JPS5833531B2 - 高変倍率ズ−ムレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はズーム比３．・５倍から５倍程度の広角ごら
望遠まで変倍可能で、コンパクトな３５１ｍサズスチル
カメラ用ズームレンズに関する。

従来一般に用いられるズームレンズのレンズ構成は、最
前部のフォーカシング用レンズ成分、それに続く変倍用
レンズ成分、コンペンセーター用レンズ成分、そして最
後部の結像用レンズ成分というように、各レンズ成分は
それぞれの役割を分担スるように構成されていた。

このようなレンズ構成によって広角を含む高度倍率ズー
ムレンズを得ようとすると、レンズ系を大型化しない限
り収差補正は困難になる。

これは小型化を計るためには変倍用レンズ成分の焦点距
離を小にしなげればならず、その結果としてズーム範囲
の全域にわたって良好な収差補正をすることが困難にな
るからである。

しかし、近年、広角を含みズーム比を大きくするため、
必ずしも上記のような各レンズ成分の役割分担にこだわ
らないズームレンズの移動方式が試みられている。

正・負・正・負・正のレンズ構成を持つズームレンズの
公知の移動方式を第１図から第４図に示す。

これらの図中、変倍用レンズ或ｅＶ）とｔ−３広角端を
基準にして望遠端へとレンズ系の焦点距離が変化すると
き、そのレンズ成分の像倍率が絶対値で大きくなるもの
をさしている。

第１図のものは、上述の従来量も普通のレンズ構成で、
変倍の作用をもつものは第２成分のみであり、変倍率を
高めようとすればレンズ系が大型化する。

第２図のものｔ３第２レンズ戒分と第３レンズ成分の焦
点距離に一定の関係をもたせ、両レンズ成分とも変倍の
作用を持つようにしたもので、第１図のものより変倍率
を高めることが出来る。

第３図のズームレンズは、第２、第３、第４の３つのレ
ンズ成分が変倍作用を持つようにしたもので、変倍率は
高（することが出来るが、第ルンズ成分が固定されてい
るので、広角端で周辺画角の光束を十分に入射させるた
めにはレンズ外径を大きくする必要があり、レンズ系の
大型化がさげられない。

第４図のものは、レンズ系の移動ツタめの機械構造を簡
素化するため、第ルンズ成分と第３レンズ成分を１体と
して移動するようにしたもので、変倍率を高めることは
困難である。

この発明は、上記各種の５成分構成のズームレンズの欠
点に鑑み、第２、第３、第５レンズ成分に変倍作用を持
たせると共に、第ルンズ成分を変倍に伴なって大きく移
動させ、広角端ではレンズ系全体の長さが望遠端でのレ
ンズ系全体の長さに比べて小さくなるようにし、これに
よって広角端でレンズ外径を大きくしなげればならない
という欠点を生じないようにし、小型軽量の高性能の広
角を含む高変倍ズームレンズを得ることが出来たもので
ある。

以下図面を参照して具体的に説明する。

この発明のズームレンズは、第５図に示すように、物体
側から順に、正の焦点距離をもつ第ルンズ成分、負の焦
点距離をもつ第２レンズ成分、正の焦点距離をもつ第３
レンズ成分、負の焦点距離をもつ第４レンズ成分そして
正の焦点距離をもつ第５レンズ成分で構成されるズーム
レンズに於て、ズームレンズの総ての焦点距離の変化域
にわたり、（１）第ルンズ成分と第２レンズ成分とから
なる部分系の焦点距離は負であり、第３レンズ成分から
第５レンズ成分までの部分系の焦点距離は正である。

そして、（２）レンズ系の焦点距離が最短位置から最長
位置まで変化するとき、第ルンズ成分は第２レンズ成分
の像倍率の増加を助長するように物体側に大きく移動し
、（３）第２レンズ成分、第３レンズ成分は各レンズ成
分の像倍率が増加するように移動し、（４）第４レンズ
成分は第３レンズ成分から第５レンズ戊分までの部分系
の像倍率の増加を助長するように移動し、（５）第５レ
ンズ成分は該成分の像倍率が増加するように移動する。

この際 ｆ：ズームレンズ全系の焦点距ｍ Ｔｉｊ（ｆ）：全系の焦点距離がｆのとき、第２レンズ
成分と第２レンズ成分との２間の間隔 ｄＴ ｉｊ （ｆ）／ ｄｆ ： Ｔ ｉｊ （ｆ）の
ｆに対する変化の割合とするとき の条件を満している。

