JP3610314B2

JP3610314B2 - 変倍レンズ及びそれを用いたレンズシャッターカメラ

Info

Publication number: JP3610314B2
Application number: JP2001135892A
Authority: JP
Inventors: 法彦青木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP2001311873A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、変倍レンズ及びそれを用いたレンズシャッターカメラに関し、特に、レンズシャッターカメラ用のコンパクトな高変倍レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラの小型化に伴って変倍レンズも小型軽量化が図られている。特に、レンズ交換のできないレンズシャッターカメラにおいては、コンパクトでしかも変倍比が３程度のレンズ系が求められている。
【０００３】
ところで、小型軽量化の要求を満足するようにした変倍レンズとして、正の屈折力の前群と負の屈折力の後群とよりなり、両レンズ群の間隔を変化させて変倍をするレンズ系が知られている。しかし、このタイプの変倍レンズは、倍率が１よりも大きい負の屈折力を有する後群により変倍が行われるので、変倍比を２以上に高変倍比化することが難しい。
【０００４】
この問題を解決し、変倍比を３程度に高変倍比化した例としては、本出願人が開示した特開昭６３−４３１１５号公報、特開昭６３−１５３５１１号公報等に記載された、物体側より順に、正、正、負の３群、あるいは、正、負、正、負の４群構成の例や、特開平１−２５２９１５号公報、特開平１−２５２９１６号公報等に記載された、物体側より順に、正、正、負の３群、あるいは、正、負、正、負の４群構成の例がある。しかし、これらの例は、非球面を用いても、レンズ構成枚数が最少で１１枚、さらに、広角端の全長が大きく、小型軽量化の点で問題を有していた。
【０００５】
また、さらに、本出願人は、特開平３−１７６０９号公報、特開平３−４５９１６号公報に開示したように、半径方向に屈折率分布を有する屈折率分布型レンズあるは非球面を用いて、変倍比が約３の変倍レンズを超小型化した光学系を提案した。しかし、これらの例も、レンズ枚数が９枚以上で、軽量化という点では十分満足できるものではないという問題を有していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、変倍比が約３、レンズ枚数が少なくて、しかも全長が短く、広角端から望遠端にかけて諸収差が十分補正された小型軽量な変倍レンズとそれを用いたレンズシャッターカメラを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するめの手段】
上記目的を達成する本発明の変倍レンズは、物体側より順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として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する第３レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、広角端から望遠端にかけて、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔は増加し、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔は途中で間隔変化量の増減の向きが変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔は減少するように各レンズ群が移動することにより変倍を行うレンズ系において、以下の条件式（１’）、（２’）、（３’）を満足し、さらに、最も像側の負の屈折力を有するレンズ群に光軸から離れるに従って負の屈折力が弱くなるような非球面を少なくとも１面用いることを特徴とするものである。
【０００８】
（１’）０．２＜ｆ_Ｗ／ｆ_１＜０．５
（２’）０．１５＜ｆ_２３／ｆ_１＜０．４５
（３’） −０．９＜ｆ_４／ｆ_Ｗ＜−０．６
ここで、ｆ_Ｗは広角端での全系の合成焦点距離、ｆ_１は第１レンズ群の合成焦点距離、ｆ_２３は広角端での第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離、ｆ_４は第４レンズ群の合成焦点距離である。
【００１４】
【作用】
以下、上記構成を採用した理由と作用について説明する。なお、３群構成の場合を中心にして話を進める。
【００１５】
本発明の変倍レンズは、特に広角端での全長を短縮するために、広角端においては、正の屈折力を有する第１群と正の屈折力を有する第２群が近接して配置され、第１群と第２群の空気間隔よりも大きな空気間隔を空けて負の屈折力を有する第３群が配置されるような、いわゆる望遠タイプを構成している。このタイプを採り、さらに全長の短縮化を図ろうとする場合、各群の屈折力を強くすることによりその目的は達せられるが、必要なバックフォーカスを確保し、十分な性能を満足するためには、レンズ枚数を増やさなければならず、結果的に全長の短縮化が図れなくなる。本発明の条件式（１）、（２）は、第１群の合成焦点距離と、第１群と第２群の間の合成焦点距離の比を規定することにより、第１群のレンズ枚数を２枚程度に抑えながら、特に広角端の全長を短縮するために設定されたものである。
【００１６】
