(57)【要約】【課題】変倍時の諸収差の変動が小さく、高変倍比かつ高性能を有する変倍光学系、及びこの変倍光学系を備えた撮像装置を提供する。【解決手段】変倍光学系は、物体側から順に、変倍時に固定されている第１光学系Ｕ１と、変倍時に移動する複数のレンズ群を含む第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１は、各反射面が対向配置された第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２とを含む。第１ミラーＭ１は、物体側に凹面を向けた反射面を有する。第２ミラーＭ２は、像側に凸面を向けた反射面を有する。第２ミラーＭ２と第２光学系Ｕ２との間に中間像が形成される。第２光学系Ｕ２が含むレンズの部分分散比に関する所定の条件式を満足する。【選択図】図１
2019148791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、各反射面が対向配置された２枚の反射鏡を含み変倍時に像面に対して固定された第１光学系と、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含む第２光学系とからなり、
前記２枚の反射鏡は、
物体側に凹面を向けた反射面を有し物体からの光線を物体側へ反射する第１の反射鏡と、
像側に凸面を向けた反射面を有し前記第１の反射鏡からの反射光を像側へ反射する第２の反射鏡とからなり、
前記第２光学系は、最も物体側から順に連続して、
広角端から望遠端への変倍時に常に物体側へ移動し正の屈折力を有する第１レンズ群と、
変倍時に前記第１レンズ群とは異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群とを含み、
前記第２の反射鏡と前記第１レンズ群との間に中間像が形成され、前記中間像は前記第２光学系を介して再結像され、
前記第２光学系内の全ての正レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｐ、
前記第２光学系内の全ての負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｎとした場合、
−０．０４＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．１    （１）
で表される条件式（１）を満足する変倍光学系。
【請求項２】
前記第２光学系内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐ、
前記第２光学系内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、
１０＜νｄｐ−νｄｎ＜４０    （２）
で表される条件式（２）を満足する請求項１に記載の変倍光学系。
【請求項３】
前記第２光学系内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐ、
前記第２光学系内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、
−０．１＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．１    （３）
で表される条件式（３）を満足する請求項１又は２に記載の変倍光学系。
【請求項４】
前記第１光学系は、２枚以下のレンズからなり前記中間像に最近接したレンズ成分である正の屈折力を有するフィールドレンズ群を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項５】
前記第１の反射鏡は、光路上で最も物体側に位置するパワーを有する光学素子である請求項１から４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項６】
前記第１光学系は、
前記第１の反射鏡から前記第２の反射鏡への光路中及び前記第２の反射鏡から前記中間像の位置への光路中に配置され、かつ、前記第１の反射鏡及び前記第２の反射鏡と共通の光軸を有する２枚以下のレンズからなる補正レンズ群を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項７】
前記第２光学系内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、
０．７５＜θＣｔｎ＜０．９    （４）
で表される条件式（４）を満足する請求項１から６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項８】
前記第２光学系内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐとした場合、
０．７５＜θＣｔｐ＜０．９    （５）
で表される条件式（５）を満足する請求項１から７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項９】
前記第２光学系内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、
５０＜νｄｎ＜６５    （６）
で表される条件式（６）を満足する請求項１から８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１０】
前記第２光学系内の全ての負レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｎとした場合、
１．５＜Ｎｄｎ＜１．７５    （７）
で表される条件式（７）を満足する請求項１から９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１１】
０．５３＜θｇＦｎ＜０．５８    （８）
で表される条件式（８）を満足する請求項１から１０のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１２】
０．５＜θｇＦｐ＜０．６５    （９）
で表される条件式（９）を満足する請求項１から１１のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１３】
前記第２光学系内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐとした場合、
７０＜νｄｐ＜１００    （１０）
で表される条件式（１０）を満足する請求項１から１２のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１４】
前記第２光学系内の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｐとした場合、
１．４３＜Ｎｄｐ＜１．７５    （１１）
で表される条件式（１１）を満足する請求項１から１３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
【請求項１５】
−０．０２＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．０６    （１−１）
で表される条件式（１−１）を満足する請求項１に記載の変倍光学系。
【請求項１６】
１４＜νｄｐ−νｄｎ＜３５  （２−１）
で表される条件式（２−１）を満足する請求項２に記載の変倍光学系。
【請求項１７】
−０．０７＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．０５  （３−１）
で表される条件式（３−１）を満足する請求項３に記載の変倍光学系。
【請求項１８】
０．７７＜θＣｔｎ＜０．８５  （４−１）
で表される条件式（４−１）を満足する請求項７に記載の変倍光学系。
【請求項１９】
０．７８＜θＣｔｐ＜０．８５  （５−１）
で表される条件式（５−１）を満足する請求項８に記載の変倍光学系。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の変倍光学系を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変倍光学系、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射屈折光学系からなる変倍光学系が提案されている。例えば、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４には、２枚のミラーと複数のレンズを含む変倍光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０２２０８号公報
【特許文献２】米国特許第４２３５５０８号明細書
【特許文献３】米国特許第４９７１４２８号明細書
