ズームレンズおよび撮像装置
【課題】ズームレンズにおいて、小型で良好な光学性能を保持するとともに、低コスト化を図る。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第1レンズ群G1、移動して変倍を行う負の第2レンズ群G2、絞り、正の第3レンズ群G3、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の第4レンズ群G4を備える。第2レンズ群G2は少なくとも2枚の負レンズを含む。第2レンズ群G2の最も像側にはプラスチック非球面レンズが配される。該プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、条件式(1)を満たす。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の第1レンズ群G1、移動して変倍を行う負の第2レンズ群G2、絞り、正の第3レンズ群G3、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う正の第4レンズ群G4を備える。第2レンズ群G2は少なくとも2枚の負レンズを含む。第2レンズ群G2の最も像側にはプラスチック非球面レンズが配される。該プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、条件式(1)を満たす。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、民生用ビデオカメラや監視用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズとして、4群タイプや5群タイプのズームレンズが多く提案されてきた。そして、これらに対する小型化および高性能化への要望に応えるものとして、非球面レンズを用いたズームレンズが提案されている。上記分野の4群タイプ、5群タイプのズームレンズにおいては、第3レンズ群の正レンズに非球面レンズを用いた例が非常に多い。
【0003】
その他の例としては、特許文献1〜3に記載されているように、4群タイプのズームレンズにおいて、変倍群である第2レンズ群に非球面レンズを用いた例がある。特許文献1には、物体側から順に、負、負、正からなる3枚構成の第2レンズ群において、物体側から2番目の負レンズを非球面レンズとした例が記載されている。特許文献2には、物体側から順に、負、負、正からなる3枚構成の第2レンズ群において、物体側から2番目の負レンズおよびその像側の正レンズを非球面レンズとした例が記載されている。特許文献3には、物体側から順に、負、負、正、負からなる4枚構成の第2レンズ群において、最も物体側の負レンズを非球面レンズとした例が記載されている。
【特許文献1】特開平9−127417号公報
【特許文献2】特開2006−171615号公報
【特許文献3】特開2006−113387号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年では、上記分野のズームレンズにおいて、小型化、高性能化の要求に加えて、低コスト化への要求も高まってきている。低コスト化を図る1つの方法としては、ガラスモールドレンズ(ガラス材料からなり、モールド成型により形成されたレンズ)からなる非球面レンズを、プラスチックレンズ(プラスチック材料からなるレンズ)に置換することが考えられる。
【0005】
特許文献1、2に記載のズームレンズは、第2レンズ群の上記非球面レンズの材料をプラスチックとしており、変倍群の非球面レンズをプラスチックレンズとした数少ない例である。
【0006】
しかしながら、特許文献1〜3に記載されているようなレンズタイプにおいては、レンズ全長を短くするために、第2レンズ群に強い負のパワーを持たせている場合が多く、第2レンズ群の個々の負レンズのパワーも強くなりやすい。そのため、これらの負レンズの材料をプラスチックにした場合は、温度変化に伴う特性の変化が大きくなってしまうという問題がある。
【0007】
例えば、特許文献3に記載の第2レンズ群は最も物体側に負のパワーを有する非球面レンズを用いているが、このレンズはパワーが強いため、このレンズをプラスチックで構成することは難しい。
【0008】
また、プラスチックは一般に屈折率が低いため、レンズの曲率が大きくなり、レンズの製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなってしまうという問題がある。第2レンズ群のパワーを弱くし、第2レンズ群の個々の負レンズが担うパワーを弱くすれば、プラスチックで構成することも可能であるが、その場合には、パワーを弱くした分、変倍時の移動量が大きくなってしまい、レンズ全長が長くなるという問題が生じる。また、前玉径(全系で最も物体側のレンズの径)の大型化にもつながり、小型化に反するものとなってしまう。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で良好な光学性能を保持するとともに、低コスト化が図られたズームレンズおよび該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ものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群とを備え、第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含み、第2レンズ群の最も像側には少なくとも1面が非球面でプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズが配され、プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(1)を満たすことを特徴とするものである。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
なお、上記f2aは、近軸領域におけるものである。
【0011】
なお、本発明において、各「レンズ群」は、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。
【0012】
本発明のズームレンズでは、第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含むように構成することで、第2レンズ群に必要な負のパワーを確保してレンズ全系の小型化を図り、第2レンズ群の最も像側にプラスチック非球面レンズを配置することで、良好な光学性能と低コスト化の両立を図っている。そして、このプラスチックレンズのパワーを条件式(1)で規定することで、温度変化や製造・組立誤差による性能劣化を抑制するとともに、十分な収差補正効果を得るようにしている。
【0013】
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における第2レンズ群の移動量をM2としたとき、下記条件式(2)を満たすことが好ましい。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【0014】
また、本発明のズームレンズにおいては、広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たすことが好ましい。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【0015】
また、本発明のズームレンズにおいては、第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(4)を満たすことが好ましい。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【0016】
また、本発明のズームレンズにおいては、第2レンズ群が1枚の正レンズを含むように構成してもよく、その場合に該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことが好ましい。
ν2p<25 … (5)
【0017】
本発明のズームレンズにおいて、第2レンズ群が1枚の正レンズを含む場合には、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことが好ましい。
N2p>1.83 … (6)
【0018】
また、本発明のズームレンズにおいては、第2レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、プラスチック非球面レンズとの4枚から構成されるようにしてもよい。
【0019】
また、本発明のズームレンズにおいては、第1レンズ群が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成されるようにしてもよい。その際に、第1レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、第1レンズ群を構成する負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことが好ましい。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【0020】
また、本発明のズームレンズでは、第2レンズ群の最も像側のプラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことが好ましい。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【0021】
なお、各条件式の値は、ズームレンズの基準波長におけるものであり、例えばズームレンズの基準波長がd線(波長587.6nm)の場合は、上記条件式で記載されている屈折率やアッベ数はd線におけるものとなる。
【0022】
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、第1レンズ群と第3レンズ群とを固定群とし、第2レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面位置の補正および合焦を第4レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第2レンズ群の構成を好適に設定し、条件式(1)を満たすようにしているため、小型に構成可能で高い光学性能を保持するとともに、低コスト化が図られたズームレンズおよび該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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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。
【0025】
図1は、本発明の一実施の形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例1のズームレンズに対応している。
【0026】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Zに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群G1と、負の屈折力を有し、光軸Zに沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群G3と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群G4とを備えている。
【0027】
なお、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさや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。また、図1では、左側が物体側、右側が像側である。図1では、上段に広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、下段に望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。
【0028】
また、図1では像面をSimとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像装置に適用する際には、像面Simに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。
【0029】
ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図1では、最も像側のレンズ群と像面Simとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材PPが配置された例を示している。
