JP2004061678A - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズシャッターカメラ用、正負正負４群構成のコンパクトで高変倍な少レンズ枚数構成のズームレンズの達成。
【解決手段】物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２、第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２、第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は写真レンズ、ビデオカメラレンズ等の撮影光学系において特にコンパクトカメラ用の写真レンズとして好適な、変倍比４．５倍程度の高変倍でコンパクトなズームレンズの達成をおこなうものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、写真レンズやビデオレンズにおいてはよりコンパクトで高性能な撮影光学系が要求されている。
【０００３】
特にレンズシャッターカメラの撮影光学系においては高変倍なものの要求と共に、周辺のメカ機構、電気回路の発達によってカメラの小型化の達成に有利化と伴って光学系についてもより小型なものが望まれている。
【０００４】
レンズシャッターカメラ用の高変倍な撮影光学系としては、例えば特開平８−２６２３２５公報、特開平９−１２００２８公報等にて正、正、負の３群構成のズームレンズが提案されている。
【０００５】
また正、負、正、負の４群構成の変倍比が３倍程度のズームレンズが特許２８３２３７６号、変倍比３．８倍程度のズームレンズが特開平１１−３５２４０１公報で提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した正、正、負の３群構成のズームレンズの提案においては、レンズ構成枚数が多いため、高変倍でかつコンパクトなズームレンズとは言えなかった。
【０００７】
また、正、負、正、負の４群構成のズームレンズに対しては変倍比が３倍又は３．８倍程度であり、更にレンズ構成枚数も多いため、更なる高変倍化においても小型で高画質なズームレンズの達成要求のための光学的配置の工夫が要求されている。
【０００８】
本案は、適切なズームレンズ構成及びレンズ群配置を行うことにより、高画質を維持しつつコンパクトなズームレンズ光学系を達成をおこなうものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２，第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般的にレンズシャッターカメラの撮影系に用いられる正、正、負構成の３群ズームレンズは主に正の第２レンズ群と負の第３レンズ群の空気間隔変化により変倍作用を行い更に望遠に行くに従って正の第１レンズ群と正の第２レンズ群の空気間隔を狭めることにより更なる変倍作用を行うと同時に、変倍時の像面湾曲変動の補正を行うことを特徴としている。
【００１１】
しかしながら更なる高変倍化においては変倍時の色収差及び前記した３群構成のズームレンズにおいても補正困難な像面湾曲の収差変動が問題となってくる。
【００１２】
他方、良好な画質を得ようとするならば、各レンズ群で発生する色収差の補正関係を良好に保つために各レンズ群で発生する色収差の量を小さくする必要が有る。そしてその色収差補正のためにレンズ構成枚数を増加させる必要が生じてしまうこととなりレンズ系の小型化や少レンズ枚数構成の要求に対しての達成が困難となっている。
【００１３】
本発明においては、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２，第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする。
【００１４】
以上の構成より、特にズーム光学系の小型化及び高変倍化を行った際の前記第１レンズ群により発生する広角端における軸外のコマ収差と望遠端における高次の球面収差の収差補正を２Ａ群及び２Ｂ群にて行い特に２Ｂ群を正と負レンズより構成するダブレット構成とすることにより、変倍時に発生する色収差変動を良好に補正を行うことができる。
【００１５】
また２Ａ群が負レンズである場合、２Ｂ群は物体側より正、負レンズの配置にするのが良く、更に最も物体側のレンズ面は凸面であることが、２Ａ群にて発生する正の球面収差を負方向にキャンセル作用が得られるため望ましく、他方、２Ａ群が正レンズである場合、２Ｂ群は物体側より負、正レンズの配置にするのが良く、更に最も物体側のレンズ面は凹面であることが、２Ａ群にて発生する負の球面収差を正方向にキャンセル作用が得られるため望ましい。
【００１６】
また、２Ａ群は負レンズの場合は、像面側に強い凹面を有したレンズ形状とし、正レンズの場合においては物体側に凸な正メニスカスレンズとするのが高次の球面収差の発生を抑え良好な光学性能を得るのに望ましい。
【００１７】
また、ズームレンズ系の小型化を行う際には、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００１８】
０．３５ ＜ ｜Ｆ３／Ｆｗ｜ ＜ ０．７ ・・・（１）
１．１ ＜ β３ｗ ＜ ２ ・・・（２）
但し、 Ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Ｆ３ ：前記、第３レンズ群の焦点距離
β３ｗ：前記、第３レンズ群の広角端における横倍率
