JP2004029832A

JP2004029832A - Zoom lens of high zoom ratio

Info

Publication number: JP2004029832A
Application number: JP2003201799A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyauchi; 宮内　裕司; Yasushi Ogata; 小方　康司
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zoom lens of high zoom ratio which is inexpensive, has satisfactory performance, suffers only small changes of the focus position under temperature/humidity changes and has a zoom ratio of ≥2. <P>SOLUTION: The high zoom ratio zoom lens has a lens group G2 having a positive power and a lens group G3 having a negative power. The negative lens group G3 is constituted of at least two glass lenses and at least one plastic lens interposed between the glass lenses. The chromatic aberration is compensated by two glass lenses, and the distortion aberration or the like is compensated by a plastic aspherical surface lens. The high zoom ratio zoom lens comprises three or more lens groups and changes air gaps in at least two positions to vary the power and has a zoom ratio of ≥2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高変倍比ズームレンズに関し、特に、バックフォーカスに制限のないレンズシャッター式カメラ等に適したズームレンズであって、低コストで性能良好な高変倍比ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ズームレンズを搭載したレンズシャッター式カメラは各社から多くの製品が発表され、その高機能と使いやすさがユーザーに受け入れられた結果、商品として完全に定着してきた感がある。そして、更なる付加価値を付けるために新技術の開発も盛んである。現在、レンズシャッター式カメラに用いられるズームレンズにおいて、開発の主流は低コスト化と高変倍化であると考えられる。具体的には、低コスト化を実現するため、レンズ構成枚数の削減、コストの安い材料の使用等の設計が進められており、一方で、高変倍化を実現するため、ガラス非球面レンズ等の技術開発が行われている。
【０００３】
本出願人も、低コスト化の設計例として、特許文献１のものを提案している。この提案では、正・負の２群ズームタイプにおいて、第１群の構成を、物体側から順に、パワーの弱いプラスチックレンズ・負レンズ・正レンズとなし、第２群の構成は、ガラスもしくはプラスチックからなる正レンズ・負レンズとすることで、変倍比が１．５×から２．２×程度のズームレンズを開示している。この提案の趣旨は、プラスチックレンズを採用して低コスト化を達成することであるが、一般的に、プラスチックは温度、湿度の変化に伴い屈折率や寸法が変化してしまう性質を持つ。したがって、レンズ全系の焦点位置が変化してしまうという大きな問題を抱えているが、この提案においては、プラスチックレンズのパワーを非常に弱く設定しており、材料の物性値が変化しても焦点位置はほとんど変化しないように設計されている。さらに、非球面を用いることで、球面収差等の基本的な収差を補正することができる。また、第１群中での色収差を補正するため、負レンズと正レンズの組合せにて良好に色収差を補正している。
【０００４】
しかし、この提案の構成のままでは、さらなる高変倍化は難しい。すなわち、高変倍化に伴って第２群で発生する色収差が過大となり、その補正が不可能となる。
【０００５】
そこで、本出願人はより高変倍化した設計例として、特許文献２のものを提案した。この提案は特許文献１の構成をベースとしているが、高変倍化と共に発生する第２群の色収差を補正するために、第２群中の正レンズのパワーを強くすると共に、そのアッべ数を小さくする設計をしている。つまり、アッべ数の小さな正レンズとアッべ数の大きな負レンズの組合せにて、積極的に色収差を補正している訳である。一方、ペッツバール和の補正のためには、屈折率の低い正レンズと屈折率の高い負レンズが要求されるため、第２群中の正・負レンズは必然的にガラス材料になってしまう。
【０００６】
しかし、元々レンズ径の大きな第２群にガラス非球面レンズを採用することは、コストにとって大変不利である。ガラス非球面レンズはかなり一般的な技術になったとは言え、研磨レンズと比べれば相当に高価であり、レンズ径が大きくなれば更にコストアップを伴う。
【０００７】
あるいは、ガラス材料を諦めてポリカーボネートのプラスチックレンズを用いることも考えられる。このとき、コスト及び色収差補正の問題はなくなるが、上記した通り、温度、湿度の変化に伴う焦点位置の変化は避けられず、本発明の趣旨である高変倍化を実現しようとすると、この焦点位置の不安定さは致命的である。
【０００８】
このような問題は、正・正・負の３群ズームタイプでも同様であり、例えば特許文献３においては、負パワーの第３群が正レンズと負レンズにて構成されているが、その第１実施例及び第４実施例では、正レンズがガラス非球面レンズとなっているのに対し、第２実施例及び第３実施例ではポリカーボネートのプラスチック非球面レンズで構成されている。どちらを用いても、コストと焦点位置の変化の問題の解決を両立させることはできない。
【０００９】
以上のように、ガラス非球面レンズを用いた場合は、色収差補正及び温・湿度変化に対して有利であるが、コストが高く、一方、プラスチックレンズを用いた場合は、コストは安いが、温・湿度変化に対する焦点位置の変化が大きな問題となる。
【００１０】
この状況は、正・負あるいは正・正・負のズームタイプに限らず、一般的に成り立つことであるから、他のズームタイプにおいても同様である。
【００１１】
