JP6489858B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関し、特に、監視カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ等の撮像装置に用いる撮像光学系として好適なものである。

固体撮像素子を用いた撮像装置に用いる撮像光学系には、固体撮像素子の高精細化に加え、これに対応できる高い光学性能を有し、かつ広域撮影が容易な広画角のズームレンズであることが要望されている。

特に高画質化の観点においては、ＳＤ（Standard Definition）画質から、メガピクセル、フルＨＤ（High Definition）画質や、それ以上の画素数の撮像素子への対応が十分できる高い光学性能を有すること等が要望されている。また近年、監視カメラ市場の急速な拡大に伴い監視カメラに用いられるズームレンズは、広画角であり、Ｆｎｏが小さいことが求められている。一般的な監視カメラは、昼間の撮影には可視光を使用し、夜間の撮影には近赤外光を使用している。

例えば監視カメラにおいては、多くの場合、夜間の撮影では波長８００ｎｍ〜波長１０００ｎｍの近赤外光を利用して低照度下での撮影が容易となるようにしている。このため、監視カメラに用いられるズームレンズには、可視光（波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍ程度）から近赤外領域までの広い波長範囲で色収差が良好に補正され、ピントずれが少ないこと等が要望されている。

更に、屋内および屋外において、場所を選ばず設置しやすくするために、特に全系が小型であることも要望されている。これらの要望を満足するズームレンズとして、最も物体側に負の屈折力のレンズ群が配置されたネガティブリード型のズームレンズが知られている。ネガティブリード型のズームレンズとして、物体側より像側へ順に、負、正、負の屈折力の第１レンズ群乃至第３レンズ群より構成され、ズーミングに際してすべてのレンズ群が移動する３群ズームレンズが知られている（特許文献１，２）。

特開２０１３−０６１３８８号公報 特開２００６−３４３５５２号公報

前述したネガティブリード型の３群ズームレンズにおいて、全系が小型で、かつ広画角でありながら全ズーム領域にわたり高い光学性能を得るには各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。特に監視カメラに用いられるズームレンズでは、可視域から近赤外域までの広い波長範囲にわたり、色収差が良好に補正されピントずれが少なくなるようにレンズ構成を設定することが重要になってくる。

例えば、広い波長範囲において色収差を良好に補正し、ピントずれが少なくなるようにするには、第１レンズ群や第２レンズ群のレンズ構成及びそれらのレンズ群に用いるレンズの材料等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成が不適切であると、全系の小型化を図りつつ、広画角で、広い波長範囲にわたり高い光学性能のズームレンズを得るのが大変困難になってくる。

本発明は、レンズ系全体が小型で、広画角で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られるズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように全てのレンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第１レンズ群は負レンズと正レンズを有し、
波長４８６．１３ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎＦ、波長５８７．６ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎｄ、波長６５６．２７ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎＣ、波長１０１３．９８ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎｔとし、前記材料のアッベ数νｄと部分分散比θＣｔをそれぞれ
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θＣｔ＝（ｎＣ−ｎｔ）／（ｎＦ−ｎＣ）
とするとき、
前記第２レンズ群は、
８５＜νｄ
−０．２５＜θＣｔ−（０．００４７×νｄ＋０．５４６）＜−０．１０
なる条件式を満足する正レンズを有し、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
−３．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．８
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、レンズ系全体が小型で、広画角で、しかも全ズーム範囲において高い光学性能が容易に得られるズームレンズが得られる。

実施例１の広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例２の広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例３の広角端におけるレンズ断面図と移動軌跡の図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） 実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例１における広角端、中間のズーム位置、望遠端における光路図 本発明の監視カメラ（撮像装置）の要部概略図

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置を図面に基づいて説明する。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群より構成されている。ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように全てのレンズ群が移動する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。実施例１はズーム比３．９、Ｆナンバー１．４７〜３．２３のズームレンズである。図３は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例２はズーム比３．４、Ｆナンバー１．４４〜２．６６のズームレンズである。

図５は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施例３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例３はズーム比４．９、Ｆナンバー１．４４〜３．８５のズームレンズである。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における光路図である。図８は本発明のズームレンズを有する監視カメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮像光学系であり、レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。尚、各実施例のズームレンズをプロジェクター等の光学機器に用いても良く、このときは、左方がスクリーン、右方が被投影画像となる。レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）光束を決定（制限）する開口絞りの作用をするＦナンバー決定部材（以下「開口絞り」ともいう。）である。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。

矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際しての各レンズ群の移動軌跡を示している。第３レンズ群Ｌ３に関する矢印３ａは無限遠にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動軌跡を示す。また矢印３ｂは近距離にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動軌跡を示す。第３レンズ群Ｌ３に関する矢印３ｃは無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての移動方向を示している。

球面収差においては、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、波長８５０ｎｍ、ｔ線（波長１０１３．９８ｎｍ）を表示している。非点収差においてΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面を表している。歪曲収差においてはｄ線を表示している。倍率色収差においてはd線に対するＣ線、Ｆ線、波長８５０ｎｍ、ｔ線の収差を表示している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）である。

本発明は、全系が小型でありながら全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有し、特に可視光から近赤外光に至る広い波長範囲においてピントずれの少ない、広画角で明るい小型のズームレンズである。本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、および負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３より構成される３群構成のズームレンズである。広角端から望遠端へのズーミングに際しては各レンズ群が矢印の方向に互いに異なった軌跡で移動する。

本発明のズームレンズのズームタイプは、ネガティブリード（負レンズ群先行）の３群構成である。第１レンズ群Ｌ１を負の屈折力としつつ、各レンズ群の間隔を変化させることによりズーミングを行い、広画角化に好適な構成としている。第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３が互いに異なった軌跡で移動して変倍を行い、それに伴う像面変動を最も物体側の第１レンズ群Ｌ１が移動して補正している。フォーカシングは、第３レンズ群Ｌ３で行う。

各実施例において、第１レンズ群Ｌ１は負レンズと正レンズを有する。第２レンズ群Ｌ２は１枚以上の正レンズを有する。ここで波長４８６．１３ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎＦ、波長５８７．６ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎｄ、波長６５６．２７ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎＣ、波長１０１３．９８ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎｔとする。そして材料のアッベ数νｄと部分分散比θＣｔを、それぞれ
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
θＣｔ＝（ｎＣ−ｎｔ）／（ｎＦ−ｎＣ）
とする。

第２レンズ群Ｌ２が有する正レンズのうち少なくとも１枚の正レンズＡの材料のアッベ数をνｄＡ、部分分散比をθＣｔＡとする。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとする。このとき、
８５＜νｄＡ ・・・（１）
−０．２５＜θＣｔＡ−（０．００４７・νｄＡ＋０．５４６）＜−０．１０・・（２）
−３．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．８ ・・・（３）
なる条件式を満足する。尚、各パラメータの値は、特に断りがない限り、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における値である。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（１）、（２）は、全ズーム範囲にわたり、可視光から近赤外光までの広い波長範囲においてピントずれを軽減し、高い光学性能を得るためのものである。広い波長範囲においてピントずれを補正するには、軸上光束のマージナル光線が高い正レンズの材料にアッベ数が大きい、すなわち分散が小さい材料を用いて、軸上色収差を軽減するのが良い。

各実施例の３群構成のズームレンズでは、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように全ズーム範囲において軸上光束のマージナル光線は第２レンズ群Ｌ２で光線の入射高さ（ｈｗ）が高くなる。条件式（１）、（２）は第２レンズ群Ｌ２が有する少なくとも１つの正レンズの材料の光学特性を規定している。

ところでアッベ数νｄは可視光域のｄ線、Ｆ線、Ｃ線の屈折率ｎｄ、ｎＦ、ｎＣを用い前述の如く定義される。そのためアッベ数νｄを基準にレンズの材料を選択することで、可視光域で色収差の補正が容易となる。しかしながらアッベ数νｄは、近赤外域の特性を規定するものではないので、アッベ数νｄの値のみでレンズの材料を選定しても、波長が９００ｎｍ以上の近赤外域に対しては必ずしも色収差を良好に補正することができない。

そこでアッベ数νｄに加えてｔ線における部分分散比θＣｔに着目してレンズの材料を選択することで、可視光域と近赤外域との両方の波長範囲で軸上色収差の制御を行い、広い波長範囲でピントずれを軽減している。またこのような材料を選定することで、近赤外域の倍率色収差の補正も良好に行っている。

条件式（１）と条件式（２）は第２レンズ群Ｌ２が有する少なくとも１枚の正レンズの材料の特性を規定するものである。条件式（１）の下限を超えてアッベ数が小さい（すなわち分散が大きい）材料を適用すると、可視光域での軸上色収差を良好に補正することが困難となる。

