JP3231355B2

JP3231355B2 - 小型のズームレンズ

Info

Publication number: JP3231355B2
Application number: JP17503591A
Authority: JP
Inventors: 柴田広徳
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: US5231540A; JPH0519165A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ズームレンズに関し、
特に、固体撮像素子等と共に用いる小型のズームレンズ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、ビデオカメラの小型、軽量、低コ
スト化が急速に進展している。特に、固体撮像素子のサ
イズは小型化の一途をたどり、それに伴うレンズ系の小
型化への要求は強まる一方である。

【０００３】このような要求を満たすべく考案されたズ
ームレンズタイプとしては、４群ズームの第４群に、ズ
ーミング時における像位置の補正作用とフォーカシング
作用を兼ねさせたタイプが有効であり、このタイプを用
い、枚数を削減して、小型、低コスト化を図った例とし
ては、特開平２−３９０１１号、特開平３−１２６２５
号等のものがあるが、小型化へのさらなる要望が高まっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来例
を撮像素子サイズが対角線長６ｍｍ程度や４ｍｍ程度の
小さなものに適用しようとすると、素子サイズに比例係
数倍して光学系も小さくなり、凸レンズの縁肉厚や凹レ
ンズの中肉厚が不足する等、加工上の問題が生じ、従来
例をそのまま適用することができなかった。

【０００５】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、小さい撮像素子に用いても十分な凸
レンズの縁肉厚、凹レンズの中肉厚を確保した小型、軽
量、低コストのズームレンズを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の小型のズームレ
ンズは、上記目的を達成するために、物体側より順に、
正の屈折力を有する第１群と、負の屈折力を有しズーミ
ング時可動の第２群と、正の屈折力を有し固定の第３群
と、正の屈折力を有しズーミング時及びフォーカシング
時可動の第４群とから構成され、前記第３群が、物体側
より順に、物体側に強い曲率を持つ正レンズ１枚と像側
に強い曲率を持つ負レンズ１枚の計２枚で構成され、前
記第４群は正レンズのみで構成され、第３群、第４群共
に少なくとも１面が光軸から離れるに従って屈折力を弱
くする作用を持つ非球面を有し、以下の条件を満足する
ことを特徴とするものである。（１）０．４＜｜ｆ₃₁／ｆ₃₂｜＜１（２）０．７＜ｒ_3R／ｒ_4F ＜３．０ただし、ｆ₃₁：第３群第１レンズの焦点距離、ｆ₃₂：第３群第２レンズの焦点距離、ｒ_3R：第３群第２レンズの像側の曲率半径、ｒ_4F：第４群の最も物体側に配される第１レンズの物体
側の曲率半径、である。

【０００７】

【作用】以下、本発明の構成と条件について、作用と共
に説明する。一般に、ズームレンズを小型化する方法と
しては、特に変倍系の屈折力を強くする方法と、結像系
の短縮化による方法のほぼ２通りの方法がある。

【０００８】前者は、以前から行われている方法であ
り、また、極端に諸収差が悪化することから、格段の進
歩はあまり望めない。そこで、本発明においては、従来
の正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有しズーミ
ング時可動の第２群、正の屈折力を有し固定の第３群、
正の屈折力を有しズーミング時及びフォーカシング時可
動の第４群から構成され、第３群と第４群が結像系をな
すズームレンズにおいて、後者の方法である結像系の構
成の工夫により、小型のズームレンズを完成することが
できた。

【０００９】まず始めに、結像系の枚数に関してである
が、色消しをしかつ諸収差を良好に補正するためには、
最低負レンズ群１つと正レンズ群２つあればよい。その
配列は、第３群と第４群の実際の軸上間距離を短くする
ために、第３群の主点位置を可能な限り前方に位置させ
たい。そこで、第３群は、物体側より順に、物体側に強
い曲率を持つ正レンズ１枚、像側に強い曲率を持つ負レ
ンズ１枚の順に並べて構成し、主点を物体寄りに位置さ
せる。そして、第４群は正の屈折力を持つレンズ群で構
成するのが望ましい。

