JP4366091B2

JP4366091B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP4366091B2
Application number: JP2003027144A
Authority: JP
Inventors: 誠藤本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: JP2004240038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に３５ｍｍライカ版の一眼レフカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な広角高倍率ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一眼レフレックスカメラ用の超広角ズームレンズとして、特許文献１〜６に示すような例が知られている。
【０００３】
特許文献１〜６は、物体側から像側へ順に、負、正、負、正の４つのレンズ群を有する構成で、各レンズ群を移動して効率よくズーミングを行い、広角端の焦点距離を短くする（広角化を図る）と共に、小型化を図ろうとしている。特許文献１及び２には、広角端の画角が９５°程度、ズーム比１．７５程度のズームレンズが開示されている。特許文献３及び４には、広角端の画角が１１０°程度、ズーム比１．７５程度のズームレンズが開示されている。特許文献５には、広角端の画角が９５°程度、ズーム比１．６５程度のズームレンズが開示されている。特許文献６には、広角端の画角が１００°程度、ズーム比１．８５程度のズームレンズが開示されている。
【０００４】
これら従来の広角ズームレンズには、非球面を用いることが一般的になっている。特に、最も物体側のレンズを像側へ凹面を向けた負メニスカスレンズとし、このレンズの物体側の面（第１面）に非球面を設けることで、前玉径を大きくすることなく、効果的にディストーションを補正できる。特許文献５や６では、この最も物体側のレンズに非球面を設けているが、バックフォーカスの不足をこの最も物体側のレンズの屈折力を強めることで解決している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−２０１３１０号公報
【特許文献２】
特開平２−２９６２０８号公報
【特許文献３】
特開平４−２３５５１４号公報
【特許文献４】
特開平４−２３５５１５号公報
【特許文献５】
特開平５−１７３０７１号公報
【特許文献６】
特開平７−２６１０８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の広角ズームレンズは、最も物体側のレンズの屈折力を強く設定しており、収差の発生を抑えるためにこのレンズに高屈折率の硝材を用いている。高屈折率の硝材は成型が困難なためガラスモールドで加工することができない。このため、高屈折率の硝材を最も物体側のレンズに用いた従来例では、このレンズを非球面レンズとするために研削で非球面を加工せねばならなかった。これはレンズのコストが高くなることを意味する。
【０００７】
一方、低屈折率の硝材を最も物体側のレンズに採用すれば、ガラスモールドで非球面を加工することが可能になるが、単純に従来例の硝材を低屈折率材料に置き換えただけではズーム比が小さくなるという問題がある。
【０００８】
本発明はこれらの従来例を鑑みなされたもので、広角端において所望の画角を確保したズームレンズにおいて、比較的大きなズーム比を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のズームレンズは、前方（物体側）から後方（像側）へ順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、短焦点距離端（広角端）から長焦点距離端（望遠端）へのズーミングに際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が減少し、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が増大し、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が減少するように、少なくとも第１レンズ群と第２レンズ群と第４レンズ群が移動する。