Ｇ１の光軸方向の長さも短くすることができる。以上の理由から、負のプラスチックレンズは第１レンズ群Ｇ１の３番目、すなわち、最も像側に配置されることが好ましい。

第２レンズ群Ｇ２は、４枚のレンズからなるように構成することができ、この４枚のレンズは図１（Ａ）に示す例のように、物体側から順に、正のレンズＬ２１、正のレンズＬ２２、負のレンズＬ２３、正のレンズＬ２４を配置した構成とすることができる。より詳しくは、例えば、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズを配置した構成とすることができる。なお、上述した第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２の各レンズの屈折力の符号および形状は、非球面レンズについては、近軸領域におけるものである。

また、第２レンズ群Ｇ２は、１枚の正の屈折力を有するプラスチックレンズを有するように構成される。すなわち、本実施形態の変倍光学系は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２それぞれが、１枚の負のプラスチックレンズ、１枚の正のプラスチックレンズを有するように構成される。

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に表れやすい。そこで、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有するように構成している。これにより、温度が変化したときの正、負の各プラスチックレンズによる影響を打ち消し合って、全系における性能変化を抑制することができる。

なお、プラスチックレンズはガラスレンズと比べると製作上の不安定要素が多いため、１つのレンズ群中に複数のプラスチックレンズがあると、所望の光学性能が得られない等の不具合が生じた場合、原因の特定に時間や労力がかかり、高コストになってしまうことがある。複数のプラスチックレンズを第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２に分散配置すれば、上記のような製造上のリスクを回避できコスト的に有利となる。

各レンズ群に分けて負、正の屈折力を有するプラスチックレンズを配置する場合、負の屈折力を有するプラスチックレンズは負の屈折力を有するレンズ群に配置し、正の屈折力を有するプラスチックレンズは正の屈折力を有するレンズ群に配置することが好ましい。負レンズ群に含まれる正レンズ、正レンズ群に含まれる負レンズは、各負レンズ群、正レンズ群の中では枚数が少なく、重要な役割を果たしていることが多いため、仮にこのようなレンズをプラスチックレンズとすると、温度変化による影響が大きくなる虞がある。

第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力を有するプラスチックレンズは、物体側、像側のうち少なくとも一方の面が非球面であることが好ましい。また、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有するプラスチックレンズは、物体側、像側のうち少なくとも一方の面が非球面であることが好ましい。非球面を持たせることで、収差補正上、有利になる。また、非球面を持たせるレンズをガラスレンズとする場合に比べて、プラスチックレンズとした方が安価に作製可能である。

第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力を有するプラスチックレンズは、第１レンズ群Ｇ１の最も像側に位置することが好ましい。第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有するプラスチックレンズは、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に位置することが好ましい。第１レンズ群Ｇ１の最も像側、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側にそれぞれ負、正のプラスチックレンズを配置すれば、本変倍光学系のように異なるレンズ群に正、負のプラスチックレンズが分けて配置されていても、仮に光軸方向に温度勾配が生じた場合、正、負のプラスチックレンズの温度差をより小さなものにすることができる。

第１レンズ群Ｇ１の最も像側に負のプラスチックレンズを配置し、そのレンズに少なくとも１面の非球面を設けた場合には、像面湾曲の補正に有利となる。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に正のプラスチックレンズを配置し、そのレンズに少なくとも１面の非球面を設けた場合には、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。このようにプラスチックレンズを用い、さらに効果的に非球面を配置することで、低コスト化を図りながら、小型、広角、大口径比および高い光学性能を実現することができる。

高性能の光学系を得るため、本実施形態の変倍光学系においては、さらに各プラスチックレンズの屈折力の好適な範囲を規定している。本変倍光学系においては、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐ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）、（２）を満たすように構成される。
５．０＜ｆｐｐ／ｆｗ＜７．５ … （１）
−７．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−６．０ … （２）

条件式（１）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（１）の上限を上回ると、広角端で球面収差、軸上色収差、倍率色収差の悪化が無視できない量となり、望遠端で倍率色収差が悪化する。

より好ましくは、下記条件式（１−１）を満たすことである。
５．４＜ｆｐｐ／ｆｗ＜７．１ … （１−１）

条件式（２）の下限を下回ると、広角端で倍率色収差が悪化し、望遠端で球面収差が補正不足となり、軸上色収差が悪化する。条件式（２）の上限を上回ると、全域に渡って倍率色収差が悪化する。

より好ましくは、下記条件式（２−１）を満たすことである。
−６．８＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−６．２ … （２−１）