【0030】
このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍の際には、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3を光軸上に固定とし、第2レンズ群G2を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第4レンズ群G4を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されている。つまり、第2レンズ群G2はバリエータ群、第4レンズ群G4はコンペンセータ群およびフォーカス群としての機能を備えている。
【0031】
本実施形態のズームレンズは、第2レンズ群G2に特徴的な構成を有している。この第2レンズ群G2は少なくとも2枚の負レンズを含み、第2レンズ群G2の最も像側にはプラスチック材料からなり、少なくとも1面の非球面を有するプラスチック非球面レンズが配される。
【0032】
例えば、図1に示す例の第2レンズ群G2は、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズL21と、両凹形状の負レンズL22および両凸形状の正レンズL23の貼り合わせによる接合レンズと、レンズL24との4枚から構成されている。図1に示す例の負レンズL21と負レンズL22はガラス球面レンズである。レンズL24は両面が非球面のプラスチック非球面レンズである。
【0033】
第2レンズ群G2の最も像側に非球面レンズを設けることで、変倍時の収差変動や像面変動、ディストーションを抑制することができる。また、このレンズL24をプラスチックで構成することにより、低コスト化および軽量化を図ることができる。プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて、形状の自由度が高いため、配置する位置やパワーを上手く設定することにより、非常に有用なものとなる。
【0034】
ただし、課題の項で前述したように、プラスチックレンズを使用する際には、温度変化による特性変化が大きいという点に注意する必要がある。そこで、本実施形態では、下記条件式(1)を満たすように構成し、レンズL24のパワーが弱いものとなるように設定している。
【0035】
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
ここで、f2aは、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離であり、f2は、第2レンズ群G2の焦点距離である。
【0036】
条件式(1)は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離と、第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定しており、いわばこのプラスチック非球面レンズの第2レンズ群G2に対するパワーの比を規定している。条件式(1)は、第2レンズ群G2の最も像側の非球面レンズをプラスチックで構成するための条件と言える。条件式(1)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを強くしてしまうと、温度変化に伴う特性の変化が大きくなってしまう。また、プラスチックは一般に屈折率が低いため、条件式(1)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを強くしてしまうと、レンズの曲率が大きくなり、レンズの製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなってしまう。条件式(1)の上限を上回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを弱くしてしまうと、このレンズの曲率が小さくなり、収差を十分に補正できなくなる。
【0037】
いわばレンズL24は、パワー配分にはほとんど影響を与えず、収差を良好に補正するための「収差補正レンズ」としての役割を果たすものである。レンズL24をこのようなレンズとすることで、レンズL24をプラスチックで構成しつつ、温度変化の影響を小さくして、良好な光学性能を保持することが可能になる。
【0038】
前述したもう一つの注意点として、プラスチックは低屈折率材料であることから、持たせるパワーが大きくなるほどレンズの曲率が大きくなり、製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなるという問題がある。本実施形態では、レンズL24を「収差補正レンズ」として扱い、そのパワーを弱く設定することで、曲率を大きくする必要がなくなり、この問題についても解決することができる。
【0039】
また、第2レンズ群G2に必要な負のパワーは、第2レンズ群G2が少なくとも2枚の負レンズを含むように構成することで得ることができる。図1に示す例では、2枚の負レンズL21、L22を備え、そのうち負レンズL22を両凹形状としている。このような構成により、第2レンズ群G2に必要な強い負のパワーを確保し、変倍時の移動量を小さくして小型化を図ることができる。
【0040】
特に、図1に示す例のように、第2レンズ群G2の物体側に2枚の負レンズを配置した場合には、物体側に負のパワーを多く配分することにより、第2レンズ群の物体側主点の位置を物体側に近づけて第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の主点間隔を短くすることができる。これにより、軸外光束の第1レンズ群G1を通過する高さを低くすることができ、前玉径の小型化を図ることができる。
【0041】
本実施形態の第2レンズ群G2を従来のものと比較して考察する。特許文献1、2に記載の第2レンズ群は、負、負、正の3枚構成であり、物体側から2番目の負レンズはプラスチック非球面レンズである。このプラスチック非球面レンズは両凹形状であり、収差補正だけでなくパワー配分の大きな役割も担うものと考えられる。特許文献1、2に記載されたような構成において、温度変化の影響を低減するためやレンズの曲率を小さくするために、仮にこの負レンズのパワーを弱くすると、第2レンズ群のパワーが弱くなり、変倍時の移動量が大きくなり、系が大型化してしまう。
【0042】
これに対して図1に示す本実施形態の第2レンズ群は、負、負、正の3枚構成のさらに像側にパワーの弱いプラスチック非球面レンズを1枚配置した構成を採っているため、温度変化の影響は小さく、プラスチック非球面レンズの曲率を大きくする必要もなく、第2レンズ群G2の負のパワーも確保できて系の小型化も可能である。
【0043】
そして、本実施形態では、特許文献1、2のものとは異なり、物体側から2番目の負レンズを、ガラス球面レンズにすることができる。この負レンズをガラスレンズにすることで、強いパワーを持たせることが容易になり、変倍時の移動量を小さくして小型化を進めることができる。また、プラスチックレンズは材料の選択性が低いのに対して、ガラスレンズは材料の選択性が高いため、ガラスレンズとすることにより、色収差の補正に有利となる。特に、第2レンズ群の物体側から2番目の負レンズが隣接する正レンズと接合レンズを構成している場合には、色収差補正のための材料の選択は重要となる。また、接合レンズの作製に関しても、プラスチックレンズよりガラスレンズの方が有利である。
【0044】
特許文献3に記載の第2レンズ群は、負、負、正、負の4枚構成であり、本実施形態とレンズ枚数は同じである。しかし、特許文献3では、強いパワーを有する最も物体側のレンズを非球面レンズとしているため、このレンズをプラスチックで構成することは困難である。これに対して、本実施形態では、第2レンズ群G2中に含まれるレンズの中で、比較的パワーの弱い最も像面側のレンズに非球面を施してプラスチックレンズとすることにより、温度変化による影響を小さくすることができ、また、低コスト化、軽量化を図ることができる。
【0045】
すなわち、第2レンズ群G2の最も像側に、安価で軽量なプラスチックで構成しながらも、温度変化による影響が小さく、良好な収差補正能力を有するレンズL24を配置することにより、従来用いられていたガラス非球面レンズを削減することができ、低コスト化を図るとともに、小型に構成され、収差が良好に補正されたズームレンズを得ることができる。
【0046】
なお、第2レンズ群G2の構成は、図1に示す例に限定されない。例えば、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズは、光軸近傍において負のパワーを有していてもよく、正のパワーを有していてもよい。また、第2レンズ群G2は、後述の実施例に示すように、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズ、少なくとも1面の非球面を有するとともにプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズの5枚構成としてもよく、この場合は第2レンズ群G2に必要な負のパワーをより分散できるので各負レンズのパワーを抑制できるか、あるいは第2レンズ群G2により強い負のパワーを持たせることができる。また、第2レンズ群G2は、負レンズと正レンズの貼り合わせによる接合レンズを有するように構成してもよく、この場合は色収差の補正に有利となる。
【0047】
第1レンズ群G1の構成としては、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとからなるようにしてもよく、例えば図1に示す例のように、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズL11およびメニスカス形状の正レンズL12の貼り合わせによる接合レンズ、メニスカス形状の正レンズL13、メニスカス形状の正レンズL14からなる4枚構成とからなるようにしてもよい。
【0048】
第3レンズ群G3の構成としては、例えば図1に示す例のように、近軸領域においてメニスカス形状の正レンズL31と、メニスカス形状の正レンズL32およびメニスカス形状の負レンズL33の貼り合わせによる接合レンズからなる3枚構成としてもよい。
【0049】
第4レンズ群G4の構成としては、例えば図1に示す例のように、両凸形状の正レンズL41と、近軸領域においてメニスカス形状の負レンズL42とからなる2枚構成としてもよい。
【0050】
また、後述の実施例に示すように、第4レンズ群G4のさらに像側にレンズ群を有する構成も可能である。
【0051】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、上記構成に加え、さらに以下の条件式を満たすように構成することが好ましく、これにより、さらに良好な特性を得ることができる。なお、好ましい態様としては、下記条件式のうち、いずれか1つの条件式を満たすものでもよく、あるいは任意の組み合わせを満たすものでもよい。
【0052】
第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、以下の条件式(1−1)を満たすことが好ましい。
2.4<f2a/f2<10.0 … (1−1)
【0053】
条件式(1−1)は、上述した条件式(1)を満たし、かつ、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズが近軸領域において負レンズであることを意味するものである。条件式(1−1)を満たす場合は、条件式(1)を満たすことによる効果に加え、第2レンズ群G2の負のパワーを分散させることができるので、第2レンズ群G2の各負レンズのパワーが強くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、レンズ系全長の小型化を図りつつ、変倍時の収差変動や像面変動を抑制することが容易になる。
【0054】
広角端から望遠端への変倍時の第2レンズ群G2の移動量をM2とし、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)を満たすことが好ましい。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【0055】
条件式(2)は、第2レンズ群G2の移動量と第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定している。条件式(2)の下限を下回ると、高倍率化を図ることが困難となる。条件式(2)の上限を上回ると、第2レンズ群G2の移動量が大きくなり、レンズ全長が大きくなってしまう。あるいは、ペッツバール和が負の方向に増大し、像面湾曲が大きくなり好ましくない。
