JP2009168934A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカシングの際、２つ以上の群を移動させることなく、１つの群のみのインナーフォーカス方式、又はリアフォーカス方式で望遠側の球面収差変動を良好に補正したズームレンズを提供すること。
【解決手段】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、それに続く全体で正の屈折力を持つ後群を有する望遠型のズームレンズにおいて、
該第２群は、物体側より順に物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、及び少なくとも負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、Rが第２群の最も物体側のレンズの物体側面の曲率半径、f(wide)がレンズ全系の広角側の焦点距離、ω(wide)が広角端における半画角を示すとき、以下の２条件式を満足する、フローティングフォーカスを含まないインナーフォーカスのズームレンズ。
1 < R/f(wide) < 8 ・・・（１） 2ω(wide) < 40 ・・・（２）
【選択図】図１

Description

本発明は、インナーフォーカス式又はリアフォーカス式で望遠型のズームレンズに関し、特に、変倍比４．３〜５．７程度の全変倍範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を有した35mmカメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適なズームレンズに関するものである。
特に、フォーカシングの際、２つ以上の群を移動させることなく、１つの群のみのインナーフォーカス方式、又はリアフォーカス方式で望遠側の球面収差変動を良好に補正したズームレンズに関するものである。

従来、ズームレンズのフォーカス方式として、最も物体側のレンズ群を繰り出してフォーカシングを行う前玉フォーカス方式が知られている。前玉フォーカス方式においてオートフォーカスにすると、フォーカスのために大きく重いレンズを動かさなければならず、迅速性に欠けるという問題がある。
他のフォーカス方式として、インナーフォーカス方式やリアフォーカス方式が知られている。これらの方式では、一般にフォーカス群を小さく構成できるため迅速なフォーカシングを行うことができる。

インナーフォーカス方式やリアフォーカス方式のフォーカス方式は、迅速なフォーカシングを行うことができるが、前玉フォーカス方式に比べて、フォーカシングの際の収差変動が大きくなり、収差変動を良好に補正することが困難になる問題があった。

特に、広角端の画角2ωが40°以下の望遠型のズームレンズにおいては、望遠側の球面収差変動を小さくするために、第１群の正レンズは像側に凸面を向けた形状とし、第２群の最も物体側の負レンズは物体側面が平面もしくは物体側に凹面の形状にすることにより補正しやすくなるが、広角側の像面湾曲変動を補正することが非常に困難になる。

例えば、５群構成（正、負、正、正、負）の５群ズーム構成であって、フォーカスは第４群によるインナーフォーカス方式を採用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述の問題を解消する収差変動の少ないズームレンズとして、正、負、正、負、正、負の6群ズーム構成であって、第５群でフォーカスを行うズームレンズが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

他の従来技術として、正、負、正、負、正、負の６群ズーム構成であって、遠距離から近距離へのフォーカシングは、主フォーカス群である第６群と、第４群とのフローティング方式を採用したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００５−２９２３３８号公報 特開平１０−１３３１０７号公報 特開２０００−４７１０７号公報

特許文献１のズームレンズにおいては、第２群の最も物体側の負レンズが物体側面が物体側に凹面の形状であり、広角側の像面湾曲変動が激しいという問題がある。

特許文献２のズームレンズにおいては、遠距離から近距離へのフォーカシングの際、第１群から第４群までの球面収差変動がアンダーになるのに対して、第５群に負レンズ１枚、及び接合面が発散面となる接合レンズを１枚配置し、第５群の球面収差変動をオーバーにすることによって、レンズ全系の球面収差変動が小さくなるようにしている。しかし、前記接合面の発散効果が十分ではなく、レンズ全系の特に望遠側の球面収差変動を充分に抑えることができていない。

特許文献２はまた、第５群と第４群によるフローティング方式によってフォーカシングすることを提案している。これによって、特に広角側の像面湾曲変動、また望遠側の球面収差変動も良好に補正している。しかしながら、インナーフォーカス方式のみのフォーカス方式と比べ、鏡筒構造がフローティングのための連結部品の増加を伴い、複雑になるという問題があった。

