JP2004264458A - 超高倍率広角ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【目的】第１レンズ群中の、両凹レンズからなる第１レンズに関し所定の条件を満足することにより、広角かつ９０倍程度以上の高変倍比でありながらズーム全域およびフォーカシング全域において高性能を有する超高倍率広角ズームレンズを得る。
【構成】物体側から順に、変倍時に固定で正の第１レンズ群Ｇ_１、変倍時に可動で負の第２レンズ群Ｇ_２、変倍に伴う像面変動を補正する正の第３レンズ群Ｇ_３、変倍時に固定で正の第４レンズＧ_４群が配され、第１レンズ群Ｇ_１は、両凹レンズからなる第１レンズＬ_１および正レンズよりなる第２〜５レンズＬ_２〜Ｌ_５で構成される。第１レンズＬ_１はＮ_Ｌ１＞１．７５、ν_Ｌ１＞３８を満足し、ズームレンズ系としては、Ｌ／ｆ_ｗ＞１．１７、−０．５＜（Ｒ_１＋Ｒ_２）／（Ｒ_１−Ｒ_２）＜１．０、ν_Ｌ２−ν_Ｌ１＜５５を満足し、特に軸上色収差と球面収差が良好に補正された超高倍率広角ズームレンズである。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種カメラ、特にテレビカメラ、ビデオカメラ、写真用カメラ等に搭載されるズームレンズに関し、詳しくは、テレビカメラに搭載されるものとして好適な、ズーム倍率９０倍以上の超高倍率なズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ放送用撮像カメラに用いられるズームレンズは、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたことによる特有の条件を満足させつつ、ズーム全域、結像面全域において高性能であることが要求される。また、高倍率で広画角であることへの要求も、近年さらに増している。
【０００３】
このような要請に応えた従来の高倍率なズームレンズとしては、例えば下記特許文献１に開示されたものが知られている。このズームレンズは物体側より順に、フォーカス群、バリエータ、コンペンセータ、リレーレンズ群の４群からなり、ズーム倍率６６倍、画角（２ω）５８度を達成したものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８３５８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、テレビ放送用撮像カメラに用いられるズームレンズに対し、ズーム倍率９０倍以上という超高倍率化が要望されるようになってきている。さらに、従来より広画角化も要望されている。これらの要望は、全変倍範囲および全フォーカス範囲に亘って高い光学性能を損なうことなく、達成されることが望まれている。ハイビジョンのような高精細な放送方式への対応が求められる今日においては、特にズーミングにおける望遠側の収差やフォーカスによる収差変動を抑制しなければならない。この中でも、軸上色収差および球面収差の変動や収差量の絶対値そのものを確実に抑制しなければ、高い解像力を得ることは困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、特に軸上色収差と球面収差とを良好に補正し、ズーム全域およびフォーカシング全域において高性能を有する超高倍率広角ズームレンズを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超高倍率広角ズームレンズは、物体側から順に、変倍時に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に可動で変倍作用を担う負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に可動で変倍に伴う像面の変動を補正する正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍時に固定で正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、
前記第１レンズ群の最も物体側に両凹レンズよりなる第１レンズが配置され、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とするものである。
Ｌ／ｆ_ｗ＞１．１７ ……（１）
Ｎ_Ｌ１＞１．７５ ……（２）
ν_Ｌ１＞３８ ……（３）
ただし、
Ｌ：有効撮像面の対角長
ｆ_ｗ：全系の広角端における焦点距離
Ｎ_Ｌ１：第１レンズのｅ線における屈折率
ν_Ｌ１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
【０００８】
また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−０．５＜（Ｒ_１＋Ｒ_２）／（Ｒ_１−Ｒ_２）＜１．０ ……（４）
ただし、
Ｒ_１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ_２：第１レンズの像側の面の曲率半径
【０００９】
また、前記第１レンズ群が物体側より順に、前記第１レンズおよび第２レンズを備えてなり、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
ν_Ｌ２−ν_Ｌ１＜５５ ……（５）
ただし、
ν_Ｌ２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
ν_Ｌ１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
【００１０】
