JP4235288B2 - リヤーフォーカス式のズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リヤーフォーカス式のズームレンズに関し、特にフィルム用カメラやビデオカメラ、そして放送用カメラ等の撮像装置に用いられる長いバックフォーカスを有し、かつ広角端でのFナンバーが1.6と大口径比で又変倍比30という高変倍比のリヤーフォーカス式の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目覚しい進歩が見られ、特にレンズ全長の短縮化や前玉径の小型化、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一つの手段として、物体側の第1群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行なう、所謂リヤーフォーカス式のズームレンズが知られている。
【0004】
一般にリヤーフォーカス式のズームレンズは第1群を移動させてフォーカスを行なうズームレンズに比べて、第1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り、又近接撮影、特に極近接撮影が容易となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行なっているので、レンズ群の駆動力が小さくて済み、迅速な焦点合わせができる等の特徴がある。
【0005】
このようなリヤーフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開昭62−215225号公報や、特開昭62−206516号公報,特開昭62−24213号公報,特開昭63−247316号公報,そして特開平4−43311号公報では、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、第2群を移動させて変倍を行ない、第4群を移動させて変倍に伴う像面変動とフォーカスを行なっている。
【0006】
又、特開平4−43311号公報,特開平4−153615号公報,特開平5−19165号公報,特開平5−27167号公報及び特開平5−60973号公報では、第4レンズ群を正レンズ1枚又は正レンズ2枚で構成したレンズ全長の短いズームレンズが提案されている。特開平5−60974号公報では、第4レンズ群が正レンズと負レンズの2枚で構成されたズームレンズが提案されている。
【0007】
特開昭55−62419号公報,特開昭62−24213号公報,特開昭62−215225号公報,特開昭56−114920号公報,特開平3−20013号公報,特開平4−242707号公報,特開平4−343313号公報,特開平5−297275号公報等では、その実施形態中に第3群と第4群をそれぞれが正レンズと負レンズの2枚のレンズより成るズームレンズを開示している。
【0008】
また、同様に特開平3−158813号公報では、物体側から順に正の第1群、負の第2群、正の第3群、正の第4群によって構成され、第2群と第3群を光軸に沿って移動させて相互の空気間隔を変化させることにより焦点距離を連続的に変化させるズームレンズ系であって、絞りは第2群と第3群の間、または第3群と第4群との間に配置し、かつ第3群と一体で移動せしめるズームレンズを開示している。
【0009】
同明細書によると広角端から望遠端へズーミングする場合において、第2群と第3群の間の空気間隔は減少するとある。また本実施形態においても開口絞りを有する第3群が、広角端で最も像側に位置しており、最も前玉径が大きくなる広角端もしくは広角端から多少ズームした位置で、絞りのある第3群近傍が最も像側付近にあり、入射瞳位置が奥まってしまっている。
【0010】
この結果、前玉径の縮小に不利であり、また広角端での歪曲が大きく、これを除去した良好な性能での高倍化を行なうには適当ではないといった欠点があった。
【0011】
これらに対して、本出願人は
(ア−1)特開平3−215810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、第3群、そして第4群をいずれも物体側に凸状の軌跡を有するように互いに独立に移動させ、合焦の際には該第4群を移動させて行なったことを特徴とするリヤーフォーカス式のズームレンズを提案している。
【0012】
(ア−2)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、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群を移動させて行なった、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。
【0013】
(ア−3)特開平8−5913号公報や、特開平8−190051号公報において、物体側より順に変倍の際に静止の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、負の屈折力を有する第4群の変倍の際に静止の正の屈折力を有する第5群を有し、前記第2群と第4群を少なくとも移動させてズーミングを行なうと共に、前記第4群を移動させてフォーカシングを行なう、5群より成る変倍比20程度のズームレンズを提案している。
【0014】
(ア−4)特開平8−201695号公報や、特開平9−21954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、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ない、変倍に伴う像面変動を該第4群物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動させ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ない、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レンズより成る4群リヤーフォーカスズームを提案している。
