JP5809277B2

JP5809277B2 - 変倍光学系および撮像装置

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Inventors: 伸吉池田; 長　倫生; 倫生長
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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、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラなどの撮像装置に用いられる光学系として、ＣＣＴＶ（Closed-circuit Television）用変倍光学系が開発されている。このようなＣＣＴＶ用変倍光学系として、４群構成のものは、鏡胴・変倍機構の簡素さおよび扱い易さ等の利点が多く、多くのものが提案されている（例えば、下記特許文献１〜７参照）。

また、４群構成と比較して光学系の構成は複雑化するものの、高い光学性能を持たすために５群構成としたものについても、多くのものが提案されている（例えば、下記特許文献８、９参照）。

特開平９−２５８１０２号公報特開２００１−１１６９９３号公報特開２００１−２２８３９６号公報特開２００３−２８７６７８号公報特開２００４−１０９９９３号公報特開２００４−１２６６３１号公報特開２００５−８４４０９号公報特開平７−１３０７５号公報特開２０１１−８１０６３号公報

しかしながら、特許文献１〜７で提案されているような、物体側から順に、変倍時固定の正の屈折力の第１レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第２レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第３レンズ群、変倍時固定の正の屈折力の第４レンズ群からなる４群構成の変倍光学系では、高い光学性能を維持したまま高倍率化しようとすると第１レンズ群の外径が大きくなり、重量が重くなるという欠点があった。逆に、小型化を達成しようとすると、第２レンズ群の負の屈折力が過大になって光学性能が低下するという欠点があった。

それを解決する手段として、特許文献８では、物体側から順に、変倍時固定の正の屈折力の第１レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第２レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第３レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第４レンズ群、変倍時固定の正の屈折力の第５レンズ群からなる５群構成の変倍光学系が提案されている。この変倍光学系は上記４群構成の変倍光学系の第２レンズ群を分割し、分割されたレンズ群同士が広角端および望遠端において接近し、中間変倍域において遠ざかるように構成されている。詳細なレンズデータが開示されていないため不明な点が多いが、このレンズ構成では広角端、望遠端においては何ら従来の４群構成の変倍光学系と変わる点はないため、上記の問題を解消することはできない。

また、特許文献９では、高倍率な変倍光学系が提案されているが、第１レンズ群の径が大きく重量が重くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型かつ軽量でありながら、高い光学性能を有する変倍光学系および該変倍光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の変倍光学系は、物体側から順に、変倍時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、変倍時固定で正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、広角端に較べて、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が常に広がり、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が常に広がり、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との間隔が変化するように、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群が移動することを特徴とするものである。

本発明の変倍光学系の第４レンズ群は、広角端から望遠端に変倍する際に、一旦物体側に移動してから像側に反転移動するように構成することが好ましい。

また、本発明の変倍光学系の第３レンズ群と第４レンズ群との間隔は、変倍中において望遠端よりも広角よりの焦点距離で最小となり、かつ、広角端での間隔が、望遠端での間隔よりも広くなるように構成することが好ましい。

また、本発明の変倍光学系の第１レンズ群は、物体側から順に、２枚の負レンズからなり負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、正の屈折力を有する第１ｍレンズ群と、正の屈折力を有する第１ｒレンズ群とからなり、第１ｍレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うように構成することが好ましい。

この場合、第１ｍレンズ群は、物体側から順に物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと両凸レンズとからなる接合レンズとすることが好ましい。

また、本発明の変倍光学系においては、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（１）を満たすように構成することが好ましい。

０．１０＜ｆ２／ｆ３＜２．００ …（１）
また、本発明の変倍光学系の第２レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズのみから構成することが好ましい。

この場合、凹メニスカスレンズの屈折率をＬＮ２としたとき、下記条件式（２）を満たすように構成することが好ましい。

２．０≦ＬＮ２ …（２）
なお、上記における各レンズの屈折力の符号や面形状は、当該レンズが非球面レンズの場合は近軸領域におけるものとする。

また、上記におけるレンズ枚数は、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がある場合は、この接合レンズを構成する単レンズの枚数で数えるものとする。

また、凸メニスカスレンズとは正の屈折力を有するメニスカスレンズのことを意味し、凹メニスカスレンズとは負の屈折力を有するメニスカスレンズのことを意味する。

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、変倍時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、変倍時固定で正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、広角端から望遠端に変倍する際に、広角端に較べて、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が常に広がり、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が常に広がり、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化し、第４レンズ群と第５レンズ群との間隔が変化するように、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群が移動するようにしているため、小型かつ軽量でありながら、高い光学性能を実現することができる。

