JPH07270684A - リヤフォーカス式のズームレンズと撮像系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 色分解プリズムが入る程度に長いバックフォ
ーカスを備え、高倍率で大口径比のリヤフォーカス式の
ズームレンズを実現する。 【構成】 物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群、
負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ
群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、開口絞りを該第
２レンズ群と該第３レンズ群の間に配し、該第２レンズ
群と該第４レンズ群を移動させることによって変倍を行
い、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行
い、該第４レンズ群を少なくとも３枚の正レンズと１枚
の負レンズで構成した。

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やスチルビ
デオカメラ等に好適な変倍比１０以上、Ｆナンバー１．
６の可能なズームレンズに関し、特に色分解用のプリズ
ムを像面側に配置するのに十分なバックフォーカスを有
した高変倍のリヤフォーカス式のズームレンズに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ビデオカメラの小型軽量化に伴いレ
ンズに対しても小型軽量化の要請が高まってきている。
その為、従来の最も物体側の第１レンズ群を移動させて
フォーカスを行ういわゆる前玉フォーカスタイプから第
１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行
う所謂リヤフォーカス式を採用したものが種々提案され
ている。

【０００３】一般にリヤフォーカス式のズームレンズは
比較的小型軽量のレンズ群を移動させて合焦を行うので
フォーカスレンズ群の駆動力が小さくなり、迅速な焦点
合わせが出来る等の特徴がある。

【０００４】例えば特開昭６２−２４２１３号公報では
物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力
の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折
力の第４レンズ群の４つのレンズ群を有し、前記第１、
第３レンズ群を固定とし、前記第２、第４レンズ群を移
動させて変倍を行い、前記第４レンズ群を移動させて合
焦を行うリヤフォーカス式のズームレンズが提案されて
いる。

【０００５】一方、最近の民生用高級ビデオカメラの中
には高画質化の為に固体撮像素子の３枚式を採用したも
のも現れている。

【０００６】３枚式ビデオカメラでは色分解の為のプリ
ズムを撮影光学系の像面側に配置するために単枚式の場
合と比べて撮影光学系のバックフォーカスを十分に確保
しなければならない。

【０００７】例えば特開平５−７２４７４号公報では、
正負正正の屈折力配置を持つ４群リヤフォーカス方式で
第４レンズ群を１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成
するバックフォーカスが長いズームレンズを提案してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では射出瞳の長さが色分解プリズムを利用する
光学系としては十分な長さを持っていない為に、プリズ
ムのダイクロイック面に入射する光線の角度が中心と軸
上で異なり色シューディングの原因となってしまうとい
う問題がある。

【０００９】またバックフォーカスも１／３インチＣＣ
Ｄ相当で１６〜１９ミリ程度の為、プリズムによっては
使えないものも出てくるような長さである。光学性能も
従来レンズ程度で３枚式カメラ対応としては十分な光学
性能とは言えない。

【００１０】本発明は正負正正の４群構成のリヤフォー
カス式で変倍比１０倍以上、Ｆ１．６程度の可能な高変
倍大口径比で、例えば色分解プリズムを使うのに十分な
バックフォーカスと射出瞳と共に、非常に良好な光学性
能を持つズームレンズの提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】リヤフォーカス式のズー
ムレンズにおいて、物体側より順に正の屈折力の第１レ
ンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３
レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、好ましく
は開口絞りを該第２レンズ群と第３レンズ群の間に配
し、該第２レンズ群と第４レンズ群を移動させて変倍を
行い、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行
い、該第４レンズ群を少なくとも３枚の正レンズと１枚
の負レンズで構成するようにした。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例１の広角端における
レンズ断面図である。図中１は変倍中固定の第１レンズ
群、２は変倍用の負の屈折力の第２レンズ群、３は変倍
中固定の第３レンズ群、４は変倍に伴う像面変動を補正
するとともに合焦を行う正の屈折力の第４レンズ群、Ｓ
Ｐは固定の開口絞りで第２レンズ群と第３レンズ群の間
に配するものである。広角端から望遠端へのズーミング
は矢印に示す通りの軌跡（時間軸に従って展開したとす
る。）を描くように光軸に沿って移動させて行ってい
る。１０は公知の色分解プリズムの等価物で、設けなく
ても良い。１１は像面で、夫々撮像素子が配される。

