JPH11194269A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広角端の画角を広げたり、変倍比を１２倍程
度に大きくしたり或いはさらにコンパクト化した場合に
ゴースト等を最小限に抑制できるズームレンズを提供す
ることである。 【解決手段】 ズームレンズは、第１レンズ群１と、可
動の第２レンズ群２と、第３レンズ群３と、可動の第４
レンズ群４とから構成される。前記第２レンズ群２は、
第１及び第２の例では、物体側に凸面を向けた負のメニ
スカスレンズ２ａ及び、両凹レンズ２ｂと物体側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズ２ｃとの張り合わせから
構成され、第３の例では、物体側に凸面を向けた負のメ
ニスカスレンズ２ａ及び両凹レンズ２ｂ及び両凸レンズ
２ｃから構成され、前記両凹レンズ２ｂと両凸レンズ２
ｃとは相互に離間され、且つ前記両凹レンズ２ｂと前記
両凸レンズ２ｃとの対向する凹面及び凸面は相互に異な
る曲率を有する様に設計される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はズームレンズに関
し、特にビデオカメラ等に使用されるズームレンズに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より民生用ビデオカメラに使用され
るズームレンズとして種々のレンズが提案されている。
例えば特開平８−５９１６号公報にコンパクトなズーム
レンズの一例が記載されている。しかしながら、これら
のズームレンズでは、広角端の画角を広げたり、変倍比
を１２倍程度に大きくしたり、さらにコンパクト化した
場合に、ゴースト等の発生を抑えることができず良好な
レンズ性能の維持が困難であった。又上記の場合、レン
ズのコバ厚が不足して切削等が困難になったり、レンズ
間の距離が不足すること等によりレンズの組立てが困難
になることがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、上
記のごとき問題点を解決するズームレンズを提供するこ
とである。より詳細には、広角端の画角を広げたり、変
倍比を１２倍程度に大きくしたり或いはさらにコンパク
ト化した場合にゴースト等を最小限に抑制できるズーム
レンズを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、物体側から
順に正の焦点距離を有し固定の第１レンズ群１と、負の
焦点距離を有し変倍時に可動の第２レンズ群２と、少な
くとも１面が非球面に形成された単レンズを備えて構成
され正の焦点距離を有し射出側でほぼアフォーカルにす
る固定の第３レンズ群３と、物体側に凸面を向けた負の
メニスカスレンズと両凸レンズとの張り合わせ及び、少
なくとも１面が非球面に形成された単レンズから構成さ
れ正の焦点距離を有し且つ変倍時に発生する焦点位置の
変動を補正すると共に合焦のために可動の第４レンズ群
４と、から構成されるズームレンズにおいて、前記第２
レンズ群２は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズ２ａ及び、両凹レンズ２ｂと物体側に凸面を向けた
正のメニスカスレンズ２ｃとの張り合わせから構成され
るズームレンズにより達成される。

【０００５】また上記課題は、物体側から順に、正の焦
点距離を有し固定の第１レンズ群１と、負の焦点距離を
有し変倍時に可動の第２レンズ群２と、少なくとも１面
が非球面に形成された単レンズを備えて構成され正の焦
点距離を有し射出側でほぼアフォーカルにする固定の第
３レンズ群３と、物体側に凸面を向けた負のメニスカス
レンズと両凸レンズとの張り合わせ及び、少なくとも１
面が非球面に形成された単レンズから構成され正の焦点
距離を有し且つ変倍時に発生する焦点位置の変動を補正
すると共に合焦のために可動の第４レンズ群４と、から
構成されるズームレンズにして、前記第２レンズ群２
は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ２ａ及
び両凹レンズ２ｂ及び両凸レンズ２ｃから構成され、前
記両凹レンズ２ｂと両凸レンズ２ｃとは相互に離間さ
れ、且つ前記両凹レンズ２ｂと前記両凸レンズ２ｃとの
対向する凹面及び凸面は相互に異なる曲率を有するズー
ムレンズにより達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本願発明のズームレンズの実施形
態は、一般的には以下の設計思想に基づいて設計され
る。すなわち、ズームレンズのコンパクト化のためには
通常、可動レンズ群のパワーを増大して移動量を最小に
する。しかし、このように可動レンズ群のパワーを増大
することは、当該可動レンズ群の誤差感度を上げること
につながり、可動レンズ群に要求される加工精度が加工
限度以上になってしまう。そこでこの実施形態のズーム
レンズでは、前記可動レンズ群のパワーの増大は抑制し
マスターレンズ群（即ち第３レンズ群及び第４レンズ
群）のパワーを増大しコンパクト化を図るようにする。
この場合、前記マスターレンズ群のパワー増大は、当該
レンズ群の収差を増大させレンズ性能の低下を招くが、
前記第３及び第４レンズ群の適宜のレンズのレンズ面を
非球面に形成することによりこれらの収差を補償しレン
ズ性能の維持を図る。これらの非球面は、以下の第１の
実施形態１では２つの面に導入され、第２の実施形態２
では３つの面に導入され、第３の実施形態３では４つの
面に導入される。

