WO2012117720A1 - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

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WO2012117720A1
WO2012117720A1 PCT/JP2012/001335 JP2012001335W WO2012117720A1 WO 2012117720 A1 WO2012117720 A1 WO 2012117720A1 JP 2012001335 W JP2012001335 W JP 2012001335W WO 2012117720 A1 WO2012117720 A1 WO 2012117720A1
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lens
optical system
lens group
object side
negative
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PCT/JP2012/001335
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English (en)
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高志 椚瀬
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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    • 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
    • G02B15/142—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 having two groups only
    • G02B15/1425—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 having two groups only the first group being negative
    • 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
    • G02B15/177—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 a negative front lens or group of lenses

Definitions

  • the present invention relates to a variable power optical system and an imaging apparatus used for a video camera, an electronic still camera, and the like, and is particularly suitable for surveillance camera applications, and a variable power optical system usable in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range and
  • the present invention relates to an imaging apparatus provided with the variable magnification optical system.
  • surveillance cameras are used for crime prevention and recording purposes.
  • Such an optical system for a surveillance camera is small and can be configured inexpensively, has a large aperture ratio so that a subject can be specified even under low illumination conditions, and has a wide angle so that a wide range can be photographed. It is required to have high optical performance.
  • the demand for surveillance cameras with a zooming function is increasing, so zooming optical systems are becoming mainstream, and a high zooming ratio is also required.
  • Patent Document 1 describes a zoom lens in which the first lens group includes, in order from the object side, a negative lens, a negative lens, a negative lens, and a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are cemented.
  • the first lens group includes, in order from the object side, a negative lens, a negative lens, a negative lens, a positive lens, and a negative lens, and a biconcave lens closest to the image side of the first lens group.
  • Patent Document 3 describes a zoom lens in which the first lens group includes, in order from the object side, a negative lens, a negative lens, a negative lens, a positive lens, and a positive lens.
  • both of the zoom lenses having the two-group configuration described in Patent Documents 1 and 2 have a total angle of view of about 180 °, but have a low zoom ratio and cannot satisfy recent demands.
  • the zoom lens described in Patent Document 3 has a total angle of view of only about 120 °, and further uses two or more aspheric lenses, which is disadvantageous in terms of cost. Further, the zoom lenses described in Patent Documents 1 to 3 are not necessarily assumed to be used in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can be configured in a small size and at a low cost while achieving both a wide angle and a high magnification, and can be used in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range.
  • An object of the present invention is to provide an optical system and an imaging apparatus including the variable magnification optical system.
  • the first variable magnification optical system includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power.
  • a variable-magnification optical system in which the distance in the optical axis direction between the first lens group and the second lens group varies, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side is disposed closest to the image side of the first lens group.
  • conditional expression (1-1) instead of the above conditional expression (1), and to satisfy the following conditional expression (1-2): Is even more preferred. 0.88 ⁇ d45 / d5 ⁇ 1.82 (1-1) 1.1 ⁇ d45 / d5 ⁇ 1.4 (1-2)
  • the thickness on the optical axis from the most object side surface of the first lens unit to the most image side surface of the first lens unit is LG1, the following condition is satisfied. It is preferable that the expression (2) is satisfied, it is more preferable that the following conditional expression (2-1) is satisfied, and it is even more preferable that the following conditional expression (2-2) is satisfied.
  • the focal length of the first lens unit is fG1
  • the focal length of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens unit is f5
  • the following conditional expression (3-1) is satisfied, and it is even more preferable that the following conditional expression (3-2) is satisfied.
  • 5.5 ⁇ f5 / fG1 ⁇ 9.3 (3-1) 7.5 ⁇ f5 / fG1 ⁇ 8.5
  • the second variable power optical system includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power.
  • a variable magnification optical system in which the distance between the first lens group and the second lens group varies in the optical axis direction, and the first lens group is a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side in order from the object side;
  • a negative second lens having a smaller radius of curvature of the image side surface than the object side and having a concave surface facing the image side, and a cemented lens in which a negative third lens and a positive fourth lens are cemented;
  • the fifth lens is a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side.
  • the radius of curvature of the object side surface of the second lens is R3 and the radius of curvature of the image side surface of the second lens is R4, the following conditional expression (4 ) Is preferably satisfied, and it is more preferable that the following conditional expression (4-1) is satisfied.
  • the third variable power optical system includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power. Is a variable magnification optical system in which the distance between the first lens group and the second lens group changes in the optical axis direction.
  • the Abbe number and focal length of the seventh lens at the d-line are ⁇ d7 and f7, respectively, and the Abbe number and focal length of the ninth lens at the d-line are ⁇ d9 and f9, respectively. It is preferable that the following conditional expressions (7) to (9) are satisfied. 60.0 ⁇ d7 + ⁇ d9 ⁇ 85.0 (7) ⁇ d7> ⁇ d9 (8) 2.0 ⁇ f7 / f9 ⁇ 4.5 (9)
  • conditional expression (7-1) is satisfied instead of the conditional expression (7). 65.0 ⁇ d7 + ⁇ d9 ⁇ 80.0 (7-1)
  • the magnification from the wide angle end to the telephoto end is 2.6 times or more.
  • the lens closest to the object side in the second lens group is an aspheric lens, and the other lenses in the entire system are all spherical lenses.
  • variable magnification optical system of the present invention mean substantially, and the variable magnification optical system of the present invention is listed as a constituent feature.
  • a lens having substantially no power, an optical element other than the lens such as a diaphragm or a cover glass, and the like may be included.
  • the surface shape of the lens and the sign of refractive power in the variable magnification optical system according to the present invention are considered in the paraxial region when an aspheric surface is included.
  • the sign of the radius of curvature is positive for a shape with a convex surface facing the object side and negative for a shape with a convex surface facing the image side.
  • the imaging apparatus of the present invention is characterized by including the above-described variable magnification optical system of the present invention.
  • the first variable magnification optical system of the present invention includes a negative first lens group and a positive second lens group in order from the object side, and the optical axes of the first lens group and the second lens group at the time of zooming.
  • a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side is disposed closest to the image side of the first lens unit, and the center thickness of the negative meniscus lens and the object of the negative meniscus lens Since the ratio of the air gap immediately before the side is set appropriately, it can be configured in a compact and inexpensive manner while achieving both wide angle and high magnification, and chromatic aberration can be corrected well in a wide band from the visible range to the near infrared range.
  • a high-performance variable magnification optical system can be realized.
  • the second variable power optical system of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens group and a positive second lens group, and the optical axes of the first lens group and the second lens group at the time of zooming.
  • the refractive power and shape of each lens constituting the first lens group are suitably set in detail, so that both a wide angle and a high magnification can be achieved at the same time. It can be configured, and chromatic aberration can be corrected well in a wide band from the visible range to the near infrared range, and a high-performance variable magnification optical system can be realized.
  • the third variable power optical system includes, in order from the object side, a negative first lens group and a positive second lens group, and the optical axes of the first lens group and the second lens group at the time of zooming.
  • the refractive power and shape of each lens constituting the second lens group are preferably set, and further, the dispersion characteristics regarding the positive lens of the second lens group are preferably set.
  • the imaging apparatus of the present invention includes the variable magnification optical system of the present invention, it can be configured to be small and inexpensive, can capture images with a wide angle of view and high magnification, and has a wide bandwidth from the visible range to the near infrared range. A good image can be obtained.
  • FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 1 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 2A to 2H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 1 of the present invention.
  • 3A and 3B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 2 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 4A to 4H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 2 of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing the lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 3 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 6A to 6H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 3 of the present invention.
  • FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 4 of the present invention, respectively.
  • 8A to 8H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 4 of the present invention.
  • FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing the lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 5 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 10A to 10H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 5 of the present invention.
  • FIGS. 11A and 11B are sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 6 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 12A to 12H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 6 of the present invention.
  • FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views showing the lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 7 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 14A to 14H are diagrams showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 7 of the present invention.
  • FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 8 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 16A to 16H are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 8 of the present invention.
  • FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 9 of the present invention, respectively.
  • FIGS. 18A to 18H are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 9 of the present invention.
  • FIGS. 19A and 19B are cross-sectional views showing lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to Example 10 of the present invention, respectively.
  • 20A to 20H are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 10 of the present invention.
  • FIGS. 21A and 21B are cross-sectional views showing the lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to the eleventh embodiment of the present invention, respectively.
  • FIGS. 22A to 22H are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 11 of the present invention.
  • 23A and 23B are cross-sectional views showing the lens configurations at the wide-angle end and the telephoto end of the variable magnification optical system according to the twelfth embodiment of the present invention, respectively.
  • FIGS. 24A to 24H are graphs showing aberrations of the variable magnification optical system according to Example 12 of the present invention.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views of a variable magnification optical system according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration example shown in FIGS. 1A and 1B corresponds to a variable power optical system of Example 1 described later, as described as Example 1 above FIG. Yes.
  • the variable magnification optical system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the configuration examples shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B).
  • This zoom optical system is configured by arranging, in order from the object side, a first lens group G1 having a negative refractive power and a second lens group G2 having a positive refractive power. At the time of zooming, the distance in the optical axis direction between the first lens group G1 and the second lens group G2 changes.
  • FIGS. 1A and 1B respectively show lens arrangements at the wide-angle end and the telephoto end of this variable magnification optical system in a state in which an object at infinity is focused. The right side is the image side. Further, between FIGS. 1A and 1B, the movement locus of the lens group that moves with zooming is schematically indicated by an arrow.
  • FIG. 1A and FIG. 1B show an example in which a parallel plate-shaped optical member PP that assumes these is arranged between the second lens group G2 and the image plane Sim.
  • the aperture stop St is located between the first lens group G1 and the second lens group G2, and is fixed at the time of zooming. Note that the aperture stop St shown in FIGS. 1A and 1B does not represent the size or shape, but indicates the position on the optical axis.
  • This zooming optical system has a two-group configuration, and has negative and positive power arrangements in order from the object side, and zooms by changing the distance between the first lens group G1 and the second lens group G2. Such a configuration is advantageous for widening the angle.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a first lens L1 that is a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side, and a curvature of the surface on the image side from the object side.
  • a negative second lens L2 having a small absolute value and having a concave surface facing the image side, a cemented lens in which the negative third lens L3 and the positive fourth lens L4 are cemented, and a concave surface facing the object side
  • a five-lens configuration in which a fifth lens L5, which is a negative meniscus lens, is arranged can be employed.
  • the second lens group G2 includes, in order from the object side, a positive sixth lens L6, a negative seventh lens L7, a positive eighth lens L8, and a negative
  • the ninth lens L9 and the cemented lens in which the positive tenth lens L10 is cemented can be used as a five-lens configuration.
  • first lens group G1 when three negative lenses are arranged on the object side of the first lens group G1, it is advantageous for widening the angle. Further, when both the first lens group G1 and the second lens group G2 have a cemented lens in which a negative lens and a positive lens are cemented, it is advantageous for correcting chromatic aberration.
  • the first lens group G1 and the second lens group G2 have a five-lens configuration in order to reduce the size and cost. Further, in the first lens group G1 including the first lens L1 to the fifth lens L5 described above, when the third lens L3 is a biconcave lens and the fourth lens L4 is a biconvex lens, chromatic aberration is corrected well. Can do. In the second lens group G2 including the sixth lens L6 to the tenth lens L10 described above, the ninth lens L9 is preferably a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side, which improves axial chromatic aberration. Can be corrected.
  • a negative meniscus lens (fifth lens L5 in the example of FIG. 1A) having a concave surface facing the object side is disposed closest to the image side of the first lens group G1
  • the negative meniscus lens having a concave surface facing the object side that is disposed closest to the image side of the first lens group G1 can play a role in reducing aberration fluctuations that occur in the first lens group G1.
  • the amount of contribution to the first lens group G1 is set appropriately without making the refractive power of the lens so strong. It becomes easy to satisfactorily correct various aberrations generated in one lens group G1.
  • a negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 as a single lens and having a concave surface directed toward the object side, the lens immediately before the object side (FIG. 1 (A)) while achieving downsizing.
  • an air lens can be formed between the fourth lens L4) and the spherical aberration and chromatic aberration can be corrected satisfactorily.
  • the thickness on the optical axis of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 is d5, and the axial air space between this negative meniscus lens and the lens immediately before the object side of the negative meniscus lens is d45. It is preferable that the following conditional expression (1) is satisfied. 0.5 ⁇ d45 / d5 ⁇ 3.0 (1)
  • Conditional expression (1) is a relational expression of the ratio between the center thickness of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 and the air space immediately before the object side of this lens. If the lower limit of the conditional expression (1) is not reached, the air space between the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 and the lens immediately before the object side becomes small, and this is necessary to secure the peripheral light amount on the wide angle side. The absolute value of the radius of curvature of the object-side surface of the negative meniscus lens must be increased, and this will weaken the effect of suppressing chromatic aberration.
  • the total thickness of the first lens group G1 (the thickness on the optical axis from the most object side surface of the first lens group G1 to the most image side surface of the first lens group G1)
  • the amount of movement of the lens group due to zooming is limited, which is disadvantageous for overall miniaturization and high magnification.
  • the balance between axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration deteriorates.
  • conditional expression (1-1) instead of the conditional expression (1), and it is even more preferable to satisfy the following conditional expression (1-2).
  • 0.88 ⁇ d45 / d5 ⁇ 1.82 (1-1) 1.1 ⁇ d45 / d5 ⁇ 1.4 (1-2)
  • Conditional expression (2) is a relational expression of the ratio between the total thickness of the first lens group G1 and the air space immediately before the object side of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, this air gap becomes shorter and the effect of aberration correction becomes weaker, or the total thickness of the first lens group G1 becomes longer, which is disadvantageous for miniaturization. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, this air interval becomes long and it becomes difficult to reduce the size and increase the zoom ratio, or the total thickness of the first lens group G1 becomes short, and the other of the first lens group G1 becomes smaller. Restrictions on the thickness and shape of the lens become severe, and the degree of freedom in correcting aberrations decreases.
  • conditional expression (2-1) instead of the conditional expression (2), and it is even more preferable to satisfy the following conditional expression (2-2).
  • conditional expression (2-1) 0.06 ⁇ d45 / LG1 ⁇ 0.08 (2-2)
  • the focal length fG1 of the first lens group G1 is an amount related to the focal length of the entire lens system and the refractive power arrangement with the second lens group G2.
  • Conditional expression (3) is a relational expression of the ratio between the refractive power of the entire first lens group G1 and the refractive power of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1. It is a relational expression which shows the amount of contribution of a negative meniscus lens.
  • a negative lens is disposed on the object side of the first lens group G1.
  • a negative first lens L1 and a negative second lens L2 are arranged on the object side, and these two lenses are compared in order to widen the entire system. It has a strong negative refractive power and is dominant over the negative refractive power of the entire first lens group G1.
  • the refractive power of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 becomes stronger than necessary, the refractive power of the negative lens on the object side of the first lens group G1 and the entire first lens group G1 changes. It affects the wide angle and high magnification, and the desired angle of view and variable magnification cannot be obtained. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the contribution of the negative meniscus lens closest to the image side of the first lens group G1 becomes too small, and the effect of correcting chromatic aberration is weakened.
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side, a first lens L1 that is a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side, and an absolute radius of curvature on the image side from the object side.
  • a negative second lens L2 having a small value and having a concave surface facing the image side, a cemented lens in which the negative third lens L3 and the positive fourth lens L4 are cemented, and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side
  • the curvature radius of the object side surface of the second lens L2 is R3 and the curvature radius of the image side surface is R4, the following conditional expression (4 ) Is preferably satisfied.
