变倍光学系统及摄像装置的制作方法

1.本发明的技术涉及一种变倍光学系统及摄像装置。


背景技术：

2.作为反射折射型变倍光学系统，已知有一种日本特开平11-202208号公报中记载的反射折射型变倍光学系统。


技术实现要素：

3.近年来，要求一种具有更良好的光学性能且能够使装置进一步小型化的反射折射型变倍光学系统。
4.鉴于上述情况，本发明的技术的目的在于提供一种具有更良好的光学性能且能够使装置进一步小型化的反射折射型变倍光学系统及具备该变倍光学系统的摄像装置。
5.用于解决技术课题的手段
6.在本发明的技术的一方式所涉及的变倍光学系统中，作为具有光焦度的组，仅具备沿着光路从物体侧朝向像侧依次包括具有正光焦度的第1组、具有正光焦度的第2组、具有负光焦度的第3组、具有正光焦度的第4组、及具有正光焦度的第5组的5个组，第1组是在光路上位于最靠近物体侧的位置的具有光焦度的光学元件，并且包括使凹面形状的反射面朝向物体侧的第1反射镜及使从第1反射镜朝向物体侧的光反射至像侧且凸面形状的反射面朝向像侧的第2反射镜，在第1组与第2组之间的光路上形成中间像，第2组、第3组及第4组为折射光学系统，在第3组与第4组之间配置光阑，在从广角端向长焦端变倍时，第1反射镜、第2反射镜、第2组、光阑及第5组相对于像面固定，第3组朝向像侧移动，第4组朝向物体侧移动。
7.在上述方式的变倍光学系统中，进行变倍时第1组相对于像面固定，在将长焦端处的变倍光学系统的焦距设为ft，将第1组的焦距设为f1时，优选满足下述条件式(1)，更优选满足下述条件式(1-1)。
8.0.5＜|ft/f1|＜4
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(1)
9.1＜|ft/f1|＜2.5
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(1-1)
10.在上述方式的变倍光学系统中，进行变倍时第1组相对于像面固定，在将对焦于无限远物体的状态下的第2组的横向放大率设为β2时，优选满足下述条件式(2)，更优选下述条件式(2-1)。
[0011]-2＜β2＜-0.5
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(2)
[0012]-1.5＜β2＜-1
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(2-1)
[0013]
在上述方式的变倍光学系统中，在将第3组的焦距设为f3，将第4组的焦距设为f4时，优选满足下述条件式(3)，更优选下述条件式(3-1)。
[0014]-2＜f3/f4＜-0.1
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(3)
[0015]-1＜f3/f4＜-0.5
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(3-1)
[0016]
在上述方式的变倍光学系统中，优选第4组包含配置于最靠近物体侧的位置的双凸透镜及配置于比该双凸透镜更靠近像侧的位置且将正透镜和负透镜这2个透镜接合而构成的接合透镜。
[0017]
在上述方式的变倍光学系统中，在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第3组的横向放大率设为β3t，将广角端处的第3组的横向放大率设为β3w时，优选满足下述条件式(4)，更优选满足下述条件式(4-1)。
[0018]
1＜β3t/β3w＜5
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(4)
[0019]
1.2＜β3t/β3w＜3.5
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(4-1)
[0020]
在上述方式的变倍光学系统中，在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第4组的横向放大率设为β4t，将广角端处的第4组的横向放大率设为β4w时，优选满足下述条件式(5)，更优选满足下述条件式(5-1)。
[0021]
1＜β4t/β4w＜5
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(5)
[0022]
1.2＜β4t/β4w＜3
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(5-1)
[0023]
在上述方式的变倍光学系统中，在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第3组的横向放大率设为β3t，将广角端处的第3组的横向放大率设为β3w，将长焦端处的第4组的横向放大率设为β4t，将广角端处的第4组的横向放大率设为β4w时，优选满足下述条件式(6)。
[0024]
0.25＜(β3t/β3w)/(β4t/β4w)＜2
ꢀꢀ
(6)
[0025]
在上述方式的变倍光学系统中，在将对焦于无限远物体的状态下的广角端处的第5组的横向放大率设为β5w时，优选满足下述条件式(7)。
[0026]
1＜β5w＜3
ꢀꢀ
(7)
[0027]
在上述方式的变倍光学系统中，优选第1反射镜的反射面及第2反射镜的反射面为球面形状，第1组在第2反射镜与中间像之间的光路上包含至少1个球面透镜。
[0028]
在上述方式的变倍光学系统中，在将第2组的所有正透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf2p，将第2组的所有负透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf2n时，优选满足下述条件式(8)。
[0029]-0.15＜θgf2p-θgf2n＜-0.005
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(8)
[0030]
在上述方式的变倍光学系统中，在将第2组的所有正透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct2p，将第2组的所有负透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct2n时，优选满足下述条件式(9)。
