JP3866174B2

JP3866174B2 - 高変倍４群ズームレンズ

Info

Publication number: JP3866174B2
Application number: JP2002259570A
Authority: JP
Inventors: 康司小方
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003107353A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高変倍４群ズームレンズに関し、特に、バックフォーカスに制限のないレンズシャッターカメラ等に適したもので、高変倍でありながら小型なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レンズシャッターカメラに用いられるズームレンズとしては、▲１▼正・負の２群タイプ、▲２▼正・正・負の３群タイプ、▲３▼負・正・負の３群タイプ、等が知られており、各々商品化もなされてきた。これらの代表的な３タイプにおいて、高変倍化を考えたとき、▲１▼の２群タイプは、変倍に伴う収差変動が大きく、特に中間焦点距離における像面湾曲が大きく補正不足になるため、高変倍化は基本的に無理である。また、各群の移動量も増えるため、カメラの小型化においても好ましくない。
【０００３】
一方、▲２▼や▲３▼の３群タイプは、変倍時の収差変動を補正できると共に、各群の移動量もある程度まで減らすことができるため、２群タイプに比べてより高変倍化が可能となる。３群タイプを用いて高変倍化した先行例として、特許文献１や特許文献２のもの等が知られている。前者は▲２▼の３群タイプであり、３８〜１３５ｍｍのズーム範囲を持っている。後者は▲３▼の３群タイプであり、３５〜１３５ｍｍのズーム範囲を持っている。
【０００４】
３群タイプの中、▲３▼のように負屈折力の群が先行するタイプは、広角端において群間隔が最大となるから、レンズ全長やレンズ外径が大きくなってしまい、小型化の観点から見ると好ましくない。
【０００５】
一方、▲２▼の３群タイプは、正屈折力の群が先行しているため、レンズ全長やレンズ外径を小さくできるから、望ましいズームタイプであるといえる。しかし、更なる高変倍化を求めると、各群の移動量が大きくならざるを得ず、カメラ本体の小型化は達成できない。
【０００６】
そこで、▲２▼の３群タイプを更に複雑化して設計自由度を補うことが考えられるが、そのようにして正屈折力の群が先行するタイプを４群ズーム化した例として、特許文献３や特許文献４のもの等が知られている。何れも、正・負・正・負の４群タイプであるが、前者は、▲２▼の正・正・負の３群タイプにおいて第２群を負・正に分割したものである。変倍比は３倍程度であるが、出願当時としては高変倍比であった。また、後者は、いわゆるダブルテレフォトと呼ばれるズームタイプをレンズシャッターカメラに適用したものである。このタイプは、本来一眼レフカメラ用に開発されたものである。この先行例は、３８〜１３５ｍｍのズーム範囲を持っている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−１３５３１２号公報（第６頁〜第２３頁）
【０００８】
【特許文献２】
特開平２−２０１４１０号公報（第４頁〜第１３頁）
【０００９】
【特許文献３】
特開昭６３−４３１１５号公報（第３頁〜第９頁）
【００１０】
【特許文献４】
特開平２−２２３９０８号公報（第６頁〜第２３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、ズームレンズの高変倍化とコンパクト化を達成するためには、正屈折力の群が先行するタイプが望ましい。しかし、特許文献１のものは、前述の通り３群タイプのため変倍時の群の移動量が大きく、カメラの小型化が困難である。ちなみに、望遠端の望遠比は１．２程度と大きい。
【００１２】
特許文献３のものは、望遠端の望遠比は１．１程度となっているが、正・正・負の３群タイプの第２群を分割したために、それらの群の偏心精度が大変に厳しくなってしまうため、好ましくない。
【００１３】
特許文献４のものは、望遠端の望遠比は１．０程度となっているが、広角端において第２群と第３群の間隔が最大となるため、入射瞳位置が遠くなり第１群と第２群のレンズ外径が巨大なものとなってしまうため、好ましくない。また、群の移動量は減っているが、広角端のレンズ全長が大きくなる点も好ましくない。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、高変倍比でありながらコンパクトな４群ズームレンズを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の高変倍４群ズームレンズは、物体側から順に、正屈折力の第１群と、正屈折力の第２群と、負屈折力の第３群と、負屈折力の第４群とからなり、各群の間隔を変えて変倍するズームレンズにおいて、広角域から望遠域への変倍に際してこれらの４つの群が物体側へ移動し、
以下の条件式（６）を満足することを特徴とするものである。
【００１６】
１．７＜Ｎ_N ・・・・（６）
ただし、Ｎ_Nは第３群及び第４群に含まれる負レンズの屈折率の平均値である。
【００１７】
【作用】
以下、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
【００１８】
従来技術において説明したように、高変倍化と小型化を達成するためには、正・正・負の３群タイプのように、正屈折力が先行するズームタイプを用いることが好ましい。しかし、そのまま変倍比を増やすと群の移動量が多くなり、望遠端のレンズ全長が大きくなってしまうので、カメラの小型化はできない。また、第２群を分割して４群化しても、分割した群同士の偏心精度が厳しくなり、実用的でない。