  • the second lens L2 is a meniscus lens, and when (R3 ⁇ R4) / (R3 + R4)> 1
  • the second lens L2 is a biconcave lens.
  • the contribution of the second lens L2 to the image plane fluctuation in the high field angle region becomes large.
  • Exceeding the upper limit of conditional expression (4) makes it difficult to correct the tendency of the sagittal image surface to fall sharply toward the object side at the wide angle end, particularly in the high field angle region.
  • conditional expression (4-1) instead of conditional expression (4). 0.9 ⁇ (R3-R4) / (R3 + R4) ⁇ 1.2 (4-1)
  • the second lens group G2 includes, in order from the object side, a positive sixth lens L6, a negative seventh lens L7, a positive eighth lens L8, and a negative ninth lens.
  • Each of the three positive lenses (sixth lens L6, eighth lens L8, and tenth lens L10) of the second lens group G2 includes both a lens L9 and a cemented lens in which the positive tenth lens L10 is cemented. It is a convex lens, and at least two of the three positive lenses preferably satisfy the following conditional expressions (5) and (6).
  • ⁇ d is the Abbe number in the d-line
  • ⁇ gF is the partial dispersion ratio between the g-line and the F-line
  • the refractive indexes in the g-line, d-line, F-line, and C-line are Ng, Nd, NF
  • Conditional expression (5) and conditional expression (6) are expressions relating to the biconvex lens in the second lens group G2.
  • conditional expressions (5) and (6) are expressions relating to the biconvex lens in the second lens group G2.
  • the anomalous dispersion lens is necessary for reducing the secondary spectrum of chromatic aberration, and it is effective to use at least two anomalous dispersion lenses for chromatic aberration correction in a wide wavelength band from the visible region to the near infrared region.
  • the first lens group G1 is shown in FIG. It is possible to adopt another aspect different from the structure shown.
  • the first lens group includes, in order from the object side, a first lens that is a negative meniscus lens having a concave surface on the image side, and a concave surface on the image side.
  • a second lens which is a negative meniscus lens
  • a third lens which is a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side
  • a fourth lens having a biconcave shape
  • a positive meniscus lens having a concave surface facing the image side.
  • the Abbe number and focal length of the seventh lens L7 on the d line are ⁇ d7 and f7, respectively. It is preferable that the following conditional expressions (7) to (9) are satisfied when the Abbe number and focal length of the 9 lens L9 on the d line are ⁇ d9 and f9, respectively. 60.0 ⁇ d7 + ⁇ d9 ⁇ 85.0 (7) ⁇ d7> ⁇ d9 (8) 2.0 ⁇ f7 / f9 ⁇ 4.5 (9)
  • Conditional expressions (7) and (8) are conditional expressions relating to the Abbe number of the two negative lenses (the seventh lens L7 and the ninth lens L9) of the second lens group G2, and the conditional expression (9) is This is a condition regarding the focal length of each negative lens as a single lens.
  • the two negative lenses in the second lens group G2 function to suppress chromatic aberration in combination with the at least two anomalous dispersion lenses in the second lens group G2. If the lower limit of conditional expression (7) is not reached, it will be difficult to suppress the secondary spectrum. If the upper limit of conditional expression (7) is exceeded, correction for the primary achromatic color will be insufficient.
  • Conditional expressions (8) and (9) are expressions indicating that there is a difference in the role of the two negative lenses in the second lens group G2 in reducing chromatic aberration.
  • the seventh lens L7 which is a more object-side negative lens in the second lens group G2, has a wide beam diameter particularly at the wide-angle end, and if the dispersion of this lens is strong, the aberration on the short wavelength side becomes large in the marginal ray.
  • conditional expression (9) If the lower limit of conditional expression (9) is not reached, astigmatism on the telephoto side increases and the required performance cannot be satisfied. Exceeding the upper limit of conditional expression (9) makes it difficult to correct axial chromatic aberration up to the near-infrared region, particularly on the wide-angle side.
  • conditional expression (7-1) 65.0 ⁇ d7 + ⁇ d9 ⁇ 80.0 (7-1)
  • conditional expression (9-1) 2.0 ⁇ f7 / f9 ⁇ 3.6 (9-1)
  • the most object side lens of the second lens group G2 is an aspheric lens, and the other lenses in the entire system are all spherical lenses.
  • the aspherical lens By arranging the aspherical lens on the most object side of the second lens group G2, it is easy to suppress aberration fluctuations during zooming.
  • the aspheric lens by disposing the aspheric lens at this position, it is possible to effectively correct aberration while suppressing the number of aspheric lenses and constructing at a low cost. It is possible to use only one aspherical lens in the entire system while satisfying the performance.
  • the zoom ratio from the wide-angle end to the telephoto end is 2.6 times or more. As a result, it is possible to realize a high zoom ratio as recently requested in the field of application of the zoom optical system.
  • this zooming optical system is suitable for realizing a lens system having a total angle of view of about 145 ° to 165 ° at the wide-angle end and a zooming factor of about 2.7 times.
  • the lens placed closest to the object is resistant to surface deterioration due to wind and rain, temperature changes due to direct sunlight, It is preferable to use a material resistant to chemicals such as detergents, that is, a material having high water resistance, weather resistance, acid resistance, chemical resistance, etc., and it is preferable to use a material that is hard and hard to break.
  • the material of the lens arranged closest to the object side is preferably glass, or transparent ceramics may be used.
  • variable magnification optical system when used in a harsh environment, a protective multilayer coating is preferably applied.
  • an antireflection coating film for reducing ghost light during use may be applied.
  • 3A, FIG. 3B, FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 7A, and FIG. 7B are sectional views of the variable magnification optical systems of Examples 2 to 12, respectively. B), FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 11A, FIG. 11B, FIG. 13A, FIG. 13B, FIG. 15A, and FIG. 17A, FIG. 17B, FIG. 19A, FIG. 19B, FIG. 21A, FIG. 21B, FIG. 23A, and FIG. .
  • the method for illustrating the lens cross-sectional views of Examples 2 to 12 is the same as that of the lens cross-sectional view of Example 1 described above.
  • Table 1 shows basic lens data of the variable magnification optical system of Example 1
  • Table 2 shows aspherical coefficients
  • Tables 3 to 24 show basic lens data and aspheric coefficients of the variable magnification optical systems of Examples 2 to 12, respectively.
  • the meaning of the symbols in the table will be described by taking the example of Example 1 as an example, but the examples of Examples 2 to 12 are basically the same unless otherwise specified.
  • the redundant description of the basic lens data and the aspherical coefficient table is omitted.
  • the surface number is indicated
  • the Ri column indicates the radius of curvature of the i-th surface
  • the Di column indicates the surface interval on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface.
  • the ⁇ dj column indicates the Abbe number of the j-th optical element with respect to the d-line
  • the ⁇ gFj column indicates the partial dispersion ratio between the g-line and the F-line of the j-th optical element.
  • the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
  • the upper table in Table 1 includes the aperture stop St, the optical member PP, and the image plane. In the column of the radius of curvature of the surface corresponding to the aperture stop St, “ ⁇ (aperture stop)” is described, and in the surface number column of the surface corresponding to the image surface Sim, “image surface” is described.
  • variable D9 variable D10
  • variable D19 is the distance between the second lens group G2 and the optical member PP. It is an interval.
  • the variable D10, the variable D11, and the variable D20 are used instead of the variable D9, the variable D10, and the variable D19.
  • Table 1 shows the focal length, F value (Fno.), Full field angle 2 ⁇ , variable D9, variable D10, and variable D19 of the entire system at the wide angle end and the telephoto end as data relating to zooming. .
  • degree is used as the unit of angle
  • mm is used as the unit of length.
  • the optical system can be used with proportional enlargement or reduction, other suitable units may be used. It can also be used.
  • the numerical values shown in each table described in this specification are rounded by a predetermined digit.