条件式（２）の下限を超えた部分分散比θＣｔとアッベ数νｄの関係を持つ材料は、近赤外域での軸上色収差を小さく抑制することが容易となるが、現状ではこのような特性を実現する光学材料を製造するのが困難である。逆に条件式（２）の上限を超えて部分分散比θＣｔＡが大きくなりすぎると、近赤外域での波長による屈折率の差が大きくなりすぎ、軸上色収差の補正が困難となる。

条件式（３）は全系が小型でありながら高画角を得るためのものであり、広角端における全系の焦点距離を短くした際に、第１レンズ群Ｌ１のパワーをそれに応じて適切に規定している。条件式（３）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが強く（負の屈折力の絶対値が大きく）なりすぎてしまう。それにより諸収差のバランスを良好にするのが困難となり、全ズーム範囲において像面湾曲や色収差等の諸収差を良好に補正するのが困難になる。

また、条件式（３）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが弱く（負の屈折力の絶対値が小さく）なりすぎてしまう。それにより広画角化が困難になるだけでなく、第１レンズ群Ｌ１の広角端から望遠端までのズーミングに伴う移動量が増大して、レンズ全長が増大し、また前玉有効径が大型化し、全系が大型化してくる。

各実施例では以上のように構成することにより、全系が小型でありながら全ズーム範囲にわたり、可視光から近赤外光においてピントずれが少なく、広画角で明るい高い光学性能を有するズームレンズを得ている。なお好ましくは条件式（１）乃至（３）の数値範囲を次のごとく設定するのが良い。
９０＜νｄＡ ・・・（１ａ）
−０．２２＜θＣｔＡ−（０．００４７・νｄＡ＋０．５４６）＜−０．１２
・・・（２ａ）
−３．２＜ｆ１／ｆｗ＜−１．９ ・・・（３ａ）

本発明の目的とするズームレンズは、以上のような構成を満足することにより実現される。さらには各実施例において、好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。

第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３とする。第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズのうち少なくとも１枚の正レンズ１ｐの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとする。第１レンズ群Ｌ１は２枚以上の負レンズを有し、第２レンズ群Ｌ２は３枚以上の正レンズと１枚以上の負レンズを有する。

広角端から望遠端へのズーミングにおける第３レンズ群Ｌ３の移動量をＭ３とする。ここで広角端から望遠端へのズーミングに伴うレンズ群の移動量とは、レンズ群の広角端における光軸上の位置と望遠端における光軸上の位置の差をいう。移動量の符号はレンズ群が広角端に比べて望遠端において像側に位置するときを正、物体側に位置するときを負とする。広角端におけるレンズ全長をＯＡＬｗとする。

第２レンズ群Ｌ２の広角端における横倍率をβ２ｗ、第２レンズ群Ｌ２の望遠端における横倍率をβ２ｔ、第３レンズ群Ｌ３の広角端における横倍率をβ３ｗ、第３レンズ群Ｌ３の望遠端における横倍率をβ３ｔとする。このとき次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。

−０．５０＜ｆ２／ｆ３＜−０．１５ ・・・（４）
１．８０＜Ｎｄ１ｐ ・・・（５）
νｄ１ｐ＜２６．０ ・・・（６）
−１．２＜ｆ１／ｆ２＜−０．４ ・・・（７）
−２０．０＜ｆ３／ｆｗ＜−５．０ ・・・（８）
０．１２＜−Ｍ３／ＯＡＬｗ＜０．５０ ・・・（９）
０．２８＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．７０ ・・・（１０）

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（４）は、第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３のパワーの関係を規定している。第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３は、ともに増倍効果を担うレンズ群となる。

条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３のパワーの条件を規定し、光学性能を良好に維持しつつ、高ズーム比化を得るためのものである。条件式（４）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが強くなりすぎると、球面収差やコマ収差などの諸収差が増大してしまい好ましくない。条件式（４）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負のパワーが強く（負の屈折力の絶対値が大きく）なりすぎると、コマ収差などの諸収差が増加してしまい好ましくない。

条件式（４）の数値範囲に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
−０．４５＜ｆ２／ｆ３＜−０．１７ ・・・（４ａ）
条件式（５）、条件式（６）は、第１レンズ群Ｌ１に含まれる少なくとも１枚の正レンズ１ｐの材料を規定している。条件式（５）の下限を超えると、望遠端において球面収差がオーバー方向へ増大しやすくなり好ましくない。さらに、正レンズのパワーを得るために曲率半径を小さくするかレンズ厚を大きくとる必要が生じ、小型化の観点からも好ましくない。

