JP4642209B2 - 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、ズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に高変倍比でありながら、大口径比で構成レンズ枚数が少ないビデオカメラ，デジタルカメラ等の撮像素子を用いた光学機器やフィルムを用いる写真用カメラ等の光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より写真用カメラやビデオカメラやデジタルカメラなどに使われるズームレンズにおいて、物体側の第１群より後方のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス方式を採用した例が種々と提案されている。これは、リアフォーカス方式がフォーカスの際に比較的小型軽量のレンズ群を移動させるので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ、かつ、迅速な焦点合わせができるのでオートフォーカスシステムとの相性がいい等の特徴があるためである。
【０００３】
例えば特開昭６３−２７８０１３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、負の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群で構成された４群ズームレンズを開示し、第２群で変倍、第４群で変倍に伴って変動する像面の補正とフォーカシングを行っている。
【０００４】
しかしながら、第３群を負の屈折力としたズーム方式では、負の屈折力の第２群からの発散光を更に第３群で発散させることになるため、第４群のレンズ径が大きくなってレンズ系全体が大型化する要因になると共に、フォーカスによる収差変動が大きくなる傾向がある。
【０００５】
これに対して例えば、特開昭６２−２０６５１６号公報や特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭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い、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正すると共にフォーカスを行ってレンズ系全体の小型化を図ったズームレンズを提案している。
【０００６】
特開平６−２３５８６１号公報においては、正、負、正、正の屈折力の４群を有し、第３群を正、負２レンズの２枚レンズで構成し、第４群を負、正レンズの接合と正レンズの３枚レンズで構成し１３倍程度の変倍比を有するビデオ用の４群ズームレンズを開示している。
【０００７】
特開平５−７２４７２号公報では、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、固定で集光作用を有し正の屈折力の第３群、像面位置を維持するために光軸上を移動する正の屈折力の第４群と非球面を有するズームレンズを開示している。これは、第２群はメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凹面の負レンズと正レンズを配し、第３群は１面以上の非球面である単レンズから構成され、第４群は１面以上の非球面を有するレンズで構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年一眼レフカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いるズームレンズとしては変倍比が１０程度と高変倍比を有し、かつレンズ系全体が小型のものが要望されている。
【０００９】
一般にズームレンズにおいて各レンズ群を屈折力を強めれば所定の変倍比を得るための各レンズ群の移動量が少なくなるため、高変倍化とレンズ全長の短縮化を図ることができる。
【００１０】
しかしながら単に各レンズ群の屈折力を強めると、変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが難しくなってくるという問題点がある。
【００１１】
又、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徴が得られる。
【００１２】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が多くなり、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難しくなってくるという問題が生じてくる。
【００１３】
本発明は、リアフォーカス方式を採用し、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつレンズの構成枚数が少ない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。
【００１４】
この他本発明は、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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。
【００１５】
【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、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、正の屈折力の第４群より構成され、前記第２群を像面側に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第４群を移動させて補正するズームレンズであって、前記第２群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズ、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、負レンズより成り、前記第４群は、物体側より順に、非球面を有する正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズより成り、前記非球面を有する正レンズの材質の屈折率をＮａｌ、前記第２群の最も像面側の負レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をＲ７ｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
１．７＜Ｎａｌ＜１．８
−５０＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第３群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズから成ることを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明のズームレンズは、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、正の屈折力の第４群より構成され、前記第２群を像面側に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第４群を移動させて補正するズームレンズであって、前記第２群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズ、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、負レンズより成り、前記第３群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズより成り、前記第４群は、物体側より順に、正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズより成り、前記第３群と前記第４群はそれぞれ非球面を含み、前記第２群の最も像面側の負レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をＲ７ｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
−５０＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項４の発明の光学機器は、請求項１から３のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２１】
以下、請求項１の発明と請求項３の発明を総称して「本発明」という。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜図１２は本発明のリアフォーカス式を用いたズームレンズの実施形態における説明図である。
【００２３】
具体的には、図１は数値実施例１のズームレンズの要部断面図、図２，図３，図４は数値実施例１のズームレンズの広角端，中間，望遠端における収差図である。図５は数値実施例２のズームレンズの要部断面図、図６，図７，図８は数値実施例２のズームレンズの広角端，中間，望遠端における収差図である。図９は数値実施例３のズームレンズの要部断面図、図１０，図１１，図１２は数値実施例３のズームレンズの広角端，中間，望遠端における収差図である。図１３は数値実施例４のズームレンズの要部断面図、図１４，図１５，図１６は数値実施例４のズームレンズの広角端，中間，望遠端における収差図である。
【００２４】
図１、図５、図９、図１３に示した各数値実施例のズームレンズのレンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は負の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は正の屈折力の第４群（第４レンズ群）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。
【００２５】
Ｇは色分解プリズムやフェイ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。
【００２６】
本実施形態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、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の一部を有しつつ移動させて補正している。
【００２７】
また、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ため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。
【００２８】
このように広角端から望遠端への変倍に際して第４群を物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させることにより、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。
【００２９】
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。
【００３０】
本実施形態のズームレンズは以上の構成を基本構成として大別して、第１発明と第２発明を含んでいる。
【００３１】
そして前述の基本構成の基で第１発明は第４群が物体側より、非球面を有する正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズの３枚にて構成され、非球面を有する正レンズの材質の屈折率をＮａｌとした時
１．７＜Ｎａｌ＜１．８ ・・・（１）
の条件を満足することを特徴としている。
【００３２】
ここで条件式（１）は第４群中の非球面を有する正レンズの材質の屈折率に関するもので、条件式（１）の上限値を超えて、屈折率が高くなりすぎると、成型が難しく製造コストが著しく上昇してくるので良くない。
【００３３】
条件式（１）の下限値を超えて屈折率が低くなりすぎると、望遠域においてコマ収差の補正が困難になってくるので良くない。
【００３４】
又、第１発明においては条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが収差補正上更に好ましい。
【００３５】
１．７３＜Ｎａｌ＜１．７５ ・・・（１ａ）
又、第２発明は前記第３群が、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べ物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズの２枚にて構成され、第４群が物体側より、正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズの３枚にて構成され、第３群と第４群がそれぞれに少なくとも１面ずつの非球面を有する事を特徴としている。ここでレンズ面の屈折力φとはレンズ面の曲率半径をＲ、レンズ面の光入射側と光出射側の媒質の屈折率を各々ｎ、ｎ’とするとき
φ＝（ｎ’−ｎ）／Ｒで求められる。
【００３６】
第１発明と第２発明は以上のような構成をとることによりズーム比が１０倍程度と高変倍比で、Ｆナンバー１．６と大口径比にもかかわらず、フォーカスの際の色収差や軸外収差の変動が少なく、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又、全変倍範囲にわたりレンズ系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能を得ている。
【００３７】
又、第１発明においては前記第３群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズの２枚にて構成されるのが収差補正上好ましい。
【００３８】
本実施形態のズームレンズでは以上説明したように各群を構成することにより、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で、ズーム比が１０倍と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないズームレンズを達成している。
【００３９】
本発明の目的とするズームレンズは、以上の構成により達成されるが、更に次の構成要件のうち少なくとも１つ以上を満足させるのがレンズ系全体の小型化及び収差補正上、好ましい。
【００４０】
（ア−１）前記第２群は物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズ、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、そして負レンズの４枚のレンズにて構成される事を特徴とすることである。
【００４１】
（ア−２）前記第２群中最も像側のレンズ面の負レンズの像側のレンズ面の曲率半径を、Ｒ７ｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
−５０＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−５ ・・・（２）
の条件式を満足することを特徴とすることである。
【００４２】
条件式（２）は、第２群の最も像面側の負レンズの像面側のレンズ面の曲率半径を広角端の焦点距離で正規化したもので、条件式（２）の上限または下限を超えると、広角域におけるズーミングに際しての諸収差の変動を補正するのが困難になってくる。
【００４３】
又、本発明において条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが収差補正上更に好ましい。
【００４４】
−３５＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−１０ ・・・（２ａ）
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図１３を用いて説明する。
【００４５】
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。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００４６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器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が実現できる。
【００４７】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
【００４８】
各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番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００４９】
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、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、
【００５０】
【数１】

