JP3824190B2 - 広角ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角端における半画角が４０度程度という広画角を達成した高性能なズームレンズに関し、特にテレビカメラに好適な広角ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ビデオカメラや業務用のテレビカメラには、広画角で撮影できるレンズが求められているが、これに加え、近年ではビデオカメラの撮像デバイスの小型化に伴い、レンズ系全体が小型で、しかも大口径比、高変倍比でかつ高性能な広角ズームレンズが要望されている。
【０００３】
しかし、広角ズームレンズにおいては、第１群のレンズ径が大きくなりやすく、また、収差補正の要求が厳しいためにより多くのレンズが必要とされるという問題があり、レンズの小型軽量化を困難にしている。
このような要望に対して、例えば、特開平５−７２４７５号公報、特開平６−２４２３７８号公報あるいは特開平９−３３８１２号公報に記載のレンズ系が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−７２４７５号公報記載のレンズ系は、第１レンズ群が５枚構成と比較的少ない枚数で小型軽量化を図っているものの、半画角が約３５度であり、より広画角のレンズが望まれる。
また、特開平６−２４２３７８号公報あるいは特開平９−３３８１２号公報記載のレンズ系は広画角を達成しているものの、レンズ径の大きい第１レンズ群が９枚構成もしくは１０枚構成であり、小型軽量化という観点からは問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、広角端における半画角が４０度程度という広画角を達成しつつ、高性能で小型軽量な広角ズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る広角ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、そして正の屈折力を有する第４レンズ群がこの順に配列され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群は光軸上を移動し、前記第１レンズ群および前記第４レンズ群は像面に対して固定されてなる４群構成のズームレンズであって、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズと、両凹レンズまたは物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズと、両凸レンズからなる第３レンズと、凹レンズと凸レンズからなる貼り合わせレンズを構成する第４レンズおよび第５レンズと、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第６レンズを、物体側からこの順に配列されて構成されてなり、
以下の条件式（１）〜（４）を満足するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
０．５２ ＜ Ｒ4／Ｒ5 ＜ ０．７７ ………（１）
０．３７ ＜ Ｄ4／ＦG1 ＜ ０．５８ ………（２）
−３．０ ＜ （Ｒ2＋Ｒ1）／（Ｒ2−Ｒ1） ＜ −１．０ ………（３）
０．４０ ＜ Ｆ1／Ｆ2 ＜ １．７５ ………（４）
ただし、
Ｒ4 ：第２レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ5 ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
Ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔
ＦG1 ：第１レンズ群の焦点距離
Ｒ2 ：第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ1 ：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｆ1 ：第１レンズの焦点距離
Ｆ2 ：第２レンズの焦点距離
【０００９】
なお、凹レンズと凸レンズからなる貼り合わせレンズを構成する第４レンズおよび第５レンズは、物体側から凹レンズと凸レンズの順に限定されるものではなく、凸レンズと凹レンズの順に構成することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施例１に係る広角ズームレンズの構成を示す図であり、実施例１のレンズの広角端と望遠端におけるレンズ群位置の比較を示している。
【００１１】
図１に示すとおり、本発明の実施形態の広角ズームレンズは、物体側から順に、フォーカス部であり正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1と、変倍部であり負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ2と、変倍に伴う像面変動を補正するための、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ3と、結像用のリレーレンズ群であり正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ4がこの順に配列されてなるズームレンズである。第３レンズ群Ｇ3と第４レンズ群Ｇ4の間には絞り１が像面に対し固定して配され、絞り１の開口部を通った光束は第４レンズ群Ｇ4により収束され、第４レンズ群Ｇ4の像面側に配されたフィルタ部２を介して、その像は固体撮像素子（ＣＣＤ）の撮像面３上で結像される。
【００１２】
なお、図１に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ2は光軸に沿って物体側から像側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ3は光軸上を物体側に凸の軌跡を描いて移動し、一方、第１レンズ群Ｇ1および第４レンズ群Ｇ4は像面に対して固定されている。
【００１３】