条件式（６）は主に、色収差を良好に補正するためのものである。条件式（６）は第１レンズ群Ｌ１の負レンズより発生する色収差を補正するためのものである。条件式（６）の上限を超えると、倍率色収差の補正が不足してくる。例えば、ｄ線に対するｇ線やＦ線などの短波長側の収差が収差図上においてアンダー方向へ増加してしまい好ましくない。

条件式（５）、条件式（６）の数値範囲に関しては、それぞれ以下の如く設定すると更に好ましい。
１．９０＜Ｎｄ１ｐ ・・・（５ａ）
νｄ１ｐ＜２０．０ ・・・（６ａ）
条件式（７）は、変倍用のレンズ群の１つである第２レンズ群Ｌ２の焦点距離と、広画角化のために負のパワーが必要とされる第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の関係を規定している。

また、第１レンズ群Ｌ１は広画角化しやすくするため、少なくとも２枚以上の負レンズを有する構成とし、第２レンズ群Ｌ２は、正の屈折力のレンズ群として変倍作用を持たせやすくするために少なくとも３枚以上の正レンズを有する構成とするのが良い。さらに第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２は、収差補正の観点から正レンズおよび負レンズをどちらも１枚以上有する構成とするのが良い。

条件式（７）の上限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが強くなりすぎると、像面湾曲や色収差をバランス良く補正するのが困難になる。この他、条件式（７）の上限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが弱くなりすぎると、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大し、全系の小型化が困難になる。

条件式（７）の下限を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負のパワーが弱くなりすぎると、ズーミングに際しての像面変動の補正として移動量が増大し、レンズ全長が増大し、また前玉有効径が大型化してくる。この他、条件式（７）の下限を超えて、第２レンズ群Ｌ２の正のパワーが強くなりすぎると球面収差などの諸収差が増大してくる。条件式（７）の数値範囲に関しては、以下の如く設定すると更に好ましい。
−１．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．５ ・・・（７ａ）

条件式（８）は、変倍効果を持たせつつフォーカシングに際して駆動させる第３レンズ群Ｌ３のパワーを適切に規定している。条件式（８）の上限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負のパワーが強くなり過ぎると、非点収差などの軸外収差や像面湾曲が増加してしまい好ましくない。さらには、フォーカシングにおける敏感度が高くなり過ぎてしまい、製造を高精度に行うのが困難になってくる。

条件式（８）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負のパワーが弱くなり過ぎると、フォーカシングやズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３の移動量が多くなってしまい、全系の小型化が困難になる。条件式（８）の数値範囲に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
−１６．０＜ｆ３／ｆｗ＜−６．０ ・・・（８ａ）

条件式（９）は、ズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３の移動量に関する。レンズ全長ＯＡＬｗは、最も物体側のレンズの面頂点から最終レンズ面までの距離に空気換算のバックフォーカスを加えた値である。条件式（９）の上限を超えて、レンズ全長に占める第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなりすぎると、ズーミングに際しての第１レンズ群Ｌ１と、第２レンズ群Ｌ２の移動量を所定量確保するのが難しくなる。それにより他のレンズ群のパワーを強める必要が生じ、この結果、諸収差の変動が大きくなってくる。

条件式（９）の下限を超えて、第３レンズ群Ｌ３の移動量が少なくなると、所定の変倍比を得るのが困難となり、また第３レンズ群Ｌ３の負のパワーを強める必要が生じ、その結果、フォーカシングに際しての収差変動が増大してくる。また、第３レンズ群Ｌ３には非球面を導入するのが良い。これによれば第３レンズ群Ｌ３を構成するレンズの枚数を減らして第３レンズ群Ｌ３の厚さを短くすることが容易となり、フォーカスレンズ群としての駆動機構の小型化が容易になる。条件式（９）の数値範囲に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
０．１６＜−Ｍ３／ＯＡＬｗ＜０．４０ ・・・（９ａ）

条件式（１０）は、第２レンズ群Ｌ２の広角端と望遠端における横倍率に対する第３レンズ群Ｌ３の広角端と望遠端における横倍率の比との関係を規定する。つまり、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の変倍分担の比を規定している。条件式（１０）の上限を超えると、第３レンズ群Ｌ３の変倍分担が大きくなり過ぎてしまい、ズーミングに際しての第３レンズ群Ｌ３の移動量を大きくとる必要が生じ全系の小型化が困難になる。

