JPH0527172A

JPH0527172A - ズームレンズ

Info

Publication number: JPH0527172A
Application number: JP17958591A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Adachi; 宣幸安達
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【目的】フォーカス時の画角変化が小さく、レンズ系
全長及び前玉径が小さく、また画角が60°程度と広角の
ズームレンズの提供。【構成】正、負、正、正、正のレンズ構成で、正の第
３群の射出角（近軸値）を収束方向に大きくしてフォー
カシング時の画角変動を小さくしたズームレンズ、及び
負の第２群を３群２枚として高変倍でありながら歪曲収
差が良好に補正された広角のズームレンズ。

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等に用いる
のに好適なズームレンズで、画角変動の少ないズームレ
ンズと、高変倍で広角のズームレンズに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からビデオカメラ等に用いられる高
変倍比のズームレンズとして、特開平2-53017号公報や
特開平2-55308号公報に見られるように物体側から順に
正、負、正、正の各屈折力を有する４レンズ群から構成
され、変倍中、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定
し、第２レンズ群を光軸上を一方向に移動させて、変倍
を行い、第４レンズを光軸上を前後に移動させることで
変倍による像面の補正を行うものが知られている。

【０００３】また上記構成のズームレンズの広角側の画
角は特開昭62-24213号公報第８実施例には54.0°程度と
記載されており、又特開平2-55308号では52.4°とある
など広角側の画角は50度前後のものが一般的である。

【０００４】しかしながら上記のような構成のズームレ
ンズで第４レンズ群の繰り出しをもってフォーカシング
を行うとビデオＡＦを行おうとすると、合焦時の画角変
化を抑えるため第３レンズ群と第４レンズ群の間に大き
な空気間隔を設け、射出瞳位置を遠方に設定しなくては
ならないという問題点を有していた。さらに、第４レン
ズ群の繰り出しによる全系の焦点距離変化を抑えるた
め、第３レンズ群から出射する光束をほぼアフォーカル
とする必要があり、第４レンズ群の外径の小型化が困難
という問題点を有していた。

【０００５】また、焦点距離範囲を広角側へ広げた時、
広角端での負の大きな歪曲収差が著しく発生するため従
来のレンズ構成では、広角化が困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビデ
オカメラに好適で、フォーカス時の画角変化が小さく全
長，前玉径の小さな、又、画角が60度程度と広角であっ
て、前述の欠点を除いたズームレンズを得ようとするも
のである。

【０００７】

【課題を解決しようとするための手段】上記の目的を達
成する本発明の第１の発明の構成は基本的には、物体側
から順に、正の屈折力を持ち固定の第１レンズ群、負の
屈折力を持ち変倍時光軸上を前後に移動する第２レンズ
群、正の屈折力を持ち固定の第３レンズ群、変倍時の結
像位置の変化を補正し、またフォーカシングを行う正の
屈折力を持つ第４レンズ群、そして固定で正の屈折力を
持つ第５レンズ群から成るズームレンズであって、第４
レンズ群は正レンズ負レンズの貼り合わせレンズを含む
少なくとも２枚以上のレンズであり、第３レンズ群の最
終面を射出する、変倍の全域における近軸最大傾角βが 0.20＜β＜0.75 なる条件を満足するズームレンズ。ただし近軸光線追跡
は、第１面への入射角、入射高をそれぞれ零、焦点距離
の値とする。

【０００８】及び第２の発明の構成は基本的には、物体
側から順に正の屈折力を持ち変倍中固定の第１レンズ
群、負の屈折力を持ち変倍時光軸上を前後に移動する第
２レンズ群、正の屈折力を持ち、変倍中固定の第３レン
ズ群、変倍時の結像位置の変化を補正する第４レンズ
群、そして変倍時に固定の正の屈折力を持つ第５レンズ
群よりなるズームレンズであって、第２レンズ群は少な
くとも２枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズから
成り、物体側から最初に並ぶ負、正レンズの間隔をｄ、
第２レンズ群の焦点距離をｆ₂、広角端の焦点距離をｆ_W
とするとき 0.07＜ｄ／｜ｆ₂｜＜0.32 0.90＜｜ｆ₂｜／ｆ_W＜1.40 なる条件を満足することを特徴とするズームレンズを提
供することである。

