JPH03203709A - 変倍レンズ - Google Patents

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】 本発明はズームレンズ、二焦点レンズ等の変倍レンズに
関するものであり、特にビデオカメラ、電子スチルカメ
ラ等の小型カメラに応用可能な変倍レンズに関するもの
である。

近年、ビデオカメラ等の本体は、電子部品のパラそのよ
うな中において、レンズの占める重量・体積・コストは
努力の結果絶対値では少しずつ改善されているものの、
ビデオカメラ全体に占める割合は年々、上昇している状
況である。このような状況において、コンパクト化、コ
ストダウンの要請はより強いものとなっている。

高性能化という風に、レンズに求められる機能は、より
高くなってきているという側面もある。

ここでは、大口径化に対応して、ＦＮＯが１．２程度の
ものを想定し、ズーム比は、重量・体積・コストを特に
重視して３倍程度のものを考える。ＦＮｏが１．２程度
のもので、十分なコンパクト性が得られているものはほ
とんどなく、Ｆ、Ｏｌ、４程度まで範囲を広げて従来例
を調べてみると、まず、特開昭６３−８０２１５号や特
開昭６３−１３３１１３号に開示されたものがある。こ
れらはＦＮＯが１．４でズーム比が３倍、１２枚構成の
ズームレンズである。それぞれの構成を第４図及び第５
図に、また全長・前玉径などを表６にまとめである。こ
の表６の数値かられかるように特開昭６３−８０２１５
号や特開昭６３−１３３１１３号に開示されたズームレ
ンズは、ＦＮＯｌ、４であるのにかかわらず、重量・体
積・コストとも十分に小さいとは言えず、さらにＦＭｏ
ｌ、２にまで大口径化を図ったとき、全てが大きくなる
方向に進み、現状のニズを十分に満足できるものではな
い。

一方、比球面を多用してコンパクト化を図った例として
、特開昭５．６−１４７１１３号に示されたものがある
。これはＦ　ＮＯｌ、６であるが非球面を３面使用し、
１０枚構成となっている。しかし、これもＦＮＯを１．
２程度まで拡張すればＦＮＯの比以茗 上に大型化し、性能上も看しくなると予想される。

た 特開昭５６−１４７１１３号によるベースレンズの構成
概略図を第６図に示す。尚、寸法比較のだめｆ（全系の
焦点距離）　＝１０．５−３１．５ｍｍにスケーリング
しである。また全長、前玉径などを表６にまとめである
。

以上の例で共通点は、第１群が正の屈折力を持つズーム
レンズであること、また、第１群が正であるズームタイ
プでは、大口径化、コンパクト化、低コスト化を十分に
達成することが非常に困難でを持つズームレンズき提案
した。この第２実施例等においては、わずか９枚構成で
非球面を用いず番こＦ　Ｎ０Ｉ−２の高性能レンズをコ
ンパクトに達成している。このズームレンズの構成を第
７図に、また、全長・前玉径などを表６に示す。

ンを図り、かつ高性能な変倍レンズを提供することを目
的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るズームレンズは
、第１群が負の屈折力を持ち、第２群が正の屈折力を持
ち、後続する群が存在するような構成をする。そして、
ズーミング時、主に第２群が光軸上を移動し、変倍作用
をする。第１群を負とすることにより、軸外入射光の傾
斜を第１群にて緩くすることができるため、前玉径を小
さくでレンズと同じであり、このズームタイプの有効性
は十分立証されている。

上記の構成に加えて、本発明では第２群内に少なくとも
１画郭球面を採用することにより、第１群を負レンズと
正レンズの２枚、同じく第２群も負レンズと正レンズの
２枚にて構成した。一般に負の第１群、正の第２群に加
えて後続群が存在し第２群の移動で変倍を行うタイプの
変倍レンズにおいて、第１群と第２群は全系の焦点距離
が変化するにつれて軸上光束も軸外光束も通過する位置
、角度とも大きく変わる。そこで、ズーム比が３倍程度
ある場合やＦＮＯが１．２程度と明るい場合で、ある程
度以上の高性能が必要な場合は、一般に各々３枚構成と
なることが多い。特に、変倍時大きくその位置を変える
第２群を少ない枚数のレンズで構成することは困難であ
る。

そこで本発明では、移動量が大きく収差発生量の多い第
２群に非球面を用いて、第２群を２枚で構成した。本発
明のようなズームタイプでは、第２群を通過する軸上光
束の径が他の群より大きくなるため、第２群に非球面を
使用することで、第２群内で発生する負の球面収差を比
較的簡単に補正することができるのである。さらに第１
群についても、第２群に非球面を用いることで２枚構成
とするとともに、後続群の構成も簡単にしている。

