JPH07281094A - 広角非球面ズームレンズ及びビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で色収差を含む諸収差の良く補正
された６倍程度の倍率と約４０度の広角端半画角を有す
る高性能な広角非球面ズームレンズの提供。 【構成】 物体側から順に、負の屈折力を持つ第１レン
ズ群１と、正の屈折力を持つ第２レンズ群２と、負の屈
折力を持つ第３レンズ群３からなり、第１レンズ群１と
第２レンズ群２の空気間隔を変えることによりズーミン
グを行い、凸レンズＥＬ１と凹レンズＥＬ２から構成さ
れたエクステンダーである第３レンズ群３を着脱するこ
とで焦点距離を変化させ、かつ各レンズ群が収差性能上
好ましいレンズタイプ、面形状、および硝材等を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ビデオカメラ
等に用いられる収差の良く補正された高性能な非球面ズ
ームレンズ及びその非球面ズームレンズを用いたビデオ
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のビデオカメラに対して、高画質と
ともに、操作性、機動性が強く望まれている。それに答
えて撮像デバイスも１／３インチの小型で、かつ高解像
度のものが主流になり、さらには１／４インチも開発さ
れ、ビデオカメラの小型軽量化に寄与している。

【０００３】一方、ビデオカメラのこのような小型軽量
化にともない大口径比・小型軽量で、かつ高性能な高倍
率広角ズームレンズの開発が強く要望されている。さら
に、コスト低減の要望も強く、高性能と広角と高倍率を
維持しつつ、構成枚数の削減を図り、かつ加工の容易な
ズームレンズの実現が強くせまられている。

【０００４】しかし、高倍率の広角ズームレンズは、物
体側に近いレンズの外径が大きくなるばかりでなく、よ
り厳しい収差補正を達成するために多くのレンズ枚数が
必要である。そのため、大きく重く高価になり、民生用
ビデオカメラには適さないものであった。

【０００５】ところで、ズーム倍率が２〜３倍程度で構
成枚数が少ない小型軽量のズームレンズとしては、物体
側に負の屈折力のレンズ群を、像側に正屈折力のレンズ
群を配し、両レンズ群の間隔を変化させてズーミングを
行う２群ズームがよく用いられている。例えば特開平４
−２４２７０９には、ズーム倍率が約３倍、半画角が約
２７〜９度、Ｆナンバーが２．８〜５．７の７〜８枚構
成の２群ズームが示されている。また、特公平３−１６
００４には、ズーム倍率が約２倍、半画角が約３８〜１
７度、Ｆナンバーが４〜４．５の１０枚構成の２群ズー
ムが示されている。

【０００６】

【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２群ズームレンズは、約６倍程度の倍率と
約３８度の半画角とＦ２程度の明るさを少ない構成枚数
で同時に実現できないという問題点を有していた。

【０００７】本発明は上記の欠点を解消することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明の広角非球面ズームレンズは、物体側より順に、負の
屈折力を持つ第１レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レ
ンズ群を備え、上記第１レンズ群と上記第２レンズ群の
空気間隔を変えることによりズーミングを行い、かつエ
クステンダーである第３レンズ群を着脱することで焦点
距離を変化させ、上記エクステンダーは、物体側より順
に、凸レンズと凹レンズから構成され、上記凸レンズの
像側面が凸面であり、上記凹レンズの物体面が凹面であ
り、かつ各レンズ群が収差性能上好ましい面形状と硝材
により構成されていることを特徴とするもの、あるい
は、上記エクステンダーは、物体側より順に、凸レンズ
と凹レンズとの接合レンズから構成され、上記接合面が
物体側に凹面であることを特徴とするものである。

【０００９】具体的には、物体側から順に、上記第１レ
ンズ群は２枚の凹レンズおよび凸レンズから、上記第２
レンズ群は凸レンズ、凸レンズと凹レンズからなる接合
レンズ、および凸レンズで構成され、かつ上記第１レン
ズ群、上記第２レンズ群はともに少なくとも一面以上の
非球面形状を有することが望ましい。

