JP4955875B2 - 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
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム用カメラや、ビデオカメラ、ビデオスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する光学機器に関する。
【０００２】
この他、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レンズ構成をとり、Ｆナンバー２．８という明るさでありながら、広角端の撮影画角を８４°程度という広画角をもち、変倍比２．９程度で全変倍範囲にわたり収差補正を良好に行った高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より負の屈折力のレンズ群が先行する所謂ネガティブリード型のズームレンズは、広画角化が比較的容易であるため撮影画角７０°以上を有する広角用のズームレンズに多く用いられている。
【０００４】
例えば特公昭４９−２９１４６号公報や特公昭５２−２００１８号公報では、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２つのレンズ群を有し、双方のレンズ群間隔を変えて変倍を行った所謂２群ズームレンズが提案されている。
【０００５】
先の２群ズームレンズにおいて、正の屈折力の第２レンズ群を正、負、そして正の屈折力の３つのレンズ群に分割し、変倍に際して各レンズ群の間隔を変化させて行った４群ズームレンズが例えば特開昭５３−３４５３９号公報、特開昭６０−６８３１１号公報、特開昭６３−２４１５１１号公報、特開平１−１９３７０９号公報等で提案されている。
【０００６】
この他、特開平１０−０３９２１０号公報では、負、正、負、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成るレンズ構成で、フォーカシングを第２レンズ群を移動させることで行うインナーフォーカス式を用いたズームレンズが提案されている。
【０００７】
また特開平０９−２３０２４２号公報では、負、正、正、負、正の屈折力の第１、第２、第３、第４、第５レンズ群より成るレンズ構成で、第２レンズ群でフォーカシングを行ったズームレンズが提案されている。特開平１０−０３９２１０号公報、特開平０９−２３０２４２号公報で提案されているズームレンズは、ともに広角端での撮影画角が７５°程度であり、８０°を超えるまでにはいたっていない。これらで提案されているズームレンズにおいて、Ｆナンバーが２．８と明るく、広角端の画角が８０°を超えるような超広角かつ変倍比が２．５倍を超えるような超広角で高変倍のズームレンズを実現するには、各レンズ群のパワー配置の更なる最適化が必要である。
【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そしてデジタルカメラ等に用いる標準用のズームレンズとしては広画角を含み、かつ高変倍のものへの要望が強い。また撮影画面（撮像手段）の縮小化への傾向があり、いっそう広画角のズームレンズが必要となってきている。
【０００９】
一般にネガティブリード型のズームレンズにおいて、所定のバックフォーカスを確保しつつ広角端の撮影画角７５°程度、変倍比３程度、広角端のＦナンバー３程度を確保しつつ、全変倍範囲にわたり良好な光学性能を得るには各レンズ群の屈折力配置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レンズ枚数を増加させても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。また広角端の焦点距離を更に短くし、より広い撮影画角を得るにはいっそう変倍に伴う収差変動が大きくなってくる。
【００１０】
一方、インナーフォーカス式のズームレンズは第１レンズ群全体を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易となり、又近接撮影、特に極近接撮影が容易となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているのでレンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な焦点合わせができる等の特徴を有している。
【００１１】
しかしながらインナーフォーカス式を用いてレンズ系の広画角化を図ろうとすると、フォーカシングによる諸収差の変動が顕著となり、光学性能を良好に維持するのが大変難しくなってくる。
【００１２】
本発明は広画角でしかも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有する光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
この他本発明は、インナーフォーカス方式を採用しつつ、広画角化、大口径化及び高変倍化を図り、かつ変倍及びフォーカシングに伴う諸収差の変動を減少させ、全変倍範囲及び全フォーカス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有する光学機器の提供を目的とする。
【００１４】
この他本発明は、ネガティブリード型のレンズ構成を利用し、広角端の撮影画角が８４°程度、変倍比が２．９程度で、全変倍範囲においてＦナンバーが２．９程度の明るさをもち、全変倍範囲において高い光学性能をもったズームレンズ及びそれを有する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】
本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レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなり、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が小さくなるようにレンズ群を移動させて変倍を行い、前記第２レンズ群の全体または一部を像側へ移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行い、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、望遠端における全系のＦナンバーをＦＮＯＴとするとき、
−０．８＜ｆ１／ｆｔ＜−０．４
−１．９＜ｆ３／ｆｗ≦−１．４２
２．５＜ｆｔ／ｆｗ＜１０
−１．８８≦ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ＜−０．１