  • the aspherical surface is marked with * in the surface number, and the numerical value of the paraxial curvature radius is shown as the curvature radius of the aspherical surface.
  • Table 2 shows the aspheric coefficients related to these aspheric surfaces.
  • the numerical value “E ⁇ n” (n: integer) of the aspheric coefficient in Table 2 means “ ⁇ 10 ⁇ n ”, and “E + n” means “ ⁇ 10 n ”.
  • Zd Depth of aspheric surface (length of perpendicular drawn from a point on the aspherical surface at height Y to a plane perpendicular to the optical axis where the aspherical vertex contacts)
  • Y Height (distance from the optical axis to the lens surface)
  • C paraxial curvature K
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Example 1 is as follows.
  • the first lens group G1 in order from the object side, has a negative meniscus first lens L1 with a concave surface facing the image side and a plano-concave shape with a flat surface facing the object side. 5 comprising a second lens L2, a cemented lens in which a biconcave third lens L3 and a biconvex fourth lens L4 are cemented, and a negative meniscus fifth lens L5 having a concave surface facing the object side.
  • the second lens group G2 has a biconvex sixth lens L6, a biconcave seventh lens L7, a biconvex eighth lens L8, and a negative surface with a concave surface facing the image side.
  • This is a five-lens configuration composed of a cemented lens in which a meniscus ninth lens L9 and a biconvex tenth lens L10 are cemented.
  • the aspheric surfaces are formed on both surfaces of the sixth lens L6.
  • the aperture stop St is fixed at the time of zooming.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Examples 2 and 5 is the same as that of Example 1 described above.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Examples 3 and 4 differs from that of Example 1 only in that the seventh lens L7 has a negative meniscus shape with the concave surface facing the image side.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical systems of Examples 6, 7, and 9 differs from that of Example 1 only in that the second lens L2 has a biconcave shape.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Example 8 is that the second lens L2 has a negative meniscus shape with the concave surface facing the image side, and the seventh lens L7 has a plano-concave shape with the plane facing the object side. Only the difference from that of Example 1.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Example 10 is as follows.
  • the first lens group G1 in order from the object side, has a negative meniscus first lens L1 with a concave surface facing the image side and a negative meniscus shape with the concave surface facing the image side.
  • the second lens L2 From the second lens L2, the negative meniscus third lens L3 with the concave surface facing the image side, the biconcave fourth lens L4, and the positive meniscus fifth lens L5 with the concave surface facing the image side
  • the second lens group G2 includes a biconvex sixth lens L6, a plano-concave seventh lens L7 having a plane facing the object side, and a biconvex eighth lens L8.
  • the aspheric surfaces are formed on both surfaces of the sixth lens L6.
  • the aperture stop St is fixed at the time of zooming.
  • the schematic configuration of the variable magnification optical system of Examples 11 and 12 differs from that of Example 10 only in that the seventh lens L7 has a biconcave shape.
  • 2E to 2H show spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification), respectively.
  • Each aberration diagram is based on the d-line, but the spherical aberration diagram also shows aberrations relating to the g-line (wavelength 435.8 nm), the C-line (wavelength 656.3 nm), and the wavelength 880 nm, and the lateral chromatic aberration diagram shows the g-line. And aberrations for the C line.
  • the sagittal direction is indicated by a solid line, and the tangential direction is indicated by a dotted line.
  • Fno Of spherical aberration diagram. Means F value, and ⁇ in other aberration diagrams means half angle of view.
  • Table 25 shows corresponding values of conditional expressions (1) to (4), (7), and (9) of the variable magnification optical systems of Examples 1 to 12. Since the corresponding values of the conditional expressions (5), (6), and (8) are apparent without reference to the basic lens data, the description in Table 25 is omitted.
  • variable power optical systems of Examples 1 to 12 are all 10-lens lens systems, and the total number of aspherical lenses used in the entire system is only one, which is small and can be manufactured inexpensively.
  • the F value at the wide-angle end is about 1.3 and a large aperture ratio is secured, and the total angle of view at the wide-angle end is about 145 ° to 165 °.
  • Wide angle and high zoom ratio of 2.6 to 2.7 times, and each aberration is corrected well, especially in the near-infrared region near the wavelength of 880 nm from the short wavelength side of the visible region. Chromatic aberration is satisfactorily corrected over a wide band up to and has high optical performance.
  • FIG. 25 shows a schematic configuration diagram of an imaging apparatus using the variable magnification optical system of the embodiment of the present invention as an example of the imaging apparatus of the embodiment of the present invention.
  • the imaging device include a surveillance camera, a video camera, and an electronic still camera.
  • An imaging apparatus 10 illustrated in FIG. 25 includes a variable magnification optical system 1, a filter 2 disposed on the image side of the variable magnification optical system 1, and an imaging element 3 that captures an image of a subject formed by the variable magnification optical system. And a signal processing unit 4 that performs arithmetic processing on an output signal from the image sensor 3.
  • the variable magnification optical system 1 includes a negative first lens group G1, an aperture stop St, and a positive second lens group G2.
  • FIG. 25 conceptually shows each lens group.
  • the imaging device 3 converts an optical image formed by the variable magnification optical system 1 into an electric signal, and the imaging surface thereof is arranged so as to coincide with the image plane of the variable magnification optical system.
  • a CCD or a CMOS can be used as the imaging element 3.
  • the imaging apparatus 10 includes a zooming control unit 5 for zooming the zooming optical system 1, a focus control unit 6 for adjusting the focus of the zooming optical system 1, and the aperture diameter of the aperture stop St.
  • a diaphragm control unit 7 is provided for changing.
  • FIG. 25 shows a configuration in the case where the focus adjustment is performed by moving the first lens group G1, but the focus adjustment method of the present invention is not necessarily limited to this example.
  • the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
  • the values of the radius of curvature, the surface interval, the refractive index, the Abbe number, the aspherical coefficient, etc. of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and can take other values.

