JP3548525B2

JP3548525B2 - 可変焦点距離レンズ

Info

Publication number: JP3548525B2
Application number: JP2000398564A
Authority: JP
Inventors: 淳一藤崎
Original assignee: ペンタックスプレシジョン株式会社
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002196235A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、可変焦点距離レンズに関し、特に可視光波長域（４００〜７００ｎｍ程度）と近赤外光波長域（７００〜１０００ｎｍ程度）まで実用可能な可変焦点距離レンズに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
監視カメラにおいて、昼間は可視光領域での撮影を行い、夜間は近赤外光領域での撮影を行うことができる撮影レンズ系が望まれており、一部実用化されている。しかし、可視光領域と近赤外光領域での収差、特に色収差をレンズ構成を複雑にすることなく良好に補正するのは依然困難である。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、焦点距離可変で、可視光領域と近赤外光領域での収差を良好に補正した可変焦点距離レンズを得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の可変焦点距離レンズは、負のパワーの前群レンズと、正のパワーの後群レンズとからなり、両群の間隔を変化させて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて、前群レンズは４群４枚からなり、後群レンズは４群５枚からなり、次の条件式（１）、（２）を満足することを特徴としている。
（１）−２．６＜ｆｘ／Ｆｗ＜−２．４
（２）３．９＜ｆｙ／Ｆｗ＜４．１
但し、ｆｘ；前群レンズの焦点距離（＜０）、
ｆｙ；後群レンズの焦点距離（＞０）、
Ｆｗ；全系の短焦点距離端における焦点距離、
である。
【０００５】
本発明の可変焦点距離レンズにおいて、後群レンズは、次の条件式（３）、（４）を満足する範囲で用いられることが好ましい。
（３）−０．４１＜Ｍｗ＜−０．３９
（４）−０．８＜Ｍｔ＜−０．７６
但し、
Ｍｗ：短焦点距離端における後群レンズの結像倍率、
Ｍｔ：長焦点距離端における後群レンズの結像倍率、
である。
【０００６】
本発明の可変焦点距離レンズの後群レンズは、より具体的には、前群レンズから順に、正のＬ５レンズ、正のＬ６レンズ、全体として負のＬ７レンズとＬ８レンズとの接合レンズ、及び正のＬ９レンズで構成されるのが好ましい。
【０００７】
本発明の可変焦点距離レンズは、次の条件式（５）、（６）を満足することが好ましい。
（５）１．７３＜ｎ９＜１．８４
（６）３０＜ν９＜４０
但し、
ｎ９：Ｌ９レンズの屈折率、
ν９：Ｌ９レンズのアッベ数、
である。
【０００８】
本発明の可変焦点距離レンズにおいて、接合レンズを構成するＬ７レンズとＬ８レンズの一方は、条件式（７）、（８）を満足する凸レンズからなり、他方は、条件式（９）、（１０）を満足することが好ましい。
（７）８０＜ν凸
（８）３．２＜ｆ凸／Ｆｗ＜３．８
（９）３０＞ν凹
（１０）−２．４＜ｆ凹／Ｆｗ＜−２．１
但し、
ν凸：凸レンズのアッベ数、
ｆ凸：接合凸レンズの焦点距離、
ν凹：凹レンズのアッベ数、
ｆ凹：接合凹レンズの焦点距離、
である。
【０００９】
【発明の実施形態】
本実施形態の可変焦点距離レンズは、焦点距離変化によって像面位置が移動するバリフォーカルレンズであり、図２５の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の前群レンズ１０、絞りＳ、及び正の後群レンズ２０からなり、これら前群レンズ１０、絞りＳ、後群レンズ２０が、焦点距離の変化に際しそれぞれ光軸方向に移動する。より具体的には、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際し、絞りＳと像面Ｉの間隔は一定で、前群レンズ１０は像側に移動し、後群レンズ２０は物体側に移動する。焦点距離を変化させる作用は後群レンズ２０の移動により生じる。この移動で発生する焦点位置の変化は、前群レンズ１０を光軸方向に移動させて補正する。バリフォーカルレンズを監視カメラに適用する場合の通常の使用態様は、設置場所に合わせて焦点距離を変化させ（画角を変化させ）、その焦点距離で合焦するように焦点調節するので、前群レンズ１０による焦点移動の補償は、手動で行うようにしても実用上の問題はない。
【００１０】
各実施例のレンズ構成図に示すように、前群レンズ１０は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスのＬ１レンズ、物体側に凸の負メニスカスのＬ２レンズ、両凹の負のＬ３レンズ、及び正のＬ４レンズからなっている（４群４枚）。後群レンズ２０は、前群レンズ１０側から順に、正のＬ５レンズ、正のＬ６レンズ、負のＬ７レンズ、正のＬ８レンズ、及び正のＬ９レンズからなり、Ｌ７レンズとＬ８レンズは接合されている。この接合レンズは全体として負のパワーを有する。Ｃは、撮像素子のカバーガラスである。
