JP2012032469A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズにおいて、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの波長帯域に対応可能とし、高変倍比かつ高性能の両方を実現する。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備え、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるように構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、ともに負メニスカスレンズおよび正レンズを接合した２組の接合レンズと、正レンズとを有する。第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１とし、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）を満たす。
０．１４＜ｆＧ１／ｆｔ＜０．２６ （１）
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、特に、高変倍比で遠方監視用の監視カメラ用途として好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、港湾などでの遠方監視に用いる監視用ビデオカメラ用の光学系としてズームレンズが用いられている。このような用途のズームレンズには、５０倍以上の高変倍比かつ高性能を有し、夜間時や濃霧時での撮影のために近赤外域の波長にも対応可能であることが要望される。また、高変倍の光学系であることから、防振機能を備えていることが好ましいとされている。

遠方監視用ビデオカメラに適した高変倍比のズームレンズとして、例えば特許文献１には変倍比が６０倍程度のズームレンズが開示されている。このレンズ系は、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、および負の第４レンズ群からなり、第２レンズ群と第３レンズ群とを光軸に沿って移動させることにより変倍を行うように構成されている。また、特許文献２には、変倍比が２０倍程度のズームレンズが開示されている。このレンズ系は、第１レンズ群における屈折力の配置やアッベ数等を適切に設定することにより、収差補正、中でも色収差の補正を良好に行っている。

特開２００６−３９００５号公報 特開２００８−２４１８８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズは、高変倍比を実現しているが、近年の要望に応える程度にまで高性能を追求しようとすると、収差補正、特に望遠端の色収差の補正に改善の余地がある。特許文献２に記載のズームレンズは、高性能ではあるが、変倍比が２０倍程度であり、港湾監視等の遠方監視の用途にはさらなる高変倍化が望まれる。このように、高変倍比を実現しながら全変倍域にわたって良好な性能を有し、さらには可視から近赤外までの波長帯域に対応可能な光学系を実現することは難しい。これらの要望を同時に満たすためには光学系が大型化する傾向にあるが、近年では装置のコンパクト性に対する要望も厳しくなってきている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの波長帯域に対応可能で、高変倍比かつ高性能の両方を実現可能なズームレンズおよび該ズームレンズ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。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、第２レンズ群および第３レンズ群を光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズであって、第１レンズ群が、物体側から順に、ともに負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された２組の接合レンズと、正レンズとを有するものであり、第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするものである。
０．１４＜ｆＧ１／ｆｔ＜０．２６ … （１）

なお、本発明のズームレンズの第１レンズ群の上記２組の接合レンズはともに、物体側から、負メニスカスレンズ、正レンズの順に配置された２枚が接合されたものである。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズと正レンズが物体側からこの順に接合された接合レンズ、負メニスカスレンズと正レンズが物体側からこの順に接合された接合レンズ、正レンズを配置してなる、５枚のレンズのみからなるように構成してもよい。

本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群に含まれる全ての負レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｎとし、第１レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｐとしたとき、下記条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。
νｎ＞４８ … （２）
νｐ＞７５ … （３）

また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群が有する負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された接合レンズのうち、最も物体側の接合レンズを第１の接合レンズとし、物体側から２番目の接合レンズを第２の接合レンズとし、第１の接合レンズを構成する負メニスカスレンズと正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν１とし、第２の接合レンズを構成する負メニスカスレンズと正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν２としたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことが好ましい。
Δν１＜１１ … （４）
Δν２＞５０ … （５）

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群が、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズを含む第１の負レンズ群と、該第１の負レンズ群の像側に配置されて、光軸と直交する方向に移動させることにより撮影画像のぶれを補正する第２の負レンズ群とを有するように構成してもよく、その場合は、第１の負レンズ群の焦点距離をｆ４ａとし、第２の負レンズ群の焦点距離をｆ４ｂとしたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
１．５＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜３．５ … （６）

本発明のズームレンズにおける第２レンズ群は、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとが配置された３群５枚構成とすることができる。

本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群の第２の負レンズ群の像側直後に、光路中に挿入することにより全系の焦点距離を長焦点側に変更するエクステンダーが挿脱可能に配置されているように構成してもよい。なお「直後」とは、他の光学部材を配置することなく、ということを意味する。