特許文献３においては、フォーカシングの際、第１群から第４群までの球面収差変動がアンダーになるのに対し、第５群に負レンズを１枚配置し、第５群の球面収差変動をオーバーにすることによってレンズ全系の球面収差変動が小さくなるようにしている。しかし、負レンズによる発散効果が不十分であり、望遠側の球面収差変動を良好に補正していない。また、第４群と第６群によるフローティング方式によってフォーカシングを提案しているが、１つの群を移動させる通常のインナーフォーカス方式と比べ、鏡筒構造がフローティングのための連結部品の増加を伴い、複雑になるという問題もある。

一般に、ズームレンズは遠距離から近距離へのフォーカシングの際、フォーカス群を距離変動の少ない構成にする等の特別な処置を施さない限り、球面収差はアンダーになり、特に望遠側でその傾向は大きく、望遠側の焦点距離が400mm相当となる望遠型のズームレンズにおいては、近距離合焦での光学性能の低下が激しい。

（発明の目的）
本発明は、従来のインナーフォーカス方式やリアフォーカス方式のフォーカス方式において、前玉フォーカス方式に比べて、迅速なフォーカシングを行うことができるが、フォーカシングの際の収差変動が大きくなり、収差変動、特に広角側の像面彎曲の変化が烈しくは、これを良好に補正するのが困難になる問題に鑑みてなされたものであって、フォーカシングの際、２つ以上の群を移動させることなく、１つの群のみのインナーフォーカス方式、又はリアフォーカス方式で望遠側の球面収差変動を良好に補正したズームレンズを提供することを目的とする。

本発明は、
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、それに続く全体で正の屈折力を持つ後群を有する望遠型のズームレンズにおいて、
該第２群は、物体側より順に物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、及び少なくとも負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、Rが第２群の最も物体側のレンズの物体側面の曲率半径、f(wide)がレンズ全系の広角側の焦点距離、ω(wide)が広角端における半画角を示すとき、以下の条件式（１）及び（２）を満足する、フローティングフォーカスを含まないインナーフォーカスのズームレンズ。
1 < R/f(wide) < 8 ・・・・・ （１）
2ω(wide) < 40 ・・・・・・ （２）
である。

本発明の実施形態は、物体側より第３群以降の正の屈折力をもついずれかの群に、負レンズと正レンズと負レンズの３枚接合レンズを含んでいることを特徴とする。
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、それに続く全体で正の屈折力を持つ後群を有し、後群の正の屈折力をもついずれかの群に２枚以上の負レンズを含み、その内の少なくとも１枚は接合面が発散面となる接合レンズで構成し、N１、N２がそれぞれ前記接合レンズにおける接合面前後の媒質の屈折率を示し、Rが接合面の曲率半径を示し、f(tele)がレンズ全系の望遠側の焦点距離を示し、φ(tele)=1/f(tele)がレンズ全系の望遠側の屈折力を示し、Σφ=Σ|(N1-N2)/R|が前記接合レンズにおける全ての接合面の屈折力の和を示すとき、以下の条件式（３）を満足する、フォーカシングの際に望遠側の球面収差変動を抑えていることを特徴とする請求項１に記載の1のズームレンズ。
2 < Σφ/φ(tele) < 10 ・・・・・・ （３）
である。

本発明の他の実施形態は、物体側より第３群以降の正の屈折力をもついずれかの群に、負レンズと正レンズと負レンズの３枚接合レンズを含んでいることを特徴とする。

（発明の構成要件の説明）
本発明の条件式（１）は、広角端の焦点距離に対する第2群の最も物体側の負レンズの物体側面の曲率半径の範囲を示している。上限値を超えて、曲率半径が大きくなると、フォーカシングの際の特に広角側の像面湾曲変動を良好に補正することが困難になる。下限値を超えて、曲率半径が小さくなると、物体側の負レンズの収差負担を同群内の別の負レンズへ移す必要があり、第２群の構成枚数が３枚では構成しにくくなる。

