JP5358227B2 - インナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ - Google Patents

インナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ Download PDF

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Description

本発明は、特にデジタルカメラ、銀塩カメラ及びビデオカメラ等に適したズームレンズに関するものである。
従来、3倍程度のズーム比を有する4群ズームレンズとして、物体側から負、正、負、正の屈折力を有する所謂負先行型4群ズームが提案されている。負先行型4群ズームは、広画角化が容易であり、またバックフォーカスの確保が容易であるという特徴を有する。例えば特許文献1や特許文献2ではこの負先行型4群ズーム方式を採用している。また、他の方式として、物体側から正、負、正、正の屈折力を有する所謂正先行型4群ズームもある。例えば、特許文献3や特許文献4では正先行型4群ズームを採用し、またインナーフォーカス方式を採用することで、フォーカス時の性能を保持している。
特開2005―92056号公報
特開2006―113572号公報
特開2007―127989号公報
特開2004―101739号公報
しかしながら、一般的に、負先行型ズームレンズでは、フォーカス方式として前玉繰り出し方式を採用しているために操作性を損なう問題及び、ズーム時とフォーカス時に全長が変化するため、防塵・防滴対策が困難であるという問題があった。
また、正先行型ズームレンズでは、インナーフォーカス方式のためフォーカス時の全長変化はないが、ズーム時においては全長変化があるため防塵・防滴対策が不十分であるという問題があった。
本発明は、ズーム時の全長を固定して、さらにインナーフォーカス化することで、防塵・防滴対策に最適なズームレンズを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明では、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群L1と、負の屈折力を有する第2レンズ群L2と、正の屈折力を有する第3レンズ群L3と、負の屈折力を有する第4レンズ群L4と、正の屈折力を有する第5レンズ群L5とから構成されるズームレンズであって、広角側から望遠側へのズーミングにおいて、該第1レンズ群は像面に対して固定であり、該第2レンズ群は広角端から中間ズーム位置までは像面側に移動し、中間ズーム位置から望遠端までは物体側に移動し、該第3レンズ群は物体側へ移動し、広角側に対して望遠側で該第4レンズ群と該第3レンズ群との間隔が大きくなり、該第5レンズ群は該第4レンズ群との間隔が広角側に対して望遠側で小さくなるよう物体側へ移動し、また、物体距離無限遠から近距離物体へフォーカスする際、該第2レンズ群L2が物体側へ移動し、以下の条件式を満足することを特徴とするインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズを提供する。
2.3<|f1/f12w|<8.8 (1)
0.9<|f2/f12w|<2.7 (2)
0.9<f5/fw<2.1 (5)
ただし、
f1は前記第1レンズ群の焦点距離、
f2は前記第2レンズ群の焦点距離、
f12wは無限遠時の広角端における第1レンズ群と第2レンズ群との合成系の焦点距離
f5は前記第5レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
また、前記第1レンズ群は、光軸からレンズ周辺に向かい正の屈折力が強くなる、あるいは負の屈折力が弱くなる、少なくとも1つの非球面を有することが好ましい。
また、前記第3レンズ群は、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.8<f3/fw<1.8 (3)
ただし、
f3は前記第3レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
また、前記第4レンズ群は、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.6<|f4/fw|<1.4 (4)
ただし、
f4は前記第4レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
また、前記第5レンズ群は、以下の条件式を満足することが好ましい。
0.9<f5/fw<2.1 (5)
ただし、
f5は前記第5レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
また、前記第3レンズ群と前記第5レンズ群とがズーミングにおいて同一の移動を行うことがメカ構造上好ましい。
また、開口絞りは前記第3レンズ群と前記第4レンズ群との間に配置し、ズーミングにおいて、前記第3レンズ群、若しくは前記第4レンズ群と同一の移動を行うことがメカ構造上好ましい。
また、前記第5レンズ群の像面側に、ズーミングにおいて固定されたフレアカット絞りを有することが好ましい。
また、前記第5レンズ群が少なくとも1つの非球面を有することが好ましい。
また、前記第3レンズ群、第4レンズ群と第5レンズ群との各々が少なくとも1つの接合レンズを有することが好ましい。
本発明によれば、全ズーム域において高い光学性能を有した、全長固定のインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズを提供することができる。
本発明の実施例1の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例1の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例1の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例1の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例1の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例2の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例2の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例2の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例2の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例2の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例3の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例3の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例3の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例3の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例3の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例4の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例4の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例4の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例4の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例4の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例5の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例5の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例5の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例5の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例5の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例6の広角端におけるレンズ構成図である。 本発明の実施例6の広角端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例6の望遠端における無限遠合焦時での縦収差図である。 本発明の実施例6の広角端における無限遠合焦時での横収差図である。 本発明の実施例6の望遠端における無限遠合焦時での横収差図である。
以下、本発明の実施形態に係るインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズについて説明する.
