JP3925926B2 - 高変倍ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高変倍ズームレンズに関し、特に、バックフォーカスに制限の少ないコンパクトカメラ用の撮影レンズに適した高変倍ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最も簡単なズームレンズの方式としては、群数が２群であるいわゆる２群ズームレンズ方式が知られている。この方式は、鏡枠構造が簡素になる等の利点がある反面、収差変動が大きいため、変倍比をあまり大きくできないという欠点がある。
【０００３】
ところで、近年、ズームレンズの高変倍化が強く望まれているが、この２群ズームレンズ方式を用いて高変倍比を目指したものとしては、特許文献１等のものがあり、この中で変倍比は２．８倍程度を達成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２１８０１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行例の構成を用いて更なる高変倍比を達成しようとすると、単色収差、色収差の両面で破綻をきたし、結像性能上実用レベルのものを達成できない。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２群ズームレンズ方式という簡素な構成を採用しながら、３倍クラスの高変倍比であり、さらに良好に収差補正されたズームレンズを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の高変倍ズームレンズは、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
前記第２レンズが以下の条件を満足することを特徴とするものである。
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
【０００８】
本発明のもう１つの高変倍ズームレンズは、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
以下の条件を満足することを特徴とするものである。
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
【０００９】
【作用】
以下に、本発明において上記構成を採用する理由とその作用について説明する。
【００１０】
まず、第１レンズ群中の構成についてであるが、高変倍比化を達成するためには、色収差の各群での発生量を少なくすることが必要であるため、少なくとも１つの負のレンズ成分と正のレンズ成分を有することが必要となってくる。
【００１１】
また、正群＋負群の２群ズームレンズにおいては、特に、広角化を目指したときにバックフォーカスが短くなるという欠点がある。
【００１２】
そのために、機械的な干渉の問題等が生じやすくなり、好ましくなかったが、本発明の構成のように、負レンズを物体側に配置する構成をとることにより、比較的長大なバックフォーカスを確保することが可能となる。
【００１３】
次に、物体側から順に、負レンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズの構成を採用することが、良い理由を述べる。
【００１４】
第１レンズ群は、負レンズ群＋正レンズ群の構成である。ここで、第１レンズ群全体としては正レンズ群であるので、群内では相対的に正レンズ群のパワーが強くなる。そのために、ここで発生するアンダーの球面収差等の発生量が多くなってしまう。また、本発明のズームレンズのように、３倍クラスの高変倍比にする際には、特に、中間ズーム状態での非点収差の発生量が多くなる問題が生じ、像周辺部の結像性能が著しく低下していた。このような問題は、群のパワーを強くして全長を短縮化した際にさらに顕著となる。
【００１５】
そこで、この正レンズ群で発生する諸収差を打ち消すために、まず、特に、球面収差やコマ収差に関しては、物体側に凸の負メニスカスレンズを設けることによってオーバーの球面収差等を多く発生させ、打ち消しの作用により全体として収差の発生量を小さくすることができる。
【００１６】
また、非点収差や歪曲収差の補正に関しては、次の（１）の条件式を満たすレンズを設ける構成がよい。
【００１７】
（１） −５＜ＳＦL1＜０
ここで、ＳＦL1は第１レンズ群内の第１レンズのシェイピングファクタであり、第１レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ1 、ｒ2 とするとき、ＳＦL1＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／（ｒ1 −ｒ2 ）で与えられるパラメータである。
【００１８】
すなわち、（１）式は、負の第１レンズの形状を規定したものであり、この式（１）によれば、第１レンズは第１面が第２面よりも比較的大きな曲率を持つ構成になっている。したがって、この式の範囲に規定することにより、非点収差や歪曲収差の発生量を多くして、正の群で発生する分を打ち消す作用を持つことができる。また、このレンズの主平面位置が物体側寄りになるため、メニスカス形状の負レンズによる像側への主平面位置のシフトをキャンセルし、広画角化あるいは第１レンズ群内の軸上厚みの減少という効果もある。上記（１）式の上限値０、あるいは、下限値−５を越えると、上記の非点収差や歪曲収差の打ち消す作用が達成されず、また、広画角化あるいは第１レンズ群内の軸上厚みの減少をさせることが困難になる。
【００１９】
さらに、上記２つの負レンズの配置順についてであるが、非点収差や歪曲収差等の収差を多く発生させるレンズは、軸外光線の高い場所、すなわち、像面側寄りに配置し、球面収差やコマ収差の発生量が多いレンズは相対的に軸上光線が高い所、すなわち、物体側寄りに配置する構成を採用することにより、第１レンズ群の構成としては収差補正上最も効率的な配置となる。
【００２０】
