特開 2024-7830 変倍光学系及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007830

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】変倍光学系及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/16 20060101AFI20240112BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G02B15/16

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109181

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(74)【代理人】

【識別番号】100156867

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 欣浩

(74)【代理人】

【識別番号】100143786

【弁理士】

【氏名又は名称】根岸 宏子

(72)【発明者】

【氏名】太田 博満

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA01

2H087KA02

2H087LA01

2H087NA03

2H087PA09

2H087PA10

2H087PA11

2H087PA18

2H087PB10

2H087PB11

2H087QA02

2H087QA07

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA34

2H087QA42

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087SA14

2H087SA16

2H087SA19

2H087SA62

2H087SA63

2H087SA64

2H087SA74

2H087SB04

2H087SB16

2H087SB17

2H087SB23

(57)【要約】

【課題】従来と同程度の大きさを維持しつつ、広画角であり、変倍率が高く、可視光域から近赤外域までを同時に撮像が可能な変倍光学系及び撮像装置を提供する。
【解決手段】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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成され、変倍の際に少なくとも第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って移動し、開口絞りＳが第２レンズ群Ｇ２と連動して移動する変倍光学系であって、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、第一の正レンズと、第一の負レンズと、第二の正レンズと、第三の正レンズを含む少なくとも１枚以上のレンズと、第二の負レンズとを備え、第三の正レンズと第二の負レンズとは隣接配置されるものとし、所定の式を満足させる。また、撮像装置は、当該変倍光学系と撮像素子とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項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、正の屈折力を有する第３レンズ群とから構成され、
変倍の際に、少なくとも前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が光軸に沿って移動し、開口絞りが前記第２レンズ群と連動して移動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、第一の正レンズと、第一の負レンズと、第二の正レンズと、第三の正レンズを含む少なくとも１枚以上のレンズと、第二の負レンズとを備え、前記第三の正レンズと前記第二の負レンズとは隣接配置されるものとし、
以下の式を満足することを特徴とする変倍光学系。
２５．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν－２Ｇ１Ｎν ≦ ６５．１ ・・・（１）
１３．８ ≦ ２Ｇ３Ｐν－２Ｇ２Ｎν ・・・（２）
６３．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν ・・・（３）
６７．０ ≦ ２Ｇ３Ｐν ・・・（４）
但し、
２Ｇ１Ｎν： 前記第一の負レンズのｄ線に対するアッベ数
２Ｇ２Ｐν： 前記第二の正レンズのｄ線に対するアッベ数
２Ｇ３Ｐν： 前記第三の正レンズのｄ線に対するアッベ数
２Ｇ２Ｎν： 前記第二の負レンズのｄ線に対するアッベ数

【請求項2】

以下の式を満足する請求項１に記載の変倍光学系。
８．７ ≦ （ｆＴ／ｆＷ）×ｔａｎ（ωＷ） ・・・（５）
但し、
ｆＴ： 望遠端における当該変倍光学系の焦点距離
ｆＷ： 広角端における当該変倍光学系の焦点距離
ωＷ： 広角端における当該変倍光学系の半画角

【請求項3】

以下の式を満足する請求項１に記載の変倍光学系。
１．８ ≦ｆＴ／ｆ２ ≦ ２．１ ・・・（６）
但し、
ｆＴ： 望遠端における当該変倍光学系の焦点距離
ｆ２： 前記第２レンズ群の焦点距離

【請求項4】

前記第２レンズ群は、物体側から順に配置された前記第一の正レンズ、前記第一の負レンズ、前記第二の正レンズ、前記第三の正レンズ及び前記第二の負レンズの５枚のレンズにより構成される請求項１に記載の変倍光学系。

【請求項5】

前記第一の負レンズと前記第二の正レンズとが接合されている、請求項１に記載の変倍光学系。

【請求項6】

前記第二の負レンズは少なくとも非球面を一面有する、請求項１に記載の変倍光学系。

【請求項7】

前記第２レンズ群において最も像側に位置する負レンズは、メニスカスレンズである請求項１に記載の変倍光学系。

【請求項8】

変倍の際に、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群に加えて、前記第３レンズ群も光軸に沿って移動する請求項１に記載の変倍光学系。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の変倍光学系と、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子と、を備えた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】

本件発明は、変倍光学系及び撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）を用いた監視用の撮像装置に好適な変倍光学系及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が広く普及している。このような撮像装置に用いられる光学系として、焦点距離を変更可能な変倍光学系が広く用いられている。変倍光学系は、監視用撮像装置の光学系としても広く採用されている。

【0003】

従来の変倍光学系として、例えば、特許文献１には、物体側より順に、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レンズ群を少なくとも有し、第１レンズ群は物体側から順に負負正の３枚のレンズから構成され、第２レンズ群は物体側から２枚のレンズが正レンズであり、その最像面側に非球面を有する撮像レンズ装置が提案されている。