本実施形態に係るインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群L1と、負の屈折力を有する第2レンズ群L2と、正の屈折力を有する第3レンズ群L3と、負の屈折力を有する第4レンズ群L4と、正の屈折力を有する第5レンズ群L5とから構成されるインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズであって、広角側から望遠側へのズーミングにおいて、第1レンズ群は像面に対して固定であり、第2レンズ群は広角端から中間ズーム位置までは像面側に移動し、中間ズーム位置から望遠端までは物体側に移動し、第3レンズ群は物体側へ移動し、広角側に対して望遠側で第4レンズ群と第3レンズ群との間隔が大きくなり、第5レンズ群は第4レンズ群との間隔が広角側に対して望遠側で小さくなるよう物体側へ移動し、また、物体距離無限遠から近距離物体へフォーカスする際、第2レンズ群L2が物体側へ移動し、以下の条件式を満足することを特徴とするインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ。
2.3<|f1/f12w|<8.8 (1)
0.9<|f2/f12w|<2.7 (2)
0.9<f5/fw<2.1 (5)
ただし、
f1は第1レンズ群の焦点距離、
f2は第2レンズ群の焦点距離、
f12wは無限遠時の広角端における第1レンズ群と第2レンズ群の合成系の焦点距離
f5は前記第5レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
条件式(1)は第1レンズ群の焦点距離を規定し、小型化と高性能化とを両立させるためのものである。条件式(1)の下限値を超え、第1レンズ群の焦点距離が絶対値で短くなると、広角側における負の歪曲収差の補正が困難となる。
また、条件式(1)の上限値を超え、第1レンズ群の焦点距離が絶対値で長くなると、前玉径を小型化することが困難となる。
条件式(2)は第2レンズ群の焦点距離を規定したものであり、条件式(1)と同様に高性能化と小型化とを両立させるためのものである。条件式(2)の下限値を超え、第2レンズ群の焦点距離が絶対値で短くなると、フォーカス時の収差変動、特に球面収差の補正が困難となる。また、3群以降の変倍負担が大きくなるため、3群以降の移動量が増大し、スペース確保が困難となる。さらに、移動量の増大によりズーム時における開放F値の変動が大きくなり、絞り径を可変にしなければ所定の開放F値を確保することが困難となる。
また、条件式(2)の上限値を超え、第2レンズ群の焦点距離が絶対値で長くなると、収差補正に対しては有利になるが、フォーカスのための繰り出し量が増大し、第1レンズ群と第2レンズ群との間のフォーカススペース確保が困難となり、小型化に不利となる。
第1レンズ群は光軸からレンズ周辺に向かい正の屈折力が強くなる、あるいは負の屈折力が弱くなる、少なくとも1つの非球面を有することにより、広角側での負の歪曲収差補正を少ないレンズ枚数により実現する。また、第1レンズ群を物体側より順に負、正の構成にすることで、前玉径を上げることなく広角側での負の歪曲収差補正をし易くなる。
第3レンズ群は以下の条件式を満足することを特徴とする。
0.8<f3/fw<1.8 (3)
ただし、
f3は第3レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
本発明のズームレンズは、第1レンズ群、第2レンズ群により発散するFナンバー光束が、第3レンズ群へ径の大きなFナンバー光束となって入射するため、特に望遠側の球面収差が発生しやすくなる。従って、第3レンズ群の焦点距離を適切に設定する必要がある。
上記に基づき、条件式(3)が下限値を超え、第3レンズ群の焦点距離が短くなると、第3レンズ群の見かけのF値が小さくなるため、望遠側での球面収差補正が困難となる。
また、条件式(3)の上限値を超え、第3レンズ群の焦点距離が長くなると、望遠側でテレフォトタイプの屈折力配置をとり難くなり、高いズーム比を確保することが困難となる。
第4レンズ群は、以下の条件式を満足することを特徴とする。
0.6<|f4/fw|<1.4 (4)
ただし、
f4は第4レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
本発明のズームレンズでは、広角側において第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群、第4レンズ群合成系で負の屈折力を有し、第5レンズ群で正の屈折力を有する所謂レトロフォーカスタイプの構成をとる。また、望遠側においては第1レンズ群、第2レンズ群、第3レンズ群合成系で正の屈折力を有し、第4レンズ群、第5レンズ群合成系で負の屈折力を有する所謂テレフォトタイプの構成をとる。
上記に基づき、条件式(4)の上限値を超え、第4レンズ群の焦点距離が絶対値で長くなると、望遠側でテレフォトタイプの構成をとり難くなるため、高いズーム比を確保することが困難となる。
また、条件式(4)の下限値を超え、第4レンズ群の焦点距離が絶対値で短くなると、広角側でレトロフォーカスタイプの構成をとり難くなる。さらに、第4レンズ群の焦点距離が絶対値で短くなることで、ズーム全域で発生する歪曲収差とコマ収差との補正が困難となる。
第5レンズ群は、以下の条件式を満足することを特徴とする。
0.9<f5/fw<2.1 (5)
ただし、
f5は第5レンズ群の焦点距離、
fwは広角端の焦点距離である。
本発明のズームレンズでは、広角側においてレトロフォーカスタイプの構成をとり、全系の後側主点を第5レンズ群よりも像面側へ配置するように屈折力を分配することで、焦点距離に対して長いバックフォーカスを確保している。
上記に基づいて、条件式(5)の上限値を超え、第5レンズ群の焦点距離が長くなると、広角側においてレトロフォーカスタイプの構成をとり難くなり、バックフォーカスの確保が困難となる。さらに、ズーミングでの移動量が増大するため、小型化が困難となる。