【0056】
さらに、下記条件式(2−1)を満たすことがより好ましい。条件式(2−1)を満たすことで、条件式(2)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
2.6<|M2/f2|<3.7 … (2−1)
【0057】
広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たすことが好ましい。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【0058】
条件式(3)は、広角端における全系の焦点距離と最大像高の比を規定している。本実施形態のような構成のズームレンズにおいて、条件式(3)の下限を下回るほど広角化を図ろうとすると、広角端よりの中間ズーム位置において、第1レンズ群G1へ入射する軸外光束の光線高が大きくなってしまい、第1レンズ群G1の大径化が避けられなくなってしまう。また、第2レンズ群G2が担うパワーが強くなりすぎて、第2レンズ群G2に含まれる個々のレンズのパワーが強くなり、変倍時の収差変動や像面変動が大きくなってしまう。条件式(3)の上限を上回ると、ビデオカメラや監視用ビデオカメラの画角として不十分となる。
【0059】
さらに、下記条件式(3−1)を満たすことがより好ましい。条件式(3−1)を満たすことで、条件式(3)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
1.5<fw/IH<2.0 … (3−1)
【0060】
第1レンズ群G1の焦点距離をf1とし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(4)を満たすことが好ましい。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【0061】
条件式(4)は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定しており、高変倍でありながらコンパクトな構成で、良好な光学性能を維持するための条件である。条件式(4)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の焦点距離が大きくなり、第1レンズ群G1の焦点距離が小さくなると、変倍に伴う第2レンズ群G2の移動量が大きくなり、レンズ全長や前玉径を小型化することが困難になる。また、望遠側での第4レンズ群G4の移動量が大きくなり、変倍時の収差の変動が大きくなってしまう。逆に条件式(4)の上限を上回ると、ディストーションなどの諸収差を良好に補正することが困難になる。
【0062】
さらに、下記条件式(4−1)を満たすことがより好ましい。条件式(4−1)を満たすことで、条件式(4)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
4.4<|f1/f2|<5.4 … (4−1)
【0063】
第2レンズ群G2が1枚の正レンズを含む場合、該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことが好ましい。
ν2p<25 … (5)
【0064】
条件式(5)は、第2レンズ群G2に含まれる正レンズのアッベ数を規定したものであり、これを満たすことにより、第2レンズ群G2に含まれる正レンズが1枚のみであっても、色収差を良好に補正することが可能になる。条件式(5)の上限を上回るほど、アッベ数が大きくなると、第2レンズ群G2における色収差補正の効果が低くなり、高変倍化および高性能化を実現することが困難になる。
【0065】
さらに、下記条件式(5−1)を満たすことがより好ましい。条件式(5−1)を満たすことで、条件式(5)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
ν2p<21 … (5−1)
【0066】
第2レンズ群G2が1枚の正レンズを含む場合、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことが好ましい。
N2p>1.83 … (6)
【0067】
条件式(6)は、第2レンズ群G2に含まれる正レンズの屈折率を規定したものである。条件式(6)の下限を下回ると、変倍時のコマ収差の変動を抑えることが難しくなる。
【0068】
さらに、下記条件式(6−1)を満たすことがより好ましい。条件式(6−1)を満たすことで、条件式(6)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
N2p>1.90 … (6−1)
【0069】
第1レンズ群G1が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成される場合、第1レンズ群G1を構成する正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、第1レンズ群G1を構成する負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことが好ましい。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【0070】
条件式(7)は、第1レンズ群G1を構成する正レンズのアッベ数の平均と、第1レンズ群G1を構成する負レンズのアッベ数の関係を規定している。条件式(7)の下限を下回ると、正レンズの屈折率が高くなり、第1レンズ群の小型化に有利であるが、色収差、特に、望遠側での色収差を補正することが困難になる。条件式(7)の上限を上回るように、正レンズに分散の小さい材料を用いると、色収差の補正には有利であるが、正レンズの屈折率が低くなって正レンズの曲率が大きくなるため、これらのレンズの縁肉を確保するために、第1レンズ群G1が大型化してしまう。
【0071】
さらに、下記条件式(7−1)を満たすことがより好ましい。条件式(7−1)を満たすことで、条件式(7)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
35<ν1p−ν1n<48 … (7−1)
【0072】
また、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことが好ましい。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【0073】
図10に、上記dZおよびdYの一例を示す。図10は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズであるレンズL24の断面図と、このレンズL24の光軸Zより下側の有効径端を通る光線Mgの一例を示している。光線Mgは、有効径端を決定する光線である。図10では、図の左側が物体側、図の右側が像側であり、図の煩雑化を避けるため、光線Mgの一部および他のレンズの図示は省略している。
【0074】
図10に示す例では、物体側の面がdZを与える側の面となっており、物体側の面における有効径端Pedと光軸上の物体側頂点P0との光軸方向の間隔がdZ、有効径端Pedから光軸Zへ降ろした垂線の長さがdYとなる。
【0075】
条件式(8)は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの有効径端におけるサグ量と有効径端から光軸までの距離の比を規定している。条件式(8)の下限を下回ると、このレンズの曲率が小さくなり、収差を十分に補正できなくなる。条件式(8)の上限を上回ると、第2レンズ群G2の全長が長くなってしまう。また、組立時に第2レンズ群G2を構成するレンズの軸ずれや倒れ等の誤差の許容量が小さくなってしまう。
【0076】
さらに、下記条件式(8−1)を満たすことがより好ましい。条件式(8−1)を満たすことで、条件式(8)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
0.02<dZ/dY<0.18 … (8−1)
【0077】
また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
【0078】
本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。
【0079】
図1に示す例では、レンズ系と像面Simとの間に光学部材PPを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
【0080】
以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型に構成でき、良好な収差補正と低コスト化を両立させることができる。
【実施例】
【0081】
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のズームレンズのレンズ断面図は図1に示したものである。実施例2〜9のズームレンズの各レンズ断面図をそれぞれ図2〜図9に示す。図2〜図9の図示方法は図1のものと同様である。
【0082】
実施例1にかかるズームレンズの基本レンズデータを表1に、ズーム(変倍)に関するデータを表2に、非球面データを表3に示す。同様に、実施例2〜9にかかるズームレンズの基本レンズデータ、ズームに関するデータ、非球面データを表4〜表27に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例1を例にとり説明するが、実施例2〜9のものについても基本的に同様である。
【0083】
表1の基本レンズデータにおいて、Siは最も物体側の構成要素の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示し、Riはi番目の面の曲率半径を示し、Diはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示している。なお、面間隔の最下欄は表中の最終面と像面Simとの面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ndjは最も物体側のレンズを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、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りStおよび光学部材PPも含めて示している。開口絞りStに相当する面の曲率半径の欄には(開口絞り)と記載している。基本レンズデータの曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
【0084】
表1の基本レンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔、第2レンズ群G2と開口絞りStの間隔、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔、第4レンズ群G4と光学部材PPの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、D7(可変)、D14(可変)、D20(可変)、D24(可変)と記載している。
【0085】
なお、変倍を行うために間隔が変化する面間隔の符号は、実施例1については上記のとおりであるが、後述の実施例においては、各々の構成に応じた符号をとることになる。
【0086】
表2のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離f、FナンバーFno.、全画角2ω、変倍に伴い変化する各面間隔D7、D14、D20、D24の値を示す。全画角2ωの単位は度である。
【0087】
表1のRiおよびDiの単位、表2のf、D7、D14、D20、D24の単位としては、「mm」を用いることができるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【0088】
表1の基本レンズデータでは、非球面の面番号に*印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表3の非球面データには、非球面レンズであるレンズの符号と、非球面の面番号と、とこれら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式(A)で表される非球面式における各係数KA、RAm(m=3、4、5、…10)の値である。
【0089】
Zd=C・h2/{1+(1−KA・C2・h2)1/2}+ΣRAm・hm … (A)
