JP2010044103A

JP2010044103A - 高変倍率ズームレンズ

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Publication number: JP2010044103A
Application number: JP2008206018A
Authority: JP
Inventors: Akio Arakawa; 明男荒川; Yuichi Muramatsu; 雄一村松
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: CN101644826B; JP5239081B2; CN101644826A

Abstract

【課題】広角側の画角が７５°を超え、広角端Ｆナンバーが約３〜４、望遠単Ｆナンバーが約６〜７、変倍比が約15倍である一眼レフデジタルカメラに適した小型軽量の高変倍率ズームレンズを提供すること。
【解決手段】正、負、正、正で構成し、広角端から望遠端への変倍により第1レンズ群と第2レンズ群の間隔が広がり、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が狭まり、第3レンズ群と第4レンズ群間隔が狭まるように移動し、前記第3レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を持つ前群と、負の屈折力を持つ後群とからなり、後群のみを光軸と直交する方向へ移動させることで手振れ発生時の像面補正を行ない、フォーカシングの際は第2レンズ群を物体側へ移動させ、下記の条件式を満足することを特徴とする高変倍比ズームレンズ。
(1) 0.35 ＜ｆ１／ｆｔ＜ 0.45
(2) 0.04 ＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜ 0.065
(3) 0.15 ＜ｆ３／ｆｔ＜ 0.25
【選択図】図１

Description

本発明は、一眼レフデジタルカメラに適した高変倍率ズームレンズ、さらに詳しくは、広角側の画角が７５°を超え、広角端Ｆナンバーが約３〜４、望遠単Ｆナンバーが約６〜７、変倍比が約15倍であり、バックフォーカスを十分にとることができる一眼レフデジタルカメラに適した小型軽量の高変倍率ズームレンズに関する。

近年の光学設計技術、製造技術の進歩により、ズームレンズは小型化と高変倍化が図られている。例えば、高変倍化を図りかつ防振機能を組み込み可能なズームレンズとして、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、広角端状態から望遠端状態への変倍に際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が変化し、前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とからなり、前記後群のみを光軸と略直交する方向へ移動させることで手ぶれ発生時の像面補正を行い、以下の条件式を満足することを特徴とする防振機能を有するズームレンズ。
３．５＜ｆ１／ｆｗ＜８．０
ただし、ｆｗ：広角端状態におけるズームレンズの焦点距離
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離の４群ズームレンズ
が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、APS-Cサイズのイメージセンサーに対応したデジタルカメラ専用のズームレンズであって、物体側より順に第１レンズ群が正、第２レンズ群が負、第３レンズ群が正、第４レンズ群が正の屈折力を持つ４つのレンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍に際し、上記第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を拡大させ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を縮小させつつ、第１、第３、第４レンズ群が物体方向に移動し、フォーカシングは第２レンズ群を繰り出して行い、以下の条件式を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズ。
（１）０.４０＜ｆＷ／ｆｂＷ＜０.５５、（２）０.４３＜β３４Ｗ／β３４Ｔ＜０.４７、（３）４０＜ｒ５／ｄ５Ｗ＜１００、（４）１.１＜ｆ３／ｆ４＜２.６
但し、ｆＷ：広角端の焦点距離、ｆｂＷ：広角端のバックフォーカス、β３４Ｗ：第３，第４レンズ群の広角端の合成倍率、β３４Ｔ：第３，第４レンズ群の望遠端の合成倍率、ｒ５：ｒ５面の曲率半径、ｄ５Ｗ：広角端の第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ間隔、ｆ３：第３レンズ群の焦点距離、ｆ４：第４レンズ群の焦点距離である。このズームレンズは、APS-Cサイズ用であるにもかかわらず、３５mmフィルム用イメージ寸法用のものと同じバックフォーカスを確保している（例えば、特許文献2参照）。

特開２００６−１０６１９１号公報特開２００５−３３１６９７号公報

従来の銀塩フィルムカメラからデジタル一眼レフカメラに変化するに伴い、ＣＣＤ等の撮像素子に付着するごみが画像に与える影響が大きいため、問題視されるようになった。その解決手段として、撮像素子にごみが付着する主な原因であるレンズ交換の回数をなるべく少なくするため、高変倍率ズームレンズは開発されてきた。しかし、広角端での撮影画角が約７５度、広角端Fナンバー約３〜４から始まり、変倍比が１５倍を超えるものはなかった。