一方、後記する本発明と同様のレンズ構成を有する例として、特許文献４のものがある。その第２実施例では、正・負の２群ズームタイプにおいて、負の第２群が、物体側より順に、正のガラスレンズ、弱いパワーのプラスチック非球面レンズ、負のガラスレンズにて構成された例が示されている。この例も低コスト化と焦点位置の変化の対策が盛り込まれているが、変倍比が１．９×程度と小さく、高変倍比とは言えない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−１１３５３７号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平６−２８１８６０号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平６−２６５７８７号公報
【００１５】
【特許文献４】
特開平４−１６１９１４号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
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、低コストで性能良好な変倍比２以上の高変倍比ズームレンズを提供することである。また、温・湿度変化に対して焦点位置の変化が小さいズームレンズを提供することもその目的とする。
【００１７】
【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比ズームレンズは、正パワーのレンズ群と負パワーのレンズ群とを有するズームレンズにおいて、前記負レンズ群は少なくとも２枚のガラスレンズとそれらの間に挟まれた少なくとも１枚のプラスチックレンズにて構成されており、３群以上の群からなり、少なくとも２か所の空気間隔を変化させることにより変倍を行うことを特徴とする変倍比２以上のものである。
【００１８】
以下、上記のような構成をとる理由と作用について説明する。
【００１９】
レンズシャッターカメラ用のズームレンズとしては、（ｉ）正・負の２群ズームレンズ、（ｉｉ）正・正・負の３群ズームレンズ、（ｉｉｉ）負・正・負の３群ズームレンズ等がよく知られている。何れのタイプも広角から望遠への変倍において、最も像面側の負レンズ群が物体側へ最大の移動をなし、負レンズ群の直前の正レンズ群も物体側へ少ない移動量で移動する。変倍作用の大部分を最も像面側の負レンズ群が負担している。この負レンズ群の移動量が鏡枠の構造と大きさをかなり決めている。単純にズームレンズのパワー配分を変えずに高変倍化すると、当然ながら群の移動量が増えるし、従来技術で述べたように、特に負レンズ群で発生する収差が問題となる。すなわち、鏡枠の大型化と性能劣化を解決することが必要になる。
【００２０】
鏡枠の大型化、つまり、移動量の増加に対しては、負レンズ群のパワーを強くする必要がある。しかし、負レンズ群のパワーを強くすることは、この群で発生する収差を更に悪化させることであり、特に正の歪曲収差や色収差の発生が過大となる。
【００２１】
本発明では、色収差の補正を２枚のガラスレンズにて実現し、歪曲収差等をプラスチック非球面レンズにて補正している。
【００２２】
負レンズ群で発生する色収差を補正するために、負レンズ群にある２枚のガラスレンズは正レンズと負レンズの組合せである。このとき、正レンズは下記条件式を満足する。
【００２３】
ν_ｄ＜５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
ただし、ν_ｄは負レンズ群中の正レンズのアッべ数である。
【００２４】
本発明では、正レンズと負レンズの２枚のガラスレンズにて色収差をキャンセルしているから、負レンズ群中に配置された正レンズはアッべ数の小さな材料が必要である。したがって、条件式（１）の上限の５０を外れると、補正過剰な色収差が発生してしまい、性能劣化を招く。
【００２５】
また、負レンズ群中のガラスレンズは全て球面系である。球面系であれば、従来の研磨加工法にて安価に製造することができる。
【００２６】
次に、高いコストをかけずに歪曲収差等を補正するために、プラスチックレンズは非球面を有しているが、近軸曲率半径にて決まる形状に比べ、光軸から離れるにつれてレンズが薄肉になっていく形状が望ましい。
【００２７】
以上のように、ガラス球面レンズの組合せにて色収差を補正し、プラスチック非球面レンズにて歪曲収差等を補正することができるから、高変倍比で性能良好なズームレンズを低コストにて実現可能である。
【００２８】
しかし、既に述べたように、プラスチックレンズは温度・湿度の変化に伴いその屈折率や寸法が変化するから全系の焦点位置も変化する。温度による変化は反応が速いため、フォーカス繰り出し量を調整する等の手段によってカメラ側の制御にてある程度まではコントロールが可能だが、湿度による変化は水分の伝わり方が複雑であり、また、飽和に要する時間も長時間かかるため、コントロールすることが難しい。このような問題を防ぐためには、プラスチックレンズのパワーを弱く設定して材料の屈折率や寸法変化が焦点位置の変化に影響しないようにすることが有効であるが、この内容については既に本出願人が特許文献１にて説明した通りである。
【００２９】
そこで、本発明のプラスチックレンズは、以下の条件式を満足する。
【００３０】
−２．５＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｐ＜１．０　　　　　　　　　・・・（２）
ただし、ｆ_Ｔは望遠端における全系焦点距離、Ｚは変倍比、ｆ_Ｐは負レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離である。
【００３１】
これはプラスチックレンズの焦点距離を定めるための条件式であるが、ｆ_Ｔやｆ_Ｐが同じであっても変倍比が大きいと、プラスチックレンズとピント位置の関係がより効くようになるため、条件式（２）を設定した。条件式（２）の上限の１．０を越えると、特にコマ収差の補正が困難になる。一方、条件式（２）の下限の−２．５を越えると、ピント位置の変化量が大きくなってしまう。
【００３２】
更に望ましくは、下記条件式を満たすことがよい。
【００３３】
−２．５＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｐ≦０　　　　　　　　　　　・・・（２’）
すなわち、収差補正上、プラスチックレンズは負パワーであることが好ましいため、条件式（２’）の上限の０を設定した。
【００３４】
さらに、下記条件式を満たすことがより好ましい。
【００３５】
−２．５＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｐ＜−０．６　　　　　　　　・・・（２”）
また、鏡枠のコンパクト化を実現するために、負レンズ群のパワーを強くして、変倍時の移動量を減らすことが重要であると述べたが、具体的には、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００３６】
−４０＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｎ＜−７　　　　　　　　　　　・・・（３）
ただし、ｆ_Ｔは望遠端における全系焦点距離、Ｚは変倍比、ｆ_Ｎは負レンズ群の焦点距離である。
【００３７】
