JPH07110444A - コンパクトなズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピント位置をパンフォーカスに設定した変倍
比３倍程度のズームレンズで、全変倍域において高性能
であり、かつレンズ枚数が少なく全長が極めて短い小型
軽量のズームレンズを得る。 【構成】 物体側から順に正の屈折力を持つ第１レンズ
群、変倍時光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ第
２レンズ群、固定の正の屈折力を持つ第３レンズ群、変
倍によるピント移動を補正する正の屈折力を持つ第４レ
ンズ群からなり、（2.1＜ｆ_M1-3／ｆ_M＜3.6）の条件を
満足したパンフォーカスのズームレンズ。ｆ_M1-3：中間
焦点距離での第１レンズ群から第３レンズ群までの合成
焦点距離。ｆ_M：中間焦点距離。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低変倍比の民生用カム
コーダに好適なズームレンズに関し、特にパンフォーカ
スを用いた変倍比３倍程度のズームレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ビデオカメラの小型軽量化、低コス
ト化の進展は著しく、カメラに占める割合が比較的大き
な撮影レンズ系の小型化が急務となっている。その流れ
の中、従来の８倍から12倍という高変倍のものから、低
コスト、簡便性を求め３倍程度のカメラが普及しはじめ
ている。しかしながらレンズの構成は２焦点のものが大
半であり、ズーム切り替え時に撮影条件が一旦中断する
という問題や、無限遠からいきなり近距離に被写体を変
えた場合、合焦時間に比較的時間がかかるという問題が
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】低コストで利便性を求
めたユーザー層は大半が初中級者であり、利用の仕方は
小旅行や人物撮影などの使用が比較的多い。そのような
撮影状況では、遠距離から近距離のズーミングが多用さ
れたり、近距離撮影が行われるケースが多い。

【０００４】従って、安価で簡便なビデオカメラの求め
られる姿としては、近距離から無限遠まで倍率を連続的
に変えられるズーム方式を持ったカメラであり、合焦操
作の不要なパンフォーカス方式を利用するものが好まし
いと考えられる。

【０００５】パンフォーカスは、従来から固定焦点の銀
塩カメラやスチルカメラ等のフォーカス方式に用いられ
てきたが、ズーム方式にするとテレ側で過焦点距離が長
くなるので実用上の問題があった。例えば、焦点距離35
〜105mmの３倍ズームでＦナンバーを11まで絞ったレン
ズを考えてみよう。

【０００６】パンフォーカスの原理は、ピント面上の許
容錯乱円の直径をδ、ＦナンバーをＦ_no、焦点距離をｆ
としたとき、過焦点距離Ｘはｆ²／δＦ_noで表すことが
でき、無限からＸ／２の至近距離までピントが合うこと
である。一般的に写真レンズではδは0.03〜0.05mmとさ
れている。

【０００７】上式にδ＝0.04として値を代入すると広角
端から望遠端の過焦点距離は約2.8〜25ｍとなる。つま
り最短撮影距離は1.4〜12.5ｍとなることを意味し、一
般的使用には到底使えない物である。

【０００８】この方式をＣＣＤなどの固体撮像素子を用
いたビデオカメラに用いたとすると、画面対角線の比だ
け焦点距離が短く出来るので、最短撮影距離は実用の使
用レベルまで短くすることができる。

【０００９】上述したようなズーム比３倍程度のパンフ
ォーカスを用いたカメラは今のところ世の中では発売さ
れていない。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものである。すなわち、ピント位置をパンフォーカ
スに設定した変倍比３倍程度のズームレンズで、全変倍
域において高性能であり、かつレンズ枚数が少なく全長
が極めて短い小型軽量のズームレンズを得ることを目的
としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は基本的に、焦点位置をパンフォーカスに設定
した上で、レンズ構成を物体側から順に正の屈折力を持
つ第１レンズ群、変倍時光軸上を前後に移動する負の屈
折力を持つ第２レンズ群、固定の正の屈折力を持つ第３
レンズ群、変倍によるピント移動を補正する正の屈折力
を持つ第４レンズ群からなるズームレンズであって、以
下の条件を満足している。

【００１２】 2.1＜ｆ_M1-3／ｆ_M＜3.6 本発明のズームレンズの具体的な構成は、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
レンズとから構成し、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
ズとの貼合せレンズで構成し、第３レンズ群は１枚の正
レンズであり、第４レンズ群は１枚の正レンズと１枚の
負レンズとからなっている。

