JP4761100B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、民生用ビデオカメラのズームレンズにおいて、高倍率、高画質を維持しながら製造コストを低減する為の技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、民生用ビデオカメラ用のズームレンズにおいて、レンズの材質をガラスからプラスチックに変更することは、製造コストを低減するためには有効な方法である。
【0003】
製造コストを低減するという目的で接合レンズ以外の単レンズをプラスチック製にしたズームレンズとしては、例えば、本出願人に関わる、特開平6−34882号公報に記載されたものがある。また、低倍率のズームレンズで、構成レンズを全てプラスチック製とすると共に、紫外線をカットするフィルタをレンズ系の物体側に配設してプラスチック製レンズの黄変を防止するようにしたものが特開平6−331889号公報に記載されている。更に、高倍率のズームレンズでプラスチック製レンズを多用したものとしては、特開平8−271787号公報に記載されたものがある。
【0004】
構成レンズをプラスチック製として製造コストを低減することは、従来では9枚構成のレンズ系のうち3枚のレンズをプラスチック製としただけであるので、効果的には不十分であった。例えば、高倍率のズームレンズでは、構成レンズが全てガラス製レンズである場合は、第4レンズ群を2枚構成とすることが可能であるが、構成レンズにプラスチック製レンズを多用したものの場合では、第4レンズ群が3枚構成になってしまうので、製造コストの低減効果が十分に生かされないことがあった。
【0005】
ところで、プラスチックは紫外線の影響による経年変化で黄変してしまうことがあるが、プラスチック製レンズの使用に際しては、この黄変対策も十分ではなかった。例えば、構成レンズを全て非球面を有するプラスチック製レンズとすると、紫外線対策のための紫外線カットフィルタが必要となって、レンズ以外の構成部品が増えてしまい、製造コストの低減効果が弱くなってしまう。
【0006】
また、非球面を諸収差を補正するための手段として活用する場合においては、特定の非球面に収差補正の負担が集中して、その面が製造時の組み立て誤差等によって光軸からずれた時に生じる結像性能への影響に対して敏感になり過ぎることがあった。
【0007】
更に、プラスチックレンズの成形においては、プラスチック成形としては限界といえる程の高い精度を要求される。従って、レンズの体積が大きく誤差要因が収差に敏感に影響する場合では、金型を実際に作ってレンズを成形してみないと、製造コストの低減に有利かどうかわからないことがある。特定の光学特性を有するズームレンズの設計時において、成形困難な大口径レンズをプラスチック製としたものと、該大口径レンズをガラス球面レンズとしたものとの両方で設計を行うことは、設計期間が長くかかり、試作費用も多くかかると共に、成型用金型の無駄が多く発生してしまう等の問題が発生する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、民生用ビデオカメラ用のズームレンズにおいて、高倍率、高画質を維持しながら製造コストを低減することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明ズームレンズの第1の構成は、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第1レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第2レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第3レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第4レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面を非球面によって構成し、第1レンズに、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるように着色を施すと共に1.3mm以上の厚みを有するようにし、f1を第1レンズ群の焦点距離、f2を第2レンズ群の焦点距離、Zを変倍比、Dを撮像画面の対角線長、r5を物体側から数えて5番目のレンズ面の曲率半径、r8を物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、r9を物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、r10を物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径とすると、f1/r5<0.25、0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1、0.7<|r8/r9|<1、0.6<|r9/r10|<0.9の各条件を満足するようにしたものである。
【0010】