条件式（３）の上限の−７を越えると、負レンズ群のパワーが強くなりすぎ、収差補正が不十分になる。また、下限の−４０を越えると、パワーが弱くなりすぎ、移動量が増えるので好ましくない。
【００３８】
さらに、下記条件式を満たすことが好ましい。
【００３９】
−４０＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｎ＜−９　　　　　　　　　　　・・・（３’）
さらに、負レンズ群は、レンズ全系の変倍作用の大部分を負担しており、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００４０】
０．５＜Ｚ_Ｎ／Ｚ≦１．０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
３．０＜β_ＮＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５）
ただし、Ｚ_Ｎは負レンズ群の変倍比、β_ＮＴは負レンズ群の望遠端における横倍率である。
【００４１】
条件式（４）の上限値１．０は正・負の２群ズームの場合に相当する。何れの条件式もその範囲を外れると、十分な変倍比が得られなくなる。なお、さらに下記条件式を満たすことが好ましい。
【００４２】
３．１５＜β_ＮＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５’）。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高変倍比ズームレンズの実施例１〜４について説明する。ここで、実施例１、２は本発明の参考例である。なお、各実施例の数値データは後記する。
【００４４】
実施例１は、図１（ａ）に広角端の、同（ｂ）に望遠端の断面図を示すように、正レンズ群の第１群Ｇ１と負レンズ群の第２群Ｇ２の２群ズームレンズである。焦点距離は３８〜１０５ｍｍで、変倍比２．８×、Ｆナンバーは４．６〜９．２である。前群Ｇ１は、物体側に凸な負メニスカスレンズ、負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、後群Ｇ２は、像側に凸な正メニスカスレンズ、像側に凸でパワーの弱いメニスカスレンズ、像側に凸な負メニスカスレンズからなり、全体が５群６枚にて構成されている。前群Ｇ１の最も物体側の負メニスカスレンズは、両面非球面のガラスレンズであり、後群Ｇ２のパワーの弱いメニスカスレンズは、物体側面が非球面のプラスチックレンズであり、アクリル系の材料にて構成される。
【００４５】
実施例２は、図２（ａ）に広角端の、同（ｂ）に望遠端の断面図を示すように、正レンズ群の第１群Ｇ１と負レンズ群の第２群Ｇ２の２群ズームレンズである。焦点距離は３８〜９０ｍｍ、変倍比が２．４×、Ｆナンバーは４．６〜７．４である。前群Ｇ１は、物体側に凸な正メニスカスレンズ、像側に凸な負メニスカスレンズ、両凸正レンズ、両凸正レンズからなり、後群Ｇ２は、像側に凸な正メニスカスレンズ、像側に凸な負メニスカスレンズ、像側に凸な負メニスカスレンズからなり、全体が７群７枚にて構成されている。前群Ｇ１の最も像側の両凸正レンズは、像側面が非球面のガラスレンズであり、後群Ｇ２の真ん中の負メニスカスレンズは、物体側面が非球面のプラスチックレンズで、弱い負パワーを有しており、アクリル系の材料にて構成されている。
【００４６】
実施例３は、図３（ａ）に広角端の、同（ｂ）に望遠端の断面図を示すように、正レンズ群の第１群Ｇ１と正レンズ群の第２群Ｇ２と負レンズ群の第３群Ｇ３の３群ズームレンズである。焦点距離は３８〜１５０ｍｍ、変倍比が３．９×、Ｆナンバーは４．０〜１０．０である。第１群Ｇ１は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズ、両凸正レンズからなり、第２群Ｇ２は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズ、両凸正レンズ、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第３群Ｇ３は、像側に凸な正メニスカスレンズ、像側に凸な負メニスカスレンズ、両凹負レンズからなり、全体が８群１１枚にて構成されている。第２群Ｇ２の真ん中の両凸正レンズは、像側面が非球面のガラスレンズであり、第３群Ｇ３の真ん中の負メニスカスレンズは、物体側面が非球面のプラスチックレンズで、弱い負パワーを有しており、ポリオレフィン系の材料にて構成されている。
【００４７】
実施例４は、図４（ａ）に広角端の、同（ｂ）に望遠端の断面図を示すように、正レンズ群の第１群Ｇ１と負レンズ群の第２群Ｇ２と正レンズ群の第３群Ｇ３と負レンズ群の第４群Ｇ４の４群ズームレンズである。焦点距離は３８〜１５０ｍｍ、変倍比が３．９×、Ｆナンバーは４．６〜１０．２である。第１群Ｇ１は、物体側に凸な負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズ、両凸正レンズからなり、第２群Ｇ２は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなり、第３群Ｇ３は、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズ、両凸正レンズからなり、第４群Ｇ４は、像側に凸な正メニスカスレンズ、像側に凸なメニスカスレンズ、両凹負レンズからなり、全体が８群１１枚にて構成されている。第３群Ｇ３の最も像側の両凸正レンズは両面非球面のガラスレンズであり、第４群Ｇ４の真ん中のメニスカスレンズは、物体側面が非球面のプラスチックレンズで、弱い正パワーを有しており、アクリル系の材料にて構成されている。
【００４８】
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、Ｆ_ＮＯはＦナンバー、ωは半画角、ｆ_Ｂはバックフォーカス、ｒ_１、ｒ_２…は各レンズ面の曲率半径、ｄ_１、ｄ_２…は各レンズ面間の間隔、ｎ_ｄ１、ｎ_ｄ２…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_ｄ１、ν_ｄ２…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直行する方向にとると、下記の式にて表される。
【００４９】
ｘ＝（ｙ^２／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）^２｝^１／２］
＋Ａ_４ｙ^４＋Ａ_６ｙ^６＋Ａ_８ｙ^８＋　Ａ_１０ｙ^１０
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】
次に、上記実施例１〜４の無限遠合焦時の収差図をそれぞれ図５〜図８に示す。それぞれの収差図中、（ａ）は広角端、（ｂ）は標準状態、（ｃ）は望遠端の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。なお、収差図中、ＦＩＹは像高を表す。
【００５５】
また、次の表に各実施例における前記条件式（１）〜（５）の値を示す。
【００５６】

