JP3625435B2

JP3625435B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP3625435B2
Application number: JP2001236282A
Authority: JP
Inventors: 浩猿渡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: US6950247B2; US20030063395A1; JP2003043357A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズに関し、特に撮像デバイスとして固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルカメラなどの撮影装置に好適なズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より負の屈折力のレンズが先行する、所謂ネガティブリード型のズームレンズは、広角化が比較的容易である為、多くのカメラの標準型のズームレンズとして用いられている。
【０００３】
この種の標準型ズームレンズとして、負の屈折力を有する第１群と正の屈折力を有する第２群の２つのレンズ群で構成し、これら２つのレンズ群を光軸に沿って移動し、レンズ群間隔を変化させる事により変倍を行う、所謂２群ズームレンズが、例えば特開昭５３−１３２３６０号公報、特開昭５６−１９０２２号公報、そして米国特許５２８３６３９号等で提案されている。
【０００４】
又、特開平７−５２２５６号公報では物体側より順に負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を第２群と第３群の間隔を増大させて行ったズームレンズが提案されている。
【０００５】
又、米国特許第５４３４７１０号では物体側より順に負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、そして正の屈折力の第３群の３つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍を第２群と第３群の間隔を減少させて行ったズームレンズが開示されている。
【０００６】
また、本出願人は特開平６−２７３７７号公報により、３群構成以上の多群ズームレンズを提案している。
【０００７】
これらのズームレンズにおいては、通常、正の屈折力を有するレンズ群を複数のレンズで構成する場合、正レンズにアッベ数の大きい硝材を選択し、負レンズにアッベ数の小さい硝材を選択する。これは、ズームやフォーカスにより生ずる色収差の変動を抑制する為に望まれる硝材選択である。但し、特開昭６３−３４５０５号公報に見られるように、固定群の硝材をこれとは逆に選択し、ズーム部で生じる色収差の残留成分を低減させる方法も提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型のズームレンズは広画角化が比較的容易であり、また所定のバックフォーカスが容易に得られるという特徴がある。
【０００９】
しかしながら、全変倍範囲にわたり、また画面全体にわたり良好なる光学性能を得るには、各レンズ群の屈折力配置やレンズ形状などを適切に設定する必要がある。
【００１０】
各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が不適切であると、変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得るのが難しくなってくる。
【００１１】
特に負の屈折力のレンズ群が先行する２群ズームレンズにおいては、各群の光軸上の位置は変倍と像面位置の変動補正のために、相対位置が一義的に決定されてしまう。この結果、広角端から望遠端に変倍させる途中の変倍位置での光学性能を任意に制御する事が出来ない。
【００１２】
従って変倍途中の光学性能を良くするには、変倍中の各群の収差変動を極力少なくする必要がある。そのための方法としては、例えば各群の屈折力を緩くしたり、或いは各群をより多くのレンズ枚数で構成するなどの方法が取られている。しかしながら、この方法はレンズ全長が大型になり、高変倍化、高性能化が困難になってくるという問題があった。
【００１３】
これらの問題を解決するために、米国特許第５５７０２３３号では、物体側より順に正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群から構成され、各群の移動により変倍を行うズームレンズが提案されている。しかしながら、撮像デバイスの発展に伴い、より高性能化を求められるビデオカメラ、デジタルカメラ等の分野においては、更なる光学性能の向上が求められている。
【００１４】
また、特開昭６３−３４５０５号公報に提案されているズームタイプは、物体側のレンズ群でズーム動作を行い、像面側のリレー群で結像をさせるもので、沈胴機構を設けて全長を短縮することを目的としたカメラ形状には適さない。
【００１５】
本発明は、沈胴鏡筒に適した４群のズーム構成において、５倍程度の変倍比を満足し、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定する事により、変倍範囲中の任意のズーム位置において良好なる光学性能が得られるズームレンズの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から成り、広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するように、該第１群及び第２群は像側に凸状の軌跡で移動し、該第３群は物体側に単調に移動し、第４群が移動するズームレンズにおいて、
前記第４群が、正レンズと負レンズの２枚のレンズで構成されると共に、以下の条件式を満足することを特徴としている。
１＜ νｎ−νｐ＜３０
０．４＜（Ｃｗ−Ｃｔ）／（Ａｗ−Ａｔ）＜０．８
但し、 νｎ：第４群中の負レンズのアッベ数
