JPH1130749A - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JPH1130749A
JPH1130749A JP9186501A JP18650197A JPH1130749A JP H1130749 A JPH1130749 A JP H1130749A JP 9186501 A JP9186501 A JP 9186501A JP 18650197 A JP18650197 A JP 18650197A JP H1130749 A JPH1130749 A JP H1130749A
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    • G02B15/14Optical 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
    • G02B15/144Optical 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
    • G02B15/1441Optical 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
    • G02B15/144109Optical 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 +--+

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 4つのレンズ群を有し、各レンズ群のレンズ
構成及び非球面を適切に設定することにより変倍比8.
5〜10、広角端画角2ω=90゜〜96゜、Fナンバ
−1.8程度の大口径、広角、高変倍比のテレビカメラ
に好適なズ−ムレンズを得ること。 【解決手段】 物体側より順に正の屈折力の第1群、変
倍用の負の屈折力の第2群、変倍に伴う像面変動を補正
する為の第3群、正の屈折力の第4群を有し、該第1群を
構成するレンズ面であって軸上光束の最大入射高をh
t、広角端の最大画角の軸外光束入射高をhw、変倍比
1/4におけるズ−ム位置での最大画角の軸外光束入射
高をhzとしたとき、1.65<hw/ht、且つ1.
15<hw/hzを満足する少なくとも1つの面に非球
面AS1が施されており、該第1群のパワ−配置及び色
消し条件、フォ−カス方式等を適切に設定したこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はズ−ムレンズに関
し、特に非球面をレンズ系中の一部に適切に用いること
により、広角端のFナンバ−が1.7程度と大口径でし
かも広角(広角端画角2ω=58゜〜70゜)、変倍比
8.5〜10程度と高変倍比の全変倍範囲にわたり良好なる
光学性能を有したテレビカメラや写真用カメラ、そして
ビデオカメラ等に好適なズ−ムレンズに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来よりテレビカメラや写真用カメラ、
そしてビデオカメラ等には大口径、高変倍でしかも高い
光学性能を有したズ−ムレンズが要求されている。
【0003】このことに加えて、特に放送用のカラ−テ
レビカメラでは操作性、機動性が重視され、その要求に
答えて撮像デバイスも2/3インチや1/2インチの小
型のCCD(固体撮像素子)が主流となってきた。
【0004】このCCDは撮像範囲全体が略均一の解像
力を有しているため、これを用いるズ−ムレンズに対し
ては、画面中心から画面周辺まで解像力が略均一である
ことが要求されている。
【0005】例えば、非点収差や歪曲収差や倍率の色収
差等の緒収差が良好に補正され画面全体が高い光学性能
を有していることが要望されている。更に大口径、広
角、高変倍比でしかも小型軽量であること、そして撮像
手段の前方に色分解光学系や各種のフィルタ−を配置す
るため、長いバックフォ−カスを有していること等が要
望されている。
【0006】ズ−ムレンズのうち物体側から順に、合焦
用(フォ−カス用)の正の屈折力の第1群、変倍用の負
の屈折力の第2群、変倍に伴って変動する像面移動を補
正するための正又は負の屈折力の第3群、そして主に結
像作用を果す正の屈折力の第4群の4つのレンズ群より
なる所謂4群ズ−ムレンズは比較的高変倍比化、及び大
口径化が容易であるため、放送局用のカラ−テレビカメ
ラ用のズ−ムレンズに多く用いられている。
【0007】こうした4群構成のズ−ムレンズのうち、
Fナンバ−が1.7程度、広角端画角2ω=86゜程
度、変倍比8程度の大口径比、高変倍の4群ズ−ムレン
ズが、例えば特開平6−242378号公報で提案され
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ズ−ムレンズにおいて
大口径比(Fナンバ−1.7〜1.8)で高変倍比(変
倍比8.5〜10)で、超広角(広角端画角2ω=90
゜〜96゜)でしかも全変倍範囲にわたり高い光学性能
を得るには各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適切に設
定する必要がある。
【0009】一般に全変倍範囲にわたり収差変動が少な
く、高い光学性能を得るには、例えば各レンズ群のレン
ズ枚数を増加させて収差補正上の設計の自由度を増やす
ことが必要となってくる。
【0010】このため、大口径比で超広角、高変倍比の
ズ−ムレンズを達成しようとすると、どうしてもレンズ
枚数が増加し、レンズ系全体が大型化してくるという問
題点が生じてきて、小型軽量化の要望に答えることがで
きなくなってしまう。
【0011】また、結像性能においては第1に、ズ−ム
レンズの超広角化に関して言えば歪曲収差が最大の問題
点となる。これは歪曲収差が3次の収差係数の領域にお
いて画角の3乗で影響することが原因となっている。
【0012】図29に示すように、歪曲収差は広角端
(焦点距離fw)ではかなり大きなアンダ−(マイナ
ス)となっている。そして広角端fwから望端(焦点距
離ft)に行くに従い順次オ−バ−(プラス)の方向に
