JP5443185B2 - 防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、銀塩カメラ、ビデオカメラ等に用いられるズームレンズに関するもので、特に望遠端の画角が１３度以下で、変倍比が２．７倍程度で、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズに関するものである。

従来、望遠側の画角が１３度以下で、変倍比が２．７倍程度で、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズとして下記に示す特許文献が開示されている。

特開２００３−０９０９５８号公報

特開２００２−１６２５６４号公報

特開２００９−１９８６５６号公報

特開２００９−０８６５３５号公報

特開２００９−１５６８９３号公報

特許文献１のレンズ光学系は、全長が長く、周辺光量も十分とは言えず、全長の縮小と周辺光量の改善が課題となっていた。

特許文献２及び特許文献３には全長が短いレンズ光学系が開示されているが、特許文献２及び特許文献３における実施例は、変倍時に移動するレンズ群が３つあることから機構が複雑になり、問題となっていた。

特許文献３のレンズ光学系は、フォーカシング時に大きく重い第２レンズ群Ｌ２を動かすので、合焦速度が遅くなるという問題があった。

特許文献４及び特許文献５のレンズ光学系は、フォーカシング時に軽量なレンズを動かすので合焦速度を速くすることはできるが、レンズ光学系の全長が長く、全長の短縮化が課題になっていた。

さらに、特許文献５のレンズ光学系は、手ぶれ補正レンズ群を光軸と垂直方向に移動させる量に対して、像面での変化量が少なく、十分な手ぶれ補正を行うことが困難であった。

本発明は、上記課題を解決し、望遠端での画角が１３度以下で、変倍比が２．７倍程度で、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度で、合焦速度を速くすることができ、十分な手ぶれ補正効果を発揮し、光学性能が良好で、コンパクトな、防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の発明は、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４で構成され、前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行い、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群Ｌ１と前記第２レンズ群Ｌ２との間隔は大きく、前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３との間隔は小さく、前記第３レンズ群Ｌ３と前記第４レンズ群Ｌ４との間隔は小さくなり、前記第３レンズ群Ｌ３を光軸に沿って物体側から像側へ移動させることで、無限遠から近距離物体にフォーカシングを行い、前記第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、正の屈折力を有する第４レンズ群前群Ｇｒ４ｆ、負の屈折力を有する第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍ及び正の屈折力を有する第４レンズ群後群Ｇｒ４ｒとからなり、前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍを光軸に対して略垂直方向に移動させることで、像を光軸に対して垂直方向に移動させ、以下の条件を満足することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（１）０．２７＜｜ｆ２／ｆＷ｜＜０．３６
（４）２．６８＜ｆＴ／ｆＷ＜２．７２
ｆ２：前記第２レンズ群Ｌ２の焦点距離
ｆＷ：広角端でのズームレンズ全系の焦点距離
ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離

また、本発明に係る第２の発明は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（２）０．７＜ｆ３／ｆＷ＜１．０
ｆ３：前記第３レンズ群Ｌ３の焦点距離

また、本発明に係る第３の発明は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。
（３）０．１８＜｜ｆ４ｍ／ｆＴ｜＜０．２８
ｆ４ｍ：前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離
ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離

また、本発明に係る第４の発明は、さらに、ウォブリングレンズユニットＷ１は、前記第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の１枚のレンズであり、前記第３レンズ群Ｌ３の他のレンズと独立して移動可能であり、合焦方向を識別をするために光軸に沿って高速に振動することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供する。

また、本発明に係る第５の発明は、さらに、前記ウォブリングレンズユニットＷ１は、フォーカシング中に高速で振動することを特徴とする大口径望遠ズームレンズを提供する。

本発明によれば、デジタルカメラ、銀塩カメラ、ビデオカメラ等に用いられるズームレンズであって、望遠端の画角が１３度以下で、変倍比が２．７倍程度で、ズーム全域における開放Ｆ値が２．８程度で、合焦速度を速くすることができて、十分な手ぶれ補正効果を発揮し、光学性能が良好で、コンパクトな、防振機能を有する大口径望遠ズームレンズを提供することができる。

実施例１のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるレンズ断面図 実施例１のズームレンズの広角端での無限遠状態における縦収差図 実施例１のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における縦収差図 実施例１のズームレンズの望遠端での無限遠状態における縦収差図 実施例１のズームレンズの広角端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例１のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例１のズームレンズの望遠端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例１のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例１のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例１のズームレンズの望遠端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例２のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるレンズ断面図 実施例２のズームレンズの広角端での無限遠状態における縦収差図 実施例２のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における縦収差図 実施例２のズームレンズの望遠端での無限遠状態における縦収差図 実施例２のズームレンズの広角端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例２のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例２のズームレンズの望遠端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例２のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例２のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例２のズームレンズの望遠端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例３のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるレンズ断面図 実施例３のズームレンズの広角端での無限遠状態における縦収差図 実施例３のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における縦収差図 実施例３のズームレンズの望遠端での無限遠状態における縦収差図 実施例３のズームレンズの広角端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例３のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例３のズームレンズの望遠端での無限遠状態における標準状態での横収差図 実施例３のズームレンズの広角端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例３のズームレンズの中間焦点距離での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図 実施例３のズームレンズの望遠端での無限遠状態におけるズームレンズが０．１５°傾いた状態で防振させたときの横収差図

