JP4630444B2 - ズームレンズ及びそれを有した光学機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にインナーフォーカスを採用し、物体距離全般にわたり高い光学性能が容易に得られる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の光学機器に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ズームレンズのフォーカシング方法として、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ヤーフォーカス式が知られている。
【0003】
一般にインナーフォーカス式やリアー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カメラにおいては迅速なフォーカシングが容易となる等の特長も有している。
【0004】
本出願人はこのようなインナーフォーカス式やリアーフォーカス式のズームレンズのひとつとして、物体側から順に、正の屈折力の第1レンズ群と負の屈折力の第2レンズ群と全体として正の屈折力の後続群を有し、各レンズ群の空気間隔を変化させることにより変倍を行う、所謂ポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、前記第2レンズ群を移動させてフォーカシングを行う方式を用いたズームレンズを、特開平3−228008号公報、特開平5−119260号公報、特開平6−230285号公報にて提案している。この方式を用いたズームレンズは特に標準域を含む高変倍比を有し、前記の特長を十分に発揮し、さらには無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたり、良好なる光学性能を有している。この他特開平7−113957号公報にても同様の方式のズームレンズが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般にズームレンズにおいてインナーフォーカス方式やリヤーフォーカス方式を採用するとレンズ系全体が小型化され、又、迅速なるフォーカスが可能となり、さらに近接撮影が容易となる等の特長が得られる。
【0006】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたりレンズ系全体の小型化を図りつつ高い光学性能を得るのが大変難しくなるという問題点が生じてくる。
【0007】
特に高変倍のズームレンズでは全変倍範囲にわたり、又物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなるという問題点が生じてくる。
【0008】
ここで、前記のポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、光学全系が変倍する際の負の屈折力の第2レンズ群の倍率について説明する。
【0009】
一般に、ポジティブリードタイプのズームレンズの第2レンズ群は広角端において負の縮小倍率を有し、望遠端への変倍にともなって倍率の絶対値が増加する。そして第2レンズ群はポジティブリードタイプのズームレンズでは主変倍群となるので、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際の増倍は大であり(負の縮小倍率から−1に近づく方向)、この増倍は特に高変倍比のズームレンズの場合顕著である。
【0010】
つぎに、フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度(フォーカス群の移動量に対する、ピントの移動量の比率)の関係について述べる。
【0011】
フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度は次式で表わすことができる。
【0012】
ES=(1−βf2)×βr2 ・・・(A)
ただし、
ES:フォーカス敏感度
βf:フオーカスレンズ群の倍率
βr:フォーカスレンズ群より像側に配置された全てのレンズ群の合成倍率
(A)式によれば、フォーカス敏感度はフォーカスレンズ群の倍率の絶対値が1のとき0となり、1から離れるにしたがって大きくなることがわかる。
【0013】
ところが、前記したようにポジティブリードタイプのズームレンズの負の屈折力の第2レンズ群は、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際、負の縮小倍率から−1に近づく方向に変倍するため、特に高変倍比のズームレンズの場合などでは、望遠端付近で第2レンズ群のフォーカス敏感度が小となりフォーカス移動量が著しく増大していた。
【0014】
また変倍の途中で第2レンズ群の倍率が−1になってしまう場合にはフォーカス敏感度が0となりフォーカス不能となってしまっていた。
【0015】
本発明は高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のズームレンズは、物体側より順に、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、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間隔が大きくなり、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズにおいて、前記第2レンズ群は負の屈折力を有する接合レンズを有し、前記第2レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、望遠端における前記第2レンズ群の倍率をβ2t、前記第2レンズ群の焦点距離をf2、望遠端における全系の焦点距離をft、前記接合レンズを構成する負レンズの材質のアッベ数をν2dn、前記接合レンズを構成する正レンズの材質のアッベ数をν2dpとするとき、
−0.8<β2t<−0.6 ・・・(1)
−0.09<f2/ft<−0.07 ・・・(2)
18.0<ν2dn−ν2dp ・・・(5)
なる条件を満足することを特徴としている。
【0017】
請求項2の発明は請求項1の発明において第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
−0.18<f2/f1<−0.14 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴としている。
【0018】
請求項3の発明は請求項1又は2の発明において
広角端における第2レンズ群の倍率をβ2w、広角端における全系の焦点距離をfwとし、
Z2=β2t/β2w
Z=ft/fw
とおくとき、
0.5<logZ2/logZ<0.75 ・・・(4)
なる条件を満足することを特徴としている。
【0020】
請求項4の発明の光学機器は、請求項1から3のいずれか1項のズームレンズを有することを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本実施形態のズームレンズについて説明する。
【0022】
図1、図8、図15、図22、図29は、それぞれ後述する数値実施例1〜5のズームレンズのレンズ断面図、図2〜図7は数値実施例1のズームレンズの諸収差図、図9〜図14は数値実施例2のズームレンズの諸収差図、図16〜図21は数値実施例3のズームレンズの諸収差図、図23〜図28は数値実施例4のズームレンズの諸収差図、図30〜図35は数値実施例5のズームレンズの諸収差図である。
【0023】
図1において(w)は広角端、(M)は中間ズーム位置、(T)は望遠端を示している。なお図8、図15、図22、図29はそれぞれ広角端におけるレンズ断面図のみをしめしている。
【0024】
各レンズ断面図において、L1は正の屈折力の第1群(第1レンズ群)、L2は負の屈折力の第2群(第2レンズ群)、L3は正の屈折力の第3群(第3レンズ群)、L4は負の屈折力の第4群(第4レンズ群)、L5は正の屈折力の第5群(第5レンズ群)である。SPは開口絞りであり、第3群L3の前方に配置している。IPは像面である。
【0025】
第3群〜第5群は複数又は1つのレンズ群で構成される全体として正の屈折力の後続群に相当している。
