JP2005309059A

JP2005309059A - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2005309059A
Application number: JP2004125388A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ito; 大介伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】レンズ全体を小型化し、簡易な構成にも関わらす高い光学性能を有するズームレンズを実現すること。
【解決手段】物体側より順に、ズーミングに際し、光軸上固定で正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミングに際し、光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、ズーミングに際し、第１レンズ群Ｌ１との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、ズーミングに際し、光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有するズームレンズ群であって、第１レンズ群Ｌ１は物体側より順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズよりなり、ｆＷを広角端での全系の焦点距離、f２を第２群の焦点距離としたとき、以下の条件を満足している。
１．５２＜｜f２｜/ｆＷ＜２．０
【選択図】図１

Description

本発明はズームレンズ系およびそれを有する撮影装置に関し、特にビデオカメラやデジタルカメラ、フィルム用カメラ等の撮影装置に用いられるズームレンズ系およびそれを有する撮影装置に関するものである。

従来ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラ等のカメラに用いられるレンズ系として、物体側より順にズーミング及び合焦の際に固定である正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力を有し光軸上を移動してズーム作用を有する第２レンズ群、ズーミング及び合焦の際に固定の正の屈折力を有する第３レズ群、ズーミング及び合焦のために光軸を移動する正の屈折力を有する第４レンズ群のいわゆる正、負、正、正４群リアフォーカスズームがある。

一般にリアフォーカス式のズームレンズは第１群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になり、又、近接撮影、特に極近撮影が容易になり、さらに比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているのでレンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な焦点合わせができる等の特徴がある。

特開2003-107347号広報ではこのズームタイプの４群ズームレンズにおいて、第１レンズを凸レンズ、第２レンズを凹レンズの接合レンズで構成した小型のズームレンズが提案されている。

また、特開6-130297号広報ではこのズームタイプの４群ズームレンズにおいて、第１レンズを凹レンズ、第２レンズを凸レンズの接合レンズそして、凸レンズで構成した小型のズームレンズが提案されている。

このほか、このズームタイプの４群ズームレンズが例えば、特開8-292369号広報、特開8-304700号広報、特開2001-221948号広報、特開2001-305427号広報等で提案されている。

近年ますます高性能でありながら、小型で安価なズームレンズおよびこれを用いた撮影装置が要求されている。

一般にズームレンズにおいて、各群の屈折力を強めれば、所定のズーム比を得るための各群の移動量が少なくなり、レンズ全長の短縮が可能となる。

しかしながら、単に各群のレンズの屈折力を強めるとズーミングに伴う収差変動が大きくなり、全ズーム範囲にわたり高光学性能を得るのが大変難しくなってくる。

本発明は、レンズ全体を小型化し、簡易な構成にも関わらす高い光学性能を有するズームレンズ、及びそれを有する撮影装置の提供を目的とする。

請求項１の発明のズームレンズ系は物体側より順に、ズーミングに際し、光軸上固定で正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際し、光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し、前記第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際し、光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズ群であって、該第１レンズ群は物体側より順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズよりなり、ｆＷを広角端での全系の焦点距離、f２を第２群の焦点距離としたとき、以下の条件を満足することを特徴としている。
１．５２＜｜f２｜/ｆＷ＜２．０
請求項２の発明のズームレンズ系は請求項１の発明において、ｄ３４を広角端における３群と４群間隔、ｆWを広角端での全系の焦点距離としたとき以下の条件を満足することを特徴としている。
０．２７＜ｄ３４/ｆＷ＜０．７
請求項３の発明のズームレンズ系は請求項１、２の発明において、ｆ１を第１群の焦点距離、ｆ２を第２群の焦点距離としたとき、以下の条件を満足することを特徴としている。
０．２＜｜ｆ２｜／f１＜０．５
請求項４の発明は請求項１から請求項３の発明において、前記第４レンズ群は正の単レンズのみからなることを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１から請求項４の発明において、前記第１レンズ群は最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、第１レンズ群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けていることを特徴としている。

