JPH04310910A - ズームレンズ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラに使用さ
れる高変倍で大口径のズームレンズに関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】現在、ビデオカメラ用のレンズは、変倍
比が８倍以上で、口径比がＦ／１．４前後程度の明るい
高変倍ズームレンズが主流になりつつあり、小型軽量化
が強く要望されている。撮像素子が１／２インチ〜１／
３インチと小型化が進んで１画素自体の大きさも非常に
小さくなり、レンズ系には大口径で高性能の光学性能を
備えることが要求される。さらに、コスト低減の要望が
強く、特にレンズ部品のコストが大きな要因を占めるズ
ームレンズにおいては、構成枚数削減が最重要課題とな
っている。

【０００３】さて、オートフォーカス用の電子制御技術
の向上にともなって、新しいズームレンズのタイプが提
案されて実用化しつつある。例えば特開昭６２−２４２
１３号公報では、物体側より順に、正の屈折力を持ち固
定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のために可動である
第２群、正の屈折力を持ち固定の第３群、そして正の屈
折力を持ち変倍による像面変動を補正するとともに合焦
のために可動である第４群とから構成されたインナーフ
ォーカス式のズームレンズである。これは、変倍比が６
倍程度のもので１１〜１３枚のレンズから構成されてい
る。

【０００４】また、非球面レンズを採用してレンズ枚数
を減らすこともできる。例えば特開平２−５３０１７号
公報では、６倍程度の変倍比で１０枚のレンズ構成のも
のが提案されている。しかし、実用化されている硝子モ
ールドの非球面レンズの製造コストは、ビデオカメラ用
ズームレンズに使用するとき、現状では必ずしも満足で
きるものでない。

【０００５】そこで、変倍比が８倍でＦ／１．４の球面
レンズのみのズームレンズが特開平２−５５３０８号公
報で提案されている。これは、第１群が接合正レンズと
メニスカス正レンズとの３枚で構成され、第２群がメニ
スカス負レンズと接合負レンズとの３枚で構成され、第
３群が２枚の正レンズと負レンズとの３枚で構成され、
そして第４群が接合正レンズと正レンズとの３枚で構成
されるもので、全系のレンズ構成枚数が１２枚である。 インナーフォーカス式では、変倍機能を備えた第２群の
移動とともに、第４群が物体側に凸状の軌跡をなして移
動するので、オートフォーカスに際して、モーター等に
よる制御が困難にならないように第４群の移動曲線を定
めることが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記特開平
２−５５３０８号公報で示されるズームレンズをさらに
改良するもので、第３群に新しいレンズタイプを採用す
ることにより、８〜１０倍程度の高変倍比で大口径を備
え、球面レンズのみで構成するとともにその構成枚数を
減らし、広角端から望遠端にまでの全変倍範囲において
良好な光学性能を備えた、低コストでコンパクトなズー
ムレンズを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズは
、物体側から順に、接合正レンズとメニスカス正レンズ
との３枚で構成された正の屈折力の第１群と、メニスカ
ス負レンズと接合負レンズとの３枚で構成された倍率を
変倍する機能を備えた負の屈折力の第２群と、両凸の正
レンズと像側凸のメニスカス負レンズとの２枚で構成さ
れた正の屈折力の第３群と、そして接合正レンズと正レ
ンズとの３枚で構成された変倍または物体距離の変化に
伴う像面変動を補正する機能を備えた正の屈折力の第４
群とから構成され、開口絞りを前記第３群の正レンズの
物体側に配置し、前記第３群の正レンズと負レンズとの
空気間隔をｄ１３、前記第３群の焦点距離をｆ３とする
とき、

【０００８】

【数１２】

【０００９】を満足することで上記の目的を達成しよう
とするものである。

【００１０】

【作用】本発明は、上記した構成によって目的を達成し
ている。すなわち、第３群に独特の２群２枚のテレフォ
トタイプを構成し、第２群の硝材の組合せを工夫し、球
面レンズのみの１１枚構成で高性能を実現している。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１２】図４は、本発明のズームレンズの第１の実
施例の構成図を示すものである。図の正の屈折力の第１
群、負の屈折力の第２群、開口絞り，正の屈折力の第３
群、そして正の屈折力の第４群から構成されるズームレ
ンズにおいて、コンパクト化及び高変倍化を実現するた
めには、このズームレンズを構成する各レンズ群の屈折
力を大きくするか、または各レンズ群の空気間隔を小さ
くすることが必要である。