また、前記第１レンズ群が物体側より順に、前記第１レンズおよびそれぞれが正レンズよりなる第２〜５レンズの５枚構成とされていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る超高倍率広角ズームレンズの概略構成を示すものである（後述する実施例１のレンズ構成が代表して示されている）。
【００１２】
このズームレンズは、物体側から順に、変倍時に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、変倍時に移動し変倍作用を担う負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、変倍に伴う像面の変動を補正するために変倍時に移動する正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３、および変倍時に固定で正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４が配列されており、第１レンズ群Ｇ_１の最も物体側には両凹レンズよりなる第１レンズＬ_１が配されている。
【００１３】
すなわち、このズームレンズは４群構成であり、変倍時には、第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘ方向に移動させることにより全系の焦点距離ｆ´を変化させ、第３レンズ群Ｇ_３を光軸Ｘ方向に移動させることにより結像位置の変動を補正する。物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は固体撮像素子等の結像面１上に結像される。
【００１４】
また、このズームレンズは下記条件式（１）〜（３）を満足する。
Ｌ／ｆ_ｗ＞１．１７ ……（１）
Ｎ_Ｌ１＞１．７５ ……（２）
ν_Ｌ１＞３８ ……（３）
ただし、
Ｌ：有効撮像面の対角長
ｆ_ｗ：全系の広角端における焦点距離
Ｎ_Ｌ１：第１レンズＬ_１のｅ線における屈折率
ν_Ｌ１：第１レンズＬ_１のｄ線におけるアッベ数
【００１５】
上記条件式（１）は、このズームレンズが広角なものであることを具体的数値範囲により規定した条件式である。上記条件式（２）および（３）は、両凹レンズよりなる第１レンズＬ_１の硝材について規定した条件式である。一般に第１レンズ群Ｇ_１中の負レンズはアッベ数の比較的小さいレンズとされているが、本発明ではアッベ数をこのような高い値に設定することにより、超高倍率なズームレンズにおいて特に望遠側での軸上色収差を良好に補正可能である。すなわち、条件式（２）の下限値を超えると球面収差が増大し、一方条件式（３）の下限値を超えると軸上色収差（二次スペクトル）が大きくなるので、球面収差および軸上色収差を良好とするためには、両条件式を満足することが肝要である。
【００１６】
本発明の実施形態に係る超高倍率広角ズームレンズは、上記構成により、軸上色収差と球面収差とを良好に補正し、ズーム全域およびフォーカシング全域において高性能を有する、ズーム倍率９０倍以上の超高倍率広角ズームレンズとすることができる。また、後述する実施例にも示すようにズーム倍率１００倍程度とした場合にも、良好に収差を補正し高性能な超高倍率広角ズームレンズを得ることができる。
【００１７】
さらに、本実施形態のズームレンズにおいては、第１レンズＬ_１の形状を規定する下記条件式（４）を満足することが好ましい。この下限値を超えるとディストーションが増大し、この上限値を超えると球面収差が増大する。
−０．５＜（Ｒ_１＋Ｒ_２）／（Ｒ_１−Ｒ_２）＜１．０ ……（４）
ただし、
Ｒ_１：第１レンズＬ_１の物体側の面の曲率半径
Ｒ_２：第１レンズＬ_１の像側の面の曲率半径
【００１８】
本実施形態のような超高変倍広角ズームレンズにおいては、第１レンズ群Ｇ_１を構成するレンズの曲率半径、肉厚、空気間隔、屈折率等の製作誤差の許容範囲が厳しい。特に、最も物体側に配された第１レンズＬ_１のレンズ面の製作精度は、レンズ系全体の光学性能の良否を決定する上で大きな比重を占めている。したがって、この第１レンズＬ_１の形状を規定し、製作誤差が比較的生じにくいものとすることが有効である。
【００１９】
また、本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ_１が物体側より順に、上記第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２を備えてなり、この第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２のｄ線に対するアッベ数の差の範囲を規定する下記条件式（５）を満足することが好ましい。第１レンズＬ_１に関する上記条件式（３）を満足し、さらにこの条件式（５）を満足することで、軸上色収差をさらに良好に補正できる。一般に、第１レンズ群Ｇ_１中では、第２レンズＬ_２以降の各レンズに異常分散性を有する材料を使用しており、条件式（５）は、このような場合において、特に有効である。
ν_Ｌ２−ν_Ｌ１＜５５ ……（５）
ただし、
ν_Ｌ２：第２レンズＬ_２のｄ線におけるアッベ数
ν_Ｌ１：第１レンズＬ_１のｄ線におけるアッベ数
【００２０】
また、本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群Ｇ_１が物体側より順に、上記第１レンズＬ_１、およびそれぞれが正レンズよりなる第２〜５レンズＬ_２〜Ｌ_５の５枚構成とされていることがより好ましい。このような構成により、レンズ系中で比較的レンズ径が大きく重量の大きいレンズとされた第１レンズ群Ｇ_１を小型軽量化しつつ、ズームレンズの球面収差と軸上色収差を低減することができる。
【００２１】
このようにして、本実施形態の超高倍率広角ズームレンズによれば、ズーム全域で遠距離から近接撮影における諸収差を良好に補正し、物体距離全般に亘り高解像、高コントラストな光学性能を持つ超高倍率ズームレンズを得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の超高倍率広角ズームレンズを具体的な実施例を用いてさらに説明する。
