JP2004012638A - ズームレンズおよび撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物体側より順に、正の屈折力を有する第1群Aと、負の屈折力を有する第2群Bと、正の屈折力を有する第3群Cと、正の屈折力を有する第4群Dとを有し、各群の間隔を変化させることにより変倍動作を行うズームレンズにおいて、レンズ全系を広角端から望遠端に変倍させる時、以下の条件式を満足するようにする。
0.9<bwm/bwt<2.0
但し、bwm:広角端から全系焦点距離fm=√(fw・ft)に変倍した時の第2群の移動量、bwt:広角端から望遠端に変倍した時の第2群の移動量、fw:広角端での全系焦点距離、ft:望遠端での全系焦点距離
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズに関し、特に撮像デバイスとして固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルカメラなどの撮影装置に好適なズームレンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、負の屈折力のレンズが先行する所謂ネガティブリード型のズームレンズは、広角化が比較的容易である為、多くのカメラの標準型のズームレンズとして用いられている。
【0003】
この種の標準型ズームレンズとして、負の屈折力を有する第1群と正の屈折力を有する第2群の2つのレンズ群で構成し、これら2つのレンズ群を光軸に沿って移動させ、レンズ群間隔を変化させることにより変倍を行う、所謂2群ズームレンズが、例えば、特開昭53−132360号公報、特開昭56−19022号公報、さらに米国特許5283639号等で提案又は開示されている。
【0004】
また、特開平7−52256号公報では、物体側より順に負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群、そして正の屈折力の第3群の3つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を第2群と第3群の間隔を増大させて行ったズームレンズが提案されている。
【0005】
また、米国特許第543710号では、物体側より順に、負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2群および正の屈折力の第3群の3つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を第2群と第3群の間隔を減少させて行うズームレンズが開示されている。
【0006】
さらに、本出願人は、特開平6−27377号公報において、3群以上で構成された多群ズームレンズを提案している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、負の屈折力のレンズが先行するネガティブリード型のズームレンズは、広画角化が比較的容易であり、また所定のバックフォーカスが容易に得られるという特徴がある。
【0008】
しかしながら、全変倍範囲にわたり、また画面全体にわたり良好な光学性能を得るには、各レンズ群の屈折力配置やレンズ形状などを適切に設定する必要がある。
【0009】
各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が不適切であると、変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得るのが難しくなってくる。
【0010】
特に、負の屈折力のレンズ群が先行する2群ズームレンズにおいては、各群の光軸上の位置は変倍と像面位置の変動補正のために、相対位置が一義的に決定されてしまう。この結果、広角端から望遠端に変倍させる途中の変倍位置での光学性能を任意に制御することができない。
【0011】
従って、変倍途中の光学性能を良くするには、変倍中の各群の収差変動を極力少なくする必要がある。そのための方法としては、例えば各群の屈折力を緩くしたり、或いは各群をより多くのレンズ枚数で構成するなどの方法が採られている。しかしながら、この方法はレンズ全長が長くなり、高変倍化、高性能化が困難になるという問題がある。
【0012】
これらの問題を解決するために、米国特許第5570233号では、物体側より順に、正の屈折力の第1群、負の屈折力の第2群、正の屈折力の第3群、正の屈折力の第4群から構成され、各群の移動により変倍を行うズームレンズが提案されている。