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Abstract

【課題】変倍光学系において、広角と高倍率を両立させながら、小型かつ安価に構成可能で、可視域から近赤外域にわたる広い波長域で使用可能であり、高性能である。 【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、正の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２）とを備え、変倍時に第１レンズ群（Ｇ１）と第２レンズ群（Ｇ２）との光軸方向の間隔が変化する。第１レンズ群（Ｇ１）の最も像側に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置され、該負メニスカスレンズの光軸上の厚さをｄ５とし、該負メニスカスレンズと該負メニスカスレンズの物体側直前のレンズとの軸上空気間隔をｄ４５としたとき、下記条件式（１）を満足する。　０．５＜ｄ４５／ｄ５＜３．０　…　（１）

Description

変倍光学系および撮像装置
　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で、可視域から近赤外域にわたる広い波長域で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、小型で安価に構成可能で、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、かつ、広い範囲を撮影可能なように広角であり、高い光学性能を有することが要求される。さらに、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り、高変倍比であることも求められている。
　また、昼夜兼用の監視カメラ用途では、無人の施設に設置し、昼間は可視光、夜間は近赤外光による撮影が行われることが多いため、可視域から近赤外域にわたる広い波長域で色収差が良好に補正されていることが求められ、特に軸上色収差が良好に補正されていることが求められる。
　上記分野のカメラ用ズームレンズとしては、例えば、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群とからなる２群構成のものが従来知られている（下記特許文献１～３参照）。特許文献１には、第１レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとからなるズームレンズが記載されている。特許文献２には、第１レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズと、負レンズとからなり、第１レンズ群の最も像側に両凹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３には、第１レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、負レンズと、正レンズと、正レンズとからなるズームレンズが記載されている。
特開２００７－９４３７１号公報 特開２００９－２７１１６５号公報 特開２００８－２１６５９１号公報
　しかしながら、特許文献１、２に記載の２群構成のズームレンズはともに、全画角が１８０°程度あるが、変倍比が低く、近年の要望を満たすものとはいえない。特許文献３に記載のズームレンズは、全画角が１２０°程度しかなく、さらに非球面レンズを２枚以上使用しているためコスト的に不利である。また、特許文献１～３に記載のズームレンズは、必ずしも可視域から近赤外域にわたる広い波長域での使用を想定したものではない。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広角と高倍率を両立させながら、小型かつ安価に構成可能で、可視域から近赤外域にわたる広い波長域で使用可能な高性能の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、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する変倍光学系であって、第１レンズ群の最も像側に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置され、該負メニスカスレンズの光軸上の厚さをｄ５とし、該負メニスカスレンズと該負メニスカスレンズの物体側直前のレンズとの軸上空気間隔をｄ４５としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
　　　０．５＜ｄ４５／ｄ５＜３．０　…　（１）
　本発明の第１の変倍光学系においては、上記条件式（１）に代わり、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（１－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　０．８８＜ｄ４５／ｄ５＜１．８２　…　（１－１）
　　　１．１＜ｄ４５／ｄ５＜１．４　…　（１－２）
　本発明の第１の変倍光学系においては、第１レンズ群の最も物体側の面から第１レンズ群の最も像側の面までの光軸上の厚さをＬＧ１としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（２－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１５　…　（２）
　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１　…　（２－１）
　　　０．０６＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．０８　…　（２－２）
　本発明の第１の変倍光学系においては、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、第１レンズ群の最も像側の負メニスカスレンズの焦点距離をｆ５としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（３－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜１２．０　…　（３）
　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜９．３　…　（３－１）
　　　７．５＜ｆ５／ｆＧ１＜８．５　…　（３－２）
　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、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する変倍光学系であって、第１レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、物体側より像側の面の曲率半径の絶対値が小さく、像側に凹面を向けた負の第２レンズと、負の第３レンズおよび正の第４レンズが接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第５レンズとからなることを特徴とするものである。
　本発明の第２の変倍光学系においては、第２レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３とし、第２レンズの像側の面の曲率半径をＲ４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４－１）を満足することがより好ましい。
　　　０．８＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．５　…　（４）
　　　０．９＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．２　…　（４－１）
　本発明の第３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、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する変倍光学系であって、第２レンズ群は、物体側から順に、正の第６レンズと、負の第７レンズと、正の第８レンズと、負の第９レンズおよび正の第１０レンズが接合された接合レンズとからなり、第６レンズ、第８レンズ、第１０レンズの３枚の正レンズは全て両凸レンズであり、第２レンズ群のこれら３枚の正レンズのうち少なくとも２枚のレンズは、ｄ線におけるアッベ数をνｄとし、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をそれぞれＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとし、ｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦをθｇＦ＝（Ｎｇ－ＮＦ）／（ＮＦ－ＮＣ）で定義したとき、下記条件式（５）、（６）を満足することを特徴とするものである。
　　　８０．０＜νｄ　…　（５）
　　　０．５３０＜θｇＦ　…　（６）
　本発明の第３の変倍光学系においては、第７レンズのｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ７、ｆ７とし、第９レンズのｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ９、ｆ９としたとき、下記条件式（７）～（９）を満足することが好ましい。
　　　６０．０＜νｄ７＋νｄ９＜８５．０　…　（７）
　　　νｄ７＞νｄ９　…　（８）
　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜４．５　…　（９）
　本発明の第３の変倍光学系においては、上記条件式（７）に代わり、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
　　　６５．０＜νｄ７＋νｄ９＜８０．０　…　（７－１）
　本発明の第３の変倍光学系においては、上記条件式（９）に代わり、下記条件式（９－１）を満足することがより好ましい。
　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜３．６　…　（９－１）
　本発明の第１～第３の変倍光学系においては、広角端から望遠端への変倍率が、２．６倍以上であることが好ましい。
　本発明の第１～第３の変倍光学系においては、第２レンズ群の最も物体側のレンズが非球面レンズであり、全系における他のレンズは全て球面レンズであることが好ましい。
　なお、上記本発明の変倍光学系における「～とからなり」、「～とからなる」は、実質的なことを意味するものであり、本発明の変倍光学系は、構成要件として挙げたレンズ群やレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、等を含んでもよいものとする。
　なお、上記本発明の変倍光学系におけるレンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。
　なお、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた形状のものを正とし、像側に凸面を向けた形状のものを負とすることにする。
　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、正の第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔が変化する変倍光学系において、第１レンズ群の最も像側に物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを配置し、この負メニスカスレンズの中心厚と、この負メニスカスレンズの物体側直前の空気間隔との比を好適に設定しているため、広角と高倍率を両立させながら、小型かつ安価に構成可能で、可視域から近赤外域にわたる広帯域において色収差を良好に補正可能で、高性能の変倍光学系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、正の第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔が変化する変倍光学系において、第１レンズ群を構成する各レンズの屈折力や形状を詳細に好適に設定しているため、広角と高倍率を両立させながら、小型かつ安価に構成可能で、可視域から近赤外域にわたる広帯域において色収差を良好に補正可能で、高性能の変倍光学系を実現することができる。
