JP5496565B2 - ズームレンズ - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズに関し、詳しくは、ズームの設定を変更する際に、第1群が固定され、第2群が移動されるズームレンズに関するものである。
従来より、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられる、例えばズーム比が30以上で高解像度の高倍率ズームレンズが知られている。このような大きなズーム比を有するズームレンズには、例えば、正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群、正の屈折力を有する第3群、絞り、正の屈折力を有する第4群をこの順に備えたズームレンズが知られている。
また、このようなズームレンズには、ズームの設定を広角側や望遠側へ変更するときに、第1群を固定し、第2群を移動させて変倍を行うズームレンズが知られている(特許文献1参照)。
特開2007−148340号公報
ところで、撮像素子の高画素化、およびビデオカメラや電子スチルカメラの適用範囲の拡大に伴い、そのようなビデオカメラや電子スチルカメラに適用するズームレンズとして、より高解像度で高倍率のズームレンズが求められている。
ここで、口径比を小さくして高倍率化することは比較的容易であるが、そのようにすると暗所での撮影において光量不足が生じることがある。また、光量不足が生じないように口径比を大きくしようとすると装置サイズが大型化する虞がある。
そのため、例えば、小型監視用カメラ等に適用できるような口径比および装置サイズを維持しつつ、より高解像度で高倍率のズームレンズを実現したいという要請がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、口径比を小さくすることなく高解像度および高倍率化した小型のズームレンズを提供することを目的とするものである。
本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群、第2群に後続するレンズ群からなり、広角端から望遠端へズーム比を変更する際には、第1群を固定し第2群を光軸に沿って像側へ移動させて変倍が実施されるズームレンズであって、第2群と後続するレンズ群との間に絞りを備え、後続するレンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第3群、正の屈折力を有する第4群からなり、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第1群と第3群とが固定され、第2群の像側への移動により変倍させつつ、第4群の光軸方向への移動により像面の補正および合焦が行なわれるように構成されたものであり、第2群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のレンズ、両面非球面レンズを備え、かつ、前記両面非球面レンズの物体側のレンズ面が、式(1):sagM−sagZ<0、および式(2):sagM/sagZ>2.3を満足するものであることを特徴とするものである。
ここで、sagMは、ズームレンズが広角端に設定されているときの両面非球面レンズにおける物体側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さであり、sagZは、ズームレンズが広角端に設定されているときの非球面レンズにおける物体側のレンズ面上の有効径の80%の径の位置におけるレンズ深さである。
なお、レンズ面の有効径の位置におけるレンズ深さとは、このレンズ面上の光軸と交わる交点の位置からこのレンズ面上の有効径の位置までの光軸方向における距離を意味するものである。また、レンズ面の有効径の80%の径の位置におけるレンズ深さとは、このレンズ面上の光軸と交わる交点の位置からこのレンズ面上の有効径の80%の径の位置までの光軸方向における距離を意味するものである。
なお、レンズ深さの値は、レンズ面上の光軸と交わる交点の位置よりもレンズ面上の有効径の位置、あるいは有効径の80%の径の位置が物体側に存在する場合が負の値、レンズ面上の光軸と交わる交点の位置よりもレンズ面上の有効径の位置、あるいは有効径の80%の径の位置が像側に存在する場合が正の値となる。
前記第2群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のレンズ、両面非球面レンズ、負のレンズ、正のレンズの4枚のみを備え、負のレンズと正のレンズは両者が互に接合された接合レンズをなすものとすることが望ましい。
前記第3群は、物体側から順に、正の両面非球面レンズ、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ、物体側に凹面を向けた負のレンズ3枚のみを備えたものとすることができる。
前記第4群は、物体側から順に、正の両面非球面レンズ、正のレンズ、負のレンズの3枚のみを備え、正のレンズと負のレンズとは両者が互に接合された接合レンズをなすものとすることができる。
前記第2群の両面非球面レンズは、プラスチックレンズとすることができる。
