JPS5860717A - 大口径比ズ−ムレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は標準の焦点距Ｃ千含む標準ズームレンズの大口
径比化に関するもので、更に詳しく述べれば、負の屈折
力の焦点距離を有する第ルンズ群と正の屈折力の焦点町
鹸を有する第２レンズ群によって構成されたいわゆる２
群ズームレンズで、前記両レンズ群の空気間隔を可変力
らしめることによシ全系の焦点距離を可変とするズーム
レンズに於いて、大口径比にも拘わらず諸収差を良好に
補正したものである。

従来の２群ズームレンズは第１図に示す如く物体側から
負の屈折力のレンズ系である第ルンズ群工と正の屈折力
のレンズ系である第２レンズ群■から成るいわゆる逆望
遠タイプの構成を採って−る。このような２群ズームレ
ンズは、Ｑ　′ 画角２ωが３４〜６３範囲であってズーム比が２倍程度
のものに収差補正上有利であるが、量も画角の広す広角
端のズーム位置に於いては第ルンズ群Ｉと第２レンズ群
■との間隔が最も広くなるため、前玉径が大きくなる傾
向がある。

このようなレンズ構成においてズームレンズの小型化を
図ると広角端のズーム位置における樽型歪曲収差が急激
に増大し、その補正は非常に困難となる。また大口径比
化を図るとズーミングによる収差変動特に球面収差変動
が増大する。

収差変動補正のために第ルンズ群と第２レンズ群の屈折
力を弱めれば収差変動を少なくする効果はあるが、前玉
径が大きくなり、またレンズ全長も長くなりレンズ系が
大型化する欠点を持つ。このため現在の大口径比３５ｍ
スチールカメラ用の２群ズームレンズは特開昭５１−８
３５４３で提案されているように明るさがＦ２．８程度
となっている〇 本発明は全ズーム領域で良好に収量補正を達成した大口
径比の２群ズームレンズを提供することを目的とする。

本発明の目的を達成する為のレンズ構成の概略は、物体
側より順に負の屈折力の第ルンズ群と正の屈折力のに２
レンズ群の２つのレンズ群を有し、第ルンズ群と第２レ
ンズ群の空気間隔を変えてズーミングを行うズームレン
ズにおいて、ｆｌ！ｘレンズ群内のレンズ面のうち少な
くとも１つ、第２レンズ群の物体側より数えて第１番目
の第２Ｉレンズ又は第２番目の第２２レンズのレンズ面
のうち少なくとも１つのレンズ面を夫々非球面としたこ
とである。

これによシ広角端のズーム位置での明るさがＦ４２、望
遠端でのズーム位置での明るさがＦＡ２−８という大口
径比のズームレンズが達成できたのである。

本発明でけ更に良好なる収差補正を行ったズムレンズを
達成する為に次にレンズ構成を採ることが望ましい。

今、広角端のズーム位置での焦点距離を１とし、 ｈｗｉ　：物体が無限遠くある時の広角端に於ける第１
面を近軸光線が通過する高さ ｈｗｉ　：物体が無限遠くある時の広角端に於ける第１
面を近軸瞳光縁が通過する高さ ｈＴｉ；物体が無限遠にある時の望遠端に於ける第ｉ面
を近軸光線が通過する高さ ｈＴｉ　；物体が無限遠にある時の望遠端に於ける第ｉ
面を近軸瞳光線が通過する高さ で定義された量で初期値としてαｗ、　＝０．　ｈｗｔ
＝１．０゜攬＝−１，０、ｈｗ、　＝　−ｔｗ　、　α
〒１　＝　０９　ｈ”！　＝　ｆ”　？　　　　− 己＝＝−ｈ　Ｔ＋　＝−ｔ、によシ近軸追跡された了７
！ ものである。ここでαは光線の傾角を表わすパラメータ
ーでサフィックスは広角端、望遠端を示す。ｔｗは広角
端に於ける入射瞳の第１面からの距離、を丁は望遠端に
於ける入射瞳の第１面からの距離を表わす。