なお、上述した本発明のズームレンズ、その可能な構成、好ましい構成での「負メニスカスレンズ」、「正レンズ」、「負レンズ」は、その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。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、正の第３レンズ群と、正の第４レンズ群とを備え、第２レンズ群および第３レンズ群を光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、第１レンズ群のレンズ構成を好適に設定し、条件式（１）を満たすように構成しているため、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視から近赤外までの広い波長帯域で使用可能であり、高変倍比かつ高性能の両方を実現することができる。

本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えているため、コンパクトな装置を実現しながら、可視から近赤外までの広い波長帯域で使用可能であり、高変倍で高画質の映像を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図 図１に示すズームレンズの第４レンズ群のレンズ構成を示す断面図 図２に示す第４レンズ群にエクステンダーを挿入した場合のレンズ構成を示す断面図 図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例１のズームレンズの広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図５（Ａ）、図５（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例２のズームレンズの広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図６（Ａ）、図６（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例３のズームレンズの広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図７（Ａ）、図７（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例４のズームレンズの広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図８（Ａ）、図８（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例５のズームレンズの広角端、望遠端におけるレンズ構成を示す断面図 図９（Ａ）〜図９（Ｌ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図 図１３（Ａ）〜図１３（Ｌ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図 本発明の実施例１のズームレンズにエクステンダーを挿入した場合のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２のズームレンズにエクステンダーを挿入した場合のレンズ構成を示す断面図 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。まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態にかかるズームレンズについて説明する。図１は本発明の一実施形態にかかるズームレンズの構成例を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応する。図１では、左側が物体側、右側が像側であり、無限遠に位置する物体に合焦時の広角端におけるレンズ配置を示したものである。

本実施形態のズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備える。図１に示すズームレンズでは、開口絞りＳｔとＮＤフィルタＮＤが第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に配置されており、この開口絞りＳｔは変倍時に固定されている。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。

ＮＤフィルタＮＤは、本ズームレンズに必須の構成ではないが、例えばＮＤフィルタＮＤを光軸上の点から径方向に向かって濃度分布を持つように構成することにより、変倍に伴う像面の照度変化を低減することができる。

このズームレンズは６０倍程度の高変倍比を実現可能にするものであり、港湾等の遠方監視用の監視カメラに好適なものである。ズームレンズ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や各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＧＣを第４レンズ群Ｇ４と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚに沿って移動させてこれら２つのレンズ群の相互の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を連続的に変化させ、変倍を行うように構成されている。広角端から望遠端へ変倍するときの第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３の移動軌跡を図１において各レンズ群の下に矢印で模式的に示す。第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍時には光軸方向に関しては固定されている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負メニスカスレンズであるレンズＬ１および正レンズであるレンズＬ２を接合した接合レンズと、負メニスカスレンズであるレンズＬ３および正レンズであるレンズＬ４を接合した接合レンズと、正レンズであるレンズＬ５とを有する。第１レンズ群Ｇ１はさらにレンズを含むように構成することも可能であるが、小型化を考慮する場合には、上記５枚のレンズからなる３群５枚の構成とすることが好ましい。

第１レンズ群Ｇ１が正負のレンズからなる接合レンズを２組有することで色収差の補正に有利となる。そして、第１レンズ群Ｇ１において上記順のように、パワーおよび形状の規定された各レンズを配置することで、特許文献１記載の実施例の光学系よりも収差補正の自由度を高くすることができ、高倍率のズームレンズで補正が困難な望遠側における残存２次スペクトルを含む軸上色収差と、基準波長における収差とをバランス良く補正することができ、可視から近赤外域までの広い波長帯域に対応可能な高性能の光学系を実現できる。

第１レンズ群Ｇ１は、具体的には例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび両凸レンズの貼り合わせによる接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの貼り合わせによる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの３群５枚の構成とすることができる。

また、このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１とし、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ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。
０．１４＜ｆＧ１／ｆｔ＜０．２６ … （１）

条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１と望遠端における全系の焦点距離の比を規定する式である。条件式（１）の下限を下回って第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなると、望遠端の負の球面収差が大きくなり、収差補正が困難となり好ましくない。また、条件式（１）の上限を上回ると、所望の倍率を得るためにズームストロークが長くなり、光学系の大型化を招き好ましくない。

より好ましくは、下記条件式（１−１）を満たすことである。条件式（１−１）を満たすことで、条件式（１）を満たすことにより得られる効果を高めることができる。
０．１６＜ｆＧ１／ｆｔ＜０．２４ … （１−１）

