JPH07120678A - 3群ズームレンズのフォーカシング方式 - Google Patents

3群ズームレンズのフォーカシング方式

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JPH07120678A
JPH07120678A JP5267283A JP26728393A JPH07120678A JP H07120678 A JPH07120678 A JP H07120678A JP 5267283 A JP5267283 A JP 5267283A JP 26728393 A JP26728393 A JP 26728393A JP H07120678 A JPH07120678 A JP H07120678A
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lens
focusing
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lens group
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Shigeru Kato
茂 加藤
Yuji Kamo
加茂裕二
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成レンズ枚数が少なく、小型、低コストで
ありながら、遠距離から至近距離まで性能の良好なズー
ムレンズのフォーカシング方式。 【構成】 屈折力の非常に弱い第1群G1、正屈折力の
第2群G2、負屈折力の第3群G3からなり、各群間隔
を変化させて変倍を行うズームレンズにおいて、第1群
G1が非球面を少なくとも1面含み、かつ、第1群G1
中に含まれる全てのレンズが屈折力の非常に弱いレンズ
からなり、合焦時には第1群G1と第2群G2が光軸上
を移動するか、第2群G2が光軸上を移動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズシャッターカメ
ラ等に適した3群ズームレンズのフォーカシング方式に
関し、特に、構成レンズ枚数が少なく、小型で低コスト
であるにも関わらず、無限遠から近距離まで性能の良好
な3群ズームレンズのフォーカシング方式に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来から、小型で低コストなズームレン
ズに適したタイプとして、正・負の2群ズームタイプが
知られている。このズームレンズのフォーカシング方式
として、第1群による前玉繰り出しが一般に知られてい
る。
【0003】正・負の2群ズームタイプは、変倍に伴う
像面湾曲変動がある。例えば広角側と望遠側の収差を良
好に補正した場合、中間焦点距離で像面がアンダー傾向
になる。しかし、前玉繰り出しでは、フォーカシングに
伴う像面湾曲変動が大きく、像面が更にアンダー側へ大
きく倒れてしまう。そのため、至近距離合焦時に全焦点
距離領域で像面湾曲を補正することが困難であった。
【0004】そこで、特開平2−10307号に示され
ているように、正屈折力の前群を2つに分割し、別々に
物体側へ繰り出すことで、像面湾曲変動の少ないフォー
カシングが可能になることが知られている。
【0005】また、ガラスレンズの代わりにプラスチッ
クレンズを使用することによってコストを大幅に低減で
きることは周知のことだが、プラスチックレンズは温度
・湿度による屈折率、レンズ形状変化が大きく、結像性
能への影響が大きい問題がある。その対策として、特開
平5−113537号に示されるように、プラスチック
レンズの屈折力を非常に小さくしてしまう方法が知られ
ている。
【0006】
【発明の解決しようとする課題】上記した特開平2−1
0307号のものは、正屈折力の前群を正・負レンズ2
枚以上で構成した第1群と正の屈折力を持つ第2群とか
ら構成している。低コスト化のためにそのガラスレンズ
をプラスチックレンズに置き換えると、屈折力の強いプ
ラスチックレンズとなり、温度・湿度の影響が大きくな
る問題がある。
【0007】また、前述した特開平5−113537号