又、一般に非球面の形状は、第２図に示す如く、非球面
の頂点における近軸曲率半径をＲ１光軸上に光の進行方
向に一致してＸ軸、それと垂直方向で且つ非球面の頂点
を通るｙ軸を取ったとき、ｙ座標がＨにおける偏量Ｘは で表わされる。この（１）式の第１項は上記近軸曲率半
径Ｒのみによってもたらされる量で、第２項以下が非球
面の量を与えるものである。

そして第２項の係数Ｂは３次の非球面係数ψと次の様な
関係がある。

ψ＝８（Ｎ’−Ｎ）Ｂ　　　　　　　　　　（２）また
第３項の係数Ｃは５次の非球面係数Ωと次の関係がある
。

Ω＝４８（イーＮ）０ ここで、非球面係数ψは収差論の３次収差係数に対して
、次に示す変化量すなわち非球面化し九ととによって生
ずる３次怪差の変化量をもたらす。

Δｖ＝ｈ習３ψ　１ 第３図に示す如く、ｈとｈは近軸追跡量であって、ｈは
光軸に沿って進み光軸上に結儂する光線がレンズ各面を
切る高さを示し、ｈは斜めから入射して絞シ中心を通過
する光線（近軸瞳光線）が各面を通る高さを示している
。（３）式のり。

ｈの量はある特定の面について考え九場合ズーミングに
よシ変化する。即ちある定った非球面量φを導入し、ズ
ーミングした時３次の収差係数全てがズーミングによシ
変化する。

第ルンズ群の軸上厚の中心より物体側に非球面を設・け
ることは、広角側の樽型歪曲収差を補正するのに好まし
く、望遠側での諸収差にあまり影響を与えず更にズーミ
ングによる諸収差の変動を良好に保つ効果がある。多く
のズームレンズでは広角端で樽型歪曲収差が多く発生す
る。この歪曲収差を非球面を導入して補正する場合、３
次の収差係数を用いて以下説明する。

３次の非球面係数φに対して３次の各収差係数は上記（
３）式の如く変化する。非球面の導入に対して３次の各
収差係数は全て変化を受け、歪曲収差Ｖを良好に補正し
ようとすると他の収差に影響する。歪曲収差の変化量△
Ｖに対して比較的影響を受は易い非点収差の変化量Δ■
を小さくすることが望ましい。３式より歪曲収差の変化
量はΔｖ　＝　ｈｈ”φ、非点収差の変化量は△■＝ｈ
ｔｈ２φで表わされる。これよりｈの大きさに比較して
百を大きくすれば即ちｌ　ｈ／ｈｌの値を大きな値とす
ることＫよシ歪曲収差の変化量Δ■に対して非点収差の
変化量△■を小さく押さえることができる。このことは
又コマ収差の変化分Δ１＝ｈｈφ、及び球面収差の変化
分△Ｉ＝ｈ４φも同時に小さく押さえることができる。

樽型歪曲収差を補正するためには、ΔＶを負にすれば良
いから、３次の非球面係数φが正なるように非球面を第
ルンズ群の軸上厚中心よシも物体側なるレンズ面に導入
するのが好ましい。

これＫよってＩ　ｈ／ｈ　ｌの値を大きくすることがで
き他の諸収差にあまヤ影響を与えることなく広角端の歪
曲収差を良好に補正することができる。

また、非球面を施したレンズの後方に正の屈折力のレン
ズと負の屈折力のレンズを配置し、これら２つのレンズ
で形成される空気レンズに発散作用の効果を持たせるこ
とによプ非点収差を極めて良好に補正することができる
。これは非球面レンズ位置でのＩｈ／ｈｌの値よシもこ
の空気レンズの位置のｌｈ／ｈｌの値が小さいことによ
る。