従来は、第２群で大量に発生する負の球面収差の補正を
後続群でも負担していたが、非球面によって第２群内で
補正できるため、後続群による補正が不要となるからで
ある。

尚、各群内である程度色収差補正を完結させるために、
第１群・第２群をそれぞれ負と正のレンズを１枚ずつ使
用したダブレット構成にすると、色収差変動を許容範囲
内におさえることができる。

また、非球面は第２群内に用いるときどの面に用いても
良いが、球面収差を補正することを主目的とするため、
その形状は光軸からの高さが高くなるほど近軸曲率半径
からの変位置が単調に増加するような形とすべきである
。この形状は、製造側から見ても作りやすい形状である
。

さて、ここまで主に球面収差について述べたが、像面湾
曲や歪曲など軸外収差を良好に補正するために、第１群
の形状について以下の条件を満足するのが望ましい。

（１）　　Ｏ＜　ｒ　、／　ｌ　ｒ層＜１．０．　　（
ｒＡ＜０．ｒ−＞Ｏ）ただし、 ｒＡ：第１群中、最も物体側の面の曲率半径、ｒＢ：第
１群中、最も像側の面の曲率半径。

この条件は、第１群の負のパワーを物体側と像側にどの
ように分配するかを示したものである。

上限をこえて負のパワーが物体側に集中すると、とくに
ワイド端での歪曲が大きく負に発生してしまい、逆に下
限を越えて像側に集中すれば、歪曲はよくなるが像面湾
曲がかなり悪化し、実用に耐えない。

さらに、後続する第３群以降を簡易な構成とし、全系で
少ない構成枚数及びコンパクト化を達成するために、先
行する第１群・第２群は次の条件を満足することが望ま
しい。

（２）　０．５＜ｌメＩ　ｌ／ｕ　Ｉ［＜１．０．　　
ｉ　Ｉ　＜０）ただし、 一■：第１群の合成屈折力、 φＩＩ：第２群の合成屈折力。

この条件は、第１群・第２群のパワー比を適切に保つた
めのものである。下限をこえるとペッツバール和が正に
大きくなり、良好な像面を得がたく、上限をこえると軸
外のコマ収差や歪曲の補正が困難となる。

ところで第１群・第２群に後続するレンズ群は、Ｆ　Ｎ
Ｏｌ、２という大口径においては正の屈折力を持つ第３
群であることが望ましい。そして、第２群の移動にとも
なう像点移動の補正のため、第３群もしくは第１群が移
動するように構成すると良い。

第３群はＦ　ＮＯｌ、２の明るい光束を結像させる働き
をするので、色収差の補正のため少なくとも１枚の正レ
ンズと少なくとも１枚の負レンズを含み以下の条件を満
足することが望ましい。

（３）　０．６＜　ｌ　Ｉ　Ｉ　ｌ／　Ｉ　ｎｕ　＜１
．まただし、 Ｉ■：第３群の合成屈折力。

この条件は、第１群と第３群の屈折力比の適正な範囲を
示すものであり、適度なバックフォーカスと高性能を達
成するために必要な条件である。

上限をこえると、入射光線が第１群出射後かなり発散す
るため第３群での径が大型化するとともに、収差の発生
量も増大するため良好な性能を得られ王 ない。また、上限をこえるとバックフォーカスを十分に
とることが難しくなる。

さらに第３群は、トリプレットタイプのレンズ構成にす
ると、少ない枚数ながら良好な性能が得られる。

また以下の条件を満足することが望ましい。

（４）　０．５＜　ｒ　ｃ／　ｆ　ｗ＜　１．３（５）
　０．３＜　ｒ　ｏ／　ｆ　Ｗ＜　１．０ただし、 ｆｗニワイド端における全系の焦点距離、ｒｃ：第３群
の物体側正レンズの物体側面曲率半径、 ｒｏ：第３群の負レンズの像側面曲率半径。

条件（４）は、第３群の最も物体側の面に強い正の屈折
力を持たせるためのもので、下限をこえるとバックフォ
ーカスが充分にとれず、上限をこえるとＦ　ＮＯｌ、２
の光束において収差補正を充分に行うことができない。

条件（５）は、第３群内で発生する収差を補正する上で
最も重要な負井レンズの像側面曲率半径の適正な範囲を
示すものである。下限をこえるとバックフォーカスが不
０足し、高次収差の発生量が増大する。上限をこえると
収差を良好に補正することかできない。

