JP2502754B2

JP2502754B2 - 非球面ズ―ムレンズ

Info

Publication number: JP2502754B2
Application number: JP1169295A
Authority: JP
Inventors: 周佑小野; 敬三石黒; 理恵子平本; 康夫中嶋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH0333710A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ビデオカメラに用いられるズーム比が約６
倍のコンパクトな高性能非球面ズームレンズに関するも
のである。

従来の技術最近のビデオカメラは操作性、機動性とともに高画質
が要望され、それに答えて撮像デバイスも1/2インチ、
あるいは1/3インチの小型で、かつ高解像度のものが主
流になりつつある。また、それにともない大口径比・小
型軽量で、かつ高性能なズームレンズが強く要望されて
いる。さらに、コスト低減の要望も強く、高性能を維持
しつつ、構成枚数の削減を図ったズームレンズの実現が
強くせまられている。Ｆナンバーが約1.2〜1.4、ズーム
比が約６倍程度の従来のズームレンズは13枚以上のレン
ズで構成されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のビデオカ
メラ用ズームレンズの一例について説明する。（例え
ば、特願昭62−85019号）第２図は従来のビデオカメラ用ズームレンズの構成図
を示すものである。第２図において、11はフォーカス部
としての第１群、12は変倍部としての第２群、13はコン
ペンセータ部としての第３群、14はリレー部としての第
４群である。

以上のように構成されたビデオカメラ用ズームレンズ
について、以下その動作の説明をする。

まず、第１群11は光軸上を移動することにより、物体
位置によるピント位置のズレを調整するフォーカス作用
を有する。第２群12は倍率を変え、全系焦点距離を変化
させるために光軸上を移動する。第３群13は第２群12の
移動によって変動する像面を基準面から一定の位置に保
つコンペンセータ作用を有し、第２群12と一定の関係を
保って光軸上を移動する。第４群14は第１群，第２群，
第３群によって形成される像面を所望の位置に移す作用
を有する。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成のズームレンズでは、
レンズ外径が大きく、かつ重量の大きい第１群11を、フ
ォーカス調整のために動かさねばならないという問題点
を有していた。また、第１群11の移動により全系焦点距
離の変化、すなわち画角の変化が生じ、合焦過程で像の
変動が起こるという問題点を有していた。さらに、ズー
ムレンズ系をコンパクトにするために、第３群13に負の
屈折力を持たせる必要があり、収差補正に対する第４群
14の負担が非常に大きくなり、少ない構成枚数で高性能
を実現することが困難であるという問題点を有してい
た。

本発明は新しいレンズタイプを採用し、さらに非球面
形状を活用することにより、これらの問題点を解決した
非球面ズームレンズを提供するものである。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明の非球面ズームレ
ンズは、物体側より順に、正の屈折力を持ち結像作用を
有する固定の第１群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動
することにより変倍作用を有する第２群と、正の屈折力
の非球面レンズからなる固定の第３群と、正の屈折力を
有しフォーカス調整を行う非球面レンズを含む接合レン
ズからなる第４群から構成され、かつ各群が収差性能上
好ましいレンズタイプと画形状からなるものである。

さらに、下記（１）〜（７）の諸条件を満足する構成
において、特に収差性能が優れ、かつコンパクトな非球
面ズームレンズが少ない構成枚数で実現される。

（１）3.0 ＜f₁／f_w ＜7.0 （２）0.5 ＜｜f₂|/f_w ＜1.6 （３）2.0 ＜f₃／f_w ＜7.0 （４）2.0 ＜f₄／f_w ＜4.0 （５）0.05＜d₁₂／f₄ ＜1.0 （６）0.4 ＜r₁₁／f₃ ＜1.5 （７）0.2 ＜r₁₄／f₄ ＜1.5 作用本発明は上記した構成によって、従来の問題点を解決
している。すなわち、像面に近い、従ってレンズ外径が
小さく軽いレンズ群をフォーカス調整に用いている。ま
た、第３群に正の屈折力を持たせることにより、第４群
の収差補正の負担を軽減し、少ない構成枚数で高性能を
実現している。さらい、第３群の正屈折力を適切に選ぶ
ことにより、第1,第2,第３群の合成屈折力を小さくし、
第４群の移動による合焦過程で生じる像の変動を実用上
問題にならない程度まで小さくしている。また、第３群
と第４群に非球面形状を有するレンズを少なくとも一枚
導入することにより、高性能を維持して大幅な枚数削減
を実現している。