条件式（１）、（２）は、広角端における負の第３レンズ群の屈折力に関するものである。
【００１９】
条件式（１）の上限値を越えて第３レンズ群の負の屈折力が弱くなるか、条件式（２）の上限値を越えて第３レンズ群の広角端における横倍率が大きくなりすぎると、変倍時に第３レンズ群による変倍作用が弱くなってくるため一定の変倍比を得るために各レンズ群の移動量を大きくしなければならなくなり結果としてレンズ全長が長くなってくる。
【００２０】
他方、条件式（１）、（２）のどちらかが下限値を越えるとレンズ全体としてテレフォト系の作用が強まってくるため、バックフォーカスが短く成りすぎると同時に、一定の周辺光量を確保するために第３レンズ群のレンズ外径の大型化をまねいてしまうと同時に像面湾曲や非点収差が発生してくるため良くない。
【００２１】
更に光学性能向上のためには、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２２】
−０．７ ＜ Ｆ２Ｃ／Ｆ２ＡＢｗ ＜ −０．１５ ・・・ （３）（Ｆ２ＡＢｗ ＜ ０）
但し、 Ｆ２ＡＢｗ：広角端における前記、２Ａ群と２Ｂ群の合成焦点距離
Ｆ２Ｃ ：前記、２Ｃ群の焦点距離
条件式（３）は、前記第３レンズ群の光学配置特性に関するものであり、広角端における前記正レンズである２Ｃ群と２Ａ群２Ｂ群の合成焦点距離との屈折力比を表す。
【００２３】
この条件式の上限値を越えると、２Ｃ群の屈折力が相対的に大きくなってしまい。そこで発生する高次の球面収差やコマ収差を補正することが困難になってくるため良くない。
【００２４】
他方、この下限値を越えると、広角端において２Ａ群２Ｂ群の負の合成屈折力が弱くなりすぎてくるため、第１レンズ群で発生する軸外の像面湾曲と負の球面収差のバランスを良好に補正することが困難となってくる。
【００２５】
また、ズームレンズ系の小型化を達成しつつ高画質化を図るならば、以下の条件式を満足することが良い。
【００２６】
１ ＜ Ｆ１／Ｆｗ ＜ ２．２ ・・・ （４）
０．６ ＜ Ｆ２ｗ／Ｆｗ ＜ １．２ ・・・ （５）
但し、 Ｆ１ ：第１レンズ群の焦点距離
Ｆ２ｗ ：広角端における２Ａ、２Ｂ、２Ｃ群の合成焦点距離
条件式（４）は広角端における第１レンズ群の正の合成屈折力に関するものである。下限値を越えると、広角端において前記正の合成屈折力が強くなり過ぎレンズ系全体としてテレフォト系の作用が強まってくるため、バックフォーカスが短く成りすぎたり、負の球面が大きく発生してしまいこれを補正することが困難になってくる。
【００２７】
一方、上限値を越えるとレンズ全長の増加を招くとともに広角端の焦点距離を維持するために第３レンズ群の正の屈折力を強くしなければならないため変倍域全域にわたって諸収差をバランス良く補正することが困難になってくる。
【００２８】
条件式（２）は広角端における２Ａ、２Ｂ、２Ｃレンズ群の正の合成屈折力に関するものである。
【００２９】
上限値を越えると、２Ａ、２Ｂ、２Ｃレンズ群の正の合成屈折力が弱くなりすぎて球面収差の補正が不足してくると同時に一定の広角端の焦点距離を維持するためにレンズ全長が増加してしまう。
【００３０】
他方、下限値を越えると、負の球面収差が大きく発生してしまい他のレンズ群でこれを補正することが困難となってくる。
【００３１】
また３Ｃレンズ群中に用いられる正レンズのｄ線における屈折率をＮ３ｄ、アッベ数をＶ３ｄとしたとき、
Ｎ３ｄ ＜ １．６５ ・・・ （６）
Ｖ３ｄ ＞ ５５ ・・・ （７）
とするのが良くこれによりズームレンズ系を小型化することにより生ずるペッツバール和が負になる傾向を防止しつつ変倍時発生する色収差の変動を補正することができる。
【００３２】
第３レンズ群は 物体側より非球面を有した凸レンズと物体側に強い凹面を向けた負レンズで構成するのがズーム光学系をコンパクトに保ちつつ高画質を得るのに対して効果的である。また前記凸レンズをプラスチィク材とするのがコストダウンのために望ましい。
【００３３】
また前記、負レンズは、ｄ線における屈折率をＮ４ｄ、アッベ数をＶ４ｄとしたとき、
Ｎ４ｄ ＜ １．７５ ・・・ （８）
Ｖ４ｄ ＞ ５０ ・・・ （９）
とするのが望ましく、これにより低コスト硝材を使用することによるコストダウン化とともに変倍作用の大きい第３レンズ群の変倍による色収差変動を抑えることができる。
【００３４】
また、前記非球面は、生産性を考慮したときに使用できる硝種を拡大するために複合型非球面（レプリカ非球面）を用いても良い。
【００３５】
図面を用いて本実施形態のズームレンズについて説明する。
【００３６】
図１、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズのレンズ断面図、図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの広角端の収差図、図３、図７、図１１、図１５、図１９、図２３、図２７、図３１、図３５、図３９、図４３、図４７、図５１、図５５は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの中間の収差図、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの望遠端の収差図である。
【００３７】
本発明に好適な第１レンズ群構成は、物体側より像面側に凸である負メニスカスレンズ、物体側に強い凸面を有する正レンズの２枚構成である。
【００３８】
