JP2017510852A - ズームレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、ズームレンズを開示する。【解決手段】ズームレンズの光学システムは、20枚の表面が球面でガラス材となるレンズと、1つの絞りとを含み、光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群、負の屈折力を有する変倍群、正の屈折力を有する補償群、及び、正の屈折力を有する後固定群を順に構成されている。本発明の技術方案は、各素子を合理的に配列し、適切な材料を選択することで、焦点距離750mm〜15mmの50倍のズーム比、350mmの長焦点距離という光学的指標要求に達し、しかも、当該ズームレンズは、可視光帯と近赤外波帯での共焦点結像に適用可能であるため、昼夜両用型のモニタシステムに適用される。【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオ技術の光学撮像装置に関し、特に、ズームレンズに関する。
現在、監視レンズ（即ち、CCTVレンズ、Closed Circuit Television、即ち閉回路テレビに用いられるレンズ）には、広い視野幅が必要とされると共に、監視される物体又は人に対して高い解像度及び昼夜両用機能が要求されている。しかし、広い視野幅と高い解像度とは互いに矛盾している。被監視者の細部までをはっきり見分けるには、システムに長い焦点距離を有することが必要とされているが、光学システムにとって、極めて広い視野とより長い焦点距離とを同時に有するのは、実現不能である。そのため、ズームの導入によって両方のニーズを満たし、即ち、短焦点距離で広い視野を確保し、追跡して監視すべき物体又は人を発見する時に長焦点距離に切り替えることで、細部までに関する情報をより多く取得する。
しかし、従来の監視レンズでは、焦点距離が短くて、ズーム比が低いという問題が存在する。
本発明は、従来のズームレンズにおける焦点距離が短くて、ズーム比が低いという課題を解決するために、ズームレンズを提供する。
本発明の実施例は、ズームレンズを提供しており、当該ズームレンズは、20枚のレンズと１つの絞りとを含み、光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群、負の屈折力を有する変倍群、正の屈折力を有する補償群、及び、正の屈折力を有する後固定群が順に構成されており、前記前固定群は、光線の入射方向に沿って、正レンズである第一レンズと、負レンズである第二レンズと、正レンズである第三レンズと、負レンズである第四レンズと、正レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズと、負レンズである第七レンズと、を順に含み、前記変倍群は、光線の入射方向に沿って、負レンズである第八レンズと、負レンズである第九レンズと、正レンズである第十レンズと、正レンズである第十一レンズと、を順に含み、前記補償群は、光線の入射方向に沿って、正レンズである第十二レンズと、負レンズである第十三レンズと、正レンズである第十四レンズと、負レンズである第十五レンズと、前記補償群のレンズと同期に移動する前記絞りと、を順に含み、前記後固定群は、光線の入射方向に沿って、負レンズである第十六レンズと、正レンズである第十七レンズと、正レンズである第十八レンズと、負レンズである第十九レンズと、正レンズである第二十レンズと、を順に含む。
更に、
前記第一レンズが、物体面へ凸な第一表面及び像面へ凸な第二表面を有し、
前記第二レンズが、物体側へ凹な第二接合表面及び像側へ凸な第三表面を有し、
前記第三レンズが、物体側へ凸な第四表面及び像側へ凸な第五表面を有し、
前記第四レンズが、物体側へ凹な第五表面及び像側へ凹な第六表面を有し、そのうち、前記第六表面が接合面であり、
前記第五レンズが、物体側へ凸な第六表面及び像側へ凹な第七表面を有し、
前記第六レンズが、物体側へ凸な第八表面及び像側へ凸な第九表面を有し、
前記第七レンズが、物体側へ凸な第十表面及び像側へ凸な第十一表面を有し、
前記第八レンズが、物体側へ凸な第十二表面及び像側へ凹な第十三表面を有し、
前記第九レンズが、物体側へ凹な第十四表面及び像側へ凹な第十五表面を有し、
前記第十レンズが、物体側へ凸な第十六表面及び像側へ凹な第十七表面を有し、
前記第十一レンズが、物体側へ凸な第十七表面及び像側へ凸な第十八表面を有し、
前記第十二レンズが、物体側へ凸な第十九表面及び像側へ凸な第二十表面を有し、
前記第十三レンズが、物体側へ凸な第二十一表面及び像側へ凹な第二十二表面を有し、
前記第十四レンズが、物体側へ凸な第二十二表面及び像側へ凹な第二十三表面を有し、
前記第十五レンズが、物体側へ凹な第二十三表面及び像側へ凸な第二十四表面を有し、
前記絞りの絞り面が、第二十五表面を構成し、
前記第十六レンズが、物体側へ凹な第二十六表面及び像側へ凹な第二十七表面を有し、
前記第十七レンズが、物体側へ凸な第二十八表面及び像側へ凸な第二十九表面を有し、
前記第十八レンズが、物体側へ凸な第三十表面及び像側へ凸な第三十一表面を有し、
前記第十九レンズが、物体側へ凹な第三十二表面及び像側へ凹な第三十三表面を有し、
前記第二十レンズが、物体側へ凸な第三十四表面及び像側へ凸な第三十五表面を有する。
