JP3593400B2 - リアフォーカス式ズームレンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特にスチルカメラやビデオカメラ等に好適な，変倍比が約１０に及びしかも望遠端でもＦ３以内の口径比を持ちながり，レンズ系全体の小型化を図ったリアフォーカス式ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりスチルカメラや，ビデオカメラ等のズームレンズにおいて用いられている比較的高変倍比でしかも大口径比のズームレンズとして４群ズームレンズが知られている。この４群ズームレンズは物体側より順に焦点合わせに用いる第１レンズ群と，変倍に用いる第２レンズ群と，変倍に伴う像面変動を一定位置に保つように補正する第３レンズ群と，全系の焦点距離や収差補正のバランスを取る為の第４レンズ群から成り立っている。この様な４群ズームレンズでは変倍のために第２レンズ群と第３レンズ群を移動させ，焦点合わせに第１レンズ群を移動させている為，合計３つのレンズ群を移動させなければならず，比較的レンズ鏡筒の機構が複雑になる傾向があった。また，近距離物体に焦点合わせを行う際，第１レンズ群を物体側に繰り出して行うため，軸外光東を十分確保しようとすると前玉レンズ径が増大する傾向があった。又，大径化した前玉を移動させるための大きな駆動力を要し，オートフォーカスに際しての合焦時間も長くなるという問題もあった。これらの問題を防止するため，第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う，いわゆるリアフォーカス式を採用したズームレンズが種々提案されている。一般にリアフォーカス式ズームレンズは，前玉の繰り出しを伴わないため，光量確保のために前玉径を大型化する必要がなく，又，比較的小型軽量のレンズ群を移動させて焦点合わせを行っているため，フォーカスを行う際の駆動力が小さくて済み，迅速な焦点合わせが出来る。更に，リアフォーカス式ズームレンズでは，第１レンズ群を移動させて焦点合わせ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図りやすくなり，さらに近接撮影が容易になる等の優れた特長がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらリアフォーカス式ズームレンズでは，フォーカスの際における収差変動が大きくなり，無限物体距離から近距離物体距離に至るまで全般にわたりレンズ系全体の小型化を図りつつ，諸収差の良好に補正された高い光学性能を得ることが大変困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，この様な問題点を解決するためになされたものであり，リアフォーカス式ズームレンズを前提として，非球面を有するレンズを適切に配置する事により，リアフォーカス式を採用したにもかかわらず，変倍比１０で，かつ大口径比を持ったズームレンズでありながら，レンズ系全体の小型化を図り，広角端から望遠端まで全物体距離で諸収差を良好に補正された高い光学性能を有するリアフォーカス式ズームレンズを得ることを目的とする。
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は物体側より順に、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第５レンズ群よりなり、上記第１レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群を固定させ、上記第２レンズ群を光軸に沿って物体側から像面側へ移動させることにより広角側から望遠側への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を上記第４レンズ群の光軸方向への移動により補正すると共に、第４レンズ群を物体の移動によって変動する像面を一定位置に保つように光軸に沿って移動させて焦点調節を行う光学系において、上記第３レンズ群は、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとの貼り合わせレンズを有し、物体側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有し、上記第４レンズ群は、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとの貼り合わせレンズを有し、物体側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有し、上記第５レンズ群は、像面側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有していて、以下の条件式を満足するリアフォーカス式ズームレンズ、としたことにより達成される。
（条件１）νｗ−νｘ＞２０
（条件２）νｙ−νｚ＞２０
（条件３）０．７＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１．７
（条件４）０．７＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．１
（条件５）
但し、νｗは第３レンズ群の両凸レンズのアッベ数、
νｘは第３レンズ群の物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッベ数、
νｙは第４レンズ群の両凸レンズのアッベ数、
νｚは第４レンズ群の物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッベ数、
ｆｗは広角端におけるレンズ系全系の合成焦点距離、
ｆ２は第２レンズ群の合成焦点距離、
ｆ４は第４レンズ群の合成焦点距離、
ｆ５は第５レンズ群の合成焦点距離。
【０００６】