条件式（１）、（２）の下限を越えると、第１群の屈折力が弱くなり、第１群のレンズ枚数を２枚程度にするのには望ましいが、全長を短縮するためには、結果的に第２群の屈折力を強くしなくてはならず、収差を補正するために逆に第２群のレンズ枚数の増加を招いてしまい、好ましくない。また、条件式（１）、（２）の上限を越えると、第１群で発生する収差が大きくなりすぎて、第１群のレンズ枚数を増やさなければ、その補正ができなくなる。さらに、条件式（２）の上限、下限を越えると、第１群と第２群のバランスが崩れて、収差を補正したまま変倍比を３程度まで大きくすることが困難になる。
【００１７】
また、バックフォーカスを一定に保ったまま広角端での全長を短縮するためには、第１群と第２群の合成の正の屈折力を強める割合よりも、第３群の負の屈折力を強める割合を大きくすることが望ましい。条件式（３）は、必要なバックフォーカスを確保したまま、特に広角端での全長を短縮するために設けた式で、条件式（３）の下限を越えると、第３群の負の屈折力が弱くなりすぎて広角端での全長短縮化が図れなくなり、その上限を越えると、全長の短縮化には好ましいが、第３群で発生する正の歪曲収差と正の球面収差が大きくなり、特に広角端での正の歪曲収差と望遠端での球面収差の補正ができなくなってしまう。
【００１８】
さらに、本発明のレンズ系では、条件式（３）を満足すると同時に、第３群に光軸から離れるに従って負の屈折力が弱くなるような非球面を少なくとも１面用いることで、特に広角端で発生が顕著な正の歪曲収差がなお一層良好に補正できる。
【００１９】
以上説明してきた構成により、本発明の変倍レンズを達成することができるが、さらに以下の条件を加えることにより、より良好なレンズ系を得ることができる。
【００２０】
上記非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸方向にｘ軸、これに垂直な方向にｙ軸をとった時、次の式にて表される。
【００２１】
ｘ＝（ｙ^２／ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（ｙ^２／ｒ^２）｝^１／２］＋Ａ_４ｙ^４＋Ａ_６ｙ^６＋Ａ_８ｙ^８＋Ａ_１０ｙ^１０＋・・・・＋Ａ_２ｉｙ^２ｉ＋・・・
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、Ｐは円錐係数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、・・、Ａ_２ｉは非球面係数である。
【００２２】
本発明の負の屈折力を有する第３群に用いる非球面は、広角端で最大像高に到達する主光線が非球面を通過する光線高での非球面量をΔｘ、最大像高をｈとし、Σを非球面が複数用いられる時の和を表す時、次の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００２３】
（４）０．１×１０^−２＜Σ｜Δｘ｜／ｈ＜０．３×１０^−１
この条件式（４）の下限を越えると、非球面量が小さくなりすぎて、特に広角端での正の歪曲収差が補正できなくなり、逆に、その上限を越えると、補正過剰になりすぎて好ましくない。
【００２４】
また、第３群中に用いる非球面は、どこに用いても広角端で顕著な正の歪曲収差の補正が可能であるが、特に有効径の小さい第３群の最も物体側の面に用いることが、コスト的に有利である。
【００２５】
さらに、本発明のレンズ系では、広角端から望遠端にかけての球面収差を良好に補正するために、正の屈折力を有する第２群中に、光軸から離れるに従って正の屈折力が弱くなるような非球面を少なくとも１面用い、次の条件式（５）を満足するようにすることが望ましい。
【００２６】
（５）０．１×１０^−２＜Σ（｜Δｘ_ｍ｜／ｈ_ｍ）＜０．３×１０^−１
ここで、物点無限遠時の望遠端のマージナル光線が非球面を通過する時の光線高をｈ_ｍ、その光線高での非球面量をΔｘ_ｍで表し、Σを非球面が複数用いられる時の和を表す。
【００２７】
条件式（５）の下限を越えると、全系を通して球面収差の補正ができなくなり、その上限を越えると、球面収差が補正過剰になるばかりか、非球面量が大きくなりすぎてコスト高となり、好ましくない。
【００２８】
また、第２群中に用いる非球面は、どこに用いても球面収差の補正が可能であるが、特にマージナル光線の屈折力の大きい第２群の最も像側の面に用いることで、その効果が最大限に発揮される。
【００２９】
また、さらに、次の条件式を満足することで、なお一層の小型化が図られる。
【００３０】
（６） −１．０＜ｆ_Ｗ／ｆ_Ｓ＜−０．５
ここで、ｆ_Ｓは絞りより物体側に配置されたレンズの広角端における合成焦点距離である。
【００３１】
条件式（６）は、全系の入射瞳位置を規定し、特に第１群の有効径を小さくしてレンズ系の小型化を図るために設けた条件式で、その下限を越えると、全系の入射瞳位置は近くなるが、絞りより物体側に配置されたレンズの屈折力が強くなる結果、そこで発生する収差が大きくなりすぎて、レンズ枚数を増やさなければその補正ができなくなってしまい、好ましくない。また、その上限を越えると、全系の入射瞳配置が像側に移動し、第１群の有効径が大きくなりすぎて、全系の小型化が図れなくなる。
【００３２】
