JP4573945B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子スチルカメラ，レンズシャッターカメラ，ビデオカメラ，デジタルカメラ等に好適な小型で広画角のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に撮影画角の広画角化を図ると共にレンズ全長(第１レンズ面から像面までの距離)の短縮化を図った携帯性に優れた簡易なレンズ構成のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＣＣＤを用いて静止画像を撮影する電子スチルカメラや動画像を撮影するビデオカメラ等の撮像装置に使用されるズームレンズにはカメラの小型化に伴いレンズ全長が短く小型で広画角のズームレンズが要求されている。
【０００３】
ビデオカメラ等のＣＣＤを用いた撮影装置に、使用されるズームレンズのズームタイプとしては最も物体側のレンズ群がズーミング(変倍)中固定された、正、負、正の屈折力のレンズ群で始まる３〜５群より成るズームタイプが多い。
【０００４】
例えば特開昭６３−８１３１３号公報では正、負、正、正、の屈折力のレンズ群より成る４群を有し３倍程度の変倍比のズームレンズが提案されている。
【０００５】
その後ビデオカメラ用レンズの発展は、高変倍化を中心に行なわれてきた。例えば特開平３−２９６７０６号公報では正、負、正、正、の屈折力のレンズ群よりなる４群を有し１０倍程度の変倍比を持つズームレンズが提案されている。近年ＣＣＤを用いて静止画を撮影する、電子スチルカメラが注目を集めている。電子スチルカメラ用のズームレンズとしては、レンズ全長の極めて短い光学系が要求されている。
【０００６】
又静止画の特性上、広画角であることが望ましい。更には動画のビデオカメラよりも高い光学性能を有することが望ましい。このように２．５〜３倍程度の比較的低倍率の変倍比であっても、広角域を含み、明るく、高い光学性能が得られるレンズタイプとして特公平６−６６００８号公報等では、負、正、の屈折力のレンズ群より成り各レンズ群の空気間隔変化によって変倍する２群ズームレンズが提案されている。
【０００７】
しかしながらこの２群タイプのズームレンズの多くは、コンパクトネス、光学性能の点で十分でなかった。又ズーミング中に射出瞳の変動が大きいため、銀塩カメラ用としては問題ないもののＣＣＤを用いる電子スチルカメラに用いる場合、設計上パワー配置に制約を受ける為大型化する傾向があった。又、負の屈折力のレンズ群が先行する、ネガティブリード型のズームレンズにおいては、第１群が移動するタイプのものが多い。この為、近年出現した静止画と動画の兼用タイプのデジタルカメラにおいては動画撮影時に録音もされる為、第１群が移動であるとズーム音がノイズとして録音されてしまうという問題がある。
【０００８】
負、正、正、の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中第２，第３群の間隔が広がるズームレンズの例として特開平７−５２２５６号公報等がある。しかしながら、このズームレンズは負正２群ズームレンズと同様に射出瞳位置の変化が大きい。
【０００９】
負、正、正、の屈折力のレンズ群の３群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中第２，第３群の間隔が減少する例として，ＵＳＰ５４３４７１０があるがレンズ枚数が多くコンパクト化には限界があった。
【００１０】
負、正、正、正の屈折力のレンズの４群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中第２，第３群の間隔が減少し、第４群がズーム中固定されたズームレンズの例として特開昭６０−３１１１０号公報があるが、ｕｓｐ５４３４７１０と同様レンズ枚数が多くコンパクト化には限界があった。負、正、正、正の屈折力のレンズ群の４群を有し、広角端より望遠端へのズーミング中第２，第３群の間隔が広角端〜中間で増大し、中間〜望遠端で減少するように移動し、第１群が固定されたズームレンズの例として特開平８−３０４７０４号公報があるが、このズームレンズは第３群が主結像群であり第３群の役割は射出瞳の変動を抑制する為のものではない。第３群が主結像群である為、正、負、正の３枚のレンズ構成で、構成枚数が多く結果レンズ全体のボリュウムが増大し沈胴のポテンシャルが低くなってしまう。また中間での第２，第３群の間隔が中間で広角端の１．５倍以上と大きく増大する為、全系を通しての射出瞳の変動は第２，第３群の間隔の変化しないズームタイプの負、正の屈折力のレンズ群より成るズームレンズと同程度となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般にネガティブリード型のズームレンズにおいて、レンズ系全体のレンズ枚数を少なくし、レンズ構成の簡素化を図りつつ、広画角化及び広変倍化を図りつつ全変倍にわたり良好なる光学性能を得るには各レンズ群の屈折力配置及び各レンズ群のレンズ構成等を適切に設定する必要がある。各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が不適切であると変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得るのが難しくなってくる。
【００１２】
本発明は、負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型の全体として４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて、各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適切に設定することにより、レンズ系全体の簡素化を図りつつ、広画角で高変倍比で全変倍範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
【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、物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群からなるズームレンズにおいて、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１群と前記第２群の間隔が減少し、前記第２群と前記第３群の間隔が減少し、前記第３群と前記第４群の間隔が増大するように、前記第２群と前記第３群が物体側に移動すると共に、前記第１群は固定であり、広角端と望遠端における前記第２群と前記第３群の間隔を各々ｄ２ｗ，ｄ２ｔとしたとき、
２．５＜ｄ２ｗ／ｄ２ｔ＜８