【００１３】しかし、前者の場合、第２群を射出する軸
上光線の発散角が大きくなって第３群の収差補正の負担
が大きくなる。すなわち、第３群に多くのレンズ枚数が
必要になる。また、後者の場合、変倍のための第２群の
移動領域及び第３群と第４群との空気間隔の短縮が肝要
である。ところが、第３群前方に絞りを配置した場合、
第３群と第４群との空気間隔はテレセントリック系の条
件を満足するためのものであり、射出瞳が像面位置に近
づき過ぎると、色再現性が悪くなるなどの好ましくない
現象が起こってしまう。

【００１４】そこで、以上のような問題を解決するため
に、第３群の正レンズと負レンズとの間の空気間隔を（
数１２）の範囲内、すなわち、第３群の正レンズと負レ
ンズとの空気間隔を大きくして、図１に示すように、第
３群の前側主点Ｈ及び後側主点Ｈ′を第３群正レンズ１
の内部または物体側空間に位置することの特徴を備えた
テレフォトタイプにする。

【００１５】これにより、第３群と第４群との空気間隔
が小さくなり、第３群から像面までの寸法の増大を防ぐ
ことができる。また、望遠端側での第２群と第３群との
主点間隔を小さくすることができ、絞りを配置する空間
を設けることができるので、変倍のための第２群の移動
領域の長大化を防ぐことができる。しかし、（数１２）
の下限を越えると、第３群の主点位置Ｈが第３群の前方
に位置せず、レンズ系の小型化に寄与しない。上限を越
えると、第３群の正レンズの屈折力が弱く負レンズの屈
折力が強くなるので、ペッツバール和がマイナス側で大
きくなり、良好な像面特性を得ることができない。

【００１６】そして、正レンズと負レンズとの２枚構成
で大口径比を達成するためには、正レンズに高屈折率低
分散硝材を、負レンズに低屈折率高分散硝材を用いるこ
とが良い。第３群の正レンズには、そのｄ線における屈
折率をｎｐ、Ｆ線とＣ線とにおける分散をΔｎｐ（＝ｎ
ｐＦ−ｎｐＣ）とすると、

【００１７】

【数１３】

【００１８】の範囲内の高屈折率の硝材を使用すること
が適切である。図２にその範囲を斜線で示す。さらに第
３群負レンズには、そのｄ線における屈折率をｎｎ、Ｆ
線とＣ線とにおける分散をΔｎｎ（＝ｎｎＦ−ｎｎＣ）
とすると、

【００１９】

【数１４】

【００２０】の範囲内の低屈折率のフリント系硝材を使
用することが望ましい。その際、分散Δｎｎは０．０１
１〜０．０１６の範囲の硝材を用いるべきである。Ａの
範囲の硝材は硝材代が高価であり、加工性にも問題があ
り、加工コストの面からも低コスト化に反する。Ｂの範
囲及びΔｎｎが０．０１６以上では、正レンズの屈折率
が小さく負レンズの屈折率が大きくなるので、球面収差
が補正不足となり好ましくない。Ｃの範囲及びΔｎｎが
０．０１１以下では、正レンズと負レンズとの分散の差
が小さくなるので、第３群での軸上色収差の残留成分が
大きくなり、全系の軸上色収差の補正が困難となる。

【００２１】このように、正レンズに高屈折率、負レン
ズに低屈折率硝子を用いることにより球面収差を良好に
補正することができるので、大口径レンズを実現する。 さらに、第３群の物体側に開口絞りを配置することによ
り、第１群での軸外光束の高さが低くなり、第１群のレ
ンズ系の小型化に寄与し、テレセントリック系の条件を
満足させる。以上（数１２），（数１３），（数１４）
はコンパクトなズームレンズを実現するための条件であ
る。