　本発明の第３の変倍光学系は、物体側から順に、負の第１レンズ群と、正の第２レンズ群とからなり、変倍時に第１レンズ群と第２レンズ群の光軸方向の間隔が変化する変倍光学系において、第２レンズ群を構成する各レンズの屈折力や形状を好適に設定し、さらに第２レンズ群の正レンズに関する分散特性を好適に設定しているため、広角と高倍率を両立させながら、小型かつ安価に構成可能で、可視域から近赤外域にわたる広帯域において色収差を良好に補正可能で、高性能の変倍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、小型で安価に構成でき、広い画角および高い倍率での撮像が可能であり、可視域から近赤外域にわたる広帯域で良好な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（Ｈ）は本発明の実施例１の変倍光学系の各収差図 図３（Ａ）、図３（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４（Ａ）～図４（Ｈ）は本発明の実施例２の変倍光学系の各収差図 図５（Ａ）、図５（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６（Ａ）～図６（Ｈ）は本発明の実施例３の変倍光学系の各収差図 図７（Ａ）、図７（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 図９（Ａ）、図９（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１０（Ａ）～図１０（Ｈ）は本発明の実施例５の変倍光学系の各収差図 図１１（Ａ）、図１１（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 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例７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１４（Ａ）～図１４（Ｈ）は本発明の実施例７の変倍光学系の各収差図 図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例８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１６（Ａ）～図１６（Ｈ）は本発明の実施例８の変倍光学系の各収差図 図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例９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１８（Ａ）～図１８（Ｈ）は本発明の実施例９の変倍光学系の各収差図 図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１０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２０（Ａ）～図２０（Ｈ）は本発明の実施例１０の変倍光学系の各収差図 図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１１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２２（Ａ）～図２２（Ｈ）は本発明の実施例１１の変倍光学系の各収差図 図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１２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２４（Ａ）～図２４（Ｈ）は本発明の実施例１２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。本発明の一実施形態にかかる変倍光学系の断面図を図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す。図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す構成例は、図１（Ａ）の上方に実施例１と記載しているように、後述の実施例１の変倍光学系に対応している。ここでは、この図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す構成例を参照しながら、本発明の実施形態にかかる変倍光学系について説明する。
　この変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とが配列されて構成される。変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との光軸方向の間隔が変化する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦した状態でのこの変倍光学系の広角端、望遠端におけるレンズ配置を示しており、図の左側が物体側、右側が像側である。また、図１（Ａ）、図１（Ｂ）の間には変倍に伴い移動するレンズ群の移動軌跡を模式的に矢印で示してある。
　変倍光学系が撮像装置に搭載される際には、撮像素子の撮像面を保護するカバーガラスや、撮像装置の仕様に応じた色分解プリズム等のプリズム、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタを備えるように撮像装置を構成することが好ましい。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に示す例では、開口絞りＳｔは第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に位置し、変倍時に固定されている。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す開口絞りＳｔは大きさや形状を表すものではなく、光軸上での位置を示すものである。
　本変倍光学系は、２群構成で、物体側から順に、負、正のパワー配置とし、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔変動により変倍を行うものであり、このような構成は広角化に有利となる。
　第１レンズ群Ｇ１は、例えば図１（Ａ）に示すように、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズＬ１と、物体側より像側の面の曲率半径の絶対値が小さく、像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２と、負の第３レンズＬ３および正の第４レンズＬ４が接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第５レンズＬ５とが配列されてなる５枚構成とすることができる。
　また、第２レンズ群Ｇ２は、例えば図１（Ａ）に示すように、物体側から順に、正の第６レンズＬ６と、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、負の第９レンズＬ９および正の第１０レンズＬ１０が接合された接合レンズとが配列されてなる５枚構成とすることができる。
　上記のように、第１レンズ群Ｇ１の物体側に３枚の負レンズを配置した場合には、広角化に有利となる。また、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２ともに、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズを有する場合には、色収差の補正に有利となる。
　本変倍光学系においては、小型化と低コスト化のためには、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２ともに５枚構成とすることが好ましい。また、上述した第１レンズＬ１～第５レンズＬ５からなる第１レンズ群Ｇ１において、第３レンズＬ３を両凹レンズ、第４レンズＬ４を両凸レンズとした場合には、色収差を良好に補正することができる。また、上述した第６レンズＬ６～第１０レンズＬ１０からなる第２レンズ群Ｇ２において、第９レンズＬ９を像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとすることが好ましく、これにより軸上色収差を良好に補正することができる。
　第１レンズ群Ｇ１の最も像側に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ（図１（Ａ）の例では第５レンズＬ５）を配置した場合には、変倍により生じる像面変動やマージナル光線に起因する色収差を抑制することが可能になる。この第１レンズ群Ｇ１の最も像側に配置される物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズは、第１レンズ群Ｇ１で発生する収差変動を緩和する役割を果たすことができる。
　すなわち、第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズをメニスカス形状とすることで、このレンズの屈折力をあまり強くならないようにして第１レンズ群Ｇ１に寄与する量を適度に設定しながら、第１レンズ群Ｇ１で発生する諸収差を良好に補正することが容易になる。また、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズを単レンズとして物体側に凹面を向けた形状とすることで、小型化を図りながら、その物体側直前のレンズ（図１（Ａ）の例では第４レンズＬ４）との間に空気レンズを形成することが可能になり、球面収差や色収差を良好に補正することが可能になる。
　第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの光軸上の厚さをｄ５とし、この負メニスカスレンズと、該負メニスカスレンズの物体側直前のレンズとの軸上空気間隔をｄ４５としたとき、下記条件式（１）を満足することが好ましい。
　　　０．５＜ｄ４５／ｄ５＜３．０　…　（１）
　条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの中心厚と、このレンズの物体側直前の空気間隔の比の関係式である。条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズとその物体側直前のレンズとの空気間隔が小さくなり、広角側において周辺光量を確保するためにこの負メニスカスレンズの物体側の面の曲率半径の絶対値を大きくしなければならず、そうすると色収差を抑制する効果が弱まってしまう。
　条件式（１）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の総厚（第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の面から第１レンズ群Ｇ１の最も像側の面までの光軸上の厚さ）が大きくなる傾向にあり、変倍によるレンズ群の移動量が制限され、全体の小型化や高倍率化に不利となる。また、軸上色収差と倍率色収差のバランスが悪化する。
　上記事情から、条件式（１）に代わり、下記条件式（１－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（１－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　０．８８＜ｄ４５／ｄ５＜１．８２　…　（１－１）
　　　１．１＜ｄ４５／ｄ５＜１．４　…　（１－２）
　また、第１レンズ群Ｇ１の総厚をＬＧ１とするとき、上記ｄ４５とこの総厚ＬＧ１に関して、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１５　…　（２）
　条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１の総厚と、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの物体側直前の空気間隔の比の関係式である。条件式（２）の下限を下回ると、この空気間隔が短くなり収差補正の効果が弱まる、または、第１レンズ群Ｇ１の総厚が長くなり小型化に不利になる。条件式（２）の上限を上回ると、この空気間隔が長くなり小型化、高変倍率化が困難になる、または、第１レンズ群Ｇ１の総厚が短くなり第１レンズ群Ｇ１の他のレンズに対する厚みや形状等の制約が厳しくなり、収差補正をする際の自由度が低下する。
　上記事情から、条件式（２）に代わり、下記条件式（２－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（２－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１　…　（２－１）
　　　０．０６＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．０８　…　（２－２）
　また、本変倍光学系においては、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１とし、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの焦点距離をｆ５としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜１２．０　…　（３）
　第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であるｆＧ１は、レンズ系全体の焦点距離や第２レンズ群Ｇ２との屈折力配置にも関係する量である。条件式（３）は、第１レンズ群Ｇ１全体の屈折力と、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの屈折力の比の関係式であり、第１レンズ群Ｇ１に対する、この負メニスカスレンズの寄与の量を示す関係式である。
　条件式（３）の下限を下回ると、この負メニスカスレンズの寄与が大きくなりすぎ、第１レンズ群Ｇ１中の屈折力配置を乱してしまう。本変倍光学系のような負レンズ群先行の２群構成の変倍光学系において全系の広角化を図るには、第１レンズ群Ｇ１の物体側に負レンズが配置されることになり、例えば図１（Ａ）に示す例のように、物体側に負の第１レンズＬ１、負の第２レンズＬ２が配置され、全系の広角化を図るためにこれら２枚のレンズが比較的強い負の屈折力を有し、第１レンズ群Ｇ１全体の負の屈折力に対して支配的となる。ここで、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの屈折力が必要以上に強くなると、第１レンズ群Ｇ１の物体側の負レンズや第１レンズ群Ｇ１全体の屈折力が変わり、広角化や高倍率化に影響し、所望の画角や変倍率が得られなくなる。逆に、条件式（３）の上限を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の最も像側の負メニスカスレンズの寄与が小さくなりすぎ、色収差を補正する効果が弱まってしまう。
