JP6670262B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、特に、遠距離用の監視カメラに好適なズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
従来、港湾や空港等での遠方監視に用いる監視カメラ用の光学系として高変倍比を有するズームレンズが用いられている。このようなズームレンズとして、例えば下記特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1には、物体側から順に第1レンズ群〜第4レンズ群の4つのレンズ群を備え、そのうち第2レンズ群と第3レンズ群を移動させて変倍を行うレンズ系であって、第1レンズ群および第2レンズ群が接合レンズを有するズームレンズが記載されている。
特開2012−32469号公報
近年、遠方監視用途のズームレンズには、長焦点距離まで変倍可能な高い変倍比を有しながら、撮像素子の高画素化に対応可能なように高性能であることが求められている。また、上記用途では夜間時や濃霧時等でも撮影可能なように可視域から近赤外域までの広い波長域で高い光学性能を保持するズームレンズが要望されている。しかしながら、ズームレンズの焦点距離を長大化すると色収差の発生量が増大してしまうため、長焦点距離を有するズームレンズでは色収差の補正が大きな課題となる。
例えば、特許文献1のレンズ系のようなズームレンズにおいて、望遠端の軸上色収差および倍率色収差を良好に補正しようとすると、特に第1レンズ群および第2レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径の絶対値が小さくなり、広角端において急激に倍率色収差が発生してしまう。要求性能が年々厳しくなっている近年の要望に十分応えようとすると、特許文献1に記載のズームレンズに対してもさらなる色収差の補正の改善が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高変倍比を有しながら、可視域から近赤外域までの広い波長域にわたり色収差が良好に補正され、高い光学性能を保持するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
本発明のズームレンズは、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、絞りと、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、広角端から望遠端への変倍時に、第1レンズ群、絞り、および第4レンズ群は像面に対して固定されており、第2レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、第3レンズ群は光軸に沿って物体側へ移動し、第2レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第2Aレンズ群と、負の屈折力を有する第2Bレンズ群と、負の屈折力を有する第2Cレンズ群とからなり、第2Aレンズ群は、負レンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズを最も像側に有し、3枚以下のレンズからなり、第2Bレンズ群に含まれる全てのレンズは負の屈折力を有する単レンズであり、第2Cレンズ群は、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなり、第2レンズ群の焦点距離をf2、第2Bレンズ群の焦点距離をf2Bとしたとき、下記条件式(1)を満足することを特徴とする。
0.01<f2/f2B<1 (1)
本発明のズームレンズにおいては、下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。
0.1<f2/f2B<0.7 (1−1)
本発明のズームレンズにおいては、第2Aレンズ群の接合レンズの接合面は物体側に凸面を向けており、第2Cレンズ群の接合レンズの接合面は像側に凸面を向けていることが好ましい。
本発明のズームレンズにおいては、広角端から望遠端への変倍時に、第2レンズ群および第3レンズ群はそれぞれの横倍率が−1倍となる点を同時に通ることが好ましい。
本発明のズームレンズにおいては、望遠端での全系の焦点距離をfT、第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(2)を満足することが好ましく、下記条件式(2−1)を満足することがより好ましい。
−40<fT/f2<−10 (2)
−30<fT/f2<−15 (2−1)
本発明のズームレンズにおいては、望遠端での全系の焦点距離をfT、第3レンズ群の焦点距離をf3としたとき、下記条件式(3)を満足することが好ましく、下記条件式(3−1)を満足することがより好ましい。
5<fT/f3<30 (3)
7<fT/f3<15 (3−1)
本発明のズームレンズにおいては、第3レンズ群は、物体側から順に、1枚の正レンズからなる第3Aレンズ群と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Bレンズ群と、像側に凸面を向けた正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Cレンズ群とからなることが好ましい。その際に、第3Cレンズ群の正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL34、第3Cレンズ群の負レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL35としたとき、下記条件式(4)を満足することが好ましく、下記条件式(4−1)を満足することがより好ましい。
−0.02<θgFL34−θgFL35<0 (4)
−0.01<θgFL34−θgFL35<0 (4−1)
本発明のズームレンズにおいては、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メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Aレンズ群と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Bレンズ群と、1枚の負レンズからなる第1Cレンズ群とからなることが好ましい。
