JP7039302B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラ、放送用カメラ等の撮像装置に用いる撮像光学系として好適なものである。
近年、撮像装置に用いられる撮像光学系には、高ズーム比でしかも全系が小型のズームレンズであることが要求されている。
これらの要求に応えるズームレンズとして、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、1つ以上のレンズ群より構成される後群を有するポジティブリード型のズームレンズが知られている。
特許文献1、2には、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群よりなるズームレンズが開示されている。
特開2006-337745号公報 特開2012-113285号公報
特許文献1、2に記載のズームレンズは、全系の小型化及び高ズーム化を図ることが比較的容易である。全系が小型でありながら、高いズーム比を有しつつ、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得るには、ズームタイプと、各レンズ群の屈折力、ズーミングに際してのレンズ群の移動軌跡等を適切に設定することが重要になる。
特に前述したズームタイプの、5群ズームレンズでは、第3レンズ群の屈折力や、第4レンズ群の屈折力、そしてズーミングに際しての第2レンズ群と第3レンズ群との移動軌跡や移動量等を適切に設定することが重要になってくる。これらの構成を適切に設定しないと、全系の小型化を図りつつ、高ズーム比のズームレンズを得ることが困難となってくる。
このほか、全系に対する各レンズ群の屈折力や、開口絞りよりも像側に配置される各レンズ群の変倍比、ズーミングに際しての移動軌跡や移動量などを適切に設定することが重要になってくる。
本発明は小型高いズーム比全ズーム範囲にわた高い光学性能の点で有利なズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、
広角端から望遠端へのズーミングにおいて、前記第2レンズ群は物体側から像側へ移動し、前記第3レンズ群および前記第4レンズ群は移動し隣り合うレンズ群の間隔いずれも変化するズームレンズであって、
前記第3レンズ群の焦点距離をf3、前記第4レンズ群の焦点距離をf4、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第2レンズ群の移動量をM2、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第3レンズ群の移動量をM3、前記第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
-1.52≦f3/f4≦-1.33
3.0≦|M2/M3|≦6.0
3.0≦|f1/f4|≦5.0
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズである。
本発明によれば小型高いズーム比全ズーム範囲にわた高い光学性能の点で有利なズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供できる。
実施例1の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例1の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例2の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例2の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例3の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例3の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例4の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例4の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例5の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例5の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例6の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例6の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 実施例7の広角端におけるレンズ断面図 (A)、(B)、(C) 実施例7の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図 本発明のズームレンズを搭載する撮像装置(監視カメラ)の要部概略図
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置について説明する。本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に配置された次のレンズ群より構成されている。正の屈折力の第1レンズ群L1、負の屈折力の第2レンズ群L2、正の屈折力の第3レンズ群L3、負の屈折力の第4レンズ群L4、正の屈折力の第5レンズ群L5より構成されている。
ズーミングに際して、第1レンズ群L1と第5レンズ群L5は不動で、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、第4レンズ群L4は移動している。そしてズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化する。
