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JP2004061910A - 防振機能を備えたズームレンズ - Google Patents

防振機能を備えたズームレンズ Download PDF

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JP2004061910A
JP2004061910A JP2002220903A JP2002220903A JP2004061910A JP 2004061910 A JP2004061910 A JP 2004061910A JP 2002220903 A JP2002220903 A JP 2002220903A JP 2002220903 A JP2002220903 A JP 2002220903A JP 2004061910 A JP2004061910 A JP 2004061910A
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JP
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lens
group
lens group
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negative
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JP2002220903A
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Hiroshi Endo
遠藤 宏志
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

【課題】17−40/4クラスの防振機能を備えた超広角ズームレンズを達成する。
【解決手段】物体側より負、正、負、正の屈折力の4つのレンズ群を有する構成において、前記第2正レンズ群を正の前群と正の後群に分割し、前記前群を光軸と垂直方向に移動して防振を行う。第2群に非球面を用いる。前記前群と前記後群は変倍時およびフォーカシング時間隔変化しない。第1負レンズ群を負の前群と負の後群に分割し、前記後群でフォーカシングを行なう。
【選択図】     図1

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、特に一眼レフカメラ等のスティルカメラおよび電子スティルカメラに好適であり、防振機能を有し、超広角域をカバーした高変倍で良好な光学性能を有したズームレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
進行中の車等移動物体上からの撮影では撮影系に振動が伝わり撮影画像にブレが生じる。また焦点距離の長いレンズやFNoの大きいレンズでの手持ち撮影では手ブレにより、撮影画像にブレが生じることがある。近年、これらのブレを光学的または電気的に補正した銀塩カメラやビデオカメラが発売されている。
【0003】
従来より防振機能を有したズームレンズとして、特開平5−232410号公報(キヤノンL58)従来例1や特開平9−230242号公報(ニコン2群内防振)従来例2、特開平9―113808(ニコン2群内防振)従来例3等があった。従来例1は、物体側より順に正、負、正、正の屈折力の第1〜4レンズ群で構成された望遠ズームレンズであり、第2群を光軸と垂直方向に移動して防振を行っており、従来例2及び従来例3は、35mm一眼レフカメラ換算で28mmから85mmの焦点距離をカバーした大口径標準ズームレンズであり、物体側より順に負、正、負、正のレンズ群より構成され第2レンズ群を正の前群と正の後群に分割し、前記前群でフォーカシングを行い、且つ該前群を光軸と垂直方向に変位させて防振を行ったものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、35mm一眼レフカメラ換算で焦点距離17mm程度の超広角域から40mm程度の標準域までをカバーし、防振機能を有する、コンパクトで、特に防振時の収差も良好に補正されたズームレンズを提供することが目的である。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体側より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レンズ群を有し、各群の間隔を変化させて変倍を行うズームレンズに於いて、前記第2レンズ群を複数のレンズ群に分割し、前記分割されたレンズ群中、正の屈折力の第2a群を光軸と略垂直方向に移動することで防振を行い、以下の条件式を満足することを特徴としている。
【0006】
D1W   >  D1T          …(イ)
D2W   <  D2T                   …(ロ)
D3W   <  D3T                   …(ハ)