また、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、小型かつ軽量でありながら、高画質の映像を得ることができる。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は本発明の一実施形態にかかる変倍光学系（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は本発明の実施例２の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は本発明の実施例３の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は本発明の実施例４の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は本発明の実施例５の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は本発明の実施例６の変倍光学系のレンズ構成を示す断面図図７（Ａ）〜図７（Ｌ）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（Ｌ）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（Ｌ）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（Ｌ）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（Ｌ）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（Ｌ）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）〜図１（Ｃ）に、本発明の一実施形態にかかる変倍光学系の構成例の断面図を示す。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示す構成例は、後述の実施例１の変倍光学系の構成と共通である。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）においては、左側が物体側、右側が像側である。

この変倍光学系は、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、変倍時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、変倍時に固定されている開口絞りＳｔと、変倍時固定で正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とからなり、広角端から望遠端に変倍する際に、広角端に較べて、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が常に広がり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が常に広がり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔が変化し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が変化するように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が移動するように構成されている。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

この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を配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰ１、ＰＰ２を第５レンズ群Ｇ５と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

特許文献１〜７で提案されているような、物体側から順に、変倍時固定の正の屈折力の第１レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第２レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第３レンズ群、変倍時固定の正の屈折力の第４レンズ群からなる従来の４群構成の変倍光学系では、高い光学性能を維持したまま高倍率化しようとすると第１レンズ群の外径が大きくなり、重量が重くなるという欠点があった。逆に、小型化を達成しようとすると、第２レンズ群の負の屈折力が過大になって光学性能が低下するという欠点があった。

それを解決する手段として、特許文献８では、物体側から順に、変倍時固定の正の屈折力の第１レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第２レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第３レンズ群、変倍時移動の負の屈折力の第４レンズ群、変倍時固定の正の屈折力の第５レンズ群からなる５群構成の変倍光学系が提案されている。この変倍光学系は上記４群構成の変倍光学系の第２レンズ群を分割し、分割されたレンズ群同士が広角端および望遠端において接近し、中間変倍域において遠ざかるように構成されている。詳細なレンズデータが開示されていないため不明な点が多いが、このレンズ構成では広角端、望遠端においては何ら従来の４群構成の変倍光学系と変わる点はないため、上記の問題を解消することはできない。この特許文献８では、中間変倍域での性能を向上させることが主目的と考えられる。

また、特許文献９では、上記４群構成の変倍光学系の第２レンズ群を分割し、分割されたレンズ群同士の間隔が変倍中において広角端よりも望遠端の方が近い変倍位置で最小となるように構成されているが、これは変倍比を大きく取ることが主目的であると考えられ、依然として第１レンズ群の径は大きく重量が重いままである。

本発明の実施形態にかかる変倍光学系においては、上記４群構成の変倍光学系の第２レンズ群を分割する点は同様であるが、広角端から望遠端に変倍する際に、広角端に較べて分割されたレンズ群（５群構成の変倍光学系における第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３）同士の間隔が常に広がるように構成した点で異なっている。このように構成したことにより、小型化を維持したまま高倍率化する際に特に望遠側で補正過剰となりやすい球面収差を押さえることが可能となる。

変倍時において、第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５を像面に対して固定した状態で、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を移動させると、焦点位置が変動してしまう。このような焦点移動を補正するため、本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第４レンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端に変倍する際に、一旦物体側に移動してから像側に反転移動するように構成されている。

また、本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔は、変倍中において望遠端より広角よりの焦点距離で最小となり、かつ、広角端での間隔が、望遠端での間隔よりも広くなるように構成されている。これにより、中間変倍域での像面湾曲の変動を押さえることが可能となる。

また、本発明の実施形態にかかる変倍光学系は、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（１）を満たすように構成されている。この条件式（１）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が高くなり過ぎ、主に広角端での非点収差、歪曲収差の悪化を招く。逆に、条件式（１）の上限を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が高くなり過ぎ、望遠側での球面収差の悪化を招く。

０．１０＜ｆ２／ｆ３＜２．００ …（１）
また、本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズＬ８のみから構成されている。これにより、第２レンズ群Ｇ２のレンズ長を最小限に押さえてレンズ全長を最小限に押さえつつ、第１レンズ群Ｇ１の径を小さく押さえることが可能になる。

ここで、凹メニスカスレンズＬ８の屈折率をＬＮ２としたとき、下記条件式（２）を満たすように構成されている。この条件式（２）を満たすことで、凹メニスカスレンズＬ８の曲率を小さくすることができ、望遠端での球面収差の拡大を抑えることができる。