【００１０】更に、具体的には、上記エクステンダーが
下記の諸条件を満足することが望ましい。

【００１１】（１） ２．０＜｜ｆＥ｜／ｆＷ＜４．０ （２） １．０＜（｜ｒＥ２｜＋｜ｒＥ３｜）／２／ｆ
Ｗ＜２．０ （３） １０＜νＥＬ１−νＥＬ２ ただし、ｆＷは広角端における焦点距離、ｆＥはエクス
テンダーの焦点距離、ｒＥ２，ｒＥ３は、それぞれＥＬ
１レンズの像側面、ＥＬ２レンズの物体側面の曲率半
径、νＥＬ１，νＥＬ２は、それぞれＥＬ１，ＥＬ２レ
ンズのアッベ数である。

【００１２】更に、具体的には、上記エクステンダーが
下記の諸条件を満足することがより望ましい。

【００１３】（４） ２．５＜｜ｆＥ｜／ｆＷ＜３．５ （５） １．２＜（｜ｒＥ２｜＋｜ｒＥ３｜）／２／ｆ
Ｗ＜１．８ （６） １２＜νＥＬ１−νＥＬ２＜３５ 更に、具体的には、上記エクステンダーの凹レンズＥＬ
２において、物体側面と像側面が同じ曲率半径を有する
両凹レンズであることが望ましい。

【００１４】更に、具体的には、上記エクステンダーを
望遠側で使用する際に、着脱可能であることが望まし
い。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明のビデオ
カメラは、少なくとも上記広角非球面ズームレンズと、
撮像素子と、信号処理回路と、ビューファインダーを備
える。

【００１６】

【作用】本発明では、例えば、第１レンズ群は２枚の凹
レンズおよび凸レンズで、第２レンズ群は凸レンズ、凸
レンズと凹レンズからなる接合レンズ、および凸レンズ
で構成し、さらに第１レンズ群、第２レンズ群の両方に
少なくとも一面以上の非球面形状を設け、さらに凸レン
ズと凹レンズから構成されたエクステンダーである第３
レンズ群を着脱することにより、６倍程度の倍率、約４
０度の広角端の半画角、約Ｆ２の広角端のＦナンバーを
有し、加工し易く、かつ９枚という簡単な構成の広角非
球面ズームレンズを提供する。

【００１７】また、本発明の広角非球面ズームレンズを
用いることにより、例えば小型・軽量で高画質のビデオ
カメラを実現することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１９】（第１実施例）図１は、本発明にかかる一
実施例の広角非球面ズームレンズの構成図であり、エク
ステンダーを装着した場合を示している。

【００２０】図１において、１は第１レンズ群、２は第
２レンズ群、３はエクステンダーである第３レンズ群、
４は水晶フィルターや撮像デバイスのフェースプレート
等に光学的に等価な平板、５は像面である。ｒ７は絞り
位置である。

【００２１】負の屈折力を持つ第１レンズ群１と、正の
屈折力を持つ第２レンズ群２からなるズーム部と、着脱
可能な負の屈折力を持つエクステンダー３から構成され
ている。上記エクステンダー３は凸レンズＥＬ１と凹レ
ンズＥＬ２から構成され、上記凸レンズＥＬ１の像側面
が凸面、上記凹レンズＥＬ２の物体面が凹面であるとい
う条件は約２倍のエクステンダー倍率を実現し、かつ諸
収差を良好に補正する上で欠かせないものである。

【００２２】第１レンズ群が物体側から順に、２枚の凹
レンズおよび凸レンズから、上記第２レンズ群は凸レン
ズ、凸レンズと凹レンズからなる接合レンズ、および凸
レンズで構成され、かつ上記第１レンズ群、上記第２レ
ンズ群はともに少なくとも一面以上の非球面形状を有す
るという条件は、３枚のレンズで第１レンズ群１を、４
枚のレンズで第２レンズ群２を構成し、かつ約４０度の
半画角と約３倍のズーム倍率と約Ｆ２のＦナンバーを実
現し、かつ諸収差を良好に補正する上で欠かせないもの
である。特に、第１レンズ群１の非球面形状は歪曲収差
の補正に、第２レンズ群２の非球面形状は球面収差の補
正に大きな効果を有する。

