JP5475401B2 - 防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルスチルカメラ等に用いられるズームレンズに関するもので、特に望遠端の画角が１３度以下で、変倍比が３倍弱程度、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズに関するものである。
３５ミリ判の撮像素子サイズに対応した、望遠側の画角が１３度以下で、変倍比が３倍弱程度、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズとして特許文献１、２が開示されている。
３５ミリ版の撮像素子サイズに対応した、望遠側の画角が１３度以下で、変倍比が３倍弱程度、ズーム全域における開放F値が２．８程度の大口径望遠ズームレンズとして特許文献３、４が開示されている。
特許文献１に開示された光学系は、特に望遠端において像高１５ｍｍ以上でのアンダーな像面湾曲を補正しきれていない。また、周辺光量も十分とは言えず、全長も長いことから周辺光量の改善と全長の縮小が課題となっていた。
特許文献２に開示された光学系は、全長はコンパクトであるが、各群のパワーが強くなることによる球面収差の補正が不十分で、ズーム全域で高い光学性能を有しているとはいえない。
特許文献３に開示された光学系は、防振機能を有しておらず、防振機能を搭載することが課題となっていた。
特許文献４に開示された光学系は、防振機能を有しておらず、防振機能を搭載することが課題となっていた。また、合焦時に移動するレンズ枚数が多く、重量が重いことにより遅くなっている合焦速度の改善が課題となっていた。
本発明は、上記課題を解決し、望遠端の画角が１３度以下で、変倍比が３倍弱程度であり、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度のコンパクトで光学性能が良好な防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の発明は、物体側より順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とで構成され、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行う４群ズームレンズにおいて、前記第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏心させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは、正屈折力のレンズ２個のみからなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個を含み、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力のレンズ３個と負屈折力のレンズ１個を含み、以下の条件を満足することを特徴とする、防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（１）０．８０＜βＧ４ｍｒ＜１．２５
（２）−０．２８＜Ｆ４ｍ／Ｆｔ＜−０．１８
Ｆ４ｍ：前記中群Ｇ４ｍの焦点距離
Ｆｔ：望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
βＧ４ｍｒ：すべてのズームポジションにおける前記中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率
（１）０．８０＜βＧ４ｍｒ＜１．２５
（２）−０．２８＜Ｆ４ｍ／Ｆｔ＜−０．１８
Ｆ４ｍ：前記中群Ｇ４ｍの焦点距離
Ｆｔ：望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
βＧ４ｍｒ：すべてのズームポジションにおける前記中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率
また、本発明に係る第２の発明は、以下の条件を満足することを特徴とする、第１の発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（３）０．１０＜Ｄ４ｆ／Ｆ４ｆ＜０．１６
Ｆ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの焦点距離
Ｄ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離
（３）０．１０＜Ｄ４ｆ／Ｆ４ｆ＜０．１６
Ｆ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの焦点距離
Ｄ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離
また、本発明に係る第３の発明は、以下の条件を満足することを特徴とする、第１の発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（４）１＜（０．８−０．００４３×ν４ｍｎ）／（Ｎ４ｍｎ−１）
Ｎ４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率
ν４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中、接合レンズを構成する負屈折力レンズのアッベ数
（４）１＜（０．８−０．００４３×ν４ｍｎ）／（Ｎ４ｍｎ−１）
Ｎ４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率
ν４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中、接合レンズを構成する負屈折力レンズのアッベ数
また、本発明に係る第４の発明は、前記第１レンズ群Ｇ１は、物体面側から順に合焦時に移動しない固定されたＧ１ａレンズ群と、光軸上を移動させて焦点合わせを行うＧ１ｂレンズ群とで構成され、前記Ｇ１ａレンズ群は、１個の負屈折力レンズと１個の正屈折力レンズを含み、前記Ｇ１ｂレンズ群は、２個の正屈折力レンズのみから構成されることを特徴とする、第１の発明または第２の発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
