JP2836173B2 - コンパクトなズームレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンパクトなズームレンズに関するもので
あり、更に詳しくはズームレンズ内蔵型レンズシャッタ
ーカメラ等に用いるズームレンズに関するものである。

従来の技術 ズームレンズ内蔵型レンズシャッターカメラのコンパ
クト化，低コスト化を達成するために、撮影レンズのコ
ンパクト化，低コスト化が要望されている。ズーミング
に際するレンズの移動量も含め、レンズ系をコンパクト
化するには、各レンズ群の屈折力を強くする必要がある
が、性能を維持しながら屈折力を強くしていくのはレン
ズ枚数を増加させる方向であるといえる。一方、低コス
ト化のためにはレンズ枚数を削減するのが効果的であ
る。このように、レンズ系のコンパクト化と低コスト化
には相反する要素が多分に含まれているのである。

ところで、最近、プラスチック成形やガラスモールド
等の技術進歩が著しく、非球面が安価に生産されうるよ
うになってきている。その結果、プラスチックレンズ，
非球面等を用いた様々なズームレンズが提案されている
（特開昭62−251710号，同63−148223号，同63−139314
号，同63−266413号，特開平１−191114号，同１−1938
07号，同１−193808号等）。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかるズームレンズにおいても前記コ
ンパクト化及び低コスト化は充分に達成されているとは
いえない。

そこで、本発明ではレンズ枚数が少なく低コスト、且
つコンパクトなズームレンズを提供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明のズームレンズは、
物体側より順に正の屈折力を有する前群と負の屈折力を
有する後群との２成分から成り、前群と後群との間の空
気間隔を変化させることによって全系の焦点距離を変化
させるズームレンズにおいて、前群・後群共にそれぞれ
２枚のレンズから成り、次の条件式及びを満足する
か又は次の条件式を満足する硝材から成るレンズを前
記前群及び後群中にそれぞれ少なくとも１枚設けた構成
になっている。

N_d≦1.60 …… ν_ｄ≦35.0 …… N_d≦1.50 …… 但し、N_d:硝材のｄ線に対する屈折率 ν_d:硝材のｄ線に対するアッベ数 である。

前述の如く、一般にズームレンズにおいてコンパクト
化を図るためには、全長を短くし更に移動量も少なくす
る必要があり、これらを達成するためには各ズーム成分
の屈折力を強くしなければならない。本発明のような正
負の２成分ズームレンズにおいてこれを行い、且つ充分
なバックフォーカスを確保しようとすると、後群の負の
屈折力を強くしなければならなくなる。結局、それによ
ってペッツバール和が負の大きな値になってしまい、像
面が正方向に倒れる傾向が著しくなる。

本発明においては、この傾向を防ぐために前群・後群
共にそれぞれ２枚のレンズで構成し、且つ上記条件式
及び、又はを満足する低屈折率の硝材から成るレン
ズを用いている。例えば、このような硝材を凸レンズに
用いると、ペッツバール和が負に大きくなることによっ
て生じる正方向への像面の倒れを防ぐことができる。も
しその部分に条件式及び又は条件式の上限をこえ
るような高屈折率の硝材を用いた場合、ペッツバール和
が負の大きな値となる傾向が強くなる。このような場合
には、軸上と軸外のMTF値のベスト位置のマッチングが
難しくなってしまう。

また、条件式で示されるようなν_ｄ領域（高分散）
の硝材を前群の凹レンズに用いた場合には、色消しをす
る上で非常に有利である。例えば、前群の凹レンズに条
件式のν_ｄ領域をこえるようなレンズを用いた場合に
は、前群中の凸レンズと凹レンズのν_ｄが殆ど同じにな
ってしまう。結局、色消しをするためにはそれぞれの凸
と凹の屈折力を上げなければならなくなるので、非球面
を用いたとしても単色の収差がとれないということにな
ってしまう。

上記条件式及び又は条件式を満たすレンズを前
群及び後群中にそれぞれ少なくとも１枚設けることによ
り、各群内での性能を良好にすることができ、且つレン
ズ系全体としての性能も高めることが可能となる。

前記前群中に非球面を少なくとも１面有しているのが
好ましい。非球面を前群に少なくとも１面用いることに
よって、画面周辺部でのコマ収差の発生を防ぐことがで
きる。また、前記後群中に非球面を少なくとも１面有し
ているのが好ましい。非球面を後群に少なくとも１面用
いることによって、広角端近辺での歪曲収差を良好に補
正することができる。