【０００７】以下、図１乃至図１２を参照しながら、本
願発明によるズームレンズの第１、第２、第３の実施形
態を詳細に説明する。

【０００８】図１に示すように、本願発明のズームレン
ズの第１の実施形態は、物体側から順に、正の焦点距離
を有し固定の第１レンズ群１と、負の焦点距離を有し変
倍時に可動の第２レンズ群２と、少なくとも１面が非球
面に形成された単レンズから構成され正の焦点距離を有
し射出側でほぼアフォーカルにする固定の第３レンズ群
３と、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ４ａ
と両凸レンズ４ｂとの張り合わせ及び、少なくとも１面
が非球面に形成された単レンズ４ｃから構成され正の焦
点距離を有し且つ変倍時に発生する焦点位置の変動を補
正すると共に合焦のために可動の第４レンズ群４とから
構成される。そして前記第２レンズ群２は、物体側に凸
面を向けた負のメニスカスレンズ２ａと、両凹レンズ２
ｂと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ２ｃと
の張り合わせから構成されている。

【０００９】尚、この第１の実施形態には、前記第３レ
ンズ群３の前方に絞り６が設けてあり、第４レンズ群４
の後方にはローパスフィルタとＣＣＤフェイスガラスか
ら構成されるフェイスガラス手段５が設けてある。

【００１０】前記第１実施形態の更に詳細な構成は、表
１のレンズデータ表に記載される通りである。

【００１１】

【表１】 ここで、ｒはレンズ各面の曲率半径を表し、ｄはレンズ
厚若しくはレンズ間隔を表し、ｎは屈折率を表し、νは
アッベ数を表す。また、ｒ、ｄの添数字の１乃至１９
は、第１レンズ群の先頭レンズの物体側表面から後方へ
順に数えた場合の各レンズ面の番号又は各レンズ面と次
のレンズ面までの間隔の番号を表し、ｎ、νの添数字１
乃至１１は前記各間隔における空気以外の媒質の番号を
表す。

【００１２】表１から分かる様に、第１２番目の面（す
なわち第３レンズ群の単レンズの像側面）及び第１７番
目の面（すなわち第４レンズ群のメニスカスレンズ４ｃ
の像側面）は非球面に形成されている。この非球面の形
状は、光軸方向にz軸、光軸と直交する方向にx軸とy軸
を取り、k，a，b，c，d，eを非球面係数としたとき、つ
ぎの数式で表される。

【００１３】z = (h²/r)/(1+(1-(k+1)h²/r²)^1/2)＋ah⁴
＋bh⁶＋ch⁸＋dh¹⁰＋eh¹² 但し、h＝(x²+y²)^1/2である。そして前記第１２番目、
１７番目の面の非球面係数k，a，b，c，d，eの値は表２
に記載される通りである。

【００１４】

【表２】 なおこの第１の実施形態のレンズは、有効像円がφ＝
５．８mmとなるように設計されている。

【００１５】この第１実施形態によれば、特に前記第２
レンズ群の物体側から３番目のレンズ２ｃをメニスカス
レンズにしたため、当該レンズを両凸レンズとする場合
よりも、コバ厚の制限を緩和することができる。したが
って、レンズパワーを強くすることができ、変倍比を大
きくすることができる。例えば、表３に示すように、こ
のズームレンズによれば、前記第２レンズ群２を前後に
移動することにより、焦点距離ｆを４．５から５２の間
で変化させることができ、従って約１２倍の変倍比を実
現することができる。なお、その際Ｆ値は１．６から
２．３の間で変化する。また、このズームレンズでは、
前記レンズ２ｃをメニスカスレンズとしたため、変倍比
を大きくしたにも拘わらず前記広角側の画角２ωを最大
６６°と比較的大きくすることができる。

