JP4829442B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオレンズ、銀塩カメラ用レンズ、デジタルスチルカメラ等に好適な、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、光学機器に用いられる撮像用のズームレンズには、レンズ系全体が小型であることが要望されており、それに呼応して種々のタイプのズームレンズが提案されている。しかしながら、昨今のビデオカメラ用のズームレンズのように10倍以上のズーム比を有することが要求されるようになってくると、それに適応したズームタイプも限られてくるため、設計の自由度が制限される。高変倍比のズームレンズとしては、例えば物体から順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を有し、第2レンズ群を光軸に沿って移動することによってズーミングを行なうタイプのズームレンズがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
物体から順に、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を有し、第2レンズ群を光軸に沿って移動することによってズーミングを行うズームタイプは、撮像性能を一定以上に維持しつつ、ズーム比の高倍化が容易である。しかしながら、このズームタイプは、レンズ全長が長くなり、又前玉径も増大するため、レンズ系の小型化に不利である。特に第1レンズ群のレンズ径が大きく、レンズ重量も大きくなってくるため、第1レンズ群を小型化にするのが大きな課題となっている。
【0004】
本発明は、高変倍比で、しかも第1レンズ群が小型で、全長が短く、かつレンズ系全体が小型の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。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第2レンズ群、第1、第2の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第3レンズ群を有し、全ズーム範囲中の第1のズーム範囲においては該第1の絞りで光束を制限し、全ズーム範囲中の第2のズーム範囲においては該第2の絞りで光束を制限することを特徴としている。
【0006】
請求項2の発明は請求項1の発明において広角端から中間のズーム位置までは前記第1の絞り、中間のズーム位置から望遠端までは該第1の絞りよりも像面側にある前記第2の絞りで光束を制限することを特徴としている。
【0007】
請求項3の発明は請求項2の発明において、望遠端においては、前記第2レンズ群の一部又は全部が、前記第1の絞りの開口部内に位置することを特徴としている。
【0008】
請求項4の発明は請求項3の発明において、前記第1の絞りは、前記第2レンズ群の一部又は全部が該第1の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとして使用するときの開口径よりも大きいことを特徴としている。
【0009】
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1、第2の絞りはズーミングの為には固定であることを特徴としている。
【0010】
請求項6の発明は請求項1乃至5のいずれか1項の発明において、前記第3レンズ群の像面側に、ズーミングに伴う像面変動を補正するための正の屈折力の第4レンズ群が配置されていることを特徴としている。
【0011】
請求項7の発明は請求項1乃至6のいずれか1項の発明において、撮像素子上に像を形成する為の光学系であることを特徴としている。
【0012】
請求項8の発明の光学機器は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズを有していることを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態1の要部概略図である。図1においてL1は正の屈折力の第1レンズ群、L2はズーミング中可動の負の屈折力の第2レンズ群、L3は正の屈折力の第3レンズ群、L4は正の屈折力の第4レンズ群である。SP1は第1の絞り、SP2は第2の絞りである。第1、第2の絞りSP1、SP2はいずれも開口径が可変となっている。又ズーミングの為には固定であるが必要に応じて移動させても良い。Gはローパスフィルターや赤外線カットフィルター等に相当するガラスブロックである。
【0018】
IPは像面であり、そこにはCCD等の撮像素子の撮像面やフィルム等が配置されている。
【0019】