→艮しフカメラ用ズームレンズにおいては、レンズ最終
面からフィルム面までの距離がある程度以上大きいこと
が必要であるので、広角端においてレトロフォーカスタ
イプのレンズ配置とする必要がある。

このため、第４レンズ成分と第２レンズ成分とからなる
部分系は負の焦点距離、第３レンズ成分から第５レンズ
成分までの部分系は正の焦点距離をもつようにしてレト
ロフォーカスタイプの配置を実現している。

これが上記（１）の条件の意味である。

従来公知のレンズ成分移動方式においては、いくつかの
固定レンズ成分があるために、変倍率を高めようとすれ
ばレンズ系の大型化を招くが、この発明のズームレンズ
においては（２）ないしく５）の条件のようにすべての
レンズ成分を移動させて、各レンズ成分の焦点距離をそ
れ程小さくせず、レンズ系を大型化することなしに高倍
率化を達成している。

（２）の条件のように、第ルンズ成分を物体側に移動す
ることは、第２レンズ成分との相対的な関係において第
２レンズ成分の移動量を増加したと同じ効果を持ち、第
２レンズ成分の像倍率の変化が増加する。

条件（３）の第２レンズ成分、第３レンズ成分の移動は
従来公知の第２図あるいは第３図に示すズームレンズの
移動方式と同様である。

条件（４χ５）は広角端では第４レンズ成分は第３レン
ズ成分に接近して配置され、望遠端では第５レンズ成分
に接近するように移動し、これによって第３レンズ成分
から第５レンズ成分までの部分系の主点位置を、像側か
ら物体側へ各レンズ成分の移動量を越えて大きく移動さ
せ、その結果、この部分系の像倍率の変化が増加する効
果を持つ。

条件（６）は各レンズ成分間の空気間隔が、レンズ系全
体の焦点距離の変化につれてどのように変化するかに関
するものであり、広角から望遠へと変倍する場合、第ル
ンズ戒分と第２レンズ成分の間隔と第３レンズ成分と第
４レンズ成分の間隔とは単純に増加し、第２レンズ成分
と第３レンズ成分の間隔及び第４レンズ成分と第５レン
ズ成分の間隔は単純に減少する。

上記の条件を満すこの発明のズームレンズは、さらに次
の条件を満すことが望ましい。

ｆｉ： 第ルンズ成分の焦点距離 ｆｗ：広角端におけるレンズ系全体の焦点距離ｆｔ：
望遠端におけるレンズ系全体の焦点距離Ｖ：ズーム比
（−ｆｔ／ｆｗ） ｖ２： 第２レンズ成分の望遠端と広角端での像倍率
の比 Ｖ３−４．５− ：第３レンズ成分から第５レンズ成分
までの部分系の望遠端と広角端での像倍率の比とすると
き 条件（７）ないしく１１）は、レンズ系を大型化するこ
となく良好な性能を保つために必要な、各レンズ成分の
焦点距離の大きさについての条件である。

ｆｌ が条件（７）の上限より大となればレンズ系が大
型化するとともに望遠端附近で大きい歪曲収差が発生す
る。

逆に下限より小となれば、望遠端附近で大きい補正不足
の高次の球面収差が発生する。

Ｉ ｔ’２１ が条件（８）の上限より犬となれば、
レンズ系が大型化するとともに、広角端附近での球面収
差と望遠端附近での球面収差の差が犬となる。

逆に下限より小となれば広角端附近で大きいアンダーの
歪曲収差が発生する。

ｆ３が条件（９）の上限より犬となるとレンズ系が大型
化する。

逆に小となると非対称なコマ収差が発生するとともに、
広角端附近で大きいアンダーの歪曲収差が発生する。

ｆ４ が条件（１０）の上限より大となるとレンズ系が
大型化し、逆に下限より小となると非対称なコマ収差が
発生するとともに広角端付近でアンダーの歪曲収差が発
生する。

ｆ５が条件０υの上限より犬となると第５レンズ成分の
移動量が大となりレンズ系が大型化するとともに、望遠
端付近でオーバーの歪曲収差が発生する。

逆に下限より小となれば大きな非対称コマが発生すると
ともに、広角端付近でアンダーの歪曲収差が発生する。

条件（１圓語まズーム比を各々のレンズ成分に適切に分
配して、レンズ系を大型化することなしに収差を良好に
保つための条件である。

レンズ系全体のズーム比Ｖを一定とすればｖ２ が大と
なればｖ３，４．５．は小となり、ｖ２ が小となれば
ｖ３．４−５は犬となるという関係にあり、当然両条件
とも共に上限より大または下限より小ということはあり
得ない。