【０００９】上記の２発明はともに、正、負、正、正、
正の構成からなるズームレンズであって、（ｉ）画角変動が小さくコンパクトなズームレンズを得
るためには、物体側から順に、正の屈折力を持ち固定の
第１レンズ群、負の屈折力を持ち変倍時光軸上を前後に
移動する第２レンズ群、正の屈折力を持ち固定の第３レ
ンズ群、変倍時の結像位置の変化を補正し、又、フォー
カシングを行う第４レンズ群、そして固定で正の屈折力
を持つ第５レンズ群から成るズームレンズにおいて第４
レンズ群の構成を負、正の貼り合わせレンズを含む２枚
以上のレンズとし、第３レンズ最終面を射出した近軸最
大傾角をβとするとき全変倍域で以下の条件を満足する
ことである。

【００１０】0.03＜β＜0.7 ただし近軸光線追跡は第１面への入射高を焦点距離と
し、入射角を０とする。

【００１１】（ii）広角なズームレンズを得るには、物
体側から順に、正の屈折力を持ち変倍中固定の第１レン
ズ群、負の屈折力を持ち変倍時光軸上を前後に移動する
第２レンズ群、正の屈折力を持ち変倍中固定の第３レン
ズ群、変倍時の結像位置の変化を補正する第４レンズ
群、変倍時固定の弱い正の屈折力を持つ第５レンズ群よ
りなるズームレンズにおいて、第２レンズ群は少なくと
も２枚の凹レンズと少なくとも１枚の凸レンズからなり
物体側から数えて最初に並んだ凹凸レンズの間隔をｄ、
第２レンズ群の焦点距離をｆ₂、広角端の焦点距離をｆ_W
とするとき、以下の条件を満足することである。

【００１２】 0.07＜ｄ／｜ｆ₂｜＜0.32 0.90＜｜ｆ₂｜／ｆ_W＜1.40 本発明のズームレンズにおいて、フォーカシングは第４
レンズ群で行うことが望ましいが、第１レンズ群、第３
レンズ群で行ってもよい。

【００１３】

【発明の構成の説明】本発明は上記した構成によって従
来の問題点を解決している。つまり、画角変動の少ない
コンパクトなズームレンズ、また歪曲収差を良好に補正
した広角のズームレンズを得ることができた。

【００１４】ここで本発明の画角変動の考えた方につい
て以下に述べる。

【００１５】従来から正、負、正、正の各屈折力を持
ち、第４群でフォーカスを行うタイプのズームレンズ
（マスターフォーカス）が知られているが、レンズ設計
上フォーカシング時の同一物体に対する画角変化を抑え
るにはフォーカスに用いられるレンズ群（以後フォーカ
スレンズとする）へアフォーカルな光線を入射させ、か
つ射出瞳位置を遠方に設けるという方法が用いられてき
た。その理由はマスターレンズへ入射する軸上光束（以
下、単に光束とする）がアフォーカルでも、もし射出瞳
位置が近いと、軸外主光線の撮像面に入射する角度が大
きくなるためフォーカスレンズを前後に移動させたとき
ボケ像の中心の位置変化が大きくなるという弊害が起こ
り或いは射出瞳位置を無限位置に設定してもフォーカス
レンズに入射する光束がアフォーカルの領域から外れる
と、フォーカスレンズ移動時に生じる全系の焦点距離変
化が、像の大きさの変化として現れるという弊害が発生
するからである。

【００１６】ところが、フォーカスレンズへの光束を収
束気味にすると同時に、射出瞳位置を像面にやや近づけ
ると、従来行われていた方法に比べて、むしろ画角変化
の小さいレンズを得ることができる。その説明を図25
（ａ）（ｂ）を参照しながら行っていく。レンズ構成は
物体側から順に固定の正レンズ群、変倍のため光軸上を
移動する負レンズ群、固定の正レンズ群、変倍時の結像
位置変化を補正し、またフォーカシングのための正レン
ズ群の４群から成っている。