第1レンズ群が上記の3つのレンズ群からなる場合、第1Aレンズ群の負メニスカスレンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL11、第1Aレンズ群の正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL12としたとき、下記条件式(5)を満足することが好ましく、下記条件式(5−1)を満足することがより好ましい。
0<θgFL12−θgFL11<0.02 (5)
0<θgFL12−θgFL11<0.01 (5−1)
また、第1レンズ群が上記の3つのレンズ群からなる場合、第1Bレンズ群の負メニスカスレンズのd線に対する屈折率をNL13、第1Cレンズ群の負レンズのd線に対する屈折率をNL15、第1Aレンズ群の負メニスカスレンズのd線基準のアッベ数をνL11、第1Aレンズ群の正レンズのd線基準のアッベ数をνL12、第1Aレンズ群の焦点距離をf1A、第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(6)〜(8)の少なくとも1つを満足することが好ましい。
1.55<(NL13+NL15)/2<1.9 (6)
5<νL12−νL11<40 (7)
0.7<f1A/f1<2 (8)
本発明のズームレンズにおいては、望遠端での全系の焦点距離をfT、第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(9)を満足することが好ましい。
1<fT/f1<4 (9)
本発明のズームレンズにおいては、第4レンズ群は、物体側から順に、前群と、前群に対し第4レンズ群中で最も長い光軸上の空気間隔を隔てた後群とからなり、後群は、物体側から順に、正の屈折力を有する単レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズとを有することが好ましい。
本発明の撮像装置は、本発明のズームレンズを備えたものである。
なお、本明細書の「〜からなり」、「〜からなる」は、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、カバーガラス等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および/または手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図するものである。
なお、上記の「正の屈折力を有する〜群」とは、群全体として正の屈折力を有することを意味する。上記の「負の屈折力を有する〜群」についても同様である。上記の「〜群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、1枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。上記の群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。「単レンズ」とは、接合されていない1枚のレンズからなるものを意味する。「負メニスカスレンズ」は負の屈折力を有するメニスカスレンズである。上記条件式は全て無限遠物体に合焦した状態においてd線(波長587.6nm(ナノメートル))を基準としたものである。
なお、あるレンズのg線とF線間の部分分散比θgFとは、g線(波長435.8nm(ナノメートル))、F線(波長486.1nm(ナノメートル))、およびC線(波長656.3nm(ナノメートル))に対するそのレンズの屈折率をそれぞれNg、NF、およびNCとしたとき、θgF=(Ng−NF)/(NF−NC)で定義されるものである。
本発明によれば、物体側から順に、正の第1レンズ群、負の第2レンズ群、正の第3レンズ群、絞り、および正の第4レンズ群からなるレンズ系において、変倍の際に第2レンズ群と第3レンズ群を移動させ、第2レンズ群の構成を詳細に設定し、所定の条件式を満足するように設定することにより、高変倍比を有しながら、可視域から近赤外域までの広い波長域にわたり色収差が良好に補正され、高い光学性能を保持するズームレンズ、およびこのズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例1のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例2のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例3のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例4のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例5のズームレンズの構成と光路を示す断面図であり、上段が広角端状態のものであり、下段が望遠端状態のものである。 本発明の実施例1のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例2のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例3のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例4のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の実施例5のズームレンズの各収差図であり、上段が広角端状態のものであり、中段が中間焦点距離状態のものであり、下段が望遠端状態のものであり、各状態の収差図はいずれも左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略的な構成図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に、本発明の一実施形態に係るズームレンズのレンズ構成と光路の断面図を示す。図1では、「WIDE」と付した上段に広角端状態を示し、光束として軸上光束waおよび最大画角の光束wbを記入しており、「TELE」と付した下段に望遠端状態を示し、光束として軸上光束taおよび最大画角の光束tbを記入している。なお、図1に示す例は後述の実施例1のズームレンズに対応している。図1では紙面左側が物体側、紙面右側が像側であり、無限遠物体に合焦した状態を示している。