【００５１】
なる式で表している。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。
【００５２】
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。
【００５３】
【外１】

【００５４】
【外２】

【００５５】
【外３】

【００５６】
【表１】

【００５７】
数値実施例１〜３において
第１群の構成は物体側より、負レンズと正レンズの接合レンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズの３枚構成である。
【００５８】
第２群の構成は、物体側より順に、物体側が凸面の負メニスカスレンズ、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と像側が凸面の負レンズを接合した４枚のレンズにて構成されている。
【００５９】
第３群の構成は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側が凸面の負メニスカスレンズの２枚にて構成されている。
【００６０】
第３群の物体側に絞りを有し、第３群中の正レンズの物体側のレンズ面に非球面を有する。
【００６１】
第４群は物体側より、非球面を有する正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズの３枚にて構成されている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつレンズの構成枚数が少ない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。
【００６３】
この他本発明によれば、特に、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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】 数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２】 数値実施例１のズームレンズの広角端におけるの収差図である。
【図３】 数値実施例１のズームレンズの中間ズーム位置における収差図である。
【図４】 数値実施例１のズームレンズの望遠端における収差図である。
【図５】 数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【図６】 数値実施例２のズームレンズの広角端におけるの収差図である。
【図７】 数値実施例２のズームレンズの中間ズーム位置における収差図である。
【図８】 数値実施例２のズームレンズの望遠端における収差図である。
【図９】 数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【図１０】 数値実施例３のズームレンズの広角端におけるの収差図である。
【図１１】 数値実施例３のズームレンズの中間ズーム位置における収差図である。
【図１２】 数値実施例３のズームレンズの望遠端における収差図である。
【図１３】 本発明の光学機器における要部概略図である。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面

Claims (4)

1. 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、正の屈折力の第４群より構成され、前記第２群を像面側に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第４群を移動させて補正するズームレンズであって、前記第２群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズ、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、負レンズより成り、前記第４群は、物体側より順に、非球面を有する正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズより成り、前記非球面を有する正レンズの材質の屈折率をＮａｌ、前記第２群の最も像面側の負レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をＲ７ｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
   １．７＜Ｎａｌ＜１．８
   −５０＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−５
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第３群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズから成ることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
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、正の屈折力の第４群より構成され、前記第２群を像面側に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第４群を移動させて補正するズームレンズであって、前記第２群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズ、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、負レンズより成り、前記第３群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が像面側に比べて物体側のレンズ面の方が大きい正レンズ、像面側のレンズ面が凸面の負メニスカスレンズより成り、前記第４群は、物体側より順に、正レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズより成り、前記第３群と前記第４群はそれぞれ非球面を含み、前記第２群の最も像面側の負レンズの像面側のレンズ面の曲率半径をＲ７ｒ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
   −５０＜Ｒ７ｒ／ｆｗ＜−５
   なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１から３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光学機器。

Images