JP4374091B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高解像度の撮像素子を用いる観察・撮影装置に適した10倍〜20倍程度の変倍比を有するズームレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
10倍〜20倍程度の変倍比を有するズームレンズとしては、物体側から順に正、負、負、正のパワーをそれぞれ有する第1〜第4レンズ群により構成され、第2,第3レンズ群を光軸方向に移動させて倍率を変化させるズームレンズが従来から用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の4群構成のズームレンズは、主としてビデオカメラ等の動画撮影用のレンズとして用いられているため、設計上Fナンバーを小さくして光量を確保することが優先され、レンズ構成が複雑な割には解像度が低い。また、全体のサイズを小さくするために非球面レンズが用いられる場合が多いが、非球面レンズは設計値通りの正確な加工が困難であるため、加工誤差により結像性能を劣化させやすいという問題がある。
【0004】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、設計上光量の確保や小型化よりも高解像度を得ることを優先し、高解像度の撮像素子を用いた装置にも適用可能なズームレンズの提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるズームレンズは、上記の目的を達成させるため、物体側から順に、正の第1レンズ群、負の第2レンズ群、負の第3レンズ群、正の第4レンズ群が配列して構成され、以下の条件(1)、(2)、(3)を満たすことを特徴とする。
(1) 0.05 < fW / f1 < 0.25
(2) 0.2 <|fW / f2|≦ 0.570
(3) 0.15 <|fW / f3| < 0.45
ただし、
fW:広角端における全系の焦点距離、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
f2:第2レンズ群の焦点距離、
f3:第3レンズ群の焦点距離である。
【0006】
また、4つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成される。第2レンズ群は、2枚のレンズで構成され、第4レンズ群は、1枚の負レンズを含む少なくとも3枚のレンズで構成される。そして、第2レンズ群を光軸方向に移動させて変倍し、第3レンズ群を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正する。
【0007】
第2レンズ群は、負レンズと、この負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズ、あるいは、正レンズと、この正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズとして構成することができる。いずれの場合にも、以下の条件(4)、(5)を満たすことが望ましい。
(4) 0.5 <|rc / fW|< 1.5
(5) 1.0 < ri / fW < 2.5
ただし、
rc:第2レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ri:第2レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【0008】
第4レンズ群は、正レンズと負レンズとを貼り合わせて構成され、接合面が像側に凸となる接合レンズを含み、全体として少なくとも2枚の正レンズと1枚の負レンズとから構成され、以下の条件(6) を満たすことが望ましい。
(6) 0.15 < nn − np
ただし、
nn:第4レンズ群中の接合レンズの負レンズの屈折率、
np:第4レンズ群中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
実施形態のズームレンズは、例えば図1に示されるように、図中左側となる物体側から順に、正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、負の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4の4つのレンズ群から構成される。4つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成される。第2レンズ群G2は、2枚のレンズで構成され、第4レンズ群G4は、1枚の負レンズを含む少なくとも3枚のレンズで構成される。そして、ズーミング時には、第1,第4レンズ群G1、G4を固定し、第2レンズ群G2を光軸方向に移動させて変倍し、第3レンズ群G3を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正する。
【0011】
実施形態のズームレンズは、以下の条件(1)、(2)、(3)を満たす。
(1) 0.05 < fW / f1 < 0.25
(2) 0.2 <|fW / f2| < 0.7
(3) 0.15 <|fW / f3| < 0.45
ただし、
fW:広角端における全系の焦点距離、
f1:第1レンズ群G1の焦点距離、
f2:第2レンズ群G2の焦点距離、
f3:第3レンズ群G3の焦点距離である。
【0012】
条件(1)は、第1レンズ群G1の焦点距離を規定する。条件(1)の上限を越えて第1レンズ群G1のパワーが過大となると、特に望遠側において球面収差の補正が困難となる。条件(1)の下限を下回るほど第1レンズ群G1のパワーが小さくなると、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【0013】
条件(2)は、第2レンズ群G2の焦点距離を規定する。条件(2)の上限を越えて第2レンズ群G2のパワーが過大となると、第2レンズ群G2内の各レンズ面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎ、変倍時の第2レンズ群G2の移動による収差の変化が大きくなるため、収差の変化を抑えるためには変倍比を大きくすることができない。条件(2)の下限を下回るほど第2レンズ群G2のパワーが弱くなると、大きな変倍比を得るためには第2レンズ群G2の移動量が大きくなり、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【0014】