のものは、中間焦点距離での像面湾曲が無限遠側で元々
アンダー側にあるので、至近距離撮影では更にアンダー
側へ大きくなってしまう問題がある。
【0008】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、構成レンズ枚数
が少なく、小型、低コストでありながら、遠距離から至
近距離まで性能の良好なズームレンズのフォーカシング
方式を提供することである。
【0009】
【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3群ズームレンズのフォーカシング方式は、物体側
から順に、屈折力の非常に弱い第1レンズ群、正屈折力
の第2レンズ群、負屈折力の第3レンズ群からなり、各
レンズ群間隔を変化させて変倍を行うズームレンズにお
いて、第1レンズ群が非球面を少なくとも1面含み、か
つ、第1レンズ群中に含まれる全てのレンズが屈折力の
非常に弱いレンズからなり、合焦時には第1レンズ群と
第2レンズ群が光軸上を移動することを特徴とするもの
である。
【0010】この場合、合焦時に、第1レンズ群と第2
レンズ群を一体に光軸上を移動させるようにすることも
できる。
【0011】また、本発明の別の3群ズームレンズのフ
ォーカシング方式は、物体側から順に、屈折力の非常に
弱い第1レンズ群、正屈折力の第2レンズ群、負屈折力
の第3レンズ群からなり、各レンズ群間隔を変化させて
変倍を行うズームレンズにおいて、第1レンズ群が非球
面を少なくとも1面含み、かつ、第1レンズ群中に含ま
れる全てのレンズが屈折力の非常に弱いレンズからな
り、第2レンズ群が非球面を少なくとも1面含み、合焦
時には第2レンズ群が光軸上を移動することを特徴とす
るものである。
【0012】
【作用】以下に、本発明において上記構成をとった理由
とその作用について説明する。上記の第1群は、非球面
を使用することで収差を効果的に発生させ、特に第2群
で発生する球面収差、コマ収差、像面湾曲等を相殺し、
レンズ系全体の収差を小さくする働きを持つ。また、パ
ワーレスのレンズから構成することにより、第1群での
色収差の発生を小さくできる。
【0013】次に、第2群、第3群であるが、これらは
従来の正・負2群ズームタイプと同様の近軸作用(変倍
・焦点調整作用)を持ったレンズ群である。球面収差、
コマ収差、像面湾曲等については、従来の正・負2群ズ
ームタイプと同様で、第2群、第3群のみで十分に補正
することは難しく、第2群、第3群に非球面を使用して
もこれらの収差の補正は十分でない。したがって、前述
した第1群の非球面の補正効果によりレンズ系全体の収
差を小さくしている。
【0014】近軸作用を持つ第2群と第3群の間隔を縮
めながらこれらを物体側へ移動することで、広角端から
望遠端への変倍がなされるわけだが、この時、第1群と
第2群を一体的に移動させると、従来の2群ズームタイ
プ同様に、変倍に伴う収差変動が起きてしまう。そこ
で、第1群と第2群の間隔を変倍に連動して変化させる
ことで、収差バランスを変化させ、変倍に伴う収差変動
を改善することができる。
【0015】また、フォーカシング時、第1群、第2群
の合成群と第3群での収差バランスが崩れ、像面がアン
ダー側に倒れる。そこで、像面湾曲の発生を変えるた
め、変倍時と同様にフォーカシングに連動して第1群と
第2群の間隔を変化させる。つまり、第1群と第2群を
別々に光軸上を移動させることで、像面湾曲の改善を行
う。
【0016】第2群で像面湾曲がアンダー側に発生する
場合、第1群の非球面でオーバー方向へ補正している。
第1群と第2群の繰り出しで像面湾曲が更にアンダー側
へ変動してしまうが、第1群と第2群の間隔を広げる
と、像面湾曲がオーバー方向へ戻り、全体の像面湾曲を
小さくすることができる。
【0017】また、3群ズームタイプとなり、無限遠で
の変倍に伴う像面湾曲変動が小さくなっているので、第
1群と第2群を一体的にフォーカシングさせても、従来
の正・負2群ズームタイプより性能低下が少ない。この
ようにフォーカシングする場合、最至近距離をあまり短
くできないものの、フォーカシング枠機構が簡素化でき
る利点がある。
【0018】さらに、第2群に非球面を使用した場合、
