JPH11119103A

JPH11119103A - 大きなズーム比を有するコンパクトズームレンズ

Info

Publication number: JPH11119103A
Application number: JP10229904A
Authority: JP
Inventors: William Thomas Goosey; ウィリアム・トーマス・グーズィ
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 1999-04-30
Also published as: US5886829A

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的大きなズーム比を有するコンパクトな
ズームレンズシステムを提供する。【解決手段】正のパワーを有する前側レンズユニット
Ｕ₁と；前側レンズユニットＵ₁と同時に移動可能とされ
た負のパワーを有する後側レンズユニットＵ₃と；これ
らレンズユニットＵ₁，Ｕ₃と同一方向に移動しかつさら
に短い距離だけ移動可能とされた正のパワーを有する中
央レンズユニットＵ₂と；を備えてなり、中央レンズユ
ニットＵ₂または後側レンズユニットＵ₃を構成する少な
くとも一つのレンズ素子が７１以上のＶ数を有し；Ｌ_v
／ｆ_t＜０．９かつズーム比ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w＞２．３と
なるようにズーム比ＺＲを与えかつ全体をコンパクトに
維持するために、ズームレンズの複数のレンズ素子が十
分な光学的パワー、空間および曲率半径を有することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、写真用カメラ、ビ
デオカメラ、電子カメラ等の対物レンズまたは撮影レン
ズとして使用するのに適しているコンパクトズームレン
ズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ズームレンズは、概して、一つまたはそ
れ以上のレンズ素子を含む、複数のグループ（ユニッ
ト）からなる。正の前部レンズユニットと、正の中央レ
ンズユニットと、負の後部レンズユニットとを含む、三
つのユニットからなるズームレンズの製造は周知であ
る。しかし、ズームレンズ付きのカメラを小型にし、軽
量にし、コストを下げるために少ない数のレンズ素子
と、最も少ない数の独立ズームレンズしか有していない
にもかかわらず幅の広い焦点距離の全体にわたって、高
品質の画像を形成することができるさらにコンパクトな
ズームレンズ（ズームレンズシステムとも呼ばれる。）
を開発するため、現在も努力が続けられている。

【０００３】より詳細に説明すると、ズームレンズシス
テムは、各ズーム位置において高品質の画像を形成し、
ある範囲の画角にわたって平らな視野を保持できるもの
でなければならない。さらに、望遠位置において、フィ
ルム距離に対して、最小の前側頂点を有することが望ま
しい。そうすることにより、パッケージサイズが小型に
なり、レンズシステム全体の大きさが小さくなる。コス
トを下げ、機構を簡単にするためには、レンズ素子の数
を最も少なくし、各ズームレンズユニットの数を最も少
なくすることも望ましいことである。しかし、独立して
移動することができるレンズユニットの数が最も少な
く、レンズ素子の数が最も少ないコンパクトズームレン
ズシステムを作るための要件は、多くの場合、広い焦点
距離の範囲にわたって高品質の画像を形成するための要
件と両立しない。このような矛盾は、（ｉ）レンズユニ
ット間の空隙が狭くなると、（ｉｉ）（レンズユニット
の光学的パワーが変化しない限り）、前側頂点の像面に
対する距離も小さくなり、レンズユニットがズームを行
っている間、十分に移動できないために起こる。移動で
きる距離が短いので、レンズシステムのズーム比が小さ
くなる。ズーム比ＺＲは、レンズシステムの焦点距離の
比によって表される。すなわち、ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_wであ
る。但し、ｆ_wは、広角モードでのズームレンズシステ
ムの焦点距離であり、ｆ_tは、望遠位置での前記レンズ
システムの焦点距離である。ズーム比を大きくするため
に（追加のレンズ素子を使用しないで）レンズユニット
の光学的パワー（optical power）を増大した場合に
は、レンズ面がさらに強くなり、レンズシステムの性能
が低下する。

【０００４】それ故、ズーム比を２Ｘ以上に大きくする
ためにレンズシステムの光学的パワーを増大すると、レ
ンズシステムの性能を維持するのがさらに難しくなる。
そのため、高いズーム比を有するレンズシステムは、よ
り多くの数のレンズ素子を必要とする。そのため、レン
ズシステムのコストが増大し、多くの場合、レンズシス
テムのサイズが大きくなる。すでに説明したように、レ
ンズシステム内のレンズ素子の数が少なくなると、レン
ズシステムの性能が低下する。

【０００５】レンズシステムをどれくらい小型にするこ
とができるかは、レンズシステムの前側頂点からその後
側頂点までのレンズシステムの全長Ｄにより決まる。Ｄ
の数値が小さくなれば小さくなるほど、レンズシステム
はよりコンパクトになる。

【０００６】また、レンズシステムをどれくらい小型に
することができるかは、ｆ_tに対するＬ_vの比によっても
知ることができる。前記Ｌ_vは、レンズシステムの前側
頂点から望遠位置のフィルム面までの距離である。前記
比が小さくなれば小さくなるほど、ズームレンズシステ
ムはよりコンパクトになる。しかし、すでに説明したよ
うに、レンズシステムを小型にするためにズーム比を小
さくしたり、光学性能を低下させてはならない。

【０００７】下記の五つの米国特許は、すべて、それぞ
れ、正の光学的パワー、正の光学的パワーおよび負の光
学的パワーの三つのレンズユニットを含むズームレンズ
システムを開示している。