第１レンズ群Ｇ1は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズＬ1と、像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第２レンズＬ2と、像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ3と、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第４レンズＬ4と物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ5の貼り合わせレンズと、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第６レンズＬ6が、物体側からこの順に配列されて構成されている。
【００１４】
第２レンズ群Ｇ2は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズＬ7と、像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第８レンズＬ8と、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第９レンズＬ9とが、物体側からこの順に配列されて構成されている。
第３レンズ群Ｇ3は、物体側から順に、物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第１０レンズＬ10と物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ11の貼り合わせレンズにより構成されている。
【００１５】
第４レンズ群Ｇ4は、像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第１２レンズＬ12と、曲率の大きい面を像側に向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ13と像側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１４レンズＬ14の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１５レンズＬ15と、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１６レンズＬ16と像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１７レンズＬ17の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第１８レンズＬ18と物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１９レンズＬ19の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第２０レンズＬ20とから構成されている。
【００１６】
本実施形態のレンズは、以下の条件式（１）〜（４）を満足するように構成されている。
【００１７】
０．５２ ＜ Ｒ4／Ｒ5 ＜ ０．７７ ………（１）
０．３７ ＜ Ｄ4／ＦG1 ＜ ０．５８ ………（２）
−３．０ ＜ （Ｒ2＋Ｒ1）／（Ｒ2−Ｒ1） ＜ −１．０ ………（３）
０．４０ ＜ Ｆ1／Ｆ2 ＜ １．７５ ………（４）
ただし、
Ｒ4 ：第２レンズＬ2の像側の面の曲率半径
Ｒ5 ：第３レンズＬ3の物体側の面の曲率半径
Ｄ4 ：第２レンズＬ2と第３レンズＬ3の空気間隔
ＦG1 ：第１レンズ群Ｇ1の焦点距離
Ｒ2 ：第１レンズＬ1の像側の面の曲率半径
Ｒ1 ：第１レンズＬ1の物体側の面の曲率半径
Ｆ1 ：第１レンズＬ1の焦点距離
Ｆ2 ：第２レンズＬ2の焦点距離
【００１８】
なお、上述した構成のうちでも、特に、第１レンズ群Ｇ1を構成する６枚のレンズ構成および第１レンズ群Ｇ1中のレンズに関する条件式（１）〜（４）により、広画角で小型軽量の、かつ良好な光学性能を有したズームレンズを得ることが可能になるので、これらの点について以下に詳述する。
【００１９】
第１レンズ群Ｇ1は像面に対して固定されたフォーカス部である。一般的なテレビ用ズームレンズでは、広角化のために外付けでワイドコンバータを取り付けるところであるが、本実施形態ではその役割を果たす口径の大きい３枚のレンズ（Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3）が最も物体側に配置されてフォーカス部と一体化され、フォーカス時には第１レンズ群Ｇ1のレンズ全部が移動するように構成されている。この中でも、広角化のためには第１レンズＬ1および第２レンズＬ2の凹レンズの凹面が機能していることになる。コンパクト化のためには、必要となる負のパワーを１つの凹面で得ることも考えられるが、コンパクト化に反してレンズ枚数を増しても複数の凹面にパワーを配分することで、ディストーション、像面湾曲および望遠側での球面収差が効果的に改善される。
【００２０】
条件式（１）は、第２レンズＬ2の両凹レンズまたは物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズの像側の面の曲率半径と、第３レンズＬ3の両凸レンズの物体側の面の曲率半径の比を規定するものである。この下限値を下回ると、広角端付近での負のディストーションが大きくなりすぎて補正が困難となる。この上限値を上回った場合は、望遠端での非点収差および球面収差の補正が困難となる。条件式（２）は、第２レンズＬ2と第３レンズＬ3との間の空気間隔に関する条件式である。この下限値を下回ると、広角端でのディストーションと非点収差をバランスよく補正することが困難となる。この上限値を上回ると、レンズ間隔が大きくなりレンズ全系のコンパクト化を妨げることになる。
【００２１】
条件式（３）は、第１レンズＬ1のレンズ形状因子について規定している。この下限値を下回ると、第１レンズＬ1の負のパワーが小さくなるので、全体のパワーを維持するためには第２レンズＬ2の凹面の曲率半径を小さくすることが必要になるが、その場合光線のけられが発生し好ましくない。この上限値を上回ると、望遠端でのコマ収差が増大して補正が困難になる。
【００２２】
条件式（４）は、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2の焦点距離を規定して、適切なパワー配分を行うための条件式である。第１レンズＬ1は広角化を図るためにレンズ系中で最も大きなレンズを用いるが、レンズ全系のコンパクト化のためにはレンズ外径が小さいことが望まれる。この下限値を下回ると、バランスとして第１レンズＬ1の屈折力が強くなり、第１レンズＬ1の外径は小さくなるが、広角側で負のディストーションが大きくなりすぎる。この上限値を上回ると、広角側でのディストーションは抑えられるが、小型化を図る上で不利となる。