それにより前記負レンズの物体側の凹面で発生する広角端におけるディストーションと望遠端にて発生する正の球面収差を前記正レンズの物体側の強い凸面にてキャンセル作用を生じさせ、良好な収差補正作用を行っている。
【００３９】
変倍の際のレンズ移動機構は第１レンズ群と第３レンズ群を一体に移動させると機構の簡略化とレンズ群の偏心を抑えるのに有利となる。
【００４０】
また、２Ａ群と２Ｂ群を変倍中空気間隔変化を行う際には２Ａ群と第３レンズ群を変倍中、一体に移動させる様にしても良い。
【００４１】
特に前記したように、変倍中２つのレンズ群を一体に移動させた場合、ズームレンズ系の高変倍化が進むと三つのレンズ群での移動方法においては、変倍作用群と近軸像面位置補正を行うためのレンズ群移動軌跡は自ずと決定されてしまい、変倍域全域に渡っての良好な軸外の像面補正や球面収差補正を行うのが困難となってくる。
【００４２】
そのため、前記２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔は変倍時に変化させることを行い、前記した収差の補正作用を持たせることによりズーム変倍域全域に渡って良好な画質を得ることが可能となる。
【００４３】
フォーカスは少なくとも２Ｂ群と２Ｃ群を一体に光軸上に物体側に移動させることにより行うのが望ましいが、レンズ系全体または他のレンズ群を同時に光軸上に物体側に移動させても良い。
【００４４】
虹彩絞りは２Ｂ群と２Ｃ群間中に配置することが望ましい、それにより第１群レンズ群径と第３レンズ群径の大きさのバランスが取りやすくなり、鏡筒径の大きさを抑えることが可能になる。また同時に高次の軸外収差をバランスよく補正することが容易になる。
【００４５】
但し、小絞り時に軸外の光線ケラレが生じなければ、レンズ群間中のどの空気間隔中に配置しても良い。
【００４６】
また変倍中、虹彩絞りは各レンズ群とは独立した光軸移動を行わせることで理想的な入射瞳位置を得ることが可能となってくるが、メカ機構の簡略化のために任意のレンズ群と一体に移動させても良い。
【００４７】
変倍時の第１レンズ群と第２レンズ群の間隔変化は、広角時に最小になるようにすればレンズ全長の短縮に有利である。
【００４８】
そして更なる光学性能向上のためレンズ系に更なる非球面の導入や回折光学素子、屈折分布型光学材料を導入しても良い。
【００４９】
また、レンズ群やレンズ群の一部を偏心させることにより手ぶれ等が原因となる像位置変位を補正する作用を持たせるのも良い。
【００５０】
変倍中の各レンズ群の移動は、
数値実施例１〜４は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を負レンズとして２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔を変化させたものである。また２Ｃ群は２Ｂ群と一体に移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５１】
数値実施例５〜８は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を正レンズとして２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔を変化させたものである。また２Ｃ群は２Ｂ群と一体に移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５２】
数値実施例９〜１３は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を負レンズとして２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群を一体にして移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５３】
数値実施例１４は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を正レンズとして２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群を一体にして移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５４】
（数値実施例）
次に、本発明の実施形態１〜１４に各々対応する数値実施例１〜１４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角である。またｋを離心率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ａｈ２＋Ｂｈ４＋Ｃｈ６＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０
で表示される。但しＲは曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００５５】
【外１】
【００５６】
【外２】
【００５７】
【外３】
【００５８】
【外４】
【００５９】
【外５】
【００６０】
【外６】
【００６１】
【外７】
【００６２】
【外８】
【００６３】
【外９】
【００６４】
【外１０】
【００６５】
【外１１】
【００６６】
【外１２】
【００６７】
【外１３】
【００６８】
【外１４】
【００６９】
【表１】
【００７０】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたレンズシャッター形式のコンパクトカメラの実施形態を図５７を用いて説明する。