【００１９】
そこで、本発明においては、新しい４群ズームタイプを提案する。
【００２０】
前記の正・正・負の３群タイプにおいては、変倍作用のほとんどを第３群が負担している。そして、第２群はコンペンセーターの作用を持っており、第１群は収差補正、特に像面湾曲や歪曲収差を良好に補正するために作用している。したがって、望遠端のレンズ全長は第３群の移動量でほぼ決まるので、これを短縮するためには第３群のパワーを強くせざるを得ない。しかし、単に第３群のパワーを強くしたのでは、収差補正が困難になってしまう。すなわち、第３群に必要とされる変倍作用を持たせた上で、実用的な収差補正が可能となる範囲内で第３群のパワーが決められ、それにより望遠端のレンズ全長も決まってしまう。
【００２１】
本発明では、上記問題を解決するため、正・正・負の３群タイプにおいて、負屈折力の第３群を分割し、正・正・負・負の４群タイプとした。以下、図面に従って説明する。
【００２２】
図２は従来の３群タイプの群の配置と移動軌跡を示している。正屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、負屈折力の第３群Ｇ３にて構成され、広角域から望遠域への変倍に際し、各群が物体側へ移動する。このとき、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように移動することで、前述したような作用が得られる訳である。
【００２３】
図１は本発明による４群タイプを示している。正屈折力の第１群Ｇ１、正屈折力の第２群Ｇ２、負屈折力の第３群Ｇ３、負屈折力の第４群Ｇ４にて構成され、広角域から望遠域への変倍に際し、各群が物体側へ移動すると共に、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように移動する。さらに、広角域から望遠域への変倍に際して第３群Ｇ３及び第４群Ｇ４の倍率が共に増加するように移動することで、変倍作用を効率的に行うことができる。
【００２４】
このとき、以下の条件式を満たすことが望ましい。
【００２５】
０．３＜｜ｆ₃₄｜／ｆ_W＜１．１・・・・（１）
１＜β_3W ・・・・（２）
１＜β_4W ・・・・（３）
ただし、ｆ_Wは広角端における全系の焦点距離、ｆ₃₄は広角端における第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の合成焦点距離、β_3W、β_4Wはそれぞれ広角端における第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の近軸横倍率である。
【００２６】
条件式（１）は、すでに述べてきた通り、小型化においても最も重要な条件である。その上限の１．１を越えて第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の合成パワーが弱くなると、小型化が達成できない。また、下限の０．３を越えてその合成パワーが強くなると、たとえ２個の群に分割したとしても、各群のパワーが強くなりすぎて十分な収差補正を行うことが困難になる。
【００２７】
条件式（２）と（３）は、広角端においてバックフォーカスを確保するための条件であり、これらの範囲を越えると、バックフォーカスが短くなって第３群Ｇ３や第４群Ｇ４のレンズ外径が大きくなってしまう。また、レンズ面に付着したゴミが写り込む問題や、フィルム面との間での反射によるフレアーの問題等が発生し、好ましくない。
【００２８】
また、収差補正を良好になすために、第２群Ｇ２中に少なくとも１面の非球面を用いることが望ましい。このとき、第２群Ｇ２に用いられた少なくとも１面の非球面は、以下の条件式を満たすことが望ましい。
【００２９】
０＜Δ_P／φ_P，φ_P＝（ｎ_P'−ｎ_P）／ｒ_P ・・・・（４）
ただし、ｒ_Pは非球面の近軸曲率半径、ｎ_P、ｎ_P'は非球面の前後の媒質の屈折率、Δ_Pは有効半径における非球面量である。
【００３０】
条件式（４）は、第２群Ｇ２の非球面が光軸から離れるに従って徐々に正屈折力が弱くなる（又は、負屈折力が強くなる）形状であることを示している。第２群Ｇ２のこのような非球面は球面収差やコマ収差の補正に効果的である。
【００３１】
さらに、第３群Ｇ３若しくは第４群Ｇ４にも少なくとも１面の非球面を用いることが望ましい。このとき、第３群Ｇ３若しくは第４群Ｇ４に用いられた少なくとも１面の非球面は、以下の条件式を満たすことが望ましい。
【００３２】
Δ_N／φ_N＜０，φ_N＝（ｎ_N'−ｎ_N）／ｒ_N ・・・・（５）
ただし、ｒ_Nは非球面の近軸曲率半径、ｎ_N、ｎ_N'は非球面の前後の媒質の屈折率、Δ_Nは有効半径における非球面量である。
【００３３】
条件式（５）は、第３群Ｇ３若しくは第４群Ｇ４の非球面が光軸から離れるに従って徐々に負屈折力が弱くなる（又は、正屈折力が強くなる）形状であることを示している。第３群Ｇ３若しくは第４群Ｇ４のこのような非球面は像面湾曲や歪曲収差の補正に効果的である。
【００３４】
また、本発明においては、負屈折力の群が増えたためにペッツバール像面が補正過剰になりやすい。そこで、以下の条件式を満たすことが望ましい。
【００３５】
１．７＜Ｎ_N ・・・・（６）
ただし、Ｎ_Nは第３群Ｇ３及び第４群Ｇ４に含まれる負レンズの屈折率の平均値である。条件式（６）を満たすことによって像面湾曲を良好に補正でき、全画面において描写の優れた写真を得ることができる。
【００３６】
【実施例】
