特許 6252103 ズームレンズ及びこのズームレンズを用いた撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6252103

(24)【登録日】2017年12月8日

(45)【発行日】2017年12月27日

(54)【発明の名称】ズームレンズ及びこのズームレンズを用いた撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/167 20060101AFI20171218BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20171218BHJP

   G02B 15/12 20060101ALI20171218BHJP

【ＦＩ】

   G02B15/167

   G02B13/18

   G02B15/12

【請求項の数】8

【全頁数】47

(21)【出願番号】特願2013-222272(P2013-222272)

(22)【出願日】2013年10月25日

(65)【公開番号】特開2015-84032(P2015-84032A)

(43)【公開日】2015年4月30日

【審査請求日】2016年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100082670

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 民雄

(72)【発明者】

【氏名】大橋 和泰

【審査官】 瀬戸 息吹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１０７３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５４９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３８４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１９５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１８０８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１６９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０２７７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２５９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４１８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９７５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３１２１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１７５９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２６６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８１５３２２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２３９５０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から像面側に向かって、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、正の屈折力を有する第４レンズ群を配設すると共に、第4レンズ群の像側へ挿脱可能に設けられ、第１レンズ群から第４レンズ群までの各レンズ群と像面との距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群を有してなり、変倍に際して、第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように、第２レンズ群・第３レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。

ただし、m_2Wは広角端における第2群の倍率、m_2Tは望遠端における第2群の倍率、m_3Wは広角端における第3群の倍率、m_3Tは望遠端における第3群の倍率、D_34Wは広角端における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔、D_34Tは望遠端における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔、f_wは広角端における全系の焦点距離を表す。

【請求項2】

物体側から像面側に向かって、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、正の屈折力を有する第４レンズ群を配設すると共に、第4レンズ群の像側へ挿脱可能に設けられ、第１レンズ群から第４レンズ群までの各レンズ群と像面との距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群を有してなり、変倍に際して、第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように、第２レンズ群・第３レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、第１レンズ群が物体側から順に、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズの３枚で構成され、第１レンズ群に回折光学素子を含み、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。

ただし、m_2Wは広角端における第2群の倍率、m_2Tは望遠端における第2群の倍率、m_3Wは広角端における第3群の倍率、m_3Tは望遠端における第3群の倍率、ν_1GPは第1レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値、f_TCはエクステンダレンズ群を挿入した状態での望遠端における全系の焦点距離、f_DOEは回折光学素子の回折部の焦点距離を表す。

【請求項3】

物体側から像面側に向かって、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、正の屈折力を有する第４レンズ群を配設すると共に、第4レンズ群の像側へ挿脱可能に設けられ、第１レンズ群から第４レンズ群までの各レンズ群と像面との距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群を有してなり、変倍に際して、第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように、第２レンズ群・第３レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、第１レンズ群が物体側から順に、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズ、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズの5枚で構成され、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。

ただし、m_2Wは広角端における第2群の倍率、m_2Tは望遠端における第2群の倍率、m_3Wは広角端における第3群の倍率、m_3Tは望遠端における第3群の倍率、ν_1GPは第1レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値を表す。

【請求項4】

物体側から像面側に向かって、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、正の屈折力を有する第４レンズ群を配設すると共に、第4レンズ群の像側へ挿脱可能に設けられ、第１レンズ群から第４レンズ群までの各レンズ群と像面との距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群を有してなり、変倍に際して、第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように、第２レンズ群・第３レンズ群を移動させるズームレンズにおいて、第４レンズ群が物体側から順に、少なくとも３枚の正レンズを有し、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。

ただし、m_2Wは広角端における第2群の倍率、m_2Tは望遠端における第2群の倍率、m_3Wは広角端における第3群の倍率、m_3Tは望遠端における第3群の倍率、ν_4GPは上記少なくとも３枚の正レンズのアッベ数の平均値を表す。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。

ただし、L₄は第４レンズ群の最も物体側の面から最も像側の面までの光軸に沿った距離、T_4F-Iは第４レンズ群の最も物体側の面から像面までの光軸に沿った距離であり、第４レンズ群より像面側に屈折力を有さない光学素子が含まれる場合、それが存在しないと仮定した空気換算長を表す。

【請求項6】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のズームレンズにおいて、第２レンズ群が３枚以下のレンズで構成されることを特徴とするズームレンズ。