[0031]
0.01＜θct2p-θct2n＜0.3
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(9)
[0032]
在上述方式的变倍光学系统中，在将第4组的所有正透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf4p，将第4组的所有负透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf4n时，优选满足下述条件式(10)。
[0033]-0.15＜θgf4p-θgf4n＜-0.005
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(10)
[0034]
在上述方式的变倍光学系统中，在将第4组的所有正透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct4p，将第4组的所有负透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct4n时，优选满足下述条件式(11)。
[0035]
0.01＜θct4p-θct4n＜0.3
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(11)
[0036]
本发明的技术的另一方式所涉及的摄像装置具备上述方式的变倍光学系统。
[0037]
另外，本说明书的“包括～”表示除了所列举的构成元素以外，也可以包含实质上不具有光焦度的透镜、以及光阑、滤波器及盖玻璃等透镜以外的光学元素、以及透镜凸缘、镜筒、成像元件及手抖校正机构等机构部分等。
[0038]
另外，在本说明书中，“具有正光焦度的～组”是指组整体具有正光焦度。同样地，“具有负光焦度的～组”是指组整体具有负光焦度。“具有正光焦度的透镜”、“正透镜”及“正透镜”为相同的含义。“具有负光焦度的透镜”、“负透镜”及“负透镜”为相同的含义。“第2组”、“第3组”、“第4组”及“第5组”不限于包括多个透镜的结构，也可以仅包括1个透镜。
[0039]
复合非球面透镜(即，球面透镜及形成于该球面透镜上的非球面形状的膜构成为一体，整体作为1个非球面透镜发挥功能的透镜)不视为接合透镜，而作为1个透镜。将包含非球面的光学元件所涉及的光焦度的符号及面形状考虑为近轴区域。用于透镜的“光焦度”与折射力为相同的含义。“具有光焦度”是指焦距的倒数不是0。本说明书中的“折射光学系统”是不包含具有光焦度的反射型光学元件的系统。
[0040]
条件式中使用的“焦距”是近轴焦距。与部分色散比相关的条件式以外的条件式的值是在对焦于无限远物体的状态下将d射线作为基准时的值。本说明书中记载的“d射线”、“c射线”、“f射线”、“g射线”及“t射线”是明线。在本说明书中，将d射线的波长设为587.56nm(纳米)，将c射线的波长设为656.27nm(纳米)，将f射线的波长设为486.13nm(纳米)，将g射线的波长设为435.83nm(纳米)，将t射线的波长设为1013.98nm(纳米)。关于某一透镜的g射线与f射线间的部分色散比θgf，在将该透镜相对于g射线、f射线及c射线的折射率分别设为ng、nf及nc时，以θgf＝(ng-nf)/(nf-nc)定义。关于某一透镜的c射线与t射线间的部分色散比θct，在将该透镜相对于t射线、f射线及c射线的折射率分别设为nt、nf及nc时，以θct＝(nc-nt)/(nf-nc)定义。本说明书中的“近红外光”是指波长700nm(纳米)～1000nm(纳米)的带宽的光。
[0041]
发明效果
[0042]
根据本发明的技术，能够提供一种具有更良好的光学性能且能够使装置进一步小型化的反射折射型变倍光学系统及具备该变倍光学系统的摄像装置。
附图说明
[0043]
图1是一实施方式所涉及的变倍光学系统(实施例1的变倍光学系统)的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0044]
图2是表示在第2组与第3组之间配置有孔径光阑的比较例的结构和光路的局部剖面图。
[0045]
图3是表示在第3组与第4组之间配置有孔径光阑的例子的结构和光路的局部剖面图。
[0046]
图4是实施例1的变倍光学系统的各像差图。
[0047]
图5是表示实施例2的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0048]
图6是实施例2的变倍光学系统的各像差图。
[0049]
图7是表示实施例3的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0050]
图8是实施例3的变倍光学系统的各像差图。
[0051]
图9是表示实施例4的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0052]
图10是实施例4的变倍光学系统的各像差图。
[0053]
图11是表示实施例5的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0054]
图12是实施例5的变倍光学系统的各像差图。
[0055]
图13是表示实施例6的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0056]
图14是实施例6的变倍光学系统的各像差图。
[0057]
图15是表示实施例7的变倍光学系统的广角端处的结构和光路的剖面图。
[0058]
图16是实施例7的变倍光学系统的各像差图。
[0059]
图17是一实施方式所涉及的摄像装置的概略结构图。
具体实施方式
[0060]
以下，参考附图，对本发明的技术所涉及的实施方式的一例进行说明。图1中示出本发明的一实施方式所涉及的变倍光学系统的广角端处的结构及光路的剖面图。图1中，左侧为物体侧，右侧为像侧。图1所示的例子对应于后述实施例1的变倍光学系统。该变倍光学系统例如能够适用于监控摄像机等。
[0061]