図1は本発明の実施例1のズームレンズの広角端(短焦点距離端)におけるレンズ断面図である。図2(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例1のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端(長焦点距離端)における収差図である。実施例1はズーム比21.51、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図3は本発明の実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図4(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例2のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例2はズーム比21.92、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図5は本発明の実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図6(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例3のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例3はズーム比21.92、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図7は本発明の実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図8(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例4のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例4はズーム比19.92、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図9は本発明の実施例5のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図10(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例5のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例5はズーム比21.92、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図11は本発明の実施例6のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図12(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例6のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例6はズーム比15.93、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。図13は本発明の撮像装置の要部概略図である。
図13は本発明の実施例7のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図14(A)、(B)、(C)はそれぞれ実施例7のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。実施例7はズーム比24.92、Fナンバー1.65~3.71のズームレンズである。
図15は本発明の撮像装置の要部概略図である。
各実施例のズームレンズはビデオカメラ、デジタルカメラ、TVカメラ、監視用カメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系である。レンズ断面図において、左方が被写体側(物体側)(前方)で、右方が像側(後方)である。レンズ断面図において、L0はズームレンズである。iは物体側からのレンズ群の順番を示し、Liは第iレンズ群である。
レンズ断面図において、SPは開口絞りであり、第3レンズ群L3の物体側に配置している。レンズ断面図において、GBは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学素子である。IPは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)が置かれる。
矢印は広角端から望遠端へのズーミング(変倍)に際して、各レンズ群の移動軌跡と、フォーカシングの際のレンズ群の移動方向を示している。収差図のうち球面収差において、実線のdはd線(波長587.6nm)、2点鎖線のgはg線(波長435.8nm)である。非点収差図において点線のMはd線のメリディオナル像面、実線のSはd線のサジタル像面である。倍率色収差はd線に対するg線によって表している。ωは半画角(撮影画角の半分の値)(度)、FnoはFナンバーである。
各実施例のレンズ断面図において、L1は正の屈折力の第1レンズ群、L2は負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群、L4は負の屈折力の第4レンズ群である。L5は正の屈折力の第5レンズ群L5である。各実施例は5群ズームレンズである。
各実施例ではズーミングに際して第1レンズ群L1と第5レンズ群L5は不動である。広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第2レンズ群L2は像側へ移動する。第3レンズ群L3は物体側へ移動する。第4レンズ群L4は物体側へ移動する。ズーミングに際して開口絞りSPは不動である。
第4レンズ群L4を移動させて変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行っている。第4レンズ群L4に関する実線の曲線4aと点線の曲線4bは、各々無限遠と近距離にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。また、無限遠から近距離へフォーカスは、矢印4Cに示す如く第4レンズ群L4を後方に繰り込むことで行っている。尚、フォーカシングは第4レンズ群L4に限らず、その他のレンズ群を単独、もしくは複数のレンズ群を用いて行っても良い。例えば第2レンズ群L2の一部又は全部、又は第5レンズ群L5で行っても良い。
前述したポジティブリード型の5群ズームレンズでは、ズーミングに際して第1レンズ群を移動させるズーム方式を用いると、全系の小型化を図りつつ、高ズーム比が容易になる。しかしながら、例えば監視用途のカメラにおいては、ズーミングに際して第1レンズ群を可動とすると、耐衝撃性、防水性、防塵性が弱くなってくる。このため各実施例のズームレンズではズーミングに際して第1レンズ群を不動としている。
各実施例において、第3レンズ群L3は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、矢印のように像側から物体側へ移動している。第3レンズ群L3を、広角端において望遠端よりも像側に配置することで、負の屈折力を有する第2レンズ群L2との間隔が広がるため、広角端における全系の焦点距離を広角側へ広げやすくなる。
更に、第3レンズ群L3を、広角端から望遠端へのズーミングに際して、物体側へ移動することにより、第3レンズ群L3より像側の空間が拡大する。そのため、第4レンズ群L4の、広角端から望遠端へのズーミング中の移動に必要な空間を十分に確保して、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