さて、本発明の目的は、また、各群のレンズ構成の限定及び非球面の特定により、達成が可能である。すなわち、変倍レンズは、色収差の補正上、各群に異なる符号のレンズが少なくとも１枚ずつは必要であるという点に鑑み、本発明の光学系においては、正の屈折力を有する第１群を、物体側より順に、負レンズと正レンズの２枚、正の屈折力を有する第２群を、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、あるいは、正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの４枚、負の屈折力を有する第３群を、物体側より順に、正レンズと負レンズの２枚で構成し、少なくとも第２群と第３群に少なくとも１面ずつの非球面を用いることにより、少ないレンズ枚数でも、諸収差の補正が可能となる。なお、４群構成にする際は、正の屈折力を有する第２群を、物体側のレンズ２枚による負の屈折力成分と、像側のレンズ２枚による正の屈折力成分とに分けることにより、各群２枚構成の変倍レンズとすることが可能である。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例１〜６について説明する。なお、その中の実施例１〜５は参考例であり、実質的には実施例６が本発明の実施例である。
【００３４】
各実施例のレンズデータは後記するが、図１に実施例１の広角端（ａ）、標準状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ配置を示す断面図を示す。図に示すように、この変倍レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と正の屈折力を有する第２群Ｇ２と負の屈折力を有する第３群Ｇ３よりなり、広角端から望遠端にかけて、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の空気間隔が増加し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の空気間隔は減少するように移動する。
【００３５】
各群のレンズ構成は、第１群Ｇ１が、物体側に凸面を向けた負メニスカス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２枚からなり、第２群Ｇ２が、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹レンズの接合レンズと、絞りと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズとの４枚からなり、第３群Ｇ３が、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの２枚からなる。
【００３６】
実施例１は、第２群Ｇ２の最も物体側の面と最も像側の面と、第３群Ｇ３の最も物体側の面の合計３面に非球面を用いている。第２群Ｇ２の２面は、主に球面収差を補正するために光軸から離れるに従って正の屈折力が弱くなるような非球面形状をとり、第３群Ｇ３の非球面は、特に広角端の正の歪曲収差を補正するために光軸から離れるに従って負の屈折力が弱くなるような非球面形状となっている。本実施例は、このような非球面を用い、前記各条件式を満足し、合計８枚のレンズ枚数で、変倍比が約３の変倍レンズをなし得ている。
【００３７】
実施例２の広角端のレンズ断面図を図２に示す。レンズ系の構成は、実施例１と同様であるが、特に第２群Ｇ２の物体側の接合レンズの接合面を、物体側に凸面とすることによって、絞りに対してコンセントリックな構成とし、その分収差補正の負担が減り、実施例１では３面必要であった非球面を、第２群Ｇ２の最も像側の面と第３群Ｇ３の最も物体側の面の合計２面に用いて良好な性能を得ることが可能になっている。この中、第２群Ｇ２の非球面は、主に球面収差を補正するために光軸から離れるに従って正の屈折力が弱くなるような非球面形状をとり、第３群Ｇ３の非球面は、特に広角端の正の歪曲収差を補正するために光軸から離れるに従って負の屈折力が弱くなるような非球面形状となっている。
【００３８】
実施例３のレンズ系の構成、非球面の配置は、実施例２と同様であり図示を省くが、第２群Ｇ２の主点間隔を小さくすることで、実施例２に比べて広角端での全長を約３ｍｍ短縮させ、望遠比を約１．３４にしている。非球面の形状、作用効果は実施例２と同じである。
【００３９】
実施例４の広角端のレンズ断面図を図３に示す。実施例４のレンズ系の構成、非球面の枚数は実施例２、３と同様であるが、第３群Ｇ３の負レンズを両凹レンズにし、非球面を、第２群Ｇ２の最も像側の面と第３群Ｇ３の最も像側の面に用いて、レンズ系のＦナンバーを広角端で３．５、望遠端で５．５と明るくしている。
【００４０】
実施例５の広角端のレンズ断面図を図４に示す。Ｆナンバー、非球面の枚数は実施例４と同じであるが、第１群Ｇ１を接合レンズにすることによって、レンズ枠構造を簡易なものとし、さらに、第３群Ｇ３の非球面を最も物体側の面に用いることにより、実施例４に比べて同レベルの性能でありながら、最大非球面量を約７割程度に小さくし、コストの削減を図っている。
【００４１】
実施例６の広角端（ａ）、標準状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ配置を示す断面図を図５に示す。実施例２、３のレンズ系の構成で、正の屈折力を有する第２群を、物体側より順に、負の屈折力成分と正の屈折力成分とに分割し、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と負の屈折力を有する第２群Ｇ２と正の屈折力を有する第３群Ｇ３と負の屈折力を有する第４群Ｇ４とよりなる４群構成とすることにより、実施例４、５よりも広角端のＦナンバーを２．８まで小さくし、レンズ系を明るくしている。なお、絞りは第２群Ｇ２と一体で移動する。
【００４２】
以下、各実施例のレンズデータを示すが、記号は、上記の外、ｆは全系の焦点距離、Ｆ_ＮＯはＦナンバー、ωは半画角、ｆ_Ｂはバックフォーカス、ｒ_１、ｒ_２…は各レンズ面の曲率半径、ｄ_１、ｄ_２…は各レンズ面間の間隔、ｎ_ｄ１、ｎ_ｄ２…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_ｄ１、ν_ｄ２…は各レンズのアッベ数である。