【００１３】本発明中第１レンズ群と第２レンズ群は以
下のように設定することが好ましく、前玉径の小さいコ
ンパクトなレンズを得ることができる。

【００１４】 3.9＜ｆ１_-3／ｆ_W＜5.6 0.7＜｜ｆ２_-1／ｆ_W｜＜1.1 ｆ_W ：広角端の焦点距離 ｆ１_-3：第１レンズ群中第３番目の正レンズの焦点距離 ｆ２_-1：第２レンズ群中第１番目の負レンズの焦点距離

【００１５】

【作用】パンフォーカス方式をＣＣＤを用いたビデオカ
メラに用いたとすると、許容錯乱円の直径δはＣＣＤ面
上の画素ピッチに相当するので、たとえば、有効画素25
万の1/4インチＣＣＤを適用すると、１画素当たりのピ
ッチはＣＣＤ上の長辺方向の寸法3.6mmをフォトダイオ
ードの長辺方向の素子数500で割って0.007mmとなる。仮
に２画素をδとすると0.014となる。

【００１６】本発明の実施例では、最短撮影距離Ｘ／２
（＝ｆ²／２δＦ_no）は、理論的に以下のように求める
ことができる。

【００１７】広角端：ｆ＝ 4.24，Ｆ_no＝2.94，δ＝0.0
14ではＸ／２＝11cm 望遠端：ｆ＝11.85，Ｆ_no＝2.94，δ＝0.014ではＸ／２
＝1.7m この値からテレ側では最短撮影距離が1.7ｍとなること
が分かる。

【００１８】しかし、本発明を実施した結果、最短撮影
距離は望遠側で約１ｍ付近まで許容されていることが分
かった。その理由の一つには許容錯乱円の直径は実際に
はＣＣＤのフォトダイオード３個分（δ＝0.022）に相
当すると考えられる。実際に上式に値を代入して理論的
な値を見ると最短撮影距離は約1.1ｍとなる。ただしこ
れは単板式の場合についてである。

【００１９】本発明では以下の条件を満足することが好
ましい。

【００２０】 0.5＜ｆ_T／ｆ１＜1.2 ｆ_T ：望遠端の焦点距離 ｆ１：第１レンズ群の焦点距離 この条件式は望遠側の最適な焦点距離を決めるものであ
る。以下にこの条件の成り立ちについて説明する。

【００２１】本発明の実使用に際して、最短撮影距離は
望遠側で約１ｍ程度が好ましい。これは、現在市販され
ているカムコーダの望遠側の最短距離が約１ｍ付近の値
だからである。従って、上記実験をもとに望遠側の焦点
距離とＦナンバーの関係をみると以下のようになる。

【００２２】

【数２】

【００２３】本発明ではＦナンバーは以下の条件を満足
するように決めておけば、使用上の問題が起こらないで
すむ。

【００２４】 1.4＜Ｆ_no＜5.6 （イ） 理由は、もし下限を越えてＦ値が小さくなると、３倍程
度のレンズを得ようとしたとき広角側の焦点距離は2.6m
mとなり最短撮影距離は11cmと長くなる。これは実使用
上限界の値である。上限を越えてしまうと最短撮影距離
に対しては好ましいが、最低被写体照度を強くしなくて
はならないので使用上の問題が残る。仮に、電気的制御
でこの問題を解決しようとした場合、コスト高になる点
で好ましくない。従って（イ）の条件を満足した場合条
件式（ア）は以下のようになる。

【００２５】 7.8＜ｆ_T＜15.7 （ウ） また本発明の構成中第１レンズ群の焦点距離は以下の条
件を満足することがコンパクトなレンズを得る上で好ま
しい。

【００２６】 13＜ｆ１＜17 （エ） 従って条件（ウ）（エ）を同時に成り立つには以下の条
件となる。

【００２７】0.5＜ｆ_T／ｆ１＜1.2 本発明で採用した正負正正構成の４群ズームタイプはフ
ォーカス方式を第４レンズ群で行わせているものが一般
的であるが、この４群ズームタイプにパンフォーカスを
採用すると、以下の点で効果がある。

【００２８】まず、従来構成では第４レンズ群にフォー
カス機能をもたせていたために、フォーカス時の繰り出
しに必要なスペースを第４レンズ群の前後に必要であっ
た。そのため、絞りよりも後方のレンズ群を縮小するこ
とに限界があった。しかし本発明の実施例では焦点位置
をパンフォーカスとしたので、今まで必要であったスペ
ースが削減でき、小型化を可能とした。

【００２９】更にフォーカス時のレンズ繰り出しによる
ピント合わせが不必要なため、従来タイプで生じていた
レンズ移動による焦点距離変化が起こらない。したがっ
て、画角変化が生じない。これはビデオカメラ用ズーム
レンズを作る上で非常に大きなメリットである。