【００２３】
〈実施例１〉
本実施例１に係る広角ズームレンズの構成は図１に示すとおりであり、レンズの広角端と望遠端におけるレンズ群位置を示している。なお、実施例２および３のレンズにおいても略同様の構成とされているので、図１をその代表例とする。以下、実施例１について具体的なデータを示す。
表１に、本実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表１の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。なお、表１および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表２に、本実施例１の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また表３には、本実施例１の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】
図２〜４は、本実施例１に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図２は広角端における諸収差を、図３は中間位置における諸収差を、図４は望遠端における諸収差を示している。なお、これらの収差図および以下の収差図においてωは半画角を示す。
表２、表３、および図２〜４に示すように、本実施例１は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは５．１３〜６０．０６ｍｍで、広角端における半画角が３９．７度と広画角で、Ｆ値が１．８５〜１．９７と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００２９】
〈実施例２〉
本実施例２に係る広角ズームレンズの構成は基本的には実施例１と同様であるが、第１レンズ群Ｇ1の第２レンズＬ2が物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズ、第４レンズＬ4が像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第５レンズＬ5が像側に凸面を向けた凹メニスカスレンズに変更されている。第４レンズＬ4と第５レンズＬ5は、実施例１と同様、貼り合わせレンズである。
さらに、第４レンズ群Ｇ4の第１２レンズＬ12が像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第１６レンズＬ16が像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズに変更されている。第１６レンズＬ16と第１７レンズＬ17は、実施例１と同様、貼り合わせレンズである。
【００３０】
第２レンズＬ2の物体側の面が凸面になっているので、広角化のためのパワー配分は実施例１と相違するが、第１レンズ群Ｇ1の作用効果は同様である。
表４に、本実施例２の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表４の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。
【００３１】
【表４】
【００３２】
表５に、本実施例２の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また上記表３には、本実施例２の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００３３】
【表５】
【００３４】
図５〜７は、本実施例２に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図５は広角端における諸収差を、図６は中間位置における諸収差を、図７は望遠端における諸収差を示している。
表３、表５、および図５〜７に示すように、本実施例２は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは５．１５〜６０．２３ｍｍで、広角端における半画角が３９．７度と広画角で、Ｆ値が１．８５〜１．９９と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００３５】
〈実施例３〉
本実施例３に係る広角ズームレンズの構成は基本的には実施例１と同様であるが、第４レンズ群Ｇ4の第１４レンズＬ14が物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズ、第１７レンズＬ17が物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第１８レンズＬ18が物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズに変更されている。第１３レンズＬ13と第１４レンズＬ14、第１６レンズＬ16と第１７レンズＬ17、および第１８レンズＬ18と第１９レンズＬ19は、実施例１と同様、各々貼り合わせレンズである。
【００３６】
表６に、本実施例３の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表６の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。
【００３７】
【表６】
【００３８】
表７に、本実施例３の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また上記表３には、本実施例３の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００３９】
【表７】
【００４０】
図８〜１０は、本実施例３に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図８は広角端における諸収差を、図９は中間位置における諸収差を、図１０は望遠端における諸収差を示している。
表３、表７、および図８〜１０に示すように、本実施例３は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは３．９２〜４５．８２ｍｍで、広角端における半画角が３８．８度と広画角で、Ｆ値が１．４２〜１．５２と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る広角ズームレンズによれば、半画角が４０度程度という広画角を達成しつつ収差を良好に補正した、高性能で小型軽量な広角ズームレンズを得ることができる。