後述する実施例２及び実施例４は、第ルンズ群の軸上肉
厚中心よシも物体側に非球面を設定しである。広角端の
非球面設定のレンズ面でのＩｈ／ｈｌの値は実施例２で
は１．１９６、実施例４では１．１５６である。実施例
２の場合３次の非球面係数φの導入によシ（３）式はΔ
Ｉ＝φ ΔＩ＝−１．１９６φ ΔＩ［＝　　　１．４３１φ ΔＶ＝−１．７１２φ とな、夛、φ〉０なる非球面を設定することによ〕樽型
歪曲収差を効率良く補正しながら他の収差への影響を小
さくできる。この非球面導入により広角側での非点収差
が最も影響を受けるが、非点収差は非球面のレンズより
も像側に正の屈折力と負の屈折力のレンズを配置し両レ
ンズ間の空気レンズに発散作用を持たせることにより補
正している。

第ルンズ群の軸上厚の中心よりも像側のレンズ面に非球
面を設ければ広角端の非点収差及び望遠端の球面収差の
補正を良好妃行なうことができる。この場合広角端での
樽型歪曲収差補正のために８ルンズ群の最も物体側に正
の屈折力のレンズを配置し、この正の屈折力のレンズの
収れん作用に上って樽型歪曲収差を良好に補正する必要
がある。広角端のズーム位置での軸外光線は光軸から最
も高い位置を通るが、広角端の軸上光線及び望遠端の軸
上光線は光軸の近傍を通る。

この様な光線の通過する性質を利用し、３次の非球面係
数−を正にすることで、球面収差を補正し、５次の非球
面係数Ωを負にすることによって広角側の非点収差をは
じめとする諸収差を良好に補正することができる。

第ルンズ群軸上厚中心よりも像側ではｈが大きくなるた
め３式より球面収差の変化Δ■＝ｈ４φを非球面係数φ
を正にすることで、△工を正に出来る。これはｔａｌレ
ンズ群の球面収差係数は発散系であるために負の値を有
しており、ズーミングにより望遠側では大きな値となる
のを非球面を導入して補正するのでありこれは又ズーミ
ングによる収差変動だけでなく、フォーカシングによる
収差変動も良好に補正することができる。

第ルンズ群の物体側に配置した正の屈折力のレンズによ
り樽凰歪曲収差を補正することができるが、一方、メリ
デイオナル倫面がアンダーとなり非点収差が悪化してく
る。このときの非点収差は高次の項で補正することがで
き、いま ■を周辺非点収差 曾を周辺球欠像面わん曲としたとき （Ｖｉ十ｙ） の値を負にすればメリデイオナル像面はオーバーとなり
補正できる。（共立出版しンズ設計法Ｐ１０２参照）５
次の非球面係数Ωは周辺非点収差の変化量Δ■、周辺球
欠像面彎曲の変化量Δ■、周辺歪曲の変化量ΔＶに対し
て Δ酊＝ｈｈ　　Ω Δ■＝ｈｈ　　Ω Δｖ＝ｈｈ　　Ω と作用するからΩが負となる非球面を用いて非点収差を
補正することができる。また歪曲収差について考えると
Δｖ〉０となり樽型歪曲収差を助長させることになるが
、第ルンズ群の軸上厚の中心よりも像側に非球面を設定
することでｌ　ｈ／ｈ　ｌの値を大きく出来るので、非
点収差の変化が歪曲収差の変化よりも大となり、歪曲収
差の悪化を押さえながら非点収差を補正することができ
る。

第ルンズ群の軸上中心よシも像側に非球面を設定した例
を後述する実施例１と実施例３に示す。又広角側の非球
面に於けるり、ｈの諸数値を表１に示す。実施例１につ
いて、非点収差の変化量Δ■、周辺球欠偉爾彎曲の変化
量Δ■、周辺歪曲の変化量△Ｖけ、 Δｎｌ＝　　０．６０４７　Ω Δｆｆ＝　　０．６０４７　０ ΔＶ＝−０，４２６６０ となり、歪曲収差を押さえながら非点収差を良好に補正
できることが理解されよう。