【００３０】また、変倍による補正レンズ群（本発明で
は第４レンズ群）の補正曲線はフォーカスによるレンズ
の繰出しがないために一本に決められる。そのため、レ
ンズの移動は例えばカム１枚で行えるので、駆動に必要
なモーターは僅か１個で済み、電気的な制御も非常に簡
素化出来るという長所も併せ持っている。この効果は非
常に大きく、ＶＴＲカメラレンズの課題である軽量化、
低コスト化を一挙に解決できる。

【００３１】条件は第１レンズ群から第３レンズ群に
かけての焦点距離の適正値に関し、バックフォーカスの
変化を小さくするものである。バックフォーカス変化が
小さいことは、第４レンズ群を通る光線の状況がズーミ
ングによって余り変化しないことであり、収差変動が小
さいことである。もしも、この条件の上限を越えるとバ
ックフォーカスが中間焦点距離で長くなりコンパクトな
構成にすることは出来なくなる。下限を越えればバック
フォーカスが短くなり過ぎレンズ同士の干渉が起こって
しまうので好ましくない。

【００３２】本発明ではコンパクト化を目指し前玉径の
小型化にも重点を置いた。前玉径の縮小は局部的には、
第１レンズ群は第３番レンズに、第２レンズ群では第１
番レンズのパワーを強めることによって得ることができ
る。これは、それぞれのレンズ群の主点間隔を短くする
ことによって、特に広角端付近で最周辺光束の光線高を
低くさせることができる。

【００３３】そこで本発明では更に条件と条件が同
時に成り立つことが好ましい。もしもこの条件を越えて
しまうと、前玉径の小型化は出来ない。

【００３４】本発明では光学性能の良好なレンズを実現
するため、ズーム部はズーミングによる収差変化を極力
少なくすることに大きなウエイトを置いた。そのため、
第１レンズ群は２群３枚の構成としており、特に望速端
での球面収差を良好に補正し広角端との差を小さくして
いる。更に第２レンズ群は以下に示す条件を満足した適
切な硝材を選定することが好ましい。本発明ではこの条
件を満足させたことによって、第２レンズ群で発生する
収差変化を最小限に食い止め、全ズーム域にかけて良好
な光学性能を実現することができている。

【００３５】 ｎ_(p)＞1.80 ｜ｎ_(n)｜＞1.77 ｎ_(p)：第２レンズ群中にある正レンズのｄ線に対する
屈折率 ｎ_(n)：第２レンズ群中にある負レンズのｄ線に対する
屈折率の平均値 本発明のズームレンズでは絞りは第３レンズ群の前に置
いている。全系をコンパクトに構成しようとして絞りよ
りも後方を短くして行くと、射出瞳位置が結像面に対し
て極端に短くなりがちとなる。結像面にＣＣＤのような
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、見かけの開口
率変化による周辺光量の減少が起きやすい。そこで本発
明では第３レンズ群から第４レンズ群までの焦点距離を
以下のように設定した。その結果、実用上支障のない範
囲で射出瞳位置を短くすることができた。射出瞳位置の
短縮は全長のコンパクト化に大きく作用しコンパクトな
ズームレンズを得ることを可能にした。

【００３６】 0.7＜ｆ_M3-4／ｆ_M＜1.1 ｆ_M3-4：中間焦点距離での第３レンズ群から第４レンズ
群までの合成焦点距離

【００３７】

【実施例】以下本発明のズームレンズの実施例を図１な
いし図４に示す図により説明する。

【００３８】図１，図２は本実施例のズームレンズの第
１実施例，第２実施例の中間焦点距離のレンズ断面図を
示す。

【００３９】図３，図４の各（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、順に本実施例のズームレンズの第１実施例，第２実
施例の広角端，中間焦点距離，望遠端での球面収差図，
非点収差図，歪曲収差図であり、球面収差図，非点収差
図の１目盛りは0.2で歪曲収差図は10％を示している。
又、球面収差図における実線，点線はそれぞれｄ線，ｇ
線の収差量を表し、非点収差図における実線，点線はそ
れぞれサジタル光線とメリジョナル光線の収差を示して
いる。

【００４０】更に、下記第１実施例，第２実施例中の記
号は下記のものを表す。

【００４１】Ｒ ：各レンズ面の曲率半径 Ｄ ：レンズの中心厚または空気間隔 Ｎｄ：硝材のｄ線に対する屈折率 νｄ：硝材のｄ線に対するアッベ数 ｆ ：レンズ全系の焦点距離 ω ：半画角 Ｆ_no：Ｆナンバー Ｙ ：最大像高 次に本発明のズームレンズの第１実施例，第２実施例の
数値を示すが、各実施例における条件式の諸値は以下の
通りである。