さらに望ましくは、第３群の構成を物体側より順に、物
体側に強い面を向けた正メニスカスレンズ、像側に強い
面を向けた負メニスカスレンズ、正レンズの３枚にて構
成するとよい。

以下、本発明に基づくコンパクトで、低コストの変倍レ
ンズの実施例１〜３をそれぞれ表１〜３に示す。各実施
例において、ｆは全系の焦点距離ｒｉは物体側より数え
てｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より数えて１番
目の軸上面間隔、旧およびν１はそれぞれ物体側より数
えてｉ番目のレンズのｄ線に対する屈折率、アツベ数を
示す。尚、各実施例とも最後尾にローパスフィルターや
フェースプレートに相当する平板を挿入しである。＊印
を付した面は非球面であることを示し、その形状は以下
の式にて定義される。

ここで、 ｘｏ：光軸方向のデビエーション、 ｒ：近軸曲率半径、 ｈ：光軸に対し垂直方向の高さ、 Ａｉ：　ｉ次の非球面係数、 ε：円錐定数。

また、各実施例について各条件との関係を表４に示す。

さらに、最小ＦＮＯ１全系の構成枚数、全長（テレ端に
おいて像面まで）、前玉外径、重量を各実施例について
は表５に、同じ〈従来技術のところに述べた従来例につ
いては表６に示す。

次に第１図〜第３図は、上記実施例１〜３のテレ端にお
ける概略構成を示しており、第２群と第３群との間の一
対の長方形は絞りを表しており、また、第３群の後方に
配されているのは、ローパスフィルターやフォースプレ
ートに相当する平板である。

第４図〜第７図は、従来例によるズームレンズの概略構
成図で、第４図は特開昭６３−８０２１５号、第５図は
特開昭６３−１３３１１３号、第６図は、特開昭５６−
１４７１１３号、第７図は特開平１−４６７１６号によ
るものである。

第８図〜第１Ｏ図は各実施例１〜３に対応する収差図で
、それぞれ（Ｔ）はテレ端、（Ｍ）はミドル域、（Ｗ）
はワイド端での諸収差を表す。また、実線（ｄ）はｄ線
に対する収差鎖線（ｇ）はｇ線に対する収差を表し、点
線（ＳＣ）は正弦条件を表す。更に点線（ＤＭ）と実線
（ＤＳ）はメリジオナル面とサジタル面での非点収差を
それぞれ表している。さらにＦはＦ値、ｙ′は像高を示
す。

（以Ｔ牟自） 表 ■ （実施例１） ｆ−２９，４〜１５．０〜１０．２ 表 （実施例２） ｆ−２９，４〜１５．０−１０．２ 非球面係数 ｒ６Ｃ−０，＋００００ＸｌＯ ２−Ｏ ３−Ｏ Ａ４〜０．１２０７９ＸＩｏ” ５−０ Ａ６−−０．９２７６１Ｘ１０−’ ７−　Ｏ Ａ８−０．７９９２６ｘ　１０−＠ 非球面係数 ｒ４　：　　Ｅ　−０，ｌ００００ｘ　ｌ（Ｉ２−　Ｏ ３−０ Ａ４−−０．７４８１５ＸＩＯ−’ ５−０ Ａ６−０．３３２８６ｘｌＯ−’ ７−０ Ａ８−０．３１１１０ＸｌＯ−’ 表 ３ （実施例３） ｆ−２９／１〜１５０〜１０．２ 表　　４ １１球曲係数 ｒ４　　　ε−０，１００ＯＯＸ　１０２−　Ｏ ３−０ Ａ４−０．８３９７８ＸＩＯ−５ ５−０ Ａ６−０．３９３６６ＸＩＯ−’ ７−０ Ａ８−−０．１１０４２１！Ｘｌ０−’表 表 （注、全て３侶ズームレンズである） 又、本発明の実施例３においては、テレ端とワイド端に
おいて第１群がほぼ同位置に位置している。そこで実施
例３を、ズームレンズとしてではなく、２焦点レンズと
して利用することも可能である。この場合、第１群と第
３群は固定レンズ群とし、第２群のみを移動レンズ群と
すればよい。

よって、鏡胴構成上、非常に簡素な変倍レンズが構成で
き、−段とコストダウンが期待できる。

表５に示す本発明実施例の諸量と表６に示す従来例の諸
量とを比較すると明らかなように、従来例（１）〜（３
）に対しては、ＦＮＯが小さくなっているにもかかわら
ず、大幅な構成枚数の削減とコンパクト化が達成されて
いる。又、従来例（４）と比較しても、構成枚数の２枚
減と、−段の軽量化が達成されており、本発明の目的を
十分に達成している。