本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群、この第2群に後続するレンズ群を備え、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第1群を固定し第2群を光軸に沿って像側へ移動させて変倍が実施されるズームレンズであって、第2群を、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のレンズ、両面非球面レンズを備えたものとし、かつ、前記両面非球面レンズの物体側のレンズ面が、式(1):sagM−sagZ<0、および式(2):sagM/sagZ>2.3を両方共に満足するようにしたので、口径比を小さくすることなく高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができ、特に監視用ビデオカメラ等に好適に用いられる小型で高解像度の高倍率ズームレンズを実現できる。
なお、第2群の両面非球面レンズの物体側のレンズ面が式(1)および式(2)を満足しない形状であると、特に像面湾曲とコマ収差が増大してしまい、ズーム範囲の全域に亘って収差を抑えるように補正することが困難となる。
本発明の実施の形態によるズームレンズの広角端に設定されている状態での概略構成をこのズームレンズを通る光線の光路とともに示す断面図 広角端に設定されている上記ズームレンズの第2群を通る光線の光路を拡大して示す図 望遠端に設定されている上記ズームレンズの概略構成をこのズームレンズを通る光線の光路とともに示す断面図 実施例1のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例1のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例1のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例1のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例1のズームレンズの横収差を示す図 実施例2のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例2のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例2のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例2のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例2のズームレンズの横収差を示す図 実施例3のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例3のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例3のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例3のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例3のズームレンズの横収差を示す図 実施例4のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例4のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例4のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例4のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例4のズームレンズの横収差を示す図 実施例5のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例5のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例5のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例5のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例5のズームレンズの横収差を示す図 実施例6のズームレンズの広角端に設定された状態での概略構成を示す図 広角端に設定された実施例6のズームレンズの縦収差を示す図 望遠端に設定された実施例6のズームレンズの縦収差を示す図 広角端に設定された実施例6のズームレンズの横収差を示す図 望遠端に設定された実施例6のズームレンズの横収差を示す図 本発明のズームレンズを用いて構成したビデオカメラを示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態によるズームレンズの概略構成をこのズームレンズを通る光線の光路とともに示す断面図である。この図1は上記ズームレンズが広角端に設定されている状態を示している。図2は広角端に設定されている上記ズームレンズの第2群を通る光線の光路を拡大して示す断面図、図3は望遠端に設定されている上記ズームレンズの概略構成を示す断面図である。
図示のズームレンズ100は、物体側(図中−Zの側)より順に、正の屈折力を有する第1群G1、負の屈折力を有する第2群G2、第2群G2に後続するレンズ群GKを備え、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、第1群G1の位置を固定し第2群G2の位置を光軸Z1に沿って像側(図中+Zの側)に移動させて変倍が実施されるものである。
