JP2023060424A - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】例えば、小型・軽量・高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供する。【解決手段】物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群(L11)と、正の屈折力を有する第2レンズ群(L12)とを有するズームレンズであって、隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングにおいて変化し、ズームレンズは、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック正レンズと、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック負レンズとを有し、第1レンズ群は少なくとも1つの正レンズを有し、第2レンズ群は少なくとも2つの負レンズを有し、所定の条件式を満足する。【選択図】図1
Description
本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関する。
近年、監視カメラなどの撮像装置に用いられるズームレンズでは、小型かつ軽量で高い光学性能を有するズームレンズが求められている。特許文献1には、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有するレンズ群と正の屈折力を有するレンズ群とからなる2群ズームレンズが開示されている。
特許文献1に開示されたズームレンズは、小型・軽量・高い光学性能の点では不利である。
本発明は、例えば、小型・軽量・高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することを目的とする。
本発明の一側面としてのズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とを有するズームレンズであって、隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングにおいて変化し、前記ズームレンズは、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック正レンズと、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック負レンズとを有し、前記第1レンズ群は少なくとも1つの正レンズを有し、前記第2レンズ群は少なくとも2つの負レンズを有し、所定の条件式を満足する。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
本発明によれば、例えば、小型・軽量・高い光学性能の点で有利なズームレンズを提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、各実施例の趣旨であるプラスチックレンズの使用について説明する。プラスチックレンズを使用するメリットは、モールド成型とした非球面加工ができるため、レンズ設計上色収差以外の各収差補正に有効であり、全長短縮や高性能化が可能となる。さらに別のメリットとしては、通常のガラスに対して比重が1/3~1/5程度となるため軽量化には有効となる。このようにプラスチックレンズの採用効果は大きいが、プラスチックレンズは屈折率が温度により変化しやすくなる特性がある。通常のガラスに対して温度に対する屈折率変化(dn/dt)は、20倍程度大きく、温度変化による屈折率変化の影響を受けやすい。
例えば、日本ゼオン(株)のゼオネックスE48Rの温度によるd線の屈折率変化は以下の表1のようになる。
これにより、特に撮影中に温度が変化してしまうと、プラスチックレンズの屈折率が変化し、その分ピントのずれ量が発生してしまい良好な画質を得られなくなる。ピントずれ量が大きすぎると、フォーカスのための制御範囲を超えて正確なフォーカスができなくなり、また温度が頻繁に変化する状況であればフォーカス追従のための制御の負荷がかかり安定した高画質が得にくいなどの影響が生じる。そこで各実施例は、プラスチックレンズの上述のメリットを生かしつつ、上記温度変化の影響を解決することを目的とする。
温度変化の影響を低減するため、プラスチックレンズの採用においては正のパワーと負のパワーのレンズを組み合わせて、適切に配置している。図13は、後述の実施例2のズームレンズにおける温度変化によるピント(フォーカス)ズレを示す概念図である。正のパワーのプラスチックレンズに着目すると、初期状態(図13(A))から、温度が上昇すると屈折率が小さくなり、その分焦点位置がオーバー方向となる(図13(C))。逆に負のパワーのプラスチックレンズであれば温度が上昇すると焦点位置がアンダー方向となる(図13(B))。
温度が初期状態から下降するとこれらのピント移動の方向はそれぞれ逆になる。そこで各実施例は、正のパワーと負のパワーのぞれぞれの影響をキャンセルさせる構成を提供する。また、広角化や小型化も実現するためのより好ましい条件を提案する。
次に、図1、図3、図5、および図7を参照して、実施例1~4のズームレンズの構成を説明する。図1、図3、図5、および図7はそれぞれ、実施例1~4のズームレンズ1a~1dの断面図である。各実施例のズームレンズは、監視カメラ、デジタルカメラ、またはビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。各断面図において、左方が被写体側(物体側)で、右方が像側である。広角端と望遠端は、変倍用レンズ群がその機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。広角端から望遠端における各レンズ群の移動は、各断面図に示す矢印(実線)に示される軌跡をとる。各実施例のズームレンズは、2群構成(実施例1、2、4)または3群構成(実施例3)である。このような構成は、色収差を補正しつつ、小型で明るいFNOで広角端から望遠端まで高い光学性能を得るために好適である。
各断面図において、第1レンズ群の実線の曲線と点線の曲線はそれぞれ、無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端のズーム位置への、像面変動を補正するための移動軌跡である。例えば、望遠端のズーム位置において無限遠物体から近距離物体へフォーカシングを行う場合、矢印Fに示される移動軌跡をとる。