以上の構成により、諸収差の良好に補正された高変倍比のズームレンズを得ることができる。また、（１）式に関しては、
（１）’−２＜ＳＦL1＜−０．１
の範囲に定めることにより、非点収差や歪曲収差の発生量のバランスが最適となり、無理なく高画質な像が得られるため、好ましい。
【００２１】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群内の第２レンズの物体側に凸の負メニスカスの形状を以下の（２）式のように定めることにより、さらに望ましいものとなる。
【００２２】
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
【００２３】
すなわち、（２）式の上限値１０を越えると、同一のパワーを保つためには、曲率半径が小さくなりすぎてしまい、高次収差の発生量が多くなる等、好ましくない。逆に、下限値１を越えると、上記で規定したようなメニスカス形状でなくなるため、その収差補正上の効果が現れず、好ましくない。
【００２４】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズの第１面の曲率半径の範囲を以下の（３）式のように定めることにより、収差補正上の観点からさらに望ましい構成となる。
【００２５】
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
【００２６】
すなわち、（３）式の上限値の−０．６を越えると、軸外光線に対する入射角度が小さすぎ、所望の収差補正能力が得られないが、反対に、下限値の−２を越えると、第１面の曲率が小さくなりすぎてこの面での収差の発生量が多くなりすぎ、特に非点収差や像面湾曲収差量が増大して、好ましくない。
【００２７】
また、（３）式に関しては、特に、
（３）’−１．６＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．８
の範囲に納めることにより、第１面での収差の発生量が最適な範囲となり、レンズ枚数や非球面数が抑えられるため、さらに望ましい。
【００２８】
また、さらに、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の第１レンズと第２レンズの焦点距離の比について、以下のように定めればより望ましい。
【００２９】
（４） ０．２＜ｆL1／ｆL2＜１
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。
【００３０】
すなわち、上記条件式（４）の範囲内に規定することにより、負メニスカスレンズのパワーに対して、負パワーの第１レンズのパワーを強くすることによって、主平面位置の像面側へのシフト、ひいてはバックフォーカスの確保につながり、好ましい。
【００３１】
また、（４）式に関しても、
（４）’０．２＜ｆL1／ｆL2＜０．６
の範囲に納めれば、パワー比のバランスが最適となる。
【００３２】
また、さらに、本発明のズームレンズにおいては、この第１レンズ群中の何れかの面に非球面を用いることによって、諸収差の全系トータルの発生量を小さくすることができるようになるため、枚数の削除や強パワー化による小型化に効果がある。
【００３３】
さらに、本発明のズームレンズは、以下のような構成を採用しても、簡素で高変倍比のズームレンズを提供することができる。
【００３４】
すなわち、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズの順に配置されたズームレンズとする。
【００３５】
これは、主として第２レンズ群の構成についてであるが、２群ズームレンズにおいては、特に第２レンズ群のみしか変倍作用を持たないため、軸上色収差の変動を小さくするには、この群の色収差の発生量を減らすことが重要である。そこで、レンズ配置に関しては、まず、少なくとも１枚の負レンズ群と、正レンズ群を設ける必要があり、像側に相対的に強いパワーの負レンズ群を配置する構成が主平面位置を像面側に位置させ、バックフォーカス確保につながり好ましい。
【００３６】
また、ここで、倍率の色収差の補正の観点から、負レンズにアッベ数の大きな硝材を使用するのが好ましい。しかし、上記の硝材使用法では、高変倍化したときには軸上色収差の変動が大きくなってしまう。
【００３７】
そこで、この補正のために、軸上光線が高いところ、すなわち、正レンズの物体側に負レンズを設けることによって、倍率、軸上両方の色収差の変動を小さくすることができ、望ましい。
【００３８】
また、上記構成を採用する際に、次の条件式（５）を満足すれば、負レンズ群の色消しとしては軸上色収差の発生量を小さくすることができ、望ましい。
【００３９】
（５） ν1 ＞ν2
ここで、ν1 は第２レンズ群の負パワーの第１レンズのアッベ数、ν2 は第２レンズ群の正パワーの第２レンズのアッベ数である。
【００４０】
このように、負、正、負３枚のレンズを用いれば、上記の効果が達成できるが、製造上の観点から、この何れかの組み合わせを接合レンズとすることが、偏心の影響を小さくすることができるため望ましい。
【００４１】
また、さらに、以下の条件式（６）を満たすことによって、より高性能なズームレンズを得ることができるので、これを説明する。
【００４２】
（６） −３＜ｆ22／ｆ21＜０
ここで、ｆ21は第２レンズ群の負パワーの第１レンズの焦点距離、ｆ22は第２レンズ群の正パワーの第２レンズの焦点距離である。
【００４３】
（６）式は、第２レンズ群の物体側の負レンズと正レンズの屈折力の比について規定したもので、（６）式の範囲に納めることにより、色収差発生量を一般的な硝材を用いる範囲において小さくすることができるためである。ここで、条件式（６）の下限値の−３を越えることは、第２レンズのパワーが相対的に強くなりすぎ、正レンズでの色消し作用が十分でなくなり、逆に、上限値の０を越えると、物体側の負レンズを設けた効果がなくなってしまい、特に軸上色収差の変動を小さくすることが困難となってしまう。
