JPH07111503B2

JPH07111503B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JPH07111503B2
Application number: JP1163058A
Authority: JP
Inventors: 周佑小野; 敬三石黒; 康夫中嶋; 寿幸伊井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH0328814A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ビデオカメラに用いられるズーム比が約６倍
のコンパクトな高性能ズームレンズに関するものであ
る。

従来の技術最近のビデオカメラは操作性，機動性とともに高画質が
要望され、それに答えて撮像デバイスも1/2インチの小
型で、かつ高解像度のものが主流になりつつある。ま
た、それにともない大口径比・小型軽量で、かつ高性能
なズームレンズが強く要望されている。さらに、コスト
低減の要望も強く高性能を維持しつつ、構成枚数の削減
を図ったズームレンズの実現が強くせまられている。Ｆ
ナンバーが約1.2〜1.4ズーム比が約６倍程度の従来のズ
ームレンズは13枚以上のレンズで構成されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のビデオカメ
ラ用ズームレンズの一例について説明する（例えば、特
願昭62−85019号）。

第２図は従来のビデオカメラ用ズームレンズの構成図を
示すものである。第２図において、11はフォーカス部と
しての第１群、12は変倍部としての第２群、13はコンベ
ンセータ部としての第３群、14はリレー部としての第４
群である。

以上のように構成されたビデオカメラ用ズームレンズに
ついて、以下その動作の説明をする。

まず、第１群11は光軸上を移動することにより、物体位
置によるピント位置のズレを調整するフォーカス作用を
有する。第２群12は倍率を変え、全系焦点距離を変化さ
せるために光軸上を移動する。第３群13は第２群12の移
動によって変動する像面を基準面から一定の位置に保つ
コンベンセータ作用を有し、第２群12と一定の関係を保
って光軸上を移動する。第４群14は第1,第2,第３群によ
って形成される像面を所望の位置に移す作用を有する。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成のズームレンズでは、レ
ンズ外径が大きく、かつ重量の大きい第１群11を、フォ
ーカス調整のために動かさねばならないという問題点を
有していた。また、第１群11の移動により全系焦点距離
の変化、すなわち画角の変化が生じ、合焦過程で像の変
動が起こるという問題点を有していた。さらに、ズーム
レンズ系をコンパクトにするために、第３群13に負の屈
折力を持たせる必要があり、収差補正に対する第４群14
の負担が非常に大きくなり、少ない構成枚数で高性能を
実現することが困難であるという問題点を有していた。

本発明は新しいレンズタイプを採用することにより、こ
れらの問題点を解決したズームレンズを提供するもので
ある。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明のズームレンズは、
物体側より順に、正の屈折力を持つ固定の第１群と、負
の屈折力を持ち光軸上を移動することより変倍作用を有
する第２群と、正の屈折力を持ち集光作用を有する固定
の第３群と、上記第２群の移動、および物体の移動によ
って変動する像面を基準面から一定の位置に保つように
光軸上を移動する第４群とからなるズームレンズであっ
て、上記第３群と上記第４群が比較的大きな空気間隔を
有し、上記第１群は物体側より順に接合レンズおよび正
屈折力のメニスカスレンズで構成され、上記第２群は負
の屈折力のメニスカスレンズおよび接合レンズで構成さ
れ、上記第３群は２枚の正の屈折力の単レンズおよび負
の屈折力の単レンズで構成され、上記第４群は接合レン
ズおよび正の屈折力の単レンズで構成され、上記第３群
の物体側から数えて第１番目のレンズは像側に凸面の向
いた正の屈折力のレンズであり、第２番目のレンズは物
体側に凸面の向いた正の屈折力のレンズであり、第３番
目のレンズは物体側に凸面の向いた負の屈折力のレンズ
であり、上記第４群の接合レンズは物体側に凸面の向い
た接合面を有し、正の屈折力の単レンズは物体側に凸面
の向いたレンズであり、下記の（１）〜（10）の条件式
を満足することを特徴とするズームレンズである。