なる条件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、
２以上の非球面を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
第１レンズ群は、１以上の非球面を有することを特徴としている。
【００１８】
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、前記第２レンズ群は、第２Ａレンズ群と第２Ｂレンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２Ａレンズ群と前記第２Ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第２Ａレンズ群が像側へ移動することを特徴としている。
【００１９】
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、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が一体となって物体側へ移動することを特徴としている。
【００２０】
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レンズ群と前記第４レンズ群との間にフレアカット絞りを有することを特徴としている。
【００２１】
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。
【００２２】
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項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は実施形態１のズームレンズのレンズ断面図、図２は実施形態１のズームレンズの広角端における収差図、図３は実施形態１のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２６】
図４は実施形態２のズームレンズのレンズ断面図、図５は実施形態２のズームレンズの広角端における収差図、図６は実施形態２のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２７】
図７は実施形態３のズームレンズのレンズ断面図、図８は実施形態３のズームレンズの広角端における収差図、図９は実施形態３のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２８】
図１０は実施形態４のズームレンズのレンズ断面図、図１１は実施形態４のズームレンズの広角端における収差図、図１２は実施形態４のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２９】
図１３は実施形態５のズームレンズのレンズ断面図、図１４は実施形態５のズームレンズの広角端における収差図、図１５は実施形態５のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００３０】
レンズ断面図において、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端を示している。
【００３１】
各レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群である。Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群であり、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを有している。Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞り、ＦＰは固定のフレアーカット絞りである。ＩＰは像面であり、撮像手段の撮像面が位置している。
【００３２】
矢印は広角端から望遠端への変倍を行う際の各レンズ群の移動軌跡を示している。尚、広角端と望遠端では変倍用レンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置した時のズーム位置をいう。
【００３３】
各実施形態においては、広角端に対し、望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２Ａレンズ群Ｌ２Ａとの間隔が小さく、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂとの間隔が変化し、または固定であり、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂと第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間隔が小さくなるように各レンズ群を光軸上移動させて変倍を行っている。
【００３４】
広角端に対して望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２Ａレンズ群Ｌ２Ａの間隔は小さくなり、開口絞りＳＰとフレアーカット絞りＦＰは変倍に際して第３レンズ群Ｌ３と一体的に移動させている。
【００３５】
尚、各実施形態では全体として４つのレンズ群より成るものとして取り扱っているが、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを２つのレンズ群として取り扱えば全体として５つのレンズ群として取り扱うこともできる。
【００３６】
無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは第２Ａレンズ群Ｌ２Ａを像側へ移動することで行っている。尚、第２レンズ群Ｌ２全体を移動させて、フォーカシングを行っても良い。
【００３７】
各実施形態では、このように各レンズ群の屈折力や変倍における各レンズ群の移動条件を適切に設定することにより広画角、高変倍でありながら明るいＦナンバーをもち、高い光学性能を有したズームレンズを得ている。
【００３８】
また非球面を有したレンズを第１レンズ群Ｌ１中に使用することで広角端における歪曲収差の補正を良好に行っている。このとき、複数の非球面を使用すれば、特に望遠側で発生するコマ収差の補正に大きな効果がある。
【００３９】
各実施形態では、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂの間隔をズーミング（変倍）において変化させて、特に中間焦点距離のズーム位置において非点収差の補正を良好に行っている。尚、変倍に際して、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを一体で移動させても良く、この場合はメカ構造が簡単になる。
