JP3709000B2 - 超広角ズームレンズカメラ - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、CCTV(監視)用、あるいは写真撮影用に用いられるズームレンズカメラに関し、特にワイド側では魚眼レンズの領域に至る、超広角ズームレンズカメラに関するものである。
【0002】
【従来技術及びその問題点】
従来、CCTV用カメラに用いられる広角系のズームレンズは知られているが、極めて広範囲を監視できるものは存在しなかった。また写真撮影用レンズでは、対角魚眼迄しか存在しなかった。
本出願人は、より広範囲を監視できあるいは撮影できる超広角レンズとして、既に最短焦点距離では、半画角が60°を越え、80°以上にもなる魚眼レンズの領域にまで至る超広角ズームレンズを提案した(特願平6−256977号)。
【0003】
【発明の目的】
本発明は、矩形の画面上で広範囲に監視でき、あるいは特殊な作画効果が得られる超広角ズームレンズカメラを得ることを目的とする。
【0004】
【発明の概要】
本発明の超広角ズームレンズカメラは、物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群と、正のパワーの第2レンズ群と、絞と、正のパワーの第3レンズ群とで構成され、ズーミングのとき第1レンズ群と第2レンズ群が移動して、第3レンズ群は固定されるズームレンズを有するカメラにおいて、該カメラは、該ズームレンズによる円形の撮影領域を矩形に切り取る撮影画面を有し、該ズームレンズの最も短い焦点距離を、該ズームレンズによる円形の結像領域の少なくとも一部のエッジが上記矩形の撮影領域内に入る焦点距離に設定して、該円形の結像領域の外側が暗黒領域になるようにされており、ズームレンズは、下記条件式(1)を満足することを特徴としている。最長焦点距離では、円形の結像領域内に撮影画面が入る。
(1)D W /|f 1G |>1.3
但し、
D W ;最短焦点距離における第1レンズ群と第2レンズ群の空気間隔。
【0005】
従来のCCTV用あるいは写真用の撮影レンズは、焦点距離を問わず、撮影レンズによる円形の結像領域から矩形の撮影領域を切り取っていた。つまり、撮影領域内は、すべて被写体像で満たされていた。これに対し、本願発明の超広角ズームレンズは、この従来の撮影レンズの常識を破り、最も短い焦点距離を、該ズームレンズによる円形の結像領域の少なくとも一部のエッジが矩形の撮影領域内に入る焦点距離に設定したのである。つまり、撮影画面内の円形の結像領域のエッジの外側は、像が形成されない暗黒領域となる。よってCCTV用カメラでは画面上で広範囲に監視でき、写真撮影用では新しい作画効果が得られる。
【0006】
本発明の超広角ズームレンズカメラのズームレンズは、次の条件式(2)を満足することが好ましい。
(2)0.1<fS /|f1G|<0.6
但し、
fS ;最短焦点距離における全系の焦点距離、
f1G;第1レンズ群の焦点距離、
である。
【0008】
負のパワーの第1レンズ群は、具体的には例えば、物体側から順に、負の第1−1レンズ、負の第1−2レンズ、及び正または負のパワーの第1−3レンズ群から構成することが好ましく、かつ次の条件式(3)を満足する。
(3)0.5<f1-2 /f1 <0.9
但し、
f1-2 ;第1−1レンズと第1−2レンズの合成焦点距離(<0)、
f1 ;第1−1レンズの焦点距離(<0)、
である。第1−3レンズ群は、負レンズと正レンズの貼合せレンズから構成することが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
図23は、本発明の超広角ズームレンズカメラによる作画状態の例を示すものである。超広角ズームレンズによる結像領域10W1 〜10W4 は、通常の撮影レンズと同じく円形である。本発明は、カメラ側で設定される撮影画面20を、縦横比が約2:3の矩形の標準撮影駒としたとき、最短焦点距離においては、この円形の結像領域10Wのエッジの少なくとも一部が撮影画面20内に位置するようにしたものである。最長焦点距離においては、円形の結像領域内に撮影画面が入る。
【0011】
図23の例では、最短焦点距離における結像領域10W1 は撮影画面20内に完全に入る(結像領域10W1 の径が撮影画面20の短辺長さに等しい)。これを『短辺魚眼系』と呼ぶと、焦点距離を長くするに従い、結像領域10W2 の径が撮影画面20の長辺長さにほぼ等しい『長辺魚眼系』、結像領域10W3 の径が撮影画面20の対角線長さにほぼ等しい『対角魚眼系』、及び、結像領域10W4 の径が撮影画面20の対角線長さを越えるレンズ系というように、監視範囲あるいは作画態様が変化する。