【0015】
【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ヤーフォーカス方式を採用すると、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、更に近接撮影が容易となる等の特徴が得られる。
【0016】
しかしながら反面、ローパスフィルターや色フィルター等を配置できる程度の長いバックフォーカスを確保しつつ、フォーカスの際の収差変動を少なくし、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高い光学性能を得ようとすると、そのレンズ構成が大変難しくなってくる。
【0017】
特に大口径比で高変倍比を確保したズームレンズでは、全変倍範囲にわたり、又物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。
【0018】
本発明は、リヤーフォーカス方式を採用しつつ、大口径比で、変倍比30倍と高変倍比を有し、広角端から望遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体から最至近物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる光学性能を有したリヤーフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、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つのレンズ群より構成され、
該第1群と該第3群は固定であり、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ない、変倍に伴う像面変動を該第4群を移動させ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ない、該第2群は物体側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズ、そして負レンズより成り、該第3群は複数の正レンズと負レンズより成り、該第4群は負レンズと正レンズより成り、無限遠物体合焦時の変倍において該第4群が最も物体側に位置するときの全系の焦点距離をFm、広角端における全系の焦点距離をFw、望遠端における全系の焦点距離をFt、該第i群の焦点距離をfi、望遠端で無限遠物体合焦時の第3群と第4群との間隔をD34tとしたとき、
0.25<(Fm−Fw)/(Ft−Fw)<0.45 ・・・(1)
−8.5<f1/f2<−7.0 ・・・(2)
0.1<D34t/Ft<0.2 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1,図4,図7,図10は本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズの数値実施例1〜4のレンズ断面図、図2, 図3は本発明の後述する数値実施例1の広角端、望遠端の諸収差図である。図5, 図6は本発明の後述する数値実施例2の広角端、望遠端の諸収差図である。図8, 図9は本発明の後述する数値実施例3の広角端、望遠端の諸収差図である。図11, 図12は本発明の後述する数値実施例4の広角端、望遠端の諸収差図である。
【0021】
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の前方に配置している。
【0022】
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。
【0023】
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 群の一部又は全部(本実施形態では全部)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。
【0024】
又、第4群の一部又は全部(本実施形態では全部)を光軸上移動させてフォーカスを行なうリヤー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。
【0025】
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なうと共に第4 群を移動させてフォーカスを行なうようにしている。
【0026】
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。これにより第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。
【0027】
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な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なっている。
【0028】
本実施形態では、物体側より順に第2群L2を物体側へ凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、そして物体側に凹面を向けた負レンズより構成している。これによって、第2群の物体側主点を第1群へ位置させて、第1群と第2群との主点間隔を短くし、レンズ系の小型化を図っている。又変倍による色収差の変動を少なくしている。
【0029】
又、第3群L3を両レンズ面が凸面の2つの正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズより構成している。又第4群を物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより構成している。
