JP5058634B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明はズームレンズに関する。

一眼レフカメラ用のズームレンズとして、物体側から像側へ順に、負の屈折力のレンズ群（負レンズ群）、正の屈折力のレンズ群（正レンズ群）、負レンズ群、正レンズ群を配置したズームレンズが知られている。このズームタイプは負レンズ群が先行する、所謂ネガティブリードであることから広画角化に適している。

一方、前記ズームタイプに正の屈折力を有する後続レンズ群を追加し、さらなる光学性能の向上を狙った光学系や、前記ズームタイプに負の屈折力を有する後続レンズ群を追加した光学系が知られている（特許文献１〜２）。

また、従来からズームレンズのフォーカシング方法として、物体側の第１レンズ群を移動させる、所謂前玉フォーカス式や、第２レンズ群以降のレンズ群を移動させる、所謂インナーフォーカス式やリアフォーカス式が知られている。一般にインナーフォーカスやリアフォーカス式のズームレンズは、前玉フォーカス式のズームレンズにくらべて、第１レンズ群の光線有効径が小さくなるので、レンズ系全体の小型化が容易となる利点を有している。また、比較的小型軽量のレンズ群を移動させるため、特に最近主流となっているオートフォーカス（ＡＦ）カメラにおいては迅速なフォーカシングが容易になる等の利点も有している（特許文献３）。
特開平４−２６４４１２号公報 特許第２５８７２１８号 特開２００４−１９８５２９号公報

デジタルカメラに用いられる撮像素子の高画素化に対し、撮影レンズの高解像化、色収差の低減、小型化に対する要求も高くなってきている。前述のとおり、負レンズ群、正レンズ群、負レンズ群、正レンズ群そして後続レンズ群を配置したズームレンズは、広画角のズームレンズとして好適である。一般に光学性能を良好に維持しつつ、望遠側の焦点距離を伸ばし、Ｆ値を小さい値に設定しようとするとレンズ系全体が大型化してくる。これは、ズームレンズへの小型化への要望に反する。また、無限遠から近距離までのフォーカシングに際し、フォーカスレンズ群の敏感度が小さいと、繰り出し量が大きくなる。このため、近距離側へのフォーカス時など、フォーカスレンズ群を大きく繰り出したときに球面収差、像面湾曲、倍率色収差等の諸収差が大きくなってしまう。

本発明は、従来知られているものに対して、所望の変倍比・Ｆ値を確保しつつ、フォーカシングの際の収差変動が良好に補正されたズームレンズを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にかかるズームレンズは、物体側より像側へ順に、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、負の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は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像側へ移動し、前記第５レンズ群の望遠端における横倍率をβ_ＦＴ、前記第５レンズ群より像側のレンズ群の望遠端における横倍率をβ_ＲＴ、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ_２ｗ、変倍比をＺとするとき、
３．１＜｜（１−β_ＦＴ ^２）・β_ＲＴ ^２｜＜６．５
０．８＜｜β_２ｗ・√Ｚ｜＜１．２
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、所望の変倍比・Ｆ値を確保しつつ、フォーカシングの際の収差変動が良好に補正されたズームレンズを実現することができる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。図２は実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）における収差図であり、図３は実施例１のズームレンズの望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

図４は実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。図５は実施例２のズームレンズの広角端における収差図であり、図６は実施例２のズームレンズの望遠端における収差図である。

図７は実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。図８は実施例３のズームレンズの広角端における収差図であり、図９は実施例３のズームレンズの望遠端における収差図である。

図１０は実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。図１１は実施例４のズームレンズの広角端における収差図であり、図１２は実施例４のズームレンズの望遠端における収差図である。

図１３は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の概略図である。

各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラそして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。

レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。また、レンズ断面図において、ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｌｉは第ｉレンズ群を示す。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面である。像面ＩＰは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。銀塩フィルム用カメラの撮影光学系としてズームレンズを使用する際には、フィルム面に相当する。

