JPH10282414A - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JPH10282414A
JPH10282414A JP9090702A JP9070297A JPH10282414A JP H10282414 A JPH10282414 A JP H10282414A JP 9090702 A JP9090702 A JP 9090702A JP 9070297 A JP9070297 A JP 9070297A JP H10282414 A JPH10282414 A JP H10282414A
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JP
Japan
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lens
lens group
positive
group
object side
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9090702A
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English (en)
Inventor
Norihiro Nanba
則広 難波
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はスチルビデオカメラ等に好適で、変
倍比３、Ｆナンバー２．５、広角端の画角が６０゜程度
あるいはそれ以上の広角でかつ高解像力のズームレンズ
の提供を目的とする。 【解決手段】 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、ズーミング
を前記1レンズ群と第3レンズ群を固定とし、前記第２レ
ンズ群と前記第４レンズ群を移動させて行うズームレン
ズにおいて、前記第3レンズ群を単レンズから構成し、
前記第４レンズ群を負の屈折力のレンズを含む４枚以上
のレンズで構成すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスチルビデオカメ
ラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、写真用カメラ等に用
いられる変倍比３、Ｆナンバー２．５、広角端の画角が
６０゜程度あるいはそれ以上の広角でかつ高解像力のズ
ームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子カメラ、ビデオカメラ等に用
いられるズームレンズとして、物体側から順に正の屈折
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レンズ群で構成
され、第２レンズ群と第４レンズ群の移動により変倍を
行なう４群構成のズームレンズが多く用いられている。
【０００３】これは、外径の大きな第１レンズ群を固定
とし比較的外径の小さいレンズ群を変倍群としているた
めパワーズームとしたときの駆動力が小さいという特徴
がある。また、第４レンズ群をフォーカシング群とすれ
ばフォーカシング専用のアクチュエータが不要になるば
かりでなく、第１レンズ群をフォーカシング群とするの
に比べ、第１レンズ群の光学有効径をあまり増大させる
ことなく最短撮像距離を短縮できるという特徴がある。
【０００４】このような構成のズームレンズとして、例
えば特開昭６２−２４２１３号公報、特開昭６２−２０
６５１６号公報、特開昭６２−２１５２２５号公報、特
開昭６３−１２３００９号公報、特開昭６４−６８７０
９号公報、特開平２−１２１１８号公報等で提案されて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】一般的にビデオカ
メラ用の光学系ではＮＴＳＣ、ＰＡＬ等のテレビ信号の
規格、あるいはビデオの記録方式の規格等によって、必
要とされる解像力には上限があるといってよい。
【０００６】しかしながら、パーソナルコンピュータ用
の画像入力として用いられる電子カメラではこのような
上限を決める規格はない。従来は主にコスト上の理由か
らビデオカメラ用の固体撮像素子が流用されることが多
かったが、コンピュータ上で画像を扱うことが一般的に
なるにつれ、より多画素な固体撮像素子への要求が高ま
っている。特に、モニタやプリンタ等の出力機器の精細
度の向上、機器間の通信速度の向上にともない、入力機
器である電子カメラに要求される解像力は高まる一方で
ある。
【０００７】ところが、上記公報にて開示されている光
学系の構成はビデオカメラ用の解像力程度のものが多
く、このような高解像なズームレンズに対応していない