ｖ２が条件０２）の上限より犬でｖ３．４゜、が条件（
１３）の下限より小となれば、第ルンズ成分と第２レン
ズ成分の移動量が大きくなる一方、第３レンズ成分から
第５レンズ成分までの各レンズ成分の移動量が小さくな
る。

第ルンズ成分と第２レンズ成分の移動量が大きくなるた
め、望遠端でのレンズ外径が太き（なり、レンズ系が大
型化するとともに広角端付近での歪曲収差と望遠端附近
での歪曲収差の差が大きくなる。

逆にｖ２が条件（１２）の下限より小さく、Ｖ３，４．
５が条件（１３）の上限より大となると、第ルンズ成分
と第２レンズ成分の移動量が小さくなり、第３レンズ成
分から第５レンズ成分までの各レンズ成分の移動量が大
きくなる。

第ルンズ成分と第２レンズ成分の移動量が小さいと、望
遠端附近で第ルンズ成分と第２レンズ成分との間隔が大
きくならないので、軸上光線が第２レンズ成分に光軸か
ら離れた高い位置に入射し、第２レンズ以後のレンズ成
分においても光軸から離れた高い位置を通過することに
なるため、大きい補正不足の高次の球面収差が発生し、
補正困難となる。

以上のようなこの発明の基本的な条件を満足する具体的
なズームレンズは、第４レンズ成分は少なくとも１個の
正レンズ群で構成され、この正レンズ群は正の単レンズ
と負の単レンズからなるダブレットであり、第２レンズ
成分は少なくとも２個の負レンズ群と１個の正レンズ群
とで構成され、第３レンズ成分は、少なくとも２個の正
レンズ群で構成され、うち１個の正レンズ群は、正の単
レンズと負の単レンズからなるダブレットであり、第４
レンズ成分は少なくとも２個の負レンズ群で構成され、
うち１個の負レンズ群は正の単レンズと負の単レンズか
らなるダブレットであり、第５レンズ成分は少なくとも
２個の正レンズ群で構成され、少なくとも■個の正レン
ズ群は正の単レンズと負の単レンズからなるダブレット
であり、Ｎｐｉ：第ｉレンズ成分の正レンズの屈折率の
平均値 ＮＮｉ：第ｉレンズ成分の負レンズの屈折率の平均値 シルミニ第２レンズ以後の正レンズのアツベ数の平均値 νＮｉ ： 第ｉレンズ成分の負レンズのアツベ数の平
均値 とするとき の各条件を満足することが望ましい。

条件（２）は望遠端付近での球面収差の補正に必要な条
件であり、Ｎｐ２が１．７より小になると、第２レンズ
成分において球面収差に対して補正不足に働く正レンズ
の曲率が犬になり、望遠端付近で大きい補正不足の高次
の球面収差が発生する。

条件（１５１は全系のペッツバール和を適正な値に保つ
と共に、広角端付近での球面収差と歪曲収差の補正に必
要な条件である。

ＮＮ２が１．７より小になると、第２レンズ成分中の発
散面の曲率が犬になり、全系のペラパール和が小になり
すぎ、広角端付近でサジタル像面湾曲が大となり、更に
大きいオーバーの高次球面収差と大きいアンダーの歪曲
収差が発生する。

条件１６）は、全系の色収差を補正するために必要な条
件である。

この発明のズームレンズは、第２レンズ成分に大きな変
倍率増加の役割を持たせているので、第２レンズ成分の
みの色収差が補正されていないと、全系の色収差を補正
することは困難である。

第２レンズ成分中の負レンズのアツベ数の平均値を４０
以上にすることで、第２レンズ成分それ自体の色収差を
補正することが出来る。

条件的は全系のペラパール和を適正な値に保つために必
要な条件で、Ｎｐ３が上限より大となると、全系のペラ
パール和が小さくなりすぎてしまい、広角端付近でサジ
タル像面湾曲が大きくなってしまう。