なお、ズームレンズが撮像装置に搭載される際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタおよび/または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図1ではこれらを想定した平行平面板状の光学部材PPをレンズ系と像面Simとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材PPの位置は図1に示すものに限定されないし、光学部材PPを省略した構成も可能である。
このズームレンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、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、開口絞りStと、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。なお、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさおよび/または形状を表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。広角端から望遠端への変倍時に、第1レンズ群G1、開口絞りSt、および第4レンズ群G4は像面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2は光軸Zに沿って常に像側へ移動し、第3レンズ群G3は光軸Zに沿って常に物体側へ移動するように構成されている。第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の移動方向を上記方向とすることによって、広角端から望遠端への変倍時に第2レンズ群G2と第3レンズ群G3の相対距離を常に減少させることができるため、効率良く変倍を行うことができ、高変倍に好適となる。図1では、広角端から望遠端へ変倍する際の第2レンズ群G2および第3レンズ群G3それぞれの模式的な移動軌跡を上段と下段の間に矢印で示している。
このズームレンズでは、変倍時に可動の負の屈折力を有する第2レンズ群G2で一度跳ね上げられた光線が、正の屈折力を有する第3レンズ群G3で収束させられるため、光学系が大型化しにくい。一般に、高変倍比のレンズ系は大型化しやすいが、設置スペースの制約、大型化に伴う重量増による設置強度の強化に伴うコストアップ、および屋外使用時の強風の影響などを考慮する必要のある監視カメラ等の撮像装置に適用することを考えると、高変倍比でありながら可能な限りレンズ系の大型化が抑制されることが望まれている。変倍時に可動の2つのレンズ群を持つ高変倍ズームレンズのうち本実施形態と異なる他の構成として、変倍時に可動の2つのレンズ群がいずれも負の屈折力を有するタイプがある。しかし、このタイプでは可動の2つのいずれのレンズ群でも光線が発散させられるため、光学系が大型化してしまい高変倍ズームレンズには不利な構成と言える。これに対して、本実施形態によれば、光学系が大型化しにくく市場の要求に合った高変倍ズームレンズに好適な構成となる。
また、開口絞りStより像側の後続群となる第4レンズ群G4を正の屈折力を有するレンズ群とすることによって、正の屈折力を好適な比率で第3レンズ群G3と第4レンズ群G4に分配できるので、第3レンズ群G3の正の屈折力を適切に設定することができる。これによって、特に広角端からズーム中間域の球面収差を良好に補正することができる。
このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍時に、第2レンズ群G2および第3レンズ群G3はそれぞれの横倍率が−1倍(倒立等倍)となる点を同時に通ることが好ましい。このようにした場合は、第3レンズ群G3が像面Simの補正だけでなく変倍そのものにも作用し、−1倍となる位置を基準として、広角側では縮小倍率となり、望遠側では拡大倍率となるため、変倍比を大きくとることが可能となる。なお、図1では、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3それぞれの横倍率が同時に−1倍となる位置を移動軌跡の図中に水平の点線で示している。
このズームレンズの第2レンズ群G2は、物体側から順に、負の屈折力を有する第2Aレンズ群G2A、負の屈折力を有する第2Bレンズ群G2B、負の屈折力を有する第2Cレンズ群G2C、の3つのサブレンズ群からなる。
第2Aレンズ群G2Aは、負レンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズを最も像側に有し、3枚以下のレンズからなるように構成される。この構成は広角側で発生する倍率色収差および歪曲収差の補正に有効である。また、第2Aレンズ群G2Aが有するレンズを3枚以下とすることで、光学系の大型化の抑制に貢献する。
第2Bレンズ群G2Bに含まれるレンズは全て負の屈折力を有する単レンズであるように構成される。このような構成の第2Bレンズ群G2Bを第2Aレンズ群G2Aと第2Cレンズ群G2Cの間に配置することによって、第2レンズ群G2全体の負の屈折力を弱めることなく、第2レンズ群G2内の正レンズの屈折力を強くすることができ、倍率色収差の変倍による変動を抑えることができる。
第2Cレンズ群G2Cは、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された1組の接合レンズからなるように構成される。これによって、望遠側において軸上色収差を良好に補正することが容易となる。