【００４４】
以上のように、上記の構成を採用することによっても、高変倍なズームレンズを得ることができることが説明されたわけであるが、さらに、この第２レンズ群に関しても、何れかの面に非球面を設けることは、前述した第１レンズ群中における非球面と同様の効果があり、望ましいものである。
【００４５】
なお、これらの非球面の形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直角する方向にとると、下記の式にて表される。
【００４６】
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｐは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００４７】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の構成が、物体側より順に、負のパワーを持つ第１レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズ、及び、それに続く正のパワーを持つレンズ群を有し、さらに、第２レンズ群が、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの順に配置された構成を採用することによっても、前述してきたような効果を得ることができ、高変倍化を達成するのに十分である。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明のズームレンズの実施例１〜３について説明する。
【００４９】
図１〜図３は、それぞれ実施例１〜３の広角端、中間焦点距離、望遠端でのレンズ群配置を対比して示す断面図である。各実施例の数値データは後記するが、以下に各実施例の構成を説明する。
【００５０】
第１レンズ群Ｇ１の構成は、実施例１〜３共に、両凹レンズの第１レンズＬ1 、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第２レンズＬ2 、及び、それに続く、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズでなる正レンズ群ＬP からなる。なお、絞りが第１レンズ群Ｇ１の最も像面側に一体に移動するように配置されている。
【００５１】
第２レンズ群Ｇ２の構成は、実施例１の場合、物体側より順に、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成され、実施例２の場合、物体側より順に、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成され、実施例３の場合、両凹レンズ、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
【００５２】
非球面は、実施例１〜３共に、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ2 の物体側の面、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面の２面に用いられている。
【００５３】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ｆB はバックフォーカス、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、前記（ａ）式にて表す。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
次に、上記実施例１の無限遠合焦時の広角端、中間焦点距離、望遠端での収差図をそれぞれ図４〜図６に、実施例２の同様な収差図を図７〜図９に、実施例３の同様な収差図を図１０〜図１２に示す。各収差図において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差を示す。
【００５８】
以上の本発明の高変倍ズームレンズは、例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔２〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔３〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔４〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第１レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００５９】
（１） −５＜ＳＦL1＜０
ここで、ＳＦL1は第１レンズ群内の第１レンズのシェイピングファクタであり、第１レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ1 、ｒ2 とするとき、ＳＦL1＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／（ｒ1 −ｒ2 ）で与えられるパラメータである。
〔５〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第２レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６０】
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
〔６〕 上記〔１〕又は〔３〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６１】
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
〔７〕 上記〔１〕、〔３〕又は〔６〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６２】
