(57)【要約】    【課題】  光路中の一部に紫外線硬化樹脂よりなる光学素子を用いたとき、耐環境性及び成形性に優れ、良好なる光学性能が容易に得られる光学系を得ること。    【解決手段】  １枚の正レンズと１枚の負レンズが接合され、接合面に紫外線硬化樹脂を用いた光学素子を有する接合レンズを含む光学系であって、紫外線硬化樹脂が光照射により硬化する紫外線の波長λｉ、接合レンズを構成するレンズのうち物体側に配置されたレンズ１の材料の波長λｉにおける厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率τｉ、レンズ１の光軸に平行な方向における厚さの最小値と最大値ｔ、Ｔを各々適切に設定すること。【選択図】    図８
2018180364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚の正レンズと１枚の負レンズが接合され、接合面に紫外線硬化樹脂を用いた光学素子を有する接合レンズを含む光学系であって、
前記紫外線硬化樹脂が光照射により硬化する紫外線の波長をλｉ、前記接合レンズを構成するレンズのうち物体側に配置されたレンズ１の材料の波長λｉにおける厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率をτｉ、前記レンズ１の光軸に平行な方向における厚さの最小値と最大値を各々ｔ、Ｔとするとき、
０．６０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．９５
０．５０＜｜τｉ(T/10)｜＜０．９５
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記紫外線硬化樹脂が光照射により劣化する紫外線の波長をλｄｅｔ、波長λｄｅｔにおける前記レンズ１の材料の厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率をτｄｅｔとするとき、
０．００≦｜τｄｅｔ(t/10)｜＜０．１５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記レンズ１の光軸上の厚みをｄとするとき、
０．１０＜ｄ／Ｔ＜１．００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記レンズ１の物体側のレンズ面の曲率半径をｒ１、前記レンズ１の像側のレンズ面の曲率半径をｒ２とするとき、
−７．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜−０．５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学系は複数のレンズ群を有し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、前記光学素子は最も物体側に配置されたレンズ群に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記レンズ１は前記光学系に含まれるレンズの中で最も物体側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記レンズ１の材料の部分分散比と、アッベ数を各々θｇＦ、νｄとするとき、
０．００１＜｜θｇＦ−０．６４３８＋０．００１６８２×νｄ｜＜０．０２０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系は、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学素子は回折面からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する固体撮像素子を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、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、銀塩写真用カメラなどの撮像光学系として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置に用いる光学系には、レンズ全長が短く、全系が小型で、しかも高い光学性能を有することが求められている。例えばズームレンズのときには、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有することが要望されている。光学系の光学性能を良好に維持するには、諸収差のうち、特に色収差を良好に補正することが重要になってくる。従来、光学系の光路中に光学素子を用いて高い光学性能を得ることが知られている。ここで光学素子とは、例えば回折面、レプリカ非球面、異常部分分散特性を有する固体材料等である。
【０００３】
光学素子として、例えば回折面を用いて軸上色収差や倍率色収差等の色収差の発生を低減したズームレンズが知られている（特許文献１、２）。特許文献１、２では、物体側より像側へ順に配置された、正、負、負、正の屈折力の第１レンズ群乃至第４レンズ群を有し、第１レンズ群に回折光学素子を用いたズームレンズを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−４１０１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学系に光学素子を用いると高い光学性能を得るのが容易になる。光学素子を紫外線硬化樹脂を用いて構成すると、製造が容易でしかも所定の光学性能が容易に得られる。
【０００６】
光学系の一部に光学素子として、例えば回折面を有する回折光学素子を用いると、色収差の補正が容易となり、高い光学性能を得るのが容易となる。光学素子に用いる多くの紫外線硬化樹脂は、紫外線の照射により、紫外線硬化樹脂が硬化する波長（以下「硬化波長」という。）と紫外線硬化樹脂が劣化してしまう波長（以下「劣化波長」という。）が異なっている。このため紫外線硬化樹脂に劣化波長の光が多く照射されると樹脂が劣化して紫外線硬化樹脂を用いて成形した光学素子の光学性能が変化してくる。そうすると、光学素子を用いても高い光学性能を得るのが困難になってくる。
【０００７】
例えば、光学素子として紫外線硬化樹脂よりなる回折面を用いても色収差を効果的に軽減するのが困難になってくる。このため紫外線硬化樹脂を用いて回折面を成形した回折光学素子を光路中に配置するときには、回折面を設けるレンズ及び回折面の光路中の配置位置等を適切に設定することが重要になってくる。
【０００８】
本発明は、光路中の一部に紫外線硬化樹脂よりなる光学素子を用いたとき、耐環境性及び成形性に優れ、良好なる光学性能が容易に得られる光学系の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学系は、１枚の正レンズと１枚の負レンズが接合され、接合面に紫外線硬化樹脂を用いた光学素子を有する接合レンズを含む光学系であって、
