JP3600870B2 - 可変焦点距離レンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、可変焦点距離レンズに関し、特に可視光波長域（４００〜７００ｎｍ程度）から近赤外波長域（７００〜１０００ｎｍ程度）まで実用可能な可変焦点距離レンズに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
監視カメラにおいて、昼間は可視光領域での撮影を行い、夜間は近赤外光領域での撮影を行うことができる撮影レンズ系が望まれており、一部実用化されている。しかし、可視光領域と近赤外光領域での収差、特に色収差をレンズ構成を複雑にすることなく良好に補正するのは依然困難である。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、焦点距離可変で、そのズーム比が２程度、包括画角が４４〜９６°程度の可視光波長域と近赤外波長域までの収差を良好に補正した可変焦点距離レンズを得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、負のパワーの前群レンズと、正のパワーの後群レンズとからなり、両群の間隔を変化させて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて、前群レンズは３群３枚からなり、後群レンズは４群５枚からなり、次の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴としている。
（１）-２．６８＜ｆｘ／Ｆｗ＜-２．５８
（２）３．０＜ｆｙ／Ｆｗ＜３．２５
（３）-０．８４≦ｍ≦-０．４２
但し、
ｆｘ：前群レンズの焦点距離（＜０）、
ｆｙ：後群レンズの焦点距離（＞０）、
Ｆｗ：全系の短焦点距離端における焦点距離、
ｍ：後群レンズの結像倍率、
である。
【０００５】
後群レンズは、前群レンズ側から順に、正のＬ４レンズ、正のＬ５レンズ、全体として負のＬ６レンズとＬ７レンズとの接合レンズ及び正のＬ８レンズから構成するのがよい。
【０００６】
このように構成したとき後群レンズは、次の条件式（４）、（５）を満足することが望ましい。
（４）１．８３＜ｎ８
（５）３７＜ν８＜４２
但し、
ｎ８：Ｌ８レンズの屈折率、
ν８：Ｌ８レンズのアッベ数、
である。
【０００７】
また、上記接合レンズを構成するＬ８レンズとＬ９レンズの一方は、条件式（６）、（７）を満足する凸レンズからなり、他方は、条件式（８）、（９）を満足する凹レンズからなることが好ましい。
（６）７０＜ν凸
（７）２．９＜ｆ凸／Ｆｗ＜３．１
（８）３０＞ν凹
（９）−１．９＜ｆ凹／Ｆｗ＜−１．８
但し、
ν凸：接合凸レンズのアッベ数、
ｆ凸：接合凸レンズの焦点距離、
ν凹：接合凹レンズのアッベ数、
ｆ凹：接合凹レンズの焦点距離、
である。
【０００８】
【発明の実施形態】
本実施形態の可変焦点距離レンズは、焦点距離変化によって像面位置が移動するバリフォーカルレンズであり、図２１の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の前群レンズ１０、絞りＳ、及び正の後群レンズ２０からなり、これら前群レンズ１０、絞りＳ、後群レンズ２０が、焦点距離の変更に際しそれぞれ光軸方向に移動する。より具体的には、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、絞りＳと像面Ｉの間隔は一定で、前群レンズ１０は像側に移動し、後群レンズ２０は物体側に移動する。焦点距離を変化させる作用は、後群レンズ２０の移動により生じる。この移動で発生する焦点位置の変化は、前群レンズ１０を光軸方向に移動させて補正する。バリフォーカルレンズを監視カメラに適用する場合の通常の使用態様は、設置場所に合わせて焦点距離を変化させ（画角を変化させ）、その焦点距離で合焦するように焦点調節するので、前群レンズ１０による焦点移動の補償は、手動で行うようにしても実用上の問題はない。
【０００９】
図２１及び図１のレンズ構成図に示すように、前群レンズ１０は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスのＬ１レンズ、両凹の負のＬ２レンズ、及び正のＬ３レンズからなる（３群３枚）。後群レンズ２０は、前群レンズ１０側から順に、正のＬ４レンズ、正のＬ５レンズ、全体として負のＬ６レンズとＬ７レンズとの接合レンズ及び正のＬ８レンズからなる。この接合レンズは全体として負のパワーを有する。Ｃは、撮像素子のカバーガラスである。
【００１０】
