JP3506691B2 - 高変倍率ズームレンズ - Google Patents

高変倍率ズームレンズ

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JP3506691B2
JP3506691B2 JP2002043151A JP2002043151A JP3506691B2 JP 3506691 B2 JP3506691 B2 JP 3506691B2 JP 2002043151 A JP2002043151 A JP 2002043151A JP 2002043151 A JP2002043151 A JP 2002043151A JP 3506691 B2 JP3506691 B2 JP 3506691B2
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lens
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144113Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高倍率ズームレンズに
関し、特に広角端での撮影画角が約75度、広角端Fナ
ンバーが約3〜4、望遠端Fナンバーが約6〜7、変倍
比が約10倍である1眼レフレックスカメラ、ビデオカ
メラ、電子スチルカメラ等に適した小型軽量の高倍率ズ
ームレンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、4群ズームや5群ズーム、更には
6群ズームタイプの高倍率ズームレンズが数多く提案さ
れている。しかしながらレンズ群が多いと収差補正に関
しては有利となるが、カム筒等の部品点数が増加するた
めコストアップとなり、またレンズ全体も大型化する等
の問題がある。一方、2群ズームでは、パラメーターが
極めて少ないことから高変倍率と小型化を両立させるこ
とは困難である。そのため高倍率ズームレンズにおいて
特に小型軽量化を図ったものとしては、物体側より順
に、正、負、正、正の屈折力を有する4群ズームレンズ
が知られている。例示すれば、特開2000−3300
16号公報に開示されたズームレンズ、特開2001−
117005号公報で開示されたズームレンズ、株式会
社タムロン製のズームレンズ185D(焦点距離28−
300/Fナンバー3.5−6.3)等である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】高倍率ズームレンズの
小型化は継続して進められている。しかし、例えば対物
側フィルター径がφ62mm、ズーム比が3.5倍レン
ズ程度の一般的な標準ズームレンズと比較すると、まだ
嵩高で重過ぎると感じられる。特に、近時一眼レフレッ
クスカメラボディの小型軽量化が大きく進み、従来の高
倍率ズームレンズの大きさは、小型軽量化カメラボディ
との重量バランスが悪く、外観性や携帯性もよくない。
【0004】高倍率ズームレンズが標準ズームレンズよ
りも大型化する要因としては、高変倍率により各レンズ
群の移動量が増加することである。これに加えて、収差
変動も増大するため、全焦点域での収差補正が困難にな
る問題もある.これを解決するため、各レンズ群の屈折
力(パワー)を弱くして収差補正をする方法、各レンズ
群の屈折力は弱めずにレンズ枚数を増やして収差補正を
する方法、若しく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。
【0005】しかし、非球面以外の方法では、レンズ系
全体の大型化は避けられない。非球面の方法において
も、只やみくもに面数を増やしたのでは、面精度不良に
よる性能低下や金型費用のコストアップという問題が生
じる。例えば、前記ズームレンズ185Dは、レンズ枚
数が15枚、非球面が3面で構成されている。広角端に
おけるレンズ全長が93.6mm、フィルター径がφ7
2mmである。従って、標準ズームレンズ(焦点距離2
8−105、ズーム比3.75、Fナンバー3.5−
4.5)と比較すると、光学系全長で18mm以上長
く、フィルター有効径では10mm以上大きいことにな
る。
【0006】前記特開2000−330016号公報や
特開2001−117005号公報で開示されたズーム
レンズは、前記ズームレンズ185Dに対し広角端にお
ける光学系全長の長短の差はあるが、フィルター有効径
はほぼ同じ大きさである。従って、前記特開2000−
330016号公報や特開2001−117005号公
