JP2012098365A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】可視域から近赤外域まで高い光学性能が得られる小型の大口径ズームレンズを提供する。
【解決手段】負の第1レンズ群L1と、正の第2レンズ群L2とを備え、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間に絞りSPが配置され、第2レンズ群L2は、少なくとも4枚以上のレンズ4〜7から構成されており、このうち、最も物体側に位置するレンズ4の少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、最も像面側に位置するレンズ7の少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、物体側から3番目に位置するレンズ6の物体側のレンズ面が凸面とされ、物体側から2番目に位置するレンズ5のアッベ数をνd22、物体側のレンズ面の曲率半径をR22a、像面側のレンズ面の曲率半径をR22bとしたときに、65<νd22、R22a/R22b<0の関係を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ズームレンズ及び撮像装置に関する。
従来、監視カメラやビデオカメラ、電子スチルカメラなどの撮像装置に用いられる撮像光学系として、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レンズ群とを備え、第2レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍(ズーミング)を行い、この変倍に伴う像面変動の補正と合焦(フォーカシング)を第1レンズ群の移動により行う2群方式のズームレンズが知られている(例えば、特許文献1〜4を参照。)。
近年、昼でも夜間でも稼動できる監視カメラが開発されている。これに伴って、監視カメラに適する可視域・近赤外域両用のズームレンズの需要が高まってきている。このような監視カメラ用のズームレンズでは、特に色収差が良好に維持されることが求められる。また、低照度での撮影に対応するため、大口径比で明るいズームレンズが求められている。
しかしながら、従来のように可視域用に設計されたズームレンズでは、特に近赤外領域において色収差が発生してしまい、夜間の近赤外領域での撮影の際にピントずれを起こしてしまうといった問題があった。
特開2002−244038号公報 特開2004−264434号公報 特開2006−133755号公報 特開2008−052214号公報
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、可視域から近赤外域まで高い光学性能が得られる小型の大口径ズームレンズ、並びにそのようなズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るズームレンズは、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する第1レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第2レンズ群とを備え、第1レンズ群と第2レンズ群との間に絞りが配置され、第1レンズ群と第2レンズ群との間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、第2レンズ群は、少なくとも4枚以上のレンズから構成されており、このうち、最も物体側に位置するレンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、最も像面側に位置するレンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、物体側から3番目に位置するレンズの物体側のレンズ面が凸面とされ、物体側から2番目に位置するレンズのアッベ数をνd22、物体側のレンズ面の曲率半径をR22a、像面側のレンズ面の曲率半径をR22bとしたときに、65<νd22、R22a/R22b<0の関係を満足する。
以上のように、本発明によれば、可視域から近赤外域まで高い光学性能が得られる小型の大口径ズームレンズ、並びにそのようなズームレンズを備えた撮像装置を提供することが可能である。
本発明を適用したズームレンズの一例を示す構成図である。 実施例1に示すズームレンズの構成図である。 実施例1に示すズームレンズの広角端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例1に示すズームレンズの中間焦点位置での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例1に示すズームレンズの望遠端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例2に示すズームレンズの構成図である。 実施例2に示すズームレンズの広角端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例2に示すズームレンズの中間焦点位置での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例2に示すズームレンズの望遠端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例3に示すズームレンズの構成図である。 