【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】
以上の実施例１〜６の変倍レンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、標準状態（ｂ）、望遠端（ｃ）における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す収差図をそれぞれ図６〜図１１に示す。
【００５０】
また、各実施例の前記した条件（１）〜（６）の値を次の表に示す。
【００５１】

上記表において、実施例６については、条件式（１）〜（３）は条件式（１’）〜（３’）の値である。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、また、各実施例から明らかなように、本発明によれば、変倍比が約３、レンズ枚数が８枚程度で、全長が短く、広角端から望遠端にかけて諸収差が十分補正された小型軽量な変倍レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の変倍レンズの広角端（ａ）、標準状態（ｂ）及び望遠端（ｃ）におけるレンズ断面図である。
【図２】実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。
【図３】実施例４の広角端におけるレンズ断面図である。
【図４】実施例５の広角端におけるレンズ断面図である。
【図５】実施例６の広角端（ａ）、標準状態（ｂ）及び望遠端（ｃ）におけるレンズ断面図である。
【図６】実施例１の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、標準状態（ｂ）、望遠端（ｃ）における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す収差図である。
【図７】実施例２の図６と同様な収差図である。
【図８】実施例３の図６と同様な収差図である。
【図９】実施例４の図６と同様な収差図である。
【図１０】実施例５の図６と同様な収差図である。
【図１１】実施例６の図６と同様な収差図である。
【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

Claims

物体側より順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として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する第３レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、広角端から望遠端にかけて、第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔は増加し、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔は途中で間隔変化量の増減の向きが変化し、第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔は減少するように各レンズ群が移動することにより変倍を行うレンズ系において、以下の条件式（１’）、（２’）、（３’）を満足し、さらに、最も像側の負の屈折力を有するレンズ群に光軸から離れるに従って負の屈折力が弱くなるような非球面を少なくとも１面用いることを特徴とする変倍レンズ：
（１’）０．２＜ｆ_Ｗ／ｆ_１＜０．５
（２’）０．１５＜ｆ_２３／ｆ_１＜０．４５
（３’） −０．９＜ｆ_４／ｆ_Ｗ＜−０．６
ただし、ｆ_Ｗは広角端での全系の合成焦点距離、ｆ_１は第１レンズ群の合成焦点距離、ｆ_２３は広角端での第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離、ｆ_４は第４レンズ群の合成焦点距離である。」
前記第１レンズ群のレンズ枚数を２枚としたことを特徴とする請求項１記載の変倍レンズ。
次の条件式を満足する位置に絞りを配したことを特徴とする請求項１記載の変倍レンズ。
（６） −１．０＜ｆ _Ｗ／ｆ _Ｓ＜−０．５
ただし、ｆ _Ｓは絞りより物体側に配置されたレンズの広角端における合成焦点距離である。
前記各群に各群の屈折力とは異なる符号の屈折力を持つレンズが少なくとも１枚ずつ配されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の変倍レンズ。
前記第１レンズ群が、物体側より順に、負レンズと正レンズの２枚、
前記第２レンズ群が、物体側より順に、負レンズ、正レンズの２枚、
前記第３レンズ群が、物体側より順に、負レンズ、正レンズの２枚、
前記第４レンズ群が、物体側より順に、正レンズと負レンズの２枚であることを特徴とする請求項４記載の変倍レンズ。
少なくとも前記第３レンズ群と前記第４レンズ群に少なくとも１面ずつの非球面を用いたことを特徴とする請求項５記載の変倍レンズ。
請求項１乃至６の何れか１項に記載の変倍レンズを備えたレンズシャッターカメラ。
前記第４レンズ群に用いる前記非球面は、広角端で最大像高に到達する主光線が非球面を通過する光線高での非球面量をΔｘ、最大像高をｈとし、Σを非球面が複数用いられる時の和を表す時、次の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項７記載のレンズシャッターカメラ。
（４）０．１× １０ ^−２＜Σ｜Δｘ｜／ｈ＜０．３× １０ ^−１
前記第４レンズ群中に用いる前記非球面は前記第４レンズ群の最も物体側の面に位置することを特徴とする請求項７又は８記載のレンズシャッターカメラ。