【０００８】１９８８年２月２３日付けの米国特許第
４，７２６，６６８号明細書は、それぞれ、正の光学的
パワー、正の光学的パワーおよび負の光学的パワーの三
つのレンズユニットを含むズームレンズシステムを開示
している。開口絞りは、中央レンズユニット内に位置し
ている。前側レンズユニットおよび後側レンズユニット
は、互いに独立状態で移動し、開口絞りを含む第二のユ
ニットは、ズーム動作中静止状態に維持される。このレ
ンズシステムは、六つのレンズ素子を有し、レンズシス
テムの前側頂点から後側頂点までの全長Ｄは、望遠位置
で４６．９５である。広角位置の場合、最大歪は５％で
あり、非点収差値は０．８ｍｍである。望遠位置の場
合、歪の数値は同様に５％であり、最大非点収差値は
０．８ｍｍより大きい。レンズシステムは、非点収差お
よび歪曲収差に関する性能がより優れていて、レンズ素
子の数がより少なく、そのためよりコンパクトであるこ
とが望ましい。すなわち、望遠位置における全長Ｄが、
実質的に短いレンズシステムであることが望ましい。

【０００９】１９９４年１０月４日付の米国特許第５，
３５３，１６０号明細書は、三つの移動可能なレンズユ
ニットの形で配置されている四つまたは五つのレンズ素
子を含むズームレンズシステムを開示している。前記レ
ンズシステムは、僅か２．０のズーム比ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w
を有し、そのコンパクト比Ｌ_v／ｆ_tは０．９３である。
図の種々の実施形態の場合、歪の数値は広角位置で約２
〜４％であり、望遠位置で約２〜４％である。非点収差
の数値は、広角位置で約０．４ｍｍであり、望遠位置で
０．４〜０．６ｍｍである。

【００１０】１９９４年６月２８日付の、米国特許第
５，３２５，２３５号明細書のレンズ素子の数は、比較
的少ない（レンズ素子の数は四つ）。そのズーム比ＺＲ
は僅か１．６であり、そのコンパクト比は約１．０であ
る。（例えば、実施形態３および５の場合、それぞれ、
コンパクト比は０．９６および１．１３である。）それ
故、このズームレンズシステムは、米国特許第５，３５
３，１６０号明細書のズームレンズシステムよりも大型
で、ズーム比が小さい。非点収差の最大値は、広角位置
においても、望遠位置においても、約０．５ｍｍから
１．０ｍｍである。レンズシステムが望遠位置にある場
合、実施形態により、歪値は約０．５％から約２％の間
で変化し、レンズシステムが広角位置にある場合、約２
％から約５％の間で変化する。

【００１１】１９９４年１０月４日付の米国特許第５，
３５３，１５９号明細書は、ズーム動作中、移動する三
つのレンズユニットを含むズームレンズシステムを開示
している。前記ズームレンズシステムのズーム比ＺＲは
僅か１．８７であり、コンパクト比は約１．０１であ
る。このズームレンズシステムのレンズ素子の数は８ま
たは９である。歪の数値は、広角位置においても、望遠
位置においても、約１％から約４％の間である。レンズ
システムが広角位置にある場合、非点収差値は約０．２
ｍｍから約０．５ｍｍの間で変化し、レンズシステムが
望遠位置にある場合、約０．２ｍｍから約０．７ｍｍの
間で変化する。この参照文献が開示する第二のズームレ
ンズシステムの実施形態は、その第二のレンズユニット
に７０のＶ数を有する一つのレンズ素子を含む。

【００１２】１９９３年６月１日付の米国特許第５，２
１６，５４７号明細書は、ズーム動作中、移動する三つ
のレンズユニットを含むズームレンズシステムを開示し
ている。前記ズームレンズシステムのズーム比ＺＲは僅
か１．８７であり、コンパクト比は約０．９４である。
このズームレンズシステムのレンズ素子の数は７であ
る。歪の数値は、広角位置においても、望遠位置におい
ても、約２％から約３％の間である。レンズシステムが
広角位置にある場合、非点収差値および／または視野曲
率は、約０．２ｍｍから約０．５ｍｍの間で変化し、レ
ンズシステムが望遠位置にある場合、約０．２ｍｍから
約０．７ｍｍの間で変化する。この参照文献が開示する
第二のズームレンズシステムの実施形態は、その第二の
レンズユニットに７０のＶ数を有する一つのレンズ素子
を含む。

【００１３】他の米国特許も、三つのユニットのレンズ
システムを開示しているが、これらのシステムは、前記
米国特許のレンズシステムより実質的に大きいか、レン
ズ素子の数が実質的に多いか、ズーム比が実質的に小さ
い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の一つの目的
は、光学性能が優れていて、独立して移動可能なレンズ
ユニットの数をできるだけ少なく、比較的大きなズーム
比（すなわち約２．４またはそれ以上のズーム比ＺＲ）
を有し、従来技術のズームレンズシステムよりもコンパ
クトなズームレンズシステムを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズシ
ステムは、三つのレンズユニットを備える。より詳細に
説明すると、正のレンズ素子と負のレンズ素子からなる
正の屈折力の前側レンズユニットと、正の屈折力を有す
る中央レンズユニットと、負の屈折力を有する後側レン
ズユニットを備える。広角位置から望遠位置までズーム
を行っている間に、前側および後側レンズユニットは、
同時にズーム動作中に広角位置から望遠位置へ物体側の
方向に移動することができる。中央レンズユニットは、
前側および後側レンズユニットが移動する速度よりも比
較的遅い速度で物体側へ移動する。すなわち、中央レン
ズユニットは、前側および後側レンズユニットが移動す
る距離よりも短い正味の軸方向距離だけ移動する。前記
の「正味の軸方向距離」という用語は、レンズユニット
のあるズーム位置から他のズーム位置までの軸方向の距
離である。レンズ素子は、Ｌ_v／ｆ_t＜０．９かつズーム
比ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w＞２．３となるように大きなズーム比
ＺＲを与え、全体をコンパクトに維持することができる
だけの十分な光学的パワー、空間および曲率半径を有す
る。ここで、Ｌ_vは、レンズシステムの前側頂点から望
遠位置のフィルム面までの距離であり、ｆ_tは、望遠位
置でのレンズシステムの焦点距離であり、ｆ_wは、広角
位置でのズームレンズシステムの焦点距離である。前記
中央レンズユニットまたは前記後側レンズユニットを構
成する少なくとも一つのレンズ素子は、７０以上のＶ数
を有する。