【請求項7】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のズームレンズにおいて、変倍に際し、第１レンズ群と第４レンズ群が像面に対して固定されていることを特徴とするズームレンズ。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のズームレンズを撮影用光学系として有することを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、監視用途に用いられるズームレンズ及びこのズームレンズを用いた撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物体側から像面側に向かって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、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群が配設され、変倍に際して、第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように第２レンズ群、第３レンズ群を移動させるズームレンズが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

また、この種のタイプのズームレンズとして、第４レンズ群内にエクステンダレンズ群を挿脱可能としたものが知られている（特許文献２参照）。
また、この種のタイプのズームレンズとして、第１レンズ群に回折光学素子を含むものも知られている（特許文献３参照）。

【0004】

更に、この種のタイプのズームレンズにおいて、回折光学素子は設けられていないが、近赤外域までの色収差補正を行っているものも知られている（特許文献４参照）。

【0005】

テレビカメラ用のズームレンズには各種のタイプのズームレンズが考えられている。例えば、高変倍化に適したものとして、物体側から像側へ正の焦点距離を持つ第１レンズ群、負の焦点距離を持つ第２レンズ群、負の焦点距離を持つ第３レンズ群、正の焦点距離を持つ第４レンズ群を配設し、変倍に際して、第２レンズ群と第３レンズ群とを移動させるものが知られている。

【0006】

このタイプのズームレンズでは、第２レンズ群が変倍を行うためのバリエータ、第３レンズ群が変倍に伴う像面位置の変動を補正するためのコンペンセータという役割分担をするものが多い。しかしながら、小型化と高変倍化を両立させるため、第３レンズ群にも変倍作用の一部を負担させるものもある。

【0007】

その特許文献１では、第３レンズ群にも変倍作用の一部を負担させているが、変倍比が２０倍未満にとどまっている。その特許文献２では、エクステンダレンズを内蔵させているが、やはり変倍比は２０倍以下にとどまっている。

【0008】

監視用途のテレビカメラにおいては、波長900nm程度以下の近赤外域まで感度を持った撮像がなされることがある。例えば、十分な光量のある昼間は近赤外光をカットして可視光のみで正確なカラー画像を取得し、悪天候時や薄暮・黎明時には可視域から近赤外域までの光を全て透過させて光量を稼ぎ、夜間は可視光をカットして波長850nm程度の赤外線を投光・照明するといったような運用がなされる。

【0009】

よって、撮影レンズとして用いるズームレンズには、可視域のみならず近赤外域まで色収差が補正されていることが要求される。近赤外域までの色収差補正がなされていない場合、可視光と近赤外光との切り替えに際してフォーカスを合わせ直す必要が生じたり、可視域から近赤外域までの光を全て透過させて使用する場合に十分な解像力が得られなくなったりするからである。

【0010】

このタイプのズームレンズにおいて、色収差を良好に補正するためには、望遠側で軸上マージナル光線高さが大きくなる第１レンズ群、広角側で軸上マージナル光線高さが大きくなる第４レンズ群にそれぞれFPL51（株式会社オハラ製の商品名）やFPL53（株式会社オハラ製の商品名）に代表される特殊低分散ガラスを使用することが一般に行われる。また、第１レンズ群に回折光学素子を設け、回折光学素子が有する負の分散を用いて色収差を補正する提案もなされている。

【0011】

特許文献３では、第１レンズ群に回折光学素子を用いて色収差の補正を行っているが、変倍比が２５倍を超えるものは望遠端における望遠比（焦点距離に対するレンズ全長の比）が１.０前後と大きく、小型化が十分に図れていない。

【0012】

特許文献４では、第１レンズ群、第４レンズ群に特殊低分散ガラスを使用して、近赤外域までの収差補正を行っているが、変倍比が２２倍程度と２５倍よりも小さい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ところで、テレビカメラやビデオカメラには、ユーザから多岐にわたる要望がある。なかでも、高画質化と小型化は常にユーザが要望するところであり、そのウエイトが大きい。よって、ズームレンズにも、高性能化と小型化の両立が求められている。さらに、変倍比についてもなるべく大きなものが望まれている。