νｐ：第４群中の正レンズのアッベ数
Ｃｗ：広角端での第３群と第４群の光軸上間隔
Ｃｔ：望遠端での第３群と第４群の光軸上間隔
Ａｗ：広角端での第１群と第２群の光軸上間隔
Ａｔ：望遠端での第１群と第２群の光軸上間隔
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第４群は、物体側から順に、両面が凸形状の正レンズと、負レンズにより構成されることを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第４群は、前記正レンズと前記負レンズとを貼り合せた貼り合せレンズにより構成されることを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれかの発明において、固体撮像素子に像を形成することを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明の撮像装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。
【００２２】
上記構成のズームレンズにより、高性能で高倍のズームレンズが光学性能の小型を維持したままで実現可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の撮影装置は図１、図３、図５のレンズ断面図に示すズームレンズを用いて撮像手段上に物体像を形成している。
尚、図１、図３、図５は、本発明のズームレンズの数値実施例１〜３のレンズ断面図である。
【００２４】
レンズ断面図において（Ｗ）は広角端、（Ｍ）は中間のズーム位置、（Ｔ）は望遠端である。各断面図においてＡは正の屈折力の第１レンズ群、Ｂは負の屈折力の第２レンズ群、Ｃは正の屈折力の第３レンズ群、Ｄは正の屈折力の第４レンズ群である。また、ＳＰは絞り、ＩＰは固体撮像素子などの像面、Ｇはフィルター、フェイスプレートなどのガラスブロックである。
【００２５】
図２、図４、図６は各々本発明の数値実施例１〜３の諸収差図である。
【００２６】
本発明のズームレンズはレンズ全系を少なくとも４群の構成とし、各群の光軸上間隔を変化させる事により変倍を行っている。
【００２７】
特に第２群は像面側に凸の軌跡を描くように反転させる事により、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔余裕を減じる事を可能としてレンズ系全体の小型化を図っている。このズームタイプでは、広角端において第１群と第２群の間隔及び第３群と第４群の間隔が極小値を持つ一方、第２群と第３群の間隔が極大値を持つため、非撮影時に第２群と第３群の間隔を狭める機構を有することで、収納時のカメラ全長を短縮することが可能である。
【００２８】
本発明においては、第４群を少なくとも正、負レンズの２枚以上の単レンズで構成し、該第４群の負レンズのアッベ数をνｐ、正レンズのアッベ数をνｎとしたとき、
１＜ νｎ−νｐ＜３０・・・（１）
を満たす事を必要とする。
【００２９】
条件式（１）は変倍での第４群の硝材選択に関するものである。物体側より順に正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を有し、各群間隔を変化させる事により変倍動作を行うズームレンズでは、第１群における入射光が高い為、生じる倍率色収差を補正するためには第４群の硝材選択を適切にする必要がある。
【００３０】
条件式（１）の上限を超えると広角端から望遠端への変倍時の第４群の変倍負担が制限されるため、レンズ全系の焦点距離の高変倍化が困難になる。更に第４群をフォーカス群として使用した場合、被写体距離の変動に対するフォーカス時の収差変動が大きくなる。下限を超えると第１群で生ずる倍率色収差を第４群で補正する事が困難になる。
【００３１】
また、本発明において、Ｃｗを広角端での第３群と第４群の光軸上間隔、Ｃｔを望遠端での第３群と第４群の光軸上間隔、Ａｗを広角端での第１群と第２群の光軸上間隔、Ａｔを望遠端での第１群と第２群の光軸上間隔とした時、
０．４＜（Ｃｗ−Ｃｔ）／（Ａｗ−Ａｔ）＜０．８・・（２）
を満たす事を必要とする。
【００３２】
条件式（２）は第１群と第２群の光軸上間隔及び第３群と第４群の光軸上間隔に関するものであり、制限値を超えると第１群の移動量及び第３群の移動量が十分に取れないため、所望の変倍比を得る事が困難になる。また、広角端における第１群と第２群の光軸間距離及び第３群と第４群の光軸間距離を小さくし、沈胴機構に適したレンズ構成とする為の必要条件である。
【００３３】
さらに本発明において、他のレンズ群と比較して小径、軽量である第４群にフォーカス機能を持たせることで、鏡筒構造の小型化が期待出来る。
【００３４】
また、本発明においては、第１群及び第２群が変倍時に像側に凸の軌跡を描き、第３群が物体側に単調に移動することで、レンズ前玉径の小型化及び全長の短縮と、ズーム中間城における収差変動を抑制することが可能である。
【００３５】
更に好ましくは、第４群の構成を物体側から順に両面が凸の正の単レンズと、負の単レンズにより構成することで、ズーム全域における非点収差及び像面湾曲の変動を抑制することが可能である。
【００３６】
また、第４群の正、負レンズ、の単レンズを貼り合せることで、レンズ及びレンズ保持鏡筒の製造誤差による性能劣化を抑えたズームレンズが提供できる。
【００３７】
以下に本発明の数値実施例を示す。各数値実施例においてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の光学部材厚または空気間隔、ｎｉとＶｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材率の屈折力とアッベ数である。
【００３８】
また、非球面形状はレンズ中心部の曲率半径をＲとし、光軸方向（光の進行方向）をＸ軸とし、光軸と垂直方向をＹ軸、Ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各非球面係数とした時、
【００３９】
【数１】

