JP2023120768A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】広画角、小型、および高い光学性能等の点で有利なズームレンズを提供する。【解決手段】ズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群B1と、正の屈折力の第2レンズ群B2と、2つ以上のレンズ群を含む中間群B3,B4と、1つ以上のレンズ群を含む正の屈折力の後群B5とを有する。ズームのためには第1レンズ群は移動せず、ズームにおいて第2レンズ群が移動し、かつ隣り合うレンズ群の間隔が変化する。ズームレンズに含まれている全てのレンズ群の中で、広角端と望遠端との間での第2レンズ群の移動量およびズーム比が最大である。第2レンズ群内の正レンズの焦点距離のうち最小の焦点距離f2p、第2レンズ群内の負レンズの焦点距離のうち最大の焦点距離f2n、第2レンズ群の焦点距離f2は、0.65≦f2p/f2≦2.00と-0.85≦f2n/f2<0なる条件を満足する。【選択図】図1

Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関する。
監視カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラおよび放送用カメラ等の撮像装置に用いられるズームレンズには、広画角化と小型化が望まれている。特許文献1、2には、広画角な小型のズームレンズとして、ネガティブリード型のズームレンズが開示されている。
特開2012-047813号公報 特開2014-109761号公報
上記のようなズームレンズには、8K画質等の高画質に対応する高い光学性能も求められている。
本発明は、例えば、広画角、小型、および高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することを目的とする。
本発明の一側面としてのズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、2つ以上のレンズ群を含む中間群と、1つ以上のレンズ群を含む正の屈折力の後群とを有し、ズームのためには第1レンズ群は移動せず、ズームにおいて第2レンズ群が移動し、かつ隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズである。ズームレンズに含まれている全てのレンズ群の中で、広角端と望遠端との間での第2レンズ群の移動量およびズーム比が最大である。第2レンズ群に含まれている少なくとも1つの正レンズの焦点距離のうち最小の焦点距離をf2p、第2レンズ群に含まれている少なくとも1つの負レンズの焦点距離のうち最大の焦点距離をf2n、第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
0.65≦f2p/f2≦2.00
-0.85≦f2n/f2<0
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記ズームレンズを備えた撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、例えば、広画角、小型、および高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することができる。
実施例1のズームレンズの断面図。 実施例1のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例2のズームレンズの断面図。 実施例2のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例3のズームレンズの断面図。 実施例3のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例4のズームレンズの断面図。 実施例4のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例5のズームレンズの断面図。 実施例5のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例6のズームレンズの断面図。 実施例6のズームレンズの広角端、中間ズーム位置および望遠端での収差図。 実施例1~6のズームレンズを備えた撮像装置を示す図。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず具体的な実施例1~6の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。各実施例のズームレンズは、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、銀塩フィルム用カメラ等の各種撮像装置の撮像レンズとして用いられる。撮像レンズは、撮像装置に対して交換可能であってもよいし、撮像装置に一体に設けられてもよい。なお、各実施例のズームレンズは、画像投射装置(プロジェクタ)用の投射光学系として用いることもできる。