絞り(開口絞り)SPは、第2レンズ群の物体側に配置されており、ズーミングに際して移動する。これにより、変倍のための複数レンズ群の駆動軌跡形成の阻害とならないなどの有利な面がある。ただし、ズーミングに際して絞りSPが移動しないように構成されていてもよい(絞りSPは固定されていてもよい)。Gは光学フィルタやフェースプレートなどの光学ブロックである。IPは像面であり、撮像光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサなどの撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当する。
図2、図4、図6、および図8はそれぞれ、実施例1~4のズームレンズ1a~1dの収差図であり、(A)は広角端、(B)は中間ズーム位置、(C)は望遠端でのズームレンズ1a~1dの収差図を示す。各収差図において、d、gはそれぞれd線およびg線、M、Sはそれぞれメリディオなる像面、サジタル像面を示す。倍率色収差は、g線によって示している。非点収差においてはd線におけるM、Sを表示し、歪曲収差においてはd線を表示し、倍率色収差においてはd線に対するg線の収差を表示している。
次に、図12を参照して、実施例1のズームレンズにおけるレンズ群の移動に関して説明する。図12は、レンズ群の移動の説明図である。広角端から望遠端への変倍は、第1レンズ群L11と第2レンズ群L12とを互いに独立に移動させることにより行われる。具体的には、第2レンズ群を像側から物体側へ単調移動し変倍させ、同時に、第1レンズ群を像側へ移動させた後に物体側へ移動させる移動軌跡をとる。このような各レンズ群の移動軌跡を形成しつつ色収差補正を行うため、各レンズ群の構成やパワー配置を適正に確保している。フォーカシングに関しては、第1レンズ群L11が担っている。また、軸上色収差と倍率色収差を同時に補正するため、軸上および軸外の光束が重なる第2レンズ群L12において、実施例1の目的を達成するための構成をとっている。
次に、各実施例におけるズームレンズの主な特徴について説明する。各実施例のズームレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とを有する。隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングにおいて変化する。またズームレンズは、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック正レンズと、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック負レンズとを有する。プラスチック正レンズおよびプラスチック負レンズはそれぞれ、いずれのレンズ群を構成するレンズであってもよい。第1レンズ群は、少なくとも1つの正レンズを有し、第2レンズ群は、少なくとも2つの負レンズを有する。
第i番のプラスチック正レンズの焦点距離をfpiとし、第j番のプラスチック負レンズの焦点距離をfnjとし、1/fpおよび1/fnを以下の数Aのように定義する。
また、第1レンズ群における少なくとも1枚の正レンズ(2枚以上正レンズがある場合は、少なくとも1枚で満たせばよい)のアッベ数νd1pとし、第1レンズ群の焦点距離をf1とし、第2レンズ群の焦点距離をf2とする。
このとき、以下の条件式(1)~(3)を満足する。
-1.30<fn/fp<-0.35 ・・・(1)
15.00<νd1p<21.00 ・・・(2)
-1.70<f1/f2<-0.80 ・・・(3)
条件式(1)は、プラスチック材よりなる正レンズおよび負レンズの関係式であり、環境温度が変化した際の温度ピント補正の条件式を示している。レンズ系が温度変化にさらされたとき、全体の焦点位置や解像力が変化する。この現象は、熱収差と呼ばれる。熱収差を、適切なガラスやパワー選択によって補正することは温度補償と呼ばれる。熱収差は温度変化による屈折率変化と線膨張係数によって引き起こされる。プラスチック材は温度変化による屈折率変化と線膨張が大きいため好適に補正する必要がある。
15.00<νd1p<21.00 ・・・(2)
-1.70<f1/f2<-0.80 ・・・(3)
条件式(1)は、プラスチック材よりなる正レンズおよび負レンズの関係式であり、環境温度が変化した際の温度ピント補正の条件式を示している。レンズ系が温度変化にさらされたとき、全体の焦点位置や解像力が変化する。この現象は、熱収差と呼ばれる。熱収差を、適切なガラスやパワー選択によって補正することは温度補償と呼ばれる。熱収差は温度変化による屈折率変化と線膨張係数によって引き起こされる。プラスチック材は温度変化による屈折率変化と線膨張が大きいため好適に補正する必要がある。
条件式(1)の上限を超えると、プラスチック材より成る正レンズのパワーがプラスチック材より成る負レンズのパワーよりも弱くなり、温度上昇においてプラスチック材の屈折率は減少するためピントアンダーとなり、光学系全体の熱収差の除去が困難となる。一方、条件式(1)の下限を超えると、プラスチック材より成る正レンズのパワーがプラスチック材より成る負レンズのパワーよりも強くなり、温度上昇においてプラスチック材の屈折率は減少するためピントオーバーとなり、光学系全体の熱収差の除去が困難となる。
条件式(2)は、色収差補正に効果のある位置に正レンズとして高分散系のガラスを使用することを規定している。第1レンズ群は負のパワー(屈折力)を有するが、第1レンズ群内において負のパワーの単レンズ(もしくは接合)を正のパワーのそれより有している。そのため、負のレンズで発生する色収差においてこれと逆の色収差の出方となるように、正レンズで色収差を積極的に発生させてキャンセルさせ、効果的な色収差補正を行っている。
この正レンズは、広角端で倍率色収差を特に効果的に補正することができる。またこの正レンズは、望遠端では絞りに近い位置にあるので軸上色収差を特に効果的に補正することができる。条件式(2)の上限を超えると、色収差補正が不足してしまうので好ましくない。一方、条件式(2)の下限を超えると、色収差補正が過剰となってしまうため好ましくない。
条件式(3)は、変倍を担う第2レンズ群と像面補正を担う第1レンズ群の関係を適切に設定したものである。条件式(3)の上限を超えると、変倍の第2レンズ群のパワーが弱くなるとともに像面補正の第1レンズ群のパワーが強い傾向となる。第2レンズ群のパワーを弱めすぎると移動軌跡を大きくとる必要があり小型化のためには好ましくなく、また第1レンズ群のパワーが強くなりすぎることにより倍率色収差の影響が生じて好ましくない。一方、条件式(3)の下限を超えると、変倍の第2レンズ群のパワーが強くなるとともに像面補正の第1レンズ群のパワーが弱くなる。第2レンズ群のパワーを強めすぎることにより球面収差の補正が困難となり、好ましくない。更に第1レンズ群のパワーが弱くなりすぎることにより移動群の間隔を大きくとる必要が生じ全長増大となり、小型化のためには好ましくない。
好ましくは、条件式(1)~(3)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(1a)~(3a)の少なくとも一つを満足するように設定される。