このように非球面を多用することによってレンズ系の
構成枚数を大幅に減らすことができる。例えば、従来の
38−39mm仕様のズームレンズは７〜８枚のレンズで構成
されているが、本発明によれば後述する実施例のように
４枚で構成することができるようになる。更に、レンズ
全長も従来に比べて５〜10mm短くすることが可能とな
る。

また、上記条件式で示されているような低屈
折，高分散の領域にあるものは、殆どがプラスチックで
ある。従って、これをレンズに用いた場合、レンズ系全
体が軽量化されるだけではなく低コスト化をも達成する
ことができ、量産に向いているという利点もある。

前記前群中の非球面のうち少なくとも１面は次の条件
式を満足するものであるのが好ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.7Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 ここで、φ₁:前群の屈折力 N:非球面の物体側媒質の屈折率 Ｎ′：非球面の像側媒質の屈折率 Ｘ（ｙ）：非球面の面形状 X₀（ｙ）：非球面の参照球面形状 である。

条件式は、前群中の非球面が周辺ほど正の屈折力が
弱く（負の屈折力が強く）なるということを意味し、球
面収差を補正するための条件である。条件式の上限を
こえると、球面収差がズーム全域で補正不定となり、下
限をこえると球面収差がズーム全域で補正過剰となって
しまう。

前記後群中の非球面のうち少なくとも１面は次の条件
式を満足するものであるのが好ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.8Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 ここで、φ₂:後群の屈折力 である。

条件式は、後群中の非球面が周辺ほど負の屈折力が
弱く（正の屈折力が強く）なるということを意味し、歪
曲収差と像面湾曲とをバランスよく補正するための条件
である。条件式の上限をこえると、広角端における歪
曲収差が正の大きな値をとるようになり、下限をこえる
とズーム全域で像面が負の方向に湾曲する傾向が著しく
なってしまう。

ペッツバール和を小さく且つ諸収差を補正するために
は、レンズの屈折力配置を物体側から順に負正−正負と
することが望ましい。この構成にすることによって、各
群で色収差を補正することができる。

全長をコンパクトにするためには、前群・後群とも屈
折力を強くする必要があり、そのためには正の屈折力の
前群を負正の屈折力配置にし、負の屈折力の後群を正負
の屈折力配置にするのがよい。

ズームレンズのコンパクト化を図りつつ、収差をとる
（性能を上げる）ためには、ズームレンズ中に少なくと
も３面の非球面を用いることが望ましい。

前群中の全ての非球面は次の条件式を満足すること
が望ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
０＜ｙ＜0.7Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

条件式の上限をこえると輪帯球面収差が負の大きな
値を持つようになり、絞り込みによるピント位置のずれ
が問題となる。また、下限をこえると輪帯光束に対する
球面収差補正効果が過剰となり他の諸収差と球面収差と
をバランスよく補正するのが困難となる。また、この場
合球面収差が波打ったような形になりやすくなる。

前群中の両面非球面のレンズを用いた場合、一方の面
は下記の条件式を満たし、他方の面は下記の条件式
を満たすことが望ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.7Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.7Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

前群中において、条件式を満たすような非球面は周
辺になるほど正の屈折力が弱く（負の屈折力が強く）な
るということを意味しており、３次の収差領域の範囲で
球面収差のアンダーへの倒れをオーバー側へ補正するた
めの条件である。このとき、レンズの光軸から遠い場所
を通る軸上光については補正過剰になってしまいオーバ
ー側へ行ってしまうことがあるので、この光をアンダー
側へ戻すために条件式を満たすような周辺になるほど
正の屈折力が強く（負の屈折力が弱く）なる非球面を他
方の面に導入すれば良いことになる。

また、望ましくは条件式を満たす側の非球面の基準
球面からのずれ量は条件式を満たす側の非球面の基準
球面からのずれ量より大きいほうが良い。

後群中の全ての非球面は次の条件式を満足すること
が望ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
０＜ｙ＜0.8Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

条件式の上限をこえると広角端〜中間焦点距離領域
の中間画角帯において、正の歪曲収差及び像面湾曲の正
偏移傾向が大きくなる。また、下限をこえると中間焦点
距離領域〜望遠端で負の歪曲収差が大きくなり、加えて
全ズーム域で画像湾曲の負偏移傾向が著しくなる。

後群中に両面非球面のレンズを用いた場合、一方の面
は下記の条件式を満たし、他方の面は下記の条件式
を満たすことが望ましい。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.8Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

条件式は、非球面の最大有効径をY_maxとするとき、
0.8Y_max＜ｙ＜Y_maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対し
て、 である。

