JP3056338B2 - 非球面ズームレンズとそれを用いたビデオカメラ - Google Patents
非球面ズームレンズとそれを用いたビデオカメラInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラなどに用
いられる非球面ズームレンズに関する。
いられる非球面ズームレンズに関する。
【０００２】
【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、高機能が要望され、それに答えて撮像
デバイスも１／３インチの小型で、かつ高解像度のもの
が主流になり、さらには１／４インチのものも開発され
ている。また、これに伴い、大口径比・小型軽量で、か
つ高性能な高倍率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り、かつ加工の容易な高倍率ズ
ームレンズの実現が強くせまられている。
とともに高画質、高機能が要望され、それに答えて撮像
デバイスも１／３インチの小型で、かつ高解像度のもの
が主流になり、さらには１／４インチのものも開発され
ている。また、これに伴い、大口径比・小型軽量で、か
つ高性能な高倍率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り、かつ加工の容易な高倍率ズ
ームレンズの実現が強くせまられている。
【０００３】しかし、高倍率ズームレンズはレンズ径や
レンズ全長が大きくなるばかりでなく、より厳しい収差
補正を達成するために多くのレンズ枚数が必要になって
大きく重く高価になり、民生用ビデオカメラには適さな
いものであった。従って、Ｆナンバーが約1.4 〜2.0
で、１０枚程度のレンズから構成された従来の小型軽量
ズームレンズは、６〜８倍程度のズーム比であった。
レンズ全長が大きくなるばかりでなく、より厳しい収差
補正を達成するために多くのレンズ枚数が必要になって
大きく重く高価になり、民生用ビデオカメラには適さな
いものであった。従って、Ｆナンバーが約1.4 〜2.0
で、１０枚程度のレンズから構成された従来の小型軽量
ズームレンズは、６〜８倍程度のズーム比であった。
【０００４】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。図15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、21は結像部としての第１レンズ群、22は
変倍部としての第２レンズ群、23は集光部としての第３
レンズ群、24はフォーカス部としての第４レンズ群、25
は水晶フィルターや撮像素子のフェースプレイトなどに
相当する等価的なガラス板であり、26は結像面である。
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。図15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、21は結像部としての第１レンズ群、22は
変倍部としての第２レンズ群、23は集光部としての第３
レンズ群、24はフォーカス部としての第４レンズ群、25
は水晶フィルターや撮像素子のフェースプレイトなどに
相当する等価的なガラス板であり、26は結像面である。
【０００５】上記各構成要素のビデオカメラ用ズームレ
ンズについて、以下にその動作の説明をする。結像面26
に対して固定された第１レンズ群21は結像作用を有し、
光軸上を移動する第２レンズ群22は倍率を変えて、全系
焦点距離を変化させる。固定群である第３レンズ群23は
第２レンズ群22によって生じる発散光を集光する作用を
有し、光軸上を移動する第４レンズ群24はフォーカス作
用を有する。また、ズーミング時の第２レンズ群22の移
動によって生じる像面位置の変動を、第４レンズ群24の
移動によって無くすことにより、常に結像面26の位置を
一定に保持している。
ンズについて、以下にその動作の説明をする。結像面26
に対して固定された第１レンズ群21は結像作用を有し、
光軸上を移動する第２レンズ群22は倍率を変えて、全系
焦点距離を変化させる。固定群である第３レンズ群23は
第２レンズ群22によって生じる発散光を集光する作用を
有し、光軸上を移動する第４レンズ群24はフォーカス作
用を有する。また、ズーミング時の第２レンズ群22の移
動によって生じる像面位置の変動を、第４レンズ群24の
移動によって無くすことにより、常に結像面26の位置を
一定に保持している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来構成のズームレンズでは、１０倍程度のズーム
比にすると、ズーム領域全体、および撮影距離全域にお
ける収差補正、特に色収差の補正が困難になり、高画質
が実現できないという問題を有していた。
うな従来構成のズームレンズでは、１０倍程度のズーム
比にすると、ズーム領域全体、および撮影距離全域にお
ける収差補正、特に色収差の補正が困難になり、高画質
が実現できないという問題を有していた。
【０００７】本発明は上記の問題を解決し、新しいレン
ズタイプと最適な非球面の配置と非球面形状とを採用す
ることにより、簡単な構成でありながら、色収差を含む
諸収差の良く補正された１０倍程度のズーム比を有する
高性能な高倍率非球面ズームレンズを提供し、合わせて
この非球面ズームレンズを用いたビデオカメラを提供す
ることを目的とする。
ズタイプと最適な非球面の配置と非球面形状とを採用す
ることにより、簡単な構成でありながら、色収差を含む
諸収差の良く補正された１０倍程度のズーム比を有する
高性能な高倍率非球面ズームレンズを提供し、合わせて
この非球面ズームレンズを用いたビデオカメラを提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明の非球面ズームレンズは、撮像する物体側より
順に、正の屈折力を有し結像作用を行う第１レンズ群
と、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより変倍
作用を行う第２レンズ群と、非球面レンズを含み集光作
用を行う正の屈折力の第３レンズ群と、非球面レンズを