このズームレンズは、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、第2Bレンズ群G2Bの焦点距離をf2Bとしたとき、下記条件式(1)を満足するように構成されている。条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、第2Bレンズ群G2Bの屈折力が弱まり過ぎるのを抑えることができ、第2レンズ群G2内の正レンズの屈折力を強くすることができ、倍率色収差の変倍による変動を抑えることができる。条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、第2Bレンズ群G2Bの負の屈折力が強まることによって生じる望遠端での球面収差の補正過剰を抑えることができる。そしてこれによって望遠端でのFナンバーを小さくすることが容易となる。条件式(1)に関する効果を高めるためには下記条件式(1−1)を満足することがより好ましい。
0.01<f2/f2B<1 (1)
0.1<f2/f2B<0.7 (1−1)
なお、第2Aレンズ群G2Aの最も像側に配置される接合レンズの接合面は物体側に凸面を向けていることが好ましい。このようにした場合は、広角側で像高が高くなるにつれて急激に発生する倍率色収差を補正しつつ、望遠側において軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
また、第2Cレンズ群G2Cを構成する接合レンズの接合面は像側に凸面を向けていることが好ましい。このようにした場合は、広角側で発生する倍率色収差を補正しつつ、望遠側では軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
このズームレンズは、望遠端での全系の焦点距離をfT、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(2)を満足することが好ましい。条件式(2)の下限以下とならないようにすることによって、第2レンズ群G2の負の屈折力が強くなり過ぎず球面収差の補正過剰を防ぐことができる。これにより主に望遠端における球面収差を好適に補正することができる。条件式(2)の上限以上とならないようにすることによって、変倍に伴う第2レンズ群G2の移動距離の増加を適切に抑えることができる。結果としてレンズ系全長を最適な長さにすることができる。条件式(2)に関する効果を高めるためには下記条件式(2−1)を満足することがより好ましい。
−40<fT/f2<−10 (2)
−30<fT/f2<−15 (2−1)
また、このズームレンズは、望遠端での全系の焦点距離をfT、第3レンズ群G3の焦点距離をf3としたとき、下記条件式(3)を満足することが好ましい。条件式(3)の下限以下とならないようにすることによって、変倍に伴う第3レンズ群G3の移動距離の増加を適切に抑えることができる。結果としてレンズ系全長を最適な長さにすることができる。条件式(3)の上限以上とならないようにすることによって、第3レンズ群G3の正の屈折力が大きくなり過ぎず球面収差の補正不足を防ぐことができる。これによって主に広角端における球面収差を好適に補正することができる。条件式(3)に関する効果を高めるためには下記条件式(3−1)を満足することがより好ましい。
5<fT/f3<30 (3)
7<fT/f3<15 (3−1)
第3レンズ群G3の好ましい態様としては、第3レンズ群G3は、物体側から順に、1枚の正レンズからなる第3Aレンズ群G3A、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Bレンズ群G3B、像側に凸面を向けた正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Cレンズ群G3C、の3つのサブレンズ群からなることである。
第3Aレンズ群G3Aを上記構成とすることによって、第2レンズ群G2からの発散光を収束に導くことができ、第3Aレンズ群G3Aの像側に配置された2組の接合レンズの接合面で生じる高次の球面収差の波長による差を補正することができる。また、第3Aレンズ群G3Aの像側に上記構成の接合レンズからなる第3Bレンズ群G3Bを配置することによって、接合面で発生する高次の球面収差の波長による差を良好に補正しつつ、第3Aレンズ群G3Aで発生する軸上色収差を補正することができる。さらに、第3Bレンズ群G3Bの像側に上記構成の接合レンズからなる第3Cレンズ群G3Cを配置することによって、変倍による倍率色収差の変動を補正することが可能となる。
第3レンズ群G3が上記好ましい態様を採る場合、第3Cレンズ群G3Cの正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL34、第3Cレンズ群G3Cの負レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL35としたとき、下記条件式(4)を満足することが好ましい。条件式(4)を満足することによって、第3Cレンズ群G3Cの接合レンズで発生する2次色収差を補正することが可能となり、良好な光学性能を得ることができる。条件式(4)に関する効果を高めるためには下記条件式(4−1)を満足することがより好ましい。
−0.02<θgFL34−θgFL35<0 (4)
−0.01<θgFL34−θgFL35<0 (4−1)
第1レンズ群G1の好ましい態様としては、第1レンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Aレンズ群G1Aと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Bレンズ群G1Bと、1枚の負レンズからなる第1Cレンズ群G1Cとからなることが好ましい。
最も物体側から順に連続して、全体として正の屈折力を有する上記構成の接合レンズを2組配列することによって、球面収差および望遠側での軸上色収差の低減に有利となる。上記構成によって第1Aレンズ群G1Aの最も物体側のレンズ面は凸面となり、これによってレンズ系全長の短縮に有利となる。また、上記構成によって第1Aレンズ群G1Aの接合面は物体側に凸面を向けた形状となり、これによって、波長による球面収差の差が発生しにくく、また高次の球面収差が発生しにくくなる。同様に、上記構成によって第1Bレンズ群G1Bの最も物体側のレンズ面が凸面となり、これによってレンズ系全長の短縮および球面収差の低減に有利となる。また、上記構成によって第1Bレンズ群G1Bの接合面は物体側に凸面を向けた形状となり、これによって波長による球面収差の差が発生しにくく、また高次の球面収差が発生しにくくなる。第1Cレンズ群G1Cを上記構成とすることによって、望遠端での球面収差の補正、および広角端での歪曲収差の補正に有利となる。