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からのレンズ面までの距離)
C:近軸曲率半径の逆数
KA、RAm:非球面係数(m=3、4、5、…10)
なお、表1のRiおよびDiの単位にmmを用いたときは、上記Zd、hの単位もmmとなる。
【0090】
【表1】
【0091】
【表2】
【0092】
【表3】
【0093】
第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの近軸領域におけるパワーは、実施例1、9のものが正であり、実施例2〜8のものが負である。
【0094】
【表4】
【0095】
【表5】
【0096】
【表6】
【0097】
【表7】
【0098】
【表8】
【0099】
【表9】
【0100】
実施例3のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなる点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0101】
【表10】
【0102】
【表11】
【0103】
【表12】
【0104】
【表13】
【0105】
【表14】
【0106】
【表15】
【0107】
実施例5のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなる点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0108】
【表16】
【0109】
【表17】
【0110】
【表18】
【0111】
実施例6のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなり、第3レンズ群G3が全て単レンズからなり、第4レンズ群G4が正レンズL41の1枚構成である点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0112】
【表19】
【0113】
【表20】
【0114】
【表21】
【0115】
【表22】
【0116】
【表23】
【0117】
【表24】
【0118】
実施例8のズームレンズは、第2レンズ群G2が、メニスカス形状の負レンズL21、両凹形状の負レンズL22、両凹形状の負レンズL23、両凸形状の正レンズL24、近軸領域において両凹形状のプラスチック非球面レンズであるレンズL25の全て単レンズからなる5枚構成であり、さらに1枚の負レンズL51からなる第5レンズ群G5を備える点が、実施例1のものと大きく異なる。実施例8における第5レンズ群G5は変倍時に固定されており、変倍に伴う像面位置の補正および合焦は第4レンズ群G4により行われる。
【0119】
【表25】
【0120】
【表26】
【0121】
【表27】
【0122】
実施例9のズームレンズは、第2レンズ群G2が全て単レンズからなり、さらに1枚の正レンズL51からなる第5レンズ群G5を備える点が、実施例1のものと大きく異なる。実施例9における第5レンズ群G5は変倍時に固定されており、変倍に伴う像面位置の補正および合焦は第4レンズ群G4により行われる。
【0123】
表28に、実施例1〜9における条件式(1)〜(8)に対応する値を示す。表28からわかるように、実施例1〜9のいずれも、条件式(1)〜(8)を満足している。
【0124】
【表28】
【0125】
図11(A)〜図11(H)に実施例1のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、d線(波長587.6nm)を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には波長460.0nm、波長615.0nmについての収差も示す。球面収差図のFno.はFナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。
【0126】
同様に、図12(A)〜図12(H)、図13(A)〜図13(H)、図14(A)〜図14(H)、図15(A)〜図15(H)、図16(A)〜図16(H)、図17(A)〜図17(H)、図18(A)〜図18(H)、図19(A)〜図19(H)に、実施例2〜9のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の各収差図を示す。
【0127】
以上のデータから、実施例1〜9のズームレンズは、約10〜20倍の倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのFナンバーが1.9程度と小さく、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。
【0128】
図20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かかるズームレンズ1を用いて構成したビデオカメラ10の構成図を示す。なお、図20では、ズームレンズ1が備える正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、開口絞りSt、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を概略的に示している。
【0129】
ビデオカメラ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。撮像素子4はズームレンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子4としては、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子4は、その撮像面がズームレンズ1の像面に一致するように配置される。
【0130】
ズームレンズ1により撮像された像は撮像素子4の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子4からの出力信号が信号処理回路5にて演算処理され、表示装置6に像が表示される。
【0131】
なお、図20には、1つの撮像素子4を用いた、いわゆる単板方式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ1と撮像素子4の間にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する3つの撮像素子を用いた、いわゆる3板方式のものでもよい。
【0132】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は、小型で低コストに構成可能であり、かつ高画質の映像を得ることができる。
【0133】
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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、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。
【図面の簡単な説明】
【0134】
【図1】本発明の実施例1にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図2】本発明の実施例2にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図3】本発明の実施例3にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図4】本発明の実施例4にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図5】本発明の実施例5にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図6】本発明の実施例6にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図7】本発明の実施例7にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図8】本発明の実施例8にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図9】本発明の実施例9にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図10】プラスチック非球面レンズの断面図と有効径端を通る光線を示す図
【図11】本発明の実施例1にかかるズームレンズの各収差図
【図12】本発明の実施例2にかかるズームレンズの各収差図
【図13】本発明の実施例3にかかるズームレンズの各収差図
【図14】本発明の実施例4にかかるズームレンズの各収差図
【図15】本発明の実施例5にかかるズームレンズの各収差図
【図16】本発明の実施例6にかかるズームレンズの各収差図
【図17】本発明の実施例7にかかるズームレンズの各収差図
【図18】本発明の実施例8にかかるズームレンズの各収差図
【図19】本発明の実施例9にかかるズームレンズの各収差図
【図20】本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
【符号の説明】
【0135】
1 ズームレンズ
2 フィルタ
4 撮像素子
5 信号処理回路
6 表示装置
10 ビデオカメラ
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
PP 光学部材
St 開口絞り
Z 光軸
【技術分野】
【0001】
本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、民生用ビデオカメラや監視用ビデオカメラ等に用いられるズームレンズとして、4群タイプや5群タイプのズームレンズが多く提案されてきた。そして、これらに対する小型化および高性能化への要望に応えるものとして、非球面レンズを用いたズームレンズが提案されている。上記分野の4群タイプ、5群タイプのズームレンズにおいては、第3レンズ群の正レンズに非球面レンズを用いた例が非常に多い。
【0003】
その他の例としては、特許文献1〜3に記載されているように、4群タイプのズームレンズにおいて、変倍群である第2レンズ群に非球面レンズを用いた例がある。特許文献1には、物体側から順に、負、負、正からなる3枚構成の第2レンズ群において、物体側から2番目の負レンズを非球面レンズとした例が記載されている。特許文献2には、物体側から順に、負、負、正からなる3枚構成の第2レンズ群において、物体側から2番目の負レンズおよびその像側の正レンズを非球面レンズとした例が記載されている。特許文献3には、物体側から順に、負、負、正、負からなる4枚構成の第2レンズ群において、最も物体側の負レンズを非球面レンズとした例が記載されている。
【特許文献1】特開平9−127417号公報
【特許文献2】特開2006−171615号公報
【特許文献3】特開2006−113387号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年では、上記分野のズームレンズにおいて、小型化、高性能化の要求に加えて、低コスト化への要求も高まってきている。低コスト化を図る1つの方法としては、ガラスモールドレンズ(ガラス材料からなり、モールド成型により形成されたレンズ)からなる非球面レンズを、プラスチックレンズ(プラスチック材料からなるレンズ)に置換することが考えられる。
【0005】
特許文献1、2に記載のズームレンズは、第2レンズ群の上記非球面レンズの材料をプラスチックとしており、変倍群の非球面レンズをプラスチックレンズとした数少ない例である。
【0006】
しかしながら、特許文献1〜3に記載されているようなレンズタイプにおいては、レンズ全長を短くするために、第2レンズ群に強い負のパワーを持たせている場合が多く、第2レンズ群の個々の負レンズのパワーも強くなりやすい。そのため、これらの負レンズの材料をプラスチックにした場合は、温度変化に伴う特性の変化が大きくなってしまうという問題がある。
【0007】
例えば、特許文献3に記載の第2レンズ群は最も物体側に負のパワーを有する非球面レンズを用いているが、このレンズはパワーが強いため、このレンズをプラスチックで構成することは難しい。
【0008】