含みフォーカス調整を行う正の屈折力の第４レンズ群と
から構成され、上記第１レンズ群は物体側より順に凹レ
ンズと両凸レンズおよびメニスカス凸レンズから構成さ
れ、上記第２レンズ群はメニスカス凹レンズおよび両凹
レンズと凸レンズから構成され、上記第３レンズ群は少
なくとも一面以上の非球面形状を有し、かつ凸レンズと
凹レンズから構成され、さらに上記第４レンズ群は少な
くとも一面以上の非球面形状を有するレンズを含み、か
つ凹レンズと凸レンズからなる接合レンズで構成され、
上記第４レンズ群の凹レンズのＺ値が下記の条件 Ｚ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ ＞ ０．０９ を満足し、かつ各群が収差性能上好ましい面形状からな
ることを特徴とするものである。ただし、ｒ15は第４レ
ンズ群を構成する凹レンズの物体側面の曲率半径、ｒ16
は第４レンズ群を構成する接合レンズの接合面曲率半径
であり、Ｄは第４レンズ群を構成する凹レンズの直径で
ある。
に本発明の非球面ズームレンズは、撮像する物体側より
順に、正の屈折力を有し結像作用を行う第１レンズ群
と、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより変倍
作用を行う第２レンズ群と、非球面レンズを含み集光作
用を行う正の屈折力の第３レンズ群と、非球面レンズを
含みフォーカス調整を行う正の屈折力の第４レンズ群と
から構成され、上記第１レンズ群は物体側より順に凹レ
ンズと両凸レンズおよびメニスカス凸レンズから構成さ
れ、上記第２レンズ群はメニスカス凹レンズおよび両凹
レンズと凸レンズから構成され、上記第３レンズ群は少
なくとも一面以上の非球面形状を有し、かつ凸レンズと
凹レンズから構成され、さらに上記第４レンズ群は少な
くとも一面以上の非球面形状を有するレンズを含み、か
つ凹レンズと凸レンズからなる接合レンズで構成され、
上記第４レンズ群の凹レンズのＺ値が下記の条件 Ｚ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ ＞ ０．０９ を満足し、かつ各群が収差性能上好ましい面形状からな
ることを特徴とするものである。ただし、ｒ15は第４レ
ンズ群を構成する凹レンズの物体側面の曲率半径、ｒ16
は第４レンズ群を構成する接合レンズの接合面曲率半径
であり、Ｄは第４レンズ群を構成する凹レンズの直径で
ある。
【０００９】具体的には、上記第３レンズ群が物体側か
ら順に、物体側面が凸面の凸レンズと像側面が凹面の凹
レンズからなり、かつ少なくとも一面以上が非球面形状
であることが望ましい。
ら順に、物体側面が凸面の凸レンズと像側面が凹面の凹
レンズからなり、かつ少なくとも一面以上が非球面形状
であることが望ましい。
【００１０】更に、具体的には、上記の第４レンズ群が
物体側から順に、像側面が凹面の凹レンズと物体側面が
凸面の凸レンズからなる接合レンズであり、かつ少なく
とも一面以上が非球面形状を有することが望ましい。
物体側から順に、像側面が凹面の凹レンズと物体側面が
凸面の凸レンズからなる接合レンズであり、かつ少なく
とも一面以上が非球面形状を有することが望ましい。
【００１１】更に、具体的には、上記非球面ズームレン
ズが下記の諸条件を満足することが望ましい。 （１） ３．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ （２） ０．５＜｜ｆ2 ｜／ｆW ＜１．６ （３） ２．０＜ｆ3 ／ｆW ＜７．０ （４） ２．０＜ｆ4 ／ｆW ＜５．０ （５） ０．０２＜ｄ14／ｆ4 ＜１．０ （６） ０．３＜ｒ11／ｆ3 ＜１．５ （７） ０．３＜｜ｒ14｜／ｆ4 ＜２．０ （８） ０．２＜｜ｒ16｜／ｆ4 ＜１．５ ただし、ｆW は広角端における焦点距離、ｆi （ｉ＝
１，２，３，４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ14は第３レン
ズ群と第４レンズ群の間の空気間隔、ｒ11は第３レンズ
群を構成する凸レンズの物体側面の曲率半径、ｒ14は第
３レンズ群を構成する凹レンズの像側面の曲率半径、ｒ
16は第４レンズ群を構成する接合レンズの接合面曲率半
径である。
ズが下記の諸条件を満足することが望ましい。 （１） ３．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ （２） ０．５＜｜ｆ2 ｜／ｆW ＜１．６ （３） ２．０＜ｆ3 ／ｆW ＜７．０ （４） ２．０＜ｆ4 ／ｆW ＜５．０ （５） ０．０２＜ｄ14／ｆ4 ＜１．０ （６） ０．３＜ｒ11／ｆ3 ＜１．５ （７） ０．３＜｜ｒ14｜／ｆ4 ＜２．０ （８） ０．２＜｜ｒ16｜／ｆ4 ＜１．５ ただし、ｆW は広角端における焦点距離、ｆi （ｉ＝
１，２，３，４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ14は第３レン
ズ群と第４レンズ群の間の空気間隔、ｒ11は第３レンズ
群を構成する凸レンズの物体側面の曲率半径、ｒ14は第
３レンズ群を構成する凹レンズの像側面の曲率半径、ｒ
16は第４レンズ群を構成する接合レンズの接合面曲率半
径である。
【００１２】更に、具体的には、上記第２レンズ群の物
体側から数えて２番目の凹レンズにおいて、物体側面と
像側面が同じ曲率半径を有する両凹レンズであることが
望ましい。 また、上記目的を達成する本発明のビデオ
カメラは、少なくとも上記非球面ズームレンズと、撮像
素子と、信号処理回路と、ビューファインダーから構成
される。
体側から数えて２番目の凹レンズにおいて、物体側面と
像側面が同じ曲率半径を有する両凹レンズであることが
望ましい。 また、上記目的を達成する本発明のビデオ
カメラは、少なくとも上記非球面ズームレンズと、撮像
素子と、信号処理回路と、ビューファインダーから構成
される。
【００１３】
【作用】本発明は上記した構成によって、従来の問題を
解決している。すなわち、上記第１レンズ群を凹レンズ
と両凸レンズおよびメニスカス凸レンズから構成し、第
２レンズ群をメニスカス凹レンズおよび両凹レンズと凸
レンズから構成し、上記第３レンズ群を凸レンズと凹レ