また、本発明ズームレンズの第2の構成は、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第1レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第2レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第3レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第4レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面を非球面によって構成し、第1レンズに、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるように着色を施すと共に1.3mm以上の厚みを有するようにし、f2を第2レンズ群の焦点距離、Zを変倍比、Dを撮像画面の対角線長、r8を物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、r9を物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、r10を物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径、F4を第9レンズの物体側の面の4次の非球面係数、R4を第9レンズの像側の面の4次の非球面係数、F6を第9レンズの物体側の面の6次の非球面係数、R6を第9レンズの像側の面の6次の非球面係数n3を第3レンズのd線における屈折率とすると、0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1、0.7<|r8/r9|<1、0.6<|r9/r10|<0.9、F4/R4<0、F6/R6<0、1.69<n3の各条件を満足するようにしたものである。
【0011】
従って、プラスチック製レンズの多用によって、高画質、高倍率を維持しながら、製造コストを低減することが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【0013】
最初に本発明の概要を説明する。
【0014】
本発明の目的は、ズームレンズ、特に、民生用のズームレンズにおいて製造コストを大幅に低減することである。この製造コストの大幅な低減は、従来、ガラス製であったレンズを、可能な限りプラスチック製のレンズに置き換えることで達成できる。しかし、レンズの材質としてプラスチックは、ガラスに比べて、屈折率が低く、また、アッベ数の選択の自由度が少ないので、諸収差の補正が困難になる傾向があるが、これに対しては、適切な屈折力の配置とプラスチック製のレンズを全て非球面レンズとすることによって解決する。
【0015】
また、プラスチック製レンズの非球面を諸収差を補正するための手段として活用する場合においては、特定の非球面に収差補正の負担が集中し、その面が製造時の組み立て誤差等によって光軸からずれた時に生じる結像性能への影響に対して敏感になり過ぎることがあるが、これも、適切な屈折力の配置と曲率形状の最適化及び非球面計数の制約によって緩和するようにした。
【0016】
更に、プラスチックレンズの材質としては、紫外線による経年変化による黄変がさけられない材質を使用せざるを得ないが、これに対しては、最も物体側に位置するガラスレンズで紫外線を吸収するようにして、黄変を防止するようにした。
【0017】
次に、本発明ズームレンズの構成を具体的に説明する。
【0018】
本発明の第1の実施の形態におけるズームレンズ1は、正の屈折力を有する第1レンズ群GR1と、負の屈折力を有する第2レンズ群GR2と、正の屈折力を有する第3レンズ群GR3と、正の屈折力を有する第4レンズ群GR4とから成り、第1レンズ群GR1と第3レンズ群GR3とは位置が常時固定とされ、第2レンズ群GR2は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、第4レンズ群GR4は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされ、図1に示すように、物体側より順に、第1レンズ群GR1を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズL1とガラス製の凸レンズの第2レンズL2との接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第3レンズL3とによって構成し、第2レンズ群GR2を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズL4と、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズL5と、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズL6とによって構成し、第3レンズ群GR3を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズL7によって構成し、第4レンズ群GR4を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズL8と、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズL9とによって構成したものである。尚、第2レンズ群GR2と第3レンズ群GR3との間には絞りIRが配設されると共に、第4レンズ群GR4と像面IMGとの間には赤外線フィルタやローパスフィルタ等から成るフィルタFLが配設されている。
【0019】
