JP3716476B2

JP3716476B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP3716476B2
Application number: JP34882995A
Authority: JP
Inventors: 治夫佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2015-12-19
Also published as: JPH09171139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に前後分割方式の合焦方式を有する広角ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負先行型の広角、超広角ズームレンズの合焦方式は、一般には負の前群繰り出しが主流であった。しかしながら大画角化、大口径化に伴い、単なる前群繰り出し方式では、広角側の非点収差、下方コマ収差の合焦による変動や、望遠側の球面収差、コマ収差の合焦による変動を補正することが困難になった。またそればかりか、特に大画角化した場合に、合焦時に周辺光量低下を招くことが多かった。
【０００３】
それらの欠点を改善するために、種々の提案がなされている。例えば、特開昭５２−３２３４２号公報記載のズームレンズにおいては、負・正２群構成の前群を繰り出すのと同時に、その群内の空気間隔を変化させることによって、広角端の非点収差、下方コマ収差の変動を改善している。
また、特開平４−１５６１２号公報記載のズームレンズにおいては、負・正２群構成の負の前群を２つの負レンズ群に分割し、後方の負レンズ群により合焦する方法が提案されている。
【０００４】
また、特開平２−２０１３１０号公報においては、負・正・負・正の４群構成のズームレンズの負の第１群を前・後群の２つの群に分割し、後群のみで合焦を行うズームレンズが提案されている。
また、特開昭６１−９１６１３号公報においては、負・正・負、又は負・正・正の３群ズームレンズにおいて、負の第１群を負の前群と正の後群に分割し、負の前群のみによって合焦するズームレンズが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５２−３２３４２号公報記載のズームレンズにおいては、合焦のために２つのレンズ群が移動するため、鏡胴構造が複雑になり好ましくない。また、合焦時の非点収差、コマ収差の変動の改善には有利であるが、周辺光量の低下については著しい改善は見られない。
また、特開平４−１５６１２号公報記載のズームレンズにおいては、合焦時に必要なデッドスペースを、分割した２つの負レンズ群の間に設ける必要があり、特に超広角ズームレンズの場合、前玉径の増大や周辺光量不足を招く。また、合焦時の非点収差、下方コマ収差等の収差変動においても著しい改善は見られない。
【０００６】
また、特開平２−２０１３１０号公報記載のズームレンズにおいては、２群構成ズームレンズと４群構成ズームレンズとの違いはあるが、基本的には特開平４−１５６１２号公報同様、合焦時に必要なデッドスペースの確保による大型化の問題や、合焦時の非点収差、下方コマ収差等の収差変動の問題が残り、さらなる改善が必要である。
また、特開昭６１−９１６１３号公報記載のズームレンズにおいては、負の第１群を負の前群と正の後群とに分割し、前群のみで合焦するズームレンズを提案しているが、このズームレンズは、大口径化による望遠側の球面収差の近距離変動を補正することを目的とするため、前記正の後群の屈折力は著しく小さく、かつ正レンズ１枚によって構成されている。したがって、非点収差、下方コマ収差の補正に関しては効果が低く、本発明のような大画角を有するズームレンズの場合、不利である。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、高画角で小型で構成枚数が少ないズームレンズを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、物体側から順に負屈折力の第１レンズ群Ｇ₁と正屈折力の第２レンズ群Ｇ₂とを備え、両レンズ群Ｇ₁、Ｇ₂の間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ₁は物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群前群Ｇ_1Fと、少なくとも色消し可能な１組の負レンズＬ_nと正レンズＬ_pとを含み負屈折力又は正屈折力の第１レンズ群後群Ｇ_1Rとからなり、第１レンズ群前群Ｇ_1Fのみを移動させることにより合焦を行い、次の条件を満足する