【0004】

また、特許文献２には、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正または負の屈折力の第３レンズ群を有し、変倍に際して少なくとも第１レンズ群と第３レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、第１レンズ群は物体側から順に、負の屈折力の第一レンズ、負の屈折力の第二レンズを有し、第２レンズ群は１枚以上の正レンズと１枚の負レンズを有するズームレンズが提案されている。

【0005】

ところで、監視用途の撮像装置では夜間等における暗視撮像を可能とするため、大口径であることが求められる。それだけでなく、可視光線と共に近赤外光線を用いた撮像を同時に行ういわゆる「ミックス光撮像」が可能であることなども求めている。ミックス光撮像が実現できれば、夜間の撮像に加え、可視光だけでは得られない情報を得ることができ、より良好な監視が可能になる。「ミックス光撮像」を実現するには、可視光域と近赤外域とにわたる広い波長域において良好に色収差が補正されている必要があり、焦点位置を近接させる、好ましくは一致させることが求められる。さらに、監視対象物が移動する物体である場合、目標とする監視対象物をシームレスに追尾することが求められる。そのような場合に、広角側を撮影するための撮像装置と、望遠側を撮像するための撮像装置の２台の撮像装置を用いると、監視対象物の追尾が困難な場合があり、広角側から望遠側までの撮像が可能な変倍率の高い変倍光学系が求められる。さらに、これらの要求を満たしつつ、監視用の撮像装置は目立たないことも求められる。従って、撮像装置は既存のドーム型カバー内に収容可能な大きさにする必要があり、変倍光学系もそれに応じた大きさとする必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３４３３７３４号公報

【特許文献2】特開２０１７－３７１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記観点からみたとき、上記特許文献１に開示の変倍光学系のＦナンバーは２．８～３．０前後と暗く、暗視撮像に不適である。また、当該変倍光学系では、可視光域では３次収差及び色収差が良好に補正されているが、近赤外域では軸上色収差の補正が不足している。そのため、可視光線と近赤外光線とを同一焦点位置で撮像することは不可能である。さらに、当該変倍光学系の変倍率は３倍と小さく、広角端の最大半画角も３５度と狭い。

【0008】

特許文献２に開示の変倍光学系についてみると、そのＦナンバーは２．８～５．０前後と暗く、やはり暗視撮像に不向きである。また、特許文献２に開示の変倍光学系では、近赤外光線の焦点位置と可視光域の光線の焦点位置とは２００～３５０μｍ離間しており、ミックス光撮像は不可能である。さらに、当該変倍光学系は低周波における振幅のピークも低いため、近赤外光線の焦点位置にリフォーカスしても、コントラストが低く、監視用途に要求される十分な解像度を得ることができない。そして、当該変倍光学系では広角端における最大半画角は４４．６度と特許文献１に開示の変倍光学系と比較すると広く、変倍率も３．２６～３．７９と大きいものの、監視用途とするには画角及び変倍率も十分ではない。

【0009】

そこで、本発明の課題は、従来と同程度の大きさを維持しつつ、広画角であり、変倍率が高く、可視光域から近赤外域までを同時に撮像が可能な変倍光学系及び撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため本件発明に係る変倍光学系は、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、正の屈折力を有する第３レンズ群とから構成され、変倍の際に、少なくとも前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群が光軸に沿って移動し、開口絞りが前記第２レンズ群と連動して移動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、第一の正レンズと、第一の負レンズと、第二の正レンズと、第三の正レンズを含む少なくとも１枚以上のレンズと、第二の負レンズとを備え、以下の式を満足することを特徴とする。
２５．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν－２Ｇ１Ｎν ≦ ６５．１ ・・・（１）
１３．８ ≦ ２Ｇ３Ｐν－２Ｇ２Ｎν ・・・（２）
６３．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν ・・・（３）
６７．０ ≦ ２Ｇ３Ｐν ・・・（４）
但し、
２Ｇ１Ｎν： 前記第一の負レンズのアッベ数
２Ｇ２Ｐν： 前記第二の正レンズのアッベ数
２Ｇ３Ｐν： 前記第三の正レンズのアッベ数
２Ｇ２Ｎν： 前記第二の負レンズのアッベ数