大きくなり、歪曲収差が0のズ−ム位置を通り、ズ−ム
位置fm=fw×Z1/4付近でオ−バ−の値が最大にな
ってくる傾向にある。そして、焦点距離fmから望遠端
ftにかけて順次オ−バ−の量が小さくなってくる。但
し、fwは広角端の焦点距離、Zはズ−ム比である。
【0013】この傾向は広角端の画角が大きくなるにつ
れ顕著に顕れてくる。そして、広角端画角2ωが90゜
を超えるような超広角ズ−ムレンズにおいては、広角側
でのアンダ−の歪曲収差が大きく発生し、この歪曲収差
の補正が非常に困難となる。
【0014】次に、画面中心の最も像コントラストが良
い点、所謂ベスト像面の変倍に伴う変動が問題となって
くる。これは主に変倍に伴う球面収差の変動に起因して
いる。この球面収差は3次の収差係数の領域において口
径の3乗で影響するため、大口径化の最大の問題点とな
っている。
【0015】一般に、変倍に伴う球面収差の変動は、ズ
−ム比をZ、広角端の焦点距離をfwとすると、図30
に示すように球面収差が0の広角端よりズ−ム位置fm
=fw×Z1/4付近まではガウス像面に対してアンダ−
(マイナス)傾向となる。そしてズ−ム位置fm=fw
×Z1/4付近を過ぎるとアンダ−量が少なくなり、ある
ズ−ム位置で0となり、今度はオ−バ−(プラス)傾向
となる。
【0016】そしてFナンバ−が大きくなってくる(レ
ンズ系が暗くなってくる)Fドロップの始まるズ−ム位
置fd=(Fno.w/Fno.t)×ft付近で最も
オ−バ−(プラス)となり、このズ−ム位置を過ぎると
望遠端にかけてオ−バ−量が少なくなり、望遠端では略
0となってくる。
【0017】但し、Fno.w、Fno.tは広角端と
望遠端のFナンバ−、ftは望遠端の焦点距離である。
【0018】このように、特にFドロップの始まる位置
を有するズ−ムレンズでは、望遠側での球面収差補正が
非常に困難となる。
【0019】このような諸収差の変動を全変倍範囲にわ
たり良好に補正するために、従来は合焦用レンズ群や変
倍系のレンズ群のレンズ枚数を増加させて補正してい
た。しかしながらこうした手法では、レンズ系全体が大
型化及び複雑化してくるという問題が新たに発生してく
る。
【0020】また、このような問題点の解決のための非
球面の導入が、上記特開平6−242378号公報が開
示する実施例においてもなされている。
【0021】しかしながら、ズ−ムレンズの仕様が向上
し、大口径比で、しかも超広角から始まる高変倍比のズ
−ムレンズにおいては非球面の導入方法の見直しが必要
となってきている。
【0022】大口径比で、しかも超広角から始まる高変
倍比のズ−ムレンズにおいては歪曲収差は広角側で大き
く変動し、球面収差は望遠側で大きく変動する。この両
方の収差を補正するために、変倍部のいずれかの面に非
球面を導入しただけでは効率良く且つ良好に補正するこ
とが困難となってきている。
【0023】本発明は所謂4群ズ−ムレンズにおいて、
各レンズ群の屈折力を適切に設定すると共に、前玉レン
ズ群中に少なくとも1つのレンズ面に非球面を施すこと
により、変倍に伴う諸収差の変動を少なくし、特に広角
側の歪曲収差と望遠側における球面収差を良く補正した
ズームレンズの提供を第1の目的とする。また、全変倍
範囲にわたり高い光学性能を有した広角端のFナンバ−
1.8程度、超広角(例えば広角端での画角が2ω=9
0゜〜96゜程度)で、変倍比8.5〜10程度の大口
径比で高変倍比のズ−ムレンズの提供を第2の目的とす
る。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明のズ−ムレンズは (1) 物体側より順に、正の屈折力の第1群、変倍用
の負の屈折力の第2群、変倍に伴う像面変動を補正する
為の第3群、そして固定の正の屈折力の第4群を有する
ズームレンズで、前記第1群は合焦時に固定で負の屈折
力の第11群と、合焦時に光軸に沿って移動する第12群
と、合焦時固定の正の屈折力の第13群を有し、前記ズー
ムレンズの変倍比をZ、第1群中における軸上光束の最
大入射高をht、第1群中における広角端での最大画角
の軸外光束の最大入射高をhw、変倍比Z1/4における
ズ−ム位置での最大画角の軸外光束の最大入射高をhz
としたとき、1.65<hw/ht、且つ1.15<h
w/hzを満足する位置の少なくとも1つのレンズ面に
非球面AS1を施したことにある。
【0025】(2)特に、前記非球面AS1は、正の屈
折面に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈
折力が強くなる形状を成し、負の屈折面に施した場合に
はレンズ周辺部に行くに従い負の屈折力が弱くなる形状
を成し、前記第1群の無限遠物体に対して合焦している
状態での合成焦点距離をf1、前記非球面AS1が施さ
れたレンズ有効径の10割、9割、7割における非球面量
(参照球面からの変位量)を各々△10、△9、△7と
したとき、 1.0×10-2 < |△10/f1| < 5.5×10-2 7.2×10-3 < | △9/f1 | < 3.7×10-2 ・・ 2.7×10-3 < | △7/f1 | < 1.4×10-2 なる条件を満足する形状をしている。
【0026】(3)また、前記第11群は物体側より、少
なくとも2つの負レンズおよび少なくとも1つの正レン
ズより構成され、最も物体側の負レンズは像面側に強い
凹面を向けたメニスカス形状を成し、該少なくとも2つ
の負レンズのアッベ数の平均を△ν11n、該正レンズ
のアッベ数を△ν11pとしたとき、 19 < △ν11n−△ν11p ・・ なる条件を満足している。
【0027】(4)また、フォーカシングレンズとして
の前記第12群は、無限遠物体から至近距離物体への合焦
時に像面側へ移動し、像面側に強い凸面を向けた形状の
少なくとも1つの正レンズからなることを特徴とする請
求項1記載のズ−ムレンズ。
【0028】(5)また、前記第13群は、少なくとも1
つの負レンズと3つの正レンズより構成され、該第1群
と第13群の焦点距離を各々f1、f13、該負レンズの
アッベ数を△ν11n、該少なくとも3つの正レンズの
アッベ数の平均を△ν11pとしたとき、 1.5≦f13/f1≦2.0 ・・ 40 < △ν13p−△ν13n ・・ なる条件を満足している。