【００１１】
条件式（１）は前群レンズの焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比に関する条件である。
この条件式（１）を満足することにより、球面収差、非点収差、色収差を補正する。
この条件式（１）の上限を超えると、球面収差が補正過剰になり、倍率色収差が補正不足になる。下限を越えると、球面収差が補正不足になり、画角の大きなところで高次の収差が発生し、非点収差が生じる。
【００１２】
条件式（２）は後群レンズの焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比に関する条件である。
この条件式（２）を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差を補正する。
この条件式（２）の上限を超えると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、コマ収差が補正過剰になる。また、画角の大きなところで高次の収差が発生し、非点収差が生じる。下限を超えると、球面収差が補正過剰になり、コマ収差が補正不足になる。
【００１３】
また、本実施形態の可変焦点距離レンズは、そのズーム比が２程度、包括角度が５７〜１１７゜程度である。ズーム比２程度を実現するために、負の前群レンズでできる虚像を像面に結像する正の後群レンズは、その結像倍率Ｍが短焦点距離端で条件式（３）、長焦点距離端で条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（３）の上限を超えると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、必要なズーム比の確保が難しくなる。下限を超えると、球面収差と軸上色収差が補正過剰になる。
条件式（４）の上限を超えると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、画角の大きなところで高次の収差が発生し、非点収差が生じる。下限を越えると、球面収差と軸上色収差が補正過剰になる。
【００１４】
本実施形態のように、前群レンズを４群４枚から構成し、後群レンズは４群５枚から構成すると、コストパフォーマンスが良い。さらに具体的には、後群レンズは、前群レンズから順に、正のＬ５レンズ、正のＬ６レンズ、負のＬ７レンズ、正のＬ８レンズ、及び正のＬ９レンズから構成し、Ｌ７レンズとＬ８レンズを接合レンズとするのがよい。
【００１５】
この具体的なレンズ構成においては、Ｌ９レンズに条件式（５）、（６）を満足させるのがよい。条件式（５）の上限を超えると、バックフォーカスが短くなる。下限を越えると、レンズ全長が長くなり過ぎ、コストパフォーマンスが低下する。
条件式（６）の上限を超えると、軸上色収差が補正不足になる。下限を超えると、軸上色収差が補正過剰になる。
【００１６】
また、上記具体的なレンズ構成において、接合レンズを構成するＬ７レンズとＬ８レンズの一方と他方に条件式（７）ないし（１０）を満足させることにより、
色収差を良好に補正することができる。
条件式（７）の下限を越えると、軸上色収差が補正不足になる。
条件式（８）の上限を越えると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、画角の大きなところで、高次の収差が発生し、非点収差が生じる。下限を越えると、球面収差と軸上色収差が補正過剰になる。
条件式（９）の上限を越えると、軸上色収差と倍率色収差が補正不足になる。条件式（１０）の上限を越えると、球面収差と軸上色収差が補正過剰になる。
下限を越えると、球面収差と軸上色収差が補正不足になり、画角の大きなところで高次の収差が発生し、非点収差が生じる。
【００１７】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図の数値はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦ_ＮＯはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、ｆ_Ｂはバックフォーカス（カバーガラスの最も像側の面から像面までの空気間隔）、Ｗは半画角（゜）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ（０．５８８）は波長５８８ｎｍに対する屈折率、νはアッベ数を示す。
【００１８】
［実施例１］
図１ないし図４は、本発明の可変焦点距離レンズの第１実施例を示している。図１及び図３はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図２及び図４はそれぞれ図１及び図３での諸収差図を示している。表１はその数値データである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
［実施例２］
図５ないし図８は、本発明の可変焦点距離レンズの第２実施例を示している。図５及び図７はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図６及び図８はそれぞれ図５及び図７での諸収差図を示している。表２はその数値データである。
【００２１】
【表２】