具体的に、前記第一レンズ及び前記第二レンズが第一の二重接合構造を構成し、前記第三レンズ、前記第四レンズ及び前記第五レンズが第一の三重接合構造を構成し、前記第十レンズ及び前記第十一レンズが第二の二重接合構造を構成し、前記第十三レンズ、前記第十四レンズ及び前記第十五レンズが第二の三重接合構造を構成する。
好ましくは、
前記第一レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n1<1.70，50<v1<75であり、
前記第二レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n2<1.75，30<v2<50であり、
前記第三レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n3<1.70，40<v3<65であり、
前記第四レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n4<1.70，20<v4<45であり、
前記第五レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n5<1.75，30<v5<50であり、
前記第六レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n6<1.75，35<v6<50であり、
前記第七レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n7<1.80，20<v7<40であり、
前記第八レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n8<1.75，45<v8<60であり、
前記第九レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n9<1.75，45<v9<60であり、
前記第十レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n10<1.60，50<v10<75であり、
前記第十一レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n11<1.80，20<v11<35であり、
前記第十二レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n12<1.80，25<v12<45であり、
前記第十三レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n13<1.80，30<v13<50であり、
前記第十四レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n14<1.70，50<v14<70であり、
前記第十五レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n15<1.70，30<v15<50であり、
前記第十六レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n16<1.80，50<v16<60であり、
前記第十七レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n17<1.70，30<v17<55であり、
前記第十八レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n18<1.70，35<v18<50であり、
前記第十九レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n19<1.70，30<v19<50であり、
前記第二十レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n20<1.60，60<v20<80である。
好ましくは、前記第一レンズから第二十レンズまでの表面はいずれも球面である。
好ましくは、
前記第一レンズはZK9型番のガラス材が採用され、
前記第二レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
前記第三レンズはH-ZPK1型番のガラス材が採用され、
前記第四レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
前記第五レンズはH-ZBAF5型番のガラス材が採用され、
前記第六レンズはH-LAF3型番のガラス材が採用され、
前記第七レンズはZF11型番のガラス材が採用され、
前記第八レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
前記第九レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
前記第十レンズはH-K51型番のガラス材が採用され、
前記第十一レンズはH-ZF5型番のガラス材が採用され、
前記第十二レンズはH-LAF3型番のガラス材が採用され、
前記第十三レンズはH-LAF62型番のガラス材が採用され、
前記第十四レンズはH-ZPK1型番のガラス材が採用され、
前記第十五レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
前記第十六レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