前記紫外線硬化樹脂が光照射により硬化する紫外線の波長をλｉ、前記接合レンズを構成するレンズのうち物体側に配置されたレンズ１の材料の波長λｉにおける厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率をτｉ、前記レンズ１の光軸に平行な方向における厚さの最小値と最大値を各々ｔ、Ｔとするとき、
０．６０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．９５
０．５０＜｜τｉ(T/10)｜＜０．９５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光路中の一部に紫外線硬化樹脂よりなる光学素子を用いたとき、耐環境性及び成形性に優れ、良好なる光学性能が容易に得られる光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の無限遠に合焦時の広角端におけるレンズ断面図
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例１の無限遠に合焦時の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図
【図３】実施例２の無限遠に合焦時の広角端におけるレンズ断面図
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例２の無限遠に合焦時の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図
【図５】実施例３の無限遠に合焦時の広角端におけるレンズ断面図
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）  実施例３の無限遠に合焦時の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図
【図７】本発明の撮像装置の要部概略図
【図８】光学素子の成形プロセスの説明図
【図９】硝材の内部透過率と波長の関係の説明図
【図１０】硝材の内部透過率と厚みの関係の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に本発明の光学系及びそれを有する撮像装置について説明する。本発明の光学系は、１枚の正レンズと１枚の負レンズが接合され接合面に紫外線硬化樹脂を用いた光学素子を有する接合レンズを少なくとも１つ有する。
【００１３】
本発明は、成形性と耐環境性が良好な光学素子を有し、且つ高い光学性能が容易に得られる光学系、及びこれを有する撮像装置を得ることを目的としている。そのため各実施例では、光学素子やレンズ等の光学素子の材料や構成等を適切に設定している。
【００１４】
本発明に係る光学素子は、紫外線硬化樹脂により構成している。紫外線硬化樹脂は、モノマー、オリゴマー、光開始剤、およびその他の添加剤で構成しており、紫外線が照射されると硬化する特性を有している。これは照射により光開始剤が励起され、モノマーが重合しポリマーに転換されるためである。
【００１５】
本発明に係る光学素子は、レンズの曲率を持つレンズ面上に紫外線硬化樹脂を滴下し、レンズ側より紫外線を照射することで紫外線硬化樹脂を硬化させて成形する。したがって、光軸上と最外径部における光軸方向の厚みが異なる形状を持つレンズに対し、紫外線を適切に照射する必要がある。
【００１６】
図８は、負レンズＧＮの凹面ＧＮＢに対して紫外線硬化樹脂８１を用いて光学素子（回折面）を成形するときの成形プロセスの説明図である。図中の工程（１）では、未硬化状態の紫外線硬化樹脂８１を基板となるレンズＧＮに滴下している。工程（２）では、レンズＧＮと成形型８２の間に樹脂を充填することで型形状をレンズ面上に転写している。その後工程（３）では、ＵＶ光源からの紫外線ＵＶをレンズＧＮ側から照射することで紫外線硬化樹脂を硬化させている。
【００１７】
このとき、光学素子の基板となるレンズＧＮの材料としては、樹脂が硬化する波長（硬化波長）の紫外線を透過させるものを選択する必要がある。その際、光学素子の耐環境性のため、紫外線による樹脂の劣化の波長（劣化波長）についても考慮する必要がある。
【００１８】
図９は、光学系の構成に用いられるいくつかの代表的な硝材（材料）について、硝材の厚さが１０ｍｍのときの内部透過率と波長との関係を示す説明図である。各硝材の各波長に対する内部透過率は、各硝材メーカー（例えばオハラ（株）製）のガラスカタログにおいて、厚さ１０ｍｍの試料における数値が公開されている。
【００１９】
一般に、樹脂硬化の際に照射する紫外線の波長（硬化波長）は波長３６５ｎｍ〜３９５ｎｍの波長帯域から選択される。また、光学素子に用いられる代表的な樹脂材料であるアクリルやエポキシなどは、炭素―炭素結合により分子が構成されている。この分子間結合は波長２８０ｎｍ〜３５０ｎｍの波長帯域の光で化学結合が切断されやすい。
【００２０】
本発明では、紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線の硬化波長（λｉ）として、波長３７０ｎｍの紫外線を用いている。そして、紫外線硬化樹脂を劣化させる紫外線の波長（劣化波長）（λｄｅｔ）として、波長３５０ｎｍの紫外線を用いている。例えば、商品名Ｓ−ＢＳＬ７（オハラ（株）製）や商品名Ｓ−ＬＡＨ６６（オハラ（株）製）のような波長３６５ｎｍ〜３９５ｎｍの波長帯域において透過率が高い硝材は、波長３５０ｎｍ以下の波長帯域においても透過率が高い。このため、紫外線による光学素子の劣化が懸念される。
【００２１】
一方、商品名Ｓ−ＴＩＨ６（オハラ（株）製）や商品名ＴＡＦＤ４０（ＨＯＹＡ（株）製）のような比較的高屈折率なガラスは、可視短波長領域から紫外領域にかけて吸収を持つ成分を有している。そのため、波長３５０ｎｍ以下の波長帯域において透過率が約ゼロか、あるいは非常に低く、波長３６５ｎｍ〜３９５ｎｍの波長帯域の透過率も低い傾向がある。これらの硝材に紫外線を通して光学素子を成形する場合、硝材の厚みによっては樹脂を硬化させる紫外線の内部透過率が低すぎてしまい、樹脂を硬化することができなくなる。
【００２２】
図１０には、いくつかの代表的な硝材の厚みと、波長３７０ｎｍの内部透過率の関係の説明図である。図１０に示されているように、一般にはガラスが厚くなると透過率が低下する。図８に示すメニスカス形状の負レンズＧＮのように、レンズの光軸上の厚さと最外径部の厚みが異なる場合、光軸上に対し最外径部の透過率が低くなってくる。
【００２３】
以上の理由から、本発明では紫外線を照射するとき、光学素子の面を有するレンズの硝材に加えて、レンズの厚みについても考慮している。
【００２４】
また、本発明の光学系に用いる接合レンズにおいては、光学素子を負レンズと正レンズの接合面に構成している。これは、光学素子の前後（光の入出射面）をレンズで挟むことにより、屋外などの直射日光や雨風にさらされる環境における耐久性を上げるためである。更には、光学素子を負レンズと正レンズの接合面に構成することにより、色収差の補正効果も効果的に得ている。また、本発明においては、本発明の目的を効果的に満足させるために以下のような条件を加えている。
