JPH09311273A - 可変焦点距離レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレセン性が良く、全長の短い変倍比２〜
２．５倍程度の可変焦点距離レンズを得る。 【解決手段】 物体側から順に、負のパワーを有する前
群と正のパワーを有する後群から成り、両群の間隔を変
えることによって変倍を行う可変焦点距離レンズにおい
て、前記前群は１枚又は２枚の負レンズと、１枚の正レ
ンズで構成され、前記後群は物体側から順に、正レンズ
と負レンズで構成されるか或いは正レンズ、負レンズ、
正レンズで構成され、前記後群中に非球面を少なくとも
２面有し、次の条件を満たすことを特徴とする可変焦点
距離レンズである。 １．５＜−ｆ₁／ｆ_W＜２．０ ０．８＜−ｆ₁／ｆ₂＜１．３ 但し、ｆ₁：前群の焦点距離 ｆ₂：後群の焦点距離 ｆ_W：全系のワイド端における焦点距離

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズに代表
される可変焦点距離レンズに関し、ビデオカメラやパソ
コンの画像入力装置の撮像レンズ等に用いられる２〜
２．５倍程度の焦点距離の短い可変焦点距離レンズに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラやパソコンの画像入力装置
は、近年ますます小型化の傾向にあり、撮像レンズに対
しても小型化、特にレンズ系の全長を短縮化することが
要望されている。

【０００３】一方、これらの装置では撮像素子にＣＣＤ
のような固体撮像素子を用いるため、テレセン性の良い
ことが要求される。また、この撮像素子のサイズは、１
３５サイズをはじめとする銀塩写真フィルムサイズと比
較して非常に小さいため、撮像レンズの焦点距離も短い
ものが必要とされる。

【０００４】例えば、１３５サイズのフィルムに対して
標準画角として用いられる５０ｍｍの撮影レンズと同等
の画角を近年よく用いられる１／４インチＣＣＤ（対角
約４．５ｍｍ）、１／５インチＣＣＤ（対角約３．７ｍ
ｍ）に対して実現するには、それぞれ焦点距離５．２ｍ
ｍ、４．３ｍｍの撮影レンズが必要となる。

【０００５】以上のような要求に対し、負のパワーの前
群と正のパワーの後群から成る２群ズームで、変倍比２
〜３倍程度の焦点距離の短い可変焦点距離レンズとし
て、特開平１−１８３６１５号公報、特開平１−１８３
６１６号公報、特開平４−２４２７０９号公報、特開平
６−３００９６９号公報、及び特開平７−３５９７５号
公報等が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
は何れもレンズ系の全長が長く、小型化が十分ではな
く、また、イメージサイズが１／４インチＣＣＤや１／
５インチＣＣＤに相当するサイズになるように光学系の
大きさを撮影画角が同一になるように、最大像高の比を
全ての寸法に乗じる所謂、規格化をすると、凸レンズの
縁厚が薄くなり過ぎ、加工が困難となる。

【０００７】また、３群や４群構成のズームレンズでは
機構が複雑になり、全体として大型になる上、コストア
ップにつながるため望ましくない。

【０００８】本発明の目的はビデオカメラやパソコンの
画像入力装置の撮像レンズ等に適した、変倍比が２〜
２．５倍程度で全長の短い可変焦点距離レンズを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は下記のよう
な手段により達成する。即ち、物体側から順に、負のパ
ワーを有する前群と正のパワーを有する後群から成り、
両群の間隔を変えることによって変倍を行う可変焦点距
離レンズにおいて、前記前群は１枚又は２枚の負レンズ
と、１枚の正レンズで構成され、前記後群は物体側から
順に、正レンズと負レンズで構成されるか或いは正レン
ズ、負レンズ、正レンズで構成され、前記後群中に非球
面を少なくとも２面有し、上記の条件を満たすことを特
徴とする可変焦点距離レンズである。

【００１０】 １．５＜−ｆ₁／ｆ_W＜２．０ ０．８＜−ｆ₁／ｆ₂＜１．３ 但し、ｆ₁：前群の焦点距離 ｆ₂：後群の焦点距離 ｆ_W：全系のワイド端における焦点距離。

【００１１】また、次の条件を満たすことを特徴とする
可変焦点距離レンズである。

【００１２】 ０．２＜Ｓ_2p＜０．６ −２．０＜Ｓ_2n＜−０．５ 但し、Ｓ_2p：後群中最も物体側正レンズのシェーピング
ファクターＳ Ｓ_2n：後群中負レンズのシェーピングファクターＳ シェーピングファクターＳは物体側曲率半径ｒ₁、像側
曲率半径ｒ₂としてＳ＝（ｒ₂＋ｒ₁）／（ｒ₂−ｒ₁）。