実施例3に示すズームレンズの広角端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例3に示すズームレンズの中間焦点位置での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例3に示すズームレンズの望遠端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例4に示すズームレンズの構成図である。 実施例4に示すズームレンズの広角端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例4に示すズームレンズの中間焦点位置での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例4に示すズームレンズの望遠端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例5に示すズームレンズの構成図である。 実施例5に示すズームレンズの広角端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例5に示すズームレンズの中間焦点位置での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。 実施例5に示すズームレンズの望遠端での球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、及び倍率色収差図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において例示されるレンズデータ等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本発明を適用したズームレンズは、例えば図1に示すように、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する第1レンズ群L1と、全体として正の屈折力を有する第2レンズ群L2とを備えている。また、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間には、絞りSPが配置され、第2レンズ群L2と像面IPとの間には、光学フィルタやフェースプレート等に相当する光学ブロックGが配置されている。
そして、このズームレンズでは、第2レンズ群L2を光軸に沿って図1中の矢印a方向に移動させることにより変倍(ズーミング)を行うと同時に、第1レンズ群L1を光軸に沿って図1中の矢印b,c方向に移動させることにより、変倍に伴う像面変動の補正と合焦(フォーカシング)とを行う。これにより、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間の空間の有効利用を図り、このズームレンズの全長を短縮することが可能となっている。
なお、図1中に実線で示す矢印aは、広角端から望遠端にズーミングしているときの第2レンズ群L2の移動軌跡(直線的な軌跡)を示し、図1中に実線で示す矢印bと破線で示す矢印cとは、それぞれ無限遠物体と近距離物体とにフォーカッシングしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための第1レンズ群L1の移動軌跡(像面IP側に凸となる軌跡)を示す。
また、図1では、物体側から順に、第1レンズ群L1を構成する3枚のレンズ1〜3と、第2レンズ群L2を構成する4枚のレンズ4〜7とを例示しているが、本発明を適用したズームレンズは、本実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
ところで、可視域から近赤外域まで高い光学性能が得られる小型の大口径ズームレンズを得るためには、球面収差と色収差とを適切に補正し、なお且つ、小型化に伴う移動レンズ群の収差発生量を抑制する必要がある。
このような課題を解決するために、本発明を適用したズームレンズを構成するレンズ群L1,L2のうち、第2レンズ群L2は、少なくとも4枚以上のレンズ4〜7から構成し、このうち、最も物体側に位置するレンズ4の少なくとも一方のレンズ面を非球面とし、最も像面側に位置するレンズ7の少なくとも一方のレンズ面を非球面とし、物体側から3番目に位置するレンズ6の物体側のレンズ面が凸面としている。これにより、レンズ周辺部における収差を抑制し、変倍に伴う球面収差の変動を補正している。
また、本発明を適用したズームレンズでは、物体側から2番目に位置するレンズ5のアッベ数をνd22、物体側のレンズ面の曲率半径をR22a[mm]、像面側のレンズ面の曲率半径をR22b[mm]としたときに、下記式(1),(2)の関係を満足している。
65<νd22 …(1)
22a/R22b<0 …(2)
本発明では、上記式(1)の条件を満足することによって、可視領域から近赤外領域における軸上色収差を補正することができる。また、上記式(2)の条件を満足することによって、正の屈折力を維持しながら、可視領域から近赤外領域における軸上色収差を補正することができる。
本発明を適用したズームレンズでは、第1レンズ群L1の合成焦点距離をf[mm]、第2レンズ群L2の合成焦点距離をf[mm]としたときに、下記式(3)の関係を満足することが好ましい。