【００２２】

【数１５】

【００２３】は第３群と第４群との空気間隔に関する条
件式であり、ＬｗとＬｔは無限遠物点のときの広角端及
び望遠端での第３群と第４群の空気間隔である。無限遠
物点のときに、第４群を広角端及び望遠端において同じ
位置に配置することで、バックフォーカス調整の作業の
簡単化に寄与する。

【００２４】

【数１６】

【００２５】は第３群と第４群間の空気間隔に関する条
件式であり、ｆ４は第４群の焦点距離を示している。下
限を越えると、合焦のための第４群の移動空間が不足す
るので撮影至近距離の短縮に反し、第４群に入射する軸
外光線が低くなるので倍率色収差の補正も不利である。 上限を越えると、第４群に入射する軸外光線が高くなり
、光量確保のために第４群レンズ外径を大きくすること
になるので、コンパクト化に反する。

【００２６】

【数１７】

【００２７】は第４群の屈折力に関する条件式である。 下限を越えると、充分なバックフォーカスが不足し、強
いてバックフォーカスを長くするために第３群の発散近
軸射出角を大きくすると、合焦の際の画角変化が激しく
なり映像上好ましくない。上限を越えると、第４群の合
焦のための移動量が大きくなるので、コンパクト化に反
する。

【００２８】

【数１８】

【００２９】は望遠端における第２群の微小移動量に対
する像面での位置感度を表わすものであり、β２，β３
及びβ４は、望遠端における無限遠物点のときの第２群
，第３群及び第４群の横倍率をそれぞれ示している。 下限を越えると、第２群の移動量が大きくなりコンパク
ト化に反する。上限値を越えると、第２群の位置感度や
偏芯感度が厳しくなって、レンズ系の組立に支障を招き
、無限遠物点における望遠端付近での第２群に対する第
４群の移動量の変化も激しくなって、モーター等による
オートフォーカスの制御が困難となる。

【００３０】

【数１９】

【００３１】と

【００３２】

【数２０】

【００３３】は、図２に示す第３群の前側主点位置及び
後側主点位置を規定したものであり、ｆ３は第３群正レ
ンズの焦点距離を、ｆ３２は負レンズの焦点距離を、ｅ
は正レンズと負レンズの主点間隔を示している。（数１
２）のところで述べたように範囲外のときはコンパクト
化に反するので好ましくない。

【００３４】

【数２１】

【００３５】は第２群を構成する負レンズの硝材範囲に
関するものであり、Ｎｎは第２群の負レンズのｄ線にお
ける屈折率を、ΔＮｎ（＝ＮｎＦ−ＮｎＣ）はＦ線とＣ
線とにおける分散をそれぞれ示している。図３にその範
囲を斜線部で示す。Ｄの範囲の硝材を使用すると硝材代
が高価となり、低コスト化に反する。また、加工性にも
問題があるので好ましくない。Ｅの範囲では、ペッツバ
ール和がマイナス側で大きくなり易いので好ましくない
。Ｆの範囲では、第２群での変倍による色収差の変動が
大きくなり、倍率色収差を良好に補正することができな
い。

【００３６】さらに、第２群を構成する正レンズにおい
て

【００３７】

【数２２】

【００３８】の範囲内が好ましい。ここで、Ｎｐは正レ
ンズのｄ線における屈折率を、ΔＮｐ（＝ＮｐＦ−Ｎｐ
Ｃ）はＦ線とＣ線とにおける分散をそれぞれ示している
。ΔＮｐ≦０．０３３の硝材を使用すると、負レンズと
の関係から第２群で発生する変倍による色収差の変動が
大きくなり、全系の倍率色収差の未補正残存量が問題に
なる。本発明の実施例は１／３インチ撮像素子用であり
、１／２インチ用よりも画素ピッチが小さいので、倍率
色収差の発生を極力小さく抑える必要がある。Ｎｐ≦１
．７５の硝材を使用すると、ペッツバール和の発生を小
さくすることが困難であり、良好な像面特性を得ること
ができない。また、Ｎｐ≧１．８５の硝材では、コスト
及び加工上に問題が多くて実用的でない。