尚、第1レンズ群L1はフォーカシングに際して不動であるが、収差補正上必要に応じて移動させても良い。また、第3レンズ群L3の全体または一部を、光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動することで、撮影時にズームレンズが振動したときの撮影画像のブレを補正しても良い。
各実施例のズームレンズは、全系が小型でありながら、ズーム比20程度の高いズーム比を有するズームレンズになるように各要素を特定している。レンズ全長を短縮しながら、十分なズーム比を確保するためには、第3レンズ群L3より像側の空間の有効利用を図るのが良い。このために、第3レンズ群L3の屈折力や、広角端から望遠端へのズーミングに際しての移動量が重要な要素となる。
そこで各実施例では、第3レンズ群L3の焦点距離をf3、第4レンズ群L4の焦点距離をf4とする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第2レンズ群L2の移動量をM2、広角端から望遠端へのズーミングにおける第3レンズ群L3の移動量をM3とする。このとき、
-1.52≦f3/f4≦-1.25 ・・・(1)
3.0≦|M2/M3|≦6.0 ・・・(2)
なる条件式を満足する。
ここで、広角端から望遠端へのズーミングに際してのレンズ群の移動量とは、レンズ群の広角端と望遠端における光軸上の位置の差である。レンズ群の移動量の符号は広角端に比べて望遠端において、レンズ群が像側に位置するときを正とし、物体側に位置するときを負とする。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(1)は、第3レンズ群L3の焦点距離f3と、第4レンズ群L4の焦点距離f4との比を適切に設定するものである。
条件式(1)の上限を超えて、第3レンズ群L3の正の屈折力が強くなると、広角端において球面収差の補正が困難になる。また広角端から望遠端へのズーミングに際して像面湾曲やコマ収差の変動が増大し、これらの諸収差の変動を軽減するのが困難になる。条件式(1)の下限を超えて、第3レンズ群L3の正の屈折力が強くなると、広角端から望遠端へのズーミングにおける第3レンズ群L3の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大するため、好ましくない。
条件式(2)は、広角端から望遠端へのズーミングにおける第2レンズ群L2の移動量と、第3レンズ群L3の移動量との比を適切に設定するものである。条件式(2)の上限を超えて、主変倍レンズ群である第2レンズ群L2の移動量が増大すると、レンズ全長が増大するとともに、前玉有効径が増大するため、好ましくない。
条件式(2)の下限を超えて、第3レンズ群L3の移動量が増大すると、ズーミングに際して収差変動が増大してくる。特に第3レンズ群L3は、広角端において球面収差の補正や、広角端から望遠端へのズーミングに際して像面湾曲やコマ収差の変動の抑制をおこなっている。このため下限値を超えるとこれらの諸収差の変動を軽減するのが困難となり、ズーム全域で高い光学性能を得るのが困難になる。
各実施例において、好ましくは、条件式(1)、(2)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
-1.50≦f3/f4≦-1.30 ・・・(1a)
3.1≦|M2/M3|≦5.0 ・・・(2a)
更に好ましくは、条件式(1a)、(2a)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
-1.50≦f3/f4≦-1.33 ・・・(1b)
3.2≦|M2/M3|≦4.8 ・・・(2b)
各実施例では、以上の如く構成することにより、全系が小型でありながら、ズーム比20程度の高いズーム比を有し、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズを得ている。
各実施例において好ましくは次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。第1レンズ群L1の焦点距離をf1とする。広角端における全系の焦点距離をfwとする。広角端から望遠端へのズーミングにおける第4レンズ群L4の移動量をM4とする。広角端における第3レンズ群L3の横倍率をβ3W、望遠端における第3レンズ群L3の横倍率をβ3T、広角端における第4レンズ群L4の横倍率をβ4W、望遠端における第4レンズ群L4の横倍率をβ4Tとする。第2レンズ群L2の焦点距離をf2とする。第5レンズ群L5の焦点距離をf5とする。
このとき次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。
2.0≦f1/f3≦4.0 ・・・(3)
3.0≦|f1/f4|≦5.0 ・・・(4)
6.0≦f1/fw≦12.0 ・・・(5)
2.0≦f3/fw≦4.0 ・・・(6)
1.0≦|f4/fw|≦3.0 ・・・(7)
0.2≦|M4/M3|≦2.0 ・・・(8)
1.1≦|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≦2.0 ・・・(9)
-2.5≦f3/f2≦-1.0 ・・・(10)
0.5≦f3/f5≦2.0 ・・・(11)
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(3)は、第1レンズ群L1の焦点距離と、第3レンズ群L3の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(3)の上限を超えて、第1レンズ群L1の正の屈折力が弱くなると、レンズ全長が増大するため、好ましくない。条件式(3)の下限を超えて、第3レンズ群L3の正の屈折力が弱くなると、第3レンズ群L3から像面までの間隔が長くなり過ぎ、レンズ全長が増大するため、好ましくない。
条件式(4)は、第1レンズ群L1の焦点距離と、第4レンズ群L4の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(4)の上限を超えて、第4レンズ群L4の負の屈折力が強くなると(負の屈折力の絶対値が大きくなると)、被写体距離の変動に伴う(フォーカシングに伴う)像面湾曲やフレアの変動を補正するのが困難となる。条件式(4)の下限を超えて、第4レンズ群L4の負の屈折力が弱くなると(負の屈折力の絶対値が小さくなると)、フォーカシングに必要な第4レンズ群L4の移動量が過剰に大きくなり、レンズ全長が増大するため、好ましくない。