0.4  < TS2aW < 1           …(1)
0.7  < TS2aT  < 1.5   …(2)
ここで、DiW、DiTは各々広角端、望遠端での第i群と第(i+1)群との間隔、TS2aW、TS2aTは各々第2a群の広角端および望遠端での偏芯敏感度である。
【0007】
この他、本発明の特徴は実施例において開示している。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明をする。
【0009】
図1〜図4は各々後述する数値実施例1〜4のズームレンズのレンズ断面図、図5〜図8は各々後述する数値実施例1〜4のズームレンズの縦収差図、図9〜図12は各々後述する数値実施例1〜4のズームレンズの横収差図である。
【0010】
図中、I〜IVは各々、負、正、負、正の屈折力の第1レンズ群〜第4レンズ群、IIa、IIbは各々第2a群、第2b群であり、Sは開口絞り、SFはフレアーカッター、矢印は広角端から望遠端へ変倍する際の各レンズ群の移動軌跡を示している。広角端から望遠端の変倍に際して、条件式(イ)〜(ハ)を満足するように、各レンズ群が移動しており、絞りは第3群と一体で移動している。
【0011】
広角端から望遠端への変倍に際して、条件式(イ)を満足しつつ第1レンズ群が像側へ凸の軌跡を描いて移動し、第2レンズ群と第4レンズ群が一体で像側へ移動し、条件式(ロ)、(ハ)を満足するように第3レンズ群が移動している。条件式(ロ)、(ハ)を満足するように第3レンズ群が移動することで、第2レンズ群から第4レンズ群までの合成の主点位置を物体側に移動させることで、条件式(イ)を満足した各レンズ群の移動による変倍効果を大きくし、コンパクトで高変倍なズームレンズの達成を可能としている。
【0012】
また、本実施例のズームタイプは、第2レンズ群さらに詳しくは第2レンズ群中最も像側のレンズ群と第4レンズ群の製造誤差に起因する相対的な偏芯及び傾きによる光学性能の劣化が著しく発生する。従って、変倍時、第2レンズ群と第4レンズ群が別々の軌跡で移動すると鏡筒構造上偏芯及び倒れが発生するのが避けられず光学性能の劣化の原因の一つとなる。そこで、本実施例では、第2レンズ群さらに詳しくは第2レンズ群の最も像側のレンズ群と第4レンズ群を同一軌跡で移動させることにより、第2レンズ群と第4レンズ群を一体とした鏡筒構造とすることを可能としている。これにより前記製造誤差要因に起因する光学性能の劣化を小さく抑えることを可能としている。
【0013】
また、本実施例では、前記第2レンズ群を正の屈折力の第2a群と正の屈折力の第2b群に分割し、条件式(1)、(2)を満足する屈折力配置とし、前記第2a群を光軸と略垂直に移動させて防振を行っている。条件式(1)、(2)はどちらも第2a群すなわち防振レンズ群の光軸と垂直な方向の移動に対する像面の光軸と垂直な方向への移動量すなわち偏芯敏感度を規定したものである。条件式(1)、(2)の下限値を越えて偏芯敏感度が小さくなると防振のための防振レンズ群の変位が大きくなり、この変位を満足するための防振駆動装置が大型化し、このためレンズ外径が大きくなり好ましくない。条件式(1)、(2)の上限値を越えて偏芯敏感度が大きくなると防振駆動装置の小型化には有利であるが、防振レンズ群の正の屈折力が強くなるため第2レンズ群で発生する諸収差が増大し、広角端から望遠端への変倍および防振時の収差をバランス良く補正することが困難となる。
【0014】
さらに本実施例では、防振レンズ群を1枚の負レンズと1枚の正レンズの接合レンズで構成し、
1.1 < EAIS / EAmin  < 1.3   ・・・(3)
なる条件式を満足している。ここで、EAISは防振レンズ群の光線有効径の最大値であり、EAminは光学系中最小の光線有効径である。従来より防振レンズ群の駆動装置として、コイルとマグネットによる磁力を利用したものが知られている。(特開平2000−19577等参照。)該駆動装置の小型化及び省電力化のために、防振レンズ群の軽量化が求められている。このため防振レンズ群のレンズ枚数を極力少なくし、レンズ外径も小型化する必要がある。条件式(3)は防振レンズ群の光線有効径を規定するものであり、下限値を超えて有効径が小さくなると所定のスペックのズームレンズを達成不可となり、上限値を超えて有効径が大きくなると前記駆動装置が大型となり好ましくない。
また、本実施例では、第2レンズ群に非球面を用いることで第2a群(防振レンズ群)の球面収差係数を小さくすることができ、防振時の光学性能を良好に補正することを可能としている。
【0015】
また、第4レンズ群に、中心から周辺へ行くに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を用いることで、広角ズームレンズで問題となる最大像高付近の像面湾曲を良好に補正可能としている。
【0016】
実施例2では、無限遠から至近へのフォーカシングを第2a群を像面側へ移動させて行っている。
【0017】