【特許文献４】中国特許出願公開第１０６７７２９６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、港湾及び／又は空港等での遠方監視に用いる監視カメラの需要が増大しており、そのような監視カメラに使用可能な望遠系及び超望遠系の変倍光学系の需要が増えている。このような変倍光学系では、高変倍比でありながら、変倍時の球面収差、非点収差、歪曲収差、及び色収差の変動が小さく、良好な結像性能を有することが要望されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の変倍光学系は、変倍時の非点収差及び歪曲収差の変動が大きい。特許文献２に記載の変倍光学系は、変倍比が低い。特許文献３に記載の変倍光学系は、歪曲収差が大きい。特許文献４に記載の変倍光学系は、球面収差が良好に補正されていない。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、変倍時の諸収差の変動が小さく、高変倍比を達成しながら、良好な光学性能を有する変倍光学系、及びこの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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の変倍光学系は、物体側から順に、各反射面が対向配置された２枚の反射鏡を含み変倍時に像面に対して固定された第１光学系と、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含む第２光学系とからなり、２枚の反射鏡は、物体側に凹面を向けた反射面を有し物体からの光線を物体側へ反射する第１の反射鏡と、像側に凸面を向けた反射面を有し第１の反射鏡からの反射光を像側へ反射する第２の反射鏡とからなり、第２光学系は、最も物体側から順に連続して、広角端から望遠端への変倍時に常に物体側へ移動し正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に第１レンズ群とは異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群とを含み、第２の反射鏡と第１レンズ群との間に中間像が形成され、中間像は第２光学系を介して再結像され、第２光学系内の全ての正レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｐ、第２光学系内の全ての負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｎとした場合、下記条件式（１）を満足する。
−０．０４＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．１    （１）
【０００８】
本発明の変倍光学系においては、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
−０．０２＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．０６    （１−１）
【０００９】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐ、第２光学系内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
１０＜νｄｐ−νｄｎ＜４０    （２）
１４＜νｄｐ−νｄｎ＜３５  （２−１）
【００１０】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐ、第２光学系内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
−０．１＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．１    （３）
−０．０７＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．０５  （３−１）
【００１１】
本発明の変倍光学系においては、第１光学系は、２枚以下のレンズからなり中間像に最近接したレンズ成分である正の屈折力を有するフィールドレンズ群を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の変倍光学系においては、第１の反射鏡は、光路上で最も物体側に位置するパワーを有する光学素子であることが好ましい。
【００１３】
本発明の変倍光学系においては、第１光学系は、第１の反射鏡から第２の反射鏡への光路中及び第２の反射鏡から中間像の位置への光路中に配置され、かつ、第１の反射鏡及び第２の反射鏡と共通の光軸を有する２枚以下のレンズからなる補正レンズ群を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．７５＜θＣｔｎ＜０．９    （４）
０．７７＜θＣｔｎ＜０．８５  （４−１）
【００１５】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐとした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．７５＜θＣｔｐ＜０．９    （５）
０．７８＜θＣｔｐ＜０．８５  （５−１）
【００１６】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
５０＜νｄｎ＜６５    （６）
【００１７】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての負レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｎとした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１．５＜Ｎｄｎ＜１．７５    （７）
【００１８】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｎとした場合、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
０．５３＜θｇＦｎ＜０．５８    （８）
【００１９】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｐとした場合、下記条件式（９）を満足することが好ましい。
０．５＜θｇＦｐ＜０．６５    （９）
【００２０】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐとした場合、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。
７０＜νｄｐ＜１００    （１０）
【００２１】
本発明の変倍光学系においては、第２光学系内の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｐとした場合、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。
１．４３＜Ｎｄｐ＜１．７５    （１１）
【００２２】
本発明の撮像装置は、本発明の変倍光学系を備えている。
【００２３】
なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、及びカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、及び手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。
【００２４】
なお、本明細書において、「正の屈折力を有する〜群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に「負の屈折力を有する〜群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有するレンズ」、「正のレンズ」、及び「正レンズ」は同義である。「負の屈折力を有するレンズ」、「負のレンズ」、及び「負レンズ」は同義である。「レンズ群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、１枚のみのレンズからなる構成としてもよい。「単レンズ」は、接合されていない１枚のレンズを意味する。ただし、複合非球面レンズ（球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として１つの非球面レンズとして機能するレンズ）は、接合レンズとは見なさず、１枚のレンズとして扱う。「レンズ成分」は、光軸上の空気接触面が物体側の面と像側の面の２つのみのレンズであり、１つのレンズ成分とは、１つの単レンズ、もしくは１組の接合レンズを意味する。「パワーを有する」とは、焦点距離の逆数が０でないことを意味する。非球面を含む光学素子に関する屈折力の符号、面形状、及び面の曲率半径は、特に断りが無い限り、近軸領域で考えることとする。曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負とする。条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。部分分散比に関する条件式以外の条件式の値は、無限遠物体に合焦した状態においてｄ線を基準とした場合の値である。