前記第十七レンズはBAF3型番のガラス材が採用され、
前記第十八レンズはBAF4型番のガラス材が採用され、
前記第十九レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
前記第二十レンズはH-K9L型番のガラス材が採用される。
更に、当該ズームレンズの光学システムが連続ズームシステムであり、前記第一レンズの第一表面から前記第二十レンズの第二表面までの全長が350mmであり、いずれの焦点距離の場合も、当該全長が変わらない。
更に、当該ズームレンズの焦点距離が15mmから750mmまでに変化する時、前記前固定群と前記変倍群との間のピッチの変化範囲が3.34mm〜137.31mmであり、前記変倍群と前記補償群との間のピッチの変化範囲が207.84mm〜1mmであり、前記補償群と前記後固定群との間のピッチの変化範囲が0.77mm〜73.65mmである。
上記技術方案に基づいて、当該ズームレンズの焦点距離範囲が750mm〜15mmであり、当該ズームレンズのF値の変化範囲が4.78〜10.54であり、そのうち、焦点距離が15mmである時にF値が4.78であり、焦点距離が750mmである時にF値が10.54である。
本発明の実施例の有益な効果は、下記の通りである。本発明は、ズームレンズを開示しており、当該ズームレンズの光学システムは、20枚の表面が球面でガラス材となるレンズと、１つの固定絞りとを含み、光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群、負の屈折力を有する変倍群、正の屈折力を有する補償群、及び、正の屈折力を有する後固定群が順に構成されており、前固定群は、一つの二重接合構造を採用して球面収差及び色収差を補正し、一つの三重接合構造を採用して色収差及び二次スペクトルを補正し、変倍群は、負、負正の構造を採用すると共に一つの二重接合構造を含むことで、収差の過補正を回避し、補償群は、光学利用率の高い絞り及び一つの三重接合構造を含むことで、色収差を効果的に制御し、デュアルバンド共焦点結像を実現することができる。当該ズームレンズは、各素子を合理的に配列し、適切な材料を選択することで、焦点距離750mm〜15mmの50倍のズーム比、350mmの長焦点距離という光学的指標要求に達しており、しかも、当該ズームレンズは、可視光帯と近赤外波帯での共焦点結像に適用可能であるため、昼夜両用型のモニタシステムに適用される。
本願のその他の特徴及び利点は、以下の明細書で説明され、その一部は明細書から明らかになり、又は、本願を実施することで理解される。本願の目的及びその他の利点は、明細書、特許請求の範囲及び図面に特定した構造により実現及び取得しうる。
図面は、本発明に対する更なる理解を提供すると同時に、明細書の一部を構成するものであり、本発明の実施例とともに本発明を解釈するために用いられるが、本発明に対する制限にはならない。
本発明の実施例によるズームレンズの構造模式図である。 本発明の実施例によるズームレンズの光学システムのズーミング時のレンズのピッチの変化模式図である。
本発明の目的、技術方案及び利点がより明白になるように、以下、図面を参照して、本発明の実施形態について更に詳しく説明する。
本発明において、前固定群、変倍群、補償群及び後固定群との四つの部分によって当該ズームレンズが構成されており、そのうち、変倍群が前後に移動することで、焦点距離が変更され、補償群が移動することで、焦点距離の移動による全長の変化が補償され、このように、システムの全長が変わらないことが保証される。各群の屈折力を設計する際、まずは、ズーム公式に従って、各群の光角度を計算して割り当て、その後、理想的な面型により初期枠組みを確立してから、焦点距離、筒長の第一種境界条件を加えて初期枠組みを最適化することで、各群の屈折力分布を確定する。
前記前固定群は、正、負レンズにより構成された一つの二重接合構造と、その後ろとなる二つの正レンズと一つの負レンズとにより構成された一つの三重接合構造と、更に後ろとなる二つの単レンズとを含み、且つ、球面収差及び色収差を補正するために、二重接合構造における正レンズとしてZK系ガラスが採用され、負レンズとしてN-KZFS系ガラスが採用され、色収差及び二次スペクトルを補正するために、三重接合構造における二つの正レンズとして、PK（リン酸クラウン）ガラス、ZBAF系ガラスがそれぞれ採用され、負レンズとしてN-KZFS系ガラスが採用される。
前記変倍群は、初期構造として、負、負、正の構造が採用され、設計中に、具体的な状況に応じて複雑化し、負レンズとして、収差の過補正を回避するために、屈折率及びアッベ数が共に高いレンズが採用される。
前記補償群は、絞りを含み、この部分では、光線の利用率が高く、球面収差を補正する肝心な位置であるため、屈折率及びアッベ数が共に高い材料が採用される。
前記後固定群については、後固定群に入射される光照射野及び口径がいずれも大きくないため、初期構造として、三枚構成のカーク構造が採用され、設計中に、具体的な状況に応じて複雑化する。
上記設計思想に基づいて、本発明は、ズームレンズを提供しており、図１に、本発明の実施例によるズームレンズの構造模式図が示されており、当該ズームレンズの光学システムは、20枚の表面が球面でガラス材となるレンズと、１つの絞りとを含み、光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群01、負の屈折力を有する変倍群02、正の屈折力を有する補償群03及び正の屈折力を有する後固定群04が順に構成されている。
