JP4657431B2

JP4657431B2 - ３群ズームレンズ

Info

Publication number: JP4657431B2
Application number: JP2000288494A
Authority: JP
Inventors: 大輔是枝; 孝之伊藤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2002098892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、３群ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種カメラのズームレンズとして、３群ズームレンズが用いられている。例えば、特開平11-52246号には、負のパワーを持つ第１レンズ群と正のパワーを持つ第２レンズ群と正のパワーを持つ第３レンズ群とで構成される３群ズームレンズが開示されている。
【０００３】
該公報に開示される３群ズームレンズは、レンズ径が小さい点を特徴としている。しかし、該公報に記載の発明をはじめ従来の３群ズームレンズは、像面湾曲や非点収差等の諸収差を補正するために非球面を多く（例えば２面）使用しているため、その分コストアップにつながるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を克服し、安価な構成で良好な性能を維持した、３群ズームレンズを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の３群ズームレンズは、物体側から順に負のパワーを有する第１レンズ群と、絞りを含み正のパワーを有する第２レンズ群と、正レンズ１枚により構成される第３レンズ群とを有し、無限遠合焦時に変倍する際には第１レンズ群および第２レンズ群のみが移動することを特徴とする。
【０００６】
さらに請求項１に記載の３群ズームレンズは、以下の条件（１）および（２）を満たすことを特徴とする。
【０００７】
-1.8 < (R2+R1) / (R2-R1) < -0.25 ・・・（１）
5.0 < f3/fw < 8.0 ・・・（２）
ただし、R1は第３レンズ群の物体側の曲率半径、
R2は第３レンズ群の像側の曲率半径、
f3は第３レンズ群の焦点距離、
fwはワイド端の全系焦点距離である。
【０００８】
条件（１）を満たすことにより、高価な非球面レンズを使用しなくても、非点収差や像面湾曲といった収差の発生を抑えることができる。つまり、安価な構成で良好な性能を維持する３群ズームレンズを提供することができる。
【０００９】
また、条件（２）を満たすことにより、第３レンズ群のテレセントリック性を良好に保つことが可能となり、また非点収差や像面湾曲といった諸収差の変動を抑えて補正を容易にすることができる。
【００１０】
請求項１に記載の３群ズームレンズによれば、さらに以下の条件（３）、
-0.85 < f2/f1 < -0.65 ・・・（３）
を満たすことを特徴とする。ただし、f1は第１レンズ群の焦点距離、f2は第２レンズ群の焦点距離である。
【００１１】
条件（３）を満たすことにより、３倍程度の変倍比を維持しつつ、ワイド端側からテレ端側にレンズが移動する時でもＦナンバーの大きな変動を抑えることができる。
【００１２】
請求項２に記載の３群ズームレンズによれば、第１レンズ群をフォーカス群とすることができる。請求項２に記載の３群ズームレンズは、第１レンズ群という比較的大きな構成を動かすため、若干カメラ全体を大型化する必要があるが、その分、近距離における収差の変動をより小さく抑えることができる。
【００１３】
さらに請求項３に記載の３群ズームレンズによれば、第３レンズ群をフォーカス群とすることができる。請求項３に記載の３群ズームレンズは、近距離での収差の変動が若干大きくなってしまうものの、カメラ全体の構成をより小型化することができる。しかも、第３レンズ群は正レンズ１枚で構成されるため、高速で駆動できるように十分軽量化されている。つまり、第３レンズ群をフォーカス群にする場合、合焦動作の高速化を図ることもできる。
【００１４】
従って、第１レンズ群、第３レンズ群のどちらをフォーカス群とするかは、ユーザのニーズ等に対応して、柔軟に決定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる３群ズームレンズの実施形態を説明する。図１は本発明にかかる３群ズームレンズ１００のワイド端におけるレンズ配置を示す図である。
【００１６】
３群ズームレンズ１００は、図１中左側となる物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。
【００１７】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、正レンズＬ１、負のメニスカスレンズＬ２、負レンズＬ３、正レンズＬ４から構成される。すなわち、第１レンズ群Ｇ１の第１レンズ（最も物体側のレンズ）を正レンズとすることにより、歪曲収差を十分補正できるようにしている。
【００１８】
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正レンズＬ５、正レンズＬ６と負レンズＬ７の接合レンズ、正レンズＬ８から構成される。第３レンズ群は、正のパワーを有する１枚のレンズＬ９で構成されている。絞りＳは第２レンズ群Ｇ２の第１面（すなわち、正レンズＬ５の物体側の面）よりさらに物体側に配置され、第２レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。また、Ｌ１０は撮像素子のカバーガラス及びフィルターである。
【００１９】
