JP2526923B2

JP2526923B2 - ズ―ムレンズ

Info

Publication number: JP2526923B2
Application number: JP62226185A
Authority: JP
Inventors: 淳関根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPS6468709A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子スチルカメラ、ビデオカメラ等に使用さ
れる高倍で大口径のズームレンズに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、カメラ、電子スチルカメラ及びビデオカメラ等
に使用される４群ズームレンズは主に正負負正や正負正
正の２種の構成に大別される。

一般的に、この４群ズームレンズは、フォーカシング
用の第１レンズ群、像の倍率を変倍するバリエータの第
２レンズ群、そのバリエータにより移動する像面を補正
して一定に保つコンペンセータの第３レンズ群、結像系
の第４レンズ群とから成るものが知られていおり、ズー
ミングは第２レンズ群と第３レンズとを光軸に沿って相
対的に移動させて行なう方法がとられている。

そして、前者の正負負正のタイプのズームレンズは、
高倍率向けに有利な構成である。

一方、後者の正負正正のタイプのズームレンズは、負
の屈折力を持つバリエータの第２レンズ群で発散した光
束を正の屈折力を持つコンペンセータの第３レンズ群で
収斂させている為に、結像系の第４レンズ群及び絞りを
コンパクトにするのに有利である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前者の正負負正のタイプのズームレンズ
は、コンパクト化を図る為に、第２レンズ群及び第３レ
ンズ群の負の屈折力を大きくすると、このレンズ群の発
散作用が大きくなり光線が撥ね上げられる。そのため
に、第４レンズ群と、第４レンズ群中に配置された絞り
または第４レンズ群の近傍に配置された絞りとを通過す
る光線の光束径が大きくなって第４レンズ群の大型化を
招くだけでなく、その群で発生する球面収差が甚大とな
る。したがって、コンパクトでＦナンバー1.2程度の明
るさの大口径ズームレンズをこのタイプで構成するのは
好ましくない。

また、後者の正負正正のタイプのズームレンズは、コ
ンペンセータの第３群の屈折力を小さくして、第１レン
ズ群、第２レンズ群及び第３レンズ群でアフォーカル光
学系を形成するような一般的な構成すると、広角端から
中間ポジションにかけてのコンペンセータが像側へ移動
するので、このコンペンセーこのよる変倍作用が低下す
る。そのために、中間ポジションにおける第１レンズ群
とバリエータの第２レンズ群との空気間隔が大きくなる
ので、主光線が下がって第１レンズ群の有効径が大きく
なる。したがって、コンパクトで高変倍可能なズームレ
ンズには不向きである。

一方、上記の事とは逆に、広角端から中間ポジション
においてコンペンセータによる減倍作用を抑えるため
に、コンペンセータの屈折力を大きくすると、第３レン
ズ群を通過後の光束が強い収斂光となり、ペッツバール
和及び非点収差の良好な補正が困難であり、この構成で
も高倍で大口径のズームレンズ達成することが難しい。

しかも、この正負正正の４群構成のズームレンズは、
負の屈折力を持つレンズ群が第２レンズ群のみでしか存
在しない為に、ペッツバール和が正の方向に大きくなっ
て、基本的に非点収差及び像面湾曲を補正することが困
難な構成となっている。

また、一般的に、高い変倍比のズームレンズを実現し
ようとすると、バリエータとコンペンセータの移動量を
大きくとらなければならない。その結果、レンズ系の全
長が長くなり、しかも周辺光量を確保するにはレンズ径
も大きくなるので、レンズ系の大型化を招く問題があ
る。

したがって、本発明はこのような問題点を解決しつ
つ、ズーム比が大きく、しかも簡素な構成で明るく良好
な収差補正がなされたコンパクトなズームレンズを提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レン
ズ群と、倍率を変倍するバリエータであり負の屈折力を
持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群
と、このバリエータにより移動する像面の変動を補正し
その像面の位置を一定に保つ機能とフォーカシングを行
なう機能を兼ね備えており、正の屈折力を持つ第４レン
ズ群とから構成を基本とし、広角端から望遠端へ変倍す
る際に、第１レンズ群と第３レンズ群を固定し、第２レ
ンズを光軸に沿って線型に移動させ、前記第４レンズ群
を前記バリエータにより移動する像面の変動を補正しそ
の像面の一定に保つように移動させ、また前記第２レン
ズ群は少なくとも２枚以上の負レンズと少なくとも１枚
以上の正レンズとを有する構成とし、前記第２レンズ群
を構成している負レンズのうち最も屈折率の小さい負レ
ンズの屈折率をn_minとし、n_min＜1.65……（１）を満足
するように構成することで上記の問題を解決しようとす
るものである。