【００２５】
本明細書に記載の「ｄ線」、「Ｃ線」、「Ｆ線」、「ｇ線」、及び「ｔ線」は輝線である。本明細書においては、ｄ線の波長は５８７．５６ｎｍ（ナノメートル）、Ｃ線の波長は６５６．２７ｎｍ（ナノメートル）、Ｆ線の波長は４８６．１３ｎｍ（ナノメートル）、ｇ線の波長は４３５．８４ｎｍ（ナノメートル）、ｔ線の波長は１０１３．９８ｎｍ（ナノメートル）として扱う。
【００２６】
あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、ｇ線、Ｆ線、及びＣ線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、及びＮＣとした場合、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義される。あるレンズのＣ線とｔ線間の部分分散比θＣｔとは、ｔ線、Ｆ線、及びＣ線に対するそのレンズの屈折率をそれぞれＮｔ、ＮＦ、及びＮＣとした場合、θＣｔ＝（ＮＣ−Ｎｔ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、変倍時の諸収差の変動が小さく、高変倍比を達成しながら、良好な光学性能を有する変倍光学系、及びこの変倍光学系を備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る変倍光学系（本発明の実施例１の変倍光学系）の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例４の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例５の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例６の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例７の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例８の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例９の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例１０の変倍光学系の広角端及び望遠端における構成と光路を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例１の変倍光学系の各収差図である。
【図１２】本発明の実施例２の変倍光学系の各収差図である。
【図１３】本発明の実施例３の変倍光学系の各収差図である。
【図１４】本発明の実施例４の変倍光学系の各収差図である。
【図１５】本発明の実施例５の変倍光学系の各収差図である。
【図１６】本発明の実施例６の変倍光学系の各収差図である。
【図１７】本発明の実施例７の変倍光学系の各収差図である。
【図１８】本発明の実施例８の変倍光学系の各収差図である。
【図１９】本発明の実施例９の変倍光学系の各収差図である。
【図２０】本発明の実施例１０の変倍光学系の各収差図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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に、本発明の一実施形態に係る変倍光学系の構成と光路の断面図を示す。図１では、「ＷＩＤＥ」と付した上段に広角端状態を示し、「ＴＥＬＥ」と付した下段に望遠端状態を示す。図１に示す例は後述の実施例１の変倍光学系に対応している。図１では紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、無限遠物体に合焦した状態を示している。
【００３０】
本実施形態の変倍光学系は、物体側から像側へ向かって順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１は、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されている。第２光学系Ｕ２は、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含む。
【００３１】
第１光学系Ｕ１は、各反射面が対向配置された２枚の反射鏡を含む。この構成によれば、光路を折り返すことによって全長を短くすることができる。上記２枚の反射鏡は、第１の反射鏡と第２の反射鏡とからなる。本実施形態の第１ミラーＭ１が第１の反射鏡に対応し、第２ミラーＭ２が第２の反射鏡に対応する。
【００３２】
第１ミラーＭ１は、光路上で最も物体側に位置するパワーを有する光学素子であることが好ましい。仮に、第１ミラーＭ１よりも物体側の光路に屈折光学系を配置すると、その屈折光学系は大きな口径を必要とするため、高価となってしまう。また、第１ミラーＭ１よりも物体側の光路に屈折光学系を配置すると、変倍光学系の重心が先端部の方に偏って位置し重量バランスが悪くなるため、好ましくない。さらに、反射型の光学素子は、光線が透過しないため、透過型の光学素子に比べて材料の選択の自由度が高いという長所もある。
【００３３】
第１ミラーＭ１は、物体側に凹面を向けた反射面を有し、物体からの光線を物体側へ反射するように構成される。第２ミラーＭ２は、像側に凸面を向けた反射面を有し、第１ミラーＭ１からの反射光を像側へ反射するように構成される。このような構成によって、色収差を発生させずに全長を短くすることができ、超望遠系に適した光学系となる。なお、一例として、図１には第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２とが共通の光軸Ｚを有するように構成された例を示す。
【００３４】
第１ミラーＭ１の反射面、及び第２ミラーＭ２の反射面は球面形状であることが好ましい。このようにした場合は、安価に製造ができ、偏心及び／又は倒れによる像の悪化を低減できる。
【００３５】
第２光学系Ｕ２は、最も物体側から順に連続して、広角端から望遠端への変倍時に常に物体側へ移動し正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に第１レンズ群Ｇ１とは異なる軌跡で光軸方向に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを含む。すなわち、第２光学系Ｕ２の最も物体側に第１レンズ群Ｇ１が配置され、第１レンズ群Ｇ１の像側に第１レンズ群Ｇ１に隣接して第２レンズ群Ｇ２が配置される。変倍光学系である第２光学系Ｕ２に複数の正の屈折力を有するレンズ群を連続して配置することによって、簡単な構成でありながら、広角側の球面収差の発生、変倍時の球面収差の変動、変倍時の非点収差の変動、及び変倍時の歪曲収差の変動を抑えることができ、高変倍比が容易となる。また、変倍時に移動するレンズ群の有効径の小径化を図ることができる。
【００３６】
第２ミラーＭ２と第１レンズ群Ｇ１との間には中間像が形成される。図１では、光軸上での中間像の位置Ｐを示している。中間像は第２光学系Ｕ２を介して像面Ｓｉｍ上に再結像される。すなわち、第２光学系Ｕ２はリレー光学系として機能する。変倍光学系を再結像光学系とすることによって、変倍時に移動するレンズ群の径を小さくすることができ、軽量化、及び変倍動作の高速化を実現することができる。
【００３７】
第１光学系Ｕ１は、中間像に最近接したレンズ成分であるフィールドレンズ群Ｇｆｄを含むように構成してもよい。なお、ここでいう「中間像に最近接〜」の「中間像」は、無限遠物体に合焦した時の中間像である。また、「中間像に最近接した〜フィールドレンズ群Ｇｆｄ」は、中間像の位置Ｐがフィールドレンズ群Ｇｆｄ内部に位置する場合も含むものとする。フィールドレンズ群Ｇｆｄは、２枚以下のレンズからなり、正の屈折力を有するレンズ群であることが好ましい。正の屈折力を中間像の近傍に配置することによって、周辺画角の光線を変倍光学系の内部で光軸Ｚと交わらせることができるため、変倍光学系の有効径の増大を抑制することができる。図１の例のフィールドレンズ群Ｇｆｄは一例として、物体側から順に負のレンズＬｆ１と正のレンズＬｆ２とを接合して構成された１組の接合レンズからなり、レンズＬｆ１は物体側に凹面を向けており、レンズＬｆ２は像側に凸面を向けており、レンズＬｆ１とレンズＬｆ２との接合面は物体側に凸面を向けている。