実施例以下本発明の一実施例の非球面ズームレンズについ
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の非球面ズームレンズの一実施例の
構成図を示すものである。第１図において、１は第１
群、２は第２群、３は第３群、４は第４群、５は水晶フ
ィルタや撮像デバイスのフェースプレイト等に相当する
等価的なガラス板である。

ズームレンズをコンパクトに構成するには各群の屈折
力を強くすることが必要である。上記条件（１），条件
（２），条件（３），条件（４）は各群の屈折力を規定
する条件式であり、コンパクトさを実現する強い屈折力
を与えるが、各群のレンズタイプ、面形状等を最適に設
定することにより良好な収差性能を満足する範囲であ
る。特に、第１群１に最適なレンズタイプは、物体側よ
り順に接合レンズと正の屈折力のメニスカスレンズであ
り、第２群２に最適なレンズタイプは、負の屈折力のメ
ニスカスレンズと接合レンズである。

第３群３が非球面形状を有するという条件は、単レン
ズで第３群３を構成し、かつＦナンバー約1.4という大
口径の諸収差を補正するのに欠かせないものである。特
に、第３群３の非球面形状は球面収差の補正に大きな効
果を有する。

第４群４が少なくとも一面の非球面形状を有する接合
レンズであるという条件は、２枚という少ない構成枚数
で、軸上および軸外の色収差を補正し、かつ単色の軸外
収差、特にコマ収差を補正する上で欠かせないものであ
る。

次に、各条件についてより詳しく説明する。

条件（１）は第１群１の屈折力に関する条件である。
下限を越えると第１群１の屈折力が大きくなり過ぎるた
め、長焦点側の球面収差の補正が困難となる。上限を越
えるとレンズ長が大きくなり、コンパクトなズームレン
ズが実現できない。

条件（２）は第２群２の屈折力に関する条件である。
下限から外れる時には、コンパクトに出来るが、全系の
ペッツバール和が大きく負になり、硝材の選択のみでは
像面湾曲の補正が出来ない。上限を越えると収差補正は
容易であるが、変倍系が長くなり全系のコンパクト化が
達成出来ない。

条件（３）は第３群３の屈折力に関する条件である。
下限を越えると第３群３の屈折力が大きくなり過ぎるた
め、短焦点側の球面収差の補正が困難となる。上限を越
えると第１群，第２群，第３群の合成系が発散系となる
ためその後に位置する第４群４のレンズ外径を小さくす
ることができない。また、条件（３）の上限，下限の範
囲を外れると、合焦過程での第４群４の移動による画角
の変化が大きくなるため、像の変動を小さくすることが
できない。

条件（４）は第４群４の屈折力に関する条件である。
下限から外れる時には、画面包括範囲が狭くなり、所望
の範囲を得るには第１群１のレンズ径を大きくする必要
があり、小型・軽量化が実現出来ない。上限を越えると
収差補正は容易であるが、近距離撮影時での第４群４の
移動量が大きくなり、全系のコンパクト化が達成できな
いばかりでなく、近距離撮影時と遠距離撮影時の軸外収
差のアンバランスの補正が困難となる。

条件（５）は第３群３と第４群４との空気間隔に関す
る条件式である。下限を越えると軸外光線高が小さくな
り、硝材の選択のみでは倍率色収差の補正が困難とな
る。また、近距離撮影時の第４群４の移動量に制約が生
じ、充分な撮影至近距離が実現出来ない。上限を越える
と全系のコンパクト化が難しい。また、画面周辺での充
分な光量を確保するとき、第４群４のレンズ外径を小さ
くすることができない。

条件（６）は第３群３を構成する非球面レンズ物体側
面の曲率半径に関するものである。物体側面、あるいは
像側面のいずれか一方、あるいは両方に非球面を導入
し、その形状を最適に設定することにより、単レンズに
もかかわらず諸収差を良く補正することができる。しか
し、条件（６）の下限を越えると球面収差が補正困難と
なり、上限を外れると、主光線より下側の軸外光線に対
するコマ収差の補正が困難となる。

条件（７）は第４群４を構成するレンズの接合面の曲
率半径に関する条件式である。接合レンズを構成する負
の屈折力レンズの物体側面、あるいは接合面、あるいは
正の屈折力レンズの像側面のうち少なくとも一面に非球
面を導入し、その形状を最適に設定することにより、軸
上、および倍率の色収差を補正しつつ、単色収差を良く
補正することができる。しかし、条件（７）の下限を外
れるとこれらの面への入射角が大きくなり、主光線より
上側の軸外光線に対するコマ収差の補正が困難となり、
また、Ｆ線の球面収差が補正過剰となる。上限を越える
と、実用上使用可能な硝材の範囲内では軸上、および倍
率色収差の補正ができない。