【0029】(6)また、前記第13群は、少なくとも1
面に非球面AS2が施されており、前記非球面AS2は
正の屈折面に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い
正の屈折力が弱くなる形状を成し、負の屈折面に施した
場合にはレンズ周辺部に行くに従い負の屈折力が強くな
る形状を成している。
【0030】(7)更に、(6)のズームレンズのレン
ズで、その非球面AS2が施されたレンズ有口径の10
割、9割、7割における非球面量を各々△10、△9、△
7としたとき、 4.7×10-3 < |△10/f1| < 7.0×10-3 2.6×10-3 < | △9/f1 | < 4.0×10-3 ・・ 7.9×10-4 < | △7/f1 | < 1.2×10-3 なる条件を満足する形状をしている。
【0031】
【発明の実施の形態】図1〜図4は、本発明の数値実施
例1〜4の広角端におけるレンズ断面図である。
【0032】図1〜図4において、Fは第1群としての
正の屈折力のフォ−カス群(前玉レンズ群)であり、少
なくとも2枚の負レンズと1枚の正レンズを有し、固定で
あり負の屈折力の第11群F1と、フォ−カスの際に光軸
上を移動する第12群F2,そして固定であり正の屈折力
の第13群F3とを有している。
【0033】Vは第2群としての変倍用の負の屈折力を
有するバリエ−タであり、光軸上を像面側へ単調に移動
することにより、広角端(ワイド)から望遠端(テレ)
への変倍を行っている。Cは第3群として負の屈折力の
コンペンセ−タであり、変倍に伴う像面変動を補正する
ために光軸上を物体側へ凸の軌跡を有してを非直線的に
移動している。バリエ−タVとコンペンセ−タCとで変
倍系を構成している。
【0034】SPは開放fナンバーを決定している絞
り、Rは第4群としての正の屈折力の固定のリレ−群で
ある。Pは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、
同図ではガラスブロックとして示している。
【0035】本実施例は、8.5倍以上のズ−ム比Zを
有し、広角端画角2ωが90゜を超えるような超広角ズ
−ムレンズであり、さらにズ−ム全域にて大口径化され
たズ−ムレンズを実現するために、まず全系の広角端で
の焦点距離と撮影画面サイズIS(画面対角線長)を各
々fw、ISとしたとき、fw/IS<0.53なる条件式を
満足するような広角系のズームレンズに適している。
【0036】次に本発明におけるズ−ムレンズの非球面
の特徴について説明する。
【0037】広角端画角2ω=90゜〜96゜から始ま
り、ズ−ム比が8.5〜10倍程度のズ−ムレンズにお
いては、前玉レンズ群及びバリエ−タへの軸上光線の入
射高は図25〜図28に示すように、広角端から望遠端
にかけて順次高くなり、Fドロップのあるズ−ムレンズ
ではFドロップ開始位置(ズ−ム位置fd、図27)で
各々最も高くなる。そして望遠端ではFドロップのため
に前玉レンズ群では一定となり、バリエ−タでは低くな
る。
【0038】これに対して、最大軸外光線の入射高(最
大軸外光束のうち光軸から最も離れた光束の高さ)の光
線は、広角端において前玉レンズ群のうち特に前記第11
群においては、有効径いっぱいに通過しているが、ズ−
ム位置fm=fw×Z1/4では第11群におけるこの入射
高の光線は急激に低くなる。一方、逆に前玉レンズ群の
うち第13群における入射高は急激に高くなる。この傾向
は広角化、高倍率化、小型軽量化を図ろうとするとより
顕著になる。
【0039】前玉レンズ群に非球面を施し収差変動の抑
制をするときに、広角側で変動の大きい歪曲収差を効率
良く補正するするためには、非球面を適切な位置に配置
する必要がある。
【0040】そこで、本実施例においては、画角の3乗
で影響する歪曲収差を補正するために全変倍範囲中で、
前玉レンズ群を構成するレンズ面のうち、軸上光束の最
大入射高をht、広角端の最大画角における軸外光束入
射高をhw、変倍比Z1/4におけるズ−ム位置での最大
画角の軸外光束入射高をhzとしたとき、1.65<h
w/ht、且つ1.15<hw/hzを満足する少なく
とも1つの面に非球面AS1を施したことを最大の特徴
としている。
【0041】また、この非球面は、広角側での歪曲収差
の変動を補正するための非球面を前玉レンズ群中の正の
屈折面に施した場合には、レンズ周辺部に行くに従い正
の屈折力が強くなる形状としている。一方、負の屈折面
に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い負の屈折力
が弱くなる形状とすることで、広角端近傍での歪曲収差
がアンダ−(マイナス)となることを補正する様にして
いる。
【0042】ところで、この非球面形状は、広角端付近
ではアンダーの歪曲収差を良好に補正するものの、逆に
言えば変倍比Z1/4におけるズ−ム位置での歪曲収差に
関しては逆効果であり、変倍比Z1/4におけるズ−ム位
置での前玉群での強い正の屈折力に起因するオ−バ−
(プラス)の歪曲収差を非球面効果によりさらに強く跳
ね上げることで歪曲収差を抑制することが困難となって
しまう。
【0043】そこで、上記の1.65<hw/htなる
条件を満足することは、全変倍範囲中広角端近傍におい
てのみ軸外光線が通過し、且つ望遠側の軸上光線の入射
高との差が大きいことを示しており、これにより広角化
による広角端の歪曲収差のを良好に補正しながら望遠側
の球面収差の変動等への影響を極力抑制している。加え
て、上記の1.15<hw/hzなる条件を同時に満足
することは、全変倍範囲中広角端近傍においてのみ軸外
光線が通過し、且つ変倍比Z1/4におけるズ−ム位置近
傍での最大画角の軸外光束入射高との差が大きいことを
示しており、変倍比Z1/4におけるズ−ム位置での前
玉群での強い正の屈折力に起因するオ−バ−(プラス)
の歪曲収差を非球面効果によりさらに強く跳ね上げるこ
とを回避している。これにより広角化による広角端の歪
曲収差のを良好に補正しながら望遠側の球面収差の変動
等への影響を抑制している。