２．０≦ＬＮ２ …（２）
また、本発明の実施形態にかかる変倍光学系の第１レンズ群は、物体側から順に、２枚の負レンズＬ１、Ｌ２からなり負の屈折力を有する第１ｆレンズ群Ｇ１ｆと、正の屈折力を有する第１ｍレンズ群Ｇ１ｍと、正の屈折力を有する第１ｒレンズ群Ｇ１ｒとからなり、第１ｍレンズ群Ｇ１ｍを光軸方向に移動させてフォーカシングを行うように構成されている。このように構成することにより、フォーカシングによる光線高の変動を押さえることができるため、フォーカスの最至近距離を短くすることが可能になる他、フォーカシングによる撮像範囲の変化を押さえることも可能になる。

ここで、第１ｆレンズ群Ｇ１ｆは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズＬ１と、負レンズＬ２により構成されている。このような構成とすることにより、広角側での歪曲収差の悪化や望遠端での高次の球面収差を抑えることが出来る。

また、第１ｍレンズ群Ｇ１ｍは、物体側から順に物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズＬ３と両凸レンズＬ４とからなる接合レンズにより構成されている。このような構成とすることにより、フォーカシングレンズを軽量に押さえながらフォーカシング時の諸収差の変動を押さえることが出来る。

また、第１ｒレンズ群Ｇ１ｒは、物体側より順に、物体側に強い凸面を向けた正の第１ｒ１レンズＬ５、両凸の第１ｒ２レンズＬ６、物体側に凸面を向けた凸メニスカスの第１ｒ３レンズＬ７により構成されている。第１ｒレンズ群Ｇ１ｒをこのような構成とすることにより、変倍時の球面収差と非点収差の変動を押さえることが可能となる。

また、正の第１ｒ１レンズＬ５と両凸の第１ｒ２レンズＬ６との平均屈折率をＮ１ｒ１２、平均アッベ数をν１ｒ１２、第１ｒ３レンズＬ７の屈折率をＮ１ｒ３、アッベ数をν１ｒ３としたときに、下記条件式（３）を満たすように構成されている。この条件式（３）の下限を下回ると、広角端において周辺部の非点収差を抑えることが困難となる。

０．２０＜Ｎ１ｒ３−Ｎ１ｒ１２ …（３）
また、正の第１ｒ１レンズＬ５と両凸の第１ｒ２レンズＬ６との平均屈折率をＮ１ｒ１２、平均アッベ数をν１ｒ１２、第１ｒ３レンズＬ７の屈折率をＮ１ｒ３、アッベ数をν１ｒ３としたときに、下記条件式（４）を満たすように構成されている。この条件式（４）の下限を下回ると、広角端において中間画角と周辺画角の倍率の色収差をバランスさせることが困難となる。

２０＜ν１ｒ１２−ν１ｒ３ …（４）
また、第１ｆレンズ群Ｇ１ｆと、第１ｒレンズ群Ｇ１ｒは、それぞれに少なくとも１面の非球面を有するように構成されている。第１ｆレンズ群Ｇ１ｆに非球面を用いることにより、広角端で歪曲収差が増大するのを防ぐことが出来る。また、第１ｒレンズ群Ｇ１ｒに非球面を用いることにより、望遠端の球面収差を押さえることが出来る。

本変倍光学系は、上記条件式（１）、（３）、（４）それぞれに代えて下記条件式（１−１）、（３−１）、（４−１）それぞれを満たすことがより好ましい。条件式（１−１）、（３−１）、（４−１）それぞれを満たすことにより、条件式（１）、（３）、（４）それぞれを満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。なお、好ましい態様としては、必ずしも条件式（１−１）、（３−１）、（４−１）全てを同時に満たす必要はなく、条件式（１−１）、（３−１）、（４−１）のいずれか１つ、または任意の組合せを満たせばよい。

０．２０＜ｆ２／ｆ３＜１．６０ …（１−１）
０．２９＜Ｎ１ｒ３−Ｎ１ｒ１２ …（３−１）
４０＜ν１ｒ１２−ν１ｒ３ …（４−１）
本変倍光学系において、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

非球面形状が形成されるレンズの材料としては、ガラスを使用してもよいし、プラスチックを用いることも可能である。プラスチックを用いる場合には、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

本変倍光学系が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。

また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰ１、ＰＰ２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の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示す。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）においては、光学部材ＰＰも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞り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。

同様に、実施例２の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示し、実施例３の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示し、実施例４の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示し、実施例５の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示し、実施例６の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ配置をそれぞれ図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示す。

実施例１の変倍光学系の基本レンズデータを表１に、変倍に関するデータを表２に、フォーカスに関するデータを表３に、非球面データを表４、表５に示す。同様に、実施例２〜６の変倍光学系の基本レンズデータ、変倍に関するデータ、フォーカスに関するデータ非球面データをそれぞれ表６〜表３０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の基本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、Ｎｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の媒質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊ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線に対するアッベ数を示し、θｇ,ｆの欄には各光学要素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。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（開口絞り）という語句を記載している。

