JP4283552B2

JP4283552B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4283552B2
Application number: JP2003028494A
Authority: JP
Inventors: 明子高附
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP2004212913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に監視用に用いられるズームレンズに関し、特に、可視域および近赤外域の双方において使用可能なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主に監視用のために、昼夜兼用のカメラが開発されている。それに伴い、昼夜兼用のカメラに適する可視域・近赤外域両用レンズの需要が高まってきている。従来より、可視域用のレンズは数多く設計されているが、可視域用に設計された従来のレンズ系では、特に、近赤外領域において色収差が発生し、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う問題がある。
【０００３】
可視域・近赤外域ともに使用可能な従来のレンズ系としては、以下の公報記載のレンズがある。これら公報記載のレンズは、２群ズーム方式の比較的小型なレンズ構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６２３５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０７１６６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２４４０３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら公報記載のレンズは、変倍比がいずれも２．２倍程度にとどまっている。しかしながら、ユーザの多様な要望に対応するためには、比較的小型なレンズ系であっても、さらに高変倍比のものが必要になると予想される。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、２群ズーム方式の比較的小型なレンズタイプでありながら、従来よりも高い変倍比を実現すると共に、可視域から近赤外域まで良好に収差補正を行うことができるズームレンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるズームレンズは、物体側から順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群とを備えると共に、第１レンズ群と第２レンズ群とを光軸上で移動させることにより変倍を行うようになされ、かつ、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足するように構成されている。
【０００８】
−３．４＜ｆ１／ｆｗ＜−３．０ ……（１）
−１．６＜ｍＴ＜−１．４ ……（２）
６０＜ν（Ｇ２＋） ……（３）
ただし、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離、ｆｗは、広角端における全系の焦点距離、ｍＴは、望遠端における第２レンズ群の結像倍率、ν（Ｇ２＋）は、第２レンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均を示す。
【０００９】
本発明によるズームレンズでは、上記した構成にすることにより、従来よりも高い変倍比が実現されると共に、可視域から近赤外域まで良好に収差補正が行われる。特に、条件式（１），（２）を満足することにより、変倍に伴う収差変動を抑えやすくなる。また特に、条件式（３）を満足することにより、近赤外領域における軸上色収差の発生を抑えやすくなる。
【００１０】
ここで、本発明によるズームレンズでは、第２レンズ群中に、少なくとも１枚の非球面レンズが含まれていることが望ましい。これにより、球面収差の補正をしやすくなるなどの利点がある。
【００１１】
本発明によるズームレンズにおいて、第１レンズ群は例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の第１メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負の第２メニスカスレンズと、両凹レンズと、正レンズとで構成することができる。このような構成にすることで、負のパワーが３枚の負レンズに分散されるので、広角化を実現するために第１レンズ群全体の負のパワーを強くしたとしても、各負レンズの曲率半径が小さくなりすぎることが防止され、製造適正に優れるなどの利点がある。
【００１２】
また、第２レンズ群は例えば、物体側から順に、正レンズと、負レンズおよび正レンズの組み合わせからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとで構成することができる。第２レンズ群中に接合レンズを含めることで、特に、軸上色収差の補正をしやすくなるなどの利点がある。また、正レンズ、接合レンズ、および負のメニスカスレンズの順に配置することで、第２レンズ群中の各レンズの外径が増大することを防ぎやすくなるなどの利点がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。
【００１４】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成例であり、（Ａ）は、広角端でのレンズ配置を示し、（Ｂ）は、望遠端でのレンズ配置を示している。この構成例は、後述の第１の実施例（図２）のレンズ構成に対応している。なお、図１（Ａ），（Ｂ）において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１６）の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。Ｓｉｍｇは、結像位置を示す。
【００１５】
このズームレンズは、可視域および近赤外域の双方において使用可能なものであり、例えば昼夜兼用の監視カメラなどに搭載して好適なものである。このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側より順に、負の第１レンズ群Ｇ１と正の第２レンズ群Ｇ２とを備えている。このズームレンズの結像面Ｓｉｍｇには、例えば、図示しないＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの撮像素子が配置される。第２レンズ群Ｇ２と結像面Ｓｉｍｇとの間には、撮像面を保護するためのカバーガラスＬｃが配置されている。第１レンズ群Ｇ１と正の第２レンズ群Ｇ２との間には、絞りＳｔが配置されている。
【００１６】
このズームレンズは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを光軸上で移動させることにより変倍を行うようになっている。より具体的には、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、第１レンズ群Ｇ１が像面側に移動し、第２レンズ群Ｇ２が物体側に移動するようになされている。
【００１７】
このズームレンズは、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足するように構成されている。各条件式において、ｆ１は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆｗは、広角端における全系の焦点距離、ｍＴは、望遠端における第２レンズ群Ｇ２の結像倍率、ν（Ｇ２＋）は、第２レンズ群Ｇ２に含まれる正レンズのアッベ数の平均を示す。
【００１８】