条件(3)は、第3レンズ群G3の焦点距離を規定する。条件(3)の上限を越えて第3レンズ群G3のパワーが過大となると、第3レンズ群G3内の各レンズ面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎ、変倍に伴う第3レンズ群G3の移動による収差の変化が大きくなるため、像面移動補正のための第3レンズ群G3の移動範囲が狭く限定され、その結果、収差の変化を抑えつつ像面を一定に保つためには、変倍比を大きくすることができない。条件(3)の下限を下回るほど第3レンズ群G3のパワーが弱くなると、像面移動補正のための第3レンズ群G3の移動量が大きくなり、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【0015】
一般に、4群構成のズームレンズでは、第2レンズ群は変倍のために必要な強い負のパワーを有する。実施形態のズームレンズでは、色消しのため第2レンズ群G2を正レンズと負レンズとの2枚構成とするが、これらのレンズを独立して配置すると、各レンズのパワーが大きいためにレンズの偏心等の製作誤差、組み付け誤差により結像性能を劣化させる原因となる。そこで、第2レンズ群G2中の正レンズと負レンズとを貼り合わせて接合レンズとして構成することが望ましい。接合レンズとすれば、両レンズ間の相対的な位置精度は高くなるため、これらのレンズ間の位置誤差に基づく性能の劣化を防ぐことができる。
【0016】
また、第2レンズ群G2のレンズが、物体側から負レンズ、正レンズの順に配列する場合には、負レンズと、この負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズとして構成する。他方、第2レンズ群G2のレンズが、物体側から正レンズ、負レンズの順に配列する場合には、正レンズと、この正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズとして構成する。
【0017】
さらに、第2レンズ群G2は、以下の条件(4)、(5)を満たす。
(4) 0.5 <|rc / fW|< 1.5
(5) 1.0 < ri / fW < 2.5
ただし、
rc:第2レンズ群G2中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ri:第2レンズ群G2中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【0018】
条件(4)は、第2レンズ群G2の接合レンズの接合面の曲率半径を規定する。第2レンズ群は、強い負のパワーを有するため、接合面は正のパワーを持つことが球面収差を補正するためには望ましい。条件(4)の上限を越えて接合面の曲率半径が過大となると、接合面の正のパワーが小さくなりすぎ、特に望遠側で球面収差がオーバーとなる。条件(4)の下限を下回るほど接合面の曲率半径が小さくなると、接合面の正のパワーが大きくなりすぎ、球面収差がアンダーとなり、色収差を良好に保ちつつ、球面収差、コマ収差を良好に補正するのが困難となる。
【0019】
条件(5)は、第2レンズ群G2の接合レンズの像側の凹面の曲率半径を規定する。条件(5)の上限を越えて像側面の曲率半径が過大となると、変倍時の第2レンズ群G2の移動による収差の変化が大きくなるため、収差の変化を抑えるためには変倍比を大きくすることができない。条件(5)の下限を下回るほど像側面の曲率半径が小さくなり、像側面の発散のパワーが強くなりすぎると、特に広角側で、軸上光束と軸外光束のレンズ通過点が異なる領域において軸外における非点収差、コマ収差の発生が大きくなり、軸上の球面収差とのバランスを良好に保ちながら補正することが困難となる。
【0020】
第4レンズ群G4は、全体として少なくとも2枚の正レンズと1枚の負レンズとから構成されるが、レンズ間の位置誤差に基づく性能の劣化を防ぐため、負レンズは正レンズの一枚と貼り合わせて接合レンズとして構成される。さらに、収差を良好に補正するために接合レンズの接合面は像側に凸面を向けて配置され、かつ、以下の条件(6) を満たす。
(6) 0.15 < nn − np
ただし、
nn:第4レンズ群G4中の接合レンズの負レンズの屈折率、
np:第4レンズ群G4中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
【0021】
条件(6)は、第4レンズ群G4内の接合レンズの正レンズと負レンズとの屈折率の差を規定する。この条件を満たすことにより、いずれの結像倍率においても色収差、球面収差を良好に補正することができる。条件(6)の下限を下回る場合には、接合面の負のパワーが弱くなりすぎ、色収差を良好に保ちつつ、球面収差を良好に補正することが困難となる。
【0022】
以下、上記の実施形態にかかるズームレンズの具体的な実施例を6例説明する。
【0023】
【実施例1】
図1は、実施例1にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例1では、第1レンズ群G1は、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとから成る2群3枚構成、第2レンズ群G2は、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズから成る1群2枚構成、第3レンズ群G3は、負の単レンズの1群1枚構成、第4レンズ群G4は、正の単レンズと、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとの3群4枚構成である。
【0024】
実施例1のズームレンズの具体的な数値構成は、表1に示される。表中、rは曲率半径(単位:mm)、dはレンズ厚若しくは空気間隔(単位:mm)、nはd-line(588nm)での屈折率、νdはアッベ数である。面番号1〜5が第1レンズ群G1、面番号6〜8が第2レンズ群G2、面番号9,10が第3レンズ群G3、面番号11〜17が第4レンズ群G4を示す。また、ズーミングに伴うFナンバーFNO、焦点距離f(単位:mm)、半画角W(単位:度) 、バックフォーカスfB(単位:mm)、レンズ群間隔の変化は、表2に示される。実施例1のズームレンズの変倍比は、10倍である。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