後群中において、条件式を満たすような非球面は周
辺になるほど負の屈折力が弱く（正の屈折力が強く）な
るということを意味しており、これによって広角端近辺
での歪曲収差を補正している。更にこのとき、条件式
を満たすような非球面を用いることによって画像湾曲を
良好に補正しているのである。

前群及び後群は次の条件式，を満足するように構
成されているのが望ましい。

ここで、 φ_W:広角端における全系の屈折力 φ_T:望遠端における全系の屈折力 β :ズーム比 但し、φ_２＜０ β＝φ_W/φ_Ｔ である。

これらは、レンズ全長，ズーミングのための移動量，
バックフォーカス及び諸収差の補正状態を良好なバラン
スに保つための条件である。

条件式の下限をこえると、広角端でバックフォーカ
スを適切な値（広角端の焦点距離の15％）に保つことが
困難となって、結局、後群レンズ径の増大を招いてしま
うことになる。また、上限をこえると、前群及び後群の
ズーミングによる移動量が過大となり鏡胴構成上不利に
なってしまう。

条件式の下限をこえると、ペッツバール和が負の大
きな値をとるようになり、像面が正方向に著しく倒れて
しまい、且つ広角端での歪曲収差が正の大きな値をとる
ようになる。また、上限をこえると、ズーミングに伴う
前・後群間の間隔変化を大きくとることが必要となり広
角端において前・後群間が大きく離れるためにレンズ全
長の増大を招く。

次の条件式，を満足することもレンズ全長，ズー
ミングのための移動量，バックフォーカス及び諸収差の
補正状態を良好なバランスに保つために有効である。

但し、φ_２＜０ である。

条件式は、広角端における全系の屈折力と前群の屈
折力との比を規定するものである。条件式の上限をこ
えると、前群屈折力が過大となり、前群中に非球面を用
いたとしても前群で発生する収差差、特に球面収差の補
正が困難となる。また、下限をこえると、画面周辺で下
方性のコマ収差が発生する傾向が著しくなる。

条件式は、広角端における全系の屈折力と後群の屈
折力との比を規定するものである。条件式の上限をこ
えると、後群屈折力が過大となり、後群中に非球面を用
いたとしても後群で発生する諸収差、特に像面湾曲と歪
曲収差の補正が困難となる。また、下限をこえると画面
周辺で下方性のコマ収差が発生する傾向が著しくなると
共に充分なバックフォーカスの確保が困難となる。

実施例 以下、本発明に係るコンパクトなズームレンズの実施
例を示す。

但し、各実施例において、r₁〜r₁₀は物体側から数え
た面の曲率半径、d₁〜d₉は物体側から数えた軸上面間隔
を示し、N₁〜N₅,ν_１〜ν_５は物体側から数えた各レン
ズのｄ線に対する屈折率，アッベ数を示す。また、ｆは
全系の焦点距離、F_NOは開放Ｆナンバーを示す。