【００１７】図25（ａ）はフォーカスレンズを繰り出す
前のレンズ配置図でありｆを全系の焦点距離、Ｚを像
面、ｙを像高とする。図25（ｂ）はフォーカス後のレン
ズ配置でｆ′を全系の焦点距離、Ｚ′をフォーカス後の
像面、ｙ′を像高とする。説明を簡単にするため、共に
第１面への軸外主光線の入射角と入射高は一定とする。
又、フォーカスレンズへ入射した光束は、アフォーカル
の領域から外れて収束気味であり、射出瞳位置は像面か
ら見て物体側で像面に近い位置にあるとする。

【００１８】今、フォーカスレンズが物体側へ繰り出さ
れたとき、焦点面は物体側に移動し、全系の焦点距離
ｆ′は繰り出す前の焦点距離ｆに比べて短くなる。その
ため像面Ｚ′上にピントの合った像が生じ、その高さ
は、繰り出す前に比べて焦点距離が短くなるから低くな
る。フォーカスレンズを繰り出す方向に移動すると、像
面Ｚにはそのボケ像が写される。その大きさは、主光線
の像面への角度で決定され、射出瞳位置が近いため、像
面ＺにはＺ′上の像がボケ像として拡大されることにな
る。

【００１９】つまり、フォーカスレンズへの入射光束を
収束させ、射出瞳位置を像面の近くに設定すると、上記
説明によれば、フォーカスレンズの移動で生じる像の縮
少と、射出瞳位置が近いことによる像の拡大が互いに打
ち消し合ってフォーカス時の像の変化が少なくなるので
ある。

【００２０】ただし射出瞳位置や、フォーカスレンズへ
の近軸入射角度には、それぞれ限界があるので注意する
必要がある。あまり射出瞳位置が像面の近くに置かれる
と、撮像素子を用いた場合、素子面上での見かけの開口
率が低下したり、近軸入射角があまり大き過ぎると、射
出瞳位置に限界があるため互いに打ち消し合う領域から
脱し、返って画角変化が大きくなる。

【００２１】本発明の基本的な構成中最も像側に固定の
正の屈折力を持つ第５レンズ群を置くことは、変倍比８
倍程度の高変倍ズームレンズをコンパクトに構成する上
で極めて効果的である。

【００２２】本発明のズームレンズ或いは広角のズーム
レンズにおいては絞りは第３レンズ群の前に置かれる
が、全系をコンパクトに構成しようとして絞りより後方
を短くしてゆくと、射出瞳位置が結像面に対して極端に
短くなりがちである。結像面にＣＣＤの様な固体撮像素
子を置く場合、射出瞳位置が撮像面に余り近いと撮像面
上の色フィルターやオンチップレンズの影響で、周辺光
束に対し色ずれが起こったり、みかけ開口率の変化によ
る周辺光量の減少が起こりやすい。しかし第５レンズ群
の屈折力を正とし、結像面の比較的近傍に置くと射出瞳
をより遠方に位置させることが可能となり、上記の様な
不具合を改善できる。

【００２３】しかも、第４レンズ群までの実質的な射出
瞳位置を短くできるため近軸入射光のβの制限を緩和で
きる。また絞りより後方のコンパクト化で生じた負のペ
ッツバール和の拡大を正の屈折力とすることで抑止でき
るため、平坦な像面を得ることができる。

【００２４】また、第５レンズ群は他のレンズ群とは異
なり、変倍によらず像面近傍に置かれるため、温湿度等
の環境変化による焦点位置変化が少ないのでプラスチッ
クレンズによっても構成できる。

【００２５】第２レンズ群の構成として、第２レンズ群
中に含まれる正レンズのアッベ数の平均値をνp、負レ
ンズのアッベ数の平均値をνnとするとき、以下の条件
を満足するのが好ましい。

