JP4072276B2

JP4072276B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4072276B2
Application number: JP06981799A
Authority: JP
Inventors: 伸之栃木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP2000267005A

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、特にビデオカメラ、フィルム用カメラ、テレビカメラに等に用いられる大口径比で高変倍比を有し、特に色収差が良好に補正されたズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用のズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られ、特に高倍率化やレンズ全長の短縮化や前玉径の小型化、レンズ構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成するひとつの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にリアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて、第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。又近接撮影、特に極近接撮影が可能となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせができる。
【０００５】
この様なリアフォーカス式のズームレンズとして例えば、特開昭６２−２４２１３号公報では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レンズ群の４つのレンズ群を有し、前記第１、第３レンズ群を固定とし、前記第２レンズ群を一方向に移動させて変倍を行い、前記第４レンズ群を変倍に伴う像面変動を補正するように移動させると共に該第４レンズ群を移動させて合焦を行い、第１レンズ群を４枚のレンズで構成し、材質のアッベ数が８０以上のガラスを用いたズームレンズを開示している。
【０００６】
本出願人は、特開平６−３３７３５３号公報において、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、絞り、正の屈折カの第３群、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍に際には該第２群を像面側に移動させると共に該第４群を物体側に凸状の軌跡を有するように移動させ、合焦の際には該第４群を移動させて行ったことを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズを提案している。
【０００７】
この特開平６−３３７３５３号公報においても第１レンズ群中に材質のアッベ数８０以上のレンズを用いた実施例が開示されている。
【０００８】
又、本出願人は特開平８−８２７４３号公報において物体側より順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、絞りを有する正の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、広角端から望遠端への変倍の際には該第２群を像面側に移動させると共に該絞りと第３群を一体的に物体側に凸状の軌跡を有するように移動させ、かつ第４群を物体側に凸状の軌跡を有するように移動させ、合焦の際には該第４群を移動させて行ったことを特徴とする、変倍比２０倍程度の高変倍比のリヤーフォーカス式のズームレンズを提案している。
【０００９】
また、本出願人は変倍比を２０倍程度にした小型のズームレンズとして、特開平８−００５９１３号公報や、特開平８−１９００５１号公報で物体側より順に静止しており、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、静止しており正の屈折力を有する第５レンズ群を有し、前記第２レンズ群と第４レンズ群を少なくとも移動させてズーミングを行うと共に、前記第４レンズ群を移動させてフオーカシングを行う、５群よりなるズームレンズを開示している。
【００１０】
この他、レンズ構成を簡素にして比較的高倍なズームレンズを本出願人は特開平８−２０１６９５号公報や特開平９−０２１９５４号公報で提案している。
【００１１】
これら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、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第４群が物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動して補正すると共に該第４群を移動させてフォーカスを行い、該第３群は正の第３１レンズと像面側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３２レンズを有し、該第４群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第４１レンズと正の第４２レンズよりなるリアフォーカ式のズームレンズを開示している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般にズームレンズにおいてリアフォーカス方式を採用すると、前述のごとくレンズ系全体が小型化され又迅速なるフォーカスが可能となり、さらに近接撮影が容易となる等の特長が得られる。
【００１３】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたりレンズ系全体の小型化を図りつつ高い光学性能を得るのが大変むずかしくなってくるという問題が生じてくる。
【００１４】
特に近年の映像のデジタル記録化に伴い、要求される色収差を始めとするレンズ性能はかなりハイレベルのものとなってきている。
【００１５】
本発明はリアフォーカス方式に好適なズームレンズであって、大口径比及び高変倍比を図る際、レンズ系全体の大型化を防止しつつ非常に簡易な構成とすることで製造を容易にし、広角端から望遠端にいたる物体距離全般にわたり良好なる光学性能、特に色収差が非常に良好な、簡易な構成の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、そして正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、該第２レンズ群を像面側に移動させると共に、該第４レンズ群を物体側に凸状の軌跡で移動させるズームレンズにおいて、該第１レンズ群は物体側より順に負の第１１レンズ、正の第１２レンズ、正の第１３レンズの３枚の単レンズより構成され、該第１レンズ群中の一方の正レンズの材質のアッベ数をνｄ１ｐ、該第１２レンズの焦点距離をｆ１２、全系の望遠端における焦点距離をｆｔ、全系の広角端における焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉとしたとき
νｄ1ｐ＞８０ ‥‥‥（１）
０．８０４≦ｆ１２／ｆｔ≦０．９３１ ‥‥‥（２）
【数３】

なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の数値実施例１のリアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図２，図３は数値実施例１のリアフォーカス式のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【００１８】
図４は本発明の数値実施例２のリアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図５，図６はリアフォーカス式のズームレンズの数値実施例２の広角端と望遠端の収差図である。
【００１９】
図７は本発明の数値実施例３のリアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図８，図９は数値実施例３のリアフォーカス式のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【００２０】
図１０は本発明の参考例１のリアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図１１，図１２は参考例１のリアフォーカス式のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【００２１】
図１３は本発明の数値実施例４のリアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図１４，図１５は数値実施例４のリアフォーカス式のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【００２２】
図１６は本発明の数値実施例５リアフォーカス式のズームレンズのレンズ断面図、図１７，図１８は数値実施例５のリアフォーカス式のズームレンズの広角端と望遠端の収差図である。
【００２３】
図１９は本発明のリアフォーカス式のズームレンズを用いた撮像装置の要部概略図である。
【００２４】
図中Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配置されている。Ｇは必要に応じて設けられるフェースプレートやフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子が配置されている。
【００２５】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２群を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を第４群を物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動させて補正している。
【００２６】
又、第４群を光軸上移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式を採用している。同図に示す第４群の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。尚、第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際、固定である。
【００２７】
本実施形態においては第４群を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第４群を移動させてフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線４ａ，４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させているので、第３群と第４群との空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００２８】
本実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合は同図の直線４ｃに示すように第４群を前方へ繰り出すことにより行っている。
【００２９】
本実施形態では従来の４群構成のズームレンズにおいて第１レンズ群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて前述のようなリアフォーカス方式を採ることにより第１レンズ群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。
【００３０】
そして前述の如く第１群のレンズ構成と条件式（１），（２）, （４）を設定することにより、レンズ系全体の大型化を防止しつつ、広角端から望遠端にいたる全変倍範囲にわたり、良好なる光学性能を得ている。
【００３１】
特に色収差を良好に補正し、変倍比が２０以上という高倍比のリアフォーカス式のズームレンズを得ている。
【００３２】
次に前述の条件式の技術的な意味について説明する。条件式（１）は第１レンズ群の硝材の分散値に関するものである。この条件式を満足するような硝材は異常分散性を有し、このような硝材を使用することで超望遠の焦点距離を有するレンズで問題となる２次スペクトルの除去が容易にしている。
【００３３】
条件式（１）の下限を超えてνｄ１ｐの値が小さくなると望遠端近傍での色収差の補正が十分ではなくなり、ボケ像に色がついてしまうなどの問題が生じる。
【００３４】
条件式（２）は第１レンズ群中の正レンズの屈折力に関するものであり、とくに異常分散性を有するレンズの屈折力に関するものである。条件式(２)の下限を超えてレンズの屈折力を強くすると、望遠端近傍での球面収差が悪化するという問題が生じる。逆に屈折力を弱くすると望遠端近傍での色収差の補正が十分ではなくなるという問題が生じる。条件式（４）は第２レンズ群の焦点距離に関するものである。条件式（４）の下限を超えて、第 2 レンズ群の焦点距離が短くなるとペッツバール和がアンダーに大きくなり、像面の倒れ等の収差補正が困難になる。逆に下限を超えて、第２レンズ群の焦点距離が長くなると第２レンズ群の移動量が増え、前玉径が大きくなりすぎるという問題が生じる。
【００３５】
本実施形態では以上のようにレンズ構成を設定することにより、全変倍範囲にわたり、また物体距離全般にわたり高い光学性能を得ている。
【００３６】
尚、本発明のリアフォーカス式のズームレンズにおいて、更に良好なる光学性能を得るには次の構成のうち、少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００３７】
(ア-1) 前記第１１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状をしており、前記第１２レンズは像側に比べて物体側に強い屈折力の凸面を向けた両レンズ面が凸面形状をしており、前記第１３レンズは物体側に強い凸面を向けたメニスカス形状をしていることである。
【００３８】
(ア-2) 前記第３レンズ群および第４レンズ群は各々少なくとも１枚の非球面を有することである。
【００３９】
(ア-3) 前記第３レンズ群は正レンズと負レンズからなる接合レンズ、前記第４レンズは負レンズと正レンズからなる接合レンズから構成されることである。
【００４０】
(ア-4) 前記第２レンズ群は物体側より順に負レンズ、負レンズ、正レンズ、そして負レンズから構成されることである。
【００４１】
(ア-5) 望遠端で無限遠物体時の第１レンズ群から第３レンズ群までの合成焦点距離をｆｔ１３、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉ、全系の広角端における焦点距離をｆｗとするとき０．１＜ｆｔ／ｆｔ１３＜０．７ ‥‥‥（３）
【００４２】
【００４３】
なる条件式を満足することである。
【００４４】
条件式（３）は第３レンズ群から射出する軸上光束の平行度（アフォーカル度）に関するものである。条件式（３）の上限を超えて、軸上光束の収斂度が強くなると至近距離物体での非点隔差が大きくなると共にメリディオナル像面が補正不足になってくる。
【００４５】
また十分な長さのバックフォーカスの確保も困難になる。逆に下限値を超えて軸上光束の発散度が強くなると第４レンズ群に入射する入射高が高くなり、球面収差が多く発生してくる。さらに第４レンズ群が大型化し、迅速なるフォーカスが困難になるという問題が生じる。
【００４６】
【００４７】
【００４８】
(ア-6)第ｉ群の焦点距離をＦｉ、全系の広角端と望遠端における焦点距離をｆｗ，ｆｔとするとき
【００４９】
【数４】