【0013】
しかしながら、撮像デバイスの発展に伴い、より高性能化を求められるビデオカメラ、デジタルカメラ等の分野においては、更なる光学性能の向上が求められている。
【0014】
本発明は、4群構成において、5倍程度の変倍比を満足し、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、変倍範囲中の任意のズーム位置において良好な光学性能が得られるズームレンズを提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第1群と、負の屈折力を有する第2群と、正の屈折力を有する第3群と、正の屈折力を有する第4群とを有し、各群の間隔を変化させることにより変倍動作を行うズームレンズにおいて、
レンズ全系を広角端から望遠端に変倍させる時、以下の条件式を満足するようにしている。
【0016】
0.9<bwm/bwt<2.0
但し、bwm:広角端から全系焦点距離fm=√(fw・ft)に変倍した時の第2群の移動量
bwt:広角端から望遠端に変倍した時の第2群の移動量
fw:広角端での全系焦点距離
ft:望遠端での全系焦点距離
さらに、上記第1群を1つの正レンズより構成し、以下の条件式を満足するようにするとよい。
【0017】
0.05<fw/f1<0.15
但し、f1:第1群の焦点距離
また、レンズ全系を広角端から望遠端に変倍させる時に、第3群が物体側に単調に移動し、第4群が物体側に凸の軌跡で移動する又は第1群が像側に凸の軌跡で移動し、望遠端におけるレンズ全長が広角端におけるレンズ全長を上回る場合に、以下の条件式を満足するようにしてもよい。
【0018】
0.1<(Cw−Cm)/(Cw−Ct)<0.3
但し、Cw:広角端での第3群と第4群の光軸上間隔
Ct:望遠端での第3群と第4群の光軸上間隔
Cm:全系焦点距離fm=√(fw・ft)での第2群と第3群の光軸上間隔
さらに、以下の条件式を満足するようにしてもよい。
【0019】
−0.9<f2/f3<−0.6
但し、f2,f3:第2,3群の焦点距離
以上のように各群の屈折力配置と変倍時の移動軌跡とを適切に設定することにより、高い光学性能を有し、高倍率を達成できるズームレンズを小型を維持したままで実現可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である撮影装置は、図1、図3又は図5に示す第1〜第3実施形態のズームレンズを用いて、像面IP上に配置したCCDやCMOS等の固体撮像素子(図示せず)上に物体像(被写体像)を形成する。
【0021】
図1、図3および図5に示すレンズ断面図において、(W)は広角端、(M)は中間のズーム位置、(T)は望遠端である。また、各断面図において、物体側から順に、Aは正の屈折力を有する第1レンズ群、Bは負の屈折力を有する第2レンズ群、Cは正の屈折力を有する第3レンズ群、Dは正の屈折力を有する第4レンズ群である。
【0022】
また、SPは絞り、Gはフィルター、フェイスプレートなどのガラスブロックである。
【0023】
上記各実施形態のズームレンズは、レンズ全系を少なくとも4群構成とし、各群の光軸上間隔を変化させることにより変倍を行う。
【0024】
特に、第2レンズ群Bは、広角端から望遠端に変倍させる時、像面側に凸の軌跡を描くように移動方向を反転させることにより、第2レンズ群Bと第3レンズ群Cの間隔余裕を減じることを可能として、レンズ系全体の小型化を図っている。
【0025】
上記各実施形態では、レンズ全系の焦点距離が、広角端の焦点距離fwと望遠端での焦点距離ftとの相乗平均fm=√(fw・ft)になる変倍位置での第2レンズ群Bの広角端からの移動量をbwm、望遠端での第2レンズ群Bの広角端からの移動量をbwtとした時、
0.9<bwm/bwt<2.0 …(1)
を満たすことを必要とする。
【0026】
条件式(1)は、変倍での第2レンズ群Bの移動量に関するものであり、その上限を超えると、広角端から中間までの広角側の変倍領域での第2レンズ群Bの移動量が大きくなり、全系の高変倍化が困難になる。また、下限を超えると、変倍中間域での良好な収差補正が困難になる。
【0027】
さらに、本実施形態では、適切な屈折力配置により変倍途中での光学性能の向上を可能とし、第1レンズ群Aを正レンズ1枚のみで構成して、レンズ全系の小型化と良好な収差補正との両立を可能としている。
