JP2677269B2 - 広角域を含む高変倍率ズームレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、広角域を含む極めてコンパクトな高変倍率
ズームレンズに関する。 ズームレンズの構成には、大きく分けて、最も物体側
に配置される第１レンズ群が正の屈折力を有する正リー
ドタイプと、第１レンズ群が負の屈折率力を有する負リ
ードタイプがある。ここで、広角域を含むズームレンズ
を考えると、一般的に見て、正リードタイプは変倍率
（ズーム比）が大きくなってもレンズ全長のコンパクト
化や後方に配置されるレンズ群の径を小さくする上で有
利であるという特長を持ち、一方、負リードタイプは変
倍率が２倍を越えると全長が長くなり、且つ、後方に配
置されるレンズ群の径が大きくなるという傾向があるの
で、変倍率が２倍を越えるズームレンズでレンズ系をコ
ンパクトにするためには、正リードタイプが有利であ
る。 そして、正リードタイプの広角域を含むズームレンズ
では、第２レンズ群を負の屈折力を有するレンズ群と
し、広角端において第１レンズ群と第２レンズ群が最も
接近する（すなわち第１レンズ群と第２レンズ群との間
の空気間隔が最も小さくなる）構成とするのが一般的で
ある。このように構成した場合の広角端での軸外光線の
通り方を考えるならば、第１レンズ群が収束作用を持つ
正レンズ群であるため、第２レンズ群には画角に対応し
た入射角（すなわち、第１レンズ群への入射角）よりも
大きな角度で軸外光線が入射することになり、しかも、
このズームタイプでは第２レンズ群への軸外光線の入射
高さは広角端で最大となる。そのために、広角端におい
て軸外光線は第２レンズ群によって強い負の屈折作用を
受けることになり、結果として、広角端での負の歪曲収
差が過大となりやすい傾向がある。実際、広角域を含み
３倍程度の変倍率を有する正リードタイプのズームレン
ズの設計においては、広角端の負の歪曲収差が問題とな
ることが多い。 そこで、本発明の目的は、２ω＝72゜〜75゜という広
角域を含みながら、２倍以上の高変倍率を有し、歪曲収
差が良好に適正された極めてコンパクトな高変倍率ズー
ムレンズを提供することにある。 この目的を達成するために、本発明は、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、全体として正の屈折力を有し、
正の屈折力を有する前レンズ群と、正の屈折力を有する
後レンズ群と、から構成される第３レンズ群と、からな
り、前記各レンズ群を光軸方向に移動させて変倍を行う
とともに、広角端において前記第１レンズ群と第２レン
ズ群との間の軸上空気間隔が最も小さくなるズームレン
ズにおいて、 レンズの最大有効径をymaxとする時、 0.7ymax＜ｙ＜1.0ymax なる任意の光軸垂直方向高さｙに対して、以下の条件を
満足する非球面を前記第２レンズ群（II）中に設けたこ
とを特徴とするものである。 但し、ここで、Ｎ′は非球面の像側の媒質の屈折率、Ｎ
は非球面の物体側の媒質の屈折率、ｘ（ｙ）は光軸をｘ
軸とし、前記非球面の面頂点を原点として原点を通りｘ
軸に垂直な直線をｙ軸とする座標系であらわしたときの
非球面の形状、x₀（ｙ）は同じ座標系であらわしたとき
の参照球面の形状である。 ここで、参照球面の曲率半径をｒとすると、ｘ（ｙ）
及びx₀（ｙ）はそれぞれ以下のように表される。 x₀（ｙ）＝ｒ｛１−（１−y²/r²）^1/2｝ …（Ａ） で表される。ここで、εは２次曲面の形状を表すパラメ
ータ、An（ｎ＝2,3,…）はｎ次の非球面付加項を表す非
球面係数であり、Σは適当な次数ｌまでの和をとること
を示す。なお、この時の非球面ｘ（ｙ）の近軸曲率半径
は、 1/＝（1/r）＋2A₂ …（Ｃ） によって定まる。 条件（１）は、第２レンズ群（II）中の非球面の参照
球面からの変位量を規定するものであり、条件（１）の
下限を越えると、広角端における負の歪曲収差の補正が
困難となり、逆に条件（１）の上限を越えると、広角端
において負の歪曲収差と像面湾曲をバランス良く補正す
ることが困難となる。条件（１）の下限、すなわち、 は、式（Ｂ）で示される非球面ｘ（ｙ）が、式（Ａ）で