そして、ズームレンズ1は、第3レンズL3の像側の面、第4レンズL4の両面、第5レンズの物体側の面、第6レンズL6の像側の面、第7レンズL7の像側の面及び第9レンズL9の両面を非球面によって構成し、第1レンズL1には、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるような着色を施したものである。
【0020】
前述のように、レンズの材質であるプラスチックには紫外線に長時間晒されると黄変する性質があるので、従来は、紫外線カットフィルタを光学系の最も物体側の位置に配置して黄変を防止するようにしていた。しかし、本発明ズームレンズにおいては、最も物体側に配置される第1レンズL1の材質に、紫外線を吸収するための着色を施したガラスを使用することで、プラスチック製のレンズへの紫外線の照射量を軽減するようにして、その黄変を防止するようにしたものである。
【0021】
上記第1レンズに使用する硝材としては、具体的には、HOYA社製のFD60、FD110、FD140、FDS30、FDS90(以上商品名)及びこれらの相当品などが適当である。これらの硝材を中心厚1.3mm以上のレンズで使用すると、十分な紫外線カット効果が得られ、プラスチック製レンズの黄変が防止される。そして、上記ズームレンズ1の第1レンズ1では、中心厚を2mmとしている。
【0022】
尚、従来例では、最も物体側のレンズをポリカーボネートとすることによって、構成レンズ全てをプラスチック製とした例もある。しかし、レンズの材質として上記硝材は、ポリカーボネートよりも屈折率が高く、アッベ数も小さいので、第1レンズ群GR1を色消しレンズとするために必要な凹レンズの屈折力を得るためには、ポリカーボネート製のレンズよりも比較的曲率を緩くすることが可能となり、ペッツバール和がマイナス側に増大するのを防いで像面湾曲を良好に補正するのに都合が良くなる。
【0023】
また、ズームレンズ1は、
f1を第1レンズ群GR1の焦点距離、
f2を第2レンズ群GR2の焦点距離、
Zを変倍比、
Dを撮像画面の対角線長、
r5を物体側から数えて5番目のレンズ面の曲率半径、
r8を物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、
r9を物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、
r10を物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径とすると、
f1/r5<0.25(条件式1)、
0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1(条件式2)、
0.7<|r8/r9|<1(条件式3)、
0.6<|r9/r10|<0.9(条件式4)、
の各条件を満足するものである。
【0024】
尚、ズームレンズ1は、
F4を第9レンズL9の物体側の面の4次の非球面係数、
R4を第9レンズL9の像側の面の4次の非球面係数、
F6を第9レンズL9の物体側の面の6次の非球面係数、
R6を第9レンズL9の像側の面の6次の非球面係数とすると、
F4/R4<0(条件式5)、
F6/R6<0(条件式6)、
の各条件を満足することが望ましい。
【0025】
条件式1は、第3レンズL3の成型時における形状誤差を少なくするための条件を規定するものである。プラスチック製レンズを射出成形で製造する時、樹脂の収縮によって金型形状からのずれが生じる。メニスカスレンズである第3レンズL3は、凹面の曲率が強いと、成型時の収縮で更に凹面の曲率が強くなる方向に曲げられて変形し易くなる。そして、第3レンズL3の凹面の曲率が強いと、この変形が収差の設計値からの誤差として大きな影響を受けやすい。従って、本発明においては、第3レンズL3の形状をできるだけ平凸レンズ又は両凸レンズに近づけるように、凹面側の曲率を条件式1に規定された条件によって制約して、成型時の変形と、成型時の変形による収差への影響を緩和するようにした。
【0026】
条件式2は、第2レンズ群GR2の屈折力を、変倍比と画面寸法に対して最適化するための条件を規定したものである。ガラス製レンズに比べてプラスチック製レンズでは、屈折率が低いので曲率が強くなり、これが種々の収差が発生する原因となる。更に、第2レンズ群GR2は、変倍による収差変動の支配的要因と有するものなので、各面の曲率が緩くなるようにしなければならない。そして、第2レンズ群GR2の各面の曲率は屈折力配置に依存するので、第2レンズ群GR2の屈折力は上記条件を満足させることが適当である。
【0027】
また、第2レンズ群GR2の焦点距離の絶対値は、画面寸法及び変倍比に略比例して大きな値に設定することが収差補正上必要である。ガラス製レンズではf2/(0.05Z+1.7)Dの値が条件式2の下限を越えることが一般的であるが、本発明ではf2/(0.05Z+1.7)Dの値が下限を越えると、第2レンズ群GR2の屈折力が強くなり過ぎて球面収差を始めとする諸収差の変倍による変動を抑えることが困難になってしまい、また、ペッツバール和の絶対値がマイナス側に大きくなって、像面湾曲のオーバー側への曲がりが補正できなくなってしまう。逆に、f2/(0.05Z+1.7)Dの値が上限を越えると、収差補正には有利となるが、レンズ系全体が大型化して実用的でなく成り、また、レンズ系全体が大型化することで角プラスチック製レンズの体積が増大し、射出成形によって精度良く成形することが困難となる。