尚、実施例中、曲率半径に＊印を付した面は非球面で
構成された面であることを示し、前記非球面の面形状
（Ｘ（ｙ））を表わす式で定義するものとする。

非球面係数 r₁:ε＝0.21656×10 A₄＝0.14925×10^-3 A₆＝0.12754×10^-5 A₈＝−0.14269×10^-7 r₂:ε＝0.11927×10 A₄＝0.25952×10^-3 A₆＝0.23574×10^-5 A₈＝0.12146×10^-7 r₅:ε＝0.61354 A₄＝0.39082×10^-4 A₆＝0.17456×10^-6 A₈＝0.25816×10^-8 非球面係数 r₁:ε＝0.22038×10 A₄＝0.22559×10^-3 A₆＝0.47146×10^-6 A₈＝−0.12054×10^-7 r₂:ε＝0.12202×10 A₄＝0.33655×10^-3 A₆＝0.22956×10^-5 A₈＝0.18420×10^-7 r₅:ε＝0.66020 A₄＝0.22371×10^-4 A₆＝0.12042×10^-6 A₈＝0.16891×10^-8 非球面係数 r₁:ε＝−0.12243 A₄＝0.80992×10^-4 A₆＝0.15371×10^-5 A₈＝−0.15720×10^-7 r₂:ε＝−0.51536×10 A₄＝0.22100×10^-3 A₆＝0.23097×10^-5 A₈＝0.28762×10^-7 r₅:ε＝−0.50602×10 A₄＝0.31888×10^-4 A₆＝0.21809×10^-6 A₈＝0.44687×10^-8 非球面係数 r₁:ε＝0.97655 A₄＝−0.33474×10^-3 A₅＝−0.60425×10^-5 A₆＝0.11236×10^-6 A₇＝0.56836×10^-8 A₈＝−0.75125×10^-9 A₉＝−0.14727×10^-10 A₁₀＝−0.21764×10^-11 A₁₁＝−0.26297×10^-12 A₁₂＝−0.29088×10^-13 r₂:ε＝0.11103×10 A₄＝−0.29953×10^-3 A₅＝−0.54132×10^-5 A₆＝0.64104×10^-6 A₇＝0.83544×10^-7 A₈＝0.62675×10^-8 A₉＝−0.20359×10^-10 A₁₀＝−0.25639×10^-11 A₁₁＝−0.28984×10^-12 A₁₂＝−0.30917×10^-13 r₄:ε＝0.12965×10 A₄＝0.34637×10^-4 A₅＝−0.24973×10^-6 A₆＝0.87763×10^-7 A₇＝0.17228×10^-7 A₈＝0.16024×10^-8 A₉＝0.29245×10^-11 A₁₀＝−0.70529×10^-12 A₁₁＝−0.15113×10^-12 A₁₂＝−0.20952×10^-13 r₅:ε＝0.97478 A₄＝0.81649×10^-4 A₅＝−0.59969×10^-5 A₆＝0.58736×10^-6 A₇＝0.44158×10^-7 A₈＝−0.18426×10^-8 A₉＝−0.35058×10^-10 A₁₀＝−0.15637×10^-11 A₁₁＝0.19821×10^-12 A₁₂＝0.59421×10^-13 非球面係数 r₁:ε＝0.95658 A₄＝−0.36046×10^-3 A₅＝−0.62131×10^-5 A₆＝0.72014×10^-7 A₇＝0.63443×10^-9 A₈＝−0.11660×10^-8 A₉＝−0.43043×10^-10 A₁₀＝−0.39259×10^-11 A₁₁＝−0.36425×10^-12 A₁₂＝−0.34643×10^-13 r₂:ε＝0.12515×10 A₄＝−0.29680×10^-3 A₅＝−0.44849×10^-5 A₆＝0.76943×10^-6 A₇＝0.94109×10^-7 A₈＝0.69823×10^-8 A₉＝0.23641×10^-10 A₁₀＝0.93349×10^-14 A₁₁＝−0.14338×10^-12 A₁₂＝−0.22658×10^-13 r₄:ε＝0.11804×10 A₄＝0.36394×10^-4 A₅＝−0.45598×10^-6 A₆＝0.13964×10^-6 A₇＝0.25012×10^-7 A₈＝0.23532×10^-8 A₉＝0.64998×10^-10 A₁₀＝0.40513×10^-11 A₁₁＝0.19753×10^-12 A₁₂＝0.39046×10^-14 r₅:ε＝0.97670 A₄＝0.72747×10^-4 A₅＝−0.50282×10^-5 A₆＝0.61192×10^-6 A₇＝0.42032×10^-7 A₈＝−0.21139×10^-8 A₉＝−0.51894×10^-10 A₁₀＝−0.20801×10^-11 A₁₁＝0.22556×10^-12 A₁₂＝0.65815×10^-13 非球面係数 r₁:ε＝0.21680×10 A₄＝0.15318×10^-3 A₆＝0.12171×10^-5 A₈＝−0.13072×10^-7 r₂:ε＝0.11369×10 A₄＝0.26026×10^-3 A₆＝0.26458×10^-5 A₈＝0.73430×10^-8 r₅:ε＝0.62310 A₄＝0.45079×10^-4 A₆＝0.17834×10^-6 A₈＝0.26092×10^-8 r₆:ε＝0.10000×10 A₄＝0.41364×10^-5 A₆＝0.14385×10^-7 A₈＝0.23560×10^-9 第１図〜第６図は、前記実施例１〜６に対応するレン
ズ構成図であり、図中の矢印は前記前群及び後群の最広
角端（Ｓ）から最望遠端（Ｌ）にかけての移動を模式的
に示している。

実施例１〜３は、いずれも物体側より順に物体側に凹
の負メニスカスレンズより成る第１レンズ及び両凸の正
の第２レンズから成る前群と，第３レンズ及び第４レン
ズから成る後群とから構成されている。前記第３レンズ
はノンパワーに近い正のレンズで構成され、また第４レ
ンズは物体側に凹の負メニスカスレンズで構成されてい
る。尚、負の第１レンズの物体側の面及び像側の面並び
に正の第３レンズの物体側の面は非球面である。