【００５７】
なお、以上説明した本発明の高変倍比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。
【００５８】
〔１〕　正パワーのレンズ群と負パワーのレンズ群とを有するズームレンズにおいて、前記負レンズ群は少なくとも２枚のガラスレンズとそれらの間に挟まれた少なくとも１枚のプラスチックレンズにて構成されていることを特徴とする変倍比２以上の高変倍比ズームレンズ。
【００５９】
〔２〕　２群のみからなることを特徴とする上記〔１〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６０】
〔３〕　第１群は正パワーのレンズ群であり、第２群は負パワーのレンズ群であることを特徴とする上記〔１〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６１】
〔４〕　３群以上の群からなり、少なくとも２か所の空気間隔を変化させることにより変倍を行う上記〔１〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６２】
〔５〕　３群からなることを特徴とする上記〔４〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６３】
〔６〕　広角端から望遠端の変倍に伴って、第１群と第２群の間隔が増加し、第２群と第３群の間隔が減少することを特徴とする上記〔５〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６４】
〔７〕　前記ガラスレンズは正レンズと負レンズを含むことを特徴とする上記〔１〕から〔６〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６５】
〔８〕　前記ガラスレンズである負レンズは両凹レンズであることを特徴とする上記〔７〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６６】
〔９〕　前記ガラスレンズは非球面を含まないことを特徴とする上記〔１〕から〔８〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６７】
〔１０〕　前記正レンズは下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔７〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００６８】
ν_ｄ＜５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
ただし、ν_ｄは前記負レンズ群中の正レンズのアッべ数である。
【００６９】
〔１１〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１０〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７０】
−２．５＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｐ＜１．０　　　　　　　　　・・・（２）
ただし、ｆ_Ｔは望遠端における全系焦点距離、Ｚは変倍比、ｆ_Ｐは前記負レンズ群中のプラスチックレンズの焦点距離である。
【００７１】
〔１２〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１１〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７２】
−２．５＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｐ＜−０．６　　　　　　　　・・・（２”）。
【００７３】
〔１３〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１２〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７４】
−４０＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｎ＜−７　　　　　　　　　　　・・・（３）
ただし、ｆ_Ｔは望遠端における全系焦点距離、Ｚは変倍比、ｆ_Ｎは前記負レンズ群の焦点距離である。
【００７５】
〔１４〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１３〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７６】
−４０＜（ｆ_Ｔ・Ｚ）／ｆ_Ｎ＜−９　　　　　　　　　　　・・・（３’）。
【００７７】
〔１５〕　前記プラスチックレンズは非球面を有することを特徴とする上記〔１〕から〔１４〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７８】
〔１６〕　前記負レンズ群は最も像側に配置されることを特徴とする上記〔１〕から〔１５〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００７９】
〔１７〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１６〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００８０】
０．５＜Ｚ_Ｎ／Ｚ≦１．０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
３．０＜β_ＮＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５）
ただし、Ｚ_Ｎは前記負レンズ群の変倍比、β_ＮＴは前記負レンズ群の望遠端における横倍率である。
【００８１】
〔１８〕　下記条件式を満たすことを特徴とする上記〔１７〕記載の高変倍比ズームレンズ。
【００８２】
３．１５＜β_ＮＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５’）
〔１９〕　前記プラスチックレンズは負レンズであることを特徴とする上記〔１〕から〔１８〕の何れか１項記載の高変倍比ズームレンズ。
【００８３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の構成により、低コストで性能良好で温・湿度変化による影響の少ない変倍比２以上の高変倍比ズームレンズを得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの断面図である。
【図３】本発明の実施例３のズームレンズの断面図である。
【図４】本発明の実施例４のズームレンズの断面図である。
【図５】実施例１の収差図である。
【図６】実施例２の収差図である。
【図７】実施例３の収差図である。
【図８】実施例４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
Ｇ３…第３レンズ群
Ｇ４…第４レンズ群[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high zoom ratio zoom lens, and more particularly to a zoom lens suitable for a lens shutter type camera or the like having no limitation on back focus, and a low cost and high performance high zoom ratio zoom lens. .
[0002]
[Prior art]
In recent years, a number of lens shutter cameras equipped with a zoom lens have been announced by various companies, and the high performance and ease of use have been accepted by users. New technologies are also being actively developed to add even more added value. At present, the mainstream of development of zoom lenses used for lens shutter cameras is considered to be cost reduction and high zoom ratio. Specifically, to reduce costs, designs such as reducing the number of lens components and using low-cost materials are being promoted. On the other hand, glass aspherical lenses are required to achieve high zoom ratios. Etc. are being developed.
[0003]
The present applicant also proposes a design example of Patent Document 1 as a low cost design example. In this proposal, in a positive / negative two-group zoom type, the first group is composed of a plastic lens, a negative lens, and a positive lens having low power in order from the object side, and the second group is composed of glass or plastic. A zoom lens having a zoom ratio of about 1.5 × to about 2.2 × by using a positive lens and a negative lens of The purpose of this proposal is to achieve cost reduction by using a plastic lens, but generally, plastic has a property that its refractive index and dimensions change with changes in temperature and humidity. Therefore, there is a major problem that the focal position of the entire lens system changes. However, in this proposal, the power of the plastic lens is set to be very weak, and even if the physical property value of the material changes, the focus is changed. The position is designed to change little. Furthermore, by using an aspherical surface, it is possible to correct basic aberrations such as spherical aberration. In order to correct chromatic aberration in the first lens unit, chromatic aberration is satisfactorily corrected by a combination of a negative lens and a positive lens.
[0004]
However, it is difficult to further increase the magnification without changing the configuration of this proposal. That is, the chromatic aberration that occurs in the second lens unit with the increase in the zoom ratio becomes excessively large and cannot be corrected.