これらの条件を満たす一実施例を以下にしめす。表中
r₁，r₂，……は物体側から順に数えたレンズ各面の曲率
半径、d₁，d₂，……はレンズ面間の肉厚または空気間
隔、n₁，n₂，……は各レンズのｄ線に対する屈折率、ν
_１，ν_２，……はｄ線に対するアッベ数である。ｆは全
系の焦点距離、F/NoはＦナンバーである。

また、非球面形状を有する面については、下記の式で
規定している。

ただし、 Z:光軸からの高さがＹにおける非球面上の点の非球面頂
点の接平面からの距離 Y:光軸からの高さ C:非球面頂点の曲率（＝1/r） K:円錐定数 D,E,F,G:非球面係数（実施例１）ｆ＝5.964〜35.709 F/No＝1.45〜1.94 r₁ ＝40.151 d₁ ＝0.9 n₁＝1.80518 ν_１＝25.5 r₂ ＝19.849 d₂ ＝4.8 n₂＝1.58913 ν_２＝61.2 r₃ ＝‐76.574d₃ ＝0.2 r₄ ＝14.954 d₄ ＝2.2 n₃＝1.58913 ν_３＝61.2 r₅ ＝27.879 d₅（可変） r₆ ＝17.496 d₆ ＝0.7 n₄＝1.58913 ν_４＝61.2 r₇ ＝ 5.468 d₇ ＝3.2 r₈ ＝‐8.045 d₈ ＝0.7 n₅＝1.66672 ν_５＝48.4 r₉ ＝ 6.929 d₉ ＝2.4 n₆＝1.80518 ν_６＝25.5 r₁₀＝97.444 d₁₀（可変） r₁₁＝12.857 d₁₁＝2.9 n₇＝1.59561 ν_７＝56.6 r₁₂＝‐38.011d₁₂＝（可変） r₁₃＝23.160 d₁₃＝0.7 n₈＝1.84666 ν_８＝23.9 r₁₄＝ 7.750 d₁₄＝3.7 n₉＝1.67790 ν_９＝55.5 r₁₅＝17.412 d₁₅（可変） r₁₆＝∞ d₁₆＝8.0 r₁₇＝∞ なお、第12面と第15面は非球面であり、下記の非球面
係数で表される。

12面第15面 K-2.809E1 3.950E-1 Ｄ 1.195E-4 6.307E-5 Ｅ 3.230E-7 1.494E-6 Ｆ 1.137E-8 ‐8.021E-8 G-3.443E-10 1.744E-9 次に、ズーミングにより可変な空気間隔の一例を示
す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.966 1.000 15.894 4.422 2.000 標準 19.108 10.150 6.744 2.252 4.170 望遠 36.206 13.871 3.023 4.422 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.965 1.000 15.894 4.401 2.021 標準 20.320 10.550 6.344 2.049 4.373 望遠 35.705 13.871 3.023 3.703 2.719 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.958 1.000 15.894 4.355 2.067 標準 23.620 11.520 5.374 1.516 4.906 望遠 34.756 13.871 3.023 2.284 4.138 f₁／f_w ＝4.68 ｜f₂|/f_w＝1.05 f₃／f_w ＝2.76 f₄ ／f_w＝3.21 d₁₂／f₄＝0.08〜0.23r₁₁／f₃＝0.78 r₁₄／f₄＝0.40 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が
第３群３に最も接近するズーム位置である。

上記諸条件を満たす他の実施例を以下に示す。

（実施例２）ｆ＝5.968〜36.103 F/No＝1.45〜1.95 r₁ ＝42.958 d₁＝0.9 n₁＝1.80518 ν_１＝25.5 r₂ ＝20.407 d₂＝4.8 n₂＝1.58913 ν_２＝61.2 r₃ ＝‐62.676d₃＝0.2 r₄ ＝15.802 d₄＝2.2 n₃＝1.58913 ν_３＝61.2 r₅ ＝30.976 d₅（可変） r₆ ＝28.571 d₆＝0.7 n₄＝1.58913 ν_４＝61.2 r₇ ＝ 6.012 d₇＝2.9 r₈ ＝‐8.314 d₈＝0.7 n₅＝1.66672 ν_５＝48.4 r₉ ＝ 7.421 d₉＝2.4 n₆＝1.80518 ν_６＝25.5 r₁₀＝118.398 d₁₀（可変） r₁₁＝15.271 d₁₁＝2.6 n₇＝1.60311 ν_７＝60.7 r₁₂＝‐53.777d₁₂（可変） r₁₃＝14.368 d₁₃＝0.7 n₈＝1.80518 ν_８＝25.5 r₁₄＝ 6.282 d₁₄＝4.9 n₉＝1.67790 ν_９＝55.5 r₁₅＝23.114 d₁₅（可変） r₁₆＝∞ d₁₆＝8.0 r₁₇＝∞ なお、第12面と第15面は非球面であり、下記の非球面
係数で表される。