矢印は広角端から望遠端へのズーミング時における各レンズ群の移動軌跡とフォーカシングの際の移動軌跡を示している。各レンズ断面図から明らかなように、実施例１〜４の各ズームレンズは、ズーミングに際して、隣り合うレンズ群の間隔が変化する。

収差図においてｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、△Ｍ，△Ｓはメリディオナル像面，サジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。

なお、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

次に各実施例のズームレンズについて説明する。

各実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、負の屈折力の第５レンズ群Ｌ５、および正の屈折力の第６レンズ群Ｌ６より構成されている。また、第５レンズ群Ｌ５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っている。

一般に、光学系を構成するレンズ群は、軸外光束で光線有効径が決定されている場合、該レンズ群に入射する軸外光束と光軸の成す角度が大きくなるほど、絞りとの距離が変化する際の光線有効径の変化が大きくなる。実施例１〜４では第５レンズ群Ｌ５へ入射する軸外光束が、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４によって軸外光束と光軸の成す角度が小さくなるように屈折されるので、移動にともなう光線有効径の変化が少ない。このため、第５レンズ群Ｌ５をフォーカシング用のレンズ群とすることによってレンズ径の小型化を図っている。

広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２を物体側に移動させることで、望遠端において、テレフォトタイプの屈折力配置としやすくしている。同時に、望遠端での望遠比を適切に設定しやすくして、特に望遠端における球面収差と像面湾曲の補正を容易にしている。第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動させることで、高変倍比にすることができる。また、第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動することで、第２レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群が移動して変倍が行われたことによって生じた像面の移動を補正することができる。広角端から望遠端へのズーミングに際し、第５レンズ群Ｌ５を物体側に移動することで、望遠端において第６レンズ群Ｌ６を像面から離れた位置に配置しやすくしている。その結果として、望遠端におけるバックフォーカスの確保を容易にしている。ズーミングの際に第６レンズ群Ｌ６を像面に対して固定とすることで第６レンズ群のレンズ径が大きくなることを防いでいる。

第１レンズ群は、物体側より像側へ順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚で構成されており、最も物体側に配置される負レンズの物体側の光学面を非球面とすることにより、レトロフォーカスの屈折力配置で生じやすい歪曲収差などを良好に補正している。

第２レンズ群は、実施例１は負レンズと正レンズの貼合せレンズ、正レンズ、正レンズが配置されている。また、実施例２から実施例４は正レンズと負レンズと正レンズの貼合せレンズ、正レンズ、正レンズが配置されている。このように正の屈折力を有するレンズを複数枚配置して屈折力を分担することにより、ズーミング時における球面収差等の収差変動を低減している。特に実施例２から実施例４については３枚のレンズを貼合わせることにより色収差およびズーミング時の収差変動を低減している。

第３レンズ群は、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズと正レンズの貼合せレンズが配置されている。このように負の屈折力を有するレンズを複数枚配置して屈折力を分担することにより、諸収差の発生を低減することができるほか、ズーミング時におけるコマ収差などの変動についても低減することができる。

第４レンズ群は、第５レンズ群のフォーカス敏感度を高く設定するために強い屈折力が必要であり、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズの貼合せレンズ、正レンズ、正レンズが配置されている。このように正のレンズを３枚用いて屈折力を分担している。これにより各レンズでの諸収差の発生を低減している。また、接合レンズの正レンズにはアッベ数ν_ｄが８０以上の硝材を使用することで、特に、望遠端における軸上色収差を良好に補正することができる。

フォーカスレンズ群である第５レンズ群Ｌ５は、１枚の正レンズと２枚の負レンズが配置されている。これによって負の屈折力の分担を適切に行い、フォーカシング時の諸収差変動を少なくしている。また実施例１では、最も像面側に配置される負レンズの物体側の光学面に非球面を採用して球面収差、コマ収差等を補正している。