以上の様に広角端、望遠端での軸上光線、軸外光線の光
路の相違を利用して光軸の近傍では−〉Ｏであシながら
周辺ではΩ〈０なる非球面を設定することで、効果的に
収差補正を行なうことができるのである。

表　　１ 第２レンズ群に設定する非球面は主に全ズーム領域にお
ける球面収差の補正に効果がある。

本発明の２群ズームレンズではｇｌレンズ群が発散系で
あるために第２レンズ群ではｈが高くな９一般に第２レ
ンズ群に内在する開口絞りよシ物体側のレンズ群内で最
も高くなる。このため絞りよシ物体側のレンズ群では、
球面収差の発生量が大きくなる。ｈの高いレンズ面に非
球面を使用することは、本発明の様に広角端の明るさが
Ｆ／ｌ６ｚＯ１望遠端の明るさがＦ　Ａ　２．８である
大口径比のズームレンズでは球面収差の補正に特に有効
である。

３式から３次の非球面係数φに対する球面収差の変化分
Δ■はΔＩ＝ｈφであるから、ｈが高いレンズ面に非球
面を設定すれば球面収差を効果的に補正できる。第２レ
ンズ群の物体側のレンズに於いて、工〉Ｏなる大きな値
をとる。

これを補正するためには△工を負和すればよくφ〈０な
る非球面形状を与えれば良い。また非球面導入による他
の収差に与える影響は非球面が絞りの近傍にあるために
ｈが小さくなり、コマ収差の変化分Δｌ［＝ｈ　ｈφ、
非点収差の変化分Δｍ　＝＝　ｈ２π２φ、歪曲収差の
変化分Δｖ＝ｈｈ’φに対しては、はとんど影響を及ぼ
すことなく、球面収差のみを良好に補正することができ
る。

実施例１に於いては、球面収差が多く発生しかつｈの高
いＲ１４レンズ面が非球面導入に有利であ抄、非球面導
入による球面収差の補正効果とともにコマ収差の変化も
少なく好ましい。

Ｒ１４レンズ面ではｂｗ　＝　１．８４６．　ｈｒ　＝
２．４１１゜であり絞り近傍であるためにｈは小さく、
ｌ　ｈｗ／ｈｗ　ｌ＝０．０６０．　　Ｉ　ｈｔ／ｈｔ
　ｌ＝０．０３４となり非球面の導入に対し球面収差を
効果的に補正し、なおかつ、コマ収差、非点収差、歪曲
収差の変化を小さく押さえることが可能と、なっている
。

第ルンズ群は物体側より順に正の屈折力の第ルンズ、物
体側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス第２レンズ
、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の第４レンズ、
物体側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス第２レン
ズより構成される。物体側に凸面を向けた正の屈折力の
メニスカス第５レンズを配置し、有限物体距離における
フォーカシング、あるいは、焦点変動（ズーミング）に
伴う諸収差の変動を防いでｂる。第４レンズの物体側の
レンズ面の曲率半径Ｒ７と倫界側のレンズ面の曲率半径
Ｒ８は１Ｒ７１＜ｌＲ８１なる関係を満たす。これは、
Ｒ８面に強い発散作用を持たせると、ズーミング及びフ
ォーカシングによる球面収差の変動が著しくなシ、本発
明レンズの様に大口径比のズームレンズでは、補正が困
難となるためである。第１レンズは広角端の歪曲収差の
補正に有効であるが、メリデイオナル偉面がアンダーと
なる傾向があるので第３レンズと第４レンズとの間の空
気レンズに発散作用を持たせて補正している。

広角端の歪曲収差の補正を第ルンズと第ルンズ群中に設
定した非球面により補正しているが歪曲収差を主に非球
面で補正しておけば！ルンズを省略し、＠２レンズ（非
球面を設定して非点収差を悪化を押さえながら、歪曲収
差を良好に補正することも可能である。