望ましくは，本発明のリアフォーカス式ズームレンズは，上記を前提として，前記第３レンズ群Ｃと前記第４レンズ群Ｄは，それぞれ両凸レンズと物体側に強い凹面を向けた負のメニスカスレンズとの張り合わせレンズを有し，第３レンズ群Ｃの両凸レンズのアッべ数をνｗ，第３レンズ群Ｃの物体側に強い凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッべ数をνｘ，第４レンズ群Ｄの両凸レンズのアッべ数をνｙ，第４レンズ群Ｄの物体側に強い凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッべ数をνｚとするとき，条件１及び条件２に規定する条件を満足する。
【０００７】
（条件１）νｗ−νｘ＞２０
【０００８】
（条件２）νｙ−νｚ＞２０
【０００９】
更に望ましくは，本発明のリアフォーカス式ズームレンズは，上記を前提として，広角端におけるレンズ系全系の合成焦点距離をｆｗ，第２レンズ群Ｂの合成焦点距離をｆ２，第４レンズ群Ｄの合成焦点距離をｆ４，第５レンズ群Ｅの合成焦点距離をｆ５とするとき，条件３及び条件４に規定する条件を満足する。
【００１０】
（条件３）０．７＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１．７
【００１１】
（条件４）０．７＜｜ｆ２／ｆｗｌ＜１．１
【００１２】
【作用】
本発明は，図１の光軸断面図に示すように，物体側より順に，全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群Ａと，全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｂと，全体として正の屈折力を有する第３レンズ群Ｃと，全体として正の屈折力を有する第４レンズ群Ｄと，全体として負の屈折力を有する第５レンズ群Ｅよりなり，上記第１レンズ群Ａ，第３レンズ群Ｃ，第５レンズ群Ｅは固定されている。従って，変倍動作や合焦動作によってレンズ系全体としての全長が変化することはなく，又，可動レンズも第２レンズ群Ｂと第４レンズ群Ｄとに限定されるので，駆動機構を簡素化することが可能となる。
【００１３】
変倍に際しては，固定レンズである第１レンズ群Ａと第３レンズ群Ｃとの間に形成された空間において第２レンズ群Ｂを光軸に沿って物体側から像面側へ移動させることにより広角側から望遠側への変倍がなされ，又，この変倍に伴う像面変動の補正のために固定レンズである第３レンズ群Ｃと第５レンズ群Ｅとの間に形成された空間において第４レンズ群Ｄを物体側に凸状の軌跡を有する様に移動させる。又，合焦動作に際しては，固定レンズである第３レンズ群Ｃと第５レンズ群Ｅとの間に形成された空間において第４レンズＤ群を物体側に移動させることによって近距離側への焦点調整を行う。この様に，固定レンズである第１レンズ群Ａと第３レンズ群Ｃとの間に形成された固定空間，及び第３レンズ群Ｃと第５レンズ群Ｅとの間に形成された固定空間で可動レンズである第２レンズ群Ｂ及び第４レンズ群Ｄを移動させる様になされているので，可動レンズ群の限定や固定空間の有効利用がなされ，駆動機構の簡素化やレンズ系全体の小型化が達成される。
【００１４】
第３レンズ群Ｃ，第４レンズ群Ｄの物体側の凸面に配置された少なくとも１面の非球面形状及び第５レンズ群Ｅの像面側の凸面に配置された少なくとも１面の非球面形状は，変倍ならびに合焦動作の際における収差変動を少なくし，諸収差を良好に補正するためのものである。
【００１５】
これらの非球面中，第３レンズ群Ｃの物体側の凸面に配置される非球面は主に広角側での球面収差やコマ収差を良好に補正するのに有効である。又，第４レンズ群Ｄの物体側の凸面に配置される非球面は，主に球面収差や非点収差を良好に補正するのに有効である。更に，第５レンズ群Ｅの像面側の凸面に配置される非球面は，主に非点収差やコマ収差を良好に補正するのに有効である。
【００１６】
さらに諸収差を良好に補正するために上述の条件１乃至条件４に規定する条件を満足する事が好ましい。条件１に規定する条件は第３レンズ群Ｃの張り合わせレンズのアッべ数を適切に設定するものである。条件１に規定する条件が満足されないと，変倍および合焦動作の際の色収差の変動を良好に補正するのが困難になる。
【００１７】
条件２に規定する条件は第４レンズ群の張り合わせレンズのアッべ数を適切に設定するものである。条件２に規定する条件が満足されないと，変倍および合焦動作の際の色収差の変動を良好に補正するのが難しくなってくる。
【００１８】
条件３に規定する条件は第４レンズ群Ｄと，第５レンズ群Ｅの焦点距離に関するものであり，変倍および合焦動作の際における第４レンズ群Ｄの移動量を抑制してレンズ系全体の小型化を図る一方で，良好な光学性能を維持するためのものである。条件３の上限値を越えると，変倍および合焦動作の際における第４レンズ群Ｄの移動量が大きくなり，収差変動が大きくなると共にレンズ系全体の小型化が望めなくなる。条件３の下限値を越えると変倍および合焦動作の際における第４レンズ群Ｄの移動量は小さくなるが，非点収差およびコマ収差の補正が困難となる。
【００１９】
条件４に規定する条件は第２レンズ群Ｂの焦点距離に関するものであり，変倍の際の収差変動を抑えつつ，レンズ系全体の小型化を図るためのものである。条件４の上限値を越えると，一定の変倍比を確保する為に第２レンズ群Ｂの移動量が大きくなり，レンズ系全体の小型化が望めなくなる。条件４の下限値を越えると，負のべッツバール和が増大し，像面湾曲が大きくなる。またコマ収差の補正も困難となる。
【００２０】
【実施例】
次に，具体的な数値実施例を表１及び表２に示すとともに，各々の実施例の光軸断面を図１乃至図３及び図７乃至図９に示し，又，各々の実施例の収差線図を図４乃至図６及び図１０乃至図１２に示す。尚，図１及び図７は各々の実施例の広角端での光軸断面を，図２及び図８は各々実施例の中間焦点距離での光軸断面を，図３及び図９は各々の実施例の望遠端での光軸断面図を示す，図４及び図１０は各々の実施例の広角端での収差線図を，図５及び図１１は各々の実施例の中間焦点距離での収差線図を，図６及び図１２は各々の実施例の望遠端での収差線図を示している。又，各々の光軸断面図において，Ａ乃至Ｅは各々第１レンズ群から第５レンズ群を示すとともに，ＦはＣＣＤにおけるカバーガラスや赤外カットフィルター等のガラス材を表す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