本変倍光学系においては、さらに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プラスチックレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）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プラスチックレンズが配置されており、該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）の上限を上回ると、望遠端で軸上色収差が悪化し、条件式（３）の下限を下回ると、広角端での倍率色収差が悪化し性能が劣化する。
５２．０＜νｄｐｐ＜５８．０ … （３）

より好ましくは、下記条件式（３−１）を満たすことである。
５４．０＜νｄｐｐ＜５７．０ … （３−１）

第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力を有する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。特に、第１レンズ群Ｇ１の最も像側に負の屈折力を有するプラスチックレンズが配置されており、該プラスチックレンズが下記条件式（４）を満たす場合には、より有効である。条件式（４）の下限を下回ると、望遠端で軸上色収差が悪化し、無視できない量となる。
νｄｐｎ＞５４．０ … （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）の上限を上回ると、広角端での倍率色収差が悪化する。
５４．０＜νｄｐｎ＜５７．０ … （４−１）

第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を有するプラスチックレンズのｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）における温度上昇１度当たりの屈折率の変化をｐｐ（ｄｎ／ｄＴ）としたとき、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。条件式（５）を満たす材質を選択することで、温度変化による性能変化を抑制することができる。
−１．２×１０^−４＜ｐｐ（ｄｎ／ｄＴ）＜−８．８×１０^−５ … （５）

より好ましくは、下記条件式（５−１）を満たすことである。
−１０．０×１０^−５＜ｐｐ（ｄｎ／ｄＴ）＜−９．０×１０^−５ … （５−１）

第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力を有するプラスチックレンズのｅ線における温度上昇１度当たりの屈折率の変化をｐｎ（ｄｎ／ｄＴ）としたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。条件式（６）を満たす材質を選択することで、温度変化による性能変化を抑制することができる。
−１．２×１０^−４＜ｐｎ（ｄｎ／ｄＴ）＜−８．８×１０^−５ … （６）

より好ましくは、下記条件式（６−１）を満たすことである。
−１０．０×１０^−５＜ｐｎ（ｄｎ／ｄＴ）＜−９．０×１０^−５ … （６−１）

本変倍光学系に耐環境性を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した場合には、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１レンズ群Ｇ１の負のプラスチックレンズと第２レンズ群Ｇ２の正の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、実施例５のレンズ断面図を図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、実施例６のレンズ断面図を図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す。これら実施例２〜６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２〜６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１８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２〜６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、像側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２、近軸領域で両凹形状のレンズＬ１３の３枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２が、近軸領域で物体側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ２１、両凸形状のレンズＬ２２、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２３、両凸形状のレンズＬ２４の４枚構成である。非球面はレンズＬ１３の両側の面およびレンズＬ２１の両側の面に施されている。レンズＬ１３およびレンズＬ２１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２〜６の変倍光学系の概略構成も上述した実施例１のものと同様である。

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７（Ａ）〜図７（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７（Ｅ）〜図７（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８（Ａ）〜図８（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９（Ａ）〜図９（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１０（Ａ）〜図１０（Ｈ）に示し、実施例５の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）に示し、実施例６の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）に示す。

実施例１〜６の変倍光学系の条件式（１）〜（６）に対応する値を表１９に示す。なお、表１９の値のうち、条件式（１）〜（４）に関するものはｄ線に対するものであり、条件式（５）、（６）に関するものはｅ線に対するものである。

実施例１〜６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１〜６の変倍光学系は全て、条件式（１）〜（６）を満たし、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１２２°〜１３０°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１３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１３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１３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１３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 (6)

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レンズ群とからなり、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、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなり、
   前記第２レンズ群が、４枚のレンズからなり、
   前記第１レンズ群の最も像側の前記負レンズが、少なくとも１面の非球面が設けられた負の屈折力を有するプラスチックレンズであり、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが、少なくとも１面の非球面が設けられた正の屈折力を有するプラスチックレンズであり、
   前記負の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｎとし、前記正の屈折力を有するプラスチックレンズの焦点距離をｆｐｐ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）、（２）を満たすことを特徴とする変倍光学系。
   ５．０＜ｆｐｐ／ｆｗ＜７．５ … （１）
   −７．０＜ｆｐｎ／ｆｗ＜−６．０ … （２）
2. 前記正の屈折力を有する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）を満たすものであることを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
   ５２．０＜νｄｐｐ＜５８．０ … （３）
3. 前記負の屈折力を有する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。
   νｄｐｎ＞５４．０ … （４）
4. 広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群が、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。
5. 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から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. 請求項１から５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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