【0011】

また、上記課題を解決するために本件発明に係る撮像装置は、上記変倍光学系と、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本件発明によれば、従来と同程度の大きさを維持しつつ、広画角であり、変倍率が高く、可視光域から近赤外域まで撮像が可能な変倍光学系及び撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図2】実施例１の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図3】実施例１の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図4】実施例１の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図5】実施例１の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図6】実施例１の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図7】実施例１の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図8】本発明の実施例２の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図9】実施例２の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図10】実施例２の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図11】実施例２の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図12】実施例２の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図13】実施例２の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図14】実施例２の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図15】本発明の実施例３の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図16】実施例３の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図17】実施例３の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図18】実施例３の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図19】実施例３の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図20】実施例３の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図21】実施例３の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図22】本発明の実施例４の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図23】実施例４の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図24】実施例４の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図25】実施例４の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図26】実施例４の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図27】実施例４の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図28】実施例４の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図29】本発明の実施例５の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図30】実施例５の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図31】実施例５の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図32】実施例５の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図33】実施例５の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図34】実施例５の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図35】実施例５の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図36】本発明の実施例６の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図37】実施例６の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図38】実施例６の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図39】実施例６の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図40】実施例６の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図41】実施例６の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図42】実施例６の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図43】本発明の実施例７の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図44】実施例７の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図45】実施例７の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図46】実施例７の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図47】実施例７の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図48】実施例７の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図49】実施例７の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図50】本発明の実施例８の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図51】実施例８の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図52】実施例８の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図53】実施例８の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図54】実施例８の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図55】実施例８の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図56】実施例８の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図57】本発明の実施例９の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図58】実施例９の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図59】実施例９の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図60】実施例９の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図61】実施例９の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図62】実施例９の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図63】実施例９の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図64】本発明の実施例１０の変倍光学系のレンズ断面図である。

【図65】実施例１０の変倍光学系の広角端状態における縦収差図である。

【図66】実施例１０の変倍光学系の中間焦点距離状態における縦収差図である。

【図67】実施例１０の変倍光学系の望遠端状態における縦収差図である。

【図68】実施例１０の変倍光学系の広角端状態における横収差図である。

【図69】実施例１０の変倍光学系の中間焦点距離状態における横収差図である。

【図70】実施例１０の変倍光学系の望遠端状態における横収差図である。

【図71】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。但し、以下に説明する変倍光学系及び撮像装置は本件発明に係る光学系及び撮像装置の一態様であって、本件発明に係る変倍光学系及び撮像装置は以下の態様に限定されるものではない。

【0015】

１．変倍光学系
１－１．光学構成
当該変倍光学系は、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、正の屈折力を有する第３レンズ群とから構成され、変倍の際に、少なくとも第１レンズ群及び第２レンズ群が光軸に沿って移動し、開口絞りが第２レンズ群と連動して移動する。

【0016】

このようにいわゆるネガティブリード型の変倍光学系とすることで、広角端における画角を広く確保しつつ、当該変倍光学系が径方向に大きくなることを抑制することができる。また、望遠端側では例えば第１レンズ群に近接するように第２レンズ群を移動させて、第１レンズ群と第２レンズ群とにより全体として正の屈折力を有するようにすることで、テレフォト型屈折力配置とすることができ、焦点距離に比して光学全長を短くすることができる。これらのことから、広画角であり、且つ、広角側から望遠側まで撮像可能な高変倍率を実現しつつ、当該変倍光学系の小型化を図ることが容易になる。各レンズ群の具体的なレンズ構成として、例えば、次のようにすることができる。

【0017】

（１）第１レンズ群
第１レンズ群は負の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。第１レンズ群は負の屈折力を有するため１枚以上の負レンズを有する。２枚以上の負レンズを用いて構成すれば、第１レンズ群に強い負の屈折力を配置しつつ、各レンズ面の曲率が大きくなり過ぎることを防ぎ、諸収差の発生を抑制して結像性能の高い変倍光学系を得ることができる。また、色収差等の諸収差を良好に補正する上で、１枚以上の正レンズを有することが好ましい。

【0018】

（２）第２レンズ群
第２レンズ群は正の屈折力を有する。第２レンズ群は、物体側から順に、第一の正レンズと、第一の負レンズと、第二の正レンズと、第三の正レンズを含む少なくとも１枚以上のレンズと、第二の負レンズとを備え、第三の正レンズと第二の負レンズとは隣接配置される。第二の正レンズと第三の正レンズとの間に、１枚以上のレンズを有していても良い。

【0019】

第２レンズ群を、少なくとも３枚の正レンズと、２枚の負レンズから構成し、第一の正レンズ及び第三の正レンズの像側にそれぞれ第一の負レンズ及び第二の負レンズが隣接配置することにより色収差補正を良好に行うことができる。その際に、後述する式（１）～式（４）を満たすようにそれぞれの硝材を選択することで、色収差補正をより良好に行うことができる。従って、当該変倍光学系によれば、可視光域から近赤外域（７８０ｎｍ～９５０ｎｍ程度の範囲）までの広い波長域において軸上色収差や３次収差を良好に補正することができ、可視光域及び近赤外域における焦点位置を略一致させることができ、リフォーカスを行わずとも、可視光域と近赤外域とにおいて撮像することができる。すなわち、当該変倍光学系によれば、いわゆるミックス光撮像が可能になる。