[0005]
Therefore, the present applicant has proposed a design example of Patent Document 2 as a design example with higher magnification. This proposal is based on the configuration of Patent Document 1. However, in order to correct the chromatic aberration of the second group that occurs with increasing the zoom ratio, the power of the positive lens in the second group is increased, and the Abbe number is increased. Is designed to be smaller. In other words, chromatic aberration is positively corrected by a combination of a positive lens having a small Abbe number and a negative lens having a large Abbe number. On the other hand, since the correction of the Petzval sum requires a positive lens having a low refractive index and a negative lens having a high refractive index, the positive and negative lenses in the second group are necessarily made of a glass material.
[0006]
However, employing a glass aspherical lens for the second lens unit having a large lens diameter is very disadvantageous in terms of cost. Although glass aspheric lenses have become a fairly common technique, they are considerably more expensive than polished lenses, and larger lens diameters further increase costs.
[0007]
Alternatively, it is conceivable to give up the glass material and use a polycarbonate plastic lens. At this time, the problem of cost and chromatic aberration correction is eliminated, but as described above, the change of the focal position due to the change of temperature and humidity is inevitable. Instability of the focus position is fatal.
[0008]
Such a problem is the same in the three-unit zoom type of positive, positive, and negative. For example, in Patent Document 3, the third unit of negative power includes a positive lens and a negative lens. In the first and fourth embodiments, the positive lens is a glass aspheric lens, whereas in the second and third embodiments, the positive lens is formed of a polycarbonate plastic aspheric lens. Neither of these methods can be used to solve both the cost and the change of the focal position.
[0009]
As described above, when a glass aspherical lens is used, it is advantageous for chromatic aberration correction and temperature / humidity change, but the cost is high.On the other hand, when a plastic lens is used, the cost is low, but the temperature is low. -The change of the focus position with respect to the change of humidity becomes a big problem.
[0010]
This situation is not limited to the positive / negative or positive / positive / negative zoom types, but generally holds. Therefore, the same applies to other zoom types.
[0011]
On the other hand, as an example having the same lens configuration as that of the present invention described later, there is one disclosed in Patent Document 4. In the second embodiment, in the positive / negative two-unit zoom type, the negative second unit includes, in order from the object side, a positive glass lens, a weak plastic aspheric lens, and a negative glass lens. Examples are shown. This example also includes measures to reduce costs and change the focal position, but the zoom ratio is as small as about 1.9 ×, and cannot be said to be a high zoom ratio.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-5-113537
[Patent Document 2]
JP-A-6-281860
[Patent Document 3]
JP-A-6-265787
[Patent Document 4]
JP-A-4-161914
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a high zoom ratio zoom lens having a zoom ratio of 2 or more that is low in cost and has good performance. It is another object of the present invention to provide a zoom lens having a small change in the focal position with respect to a change in temperature and humidity.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The high zoom ratio zoom lens of the present invention that achieves the above object is a zoom lens having a positive power lens group and a negative power lens group, wherein the negative lens group has at least two glass lenses and a glass lens between them. It is composed of at least one plastic lens sandwiched therebetween, and is composed of three or more groups, and performs zooming by changing the air spacing of at least two places, and is a zoom ratio of 2 or more. belongs to.
[0018]
Hereinafter, the reason and operation of the above configuration will be described.
[0019]
Examples of zoom lenses for lens shutter cameras include (i) a positive / negative two-unit zoom lens, (ii) a positive / positive / negative three-unit zoom lens, and (iii) a negative / positive / negative three-unit zoom lens. Is well known. In both types, in zooming from wide angle to telephoto, the negative lens group closest to the image plane moves the most toward the object side, and the positive lens group immediately before the negative lens group also moves a small amount toward the object side. . Most of the zooming effect is borne by the negative lens group closest to the image plane. The amount of movement of the negative lens group considerably determines the structure and size of the lens frame. If the zoom ratio is simply increased without changing the power distribution of the zoom lens, the amount of movement of the group naturally increases, and as described in the related art, the aberration generated particularly in the negative lens group becomes a problem. That is, it is necessary to solve the enlargement and performance degradation of the lens frame.
[0020]
To increase the size of the lens frame, that is, to increase the amount of movement, it is necessary to increase the power of the negative lens unit. However, increasing the power of the negative lens group further worsens the aberration generated in this group, and in particular, the occurrence of positive distortion and chromatic aberration becomes excessive.