【００７１】
図５７において、１０はコンパクトカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。
【００７２】
このように本発明のズームレンズをレンズシャッターカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体側より正、正、負レンズ群を有するズームレンズにおいて、変倍比が約４．５倍と高変倍ながら好適な光学配置を行うことにより、コンパクトでかつ良好な光学性能を維持できるズームレンズ光学系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のレンズ断面図
【図２】本発明の実施形態１の広角端の収差図
【図３】本発明の実施形態１の中間の収差図
【図４】本発明の実施形態１の望遠端の収差図
【図５】本発明の実施形態２のレンズ断面図
【図６】本発明の実施形態２の広角端の収差図
【図７】本発明の実施形態２の中間の収差図
【図８】本発明の実施形態２の望遠端の収差図
【図９】本発明の実施形態３のレンズ断面図
【図１０】本発明の実施形態３の広角端の収差図
【図１１】本発明の実施形態３の中間の収差図
【図１２】本発明の実施形態３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施形態４のレンズ断面図
【図１４】本発明の実施形態４の広角端の収差図
【図１５】本発明の実施形態４の中間の収差図
【図１６】本発明の実施形態４の望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施形態５のレンズ断面図
【図１８】本発明の実施形態５の広角端の収差図
【図１９】本発明の実施形態５の中間の収差図
【図２０】本発明の実施形態５の望遠端の収差図
【図２１】本発明の実施形態６のレンズ断面図
【図２２】本発明の実施形態６の広角端の収差図
【図２３】本発明の実施形態６の中間の収差図
【図２４】本発明の実施形態６の望遠端の収差図
【図２５】本発明の実施形態７のレンズ断面図
【図２６】本発明の実施形態７の広角端の収差図
【図２７】本発明の実施形態７の中間の収差図
【図２８】本発明の実施形態７の望遠端の収差図
【図２９】本発明の実施形態８のレンズ断面図
【図３０】本発明の実施形態８の広角端の収差図
【図３１】本発明の実施形態８の中間の収差図
【図３２】本発明の実施形態８の望遠端の収差図
【図３３】本発明の実施形態９のレンズ断面図
【図３４】本発明の実施形態９の広角端の収差図
【図３５】本発明の実施形態９の中間の収差図
【図３６】本発明の実施形態９の望遠端の収差図
【図３７】本発明の実施形態１０のレンズ断面図
【図３８】本発明の実施形態１０の広角端の収差図
【図３９】本発明の実施形態１０の中間の収差図
【図４０】本発明の実施形態１０の望遠端の収差図
【図４１】本発明の実施形態１１のレンズ断面図
【図４２】本発明の実施形態１１の広角端の収差図
【図４３】本発明の実施形態１１の中間の収差図
【図４４】本発明の実施形態１１の望遠端の収差図
【図４５】本発明の実施形態１２のレンズ断面図
【図４６】本発明の実施形態１２の広角端の収差図
【図４７】本発明の実施形態１２の中間の収差図
【図４８】本発明の実施形態１２の望遠端の収差図
【図４９】本発明の実施形態１３のレンズ断面図
【図５０】本発明の実施形態１３の広角端の収差図
【図５１】本発明の実施形態１３の中間の収差図
【図５２】本発明の実施形態１３の望遠端の収差図
【図５３】本発明の実施形態１４のレンズ断面図
【図５４】本発明の実施形態１４の広角端の収差図
【図５５】本発明の実施形態１４の中間の収差図
【図５６】本発明の実施形態１４の望遠端の収差図
【図５７】本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたレンズシャッター形式のコンパクトカメラの要部概略図
【符号の説明】
Ｂ１、Ｂ２Ａ、Ｂ２Ｂ、Ｂ２Ｃ、Ｂ３はそれぞれ第１レンズ群、２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群、第３レンズ群、ＳＰは光彩絞り、ＩＰは結像面、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＩＳＴは歪曲収差、ＣＨＲＯは倍率色収差、ｄ−ＬＩＮＥはｄ線、ｇ−ＬＩＮＥはｇ線、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面
【発明の属する技術分野】
本発明は写真レンズ、ビデオカメラレンズ等の撮影光学系において特にコンパクトカメラ用の写真レンズとして好適な、変倍比４．５倍程度の高変倍でコンパクトなズームレンズの達成をおこなうものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、写真レンズやビデオレンズにおいてはよりコンパクトで高性能な撮影光学系が要求されている。
【０００３】
特にレンズシャッターカメラの撮影光学系においては高変倍なものの要求と共に、周辺のメカ機構、電気回路の発達によってカメラの小型化の達成に有利化と伴って光学系についてもより小型なものが望まれている。
【０００４】
レンズシャッターカメラ用の高変倍な撮影光学系としては、例えば特開平８−２６２３２５公報、特開平９−１２００２８公報等にて正、正、負の３群構成のズームレンズが提案されている。
【０００５】