また、本発明に係る第５の発明は、以下の条件を満足することを特徴とする、第１の発明乃至第３の発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（５）０．８０＜Ｌ２３ｗ／Ｆｗ＜０．９３
Ｌ２３ｗ：広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離
Ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
（５）０．８０＜Ｌ２３ｗ／Ｆｗ＜０．９３
Ｌ２３ｗ：広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離
Ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
本発明によれば、デジタルスチルカメラ等に用いられるズームレンズに関するもので、特に望遠端の画角が１３度以下で、変倍比が３倍弱程度であり、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供することができる。
物体側より順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とで構成され、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行う。また前記第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏心させて結像位置を移動させる。
本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズの第４レンズ群Ｇ４において、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個のみで構成し、球面収差とコマ収差の発生を極力抑える構成としている。また、中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率を小さくすることにより、前記中群Ｇ４ｍへのＦナンバー光線の入射角が小さくなり、諸収差、特に高次の球面収差の発生を抑えることができる。
しかし、第４レンズ群Ｇ４において、中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率を小さくしすぎると、前記中群Ｇ４ｍの径が大きくなり、防振機構の配置が困難になる。そこで、次の条件式（１）及び（２）を満足することが望ましい。
（１）０．８０＜βＧ４ｍｒ＜１．２５
（２）−０．２８＜Ｆ４ｍ／Ｆｔ＜−０．１８
Ｆ４ｍ：前記中群Ｇ４ｍの焦点距離
Ｆｔ：望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
βＧ４ｍｒ：すべてのズームポジションにおける前記中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率
（１）０．８０＜βＧ４ｍｒ＜１．２５
（２）−０．２８＜Ｆ４ｍ／Ｆｔ＜−０．１８
Ｆ４ｍ：前記中群Ｇ４ｍの焦点距離
Ｆｔ：望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
βＧ４ｍｒ：すべてのズームポジションにおける前記中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率
条件式（１）は第４レンズ群Ｇ４における中群Ｇ４ｍと後群Ｇ４ｒの合成倍率を定めるものである。条件式（１）の上限値を越えると前記中群Ｇ４ｍへのＦナンバー光線の入射角がきつくなり、望遠端のマージナル近傍で急激にアンダーになる球面収差の良好な補正が難しくなる。条件式（１）の下限値を越えると第４レンズ群Ｇ４全長と前記中群Ｇ４ｍの径の小型化を両立することができない。
条件式（２）は第４レンズ群Ｇ４における中群Ｇ４ｍの焦点距離と望遠端における全系の焦点距離の比率を定めるものである。条件式（２）の上限を超えると特に望遠端において非点収差の良好な補正が困難になる。条件式（２）の下限を超えると望遠端において十分な手振れ補正角の確保が困難になる。
本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズの第４レンズ群Ｇ４において、正屈折力のレンズ２個のみで構成されたＧ４ｆの軸上厚を厚くすることにより、中群Ｇ４ｍに入射する光線高を小さくしながら、特に望遠端においてアンダーな像面湾曲の補正をおこなうことができる。そこで、次の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．１０＜Ｄ４ｆ／Ｆ４ｆ＜０．１６
Ｆ４ｆ：第４レンズ群前群Ｇ４ｆの焦点距離
Ｄ４ｆ：第４レンズ群前群Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離
（３）０．１０＜Ｄ４ｆ／Ｆ４ｆ＜０．１６
Ｆ４ｆ：第４レンズ群前群Ｇ４ｆの焦点距離
Ｄ４ｆ：第４レンズ群前群Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離
条件式（３）は第４レンズ群前群Ｇ４ｆの焦点距離と、Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離の比率を定めるものである。条件式（３）の上限を超えると、材料コストの増大と加工性の低下を招く。条件式（３）の下限を超えると、特に望遠端においてアンダーな像面湾曲の補正をおこなうことが困難になり、また第４レンズ群中群へ入射する光線の高さを効率的に下げることができない。