また、正の屈折力の第２レンズ群の物体側に３枚の正の
屈折力のレンズを配置し、焦点距離の変動に伴う球面収
差の変動の増大を防ぎ、又像ｊ側に正の屈折力のレンズ
を配置し、焦点変動（ズーミング）に伴う非点収差及び
像面彎曲の変動を極めて小さく押えている。

以上のようなレンズ構成を採るととくより大口径比でし
かも良好に収差補正を行つ九ズームレンズを達成するこ
とが可能となった。

次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲ
ｉは物体側より順に第１番目のレンズ面の曲率半径、Ｄ
ｉは物体側より順に第１番目のレンズ厚及び空気間隔、
Ｎｉとνｉは夫々物体側より順Ｋｇｉ番目のレンズのガ
ラスの屈折率とアツベ数である。

ｆ、、ｆ、は夫々第ルンズ群と第２レンズ群の≧　　為
　　≧　　λ　　：１ｈ　　　λ　為　　為　　為　　
λ　　為　　λｅＪ（）寸のト　υｏトー凶り０寸−ト
のＯ■−トドＯＷ　　へＣＯ■■−ト０へω■−−−の
一０００ロ　■ロ０−寸唖の０寸Ｃ包トＣＩＯ■Ｃ’ｌ
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ｌ’）　ｔ−＋　ｔＱ　Ｗ　ｍ　％　Ｎ０ａＯへへ１５
のトｏクヘω！！喰寸のＮマ！トへＯωＣ０−ｏトの０
Ｏ（Ｆｌ包−■■トＣ寸り■膿ωの寸０■寸０ロ■啼■
ヘト寸寸ト００’）口ωの■Ｃ■−■ω０ト＠■寸トＬ
Ｑ　（Ｘ）　ｅ　（Ｏのロ■ω呼−ｏＯωＣ■寸００１
１１１１１１ ４　　城−きλ×砧　　　滅へΔλＸ紘Ｃｎ−の０００
５〜口■の唖の■Ｑ囚０−ロω唖−姑　　城−きλ×龜
　　滅凶きλＸ駄 但し物体無限に於けるｆｗ＝１．０の時の近軸値で前述
の如く、初期値をα当−〇、αｗ、　＝　−１，ｈｗ、
　＝−ｔｗｏ、　　α丁、＝Ｏ，ｈＴ１＝ｆｒ、　　α
丁、−π　、　６丁１　＝ｆ　Ｔ−：ｋ　　　λ　　　
≧　　　≧　　　）　　　：ｋ　　　ａｓｈ　　　　Ａ
　　　　≧　　　λだ　　ｌ：Ｉ！ｉ鍵＃酩ばは−＃匡
閃＃部閃悶悶悶閏閑悶悶函悶＾　　）　　≧　　λ　　
＼　　λＡ　　為　　λ　　為　　λ習　　ぺａ！＝閃
μｓ閃ば＃酩酩感閃工匡＝叫悶閏山悶悶為　　為　　≧
　　：ｋ　　λ　≧　　λ　　λ　　≧　　為　　諏　
　≧