【0028】
本発明と同様の変倍方式における第2レンズ群の後側主点は、第2レンズ群GR2の合成厚の中で前寄りに位置させるのが一般的であり、第1レンズ群GR1の有効径の小型化や、主光線の傾角を小さくして収差補正を有利にする働きがある。従って、本発明でも上記と同様に第2レンズ群GR2の後側主点を前寄りにする必要がある。第4レンズL4は、通常は高屈折率低分散の硝材を使用して像側に強い凹面を向けた凹メニスカスレンズとするが、プラスチックでは屈折率が低いので凹メニスカスレンズとすることができない。そこで、本発明の第4レンズL4は、近軸球面としては両凹レンズとなる曲率にして、強い負の屈折力を持たせて後側主点を前寄りに引っ張る効果を持たせ、外周部では凹メニスカスレンズに近づくような両面非球面の形状として、屈折率の低いプラスチック製としたことによる影響を補うようにした。
【0029】
条件式3は、第5レンズL5の物体側の面r8と像側の面r9との屈折力の配分を規定するものである。第5レンズL5の物体側の面r8の曲率を強くすると、後側主点を前寄りにする効果があるが、条件式3において|r8/r9|の値が下限を越えると、面r8が光軸からずれた時の収差への影響が大きくなって製造が困難となってしまう。|r8/r9|の値を条件式3の範囲内とすることにより、成型時の偏芯で面r8と面r9とが相対的にずれた場合や、第5レンズL5が第4レンズL4と相対的にずれた場合でも、既存の部品精度の範囲で設計性能に近い性能が維持できるようになる。|r8/r9|の値が上限を超えると、後側主点が後寄りになって広角端で第4レンズL4を通る主光線の光線高が高くなり、収差補正に不利となる。
【0030】
プラスチック材料は、色消しに使うために2種類以上を用いる場合には、選択の範囲が限られてしまう。従って、第2レンズ群GR2としての必要な負の屈折力及び色消し条件とから、第4レンズL4と第5レンズL5との合成屈折力及び第6レンズL6の屈折力が決定される。そして、第4レンズL4の形状と第5レンズL5の面r8は、上記第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6に関する条件を満足させる必要があるので、残された面r9の曲率の取り得る範囲も限られてくる。
【0031】
条件式4は、上記に鑑み、第5レンズL5と第6レンズL6との収差の打ち消し合いと、製造時の組み立て精度に関する条件を規定するものである。|r9/r10|の値が上限を超えると、望遠端で、球面収差やコマ収差の面r9とr10とでの打ち消し合いが強くなり過ぎ、第5レンズL5と第6レンズL6との相対的な偏心が収差に与える影響が強くなって、製造が困難となってしまう。ところで、前記条件式3から、面r9の曲率半径を大きくすることが面r8に負担が集中するため得策ではないことが明らかであり、面r9から望遠端で球面収差やコマ収差が大きく発生することになる。従って、このような面r9による影響を打ち消すために、条件式4において、|r9/r10|の値が下限を越えないように面r10の曲率を設定する必要がある。
【0032】
第3レンズ群GR3の凸レンズである第7レンズL7は、収差補正上は形状の自由度が高いので、両凸形状でもメニスカス形状でも良く、また、非球面は物体側の面と像側の面の何れか1面、又は、両方でも良い。しかし、製造誤差による面の偏心を考慮すると、両凸形状の方が偏心を少なくするためには有利である。
【0033】
第3レンズ群GR3が色消しではないため、第4レンズ群GR4は、第3レンズ群GR3で発生した色収差まで補正する必要があり、過剰なほどの色消しを行わなければならない。本発明においては、製造コストの低減が目的であるので、第4レンズ群GR4には、凸レンズと凹レンズとをそれぞれ1枚ずつ配置した。
【0034】
しかし、第2レンズ群GR2と同様に、第4レンズ群GR4においてプラスチック材料だけで色消しを行おうとすると、凹レンズの第8レンズL8が両凹形状で曲率を強くしなければならなくなる。しかし、変倍比が15倍程度で、広角端でのFナンバーがF2程度のズームレンズであれば、第4レンズ群GR4の凹レンズはプラスチック材料で設計が可能であるが、変倍比が20倍以上で広角端でFナンバーがF1.8よりも明るいズームレンズの場合では、第8レンズL8の曲率が強くなり過ぎて、収差補正及び成形性において破綻してしまう。
【0035】
従って、本発明においては、第8レンズL8を高屈折率で、高分散性を有する硝材で形成した両凹レンズとして、面の曲率を緩くすると共に、両面の形状を対称として、組み立て時における表裏の判別を不要とした。
【0036】
また、第9レンズL9は、屈折率の低いプラスチック製でありながら、強い正の屈折力を持つようにしなければならず、面の曲率を強くせざるを得ない。そして、面の曲率を強くすることによって第9レンズL9から発生する球面収差、コマ収差及び像面湾曲を緩和するためには、第9レンズL9の1面のみを非球面にしても効果が不十分であるので、両面を非球面にする必要がある。第9レンズL9の両面を非球面にした場合、成形上の誤差によって物体側の面r17と像側の面r18との相対的な偏心がコマ収差に作用して、片ボケが敏感に現れることがある。これは、非球面による収差補正の効果が、2つの面に振り分けられていれば顕著にならないが、1面の非球面項により発生したコマ収差を、他方の面の非球面項で打ち消すように作用させると、成型時の誤差による偏心によって打ち消し関係が崩れたときに片ボケとして顕著に現れるからである。