【００１３】本発明では、物体側に負のパワーを有する
レンズ群、像側に正のパワーを有するレンズ群を配置す
るといういわゆるレトロフォーカスタイプとすることで
テレセン性を確保している。また、前後群をそれぞれ２
枚又は３枚という少ないレンズ枚数で構成するととも
に、条件及びを満たすことで全長を短縮化し、小型
化を達成している。

【００１４】条件式の上限を超えると、ズーミングの
ために必要な各群の移動量が大きくなり、特に短焦点側
で大きな前後群間隔が必要となるため、全長が長くな
り、光学系が大型化してしまう。また逆に、条件式の
下限を下回ると本発明のような焦点距離の短い可変焦点
距離レンズでは、各群のパワーが強くなり過ぎるため、
収差補正が容易でなくなる。そのため良好に収差を補正
するにはレンズ枚数を増やさなければならなくなる。よ
ってコストアップにつながり、また光学系の小型化も期
待できない。

【００１５】条件の上限を超えると、バックフォーカ
スが短くなってしまう。そこで、十分なバックフォーカ
スを確保するために、前後群間隔を大きくする必要があ
り、光学系全体が大型化してしまう。逆に条件の下限
を超えると、前群のパワーが強くなり過ぎ、像面がオー
バーとなって周辺部の性能が悪化する。

【００１６】収差を良好に補正し、光学系の全長を短く
抑えるためには、条件式，は次に示す範囲を満たす
ことがより望ましい。

【００１７】 １．８＜−ｆ₁／ｆ_w＜２．０ ０．９＜−ｆ₁／ｆ₂＜１．２ 収差の補正のために、前群は物体側から順に負レンズ、
正レンズ、あるいは負レンズ、負レンズ、正レンズとい
う構成が良く、後群は物体側から順に正レンズ、負レン
ズ、あるいは正レンズ、負レンズ、正レンズという構成
になることが良い。

【００１８】更に後群に非球面を少なくとも２面使用す
ることで単色収差を良好に補正することができる。この
非球面は、最も物体側の面と最も像側の面に用いること
が望ましい。後群中最も物体側の面は、前群のパワーが
負であるため、光束が大きく拡がって通過するため、球
面収差、コマ収差に対する影響が大きい。そこで光軸か
ら離れるにつれて徐々に曲率が弱くなるような非球面を
用いることで球面収差、コマ収差を良好に補正すること
ができる。

【００１９】また、後群中最も像側の面では、前述のレ
ンズ面と比較して通過する光束の幅が狭くなっているた
め、球面収差、コマ収差に対する効果が小さくなる。そ
のため非点収差に対する効果が相対的に大きくなる。そ
こでこのレンズ面に非球面を用いれば、専ら非点収差を
良好に補正することができる。

【００２０】前群を負レンズと正レンズの２枚で構成す
る場合、負レンズのパワーが強くなるので、特に樽型の
歪曲収差が大きく発生する。そこでこの場合には前群に
も非球面を用いて補正することが望ましい。

【００２１】条件式，は、収差をより良好に補正す
るための条件である。条件式の下限を下回ると、後群
中の負レンズで大きく発生する外向性のコマ収差を打ち
消すことができなくなり、逆に上限を超えると球面収差
が補正不足となってともに良好な収差補正が困難とな
る。

【００２２】また、条件式の上限を超えると、球面収
差が補正過剰となってしまい、良好な収差補正をするこ
とができなくなる。逆に下限を下回ると、像側の曲率が
強くなり過ぎて、レンズの加工が困難となる。更にレン
ズの偏芯による影響が大きいため光学系の組み立てが困
難となる。

【００２３】より良好な収差補正のために、条件式，
は更に次の条件を満たすことが望ましい。

【００２４】 ０．２４＜Ｓ_2p＜０．５ −１．８＜Ｓ_2n＜−０．８

【００２５】

【実施例】以下に本発明の可変焦点距離レンズの実施例
を示す。各実施例における記号は下記の通りである。

【００２６】ｆ ：焦点距離 Ｆ_NO：Ｆナンバー ω ：半画角 ｒ ：曲率半径、 ｄ ：屈折面の間隔 ｎ ：レンズ材料のｄ線での屈折率 ν ：レンズ材料のアッベ数 ｆ₁，ｆ₂：前群及び後群の焦点距離 ｆ_W ：全系のワイド端における焦点距離 Ｓ_2p：後群中最も物体側正レンズのシェーピングファク
ターＳ Ｓ_2n：後群中負レンズのシェーピングファクターＳ Ｗ： ワイド Ｍ： 中間 Ｔ： テレ 更に、非球面は光軸方向をＸ軸、光軸と垂直方向をＹ軸
とするとき、次式の「数１」で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで，Ｘは光軸からの距離ｈだけ離れた
非球面上の任意の１点から非球面頂点の接平面に垂らし
た垂線の長さ、ｒは非球面頂点における近軸曲率半径、
Ｋ，Ａ_2i（ｉ＝２，３，４，５）は非球面係数である。