各実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、2つ以上のレンズ群を含む中間群と、1つ以上のレンズ群を含む正の屈折力の後群とを有するネガティブリード型のズームレンズである。物体側に負の第1レンズ群と正の第2レンズ群が配置されているため、広角化に適したズームレンズである。
なお、「レンズ群」は、広角端と望遠端との間でのズーム(変倍)に際して一体で移動する1または複数のレンズのまとまりである。すなわち、ズームに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。レンズ群は、開口絞りを含んでもよい。また、広角端と望遠端はそれぞれ、ズームに際して移動するレンズ群が光軸上を機構上または制御上、移動可能な範囲の両端に位置したときの最大画角(最短焦点距離)と最小画角(最大焦点距離)のズーム状態を示す。
各実施例のズームレンズでは、ズームに際して、第1レンズ群は移動せず(不動であり)、第2レンズ群と少なくとも1つの中間レンズ群が移動して、隣り合うレンズ群の間隔が変化する。第2レンズ群以降のレンズ群に変倍作用を持たせることで、変倍時の各種収差変化を補正しつつ、変倍に伴う像面変動も補正する。
各実施例では、第2レンズ群が主として変倍を担う。すなわち、レンズ群ごとに望遠端での横倍率を広角端での横倍率で除した値の絶対値を該レンズ群の変倍比(ズーム比)とするとき、第2レンズ群の変倍比が全てのレンズ群の変倍比の中で最大となっている。
また、変倍に際して、少なくとも1つの中間レンズ群(以下、フォーカスレンズ群ともいう)が主として像面変動を補正するために移動する。フォーカスレンズ群は、無限遠物体から至近物体までの各距離の物体にフォーカシングする際にも移動する。また、フォーカスレンズ群以外の中間レンズ群には、変倍時の収差変化をより高精度に補正するために移動するレンズ群が含まれる。
正の屈折力の像側レンズ群は、軸外光線高さが高い第1レンズ群で発生する倍率色収差を補正すると共に、像面への光線入射角度を低減する作用を有する。
また各実施例において、広角端と望遠端との間での変倍に際して移動するレンズ群ごとの移動量を比較すると、第2レンズ群の移動量が最大となっている。ここにいう第2レンズ群の「移動量」は、第2レンズ群に含まれる1つのレンズ面に着目したときに、広角端と望遠端での着目レンズ面の位置の差の絶対値である。
さらに各実施例において、第2レンズ群は、少なくとも1つの正レンズと少なくとも1つの負レンズを含む。なお、第2レンズ群が正レンズと負レンズが接合された接合レンズを含む場合には、それら正レンズと負レンズを接合されていない単レンズとして扱う。そして各実施例のズームレンズは、第2レンズ群に含まれる正レンズの焦点距離のうち最小の焦点距離をf2p、第2レンズ群に含まれる負レンズの焦点距離のうち最大の焦点距離をf2n、第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、以下の式(1)、(2)の条件を満足する。
0.65≦f2p/f2≦2.00 (1)
-0.85≦f2n/f2<0 (2)
f2p/f2が式(1)の下限を下回ると、第2レンズ群の屈折力が小さくなりすぎて変倍時の第2レンズ群の移動量が大きくなり、ズームレンズの小型化が困難となるため、好ましくない。f2p/f2が式(1)の上限を上回ると、第2レンズ群の屈折力が大きくなりすぎて収差補正上問題となるため、好ましくない。
式(2)の上限は、第2レンズ群の屈折力が正であり、f2nが負の焦点距離であることから決まる。f2n/f2が式(2)の下限を下回ると、第2レンズ群に含まれる負レンズのパワーが小さくなりすぎて、諸収差、特に球面収差やコマ収差が補正不足となるため、好ましくない。主変倍群である第2レンズ群の収差を低減することで、変倍時の収差変動をより抑制することができる。
上記構成を有し、かつ式(1)、(2)の条件を満足することで、広画角化、小型化および高解像度に対応する光学性能に有利なズームレンズを提供することができる。
なお、式(1)、(2)の数値範囲を以下のようにすると、より好ましい。
0.68≦f2p/f2≦1.50 (1a)
-0.80≦f2n/f2<0 (2a)
また、式(1)、(2)の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
0.72≦f2p/f2≦0.90 (1b)
-0.76≦f2n/f2<0 (2b)
各実施例のズームレンズは、以下の式(3)~(9)の条件のうち少なくとも1つを満足することが好ましい。
焦点距離f2p、f2nは、以下の式(3)の条件を満足することが好ましい。
-2.00≦f2p/f2n≦-0.95 (3)
f2p/f2nが式(3)の数値範囲を外れると、第2レンズ群による諸収差、特に球面収差やコマ収差の収差上、好ましくない。
また、第2レンズ群の広角端と望遠端との間での移動量をm2、中間群のうち第2レンズ群の像側にて隣り合う第3レンズ群の広角端と望遠端との間での移動量をm3とするとき、以下の式(4)の条件を満足することが好ましい。
1.0<m2/m3≦2.5 (4)
式(4)の条件を満足しつつ、第2レンズ群と第3レンズ群のいずれかに開口絞りを設けることが、より好ましい。これにより、変倍時における第2レンズ群での光線高さの変化を小さくすることができ、変倍時の収差変動を抑え易くなる。