【００４０】
各実施形態において、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
−０．８ ＜ ｆ１／ｆｔ ＜ −０．４ ・・・（１）
−１．９ ＜ ｆ３／ｆｗ ≦ −１．４２ ・・・（２）
なる条件を満足している。
【００４１】
これによって、主に全変倍範囲にわたり、かつ画面全体にわたり、高い光学性能を確保している。
【００４２】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離に関し、諸収差をパランスよく補正しつつ主に広画角化を図るための条件である。上限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さくなると、レンズ外径のコンパクト化には有利となるが、特に望遠端でコマ収差が増大する。また下限値を超えると、逆にコマ収差の容易になるが、レンズ系全体のコンパクト化に不利となり、レンズ外径が増大してくるので良くない。
【００４３】
条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に関し、主に高変倍を図る際に発生する球面収差とコマ収差をバランスよく補正するための条件である。上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が小さくなると高変倍化に有利となり、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂ、及び第４レンズ群Ｌ４のストロークを減少させることができるが、第３レンズ群Ｌ３自体から発生するコマ収差と球面収差が増大してくる。また下限値を超えると変倍のための第２Ａレンズ群Ｌ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂ、及び第４レンズ群Ｌ４のストロークが大きくなり、第４レンズ群Ｌ４の径を大きくするか、広角端における画面周辺部での光量が少なくせざるを得ないのでよくない。
【００４４】
尚、更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４５】
−０．７ ＜ ｆ１／ｆｔ ＜ −０．４５ ・・・（１ａ）
−１．８ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ≦ −１．４２ ・・・（２ａ）
以上のように各実施形態によれば、ズームレンズを４つあるいは５つのレンズ群より構成し、条件式（１）、（２）を満足するように設定するとともにフォーカシングに際し第２レンズ群Ｌ２を移動させ、非球面レンズを適切に使用することによって、広画角かつＦナンバーが明るいにもかかわらず、諸収差を良好に補正した高い光学性能を有したズームレンズを達成している。
【００４６】
次に各実施形態の前述した構成以外の構成について説明する。
【００４７】
（ア−１） レンズ系全体として２以上の非球面を有している。これによって主に、全変倍範囲にわたり、高い光学性能を容易に得ている。
【００４８】
（ア−２） 第１レンズ群Ｌ１は１以上の非球面を有している。これによって主に、望遠端における収差補正を良好に行っている。
【００４９】
（ア−３） 広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
２．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ １０ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００５０】
条件式（３）は変倍比に関する条件であり、上限値及び下限値を超えると各実施形態におけるレンズ群のパワー配置では諸収差が多く発生し良好な光学性能を得ることが難しくなる。
【００５１】
更に好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５２】
２．６＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ３．５ ・・・（３ａ）
（ア−４） 第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系のＦナンバーをＦＮＯＴとするとき、
−１．８８≦ ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ ＜ −０．１ ・・・（４）
なる条件を満足している。
【００５３】
条件式（４）は全系の望遠端のＦナンバーＦＮＯＴと第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に対する望遠端の焦点距離に関する条件である。上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が小さくなりすぎると、Ｆナンバーが明るいレンズ系では特に画面周辺でのコマ収差の補正が困難となり、また下限値を超えると逆にコマ収差の補正は補正はしやすいが、高変倍化が難しくなる。
【００５４】
更に好ましくは、条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５５】
−１．８８≦ ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ ＜ −１．０ ・・・（４ａ）
（ア−５） 第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４、又は第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂと第４レンズ群Ｌ４とをズーミング時において一体移動している。これによってメカ構造を簡便にしている。
【００５６】
（ア−６） 第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間にフレアカット絞りを設けている。これによってズーミングにおいても全ズーム域で一定のＦナンバーを得るとともに画面周辺部での有害光をカットし良好が光学性能を確保している。
【００５７】
（ア−７） 第１レンズ群Ｌ１を物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより構成している。
【００５８】
（ア−８） 第２Ａレンズ群Ｌ２Ａを物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、又は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと、両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより構成している。第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを２つの正レンズより構成している。