ンズから構成し、かつ少なくとも一面以上の非球面形状
を設け、上記の第４レンズ群を凹レンズと凸レンズから
なる接合レンズで構成し、上記第４レンズ群の凹レンズ
のＺ値を０．０９以上とし、かつ少なくとも一面以上の
非球面形状を設けることにより、１０倍程度のズーム比
を有し、加工し易く、かつ簡単な構成の高倍率非球面ズ
ームレンズを提供する。
解決している。すなわち、上記第１レンズ群を凹レンズ
と両凸レンズおよびメニスカス凸レンズから構成し、第
２レンズ群をメニスカス凹レンズおよび両凹レンズと凸
レンズから構成し、上記第３レンズ群を凸レンズと凹レ
ンズから構成し、かつ少なくとも一面以上の非球面形状
を設け、上記の第４レンズ群を凹レンズと凸レンズから
なる接合レンズで構成し、上記第４レンズ群の凹レンズ
のＺ値を０．０９以上とし、かつ少なくとも一面以上の
非球面形状を設けることにより、１０倍程度のズーム比
を有し、加工し易く、かつ簡単な構成の高倍率非球面ズ
ームレンズを提供する。
【００１４】また、条件（１）〜（８）を満足すること
より、簡単な構成で収差の良く補正された高性能な非球
面ズームレンズを提供する。また、本発明の非球面ズー
ムレンズを用いることにより、小型・軽量で高倍率・高
画質のビデオカメラを実現することができる。
より、簡単な構成で収差の良く補正された高性能な非球
面ズームレンズを提供する。また、本発明の非球面ズー
ムレンズを用いることにより、小型・軽量で高倍率・高
画質のビデオカメラを実現することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１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。図１に示すように、非球面ズームレンズ
は、正の屈折力を有し結像作用を行う固定群である第１
レンズ群１と、負の屈折力を有し光軸上を移動すること
により変倍作用を行う第２レンズ群２と、正の屈折力を
有し集光作用を行う固定群である第３レンズ群３と、正
の屈折力を有し光軸上を移動してフォーカス調整を行う
第４レンズ群４とから構成されている。なお、５は水晶
フィルターや撮像デバイスのフェースプレートなどに光
学的に等価な平板、６は結像面である。
る。図１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。図１に示すように、非球面ズームレンズ
は、正の屈折力を有し結像作用を行う固定群である第１
レンズ群１と、負の屈折力を有し光軸上を移動すること
により変倍作用を行う第２レンズ群２と、正の屈折力を
有し集光作用を行う固定群である第３レンズ群３と、正
の屈折力を有し光軸上を移動してフォーカス調整を行う
第４レンズ群４とから構成されている。なお、５は水晶
フィルターや撮像デバイスのフェースプレートなどに光
学的に等価な平板、６は結像面である。
【００１６】第１レンズ群１は、撮像する物体側より順
に凹レンズ１ａと両凸レンズ１ｂからなる接合レンズ、
および正の屈折力のメニスカスレンズ１ｃから構成さ
れ、第２レンズ群２は、負の屈折力のメニスカスレンズ
２ａ、および両凹レンズ２ｂと凸レンズ２ｃとからなる
接合レンズから構成され、第３レンズ群３は、少なくと
も一面以上の非球面形状を有し、かつ凸レンズ３ａと凹
レンズ３ｂから構成され、第４レンズ群４は少なくとも
一面以上の非球面形状を有するレンズを含み、かつ凹レ
ンズ４ａと凸レンズ４ｂからなる接合レンズで構成され
ている。
に凹レンズ１ａと両凸レンズ１ｂからなる接合レンズ、
および正の屈折力のメニスカスレンズ１ｃから構成さ
れ、第２レンズ群２は、負の屈折力のメニスカスレンズ
２ａ、および両凹レンズ２ｂと凸レンズ２ｃとからなる
接合レンズから構成され、第３レンズ群３は、少なくと
も一面以上の非球面形状を有し、かつ凸レンズ３ａと凹
レンズ３ｂから構成され、第４レンズ群４は少なくとも
一面以上の非球面形状を有するレンズを含み、かつ凹レ
ンズ４ａと凸レンズ４ｂからなる接合レンズで構成され
ている。
【００１７】ここで、次式で定義される第４レンズ群４
の凹レンズ４ａのＺ値 Ｚ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ が、０．０９以下のときは芯取加工時の偏芯誤差が大き
く、レンズ製作上問題となるため、上記Ｚ値が０．０９
よりも大きくなるようにする。
の凹レンズ４ａのＺ値 Ｚ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ が、０．０９以下のときは芯取加工時の偏芯誤差が大き
く、レンズ製作上問題となるため、上記Ｚ値が０．０９
よりも大きくなるようにする。
【００１８】また、この非球面ズームレンズは下記の条
件を満足する。 （１） ３．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ （２） ０．５＜｜ｆ2 ｜／ｆW ＜１．６ （３） ２．０＜ｆ3 ／ｆW ＜７．０ （４） ２．０＜ｆ4 ／ｆW ＜５．０ （５） ０．０２＜ｄ14／ｆ4 ＜１．０ （６） ０．３＜ｒ11／ｆ3 ＜１．５ （７） ０．３＜｜ｒ14｜／ｆ4 ＜２．０ （８） ０．２＜｜ｒ16｜／ｆ4 ＜１．５ ただし、ｆW は広角端における焦点距離、ｆi （ｉ＝
１，２，３，４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ14は第３レン
ズ群３と第４レンズ群４の間の空気間隔、ｒ11は第３レ
ンズ群３を構成する凸レンズ３ａの物体側面の曲率半
径、ｒ14は第３レンズ群３を構成する凹レンズ３ｂの像
側面の曲率半径、ｒ16は第４レンズ群４を構成する接合
レンズの接合面曲率半径である。
件を満足する。 （１） ３．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ （２） ０．５＜｜ｆ2 ｜／ｆW ＜１．６ （３） ２．０＜ｆ3 ／ｆW ＜７．０ （４） ２．０＜ｆ4 ／ｆW ＜５．０ （５） ０．０２＜ｄ14／ｆ4 ＜１．０ （６） ０．３＜ｒ11／ｆ3 ＜１．５ （７） ０．３＜｜ｒ14｜／ｆ4 ＜２．０ （８） ０．２＜｜ｒ16｜／ｆ4 ＜１．５ ただし、ｆW は広角端における焦点距離、ｆi （ｉ＝