【0014】

本発明の目的は、収差補正が良好で小型のズームレンズを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明の請求項１に記載のズームレンズは、物体側から像面側に向かって、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、正の屈折力を有する第４レンズ群を配設すると共に、第４レンズ群の像面側に挿脱可能に設けられ、第１レンズ群から第４レンズ群までの各レンズ群と像面との距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群を有し、変倍に際して第２レンズ群は広角端において最も物体側に位置し、第３レンズ群は望遠端において最も像面側に位置するように第２レンズ群、第３レンズ群を移動させるズームレンズで、
m_2Wを広角端における第２群の倍率、m_2Tを望遠端における第２群の倍率、m_3Wを広角端における第３群の倍率、m_3Tを望遠端における第３群の倍率、D_34Wを広角端における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔、D_34Tを望遠端における第３レンズ群と第４レンズ群との間隔、f_wを広角端における全系の焦点距離とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、収差補正が良好で小型のズームレンズを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図2】図２は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図3】図３は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図4】図４は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図5】図５は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図6】図６は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図7】図７は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図8】図８は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図9】図９は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図10】図１０は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端において第２レンズ群が最も物体側に接近している状態を示し、（ｃ）は望遠端において第３レンズ群が最も像面側に接近している状態を示し、（ｂ）はズームレンズが中間焦点距離にある状態を示す。

【図11】図１１は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の広角端における収差曲線図である。

【図12】図１２は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図13】図１３は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の望遠端における収差曲線図である。

【図14】図１４は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の広角端における収差曲線図である。

【図15】図１５は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図16】図１６は数値例１のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の望遠端における収差曲線図である。

【図17】図１７は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の広角端における収差曲線図である。

【図18】図１８は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図19】図１９は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の望遠端における収差曲線図である。

【図20】図２０は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の広角端における収差曲線図である。

【図21】図２１は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図22】図２２は数値例２のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の望遠端における収差曲線図である。

【図23】図２３は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の広角端における収差曲線図である。

【図24】図２４は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図25】図２５は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の望遠端における収差曲線図である。

【図26】図２６は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の広角端における収差曲線図である。

【図27】図２７は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図28】図２８は数値例３のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の望遠端における収差曲線図である。

【図29】図２９は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の広角端における収差曲線図である。

【図30】図３０は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図31】図３１は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の望遠端における収差曲線図である。

【図32】図３２は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の広角端における収差曲線図である。

【図33】図３３は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図34】図３４は数値例４のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の望遠端における収差曲線図である。

【図35】図３５は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の広角端における収差曲線図である。

【図36】図３６は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図37】図３７は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されていない）の望遠端における収差曲線図である。

【図38】図３８は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の広角端における収差曲線図である。

【図39】図３９は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の中間焦点距離における収差曲線図である。

【図40】図４０は数値例５のズームレンズ（エクステンダレンズ群が挿入されている）の望遠端における収差曲線図である。

【図41】図４１は撮像装置としての一実施形態を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0018】

以下に、本発明に係るズームレンズの実施例を図面を参照しつつ説明する。
本発明のズームレンズ１は、図１ないし図１０に示すように、物体側から像面側に向かって、正の屈折力を有する第１レンズ群２、負の屈折力を有する第２レンズ群３、負の屈折力を有する第３レンズ群４、正の屈折力を有する第４レンズ群５からなる。

【0019】

また、図２、図４、図６、図８、図１０に示すように、このズームレンズ１には、第１レンズ群２から第４レンズ群５までの各レンズ群と像面Ｓとの距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させるエクステンダレンズ群６が、第４レンズ群５の像面Ｓの側に挿脱可能に設けられる。

【0020】

第１レンズ群２は、例えば、数値例１ないし数値例４に対応する図１ないし図８に示すように、レンズＬ１とレンズＬ２とレンズＬ３との三枚のレンズから構成されている。第２レンズ群３は、例えば、レンズＬ６とレンズＬ７とレンズＬ８との三枚のレンズから構成されている。

【0021】

第３レンズ群４は、例えば、レンズＬ９と、レンズＬ１０との二枚のレンズから構成されている。第４レンズ群５は、例えば、レンズＬ１１と、レンズＬ１２と、レンズＬ１３と、レンズＬ１４と、レンズＬ１５と、レンズＬ１６との六枚のレンズから構成されている。

【0022】

エクステンダレンズ群６は、例えば、レンズＬ１７と、レンズＬ１８と、レンズＬ１９と、レンズＬ２０と、レンズＬ２１との五枚のレンズから構成されている。
その第３レンズ群４と第４レンズ群５との間には、第４レンズ群５のレンズＬ１１の直前方に平行平板ＦＰ２が配設されている。この平行平板ＦＰ２は、光量調整用のNDフィルタを想定している。その平行平板ＦＰ２とレンズＬ１１との間には絞りＳＢが設けられている。第４レンズ群５の像面Ｓの側には、平行平板ＦＰ１が配設されている。この平行平板ＦＰ１は、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CCDセンサ等の撮像素子のカバーガラス（シールガラス）を想定している。