【００３８】
また、第１光学系Ｕ１は、収差補正の作用を有する補正レンズ群Ｇｃを含むように構成してもよい。補正レンズ群Ｇｃは、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２と共通の光軸Ｚを有する２枚以下のレンズからなることが好ましい。２枚以下とすることによって、変倍光学系の物体側の部分への荷重を小さく抑えることができ、変倍光学系を設置するための架台に要求される強度を低くすることができる。使用する光学素子の数を少なくして製造性を高めるためには、補正レンズ群Ｇｃは１枚のレンズからなることが好ましい。図１の例の補正レンズ群Ｇｃは、１枚のレンズＬｃ１のみからなる。一例として、図１のレンズＬｃ１は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。なお、補正レンズ群Ｇｃは２枚のレンズからなるように構成してもよく、そのようにした場合は、非点収差を良好に補正することができる。例えば、補正レンズ群Ｇｃは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚の単レンズからなるように構成することができる。
【００３９】
補正レンズ群Ｇｃは、第１ミラーＭ１から第２ミラーＭ２への光路中と第２ミラーＭ２から中間像の位置Ｐへの光路中との両方に配置されていることが好ましい。すなわち、第１ミラーＭ１で反射された光が第２ミラーＭ２へ向かう時と、第２ミラーＭ２で反射された光が中間像の位置Ｐへ向かう時との２回、光線が補正レンズ群Ｇｃを通過するように構成されていることが好ましい。このように、光線が往復する光路中に補正レンズ群Ｇｃを配置することによって、レンズやミラー等の光学素子の数を少なくしても球面収差を良好に補正することが容易となり、さらには光学素子の数を少なくして、かつ、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２ともに非球面を用いない場合でも、球面収差を良好に補正することが容易となる。
【００４０】
第１光学系Ｕ１に含まれるパワーを有する光学素子は、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、フィールドレンズ群Ｇｆｄ、及び補正レンズ群Ｇｃのみであることが好ましい。光学素子の枚数を少なくすることによって、第１光学系Ｕ１全体の透過率の低下を抑制することができる。
【００４１】
図１の例では、第１光学系Ｕ１はパワーを有する光学素子として、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２、フィールドレンズ群Ｇｆｄ、及び補正レンズ群Ｇｃのみを有する。図１の例では、第１光学系Ｕ１が有する上記光学素子は全て共通の光軸Ｚを有する。光路を考慮しない配置としては、第２ミラーＭ２は最も物体側に位置し、補正レンズ群Ｇｃは第２ミラーＭ２の像側近傍に配置され、第１ミラーＭ１は補正レンズ群Ｇｃより像側に配置され、フィールドレンズ群Ｇｆｄは第１ミラーＭ１の近傍に配置されている。図１の例では、第１ミラーＭ１は中心部が中空のリング形状を有する。中間像はフィールドレンズ群Ｇｆｄの物体側近傍に位置している。
【００４２】
図１の例においては、物体側から像側へ向かって光路に沿って第１光学系Ｕ１へ入射した光線は、まず第１ミラーＭ１で反射されて物体側へ向かい、補正レンズ群Ｇｃを透過して、第２ミラーＭ２で反射されて像側へ向かい、再び補正レンズ群Ｇｃを透過して、次に、フィールドレンズ群Ｇｆｄを透過して、第２光学系Ｕ２へ入射する。
【００４３】
図１の例の第２光学系Ｕ２は、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３と、第４レンズ群Ｇ４とからなる。図１の例では、第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜レンズＬ１３の３枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１の１枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜レンズＬ３４の４枚のレンズからなり、第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１の１枚のレンズからなる。しかし、図１に示す構成は一例であり、第２光学系Ｕ２を構成するレンズ群の数、及び各レンズ群を構成するレンズの枚数は、図１の例とは異なる数にして変倍光学系を構成することも可能である。
【００４４】
図１の例では、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが、隣り合うレンズ群との光軸方向の間隔を変化させて移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されている。すなわち、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とは互いに異なる軌跡で光軸方向に移動する。図１では、広角端から望遠端へ変倍する際の、第１レンズ群Ｇ１の移動軌跡ｔｒＧ１、第２レンズ群Ｇ２の移動軌跡ｔｒＧ２、第３レンズ群Ｇ３の移動軌跡ｔｒＧ３、及び第４レンズ群Ｇ４の移動軌跡ｔｒＧ４を、広角端状態と望遠端状態の間に模式的に矢印で示している。第４レンズ群Ｇ４のように変倍時に移動しないレンズ群については、垂直方向の直線状の矢印でその移動軌跡を示している。
【００４５】
第１レンズ群の最も物体側のレンズは、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けていることが好ましい。このようにした場合は、軸外光束の主光線の光軸Ｚに対する角度を減じることができ、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２に含まれるレンズの変倍時の有効径の変動を小さくできる。
【００４６】
第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズ、及び第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズは、いずれも正の屈折力を有し、互いに凸面を対向させていることが好ましい。このようにした場合は、変倍時の球面収差の変動を抑えることができる。
【００４７】
第２光学系Ｕ２は、第２レンズ群Ｇ２より像側に少なくとも１つのレンズ群を含み、第２光学系Ｕ２の最も像側のレンズ群は正の屈折力を有することが好ましい。このようにした場合は、倍率色収差の補正に有利となる。第２光学系Ｕ２の最も像側のレンズ群は１枚の単レンズであるように構成してもよく、このようにした場合は、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の移動量を確保でき、諸収差の変動を抑えながら高変倍比を実現するのに有利となる。
【００４８】
例えば、図１に示す例のように、第２光学系Ｕ２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、正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と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなり、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されているように構成することができる。このようにした場合は、変倍時の非点収差の変動を抑えることができる。
【００４９】
あるいは、後述の実施例７のように、第２光学系Ｕ２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、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とからなり、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動し、第３レンズ群Ｇ３は像面Ｓｉｍに対して固定されているように構成してもよい。このようにした場合は、第２光学系Ｕ２を構成するレンズ群は全て正の屈折力を有するため、変倍時の球面収差の変動を抑えながら、レンズ群同士の偏心及び／又は倒れによる像の悪化を抑えることができる。
【００５０】