【００１３】このようなズームタイプにおいて、例えば
色分解用のプリズムを挿入できる様にバックフォーカス
を長くするには第３レンズ群の屈折力を弱くして第４レ
ンズ群の屈折力をある程度以上に強くしてやるのがよ
い。このとき第４レンズ群の屈折力が強まると同時にそ
こに入射する光束も大きくなり、第４レンズ群で球面収
差やコマ収差が発生しやすくなる。

【００１４】本発明では第４レンズ群を少なくとも３枚
の正レンズと１枚の負レンズで構成することにより、バ
ックフォーカスを長くしたことに伴う第４レンズ群で発
生する球面収差やコマ収差を低減することを可能とし
た。

【００１５】望ましくは収差補正の為には第４レンズ群
は物体側より順に第１の正レンズ、負レンズ、第２の正
レンズ、第３の正レンズで構成するのが有効である。

【００１６】適切なバックフォーカスを維持しつつ、例
えば多枚式カメラ対応レンズに必要な光学性能を達成す
るには次の条件式１又は２を満足するように、第３、４
群の屈折力を設定してやるのが好ましい。

【００１７】２．５＜ｂｆ_W／ｆ_W＜６．０…（１） １．５＜ｆ₃／ｆ₄＜３．２…（２） ここでｆｉは第ｉレンズ群の焦点距離、ｆ_W、ｂｆ_Wは広
角端における全系の焦点距離とバックフォーカス（プリ
ズム、ローパスフィルター等が無い状態での）である。

【００１８】条件式（１）の下限を越えると（色分解プ
リズム等を配置することが出来なくなる程）バックフォ
ーカスが短くなり、射出瞳位置が短くテレセントリック
系からズレることになりプリズムに入射する光線の角度
がきつくなり色シェーディングが発生する。逆に上限を
越えてバックフォーカスが長くなると第４レンズ群の有
効径が大きくなりレンズが重くなるためスムーズにフォ
ーカシングが出来なくなるなどの問題が生じる。以上述
べたように、条件式（１）はバックフォーカスや射出瞳
位置を長くしつつ小型化を満足するための条件ではある
が、更に望ましい範囲は、 ３．０＜ｂｆ_W／ｆ_W＜５．０ を満足するのが良い。

【００１９】条件式（２）は第３レンズ群と第４レンズ
群の焦点距離に関するものであり、絞り以降のコンパク
ト化を達成しつつバックフォーカスや射出瞳位置を十分
長くして良好な光学性能を維持するためのものである。
条件式（２）の下限を越えて第３レンズ群の焦点距離が
短くなると変倍に伴うあるいはフォーカシング時の球面
収差の変動の補正が困難となる。また充分なバックフォ
ーカスの確保が困難となったり、ズーム中間位置での射
出瞳が短くなったり、第４レンズ群の移動量が大きくな
りズーミング時やフォーカシングによる収差の変動が大
きくなるといった問題も生じる。逆に上限を越えて第３
レンズ群の焦点距離が長くなると第３レンズ群から射出
する光束の発散が大きくなり第４レンズ群の有効径が大
きくなりレンズが重くなるためスムーズにフォーカシン
グが出来なくなるなどの問題が生じる。

【００２０】また第３レンズ群を少なくとも１枚の負レ
ンズと１枚の正レンズより構成し、該第３レンズ群の最
も物体側のレンズを負レンズとすることにより十分に長
いバックフォーカスと射出瞳位置を確保している。

【００２１】更に前記第３レンズ群の最も物体側の負レ
ンズは像側に強い凹面を有するのがよい。このようにす
ることでバックフォーカスや射出瞳位置を長くする為に
最も物体側の負レンズで発散させられた光束がその次の
レンズに入射するときに発生する球面収差をキャンセル
する様にし得る。

【００２２】一方、レンズ全長の短縮と前玉径の小型化
のため第２レンズ群の屈折力と負レンズの屈折率を以下
の条件式の１又は２を満足するように設定している。

【００２３】

【外３】 ここで

【００２４】

【外４】 は該第２レンズ群の負レンズの平均屈折率である。

【００２５】条件式（３）は第２レンズ群の焦点距離に
関するものである。条件式（３）の下限を越えて第２レ
ンズ群の焦点距離が短くなるとペッツバール和がアンダ
ーに大きくなり像面の倒れ等の収差補正が困難になる。
逆に上限を越えて第２レンズ群の焦点距離が長くなると
第２レンズ群の移動量が増え、前玉径が大きくなりすぎ
るという問題が生じる。