本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズは、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４で構成され、前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行い、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群Ｌ１と前記第２レンズ群Ｌ２との間隔は大きく、前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３との間隔は小さく、前記第３レンズ群Ｌ３と前記第４レンズ群Ｌ４との間隔は小さくなり、前記第３レンズ群Ｌ３を光軸に沿って物体側から像側へ移動させることで、無限遠から近距離物体にフォーカシングを行う。このように、レンズ径が大きくなく、構成枚数を少なくできる軽量な前記第３レンズ群Ｌ３をフォーカスレンズ群とすることで、合焦速度を速くすることができる。

さらに、前記第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、正の屈折力を有する第４レンズ群前群Ｇｒ４ｆ、負の屈折力を有する第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍ及び正の屈折力を有する第４レンズ群後群Ｇｒ４ｒとからなり、前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍを光軸に対して略垂直方向に移動させることで、像を光軸に対して垂直方向に移動させる。これにより、撮影者のズームレンズへの手ぶれ等による影響を補正する。

本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズのレンズ光学系では、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を短くすることにより、第１レンズ群Ｌ１や第３レンズ群Ｌ３との共役点間距離を短くすることができるので、ズームレンズ全長をコンパクトにすることができる。しかし、前記第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を短くしすぎると、望遠側で糸巻き型の歪曲収差が大きく発生してしまう。そこで、以下の条件を満足することが望ましい。
（１）０．２７＜｜ｆ２／ｆＷ｜＜０．３６
ｆ２：前記第２レンズ群Ｌ２の焦点距離
ｆＷ：広角端でのズームレンズ全系の焦点距離

条件式（１）は、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離と、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。

条件式（１）の上限値を越えると、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離に対して、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が相対的に長くなり、特に望遠側での糸巻き型の歪曲収差は補正しやすくなるが、第１レンズ群Ｌ１や第３レンズ群Ｌ３との共役点間距離が長くなりすぎるので、ズームレンズ全長の大型化を招いてしまう。

条件式（１）の下限値を越えると、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離に対して、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が相対的に短くなり、第１レンズ群Ｌ１や第３レンズ群Ｌ３との共役点間距離が短くなるので、ズームレンズ全長をコンパクトにできるが、望遠側での糸巻き型の歪曲収差が大きくなり、補正することが困難となる。また、前記第２レンズ群Ｌ２は各群の中で最も屈折力が強いため、下限値を越えて更に屈折力が強くなると、前記第２レンズ群Ｌ２の偏芯の製造敏感度が大きくなり、望遠側周辺での性能低下が避けられない。

また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、フォーカシング時のフォーカスレンズ群の移動量が少なければ、ズームレンズ全長をコンパクトにすることができる。さらに、フォーカシング時のフォーカスレンズ群の移動量が少なければ、フォーカスレンズ群の移動時間を短くできるので、合焦速度を速くすることができる。これを実現するために、以下の条件を満足することが望ましい。
（２）０．７＜ｆ３／ｆＷ＜１．０
ｆ３：前記第３レンズ群Ｌ３の焦点距離

条件式（２）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離と、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。

条件式（２）の上限値を越えると、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離に対して、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が相対的に長くなり、フォーカシング時の非点収差変動は少なくなるが、フォーカシング時に必要なフォーカスレンズ群の移動量が大きくなり、この移動量を前記第３レンズ群Ｌ３と前記第４レンズ群Ｌ４との間で確保しなければならず、ズームレンズ全長をコンパクトにすることができない。また、フォーカスレンズ群の移動量が大きいので、合焦までのフォーカスレンズ群の移動時間が長くなり、合焦速度を速くすることができない。

条件式（２）の下限値を越えると、広角端でのズームレンズ全系の焦点距離に対して、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が相対的に短くなり、フォーカシング時に必要なフォーカスレンズ群の移動量が少なくなるので、ズームレンズ全長をコンパクトにすることができ、さらに合焦速度を速くすることができるが、前記第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなりすぎて、無限遠から近距離物体へのフォーカシング時に、非点収差がマイナスに大きく倒れる収差変動が発生し、これを補正することが困難となる。

また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、十分な手ぶれ補正効果を発揮するために、以下の条件を満足することが望ましい。
（３）０．１８＜｜ｆ４ｍ／ｆＴ｜＜０．２８
ｆ４ｍ：前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離
ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離

条件式（３）は、第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離と、望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離との比率を規定するものである。