報で開示されたズームレンズもまた、前記標準ズームレ
ンズと比較すると、光学系全長が長く、フィルター有効
径も10mm以上大きい。
【0007】
【発明の目的】本発明は、従来の高倍率ズームレンズに
関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、
正屈折力、負屈折力、正屈折力、正屈折力の4群ズーム
方式で、広角端での撮影画角が約75度、広角端Fナン
バーが約3〜4、望遠端Fナンバーが約6〜7、変倍比
が約10倍の高変倍率を実現し、尚且つ標準ズームレン
ズ(対物側フィルター径:φ62mm)程度の大きさと
なるような小型軽量の高倍率ズームレンズを提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】物体側より順に、正の屈
折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の
屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群とを
有し、広角端から望遠端への変倍は、第1レンズ群と第
2レンズ群との空気間隔を大きくし、第2レンズ群と第
3レンズ群との空気間隔を小さくし、第3レンズ群と第
4レンズ群との空気間隔を小さくし、且つ第1レンズ群
と第3レンズ群および第4レンズ群を物体方向へ移動さ
せ、フォーカシングは、第2レンズ群のみを移動させる
ズームレンズにおいて、 (1)0.05<|f2|/(fT−fW)<0.07 (2)0.3<f1/(fT−fW)<0.5 (3)0.2<f4/(fT−fW)<0.3 (4)0.37<Z2/Z<0.47 但し、 fW:広角端における全光学系の焦点距離、 fT:望遠端における全光学系の焦点距離、 f2:第2レンズ群の焦点距離、 f1:第1レンズ群の焦点距離、 f4:第4レンズ群の焦点距離、 Z2=β2T/β2W、 β2W:広角端における第2レンズ群の結像倍率(β2
W<0)、 β2T:望遠端における第2レンズ群の結像倍率(β2
T<0)、 Z=fT/fWであり、
【0009】(7)DWENP<28 但し、 DWENP:広角端における第1レンズ群の物体側面頂
から入射瞳の中心までの距離であり、 (8)0.15<|β2W|<0.3 (9)e0<5、さらに、 (10)h1+e0×tanαW+fW/(2×FW)<
25 但し、 e0:第1レンズ群の物体側面頂から第1レンズ群の前
側主点までの距離、 h1:広角端において半画角で入射する主光線の延長線
が第1レンズ群の前側主平面を横切る高さであり、 h1=e1×e2×tanαW×(1/e1+1/e2
−φ2)/((1−e1×φ1)×(1−e2×φ2)
−e2×φ1)と近軸計算により表され、ここで e1:第1レンズ群と第2レンズ群との主点間隔であ
り、 e1=(φ1+φ2−φ1/β2W)/(φ1×φ2)
で表され、 e2:第2レンズ群と開口絞りまでの主点間隔であり、 e2=(1−hSTP×2×FW/fW−φ1×e1)
×β2W/φ1で表され、 hSTP:開口絞りの開放半径、 FW:広角端におけるFナンバーである ことを特徴とする高変倍率ズームレンズ。
【0010】本発明の実施態様は、前記本発明に以下の
構成要件を加えて構成される。(A)さらに、 (5)2.7<(TLW−0.5×FLT/tanα
W)/fW<3.3 但し、 TLW:広角端における全光学系(第1レンズから像面
まで)の全長、 FLT:対物側に装着するフィルターの直径 αW:広角端における半画角である 前記条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載
の高変倍率ズームレンズ。
【0011】(B)さらに、 (6)−0.1<1/β3w<0<1/β3T<0.3 但し、 β3w:広角端における第3レンズ群の結像倍率、 β3T:望遠端における第3レンズ群の結像倍率である 前記条件式を満足することを特徴とする。
【0012】
【0013】
【0014】
【発明の作用】本発明は、第2レンズ群のみを移動して
フォーカシングを行うインナーフォーカス方式を採用し
た。インナーフォーカス方式は、フォーカシングに伴う
焦点距離の変化が大きいという欠点がある。しかし、第
1レンズ群のような大きく重いレンズ群を動かす必要は
ないので、オートフォーカス時の駆動用モーターの負担
も少なく迅速なピント調節が可能となること、また至近
撮影時の第1レンズ有効径も比較的小さく保てることか
ら、小型化に有利である等実用上の利点が多い.