【0020】

第２レンズ群において最も像側に位置する負レンズは、メニスカスレンズであることが好ましい。第２レンズ群において最も像側に位置する負レンズは第二の負レンズであっても、第二の負レンズより像側に配置された負レンズであってもよい。この構成によってレンズ面同士の偏心感度(いわゆる面間偏心感度)を分散し感度を低く抑えることができ製造性が良くなる。また、第一の負レンズと第二の正レンズとが接合されていることが好ましい。この構成によって面間偏心感度を低く抑えることができ製造性が良くなる。また、第二の負レンズは少なくとも非球面を一面有することが好ましい。この構成によって3次収差を良好に補正することができる。

【0021】

第２レンズ群は、上記構成を満たしつつ７枚以下のレンズで構成されることが好ましく、６枚以下のレンズで構成されることがより好ましい。少ないレンズ枚数で第２レンズ群を構成することで、可視光域から近赤外域までの広い波長域において各諸収差を良好に補正しつつ、当該変倍光学系の光学全長が長くなりすぎないようにすることができる。例えば、第２レンズ群を６枚のレンズから構成する場合は、第一の正レンズ、第一の負レンズ、第二の正レンズ、正又は負のレンズ、第三の正レンズ、第二の負レンズ、或いは、第一の正レンズ、第一の負レンズ、第二の正レンズ、第三の正レンズ、第二の負レンズ及び正又は負のレンズ等とすることができる。結像性能の高いミックス光撮像を行うことができ、且つ、小型の変倍光学系を実現する上で、第２レンズ群は物体側から順に配置される第一の正レンズ、第一の負レンズ、第二の正レンズ、第三の正レンズ及び第二の負レンズの５枚のレンズから構成されることが最も好ましい。

【0022】

（３）第３レンズ群
第３レンズ群は正の屈折力を有する限り、その具体的なレンズ構成等は特に限定されるものではない。また、負レンズを少なくとも１枚含む構成とすることにより、各種諸収差を補正する上で好ましい。

【0023】

（４）開口絞り
当該変倍光学系において開口絞りの位置は特に限定されるものではないが、変倍に際して第２レンズ群と連動して移動するものとする。変倍の際に第２レンズ群と連動して開口絞りを光軸に沿って移動させることで、開口絞りを固定した光学系に比べると第２レンズ群を移動させることのできる距離が長くなるため、高い変倍率を実現することが容易になる。開口絞りは、第１レンズ群よりも像面側に配置されることが好ましく、第３レンズ群よりも物体側に配置されることが好ましい。特に、第２レンズ群の物体側に配置されることが好ましい。第２レンズ群の物体側に開口絞りを配置することで、上述の効果が得られやすくなる。

【0024】

（５）変倍動作
当該変倍光学系は、変倍に際して、少なくとも第１レンズ群及び第２レンズ群を光軸に沿って移動させる。その際に、隣り合うレンズ群の光軸上の間隔が変化し、変倍作用を得ることができる。第３レンズ群は、変倍に際して光軸方向に固定されていてもよいし、光軸に沿って移動させるようにしてもよい。当該変倍光学系を構成する３つのレンズ群のうち少なくとも２つのレンズ群を移動群とすることで、高変倍率を確保しつつ、変倍域全域において収差を良好に補正することができる。第３レンズ群も移動群とすれば当該効果を得る上でより好ましい。一方、第３レンズ群を固定群とすれば、変倍時に第３レンズ群を移動させるためのアクチュエータ等の移動機構が不要になるため、当該変倍光学系の鏡筒部分を含む撮像レンズ全体を小型に構成することができる。

【0025】

１－２．式
当該変倍光学系は以下の式を一つ以上満足することが好ましい。

【0026】

１－２－１． 式（１）
２５．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν－２Ｇ１Ｎν ≦ ６５．１・・・（１）
但し、
２Ｇ１Ｎν： 第一の負レンズのｄ線に対するアッベ数
２Ｇ２Ｐν： 第二の正レンズのｄ線に対するアッベ数

【0027】

式（１）は、第一の負レンズのアッベ数と第二の正レンズのアッベ数との差を規定する式である。両レンズのアッベ数の差が上記範囲内であると、望遠端における軸上色収差を良好に補正することができる。そのため、望遠端においてミックス光撮像を良好に行うことができる。