【0037】
第9レンズL9においては、非球面係数の4次及び6次の項が両面で同符号になると、3次収差係数と5次収差係数とに影響を与えるので、両面間で収差の打ち消し合いが強くなってしまう。従って、この偏心に対する敏感度を緩和するための条件を規定したものが条件式5及び条件式6である。第9レンズL9では、これら条件式5及び条件式6を満足させて、両面の非球面項を対照的に近くすることが望ましい。本発明の第1の実施の形態におけるズームレンズ1においては、第9レンズL9の両面を、完全に対象な非球面で構成して、偏心に対する敏感度を下げるようにした。
【0038】
また、本発明の第2の実施の形態におけるズームレンズ2は、正の屈折力を有する第1レンズ群GR1と、負の屈折力を有する第2レンズ群GR2と、正の屈折力を有する第3レンズ群GR3と、正の屈折力を有する第4レンズ群GR4とから成り、第1レンズ群GR1と第3レンズ群GR3とは位置が常時固定とされ、第2レンズ群GR2は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、第4レンズ群GR4は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされ、図5に示すように、物体側より順に、第1レンズ群GR1を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズL1とガラス製の凸レンズの第2レンズL2との接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第3レンズL3とによって構成し、第2レンズ群GR2を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズL4と、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズL5と、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズL6とによって構成し、第3レンズ群GR3を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズL7によって構成し、第4レンズ群GR4を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズL8と、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズL9とによって構成したものである。尚、第2レンズ群GR2と第3レンズ群GR3との間には絞りIRが配設されると共に、第4レンズ群GR4と像面IMGとの間には赤外線フィルタやローパスフィルタ等から成るフィルタFLが配設されている。
【0039】
そして、ズームレンズ2は、第3レンズL3の像側の面、第4レンズL4の両面、第5レンズL5の物体側の面、第6レンズL6の像側の面、第7レンズL7の像側の面及び第9レンズL9の両面が、それぞれ非球面によって構成し、第1レンズL1には、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるような着色を施したものである。
【0040】
また、ズームレンズ2は、
n3を第3レンズのd線における屈折率とすると、
0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1(条件式2)、
0.7<|r8/r9|<1(条件式3)、
0.6<|r9/r10|<0.9(条件式4)、
F4/R4<0(条件式5)、
F6/R6<0(条件式6)、
1.69<n3(条件式7)、
の各条件を満足するものである。
【0041】
条件式7は、前記ズームレンズ1における非球面のプラスチック製の第3レンズL3を、上記ズームレンズ2のように、球面のガラス製の第3レンズL3に置き換えるために必要な条件を規定したものである。即ち、ズームレンズ2においては、第3レンズL3の屈折率を1.69以上にして面の曲率を緩くすると共に、第3レンズL3のみではなく、第1レンズ群GR3を構成する3枚のレンズを、第4レンズL4以降の特性に合わせて収差補正することにより、ズームレンズ1と第4レンズL4乃至第9レンズL9を共通化することを可能にした。
【0042】
尚、上記ズームレンズ1及びズームレンズ2は、第2レンズ群GR2乃至第4レンズ群GR4を構成する第4レンズL4乃至第9レンズL9が共通であり、第1レンズ群GR1を構成する第1レンズL1乃至第3レンズL3のみが異なるものである。即ち、ズームレンズ1とズームレンズ2は、第1レンズ群GR1を交換することだけで、どちらの構成を採ることも可能としたものである。
【0043】
次に、上記ズームレンズ1及び2を具体化した数値実施例を示す。
【0044】
尚、以下の説明において、「ri」は物体側から数えてi番目の面及びその曲率半径であり、「di」は面riと面ri+1との間の面間隔をであり、「ni」は物体側から数えてi番目の第iレンズLiを構成する材質のd線における屈折率であり、「νi」は第iレンズLiを構成する材質のアッベ数である。また、同様に、「nFL」及び「νFL」はフィルタFLを構成する材質のd線における屈折率及びアッベ数である。
【0045】
また、非球面の定義は、非球面の深さをxi、光軸からの高さをHとすると、xi=H2/ri{1+(1−H2/ri2)1/2}+ΣAjHj