　上記事情から、条件式（３）に代わり、下記条件式（３－１）を満足することがより好ましく、下記条件式（３－２）を満足することがさらにより好ましい。
　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜９．３　…　（３－１）
　　　７．５＜ｆ５／ｆＧ１＜８．５　…　（３－２）
　また、本変倍光学系においては、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズＬ１と、物体側より像側の曲率半径の絶対値が小さく、像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２と、負の第３レンズＬ３および正の第４レンズＬ４が接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第５レンズＬ５とからなる５枚構成である場合、第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径をＲ３とし、像側の面の曲率半径をＲ４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
　　　０．８＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．５　…　（４）
　条件式（４）の下限を満足し、かつ（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１となる場合は第２レンズＬ２はメニスカスレンズとなり、（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＞１の場合は第２レンズＬ２は両凹レンズとなる。（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）が大きいほど、高画角域で歪曲収差が大きく、画角も大きくなる。同時に高画角域での像面変動に対する第２レンズＬ２の寄与が大きくなる。条件式（４）の下限を下回ると、広角端でタンジェンシャル像面が像側に倒れ、望遠端で球面収差が大きくなる傾向を補正することが困難になる。条件式（４）の上限を上回ると、広角端で特にサジタル像面が高画角域で急激に物体側に倒れる傾向を補正することが困難になる。
　上記事情から、条件式（４）に代わり、下記条件式（４－１）を満足することがより好ましい。
　　　０．９＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．２　…　（４－１）
　また、本変倍光学系においては、第２レンズ群Ｇ２が、物体側から順に、正の第６レンズＬ６と、負の第７レンズＬ７と、正の第８レンズＬ８と、負の第９レンズＬ９および正の第１０レンズＬ１０が接合された接合レンズとからなり、第２レンズ群Ｇ２の上記３枚の正レンズ（第６レンズＬ６、第８レンズＬ８、第１０レンズＬ１０）は全て両凸レンズであり、上記３枚の正レンズのうち少なくとも２枚のレンズは、下記条件式（５）、（６）を満足することが好ましい。ここで、νｄはｄ線におけるアッベ数であり、θｇＦはｇ線とＦ線間の部分分散比であり、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をそれぞれＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとし、θｇＦ＝（Ｎｇ－ＮＦ）／（ＮＦ－ＮＣ）で定義されるものである。
　　　８０．０＜νｄ　…　（５）
　　　０．５３０＜θｇＦ　…　（６）
　条件式（５）および条件式（６）は、第２レンズ群Ｇ２中の両凸レンズに関する式である。第２レンズ群Ｇ２中の上記３枚の正レンズのうち、少なくとも２枚のレンズについて条件式（５）および（６）を満足することで、第２レンズ群Ｇ２の少なくとも２枚の両凸レンズを異常分散性を有する材料で構成されたレンズ（以下、異常分散レンズという）とすることができる。異常分散レンズは、色収差の２次スペクトルの低減に必要であり、可視域から近赤外域までの広波長帯域での色収差補正には少なくとも２枚の異常分散レンズの使用が有効である。
　第２レンズ群Ｇ２が、上記の第５レンズＬ５～第１０レンズＬ１０の５枚のレンズからなり、上記条件式（５）、（６）を満足する場合、第１レンズ群Ｇ１は図１に示す構成とは異なる別の態様を採ることが可能である。別の態様とは、例えば後述の実施例に示すように、第１レンズ群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第２レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第３レンズと、両凹形状の第４レンズと、像側に凹面を向けた正メニスカスレンズである第５レンズとが配列されてなる５枚構成とすることができる。
　上記の別の態様の例では、第１レンズ群の物体側に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズを３枚連続して配置することで広角化に有利となる。また、両凹レンズである第４レンズの像側直後に、物体側の面が凸面となるメニスカス形状の第５レンズを配置することで、小型化を図りながら、球面収差を良好に補正することが可能になる。また、第２レンズ群Ｇ２が、上記の第５レンズＬ５～第１０レンズＬ１０の５枚のレンズからなり、上記条件式（５）、（６）を満足する場合は、第１レンズ群を接合されていない単レンズのみで構成することも可能であり、その場合はコスト的に有利となる。
　第２レンズ群Ｇ２が、上記の第５レンズＬ５～第１０レンズＬ１０の５枚のレンズを備えている場合、第７レンズＬ７のｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ７、ｆ７とし、第９レンズＬ９のｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ９、ｆ９としたとき、下記条件式（７）～（９）を満足することが好ましい。
　　　６０．０＜νｄ７＋νｄ９＜８５．０　…　（７）
　　　νｄ７＞νｄ９　…　（８）
　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜４．５　…　（９）
　可視域から近赤外域までの広波長帯域での色収差の低減には、正レンズに異常分散材料を用いるだけでなく、色消しの対となる負レンズの性質をも適切に選択する必要がある。条件式（７）および（８）は、第２レンズ群Ｇ２の上記２枚の負レンズ（第７レンズＬ７、第９レンズＬ９）のアッベ数に関する条件式であり、条件式（９）は、各負レンズの単レンズとしての焦点距離に関する条件である。
　第２レンズ群Ｇ２の上記２枚の負レンズは、第２レンズ群Ｇ２の上記少なくとも２枚の異常分散レンズとの組み合わせで色収差を抑える働きをする。条件式（７）の下限を下回ると、２次スペクトルを抑えることが困難になる。条件式（７）の上限を上回ると、１次の色消しについて補正不足となる。
　条件式（８）、（９）は、第２レンズ群Ｇ２中の２枚の負レンズの、色収差低減に対する役割に差があることを示す式である。第２レンズ群Ｇ２中の、より物体側の負レンズである第７レンズＬ７は、特に広角端において光束径が広く、このレンズの分散が強いとマージナル光線において短波長側の収差が大きくなる。第２レンズ群Ｇ２において、第７レンズＬ７より第９レンズＬ９の屈折力を強くし、分散の大きい材料を用いることにより、色収差を良好に補正することが可能となる。条件式（９）の下限を下回ると、望遠側での非点収差が増大し、要求される性能を満たせなくなる。条件式（９）の上限を上回ると、特に広角側において近赤外域までの軸上色収差を補正することが困難になる。
　上記事情から、条件式（７）に代わり、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
　　　６５．０＜νｄ７＋νｄ９＜８０．０　…　（７－１）
　上記事情から、条件式（９）に代わり、下記条件式（９－１）を満足することがより好ましい。
　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜３．６　…　（９－１）
　また、本変倍光学系においては、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズが非球面レンズであり、全系における他のレンズは全て球面レンズであることが好ましい。第２レンズ群Ｇ２の最も物体側に非球面レンズを配置することで、変倍時の収差変動を抑制することが容易になる。また、この非球面レンズをこの位置に配置することで、非球面レンズの枚数を抑制して低コストに構成しながら効果的に良好な収差補正を行うことが可能になり、例えば、所望の仕様や性能を満足しながら全系における非球面レンズはこの１枚のみとすることが可能となる。
　また、本変倍光学系においては、広角端から望遠端への変倍率が、２．６倍以上であることが好ましい。これにより、本変倍光学系の適用分野において近年要望されている程度の高変倍を実現することができる。
　具体的には例えば、本変倍光学系は、広角端での全画角が１４５°～１６５°程度、変倍率が２．７倍程度のレンズ系を実現するのに好適である。
　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料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。これらの要望を満たすことが重視される場合は最も物体側に配置されるレンズの材質はガラスとすることが好ましく、または透明なセラミックスを用いてもよい。
　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。
　なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す例では、最も像側のレンズのさらに像側に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、各種フィルタを各レンズの間に配置することも可能であり、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２～１２の変倍光学系のレンズ断面図をそれぞれ、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）に示す。これら実施例２～１２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の変倍光学系の基本レンズデータを表１に、非球面係数を表２に示す。同様に、実施例２～１２の変倍光学系の基本レンズデータ、非球面係数をそれぞれ表３～表２４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２～１２のものについても特に断りがない限り基本的に同様であるため、実施例２～１２の基本レンズデータ、非球面係数の表については重複説明を省略する。
　表１の上段の表において、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を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、θｇＦｊの欄にはｊ番目の光学要素のｇ線とＦ線間の部分分散比を示している。
　なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。表１の上段の表には、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に相当する面の曲率半径の欄には「∞（開口絞り）」と記載し、像面Ｓｉｍに相当する面の面番号の欄には「像面」と記載している。
　表１の上段の表において、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には可変Ｄ９、可変Ｄ１０、可変Ｄ１９と記載している。可変Ｄ９は第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳｔとの間隔であり、可変Ｄ１０は開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、可変Ｄ１９は第２レンズ群Ｇ２と光学部材ＰＰとの間隔である。ただし、実施例１０～１２では、上記の可変Ｄ９、可変Ｄ１０、可変Ｄ１９の代わりに可変Ｄ１０、可変Ｄ１１、可変Ｄ２０を用いている。
　表１の下段には、変倍に関するデータとして、広角端と望遠端における、全系の焦点距離、Ｆ値（Ｆｎｏ．）、全画角２ω、可変Ｄ９、可変Ｄ１０、可変Ｄ１９の値を示す。表１では、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。また、本明細書に記載する各表に示す数値は、所定の桁でまるめたものである。
　表１の上段の表では、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２の非球面係数の数値の「Ｅ－ｎ」（ｎ：整数）は「×１０－ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０ｎ」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＝３、４、５、…２０）の値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＹ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）
Ｙ：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＝３、４、５、…２０）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
