JP2005227507A - 可視域及び近赤外域用ズームレンズ - Google Patents

可視域及び近赤外域用ズームレンズ Download PDF

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Abstract

【課題】 可視光域から近赤外域までの色収差を良好に補正し、焦点位置ズレが少ない、色収差による焦点位置ズレを抑え、使用波長の切替え毎にピント再調整が必要ない程度まで色収差を抑えたズームレンズを提供すること。
【解決手段】 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折率を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群からなり、第1群は少なくとも正負2枚のレンズからなり、第2群は少なくとも負レンズと、正負の接合レンズ1組を含み、第3群は少なくとも非球面を1面、正負の接合レンズ1組を含み、第1群の焦点距離fI、レンズ全系のワイド端焦点距離をfとするとき、5≦fI/f≦8を満たすことを特徴とする可視域及び近赤外域用ズームレンズ
【選択図】 図1

Description

本発明は、可視域及び近赤外域用ズームレンズ、さらに詳しくは、可視域及び近赤外域(700nm〜1000nm)で撮影可能で、ズーム比が大きく口径比が比較的明るく、40万画素程度のCCD撮像素子に好適に使用できるズームレンズに関する。
第1群が固定、第2群フォーカス、第3群ズームの全3群からなるズームレンズにおいて、3倍以上のズーム比でFno=1:1.4以上のものが知られている。しかしこれらのレンズは使用波長域を可視光域に限定しており、近赤外域まで対応した収差補正がされておらず、近赤外域には使用不可能である。また、仮に近赤外域での収差が使用可能な程度であったとしても、可視光と近赤外光の色収差による焦点位置ズレが大きく、使用波長域の切替え毎にピント位置の再調整が必要になっている。
上述した従来のズームレンズとして、物体側から順に、正の屈折率を有する前玉群たる第1レンズ群、負の屈折率を有するバリエータ群たる第2レンズ群、及び正の屈折率を有するマスター群たる第3レンズ群を配置した3つのレンズ群で構成され、ズーミング時に、前記第1レンズ群及び第2レンズ群が光軸に沿って移動するズームレンズであって、前記第1、第2レンズ群の両群における最も物体寄りの面に非球面を設けたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。焦点距離が8.8mm〜51.2mm、ズーム比が5.7、Fnoが1.4である。
他の従来のズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力を有する固定の第1レンズ成分と,変倍のために光軸上を前後に可動な負の屈折力を有する第2レンズ成分と,正の屈折力を有する固定の第3レンズ成分と,の3成分から成る光学系が提案されている(例えば、特許文献2参照)。焦点距離が6.95mm〜39.3mm、ズーム比が5.6、Fnoが1.45〜2.03である。
他の従来のズームレンズとして、物体側より順に正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群、及び正の屈折力を有する第3群からなり、焦点距離が9.24mm〜52.5mmであり、ズーム比が5.7と大きいズームレンズが提案されている(例えば、特許文献3参照)。Fnoは、1.63〜2.28である。
他の従来のズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群及び正の屈折力を有する第3群からなり、変倍時に少なくとも前記第2群及び第3群が光軸上を移動し、前記第1群は物体側に凸の負メニスカスレンズを含む複数のレンズからなる広角高変倍レンズが提案されている(例えば、特許文献4参照)。Fnoが1.63〜1.79、焦点距離が6.68mm〜50.4mmであり、ズーム比が7.5と大きいズームレンズである。
他の従来のズームレンズとして、全体として3つのレンズ群より構成し、変倍比3程度と高変倍化を図る際に、収差の変動が大きくなるという問題点を解決し、レンズ系全体の小型化を図りつつかつ変倍の際の収差変動を良好に補正して全変倍範囲にわたり高い光学性能を維持したズームレンズであって、物体側より順に、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レンズ群から成り、広角側から望遠側への変倍に際し、第1レンズ群は固定であって、第2レンズ群を像面側へ、第3レンズ群を物体側へ移動させ、第2レンズ群と第3レンズ群の望遠端に於ける結像倍率をβ2T,β3Tしたとき、0.7<β2T/β3T<1.25 ...(1) −1.4<β2T<−0.7 ...(2) なる条件式を満足したものが提案されている(例えば、特許文献5参照)。
これは、焦点距離が8.24mm〜23.47mmのズームレンズであるが、Fnoが2.0〜2.8と暗く、ズーム比も2.85と小さい。
特開平2−148010号 特許請求の範囲、実施例 特開平4−19605号 特許請求の範囲、実施例 特開平4−25813号 特許請求の範囲、実施例 特開平4−95911号 特許請求の範囲、実施例 特許第2899019号 特許請求の範囲、実施例
特許文献1ないし5に記載のズームレンズにおいては、Fnoが1.45程度であるが、近赤外域に対しては収差補正されていない。また、仮に近赤外域での収差が使用可能な程度であったとしても、可視光と近赤外光の色収差による焦点位置ズレが大きく、使用波長域の切替え毎にピント位置の再調整が必要になっている。
(発明の目的)
本発明は、従来のズームレンズの上述した問題点に鑑みてなされたものであって、可視光と近赤外光の色収差による焦点位置ズレが大きく使用波長切替え毎にピント位置の再調整が必要になっていたものを、可視光域から近赤外域までの色収差を良好に補正し、焦点位置ズレが少ない、色収差による焦点位置ズレを抑え、使用波長の切替え毎にピント再調整が必要ない程度まで色収差を抑えたズームレンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、レンズの適切な配置により球面収差を抑えることで、明るさがFno=1.4と従来例のレンズより明るいズームレンズを提供することを目的とする。
本発明は、物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折率を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第1群は固定であり、第3群は変倍を行い、第2群は変倍に伴う像面ズレを補正するように移動し、
第1群は少なくとも正負2枚のレンズからなり、
第2群は少なくとも負レンズと、正負の接合レンズ1組を含み、
第3群は少なくとも非球面を1面、正負の接合レンズ1組を含み、
第1群の焦点距離f、レンズ全系のワイド端焦点距離をfWとするとき、
5≦fI/fW≦8 …(1)