【0028】
上記各実施形態において、第1レンズ群Aを正レンズ1枚で構成するためには、広角端でのレンズ全系の焦点距離をfw、第1レンズ群Aの焦点距離をf1とした時、以下の条件式を満足することが必要である。
【0029】
0.05<fw/f1<0.15 …(2)
条件式(2)は第1レンズ群Aの焦点距離に関するものであり、その上限を超えると第1レンズ群Aのパワーがきつくなりすぎて前玉(第1レンズ群A)径が大きくなる。また、下限を超えると第1レンズ群Aのパワーが緩くなり、所望の変倍比を得るためのレンズ全長が長くなるため好ましくない。
【0030】
また、第1レンズ群Aを移動群とし、望遠端におけるレンズ全長を広角端におけるレンズ全長より長く設定することで、他の群の変倍負担を軽減することを可能にしている。
【0031】
更に広角端から望遠端に変倍させる時の第1レンズ群Aの移動方向を、像面側に凸の軌跡を描くように反転させることにより、変倍途中の光学性能の変動を抑え、かつ前玉径の小型化を可能にしている。
【0032】
また、第3レンズ群Cを広角端から望遠端への変倍に際して物体側に単調に移動させ、第4レンズ群Dの移動軌跡を物体側に凸とすることで、第2レンズ群Bの変倍負担を軽減した上で、全ての変倍域での光学性能を低減することが可能である。
【0033】
さらに、高性能化を図るためには、上記各実施形態において、広角端での第3レンズ群Cと第4レンズ群Dの光軸上間隔をCw、望遠端での第3レンズ群Cと第4レンズ群Dの光軸上間隔をCt、全系焦点距離fmでの第3レンズ群Cと第4レンズ群Dの光軸上間隔をCm、第i群の焦点距離をfiとした時、
0.4<(Cw−Cm)/(Cw−Ct)<0.9 …(3)
−0.9<f2/f3(もしくはf3/fw)<−0.6 …(4)
を満たすことが好ましい。
【0034】
条件式(3)及び(4)はいずれも、第3レンズ群Cの屈折力配置に関するものであり、第2レンズ群Bとの変倍分担を適切にし、高性能化を図る上で重要である。
【0035】
また、絞りを第3レンズ群Cと一体に移動させることで、レンズ鏡筒の構造を簡易にすることを容易としている。
【0036】
以下に、上記各実施形態の数値実施例を示す。図1に示す第1実施形態の数値実施例を第1数値実施例とし、図2に示す第2実施形態の数値実施例を第2数値実施例とし、図3に示す第3実施形態の数値実施例を第3数値実施例とする。
【0037】
また、各数値実施例においてRiは物体側より順にi番目のレンズ面の曲率半径、Diは物体側より順にi番目の光学部材の厚さまたは空気間隔、Niとνiは各々、物体側より順にi番目の光学部材の材率の屈折力とアッベ数である。
【0038】
また、非球面形状はレンズ中心部の曲率半径をRとし、光軸方向(光の進行方向)をX軸とし、光軸と垂直方向をY軸、A、B、C、D、Eを各非球面係数とした時、
(1/R)Y2
X=───────── +AY2+BY4+CY6+DY8+EY10
1+√(1+(1+K)(Y/R)2)
なる式で表わす。なお、「e−X」は「×10−x」を意味している。また、各数値実施例中においては、半画角ωはwを、アッベ数νはvを用いて示している。
【0039】
(数値実施例1)
【0040】
【表1】
【0041】
(数値実施例2)
【0042】
【表2】
【0043】
(数値実施例3)
【0044】
【表3】
【0045】
また、上記各数値実施例の条件式(1)〜(4)の値を表4に示す。
(表4)
数値実施例1 数値実施例2 数値実施例3
条件式(1) 1.18 0.92 1.55
条件式(2) 0.11 0.10 0.11
条件式(3) 0.21 0.18 0.20
条件式(4) −0.71 −0.82 −0.76
また、各数値実施例の収差図を図2、図4および図6に示す。なお、これらの収差図において、半画角ωはwを用いて示しており、グラフdはd線の収差を、グラフgはg線の収差を、グラフΔSはサジタル像面での収差を、グラフΔMはメリディオナル像面での収差をそれぞれ示している。
【0046】
図7には、上記第1〜第3実施形態のズームレンズを用いたデジタルスチルカメラを示している。
【0047】
図7において、10は撮影光学系11を含むズームレンズ、20はカメラ本体、21はクイックリターンミラー、22はピント板、23はペンタダハプリズム、24は接眼レンズである。
【0048】
また、25はCCD,CMOS等の固体撮像素子である。固体撮像素子25は撮影光学系11により形成された被写体像を光電変換する。