あるいは、後述の実施例９のように、第２光学系Ｕ２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、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とからなり、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動するように構成してもよい。このようにした場合は、第２光学系Ｕ２を構成するレンズ群は全て正の屈折力を有することになり、近軸解の自由度が増すため、変倍時の球面収差の変動、及び変倍時の非点収差の変動を抑えながら、レンズ群同士の偏心及び／又は倒れによる像の悪化を抑えることができる。
【００５１】
あるいは、後述の実施例１０のように、第２光学系Ｕ２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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動するように構成してもよい。このようにした場合は、単純な構成となり、変倍機構を簡素化することができる。
【００５２】
なお、合焦については、例えば、第１ミラーＭ１と第２ミラーＭ２との間隔を変化させることによって合焦を行うことが可能である。その場合は、像面Ｓｉｍに対して第１ミラーＭ１のみを光軸方向に移動させることによって合焦を行う方法、像面Ｓｉｍに対して第２ミラーＭ２のみを光軸方向に移動させることによって合焦を行う方法、及び第２ミラーＭ２と補正レンズ群Ｇｃとを一体的に光軸方向に移動させることによって合焦を行う方法のうちのいずれかを採ることが好ましい。または、第２光学系Ｕ２のうちの一部のレンズ群を光軸方向に移動させることによって合焦を行うことも可能である。
【００５３】
次に、本実施形態の変倍光学系の条件式に関する構成について説明する。第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｐ、第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｎとした場合、本実施形態の変倍光学系は、下記条件式（１）を満足する。条件式（１）を満足することによって、可視光域において、二次の軸上色収差及び二次の倍率色収差の発生を抑えることができる。なお、下記条件式（１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（１−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
−０．０４＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．１    （１）
−０．０２＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０．０６    （１−１）
−０．０１５＜θｇＦｐ−θｇＦｎ＜０    （１−２）
【００５４】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐ、第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、軸上色収差の補正が容易となる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、二次色収差の発生を抑えることができる。なお、下記条件式（２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１０＜νｄｐ−νｄｎ＜４０    （２）
１４＜νｄｐ−νｄｎ＜３５  （２−１）
【００５５】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐ、第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）を満足することによって、赤から赤外までの波長域での二次色収差の発生を抑えることができる。なお、下記条件式（３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（３−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
−０．１＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．１    （３）
−０．０７＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．０５  （３−１）
−０．０６＜θＣｔｐ−θＣｔｎ＜０．０１５  （３−２）
【００５６】
第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｎとした場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、赤から赤外までの波長域での二次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．７５＜θＣｔｎ＜０．９    （４）
０．７７＜θＣｔｎ＜０．８５  （４−１）
【００５７】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのＣ線とｔ線間の部分分散比の平均値をθＣｔｐとした場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、赤から赤外までの波長域での二次色収差の補正が容易となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．７５＜θＣｔｐ＜０．９    （５）
０．７８＜θＣｔｐ＜０．８５  （５−１）
【００５８】
第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｎとした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、ｇ線とＦ線間の部分分散比が小さい材料を選びやすくなり、可視光域での二次色収差の補正が容易となる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（６−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
５０＜νｄｎ＜６５    （６）
５２＜νｄｎ＜６０    （６−１）
【００５９】
第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｎとした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、高次の球面収差の発生を抑制することができる上に、アッベ数が小さい材料を選びやすくなり、一次色収差の補正に有利となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、ペッツバール和の絶対値を小さく抑えることができ、像面湾曲を良好に補正できる。なお、下記条件式（７−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（７−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
１．５＜Ｎｄｎ＜１．７５    （７）
１．５５＜Ｎｄｎ＜１．７    （７−１）
１．５７＜Ｎｄｎ＜１．６５    （７−２）
【００６０】
第２光学系Ｕ２内の全ての負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｎとした場合、下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）の下限以下とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることによって、可視光域での二次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（８−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．５３＜θｇＦｎ＜０．５８    （８）
０．５３５＜θｇＦｎ＜０．５６５    （８−１）
【００６１】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比の平均値をθｇＦｐとした場合、下記条件式（９）を満足することが好ましい。条件式（９）の下限以下とならないようにすることによって、可視光域での二次色収差の補正が容易となる。条件式（９）の上限以上とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（９−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．５＜θｇＦｐ＜０．６５    （９）
０．５２＜θｇＦｐ＜０．６    （９−１）