表１の基本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ＤＤ[面番号]と記載している。ＤＤ[４]は第１ｆレンズ群Ｇ１ｆと第１ｍレンズ群Ｇ１ｍとの間隔であり、ＤＤ[７]は第１ｍレンズ群Ｇ１ｍと第１ｒレンズ群Ｇ１ｒとの間隔である。また、ＤＤ[１３]は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、ＤＤ[１５]は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔であり、ＤＤ[２３]は第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔であり、ＤＤ[２６]は第４レンズ群Ｇ４と開口絞りＳｔとの間隔である。

表２の変倍に関するデータに、広角端、中間焦点距離状態、望遠端それぞれにおける、ズーム倍率（変倍比）、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ（空気換算距離）、ＦナンバーＦｎｏ．および全画角２ω、ＤＤ[１３]、ＤＤ[１５]、ＤＤ[２３]、ＤＤ[２６]の値を示す。

表３のフォーカスに関するデータに、広角端、中間焦点距離状態、望遠端それぞれにおける、ＤＤ[４]、ＤＤ[７]の値を示す。

基本レンズデータ、変倍に関するデータ、およびフォーカス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も使用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、非球面の面番号に＊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４、表５の非球面データには、非球面の面番号Ｓｉと、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１６）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…１６）

実施例１〜６の変倍光学系の条件式（１）〜（４）に対応する値を表３１に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、上記の変倍におけるデータの表および下記の表３１に示す値はこの基準波長におけるものである。

実施例１の変倍光学系の各収差図を図７（Ａ）〜図７（Ｌ）に示す。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）はそれぞれ広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差を示し、図７（Ｅ）、図７（Ｆ）、図７（Ｇ）、図７（Ｈ）はそれぞれ中間焦点距離状態における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差を示し、図７（Ｉ）、図７（Ｊ）、図７（Ｋ）、図７（Ｌ）はそれぞれ望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差を示す。

球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、灰色線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と破線で示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、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、中間焦点距離状態、望遠端における各収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｌ）に示し、実施例３の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端における各収差図を図９（Ａ）〜図９（Ｌ）に示し、実施例４の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端における各収差図を図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）に示し、実施例５の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端における各収差図を図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）に示し、実施例６の変倍光学系の広角端、中間焦点距離状態、望遠端における各収差図を図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）に示す。

以上のデータから、実施例１〜６の変倍光学系は全て、条件式（１）〜（４）を満たしており、小型かつ軽量でありながら、高い光学性能を有することがわかる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。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、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を記録媒体とする監視カメラ、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と、変倍光学系１の変倍とその変倍によるフォーカス調整を行うためのズーム制御部５とを備える。

変倍光学系１は、物体側から順に、変倍時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、変倍時移動で負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、変倍時移動で負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、変倍時移動で負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、変倍時固定の開口絞りＳｔと、変倍時固定で正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５とを有するものである。

図１３では各レンズ群を概略的に示している。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。

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

物体側から順に、変倍時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、変倍時固定で正の屈折力を有する第５レンズ群からなり、
広角端から望遠端に変倍する際に、広角端に較べて、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が常に広がり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が常に広がり、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が変化し、前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との間隔が変化するように、前記第２レンズ群、前記第３レンズ群、前記第４レンズ群が移動することを特徴とする変倍光学系。
前記第４レンズ群は、広角端から望遠端に変倍する際に、一旦物体側に移動してから像側に反転移動することを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔は、変倍中において望遠端よりも広角よりの焦点距離で最小となり、かつ、広角端での間隔が、望遠端での間隔よりも広いことを特徴とする請求項１または２記載の変倍光学系。
前記第１レンズ群は、物体側から順に、２枚の負レンズからなり負の屈折力を有する第１ｆレンズ群と、正の屈折力を有する第１ｍレンズ群と、正の屈折力を有する第１ｒレンズ群とからなり、
前記第１ｍレンズ群を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の変倍光学系。
前記第１ｍレンズ群は、物体側から順に物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズと両凸レンズとからなる接合レンズであることを特徴とする請求項４記載の変倍光学系。
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の変倍光学系。
０．１０＜ｆ２／ｆ３＜２．００ …（１）
下記条件式（１−１）を満たすことを特徴とする請求項６記載の変倍光学系。
０．２０＜ｆ２／ｆ３＜１．６０ …（１−１）
前記第２レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズのみから構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の変倍光学系。
前記凹メニスカスレンズの屈折率をＬＮ２としたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項８記載の変倍光学系。
２．０≦ＬＮ２ …（２）
請求項１から９のいずれか１項に記載の変倍光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。