【0015】条件式(1)は、ズームレンズの望遠端に
おける全光学系の焦点距離fTと広角端における全光学
系の焦点距離fWとの差に対する第2レンズ群の焦点距
離f2との比を規定したものである。条件式(1)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、変倍時の移動量が大きくなり小型化に不利となる。
反対に条件式(1)の下限を超えると、第2レンズ群の
焦点距離が短くなり、諸収差の補正が困難となる。
【0016】条件式(2)は、ズームレンズの望遠端に
おける全系の焦点距離fTと広角端における全系の焦点
距離fWとの差に対する第1レンズ群の焦点距離f1と
の比を規定したものである。条件式(2)の上限を超え
ると、第1レンズ群の焦点距離が長くなるため、諸収差
の補正に関しては有利であるが、変倍時の移動量が増加
しレンズ全長が長くなってしまう。反対に条件式(2)
の下限を超えると、第1レンズ群の焦点距離が短くな
り、諸収差の補正が困難となる。
【0017】条件式(3)は、ズームレンズの望遠端に
おける全系の焦点距離fTと広角端における全系の焦点
距離fWとの差に対する第4レンズ群の焦点距離f4と
の比を規定したものである。条件式(3)の上限を超え
ると、第4レンズ群の焦点距離が長くなるため、諸収差
の補正に関しては有利となるが、バックフォーカスが長
くなるので必然的にレンズ全長も長くなり、小型化には
不利となる。反対に条件式(3)の下限を超えると、第
4レンズ群の焦点距離が短くなるため、バックフォーカ
スも短くなり1眼レフカメラのミラー駆動領域を確保す
ることが難しくなる。また諸収差の補正も困難となる。
【0018】条件式(4)は、全光学系の広角端から望
遠端への変倍比に対する第2レンズ群の広角端から望遠
端への変倍比との比を規定したものである.条件式
(4)の上限を超えると、ズーミングにおける第2レン
ズ群の負担する変倍比が増大するため、第2レンズ群の
屈折力を強くしないと第2レンズ群の移動量が増大し小
型化に関して不利となる。また、第2レンズ群の屈折力
を強くすると、収差変動が大きくなり補正が困難とな
る。反対に条件式(4)の下限を超えると、第2レンズ
群以外の第3レンズ群や第4レンズ群の負担する変倍比
が増大するため、それらの群の屈折力を強くしないと移
動量が増大し小型化に関して不利となり、またそれらの
群の屈折力を強くすると、収差変動が大きくなり補正が
困難となる。
【0019】条件式(5)は、広角端における全光学系
の第1レンズから像面までの全長と、同じく広角端にお
ける半画角および焦点距離、また対物側フィルター径の
関係を規定したものである。条件式(5)の上限を超え
ると、所定の対物側フィルター径に応じた第1レンズ有
効径に対して全長が長過ぎるため、広角端での周辺光量
が不足ぎみとなり、第1レンズ径や最後レンズ径を大き
くしたのでは小型化には不利である。また、第1レンズ
群の屈折力を強くして周辺光量を確保しようとすると、
諸収差の補正が困難となる。反対に条件式(5)の下限
を超えると、前記第1レンズ有効径に対して全長が短す
ぎるため、各群のパワーを過度に強くするか、レンズ肉
厚や空気間隔を更に薄くしなければならず、収差補正上
および加工上において困難となる。
【0020】条件式(6)は、広角端における第3レン
ズ群の結像倍率と、望遠端における第3レンズ群の結像
倍率の関係を規定したものである。条件式(6)の上限
や下限を超えると、広角端や望遠端で第3レンズ群から
第4レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるた
め、第4レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、
補正が困難となる。条件式(6)の0を挟むように第3
レンズ群の結像倍率を規定することにより、第4レンズ
群に入射する軸上光線が全ズーム域で光軸に平行(アフ
ォーカル)な光線に近づくため、第4レンズ群が光軸方
向(スラスト方向)に移動した場合の球面収差の変動を
少なくすることができる。
【0021】条件式(7)は、広角端における第1レン
ズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離を規定し
たものである。条件式(7)の上限を超えると、前記標
準ズームレンズ(対物側フィルター径:φ62mm)程
度の第1レンズ有効径では広角端での周辺光量が不足ぎ
みとなり、第1レンズ有効径や後玉有効径を大きくする
必要があるため、小型化に不利である。
【0022】条件式(8)は、広角端における第2レン
ズ群の結像倍率を規定したものである。条件式(8)の
上限を超えると、広角端でのフォーカシングにおける第
2レンズ群の移動量が増大するため、至近撮影において
第1レンズ群との空間的余裕がなくなり、繰り出し量以
上の間隔確保が困難となる。これを避けるために、第1
レンズ群と第2レンズ群との空気間隔を大きくすると、
レンズ全長や第1レンズ有効径が増大するため小型化に
不利となる。反対に条件式(8)の下限を超えると、広
角端において第2レンズ群から第3レンズ群に入射する