の条件を満足することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１群は複数の正レンズを有することを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１または２の発明において、前記第２群は複数の正レンズと１以上の負レンズを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、広角端と望遠端における前記第１群と前記第２群の間隔を各々ｄ１ｗ，ｄ１ｔとしたとき
１．５＜ｄ１ｗ／ｄ２ｗ＜ ４．０
０．１＜ｄ１ｔ／ｄ２ｔ＜ ２．０
の条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記第３群は単一の正レンズより成ることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明の光学機器は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の数値実施例１のレンズ断面図、図２〜図４は本発明の数値実施例１の広角端，中間，望遠端の収差図である。図５は本発明の数値実施例２のレンズ断面図、図６〜図８は本発明の数値実施例２の広角端，中間，望遠端の収差図である。図９は本発明の数値実施例３のレンズ断面図、図１０〜図１２は本発明の数値実施例３の広角端，中間，望遠端の収差図である。
【００２２】
レンズ断面図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端のズーム位置を示している。
【００２３】
又レンズ断面図においてＬ１は負の屈折力の第１群、Ｌ２は正の屈折力の第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。矢印は広角側から望遠側への変倍を行う際の各レンズ群の移動方向を示す。ＳＰは絞り、ＩＰは像面である。Ｇはフェースプレート、色フィルター等のガラスブロックである。
【００２４】
本発明のズームレンズでは広角端から望遠端への変倍に際して、第１群と第２群の間隔及び第２群と第３群の間隔が減少し、第３群と第４群の間隔が増加するように第２群と第３群をいずれも物体側へ移動させていることを基本構成としている。そして、この基本構成を基に
（アー１）第１群が変倍中固定であること
（アー２）第４群が非線型に移動すること
（アー３）第１群が複数の正レンズを有していること
（アー４）第２群が複数の正レンズと１以上の負レンズを有していること
を特徴としている。
【００２５】
本発明では以上の構成によって、レンズ枚数の削減を計り、レンズ全長の短縮化を達成したにもかかわらず、３倍程度の変倍比を有しつつ、明るく、高い光学性能を有し、広角域を含みつつ、簡易な鏡筒構造で実現可能なデジタルスチルカメラ等の光学機器に適したズームレンズを達成している。
【００２６】
本発明のズームレンズは広角端から望遠端への変倍に際して図１の数値実施例１、図５の数値実施例２、図９の数値実施例３ではいずれも第１群は固定、第２群と第３群は物体側へ、第４群は非線型に移動している。絞りＳＰは第２群と一体的に移動している。
【００２７】
本発明のズームレンズにおいて負の屈折力の第１群は物体側に凸面を向けた正レンズ、物体側に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そして物体側に凸面を向けた正レンズの４つのレンズより成っている。正の屈折力の第２群は正レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した接合レンズの３つのレンズより成っている。
【００２８】
正の屈折力の第３群は両レンズ面が凸面の正レンズより成っている。正の屈折力の第４群は物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとを接合した接合レンズより成っている。
【００２９】
第１〜第４発明（これらを総称して本発明ともいう。）に係るズームレンズは以上の諸条件を満足することにより達成されるが、更に広画角化及び高変倍化を図る際の収差変動を良好に補正し、高い光学性能を得るには次の諸条件のうちの少なくとも１つを満足させるのが良い。
（イ−１）前記第２群と第３群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ２ｗ，ｄ２ｔとしたとき
２．５＜ｄ２ｗ／ｄ２ｔ＜ ８ （１）
の条件を満足することを特徴とすることである。
【００３０】
条件式（１）の上限を越えて広角端における第２、第３群の間隔が大きくなりすぎるとレンズ全長が増大してくるので良くない。
【００３１】
条件式（１）の下限を越えて広角端における第２、第３群の間隔が小さくなりすぎると広角端における射出瞳位置が短くなりすぎるので良くない。
【００３２】
本発明において更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を
３．５＜ｄ２ｗ／ｄ２ｔ＜７ （１ａ）
とするのが良い。
（イ−２）前記第１群と第２群の広角端と望遠端における間隔を各々ｄ１ｗ，ｄ１ｔとしたとき
１．５＜ｄ１ｗ／ｄ２ｗ＜ ４．０ （２）
０．１＜ｄ１ｔ／ｄ２ｔ＜ ２．０ （３）
の条件を満足することを特徴とすることである。
【００３３】
条件式（２），（３）は所定の変倍比を確保しつつ、レンズ全長をおさえつつ、長い射出瞳を特に広角域において確保する為の条件であり、条件式（２）（３）をペアで満たすことが重要である。本発明において更に好ましくは条件式（２），（３）の数値範囲を
１．８＜ｄ１Ｗ／ｄ２Ｗ＜３．０ （２ａ）
０．２＜ｄ１ｔ／ｄ２ｔ＜１．５ （３ａ）
とするのが良い。
（イ−３）前記第３群は正の単一レンズより成ることを特徴とすることである。
【００３４】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラ・光学機器の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００３５】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明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は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００３６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラに適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００３７】
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は各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。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。
【００３８】
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、
【００３９】
【数１】