第1レンズ群G1が上記好ましい態様を採る場合、第1Aレンズ群G1Aの負メニスカスレンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL11、第1Aレンズ群G1Aの正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL12としたとき、下記条件式(5)を満足することが好ましい。条件式(5)を満足することによって、第1Aレンズ群G1Aの接合レンズで発生する2次色収差を補正することが可能となり、良好な光学性能を得ることができる。条件式(5)に関する効果を高めるためには下記条件式(5−1)を満足することがより好ましい。
0<θgFL12−θgFL11<0.02 (5)
0<θgFL12−θgFL11<0.01 (5−1)
また、第1レンズ群G1が上記好ましい態様を採る場合、第1Bレンズ群G1Bの負メニスカスレンズのd線に対する屈折率をNL13、第1Cレンズ群G1Cの負レンズのd線に対する屈折率をNL15としたとき、下記条件式(6)を満足することが好ましい。条件式(6)の下限以下とならないようにすることによって、第1Bレンズ群G1Bの負メニスカスレンズと第1Cレンズ群G1Cの負レンズで発生する球面収差の増大を抑えることができ、望遠側における球面収差の補正不足を低減させることに有利となる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることによって、望遠側における球面収差の補正過剰を低減させることに有利となる。条件式(6)に関する効果を高めるためには下記条件式(6−1)を満足することがより好ましい。
1.55<(NL13+NL15)/2<1.9 (6)
1.65<(NL13+NL15)/2<1.8 (6−1)
また、第1レンズ群G1が上記好ましい態様を採る場合、第1Aレンズ群G1Aの負メニスカスレンズのd線基準のアッベ数をνL11、第1Aレンズ群G1Aの正レンズのd線基準のアッベ数をνL12としたとき、下記条件式(7)を満足することが好ましい。条件式(7)の下限以下とならないようにすることによって、1次の軸上色収差を補正するために接合面の曲率半径の絶対値を小さくなることがなく、これによって軸上光束のマージナル域での急激な球面収差の増大を抑えることができる。条件式(7)の上限以上とならないようにすることによって、1次の軸上色収差を良好に補正できるとともに、実在する光学材料を用いて第1Aレンズ群G1Aを構成する負メニスカスレンズと正レンズを作製することを考えた場合にこれらのレンズの部分分散比の差が大きくなることがなく、2次の軸上色収差も良好に補正することができる。条件式(7)に関する効果を高めるためには下記条件式(7−1)を満足することがより好ましい。
5<νL12−νL11<40 (7)
10<νL12−νL11<25 (7−1)
また、第1レンズ群G1が上記好ましい態様を採る場合、第1Aレンズ群G1Aの焦点距離をf1A、第1レンズ群G1の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(8)を満足することが好ましい。条件式(8)の下限以下とならないようにすることによって、第1Aレンズ群G1Aで発生する球面収差の増大を抑えることができ、望遠端における球面収差の補正不足を低減させることができる。条件式(8)の上限以上とならないようにすることによって、第1Aレンズ群G1Aを通過した光線が第1Bレンズ群G1Bの接合面に良好な高さで入射することができる。このため望遠側において軸上光束のマージナル域で発生する軸上色収差の増大を抑えることができる。条件式(8)に関する効果を高めるためには下記条件式(8−1)を満足することがより好ましい。
0.7<f1A/f1<2 (8)
0.9<f1A/f1<1.3 (8−1)
また、第1レンズ群G1について、望遠端での全系の焦点距離をfT、第1レンズ群G1の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(9)を満足することが好ましい。条件式(9)の下限以下とならないようにすることによって、レンズ系全長の増大を抑えることができる。条件式(9)の上限以上とならないようにすることによって、第1レンズ群G1の正の屈折力を適切に保つことができ、球面収差が増大するのを抑えることができる。条件式(9)に関する効果を高めるためには下記条件式(9−1)を満足することがより好ましい。
1<fT/f1<4 (9)
1.5<fT/f1<3 (9−1)
第4レンズ群G4は、物体側から順に、前群G4F、前群G4Fに対し第4レンズ群G4中で最も長い光軸上の空気間隔を隔てた後群G4R、の2つのサブレンズ群からなると考えることができる。その場合、後群G4Rは、物体側から順に、正の屈折力を有する単レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズとを有することが好ましい。このようにした場合は、開口絞りStから離れた像側の位置に、正の屈折力を有する単レンズを配置することによって軸上光束を収束させるとともに跳ね上げられた軸外光束を光軸方向に折り曲げながら収束させることができる。また、この正の屈折力を有する単レンズの像側に配置された像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと正レンズの接合レンズによって倍率色収差の補正を良好に行うことが可能となる。なお、後群G4Rにおいて上記の正の屈折力を有する単レンズと上記の接合レンズとが連続して配置されている場合には、倍率色収差の補正をより良好に行うことが可能となる。
なお、上述した好ましい構成および可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、長焦点距離まで変倍可能な高い変倍比を有しながら、可視域から近赤外域までの広い波長域にわたり色収差が良好に補正され、高い光学性能を保持するズームレンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「長焦点距離」とは300mm以上を意味し、「高変倍比」とは30倍以上のことを意味する。