【００２２】
［実施例３］
図９ないし図１２は、本発明の可変焦点距離レンズの第３実施例を示している。図９及び図１１はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１０及び図１２はそれぞれ図９及び図１１での諸収差図を示している。表３はその数値データである。
【００２３】
【表３】

【００２４】
［実施例４］
図１３ないし図１６は、本発明の可変焦点距離レンズの第４実施例を示している。図１３及び図１５はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１４及び図１６はそれぞれ図１３及び図１５での諸収差図を示している。表４はその数値データである。
【００２５】
【表４】

【００２６】
［実施例５］
図１７ないし図２０は、本発明の可変焦点距離レンズの第５実施例を示している。図１７及び図１９はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１８及び図２０はそれぞれ図１７及び図１９での諸収差図を示している。表５はその数値データである。
【００２７】
【表５】

【００２８】
［実施例６］
図２１ないし図２４は、本発明の可変焦点距離レンズの第６実施例を示している。図２１及び図２３はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図２２及び図２４はそれぞれ図２１及び図２３での諸収差図を示している。表６はその数値データである。
【００２９】
【表６】

【００３０】
各実施例の各条件式に対する値を表７に示す。
【表７】

【００３１】
表７から明らかなように、実施例１ないし実施例６の数値は、条件式（１）ないし（１０）を満足している。また収差図に示すように各焦点距離での諸収差もよく補正されており、特に球面収差で表される色収差が、５８８ｎｍの可視光領域でも、８５０ｎｍの近赤外光領域でも、実用上問題がない程度に補正されている。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、焦点距離可変で、可視光領域と近赤外光領域での収差を良好に補正した可変焦点距離レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変焦点距離レンズの第１実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】本発明による可変焦点距離レンズの第１実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成図の諸収差図である。
【図５】本発明による可変焦点距離レンズの第２実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。
【図７】本発明による可変焦点距離レンズの第２実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】本発明による可変焦点距離レンズの第３実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。
【図１１】本発明による可変焦点距離レンズの第３実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成図の諸収差図である。
【図１３】本発明による可変焦点距離レンズの第４実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の諸収差図である。
【図１５】本発明による可変焦点距離レンズの第４実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１６】図１５のレンズ構成の諸収差図である。
【図１７】本発明による可変焦点距離レンズの第５実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１８】図１７のレンズ構成の諸収差図である。
【図１９】本発明による可変焦点距離レンズの第５実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２０】図１９のレンズ構成の諸収差図である。
【図２１】本発明による可変焦点距離レンズの第６実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２２】図２１のレンズ構成図の諸収差図である。
【図２３】本発明による可変焦点距離レンズの第６実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２４】図２３のレンズ構成の諸収差図である。
【図２５】本発明による可変焦点距離レンズの簡易移動図である。
【符号の説明】
１０前群レンズ
２０後群レンズ
Ｃ撮像素子のカバーガラス
Ｉ像面
Ｓ絞り

Claims

負のパワーの前群レンズと、正のパワーの後群レンズとからなり、両群の間隔を変化させて焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズにおいて、
前群レンズは４群４枚からなり、
後群レンズは４群５枚からなり、
次の条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ。
（１）−２．６＜ｆｘ／Ｆｗ＜−２．４
（２）３．９＜ｆｙ／Ｆｗ＜４．１
但し、ｆｘ；前群レンズの焦点距離（＜０）、
ｆｙ；後群レンズの焦点距離（＞０）、
Ｆｗ；全系の短焦点距離端における焦点距離。
請求項１記載の可変焦点距離レンズにおいて、後群レンズは、次の条件式（３）、（４）を満足する範囲で用いられる可変焦点距離レンズ。
（３）−０．４１＜Ｍｗ＜−０．３９
（４）−０．８＜Ｍｔ＜−０．７６
但し、
Ｍｗ：短焦点距離端における後群レンズの結像倍率、
Ｍｔ：長焦点距離端における後群レンズの結像倍率。
請求項１または２記載の可変焦点距離レンズにおいて、後群レンズは、前群レンズから順に、正のＬ５レンズ、正のＬ６レンズ、全体として負のＬ７レンズとＬ８レンズとの接合レンズ、及び正のＬ９レンズからなる可変焦点距離レンズ。
請求項３記載の可変焦点距離レンズにおいて、次の条件式（５）、（６）を満足する可変焦点距離レンズ。
（５）１．７３＜ｎ９＜１．８４
（６）３０＜ν９＜４０
但し、
ｎ９：Ｌ９レンズの屈折率、
ν９：Ｌ９レンズのアッベ数。
請求項３または４記載の可変焦点距離レンズにおいて、上記接合レンズを構成するＬ７レンズとＬ８レンズの一方は、条件式（７）、（８）を満足する凸レンズからなり、他方は、条件式（９）、（１０）を満足する凹レンズからなる可変焦点距離レンズ。
（７）８０＜ν凸
（８）３．２＜ｆ凸／Ｆｗ＜３．８
（９）３０＞ν凹
（１０）−２．４＜ｆ凹／Ｆｗ＜−２．１
但し、
ν凸：凸レンズのアッベ数、
ｆ凸：接合凸レンズの焦点距離、
ν凹：凹レンズのアッベ数、
ｆ凹：接合凹レンズの焦点距離。