第2レンズ群L2を光軸Laに沿って物体側から像面側へ移動することによって、広角端から望遠端へとズーミングを行なう。ズーミングに際して第4レンズ群L4はズーミングに伴う像面変動の補償(補正)を行なうように移動し、所謂コンペンセーターの役割を果たす。第1レンズ群L1及び第3レンズ群L3は、ズーミングの為には固定となっている。図1(A)は広角端のズーム位置での各レンズ群の配置であり、図1(B)は準広角状態(ワイドミドル域であり、ズーム比をZとするとき0.25Z〜0.4Zの範囲内のズーム位置)のズーム位置での各レンズ群の配置、図1(C)は望遠端のズーム位置での各レンズ群の配置を表している。また、夫々の斜光束は、画面対角の最高像高における光路を表している。
【0020】
本実施形態のタイプのズームレンズにおいて、最高画角(最高像高)に到達する光束のケラレる状態として、広角端のズーム位置において、下方の光束(下線)LLでは第2レンズ群(バリエータ)L2の有効径で、(図1(A)参照)準広角状態(ワイドミドル域)において下線LLでは第1レンズ群L1の有効径で決まる。(図1(B)参照)。従って特に準広角状態(ワイドミドル域)で周辺光量を十分多く確保するべく下線のケラレを少なくし下線を多く入れようとすると、有効径の大きい第1レンズ群L1の径を更に大きくする必要がある。第1レンズ群L1の有効径を大きくすると、第1レンズ群L1の肉厚も厚くなり、結果的にレンズ全長が増大してくる。一方上方の光束(上線)LHを多く入れようとすると、絞り(SP1、SP2)よりも像面側のレンズ群の有効径を大きくすれば良いので、レンズ全長は、あまり増大しない。しかしながら通常の絞り位置すなわち本実施形態の第2の絞りSP2の位置に絞りがある場合には、上下線の通過量のアンバランスを招き、周辺画角の光束の中心が絞りの中心近傍を通らない所謂片絞り状態となって、小絞り時には周辺光量が低下し、更にはケラレが多くなる。
【0021】
本実施形態ではバリエータ(第2レンズ群)L2の有効径が小さいことに着目し、通常の絞り位置(この場合、第2の絞りSP2の位置)よりも物体側に第1の絞りSP1を新たに配置している。そして広角端から準広角状態へのズーム位置を経て所定のズームポジション(略中間のズーム位置であり、ズーム比をZとしたとき0.4Z〜0.6Zの範囲内のズーム位置)までは第1の絞りSP1で光束を制限し、更に略中間のズーム位置から望遠端のズーム位置までを第2の絞りSP2で光束を制限するように使い分け、望遠端においては、第2レンズ群(バリエータ)L2の一部又は全部が第1の絞りSP1の開口部内に位置するようにしている(図1(C)参照)。このとき第1の絞りは、該第2レンズ群L2の一部又は全部が該第1の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとしての使用時の開口径よりも大きくなっている。
【0022】
尚、望遠端において、第2レンズ群の一部又は全部が第2の絞りSP2の開口部内に位置するように、ズーミングの為に第2レンズ群を移動させても良い。
【0023】
以上のように第1、第2の絞りSP1、SP2の位置及びズーミングの際の各レンズ群の移動条件を適切に設定することにより、第2レンズ群(バリエータ)L2の移動量が少なくならないようにし、所定の変倍比を確保しつつ、第1レンズ群L1等、絞りSP1、SP2よりも物体側にあるレンズ群の有効径を比較的小さくしても前述の片絞り状態にはならないように構成している。図1(A)及び図1(B)の状態では、第1の絞りSP1で光束を制限し、その間は第2の絞りSP2は開放状態となっており、図1(C)の状態では第2の絞りSP2で光束の制限を行い、その間は第1の絞りSP1は開放状態としている。
【0024】
図2は、図1の第2レンズ群L2と第1の絞りSP1との望遠端のズーム位置における関係を表す説明図である。図2における符号は図1のものと同じ意味である。第2レンズ群L2の物体側のレンズは、通常小径であり、例えば同図にあるようにレンズの保持方法を第2レンズ群L2中の最終レンズG23を所謂浮き玉とするように保持を行なえば、望遠端近傍のズーム位置において第1の絞りSP1と入れ子の状態にできる。
【0025】
また、前記第1の絞りSP1は、第2レンズ群L2の一部がこの第1の絞りSP1の開口部内に位置する時の開口径を、絞りとして使用時の開口径よりも大きくすることで、上記した入れ子状態のオーバーラップ量を多くとることができる。
【0026】
尚、広角端においては、前記第1の絞りSP1よりも第2の絞りSP2を使用した方が適切な場合もあるので、その際は、広角端及びその近傍のズーム位置では該第1の絞りSP1よりも像面側にある第2の絞りSP2で光束を制限し、準広角状態及びその(図1(B))近傍のズーム位置においては第1の絞りSP1で光束を制限し、準広角状態よりも望遠側の所定(中間)のズームポジションから望遠端までは該第2の絞りSP2で光束を制限するようにしてもよい。
【0027】
この他広角端のズーム位置から準広角状態までは第1の絞りSP1を使用し、準広角状態のズーム位置及びその近傍では第2の絞りSP2を使用し、準広角状態のズーム位置近傍から望遠端のズーム位置にかけては第1の絞りSP1を使用して、光束を制限しても良い。又、絞りを2以上設けて、各絞りによって各々対象とするズーム領域において通過光束を制限するようにしても良い。
