JP2001215409A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、広角端画角が６０°以上であって
ズーム比３程度の略テレセントリックなズームレンズを
提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明によるズームレンズ１は、負・正
・正の３群ズームレンズであって第３群４に積極的に屈
折力をもたせ、略テレセントリックなレンズ系になるよ
う近軸の屈折力配置を定めることで、第２群３と第３群
４との間にも変倍効果を付与して高倍率ズーム比を実現
するにも拘らず、レンズ構成枚数を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤなど固体撮
像素子を用いたビデオカメラ・電子スチルカメラなどに
適したズームレンズであって、特に広角端での画角が６
０°から６５°程度の広画角を有するズーム比３程度の
コンパクトで、且つ優れた光学性能を有するズームレン
ズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビデオカメラ用のズームレン
ズとしては、物体側より正・負・正・正の４群構成であ
るとともに第２群で変倍し、第３群もしくは第４群が焦
点位置を補償する（コンペンセータ）タイプのものが一
般的によく知られているが、それらはいずれも広角端の
画角が５０°程度であり、また、その構成上、広角端の
画角として６５°程度を達成するには大型化を伴うため
不利であった。

【０００３】これに対して、広角化に有利である負成分
先行型のズームレンズが、特開昭６３−２９２０６号、
特開平３−２０３７０９号、特開平６−３００９６９
号、特開平９−２１１３２６号、特開平１０−２９３２
５３号、特開平１１−５２２４６号などで開示され公知
となっている。

【０００４】これらは、負・正・正の３群構成で、４群
構成のものに比べてレンズ構成枚数も削減でき、鏡筒構
成もシンプルになるなどの利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報の中でも特
開平９−２１１３２６号、特開平１０−２９３２５３
号、特開平１１−５２２４６号ではいずれも広角端の画
角が６０°以上を達成するズームレンズを開示している
が、そのレンズ構成枚数は８又は９枚を費やしているた
め構造が複雑化してしまい、ひいてはコストアップの一
因になっている。

【０００６】また、固体撮像素子を用いるレンズ系の場
合には、銀塩フィルム用カメラのレンズ系と異なり、撮
像面に対して垂直に近い角度で光束を入射させないと、
効率良く受光することができない。所謂テレセントリッ
クなレンズ系を必要とする。

【０００７】銀塩フィルム用カメラ、例えば３５ｍｍコ
ンパクトカメラに多く用いられているネガティブリード
の２群ズーム（負・正の構成）では、フィルム面から射
出瞳位置までの距離が短いため、像高が中心から周辺に
なるにつれて、フィルム面に対して光束は斜め入射とな
る。

【０００８】このようなレンズ系をＣＣＤ用として使用
すると、画面中心よりも周辺の輝度が大きく低下し、所
謂シェーディングが生じてしまう。

【０００９】従ってＣＣＤなど固体撮像素子に撮像させ
るレンズ系では、撮像面から射出瞳までの距離を十分に
大きくとることが肝要である。即ちテレセントリシティ
ーが要求される。

【００１０】しかし、上記従来例は銀塩フィルム用カメ
ラを考慮したものであり、上述のテレセントリシティー
については特に配慮されていないのが現状であった。

【００１１】本発明は負・正・正の３群構成であって、
第２群と第３群の屈折力およびそれらの間の間隔をある
最適の条件におき、ビデオカメラや電子スチルカメラで
は不可欠なテレセントリシティーを保ちつつ、広角端の
画角が６５°程度、ズーム比が３程度の高性能なズーム
レンズを７枚という少ない構成枚数で実現し、これを提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるズームレン
ズは、物体側より順に負の屈折力の第１群、絞りを付設
している正の屈折力の第２群、ズーミング時は固定の正
の屈折力の第３群とからなり、広角端から望遠端へのズ
ーミングに際しては第１群と第２群の間の間隔は減少
し、第２群と第３群の間の間隔は増加することを特徴と
するとともに、第１群は物体側から順に物体側に凸面を
向けた負のメニスカスレンズ・負レンズ・物体側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズからなり、また第２群は
物体側から順に両凸レンズ・両凹レンズ・両凸レンズか
らなり、また第３群は両凸レンズからなるものであるこ
とを特徴とするズームレンズを提供するものである。