-1.25<fn/fp<-0.40 ・・・(1a)
16.00<νd1p<20.00 ・・・(2a)
-1.60<f1/f2<-0.90 ・・・(3a)
より好ましくは、条件式(1)~(3)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(1b)~(3b)の少なくとも一つを満足するように設定される。
16.00<νd1p<20.00 ・・・(2a)
-1.60<f1/f2<-0.90 ・・・(3a)
より好ましくは、条件式(1)~(3)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(1b)~(3b)の少なくとも一つを満足するように設定される。
-1.20<fn/fp<-0.42 ・・・(1b)
17.00<νd1p<18.00 ・・・(2b)
-1.50<f1/f2<-1.10 ・・・(3b)
また各実施例において、好ましくは、第1レンズ群は負のパワーを有するプラスチックレンズを有し、第1レンズ群の負のパワーを有するプラスチックレンズの焦点距離をf1nとして、以下の条件式(4)を満足する。
17.00<νd1p<18.00 ・・・(2b)
-1.50<f1/f2<-1.10 ・・・(3b)
また各実施例において、好ましくは、第1レンズ群は負のパワーを有するプラスチックレンズを有し、第1レンズ群の負のパワーを有するプラスチックレンズの焦点距離をf1nとして、以下の条件式(4)を満足する。
0.10<f1/f1n<0.40 ・・・(4)
条件式(4)は、第1レンズ群の焦点距離とその群内にあるプラスチック材より成る負のパワーを有するレンズの焦点距離の関係式を示している。条件式(4)の上限を超えると、プラスチック材より成る負のパワーを有するレンズのパワーが強くなりすぎて、レンズ中心厚みと周辺厚みの差が大きくなり成型が困難になる。一方、条件式(4)の下限を超えると、プラスチック材より成る負のパワーを有するレンズのパワーが弱すぎて、温度変化による熱収差補正の寄与が小さくなり温度ピント補正が困難となる。
条件式(4)は、第1レンズ群の焦点距離とその群内にあるプラスチック材より成る負のパワーを有するレンズの焦点距離の関係式を示している。条件式(4)の上限を超えると、プラスチック材より成る負のパワーを有するレンズのパワーが強くなりすぎて、レンズ中心厚みと周辺厚みの差が大きくなり成型が困難になる。一方、条件式(4)の下限を超えると、プラスチック材より成る負のパワーを有するレンズのパワーが弱すぎて、温度変化による熱収差補正の寄与が小さくなり温度ピント補正が困難となる。
また好ましくは、第2レンズ群は正のパワーを有するプラスチックレンズを有し、第2レンズ群の正のパワーを有するプラスチックレンズの焦点距離をf2pとして、以下の条件式(5)を満足する。
0.10<f2/f2p<0.58 ・・・(5)
条件式(5)は、第2レンズ群の焦点距離とその群内にあるプラスチック材より成る正のパワーを有するレンズの焦点距離の関係式を示している。条件式(5)の上限を超えると、プラスチック材より成る正のパワーを有するレンズのパワーが強くなりすぎて、レンズ中心厚みと周辺厚みの差が大きくなり成型が困難になる。一方、条件式(5)の下限を超えると、プラスチック材より成る正のパワーを有するレンズのパワーが弱すぎて、温度変化による熱収差補正の寄与が小さくなり温度ピント補正が困難となる。
条件式(5)は、第2レンズ群の焦点距離とその群内にあるプラスチック材より成る正のパワーを有するレンズの焦点距離の関係式を示している。条件式(5)の上限を超えると、プラスチック材より成る正のパワーを有するレンズのパワーが強くなりすぎて、レンズ中心厚みと周辺厚みの差が大きくなり成型が困難になる。一方、条件式(5)の下限を超えると、プラスチック材より成る正のパワーを有するレンズのパワーが弱すぎて、温度変化による熱収差補正の寄与が小さくなり温度ピント補正が困難となる。
また好ましくは、ズームレンズ(全系)のズーム比をZ、広角端から望遠端への第2レンズ群の移動量(絶対値)をM2として、以下の条件式(6)を満足する。
2.00<f2/(M2/Z)<3.50 ・・・(6)
条件式(6)は、第2レンズ群の変倍による移動量と焦点距離とズーム比の関係を示している。条件式(6)の上限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が小さくなるためパワーを強くする必要が生じる。これは、球面収差が大きく発生することになり、明るいFNOを確保するためには好ましくない。一方、条件式(6)の下限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が大きくなりすぎてしまうため、ズームレンズの全長の小型化には好ましくない。
条件式(6)は、第2レンズ群の変倍による移動量と焦点距離とズーム比の関係を示している。条件式(6)の上限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が小さくなるためパワーを強くする必要が生じる。これは、球面収差が大きく発生することになり、明るいFNOを確保するためには好ましくない。一方、条件式(6)の下限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が大きくなりすぎてしまうため、ズームレンズの全長の小型化には好ましくない。
また好ましくは、広角端における最も物体側の光学面から像面までの広角端でのズームレンズの長さ(レンズ全長)をTLとして、以下の条件式(7)を満足する。
0.20<M2/TL<0.50 ・・・(7)
条件式(7)は、第2レンズの変倍による移動量と広角端における最も物体側の光学面から像面までのズームレンズの長さとの関係を示している。条件式(7)の上限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が大きくなりすぎてしまうため、レンズ全長の小型化には好ましくない。一方、条件式(7)の下限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が小さくなるためパワーを強くする必要が生じる。これは、球面収差が大きく発生することになり、明るいFNOを確保するためには好ましくない。
条件式(7)は、第2レンズの変倍による移動量と広角端における最も物体側の光学面から像面までのズームレンズの長さとの関係を示している。条件式(7)の上限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が大きくなりすぎてしまうため、レンズ全長の小型化には好ましくない。一方、条件式(7)の下限を超えると、変倍による第2レンズ群の変動量が小さくなるためパワーを強くする必要が生じる。これは、球面収差が大きく発生することになり、明るいFNOを確保するためには好ましくない。
