JPH10232349A - 焦点距離可変式レンズ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ズームレンズユニットが一つだけで、写角が
少なくとも６０度あり、口径比が大きく、ズーム比が
１.５以上もあり、レンズ枚数の少ない焦点距離可変式
レンズ装置を提供する。 【解決手段】 焦点距離可変式レンズ装置を被写体側か
ら結像面への順に、拡散屈折パワーを有し、被写体側の
前玉を構成していて、一枚の負のレンズで構成した固定
型第１レンズユニットと、収斂屈折パワーを有し、少な
くとも二枚の正パワーのレンズと絞りとからなる可動型
第２レンズユニットとで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、拡散屈折パワーを
有する第１レンズユニットと、収斂屈折パワーを有する
第２レンズユニットとからなる焦点距離可変式レンズ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】第１拡散レンズユニット
と、第２収斂レンズユニットとからなる焦点距離可変式
レンズ装置ないしズームレンズ装置は従来よりよく知ら
れている。例えば米国特許第4,099,844号、同第3,942,8
74号、同第3,446,113号などに斯かるズームレンズ装置
が開示されている。しかし、これらの従来公知のズーム
レンズ装置には、第１及び第１レンズユニットに加わっ
て、第３レンズユニットが備わっている。従って、ズー
ムレンズ装置それ自体は構成が複雑で、コスト高になっ
ている。尚、これらの従来公知のズームレンズ装置のレ
ンズ構成は３群６枚型である。

【０００３】他方、米国特許第4,585,314号には、拡散
屈折パワーを有する固定型第１レンズユニットと、収斂
屈折パワーを有する可動型第２レンズユニットとからな
るバリフォーカルレンズ装置が開示されている。このレ
ンズ構成は２群６枚型であるが、最大写角(maximum ful
l field angle)が３８度しかないので、カメラの撮像レ
ンズ（対物レンズ）として使うには適していない。

【０００４】米国特許第5,278,698号には、焦点距離可
変式レンズを一部に採用した拡大投射レンズ装置が開示
されている。詳述すれば、実施例１７〜２１によるレン
ズ装置は、負の第１レンズユニット（「負の第１レンズ
群」と言っている）と、正の第２レンズユニット（「正
の第２レンズ群」と言っている）と、正の第３レンズユ
ニット（「正の第３レンズ群」と言っている）とで構成
されている。一部の実施例でのレンズ装置におけるレン
ズ枚数は４枚以下（実施例１９）であり、全てのレンズ
ユニットが移動できるようになっていて焦点距離可変式
レンズを構成している。この米国特許によれば、「第２
レンズ群と第３レンズ群との間隔を変化させ、全レンズ
系を移動させることにより、焦点距離を変える」と記載
されている。それに、このレンズ装置の写角(field ang
le)は５０度に過ぎず、明るさ（Ｆ値）は４.８〜５.９
の可変値であり、ズーム比は１.５となっている。

【０００５】それでももっと簡単な、つまり、写角が少
なくとも６０度でズームレンズユニットが一つだけ、口
径比が大きく、ズーム比が１.５以上、しかも、レンズ
枚数の少ない焦点距離可変式レンズ装置（バリフォーカ
ルレンズ装置）が求められている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ズーム
レンズユニットが一つだけで、写角が少なくとも６０度
あり、口径比が大きく（従って、Ｆ値が小さく）、ズー
ム比が１.５以上もあり、レンズ枚数の少ない焦点距離
可変式レンズ装置を提供することにある。

【０００７】本発明によれば、前述の目的を達成するた
めになされた焦点距離可変式レンズ装置は、一方が固定
型で、他方が可動型の互いに隣接するレンズユニットを
備え、これらのレンズユニットは被写体側から結像面へ
の順に並べられて第１レンズユニットと第２レンズユニ
ットの順となっている。

【０００８】本発明による焦点距離可変式レンズ装置に
おける第１レンズユニットは、拡散屈折パワーを有し、
被写体側の前玉を構成していて、一枚の負のレンズで構
成されている。

【０００９】また、本発明による焦点距離可変式レンズ
装置における第２レンズユニットは、収斂屈折パワーを
有し、少なくとも二枚の正パワーのレンズと絞りとから
なる。