条件式(5)は、第1レンズ群L1の焦点距離と、広角端における全系の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(5)の上限を超えて、第1レンズ群L1の正の屈折力が弱くなると、レンズ全長が増大するため、好ましくない。条件式(5)の下限を超えて、第1レンズ群L1の正の屈折力が強くなると、望遠端において球面収差や像面湾曲の補正が困難となる。
条件式(6)は、第3レンズ群L3の焦点距離と、広角端における全系の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(6)の上限を超えて、第3レンズ群L3の正の屈折力が弱くなると、第3レンズ群L3から像面までの間隔が長くなり過ぎ、レンズ全長が増大するため好ましくない。条件式(6)の下限を超えて、第3レンズ群L3の正の屈折力が強くなると、広角端において球面収差の補正が困難になる。更に、ズーミングに際して像面湾曲やコマ収差の変動が増大し、これらの諸収差の変動を軽減するのが困難になる。
条件式(7)は、第4レンズ群L4の焦点距離と、広角端における全系の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(7)の上限を超えて、第4レンズ群L4の負の屈折力が弱くなると、フォーカシングに必要な第4レンズ群L4の移動量が過剰に大きくなり、レンズ全長が増大するため好ましくない。条件式(7)の下限を超えて、第4レンズ群L4の負の屈折力が強くなると、フォーカシングに際して像面湾曲やフレアの変動の補正が困難となる。
条件式(8)は、広角端から望遠端へのズーミングにおける第3レンズ群L3の移動量と第4レンズ群L4の移動量との比を適切に設定するものである。条件式(8)の上限を超えて、第4レンズ群L4の移動量が増大すると、ズーミングに際し必要な駆動範囲が過剰に長くなり、レンズ全長が増大するため、好ましくない。条件式(8)の下限を超えて、第3レンズ群L3の、移動量が増大すると、ズーミングに伴う像面湾曲やコマ収差の変動の補正が困難となる。
条件式(9)は、第3レンズ群L3の変倍比と、第4レンズ群L4の変倍比を適正に設定するものである。条件式(9)の上限を超えると、第3レンズ群L3の変倍比と第4レンズ群L4の変倍比が大きくなりすぎて、第2レンズ群L2に必要な変倍比が低下する。また、第3レンズ群L3の正の屈折力と第4レンズ群L4の負の屈折力が強くなりすぎてズーミングに際し像面湾曲やコマ収差の変動が増大し、更にフォーカシングに際して、像面湾曲やフレアの変動の補正が、困難となる。
条件式(9)の下限を超えると、広角端から望遠端への全系の変倍比を確保するために、第2レンズ群L2に必要な変倍比が過剰に大きくなるので良くない。そのため、第2レンズ群L2のズーミングに際して必要な移動量が大きくなり、レンズ全長が増大するため、好ましくない。
条件式(10)は、第3レンズ群L3の焦点距離と、第2レンズ群L2の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(10)の上限を超えると、第3レンズ群L3の正の屈折力が強くなり、広角端において球面収差の補正が困難になる。更にズーミングに際して像面湾曲やコマ収差の変動を軽減するのが困難となる。条件式(10)の下限を超えると、第2レンズ群L2の負の屈折力が強くなり、ズーミングに際して像面湾曲や倍率色収差の変動を軽減するのが困難となる。
条件式(11)は、第3レンズ群L3の焦点距離と、第5レンズ群L5の焦点距離との比を適切に設定するものである。条件式(11)の上限を超えて、第5レンズ群L5の正の屈折力が強くなると、ズーム全域において像面湾曲の補正が困難となる。条件式(11)の下限を超えて、第5レンズ群L5の正の屈折力が弱くなると、第5レンズ群L5から像面までの距離が長くなるため、レンズ全長が増大するため、好ましくない。
尚、各実施例において、収差補正上更に好ましくは、条件式(3)乃至(9)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
2.5≦f1/f3≦3.5 ・・・(3a)
3.5≦|f1/f4|≦4.8 ・・・(4a)
7.0≦f1/fw≦11.0 ・・・(5a)
2.5≦f3/fw≦3.6 ・・・(6a)
1.8≦|f4/fw|≦2.5 ・・・(7a)
0.5≦|M4/M3|≦1.5 ・・・(8a)
1.2≦|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)| ≦2.5 ・・・(9a)
-2.2≦f3/f2≦-1.5 ・・・(10a)
0.8≦f3/f5≦1.5 ・・・(11a)
更に好ましくは、条件式(3a)乃至(9a)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
2.8≦f1/f3≦3.2 ・・・(3b)
3.9≦|f1/f4|≦4.5 ・・・(4b)
8.0≦f1/fw≦10.0 ・・・(5b)
2.8≦f3/fw≦3.2 ・・・(6b)
2.0≦|f4/fw|≦2.3 ・・・(7b)
0.9≦|M4/M3|≦1.2 ・・・(8b)
1.3≦|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≦1.8 ・・・(9b)
-1.9≦f3/f2≦-1.7 ・・・(10a)
1.0≦f3/f5≦1.3 ・・・(11a)
各実施例では、以上のように構成することによって、全系が小型でありながら、ズーム比20程度の高いズーム比を有し、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を有するズームレンズを得ている。
各実施例において更に好ましくは、次の構成のうち1以上を満足するのが良い。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成している。このような構成にすると、第1レンズ群L1を構成するレンズ枚数を少なくして、レンズ全長の短縮化を図るとともに、望遠端において球面収差や軸上色収差の補正が容易になる。
第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に配置された、像側が凹面で、物体側に比べて像側のほうの曲率が強い負レンズ、負レンズ、負レンズ、物体側が凸面の正レンズより構成している。このような構成にすると、広角端から望遠端へのズーミングに際し像面湾曲やコマ収差、倍率色収差などの諸収差の変動を軽減するのが容易となる。
実施例1、2、4、6では、第3レンズ群L3は、物体側から像側へ順に、次の構成よりなっている。物体側が凸面で、1面に非球面形状を有する正レンズ、像側が凹面でメニスカス形状の負レンズ、像側が凸面で、1面に非球面形状を有する正レンズより構成している。このような構成にすることで、広角端において球面収差や、広角端から望遠端へのズーミングに際し像面湾曲やコマ収差等の諸収差の変動を軽減するのが容易となる。