また、条件式(5)の下限値を超え、第5レンズ群の焦点距離が短くなると、小型化には有利になるが、特に広角側において、周辺画角にいくほど光束はレンズの周辺部を通過し、より強い屈折力を受けるため、倍率色収差、非点収差、コマ収差の補正が困難となる。
第3レンズ群と第5レンズ群とがズーミングにおいて同一の移動を行うことにより、メカ構造上、第3レンズ群と第5レンズ群とを一体化することができる。これにより、部品点数の削減及びそれに伴う小型・軽量化、さらに、製造誤差に起因する第3レンズ群と第5レンズ群との相対的な偏芯を抑えることができるため、製造時の光学性能劣化を小さく抑えることができる。
開口絞りは第3レンズ群と第4レンズ群との間に配置し、ズーミングにおいて、第3レンズ群、若しくは第4レンズ群と同一の移動を行うことにより、周辺光量を確保しつつ、コマ収差を良好に補正することができる。
第5レンズ群の像面側にズーミングにおいて、固定されたフレアカット絞りを有することにより、望遠側において周辺画角での不要な光線をカットし、画質を向上できる。
本発明のズームレンズでは、第5レンズ群において、周辺画角にいくほど光束がよりレンズの周辺部を通過する。そのため、コマ収差や非点収差を効果的に補正するには、第5レンズ群内に、光軸からレンズ周辺部に向かい負の屈折力が強くなる、若しくは正の屈折力が弱くなる、少なくとも1つの非球面を設けることが好ましい。
第3レンズ群、第4レンズ群と、第5レンズ群との各々が少なくとも1つの接合レンズを有することにより、ズーミングにおける軸上色収差および、倍率色収差を良好に保つことができる。
以下、数値実施例に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズについて図面を元に説明する。
図1は、実施例1に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表1に、実施例1に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。[全体諸元]において、fは焦点距離、FnoはFナンバー、2ωは画角(単位:°)を表す。[レンズ諸元]において、第1列Nは物体側から数えたレンズ面の順番、第2列rはレンズ面の曲率半径、第3列dはレンズ面間隔、第4列nはd線(波長λ=587.6nm)での屈折率、第5列νはd線(波長λ=587.6nm)でのアッベ数を表す。また、r=0.0000は平面を表し、Bfはバックフォーカス、絞りは絞り面、フレアカット絞りはフレアカット絞り面を示し、*印は非球面を示し、空気の屈折率n=1.0000はその記載を省略する。[無限遠撮影時における可変間隔]には、焦点距離fと可変間隔を示す。[条件式対応値]には、各条件式の対応値を示す。[非球面データ]には、面番号N、非球面の形状を次式で現した場合の非球面係数、コーニック係数を表す。
x=(h/r)/[1+{1−(1+k)(h/r)1/2]+Ah+Bh+Ch+Dh10
ただし、xは、面の頂点を基準にしたときの光軸からの高さhの位置での光軸方向の偏移であり、kはコーニック係数、A、B、C、Dは非球面係数であり、rは基準球面の曲率半径である。また、「E‐n」は「×10−n」を示し、例えば「−4.7168E‐06」は「−4.7168×10−6」を示す。なおこれらの符号は以降の実施例においても同様であるため実施例2以降の説明は省略する。
以下の全ての諸元の値において、記載している焦点距離f、曲率半径r、レンズ面間隔d、その他の長さは、特記のない場合「mm」を使用するが、光学系の比例拡大、比例縮小においても同等の光学性能が得られるのでこれに限られるものではない。なおこれらの符号は以降の実施例においても同様であるため実施例2以降の説明は省略する。
以下の表に実施例1に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図2は実施例1に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図3は実施例1の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図4は実施例1の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図5は実施例1の望遠端における無限遠合焦時の横収差図を示す。
各収差図において、FnoはFナンバー、Yは像高、CはC線(波長λ=656.3nm)、dはd線(波長λ=587.6nm)、gはg線(波長λ=435.8nm)、ΔMはメリジオナル像面、ΔSはサジタル像面をそれぞれ示す。なおこれらの符号は以降の実施例においても同様であるため説明は省略する。
図6は実施例2に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表に実施例2に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図7は実施例2に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図8は実施例2の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図9は実施例2の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図10は実施例2の望遠端における無限遠合焦時の横収差図を示す。
図11は実施例3に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表に実施例3に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図12は実施例3に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図13は実施例3の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図14は実施例3の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図15は実施例3の望遠端における無限遠合焦時の横収差図を示す。
