JPS594688B2

JPS594688B2 - ズ−ムレンズ

Info

Publication number: JPS594688B2
Application number: JP51026580A
Authority: JP
Inventors: 敬二池森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1976-03-11
Filing date: 1976-03-11
Publication date: 1984-01-31
Also published as: JPS52109952A; DE2710546A1; US4110006A; DE2710546C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明はズームレンズに関し、特に広角端の画角が４０
０よりも小さい、いわゆる望遠型ズームレンズに適した
光学系に関する。

５望遠端の焦点距離が極めて長く、更に大口径である
ならば、被写体側の前面のレンズ径（前玉径）は極めて
大きくなる。

従つて周知のフォーカシング方式を採用した場合にはフ
ォーカシングレンズ全体の重量が極めて重くなり、移動
中にたわみを・０生じ、偏心による性能悪化を起し、
これを防止するために鏡筒の肉厚が厚くなり、そのため
全体が大型化するとともに重量も極めて重くなり、また
操作性も悪くなる。一方、フォーカシングの際に移動す
るレンズの’５枚数を減少させたズームレンズは米国
特許第３５９４０６６号、第３５９８４７６号等により
知られている。

本発明は、ズーミングのために移動するレンズ群より被
写体側にある収斂性前置レンズ群の一部’０を移動す
る周知のフォーカシング方式を採用するにともない、ズ
ームレンズを望遠向きにした場合に起きる、前置レンズ
群の大型化と重量化を避けるために前置レンズ群内の可
動レンズ群およびその後方のレンズ群のレンズ径を小さ
くし、同時に■５可動レンズ群を軽量化することを目
的としている。

そしてその結果、鏡筒を含むレンズ全体の軽量、コンパ
クト化、更に操作性を良好にしうるものでハある。

次に本発明の構成を述べると、ズーミングのための可動
レンズ群（バリエータ、コンペンセータ）より被写体側
に、フオーカシング機能に係る収斂性前置レンズ群を設
けたズームレンズに於いて、収斂性前置レンズ群１は被
写体側より収斂性レンズ群、発散性レンズ群川、収斂性
可動レンズ群そして発散性後方レンズ群Ｖを有し、収斂
性レンズ群の焦点距離と発散性レンズ群の焦点距離の絶
対値との比は１：０．６５と１：０．９との間にあり、
発散性後方レンズ群Ｖの焦点距離の絶対値は収斂性可動
レンズ群の焦点距離より大きく、収斂性可動レンズ群を
光軸上、移動させることにより異なる被写体距離に対し
て焦点合わせを行うものである。

また収斂性レンズ群と発散性レンズ群とでほぼアフオー
カル系を構成し、より具体的には収斂性レンズ群と発散
性レンズ群の総合焦点距離は、無限遠の被写体距離に対
して焦点合わせをした状態の収斂性前置レンズ群１の焦
点距離の１０倍より大きいことが望ましい。更に実施の
態様を見ると、収斂性レンズ群は凸レンズのみから成り
、その内少なくとも１枚は弗硅クラウンの硝種もしくは
螢石、発散性レンズ群は凹レンズのみでランタン重フリ
ットもしくはランタンフリットの硝種を少なくとも１枚
含み、収斂性可動レンズ群は凸レンズのみで弗硅クラウ
ンの硝種もしくは螢石を少なくとも１枚用いている。こ
れをより詳細に述べると、収斂性レンズ群と収斂性可動
レンズ群はそれぞれ被写体側より両凸レンズと被写体側
へ凸を向けたメニスカス正レンズで弗硅クラウンの硝種
もしくは螢石、発散性レンズ群は被写体側へ凸を向けた
メニスカス負レンズ２枚でランタン重フリットもしくは
ランタンフリットの硝種、発散性後方レンズ群Ｖは被写
体側へ凸のメニスカス負レンズを１枚用い、発散性後方
レンズ群Ｖの焦点距離の絶対値は収斂性可動レンズ群の
焦点距離に比べて５倍より大きく７倍より小さいことが
望ましい。