請求項６の発明は請求項１から請求項５の発明において、前記第３レンズ群は、両凹レンズとその物体側に隣接して両凸レンズを有していることを特徴としている。

請求項７の発明は請求項１から請求項６の発明において、前記第４レンズ群は最も物体側のレンズ面が物体側に凹面を向けており、最も第３レンズ群側のレンズ面が第３レンズ群側に凸面を向けていることを特徴としている。

請求項８の発明は請求項１から請求項７の発明において、G1nを該第１レンズ群の正レンズの屈折率としたとき以下の条件を満足することを特徴としている。
１．６０＜１Gn ＜１．８５
請求項９の発明はｒ１を該第１レンズ群の正レンズの物体側の曲率半径、ｒ２を該第１レンズ群の正レンズの像側の曲率半径としたときの条件を満足することを特徴としている。
０．１５＜｜ｒ１/ｒ２｜＜０．３０
請求項１０の発明は請求項１から請求項９の発明において、前記第４レンズ群を移動させてフォーカスを行うことを特徴としている。

請求項１１の発明は請求項１から請求項１０の発明において、前記レンズ群の面はすべて球面で構成したことを特徴としている。

請求項１２の発明は請求項１から請求項１１の発明において固体撮像素子上に像を形成することを特徴としている。

請求項１３の発明の撮影装置は請求項１から請求項１２のいずれか１項のズームレンズ系と該変倍レンズ系によって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、前述の如く、レンズ系を小型化し、簡易な構成にも関わらず高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する撮影装置を達成することができる。

図１は本発明の実施形態１のズームレンズの要部断面図、図２〜図４は実施形態１のズームレンズの広角単、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図５は本発明の実施形態２のズームレンズの要部断面図、図６〜図８は実施形態２のズームレンズの広角単、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図９は本発明の実施形態３のズームレンズの要部断面図、図１０〜図１２は実施形態３のズームレンズの広角単、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１３は本発明の実施形態４のズームレンズの要部断面図、図１５〜図１６は実施形態４のズームレンズの広角単、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

図１７は本発明の実施形態５のズームレンズの要部断面図、図１８〜図２０は実施形態５のズームレンズの広角単、中間焦点距離、望遠端における収差図である。

各レンズ断面図中、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は正の屈折力の第４群（第４レンズ群）である。SPは絞りであり、第３群L３の前方に配置しており、ズーミングに際して固定である。Ｇは色分解プリズムやフェースプレートやフィルター等のガラスブロックである。

収差図において、ｄ、ｇはｄ線及びｇ線、ΔMはメリディオナル像面、ΔSはサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

各レンズの断面図の各実施形態は広角端から望遠端のズーミングのために矢印のように該第２群L２を像面側に移動させると共に、ズーミングに伴う像面変動を第４レンズ群L４を物体側に凸の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。

また、第４群L４を光軸移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式を採用している。このように第４群L４を物体側に凸状の軌跡とすることで第３群L３と第４群L４との空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。

各実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体と至近距離物体へのフォーカスを行う場合は４群L４を前方に繰出すことにより行っている。

尚、第１群L１と第３群L３はズーミング及び合焦の時には固定とし、鏡筒構造を単純にし、静圧に強い鏡筒構造としている。

各実施形態においてレンズ径が大型になりやすい第１レンズ群L１を１枚の正レンズと１枚の負レンズのみで構成し、レンズ系の小型化を実現している。また物体側より順に正レンズ負レンズの配置にしたことより正レンズと負レンズの曲率を緩くし、製造を容易にしている。

各実施形態において第１レンズ群は最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、該第１レンズ群の最も物体側のレンズ面が像側に凹面を向けている。

このように第１レンズ群の形状を特定することにより長焦点距離でディストーションがプラス側に大きくなるのを抑えている。

各実施形態において、第２レンズ群L２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と正レンズとの貼り合わせレンズよりなっている。これによってズーミングに伴う収差変動を良好に補正している。