【0044】更に望ましくは、後述の実施例に従って,
非球面の位置を、1.80<hw/ht、そして1.20<h
w/hzの個所に適用することで、より望ましい非球面
効果を与えることが可能となる。
【0045】さらに、本実施例では前玉レンズ群の非球
面形状を広角化による広角端の歪曲収差のを良好に補正
するために、前述の条件式を満足するように非球面量
を設定している。この条件の意味するところは、非球面
レンズの中心部(光軸付近)はほぼ球面(或いは平面)
で、周辺へいくほど非球面量(参照球面からの変位量)
が相当大きくなることを意味している。そして、上記の
条件式は、この非球面の形状を規定しており、ズ−ム
全域のうち負の歪曲収差が発生しがちな広角端近傍で
の、ごく一部のズ−ム範囲のみ非球面の歪曲収差補正効
果を発揮させ、他のズ−ム領域においては球面収差や非
点収差、コマ収差等への影響がなるべく少なくする様な
作用を与えている。
【0046】次に、前玉レンズ群に関し歪曲収差並びに
特に色収差等の光学性能を良好に補正するために本実施
例における第11群F1は、物体側より順に、少なくとも
2つの負レンズ、および少なくとも1つの正レンズより
構成し、最も物体側の負レンズは像面側に強い凹面を向
けたメニスカス形状とすることで広角端における歪曲収
差の発生を極力抑制している。さらに、第11群F1におけ
る色消し条件式を満足させることで、特に広角側の軸
外光線の色消しを良好に補正している。
【0047】条件式の下限値を超えると色消しが不十
分となり、特に広角側での倍率の色収差の変動が大きく
残存してしまう。
【0048】ところで、本実施例のおける第12群F2は、
無限遠物体から至近距離物体への合焦を行なうに際し、
像面側へ移動するようにする、所謂インナ−フォ−カス
方式を導入している。
【0049】こうすることで、被写体距離による収差変
動を良好に補正すると同時に、ズ−ムレンズ全体の小型
化とフォ−カス作動トルクの軽減等の効果を達成してい
る。また第12群F2は、少なくとも1つの正レンズからな
り、その形状が像面側に強い凸面を向けた形状とするこ
とで広角端でアンダ−(マイナス)に大きく変動する歪
曲収差を補正する効果を達成している。
【0050】一方、第13群F3は、少なくとも1つの負レ
ンズおよび少なくとも3つの正レンズより構成され、前
玉レンズ群全体に対する第13群F3の焦点距離を条件式
のように設定している。
【0051】条件式の下限値を超えると、第13群F3を
構成するレンズの曲率半径が急激に小さくなる傾向にな
り、特に望遠側での収差変動が大きくなる。これを補正
するための設計自由度としてのレンズ構成枚数が多く必
要となり、大口径化及び小型化を図ることが難しくなっ
てくる。条件式の上限値を超えると正のペッツバ−ル
和が著しく減少し、バリエ−タVで発生する負のペッツ
バ−ル和を補正することが困難となってしまう。また、
前玉レンズ群全体としての像面主点が入り込んでしま
い、小型化に対して逆効果となってしまう。
【0052】さらに、第13群F3における色消し条件式
を満足するようにしており、とくに望遠側の軸上光線
の色消しを良好に補正している。
【0053】条件式の下限値を超えると色消しが不十
分となり、望遠側での軸上の色収差が大きく残存してし
まう。
【0054】図1〜図4に示すズ−ムレンズでは以上の諸
条件を満足させることにより、全変倍範囲にわたり収差
変動を良好に補正し、高い光学性能を得ている。
【0055】さて次に、本実施例における数値実施例2
および数値実施例4においては、いくらか残存している
望遠側での球面収差の変動を補正するための非球面を前
玉レンズ群Fのうち第13群F3中の少なくとも1つの面に
施している。
【0056】特に、望遠側での球面収差の変動を補正す
るための非球面を前玉レンズ群F中のうち、第13群の正
の屈折面に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正
の屈折力が弱くなる形状とし、負の屈折面に施した場合
にはレンズ周辺部に行くに従い負の屈折力が強くなる形
状とすることにより、望遠端での球面収差がアンダ−
(マイナス)となること補正している。
【0057】更に、実施例2及び実施例4ではの非球面
形状をズームの高変倍化による望遠端の球面収差を良好
に補正するために、前述の条件式を満足するような形
状の非球面を採用しいている。この条件式の意味すると
ころは、非球面の光軸中心はほぼ参照球面の球面形状に
近く、周辺にいくにしたがって非球面量が大きくなる形
状になっているいうことである。
【0058】この条件式はズームレンズの変倍系におい
てズーム領域のうち望遠端近傍においては極一部のズー
ム範囲のみ非球面の球面収差補正効果を発揮させ、他の
ズーム領域においては非点収差、コマ収差等への影響を
なるべく与えないようにするためのものである。
【0059】この非球面の付加的効果として、ズ−ム位
置fm=fw×Z1/4でのF13群内の軸外入射高が急激
に高くなることによって軸外光線が前玉レンズ群の正の
屈折力により強く跳ね上げられることに起因する歪曲収
差のオ−バ−(プラス)を抑制することが可能にもな
る。つまり、望遠側での軸上光線入射高が高く、且つ広
角側での軸外光線入射高の変化が大きい前玉レンズ群の
物体側寄りのレンズ面に非球面を施すと非常に効果的と
なる。
【0060】また、実施例2及び実施例4においては、
バリエ−タVにおいては物体側より凹、凸、凹、凸、凹
なるレンズ配置としている。まず、最も物体側の負レン
ズは像面側に強い凹面を向けたメニスカス形状とするこ
とにより広角端での歪曲収差を効果的に補正している。
【0061】2番目と3番目の凹と凸の組み合わせにより
色収差の変動と特に倍率の色収差自体を補正している。
これは、バリエ−タVを5枚のレンズにて構成してお
り、バリエ−タV全体の厚みが増加しているので、バリ
エ−タとしての色消しの補正面が像面側に存在すればす
るほどバリエ−タの波長による主点の位置のズレが大き
くなり倍率の色収差が大きく発生してしまう。このため
実施例の構成例のようにバリエ−タVとしての色消しの
基点を物体側に存在させて倍率の色収差を良好に補正し