実施例1、3、4では、無限遠から至近へのフォーカシングを第1b群を物体側へ移動させて行っている。このようにインナーフォーカスとすることでオートフォーカスの際、フォーカスアクチュエータにかかる負荷を小さくし迅速な駆動と省電力を可能としている。また、実施例1、3、4では、
1.5<  ESfT  <3.5      ・・・(4)
0.95<ESfT×fW^2/(ESfW×fT^2)<1.05 ・・・(5)
なる条件式を満足させている。
【0018】
条件式(4)は同一物体距離におけるデフォーカス量が最も大きい焦点距離であるテレ端でのフォーカス群の位置敏感度を規定するものであり、下限値を超えて敏感度が小さくなるとフォーカシングのためのフォーカスレンズ群の移動量が大きくなり、レンズ系が大きくなり迅速なオートフォーカスが出来なくなってくる。上限値を超えて敏感度が大きくなることは第2群より物体側のレンズ群の屈折力が強くなることになり、収差補正が困難となる。条件式(5)は各焦点距離において同一物体距離へのフォーカシングの際のフォーカスレンズの移動量を一定とするためのものであり、条件式を外れると前記繰り出し量が焦点距離によってことなってしまう。このように前記繰り出し量を一定とすることで、レンズ鏡筒のフォーカス機構を簡単にできる。さらに、防振とフォーカシングを異なったレンズ群で行うことで鏡筒構造を簡略化できる。
【0019】
さらに、本実施例では、第1レンズ群を2枚の負レンズと1枚の正レンズより構成し、最も物体側の負レンズに光軸中心から周辺へ行くに従って正の屈折力が強くなる形状の非球面を用い、第2レンズ群を1枚の負レンズと2枚の正レンズで構成し、第3レンズ群を2枚の負レンズと1枚の正レンズで構成し、第4レンズ群を1枚または2枚の負レンズと2枚の正レンズで構成し、以下の条件式を満足させている。
【0020】
0.7  <|f1W|/√(fW×fT)<0.9    ・・・(6)
0.98 <   f2W/√(fW×fT) <1.25  ・・・(7)
1.4  < |f3|/√(fW×fT) <2.5  ・・・(8)
1.4  <     f4/√(fW×fT) <2.    ・・・(9)
2.5 <  f2a / f2W        < 3.5   ・・・(10)
4.5  <  OTLW/√(fW×fT) < 7        ・・・(11)
ここで、fW、fTは各々広角端、望遠端での全系の焦点距離、f1W、f2Wは広角端での第1レンズ群および第2レンズ群の焦点距離、f3、f4は第3レンズ群および第4レンズ群の焦点距離、f2aは第2a群の焦点距離、OTLWは広角端での光学全長である。
【0021】
第1レンズ群に前述の非球面を用いることで特に広角側で発生する樽型の歪曲を補正している。
【0022】
条件式(6)は全系の広角端と望遠端の焦点距離の積の平方根に対し広角端での第1レンズ群の焦点距離の範囲を規定するものである。下限値を超えて広角端での第1レンズ群の負の屈折力が強くなると、第1レンズ群で発生する諸収差が大きくなり、これを他のレンズ群でバランス良く補正することが困難となる。又、上限値を超えて第1レンズ群の負の屈折力が弱くなると、収差補正上は有利だがレンズ系が大きくなり好ましくない。条件式(7)は全系の広角端と望遠端の焦点距離の積の平方根に対し広角端での第2レンズ群の焦点距離の範囲を規定するものである。下限値を超えて第2レンズ群の正の屈折力が強くなると、全長の短縮、絞り径の小型化には有利だが、第2レンズ群で発生する球面収差等諸収差が大きくなり、これをバランス良く他のレンズ群で補正することが困耕となる。又、上限値を超えて第2レンズ群の正の屈折力が弱くなると、収差補正には有利だがレンズ系が増大してくる。
【0023】
条件式(8),(9)は、各々、全系の広角端と望遠端の焦点距離の積の平方根に対し第3レンズ群、第4レンズ群の焦点距離の範囲を規定するものであり、コンパクト化と高性能を両立させるためのものである。どちらも下限値を超えて第3レンズ群、第4レンズ群の屈折力が強くなると、第3レンズ群、第4レンズ群での球面収差、コマ収差、非点収差が大きく発生し、これらをバランス良く補正することが困難となる。又、上限値を超えて第3レンズ群、第4レンズ群の屈折力が弱くなると、レンズ全長が長くなってしまう。条件式(10)は第2正レンズ群の焦点距離に対し第2a群すなわち防振レンズ群の焦点距離の範囲を規定するものである。下限値を超えて第2a群の正の屈折力が強くなると防振敏感度が大きくなり防振駆動装置を小型化できる利点があるが第2a群で発生する諸収差の発生が大きくなりこれをバランス良く他のレンズ群で補正することが困難となる。
【0024】