更に、本発明は広角から望遠まで良好な性能を持ち、
軽量でコンパクトなズームレンズを達成するには、第ｉ
レンズ群の焦点距離をf_i、広角端での焦点距離をf_wと
し、 4.4＜f₃／f_w＜7.0 …（２） 5.5＜f₁／f_w＜7.0 …（３） 2.0＜f₃／f₄＜4.0 …（４） 3.6＜−f₃／f₂＜5.0 …（５）とを満足するように構成することが望ましい。

〔作用〕

本発明は正の屈折力の第１レンズ群と、変倍を行なう
バリエータである負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈
折力の第３レンズ群と、この第２レンズ群の変倍による
像面の移動を補正してその像面位置を一定に保つコンペ
ンセータの機能とフォーカシングを行なう機能とを兼ね
備えた正の屈折力の第４レンズ群から成る４群構成を基
本としている。そして、広角端から望遠端へズームミン
グする際に、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定し
て、第２レンズ群と第４レンズ群とを光軸に沿って相対
的に移動させることによって変倍を行ない、またフォー
カシングの際には、第４レンズ群を光軸に沿って移動さ
せることによってフォーカシングを行なうことを可能と
している。

ところが、本発明はこの構成を満足するだけでなく、
正負正正の４群タイプのズームレンズが内包する収差補
正上の欠点を排除するために、条件式（１）を満足する
ように構成することが必要である。以下に、条件式
（１）について説明する。

正負正正の４群構成のズームレンズでのペッツバール
和を小さく抑えるには、このレンズ群を構成している正
レンズ成分の屈折率を大きくするか、又は負レンズ成分
の屈折率を小さくすることが必要である。このことか
ら、コストの点を考慮すれば、屈折率の小さい負レンズ
成分で構成することが望ましい。

ところが、正の屈折力を持つレンズ群中の負レンズを
屈折率の小さい負レンズで構成すると、色収差の補正が
困難となるので、屈折率の小さい負レンズを負の屈折率
を持つ第２レンズ群に構成させることが最も良いのであ
る。したがって、この第２レンズ群に屈折率の小さい負
レンズを位置させることで、十分にペッツバール和を小
さくすることが可能で、かなり良好に非点収差及び像面
弯曲の補正が可能となる。

更に良好な収差補正を図るには条件式（２）〜（５）
を満足するように本発明が構成されることが望ましい。
以下、条件式（２）〜（５）について説明する。

条件式（２）は第３レンズ群の屈折力を規定するもの
である。条件式（２）の上限を越えると、第３レンズ群
の屈折力が弱くなるので、第４レンズ群が大きくなり、
同時にバックフォーカスが必要以上に長くなる。したが
って、レンズ系の大型化を招く恐れがあり好ましくな
い。また、条件式（２）の下限を越えると、第３レンズ
群の屈折力が強くなり、広角端の球面収差がマイナス方
向に大きくなるので、補正不足となる。このため、良好
な収差補正を行おうとすると、第３レンズ群を構成する
レンズの枚数を多くしなければならないので、軽量化を
達成することができない。尚、この条件式において良好
な収差補正とレンズ系のコンパクト化とを図るための最
適なバランスをとるには、この条件式の下限が5.0であ
ることが望ましい。

条件式（３）は第１レンズ群の屈折力を規定するもの
である。条件式（３）の上限を越えると、第１群の屈折
力が弱くなり、第３レンズ群及び第４レンズ群の大きさ
を規定した大きさに維持するには、第２レンズ群の屈折
力を弱めなければならない。したがって、結果的にレン
ズ系の大型化を招くので好ましくない。また、条件式
（３）の下限を越えると、第１群の屈折力が強くなり、
望遠側での球面収差の補正が困難となるので好ましくな
い。