さらに、本ズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１に含まれる全ての負レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｎとし、第１レンズ群Ｇ１に含まれる全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｐとしたとき、下記条件式（２）、（３）を満たすことが好ましい。
νｎ＞４８ … （２）
νｐ＞７５ … （３）

条件式（２）は、第１レンズ群Ｇ１中の負レンズのアッベ数を規定する式であり、条件式（３）は、第１レンズＧ１群中の正レンズのアッベ数を規定する式である。高変倍比、高性能、かつ近赤外も撮像可能なズームレンズを実現するためには、残存２次スペクトルが小さく、かつ高倍比で変倍した際にも色収差の変動量が小さいことが要求される。そのためには、正レンズと負レンズともにアッベ数の大きな材質を用いることが好ましい。条件式（２）、（３）の下限を下回ると、軸上色収差の残存２次スペクトルが増大し、得られる像に色滲みが生じ、良好な像を得ることが困難になる。

より好ましくは、下記条件式（２−１）を満たすことである。
４８＜νｎ＜６０ … （２−１）
条件式（２−１）の上限を超えると、正レンズとのアッベ数の差が小さくなりすぎ、１次の色消しが困難となる。

さらにより好ましくは、下記条件式（２−２）を満たすことである。条件式（２−２）を満たすことで、条件式（２−１）を満たすことにより得られる効果を高めることができる。
５０＜νｎ＜５８ … （２−２）

また、条件式（３）に関しては、より好ましくは、下記条件式（３−１）を満たすことである。条件式（３−１）を満たすことで、条件式（３）を満たすことにより得られる効果を高めることができる。
νｐ＞７８ … （３−１）

また、本ズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された接合レンズのうち、最も物体側の接合レンズを第１の接合レンズとし、物体側から２番目の接合レンズを第２の接合レンズとし、第１の接合レンズにおける負メニスカスレンズと正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν１とし、第２の接合レンズにおける負メニスカスレンズと正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν２としたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことが好ましい。
Δν１＜１１ … （４）
Δν２＞５０ … （５）

第１レンズ群Ｇ１の第１の接合レンズは、色収差補正と、望遠側の基準波長の収差、特に球面収差を担うものである。第１レンズ群Ｇ１の第２の接合レンズは、主に望遠側の色収差補正を担うものである。条件式（４）の上限を上回ると、色収差の変動量が大きくなる。また、条件式（４）の上限を上回るような光学材料を用いた負メニスカスレンズと正レンズの組合せで第１の接合レンズを構成した場合には、基準波長の良好な収差補正を行うことが困難になる。条件式（５）の下限を下回ると、良好な色収差補正、特に望遠側での良好な色収差補正を行うことが困難になる。

なお、条件式（４）、（５）に関して、より好ましくは、下記条件式（４−１）、（５−１）を満たすことである。条件式（４−１）、（５−１）それぞれを満たすことで、条件式（４）、（５）それぞれを満たすことにより得られる効果を高めることができる。
Δν１＜９ … （４−１）
Δν２＞５２ … （５−１）

第２レンズ群Ｇ２は、例えば、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとが配置された３群５枚の構成とすることができる。これにより、第２レンズ群Ｇ２として必要最小限のレンズ枚数で小型化を図りながら、全変倍域にわたって各収差を良好に補正することができ、特に中間焦点距離から望遠端における軸上色収差、倍率色収差の補正を容易にすることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、より具体的には例えば、図１に示す例のように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ７および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ８が接合された接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ９および両凹レンズであるレンズＬ１０が接合された接合レンズとが配置された３群５枚の構成とすることができる。移動群である第２レンズ群において、正負のレンズが接合された接合レンズを２組有し、メニスカスレンズを多用することで、色収差補正に有利になるとともに、全変倍域にわたって各収差を良好に補正することができる。

第３レンズ群Ｇ３は、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、両凸レンズであるレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１２および両凸レンズであるレンズＬ１３が接合された接合レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１４とが配置された３群４枚の構成とすることができる。

図２に、図１のズームレンズの第４レンズ群Ｇ４およびその近傍部分を拡大した図を示す。図２に示す例の第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ１５〜Ｌ２５からなる８群１１枚構成である。

第４レンズ群Ｇ４は、少なくとも１枚の正レンズおよび１枚の負レンズを含み、全体として負の屈折力を有する第１の負レンズ群Ｇ４ａと、該第１の負レンズ群Ｇ４ａの像側に配置されて、光軸Ｚと直交する方向に移動することにより撮影画像のぶれを補正する防振機能を有し、全体として負の屈折力を有する第２の負レンズ群Ｇ４ｂとを備えることが好ましい。