【００１０】以下、本発明において設定する各条件式に
ついて説明する。条件（１）は、第３群の第１レンズと
第２レンズの焦点距離の比に関するものである。第３群
は固定群であるので、その軸上間距離は短い程小型化に
は好ましい。そこで、第３群の第１レンズと第２レンズ
の間隔を小さくとると、ほぽ密着系と考えてもよい。ま
た、第３群の第１正レンズの焦点距離をおおよそ定める
と、上記（１）式は第３群の屈折力に関する式ともな
る。すなわち、（１）式の上限を越えると、第３群の屈
折力が弱くなり過ぎ、光線の収束が弱くなるので、第４
群への入射光線高が大きくなり、バックフォーカスが長
くなってしまう。また、その下限を越えると、第３群の
正レンズの屈折力を強めなければならず、たとえ非球面
を用いたとしても、球面収差等の悪化が免れなくなる。
これらの観点から、条件（１）を設定した。

【００１１】条件（２）は、第３群負レンズの像面側の
曲率半径と第４群の最も物体側の面の曲率半径の比に関
するものである。このズームタイプにおいては、第３群
と第４群が、特に望遠側での近距離物点合焦時や、第２
群の倍率が等倍近くなるズーミングピント移動補正時
に、かなり近接する。また、第３群、第４群あわせて負
レンズが１枚であるために、収差補正上像面側の曲率が
きつくなりがちである。そこで、その面で発生する高次
収差を相殺するために、近接する次の面の曲率を（２）
式の範囲に定めることが望ましいのであるが、その上限
を越えると、正の球面収差、コマ収差等の高次収差量が
多くなり、その下限を越えると、逆に負の上記収差量の
増加を招き、好ましくない。そこで、条件（２）を設定
した。

【００１２】以上により、所望の小型ズームレンズを得
ることができる訳であるが、さらに以下の条件を満たす
ことにより、一層の小型化及び諸収差の良好な補正が得
られ、好ましい。

【００１３】（３） −０．３＜ β₄ ＜−０．０３（４） −２＜ｒ_4F／ｒ_4R＜−０．５７ここで、β₄：第４群の広角端における倍率、ｒ_4F：第４群第１レンズの物体側の曲率半径、ｒ_4R：第４群最像面側の曲率半径、である。

【００１４】条件（３）は、第４群の倍率に関してであ
る。第４群の倍率を上記範囲に定めることにより、第３
群の正の屈折力をあまり強めずに出射マージナル光線を
弱発散光とすることができる。そのため、その上限を越
えると、第３群の正の屈折力を強めなければならず、第
３群正レンズの肥大化を招き、逆に、その下限を越える
と、第４群正レンズの縁肉確保が困難となってくる。

【００１５】また、条件（４）は、第４群の最も物体側
と最も像側の面の曲率半径の比に関するものであり、こ
の比を上記範囲に定めることにより、特に軸外収差を良
好に補正することができる。すなわち、上限を越える
と、物体側の面で、下限を越えると、像面側の面で、コ
マ収差等が多く発生し、好ましくない。

【００１６】さらに、本発明では、第３群と第４群に少
なくとも１面ずつ、光軸から離れるに従って正の屈折力
が弱くなる非球面を用いることにより、負の球面収差及
び軸外収差を良好に補正することができるので、好まし
い。

【００１７】さて、ここまでは、主として結像系の小型
化に関して述べたが、変倍系に関しても、以下のように
構成すると、より一層の小型化が達成できる。

【００１８】まず、第１群を、物体側より順に、像側に
強い曲率を向けた負メニスカスレンズ、正レンズの計２
枚、第２群を、物体側より順に、負レンズ、負レンズ、
正レンズの３枚で構成するとよい。