【0023】

正・負・負・正の４レンズ群で構成されるズームレンズ１は、一般に、第２レンズ群３が主要な変倍作用を負担するいわゆるバリエータとして構成され、第３レンズ群４にも変倍作用を分担させることができ、高変倍化に適している。

【0024】

この実施例では、図１（ａ）〜図１０（ａ）に示すように、第２レンズ群３が広角端において最も物体側に位置し、図１（ｃ）〜図１０（ｃ）に示すように、第３レンズ群４が望遠端において最も像面側に位置するように、第２レンズ群３、第３レンズ群４を移動させることによって、第３レンズ群４が十分な変倍作用を有するようにしている。

【0025】

広角端から望遠端への変倍に際して、図１（ａ）〜図１０（ａ）から図１（ｂ）〜図１０（ｂ）に示すように、第２レンズ群３と第３レンズ群４との間隔は一旦小さくなり、変倍の中間域で極値をとる。その後、図１（ｃ）〜図１０（ｃ）に示すように、第２レンズ群３と第３レンズ群４との間隔は再び大きくなる。第２レンズ群３と第３レンズ群４とは変倍作用を負担するバリエータとして一体的であり、互いの間隔を変えることによって、像面位置の補償、いわゆるコンペンセータとしての機能を果たしている。

【0026】

また，この実施例に係るズームレンズ１では、第４レンズ群５の像面側に挿脱可能に設けられたエクステンダレンズ群６により，第１レンズ群２から第４レンズ群５までの各レンズ群と像面Ｓとの距離を変えることなく，全系の焦点距離を長い側へ遷移させるようにしている。

【0027】

このような構成を採る理由は、エクステンダレンズ群６をズームレンズ１に内蔵可能とするためである。エクステンダレンズ群６の挿脱によって、第１レンズ群２から第４レンズ群５までの各レンズ群と像面Ｓとの距離が変わる構成では、エクステンダレンズ群６の挿脱に伴って、フォーカス状態を維持するために第１レンズ群２から第４レンズ群５までを移動させなければならない。

【0028】

このため、ズームレンズ１を駆動するために、非常に複雑な機構が必要となる。加えて，第４レンズ群５の途中ではなく、第４レンズ群５の像面側にエクステンダレンズ群６を設けることにより、第４レンズ群５の組み立て精度の維持の容易化を図っている。

【0029】

更に、この実施例のズームレンズ１では、以下の条件式を満足する構成とされている。

【0030】

ただし、m_2Wは広角端における第２レンズ群３の倍率，m_2Tは望遠端における第２レンズ群３の倍率、m_3Wは広角端における第３レンズ群４の倍率，m_3Tは望遠端における第３レンズ群４の倍率を示している。

【0031】

m_2T / m_2Wおよびm_3T / m_3Wが共に負であるという意味は、言い換えると、広角端から望遠端への変倍の途中に、第３レンズ群４の倍率が「０」となる状態を含むという意味である。

【0032】

また、第３レンズ群４の倍率が「０」となる状態とは、第１レンズ群２と第２レンズ群３との合成の屈折力が「０」となる状態であり、これを境として、第２レンズ群３・第３レンズ群４の倍率の符号が逆転する（第３レンズ群４の倍率が「０」となるとき、第２レンズ群３の倍率は無限大となる。）。この状態を含むように、ズームレンズ１を構成することにより、第２レンズ群３・第３レンズ群４の変倍への寄与をバランスさせ、良好な収差補正を実現することが可能となる。

【0033】

さらに、その第２レンズ群３・第３レンズ群４の変倍への寄与を、( m_3T / m_3W ) / ( m_2T / m_2W ) が所定の範囲に入るようにコントロールすることにより，十分な高変倍化を達成しながら、大幅な小型化を実現することができる。

【0034】

( m_3T / m_3W ) / ( m_2T / m_2W ) が０.８以下であると，第３レンズ群４の変倍への寄与が小さくなりすぎ、( m_3T / m_3W ) / ( m_2T / m_2W )が３.０以上であると、第２レンズ群３の変倍への寄与が小さくなりすぎて、いずれの場合も各種の単色収差の補正に困難が生じ、高変倍化と小型化の両立が困難となる。