第12面第15面 K-2.073E1 2.509 Ｄ 7.483E-5 1.085E-4 Ｅ 1.188E-7 5.003E-7 Ｆ 2.112E-8 ‐7.835E-8 G-3.638E-10 1.158E-9 次に、ズーミングにより可変な空気間隔の一例を示
す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.970 1.000 15.894 8.180 2.000 標準 18.895 10.190 6.704 6.128 4.052 望遠 36.420 13.914 2.980 8.179 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.968 1.000 15.894 8.161 2.019 標準 20.101 10.580 6.314 5.942 4.238 望遠 36.103 13.914 2.980 7.521 2.658 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.965 1.000 15.894 8.119 2.060 標準 23.373 11.510 5.384 5.453 4.727 望遠 35.487 13.914 2.980 6.212 3.967 f₁／f_w ＝4.61 ｜f₂|/f_w＝1.05 f₃／f_w ＝3.35 f₄ ／f_w＝2.71 d₁₂／f₄＝0.34〜0.51 r₁₁／f₃＝0.76 r₁₄／f₄＝0.39 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が
第３群３に最も接近するズーム位置である。

上記諸条件を満たす他の実施例を以下に示す。

この実施例では、第１群，第２群は上記実施例と同じで
ある。

（実施例３）ｆ＝5.961〜35.802 F/No＝1.44〜1.94 r₁₁＝18.528 d₁₁＝2.6 n₇＝1.59561 ν_７＝56.6 r₁₂＝‐25.947d₁₂（可変） r₁₃＝16.225 d₁₃＝0.7 n₈＝1.84666 ν_８＝23.9 r₁₄＝ 6.821 d₁₄＝4.2 n₉＝1.67790 ν_９＝55.5 r₁₅＝‐20.544 d₁₅（可変） r₁₆＝∞ d₁₆＝8.0 r₁₇＝∞ なお、第11面と第15面は非球面であり、下記の非球面
係数で表される。

第11面第15面 K-1.293 2.278 D-7.135E-5 8.665E-5 E-9.310E-8 ‐7.322E-7 F-1.395E-8 ‐1.070E-8 Ｇ 2.803E-10 ‐9.903E-11 次に、ズーミングにより可変な空気間隔の一例を示
す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.962 1.000 15.894 6.545 2.000 標準 18.929 10.150 6.744 4.514 4.031 望遠 36.185 13.871 3.023 6.545 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.961 1.000 15.894 6.526 2.019 標準 20.152 10.550 6.344 4.324 4.222 望遠 35.796 13.871 3.023 5.874 2.671 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.956 1.000 15.894 6.483 2.062 標準 23.479 11.510 5.384 3.822 4.723 望遠 35.048 13.871 3.023 4.544 4.002 f₃／f_w ＝3.11 f₄／f_w＝2.89 d₁₂／f₄＝0.22〜0.38 f₁₁／f₃＝1.00 r₁₄／f₄＝0.40 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が
第３群３に最も接近するズーム位置である。

上記諸条件を満たす他の実施例を以下に示す。

この実施例では、第１群，第２群は上記実施例１と同じ
である。

（実施例４）ｆ＝5.962〜35.694 F/No＝1.43〜1.94 r₁₁＝13.238 d₁₁＝2.9 n₇＝1.59561 ν_７＝56.6 r₁₂＝‐35.018d₁₂（可変） r₁₃＝22.075 d₁₃＝0.7 n₈＝1.84666 ν_８＝23.9 r₁₄＝ 7.500 d₁₄＝3.7 n₉＝1.67790 ν_９＝55.5 r₁₅＝‐17.473 d₁₅（可変） r₁₆＝∞ d₁₆＝8.0 r₁₇＝∞ なお、第11面と第13面は非球面であり、下記の非球面
係数で表される。