（４） ０．２＜ｆL1／ｆL2＜１
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。
〔８〕 上記〔２〕又は〔３〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６３】
（５） ν1 ＞ν2
ここで、ν1 は第２レンズ群の負パワーの第１レンズのアッベ数、ν2 は第２レンズ群の正パワーの第２レンズのアッベ数である。
〔９〕 上記〔２〕、〔３〕又は〔８〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６４】
（６） −３＜ｆ22／ｆ21＜０
ここで、ｆ21は第２レンズ群の負パワーの第１レンズの焦点距離、ｆ22は第２レンズ群の正パワーの第２レンズの焦点距離である。
〔１０〕 上記〔１〕において、前記第１レンズ群内の正のレンズ群が正レンズと接合正レンズとからなることを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１１〕 上記〔２〕又は〔３〕において、前記第２レンズ群内の物体側の負レンズと正レンズとが接合されていることを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１２〕 上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕において、少なくとも１つの非球面を含むことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１３〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第１レンズと第２レンズとの間隔が、前記第２レンズとこれに続く正のパワーを持つレンズ群との間隔より狭いことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、２群ズームレンズ方式という簡素な構成を採用しながら、３倍クラスの高変倍比であり、さらに良好に収差補正された高変倍ズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の高変倍ズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端での群配置を対比して示すレンズ断面図である。
【図２】実施例２の高変倍ズームレンズの図１と同様なレンズ断面図である。
【図３】実施例３の高変倍ズームレンズの図１と同様なレンズ断面図である。
【図４】実施例１の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図５】実施例１の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図６】実施例１の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【図７】実施例２の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図８】実施例２の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図９】実施例２の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【図１０】実施例３の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図１１】実施例３の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図１２】実施例３の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ1 …第１レンズ群の第１レンズ
Ｌ2 …第１レンズ群の第２レンズ
ＬP …第１レンズ群の正レンズ群
【産業上の利用分野】
本発明は、高変倍ズームレンズに関し、特に、バックフォーカスに制限の少ないコンパクトカメラ用の撮影レンズに適した高変倍ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、最も簡単なズームレンズの方式としては、群数が２群であるいわゆる２群ズームレンズ方式が知られている。この方式は、鏡枠構造が簡素になる等の利点がある反面、収差変動が大きいため、変倍比をあまり大きくできないという欠点がある。
【０００３】
ところで、近年、ズームレンズの高変倍化が強く望まれているが、この２群ズームレンズ方式を用いて高変倍比を目指したものとしては、特許文献１等のものがあり、この中で変倍比は２．８倍程度を達成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２１８０１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行例の構成を用いて更なる高変倍比を達成しようとすると、単色収差、色収差の両面で破綻をきたし、結像性能上実用レベルのものを達成できない。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２群ズームレンズ方式という簡素な構成を採用しながら、３倍クラスの高変倍比であり、さらに良好に収差補正されたズームレンズを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の高変倍ズームレンズは、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
前記第２レンズが以下の条件を満足することを特徴とするものである。
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
【０００８】
本発明のもう１つの高変倍ズームレンズは、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