【0035】

この実施例１に係るズームレンズ１では、エクステンダレンズ群６により焦点距離をさらに長い側へ遷移させるため、エクステンダレンズ群６の非挿入時の収差はより良好に補正されている必要がある。
従って、さらに望ましくは、以下の条件式を満足する構成とするのが良い。

【0036】

ズームレンズ１をより高変倍に適したものとするためには、さらに、以下の条件式を満足する構成とするのが望ましい。

ただし、D_34Wは広角端における第３レンズ群４と第４レンズ群５との間隔、D_34Tは望遠端における第３レンズ群４と第４レンズ群５との間隔、f_wをは広角端における全系の焦点距離を示す。

【0037】

( D_34W - D_34T ) / f_w が２.５以下であると、第３レンズ群４の変倍への寄与が小さくなりやすく、( D_34W - D_34T ) / f_w が６.０以上であると第２レンズ群３の変倍への寄与が小さくなりやすく、いずれにせよ、収差補正に無理が生じる場合がある。

【0038】

また、この実施例のズームレンズ１においては、望遠域の開放Ｆナンバが、第４レンズ群５の物体側近傍に設けた開口絞りＳＢではなく、第１レンズ群２の有効径で規制されるように構成することができるが、その場合、( D_34W - D_34T ) / f_w が２.５より大きいことは、第３レンズ群４の有効径を小さくする効果があり、これも収差補正に有利に機能する。

【0039】

この実施例のズームレンズ１においては、また、主要な結像作用を負担する第４レンズ群５の配置に関して、以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし、L₄は第４レンズ群５の最も物体側の面（面番号１９）から最も像側の面（面番号２８）までの光軸に沿った距離、T_4F-Iは第４レンズ群５の最も物体側の面（面番号２８）から像面Ｓまでの光軸に沿った距離であり、第４レンズ群５より像面側に屈折力を有さない光学素子が含まれる場合、それが存在しないと仮定した空気換算長を示す。

【0040】

L₄ / T_4F-I が０.２以下であると、第４レンズ群５の構成に関する自由度が阻害され、各種の収差補正（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差の補正）が困難となる場合がある。一方、L₄ / T_4F-I が０.５以上であると、第４レンズ群５と像面Ｓとの間に十分な空間が確保できず、エクステンダレンズ群６の構成に関する自由度が阻害される。

【0041】

また、各種の収差補正が不十分となったり、赤外光カットフィルタ・可視光カットフィルタ等の切替機構をズームレンズ１内に配設するのに支障をきたしたりして、好ましくない。
更には、第４レンズ群５内・エクステンダレンズ群６内の各面やフィルタの反射によるゴーストが発生しやすくなったりして、好ましくない。
なお、以下の条件式を満足するのが更に望ましい。

【0042】

実施例のズームレンズ１において、第１レンズ群２に含まれる正レンズは、以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし，ν_1GPは第１レンズ群２に含まれる正レンズの材料のアッベ数の平均値を示す。高変倍化、特に、望遠端の焦点距離を長くしようとすると、望遠側における軸上色収差の二次スペクトルの補正が困難となる。この実施例のズームレンズ１では、エクステンダレンズ群６により焦点距離をさらに長い側へ遷移させるため、軸上色収差は、なおさら良好に補正されている必要がある。

【0043】

例えば、エクステンダレンズ群６の倍率（横倍率）を「２」とすると，Ｆナンバが２倍となるため、焦点深度は２倍となるが、軸上色収差は縦収差であるため２乗で寄与し、収差量は４倍となるからである。

【0044】

よって、望遠側で軸上マージナル光線高さが大きくなる第１レンズ群２には、分散の小さな正レンズを用いるのが望ましい。
ν_1GPが７５以下であると、望遠域の色収差補正が不十分になりやすい。その一方、ν_1GPが９６以上の材料は存在しないか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、現実的には使用できない。

【0045】

なお、第１レンズ群２に回折光学素子を設けるなど、他の色収差補正手段を併用する場合でも、近赤外域までの色収差補正が必要な場合には、本条件式を満足するのが良い。
なお、さらに望ましくは、以下の条件式を満足するのが良い。

【0046】

この実施例の数値例１ないし数値例４に対応する図１ないし図８に示す実施例では、第１レンズ群２の各レンズＬ１ないしＬ３は、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズ、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズＬ３から構成され、回折光学素子ＲＦを含んでいる。

【0047】

第１レンズ群２に回折光学素子ＲＦを含む構成とすることにより、近赤外域を含む望遠域の色収差補正を十分に行った場合でも、レンズ径の大きな第１レンズ群２の構成枚数を３枚に抑えることができ、軽量化が可能となる。