第2群での収差発生は非常に小さくなる。特に像面湾曲
の発生をアンダー側からオーバー側にでき、第1群の像
面湾曲発生も前述とは逆のアンダー側になる。この場
合、第1群と第2群の間隔が小さくなると、像面湾曲が
オーバー側へ変動するようになるので、第1群、第2群
を繰り出した後、像面湾曲補正のために第1群を下げる
ことになり、結果として、第2群のみでフォーカシング
を行っても、像面湾曲の変動は小さくなる。このフォー
カシング方式は、フォーカス移動群が1つになるので、
フォーカシング枠が機構的に最も簡素化でき、好まし
い。
【0019】さらに、第1群と第2群のフォーカシング
移動量ΔG1 、ΔG2 の関係は、下記条件式を満たすこ
とが好ましい。 −1<ΔG1 /ΔG2 <2 ・・・(1) 上記条件式(1)の範囲を外れると、像面湾曲が補正オ
ーバーになり好ましくない。さらに、その下限の−1を
越えると、無限遠合焦時の入射面が絞りから離れてしま
い、周辺光線高が高くなり、レンズ径が大きくなってし
まう。また、上限の2を越えると、最至近合焦時に入射
面が絞りから離れてしまい、レンズ径が大きくなってし
まう。
【0020】また、望遠側のレンズ全長を短くするに
は、第3群の負の屈折力を強くし、変倍効果を高め、ズ
ーム移動量を少なくする必要がある。だが、この場合、
像面特性を良好に保つため、第3群中の負レンズが下記
の条件を満たすことが望ましい。 1.65<nN <1.90 ・・・(2) ただし、nN は第3群の負レンズの屈折率の平均値であ
る。
【0021】この条件式(2)の下限の1.65を越え
ると、ペッツバール和が負に大きくなり、上限の1.9
0を越えると、正に大きくなり、どちらの場合も非点収
差が大きくなり好ましくない。
【0022】また、第1群は、下記条件式を満たすこと
が望ましい。 |fT /f1 |<0.1 ・・・(3) ただし、fT は望遠側での全系の焦点距離、f1 は第1
群内の各レンズ焦点距離である。上記条件式(3)を外
れると、第1群での色収差発生が大きくなり、全体の色
収差が悪化する。
【0023】さらに、ガラスレンズよりコストが安いプ
ラスチックレンズで第1群を構成した場合、上記条件式
(3)を満たしていれば、温度・湿度により屈折率やレ
ンズ形状が変化しても、レンズ屈折力の変化がほとんど
なく、結像性能への影響を最小にできる利点もある。ま
た、従来のように正・負2枚以上のレンズで色消ししな
くとも、第1群の色収差はレンズ1枚構成で十分小さく
できる。
【0024】
【実施例】以下に、本発明のズームレンズのフォーカシ
ング方式の実施例1〜3について説明する。各実施例の
レンズデータは後記するが、実施例1〜3の無限遠合焦
時の広角端(a)と中間焦点距離(b)と望遠端(c)
のレンズ断面図をそれぞれ図1〜図3に示す。
【0025】レンズ配置については、実施例1は、物体
側から、屈折力が非常に弱いプラスチックレンズからな
る第1群G1、負レンズと正レンズの接合正レンズから
なる第2群G2、正レンズと負レンズからなる負の屈折
力を持つ第3群G3の計5枚で構成され、非球面が第1
群G1と第3群G3に1面ずつ使用されている。中心光
束と周辺光束が分離する第1群G1の入射面を非球面と
したことで、特に周辺部の像面湾曲やコマ収差の変動が
良好に補正されている。特に、像面湾曲は第2群G2で
アンダーに発生しているが、第1群G1の非球面を光軸
から離れるに従って正の屈折力が弱くなる形状とし、像
面湾曲をオーバー側に発生させ、第1群G1、第2群G
2での像面湾曲を小さくしている。
【0026】変倍時に第2群G2と第3群G3の間隔を
縮めると同時に、第1群G1と第2群G2の間隔を変化
させることで、中間焦点距離での像面湾曲を改善してい
る。フォーカシングは、第1群G1と第2群G2を一体
で繰り出してもよいが(図5)、至近距離を短くする場
合は、第1群G1と第2群G2の間隔を広げながら両群
を繰り出す(図6)。この時、第1群G1と第2群G2
の移動量比を一定にすると、結像性能が良好のまま繰り
出し制御系を簡単化できる。
【0027】なお、本実施例の第2群G2に設けられた
ガラスレンズ、特に第2群G2の最も物体側の面に非球