【００１３】このように第３群へ積極的に屈折力をもた
せることで第２群と第３群間にも変倍効果を付与し、画
角６０°を超える広角端を含んだズーム比３程度の高性
能なズームレンズでありながら、そのレンズ構成枚数を
削減することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、物体側より、負屈折力の第１群、正屈折力の第２群
および正屈折力の第３群から成り、広角端から望遠端へ
のズーミングに際しては、第１群と第２群が移動し、第
３群が固定であり、第１群と第２群との間の間隔は減少
し、第２群と第３群との間の間隔は増加するズームレン
ズにおいて、第１群は物体側から順に物体側に凸面を向
けた負メニスカスレンズ・負レンズ・物体側に凸面を向
けた正レンズで、第２群は物体側から順に正の両凸レン
ズ・負の両凹レンズ・正の両凸レンズで、第３群は両凸
レンズで構成され、第２群の焦点距離をｆ２、第３群の
焦点距離をｆ３、広角端における第２群と第３群の薄肉
間隔（第２群の後方主点位置から第３群の前方主点位置
までの距離）をｅとしたときに ２．５≦ｆ３／ｆ２≦３．５ ０．３０≦ｅ／ｆ３≦０．４０ を満足することを特徴とするズームレンズであり、テレ
セントリシティーを保ちつつ第２群と第３群間に変倍効
果をもたせることができるという作用を有する。

【００１５】（実施例１）以下、本発明の一実施の形態
について図面とともに説明する。

【００１６】図１は本発明によるズームレンズの構成を
示す断面図であり、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれ
ぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端でのレンズ群位
置を対比して示し、軸上光束と軸外最周辺光束も併せて
図示している。また、広角端から望遠端に向けて変倍す
る際の各群の移動方向も矢印で示している。

【００１７】ズームレンズ１は、それぞれ複数又は単独
の構成要素（レンズ材料）により形成される第１群２、
第２群３、第３群４を物体側５より順に配置したもので
ある。

【００１８】第１群２は物体側５から順に、物体側５に
凸面を向けた負のメニスカスレンズ６・負レンズ７・物
体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ８を構成要素
として配置するものであり、第１群２全体としては負の
屈折力を有している。

【００１９】第２群３は物体側５から順に両凸レンズ９
・両凹レンズ１０・両凸レンズ１１からなり、第２群３
全体としては正の屈折力を有するものであって最も物体
側５に絞り１２を付設している。

【００２０】第３群４は両凸レンズ１枚からなる正の屈
折力を有したものであり、ズーミング時は定位置で固定
する。

【００２１】さらに、第１群２の第２レンズ（負レン
ズ）７の物体側面７ａと第３群４の最終面４ａは非球面
とする。

【００２２】第３群４の像側１３に配置された平行平板
１４は光学ローパスフィルタ、ＩＲカットフィルタ、Ｃ
ＣＤのカバーガラスの部材等を想定したものである。

【００２３】また、同図（ａ）広角端から同図（ｂ）の
中間焦点距離状態さらには同図（ｃ）の望遠端へのズー
ミングに際しては、第１群２と第２群３との間の間隔は
減少し、第２群３と第３群４の間の間隔は増加する。

【００２４】そして、ズームレンズ１はＣＣＤなどの固
体撮像素子に撮像させるレンズ系であり、撮像面に対し
て垂直に近い角度で光束を入射させる、所謂テレセント
リックなレンズ系であるため、撮像面から射出瞳までの
距離を十分に大きくとることが肝要である。

【００２５】そこで本発明の負・正・正の３群ズームレ
ンズでは、正の屈折力を有する第２群３と第３群４およ
びそれらの間の間隔に以下に詳述する適切な相関関係を
もたせることにより、所望の高性能なズームレンズを得
ることができる。

【００２６】図２に示すように第２群３の焦点距離をｆ
２、第３群４の焦点距離をｆ３、広角端における第２群
３と第３群４の間の薄肉近軸間隔（第２群３の後方主点
から第３群４の前方主点までの距離）をｅ、絞り１２と
第２群３の間隔をδとすると、絞り主光線の広角端にお
ける第３群４を射出した後の薄肉換算傾角αＷ´および
望遠端における同じ薄肉換算傾角αＴ´は、以下の（数
１）、（数２）のように表記できる。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】広角端および望遠端で、完全にテレセント
リックである場合にはαＷ´＝０、αＴ´＝０であるか
ら、（数１）および（数２）より以下に示す（数３）を
得る。

【００３０】

【数３】

【００３１】ｅ´≠ｅとすれば、（１／ｆ３）＝０とな
り、δ＝ｆ２となる。

【００３２】これは、第３群４を無焦点系（屈折力ゼ
ロ）にして、第２群３の前方焦点位置に絞り１２を配置
すればテレセントリックになる、という当然の帰結を証
明していることになる。