【0048】

第１レンズ群２に回折光学素子ＲＦを設ける場合、以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし，f_TCはエクステンダレンズ群６を挿入した状態での望遠端における全系の焦点距離，f_DOEは回折光学素子ＲＦの回折部の焦点距離を示す。

【0049】

f_TC / f_DOEが、０.０２以下となる程度に、回折光学素子ＲＦの屈折力が弱いと、望遠域における色収差補正を十分に行うことが難しくなる。その一方、f_TC / f_DOEが０.１０以上となる程度に回折光学素子ＲＦの屈折力が強いと、望遠側における色収差の補正が過剰となって、これも好ましくない。

【0050】

第１レンズ群２は、数値例５に対応する図９、図１０に示すように、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１’、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズＬ２’、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３’、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズＬ４’、物体側に像側よりも曲率半径の絶対値が小さい凸面を向けた正レンズＬ５’の５枚の構成とすることもできる。

【0051】

この場合、第１レンズ群２に回折光学素子ＲＦは不要となる。この場合、回折光学素子ＲＦの波長依存性に起因する不要な高次回折光、回折光学素子ＲＦの構造に起因するフレア等を考慮する必要がなくなるというメリットがある。

【0052】

このズームレンズ１においては、第４レンズ群５は物体側から順に配設された６枚のレンズＬ１１ないしＬ１６から構成されているが、少なくとも３枚の正レンズを有していれば良く、以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし、ν_4GPは少なくとも３枚の正レンズのアッベ数の平均値を示す。
第４レンズ群５をこのように構成することにより、特に変倍範囲の広角域において、可視域から近赤外域までの色収差をさらに良好に補正することが可能となる。

【0053】

第２レンズ群３は、この実施例では、３枚であるが、３枚以下のレンズにより構成されることが望ましい。
この実施例のズームレンズ１においては、第２レンズ群３と第３レンズ群４とにバリエータ・コンペンセータという区別なく、総合的に変倍と収差補正を行うため、第２レンズ群３を３枚以下のレンズで構成し、第２レンズ群３単独での収差補正能力が比較的低い構成でも、十分な結像性能の確保が可能である。

【0054】

この各数値例に対応する図１ないし図１０に示す第２レンズ群３のレンズＬ６、Ｌ７、Ｌ８は、物体側から順に負レンズ・正レンズ・負レンズの３枚構成とされている。
また、変倍に際し、第１レンズ群２と第４レンズ群５は像面Ｓに対して固定されていることが望ましい。

【0055】

テレビカメラ・ビデオカメラ用のズームレンズ１としては、全長が一定で変倍に際して重量バランスが変化しないことが望まれている。このため、第１レンズ群２と第４レンズ群５を移動させない構成とすることによって、それを具現化することができる。
また、移動レンズ群が少ないことは機構面でも有利であり、部品点数の低減や軽量化、信頼性の向上につながる。

【0056】

各レンズ群の屈折力は、それぞれ以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし、f₁は第１レンズ群２の焦点距離、f₂は第２レンズ群３の焦点距離、f₃は第３レンズ群４の焦点距離、f₄は第４レンズ群５の焦点距離，f_wは広角端における全系の焦点距離を示す。

【0057】

各レンズ群の屈折力を条件式の範囲に収めることにより、２５倍を超える変倍比を有し、望遠端の半画角が０.５度程度となるようなズームレンズ１により適したものとなる。

【0058】

第１レンズ群２に含まれる正レンズのうちの少なくとも１枚、および、第４レンズ群５に含まれる正レンズのうちの少なくとも1枚は以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし、ν_dはその正レンズを構成する材料のアッベ数、θ_C,A'はその正レンズを構成する材料の部分分散比を示す。

【0059】

ここで、θ_C,A' = ( n_C - n_A' ) / ( n_F - n_C ) であり、n_F，n_C，n_A'は、それぞれ、その負レンズを構成する材料のF線，C線，A'線に対する屈折率である。
第１レンズ群２・第４レンズ群５のそれぞれに上記条件式を満足する正レンズを設けることにより、広角端から望遠端に至る変倍の全域にわたって近赤外域を含む色収差を良好に補正することが可能となる。

【0060】

エクステンダレンズ群６は、物体側から順に、正のレンズＬ１７と正のレンズＬ１８と負のレンズＬ１９とからなるエクステンダレンズ前群と、正のレンズＬ２０と負のレンズＬ２１とからなるエクステンダレンズ後群とを有する構成とすることが望ましい。