【0030】
そして、無限遠物体合焦時の該第4群の変倍における最大移動量位置での全系の焦点距離をFm、広角端における全系の焦点距離をFw、望遠端における全系の焦点距離をFtとしたとき、条件式(1)を満足するようにしている。
【0031】
これによって、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至る全変倍範囲において、又物体距離全般にわたり、良好なる光学性能を有し変倍比が30という高倍比のリヤー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(1)の技術的な意味について説明する。条件式(1)は第4群の変倍における移動に関するものであり、レンズ系全体のコンパクト化を達成しつつ、高性能化を維持する為のものである。条件式(1)の下限を越えて、焦点距離Fmが小さくなると十分な変倍比を得る為の第2群の移動量が大きくなり、全体が大型化してしまう。
【0033】
又、下限を越えて焦点距離Fmが大きくなると、望遠端近傍での第4群の移動量が大きくなり、移動制御が困難になり、ズーミング時の収差の変動が大きくなるという問題が生じてくる。
【0034】
条件式(2)は第1群と第2群の焦点距離の比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、バックフォーカスの長くて良好な光学性能を維持する為のものである。条件式(2)の下限を越えて第2群の焦点距離f2が長くなり、第1群の焦点距離f1が短くなると変倍に伴う第2群の移動量が増大し、レンズ全長や前玉径を小型化することが困難になる。
【0035】
また望遠端近傍での第4群の移動量が大きくなり、ズーミング時の収差の変動が大きくなるといった問題も生じる。逆に上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。
【0036】
条件式(3)は望遠端での無限遠物体における第3群と第4群の間隔に関するものである。条件式(3)の上限を越えて第3群と第4群の間隔が広がると、第4群に入射する軸外光束の入射高が高くなり、収差補正が困難になると共に第4群の有効径が大きくなるという問題点も生じる。
【0037】
逆に下限を越えて間隔が狭くなると第4群の至近でのフォーカスによる繰り出し量を確保することが困難になるという問題が生じてくる。
【0038】
以上述べたように、条件式(1), (2), (3)は高変倍でありながら、良好な光学性能を維持し、かつ小型化を満足する為の条件であるが、更に望ましくは条件式(1)〜(3)の数値範囲を
0.32<(Fm−Fw)/(Ft−Fw)<0.41
−8.0<f1/f2<−7.2
0.12<D34t/Ft<0.16
とするのが良い。
【0039】
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、変倍比30と高変倍比でありながら全変倍範囲にわたり、又物体距離全体にわたり高い光学性能を得ている。
【0040】
尚、本発明のリヤー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、次の条件のうち少なくとも1つを満足させるのが良い。
【0041】
(イ−1)第3群又は/及び前記第4群は少なくとも1つの非球面を有していることである。
【0042】
本実施形態では軸上光束が広角端で高い位置を通る第3群又は/及び第4群に非球面を設けることにより変倍に伴う球面収差,高次のコマフレアー及びコマ収差の変動をレンズ枚数を減らしつつ、良好に補正している。
【0044】
(イ−2)効果的に前玉径を小さくするには、絞りは第3群の最も物体側に配置されていることが好ましい。このような構成にすることにより、入射瞳が第1群から最も近い(浅い)所になるため、第1群の外径を最も小さくするのに有効である。
【0045】
(イ−3)レンズ系全体を小型化するときは、第i群の焦点距離をfi、広角端における全系の焦点距離をFw、望遠端における全系の焦点距離をFt、広角端での物体距離無限遠時のバックフォーカス(ガラスブロック,フィルターなど実施形態中の“G”を除く)をBFW、第2群中に含まれる負レンズの材料の平均屈折率をN2Aとしたとき
−0.45<f2/(Fw×Ft)0.5<−0.25 ・・・(4)
12.0<f1/Fw<16.0 ・・・(5)
4.0<f4/Fw<6.0 ・・・(6)
1.75<N2A ・・・(7)
のうち少なくとも1つを満足させるのが良い。
【0046】
条件式(4)は第2群の焦点距離に関するものである。条件式(4)の下限値を越えて第2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。逆に下限値を越えて第2群の焦点距離が長くなると第2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。
【0047】
条件式(5)は、第2群に対する物点、即ち倍率に係わる式である。全系を小さく設定するには、第2群がズーミングに際して等倍を挟んでいるのが好ましい。
【0048】
等倍を挟むと第4群のズーミングの軌跡は略往復になり、最も効果的なスペース効率で高変倍が可能となる。具体的には、この(5)式の上限を超えると、第2群に対する物点が遠くなり、第2群の結像倍率が低くなり、効果的な小型化が難しくなる。
【0049】
更に、第1群と第2群の間隔が大きくなり、小型化の達成が難しくなる。また、下限値を越えると、第2群の倍率が大きくなり、高倍化の達成が難しくなり、本発明の目的を達成できない。
【0050】