【００１６】

【表３】 このレンズの収差性能は、図２乃至図４の広角端・中間
域・望遠端における収差図に示される。特に前述した通
り、第３，第４レンズ群のパワーを増大することにより
発生する恐れがある収差は、第１２面及び第１７面の球
面を非球面とすることにより補正される。図２乃至図４
から理解されるように、この実施形態では特に広角端及
び中間位置において収差の小さい良好なレンズ性能を実
現することができる。なお、図２乃至図４の球面収差図
において、番号１はＤ線を表わし、番号２はＦ線を表わ
し、番号３はＣ線を表わし、横軸の「0.2」数字は0.2mm
で有ることを示す。又非点収差図におけるＴはタンジェ
ンシャル像面を表わし、Ｓはサジタル像面を表わす。ま
た歪曲収差図における横軸の「１０％」の数字は１０％
の歪曲に相当することを示す。

【００１７】なお、この第１の実施形態では、前記第４
レンズ群の最後方のレンズ４ｃを、前記フェイスガラス
手段５に凸面を向けたメニスカスレンズ４Ｃとした。し
たがって、前記フェイスガラス手段５等からの反射光が
焦点面へ再反射することによるゴーストの発生を防止す
ることができる。

【００１８】次に図５乃至図８を参照して本願発明の第
２の実施形態を説明する。図５において、図１と同様の
部材には同様の番号が付られている。図５から理解され
る様に、第２の実施形態のズームレンズの構成は、一般
的には前記第１の実施形態と同様であり、この第２の実
施形態の、第１の実施形態と異なるところは、表４及び
表５に記載されるところの各レンズのレンズ面の曲率及
び各レンズの間隔等の数値が表１及び表２の数値と異な
ることである。

【００１９】表４及び表５から理解される様に、この第
２の実施形態では、第１２番目の面、第１３番目の面及
び第１７番目の面が非球面に形成されている。

【００２０】

【表４】

【表５】 なお第２の実施形態のレンズは有効像円がφ＝６．３６
mmとなるように設計されている。

【００２１】この第２実施形態によれば、前記第２レン
ズ群の物体側から３番目のレンズ２ｃをメニスカスレン
ズにしたため、当該レンズを両凸レンズとする場合より
も、コバ厚の制限を緩和することができ、もってレンズ
パワーを強くすることができ、レンズ寸法を小さくする
ことができる。すなわち、有効像円がφ＝６．３６ｍｍ
と比較的大きいにも拘らず、光学全長（in air）を５
９．９２ｍｍと短くすることができる。

【００２２】このレンズの収差性能は、図６乃至図８の
広角端・中間域・望遠端における収差図に示される。特
に前述した通り、第３，第４レンズ群のパワーを増大す
ることにより発生する恐れがある収差は、第１２面及び
第１３面及び第１７面を非球面とすることにより補正さ
れる。図６乃至図８から理解されるように、この実施形
態では特に広角端及び中間位置において収差の小さい良
好なレンズ性能を実現することができる。

【００２３】なお、表６に示されるように、この実施形
態によれば、前記第２レンズ群２を前後に移動すること
により、表６に示すように焦点距離ｆを５ｍｍ〜４７ｍ
ｍの間で変化させることが出来、従って約１０倍の変倍
比を実現することができる。前記第２レンズ群の移動の
際Ｆ値は１．６と２の間で変化する。

【００２４】

【表６】 次に図９乃至図１３を参照してこの発明の第３の実施の
形態を説明する。図９において、図１及び図５と同様の
部材には同様の番号が付られている。図９に示すよう
に、この第３の実施の形態のレンズは、物体側から順
に、正の焦点距離を有し固定の第１レンズ群１と、負の
焦点距離を有し変倍時に可動の第２レンズ群２と、少な
くとも１面が非球面に形成された単レンズを備えて構成
され且つ正の焦点距離を有し射出側でほぼアフォーカル
にする固定の第３レンズ群３と、物体側に凸面を向けた
負のメニスカスレンズ４ａと両凸レンズ４ｂとの張り合
わせ及び、少なくとも１面が非球面に形成された単レン
ズ４ｃから構成され、正の焦点距離を有し且つ変倍時に
発生する焦点位置の変動を補正すると共に合焦のために
可動の第４レンズ群４と、から構成され、前記第２レン
ズ群２は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ
２ａ及び両凹レンズ２ｂ及び両凸レンズ２ｃから構成さ
れ、前記両凹レンズ２ｂと両凸レンズ２ｃとは相互に離
間され、且つ前記両凹レンズ２ｂと前記両凸レンズ２ｃ
との対向する凹面及び凸面は相互に異なる曲率を有する
様に構成される。