【0026】
本実施形態のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、図1の矢印に示すように各レンズ群L1〜L5を物体側へ、該第1群と第2群の間隔が増加し、該第2群と第3群の間隔が減少し、該第3群と第4群の間隔が増大し、該第4群と第5群の間隔が減少するように移動させている。即ち第2群と後続群との間隔は減少している。このとき絞りSPは、第3群L3と一体的に移動している。
【0027】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、第2群L2を物体側へ移動させて行うインナーフォーカス方式を用いている。
【0028】
一般に第1レンズ群を光軸上移動させて距離合せを行う、所謂前玉フォーカス方式が知られているが、この方式は広角側で至近距離撮影時に周辺画面に光束を確保するために前玉径が大きくなりがちとなる。このため、このフォーカス方式では、本発明の目的の1つである小型化は難しくなる。
【0029】
そこで本実施形態のズームレンズでは、第1レンズ群以降に配置されたレンズ群、特に第2レンズ群でフォーカシングを行うことにより、レンズ系全体の小型化を図っている。
【0030】
そして前述の条件式(1)、(2)即ち
−0.8<β2t<−0.6 ・・・(1)
−0.09<f2/ft<−0.07 ・・・(2)
を満足するように第2レンズ群の焦点距離f2と結像倍率β2tを設定することにより無限遠物体から近距離物体にわたる広い範囲内において良好なる光学性能を得ている。
【0031】
次に条件式(1)、(2)の技術的内容について説明する。
【0032】
条件式(1)は、望遠端における第2レンズ群の結像倍率を規定する条件であり、望遠端におけるフォーカス敏感度を十分に確保し、近距離物体へのフォーカシングを少ない移動量で行うための条件である。条件式(1)をはずれて、上限を超えると近距離物体へのフォーカシングのための移動量が大きくなり過ぎ、又、下限を超えると望遠端を長焦点化することが困難となる。
【0033】
条件式(2)は、第2レンズ群の焦点距離を規定する条件であり、上限を超えると、条件式(1)を満足することが困難となるうえ、広角側における負の歪曲収差の補正が困難となる。又下限を超えると、十分な変倍比を確保することが困難となり、さらに広角側でレトロフォーカスの屈折力配置をとることが困難となるので、広角側の像面湾曲や非点収差を補正するのが困難となる。
【0034】
本発明において、さらに望ましくは条件式(1)、条件式(2)の数値範囲を以下の範囲とすると良い。
【0035】
−0.79<β2t<−0.75 ・・・(1a)
−0.085<f2/ft<−0.07 ・・・(2a)
本発明の目的とするズームレンズは、以上の諸条件を満足させることにより達成することができるが、更にレンズ系全体の小型化を図りつつ、高変倍化を計る際の変倍に伴う収差変動を少なくし、全変倍範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得るには目的に応じて次の諸条件のうち少なくとも1つを満足させるのが良い。
【0036】
(ア−1)第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
−0.18<f2/f1<−0.14 ・・・(3)
なる条件を満足することである。
【0037】
条件式(3)は、望遠端における第2レンズ群の焦点距離と、第1レンズ群の焦点距離の比を規定する条件であり、条件を満足すれば、条件式(1)を満足することがより容易となって良い。
【0038】
更に望ましくは条件式(3)の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【0039】
−0.17<f2/f1<−0.15 ・・・(3a)
(ア−2)広角端における第2レンズ群の倍率をβ2w、広角端における全系の焦点距離をfwとし、
Z2=β2t/β2w
Z=ft/fw
とおくとき、
0.5<logZ2/logZ<0.75 ・・・(4)
なる条件を満足することである。
【0040】
条件式(4)は、光学系全体における第2レンズ群の変倍分担を規定した条件であり、上限を超えると、第2レンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第2レンズ群の収差変動を補正することが困難になるうえ、条件式(1)を満足することが困難となる。逆に下限を超えると第2レンズ群以外のレンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第2レンズ群以外のレンズ群の収差変動を補正することが困難となったり、高変倍を維持することが困難となる。
【0041】
好ましくは条件式(4)の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【0042】
0.55<logZ2/logZ<0.7 ・・・(4a)
(ア−3)前記第2レンズ群は少なくとも1枚の負の屈折力を有する接合レンズを有し、該接合レンズ中の負レンズの材質のアッベ数をν2dn、該接合レンズ中の正レンズの材質のアッベ数をν2dpとするとき、
18.0<ν2dn−ν2dp ・・・(5)
なる条件を満足することである。
【0043】
フォーカスレンズ群である第2レンズ群に接合レンズを配置することで、特に望遠端においてフォーカシングにともなう軸上色収差の変動を補正することが容易となる。又条件式(5)を満足することで、上記効果を得ることがさらに容易となる。
【0045】
(ア−4)フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第2群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより成っていることである。
【0046】
(ア−5)フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第2群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより成っていることである。
【0047】
(ア−6)フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第2群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより構成することである。
【0048】
(ア−7)第3群は2つの正レンズと1つの負レンズより構成することである。
【0049】
(ア−8)第4群は正レンズと負レンズとの接合レンズより構成することである。
【0050】
(ア−9)第5群は2又は3つの正レンズと1つの負レンズより構成することである。
【0051】
(ア−10)第1群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより構成することである。
【0052】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラの実施形態を図36を用いて説明する。(尚、本発明のズームレンズは一眼レフカメラ用の交換レンズとして用いることもできる。カメラの実施形態は一眼レフカメラとなる。)
図36において、10はビデオカメラ本体、11は前述した本発明のズームレンズ、12はズームレンズ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為のファインダーである。
【0053】
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12上に形成された被写体像が表示される。15は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【0054】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器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を実現している。
【0055】