【００１０】本発明の好ましい実施の形態では、第１レ
ンズユニットは固定型、即ち、固定されており、第２レ
ンズユニットは可動型、即ち、移動自在となっており、
この第２レンズユニットの二枚の正のレンズの間に絞り
が介在している。

【００１１】別の実施の形態にあったは、第１レンズユ
ニットを構成する一枚の負のレンズは非球面を有すると
共に、Ｖ値（Ｖ-number、アッベ数）が５０以上となっ
ている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以後、添付図面を参照しながら、
本発明による焦点距離可変式レンズ装置の幾つかの好ま
しい実施の形態を、数値データ（レンズ面Ｓ１〜Ｓ７又
はＳ〜Ｓ８についての表１、３、５、７、９を引き合い
に出して具体的に説明する。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【表３】

【００１６】

【表４】

【００１７】

【表５】

【００１８】

【表６】

【００１９】

【表７】

【００２０】

【表８】

【００２１】

【表９】

【００２２】

【表１０】

【００２３】本発明の第１実施の形態による焦点距離可
変式レンズ装置１００を図１に、また、そのパラメータ
を表１に示す。表２は、ＭＴＦ応答性で表したレンズ装
置１００の性能特性を示す。この実施の形態によるレン
ズ装置１００は、互いに隣接するレンズユニットからな
る。本願明細書において用いる「隣接する」なる用語
は、両者間に何も存在しない、ことば通りにすぐ隣り合
った関係を意味する。従って、「隣接したレンズユニッ
ト」とは、両レンズユニットとの間に介在するものは何
もない状態を意味する。これらの隣接するレンズユニッ
トは、拡散屈折パワーを有する第１レンズユニット１１
０と、収斂屈折パワーを有する第２レンズユニット１２
０とを指す。これらの二つのレンズユニットの間の空隙
Ａはズーミング操作の際にその大きさが変化する。

【００２４】第１レンズユニット１１０は、前玉ユニッ
トであって、一枚の負のレンズ１１２からなる。このレ
ンズ１１２は、結像面に向かって凹状になった単メニス
カス型レンズであり、被写体側に向かった面はディスト
ーションを最小限にするために非球面Ｓ１となってい
る。このレンズ１１２は、低分散性ガラス（Ｖ値が５０
より小さいガラス）で作製されている。Ｖ値が５５以上
あれば好ましく、５８以上あればもっと好ましく、６０
以上あれば申し分ない。これで、側方色収差をコントロ
ールできると共に、第１レンズユニットに正パワーのレ
ンズを使う必要がなくなる。

【００２５】第２レンズユニット１２０は、少なくとも
二枚の正パワーのレンズ１２２、１２４と、両レンズ１
２２、１２４の間に介在する絞り１２３とからなる。こ
の第２レンズユニットの第１レンズ１２２は、正の両凸
面レンズであり、両面の凸形状は同一、即ち、曲率半径
が同一となっている。このレンズは両面が非球面でもあ
る。このレンズ１２２の両面の非球面は同一形状であ
り、同じ非球面式（表１を参照のこと）で表されてい
る。従って、このレンズ１２２は前後方向に対称形状に
なっている。第１レンズ１２２の両面Ｓ３、Ｓ４が同一
であるから、同一工具を用いてその面を仕上げることが
できる。また、このレンズ１２２の両面が同一であるこ
とから、レンズ装置の組立に際してもレンズ１２２の向
きに注意を払う必要もなく、どちら向きに配置しても良
い。即ち、このレンズ１２２のどちらが被写体側で、ど
ちらが結像面側なのか、迷う必要がない。従って、この
ようなレンズを利用した焦点距離可変式レンズ装置の製
造コストを抑えることができるのである。

【００２６】第２レンズユニット１２０の第２レンズ１
２４は正のレンズである。この第２レンズ１２４の被写
体側表面は回折面(diffractive surface)Ｓ５で、結像
面側表面は非球面Ｓ６となっている。この回折面Ｓ５
は、レンズステムの色収差を補正するために用いている
もので、そのためにレンズ装置（Ｆ-Ｃ）はアクロマチ
ック（色消し）レンズ系となっている。この第２レンズ
ユニットに回折面を用いることで、色補正用としての負
のレンズを用いる必要はなく、二枚のレンズ１２２、１
２４で三枚レンズ構成と同様に機能するようになってい
る。従って、全体で三枚のレンズと一つのズーム用レン
ズユニットだけで、レンズ装置１００をして約６２度の
広角写角が得られ、ズーム比も１.６５、Ｆ値が４.０〜
５.３とすることができるのである。