【００６２】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均値をνｄｐとした場合、下記条件式（１０）を満足することが好ましい。条件式（１０）の下限以下とならないようにすることによって、負レンズと正レンズとのアッベ数差を確保しやすくなり、一次色収差の補正が容易となる。条件式（１０）の上限以上とならないようにすることによって、ｇ線とＦ線間の部分分散比が大きい材料を選びやすくなり、可視光域での二次色収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（１０−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
７０＜νｄｐ＜１００    （１０）
７２＜νｄｐ＜９０    （１０−１）
【００６３】
第２光学系Ｕ２内の全ての正レンズのｄ線に対する屈折率の平均値をＮｄｐとした場合、下記条件式（１１）を満足することが好ましい。条件式（１１）の下限以下とならないようにすることによって、球面収差の発生を抑えながら、ペッツバール和の絶対値も小さく抑えることができ、像面湾曲を良好に補正できる。条件式（１１）の上限以上とならないようにすることによって、アッベ数が大きい材料を選びやすくなり、一次色収差の補正に有利となる。なお、下記条件式（１１−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１．４３＜Ｎｄｐ＜１．７５    （１１）
１．４４＜Ｎｄｐ＜１．５５    （１１−１）
【００６４】
望遠端における第２光学系Ｕ２の焦点距離をｆＵ２、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１とした場合、下記条件式（１２）を満足することが好ましい。条件式（１２）の下限以下とならないようにすることによって、変倍時の第１レンズ群Ｇ１の移動量を少なくしても高変倍比を実現することができる。条件式（１２）の上限以上とならないようにすることによって、変倍時の球面収差の変動を抑えることができる。なお、下記条件式（１２−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．２＜ｆＵ２／ｆＧ１＜０．４５    （１２）
０．２２＜ｆＵ２／ｆＧ１＜０．４    （１２−１）
【００６５】
第１ミラーの反射面の曲率半径をｒＭ１、第２ミラーの反射面の曲率半径をｒＭ２とした場合、下記条件式（１３）を満足することが好ましい。条件式（１３）の下限以下とならないようにすることによって、全長の短縮に有利となる。条件式（１３）の上限以上とならないようにすることによって、非点収差の発生を抑えることができる。なお、下記条件式（１３−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（１３−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
１＜ｒＭ１／ｒＭ２＜２．５  （１３）
１．２＜ｒＭ１／ｒＭ２＜２．２  （１３−１）
１．６＜ｒＭ１／ｒＭ２＜２．１  （１３−２）
【００６６】
第１ミラーの反射面の曲率半径をｒＭ１、補正レンズ群Ｇｃの焦点距離をｆＣとした場合、下記条件式（１４）を満足することが好ましい。条件式（１４）の下限以下とならないようにすることによって、球面収差の補正に有利となる。条件式（１４）の上限以上とならないようにすることによって、軸上色収差を抑制でき、また、波長による球面収差の差が発生するのを抑制することができる。なお、下記条件式（１４−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（１４−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
０．０７＜ｒＭ１／ｆＣ＜０．５  （１４）
０．１＜ｒＭ１／ｆＣ＜０．４５  （１４−１）
０．２＜ｒＭ１／ｆＣ＜０．４  （１４−２）
【００６７】
無限遠物体合焦時の望遠端における第２光学系Ｕ２の横倍率をβｒＴ、変倍光学系の変倍比をＭＡＧとした場合、下記条件式（１５）を満足することが好ましい。条件式（１５）の下限以下とならないようにすることによって、変倍時の球面収差の変動を抑えることができる。条件式（１５）の上限以上とならないようにすることによって、変倍時に移動するレンズ群の移動量を少なくしても高変倍比を実現することができる。なお、下記条件式（１５−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．４５＜βｒＴ／ＭＡＧ＜−０．２５  （１５）
−０．４＜βｒＴ／ＭＡＧ＜−０．２８  （１５−１）
【００６８】
フィールドレンズ群Ｇｆｄの焦点距離をｆＦｄ、無限遠物体に合焦時の中間像から広角端における第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬＡとした場合、下記条件式（１６）を満足することが好ましい。条件式（１６）を満足することによって、適切な位置で軸外光線を光軸Ｚと交わらせることができ、変倍時に移動するレンズ群の小径化に有利となる。なお、下記条件式（１６−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができ、下記条件式（１６−２）を満足する構成とすれば、さらにより良好な特性とすることができる。
０．４＜ｆＦｄ／ＬＡ＜１  （１６）
０．５＜ｆＦｄ／ＬＡ＜０．８  （１６−１）
０．５５＜ｆＦｄ／ＬＡ＜０．７５  （１６−２）
【００６９】
第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（１７）を満足することが好ましい。条件式（１７）を満足することによって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とに適切に屈折力を配分することができ、これによって変倍時の球面収差の変動を抑えることができ、また、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の有効径の小径化を図ることができる。なお、下記条件式（１７−１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１．５＜ｆＧ１／ｆＧ２＜４  （１７）
１．７＜ｆＧ１／ｆＧ２＜３．８  （１７−１）
【００７０】
なお、図１には示していないが、最も像側のレンズと像面Ｓｉｍとの間、及び／又は光学素子と光学素子の間に、平行平板状の各種フィルタ及び／又はカバーガラスを配置してもよい。各種フィルタ及び／又はカバーガラスを配置することによる収差の変化は、少数の設計パラメータを変更することによって実用上問題とならない程度に修正することが可能である。
【００７１】
上述した好ましい構成及び可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、変倍時の諸収差の変動が小さく、高変倍比を達成しながら、良好な光学性能を有する変倍光学系を実現することが可能である。なお、ここでいう「高変倍比」とは、変倍比が４倍以上を意味する。
【００７２】
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］
実施例１の変倍光学系の断面図と光路は図１に示されており、その構成及び図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の変倍光学系は、物体側から像側へ向かって順に、第１光学系Ｕ１と、第２光学系Ｕ２とからなる。第１光学系Ｕ１は、変倍時に像面Ｓｉｍに対して固定されている。第２光学系Ｕ２は、変倍時に移動する複数のレンズ群を含む。第１光学系Ｕ１は、リング形状の第１ミラーＭ１と、第２ミラーＭ２と、補正レンズ群Ｇｃと、フィールドレンズ群Ｇｆｄとからなる。補正レンズ群Ｇｃは、レンズＬｃ１の１枚のレンズからなる。フィールドレンズ群Ｇｆｄは、物体側から順に、レンズＬｆ１〜レンズＬｆ２の２枚のレンズからなる。第１光学系Ｕ１が有する上記光学素子は全て共通の光軸Ｚを有する。無限遠物体に合焦した状態において、フィールドレンズ群Ｇｆｄの物体側近傍に中間像が形成される。第１ミラーＭ１は、光路上で最も物体側に位置するパワーを有する光学素子であり、絞り面としての機能も有する。物体からの光線は、第１ミラーＭ１、補正レンズ群Ｇｃ、第２ミラーＭ２、補正レンズ群Ｇｃ、フィールドレンズ群Ｇｆｄの順に通過した後、第２光学系Ｕ２へ入射する。第２光学系Ｕ２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、正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と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動し、第４レンズ群Ｇ４は像面Ｓｉｍに対して固定されている。第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜レンズＬ１３の３枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１の１枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜レンズＬ３４の４枚のレンズからなる。第４レンズ群Ｇ４はレンズＬ４１の１枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３は、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを有する。以上が実施例１の変倍光学系の概要である。