ている。
【0062】さらに、4番目と5番目の凹と凸の組み合
わせとし、両者の間に適切な屈折率差を設定することで
特に望遠側でのコマ収差を補正している。正レンズと負
レンズは高次収差の影響を考慮したとき、接合・分離の
どちらか一方の形態をとるが、特に接合の形態をとった
ときのコマ収差の発散効果を十分に発揮するための適切
な屈折率差を設定してる。
【0063】このように本実施例では、非球面を施すレ
ンズ面を適切に設定して広角側での歪曲収差と望遠側で
の球面収差の変動を良好に補正し、全変倍範囲で高い光
学性能を得ている。
【0064】次に、本発明の各実施例(数値実施例)の
特徴について説明する。
【0065】図1に示す実施例1は8.5倍のズ−ム比
を有し、広角端画角2ωは90°を超えている。R1か
らR15は前玉レンズ群Fである。R1からR6はフォ
−カスの際に固定のF1であり負のパワ−(屈折力)を
有している。R7からR8はフォ−カス作用を有し無限
遠物体から至近距離物体への合焦時に像面側へ移動する
レンズ群F2であり、R9からR15はフォ−カスの際
に固定のF3であり正のパワ−を有する。R16からR
23は変倍のためにワイド(広角端)からテレ(望遠
端)へ像面側へ単調に移動するバリエ−タVである。R
24からR26は変倍に伴う像点補正の作用を有するコ
ンペンセ−タCであり負のパワ−を有し、ワイドからテ
レへの変倍に際し、物体側へ凸状の弧を描くように移動
する。SP(27)は絞りである。R28からR44は
結像作用を有するリレ−群Rであり、R45からR47
は色分解プリズムと等価なガラスブロックである。
【0066】この実施例1では、広角化の指標としてズ
−ムレンズ全系の広角端焦点距離fwと撮影画面ISと
の比をfw/ISと定義したとき、fw/IS=0.5
という超広角である。これらの広角化に対し前玉レンズ
群ではまず広角側で軸外光線入射高が大きくなるため広
角側での諸収差への影響が大きいF1を物体側から順
に、凹、凹、凸の3枚のレンズ構成とし、最も物体側に
ある凹レンズは像面側に強い凹面を向けたメニスカス形
状とすることで前玉レンズ群内での歪曲収差の発生を抑
制している。
【0067】また、フォ−カス方式として、F2をフォ
−カス移動群とする所謂インナ−フォ−カス方式を採用
することにより、被写体距離による収差変動を良好に補
正すると同時にズ−ムレンズ全体の小型化とフォ−カス
作動トルクの軽減等の効果を達成している。
【0068】さらに、軸上光線入射高が望遠側で大きく
なるため望遠側での緒収差への影響が大きいF3を物体
側から順に凹、凸、凸、凸の4枚構成とし、凹レンズに
より球面収差を発散させ、前玉レンズ群内での球面収差
の発生を抑制している。
【0069】前述の条件式は△ν11n−△ν11p
=20.07、f13/f1 = 1.636、△ν13
p−△ν13n =41.83 である。
【0070】バリエ−タVは凹、凹、凸、凹の4枚構成
とし、凸レンズにより球面収差、コマ収差等を発散さ
せ、バリエ−タ内での緒収差の発生を抑制している。
【0071】コンペンセ−タCにおいても凹、凸の2枚
構成とし、その境界面で球面収差や色収差を発散させ、
緒収差の発生を抑制している。
【0072】非球面はR1面に施しており、R1面の非
球面は全変倍範囲中広角端近傍においてのみ軸外光線が
通過し、且つ望遠側の軸上光線の入射高との差が大きい
こと、且つ変倍比Z1/4におけるズ−ム位置近傍での最
大画角の軸外光束入射高との差が大きいことを有効に利
用しており、hw/ht=2.886、hw/hz=
1.306である。
【0073】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR1の入射光線最大高にて1057.9μ
mである。
【0074】図5〜図9に、各ズ−ム位置における球面
収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0075】図2に示す実施例2は8.5倍のズ−ム比
を有し、広角端画角2ωは90°を超えている。しか
も、望遠側でのFドロップが全くないズ−ムレンズであ
る。R1からR17は前玉レンズ群Fである。R1から
R8はフォ−カスの際に固定のF1であり負のパワ−
(屈折力)を有し、R9からR10はフォ−カス作用を
有し無限遠物体から至近距離物体への合焦時に像面側へ
移動するF2であり、R11からR17はフォ−カスの
際に固定のF3であり正のパワ−を有する。R18から
R26は変倍のためにワイド(広角端)からテレ(望遠
端)へ像面側へ単調に移動するバリエ−タVである。R
27からR29は変倍に伴う像点補正の作用を有するコ
ンペンセ−タCであり負のパワ−を有し、ワイドからテ
レへの変倍に際し、物体側へ凸状の弧を描くように移動
する。SP(30)は絞りである。R31からR47は
結像作用を有するリレ−群Rであり、R48からR50
は色分解プリズムと等価なガラスブロックである。
【0076】この実施例2では、広角化の指標としてズ
−ムレンズ全系の広角端焦点距離fwと撮影画面ISと
の比をfw/ISと定義したとき、fw/IS=0.5
という超広角である。加えてこの実施例2では望遠側で
のFドロップが全く生じない。これらの広角化、大口径
に対し前玉レンズ群ではまず広角側で軸外光線入射高が
大きくなるため広角側での緒収差への影響が大きいF1
を物体側から順に、凹、凹、凹、凸の4枚のレンズ構成
とし、最も物体側にある凹レンズは像面側に強い凹面を
向けたメニスカス形状とすることで前玉レンズ群内での
歪曲収差の発生を抑制している。
【0077】また、フォ−カス方式として、F2をフォ
−カス移動群とする所謂インナ−フォ−カス方式を採用
することにより、被写体距離による収差変動を良好に補
正すると同時にズ−ムレンズ全体の小型化とフォ−カス
作動トルクの軽減等の効果を達成している。
【0078】さらに、軸上光線入射高が望遠側で大きく
なるため望遠側での緒収差への影響が大きいF3を物体
側から順に凹、凸、凸、凸の4枚構成とし、凹レンズに
より球面収差を発散させ、前玉レンズ群内での球面収差
の発生を抑制している。
【0079】前述の条件式は△ν11n−△ν11p