第１レンズ群は、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズで構成される第１ａレンズ群と、負レンズと正レンズで構成される第１ｂレンズ群より構成され、第１ｂレンズ群を移動させることによりフォーカシングが行われる。第４レンズ群は、両凸形状の正レンズ、負レンズと正レンズを貼り合せた接合レンズを有すると共に、物体側に向けて凹形状の面に非球面を有する。第２レンズ群の焦点距離をｆ２、第３レンズ群の焦点距離をｆ３、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ、第３レンズ群と第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端への変倍比をＢ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、負メニスカスレンズの焦点距離をｆ１ａ、第１レンズ群の負メニスカスレンズを構成する材料の屈折率をｎとするとき、
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜１．８
−２．６８≦ｆ３／ｆｗ≦−２．２４
Ｂ＞０．９
１．６＜ｆ１ａ／ｆ１≦１．８４
ｎ＜１．６
なる条件を満足している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明のズームレンズの実施形態について説明する。
【００１１】
図１は後述する数値実施例１に対応した実施形態１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図、図２は実施形態１のズームレンズの広角端における収差図、図３は実施形態１のズームレンズの望遠端（長焦点距離端）における収差図である。図４は後述する数値実施例２に対応した実施形態２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図５は実施形態２のズームレンズの広角端における収差図、図６は実施形態２のズームレンズの望遠端における収差図である。本実施形態（以下、特に断らない限り実施形態１及び実施形態２を総称して「本実施形態」という）のズームレンズは、焦点距離ｆ＝１７〜４０ｍｍ、画角２ω＝１０４°〜５７°、ＦナンバーＦｎｏ＝４の広角ズームレンズである。
【００１２】
図１及び図４に示すレンズ断面図おいて、１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、２は正の屈折力の第２レンズ群、３は負の屈折力の第３レンズ群、４は正の屈折力の第４レンズ群、１ａ、１ｂは、各々負の屈折力の第１ａレンズ群と第１ｂレンズ群、ＳＰは開口絞りである。なお、図１，４において、左側が物体側（前方）であり、右側が像側（後方）である。
【００１３】
本実施形態では、広角端から望遠端へのズーミングに際し、第２レンズ群２と第４レンズ群４とは一体的に（同じ移動軌跡で）物体方向へ移動し、第３レンズ群３は独立に（第２レンズ群２及び第４レンズ群４とは異なる移動軌跡で）物体方向へ移動し、第１レンズ群１は広角端から所定の中間焦点距離位置までは像側に、その中間焦点距離位置から望遠端までは物体側へ移動している。また第２レンズ群２及び第４レンズ群４を直線的に移動させるとき（ズーム操作量に比例して移動させるとき）には、第３レンズ群３を非直線的に移動させることで、中間焦点距離位置における収差を良好に補正している。
【００１４】
また、第１ｂレンズ群１ｂを光軸に沿って繰り出す（物体側に移動させる）ことにより、無限遠物体から至近物体へのフォーカシングを行っている。
【００１５】
本実施形態のズームレンズの第１レンズ群１は、レンズ断面図に示すとおり、像側へ凹面を向けた負メニスカスレンズで構成される第１ａレンズ群１ａを有し、その負メニスカスレンズの物体側の面（像側に向けて凹形状の面）を、光軸から周辺に行くに従って正の屈折力が強くなる形状の非球面としている。
【００１６】
一方、第４レンズ群４はアッベ数９５の低分散ガラスで構成された両凸形状の正レンズ、そして負レンズと正レンズとを接合した貼り合せレンズを有している。そして、第４レンズ群４中の物体側に向けて凹形状の面（実施形態１では第２１面、実施形態２では第２２面）に非球面を設けている。
【００１７】
本実施形態のズームレンズでは、後述するように最も前方のレンズ群である第１ａレンズ群１ａの屈折力を比較的小さくしている。上述した第４レンズ群４のレンズ構成は、このために発生する球面収差やコマ収差等を補正するためのものである。更に、第４レンズ群４中の物体側に凹形状の面に非球面を設けることで、望遠端における非点収差も良好に改善している。
