JP2008158320A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化に有利なズームレンズであって、高いズーム比を持ち、所定のバックフォーカスを維持しながら優れた収差補正がなされたズームレンズを提供すること。
【解決手段】少なくとも、物体側から、負の屈折力を持つ第１レンズ群、及び正の屈折力を持つ第２のレンズ群を有し、第１レンズ群が２枚の正レンズと３枚の負レンズからなり、第２レンズ群が非球面を有し、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズが正レンズであり、広角端から望遠端へのズーミングにおいて第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第１レンズ群が合焦レンズであり、広角端における焦点距離fwと、望遠端における焦点距離ftが、３．０＜ft/fw＜４．９であるズームレンズ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ズームレンズ、さらに詳しくは、比較的長めのバックフォーカスを必要とする一眼レフカメラ用撮影レンズとして好適に使用できるネガティブリード型のズームレンズに関する。

コンパクト化に有利なズームレンズにおいては、レンズ群数が３群以下では、ズーム比を上げることが難しい。
従来のネガティブリード型のズームレンズとしては、特許文献１には、ズーム移動する３レンズ郡を有し、ズーム比２．３４のズームレンズが数値実施例として開示されている。 また、特許文献２には、第１レンズ群のレンズ枚数が少なく、画角の広い３群構成のネガティブリード型ズームレンズであって、ズーム比２．８７及び２．８３のネガティブリード型ズームレンズが数値実施例として開示されている。
さらに、特許文献３には、全体として３つのレンズ群を有し、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することによりレンズ系全体の小型化を図った、ズーム比２．６８及び２．６９のコンパクトなネガティブリード型ズームレンズが数値実施例として開示されている。

特開平１−１８９６２２号公報 特開平５−１７３０７３号公報 特開平５−２７１７１号公報

上述した従来のネガティブリード型ズームレンズのズーム比を上げるためには、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広く開けることが必要である。しかし、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広くすると、諸収差の悪化およびレンズの大型化を引き起こす。すなわち、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を広くすると、第１レンズ群を通過する光線高さが高くなり、レンズ径の増大化および高次収差の発生を引き起こす。また、負の屈折力を持つ第１レンズ群を通過した光束は発散光となるので、第２レンズ群に入射する光線高さも高くなり、レンズ径の増大化および高次収差発生の要因となる。

一方、今著しい普及を遂げたデジタル一眼レフカメラは、一般に、銀塩フィルム用カメラレンズに比べてイメージサークルの小さいので、銀塩フィルム用カメラレンズに比べて焦点距離を短くしないと同等の画角を得られない。銀塩フィルム用カメラレンズと同等の画角を得るために、銀塩フィルム用カメラのレンズデータを単に比例的に小さくして焦点距離を短くすると、バックフォーカスも短くなってしまう。その結果、一眼レフ用カメラのように一定のバックフォーカスを必要とするものには適さなくなってしまう。
負の屈折力を持つ第１レンズ群の屈折力を強めればバックフォーカスを伸ばすことができるが、単純に屈折力を強めると、収差の悪化、特に高次収差の悪化を引き起こし、補正が困難になる。

上記第１レンズ群と第２レンズ群の間隔の増大化と、第１レンズ群の屈折力の強化の双方を行うと、それらの相乗効果により更に高次収差の発生を引き起こす。

（発明の目的）
本発明は、従来のネガティブリード型ズームレンズの上述した問題点に鑑みてなされたものであって、コンパクト化に有利なネガティブリード型のズームレンズであって、高いズーム比を持ち、所定のバックフォーカスを維持しながら優れた収差補正がなされたネガティブリード型ズームレンズを提供することを目的とする。

本発明は、
少なくとも、物体側から、負の屈折力を持つ第１レンズ群、及び正の屈折力を持つ第２のレンズ群を有し、
第１レンズ群が２枚の正レンズと３枚の負レンズからなり、第２レンズ群が非球面を有し、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズが正レンズであり、広角端から望遠端へのズーミングにおいて第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第１レンズ群が合焦レンズであり、
広角端における焦点距離fwと、望遠端における焦点距離ftが、
３．０＜ft/fw＜４．９
であることを特徴とするズームレンズである。