条件（１８）は全系の色収差を補正するために必要な条
件であり、第３レンズ成分にも、第２レンズ成分と同じ
く、大きな変倍率増加の役割を持たせているので、第３
レンズ成分のみの色収差が補正されていないと全系の色
収差を補正することは困難である。

第３レンズ成分中の正レンズの平均アツベ数を５０以上
とすることによって第３レンズ成分自体の色収差が補正
出来る。

条件’（１９１は、全系のペラパール相を適正な値に保
つために必要な条件である。

ＮＮ、が１．７より小になると、全系のペラパール和が
小になりすぎ、広角端付近でサジタル像面湾曲が大とな
る。

条Ｎ０）Ｄ東金系の色収差を補正するのに必要な条件で
ある。

第４レンズ成分もまた、変倍率の増加に大きく寄与して
おり、第４レンズ成分のみの色収差が補正されていない
と、全系の色収差を補正することは困難である。

第４レンズ成分中の負レンズの平均アツベ数を４０以上
とすることで第４レンズ成分の色収差が補正出来る。

前述の条件を満たす実施例を次に示す。

表中、Ｒはレンズ面の曲率半径、Ｄはレンズ面間隔、ｎ
ｄはｄ線に対する屈折率、νはアツベ数である。

実施例 １ ｆ＝２８．９６９〜１３１．８６３ Ｆナンバー４、
ＯＯ〜４，６２ 画角２Ｗ＝１８°６′〜７５°３２′
この実施例のレンズ断面図を第６図に、各レンズ成分の
移動軌路を第７図に、各レンズ成分の像倍率の変化図を
第１０図に、収差曲線を第１２図に示す。

但し第１０図においてＭ２５Ｍ３５Ｍ４．。Ｍ５、はそ
れぞれ第２、第３、第４、第５レンズ成分の像倍率を表
わし、Ｍ３．、．５ は第３レンズ成分から第５レンズ
成分までの部分系の像倍率を表わす。

第１０図ａは像倍率自体の変化を示し、同図すは広角端
での像倍率を１として像倍率の相対変化を示している。

実施例 ２ ｆ＝２８．８８８〜１３２．２７６ Ｆナンバー４．
００〜４．５０ 画角２Ｗ＝１８°２８′〜７６°４′
実施例２のレンズ断面図、各レンズ成分の移動軌跡図、
像倍率の変化図、およびレンズ系の収差曲線をそれぞれ
第８図、第９図、第１１図、第１３図に示し、符号の意
味は第１実施例のそれと同じである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は５レンズ成分のズームレンズの公
知の移動方式を、第５図はこの発明のズームレンズの移
動方式を示す。 第６図、第８図はこの発明のズームレンズの断面図、第
７図、第９図は各レンズ成分の移動軌跡図、第１０図、
第１１図は各実施例の各レンズ成分の像倍率の変化図、
第１２図、第１３図は各収差曲線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体側から順に、正の焦点距離をもつ第ルンズ成分
   、負の焦点距離をもつ第２レンズ成分、正の焦点距離を
   もつ第３レンズ成分、負の焦点距離をもつ第４レンズ成
   分、そして正の焦点距離をもつ第５レンズ成分で構成さ
   れるズームレンズにおいて、ズームレンズの総ての焦点
   距離の変化域にわたり （１） 第４レンズ成分と第２レンズ戒分とからなる
   部分系の焦点距離は負であり、第３レンズ成分から第５
   レンズ成分までの部分系の焦点距離は正であり、 （２）レンズ系の焦点距離が最短位置から最長位置まで
   変化するとき、第ルンズ成分は第２レンズ成分の像倍率
   の増加を助長するように物体側に移動し、 （３）第２レンズ成分、第３レンズ成分は各レンズ成分
   の像倍率が増加するように移動し、 （４） 第４レンズ成分は第３レンズ成分から第５レ
   ンズ成分までの部分系の像倍率の増加を助長するように
   移動し く５）第５レンズ成分は該レンズ成分の像倍率が増加す
   るように移動し く６）この間、各レンズ成分間間隔が ｆ：ズームレンズ全系の焦点距離 Ｔｉｊ（ｆ）：全系の焦点距離がｆのとき、第２レンズ
   戒分と第２レンズ戒分との間の間隔 ｄＴ ｉｊ （ｆ）／ ｄｆ ： Ｔ ｉ ｊ （ｆ）
   のｆに対する変化の割合 とするとき の条件を満す ことを特徴とする高変倍率ズームレンズ。