【００３９】これらの条件を満たす第１及び第２の実施
例を以下に示す。図４及び図８は各実施例の構成を示す
もので、以下の表中のｒ１，ｒ２，……は物体側から順
に数えたレンズ各面の曲率半径、ｄ１，ｄ２，……は各
レンズの肉厚及び空気間隔、ｎ１，ｎ２，……は各レン
ズのｄ線における屈折率、ν１，ν２，……はｄ線を基
準にするアッベ数である。ｒ２１とｒ２２とは水晶フィ
ルターの等価平行平面硝子の屈折面を示す。また、図５
から図７及び図９から図１１に示す各実施例の収差図は
、広角端，中間及び望遠端におけるものを示し、全系の
焦点距離をｆ、ＦナンバーをＦ／、そして画角を２ωと
して示している。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレンズ構成枚数と条件のもとで、Ｆナンバーが１．４
、変倍比が８〜１０倍程度のコンパクトで高性能なビデ
オカメラ用ズームレンズを球面レンズのみの１１枚とい
うきわめて少ない構成枚数で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第３レンズ群の主点位置を示す図

【図２】本発
明の第３群を構成する正レンズの硝材範囲を示す図

【図３】本発明の第２群を構成する負レンズの硝材範囲
を示す図

【図４】第１の実施例における構成図

【図５】第１の実施例における広角端での収差性能を示
す図

【図６】第１の実施例における中間位置での収差性能を
示す図

【図７】第１の実施例における望遠端での収差性能を示
す図

【図８】第２の実施例における構成図

【図９】第２の実施例における広角端での収差性能を示
す図

【図１０】第２の実施例における中間位置での収差性能
を示す図

【図１１】第２の実施例における望遠端での収差性能を
示す図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から順に、接合正レンズとメニスカ
   ス正レンズとの３枚で構成された正の屈折力の第１群と
   、メニスカス負レンズと接合負レンズとの３枚で構成さ
   れた倍率を変倍する機能を備えた負の屈折力の第２群と
   、両凸の正レンズと像側凸のメニスカス負レンズとの２
   枚で構成された正の屈折力の第３群と、そして接合正レ
   ンズと正レンズとの３枚で構成された変倍または物体距
   離の変化に伴う像面変動を補正する機能を備えた正の屈
   折力の第４群とから構成され、開口絞りを前記第３群の
   正レンズの物体側に配置し、前記第３群の正レンズと負
   レンズとの空気間隔をｄ１３、前記第３群の焦点距離を
   ｆ３とするとき、 【数１】 を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】第３群正レンズのｄ線における屈折率をｎ
   ｐ、Ｆ線とＣ線とにおける分散をΔｎｐ（＝ｎｐＦ−ｎ
   ｐＣ）、負レンズのｄ線における屈折率をｎｎ、Ｆ線と
   Ｃ線とにおける分散をΔｎｎ（＝ｎｎＦ−ｎｎＣ）とし
   、 【数２】 【数３】 を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレン
   ズ。
3. 【請求項３】広角端での焦点距離をｆｗ、第３群と第４
   群との空気間隔を無限遠物点のときの広角端及び望遠端
   で各々Ｌｗ，Ｌｔ、第４群の焦点距離をｆ４、望遠端に
   おける無限遠物点のときの第２群，第３群，第４群の横
   倍率を各々β２，β３，β４、そして第３群正レンズの
   焦点距離をｆ３１、負レンズの焦点距離をｆ３２、正レ
   ンズと負レンズの主点間隔をｅとし、 【数４】 【数５】 【数６】 【数７】 【数８】 【数９】 を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレン
   ズ。
4. 【請求項４】第２群の負レンズのｄ線における屈折率を
   Ｎｎ、Ｆ線とＣ線とにおける分散をΔＮｎ（＝ＮｎＦ−
   ＮｎＣ）、正レンズのｄ線における屈折率をＮｐ、Ｆ線
   とＣ線とにおける分散をΔＮｐ（＝ＮｐＦ−ＮｐＣ）と
   し、 【数１０】 【数１１】 を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレン
   ズ。