前記前固定群01は、光線の入射方向に沿って、順に第一レンズL1〜第七レンズL7を含み、第一レンズL1が正レンズであり、物体面へ凸な第一表面及び像面へ凸な第二表面を有し、そのうち、第二表面が接合面である。
好ましくは、当該第一レンズL1の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n1<1.70，50<v1<75であり、好ましくは、当該第一レンズL1はZK9型番のガラス材が採用される。
第二レンズL2が負レンズであり、物体側へ凹な第二接合表面及び像側へ凸な第三表面を有する。
好ましくは、当該第二レンズL2の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n2<1.75，30<v2<50であり、好ましくは、当該第二レンズL2はN-KZFS11型番のガラス材が採用される。
第三レンズL3が正レンズであり、物体側へ凸な第四表面及び像側へ凸な第五表面を有し、そのうち、第五表面が接合面である。
好ましくは、当該第三レンズL3の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n3<1.70，40<v3<65であり、好ましくは、当該正レンズ3はH-ZPK1型番のガラス材が採用される。
第四レンズL4が負レンズであり、物体側へ凹な第五表面及び像側へ凹な第六表面を有し、そのうち、第六表面が接合面である。
好ましくは、当該第四レンズL4の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n4<1.70，20<v4<45であり、好ましくは、当該第四レンズL4はN-KZFS11型番のガラス材が採用される。
第五レンズL5が正レンズであり、物体側へ凸な第六表面及び像側へ凹な第七表面を有する。
好ましくは、当該第五レンズL5の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n5<1.75，30<v5<50であり、好ましくは、当該第五レンズL5はH-ZBAF5型番のガラス材が採用される。
第六レンズL6が正レンズであり、物体側へ凸な第八表面及び像側へ凸な第九表面を有する。
好ましくは、当該第六レンズL6の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n6<1.75，35<v6<50であり、好ましくは、当該第六レンズL6はH-LAF3型番のガラス材が採用される。
第七レンズL7が負レンズであり、物体側へ凸な第十表面及び像側へ凸な第十一表面を有する。
好ましくは、当該第七レンズL7の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n7<1.80，20<v7<40であり、好ましくは、当該第七レンズL7はZF11型番のガラス材が採用される。
説明しておきたいのは、上記第一レンズL1及び第二レンズL2が第一の二重接合構造を構成し、上記第三レンズL3、第四レンズL4及び第五レンズL5が第一の三重接合構造を構成する。
前記変倍群02は、光線の入射方向に沿って、順に第八レンズL8〜第十一レンズL11を含み、第八レンズL8が負レンズであり、物体側へ凸な第十二表面及び像側へ凹な第十三表面を有する。
好ましくは、当該第八レンズL8の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n8<1.75，45<v8<60であり、好ましくは、当該第八レンズL8はH-LAK67型番のガラス材が採用される。
第九レンズL9が負レンズであり、物体側へ凹な第十四表面及び像側へ凹な第十五表面を有する。
好ましくは、当該第九レンズL9の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n9<1.75，45<v9<60であり、好ましくは、当該第九レンズL9はH-LAK67型番のガラス材が採用される。
第十レンズL10が正レンズであり、物体側へ凸な第十六表面及び像側へ凹な第十七表面を有し、そのうち、第十七表面が接合面である。
好ましくは、当該第十レンズL10の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n10<1.60，50<v10<75であり、好ましくは、当該第十レンズL10はH-K51型番のガラス材が採用される。
第十一レンズL11が正レンズであり、物体側へ凸な第十七表面及び像側へ凸な第十八表面を有する。
好ましくは、当該第十一レンズL11の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n11<1.80，20<v11<35であり、好ましくは、当該第十一レンズL11はH-ZF5型番のガラス材が採用される。
説明しておきたいのは、上記第十一レンズL10及び第十一レンズL11が第二の二重接合構造を構成する。
前記補償群03は、光線の入射方向に沿って、順に第十二レンズL12〜絞りを含み、第十二レンズL12が正レンズであり、物体側へ凸な第十九表面及び像側へ凸な第二十表面を有する。
