JP2009042527A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大口径で且つ広画角を実現し、３５ｍｍフィルムサイズよりも小さい画面サイズのシステムに適用しても十分長いバックフォーカスを確保したズームレンズを実現すること。
【解決手段】 物体側から像側へ順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように各レンズ群が光軸上を移動し、且つ前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の屈折力を適切に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、デジタルカメラ、銀塩フィルム用カメラ等に好適なものである。

負の屈折力のレンズ群が先行する（最も物体側に位置する）所謂ネガティブリード型のズームレンズが知られている。ネガティブリード型のズームレンズは、近接撮影距離が比較的短くなり、広画角化が比較的容易であり、バックフォーカスを長くすることが容易であるため、広角用の撮影レンズに多く用いられている。

一眼レフカメラ用のネガティブリード型のズームレンズとして、物体側から像側へ順に負、正、負、正の屈折力のレンズ群を配置したズームレンズが知られている（特許文献１）。

特許文献１は、広角端での画角が１００°を超える超広角域を含むズームレンズを提案している。

また、レンズを含むカメラシステムの小型化や低コスト化を目的として、３５ｍｍフィルムサイズより小さな画面サイズを採用したカメラシステムが知られている。このような画面サイズが小さいカメラシステムにおいて広い画角を得るためには、より焦点距離の短いレンズが必要になる。また、これを従来の３５ｍｍフィルム用のマウントを持つ一眼レフカメラシステムに適用すると、レンズの大きさに対してバックフォーカスをより長く確保する必要がある。例えば、３５ｍｍフィルムサイズよりも小さい画面サイズの一眼レフカメラに適用したネガティブリード型のズームレンズとして、物体側から像側へ順に負、正、負、正の屈折力のレンズ群を配置したズームレンズが知られている（特許文献２）。

特許文献２は、３５ｍｍフィルムサイズより小さいＡＰＳサイズの画面サイズを持つカメラシステムに適用した上で、且つ広角端での画角が１００°を超える超広角域を含むズームレンズを提案している。
特開２００４−２４００３８号公報 特開２００６−３９５３１号公報

特許文献１のズームレンズは、Ｆナンバー（Ｆｎｏ、Ｆ値）がズーム全域でＦ４であり、より広範な撮影条件に対応することは困難であった。また、特許文献１のズームレンズをＡＰＳサイズの画面サイズを持つ一眼レフカメラシステムに適用するために、そのまま縮小すると、十分なバックフォーカスを確保することができなかった。

特許文献２のズームレンズは、ＡＰＳサイズの画面サイズに適用したズームレンズであり、カメラシステム全体として小型化と低コスト化が図れる構成となっている。しかし、特許文献１のズームレンズと同様にＦナンバーがＦ３．５〜４．５程度であり、より広範な撮影条件に対応することは困難であった。

以上のことを鑑み、本発明は、従来例と同等の画角を維持しつつ、より大口径で、バックフォーカスが十分に確保された小型のズームレンズを提供することを目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、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レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように各レンズ群が光軸上を移動し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
１．４＜｜ｆ３｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．４
０．８＜ｆ２／｜ｆ３｜＜１．２
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、広画角でありながら、大口径で、バックフォーカスが十分に確保された小型のズームレンズが得られる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端における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における収差図である。図３は実施例１のズームレンズの望遠端における収差図である。

図４は本発明の実施例２のズームレンズの広角端における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る。図６は実施例１のズームレンズの望遠端における収差図である。

図７は本発明の実施例３のズームレンズの広角端における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る。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。

なお、図２，３，５，６，８，９はいずれも、各実施例のズームレンズが無限遠物体にフォーカスしているときの収差図である。

図１０は本発明のズームレンズを備える一眼レフカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

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（光学系）である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。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においてはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当し、銀塩フィルム用カメラにおいてはフィルム面に相当する。

収差図において、ｄ，ｇは各々ｄ線，ｇ線である。Ｓ．Ｃ．は正弦条件である。Ｍ，Ｓはｄ線での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。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角、Ｙは像高である。

尚、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。

図１の実施例１のズームレンズは物体側から像側へ順に、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、ズーミングに際して第３レンズ群と一体的に移動する開口絞りＳＰ、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より構成されている。