=28.12、f13/f1 = 1.67、△ν13p
−△ν13n =41.83 である。
【0080】バリエ−タVは凹、凸、凹、凸、凹の5枚
構成とし、2番目の凸レンズと3番目の凹レンズに適切
なアッベ数差を設けてなるべく物体側にて色消しを行
い、4番目凸レンズと5番目の凹レンズに適切な屈折率
差を設けることより球面収差、コマ収差等を発散させる
ことでバリエ−タ内での緒収差の発生を抑制している。
【0081】コンペンセ−タCにおいても凹、凸の2枚
構成とし、その境界面で球面収差や色収差を発散させ、
緒収差の発生を抑制している。
【0082】非球面はR3面とR16面に施しており、R
3面の非球面は全変倍範囲中、広角端近傍においてのみ
軸外光線が通過し、且つ望遠側の軸上光線の入射高との
差が大きいこと及び全変倍範囲中広角端近傍においての
み軸外光線が通過し、且つ変倍比Z1/4におけるズ−ム
位置近傍での最大画角の軸外光束入射高との差が大きい
ことを有効に利用しており、hw/ht=1.763、
hw/hz=1.162である。
【0083】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるにつれ正のパワ−が強くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR1の入射光線最大高にて336.3μm
である。
【0084】R16面に施した非球面は、適切なFドロッ
プを設定していないために大きく発生する望遠側での球
面収差を補正している。非球面の方向は光軸からの離れ
量が大きくなるに連れ正のパワ−が弱くなる方向であ
り、高次の領域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正
するために、非球面係数B、C、D、Eまで使用してい
る。このときの非球面量はR16の入射光線最大高にて
198.1μmである。この非球面形状は同時に変倍比
1/4でのオ−バ−の歪曲収差を軽減する方向であり、
望遠側で軸上光線入射高の大きく且つ変倍比Z1/4での
軸外光線入射高の大きいレンズ面ほど効果的であるため
R16に施した。
【0085】図10〜図14に、各ズ−ム位置における
球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0086】図3に示す実施例3は9倍のズ−ム比を有
し、広角端画角2ωは93°を超えている。
【0087】R1からR17は前玉レンズ群Fである。
R1からR8はフォ−カスの際に固定のF1であり負の
パワ−(屈折力)を有し、R9からR10はフォ−カス
作用を有し無限遠物体から至近距離物体への合焦時に像
面側へ移動するF2であり、R11からR17はフォ−
カスの際に固定のF3であり正のパワ−を有する。R1
8からR25は変倍のためにワイド(広角端)からテレ
(望遠端)へ像面側へ単調に移動するバリエ−タVであ
る。R26からR28は変倍に伴う像点補正の作用を有
するコンペンセ−タCであり負のパワ−を有し、ワイド
からテレへの変倍に際し、物体側へ凸状の弧を描くよう
に移動する。SP(29)は絞りである。R30からR
46は結像作用を有するリレ−群Rであり、R47から
R49は色分解プリズムと等価なガラスブロックであ
る。
【0088】この実施例3では、広角化の指標としてズ
−ムレンズ全系の広角端焦点距離fwと撮影画面ISと
の比をfw/ISと定義したとき、fw/IS=0.4
73という超広角である。これらの広角化に対し前玉レ
ンズ群ではまず広角側で軸外光線入射高が大きくなるた
め広角側での緒収差への影響が大きいF1を物体側から
順に、凹、凹、凹、凸の4枚のレンズ構成とし、最も物
体側にある凹レンズは像面側に強い凹面を向けたメニス
カス形状とすることで前玉レンズ群内での歪曲収差の発
生を抑制している。
【0089】また、フォ−カス方式として、F2をフォ
−カス移動群とする所謂インナ−フォ−カス方式を採用
することにより、被写体距離による収差変動を良好に補
正すると同時にズ−ムレンズ全体の小型化とフォ−カス
作動トルクの軽減等の効果を達成している。
【0090】さらに、軸上光線入射高が望遠側で大きく
なるため望遠側での緒収差への影響が大きいF3を物体
側から順に凹、凸、凸、凸の4枚構成とし、凹レンズに
より球面収差を発散させ、前玉レンズ群内での球面収差
の発生を抑制している。
【0091】前述の条件式は△ν11n−△ν11p=
27.56、f13/f1=1.829、△ν13p−
△ν13n=41.83である。
【0092】バリエ−タVは凹、凹、凸、凹の4枚構成
とし、凸レンズにより球面収差、コマ収差等を発散さ
せ、バリエ−タ内での緒収差の発生を抑制している。
【0093】コンペンセ−タCにおいても凹、凸の2枚
構成とし、その境界面で球面収差や色収差を発散させ、
緒収差の発生を抑制している。
【0094】非球面はR1面に施しており、R1面の非
球面は全変倍範囲中広角端近傍においてのみ軸外光線が
通過し、且つ望遠側の軸上光線の入射高との差が大きい
こと及び全変倍範囲中広角端近傍においてのみ軸外光線
が通過し、且つ変倍比Z1/4におけるズ−ム位置近傍で
の最大画角の軸外光束入射高との差が大きいことを有効
に利用しており、hw/ht=3.358、hw/hz
=1.352である。
【0095】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR1の入射光線最大高にて805.2μm
である。
【0096】図15〜図19に、各ズ−ム位置における
球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0097】図4に示す実施例4は10倍のズ−ム比を
有し、広角端画角2ωは95°を超えている。R1から
R17は前玉レンズ群Fである。R1からR8はフォ−
カスの際に固定のF1であり負のパワ−(屈折力)を有
し、R9からR10はフォ−カス作用を有し無限遠物体
から至近距離物体への合焦時に像面側へ移動するF2で
あり、R11からR17はフォ−カスの際に固定のF3
であり正のパワ−を有する。R18からR26は変倍の