面を用いてもよい。この場合、第2群G2のガラスレン
ズに非球面を用いることによって、収差性能を向上させ
ることができるので、本実施例のフォーカシングは、第
2群G2の繰り出しだけでまかなえる。したがって、構
成の簡素化、コストの低減を図ることができるという効
果を得ることもできる。
【0028】実施例2は、物体側から、屈折力が非常に
弱いプラスチックレンズからなる第1群G1、パワーレ
スのプラスチックレンズと、負レンズと正レンズの接合
正レンズからなる第2群G2、正レンズと負レンズから
なる負の屈折力を持つ第3群G3の計6枚で構成され、
非球面が各群に1面ずつ使用されている。第2群G2中
のプラスチックレンズは非球面レンズであり、温度・湿
度による性能変化を低減するため、パワーレスとしてい
る。また、この非球面の収差補正効果で、第2群G2で
の収差発生は実施例1よりはるかに小さく、特に像面湾
曲は僅かにオーバー側へ発生している。したがって、第
1群G1では非球面を光軸から離れるに従って正の屈折
力が強くなる形状とし、像面湾曲をアンダー側へ発生さ
せている。しかし、どちらの群も収差発生量は小さいの
で、第1群、第2群間の位置精度が低くても性能低下は
少ない。
【0029】変倍は実施例1と同様であるが、フォーカ
シングは、第2群G2の繰り出しのみで良好な性能が得
られる(図8)。また、同時に第1群を繰り込むと、更
に性能が改善される(図9)。
【0030】実施例3は、物体側から、屈折力が非常に
弱いプラスチックレンズからなる第1群G1、正レンズ
と負レンズの接合正レンズからなる第2群G2、正レン
ズと負レンズからなる負の屈折力を持つ第3群G3の計
5枚で構成され、非球面が第1群G1に2面、第3群G
3に1面使用されている。第1群G1は両面非球面レン
ズであるが、両面での周辺光線高に差があり、発生する
収差が異なる。そのため、中心部(球面収差)、周辺部
(像面湾曲等)の補正バランスの自由度が増し、更に良
好な収差補正が可能になる。また、両非球面共、光軸か
ら離れるに従って正の屈折力が強くなる形状であるが、
レンズとしてはオーバーの像面湾曲を発生している。変
倍、フォーカシングは第1実施例と同様である(図1
1、図12))。
【0031】以下に、各実施例のレンズデータを示す
が、記号は、上記の外、fは全系焦点距離、FNOはFナ
ンバー、2ωは画角、fB はバックフォーカス、r1
2 …は各レンズ面の曲率半径、d1 、d2 …は各レン
ズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レンズのd線の屈折
率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、
非球面形状は、光軸方向をx、光軸に直交する方向をy
としたとき、次の式で表される。 x=(y2 /r)/[1+{1−P(y/
r)2 1/2 ]+A44 +A66 +A88 + A1010 ただし、rは近軸曲率半径、Pは円錐係数、A4、A6
A8、A10 は非球面係数である。
【0032】実施例1 f = 39.2 〜 58.6 〜 87.1 FNO= 4.66 〜 6.21 〜 8.28 2ω= 56.4 °〜 40.0 °〜 27.7 ° fB = 9.51 〜 28.13 〜 55.49 r1 = 25.4210(非球面) d1 = 3.000 nd1 =1.49241 νd1 =57.66 r2 = 24.5490 d2 =(可変) r3 = 157.8680 d3 = 1.500 nd2 =1.83400 νd2 =37.16 r4 = 13.6650 d4 = 9.980 nd3 =1.69680 νd3 =55.52 r5 = -17.5900 d5 = 1.000 r6 = ∞(絞り) d6 =(可変) r7 = -29.8590 d7 = 3.000 nd4 =1.57501 νd4 =41.49 r8 = -16.2750 d8 = 3.660 r9 = -13.0430(非球面) d9 = 1.800 nd5 =1.72916 νd5 =54.68 r10= -640.3870 非球面係数 第1面 P = 0.2454 A4 =-0.49968×10-4 A6 =-0.28262×10-6 A8 =-0.12628×10-8 A10=-0.47657×10-11 第9面 P = 0.2409 A4 =-0.19743×10-4 A6 = 0.55883×10-8 A8 =-0.12032×10-8 A10= 0.59178×10-11