【００１６】好適な実施形態の場合には、このＶ数は８
０より大きい。同様に、ある好適な実施形態の場合に
は、前後のレンズユニットは一体になっていて、同じ速
度および同じ方向にズーム動作を行うために移動するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、第一の実施形態によるレ
ンズシステム１００の断面図であって、（ａ）は広角位
置、（ｂ）は中央位置、（ｃ）は望遠位置のそれぞれに
おける断面図である。図２〜図７は、図１のレンズシス
テム１００の収差を表した図である。図８〜図１０は、
それぞれ広角位置、中央位置および望遠位置のレンズシ
ステム１００の変調伝達関数（ＭＴＦ）対周波数のグラ
フである。図１１は、第二の実施形態によるレンズシス
テム２００であって、（ａ）は広角位置、（ｂ）は中央
位置、（ｃ）は望遠位置のそれぞれにおける断面図であ
る。図１２〜図１７は、図１１のレンズシステム２００
の収差を表した図である。図１８〜図２０は、それぞれ
広角位置、中央位置および望遠位置のレンズシステム２
００の変調伝達関数（ＭＴＦ）対周波数のグラフであ
る。図２１は、ズームレンズシステム１００，２００お
よびマウントの概略を示した側断面図である。

【００１８】図１および図１１はそれぞれ、本発明の実
施形態である、二つの例（レンズシステム１００および
２００）である。表１〜表３および表４〜表６は、それ
ぞれ、これら二つの例を示す。表および図面において
は、Ｒにつけた添字の番号は、レンズの前側、すなわ
ち、物体側からレンズの後側、すなわち、像側に順番に
昇順につけてある。レンズ素子の厚さＴ、面半径Ｒおよ
びレンズ素子間の空間Ｓも、同様に、前から後に昇順に
番号がつけられている。例えば、Ｓ₁は第一の空隙に対
応し、Ｓ₂は第二の空隙に対応し、Ｓ₃は第三の空隙に対
応し、Ｓ₄は第四の空気空間に対応する。表中、空間お
よび厚さは、場合により、これら空間または厚さの前に
位置する面と同じライン上に表示してある。すべての指
数Ｎ_cは、５４６．１ナノメートルの波長λｅの所のス
ペクトルの水銀ｅ線に対するものである。記号ｖはレン
ズの材質に対するアッベ数Ｖを示す。表中の厚さおよび
空間の単位はミリメートルである。

【００１９】＜レンズユニット構成の説明＞本発明の例
示としての実施形態の場合には、ズームレンズシステム
は、軸方向に移動することができる三つのレンズユニッ
トＵ₁，Ｕ₂，Ｕ₃内に配置されている、五つのレンズ素
子Ｅ₁〜Ｅ₅を含む。図２１に示すように、レンズユニッ
トＵ₁およびＵ₃は、機械的に一緒にリンクしていて、ズ
ーム動作中一緒に移動する。それ故、これら二つのレン
ズユニット（すなわち、Ｕ₁およびＵ₃）の間の空間はズ
ーム動作中変化せず、そのため、三つの独立した移動レ
ンズユニットを有する通常のズームレンズシステムが必
要とするズーム機構より、遥かに簡単なズーム機構を使
用することができるという実質的な利点を有する。より
詳細に説明すると、前側レンズユニットＵ₁および後側
レンズユニットＵ₃は、一体となって移動する。前記二
つのレンズユニットは、同じ速度で同じ方向に同時に移
動することができ、中央レンズユニットＵ₂は、同じ方
向にもっとゆっくりした速度で移動することができる。
ズームレンズシステムが広角位置（Ｗ）から望遠位置
（Ｔ）の方向にズーム移動すると、三つのレンズユニッ
トが（光軸に沿って）物体側に移動するにつれて、前側
レンズユニットＵ₁と、中央レンズユニットＵ₂との間の
空間は広くなり、中央レンズユニットＵ₂と、後側レン
ズユニットＵ₃との間の空間は狭くなる。レンズユニッ
トＵ₁およびＵ₃は一緒に移動することが好ましいが、必
ずしも一緒に移動しなくてもよい。レンズユニットＵ₁
およびＵ₃は、ズーム比をさらに大きくするために切り
離すことができる。

