JP2011248220A - 高変倍率ズームレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】小型であって、ズーム比が１５倍以上と大きく、広角端での画角が７５度以上のＡＰＳサイズ一眼レフレックスカメラに適した高変倍率ズームレンズを提供すること。
【解決手段】物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、条件式（１）12＜Lｔ/（Ft/Fw）＜15を満たす高変倍率ズームレンズ。Lｔ：望遠端での光学全長（最も物体側のレンズ面から像面までの長さ）。Ft：望遠端で光学全系の焦点距離。Fｗ：広角端で光学全系の焦点距離。
【選択図】図１

Description

本発明は、高変倍率ズームレンズ、さらに詳しくは、ズーム比が１５倍以上と大きく、広角端での画角が７５度以上で、かつ小型なＡＰＳサイズ一眼レフレックスカメラに適した高変倍率ズームレンズに関する。
従来の高変倍率ズームレンズとして、ＡＰＳサイズ用であって、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、前記レンズ群どうしの間隔を変化させて変倍を行うズームレンズにおいて、
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直交する方向へ移動させることによって結像位置の変位を補正し、前記後群中の少なくとも一つのレンズ面は、近軸曲率半径を有する球面に比して、光軸から周辺へ向かって正の屈折力が強くなる又は負の屈折力が弱くなる形状の非球面であり、
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。
３．７ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ ７．０
ただし、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態における前記ズームレンズの焦点距離
が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の他の高変倍率ズームレンズとして、ＡＰＳサイズ用であって、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力のレンズ群を含む後群とを有し、該後群は光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、結像位置を変移させる負の屈折力のレンズ群ＩＳと、該レンズ群ＩＳより像側に正の屈折力のレンズ群Ｒ_ＩＳを有し、ズーミングに際して該レンズ群ＩＳと該レンズ群Ｒ_ＩＳの間隔が変化するズームレンズにおいて、該レンズ群ＩＳの焦点距離をｆＩＳ、該レンズ群Ｒ_ＩＳの焦点距離をｆＲ_ＩＳ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとするとき、
０．０５＜｜ｆＩＳ／ｆＴ｜＜０．１８
２．０＜ｆ１／ｆＲ_ＩＳ＜４．５
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００９−０３７２５２号 特開２００８−２１６４４０号
特許文献１に開示された高変倍率ズームレンズにおいては、防振機能を有するズームレンズであり、デジタル一眼レフカメラに好適な長いバックフォーカスを有する。しかし、引用文献１の実施形態の焦点距離は、１８〜２００ｍｍで、ズーム変倍比は１１．１１倍である。
特許文献２に開示された高変倍率ズームレンズにおいては、防振機能を有するズームレンズであり、デジタル一眼レフカメラに好適な長いバックフォーカスを有する。しかし、引用文献２の実施形態の焦点距離は、１８〜２００ｍｍで、ズーム変倍比は１１．１１倍である。
仮に、引用文献１及び２の高変倍率ズームレンズにおいて、ズーム変倍比を１５倍にすると、望遠端で第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大きくなり、第１レンズ群の凸レンズのコバ（周縁部）の厚さが負になってしまう。この第１レンズ群の凸レンズのコバ（周縁部）に関し実施可能なように厚さを確保すると、第１レンズ群の有効径が大きくなり、小型化が不可能になってします。
（本発明の目的）
本発明は、前記従来技術の高変倍率ズームレンズの上述した問題点に鑑みてなされたものであって、小型であって、ズーム比が１５倍以上と大きく、広角端での画角が７５度以上であるＡＰＳサイズ一眼レフレックスカメラに適した高変倍率ズームレンズを提供することを目的とする。
本発明は、
物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、条件式（１）を満足することを特徴する高変倍比小型ズームレンズ。
12＜Lｔ/（Ft/Fw）＜15・・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し
Lｔ： 望遠端での光学全長（最も物体側のレンズ面から像面までの長さ）。
Ft： 望遠端で光学全系の焦点距離
Fw： 広角端で光学全系の焦点距離
である。
本発明の高変倍率ズームレンズは、上述したように構成することによって、小型であって、ズーム比が１５倍以上と大きく、広角端での画角が７５度以上であるＡＰＳサイズ一眼レフレックスカメラに適した高変倍率ズームレンズを構成することができる。
本発明の実施態様について説明する。
第１実施態様（請求項２）は、さらに、条件式（２）を満足することを特徴とする。
-1.5＜F1/F_Bｔ＜-0.5・・・・・・・・・・（２）
但し
F1： 第1レンズ群G１の焦点距離
F_Bｔ： 望遠端で第２群の最も物体側のレンズ面から像面までの焦点距離
第２実施態様（請求項３）は、さらに、条件式（３）を満足することを特徴とする。
-3.5＜βｔ＜-1.55・・・・・・・・・・・（３）
但し
βｔ： 望遠端での防振群の横倍率