一般に、変倍比を大きくすると、各レンズ群の移動量が増加し、収差変動も増加するため、全焦点域での収差補正が困難となる。これを解決するために、各群の屈折力を弱くして収差補正をする方法、または非球面を導入して収差補正をする方法が採られている。しかし、屈折力を弱くすると変倍による各群の移動量が多くなるため、カム筒の構成が複雑になり、レンズの寸法が径方向に増大化する。

特許文献１のズームレンズにおいては、非球面を導入し、第３レンズ群前群を３枚で構成し、レンズ枚数を増やすことなく収差補正を行っている。しかし、変倍比が１３倍を超える場合には、望遠端で第１レンズ群、第２レンズ群で発生する球面収差の補正を十分に行うことができなかった。また、フィルター径が大きくなる問題もあった。

特許文献2の高変倍率ズームレンズは、変倍比が７倍程度であるため、３群の屈折力を弱くしても変倍による第３レンズ群の倍率が−１倍、すなわち変倍が不可能となる倍率近くになることがなく構成できるが、変倍比を１３倍まで広げると、第３レンズ群の倍率が−１倍になる焦点距離が含まれる問題がある。また、第３レンズ群の収差に対する敏感度が高くなり、生産性が低下する問題がある。

（発明の目的）
本発明は、従来の高倍率比ズームレンズの上述した問題に鑑みてなされたものであって、望遠端で１群、２群で発生する球面収差の補正を十分に行うことができ、また第３レンズ群の倍率が−１倍になる焦点距離を含まない高倍率比ズームレンズを提供することを目的とする。
本発明はまた、第３レンズ群の収差に対する敏感度が低く、生産性が高い高倍率比ズームレンズを提供することを目的とする。
本発明はさらに、フィルター径が大きくない高倍率比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、正の屈折力を持つ第1レンズ群、負の屈折力をもつ第2レンズ群、正の屈折力を持つ第3レンズ群、正の屈折力をもつ第4レンズ群で構成し、広角端から望遠端への変倍により第1レンズ群と第2レンズ群の間隔が広がり、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が狭まり、第3レンズ群と第4レンズ群間隔が狭まるように移動し、
フォーカシングの際は第2レンズ群を物体側へ移動させ、下記の条件式を満足することを特徴とする高変倍比ズームレンズ。
(1) 0.35 ＜ｆ１／ｆｔ＜ 0.45
(2) 0.04 ＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜ 0.065
(3) 0.15 ＜ｆ３／ｆｔ＜ 0.25
但し、ｆ１：第1レンズ群の焦点距離
ｆ２：第2レンズ群の焦点距離
ｆ３：第3レンズ群の焦点距離
ｆｔ：全光学系の望遠端の焦点距離
である。

本発明の実施形態は、以下のとおりである。
前記第3レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を持つ前群と、負の屈折力を持つ後群とからなり、後群のみを光軸と直交する方向へ移動させることで手振れ発生時の像面補正を行なうことを特徴とする。
前記第3レンズ群前群が、負レンズと接合させた正レンズを含む3枚以上の正レンズと、負レンズとによって構成されることを特徴とする。
前記第3レンズ群前群が、少なくとも1枚のアッベ数80以上の正レンズを含むことを特徴とする。
前記第3レンズ群後群が、物体側から順に非球面を持つ両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズを含むことを特徴とする。
前記第1レンズ群が、負レンズと正レンズの接合レンズ、及び正レンズの3枚で構成され、両正レンズの少なくとも1枚はアッベ数が80以上であることを特徴とする。
前記第1レンズ群が、負レンズと正レンズの接合レンズ、及び正レンズの3枚で構成され、両正レンズの少なくとも1枚は屈折率が１．５５以上であることを特徴とする。

（発明の条件式）
条件式（１）は、ズームレンズの望遠端の焦点距離に対して第1レンズ群の焦点距離の比を規定した。条件式（１）の下限を超えると、第1レンズ群の焦点距離が短くなるため、レンズ系全体の小型化には有利となるが、望遠側における球面収差及びコマ収差の補正が困難となる。条件式（１）の上限を超えると、第1レンズ群の焦点距離が長くなり望遠側焦点距離を確保するための移動量が多くなり、カム構成が複雑になるため、レンズ径方向に大型化する。また望遠端に置いて絞りからの距離が離れるため、光線は第1レンズ群の周辺を通過するようになり、コマ収差の補正が困難となる。