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るズームレンズ系のズーム移動を示
す説明図。第２図は非球面の形状の説明図。第３図は近
軸量の説明図。第４図は本発明の実施例１のレンズ形状
を示す断面図。第５図（ａ）、ΦＬ　（ｃ）は実施例１
の諸収差図で、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間、（Ｃ）
は望遠端を示す。第６図は本発明の実施例２のレンズ形
状を示す断面図。 第７図（ａ）ｔ　（ｂ）ｔ　（ｃ）は各々、広角端、中
間、望遠端の収差図。第８図は本発明の実施例３のレン
ズ形状を示す断面図。第９図（ａ）、ΦＬ　（Ｃ）は各
々広角端、中間、望遠端の収差図。第１０図は本発明の
実施例４のレンズ形状を示す断面図。第１１図（ａ）、
伽）、　（Ｃ）は各々広角端、中間、望遠端の収差図で
ある。 図中、■は第ルンズ群、■は第２レンズ群、Ｍはメリデ
イオナル焦線、Ｓはサジタル焦線である。 Ｉｌノ＋７ｆ、Ｑ’ 歪−曲月玲覧 Ｉｔ／　Ｊ　Ｉ　７Ａ’ １３Ｊｌ又叛 １Ｉｉ１３ＪＩＡ艦 ｈノ＝ｆ１．Ａ’ １曲≦先 ｂ）＊：ｚＺ３’ １田Ｈ又ゑ 第７図 （ｃ／２ 揮仙嬶　　　　　　→防、ル ＋＋７ｔ／り、ＱＤ １曲本表 ０す ７−１５　　　　　　　　　　　ｗ工３／’５Ｃ−■ ／　　　　　　　　　　　　　　　　　　／ｌ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　／ｌ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　／／　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　／ｔ　　　　　　　　　　　
　　　２ｚ、ｂ’＼ 入 ＼ ＼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｓｂ’
＼ ＼ 諏＃Ｊ取麦　　　　　　４陣収左 １曲ＭＬ羨 Ｖノ＋１７．りｐ Ｌ曲Ｍズ左

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　物体側よル順に負の屈折力の第ルンズ群と正
   の屈折力の第２レンズ群の２つのレンズ群を有し、前記
   第ルンズ群と前記第２レンズ群の空気間隔を変えてズー
   ミングを行うズームレンズにおいて、前記第ルレンス群
   内ルンズ面のうち少なくとも１つ、前記第２レンズ群の
   物体側より数えて第１番目の第２．レンズ又は第２番目
   の第為レンズのレンズ面のうち少なくとも１つのレンズ
   面を夫々非球面としたことを特徴とする大口径比ズーム
   レンズ。
2. （２）前記第ルンズ群の物体側の第ルンズは正の屈折力
   を有し、前記第ルンズ群内の非球面を施したレンズ面を
   前記第ルンズ群の総合し九軸上厚の中央よシ像間側に配
   置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の大
   口径比ズームレンズ。
3. （３）前記第ルンズ群内には正の屈折力のレンズと負の
   屈折力のレンズを有し、これら両レンズより形成される
   空気レンズは発散作用を有しており、前記ｔｘルンズ群
   内の非球面を施したレンズ面は前記＠ルンズ群の総合し
   た軸上厚の中央より物体側であってかつ前記空気レンズ
   より物体側に配置したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の大口径比ズームレンズ。
4. （４）前記第ルンズ群は物体側より順に正の屈折力の第
   ルンズ、物体側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス
   状の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、物体側のレ
   ンズ面の曲率半径が倫面儒のレンズ面の曲率半径よシ小
   さい負の屈折力の第４レンズ、そして物体側（凸面を向
   けた正の屈折力のメニスカス状のｔ４５レンズを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の大口径比
   ズームレンズ。
5. （５）　　前記第ルンズ群は物体側よ）順く、物体側へ
   凸面を向けた負の屈折力のメニスカス状の第１ルンズ、
   正の屈折力の第２ルンズ、物体側のレンズ面の曲率半径
   が像面側のレンズ面の曲率半径より小さい負の屈折力の
   第３ルンズそして物体側に曲間を向けた正の屈折力の第
   ４ルンズを有し、前記第２ルンズと前記第３ルンズより
   形成される空気レンズは発散作用を有し、前記第ルンズ
   のレンズ面に非球面を施したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の大口径比ズームレンズ。
6. （６）前記第スレンズは正の屈折力の単レンズ若しくは
   正の屈折力と負の屈折力のレンズを貼合せた正の屈折力
   の貼合せレンズであり、前記第２！レンズは物体側に凸
   面を向けた正の屈折力のメニスカス状のレンズであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の大口径比ズ
   ームレンズ。
7. （７）前記第２レンズ群内の非球面を施したレンズ面よ
   り像面側に開口絞りを配置したことを特徴とする特許請
   求の範囲ｔｌＥ１項記載の大口径比ズームレンズ。