を満たすことを特徴とする可視域及び近赤外域用ズームレンズである。
本発明の実施形態は、以下のとおりである。
前記第2群の焦点距離fII、第3群の焦点距離fIII、第2レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβII W・βII 、第3レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβIII W、βIII Tとするとき、
βII T /βII W≦2.5 …(2)
βIII T /βIII W≦2.5 …(3)
を満たすことを特徴とする。
前記第3群中の物体側に近い第1凸レンズのアッベ数をνIII 1、3群中の張り合わせレンズ中の凸レンズのアッベ数をνIII とするとき、
(( νIII 1 + νIII )/2 )≧65 …(4)
を満たすことを特徴とする。
前記第2群レンズ中の第1レンズの焦点距離をfII 1とするとき、
0.5≦fII/fII 1≦1.3 …(5)
を満たすことを特徴とする。
前記第3群中の最も像面に近い凹レンズにおいて、像側面の曲率半径の大きさをRIII 凹2とするとき、
1.1≦fIII/RIII 凹2≦1.7 …(6)
を満たすことを特徴とする。
前記可視域及び近赤外域用ズームレンズが、樹脂とレンズのハイブリッドレンズまたはガラスモールドレンズの非球面レンズを包含することを特徴とする。
(発明の作用)
請求項1に記載の本発明において、第1群の焦点距離fI、レンズ全系のワイド端焦点距離をfWとするとき、
5≦fI/fW≦8 …(1)
である。条件式(1)のfI/fWが5より小さいと、色収差が増大し、倍率の色収差と軸上の色収差のバランスを取ることが困難となる。さらに、可視光域と近赤外域における焦点位置ズレを抑えることが難しくなる。
I/fWが8を越えると、全長が長くなり、また前玉径が増大しコンパクト性がなくなる。
請求項2に記載の実施態様において、第2群の焦点距離fII、第3群の焦点距離fIII、第2レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβII W・βII T、第3レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβIII W、βIII Tとするとき、
βII T /βII W≦2.5 …(2)
βIII T /βIII W≦2.5 …(3)
である。条件式(2) (3)は、変倍に際し赤外対応の収差とするための条件であり、可視光域と近赤外域における色収差のバランスを良くするための倍率の範囲を表す。各々の群の結像倍率を条件式(2)(3)のように抑えることにより、収差発生量を分担しズーミングによる収差変動を抑えることができる。
条件式(2)の上限を超えるとズーミングに伴う倍率の色収差、コマ収差の変動が大きくなり補正困難となる。条件式(3)の上限を超えるとズーミングに伴い球面収差と軸上色収差の変動が増大し補正困難となる。
請求項3に記載の実施態様において、第3群中の物体側に近い第1凸レンズのアッベ数をνIII 1、3群中の張り合わせレンズ中の凸レンズのアッベ数をνIII とした場合、
(( νIII 1 + νIII )/2 )≧65 …(4)
である。条件式(4)は、第3群における可視光域と近赤外域における色収差による焦点位置ズレを抑えるための条件である。(( νIII 1 + νIII )/2 )が65より小さいと、可視光域と近赤外域の色収差による焦点位置ズレが増大し、補正困難となる。
請求項4に記載の実施態様において、第2群レンズ中の第1レンズの焦点距離をfII 1とするとき、
0.5≦fII/fII 1≦1.3 …(5)
である。条件式(5)のfII/fII 1が0.5より小さくなると、第2群第1レンズのパワーが弱くなり、全長増加となる。条件式(5)のfII/fII 1が1.3より大きくなると、第2群第1ンズのパワーが強くなり過ぎ、ワイド側で色収差、コマ収差が増大し補正が困難となる。
請求項5に記載の実施態様において、第3群中の最も像面に近い凹レンズにおける像側面の曲率半径の大きさをRIII 凹2とするとき、
1.1≦fIII/RIII 凹2≦1.7 …(6)
である。条件式(6)のfIII/RIII 凹2が1.1より小さくなると、第3群凹レンズのパワーが弱くなり、球面収差の補正が困難となり、全長増加の原因にもなる。条件式(6)のfIII/RIII 凹2が1.7より大きくなると、RIII 凹2面のパワーが強くなり、テレ側のコマ収差が増大し、補正が困難となる。
本発明の色収差補正結像光学系によれば、可視光と近赤外光の色収差による焦点位置ズレが大きく使用波長切替え毎にピント位置の再調整が必要になっていたものを、可視光域から近赤外域までの色収差を良好に補正し、焦点位置ズレが少ない、色収差による焦点位置ズレを抑え、使用波長の切替え毎にピント再調整が必要ない程度まで色収差を抑えることができる効果を有する。
本発明の色収差補正結像光学系によればまた、レンズの適切な配置により球面収差を抑えることで、明るさがFno=1.4と従来例のレンズと同等又はそれ以上の明るいズームレンズとすることができる効果を有する。
以下に発明を実施するための最良の形態について説明する。
(第1実施態様)
Figure 2005227507
表1中のNdはd線(588nm)の屈折率、νはアッベ数、fは全系の焦点距離、Fnoは口径比を示す。
第1実施態様中の非球面形状は、面の中心部の曲率半径をR、xを光の進行方向を正とした光軸からの高さY位置での光軸方向(全レンズ中心を通る軸)の変位を、Xとした場合次式で表される。
Figure 2005227507
第1実施態様の焦点距離が10.23mmであり、Fnoが1.436である広角時の光学図を図1に示す。第1実施態様の焦点距離が39.20mmであり、Fnoが2.085である望遠時の光学図を図2に示す。前記広角時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図3に示す。前記望遠時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図4に示す。これらの倍率色収差図においては、588nmを基準とした収差を表わしている。
第1実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズにおいて、第22面と第23面で形成する平行平面ガラスは、レンズ系とCCD撮像素子等の間に交換可能に配置される光学部材である。該光学部材は、可視光撮影時は赤外カットフィルターであり、またCCDカバーガラス等として作用する場合もある。
第1実施態様における本発明の各条件式によって限定される値は、以下のとおりである。
条件式(1)fI/fW =6.87
条件式(2)fI/fW =1.87
条件式(3)βII T /βII W=2.05
条件式(4)(( νIII 1 + νIII )/2 )=71.4
条件式(5)fII/fII 1 =0.75
条件式(6)fIII/RIII 凹2 =1.46
