【００２５】
紫外線硬化樹脂が光照射により硬化する紫外線の波長をλｉとする。波長λｉにおける接合レンズを構成する光入射側のレンズ１の材料の厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率をτｉとする。レンズ１の光軸に平行な方向における厚さの最小値と最大値を各々ｔ、Ｔとする。このとき、
０．６０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．９５    ・・・（１）
０．５０＜｜τｉ(T/10)｜＜０．９５    ・・・（２）
なる条件式を満足する。
【００２６】
条件式（１）と条件式（２）は、光学系に含まれる接合レンズのうち接合面に光学素子を有する接合レンズの光学素子よりも物体側に位置するレンズ１における、波長λｉの透過率を規定する。条件式（１）と条件式（２）は、レンズ１において、光軸に平行な方向における最小の厚みを持つ高さでの透過率を条件式（１）で、最大の厚みを持つ高さでの透過率を条件式（２）で規定している。
【００２７】
条件式（１）または条件式（２）の上限を超えると、波長λｉの紫外線透過率が高くなりすぎてしまうため、樹脂の硬化に必要なエネルギーは十分となるが、同時に樹脂を劣化させる紫外線の透過率も高くなる。このため、光学素子が劣化してくる。条件式（１）または条件式（２）の下限を超えると、紫外線の透過率が低すぎるため、紫外線硬化樹脂の硬化に必要な照射エネルギーが不十分となり、光学素子の成形が困難となるため好ましくない。
【００２８】
条件式（１）と条件式（２）の数値範囲に関しては、それぞれ以下の如く限定するとより好ましい。
０．６０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．９０    ・・・（１ａ）
０．５５＜｜τｉ(T/10)｜＜０．８５    ・・・（２ａ）
【００２９】
本発明の目的とする光学系は以上の如く構成することにより得られるが、更に好ましくは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。紫外線硬化樹脂が光照射により劣化する紫外線の波長をλｄｅｔ、波長λｄｅｔにおける前記レンズ１の材料の厚さ１０ｍｍ当たりの内部透過率をτｄｅｔとする。レンズ１の光軸上の厚みをｄとする。レンズ１の物体側のレンズ面の曲率半径をｒ１、レンズ１の像側のレンズ面の曲率半径をｒ２とする。レンズ１の材料の部分分散比と、アッベ数を各々θｇＦ、νｄとする。このとき次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
【００３０】
０．００≦｜τｄｅｔ(t/10)｜＜０．１５    ・・・（３）
０．１０＜ｄ／Ｔ＜１．００              ・・・（４）
−７．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜−０．５０  ・・・（５）
０．００１＜｜θｇＦ−０．６４３８＋０．００１６８２×νｄ｜＜０．０２０
・・・（６）
【００３１】
ここで各実施例で用いている光学材料のアッベ数νｄと部分分散比θｇＦは次のとおりである。フラウンフォーファ線のｇ線（４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。アッベ数νｄ及び、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇＦは、以下の式のとおりに与えられる。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
【００３２】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）は、光学系内に含まれる接合レンズのうち、接合面に光学素子を有する接合レンズの光学素子よりも物体側に位置するレンズ１の波長λｄｅｔの透過率を規定する。条件式（３）の上限を超えると、波長λｄｅｔでの紫外線の透過率が高すぎてしまうため、光学素子が劣化してくる。条件式（３）の上限値の数値に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
０．００≦｜τｄｅｔ(t/10)｜＜０．１０    ・・・（３ａ）
【００３３】
条件式（４）は、光学系内に含まれる接合レンズのうち、接合面に光学素子を有する接合レンズの光学素子よりも物体側に位置するレンズ１の光軸上での厚みｄと光軸に平行な方向における最大の厚みＴの比を規定する。条件式（４）の上限を超えて、レンズ１の光軸上における厚みが厚くなりすぎると、全系が大型化してくるため、好ましくない。
【００３４】
条件式（４）の下限を超えて、レンズ１の周辺における厚みが厚くなりすぎると、光軸上に対し周辺での紫外線の透過率が低くなる。そうすると、光学素子の最外径部における成形が困難となるため、好ましくない。条件式（４）に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
０．２０＜ｄ／Ｔ＜０．７０              ・・・（４ａ）
【００３５】
条件式（５）は、レンズ１のシェイプファクター（レンズ形状）を規定している。条件式（５）の下限を超えると、物体側と像側のレンズ面の曲率の差が小さくなり、レンズ１の屈折力が弱くなるため軸上色収差の補正が困難となる。
【００３６】
条件式（５）の上限を超えると、物体側と像側のレンズ面の曲率の差が大きくなり、レンズ１の屈折力が強すぎて望遠端において像面湾曲や倍率色収差の変動が大きくなる。条件式（５）に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
−６．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜−１．００  ・・・（５ａ）
【００３７】
条件式（６）は、レンズ１の材料の異常分散性を規定している。条件式（６）の上限を超えて、異常分散性が大きすぎると、短波長側の屈折力が高すぎてしまい倍率色収差の補正が困難になる。条件式（６）の下限を超えて、異常分散性が小さすぎると、望遠端において倍率色収差の補正が困難となる。条件式（６）の数値範囲に関しては、以下の如く限定するとより好ましい。
０．００２＜｜θｇＦ−０．６４３８＋０．００１６８２×νｄ｜＜０．０１８
・・・（６ａ）
【００３８】
更に好ましくは、条件式（１ａ）〜（６ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．７０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．９０      ・・・（１ｂ）