1.0 <|f/f|<1.5 …(3)
本発明では、上記式(3)の下限値を下回ると、第1レンズ群L1の負の屈折力が弱まり、広角化が困難になる。また、第2レンズ群L2の正の屈折力が強くなり、球面収差が補正過剰になり、大口径化が困難になる。一方、上記式(3)の上限値を上回ると、第2レンズ群L2の正の屈折力が弱まり、広角端から望遠端状態まで変倍時の移動量が増えてしまい全長が長くなる。
そして、本発明では、下記式(3)’の関係を満足することが更に好ましい。
1.05 <|f/f|<1.3 …(3)’
本発明を適用したズームレンズでは、広角端における全系の焦点距離をf[mm]としたときに、下記式(4)の関係を満足することが好ましい。
0.2<f/f <0.4 …(4)
本発明では、上記式(4)の下限値を下回ると、球面収差が補正過剰になり、コマ収差が補正不足になる。一方、上記式(4)の上限値を上回ると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、コマ収差が補正過剰になる。
そして、本発明では、下記式(4)’の関係を満足することが更に好ましい。
0.25<f/f <0.35 …(4)’
本発明を適用したズームレンズでは、第1レンズ群L1の最も物体側に位置するレンズ1が正の屈折力を有し、且つ、当該レンズ1のアッベ数をνd11としたときに、下記式(5)の関係を満足することが好ましい。
25>νd11 …(5)
本発明では、上記式(5)の上限値を上回ると、可視領域から近赤外領域における軸上色収差の補正が困難になる。
本発明を適用したズームレンズでは、望遠端における第2レンズ群L2の近軸結像倍率をβtとしたときに、下記式(6)の関係を満足することが好ましい。
−1.5<βt2<−1.0 …(6)
本発明では、上記式(6)の下限値を下回ると、広角端における歪曲収差の補正が困難になる。一方、上記式(6)の上限値を上回ると、広角端から望遠端状態まで変倍時の移動量が増えてしまい全長が長くなる。
そして、本発明では、下記式(6)’の関係を満足することが更に好ましい。
−1.3<βt2<−1.1 …(6)’
本発明を適用したズームレンズでは、第1レンズ群L1の最も物体側に位置するレンズ1の物体側の頂点から像面IPまでの光軸上の距離をΣ[mm]、望遠端における全系の焦点距離をf[mm]としたときに、下記式(7)の関係を満足することが好ましい。
4.0<Σ/f<6.5 …(7)
本発明では、上記式(7)の下限値を超えてズームレンズの小型化を図ろうとすると、像面湾曲の補正が困難になる。一方、上記式(7)の上限値を超えると、収差補正が容易となるものの、ズームレンズの全長が長くなってしまう。
そして、本発明では、下記式(7)’の関係を満足することが更に好ましい。
4.5<Σ/f<6.0 …(7)’
本発明を適用したズームレンズでは、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2との間に、変倍時に移動しないように像面IPまでの距離を固定して絞りSPを配置し、広角端における絞りSPから第2レンズ群L2の第1主点(物体側主点)までの距離をD[mm]、第2レンズ群L2の合成焦点距離をf[mm]としたときに、下記式(8)の関係を満足することが好ましい。
0.8<D/f<1.3 …(8)
本発明では、上記式(8)の下限値を下回ると、射出瞳距離を十分に確保できなくなり、像面IPに垂直入射することが困難になる。一方、上記式(8)の上限値を上回ると、第2レンズ群L2の径が大きくなり、ズームレンズの全長が長くなってしまう。
そして、本発明では、下記式(8)’の関係を満足することが更に好ましい。
0.9<D/f<1.2 …(8)’
以上のような条件を満足する本発明を適用したズームレンズでは、可視域から近赤外域まで諸収差を良好に補正することができ、広角端から望遠端に至るまで良好な光学性能を得ると共に、その全長を短くすることによって、更なる小型化を図ることが可能である。
そして、この高い光学性能が得られる小型の大口径ズームレンズは、例えば、監視カメラや、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの撮像装置の撮像光学系として使用することができる。その中でも特に、昼でも夜間でも稼動できる監視カメラに適用した場合には、近赤外領域における色収差を良好に維持すると共に、変倍に伴う球面収差の変動を容易に補正することができ、また、低照度での撮影に対応するため、大口径比で明るい可視域・近赤外域両用のズームレンズを実現できる。
本発明を適用したズームレンズを備える撮像装置は、このズームレンズの物体側から入射した光が最終的に像面IPに配置される、例えばCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)センサなどの固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に結像するようになされている。そして、撮像装置は、この固体撮像素子が受像した光を光電変換して電気信号として出力し、被写体の像に対応したデジタル画像を生成して、例えばHDD(Hard Disk Drive)やメモリカード、光ディスク、磁気テープなどの記録媒体に記録することになる。なお、撮像装置が銀塩フィルムカメラのときは、像面IPがフィルム面に相当する。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