条件式（１）は、前群レンズの焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比を表している。前群レンズはマイナスの焦点距離を有する群で、全系の画角を大きくするために設置しているが、条件式（１）は、後群レンズと組み合わせたときの全系の球面収差、非点収差、像面湾曲及び色収差のレベルを適正範囲内に収めるための条件である。
この条件式（１）の上限を超えると、球面収差、非点収差、像面湾曲が補正過剰になり、倍率色収差が補正不足になる。下限を超えると、球面収差、非点収差、像面湾曲が補正不足になる。
【００１１】
条件式（２）は、後群レンズの焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比に関する条件である。この条件式（２）を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差を補正することができる。この条件式（２）の上限を超えると、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。また、画角の大きなところで高次の収差が発生し、非点収差が生じる。下限を超えると、球面収差が補正過剰になり、コマ収差が補正不足になる。
【００１２】
また、本実施形態の可変焦点距離レンズは、そのズーム比が２程度、包括画角が４４〜９６°程度である。条件式（３）は、条件式（１）と対で所望の焦点距離及びズーム比２程度を実現するための条件である。正の後群レンズは、負の前群レンズでできる虚像を像面に実像として結像するレンズ群とも考えることができる。条件式（３）は条件式（１）が決まると自ずと定まる条件であるが、その結像倍率ｍが、
−０．８４≦ｍ≦−０．４２となる範囲で使用することが好ましい。条件式（３）の上限を超えると、短焦点距離端における球面収差と軸上色収差が補正不足になり、下限を超えると、長焦点距離端における球面収差と軸上色収差が補正過剰になる。
【００１３】
本実施形態のように、前群レンズを３群３枚から構成し、後群レンズは４群５枚から構成すると、コストパフォーマンスがよい。さらに具体的には、後群レンズは、前群レンズから順に、正のＬ４レンズ、正のＬ５レンズ、全体として負のＬ６レンズとＬ７レンズとの接合レンズ及び正のＬ８レンズから構成するのがよい。
【００１４】
この具体的なレンズ構成においては、Ｌ８レンズに条件式（４）、（５）を満足させるのがよい。後群レンズは、負の屈折力の前群レンズで発散してくる光束を全系としては正の屈折力に変換させる正のパワーを要する。全系の収差バランスを補正しながら変換するには、Ｌ８レンズに強い正の屈折力を与えるのが好ましい形となる。このためＬ８レンズは、強い球面収差係数と倍率色収差係数に比して大きな軸上色収差係数を有する正のレンズとなる。条件式（４）の下限を超えると、球面収差が補正不足となる。条件式（５）の上限を超えると色収差補正が不足し、下限を超えると色収差補正が過剰となる。
【００１５】
また、上記具体的なレンズ構成において、接合レンズを構成するＬ６レンズとＬ７レンズの一方と他方に条件式（６）ないし（９）を満足させることにより、諸収差を良好に補正しつつ、近赤外領域まで加味した色補正が可能となる。条件式（６）は、いわゆる低分散ガラスを使う条件を示しているが、従来のレンズが低分散ガラスを複数枚使い、しかも正の屈折力の大きいレンズに適用して効果を出しているのに対して、本発明では、条件式（７）で示すように屈折力が比較的小さなレンズ一枚だけを低分散ガラスとして、目標とする特性を実現している。
【００１６】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図の数値はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦＮＯはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、ｆＢはバックフォーカス（カバーガラスの最も像側の面から撮像面までの空気間隔）、Ｗは半画角（°）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線（波長５８８ ｎｍ）の屈折率、νはアッベ数を示す。
【００１７】
［実施例１］
図１ないし図４は、本発明の可変焦点距離レンズの第１実施例を示している。図１及び図３はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図２及び図４はそれぞれ図１及び図３での諸収差図を示している。表１はその数値データである。
【００１８】
【表１】