以下の本文では、第１レンズ群Ｇ１は焦点位置補正群、第２レンズ群Ｇ２は変倍群、第３レンズ群Ｇ３はフォーカシング用のレンズ群であるとして説明する。
しかし、近距離の収差変動をより小さく抑える必要がある場合には、第１レンズ群をフォーカス群にすることもできる。すなわち、本発明にかかる３群ズームレンズは、必要とされる性能に応じてフォーカス群を第１レンズ群または第３レンズ群のどちらかにすることができる。
【００２０】
本実施形態では、ズーミングのために第１群および第２群レンズが移動しても、第３レンズ群は位置を変えない。物体（被写体）が無限遠でない場合には、第３レンズ群は被写体距離およびズーム倍率に応じて、図１に示す位置よりも物体側に移動する。
【００２１】
具体的には、ワイド端からテレ端までズームさせる場合、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増加するように、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２が移動する。フォーカシング用のレンズである第３レンズ群Ｇ３は、無限遠合焦時にはその位置は固定であるが、それ以外の場合には、被写体距離およびズーム倍率に応じてより物体側（図中左側）に移動する。すなわち、本実施形態では、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３がそれぞれ移動することにより、物体に合焦した状態で焦点距離を変化させることができる。なお、第１レンズ群Ｇ１をフォーカス群にする変形例の場合、第３レンズ群Ｇ３は、常に固定される。
【００２２】
ここで、３群ズームレンズ１００全体としてのコストダウンを図り、かつ像面湾曲や非点収差を効率よく補正するために、３群ズームレンズは、以下の条件（１）および（２）を満たすよう構成されている。
【００２３】
-1.8 < (R2+R1) / (R2-R1) < -0.25 ・・・（１）
5.0 < f3/fw < 8.0 ・・・（２）
ただし、R1は第３レンズ群の物体側の曲率半径、
R2は第３レンズ群の像側の曲率半径、
f3は第３レンズ群の焦点距離、
fwはワイド端の全系焦点距離である。
【００２４】
条件（１）は、第３レンズ群Ｇ３すなわちレンズの球面について規定している。レンズＬ９における物体側の曲率半径と像側の曲率半径との和と差との比（(R2+R1) / (R2-R1)）が、条件（１）の上限を超えると、特にテレ端での非点収差および像面湾曲の補正が不十分になる。また、比(R2+R1) / (R2-R1)が、条件（１）の下限を下回ると、歪曲収差を良好に補正することができなくなる。条件（１）の範囲内に収まる球面レンズＬ９は、絞りＳに対するコンセントリックレンズに近い形状である。そのため、球面レンズＬ９で第３レンズ群Ｇ３を構成することにより、非球面レンズを使用するよりも安価な球面レンズであっても、非球面レンズを使用した場合と略同様に非点収差や像面湾曲を良好に抑えることができる。
【００２５】
条件（２）は、第３レンズ群Ｇ３のパワーを規定している。第３レンズ群Ｇ３のパワーが小さく（すなわち焦点距離f3が大きく）、第３レンズ群Ｇ３の焦点距離f3とワイド端のズームレンズの焦点距離fwとの比（f3/fw）が条件（２）の上限を越えるとテレセントリック性を良好に保つことが困難になる。f3/fwが条件（２）の下限を下回ると、第３レンズ群Ｇ３のパワーが強くなり、収差の変動が大きくなるだけでなく、第２レンズ群Ｇ２の移動量が増大しワイド端からテレ端にレンズが移動するときＦナンバーの変動が大きくなってしまう。
【００２６】
さらに、第１レンズ群Ｇ１は、以下の条件（３）を満たすことが望ましい。
-0.85 < f2/f1 < -0.65 ・・・（３）
ただし、f1は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、
f2は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離である。
【００２７】
第１レンズ群Ｇ１の焦点距離f1と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離f2との比（f2/f1）が条件（３）の上限を越えると、３倍程度の変倍比を維持することが困難になる。比f2/f1が条件（３）の下限より小さくなると、第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、ワイド端からテレ端にレンズが移動するときＦナンバーの変動が大きくなる。
【００２８】
【実施例】
以下、具体的な実施例３例を図および表を参照して説明する。なお、どの実施例のレンズ配置も既に説明した図１と略同一であるため、各実施例ごとの説明は省略する。
【００２９】
【実施例１】
表１から表４は、実施例１の３群ズームレンズ１００の具体的な数値構成を表している。
【００３０】
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００３１】
表１において、ＮＯは、物体側からの順序を表す面番号であり、ｒは曲率半径、ｄは面間隔（レンズ厚もしくは空気間隔）、ｎはｄ線（５８８ｎｍ）での屈折率、νはアッベ数である。なお、面１４は非球面として構成されており、該非球面の、２次元多項式における各係数は表２に示されている。なお、第２群レンズＧ２中のレンズＬ８の物体側のレンズ面１４の表１における値は、光軸上の曲率半径を示している。面１４の非球面は、主としてコマおよび球面収差を補正するために形成されている。
【００３２】
非球面は、光軸からの高さＹにおける接平面からのサグ量をＸ（Ｙ）として、以下の式、数１にて表される。
【数１】