後述のように、高変倍化のためには第４レンズ群Ｇ４中にエクステンダーを挿入することが好ましい。そして、エクステンダーを挿入する際のエクステンダーの光軸方向の位置の誤差の許容量を大きくするためには、エクステンダーに入射する光束は平行光束であることが好ましい。第３レンズ群Ｇ３からの射出光束は一般に収束光束となるため、第３レンズ群Ｇ３とエクステンダーの間に位置するレンズ群は、全体として負の屈折力をもつものであることが好ましい。

第３レンズ群Ｇ３と第１の負レンズ群Ｇ４ａの間隔が大きくなると、第１の負レンズ群Ｇ４ａに入射する光線の高さが低くなり、所望の射出画角を得るためには構成要素の各レンズの屈折力が強くなり、製造誤差の許容量が小さくなり、好ましくない。同様に、第１の負レンズ群Ｇ４ａと第２の負レンズ群Ｇ４ｂの間隔が大きくなると、第２の負レンズ群Ｇ４ｂに入射する光線の高さが低くなり、所望の射出画角を得るためには構成要素の各レンズの屈折力が強くなり、製造誤差の許容量が小さくなり、好ましくない。

以上のことから、第１の負レンズ群Ｇ４ａは第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に位置することが好ましく、第２の負レンズ群Ｇ４ｂは、第１の負レンズ群Ｇ４ａの像側直後に配置することが好ましい。すなわち、第１の負レンズ群Ｇ４ａと第２の負レンズ群Ｇ４ｂは、第３レンズ群Ｇ３とエクステンダーが挿入される位置の間にあることが好ましい。上述したように、第３レンズ群Ｇ３とエクステンダーの間に位置するレンズ群は全体として負の屈折力をもつことが好ましいことから、仮に、第１の負レンズ群Ｇ４ａと第２の負レンズ群Ｇ４ｂの一方が正レンズ群であると、他方は負レンズ群となり、この他方の負レンズ群は一方の正レンズ群のパワーを打ち消すほどの強い負のパワーをもたなくてはならなくなるため、製造誤差の許容量が小さくなり、好ましくない。したがって、第１の負レンズ群Ｇ４ａと第２の負レンズ群Ｇ４ｂはいずれも負レンズ群であることが好ましい。

第１の負レンズ群Ｇ４ａは、例えば図２に示す例のように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１５および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１６が接合された接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１７とが配置された２群３枚の構成とすることができる。

第２の負レンズ群Ｇ４ｂは、例えば図２に示す例のように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１８と、両凹レンズであるレンズＬ１９とが配置された２群２枚の構成とすることができる。

なお、第１の負レンズ群Ｇ４ａ、第２の負レンズ群Ｇ４ｂは必ずしも図２に示す構成に限定されない。例えば、第１の負レンズ群Ｇ４ａは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズが接合された接合レンズからなる１群２枚の構成としてもよい。第２の負レンズ群Ｇ４ｂは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凹レンズとが配置された３群３枚の構成としてもよい。

第１の負レンズ群Ｇ４ａの最も物体側に正負のレンズからなる接合レンズを配置することで、この接合レンズと開口絞りＳｔとの距離が近くなるため、倍率色収差にほとんど影響を与えることなく、軸上色収差を好適に補正することが可能となる。

第２の負レンズ群Ｇ４ｂにおいては、最も像側に配置される負の単レンズより物体側に位置するレンズ群は正の屈折力をもつことが好ましい。例えば、図２に示す例では、レンズＬ１９より物体側に位置するレンズＬ１８は正レンズであることが好ましい。仮に、第２の負レンズ群Ｇ４ｂにおいて、最も像側に配置される負の単レンズより物体側に位置するレンズ群が負の屈折力をもつと、該レンズ群からの射出光束は発散光束となり、第２の負レンズ群Ｇ４ｂにおいて最も像側に位置する負の単レンズの径が大きくなる。すると、この負の単レンズの重量が大きくなってしまうため、第２の負レンズ群Ｇ４ｂを移動させる際に駆動系の負荷が大きくなり好ましくない。

第４レンズ群Ｇ４が、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズを含む第１の負レンズ群Ｇ４ａと、該第１の負レンズ群Ｇ４ａの像側に配置されて、光軸と直交する方向に移動することにより撮影画像のぶれを補正する第２の負レンズ群Ｇ４ｂを有する場合は、第１の負レンズ群Ｇ４ａの焦点距離をｆ４ａとし、第２の負レンズ群Ｇ４ｂの焦点距離をｆ４ｂとしたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
１．５＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜３．５ … （６）