各実施形態において、第３レンズ群L３を両レンズ面が凹面の負レンズとその物体側に隣接して両レンズ面が凸面の正レンズを配置した構成にすることにより色収差の補正と球面収差の補正、そしてコマ収差の補正を良好に行っている。

また、両レンズ面が凹面の負レンズの像面側に正レンズを配置し、諸収差の補正を良好に行っている。

各実施形態において、第４レンズ群L４は最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けており、該第４レンズ群の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けた、１つの正レンズよりなっている。

各実施形態において、第４レンズ群はL４は１枚の正レンズよりなっている。これによってレンズ全長の短縮化を図っている。

各実施形態において、ｆＷを広角端での全系の焦点距離、ｆ１を第１群の焦点距離、f２を第２群の焦点距離、ｄ３４を広角端における３群と４群間隔、１Ｇｎを第１群の屈折率、ｒ１を第１群の正レンズの物体側の曲率半径、ｒ２を第１群の正レンズの像側の曲率半径とするとき
１．５２＜｜f２｜/ｆＷ＜２．０・・・・（１）
０．２７＜ｄ３４/ｆＷ＜０．７・・・・・・(２)
０．２＜｜ｆ２｜／f１＜０．５・・・・・・（３）
１．６０＜１Gn ＜１．８５・・・・・・・・（４）
０．１５＜｜ｒ１/ｒ２｜＜０．３０・・・・（５）
の条件を満足している。

条件式（１）は第２レンズ群の屈折力に関し、ズーミングに伴う収差変動を少なくしつつ所定の変倍比を効果的に得るためのものである。下限値を越えて第２レンズの屈折力が強くなりすぎるとレンズの小型化は容易となるが、ペッツバール和が負の方向に増大し像面彎曲が大きくなると共にズーミングに伴う収差変動が大きくなってくる。また、上限値を超えて第２レンズ群の屈折力が弱くなりすぎるとズーミングにともなう収差変動は小さくなるが、所定の変倍比を得るための２群の移動量が増大し、レンズ全長が長くなるのでよくない。

条件式（２）は３群４群の群間隔に関し、全長を規定するためのものである。下限をこえて３群４群間隔が狭まると、レンズ全長短縮には有利であるが、至近撮影時のフォーカス移動量を収容できなくなってしまう。また上限をこえて３群４群間隔が広がると、レンズ全長が大きくなると共に、像面彎曲が大きく発生するためよくない。

条件式（３）は第２レンズ群の屈折力に関し、ズーミングに伴う収差変動を少なくしつつ前玉径を所定の大きさに抑えるためのものである。下限値をこえて第２レンズの屈折力が大きくなりすぎると、前玉径を小さくすることはできるが、２群での収差発生量が大きくなり、性能が劣化する。また上限を越えて第２レンズ群の屈折力が小さくなると、第１レンズ群の径が大きくなり大型化を招くためよくない。

条件式（４）は第1レンズ群Ｌ１の最も物体側の正レンズの材料の屈折率に関するものである。上限を超えて屈折率が高くなると低分散の材質でなくなり色収差の補正が困難となる。下限を超えて屈折力が低くなると中間像高でサジタル像面がアンダーとなり高性能化が困難となる。

条件式（５）は第１レンズ群の正レンズの曲率半径に関するものである。下限をこえて曲率半径が小さくなると第１レンズのコバを確保することが困難となり製造できなくなるとともに、長焦点側での倍率色収差が増大し、補正困難となる。上限を超えて曲率半径が大きくなると、コバを確保することは容易になるが、長焦点側でディストーションがプラス側に大きくなるためよくない。