条件式（１０）の下限を超えると、第２レンズ群Ｌ２の変倍分担が大きくなり過ぎてしまい、ズーミングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量を大きくとる必要が生じ全系の小型化が困難になる。条件式（１０）の数値範囲に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
０．３４＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．６０ ・・・（１０ａ）

また、本発明のズームレンズをズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子を有する撮像装置に適用するときは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。ズームレンズの広角端における開放ＦナンバーをＦｎｏｗ、ズームレンズの望遠端における開放ＦナンバーをＦｎｏｔとする。

望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、波長８５０ｎｍの光に対する広角端における全系の焦点距離をｆｗ_８５０、波長８５０ｎｍの光に対する望遠端における全系の焦点距離をｆｔ_８５０する。撮像素子の画素ピッチをｐとする。

このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
２．０＜Ｆｎｏｗ・（（ｆｗ_８５０−ｆｗ）/ｐ）＜３０．０ ・・・（１１）
１０．０＜Ｆｎｏｔ・（（ｆｔ_８５０−ｆｔ）/ｐ）＜１２０．０ ・・・（１２）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１１）、（１２）は、可視光から近赤外光までの波長範囲におけるピントずれを軽減するためのものである。条件式（１１）は、近赤外光（８５０ｎｍ）での広角端における全系の焦点距離とｄ線での広角端における全系の焦点距離を適切に規定している。条件式（１２）は近赤外光（８５０ｎｍ）での望遠端における全系の焦点距離とｄ線での望遠端における全系の焦点距離を適切に規定している。また条件式（１１）、（１２）はピントズレのレベルの要因となるＦナンバー、そして撮像素子のセンサーピッチを適切に規定している。

条件式（１１）は広角端、また条件式（１２）は望遠端における可視光から近赤外光までの波長範囲において高い解像力を得るためであり、双方の技術的な意味は同じである。条件式（１１）および条件式（１２）の上限を超えると、センサーピッチに対して波長８５０ｎｍとｄ線の焦点距離の差が大きくなる傾向となるため、可視光から近赤外光までの波長範囲におけるピントずれが大きくなる。そのため可視光領域から近赤外領域において高い解像力を得ることが困難となる。

条件式（１１）および（１２）の下限を超えると、軸上色収差を補正するために超低分散性材料を多用する必要が生じ、全系の小型化を図るのが難しくなり、またレンズとしての精度の良い製造が困難となる。

更に好ましくは条件式（１１）、（１２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
３．０＜Ｆｎｏｗ・（（ｆｗ_８５０−ｆｗ）/ｐ）＜３０ ・・・（１１ａ）
２０．０＜Ｆｎｏｔ・（（ｆｔ_８５０−ｆｔ）/ｐ）＜１２０ ・・・（１２ａ）

以上のように各実施例によれば、全系が小型でありながら全ズーム範囲にわたり高い光学性能で、可視光から近赤外光においてピントずれが少なく、広画角で明るいズームレンズおよびそれを有する撮像装置が得られる。特に広角端の撮影画角が９０°以上、広角端のＦナンバーが１．４程度をカバーしたズームレンズが得られる。この他、フルＨＤやそれ以上の画素数の撮像素子を有する撮像装置にも十分に対応できるズームレンズが得られる。

本発明のズームレンズは第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に配置された、像側の面が凹形状の負レンズ、像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより構成される。第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、互いに接合された両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズより構成される。

または第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、互いに接合された両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズより構成される。第３レンズ群Ｌ３は物体側の面が凹形状の負レンズより構成される。

次に各実施例の具体的なレンズ構成について説明する。
（実施例１）
以下、各レンズ群は物体側から像側に順に配置されているものとして説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側が凸のメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、物体側が凸のメニスカス形状の正レンズＧ１３（正レンズ１ｐ）により成っている。正レンズＧ１３は高分散材料を使用することにより色収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。正レンズＧ２２と負レンズＧ２３は貼り合わせ構成としており、双方のレンズの材料のアッベ数の差を大きくとることにより色収差を良好に補正している。また、正レンズＧ２１の両面は非球面形状である。

これはＦナンバーを決定する軸上光線の光軸高さが大きくなる第２レンズ群Ｌ２の物体側に非球面を適切に配置し、大口径比化で増加しやすい球面収差を良好に補正している。また第２レンズ群Ｌ２のいずれかの正レンズの材料には（アッベ数が９０を超える）超低分散材料を使用しており、これにより軸上色収差を良好に補正している。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸のメニスカス形状の負レンズＧ３１により成っている。負レンズＧ３１は、両面を非球面形状とすることにより、非点収差などの軸外収差を良好に補正している。