広角端から望遠端へのズーミングに際しては、図中の矢印のように、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が減少し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が増加し、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が減少するように各群が移動する。具体的には、第１レンズ群Ｌ１は像側に凸状の軌跡で移動し、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４は光軸上を物体側に移動する。これにより、広角端では第１レンズ群Ｌ１が負の屈折力、第２レンズ群以降全体が正の屈折力となってレンズ系全体がレトロフォーカス型の屈折力配置となり、広角端での広画角化を有利にしている。また、ズーミング時に第１レンズ群Ｌ１を非線形に移動させることでズーミングに伴う像面変動を補正している。

無限遠物体から至近距離物体のフォーカシングは、第２レンズ群Ｌ２を正の屈折力の第２ａレンズ群Ｌ２ａと正の屈折力の第２ｂレンズ群Ｌ２ｂとに分けて、第２ａレンズ群Ｌ２ａが光軸上を移動することにより行われる。これにより、十分なフォーカス敏感度を持ったレンズ群でフォーカシングを行うことができる。したがって、フォーカシングの際の駆動量を少なくすることができると共に、レンズ間隔変化が小さくなるため収差変動を低減することができる。なお、第２ｂレンズ群Ｌ２ｂでフォーカシングを行っても良い。また、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂを独立して移動させる所謂フローティングによりフォーカシングを行っても良い。すなわち、フォーカシングに際して、第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの少なくとも一方を光軸上移動させれば良い。

第１レンズ群の一部のレンズ群でフォーカシングを行う場合、第１レンズ群の中での間隔変化が生ずることになる。これは、広角系において光線の屈折角が特に大きい第１レンズ群中で光線の通り方が変化することを意味し、フォーカシングによる画面周辺の像面変動などの収差変動の要因となる。これに対して、上述のごとく第２ａレンズ群Ｌ２ａと第２ｂレンズ群Ｌ２ｂの少なくとも一方でフォーカシングを行えば、第１レンズ群中での光線の通り方に変化はないため、フォーカシングによる収差変動を抑えることができる。

図４の実施例２のズームレンズは各レンズ群の基本的な構成は実施例１と同様であるが、開口絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動するように第２レンズ群内に配置されている点で実施例１とは異なっている。

図７の実施例３のズームレンズは、実施例２と同様に開口絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２と一体的に移動するように第２レンズ群内に配置されている。

各実施例のズームレンズでは、強い負の屈折力を持つ第１レンズ群に、最も物体側から像側へ順に連続して３枚の負レンズを配置している。最も物体側には像側に強い凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ１、物体側から２番目と３番目には共に両凹形状の負レンズＧ２、Ｇ３が配置されている。これにより、広画角化を達成するのに必要な強い負の屈折力を３枚の負レンズに効果的に分散させて、広画角化につれて増大しやすい画面周辺部の像面湾曲、歪曲などの収差を小さく抑えている。また、第１レンズ群の４枚目に正レンズを配置することで、３枚の負レンズで発生した球面収差やコマ収差を補正している。

各実施例のズームレンズは、更に光学性能の向上を図るため、負レンズＧ１の物体側の面と、負レンズＧ２の像側の面に非球面を配している。このような構成により、特に広角側で顕著となる歪曲収差と像面湾曲をより効果的に補正することができるので、第１レンズ群には２以上の非球面を設けることが好ましい。

なお、負レンズＧ１の物体側の面に配した非球面は周辺にいくにつれて負の屈折力の弱くなる非球面としており、これにより特に広角端での像面湾曲や歪曲収差を補正している。同時に負レンズＧ１の物体側面の光線有効径を小さくすることができるため、第１レンズ群Ｌ１の小型化にも貢献している。負レンズＧ２に配した非球面は、負レンズＧ１の非球面では完全に補正しきれなかった残存収差、特に広角端における画面周辺の像面湾曲を良好に補正している。

各実施例のズームレンズでは、第４レンズ群にも光軸から離れるに従って負の屈折力が強くなる非球面を配置している。これによって特に広角端で発生する負の歪曲収差を良好に補正し、第１レンズ群に配置した非球面と併せて更に良好な光学性能が実現できる。このため第４レンズ群にも非球面を設けることが好ましい。