次に本発明の実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５を示す。数値実施例においてIは物体側からの面の順番を示し、ＲＩは各面の曲率半径、ＤＩは第Ｉ番目と第Ｉ＋１番目の光学部材厚又は空気間隔、ＮＩとνＩは第Ｉ番目の光学部材ｄ線に対する屈折率とアッベ数である。ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。また、もっとも像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また前述の各条件の一部と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図２１を用いて説明する。図２１において、１０はコンパクトカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。このように本発明のズームレンズをデジタルスチルカメラ等の撮影装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮影装置を実現している。

本発明に関する数値実施例１のレンズ断面図本発明に関する数値実施例１の広角端における収差図本発明に関する数値実施例１の中間ズーム位置における収差図本発明に関する数値実施例１の望遠端における収差図本発明に関する数値実施例２のレンズ断面図本発明に関する数値実施例２の広角端における収差図本発明に関する数値実施例２の中間ズーム域における収差図本発明に関する数値実施例２の望遠端における収差図本発明に関する数値実施例３のレンズ断面図本発明に関する数値実施例３の広角端における収差図本発明に関する数値実施例３の中間ズーム域における収差図本発明に関する数値実施例３の望遠端における収差図本発明に関する数値実施例４のレンズ断面図本発明に関する数値実施例４の広角端における収差図本発明に関する数値実施例４の中間ズーム域における収差図本発明に関する数値実施例４の望遠端における収差図本発明に関する数値実施例５のレンズ断面図本発明に関する数値実施例５の広角端における収差図本発明に関する数値実施例５の中間ズーム域における収差図本発明に関する数値実施例５の望遠端における収差図本発明の撮影装置の要部概略図

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
ＳＰ絞り
ｄｄ線
ｇｇ線
ΔＭメリディオナル像面
ΔＳサジタル像面
ｆ焦点距離
ω 画角
ｆno Fナンバー

Claims

物体側より順に、ズーミングに際し、光軸上固定の正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングに際し、光軸上を移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングに際し、前記第１レンズ群との間隔が不変の正の屈折力の第３レンズ群、ズーミングに際し、光軸上を移動する正の屈折力の第４レンズ群を有するズームレンズ群であって、該第１レンズ群は物体側より順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズよりなり、以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．５２＜｜f２｜/ｆＷ＜２．０
ただし、ｆＷ：広角端での全系の焦点距離、f２：第２群の焦点距離である。
ｄ３４を広角端における３群と４群間隔、ｆWを広角端での全系の焦点距離としたとき、以下の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。
０．２７＜ｄ３４/ｆＷ＜０．７
ｆ１を第１群の焦点距離、ｆ２を第２群の焦点距離としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１、２のズームレンズ。
０．２＜｜ｆ２｜／f１＜０．５
前記第４レンズ群は正の単レンズのみからなることを特徴とする請求項１から請求項３のズームレンズ。
前記第１レンズ群は最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、第１レンズ群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１から請求項４のズームレンズ。
前記第３レンズ群は、両凹レンズとその物体側に隣接して両凸レンズを有していることを特徴とする請求項１から請求項５のズームレンズ。
前記第４レンズ群は最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けており、最も第３レンズ群側のレンズ面が第３レンズ群側に凸面を向けていることを特徴とする請求項１から請求項６のズームレンズ。
G1nを該第１レンズ群の正レンズの屈折率としたとき
１.６０＜１Gn ＜１.８５
の条件を満足することを特徴とする請求項１から請求項７のズームレンズ。
ｒ１を該第１レンズ群の正レンズの物体側の曲率半径、ｒ２を該第１レンズ群の正レンズの像側の曲率半径としたとき
０．１５＜ | ｒ１/ｒ２ | ＜０．３０
の条件を満足することを特徴とする請求項１から請求項８のズームレンズ。
前記第４レンズ群を移動させてフォーカスを行うことを特徴とする請求項１から請求項９のズームレンズ。
前記レンズ群の面はすべて球面で構成したことを特徴とする請求項１から請求項１０のズームレンズ。
固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項のズームレンズ系。
請求項１から請求項１２のいずれか１項のズームレンズ系と該ズームレンズ系によって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮影装置。