また正、負、正、負の４群構成の変倍比が３倍程度のズームレンズが特許２８３２３７６号、変倍比３．８倍程度のズームレンズが特開平１１−３５２４０１公報で提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した正、正、負の３群構成のズームレンズの提案においては、レンズ構成枚数が多いため、高変倍でかつコンパクトなズームレンズとは言えなかった。
【０００７】
また、正、負、正、負の４群構成のズームレンズに対しては変倍比が３倍又は３．８倍程度であり、更にレンズ構成枚数も多いため、更なる高変倍化においても小型で高画質なズームレンズの達成要求のための光学的配置の工夫が要求されている。
【０００８】
本案は、適切なズームレンズ構成及びレンズ群配置を行うことにより、高画質を維持しつつコンパクトなズームレンズ光学系を達成をおこなうものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２，第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般的にレンズシャッターカメラの撮影系に用いられる正、正、負構成の３群ズームレンズは主に正の第２レンズ群と負の第３レンズ群の空気間隔変化により変倍作用を行い更に望遠に行くに従って正の第１レンズ群と正の第２レンズ群の空気間隔を狭めることにより更なる変倍作用を行うと同時に、変倍時の像面湾曲変動の補正を行うことを特徴としている。
【００１１】
しかしながら更なる高変倍化においては変倍時の色収差及び前記した３群構成のズームレンズにおいても補正困難な像面湾曲の収差変動が問題となってくる。
【００１２】
他方、良好な画質を得ようとするならば、各レンズ群で発生する色収差の補正関係を良好に保つために各レンズ群で発生する色収差の量を小さくする必要が有る。そしてその色収差補正のためにレンズ構成枚数を増加させる必要が生じてしまうこととなりレンズ系の小型化や少レンズ枚数構成の要求に対しての達成が困難となっている。
【００１３】
本発明においては、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２，第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴とする。
【００１４】
以上の構成より、特にズーム光学系の小型化及び高変倍化を行った際の前記第１レンズ群により発生する広角端における軸外のコマ収差と望遠端における高次の球面収差の収差補正を２Ａ群及び２Ｂ群にて行い特に２Ｂ群を正と負レンズより構成するダブレット構成とすることにより、変倍時に発生する色収差変動を良好に補正を行うことができる。
【００１５】
また２Ａ群が負レンズである場合、２Ｂ群は物体側より正、負レンズの配置にするのが良く、更に最も物体側のレンズ面は凸面であることが、２Ａ群にて発生する正の球面収差を負方向にキャンセル作用が得られるため望ましく、他方、２Ａ群が正レンズである場合、２Ｂ群は物体側より負、正レンズの配置にするのが良く、更に最も物体側のレンズ面は凹面であることが、２Ａ群にて発生する負の球面収差を正方向にキャンセル作用が得られるため望ましい。
【００１６】
また、２Ａ群は負レンズの場合は、像面側に強い凹面を有したレンズ形状とし、正レンズの場合においては物体側に凸な正メニスカスレンズとするのが高次の球面収差の発生を抑え良好な光学性能を得るのに望ましい。
【００１７】
また、ズームレンズ系の小型化を行う際には、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００１８】
０．３５ ＜ ｜Ｆ３／Ｆｗ｜ ＜ ０．７ ・・・（１）
１．１ ＜ β３ｗ ＜ ２ ・・・（２）
但し、 Ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Ｆ３ ：前記、第３レンズ群の焦点距離
β３ｗ：前記、第３レンズ群の広角端における横倍率
条件式（１）、（２）は、広角端における負の第３レンズ群の屈折力に関するものである。
【００１９】
条件式（１）の上限値を越えて第３レンズ群の負の屈折力が弱くなるか、条件式（２）の上限値を越えて第３レンズ群の広角端における横倍率が大きくなりすぎると、変倍時に第３レンズ群による変倍作用が弱くなってくるため一定の変倍比を得るために各レンズ群の移動量を大きくしなければならなくなり結果としてレンズ全長が長くなってくる。
【００２０】
他方、条件式（１）、（２）のどちらかが下限値を越えるとレンズ全体としてテレフォト系の作用が強まってくるため、バックフォーカスが短く成りすぎると同時に、一定の周辺光量を確保するために第３レンズ群のレンズ外径の大型化をまねいてしまうと同時に像面湾曲や非点収差が発生してくるため良くない。
【００２１】
更に光学性能向上のためには、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２２】
−０．７ ＜ Ｆ２Ｃ／Ｆ２ＡＢｗ ＜ −０．１５ ・・・ （３）（Ｆ２ＡＢｗ ＜ ０）
但し、 Ｆ２ＡＢｗ：広角端における前記、２Ａ群と２Ｂ群の合成焦点距離
Ｆ２Ｃ ：前記、２Ｃ群の焦点距離
条件式（３）は、前記第３レンズ群の光学配置特性に関するものであり、広角端における前記正レンズである２Ｃ群と２Ａ群２Ｂ群の合成焦点距離との屈折力比を表す。
【００２３】
この条件式の上限値を越えると、２Ｃ群の屈折力が相対的に大きくなってしまい。そこで発生する高次の球面収差やコマ収差を補正することが困難になってくるため良くない。
【００２４】