また、広角化に適したネガティブリード型ズームレンズとしての各実施例のズームレンズにおいて、第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、以下の式(5)の条件を満足することが好ましい。
-0.85≦f1/f2≦-0.55 (5)
f1/f2が式(5)の下限を下回ると、第1レンズ群の負の屈折力が弱くなり、広角化する上で好ましくない。f1/f2が式(5)の上限を上回ると、第1レンズ群の負の屈折力が強くなりすぎて、軸上色収差の補正上、好ましくない。
また、軸上色収差を補正する上では、第1レンズ群は少なくとも1つの正レンズを含み、該少なくとも1つの正レンズのd線を基準としたアッベ数をνd1p、該正レンズのg線とF線に対する部分分散比をθgF1pとするとき、以下の式(6)、(7)を満足することが好ましい。
νd1p≦40 (6)
θgF1p+0.00162×νd1p-0.64146≦0.006 (7)
第1レンズ群は負の屈折力を持つため、軸上色収差を補正する上では第1レンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも1つは式(6)の条件を満足するように高分散であることが好ましい。また、2次スペクトルを考慮した場合に、式(7)の条件を満足することが好ましい。アッベ数νd1pは、当該正レンズ(の材料)のd線(波長587.6nm)、F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)における屈折率をnd、nF、nCとするとき、
νd1p=(nd-1)/(nF-nC)
で表される。また、部分分散比θgF1pは、当該正レンズのg線(波長435.8nm)、F線およびC線に対する屈折率をそれぞれng、nFおよびnCとするとき、
θgF1p=(ng-nF)/(nF-nC)
で表される。
また、第1レンズ群の上記正レンズは、負レンズと接合されていることが、軸上色収差の補正上、より好ましい。
また、正の屈折力の後群に少なくとも1つ含まれる正レンズの屈折率のうち最大の屈折率をNdpとするとき、以下の式(8)の条件を満足することが好ましい。
1.85≦Ndp (8)
Ndpが式(9)の数値範囲を外れるように低くなると、当該正レンズの各面の曲率が大きくなって諸収差を増加させるため、好ましくない。
また、後群における最大屈折率の正レンズのd線を基準とするアッベ数νdpは、以下の式(9)の条件を満足することが好ましい。
νdp≦25 (9)
倍率色収差を補正する後群において式(9)の条件を満足することで、その補正効果をより高めることができる。
さらに、中間群は、屈折力が負のレンズ群を少なくとも1つ含むことが、好ましい。この負のレンズ群をフォーカスレンズ群とすることで、フォーカシングに際してのフォーカスレンズ群の移動量を小さくすることができ、ズームレンズをさらに小型化することができる。
なお、式(3)~(9)の数値範囲を以下のようにすると、より好ましい。
-1.90≦f2p/f2n≦-0.97 (3a)
1.0<m2/m3≦2.2 (4a)
-0.80≦f1/f2≦-0.56 (5a)
νd1p≦39 (6a)
θgF1p+0.00162×νd1p-0.64146≦0.004 (7a)
1.90≦Ndp (8a)
νdp≦23 (9a)
また、式(3)~(9)の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
-1.80≦f2p/f2n≦-0.98 (3b)
1.0<m2/m3≦1.9 (4b)
-0.76≦f1/f2≦-0.57 (5b)
νd1p≦38 (6b)
θgF1p+0.00162×νd1p-0.64146≦0.002 (7b)
1.95≦Ndp (8b)
νdp≦21 (9b)
以下、実施例1~6について説明する。図1、図3、図5、図7、図9および図11はそれぞれ、実施例1~6のズームレンズの広角端での構成を示している。実施例1~4のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群B1と、正の屈折力の第2レンズ群B2と、中間群に含まれる正の屈折力の第3レンズ群B3および負の屈折力の第4レンズ群B4と、後群としての正の屈折力の第5レンズ群B5とを有する。また、実施例5のズームレンズは、負の屈折力の第1レンズ群B1と、正の屈折力の第2レンズ群B2と、中間群に含まれる正の屈折力の第3レンズ群B3、正の屈折力の第4レンズ群B4および負の屈折力の第5レンズ群B5と、後群としての正の屈折力の第6レンズ群B6とを有する。さらに実施例6のズームレンズは、負の屈折力の第1レンズ群B1と、正の屈折力の第2レンズ群B2と、中間群に含まれる負の屈折力の第3レンズ群B3、正の屈折力の第4レンズ群B4および負の屈折力の第5レンズ群B5と、後群としての正の屈折力の第6レンズ群B6とを有する。
各図において、APは開口絞りを示す。実施例1~5では第2レンズ群B2に開口絞りAPが含まれており、実施例6では第3レンズ群B3に開口絞りAPが含まれている。
DPはCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子に設けられるカバーガラスやローパスフィルタ等のガラスブロックである。IMは像面であり、撮像素子の撮像面が配置される。なお、銀塩フィルム用カメラにおいては像面IMに銀塩フィルムのフィルム面(感光面)が配置される。
各実施例において、第1レンズ群B1は、正レンズLP1を含む。第2レンズ群B2はは、第2レンズ群B2に含まれる正レンズのうち最小焦点距離の正レンズLP2と、第2レンズ群B2に含まれる負レンズのうち最大焦点距離の負レンズLN2を有する。後群は、該後群に含まれる正レンズのうち最大屈折力の正レンズLP3を有する。
各図において、変倍に際して移動するレンズ群の下には、広角端から望遠端への変倍に際してのそのレンズ群の移動軌跡を矢印で示している。実施例1~4では、広角端から望遠端への変倍に際して第2レンズ群B2、第3レンズ群B3および第4レンズ群B4が物体側へ移動する。実施例5、6では、広角端から望遠端への変倍に際して第2レンズ群B2、第3レンズ群B3、第4レンズ群B4および第5レンズ群B5が物体側へ移動する。
実施例1~4における第4レンズ群B4および実施例5、6における第5レンズ群B5は、変倍に際しての像面変動を補正するために移動する。各図におけるこれらのレンズ群の下には、実線と破線のそれぞれで無限遠物体と近距離物体に合焦しているときの変倍時の該レンズ群の移動軌跡を示している。なお、実施例1~4における第4レンズ群B4および実施例5、6における第5レンズ群B5は、フォーカスレンズ群としてフォーカシングに際して移動する。具体的には、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して像側へ移動する。
実施例1~6のそれぞれに対応する数値例1~6を表1~表6に示す。各数値例において、fは焦点距離(mm)、FnoはFナンバー、ωは半画角(°)である。
面番号iは物体側から数えたときの面の順番を示す。rは物体側からi番目の面の曲率半径(mm)、dはi番目と(i+1)番目の面間のレンズ厚または空気間隔(mm)、nは第i面と第(i+1)面間の光学材料のd線における屈折率である。νは第i面と第(i+1)面間の光学材料のd線を基準としたアッベ数である。
面番号に付された「*」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、zを光軸方向での面頂点からの変位量(サグ量)、yを光軸に直交する方向での光軸からの高さ、光の進行方向を正とし、rを近軸曲率半径、kを円錐定数、Bj(j=1~16)を非球面係数とするとき、以下の式で表される。
各表において、「E±x」は、「10±x」を意味する。また、特に表記されていない係数については全て0である。
数値例1~6における前述した条件式(1)~(9)に対応する値を表7にまとめて示す。
図2、図4、図6、図8、図10および図12はそれぞれ、数値例1~6の(A)広角端)、(B)中間ズーム位置および(C)望遠端における縦収差(球面収差、非点収差、歪曲収差および色収差)を示している。球面収差図において、FnoはFナンバーを示し、実線はd線に対する球面収差を、二点鎖線はC線に対する球面収差を、一点鎖線はg線に対する球面収差をそれぞれ示している。下端における分離量は軸上色収差を示している。非点収差図において、実線Sはサジタル像面を、破線Mはメリディオナル像面を示している。歪曲収差図には、d線に対する歪曲収差を示している。色収差図において、二点鎖線はC線に対する倍率色収差を、一点鎖線はg線に対する倍率色収差を示している。ωは半画角(°)である。
なお、実施例1~6のズームレンズの構成は例にすぎず、各レンズ群のレンズ数を変更したり、非球面レンズの数を変更したり、中間群に含まれるレンズ群の数を変更したりしてもよい。また、実施例1~6のズームレンズは、物体側から負、正、正、負、正および負、正、正または負、正、負、正のレンズ群配置のズームレンズであるが、他のレンズ群配置を採用してもよい。
[撮像装置]
図13は、実施例1~6のズームレンズを撮像光学系として用いた撮像装置(監視カメラ)を示している。図13において、16は実施例1~6のいずれかのズームレンズによって構成された撮像光学系である。11はカメラ本体、12は撮像光学系16によって形成された被写体像を撮像(光電変換)するCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子である。13は撮像素子12からの出力信号から生成された画像情報を記録する記録媒体である。14は画像情報を外部に転送するための転送手段としてのケーブルである。
実施例1~6のズームレンズを監視カメラ等の撮像装置に適用することにより、広角で高解像度に対応する良好な光学性能を有する小型の撮像装置を実現することができる。
なお、実施例1~6のズームレンズが用いられる撮像装置は、監視カメラに限定されず、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の他の撮像装置に用いることもできる。また、撮像装置は、ズームレンズに加えて、収差補正を電気的に行う画像処理回路を有していてもよい。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