【００２０】前記の例示としての実施形態の場合には、
前側レンズユニットＵ₁は、色消しの正のパワー（powe
r）のダブレットである。このダブレットは主軸方向に
おける色収差（primary axial color）を補正する。第
一の例示としての実施形態の前側レンズユニットＵ₁の
焦点距離ＦＬ₁は、約５０．３ｍｍで、そのパワーは約
１．９９ｘ１０^-2である。第二の例示としての実施形態
の前側レンズユニットＵ₁の焦点距離ＦＬ₁は、約６０．
９ｍｍで、そのパワーは約１．６４ｘ１０^-2である。
（前側レンズユニットＵ₁の）ダブレットは、前（すな
わち物体側）に位置する正のパワーのレンズ素子Ｅ
₁と、レンズ素子Ｅ₁の後方に位置する負のパワーのレン
ズ素子Ｅ₂とを接合した接合ダブレットであることが好
ましい。前側レンズ素子Ｕ₁として、接合ダブレットを
使用すれば、ズームレンズユニットの一方を色消しにす
ることができる。さらに、接合ダブレットを使用すれ
ば、前記米国特許第５，３５３，１６０号明細書に開示
されているような、空隙を間に有するダブレットを使用
する構成と比較すると、前側レンズユニットＵ₁の装着
および配列が簡便になる。このように装着および配列が
簡便化されるのは、鏡胴内で空隙を間に有する二つのレ
ンズ素子の中心を合わせることよりも、装着される前に
接着材で接合される二つのレンズ素子の中心を、鏡胴内
で合わせる方が容易だからである。その理由は、通常、
マウント表面の製造誤差およびレンズ素子直径の誤差に
よるものである。レンズ直径の誤差または装着誤差によ
り生じる接着材で接合されていない二つのレンズ素子の
光軸の狂いは、視野の傾斜および軸方向のコマ収差のよ
うな収差を起こす恐れがある。

【００２１】さらに、正のパワーの前側レンズ素子Ｅ₁
を使用することにより、最初の面で光線を焦点の方向に
曲げることができ（すなわち収束させることができ）、
一方で負のパワーの前側レンズ素子は、実際に光線を発
散させる。それ故、正のパワーの前側レンズ素子Ｅ₁を
有するレンズシステムを、負のパワーの前側レンズ素子
を有する類似のレンズシステムより、さらにコンパクト
に（すなわち、短く）することができる。さらに、正の
パワーの前側レンズ素子を有するレンズシステムは、ク
リアでかつより小さな口径を有する複数のレンズ素子を
前側レンズユニットに使用することができる。正のパワ
ーのレンズ素子Ｅ₁を最前部に使用すると、より大きな
望遠比（Ｌ_v／ｆ_t）をより容易に達成することができ
る。最終的に、正の前側レンズ素子Ｕ₁は、前側レンズ
素子Ｅ₁が正である場合には、前側レンズユニットに負
のパワーの前側レンズ素子を有する類似のズームレンズ
よりも、全体の非点収差を少なくし、視野の湾曲をより
平らにし（ペッツバール曲率を小さくし）、かつ像面に
おける歪曲収差を少なくする。

【００２２】前記の例示としての実施形態の場合には、
中央レンズユニットＵ₂は、前側レンズユニットＵ₁の後
に位置する。前記中央レンズユニットＵ₂も同様に正で
ある（すなわち正のパワーを有する）。中央レンズユニ
ットＵ₂は、間に非常に狭い空隙を有する二つのレンズ
素子（メニスカスレンズ素子Ｅ₃および両凸レンズ素子
Ｅ₄）を含む。前記メニスカスレンズ素子Ｅ₃は、Ｖ数が
８１．５のガラスからできている。第一の例示としての
実施形態の第二のレンズユニットＵ₂の焦点距離ＦＬ
₂は、約２０．４ｍｍであり、そのパワーは約４．９ｘ
１０^-2である。第二の例示としての実施形態の中央レン
ズユニットＵ₂の焦点距離ＦＬ₂は、約２３．１ｍｍであ
り、そのパワーは約４．３ｘ１０^-2である。

【００２３】後側光学ユニットＵ₃のパワーは、実質的
に負である。第一の例示としての実施形態のその焦点距
離は、約−１６．６ｍｍであり、そのパワーは約−６．
０ｘ１０^-2である。第二の例示としての実施形態の場
合、その焦点距離は、約−１９．２ｍｍであり、そのパ
ワーは約−５．２ｘ１０^-2である。後側光学ユニットＵ
₃は、物体側が凹面Ｓ₈になっている比較的大きな負のパ
ワーのレンズ素子Ｅ₅を含む。レンズユニットのパワー
φ３対φ２の比の絶対値は、約１．１５〜１．３である
ことが好ましい。レンズ素子Ｅ₅の物体側の面Ｓ₈は、像
側の面Ｓ₉よりも短い曲率半径を有する。後に強い負の
レンズ素子Ｅ₅を使用すると、レンズシステムが広角位
置にある場合、ズームレンズが視野を非常に有効に平ら
にし、望遠位置における収差の補正が有効に行われる。
本発明のコンパクトズームレンズシステムは、部分的に
は強い後側レンズ素子Ｅ₅により、またこの負のレンズ
素子Ｅ₅の方向への中央レンズユニットＵ₂の相対的な移
動により、前側頂点のフィルム面に対する距離を最小化
する。

【００２４】＜色補正＞すでに説明したように、前側レ
ンズユニットＵ₁は、主軸方向における色収差を補正す
る。（中央および後側レンズユニットを含む）ズームレ
ンズ全体も色補正される。中央および後側レンズユニッ
トの色補正は、前側レンズユニットの色補正とは独立し
て行われる。より詳細に説明すると、コンパクトズーム
レンズ１００、２００は、主軸方向における色補正をも
っと有効に行うことができるようにレンズ素子Ｅ₃用に
高いＶ数のガラスを使用する。このことは、６０ｍｍよ
りも長い望遠焦点距離を有する高ズーム比のズームレン
ズの場合に特に重要になる。それ故、高Ｖ数のガラスを
使用することにより、本発明の出願人は、たった５枚の
レンズ素子を使用することにより、３．５のズーム比
（レンズシステム２００）を達成した。本明細書におい
ては、高Ｖ数のガラスは、アッベＶ数が７１より大きい
ガラスと定義する。このＶ数は７５〜８５、さらには８
０〜８５であることが好ましい。高Ｖ数のガラスを使用
することもできるが、このようなガラスは非常に高価で
ある。