【0049】
なお、ファインダー観察時には、撮影光路内に配置したクイックリターンミラー21により被写体光束の一部をファインダー光学系を構成するピント板22、ペンタダハプリズム23および接眼レンズ24に導いて被写体像の光学的な観察を可能とするとともに、ハーフミラーからなるクイックリターンミラー21を透過した被写体光束を撮像素子25により光電変換し、得られた画像信号を不図示のLCD等に表示して被写体像の電子的な観察を可能とする。
【0050】
一方、撮影時には、クイックリターンミラー21を撮影光路から退避させ、被写体光束を撮像素子25により光電変換し、得られた画像情報を不図示の記憶メディアに記憶する。
【0051】
なお、本発明のズームレンズは、図7に示したデジタルスチルカメラだけでなく、ビデオカメラ用のズームレンズとしても使用することができる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、4群のズーム構成において、各レンズの屈折力配分と変倍時の移動軌跡とを適切に設定することにより、変倍中の任意のズーム位置において良好な光学性能を有するズームレンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の第1実施形態であるズームレンズのレンズ断面図。
【図2】
本発明の数値実施例1の収差図。
【図3】
本発明の第2実施形態であるズームレンズのレンズ断面図。
【図4】
本発明の数値実施例2の収差図。
【図5】
本発明の第3実施形態であるズームレンズのレンズ断面図。
【図6】
本発明の数値実施例3の収差図。
【図7】
上記第1〜第3実施形態のズームレンズを備えたデジタルカメラの断面図。
【符号の説明】
A 第1レンズ群
B 第2レンズ群
C 第3レンズ群
D 第4レンズ群
SP 絞り
IP 像面
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面
Claims (8)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第1群と、負の屈折力を有する第2群と、正の屈折力を有する第3群と、正の屈折力を有する第4群とを有し、変倍時に各群の間隔を変化させるズームレンズであって、
レンズ全系を広角端から望遠端に変倍させる時、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
0.9<bwm/bwt<2.0
但し、bwm:広角端から全系の焦点距離fm=√(fw・ft)に変倍した時の前記第2群の移動量
bwt:広角端から望遠端に変倍した時の前記第2群の移動量
fw:広角端での全系焦点距離
ft:望遠端での全系焦点距離 - 前記第1群は1つの正レンズより構成され、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
0.05<fw/f1<0.15
但し、f1:前記第1群の焦点距離 - 前記レンズ全系を広角端から望遠端に変倍させる時、前記第3群は物体側に単調に移動し、前記第4群は物体側に凸の軌跡で移動することを特徴とする請求項1又は2に記載のズームレンズ。
- 前記レンズ全系を広角端から望遠端に変倍する時、前記第1群は、像側に凸の軌跡で移動し、望遠端におけるレンズ全長が広角端におけるレンズ全長を上回ることを特徴とする請求項1又は3に記載のズームレンズ。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のズームレンズ。
0.1<(Cw−Cm)/(Cw−Ct)<0.3
但し、Cw:広角端での前記第3群と前記第4群の光軸上間隔
Ct:望遠端での前記第3群と前記第4群の光軸上間隔
Cm:前記全系焦点距離fm=√(fw・ft)での前記第2群と前記第3群の光軸上間隔 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のズームレンズ。
−0.9<f2/f3<−0.6
但し、f2,f3:前記第2,3群の焦点距離 - 変倍時に絞りが前記第3群と一体的に移動することを特徴とする請求項1又は6に記載のズームレンズ。
- 請求項1から7のいずれかに記載のズームレンズと、このズームレンズを備えたカメラとから構成される撮影装置。
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