で表されるものとする。
【0046】
表1にズームレンズ1の各数値を示す。
【0047】
【表1】
【0048】
表2にズームレンズ1の広角端、中間焦点位置及び望遠端における焦点距離、Fナンバー、画角(2ω)と、変倍及び合焦に伴って面間隔が変化する面間隔d5、d11、d14、d18の数値を示す。
【0049】
【表2】
【0050】
表3に、ズームレンズ1の非球面によって構成された第3レンズL3の像側の面r5、第4レンズL4の両面r6、r7、第5レンズの物体側の面r8、第6レンズL6の像側の面r11、第7レンズL7の像側の面r14及び第9レンズL9の両面r17、r18の4次、6次及び8次の非球面係数A4、A8及びA10を示す。
【0051】
【表3】
【0052】
また、表4にズームレンズ1の条件式1乃至6に係わる各数値を示す。
【0053】
【表4】
【0054】
図2乃至図4にズームレンズ1の広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図においては、実線はd線(波長587.6nm)、破線はg線(波長435.8nm)、一点鎖線はC線(波長656.3nm)での値をそれぞれ示し、非点収差図においては、実線はサジタル像面湾曲を、破線はメリディオナル像面湾曲をそれぞれ示すものである。(後述する図6乃至図8も同様)。
【0055】
表5にズームレンズ2の各数値を示す。
【0056】
【表5】
【0057】
表6ズームレンズ2の広角端、中間焦点位置及び望遠端における焦点距離、Fナンバー、画角(2ω)と、変倍及び合焦に伴って面間隔が変化する面間隔d5、d11、d14、d18の数値を示す。
【0058】
【表6】
【0059】
表7にズームレンズ2の非球面によって構成された第4レンズL4の両面r6、r7、第5レンズの物体側の面r8、第6レンズL6の像側の面r11、第7レンズL7の像側の面r14及び第9レンズL9の両面r17、r18の4次、6次及び8次の非球面係数A4、A8及びA10を示す。
【0060】
【表7】
【0061】
また、表8にズームレンズ2の条件式2乃至6に係わる各数値を示す。
【0062】
【表8】
【0063】
図6乃至図8にズームレンズ2の広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。
【0064】
このように、ズームレンズ1及び2は、図2乃至図4及び図6乃至図8の収差図からも明らかなように、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、しかも、約20倍の変倍比を有しながらもFナンバーが約F1.6であるので、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することを可能とした。
【0065】
また、ズームレンズ1及び2は、第2レンズ群GR2乃至第4レンズ群GR4を共通のレンズ系として用いたものであるので、部品の量産効果によるコストダウンの恩恵を更に受けることが可能である。
【0066】
以上に説明したように、本発明は、ズームレンズを4群9枚構成のレンズによって構成すると共に9枚のレンズのうちの5枚又は6枚を非球面を含むプラスチック製として、レンズ系全体の製造コストを低減しながら高性能化を図るようにし、無理にプラスチック製とすると成形が困難になる等の理由によって製造コストの低減に貢献することができないレンズは、適切な形状のガラス球面レンズとすることによって、光学性能の維持とコストとのバランスを追求したので、20倍程度の変倍比を有しながらF1.6程度のFナンバーを有する、高性能で明るいズームレンズが実現可能になる。
【0067】
また、本発明は、最も物体側に位置するガラス製のレンズを短波長の光、特に、紫外線に対する吸収率の大きい硝材で構成することによって、該ガラス製レンズよりも像側に位置するプラスチック製レンズの経年変化による黄変を防止することも可能である。
【0068】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【0069】
【発明の効果】
以上に説明したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第1レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第2レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第3レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第4レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面を非球面によって構成し、第1レンズに、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるように着色を施すと共に1.3mm以上の厚みを有するようにし、f1を第1レンズ群の焦点距離、f2を第2レンズ群の焦点距離、Zを変倍比、Dを撮像画面の対角線長、r5を物体側から数えて5番目のレンズ面の曲率半径、r8を物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、r9を物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、r10を物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径とすると、f1/r5<0.25、0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1、0.7<|r8/r9|<1、0.6<|r9/r10|<0.9の各条件を満足するようにしたので、高変倍比を有し、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することができると共に、紫外線の影響によるプラスチック製レンズの黄変も防止することができる。