図16は、実施例4に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表に実施例4に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図17は実施例4に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図18は実施例4の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図19は実施例4の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図20は実施例4の望遠端における無限遠合焦時の横収差を図示す。
図21は実施例5に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表に実施例5に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図22は実施例5に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図23は実施例5の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図24は実施例5の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図25は実施例5の望遠端における無限遠合焦時の横収差図を示す。
図26は実施例6に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端におけるレンズ構成図である。
以下の表に実施例6に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの諸元値を示す。
Figure 0005358227
Figure 0005358227
図27は実施例6に係るインナーズーム且つインナーフォーカスタイプのズームレンズの広角端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図28は実施例6の望遠端における無限遠合焦時の縦収差図を示す。図29は実施例6の広角端における無限遠合焦時の横収差図を示す。図30は実施例6の望遠端における無限遠合焦時の横収差図を示す。
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
S 開口絞り
FC1 フレアカット絞り
FC2 フレアカット絞り
I 像面
d d線
C C線
g g線
Fno Fナンバー
ΔS サジタル像面
ΔM メリジオナル像面
Y 像高

Claims (4)

  1. 物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群L1と、
    負の屈折力を有する第2レンズ群L2と、
    正の屈折力を有する第3レンズ群L3と、
    負の屈折力を有する第4レンズ群L4と、
    正の屈折力を有する第5レンズ群L5とから構成されるインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズであって、
    広角側から望遠側へのズーミングにおいて、該第1レンズ群は像面に対して固定であり、
    該第2レンズ群は広角端から中間ズーム位置までは像面側に移動し、中間ズーム位置から望遠端までは物体側に移動し、該第3レンズ群は物体側へ移動し、広角側に対して望遠側で該第4レンズ群と該第3レンズ群の間隔が大きくなり、該第5レンズ群は該第4レンズ群との間隔が広角側に対して望遠側で小さくなるよう物体側へ移動し、また、物体距離無限遠から近距離物体へフォーカスする際、該第2レンズ群L2が物体側へ移動し、以下の条件式を満足することを特徴とするインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ。
    2.3<|f1/f12w|<8.8 (1)
    0.9<|f2/f12w|<2.7 (2)
    0.9<f5/fw<2.1 (5)
    ただし、
    f1は前記第1レンズ群の焦点距離、
    f2は前記第2レンズ群の焦点距離、
    f12wは無限遠時の広角端における前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との合成系の焦点距離
    f5は前記第5レンズ群の焦点距離、
    fwは広角端の焦点距離である。
  2. 前記第1レンズ群は、光軸からレンズ周辺に向かい正の屈折力が強くなる、あるいは負の屈折力が弱くなる、少なくとも1つの非球面を有することを特徴とする請求項1記載のインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ。
  3. 前記第3レンズ群は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載のインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ。
    0.8<f3/fw<1.8 (3)
    ただし、
    f3は前記第3レンズ群の焦点距離、
    fwは広角端の焦点距離である。
  4. 前記第4レンズ群は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインナーズームタイプ且つインナーフォーカスタイプのズームレンズ。
    0.6<|f4/fw|<1.4 (4)
    ただし、
    f4は前記第4レンズ群の焦点距離、
    fwは広角端の焦点距離である。
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