好ましくは、当該第十二レンズL12の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n12<1.80，25<v12<45であり、好ましくは、当該第十二レンズL12はH-LAF3型番のガラス材が採用される。
第十三レンズL13が負レンズであり、物体側へ凸な第二十一表面及び像側へ凹な第二十二表面を有し、そのうち、第二十二表面が接合面である。
好ましくは、当該第十三レンズL13の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n13<1.80，30<v13<50であり、好ましくは、当該第十三レンズL13はH-LAF62型番のガラス材が採用される。
第十四レンズL14が正レンズであり、物体側へ凸な第二十二表面及び像側へ凹な第二十三表面を有し、そのうち、第二十三表面が接合面である。
好ましくは、当該第十四レンズL14の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n14<1.70，50<v14<70であり、好ましくは、当該第十四レンズL14はH-ZPK1型番のガラス材が採用される。
第十五レンズL15が負レンズであり、物体側へ凹な第二十三表面及び像側へ凸な第二十四表面を有する。
好ましくは、当該第十五レンズL15の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n15<1.70，30<v15<50であり、好ましくは、当該第十五レンズL15はN-KZFS11型番のガラス材が採用される。
絞り21は、補償群03のレンズと同期に移動し、その絞り面が第二十五表面を構成する。
説明しておきたいのは、上記第十五レンズL13、第十五レンズL14及び第十五レンズL15が第二の三重接合構造を構成する。
前記後固定群04は、光線の入射方向に沿って、順に第十六レンズL16〜第二十レンズL20を含み、第十六レンズL16が負レンズであり、物体側へ凹な第二十六表面及び像側へ凹な第二十七表面を有する。
好ましくは、当該第十六レンズL16の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n16<1.80，50<v16<60であり、好ましくは、当該第十六レンズL16がH-LAK67型番のガラス材を採用する。
第十七レンズL17が正レンズであり、物体側へ凸な第二十八表面及び像側へ凸な第二十九表面を有する。
好ましくは、当該第十七レンズL17の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n17<1.70，30<v17<55であり、好ましくは、当該第十七レンズL17はBAF3型番のガラス材が採用される。
第十八レンズL18が正レンズであり、物体側へ凸な第三十表面及び像側へ凸な第三十一表面を有する。
好ましくは、当該第十八レンズL18の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n18<1.70，35<v18<50であり、好ましくは、当該第十八レンズL18はBAF4型番のガラス材が採用される。
第十九レンズL19が負レンズであり、物体側へ凹な第三十二表面及び像側へ凹な第三十三表面を有する。
好ましくは、当該第十九レンズL19の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n19<1.70，30<v19<50であり、好ましくは、当該第十九レンズL19はN-KZFS11型番のガラス材が採用される。
第二十レンズL20が正レンズであり、物体側へ凸な第三十四表面及び像側へ凸な第三十五表面を有する。
好ましくは、当該第二十レンズL20の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n20<1.60，60<v20<80であり、好ましくは、当該第二十レンズL20はH-K9L型番のガラス材が採用される。
更に、当該ズームレンズの光学システムが連続ズームシステムであり、上記正レンズ1の第一表面から上記正レンズ20の第二表面までの全長が350mmであり、いずれの焦点距離の場合も、当該全長が変わらない。
好ましくは、図２に、当該光学システムにおいて、第7レンズと第8レンズとのピッチd1、第11レンズと第12レンズとのピッチd2、第15レンズと第16レンズとのピッチd3のズーミング時の変化模式図が示されており、前記前固定群01と前記変倍群02との間のピッチの変化範囲が3.34mm〜137.31mmであり、前記変倍群02と前記補償群03との間のピッチの変化範囲が207.84mm〜1mmであり、前記補償群03と前記後固定群04との間のピッチの変化範囲が0.77mm〜73.65mmである。
具体的に、当該光学システムの焦点距離が750mmである場合は、前記前固定群と前記変倍群との間の距離が137.31mmであり、前記変倍群と前記補償群との間の距離が1mmであり、前記補償群と前記後固定群との間の距離が73.65mmであり、当該光学システムの焦点距離が15mmである場合は、前記前固定群と前記変倍群との間の距離が3.34mmであり、前記変倍群と前記補償群との間の距離が207.84mmであり、前記補償群と前記後固定群との間の距離が0.77mmである。
更に、当該ズームレンズの光学システムにおけるバックフォーカスが50mmより大きく、当該バックフォーカスにおいて、フィルタが配置される。