【００１９】すなわち、変倍系の場合においても、結像
系と同様に、枚数が少ない方が小型化には有利である。
しかし、色消しを考慮すると、第１群、第２群共に最低
２枚ずつのレンズが必要である。

【００２０】さらに、第２群は、負の屈折力が強いこ
と、移動群であるので収差変動を小さくしたいこと等の
理由から、負レンズを２枚用いた負・負・正の３枚構成
にするのが望ましい。

【００２１】また、特に望遠側において、軸上光線が高
くなる第１群に関しては、何れかの面を以下の条件式を
満たす非球面とすることにより、諸収差を最小限に補正
することができる。

【００２２】（５） 1.2×10^-3＜｜Δｘ｜／ｆ_W＜ 1.2×10^-2 ここで、｜Δｘ｜＝A₂y₀ ² ＋A₄y₀ ⁴ ＋A₆y₀ ⁶ ＋A₈y₀ ⁸ ＋
A₁₀y₀ ¹⁰・・・（Ｐ＝１）、 y₀＝ (1/4)・ｆ_T／Ｆ_NOT、ｆ_W：広角端の全系の焦点距離、ｆ_T：望遠端の全系の焦点距離、Ｆ_NOT：望遠端のＦナンバー、である。

【００２３】上式（５）は、球面からの偏倚量を規定し
たもので、その上限を越えると、非球面量が大きくなり
過ぎ、負の球面収差が補正過剰となってしまい、また、
下限を越えると、特に望遠側での負の球面収差や歪曲収
差等の補正が不足してしまい、好ましくない。

【００２４】なお、本発明のズームレンズに用いている
非球面は次式にて表される。ｘ=(ｙ²/ｒ）／［1+｛1-Ｐ( ｙ²/ｒ²)｝^1/2］＋A₂y²＋A₄ｙ⁴＋A₆ｙ⁶ ＋A₈ｙ⁸ ＋A₁₀y¹⁰・・・上記式は、ｘを光軸方向にとり、ｙ軸を光軸と直角方向
にとったもので、ｒは光軸上の曲率半径、A₂、A₄、A₆、
A₈、A₁₀ 等は非球面係数、Ｐは円錐係数である。

【００２５】

【実施例】次に、本発明のズームレンズの実施例１、２
について説明する。各実施例のレンズデータは後に示す
が、実施例１の広角端（Ｗ）、標準状態（Ｓ）、望遠端
（Ｔ）におけるレンズ断面を図１に示す。実施例２のレ
ンズ断面は、実施例１のそれとほぼ同様であるので、省
く。

【００２６】何れの実施例においても、第１レンズ群Ｉ
は、物体側より順に、像側に強い曲率を持った凹メニス
カスレンズと両凸レンズの貼り合わせレンズの２枚から
なり、第２群IIは、物体側より順に、像側に強い曲率を
持った凹メニスカスレンズと、両凹レンズと物体側に強
い曲率を持った凸メニスカスレンズの貼り合わせレンズ
との３枚からなり、第３群III は、物体側より順に、両
凸レンズと像側に強い曲率を持った凹メニスカスレンズ
との２枚からなり、第４群IVは、物体側に強い曲率を持
った両凸レンズ１枚からなる。非球面については、両実
施例とも、第１群Ｉ第２レンズの像側の面、第３群III
第１レンズの物体側の面、第４群IV正レンズの物体側の
面の計３面、全て光軸から周辺へ行くに従って正の屈折
力を弱める方向に用いている。また、各実施例の第１６
面から第１９面は、フィルター等の光学部材を示してい
る。

【００２７】これら実施例１、２は共に、ズーミングに
際し、第１群Ｉを固定させるように設定している。この
構成により、レンズ径が最も大きく重たい第１群Ｉを駆
動させるために必要な電力を減少できる他、駆動機構の
簡素化並びにコスト低下という効果を本発明の効果に加
えることができる。