０．６０＜｜τｉ(t/10)｜＜０．７５      ・・・（２ｂ）
０．００≦｜τｄｅｔ(t/10)｜＜０．０１  ・・・（３ｂ）
０．３０＜ｄ／Ｔ＜０．６０          ・・・（４ｂ）
−５．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜−１．５０  ・・・（５ｂ）
０．００３＜｜θｇＦ−０．６４３８＋０．００１６８２×νｄ｜＜０．０１６
・・・（６ｂ）
【００３９】
本発明の光学系において更に好ましくは次の構成よりなるのが良い。光学系は複数のレンズ群を有し、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズから構成され、光学素子は最も物体側に配置されたレンズ群内に配置されることが良い。これにより、各レンズ群より発生する球面収差やコマ収差等を良好に補正するとともに、特に望遠端において軸上色収差を良好に補正することができる。
【００４０】
レンズ１は光学系に含まれるレンズの中で最も物体側に配置されていることが良い。このレンズ１により、光学素子の耐環境性を保つことができ、また光学素子をより物体側に近いレンズ面に配置することができるため、望遠端において軸上色収差補正を良好に補正することができる。
【００４１】
本発明の光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正、負、正、負、正のパワーを持つ第１レンズ群乃至第５レンズ群を有し、ズーミングに際しては隣接するレンズ群の間隔が変化するズームレンズであることが良い。このようなズームタイプを採用することによって、ズーミングに際しての収差変動を良好に補正し、ズーム全域において高い光学性能を得るのが容易となる。各実施例の光学素子を回折面より構成すると、可視から近赤外における色収差補正を良好に補正することができる。
【００４２】
本発明の撮像装置は、光学系によって形成された像を受光する固体撮像素子を有している。近年はデジタル的に像を処理するためにCCD（Charge Coupled Device）やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサーなどがおもに使用されている。本発明もこれに相当する固体撮像素子を有した撮像装置である。また撮像装置は、例えば監視カメラとして使用する際にドームを取り付けた構成としても良い。
【００４３】
本発明の光学系がズームレンズよりなる場合の各実施例について説明する。図１は本発明の実施例１の広角端（短焦点距離端）で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。
【００４４】
図３は本発明の実施例２の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。図５は本発明の実施例３の広角端で、無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における無限遠物体に合焦しているときの縦収差図である。図７は本発明の撮像装置の要部概略図である。
【００４５】
本発明の光学系はデジタルカメラやビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、銀塩写真用カメラなどの撮像装置に用いられるズームレンズに適用できる。尚、本発明の光学系は投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系として用いることもできる。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。また、レンズ断面図において、Ｌ０はズームレンズである。ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｌｉは第ｉレンズ群を示す。
【００４６】
Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は負の屈折力の第４レンズ群、Ｌ５は正の屈折力の第５レンズ群である。ＳＰは開口絞りである。ＧＢは光学フィルター、フェースプレート、ローパスフィルター、赤外カットフィルターなどに相当する光学ブロックである。
【００４７】
ＩＰは像面である。像面ＩＰは、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置としてズームレンズを使用する際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。銀塩フィルムカメラの撮像装置としてズームレンズを使用する際には、フィルム面に相当する。矢印は広角端から望遠端へのズーミングに際して、各レンズ群の移動軌跡を示している。
【００４８】
各実施例のズームレンズは、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。広角端と望遠端は、変倍用のレンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。
【００４９】
各実施例では第４レンズ群Ｌ４を移動させて変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行っている。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。また無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは矢印４ｃに示す如く第４レンズ群Ｌ４を像側へ移動させている。尚、フォーカシングは第４レンズ群Ｌ４に限らず、その他のレンズ群を単独もしくは複数のレンズ群を用いて行っても良い。
【００５０】
収差図において、ＦｎｏはＦナンバーである。ωは半画角（度）である。また球面収差図において実線のｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、二点鎖線のｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）である。非点収差図で点線のΔＭはｄ線におけるメリディオナル像面、実線のΔＳはｄ線におけるサジタル像面である。歪曲収差図はｄ線について示している。倍率色収差図において二点鎖線のｇはｇ線である。後述する数値データをｍｍ単位で表したとき縦収差図において、球面収差は０．２ｍｍ、非点収差は０．２ｍｍ、歪曲は２５％、倍率色収差は０．０５ｍｍのスケールで描かれている。
【００５１】
以下、各実施例のレンズ構成およびそれを有する撮像装置について説明する。各レンズ群のレンズ構成は物体側から像側へ順に配置されているものとする。
【００５２】
（実施例１）
第１レンズ群Ｌ１は、メニスカス形状の負レンズＧ１１、両凸形状の正レンズＧ１２、メニスカス形状の正レンズＧ１３により成っている。負レンズＧ１１と正レンズＧ１２は接合した接合レンズよりなり、接合面に光学素子の１つである回折面を形成している。これにより、望遠端において軸上色収差を良好に補正している。また、負レンズＧ１１の硝材を商品名Ｓ−ＮＢＨ５６（オハラ（株）製）とし、適切な厚みを設定している。これにより、接合面の回折面の成形性を維持し、耐環境性を高めている。