【００５９】
（ア−９） 第３レンズ群Ｌ３を物体側より順に、正レンズ、負レンズ、正レンズより、又は負レンズ、負レンズ、正レンズより構成している。
【００６０】
（ア−１０） 第４レンズ群Ｌ４を物体側より順に、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、正レンズそして負レンズより、又は負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、正レンズそして負レンズより構成している。
【００６１】
以上のように各実施形態によれば、インナーフォーカス方式を採用しつつ、広画角化、大口径化及び高変倍化を図り、かつ変倍及びフォーカシングに伴う諸収差の変動を減少させ、全変倍範囲及び全フォーカス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有する光学機器を達成することができる。
【００６２】
この他各実施形態によれば、ネガティブリード型のレンズ構成を利用し、広角端の撮影画角が８４°程度、変倍比が２．９程度で、全変倍範囲においてＦナンバーが２．９程度の明るさをもち、全変倍範囲において高い光学性能をもったズームレンズ及びそれを有する光学機器達成することができる。
【００６３】
次に本発明の実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５を示す。数値実施例においてｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目の光学部材厚又は空気間隔、ｎｉとνｉは第ｉ番目の光学部材のｄ線に対する屈折率とアッベ数である。ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角である。
【００６４】
又、非球面形状は面の中心部の曲率半径をＲ、光軸からの高さＹの位置での光軸方向（光の進行方向）の変位を面頂点を基準にしてＸとし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ、ｈをそれぞれ非球面係数としたとき
【００６５】
【数１】
【００６６】
で表されるものとする。尚、「ｅ−ｘ」は「×１０-X」を表す。また前述の各条件式の一部と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００６７】
【外１】
【００６８】
【００６９】
【外２】
【００７０】
【００７１】
【外３】
【００７２】
【００７３】
【外４】
【００７４】
【００７５】
【外５】
【００７６】
【００７７】
【表１】
【００７８】
次に、本発明のズームレンズを用いた一眼レフ用のデジタルカメラシステムの実施形態を、図１６を用いて説明する。図１６において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明によるズームレンズを搭載した交換レンズ、１２は交換レンズ１１によって形成される被写体像を記録（受光）する撮像素子などの記録手段、１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１からの被写体像を記録手段１２とファインダー光学系１３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は記録手段１２に結像して記録される。
【００７９】
このように本発明のズームレンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。
【００８０】
尚、本発明はクイックリターンミラーのないＳＬＲ（Single lens Reflex）カメラにも同様に適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、広画角でしかも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有する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】 実施形態１のレンズ断面図
【図２】 実施形態１の広角端における収差図
【図３】 実施形態１の望遠端における収差図
【図４】 実施形態２のレンズ断面図
【図５】 実施形態２の広角端における収差図
【図６】 実施形態２の望遠端における収差図
【図７】 実施形態３のレンズ断面図
【図８】 実施形態３の広角端における収差図
【図９】 実施形態３の望遠端における収差図
【図１０】 実施形態４のレンズ断面図
【図１１】 実施形態４の広角端における収差図
【図１２】 実施形態４の望遠端における収差図
【図１３】 実施形態５のレンズ断面図
【図１４】 実施形態５の広角端における収差図
【図１５】 実施形態５の望遠端における収差図
【図１６】 本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ２Ａ 第２Ａレンズ群
Ｌ２Ｂ 第２Ｂレンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＦＰ フレアーカット絞り
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
ｆ 焦点距離
ω 画角
Ｆｗ Ｆナンバー
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム用カメラや、ビデオカメラ、ビデオスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する光学機器に関する。
【０００２】
この他、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レンズ構成をとり、Ｆナンバー２．８という明るさでありながら、広角端の撮影画角を８４°程度という広画角をもち、変倍比２．９程度で全変倍範囲にわたり収差補正を良好に行った高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より負の屈折力のレンズ群が先行する所謂ネガティブリード型のズームレンズは、広画角化が比較的容易であるため撮影画角７０°以上を有する広角用のズームレンズに多く用いられている。
【０００４】
例えば特公昭４９−２９１４６号公報や特公昭５２−２００１８号公報では、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群の２つのレンズ群を有し、双方のレンズ群間隔を変えて変倍を行った所謂２群ズームレンズが提案されている。