【００２６】νn−νp＞20 本発明は具体的には、第１レンズ群は少なくとも１枚の
正レンズと、少なくとも２枚の負レンズからなり、第２
レンズ群は少なくとも２枚の負レンズと、少なくとも１
枚の正レンズからなり、第３レンズ群は少なくとも１枚
の正レンズからなり、第４レンズ群は正負の貼り合わせ
レンズを持つ少なくとも２枚以上のレンズから成り、第
５レンズ群は少なくとも１枚の正レンズからなってい
る。

【００２７】本発明のズームレンズの更に具体的な構成
は、第１レンズ群は物体側から順に、負のメニスカスレ
ンズと両凸レンズのダブレット、及び物体側に凸面を向
けた正のメニスカスレンズとから構成され、第２レンズ
群は、物体側から順に像側に強い面を向けた負レンズ、
及び両凹レンズと正レンズとから構成され、第３レンズ
群は１枚の正レンズであり、第４レンズ群は物体側から
正、負の貼り合わせレンズ、好ましくは負、正の貼り合
わせレンズであり、第５レンズ群は正の屈折力を有する
単レンズから成る。

【００２８】本発明の広角ズームレンズの更に具体的な
構成は、第１レンズ群は物体側から順に負のメニスカス
レンズと両凸レンズのダブレット、及び物体側に凸面を
向けた正のメニスカスレンズとから構成され、第２レン
ズ群は物体側から像側に強い面を向けた負レンズ、及び
両凹レンズと正レンズとからなり（最初に並ぶ負、正レ
ンズの間隔は空気間隔である）、好ましくは正レンズ後
方に凹レンズを配置し、第３レンズ群は１枚の正レンズ
であり、第４レンズ群は物体側から両凸レンズと負レン
ズとのダブレット、好ましくは物体側から正レンズと両
凸レンズ、負レンズのダブレット、より好ましくは物体
側から負レンズ、両凸レンズのダブレットからなり、第
５レンズ群は正の屈折力を有する単レンズからなる。

【００２９】正の屈折力を有する第１レンズ群及び第４
レンズ群にそれぞれ少なくとも１枚の負レンズ、負の屈
折力を有する第２レンズ群に少なくとも１枚の正レンズ
が含まれているのは、変倍の全領域において軸上の色収
差及び倍率の色収差の補正を十分に行う為である。正の
屈折力を有する第３レンズ群には必ずしも負レンズが含
まれていないが、第４レンズ群の色補正を過剰にバラン
スさせることによって、これを省略しても全系の色収差
の補正をすることができる。

【００３０】第２レンズ群に少なくとも２枚の負レンズ
が含まれているのは、第２レンズ群に屈折力を十分に持
たせ、変倍のための移動量を小さくし、前玉径をコンパ
クトにするためである。

【００３１】

【作用】条件式はフォーカスレンズに入射する光線の
近軸入射角に関し、上限を越えるとフォーカス時の焦点
距離変化が大きくなり、画角変化が著しく現れてくる。
下限を越えると、フォーカスレンズの径が増すため、レ
ンズの小型化には適さない構成となる。

【００３２】条件式は、変倍を行う第２レンズ群の物
体側から数えて最初に並んだ凹凸レンズの空気間隔に関
して、上限を越えると、偏芯に強い構成とすることがで
きるが、変倍域全域にかけて倍率色収差やコマ収差を補
正することが困難となる。下限を越えるとレンズの偏芯
誤差感度が増大し、機構上、レンズ押さえが非常に厳し
くなる。

【００３３】条件式は第２レンズ群の屈折力に関し、
下限を越えると、広角端でディストーションの補正が困
難となり、上限を越えると、第２レンズ群の移動量が大
きくなり、前玉径が増大しコンパクト化が達成できな
い。

【００３４】条件式は第２レンズ群を構成する負レン
ズと正レンズのアッベ数の差に関し、条件を外れると変
倍時の色収差の変動、特に倍率色収差の変動が大きくな
り広角端では像高の大きい方向に、望遠側では像高の小
さい方向に短波長の結像点がシフトしすぎる傾向とな
る。

