JP2000221396A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズ全長の短縮化を図った全変倍範囲にわ
たり高い光学性能を有した２つのレンズ群より成る小型
のズームレンズを得ること。 【解決手段】 物体側から順に正の屈折力を有する第１
群と負の屈折力を有する第２群の２つのレンズ群を有
し、各レンズ群の間隔を変化させて変倍を行うズームレ
ンズにおいて、前記第１群は物体側から順に物体側へ凸
面を向けた正の第１１レンズ、負の第１２レンズ、像面
側へ凸面を向けたメニスカス形状で非球面を有する正の
第１３レンズ、正の第１４レンズを有し、前記第２群は
非球面を有する正の第２１レンズ、負の第２２レンズを
有し、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１
群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ２とし
たとき、 ０．４０＜ｆ１／ｆｗ＜０．８０ ０．４０＜ｆ２／ｆｗ＜０．９０ なる条件を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズに関
し、特にレンズシャッターカメラ，ビデオカメラ等のバ
ックフォーカスの短いカメラに最適な高い光学性能を有
しながらも非常に小型化を実現したズームレンズに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より携帯性を高めるべくカメラの小
型化が図られているが、カメラの小型化を図る上で、大
きな体積を占める撮影レンズ系の小型化が重要な要素に
なっている。

【０００３】近年では非球面レンズ加工の向上に伴い非
球面レンズを有効に活用し、レンズ枚数を削減すること
による簡素化と共にレンズ系の小型化を図った小型のズ
ームレンズが強く望まれている。

【０００４】一般に小型化を進めるためには各レンズの
屈折力を強めれば良いが、屈折力を強めると光学性能が
劣化してくる。光学性能を良好に維持するためには所定
枚数のレンズが必要となり、小型化に限界が出てくる。

【０００５】通常の球面レンズを非球面レンズに置き換
えれば光学性能をより高くすることが可能だが、この光
学性能の余裕分と小型化に伴う性能劣化とを相殺するこ
とにより光学性能を維持しつつ小型化を図ることが考え
られる。

【０００６】しかしながら、単に球面レンズを非球面レ
ンズに置き換えただけでは小型化を十分に達成すること
が難しく、最適なレンズタイプ、レンズ形状等を設定す
る必要がある。

【０００７】最も簡単なズームレンズのレンズタイプと
して負の第１群と正の第２群で構成し、各レンズ群の間
隔を変化させて変倍を行なう２群ズームレンズが知られ
ている。この２群ズームレンズはレトロタイプを形成
し、比較的バックフォーカスを長くすることが可能なた
め、一眼レフレックスカメラ等の長いバックフォーカス
を必要とするカメラに適している。しかし、レンズシャ
ッターカメラ等のようにバックフォーカスをあまり必要
としないカメラにはレンズ全長が比較的長くなるため適
していない。一方、レンズシャッターカメラ等のように
長いバックフォーカスを必要としないカメラに適したズ
ームレンズとして正の第１群と負の第２群で構成し、各
レンズ群の間隔を変化させて変倍を行なう２群ズームレ
ンズが知られている。このタイプはレンズ系を比較的小
型化にすることができるため、これまでに種々のズーム
レンズが提案されている。本出願人も、例えば特開昭56
-128911 号公報、特開昭57-201213 号公報、特開昭60-1
70816 号公報、特開昭62-56917号公報等で種々提案して
いる。

【０００８】これらの各公報においては物体側より順に
正，負の屈折力配置を採用し、バックフォーカスを比較
的短くし、しかもレンズ全長の短縮化を図った高い光学
性能を有した２群ズームレンズを達成している。

【０００９】このうち、例えば特開昭56-128911 号公報
では第１群を正，負，正，そして正の４つのレンズより
構成し、第２群を正，負の２つのレンズより構成して、
レンズ系全体の簡素化を図った小型のズームレンズを提
案している。

【００１０】この他２群ズームレンズとして、特開昭63
-311224 号公報では第１群を正，負，正，そして正の４
つのレンズより構成し、第２群を正，負の２つのレンズ
より構成するとともに各レンズ群に非球面を用いて光学
性能の向上を図った小型のズームレンズが提案されてい
る。

【００１１】又、特開平4-161914号公報では第１群を正
レンズ，負レンズ，非球面レンズ、そして正レンズの４
つのレンズより構成し、第２群を３枚のレンズより構成
し、各レンズ群に非球面を用いたズームレンズが提案さ
れている。