ためにワイド(広角端)からテレ(望遠端)へ像面側へ
単調に移動するバリエ−タVである。R27からR29
は変倍に伴う像点補正の作用を有するコンペンセ−タC
であり負のパワ−を有し、ワイドからテレへの変倍に際
し、物体側へ凸状の弧を描くように移動する。SP(3
0)は絞りである。R31からR47は結像作用を有す
るリレ−群Rであり、R48からR50は色分解プリズ
ムと等価なガラスブロックである。
【0098】この実施例4では、広角化の指標としてズ
−ムレンズ全系の広角端焦点距離fwと撮影画面ISと
の比をfw/ISと定義したとき、fw/IS=0.4
54という超広角である。これらの広角化に対し前玉レ
ンズ群ではまず広角側で軸外光線入射高が大きくなるた
め広角側での緒収差への影響が大きいF1を物体側から
順に、凹、凹、凹、凸の4枚のレンズ構成とし、最も物
体側にある凹レンズは像面側に強い凹面を向けたメニス
カス形状とすることで前玉レンズ群内での歪曲収差の発
生を抑制している。
【0099】また、フォ−カス方式として、F2をフォ
−カス移動群とする所謂インナ−フォ−カス方式を採用
することにより、被写体距離による収差変動を良好に補
正すると同時にズ−ムレンズ全体の小型化とフォ−カス
作動トルクの軽減等の効果を達成している。
【0100】さらに、軸上光線入射高が望遠側で大きく
なるため望遠側での緒収差への影響が大きいF3を物体
側から順に凹、凸、凸、凸の4枚構成とし、凹レンズに
より球面収差を発散させ、前玉レンズ群内での球面収差
の発生を抑制している。
【0101】前述の条件式は△ν11n−△ν11p=
25.86、f13/f1=1.82、△ν13p−△
ν13n=41.83である。
【0102】バリエ−タVは凹、凸、凹、凸、凹の5枚
構成とし、2番目の凸レンズと3番目の凹レンズに適切
なアッベ数差を設けてなるべく物体側にて色消しを行
い、4番目凸レンズと5番目の凹レンズに適切な屈折率
差を設けることより球面収差、コマ収差等を発散させる
ことでバリエ−タ内での緒収差の発生を抑制している。
【0103】コンペンセ−タCにおいても凹、凸の2枚
構成とし、その境界面で球面収差や色収差を発散させ、
緒収差の発生を抑制している。
【0104】非球面はR1面とR16面に施しており、R
1面の非球面は全変倍範囲中広角端近傍においてのみ軸
外光線が通過し、且つ望遠側の軸上光線の入射高との差
が大きいこと及び全変倍範囲中広角端近傍においてのみ
軸外光線が通過し、且つ変倍比Z1/4におけるズ−ム位
置近傍での最大画角の軸外光束入射高との差が大きいこ
とを有効に利用しており、hw/ht=3.561、h
w/hz=1.383である。
【0105】非球面の方向は光軸からの離れ量が大きく
なるに連れ正のパワ−が強くなる方向であり、高次の領
域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正するために、
非球面係数B、C、D、Eまで使用している。このとき
の非球面量はR1の入射光線最大高にて1400.6μ
mである。
【0106】R16面に施した非球面は、望遠側での球面
収差を補正している。非球面の方向は光軸からの離れ量
が大きくなるに連れ正のパワ−が弱くなる方向であり、
高次の領域まで効率良く歪曲収差と球面収差を補正する
ために、非球面係数B、C、D、Eまで使用している。
このときの非球面量はR16の入射光線最大高にて13
5.5μmである。この非球面形状は同時に変倍比Z
1/4でのオ−バ−の歪曲収差を軽減する方向であり、望
遠側で軸上光線入射高の大きく且つ変倍比Z1/4での軸
外光線入射高の大きいレンズ面ほど効果的であるためR
16に施した。
【0107】図20〜図24に、各ズ−ム位置における
球面収差、非点収差、歪曲収差を示す。
【0108】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてRiは物体側より順に第i番目のレンズ面の
曲率半径、Diは物体側より第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
ンズの材質の屈折率とアッベ数である。
【0109】非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直
方向にH軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半
径、k、B,C,D,Eを各々非球面係数としたとき、
【0110】
【外1】 なる式で表している。
【0111】
【外2】
【0112】
【表1】
【0113】
【外3】
【0114】
【外4】
【0115】
【表2】
【0116】
【外5】
【0117】
【外6】
【0118】
【表3】
【0119】
【外7】
【0120】
【外8】
【0121】
【表4】
【0122】
【外9】
【0123】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、所謂4群
ズ−ムレンズにおいて、前玉レンズ群のレンズ配置、バ
リエ−タのレンズ配置、フォ−カス方式等を適切に設定
すると共に軸上光束の最大入射高をht、広角端の最大
画角の軸外光束入射高をhw、変倍比Z1/4におけるズ
−ム位置での最大画角の軸外光束入射高をhzとしたと
き、1.65<hw/ht、且つ1.15<hw/hz
を満足する前玉レンズ群内の少なくとも1面に非球面を
施すことにより広角端近傍の歪曲収差を補正し、さらに
変倍に伴う非点収差、コマ収差、色収差の変動をバラン
ス良く補正し、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有し
た広角端のFナンバ−1.8程度、広角端画角2ω=9
0゜〜96゜程度、変倍比8.5〜10程度の大口径で
広角、高変倍比のズ−ムレンズを達成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の数値実施例1の広角端のレンズ断面図
【図2】本発明の数値実施例2の広角端のレンズ断面図
【図3】本発明の数値実施例3の広角端のレンズ断面図
【図4】本発明の数値実施例4の広角端のレンズ断面図