【0070】
請求項2に記載した発明にあっては、第4レンズ群の両凸レンズである第9レンズの両面を非球面によって構成すると共に、F4を第9レンズの物体側の面の4次の非球面係数、R4を第9レンズの像側の面の4次の非球面係数、F6を第9レンズの物体側の面の6次の非球面係数、R6を第9レンズの像側の面の6次の非球面係数とすると、F4/R4<0、F6/R6<0の各条件を満足するようにしたので、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、約20倍の高変倍比を有し、約1.6のFナンバーを有する、明るく、より高性能なズームレンズを得ることができる。
【0071】
また、本発明ズームレンズの別のものは、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第1レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第2レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第3レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第4レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面を非球面によって構成し、第1レンズに、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるように着色を施すと共に1.3mm以上の厚みを有するようにし、f2を第2レンズ群の焦点距離、Zを変倍比、Dを撮像画面の対角線長、r8を物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、r9を物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、r10を物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径、F4を第9レンズの物体側の面の4次の非球面係数、R4を第9レンズの像側の面の4次の非球面係数、F6を第9レンズの物体側の面の6次の非球面係数、R6を第9レンズの像側の面の6次の非球面係数n3を第3レンズのd線における屈折率とすると、0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1、0.7<|r8/r9|<1、0.6<|r9/r10|<0.9、F4/R4<0、F6/R6<0、1.69<n3の各条件を満足するようにしたので、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、約20倍の高変倍比を有し、約1.6のFナンバーを有する、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することができると共に、紫外線の影響によるプラスチック製レンズの黄変も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2乃至図4と共に、本発明ズームレンズの第1の実施の形態を示すものであり、本図は、レンズ構成を概略的に示す図である。
【図2】広角端における各種収差を示す図である。
【図3】中間焦点距離における各種収差を示す図である。
【図4】望遠端における各種収差を示す図である。
【図5】図6乃至図8と共に、本発明ズームレンズの第2の実施の形態を示すものであり、本図は、レンズ構成を概略的に示す図である。
【図6】広角端における各種収差を示す図である。
【図7】中間焦点距離における各種収差を示す図である。
【図8】望遠端における各種収差を示す図である。
【符号の説明】
1…ズームレンズ、2…ズームレンズ、GR1…第1レンズ群、GR2…第2レンズ群、GR3…第3レンズ群、GR4…第4レンズ群、L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、L3…第3レンズ、L4…第4レンズ、L5…第5レンズ、L6…第6レンズ、L7…第7レンズ、L8…第8レンズ、L9…第9レンズ
Claims (3)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とから成り、上記第1レンズ群と第3レンズ群は位置が常時固定とされ、上記第2レンズ群は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、上記第4レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされたズームレンズにおいて、