近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシングの際
に第3レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、収
差補正が困難となる。
【0023】条件式(9)は、第1レンズ群の物体側面
頂から第1レンズ群の前側主点までの距離を規定したも
のである。条件式(9)の上限を超えると、広角端にお
いて画面周辺部の光線が絞りの中心付近から離れた位置
を通るため、最小絞り時にケラレが生じやすくなる。前
記光線が標準ズームレンズ程度の第1レンズ径でケラレ
ないようにし尚且つ絞り中心を通すようにするには、第
1レンズ群の屈折力を弱めたり、第2レンズ群の屈折力
を強めたり、両レンズ群間の主点間隔を小さくする必要
がある。しかし、いずれの方法も本発明の目的である小
型で至近撮影可能な高倍率ズームレンズで良好な性能を
実現することができる近軸配置を得ることが困難とな
る。
【0024】条件式(10)は、第1レンズ群の対物側
面頂に接する平面上を、広角端における画面周辺部の光
線が口径食無く通過する光軸からの最大高さ(近軸計算
により算出した広角端の第1レンズ有効半径)を規定し
たものである.条件式(10)の上限を超えると、第1
レンズ有効径が大きくなるため本発明の目的である前記
標準ズームレンズ(対物側フィルター径:φ62mm)
程度に小型軽量化した高倍率ズームレンズを実現するこ
とが困難となる。
【0025】
【発明の実施形態】本発明の実施形態の高倍率ズームレ
ンズについて説明する。図1は実施形態の高倍率ズーム
レンズの光学図である。図1におけるG1は正の屈折力
の第1レンズ群、G2は負の屈折力の第2レンズ群、G
3は正の屈折力の第3レンズ群、G4は正の屈折力の第
4レンズ群、STPは開口絞りである。図2は実施形態
の高倍率ズームレンズの広角端における諸収差図であ
る。図3は実施形態の高倍率ズームレンズの中間焦点距
離状態における諸収差図である。図4は実施形態の高倍
率ズームレンズの望遠端における諸収差図である。
【0026】高倍率ズームレンズの構成を以下に説明す
る。fは焦点距離、FnoはFナンバー、#は面番号、r
はレンズ面の曲率半径、dはレンズ肉厚および空気間
隔、nおよびνはd線(λ=587.6nm)における
屈折率およびアッべ数である。高倍率ズームレンズの光
学データを示す第1表において、面番号の前に*印を付
した面は非球面形状の面である。
【0027】非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さ
をH、面頂を原点としたときの高さHにおける光軸方向の
変位量をX(H)、近軸曲率半径をR、円錐係数をε、
n次の非球面係数をAnとしたとき次の(11)式で表
される。 X(H)=(H2/R)/{1+[1−(1+ε)・(H2/R2)]1/2}+A4 H4+A6H6+A8H8+A10H10 ・・・・・・(11)
【0028】(光学性能) f=29.00〜92.21〜289.53 Fno=3.50〜5.37〜6.50
【0029】第1表
【0030】(非球面係数) r6 ε = 33.6256 A4 = 5.42142×10−06 A6 = 9.41353×10−09 A8 =−7.17372×10−11 A10= 5.53524×10−13 r16 ε =−2.1180 A4 =−2.13533×10−07 A6 = 4.22277×10−10 A8 = 1.10635×10−10 A10=−8.53798×10−13 r29 ε = 27.3693 A4 = 1.56165×10−05 A6 =−5.46433×10−09 A8 = 2.26112×10−10 A10=−7.28883×10−12
【0031】実施形態の高倍率ズームレンズの本発明の
条件式の値は以下のとおりである。 (1)|f2|/(fT−fW) =0.058 (2)f1/(fT−fW) =0.372 (3)f4/(fT−fW) =0.265 (4)Z2/Z =0.421 (5)(TLW−0.5×FLT/tanαW)/fW =2.981 (6)1/β3w =−0.039 1/β3T =0.192 (7)DWENP =26.33 (8)|β2W| =0.206 (9)e0<5 =3.724 (10)h1+e0×tanαW+fW/(2×FW) =23.89
【0032】(収差)実施形態の高倍率ズームレンズの
広角端(f=29.00)における球面収差及び正弦条
件、非点収差、歪曲収差、倍率色収差は、図2に示すと
おりである。実施形態の高倍率ズームレンズの中間焦点
距離状態(f=92.21)における球面収差及び正弦
条件、非点収差、歪曲収差、倍率色収差は、図3に示す
とおりである。実施形態の高倍率ズームレンズの望遠端
f=289.53)における球面収差及び正弦条件、非
点収差、歪曲収差、倍率色収差は、図4に示すとおりで
ある。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、物体側より順に正、
負、正、正の4群ズーム方式で、広角端での撮影画角が
約75度、広角端Fナンバーが約3〜4、望遠端Fナン