【0028】
本実施形態におけるズームレンズは物体から順に、正の屈折力の第1レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第2レンズ群、複数の絞り、正の屈折力の第3レンズ群を有するタイプのズームレンズであれば、4つのレンズ群よりなるズームレンズに限らず、例えば3群よりなるズームレンズや5群以上のレンズ群より成るズームレンズも同様に適用できる。
【0029】
上述したように、本実施形態によれば、物体から順に、正の屈折力の第1レンズ群L1、ズーミング中可動の負の屈折力の第2レンズ群L2、第1、第2の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第3レンズ群L3を有し、全ズーム範囲中の第1のズーム範囲においては第1の絞りSP1で光束を制限し、全ズーム範囲中の第2のズーム範囲においては第2の絞りSP2で光束を制限することで、第1レンズ群L1を小型化し、レンズ全長を短縮し、前玉径を縮小している。
【0030】
この他本実施形態によれば撮像性能を一定以上良好に維持しつつ、ズーム比の高倍化を容易にし、特に第1レンズ群の外径を小さくし、かつ重量を軽くしつつ、レンズ全長の短縮を容易にしている。
【0031】
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3を用いて説明する。
【0032】
図3において、10はカメラ本体、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、撮像素子上に形成された被写体像が表示される。
【0033】
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が実現している。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば高変倍比で、しかも第1レンズ群が小型で、全長が短く、かつレンズ系全体が小型の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】 本発明のズームレンズの実施形態のレンズ断面図
【図2】 図1の第2レンズ群と第1の絞りとの望遠端における関係を表す説明図
【図3】 本発明の光学機器の実施形態の要部概略図
【符号の説明】
L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
L4 第4レンズ群
SP1 第1の絞り
SP2 第2の絞り
G ガラスブロック
IP 像面
10 カメラ本体
11 ズームレンズ
12 撮像素子
13 記録手段
14 ファインダー
Claims (8)
- 物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第2レンズ群、第1、第2の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第3レンズ群を有し、全ズーム範囲中の第1のズーム範囲においては該第1の絞りで光束を制限し、全ズーム範囲中の第2のズーム範囲においては該第2の絞りで光束を制限することを特徴とするズームレンズ。
- 広角端から中間のズーム位置までは前記第1の絞り、中間のズーム位置から望遠端までは該第1の絞りよりも像面側にある前記第2の絞りで光束を制限することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
- 望遠端においては、前記第2レンズ群の一部又は全部が、前記第1の絞りの開口部内に位置することを特徴とする請求項2に記載のズームレンズ。
- 前記第1の絞りは、前記第2レンズ群の一部又は全部が該第1の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとして使用するときの開口径よりも大きいことを特徴とする請求項3に記載のズームレンズ。
- 前記第1、第2の絞りはズーミングの為には固定であ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。
- 前記第3レンズ群の像面側に、ズーミングに伴う像面変動を補正するための正の屈折力の第4レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 撮像素子上に像を形成する為の光学系であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のズームレンズ。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のズームレンズを有していることを特徴とする光学機器。
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