実施例3、5、7では、第3レンズ群L3は、物体側から像側へ順に、物体側が凸面で、1面に非球面形状を有する正レンズ、接合レンズ、像側が凸面で、1面に非球面形状を有する正レンズより構成している。ここで接合レンズは、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズを接合し、接合レンズ面が物体側に凸面を向け、正レンズの像側が凹面より構成している。
このような構成にすることで、広角端において球面収差や軸上色収差、広角端から望遠端へのズーミングに際して像面湾曲やコマ収差等の諸収差の変動を軽減し、更にズーム全域において画面周辺でのフレアを好適に軽減している。また、第4レンズ群L4は、1枚の負レンズより構成している。具体的には像側が凹面の負レンズより構成している。第4レンズ群L4は、収差補正上必要に応じて、互いに接合された負レンズと正レンズより構成した、負の屈折力の接合レンズで構成しても良い。
このような構成にすることで、第4レンズ群L4を構成するレンズ枚数を少なくして、レンズ全長の短縮化を図っている。更に、フォーカシング機能を有する第4レンズ群L4の装置構成を簡素化し、フォーカス速度の向上を図りつつ装置全体の小型化を容易にしている。
また、第5レンズ群L5は、1枚の正レンズより構成している。具体的には物体側が凸面の1枚の正レンズで構成している。第5レンズ群L5は、収差補正上必要に応じて、互いに接合された正レンズと負レンズより構成した、正の屈折力の接合レンズで構成しても良い。このような構成にすることで、第5レンズ群L5を構成するレンズ枚数を少なくして、レンズ全長の短縮化を図るとともに、ズーム全域の像面湾曲を好適に補正している。
更に、収差補正上必要に応じて、第5レンズ群L5の少なくとも1面に非球面形状を有しても良い。また、第5レンズ群L5は、ズーミングに際して不動としている。このような構成にすることで、像面に最も近接して配置されるレンズ群がズーミングに際して移動不要となるため、第5レンズ群L5から像面までの装置構成を簡素化し、装置全体の小型化を容易にしている。
また、開口絞りSPは、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の間に配置して、ズーミングに際して不動としている。開口絞りSPを第2レンズ群L2と第3レンズ群L3の間に配置することで、レンズ全系の最も物体側のレンズ面から開口絞りSPまでの距離を短くして、前玉有効径の小型化を図っている。開口絞りSPをズーミングに際して不動とすることで、開口絞りSPと、開口絞りSPを保持するための装置構造を簡素化し、装置全体の小型化を図っている。
以上の構成をとることによって、全系が小型でありながら、ズーム比20程度の高いズーム比を有するズームレンズで、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得ている。
次に本発明のズームレンズを撮像光学系として用いた監視カメラ(撮像装置)の実施例について図15を用いて説明する。
図15において10は監視カメラ本体、11は本発明のズームレンズによって構成された撮像光学系である。12はズームレンズによって形成された被写体像を受光する撮像素子、13は情報を記録する記録手段、14は、情報転送のためのネットワークケーブルである。
この様に本発明のズームレンズを監視カメラ等の撮像装置に適用する事により、小型で高い光学性能を有する撮像装置を得ている。なお、撮像素子にCMOS等の電子撮像素子を用いれば、電子的に収差補正をする事で出力画像を更に高画質化する事が容易となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
以下に、実施例1乃至7に各々対応する数値データ1乃至7を示す。各数値データにおいて、riは物体側より順に第i番目の面の曲率半径、di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)、ndiとνdiはそれぞれ第i番目のレンズの材料の屈折率とアッベ数を示す。また、数値データ1乃至7では、最も像側の2つの面はガラスブロックに相当する平面である。
BFはバックフォーカスであり、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は第1レンズ面から最終レンズ面までの長さに、バックフォーカスBFの値を加えた長さである。*は非球面を意味する。非球面形状は、光軸方向にX軸、光軸と垂直方向h軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半径、kを円推定数、A4、A6、A8、A10を各々非球面径数とする。
このとき、
Figure 0007039302000001
なる式で表している。例えば「e-x」の表示は「10-x」を意味する。また前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表1に示す。
[数値データ1]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 59.142 1.50 1.85478 24.8
2 30.477 6.95 1.49700 81.5
3 719.759 0.15
4 32.916 3.84 1.83481 42.7
5 131.359 (可変)
6 93.715 0.90 1.91082 35.3
7 9.746 3.99
8 43.827 0.70 1.83481 42.7
9 21.449 2.51
10 -32.227 0.65 1.77250 49.6
11 38.138 0.15
12 22.476 2.28 1.95906 17.5
13 -370.085 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.918 4.15 1.69350 53.2
16 203.150 4.43
17 8.385 0.60 1.95906 17.5
18 5.568 3.61
19* 12.503 3.40 1.49710 81.6
20* -15.263 (可変)
21 -34.076 0.50 1.95375 32.3
22 16.649 (可変)
23 22.825 1.99 2.00100 29.1
24 -37.175 2.58
25 ∞ 1.72 1.51633 64.1
26 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.83932e+000 A 4= 1.13163e-004 A 6=-4.26087e-007 A 8= 4.40683e-009 A10=-3.84758e-011