１，２，３，４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ14は第３レン
ズ群３と第４レンズ群４の間の空気間隔、ｒ11は第３レ
ンズ群３を構成する凸レンズ３ａの物体側面の曲率半
径、ｒ14は第３レンズ群３を構成する凹レンズ３ｂの像
側面の曲率半径、ｒ16は第４レンズ群４を構成する接合
レンズの接合面曲率半径である。
【００１９】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、かつ各群のレンズタイプ、面形状などを最
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。
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、かつ各群のレンズタイプ、面形状などを最
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。
【００２０】第３レンズ群３が物体側から順に、物体側
面が凸面の凸レンズ３ａと像側面が凹面の凹レンズ３ｂ
とからなり、かつ少なくとも一面以上が非球面形状であ
るという条件は、２枚のレンズで第３レンズ群３を構成
し、かつＦナンバーが約１．８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レンズ
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。
面が凸面の凸レンズ３ａと像側面が凹面の凹レンズ３ｂ
とからなり、かつ少なくとも一面以上が非球面形状であ
るという条件は、２枚のレンズで第３レンズ群３を構成
し、かつＦナンバーが約１．８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レンズ
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。
【００２１】第４レンズ群４が像側面が凹面の凹レンズ
４ａと物体側面が凸面の凸レンズ４ｂとからなる接合レ
ンズで構成され、かつ少なくとも一面の非球面形状を有
するという条件は、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。
４ａと物体側面が凸面の凸レンズ４ｂとからなる接合レ
ンズで構成され、かつ少なくとも一面の非球面形状を有
するという条件は、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。
【００２２】次に、各条件についてより詳しく説明す
る。条件 (1)は第１レンズ群１の屈折力に関する条件で
ある。ｆ1 ／ｆW が下限を越えると第１レンズ群１の屈
折力が大きくなり過ぎるため、長焦点側における球面収
差の補正が困難となる。また、ｆ1 ／ｆW が上限を越え
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。
る。条件 (1)は第１レンズ群１の屈折力に関する条件で
ある。ｆ1 ／ｆW が下限を越えると第１レンズ群１の屈
折力が大きくなり過ぎるため、長焦点側における球面収
差の補正が困難となる。また、ｆ1 ／ｆW が上限を越え
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。
【００２３】条件 (2)は第２レンズ群２の屈折力に関す
る条件である。｜ｆ2 ｜／ｆW が下限からはずれる時に
は、コンパクトにできるが、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で
きない。また、｜ｆ2 ｜／ｆ W が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
化が達成できない。
る条件である。｜ｆ2 ｜／ｆW が下限からはずれる時に
は、コンパクトにできるが、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で
きない。また、｜ｆ2 ｜／ｆ W が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
化が達成できない。
【００２４】条件 (3)は第３レンズ群３の屈折力に関す
る条件である。ｆ3 ／ｆW が下限を越えると、第３レン
ズ群３の屈折力が大きくなり過ぎるため、水晶フィルタ
ーなどを挿入できるバックフォーカスを実現できず、さ
らに球面収差の補正が困難となる。また、ｆ3 ／ｆW が
上限を越えると、第１レンズ群１、第２レンズ群２、第
３レンズ群３の合成系が発散系となるため、その後ろに
位置する第４レンズ群４のレンズ外径を小さくすること
ができず、また、全体系のペッツバール和を小さくする
ことができない。
る条件である。ｆ3 ／ｆW が下限を越えると、第３レン
ズ群３の屈折力が大きくなり過ぎるため、水晶フィルタ
ーなどを挿入できるバックフォーカスを実現できず、さ
らに球面収差の補正が困難となる。また、ｆ3 ／ｆW が
上限を越えると、第１レンズ群１、第２レンズ群２、第
３レンズ群３の合成系が発散系となるため、その後ろに
位置する第４レンズ群４のレンズ外径を小さくすること
ができず、また、全体系のペッツバール和を小さくする
ことができない。
【００２５】条件 (4)は第４レンズ群４の屈折力に関す
る条件である。ｆ4 ／ｆW が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レン
ズ群１のレンズ径を大きくする必要があり、小型・軽量
化が実現できない。また、ｆ 4 ／ｆW が上限を越えると
収差補正は容易であるが、近距離撮影時での第４レンズ
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。
る条件である。ｆ4 ／ｆW が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レン
ズ群１のレンズ径を大きくする必要があり、小型・軽量
化が実現できない。また、ｆ 4 ／ｆW が上限を越えると
収差補正は容易であるが、近距離撮影時での第４レンズ