【００１２】又、特開昭62-90611号公報、特開昭62-113
120号公報、特開平3-116110号公報では第１群を正，
負，負，そして正の４つのレンズより構成した変倍比
１．５程度の２群ズームレンズが提案されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】レンズ系の小型化を図
るためには適度にレンズ枚数を削減する必要がある。た
だ、レンズ枚数を削減しすぎると高い光学性能を得るこ
とが困難になってくる。あるいは光学性能を維持するた
めにレンズの屈折力を弱めなければならずレンズ枚数を
削減しても小型化については不十分になってくる。小型
のズームレンズを実現するためには非球面レンズを有効
に活用し、光学性能と小型化のバランスのとれたレンズ
構成とするのが有効である。

【００１４】先の特開昭63-311224 号公報で提案されて
いるズームレンズは比較的レンズ全長が長くなる傾向が
あった。又、特開平4-161914号公報で提案されているズ
ームレンズは非球面レンズをプラスチック材料より構成
し製造しやすくしているが、望遠端において第１レンズ
面から最終レンズ面までの距離が長く、携帯時にレンズ
鏡筒を沈胴させるコンパクトカメラとしては不向きであ
った。

【００１５】本発明は、所謂２群のズームレンズにおい
て、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定するとともに
非球面レンズを有効に利用することにより、レンズ全長
の短縮化を図った全変倍範囲にわたり高い光学性能を有
した小型のズームレンズの提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明（第１発
明）のズームレンズは、物体側から順に正の屈折力を有
する第１群と負の屈折力を有する第２群の２つのレンズ
群を有し、各レンズ群の間隔を変化させて変倍を行うズ
ームレンズにおいて、前記第１群は物体側から順に物体
側へ凸面を向けた正の第１１レンズ、負の第１２レン
ズ、像面側へ凸面を向けたメニスカス形状で非球面を有
する正の第１３レンズ、正の第１４レンズを有し、前記
第２群は非球面を有する正の第２１レンズ、負の第２２
レンズを有し、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、
前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離を
ｆ２としたとき、 ０．４０＜ｆ１／ｆｗ＜０．８０…（１） ０．４０＜｜f２|／ｆｗ＜０．９０…（２） なる条件を満足することを特徴としている。

【００１７】請求項２の発明（第２発明）のズームレン
ズは、物体側から順に正の屈折力を有する第１群と負の
屈折力を有する第２群の２つのレンズ群を有し、各レン
ズ群の間隔を変化させて変倍を行うズームレンズにおい
て、前記第１群は物体側から順に物体側へ凸面を向けた
正の第１１レンズ、負の第１２レンズ、像面側へ凸面を
向けたメニスカス形状で非球面を有する正の第１３レン
ズ、正の第１４レンズを有し、広角端における全系の焦
点距離をｆｗ、前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２
群の焦点距離をｆ２としたとき、 ０．４０＜ｆ１／ｆｗ＜０．８０…（１） ０．４０＜｜f２|／ｆｗ＜０．９０…（２） なる条件を満足することを特徴としている。

【００１８】尚、以下、第１発明と第２発明とを総称し
て「本発明」という。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１，図３，図５，図７，図９は
本発明の数値実施例１〜５の広角端のレンズ断面図であ
る。

【００２０】図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は
負の屈折力の第２群であり、両レンズ群の間隔を減少さ
せつつ、両レンズ群を矢印の如く物体側へ移動させて広
角端から望遠端への変倍を行っている。ＳＰは絞りであ
り、本発明では第１群の像面側に配置しており、変倍に
伴い第１群と一体的に移動している。ＩＰは像面であ
る。

【００２１】本実施形態では、このようなズーム方式及
び前述でした如くのレンズ構成を採ることにより、レン
ズ全長の短縮化、特に広角端でのレンズ全長の短縮化を
図りつつ変倍比２程度と変倍に伴う収差変動を良好に補
正し、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得ている。

【００２２】次に本発明の２群ズームレンズのレンズ構
成の特徴について説明する。

【００２３】本発明の２群ズームレンズにおいては第１
群の結像性能を第２群で補正しながら拡大するようにし
ているので第１群には収差を良好に補正可能なレンズ構
成が望まれる。そこで第１群には単焦点レンズとして良
好な収差補正の可能な正，負，そして正レンズの３つの
レンズより成るトリプレットレンズを基本構成としてい
る。そしてトリプレットレンズの正の第３レンズを正の
非球面レンズと正のレンズの２つのレンズに分割して、
全体として良好な収差補正の可能な正，負，正，そして
正レンズの４つのレンズ構成にしている。