ことを特徴とするズームレンズである。
【０００８】
０．３≦ｆ _1F ／ｆ ₁ ≦１（１）
但し、ｆ ₁ ：無限遠物点合焦時の広角端における前記第１レンズ群Ｇ ₁ の焦点距離
ｆ _1F ：前記第１レンズ群前群Ｇ _1F の焦点距離
である。
【０００９】
条件（１）は、第１レンズ群Ｇ₁に対する第１レンズ群前群Ｇ_1Fの屈折力の比を設定する条件である。
基本的に、非点収差、下方コマ収差等の近距離収差変動は、合焦群の移動量に比例する傾向がある。また、合焦群の移動量の増加は、軸外光束の主光線をより光軸よりも遠ざける方向に移動させ、その結果、前玉径の増大、周辺光量の低下を招くため、合焦群に比較的強い屈折力を持たせることが望ましい。しかしながら、第１レンズ群Ｇ₁全体で合焦する一般的な前玉繰り出しの場合、第１レンズ群Ｇ₁の屈折力を著しく強くすることは、近距離性能以外の全体の性能を劣化させることになり、好ましくない。
【００１０】
一般に負先行型ズームレンズの第１レンズ群は、物体側より順に負レンズ群、正レンズ群よりなる、いわゆるレトロフォーカス型のパワー配置構造にすることが好ましく、本発明においては、そのより物体側の負レンズ群、又は負レンズ群の１部を合焦群とすることによって、近距離性能以外の性能を劣化させずに、合焦群の屈折力を強めることにより、合焦群の移動量を少なくし、近距離性能と周辺光量を良好に保っている。しかしながら、合焦群の屈折力が大きすぎた場合、逆に収差変動が増加する傾向があるため、適切な範囲の設定が必要である。
【００１１】
条件（１）の上限を上回る場合、第１レンズ群Ｇ₁全体の屈折力よりも第１レンズ群前群Ｇ_1Fの屈折力が小さくなるため、前記した効果が得られなくなり、本発明のような大画角を有するズームレンズの場合、むしろ第１レンズ群Ｇ₁全体の繰り出しによる合焦の方が移動量が少なくなってしまうので、本発明のような合焦方式を取る意味がなくなる。
他方、条件（１）の下限を下回る場合、第１レンズ群前群Ｇ_1Fの屈折力が強くなりすぎて、前記したとおり、逆に合焦による非点収差、下方コマ収差の変動が大きくなるばかりか、偏芯等の機械的な精度による性能劣化の問題も発生し好ましくない。なお条件（１）の下限を０．５とすると、さらに前記した収差変動が安定し好ましい。さらに下限を０．６５にすることによって、より製造が容易になり好ましい。
【００１２】
また本発明においては、
ν_n：第１レンズ群後群Ｇ_1R中の負レンズＬ_nのアッベ数
ν_p：第１レンズ群後群Ｇ_1R中の正レンズＬ_pのアッベ数
としたとき、前記第１レンズ群後群Ｇ _1R 中の前記負レンズＬ _n と前記第１レンズ群後群Ｇ _1R 中の前記正レンズＬ _p の内、少なくとも１組は、
５．０＜ν_n−ν_p （２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００１３】
条件（２）は第１レンズ群後群Ｇ_1R中の負レンズＬ_nと正レンズＬ_pとの使用ガラスの分散差について設定する条件である。
本発明において、第１レンズ群後群Ｇ_1Rは、基本的に広角側の倍率色収差、コマ収差や、望遠側の軸上色収差、球面収差、コマ収差を補正する役割を有している。これは一般的な負先行型ズームレンズと同様に、強い屈折力を有する場合は特に、十分な屈折率と分散の差が必要になる。したがって、条件（２）を満たさない場合、特に広角端の倍率色収差や、望遠端の軸上色収差の補正が悪化し好ましくない。なお条件（２）の下限を１０とすることにより、よりバランス良い色消しが可能となる。
【００１４】
なお上記負レンズＬ_nと正レンズＬ_pが接合または分離された複数のレンズによって構成されている場合、その中の任意のレンズの分散差が十分あれば、十分な色消しが可能である。したがって第１レンズ群後群Ｇ_1R中のいずれかの負レンズＬ_nといずれかの正レンズＬ_pとについて、この条件（２）を満たしていれば良い。