条件式（６）は、第１の負レンズ群Ｇ４ａと、防振のため光軸に対して垂直方向に移動可能な第２の負レンズ群Ｇ４ｂの焦点距離の比を規定する式である。条件式（６）の下限を下回って、第１の負レンズ群Ｇ４ａの屈折力が強くなると、第１の負レンズ群Ｇ４ａの光束発散性が強くなり、第２の負レンズ群Ｇ４ｂが大型化してしまい、重量も大きくなるので、迅速な防振制御が困難となる。条件式（６）の上限を上回って、第１の負レンズ群Ｇ４ａの屈折力が弱くなると、第２の負レンズ群Ｇ４ｂを構成するレンズの製造誤差および組立誤差による性能変化量が大きくなり、画像の劣化を招きやすくなるため好ましくない。

より好ましくは、下記条件式（６−１）を満たすことである。条件式（６−１）を満たすことで、条件式（６）を満たすことにより得られる効果を高めることができる。
１．８＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜３．２ … （６−１）

本ズームレンズは、光路中に挿入することにより全系の焦点距離を長焦点側に変更するエクステンダーを挿脱可能に配置するようにしてもよい。その場合は、図３に例示するように、第２の負レンズ群Ｇ４ｂの像側直後に配置することが好ましい。図３は、図２に示す第４レンズ群Ｇ４にエクステンダーＥｘが挿入された第４レンズ群Ｇ４’の構成を示すレンズ断面図である。防振群である第２の負レンズ群Ｇ４ｂ、およびエクステンダーは駆動装置により駆動させる必要があるため、仮に防振群とエクステンダーの間に固定群が配置されていると、機構的に煩雑となり好ましくない。

本ズームレンズに耐環境性が求められる場合は、全系の最も物体側のレンズはガラス材質からなることが好ましい。最も物体側に配置されるレンズは、監視カメラの用途等で屋外で使用される場合は、常に太陽光に晒されるため、プラスチックレンズで構成すると、劣化や変質が懸念される。

本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

図１に示す例では、レンズ系と結像面との間に光学部材ＧＣ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、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１のズームレンズのレンズ断面図を図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ、無限遠に位置する物体に合焦時の広角端、望遠端におけるレンズ配置を示す図である。図４（Ａ），図４（Ｂ）において、図の左側が物体側、右側が像側であり、図１と同様に開口絞り、ＮＤフィルタＮＤ、光学部材ＧＣも含めて示している。

同様に、実施例２のズームレンズのレンズ断面図を図５（Ａ）、図５（Ｂ）に、実施例３のズームレンズのレンズ断面図を図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、実施例４のズームレンズのレンズ断面図を図７（Ａ）、図７（Ｂ）に、実施例５のズームレンズのレンズ断面図を図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示す。

実施例１のズームレンズの基本レンズデータを表１に、ズームに関するデータを表２に示す。同様に、実施例２〜５のズームレンズの基本レンズデータ、ズームに関するデータをそれぞれ表３〜表１０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２〜５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、Ｎｄｊの欄には最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。

なお、曲率半径の符号は、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。レンズデータには、開口絞りＳｔ、ＮＤフィルタ、光学部材ＧＣ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）という語句も記載している。面間隔の最下欄の数値は、光学部材ＧＣから像面までの面間隔である。

表１のレンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤ８、Ｄ１６、Ｄ２３と記載している。Ｄ８は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、Ｄ１６は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔であり、Ｄ２３は第３レンズ群Ｇ３と開口絞りＳｔとの間隔である。

表２のズームに関するデータに、広角端、中間焦点距離位置、望遠端における、ｄ線に対する全系の焦点距離ｆ、Ｆ値（Ｆｎｏ．）、全画角２ω、Ｄ８、Ｄ１６、Ｄ２３の値を示す。

以下に記載する表では、所定の桁で丸めた数値を記載している。また、以下に記載する表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小して使用することが可能なため、他の適当な単位を用いることもできる。

実施例１〜５のズームレンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を表１１に示す。なお、表１１の値はｄ線に対するものである。