通常のカメラ用レンズでは、半画角は、矩形の画面の中心から対角線方向の最大半画角(図23のYc方向の画角)で表現される。これに対し、本願発明でいう『短辺側での半画角』と『長辺側での半画角』はそれぞれ、矩形の画面中心から短辺と長辺にそれぞれ平行に線YaとYbを引いたとき、そのYa方向とYb方向の画角を意味する。
【0012】
図21と図22は、本発明による超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズの具体的な構成例と、そのズーミングの際の移動軌跡を示している。フォーカシングはいずれも、物体側の第1レンズ群を光軸方向に移動させて行なう。図21は、物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群L11と、絞Sと、正のパワーの第2レンズ群L12との2つのレンズ群だけから構成した実施例であり、図22は、物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群L11と、正のパワーの第2レンズ群L12と、絞Sと、正のパワーの第3レンズ群L13とで構成されている。ズーミングは、図21の例では、第1レンズ群L11と第2レンズ群L12を移動させて行ない、図22の例では、第1レンズ群L11と第2レンズ群L12を移動させ、第3レンズ群L13を固定して(移動させずに)行なう。フォーカシングはいずれも、第1レンズ群L11を光軸方向に移動させて行なう。絞Sは、図21の例では、第2レンズ群L12と一体に設けられており、図22の例では、第3レンズ群L13と一体に設けられている。なお、絞Sは、図21の例では第2レンズ群L12の中に入れ、図22の例では第3レンズ群L13の中に入れることもできる。
【0013】
本発明による超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズは、最短焦点距離において、矩形の結像領域10の短辺側で60°以上の半画角を有する。あるいは長辺側で75°以上の半画角を有する。条件式(1)は、図22のように、物体側から順に、ズーミング時に可動の負のパワーの第1レンズ群L11と、正のパワーの第2レンズ群L12、絞、及び固定の正のパワーの第3レンズ群L13からなるズームレンズにおいて、最短焦点距離において、矩形の結像領域10の短辺側で60°以上、長辺側で75°以上の半画角を得るための条件である。条件式(1)の下限を越えると、このような大きい半画角を得ることができない。
【0014】
条件式(2)は、このような大きい半画角を得るための条件である。条件式(2)の下限を越えると、このような大きい半画角を得ることができない。上限を越えると、第1レンズ群で発生する収差の補正が困難となる。
【0015】
条件式(3)は、負のパワーの第1レンズ群の具体的構成に関する条件である。第1レンズ群は、具体的には、物体側から順に、負の第1レンズ、負の第2レンズ、及び正または負のパワーの第3レンズ群から構成することが好ましい。この場合、条件式(3)の上限を越えると、負の第1レンズの曲率が小さくなり過ぎ、製造が困難になる。また下限を越えると、矩形の結像領域10の短辺側で60°以上、長辺側で75°以上の半画角を得ることができない。
【0016】
次に具体的な実施例について説明する。以下の実施例1ないし4は、図22の3群タイプの実施例であり、実施例5は、図21の2群タイプの実施例である。第1レンズ群L11は、実施例1ないし3及び実施例5では、物体側から順に、負の第1レンズ11−1、負の第2レンズ11−2、及び貼合せ第3レンズ群11−3からなっている。第3レンズ群は、物体側の負レンズ11−4と像側の正レンズ11−5の貼合せレンズからなっている。実施例4では、第1レンズ群L11は、物体側から順に、負の第1レンズ11−1、及び貼合せ第2レンズ群11−6からなっており、この貼合せの第2レンズ群11−6は、物体側の負レンズ11−7と像側の正レンズ11−8からなっている。いずれの実施例も、ニュートラルデンシティフィルタ−NDと、カバーガラスCGが含まれている。NDフィルターNDは、選択的に挿入可能なもので、挿入すると、透過光量を数分の一にして、実質的な絞範囲を増大させる。カバーガラスCGは、撮像素子の撮像面の前に置かれるもので、その像側の面が結像面である。銀塩フィルムカメラでは、このカバーガラスCGは省略される。
