JP4610959B2

JP4610959B2 - ズームレンズ

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Publication number: JP4610959B2
Application number: JP2004215516A
Authority: JP
Inventors: 明子高附
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: US7079327B2; JP2006039005A; US20060018035A1

Description

本発明は、高変倍比（６０倍程度）のズームレンズ系に関し、特に監視用ビデオカメラに好適に用いられるズームレンズに関する。

近年、港湾などでの遠方監視に用いる監視用ビデオカメラ用のレンズに対する要望が高まっている。遠方監視のためには、高変倍比のズームレンズが必要とされる。しかし、高変倍比のズームレンズにおいては、全変倍域にわたる良好な性能を達成することが難しく、その達成のためには大型化が避けられない傾向にあった。

このような監視用ビデオカメラに適した高変倍比のズームレンズとして、例えば特許文献１には変倍比５５倍程度の「超高変倍比ズームレンズ系」が開示されている。このレンズ系は，正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、負の第３レンズ群、および正の第４レンズ群からなり、第２レンズ群で変倍を行い、第３レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正している。

一方、放送用のテレビカメラに使用される高性能なズームレンズとしては、高倍率化、大口径化が容易なレンズタイプとして、変倍群が物体側から順に負群、正群からなるズームレンズが従来から多く用いられている。このタイプのズームレンズは、例えば、物体側から順に変倍時固定の第１レンズ群と、変倍時可変の負の屈折力の第２レンズ群と、変倍時可変の正の屈折力の第３レンズ群と、変倍時固定の第４レンズ群とで構成される。このタイプのズームレンズでは、基本的には第２レンズ群が変倍作用を持ち、第３レンズ群が変倍に伴う像面補正の作用を持つが、第３レンズ群もある程度の変倍作用を持つので、第２レンズ群の移動量が比較的少なく、レンズ系の全長を短縮することができる。

このタイプのズームレンズの例として、例えば特許文献２に記載のズームレンズがある。特許文献２には、Ｆナンバー１．５〜１．７程度、変倍比１９〜５０倍程度の大口径比、高変倍比を実現するズームレンズとして、物体側から順に正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群とからなり、第３レンズ群中に非球面を有するものが提案されている。
特開２００３−１０７３４５号公報特許第３４８６５６０号公報

しかしながら、監視用カメラの市場では今後さらに高変倍比（６０倍程度）のズームレンズに対する要望が出てくることが予想される。また、港湾などでの監視用ビデオカメラの用途は主に遠方監視であり、一般の放送用のテレビカメラの用途に比べると近距離性能はそれほど要求されない。特許文献２には、放送用のテレビカメラに使用される高性能なズームレンズが記載されているが、近距離性能を確保するために物体側に配置されたレンズの大型化を招きやすい。従って、これに比べて監視用ビデオカメラに搭載するのに適した、小型で高変倍比のズームレンズの開発が望まれる。

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、変倍群が物体側から順に負、正からなる４群ズーム方式を採用し、各群の屈折力を適切に設定することで、主に監視用ビデオカメラに好適な小型で高変倍比のズームレンズを提供することにある。

本発明によるズームレンズは、物体側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなる、物体像を結像させるズームレンズであって、第２レンズ群と第３レンズ群とを光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより焦点距離を連続的に変化させるようになされている。かつ、以下の条件式（１），（２）を満足するように構成されている。式中、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離を示す。
０．２４＜ｆ１／ｆｔ＜０．２９ ……（１）
―０．５５＜ｆ２／ｆ３＜―０．４４ ……（２）

本発明によるズームレンズでは、４群ズーム方式のレンズにおいて、負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群とを光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより、変倍が行われる。このように負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群とを変倍群として高変倍比を実現しやすいズーム方式とし、かつ条件式（１），（２）を満たして各群の屈折力を適切に設定することで、特に監視用ビデオカメラに好適な小型で高変倍比を実現しやすくなっている。
そして、さらに、要求される仕様等に応じて次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、収差性能をより良好なものとすることができる。

本発明によるズームレンズにおいて、第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、正レンズとからなり、かつ、以下の条件式（３），（４）を満足するように構成されていることが好ましい。式中、Ｎ１は第１レンズ群における正レンズの屈折率の平均、ν１は第１レンズ群における正レンズのアッベ数の平均を示す。
Ｎ１＜１．５２ ……（３）
８０＜ν１ ……（４）

本発明によるズームレンズにおいて、第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズおよび負レンズからなる貼り合わせレンズとから構成されていることが好ましい。第３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からなる貼り合わせレンズとから構成されていることが好ましい。

本発明のズームレンズによれば、負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群とを変倍群として高変倍比を実現しやすい４群ズーム方式とし、かつ条件式（１），（２）を満たして各群の屈折力を適切に設定するようにしたので、主に監視用ビデオカメラに好適な小型で高変倍比のズームレンズを実現できる。