【００１５】
また本発明においては、第１レンズ群後群Ｇ_1Rの負レンズＬ_nを、第１レンズ群後群Ｇ_1Rの正レンズＬ_pよりも物体側に配置することが望ましい。
また、第１レンズ群後群Ｇ_1R中には、１枚の接合レンズを有することが望ましい。その接合レンズ中の負レンズに使用される硝材の屈折率は、正レンズに使用されている硝材の屈折率よりも高いことが望ましい。
【００１６】
また本発明においては、第１レンズ群前群Ｇ_1Fの各レンズ面のうち、少なくとも１面を非球面形状に形成することが望ましく、この構成により、無限遠撮影時の広角側の歪曲、非点収差、下方コマ収差をバランスよく補正し、さらに非点収差、下方コマ収差の近距離変動も抑える効果がある。
この非球面に対し、円錐係数κを利用して非球面の設計を行うことにより、１０次以上の非球面高次項をコントロールするのと同様かそれ以上に、高次収差まできめ細かい収差補正が可能となる。その結果、第１レンズ群Ｇ₁において比較的物体側に非球面を導入しても、望遠側の収差補正の自由度も増加し、より好ましいバランスで収差補正が可能になる。
【００１７】
また本発明においては、
ｆ_w：広角端における全系の焦点距離
としたとき、
１≦｜ｆ₁｜／ｆ_w≦２．５（３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００１８】
条件（３）は第１レンズ群Ｇ₁の屈折力に関する条件である。条件（３）の上限を上回る場合、屈折力が弱まり、第１レンズ群Ｇ₁のズーミングによる移動が増し、全系が大型化する。また、前玉径が増大し、フィルター径の増大につながり好ましくない。なお条件（３）の上限を２．０とすることにより、さらなる小型化を進められる。
他方、条件（３）の下限を下回る場合、第１レンズ群Ｇ₁の屈折力が著しく強くなり、本発明のような大画角を有するズームレンズの場合、広角端の歪曲収差、非点収差、倍率色収差の補正が困難になり好ましくない。なお条件（３）の下限を１．２とすることによって、より性能の向上を図ることができて望ましい。
【００１９】
また本発明においては、第２レンズ群Ｇ₂が、物体側から正・負・正のレンズを有していることが望ましい。いわゆるトリプレット構造のパワー配置は、本発明のようなズームレンズの場合、第１・２群間のデッドスペースを確保し、十分な口径を有し、各々の収差をバランスよく補正可能にする。
またより詳細には、第２レンズ群Ｇ₂は物体側から順に正レンズ、正レンズ、接合負レンズ、接合正レンズ、正レンズの構成を有していることにより、諸収差の補正とペッツバール和の適切な設定に有利になり好ましい。
【００２０】
また本発明においては、
ｆ₂：第２レンズ群Ｇ₂の焦点距離
としたとき、
１．６＜ｆ₂／ｆ_w＜３．０（４）
なる条件を満足することが好ましい。
【００２１】
条件（４）は、第２レンズ群Ｇ₂の焦点距離ｆ₂を適切な範囲に規定する条件である。条件（４）の下限を下回った場合、第２レンズ群Ｇ₂の屈折力が著しく強くなり、全長変化は小さくなるが、望遠端における球面収差が著しく悪化し、変倍による球面収差の変動も増加するので好ましくない。
また、この球面収差の補正をしつつ、他の収差との良好なバランスをとるためには、第２レンズ群Ｇ₂の構成枚数の増加につながり、厚肉化することによって小型化の効果が薄められる結果となり好ましくない。なお、さらに本発明の効果を高めるには、条件（４）の下限を１．８とし、更には２とすることにより、球面収差および上方コマ収差の補正がさらに良好になる。
【００２２】
他方、条件（４）の上限を上回った場合、第２レンズ群Ｇ₂の屈折力が弱くなるため、レンズ系のバックフォーカスが著しく大きい値になり、その結果全長が長くなりコンパクト化に反するので好ましくない。加えて、全長変化が著しく大きくなり、結果的に大型化してしまうので好ましくない。なお、さらに本発明の効果を高めるには、条件（４）の上限を２．８とし、更には２．６とすることにより、さらにコンパクトで、さらに全長変化の少ない低コストなズームレンズを実現することができる。
【００２３】
また本発明においては、
ＢＦ_w：広角端におけるバックフォーカス
としたとき、
２＜ＢＦ_w／ｆ_w （５）
なる条件を満足することが好ましい。