という課題があった。
【０００８】そこで本発明は、従来のズームレンズ以上
に全変倍範囲にわたり良好な光学性能を有し、かつ小型
で広角なズームレンズの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では以下の構成を
もって上記問題の解決を図っている。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、ズーミングを前記1レンズ群と第3レンズ群
を固定とし、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移
動させて行うズームレンズにおいて、前記第3レンズ群
は単レンズから構成され、前記第４レンズ群は負の屈折
力のレンズを含む４枚以上のレンズで構成されている。
【００１０】特に、前記第４レンズ群は、負の屈折力の
レンズ１枚と正の屈折力のレンズ３枚で構成し、例えば
一つの例として、第４レンズ群を物体側より順に、正レ
ンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、もしくは正レン
ズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの順で構成してい
る。
【００１１】また一つの変形例として、前記第４レンズ
群を物体側より順に、正レンズと負レンズからなる接合
レンズ、正レンズ、正レンズで構成している。
【００１２】また、前記第４レンズ群を、物体側より順
に、物体側に強い凸面を向けた正レンズ、両凹レンズ、
像面側に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸面
を向けた正レンズで構成している。
【００１３】更に、前記第４レンズ群を、物体側より順
に物体側に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸
面を向けた正レンズ、両凹レンズ、像面側に強い凸面を
向けた正レンズで構成している。
【００１４】あるいは、前記第４レンズ群を、物体側よ
り順に両凸レンズと両凹レンズからなるメニスカス接合
レンズ、像面側に強い凸を向けた正レンズ、物体側に強
い凸面を向けた正レンズで構成することもできる。
【００１５】一方、前記第３レンズ群のレンズの屈折率
をＮ３、アッベ数をν３、前記第４レンズ群の両凹レン
ズの焦点距離をｆ４ｎ、前記第４群の焦点距離をｆ４と
したとき以下の条件式を満足させている。
【００１６】 1.55 ＜ Ｎ３ ＜ 1.90 （１） 40.0 ＜ ν３ ＜ 65.0 （２） 0.2 ＜ │ｆ４ｎ│／ｆ４ ＜ 0.7 （３）
【００１７】一方、第2レンズ群に関していえば、前記
第２レンズ群の広角端における横倍率をｂ２ｗ、前記第
２群の望遠端における横倍率をｂ２ｔ、全系の広角端に
おける焦点距離をｆｗ、全系の望遠端における焦点距離
をｆｔとしたとき以下の条件式を満足させるとよい。
【００１８】 0.5 ＜（ｂ２ｔ／ｂ２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜ 0.9 （４）
【００１９】また、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ
１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レン
ズ群の焦点距離をｆ３としたとき以下の条件式を満足す
る様にしている。
【００２０】 0.1 ＜ ｜ｆ２｜／ｆ１ ＜ 0.4 （５） 2.0 ＜ ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）-1/2 ＜ 6.0 （６） 1.0 ＜ ｆ４／（ｆｗ・ｆｔ）-1/2 ＜ 2.0 （７）
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明のズームレンズの基
本構成を示す概略図である。図1から図7は、後述する数
値実施例に対応するレンズ断面図である。
【００２２】図8から図13は、各数値実施例の諸収差図
を示し、これら収差図において、（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は各々、広角端、中間焦点距離、望遠端での諸収
差図を示している。
【００２３】図1における、１は正の屈折力の第１レン
ズ群、２は負の屈折力の第２レンズ群、３は正の屈折力
の第３レンズ群、４は正の屈折力の第４レンズ群、５は
開口絞りであり、第３レンズ群３の前方に配置されてい
る。
【００２４】図中、矢印で示すように広角端から望遠端
への変倍に際して第２レンズ群を像面側に移動させると