以下の条件を満足することを特徴とするものである。
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
【０００９】
【作用】
以下に、本発明において上記構成を採用する理由とその作用について説明する。
【００１０】
まず、第１レンズ群中の構成についてであるが、高変倍比化を達成するためには、色収差の各群での発生量を少なくすることが必要であるため、少なくとも１つの負のレンズ成分と正のレンズ成分を有することが必要となってくる。
【００１１】
また、正群＋負群の２群ズームレンズにおいては、特に、広角化を目指したときにバックフォーカスが短くなるという欠点がある。
【００１２】
そのために、機械的な干渉の問題等が生じやすくなり、好ましくなかったが、本発明の構成のように、負レンズを物体側に配置する構成をとることにより、比較的長大なバックフォーカスを確保することが可能となる。
【００１３】
次に、物体側から順に、負レンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズの構成を採用することが、良い理由を述べる。
【００１４】
第１レンズ群は、負レンズ群＋正レンズ群の構成である。ここで、第１レンズ群全体としては正レンズ群であるので、群内では相対的に正レンズ群のパワーが強くなる。そのために、ここで発生するアンダーの球面収差等の発生量が多くなってしまう。また、本発明のズームレンズのように、３倍クラスの高変倍比にする際には、特に、中間ズーム状態での非点収差の発生量が多くなる問題が生じ、像周辺部の結像性能が著しく低下していた。このような問題は、群のパワーを強くして全長を短縮化した際にさらに顕著となる。
【００１５】
そこで、この正レンズ群で発生する諸収差を打ち消すために、まず、特に、球面収差やコマ収差に関しては、物体側に凸の負メニスカスレンズを設けることによってオーバーの球面収差等を多く発生させ、打ち消しの作用により全体として収差の発生量を小さくすることができる。
【００１６】
また、非点収差や歪曲収差の補正に関しては、次の（１）の条件式を満たすレンズを設ける構成がよい。
【００１７】
（１） −５＜ＳＦL1＜０
ここで、ＳＦL1は第１レンズ群内の第１レンズのシェイピングファクタであり、第１レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ1 、ｒ2 とするとき、ＳＦL1＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／（ｒ1 −ｒ2 ）で与えられるパラメータである。
【００１８】
すなわち、（１）式は、負の第１レンズの形状を規定したものであり、この式（１）によれば、第１レンズは第１面が第２面よりも比較的大きな曲率を持つ構成になっている。したがって、この式の範囲に規定することにより、非点収差や歪曲収差の発生量を多くして、正の群で発生する分を打ち消す作用を持つことができる。また、このレンズの主平面位置が物体側寄りになるため、メニスカス形状の負レンズによる像側への主平面位置のシフトをキャンセルし、広画角化あるいは第１レンズ群内の軸上厚みの減少という効果もある。上記（１）式の上限値０、あるいは、下限値−５を越えると、上記の非点収差や歪曲収差の打ち消す作用が達成されず、また、広画角化あるいは第１レンズ群内の軸上厚みの減少をさせることが困難になる。
【００１９】
さらに、上記２つの負レンズの配置順についてであるが、非点収差や歪曲収差等の収差を多く発生させるレンズは、軸外光線の高い場所、すなわち、像面側寄りに配置し、球面収差やコマ収差の発生量が多いレンズは相対的に軸上光線が高い所、すなわち、物体側寄りに配置する構成を採用することにより、第１レンズ群の構成としては収差補正上最も効率的な配置となる。
【００２０】
以上の構成により、諸収差の良好に補正された高変倍比のズームレンズを得ることができる。また、（１）式に関しては、
（１）’−２＜ＳＦL1＜−０．１
の範囲に定めることにより、非点収差や歪曲収差の発生量のバランスが最適となり、無理なく高画質な像が得られるため、好ましい。
【００２１】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群内の第２レンズの物体側に凸の負メニスカスの形状を以下の（２）式のように定めることにより、さらに望ましいものとなる。
【００２２】
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
【００２３】
すなわち、（２）式の上限値１０を越えると、同一のパワーを保つためには、曲率半径が小さくなりすぎてしまい、高次収差の発生量が多くなる等、好ましくない。逆に、下限値１を越えると、上記で規定したようなメニスカス形状でなくなるため、その収差補正上の効果が現れず、好ましくない。
【００２４】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズの第１面の曲率半径の範囲を以下の（３）式のように定めることにより、収差補正上の観点からさらに望ましい構成となる。
【００２５】
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
【００２６】
すなわち、（３）式の上限値の−０．６を越えると、軸外光線に対する入射角度が小さすぎ、所望の収差補正能力が得られないが、反対に、下限値の−２を越えると、第１面の曲率が小さくなりすぎてこの面での収差の発生量が多くなりすぎ、特に非点収差や像面湾曲収差量が増大して、好ましくない。
【００２７】
また、（３）式に関しては、特に、
（３）’−１．６＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．８
の範囲に納めることにより、第１面での収差の発生量が最適な範囲となり、レンズ枚数や非球面数が抑えられるため、さらに望ましい。
【００２８】