【００３５】本発明のズームレンズで、フォーカスレン
ズに入射する光線の近軸入射角を収束気味にすること
は、射出瞳位置を像面近くに寄せても画角変化の影響を
少なくすることができるほか、フォーカスレンズへの入
射高が小さくなるために、高次で発生する球面収差量が
少なくなり、レンズ枚数の削減が行え、レンズのコンパ
クト化が達成できる。そのため第４レンズ群を少なくと
も２枚の貼り合わせレンズで構成でき、偏芯誤差感度に
強く、軽量なレンズとすることができ、低コスト化と、
駆動モーターの消費電力の低減などの効果が期待でき
る。

【００３６】本発明の広角のズームレンズで第２レンズ
群中の物体側から数えて最初に並んだ凹凸レンズの空気
間隔を広げることは、レンズを広角化してゆく際の広角
端で発生する負の大きな歪曲収差を十分に補正すること
ができる。また、広角化すると像面湾曲がオーバーとな
ってしまうが、条件式を満足させることで、ペッツバ
ール和を大きくでき、平坦な像面が得られ、また屈折力
を強くすることができるため前玉径の小型化も可能であ
る。

【００３７】

【実施例】以下、本発明のズームレンズの実施例を示
す。表中の各記号はＲは各レンズ面の曲率半径、Ｄはレ
ンズの中心厚又はレンズ間隔、Ｎは硝材の屈折率、νd
はアッベ数、ｆはレンズ全系の焦点距離、ωは画角、Ｆ
はＦナンバー、Ｙは最大像高を示す。

【００３８】本実施例には第３レンズ群と第５レンズ群
にそれぞれ非球面レンズが用いられ、その非球面形状は
下記の式で表される。

【００３９】

【数１】

【００４０】但し、式中の各記号は、下記のとおりであ
る。

【００４１】Ｃ：非球面の近軸曲率ｈ：光軸からの高さＫ：円錐定数 φ：非球面の頂点から光軸方向に測った非球面の変形量
（球面による変位量も含む）次に実施例１〜実施例６の数値を示すが、各実施例にお
ける条件式〜の諸値は以下の通りであって、本発明
の第１及び第２の発明の共通の実施例である。

【００４２】

【表１】

【００４３】（実施例１）図１の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表２、表３のレンズ数値をと
る。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】図７、図８、図９は実施例１の収差曲線図
を示すもので、図７は広角端（ｆ＝5.15）、図８は標準
（ｆ＝14.22）、図９は望遠端（ｆ＝39.20）を示してい
る。

【００４７】（実施例２）図２の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表４、表５のレンズ数値をと
る。

【００４８】

【表４】

【００４９】

【表５】

【００５０】図10、図11、図12は実施例２の収差曲線図
を示すもので、図10は広角端（ｆ＝5.15）、図11は標準
（ｆ＝14.04）、図12は望遠端（ｆ＝39.20）を示してい
る。

【００５１】（実施例３）図３の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表６、表７のレンズ数値をと
る。

【００５２】

【表６】

【００５３】

【表７】

【００５４】図13、図14、図15は実施例３の収差曲線図
を示すもので、図13は広角端（ｆ＝4.82）、図14は標準
（ｆ＝13.13）、図15は望遠端（ｆ＝37.00）を示してい
る。

【００５５】（実施例４）図４の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表８、表９のレンズ数値をと
る。

【００５６】

【表８】

【００５７】

【表９】

【００５８】図16、図17、図18は実施例４の収差曲線図
を示すもので、図16は広角端（ｆ＝4.6）、図17は標準
（ｆ＝12.4）、図18は望遠端（ｆ＝35.3）を示してい
る。

【００５９】（実施例５）図５の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表10、表11のレンズ数値をと
る。