共に、第４レンズ群を移動させて変倍に伴う像面移動を
補正している。なお、第１レンズ群、第３レンズ群は変
倍に関し固定である。
【００２５】ここで、本発明のズームレンズは、特に第
４レンズ群を１枚の負レンズを含み全体が４枚以上とな
るよう構成することにより全変倍範囲において良好な光
学性能を達成している。具体的には、第4レンズ群中の
凹レンズの前後に正レンズを配置することにより、第４
レンズ群は基本的にトリプレットを含む構成としてい
る。
【００２６】このようにすることで、全変倍範囲にわた
り第４レンズ群で発生する諸収差を良好に補正してい
る。特に軸上と軸外での収差補正をバランスさせやすく
球面収差と像面彎曲をともに良好に補正できるため、イ
メージサークル全域に渡って良好な光学性能が得られ
る。
【００２７】また、本発明のズームレンズは第４レンズ
群を繰り出す事により、フォーカシングを行っている。
特に第４レンズ群をトリプレットの変形とすることによ
り繰り出し後の収差変動が抑えられるため、最短撮像距
離が短縮できる。特に繰り出し量の大きい望遠側のフォ
ーカス変動が低減されるため、望遠マクロ時に良好な性
能が得られるという利点がある。
【００２８】さらに、本発明ではこのトリプレットの前
あるいは後に正レンズを配置することにより、正の屈折
力を配置して球面収差、軸外コマ収差等の各収差の発生
量を低減している。
【００２９】このような構成の具体例として、第４レン
ズ群を物体側より順に物体側に強い凸面を向けた正レン
ズ、両凹レンズ、像面側に強い凸を向けた正レンズ、物
体側に強い凸面を向けた正レンズで構成すると、第４レ
ンズ群を必要最低限の枚数で構成し光学性能を良好に維
持することが可能である。この構成では２枚の正レンズ
を後方に配置しているため、射出瞳を像面から遠ざけら
れ固体撮像素子における斜入射光によるシェーディング
の影響を回避できるという利点がある。
【００３０】また、第４レンズ群を物体側より順に物体
側に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸面を向
けた正レンズ、両凹レンズ、像面側に強い凸面を向けた
正レンズで構成しても、第４レンズ群を必要最低限の枚
数で構成し光学性能を良好に維持することが可能であ
る。この構成では第４レンズ群の最も像面側のレンズの
光線有効径を比較的小さくできるため第４レンズ群の小
型軽量化に有利であり、第４レンズ群をフォーカシング
群とした場合の駆動力が小さいという利点がある。
【００３１】また、第４レンズ群の負レンズはその物体
側にある正レンズと貼り合わせられていてもよい。分離
型の場合は正レンズと負レンズ間の空気レンズを構成す
る面での偏心敏感度が高くなる傾向がある。よって、貼
り合わせとすればこのような面での偏心誤差による性能
劣化を低減できるという効果がある。
【００３２】このような構成の具体例として、第４レン
ズ群を物体側より順に、両凸レンズと両凹レンズからな
るメニスカス接合レンズ、像面側に強い凸を向けた正レ
ンズ、物体側に強い凸面を向けた正レンズで構成すると
第４レンズ群を必要最低限の枚数で構成し光学性能を良
好に維持するのに好ましい。
【００３３】なお、上記構成の第４レンズ群中の正レン
ズを正レンズと負レンズの接合構成とすれば、軸上、軸
外ともに残存色収差が低減され、より高解像力のズーム
レンズが提供できるのは言うまでもない。
【００３４】また、本発明のズームレンズは第３レンズ
群を正レンズ１枚で構成している。第３レンズ群は第２
レンズからの発散光束をアフォーカル光束または収斂光
束へ変換するような屈折力を有すればよく、装置全体の
小型化の点でレンズ１枚が好ましい。なお、本発明の数
値実施例では第３レンズ群は球面レンズであるが、Ｆ値
を小さくする場合は球面収差補正のために非球面を導入
すると効果的である。
【００３５】そして、本発明では前述の条件式（１）〜
（７）を満たすよう光学諸定数を特定することにより、
レンズ系全体の小型化を図りつつ全変倍範囲にわたり良
好なる光学性能を有したズームレンズを得ている。
【００３６】次に、前述の各条件式の技術的意味につい
て説明する。
【００３７】条件式（１）は第３レンズ群の正レンズの
屈折率を規定したものである。上限、下限ともに越える
とペッツバール和の絶対値が大きくなるため、像面彎
曲、非点収差が補正不足となり良くない。
【００３８】条件式（２）は第３レンズ群の正レンズの
アッベ数を規定したものである。上限を越えても下限を
越えてもともに軸上色収差と倍率色収差のバランスをと
ることが困難になるためよくない。特に空間周波数にお
ける高周波の解像力を向上させるためには色収差が充分
に補正されていなければならなく、高解像力のズームレ