第３実施態様（請求項４）は、前記第３レンズ群が、正の第３前レンズ群と負の第３後レンズ群から構成され、前記第３後レンズ群で像振れ補正を行うことを特徴とする。
第４実施態様（請求項５）は、前記第４レンズ群が、正レンズ、負レンズ、正レンズからなることを特徴とする。
第５実施態様（請求項６）は、前記第２レンズ群が、広角端から望遠端へ変倍する移動軌跡に２つの変曲点を有することを特徴とする。
（条件式等の説明）
条件式（１）の下限を超えると、望遠端の光学全長を小型化できるが、各レンズ群のパワー強すぎるから収差補正が困難となる。条件式（１）の上限を超えると、収差補正が容易になるが、小型化が困難になる。
条件式（２）の下限を超えると、望遠端の小型化が容易におこなえるが、収差補正が困難となる、条件式（２）の上限を超えると、収差補正が容易であるが、第１群の移動量が大きくなり、つまり、望遠端の光学全長が長くなるので、鏡胴が膨大になり、小型化することが困難となる。
本発明において「第２レンズ群が広角端から望遠端へ変倍する移動軌跡における変曲点」とは、縦軸に焦点距離をとり、横軸に第２レンズ群の光軸上の位置をとるとき、前記移動軌跡を示すグラフの接線が、右傾斜から左傾斜へ、又は左傾斜から右傾斜へ変化する点を示す。本発明において、広角端側の変曲点がない場合、像面湾曲を補正することが困難となる。望遠端側の変曲点がない場合、１０割像高の下側光線をカットしやすいので、第１レンズ群の有効径が大きくなり、小型化は困難となる。
本発明の第１実施形態のレンズ断面図、及び各レンズの移動軌跡図である。 本発明の第１実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第１実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。 本発明の第１実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第１実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。 本発明の第１実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第１実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。 本発明の第２実施形態のレンズ断面図、及び各レンズの移動軌跡図である。 本発明の第１実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第２実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。 本発明の第２実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第２実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。 本発明の第２実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差図である。 本発明の第２実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率収差図である。
以下に本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
各実施例における非球面式は、以下のとおりである。
Figure 2011248220
 ｚ ：非球面深さ
ｙ ：高さ
Ｒ ：近軸曲率半径
Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆ ：非球面係数
（第１実施形態）
第１実施形態の高変倍率ズームレンズは、図１に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成される。
第１実施形態の数値データは、以下のとおりである。
焦点距離：18.5〜71.0〜291.2015
2ω ：79.46〜22.47〜5.57
FNO ：3.44〜6.03〜6.50
NS R D Nd ABV
1 141.1468 1.5000 1.90366 31.31
2 69.3714 7.1000 1.49700 81.61
3 -332.6134 0.1500
4 63.9453 5.1000 1.61800 63.39
5 328.3371 D( 5)
6 ASPH 120.1024 0.2000 1.51460 49.96
7 102.4853 1.0000 1.88300 40.80
8 15.1238 5.3047
9 -39.8665 0.8000 1.77250 49.62
10 39.8665 0.1500
11 27.9302 4.6000 1.84666 23.78
12 -32.1001 0.6619
13 -22.8444 0.8000 1.83481 42.72
14 -314.1081 D(14)
15 STOP INF 1.0000
16 43.5895 2.1000 1.72916 54.67
17 198.3247 0.1500
18 31.5974 3.3000 1.49700 81.61
19 -85.9757 0.1500
20 32.4055 3.6000 1.48749 70.44
21 -32.4055 0.8000 1.92286 20.88
22 -79.7693 1.5829
23 ASPH -45.2054 0.9000 1.85135 40.10
24 17.0548 2.8885 1.80809 22.76
25 63.8056 D(25)
26 ASPH 19.1560 5.2913 1.59201 67.02
27 ASPH -38.5354 0.1500
28 -487.7854 0.8000 1.90366 31.31
29 20.0365 1.5195
30 71.1245 2.5000 1.69895 30.05
31 -71.1245 D(31)