本实施方式的变倍光学系统中，作为具有光焦度的组，仅具备沿着光路从物体侧朝向像侧依次包括具有正光焦度的第1组g1、具有正光焦度的第2组g2、具有负光焦度的第3组g3、具有正光焦度的第4组g4、具有正光焦度的第5组g5的5个组。在第3组g3与第4组g4之间配置有孔径光阑st。另外，图1的孔径光阑st并不表示形状及大小，而表示光轴方向的位置，有关孔径光阑st的该图示方法对其他图也相同。
[0062]
在图1中，假设变倍光学系统适用于摄像装置，示出在变倍光学系统与像面sim之间配置有平行平板状的光学部件pp的例子。光学部件pp是假设各种滤波器及盖玻璃等的部件。各种滤波器例如为低通滤波器、红外截止滤波器及截止特定的波长区域的滤波器等。光学部件pp是不具有光焦度的部件，还能够设为省略了光学部件pp的结构。
[0063]
作为一例，图1的例子的各组由以下光学元件构成。即，第1组g1沿着光路从物体侧朝向像侧依次包括第1反射镜m1、透镜l11、透镜l12、第2反射镜m2。第2组g2从物体侧朝向像侧依次包括透镜l21～l25这5个透镜。第3组g3从物体侧朝向像侧依次包括透镜l31～l34这4个透镜。第4组g4从物体侧朝向像侧依次包括透镜l41～l44这4个透镜。第5组g5从物体侧朝向像侧依次包括透镜l51～l55这5个透镜。在图1的例子中，上述所有光学元件具有共同的光轴z。
[0064]
图1的例子的变倍光学系统为变焦光学系统。从广角端向长焦端变倍时，第1反射镜m1、第2反射镜m2、第2组g2、孔径光阑st及第5组g5相对于像面sim固定，第3组g3从物体侧朝向像侧移动，第4组g4从像侧朝向物体侧移动。在图1中，在第3组g3及第4组g4的下方分别用箭头示意性地示出从广角端朝向长焦端变倍时的各组的移动轨迹。
[0065]
在图1的例子中，第1反射镜m1为在中心部具有开口部的环状。在图1的例子中，从物体入射至变倍光学系统的光首先在第1反射镜m1上反射至物体侧，依次经由透镜l11和透镜l12之后，在第2反射镜m2上反射至像侧，依次经由透镜l12和透镜l11之后，经由第2组g2、第3组g3、第4组g4及第5组g5到达像面sim。
[0066]
在对焦于无限远物体的状态下，在第1组g1与第2组g2之间的光路上形成中间像
im。在图1中，用虚线(dotted line)简略地表示仅包括中间像im的光轴附近的一部分，其形状并不一定准确。中间像im通过第2组g2、第3组g3、第4组g4及第5组g5，在像面sim上再成像。即，从第2组g2至第5组g5发挥中继光学系统的功能。通过将变倍光学系统设为再成像光学系统，在进行变倍时，能够使移动组的透镜直径变小，因此有利于装置的小型化及变倍动作的高速化。
[0067]
第1组g1整体具有正光焦度。第1组g1具备第1反射镜m1及第2反射镜m2。第1反射镜m1使凹面形状的反射面朝向物体侧，并将从物体入射的光反射至物体侧。第2反射镜m2使凸面形状的反射面朝向像侧，并将从第1反射镜m1朝向物体侧的光反射至像侧。即，将第1反射镜m1和第2反射镜m2配置成各反射面对置。反射镜不影响色差，因此在上述2个反射镜中不会发生长焦点透镜系统中成为问题的色差。通过在第1组g1中使用上述反射镜，容易几乎不产生色差地获得超长焦光学系统。并且，通过使用各反射面对置配置的2个反射镜，能够折返光路，因此能够缩短光学总长。
[0068]
第1反射镜m1是变倍光学系统所包含的具有光焦度的光学元件中在光路上位于最靠近物体侧的位置的光学元件。若在比第1反射镜m1更靠近物体侧的光路配置折射光学系统，则该折射光学系统的口径变大，因此会导致价格变高。并且，若在比第1反射镜m1更靠近物体侧的光路配置折射光学系统，则变倍光学系统的重心位于偏向前端部的位置而重量平衡变差，因此不优选。而且，反射型光学元件不透射光线，因此还具有材料选择的自由度高于透射型光学元件的优点。
[0069]
第1反射镜m1的反射面及第2反射镜m2的反射面优选为球面形状。设为球面形状的情况下，与设为非球面形状的情况相比，能够廉价地制造。在将第1反射镜m1的反射面及第2反射镜m2的反射面设为球面形状时，第1组g1可以构成为在第2反射镜m2与中间像im之间的光路上包含至少1个球面透镜。通过在上述位置配置至少1个球面透镜，能够校正在2个球面反射镜上产生的球面像差，因此不使用加工及测定困难的非球面反射镜就能够获得高光学性能。
[0070]
在图1的例子中，在第2反射镜m2与中间像im之间的光路上配置有负透镜l11及正透镜l12作为2个球面透镜。这2个球面透镜还配置于第1反射镜m1与第2反射镜m2之间的光路上。因此，在第1反射镜m1上反射的光朝向第2反射镜m2时和在第2反射镜m2反射的光朝向中间像im时这2次，光线通过上述2个球面透镜。通过在光线如此往复的光路中配置球面透镜，即使减少透镜及反射镜等光学元件的数量，也能够容易良好地校正球面像差，而且在减少光学元件的数量且在第1反射镜m1及第2反射镜m2上均未使用非球面的情况下，也能够容易良好地校正球面像差。
[0071]
在将配置于第2反射镜m2与中间像im之间的光路上的透镜的个数设为1个或2个的情况与设为3个以上的情况相比，能够将变倍光学系统的向物体侧部分的负载抑制为较小，并能够降低用于设置变倍光学系统的支架所需的强度。将配置于第2反射镜m2与中间像im之间的光路上的透镜的个数设为1个的情况比设为2个以上的情况更能够减少所使用的光学元件的数量，因此在成本及制造性方面有利。
[0072]
第1组g1优选在进行变倍时相对于像面sim固定。即，优选包括反射镜以外的元件在内的构成第1组g1的所有光学元件在进行变倍时相对于像面sim固定，如此设置时，能够进一步简化装置的结构。
[0073]
第2组g2为折射光学系统，其整体具有正光焦度。通过光束在像侧从中间像im转为发散的位置配置具有正光焦度的第2组g2，能够抑制光束的发散，由此通过第2组g2有利于像侧透镜的小型化。
[0074]
第3组g3为折射光学系统，其整体具有负光焦度。第4组g4为折射光学系统，其整体具有正光焦度。即，第2组g2、第3组g3、第4组g4分别具有正、负、正光焦度，并配置成相邻组的光焦度成为彼此不同的符号。由此，能够加强各组的光焦度且能够缩短变倍时的各组的移动量，因此能够实现光学系统的小型化。
[0075]
第4组g4优选包含配置于最靠近物体侧的位置的双凸透镜及配置于比双凸透镜更靠近像侧的位置且将正透镜和负透镜这2个透镜接合而构成的接合透镜。该接合透镜可以从物体侧依次接合正透镜和负透镜而成，也可以从物体侧依次接合负透镜和正透镜而成。第4组g4的双凸透镜对在第3组g3受到发散作用而从第3组g3射出的光束起到收束作用，因此容易抑制第4组g4的透镜外径变大。并且，通过在双凸透镜的像侧配置上述接合透镜，能够校正在双凸透镜中产生的轴上色差。