本明細書において、レンズ面にコーティングすることによってレンズ相当部材を形成したものも、レンズと呼ぶこととする。

本発明のネガティブリード型ズームレンズによれば、コンパクト化に有利なネガティブリード型のズームレンズであって、高いズーム比を持ち、所定のバックフォーカスを維持しながら優れた収差補正がなされたネガティブリード型ズームレンズを提供することができる。

本発明に関し上記条件式３．０＜ft/fw を満たさない場合、不必要にレンズ枚数を増やすことになり、製造コストが高くなるのみならず、透過率等も低下して好ましくない。また、本発明に関し上記条件式ft/fw＜４．９を満たさない場合、ネガティブリード型ズームレンズ全体の大型化を招くことに加えて、歪曲収差、コマ収差、非点収差及び球面収差の補正を行うことが困難になる。

さらに、第１レンズ群に負レンズを３枚配置することにより、１枚の負レンズにかかる屈折力の負担を軽減している。そのためコマ収差、非点収差、歪曲収差における高次収差の発生量が小さい。また、凹面の曲率を小さくすることができるため、望遠側の球面収差発生を小さく抑える効果もある。もし、第１レンズ群中の負レンズが２枚以下だと、凹面の曲率が大きくなり、コマ収差を初めとする収差で高次収差が発生する等の悪影響を与える。また、曲率が大きくなるのをカバーするために高い屈折率を持つ硝材を使用すると、一般に屈折率が高い硝材は分散も大きくなるので、色収差の増大が避けられない。

第１レンズ群に正レンズを配置することにより、歪曲収差の補正を行っている。広角側で発生する負の歪曲収差の最も大きな発生原因は第１レンズ群にあり、この収差をカバーするために効果的なのは、入射角度が大きく光線高が高い箇所に正レンズを配置することである。第１レンズ群において、物体側から２枚目ないし３枚目のレンズを正レンズにした場合に歪曲収差補正の効果があることはもちろんであるが、最も物体側の位置に配置する方がより効果的である。

第２レンズ群に非球面を配置することにより、ズーム全域で良好な球面収差を得ることを可能にしている。一般に、３群以下の少ない群数のズームレンズでは、球面収差をズーム全域にわたって良好に保つことが困難である。球面収差の補正を広角端および望遠端の２箇所で行うと、中間焦点距離のどこかに球面収差の悪化する箇所が出現する。これを補正するために、軸上光線高さの高くなる第２レンズ群に非球面を配置して、効果的に球面収差を補正する。

第１レンズ群を合焦レンズにすることにより、鏡筒を比較的シンプルに構成することができる。一般的に、最も物体側のレンズ群を繰り出して焦点合わせを行う場合、同一距離に対する繰り出し量が、ズーム域全域でほぼ一定となる。この結果、鏡筒の機構を比較的シンプルに構成することができる。

本発明の実施形態は、以下のとおりである。
(1) 前記ズームレンズが、さらに、第３レンズ群を有することを特徴とする。この第３レンズ群を配置する構成要件により、２群ズーム方式では得られない高いズーム比で良好な収差を得ることができる。もしくは、高い光学性能を維持したままレンズを明るくすることができる。ズーム比が高くなると、２群ズーム方式では収差を補正しきれなくなる。この場合、特に望遠側の球面収差が問題になるが、第３２レンズ群が球面収差を効果的に補正する役割を果す。

(2) 前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に、開口絞りを有することを特徴とする。この構成要件によって、最短撮影距離を短くした場合においても光束が絞りの中心部を通るようにしている。最短撮影距離が長い場合には、開口絞りは必ずしも第２レンズ群の直前に配置する必要はない。しかし、最短撮影距離を短くしや場合にも、広角端で像高の高い光束が絞りの中心を通るようにするためには、開口絞りを必ずしも第２レンズ群の直前に配置することが効果的ある。

(3) 前記第２レンズ群の物体側から３枚目のレンズが、正レンズであることを特徴とする。この構成要件によって、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズを正レンズにすることに加えて、第３枚目のレンズも正レンズにすることにより、第１レンズ群から出た光束が強い発散光であっても収束させることができるようにしている。第１レンズ群から射出される光束が強い発散光のときには、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズを正レンズにするだけでは足りない場合があり、この時には像側に隣接するレンズも正レンズが効果的である。

(4) 第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズが、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする。この構成要件によって、球面収差およびコマ収差の増大を抑えている。

