JP2597510B2

JP2597510B2 - 可変焦点距離レンズ

Info

Publication number: JP2597510B2
Application number: JP1060772A
Authority: JP
Inventors: 敦次郎石井
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH02240615A; US5080473A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高変倍率でコンパクトな可変焦点距離レン
ズに関するものである。

［従来の技術］一般に高変倍率の可変焦点距離レンズは、少なくとも
三つのレンズ群の群間隔を変化させなければ収差補正す
ることが出来ない。このような高変倍率の可変焦点距離
レンズの代表的なものとして、物体側から順に正，負，
正の３群のものや、正，負，正，正または正，負，負，
正の４群のものがある。これらのレンズ系においては、
負の屈折力を持つ第２群が変倍に最も寄与しているのが
一般的である。このような可変焦点距離レンズの従来例
としては例えば特開昭63−287810号がある。

［発明が解決しようとする課題］近年、上記のような比較的高変倍率の可変焦点距離レ
ンズのコンパクト化の要請が強まっており、このような
可変焦点距離レンズの光学全長を短縮するためには、各
群の屈折力を強くしなければならない。そのため各群で
発生する収差が大になり、それを補正するのがむずかし
くなる。これを補正するためには各群のレンズ枚数を増
やさねばならず、レンズ系の全長の短縮につながらな
い。

本発明は、各群の屈折力が強くなるために発生する収
差をレンズの枚数を増やすことなしに補正した、高変倍
率かつコンパクトで収差の良好に補正された可変焦点距
離レンズを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の可変焦点距離レンズは、最も、物体側に配置
された正の屈折力を有する第１群と、第１群の像側で負
の屈折力を有する第２群と、正の屈折力を有する最終群
を有し、第１群と第２群の間および第２群と最終群の間
の空気間隔を変化させることによって焦点位置を一定に
保ちつつ焦点距離を変化させるものである。又前記の最
終群のうち、少なくとも１枚が全体が負の屈折力を有
し、又下記のような屈折率分布を有しかつ下記の条件を
有するものである。

ｎ（ｒ）＝N₀＋N₁r²＋N₂r⁴＋… N₁＞０ただしｒは光軸と垂直方向に測った光軸からの距離、
N₀は光軸における屈折率、N₁,N₂…は定数である。

一般に正，負，正の３群からなる可変焦点距離レンズ
や正，負，正，正の４群よりなる可変焦点距離レンズに
おいて、レンズ系の全長を短縮するために各群の屈折力
を強くして行くと変倍に最も大きく寄与する第２群の屈
折力が強くなるためにペッツバール和が負になりやす
い。このペッツバール和を補正するために正レンズの屈
折率を低くすると、球面収差やコマ収差等が発生する。
そのため他の収差を悪化させずに上記のペッツバール和
を補正するためには、従来の均質材質のレンズのみでは
困難である。そのため本発明は、前記のような屈折率分
布を有する屈折率分布型レンズを用いることによって上
記のペッツバール和を補正した。

このような屈折率分布の屈折率分布型レンズは、面で
の屈折力_Ｓのほか媒質中でも屈折力_Ｍをもちその大
きさは、薄肉レンズ系で考えると_Ｍ＝−2N₁Dである。
尚Ｄはレンズの肉厚である。また屈折率がｎで屈折力が
の均質媒質レンズのペッツバール和への寄与は、/n
で表わされる。一方前記のような屈折率分布型レンズに
おけるペッツバールへの寄与は_S/N₀＋_M/N₀ ²で表わ
される。したがってN₀＞１であるので、屈折力を媒質中
で分担させることにより、同じ屈折力をもつ均質媒質レ
ンズに比べてペッツバール和への寄与を小さくすること
が出来る。

本発明のレンズ系では、最終群中の負レンズに屈折率
分布型レンズを用いてその媒質中での負の屈折力を分担
させることによってペッツバール和を良好に補正してい
る。

前記の条件は、屈折率分布型レンズが、媒質中で負の
屈折力を有するための条件である。ここでN₀は軸上の屈
折率であるので媒質中のパワーを左右にするのはN₁であ
る。したがって前記の条件を満足せずにN₁＜０になると
レンズ中の媒質の屈折力が正となり、ペッツバールの補
正に寄与しなくなる。