以上述べた構成の結果として、望遠端の焦点距２離が極
めて長く、かつ大口径であるにもかかわらず、フォーカ
シング機能に係る収斂性前置レンズ群内で、被写体側の
前面のレンズ径（前玉径）の必要最小有効径ＨＡ（望遠
端の焦点距離÷Ｆナンバー）よりもかなり小さい有効径
のレンズ群がフオーカシング用レンズ群となる。

今、第１図は本発明の実施例を示す断面図で、Ｉは収斂
性前置レンズ群、は収斂性レンズ群、は発散性レンズ群
、は収斂性可動レンズ群そしてＶは発散性後方レンズ群
である。

またはバリエータ、はコンペンセータ、は結像レンズ群
、１０と１２はカメラ本体に固定される鏡筒、１１はフ
オーカシングの際に移動される鏡筒で、Ｌは望遠端での
軸上光線である。収斂性レンズ群と発散性レンズ群の焦
点距離をそれぞれｆ、ｆとし、また主点間隔をＥとして
、それらでアフオーカル系を構成した時、フオーカシン
グ用収斂性レンズ群の必要最小有効径ＨＢは次の式で示
される。

そこでＩｆｌ［ＩＩ／ｆを１より小さくするべくＦＩと
ｆを選ぶことにより、ＨＢをＨＡより小さくできる。

また望遠型ズームレンズでは、フオーカシング機能に係
る収斂性前置レンズ群１の有効径は望遠端配置での最大
Ｆナンバー光束によりほぼ決まるものである。そのため
、ＨＢをＨＡより小さくすることにより、第１図そして
より詳細に第７図に示す如く収斂性レンズ群と発散性レ
ンズ群を保持する鏡筒１０の内側にフオーカシング用収
斂性レンズ群を保持する移動鏡筒１１を備えることがで
きるから、鏡筒１０の直径を予め大きくしておく必要が
なく、また周知の如きフオーカシング用収斂性レンズ群
が他のレンズ群の直径とほぼ等しいズームレンズに比べ
て鏡筒１０の外径は際立つて小さくなつて、軽量簡素化
が可能となり、移動鏡筒１１もフオーカシング用収斂性
レンズ群が小型軽量のため鏡筒自体の軽量、簡素化が可
能となる。なお、第７図において、外側鏡筒１０は内側
鏡筒１２と結合されており、移動鏡筒１１に植設された
ピン１３は、鏡筒１０に切られた光軸方向の直線カム溝
１０ａと、フオーカス環１４に固定されたカム環１５に
切られたカム溝１５ａに係合しているから、フオーカス
環１４を回せば収斂性可動レンズ群は光軸Ｘ上を移動す
る。また１６はズーム環、１７はズーム用の力ム環であ
る。そこで、Ｉｆｌ／ｆを０．９より大きくするとＨＢ
が大きく、つまりフオーカシング用収斂性レンズ群の有
効径が大きくなつて、移動鏡筒１１を固定の外側鏡筒１
０の内側に単純に設けられなくなり、すなわち前玉を支
える鏡筒より太くなり、軽量、簡素化に反する。

また０．６５より小さくするとＨＢは小さくなるが、前
記主点間隔Ｅが長く、つまり収斂性レンズ群と発散性レ
ンズ群との空気間隔が長くなりすぎてレンズ全長の必要
以上の増大を生じ、また前玉径が最大画角の斜光束によ
つて決まる処から前玉有効径がＨＡよりかなり大きくな
つてしまい、前玉径の必要以上の増大となつて、全体に
大型化、大重量化となる。