また、プラスチックは一般に屈折率が低いため、レンズの曲率が大きくなり、レンズの製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなってしまうという問題がある。第2レンズ群のパワーを弱くし、第2レンズ群の個々の負レンズが担うパワーを弱くすれば、プラスチックで構成することも可能であるが、その場合には、パワーを弱くした分、変倍時の移動量が大きくなってしまい、レンズ全長が長くなるという問題が生じる。また、前玉径(全系で最も物体側のレンズの径)の大型化にもつながり、小型化に反するものとなってしまう。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で良好な光学性能を保持するとともに、低コスト化が図られたズームレンズおよび該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ものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群とを備え、第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含み、第2レンズ群の最も像側には少なくとも1面が非球面でプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズが配され、プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(1)を満たすことを特徴とするものである。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
なお、上記f2aは、近軸領域におけるものである。
【0011】
なお、本発明において、各「レンズ群」は、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。
【0012】
本発明のズームレンズでは、第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含むように構成することで、第2レンズ群に必要な負のパワーを確保してレンズ全系の小型化を図り、第2レンズ群の最も像側にプラスチック非球面レンズを配置することで、良好な光学性能と低コスト化の両立を図っている。そして、このプラスチックレンズのパワーを条件式(1)で規定することで、温度変化や製造・組立誤差による性能劣化を抑制するとともに、十分な収差補正効果を得るようにしている。
【0013】
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における第2レンズ群の移動量をM2としたとき、下記条件式(2)を満たすことが好ましい。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【0014】
また、本発明のズームレンズにおいては、広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たすことが好ましい。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【0015】
また、本発明のズームレンズにおいては、第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(4)を満たすことが好ましい。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【0016】
また、本発明のズームレンズにおいては、第2レンズ群が1枚の正レンズを含むように構成してもよく、その場合に該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことが好ましい。
ν2p<25 … (5)
【0017】
本発明のズームレンズにおいて、第2レンズ群が1枚の正レンズを含む場合には、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことが好ましい。
N2p>1.83 … (6)
【0018】
また、本発明のズームレンズにおいては、第2レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、プラスチック非球面レンズとの4枚から構成されるようにしてもよい。
【0019】
また、本発明のズームレンズにおいては、第1レンズ群が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成されるようにしてもよい。その際に、第1レンズ群を構成する正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、第1レンズ群を構成する負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことが好ましい。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【0020】
また、本発明のズームレンズでは、第2レンズ群の最も像側のプラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことが好ましい。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【0021】
なお、各条件式の値は、ズームレンズの基準波長におけるものであり、例えばズームレンズの基準波長がd線(波長587.6nm)の場合は、上記条件式で記載されている屈折率やアッベ数はd線におけるものとなる。
【0022】
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、第1レンズ群と第3レンズ群とを固定群とし、第2レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、それによる像面位置の補正および合焦を第4レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第2レンズ群の構成を好適に設定し、条件式(1)を満たすようにしているため、小型に構成可能で高い光学性能を保持するとともに、低コスト化が図られたズームレンズおよび該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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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。
【0025】
図1は、本発明の一実施の形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例1のズームレンズに対応している。
【0026】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、光軸Zに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群G1と、負の屈折力を有し、光軸Zに沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群G2と、開口絞りStと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群G3と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群G4とを備えている。
【0027】
なお、図1に示す開口絞りStは必ずしも大きさや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。また、図1では、左側が物体側、右側が像側である。図1では、上段に広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、下段に望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。
【0028】
また、図1では像面をSimとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像装置に適用する際には、像面Simに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。
【0029】
ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図1では、最も像側のレンズ群と像面Simとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材PPが配置された例を示している。
【0030】
このズームレンズは、広角端から望遠端への変倍の際には、第1レンズ群G1および第3レンズ群G3を光軸上に固定とし、第2レンズ群G2を光軸に沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第4レンズ群G4を光軸に沿って移動させることにより行うように構成されている。つまり、第2レンズ群G2はバリエータ群、第4レンズ群G4はコンペンセータ群およびフォーカス群としての機能を備えている。
【0031】
本実施形態のズームレンズは、第2レンズ群G2に特徴的な構成を有している。この第2レンズ群G2は少なくとも2枚の負レンズを含み、第2レンズ群G2の最も像側にはプラスチック材料からなり、少なくとも1面の非球面を有するプラスチック非球面レンズが配される。
【0032】
例えば、図1に示す例の第2レンズ群G2は、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズL21と、両凹形状の負レンズL22および両凸形状の正レンズL23の貼り合わせによる接合レンズと、レンズL24との4枚から構成されている。図1に示す例の負レンズL21と負レンズL22はガラス球面レンズである。レンズL24は両面が非球面のプラスチック非球面レンズである。
【0033】
第2レンズ群G2の最も像側に非球面レンズを設けることで、変倍時の収差変動や像面変動、ディストーションを抑制することができる。また、このレンズL24をプラスチックで構成することにより、低コスト化および軽量化を図ることができる。プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて、形状の自由度が高いため、配置する位置やパワーを上手く設定することにより、非常に有用なものとなる。
【0034】
ただし、課題の項で前述したように、プラスチックレンズを使用する際には、温度変化による特性変化が大きいという点に注意する必要がある。そこで、本実施形態では、下記条件式(1)を満たすように構成し、レンズL24のパワーが弱いものとなるように設定している。
【0035】
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
ここで、f2aは、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離であり、f2は、第2レンズ群G2の焦点距離である。
【0036】
条件式(1)は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離と、第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定しており、いわばこのプラスチック非球面レンズの第2レンズ群G2に対するパワーの比を規定している。条件式(1)は、第2レンズ群G2の最も像側の非球面レンズをプラスチックで構成するための条件と言える。条件式(1)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを強くしてしまうと、温度変化に伴う特性の変化が大きくなってしまう。また、プラスチックは一般に屈折率が低いため、条件式(1)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを強くしてしまうと、レンズの曲率が大きくなり、レンズの製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなってしまう。条件式(1)の上限を上回るほど、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズのパワーを弱くしてしまうと、このレンズの曲率が小さくなり、収差を十分に補正できなくなる。
【0037】
いわばレンズL24は、パワー配分にはほとんど影響を与えず、収差を良好に補正するための「収差補正レンズ」としての役割を果たすものである。レンズL24をこのようなレンズとすることで、レンズL24をプラスチックで構成しつつ、温度変化の影響を小さくして、良好な光学性能を保持することが可能になる。
【0038】
前述したもう一つの注意点として、プラスチックは低屈折率材料であることから、持たせるパワーが大きくなるほどレンズの曲率が大きくなり、製造誤差や組立誤差に伴う性能劣化が非常に大きくなるという問題がある。本実施形態では、レンズL24を「収差補正レンズ」として扱い、そのパワーを弱く設定することで、曲率を大きくする必要がなくなり、この問題についても解決することができる。