[0076]
图1的例子的第5组g5为折射光学系统。第5组g5整体具有正光焦度。通过在离像面sim最近的位置配置具有正光焦度的第5组g5，能够校正像面弯曲，并从成像区域的中心至周边均容易获得良好的光学性能。
[0077]
孔径光阑st配置于第3组g3与第4组g4之间，由此能够实现孔径光阑st的小型化。为了对应各种摄影条件，孔径光阑st的开口直径优选为可变，尤其在从白天至夜间进行摄影的监控摄像机用途中开口直径优选为可变。一方面，若孔径光阑st变为大型，则改变开口直径的光阑机构也会变为大型，因此，为了装置的小型化，孔径光阑st也优选为小型。
[0078]
作为配置孔径光阑st为位置，优选为周边光量比在收缩了孔径光阑st时不易下降的位置。在本变倍光学系统之类的结构中，考虑在第1反射镜m1及第2反射镜m2中的任一个附近配置孔径光阑st。然而，在第1反射镜m1的附近配置孔径光阑st时，会导致光阑机构的极端大型化。并且，在第2反射镜m2的附近配置孔径光阑st时，入射光束的一部分会被光阑机构遮住，因此会导致光量损失变大，并导致作为在低照度下也能够使用的监控摄像机用途的光学系统的价值降低。
[0079]
在从中间像im至像侧的光路上配置孔径光阑st时，优选配置于孔径光阑st收缩时成像区域的一部分不会被遮光的位置。因此，作为孔径光阑st的光轴方向的位置，优选在从轴上光束的上光线与轴外光束的上光线相交的点(以下，称为点p1)到轴上光束的下光线与轴外光束的下光线相交的点(以下，称为点p2)为止的范围内。
[0080]
作为比较例，在图2中示出在第2组g2与第3组g3之间配置了孔径光阑st的情况的例子。本变倍光学系统中，光轴附近的光束不用于成像，因此在图2中，轴上光束ba及轴外光束bx中将不用于成像的部分设为白色，用于成像的部分则标注斜线。在第2组g2与第3组g3之间配置孔径光阑st时，如图2所示，从点p1至点p2为止的范围在第3组附近，因此与在第3组g3与第4组g4之间配置孔径光阑st的情况相比，会导致第2组g2与孔径光阑st之间的间隔在广角端变宽，随之第2组g2与第3组g3之间的间隔也会变宽，由此会导致光学总长的增加。
[0081]
图3中示出在第3组g3与第4组g4之间配置了孔径光阑st的情况的例子。此时，从第2组g2射出并入射到第3组g3的轴外光束bx受到负光焦度的第3组g3的发散作用，因此从第3组g3射出的轴外光束相对于光轴z的倾角小于从第2组g2射出的轴外光束相对于光轴z的倾
角。因此，与在第2组g2与第3组g3之间配置了孔径光阑st的情况相比，点p1及点p2位于更靠近像侧的位置。如图3所示，在第3组g3与第4组g4之间配置了孔径光阑st时，不同于图2的例子，在第3组g3的物体侧不存在孔径光阑st，因此能够缩短广角端处的第2组g2与第3组g3之间的间隔的同时，能够确保变倍所需的第3组g3的移动量。
[0082]
将孔径光阑st配置于第4组g4与第5组g5之间时，比配置于该位置以外的位置的情况相比，优选使轴外光束的下侧的光线通过更多，因此会导致第3组g3的透镜的外径变大。
[0083]
孔径光阑st在进行变倍时相对于像面sim固定。若构成为在进行变倍时孔径光阑st移动，则需向用于驱动孔径光阑st的驱动部件供电，并且存在用于供电的导线断开的风险。相对于此，在进行变倍时孔径光阑st固定的结构中，不存在此类风险，因此能够进一步高度保持作为监控用途重要的耐久性。
[0084]
接着，对有关本实施方式的变倍光学系统的条件式的结构进行说明。在变倍光学系统中，进行变倍时第1组g1相对于像面sim固定，在将长焦端处的变倍光学系统的焦距设为ft，将第1组g1的焦距设为f1时，优选满足下述条件式(1)。通过确保不会成为条件式(1)的下限以下，能够抑制第1组g1的光焦度过弱及光学总长的增加。通过确保不会成为条件式(1)的上限以上，第2反射镜m2与中间像im之间的间隔不会变得过短，因此中间像im会位于更靠近像侧的位置，随之第2组g2也会位于更靠近像侧的位置，由此能够加长第2组g2与第2反射镜m2之间的距离。其结果，能够进一步减少被第2组g2遮住的光轴附近的光通量，因此有利于确保光量。若第2组g2与第2反射镜m2之间的距离进一步变短，则会导致被第2组g2遮住的光轴附近的光通量增加。若设为进一步满足下述条件式(1-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0085]
0.5＜|ft/f1|＜4
ꢀꢀ
(1)
[0086]
1＜|ft/f1|＜2.5
ꢀꢀ
(1-1)
[0087]
在进行变倍时，第1组g1相对于像面sim固定，在将对焦于无限远物体的状态下的第2组g2的横向放大率设为β2时，优选满足下述条件式(2)。通过满足条件式(2)，有利于抑制产生球面像差。更详细而言，通过确保不会成为条件式(2)的下限以下，能够使来自第2组g2的射出光束适当聚光，因此能够使来自第3组g3的射出光束的发散角度不会变得过大，由此有利于抑制产生球面像差。并且，通过确保不会成为条件式(2)的上限以上，来自第2组g2的射出光束的射出角度不会变得过大，因此有利于抑制产生球面像差。若设为进一步满足下述条件式(2-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0088]-2＜β2＜-0.5
ꢀꢀ
(2)
[0089]-1.5＜β2＜-1
ꢀꢀ
(2-1)
[0090]
在将第3组g3的焦距设为f3，将第4组g4的焦距设为f4时，优选满足下述条件式(3)。通过确保不会成为条件式(3)的下限以下，第3组g3的负光焦度不会变得过弱，因此能够缩短变倍时的第3组g3的移动量，由此能够抑制光学总长的增加。并且，通过缩短第3组g3的移动量，有利于抑制广角端处的第3组g3与孔径光阑st之间的距离增加，因此有利于抑制第3组g3的透镜外径变大。通过确保不会成为条件式(3)的上限以上，第4组g4的正光焦度不会变得过弱，因此有利于缩短变倍时的第4组g4的移动量，由此能够抑制光学总长的增加。并且，通过缩短第4组g4的移动量，有利于抑制广角端处的第4组g4与孔径光阑st之间的距离增加，因此有利于抑制第4组g4的透镜外径变大。若设为进一步满足下述条件式(3-1)的