【００６０】

【表１０】

【００６１】

【表１１】

【００６２】図19、図20、図21は実施例５の収差曲線図
を示すもので、図19は広角端（ｆ＝5.05）、図20は標準
（ｆ＝13.28）、図21は望遠端（ｆ＝39.16）を示してい
る。

【００６３】（実施例６）図６の断面図に示すレンズ構
成を有したもので、下記の表12、表13のレンズ数値をと
る。

【００６４】

【表１２】

【００６５】

【表１３】

【００６６】図22、図23、図24は実施例６の収差曲線図
を示すもので、図22は広角端（ｆ＝5.04）、図23は標準
（ｆ＝13.98）、図24は望遠端（ｆ＝39.08）を示してい
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明の正、負、正、正、正のレンズ構
成からなるズームレンズは、変倍比８×程度の高変倍の
フォーカシング時の画角変動が少ないコンパクトなズー
ムレンズと、広角でありながら歪曲収差が十分補正され
た広角のズームレンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例２のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の実施例３のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図４】本発明の実施例４のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の実施例５のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図６】本発明の実施例６のレンズ構成を示す断面図で
ある。

【図７】本発明の実施例１の広角端における収差曲線図
である。

【図８】本発明の実施例１の標準位置における収差曲線
図である。

【図９】本発明の実施例１の望遠端における収差曲線図
である。

【図１０】本発明の実施例２の広角端における収差曲線
図である。

【図１１】本発明の実施例２の標準位置における収差曲
線図である。

【図１２】本発明の実施例２の望遠端における収差曲線
図である。

【図１３】本発明の実施例３の広角端における収差曲線
図である。

【図１４】本発明の実施例３の標準位置における収差曲
線図である。

【図１５】本発明の実施例３の望遠端における収差曲線
図である。

【図１６】本発明の実施例４の広角端における収差曲線
図である。

【図１７】本発明の実施例４の標準位置における収差曲
線図である。

【図１８】本発明の実施例４の望遠端における収差曲線
図である。

【図１９】本発明の実施例５の広角端における収差曲線
図である。

【図２０】本発明の実施例５の標準位置における収差曲
線図である。

【図２１】本発明の実施例５の望遠端における収差曲線
図である。

【図２２】本発明の実施例６の広角端における収差曲線
図である。

【図２３】本発明の実施例６の標準位置における収差曲
線図である。

【図２４】本発明の実施例６の望遠位置における収差曲
線図である。

【図２５】従来のズームレンズ系の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を持ち固定
の第１レンズ群、負の屈折力を持ち変倍時光軸上を前後
に移動する第２レンズ群、正の屈折力を持ち固定の第３
レンズ群、変倍時の結像位置の変化を補正し、またフォ
ーカシングを行う正の屈折力を持つ第４レンズ群、そし
て固定で正の屈折力を持つ第５レンズ群から成るズーム
レンズであって、第４レンズ群は正レンズ負レンズの貼
り合わせレンズを含む少なくとも２枚以上のレンズであ
り、第３レンズ群の最終面を射出する、変倍の全域にお
ける近軸最大傾角βが 0.20＜β＜0.75 なる条件を満足するズームレンズ。ただし近軸光線追跡
は、第１面への入射角、入射高をそれぞれ零、焦点距離
の値とする。
【請求項２】物体側から順に正の屈折力を持ち変倍中
固定の第１レンズ群、負の屈折力を持ち変倍時光軸上を
前後に移動する第２レンズ群、正の屈折力を持ち、変倍
中固定の第３レンズ群、変倍時の結像位置の変化を補正
する第４レンズ群、そして変倍時に固定の正の屈折力を
持つ第５レンズ群よりなるズームレンズであって、第２
レンズ群は少なくとも２枚の負レンズと少なくとも１枚
の正レンズから成り、物体側から最初に並ぶ負、正レン
ズの間隔をｄ、第２レンズ群の焦点距離をｆ₂、広角端
の焦点距離をｆ_Wとするとき 0.07＜ｄ／｜ｆ₂｜＜0.32 0.90＜｜ｆ₂｜／ｆ_W＜1.40 なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。