条件式（４）は第３レンズ群と第４レンズ群の屈折力
の比に関するものである。条件式（４）の上限を越える
と、第３レンズ群の屈折力が弱くなりので、第４レンズ
群における正の屈折力の負担が大きくなり、良好な収差
補正が困難となる。また、条件式（４）の下限を越える
と、第３レンズ群の屈折力が大きくなり、良好な収差補
正をするには第４レンズ群の物体側に強い負の屈折力を
持つレンズ成分を構成させることが必要となる。したが
って、レンズ系のレンズの構成枚数が多くなり、コス
ト、軽量化、コンパクトの点で好ましくない。

条件（５）式は第３レンズ群と第２レンズ群の屈折力
の比に関するものである。条件式（５）の上限を越える
と、第３レンズ群の屈折力が弱くなり、負の屈折力を持
つ第２レンズ群による光束の発散作用の影響が大きくな
るので、第４レンズ群が大型化、球面収差の増大、バッ
クフォーカスが長くなる等の不都合な問題が生ずる。ま
た、条件式（５）の下限を越えると、ペッツバール和が
プラス方向で大きくなるので、像面補正が困難となり、
最良像面を維持することは不可能となる。

以下、本発明の各実施例について説明する。

〔実施例〕

本発明を構成しているレンズを非球面レンズで構成し
ても良い。そして、非球面形状をと定義する。但し、非球面上の点のレンズ面頂点におけ
る接平面からの距離をｘ、光軸からの高さをＳ、基準球
面の曲率をＣ、円錐定数をｋ、第2i次の非球面計数をA
_2i（ｉは１〜５の整数）とする。

〔実施例１〕第２図は本発明の実施例１における構成図である。物
体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群G₁は、物
体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL₁₁とそれに接
合された正レンズL₁₂と物体側に凸面を向けた正メニス
カスレンズL₁₃とから構成され、負の屈折力を持つ第２
レンズ群G₂は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズL₂₁と負レンズL₂₂とそれに接合された物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズから構成され、正の屈折力を
持つ第３レンズ群G₃は物体側に凸面を向けた正メニスカ
スレンズL₃₁から構成され、正の屈折力を持つ第４レン
ズ群G₄は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL
₄₁とそれに接合された正レンズL₄₂と正レンズL₄₃とから
構成されている。そして、正メニスカスレンズの第３レ
ンズ群における像側面は非球面形状で構成されている。
この非球面形状は、円錐定数ｋ＝1.0、非球面係数A₂＝
０、A₄＝1.60510×10^-5、A₆＝2.76510×10^-8、A₈＝−1.
52030×10^-11、A₁₀＝−5.72770×10^-12である。

特に、１枚の正メニスカスレンズでのみ構成されてい
る第３レンズ群に良好な収差補正を行なう機能を持たせ
るには、この第３レンズ群を構成している正メニスカス
レンズの形状因子（シェイプファクター）ｑが、の条件を満足することが望ましい。但し、r₃₁は第３レ
ンズ群の第１レンズL₃₁の物体側の曲率半径、r₃₁′は第
３レンズ群の第１レンズL₃₁の像側の基準球面の曲率半
径である。

したがって、この条件の上限及び下限を越えるように
構成されると、第３レンズ群で発生する球面収差が大き
くなり過ぎ収差補正が困難となるので好ましくない。

表１に本発明の実施例１における諸元を示し、また、
第3a図（広角ポジション）、第3b図（中間ポジション、
ｆ＝20mm）及び第3c図（望遠ポジション）に収差図を示
す。

尚、以下に、各条件式における実施例１の対応値を記
す。

f_w＝9.27、f_T＝52.38 f₃／f_w＝5.85、f₁／f_w＝6.28 f₃／f₄＝2.48、f₃／f₂＝−3.68 ｑ＝1.477 〔実施例２〕第４図は本発明の実施例１における構成図である。実
施例２は実施例１と比べて、第１レンズ群G₁、第２レン
ズ群G₂及び第４レンズ群G₄の構成に関して、基本的には
同じであるが、第３レンズ群の構成が異なっている。こ
の第３レンズ群G₃は両凸の正レンズL₃₁と、像側に凸面
を向けた負メニスカスレンズL₃₂の正負の２枚の単レン
ズで構成されている。