【００２３】次に、エクステンダー３に関する各条件に
ついてより詳しく説明する。

【００２４】条件 (1)と条件 (4)はエクステンダー３の
屈折力に関する条件である。下限を越えるとエクステン
ダー３のレンズ面の曲率が大きくなり、軸外の収差補正
が困難になる。逆に、上限を越えるとレンズ全長が大き
くなり、小型化が実現できない。

【００２５】条件 (2)と条件 (5)はＥＬ１レンズの像側
面とＥＬ２レンズの物体側面の曲率半径の平均値に関す
る条件である。下限を越えると、コマ収差が補正過剰と
なり、さらに曲率が大きすぎてレンズ加工が難しくな
る。上限を越えると実用可能な硝材では倍率色収差の補
正ができない。

【００２６】条件 (3)と条件 (6)はＥＬ１レンズとＥＬ
２レンズのアッベ数の差に関する条件である。下限から
はずれる時には、倍率色収差の補正ができない。また、
条件(6)の上限を越えると量産可能な安価な硝材が選べ
ない。

【００２７】また、条件 (4)、条件 (5)、条件 (6)は、
それぞれ条件 (1)、条件 (2)、条件(3)よりも、より優
れた収差性能を与える条件である。

【００２８】上記レンズＥＬ２の物体側面と像側面が同
じ曲率半径を有するという条件は、曲率の区別が非常に
困難な小径レンズにおいて、組み立て時に反対向きに組
み立てられることがなく、製造上大きな利点を提供す
る。

【００２９】上記エクステンダー３を望遠側で使用する
際に、着脱可能にするという条件は、広角側の光学全長
が望遠側の光学全長よりも長い本実施例において、エク
ステンダー装着時の望遠側光学全長をエクステンダー非
装着時の広角側光学全長とほぼ同程度に短くできるとい
う利点を提供する。すなわち、広角側でエクステンダー
３を使用すると、望遠側での場合に比べて、光学全長が
更に長くなる等、使いがってが若干劣ることを考慮した
ものである。

【００３０】次に、第１レンズ群１と第２レンズ群２と
平板４から構成されるズーム部の具体的な数値例を、
（表１）に示す。この表において、ｒはレンズ面の曲率
半径、ｄはレンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔、ｎ
は各レンズのｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線
に対するアッベ数である。

【００３１】また、非球面形状は次式で定義している。

【００３２】

【数１】

【００３３】Ｚ：光軸からの高さがＹにおける非球面上
の点の非球面頂点からの距離 Ｙ：光軸からの高さ Ｃ：非球面頂点の曲率（＝１／ｒ） Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ：非球面係数

【００３４】

【表１】

【００３５】非球面係数を（表２）に、ズーミングによ
り可変な空気間隔の一例として、レンズ先端から測って
２ｍ位置の物点の時の値を（表３）に示す。これらの表
において、標準位置はレンズ全長が最短になるズーム位
置である。ｆ、Ｆ／ＮＯ、Ｗは、それぞれ各ズーム位置
における焦点距離、Ｆナンバー、半画角である。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】次に、エクステンダー部の具体的な第１数
値例を、（表４）に示す。エクステンダー装着時の望遠
端の空気間隔を（表５）に、各条件式の値を（表６）に
示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】（第２実施例）次に、更に、本発明にかか
る一実施例として、エクステンダー部の第２数値例を
（表７）に示す。エクステンダー装着時の望遠端の空気
間隔を（表８）に、各条件式の値を（表９）に示す。

【００４３】

【表７】

【００４４】

【表８】

【００４５】

【表９】

【００４６】（第３実施例）次に、更に、本発明にかか
る一実施例として、エクステンダー部の第３数値例を
（表１０）に示し、その構成図を図２に示す。ここで、
図２は、他の本発明にかかる一実施例の広角非球面ズー
ムレンズの構成図であり、エクステンダーを装着した場
合を示している。

【００４７】エクステンダー装着時の望遠端の空気間隔
を（表１１）に、各条件式の値を（表１２）に示す。

【００４８】

【表１０】

【００４９】

【表１１】

【００５０】

【表１２】

【００５１】（第４実施例）次に、更に、本発明にかか
る一実施例として、エクステンダー部の第４数値例を
（表１３）に、エクステンダー装着時の望遠端の空気間
隔を（表１４）に、各条件式の値を（表１５）に各々示
す。