次に数値実施例1〜5のズームレンズの数値データを示す。各数値実施例においてRiは物体側より順に第i番目の面の曲率半径、Diは物体側より第i番目の光学部材厚又は空気間隔、Niとνiは各々物体側より順に第i番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。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。
【0056】
非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正としRを近軸曲率半径、A,B,C,D,Eを各々非球面係数としたとき、
【0057】
【数1】
【0058】
なる式で表している。[e−x]は「10-x」を意味している。
【0059】
【外1】
【0060】
【外2】
【0061】
【外3】
【0062】
【外4】
【0063】
【外5】
【0064】
【表1】
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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】数値実施例1のズームレンズのレンズ断面図である。
【図2】数値実施例1のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図3】数値実施例1のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図4】数値実施例1のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図5】数値実施例1のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図6】数値実施例1のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図7】数値実施例1のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図8】数値実施例2のズームレンズのレンズ断面図である。
【図9】数値実施例2のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図10】数値実施例2のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図11】数値実施例2のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図12】数値実施例2のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図13】数値実施例2のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図14】数値実施例2のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図15】数値実施例3のズームレンズのレンズ断面図である。
【図16】数値実施例3のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図17】数値実施例3のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図18】数値実施例3のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図19】数値実施例3のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図20】数値実施例3のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図21】数値実施例3のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図22】数値実施例4のズームレンズのレンズ断面図である。
【図23】数値実施例4のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図24】数値実施例4のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図25】数値実施例4のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図26】数値実施例4のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図27】数値実施例4のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図28】数値実施例4のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図29】数値実施例5のズームレンズのレンズ断面図である。
【図30】数値実施例5のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図31】数値実施例5のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図32】数値実施例5のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図33】数値実施例5のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図34】数値実施例5のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図35】数値実施例5のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図36】本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。
【符号の説明】
L1 第1群
L2 第2群
L3 第3群
L4 第4群
L5 第5群
SP 絞り
IP 像面
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面
10 ビデオカメラ本体
11 ズームレンズ
12 撮像素子
13 記録手段
14 ファインダー
15 液晶表示パネル
Claims (4)
- 物体側より順に、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、負の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間隔が大きくなり、前記第2レンズ群と前記第3レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズにおいて、前記第2レンズ群は負の屈折力を有する接合レンズを有し、前記第2レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、望遠端における前記第2レンズ群の倍率をβ2t、前記第2レンズ群の焦点距離をf2、望遠端における全系の焦点距離をft、前記接合レンズを構成する負レンズの材質のアッベ数をν2dn、前記接合レンズを構成する正レンズの材質のアッベ数をν2dpとするとき、
−0.8<β2t<−0.6
−0.09<f2/ft<−0.07
18.0<ν2dn−ν2dp
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 第1レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
−0.18<f2/f1<−0.14
なる条件を満足することを特徴とする請求項1のズームレンズ。 - 広角端における前記第2レンズ群の倍率をβ2w、広角端における全系の焦点距離をfwとし、
Z2=β2t/β2w
Z=ft/fw
とおくとき、
0.5<logZ2/logZ<0.75
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2のズームレンズ。 - 請求項1から3のいずれか1項のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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