また、さらに、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の第１レンズと第２レンズの焦点距離の比について、以下のように定めればより望ましい。
【００２９】
（４） ０．２＜ｆL1／ｆL2＜１
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。
【００３０】
すなわち、上記条件式（４）の範囲内に規定することにより、負メニスカスレンズのパワーに対して、負パワーの第１レンズのパワーを強くすることによって、主平面位置の像面側へのシフト、ひいてはバックフォーカスの確保につながり、好ましい。
【００３１】
また、（４）式に関しても、
（４）’０．２＜ｆL1／ｆL2＜０．６
の範囲に納めれば、パワー比のバランスが最適となる。
【００３２】
また、さらに、本発明のズームレンズにおいては、この第１レンズ群中の何れかの面に非球面を用いることによって、諸収差の全系トータルの発生量を小さくすることができるようになるため、枚数の削除や強パワー化による小型化に効果がある。
【００３３】
さらに、本発明のズームレンズは、以下のような構成を採用しても、簡素で高変倍比のズームレンズを提供することができる。
【００３４】
すなわち、物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、第２レンズ群が、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズの順に配置されたズームレンズとする。
【００３５】
これは、主として第２レンズ群の構成についてであるが、２群ズームレンズにおいては、特に第２レンズ群のみしか変倍作用を持たないため、軸上色収差の変動を小さくするには、この群の色収差の発生量を減らすことが重要である。そこで、レンズ配置に関しては、まず、少なくとも１枚の負レンズ群と、正レンズ群を設ける必要があり、像側に相対的に強いパワーの負レンズ群を配置する構成が主平面位置を像面側に位置させ、バックフォーカス確保につながり好ましい。
【００３６】
また、ここで、倍率の色収差の補正の観点から、負レンズにアッベ数の大きな硝材を使用するのが好ましい。しかし、上記の硝材使用法では、高変倍化したときには軸上色収差の変動が大きくなってしまう。
【００３７】
そこで、この補正のために、軸上光線が高いところ、すなわち、正レンズの物体側に負レンズを設けることによって、倍率、軸上両方の色収差の変動を小さくすることができ、望ましい。
【００３８】
また、上記構成を採用する際に、次の条件式（５）を満足すれば、負レンズ群の色消しとしては軸上色収差の発生量を小さくすることができ、望ましい。
【００３９】
（５） ν1 ＞ν2
ここで、ν1 は第２レンズ群の負パワーの第１レンズのアッベ数、ν2 は第２レンズ群の正パワーの第２レンズのアッベ数である。
【００４０】
このように、負、正、負３枚のレンズを用いれば、上記の効果が達成できるが、製造上の観点から、この何れかの組み合わせを接合レンズとすることが、偏心の影響を小さくすることができるため望ましい。
【００４１】
また、さらに、以下の条件式（６）を満たすことによって、より高性能なズームレンズを得ることができるので、これを説明する。
【００４２】
（６） −３＜ｆ22／ｆ21＜０
ここで、ｆ21は第２レンズ群の負パワーの第１レンズの焦点距離、ｆ22は第２レンズ群の正パワーの第２レンズの焦点距離である。
【００４３】
（６）式は、第２レンズ群の物体側の負レンズと正レンズの屈折力の比について規定したもので、（６）式の範囲に納めることにより、色収差発生量を一般的な硝材を用いる範囲において小さくすることができるためである。ここで、条件式（６）の下限値の−３を越えることは、第２レンズのパワーが相対的に強くなりすぎ、正レンズでの色消し作用が十分でなくなり、逆に、上限値の０を越えると、物体側の負レンズを設けた効果がなくなってしまい、特に軸上色収差の変動を小さくすることが困難となってしまう。
【００４４】
以上のように、上記の構成を採用することによっても、高変倍なズームレンズを得ることができることが説明されたわけであるが、さらに、この第２レンズ群に関しても、何れかの面に非球面を設けることは、前述した第１レンズ群中における非球面と同様の効果があり、望ましいものである。
【００４５】
なお、これらの非球面の形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直角する方向にとると、下記の式にて表される。
【００４６】
【００４７】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群の構成が、物体側より順に、負のパワーを持つ第１レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズ、及び、それに続く正のパワーを持つレンズ群を有し、さらに、第２レンズ群が、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、負レンズの順に配置された構成を採用することによっても、前述してきたような効果を得ることができ、高変倍化を達成するのに十分である。
【００４８】
【実施例】
次に、本発明のズームレンズの実施例１〜３について説明する。
【００４９】
図１〜図３は、それぞれ実施例１〜３の広角端、中間焦点距離、望遠端でのレンズ群配置を対比して示す断面図である。各実施例の数値データは後記するが、以下に各実施例の構成を説明する。
【００５０】
第１レンズ群Ｇ１の構成は、実施例１〜３共に、両凹レンズの第１レンズＬ1 、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第２レンズＬ2 、及び、それに続く、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズでなる正レンズ群ＬP からなる。なお、絞りが第１レンズ群Ｇ１の最も像面側に一体に移動するように配置されている。