条件式（３）の上限値を越えると、望遠端でのズームレンズ全系との焦点距離に対して、第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離が相対的に長くなり、望遠側での十分な手ぶれ補正効果の確保が困難になる。

条件式（３）の下限値を越えると、望遠端でのズームレンズ全系との焦点距離に対して、第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離が相対的に短くなり、十分な手ぶれ補正効果を確保できるが、望遠側での非点収差の良好な補正が困難になる。

また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、変倍比を２．７倍程度とするために、以下の条件を満足することが望ましい。
（４）２．６８＜ｆＴ／ｆＷ＜２．７２
ｆＷ：広角端でのズームレンズ全系の焦点距離
ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離

また、防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、ウォブリングレンズユニットＷ１が光軸に沿って高速に振動するウォブリング動作を行うことで、合焦方向が識別できないコントラストＡＦ等で合焦方向の判別ができる。このとき、ウォブリングレンズユニットＷ１は振動スペースが確保しやすいフォーカスレンズ群の一部であることが望ましい。フォーカスレンズ群全体でウォブリングすると、重量が重いレンズを高速振動させるため、アクチュエータの大型化が必要であり、ズームレンズ全系の大型化を招くか、フォーカスレンズ群を軽量化するために、レンズ１枚で構成しなければならないなどの制約条件が発生する。

そこで、本発明におけるウォブリングレンズユニットＷ１は、前記第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の１枚のレンズであり、前記第３レンズ群Ｌ３の他のレンズと独立して移動可能であり、小型のアクチュエータでも制御可能な軽量なレンズユニットである。ウォブリングレンズユニットＷ１は、光軸方向へ高速振動させることによって、合焦方向を識別し、フォーカスレンズ群全体を合焦方向へ移動させることを繰り返すことで、迅速な合焦を行うことができる。

また、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズにおいて、ウォブリングレンズユニットＷ１は、フォーカシング中に高速で振動することを特徴とする。ウォブリングレンズユニットＷ１をフォーカス駆動中にも高速振動させることで、さらに迅速な合焦を行うことができ、動画撮影にも対応することができる。

以下に、本発明の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズに係る数値実施例１乃至数値実施例３を示す。

各数値実施例において、［全体諸元］中のｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角を示す。また、［レンズ諸元］中の番号は物体側からのレンズのレンズ面番号、Ｒはレンズ面の曲率半径、Ｄはレンズ面間隔、ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。また、Ｂｆはバックフォーカス、Ｏｂｊは被写体からレンズ第１面までの距離を示す。図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差であり、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリジオナル像面を示す。

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｇｒ４ｆ 第４レンズ群前群
Ｇｒ４ｍ 第４レンズ群中群
Ｇｒ４ｒ 第４レンズ群後群
Ｗ１ ウォブリングレンズユニット
ＳＰ 開口絞り
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリジオナル像面

Claims (5)

1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４で構成され、
   前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３とを光軸に沿って移動させて変倍を行い、
   広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群Ｌ１と前記第２レンズ群Ｌ２との間隔は大きく、前記第２レンズ群Ｌ２と前記第３レンズ群Ｌ３との間隔は小さく、前記第３レンズ群Ｌ３と前記第４レンズ群Ｌ４との間隔は小さくなり、
   前記第３レンズ群Ｌ３を光軸に沿って物体側から像側へ移動させることで、無限遠から近距離物体にフォーカシングを行い、
   前記第４レンズ群Ｌ４は、物体側より順に、正の屈折力を有する第４レンズ群前群Ｇｒ４ｆ、負の屈折力を有する第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍ及び正の屈折力を有する第４レンズ群後群Ｇｒ４ｒとからなり、前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍを光軸に対して略垂直方向に移動させることで、像を光軸に対して垂直方向に移動させ、
   以下の条件を満足することを特徴とする防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
   （１）０．２７＜｜ｆ２／ｆＷ｜＜０．３６
   （４）２．６８＜ｆＴ／ｆＷ＜２．７２
   ｆ２：前記第２レンズ群Ｌ２の焦点距離
   ｆＷ：広角端でのズームレンズ全系の焦点距離
   ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離
2. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
   （２）０．７＜ｆ３／ｆＷ＜１．０
   ｆ３：前記第３レンズ群Ｌ３の焦点距離
3. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
   （３）０．１８＜｜ｆ４ｍ／ｆＴ｜＜０．２８
   ｆ４ｍ：前記第４レンズ群中群Ｇｒ４ｍの焦点距離
   ｆＴ：望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離
4. ウォブリングレンズユニットＷ１は、前記第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の１枚のレンズであり、前記第３レンズ群Ｌ３の他のレンズと独立して移動可能であり、合焦方向を識別をするために光軸に沿って高速に振動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。
5. 前記ウォブリングレンズユニットＷ１は、フォーカシング中に高速で振動することを特徴とする請求項４記載の防振機能を有する大口径望遠ズームレンズ。

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