【００２７】尚、図１に示した透明平レンズ１２６、１
２８は、フィルターとカバーガラスを表している。これ
らの平レンズ１２６、１２８には光学屈折パワーはない
が、特定の光学システムの設計要件として必要となって
いるに過ぎない。また、これらの平レンズ１２６、１２
８については、本発明のレンズ装置１００を設計するに
当たってそのレンズを取り入れているものの、そのよう
なレンズを利用しなくとも類似にレンズを利用すること
で本発明のレンズ装置１００を構成することも可能であ
る。

【００２８】図２から図５と図６から図９までは、広角
位置と望遠位置とにおける焦点距離可変式レンズ装置１
００の性能をそれぞれ表している。つまり、図２から図
４と図６から図８までは、異なった写角位置（０.０、
０.７、最大写角(full field)での光遮蔽特性曲線を表
している。図５と図９とは、本発明のレンズ装置１００
を広角位置と望遠位置とに設定したときでの非点収差、
歪曲、色ズレ(lateral color)をそれぞれ表している。

【００２９】図１０に本発明の別の実施の形態による焦
点距離可変式レンズ装置２００を、また、そのパラメー
タを表３に示す。表４は、ＭＴＦ応答性で表したその性
能特性を示す。この焦点距離可変式レンズ装置２００で
も、互いに隣接するレンズユニット２１０、２２０を用
いている。第１レンズユニット２１０は前玉ユニットを
構成しており、この第１レンズユニット２１０と第２レ
ンズユニット２２０との間の空隙はズーム操作時にその
大きさが変わるようになっている。前述の実施の形態お
けるのと同様に、この第１レンズユニット２１０は、一
枚の負のレンズ２１２からなり、このレンズ２１２は、
結像面に向かって凹状になった単メニスカス型レンズで
ある。このレンズ２１２は、低分散性ガラス（Ｖ値が大
きい）で作製されている。従って、側方色収差をコント
ロールできると共に、第１レンズユニットに正パワーの
レンズを使う必要がなくなる。また、このレンズ２１２
の被写体側表面は非球面Ｓ１となっていて、歪曲を最小
限にしている。

【００３０】焦点距離可変式レンズ装置２００の第２レ
ンズユニット２２０は、正パワーの第１レンズ２２２
と、正の第２レンズ２２４と、第１及び第２レンズ２２
２、２２４の間に介装した絞り２２３とからなる。第１
レンズ２２２は一枚の両凸面レンズであり、第２レンズ
２２４は、負のレンズ２２４Ａと正のレンズ２２４Ｂと
をセメントで張り合わせた二重レンズからなる。この二
重レンズを構成する負のレンズ２２４Ａは、被写体側の
表面が非球面、結像面側の表面が凹面となっている。ま
た、正のレンズ２２４Ｂは等凸面レンズ、即ち、両面が
同一凸形状になっているレンズであって、第２レンズユ
ニット２２０の後玉を構成している。

【００３１】第２レンズユニット２２０を構成する三枚
のレンズはそれぞれプラス、マイナス、プラスの形状を
しているから、全体として正の三枚構成レンズとして作
用する。従って、合計四枚のレンズにしてズームレンズ
ユニットがただ一つだけで、広角写角が約６２度で、ズ
ーム比が１.６５、Ｆ値が４.０〜５.３のレンズ装置２
００が得られるのである。図１１から図１８までは、図
２から図９にそれぞれ相当するもので、図１０に示した
レンズ装置２００の光学特性をプロットしたものであ
る。