【0028】

これに対して、式（１）の数値が上限値を超えると、広角端から望遠端におけるｇ線（４３５．８４ｎｍ）の軸上色収差が大きくなり、ブルーフリンジが発生するため、好ましくない。一方、式（１）の数値が下限値未満になると望遠端における近赤外光線の軸上色収差が大きくなり、この場合もミックス光撮像を行うことが困難になるため、好ましくない。

【0029】

上記効果を得る上で、式（１）の上限値は６０．０であることがより好ましく、５４．０であることがさらに好ましく、４５．０であることが一層好ましい。式（１）の下限値は２９．４であることがより好ましく、３８．９であることがさらに好ましい。なお、これらの好ましい値を採用する際に式（１）において等号付不等号（≦）を不等号（＜）に置換してもよい。その他の式においても同様である。

【0030】

１－２－２． 式（２）
１３．８ ≦ ２Ｇ３Ｐν－ ２Ｇ２Ｎν ・・・（２）
但し、
２Ｇ３Ｐν： 第三の正レンズのｄ線に対するアッベ数
２Ｇ２Ｎν： 第二の負レンズのｄ線に対するアッベ数

【0031】

上記式（２）は、第二の負レンズのアッベ数と第三の正レンズのアッベ数との差を規定する式である。両レンズのアッベ数の差が上記範囲内であると、広角端における軸上色収差を良好に補正することができる。そのため、広角端においてミックス光撮像を良好に行うことができる。

【0032】

これに対して、式（２）の数値が下限値未満になると、広角端におけるｇ線の軸上色収差が大きくなり、ブルーフリンジが発生するため、好ましくない。

【0033】

上記効果を得る上で、式（２）の下限値は１４．６であることがより好ましく、１５．４であることがさらに好ましい。

【0034】

１－２－３． 式（３）
６３．４ ≦ ２Ｇ２Ｐν ・・・（３）

【0035】

式（３）は、第二の正レンズのアッベ数を規定する式である。式（３）を満足する分散の小さい正レンズを第二の正レンズとすることで、負の屈折力を有する第１レンズ群及び第３レンズ群により増大する軸上色収差及び倍率色収差を小さく抑制することができ、可視光域から近赤外域まで良好な結像性能を得ることができる。

【0036】

これに対して、式（３）の数値が下限値未満になると、第二の正レンズの分散が大きく、第１レンズ群及び第３レンズ群で増大する軸上色収差及び倍率色収差を第２レンズ群において補正することが困難になるため、好ましくない。

【0037】

上記効果を得る上で、式（３）の下限値は６５．２であることがより好ましく、６７．０であることがさらに好ましく、７５．０であることがさらに好ましく、８１．６であることが一層好ましい。式（３）の数値が大きいほど、第二の正レンズの分散が小さく、軸上色収差及び倍率色収差を補正する上で好ましい。従って、特に上限値を規定する必要はないが、現存の硝材のアッベ数は概ね１００以下の値を示す。そのため、上限値を規定するとすれば、１００としてもよい。

【0038】

１－２－４． 式（４）
６７．０ ≦ ２Ｇ３Ｐν ・・・（４）

【0039】

式（４）は、第三の正レンズのアッベ数を規定する式である。式（４）を満足する分散の小さい正レンズを第三の正レンズとすることで、式（３）の場合と同様に、負の屈折力を有する第１レンズ群及び第３レンズ群により増大する軸上色収差及び倍率色収差を小さく抑制することができ、可視光域から近赤外域まで良好な結像性能を得ることができる。

【0040】

これに対して、式（４）の数値が下限値未満になると、第二の正レンズの分散が大きく、第１レンズ群及び第３レンズ群で増大する軸上色収差及び倍率色収差を第２レンズ群において補正することが困難になるため、好ましくない。

【0041】

上記効果を得る上で、式（４）の下限値は６７．３であることがより好ましく、６７．７であることがさらに好ましく、６８．６であることが一層好ましい。式（４）の数値が大きいほど、第三の正レンズの分散が小さく、軸上色収差及び倍率色収差を補正する上で好ましい。従って、特に上限値を規定する必要はないが、式（３）の場合と同様に、上限値を規定するとすれば、１００としてもよい。

【0042】

１－２－５． 式（５）
８．７ ≦ （ｆＴ／ｆＷ）×ｔａｎ（ωＷ） ・・・（５）
但し、
ｆＴ： 望遠端における当該変倍光学系の焦点距離
ｆＷ： 広角端における当該変倍光学系の焦点距離
ωＷ： 広角端における当該変倍光学系の半画角

【0043】

式（５）は変倍率（ｆＴ／ｆＷ）と、広角端における画角を規定する式である。式（５）を満足する場合、変倍率が高く、且つ、広角端における画角の広い変倍光学系を得ることができる。例えば、変倍率が５倍程度又はそれ以上、広角端における半画角が６０度程度又はそれ以上を実現することができる。