また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズの第４レンズ群Ｇ４において、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆを正屈折力レンズ２個のみから構成し、色収差補正を第４レンズ群Ｇ４全体でおこなうこととする。その際、中群Ｇ４ｍ単独の色収差補正に対する負担が減り、材質選択の自由度が増すことから、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、特に以下の条件式（４）を満足することとする。
（４）１＜（０．８−０．００４３×ν４ｍｎ）／（Ｎ４ｍｎ−１）
Ｎ４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率
ν４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ、接合レンズを構成する負屈折力レンズのアッベ数
（４）１＜（０．８−０．００４３×ν４ｍｎ）／（Ｎ４ｍｎ−１）
Ｎ４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率
ν４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ、接合レンズを構成する負屈折力レンズのアッベ数
条件式（４）は、第４レンズ群Ｇ４における中群Ｇ４ｍのうち、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率とアッベ数の範囲を定めるものである。条件式（４）の定める範囲内の材料は比重が軽いため、可動部である前記中群Ｇ４ｍの軽量化が可能である。
また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に合焦時に移動しない固定されたＧ１ａレンズ群と、光軸上を移動させて焦点合わせを行うＧ１ｂレンズ群とで構成され、前記Ｇ１ａレンズ群は、１個の負屈折力レンズと１個の正屈折力レンズを含み、Ｇ１ｂレンズ群は、２個の正屈折力レンズのみから構成されることを特徴とする。Ｇ１ｂレンズ群は正屈折力レンズのみで構成することにより、各面の曲率をゆるくすることができ、高次の球面収差発生、コマ収差の発生を抑えることができる。また、Ｇ１ｂレンズ群の軽量化が可能になるため合焦速度の向上が可能となる。また、好ましくは第１レンズ群Ｇ１全体を負屈折力レンズ１個、正屈折力レンズ３個で構成することで、第１レンズ群Ｇ１の全長を短くすることができ、周辺光量の確保、レンズ総重量の軽量化が可能になる。
また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３より構成される変倍部の全長を短く設計することで、ズームレンズの全長のコンパクト化が可能になる。
しかし、前記変倍部の全長を短くしすぎると、第２レンズ群Ｇ２、および第３レンズ群Ｇ３それぞれのパワーが強くなり、諸収差の良好な補正が困難になる。そこで以下の条件を満足することが望ましい。
（５）０．８０＜Ｌ２３ｗ／Ｆｗ＜０．９３
Ｌ２３ｗ：広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離
Ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
（５）０．８０＜Ｌ２３ｗ／Ｆｗ＜０．９３
Ｌ２３ｗ：広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離
Ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
条件式（４）は、広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離と広角端におけるレンズ全系の焦点距離の比率を定めるものである。条件式（４）の上限を超えると、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３のパワーがゆるくなり変倍時に発生する諸収差の補正には有利となるが、レンズ全長が長くなる。条件式（４）の下限を超えると、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３のパワーが強くなり、特に変倍時に発生する球面収差の補正が困難になる。また製造時の公差に対する製品のバラつきを制御することも難しく、ズーム全域で十分な光学性能を達成することができない。
以下に本発明変倍結像光学系にかかる数値実施例１から５を示す。
各数値実施例において全体諸元中のｆは焦点距離。ＦｎｏはＦナンバー、２ωは対角線画角を示す。レンズ諸元中の番号は物体側からのレンズの面番号、Ｒはレンズ面の曲率半径、Ｄはレンズ面間隔、ｎｄはｄ線(波長５８７．５６ｎｍ)の屈折率、νｄはｄ線基準のアッベ数を示す。また、Ｂｆはバックフォーカスを示す。図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線、はそれぞれの波長での収差である。ΔＳはｄ線のサジタル像面、ΔＭはｄ線のメリジオナル像面を示す。
実施例１において第４レンズ群は物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏芯させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個からなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個からなり、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力３個と負屈折力のレンズ１個からなる。
実施例２において第４レンズ群は物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏芯させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個からなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個からなり、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力３個と負屈折力のレンズ１個からなる。