结构，则能够获得更良好的特性。
[0091]-2＜f3/f4＜-0.1
ꢀꢀ
(3)
[0092]-1＜f3/f4＜-0.5
ꢀꢀ
(3-1)
[0093]
在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第3组g3的横向放大率设为β3t，将广角端处的第3组g3的横向放大率设为β3w时，优选满足下述条件式(4)。通过确保不会成为条件式(4)的下限以下，能够缩短变倍时的第3组g3的移动量，因此能够抑制光学总长的增加。通过确保不会成为条件式(4)的上限以上，第3组g3的光焦度不会变得过强，因此能够抑制由变倍引起的像差变动。若设为进一步满足下述条件式(4-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0094]
1＜β3t/β3w＜5
ꢀꢀ
(4)
[0095]
1.2＜β3t/β3w＜3.5
ꢀꢀ
(4-1)
[0096]
在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第4组g4的横向放大率设为β4t，将广角端处的第4组g4的横向放大率设为β4w时，优选满足下述条件式(5)。通过确保不会成为条件式(5)的下限以下，能够缩短变倍时的第4组g4的移动量，因此能够抑制光学总长的增加。通过确保不会成为条件式(5)的上限以上，第4组g4的光焦度不会变得过强，因此能够抑制由变倍引起的像差变动。若设为进一步满足下述条件式(5-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0097]
1＜β4t/β4w＜5
ꢀꢀ
(5)
[0098]
1.2＜β4t/β4w＜3
ꢀꢀ
(5-1)
[0099]
在对焦于无限远物体的状态下，将长焦端处的第3组g3的横向放大率设为β3t，将广角端处的第3组g3的横向放大率设为β3w，将长焦端处的第4组g4的横向放大率设为β4t，将广角端处的第4组g4的横向放大率设为β4w时，优选满足下述条件式(6)。通过满足条件式(6)，能够使第3组g3及第4组g4均衡地贡献于变倍。通过满足条件式(6)，不会仅使第3组g3及第4组g4中的任一个的光焦度变得过强，因此能够尽量降低由变倍引起的像差变动。若设为进一步满足下述条件式(6-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0100]
0.25＜(β3t/β3w)/(β4t/β4w)＜2
ꢀꢀ
(6)
[0101]
0.5＜(β3t/β3w)/(β4t/β4w)＜1.5
ꢀꢀ
(6-1)
[0102]
在将对焦于无限远物体的状态下的广角端处的第5组g5的横向放大率设为β5w时，优选满足下述条件式(7)。通过确保不会成为条件式(7)的下限以下，能够缩短第1组g1至第4组g4的合成焦距，因此能够缩短光学总长。通过确保不会成为条件式(7)的上限以上，能够抑制像面弯曲的增加，并能够抑制成像区域周边部的图像劣化。若设为进一步满足下述条件式(7-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0103]
1＜β5w＜3
ꢀꢀ
(7)
[0104]
1.2＜β5w＜2.5
ꢀꢀ
(7-1)
[0105]
在将第2组g2的所有正透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf2p，将第2组g2的所有负透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf2n时，优选满足下述条件式(8)。通过满足条件式(8)，能够抑制产生可见光区域内的二次轴上色差。若设为进一步满足下述条件式(8-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0106]-0.15＜θgf2p-θgf2n＜-0.005
ꢀꢀ
(8)
[0107]-0.09＜θgf2p-θgf2n＜-0.015
ꢀꢀ
(8-1)
[0108]
在将第2组g2的所有正透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct2p，将第2组g2的所有负透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct2n时，优选满足下述条件式(9)。通过满足条件式(9)，能够抑制产生红色光至近红外光区域内的二次轴上色差。若设为进一步满足下述条件式(9-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0109]
0.01＜θct2p-θct2n＜0.3
ꢀꢀ
(9)
[0110]
0.025＜θct2p-θct2n＜0.2
ꢀꢀ
(9-1)
[0111]
在将第4组g4的所有正透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf4p，将第4组g4的所有负透镜的g射线与f射线之间的部分色散比的平均值设为θgf4n时，优选满足下述条件式(10)。通过满足条件式(10)，能够抑制产生可见光区域内的二次轴上色差及二次倍率色差。若设为进一步满足下述条件式(10-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0112]-0.15＜θgf4p-θgf4n＜-0.005
ꢀꢀ
(10)
[0113]-0.09＜θgf4p-θgf4n＜-0.015
ꢀꢀ
(10-1)
[0114]
在将第4组g4的所有正透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct4p，将第4组g4的所有负透镜的c射线与t射线之间的部分色散比的平均值设为θct4n时，优选满足下述条件式(11)。通过满足条件式(11)，能够抑制产生红色光至近红外光区域内的二次轴上色差及二次倍率色差。若设为进一步满足下述条件式(11-1)的结构，则能够获得更良好的特性。
[0115]
0.01＜θct4p-θct4n＜0.3
ꢀꢀ
(11)
[0116]
0.025＜θct4p-θct4n＜0.2
ꢀꢀ
(11-1)
[0117]