B1 第1レンズ群
B2 第2レンズ群
B3 第3レンズ群
B4 第4レンズ群
B5 第5レンズ群
B6 第6レンズ群
LP2 第2レンズ群の正レンズ
LN2 第2レンズ群の負レンズ

Claims (14)

  1. 物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群と、正の屈折力の第2レンズ群と、2つ以上のレンズ群を含む中間群と、1つ以上のレンズ群を含む正の屈折力の後群とを有し、ズームのためには前記第1レンズ群は移動せず、ズームにおいて前記第2レンズ群が移動し、かつ隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
    前記ズームレンズに含まれている全てのレンズ群の中で、広角端と望遠端との間での前記第2レンズ群の移動量およびズーム比が最大であり、
    前記第2レンズ群に含まれている少なくとも1つの正レンズの焦点距離のうち最小の焦点距離をf2p、前記第2レンズ群に含まれている少なくとも1つの負レンズの焦点距離のうち最大の焦点距離をf2n、前記第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
    0.65≦f2p/f2≦2.00
    -0.85≦f2n/f2<0
    なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. -2.00≦f2p/f2n≦-0.95
    なる条件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. 前記中間群は、前記第2レンズ群の隣りに第3レンズ群を含み、
    広角端と望遠端との間での前記第2レンズ群の移動量および前記第3レンズ群の移動量をそれぞれm2およびm3とするとき、
    1.0<m2/m3≦2.5
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1または2に記載のズームレンズ。
  4. 前記第2レンズ群または前記第3レンズ群のいずれかは、開口絞りを含む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1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
    -0.85≦f1/f2≦-0.55
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  6. d線を基準とするアッベ数をνd1p、g線とF線に対する部分分散比をθgF1pとするとき、前記第1レンズ群は、
    νd1p≦40
    θgF1p+0.00162×νd1p-0.64146≦0.006
    なる条件を満足する正レンズを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第1レンズ群に含まれている前記正レンズは、負レンズと接合されていることを特徴とする請求項6に記載のズームレンズ。
  8. 前記後群に含まれている少なくとも1つの正レンズのうちd線における屈折率が最大の正レンズの屈折率をNdpとするとき、
    1.85≦Ndp
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  9. 前記後群に含まれている屈折率が最大の前記正レンズのd線を基準とするアッベ数をνdpとするとき、
    νdp≦25
    なる条件を満足することを特徴とする請求項8に記載のズームレンズ。
  10. 前記中間群は、屈折力が負のレンズ群を少なくとも1つ含むことを特徴とする請求項1ら9のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  11. 前記中間群は、フォーカシングのために移動する負の屈折力のレンズ群を含むことを特徴とする請求項10に記載のズームレンズ。
  12. 前記中間群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第3レンズ群、負の屈折力の第4レンズ群を有し、
    前記後群は、正の屈折力の第5レンズ群を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  13. 前記中間群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群および負の屈折力の第5レンズ群を有し、
    前記後群は、正の屈折力の第6レンズ群を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のズームレンズ。
  14. 請求項1から13のいず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形成された像を撮る撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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