（実施例２）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、両凸形状の正レンズＧ１３（正レンズ１ｐ）により成っている。第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。正レンズＧ２２と負レンズＧ２３は貼り合わせ構成としている。また、正レンズ２１の両面は非球面形状である。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸のメニスカス形状の負レンズＧ３１により成っている。このとき、Ｇ３１の両面は非球面である。

（実施例３）
第１レンズ群Ｌ１は、物体側の面が凸でメニスカス形状の負レンズＧ１１、両凹形状の負レンズＧ１２、両凸形状の正レンズＧ１３（正レンズ１ｐ）により成っている。負レンズＧ１２と正レンズＧ１３は貼り合わせ構成としている。第２レンズ群Ｌ２は、両凸形状の正レンズＧ２１、両凸形状の正レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４、両凸形状の正レンズＧ２５により成っている。正レンズＧ２２と正レンズＧ２３は貼り合わせの構成としている。また、正レンズＧ２１および正レンズＧ２４の両面は非球面形状である。第３レンズ群Ｌ３は、像側が凸のメニスカス形状の負レンズＧ３１により成っている。このとき、Ｇ３１の両面は非球面形状である。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いた監視カメラ（撮像装置）の実施例を、図８を用いて説明する。図８において、３０は監視カメラ本体、３１は実施例１乃至３で説明したいずれかのズームレンズによって構成された撮像光学系である。３２は、カメラ本体に内蔵され、撮像光学系３１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。高い解像力を得るためにフルHD（１９２０×１０８０）などの高精細な撮像素子を構成している。実施例においては、１画素ピッチを１．４μｍ（実施例１および２）および２．７５μｍ（実施例３）としている。

３３は、固体撮像素子３２によって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。３４は、撮影した３２によって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。

以上のように、各実施例によれば小型でありながら全ズーム範囲にわたり高い光学性能であり、可視光から近赤外光においてピントずれを抑制し、広画角で明るいズームレンズおよびそれを有する撮像装置を得ることができる。これら実施例は、最大画角２ωが９０°以上、Ｆｎｏが１．４程度をカバーし、フルＨＤ以上の高画素な撮像素子に対応可能な小型のズームレンズおよびそれを有する撮像装置である。

なお各実施例においては以下のような手段をとっても良い。
・実施例に示したガラスの形状、枚数に限定されるものではなく適宜変更すること。
・変倍時において、開口絞りＳＰを固定もしくはズーミングに際して、他のレンズ群と独立に移動させること。
・非球面レンズの材料はガラスに限らず、球面レンズ面上に樹脂材料で非球面を形成した（非球面成分を乗せた）ハイブリッドタイプの非球面レンズや、プラスチック材料より成る非球面レンズを用いること。

・一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等の振動に伴う像ブレを補正すること。
・撮像装置に用いるとき電気的な補正手段により、ズームレンズの歪曲収差や色収差を補正すること。
・第３レンズ群以外のレンズ群を動かすことによりフォーカシングを行うこと。

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や光学仕様（画角やＦｎｏ）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。

次に、各実施例に対応する実施例の数値データを示す。各実施例の数値データにおいて面番号ｉは物体側から数えた光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面間隔である。ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。部分分散比θＣｔは（ｎＣ−ｎｔ）／（ｎＦ−ｎＣ）で計算される数値である。実施例１において間隔ｄ７、実施例３において間隔ｄ６が負の値となっているのは、物体側から像側へ順に、開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２の順に数えたためである。＊は非球面を意味する。

バックフォーカス（ＢＦ）は、レンズ最終面から近軸像面までの空気換算距離である。レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカス（ＢＦ）を加えた値と定義する。またＫを離心率、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を非球面係数、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、

で表示される。但しＲは曲率半径である。また例えば「e−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また、各実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。ｆは焦点距離（ｄ線）、ＦｎｏはＦナンバー、半画角（ω）に関しては、歪曲量を考慮した撮影可能画角に関する数値である。焦点距離（８５０ｎｍ）は、波長８５０ｎｍによる焦点距離である。