又、一般に可変焦点距離は、各群で独立に色収差を補
正する必要がある。そのため全体として正の屈折力を有
する最終群は、負レンズのアッベ数を小さくし、正レン
ズのアッベ数を大きくして色収差を補正しなければなら
ない。簡単のために薄肉系の軸上色収差について考え
る。均質レンズでは、屈折力、アッベ数νのレンズに
よる軸上色収差は、／νで表わされる。又本発明で用
いているような屈折率分布型レンズは、_S/v₀＋_M/v₁
で表わされる。ここで_Ｓ、_Ｍは、夫々前掲の面での
屈折力および媒質中での屈折力、又v₀,v₁は次の式で与
えられるものである。

v₀＝｛N₀（ｄ）−１｝／｛N₀（Ｆ）−N₀（Ｃ）｝ v₁＝｛N₁（ｄ）｝／｛N₁（Ｆ）−N₁（Ｃ）｝したがって、面で発生する色収差は、アッベ数v₀の均
質レンズに等しいが媒質中で発生する軸上色収差は、ア
ッベ数がv₁の均質レンズと同等であると考えられる。

本発明では、最終群で用いる屈折率分布型レンズの
_Ｍを負の値にし、又v₁の値を小さくして、正の屈折力を
もつ最終群で補正不足となりがちな色収差を十分良好に
補正するようにした。ここで特にv₁の値をv₁＜v₀になる
ようにすれば一層良好に補正し得る。その理由は次の通
りである。

＝_Ｍ＋_Ｍであるので屈折率分布型レンズの軸上
色収差_S/v₀ _M/v₁は次のように変形出来る。_S /v₀＋_M/v₁＝（＋_Ｍ）v₀＋_M/v₁ ＝/v₀−_Ｍ（1/v₀−1/v₁）ここでN₁＞０であるので_Ｍは負の値になる。したが
って通常のレンズよりも色収差を少なくするためには、
（1/v₀−1/v₁）の値を負にする必要がある。よってv₁＜
v₀とすることが好ましい。

又色収差を良好にするためには少なくともv₁の値をv₁
＜40とすることが望ましい。

更にレンズ系の全長を短縮することにより最終群の屈
折力が大きくなるため、球面収差やコマ収差の発生量が
非常に大になる。これを補正するためには、最終群中の
負レンズの曲率を強くしなければならず、したがってこ
の凹面で発生する高次のコマ収差が大きくなり、特に画
面周辺での画質が著しく低下する。従来の均質レンズの
みのレンズ系では、これを解決することが困難であっ
た。

屈折率分布型レンズでは、均質レンズの面による収差と
同等の収差と共に、面上での屈折率変化によって発生
する収差と媒質中で発生する収差とがある。

本発明で用いているような、光軸から離れるに従って
屈折率が大きくなるような分布の屈折率分布型レンズで
は、凹面において同じ曲率の均質レンズに比べて球面収
差を補正する能力が非常に大きい。そのため凹面の曲率
が弱くても十分球面収差を補正出来、その曲率を弱くす
ることによって高次のコマ収差の発生を小さく抑えるこ
とが出来る。尚面上での屈折率分布による球面収差の補
正には、一般に屈折率分布式のr²の項の係数N₁が大きく
影響する。

以上述べたように、ペツバール和と、色収差と、高次
のコマ収差の補正について、本発明中の屈折率分布型レ
ンズは、非常に大きな効果を持つが、これらはすべて、
屈折率分布式におけるr²の項の係数N₁が最も効いてお
り、r⁴以上の項を考えなくとも、収差を十分良好に補正
出来る。したがって比較的単純な屈折率分布でよいので
製作が容易である。更に、N₁やv₁に関する前記の各条件
を満足するような屈折率分布は、光軸から離れるに従っ
て、屈折率が大きくなりながらアッベ数が小さくなるよ
うな分布をとり易い。言存の光学ガラスの範囲は、上記
のような傾向を持っているため、この点からも製作が容
易であり、また屈折率変化の幅を大きくとることが可能
である。

本発明のレンズ系で用いる屈折率分布型レンズは、媒
質の屈折力_Ｍを比較的大きくとる必要があり、そのた
めには、光軸上とレンズ周辺部との屈折率差を大きくし
なければならず、製作上の問題から次の条件を満足する
ことが望ましい。

N₀＜1.70 なお、N₀は前記の屈折率分布型レンズの光軸上の屈折
率である。

N₀が上記条件を満足しないと光軸上とレンズ周辺部と
の屈折率差を大にすることが出来ず、上記の理由から好
ましくない。

さらに本発明の可変焦点距離レンズにおいては、レン
ズ系の全長を短くするために第１群，第２群の屈折力が
強くなりがちである。これらレンズ群の屈折力が強くな
ると、歪曲収差の発生が大になるがこれを補正するため
には第１群又は第２群に非球面レンズを用いることが効
果的である。