【００５０】
−８．０＜Ｆ_１／Ｆ_２＜−５．０（６）
なる条件を満足することである。
【００５１】
条件式（５）は第４レンズ群の焦点距離に関するものである。条件式（５）の上限を超えると第４レンズ群の移動量が増え、ズーミング時やフォーカス時の収差変動が大きくなる。逆に下限を超えると第４レンズ群の敏感度が大きくなり、制御が困難になる。
【００５２】
条件式（６）は第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離に関するものであり、高変倍でありながらコンパクト化を達成しつつ、上弦を超えて第２レンズ群の焦点距離が長くなり、第１レンズ群の焦点距離が短くなると第２レンズ群の移動量が増大し、全長や前玉径を小型化することが困難になる。
【００５３】
また、望遠端近傍での第４レンズ群の移動量が大きくなり、ズーミング時の収差の変動がおおきくなるといった問題も生じる。逆に下限を超えると、歪曲などの諸収差を良好に補正することが困難になる。
【００５４】
(ア-7)また、特に効果的に前玉径を小さくするには、絞りは第３レンズ群の最も物体側に配置されていることが好ましい。このような構成をすることにより、入射瞳が第１レンズ群から最も近い（浅い）所になるため、第１レンズ群の外径を最も小さくするのに有効である。
【００５５】
(ア-8)小型化を図りつつ高変倍比であり、かつ良好な色収差補正を達成するには、前述の条件式（３），（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５６】
０．１＜ｆｔ／ｆｔ１３＜０．６ ‥‥‥（３ａ）
【００５７】
【００５８】
−７．５＜Ｆ_１／Ｆ_２＜−５．５ ‥‥‥（６ａ）
(ア-9)前玉径を小型化しつつ、ズーミングによる色収差の変動を小さくするには、第２レンズ群を物体側から順に凸面を有するメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、空気間隔を挟んで両レンズ面が凸面の正レンズ、負レンズの順に配置することである。この空気間隔によって第２レンズ群の物体側主点が第１レンズ群よりになり、広角側における第１レンズ群と第２レンズ群の主点感覚を短く取りやすくなり第１レンズ群寄りになり、広角側における第１レンズ群と第２レンズ群の主点間隔を短く取りやすくなり、第１レンズ群の小型化に有効であり、色消しを対称に近づけることで、ズーミングによる色収差の変動を抑えるのにも有効である。
【００５９】
(ア-10)さらに高変倍比でありながら簡易な構成の小型で良好な色収差補正を得るには、前述の条件式（３），（６）の数値範囲を
０．１５＜ｆｔ／ｆｔ１３＜０．５５ ‥‥‥（３ｂ）
【００６０】
【００６１】
−６．８＜Ｆ_１／Ｆ_２＜−６．０ ‥‥‥（６ｂ）
の如く設定するのが良い。
【００６２】
次に本発明と参考例の数値実施例を示す。尚、数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚又は空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目の光学部材の屈折率とアッベ数である。
【００６３】
また数値実施例における最後の二つもしくは三つの平面は光学フィルター、フェースプレート等を示す。
【００６４】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき
【００６５】
【数５】