図2は実施例1のズームレンズの広角端における諸収差を示し、(A)はd線、g線、c線の球面収差により表される色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差(S:サジタル、M:メリジオナル)、(D)は歪曲収差をそれぞれ示す。グラフ(A)の縦軸はFナンバー、(B)、(C)、(D)の縦軸は半画角Wである。また、各グラフの横軸は各収差の発生量を示し、(A)、(B)、(C)の横軸の単位はmm、(D)の横軸の単位はパーセントである。図3及び図4は、それぞれ実施例1のズームレンズの中間焦点距離、望遠端における諸収差を示す図2と同様のグラフである。
【0028】
【実施例2】
図5は、実施例2にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例2における各レンズ群のレンズ構成は実施例1と同様であるが、各レンズ群のパワーを強くすることにより広角端での焦点距離を実施例1より短くし、変倍比を15倍としている。
【0029】
実施例2のズームレンズの具体的な数値構成は、表3及び表4に示される。図6、図7、図8は、実施例2のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【0030】
【表3】
【0031】
【表4】
【0032】
【実施例3】
図9は、実施例3にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例3では、第1レンズ群G1が、正の単レンズと、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズとから構成される2群3枚構成、第4レンズ群G4が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、2枚の正の単レンズとから構成される3群4枚構成である。第2レンズ群G2と第3レンズ群G3とのレンズ構成は実施例1と同様である。変倍比は15倍である。
【0033】
実施例3のズームレンズの具体的な数値構成は、表5及び表6に示される。図10、図11、図12は、実施例3のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【0034】
【表5】
【0035】
【表6】
【0036】
【実施例4】
図13は、実施例4にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例4では、第2レンズ群G2が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズから構成され、第4レンズ群G4が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとから構成される2群3枚構成である。第1レンズ群G1と第3レンズ群G3とのレンズ構成は実施例1と同様である。変倍比は15倍である。
【0037】
実施例4のズームレンズの具体的な数値構成は、表7及び表8に示される。図14、図15、図16は、実施例4のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【0038】
【表7】
【0039】
【表8】
【0040】
【実施例5】
図17は、実施例5にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例5では、第2レンズ群G2が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズから構成される。他のレンズ群のレンズ構成は実施例1と同様である。ただし、広角端の焦点距離を実施例1より短くすると共に、望遠端の焦点距離を実施例1より長くすることにより、変倍比を20倍としている。
【0041】
実施例5のズームレンズの具体的な数値構成は、表9及び表10に示される。図18、図19、図20は、実施例5のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【0042】
【表9】
【0043】
【表10】
【0044】
【実施例6】
図21は、実施例6にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例6における各レンズ群の群構成は実施例1と同様であり、変倍比は10倍である。ただし、全体的に各レンズ群のパワーを弱くして加工誤差や組立誤差による性能の劣化を小さくし、最も径が大きくなる第1レンズ群内の大型のレンズに屈折率の低い安価な硝材を用いることにより、実施例1より低コストでの提供を可能としている。
【0045】
実施例6のズームレンズの具体的な数値構成は、表11及び表12に示される。図22、図23、図24は、実施例6のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【0046】
【表11】
【0047】
【表12】
【0048】
前述の各条件式と実施例との関係を以下の表13に示す。
【0049】
【表13】
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の4群ズームレンズは、全てのレンズ群のレンズが球面レンズとして形成されているため、各レンズの加工が容易であり、かつ、その精度を極めて高く保つことができ、収差の発生を抑え、高い結像性能を得ることができる。したがって、この発明によれば、高解像度の撮像素子を用いた装置にも適用可能なズームレンズを提供することができる。
【0051】