第19面
K = 1.35935e+000 A 4=-3.16271e-004 A 6=-2.23477e-006 A 8=-2.25020e-007

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.62501e-004 A 6=-4.73602e-006 A 8=-1.09879e-007 A10=-3.13085e-009
各種データ
ズーム比 21.51
広角 中間 望遠
焦点距離 5.34 43.72 114.77
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 36.86 5.23 2.00
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 95.53 95.53 95.53
BF 5.72 5.72 5.72

d 5 0.60 24.80 30.84
d13 31.04 6.85 0.80
d14 9.92 2.40 0.60
d20 3.58 7.03 2.27
d22 2.38 6.45 13.01

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 47.48
2 6 -9.44
3 14 ∞
4 15 16.60
5 21 -11.67
6 23 14.37
[数値データ2]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 61.717 1.50 1.85478 24.8
2 31.451 6.89 1.49700 81.5
3 1480.510 0.15
4 33.545 3.97 1.83481 42.7
5 132.663 (可変)
6 92.439 0.90 1.91082 35.3
7 9.719 4.33
8 73.769 0.70 1.83481 42.7
9 29.961 2.13
10 -31.016 0.65 1.77250 49.6
11 36.763 0.15
12 23.025 2.29 1.95906 17.5
13 -276.989 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.750 4.60 1.69350 53.2
16 162.416 4.16
17 8.245 0.60 1.95906 17.5
18 5.459 3.74
19* 12.432 3.42 1.49710 81.6
20* -15.114 (可変)
21 -36.382 0.50 1.95375 32.3
22 15.181 (可変)
23 21.280 2.12 2.00100 29.1
24 -37.495 2.56
25 ∞ 1.72 1.51633 64.1
26 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.79983e+000 A 4= 1.15850e-004 A 6=-3.23593e-007 A 8= 2.93014e-009 A10=-2.76487e-011

第19面
K = 1.65429e+000 A 4=-3.56963e-004 A 6=-2.79414e-006 A 8=-2.66105e-007

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.96599e-004 A 6=-4.34069e-006 A 8=-1.59031e-007 A10=-2.63324e-009
各種データ
ズーム比 21.92
広角 中間 望遠
焦点距離 5.39 43.23 118.16
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 36.57 5.29 1.94
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 96.31 96.31 96.31
BF 5.70 5.70 5.70

d 5 0.60 25.30 31.47
d13 31.67 6.97 0.80
d14 9.65 2.73 0.60
d20 3.57 7.03 2.07
d22 2.29 5.76 12.85

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 48.10
2 6 -9.53
3 14 ∞
4 15 16.76
5 21 -11.18
6 23 13.81
[数値データ3]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 66.469 1.50 1.85478 24.8
2 31.563 6.91 1.49700 81.5
3 -1654.341 0.15
4 33.328 4.31 1.83481 42.7
5 139.064 (可変)
6 89.405 0.90 1.83481 42.7
7 8.776 5.21
8 -103.937 0.70 1.83481 42.7
9 89.280 1.25
10 -29.816 0.65 1.77250 49.6
11 37.142 0.15
12 22.484 1.99 1.95906 17.5
13 -20066.460 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.946 4.48 1.58313 59.4
16* 112.417 5.32
17 11.308 0.60 1.85478 24.8
18 6.130 3.40 1.48749 70.2
19 10.769 2.34
20* 7.228 2.35 1.49710 81.6
21* 56.506 (可変)
22 -74.314 0.50 1.83400 37.2
23 10.750 (可変)
24 14.881 2.72 1.64769 33.8
25 -23.826 2.31
26 ∞ 1.72 1.51633 64.1
27 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.03703e+000 A 4= 4.08778e-005 A 6=-1.49380e-007 A 8= 3.24448e-009 A10=-1.82767e-011

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.67961e-005 A 6= 4.54430e-008

第20面
K =-1.09911e+000 A 4= 1.41145e-004 A 6= 7.99012e-006 A 8=-3.88867e-007 A10= 1.57087e-008

第21面
K = 1.33690e+002
各種データ
ズーム比 21.92
広角 中間 望遠
焦点距離 5.39 41.05 118.08
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 36.59 5.57 1.94
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 96.12 96.12 96.12
BF 5.45 5.45 5.45

d 5 0.60 25.13 31.26
d13 31.46 6.93 0.80
d14 8.27 2.81 0.60
d21 2.55 7.46 2.58
d23 2.36 2.91 10.01

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 47.60
2 6 -8.71
3 14 ∞
4 15 16.32
5 22 -11.23
6 24 14.54
[数値データ4]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 62.287 1.50 1.85478 24.8
2 31.387 6.47 1.49700 81.5
3 2420.837 0.15
4 33.323 4.05 1.83481 42.7
5 133.479 (可変)
6 93.497 0.90 1.91082 35.3
7 9.721 4.15
8 68.486 0.70 1.83481 42.7
9 30.058 2.20
10 -28.558 0.65 1.77250 49.6
11 40.568 0.15
12 24.011 2.25 1.95906 17.5
13 -197.202 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.748 4.69 1.69350 53.2
16 208.118 4.12
17 8.327 0.60 1.95906 17.5
18 5.452 3.73
19* 12.520 3.39 1.49710 81.6
20* -15.578 (可変)
21 -43.451 0.50 1.95375 32.3
22 14.780 (可変)
23 20.158 2.09 2.00100 29.1
24 -41.776 2.64
25 ∞ 1.72 1.51633 64.1
26 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.81706e+000 A 4= 1.16204e-004 A 6=-3.41002e-007 A 8= 2.78569e-009 A10=-2.52586e-011