このズームレンズ100は、第2群G2が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のレンズL5、両面非球面レンズL6を備え、かつ、この両面非球面レンズL6の物体側のレンズ面R10が、式(1)sagM−sagZ<0、および式(2)sagM/sagZ>2.3を満足するものである。
なお、図2に示すように、sagMは、ズームレンズ100が広角端に設定されているときの両面非球面レンズL6の物体側のレンズ面R10上の有効径の位置E100におけるレンズ深さDe100の値である。
また、図2に示すように、sagZは、ズームレンズ100が広角端に設定されているときの第2群G2の非球面レンズL6における物体側のレンズ面R10上の有効径の80%の径の位置E80におけるレンズ深さDe80の値である。
なお、レンズ深さDe100は、レンズ面R10と光軸Z1とが交わる交点の位置P10からこのレンズ面R10上の有効径の位置E100までの光軸方向(Z方向)における距離であり、位置P10を基準とし有効径の位置E100が物体側に存在する場合を負、位置P10を基準とし有効径の位置E100が像側に存在する場合を正の値として示す。したがって、図2においてレンズ深さを示すsagMの値は、位置P10を基準とし有効径の位置E100が物体側に存在するので負の値となり、その大きさ(値の絶対値)は、位置P10から有効径の位置E100までの光軸方向(Z方向)における距離となる。
また、レンズ面R10における有効径の80%の径の位置E80でのレンズ深さDe80を示すsagZの値も、上記sagMの場合と同様に定められるものである。
なお、回転対象な形状をなすレンズを構成するレンズ面の有効径の位置は、レンズの光軸Z1からの距離が一定である。
以下に、本願発明に必須の構成ではないが、本願発明における望ましい構成について説明する。ズームレンズ100はこれらの構成を備えたものである。
なお、図1,3では、ズームレンズ100を構成するレンズL1〜L15を物体側(図中−Z方向)から像側(図中+Z方向)へこの順に示すとともに、各レンズL1〜L15におけるレンズ面R1〜R27を物体側から像側に順に示している。
ここで、レンズ面R2はレンズL1とレンズL2との接合面、レンズ面R13はレンズL7とL8との接合面、レンズ面R24はレンズL13とL14との接合面を示している。
なお、レンズ面R2はレンズL1の像側のレンズ面とレンズL2の物体側のレンズ面とを共通の符号R2で示している。他の接合面であるレンズ面R13およびレンズ面R24についても同様である。
平行平面板L15は、撮像面に入射する不要な光を遮断するためのフィルタである。
また、物体側からズームレンズ100へ入射した光は、このズームレンズ100通して結像面Jk上に結像される。
なお、開口絞りStは、第2群G2とレンズ群GKとの間に配置されている。
上記第1群G1は、物体側より順に、レンズL1、レンズL2、レンズL3、およびレンズL4を備えたものであり、レンズL1とレンズL2は両者が接合された接合レンズS12をなすものである。
第2群G2は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負のレンズL5、両面非球面レンズL6、負のレンズL7、正のレンズL8の4枚のみを備え、負のレンズL7と正のレンズL8とは両者が接合された接合レンズS78をなすものである。第2群G2をこのように構成すれば、ズームレンズ100におけるズーム範囲の全域に亘って収差を良好に補正できる。
また、第2群G2に後続するレンズ群GKは、物体側より順に、正の屈折力を有する第3群、正の屈折力を有する第4群を備えたものである。そして、広角端から望遠端へズームの設定を変更する際には、第1群G1と第3群G3とを結像面Jkに対して固定し、第2群G2を光軸Z1に沿って像側へ移動させて変倍させつつ、第4群G4を光軸Z1に沿って移動させることにより像面の補正および合焦が行なわれる。後続するレンズ群GKをこのように構成すれば、ズームレンズ100をより小型化することができる。
なお、ズームレンズ100においてズームを設定する際の、位置の固定および移動は、結像面Jkの位置に対する各群の位置の固定および移動である。
上記像点位置の補正(像面の補正)は、第2群を光軸に沿って移動させることで変倍を行い、この変倍に伴う像点位置の変動を第4群で修正する補正であり、上記合焦は、ズームレンズを通して結像させた像を結像面Jk上に位置させるようにするための結像位置の調節である。
第3群G3は、物体側より順に、正の両面非球面レンズL9、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズL10、物体側に凹面を向けた負のレンズL11の3枚のみを備えたものである。第3群G3をこのように構成すれば、ズームレンズ100をさらに小型化することができる。
また、第4群G4は、物体側から順に、正の両面非球面レンズL12、正のレンズL13、負のレンズL4の3枚のみを備え、正のレンズL13と負のレンズL4は両者が接合された接合レンズS1314をなすものである。第4群G4をこのように構成すれば、合焦(フォーカシング)時の距離変動を低減することができる。
