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