[0021]
In the present invention, correction of chromatic aberration is realized by two glass lenses, and distortion and the like are corrected by a plastic aspheric lens.
[0022]
In order to correct chromatic aberration generated in the negative lens group, the two glass lenses in the negative lens group are a combination of a positive lens and a negative lens. At this time, the positive lens satisfies the following conditional expression.
[0023]
ν _d <50 (1)
Here, ν _d is the Abbe number of the positive lens in the negative lens group.
[0024]
In the present invention, the chromatic aberration is canceled by the two glass lenses of the positive lens and the negative lens. Therefore, the positive lens disposed in the negative lens group requires a material having a small Abbe number. Therefore, if the upper limit of the conditional expression (1) is deviated from 50, excessively corrected chromatic aberration will occur, resulting in performance degradation.
[0025]
All the glass lenses in the negative lens group are spherical. If it is a spherical system, it can be manufactured at low cost by a conventional polishing method.
[0026]
Next, in order to correct distortion and the like without increasing the cost, the plastic lens has an aspheric surface, but the lens becomes thinner as the distance from the optical axis increases, as compared to the shape determined by the paraxial radius of curvature. A shape that becomes increasingly desirable is desirable.
[0027]
As described above, chromatic aberration can be corrected by a combination of glass spherical lenses, and distortion and the like can be corrected by a plastic aspherical lens. Therefore, a zoom lens with high zoom ratio and excellent performance can be realized at low cost. It is possible.
[0028]
However, as described above, since the refractive index and dimensions of the plastic lens change with changes in temperature and humidity, the focal position of the entire system also changes. Since the change due to temperature is fast, it can be controlled to some extent by controlling the camera side by adjusting the focus extension amount, etc.However, the change due to humidity is complicated in the way moisture is transmitted, and it also causes saturation. It takes a long time, making it difficult to control. In order to prevent such a problem, it is effective to set the power of the plastic lens weakly so that the change in the refractive index or the dimension of the material does not affect the change in the focal position. As described in Patent Document 1 by a person.
[0029]
Then, the plastic lens of the present invention satisfies the following conditional expressions.
[0030]
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <1.0 (2)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is a focal length of the variable power ratio, f _P is a plastic lens in the negative lens group.
[0031]
While this is a conditional expression for determining the focal length of the plastic lens, the f _T and f _P is greater zoom ratio be the same, since as the relationship of the plastic lens and the focus position effective against more, Conditional expression (2) was set. Exceeding the upper limit of 1.0 to condition (2) makes it especially difficult to correct coma. On the other hand, if the lower limit of -2.5 of conditional expression (2) is exceeded, the amount of change in the focus position will increase.
[0032]
More preferably, the following condition should be satisfied.
[0033]
−2.5 <(f _T · Z) / f _P ≦ 0 (2 ′)
That is, since it is preferable that the plastic lens has a negative power in terms of aberration correction, the upper limit of condition (2 ′) is set to 0.
[0034]
Further, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions.
[0035]
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <−0.6 (2 ″)
Also, in order to realize a compact lens frame, it was important to increase the power of the negative lens unit and reduce the amount of movement during zooming. Specifically, the following conditional expression was used. It is desirable to satisfy
[0036]
−40 <(f _T · Z) / f _N <−7 (3)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is the zoom ratio, f _N is a focal length of the negative lens group.
[0037]
If the upper limit of -7 of conditional expression (3) is exceeded, the power of the negative lens unit becomes too strong, and the aberration correction becomes insufficient. If the lower limit of -40 is exceeded, the power becomes too weak and the amount of movement increases, which is not preferable.
[0038]
Further, it is preferable that the following conditional expression is satisfied.
[0039]
−40 <(f _T · Z) / f _N <−9 (3 ′)
Further, the negative lens group bears most of the zooming action of the entire lens system, and it is desirable that the following conditional expression be satisfied.
[0040]
0.5 <Z _N /Z≦1.0 (4)
3.0 <β _NT (5)
However, Z _N is the zoom ratio of the negative lens group, beta _NT is a lateral magnification at a telephoto end of the negative lens group.
[0041]
The upper limit of 1.0 in conditional expression (4) corresponds to the case of positive / negative two-unit zoom. If any of the conditional expressions is out of the range, a sufficient zoom ratio cannot be obtained. It is preferable that the following conditional expression is further satisfied.
[0042]
3.15 <β _NT (5 ′).