【００７３】
実施例１の変倍光学系の基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に、非球面係数を表３に示す。表１及び表２は無限遠物体に合焦した状態のデータである。表１では光路に沿って構成要素を示している。表１において、面番号の欄には光路上で最も物体側の面を第１面とし、光路に沿って像側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、ｒの欄には各面の曲率半径を示し、ｄの欄には各面と光路上でその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示す。材料の欄には、各構成要素の材料名とその材料の製造会社名をアンダーバーで挟んで示す。製造会社名は概略的に示している。例えば、「ＯＨＡＲＡ」は株式会社オハラのことである。表１のＮｄの欄には各構成要素のｄ線に対する屈折率を示し、νｄの欄には各構成要素のｄ線基準のアッベ数を示し、θｇＦの欄には各構成要素のｇ線とＦ線間の部分分散比を示し、θＣｔの欄には各構成要素のＣ線とｔ線間の部分分散比を示す。
【００７４】
表１では、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。表１の面番号の欄には、各面番号に加えて、反射面に相当する面には「（反射面）」を記入し、中間像に相当する面には「（中間像）」を記入し、像面Ｓｉｍに相当する面には「（像面）」を記入している。また、表１では可変面間隔については、「Ｄ」にその間隔の物体側の面番号付してｄの欄に記入している。
【００７５】
表２に、全系の焦点距離の絶対値、Ｆナンバー、最大像高、及び最大半画角をそれぞれ、「｜焦点距離｜」、「ＦＮｏ．」、「像高」、「半画角」と表記した行に示す。また、表２に、各可変面間隔の値を示す。表２に示す値は、ｄ線基準での値である。表２では、広角端状態、第１中間焦点距離状態、第２中間焦点距離状態、及び望遠端状態の各値をそれぞれＷ、Ｍ１、Ｍ２、及びＴと表記した欄に示す。
【００７６】
表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３では、非球面の面番号を示し、Ｋ及びＡｍ（ｍ＝４、６、８、１０）の欄には各非球面についての非球面係数の数値を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０±ｎ」を意味する。Ｋ及びＡｍは下式で表される非球面式における非球面係数である。
Ｚｄ＝Ｃ×ｈ２／｛１＋（１−（１＋Ｋ）×Ｃ２×ｈ２）１/２｝＋ΣＡｍ×ｈｍ
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
Ｋ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面式のΣはｍに関する総和を意味する。
【００７７】
各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（ミリメートル）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。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
【００７８】
【表１】
2019148791.tif 000003
【００７９】
【表２】
2019148791.tif 000004
【００８０】
【表３】
2019148791.tif 000005
【００８１】
図１１に、実施例１の変倍光学系の無限遠物体に合焦した状態の各収差図を示す。図１１では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、及び倍率色収差を示す。図１１ではＷＩＤＥと付した上段に広角端における収差図を示し、ＴＥＬＥと付した下段に望遠端における収差図を示す。球面収差図では、波長１９７０．１ｎｍ、Ｃ線、ｄ線、Ｆ線、及びｇ線における収差をそれぞれ長破線、一点鎖線、実線、短破線、及び二点鎖線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、波長１９７０．１ｎｍ、及びｇ線における収差をそれぞれ長破線、及び二点鎖線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のＩＨは像高を意味する。なお、第１ミラーＭ１はリング形状のため、図１１の球面収差図の縦軸の０近傍のデータは参考データとして示す。
【００８２】
上記の実施例１に関する各データの記号、意味、記載方法、及び図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
【００８３】
［実施例２］
実施例２の変倍光学系の断面図と光路を図２に示す。実施例２の変倍光学系は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例２の変倍光学系の基本レンズデータを表４に、諸元と可変面間隔を表５に、各収差図を図１２に示す。
【００８４】
【表４】
2019148791.tif 000006
【００８５】
【表５】
2019148791.tif 000007
【００８６】
［実施例３］
実施例３の変倍光学系の断面図と光路を図３に示す。実施例３の変倍光学系は、補正レンズ群ＧｃがレンズＬｃ１〜レンズＬｃ２の２枚のレンズからなる点、及び第３レンズ群Ｇ３がレンズＬ３１〜レンズＬ３３の３枚のレンズからなる点が実施例１と異なり、その他の点は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例３の変倍光学系の基本レンズデータを表６に、諸元と可変面間隔を表７に、各収差図を図１３に示す。
【００８７】
【表６】
2019148791.tif 000008
【００８８】
【表７】
2019148791.tif 000009
【００８９】
［実施例４］
実施例４の変倍光学系の断面図と光路を図４に示す。実施例４の変倍光学系は、補正レンズ群ＧｃがレンズＬｃ１〜レンズＬｃ２の２枚のレンズからなる点が実施例１と異なり、その他の点は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例４の変倍光学系の基本レンズデータを表８に、諸元と可変面間隔を表９に、各収差図を図１４に示す。
【００９０】
【表８】
2019148791.tif 000010
【００９１】
【表９】
2019148791.tif 000011
【００９２】
［実施例５］
実施例５の変倍光学系の断面図と光路を図５に示す。実施例５の変倍光学系は、補正レンズ群ＧｃがレンズＬｃ１〜レンズＬｃ２の２枚のレンズからなる点が実施例１と異なり、その他の点は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例５の変倍光学系の基本レンズデータを表１０に、諸元と可変面間隔を表１１に、各収差図を図１５に示す。
【００９３】
【表１０】
2019148791.tif 000012
【００９４】
【表１１】
2019148791.tif 000013
【００９５】
［実施例６］
実施例６の変倍光学系の断面図と光路を図６に示す。実施例６の変倍光学系は、補正レンズ群ＧｃがレンズＬｃ１〜レンズＬｃ２の２枚のレンズからなる点が実施例１と異なり、その他の点は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例６の変倍光学系の基本レンズデータを表１２に、諸元と可変面間隔を表１３に、各収差図を図１６に示す。
【００９６】
【表１２】
2019148791.tif 000014
【００９７】
【表１３】
2019148791.tif 000015
【００９８】
［実施例７］