各々の実施例において，ｒｉは物体側からｉ番目の面の曲率半径を，ｄｉは物体からｉ番目のレンズ肉厚或いは空気間隔を，ｎｉは物体からｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率を，νｉは物体からｉ番目のレンズのｄ線に対するアッベ数を各々示している。又，表１に示す実施例ではｒ１２面，ｒ１４面，ｒ１７面，ｒ２１面が非球面に形成され，表２に示す実施例ではｒ１２面，ｒ１５面，ｒ１７面，ｒ１９面が非球面に形成され，その非球面形状は数１によって規定されている。
【００２４】
【数１】

【００２５】
尚，数１において，Ｚは光軸から高さがｙの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離を，ｙは光軸からの高さを，Ｃは非球面頂点の曲率（＝１／ｒ）を，εは円錐定数を，Ｄ，Ｅ，Ｆ及びＧは非球面係数を表し，ε，Ｄ，Ｅ，Ｆ及びＧの具体的な数値は各々表１及び表２に示されている。又，各々の収差線図における非点収差は，図面の煩雑化を避けるためにサジタル方向ＤＳとメリジオナル方向とを各々区分して示している。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した実施例や収差線図に見られる様に，本発明は，リアフォーカス式を採用しつつ，約１０倍の広域な変倍比と望遠端でもＦ３以内の口径を有する高変倍比，大口径のズームレンズでありながら，レンズ系全体の小型化を図りつつ，広角端から望遠端まで全物体距離にわたって諸収差が良好に補正された高い光学性能を有するリアフォーカス式ズームレンズを得ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るズームレンズの広角端での光軸断面図。
【図２】本発明の第１実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での光軸断面図。
【図３】本発明の第１実施例に係るズームレンズの望遠端での光軸断面図。
【図４】本発明の第１実施例に係るズームレンズの広角端での収差線図。
【図５】本発明の第１実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差線図。
【図６】本発明の第１実施例に係るズームレンズの望遠端での収差線図。
【図７】本発明の第２実施例に係るズームレンズの広角端での光軸断面図。
【図８】本発明の第２実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での光軸断面図。
【図９】本発明の第２実施例に係るズームレンズの望遠端での光軸断面図。
【図１０】本発明の第２実施例に係るズームレンズの広角端での収差線図。
【図１１】本発明の第２実施例に係るズームレンズの中間焦点距離での収差線図。
【図１２】本発明の第２実施例に係るズームレンズの望遠端での収差線図。
【符号の説明】
Ａ 第１レンズ群
Ｂ 第２レンズ群
Ｃ 第３レンズ群
Ｄ 第４レンズ群
Ｅ 第５レンズ群

Claims (1)

1. 物体側より順に、全体として正の屈折力を持つ第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第４レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第５レンズ群よりなり、上記第１レンズ群、第３レンズ群、第５レンズ群を固定させ、上記第２レンズ群を光軸に沿って物体側から像面側へ移動させることにより広角側から望遠側への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を上記第４レンズ群の光軸方向への移動により補正すると共に、第４レンズ群を物体の移動によって変動する像面を一定位置に保つように光軸に沿って移動させて焦点調節を行う光学系において、
   上記第３レンズ群は、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとの貼り合わせレンズを有し、物体側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有し、
   上記第４レンズ群は、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとの貼り合わせレンズを有し、物体側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有し、
   上記第５レンズ群は、像面側の凸面に少なくとも一面の非球面形状を有していて、以下の条件式を満足するリアフォーカス式ズームレンズ。
   （条件１）νｗ−νｘ＞２０
   （条件２）νｙ−νｚ＞２０
   （条件３）０．７＜｜ｆ５／ｆ４｜＜１．７
   （条件４）０．７＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．１
   （条件５）
   但し、νｗは第３レンズ群の両凸レンズのアッベ数、
   νｘは第３レンズ群の物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッベ数、
   νｙは第４レンズ群の両凸レンズのアッベ数、
   νｚは第４レンズ群の物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズのアッベ数、
   ｆｗは広角端におけるレンズ系全系の合成焦点距離、
   ｆ２は第２レンズ群の合成焦点距離、
   ｆ４は第４レンズ群の合成焦点距離、
   ｆ５は第５レンズ群の合成焦点距離。

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