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。
【００２６】条件 (5)は第３レンズ群３と第４レンズ群
４との空気間隔に関する条件式である。ｄ14／ｆ4 が下
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レンズ群４の移動量に制約が生じ、充分な撮影
至近距離が実現できない。また、ｄ14／ｆ4 が上限を越
えると全系のコンバクト化が難しい。また、画面周辺で
の充分な光量を確保するとき、第４レンズ群４のレンズ
外径を小さくすることができない。
４との空気間隔に関する条件式である。ｄ14／ｆ4 が下
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レンズ群４の移動量に制約が生じ、充分な撮影
至近距離が実現できない。また、ｄ14／ｆ4 が上限を越
えると全系のコンバクト化が難しい。また、画面周辺で
の充分な光量を確保するとき、第４レンズ群４のレンズ
外径を小さくすることができない。
【００２７】条件 (6)は第３レンズ群３を構成する凸レ
ンズ３ａの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、諸収差をよく補正することができる。しかし、条件
(6)のｒ11／ｆ3 が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。
ンズ３ａの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、諸収差をよく補正することができる。しかし、条件
(6)のｒ11／ｆ3 が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。
【００２８】条件 (7)は第３レンズ群３を構成する凹レ
ンズ３ｂの像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、諸収差をよく補正することができる。しかし、条件
(7)の｜ｒ14｜／ｆ4 が下限を越えると球面収差が補正
過剰となり、｜ｒ14｜／ｆ4 が上限を外れると、主光線
より下側の軸外光線に対するコマ収差が補正不足とな
り、非球面形状の最適化では良好な収差性能が得られな
い。
ンズ３ｂの像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、諸収差をよく補正することができる。しかし、条件
(7)の｜ｒ14｜／ｆ4 が下限を越えると球面収差が補正
過剰となり、｜ｒ14｜／ｆ4 が上限を外れると、主光線
より下側の軸外光線に対するコマ収差が補正不足とな
り、非球面形状の最適化では良好な収差性能が得られな
い。
【００２９】条件 (8)は第４レンズ群４を構成するレン
ズの接合面の曲率半径に関するものである。接合レンズ
を構成する負の屈折力レンズ４ａの物体側面、あるいは
接合面、あるいは正の屈折力レンズ４ｂ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 (8)の｜ｒ16｜／ｆ4 が下限を外れると、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。また、｜ｒ16｜／ｆ4 が上限
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。
ズの接合面の曲率半径に関するものである。接合レンズ
を構成する負の屈折力レンズ４ａの物体側面、あるいは
接合面、あるいは正の屈折力レンズ４ｂ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 (8)の｜ｒ16｜／ｆ4 が下限を外れると、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。また、｜ｒ16｜／ｆ4 が上限
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。
【００３０】第２レンズ群２を構成する物体側から数え
て２番目の両凹レンズ２ｂが同じ曲率半径の絶対値を持
つという条件は、曲率の区別が非常に困難な小径レンズ
において、組み立て時に反対向きに挿入されることがな
く、製造上大きな利点を提供するものである。
て２番目の両凹レンズ２ｂが同じ曲率半径の絶対値を持
つという条件は、曲率の区別が非常に困難な小径レンズ
において、組み立て時に反対向きに挿入されることがな
く、製造上大きな利点を提供するものである。
【００３１】次に、具体的な数値例を、（表１）に示
す。この表において、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレ
ンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔、ｎは各レンズの
ｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線に対するアッ
ベ数である。
す。この表において、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレ
ンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔、ｎは各レンズの
ｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線に対するアッ
ベ数である。
【００３２】また、非球面形状は次式で定義している。
【００３３】
【数１】
【００３４】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
の点の非球面頂点からの距離 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
【００３５】
【表１】
【００３６】第11面、第12面、第17面は非球面であり、
非球面係数を（表２）に示す。
非球面係数を（表２）に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】次に、ズーミングにより可変な空気間隔の