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, Examples 1 to 4 of the high zoom ratio zoom lens of the present invention will be described. Here, Examples 1 and 2 are reference examples of the present invention. The numerical data of each embodiment will be described later.
[0044]
In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, a cross-sectional view at the wide-angle end, and FIG. 1B, a cross-sectional view at the telephoto end, the first group G1 of the positive lens group and the second group G2 of the negative lens group. It is a zoom lens. The focal length is 38 to 105 mm, the zoom ratio is 2.8 ×, and the F number is 4.6 to 9.2. The front group G1 is composed of a negative meniscus lens convex to the object side, a cemented lens of a negative meniscus lens and a biconvex positive lens, and the rear group G2 is a positive meniscus lens convex to the image side and convex to the image side and has low power. It is composed of a meniscus lens and a negative meniscus lens convex on the image side, and the whole is composed of six elements in five groups. The most object side negative meniscus lens in the front group G1 is a double-sided aspheric glass lens, and the weak meniscus lens in the rear group G2 is a plastic lens having an aspheric object side surface, and is made of an acrylic material. Be composed.
[0045]
In the second embodiment, as shown in the cross-sectional views at the wide angle end in FIG. 2A and the telephoto end in FIG. 2B, the first group G1 of the positive lens group and the second group G2 of the negative lens group are shown. It is a zoom lens. The focal length is 38 to 90 mm, the zoom ratio is 2.4 ×, and the F number is 4.6 to 7.4. The front group G1 includes a positive meniscus lens convex to the object side, a negative meniscus lens convex to the image side, a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The rear group G2 includes a positive meniscus lens convex to the image side. It comprises a negative meniscus lens convex on the image side and a negative meniscus lens convex on the image side. The biconvex positive lens closest to the image side in the front group G1 is a glass lens having an aspheric image side surface, and the negative meniscus lens in the middle of the rear group G2 is a plastic lens having an aspheric object side surface and has a weak negative power. And is made of an acrylic material.
[0046]
The third embodiment has a first lens unit G1 of the positive lens unit, a second lens unit G2 of the positive lens unit, and a negative lens, as shown in the cross-sectional views at the wide-angle end and the telephoto end in FIG. This is a third group zoom lens of a third group G3 of the group. The focal length is 38 to 150 mm, the zoom ratio is 3.9 ×, and the F number is 4.0 to 10.0. The first group G1 includes a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The second group G2 includes a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, The third unit G3 includes a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and the third unit G3 includes a positive meniscus lens convex on the image side, a negative meniscus lens convex on the image side, and a biconcave negative lens. It is composed of 11 sheets. The middle biconvex positive lens in the second group G2 is a glass lens having an aspheric image side surface, and the middle negative meniscus lens in the third group G3 is a plastic lens having an aspheric object side surface. And is made of a polyolefin-based material.
[0047]
Example 4 shows a first lens unit G1 of a positive lens unit, a second lens unit G2 of a negative lens unit, and a positive lens, as shown in the cross-sectional views at the wide-angle end and at the telephoto end in FIG. This is a four-unit zoom lens including a third unit G3 of the group and a fourth unit G4 of the negative lens unit. The focal length is 38-150 mm, the zoom ratio is 3.9 ×, and the F-number is 4.6-10.2. The first group G1 includes a cemented lens of a negative meniscus lens and a biconvex positive lens convex to the object side, and a biconvex positive lens. The second group G2 includes a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens. The third group G3 comprises a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens; the fourth group G4 comprises a positive meniscus lens convex on the image side, a meniscus lens convex on the image side, It consists of a biconcave negative lens, and is composed of 11 elements in 8 groups. The biconvex positive lens closest to the image side in the third group G3 is a double-sided aspherical glass lens, and the middle meniscus lens in the fourth group G4 is a plastic lens having an aspherical object side surface and has weak positive power. And is made of an acrylic material.
[0048]
In the following, numerical data of the above embodiments are shown. Symbols other than those described above, f is the focal length of the entire system, F _NO is the F number, ω is the half angle of view, f _B is the back focus, r ₁ , r ₂ ... curvature radius of each lens surface, _{d 1,} d 2 _... the spacing between the lens _{surfaces, n d1, n} _{d2 ...} d-line refractive index of each lens, ν _d1, ν _{d2 ...} it is Abbe of the lenses Is a number. The aspherical shape is represented by the following equation, where x is an optical axis where the traveling direction of light is positive and y is a direction perpendicular to the optical axis.
[0049]
^{x = (y 2 / r)} / [1+ {1- (K + 1) (y / r) 2} 1/2]
_{^{_{^{+ A 4 y 4 + A 6}}}} y 6 + A 8 y 8 + A 10 y 10
Here, r is a paraxial radius of curvature, K is a conic coefficient, and A ₄ , A ₆ , A ₈ , and A ₁₀ are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and ten-order aspherical coefficients, respectively.
[0050]