【００５１】
第２レンズ群Ｇ２の構成は、実施例１の場合、物体側より順に、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸レンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成され、実施例２の場合、物体側より順に、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成され、実施例３の場合、両凹レンズ、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズから構成されている。
【００５２】
非球面は、実施例１〜３共に、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ2 の物体側の面、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面の２面に用いられている。
【００５３】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、ωは半画角、ｆB はバックフォーカス、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、前記（ａ）式にて表す。
【００５４】
次に、上記実施例１の無限遠合焦時の広角端、中間焦点距離、望遠端での収差図をそれぞれ図４〜図６に、実施例２の同様な収差図を図７〜図９に、実施例３の同様な収差図を図１０〜図１２に示す。各収差図において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差、（ｄ）は倍率色収差を示す。
【００５８】
以上の本発明の高変倍ズームレンズは、例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔２〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔３〕 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とを備え、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔４〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第１レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００５９】
（１） −５＜ＳＦL1＜０
ここで、ＳＦL1は第１レンズ群内の第１レンズのシェイピングファクタであり、第１レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ1 、ｒ2 とするとき、ＳＦL1＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／（ｒ1 −ｒ2 ）で与えられるパラメータである。
〔５〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第２レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６０】
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。
〔６〕 上記〔１〕又は〔３〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６１】
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。
〔７〕 上記〔１〕、〔３〕又は〔６〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６２】
（４） ０．２＜ｆL1／ｆL2＜１
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。
〔８〕 上記〔２〕又は〔３〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６３】
（５） ν1 ＞ν2
ここで、ν1 は第２レンズ群の負パワーの第１レンズのアッベ数、ν2 は第２レンズ群の正パワーの第２レンズのアッベ数である。
〔９〕 上記〔２〕、〔３〕又は〔８〕において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６４】
（６） −３＜ｆ22／ｆ21＜０
ここで、ｆ21は第２レンズ群の負パワーの第１レンズの焦点距離、ｆ22は第２レンズ群の正パワーの第２レンズの焦点距離である。
〔１０〕 上記〔１〕において、前記第１レンズ群内の正のレンズ群が正レンズと接合正レンズとからなることを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１１〕 上記〔２〕又は〔３〕において、前記第２レンズ群内の物体側の負レンズと正レンズとが接合されていることを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１２〕 上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕において、少なくとも１つの非球面を含むことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
〔１３〕 上記〔１〕又は〔３〕において、前記第１レンズと第２レンズとの間隔が、前記第２レンズとこれに続く正のパワーを持つレンズ群との間隔より狭いことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、２群ズームレンズ方式という簡素な構成を採用しながら、３倍クラスの高変倍比であり、さらに良好に収差補正された高変倍ズームレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の高変倍ズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端での群配置を対比して示すレンズ断面図である。