他方、この下限値を越えると、広角端において２Ａ群２Ｂ群の負の合成屈折力が弱くなりすぎてくるため、第１レンズ群で発生する軸外の像面湾曲と負の球面収差のバランスを良好に補正することが困難となってくる。
【００２５】
また、ズームレンズ系の小型化を達成しつつ高画質化を図るならば、以下の条件式を満足することが良い。
【００２６】
１ ＜ Ｆ１／Ｆｗ ＜ ２．２ ・・・ （４）
０．６ ＜ Ｆ２ｗ／Ｆｗ ＜ １．２ ・・・ （５）
但し、 Ｆ１ ：第１レンズ群の焦点距離
Ｆ２ｗ ：広角端における２Ａ、２Ｂ、２Ｃ群の合成焦点距離
条件式（４）は広角端における第１レンズ群の正の合成屈折力に関するものである。下限値を越えると、広角端において前記正の合成屈折力が強くなり過ぎレンズ系全体としてテレフォト系の作用が強まってくるため、バックフォーカスが短く成りすぎたり、負の球面が大きく発生してしまいこれを補正することが困難になってくる。
【００２７】
一方、上限値を越えるとレンズ全長の増加を招くとともに広角端の焦点距離を維持するために第３レンズ群の正の屈折力を強くしなければならないため変倍域全域にわたって諸収差をバランス良く補正することが困難になってくる。
【００２８】
条件式（２）は広角端における２Ａ、２Ｂ、２Ｃレンズ群の正の合成屈折力に関するものである。
【００２９】
上限値を越えると、２Ａ、２Ｂ、２Ｃレンズ群の正の合成屈折力が弱くなりすぎて球面収差の補正が不足してくると同時に一定の広角端の焦点距離を維持するためにレンズ全長が増加してしまう。
【００３０】
他方、下限値を越えると、負の球面収差が大きく発生してしまい他のレンズ群でこれを補正することが困難となってくる。
【００３１】
また３Ｃレンズ群中に用いられる正レンズのｄ線における屈折率をＮ３ｄ、アッベ数をＶ３ｄとしたとき、
Ｎ３ｄ ＜ １．６５ ・・・ （６）
Ｖ３ｄ ＞ ５５ ・・・ （７）
とするのが良くこれによりズームレンズ系を小型化することにより生ずるペッツバール和が負になる傾向を防止しつつ変倍時発生する色収差の変動を補正することができる。
【００３２】
第３レンズ群は 物体側より非球面を有した凸レンズと物体側に強い凹面を向けた負レンズで構成するのがズーム光学系をコンパクトに保ちつつ高画質を得るのに対して効果的である。また前記凸レンズをプラスチィク材とするのがコストダウンのために望ましい。
【００３３】
また前記、負レンズは、ｄ線における屈折率をＮ４ｄ、アッベ数をＶ４ｄとしたとき、
Ｎ４ｄ ＜ １．７５ ・・・ （８）
Ｖ４ｄ ＞ ５０ ・・・ （９）
とするのが望ましく、これにより低コスト硝材を使用することによるコストダウン化とともに変倍作用の大きい第３レンズ群の変倍による色収差変動を抑えることができる。
【００３４】
また、前記非球面は、生産性を考慮したときに使用できる硝種を拡大するために複合型非球面（レプリカ非球面）を用いても良い。
【００３５】
図面を用いて本実施形態のズームレンズについて説明する。
【００３６】
図１、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズのレンズ断面図、図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの広角端の収差図、図３、図７、図１１、図１５、図１９、図２３、図２７、図３１、図３５、図３９、図４３、図４７、図５１、図５５は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの中間の収差図、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６は各々後述する数値実施例１〜１４のズームレンズの望遠端の収差図である。
【００３７】
本発明に好適な第１レンズ群構成は、物体側より像面側に凸である負メニスカスレンズ、物体側に強い凸面を有する正レンズの２枚構成である。
【００３８】
それにより前記負レンズの物体側の凹面で発生する広角端におけるディストーションと望遠端にて発生する正の球面収差を前記正レンズの物体側の強い凸面にてキャンセル作用を生じさせ、良好な収差補正作用を行っている。
【００３９】
変倍の際のレンズ移動機構は第１レンズ群と第３レンズ群を一体に移動させると機構の簡略化とレンズ群の偏心を抑えるのに有利となる。
【００４０】
また、２Ａ群と２Ｂ群を変倍中空気間隔変化を行う際には２Ａ群と第３レンズ群を変倍中、一体に移動させる様にしても良い。
【００４１】
特に前記したように、変倍中２つのレンズ群を一体に移動させた場合、ズームレンズ系の高変倍化が進むと三つのレンズ群での移動方法においては、変倍作用群と近軸像面位置補正を行うためのレンズ群移動軌跡は自ずと決定されてしまい、変倍域全域に渡っての良好な軸外の像面補正や球面収差補正を行うのが困難となってくる。
【００４２】
そのため、前記２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔は変倍時に変化させることを行い、前記した収差の補正作用を持たせることによりズーム変倍域全域に渡って良好な画質を得ることが可能となる。
【００４３】
フォーカスは少なくとも２Ｂ群と２Ｃ群を一体に光軸上に物体側に移動させることにより行うのが望ましいが、レンズ系全体または他のレンズ群を同時に光軸上に物体側に移動させても良い。
【００４４】
虹彩絞りは２Ｂ群と２Ｃ群間中に配置することが望ましい、それにより第１群レンズ群径と第３レンズ群径の大きさのバランスが取りやすくなり、鏡筒径の大きさを抑えることが可能になる。また同時に高次の軸外収差をバランスよく補正することが容易になる。