【００２８】なお、以下において、記号は、上記の外、
ｆは全系の焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、２ωは画角、
ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は
各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の
屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。

【００２９】実施例１ｆ＝ 4.635〜11.023〜26.190 Ｆ_NO＝ 1.41 〜 1.54 〜 1.83 ２ω＝48.7 〜21.6 〜 9.17 ° ｒ₁= 14.0300 ｄ₁= 1.000 ｎ_d1 =1.84666 ν_d1 =23.78 ｒ₂= 10.0055 ｄ₂= 5.826 ｎ_d2 =1.58913 ν_d2 =61.18 ｒ₃= -50.7723(非球面) ｄ₃= (可変) ｒ₄= 37.7694 ｄ₄= 0.800 ｎ_d3 =1.69680 ν_d3 =55.52 ｒ₅= 5.2153 ｄ₅= 1.950 ｒ₆= -6.5351 ｄ₆= 0.800 ｎ_d4 =1.61800 ν_d4 =63.38 ｒ₇= 7.1396 ｄ₇= 1.669 ｎ_d5 =1.84666 ν_d5 =23.78 ｒ₈= 73.4665 ｄ₈= (可変) ｒ₉= ∞ (絞り) ｄ₉= 1.100 ｒ₁₀= 5.4999(非球面) ｄ₁₀= 4.120 ｎ_d6 =1.58913 ν_d6 =61.18 ｒ₁₁= -17.5409 ｄ₁₁= 0.031 ｒ₁₂= 38.6159 ｄ₁₂= 0.800 ｎ_d7 =1.84666 ν_d7 =23.78 ｒ₁₃= 5.9985 ｄ₁₃= (可変) ｒ₁₄= 7.1633(非球面) ｄ₁₄= 3.136 ｎ_d8 =1.56384 ν_d8 =60.69 ｒ₁₅= -10.6219 ｄ₁₅= (可変) ｒ₁₆= ∞ ｄ₁₆= 4.000 ｎ_d9 =1.51633 ν_d9 =64.15 ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.000 ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.790 ｎ_d10=1.48749 ν_d10=70.20 ｒ₁₉= ∞ 非球面係数第３面Ｐ＝１Ａ_４＝０．５４７３７×10^-4 A₆ =-0.31775×10^-6 A₈ = 0.26974×10^-8 A₁₀=-0.17043×10^-10 第１０面Ｐ = 1 A₄ =-0.62140×10^-3 A₆ =-0.45172×10^-4 A₈ = 0.21820×10^-5 A₁₀=-0.80918×10^-7 第１４面Ｐ = 1 A₄ =-0.77129×10^-3 A₆ =-0.48992×10^-4 A₈ = 0.43263×10^-5 A₁₀=-0.14124×10^-6 。