【０００５】
先の２群ズームレンズにおいて、正の屈折力の第２レンズ群を正、負、そして正の屈折力の３つのレンズ群に分割し、変倍に際して各レンズ群の間隔を変化させて行った４群ズームレンズが例えば特開昭５３−３４５３９号公報、特開昭６０−６８３１１号公報、特開昭６３−２４１５１１号公報、特開平１−１９３７０９号公報等で提案されている。
【０００６】
この他、特開平１０−０３９２１０号公報では、負、正、負、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成るレンズ構成で、フォーカシングを第２レンズ群を移動させることで行うインナーフォーカス式を用いたズームレンズが提案されている。
【０００７】
また特開平０９−２３０２４２号公報では、負、正、正、負、正の屈折力の第１、第２、第３、第４、第５レンズ群より成るレンズ構成で、第２レンズ群でフォーカシングを行ったズームレンズが提案されている。特開平１０−０３９２１０号公報、特開平０９−２３０２４２号公報で提案されているズームレンズは、ともに広角端での撮影画角が７５°程度であり、８０°を超えるまでにはいたっていない。これらで提案されているズームレンズにおいて、Ｆナンバーが２．８と明るく、広角端の画角が８０°を超えるような超広角かつ変倍比が２．５倍を超えるような超広角で高変倍のズームレンズを実現するには、各レンズ群のパワー配置の更なる最適化が必要である。
【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そしてデジタルカメラ等に用いる標準用のズームレンズとしては広画角を含み、かつ高変倍のものへの要望が強い。また撮影画面（撮像手段）の縮小化への傾向があり、いっそう広画角のズームレンズが必要となってきている。
【０００９】
一般にネガティブリード型のズームレンズにおいて、所定のバックフォーカスを確保しつつ広角端の撮影画角７５°程度、変倍比３程度、広角端のＦナンバー３程度を確保しつつ、全変倍範囲にわたり良好な光学性能を得るには各レンズ群の屈折力配置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レンズ枚数を増加させても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。また広角端の焦点距離を更に短くし、より広い撮影画角を得るにはいっそう変倍に伴う収差変動が大きくなってくる。
【００１０】
一方、インナーフォーカス式のズームレンズは第１レンズ群全体を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易となり、又近接撮影、特に極近接撮影が容易となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているのでレンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な焦点合わせができる等の特徴を有している。
【００１１】
しかしながらインナーフォーカス式を用いてレンズ系の広画角化を図ろうとすると、フォーカシングによる諸収差の変動が顕著となり、光学性能を良好に維持するのが大変難しくなってくる。
【００１２】
本発明は広画角でしかも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有する光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
この他本発明は、インナーフォーカス方式を採用しつつ、広画角化、大口径化及び高変倍化を図り、かつ変倍及びフォーカシングに伴う諸収差の変動を減少させ、全変倍範囲及び全フォーカス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有する光学機器の提供を目的とする。
【００１４】
この他本発明は、ネガティブリード型のレンズ構成を利用し、広角端の撮影画角が８４°程度、変倍比が２．９程度で、全変倍範囲においてＦナンバーが２．９程度の明るさをもち、全変倍範囲において高い光学性能をもったズームレンズ及びそれを有する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】
本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レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなり、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が小さくなるようにレンズ群を移動させて変倍を行い、前記第２レンズ群の全体または一部を像側へ移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行い、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、望遠端における全系のＦナンバーをＦＮＯＴとするとき、
−０．８＜ｆ１／ｆｔ＜−０．４
−１．９＜ｆ３／ｆｗ≦−１．４２
２．５＜ｆｔ／ｆｗ＜１０
−１．８８≦ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ＜−０．１
なる条件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、
２以上の非球面を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
第１レンズ群は、１以上の非球面を有することを特徴としている。
【００１８】
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、前記第２レンズ群は、第２Ａレンズ群と第２Ｂレンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２Ａレンズ群と前記第２Ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第２Ａレンズ群が像側へ移動することを特徴としている。
【００１９】
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、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が一体となって物体側へ移動することを特徴としている。
【００２０】
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レンズ群と前記第４レンズ群との間にフレアカット絞りを有することを特徴としている。