ズーミング時に固定である第６レンズ群Ｌ６は、単一の正レンズで構成されることで簡易的なレンズ構成を実現している。

実施例１〜４は以下の条件式を満足するような構成としている。
３．１＜｜（１−β_ＦＴ ^２）・β_ＲＴ ^２｜＜６．５ ・・・（１）
０．８＜｜β_２ｗ・√Ｚ｜＜１．２ ・・・（２）
ここで、β_ＦＴは第５レンズ群の望遠端における横倍率、β_ＲＴは第５レンズ群より像側のレンズ群の望遠端における横倍率、β_２ｗは第２レンズ群の広角端における横倍率、Ｚは変倍比である。なお、横倍率β_ＦＴ，β_ＲＴはいずれも無限遠物体に合焦している状態での横倍率である。

条件式（１）は第５レンズ群のフォーカス敏感度を表したものであって、下限を超えると無限遠から近距離へフォーカスする際の移動量が大きくなってしまう。このため、球面収差、像面湾曲、倍率色収差等の収差変動が大きくなってしまうため好ましくない。さらに望ましくは以下の条件式を満足することで収差変動を低減する効果を得ることができる。
３．８＜｜（１−β_ＦＴ ^２）・β_ＲＴ ^２｜＜６．０ ・・・（１ａ）
条件式（２）は第２レンズ群の広角端における横倍率を規定する式である。下限を超えるとズーミング時の第２レンズ群などの移動量が確保できなくなるため所望の変倍比を確保することができなくなってしまう。逆に上限を超えるとレンズ全長が大型化するため好ましくない。さらに望ましくは以下の条件式を満足することで収差変動を低減する効果を得ることができる。
０．８５＜｜β_２ｗ・√Ｚ｜＜１．１５ ・・・（２ａ）
本発明のズームレンズは、上述の条件式（１），（２）を同時に満足することにより、所望の変倍比を得つつ、諸収差が良好に補正されたリアフォーカスズームレンズが実現できる。以下では、本発明のズームレンズにおいて更に好ましい条件について記載する。

第５レンズ群には以下の条件式を満足する正レンズを少なくとも１枚含むような構成とすることが好ましい。
０．０２５＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４５ ・・・（３）
ここで、波長４３５．８ｎｍ（ｇ線）、波長４８６．１ｎｍ（Ｆ線）、波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）、波長６５６．３ｎｍ（Ｃ線）のそれぞれに対する材料の屈折率をｎ_ｇ，ｎ_Ｆ，ｎ_ｄ，ｎ_Ｃとするとき、アッベ数ν_ｄと部分分散比θ_ｇＦは次のとおりである。
ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
θ_ｇＦ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
条件式（３）は前記正レンズの異常分散性を表す式であって、下限を超えると特に望遠端における軸上色収差が大きくなってしまうため好ましくない。上限をこえるような硝材は存在しない。さらに望ましくは以下の条件式を満足することで色収差を低減する効果を得ることができる。
０．０３４＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４０・・・（３ａ）

また、第４レンズ群の焦点距離をｆ_４、望遠端の全系焦点距離をｆ_Ｔとしたとき以下の条件式を満足する構成とすることが好ましい。
０．４＜ｆ_４／ｆ_Ｔ＜０．６・・・（４）
条件式（４）は第４レンズ群への屈折力配置の割合を示した式である。下限を超えると第４レンズ群の屈折力が強すぎて球面収差などの補正が難しくなる。逆に上限を超えると必要以上にバックフォーカスが長くなってしまうためレンズが大型化して好ましくない。さらに望ましくは以下の条件式を満足することで収差変動低減効果を得ることができる。
０．４４＜ｆ_４／ｆ_Ｔ＜０．５７ ・・・（４ａ）

前記ズームレンズに含まれる正レンズ材料のアッベ数に関して最大値をν_ＰＭａｘとしたとき、以下の条件式を満足する正レンズを少なくとも１枚含むことが好ましい。
ν_ＰＭａｘ＞８０ ・・・（５）
条件式（５）は正レンズの分散を表す式であって、下限を超えると特に望遠端の軸上色収差の補正が難しくなるため好ましくない。