また好ましくは、第1レンズ群における、プラスチックレンズを除く全ての負レンズの平均屈折率を1Gn_NAveとして、以下の条件式(8)を満足する。
1.80<1Gn_NAve<1.95 ・・・(8)
条件式(8)は、第1レンズ群におけるプラスチック材から成るレンズを含まない負レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(8)の上限を超えると、レンズ全系のペッツバ-ル和のバランスに影響して像面湾曲が増大するため、好ましくない。一方、条件式(8)の下限を超えると、屈折率が低くなり第1レンズ群としてのレンズ系が大きくなってしまい、小型化の観点から好ましくない。
条件式(8)は、第1レンズ群におけるプラスチック材から成るレンズを含まない負レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(8)の上限を超えると、レンズ全系のペッツバ-ル和のバランスに影響して像面湾曲が増大するため、好ましくない。一方、条件式(8)の下限を超えると、屈折率が低くなり第1レンズ群としてのレンズ系が大きくなってしまい、小型化の観点から好ましくない。
また好ましくは、第2レンズ群における全ての負レンズの平均アッベ数を2Gn_νAveとして、以下の条件式(9)を満足する。
15.00<2Gn_νAve<45.00 ・・・(9)
条件式(9)は、第2レンズ群における負レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(9)の上限を超えると、色収差補正が過剰となってしまい好ましくない。一方、条件式(9)の下限を超えると、倍率色収差の補正が不足してしまい好ましくない。
条件式(9)は、第2レンズ群における負レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(9)の上限を超えると、色収差補正が過剰となってしまい好ましくない。一方、条件式(9)の下限を超えると、倍率色収差の補正が不足してしまい好ましくない。
また好ましくは、第2レンズ群における正レンズのアッベ数のうち最も大きいアッベ数と最も小さいアッベ数との差を2Gp_νとして、以下の条件式(10)を満足する。
38.00<2Gp_ν<65.00 ・・・(10)
条件式(10)は、第2レンズ群に含まれる正レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(10)の上限を超えると、g線の色の球面収差がオーバー補正になり好ましくない。一方、条件式(10)の下限を超えると、g線の色の球面収差がアンダー補正になり好ましくない。
条件式(10)は、第2レンズ群に含まれる正レンズの材料特性を規定した条件である。条件式(10)の上限を超えると、g線の色の球面収差がオーバー補正になり好ましくない。一方、条件式(10)の下限を超えると、g線の色の球面収差がアンダー補正になり好ましくない。
より好ましくは、条件式(4)~(10)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(4a)~(10a)の少なくとも一つを満足するように設定される。
0.15<f1/f1n<0.39 ・・・(4a)
0.10<f2/f2p<0.57 ・・・(5a)
2.30<f2/(M2/Z)<3.30 ・・・(6a)
0.25<M2/TL<0.45 ・・・(7a)
1.85<1Gn_NAve<1.94 ・・・(8a)
16.00<2Gn_νAve<44.00 ・・・(9a)
40.00<2Gp_ν<63.00 ・・・(10a)
より好ましくは、条件式(4)~(10)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(4b)~(10b)の少なくとも一つを満足するように設定される。
0.10<f2/f2p<0.57 ・・・(5a)
2.30<f2/(M2/Z)<3.30 ・・・(6a)
0.25<M2/TL<0.45 ・・・(7a)
1.85<1Gn_NAve<1.94 ・・・(8a)
16.00<2Gn_νAve<44.00 ・・・(9a)
40.00<2Gp_ν<63.00 ・・・(10a)
より好ましくは、条件式(4)~(10)の数値範囲はそれぞれ、以下の条件式(4b)~(10b)の少なくとも一つを満足するように設定される。
0.18<f1/f1n<0.38 ・・・(4b)
0.20<f2/f2p<0.56 ・・・(5b)
2.60<f2/(M2/Z)<3.00 ・・・(6b)
0.30<M2/TL<0.42 ・・・(7b)
1.88<1Gn_NAve<1.92 ・・・(8b)
17.00<2Gn_νAve<43.00 ・・・(9b)
42.00<2Gp_ν<60.00 ・・・(10b)
以下、各実施例のズームレンズの構成について詳述する。
0.20<f2/f2p<0.56 ・・・(5b)
2.60<f2/(M2/Z)<3.00 ・・・(6b)
0.30<M2/TL<0.42 ・・・(7b)
1.88<1Gn_NAve<1.92 ・・・(8b)
17.00<2Gn_νAve<43.00 ・・・(9b)
42.00<2Gp_ν<60.00 ・・・(10b)
以下、各実施例のズームレンズの構成について詳述する。
まず、図1を参照して、実施例1におけるズームレンズ1aの構成について説明する。図1は、ズームレンズ1aの断面図である。ズームレンズ1aは、物体側から像側へ順に、第1レンズ群L11と、第2レンズ群L12と、正の屈折力を有する第3レンズ群L13とからなる3群構成である。
第1レンズ群L11は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズG111、物体側近軸凸形状の負レンズG112、および物体側凸形状のメニスカス正レンズG113、および物体側凸形状のメニスカス負レンズG114からなる。第2レンズ群L12は、物体側から像側へ順に、物体側凸形状のメニスカス正レンズG121、両凸形状の正レンズG122、両凹形状の負レンズG123、両凸形状の正レンズG124、および物体側凹形状のメニスカス負レンズG125からなる。第3レンズ群L13は、両凸形状の正レンズG131からなる。メニスカス正レンズG113とメニスカス負レンズG114は接合されており、接合レンズを構成する。接合レンズは、アッベ数差および屈折率差を持たせることにより色収差を良好に補正することができる。負レンズG112、メニスカス正レンズG121、およびメニスカス負レンズG125は、非球面のプラスチックレンズである。