　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、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、物体側に平面を向けた平凹形状の第２レンズＬ２と、両凹形状の第３レンズＬ３および両凸形状の第４レンズＬ４が接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第５レンズＬ５とからなる５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２が、両凸形状の第６レンズＬ６と、両凹形状の第７レンズＬ７と、両凸形状の第８レンズＬ８と、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第９レンズＬ９および両凸形状の第１０レンズＬ１０が接合された接合レンズとからなる５枚構成である。非球面は、第６レンズＬ６の両側の面に形成されている。開口絞りＳｔは変倍時に固定されている。
　実施例２、５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、４の変倍光学系の概略構成は、第７レンズＬ７が像側に凹面を向けた負メニスカス形状である点のみ実施例１のものと異なる。実施例６、７、９の変倍光学系の概略構成は、第２レンズＬ２が両凹形状である点のみ実施例１のものと異なる。実施例８の変倍光学系の概略構成は、第２レンズＬ２が像側に凹面を向けた負メニスカス形状である点、第７レンズＬ７が物体側に平面を向けた平凹形状である点のみ実施例１のものと異なる。
　実施例１０の変倍光学系の概略構成は、以下のとおりである。実施例１０の変倍光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１が、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第３レンズＬ３と、両凹形状の第４レンズＬ４と、像側に凹面を向けた正メニスカス形状の第５レンズＬ５とからなる５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２が、両凸形状の第６レンズＬ６と、物体側に平面を向けた平凹形状の第７レンズＬ７と、両凸形状の第８レンズＬ８と、像側に凹面を向けた負メニスカス形状の第９レンズＬ９および両凸形状の第１０レンズＬ１０が接合された接合レンズとからなる５枚構成である。非球面は、第６レンズＬ６の両側の面に形成されている。開口絞りＳｔは変倍時に固定されている。実施例１１、１２の変倍光学系の概略構成は、第７レンズＬ７が両凹形状である点のみ実施例１０のものと異なる。
　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２（Ａ）～図２（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２（Ｅ）～図２（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）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、波長８８０ｎｍ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２～１２の変倍光学系の広角端、望遠端における各収差図を図４（Ａ）～図４（Ｈ）、図６（Ａ）～図６（Ｈ）、図８（Ａ）～図８（Ｈ）、図１０（Ａ）～図１０（Ｈ）、図１２（Ａ）～図１２（Ｈ）、図１４（Ａ）～図１４（Ｈ）、図１６（Ａ）～図１６（Ｈ）、図１８（Ａ）～図１８（Ｈ）、図２０（Ａ）～図２０（Ｈ）、図２２（Ａ）～図２２（Ｈ）、図２４（Ａ）～図２４（Ｈ）に示す。
　実施例１～１２の変倍光学系の条件式（１）～（４）、（７）、（９）の対応値を表２５に示す。条件式（５）、（６）、（８）の対応値については算出しなくても基本レンズデータを参照すれば明らかなため、表２５への記載を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
　実施例１～１２の変倍光学系は全て、１０枚構成のレンズ系であり、全系での非球面レンズの使用枚数は１枚のみであり、小型で安価に作製可能である。また、実施例１～１２の変倍光学系は、広角端でのＦ値が１．３程度と大口径比を確保した上で、広角端での全画角が約１４５°～１６５°と広角であり、さらに変倍比が２．６～２．７倍と高倍率を実現しており、各収差が良好に補正され、特に、可視域の短波長側から波長８８０ｎｍ付近の近赤外域までの広帯域において色収差が良好に補正されて高い光学性能を有する。
　図２５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２５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２５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変倍制御部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２５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。

Claims (18)

  1. 　物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する変倍光学系であって、
    　前記第１レンズ群の最も像側に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズが配置され、
    　該負メニスカスレンズの光軸上の厚さをｄ５とし、該負メニスカスレンズと該負メニスカスレンズの物体側直前のレンズとの軸上空気間隔をｄ４５としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする変倍光学系。
    　　　０．５＜ｄ４５／ｄ５＜３．０　…　（１）
  2. 　前記第１レンズ群の最も物体側の面から前記第１レンズ群の最も像側の面までの光軸上の厚さをＬＧ１としたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
    　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１５　…　（２）
  3. 　前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、前記第１レンズ群の前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ５としたとき、下記条件式（３）を満足す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。
    　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜１２．０　…　（３）
  4. 　下記条件式（１－１）を満足す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。
    　　　０．８８＜ｄ４５／ｄ５＜１．８２　…　（１－１）
  5. 　前記第１レンズ群の最も物体側の面から前記第１レンズ群の最も像側の面までの光軸上の厚さをＬＧ１としたとき、下記条件式（２－１）を満足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。
    　　　０．０５＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．１　…　（２－１）
  6. 　前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、前記第１レンズ群の前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ５としたとき、下記条件式（３－１）を満足す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。
    　　　５．５＜ｆ５／ｆＧ１＜９．３　…　（３－１）
  7. 　下記条件式（１－２）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    　　　１．１＜ｄ４５／ｄ５＜１．４　…　（１－２）
  8. 　前記第１レンズ群の最も物体側の面から前記第１レンズ群の最も像側の面までの光軸上の厚さをＬＧ１としたとき、下記条件式（２－２）を満足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。
    　　　０．０６＜ｄ４５／ＬＧ１＜０．０８　…　（２－２）
  9. 　前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、前記第１レンズ群の前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ５としたとき、下記条件式（３－２）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    　　　７．５＜ｆ５／ｆＧ１＜８．５　…　（３－２）
  10. 　物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化す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、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、物体側より像側の面の曲率半径の絶対値が小さく、像側に凹面を向けた負の第２レンズと、負の第３レンズおよび正の第４レンズが接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズである第５レンズとからなることを特徴とする変倍光学系。
  11. 　前記第２レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３とし、前記第２レンズの像側の面の曲率半径をＲ４としたとき、下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１０に記載の変倍光学系。
    　　　０．８＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．５　…　（４）
  12. 　下記条件式（４－１）を満足することを特徴とする請求項１１に記載の変倍光学系。
    　　　０．９＜（Ｒ３－Ｒ４）／（Ｒ３＋Ｒ４）＜１．２　…　（４－１）
  13. 　物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、変倍時に前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との光軸方向の間隔が変化する変倍光学系であって、
    　前記第２レンズ群は、物体側から順に、正の第６レンズと、負の第７レンズと、正の第８レンズと、負の第９レンズおよび正の第１０レンズが接合された接合レンズとからなり、
    　前記第６レンズ、前記第８レンズ、前記第１０レンズの３枚の正レンズは全て両凸レンズであり、
    　前記第２レンズ群の前記３枚の正レンズのうち少なくとも２枚のレンズは、ｄ線におけるアッベ数をνｄとし、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をそれぞれＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとし、ｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦをθｇＦ＝（Ｎｇ－ＮＦ）／（ＮＦ－ＮＣ）で定義したとき、下記条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする変倍光学系。
    　　　８０．０＜νｄ　…　（５）
    　　　０．５３０＜θｇＦ　…　（６）
  14. 　前記第７レンズのｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ７、ｆ７とし、前記第９レンズのｄ線におけるアッベ数、焦点距離をそれぞれνｄ９、ｆ９としたとき、下記条件式（７）～（９）を満足することを特徴とする請求項１３に記載の変倍光学系。
    　　　６０．０＜νｄ７＋νｄ９＜８５．０　…　（７）
    　　　νｄ７＞νｄ９　…　（８）
    　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜４．５　…　（９）
  15. 　下記条件式（７－１）、（８）、（９－１）を満足することを特徴とする請求項１４に記載の変倍光学系。
    　　　６５．０＜νｄ７＋νｄ９＜８０．０　…　（７－１）
    　　　νｄ７＞νｄ９　…　（８）
    　　　２．０＜ｆ７／ｆ９＜３．６　…　（９－１）
  16. 　広角端から望遠端への変倍率が、２．６倍以上であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  17. 　前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが非球面レンズであり、全系における他のレンズは全て球面レンズであることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  18. 　請求項１から１７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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