条件式（２）はズームレンズの望遠端の焦点距離に対する第2レンズ群の焦点距離の比を規定した。条件式（２）の下限を超えると、第2レンズ群の焦点距離が短くなるため35mmフィルムカメラと同様のバックフォーカスを確保するには有利となるが、諸収差の補正、特に像面湾曲の補正が困難になる。条件式（２）の上限を超えると、第2レンズ群の焦点距離が長くなるため、変倍における移動量が多くなり、レンズ系全体の小型化には不利となる。また、第2レンズ群を対物側へ移動させて行うフォーカスにおいて、移動量が多くなるため、第1レンズ群と第2レンズ群の間隔を広げる必要が生じ、結果、フィルター径の増大、レンズ全長の増大となってしまう。

条件式（３）は、ズームレンズの望遠端の焦点距離に対する第3レンズ群の焦点距離の比を規定した。条件式（３）の下限を超えると、第3レンズ群の焦点距離が短くなるため、レンズ系全体の小型化には有利となる。さらに、球面収差の補正が困難になるとともに、製造誤差に対する敏感度が高くなるため、大きな性能低下をもたらす。条件式（３）の上限を超えると、第3レンズ群の焦点距離が長くなるため、変倍における移動量が多くなり、レンズ系全体の小型化には不利となる。また、第3レンズ群から第4レンズ群に向かう光束はほぼアフォーカルになるが、広角端における第3レンズ群の結像倍率が小さくなるため、広角端における画面周辺での光量不足が大きくなる。

条件式（３）によって第3レンズ群の屈折力を適切に決めることができるが、変倍比が15倍を超えると、望遠端におけて第1レンズ群、第2レンズ群で発生する球面収差を十分に補正することはまだ不十分である。このため、本実施態様では負レンズと接合させた正レンズ、像面側の曲率半径が大きい正メニスカスレンズ、及び正レンズ、負レンズの５枚のレンズで構成することによって補正を行なった。なお、さらに変倍比が大きくする場合、正レンズを追加することが良望ましい。
また、望遠端で顕著となる色収差の補正のため、少なくとも1枚の正レンズのアッベ数は80以上であることが望ましい。

さらに、変倍比が15倍と大きくなると、第1群で発生する色収差は望遠端で顕著となる。特に倍率色収差を補正するために第1レンズ群を構成する正レンズはアッベ数の大きなレンズで構成することが望ましい。アッベ数80以上のレンズで2枚の正レンズを構成すると、倍率色収差は十分に補正可能となる。しかし、アッベ数が80以上のガラスは一般に屈折率も1.5より小さくなるため、レンズの曲率半径が小さくなる。このためレンズ中心の厚さを大きくしなければならず、フィルター径は大きく、レンズ径も大きくなってしまう。本実施態様ではアッベ数80以上のレンズを第1レンズ群の第２レンズに使用し、第3レンズのアッベ数は55以上、屈折率1.55以上として屈折率を大きくすることにより、フィルター径の増大、レンズ枚数の増大を防いだ。

本発明の高倍率比ズームレンズによれば、望遠端で１群、２群で発生する球面収差の補正を十分に行うことができ、また第３レンズ群の倍率が−１倍になる焦点距離を含まない高倍率比ズームレンズを構成することができる。
本発明の高倍率比ズームレンズによればまた、第３レンズ群の収差に対する敏感度が低く、生産性が高い高倍率比ズームレンズを構成することができる。
本発明の高倍率比ズームレンズによればさらに、フィルター径が大きくない高倍率比ズームレンズを構成することができる。

以下に、本発明の高変倍比ズームレンズの実施形態を説明する。
焦点距離ｆ＝18.40〜71.10〜264.21ｍｍ
ｆ＝18.40〜71.10〜264.21
Fno＝3.50〜5.24〜6.32
2ω＝76.5〜23.1〜6.3°

間隔Ｄ５、Ｄ１４，Ｄ２７、及びバックフォーカスＢＦのズーミングによる変化は以下のとおりである。
焦点距離ｆ 18.400 71.099 264.210
D5 2.058 39.047 68.462
D14 30.539 11.868 1.055
D27 7.717 3.529 2.329
バックフォーカスＢＦ 38.685 75.562 97.163

下線を付した面番号６，２４，２８の面は、非球面である。非球面を表す式は、光軸をx、光軸に垂直な高さをH、曲率半径をｒ、円錐計数をA、ｎ次の非球面計数をAnとするとき、以下の式（１）で表される。

各面の各非点収差係数は以下のとおりである。
R6
A=1.0
A4=7.56725E-06
A6=-7.65747E-09
A8=-2.26456E-11
A10=1.23747E-13
R24
A=1.0
A4=7.89296E-06
A6=9.60742E-09
A8=3.69345E-11
A10=-7.34306E-13
R28
A=1.0
A4=-3.19107E-05
A6=-5.55382E-09
A8=-3.27936E-11
A10=3.69412E-13