一例として、無限遠物点の時の値を（表３）に、レンズ
先端から測って２ｍ位置の物点の時の値を（表４）に、
レンズ先端から測って１ｍ位置の物点の時の値を（表
５）に示す。これらの表において、標準位置は各物点位
置において、第４レンズ群４が第３レンズ群３に最も接
近するズーム位置である。ｆとＦ／ＮＯは、それぞれ各
ズーム位置における焦点距離とＦナンバーである。
一例として、無限遠物点の時の値を（表３）に、レンズ
先端から測って２ｍ位置の物点の時の値を（表４）に、
レンズ先端から測って１ｍ位置の物点の時の値を（表
５）に示す。これらの表において、標準位置は各物点位
置において、第４レンズ群４が第３レンズ群３に最も接
近するズーム位置である。ｆとＦ／ＮＯは、それぞれ各
ズーム位置における焦点距離とＦナンバーである。
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】第２の数値実施例を（表６）、非球面係数
を（表７）に示す。
を（表７）に示す。
【００４３】
【表６】
【００４４】
【表７】
【００４５】次に、ズーミングにより可変な空気間隔の
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表８）に示す。
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表８）に示す。
【００４６】
【表８】
【００４７】第３の数値実施例を（表９）、非球面係数
を（表１０）に示す。
を（表１０）に示す。
【００４８】
【表９】
【００４９】
【表１０】
【００５０】次に、ズーミングにより可変な空気間隔の
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表１１）に示す。
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表１１）に示す。
【００５１】
【表１１】
【００５２】第４の数値実施例を（表１２）、非球面係
数を（表１３）に示す。
数を（表１３）に示す。
【００５３】
【表１２】
【００５４】
【表１３】
【００５５】次に、ズーミングにより可変な空気間隔の
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表１４）に示す。
一例として、レンズ先端から測って２ｍ位置の物点の時
の値を（表１４）に示す。
【００５６】
【表１４】
【００５７】図２、図３，図４はそれぞれ（表１）に示
した第１実施例の非球面ズームレンズの広角端、標準、
望遠端における収差図である。同様に、図５，図６，図
７は（表６）に示した第２実施例の非球面ズームレンズ
の収差性能、図８，図９，図１０は（表９）に示した第
３実施例の非球面ズームレンズの収差性能、図１１，図
１２，図１３は（表１２）に示した第４実施例の非球面
ズームレンズの収差性能を示す。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分かる。
した第１実施例の非球面ズームレンズの広角端、標準、
望遠端における収差図である。同様に、図５，図６，図
７は（表６）に示した第２実施例の非球面ズームレンズ
の収差性能、図８，図９，図１０は（表９）に示した第
３実施例の非球面ズームレンズの収差性能、図１１，図
１２，図１３は（表１２）に示した第４実施例の非球面
ズームレンズの収差性能を示す。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分かる。
【００５８】なお、球面収差の図において、実線はｄ
線、点線はＦ線、破線はＣ線に対する値を示す。非点収
差の図において、実線はサジタル像面湾曲、点線はメリ
ディオナル像面湾曲を示す。
線、点線はＦ線、破線はＣ線に対する値を示す。非点収
差の図において、実線はサジタル像面湾曲、点線はメリ
ディオナル像面湾曲を示す。
【００５９】本発明の第１〜第４実施例における第４レ
ンズ群を構成する凹レンズの直径とＺ値を（表１５）に
示す。この表から、各実施例とも０．０９より大きなＺ
値を示しており、芯取り加工時の偏芯誤差を小さくで
き、レンズ製作上大きな利点を有していることが分か
る。
ンズ群を構成する凹レンズの直径とＺ値を（表１５）に
示す。この表から、各実施例とも０．０９より大きなＺ
値を示しており、芯取り加工時の偏芯誤差を小さくで
き、レンズ製作上大きな利点を有していることが分か
る。
【００６０】
【表１５】
【００６１】また、本発明のビデオカメラは、図１４に
示すように、上記実施例の高倍率の非球面ズームレンズ
11、撮像素子12、信号処理回路13、ビューファインダー
14を備える構成とされ、これにより、小型・軽量・高性
能なビデオカメラを実現することができる。
示すように、上記実施例の高倍率の非球面ズームレンズ
11、撮像素子12、信号処理回路13、ビューファインダー
14を備える構成とされ、これにより、小型・軽量・高性
能なビデオカメラを実現することができる。
【００６２】なお、以上の説明では第３レンズ群３にお
いて、凸レンズ３ａが非球面形状を有する場合について
述べたが、凹レンズ３ｂが非球面形状を有する場合に
も、また両方のレンズ３ａ，３ｂが非球面形状を有する
場合にも応用することができるのはもちろんである。
いて、凸レンズ３ａが非球面形状を有する場合について
述べたが、凹レンズ３ｂが非球面形状を有する場合に
も、また両方のレンズ３ａ，３ｂが非球面形状を有する
場合にも応用することができるのはもちろんである。
【００６３】また、以上の説明では第４レンズ群４の接
合レンズのうち、凸レンズ４ｂが非球面形状を有する場
合について述べたが、また凹レンズ４ａが非球面形状を
有する場合にも、接合面が非球面形状を有し両方が非球
面レンズの場合にも応用することができるのはもちろん
である。
合レンズのうち、凸レンズ４ｂが非球面形状を有する場
合について述べたが、また凹レンズ４ａが非球面形状を
有する場合にも、接合面が非球面形状を有し両方が非球
面レンズの場合にも応用することができるのはもちろん
である。