条件式(6)は第4群の焦点距離に関するものである。条件式(6)の上限を超えると第4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。逆に下限値を越えると第4群の敏感度が大きくなり制御が困難になる。また諸収差も補正が困難になり、充分なバックフォーカスを得るのが困難になる。
【0051】
条件式(7)は、変倍のための第2群中の負レンズの材質の構成に関するもので、小型化のため第2群の屈折力を強くして、変倍の為の移動量を小さくする必要があるが、そうするとそれに伴って負のペッツバール和が増大し、像面の平坦性が損なわれる可能性がある。
【0052】
条件式(7)は、このようなことを考慮して、第2群の屈折力を強めたときのペッツバール和の増大を防止して像面特性を良好に保つ為に第2群中の負レンズの材質の屈折力を適切に設定する為のものである。
【0053】
条件式(7)を外れると変倍に伴う像面湾曲の変動を良好に補正するのが困難になってくる。
【0054】
(イ−4)以上述べたようにレンズ系を設定することで、更なる小型化を図ることができるが、更に高変倍比でありながら、小型で良好な収差補正を達成するには、条件式(4)〜(7)の数値範囲を以下の条件を満たすのが好ましい。
【0055】
−0.36<f2/(Fw×Ft)0.5 <−0.30
13.2<f1/Fw<14.5
5.0<f4/Fw<5.5
1.77<N2
次に本発明の数値実施例を示す。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は物体側より第i番目のレンズ厚及び空気間隔、Niとνiは各々物体側より順に第i番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【0056】
数値実施例において最終の2つのレンズ面はフェースプレートやフィルターなどのガラスブロックである。また、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−1に示す。
【0057】
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、K,B,C,D,Eを各々非球面係数としたとき、
【0058】
【数1】
なる式で表わしている。又「e−0x」は「10-x」を意味している。
【0059】
【外1】
【0060】
【外2】
【0061】
【外3】
【0062】
【外4】
【0063】
【表1】
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば以上のようにレンズ構成を設定することにより、リヤーフォーカス方式を採用しつつ、Fナンバー1.6と大口径比で、かつ変倍比30と高変倍化を図る際、レンズ系全体の小型化を図りつつ広角端から望遠端に至る全変倍範囲にわたり、また無限遠物体から最至近物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる光学性能を有したリヤーフォーカス式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のレンズ断面図
【図2】本発明の数値実施例1の広角端の収差図
【図3】本発明の数値実施例1の望遠端の収差図
【図4】本発明の数値実施例2のレンズ断面図
【図5】本発明の数値実施例2の広角端の収差図
【図6】本発明の数値実施例2の望遠端の収差図
【図7】本発明の数値実施例3のレンズ断面図
【図8】本発明の数値実施例3の広角端の収差図
【図9】本発明の数値実施例3の望遠端の収差図
【図10】本発明の数値実施例4のレンズ断面図
【図11】本発明の数値実施例4の広角端の収差図
【図12】本発明の数値実施例4の望遠端の収差図
【符号の説明】
L1 第1 群
L2 第2 群
L3 第3 群
L4 第4 群
SP 絞り
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面
Claims (3)
- 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つのレンズ群より構成され、
該第1群と該第3群は固定であり、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ない、変倍に伴う像面変動を該第4群を移動させ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ない、該第2群は物体側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズ、そして負レンズより成り、該第3群は複数の正レンズと負レンズより成り、該第4群は負レンズと正レンズより成り、無限遠物体合焦時の変倍において該第4群が最も物体側に位置するときの全系の焦点距離をFm、広角端における全系の焦点距離をFw、望遠端における全系の焦点距離をFt、該第i群の焦点距離をfi、望遠端で無限遠物体合焦時の第3群と第4群との間隔をD34tとしたとき、
0.25<(Fm−Fw)/(Ft−Fw)<0.45
−8.5<f1/f2 <−7.0
0.1<D34t/Ft< 0.2
なる条件を満足することを特徴とするリヤーフォーカス式のズームレンズ。 - 前記第3群又は/及び前記第4群は少なくとも1つの非球面を有していることを特徴とする請求項1のリヤーフォーカス式のズームレンズ。
- 前記第i群の焦点距離をfi、広角端における全系の焦点距離をFw、望遠端における全系の焦点距離をFt、広角端での物体距離無限遠時のバックフォーカスをBFW、前記第2群中に含まれる負レンズの材料の平均屈折率をN2Aとするとき
−0.45<f2/(Fw×Ft)0.5<−0.25
12.0<f1/Fw<16.0
4.0<f4/Fw<6.0
1.75<N2A
のうち少なくとも1つを満足することを特徴とする請求項1、2のリヤーフォーカス式のズームレンズ。
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