[0051]

[0052]

[0053]

[0054]
Next, FIGS. 5 to 8 show aberration diagrams of the first to fourth embodiments at the time of focusing on infinity. In each aberration diagram, (a) shows the wide-angle end, (b) shows the standard state, and (c) shows the spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration of magnification at the telephoto end. In the aberration diagrams, FIY represents an image height.
[0055]
The following table shows the values of the conditional expressions (1) to (5) in each example.
[0056]

[0057]
The high zoom ratio zoom lens of the present invention described above can be configured as follows, for example.
[0058]
[1] In a zoom lens having a positive power lens group and a negative power lens group, the negative lens group includes at least two glass lenses and at least one plastic lens interposed therebetween. A high zoom ratio zoom lens having a zoom ratio of 2 or more.
[0059]
[2] The high zoom ratio zoom lens according to the above [1], comprising only two groups.
[0060]
[3] The high zoom ratio zoom lens according to [1], wherein the first group is a positive power lens group, and the second group is a negative power lens group.
[0061]
[4] The high-magnification ratio zoom lens according to [1], wherein the zoom lens includes three or more groups, and performs zooming by changing the air spacing of at least two places.
[0062]
[5] The high zoom ratio zoom lens according to the above [4], comprising three groups.
[0063]
[6] As described in the above item [5], the distance between the first and second groups increases and the distance between the second and third groups decreases with zooming from the wide-angle end to the telephoto end. High zoom ratio zoom lens.
[0064]
[7] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [6], wherein the glass lens includes a positive lens and a negative lens.
[0065]
[8] The high zoom ratio zoom lens according to the above [7], wherein the negative lens as the glass lens is a biconcave lens.
[0066]
[9] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [8], wherein the glass lens does not include an aspheric surface.
[0067]
[10] The high zoom ratio lens according to [7], wherein the positive lens satisfies the following conditional expression.
[0068]
ν _d <50 (1)
Here, ν _d is the Abbe number of the positive lens in the negative lens group.
[0069]
[11] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [10], which satisfies the following conditional expression.
[0070]
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <1.0 (2)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is the zoom ratio, is f _P is the focal length of the plastic lens in the negative lens group.
[0071]
[12] The high zoom ratio zoom lens according to the above [11], wherein the following conditional expression is satisfied.
[0072]
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <−0.6 (2 ″).
[0073]
[13] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [12], which satisfies the following conditional expression.
[0074]
−40 <(f _T · Z) / f _N <−7 (3)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is the zoom ratio, is f _N is a focal length of the negative lens group.
[0075]
[14] The high zoom ratio zoom lens according to the above [13], wherein the following conditional expression is satisfied.
[0076]
−40 <(f _T · Z) / f _N <−9 (3 ′).
[0077]
[15] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [14], wherein the plastic lens has an aspherical surface.
[0078]
[16] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [15], wherein the negative lens group is arranged closest to the image side.
[0079]
[17] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [16], which satisfies the following conditional expression.
[0080]
0.5 <Z _N /Z≦1.0 (4)
3.0 <β _NT (5)
However, the Z _N zoom ratio of the negative lens group, beta _NT is a lateral magnification at a telephoto end of the negative lens group.
[0081]
[18] The high zoom ratio zoom lens according to the above [17], characterized by satisfying the following conditional expression.
[0082]
3.15 <β _NT (5 ′)
[19] The high zoom ratio zoom lens according to any one of [1] to [18], wherein the plastic lens is a negative lens.
[0083]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, with the configuration of the present invention, a high-zoom-ratio zoom lens having a zoom ratio of 2 or more that is low in cost, has good performance, and is less affected by temperature and humidity changes can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a zoom lens according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a zoom lens according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a zoom lens according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a zoom lens according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an aberration diagram of the first embodiment.
FIG. 6 is an aberration diagram of the second embodiment.
FIG. 7 is an aberration diagram of the third embodiment.
FIG. 8 is an aberration diagram of the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
G1 first lens group G2 second lens group G3 third lens group G4 fourth lens group

Claims

In a zoom lens having a positive power lens group and a negative power lens group, the negative lens group includes at least two glass lenses and at least one plastic lens sandwiched therebetween. A high zoom ratio zoom lens having a zoom ratio of 2 or more, wherein the zoom lens is composed of three or more groups, and performs zooming by changing at least two air intervals.

2. The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, comprising three groups.

3. The high zoom ratio according to claim 2, wherein the distance between the first and second lens units increases and the distance between the second and third lens units decreases with zooming from the wide-angle end to the telephoto end. Ratio zoom lens.

The high zoom ratio zoom lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the glass lens includes a positive lens and a negative lens.

The zoom lens according to claim 4, wherein the negative lens is a biconcave lens.

The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, wherein the glass lens does not include an aspheric surface.

The zoom lens according to claim 4, wherein the positive lens satisfies the following conditional expression.
ν _d <50 (1)
Here, ν _d is the Abbe number of the positive lens in the negative lens group.

The high zoom ratio zoom lens according to any one of claims 1 to 7, wherein the following conditional expression is satisfied.
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <1.0 (2)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is the zoom ratio, is f _P is the focal length of the plastic lens in the negative lens group.

The high zoom ratio zoom lens according to claim 8, wherein the following conditional expression is satisfied.
−2.5 <(f _T · Z) / f _P <−0.6 (2 ″)

10. The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
−40 <(f _T · Z) / f _N <−7 (3)
However, f _T is the focal length at the telephoto end, Z is the zoom ratio, is f _N is a focal length of the negative lens group.

The high zoom ratio zoom lens according to claim 10, wherein the following conditional expression is satisfied.
−40 <(f _T · Z) / f _N <−9 (3 ′)

12. The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, wherein the plastic lens has an aspheric surface.

The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, wherein the negative lens group is disposed closest to the image side.

14. The high zoom ratio zoom lens according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.5 <Z _N /Z≦1.0 (4)
3.0 <β _NT (5)
However, the Z _N zoom ratio of the negative lens group, beta _NT is a lateral magnification at a telephoto end of the negative lens group.

The high zoom ratio zoom lens according to claim 14, wherein the following conditional expression is satisfied.
3.15 <β _NT (5 ′)

The high zoom ratio zoom lens according to any one of claims 1 to 15, wherein the plastic lens is a negative lens.