［実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θＣｔ
1 37.276 0.5 1.51633 64.1 0.8687
2 3.708 2.67
3 -9.176 0.45 1.6968 55.5 0.8330
4 22.101 0.15
5 11.283 0.86 1.95906 17.5 0.6264
6 31.995 (可変)
7(絞り) ∞ -0.14
8* 4.918 2.38 1.4971 81.6 0.8349
9* -6.85 0.1
10 7.81 1.64 1.437 95.1 0.8427
11 -10.779 0.65 1.90366 31.3 0.6968
12 5.063 0.54
13 7.948 2.6 1.72 50.2 0.7931
14 -5.627 (可変)
15* -12.409 0.5 1.75501 51.2 0.8042
16* -283.257 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1 -
像面 ∞

非球面データ
第8面
K = 1.71905e-001 A 4=-1.72272e-003 A 6=-3.28988e-005 A 8= 4.96438e-007
A10=-1.55833e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.61742e-003 A 6=-1.29861e-005 A 8= 2.23105e-007
A10=-1.68559e-008
第15面
K = 8.08018e-001 A 4=-7.90203e-003
第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-7.31578e-003 A 6= 7.57632e-005

各種データ
ズーム比 3.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.1000 5.3781 8.1970
焦点距離（850nm） 2.1104 5.3970 8.2212
Fno 1.47 2.41 3.23
半画角（ω）（度） 46.7 16.9 11.0
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 28.50 23.14 24.12
BF 2.31 5.96 8.71

間隔 広角 中間 望遠
d 6 11.81 2.69 0.59
d14 1.5 1.61 1.94
d16 1.49 5.14 7.89

各群焦点距離
1群 -5.19
2群 5.97
3群 -17.2

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００１４[ｍｍ]

［実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θＣｔ
1 81.883 0.5 1.60311 60.6 0.8321
2 4.785 2.78
3 -5.342 0.45 1.6968 55.5 0.8330
4 40.015 0.17
5 32.621 0.89 1.95906 17.5 0.6264
6 -27.041 (可変)
7(絞り) ∞ 0.55
8* 5.523 2.23 1.4971 81.6 0.8349
9* -11.967 0.1
10 12.555 1.7 1.437 95.1 0.8427
11 -9.016 0.3 1.90366 31.3 0.6968
12 14.94 0.57
13 6.623 2.24 1.59282 68.6 0.7960
14 -6.838 (可変)
15* -4.602 0.75 1.75501 51.2 0.8042
16* -6.385 (可変)
17 ∞ 0.6 1.51633 64.1 -
像面 ∞

非球面データ
第8面
K = 1.71905e-001 A 4=-9.76188e-004 A 6=-5.45335e-005 A 8= 5.46064e-007
A10=-1.79190e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.16798e-004 A 6=-2.83657e-005 A 8=-1.98708e-006
A10= 1.55926e-007
第15面
K = 1.57008e+000 A 4=-4.45778e-003 A 6= 2.83105e-004 A 8= 1.23099e-005
A10= 8.32708e-006
第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.92074e-003 A 6= 1.11257e-004 A 8= 2.44653e-005

各種データ
ズーム比 3.4
広角 中間 望遠
焦点距離 2.1002 4.6100 7.1397
焦点距離（850nm） 2.1086 4.6269 7.1650
Fno 1.44 2.04 2.66
半画角（ω）（度）51.3 19.9 12.7
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 28.50 24.38 25.59
BF 3.51 7.02 10.46

間隔 広角 中間 望遠
d 6 10.27 2.67 0.4
d14 1.5 1.47 1.5
d16 2.76 6.27 9.71

各群焦点距離
1群 -4.61
2群 5.83
3群 -26.65

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００１４[ｍｍ]

［実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θＣｔ
1 27.876 0.5 1.59522 67.7 0.7953
2 5.385 3.79
3 -6.479 0.45 1.6968 55.5 0.8330
4 20.356 1 1.95906 17.5 0.6264
5 -73.186 (可変)
6(絞り) ∞ -0.34
7* 5.977 2.44 1.4971 81.6 0.8349
8* -23.466 0.17
9 14.447 2.2 1.437 95.1 0.8427
10 -8.129 0.36 1.801 35.0 0.7255
11 11.965 0.52
12* 6.226 2.2 1.4971 81.6 0.8349
13* -31.597 0.2
14 34.176 1.37 1.883 40.8 0.7397
15 -12.849 (可変)
16* -8.346 0.75 1.68893 31.2 0.6972
17* -24.69 (可変)
18 ∞ 0.6 1.51633 64.1
像面 ∞