比較的大きいレンズを用いる必要のある第１レンズ群のレンズ枚数が６枚となっていることで、レンズ系全体の小型軽量化が可能になるとともに、構成が簡易になり、コスト低減も可能にしている。本発明によって得られる広角ズームレンズの精度は、業務用のテレビカメラレンズとしても充分に使用し得る高精度なものであることから、広画角で小型軽量かつ低価格のテレビカメラに対する要望に応えるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る広角ズームレンズの構成を示す図
【図２】実施例１に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図３】実施例１に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図４】実施例１に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【図５】実施例２に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図６】実施例２に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図７】実施例２に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【図８】実施例３に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図９】実施例３に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図１０】実施例３に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【符号の説明】
Ｌ1〜Ｌ20 レンズ
Ｇ1〜Ｇ4 レンズ群
Ｒ1〜Ｒ39 曲率半径
Ｄ1〜Ｄ38 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ 絞り
２ フィルタ部
３ 固体撮像素子（ＣＣＤ）撮像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角端における半画角が４０度程度という広画角を達成した高性能なズームレンズに関し、特にテレビカメラに好適な広角ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ビデオカメラや業務用のテレビカメラには、広画角で撮影できるレンズが求められているが、これに加え、近年ではビデオカメラの撮像デバイスの小型化に伴い、レンズ系全体が小型で、しかも大口径比、高変倍比でかつ高性能な広角ズームレンズが要望されている。
【０００３】
しかし、広角ズームレンズにおいては、第１群のレンズ径が大きくなりやすく、また、収差補正の要求が厳しいためにより多くのレンズが必要とされるという問題があり、レンズの小型軽量化を困難にしている。
このような要望に対して、例えば、特開平５−７２４７５号公報、特開平６−２４２３７８号公報あるいは特開平９−３３８１２号公報に記載のレンズ系が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−７２４７５号公報記載のレンズ系は、第１レンズ群が５枚構成と比較的少ない枚数で小型軽量化を図っているものの、半画角が約３５度であり、より広画角のレンズが望まれる。
また、特開平６−２４２３７８号公報あるいは特開平９−３３８１２号公報記載のレンズ系は広画角を達成しているものの、レンズ径の大きい第１レンズ群が９枚構成もしくは１０枚構成であり、小型軽量化という観点からは問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、広角端における半画角が４０度程度という広画角を達成しつつ、高性能で小型軽量な広角ズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る広角ズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、そして正の屈折力を有する第４レンズ群がこの順に配列され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群は光軸上を移動し、前記第１レンズ群および前記第４レンズ群は像面に対して固定されてなる４群構成のズームレンズであって、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズと、両凹レンズまたは物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズと、両凸レンズからなる第３レンズと、凹レンズと凸レンズからなる貼り合わせレンズを構成する第４レンズおよび第５レンズと、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第６レンズを、物体側からこの順に配列されて構成されてなり、
以下の条件式（１）〜（４）を満足するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
０．５２ ＜ Ｒ4／Ｒ5 ＜ ０．７７ ………（１）
０．３７ ＜ Ｄ4／ＦG1 ＜ ０．５８ ………（２）
−３．０ ＜ （Ｒ2＋Ｒ1）／（Ｒ2−Ｒ1） ＜ −１．０ ………（３）
０．４０ ＜ Ｆ1／Ｆ2 ＜ １．７５ ………（４）
ただし、
Ｒ4 ：第２レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ5 ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
Ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔
ＦG1 ：第１レンズ群の焦点距離
Ｒ2 ：第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ1 ：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｆ1 ：第１レンズの焦点距離
Ｆ2 ：第２レンズの焦点距離
【０００９】