（１） 4.0＜f₁/f_w ＜7.0 （２） 0.8＜|f₂|/f_w ＜1.6 （３） 2.0＜f₃/f_w ＜6.0 （４） 2.0＜f₄/f_w ＜3.0 （５） 0.3＜d₁₆/f₄ ＜1.0 （６） 0.4＜|r₁₂|/f₃＜4.0 （７） 0.6＜r₁₃/f₃ ＜3.0 （８） 0.3＜|r₁₅|/f₃＜2.0 （９） 0.3＜r₁₈/f₄ ＜1.0 （10） 0.6＜r₂₀/f₄ ＜1.8 ただし、f_wは広角端の全系焦点距離、f_i（ｉ＝1,2,3,
4）は第ｉ群の焦点距離、d₁₆は物体側より数えて第16番
目の空気間隔、r_j（ｊ＝12,13,15,18,20）は第ｊ番目の
レンズ面の曲率半径を示す。

作用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。すなわち、像面に近い、従ってレンズ外径が小
さく軽いレンズ群をフォーカス調整に用いている。ま
た、第３群に正の屈折力を持たせることにより、第４群
の収差補正の負担を軽減し、少ない構成枚数で高性能を
実現している。さらに、第３群の正屈折力を適切に選ぶ
ことにより、第1,第2,第３群の合成屈折力を小さくし、
第４群の移動による合焦過程で生じる像の変動を実用上
問題にならない程度まで小さくしている。

実施例以下本発明の一実施例のズームレンズについて、図面を
参照しながら説明する。

第１図は、本発明のズームレンズの一実施例の構成図を
示すものである。第１図において、１は第１群,2は第２
群,3は第３群,4は第４群,5は水晶フィルタや撮像デバイ
スのフェースプレイト等に相当する等価的なガラス板で
ある。

ズームレンズをコンパクトに構成するには各群の屈折力
を強くすることが必要である。上記条件（１），条件
（２），条件（３），条件（４）は各群の屈折力を規定
する条件式であり、コンパクトさを実現する強い屈折力
を与えるが、各群のレンズタイプ、画形状等を最適に設
定することにより良好な収差性能を満足する範囲であ
る。特に、第１群１に最適なレンズタイプは、物体側よ
り順に接合レンズと正の屈折力のメニスカスレンズであ
り、第２群２に最適なレンズタイプは、負の屈折力のメ
ニスカスレンズと接合レンズである。次に、各条件につ
いてより詳しく説明する。

条件（１）は第１群１の屈折力に関する条件である。下
限を越えると第１群１の屈折力が大きくなり過ぎるた
め、長焦点側の球面収差の補正が困難となる。上限を越
えるとレンズ長が大きくなり、コンパクトなズームレン
ズが実現できない。

条件（２）は第２群２の屈折力に関する条件である。下
限から外れる時には、コンパクトにできるが、全系のペ
ッツバール和が大きく負になり、硝材の選択のみでは像
面湾曲の補正ができない。上限を越えると収差補正は容
易であるが、変倍系が長くなり全系のコンパクト化が達
成できない。

条件（３）は第３群３の屈折力に関する条件である。下
限を越えると第３群３の屈折力が大きくなり過ぎるた
め、短焦点側の球面収差の補正が困難となる。上限を越
えると第１群，第２群，第３群の合成系が発散系となる
ためその後に位置する第４群４のレンズ外径を小さくす
ることができない。また、条件（３）の上限，下限の範
囲を外れると、合焦過程での第４群４の移動による画角
の変化が大きくなるため、像の変動を小さくすることが
できない。

条件（４）は第４群４の屈折力に関する条件である。下
限から外れる時には、画面包括範囲が狭くなり、所望の
範囲を得るには第１群１のレンズ径を大きくする必要が
あり、小型・軽量化が実現できない。上限を越えると収
差補正は容易であるが、近距離撮影時での第４群４の移
動量が大きくなり、全系のコンパクト化が達成できない
ばかりでなく、近距離撮影時と遠距離撮影時の軸外収差
のアンバランスの補正が困難となる。