−３．４＜ｆ１／ｆｗ＜−３．０ ……（１）
−１．６＜ｍＴ＜−１．４ ……（２）
６０＜ν（Ｇ２＋） ……（３）
【００１９】
このズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の第１メニスカスレンズ（第１レンズＬ１）と、同じく物体側に凸面を向けた負の第２メニスカスレンズ（第２レンズＬ２）と、両凹レンズ（第３レンズＬ３）と、正レンズ（第４レンズＬ４）とで構成されている。第４レンズＬ４は、例えば、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、または両凸レンズで構成されている。
【００２０】
第２レンズ群Ｇ２は例えば、物体側から順に、正レンズ（第５レンズＬ５）と、負レンズ（第６レンズＬ６）および正レンズ（第７レンズＬ７）の組み合わせからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ（第８レンズＬ８）とで構成されている。第６レンズＬ６と第７レンズＬ７とからなる接合レンズは、全体として例えば正のパワーを有している。
【００２１】
第２レンズ群Ｇ２には、少なくとも１枚の非球面レンズが含まれていることが望ましい。例えば、第２レンズ群中において最も物体側にある第５レンズＬ５の両面を非球面形状にすることが望ましい。さらに、第７レンズＬ７の像側の面などを非球面形状にしても良い。
【００２２】
第２レンズ群Ｇ２において、第５レンズＬ５は、例えば光軸近傍で両凸形状となっている。第６レンズＬ６は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状、第７レンズＬ７は、例えば両凸形状となっている。
【００２３】
次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。
【００２４】
このズームレンズは、２群ズーム方式であり、物体側から順に負の第１レンズ群Ｇ１と正の第２レンズ群Ｇ２とを備えているが、広角化を実現するために第１レンズ群Ｇ１の負のパワーを強くすると、第１レンズ群Ｇ１に含まれる負レンズの曲率半径が小さくなり製造適性が悪化する傾向にある。そこで、このズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１において、負のパワーを３枚の負レンズ（第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３）に分散させることにより、第１レンズ群全体の負のパワーを強くしたとしても、各負レンズの曲率半径が小さくなりすぎることを防止している。
【００２５】
このズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２を、正レンズ（第５レンズＬ５）、接合レンズ（第６レンズＬ６および第７レンズＬ７）、および負のメニスカスレンズ（第８レンズＬ８）の順に配置した構成にすることで、第２レンズ群中の各レンズの外径が増大することを防いでいる。
【００２６】
またこのズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２内に接合レンズが含まれていることで、軸上色収差を良好に補正できる。接合レンズを用いた場合、接合面の曲率半径が小さくなりすぎると、製造適性が悪化する。そこで、このズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２における負のパワーを第６レンズＬ６と第８レンズＬ８とに分配し、接合面の曲率半径が小さくなりすぎるのを防ぎ、製造適性の悪化を防いでいる。またそれと共に、望遠端の球面収差を補正しやすくしている。
【００２７】
またこのズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２において光線高の高くなる部分に少なくとも１枚の非球面レンズを設けることにより、変倍域全域にわたって球面収差を十分補正することができ、さらにレンズ枚数の削減も可能にしている。
【００２８】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と広角端における全系の焦点距離ｆｗとの比ｆ１／ｆｗの適切な範囲を規定している。条件式（１）の上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１の負のパワーが強くなりすぎ、球面収差の補正が困難となる。下限を超えると、十分なバックフォーカスが得られなくなる。
【００２９】
条件式（２）は、望遠端における第２レンズ群Ｇ２の結像倍率ｍＴの適切な範囲を規定している。条件式（２）の上限を超えると、変倍に伴う収差変動を十分に補正することが困難となる。下限を超えると、広角端における歪曲収差が増大する。
【００３０】
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２に含まれる正レンズのアッベ数の平均ν（Ｇ２＋）の適切な範囲を規定している。条件式（３）の下限を超えると、軸上色収差が増大する。条件式（３）を満足するようにして硝種を適切に選択することにより、特に、可視域から近赤外域まで軸上色収差を良好に補正することができる。これにより、可視域・近赤外域両用レンズを容易に実現できる。
【００３１】
このように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、物体側から順に、負の第１レンズ群Ｇ１と正の第２レンズ群Ｇ２とを備えた２群ズーム方式のレンズにおいて、特に条件式（１），（２）を満足するように各群のレンズを適切に配置することにより、少ない構成枚数ながらも、高変倍比で変倍域全域において高い性能をもつレンズ系を得ることができる。また、特に条件式（３）を満足するように硝種を適切に選択することにより、可視域から近赤外域まで軸上色収差を良好に補正することができる。これにより、２群ズーム方式の比較的小型なレンズタイプでありながら、従来よりも高い変倍比を実現すると共に、可視域から近赤外域まで良好に収差補正を行うことができる。
【００３２】
【実施例】
次に、本実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第４の数値実施例（実施例１〜４）をまとめて説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図３（Ａ），（Ｂ）〜図５（Ａ），（Ｂ）は、実施例２〜４に係るレンズデータであるが、これら実施例２〜４のズームレンズの基本構成は、図１に示したズームレンズと同様である。実施例２〜４のズームレンズのレンズ断面を図１５〜図１７に示す。図２（Ａ）〜図５（Ａ）には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図２（Ｂ）〜図５（Ｂ）には、非球面形状に関するデータを示す。
【００３３】
各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例のズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１６）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎdｊ，νdｊの欄には、物体側からｊ番目（j＝１〜９）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。レンズデータ中、面形状が平面である部分には、曲率半径Ｒｉの値を０にしてある。
【００３４】
また、各レンズデータには、広角端から望遠端に至る全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ値（ＦＮＯ．）およびバックフォーカスＢｆ（ｍｍ）の値についても同時に示す。各実施例のズームレンズでは、変倍に伴って面間隔Ｄ８の値が変化する。各レンズデータには、面間隔Ｄ８として広角端（ＷＩＤＥ）と望遠端（ＴＥＬＥ）とにおける値を代表して示す。