【0017】
[実施例1]
図1ないし図4は、本発明の超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズの第1の実施例である。図1は短焦点距離端におけるレンズ構成図、図2、図3、図4はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。このレンズ系の数値データを表1に示す。諸収差図中、SAは球面収差、SCは正弦条件、e線、g線、C線は、それぞれの波長における、球面収差によって示される色収差、Sはサジタル、Mはメリディオナルを示している。
【0018】
表または図面中、FNO はFナンバー、F は焦点距離、Y は像高、W は半画角、Yaは矩形の撮影画面の短辺方向の像高(一定)、Waはこの像高Yaに対応する半画角、Ybは矩形の撮影画面の短辺方向の像高(一定)、Wbはこの像高Ybに対応する半画角、fBはバックフォーカスを表す。Rは曲率半径、Dはレンズ厚またはレンズ間隔、Nd はd線の屈折率、νd はd線のアッベ数を示す。*は、ズーミングの際に変化するレンズ群間隔を示す。この実施例では、撮影画面は、1/3”のCCD(長辺4.8mm、短辺約3.6mm、対角線長約6.0mm)である。撮影画面の短辺方向での像高Yaと長辺方向での像高Ybは、短辺長/2=1.8mmまたは長辺長/2=2.4mm内に入る画角を意味する。
【0019】
【表1】
【0020】
[実施例2]
図5ないし図8は、本発明の超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズの第2の実施例である。図5は短焦点距離端におけるレンズ構成図、図6、図7、図8はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。このレンズ系の数値データを表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】
[実施例3]
図9ないし図12は、本発明の超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズの第3の実施例である。図9は短焦点距離端におけるレンズ構成図、図10、図11、図12はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。このレンズ系の数値データを表3に示す。
【0023】
【表3】
【0024】
[実施例4]
図13ないし図16は、本発明の超広角ズームレンズの第4の実施例である。図13は短焦点距離端におけるレンズ構成図、図10、図11、図12はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。このレンズ系の数値データを表4に示す。
【0025】
【表4】
【0026】
[実施例5]
図17ないし図20は、本発明の超広角ズームレンズカメラに用いるズームレンズの第5の実施例である。図17は短焦点距離端におけるレンズ構成図、図18、図19、図20はそれぞれ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端における諸収差図である。このレンズ系の数値データを表5に示す。
【0027】
【表5】
【0028】
表6は、以上の実施例1〜5について、F 、FNO 、W 、Y 、Wa、Wb、Wcを一覧表にしたものである。
【表6】
なお、W の最大値は90°、 Y の最大値は対角の像高+0.5 としたが、これらを越えるからといって本発明の適用から外れるものではない。
【0029】
次に、実施例1ないし5の各条件式に対する値を表7に示す。
尚、実施例1ないし4の短焦点距離端は、ほぼ図23に示す短辺魚眼であり、実施例5の短焦点距離端は、ほぼ図23に示す長辺魚眼である。
【表7】
【0030】
表7から明らかなように、実施例1ないし実施例5の数値は、条件式(1)及び(2)を満足し、実施例1ないし3と実施例5は、条件式(3)も満足している。
【0031】
【発明の効果】
本発明は、撮影領域を矩形としたとき、ズームレンズの最も短い焦点距離を、該ズームレンズによる円形の結像領域の少なくとも一部のエッジが矩形の撮影領域内に入る焦点距離に設定したので、CCTV用カメラでは画面上で広範囲な監視ができ、写真撮影用では半画角が大きいだけでなく、特殊な作画効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超広角ズームレンズの第1の実施例を示すもので、短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図2】図1のレンズ系の最短焦点距離における諸収差図である。