実施例１〜４のズームレンズは、条件式（３）〜（５）を同時に満足する実施例である。

このような本発明のズームレンズを一眼レフカメラ等の交換レンズに適用することにより、小型で高い光学性能を有するズームレンズを実現している。

次に、本発明の実施例１〜４に対応する数値実施例１〜４の具体的な数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒ_ｉはレンズ面の曲率半径、Ｄ_ｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間隔、Ｎ_ｉ、ν_ｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を表す。またθ_ｇＦｉは部分分散比を表している。

また、非球面形状は、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとし、ｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各次数の非球面係数とするとき、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ａｈ^４＋Ｂｈ^６＋Ｃｈ^８＋Ｄｈ^１０＋Ｅｈ^１２
で表される。
なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸＸ」は「×１０^±ＸＸＸ」を意味している。
また、各数値実施例における各条件式の関係を表１に示す。

又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。

このように、本発明のズームレンズを一眼レフカメラ等の交換レンズに適用することにより、小型で高い光学性能を有するリアフォーカスズームレンズを実現することができる。

次に実施例１〜４に示したズームレンズを撮影光学系として用いた一眼レフカメラの実施例を、図１３を用いて説明する。

図１３は一眼レフカメラの要部概略図である。図１３において、１０は実施例１〜４のズームレンズ１を有する撮影レンズである。ズームレンズ１は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体である。カメラ本体２０は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、接眼レンズ６等によって構成されている。クイックリターンミラー３は、撮影レンズ１０からの光束を上方に反射する。焦点板４は、撮影レンズ１０の像面に対応する位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。接眼レンズは、その正立像を観察者が観察するためのものである。７は感光面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７が撮影レンズ１０からの光を受光する。

このように、本発明のズームレンズを一眼レフカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例１のレンズ断面図 本発明の実施例１の広角端における収差図 本発明の実施例１の望遠端における収差図 本発明の実施例２のレンズ断面図 本発明の実施例２の広角端における収差図 本発明の実施例２の望遠端における収差図 本発明の実施例３のレンズ断面図 本発明の実施例３の広角端における収差図 本発明の実施例３の望遠端における収差図 本発明の実施例４のレンズ断面図 本発明の実施例４の広角端における収差図 本発明の実施例４の望遠端における収差図 本発明の撮像装置の概略図

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
Ｌ５ 第５レンズ群
Ｌ６ 第６レンズ群
ＩＰ 像面
ＳＰ 開口絞り
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
△Ｓ サジタル像面
△Ｍ メリディオナル像面

Claims (9)

1. 物体側より像側へ順に、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、負の屈折力の第５レンズ群、正の屈折力の第６レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第５レンズ群は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像側へ移動し、前記第５レンズ群の望遠端における横倍率をβ_ＦＴ、前記第５レンズ群より像側のレンズ群の望遠端における横倍率をβ_ＲＴ、前記第２レンズ群の広角端における横倍率をβ_２ｗ、変倍比をＺとしたとき、
   ３．１＜｜（１−β_ＦＴ ^２）・β_ＲＴ ^２｜＜６．５
   ０．８＜｜β_２ｗ・√Ｚ｜＜１．２
   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５レンズ群は、少なくとも２枚の負レンズ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。
3. 前記第５レンズ群は、アッベ数をν_ｄ、部分分散比をθ_ｇＦとしたとき、
   ０．０２５＜θ_ｇＦ−（０．６４３８−０．００１６８２ν_ｄ）＜０．０４５
   なる条件式を満足する少なくとも１つの正レンズ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。
4. 前記第４レンズ群は、少なくとも３枚の正レンズを有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。
5. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ_４、望遠端における全系の焦点距離をｆ_Ｔとしたとき、
   ０．４＜ｆ_４／ｆ_Ｔ＜０．６
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至の４いずれか１項に記載のズームレンズ。
6. 前記第６レンズ群は、ズーミングに際して、像面に対して固定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。
7. 前記ズームレンズに含まれる正レンズのアッベ数の最大値をνＰＭａｘとしたとき、
   ν_ＰＭａｘ＞８０
   なる条件式を満足す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。
8. 撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズと、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とを備えることを特徴とする撮像装置。

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