【００３３】しかし第３群４が屈折力ゼロとなれば、第
２群３と第３群４間の移動による変倍効果は期待でき
ず、実質的に負・正の２群ズームと同等になってしま
う。

【００３４】本発明では、第２群３と第３群４間でも変
倍効果をもたせる（ズーム比をかせぐ）意味から、第３
群４に積極的に屈折力をもたせて、ズーム比３程度を確
保しつつ、ズーミングの全域にわたって実用上問題のな
い程度のシェーディングにすべく、即ちできるだけテレ
セントリックなレンズ系になるような近軸の屈折力配置
を定めることとした。

【００３５】そこで、第２群３と第３群４の間の間隔が
広角端でｅとした時、望遠端では増加してｅ´（＝２
ｅ）なる移動をしたと仮定すると、（数１）および（数
２）より、次式に示す関係を得る。

【００３６】

【数４】

【００３７】上述したように、ズーミングの全域にわた
って、射出瞳位置は像面より遠くにあることが必要であ
る。ここでは、軸外主光線の傾角をテレセントリシティ
ーの目安として、±５°以内にあれあば、実用上問題な
いレベルとした。

【００３８】広角端でのテレセントリシティーを−５°
から０°まで、即ちαＷ´＝ｔａｎ（−５°）からαＷ
´＝ｔａｎ（０°）までを、また望遠端におけるそれを
０°から＋５°まで、即ちαＴ´＝ｔａｎ（０°）から
αＴ´＝ｔａｎ（＋５°）まで、と決め（ｆ３／ｆ２）
をパラメータとして、近軸解を算出したのが（表１）で
ある。

【００３９】

【表１】

【００４０】（表１）の〔１〕から〔１５〕までの近軸
解に広角端焦点距離が７ｍｍ程度になるように第１群屈
折力１／ｆ１を算出、更に固定群の第３群４よりのバッ
クフォーカスがズーミング時に一定であるという条件を
用いてズーム間隔を定めた。その結果、〔１〕、
〔２〕、〔４〕、〔７〕ではバックフォーカスが短くな
りすぎローパスフィルターやＩＲカットフィルターを配
置するには不十分な量しか確保できなくなる。

【００４１】また、〔６〕、

〔９〕、〔１１〕、〔１
２〕、〔１３〕、〔１４〕、〔１５〕ではペツバール和
の評価尺度になる（１／ｆ１）＋（１／ｆ２）＋（１／
ｆ３）の値が大きく負偏移し、像面湾曲・非点収差の補
正が著しく困難になる。

【００４２】結局、薄肉近軸解の段階で、〔３〕、
〔５〕、〔８〕、〔１０〕のみが本発明の負・正・正の
３群ズームを構成しうることが判明した。すなわち、
２．５＜ｆ３／ｆ２＜３．５、０．３＜ｅ／ｆ３＜０．
４の領域で屈折力を配分すれば良いことになる。

【００４３】ここで、〔３〕の薄肉近軸屈折力配置を
（表２）に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】近軸解〔３〕の場合のズームレンズ１につ
いて、レンズデータを（表３）にて示す。ここで、ｆは
全系の焦点距離、ＦはＦナンバー、ωは半画角、ｒ１、
ｒ２、・・・は各レンズの曲率半径、ｄ１、ｄ２、・・
・は各レンズ面間の間隔、Ｎ１、Ｎ２、・・・は各レン
ズのｄ線の屈折率、ν１、ν２、・・・は各レンズのア
ッベ数である。また、非球面４ａ、７ａの形状は、ｘを
光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する
方向にとり、（数５）で定義する。

【００４６】なお、以下全ての実施例において表中の符
号および記号は本実施例と同様である。

【００４７】

【数５】

【００４８】ただし、ｒは近軸曲率半径、εは円錐係
数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１
６はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４
次、１６次、の非球面係数である。

【００４９】

【表３】

【００５０】図３ないし５は、本実施例にかかる収差図
である。これらより、諸収差が良好に補正され優れた結
像性能を有していることがわかる。

【００５１】（実施例２）本発明によるズームレンズに
おける他の実施の形態について薄肉近軸屈折力を（表
４）にて示す。これは（表１）で示した近軸解〔５〕の
場合の薄肉近軸屈折力である。