【0061】

エクステンダレンズ前群は全体として正の屈折力を有し、エクステンダレンズ後群は全体として負の屈折力を有することにより、第１レンズ群２から第４レンズ群５までの各レンズ群と像面Ｓとの距離を変えることなく、全系の焦点距離を長い側へ遷移させることができる。

【0062】

さらに、エクステンダレンズ前群、エクステンダレンズ後群をそれぞれ複数枚のレンズにより構成すれば、エクステンダレンズ群６の収差補正をより良好に行うことが可能となる。

【0063】

エクステンダレンズ群６の屈折力は、以下の条件式を満足することが望ましい。

ただし，f_Eはエクステンダレンズ群の焦点距離、f_wは広角端における全系の焦点距離を示す。

【0064】

エクステンダレンズ群６の屈折力を条件式の範囲内に収めることにより、２倍程度の焦点距離を有する内蔵エクステンダレンズにより適したものとなる．
この実施例のズームレンズ１において、有限距離へのフォーカシングは各種の方法が考えられる。最も簡単な構成は、第１レンズ群２を移動させることによって行うものである。

【0065】

以下に、このズームレンズ１の具体的な数値例を示す。なお、最大像高ｙ’は、数値例１、数値例２、数値例４、数値例５においては、４.０mm，数値例３においては、４.５mmである。

【0066】

各レンズの材質は，数値例１〜数値例４において，第１レンズ群２が有する回折部に樹脂が使用されている他は全て光学ガラスである。この光学ガラスには株式会社オハラ製の製品を使用しており、数値例にはガラス材料名を記載している。

【0067】

数値例１ないし数値例５の収差は十分に補正されており、200万画素以上の撮像素子への対応が可能となっている。この実施例のように、ズームレンズ１を構成することにより、２５倍を超える変倍比と十分な小型化を達成しながら、非常に良好な結像性能を確保し得ることは実施例より明らかである。

【0068】

数値例１ないし数値例５における記号の意味は以下の通りである。
f ：全系の焦点距離
F ：Fナンバ
ω ：半画角
r ：曲率半径
d ：面間隔
n_d ：屈折率
ν_d ：アッベ数
θ_C,A' ：部分分散比：(n_C-n_A')/(n_F-n_C）
C₂ ：位相関数の2次係数
C₄ ：位相関数の4次係数
K ：非球面の円錐定数
A₄ ：非球面式の4次係数
A₆ ：非球面式の6次係数
A₈ ：非球面式の8次係数

【0069】

ただし、ここで用いられる回折面は、基準波長をλ、光軸からの高さをhとして、以下の位相関数で表される。なお、結像光には１次回折光を使用し、回折部の屈折力は-2・C₂である。

また、ここで用いられる非球面は、近軸曲率半径をR、光軸からの高さをHとして、以下の非球面式で表される。

球面収差の図中の破線は正弦条件を示す。
非点収差の図中の実線はサジタル収差、破線はメリディオナル収差を示す。

【0070】

（数値例１）
エクステンダレンズ群６が設けられていない場合

第３面は面番号３を意味する。

【0071】

（数値例１）
エクステンダレンズ群６が設けられている場合

【0072】

（数値例２）
エクステンダが設けられていない場合

【0073】

（数値例２）
エクステンダが設けられている場合

【0074】

（数値例３）
エクステンダが設けられていない場合

【0075】

（数値例３）
エクステンダが設けられている場合

【0076】

（数値例４）
エクステンダが設けられていない場合

第１９面は面番号１９を意味する。

【0077】

（数値例４）
エクステンダが設けられている場合

【0078】

（数値例５）
エクステンダが設けられていない場合

【0079】

（数値例５）
エクステンダが設けられている場合

【0080】

次に、このズームレンズ１を適用した撮像装置１０を図４１を参照しつつ説明する。
撮像装置１０は撮影レンズ１１と撮像素子１６（例えば、エリアセンサ）を有する。この撮影レンズ１１には、既述のズームレンズ１を用いることができる。撮影レンズ１１は、フォカース制御部１２によってフォーカス制御される。すなわち、このフォーカス制御部１２によって合焦動作が実行される。