【0044】

これに対して式（５）の数値が下限値未満になると高い変倍率を実現することが困難になり、或いは、広角端における画角が狭くなるため、好ましくない。

【0045】

上記効果を得る上で、式（５）の下限値は１０．０であることがより好ましく、１３．１であることがより好ましく、１５．６であることがさらに好ましく、２０．２あることが一層好ましい。式（５）の数値が大きいほど、高変倍率と広角端における広画角化を実現することができるため好ましい。従って、特に上限値を規定する必要はないが、仮に、上限値を規定するとすれば、２５．０とすることができ、２３．０とすることができ、２２．０とすることができる。

【0046】

１－２－６． 式（６）
１．８ ≦ ｆＴ／ｆ２ ≦ ２．１ ・・・（６）
但し、
ｆＴ： 望遠端における当該変倍光学系の焦点距離
ｆ２： 第２レンズ群の焦点距離

【0047】

式（６）は望遠端における当該変倍光学系の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離との比を規定する式である。式（６）を満足する場合、結像性能が高く、且つ、例えば、変倍率５倍又はそれ以上の高変倍率を実現しつつ望遠端における光学全長の短縮化を図ることができる。

【0048】

これに対して式（６）の数値が上限値を超えると、第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎて、諸収差の補正が困難になる。そのため、良好な結像性能を得るには収差補正のために要するレンズ枚数が増加し、当該変倍光学系の小型化を図ることが困難になる。一方、式（６）の数値が下限値未満になると、第２レンズ群の屈折力が弱くなりすぎて、高変倍率を実現することが困難になる。或いは、高変倍率を実現するには変倍時における第２レンズ群の移動量を増加させる必要があり、望遠端における当該変倍光学系の光学全長の短縮化を図ることが困難になる。

【0049】

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る変倍光学系と、当該変倍光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。なお、撮像素子は光学系の像側に設けられることが好ましい。

【0050】

ここで、撮像素子等に特に限定はなく、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの固体撮像素子等も用いることができる。本件発明に係る撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のこれらの固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、一眼レフカメラ、ミラーレス一眼カメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ドローン搭載用カメラ等の種々の撮像装置に適用することができる。また、これらの撮像装置はレンズ交換式の撮像装置であってもよいし、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよい。本件発明に係る変倍光学系は、従来と同程度の大きさを維持しつつ、例えば広角端において半画角６５°以上の広画角を実現することができ、且つ、５倍～６倍程度の高い変倍率を実現することができる。さらに、第２レンズ群に含まれる隣接する２組の正レンズと負レンズにより軸上色収差や３次収差を可視光域から近赤外域までの広い波長域において良好に補正することができ、上述のとおりミックス光撮像を良好に行うことができる。これらのことから、上記変倍光学系を備える撮像装置は、例えば、ドーム型カバー内に収容される監視用撮像装置などに好適である。

【0051】

図７１は、撮像装置１の構成の一例を模式的に示す図である。カメラ２は、着脱可能な変倍光学系としての撮像レンズ３と、撮像レンズ３の結像面ＩＰに配置された撮像素子２１と、撮像素子２１の物体側に配置された赤外線カットフィルター２２、カバーガラス２３を有す。撮像レンズ３は、開口絞り３１を有する。

【0052】

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例0053】

（１）光学構成
図１は、本件発明に係る実施例１の変倍光学系のレンズ断面図であり、上段は広角端状態（Ｗ）、中段は中間焦点距離状態（Ｍ）、下段は望遠端状態（Ｔ）を示している。各実施例で示すレンズ断面図において同じであるため、以下では説明を省略する。

【0054】

図１に示すように、当該変倍光学系は、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。

【0055】

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズＬ１と、両凹レンズＬ２と、物体側に凸形状の正メニスカスレンズＬ３とから構成されている。

【0056】

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、第一の正レンズである両凸レンズＬ４、第一の負レンズである両凹レンズＬ５と第二の正レンズである両凸レンズＬ６とを接合した接合レンズ、第三の正レンズである両凸レンズＬ７、及び、第二の負レンズである物体側に凹形状の負メニスカスレンズＬ８から構成されている。また、開口絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の物体側に配置されている。

【0057】

第３レンズ群Ｇ３は、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とから構成されている。

【0058】

当該変倍光学系では、変倍の際に、第１レンズ群及び前記第２レンズ群が光軸に沿って移動する。このとき、開口絞りＳは第２レンズ群Ｇ２と連動して移動する。

【0059】

なお、図中に示す、「ＩＲ」は赤外線カットフィルターであり、「ＣＧ」はカバーガラスであり、「ＩＰ」は像面である。これらの符号についても、各実施例で示すレンズ断面図において同じであるため、以下では説明を省略する。