【0039】
また、第2レンズ群G2に必要な負のパワーは、第2レンズ群G2が少なくとも2枚の負レンズを含むように構成することで得ることができる。図1に示す例では、2枚の負レンズL21、L22を備え、そのうち負レンズL22を両凹形状としている。このような構成により、第2レンズ群G2に必要な強い負のパワーを確保し、変倍時の移動量を小さくして小型化を図ることができる。
【0040】
特に、図1に示す例のように、第2レンズ群G2の物体側に2枚の負レンズを配置した場合には、物体側に負のパワーを多く配分することにより、第2レンズ群の物体側主点の位置を物体側に近づけて第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の主点間隔を短くすることができる。これにより、軸外光束の第1レンズ群G1を通過する高さを低くすることができ、前玉径の小型化を図ることができる。
【0041】
本実施形態の第2レンズ群G2を従来のものと比較して考察する。特許文献1、2に記載の第2レンズ群は、負、負、正の3枚構成であり、物体側から2番目の負レンズはプラスチック非球面レンズである。このプラスチック非球面レンズは両凹形状であり、収差補正だけでなくパワー配分の大きな役割も担うものと考えられる。特許文献1、2に記載されたような構成において、温度変化の影響を低減するためやレンズの曲率を小さくするために、仮にこの負レンズのパワーを弱くすると、第2レンズ群のパワーが弱くなり、変倍時の移動量が大きくなり、系が大型化してしまう。
【0042】
これに対して図1に示す本実施形態の第2レンズ群は、負、負、正の3枚構成のさらに像側にパワーの弱いプラスチック非球面レンズを1枚配置した構成を採っているため、温度変化の影響は小さく、プラスチック非球面レンズの曲率を大きくする必要もなく、第2レンズ群G2の負のパワーも確保できて系の小型化も可能である。
【0043】
そして、本実施形態では、特許文献1、2のものとは異なり、物体側から2番目の負レンズを、ガラス球面レンズにすることができる。この負レンズをガラスレンズにすることで、強いパワーを持たせることが容易になり、変倍時の移動量を小さくして小型化を進めることができる。また、プラスチックレンズは材料の選択性が低いのに対して、ガラスレンズは材料の選択性が高いため、ガラスレンズとすることにより、色収差の補正に有利となる。特に、第2レンズ群の物体側から2番目の負レンズが隣接する正レンズと接合レンズを構成している場合には、色収差補正のための材料の選択は重要となる。また、接合レンズの作製に関しても、プラスチックレンズよりガラスレンズの方が有利である。
【0044】
特許文献3に記載の第2レンズ群は、負、負、正、負の4枚構成であり、本実施形態とレンズ枚数は同じである。しかし、特許文献3では、強いパワーを有する最も物体側のレンズを非球面レンズとしているため、このレンズをプラスチックで構成することは困難である。これに対して、本実施形態では、第2レンズ群G2中に含まれるレンズの中で、比較的パワーの弱い最も像面側のレンズに非球面を施してプラスチックレンズとすることにより、温度変化による影響を小さくすることができ、また、低コスト化、軽量化を図ることができる。
【0045】
すなわち、第2レンズ群G2の最も像側に、安価で軽量なプラスチックで構成しながらも、温度変化による影響が小さく、良好な収差補正能力を有するレンズL24を配置することにより、従来用いられていたガラス非球面レンズを削減することができ、低コスト化を図るとともに、小型に構成され、収差が良好に補正されたズームレンズを得ることができる。
【0046】
なお、第2レンズ群G2の構成は、図1に示す例に限定されない。例えば、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズは、光軸近傍において負のパワーを有していてもよく、正のパワーを有していてもよい。また、第2レンズ群G2は、後述の実施例に示すように、物体側から順に、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズ、少なくとも1面の非球面を有するとともにプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズの5枚構成としてもよく、この場合は第2レンズ群G2に必要な負のパワーをより分散できるので各負レンズのパワーを抑制できるか、あるいは第2レンズ群G2により強い負のパワーを持たせることができる。また、第2レンズ群G2は、負レンズと正レンズの貼り合わせによる接合レンズを有するように構成してもよく、この場合は色収差の補正に有利となる。
【0047】
第1レンズ群G1の構成としては、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとからなるようにしてもよく、例えば図1に示す例のように、物体側から順に、メニスカス形状の負レンズL11およびメニスカス形状の正レンズL12の貼り合わせによる接合レンズ、メニスカス形状の正レンズL13、メニスカス形状の正レンズL14からなる4枚構成とからなるようにしてもよい。
【0048】
第3レンズ群G3の構成としては、例えば図1に示す例のように、近軸領域においてメニスカス形状の正レンズL31と、メニスカス形状の正レンズL32およびメニスカス形状の負レンズL33の貼り合わせによる接合レンズからなる3枚構成としてもよい。
【0049】
第4レンズ群G4の構成としては、例えば図1に示す例のように、両凸形状の正レンズL41と、近軸領域においてメニスカス形状の負レンズL42とからなる2枚構成としてもよい。
【0050】
また、後述の実施例に示すように、第4レンズ群G4のさらに像側にレンズ群を有する構成も可能である。
【0051】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、上記構成に加え、さらに以下の条件式を満たすように構成することが好ましく、これにより、さらに良好な特性を得ることができる。なお、好ましい態様としては、下記条件式のうち、いずれか1つの条件式を満たすものでもよく、あるいは任意の組み合わせを満たすものでもよい。
【0052】
第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、以下の条件式(1−1)を満たすことが好ましい。
2.4<f2a/f2<10.0 … (1−1)
【0053】
条件式(1−1)は、上述した条件式(1)を満たし、かつ、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズが近軸領域において負レンズであることを意味するものである。条件式(1−1)を満たす場合は、条件式(1)を満たすことによる効果に加え、第2レンズ群G2の負のパワーを分散させることができるので、第2レンズ群G2の各負レンズのパワーが強くなりすぎるのを抑制することができる。これにより、レンズ系全長の小型化を図りつつ、変倍時の収差変動や像面変動を抑制することが容易になる。
【0054】
広角端から望遠端への変倍時の第2レンズ群G2の移動量をM2とし、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)を満たすことが好ましい。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【0055】
条件式(2)は、第2レンズ群G2の移動量と第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定している。条件式(2)の下限を下回ると、高倍率化を図ることが困難となる。条件式(2)の上限を上回ると、第2レンズ群G2の移動量が大きくなり、レンズ全長が大きくなってしまう。あるいは、ペッツバール和が負の方向に増大し、像面湾曲が大きくなり好ましくない。
【0056】
さらに、下記条件式(2−1)を満たすことがより好ましい。条件式(2−1)を満たすことで、条件式(2)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
2.6<|M2/f2|<3.7 … (2−1)
【0057】
広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たすことが好ましい。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【0058】
条件式(3)は、広角端における全系の焦点距離と最大像高の比を規定している。本実施形態のような構成のズームレンズにおいて、条件式(3)の下限を下回るほど広角化を図ろうとすると、広角端よりの中間ズーム位置において、第1レンズ群G1へ入射する軸外光束の光線高が大きくなってしまい、第1レンズ群G1の大径化が避けられなくなってしまう。また、第2レンズ群G2が担うパワーが強くなりすぎて、第2レンズ群G2に含まれる個々のレンズのパワーが強くなり、変倍時の収差変動や像面変動が大きくなってしまう。条件式(3)の上限を上回ると、ビデオカメラや監視用ビデオカメラの画角として不十分となる。
【0059】
さらに、下記条件式(3−1)を満たすことがより好ましい。条件式(3−1)を満たすことで、条件式(3)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
1.5<fw/IH<2.0 … (3−1)
【0060】
第1レンズ群G1の焦点距離をf1とし、第2レンズ群G2の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(4)を満たすことが好ましい。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【0061】
条件式(4)は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の焦点距離の比を規定しており、高変倍でありながらコンパクトな構成で、良好な光学性能を維持するための条件である。条件式(4)の下限を下回るほど、第2レンズ群G2の焦点距離が大きくなり、第1レンズ群G1の焦点距離が小さくなると、変倍に伴う第2レンズ群G2の移動量が大きくなり、レンズ全長や前玉径を小型化することが困難になる。また、望遠側での第4レンズ群G4の移動量が大きくなり、変倍時の収差の変動が大きくなってしまう。逆に条件式(4)の上限を上回ると、ディストーションなどの諸収差を良好に補正することが困難になる。
【0062】
さらに、下記条件式(4−1)を満たすことがより好ましい。条件式(4−1)を満たすことで、条件式(4)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
4.4<|f1/f2|<5.4 … (4−1)
【0063】
第2レンズ群G2が1枚の正レンズを含む場合、該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことが好ましい。
ν2p<25 … (5)
【0064】
条件式(5)は、第2レンズ群G2に含まれる正レンズのアッベ数を規定したものであり、これを満たすことにより、第2レンズ群G2に含まれる正レンズが1枚のみであっても、色収差を良好に補正することが可能になる。条件式(5)の上限を上回るほど、アッベ数が大きくなると、第2レンズ群G2における色収差補正の効果が低くなり、高変倍化および高性能化を実現することが困難になる。
【0065】
さらに、下記条件式(5−1)を満たすことがより好ましい。条件式(5−1)を満たすことで、条件式(5)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
ν2p<21 … (5−1)
【0066】
第2レンズ群G2が1枚の正レンズを含む場合、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことが好ましい。
N2p>1.83 … (6)
【0067】
条件式(6)は、第2レンズ群G2に含まれる正レンズの屈折率を規定したものである。条件式(6)の下限を下回ると、変倍時のコマ収差の変動を抑えることが難しくなる。
【0068】
さらに、下記条件式(6−1)を満たすことがより好ましい。条件式(6−1)を満たすことで、条件式(6)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
N2p>1.90 … (6−1)
【0069】