【0081】

また、ズームレンズ制御部１３によって、ズーム制御される。つまり、ズーム制御部１３によって変倍動作がなされる。絞り部材ＳＢは絞り制御部１４’によって制御され、平行平面板ＦＰ２等のフィルタはフィルタ制御部１４によって撮影光路に挿脱され、エクステンダレンズ群６はエクステンダ制御部１５によって撮影光路に挿脱される。絞り制御部１４’は開口絞りＳＢの径を変えて、Ｆナンバをコントロールする役割を果たす。フィルタ制御部１４は、例えば、赤外光カットフィルタ・可視光カットフィルタ等の切替を行う役割を有する。

【0082】

その撮影レンズ１１によって撮像素子１６の像面Ｓに被写体像が形成される。その撮像素子１６は、像面Ｓに形成された被写体像を光電変換して、画像信号として信号処理部１７に向けて出力する。

【0083】

その信号処理部１７は画像信号を処理して、デジタル情報に変換する。その信号処理部１７によってデジタル化された画像情報は、図示を略す画像処理部において所定の画像処理を受け、図示を略す半導体メモリ等に記録されたり、図示を略す通信手段によって外部へ伝送される。
また、図示を略すモニタに撮影中の画像を表示することもあるし、半導体メモリ等に記録されている画像をモニタに表示することもできる。

【0084】

以上に説明した撮像装置１０によれば、数値例１〜数値例５のズームレンズ１を撮影レンズ１１として使用できるので、可視域から近赤外域までのシームレスな撮像に対応し、２００万画素以上の撮像素子１６を使用した小型で高画質の撮像装置１０を実現できる。

【0085】

この実施例の効果をまとめると、２５倍を超える変倍比を有すると共に２倍程度のエクステンダを内蔵し、構成枚数が少なく、軽量で、望遠端における望遠比（焦点距離に対するレンズ全長の比）が０.６０未満と小型であり、２００万画素以上の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズ１を提供することができる。このため、高変倍かつ十分に小型・軽量で、高画質の撮像装置を実現することが可能となる。

【0086】

また、この実施例によれば、特に望遠域の色収差をより良好に補正した高性能なズームレンズ１を提供することができる。このため、監視用途として特に重要な望遠域において、さらに画質低下が少なく、かつ、使い勝手に優れた高画質の撮像装置を提供することができる。

【0087】

また、この実施例によれば、変倍全域における色収差をよりバランス良く補正した高性能なズームレンズ１を提供することができる。このため、さらに高画質で使用時のストレスがない撮像装置を実現することができる。

【0088】

更に、この実施例によれば，第３レンズ群４の収差補正への寄与をコントロールし、より高性能化・小型化に適したズームレンズ１を提供することができる。このため、画面全体にわたって高い解像度を有する小型の撮像装置を提供することができる。

【0089】

更に、変倍に際して第２レンズ群３・第３レンズ群４の役割を適切なものとし、より小型化・高変倍化に適したズームレンズ１を提供することができる。このため、十分に高変倍で小型の撮像装置を提供することができる。

【0090】

また、像面Ｓに対して第４レンズ群５を適切に配置し，十分なバックフォーカスを確保しながら、より高性能化の可能なズームレンズ１を提供することができる。このため、フィルタ切替機構等の配置に無理のない高画質の撮像装置を提供することができる。

【0091】

加えて、各レンズ群の適切な構成例を示し、ズームレンズ１をより具現化することができるため、高変倍かつ小型・軽量で、可視域から近赤外域に至るまでピント変動や画質低下を抑えた高画質の撮像装置をより確実に実現することができる。

【0092】

変倍に際して可動レンズ群を限定し、全長変化がなく重量バランスも崩れにくい操作性に優れた高性能なズームレンズ１を提供することができる。このため、使い勝手が良く、信頼性も高い撮像装置を実現することができる。

【0093】

また、２５倍を超える変倍比を有すると共に２倍程度のエクステンダレンズ群６を内蔵し、構成枚数が少なく、軽量で、望遠端における望遠比（焦点距離に対するレンズ全長の比）が０.６０未満と小型であり、２００万画素以上の撮像素子に対応した解像力を有するズームレンズを撮影光学系として使用した小型で高画質の撮像装置を提供することができる。このため、ユーザは可視域から近赤外域までの撮像をストレスなく行うことができる。

【符号の説明】

【0094】

１…ズームレンズ
２…第１レンズ群
３…第２レンズ群
４…第３レンズ群
５…第４レンズ群
６…エクステンダレンズ群

【先行技術文献】

【特許文献】

【0095】

【特許文献1】特開平10-054937号公報

【特許文献2】特開2012-185272号公報

【特許文献3】特開2008-197534号公報

【特許文献4】特開2008-241884号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】