【００２４】
条件（５）は、広角端におけるバックフォーカスＢＦ_Wの長さが、広角端の焦点距離ｆ_wに比べて２倍以上になるように、各要素、例えば、第１レンズ群Ｇ₁、第２レンズ群Ｇ₂の屈折力、主点間隔等を適切に設定し、レンズ系後方にクィックリターン・ミラー、プリズム、フィルター等の光学素子の配置を可能にするためのものである。したがって、条件（５）から外れた場合、一眼レフの場合、ミラー等の光学素子に干渉してしまい使用不可能になる。
【００２５】
本発明においては、第１レンズ群前群Ｇ_1Fを、接合もしくは１組の負レンズと正レンズより成り、合成で負の屈折力を有する群で構成すれば、小型でかつフィルター径も小さい良好なズームレンズが得られる。また第１レンズ群前群Ｇ_1Fを、非球面を有する１枚のレンズにより構成すれば、最小、最軽量の合焦群になり、より小型で製造が容易なズームレンズが得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。図１及び図８は本発明による広角ズームレンズの第１及び第２実施例を示す。両実施例とも、物体側から順に負屈折力の第１レンズ群Ｇ₁と正屈折力の第２レンズ群Ｇ₂とを備え、両レンズ群Ｇ₁、Ｇ₂の間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズである。第１レンズ群Ｇ₁は物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群前群Ｇ_1Fと、少なくとも色消し可能な１組の負レンズＬ_nと正レンズＬ_pとを含み負屈折力又は正屈折力の第１レンズ群後群Ｇ_1Rとを有する。この広角ズームレンズでは、第１レンズ群前群Ｇ_1Fのみを移動させることにより合焦を行っている。
【００２７】
以下の表１及び表２に両実施例の諸元を示す。両表の［全体諸元］中、ｆは全系の焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、２ωは画角を示す。［レンズ諸元］中、第１カラムは物体側からのレンズ面の番号、第２カラムｒは各レンズ面の曲率半径、第３カラムｄは各レンズ面の間隔、第４カラムν_dは各レンズのｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数、第５カラムｎ_dは各レンズのｄ線に対する屈折率を示す。また第１カラム中＊印を付したレンズ面は非球面を示す。
【００２８】
非球面の形状は、

ｙ：光軸に垂直な方向の高さ
Ｓ（ｙ）：高さｙにおける光軸方向の変位量
Ｒ：光軸上での曲率半径
κ：円錐係数
Ｃ_n：ｎ次の非球面係数
によって表わしており、［非球面データ］に円錐係数κと非球面係数Ｃ_nとを示した。また［合焦データ］中、ｆ／βは焦点距離ｆ又は倍率βを示し、ｄ₀は物点距離を示す。
【００２９】
また以下の表３に、両実施例について、各条件（１）〜（５）のパラメータの値を示す。
なお既述のごとく、条件（２）の適用に際しては、第１レンズ群後群Ｇ_1R中のいずれかの負レンズＬ_nといずれかの正レンズＬ_pとについて、条件（２）を満たしていれば良い。実施例１の第１レンズ群後群Ｇ_1Rには２枚の正レンズＬ_pがあるが、表３には、最も像側の正レンズＬ_pに基づく値を記載している。また実施例２の第１レンズ群後群Ｇ_1Rには、２枚の負レンズＬ_nと２枚の正レンズＬ_pがあるが、表３には、最も物体側の負レンズＬ_nと最も像側の正レンズＬ_pとに基づく値を記載している。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
図２、図３及び図４に、第１実施例について無限遠合焦時のそれぞれ広角端、中間位置、及び望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差、及び倍率色収差を示す。また図５、図６及び図７に、第１実施例について倍率−１／３０のときのそれぞれ広角端、中間位置、及び望遠端での諸収差を示す。同様に図９〜１１に第２実施例について無限遠合焦時の諸収差を示し、図１２〜１４に倍率−１／３０のときの諸収差を示す。球面収差図中、点線は正弦条件を示す。非点収差図中、実線はサジタル像面を示し、点線はメリジオナル像面を示す。各図中Ｆ_NOはＦナンバー、ωは半画角、ＮＡは開口数、Ｈ₀は近距離物点に対する入射高を表す。