さらに、変倍時の第２群の移動にともなう像点移動の補
正を、第１群くり出しで行った場合、従来例の変倍レン
ズよりも、さらに近距離からの近接撮影が可能である。

第１に、本発明のように第１群が負の変倍レンズでは、
第１群が正の変倍レンズに比べ第１群のパワーを強くで
きるため、第１群のくり出し量を少なくすることができ
る。よって、移動に伴う性能劣下を小さくおさえること
ができるからである。第２に、第１群のくり出し量が少
ないので、軸外光線のケラレが少なく照度低下もほとん
とないからである。

また、本発明では性能劣化に大きく影響する第２群のパ
ワーを、第１群が正の屈折力をもつ構成の変倍レンズよ
りも弱くできる。よって製造誤差による性能劣化の度合
も小さく、加工・組立に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、それぞれ本発明実施例１〜３のテレ端に
おけるレンズ構成を示す断面図、第４〜７図はそれぞれ
従来例によるズームレンズの概略構成を示す断面図、第
８〜ｌＯ図はそれぞれ本発明実施例１〜３のテレ端、ミ
ドル域、ワイド端における各収差を示す収差図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）物体側より順に、負の屈折力を持つ第１群、正の
   屈折力を持つ第２群、さらに後続するレンズ群より成り
   、変倍時、第２群が主として移動し、第２群の移動にと
   もなう像点移動を補正するため、第１群又は後続のレン
   ズ群もしくはその一部が移動するようなズーム構成をと
   るズームレンズにおいて、第１群が１枚の負レンズと１
   枚の正レンズの２枚より成り、第２群が少なくとも１面
   の非球面を含み１枚の負レンズと１枚の正レンズの２枚
   より成り、その非球面は光軸からの高さが高くなるほど
   近軸曲率半径からの変位量が増加するような形状を持つ
   とともに、第１群が以下の条件を満足することを特徴と
   するズームレンズ： ０＜ｒ＿Ｂ／｜ｒ＿Ａ｜＜１．０、（ｒ＿Ａ＜０、ｒ＿
   Ｂ＞０）ただし、 ｒ＿Ａ：第１群中、最も物体側の面の曲率半径、Ｒ＿Ｂ
   ：第１群中、最も像側の面の曲率半径。 （２）前記ズームレンズにおいて、以下の条件を満足す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のズーム
   レンズ： ０．５＜｜φ I ｜／φII＜１．０、（φ I ＜０）ただ
   し、 φ I ：第１群の合成屈折力、 φII：第２群の合成屈折力。 （３）前記ズームレンズにおいて後続するレンズ群は正
   の屈折力を持つ第３群であり、その第３群は少なくとも
   １枚の正レンズと、少なくとも１枚の負レンズを含み、
   以下の条件を満足することを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のズームレンズ： ０．６＜｜φ I ｜／φIII＜１．１ ただし、 φIII：第３群の合成屈折力。 （４）前記ズームレンズにおいて、第３群はトリプレッ
   トタイプレンズにて構成 し、さらに以下の条件を満足することを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載のズームレンズ０．５＜ｒ＿Ｃ／
   ｆ＿Ｗ＜１．３ ０．３＜ｒ＿Ｄ／ｆ＿Ｗ＜１．０ ただし、 ｆ＿Ｗ：ワイド端における全系の焦点距離、ｒ＿Ｃ：第
   ３群の物体側正レンズの物体側面曲率半径、 ｒ＿Ｄ：第３群の負レンズの像側面曲率半径。 （５）物体側より順に、負の屈折力を持つ第１群、正の
   屈折力を持つ第２群、正の屈折力を持つ第３群より成り
   、変倍時第２群が主に移動するようなレンズ系において
   、 第１群は、負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、
   第２群を負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、第
   ３群は物体側に強い面を向けた正メニスカスレンズと、
   像側に強い面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズ
   の３枚で構成し、全系で７枚構成とし、少なくとも１面
   、第２群内に非球面を用いたことを特徴とするズームレ
   ンズ。 （６）物体側より順に、負の屈折力を持つ第１群、正の
   屈折力を持つ第２群、正の屈折力を持つ第３群より成り
   、変倍時第２群が移動するようなレンズ系において、 第１群は負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、第
   ２群も負レンズと正レンズの接合レンズで構成し、第３
   群は物体側に強い面を向けた正メニスカスレンズと、像
   側に強い面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズの
   ３枚で構成し、全系で７枚構成とし、少なくとも１面、
   第２群内に非球面を用いたことを特徴とする二焦点レン
   ズ系。