【００６６】
なる式で表している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。又「ｅ−０ｘ」は「１０ ^-x 」を意味している。
【００６７】
【数６】

【００６８】
【数７】

【００６９】
【数８】

【００７０】
【数９】

【００７１】
【数１０】

【００７２】
【数１１】

【００７３】
【表１】

【００７４】
次に数値実施例１〜５のズームレンズを撮影光学系として用いた撮影装置（ビデオカメラ）の実施形態を図１９を用いて説明する。
【００７５】
図１９において、１０は撮影装置本体、１１は数値実施例１〜５のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって形成される被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は被写体像を観察するためのファインダーである。ファインダー１４としては、光学ファインダーや液晶パネル等の表示素子に表示された被写体像を観察するタイプのファインダーが考えられる。
【００７６】
このように数値実施例１〜５のズームレンズをビデオカメラ等の撮影装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮影装置が実現できる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体の小型化を図りつつ、全変倍範囲にわたって良好なる収差補正、特に非常に良好な色収差を達成し、バックフォーカスの充分に長い大口径比のズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１のズームレンズの広角端の収差図
【図３】本発明の数値実施例１のズームレンズの望遠端の収差図
【図４】本発明の数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図
【図５】本発明の数値実施例２のズームレンズの広角端の収差図
【図６】本発明の数値実施例２のズームレンズの望遠端の収差図
【図７】本発明の数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図
【図８】本発明の数値実施例３のズームレンズの広角端の収差図
【図９】本発明の数値実施例３のズームレンズの望遠端の収差図
【図１０】本発明の参考例１のズームレンズのレンズ断面図
【図１１】本発明の参考例１のズームレンズの広角端の収差図
【図１２】本発明の参考例１のズームレンズの望遠端の収差図
【図１３】本発明の数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図
【図１４】本発明の数値実施例４のズームレンズの広角端の収差図
【図１５】本発明の数値実施例４のズームレンズの望遠端の収差図
【図１６】本発明の数値実施例５のズームレンズのレンズ断面図
【図１７】本発明の数値実施例５のズームレンズの広角端の収差図
【図１８】本発明の数値実施例５のズームレンズの望遠端の収差図
【図１９】本発明のズームレンズを有した撮影装置の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１第１レンズ群
Ｌ２第２レンズ群
Ｌ３第３レンズ群
Ｌ４第４レンズ群
ＳＰ絞り
ｄｄ線
ｇｇ線
ΔＭメリディオナル像面
ΔＳサジタル像面

Claims

物体側から順に、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、そして正の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、該第２レンズ群を像面側に移動させると共に、該第４レンズ群を物体側に凸状の軌跡で移動させるズームレンズにおいて、該第１レンズ群は物体側より順に負の第１１レンズ、正の第１２レンズ、正の第１３レンズの３枚の単レンズより構成され、該第１レンズ群中の一方の正レンズの材質のアッベ数をνｄ１ｐ、該第１２レンズの焦点距離をｆ１２、全系の望遠端における焦点距離をｆｔ、全系の広角端における焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉとしたとき
νｄ1ｐ＞８０
０．８０４≦ｆ１２／ｆｔ≦０．９３１

なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記第１１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状をしており、前記第１２レンズは像側に比べて物体側に強い屈折力の凸面を向けた両レンズ面が凸面形状をしており、前記第１３レンズは物体側に強い凸面を向けたメニスカス形状をしていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
前記第３レンズ群および第４レンズ群は各々少なくとも１枚の非球面を有することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
前記第３レンズ群は正レンズと負レンズからなる接合レンズ、前記第４レンズ群は負レンズと正レンズからなる接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１，２又は３のズームレンズ。
前記第２レンズ群は物体側より順に負レンズ、負レンズ、正レンズ、そして負レンズから構成されることを特徴とする請求項１、２、３又は４のズームレンズ。
望遠端で無限遠物体時の第１レンズ群から第３レンズ群までの合成焦点距離をｆｔ１３、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉとするとき
０．１＜ｆｔ／ｆｔ１３＜０．７

なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。
請求項１から６のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする撮影装置。