JPH02240615A

JPH02240615A - 可変焦点距離レンズ

Info

Publication number: JPH02240615A
Application number: JP1060772A
Authority: JP
Inventors: Atsujirou Ishii; 石井　敦次郎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-25
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JP2597510B2; US5080473A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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］ −１１９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λ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
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とより
なり、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（ｒｌ　＝　Ｎｏ＋　Ｎ（ｒ”＋　Ｎｔｒ’＋　−・
・Ｎ、＞　０ただしｒは光軸と垂直方向に測った光軸からの距離、Ｎ
ｏは光軸における屈折率、　Ｎｌ、　Ｎｔ、・・・は定
数である。

一般に正、負、正の３群より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（して行くとペッツバール和か負になりやすい。特に
変倍に最も大きく寄与する第２群の屈折力を強くすると
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Ｆｓのほか媒質中でも屈折力ｒ１１をもちその大
きさは、薄肉レンズ系で考えると′ｐＩＩ＝−２Ｎ、Ｄ
である。尚りはレンズの肉厚である。また屈折率がｎで
屈折力がψの均質媒質レンズのペッツバール和への寄与
は、Ｆ／ｎで表わされる。

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／Ｎｏ　＋ｐア／Ｎ、”で表わされる
。したがってＮｏ＞　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Ｎｏは軸上の屈
折率であるのでレンズのパワーを左右するのは比である
。したがって前記の条件を満足せずにＮｌ＜ｏになると
全体として正の屈折力のレンズになり、ペラパールの補
正に寄与しなくなる。

又、−ａ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、負レンズのアツベ数を小さくし、正レンズ
のアツベ数を太き（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Ｔ、アツベ数νのレンズによる
軸上色収差は、ｒ／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、Ｐｓ／Ｖｏ　＋　Ｉ
”Ｍ／Ｖｌで表わされる。ここで１、ちは、夫々前掲の
面での屈折力および媒質中での屈折力、又Ｖ。＋Ｖｌは
次の式で与えられるものである。

ｖ０＝　（Ｎｏ（ｄ）−１）／（ＮｏｆＦ）−Ｎｏ（Ｃ
））Ｖｌ　＝　（Ｎ、　（ｄ）　）／（Ｎｌ　ｆｐｌ　
−Ｎｌ　（Ｃ１）したがって、面で発生する色収差は、
アツベ数ＶＯ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、アラへ数がｖｌの均質レンズと同等であ
るると考えられる。

本発明では、最終群で用いる屈折率分布型レンズの１を
負の値にし、又Ｖｌの値を小さくして、正の屈折力をも
つ最終群で補正不足に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ｖｌの値をｖ、＜ｖ、に
なるようにすれば−層良好に補正し得る。その理由は次
の通りである。

Ｆ−１）、＋Ｆ、であるので屈折率分布型レンズの軸上
色収差ＦＪＶｏ＋　Ｆ１１／Ｖ＋は次のように変形出来
る。

Ｙ’Ｂ／ｖｏ＋　Ｆ１１／Ｖ＋　　＝　　（ρ−１”１
１）／ｖｏ　＋　ｙ’Ｊｖ＋＝　′ｐ／ｖ０−１”ｖ（
１／Ｖｏ　　−１／ｖ＋１ここでＮ＋＞０であるので′
ｐｖ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／ｖ、−１／ｖ、ｌ
の値を負にする必要がある。よってｖ＋＜ｖｏとするこ
とが好ましい。

又Ｖ、の値はｖ、＜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
折率が太き（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か
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（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Ｎ、が大き
く影響する。

以上述べたように、ベラバール和と、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、１４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、Ｎ、やｖｌに関する前記の
各条件を満足するような屈折率分布は、光軸がら離れる
に従って、屈折率が大きくなりながらアツベ数が小さく
なるような分布をとり易い、現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
の屈折力ら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。