【００３０】実施例２ｆ＝ 4.635〜11.023〜26.190 Ｆ_NO＝ 1.21 〜 1.35 〜 1.85 ２ω＝48.7 〜21.6 〜 9.17 ° ｒ₁= 13.1382 ｄ₁= 1.000 ｎ_d1 =1.84666 ν_d1 =23.78 ｒ₂= 9.4081 ｄ₂= 6.395 ｎ_d2 =1.58913 ν_d2 =61.18 ｒ₃= -45.1980(非球面) ｄ₃= (可変) ｒ₄= 125.1694 ｄ₄= 0.800 ｎ_d3 =1.69680 ν_d3 =55.52 ｒ₅= 5.3509 ｄ₅= 1.568 ｒ₆= -7.3911 ｄ₆= 0.800 ｎ_d4 =1.61800 ν_d4 =63.38 ｒ₇= 6.2160 ｄ₇= 1.669 ｎ_d5 =1.84666 ν_d5 =23.78 ｒ₈= 22.4163 ｄ₈= (可変) ｒ₉= ∞ (絞り) ｄ₉= 1.100 ｒ₁₀= 6.0000(非球面) ｄ₁₀= 5.402 ｎ_d6 =1.58913 ν_d6 =61.18 ｒ₁₁= -17.7551 ｄ₁₁= 0.031 ｒ₁₂= 57.4530 ｄ₁₂= 0.800 ｎ_d7 =1.84666 ν_d7 =23.78 ｒ₁₃= 7.2808 ｄ₁₃= (可変) ｒ₁₄= 7.0120(非球面) ｄ₁₄= 3.890 ｎ_d8 =1.56384 ν_d8 =60.69 ｒ₁₅= -9.7668 ｄ₁₅= (可変) ｒ₁₆= ∞ ｄ₁₆= 4.000 ｎ_d9 =1.51633 ν_d9 =64.15 ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.000 ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.790 ｎ_d10=1.48749 ν_d10=70.20 ｒ₁₉= ∞ 非球面係数第３面Ｐ＝１Ａ_４＝０．６６４８２×10^-4 A₆ = 0.85614×10^-7 A₈ =-0.11304×10^-7 A₁₀= 0.11999×10^-9 第１０面Ｐ = 1 A₄ =-0.53816×10^-3 A₆ =-0.26993×10^-4 A₈ = 0.89122×10^-6 A₁₀=-0.27294×10^-7 第１４面Ｐ = 1 A₄ =-0.10114×10^-2 A₆ =-0.18560×10^-4 A₈ = 0.50994×10^-6 A₁₀=-0.79841×10^-8 。

【００３１】以上の実施例１、２の広角端（Ｗ）、標準
状態（Ｓ）、望遠端（Ｔ）における球面収差、非点収
差、歪曲収差、倍率色収差、コマ収差をそれぞれ図２、
図３の収差図に示す。

【００３２】また、各実施例の前記した条件（１）〜
（５）の値を次の表に示す。

【００３３】

【発明の効果】本発明のズームレンズは、変倍比が６倍
程度、Ｆナンバーが１．２〜１．４の高変倍、大口径比
でありながら、枚数が８枚と少なく、全長が短い小型の
ズームレンズにすることができるものであり、小さい撮
像素子に用いても十分な凸レンズの縁肉厚、凹レンズの
中肉厚が確保でき、小型、軽量、低コストのズームレン
ズを実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の広角端（Ｗ）、標準状態
（Ｓ）、望遠端（Ｔ）におけるレンズ断面図である。

【図２】実施例１の広角端（Ｗ）、標準状態（Ｓ）、望
遠端（Ｔ）における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍
率色収差、コマ収差を示す収差図である。

【図３】実施例２の図２と同様な図である。

【符号の説明】

Ｉ …第１群 II …第２群 III …第３群 IV …第４群

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、正の屈折力を有する第
１群と、負の屈折力を有しズーミング時可動の第２群
と、正の屈折力を有し固定の第３群と、正の屈折力を有
しズーミング時及びフォーカシング時可動の第４群とか
ら構成され、前記第３群が、物体側より順に、物体側に
強い曲率を持つ正レンズ１枚と像側に強い曲率を持つ負
レンズ１枚の計２枚で構成され、前記第４群は正レンズ
のみで構成され、第３群、第４群共に少なくとも１面が
光軸から離れるに従って屈折力を弱くする作用を持つ非
球面を有し、以下の条件を満足することを特徴とする小
型のズームレンズ：（１）０．４＜｜ｆ₃₁／ｆ₃₂｜＜１（２）０．７＜ｒ_3R／ｒ_4F ＜３．０ただし、ｆ₃₁：第３群第１レンズの焦点距離、ｆ₃₂：第３群第２レンズの焦点距離、ｒ_3R：第３群第２レンズの像側の曲率半径、ｒ_4F：第４群の最も物体側に配される第１レンズの物体
側の曲率半径、である。