【００６４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、第１レンズ群を物体側より順に凹レンズと両凸
レンズおよびメニスカス凸レンズから構成し、第２レン
ズ群をメニスカス凹レンズおよび両凹レンズと凸レンズ
から構成し、第３レンズ群を少なくとも一面以上の非球
面形状を有し、かつ凸レンズと凹レンズから構成し、さ
らに第４レンズ群を少なくとも一面以上の非球面形状を
有するレンズを含み、かつ凹レンズと凸レンズからなる
接合レンズで構成し、上記第４レンズ群の凹レンズのＺ
値がＺ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ ＞ ０．０
９の条件を満足するように構成することにより、Ｆナン
バーが約１．８、ズーム比が約１０倍で、色収差の良く
補正された高性能非球面ズームレンズを１０枚という少
ない構成枚数で実現することができ、この非球面ズーム
レンズを用いて、小型・軽量・高性能なビデオカメラを
実現することができる。
よれば、第１レンズ群を物体側より順に凹レンズと両凸
レンズおよびメニスカス凸レンズから構成し、第２レン
ズ群をメニスカス凹レンズおよび両凹レンズと凸レンズ
から構成し、第３レンズ群を少なくとも一面以上の非球
面形状を有し、かつ凸レンズと凹レンズから構成し、さ
らに第４レンズ群を少なくとも一面以上の非球面形状を
有するレンズを含み、かつ凹レンズと凸レンズからなる
接合レンズで構成し、上記第４レンズ群の凹レンズのＺ
値がＺ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ ＞ ０．０
９の条件を満足するように構成することにより、Ｆナン
バーが約１．８、ズーム比が約１０倍で、色収差の良く
補正された高性能非球面ズームレンズを１０枚という少
ない構成枚数で実現することができ、この非球面ズーム
レンズを用いて、小型・軽量・高性能なビデオカメラを
実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の非球面ズームレンズの
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例における非球面ズームレ
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
【図３】本発明の第１の実施例における非球面ズームレ
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
【図４】本発明の第１の実施例における非球面ズームレ
ンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
ンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
【図５】本発明の第２の実施例における非球面ズームレ
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
【図６】本発明の第２の実施例における非球面ズームレ
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
【図７】本発明の第２の実施例における非球面ズームレ
ンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
ンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
【図８】本発明の第３の実施例における非球面ズームレ
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
ンズの広角端ズーム位置での収差図である。
【図９】本発明の第３の実施例における非球面ズームレ
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
ンズの標準ズーム位置での収差図である。
【図１０】本発明の第３の実施例における非球面ズーム
レンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
レンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
【図１１】本発明の第４の実施例における非球面ズーム
レンズの広角端ズーム位置での収差図である。
レンズの広角端ズーム位置での収差図である。
【図１２】本発明の第４の実施例における非球面ズーム
レンズの標準ズーム位置での収差図である。
レンズの標準ズーム位置での収差図である。
【図１３】本発明の第４の実施例における非球面ズーム
レンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
レンズの望遠端ズーム位置での収差図である。
【図１４】本発明のビデオカメラの構成を示す図であ
る。
る。
【図１５】従来の非球面ズームレンズの構成図である。
１ 第１レンズ群 １ａ，３ｂ，４ａ 凹レンズ １ｂ 両凸レンズ １ｃ，２ａ メニスカスレンズ ２ 第２レンズ群 ２ｂ 両凹レンズ ２ｃ，３ａ，４ｂ 凸レンズ ３ 第３レンズ群 ４ 第４レンズ群 ５ 平板 ６ 結像面 11 非球面ズームレンズ 12 撮像素子 13 信号処理回路 14 ビューファインダー
───────────────────────────────────────────────────── 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４−242707（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160463（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 15/16 G02B 13/18
Claims (5)
- 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力を有し像面
に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を有し
光軸上を移動することにより変倍作用を行う第２レンズ
群と、像面に対して固定され集光作用を行う正の屈折力