条件（５）は第３群３と第４群４との空気間隔に関する
条件式である。下限を越えると軸外光線高が小さくな
り、硝材の選択のみでは倍率色収差の補正が困難とな
る。また、近距離撮影時の第４群４の移動量に制約が生
じ、充分な撮影至近距離が実現できない。上限を越える
と全系のコンパクト化が難しい。また、画面周辺での充
分な光量を確保するとき、第４群４のレンズ外径を小さ
くすることができない。

条件（６），条件（７），条件（８）は第３群３を構成
するレンズの曲率半径に関するものである。条件
（６），条件（７）の下限を越えると、これらの面への
軸外光線の入射角が大きくなり、軸外コマ収差の補正が
困難となる。条件（６），条件（７）の上限を外れる時
には、球面収差が補正不足となり、逆に条件（８）の下
限を越えると球面収差が補正過剰となる。条件（８）の
下限を外れるときには、主光線より下の軸外光線に対す
るコマ収差の補正が困難となる。

条件（９），条件（10）は第４群４を構成するレンズの
曲率半径に関する条件式である。条件（９），条件（1
0）の下限を外れると、これらの面への入射角が大きく
なり主光線より上側の軸外光線に対するコマ収差の補正
が困難となる。また、条件（９）の下限を越えるとｇ線
の球面収差が補正過剰となる。条件（９）の上限を越え
ると実用上使用可能な硝材の範囲内では軸上、および倍
率色収差の補正ができない。条件（10）の上限を越える
と、球面収差の補正が困難となる。

これらの条件を満たす一実施例を以下に示す。表中r₁,r
₂……は物体側から順に数えたレンズ各面の曲率半径、d
₁,d₂……はレンズ面間の肉厚または空気間隔、n₁,n₂…
…は各レンズのｄ線に対する屈折率、ν₁,ν_２……はｄ
線に対するアツベ数である。ｆは全系の焦点距離、F/NO
はＦナンバーである。

（実施例１）ｆ＝8.880〜53.933 F/NO＝1.44〜1.87 r₁＝57.449 d₁＝1.2 n₁＝1.80518 ν_１＝25.5 r₂＝28.664 d₂＝5.8 n₂＝1.58913 ν_２＝61.2 r₃＝−98.130 d₃＝0.2 r₄＝22.382 d₄＝2.9 n₃＝1.58913 ν_３＝61.2 r₅＝37.942 d₅（可変） r₆＝38.469 d₆＝0.9 n₄＝1.58913 ν_４＝61.2 r₇＝8.973 d₇＝4.6 r₈＝−12.718 d₈＝0.9 n₅＝1.67003 ν_５＝47.2 r₉＝11.520 d₉＝2.9 n₆＝1.80518 ν_６＝25.5 r₁₀＝412.193 d₁₀（可変） r₁₁＝105.263 d₁₁＝2.7 n₇＝1.73520 ν_７＝41.0 r₁₂＝−28.990 d₁₂＝0.2 r₁₃＝32.792 d₁₃＝2.5 n₈＝1.74400 ν_８＝44.9 r₁₄＝−133.333 d₁₄＝0.7 r₁₅＝−33.332 d₁₅＝0.9 n₉＝1.80518 ν_９＝25.5 r₁₆＝133.333 d₁₆（可変） r₁₇＝−1604.000 d₁₇＝0.9 n₁₀＝1.80518 ν₁₀＝25.
5 r₁₈＝15.139 d₁₈＝4.3 n₁₁＝1.69350 ν₁₁＝53.4 r₁₉＝−30.833 d₁₉＝0.2 r₂₀＝21.392 d₂₀＝2.5 n₁₂＝1.70154 ν₁₂＝41.1 r₂₁＝641.519 d₂₁（可変） r₂₂＝∞ d₂₂＝8.0 r₂₃＝∞ 次に、ズーミングにより可能な空気間隔の一例を示す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₂₁ 広角 8.880 0.800 23.970 16.181 2.000 標準 27.165 15.400 9.370 13.203 2.978 望遠 54.675 21.216 3.554 16.181 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₆ d₂₁ 広角 8.884 0.800 23.970 16.140 2.041 標準 29.635 16.250 8.520 12.818 5.362 望遠 53.933 21.216 3.554 14.772 3.409 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₆ d₂₁ 広角 8.873 0.800 23.970 16.049 2.131 標準 37.832 18.500 6.270 11.761 4.420 望遠 52.666 21.216 3.554 12.271 3.910 f₁/f_w ＝4.73 |f₂|/f_w ＝1.11 f₃/f_w ＝3.36 f₄/f_w ＝2.38 d₁₆/f₄＝0.59〜0.77 |r₁₂|/f₃＝0.97 r₁₃/f₃＝1.10 |r₁₅|/f₃＝1.12 r₁₈/f₄＝0.72 r₂₀/f₄ ＝1.01 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が第
３群３に最も接近するズーム位置である。