【００２６】また条件式（４）の下限を越えて第２レン
ズ群の負レンズの屈折率が小さくなるとペッツバール和
がアンダーに大きくなり像面湾曲の補正が困難になって
しまう。

【００２７】なお、上記条件式（１）〜（３）を仕様に
応じて組合わせて使用することは性能上有効である。

【００２８】次に本発明の数値実施例を示す。尚、数値
実施例においてｒ_iは物体側より順に第ｉ番目の曲率半
径、ｄ_iは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気
間隔、ｎ_iとν_iはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。

【００２９】また数値実施例１〜３におけるｒ２７〜ｒ
２９、数値実施例４におけるｒ２５〜ｒ２７は光学フィ
ルター、フェースプレート等を示すがこれらは必要に応
じて省略し得る。

【００３０】非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直
方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半
径、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを各々非球面係数としたとき、

【００３１】

【外５】 なる式で表している。

【００３２】また前述の各条件式と数値実施例における
諸数値との関係を表１に示す。

【００３３】

【外６】

【００３４】

【外７】

【００３５】

【外８】

【００３６】

【外９】

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば前述のごとく各レンズ群
のレンズ構成及び屈折力を設定すると共にフォーカスの
際に第４レンズ群を移動させるレンズ構成を採ることに
より、レンズ系全体の小型化を図りつつ全変倍範囲にわ
たって良好なる収差補正を達成し、かつフォーカスの際
の収差変動の少なくバックフォーカスと射出瞳位置の充
分に長い大口径比のリヤフォーカス式のズームレンズを
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】数値実施例１に対応するレンズ断面図。

【図２】広角端の諸収差図。

【図３】望遠端の諸収差図。

【図４】数値実施例２に対応するレンズ断面図。

【図５】広角端の諸収差図。

【図６】望遠端の諸収差図。

【図７】数値実施例３に対応するレンズ断面図。

【図８】広角端の諸収差図。

【図９】望遠端の諸収差図。

【図１０】数値実施例４に対応するレンズ断面図。

【図１１】広角端の諸収差図。

【図１２】望遠端の諸収差図。

【符号の説明】 １ 第１レンズ群 ２ 第２レンズ群 ３ 第３レンズ群 ４ 第４レンズ群 ＳＰ 絞り

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に正の屈折力の第１レンズ
   群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レン
   ズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、開口絞りを該
   第２レンズ群と該第３レンズ群の間に配し、該第２レン
   ズ群と該第４レンズ群を移動させることによって変倍を
   行い、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行
   い、該第４レンズ群を少なくとも３枚の正レンズと１枚
   の負レンズで構成したことを特徴とするリヤフォーカス
   式のズームレンズ。
2. 【請求項２】 第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、広角端
   におけるレンズ全系の焦点距離とレンズ系のみによるバ
   ックフォーカスを各々ｆ_W、ｂｆ_Wとするとき、 ２．５＜ｂｆ_W／ｆ_W＜６．０ １．５＜ｆ₃／ｆ₄＜３．２ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載のリ
   ヤフォーカス式のズームレンズ。
3. 【請求項３】 前記第４レンズ群は物体側から順に第１
   の正レンズ、負レンズ、第２の正レンズ、第３の正レン
   ズで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記
   載のリヤフォーカス式のズームレンズ。
4. 【請求項４】 前記第３レンズ群の最も物体側に少なく
   とも１つの負レンズを配置することを特徴とする請求項
   １乃至３記載のリヤフォーカス式のズームレンズ。
5. 【請求項５】 前記第２レンズ群の負レンズの平均屈折
   率を 【外１】 とするとき、 【外２】 なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４記
   載のリヤフォーカス式のズームレンズ。
6. 【請求項６】 物体側より順に正の屈折力の第１レンズ
   群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レン
   ズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、開口絞りを該
   第２レンズ群と該第３レンズ群の間に配し、該第２レン
   ズ群と該第４レンズ群を移動させることによって変倍を
   行い、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行
   い、該第４レンズ群を少なくとも３枚の正レンズと１枚
   の負レンズで構成し、該第４レンズ群の像面側に色分解
   光学素子を配置したことを特徴とする撮像系。