【0033】実施例2 f = 39.1 〜 59.1 〜 87.0 FNO= 4.64 〜 6.15 〜 8.28 2ω= 56.8 °〜 39.8 °〜 27.8 ° fB = 9.28 〜 29.66 〜 57.96 r1 = 129.4710(非球面) d1 = 2.000 nd1 =1.49241 νd1 =57.66 r2 = 137.4900 d2 =(可変) r3 = 37.7490(非球面) d3 = 2.000 nd2 =1.49241 νd2 =57.66 r4 = 36.6790 d4 = 1.420 r5 = -119.5760 d5 = 9.020 nd3 =1.67270 νd3 =32.10 r6 = 25.8550 d6 = 3.830 nd4 =1.62041 νd4 =60.27 r7 = -15.3280 d7 = 1.000 r8 = ∞(絞り) d8 =(可変) r9 = -30.1720 d9 = 4.100 nd5 =1.62004 νd5 =36.25 r10= -15.3450 d10= 3.290 r11= -11.3270(非球面) d11= 1.800 nd6 =1.69680 νd6 =55.52 r12= -142.9020 非球面係数 第1面 P = 1.0000 A4 = 0.47463×10-6 A6 = 0.72872×10-7 A8 =-0.36425×10-9 A10= 0 第3面 P = 7.1963 A4 =-0.99201×10-4 A6 =-0.10089×10-5 A8 = 0.53956×10-8 A10=-0.64608×10-10 第11面 P =-1.7719 A4 =-0.20403×10-3 A6 = 0.81619×10-6 A8 =-0.43485×10-8 A10= 0.95073×10-11
【0034】実施例3 f = 38.9 〜 70.2 〜101.9 FNO= 4.61 〜 7.52 〜 9.99 2ω= 57.3 °〜 34.3 °〜 24.0 ° fB = 10.60 〜 42.09 〜 74.02 r1 = -34.6220(非球面) d1 = 5.000 nd1 =1.49241 νd1 =57.66 r2 = -37.2550(非球面) d2 =(可変) r3 = -59.6620 d3 = 8.010 nd2 =1.51633 νd2 =64.15 r4 = -9.2970 d4 = 1.130 nd3 =1.84666 νd3 =23.78 r5 = -11.5560 d5 = 1.000 r6 = ∞(絞り) d6 =(可変) r7 = -57.1080 d7 = 3.760 nd4 =1.61293 νd4 =37.00 r8 = -19.1090 d8 = 4.160 r9 = -12.0390(非球面) d9 = 1.800 nd5 =1.75500 νd5 =52.33 r10= -304.1050 非球面係数 第1面 P = 1.0000 A4 = 0.65037×10-5 A6 = 0.67721×10-6 A8 =-0.11970×10-8 A10= 0 第2面 P = 1.0000 A4 = 0.13326×10-3 A6 = 0.13112×10-5 A8 = 0.12946×10-7 A10= 0 第9面 P = 0.7782 A4 = 0.25048×10-4 A6 = 0.11094×10-6 A8 = 0.12981×10-8 A10=-0.69510×10-11
【0035】次に、上記実施例1〜3のフォーカシング
の際の第1群G1、第2群の繰り出し量ΔG1 、ΔG2
を以下の表に示す。 注)符号−は物体側へ移動、符号+は像面側へ移動を表
し、( )内の値は第1群G1、第2群G2の移動量の
比(条件式(1))を表す。
【0036】次に、また、各実施例の前記条件式
(2)、(3)の値を次の表に示す。