【００５３】
第２レンズ群Ｌ２は、メニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。高ズーム比化に寄与するため、パワー（屈折力）の強い負レンズを複数枚使用している。また、負レンズＧ２２の両面は非球面形状であり、これによって広角端において像面湾曲と非点収差を良好に補正している。
【００５４】
第３レンズ群Ｌ３は、メニスカス形状の正レンズＧ３１、両凸形状の正レンズＧ３２、メニスカス形状の正レンズＧ３３、メニスカス形状の負レンズＧ３４、両凸形状の正レンズＧ３５により成っている。正レンズＧ３３と負レンズＧ３４は接合した接合レンズよりなっている。双方のレンズの材料のアッベ数の差を増大させることにより色収差を良好に補正している。また、正レンズＧ３１と正レンズＧ３５の両面は非球面形状であり、これによってズーム全域において球面収差、コマ収差等を良好に補正している。
【００５５】
第４レンズ群Ｌ４は、メニスカス形状の負レンズＧ４１、メニスカス形状の正レンズＧ４２により成っている。負レンズＧ４１と正レンズＧ４２は接合した接合レンズよりなっている。双方のレンズの材料のアッベ数の差を増大させることにより色収差を良好に補正している。第５レンズ群Ｌ５は、両凸形状の正レンズＧ５１により成っている。開口絞りＳＰは第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に設置しており、ズーミングに際して移動する。
【００５６】
（実施例２）
第１レンズ群Ｌ１は、メニスカス形状の負レンズＧ１１、両凸形状の正レンズＧ１２、メニスカス形状の正レンズＧ１３により成っている。負レンズＧ１１と正レンズＧ１２は接合した接合レンズよりなり、接合面に回折面を形成している。また、負レンズＧ１１の硝材を商品名ＴＡＦＤ４０とし、適切な厚みに設定している。第２レンズ群Ｌ２は、メニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。負レンズＧ２２の両面は非球面形状としている。
【００５７】
第３レンズ群Ｌ３は、メニスカス形状の正レンズＧ３１、メニスカス形状の正レンズＧ３２、メニスカス形状の正レンズＧ３３、メニスカス形状の負レンズＧ３４、両凸形状の正レンズＧ３５により成っている。正レンズＧ３３と負レンズＧ３４は接合した接合レンズよりなっている。また、正レンズＧ３１と正レンズＧ３５の両面は非球面形状としている。
【００５８】
第４レンズ群Ｌ４は、メニスカス形状の負レンズＧ４１、メニスカス形状の正レンズＧ４２により成っている。負レンズＧ４１と正レンズＧ４２は接合した接合レンズよりなっている。第５レンズ群Ｌ５は、両凸形状の正レンズＧ５１により成っている。開口絞りＳＰに関しては第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に設置しており、ズーミングに際して移動する。
【００５９】
（実施例３）
第１レンズ群Ｌ１は、メニスカス形状の負レンズＧ１１、両凸形状の正レンズＧ１２、メニスカス形状の正レンズＧ１３により成っている。負レンズＧ１１と正レンズＧ１２は接合した接合レンズよりなり、接合面に回折面を形成している。また、負レンズＧ１１の硝材を商品名Ｓ−ＴＩＨ６とし、適切な厚みに設定している。第２レンズ群Ｌ２は、メニスカス形状の負レンズＧ２１、両凹形状の負レンズＧ２２、両凹形状の負レンズＧ２３、両凸形状の正レンズＧ２４により成っている。負レンズＧ２２の両面は非球面形状としている。
【００６０】
第３レンズ群Ｌ３は、メニスカス形状の正レンズＧ３１、メニスカス形状の正レンズＧ３２、メニスカス形状の正レンズＧ３３、凹メニスカス形状の負レンズＧ３４、両凸形状の正レンズＧ３５により成っている。正レンズＧ３３と負レンズＧ３４は接合した接合レンズよりなっている。また、正レンズＧ３１と正レンズＧ３５の両面は非球面形状としている。
【００６１】
第４レンズ群Ｌ４は、メニスカス形状の負レンズＧ４１、メニスカス形状の正レンズＧ４２により成っている。負レンズＧ４１と正レンズＧ４２は接合した接合レンズよりなっている。第５レンズ群Ｌ５は、両凸形状の正レンズＧ５１により成っている。開口絞りＳＰに関しては第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間に設置しており、ズーミングに際して移動する。
【００６２】
次に本発明の光学系を用いた撮像装置（監視カメラ）の実施例を、図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）において、１１はカメラ本体、１２はカメラ本体１１に内蔵され、光学系１６によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。１３は固体撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ部である。１４は固体撮像素子１２によって光電変換された被写体像を転送するためのネットワークケーブルである。
【００６３】
図７（Ｂ）は、撮像装置１０にドーム状のカバー１５を装着し天井に取り付けて使用したときの例である。撮像装置としては監視カメラに限定されることなく、ビデオカメラやデジタルカメラ等においても用いることができる。
【００６４】
以上のように、各実施例によれば、光学素子の成形性と耐環境性を両立し、且つ高い光学性能を有した光学系、及びこれを有する撮像装置を得ることができる。
【００６５】
なお各実施例においては以下のような構成をとっても良い。
・各実施例に示したレンズの形状、枚数に限定されず、適宜変更すること。
・光学素子は回折面に限定されず、樹脂材料から成るレプリカ非球面や、微粒子を分散させた樹脂材料から成り異常部分分散特性を持つ固体材料など、紫外線硬化樹脂を用いた光学素子に適宜変更すること。
・一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等の振動に伴う像ブレを補正すること。
・電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差などを補正すること。
【００６６】
以下、実施例１乃至３のズームレンズの具体的な数値データを示す。各数値データにおいて、ｉは物体側から数えた順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔を示す。又、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。  非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各々非球面係数としたとき、
【００６７】
【数１】