上記諸条件を満たす他の実施例を以下に示す。

（実施例２）ｆ＝9.200〜52.413 F/No＝1.45〜1.86 r₁＝58.323 d₁＝1.2 n₁＝1.80518 ν_１＝25.5 r₂＝29.049 d₂＝5.8 n₂＝1.58913 ν_２＝61.2 r₃＝−98.742 d₃＝0.2 r₄＝22.618 d₄＝2.9 n₃＝1.58913 ν_３＝61.2 r₅＝38.228 d₅（可変） r₆＝38.228 d₆＝0.9 n₄＝1.58913 ν_４＝61.2 r₇＝9.204 d₇＝4.6 r₈＝−13.029 d₈＝0.9 n₅＝1.67003 ν_５＝47.2 r₉＝11.866 d₉＝3.0 n₆＝1.80518 ν_６＝25.5 r₁₀＝460.189 d₁₀（可変） r₁₁＝72.970 d₁₁＝2.0 n₇＝1.74400 ν_７＝44.9 r₁₂＝−72.970 d₁₂＝0.2 r₁₃＝40.893 d₁₃＝2.8 n₈＝1.74400 ν_８＝44.9 r₁₄＝−40.893 d₁₄＝0.4 r₁₅＝−26.988 d₁₅＝0.9 n₉＝1.80518 ν_９＝25.5 r₁₆＝−99.444 d₁₆（可変） r₁₇＝65.877 d₁₇＝0.9 n₁₀＝1.80518 ν₁₀＝25.5 r₁₈＝12.754 d₁₈＝4.1 n₁₁＝1.67790 ν₁₁＝55.5 r₁₉＝−41.776 d₁₉＝0.2 r₂₀＝23.911 d₂₀＝1.9 n₁₂＝1.70154 ν₁₂＝41.1 r₂₁＝145.361 d₂₁（可変） r₂₂＝∞ d₂₂＝8.0 r₂₃＝∞ 次に、ズーミングにより可能な空気間隔の一例を示す。

無限遠物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₆ d₂₁ 広角 9.204 1.000 23.670 13.520 2.000 標準 27.378 15.200 9.470 10.603 4.917 望遠 53.245 21.184 3.486 13.520 2.000 レンズ先端r₁面より測って2m位置の物点のとき：広角 9.200 1.000 23.670 13.477 2.043 標準 59.938 16.122 8.548 10.204 5.317 望遠 52.413 21.184 3.486 12.160 3.360 レンズ先端r₁面より測って0.6m位置の物点のとき：ｆ d₅ d₁₀ d₁₆ d₂₁ 広角 9.190 1.000 23.670 13.382 2.139 標準 37.755 18.431 6.239 9.109 6.412 望遠 50.930 21.184 3.486 9.629 5.891 f₁/f_w ＝4.62 |f₂|/f_w ＝1.11 f₃/f_w ＝3.08 f₄/f_w ＝2.54 d₁₆/f₄＝0.39〜0.58 |r₁₂|/f₃＝2.58 r₁₃/f₃＝1.44 |r₁₅|/f₃＝0.95 r₁₈/f₄＝0.54 r₂₀/f₄ ＝1.02 ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４が第
３群３に最も接近するズーム位置である。