次に、図3を参照して、実施例2におけるズームレンズ1bの構成について説明する。図3は、ズームレンズ1bの断面図である。ズームレンズ1bは、物体側から像側へ順に、第1レンズ群L21と、第2レンズ群L22と、正の屈折力を有する第3レンズ群L23とからなる3群構成である。
第1レンズ群L21は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズG211、物体側近軸凸形状の負レンズG212、物体側凸形状のメニスカス正レンズG213、および物体側凸形状のメニスカス負レンズG214からなる。第2レンズ群L22は、物体側から像側へ順に、物体側凸形状のメニスカス正レンズG221、両凸形状の正レンズG222、両凹形状の負レンズG223、両凸形状の正レンズG224、および物体側凹形状のメニスカス負レンズG225からなる。第3レンズ群L23は、両凸形状の正レンズG231からなる。メニスカス正レンズG213とメニスカス負レンズG214は接合されており、接合レンズを構成する。接合レンズは、アッベ数差および屈折率差を持たせることにより色収差を良好に補正することができる。負レンズG212、メニスカス正レンズG221、およびメニスカス負レンズG225は、非球面を有するプラスチックレンズである。
次に、図5を参照して、実施例3におけるズームレンズ1cの構成について説明する。図5は、ズームレンズ1cの断面図である。ズームレンズ1cは、物体側から像側へ順に、第1レンズ群L31と第2レンズ群L32とからなる2群構成である。
第1レンズ群L31は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズG311、近軸において物体側凸形状のメニスカス負レンズG312、両凸形状の正レンズG313、および両凹形状の負レンズG314からなる。第2レンズ群L32は、物体側から像側へ順にG321~G326からなる。G321は物体側凸形状のメニスカス正レンズ、G322は両凸形状の正レンズ、G323は物体側凸形状のメニスカス負レンズである。G324は両凸形状の正レンズ、G325は物体側凹形状のメニスカス負レンズ、G326は物体側凸形状のメニスカス正レンズである。正レンズG313と負レンズG314は接合されており、接合レンズを構成する。接合レンズは、アッベ数差および屈折率差を持たせることにより色収差を良好に補正することができる。メニスカス負レンズG312、メニスカス正レンズG321、およびメニスカス負レンズG325は、非球面を有するプラスチックレンズである。
次に、図7を参照して、実施例4におけるズームレンズ1dの構成について説明する。図7は、ズームレンズ1dの断面図である。ズームレンズ1dは、物体側から像側へ順に、第1レンズ群L41と、第2レンズ群L42と、負の屈折力を有する第3レンズ群L43とからなる3群構成である。
第1レンズ群L41は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズG411、近軸において物体側凸形状のメニスカス負レンズG412、両凸形状の正レンズG413、および両凹形状の負レンズG414からなる。第2レンズ群L42は、物体側から像側へ順に、両凸形状の正レンズG421、両凸形状の正レンズG422、物体側凸形状のメニスカス負レンズG423、および両凸形状の正レンズG424からなる。第3レンズ群L43は、物体側凹形状のメニスカス負レンズG431および物体側凹形状のメニスカス負レンズG432からなる。正レンズG413と負レンズG414は接合されており、接合レンズを構成する。接合レンズは、アッベ数差および屈折率差を持たせることにより色収差を良好に補正することができる。メニスカス負レンズG412、正レンズG421、およびメニスカス負レンズG432は、非球面を有するプラスチックレンズである。
次に、実施例2のズームレンズを用いた温度ピント量の補正効果について説明する。表2は、プラスチック負レンズG212とメニスカス正レンズG221のピント移動量の変化量を示している。温度が25℃のときに広角端から望遠端においてピント位置が同一となっているが、プラスチックレンズの屈折率変化によりズーム位置においてずれ量が異なっており、それらの状況を示している。特に望遠端において、ピント移動の影響が大きくなるが、正レンズと負レンズの組み合わせによりキャンセル傾向となる配置および条件としている。その結果、広角端から望遠端において、一定のピント移動量の変動幅に収まっている。この状況に限らず、さらにプラスチックレンズを追加するなどして移動量を抑制してもよい。
なお各実施例において、以下のような構成を採用してもよい。例えば、各実施例に示されるガラスの形状、枚数に限定されず、適宜変更してもよい。また、一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手振れ等の振動に伴う像ブレを補正してもよい。また、電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差などを補正してもよい。また、フォーカシングは第1レンズ群としているが、それに限らず他のレンズ群でもよく、また撮像素子を動かすことによりフォーカシングしてもよい。
以下、実施例1~4に対応する数値実施例1~4を示す。各数値実施例において、物体側から順に第i番目の面の面番号を示し、rは曲率半径、dは第i番目の面と第i+1番目の面の間隔(レンズ厚あるいは空気間隔)、ndとνdはそれぞれ、d線を基準とした第i番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。なお、ある材料のアッベ数νdは、フラウンホーファ線のd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)における屈折率をNd、NF、NCとするとき、
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
で表される。
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
で表される。
なお、各数値実施例において、d、焦点距離(mm)、Fナンバー、半画角(°)は全て各実施例の光学系(ズームレンズ)が無限遠物体に焦点を合わせた時の値である。BF(バックフォーカス)は、レンズ最終面(最も像側のレンズ面)から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものであり、ガラスブロックを含まない場合の値である。「レンズ全長」は、ズームレンズの最前面(最も物体側のレンズ面)から最終面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。「レンズ群」は、複数のレンズから構成される場合に限らず、1つのレンズから構成される場合も含むものとする。各数値実施例において、最も像側の2面は光学ブロックGに相当する平面である。