示される参照球面x₀（ｙ）に比べて、0.7ymax＜ｙ＜1.0
ymaxの領域（すなわち最大有効径の７割より高い領域）
において、正の屈折力が光軸上よりも強くなっているか
あるいは負の屈折力が光軸上よりも弱くなっているよう
な非球面であることを意味している。 このような形状を持つ非球面を導入することにより、
広角端において第２レンズ群（II）が軸外光線に与える
強い負の屈折力を緩和することができ、負の歪曲収差を
補正することが可能となる。つまり、通常、大きな画角
を有する光線に対しては歪曲収差の強い補正効果が必要
となるが、広角端においては、大きな画角を有する光線
は第２レンズ群（II）中の光軸垂直方向高さの比較的高
い位置を通過するので、0.7ymax＜ｙ＜1.0ymaxという光
軸垂直方向高さｙの比較的高い領域で、条件（１′）す
なわち条件（１）の下限を満足することが不可欠であ
り、これが満足されないと広角端での負の歪曲収差が補
正困難となる。 条件（１）の下限を満足する非球面は広角端において
負の歪曲収差を補正するという効果を持つが、それより
やや弱い効果として像面湾曲を負に偏移させるという効
果も持っている。そのため、前述の如く、広角端で第２
レンズ群（II）中の光軸垂直方向高さの高い位置を通過
する光線に対しては強い歪曲収差補正効果が必要となる
が、この効果が強すぎると像面湾曲を負に偏移させる効
果が顕著となるので、これら２つの効果をバランスさせ
るためには、0.7ymax＜ｙ＜1.0ymaxという光軸垂直方向
高さｙの比較的高い領域における非球面形状を、 なる範囲におさめることが望ましい。これが、条件
（１）の上限の意味である。条件（１）の上限を越える
と、非球面の像面湾曲を負に偏移させる効果が顕著とな
り、結像性能に悪影響を及ぼす傾向が強くなる。 広角端において、比較的小さい画角を有する光線は第
２レンズ群（II）の比較的光軸垂直方向高さの低い領域
を通過するが、小さい画角を有する光線に対してはそれ
ほど強い歪曲収差補正効果は必要ではないので、第２レ
ンズ群（II）中の非球面は、ｙ＜0.7ymaxの領域（すな
わちその最大有効径の７割より低い光軸垂直方向高さを
有する領域）においては、 の値を最大有効径の７割より高い領域における値（０〜
0.3）よりも小さく抑えることが望ましい。 より具体的には、第２レンズ群（II）の非球面は、ｙ
＜0.7ymaxの領域（すなわち最大有効径の７割以下の光
軸垂直方向高さｙを有する領域）においては、以下の条
件を満足することが望ましい。 条件（２）は、広角端における、画角低域及び画面中
帯の歪曲収差と像面湾曲とをバランス良く補正するため
の条件である。条件（２）の下限を越えると、広角端で
の画角低域ないし画面中帯において負の歪曲収差が大き
くなり、陣笠状の歪曲収差があらわれる傾向が強くな
る。同時に、広角端から中間焦点距離領域にかけて、画
面中帯付近の像面が正偏移する傾向が著しくなる。 一方、条件（２）の上限を越えると、広角端におい
て、比較的画角の小さい光線に対して非球面による歪曲
収差補正効果が過剰に働くようになり、広角端での歪曲
収差曲線が波打ったような不規則な形状をとるようにな
る。 更に、本発明においては以下の条件をも満足すること
が望ましい。 まず、広角端（最短焦点距離）から中間焦点距離にか
けて画面中帯付近の非点収差もしくは像面湾曲を良好な
補正状態とするためには、第２レンズ群（II）中の非球
面は、ｙ＜0.7ymaxの領域において、次の条件を満足す
ることが望ましい。 条件（３）は、この第２レンズ群（II）の非球面が、
最大有効径の７割より低い領域では、有効径の高い位置
ほど正の屈折力が強いか、あるいは負の屈折力が弱いと
いうことを規定している。条件（３）が満たされなくな
ると、広角端から中間焦点距離領域にかけて非点収差曲
線の形状が波打ったような不規則なものとなり、結像性
能の悪化を招く。 本発明に基づくズームレンズは、広角端における負の
歪曲収差を補正するための非球面を第２レンズ群（II）
中に設けたことを特徴としているが、見方を変えるなら
ばこの非球面によって正の歪曲収差を発生させていると
言ってよい。ところが、本発明のごとき広角域を含む正
リードタイプのズームレンズにおいては、望遠端（最長