本発明の条件式（２）は、広角端における画角の範囲を示している。
上限値を越えた場合、望遠型のズームレンズの利点がなくなってしまう。

本発明の条件式（３）は、レンズ全系の望遠側の屈折力に対する２枚以上の負レンズと１枚以上の接合レンズを含む群における全ての接合面の屈折力の和の範囲を規定するものである。
上限値を越えた場合、前記レンズ群の遠距離合焦時の球面収差がオーバーになり過ぎ,前記レンズ群より前の群、特に第３群で球面収差を大きくアンダーにしなければ、変倍全域で球面収差を小さくすることが困難になる。
下限値を越えた場合、前記レンズ群が合焦の際の球面収差変動をオーバーににする作用が小さくなり、レンズ全系の、特に望遠側の球面収差変動を小さくすることが困難になる。

本発明のズームレンズによれば、インナーフォーカス方式やリアフォーカス方式のフォーカス方式において、前玉フォーカス方式に比べて、迅速なフォーカシングを行うことができ、２つ以上の群を移動させることなく望遠側の球面収差変動を良好に補正したズームレンズを提供することができる。

（第１実施形態）

（第２実施形態）

（第３実施形態）

（第４実施形態）

（第５実施形態）

（第６実施形態）

（第１〜４実施態様の説明）
第１〜４実施形態に係るズームレンズは、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、負の屈折力の第５群の５つのレンズ群を有し、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して該第１群と第２群の間隔が増加し、該第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が減少し、該第４群と第５群の間隔が減少するように、少なくとも該第１群、第３群、第４群、第５群が物体側へ移動して変倍を行う。

開口絞りは、第３群の像側又は物体側に配置され、広角端状態から望遠端状態への変倍に際し、第３群と一緒に移動する。
遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングは、最も像側の群（第５群）を移動させるリアフォーカス方式(第１〜第３実施形態)、または正の屈折力を有する最も像側の群（第４実施形態）を移動させるインナーフォーカス方式である。前記いずれのフォーカス方式においても、前玉フォーカス方式に対して迅速なフォーカシングが可能であり、コンパクト化を可能とし、かつ周辺光量を確保することが可能である。同一物体距離へのフォーカシングのための移動は、焦点距離が長くなるに従って増大する。

第３群以降の正の屈折力を有する群、ここでは該第４群に２枚以上の負レンズを含み、その内の少なくとも１枚は接合面が発散面となる接合レンズで構成している。一般に、ズームレンズは、遠距離から近距離へのフォーカシングの際、フォーカス群を距離変動の少ない構成にする等の特別な処置を施さない限り、球面収差はアンダーになる可能性がある。本発明のズームレンズにおいても、フォーカシングの際、第１群から第３群までの球面収差変動はアンダーである。しかし、正の屈折力をもつ第４群に負レンズを２枚以上、その内の少なくとも１枚は、接合面が発散面となる接合レンズで構成することによって、第４群の球面収差変動をオーバーにし、レンズ全系の特に望遠側の球面収差変動を小さくしている。

第４群の球面収差変動をオーバーにできる理由は、遠距離合焦時に対して、近距離合焦時では第４群に入射する光線の高さが高くなり、球面収差のオーバー作用が強くなるためである。これによって、フォーカス群は、リアフォーカス方式のみに限定する必要はなく、正の屈折力を有する最も像側の群でインナーフォーカス方式を行うことも可能としている（第４実施形態）。

しかしながら、負レンズ２枚、及びその内の少なくとも１枚は接合面が発散面となる接合レンズを含む群より、前群でのフォーカスは、近距離合焦時にこの群に入射する光線の高さを高くできないため、球面収差の変動を抑えることができない。

前記接合レンズの条件は、接合面が強い発散面となるように負レンズが高屈折率硝種、正レンズが低屈折率硝種にして、接合面の曲率は強くすることが望ましい。しかし、実際は条件式（１）を満足するように設定している。