【００２５】最後方の三つのレンズ素子のどれでも、大
きなズーム比を達成するための高Ｖ数のガラスを使用す
ることができるが、そのようなガラスはレンズ素子Ｅ₃
に使用するのが好ましい。何故なら、このレンズ素子
は、比較的小さいからであり（すなわち、前記レンズ素
子は最後方の三つのレンズ素子の中で体積が最も小さい
からであり）、非球面を含んでいないからである。

【００２６】＜開口絞り＞第一の例示としての実施形態
（レンズシステム１００）の場合、開口絞りＡＳは、前
側レンズシステムＵ₁と一緒に位置しているとともにシ
ャッター形状とされている。すなわち、前記シャッター
は前側レンズシステムＵ₁と一緒に移動する。第二の例
示としての実施形態（レンズシステム２００）の場合に
は、開口部絞りＡＳは、中央レンズユニットＵ₂と一緒
に位置しているとともにシャッター形状とされている。
すなわち、前記シャッターは、中央レンズシステムＵ₂
と一緒に移動する。前側レンズユニットＵ₁と、中央レ
ンズシステムＵ₂との間に開口絞りを設置することによ
り、前側レンズユニットＵ₁の大きさが小さくなる。こ
れにより装着が簡単になり、望遠ズームレンズ鏡胴の大
きさを小さくすることができる。

【００２７】図２１に示すように、このタイプのズーム
レンズ用の機械式マウントは、一般的に、前側レンズユ
ニットＵ₁と、後側レンズユニットＵ₃とを接続している
大きい方のマウントＭ₁と、前記大きい方のマウント内
に収容される中央レンズユニットＵ₂用の小さい方のマ
ウントＭ₂と、を使用して組立られる。第一の例示とし
ての実施形態に示すように、前側レンズユニットＵ₁に
前記シャッターを取り付けることにより、前側レンズユ
ニットＵ₁と後側レンズユニットＵ₃とを一緒にリンクし
ている大きい方のレンズマウントＭ₁上にシャッターを
装着することができる。シャッターの開口の大きさを制
御するためにギヤ機構ＧおよびステッピングモータＳＭ
を使用することができる。

【００２８】＜非球面＞レンズシステム１００、２００
は、少なくとも二つの非球面を有する。第二の例示とし
ての実施形態の場合には、各レンズユニット内に一つの
非球面がある。これら非球面を表す非球面式を下記に示
す。ここで、Ｘは光軸ＯＡに沿う距離；Ｙは光軸からの
高さ；Ｃは湾曲したレンズ面の頂点曲率半径の逆数；ｋ
は円錐定数；ＡＤ〜ＡＫは４次、６次、８次、１０次、
１２次、１４次、１６次および１８次の非球面係数；で
ある。表２および表５は、レンズの二つの実施形態に対
する種々の非球面レンズ面に対する非球面係数の数値を
示す。

【００２９】より詳細に説明すると、レンズシステムの
二つの実施形態において、非球面は、レンズ素子Ｅ₄お
よびＥ₅にそれぞれ関連する半径Ｒ₇およびＲ₈を有する
面上に位置している。第二の実施形態の場合には、追加
の非球面は、レンズ素子Ｅ₁に関連する半径Ｒ₁を有する
面上に位置する。非球面を使用するといくつかの利点が
ある。第一の利点は、非球面により、レンズシステム内
のレンズ素子の数を減らすことができることである。

【００３０】第二の利点は、各レンズユニット毎に一つ
だけ非球面を有することにより、非球面が相互に（大部
分のズーム位置において）大きく分離することである。
それにより、レンズシステムの傾斜、中心のズレ、形状
係数（surface figure）誤差（すなわちパワーのバラツ
キ）および厚さ誤差が少なくなる。二つの非球面素子を
使用するレンズシステムは、配列、特に一つのレンズ面
の他のレンズ面に対する傾斜および中心のズレおよび、
光軸からのレンズ素子のズレにより非常に大きく影響さ
れるようになる。本発明のレンズシステムは、そのよう
な大きな影響を受けないので、類似の性能の通常のズー
ムレンズシステムと比較すると、製造や組立が容易にな
り、その製造コストが安くなる。

【００３１】第三の利点は、レンズシステム内のレンズ
素子の数が少なくてすむ上に、非球面は、結果として得
られる画像の品質を有意に改善することである。素子の
数が比較的少なく、ズーム比が大きく、かつ独立して移
動するズームレンズユニットの数が少ない場合には、レ
ンズシステム１００および２００の結果として得られる
画像品質が非常に高くなる。

【００３２】例えば、第一の例示としての実施形態のズ
ームレンズシステム１００のズーム比は２．５Ｘであ
る。このズームレンズシステムの広角位置での最大非点
収差値は０．５であり、歪は３．５％であり、望遠位置
での非点収差値は０．４ｍｍ以下であり、最大歪値は
０．３％に過ぎない。第二の例示としての実施形態のズ
ームレンズシステム２００のズーム比は３．５Ｘであ
る。このズームレンズシステムの広角位置での非点収差
値は０．５であり、歪は３．５％であり、望遠位置での
非点収差値は０．６ｍｍであり、歪値は０．２％に過ぎ
ない。