実施例２の第３群の第１番目のレンズにおいて、物体側
曲率半径r₁₁と像側曲率半径r₁₂の絶対値は同じである。
このレンズの様に、両面が共通の曲率半径の絶対値を有
するレンズは、組立時に反対向きに挿入され、歩留を低
下させることがなく製造上大きな利点を有する。上記実
施例２においては、第２番目のレンズも共通の曲率半径
の絶対値をもっており、さらに大きな製造上の利点を有
する。

第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），第４図（ａ），
（ｂ），（ｃ），第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々
物点位置2mにおける実施例１の広角端，標準，望遠端に
おける収差性能を示す。同様に、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ），第７図（ａ），（ｂ），（ｃ），第８
図（ａ），（ｂ），（ｃ）は各々物点位置2mにおける実
施例２の広角端，標準，望遠端における収差性能を示
す。これらの図から、各実施例とも良好な光学性能を有
していることがわかる。

発明の効果以上の説明から明かなように、本発明のレンズ構成と条
件のもとで、Ｆナンバーが約1.4、ズーム比が約６倍の
コンパクトで、性能のよいビデオカメラ用ズームレンズ
を12枚という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】

第１図は本発明の第１の実施例におけるズームレンズの
構成図、第２図は従来のズームレンズの構成図、第３図
（ａ），（ｂ），（ｃ），第４図（ａ），（ｂ），
（ｃ），第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施
例１の諸収差図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ），第７
図（ａ），（ｂ），（ｃ），第８図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は本発明の実施例２の諸収差図である。球面収差の図において、実線はｄ線、点線はＦ線、破線
はＣ線に対する球面収差、非点収差の図において実線は
サジタル像面湾曲、点線はメリジオナル像図湾曲を示
す。１……第１群、２……第２群、３……第３群、４……第
４群、５……水晶フィルタ等。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊井寿幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−123009（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−48709（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−270910（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−81313（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−80215（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、正の屈折力を持つ固定の
第１群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動することより
変倍作用を有する第２群と、正の屈折力を持ち集光作用
を有する固定の第３群と、上記第２群の移動、および物
体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置
に保つように光軸上を移動する第４群とからなるズーム
レンズであって、上記第３群と上記第４群が比較的大き
な空気間隔を有し、上記第１群は物体側より順に接合レ
ンズおよび正屈折力のメニスカスレンズで構成され、上
記第２群は負の屈折力のメニスカスレンズおよび接合レ
ンズで構成され、上記第３群は２枚の正の屈折力の単レ
ンズおよび負の屈折力の単レンズで構成され、上記第４
群は接合レンズおよび正の屈折力の単レンズで構成さ
れ、上記第３群の物体側から数えて第１番目のレンズは
像側に凸面の向いた正の屈折力のレンズであり、第２番
目のレンズは物体側に凸面の向いた正の屈折力のレンズ
であり、第３番目のレンズは物体側に凹面の向いた負の
屈折力のレンズであり、上記第４群の接合レンズは物体
側に凸面の向いた接合面を有し、正の屈折力の単レンズ
は物体側に凸面の向いたレンズであり、下記の（１）〜
（10）の条件式を満足することを特徴とするズームレン
ズ。（１） 4.0＜f₁/f_w ＜7.0 （２） 0.8＜|f₂|/f_w ＜1.6 （３） 2.0＜f₃/f_w ＜6.0 （４） 2.0＜f₄/f_w ＜3.0 （５） 0.3＜d₁₆/f₄ ＜1.0 （６） 0.4＜|r₁₂|/f₃＜4.0 （７） 0.6＜r₁₃/f₃ ＜3.0 （８） 0.3＜|r₁₅|/f₃＜2.0 （９） 0.3＜r₁₈/f₄ ＜1.0 （10） 0.6＜r₂₀/f₄ ＜1.8 ただし、f_wは広角端の全系焦点距離、f_i（ｉ＝1,2,3,
4）は第ｉ群の焦点距離、d₁₆は物体側より数えて第16番
目の空気間隔、r_j（ｊ＝12,13,15,18,20）は第ｊ番目の
レンズ面の曲率半径を示す。