ンズを得るために条件式（２）は重要である。
【００３９】条件式（３）は、第４レンズ群中の両凹レ
ンズの屈折力を規定したものである。上限を越えると第
４レンズ群のペッツバール和が正方向に大きくなりアン
ダーの像面彎曲が発生するためよくない。またフィルタ
ー群を配置するための充分なバックフォーカスが得られ
ない。また、射出瞳を像面から充分遠ざけることができ
ないといった問題が発生する。下限を越えると球面収差
が全変倍範囲で補正過剰となるためよくない。また、軸
外コマ収差が補正不足となる。バックフォーカスが長く
なりコンパクト化が困難になるといった問題が発生す
る。
【００４０】条件式（４）は第２レンズ群の広角端と望
遠端における横倍率の比と全系での広角端と望遠端にお
ける焦点距離の比に関するものであり、ズーム比に対す
る第２群の変倍分担率を規定したものである。上限を越
えると変倍の際、第１群で発生する収差変動を第２群で
充分に補正するのが困難となる。特に軸上色収差と倍率
色収差の変動量をともに補正するのが困難となる。な
お、第２群の変倍分担である条件式（４）が１に満たな
い部分は第３レンズ群と第４レンズ群の合成系の変倍作
用により補っている。よって、下限をこえると第３レン
ズ群と第４レンズ群の合成系での変倍作用が強まる。そ
うすると変倍に関して第４レンズ群の移動量が大きくな
り、コンパクト化が困難となる。
【００４１】条件式（５）は第１レンズ群と第２レンズ
群の焦点距離の比を規定したものである。上限を越えて
第２レンズ群の焦点距離の絶対値が第１レンズ群の焦点
距離に比べて大きくなると第２レンズ群の移動距離が長
くなる。そうすると、第１レンズ群と開口絞りとの距離
が長くなるため、第１レンズ群の有効径が大きくなるた
めよくない。また、下限を越えて第２レンズ群の焦点距
離の絶対値が第１レンズ群の焦点距離に比べて小さくな
ると第２レンズ群で発生する諸収差の補正が困難とな
る。特に変倍における軸上色収差と倍率色収差の変動を
ともに補正することが困難となり、空間周波数における
高周波成分の解像力が低下するという問題が発生する。
【００４２】条件式（６）は第３レンズ群の焦点距離を
規定したものである。上限を越えて第３レンズ群の屈折
力が弱くなりすぎると軸上光束が発散状態で第４群に入
射し第４レンズ群の外径が大きくなるためよくない。ま
た、第４レンズ群中の両凹レンズより物体側の正レンズ
での収斂作用が強まり、特に球面収差が補正不足となる
ためよくない。また、下限を越えて第３レンズ群の屈折
力が強くなりすぎると、所定のバックフォーカスが得ら
れない、変倍に必要な第３レンズ群と第４レンズ群との
間隔が得られないためよくない。
【００４３】条件式（７）は第４レンズ群の焦点距離を
規定したものである。上限を越えて第４レンズ群の屈折
力が弱くなりすぎるとフォーカシングにおける繰り出し
量が増加するためオートフォーカス時の駆動電力、応答
速度の点でよくない。下限を越えて第４レンズ群の屈折
力が強くなりすぎるとフィルター群を挿入するための充
分なバックフォーカスが得られないためよくない。
【００４４】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてＲｉは物体側より第ｉ番目のレンズ面の曲率
半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空
気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００４５】また、表１に各数値実施例における各条件
式の値を示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【外１】
【００４８】
【外２】
【００４９】
【外３】
【００５０】
【外４】
【００５１】
【外５】
【００５２】
【外６】
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、上述のように光学系を
構成することにより、広角端の画角が６０゜程度あるい
はそれ以上で全変倍範囲にわたって良好な光学性能を有
し解像力の高いズームレンズが提供できるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のズームレンズの基本構成を示す概略
図。
【図２】本発明に関する数値実施例１の光学断面図。
【図３】本発明に関する数値実施例２の光学断面図。
【図４】本発明に関する数値実施例３の光学断面図。
【図５】本発明に関する数値実施例４の光学断面図。
【図６】本発明に関する数値実施例５の光学断面図。
【図７】本発明に関する数値実施例６の光学断面図。
【図８】本発明に関する数値実施例1の諸収差図。
【図９】本発明に関する数値実施例２の諸収差図。