【００２９】なお、各々の光学断面図はワイド端での状
態を示し、また、各々の諸収差図では、上側（Ａ）はワ
イド端の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、下側
（Ｂ）がテレ端の球面収差図、非点収差図、歪曲収差図
を示す。

【００３０】（実施例１）実施例１の光学断面図を図１
に示し、実施例の数値を表１，２示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例１の諸収差図を図２に示す。図に示
すように収差は良好に補正されている。

【００３４】（実施例２）実施例２の光学断面図を図３
に示し、実施例の数値を表３，４示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】実施例２の諸収差図を図４に示す。図に示
すように収差は良好に補正されている。

【００３８】（実施例３）実施例３の光学断面図を図５
に示し、実施例の数値を表５，６示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】実施例３の諸収差図を図６に示す。図に示
すように収差は良好に補正されている。

【００４２】（実施例４）実施例４の光学断面図を図７
に示し、実施例の数値を表７，８示す。

【００４３】

【表７】

【００４４】

【表８】

【００４５】実施例４の諸収差図を図８に示す。図に示
すように収差は良好に補正されている。

【００４６】（実施例５）実施例５の光学断面図を図９
に示し、実施例の数値を表９，１０示す。

【００４７】

【表９】

【００４８】

【表１０】

【００４９】実施例５の諸収差図を図１０に示す。図に
示すように収差は良好に補正されている。

【００５０】また、各実施例において、最も像側に配置
された１組の平行平面板と１枚の平行平面板はそれぞれ
フィルター及びＣＣＤのカバーガラスに相当する。

【００５１】

【発明の効果】以上のように構成したので、ビデオカメ
ラやパソコンの画像入力装置に適した変倍比が２〜２．
５倍程度で全長の短くかつ軽量、安価で性能の良い可変
焦点距離レンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光学断面図である。

【図２】実施例１の諸収差図である。

【図３】実施例２の光学断面図である。

【図４】実施例２の諸収差図である。

【図５】実施例３の光学断面図である。

【図６】実施例３の諸収差図である。

【図７】実施例４の光学断面図である。

【図８】実施例４の諸収差図である。

【図９】実施例５の光学断面図である。

【図１０】実施例５の諸収差図である。

【符号の説明】

１ １面 ２ ２面 ３ ３面 ４ ４面 ５ ５面 ６ ６面 ７ ７面 ８ ８面 ９ ９面 １０ １０面 １１ １１面 １２ １２面 １３ １３面 １４ １４面 １５ １５面 １６ １６面 １７ １７面 １８ １８面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から順に、負のパワーを有する前
   群と正のパワーを有する後群から成り、両群の間隔を変
   えることによって変倍を行う可変焦点距離レンズにおい
   て、前記前群は１枚又は２枚の負レンズと、１枚の正レ
   ンズで構成され、前記後群は物体側から順に、正レンズ
   と負レンズで構成されるか或いは正レンズ、負レンズ、
   正レンズで構成され、前記後群中に非球面を少なくとも
   ２面有し、次の条件を満たすことを特徴とする可変焦点
   距離レンズ。 １．５＜−ｆ₁／ｆ_W＜２．０ ０．８＜−ｆ₁／ｆ₂＜１．３ 但し、ｆ₁：前群の焦点距離 ｆ₂：後群の焦点距離 ｆ_W：全系のワイド端における焦点距離
2. 【請求項２】 次の条件を満たすことを特徴とする請求
   項１に記載の可変焦点距離レンズ。 ０．２＜Ｓ_2p＜０．６ −２．０＜Ｓ_2n＜−０．５ 但し、Ｓ_2p：後群中最も物体側正レンズのシェーピング
   ファクターＳ Ｓ_2n：後群中負レンズのシェーピングファクターＳ シェーピングファクターＳは物体側曲率半径ｒ₁、像側
   曲率半径ｒ₂としてＳ＝（ｒ₂＋ｒ₁）／（ｒ₂−ｒ₁）