【００３３】
ここで、Ｃは軸上曲率１／ｒであり、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10、A12は４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。第１実施例における面１４の非球面を表す各係数の値を表２に示す。
【００３４】
Ｄ８は面８と絞りとの空気間隔、Ｄ１５は面１５と面１６との空気間隔（第２、第３レンズ群間の間隔に相当）を表し、ワイド端・中間位置・テレ端におけるＤ８、Ｄ１５、Ｄ１７の各値を表３（無限遠合焦時）、表４（近距離合焦時）に示した。なお、ＦＮＯはＦナンバーであり、Ｆは焦点距離、Ｗは半画角、ＦＢはバックフォーカス、Ｍは倍率を表す。
【００３５】
実施例１において、(R2+R1) / (R2-R1)=-0.43、f3/fw=5.43、f2/f1=-0.72であり、条件（１）〜（３）を満たしている。また、レンズがワイド端からテレ端に移動する時にもＦナンバーの大きな変動が抑えられている。
【００３６】
以上のように構成された３群ズームレンズ１００の諸収差を表す収差図を図２〜図４に示す。
【００３７】
図２〜図４は、ワイド端、中間位置、テレ端における収差図で、それぞれ、ｄ線（５８８ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）およびＣ線（６５６ｎｍ）における球面収差により表される色収差および倍率色収差、非点収差（Ｓ：サジタル、Ｍ：メリディオナル）を表す。図２〜図４から、ワイド端、中間位置、テレ端のいずれにおいても、倍率色収差および非点収差が良好に抑えられていることが分かる。
【００３８】
【実施例２】
実施例２の３群ズームレンズ１００の詳細を表５に示す。また図５〜図７は、実施例２の３群ズームレンズ１００のワイド端、中間位置、テレ端における諸収差を表す図である。
なお、実施例２においても、面１４が非球面として構成されており、該非球面の、２次元多項式における各係数は表６に示されている。
【００３９】
また、ワイド端、中間位置、テレ端におけるＤ８、Ｄ１５、Ｄ１７の各値を表７（無限遠合焦時）、表８（近距離合焦時）に示した。
【００４０】
【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００４１】
実施例２において、(R2+R1) / (R2-R1)=-1.20、f3/fw=5.30、f2/f1=-0.72であり、条件（１）〜（３）を満たしている。
【００４２】
【実施例３】
実施例３の３群ズームレンズの詳細を表９に示す。また図８〜図１０は、実施例３の３群ズームレンズのワイド端、中間位置、テレ端における諸収差を表す図である。
なお、実施例３においても、面１４が非球面として構成されており、該非球面の、２次元多項式における各係数は表１０に示されている。
【００４３】
また、ワイド端、中間位置、テレ端におけるＤ８、Ｄ１５、Ｄ１７の各値を表１１（無限遠合焦時）、表１２（近距離合焦時）に示した。
【００４４】
【表９】