【００４０】
なる式で表わしている。また「ｅ−Ｘ」は「×１０^−ｘ」を意味している。
【００４１】
【外１】

【００４２】
【外２】

【００４３】
【外３】

【００４４】
【表１】

【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、４群のズーム構成において、第４群を正負２枚以上の単レンズで構成し、各レンズの硝材選択を適切に行うことにより、変倍範囲中の任意のズーム位置において良好なる光学性能を有するズームレンズを実現する事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１の諸収差図
【図３】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例２の諸収差図
【図５】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例３の諸収差図
【符号の説明】
ＳＰ絞り
ＩＰ像面
ｄｄ線
ｇｇ線
△Ｓサジタル像面
△Ｍメリディオナル像面

Claims

物体側から順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から成り、広角端から望遠端へのズーミングに際して各レンズ群の間隔が変化するように、該第１群及び第２群は像側に凸状の軌跡で移動し、該第３群は物体側に単調に移動し、第４群が移動するズームレンズにおいて、
前記第４群が、正レンズと負レンズの２枚のレンズで構成されると共に、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
１＜ νｎ−νｐ＜３０
０．４＜（Ｃｗ−Ｃｔ）／（Ａｗ−Ａｔ）＜０．８
但し、 νｎ：第４群中の負レンズのアッベ数
νｐ：第４群中の正レンズのアッベ数
Ｃｗ：広角端での第３群と第４群の光軸上間隔
Ｃｔ：望遠端での第３群と第４群の光軸上間隔
Ａｗ：広角端での第１群と第２群の光軸上間隔
Ａｔ：望遠端での第１群と第２群の光軸上間隔
前記第４群は、物体側から順に、両面が凸形状の正レンズと、負レンズにより構成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
前記第４群は、前記正レンズと前記負レンズとを貼り合せた貼り合せレンズにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のズームレンズ。
請求項１〜４のいずれかに記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。