第19面
K = 1.71952e+000 A 4=-3.78650e-004 A 6=-2.30365e-006 A 8=-2.77238e-007

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.27918e-004 A 6=-4.22893e-006 A 8=-1.44521e-007 A10=-3.21495e-009
各種データ
ズーム比 19.92
広角 中間 望遠
焦点距離 5.59 41.49 111.32
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 35.59 5.51 2.06
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 94.41 94.41 94.41
BF 5.77 5.77 5.77

d 5 0.60 24.86 30.92
d13 31.12 6.86 0.80
d14 8.71 2.77 0.60
d20 3.64 7.20 2.13
d22 2.29 4.66 11.91

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 47.61
2 6 -9.62
3 14 ∞
4 15 16.87
5 21 -11.52
6 24 13.82
[数値データ5]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 64.793 1.50 1.85478 24.8
2 32.157 7.07 1.49700 81.5
3 8505.273 0.15
4 34.163 4.35 1.83481 42.7
5 135.413 (可変)
6 75.847 0.90 1.91082 35.3
7 8.994 5.22
8 -97.809 0.70 1.77250 49.6
9 66.752 1.46
10 -28.734 0.65 1.77250 49.6
11 40.867 0.15
12 24.680 2.20 1.95906 17.5
13 -138.158 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 11.179 5.44 1.69350 53.2
16* 71.548 4.97
17 18.513 0.60 1.85478 24.8
18 6.163 3.10 1.48749 70.2
19 12.264 0.86
20* 7.247 2.77 1.58313 59.4
21* 274.136 (可変)
22 -73.757 0.50 1.83481 42.7
23 11.592 (可変)
24 15.883 2.59 1.60342 38.0
25 -22.174 3.16
26 ∞ 1.72 1.51400 70.0
27 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.00022e+000 A 4= 3.53051e-005 A 6=-1.56450e-008 A 8= 1.22554e-009 A10= 2.84487e-012

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.97087e-005 A 6= 3.01712e-007

第20面
K =-1.01598e+000 A 4=-2.00732e-005 A 6= 5.16624e-006 A 8=-2.87861e-007 A10= 7.18814e-009

第21面
K =-4.93394e+003
各種データ
ズーム比 21.92
広角 中間 望遠
焦点距離 5.30 42.11 116.24
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 37.02 5.43 1.97
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 97.27 97.27 97.27
BF 6.30 6.30 6.30

d 5 0.60 26.29 32.72
d13 32.91 7.22 0.80
d14 7.40 1.99 0.60
d21 2.28 7.39 2.18
d23 2.59 2.88 9.49

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 49.04
2 6 -8.80
3 14 ∞
4 15 16.06
5 22 -11.97
6 24 15.74
[数値データ6]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 65.554 1.50 1.85478 24.8
2 31.892 6.24 1.49700 81.5
3 -1430.851 0.15
4 32.623 4.08 1.83481 42.7
5 125.937 (可変)
6 93.123 0.90 1.91082 35.3
7 9.582 4.25
8 161.981 0.70 1.83481 42.7
9 40.045 2.02
10 -25.529 0.65 1.77250 49.6
11 54.540 0.15
12 26.867 2.14 1.95906 17.5
13 -115.524 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.995 4.65 1.69350 53.2
16 -664.633 4.23
17 8.362 0.60 1.95906 17.5
18 5.390 3.47
19* 12.333 3.30 1.49710 81.6
20* -15.714 (可変)
21 -62.746 0.50 1.95375 32.3
22 13.837 (可変)
23 20.647 1.89 2.00100 29.1
24 -43.590 3.08
25 ∞ 1.72 1.51633 64.1
26 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-1.96028e+000 A 4= 1.12763e-004 A 6=-4.29822e-007 A 8= 2.31898e-009 A10=-2.16112e-011

第19面
K = 2.04090e+000 A 4=-4.06858e-004 A 6=-3.07141e-006 A 8=-2.94341e-007

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.64468e-004 A 6=-5.34166e-006 A 8=-1.30014e-007 A10=-4.26132e-009
各種データ
ズーム比 15.93
広角 中間 望遠
焦点距離 5.82 37.58 92.67
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 34.51 6.08 2.47
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 90.88 90.88 90.88
BF 6.21 6.21 6.21

d 5 0.60 23.98 29.83
d13 30.03 6.65 0.80
d14 7.05 2.49 0.60
d20 3.20 6.92 2.87
d22 2.37 3.21 9.15