Ｎ＝＜　１．７０なお、Ｎｏは前記の屈折率分布型レンズの光軸上の屈折
率である。

Ｎ、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５レンズ
系の全長を短（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は面頂点での曲率半径、Ｐは日数定数、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２レンズ成分と負の屈折力を持つ第
２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＝９〜４５　ｍｍ　　、　Ｆ／２．８２ω　４７，９
°〜１０．２” ｒ、　＝　１２０．８７９４ｄ＋＝１．３１７７　　　ｎ＋＝　１．８４６６６　　
　ｖ１＝　２３．８８ｒｚ＝２７．８７５６ｄｚ＝　５．００００　　１ａ＝　１．６０３１１　　
１Ｊｘ　＝　６０．７０ｒｓ　＝　−５９，７０８５ｄｚ＝　ｏ、　１５００ｒ４＝　２０．６４８４ｄ、＝３．０００Ｏｎ、＝１．６９６８０　　　ｖ、　
＝５５．５２ｒｓ＝６４．４８９０ｄ、＝Ｄ、（可変）ｒｓ＝５０．８４９１ｄｓ＝　１．０００Ｏｎ−＝　１．７４１００　　　ｖ
−＝　５２．６８ｒｔ＝ｌｏ、３６３２ｄ、＝　２．８０００ｒａ＝　−１２，１１４０（非球面）ｄ−＝　０．９０００　　　　Ｑ、＝　１．６９６８０
ｒ９＝２７．５２９１ｄ＊＝　２．００００　　　　ｎａ＝　１．８４６６６
ｒ、、　　＝１３０．４２０３ｄ、、　＝Ｄｚ　（可変）ｒ、、　　＝−３９，５５８３ｄ、、　　＝ｔ、ｏｏｏｏ　　　ロ、＝　１．６９６８
゜ｒｌｚ　　＝７６．５４９８ｄ、□二〇、（可変）ｒ、、　＝（Ｘｉ　（絞り）ｄ、、　　＝０．１４９３ｒ、４　＝　２１．６０１５ｄ、、　　＝２．００００　　　ｊｌ、＝　１．７８４
７２ｒ、５　＝−４０，３１１２ｄ、、　　＝ｏ、ａｓ口Ｏｒ＋ｓ　　＝１０．４２６８ｄ、、　＝　１．５００ｏ　　ｎ、＝１．８０１０゜ｒ
、、　　＝３２．９１３８ｄ、、　　＝３．６７９１ νγ ν８ ν９＝　５５．５２＝　２３．７８＝　５５．５２＝　２５．７１＝　３４．９７ｒ、８　ニー９７．’８５２４ｄ、ｌｌ　＝３．６２３６ｒ　ｌｅ　　＝　１４．’８２３７ｄ、、　　＝１．５０００ｒｘｏ　　＝　１８．３８０６ｄ□。　：　２．００００ｒ！、　　＝−２４，５８２１ｄ、、　　＝０．１５００ｒａｔ　　＝　２２７．６１８７ｄａａ　　＝２．０００Ｏｎ、ｚ　　＝１．６９６８０
ｒ２ｇ　　＝−２８，７２９５Ｉ非球面係数Ｐ＝１．００００　、　　Ｅ　＝０．４５４５５　ｘｌ
Ｏ−’Ｆ＝　０．９２９０７　ｘ　１０−’　、　Ｇ＝
　−０，５７７５８ｘ　１０−’屈折率分布型レンズ１４．３４８シ、２＝５５．５２ ν１１＝５５．５２１５．０４８０．３００１．０００（屈折率分布型レンズ）＝　１．６９６８０９．３７１３．１０６３．８７１ｎ＋＋１．０００１．０００ｄ綿Ｃ線Ｆ綿ｄ線Ｃ線Ｆ綿Ｎ。

１．５６９６５１．５６６２０１．５７７７５Ｏ４９，３３０Ｏ０，１００ＯＯＸ　１０−’ ０．９７０００ｘ　ｔｏ−” ０．１０７００ｘ　１０−’ ０．１００００ｘ　　１０” 実施例２ｆ　＝　８〜４８　ｍｍ２ω　５３．１°〜ｒ、　＝　８１．１１５８ｄ、＝　１．５０００ｒ２＝３１．ｏ１３６ｃｔ、＝６．１口００ｒ、＝　−３８６，３３６７Ｏ，８００００Ｘ　１０−２０．７７６００ｘ　１０−２０．８５６００Ｘ　ｔｏ−” Ｉ口、１００００ｘ　１０２０．１００００　　ｘ　１００．９７０００　　Ｘ　ｔ。