上述优选结构及可用结构能够进行任意组合，优选根据所要求的规格适当选用。并且，能够在不脱离本发明的技术的主旨的范围内进行各种变形。例如，构成各组的透镜的个数也能够设为不同于图1的示例的个数。并且，变倍光学系统也能够用于变焦光学系统。
[0118]
接着，对本发明的变倍光学系统的数值实施例进行说明。另外，关于各实施例的剖面图的标注于透镜的参考符号，为了避免参考符号的位数增加带来的复杂的说明，按每个实施例单独使用。因此，即使在不同的实施例的附图中标注了相同的参考符号，也未必是相同的结构。
[0119]
[实施例1]
[0120]
实施例1的变倍光学系统的剖面图和光路示于图1，其结构及图示方法如上所述，因此在此部分省略重复说明。实施例1的变倍光学系统是沿着光路从物体侧朝向像侧依次包括具有正光焦度的第1组g1、具有正光焦度的第2组g2、具有负光焦度的第3组g3、孔径光阑st、具有正光焦度的第4组g4、具有正光焦度的第5组g5的变焦光学系统。在第1组g1与第2组g2之间的光路上形成有中间像im。从广角端向长焦端变倍时，第3组g3朝向像侧移动，第4组g4朝向物体侧移动，包括孔径光阑st在内的其他构成元素相对于像面sim固定。第1组g1包括环状第1反射镜m1、第2反射镜m2、透镜l11、透镜l12。第2组g2包括透镜l21～l25。第3组g3包括透镜l31～l34。第4组g4包括透镜l41～l44。第5组g5包括透镜l51～l55。以上为实施例1的变倍光学系统的概要。
[0121]
关于实施例1的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表1a及表1b，将规格和可变面
间隔示于表2。在此，为了避免1个表过大，将基本透镜数据分开示于表1a及表1b这2个表。表1a示出第1组g1、第2组g2及第3组g3，表1b示出孔径光阑st、第4组g4、第5组g5及光学部件pp。在表1a及表1b中，按组分割最右侧一栏，并示出各组的符号g1～g5。
[0122]
在表1a及表1b中，沿着光路示出构成元素。在表1a及表1b中，sn一栏中示出将在光路上最靠近物体侧的面作为第1面而使编号沿着光路朝向像侧逐一增加的情况的面编号，r一栏中示出各面的曲率半径，d一栏中示出在各面与光路上与其像侧相邻的面之间的光轴上的面间隔。nd一栏中示出各构成元素的d射上线的折射率，v d一栏中示出各构成元素的d射线基准的阿贝数，θgf一栏中示出各构成元素的g射线与f射线之间的部分色散比，θct一栏中示出各构成元素的c射线与t射线之间的部分色散比。
[0123]
在表1a及表1b中，凸面朝向物体侧的形状的面的曲率半径的符号为正、凸面朝向像侧的形状的面的曲率半径的符号为负。在表1a中，在相当于反射面的面的nd一栏中记入“(反射面)”，在表1b中，在相当于孔径光阑st的面的nd一栏中记入“(孔径光阑)”。并且，关于表1a及表1b中的变倍时的可变面间隔，在“d”上标注该间隔的物体侧的面编号并记入d一栏。
[0124]
在表2中，将变倍光学系统的焦距的绝对值、f值、最大像高、最大半视角分别示于标记为“|焦距|”、“fno.”、“像高”、“半视角”的行内。在表2中还示出各可变面间隔的值。在表2中，将广角端状态、中间焦距状态、长焦端状态的各值分别示于标记为“wide”、“middle”、“tele”的栏内。在表1a、表1b及表2中，示出在对焦于无限远物体的状态下d射线为基准的数据。
[0125]
在各表的数据中，作为角度的单位，使用“度”，作为长度的单位，使用mm(毫米)，但光学系统即使扩大比例或缩小比例，也能够使用，因此还能够使用其他合适的单位。并且，在以下所示的各表中记载四舍五入至规定位数的数值。
[0126]
[表1a]
[0127]
实施例1
[0128][0129]
[表1b]
[0130]
实施例1
[0131][0132]
[表2]
[0133]
实施例1
[0134] widemiddletele|焦距|492.1691230.4221968.676fno.3.0006.83410.938像高4.4504.4504.450半视角0.4950.2030.127d1913.97030.19737.156d2729.03412.8075.848d2814.9468.1654.989d356.22013.00116.177
[0135]
在图4中，示出实施例1的变倍光学系统的对焦于无限远物体的状态的各像差图。在图4中，从左依次示出球面像差、像散、畸变像差及倍率色差。在图4中，标注为“wide”的上段示出广角端状态下的像差图，标注为“middle”的中段示出中间焦距状态下的像差图，标注为“tele”的下段示出长焦端状态下的像差图。在球面像差图中，将d射线、g射线、f射线、c射线及t射线上的像差分别由实线、长虚线(long dashed line)、一点链线(alternate long and short dash line)、短虚线(short dashed line)及虚线(dotted line)表示。在像散图中，将弧矢方向的d射线上的像差用实线表示，将子午方向的d射线上的像差用虚线表示。在畸变像差图中，将d射线上的像差用实线表示。在倍率色差图中，将t射线及g射线上的像差分别由虚线及实线表示。在球面像差图中，在“fno.＝”的旁边示出f值的值，在其他像差图中，在“ih＝”的旁边示出最大像高的值。另外，第1反射镜m1由于是环状，因此图4的
球面像差图的纵轴的0附近的数据作为参考数据示出。
[0136]
有关上述实施例1的各数据的记号、含义、记载方法及图示方法只要没有特别说明，则在以下实施例中也相同，因此以下省略重复说明。
[0137]
[实施例2]
[0138]
图5示出实施例2的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例2的变倍光学系统中，除了第4组g4包括透镜l41～l45的部分以及第5组g5包括透镜l51～l57的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。关于实施例2的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表3a及表3b，将规格和可变面间隔示于表4，将各像差图示于图6。
[0139]
[表3a]
[0140]
实施例2
[0141][0142]
[表3b]
[0143]
实施例2
[0144][0145]