2018180364.tif 000003
【００６８】
なる式で表している。＊は非球面形状を有する面を意味している。「ｅ−ｘ」は１０−ｘを意味している。ＢＦは空気換算のバックフォーカスである。レンズ全長は第１レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスＢＦを加えた値である。焦点距離、Ｆナンバー、半画角はそれぞれ無限遠物体に焦点を合わせたときの値である。また、前述の各条件式と数値データとの関係を表１に示す。 
【００６９】
［数値データ１］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1        162.733    1.50   1.85478    24.8           
2(回折)   42.441    4.82   1.77250    49.6           
3       -176.784    0.15                             
4         31.030    2.73   1.80400    46.6           
5         62.130  (可変)                             
6         53.030    0.65   1.88300    40.8           
7         10.663    3.04                             
8*       -39.841    0.80   1.77250    49.6           
9*       131.643    1.99                             
10        -12.769    0.50   1.69680    55.5           
11         58.578    0.49                             
12         44.559    1.55   1.95906    17.5           
13        -47.716  (可変)                             
14(絞り)    ∞     (可変)                             
15*        14.492    2.23   1.88202    37.2           
16*        35.170    0.17                             
17         17.497    2.32   1.48749    70.2           
18        176.882    0.31                             
19         14.780    1.66   1.49700    81.5           
20         30.162    0.50   2.00069    25.5           
21          9.317    0.50                             
22*        10.296    3.87   1.49700    81.5           
23*       -24.797  (可変)                             
24         69.016    0.45   1.88300    40.8           
25          9.819    1.05   1.89286    20.4           
26         12.189  (可変)                             
27         12.093    4.28   1.49700    81.5           
28        -67.237    2.48                             
29          ∞       1.72   1.51500    70.0           
30          ∞       2.08                             
像面        ∞   
【００７０】
非球面データ
第2面(回折面)
A 2=-1.63156e-004  A 4= 7.33797e-008  A 6=-1.13068e-010  A 8=-9.63136e-014  
A10= 9.97824e-016  
第8面
K =-4.47637e+000  
A 5= 1.46851e-005  A 7= 7.39012e-008  A 9=-4.58297e-009  
第9面
K =-1.97936e+000  A 4= 5.13211e-005  A 6= 5.02218e-006  A 8=-6.95625e-008  
第15面
K =-2.55124e-002  A 4= 3.49920e-006  
第16面
K =-1.93738e+000  A 4= 4.32679e-005  
第22面
K = 8.18784e-001  A 4=-1.39872e-004  A 6=-4.46451e-007  A 8=-3.37644e-008  
第23面
K =-3.48068e+001  A 4=-1.83963e-004  A 6= 8.18669e-006  A 8=-1.80381e-007  A10= 2.33486e-009  
各種データ
ズーム比    19.09 
広角     中間     望遠
焦点距離       6.40    47.97   122.14  
Fナンバー      2.06     3.58     4.12  
半画角（度）  36.16     6.54     2.58  
像高           4.67     5.50     5.50  
レンズ全長    89.41    88.51    89.41  
BF             5.69     5.69     5.69  
d 5            0.60    25.24    31.94  
d13           17.47     0.85     0.80  
d14           17.63     6.84     0.60  
d23            2.00    10.98     2.00  
d26           10.47     3.36    12.83  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1      46.77  
2    6      -8.10  
3   15      14.44  
4   24     -17.04  