【００２１】
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。
【００２２】
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項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は実施形態１のズームレンズのレンズ断面図、図２は実施形態１のズームレンズの広角端における収差図、図３は実施形態１のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２６】
図４は実施形態２のズームレンズのレンズ断面図、図５は実施形態２のズームレンズの広角端における収差図、図６は実施形態２のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２７】
図７は実施形態３のズームレンズのレンズ断面図、図８は実施形態３のズームレンズの広角端における収差図、図９は実施形態３のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２８】
図１０は実施形態４のズームレンズのレンズ断面図、図１１は実施形態４のズームレンズの広角端における収差図、図１２は実施形態４のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００２９】
図１３は実施形態５のズームレンズのレンズ断面図、図１４は実施形態５のズームレンズの広角端における収差図、図１５は実施形態５のズームレンズの望遠端における収差図である。
【００３０】
レンズ断面図において、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は望遠端を示している。
【００３１】
各レンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力の第１レンズ群である。Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群であり、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを有している。Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞り、ＦＰは固定のフレアーカット絞りである。ＩＰは像面であり、撮像手段の撮像面が位置している。
【００３２】
矢印は広角端から望遠端への変倍を行う際の各レンズ群の移動軌跡を示している。尚、広角端と望遠端では変倍用レンズ群が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置した時のズーム位置をいう。
【００３３】
各実施形態においては、広角端に対し、望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２Ａレンズ群Ｌ２Ａとの間隔が小さく、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂとの間隔が変化し、または固定であり、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂと第３レンズ群Ｌ３との間隔が大きく、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間隔が小さくなるように各レンズ群を光軸上移動させて変倍を行っている。
【００３４】
広角端に対して望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２Ａレンズ群Ｌ２Ａの間隔は小さくなり、開口絞りＳＰとフレアーカット絞りＦＰは変倍に際して第３レンズ群Ｌ３と一体的に移動させている。
【００３５】
尚、各実施形態では全体として４つのレンズ群より成るものとして取り扱っているが、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを２つのレンズ群として取り扱えば全体として５つのレンズ群として取り扱うこともできる。
【００３６】
無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングは第２Ａレンズ群Ｌ２Ａを像側へ移動することで行っている。尚、第２レンズ群Ｌ２全体を移動させて、フォーカシングを行っても良い。
【００３７】
各実施形態では、このように各レンズ群の屈折力や変倍における各レンズ群の移動条件を適切に設定することにより広画角、高変倍でありながら明るいＦナンバーをもち、高い光学性能を有したズームレンズを得ている。
【００３８】
また非球面を有したレンズを第１レンズ群Ｌ１中に使用することで広角端における歪曲収差の補正を良好に行っている。このとき、複数の非球面を使用すれば、特に望遠側で発生するコマ収差の補正に大きな効果がある。
【００３９】
各実施形態では、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂの間隔をズーミング（変倍）において変化させて、特に中間焦点距離のズーム位置において非点収差の補正を良好に行っている。尚、変倍に際して、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａと第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを一体で移動させても良く、この場合はメカ構造が簡単になる。
【００４０】
各実施形態において、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
−０．８ ＜ ｆ１／ｆｔ ＜ −０．４ ・・・（１）
−１．９ ＜ ｆ３／ｆｗ ≦ −１．４２ ・・・（２）
なる条件を満足している。
【００４１】
これによって、主に全変倍範囲にわたり、かつ画面全体にわたり、高い光学性能を確保している。
【００４２】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離に関し、諸収差をパランスよく補正しつつ主に広画角化を図るための条件である。上限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が小さくなると、レンズ外径のコンパクト化には有利となるが、特に望遠端でコマ収差が増大する。また下限値を超えると、逆にコマ収差の容易になるが、レンズ系全体のコンパクト化に不利となり、レンズ外径が増大してくるので良くない。
【００４３】