各実施例においては、必要なバックフォーカスの確保のため第３レンズ群が比較的強い負の屈折力を持つこととなる。このため、第３レンズ群には比較的高い屈折率の材料を使用した２枚の負レンズを配置して、効果的に負の屈折力を分担させている。これにより、比較的負の屈折力が大きい第３レンズ群で大きな収差が発生するのを防げるので、第３レンズ群は２以上の負レンズを有するよう構成することが好ましい。

また、各実施例のズームレンズにおいては、第２レンズ群と第３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３とし、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
１．４＜｜ｆ３｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．４ ・・・（１）
０．８＜ｆ２／｜ｆ３｜＜１．２ ・・・（２）
なる条件を満足している。
条件式（１）は十分なバックフォーカスの確保と光学系の大きさ、性能のバランスを取る条件式である。条件式（１）の上限を超えて第３レンズ群の屈折力が小さい場合、十分なバックフォーカスを確保することが困難となり望ましくない。また、条件式（１）の下限を超えて第３レンズ群の屈折力が大きい場合、第４レンズ群に入射する軸外光束の高さが高くなり、光学系が大型化するため望ましくない。同時に、第３レンズ群で発生する球面収差、コマ収差などの諸収差が大きくなり補正が困難になるため望ましくない。

以上のように、本発明では、物体側から像側へ、負、正、負、正の屈折力のレンズ群を有するズームレンズにおいて、条件式（１）と条件式（２）を満たすことにより、大口径で広画角を実現しつつ、十分なバックフォーカスを確保することができる。

次に説明する条件式（３）〜（６）は、本発明のズームレンズにおける好ましい条件である。条件式（３）〜（６）の１以上を更に満足する場合には、より好ましいズームレンズを実現することができる。各実施例のズームレンズは、条件式（１）〜（６）のいずれも満足する例である。

第４レンズ群Ｌ４の焦点距離をｆ４としたとき、
１．９５＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．２ ・・・（３）
なる条件を満足することが好ましい。
条件式（３）の上限を超えて第４レンズ群の屈折力が小さい場合、レンズ全長が必要以上に長くなって大型化すると共に、第４レンズ群で大きく補正している球面収差やコマ収差、像面湾曲が補正不足となり望ましくない。また、条件式（３）の下限を超えて第４レンズ群の屈折力が大きい場合、バックフォーカスを十分に確保することが困難となる。

バックフォーカス（最も像側のレンズ面から像面までの距離）が最も短くなる広角端におけるバックフォーカスをＢｆｗとしたとき、
２．９＜Ｂｆｗ／ｆｗ＜５．０ ・・・（４）
なる条件を満足することが好ましい。

条件式（４）を満足することで、レンズ全長は極端に大型化することなく、十分にバックフォーカスを確保した構成とすることができる。

第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
０．７＜｜ｆ１｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．４ ・・・（５）
なる条件を満足することが好ましい。

条件式（５）は、第１レンズ群の小型化と収差補正のバランスを取る条件式である。条件式（５）の上限を超えて第１レンズ群の屈折力が小さいと、全系の中で最もレンズ径が大きい第１レンズ群のレンズ径が大型化すると共に、十分なバックフォーカスの確保が難しくなるため望ましくない。また、条件式（５）の下限を超えて第１レンズ群の屈折力が大きい場合、第１レンズ群で発生する負の歪曲収差の補正が困難となると共に、第２レンズ群以降のレンズ径が大型化するため望ましくない。

大口径化に伴い悪化する軸上色収差、倍率色収差を良好に補正するために、第４レンズ群中に非常に分散特性の良好な（低分散な）材料を使用した正レンズを２枚配置することが好ましい。

具体的には、それらの材料のアッベ数をνｄとしたとき、
νｄ＞７５ ・・・（６）
なる条件を満足する材料を使用した正レンズを配置することが好ましい。
条件式（６）を満足する分散特性を持つ材料は一般に異常分散特性を持っており、二次分散特性も良好である。このような材料を効果的に第４レンズ群の正レンズに使用することで、軸上色収差と倍率色収差が共に良好に補正された光学系を実現している。