【００４０】
なる式で表している。又「ｅ−ｏｘ」は「×10^-x」を意味している。
【００４１】
【外１】

【００４２】
【外２】

【００４３】
【外３】

【００４４】
【外４】

【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、以上のように負の屈折力のレンズ群が先行するネガティブリード型の全体として４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて、各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適切に設定することにより、レンズ系全体の簡素化を図りつつ、広画角で高変倍比で全変倍範囲にわたり高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器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の中間の収差図
【図４】本発明の数値実施例1の望遠端の収差図
【図５】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図８】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ サジタル像面
Ｍ メリディオナル像面

Claims (6)

1. 物体側より順に、負の屈折力の第１群、正の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群からなるズームレンズにおいて、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第１群と前記第２群の間隔が減少し、前記第２群と前記第３群の間隔が減少し、前記第３群と前記第４群の間隔が増大するように、前記第２群と前記第３群が物体側に移動すると共に、前記第１群は固定であり、広角端と望遠端における前記第２群と前記第３群の間隔を各々ｄ２ｗ，ｄ２ｔとしたとき、
   ２．５＜ｄ２ｗ／ｄ２ｔ＜８
   の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第１群は複数の正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第２群は複数の正レンズと１以上の負レンズを有することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
4. 広角端と望遠端における前記第１群と前記第２群の間隔を各々ｄ１ｗ，ｄ１ｔとしたとき
   １．５＜ｄ１ｗ／ｄ２ｗ＜ ４．０
   ０．１＜ｄ１ｔ／ｄ２ｔ＜ ２．０
   の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
5. 前記第３群は単一の正レンズより成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。

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