第11面第13面 K-9.974 ‐2.498 Ｄ 1.217E-4 ‐2.014E-5 Ｅ 1.640E-7 ‐4.821E-7 Ｆ 2.638E-8 ‐3.190E-8 G-6.005E-10 ‐6.865E-10 次に、ズーミングにより可変な空気間隔の一例を示
す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.965 1.000 15.894 5.066 2.000 標準 18.996 10.150 6.744 2.910 4.156 望遠 36.198 13.871 3.023 5.066 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.962 1.000 15.894 5.046 2.021 標準 20.202 10.550 6.344 2.710 4.357 望遠 35.690 13.871 3.023 4.349 2.717 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₂ d₁₅ 広角 5.957 1.000 15.894 5.000 2.067 標準 23.455 11.510 5.384 2.184 4.882 望遠34.733 13.871 3.023 2.942 4.125 f₃／f_w ＝2.77 f₄／f_w＝3.16 d₁₂／f₄＝0.12〜0.27 f₁₁／f₃＝0.80 r₁₄／f₄＝0.40 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が
第３群３に最も接近するズーム位置である。

第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）、第４図（ａ），
（ｂ），（ｃ）、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々
物点位置2mにおける実施例１の広角端，標準、望遠端に
おける収差性能を示す。同様に、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）、第７図（ａ），（ｂ），（ｃ）、第８
図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々物点位置2mにおける実
施例２の広角端，標準，望遠端における収差性能を示
す。第９図（ａ），（ｂ），（ｃ）、第10図（ａ），
（ｂ），（ｃ）、第11図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々
物点位置2mにおける実施例３の広角端，標準，望遠端に
おける収差性能を示す。第12図（ａ），（ｂ），
（ｃ）、第13図（ａ），（ｂ），（ｃ）、第14図
（ａ），（ｂ），（ｃ）、は各々物点位置2mにおける実
施例３の広角端，標準，望遠端における収差性能を示
す。これらの図から、各実施例とも良好な光学性能を有
していることがわかる。

発明の効果以上の説明から明かなように、本発明のレンズ構成と
条件のもとで、Ｆナンバーが約1.4、ズーム比が約６倍
のコンパクトで、性能のよいビデオカメラ用非球面ズー
ムレンズを９枚という少ない構成枚数で実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における非球面ズームレ
ンズの構成図、第２図は従来のズームレンズの構成図、
第３図，第４図，第５図は本発明の実施例１の諸収差
図、第６図，第７図，第８図は本発明の実施例２の諸収
差図、第９図，第10図，第11図は本発明の実施例３の諸
収差図、第12図，第13図，第14図は本発明の実施例４の
諸収差図である。球面収差の図において、実線はｄ線、点線はＦ線、破線
はＣ線に対する球面収差、非点収差の図において実線は
サジタル像面湾曲、点線メリヂオナル像面湾曲を示す。１……第１群、２……第２群,3……第３群、４……第４
群、５……水晶フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中嶋康夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平３−12623（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、正の屈折力を持つ固定の
第１群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動することより
変倍作用を有する第２群と、正の屈折力を持ち集光作用
を有する固定の第３群と、上記第２群の移動、および物
体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置
に保つように光軸上を移動し、非球面レンズを含む第４
群とからなる非球面ズームレンズであって、上記第３群
と上記第４群が比較的大きな空気間隔を有し、上記第１
群は物体側より順に接合レンズおよび正屈折力のメニス
カスレンズで構成され、上記第２群は負の屈折力のメニ
スカスレンズおよび接合レンズで構成され、上記第３群
は物体側に凸面の向いた正の屈折力の非球面形状を有す
る単レンズで構成され、上記第４群は物体側に凸面の向
いた接合面を有し、かつ少なくとも一面以上の非球面を
有する接合レンズで構成され、さらに、下記（１）〜
（７）の諸条件を満足することを特徴とする非球面ズー
ムレンズ。（１）3.0 ＜f₁／f_w ＜7.0 （２）0.5 ＜｜f₂|/f_w ＜1.6 （３）2.0 ＜f₃／f_w ＜7.0 （４）2.0 ＜f₄／f_w ＜4.0 （５）0.05＜d₁₂／f₄ ＜1.0 （６）0.4 ＜r₁₁／f₃ ＜1.5 （７）0.2 ＜r₁₄／f₄ ＜1.5 ただし、f_wは広角端の全系焦点距離、f₁（ｉ＝1,2,3,
4）は第ｉ群の焦点距離、d₁₂は物体側より数えて第12番
目の空気間隔、r_j（ｊ＝11,14）は第ｊ番目のレンズ面
の曲率半径を示す。