焦点距離）で歪曲収差が正の値をとる傾向があるので、
前記非球面は望遠端では歪曲収差を発生させる効果が小
さくなるような構成としておくことが有効である。そこ
で、このためには、次の条件を満足することが有効であ
る。 0.1＜hT/hW＜0.6 …（４） ここで、hTは望遠端における非球面への最軸外に対応
する瞳主光線の入射高さ、hWは広角端における非球面へ
の最軸外に対応する瞳主光線の入射高さである。但し、
ここで、瞳主光線とは光学系の瞳面の中心を通過する光
線である。 条件（４）の上限を越えると、望遠端において第２レ
ンズ群（II）中の非球面が正の歪曲収差を発生させる効
果を強く持つようになり、望遠端で正の歪曲収差を補正
するのが困難となる。逆に、条件（４）の下限を越える
と、望遠端において第２レンズ群（II）中の非球面が瞳
面に近づきすぎることになり、球面収差の悪化を招く。 ところで、本発明にかかるズームレンズにおいては、
第２レンズ群（II）に接続する第３レンズ群（III）以
下のレンズ群をコンパクトな構成とするためには、全焦
点距離領域で光学系の瞳面を第２レンズ群（III）の後
方に配置することが望ましい。このことと条件（４）の
下限の説明として述べた内容とからさらに考察を進める
ならば、第２レンズ群（II）中のレンズ面のうち非球面
を導入するのに適しているのは、比較的物体側に位置す
るレンズ面であり、最も望ましくは第２レンズ群（II）
の最も物体側の面であるということになる。すなわち、
この位置は、第２レンズ群（II）中においては瞳面から
最もはなれた位置であるので、球面収差に大きな影響を
与えることなく歪曲収差を良好に補正することが可能で
ある。 以上の特徴を満たしつつ、さらに高性能で極めてコン
パクトな広角域を含む高変倍率ズームレンズを構成する
ためには、物体側より順に正の屈折力を有する第１レン
ズ群（Ｉ）、負に屈折力を有する第２レンズ群（II）、
それぞれ正の屈折力を有する前レンズ群（III−Ｆ）及
び後レンズ群（III−Ｂ）からなる第３レンズ群（III）
からなり、広角端から望遠端へズーミングを行う際に、
第１レンズ群（Ｉ）と第３レンズ群の後レンズ群（III
−Ｂ）とが物体側へ移動しつつ、第１レンズ群（Ｉ）と
第２レンズ群（II）との間、第２レンズ群（II）と第３
レンズ群（III）との間、及び第３レンズ群の前レンズ
群（III−Ｆ）と後レンズ群（III−Ｂ）との間のそれぞ
れの空気間隔が変化する構成をとることが有効である。
このように構成することにより、第２レンズ群（II）に
後続する第３レンズ群（III）の径と光軸方向の長さと
をコンパクトにすることが可能となる。 このような配置のズームレンズにおいては、上記条件
（１）に加えて次の条件を満足することが望ましい。 ０＜fW/r_2-I＜1.0 …（５） 0.3＜|f_2-I|/fW＜1.0 …（６） ここで、fWは広角端における全系の焦点距離、r_2-Iは
第２レンズ群（II）の最も物体側の面の近軸曲率半径、
f_2-Iは第２レンズ群（II）の最も物体側のレンズの近軸
焦点距離を規定するものである。これらの条件（５）
（６）は、歪曲収差の補正のために必要となる非球面の
参照球面からの変位量を適度な大きさに保つための条
件、及び中間焦点距離域でのコマ収差の補正するための
条件である。 すなわち、条件（５）の下限を越えると、広角端での
負の歪曲収差を補正するために必要となる非球面の参照
球面からの変位量が大きくなるので、レンズ面の加工が
難しくなる。条件（５）の上限を越えると、中間焦点距
離領域で外方性のコマ収差が発生しやすくなる。 条件（６）は第２レンズ群（III）の最も物体側のレ
ンズの近軸焦点距離を規定するものであり、一眼レフレ
ックスカメラの交換レンズとして必要なバックフォーカ
スの確保及び望遠端でのサジタル光束のフレアを良好に
補正するための条件である。条件（６）の下限を越える
と、一眼レフレックスカメラ用交換レンズとして要求さ
れるバックフォーカスを確保することが困難となり、条
件（６）の上限を越えると、望遠端においてサジタル光
束のフレア量が大きくなって、その補正が困難になる。 更に、広角域を含むズームレンズを極めてコンパクト
な大きさで構成する場合、広角端から中間焦点距離にか