【００４２】 第１実施例 3.09 4.59 0.90 0.79 1.85 1.83 0.91 第２実施例 2.53 4.84 0.92 0.78 1.85 1.83 0.91 第１実施例 ｆ＝4.2〜11.9 ２ω＝59.37°〜22.03° Ｆ_no＝2.94 ２Ｙ＝4.5 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 1 第１レンズ群 30.325 0.65 1.84666 23.8 2 第１レンズ群 12.000 4.85 1.69680 55.5 3 第１レンズ群 −439.344 0.10 4 第１レンズ群 9.633 2.90 1.77250 49.6 5 第１レンズ群 23.271 ａ 6 第２レンズ群 46.800 0.50 1.88300 40.8 7 第２レンズ群 3.139 1.75 8 第２レンズ群 −4.900 0.50 1.77250 49.6 9 第２レンズ群 13.125 1.45 1.84666 23.8 10 第２レンズ群 −6.460 ｂ 11 第３レンズ群 14.566 1.50 1.69680 55.5 12 第３レンズ群 −14.566 ｃ 13 第４レンズ群 9.630 0.60 1.84666 23.8 14 第４レンズ群 3.320 2.80 1.72600 53.5 15 第４レンズ群 −17.450 ｄ 16 カバーガラス ∞ 4.48 1.51633 64.1 17 カバーガラス ∞ 各ズームポジションの群間隔 ａ ｂ ｃ ｄ 広角端（ｆ＝4.2） 0.50 6.75 2.57 0.90 中間焦点距離（ｆ＝7.1） 3.16 4.09 2.29 1.18 望遠端（ｆ＝11.9） 5.25 2.00 2.59 0.88 第２実施例 ｆ＝4.2〜11.9 ２ω＝59.36°〜21.9° Ｆ_no＝2.94 ２Ｙ＝4.5 Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ 1 第１レンズ群 27.845 0.65 1.84666 23.8 2 第１レンズ群 11.731 4.85 1.69680 55.5 3 第１レンズ群 −650.251 0.10 4 第１レンズ群 10.169 2.90 1.77250 49.6 5 第１レンズ群 24.824 ａ 6 第２レンズ群 57.343 0.50 1.88300 40.8 7 第２レンズ群 3.227 1.75 8 第２レンズ群 −5.050 0.50 1.77250 49.6 9 第２レンズ群 32.457 1.45 1.84666 23.8 10 第２レンズ群 −6.767 ｂ 11 第３レンズ群 12.460 1.50 1.69680 55.5 12 第３レンズ群 −13.786 ｃ 13 第４レンズ群 14.942 2.80 1.72600 53.5 14 第４レンズ群 −3.268 0.60 1.84666 23.8 15 第４レンズ群 −11.318 ｄ 16 カバーガラス ∞ 3.68 1.51633 64.1 17 カバーガラス ∞ 1.00 18 カバーガラス 0.80 1.51633 64.1 19 カバーガラス 各ズームポジションの群間隔 ａ ｂ ｃ ｄ 広角端（ｆ＝4.2） 0.50 5.30 2.68 0.79 中間焦点距離（ｆ＝7.1） 3.16 2.64 2.34 1.18 望遠端（ｆ＝11.9） 5.25 0.55 2.61 0.95

【００４３】

【発明の効果】本発明により、ピント位置をパンフォー
カスに設定した変倍比３倍程度のズームレンズで、全変
倍域において高性能であり、かつレンズ枚数が少なく全
長が極めて短い小型軽量のズームレンズが提供されるこ
とになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくズームレンズの第１実施例の断
面図。

【図２】本発明に基づくズームレンズの第２実施例の断
面図。

【図３】本発明に基づくズームレンズの第１実施例の広
角端，中間焦点距離，望遠端での球面収差，非点収差，
歪曲収差を示す図。

【図４】本発明に基づくズームレンズの第２実施例の広
角端，中間焦点距離，望遠端での球面収差，非点収差，
歪曲収差を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点位置をパンフォーカスに設定し、レ
   ンズの構成が物体側から順に正の屈折力を持つ第１レン
   ズ群、変倍時光軸上を前後に移動する負の屈折力を持つ
   第２レンズ群、固定の正の屈折力を持つ第３レンズ群、
   変倍によるピント移動を補正する正の屈折力を持つ第４
   レンズ群からなり、以下の条件を満足したことを特徴と
   するコンパクトなズームレンズ。 2.1＜ｆ_M1-3／ｆ_M＜3.6 ｆ_M1-3：中間焦点距離での第１レンズ群から第３レンズ
   群までの合成焦点距離 ｆ_M ：中間焦点距離 ただし中間焦点距離は次式で表わす。 【数１】 ｆ_W：広角端の焦点距離 ｆ_T：望遠端の焦点距離