第1レンズ群G1が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成される場合、第1レンズ群G1を構成する正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、第1レンズ群G1を構成する負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことが好ましい。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【0070】
条件式(7)は、第1レンズ群G1を構成する正レンズのアッベ数の平均と、第1レンズ群G1を構成する負レンズのアッベ数の関係を規定している。条件式(7)の下限を下回ると、正レンズの屈折率が高くなり、第1レンズ群の小型化に有利であるが、色収差、特に、望遠側での色収差を補正することが困難になる。条件式(7)の上限を上回るように、正レンズに分散の小さい材料を用いると、色収差の補正には有利であるが、正レンズの屈折率が低くなって正レンズの曲率が大きくなるため、これらのレンズの縁肉を確保するために、第1レンズ群G1が大型化してしまう。
【0071】
さらに、下記条件式(7−1)を満たすことがより好ましい。条件式(7−1)を満たすことで、条件式(7)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
35<ν1p−ν1n<48 … (7−1)
【0072】
また、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことが好ましい。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【0073】
図10に、上記dZおよびdYの一例を示す。図10は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズであるレンズL24の断面図と、このレンズL24の光軸Zより下側の有効径端を通る光線Mgの一例を示している。光線Mgは、有効径端を決定する光線である。図10では、図の左側が物体側、図の右側が像側であり、図の煩雑化を避けるため、光線Mgの一部および他のレンズの図示は省略している。
【0074】
図10に示す例では、物体側の面がdZを与える側の面となっており、物体側の面における有効径端Pedと光軸上の物体側頂点P0との光軸方向の間隔がdZ、有効径端Pedから光軸Zへ降ろした垂線の長さがdYとなる。
【0075】
条件式(8)は、第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの有効径端におけるサグ量と有効径端から光軸までの距離の比を規定している。条件式(8)の下限を下回ると、このレンズの曲率が小さくなり、収差を十分に補正できなくなる。条件式(8)の上限を上回ると、第2レンズ群G2の全長が長くなってしまう。また、組立時に第2レンズ群G2を構成するレンズの軸ずれや倒れ等の誤差の許容量が小さくなってしまう。
【0076】
さらに、下記条件式(8−1)を満たすことがより好ましい。条件式(8−1)を満たすことで、条件式(8)を満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
0.02<dZ/dY<0.18 … (8−1)
【0077】
また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
【0078】
本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。
【0079】
図1に示す例では、レンズ系と像面Simとの間に光学部材PPを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
【0080】
以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型に構成でき、良好な収差補正と低コスト化を両立させることができる。
【実施例】
【0081】
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のズームレンズのレンズ断面図は図1に示したものである。実施例2〜9のズームレンズの各レンズ断面図をそれぞれ図2〜図9に示す。図2〜図9の図示方法は図1のものと同様である。
【0082】
実施例1にかかるズームレンズの基本レンズデータを表1に、ズーム(変倍)に関するデータを表2に、非球面データを表3に示す。同様に、実施例2〜9にかかるズームレンズの基本レンズデータ、ズームに関するデータ、非球面データを表4〜表27に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例1を例にとり説明するが、実施例2〜9のものについても基本的に同様である。
【0083】
表1の基本レンズデータにおいて、Siは最も物体側の構成要素の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示し、Riはi番目の面の曲率半径を示し、Diはi番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示している。なお、面間隔の最下欄は表中の最終面と像面Simとの面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ndjは最も物体側のレンズを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、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りStおよび光学部材PPも含めて示している。開口絞りStに相当する面の曲率半径の欄には(開口絞り)と記載している。基本レンズデータの曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
【0084】
表1の基本レンズデータにおいて、変倍を行うために間隔が変化する、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔、第2レンズ群G2と開口絞りStの間隔、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4の間隔、第4レンズ群G4と光学部材PPの間隔に相当する面間隔の欄にはそれぞれ、D7(可変)、D14(可変)、D20(可変)、D24(可変)と記載している。
【0085】
なお、変倍を行うために間隔が変化する面間隔の符号は、実施例1については上記のとおりであるが、後述の実施例においては、各々の構成に応じた符号をとることになる。
【0086】
表2のズームに関するデータには、広角端、望遠端における、全系の焦点距離f、FナンバーFno.、全画角2ω、変倍に伴い変化する各面間隔D7、D14、D20、D24の値を示す。全画角2ωの単位は度である。
【0087】
表1のRiおよびDiの単位、表2のf、D7、D14、D20、D24の単位としては、「mm」を用いることができるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【0088】
表1の基本レンズデータでは、非球面の面番号に*印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表3の非球面データには、非球面レンズであるレンズの符号と、非球面の面番号と、とこれら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式(A)で表される非球面式における各係数KA、RAm(m=3、4、5、…10)の値である。
【0089】
Zd=C・h2/{1+(1−KA・C2・h2)1/2}+ΣRAm・hm … (A)
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からのレンズ面までの距離)
C:近軸曲率半径の逆数
KA、RAm:非球面係数(m=3、4、5、…10)
なお、表1のRiおよびDiの単位にmmを用いたときは、上記Zd、hの単位もmmとなる。
【0090】
【表1】
【0091】
【表2】
【0092】
【表3】
【0093】
第2レンズ群G2の最も像側のプラスチック非球面レンズの近軸領域におけるパワーは、実施例1、9のものが正であり、実施例2〜8のものが負である。
【0094】
【表4】
【0095】
【表5】
【0096】
【表6】
【0097】
【表7】
【0098】
【表8】
【0099】
【表9】
【0100】
実施例3のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなる点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0101】
【表10】
【0102】
【表11】
【0103】
【表12】
【0104】
【表13】
【0105】
【表14】
【0106】
【表15】
【0107】
実施例5のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなる点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0108】
【表16】
【0109】
【表17】
【0110】
【表18】
【0111】
実施例6のズームレンズは、第1レンズ群G1が、負レンズL11、正レンズL12、正レンズL13の3枚構成からなり、第3レンズ群G3が全て単レンズからなり、第4レンズ群G4が正レンズL41の1枚構成である点が、実施例1のものと大きく異なる。
【0112】
【表19】
【0113】
【表20】
【0114】
【表21】
【0115】
【表22】
【0116】
【表23】
【0117】
【表24】
【0118】
実施例8のズームレンズは、第2レンズ群G2が、メニスカス形状の負レンズL21、両凹形状の負レンズL22、両凹形状の負レンズL23、両凸形状の正レンズL24、近軸領域において両凹形状のプラスチック非球面レンズであるレンズL25の全て単レンズからなる5枚構成であり、さらに1枚の負レンズL51からなる第5レンズ群G5を備える点が、実施例1のものと大きく異なる。実施例8における第5レンズ群G5は変倍時に固定されており、変倍に伴う像面位置の補正および合焦は第4レンズ群G4により行われる。
【0119】
【表25】
【0120】
【表26】
【0121】
【表27】
【0122】
実施例9のズームレンズは、第2レンズ群G2が全て単レンズからなり、さらに1枚の正レンズL51からなる第5レンズ群G5を備える点が、実施例1のものと大きく異なる。実施例9における第5レンズ群G5は変倍時に固定されており、変倍に伴う像面位置の補正および合焦は第4レンズ群G4により行われる。
【0123】
表28に、実施例1〜9における条件式(1)〜(8)に対応する値を示す。表28からわかるように、実施例1〜9のいずれも、条件式(1)〜(8)を満足している。
【0124】
【表28】
【0125】
図11(A)〜図11(H)に実施例1のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、d線(波長587.6nm)を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には波長460.0nm、波長615.0nmについての収差も示す。球面収差図のFno.はFナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。
【0126】
同様に、図12(A)〜図12(H)、図13(A)〜図13(H)、図14(A)〜図14(H)、図15(A)〜図15(H)、図16(A)〜図16(H)、図17(A)〜図17(H)、図18(A)〜図18(H)、図19(A)〜図19(H)に、実施例2〜9のズームレンズの広角端および望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の各収差図を示す。
【0127】
以上のデータから、実施例1〜9のズームレンズは、約10〜20倍の倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのFナンバーが1.9程度と小さく、各収差が良好に補正され、広角端および望遠端ともに可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。
【0128】
図20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かかるズームレンズ1を用いて構成したビデオカメラ10の構成図を示す。なお、図20では、ズームレンズ1が備える正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、開口絞りSt、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を概略的に示している。