【図２】実施例２の高変倍ズームレンズの図１と同様なレンズ断面図である。
【図３】実施例３の高変倍ズームレンズの図１と同様なレンズ断面図である。
【図４】実施例１の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図５】実施例１の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図６】実施例１の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【図７】実施例２の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図８】実施例２の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図９】実施例２の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【図１０】実施例３の無限遠合焦時の広角端での収差図である。
【図１１】実施例３の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。
【図１２】実施例３の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ1 …第１レンズ群の第１レンズ
Ｌ2 …第１レンズ群の第２レンズ
ＬP …第１レンズ群の正レンズ群
Claims (11)
- 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
前記第２レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（２） １＜ＳＦL2＜１０
ここで、ＳＦL2は第１レンズ群内の第２レンズのシェイピングファクタであり、第２レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ3 、ｒ4 とするとき、ＳＦL2＝（ｒ3 ＋ｒ4 ）／（ｒ3 −ｒ4 ）で与えられるパラメータである。 - 物体側より順に、正のパワーの第１レンズ群と、負のパワーの第２レンズ群とからなり、これらのレンズ群の間隔を変化させることにより全系の焦点距離を変化させるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群は、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つレンズ群とを有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、負レンズと、正レンズと、負レンズとを有し、
以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（３） −２＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．６
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。 - 請求項２において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（４） ０．２＜ｆL1／ｆL2＜１
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。 - 請求項２において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（５） ν1 ＞ν2
ここで、ν1 は第２レンズ群の負パワーの第１レンズのアッベ数、ν2 は第２レンズ群の正パワーの第２レンズのアッベ数である。 - 請求項２又は４において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（６） −３＜ｆ22／ｆ21＜０
ここで、ｆ21は第２レンズ群の負パワーの第１レンズの焦点距離、ｆ22は第２レンズ群の正パワーの第２レンズの焦点距離である。 - 請求項２において、前記第２レンズ群内の物体側の負レンズと正レンズとが接合されていることを特徴とする高変倍ズームレンズ。
- 請求項２において、少なくとも１つの非球面を含むことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
- 請求項２において、前記第１レンズと第２レンズとの間隔が、前記第２レンズとこれに続く正のパワーを持つレンズ群との間隔より狭いことを特徴とする高変倍ズームレンズ。
- 請求項２において、前記第１レンズが以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（１）’−２＜ＳＦL1＜−０．１
ここで、ＳＦL1は第１レンズ群内の第１レンズのシェイピングファクタであり、第１レンズの物体側面及び像側面の曲率半径をｒ1 、ｒ2 とするとき、ＳＦL1＝（ｒ1 ＋ｒ2 ）／（ｒ1 −ｒ2 ）で与えられるパラメータである。 - 請求項２において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（３）’−１．６＜ｆW ／ｒ1 ＜−０．８
ここで、ｆW は全系の広角端での焦点距離、ｒ1 は第１レンズの第１面の曲率半径である。 - 請求項２において、以下の条件を満足することを特徴とする高変倍ズームレンズ。
（４）’０．２＜ｆL1／ｆL2＜０．６
ここで、ｆL1は第１レンズ群の第１レンズの焦点距離、ｆL2は第１レンズ群の第２レンズの焦点距離である。
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