【0060】

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の数値実施例について説明する。以下に当該変倍光学系の「面データ」、「非球面データ」、「群間隔データ」、「各種データ」を示す。

【0061】

「面データ」において、「面番号」は物体側から数えたレンズ面の順番、「ｒ」はレンズ面の曲率半径、「ｄ」はレンズ面の光軸上の間隔、「ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、「νｄ」はｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示している。また、「面番号」の欄において、面番号の次に表示する「＊」はその面が非球面であることを示し、「絞り」はその面が開口絞りＳであることを示している。また、「ｒ」の欄において「ＩＮＦ」は「∞（無限大）」を意味し、そのレンズ面が平面であることを示す。「ｄ」の欄において「可変」と表示するのは、変倍の際の可変間隔であることを示す。なお、以下に示す各数値実施例において長さの単位は全て「ｍｍ」であり、画角の単位は全て「°」である。

【0062】

「非球面データ」は、各非球面の非球面係数を示す。但し、非球面は、ｘを光軸方向の面頂点からの変位量として次式で定義されるものとする。
ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）×（ｈ／ｒ）^２｝^１／２］
＋Ａ４×ｈ^４＋Ａ６×ｈ^６＋Ａ８×ｈ^８＋Ａ１０×ｈ^１０＋Ａ１２×ｈ^１２
上記式においてｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａｎはｎ次の非球面係数を表す。また、「Ｅ±ＸＸ」は指数表記を表し「×１０^±ＸＸ」を意味する。

【0063】

「群間隔データ」では、広角端、中間焦点距離、望遠端におけるそれぞれの群間隔を示している。

【0064】

「各種データ」では、広角端、中間焦点距離、望遠端における焦点距離、Ｆ値、半画角を示している。

【0065】

さらに、式（１）～式（６）の各値を表１（後掲）に示す。また、各式の値を求めるために使用した各式中の値を表２（後掲）に示す。これらの数値実施例に関する事項は他の実施例で示す各数値実施例においても同様であるため、以下では説明を省略する。

【0066】

図２、図３及び図４に当該変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。各縦収差図において、図面に向かって左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差を表している。球面収差を表す図では、縦軸は開放Ｆ値（Ｆｎｏ）との割合、横軸にデフォーカス（ｍｍ）をとり実線が近赤外線（波長λ＝８５２．１１ｎｍ）、破線がｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線がｇ線（波長λ＝４３５．８４ｎｍ）における球面収差を示す。非点収差を表す図では、縦軸は像高（ｍｍ）、横軸にデフォーカス（ｍｍ）をとり、ｄ線に対するサジタル像面（Ｓ）及びｄ線に対するタンジェンシャル像面（Ｔ）を示す。歪曲収差を表す図では、縦軸は像高（ｍｍ）、横軸に％をとり、歪曲収差を表す。

【0067】

図５、図６及び図７に当該変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における無限遠合焦時の横収差図を示す。各横収差図において、図面に向かって上から順に、像高１００％（最大像高）、像高９０％、像高７０％、像高５０％、像高０％におけるタンジェンシャル方向及びサジタル方向の横収差であり、実線が近赤外線（波長λ＝８５２．１１ｎｍ）、破線がｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線がｇ線（波長λ＝４３５．８４ｎｍ）に対する横収差を表す。
これらの各収差図に関する事項は他の実施例で示す各収差図についても同様であり、以下では説明を省略する。

【0068】

（面データ）
面番号 r d nd νd
1 217.1422 0.7000 1.62041 60.34
2 9.5000 6.0355
3 -15.6331 0.5000 1.51680 64.20
4 17.6389 0.2987
5* 16.5451 1.9094 2.00178 19.32
6* 40.9439 可変
7(絞り) INF 0.5000
8* 7.5174 2.4412 1.55332 71.68
9* -32.1568 1.0000
10 -25.7101 0.5000 1.70154 41.15
11 7.1543 2.7019 1.49700 81.61
12 -45.4403 0.1000
13 8.7944 2.6974 1.49700 81.61
14 -9.9925 2.0115
15* -6.8737 0.5000 1.69350 53.20
16* -58.2733 可変
17 -20.6191 0.5000 1.88100 40.14
18 11.5000 0.5800
19* 12.6049 3.0299 1.85135 40.10
20* -10.8190 1.0929
21 INF 0.3000 1.51633 64.14
22 INF 3.0371
23 INF 0.5000 1.51633 64.14
24 INF 0.3700
像面