【００１８】
なお、本実施形態では、第４レンズ群４中の両凸形状の正レンズにアッベ数９５の低分散ガラスを採用したが、アッベ数７０以上の材料であれば、広角端における倍率色収差補正に効果的である。
【００１９】
また、本実施形態のズームレンズは、第２レンズ群２の焦点距離をｆ２、第３レンズ群３の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第３レンズ群３及び第４レンズ群４の広角端から望遠端への変倍比をＢとするとき、
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜１．８ …（１）
−２．６８≦ｆ３／ｆｗ≦−２．２４ …（２）
Ｂ＞０．９ …（３）
なる条件を満たしている。
【００２０】
広角ズームレンズにおいて各レンズ群のパワー配置を従来のままとしてズーム比を増やそうとすると、レンズ全長や前玉径の増大を招く。条件式（１），（２）及び（３）は、広角端での画角が大きい（例えば１００°以上）のズームレンズにおいて、大きなズーム比（２．２倍以上）を確保すると共に、系の大型化を抑制するための条件である。
【００２１】
条件式（１）は、望遠端における球面収差の増大を最小限に抑えつつ、ズーム比を大きくするための条件である。条件式（１）の下限を越えて第２レンズ群２の焦点距離が短くなる（パワーが強くなる）と、望遠端における球面収差が増大する。条件式（１）の上限を越えて第２レンズ群２の焦点距離が長くなる（パワーが弱くなる）とレンズ全長や前玉径の増大を招くことになる。
【００２２】
条件式（２）は、広角ズームレンズにおいて、所望のズーム比を確保しつつ、大型化を抑制し、必要なバックフォーカスを得るため条件である。条件式（２）の上限を越えて第３レンズ群３の焦点距離の絶対値が小さくなる（パワーが強くなる）と、バックフォーカスが短くなりすぎる。下限を超えて第３レンズ群３の焦点距離の絶対値が大きくなる（パワーが弱くなる）と、所定の変倍比を確保するための第３レンズ群３のズーム移動量が大きくなるので、レンズ全長の増大を招くことになる。あるいは、逆に系の小型化を優先する場合には、所望のズーム比が確保できなくなる。
【００２３】
条件式（３）は、ズーミング時の球面収差の変動を抑えながらズーム比を上げるための条件である。条件式（３）の下限を越えて第３レンズ群３と第４レンズ群４とで構成される部分系の倍率変化が小さくなると、広角端から望遠端へのズーミングに際し第２レンズ群２が負担する変倍比が大きくなりすぎ、望遠端における球面収差が増大する。
【００２４】
更に本実施形態のズームレンズは、第１レンズ群１の焦点距離をｆ１、第１ａレンズ群１ａを構成する負メニスカスレンズの焦点距離をｆ１ａとするとき、
１．６＜ｆ１ａ／ｆ１≦１．８４ …（４）
なる条件を満足している。
【００２５】
条件式（４）は、第１ａレンズ群１ａを構成する負メニスカスレンズにガラスモールドを実施するための条件である。条件式（４）を満足するように負メニスカスレンズの焦点距離を比較的長く（パワーを比較的小さく）することによって、負メニスカスレンズを構成する硝材として屈折率が低い材料の選定も可能となり、屈折率にとらわれることなく成型性の良い硝材の選択ができる。条件式（４）の下限値を越えて負メニスカスレンズのパワーを大きくすると、屈折率の低い硝材を採用した場合には、負メニスカスレンズの物体側レンズ面（第１面）の近軸曲率半径がマイナスの値になったり、像側レンズ面（第２面）の近軸曲率半径が小さくなりすぎて、成型性が極端に悪化してしまう。
【００２６】
更に本実施形態のズームレンズは、第１ａレンズ群１ａを構成する負メニスカスレンズの屈折率をｎとするとき、
ｎ＜１．６ …（５）
なる条件を満足している。
【００２７】
次に、実施形態１及び２にそれぞれ対応する数値実施例１及び２の数値データを示す。各数値実施例においてｉが物体側からの光学面の順序を示すとして、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数である。ここで、曲率半径および面間隔の単位はｍｍ（ミリメートル）である。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。
【００２８】
また非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、
【外１】