[表4]
[0146]
实施例2
[0147] widemiddletele|焦距|490.0621225.1551960.247fno.5.0006.80510.896像高4.4504.4504.450半视角0.5240.2100.131d199.99926.45431.764d2727.36310.9085.598d2817.31210.5705.178d365.88812.63018.022
[0148]
[实施例3]
[0149]
图7示出实施例3的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例3的变倍光学系统中，除了第4组g4包括透镜l41～l45的部分以及第5组g5包括透镜l51～l57的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。关于实施例3的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表5a及表5b，将规格和可变面间隔示于表6，将各像差图示于图8。
[0150]
[表5a]
[0151]
实施例3
[0152][0153]
[表5b]
[0154]
实施例3
[0155][0156]
[表6]
[0157]
实施例3
[0158] widemiddletele|焦距|616.7721541.9292467.086fno.3.0008.56413.711像高4.4504.4504.450半视角0.4060.1650.103d1910.00126.55633.669d2729.43912.8845.771d2815.4158.4695.149d365.75012.69616.016
[0159]
[实施例4]
[0160]
图9示出实施例4的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例4的变倍光学系统中，除了第1组g1包括环状第1反射镜m1、第2反射镜m2及透镜l11的部分以及第2组g2包括透镜l21～l24的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。关于实施例4的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表7a及表7b，将规格和可变面间隔示于表8，将各像差图示于图10。
[0161]
[表7a]
[0162]
实施例4
[0163][0164]
[表7b]
[0165]
实施例4
[0166]
[0167]
[表8]
[0168]
实施例4
[0169] widemiddletele|焦距|489.7991224.4971959.196fno.3.0006.79010.887像高4.4504.4504.450半视角0.4920.1990.125d139.99935.65142.215d2138.97013.3186.754d2221.85613.3915.033d296.64615.11123.469
[0170]
[实施例5]
[0171]
图11示出实施例5的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例5的变倍光学系统中，除了第1组g1包括环状第1反射镜m1和第2反射镜m2的部分、第2组g2包括透镜l21～l24的部分以及第3组g3包括透镜l31～l33的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。实施例5的变倍光学系统具有非球面。关于实施例5的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表9a及表9b，将规格和可变面间隔示于表10，将非球面系数示于表11，将各像差图示于图12。
[0172]
在基本透镜数据的表中，对非球面的面编号标注*印记，并在非球面的曲率半径一栏中记载近轴的曲率半径的数值。在非球面系数的表中，sn一栏中示出非球面的面编号，ka及am(m＝4、6、8、10)一栏中示出关于各非球面的非球面系数的数值。表11的非球面系数的数值的“e
±
n”(n：整数)表示
“×
10
±
n”。ka及am为由下式表示的非球面式中的非球面系数。
[0173]
zd＝c
×
h2/{1 (1-(1 k)
×
c2×
h2)
1/2
} ∑am
×hm
[0174]
其中，
[0175]
zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点到非球面顶点所接触的光轴垂直的平面为止的垂线的长度)
[0176]
h：高度(光轴至透镜面的距离)
[0177]
c：近轴曲率半径的倒数
[0178]
k、am：为非球面系数，非球面式的∑表示m的总和。
[0179]
[表9a]
[0180]
实施例5
[0181][0182]
[表9b]
[0183]
实施例5
[0184][0185]
[表10]
[0186]
实施例5
[0187] widemiddletele|焦距|491.8711229.6791967.486fno.3.0006.83810.935像高4.4504.4504.450
半视角0.4800.1960.123d910.06032.47239.600d1535.14912.7375.609d1621.71512.8765.671d238.59117.43024.635
[0188]
[表11]
[0189]
实施例5
[0190]
sn121718k1.0000000e 001.0000000e 001.0000000e 001.0000000e 00a43.9946630e-11-3.2967475e-081.7887796e-061.6326477e-06a6-1.6212908e-153.1231828e-113.0968098e-09-1.7555774e-09a80.0000000e 001.5217231e-148.4448496e-129.1089382e-12a100.0000000e 00-2.2660765e-172.0568262e-14-5.3080362e-15
[0191]
[实施例6]
[0192]