【図5】本発明の実施例1の焦点距離f= 5.50の
収差図
【図6】本発明の実施例1の焦点距離f= 9.39の
収差図
【図7】本発明の実施例1の焦点距離f=13.75の
収差図
【図8】本発明の実施例1の焦点距離f=42.08の
収差図
【図9】本発明の実施例1の焦点距離f=46.75の
収差図
【図10】本発明の実施例2の焦点距離f= 5.50
の収差図
【図11】本発明の実施例2の焦点距離f= 9.39
の収差図
【図12】本発明の実施例2の焦点距離f=13.75
の収差図
【図13】本発明の実施例2の焦点距離f=42.08
の収差図
【図14】本発明の実施例2の焦点距離f=46.75
の収差図
【図15】本発明の実施例3の焦点距離f= 5.20
の収差図
【図16】本発明の実施例3の焦点距離f= 9.01
の収差図
【図17】本発明の実施例3の焦点距離f=13.00
の収差図
【図18】本発明の実施例3の焦点距離f=40.11
の収差図
【図19】本発明の実施例3の焦点距離f=46.80
の収差図
【図20】本発明の実施例4の焦点距離f= 5.00
の収差図
【図21】本発明の実施例4の焦点距離f= 8.89
の収差図
【図22】本発明の実施例4の焦点距離f=12.50
の収差図
【図23】本発明の実施例4の焦点距離f=37.50
の収差図
【図24】本発明の実施例4の焦点距離f=50.00
の収差図
【図25】図1の一部の光路図
【図26】図1の一部の光路図
【図27】図1の一部の光路図
【図28】図1の一部の光路図
【図29】ズ−ムレンズの変倍に伴う収差変動の説明図
【図30】ズ−ムレンズの変倍に伴う収差変動の説明図
【符号の説明】
F 前玉レンズ群(フォ−カス群) F1 第11群 F2 第12群 F3 第13群 V 第2群(バリエ−タ) C 第3群(コンパンセ−タ) R 第4群(リレ−群) P ガラスブロック SP 絞り e e線 S サジタル像面 M メリディオナル像面

Claims (7)

    【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群、
    変倍用の負の屈折力の第2群、変倍に伴う像面変動を補
    正する為の第3群、そして固定の正の屈折力の第4群を
    有するズームレンズで、前記第1群は合焦時に固定で負
    の屈折力の第11群と、合焦時に光軸に沿って移動する第
    12群と、合焦時固定の正の屈折力の第13群を有し、前記
    ズームレンズの変倍比をZ、第1群中における軸上光束
    の最大入射高をht、第1群中における広角端での最大
    画角の軸外光束の最大入射高をhw、変倍比Z1/4にお
    けるズ−ム位置での最大画角の軸外光束の最大入射高を
    hzとしたとき、1.65<hw/ht、且つ1.15
    <hw/hzを満足する位置の少なくとも1つのレンズ
    面に非球面AS1を施したことを特徴とするズームレン
    ズ。
  2. 【請求項2】 前記非球面AS1は、正の屈折面に施し
    た場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力が強く
    なる形状を成し、負の屈折面に施した場合にはレンズ周
    辺部に行くに従い負の屈折力が弱くなる形状を成し、前
    記第1群の無限遠物体に対して合焦している状態での合
    成焦点距離をf1、前記非球面AS1が施されたレンズ
    有効径の10割、9割、7割における非球面量を各々△1
    0、△9、△7としたとき、 1.0×10-2 < |△10/f1| < 5.5×10
    -2 7.2×10-3 < | △9/f1 | < 3.7×10
    -2 2.7×10-3 < | △7/f1 | < 1.4×10
    -2 なる条件を満足することを特徴とする請求項1のズ−ム
    レンズ。
  3. 【請求項3】 前記第11群は物体側より、少なくとも2
    つの負レンズおよび少なくとも1つの正レンズより構成
    され、最も物体側の負レンズは像面側に強い凹面を向け
    たメニスカス形状を成し、該少なくとも2つの負レンズ
    のアッベ数の平均を△ν11n、該正レンズのアッベ数
    を△ν11pとしたとき、 19 < △ν11n−△ν11p なる条件を満足することを特徴とする請求項1記載のズ
    −ムレンズ。
  4. 【請求項4】 前記第12群は、無限遠物体から至近距離
    物体への合焦時に像面側へ移動し、像面側に強い凸面を
    向けた形状の少なくとも1つの正レンズからなることを
    特徴とする請求項1記載のズ−ムレンズ。
  5. 【請求項5】 前記第13群は、少なくとも1つの負レン
    ズと3つの正レンズより構成され、該第1群と第13群の
    焦点距離を各々f1、f13、該負レンズのアッベ数を
    △ν11n、該少なくとも3つの正レンズのアッベ数の
    平均を△ν11pとしたとき、 1.5≦f13/f1≦2.0 40 < △ν13p−△ν13n なる条件を満足することを特徴とする請求項1記載のズ
    −ムレンズ。
  6. 【請求項6】 前記第13群は、少なくとも1面に非球面
    AS2が施されており、前記非球面AS2は正の屈折面
    に施した場合にはレンズ周辺部に行くに従い正の屈折力
    が弱くなる形状を成し、負の屈折面に施した場合にはレ
    ンズ周辺部に行くに従い負の屈折力が強くなる形状を成
    すことを特徴とする請求項1記載のズ−ムレンズ。
  7. 【請求項7】 前記非球面AS2が施されたレンズ有口
    径の10割、9割、7割における非球面量を各々△10、△
    9、△7としたとき、 4.7×10-3 < |△10/f1| < 7.0×10-3 2.6×10-3 < | △9/f1 | < 4.0×10-3 7.9×10-4 < | △7/f1 | < 1.2×10
    -3 なる条件を満足することを特徴とする請求項6のズ−ム
    レンズ。
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