＜実施例１＞
図１は本実施例に係る超高倍率広角ズームレンズの概略構成を示す図であり、各レンズ群の広角端（ＷＩＤＥ）および望遠端（ＴＥＬＥ）におけるレンズ位置を示すものである。また、図２はこのズームレンズの詳細な構成を示す図である。
【００２３】
このズームレンズの概略構成は上述したとおりであるので、以下、詳細なレンズ構成を述べる。各レンズ群および各レンズは物体側より順にレンズ番号が増加するようになっている。
【００２４】
第１レンズ群Ｇ_１は、曲率の大きい面を結像面側に向けた両凹レンズからなる第１レンズＬ_１、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第２レンズＬ_２、凸面を物体側に向けた正メニスカスレンズからなる第３レンズＬ_３、第４レンズＬ_４および第５レンズＬ_５からなる。また、この第１レンズ群Ｇ_１において、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２により、合焦時に固定の第１Ａレンズ群Ｇ_１Ａが構成され、第３レンズＬ_３、第４レンズＬ_４および第５レンズＬ_５により、合焦時に可動の第１Ｂレンズ群Ｇ_１Ｂが構成される。
【００２５】
第２レンズ群Ｇ_２は、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズからなる第６レンズＬ_６、曲率の大きい面を結像面側に向けた両凹レンズからなる第７レンズＬ_７、曲率の大きい面を結像面側に向けた両凹レンズからなる第８レンズＬ_８と凸面を物体側に向けた正メニスカスレンズからなる第９レンズＬ_９との接合レンズ、および曲率の大きい面を結像面側に向けた両凸レンズからなる第１０レンズＬ_１０と曲率の大きい面を物体側に向けた両凹レンズからなる第１１レンズＬ_１１との接合レンズからなる。
【００２６】
第３レンズ群Ｇ_３は、凸面を結像面側に向けた正メニスカスレンズからなる第１２レンズＬ_１２、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズからなる第１３レンズＬ_１３と曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第１４レンズＬ_１４との接合レンズ、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第１５レンズＬ_１５および第１６レンズＬ_１６からなる。
【００２７】
第４レンズ群Ｇ_４は、曲率の大きい面を結像面側に向けた両凹レンズからなる第１７レンズＬ_１７と曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第１８レンズＬ_１８と曲率の大きい面を物体側に向けた両凹レンズからなる第１９レンズＬ_１９との接合レンズ、凸面を結像面側に向けた正メニスカスレンズからなる第２０レンズＬ_２０、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第２１レンズＬ_２１、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズからなる第２２レンズＬ_２２、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第２３レンズＬ_２３、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズからなる第２４レンズＬ_２４と曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第２５レンズＬ_２５との接合レンズ、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズからなる第２６レンズＬ_２６と曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる第２７レンズＬ_２７との接合レンズからなる。
【００２８】
さらに、図示のとおり、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４の間に絞り３が配され、第４レンズ群Ｇ_４の結像面側にプリズム等からなる３色分解光学系２が配されている。
【００２９】
本実施例に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ、各レンズのｅ線における屈折率Ｎおよびｄ線におけるアッベ数νの値を表１に示す。なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表２において同じ）。また、表１および以下の各表に示す数値は広角端における全系の焦点距離により規格化されている。
【００３０】
また、表１の右側上部に、軸上面間隔Ｄの欄における可変値Ｄ_１０（＊１）、Ｄ_２０（＊２）、Ｄ_２９（＊３）の広角端および望遠端の各位置での値を示すとともに、ｅ線における広角端および望遠端の全系の焦点距離ｆ´（ｅ）を示す。このズームレンズのズーム倍率は９６．５倍である。
【００３１】
【表１】

【００３２】
なお、本実施例において、有効撮像面の対角長Ｌ＝１１とされており、上記表１の数値から明らかなように、実施例１によれば、条件式（１）〜（５）は全て満足されている。
【００３３】
＜実施例２＞
本発明の実施例２に係る超高倍率広角ズームレンズは、上記実施例１のものと略同様の構成とされているが、主として、第１レンズ群Ｇ_１において、第１レンズＬ_１が、両面の曲率の絶対値が近似した両凹レンズからなり、第２レンズＬ_２が、曲率の小さい面を物体側に向けた両凸レンズからなり、第３レンズＬ_３が、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズからなる点において上記実施例１のものと異なっている。得られる作用効果は上記実施例１のものと略同様である。