【００４５】
但し、小絞り時に軸外の光線ケラレが生じなければ、レンズ群間中のどの空気間隔中に配置しても良い。
【００４６】
また変倍中、虹彩絞りは各レンズ群とは独立した光軸移動を行わせることで理想的な入射瞳位置を得ることが可能となってくるが、メカ機構の簡略化のために任意のレンズ群と一体に移動させても良い。
【００４７】
変倍時の第１レンズ群と第２レンズ群の間隔変化は、広角時に最小になるようにすればレンズ全長の短縮に有利である。
【００４８】
そして更なる光学性能向上のためレンズ系に更なる非球面の導入や回折光学素子、屈折分布型光学材料を導入しても良い。
【００４９】
また、レンズ群やレンズ群の一部を偏心させることにより手ぶれ等が原因となる像位置変位を補正する作用を持たせるのも良い。
【００５０】
変倍中の各レンズ群の移動は、
数値実施例１〜４は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を負レンズとして２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔を変化させたものである。また２Ｃ群は２Ｂ群と一体に移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５１】
数値実施例５〜８は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を正レンズとして２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔を変化させたものである。また２Ｃ群は２Ｂ群と一体に移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５２】
数値実施例９〜１３は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を負レンズとして２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群を一体にして移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５３】
数値実施例１４は、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群を一体に移動させ、同時に２Ａ群を正レンズとして２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群を一体にして移動を行ない、広角端の対して望遠端では第１レンズ群と２Ａ群の空気間隔は広く、２Ｃ群と第３レンズ群の空気間隔は狭くなるような各レンズ群を移動させている。
【００５４】
（数値実施例）
次に、本発明の実施形態１〜１４に各々対応する数値実施例１〜１４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角である。またｋを離心率、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ａｈ２＋Ｂｈ４＋Ｃｈ６＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０
で表示される。但しＲは曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００５５】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【外５】
【外６】
【外７】
【外８】
【外９】
【外１０】
【外１１】
【外１２】
【外１３】
【外１４】
【表１】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたレンズシャッター形式のコンパクトカメラの実施形態を図５７を用いて説明する。
【００７１】
図５７において、１０はコンパクトカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。
【００７２】
このように本発明のズームレンズをレンズシャッターカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体側より正、正、負レンズ群を有するズームレンズにおいて、変倍比が約４．５倍と高変倍ながら好適な光学配置を行うことにより、コンパクトでかつ良好な光学性能を維持できるズームレンズ光学系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のレンズ断面図
【図２】本発明の実施形態１の広角端の収差図
【図３】本発明の実施形態１の中間の収差図
【図４】本発明の実施形態１の望遠端の収差図
【図５】本発明の実施形態２のレンズ断面図
【図６】本発明の実施形態２の広角端の収差図
【図７】本発明の実施形態２の中間の収差図
【図８】本発明の実施形態２の望遠端の収差図
【図９】本発明の実施形態３のレンズ断面図
【図１０】本発明の実施形態３の広角端の収差図
【図１１】本発明の実施形態３の中間の収差図
【図１２】本発明の実施形態３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の実施形態４のレンズ断面図
【図１４】本発明の実施形態４の広角端の収差図
【図１５】本発明の実施形態４の中間の収差図
【図１６】本発明の実施形態４の望遠端の収差図
【図１７】本発明の実施形態５のレンズ断面図