実施例３において第４レンズ群は物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏芯させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個からなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個からなり、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力３個と負屈折力のレンズ１個からなる。
実施例４において第４レンズ群は物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏芯させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個からなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個からなり、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力３個と負屈折力のレンズ１個からなる。
実施例５において第４レンズ群は物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏芯させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは正屈折力のレンズ２個からなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個からなり、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力３個と負屈折力のレンズ１個からなる。
各数値実施例の変倍光学系は上記のすべての条件を満足する。
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ１ａ 第１レンズ群の前群
Ｇ１ｂ 第１レンズ群の後群
Ｇ４ｆ 第４レンズ群の前群
Ｇ４ｍ 第４レンズ群の中群
Ｇ４ｒ 第４レンズ群の後群
Ｓ 絞り
Ｉ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリジオナル像面
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ１ａ 第１レンズ群の前群
Ｇ１ｂ 第１レンズ群の後群
Ｇ４ｆ 第４レンズ群の前群
Ｇ４ｍ 第４レンズ群の中群
Ｇ４ｒ 第４レンズ群の後群
Ｓ 絞り
Ｉ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリジオナル像面
Claims (5)
- 物体側より順に、正屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、正屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とで構成され、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行う４群ズームレンズにおいて、前記第４レンズ群Ｇ４は、物体側より順に、正屈折力を有する前群Ｇ４ｆ、負屈折力を有する中群Ｇ４ｍ、正屈折力を有する後群Ｇ４ｒより構成し、前記中群Ｇ４ｍを光軸と略垂直方向に偏心させて結像位置を変位する構成とし、前記前群Ｇ４ｆは、正屈折力のレンズ２個のみからなり、前記中群Ｇ４ｍは、正屈折力のレンズと負屈折力のレンズとの接合レンズと負屈折力のレンズ１個を含み、前記後群Ｇ４ｒは、正屈折力のレンズ３個と負屈折力のレンズ１個を含み、以下の条件を満足することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
（１）０．８０＜βＧ４ｍｒ＜１．２５
（２）−０．２８＜Ｆ４ｍ／Ｆｔ＜−０．１８
Ｆ４ｍ：前記中群Ｇ４ｍの焦点距離
Ｆｔ：望遠端におけるレンズ全系の焦点距離
βＧ４ｍｒ：すべてのズームポジションにおける前記中群Ｇ４ｍおよび後群Ｇ４ｒの合成倍率 - 以下の条件を満足することを特徴とする、請求項１記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
（３）０．１０＜Ｄ４ｆ／Ｆ４ｆ＜０．１６
Ｆ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの焦点距離
Ｄ４ｆ：前記前群Ｇ４ｆの最も物体側の面と最も像側の面との光軸に沿った距離 - 以下の条件を満足することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
（４）１＜（０．８−０．００４３×ν４ｍｎ）／（Ｎ４ｍｎ−１）
Ｎ４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中の、接合レンズを構成する負屈折力レンズの屈折率
ν４ｍｎ：前記中群Ｇ４ｍ中の、接合レンズを構成する負屈折力レンズのアッベ数 - 前記第１レンズ群Ｇ１は、物体面側から順に合焦時に移動しない固定されたＧ１ａレンズ群と、光軸上を移動させて焦点合わせを行うＧ１ｂレンズ群とで構成され、前記Ｇ１ａレンズ群は、１個の負屈折力レンズと１個の正屈折力レンズを含み、前記Ｇ１ｂレンズ群は、２個の正屈折力レンズのみから構成されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３に記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
- 以下の条件を満足することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。。
（５）０．８０＜Ｌ２３ｗ／Ｆｗ＜０．９３
Ｌ２３ｗ：広角端における前記第２レンズ群Ｇ２の先頭面から前記第３レンズ群Ｇ３の最終面の距離
Ｆｗ：広角端におけるレンズ全系の焦点距離
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