また、光学面が非球面の場合は、面番号の右側に、「*」の符号を付している。非球面形状は、光軸の高さhの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてxとするとき、
x=(h2/r)/[1+{1-(1+K)(h/r)2}1/2]+A4 ・h4+A6・h6+A8・h8
で表される。ここで、rは近軸曲率半径、Kは円錐定数、A4、A6、A8、A10、A12はそれぞれ4次、6次、8次の非球面係数である。また、例えば「e-Z」の表示は「10-Z」を意味する。
画角に関しては、歪曲収差を考慮した撮影可能画角に関する半画角(ω)の数値である。
x=(h2/r)/[1+{1-(1+K)(h/r)2}1/2]+A4 ・h4+A6・h6+A8・h8
で表される。ここで、rは近軸曲率半径、Kは円錐定数、A4、A6、A8、A10、A12はそれぞれ4次、6次、8次の非球面係数である。また、例えば「e-Z」の表示は「10-Z」を意味する。
画角に関しては、歪曲収差を考慮した撮影可能画角に関する半画角(ω)の数値である。
[数値実施例1]
単位 mm
面デ-タ
面番号 r d nd νd
1 -32.482 0.60 1.90043 37.4
2 15.807 1.26
3* 21.502 0.80 1.53110 55.9
4* 12.653 0.15
5 13.433 1.90 1.95906 17.5
6 62.750 0.55 1.90043 37.4
7 19.252 (可変)
8(絞り) ∞ 0.10
9* 8.113 1.85 1.53110 55.9
10* 22.268 0.15
11 7.472 3.65 1.49700 81.5
12 -6.979 0.15
13 -17.328 0.45 1.75520 27.5
14 6.049 0.31
15 7.726 2.20 1.89190 37.1
16 -47.796 2.54
17* -4.451 0.70 1.53110 55.9
18* -15.114 (可変)
19 35.150 1.10 1.95906 17.5
20 -147.517 1.80
21 ∞ 1.00 1.51000 60.0
22 ∞ 0.89
像面 ∞
非球面デ-タ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.38911e-003 A 6= 2.76165e-005 A 8=-2.26532e-007
A10=-8.87005e-011
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.37216e-003 A 6= 3.04798e-005 A 8=-2.72614e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.76420e-004 A 6=-2.01537e-005 A 8=-1.12282e-006
A10=-4.03455e-008
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.72199e-004 A 6= 1.57634e-005 A 8=-3.02485e-006
A10= 1.44343e-007
第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.97664e-004 A 6= 8.65293e-005 A 8=-5.54709e-006
第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.95094e-004 A 6= 5.67334e-005 A 8=-2.60511e-006
各種デ-タ
ズーム比 4.90
広角 中間 望遠
焦点距離 4.95 14.60 24.25
Fナンバー 2.04 3.53 5.04
半画角 45.3 12.6 7.55
像高 3.20 3.20 3.20
レンズ全長 38.85 33.61 38.85
BF 3.35 3.35 3.35
d7 16.64 3.49 0.80
d18 0.40 8.32 16.24
ズームレンズ群デ-タ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.57
2 8 8.99
3 19 29.69
[数値実施例2]
単位 mm
面デ-タ
面番号 r d nd νd
1 -27.510 0.60 1.90043 37.4
2 15.553 1.18
3* 35.393 0.80 1.53110 55.9
4* 12.011 0.29
5 15.349 1.68 1.95906 17.5
6 274.059 0.74 1.90043 37.4
7 40.138 (可変)
8(絞り) ∞ 0.10
9* 9.270 1.85 1.53110 55.9
10* 15.091 0.15
11 7.602 3.77 1.49700 81.5
12 -7.425 0.15
13 -20.874 0.45 1.76182 26.5
14 5.777 0.19
15 6.236 3.50 1.90525 35.0
16 -37.125 2.59
17 -4.833 0.45 1.90043 37.4
18 -11.402 (可変)
19 27.603 1.10 1.95906 17.5
20 -225.267 0.90
21 ∞ 0.50 1.52000 61.4
22 ∞ 2.12
像面 ∞
非球面デ-タ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.07518e-003 A 6= 3.00829e-005 A 8=-3.59433e-007
A10= 6.76416e-010
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.10161e-003 A 6= 3.10058e-005 A 8=-3.62250e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.15188e-004 A 6=-2.52871e-005 A 8=-1.98710e-006
A10= 5.48647e-008
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.11472e-004 A 6=-2.87904e-006 A 8=-2.53751e-006
A10= 1.52964e-007
各種デ-タ
ズーム比 4.67
広角 中間 望遠
焦点距離 4.95 14.03 23.10
Fナンバー 1.90 3.24 4.81
半画角 44.0 13.1 7.91
像高 3.20 3.20 3.20
レンズ全長 38.84 33.94 38.85