(第2実施態様)
Figure 2005227507
非球面式等は、第1実施態様に順ずる。
第2実施態様の焦点距離が10.23mmであり、Fnoが1.430である広角時の光学図を図5に示す。第2実施態様の焦点距離が39.20mmであり、Fnoが2.069である望遠時の光学図を図6に示す。前記広角時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図7に示す。前記望遠時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図8に示す。これらの倍率色収差図においては、588nmを基準とした収差を表わしている。
第2実施態様における本発明の各条件式によって限定される値は、以下のとおりである。
条件式(1)fI/fW =6.14
条件式(2)fI/fW =1.96
条件式(3)βII T /βII W=1.95
条件式(4)(( νIII 1 + νIII )/2 )=71.4
条件式(5)fII/fII 1 =1.03
条件式(6)fIII/RIII 凹2 =1.35
(第3実施態様)
Figure 2005227507
非球面式等は、第1実施態様に順ずる。
第3実施態様の焦点距離が10.23mmであり、Fnoが1.430である広角時の光学図を図9に示す。第2実施態様の焦点距離が39.20mmであり、Fnoが2.070である望遠時の光学図を図10に示す。前記広角時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図11に示す。前記望遠時の球面収差、非点収差、倍率色収差、及び歪曲収差の収差図を図12に示す。これらの倍率色収差図においては、588nmを基準とした収差を表わしている。
第3実施態様における本発明の各条件式によって限定される値は、以下のとおりである。
条件式(1)fI/fW =6.23
条件式(2)fI/fW =1.94
条件式(3)βII T /βII W=1.97
条件式(4)(( νIII 1 + νIII )/2 )=71.4
条件式(5)fII/fII 1 =0.92
条件式(6)fIII/RIII 凹2 =1.37
第1実施態様ないし第3実施態様は、その各収差図から、可視光域から950nmの近赤外領域までの収差が実用上問題ない程度に補正されていることが判る。さらに、球面収差から、可視光域と近赤外領域の焦点面が実用上問題ない程度に接近していることが判る。
本発明の第1実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の光学図である。 本発明の第1実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の光学図である。 本発明の第1実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の収差図である。 本発明の第1実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の収差図である。 本発明の第2実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の光学図である。 本発明の第2実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の光学図である。 本発明の第2実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の収差図である。 本発明の第2実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の収差図である。 本発明の第3実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の光学図である。 本発明の第3実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の光学図である。 本発明の第3実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの広角時の収差図である。 本発明の第3実施態様の可視域及び近赤外域用ズームレンズの望遠時の収差図である。
符号の説明
O 光軸
r1 第1面
r2 第2面
r3 第3面
r4 第4面
r5 第5面
r6 第6面
r7 第7面
r8 第8面
r9 第9面
r10 第10面
r11 第11面
r12 第12面
r13 第13面
r14 第14面
r15 第15面
r16 第16面
r17 第17面
r18 第18面
r19 第19面
r20 第20面
r21 第21面
r22 第22面
r23 第23面