【００２４】第１，第２発明のズームレンズでは、物体
側より順に正の屈折力の第１群と負の屈折力の第２群の
２つのレンズ群を有し、両レンズ群の間隔を変えて変倍
を行うズームレンズにおいて、該第１群は正の第１１レ
ンズ、負の第１２レンズ、非球面レンズより成る正の第
１３レンズ、そして正の第１４レンズの４つのレンズを
有し、前述の条件式（１），（２）を満足するレンズ構
成を基本構成としている。又、第１発明では該第２群を
非球面レンズより成る正の第２１レンズと負の第２２レ
ンズの２つのレンズを有することを構成要件としてい
る。

【００２５】２群ズームレンズでは、前述したように第
１群のみで、ある程度の収差補正がなされていなければ
ならない。一般にレンズ系の小型化に伴い、第１群の正
の屈折力を強めた場合、球面収差がアンダー傾向にな
る。このため、第１群には中心から周辺に行くに従い負
の屈折力が強くなる非球面を用いている。特に小型化を
進めると広角端から望遠端にかけての球面収差の変動量
が増大し、バランス良く補正することが困難となるが、
第１群の第１３レンズを像面側に凸面を向けたメニスカ
ス形状とすることで効果的な収差補正を可能としてい
る。

【００２６】また、第１発明では更に第２群を非球面を
有する正の第２１レンズ、負の第２２レンズで構成して
良好なる収差補正を行っている。特に、第２群は広角端
と望遠端とで軸外光束が通過する箇所が大きく異なるた
め、非球面レンズを用いることによって広角端と望遠端
とでバランス良く、特に軸外収差の補正を可能としてい
る。又、第２群は負の屈折力を有するため、全変倍範囲
において良好な収差補正を行うためには、中心から周辺
に行くに従い正の屈折力が強まる非球面を用いている。

【００２７】次に、前記の条件式の技術的な意味につい
て説明する。

【００２８】条件式（１）は、広角端における全系の焦
点距離と第１群の焦点距離との比に関し、主に第１群の
小型化と光学性能とのバランスを図るためのものであ
る。下限値を越えると小型化には有利であるが、特に第
１群における広角端から望遠端にかけての球面収差の変
動量が増大し、補正困難となるため良くない。上限値を
越えると収差補正上は有利になるが第１群が大型化する
ため良くない。

【００２９】更に高い光学性能と小型化のバランスを図
るためには条件式（１）の下限値を０．４５とすること
が好ましい。又、更に第１群の小型化を図るためには上
限値を０．７５とすることが好ましい。

【００３０】条件式（２）は、広角端における全系の焦
点距離と第２群の焦点距離との比に関し、主に第２群の
小型化と光学性能とのバランスを図るためのものであ
る。下限値を越えると第２群の変倍における移動量は減
少するものの広角端において軸外光束が光軸より比較的
遠いところを通過するため第２群の屈折力が強くなりす
ぎると、特に広角端における歪曲収差が悪化し補正困難
となるため良くない。上限値を越えると第２群の変倍に
おける移動量が増大し、 大型化するため良くない。

【００３１】更に高い光学性能を得るためには条件式
（２）の下限値を０．４５とすることが好ましい。又、
更に第２群の小型化、望遠端における光学全長の短縮を
図るためには上限値を０．７５とすることが好ましい。

【００３２】第１発明と第２発明は以上の如く構成する
ことにより高い光学性能を有した小型のズームレンズを
実現している。又、第１発明，第２発明について更に高
い光学性能を得るためには、下記の条件のうち少なくと
も１つを満足することが望ましい。

【００３３】(ア-1) 前記第１３レンズの焦点距離をｆＧ
３、該第１３レンズの材質の屈折率をｎＧ３、望遠端に
おける全系の焦点距離をｆＴとしたとき、 ０．０１＜ｆＴ／ｆＧ３＜２．３０…（３） ｎＧ３＞１．６３０…（４） なる条件を満足することである。

【００３４】条件式（３）は前記第１群の非球面を有し
正の屈折力を有する第１３レンズと望遠端における全系
の焦点距離の比に関し、主に小型化を実現するために非
球面レンズに適切な屈折力を設定するためのものであ
る。

【００３５】下限値を越えて第１３レンズの屈折力が弱
くなりすぎると、第１群の正の屈折力分担が第１４レン
ズ成分に偏り、特に広角端における像面湾曲が補正困難
となるため好ましくない。又、上限値を越えて第１３レ
ンズ成分の屈折力が強くなりすぎると変倍による球面収
差の変動が増大し、又、光学性能を維持するためには第
１群の全長をある程度増大しなければならず好ましくな
い。更に高い光学性能を得るためには条件式（３）の上
限値を２．００とすることが好ましい。