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1のズームレンズのレンズ構成は図1に示したものであり、その図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例1のズームレンズは、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、開口絞りStと、正の屈折力を有する第4レンズ群G4とからなる。広角端から望遠端への変倍時に、第1レンズ群G1、開口絞りSt、および第4レンズ群G4は像面Simに対して固定されており、第2レンズ群G2は像側へ移動し、第3レンズ群G3は物体側へ移動する。
第1レンズ群G1は物体側から順に、第1Aレンズ群G1Aと、第1Bレンズ群G1Bと、第1Cレンズ群G1Cとからなる。第1Aレンズ群G1Aは物体側から順にレンズL11〜L12の2枚のレンズからなり、第1Bレンズ群G1BはレンズL13〜L14の2枚のレンズからなり、第1Cレンズ群G1CはレンズL15の1枚のレンズからなる。第2レンズ群G2は物体側から順に、第2Aレンズ群G2Aと、第2Bレンズ群G2Bと、第2Cレンズ群G2Cとからなる。第2Aレンズ群G2Aは物体側から順にレンズL21〜L23の3枚のレンズからなり、第2Bレンズ群G2BはレンズL24の1枚のレンズからなり、第2Cレンズ群G2Cは物体側から順にレンズL25〜L26の2枚のレンズからなる。第3レンズ群G3は物体側から順に、第3Aレンズ群G3Aと、第3Bレンズ群G3Bと、第3Cレンズ群G3Cとからなる。第3Aレンズ群G3AはレンズL31の1枚のレンズからなり、第3Bレンズ群G3BはレンズL32〜L33の2枚のレンズからなり、第3Cレンズ群G3CはレンズL34〜L35の2枚のレンズからなる。第4レンズ群G4は物体側から順に、前群G4Fと、後群G4Rとからなる。前群G4Fは物体側から順にレンズL41〜L45の5枚のレンズからなり、後群G4Rは物体側から順にレンズL46〜L50の5枚のレンズからなる。
実施例1のズームレンズの基本レンズデータを表1に、諸元と可変面間隔を表2に示す。表1のSiの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示し、Riの欄にはi番目の面の曲率半径を示し、Diの欄にはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示す。表1のNdjの欄には最も物体側の構成要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の構成要素のd線(波長587.6nm(ナノメートル))に対する屈折率を示し、νdjの欄にはj番目の構成要素のd線基準のアッベ数を示し、θgFjの欄にはj番目の構成要素のg線(波長435.8nm(ナノメートル))とF線(波長486.1nm(ナノメートル))間の部分分散比を示す。
ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表1には開口絞りStおよび光学部材PPも合わせて示している。表1では、開口絞りStに相当する面の面番号の欄には(St)という語句も記入している。Diの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Simとの間隔である。表1では変化する可変面間隔についてはDD[ ]という記号を用い、[ ]の中にこの間隔の物体側の面番号を付してDiの欄に記入している。
表2に、変倍比Zr、全系の焦点距離f、空気換算距離でのバックフォーカスBf、FナンバーFNo.、最大全画角2ω、および可変面間隔の値をd線基準で示す。2ωの欄の(°)は単位が度であることを意味する。表2では、広角端状態、中間焦点距離状態、および望遠端状態の各値をそれぞれWIDE、MIDDLE、およびTELEと表記した欄に示している。表1と表2の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。
各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはmmを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。
図6に実施例1のズームレンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図6では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。図6ではWIDEと付した上段に広角端状態のものを示し、MIDDLEと付した中段に中間焦点距離状態のものを示し、TELEと付した下段に望遠端状態のものを示す。球面収差図では、d線(波長587.6nm(ナノメートル))、C線(波長656.3nm(ナノメートル))、F線(波長486.1nm(ナノメートル))、およびs線(波長852.1nm(ナノメートル))における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではd線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、F線、およびs線における収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のFNo.はFナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。
上記の実施例1の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。
[実施例2]
実施例2のズームレンズのレンズ構成と光路を図2に示す。実施例2のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、変倍時に移動するレンズ群とその移動方向、および各レンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様である。実施例2のズームレンズの基本レンズデータを表3に、諸元と可変面間隔を表4に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図7に示す。
[実施例3]