特に、この２枚のレンズで構成されている第３レンズ
群において、良好な収差補正を行なう機能を持たせるに
は、第３レンズ群の物体側に位置している正レンズL₃₁
の焦点距離をf₃₁、第３レンズ群の焦点距離をf₃とする
と、 0.5＜f₃₁／f₃＜0.7 を満足するように構成することが望ましい。もし、この
条件式の上限を越えるように構成されると、正レンズL
₃₁の屈折率が小さくなり、軸上色収差の補正が困難とな
る。また、この条件の下限を越えるように構成される
と、この正レンズL₃₁の屈折率が大きくなり、球面収差
が補正過剰となり好ましくない。

表２に実施例２の諸元を示し、また、第5a図（広角ポ
ジション）、第5b図（中間ポジション、ｆ＝20mm）及び
第5c図（望遠ポジション）に実施例２を収差図を示す。

尚、以下に、各条件式における実施例２の対応値を記
す。

f_w＝9.27、f_T＝52.38 f₃／f_w＝5.85、f₁／f_w＝6.28 f₃／f₄＝2.56、f₃／f₂＝−3.68 f₃₁／f₃＝0.598 〔実施例３〕第６図は本発明の実施例３における構成図である。実
施例２は上記の実施例と比べて、基本的には同じである
が、第３レンズ群の構成が異なっている。この第３レン
ズ群G₃は物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズL₃₁
と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズL₃₂の２枚の
単レンズで構成され、更に、この群の像側に位置してい
るメニスカスレンズL₃₂の像側面は非球面形状で構成さ
れている。この非球面は周辺に行くに従い負の屈折力を
持つ形状となっており、円錐定数ｋ＝1.0、非球面係数A
₂＝０、A₄＝5.48860×10^-5、A₆＝1.70010×10^-7、A₈＝
−1.34550×10^-10、A₁₀＝−2.52210×10^-12である。

特に、２枚のレンズ構成の第３レンズ群において、良
好な収差補正を行なう機能を持たせるには、正の単レン
ズ２枚で構成されている第３レンズ群の物体側に位置し
ている正レンズL₃₁の形状因子ｑがを満足するように構成することが望ましい。但し、r₃₁
は第３レンズ群の第１レンズL₃₁の物体側の曲率半径、r
₃₁′は第３レンズ群の第１レンズL₃₁の像側の曲率半径
である。もし、この条件式の上限及び下限を越えるよう
に構成されると、第４レンズ群で発生する球面収差を第
３レンズ群で発生する球面収差とで互いに相殺させるこ
とが困難となりので好ましくない。

表３に実施例３の諸元を示し、また、第7a図（広角ポ
ジション）、第7b図（中間ポジション、ｆ＝20mm）及び
第7c図（望遠ポジション）に実施例３を収差図を示す。

尚、以下に、各条件式における実施例３の対応値を記
す。

f_w＝9.27、f_T＝52.38 f₃／f_w＝6.32、f₁／f_w＝6.02 f₃／f₄＝2.85、f₃／f₂＝−4.18 ｑ＝4.895 〔実施例４〕第８図は本発明の実施例４における構成図である。実
施例４は各実施例と比べて、構成に関して基本的には同
じであるが、第３レンズ群の構成が異なっている。この
第３レンズ群G₃は両凸の正レンズL₃₁と、像側に凸面を
向けた負メニスカスレンズL₃₂との正負の２枚の単レン
ズで構成されている。

特に、２枚のレンズで構成されている第３レンズ群に
おいて、良好な収差補正の機能を持たせるには、実施例
２と同様に、第３レンズ群の物体側に位置している正レ
ンズL₃₁の焦点距離をf₃₁、第３レンズ群の焦点距離をf₃
とすると、 0.5＜f₃₁／f₃＜0.7 の条件式を満足するように構成されることが望ましい。
この実施例４においても実施例２で述べたことと同様
に、この条件式の上限を越えるように構成されると、正
レンズL₃₁の屈折率が小さくなり、軸上色収差の補正が
困難となる。また、この条件の下限を越えるように構成
されると、この正レンズL₃₁の屈折率が大きくなり、球
面収差が補正過剰となり好ましくない。