【００３２】本発明の第３ないし第５実施の形態を図１
９、図２８、図３７のそれぞれ示す。また、それぞれの
実施の形態によるレンズ装置のパラメータを表５、表
７、表９に示す。表６、表８、表１０は、それぞれの実
施の形態によるレンズ装置の、ＭＴＦ応答性で表した性
能特性を示す。これらの実施の形態によるそれぞれのレ
ンズ装置も、前述した第１実施の形態におけるレンズ装
置とほぼ類似の構成を採っているが、第２レンズユニッ
ト３２０における負のレンズ３２４Ａと正の後玉レンズ
３２４Ｂとは、互いにセメント付けされることなく離れ
ている。両レンズ３２４Ａ、３２４Ｂの間の空隙は、負
のレンズ３２４Ａの厚みよりも小さい。また、レンズ装
置３００、４００、５００のそれぞれの第２レンズユニ
ット３２０、４２０、５２０を構成する第１レンズ３２
２、４２２、５２２と後玉３２４Ｂ、４２４Ｂ、５２４
Ｂは、等凸面レンズであって、対称な表面形状を有して
いる。これらのレンズとレンズ構成の式とパラメータに
ついては表６、表８、表１０にそれぞれ示しているが、
図２０〜図２７、図２９〜図３６、図３８〜図４５は、
焦点距離可変式レンズ装置３００、４００、５００のそ
れぞれの性能を示している。

【００３３】尚、ここまで好ましい実施の形態について
本発明を詳述したが、本発明の範囲から逸脱しなくとも
種々の改変や変形などが考えられる。例えば、焦点距離
可変式レンズ装置の三次収差を著しく影響させるような
ことのないレンズを用いたり、有意光学屈折パワーを有
しない（１／ｆ_T（但し、ｆ_Tは広角モードにおけるレン
ズ装置の焦点距離）の５％より小さい）透明平レンズを
追加、もしくは、削除するようなことも、本発明の範囲
に含まれるものとすべきである。更に、光学屈折パワー
を有しない透明平レンズ（１２６、１２８；２２６、２
２８；３２６、３２８；４２６、４２８；５２６、５２
８で示したレンズ）は、本発明のレンズ装置を構成する
上での重要なレンズ要素とみなすべきものではなく、必
要に応じて省略しても良いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施の形態によるレンズ装置の
概略断面図。

【図２】 広角位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３】 広角位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４】 広角位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図５】 広角位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図６】 望遠位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図７】 望遠位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図８】 望遠位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図９】 望遠位置に設定した場合での図１のレンズ装
置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１０】 本発明の第２実施の形態によるレンズ装置
の概略断面図。

【図１１】 広角位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１２】 広角位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１３】 広角位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１４】 広角位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１５】 望遠位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１６】 望遠位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１７】 望遠位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１８】 望遠位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図１９】 本発明の第３実施の形態によるレンズ装置
の概略断面図。

【図２０】 広角位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２１】 広角位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２２】 広角位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２３】 広角位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２４】 望遠位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２５】 望遠位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２６】 望遠位置に設定した場合での図１９のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２７】 望遠位置に設定した場合での図１０のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図２８】 本発明の第４実施の形態によるレンズ装置
の概略断面図。

【図２９】 広角位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３０】 広角位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３１】 広角位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３２】 広角位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３３】 望遠位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３４】 望遠位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３５】 望遠位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３６】 望遠位置に設定した場合での図２８のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３７】 本発明の第５実施の形態によるレンズ装置
の概略断面図。

【図３８】 広角位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図３９】 広角位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４０】 広角位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４１】 広角位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４２】 望遠位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４３】 望遠位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４４】 望遠位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【図４５】 望遠位置に設定した場合での図３７のレン
ズ装置のＭＴＦ応答性能曲線図。

【符号の説明】

１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ ・・・・ 第１レ
ンズユニット １２０、２２０、３２０、４２０、５２０ ・・・・ 第２レ
ンズユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体側から結像面への順に固定型レン
   ズユニットと可動型レンズユニットとが互いに隣接して
   おり、 （ｉ）拡散屈折パワーを有し、一枚の負のレンズで構成
   されて被写体側の前玉をなす第１レンズユニットと、 （ii）収斂屈折パワーを有し、少なくとも二枚の正パワ
   ーのレンズと絞りとからなる第２レンズユニットとから
   なることを特徴とする焦点距離可変式レンズ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のものであって、前記第
   １レンズユニットを構成する前記負のレンズが非球面を
   有すると共に、そのＶ値が５０よりも大きいことを特徴
   とする焦点距離可変式レンズ装置。