実際の応用において、当該フィルタの厚さ、位置及び膜系は、プロジェクトの具体的な要求に応じて設定される。
説明しておきたいのは、当該光学システムの全長が410mmより小さく、いずれの焦点距離の場合も、当該光学システムの全長が変わらない。
本実施例において、上記の20枚の表面が球面でガラス材からなるレンズと１つの絞りとにより構成された光学システムでは、以下の技術指標が達成されている。
焦点距離fの範囲が750mm〜15mmである50倍の焦点距離変換が実現され、
可視光（RGB波帯486nm〜656nm）と800nm〜950nm近赤外波帯との共焦点結像が実現され、
レンズのF値の変換範囲が4.78〜10.54であり、そのうち、焦点距離が15mmである時にF値が4.78になり、焦点距離が750mmである時にF値が10.54になり、
画角範囲が35°から0.7°であり、そのうち、焦点距離が15mmである時に画角が35°になり、焦点距離が750mmである時に画角が0.7°になり、
1/1.8インチの検出器を像面として採用可能であり、
いずれの焦点距離の場合も、システムは、可視光帯において、120lp/mmにて高いMTF値に達し、近赤外光帯において、80lp/mmにて高いMTF値に達している。
以上をまとめて、本発明は、ズームレンズを開示しており、当該ズームレンズの光学システムは、20枚の表面が球面でガラス材からなるレンズと、１つの絞りとを含み、光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群、負の屈折力を有する変倍群、正の屈折力を有する補償群、及び、正の屈折力を有する後固定群が順に構成されており、前固定群は、一つの二重接合構造を採用して球面収差及び色収差を補正し、一つの三重接合構造を採用して色収差及び二次スペクトルを補正し、変倍群は、負、負、正の構造を採用すると共に一つの二重接合構造を含むことで収差の過補正を回避し、補償群は、光学利用率の高い絞り及び一つの三重接合構造を含むことで、色収差を効果的に制御し、デュアルバンド共焦点結像を実現することができる。当該ズームレンズは、各素子を合理的に配列し、適切な材料を選択することで、焦点距離750mm〜15mmの50倍のズーム比、350mmの長焦点距離という光学的指標要求をクリアし、しかも、当該ズームレンズは、可視光帯と近赤外波帯での共焦点結像に適用可能であるため、昼夜両用型のモニタシステムに適用される。
上記したのは、あくまでも本発明の好ましい実施例であり、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神及び原則内になされたいかなる補正、均等的置換、改善等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
本発明において、前固定群、変倍群、補償群及び後固定群との四つの部分によって当該ズームレンズが構成されており、そのうち、変倍群が前後に移動することで、焦点距離が変更され、補償群が移動することで、焦点距離の移動による全長の変化が補償され、このように、システムの全長が変わらないことが保証される。各群の屈折力を設計する際、まずは、ズーム公式に従って、各群の光角度を計算して割り当て、その後、理想的な面型により初期枠組みを確立してから、焦点距離、筒長の境界条件を加えて初期枠組みを最適化することで、各群の屈折力分布を確定する。
前記前固定群01は、光線の入射方向に沿って、順に第一レンズL1〜第七レンズL7を含み、第一レンズL1が正レンズであり、物体側へ凸な第一表面及び像側へ凸な第二表面を有し、そのうち、第二表面が接合面である。
好ましくは、当該第三レンズL3の屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n3<1.70，40<v3<65であり、好ましくは、当該第三レンズL3はH-ZPK1型番のガラス材が採用される。
説明しておきたいのは、上記第十レンズL10及び第十一レンズL11が第二の二重接合構造を構成する。
第十四レンズL14が正レンズであり、物体側へ凸な第二十二表面及び像側へ凸な第二十三表面を有し、そのうち、第二十三表面が接合面である。
絞りは、補償群03のレンズと同期に移動し、その絞り面が第二十五表面を構成する。
説明しておきたいのは、上記第十三レンズL13、第十四レンズL14及び第十五レンズL15が第二の三重接合構造を構成する。
更に、当該ズームレンズの光学システムが連続ズームシステムであり、上記第一レンズL1の第一表面から上記第二十レンズL20の第二表面までの全長が350mmであり、いずれの焦点距離の場合も、当該全長が変わらない。

Claims (10)

  1. ズームレンズであって、
    20枚のレンズと１つの絞りとを含み、
    光線の入射方向に沿って、正の屈折力を有する前固定群、負の屈折力を有する変倍群、正の屈折力を有する補償群、及び、正の屈折力を有する後固定群が順に構成されており、
    前記前固定群は、光線の入射方向に沿って、正レンズである第一レンズと、負レンズである第二レンズと、正レンズである第三レンズと、負レンズである第四レンズと、正レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズと、負レンズである第七レンズと、を順に含み、
    前記変倍群は、光線の入射方向に沿って、負レンズである第八レンズと、負レンズである第九レンズと、正レンズである第十レンズと、正レンズである第十一レンズと、を順に含み、