フォーカシングの際の球面収差変動を小さくする最良の形態は、物体側より第３群以降の正の屈折力をもついずれかの群（ここでは第４群）に、負レンズと正レンズと負レンズの３枚接合レンズを含むことが望ましい。球面収差をオーバーにする作用は、接合面ではなく単レンズでも構成できるが、高次収差が発生しやすく、敏感度が高くなるため曲率を強くすることが困難となる。

（第５及び第６実施態様の説明）
第５及び第６実施態様に係るズームレンズは、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、正の屈折力の第５群、負の屈折力の第６群の６つのレンズ群を有し、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、該第１群と第２群の間隔が増加し、該第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が減少し、該第４群と第５群の間隔が増加し、該第５群と第６群の間隔が減少するように、少なくとも該第１群、第３群、第４群、第５群、第６群が物体側へ移動して変倍を行う。第２群は、変倍に際して、固定でも良い。

開口絞りは、第３群の像側又は物体側に配置され、広角端状態から望遠端状態への変倍に際し、第３群と一緒に移動する。
遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングは、最も像側の群（第６群）を移動させるリアフォーカス方式(実施形態５)、または正の屈折力を有する最も像側の群（第５群）を移動させるインナーフォーカス方式(実施形態６)を採用しても良い。

広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第４群と第５群の間隔は、増加するように移動させている。これによって、変倍全域で非点収差を良好に補正している。
第５群に負レンズを２枚以上、その内の１枚は接合面が発散面となる接合レンズで構成することによって、フォーカシングの際の第５群の球面収差変動をオーバーにし、レンズ全系の特に望遠側の球面収差変動を小さくしている。

さらに、第４群に接合面が発散面となる接合レンズで構成することによって、第５群の球面収差変動をオーバーにする作用の補助的な役割を担い、第５群だけではなく第４群においてもフォーカシングによる球面収差変動を抑える構成にした。

本発明の第１実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの断面図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第１実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第２実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第３実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第４実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第５実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの無限遠での広角端の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの物点1.6mでの広角端の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの無限遠での中間域の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの物点1.6mでの中間域の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの無限遠での望遠端の収差図である。 本発明の第６実施形態のズームレンズの物点1.6mでの望遠端の収差図である。

符号の説明

L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
L4 第4レンズ群
L5 第5レンズ群
L6 第6レンズ群
S 開口絞り
d d線
g g線
C C線
S.C 正弦条件
ΔS d線のサジタル像面
ΔM d線のメリディオナル像面
FNo. Fナンバー
ω 半画角

Claims (3)

1. 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、それに続く全体で正の屈折力を持つ後群を有する望遠型のズームレンズにおいて、
   該第２群は、物体側より順に物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、及び少なくとも負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、Rが第２群の最も物体側のレンズの物体側面の曲率半径、f(wide)がレンズ全系の広角側の焦点距離、ω(wide)が広角端における半画角を示すとき、以下の条件式（１）及び（２）を満足する、フローティングフォーカスを含まないインナーフォーカスのズームレンズ。
   1 < R/f(wide) < 8 ・・・・・・ （１）
   2ω(wide) < 40 ・・・・・・ （２）
2. 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、それに続く全体で正の屈折力を持つ後群を有し、後群の正の屈折力をもついずれかの群に２枚以上の負レンズを含み、その内の少なくとも１枚は接合面が発散面となる接合レンズで構成し、N１、N２がそれぞれ前記接合レンズにおける接合面前後の媒質の屈折率を示し、Rが接合面の曲率半径を示し、f(tele)がレンズ全系の望遠側の焦点距離を示し、φ(tele)=1/f(tele)がレンズ全系の望遠側の屈折力を示し、Σφ=Σ|(N1-N2)/R|が前記接合レンズにおける全ての接合面の屈折力の和を示すとき、以下の条件式（３）を満足する、フォーカシングの際に望遠側の球面収差変動を抑えていることを特徴とする請求項１に記載の1のズームレンズ。
   2 < Σφ/φ(tele) < 10 ・・・・・・ （３）
3. 物体側より第３群以降の正の屈折力をもついずれかの群に、負レンズと正レンズと負レンズの３枚接合レンズを含んでい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。

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