ここで用いる非球面は、次の式で表わされる。

ただし、ｒは面項点での曲率半径、Ｐは円数定数、B,
E,F,G,…は非球面係数である。

更に本発明の最終群の構成としては、物体側より順に
正の屈折力を持つ第１レンズ成分と負の屈折力を持つ第
２のレンズ成分と正の屈折力を持つ第３レンズ成分とよ
りなるものが望ましい。そして第２レンズ成分中の負レ
ンズを屈折率分布レンズとすることが好ましい。

［実施例］次に本発明の可変焦点距離レンズの実施例を示す。

実施例１ｆ＝９〜45mm、F/2.8 ２ω 47.9゜〜10.2゜ r₁＝120.8794 d₁＝1.3177 n₁＝1.84666 ν_１＝23.88 r₂＝27.8756 d₂＝5.0000 n₂1.30311 ν_２＝60.70 r₃＝−59.7085 d₃＝0.1500 r₄＝20.6484 d₄＝3.0000 n₃＝1.69680 ν_３＝55.52 r₅＝64.4890 d₅＝D₁（可変） r₆＝50.8491 d₆＝1.0000 n₄＝1.74100 ν_４＝52.68 r₇＝10.3632 d₂＝2.8000 r₈＝−12.1140（非球面） d₈＝0.9000 n₅＝1.69680 ν_５＝55.52 r₉＝27.5291 d₉＝2.0000 n₆＝1.84666 ν_６＝23.78 r₁₀＝130.4203 d₁₀＝D₂（可変） r₁₁＝−39.5583 d₁₁＝1.0000 n₇＝1.69680 ν_７＝55.52 r₁₂＝76.5498 d₁₂＝D₃（可変） r₁₃＝∞（絞り） d₁₃＝0.1493 r₁₄＝21.6015 d₁₄＝2.0000 n₈＝1.78472 ν_８＝25.71 r₁₅＝−40.3112 d₁₅＝0.8500 r₁₆＝10.4268 d₁₆＝1.5000 n₉＝1.80100 ν_９＝34.97 r₁₇＝32.9138 d₁₇＝3.6791 r₁₈＝−97.8524 d₁₈＝3.6236 n₁₀（屈折率分布型レンズ） r₁₉＝14.8237 d₁₉＝1.5000 r₂₀＝18.3806 d₂₀＝2.0000 n₁₁＝1.69680 ν₁₁＝55.52 r₂₁＝−24.5821 d₂₁＝0.1500 r₂₂＝227.6187 d₂₂＝2.0000 n₁₂＝1.69680 ν₁₂＝55.52 r₂₃＝−28.7295 ｆ 9 20 45 D₁ 1.000 9.371 15.048 D₂ 14.348 3.106 0.300 D₃ 1.000 3.871 1.000 非球面係数Ｐ＝1.0000,E＝0.45455×10^-4 Ｆ＝0.92907×10^-6,G＝−0.57758×10^-7 屈折率分布型レンズ N₀ N₁ ｄ線 1.56965 0.80000×10^-2 Ｃ線 1.56620 0.77600×10^-2 Ｆ線 1.57775 0.85600×10^-2 v₀ v₁ ｖ 49.3300 0.10000×10² N₂ N₃ ｄ線 0.10000×10^-8 0.10000×10^-15 Ｃ線 0.97000×10^-9 0.97000×10^-16 Ｆ線 0.10700×10^-8 0.10700×10^-15 v₂ v₃ ｖ 0.10000×10² 0.10000×10² 実施例２ｆ＝８〜48mm、F/2 ２ω 53.1゜〜9.5゜ r₁＝81.1158 d₁＝1.5000 n₁＝1.80518 ν_１＝25.43 r₂＝31.0136 d₂＝6.1000 n₂＝1.69680 ν_２＝55.52 r₃＝−386.3367 d₃＝0.1500 r₄＝25.9115 d₄＝4.8000 n₃＝1.69680 ν_３＝55.52 r₅＝71.1318 d₅＝D₁（可変） r₆＝−90.7164（非球面） d₆＝1.5000 n₄＝1.78800 ν_４＝47.38 r₄＝7.5421 d₇＝3.0000 r₈＝−16.8463 d₈＝1.0000 n₅＝1.69680 ν_５＝55.52 r₉＝133.7269 d₉＝0.3000 r₁₀＝15.4048 d₁₀＝1.5000 n₆＝1.84666 ν_６＝23.78 r₁₁＝24.4828 d₁₁＝D₂（可変） r₁₂＝−73.4586 d₁₂＝1.9000 n₇＝1.78300 ν_７＝36.15 r₁₃＝−24.7380 d₁₃＝D₃（可変） r₁₄＝∞（絞り） d₁₄＝2.0000 r₁₅＝15.5596 d₁₅＝3.0000 n₈＝1.83400 ν_８＝37.16 r₁₆＝−5136.7166 d₁₆＝1.0000 r₁₇＝18.6210 d₁₇＝2.5000 n₉＝1.83400 ν_９＝37.16 r₁₈＝−157.7032 d₁₈＝1.0524 r₁₉＝−77.2378 d₁₉＝6.8467 n₁₀（屈折率分布型レンズ） r₂₀＝29.8698 d₂₀＝1.6136 r₂₁＝96.6174 d₂₁＝2.5000 n₁₁＝1.77250 ν₁₁＝49.66 r₂₂＝−20.8171 d₂₂＝0.3000 r₂₃＝−58.8269 d₂₃＝2.5000 n₁₂＝1.77250 ν₁₂＝49.66 r₂₄＝−21.2913 ｆ 8 20.6 48 D₁ 2.000 14.109 20.492 D₂ 1.500 5.362 1.500 D₃ 19.792 3.821 1.300 非球面係数Ｐ＝1.0000,E＝0.51637×10^-4 Ｆ＝−0.49535×10^-6,G＝−0.31810×10^-8 屈折率分布型レンズ N₀ N₁ ｄ線 1.67270 0.80000×10^-2 Ｃ線 1.66660 0.78667×10^-2 Ｆ線 1.68755 0.83111×10^-2 v₀ v₁ ｖ 32.10000 0.18000×10² 上記データーでr₁,r₂,…はレンズ各面の曲率半径、
d₁,d₂,…は各レンズの肉厚および空気間隔、n₁,n₂…は
各レンズの屈折率、ν₁,ν₂,…は各レンズのアッベ数で
ある。