実施例４及び５は、物体側より順に像側に凹の負メニ
スカスレンズより成る第１レンズ及び両凸の正の第２レ
ンズから成る前群と，第３レンズ及び第４レンズから成
る後群とから構成されている。前記第３レンズはノンパ
ワーに近い正のレンズで構成され、また第４レンズは物
体側に凹の負メニスカスレンズで構成されている。尚、
負の第１レンズの物体側の面及び像側の面，正の第２レ
ンズの像側の面並びに正の第３レンズの物体側の面は非
球面である。

実施例６は、物体側より順に物体側に凹の負メニスカ
スレンズより成る第１レンズ及び両凸の正の第２レンズ
から成る前群と，第３レンズ及び第４レンズから成る後
群とから構成されている。前記第３レンズはノンパワー
に近い正のレンズで構成され、また第４レンズは物体側
に凹の負メニスカスレンズで構成されている。尚、負の
第１レンズの物体側の面及び像側の面並びに正の第３レ
ンズの物体側の面及び像側の面は非球面である。

第７図〜第12図は前記実施例１から６に対応する収差
図で、それぞれ（Ｓ）は広角端焦点距離，（Ｍ）は中間
焦点距離，（Ｌ）は望遠端焦点距離での収差を示してい
る。また、実線（ｄ）はｄ線に対する収差を表わし、点
線（SC）は正弦条件を表わす。更に点線（DM）と実線
（DS）はメリディオナル面とサジタル面での非点収差を
それぞれ表わしている。

第１表は実施例１〜６における条件式中の 及び条件式中の の値をそれぞれ示している。

第２表は実施例１〜６における条件式中のφ₁/φ_Ｗ
及び条件式中の｜φ₂/φ_W|の値をそれぞれ示してい
る。

第３表〜第８表はそれぞれ実施例１〜６に対応して、
前記ｙの値に対する各非球面における条件式中
の を（Ｉ）で表わし、条件式中の を（II）で表わしている。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、高い光学性能を
維持しながら、少ない枚数のレンズで低コスト、且つコ
ンパクトなズームレンズを実現することができる。ま
た、本発明に係るズームレンズを、ズームレンズ内蔵型
レンズシャッターカメラに適用すれば、該カメラのコン
パクト化，低コスト化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図，第４図，第５図及び第６図
は、それぞれ本発明の実施例１〜６に対応するレンズ構
成図である。 第７図，第８図，第９図，第10図，第11図及び第12図
は、それぞれ本発明の実施例１〜６に対応する収差図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より順に正の屈折力を有する前群と
   負の屈折率を有する後群との２成分から成り、前群と後
   群との間の空気間隔を変化させることによって全系の焦
   点距離を変化させるズームレンズにおいて、前群・後群
   共にそれぞれ２枚のレンズから成り、次の条件式及び
   を満足するか又は次の条件式を満足する硝材から成
   るレンズを前記前群及び後群中にそれぞれ少なくとも１
   枚設けたことを特徴とするズームレンズ； N_d≦1.60 …… ν_ｄ≦35.0 …… N_d≦1.50 …… 但し、N_d:硝材のｄ線に対する屈折率 ν_d:硝材のｄ線に対するアッベ数 である。
2. 【請求項２】前記前群中に非球面を少なくとも１面有す
   ることを特徴とする第１請求項に記載のズームレンズ。
3. 【請求項３】前記後群中に非球面を少なくとも１面有す
   ることを特徴とする第１請求項に記載のズームレンズ。
4. 【請求項４】前記前群中の非球面のうち少なくとも１面
   は次の条件式を満足することを特徴とする第２請求項
   に記載のズームレンズ； 非球面の最大有効径をY_maxとするとき、0.7Y_max＜ｙ＜Y
   _maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対して、 ここで、φ₁:前群の屈折力 N:非球面の物体側媒質の屈折率 Ｎ′：非球面の像側媒質の屈折率 Ｘ（ｙ）：非球面の面形状 X₀（ｙ）：非球面の参照球面形状 である。
5. 【請求項５】前記後群中の非球面のうち少なくとも１面
   は次の条件式を満足することを特徴とする第３請求項
   に記載のズームレンズ； 非球面の最大有効径をY_maxとするとき、0.8Y_max＜ｙ＜Y
   _maxの任意の光軸垂直方向高さｙに対して、 ここで、φ₂:後群の屈折力 N:非球面の物体側媒質の屈折率 Ｎ′：非球面の像側媒質の屈折率 Ｘ（ｙ）：非球面の面形状 X₀（ｙ）：非球面の参照球面形状 である。