【００３３】図２〜図１０および図１２〜図２０は、広
角位置、ズーム中間位置および望遠位置でのズームレン
ズ１００および２００の性能を詳細に示す。これらの図
は、また広角位置、ズーム中間位置および望遠位置での
種々の視野位置に対する光線のトレース、視野曲率、像
面における歪曲収差および色収差およびＭＴＦ（変調伝
達関数）対周波数のグラフも含む。より詳細に説明する
と、図２は、それぞれ、０、０．７および全視野（ω＝
１２．８°）での望遠位置で動作した場合のレンズ１０
０の光線横断プロットである。図３は、それぞれ、０，
０．７および全視野（ω＝１９°）での中央位置で動作
した場合のレンズ１００の光線横断プロットである。図
４は、レンズシステムが広角位置（ω＝２７．２°）で
動作した場合のレンズ１００の光線横断プロットであ
る。図５〜図７は、広角位置、ズーム中間位置および望
遠位置で、レンズシステムが動作した場合の非点収差、
像面湾曲および色収差である。

【００３４】同様に、図１２は、それぞれ、視野の０，
０．７および全視野（ω＝９．６°）での望遠位置で動
作した場合のレンズ２００の光線横断プロットである。
図１３は、視野の０、０．７および全視野（ω＝１５．
７°）で中央位置で動作した場合のレンズ２００の光線
横断プロットである。図１４は、レンズシステムが広角
位置（ω＝２８．５°）で動作した場合のレンズ２００
の光線切片プロットである。図１５〜図１７は、それぞ
れ、広角位置、ズーム中央位置および望遠位置で、レン
ズシステムが動作した場合の非点収差、歪および側部カ
ラーである。

【００３５】例示としての実施形態のズーム比２．５Ｘ
および３．５Ｘが補正されていることに留意されたい。
例示としての実施形態の場合には、コンパクト比Ｌ_v／
ｆ_t＜０．９を有する。第一の例示としての実施形態の
場合には、Ｆ数はＦ／４．９〜Ｆ／７．７５であり、第
二の例示としての実施形態の場合には、Ｆ／６〜Ｆ／
８．４である。

【００３６】実施例１

【表１】面半径厚さ（Ｔ）ガラスＮ_e ｖ R1 10.9567 3.26 BAF4 1.609 43.9 R2 -56.759 1.00 SF14 1.769 26.5 R3 19.8575 4.00 空気開口絞り S2=可変空気 R4 -7.7185 1.0 S-FPL51 1.498 81.6 R5 -12.6465 0.25 空気 R6 25.9235 4.474 K10 1.502 56.4 *R7 -10.179 S4=変数空気 *R8 -10.213 1.70 SK5 1.586 61.3 R9 207.317 S5=変数空気像面 *非球面

【００３７】

【表２】非球面係数面 R7 R8 AD 0.5516e^-4 0.1618e^-3 AE 0.9344e^-5 0.3103e^-5 AF -0.6921e^-6 -0.2277e^-6 AG 0.2442e^-7 0.7998e^-8 AH -0.4209e^-9 -0.1411e^-9 AI 0.2769e^-11 0.6140e^-12 AJ 0 0.1293e^-13 AK 0 -0.1274e^-15 k -1.0739 -0.2371 ｋは円錐定数

【００３８】波長（μｍ） λ1 λ2 λ3 0.5461 0.4861 0.6563

【００３９】

【表３】ズーム空間データズーム位置番号 S2 S4 *L_v BFL EFL F# 1 2.219 7.494 34.04 8.7 30.90 4.9 （広角） 2 4.221 5.502 39.099 13.74 38.29 5.5 3 5.94 3.773 45.27 19.90 47.44 6.16 4 7.732 2.281 52.73 27.44 58.78 6.91 5 8.713 1.0 61.66 36.68 72.82 7.75 （望遠） *Ｌ_vは、レンズの前側頂点からその像面までの距離である。

【００４０】

【００４１】実施例２

【表４】面半径厚さ（Ｔ）ガラスＮ_e ｖ *R1 12.547 2.892 SK16 1.617 60.32 R2 -80.623 1.000 S-LAH63 1.809 39.6 R3 23.418 可変空気開口絞り 4.0 空気 R4 -7.556 1.2 S-FPL51 1.498 81.5 R5 -11.068 0.20 空気 R6 48.316 4.226 BK7 1.514 64.2 *R7 -10.944 可変空気 *R8 -11.383 1.20 BK7 1.514 64.2 R9 78.389 可変空気像面 *非球面

【００４２】

【表５】非球面係数面 R1 R5 R8 AD -4.5602e^-5 2.1189e^-5 5.8430e^-5 AE 2.0976e^-7 1.6043e^-7 6.0454e^-7 AF -4.3130e^-8 -5.6774e^-8 -1.9442e^-8 AG 1.2576e^-9 4.8519e^-9 3.9056e^-10 AH -1.8555e^-11 -1.5973e^-10 -7.3772e^-12 AI 9.3205e^-14 1.7762e^-12 5.7137e^-14 AJ 0 0 3.9965e^-17 AK 0 0 -1.5986e^-18 k 0.67534 -1.10399 -0.91835 ｋは円錐定数

【００４３】波長（μｍ） λ1 λ2 λ3 0.5461 0.4861 0.6563

【００４４】

【表６】ズーム空間データズーム位置番号 S2 S4 *L_v BEL EFL F# 1 2.500 11.606 34.86 6.11 29.04 6.0 （広角） 2 7.103 7.009 44.97 16.24 43.41 6.63 3 9.752 4.359 55.27 26.46 58.20 7.27 4 11.100 3.011 63.11 34.12 69.43 7.50 5 13.172 0.940 80.84 52.25 96.2 8.40 （望遠）＊Ｌ_vは、レンズの前側頂点からその像面までの距離である。