なお、凹レンズと凸レンズからなる貼り合わせレンズを構成する第４レンズおよび第５レンズは、物体側から凹レンズと凸レンズの順に限定されるものではなく、凸レンズと凹レンズの順に構成することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施例１に係る広角ズームレンズの構成を示す図であり、実施例１のレンズの広角端と望遠端におけるレンズ群位置の比較を示している。
【００１１】
図１に示すとおり、本発明の実施形態の広角ズームレンズは、物体側から順に、フォーカス部であり正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ1と、変倍部であり負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ2と、変倍に伴う像面変動を補正するための、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ3と、結像用のリレーレンズ群であり正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ4がこの順に配列されてなるズームレンズである。第３レンズ群Ｇ3と第４レンズ群Ｇ4の間には絞り１が像面に対し固定して配され、絞り１の開口部を通った光束は第４レンズ群Ｇ4により収束され、第４レンズ群Ｇ4の像面側に配されたフィルタ部２を介して、その像は固体撮像素子（ＣＣＤ）の撮像面３上で結像される。
【００１２】
なお、図１に示すように、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ2は光軸に沿って物体側から像側に単調に移動し、第３レンズ群Ｇ3は光軸上を物体側に凸の軌跡を描いて移動し、一方、第１レンズ群Ｇ1および第４レンズ群Ｇ4は像面に対して固定されている。
【００１３】
第１レンズ群Ｇ1は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズＬ1と、像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第２レンズＬ2と、像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ3と、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第４レンズＬ4と物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第５レンズＬ5の貼り合わせレンズと、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第６レンズＬ6が、物体側からこの順に配列されて構成されている。
【００１４】
第２レンズ群Ｇ2は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズＬ7と、像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第８レンズＬ8と、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第９レンズＬ9とが、物体側からこの順に配列されて構成されている。
第３レンズ群Ｇ3は、物体側から順に、物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第１０レンズＬ10と物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第１１レンズＬ11の貼り合わせレンズにより構成されている。
【００１５】
第４レンズ群Ｇ4は、像側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第１２レンズＬ12と、曲率の大きい面を像側に向けた両凸レンズからなる第１３レンズＬ13と像側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１４レンズＬ14の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１５レンズＬ15と、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１６レンズＬ16と像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１７レンズＬ17の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第１８レンズＬ18と物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第１９レンズＬ19の貼り合わせレンズと、物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第２０レンズＬ20とから構成されている。
【００１６】
本実施形態のレンズは、以下の条件式（１）〜（４）を満足するように構成されている。
【００１７】
０．５２ ＜ Ｒ4／Ｒ5 ＜ ０．７７ ………（１）
０．３７ ＜ Ｄ4／ＦG1 ＜ ０．５８ ………（２）
−３．０ ＜ （Ｒ2＋Ｒ1）／（Ｒ2−Ｒ1） ＜ −１．０ ………（３）
０．４０ ＜ Ｆ1／Ｆ2 ＜ １．７５ ………（４）
ただし、
Ｒ4 ：第２レンズＬ2の像側の面の曲率半径
Ｒ5 ：第３レンズＬ3の物体側の面の曲率半径
Ｄ4 ：第２レンズＬ2と第３レンズＬ3の空気間隔
ＦG1 ：第１レンズ群Ｇ1の焦点距離
Ｒ2 ：第１レンズＬ1の像側の面の曲率半径
Ｒ1 ：第１レンズＬ1の物体側の面の曲率半径
Ｆ1 ：第１レンズＬ1の焦点距離
Ｆ2 ：第２レンズＬ2の焦点距離
【００１８】
なお、上述した構成のうちでも、特に、第１レンズ群Ｇ1を構成する６枚のレンズ構成および第１レンズ群Ｇ1中のレンズに関する条件式（１）〜（４）により、広画角で小型軽量の、かつ良好な光学性能を有したズームレンズを得ることが可能になるので、これらの点について以下に詳述する。
【００１９】
第１レンズ群Ｇ1は像面に対して固定されたフォーカス部である。一般的なテレビ用ズームレンズでは、広角化のために外付けでワイドコンバータを取り付けるところであるが、本実施形態ではその役割を果たす口径の大きい３枚のレンズ（Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3）が最も物体側に配置されてフォーカス部と一体化され、フォーカス時には第１レンズ群Ｇ1のレンズ全部が移動するように構成されている。この中でも、広角化のためには第１レンズＬ1および第２レンズＬ2の凹レンズの凹面が機能していることになる。コンパクト化のためには、必要となる負のパワーを１つの凹面で得ることも考えられるが、コンパクト化に反してレンズ枚数を増しても複数の凹面にパワーを配分することで、ディストーション、像面湾曲および望遠側での球面収差が効果的に改善される。