【００５２】

【表１３】

【００５３】

【表１４】

【００５４】

【表１５】

【００５５】ここで、図３、図４、図５は、それぞれ
（表１）に示した第１実施例のズーム部分の広角端、標
準、望遠端における収差図である。

【００５６】又、図６は、（表４）に示した第１実施例
のエクステンダー装着時の望遠端における収差図であ
る。

【００５７】同様に、図７は、（表７）に示した第２実
施例のエクステンダー装着時の望遠端における収差性能
を、図８は、（表１０）に示した第３実施例のエクステ
ンダー装着時の望遠端における収差性能を、図９は、
（表１３）に示した第４実施例のエクステンダー装着時
の望遠端における収差性能を示す。各収差図において、
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）はそれぞれ球
面収差、非点収差、歪曲収差（％）、軸上色収差、倍率
色収差を表す。球面収差の図において、実線はｄ線の球
面収差、点線は正弦条件である。非点収差の図におい
て、実線はサジタル像面湾曲、点線はメリディオナル像
面湾曲を示す。軸上色収差の図において、実線はｄ線、
点線はＦ線、破線はＣ線に対する値を示す。倍率色収差
の図において、点線はＦ線、破線はＣ線に対する値を示
す。

【００５８】これらの図から、上記各実施例とも単色収
差と色収差の両方が良く補正された良好な光学性能を有
していることが分かる。

【００５９】また、本発明のビデオカメラは、図１０に
示すように少なくとも本発明の広角非球面ズームレン
ズ、撮像素子、信号処理回路、ビューファインダーを備
えている。

【００６０】上記実施例の広角非球面ズームレンズの構
成によれば、着脱可能なエクステンダーを内蔵し、かつ
新しいレンズ構成と最適な非球面の配置と非球面形状を
採用することにより、加工し易く、かつ９枚という簡単
な構成で、色収差を含む諸収差の良く補正された６倍程
度の倍率、約４０度の広角端の半画角、約Ｆ２の広角端
のＦナンバーを実現することができ、この非球面ズーム
レンズを用いて、小型・軽量・高性能で操作のしやすい
ビデオカメラを実現することができる。

【００６１】なお、以上の説明ではズーム比約３倍の２
群ズーム部の実施例として、（表１）に示す数値実施例
ついて述べたが、収差性能の良好なその他の数値を有す
る２群ズーム部の場合にも応用することができるのはも
ちろんである。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、本
発明は、簡単な構成でありながら、色収差を含む諸収差
の良く補正された６倍程度の倍率を有する広角非球面ズ
ームレンズを提供し得るという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の広角非球面ズームレン
ズの構成図である。

【図２】本発明の第３の実施例の広角非球面ズームレン
ズの構成図である。

【図３】本発明の第１の実施例における広角非球面ズー
ムレンズのズーム部の広角端ズーム位置での収差図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施例における広角非球面ズー
ムレンズのズーム部の標準ズーム位置での収差図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例における広角非球面ズー
ムレンズのズーム部の望遠端ズーム位置での収差図であ
る。

【図６】本発明の第１の実施例におけるエクステンダー
装着時の広角非球面ズームレンズの望遠端ズーム位置で
の収差図である。

【図７】本発明の第２の実施例におけるエクステンダー
装着時の広角非球面ズームレンズの望遠端ズーム位置で
の収差図である。

【図８】本発明の第３の実施例におけるエクステンダー
装着時の広角非球面ズームレンズの望遠端ズーム位置で
の収差図である。

【図９】本発明の第４の実施例におけるエクステンダー
装着時の広角非球面ズームレンズの望遠端ズーム位置で
の収差図である。

【図１０】本発明のビデオカメラの構成図である。

【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（エクステンダー） ４ 水晶フィルターなど ５ 結像面