表４に実施例４の諸元を示し、また、第9a図（広角ポ
ジション）、第9b図（中間ポジション、ｆ＝20mm）及び
第9c図（望遠ポジション）に実施例４を収差図を示す。

尚、以下に、各条件式における実施例４の対応値を記
す。

f_w＝9.27、f_T＝52.38 f₃／f_w＝5.11、f₁／f_w＝5.59 f₃／f₄＝2.23、f₃／f₂＝−3.68 f₃₁／f₃＝0.651 以下の表１〜４は本発明による実施例１〜４の諸元を
示している。ここで、物体側から順に、第ｉ番目のレン
ズ面での曲率半径をr_i、レンズの屈折率をｎ、アッベ数
をνする。但し、屈折率及びアッベ数はｄ線（587.6n
m）を基準波長としている。また、各実施例の収差図は
ｄ線によるものであり、ＦナンバーをFNOとし、像高を
Ｙ、画角を２ω、S.C.を正弦条件（sine condition）と
して示している。

第１図に示す如く、本発明によるズーム方式によっ
て、明らかに効率良いズーミングが可能となっているこ
とが分かる。

また、本発明では、条件式（２）に示す如く、基本的
に第３レンズ群の屈折力を弱めた構成となっている。し
たがって、この構成により、ペッツバール和を適切な値
に保つことが可能となるので、非点収差と像面弯曲とを
抑え、同時に球面収差の発生を抑えることができる。

よって、各実施例においる収差について検討すると、
各収差図から明らかなように、全ズーム域にわたって、
収差が良好に補正されていることが分かる。

尚、本発明はフォーカシング機能を第４レンズ群にお
いて持たせているが、第１レンズ群においてこのフォー
カシング機能を持たせる構成としても良い。したがっ
て、本発明は言うまでもなく、この実施例に限るもので
はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、６倍の変倍比、Ｆナンバー1.2の大
口径で、しかも簡素な構成で良好な収差補正がなされ
た、軽量かつコンパクトな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】

第１図は本発明の各実施例におけるズーミングによる移
動軌跡を示す図である。第２図、第４図、第６図及び第
８図は本発明の実施例１〜実施例４における構成図であ
る。第3a図、第5a図、第7a図及び第9a図は実施例１〜実
施例４における広角端での諸収差を示す図である。第3b
図、第5b図、第7b図及び第9b図は実施例１〜実施例４に
おけるｆ＝20mm（中間ポジション）での諸収差を示す図
である。第3c図、第5c図、第7c図及び第9c図は実施例１
〜実施例４における望遠端での諸収差を示す図である。〔主要部分の説明〕 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レ
ンズ群と、倍率を変倍するバリエータであり負の屈折力
を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群
と、前記バリエータにより移動する像面の変動を補正し
て該像面を一定に保つコンペンセータの機能とフォーカ
シングを行なう機能とを有し正の屈折力を持つ第４レン
ズ群とから構成され、広角端から望遠端へ変倍する際
に、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群を固定し、前
記第２レンズ群を光軸に沿って線型に移動させ、前記第
４レンズ群を前記バリエータにより移動する像面の変動
を一定に保つように移動させ、前記第２レンズ群は少な
くとも２枚以上の負レンズと少なくとも１枚以上の正レ
ンズとを有する構成とし、前記第２レンズ群を構成して
いる負レンズのうち最も屈折率の小さい負レンズの屈折
率をn_minとし、第ｉレンズ群の焦点距離をf_i、広角端で
の焦点距離をf_wとし、 n_min＜1.65 …（１） 4.4＜f₃／f_w＜7.0 …（２） 5.5＜f₁／f_w＜7.0 …（３） 2.0＜f₃／f₄＜4.0 …（４） 3.6＜−f₃／f₂＜5.0 …（５）とを満足することを特徴とするズームレンズ。