【００２０】
条件式（１）は、第２レンズＬ2の両凹レンズまたは物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズの像側の面の曲率半径と、第３レンズＬ3の両凸レンズの物体側の面の曲率半径の比を規定するものである。この下限値を下回ると、広角端付近での負のディストーションが大きくなりすぎて補正が困難となる。この上限値を上回った場合は、望遠端での非点収差および球面収差の補正が困難となる。条件式（２）は、第２レンズＬ2と第３レンズＬ3との間の空気間隔に関する条件式である。この下限値を下回ると、広角端でのディストーションと非点収差をバランスよく補正することが困難となる。この上限値を上回ると、レンズ間隔が大きくなりレンズ全系のコンパクト化を妨げることになる。
【００２１】
条件式（３）は、第１レンズＬ1のレンズ形状因子について規定している。この下限値を下回ると、第１レンズＬ1の負のパワーが小さくなるので、全体のパワーを維持するためには第２レンズＬ2の凹面の曲率半径を小さくすることが必要になるが、その場合光線のけられが発生し好ましくない。この上限値を上回ると、望遠端でのコマ収差が増大して補正が困難になる。
【００２２】
条件式（４）は、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2の焦点距離を規定して、適切なパワー配分を行うための条件式である。第１レンズＬ1は広角化を図るためにレンズ系中で最も大きなレンズを用いるが、レンズ全系のコンパクト化のためにはレンズ外径が小さいことが望まれる。この下限値を下回ると、バランスとして第１レンズＬ1の屈折力が強くなり、第１レンズＬ1の外径は小さくなるが、広角側で負のディストーションが大きくなりすぎる。この上限値を上回ると、広角側でのディストーションは抑えられるが、小型化を図る上で不利となる。
【００２３】
〈実施例１〉
本実施例１に係る広角ズームレンズの構成は図１に示すとおりであり、レンズの広角端と望遠端におけるレンズ群位置を示している。なお、実施例２および３のレンズにおいても略同様の構成とされているので、図１をその代表例とする。以下、実施例１について具体的なデータを示す。
表１に、本実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表１の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。なお、表１および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
【００２４】
【表１】
表２に、本実施例１の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また表３には、本実施例１の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００２６】
【表２】
【表３】
図２〜４は、本実施例１に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図２は広角端における諸収差を、図３は中間位置における諸収差を、図４は望遠端における諸収差を示している。なお、これらの収差図および以下の収差図においてωは半画角を示す。
表２、表３、および図２〜４に示すように、本実施例１は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは５．１３〜６０．０６ｍｍで、広角端における半画角が３９．７度と広画角で、Ｆ値が１．８５〜１．９７と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００２９】
〈実施例２〉
本実施例２に係る広角ズームレンズの構成は基本的には実施例１と同様であるが、第１レンズ群Ｇ1の第２レンズＬ2が物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズ、第４レンズＬ4が像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第５レンズＬ5が像側に凸面を向けた凹メニスカスレンズに変更されている。第４レンズＬ4と第５レンズＬ5は、実施例１と同様、貼り合わせレンズである。
さらに、第４レンズ群Ｇ4の第１２レンズＬ12が像側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第１６レンズＬ16が像側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズに変更されている。第１６レンズＬ16と第１７レンズＬ17は、実施例１と同様、貼り合わせレンズである。
【００３０】
第２レンズＬ2の物体側の面が凸面になっているので、広角化のためのパワー配分は実施例１と相違するが、第１レンズ群Ｇ1の作用効果は同様である。
表４に、本実施例２の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表４の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。
【００３１】
【表４】
表５に、本実施例２の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また上記表３には、本実施例２の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００３３】
【表５】
図５〜７は、本実施例２に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図５は広角端における諸収差を、図６は中間位置における諸収差を、図７は望遠端における諸収差を示している。
表３、表５、および図５〜７に示すように、本実施例２は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは５．１５〜６０．２３ｍｍで、広角端における半画角が３９．７度と広画角で、Ｆ値が１．８５〜１．９９と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００３５】