以下に、各非球面の非球面係数を、K、2(A)、4(B)、6(C)、8(D)、10(E)、12(F)の順序で示す。
面番号６
0.0000 0.00000e+000 1.00848e-005 -8.23992e-008 7.73802e-010
-3.65697e-012 7.40459e-015
面番号２３
0.0000 0.00000e+000 1.20221e-005 -1.69654e-008 3.67494e-010
-2.56282e-012 0.00000e+000
面番号２６
0.0000 0.00000e+000 -2.13290e-005 1.07151e-007 -1.36111e-009
1.05249e-011 0.00000e+000
面番号２７
-8.6353 0.00000e+000 9.38555e-006 7.17720e-008 -8.25848e-010
8.21363e-012 0.00000e+000
ズーム操作時のレンズ間隔変化は以下のとおりである。
焦点距離 18.5000 71.000 291.2015
D( 5) 1.6998 30.1741 66.5707
D(14) 30.7371 12.6774 1.5000
D(25) 7.4142 2.1598 0.9000
D(31) 39.0550 82.0274 91.8692
第１実施形態は、条件式（１）に関し、Lｔ/（Ft/Fw）＝１３．６６である。条件式（２）に関し、F1/F_Bｔ＝−１．０６である。条件式（３）に関し、βｔ＝−２．２４である。
第１実施形態におけるズーム作動時の各レンズ群の移動量は、以下のとおりである。＋の移動量は物体側への移動量を示し、−の移動量は像側への移動を示す。
焦点距離 第1群移動量 第2群移動量 第3群移動量 第4群移動量
18.500 0.000 0.000 0.000 0.000
21.477 0.934 -0.366 3.371 4.485
36.181 17.931 3.842 15.287 18.551
71.000 48.159 19.685 37.745 42.999
140.001 71.413 19.746 41.691 47.524
291.202 81.994 17.123 46.360 52.874
第１実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図２に示す。
第１実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図３に示す。
第１実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図４に示す。
第１実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図に示すように、図５に示す。
第１実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図６に示す。
第１実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図７に示す。
（第２実施形態）
第２実施形態の高変倍率ズームレンズは、図８に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４から構成される。
第２実施形態の数値データは、以下のとおりである。
焦点距離：18.5〜71.0〜272.113
2ω ：79.50〜22.13〜5.55
FNO ： 3.47〜5.96〜6.48
NS R D Nd ABV
1 130.7431 1.5000 1.90366 31.31
2 65.7034 7.1000 1.49700 81.61
3 -339.9461 0.1500
4 62.6704 5.0000 1.61800 63.39
5 361.5179 D( 5)
6 ASPH 93.3887 0.2000 1.51460 49.96
7 86.4164 1.0000 1.88300 40.80
8 14.4958 5.3752
9 -31.8736 0.8000 1.78800 47.49
10 47.5561 0.1500
11 29.8738 4.3324 1.84666 23.78
12 -29.8738 0.6384
13 -21.5679 0.8000 1.80420 46.50
14 -209.8545 D(14)
15 STOP INF 1.0000
16 30.9383 2.6870 1.61800 63.39
17 -127.6458 0.1500
18 30.0000 2.7661 1.48749 70.44
19 -130.9343 0.1500
20 38.8497 3.0000 1.48749 70.44
21 -38.8497 0.8000 1.92286 20.88
22 -182.1340 1.6853
23 ASPH -33.5311 0.8000 1.85135 40.10
24 18.0734 2.4899 1.80809 22.76
25 69.9505 D(25)
26 ASPH 21.5703 4.7476 1.59201 67.02
27 ASPH -26.6100 0.1500
28 -61.4959 1.2090 1.91082 35.25
29 22.7924 1.1509
30 63.0000 2.5000 1.64769 33.84
31 -43.1220 D(31)
以下に、各非球面の非球面係数を、K、2(A)、4(B)、6(C)、8(D)、10(E)、12(F)の順序で示す。
面番号６
0.0000 0.00000e+000 9.05924e-006 -7.86241e-008 7.31156e-010
-3.80354e-012 8.88055e-015
面番号２３
0.0000 0.00000e+000 1.91386e-005 6.41280e-010 -6.69098e-011
1.80404e-013 0.00000e+000
面番号２６