(5) 第１レンズ群の焦点距離f1と、広角端における全系の焦点距離fwが、
１．１＜|f1/fw|＜２．１
であることを特徴とする。第1レンズ群の焦点距離を適切に設定することにより、レンズを小型に保ちつつ、所定のバックフォーカスを実現している。また、歪曲収差及びコマ収差の発生を最小限に抑えている。上記条件式の１．１＜|f1/fw| を満たさない場合、ズーミングによる収差変動が大きく、その収差補正が困難である。また、上記条件式の|f1/fw|＜２．１を満たさない場合、バックフォーカスが短くなり、例えば一眼レフカメラ用撮影レンズのように一定のバックフォーカスを必要とするレンズには適さなくなる。

(6) 広角端におけるバックフォーカスBFwと、広角端における焦点距離fwが、
１．５＜BFｗ/fw＜２．３
であることを特徴とする。上記条件式の１．５＜BFｗ/fwを満たさない場合、バックフォーカスが短くなるので、例えばデジタル一眼レフカメラ用撮影レンズのように機構上一定のバックフォーカスを必要とするレンズには適さなくなる。上記条件式のBFｗ/fw＜２．３を満たさない場合、広角端におけるレンズ全長が増大し、第1レンズ群の大型化を引き起こす。

(7) 広角端から望遠端へのズーミングにおいて、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が増大することを特徴とする。この構成要件によって、別途遮光絞り等を配置することなく、コマフレアを効率的にカットすることができる。第３レンズ群の像面側に遮光絞りを配してフレア光線をカットすることも可能であるが、より構成要素の少ない光学系を実現するためにはこの方が好ましい。

(8) 前記第３レンズ群の焦点距離f3と、望遠端における全系の焦点距離ftが
１．０＜f3/ft＜３．５
であることを特徴とする。上記条件式の１．０＜f3/ft を満たさない場合、第３レンズ群の正の屈折力が強くなるため、広角端におけるバックフォーカスが短くなり、一定以上のバックフォーカスを必要とする一眼レフカメラ用等には適さなくなる。また、コマ収差の補正が困難になる。上記条件式のf3/ft＜３．５を満たさない場合、第３レンズ群の正の屈折力が弱くなるため、焦点配置の効果が薄れ、全系の焦点配置が望遠側にシフトしてしまう。また、これを避けるために第１及び第２レンズ群の屈折力を強めた場合、ディストーション等の収差補正が困難になる。

(第１実施形態)
以下に、本発明の第１実施形態の２群レンズ構成であるネガティブリード型のズームレンズを図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズ１０のズーム作動を示す光学構成図である。図２は、第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズの広角端における収差図である。図３は、第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズの望遠端における収差図である。

第１実施形態の２群レンズ構成であるのネガティブリード型のズームレンズ１０は、図１に示すように、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２からなる。ＩＰは、像面を示す。
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を持つ第１レンズＬ１、負の屈折力を持つ第２レンズＬ２、負の屈折力を持つ第３レンズＬ３、負の屈折力を持つ第４レンズＬ４、正の屈折力を持つ第５レンズＬ５からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、非球面を持ち第７レンズＬ７へのコーティングによって形成される第６レンズＬ６、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第７レンズＬ７、正の屈折力を持つ第８レンズＬ８、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、張り合わされた第１１レンズＬ１１及び第１２レンズＬ１２からなる。
第２レンズ群Ｇ２の第６レンズＬ６の物体側直前に、開口絞りＳＴ１が配置される。第２レンズ群Ｇ２の第１２レンズＬ１２の像面側直後に、遮光絞りＳＴ２が配置される。

第１実施形態の２群レンズ構成のネガティブリード型のネガティブリード型ズームレンズ１０の光学データは、以下のとおりである。
fは焦点距離、FnoはFナンバー、2ωは画角(°)、NOは面番号、Rは曲率半径、dは間隔、Ndはd線の屈折率、νはアッベ数を表す。また、非球面の定義には次式を用い、レンズデータにおいて面番号の横に＊を付している。