実施例１のズームレンズ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９（Ａ）〜図９（Ｄ）に示し、中間焦点距離位置における球面収差、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９（Ｅ）〜図９（Ｈ）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９（Ｉ）〜図９（Ｌ）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、Ｃ線、波長８８０ｎｍに関する収差を示す。非点収差図では、サジタル方向については実線で、タンジェンシャル方向については点線で示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、実施例２のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）に示し、実施例３のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）に示し、実施例４のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）に示し、実施例５のズームレンズの広角端、中間焦点距離位置、望遠端における各収差図を図１３（Ａ）〜図１３（Ｌ）に示す。なお、上記全収差図は物体距離を５０ｍとしたときのものである。

実施例１〜５のズームレンズは、約５７倍の高変倍比を有し、高変倍の光学系としては比較的コンパクトに構成されながら、全変倍域にわたって可視から近赤外域までの広い波長帯域で良好に収差補正されて高い光学性能を実現するものである。

また、上記実施例１、２のズームレンズに拡大率２倍のエクステンダーＥｘを挿入したもののレンズ断面図をそれぞれ図１４、図１５に示す。図１４、図１５の例では、エクステンダーＥｘは、各ズームレンズの第４レンズ群Ｇ４の第２の負レンズ群Ｇ４ｂの像側直後に配置されている。エクステンダーＥｘが挿入された状態の第４レンズ群はＧ４’の符号を付して示している。

上記実施例１のズームレンズにエクステンダーを挿入したものの基本レンズデータを表１２に、ズームに関するデータを表１３に示す。上記実施例２のズームレンズにエクステンダーを挿入したものの基本レンズデータを表１４に、ズームに関するデータを表１５に示す。表１２〜表１５における記号の意味は前述の実施例１のものと同様である。

図１６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ズームレンズ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１６に示す撮像装置１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、ズームレンズ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、ズームレンズ１の変倍を行うためのズーム制御部５とを備える。

ズームレンズ１は、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備える。なお、図１６では、各レンズ群を概念的に示している。撮像素子３は、ズームレンズ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、その撮像面がズームレンズ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、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

１ ズームレンズ
２ フィルタ
３ 撮像素子
４ 信号処理部
５ ズーム制御部
１０ 撮像装置
Ｅｘ エクステンダー
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４、Ｇ４’ 第４レンズ群
Ｇ４ａ 第１の負レンズ群
Ｇ４ｂ 第２の負レンズ群
ＧＣ 光学部材
Ｌ１〜Ｌ２５ レンズ
ＮＤ ＮＤフィルタ
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (8)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群を光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズであって、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、ともに負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された２組の接合レンズと、正レンズとを有するものであり、
   前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１とし、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   ０．１４＜ｆＧ１／ｆｔ＜０．２６ … （１）
2. 前記第１レンズ群に含まれる全ての負レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｎとし、前記第１レンズ群に含まれる全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値をνｐとしたとき、下記条件式（２）、（３）を満たすことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
   νｎ＞４８ … （２）
   νｐ＞７５ … （３）
3. 前記第１レンズ群の負メニスカスレンズおよび正レンズが接合された前記接合レンズのうち、最も物体側の前記接合レンズを第１の接合レンズとし、物体側から２番目の前記接合レンズを第２の接合レンズとし、前記第１の接合レンズを構成する前記負メニスカスレンズと前記正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν１とし、前記第２の接合レンズを構成する前記負メニスカスレンズと前記正レンズのｄ線におけるアッベ数の差の絶対値をΔν２としたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載のズームレンズ。
   Δν１＜１１ … （４）
   Δν２＞５０ … （５）
4. 前記第１レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズと正レンズが物体側からこの順に接合された接合レンズ、負メニスカスレンズと正レンズが物体側からこの順に接合された接合レンズ、正レンズを配置してなる、５枚のレンズのみからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第４レンズ群が、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズを含む第１の負レンズ群と、該第１の負レンズ群の像側に配置されて、光軸と直交する方向に移動させることにより撮影画像のぶれを補正する第２の負レンズ群とを有するものであり、
   前記第１の負レンズ群の焦点距離をｆ４ａとし、前記第２の負レンズ群の焦点距離をｆ４ｂとしたとき、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
   １．５＜ｆ４ａ／ｆ４ｂ＜３．５ … （６）
6. 前記第２レンズ群が、物体側から順に、負メニスカスレンズと、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとが配置された３群５枚構成であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
7. 前記第４レンズ群の前記第２の負レンズ群の像側直後に、光路中に挿入することにより全系の焦点距離を長焦点側に変更するエクステンダーが挿脱可能に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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