次に、本発明の高変倍４群ズームレンズの実施例１〜４について説明する。図３〜図６にそれぞれ実施例１〜４の広角端（ａ）及び望遠端（ｂ）のレンズ断面図を示す。
【００３７】
実施例１は３８〜１３５ｍｍの焦点距離であり、広角端から望遠端への変倍において、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増大するように、各群が物体側へ移動する。第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの２群２枚、第２群Ｇ２は、両凹レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、絞り、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの貼り合わせレンズの５群６枚、第３群Ｇ３は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズの２群２枚、第４群Ｇ４は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズの２群２枚にて構成されている。絞りは第２群Ｇ２内に含まれる。また、非球面は、第２群Ｇ２の絞りの後の両凸レンズの像面側の面と第３群Ｇ３の両凹レンズの物体側の面の全部で２面に用いられている。
【００３８】
実施例２は３８〜１５０ｍｍの焦点距離であり、広角端から望遠端への変倍において、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増大した後減少するように、各群が物体側へ移動する。第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正メニスカスレンズの貼り合わせレンズの１群２枚、第２群Ｇ２は、両凹レンズ、両凸レンズ、絞り、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの貼り合わせレンズ、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズの５群６枚、第３群Ｇ３は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズの２群２枚、第４群Ｇ４は、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズの１群１枚にて構成されている。絞りは第２群Ｇ２内に含まれる。また、非球面は、第１群Ｇ１の第１面、第２群Ｇ２の絞りの後の両凸レンズの像面側の面、第３群Ｇ３の両凹レンズの物体側の面の全部で３面に用いられている。
【００３９】
実施例３は３８〜１５０ｍｍの焦点距離であり、広角端から望遠端への変倍において、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増大するように、各群が物体側へ移動する。第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの２群２枚、第２群Ｇ２は、両凹レンズ、両凸レンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、絞り、両凸レンズ、両凸レンズ、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貼り合わせレンズの６群７枚、第３群Ｇ３は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズの２群２枚、第４群Ｇ４は、両凸レンズ、両凹レンズの２群２枚にて構成されている。絞りは第２群Ｇ２内に含まれる。また、非球面は、第２群Ｇ１の最後の面、第３群Ｇ３の両凹レンズの物体側の面、第４群Ｇ４の両凹レンズの物体側の面の全部で３面に用いられている。
【００４０】
実施例４は２８〜１０５ｍｍの焦点距離であり、広角端から望遠端への変倍において、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増大し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は減少した後増大するように、各群が物体側へ移動する。第１群Ｇ１は、両凹レンズと両凸レンズの貼り合わせレンズ、両凸レンズの２群３枚、第２群Ｇ２は、両凹レンズ、両凸レンズ、絞り、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの貼り合わせレンズの４群５枚、第３群Ｇ３は、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズの２群２枚、第４群Ｇ４は、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズの１群１枚にて構成されている。絞りは第２群Ｇ２内に含まれる。また、非球面は、第２群Ｇ１の絞りの後の両凸レンズの像面側の面だけに用いられている。
【００４１】
以下に、各実施例のレンズデータを示すが、記号は、上記の外、ｆは全系焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、２ωは画角、ｆ_Bはバックフォーカス、β₃は第３群Ｇ３の近軸横倍率、β₄は第４群Ｇ４の近軸横倍率、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…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。なお、非球面形状は、光軸方向をｘ、光軸に直交する方向をｙとしたとき、次の式で表される。
【００４２】

ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｐは円錐係数、A₄、A₆、A₈、A₁₀は非球面係数である。
【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】
以上の実施例１〜４の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）における無限遠物点に対する球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を表す収差図をそれぞれ図７〜図１０に示す。
【００４８】
また、次の表に各実施例における条件式（１）〜（６）の数値を示す。表中、Ｒｉはレンズ面番号を、Ｙは非球面量Δ_P、Δ_Nを計算するときの有効半径を示す。
【００４９】

【００５０】
【発明の効果】
本発明の構成により、正・正・負・負の４群ズームレンズタイプにおいて、高変倍比でありながらコンパクトなズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による４群タイプズームレンズの群の配置と移動軌跡を示す図である。
【図２】従来の３群タイプズームレンズの群の配置と移動軌跡を示す図である。
【図３】実施例１の広角端（ａ）及び望遠端（ｂ）のレンズ断面図である。
【図４】実施例２の図３と同様なレンズ断面図である。
【図５】実施例３の図３と同様なレンズ断面図である。
【図６】実施例４の図３と同様なレンズ断面図である。
【図７】実施例１の広角端（ａ）、中間焦点距離（ｂ）、望遠端（ｃ）における無限遠物点に対する球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を表す収差図である。
【図８】実施例２の図７と同様な収差図である。
【図９】実施例３の図７と同様な収差図である。
【図１０】実施例４の図７と同様な収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
Ｇ４…第４群

Claims

物体側から順に、正屈折力の第１群と、正屈折力の第２群と、負屈折力の第３群と、負屈折力の第４群とからなり、各群の間隔を変えて変倍するズームレンズにおいて、広角域から望遠域への変倍に際してこれらの４つの群が物体側へ移動し、
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする高変倍４群ズームレンズ。
１．７＜Ｎ_N ・・・・（６）
ただし、Ｎ_Nは第３群及び第４群に含まれる負レンズの屈折率の平均値である。
請求項１において、広角域から望遠域への変倍に際して第３群及び第４群の倍率が共に増加するように移動することを特徴とする高変倍４群ズームレンズ。
請求項１又は２において、第２群中に少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする高変倍４群ズームレンズ。
広角域から望遠域への変倍に際して、前記第１群と前記第２群の間隔は増大し、前記第２群と前記第３群の間隔は減少するように移動することを特徴とする請求項１記載の高変倍４群ズームレンズ。
以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする請求項４記載の高変倍４群ズームレンズ。
０．３＜｜ｆ₃₄｜／ｆ_W＜１．１・・・・（１）
１＜β_3W ・・・・（２）
１＜β_4W ・・・・（３）
ただし、ｆ_Wは広角端における全系の焦点距離、ｆ₃₄は広角端における第３群と第４群の合成焦点距離、β_3W、β_4Wはそれぞれ広角端における第３群と第４群の近軸横倍率である。
前記第２群中に用いられた少なくとも１面の非球面が、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項３記載の高変倍４群ズームレンズ。
０＜Δ_P／φ_P，φ_P＝（ｎ_P'−ｎ_P）／ｒ_P ・・・・（４）
ただし、ｒ_Pは非球面の近軸曲率半径、ｎ_P、ｎ_P'は非球面の前後の媒質の屈折率、Δ_Pは有効半径における非球面量である。
前記第３群若しくは前記第４群にも少なくとも１面の非球面を用いたことを特徴とする請求項６記載の高変倍４群ズームレンズ。
前記第３群若しくは第４群に用いられた少なくとも１面の非球面は、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項７記載の高変倍４群ズームレンズ。
Δ_N／φ_N＜０，φ_N＝（ｎ_N'−ｎ_N）／ｒ_N ・・・・（５）
ただし、ｒ_Nは非球面の近軸曲率半径、ｎ_N、ｎ_N'は非球面の前後の媒質の屈折率、Δ_Nは有効半径における非球面量である。