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、負の屈折力を持つ第１
   レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、負の屈
   折力を持つ第３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群と
   前記第２レンズ群の空気間隔を変えることによりズーミ
   ングを行い、かつエクステンダーである第３レンズ群を
   着脱することにより焦点距離を変化させる広角非球面ズ
   ームレンズであって、前記第３レンズ群は、物体側より
   順に、凸レンズＥＬ１と凹レンズＥＬ２から構成され、
   前記凸レンズＥＬ１の像側面が凸面であり、前記凹レン
   ズＥＬ２の物体面が凹面であることを特徴とする広角非
   球面ズームレンズ。
2. 【請求項２】 第１レンズ群は、物体側より順に、２枚
   の凹レンズおよび凸レンズを備え、前記第２レンズ群
   は、物体側より順に、凸レンズ、凸レンズと凹レンズか
   らなる接合レンズ、および凸レンズを備え、かつ前記第
   １レンズ群と前記第２レンズ群はともに少なくとも一面
   以上の非球面形状を有することを特徴とする請求項１項
   記載の広角非球面ズームレンズ。
3. 【請求項３】 物体側より順に、負の屈折力を持つ第１
   レンズ群と、正の屈折力を持つ第２レンズ群と、負の屈
   折力を持つ第３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群と
   前記第２レンズ群の空気間隔を変えることによりズーミ
   ングを行い、かつエクステンダーである第３レンズ群を
   着脱することにより焦点距離を変化させる広角非球面ズ
   ームレンズであって、前記第３レンズ群は、物体側より
   順に、凸レンズＥＬ１と凹レンズＥＬ２との接合レンズ
   から構成され、前記接合面が物体側に凹面であることを
   特徴とする広角非球面ズームレンズ。
4. 【請求項４】 第１レンズ群は、物体側より順に、２枚
   の凹レンズおよび凸レンズを備え、前記第２レンズ群
   は、物体側より順に、凸レンズ、凸レンズと凹レンズか
   らなる接合レンズ、および凸レンズを備え、かつ前記第
   １レンズ群と前記第２レンズ群はともに少なくとも一面
   以上の非球面形状を有することを特徴とする請求項３記
   載の広角非球面ズームレンズ。
5. 【請求項５】 第３レンズ群は、下記の諸条件を満足す
   ることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の
   広角非球面ズームレンズ。 （１） ２．０＜｜ｆＥ｜／ｆＷ＜４．０ （２） １．０＜（｜ｒＥ２｜＋｜ｒＥ３｜）／２／ｆ
   Ｗ＜２．０ （３） １０＜νＥＬ１−νＥＬ２ ただし、ｆＷは広角端における焦点距離、ｆＥはエクス
   テンダーの焦点距離、ｒＥ２，ｒＥ３は、それぞれＥＬ
   １レンズの像側面、ＥＬ２レンズの物体側面の曲率半
   径、νＥＬ１，νＥＬ２は、それぞれＥＬ１，ＥＬ２レ
   ンズのアッベ数である。
6. 【請求項６】 第３レンズ群は、下記の諸条件を満足す
   ることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の
   広角非球面ズームレンズ。 （４） ２．５＜｜ｆＥ｜／ｆＷ＜３．５ （５） １．２＜（｜ｒＥ２｜＋｜ｒＥ３｜）／２／ｆ
   Ｗ＜１．８ （６） １２＜νＥＬ１−νＥＬ２＜３５ ただし、ｆＷは広角端における焦点距離、ｆＥはエクス
   テンダーの焦点距離、ｒＥ２，ｒＥ３は、それぞれＥＬ
   １レンズの像側面、ＥＬ２レンズの物体側面の曲率半
   径、νＥＬ１，νＥＬ２は、それぞれＥＬ１，ＥＬ２レ
   ンズのアッベ数である。
7. 【請求項７】 凹レンズＥＬ２は、物体側面と像側面が
   同じ曲率半径を有する両凹レンズであることを特徴とす
   る請求項１〜６の何れか一つに記載の広角非球面ズーム
   レンズ。
8. 【請求項８】 第３レンズ群は、望遠側で使用する際
   に、着脱可能であることを特徴とする請求項１〜７の何
   れか一つに記載の広角非球面ズームレンズ。
9. 【請求項９】 請求項１〜８の何れか一つに記載の広角
   非球面ズームレンズを用いたことを特徴とするビデオカ
   メラ。