条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に関し、主に高変倍を図る際に発生する球面収差とコマ収差をバランスよく補正するための条件である。上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が小さくなると高変倍化に有利となり、第２Ａレンズ群Ｌ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂ、及び第４レンズ群Ｌ４のストロークを減少させることができるが、第３レンズ群Ｌ３自体から発生するコマ収差と球面収差が増大してくる。また下限値を超えると変倍のための第２Ａレンズ群Ｌ２Ａ、第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂ、及び第４レンズ群Ｌ４のストロークが大きくなり、第４レンズ群Ｌ４の径を大きくするか、広角端における画面周辺部での光量が少なくせざるを得ないのでよくない。
【００４４】
尚、更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４５】
−０．７ ＜ ｆ１／ｆｔ ＜ −０．４５ ・・・（１ａ）
−１．８ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ≦ −１．４２ ・・・（２ａ）
以上のように各実施形態によれば、ズームレンズを４つあるいは５つのレンズ群より構成し、条件式（１）、（２）を満足するように設定するとともにフォーカシングに際し第２レンズ群Ｌ２を移動させ、非球面レンズを適切に使用することによって、広画角かつＦナンバーが明るいにもかかわらず、諸収差を良好に補正した高い光学性能を有したズームレンズを達成している。
【００４６】
次に各実施形態の前述した構成以外の構成について説明する。
【００４７】
（ア−１） レンズ系全体として２以上の非球面を有している。これによって主に、全変倍範囲にわたり、高い光学性能を容易に得ている。
【００４８】
（ア−２） 第１レンズ群Ｌ１は１以上の非球面を有している。これによって主に、望遠端における収差補正を良好に行っている。
【００４９】
（ア−３） 広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
２．５ ＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ １０ ・・・（３）
なる条件を満足している。
【００５０】
条件式（３）は変倍比に関する条件であり、上限値及び下限値を超えると各実施形態におけるレンズ群のパワー配置では諸収差が多く発生し良好な光学性能を得ることが難しくなる。
【００５１】
更に好ましくは、条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５２】
２．６＜ ｆｔ／ｆｗ ＜ ３．５ ・・・（３ａ）
（ア−４） 第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系のＦナンバーをＦＮＯＴとするとき、
−１．８８≦ ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ ＜ −０．１ ・・・（４）
なる条件を満足している。
【００５３】
条件式（４）は全系の望遠端のＦナンバーＦＮＯＴと第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に対する望遠端の焦点距離に関する条件である。上限値を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が小さくなりすぎると、Ｆナンバーが明るいレンズ系では特に画面周辺でのコマ収差の補正が困難となり、また下限値を超えると逆にコマ収差の補正は補正はしやすいが、高変倍化が難しくなる。
【００５４】
更に好ましくは、条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００５５】
−１．８８≦ ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ ＜ −１．０ ・・・（４ａ）
（ア−５） 第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４、又は第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂと第４レンズ群Ｌ４とをズーミング時において一体移動している。これによってメカ構造を簡便にしている。
【００５６】
（ア−６） 第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間にフレアカット絞りを設けている。これによってズーミングにおいても全ズーム域で一定のＦナンバーを得るとともに画面周辺部での有害光をカットし良好が光学性能を確保している。
【００５７】
（ア−７） 第１レンズ群Ｌ１を物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズより構成している。
【００５８】
（ア−８） 第２Ａレンズ群Ｌ２Ａを物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、又は物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと、両レンズ面が凸面の正レンズとを接合した接合レンズより構成している。第２Ｂレンズ群Ｌ２Ｂを２つの正レンズより構成している。
【００５９】
（ア−９） 第３レンズ群Ｌ３を物体側より順に、正レンズ、負レンズ、正レンズより、又は負レンズ、負レンズ、正レンズより構成している。
【００６０】
（ア−１０） 第４レンズ群Ｌ４を物体側より順に、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズ、正レンズそして負レンズより、又は負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、正レンズそして負レンズより構成している。
【００６１】
以上のように各実施形態によれば、インナーフォーカス方式を採用しつつ、広画角化、大口径化及び高変倍化を図り、かつ変倍及びフォーカシングに伴う諸収差の変動を減少させ、全変倍範囲及び全フォーカス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有する光学機器を達成することができる。
【００６２】
この他各実施形態によれば、ネガティブリード型のレンズ構成を利用し、広角端の撮影画角が８４°程度、変倍比が２．９程度で、全変倍範囲においてＦナンバーが２．９程度の明るさをもち、全変倍範囲において高い光学性能をもったズームレンズ及びそれを有する光学機器達成することができる。