Claims (6)

  1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折率を有する第2レンズ群、正の屈折力を有する第3レンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、第1群は固定であり、第3群は変倍を行い、第2群は変倍に伴う像面ズレを補正するように移動し、
    第1群は少なくとも正負2枚のレンズからなり、
    第2群は少なくとも負レンズと、正負の接合レンズ1組を含み、
    第3群は少なくとも非球面を1面、正負の接合レンズ1組を含み、
    第1群の焦点距離fI、レンズ全系のワイド端焦点距離をfWとするとき、
    5≦fI/fW≦8 …(1)
    を満たすことを特徴とする可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
  2. 前記第2群の焦点距離fII、第3群の焦点距離fIII、第2レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβII W・βIIT、第3レンズ群のワイド端・望遠端における結像倍率をβIII W、βIII Tとするとき、
    βII T /βII W≦2.5 …(2)
    βIII T /βIII W≦2.5 …(3)
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載の可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
  3. 前記第3群中の物体側に近い第1凸レンズのアッベ数をνIII 1、3群中の張り合わせレンズ中の凸レンズのアッベ数をνIII とするとき、
    (( νIII 1 + νIII )/2 )≧65 …(4)
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載の可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
  4. 前記第2群レンズ中の第1レンズの焦点距離をfII 1とするとき、
    0.5≦fII/fII 1≦1.3 …(5)
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載の可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
  5. 前記第3群中の最も像面に近い凹レンズにおいて、像側面の曲率半径の大きさをRIII 凹2とするとき、
    1.1≦fIII/RIII 凹2≦1.7 …(6)
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載の可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
  6. 前記可視域及び近赤外域用ズームレンズが、樹脂とレンズのハイブリッドレンズまたはガラスモールドレンズの非球面レンズを包含することを特徴とする請求項1に記載の可視域及び近赤外域用ズームレンズ。
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