Ｏ，１０７００Ｘ　１０−” ０．１００００　　ｘ　１０” 、Ｆ／２９．５６ｎ＋”　１．８０５１８１ノ１＝２５ｎ２＝　１．６９６８０ ν２＝　５５．５２ｄ、＝０．１５００ｒ４＝　２５．９１１５ｄ４＝　４．８０００　　　１３＝　１．６９６８０ｒ
ｓ＝　７１．１３１８ｄａ＝Ｄｔ（可変）ｒ、　＝　−９０，７１６４（非球面）ｄ、＝　１．５
００Ｏｎ、＝　１．７８８００ｒｙ＝７．５４２１ａ、＝＝　：１．００００ｒａ＝　−１６，８４６３ｄ、＝＝　１．００００　　　　　（１５’＝　１．６
９６８０ｒｅ”　１３３．７２６９ｄ、＝　０．：１１０００ｒ、。　＝１５．４０４８ｄ、、”　１．５０００　　Ｑ６＝　１．８４６６６ｒ
１１　　＝　２４．４８２８ｄ＋＋＝Ｄａ（可変）ｒｌｓ　　＝−７３，４５８６ｄ、、　　”　１．９００Ｏｎ、　＝　１．７１１３（
１０ｒ＋ｉ　　＝−２４，７３８０ ν、　　＝５５．５２ ν、　　＝４７．３８ ν、　　＝５５．５２ νｇ　　＝２３．７８ ν、　　＝３６．１５ｄ　＋　ｓ　＝Ｄ：　（可変）ｒ、＝ｏｏ（絞り）ｄ、、　　＝２．０ＯＯＱｒｌｓ　　＝　１５．５５９６ｄ、ｆｉ＝３．０ＯＯＯｎａ＝１．８３４００　　　ｖ
。＝　３７．１６ｒ１ｇ　　＝−５１３６，７１６６ｄ＋ｓ　　＝１．００００ｒヒ＝１８．６２１０ｄｌ？　＝２．５０００　　ｎミニ１．８３４００　　
　ｖ−＝３７．１６ｒ＋ｓ　　＝−１５７，７０２３ｄ、、＝１．０５２４ｒｌｓ　＝−７７，２３７８ｄｏｓ　＝６．８４６７　　口、。（屈折率分布型レン
ズ）ｒｚｏ＝２９．８６９８ｄ３゜＝　１．６１３６ｒ＊　１　＝　９６．６１７４ｃｌ、、　＝　２．５０００　　ｎ、　、　＝　１．７
７２５０　１／ｉ　、　＝　４９．６６ｒａｚ　　＝−
２０，８１７１ｄｉ２　＝０．３０ＱＯｒａ３　”−５８，８２６９＋１ａ−＝２．５００Ｏｎ＋２　　＝１．７７２５０　
　シ＋２＝４９．６６ｒｚ４　”−２１，２９１３ｆ　　　　　　８　　　　２０．６　　　　４８Ｄ、　
　　　　２．０００　　１４．１０９　　２０．４９２
Ｄ、　　　　　１．５００　　５．３６２　　　１．５
００Ｄ、　　　　１９．７９２　　３．８２１　　　１
．３００非球面係数Ｐ　＝　１．００００　、　　Ｅ　＝　０．５１６３７
　ｘ　１０−’Ｆ＝　−０，４９５３５ｘ　　ｌロー’
　　、　　Ｇ＝０．３１８１０　　Ｘ　　１０−’屈折
率分布型レンズＮ、　　　　　　Ｎ。

ｄ線　　１．６７２７０　０．８００００ｘ　１０−’
Ｃ線　　　　　１．６６６６０　　　０．７８６６７ｘ
　　１Ｏ−２Ｆ線　　１．６８７５５　　０．８３１１
１Ｘ　１０−”Ｖ　ＯＶ　１ｖ　　　　　　　３２．１００００　　　　０．１８０
００Ｘ　　１０”半径、ｄ、、　ｄ、、・・・は各レン
ズの肉厚および空気間隔、旧、ｎ２．・・・は各レンズ
の屈折率、シ１．シ２．・・・は各レンズのアツベ数で
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り、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（「６）が又実施例２は第６面（
ｒ６）が非球面である６［発明の効果］本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。出願人　オリンパス光学工業株式会社代理人　　　向　　　　寛　　二第１手　　続　　補　　正　　書平成２年６月１５日

Claims

【特許請求の範囲】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
、負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）＝Ｎ＿０＋Ｎ＿１ｒ＾２＋Ｎ＿２ｒ＾４＋・・
・Ｎ＿１＞０ただしｒは光軸と垂直方向に測った光軸からの距離、Ｎ
＿０は光軸における屈折率、Ｎ＿１、Ｎ＿２、・・・は
定数である。