【0129】
ビデオカメラ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。撮像素子4はズームレンズ1により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子4としては、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子4は、その撮像面がズームレンズ1の像面に一致するように配置される。
【0130】
ズームレンズ1により撮像された像は撮像素子4の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子4からの出力信号が信号処理回路5にて演算処理され、表示装置6に像が表示される。
【0131】
なお、図20には、1つの撮像素子4を用いた、いわゆる単板方式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ1と撮像素子4の間にR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する3つの撮像素子を用いた、いわゆる3板方式のものでもよい。
【0132】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、前述した長所を有するため、本実施形態の撮像装置は、小型で低コストに構成可能であり、かつ高画質の映像を得ることができる。
【0133】
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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、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。
【図面の簡単な説明】
【0134】
【図1】本発明の実施例1にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図2】本発明の実施例2にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図3】本発明の実施例3にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図4】本発明の実施例4にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図5】本発明の実施例5にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図6】本発明の実施例6にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図7】本発明の実施例7にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図8】本発明の実施例8にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図9】本発明の実施例9にかかるズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図10】プラスチック非球面レンズの断面図と有効径端を通る光線を示す図
【図11】本発明の実施例1にかかるズームレンズの各収差図
【図12】本発明の実施例2にかかるズームレンズの各収差図
【図13】本発明の実施例3にかかるズームレンズの各収差図
【図14】本発明の実施例4にかかるズームレンズの各収差図
【図15】本発明の実施例5にかかるズームレンズの各収差図
【図16】本発明の実施例6にかかるズームレンズの各収差図
【図17】本発明の実施例7にかかるズームレンズの各収差図
【図18】本発明の実施例8にかかるズームレンズの各収差図
【図19】本発明の実施例9にかかるズームレンズの各収差図
【図20】本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
【符号の説明】
【0135】
1 ズームレンズ
2 フィルタ
4 撮像素子
5 信号処理回路
6 表示装置
10 ビデオカメラ
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
PP 光学部材
St 開口絞り
Z 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群とを備え、
前記第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含み、前記第2レンズ群の最も像側には、少なくとも1面が非球面でプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズが配され、
該プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、前記第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(1)を満たすことを特徴とするズームレンズ。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
【請求項2】
広角端から望遠端への変倍における前記第2レンズ群の移動量をM2としたとき、下記条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【請求項3】
広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たす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。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【請求項4】
前記第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【請求項5】
前記第2レンズ群が1枚の正レンズを含み、該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
ν2p<25 … (5)
【請求項6】
前記第2レンズ群が1枚の正レンズを含み、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
N2p>1.83 … (6)
【請求項7】
前記第2レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、前記プラスチック非球面レンズとの4枚から構成されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のズームレンズ。
【請求項8】
前記第1レンズ群が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
【請求項9】
前記第1レンズ群を構成する前記正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、前記第1レンズ群を構成する前記負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことを特徴とする請求項8に記載のズームレンズ。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【請求項10】
前記第2レンズ群の前記プラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【請求項11】
請求項1から10のいずれか1項に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。
【請求項1】
物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第1レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第2レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第3レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第4レンズ群とを備え、
前記第2レンズ群が少なくとも2枚の負レンズを含み、前記第2レンズ群の最も像側には、少なくとも1面が非球面でプラスチック材料からなるプラスチック非球面レンズが配され、
該プラスチック非球面レンズの焦点距離をf2aとし、前記第2レンズ群の焦点距離をf2としたとき、下記条件式(1)を満たすことを特徴とするズームレンズ。
2.4<|f2a/f2|<10.0 … (1)
【請求項2】
広角端から望遠端への変倍における前記第2レンズ群の移動量をM2としたとき、下記条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
2.5<|M2/f2|<3.8 … (2)
【請求項3】
広角端における全系の焦点距離をfwとし、最大像高をIHとしたとき、下記条件式(3)を満たす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。
1.4<fw/IH<2.1 … (3)
【請求項4】
前記第1レンズ群の焦点距離をf1としたとき、下記条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のズームレンズ。
4.3<|f1/f2|<5.5 … (4)
【請求項5】
前記第2レンズ群が1枚の正レンズを含み、該正レンズのアッベ数をν2pとしたとき、下記条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のズームレンズ。
ν2p<25 … (5)
【請求項6】
前記第2レンズ群が1枚の正レンズを含み、該正レンズの屈折率をN2pとしたとき、下記条件式(6)を満たすことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
N2p>1.83 … (6)
【請求項7】
前記第2レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、負レンズと、正レンズと、前記プラスチック非球面レンズとの4枚から構成されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のズームレンズ。
【請求項8】
前記第1レンズ群が、1枚の負レンズと、3枚以下の正レンズとから構成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のズームレンズ。
【請求項9】
前記第1レンズ群を構成する前記正レンズのアッベ数の平均をν1pとし、前記第1レンズ群を構成する前記負レンズのアッベ数をν1nとしたとき、下記条件式(7)を満たすことを特徴とする請求項8に記載のズームレンズ。
33<ν1p−ν1n<50 … (7)
【請求項10】
前記第2レンズ群の前記プラスチック非球面レンズにおいて、物体側の面における有効径端と光軸上の物体側頂点との光軸方向の間隔と、像側の面における有効径端と光軸上の像側頂点との光軸方向の間隔とのうち、大きい方をdZとし、該dZを与える側の面における前記有効径端から光軸への垂線の長さをdYとしたとき、下記条件式(8)を満たすことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のズームレンズ。
0.01<dZ/dY<0.20 … (8)
【請求項11】
請求項1から10のいずれか1項に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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【公開番号】特開2010−102096(P2010−102096A)
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−273137(P2008−273137)
【出願日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【出願人】(000005430)フジノン株式会社 (2,231)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年10月23日(2008.10.23)
【出願人】(000005430)フジノン株式会社 (2,231)
【Fターム(参考)】
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