実施例７の変倍光学系の断面図と光路を図７に示す。実施例７の変倍光学系は、補正レンズ群ＧｃがレンズＬｃ１〜レンズＬｃ２の２枚のレンズからなる点、及び第２光学系Ｕ２の構成が実施例１と異なり、第１光学系Ｕ１は補正レンズ群Ｇｃ以外は実施例１の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例７の第２光学系Ｕ２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、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とからなる。変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動し、第３レンズ群Ｇ３は像面Ｓｉｍに対して固定されている。第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜レンズＬ１３の３枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜レンズＬ２５の５枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを有する。以上が実施例７の変倍光学系の概要である。
【００９９】
実施例７の変倍光学系の基本レンズデータを表１４に、諸元と可変面間隔を表１５に、各収差図を図１７に示す。
【０１００】
【表１４】
2019148791.tif 000016
【０１０１】
【表１５】
2019148791.tif 000017
【０１０２】
［実施例８］
実施例８の変倍光学系の断面図と光路を図８に示す。実施例８の変倍光学系は実施例７の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例８の変倍光学系の基本レンズデータを表１６に、諸元と可変面間隔を表１７に、各収差図を図１８に示す。
【０１０３】
【表１６】
2019148791.tif 000018
【０１０４】
【表１７】
2019148791.tif 000019
【０１０５】
［実施例９］
実施例９の変倍光学系の断面図と光路を図９に示す。実施例９の変倍光学系は、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動する点が実施例７と異なり、その他の点は実施例７の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例９の変倍光学系の基本レンズデータを表１８に、諸元と可変面間隔を表１９に、各収差図を図１９に示す。
【０１０６】
【表１８】
2019148791.tif 000020
【０１０７】
【表１９】
2019148791.tif 000021
【０１０８】
［実施例１０］
実施例９の変倍光学系の断面図と光路を図１０に示す。実施例１０の変倍光学系は、第２光学系Ｕ２の構成が実施例７と異なり、第１光学系Ｕ１は実施例７の変倍光学系の概要と同様の構成を有する。実施例１０の第２光学系Ｕ２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、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、変倍時に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とが互いに異なる軌跡で光軸方向に移動する。第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜レンズＬ１３の３枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜レンズＬ２７の７枚のレンズからなる。第２レンズ群Ｇ２は、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズを２組有する。実施例１０の変倍光学系の基本レンズデータを表２０に、諸元と可変面間隔を表２１に、非球面係数を表２２に、各収差図を図２０に示す。
【０１０９】
【表２０】
2019148791.tif 000022
【０１１０】
【表２１】
2019148791.tif 000023
【０１１１】
【表２２】
2019148791.tif 000024
【０１１２】
表２３に実施例１〜１０の変倍光学系の条件式（１）〜（１７）の対応値を示す。表２３中の部分分散比以外の対応値は、ｄ線基準での値である。
【表２３】
2019148791.tif 000025
【０１１３】
以上のデータからわかるように、実施例１〜１０の変倍光学系は、変倍時の諸収差の変動が小さく、変倍比が４．９倍以上あり高い変倍比が達成され、物体側の部分への荷重の低減化が図られ、安価に構成可能であり、可視光域から赤外光域までの広い範囲で諸収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。
【０１１４】
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図２１に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係る変倍光学系１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、監視カメラ、ビデオカメラ、または電子スチルカメラ等を挙げることができる。
【０１１５】
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４と、変倍光学系１によって結像される被写体の像を撮像する撮像素子５と、撮像素子５からの出力信号を演算処理する信号処理部６と、変倍光学系１の変倍を行うための変倍制御部７とを備える。なお、図２１では変倍光学系１が含む第１光学系Ｕ１と第２光学系Ｕ２とを概略的に示している。撮像素子５は、変倍光学系１により形成された被写体の像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子５の撮像面は変倍光学系１の像面に一致するように配置される。撮像素子５としては例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。なお、図２１では１つの撮像素子５のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。
【０１１６】
以上、実施形態及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及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各光学素子の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、及び非球面係数等は、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。
【符号の説明】
【０１１７】
１  変倍光学系
４  フィルタ
５  撮像素子
６  信号処理部
７  変倍制御部
１０  撮像装置
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｇ４  第４レンズ群
Ｇｃ  補正レンズ群
Ｇｆｄ  フィールドレンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２７、Ｌ３１〜Ｌ３４、Ｌ４１、Ｌｃ１、Ｌｃ２、Ｌｆ１、Ｌｆ２  レンズ
Ｍ１  第１ミラー
Ｍ２  第２ミラー
Ｐ  中間像の位置
Ｓｉｍ  像面
ｔｒＧ１  第１レンズ群の移動軌跡
ｔｒＧ２  第２レンズ群の移動軌跡
ｔｒＧ３  第３レンズ群の移動軌跡
ｔｒＧ４  第４レンズ群の移動軌跡
Ｕ１  第１光学系
Ｕ２  第２光学系
Ｚ  光軸
【図１】
2019148791.tif 000026
【図２】
2019148791.tif 000027
【図３】
2019148791.tif 000028
【図４】
2019148791.tif 000029
【図５】
2019148791.tif 000030
【図６】
2019148791.tif 000031
【図７】
2019148791.tif 000032
【図８】
2019148791.tif 000033
【図９】
2019148791.tif 000034
【図１０】
2019148791.tif 000035
【図１１】
2019148791.tif 000036
【図１２】
2019148791.tif 000037
【図１３】
2019148791.tif 000038
【図１４】
2019148791.tif 000039
【図１５】
2019148791.tif 000040
【図１６】
2019148791.tif 000041
【図１７】
2019148791.tif 000042
【図１８】
2019148791.tif 000043
【図１９】
2019148791.tif 000044
【図２０】
2019148791.tif 000045
【図２１】
2019148791.tif 000046