【図１０】本発明に関する数値実施例３の諸収差図。
【図１１】本発明に関する数値実施例4の諸収差図。
【図１２】本発明に関する数値実施例5の諸収差図。
【図１３】本発明に関する数値実施例６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 ５ 絞り ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 △Ｓ サジタル像面 △Ｍ メリディオナル像面

Claims (10)

    【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、ズーミング
    を前記1レンズ群と第3レンズ群を固定とし、前記第２レ
    ンズ群と前記第４レンズ群を移動させて行うズームレン
    ズにおいて、前記第3レンズ群は単レンズから構成さ
    れ、前記第４レンズ群は負の屈折力のレンズを含む４枚
    以上のレンズで構成されることを特徴とするズームレン
    ズ。
  2. 【請求項２】 前記第４レンズ群は負の屈折力のレンズ
    １枚と正の屈折力のレンズ３枚で構成されることを特徴
    とする請求項１記載のズームレンズ。
  3. 【請求項３】 前記第４レンズ群は物体側より順に、正
    レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、もしくは正レ
    ンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの順で構成される
    ことを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
  4. 【請求項４】 前記第４レンズ群は物体側より順に、正
    レンズと負レンズからなる接合レンズ、正レンズ、正レ
    ンズで構成されることを特徴とする請求項１記載のズー
    ムレンズ。
  5. 【請求項５】 前記第４レンズ群は物体側より順に、物
    体側に強い凸面を向けた正レンズ、両凹レンズ、像面側
    に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸面を向け
    た正レンズで構成されることを特徴とする請求項１記載
    のズームレンズ。
  6. 【請求項６】 前記第４レンズ群は物体側より順に、物
    体側に強い凸面を向けた正レンズ、物体側に強い凸面を
    向けた正レンズ、両凹レンズ、像面側に強い凸面を向け
    た正レンズで構成されることを特徴とする請求項１記載
    のズームレンズ。
  7. 【請求項７】 前記第４レンズ群は物体側より順に、両
    凸レンズと両凹レンズからなるメニスカス接合レンズ、
    像面側に強い凸を向けた正レンズ、物体側に強い凸面を
    向けた正レンズで構成されることを特徴とする請求項１
    記載のズームレンズ。
  8. 【請求項８】 前記第３レンズ群のレンズの屈折率をＮ
    ３、アッベ数をν３、前記第４レンズ群の両凹レンズの
    焦点距離をｆ４ｎ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４
    としたとき以下の条件式を満足することを特徴とする請
    求項5、６、７記載のズームレンズ。 1.55 ＜ Ｎ３ ＜ 1.90 40.0 ＜ ν３ ＜ 65.0 0.2 ＜│ｆ４ｎ│／ｆ４ ＜ 0.7
  9. 【請求項９】 前記第２レンズ群の広角端における横倍
    率をｂ２ｗ、前記第２レンズ群の望遠端における横倍率
    をｂ２ｔ、全系の広角端における焦点距離をｆｗ、全系
    の望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき以下の条件
    式を満足することを特徴とする請求項８記載のズームレ
    ンズ。 0.5 ＜（ｂ２ｔ／ｂ２ｗ）／（ｆｔ／ｆｗ）＜ 0.9
  10. 【請求項１０】 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、
    前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第３レンズ群
    の焦点距離をｆ３としたとき以下の条件式を満足するこ
    とを特徴とする請求項９記載のズームレンズ。 0.1 ＜ ｜ｆ２｜／ｆ１ ＜ 0.4 2.0 ＜ ｆ３／（ｆｗ・ｆｔ）-1/2 ＜ 6.0 1.0 ＜ ｆ４／（ｆｗ・ｆｔ）-1/2 ＜ 2.0
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