実施例3のズームレンズのレンズ構成と光路を図3に示す。実施例3のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、および変倍時に移動するレンズ群とその移動方向は実施例1のものと同様である。実施例3のズームレンズでは、第2Aレンズ群G2Aは物体側から順にレンズL21〜L22の2枚のレンズからなり、第2Bレンズ群G2BはレンズL23の1枚のレンズからなり、第2Cレンズ群G2Cは物体側から順にレンズL24〜L25の2枚のレンズからなり、前群G4Fは物体側から順にレンズL41〜L42の2枚のレンズからなり、後群G4Rは物体側から順にレンズL43〜L48の6枚のレンズからなる。実施例3のズームレンズのその他のレンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様である。実施例3のズームレンズの基本レンズデータを表5に、諸元と可変面間隔を表6に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図8に示す。
[実施例4]
実施例4のズームレンズのレンズ構成と光路を図4に示す。実施例4のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、変倍時に移動するレンズ群とその移動方向、および各レンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様である。実施例4のズームレンズの基本レンズデータを表7に、諸元と可変面間隔を表8に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図9に示す。
[実施例5]
実施例5のズームレンズのレンズ構成と光路を図5に示す。実施例5のズームレンズの群構成、各レンズ群の屈折力の符号、および変倍時に移動するレンズ群とその移動方向は実施例1のものと同様である。実施例5のズームレンズでは、第2Aレンズ群G2Aは物体側から順にレンズL21〜L22の2枚のレンズからなり、第2Bレンズ群G2Bは物体側から順にレンズL23〜L24の2枚のレンズからなり、第2Cレンズ群G2Cは物体側から順にレンズL25〜L26の2枚のレンズからなる。実施例5のズームレンズのその他のレンズ群を構成するレンズの枚数は実施例1のものと同様である。実施例5のズームレンズの基本レンズデータを表9に、諸元と可変面間隔を表10に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図10に示す。
表11に実施例1〜5のズームレンズの条件式(1)〜(9)の対応値を示す。条件式(4)および(5)の対応値を除き表11に示す値はd線を基準とするものである。
以上のデータからわかるように、実施例1〜5のズームレンズは、480mm以上の長焦点距離を有するレンズ系であって、変倍比が40倍あり高変倍比を有し、可視域から近赤外域までの広い波長域にわたる色収差を含む諸収差が良好に補正され、高い光学性能が実現されている。
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図11に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係るズームレンズ1を用いた撮像装置10の概略構成図を示す。撮像装置10としては、例えば、監視カメラ、ビデオカメラ、または電子スチルカメラ等を挙げることができる。
撮像装置10は、ズームレンズ1と、ズームレンズ1の像側に配置されたフィルタ7と、ズームレンズによって結像される被写体の像を撮像する撮像素子8と、撮像素子8からの出力信号を演算処理する信号処理部4と、ズームレンズ1の変倍を行うための変倍制御部5と、ズームレンズ1の合焦を行うためのフォーカス制御部6とを備える。なお、図11では各レンズ群を概念的に図示している。また、図11では第1レンズ群G1を用いて合焦を行う例を示しているが、本発明では他のレンズ群を用いて合焦を行うことも可能である。撮像素子8は、ズームレンズ1により形成された被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面はズームレンズ1の像面に一致するように配置される。撮像素子8としては例えばCCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。なお、図11では1つの撮像素子8のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、3つの撮像素子を有するいわゆる3板方式の撮像装置であってもよい。
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
1 ズームレンズ
4 信号処理部
5 変倍制御部
6 フォーカス制御部
7 フィルタ
8 撮像素子
10 撮像装置
G1 第1レンズ群
G1A 第1Aレンズ群
G1B 第1Bレンズ群
G1C 第1Cレンズ群
G2 第2レンズ群
G2A 第2Aレンズ群
G2B 第2Bレンズ群
G2C 第2Cレンズ群
G3 第3レンズ群
G3A 第3Aレンズ群
G3B 第3Bレンズ群
G3C 第3Cレンズ群
G4 第4レンズ群
G4F 前群
G4R 後群
L11〜L15、L21〜L26、L31〜L35、L41〜L50 レンズ
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
ta、wa 軸上光束
tb、wb 最大画角の軸外光束
Z 光軸

Claims (20)

  1. 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、絞りと、正の屈折力を有する第4レンズ群とからなり、
    広角端から望遠端への変倍時に、前記第1レンズ群、前記絞り、および前記第4レンズ群は像面に対して固定されており、前記第2レンズ群は光軸に沿って像側へ移動し、前記第3レンズ群は光軸に沿って物体側へ移動し、
    前記第2レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第2Aレンズ群と、負の屈折力を有する第2Bレンズ群と、負の屈折力を有する第2Cレンズ群とからなり、