    前記補償群は、光線の入射方向に沿って、正レンズである第十二レンズと、負レンズである第十三レンズと、正レンズである第十四レンズと、負レンズである第十五レンズと、前記補償群のレンズと同期に移動する前記絞りと、を順に含み、
    前記後固定群は、光線の入射方向に沿って、負レンズである第十六レンズと、正レンズである第十七レンズと、正レンズである第十八レンズと、負レンズである第十九レンズと、正レンズである第二十レンズと、を順に含む、
    ことを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第一レンズが、物体面へ凸な第一表面及び像面へ凸な第二表面を有し、
    前記第二レンズが、物体側へ凹な第二接合表面及び像側へ凸な第三表面を有し、
    前記第三レンズが、物体側へ凸な第四表面及び像側へ凸な第五表面を有し、
    前記第四レンズが、物体側へ凹な第五表面及び像側へ凹な第六表面を有し、そのうち、前記第六表面が接合面であり、
    前記第五レンズが、物体側へ凸な第六表面及び像側へ凹な第七表面を有し、
    前記第六レンズが、物体側へ凸な第八表面及び像側へ凸な第九表面を有し、
    前記第七レンズが、物体側へ凸な第十表面及び像側へ凸な第十一表面を有し、
    前記第八レンズが、物体側へ凸な第十二表面及び像側へ凹な第十三表面を有し、
    前記第九レンズが、物体側へ凹な第十四表面及び像側へ凹な第十五表面を有し、
    前記第十レンズが、物体側へ凸な第十六表面及び像側へ凹な第十七表面を有し、
    前記第十一レンズが、物体側へ凸な第十七表面及び像側へ凸な第十八表面を有し、
    前記第十二レンズが、物体側へ凸な第十九表面及び像側へ凸な第二十表面を有し、
    前記第十三レンズが、物体側へ凸な第二十一表面及び像側へ凹な第二十二表面を有し、
    前記第十四レンズが、物体側へ凸な第二十二表面及び像側へ凹な第二十三表面を有し、
    前記第十五レンズが、物体側へ凹な第二十三表面及び像側へ凸な第二十四表面を有し、
    前記絞りの絞り面が、第二十五表面を構成し、
    前記第十六レンズが、物体側へ凹な第二十六表面及び像側へ凹な第二十七表面を有し、
    前記第十七レンズが、物体側へ凸な第二十八表面及び像側へ凸な第二十九表面を有し、
    前記第十八レンズが、物体側へ凸な第三十表面及び像側へ凸な第三十一表面を有し、
    前記第十九レンズが、物体側へ凹な第三十二表面及び像側へ凹な第三十三表面を有し、
    前記第二十レンズが、物体側へ凸な第三十四表面及び像側へ凸な第三十五表面を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  3. 前記第一レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n1<1.70，50<v1<75であり、
    前記第二レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n2<1.75，30<v2<50であり、
    前記第三レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n3<1.70，40<v3<65であり、
    前記第四レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n4<1.70，20<v4<45であり、
    前記第五レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n5<1.75，30<v5<50であり、
    前記第六レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n6<1.75，35<v6<50であり、
    前記第七レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n7<1.80，20<v7<40であり、
    前記第八レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n8<1.75，45<v8<60であり、
    前記第九レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n9<1.75，45<v9<60であり、
    前記第十レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n10<1.60，50<v10<75であり、
    前記第十一レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n11<1.80，20<v11<35であり、
    前記第十二レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n12<1.80，25<v12<45であり、
    前記第十三レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n13<1.80，30<v13<50であり、
    前記第十四レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n14<1.70，50<v14<70であり、