图13示出实施例6的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例6的变倍光学系统中，除了第5组g5包括透镜l51～l57的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。关于实施例6的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表12a及表12b，将规格和可变面间隔示于表13，将各像差图示于图14。
[0193]
[表12a]
[0194]
实施例6
[0195][0196]
[表12b]
[0197]
实施例6
[0198][0199]
[表13]
[0200]
实施例6
[0201] widemiddletele|焦距|500.9151753.2033005.490fno.3.0009.74116.703像高4.4504.4504.450半视角0.5000.1450.084d199.75934.08641.497d2737.68813.3615.950d2817.1918.9145.020d351.1869.46313.357
[0202]
[实施例7]
[0203]
图15示出实施例7的变倍光学系统的剖面图和光路。在实施例7的变倍光学系统中，除了第5组g5包括透镜l51～l57的部分以外，具有与实施例1的变倍光学系统的概要相同的结构。关于实施例7的变倍光学系统，将基本透镜数据示于表14a及表14b，将规格和可变面间隔示于表15，将各像差图示于图16。
[0204]
[表14a]
[0205]
实施例7
[0206]
[0207][0208]
[表14b]
[0209]
实施例7
[0210][0211]
[表15]
[0212]
实施例7
[0213] widemiddletele|焦距|362.9541270.3412177.727fno.2.4005.7769.904像高4.4504.4504.450半视角0.6510.1960.115d199.88736.42143.839d2740.43413.9006.482d2819.47410.1384.874d352.50011.83617.100
[0214]
表16中示出实施例1～7的变倍光学系统的条件式(1)～(11)的对应值。表16中的部分色散比以外的对应值为d射线为基准的值。
[0215]
[表16]
[0216]
式编号 实施例1实施例2实施例3实施例4(1)|ft/f1|1.541.712.161.48(2)β2-1.19-1.17-1.18-1.23(3)f3/f4-0.76-0.81-0.78-0.89(4)β3t/β3w2.2592.0082.2381.762(5)β4t/β4w1.7711.9921.7872.271
(6)(β3t/β3w)/(β4t/β4w)1.2761.0091.2520.776(7)β5w1.371.601.911.90(8)θgf2p-θgf2n-0.0329-0.0463-0.0413-0.0413(9)θct2p-θct2n0.10100.13400.12500.1050(10)θgf4p-θgf4n-0.0390-0.0345-0.0402-0.0274(11)θct4p-θct4n0.09100.05900.08200.0730
[0217]
式编号 实施例5实施例6实施例7(1)|ft/f1|1.512.191.61(2)β2-1.09-1.40-1.26(3)f3/f4-0.82-0.71-0.68(4)β3t/β3w1.9912.8102.725(5)β4t/β4w2.0092.1352.201(6)(β3t/β3w)/(β4t/β4w)0.9911.3161.238(7)β5w1.581.691.38(8)θgf2p-θgf2n-0.0232-0.0370-0.0370(9)θct2p-θct2n0.05800.09600.0960(10)θgf4p-θgf4n-0.0274-0.0391-0.0391(11)θct4p-θct4n0.07300.08300.0830
[0218]
从以上数据可知，实施例1～7的变倍光学系统为反射折射光学系统，长焦端处的焦距为1000mm(毫米)以上且直径超过100mm(毫米)的大口径光学元件仅为1个，因此可以实现轻量化。并且，在实施例1～7的变倍光学系统中，变倍比为3.9倍以上，具有被固定的孔径光阑st，可以确保上述之类的长焦距的同时实现小型化，在可见光区域至近红外光区域的广范围内各像差得到良好的校正而实现高光学性能。
[0219]
接着，对本发明的实施方式所涉及的摄像装置进行说明。图17中示出使用了本发明的实施方式所涉及的变倍光学系统1的摄像装置10的概略结构图作为本发明的实施方式的摄像装置的一例。作为摄像装置10，例如能够举出监控摄像机、摄像机及电子静物摄像机(electronic still camera)。
[0220]
摄像装置10具备：变倍光学系统1、配置于变倍光学系统1的像侧的滤波器4、配置于滤波器4的像侧的成像元件5、对来自成像元件5的输出信号进行运算处理的信号处理部6及控制变倍光学系统1的变倍的变倍控制部7。
[0221]
成像元件5将通过变倍光学系统1形成的光学像转换成电信号。作为成像元件5，例如能够使用ccd(charge coupled device：电荷耦合元件)或cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补型金属氧化物半导体)等。将成像元件5配置成其摄像面与变倍光学系统1的像面一致。另外，在图17中，仅示出1个成像元件5，dna摄像装置10可以构成为具备多个成像元件。
[0222]
以上，举出实施方式及实施例对本发明的技术进行了说明，但本发明的技术并不限定于上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，各光学元件的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数及非球面系数等并不限定于上述各数值实施例所示的值，能够采用其他值。
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本说明书中所记载的所有文献、专利申请及技术标准与通过参考引入各个文献、
专利申请及技术标准的情况被具体且分别记载的情况相同程度地，通过参考引入本说明书中。