【００２９】
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。
【００３０】
更に、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。
【００３１】
【外２】
（数値実施例１）

【００３２】
第１面の非球面係数
A=1.358×10^-5 B=-1.792×10^-8 C=2.412×10^-11 D=-2.01×10^-14
第３面の非球面係数
A=-9.211×10^-6 B=2.504×10^-8 C=-1.838×10^-11 D=-6.640×10^-15
第２１面の非球面係数
A=-2.200×10^-5 B=-2.588×10^-8 C=-1.363×10^-11 D=2.925×10^-13
【外３】
（数値実施例２）

【００３３】
第１面の非球面係数
A=1.278×10^-5 B=-1.327×10^-8 C=1.250×10^-11 D=-4.216×10^-15
第３面の非球面係数
A=-8.933×10^-6 B=2.220×10^-8 C=-2.151×10^-11
第２２面の非球面係数
A=9.298×10^-6 B=2.546×10^-8 C=-5.263×10^-11 D=9.968×10^-14
【００３４】
【表１】
（表１）

【００３５】
本実施形態のごとくズームレンズを構成することによって、各レンズ群とも極力少ないレンズ構成枚数でコンパクト化を図りつつ、広角端で１００°を越える広角化と、ズーム比が２．２倍以上という高倍率化が達成されたインナーフォーカスの超広角ズームレンズが実現できる。
【００３６】
次に本実施形態のズームレンズを用い光学機器の実施形態について説明する。図７は上述した実施形態１，２のズームレンズをフィルム用カメラやデジタルカメラ等の一眼レフカメラに適用したときの要部概略図である。
【００３７】
図７において２０はカメラ本体、２１は実施形態１又は２のズームレンズで構成される撮影レンズ、２２は撮像手段であり、銀塩フィルムや、ＣＣＤセンサ，ＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）から成っている。２３はファインダー系であり、撮影レンズ２１によって被写体像が形成される焦点板２５、像反転手段としてのペンタプリズム２６、そして焦点板２５上の被写体像を観察する為の接眼レンズ２７を有している。２４はクイックリターンミラーである。クイックリターンミラー２４は非撮影時には、図２５に示すごとく撮影レンズ２１の光路中に位置して、被写体からの光をファインダー系２３に導く。撮影者によって不図示のレリーズボタンが押されると、クイックリターンミラー２４は図中の矢印に示すごとく回転して、撮影レンズ２１の光路から退避し、被写体からの光は撮像手段２２に導かれる。
【００３８】
このように本発明のズームレンズは一眼レフカメラ等の光学機器に好適に用いられる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広角端での所望の画角を確保しつつ、比較的大きなズーム比を実現した小型のズームレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。
【図２】実施形態１のズームレンズの広角端における縦収差図である。
【図３】実施形態１のズームレンズの望遠端における縦収差図である。
【図４】実施形態２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。
【図５】実施形態２のズームレンズの広角端における縦収差図である。
【図６】実施形態２のズームレンズの望遠端における縦収差図である。
【図７】一眼レフカメラの概略説明図である。
【符号の説明】
１第１レンズ群
２第２レンズ群
３第３レンズ群
４第４レンズ群
ＳＰ開口絞り

Claims

物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、負の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群より構成され、短焦点距離端から長焦点距離端へのズーミングに際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように、少なくとも前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第４レンズ群が移動するズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズで構成される第１ａレンズ群と、負レンズと正レンズで構成される第１ｂレンズ群より構成され、前記第１ｂレンズ群を移動させることによりフォーカシングを行い、
前記第４レンズ群は、両凸形状の正レンズ、負レンズと正レンズを貼り合せた接合レンズを有すると共に、物体側に向けて凹形状の面に非球面を有し、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、短焦点距離端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の短焦点距離端から長焦点距離端への変倍比をＢ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記負メニスカスレンズの焦点距離をｆ１ａ、前記第１レンズ群の負メニスカスレンズを構成する材料の屈折率をｎとするとき、
１．３＜ｆ２／ｆｗ＜１．８
−２．６８≦ｆ３／ｆｗ≦−２．２４
Ｂ＞０．９
１．６＜ｆ１ａ／ｆ１≦１．８４
ｎ＜１．６
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
前記負メニスカスレンズの物体側の面は、光軸から周辺に行くに従って正の屈折力が強くなる形状の非球面であることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
前記両凸形状の正レンズを構成する材料のアッベ数が７０以上であることを特徴とする請求項１または２のズームレンズ。
光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜３いずれかのズームレンズ。
請求項１〜４いずれかのズームレンズと、該ズームレンズによって形成する像を受光する光電変換素子とを有することを特徴とするカメラ。