(実施例1)
実施例1の設計データに基づくズームレンズの構成を図2に示す。なお、図2に示す実施例1のズームレンズは、上記図1に示すズームレンズと同様の構成であり、このズームレンズの設計データについては、以下の表1に示すとおりである。
Figure 2012098365
なお、表1中に示す面番号「i(iは自然数を表す。)は、ズームレンズを構成する各レンズのうち、最も物体側に位置するレンズのレンズ面を1番目として、像面側に向かうに従い順次増加するレンズ面の番号を示している。
また、表1中に示すレンズ「GjRk(jは自然数、kは1又は2を表す。)」のうち、Gは、ズームレンズを構成する各レンズのうち、最も物体側に位置するレンズを1番目として、像面側に向かうに従い順次増加するレンズの番号を示している。一方、Rは、各レンズの物体側のレンズ面を1とし、像面側のレンズ面を2として示している。なお、「絞り」と「光学ブロック(平面)」についても併せて表記する。
また、表1中に示す「R」は、各面番号に対応したレンズ面の曲率半径[mm](但し、Rの値が∞となる面は、その面が平面であることを示す。)を示している。
また、表1中に示す「D」は、物体側からi番目のレンズ面とi+1番目のレンズ面との軸上面間隔[mm]を示し、可変となる場合は、広角端、中間焦点位置、望遠端での軸上面間隔[mm]を示している。なお、広角端、中間焦点位置、望遠端での「焦点距離」と「Fナンバー」を併せて表記する。
また、表1中に示す「Nd」は、各レンズの屈折率を示している。
また、表1中に示す「νd」は、各レンズのアッベ数を示している。
また、表1には、(1)「νd22」、(2)「R22a/R22b」、(3)「|f/f|」、(4)「f/f 」、(5)「νd11」、(6)「βt2」、(7)「Σ/f」、(8)「D/f」の各条件式を示している。
また、表1には、非球面とされたレンズの面番号と、その非球面係数を示している。なお、非球面は、以下の非球面式xにより表すことができる。
Figure 2012098365
以上のように構成される実施例1のズームレンズによる球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を図3、図4及び図5に示す。
なお、図3は、広角端での諸収差図、図4は、中間焦点位置での諸収差図、図5は、望遠端での諸収差図を示す。
球面収差図は、d線(波長587.56nm)における球面収差を実線、近赤外域(波長850nm)における球面収差を1点鎖線で示している。
非点収差図は、各波長におけるサジタル光線ΔS及びメジオナル光線ΔMに対する非点収差を示している。
歪曲収差図は、d線(波長587.56nm)における歪曲収差(ディストーション)を示している。
倍率色収差図は、g線(波長435.84nm)における色収差を示している。
実施例1のズームレンズは、表1に示すように、上記本発明の条件を満たすものである。そして、この実施例1のズームレンズについては、図3、図4及び図5に示すように、各収差が良好に補正されていることがわかる。
(実施例2)
実施例2の設計データに基づくズームレンズの構成を図6に示す。なお、図6に示す実施例2のズームレンズは、上記図1に示すズームレンズと同様の構成であり、この実施例2に示すズームレンズの設計データについては、以下の表2に示すとおりである。なお、表2の表記方法については、表1の場合と同様である。
Figure 2012098365
以上のように構成される実施例2のズームレンズによる球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を図7、図8及び図9に示す。なお、図7〜図9の表記方法については、図3〜図5の場合と同様である。
実施例2のズームレンズは、表2に示すように、上記本発明の条件を満たすものである。そして、この実施例2のズームレンズについては、図7、図8及び図9に示すように、各収差が良好に補正されていることがわかる。
(実施例3)
実施例3の設計データに基づくズームレンズの構成を図10に示す。なお、図10に示す実施例3のズームレンズは、上記図1に示すズームレンズと同様の構成であり、この実施例3に示すズームレンズの設計データについては、以下の表3に示すとおりである。なお、表3の表記方法については、表1の場合と同様である。
Figure 2012098365
以上のように構成される実施例3のズームレンズによる球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を図11、図12及び図13に示す。なお、図11〜図13の表記方法については、図3〜図5の場合と同様である。
実施例3のズームレンズは、表3に示すように、上記本発明の条件を満たすものである。そして、この実施例3のズームレンズについては、図11、図12及び図13に示すように、各収差が良好に補正されていることがわかる。
(実施例4)
実施例4の設計データに基づくズームレンズの構成を図14に示す。なお、図14に示す実施例4のズームレンズは、上記図1に示すズームレンズと同様の構成であり、この実施例4に示すズームレンズの設計データについては、以下の表4に示すとおりである。なお、表4の表記方法については、表1の場合と同様である。