上記第1レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成され、
上記第2レンズ群は、物体側より順に、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成され、
上記第3レンズ群は、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成され、
上記第4レンズ群は、物体側より順に、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成され、
上記プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面が非球面によって構成され、
上記第1レンズは、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるような着色が施されると共に、1.3mm以上の厚みを有し、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とするズームレンズ。
f1/r5<0.25
0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1
0.7<|r8/r9|<1
0.6<|r9/r10|<0.9
但し、
f1:第1レンズ群の焦点距離、
f2:第2レンズ群の焦点距離、
Z:変倍比、
D:撮像画面の対角線長、
r5:物体側から数えて5番目のレンズ面の曲率半径、
r8:物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、
r9:物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、
r10:物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径
とする。 - 第4レンズ群の両凸レンズである第9レンズの両面が非球面によって構成されると共に、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
F4/R4<0
F6/R6<0
但し、
F4:第9レンズの物体側の面の4次の非球面係数、
R4:第9レンズの像側の面の4次の非球面係数、
F6:第9レンズの物体側の面の6次の非球面係数、
R6:第9レンズの像側の面の6次の非球面係数
とする。 - 物体側より順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とから成り、上記第1レンズ群と第3レンズ群は位置が常時固定とされ、上記第2レンズ群は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、上記第4レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされたズームレンズにおいて、
上記第1レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第1レンズとガラス製の凸レンズの第2レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第3レンズとによって構成され、
上記第2レンズ群は、物体側より順に、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第4レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第5レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第6レンズとによって構成され、
上記第3レンズ群は、プラスチック製の凸レンズの第7レンズによって構成され、
上記第4レンズ群は、物体側より順に、ガラス製の両凹レンズの第8レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第9レンズとによって構成され、
上記プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも1面が非球面によって構成され、
上記第1レンズは、その材質の内部透過率が厚さ5mmで波長370nmの光に対し45%以下となるような着色が施されると共に、1.3mm以上の厚みを有し、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とするズームレンズ。
0.7<|f2/(0.05Z+1.7)D|<1
0.7<|r8/r9|<1
0.6<|r9/r10|<0.9
F4/R4<0
F6/R6<0
1.69<n3
但し、
f2:第2レンズ群の焦点距離、
Z:変倍比、
D:撮像画面の対角線長、
r8:物体側から数えて8面目のレンズ面の曲率半径、
r9:物体側から数えて9番目のレンズ面の曲率半径、
r10:物体側から数えて10番目のレンズ面の曲率半径、
F4:第9レンズの物体側の面の4次の非球面係数、
R4:第9レンズの像側の面の4次の非球面係数、
F6:第9レンズの物体側の面の6次の非球面係数、
R6:第9レンズの像側の面の6次の非球面係数
n3:第3レンズのd線における屈折率
とする。
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