【００３６】条件式（４）は前記第１群の非球面を有し
正の屈折力を有する第１３レンズの材質の屈折率を規定
したものであり、小型化を図りつつ高い光学性能を得る
ためのものである。

【００３７】下限値を越えて屈折率の低い材質になる
と、特に物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなる方向
になり、像面側へ凸のメニスカス形状が弱くなり変倍に
よる球面収差の変動が増加し、又、球面収差とコマ収差
を同時に補正することが困難となるため好ましくない。
更に、高い光学性能を得るためには条件式（４）の下限
値を１．６５０にすることが好ましい。

【００３８】(ア-2) 前記第１２レンズの物体側のレンズ
面の曲率半径をｒ３、像面側のレンズ面の曲率半径をｒ
４としたとき、 ０．０２＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ４−ｒ３）＜０．６０…（５） なる条件を満足することである。

【００３９】条件式（５）は特に広角端における諸収差
を良好にするための第１２レンズのレンズ形状を設定す
るためのものである。

【００４０】下限値を越えると小型化を維持しつつ、特
に第１４レンズで発生する広角端におけるコマ収差を補
正するレンズ形状を設定することが困難となるため好ま
しくない。上限値を越えると、特に広角端において第２
群で発生する歪曲収差を補正するレンズ形状を設定する
ことが困難となるため好ましくない。更に、高い光学性
能を得るレンズ形状を設定するためには、条件式（５）
の下限値を０．０４とすることが好ましい。又、上限値
を０．５０とすることが好ましい。

【００４１】(ア-3) 前記第１４レンズの焦点距離をｆＧ
４、該第１４レンズのレンズ肉厚をＤＧ４としたとき、 ０．３０＜ｆＧ４／ｆｗ＜０．８０…（６） ０．０２＜ＤＧ４／ｆＴ＜０．０９…（７） なる条件を満足することである。

【００４２】条件式（６）の下限値を越えて第１４レン
ズの屈折力が強くなりすぎると、特に球面収差が補正不
足になり、又、第１４レンズで発生する球面収差は第１
３レンズの非球面で補正しているが、第１４レンズの屈
折力が強くなりすぎると、それを補正するための第１３
レンズの非球面での球面収差の発生量も増大し、大きな
キャンセル関係になる。これに伴い第１３レンズの非球
面の頂点と第１４レンズの光軸とにズレが生じたときの
光学性能の劣化が増大し、量産性が悪くなるため好まし
くない。又、特に広角端における歪曲収差が悪化するた
め好ましくない。

【００４３】条件式（６）の上限値を越えて第１４レン
ズの屈折力が弱くなりすぎると変倍による球面収差の変
動が大きくなり、第１群の屈折力を弱めれば変倍におけ
る第１群の移動量が増大しレンズ系が大型化するため好
ましくない。更に、小型化を実現するためには条件式
（６）の下限値を０．３５とすることが好ましい。又、
上限値を０．７０とすることが好ましい。

【００４４】条件式（７）は第１４レンズのレンズ肉厚
と望遠端における全系の焦点距離との比に関し、小型化
と光学性能とのバランスを維持するためのものである。
下限値を越えると変倍による軸上色収差の変動が増大す
る傾向になるため、全変倍範囲において良好な光学性能
を得ることが困難となるため好ましくない。又、上限値
を越えると第１群が大型化し、特に広角端におけるコマ
収差が悪化するため好ましくない。

【００４５】(ア-4) 前記第１１レンズの焦点距離をｆＧ
１としたとき、 ０．５０＜ｆＧ１／ｆｗ＜３．００…（８） なる条件を満足することである。

【００４６】条件式（８）は第１１レンズの焦点距離と
広角端における全系の焦点距離との比に関し、高い光学
性能を得るためのものである。

【００４７】条件式（８）の下限値を越えて第１１レン
ズの屈折力が強くなりすぎると、特に広角端における歪
曲収差が正の方向に増大し、又、非点収差も悪化するた
め好ましくない。又、上限値を越えて第１１レンズの屈
折力が弱くなりすぎると、変倍による軸上色収差の変動
が増大するため、特に比較的高変倍になる程好ましくな
く、又、広角端における倍率色収差を良好に補正するこ
とが困難となるため好ましくない。

【００４８】(ア-5) 第１群を物体側へ凸面を向けたメニ
スカス状の正の第１１レンズ、両レンズ面が凹面の負の
第１２レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の正
の第１３レンズ、そして両レンズ面が凸面の正の第１４
レンズの４つのレンズより構成することである。これに
より、主に球面収差やコマ収差、そして色収差等を良好
に補正している。