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 46.98
2 6 -9.67
3 14 ∞
4 15 16.55
5 21 -11.85
6 23 14.21
[数値データ7]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1 69.160 1.50 1.85478 24.8
2 32.965 7.50 1.49700 81.5
3 -1305.133 0.15
4 34.455 4.46 1.83481 42.7
5 135.811 (可変)
6 89.237 0.90 1.83481 42.7
7 8.883 4.89
8 142.704 0.70 1.83481 42.7
9 38.570 1.78
10 -27.066 0.65 1.77250 49.6
11 38.265 0.15
12 22.543 2.03 1.95906 17.5
13 47210.091 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15* 10.894 4.71 1.58313 59.4
16* 207.513 4.82
17 11.190 0.60 1.85478 24.8
18 6.022 3.58 1.48749 70.2
19 9.804 2.58
20* 7.319 1.95 1.49710 81.6
21* 74.332 (可変)
22 -67.779 0.50 1.83400 37.2
23 10.823 (可変)
24 15.858 2.69 1.64769 33.8
25 -22.191 2.25
26 ∞ 1.72 1.51633 64.1
27 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K =-9.87665e-001 A 4= 3.94454e-005 A 6=-3.09449e-008 A 8= 2.03771e-009 A10=-7.24252e-012

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.09846e-006 A 6= 6.81675e-008

第20面
K =-9.40770e-001 A 4= 9.88095e-005 A 6= 7.56724e-006 A 8=-4.15844e-007 A10= 1.76028e-008

第21面
K = 2.40133e+002
各種データ
ズーム比 24.92
広角 中間 望遠
焦点距離 5.18 41.90 128.96
Fナンバー 1.65 3.30 3.71
半画角(度) 37.70 5.45 1.78
像高 4.00 4.00 4.00
レンズ全長 99.12 99.12 99.12
BF 5.38 5.38 5.38

d 5 0.60 26.66 33.18
d13 33.38 7.32 0.80
d14 8.79 3.03 0.60
d21 2.45 7.52 2.45
d23 2.39 3.08 10.58

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 49.69
2 6 -8.72
3 14 ∞
4 15 16.41
5 22 -11.16
6 24 14.69
Figure 0007039302000002
L0 ズームレンズ L1 第1レンズ群 L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群 L4 第4レンズ群 L5 第5レンズ群

Claims (19)

  1. 物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、
    広角端から望遠端へのズーミングにおいて、前記第2レンズ群は物体側から像側へ移動し、前記第3レンズ群および前記第4レンズ群は移動し隣り合うレンズ群の間隔いずれも変化するズームレンズであって、
    前記第3レンズ群の焦点距離をf3、前記第4レンズ群の焦点距離をf4、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第2レンズ群の移動量をM2、広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第3レンズ群の移動量をM3、前記第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
    -1.52≦f3/f4≦-1.33
    3.0≦|M2/M3|≦6.0
    3.0≦|f1/f4|≦5.0
    なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
  2. ズーミングのためには前記第1レンズ群は不動であることを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
  3. ズーミングのためには前記第5レンズ群は不動であ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。
  4. 前記第2レンズ群と前記第3レンズ群との間に配置された開口絞りを有し、該開口絞りはズーミングのためには不動であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  5. 前記第1レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負レンズ、正レンズ、正レンズより構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  6. 前記第4レンズ群は、1枚の負レンズより構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  7. 前記第4レンズ群は、互いに接合された正レンズと負レンズとより構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  8. 前記第5レンズ群は、1枚の正レンズより構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  9. 前記第5レンズ群は、互いに接合された正レンズと負レンズとより構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  10. 前記第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
    2.0≦f1/f3≦4.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  11. 前記第1レンズ群の焦点距離をf1、広角端における前記ズームレンズの焦点距離をfwとするとき、
    6.0≦f1/fw≦12.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  12. 広角端における前記ズームレンズの焦点距離をfwとするとき、
    2.0≦f3/fw≦4.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  13. 広角端における前記ズームレンズの焦点距離をfwとするとき、
    1.0≦|f4/fw|≦3.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  14. 広角端から望遠端へのズーミングにおける前記第4レンズ群の移動量をM4とするとき、
    0.2≦|M4/M3|≦2.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  15. 広角端における前記第3レンズ群の横倍率をβ3W、望遠端における前記第3レンズ群の横倍率をβ3T、広角端における前記第4レンズ群の横倍率をβ4W、望遠端における前記第4レンズ群の横倍率をβ4Tとするとき、
    1.1≦|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≦2.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  16. 前記第2レンズ群の焦点距離をf2とするとき、
    -2.5≦f3/f2≦-1.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  17. 前記第5レンズ群の焦点距離をf5とするとき、
    0.5≦f3/f5≦2.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  18. 広角端から望遠端へのズーミングにおいて、前記第3レンズ群は物体側へ移動し、前記第4レンズ群は物体側へ移動することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載のズームレンズ。
  19. 請求項1乃至18のいずれか1項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光す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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