【００３５】
各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面であることを示す。各実施例ともに、第５レンズＬ５の両面（第９面および第１０面）が非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸領域）の曲率半径の数値を示している。
【００３６】
各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。
【００３７】
各非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_i，κの値を記す。
ただし、
ｈ：光軸に垂直な方向の高さ（ｍｍ）
Ｘ：光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ｒ：近軸曲率半径（ｍｍ）
κ：円錐係数
Ａ_i：第ｉ次（ｉ＝４，６，８，１０）の非球面係数
【００３８】
【数１】

【００３９】
図６は、上述の条件式（１）〜（３）に対応する値を、各実施例について示したものである。図６に示したように、各実施例の値が、条件式（１）〜（３）の範囲内となっている。
【００４０】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１のズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、望遠端での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差については近赤外域（880ｎｍ）についての収差も同時に示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。
【００４１】
同様に、実施例２についての諸収差を図９（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）および図１０（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示し、実施例３についての諸収差を図１１（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）および図１２（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示し、実施例４についての諸収差を図１３（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）および図１４（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示す。
【００４２】
以上の各レンズデータおよび各収差図から分かるように、各実施例について、約４．７倍という従来よりも高い変倍比を実現できており、また、可視域から近赤外域まで良好に収差補正が行われている。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のズームレンズによれば、物体側から順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群とを備えた２群ズーム方式のレンズであって、各条件式（１）〜（３）を満足して各群のレンズ配置と硝種の選択を適切に行うようにしたので、２群ズーム方式の比較的小型なレンズタイプでありながら、従来よりも高い変倍比を実現すると共に、可視域から近赤外域まで良好に収差補正を行うことができる。
【００４５】
特に、請求項２記載のズームレンズによれば、前記第２レンズ群中に、少なくとも１枚の非球面レンズを含めるようにしたので、変倍域全域にわたって球面収差を十分補正することができ、さらにレンズ枚数の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るズームレンズのレンズデータを示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係るズームレンズのレンズデータを示す図である。
【図４】本発明の実施例３に係るズームレンズのレンズデータを示す図である。
【図５】本発明の実施例４に係るズームレンズのレンズデータを示す図である。
【図６】実施例１〜４に係るズームレンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図７】実施例１に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図８】実施例１に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図９】実施例２に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１０】実施例２に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１１】実施例３に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１２】実施例３に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１３】実施例４に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１４】実施例４に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１５】実施例２に係るズームレンズの構成を示すレンズ断面図である。
【図１６】実施例３に係るズームレンズの構成を示すレンズ断面図である。
【図１７】実施例４に係るズームレンズの構成を示すレンズ断面図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｌｃ…カバーガラス、Ｚ１…光軸、Ｌ１〜Ｌ８…第１〜第８レンズ。

Claims

物体側から順に、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群とを備えると共に、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群とを光軸上で移動させることにより変倍を行うようになされ、
かつ、以下の条件式（１），（２）および（３）を満足するように構成されている
ことを特徴とするズームレンズ。
−３．４＜ｆ１／ｆｗ＜−３．０ ……（１）
−１．６＜ｍＴ＜−１．４ ……（２）
６０＜ν（Ｇ２＋） ……（３）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端における全系の焦点距離
ｍＴ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率
ν（Ｇ２＋）：第２レンズ群に含まれる正レンズのアッベ数の平均
前記第２レンズ群中に、少なくとも１枚の非球面レンズが含まれている
ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
前記第１レンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の第１メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負の第２メニスカスレンズと、両凹レンズと、正レンズとからなり、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、正レンズと、負レンズおよび正レンズの組み合わせからなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとからなる
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。