【００２５】この第３の実施の形態の更に具体的なレン
ズ構成は表７及び表８に記載される通りである。この具
体的構成においては、前記第２レンズ群２の物体側から
３番目の凸レンズ２ｃは、その前方の凹レンズ２ｂから
１．０４ｍｍ離間されている（表７におけるデータ“ｄ
９＝１．０４”参照）。そして前記両凹レンズ２ｂと前
記両凸レンズ２ｃとの対向する凹面及び凸面は、凹レン
ズ２ｂの後面の曲率半径が１０．６２５ｍｍと設計され
ているのに対して、凸レンズ２ｃの前面の曲率半径は１
３．９３４ｍｍと設計されている。

【００２６】表７及び表８に示されるように、この第３
の実施形態では、第１２面、第１３面、第１７面及び第
１８面が非球面に形成されている。

【００２７】

【表７】

【表８】 この第３の実施形態のレンズも第２の実施形態のレンズ
と同様に、有効像円がφ＝６．３６mmとなるように設計
されている。

【００２８】この第３の実施形態では、前記両凹レンズ
２ｂと前記両凸レンズ２ｃの対向する凹面及び凸面を最
適の曲率に構成したことにより、レンズ全体のパワーを
上げることが出来、これによりレンズ寸法を小さくする
ことができる。すなわち、この第３の実施形態によれ
ば、有効像円がφ＝６．３６ｍｍと比較的大きいにも拘
らず、光学全長（in air）を５５．９７ｍｍと短くする
ことができる。

【００２９】このレンズの収差性能は、図１０乃至図１
２の広角端・中間域・望遠端における収差図に示され
る。特に前述した通り、第３，第４レンズ群のパワーを
増大することにより発生する恐れがある収差は、第１２
面及び第１３面及び第１７面及び第１８面を非球面とす
ることにより補正される。図１０乃至図１２から理解さ
れるように、この実施形態では特に広角端及び中間位置
において収差の小さい良好なレンズ性能を実現すること
ができる。

【００３０】又、この第３実施形態によれば表９に示す
ように、前記第２レンズ群２が前後に移動されると、レ
ンズの焦点距離は５．２ｍｍ〜４９ｍｍの間で変化す
る。したがって約１０倍の変倍率を実現することができ
る。なおその際Ｆ値は1.8と2.4の間で変化する。

【００３１】

【表９】 更にこの第３実施形態によれば、前記凹レンズ２ｂと凸
レンズ２ｃとの間に固定絞りを挿入することができ、こ
れによりズームレンズ内の不要な反射を抑制することが
できる。

【００３２】更にこの第３実施形態によれば、前記第２
レンズ群のフレーム（図示せず）に対して前記凸レンズ
２ｃを固定する際、図１３（ｂ）に示すように当該凸レ
ンズ２ｃを熱カシメ１０で押さえることができる。従っ
て、これによりこのレンズ２ｃの後の空間に余裕ができ
るため、前記第２レンズ群２を、従来例に比べてより一
層前記第３レンズ群３に対して近接させることができ、
これによりレンズ全長を短くすることができる。なお、
前記凹レンズ２ｂと凸レンズ２ｃを相互に張り合わせる
従来例によれば、図１３（ａ）に示すように、凸レンズ
２ｃを固定する固定部材が凸レンズ２ｃの後方へ突出す
ることとなっていたため、この突出分だけ前記第２レン
ズ群を第３レンズ群３へ接近させることができず、結果
的にレンズ全長が長くなっていた。尚、前記第３の実施
形態において、前記凹レンズ２ｂに対して凸レンズ２ｃ
が離間されることにより凸レンズ２ｃが後方へ突出する
長さの分は、凹レンズ２ｂ及び／又は凸レンズ２ｃのパ
ワーを増大することにより補償することができる。