【0069】

（非球面データ）
面番号 K A4 A6 A8 A10
5 0.00000E+00 -3.82238E-05 3.68202E-07 -2.00794E-08 1.72342E-10
6 0.00000E+00 -3.81355E-05 6.36720E-07 -3.28882E-08 2.33072E-12
8 0.00000E+00 -1.72143E-04 -6.10317E-06 1.06140E-08 -6.09821E-09
9 0.00000E+00 1.37234E-04 -2.94346E-06 -5.51632E-08 3.61793E-09
15 0.00000E+00 -2.96437E-04 1.24790E-05 -3.07245E-07 -2.41700E-08
16 0.00000E+00 1.53090E-04 1.74747E-05 -4.20965E-07 -1.70356E-08
19 0.00000E+00 -3.23514E-04 5.33525E-06 -9.93716E-08 -6.70839E-10
20 0.00000E+00 1.85290E-05 -1.16256E-06 1.10116E-07 -4.66006E-09

【0070】

（群間隔データ）
面番号 広角 中間 望遠
6 20.6944 6.5299 1.1763
16 1.0000 7.7404 20.5181

【0071】

（各種データ）
広角 中間 望遠
焦点距離 4.27 10.18 21.36
Ｆ値 1.90 2.95 5.07
半画角 76.13 23.97 11.16

【実施例0072】

（１）光学構成
図８は、本件発明に係る実施例２の変倍光学系のレンズ断面図である。図８に示すように、当該変倍光学系は、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、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成されている。

【0073】

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズＬ１と、両凹レンズＬ２と、物体側に凸形状の正メニスカスレンズＬ３とから構成されている。

【0074】

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、第一の正レンズである両凸レンズＬ４、第一の負レンズである両凹レンズＬ５と第二の正レンズである両凸レンズＬ６とを接合した接合レンズ、第三の正レンズである両凸レンズＬ７、及び、第二の負レンズである物体側に凸形状の負メニスカスレンズＬ８から構成されている。また、開口絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２の物体側に配置されている。

【0075】

第３レンズ群Ｇ３は、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０とから構成されている。

【0076】

当該変倍光学系では、変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２が光軸に沿って移動する。このとき、開口絞りＳは第２レンズ群Ｇ２と連動して移動する。

【0077】

（２）数値実施例
次に、当該変倍光学系の数値実施例について説明する。以下に当該変倍光学系の面データ、非球面データ、各種データ、可変間隔データを示す。

【0078】

また、図９、図１０及び図１１に当該変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における無限遠合焦時の縦収差図を示す。さらに、図１２、図１３及び図１４に当該変倍光学系の広角端状態、中間焦点距離状態、望遠端状態における無限遠合焦時の横収差図を示す。

【0079】

（面データ）
面番号 r d nd νd
1 36.8069 0.6000 1.91082 35.25
2 8.3841 4.6896
3 -14.7537 0.6000 1.60311 60.69
4 11.0359 0.5565
5* 11.3103 2.5946 1.92286 20.88
6 56.8159 可変
7(絞り) INF 0.1000
8* 7.7335 3.1174 1.53504 55.71
9* -14.6299 0.2000
10 -22.1003 0.5000 1.83481 42.72
11 11.0000 2.3476 1.49700 81.61
12 -19.8185 0.1000
13 6.6183 2.3354 1.43700 95.10
14 -123.5812 0.2000
15* 11.2676 1.6254 1.63500 23.90
16* 5.3243 可変
17 -7.7145 0.5000 1.75520 27.53
18 16.1219 0.2201
19* 13.8490 3.2606 1.68893 31.16
20* -5.7180 2.3552
21 INF 0.3000 1.51633 64.14
22 INF 2.2748
23 INF 0.5000 1.51633 64.14
24 INF 0.3700
像面

【0080】

（非球面データ）
面番号 K A4 A6 A8 A10
5 0.00000E+00 -6.89191E-05 -7.87350E-07 1.57258E-08 -2.70823E-10
8 0.00000E+00 7.42797E-05 -1.01031E-05 5.30271E-07 -1.26169E-08
9 0.00000E+00 3.97939E-04 -1.75373E-05 8.28221E-07 -1.77915E-08
15 0.00000E+00 -1.02751E-03 -3.60683E-05 -6.75180E-07 6.04493E-08
16 0.00000E+00 -8.20178E-04 -4.19679E-05 -1.61168E-06 1.15640E-07
19 0.00000E+00 -6.50053E-04 2.55522E-05 -8.57904E-07 9.03149E-09
20 0.00000E+00 5.43568E-04 7.48104E-06 6.07478E-08 5.23507E-09

【0081】

（群間隔データ）
面番号 広角 中間 望遠
6 22.1019 4.8818 1.0000
16 1.5511 10.4922 22.6529

【0082】

（各種データ）
広角 中間 望遠
焦点距離 3.20 10.00 19.27
Ｆ値 1.69 3.34 5.62
半画角 68.91 18.19 9.45