【００６３】
次に本発明の実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５を示す。数値実施例においてｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目の光学部材厚又は空気間隔、ｎｉとνｉは第ｉ番目の光学部材のｄ線に対する屈折率とアッベ数である。ｆは焦点距離、ＦＮｏはＦナンバー、ωは半画角である。
【００６４】
又、非球面形状は面の中心部の曲率半径をＲ、光軸からの高さＹの位置での光軸方向（光の進行方向）の変位を面頂点を基準にしてＸとし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ、ｈをそれぞれ非球面係数としたとき
【００６５】
【数１】
で表されるものとする。尚、「ｅ−ｘ」は「×１０-X」を表す。また前述の各条件式の一部と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００６７】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【外５】
【表１】
次に、本発明のズームレンズを用いた一眼レフ用のデジタルカメラシステムの実施形態を、図１６を用いて説明する。図１６において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明によるズームレンズを搭載した交換レンズ、１２は交換レンズ１１によって形成される被写体像を記録（受光）する撮像素子などの記録手段、１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１からの被写体像を記録手段１２とファインダー光学系１３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は記録手段１２に結像して記録される。
【００７９】
このように本発明のズームレンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。
【００８０】
尚、本発明はクイックリターンミラーのないＳＬＲ（Single lens Reflex）カメラにも同様に適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、広画角でしかも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有する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】 実施形態１のレンズ断面図
【図２】 実施形態１の広角端における収差図
【図３】 実施形態１の望遠端における収差図
【図４】 実施形態２のレンズ断面図
【図５】 実施形態２の広角端における収差図
【図６】 実施形態２の望遠端における収差図
【図７】 実施形態３のレンズ断面図
【図８】 実施形態３の広角端における収差図
【図９】 実施形態３の望遠端における収差図
【図１０】 実施形態４のレンズ断面図
【図１１】 実施形態４の広角端における収差図
【図１２】 実施形態４の望遠端における収差図
【図１３】 実施形態５のレンズ断面図
【図１４】 実施形態５の広角端における収差図
【図１５】 実施形態５の望遠端における収差図
【図１６】 本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ２Ａ 第２Ａレンズ群
Ｌ２Ｂ 第２Ｂレンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＦＰ フレアーカット絞り
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
ｆ 焦点距離
ω 画角
Ｆｗ Ｆナンバー
Claims (8)
- 物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成されるズームレンズにおいて、広角端に比べて望遠端において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が小さくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が大きくなり、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が小さくなるようにレンズ群を移動させて変倍を行い、前記第２レンズ群の全体または一部を像側へ移動させて無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを行い、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、望遠端における全系のＦナンバーをＦＮＯＴとするとき、
−０．８＜ｆ１／ｆｔ＜−０．４
−１．９＜ｆ３／ｆｗ≦−１．４２
２．５＜ｆｔ／ｆｗ＜１０
−１．８８≦ｆ３＊ＦＮＯＴ／ｆｔ＜−０．１
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - ２以上の非球面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１レンズ群は、１以上の非球面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
- 前記第２レンズ群は、第２Ａレンズ群と第２Ｂレンズ群からなり、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２Ａレンズ群と前記第２Ｂレンズ群の間隔が変化し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第２Ａレンズ群が像側へ移動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。
- 広角端から望遠端への変倍に際して、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が一体となって物体側へ移動す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レンズ群と前記第４レンズ群との間にフレアカット絞りを有す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項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする光学機器。
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