【0037】上記実施例1〜3の無限遠合焦時の広角端
(a)、中間焦点距離(b)、望遠端(c)における球
面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を表す収差図
をそれぞれ図4、図7、図10に示す。また、実施例1
の第1群G1、第2群G2一体繰り出しによる1m合焦
時の同様な収差図を図5に、実施例1の第1群G1、第
2群G2独立繰り出しによる0.6m合焦時の同様な収
差図を図6に示す。さらに、実施例2の第2群G2繰り
出しによる0.6m合焦時の同様な収差図を図8に、実
施例2の第1群G1繰り込み、第2群G2繰り出しによ
る0.6m合焦時の同様な収差図を図9に示す。さら
に、実施例3の第1群G1、第2群G2一体繰り出しに
よる1m合焦時の同様な収差図を図11に、実施例3の
第1群G1、第2群G2独立繰り出しによる0.6m合
焦時の同様な収差図を図12に示す。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、構成レンズ枚数が少なく、小型、低コストで
ありながら、遠距離から至近距離まで性能の良好なズー
ムレンズのフォーカシング方式が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフォーカシング方式を適用した実施例
1の3群ズームレンズの無限遠合焦時の広角端(a)、
中間焦点距離(b)、望遠端(c)の断面図である。
【図2】実施例2の図1と同様な断面図である。
【図3】実施例3の図1と同様な断面図である。
【図4】実施例1の無限遠合焦時の広角端(a)、中間
焦点距離(b)、望遠端(c)における球面収差、非点
収差、歪曲収差、倍率色収差を表す収差図である。
【図5】実施例1の第1群、第2群一体繰り出しによる
1m合焦時の図4と同様な収差図である。
【図6】実施例1の第1群、第2群独立繰り出しによる
0.6m合焦時の図4と同様な収差図である。
【図7】実施例2の無限遠合焦時の図4と同様な収差図
である。
【図8】実施例2の第2群繰り出しによる0.6m合焦
時の図4と同様な収差図である。
【図9】実施例2の第1群繰り込み、第2群繰り出しに
よる0.6m合焦時の図4と同様な収差図である。
【図10】実施例3の無限遠合焦時の図4と同様な収差
図である。
【図11】実施例3の第1群、第2群一体繰り出しによ
る1m合焦時の図4と同様な収差図である。
【図12】実施例3の第1群、第2群独立繰り出しによ
る0.6m合焦時の図4と同様な収差図である。
【符号の説明】
G1…第1レンズ群 G2…第2レンズ群 G3…第3レンズ群

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側から順に、屈折力の非常に弱い第
    1レンズ群、正屈折力の第2レンズ群、負屈折力の第3
    レンズ群からなり、各レンズ群間隔を変化させて変倍を
    行うズームレンズにおいて、 第1レンズ群が非球面を少なくとも1面含み、かつ、第
    1レンズ群中に含まれる全てのレンズが屈折力の非常に
    弱いレンズからなり、 合焦時には第1レンズ群と第2レンズ群が光軸上を移動
    することを特徴とする3群ズームレンズのフォーカシン
    グ方式。
  2. 【請求項2】 合焦時に、第1レンズ群と第2レンズ群
    が一体に光軸上を移動することを特徴とする請求項1記
    載の3群ズームレンズのフォーカシング方式。
  3. 【請求項3】 物体側から順に、屈折力の非常に弱い第
    1レンズ群、正屈折力の第2レンズ群、負屈折力の第3
    レンズ群からなり、各レンズ群間隔を変化させて変倍を
    行うズームレンズにおいて、 第1レンズ群が非球面を少なくとも1面含み、かつ、第
    1レンズ群中に含まれる全てのレンズが屈折力の非常に
    弱いレンズからなり、第2レンズ群が非球面を少なくと
    も1面含み、 合焦時には第2レンズ群が光軸上を移動することを特徴
    とする3群ズームレンズのフォーカシング方式。
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