更に好ましくは前述の条件式（１）から（５）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
１．５＜｜ｆ３｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．２ ・・・（１）´
０．８５＜ｆ２／｜ｆ３｜＜１．１５ ・・・（２）´
２．０＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．０ ・・・（３）´
３．０＜Ｂｆｗ／ｆｗ＜４．５ ・・・（４）´
０．８＜｜ｆ１｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．３ ・・・（５）´

以下に実施例１〜３に対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例において、ｉを物体側からの面の順番として、ｒｉは各面の曲率半径（ｍｍ）である。但し、曲率半径ｒｉが∞の面は、「０．０００」で表現している。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔（ｍｍ）である。ｎｉとνｉは屈折率、アッベ数を示す。屈折率ｎｉはｄ線に対する屈折率であり、アッベ数ｖは以下の式で表される。
ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
但し、ｎｄ：ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率
ｎＦ：Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に対する屈折率
ｎＣ：Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率
また、ｆは焦点距離（ｍｍ）、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。

各実施例において非球面形状は、次式によって定義している。
Ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋√｛１−（ｈ／Ｒ）^２｝］＋Ｂ・ｈ^４＋Ｃ・ｈ^６＋Ｄ・ｈ^８＋Ｅ・ｈ^１０＋Ｆ・ｈ^１２
ただし、Ｘは光軸からｈだけ離れたレンズ面上の光軸方向への変位量、Ｒは曲率半径、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。非球面係数における「ｅ−ｘｘ」は「×１０^−ｘｘ」を表す。

又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。

以上説明した実施例では、物体側から像側へ、負、正、負、正の屈折力の４つのレンズ群のみを有するズームレンズを説明したが、本発明のズームレンズは４群構成のズームレンズに限られるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、例えば第４レンズ群の像側に、非常に屈折力の弱い第５レンズ群を加えたりする変形例も考えられる。

次に、本発明のズームレンズ（光学系）を用いた一眼レフカメラシステムの実施形態を図１０を用いて説明する。図１０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である。

１２は交換レンズ１１により形成される被写体像を記録するフィルムや固体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である。

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。１８はサブミラー、１９は焦点検出装置である。

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撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有した撮像装置が実現できる。

なお、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。

以上のように各実施例によれば固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、コンパクトで、優れた光学性能を有するズームレンズ及びそれを有する撮像装置が得られる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例１のズームレンズの広角端における物体距離が無限遠のときの収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における物体距離が無限遠のときの収差図 実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例２のズームレンズの広角端における物体距離が無限遠のときの収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における物体距離が無限遠のときの収差図 実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例３のズームレンズの広角端における物体距離が無限遠のときの収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における物体距離が無限遠のときの収差図 本発明のズームレンズを用いた一眼レフカメラシステムを示す図

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
Ｌ２ａ 第２ａレンズ群
Ｌ２ｂ 第２ｂレンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｍ メリディオナル像面
Ｓ サジタル像面
Ｓ．Ｃ． 正弦条件

Claims (9)

1. 物体側から像側へ順に、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レンズ群を有し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように各レンズ群が光軸上を移動するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆ２、ｆ３、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
   １．４＜｜ｆ３｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．４
   ０．８＜ｆ２／｜ｆ３｜＜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４レンズ群の焦点距離をｆ４としたとき、
   １．９５＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜３．２
   なる条件式を満足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. 広角端における最も像側のレンズ面から像面までの距離をＢｆｗとしたとき、
   ２．９＜Ｂｆｗ／ｆｗ＜５．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
4. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
   ０．７＜｜ｆ１｜／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．４
   なる条件式を満足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３レンズ群は２枚の負レンズを有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。
6. 前記第１レンズ群は２以上の非球面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。
7. 前記第４レンズ群は、アッベ数をνｄとしたとき、
   νｄ＞７５
   なる条件式を満足する材料からなる正レンズを有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. 前記第２レンズ群は、正の屈折力の第２ａレンズ群と、正の屈折力の第２ｂレンズ群を有し、フォーカシングに際し、前記第２ａレンズ群と前記第２ｂレンズ群の少なくとも一方が光軸上を移動することを特徴とする請求項１乃至７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た像を撮像する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。

Images