5   27      21.00  
【００７１】
［数値データ２］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1         89.215    0.82   2.00069    25.5           
2(回折)   38.254    2.63   1.77250    49.6           
3       -116.428    0.08                             
4         17.426    1.49   1.80400    46.6           
5         30.889  (可変)                             
6         28.926    0.35   1.88300    40.8           
7          6.416    1.66                             
8*       -21.731    0.44   1.77250    49.6           
9*        71.805    1.09                             
10         -6.965    0.27   1.69680    55.5           
11         31.951    0.27                             
12         24.305    0.85   1.95906    17.5           
13        -26.027  (可変)                             
14(絞り)    ∞     (可変)                             
15*         7.905    1.22   1.88202    37.2           
16*        19.184    0.09                             
17          9.544    1.27   1.48749    70.2           
18         96.481    0.17                             
19          8.062    0.91   1.49700    81.5           
20         16.452    0.27   2.00069    25.5           
21          5.082    0.27                             
22*         5.616    2.11   1.49700    81.5           
23*       -13.526  (可変)                             
24         37.645    0.25   1.88300    40.8           
25          5.356    0.57   1.89286    20.4           
26          6.648  (可変)                             
27          6.596    2.33   1.49700    81.5           
28        -36.675    1.35                             
29          ∞       0.94   1.51500    70.0           
30          ∞       1.13                             
像面        ∞   
【００７２】
非球面データ
第2面(回折面)
A 2=-8.63156e-004  A 4= 7.33797e-008  A 6=-1.13068e-010  A 8=-9.63136e-014  
A10= 9.97824e-016  
第8面
K =-4.47637e+000  
A 5= 1.65899e-004  A 7= 2.80608e-006  A 9=-5.84896e-007  
第9面
K =-1.97936e+000  A 4= 3.16243e-004  A 6= 1.04016e-004  A 8=-4.84245e-006  
第15面
K =-2.55124e-002  A 4= 2.15622e-005  
第16面
K =-1.93738e+000  A 4= 2.66619e-004  
第22面
K = 8.18784e-001  A 4=-8.61894e-004  A 6=-9.24657e-006  A 8=-2.35044e-006  
第23面
K =-3.48068e+001  A 4=-1.13359e-003  A 6= 1.69557e-004  A 8=-1.25569e-005  A10= 5.46304e-007  
各種データ
ズーム比     7.66 
広角     中間     望遠
焦点距離       3.65    16.16    27.91  
Fナンバー      2.06     3.58     4.12  
半画角（度）  34.97    10.52     6.14  
像高           2.55     3.00     3.00  
レンズ全長    48.67    48.18    48.67  
BF             3.01     3.01     3.01  
d 5            0.33    12.14    15.42  
d13            9.53     2.09     2.43  
d14            9.61     3.73     0.32  
d23            1.09     5.79     7.88  
d26            5.71     2.04     0.21  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1      28.91  
2    6      -4.76  
3   15       7.88  
4   24      -9.30  
5   27      11.45  
【００７３】
［数値データ３］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd
1         63.255    1.01   1.80518    25.4           
2(回折)   40.214    3.51   1.77250    49.6           
3       -658.246    0.11                             