    前記第2Aレンズ群は、負レンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズを最も像側に有し、3枚以下のレンズからなり、
    前記第2Bレンズ群に含まれる全てのレンズは負の屈折力を有する単レンズであり、
    前記第2Cレンズ群は、正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなり、
    前記第2レンズ群の焦点距離をf2、前記第2Bレンズ群の焦点距離をf2Bとしたとき、
    0.01<f2/f2B<1 (1)
    で表される条件式(1)を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. 前記第2Aレンズ群の前記接合レンズの接合面は物体側に凸面を向けており、前記第2Cレンズ群の前記接合レンズの接合面は像側に凸面を向けている請求項1記載のズームレンズ。
  3. 広角端から望遠端への変倍時に、前記第2レンズ群および前記第3レンズ群はそれぞれの横倍率が−1倍となる点を同時に通る請求項1または2記載のズームレンズ。
  4. 望遠端での全系の焦点距離をfTとしたとき、
    −40<fT/f2<−10 (2)
    で表される条件式(2)を満足する請求項1から3のいずれか1項記載のズームレンズ。
  5. 望遠端での全系の焦点距離をfT、前記第3レンズ群の焦点距離をf3としたとき、
    5<fT/f3<30 (3)
    で表される条件式(3)を満足する請求項1から4のいずれか1項記載のズームレンズ。
  6. 前記第3レンズ群は、物体側から順に、1枚の正レンズからなる第3Aレンズ群と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Bレンズ群と、像側に凸面を向けた正レンズおよび負レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズからなる第3Cレンズ群とからなる請求項1から5のいずれか1項記載のズームレンズ。
  7. 前記第3Cレンズ群の前記正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL34、前記第3Cレンズ群の前記負レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL35としたとき、
    −0.02<θgFL34−θgFL35<0 (4)
    で表される条件式(4)を満足する請求項6記載のズームレンズ。
  8. 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メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Aレンズ群と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成され全体として正の屈折力を有する接合レンズからなる第1Bレンズ群と、1枚の負レンズからなる第1Cレンズ群とからなる請求項1から7のいずれか1項記載のズームレンズ。
  9. 前記第1Aレンズ群の前記負メニスカスレンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL11、前記第1Aレンズ群の前記正レンズのg線とF線間の部分分散比をθgFL12としたとき、
    0<θgFL12−θgFL11<0.02 (5)
    で表される条件式(5)を満足する請求項8記載のズームレンズ。
  10. 前記第1Bレンズ群の前記負メニスカスレンズのd線に対する屈折率をNL13、前記第1Cレンズ群の前記負レンズのd線に対する屈折率をNL15としたとき、
    1.55<(NL13+NL15)/2<1.9 (6)
    で表される条件式(6)を満足する請求項8または9記載のズームレンズ。
  11. 前記第1Aレンズ群の前記負メニスカスレンズのd線基準のアッベ数をνL11、前記第1Aレンズ群の前記正レンズのd線基準のアッベ数をνL12としたとき、
    5<νL12−νL11<40 (7)
    で表される条件式(7)を満足する請求項8から10のいずれか1項記載のズームレンズ。
  12. 前記第1Aレンズ群の焦点距離をf1A、前記第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、
    0.7<f1A/f1<2 (8)
    で表される条件式(8)を満足する請求項8から11のいずれか1項記載のズームレンズ。
  13. 望遠端での全系の焦点距離をfT、前記第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、
    1<fT/f1<4 (9)
    で表される条件式(9)を満足する請求項1から12のいずれか1項記載のズームレンズ。
  14. 前記第4レンズ群は、物体側から順に、前群と、該前群に対し前記第4レンズ群中で最も長い光軸上の空気間隔を隔てた後群とからなり、
    該後群は、物体側から順に、正の屈折力を有する単レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズおよび正レンズを物体側から順に接合して構成された接合レンズとを有する請求項1から13のいずれか1項記載のズームレンズ。
  15. 0.1<f2/f2B<0.7 (1−1)
    で表される条件式(1−1)を満足する請求項1記載のズームレンズ。
  16. −30<fT/f2<−15 (2−1)
    で表される条件式(2−1)を満足する請求項4記載のズームレンズ。
  17. 7<fT/f3<15 (3−1)
    で表される条件式(3−1)を満足する請求項5記載のズームレンズ。
  18. −0.01<θgFL34−θgFL35<0 (4−1)
    で表される条件式(4−1)を満足する請求項7記載のズームレンズ。
  19. 0<θgFL12−θgFL11<0.01 (5−1)
    で表される条件式(5−1)を満足する請求項9記載のズームレンズ。
  20. 請求項1から19のいずれか1項記載のズームレンズを備えた撮像装置。
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