【００４９】(ア-6) 第２群を像面側へ凸面を向けた非球
面を有するメニスカス状の正の第２１レンズ、像面側へ
凸面を向けたメニスカス状の負の第２２レンズの２つの
レンズより構成することである。これにより軸外収差を
良好に補正している。

【００５０】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の
曲率半径、Ｄｉは第ｉ番目のレンズ厚又は空気間隔、Ｎ
ｉとνｉは第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数
である。又、非球面形状はレンズ面の中心部の曲率半径
をＲとし、光軸方向（光の進行方向）をＸ軸とし、光軸
と垂直方向をＹ軸とし、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅをそれぞれ非球
面係数としたとき、

【００５１】

【数１】

【００５２】で表されるものとする。尚、「ｅ−ｘ」の
表記は「×１０^-x」を表す。又、前述の各条件式と数値
実施例における諸数値との関係を表−１に示す。

【００５３】

【外１】

【００５４】

【外２】

【００５５】

【外３】

【００５６】

【外４】

【００５７】

【外５】

【００５８】

【表１】

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、所謂２群
のズームレンズにおいて、各レンズ群のレンズ構成を適
切に設定するとともに非球面レンズを有効に利用するこ
とにより、レンズ全長の短縮化を図った全変倍範囲にわ
たり高い光学性能を有した小型のズームレンズを達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図

【図２】 本発明の数値実施例１の広角端と望遠端の収
差図

【図３】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図

【図４】 本発明の数値実施例２の広角端と望遠端の収
差図

【図５】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図

【図６】 本発明の数値実施例３の広角端と望遠端の収
差図

【図７】 本発明の数値実施例４のレンズ断面図

【図８】 本発明の数値実施例４の広角端と望遠端の収
差図

【図９】 本発明の数値実施例５のレンズ断面図

【図１０】 本発明の数値実施例５の広角端と望遠端の
収差図

【符号の説明】

Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 ＳＰ 絞り ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 ΔＳ サジタル像面 ΔＭ メリディオナル像面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から順に正の屈折力を有する第１
   群と負の屈折力を有する第２群の２つのレンズ群を有
   し、各レンズ群の間隔を変化させて変倍を行うズームレ
   ンズにおいて、前記第１群は物体側から順に物体側へ凸
   面を向けた正の第１１レンズ、負の第１２レンズ、像面
   側へ凸面を向けたメニスカス形状で非球面を有する正の
   第１３レンズ、正の第１４レンズを有し、前記第２群は
   非球面を有する正の第２１レンズ、負の第２２レンズを
   有し、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、前記第１
   群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ２とし
   たとき、 ０．４０＜ｆ１／ｆｗ＜０．８０ ０．４０＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜０．９０ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 物体側から順に正の屈折力を有する第１
   群と負の屈折力を有する第２群の２つのレンズ群を有
   し、各レンズ群の間隔を変化させて変倍を行うズームレ
   ンズにおいて、前記第１群は物体側から順に物体側へ凸
   面を向けた正の第１１レンズ、負の第１２レンズ、像面
   側へ凸面を向けたメニスカス形状で非球面を有する正の
   第１３レンズ、正の第１４レンズを有し、広角端におけ
   る全系の焦点距離をｆｗ、前記第１群の焦点距離をｆ
   １、前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、 ０．４０＜ｆ１／ｆｗ＜０．８０ ０．４０＜｜f２|／ｆｗ＜０．９０ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
3. 【請求項３】 前記第１３レンズの焦点距離をｆＧ３、
   該第１３レンズの材質の屈折率をｎＧ３、望遠端におけ
   る全系の焦点距離をｆＴとしたとき、 ０．０１＜ｆＴ／ｆＧ３＜２．３０ ｎＧ３＞１．６３０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２の
   ズームレンズ。
4. 【請求項４】 前記第１２レンズの物体側のレンズ面の
   曲率半径をｒ３、像面側のレンズ面の曲率半径をｒ４と
   したとき、 ０．０２＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ４−ｒ３）＜０．６０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１，２又は
   ３のズームレンズ。
5. 【請求項５】 前記第１４レンズの焦点距離をｆＧ４、
   該第１４レンズのレンズ肉厚をＤＧ４としたとき、 ０．３０＜ｆＧ４／ｆｗ＜０．８０ ０．０２＜ＤＧ４／ｆＴ＜０．０９ なる条件を満足することを特徴とする請求項１，２，３
   又は４のズームレンズ。
6. 【請求項６】 前記第１１レンズの焦点距離をｆＧ１と
   したとき、 ０．５０＜ｆＧ１／ｆｗ＜３．００ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５の
   いずれか１項のズームレンズ。