各収差図より、所要のレンズ構成を採用することにより、更には前記各条件（１）〜（５）を満たすことにより、両実施例とも良好な結像性能を有することが解る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、小型で構成枚数が少なく、合焦に対する鏡胴構造が単純で近距離性能も良好な大画角を有するズームレンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の構成図
【図２】第１実施例の無限遠合焦時の広角端での諸収差図
【図３】第１実施例の無限遠合焦時の中間位置での諸収差図
【図４】第１実施例の無限遠合焦時の望遠端での諸収差図
【図５】第１実施例の−１／３０倍合焦時の広角端での諸収差図
【図６】第１実施例の−１／３０倍合焦時の中間位置での諸収差図
【図７】第１実施例の−１／３０倍合焦時の望遠端での諸収差図
【図８】第２実施例の構成図
【図９】第２実施例の無限遠合焦時の広角端での諸収差図
【図１０】第２実施例の無限遠合焦時の中間位置での諸収差図
【図１１】第２実施例の無限遠合焦時の望遠端での諸収差図
【図１２】第２実施例の−１／３０倍合焦時の広角端での諸収差図
【図１３】第２実施例の−１／３０倍合焦時の中間位置での諸収差図
【図１４】第２実施例の−１／３０倍合焦時の望遠端での諸収差図
【符号の説明】
Ｇ₁…第１レンズ群Ｇ₂…第２レンズ群
Ｇ_1F…第１レンズ群前群Ｇ_1R…第１レンズ群後群
Ｌ_n…第１レンズ群後群中負レンズ
Ｌ_p…第１レンズ群後群中正レンズ
Ａ…開口絞りＳ…フレアーストッパー

Claims

物体側から順に負屈折力の第１レンズ群Ｇ₁と正屈折力の第２レンズ群Ｇ₂とを備え、両レンズ群Ｇ₁、Ｇ₂の間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群Ｇ₁は物体側から順に、負屈折力の第１レンズ群前群Ｇ_1Fと、少なくとも色消し可能な１組の負レンズＬ_nと正レンズＬ_pとを含み負屈折力又は正屈折力を有する第１レンズ群後群Ｇ_1Rとからなり、前記第１レンズ群前群Ｇ_1Fのみを移動させることにより合焦を行い、次の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
０．３≦ｆ _1F ／ｆ ₁ ≦１（１）
但し、ｆ ₁ ：無限遠物点合焦時の広角端における前記第１レンズ群Ｇ ₁ の焦点距離
ｆ _1F ：前記第１レンズ群前群Ｇ _1F の焦点距離
である。
前記第１レンズ群後群Ｇ _1R 中の前記負レンズＬ _n と前記第１レンズ群後群Ｇ _1R 中の前記正レンズＬ _p の内、少なくとも１組は、次の条件を満足する請求項１記載のズームレンズ。
５．０＜ν_n−ν_p （２）
但し、ν_n：第１レンズ群後群Ｇ_1R中の前記負レンズＬ_nのアッベ数
ν_p：第１レンズ群後群Ｇ_1R中の前記正レンズＬ_pのアッベ数
である。
前記第１レンズ群前群Ｇ_1Fの各レンズ面のうち、少なくとも１面を非球面形状に形成し、
第１レンズ群後群Ｇ_1Rの前記負レンズＬ_nを、第１レンズ群後群Ｇ_1Rの前記正レンズＬ_nよりも物体側に配置した、請求項１又は２記載のズームレンズ。
次の条件を満足する請求項１、２又は３記載のズームレンズ。
１≦｜ｆ₁｜／ｆ_W≦２．５（３）
但し、ｆ₁：無限遠物点合焦時の広角端における前記第１レンズ群Ｇ₁の焦点距離
ｆ_W：広角端における全系の焦点距離
である。
前記第２レンズ群Ｇ₂は、少なくとも物体側から順に、正レンズ、負レンズ、及び正レンズを有し、且つ、次の条件を満足する請求項１、２、３又は４記載のズームレンズ。
１．６＜ｆ₂／ｆ_W＜３．０（４）
但し、ｆ₂：前記第２レンズ群Ｇ₂の焦点距離
ｆ_W：広角端における全系の焦点距離
である。
次の条件を満足する請求項１、２、３、４又は５記載のズームレンズ。
２＜ＢＦ_W／ｆ_W （５）
但し、ＢＦ_W：広角端におけるバックフォーカス
ｆ_W：広角端における全系の焦点距離
前記第１レンズ群前群Ｇ_1Fは、１枚の負の屈折力を有する非球面レンズにより構成されている、請求項１、２、３、４、５又は６記載のズームレンズ。