【００５２】

【表４】

【００５３】近軸解〔５〕の場合のズームレンズ１につ
いて、レンズデータを（表５）にて示す。

【００５４】

【表５】

【００５５】図６ないし８は、本実施例にかかる収差図
である。これらより、諸収差が良好に補正され優れた結
像性能を有していることがわかる。

【００５６】（実施例３）本発明によるズームレンズに
おける更に他の実施の形態について薄肉近軸屈折力を
（表６）にて示す。これは（表１）で示した近軸解
〔８〕の場合の薄肉近軸屈折力である。

【００５７】

【表６】

【００５８】近軸解〔８〕の場合のズームレンズ１につ
いて、レンズデータを（表７）にて示す。

【００５９】

【表７】

【００６０】図９ないし１１は、本実施例にかかる収差
図である。これらより、諸収差が良好に補正され優れた
結像性能を有していることがわかる。

【００６１】（実施例４）本発明によるズームレンズに
おける更に他の実施の形態について薄肉近軸屈折力を
（表８）にて示す。これは（表１）で示した近軸解〔１
０〕の場合の薄肉近軸屈折力である。

【００６２】

【表８】

【００６３】近軸解〔１０〕の場合のズームレンズ１に
ついて、レンズデータを（表９）にて示す。

【００６４】

【表９】

【００６５】図１２ないし１４は、本実施例にかかる収
差図である。これらより、諸収差が良好に補正され優れ
た結像性能を有していることがわかる。

【００６６】以下の（表１０）に上述の実施例１ないし
４それぞれのテレセントリシティーを示す。

【００６７】

【表１０】

【００６８】いずれも薄肉近軸屈折力配置で設定したご
とく、各実施例ともズームの全域にわたって５°以内の
テレセントリシティーにおさまっていることがわかる。

【００６９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明のズームレ
ンズは、負・正・正の３群ズームレンズの第３群へ積極
的に屈折力をもたせ、略テレセントリックなレンズ系に
なるような近軸の屈折力配置を定めることで第２群と第
３群間にも変倍効果を付与して高倍率ズーム比を実現す
るにも拘らずレンズ構成枚数の削減が可能となり、７枚
という少ない構成枚数でありながらＣＣＤなどの固体撮
像素子を用いたビデオカメラ、電子スチルカメラに最適
であり、コンパクトでズーム比が３程度、広角端にて６
５°程度の広画角を有し、画素数の多いＣＣＤを用いた
場合でも優れた結像性能を有するズームレンズを提供す
ることができる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるズームレンズの一実施例の構成を
示す断面図

【図２】図１のズームレンズにおけるテレセントリシテ
ィー（近軸絞り主光線の傾角α３´）を算出するための
説明図

【図３】本発明によるズームレンズの実施例１の広角端
での収差図

【図４】同じく中間焦点距離状態での収差図

【図５】同じく望遠端での収差図

【図６】本発明によるズームレンズの実施例２の広角端
での収差図

【図７】同じく中間焦点距離状態での収差図

【図８】同じく望遠端での収差図

【図９】本発明によるズームレンズの実施例３の広角端
での収差図

【図１０】同じく中間焦点距離状態での収差図

【図１１】同じく望遠端での収差図

【図１２】本発明によるズームレンズの実施例４の広角
端での収差図

【図１３】同じく中間焦点距離状態での収差図

【図１４】同じく望遠端での収差図

【符号の説明】

１ ズームレンズ ２ 第１群 ３ 第２群 ４ 第３群 ４ａ，７ａ 非球面 ５ 物体側 ６ 負のメニスカスレンズ ７ 負レンズ（第２レンズ） ８ 正のメニスカスレンズ ９，１１ 両凸レンズ １０ 両凹レンズ １２ 絞り １３ 像側 １４ 平行平板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より、負屈折力の第１群、正屈折力
   の第２群および正屈折力の第３群から成り、広角端から
   望遠端へのズーミングに際しては、第１群と第２群が移
   動し、第３群が固定であり、第１群と第２群との間の間
   隔は減少し、第２群と第３群との間の間隔は増加するズ
   ームレンズにおいて、第１群は物体側から順に物体側に
   凸面を向けた負メニスカスレンズ・負レンズ・物体側に
   凸面を向けた正レンズで、第２群は物体側から順に正の
   両凸レンズ・負の両凹レンズ・正の両凸レンズで、第３
   群は両凸レンズで構成され、第２群の焦点距離をｆ２、
   第３群の焦点距離をｆ３、広角端における第２群と第３
   群の薄肉間隔（第２群の後方主点位置から第３群の前方
   主点位置までの距離）をｅとしたときに ２．５≦ｆ３／ｆ２≦３．５ ０．３０≦ｅ／ｆ３≦０．４０ を満足することを特徴とするズームレンズ。