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。

図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図５，図７）のレンズ構成に対応している。特に図１（Ａ）は広角端でのレンズ配置を示し、図１（Ｂ）は中間域でのレンズ配置を示し、図１（Ｃ）は望遠端でのレンズ配置を示している。図２は、図１（Ａ）のズームレンズを拡大して示したものである。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の構成例を示している。この構成例は、後述の第２の数値実施例（図６，図８）のレンズ構成に対応している。特に図３（Ａ）は広角端でのレンズ配置を示し、図３（Ｂ）は中間域でのレンズ配置を示し、図３（Ｃ）は望遠端でのレンズ配置を示している。図４は、図３（Ａ）のズームレンズを拡大して示したものである。図２，図４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Ｚ１上の面間隔を示す。なお符号Ｄｉについては、変倍に伴って移動する部分の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１５のみ符号を付す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１（Ａ）〜（Ｃ），図２に示した第１の構成例を基本にして説明する。

このズームレンズは、例えば、港湾などでの遠方監視に用いる監視用ビデオカメラに搭載されて使用されるものである。このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。開口絞りＳｔは、例えば第４レンズ群Ｇ４の最も物体側に配置されている。

このズームレンズの結像面（撮像面）Ｓｉｍｇには、例えば図示しない撮像素子が配置される。第４レンズ群Ｇ４と撮像面との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材ＧＣが配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスや各種光学フィルタなどの光学部材ＧＣが配置されている。

このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とを変倍群として光軸Ｚ１に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより焦点距離を連続的に変化させ、変倍を行うようになっている。より具体的には、第２レンズ群Ｇ２を光軸上で移動させることにより変倍が行われ、それに伴う像面変動の補正が第３レンズ群Ｇ３を光軸上で移動させることにより行われるようになっている。また、第３レンズ群Ｇ３は変倍作用も持つ。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。第１レンズ群Ｇ１および第４レンズ群Ｇ４は、変倍時には固定となっている。

このズームレンズは、以下の条件式（１），（２）を満足している。式中、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離、ｆｔは望遠端における全系の焦点距離を示す。
０．２４＜ｆ１／ｆｔ＜０．２９ ……（１）
―０．５５＜ｆ２／ｆ３＜―０．４４ ……（２）

第１レンズ群Ｇ１は、少なくとも３枚のレンズＬ１１〜Ｌ１３により構成されている。レンズＬ１１〜Ｌ１３はそれぞれ、負レンズ、正レンズおよび正レンズであることが好ましい。この場合、第１レンズ群Ｇ１に関して以下の条件式（３），（４）を満足するように構成されていることが好ましい。式中、Ｎ１は第１レンズ群Ｇ１における正レンズの屈折率の平均、ν１は第１レンズ群Ｇ１における正レンズのアッベ数の平均を示す。
Ｎ１＜１．５２ ……（３）
８０＜ν１ ……（４）

レンズＬ１１，Ｌ１２は例えば、貼り合わせレンズとなっている。レンズＬ１１は例えば、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズＬ１２は例えば、両凸レンズとなっている。レンズＬ１３は例えば、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。

第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも３枚のレンズＬ２１〜Ｌ２３により構成されている。レンズＬ２１は負レンズ、レンズＬ２２，Ｌ２３はそれぞれ、正レンズおよび負レンズからなり貼り合わせレンズであることが好ましい。レンズＬ２１は例えば、両凹レンズとなっている。レンズＬ２２は例えば、像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。レンズＬ２３は例えば、両凹レンズとなっている。

第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも３枚のレンズＬ３１〜Ｌ３３により構成されている。レンズＬ３１は正レンズ、レンズＬ３２，Ｌ３３はそれぞれ、負レンズおよび正レンズからなり貼り合わせレンズであることが好ましい。レンズＬ３１は例えば、両凸レンズとなっている。レンズＬ３２は例えば、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズＬ３３は例えば、物体側に凸面を向けている。レンズＬ３２，Ｌ３３を負、正の貼り合わせレンズとした場合、正レンズであるレンズＬ３３のアッベ数を８０以上にすることが好ましい。

第４レンズ群Ｇ４は、例えば６枚のレンズＬ４１〜Ｌ４６により構成されている。レンズＬ４１，Ｌ４２とレンズＬ４５，Ｌ４６は例えば、貼り合わせレンズとなっている。

なお、本実施の形態に係るズームレンズの特徴部分は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３にあり、第４レンズ群Ｇ４の構成は図示したものに限定されず、レンズ枚数やそのレンズ形状などに関して、他の構成をとり得る。

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。

このズームレンズでは、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを光軸Ｚ１に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより、変倍が行われる。このように負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを変倍群とすることで、高変倍比を実現しやすくしている。

このズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２を、物体側から順に少なくとも、負レンズと、正レンズおよび負レンズからなる貼り合わせレンズとで構成し、第３レンズ群Ｇ３を、物体側から順に少なくとも、正レンズと、負レンズおよび正レンズからなる貼り合わせレンズとで構成することで、全変倍域にわたって各収差を良好に補正することができる。特に，中間焦点距離におけるコマ収差を良好に補正することができる。さらに、第３レンズ群Ｇ３の貼り合わせレンズに、アッベ数が８０以上の正レンズを用いることで、中間焦点距離における軸上色収差を良好に補正することができる。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と望遠端における全系の焦点距離ｆｔとの適切な関係を規定している。下限を超えて第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなると、望遠端における負の球面収差が強くなり、好ましくない。また、上限を越えると、小型化に不利となるので好ましくない。

条件式（２）は、全長の短縮化に関するものであり、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離ｆ２と第３レンズ群Ｇ３の焦点距離ｆ３との適切な関係を規定している。式（２）の上限を越えると、第２レンズ群Ｇ２で発生するコマ収差が大きくなり、好ましくない。下限を越えると、全長の短縮化が困難となるので好ましくない。

条件式（３），（４）は、色収差を良好に補正するための条件であり、第１レンズ群Ｇ１における正レンズの適切なレンズ材料を規定している。この範囲を超えると、特に望遠側における軸上色収差を十分に補正することが困難となるので好ましくない。

以上説明したように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを変倍群として高変倍比を実現しやすい４群ズーム方式とし、かつ条件式（１），（２）を満たして各群の屈折力を適切に設定するようにしたので、主に監視用ビデオカメラに好適な小型で高変倍比のズームレンズを実現できる。また、他の好ましい条件を適宜採用して満足することで、収差性能をより良好なものとすることができる。

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２の数値実施例（実施例１，２）をまとめて説明する。

図５，図７は、図１（Ａ）〜（Ｃ）および図２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（実施例１）を示している。図５には基本的なレンズデータを示し、図７にはその他のデータを示す。また、図６，図８は、図３（Ａ）〜（Ｃ）および図４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（実施例２）を示している。図６には基本的なレンズデータを示し、図８にはその他のデータを示す。

図５，図６に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例に係る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＝１〜２８）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図２，図４において付した符号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、同様に物体側から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。Ｎｄｉの欄には、光学部材ＧＣも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１６）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、光学部材ＧＣも含めて、物体側からｊ番目のレンズ要素のアッベ数の値を示す。

各実施例に係るズームレンズは、変倍に伴って第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１５の値は可変となっている。図７，図８には、これらの面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１５の変倍時のデータとして、広角端、中間域および望遠端における値を示す。図７，図８にはまた、広角端、中間域および望遠端での焦点距離ｆの値（ｍｍ）とＦナンバー（ＦＮＯ．）の値とについても示す。図７，図８から分かるように、各実施例に係るズームレンズの変倍比は約６０倍と高変倍比を実現している。

図９には、上述の条件式（１）〜（４）に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。図９から分かるように、各実施例の値が、各条件式（１）〜（４）の数値範囲内となっている。

図１０（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ、実施例１に係るズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差、および横収差を示している。図１１（Ａ）〜（Ｅ）は、中間域における同様の各収差を示している。図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。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。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２についての諸収差を図１３（Ａ）〜（Ｅ）（広角端）、図１４（Ａ）〜（Ｅ）（中間域）および図１５（Ａ）〜（Ｅ）（望遠端）に示す。

以上の各数値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、小型化、高変倍比化が図られ、諸収差が良好に補正されたズームレンズが実現できている。これにより、監視用ビデオカメラに好適なズームレンズが実現できている。

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。

本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第１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。実施例１に係るズームレンズの詳細なレンズ断面図である。本発明の一実施の形態に係るズームレンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。実施例２に係るズームレンズの詳細なレンズ断面図である。実施例１に係るズームレンズの基本的なレンズデータを示す図である。実施例２に係るズームレンズの基本的なレンズデータを示す図である。実施例１に係るズームレンズのその他のレンズデータを示す図である。実施例２に係るズームレンズのその他のレンズデータを示す図である。条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。実施例１に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。実施例２に係るズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。実施例１に係るズームレンズの中間域における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。実施例２に係るズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差、（Ｅ）は横収差を示す。

符号の説明

ＧＣ…光学部材、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、Ｓｔ…絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims

物体側から順に、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、正の屈折力を有する第３レンズ群と、負の屈折力を有する第４レンズ群とからなる、物体像を結像させるズームレンズであって、
前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを光軸に沿って移動させて相互の間隔を変化させることにより焦点距離を連続的に変化させるようになされ、
以下の条件式（１），（２）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。
０．２４＜ｆ１／ｆｔ＜０．２９ ……（１）
―０．５５＜ｆ２／ｆ３＜―０．４４ ……（２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆｔ：望遠端における全系の焦点距離
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、正レンズとからなり、
かつ、以下の条件式（３），（４）を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
Ｎ１＜１．５２ ……（３）
８０＜ν１ ……（４）
ただし、
Ｎ１：第１レンズ群における正レンズの屈折率の平均
ν１：第１レンズ群における正レンズのアッベ数の平均
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズおよび負レンズからなる貼り合わせレンズとからなり、
前記第３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からなる貼り合わせレンズとからなる
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。