上限値を超えて第2a群の正の屈折力が弱くなると防振敏感度が小さくなり所定の防振角度を満足するために防振駆動装置が大型化し好ましくない。ここで、防振敏感度とは、手振れ前の物点と最も物体側のレンズ面の光軸中心を結んだ軸と手振れ時の物点と最も物体側のレンズ面の光軸中心を結んだ軸との角度を防振角としたとき、防振レンズ群すなわち第2a群の光軸と垂直方向への移動量1mmあたりの防振角である。条件式(11)は全系の広角端と望遠端の焦点距離の積の平方根に対し広角端、物体距離無限遠での最も物体側のレンズ面から像面までの長さ、すなわち、光学全長を規定したものである。本実施例では最も像面側のレンズ面と像面との間にクイックリターンミラー及びまたはその他の部材を配置することを想定しており、これら部材を配置するためのスペースが必要となる。そのためレンズ系をテレフォトタイプとしバックフォーカスを長くしている。条件式(11)の下限値を超えて広角端での光学全長が短くなると所定の変倍比を達成しつつバックフォーカスを確保することが困難となってくる。条件式(11)の上限値を超えて広角端での光学全長が長くなるとバックフォーカスの確保及び収差補正に関しては有利となるがレンズ全長が長くなるため好ましくない。
【0025】
(数値実施例)
次に、本発明の実施形態1〜4に各々対応する数値実施例1〜4を示す。各数値実施例においてiは物体側からの光学面の順序を示し、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番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。fは焦点距離、FNoはFナンバー、ωは半画角である。Skinfはフレアー絞りから像面までの距離である。b、c、d、e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、非球面形状は、
x=(h/R)/[1+[1−(h/R)1/2]+bh+ch+dh+eh10
で表示される。但しRは曲率半径である。また、例えば「e−Z」の表示は「10−Z」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表1に示す。
【0026】
【外1】
Figure 2004061910
【0027】
【外2】
Figure 2004061910
【0028】
【外3】
Figure 2004061910
【0029】
【外4】
Figure 2004061910
【0030】
【表1】
Figure 2004061910
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体側より負の屈折力の第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レンズ群で構成し、第2群を正の第2a群と正の第2b群で構成し、前記第3a群を光軸と垂直方向に移動して防振を行い、適切な屈折力配置とレンズ構成を与えることで、コンパクトで良好な光学性能の超広角ズームレンズを達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の数値実施例1の広角端におけるレンズ断面図
【図2】本発明の数値実施例2の広角端におけるレンズ断面図
【図3】本発明の数値実施例3の広角端におけるレンズ断面図
【図4】本発明の数値実施例4の広角端におけるレンズ断面図
【図5A】本発明の数値実施例1の広角端の縦収差図
【図5B】本発明の数値実施例1の望遠端の縦収差図
【図6A】本発明の数値実施例2の広角端の縦収差図
【図6B】本発明の数値実施例2の望遠端の縦収差図
【図7A】本発明の数値実施例3の広角端の縦収差図
【図7B】本発明の数値実施例3の望遠端の縦収差図
【図8A】本発明の数値実施例4の広角端の縦収差図
【図8B】本発明の数値実施例4の望遠端の縦収差図
【図9A】本発明の数値実施例1の広角端の横収差図
【図9B】本発明の数値実施例1の望遠端の横収差図
【図9C】本発明の数値実施例1の0.3度防振した状態での広角端の横収差図
【図9D】本発明の数値実施例1の0.3度防振した状態での望遠端の横収差図
【図10A】本発明の数値実施例2の広角端の横収差図
【図10B】本発明の数値実施例2の望遠端の横収差図
【図10C】本発明の数値実施例2の0.3度防振した状態での広角端の横収差図
【図10D】本発明の数値実施例2の0.3度防振した状態での望遠端の横収差図
【図11A】本発明の数値実施例3の広角端の横収差図
【図11B】本発明の数値実施例3の望遠端の横収差図
【図11C】本発明の数値実施例3の0.3度防振した状態での広角端の横収差図
【図11D】本発明の数値実施例3の0.3度防振した状態での望遠端の横収差図
【図12A】本発明の数値実施例4の広角端の横収差図
【図12B】本発明の数値実施例4の望遠端の横収差図
【図12C】本発明の数値実施例4の0.3度防振した状態での広角端の横収差図
【図12D】本発明の数値実施例4の0.3度防振した状態での望遠端の横収差図
【符号の説明】
I〜IVは各々第1レンズ群〜第4レンズ群、Sは絞り、SPはフレアーカッター、実線矢印は広角端から望遠端へズーミングする際の各レンズ群の移動軌跡、球面収差において実線はd線、一点鎖線はg線、点線は正弦条件であり、非点収差において実線はサジタル光線、点線はメリディオナル光線を表す

Claims (10)