なお、第2群G2の両面非球面レンズL6は、プラスチックレンズとしてもよい。そのようにすれば、諸収差を抑えるために必要となるレンズ部材のコストを安価にすることができ、装置コストを低減することができる。
<具体的な実施例>
次に、図4(図4A、4B、4C、4D、4E)〜図9(図9A、9B、9C、9D、9E)、および表1(表1a、表1b、表1c)〜表6(表6a、表6b、表6c)を参照し、実施例1〜実施例6の各ズームレンズに係る数値データ等についてまとめて説明する。
なお、実施例1から実施例6の各ズームレンズを広角端に設定したときのsagM−sagZの値、およびsagM/sagZの値を以下に示す。
実施例1:sagM−sagZの値=−0.010、sagM/sagZの値=2.70
実施例2:sagM−sagZの値=−0.009、sagM/sagZの値=8.20
実施例3:sagM−sagZの値=−0.008、sagM/sagZの値=4.57
実施例4:sagM−sagZの値=−0.007、sagM/sagZの値=3.04
実施例5:sagM−sagZの値=−0.010、sagM/sagZの値=2.84
実施例6:sagM−sagZの値=−0.010、sagM/sagZの値=2.76
表1〜表6は、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれの基本的なデータを示す表である。
表1a〜表6aにレンズデータを、表1b〜表6bに広角端の設定と望遠端の設定との違いを比較して示す。さらに、表1c〜表6cに各ズームレンズに採用した非球面の形状を表す非球面式の各係数を示す。
表1a〜表6aのレンズデータにおいて、レンズの面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、・・・)の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りStや結像面Jkの面番号は含まれていないが、平行平面板L15の物体側の面と像側の面の面番号(i=26、27)は含まれている。
Riはi番目(i=1、2、3、・・・)の面の近軸曲率半径を示し、Di(i=1、2、3、・・・)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、レンズデータの近軸曲率半径を示す符号Riは、図1中のレンズ面を示す符号Ri(i=1、2、3、・・・)と対応している。
ここで、接合面であるレンズ面R2は、レンズL1の像側のレンズ面とレンズL2の物体側のレンズ面とを共通の符号R2で示すものである。また、接合面であるレンズ面R13は、レンズL7の像側のレンズ面とレンズL8の物体側のレンズ面とを共通の符号R13で示すものである。さらに、接合面であるレンズ面R24は、レンズL13の像側のレンズ面とレンズL14の物体側のレンズ面とを共通の符号R24で示すものである。
また、Nejは物体側から像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、・・・)の光学要素のe線(波長546.1nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線(波長587.6nm)に対するアッベ数を示す。
また、近軸曲率半径および面間隔の単位はmmであり、近軸曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
表1b〜表6bに示す広角端における設定と望遠端における設定との比較は、間隔D7、D14、D20、D25、および焦点距離f′について両者の違いを示している。
なお、表1c〜表6cに示す非球面式の各係数KA、B3、B4、B5・・・は下記非球面式に適用されるものである。
Figure 0005496565
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図4A、5A、・・・9Aは、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれを広角端に設定した状態における概略構成を示す断面図であり、説明済みの図1〜3中の符号と一致する図4A〜図9A中の符号は、互に対応する部位を示している。
図4B、5B、・・・9Bは、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれの広角端における縦収差を示す図である。
図4C、5C、・・・9Cは、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれの望遠端における縦収差を示す図である。
図4D、5D、・・・9Dは、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれの広角端における横収差を示す図である。
図4E、5E、・・・9Eは、実施例1〜実施例6のズームレンズそれぞれの望遠端における横収差を示す図である。
収差を示す各図は、波長546.1nm(e線)、波長460.0nm、波長615.0nmそれぞれについての収差を示している。
収差を示す各図において波長546.1nm(e線)については実線で表示し、波長460.0nmについては破線で表示し、波長615.0nmについては1点鎖線で表示している。