【表１０】

【表１１】

【表１２】

【００４５】
実施例１において、(R2+R1) / (R2-R1)=-1.15、f3/fw=5.27、f2/f1=-0.72であり、条件（１）〜（３）を満たしている。
【００４６】
表１３は、上記の条件（１）〜（３）について、各実施例の数値をまとめた表である。
【表１３】

【００４７】
表１３に示すように、各実施例とも条件（１）〜（３）を満たす構成となっている。そして、該構成による３群ズームレンズは、図２〜１０に示されるように、ワイド端からテレ端の間で、良好な性能を有している。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる３群ズームレンズは、非球面を１面だけ使用することにより、従来よりも安価なレンズ構成にすることができる。また、第３レンズ群に使用する正レンズの形状を絞りに対してコンセントリックに近づけることにより、非点収差や像面湾曲をはじめとする諸収差について、非球面を多用した場合と略同等の性能をもって抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のレンズ配置を示す図である。
【図２】実施例１の構成の３群ズームレンズの、ワイド端位置の諸収差を表す収差図である。
【図３】実施例１の構成の３群ズームレンズの、中間位置の諸収差を表す収差図である。
【図４】実施例１の構成の３群ズームレンズの、テレ端位置の諸収差を表す収差図である。
【図５】実施例２の構成の３群ズームレンズの、ワイド端位置の諸収差を表す収差図である。
【図６】実施例２の構成の３群ズームレンズの、中間位置の諸収差を表す収差図である。
【図７】実施例２の構成の３群ズームレンズの、テレ端位置の諸収差を表す収差図である。
【図８】実施例３の構成の３群ズームレンズの、ワイド端位置の諸収差を表す収差図である。
【図９】実施例３の構成の３群ズームレンズの、中間位置の諸収差を表す収差図である。
【図１０】実施例３の構成の３群ズームレンズの、テレ端位置の諸収差を表す収差図である。
【符号の説明】
１００３群ズームレンズ
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｇ３第３レンズ群
Ｘ光軸
Ｓ絞り

Claims

物体側から順に負のパワーを有する第１レンズ群と、絞りを含み正のパワーを有する第２レンズ群と、正レンズ１枚により構成される第３レンズ群と、からなり、
無限遠合焦時に変倍する際には第１レンズ群および第２レンズ群のみが移動し、
以下の条件（１）〜（３）、
-1.8 < (R2+R1) / (R2-R1) < -0.25 ・・・（１）
5.0 < f3/fw < 8.0 ・・・（２）
-0.85 < f2/f1 < -0.65 ・・・（３）
ただし、
R1は第３レンズ群の物体側の曲率半径、
R2は第3レンズ群の像側の曲率半径、
f1は第１レンズ群の焦点距離、
f2は第２レンズ群の焦点距離、
f3は第３レンズ群の焦点距離、
fwはワイド端の全系の焦点距離、
を満たすことを特徴とする、３群ズームレンズ。
前記第１レンズ群をフォーカス群とすることを特徴とする、請求項１に記載の３群ズームレンズ。
前記第３レンズ群をフォーカス群とすることを特徴とする、請求項１に記載の３群ズームレンズ。