但し、Xは非球面形状、Rは曲率半径、εは円錐係数、Hは光軸からの高さ、A〜Eは各次数に対応する非球面係数を表す。長さの単位にはmmを使用しているが、任意の単位を用いることも可能である。

f=18.36〜35.50〜68.60 ズーム比 3.74
Fno=3.59〜4.46〜5.77
2ω=76.6〜44.4〜23.9

可変間隔

非球面データ
第12面

ネガティブリード型ズームレンズ１０の収差は、図２及び図３に示すとおりである。図２及び図３において、収差図におけるＥＰＨは入射瞳半径、Ｙはイメージサークル半径、ｄはｄ線、ｇはｇ線を表す。また、非点収差における実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を表す。長さの単位にはmmを使用している。球面収差・非点収差・倍率色収差はmm、歪曲収差は%で表してある。

(第２実施形態)
以下に、本発明の第２実施形態の３群レンズ構成であるネガティブリード型のズームレンズを図面に基づいて説明する。図４は、第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズ１０のズーム作動を示す光学構成図である。図５は、第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズの広角端における収差図である。図６は、第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズの望遠端における収差図である。

第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズ１１０は、図４に示すように、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１１、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ１２，貼り合せレンズの第３レンズ群Ｇ１３からなる。ＩＰは、像面を示す。
第１レンズ群Ｇ１１は、正の屈折力を持つ第１レンズＬ１、負の屈折力を持つ第２レンズＬ２、負の屈折力を持つ第３レンズＬ３、負の屈折力を持つ第４レンズＬ４、正の屈折力を持つ第５レンズＬ５からなる。
第２レンズ群Ｇ１２は、非球面を持ち第７レンズＬ７へのコーティングによって形成される第６レンズＬ６、物体側に凸面を向けた正メニスカスの第７レンズＬ７、正の屈折力を持つ第８レンズＬ８、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０からなる。
第３レンズ群Ｇ１３は、第１１レンズＬ１１、第１２レンズＬ１２からなる。
第２レンズ群Ｇ１２の第６レンズＬ６の物体側直前に、開口絞りＳＴ１が配置される。

第２実施形態の３群レンズ構成のネガティブリード型のネガティブリード型ズームレンズ１０の光学データは、以下のとおりである。記載方法は、第２実施形態のものに順ずる。

f=18.36〜35.50〜68.60 ズーム比 3.74
Fno=3.59〜4.46〜5.77
2ω=76.6〜44.4〜23.9

可変間隔

非球面データ
第12面

ネガティブリード型ズームレンズ１０の収差は、図５及び図６に示すとおりである。図５及び図６の表示方法は、第２実施形態のものに順ずる。

図１は第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズ１０のズーム作動を示す光学構成図である。 図２は第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズの広角端における収差図である。 図３は第１実施形態のネガティブリード型のズームレンズの望遠端における収差図である。 図４は第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズ１０のズーム作動を示す光学構成図である。 図５は第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズの広角端における収差図である。 図６は第２実施形態のネガティブリード型のズームレンズの望遠端における収差図である。

符号の説明

ＩＰ 像面
ＳＴ１ 開口絞り
ＳＴ２ 遮光絞り
１０ ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ１１ 第１レンズ群
Ｇ１２ 第２レンズ群
Ｇ１３ 第３レンズ群

Claims (9)

1. 少なくとも、物体側から、負の屈折力を持つ第１レンズ群、及び正の屈折力を持つ第２のレンズ群を有し、
   第１レンズ群が２枚の正レンズと３枚の負レンズからなり、第２レンズ群が非球面を有し、第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズが正レンズであり、広角端から望遠端へのズーミングにおいて第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第１レンズ群が合焦レンズであり、
   広角端における焦点距離fwと、望遠端における焦点距離ftが、
   ３．０＜ft/fw＜４．９
   であることを特徴とするズームレンズ。
2. 前記ズームレンズが、さらに、第３レンズ群を有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に、開口絞りを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 前記第２レンズ群の物体側から３枚目のレンズが、正レンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
5. 前記第２レンズ群の物体側から２枚目のレンズが、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
6. 前記第１レンズ群の焦点距離f1と、広角端における全系の焦点距離fwが
   １．１＜|f1/fw|＜２．１
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
7. 前記ズームレンズの広角端におけるバックフォーカスBFwと、広角端における焦点距離
   fwが、
   １．５＜BFｗ/fw＜２．３
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
8. 前記ズームレンズの広角端から望遠端へのズーミングにおいて、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が増大することを特徴とする請求２に記載のズームレンズ。
9. 前記第３レンズ群の焦点距離f3と、望遠端における全系の焦点距離ftが
   １．０＜f3/ft＜３．５
   であることを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。

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