【図１８】本発明の実施形態５の広角端の収差図
【図１９】本発明の実施形態５の中間の収差図
【図２０】本発明の実施形態５の望遠端の収差図
【図２１】本発明の実施形態６のレンズ断面図
【図２２】本発明の実施形態６の広角端の収差図
【図２３】本発明の実施形態６の中間の収差図
【図２４】本発明の実施形態６の望遠端の収差図
【図２５】本発明の実施形態７のレンズ断面図
【図２６】本発明の実施形態７の広角端の収差図
【図２７】本発明の実施形態７の中間の収差図
【図２８】本発明の実施形態７の望遠端の収差図
【図２９】本発明の実施形態８のレンズ断面図
【図３０】本発明の実施形態８の広角端の収差図
【図３１】本発明の実施形態８の中間の収差図
【図３２】本発明の実施形態８の望遠端の収差図
【図３３】本発明の実施形態９のレンズ断面図
【図３４】本発明の実施形態９の広角端の収差図
【図３５】本発明の実施形態９の中間の収差図
【図３６】本発明の実施形態９の望遠端の収差図
【図３７】本発明の実施形態１０のレンズ断面図
【図３８】本発明の実施形態１０の広角端の収差図
【図３９】本発明の実施形態１０の中間の収差図
【図４０】本発明の実施形態１０の望遠端の収差図
【図４１】本発明の実施形態１１のレンズ断面図
【図４２】本発明の実施形態１１の広角端の収差図
【図４３】本発明の実施形態１１の中間の収差図
【図４４】本発明の実施形態１１の望遠端の収差図
【図４５】本発明の実施形態１２のレンズ断面図
【図４６】本発明の実施形態１２の広角端の収差図
【図４７】本発明の実施形態１２の中間の収差図
【図４８】本発明の実施形態１２の望遠端の収差図
【図４９】本発明の実施形態１３のレンズ断面図
【図５０】本発明の実施形態１３の広角端の収差図
【図５１】本発明の実施形態１３の中間の収差図
【図５２】本発明の実施形態１３の望遠端の収差図
【図５３】本発明の実施形態１４のレンズ断面図
【図５４】本発明の実施形態１４の広角端の収差図
【図５５】本発明の実施形態１４の中間の収差図
【図５６】本発明の実施形態１４の望遠端の収差図
【図５７】本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたレンズシャッター形式のコンパクトカメラの要部概略図
【符号の説明】
Ｂ１、Ｂ２Ａ、Ｂ２Ｂ、Ｂ２Ｃ、Ｂ３はそれぞれ第１レンズ群、２Ａ群、２Ｂ群、２Ｃ群、第３レンズ群、ＳＰは光彩絞り、ＩＰは結像面、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＩＳＴは歪曲収差、ＣＨＲＯは倍率色収差、ｄ−ＬＩＮＥはｄ線、ｇ−ＬＩＮＥはｇ線、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面
Claims (8)
- 物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群、物体側から正又は負の単レンズで構成される２Ａ群、正と負レンズで構成された２Ｂ群、正の単レンズで構成された２Ｃ群よりなる正の屈折力を有する第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群を有し、広角から望遠への変倍の際は少なくとも前記第１、第２，第３レンズ群間の空気間隔を変化させつつ、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴とするズームレンズ及びそれを有した光学機器。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ及びそれを有した光学機器。
０．３５ ＜ ｜Ｆ３／Ｆｗ｜ ＜ ０．７
１．１ ＜ β３ｗ ＜ ２
但し、 Ｆｗ ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
Ｆ３ ：前記、第３レンズ群の焦点距離
β３ｗ：前記、第３レンズ群の広角端における横倍率 - 以下の条件式を満足することを特徴とした請求項１記載のズームレンズ及びそれを有した光学機器。
−０．７ ＜ Ｆ２Ｃ／Ｆ２ＡＢｗ ＜ −０．１５
（Ｆ２ＡＢｗ ＜ ０）
但し、 Ｆ２ＡＢｗ：広角端における前記、２Ａ群と２Ｂ群の合成焦点距離
Ｆ２Ｃ ：前記、２Ｃ群の焦点距離 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ及びそれを有する光学機器。
１ ＜ Ｆ１／Ｆｗ ＜ ２．２
０．６ ＜ Ｆ２ｗ／Ｆｗ ＜ １．２
但し、 Ｆ１ ：第１レンズ群の焦点距離
Ｆ２ｗ ：広角端における２Ａ、２Ｂ、２Ｃ群の合成焦点距離 - 前記、第１、第３レンズ群は変倍時一体に光軸上を移動することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ及びそれを有した光学機器。
- 虹彩絞りは前記、２Ｂ群と２Ｃ群間の空気間隔中に配置されたことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ及びそれを有した光学機器。
- 前記、２Ａ群と２Ｂ群間の空気間隔は変倍時に変化させることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ及びそれを有した光学機器。
- 請求項１から７のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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