【００４５】

【００４６】本発明について、その好適な実施形態を特
に参照しながら説明してきたが、種々の変更および修正
は、本発明の思想および範囲内で実行できることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施形態によるレンズシステム１００
の断面図であって、（ａ）は広角位置、（ｂ）は中央位
置、（ｃ）は望遠位置のそれぞれにおける断面図であ
る。

【図２】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図３】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図４】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図５】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図６】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図７】図１のレンズシステム１００の収差を表した
図である。

【図８】広角位置におけるレンズシステム１００の変
調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図９】中央位置におけるレンズシステム１００の変
調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図１０】望遠位置におけるレンズシステム１００の
変調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図１１】第二の実施形態によるレンズシステム２０
０であって、（ａ）は広角位置、（ｂ）は中央位置、
（ｃ）は望遠位置のそれぞれにおける断面図である。

【図１２】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１３】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１４】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１５】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１６】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１７】図１１のレンズシステム２００の収差を表
した図である。

【図１８】広角位置におけるレンズシステム１００の
変調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図１９】中央位置におけるレンズシステム１００の
変調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図２０】望遠位置におけるレンズシステム１００の
変調伝達関数（ＭＴＦ）を周波数に対して表した図であ
る。

【図２１】ズームレンズシステム１００，２００およ
びマウントの概略を示した側断面図である。

【符号の説明】

１００，２００レンズシステムＥ₁〜Ｅ₅ レンズ素子Ｕ₁，Ｕ₂，Ｕ₃ レンズユニットＭ₁，Ｍ₂ マウントＧギヤ機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から配列された複数のレンズ素子
を備えているとともに光軸上に中心を有する像面上に結
像するためのズームレンズであって：正のレンズ素子と
負のレンズ素子を有するとともに、像面に対して接近あ
るいは離間する方向に前記光軸に沿って移動することが
できる正のパワーを有する前側レンズユニットと；該前
側レンズユニットと前記像面との間に位置しているとと
もに、ズーム動作中に広角位置から望遠位置へと物体側
に向かって前記前側レンズユニットと同時に移動可能と
された負のパワーを有する後側レンズユニットと；前記
前側レンズユニットと後側レンズユニットとの間に位置
し、前記前側および後側レンズユニットと同一方向に移
動し、かつ前記前側および後側レンズユニットよりも短
い正味の軸方向距離だけ移動可能とされた正のパワーを
有する中央レンズユニットと；を備えてなり、前記中央レンズユニットまたは前記後側レンズユニット
を構成する少なくとも一つのレンズ素子が７１以上のＶ
数を有し；Ｌ_vをレンズシステムの前側頂点から望遠位
置のフィルム面までの距離、ｆ_tを望遠位置でのレンズ
システムの焦点距離、ｆ_wを広角位置でのズームレンズ
システムの焦点距離とした場合に、Ｌ_v／ｆ_t＜０．９か
つズーム比ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w＞２．３となるようにズーム
比ＺＲを与えかつ全体をコンパクトに維持するために、
前記ズームレンズの複数のレンズ素子が十分な光学的パ
ワー、空間および曲率半径を有することを特徴とするズ
ームレンズ。
【請求項２】前記Ｖ数は、８０〜８５とされているこ
とを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】前記前側レンズユニットは、主軸方向に
おける色収差を補正することを特徴とする請求項１記載
のズームレンズ。
【請求項４】前記Ｖ数を有するレンズ素子は、中央お
よび後側レンズユニットのレンズ素子の中で一番小さな
体積とされたレンズ素子であることを特徴とする請求項
１記載のズームレンズ。
【請求項５】少なくとも二つの非球面を有することを
特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項６】三つの前記レンズユニットのそれぞれに
少なくとも一つの非球面が形成されていることを特徴と
する請求項１記載のズームレンズ。
【請求項７】物体側から配列された複数のレンズ素子
を備えているとともに光軸上に中心を有する像面上に結
像するためのズームレンズであって：正のレンズ素子と
負のレンズ素子を有するとともに、像面に対して接近あ
るいは離間する方向に前記光軸に沿って移動することが
できる正のパワーを有する前側レンズユニットと；該前
側レンズユニットと前記像面との間に位置しているとと
もに、前記前側レンズユニットと共に移動しうるように