BF 3.34 3.34 3.34
d7 15.51 3.02 0.35
d18 0.40 7.98 15.56
ズームレンズ群デ-タ
群 始面 焦点距離
1 1 -12.58
2 8 8.93
3 19 25.69
[数値実施例3]
単位 mm
面デ-タ
面番号 r d nd νd
1 -20.735 0.60 1.91082 35.3
2 18.281 0.94
3* 21.435 0.80 1.53110 55.9
4* 12.215 0.44
5 16.500 1.90 1.95906 17.5
6 -110.523 0.50 1.90366 31.3
7 25.071 (可変)
8(絞り) ∞ 0.10
9* 8.411 1.85 1.53110 55.9
10* 312.581 0.15
11 10.770 3.65 1.49700 81.5
12 -9.491 0.15
13 24.311 0.45 1.95906 17.5
14 6.742 0.63
15 13.297 2.20 1.80810 22.8
16 -55.066 2.54
17* -8.899 0.70 1.53110 55.9
18* 78.183 0.71
19 15.753 1.10 1.72825 28.5
20 32.959 (可変)
21 ∞ 0.50 1.52000 61.4
22 ∞ 0.10
像面 ∞
非球面デ-タ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.56767e-003 A 6= 2.68801e-005 A 8=-3.57384e-008
A10=-9.69653e-010
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.57874e-003 A 6= 3.20799e-005 A 8=-1.78537e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.37390e-004 A 6=-1.15485e-005 A 8=-1.41081e-006
A10=-2.51415e-008
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.04033e-004 A 6= 3.75107e-006 A 8=-2.42379e-006
A10= 3.15273e-008
第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.62955e-003 A 6=-2.62824e-005 A 8=-1.19267e-006
第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.51173e-003 A 6=-3.38248e-006 A 8= 4.82601e-007
各種デ-タ
ズーム比 4.30
広角 中間 望遠
焦点距離 4.90 12.98 21.05
Fナンバー 2.04 3.21 4.40
半画角 48.4 14.4 8.74
像高 3.20 3.20 3.20
レンズ全長 38.83 33.07 36.84
BF 3.33 9.98 16.64
d7 16.10 3.69 0.80
d20 2.90 9.55 16.21
ズームレンズ群デ-タ
群 始面 焦点距離
1 1 -10.89
2 8 8.97
[数値実施例4]
単位 mm
面デ-タ
面番号 r d nd νd
1 -28.121 0.60 1.90366 31.3
2 15.944 1.13
3* 16.743 0.80 1.53110 55.9
4* 10.628 0.42
5 15.957 1.90 1.95906 17.5
6 -218.620 0.50 1.89190 37.1
7 23.126 (可変)
8(絞り) ∞ 0.10
9* 10.094 1.85 1.53110 55.9
10* -116.660 0.15
11 8.233 3.54 1.49700 81.5
12 -9.458 0.21
13 138.285 0.45 1.95906 17.5
14 9.050 1.16
15 14.795 1.93 1.80810 22.8
16 -34.196 (可変)
17 -7.437 0.60 1.49700 81.5
18 -16.708 0.82
19* -10.720 1.10 1.53110 55.9
20* -31.374 (可変)
21 ∞ 0.50 1.52000 61.4
22 ∞ 0.20
像面 ∞
非球面デ-タ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.95946e-003 A 6= 4.13917e-005 A 8=-3.05660e-007
A10=-2.27906e-009
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.98762e-003 A 6= 4.93090e-005 A 8=-5.46167e-007
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.06064e-004 A 6=-8.44879e-006 A 8=-1.37935e-006
A10= 2.19280e-008
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.12076e-004 A 6= 5.36167e-006 A 8=-1.73335e-006
A10= 5.67389e-008
第19面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.01869e-003 A 6=-8.28083e-005 A 8=-3.88417e-006
A10= 2.25051e-007
第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.34441e-003 A 6=-4.40007e-005 A 8= 2.32504e-006
各種デ-タ
ズーム比 4.30
広角 中間 望遠
焦点距離 4.90 12.93 21.07
Fナンバー 2.04 3.25 4.50
半画角 46.7 14.4 8.72
像高 3.20 3.20 3.20
レンズ全長 38.84 32.03 35.04
BF 3.34 9.31 15.28
d7 16.70 3.85 0.80
d16 1.54 1.62 1.71
d20 2.81 8.78 14.75
ズームレンズ群デ-タ
群 始面 焦点距離
1 1 -11.49
2 8 8.03
3 17 -14.36
表3は、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表3に示す。