【００３３】さらに又、この第３実施形態によれば、前
記凹レンズ２ｂと凸レンズ２ｃとを張り合わせる工程が
不要となるため前記従来例（例えば特開平８−５９１６
号）に比較してコストを低減することができる。

【００３４】なお、第３実施形態の上記具体例では、変
倍比を１０倍としてコンパクト化を図ったが、レンズ寸
法を多少大きくすることにより変倍比を１０倍より大き
くすることもできる。

【００３５】なお、上記第１、第２、第３の実施形態の
具体例におけるレンズデータは一つの例であり、必ずし
もこれらの値に限定されるものではなく、前記作用効果
を奏する限りにおいて適宜の幅を有することは当然であ
る。例えば、スケーリングの手法を用いて全体を拡大或
いは縮小することにより、最も適した有効像円のレンズ
を実現することが可能であり、本願発明はこれらを含む
ものである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、上記のように構成することにより、変倍比を１２倍
程度に大きくしたり或いは従来例に比べて更にレンズの
全長を短縮することによりズームレンズのコンパクト化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のレンズの断面図であ
る。

【図２】前記第１の実施形態の具体例の広角端での収差
図である。

【図３】前記第１の実施形態の具体例の中間域での収差
図である。

【図４】前記第１の実施形態の具体例の望遠端での収差
図である。

【図５】本発明の第２の実施形態のレンズの断面図であ
る。

【図６】前記第２の実施形態の具体例の広角端での収差
図である。

【図７】前記第２の実施形態の具体例の中間域での収差
図である。

【図８】前記第２の実施形態の具体例の望遠端での収差
図である。

【図９】本願発明の第３実施形態のレンズの断面図であ
る。

【図１０】前記第３の実施形態の具体例の広角端での収
差図である。

【図１１】前記第３の実施形態の中間域での収差図であ
る。

【図１２】前記第３の実施形態の具体例の望遠端での収
差図である。

【図１３】前記第３実施形態の具体例において第２レン
ズ群の凸レンズを固定するための固定手段の説明図であ
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 ４ 第４レンズ群

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側から順に、正の焦点距離を有し固
   定の第１レンズ群（１）と、負の焦点距離を有し変倍時
   に可動の第２レンズ群（２）と、少なくとも１面が非球
   面に形成された単レンズを備えて構成され正の焦点距離
   を有し射出側でほぼアフォーカルにする固定の第３レン
   ズ群（３）と、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
   ンズと両凸レンズとの張り合わせ及び、少なくとも１面
   が非球面に形成された単レンズから構成され正の焦点距
   離を有し且つ変倍時に発生する焦点位置の変動を補正す
   ると共に合焦のために可動の第４レンズ群（４）と、か
   ら構成されるズームレンズにおいて、 前記第２レンズ群（２）は、物体側に凸面を向けた負の
   メニスカスレンズ（２ａ）及び、両凹レンズ（２ｂ）と
   物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ（２ｃ）と
   の張り合わせから構成されるズームレンズ。
2. 【請求項２】 物体側から順に、正の焦点距離を有し固
   定の第１レンズ群（１）と、負の焦点距離を有し変倍時
   に可動の第２レンズ群（２）と、少なくとも１面が非球
   面に形成された単レンズを備えて構成され正の焦点距離
   を有し射出側でほぼアフォーカルにする固定の第３レン
   ズ群（３）と、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
   ンズと両凸レンズとの張り合わせ及び、少なくとも１面
   が非球面に形成された単レンズから構成され正の焦点距
   離を有し且つ変倍時に発生する焦点位置の変動を補正す
   ると共に合焦のために可動の第４レンズ群（４）と、か
   ら構成されるズームレンズにおいて、 前記第２レンズ群（２）は、物体側に凸面を向けた負の
   メニスカスレンズ（２ａ）及び両凹レンズ（２ｂ）及び
   両凸レンズ（２ｃ）から構成され、前記両凹レンズ（２
   ｂ）と両凸レンズ（２ｃ）とは相互に離間され、且つ前
   記両凹レンズ（２ｂ）と前記両凸レンズ（２ｃ）との対
   向する凹面及び凸面は相互に異なる曲率を有するズーム
   レンズ。