また、各レンズ群の焦点距離を所定の条件を満たすよう設定することにより、ズーミングに伴う収差の変化を小さく抑え、かつ、ズームレンズの全長が不必要に長くなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図2】 実施例1のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図3】 実施例1のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図4】 実施例1のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図5】 実施例2のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図6】 実施例2のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図7】 実施例2のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図8】 実施例2のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図9】 実施例3のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図10】 実施例3のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図11】 実施例3のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図12】 実施例3のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図13】 実施例4のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図14】 実施例4のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図15】 実施例4のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図16】 実施例4のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図17】 実施例5のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図18】 実施例5のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図19】 実施例5のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図20】 実施例5のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図21】 実施例6のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図22】 実施例6のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図23】 実施例6のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図24】 実施例6のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【符号の説明】
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
Claims (4)
- 物体側から順に、正の第1レンズ群、負の第2レンズ群、負の第3レンズ群、正の第4レンズ群が配列して構成され、該4つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成され、前記第2レンズ群は、2枚のレンズで構成され、前記第4レンズ群は、1枚の負レンズを含む少なくとも3枚のレンズで構成され、前記第2レンズ群を光軸方向に移動させて変倍し、前記第3レンズ群を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正し、以下の条件(1)、(2)、(3)を満たすことを特徴とするズームレンズ。
(1) 0.05 < fW / f1 < 0.25
(2) 0.2 <|fW / f2|≦ 0.570
(3) 0.15 <|fW / f3| < 0.45
ただし、
fW:広角端における全系の焦点距離、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
f2:第2レンズ群の焦点距離、
f3:第3レンズ群の焦点距離である。 - 前記第2レンズ群は、負レンズと、該負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズであり、以下の条件(4)、(5)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
(4) 0.5 <|rc / fW|< 1.5
(5) 1.0 < ri / fW < 2.5
ただし、
rc:第2レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ri:第2レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。 - 前記第2レンズ群は、正レンズと、該正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズであり、以下の条件(4)、(
5)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
(4) 0.5 <|rc / fW|< 1.5
(5) 1.0 < ri / fW < 2.5
ただし、
rc:第2レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ri:第2レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。 - 前記第4レンズ群は、正レンズと負レンズとを貼り合わせて構成され、接合面が像側に凸となる接合レンズを含み、全体として少なくとも2枚の正レンズと1枚の負レンズとから構成され、以下の条件(6) を満たすことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ
。
(6) 0.15 < nn − np
ただし、
nn:第4レンズ群中の接合レンズの負レンズの屈折率、
np:第4レンズ群中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
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