〈実施例３〉
本実施例３に係る広角ズームレンズの構成は基本的には実施例１と同様であるが、第４レンズ群Ｇ4の第１４レンズＬ14が物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズ、第１７レンズＬ17が物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズ、第１８レンズＬ18が物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズに変更されている。第１３レンズＬ13と第１４レンズＬ14、第１６レンズＬ16と第１７レンズＬ17、および第１８レンズＬ18と第１９レンズＬ19は、実施例１と同様、各々貼り合わせレンズである。
【００３６】
表６に、本実施例３の各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｅ線における屈折率Ｎeおよびアッベ数νeを示す。また、表６の下段には全系のバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）を示す。
【００３７】
【表６】
表７に、本実施例３の全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）および可変群間隔（ｍｍ）を、また上記表３には、本実施例３の広角ズームレンズについて各条件式に対する値を示す。
【００３９】
【表７】
図８〜１０は、本実施例３に係る広角ズームレンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび横収差）を示す収差図であり、図８は広角端における諸収差を、図９は中間位置における諸収差を、図１０は望遠端における諸収差を示している。
表３、表７、および図８〜１０に示すように、本実施例３は条件式（１）〜（４）を全て満足しており、レンズ系全体の焦点距離ｆは３．９２〜４５．８２ｍｍで、広角端における半画角が３８．８度と広画角で、Ｆ値が１．４２〜１．５２と明るく、各収差を良好に補正した高性能な広角ズームレンズであることが明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る広角ズームレンズによれば、半画角が４０度程度という広画角を達成しつつ収差を良好に補正した、高性能で小型軽量な広角ズームレンズを得ることができる。
比較的大きいレンズを用いる必要のある第１レンズ群のレンズ枚数が６枚となっていることで、レンズ系全体の小型軽量化が可能になるとともに、構成が簡易になり、コスト低減も可能にしている。本発明によって得られる広角ズームレンズの精度は、業務用のテレビカメラレンズとしても充分に使用し得る高精度なものであることから、広画角で小型軽量かつ低価格のテレビカメラに対する要望に応えるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る広角ズームレンズの構成を示す図
【図２】実施例１に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図３】実施例１に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図４】実施例１に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【図５】実施例２に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図６】実施例２に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図７】実施例２に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【図８】実施例３に係る広角ズームレンズの広角端における諸収差図
【図９】実施例３に係る広角ズームレンズの中間位置における諸収差図
【図１０】実施例３に係る広角ズームレンズの望遠端における諸収差図
【符号の説明】
Ｌ1〜Ｌ20 レンズ
Ｇ1〜Ｇ4 レンズ群
Ｒ1〜Ｒ39 曲率半径
Ｄ1〜Ｄ38 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ 絞り
２ フィルタ部
３ 固体撮像素子（ＣＣＤ）撮像面
Claims (1)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、および正の屈折力を有する第４レンズ群がこの順に配列され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群は光軸上を移動し、前記第１レンズ群および前記第４レンズ群は像面に対して固定されてなる４群構成のズームレンズであって、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズと、両凹レンズまたは物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズと、両凸レンズからなる第３レンズと、凹レンズと凸レンズからなる貼り合わせレンズを構成する第４レンズおよび第５レンズと、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズからなる第６レンズを、物体側からこの順に配列されてなり、
以下の条件式（１）〜（４）を満足するように構成されていることを特徴とする広角ズームレンズ。
０．５２＜Ｒ ４ ／Ｒ ５ ＜０．７７ ………（１）
０．３７＜Ｄ ４ ／Ｆ Ｇ１ ＜０．５８ ………（２）
−３．０＜（Ｒ ２ ＋Ｒ １ ）／（Ｒ ２ −Ｒ １ ）＜−１．０………（３）
０．４０＜Ｆ １ ／Ｆ ２ ＜１．７５ ………（４）
ただし、
Ｒ ４ ：第２レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ ５ ：第３レンズの物体側の面の曲率半径
Ｄ ４ ：第２レンズと第３レンズの空気間隔
Ｆ G １ ：第１レンズ群の焦点距離
Ｒ ２ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ １ ：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｆ １ ：第１レンズの焦点距離
Ｆ ２ ：第２レンズの焦点距離
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