JP3067153B2 - コンパクトなズームレンズ - Google Patents

コンパクトなズームレンズ

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JP3067153B2
JP3067153B2 JP2077225A JP7722590A JP3067153B2 JP 3067153 B2 JP3067153 B2 JP 3067153B2 JP 2077225 A JP2077225 A JP 2077225A JP 7722590 A JP7722590 A JP 7722590A JP 3067153 B2 JP3067153 B2 JP 3067153B2
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淳司 橋村
尚士 岡田
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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63−25613号,特開平1−307714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、本発明では高い光学性能を維持しながら、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、少なくとも前記前群中の
最も物体側のレンズを両面が非球面のレンズとしたこと
を特徴としている。
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
る必要がある。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、各群の屈折力を強くしなければな
らなくなる。結局、それによって収差が悪化してしまう
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上記のように
少なくとも前群中最も物体側のレンズに両面非球面レン
ズを用いている。前群中最も物体側にあるレンズを両面
非球面にした場合には、画面周辺部でのコマ収差と球面
収差を補正していることになる。つまり、前群中最も物
体側のレンズに非球面を用いることによって、画面周辺
部のコマ収差の発生を防ぎ、両面非球面とすることによ
って、球面収差を効果的に補正している。このように画
面周辺部のコマ収差の発生が防止されるのは、収差論的
にいって絞りから最も遠い前群中最も物体側のレンズに
非球面を用いると軸外の光線に対して効果があるからで
ある。結果として、コマ収差の補正に効果があることに
なる。また、球面収差が補正されるのは、レンズの光軸
から遠い場所を通る軸上光については、一方の非球面に
よって補正過剰になりオーバー側に行ってしまうことが
あっても、他方の非球面によってこの光をアンダー側へ
戻すことができるからである。このため、軸上及び軸外
の球面収差を同時に補正することができる。
また、後群中に両面非球面のレンズを用いた場合に
は、一方の面で歪曲収差を補正し、他方の面で像面湾曲
を補正していることになる。
このように非球面を効果的に多用する(両面が非球面
のレンズを用いる)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30−90mm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。
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Ymaxとするとき、
0.7Ymax<Y<Ymax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 但し、 である。
条件式は、前群中の非球面が周辺ほどの正の屈折力
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足となり、
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Ymaxとするとき、
0.8Ymax<Y<Ymax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。
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Ymaxとするとき、
0<y<0.7Ymax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。
前群中に両面が非球面のレンズを用いた場合、一方の
面は次の条件式を満たし、他方の面が次の条件式を
満たすことが望ましい。
条件式は、非球面の最大有効径をYmaxとするとき、
0.7Ymax<y<Ymax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Ymaxとするとき、
0.7Ymax<y<Ymax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
うことを意味している。また、条件式は3次の収差領
域の範囲で球面収差のアンダー側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よいことになる。
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方がよい。
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Ymaxとするとき、
0<y<0.8Ymax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
全ズーム域で像面湾曲の負偏移傾向が著しくなる。
後群中に両面が非球面のレンズを用いた場合、一方の
面は次の条件式(これは条件式と同じ)を満たし、
他方の面は次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Ymaxとするとき、
0.8Ymax<y<Ymax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Ymaxとするとき、
0.8Ymax<y<Ymax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
うことを意味している。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像面湾曲を良好
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、 φw:広角端における全系の屈折力 φT:望遠端における全系の屈折力 β :ズーム比 但し、φ<0 β=φW 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、後群レンズ系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<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諸収差、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。
次の条件式を満足し、且つ条件式を満足するよう
なν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。
Nd≦1.60 …… ν≦35.0 …… 但し、Nd :硝材のd線に対する屈折率 νd:硝材のd線に対するアッベ数 である。
例えば、前群の凹レンズに条件式のν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。
条件式及び、又は次の条件式を満たすような硝
材を凸レンズに用いた場合には、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。
Nd≦1.50 …… 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、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。
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〜r8は物体側から数えた
面の曲率半径、d1〜d7は物体側から数えた軸上面間隔を
示し、N1〜N4〜ν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、FN0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))を表す式で定義するものとする。
第1図〜第9図は、前記実施例1〜9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凸の負メニスカ
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,物体側に凹の正メニスカスレンズより
成る第3レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズよ
り成る第4レンズから成る後群とから構成されている。
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。
実施例7は、物体側より順に物体側に凸の負メニスカ
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,物体側に凹の正メニスカスレンズより
成る第3レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズよ
り成る第4レンズから成る後群とから構成されている。
尚、負の第1レンズの物体側の面、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及び像側の面
は非球面である。
実施例8は、物体側より順に物体側に凸の負メニスカ
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,物体側に凹の正メニスカスレンズより
成る第3レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズよ
り成る第4レンズから成る後群とから構成されている。
尚、負の第1レンズの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。
実施例9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,物体側に凹の正メニスカスレンズより
成る第3レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズよ
り成る第4レンズから成る後群とから構成されている。
尚、負の第1レンズの物体側の面及び像側の面、正の第
3レンズの物体側の面並びに負の第4レンズの物体側の
面は非球面である。
第10図〜第18図は、前記実施例1〜9にそれぞれ対応
する収差図であり、図中、(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1〜9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1〜9における条件式中のφ1
及び条件式中の の値をそれぞれ示している。
第3表〜第11表はそれぞれ実施例1〜9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
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,第6図,第
7図,第8図及び第9図は、それぞれ本発明の実施例1
〜9に対応するレンズ構成図である。 第10図,第11図,第12図,第13図,第14図,第15図,第
16図,第17図及び第18図は、それぞれ本発明の実施例1
〜9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.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (4)

    (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、負の屈折力を有する後群と、の2成分から成り、前
    群と後群との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、 前記前群中の最も物体側のレンズが両面非球面のレンズ
    であって、 前記両面非球面のうちの少なくとも1面が以下の条件式
    を満足し、 前記前群中の全ての非球面が以下の条件式を満足する
    ことを特徴とするズームレンズ; 非球面の最大有効径をymaxとするとき、0.7ymax<y<y
    maxなる任意の光軸垂直方向高さyに対して、 非球面の最大有効径をymaxとするとき、0<y<0.7y
    maxなる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):非球面の参照面形状、 ただし、 r :非球面の基準曲率半径、 ε :2次曲面パラメータ、 Ai :非球面係数、 :非球面の近軸曲率半径{(1/)=(1/r)+2
    A2}、 である。
  2. 【請求項2】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、 前記前群中の最も物体側のレンズが両面非球面のレンズ
    であって、 前記両面非球面のうちの一方の面が以下の条件式を満
    足し、他方の面が以下の条件式を満足することを特徴
    とするズームレンズ; 非球面の最大有効径をymaxとするとき、0.7ymax<y<y
    maxなる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):非球面の参照面形状、 ただし、 r :非球面の基準曲率半径、 ε :2次曲面パラメータ、 Ai :非球面係数、 :非球面の近軸曲率半径{(1/)=(1/r)+2
    A2}、 である。
  3. 【請求項3】前記後群中に以下の条件式を満足する非
    球面を少なくとも1面有することを特徴とする請求項1
    又は請求項2記載のズームレンズ; 非球面の最大有効径をymaxとするとき、0.8ymax<y<y
    maxなる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。
  4. 【請求項4】前記前群中に以下の条件式を満足する非
    球面を、前記両面非球面とは別に少なくとも1面有する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のズームレ
    ンズ; 非球面の最大有効径をymaxとするとき、0.7ymax<y<y
    maxなる任意の光軸垂直方向高さyに対して、 である。
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