Figure 2012098365
以上のように構成される実施例4のズームレンズによる球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を図15、図16及び図17に示す。なお、図15〜図17の表記方法については、図3〜図5の場合と同様である。
実施例4のズームレンズは、表4に示すように、上記本発明の条件を満たすものである。そして、この実施例4のズームレンズについては、図15、図16及び図17に示すように、各収差が良好に補正されていることがわかる。
(実施例5)
実施例5の設計データに基づくズームレンズの構成を図18に示す。なお、図18に示す実施例5のズームレンズは、上記第2のレンズ群L2を5枚のレンズ4〜8で構成したものであり、この実施例5に示すズームレンズの設計データについては、以下の表5に示すとおりである。なお、表5の表記方法については、表1の場合と同様である。
Figure 2012098365
以上のように構成される実施例5のズームレンズによる球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を図19、図20及び図21に示す。なお、図19〜図21の表記方法については、図3〜図5の場合と同様である。
実施例5のズームレンズは、表5に示すように、上記本発明の条件を満たすものである。そして、この実施例5のズームレンズについては、図19、図20及び図21に示すように、各収差が良好に補正されていることがわかる。
L1…第1レンズ群 L2…第2レンズ群 1〜3…第1レンズ群を構成するレンズ 4〜7…第2レンズ群を構成するレンズ SP…絞り G…光学ブロック IP…像面

Claims (8)

  1. 物体側から順に、全体として負の屈折力を有する第1レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第2レンズ群とを備え、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に絞りが配置され、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間隔を変化させることにより変倍を行うズームレンズであって、
    前記第2レンズ群は、少なくとも4枚以上のレンズから構成されており、このうち、
    最も物体側に位置するレンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、
    最も像面側に位置するレンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面とされ、
    物体側から3番目に位置するレンズの物体側のレンズ面が凸面とされ、
    物体側から2番目に位置するレンズのアッベ数をνd22、物体側のレンズ面の曲率半径をR22a、像面側のレンズ面の曲率半径をR22bとしたときに、
    65<νd22
    22a/R22b<0
    の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第1レンズ群の合成焦点距離をf、前記第2レンズ群の合成焦点距離をfとしたときに、
    1.0 <|f/f|<1.5
    の関係を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. 広角端における全系の焦点距離をf、前記第2レンズ群の合成焦点距離をfとしたときに、
    0.2<f/f <0.4
    の関係を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。
  4. 前記第1レンズ群の最も物体側に位置するレンズが正の屈折力を有し、且つ、当該レンズのアッベ数をνd11としたときに、
    25>νd11
    の関係を満足することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のズームレンズ。
  5. 望遠端における前記第2レンズ群の近軸結像倍率をβtとしたときに、
    −1.5<βt2<−1.0
    の関係を満足することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第1レンズ群の最も物体側に位置するレンズの物体側の頂点から像面までの光軸上の距離をΣ、望遠端における全系の焦点距離をfとしたときに、
    4.0<Σ/f<6.5
    の関係を満足することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に、変倍時に移動しないように像面までの距離を固定して前記絞りを配置し、
    広角端における前記絞りから前記第2レンズ群の第1主点までの距離をD、前記第2レンズ群の合成焦点距離をfとしたときに、
    0.8<D/f<1.3
    の関係を満足することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のズームレンズ。
  8. 請求項1〜7の何れか一項に記載のズームレンズと、
    前記ズームレンズにより結像された像を撮像する固体撮像素子とを備えた撮像装置。
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