【００１９】
［実施例２］
図５ないし図８は、本発明の可変焦点距離レンズの第２実施例を示している。図５及び図７はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図６及び図８はそれぞれ図５及び図７での諸収差図を示している。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００２０】
【表２】

【００２１】
［実施例３］
図９ないし図１２は、本発明の可変焦点距離レンズの第３実施例を示している。図９及び図１１はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１０及び図１２は図９及び図１１での諸収差図を示している。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００２２】
【表３】

【００２３】
［実施例４］
図１３ないし図１６は、本発明の可変焦点距離レンズの第４実施例を示している。図１３及び図１５はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１４及び図１６はそれぞれ図１３及び図１５での諸収差図を示している。表４はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００２４】
【表４】

【００２５】
［実施例５］
図１７ないし図２０は、本発明の可変焦点距離レンズの第５実施例を示している。図１７及び図１９はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１８及び図２０はそれぞれ図１７及び図１９での諸収差図を示している。表５はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例１と同様である。
【００２６】
【表５】

【００２７】
各実施例の各条件式に対する値を表６に示す。
【表６】

【００２８】
表６から明らかなように、実施例１ないし実施例５の数値は、条件式（１）ないし（９）を満足している。また諸収差図に示すように各焦点距離での諸収差もよく補正されており、特に球面収差で表される色収差が、５８８ｎｍの可視光領域から、８５０ｎｍの近赤外領域まで、実用上問題がない程度に補正されている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、焦点距離可変で、可視光領域と近赤外領域での収差を良好に補正した可変焦点距離レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変焦点距離レンズの第１実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】本発明による可変焦点距離レンズの第１実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成の諸収差図である。
【図５】本発明による可変焦点距離レンズの第２実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。
【図７】本発明による可変焦点距離レンズの第２実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】本発明による可変焦点距離レンズの第３実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。
【図１１】本発明による可変焦点距離レンズの第３実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。
【図１３】本発明による可変焦点距離レンズの第４実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の諸収差図である。
【図１５】本発明による可変焦点距離レンズの第４実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１６】図１５のレンズ構成の諸収差図である。
【図１７】本発明による可変焦点距離レンズの第５実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の諸収差図である。
【図１９】本発明による可変焦点距離レンズの第５実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２０】図１９のレンズ構成の諸収差図である。
【図２１】本発明による可変焦点距離レンズの簡易移動図である。
【符号の説明】
１０ 前群レンズ
２０ 後群レンズ
Ｓ 絞り
Ｉ 像面

Claims (4)

1. 負のパワーの前群レンズと、正のパワーの後群レンズとからなり、両群の間隔を変化させて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて、前群レンズは３群３枚からなり、後群レンズは４群５枚からなり、次の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ。
   （１）-２．６８＜ｆｘ／Ｆｗ＜-２．５８
   （２）３．０＜ｆｙ／Ｆｗ＜３．２５
   （３）-０．８４≦ｍ≦-０．４２
   但し、
   ｆｘ：前群レンズの焦点距離（＜０）、
   ｆｙ：後群レンズの焦点距離（＞０）、
   Ｆｗ：全系の短焦点距離端における焦点距離、
   ｍ：後群レンズの結像倍率。
2. 請求項１記載の可変焦点距離レンズにおいて、後群レンズは、前群レンズ側から順に、正のＬ４レンズ、正のＬ５レンズ、全体として負のＬ６レンズとＬ７レンズとの接合レンズ及び正のＬ８レンズからなる可変焦点距離レンズ。
3. 請求項２記載の可変焦点距離レンズにおいて、次の条件式（４）、（５）を満足する可変焦点距離レンズ。
   （４）１．８３＜ｎ８
   （５）３７＜ν8＜４２
   但し、
   ｎ8：Ｌ8レンズの屈折率、
   ν8：Ｌ8レンズのアッベ数。
4. 請求項２または３記載の可変焦点距離レンズにおいて、上記接合レンズを構成するＬ６レンズとＬ７レンズの一方は、条件式（６）、（７）を満足する凸レンズからなり、他方は、条件式（８）、（９）を満足する凹レンズからなる可変焦点距離レンズ。
   （６）７０＜ν凸
   （７）２．９＜ｆ凸／Ｆｗ＜３．１
   （８）３０＞ν凹
   （９）-１．９＜ｆ凹／Ｆｗ＜-１．８
   但し、
   ν凸：接合凸レンズのアッベ数、
   ｆ凸：接合凸レンズの焦点距離、
   ν凹：接合凹レンズのアッベ数、
   ｆ凹：接合凹レンズの焦点距離。

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