けてのサジタル光束のフレアが問題となる。これを良好
に補正するためには、第３レンズ群（III）のいずれか
の少なくとも１つのレンズ面に非球面を導入することが
有効である。特に、軸外光束が有効径の高い位置を通過
する第３レンズ群の後レンズ群（III−Ｂ）のいずれか
の少なくとも１つのレンズ面に非球面を導入するとサジ
タル光束のフレアを補正する効果が大きい。 更には、第３レンズ群（III）に導入された非球面の
うち少なくとも一面は、サジタル光束のフレアを良好に
補正するために、レンズの周辺部に向かって、正の屈折
力が次第に弱くなるかあるいは負の屈折力が次第に強く
なるような形状を持つことが望ましい。 なお、本発明にかかるズームレンズにおいて、いずれ
かのレンズ群とレンズ群の間、最終レンズ群の後方、及
び第１レンズ群の前方のうちどこかに、広角端における
全系の焦点距離fWの５倍ないしそれより長い焦点距離を
持つ正または負の固定または可動の比較的単純な構成の
レンズ群もしくは単レンズを配置して、本発明と同様の
特徴を持つズームレンズを構成することは容易であり、
本発明の趣旨範囲に含まれるものである。 以下に本発明の実施例を示す。実施例中、＊印、及び
＊＊印を付した面は非球面で構成された面であることを
示す。尚、実施例中、ｆは全系の焦点距離、F NOはＦナ
ンバーをそれぞれ示す。また、条件（１）（２）（３）
のパラメータである に関する各実施例におけるy/ymaxによる変化を第１表及
び第２表にそれぞれまとめて示すとともに、条件（４）
（５）（６）のパラメータに関する各実施例の値を第３
表にまとめて示す。 ［実施例１］［実施例２］［実施例３］［実施例４］［実施例５］［実施例６］［実施例７］［実施例８］［実施例９］［実施例10］［実施例11］

【図面の簡単な説明】 第1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21図はそれぞれ本発明実
施例１〜11のズームレンズの広角端におけるレンズ配置
と望遠端へのフォーカシングを示すレンズ断面図、第2,
4,6,8,10,12,14,16,18,20,22図は、それぞれ実施例１〜
11広角端、中間焦点距離、望遠端の収差を示す収差図で
ある。 I:第１レンズ群 II:第２レンズ群 III:第３レンズ群 III−F:前レンズ群 III−B:後レンズ群

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．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、全体として正
   の屈折力を有し、正の屈折力を有する前レンズ群と、正
   の屈折力を有する後レンズ群と、から構成される第３レ
   ンズ群と、からなり、前記各レンズ群を光軸方向に移動
   させて変倍を行うとともに、広角端において前記第１レ
   ンズ群と第２レンズ群との間の軸上空気間隔が最も小さ
   くなるズームレンズにおいて、 レンズの最大有効径をymaxとするとき、 0.7ymax＜ｙ＜1.0ymax なる任意の光軸垂直方向高さｙに対して、以下の条件式
   を満足する非球面を前記第２レンズ群中に設けたことを
   特徴とする広角域を含む高変倍率ズームレンズ； ０＜（Ｎ′−Ｎ）・d/dy｛ｘ（ｙ）−x₀（ｙ）｝＜0.3 ただし、 Ｎ′：非球面の像側の媒質の屈折率、 N:非球面の物体側の媒質の屈折率、 d/dy:微分記号、 ｘ（ｙ）：光軸をｘ軸とし、前記非球面の面頂点を原点
   として、原点を通りｘ軸に垂直な直線をｙ軸とする座標
   系であらわしたときの非球面の形状、 x₀（ｙ）：同じ座標系であらわしたときの参照球面の形
   状、 である。 ２．さらに、以下の条件式を満足することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の広角域を含む高変倍率ズー
   ムレンズ； ０＜fW/r_2-I＜1.0 0.3＜|f_2-I|/fW＜1.0 ただし、 r_2-I:第２レンズ群の最も物体側面の近軸曲率半径、 f_2-I:第２レンズ群の最も物体側レンズの近軸焦点距
   離、 fW:全系の広角端の焦点距離、 である。