【００３４】
実施例２に係るズームレンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズ面の軸上面間隔Ｄ、各レンズの、ｅ線における屈折率Ｎおよびｄ線におけるアッベ数νの値を表２に示す。また、表２の右側上部に、軸上面間隔Ｄの欄における可変値Ｄ_１０（＊１）、Ｄ_２０（＊２）、Ｄ_２９（＊３）の広角端および望遠端の各位置での値を示すとともに、ｅ線における広角端および望遠端の全系の焦点距離ｆ´（ｅ）を示す。このズームレンズのズーム倍率は９６．５倍である。
【００３５】
【表２】

【００３６】
なお、本実施例において、有効撮像面の対角長Ｌ＝１１とされており、上記表２の数値から明らかなように、実施例２によれば、条件式（１）〜（５）は全て満足されている。
【００３７】
図３、４は、上記各実施例に係るズームレンズの広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、各球面収差図には、６１５．０ｎｍ、５４６．１ｎｍ、４６０．０ｎｍに対する収差が示されており、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。これらの収差図から明らかなように、上述した各実施例に係るズームレンズによれば、ズーム全域で各収差を良好に補正することができ、特に球面収差図から明らかなように、望遠端における軸上色収差も良好に補正することができる。
【００３８】
なお、本発明の超高倍率広角ズームレンズとしては、上記実施例のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜設定することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超高倍率広角ズームレンズによれば、ズームレンズ全体の軸上色収差と球面収差に大きく影響する第１レンズ群の第１レンズに関し、所定の条件を満足するようにしている。これにより、広角かつ９０倍程度以上の高変倍比としても、諸収差を良好に補正することができ、ズーム全域およびフォーカシング全域において高性能を有するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る超高倍率広角ズームレンズの基本構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例１に係る超高倍率広角ズームレンズの詳細を示す図（（Ａ）は第１レンズ群および第２レンズ群を示し、（Ｂ）は第３レンズ群および第４レンズ群を示す）
【図３】実施例１に係る超高倍率広角ズームレンズの広角端および望遠端における各収差図
【図４】実施例２に係る超高倍率広角ズームレンズの広角端および望遠端における各収差図
【符号の説明】
Ｌ_１〜Ｌ_２７ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_５１ レンズ面の曲率半径（プリズム面を含む）
Ｄ_１〜Ｄ_５０ 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ 結像面
２ プリズム
３ 絞り

Claims (4)

1. 物体側から順に、変倍時に固定で正の屈折力を有する第１レンズ群と、変倍時に可動で変倍作用を担う負の屈折力を有する第２レンズ群と、変倍時に可動で変倍に伴う像面の変動を補正する正の屈折力を有する第３レンズ群と、変倍時に固定で正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、
   前記第１レンズ群の最も物体側に両凹レンズよりなる第１レンズが配置され、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする超高倍率広角ズームレンズ。
   Ｌ／ｆ_ｗ＞１．１７ ……（１）
   Ｎ_Ｌ１＞１．７５ ……（２）
   ν_Ｌ１＞３８ ……（３）
   ただし、
   Ｌ：有効撮像面の対角長
   ｆ_ｗ：全系の広角端における焦点距離
   Ｎ_Ｌ１：第１レンズのｅ線における屈折率
   ν_Ｌ１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
2. 下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の超高倍率広角ズームレンズ。
   −０．５＜（Ｒ_１＋Ｒ_２）／（Ｒ_１−Ｒ_２）＜１．０ ……（４）
   ただし、
   Ｒ_１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
   Ｒ_２：第１レンズの像側の面の曲率半径
3. 前記第１レンズ群が物体側より順に、前記第１レンズおよび第２レンズを備えてなり、下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の超高倍率広角ズームレンズ。
   ν_Ｌ２−ν_Ｌ１＜５５ ……（５）
   ただし、
   ν_Ｌ２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
   ν_Ｌ１：第１レンズのｄ線におけるアッベ数
4. 前記第１レンズ群が物体側より順に、前記第１レンズおよびそれぞれが正レンズよりなる第２〜５レンズの５枚構成とされていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の超高倍率広角ズームレンズ。

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