横収差を示す各図は、コマ収差を示しており、左右方向に、タンジェンシャル方向のコマ収差とサジタル方向のコマ収差とを対応させて示している。
なお、縦収差を表す図中の非点収差およびディストーションに関する図の縦軸に示す角度は半画角である。この半画角をωとしたときに、図中のディストーションは、ズームレンズ全系の焦点距離f、画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、理想像高をf×tanθとし、理想像高からの像高方向のずれ量をパーセントで表したものである。
図中の非点収差は、画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、近軸像面からの光軸方向のずれ量を表したものである。
実施例1〜6の基本的なデータおよび諸収差を示す図等から分かるように、本発明のズームレンズによれば、レンズそれぞれの形状や材質の最適化を図ることで、口径比を小さくすることなく高解像度化および高倍率化した小型のズームレンズを得ることができる。
図10に、本発明の実施の形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ100を用いて構成したビデオカメラ101の構成を示す。なお、図10では、ズームレンズ100が備える第1群G1、第2群G2、開口絞りSt、第3群G3、第4群G4を概略的に示し、変倍時に移動する第2群G2および第4群G4には移動方向に両矢印を付している。
ビデオカメラ101は、ズームレンズ100と、このズームレンズ100の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ2と、フィルタ2の像側に配置された撮像素子4と、信号処理回路5とを備えている。ここで、撮像素子4の受光面の位置がズームレンズ100の結像面Jkの位置と一致する。
ズームレンズ100により撮像素子4の受光面上に被写体の像が結像され、撮像素子4から出力されたこの像を担持する画像信号が信号処理回路5で処理されて表示装置6にその像を表す可視像が表示される。
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、各レンズの曲率半径、屈折率、分散、あるいは、各レンズ間の面間隔などは、上記数値に限定されず、他の値を取り得る。
G1 第1群
G2 第2群
GK 後続するレンズ群
L5 負のレンズ、
L6 両面非球面レンズ
R10 両面非球面レンズL6の物体側のレンズ面
Z1 光軸

Claims (5)

  1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第1群、負の屈折力を有する第2群、前記第2群に後続するレンズ群からなり、ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、前記第1群が固定され、前記第2群の像側への移動により変倍が実施されるズームレンズであって、
    前記第2群と前記後続するレンズ群との間に絞りを備え、
    前記後続するレンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第3群、正の屈折力を有する第4群からなり、
    ズームの設定を広角端から望遠端へ変更する際には、前記第1群と前記第3群とが固定され、前記第2群の像側への移動により変倍させつつ、前記第4群の光軸方向への移動により像面の補正および合焦が行なわれるように構成されたものであり、
    前記第2群が、物体側から順に、像側に凹面を向けた負のレンズ、両面非球面レンズを備え、かつ、前記両面非球面レンズの物体側のレンズ面が、以下の式(1)および式(2)を満足するものであることを特徴とするズームレンズ。
    sagM−sagZ<0 ・・・(1)
    sagM/sagZ>2.3 ・・・(2)
    ここで、
    sagM:ズームレンズが広角端に設定されているときの前記両面非球面レンズにおける物体側のレンズ面上の有効径の位置におけるレンズ深さ
    sagZ:ズームレンズが広角端に設定されているときの前記非球面レンズにおける物体側のレンズ面上の有効径の80%の径の位置におけるレンズ深さ
  2. 前記第2群が、物体側から順に、前記像側に凹面を向けた負のレンズ、前記両面非球面レンズ、負のレンズ、正のレンズのみを備え、前記負のレンズと正のレンズとは互に接合された接合レンズをなすものであることを特徴とする請求項1記載のズームレンズ。
  3. 前記第3群が、物体側から順に、正の両面非球面レンズ、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズ、物体側に凹面を向けた負のレンズのみを備えたものであることを特徴とする請求項1または2記載のズームレンズ。
  4. 前記第4群が、物体側から順に、正の両面非球面レンズ、正のレンズ、負のレンズのみを備え、前記正のレンズと負のレンズとは互に接合された接合レンズをなすものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
  5. 請求項1からのいずれか1項記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
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