該前側レンズユニットと一体とされた負のパワーを有す
る後側レンズユニットと；前記前側レンズユニットと後
側レンズユニットとの間に位置し、前記前側および後側
レンズユニットと同一方向に移動し、かつ前記前側およ
び後側レンズユニットの移動速度よりも遅い速度で移動
可能とされた正のパワーを有する中央レンズユニット
と；を備えてなり、Ｌ_vをレンズシステムの前側頂点から望遠位置のフィル
ム面までの距離、ｆ_tを望遠位置でのレンズシステムの
焦点距離、ｆ_wを広角位置でのズームレンズシステムの
焦点距離とした場合に、ズーム比ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_wが２．
３より大きくかつＬ_v／ｆ_t＜０．９となるように全体を
コンパクトに維持するために、複数のレンズ素子が十分
な光学的パワー、空間および曲率半径を有し；前記中央
レンズユニットまたは前記後側レンズユニットを構成す
る少なくとも一つのレンズ素子は、７５以上のＶ数を有
することを特徴とするズームレンズ。
【請求項８】前記前側レンズユニットの前記正のレン
ズ素子は、一番前側レンズ素子とされているとともに、
前記負のレンズ素子と接合されていることを特徴とする
請求項７記載のズームレンズ。
【請求項９】前記前側レンズユニットの各レンズ素子
は、第一の両凸レンズ素子および両凹レンズ素子とさ
れ；前記中央レンズユニットおよび前記後側レンズユニ
ットを構成するレンズ素子は、前側レンズユニットから
順に、物体側凹面を有するメニスカスレンズ素子、第二
の両凸レンズ素子、および物体側凹面と像側面とを有す
る負のレンズ素子とされ、前記物体側凹面は、前記像側面よりも小さい曲率半径を
有することを特徴とする請求項７記載のズームレンズ。
【請求項１０】前記メニスカスレンズおよび前記第二
の両凸面レンズ素子は、前記中央レンズユニットを形成
し；かつ前記物体側凹面を有する前記負のレンズ素子
は、前記後側レンズユニットを形成することを特徴とす
る請求項９記載のズームレンズ。
【請求項１１】（ａ）正のレンズ素子と負のレンズ素
子とからなる正の屈折力を有する前側レンズユニット
と；（ｂ）７１以上のＶ数を有する少なくとも一つのレ
ンズ素子を備えかつ正の屈折力を有する中央レンズユニ
ットと；（ｃ）ズーム動作中に広角位置から望遠位置に
同一速度でかつ同一方向に前記前側レンズユニットと同
時に移動することができるように該前側レンズユニット
と一体とされた負の屈折力を有する後側レンズユニット
と；から成る三つのレンズユニットが物体側から順に設
けられたズームレンズであって：前記中央レンズユニッ
トは、前記広角位置から前記望遠位置への前記前側およ
び後側レンズユニットの移動速度よりも相対的に遅い速
度で物体側へと移動可能とされ、Ｌ_vをレンズシステムの前側頂点から望遠位置のフィル
ム面までの距離、ｆ_tを望遠位置でのレンズシステムの
焦点距離、ｆ_wを広角位置でのズームレンズシステムの
焦点距離とした場合に、Ｌ_v／ｆ_t＜０．９かつズーム比
ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w＞２．３となるようにズーム比ＺＲを与
えかつ全体をコンパクトに維持するために、レンズ素子
が十分な光学的パワー、空間および曲率半径を有するこ
とを特徴とするズームレンズ。
【請求項１２】前記前側レンズユニットの各レンズ素
子と一体で移動する開口絞りを有することを特徴とする
請求項１１記載のズームレンズ。
【請求項１３】前記中央レンズユニットの各レンズ素
子と一体で移動する開口絞りを有することを特徴とする
請求項１１記載のズームレンズ。
【請求項１４】少なくとも二つの非球面を有すること
を特徴とする請求項１１記載のズームレンズ。
【請求項１５】前記各レンズユニットのそれぞれに少
なくとも一つの非球面が形成されていることを特徴とす
る請求項１１記載のズームレンズ。
【請求項１６】（ａ）正のレンズ素子と負のレンズ素
子とから構成されているとともに、これらレンズ素子と
開口絞りが一体的に移動されるようにされた正の屈折力
を有する前側レンズユニットと；（ｂ）７５〜８５のＶ数を有する少なくとも一つのレン
ズ素子を備えているとともに、前記前側レンズユニット
の像側に配置された正の屈折力を有する中央レンズユニ
ットと；（ｃ）前記中央レンズユニットの像側に配置された負の
屈折力を有する後側レンズユニットと；から成る物体側
から順に配列された三つのレンズユニットにレンズ素子
が五つだけ設けられたズームレンズであって：前記前側
レンズユニットおよび前記後側レンズユニットが同じ速
度で同時に移動可能とされるとともに、ズームレンズシ
ステムが広角位置から望遠位置にズームしたときに、前
記各レンズユニットが光軸に沿って物体側に移動するに
つれて、前記前側レンズユニットと前記中央レンズユニ
ットとの間の空隙が広くなり、前記中央レンズユニット
と前記後側レンズユニットとの間の空隙が狭くなるよう
に、前記中央レンズユニットが前記前側および後側レン
ズユニットと異なる速度で移動可能とされ、Ｌ_vをレンズシステムの前側頂点から望遠位置のフィル
ム面までの距離、ｆ_tを望遠位置でのレンズシステムの
焦点距離、ｆ_wを広角位置でのズームレンズシステムの
焦点距離とした場合に、Ｌ_v／ｆ_t＜０．９かつズーム比
ＺＲ＝ｆ_t／ｆ_w＞２．３となるようにズーム比ＺＲを与
えかつ全体をコンパクトに維持するために、レンズ素子
が十分な光学的パワー、空間および曲率半径を有するこ
とを特徴とするズームレンズ。
【請求項１７】前記各レンズユニットのそれぞれに少
なくとも一つの非球面が形成されていることを特徴とす
る請求項１６記載のズームレンズ。
【請求項１８】前記前側レンズユニットの前記正のレ
ンズ素子は、一番前側のレンズ素子とされているととも
に、前記負のレンズ素子に接合されていることを特徴と
する請求項１６記載のズームレンズ。
【請求項１９】前記前側レンズユニットの各レンズ素
子は、第一の両凸レンズ素子および両凹レンズ素子とさ
れ；前記中央レンズユニットおよび前記後側レンズユニ
ットを構成するレンズ素子は、前側レンズユニットから
順に、物体側凹面を有するメニスカスレンズ素子、第二
の両凸レンズ素子、および物体側凹面と像側面とを有す
る負のレンズ素子とされ、前記物体側凹面は、前記像側面よりも小さい曲率半径を
有することを特徴とする請求項１６記載のズームレン
ズ。