の第３レンズ群と、上記第２レンズ群の移動、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
に保持するように光軸上を移動する正の屈折力の第４レ
ンズ群とが配設された非球面ズームレンズであって、上
記第１レンズ群は物体側より順に凹レンズと両凸レンズ
およびメニスカス凸レンズから構成され、上記第２レン
ズ群はメニスカス凹レンズおよび両凹レンズと凸レンズ
から構成され、上記第３レンズ群は一面以上の非球面形
状を有し、かつ凸レンズと凹レンズから構成され、さら
に上記第４レンズ群は一面以上の非球面形状を有するレ
ンズを含み、かつ凹レンズと凸レンズからなる接合レン
ズで構成され、下記の（１）〜（８）の条件を満足し、
上記第４レンズ群の凹レンズのＺ値が下記の条件を満足
する非球面ズームレンズ。 Ｚ＝（１／ｒ16−１／ｒ15）・Ｄ／４ ＞ ０．０９ ただし、ｒ15は上記第４レンズ群を構成する凹レンズの
物体側面の曲率半径、ｒ16は上記第４レンズ群を構成す
る接合レンズの接合面曲率半径であり、Ｄは上記第４レ
ンズ群を構成する凹レンズの直径である。（１） ３．０＜ｆ 1 ／ｆ W ＜８．０ （２） ０．５＜｜ｆ 2 ｜／ｆ W ＜１．６ （３） ２．０＜ｆ 3 ／ｆ W ＜７．０ （４） ２．０＜ｆ 4 ／ｆ W ＜５．０ （５） ０．０２＜ｄ 14 ／ｆ 4 ＜１．０ （６） ０．３＜ｒ 11 ／ｆ 3 ＜１．５ （７） ０．３＜｜ｒ 14 ｜／ｆ 4 ＜２．０ （８） ０．２＜｜ｒ 16 ｜／ｆ 4 ＜１．５ ただし、ｆ W は広角端における焦点距離、ｆ i （ｉ＝
１，２，３，４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ 14 は第３レン
ズ群と第４レンズ群の間の空気間隔、ｒ 11 は第３レンズ
群を構成する凸レンズの物体側面の曲率半径、ｒ 14 は第
３レンズ群を構成す る凹レンズの像側面の曲率半径、ｒ
16 は第４レンズ群を構成する接合レンズの接合面曲率半
径である。 - 【請求項２】 第３レンズ群が物体側から順に、物体側
面が凸面の凸レンズと像側面が凹面の凹レンズからな
り、かつ一面以上が非球面形状である請求項１記載の非
球面ズームレンズ。 - 【請求項３】 第４レンズ群が物体側から順に、像側面
が凹面の凹レンズと物体側面が凸面の凸レンズからなる
接合レンズであり、かつ一面以上が非球面形状を有する
請求項１記載の非球面ズームレンズ。 - 【請求項４】 第２レンズ群の物体側から数えて２番目
の凹レンズにおいて、物体側面と像側面が同じ曲率半径
を有する両凹レンズである請求項１記載の非球面ズーム
レンズ。 - 【請求項５】 請求項１記載の非球面ズームレンズを備
えたビデオカメラ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4276417A JP3056338B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 非球面ズームレンズとそれを用いたビデオカメラ |
| DE69306645T DE69306645T2 (de) | 1992-04-17 | 1993-04-14 | Zoomlinsenanordnung |
| EP93106030A EP0566073B1 (en) | 1992-04-17 | 1993-04-14 | Zoom lens assembly |
| US08/046,714 US5396367A (en) | 1992-04-17 | 1993-04-16 | Zoom lens assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4276417A JP3056338B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 非球面ズームレンズとそれを用いたビデオカメラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06130297A JPH06130297A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3056338B2 true JP3056338B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=17569122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4276417A Expired - Fee Related JP3056338B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-10-15 | 非球面ズームレンズとそれを用いたビデオカメラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3056338B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6344932B1 (en) | 1999-01-19 | 2002-02-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Zoom lens and optical apparatus having the same |
| JP3826061B2 (ja) | 2002-03-29 | 2006-09-27 | キヤノン株式会社 | ズームレンズ及びそれを有する光学機器 |
| CN106842527B (zh) * | 2016-11-10 | 2019-09-03 | 嘉兴中润光学科技有限公司 | 一种变焦距镜头 |
-
1992
- 1992-10-15 JP JP4276417A patent/JP3056338B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06130297A (ja) | 1994-05-13 |
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