次に、図9乃至図11を参照して、各実施例のズームレンズを撮像光学系として用いた撮像装置(監視カメラ)について説明する。図9乃至図11は、各実施例における撮像装置の構成図である。図9乃至図11において、16は実施例1~4のいずれかのズームレンズにより構成された撮像光学系である。図9および図11(B)中の15は、撮像光学系16を保護するドームカバーである。ドームカバー15は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリカーボネート(PC)等のプラスチック材料により数ミリ程度の厚さで成形されている。これによりドームカバー付きを前提とした撮像装置とするときは、ドームカバー15の影響(焦点距離や材質)を考慮した設計とし諸収差の補正を行っても良い。図10中の17は、撮像光学系16を保護する平板形状の保護カバーである。
図11(A)、(B)において、11a、11bは監視カメラ本体である。図11(B)は、監視カメラ本体11bにドームカバー15を装着し天井に取り付けて使用したときの例である。監視カメラ本体11bは、ドームカバー15が下方向を向くように天井に設置されている。12は、監視カメラ本体11a、11bに内蔵され、撮像光学系16により形成された被写体像を受光する(ズームレンズにより形成された像を撮る)CCDセンサやCMOSセンサなどの撮像素子(光電変換素子)である。13は、撮像素子12により光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。14は、撮像素子12により光電変換された被写体像を転送するためのネットワークケーブルである。なお各実施例のズームレンズは、監視カメラに限定されるものではなく、ビデオカメラやデジタルカメラなどの他の撮像装置に用いることもできる。また各実施例の撮像装置は、実施例1~5のいずれかのズームレンズとともに、歪曲収差と倍率色収差のいずれか一方、もしくは両方を電気的に補正する回路を有していてもよい。
各実施例によれば、例えば、小型・軽量・高い光学性能の点で有利なズームレンズおよび撮像装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
1a、1b、1c、1d ズームレンズ
L11、L21、L31、L41 第1レンズ群
L12、L22、L32、L42 第2レンズ群
L11、L21、L31、L41 第1レンズ群
L12、L22、L32、L42 第2レンズ群
Claims (11)
- 物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群とを有するズームレンズであって、
隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングにおいて変化し、
前記ズームレンズは、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック正レンズと、非球面を有する少なくとも1つのプラスチック負レンズとを有し、
前記第1レンズ群は、少なくとも1つの正レンズを有し、
前記第2レンズ群は、少なくとも2つの負レンズを有し、
第i番の前記プラスチック正レンズの焦点距離をfpiとし、第j番の前記プラスチック負レンズの焦点距離をfnjとし、
とし、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1とし、前記第2レンズ群の焦点距離をf2として、
-1.30<fn/fp<-0.35
-1.70<f1/f2<-0.80
なる条件式を満足し、
前記第1レンズ群における前記少なくとも1つの正レンズは、アッベ数をνd1pとして、
15.00<νd1p<21.00
なる条件式を満足する正レンズを含むことを特徴とするズームレンズ。 - 前記第1レンズ群は、焦点距離をf1nとして、
0.10<f1/f1n<0.40
なる条件式を満足するプラスチック負レンズを有することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。 - 前記第2レンズ群は、焦点距離をf2pとして、
0.10<f2/f2p<0.58
なる条件式を満足するプラスチック正レンズを有す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。 - ズーム比をZとし、広角端から望遠端への前記第2レンズ群の移動量をM2として、
2.00<f2/(M2/Z)<3.50
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のズームレンズ。 - 広角端から望遠端への前記第2レンズ群の移動量をM2とし、最も物体側の光学面から像面までの広角端での前記ズームレンズの長さをTLとして、
0.20<M2/TL<0.50
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のズームレンズ。 - 前記第1レンズ群における、プラスチックレンズを除く全ての負レンズの平均屈折率を1Gn_NAveとして、
1.80<1Gn_NAve<1.95
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のズームレンズ。 - 前記第2レンズ群における負レンズの平均アッベ数を2Gn_νAveとして、
15.00<2Gn_νAve<45.00
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のズームレンズ。 - 前記第2レンズ群における正レンズのアッベ数のうち最も大きいアッベ数と最も小さいアッベ数との差を2Gp_νとして、
38.00<2Gp_ν<65.00
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のズームレンズ。 - 前記ズームレンズは、物体側から像側へ順に、前記1レンズ群と、前記第2レンズ群と、正または負の屈折力を有する第3レンズ群とからなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 前記ズームレンズは、物体側から像側へ順に、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群とからなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のズームレンズ。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成された像を撮る撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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