    前記第十五レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n15<1.70，30<v15<50であり、
    前記第十六レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.65<n16<1.80，50<v16<60であり、
    前記第十七レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.50<n17<1.70，30<v17<55であり、
    前記第十八レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.60<n18<1.70，35<v18<50であり、
    前記第十九レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.55<n19<1.70，30<v19<50であり、
    前記第二十レンズの屈折率及び分散範囲がそれぞれ1.45<n20<1.60，60<v20<80である、
    ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
  4. 前記第一レンズはZK9型番のガラス材が採用され、
    前記第二レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
    前記第三レンズはH-ZPK1型番のガラス材が採用され、
    前記第四レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
    前記第五レンズはH-ZBAF5型番のガラス材が採用され、
    前記第六レンズはH-LAF3型番のガラス材が採用され、
    前記第七レンズはZF11型番のガラス材が採用され、
    前記第八レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
    前記第九レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
    前記第十レンズはH-K51型番のガラス材が採用され、
    前記第十一レンズはH-ZF5型番のガラス材が採用され、
    前記第十二レンズはH-LAF3型番のガラス材が採用され、
    前記第十三レンズはH-LAF62型番のガラス材が採用され、
    前記第十四レンズはH-ZPK1型番のガラス材が採用され、
    前記第十五レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
    前記第十六レンズはH-LAK67型番のガラス材が採用され、
    前記第十七レンズはBAF3型番のガラス材が採用され、
    前記第十八レンズはBAF4型番のガラス材が採用され、
    前記第十九レンズはN-KZFS11型番のガラス材が採用され、
    前記第二十レンズはH-K9L型番のガラス材を採用される、
    ことを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
  5. 前記第一レンズ及び前記第二レンズが第一の二重接合構造を構成し、
    前記第三レンズ、前記第四レンズ及び前記第五レンズが第一の三重接合構造を構成し、
    前記第十レンズ及び前記第十一レンズが第二の二重接合構造を構成し、
    前記第十三レンズ、前記第十四レンズ及び前記第十五レンズが第二の三重接合構造を構成する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  6. 前記第一レンズから第二十レンズまでの表面は、いずれも球面である、ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  7. 当該ズームレンズの焦点距離範囲が750mm〜15mmである、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  8. 当該ズームレンズのF値の変化範囲が4.78〜10.54であり、そのうち、焦点距離が15mmである時にF値が4.78であり、焦点距離が750mmである時にF値が10.54である、ことを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
  9. 当該ズームレンズの光学システムが連続ズームシステムであり、前記第一レンズの第一表面から前記第二十レンズの第二表面までの全長が350mmであり、いずれの焦点距離の場合も、当該全長が変わらない、ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  10. 当該ズームレンズの焦点距離が15mmから750mmに変化する時、前記前固定群と前記変倍群との間のピッチの変化範囲が3.34mm〜137.31mmであり、前記変倍群と前記補償群との間のピッチの変化範囲が207.84mm〜1mmであり、前記補償群と前記後固定群との間のピッチの変化範囲が0.77mm〜73.65mmである、ことを特徴とする請求項９に記載のズームレンズ。
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