非球面データ
第7面
K = 1.71905e-001 A 4=-3.33036e-004 A 6=-9.87827e-006 A 8= 1.23665e-006
A10=-1.01218e-007 A12= 1.16810e-009
第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.19740e-004 A 6= 4.07730e-006 A 8= 6.63670e-007
A10=-9.46456e-008 A12= 1.48221e-009
第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.52538e-004 A 6=-4.78683e-006 A 8=-1.31423e-006
第13面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.70578e-004 A 6= 4.10856e-006 A 8= 1.58203e-008
A10=-8.55304e-009
第16面
K = 1.57008e+000 A 4=-2.72570e-003 A 6= 2.84051e-004 A 8=-3.66403e-006
A10=-1.88077e-007
第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.19739e-003 A 6= 3.02610e-004 A 8=-9.57983e-006

各種データ
ズーム比 4.9
広角 中間 望遠
焦点距離 2.1503 5.2024 10.5489
焦点距離（850nm） 2.1615 5.2205 10.5756
Fno 1.44 2.3 3.85
半画角（ω）（度）48.5 17.6 8.57
像高 1.58 1.58 1.58
レンズ全長 35.50 29.60 33.24
BF 3.50 7.90 15.10

間隔 広角 中間 望遠
d 5 14.89 4.64 0.89
d15 1.5 1.45 1.64
d17 0.66 5.06 12.26

各群焦点距離
1群 -5.16
2群 6.88
3群 -18.65

固体撮像素子の画素ピッチ:０．００２７５[ｍｍ]

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (13)

1. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するように全てのレンズ群が移動するズームレンズであって、
   前記第１レンズ群は負レンズと正レンズを有し、
   波長４８６．１３ｎｍの光に対する材料の屈折率をｎＦ、波長５８７．６ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎｄ、波長６５６．２７ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎＣ、波長１０１３．９８ｎｍの光に対する前記材料の屈折率をｎｔとし、前記材料のアッベ数νｄと部分分散比θＣｔをそれぞれ
   νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
   θＣｔ＝（ｎＣ−ｎｔ）／（ｎＦ−ｎＣ）
   とするとき、
   前記第２レンズ群は、
   ８５＜νｄ
   −０．２５＜θＣｔ−（０．００４７×νｄ＋０．５４６）＜−０．１０
   なる条件式を満足する正レンズを有し、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
   −３．５＜ｆ１／ｆｗ＜−１．８
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   −０．５０＜ｆ２／ｆ３＜−０．１５
   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レンズ群に含まれる正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、前記第１レンズ群は、
   １．８０＜Ｎｄ１ｐ
   νｄ１ｐ＜２６．０
   なる条件式を満足する正レンズを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群は２枚以上の負レンズを有し、
   前記第２レンズ群は３枚以上の正レンズと１枚以上の負レンズを有し、
   前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   −１．２＜ｆ１／ｆ２＜−０．４
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
   −２０．０＜ｆ３／ｆｗ＜−５．０
   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１項に記載のズームレンズ。
6. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第３レンズ群の移動量をＭ３、広角端におけるレンズ全長をＯＡＬｗとするとき、
   ０．１２＜−Ｍ３／ＯＡＬｗ＜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５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ２ｗ、前記第２レンズ群の望遠端における横倍率をβ２ｔ、前記第３レンズ群の広角端における横倍率をβ３ｗ、前記第３レンズ群の望遠端における横倍率をβ３ｔとするとき、
   ０．２８＜（β３ｔ／β３ｗ）／（β２ｔ／β２ｗ）＜０．７０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、像側の面が凹形状の負レンズ、像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより構成されることを特徴する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、互いに接合された両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
10. 前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、互いに接合された両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
11. 前記第３レンズ群は、物体側の面が凹形状の負レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
13. 前記ズームレンズの広角端における開放ＦナンバーをＦｎｏｗ、前記ズームレンズの望遠端における開放ＦナンバーをＦｎｏｔ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、波長８５０ｎｍの光に対する広角端における全系の焦点距離をｆｗ＿８５０、波長８５０ｎｍの光に対する望遠端における全系の焦点距離をｆｔ＿８５０、前記撮像素子の画素ピッチをｐとするとき、
    ２．０＜Ｆｎｏｗ・（（ｆｗ＿８５０−ｆｗ）／ｐ）＜３０．０
    １０．０＜Ｆｎｏｔ・（（ｆｔ＿８５０−ｆｔ）／ｐ）＜１２０．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。