  1. 物体側より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レンズ群を有し、各群の間隔を変化させて変倍を行うズームレンズに於いて、前記第2レンズ群に少なくとも1面の非球面を用い、前記第2レンズ群を複数のレンズ群に分割し、前記分割されたレンズ群中、正の屈折力の第2a群を光軸と略垂直方向に移動することで防振を行い、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
    D1W    >   D1T
    D2W    <   D2T
    D3W    <   D3T
    0.4 < TS2aW  < 1
    0.7 < TS2aT < 1.5
    ここで、DiW、DiTは各々広角端、望遠端での第i群と第(i+1)群との間隔、TS2aW、TS2aTは各々第2a群の広角端および望遠端での偏芯敏感度である。
  2. 物体側より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レンズ群を有し、各群の間隔を変化させて変倍を行うズームレンズに於いて、前記第2レンズ群を複数のレンズ群に分割し、前記分割されたレンズ群中、正の屈折力の第2a群を光軸と略垂直方向に移動することで防振を行い、変倍時及びフーカシング時に前記第2レンズ群の群内の間隔は変化させず、以下の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
    D1W   >   D1T
    D2W   <   D2T
    D3W   <   D3T
    0.4 < TS2aW < 1
    0.7 < TS2aT < 1.5
    ここで、DiW、DiTは各々広角端、望遠端での第i群と第(i+1)群との間隔、TS2aW、TS2aTは各々第2a群の広角端および望遠端での偏芯敏感度である。
  3. 前記第2レンズ群に少なくとも1面の非球面を有することを特徴とした請求項2記載のズームレンズ。
  4. 前記第2群の最も像側のレンズ群と前記第4レンズ群は変倍に際し一体で移動することを特徴とした請求項1又は2記載のズームレンズ。
  5. フォーカシングを前記第2群以外のレンズ群で行ったことを特徴とした請求項1又は2記載のズームレンズ。
  6. フォーカシングを前記第2群より物体側のレンズ群全体または一部で行ない以下の条件式を満足することを特徴とした請求項3記載のズームレンズ。
    1.5  < ESfT < 3.5
    0.95<ESfT×fW^2/(ESfW×fT^2)<1.05
    ここで、ESfW、ESfTは各々広角端および望遠端、物体距離無限でのフォーカス群の位置敏感度である。
  7. 前記防振レンズ群を1枚の負レンズと1枚の正レンズで構成し、以下の条件式を満足することを特徴とした請求項1又は2記載のズームレンズ。
    1.1 < EAIS / EAmin  < 1.3
    ここで、EAISは防振レンズ群の光線有効径の最大値であり、EAminは光学系中最小の光線有効径である。
  8. 第1レンズ群を少なくとも1枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズより構成し、光軸中心から周辺へ行くに従って正の屈折力が強くなる形状の非球面を用い、第2レンズ群を少なくとも1枚の負レンズと少なくとも2枚の正レンズで構成し、第3レンズ群を1枚または2枚の負レンズと1枚の正レンズで構成し、第4レンズ群を少なくとも1枚の負レンズと少なくとも1枚の正レンズで構成し、以下の条件式を満足することを特徴とした請求項1又は2記載のズームレンズ。
    0.7 < |f1W|/√(fW×fT)< 0.9
    0.98< f2W/√(fW×fT)    <1.25
    1.4 < |f3|/√(fW×fT) <2.5
    1.4 < f4/√(fW×fT)    <2.5
    2.5 <  f2a / f2W        <3.5
    4.5 <  OTLW/√(fW×fT)  <7
    ここで、fW、fTは各々広角端、望遠端での全系の焦点距離、f1W、f2Wは広角端での第1レンズ群および第2レンズ群の焦点距離、f3、f4は第3レンズ群および第4レンズ群の焦点距離、f2aは第2a群の焦点距離、OTLWは広角端での光学全長である。
  9. 前記第4レンズ群は光軸中心から周辺に行くに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を有していることを特徴とした請求項1又は2記載のズームレンズ。
  10. 第1レンズ群を負の第1a群と負の第1b群に分割し、無限遠から至近へのフォーカシングを前記第1b群を物体側へ移動させて行ったことを特徴とした請求項6記載のズームレンズ。
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