【図3】図1のレンズ系の中間焦点距離における諸収差図である。
【図4】図1のレンズ系の最長焦点距離における諸収差図である。
【図5】本発明による超広角ズームレンズの第2の実施例を示すもので、最短焦点距離におけるレンズ構成図である。
【図6】図5のレンズ系の最短焦点距離における諸収差図である。
【図7】図6のレンズ系の中間焦点距離における諸収差図である。
【図8】図7のレンズ系の最長焦点距離における諸収差図である。
【図9】本発明による超広角ズームレンズの第3の実施例を示すもので、最短焦点距離におけるレンズ構成図である。
【図10】図9のレンズ系の最短焦点距離における諸収差図である。
【図11】図9のレンズ系の中間焦点距離における諸収差図である。
【図12】図9のレンズ系の最長焦点距離における諸収差図である。
【図13】本発明による超広角ズームレンズの第4の実施例を示すもので、最短焦点距離におけるレンズ構成図である。
【図14】図13のレンズ系の最短焦点距離における諸収差図である。
【図15】図13のレンズ系の中間焦点距離における諸収差図である。
【図16】図13のレンズ系の最長焦点距離における諸収差図である。
【図17】本発明による超広角ズームレンズの第5の実施例を示すもので、最短焦点距離におけるレンズ構成図である。
【図18】図17のレンズ系の最短焦点距離における諸収差図である。
【図19】図17のレンズ系の中間焦点距離における諸収差図である。
【図20】図17のレンズ系の最長焦点距離における諸収差図である。
【図21】本発明による超広角ズームレンズが物体側から順に、可動の負、正のレンズ群からなるときの移動軌跡例を示す図である。
【図22】本発明による超広角ズームレンズが物体側から順に、可動の負、正のレンズ群と、固定の正レンズ群からなるときの移動軌跡例を示す図である。
【図23】本発明による超広角ズームレンズをCCTV用カメラや写真撮影用カメラに適用して、最短焦点距離と最長焦点距離の間でズーミングしたときの画角(撮影画面、縦横比約2:3)の変化の様子を示す図である。
Claims (6)
- 物体側から順に、負のパワーの第1レンズ群と、正のパワーの第2レンズ群と、絞と、正のパワーの第3レンズ群とで構成され、ズーミングのとき第1レンズ群と第2レンズ群が移動して、第3レンズ群は固定されるズームレンズを有するカメラにおいて、
該カメラは、該ズームレンズによる円形の撮影領域を矩形に切り取る撮影画面を有し、該ズームレンズの最も短い焦点距離を、該ズームレンズによる円形の結像領域の少なくとも一部のエッジが上記矩形の撮影領域内に入る焦点距離に設定して、該円形の結像領域の外側が暗黒領域になるようにされており、
上記ズームレンズは、下記条件式(1)を満足することを特徴とする超広角ズームレンズカメラ。
(1)D W /|f 1G |>1.3
但し、
f 1G ;第1レンズ群の焦点距離、
D W ;最短焦点距離における第1レンズ群と第2レンズ群の空気間隔。 - 請求項1記載の超広角ズームレンズカメラにおいて、上記ズームレンズは、下記条件式(2)を満足する超広角ズームレンズカメラ。
(2)0.1<fS /|f1G|<0.6
但し、
fS ;最短焦点距離における全系の焦点距離。 - 請求項1または2記載の超広角ズームレンズカメラにおいて、負のパワーの第1レンズ群は、物体側から順に、負の第1-1レンズ、負の第1-2レンズ、及び正または負のパワーの第1-3レンズ群から構成されており、下記条件式(3)を満足する超広角ズームレンズカメラ。
(3)0.5<f1-2 /f1 <0.9
但し、
f1-2 ;第1-1レンズと第1-2レンズの合成焦点距離(<0)、
f1 ;第1-1レンズの焦点距離(<0)。 - 請求項3記載の超広角ズームレンズカメラにおいて、第1-3レンズ群は、負レンズと正レンズの貼合せレンズからなっている超広角ズームレンズカメラ。
- 請求項1記載の超広角ズームレンズカメラにおいて、最短焦点距離における半画角は、矩形の撮影画面の短辺側で60°以上である超広角ズームレンズカメラ。
- 請求項1記載の超広角ズームレンズカメラにおいて、最短焦点距離における半画角は、矩形の撮影画面の長辺側で75°以上である超広角ズームレンズカメラ。
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