0.0000 0.00000e+000 -2.36387e-005 1.59870e-007 -2.09526e-009
1.05786e-011 0.00000e+000
面番号２７
-10.2140 0.00000e+000 -3.03782e-005 4.08305e-007 -3.46238e-009
1.42933e-011 0.00000e+000
ズーム操作時のレンズ間隔変化は以下のとおりである。
焦点距離 18.50 71.0 272.113
D( 5) 1.6189 29.0943 62.5000
D(14) 29.8067 12.7906 2.5000
D(25) 6.0175 1.7499 1.0675
D(31) 38.9985 81.5645 90.1412
第２実施形態は、条件式（１）に関し、Lｔ/（Ft/Fw）＝１４．２１である。条件式（２）に関し、F1/F_Bｔ＝−０．９１である。条件式（３）に関し、βｔ＝−２．５８である。
第実施形態におけるズーム作動時の各レンズ群の移動量は、以下のとおりである。＋の移動量は物体側への移動量を示し、−の移動量は像側への移動を示す。
焦点距離 第1群移動量 第2群移動量 第3群移動量 第4群移動量
18.500 0.000 0.000 0.000 0.000
20.792 1.703 -0.178 2.329 3.046
30.000 14.592 1.211 8.591 10.360
71.000 48.761 21.285 38.301 42.569
150.000 71.788 20.766 42.134 46.759
272.113 79.770 18.888 46.195 51.145
第２実施形態の各レンズの移動軌跡を図８に示す。
第２実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図９に示す。
第２実施形態の広角端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図１０に示す。
第２実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図１１に示す。
第２実施形態の中間ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図に示すように、図１２に示す。
第２実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態のコマ収差を図１３に示す。
第２実施形態の望遠端ズーム位置における無限遠合焦状態の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率収差を図１４に示す。
G1 第１レンズ群
G2 第２レンズ群
G3 第３レンズ群
G4 第４レンズ群
S 開口絞り
IP 像面

Claims (9)

  1. 物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、条件式（１）を満足することを特徴する高変倍比小型ズームレンズ。
    12＜Lｔ/（Ft/Fw）＜15・・・・・・・・・・・・・・・（１）
    但し
    Lｔ：望遠端での光学全長（最も物体側のレンズ面から像面までの長さ）。
    Ft：望遠端で光学全系の焦点距離
    Fw：広角端で光学全系の焦点距離
  2. さらに、条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の高変倍ズームレンズ。
    -1.5＜F1/F_Bｔ＜-0.5・・・・・・・・・・（２）
    但し
    F1：第1レンズ群G１の焦点距離
    F_Bｔ：望遠端で第２群の最も物体側のレンズ面から像面までの焦点距離
  3. さらに、条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の高変倍ズームレンズ。
    -3.5＜βｔ＜-1.55・・・・・・・・・・・（３）
    但し
    βｔ：望遠端での防振群の横倍率
  4. 前記第３レンズ群が、正の第３前レンズ群と負の第３後レンズ群から構成され、前記第３後レンズ群で像振れ補正を行うことを特徴とする請求項１ないし３のうちの一項に記載の高変倍率ズームレンズ。
  5. 前記第４レンズ群が、正レンズ、負レンズ、正レンズからなることを特徴とする請求項１ないし３のうちの一項に記載の高変倍率ズームレンズ。
  6. 前記第２レンズ群が、広角端から望遠端へ変倍する移動軌跡に２つの変曲点を有することを特徴とする請求項１ないし５のうちの一項に記載の高変倍率ズームレンズ。
  7. 物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、条件式（２）を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
    -1.5＜F1/F_Bｔ＜-0.5・・・・・・・・・・（２）
    但し
    F1：第1レンズ群G１の焦点距離
    F_Bｔ：望遠端で第２群の最も物体側のレンズ面から像面までの焦点距離
  8. 物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の高変倍ズームレンズ。
    -3.5＜βｔ＜-1.55・・・・・・・・・・・（３）
    但し
    βｔ：望遠端での防振群の横倍率
  9. 物体側から像面側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群G１、負の屈折力第２レンズ群G２、正の屈折力第３レンズ群G３、正の屈折力第４レンズ群G４によって構成され、前記レンズ群のうちの少なくとも一レンズ群が、広角端から望遠端へ変倍する移動軌跡に２つの変曲点を有することを特徴とする高変倍率ズームレンズ。
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