バーが約6〜7、変倍比が約10倍の高変倍率を実現
し、尚且つ標準ズームレンズ(対物側フィルター径:φ
62mm)程度の大きさとなるような小型軽量の高倍率
ズームレンズを構成することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施形態の高倍率ズームレンズの光学図
である。
【図2】図2は実施形態の高倍率ズームレンズの広角端
における諸収差図である。
【図3】図3は実施形態の高倍率ズームレンズの中間焦
点距離状態における諸収差図である。
【図4】図4は実施形態の高倍率ズームレンズの望遠端
における諸収差図である。
【符号の説明】
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 STP 開口絞り
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−352400(JP,A) 特開 平11−142740(JP,A) 特開 平9−184982(JP,A) 特開 平8−86963(JP,A) 特開 平7−113957(JP,A) 特開 平6−75167(JP,A) 特開 平6−337354(JP,A) 特開 平4−140704(JP,A) 特開2001−117005(JP,A) 特開2001−147371(JP,A) 特開2000−338401(JP,A) 特開2000−321497(JP,A) 特開2002−323655(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 15/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側より順に、正の屈折力の第1レン
    ズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レ
    ンズ群、正の屈折力の第4レンズ群とを有し、広角端か
    ら望遠端への変倍は、第1レンズ群と第2レンズ群との
    空気間隔を大きくし、第2レンズ群と第3レンズ群との
    空気間隔を小さくし、第3レンズ群と第4レンズ群との
    空気間隔を小さくし、且つ第1レンズ群と第3レンズ群
    および第4レンズ群を物体方向へ移動させ、フォーカシ
    ングは、第2レンズ群のみを移動させるズームレンズに
    おいて、 (1)0.05<|f2|/(fT−fW)<0.07 (2)0.3<f1/(fT−fW)<0.5 (3)0.2<f4/(fT−fW)<0.3 (4)0.37<Z2/Z<0.47 但し、 fW:広角端における全光学系の焦点距離、 fT:望遠端における全光学系の焦点距離、 f2:第2レンズ群の焦点距離、 f1:第1レンズ群の焦点距離、 f4:第4レンズ群の焦点距離、 Z2=β2T/β2W、 β2W:広角端における第2レンズ群の結像倍率(β2
    W<0)、 β2T:望遠端における第2レンズ群の結像倍率(β2
    T<0)、 Z=fT/fWであり、 (7)DWENP<28 但し、 DWENP:広角端における第1レンズ群の物体側面頂
    から入射瞳の中心までの距離であり、 (8)0.15<|β2W|<0.3 (9)e0<5、さらに、 (10)h1+e0×tanαW+fW/(2×FW)<
    25 但し、 e0:第1レンズ群の物体側面頂から第1レンズ群の前
    側主点までの距離、 h1:広角端において半画角で入射する主光線の延長線
    が第1レンズ群の前側主平面を横切る高さであり、 h1=e1×e2×tanαW×(1/e1+1/e2
    −φ2)/((1−e1×φ1)×(1−e2×φ2)
    −e2×φ1)と近軸計算により表され、ここで e1:第1レンズ群と第2レンズ群との主点間隔であ
    り、 e1=(φ1+φ2−φ1/β2W)/(φ1×φ2)
    で表され、 e2:第2レンズ群と開口絞りまでの主点間隔であり、 e2=(1−hSTP×2×FW/fW−φ1×e1)
    ×β2W/φ1で表され、 hSTP:開口絞りの開放半径、 FW:広角端におけるFナンバーであることを特徴とす
    る高変倍率ズームレンズ。
  2. 【請求項2】 さらに、 (5)2.7<(TLW−0.5×FLT/tanα
    W)/fW<3.3 但し、 TLW:広角端における全光学系(第1レンズから像面
    まで)の全長、 FLT:対物側に装着するフィルターの直径 αW:広角端における半画角である 前記条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載
    の高変倍率ズームレンズ。
  3. 【請求項3】 さらに、 (6)−0.1<1/β3w<0<1/β3T<0.3 但し、 β3w:広角端における第3レンズ群の結像倍率、 β3T:望遠端における第3レンズ群の結像倍率である 前記条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載
    の高変倍率ズームレンズ。
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