各レンズ群の焦点距離を示す。
第１レンズ群LG１焦点距離f1=108.563
第２レンズ群LG２焦点距離f2=−13.813
第３レンズ群LG３焦点距離f3=45.230
第４レンズ群LG４焦点距離f4=48.815
第３レンズ群LG３の前群焦点距離f3a= 26.822
第３レンズ群LG３の後群焦点距離f3b=−40.500

前記実施形態の発明の条件式の値を以下に示す。
(1) ｆ１／ｆｔ＝０．４０３０
(2) ｜ｆ２｜／ｆｔ＝０．０５２
(3) ｆ３／ｆｔ＝０．１７３７

本発明の実施形態の高倍率比ズームレンズの収差を、添付図面に示す。軸上球面収差及びコマ収差の図において、ｄはｄ線（５８７．５６ｎｍ）を示し、ｇはｇ線（４３５．８３ｎｍ）を示す。非点収差の図において、Ｙ=１４．５は像高を示し、実線は球欠方向収差を示し、点線は子午方向収差を示す。歪曲収差の図において、Ｙ=１４．５は像高を示す。

本発明の実施形態の高倍率比ズームレンズの望遠端における光学断面図である。広角端における軸上球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。広角端におけるコマ収差を示す収差図である。中間域における軸上球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。中間域におけるコマ収差を示す収差図である。望遠端における軸上球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す収差図である。望遠端におけるコマ収差を示す収差図である。広角端において第３レンズ群を光軸に対し上下方向に＋０．０７ｍｍシフトしたときの各画角のコマ収差図である。望遠端において第３レンズ群を光軸に対し上下方向に＋０．４７ｍｍシフトしたときの各画角のコマ収差図である。望遠端において第３レンズ群を光軸に対し上下方向に−０．４７ｍｍシフトしたときの各画角のコマ収差図である。

符号の説明
１、２、３、・・・面番号
ＬＧ１、ＬＧ２、ＬＧ３、・・・レンズ群番号

Claims

物体側より順に、正の屈折力を持つ第1レンズ群、負の屈折力をもつ第2レンズ群、正の屈折力を持つ第3レンズ群、正の屈折力をもつ第4レンズ群で構成し、広角端から望遠端への変倍により第1レンズ群と第2レンズ群の間隔が広がり、第2レンズ群と第3レンズ群の間隔が狭まり、第3レンズ群と第4レンズ群間隔が狭まるように移動し、
フォーカシングの際は第2レンズ群を物体側へ移動させ、下記の条件式を満足することを特徴とする高変倍比ズームレンズ。
(1) 0.35 ＜ｆ１／ｆｔ＜ 0.45
(2) 0.04 ＜｜ｆ２｜／ｆｔ＜ 0.065
(3) 0.15 ＜ｆ３／ｆｔ＜ 0.25
但し、ｆ１：第1レンズ群の焦点距離
ｆ２：第2レンズ群の焦点距離
ｆ３：第3レンズ群の焦点距離
ｆｔ：全光学系の望遠端の焦点距離
前記第3レンズ群が、物体側から順に、正の屈折力を持つ前群と、負の屈折力を持つ後群とからなり、後群のみを光軸と直交する方向へ移動させることで手振れ発生時の像面補正を行なうことを特徴とする請求項１の高変倍比ズームレンズ。
前記第3レンズ群前群が、負レンズと接合させた正レンズを含む3枚以上の正レンズと、負レンズとによって構成されることを特徴とする請求項１の高変倍比ズームレンズ。
前記第3レンズ群前群が、少なくとも1枚のアッベ数80以上の正レンズを含むことを特徴とする請求項１の高変倍比ズームレンズ。
前記第3レンズ群後群が、物体側から順に非球面を持つ両凹形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズを含むことを特徴とする請求項1の高変倍比ズームレンズ。
前記第1レンズ群が、負レンズと正レンズの接合レンズ、及び正レンズの3枚で構成され、両正レンズの少なくとも1枚はアッベ数が80以上であることを特徴とする請求項1の高倍率比ズームレンズ。
前記第1レンズ群が、負レンズと正レンズの接合レンズ、及び正レンズの3枚で構成され、両正レンズの少なくとも1枚は屈折率が１．５５以上であることを特徴とする請求項1の高倍率比ズームレンズ。