上記実施例のうち実施例１は第１図に示すレンズ構成
のもので、最終群が２枚正レンズよりなる正のレンズ成
分と、１枚の負レンズよりなる負のレンズ成分と２枚の
正レンズよりなる正レンズ成分よりなる、そのうちの負
のレンズ成分が屈折率分布型レンズである。

この実施例の広角端、中間焦点距離、望遠端の収差状
況は夫々第３図、第４図、第５図の通りである。

実施例２は、第２図に示すレンズ構成で、最終群が同
様に２枚の正レンズよりなる正のレンズ成分と、負レン
ズよりなるレンズ成分と、２枚の正レンズよりなるレン
ズ成分とよりなっていて、負のレンズ成分が屈折率分布
型レンズである。

この実施例２の広角端、中間焦点距離、望遠端での収
差状況は夫々第６図、第７図、第８図に示す通りであ
る。

尚、実施例１は第８面（r₈）が又実施例２は第６面
（r₆）が非球面である。

［発明の効果］本発明発明の可変焦点距離レンズは、従来のものに比
較して高変倍率でしかも極めてコンパクトでしかもペッ
ツバール和や色収差をはじめとする諸収差の良好に補正
されたレンズ系である。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は夫々本発明の実施例1,実施例２の断面
図、第３図乃至第５図は実施例１の収差曲線図、第６図
乃至第８図は実施例２の収差曲線図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】最も物体側に配置された正の屈折力を有す
る第１群と、第１群の像側に配置された負の屈折力を有
する第２群と、正の屈折力の最終群とよりなり、前記第
１群と第２群の間と第２群と最終群の間の間隔を変化さ
せて焦点位置を一定に保ちながら焦点距離を変化させる
レンズ系で、前記最終群のうちの少なくとも１枚のレン
ズが全体として負の屈折力を有し、下記のような屈折率
分布を有しかつ下記の条件を満足する可変焦点距離レン
ズ。ｎ（ｒ）＝N₀＋N₁r²＋N₂r⁴＋・・・ N₁＞０ v₁＜v₀ ただし、ｒは光軸と垂直方向に測った光軸からの距離、
N₀は光軸における屈折率、N₁,N₂・・・は定数、N
₀（Ｆ）,N₀（Ｃ）,N₀（ｄ）は夫々Ｆ線,C線,d線での
N₀、N₁（Ｆ）,N₁（Ｃ）,N₁（ｄ）は夫々Ｆ線,C線,d線で
のN₁、v₁,v₀は以下の式の通りである。 v₀＝｛N₀（ｄ）−１｝／｛N₀（Ｆ）−N₀（Ｃ）｝ v₁＝｛N₁（ｄ）｝／｛N₁（Ｆ）−N₁（Ｃ）｝