4         22.567    2.49   1.80400    46.6           
5         30.555  (可変)                             
6         38.568    0.47   1.88300    40.8           
7          7.755    2.21                             
8*       -28.975    0.58   1.77250    49.6           
9*        95.740    1.45                             
10         -9.286    0.36   1.69680    55.5           
11         42.602    0.36                             
12         32.406    1.13   1.95906    17.5           
13        -34.703  (可変)                             
14(絞り)    ∞     (可変)                             
15*        10.540    1.62   1.88202    37.2           
16*        25.578    0.13                             
17         12.725    1.69   1.48749    70.2           
18        128.642    0.22                             
19         10.749    1.21   1.49700    81.5           
20         21.936    0.36   2.00069    25.5           
21          6.776    0.36                             
22*         7.488    2.81   1.49700    81.5           
23*       -18.034  (可変)                             
24         50.193    0.33   1.88300    40.8           
25          7.141    0.76   1.89286    20.4           
26          8.864  (可変)                             
27          8.795    3.11   1.49700    81.5           
28        -48.900    1.81                             
29          ∞       1.25   1.51500    70.0           
30          ∞       1.51                             
像面        ∞   
【００７４】
非球面データ
第2面(回折面)
A 2=-7.23156e-004  A 4= 7.33797e-008  A 6=-1.13068e-010  A 8=-9.63136e-014  
A10= 9.97824e-016  
第8面
K =-4.47637e+000  
A 5= 5.24914e-005  A 7= 4.99422e-007  A 9=-5.85557e-008  
第9面
K =-1.97936e+000  A 4= 1.33415e-004  A 6= 2.46834e-005  A 8=-6.46389e-007  
第15面
K =-2.55124e-002  A 4= 9.09656e-006  
第16面
K =-1.93738e+000  A 4= 1.12480e-004  
第22面
K = 8.18784e-001  A 4=-3.63612e-004  A 6=-2.19425e-006  A 8=-3.13746e-007  
第23面
K =-3.48068e+001  A 4=-4.78232e-004  A 6= 4.02367e-005  A 8=-1.67614e-006  A10= 4.10190e-008  
各種データ
ズーム比     5.81 
広角     中間     望遠
焦点距離       4.71    17.34    27.41  
Fナンバー      2.06     3.98     4.56  
半画角（度）  35.80    12.99     8.30  
像高           3.40     4.00     4.00  
レンズ全長    65.50    64.85    65.51  
BF             4.20     4.20     4.20  
d 5            0.43    14.28    18.23  
d13           12.70     4.69     5.58  
d14           12.82     4.97     0.43  
d23            1.45     6.92     9.96  
d26            7.61     3.50     0.82  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  
1    1      39.60  
2    6      -5.89  
3   15      10.51  
4   24     -12.40  
5   27      15.27  
前述の各条件式と各数値実施例との関係を示す。
【００７５】
【表１】
2018180364.tif 000004
【符号の説明】
【００７６】
ＧＮ  負レンズ      ８１  紫外線硬化樹脂      ８２  レンズ
１１  監視カメラ本体    １２  固体撮像素子      １３  メモリ部
【図１】
2018180364.tif 000005
【図２】
2018180364.tif 000006
【図３】
2018180364.tif 000007
【図４】
2018180364.tif 000008
【図５】
2018180364.tif 000009
【図６】
2018180364.tif 000010
【図７】
2018180364.tif 000011
【図８】
2018180364.tif 000012
【図９】
2018180364.tif 000013
【図１０】
2018180364.tif 000014