この時、Ｅ＝（ＨＡ−ＨＢ）×ｆで表わせるから、ＨＡ
とＦＩを一定にしてＨＢを小さくするとＥは大きくなる
。次に、無限遠に焦点合わせを行つたレンズ配置におけ
る、収斂性前置レンズ群１の焦点距離ＦＩとしたときに
、収斂性レンズ群と発散性レンズ群との合成焦点距離ｆ
−の絶対値を１０ｆＩより大きく、つまりほぼアフオー
カル系を保つことは、特にフオーカシングによる収差変
動を少なくし、無限遠から至近距離まで画像性能を良好
に保持する上で大切である。

また発散性後方レンズ群は被写体距離を変えることには
直接関係しないが、収斂性前置レンズ群全体の収差のバ
ランスを良好に保ち、後方レンズ群より被写体側のレン
ズ群によつて発生する収差量と加え合わせて全体として
極めて高度に性能を保持する上で必要である。

このことは付加効果として、発散性後方レンズ群より前
側のレンズ群だけで収差の補正をしなくても良いから、
レンズの枚数を減少させることに極めて役立つている。
そして更に発散性後方レンズ群ｖの焦点距離を適切に選
ぶことにより至近距離までの繰出量の制御が可能となり
、無限遠から至近距離までの収差のバランスを良好に保
つことが容易となる。この時、少なくとも１ｆｖＩ＞ｆ
とするのが良い。

ｆは収斂性可動レンズ群の焦点距離で、ｆは発散性後方
レンズ群の焦点距離である。以下、前置レンズ群の収差
補正作用について説明する。ここで簡単のために、レン
ズ系が薄肉系で構成されるとし、３次収差の範囲で考え
ると、上記薄肉系自体の焦点距離を１とした時、各収差
（球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲）は以下の式で
表わせる。

（例えば「レンズ設計法」松居吉哉著（共立出版株式会
社発行）の１２６頁（４．３７）式参照）ただし、ＡＯ
とＢ。

はレンズの形状により決まるもので、ａ１、ｂ１、ｃ１
・・・・・・・・・Ａ５、Ｂ５、Ｃ５はレンズの形状に
は関係なく薄肉系の前後の近軸関係や媒質によつて決ま
るものである。一般にＡ。とＢＯは固有係数、ａ１、・
・・・・・・・・Ｃ５は特性係数と呼ぶ。今、ズーミ
ングもしくはフオーカシングをしたとき収差が変動する
理由は、固有係数は不変であつても、近軸量の変化で特
性係数が変化するためである。

本発明のズームレンズでは、収斂性レンズ群、発散性レ
ンズ群、発散性レンズ群、が固定で、収斂性可動レンズ
群がフオーカシングのために移動するので、フオーカシ
ングによる特性係数は発散性レンズ群とそれより像側の
レンズ（バリエータ、コンペンセータ、結像レンズ）に
ついては不変で、収斂性可動レンズ群とそれよりも被写
体側のレンズ群については変化する。

そして可動レンズ群が移動したとき収差変動を起こすと
同時に固定の収斂性レンズ群と発散性レンズ群での収差
も変動するから、レンズ群が移動したことで発生した収
差の変動量とほぼキャンセルできる逆符号の収差量を収
斂性レンズ群と発散性レンズ群とから発生させることが
可能となり、無限遠から至近距離まで性能が良好となる
。

後述する実施例２について、収差がキヤンセルする作用
を見てみる。

表１−１〜表１−３で、ズーム位置を望遠端にした時の
球面収差ＳＡに注目すると、ＳＡ（）一３２．６５２１
７、ＳＡ（）一一４１．５６２５５、ＳＡ（）＝２０．
５８５５０でＳＡ（〜Ｖ）一６．６９４５５となつてお
り、被写体距離６ｍではＳＡ（）＝３９．７４０９４、
ＳＡ（）一一５１．９６２０４、ＳＡ（）＝２４．５５
６３１、ＳＡ（〜Ｖ）＝７，３５４６３となり無限遠の
状態と比べ多少大きくなつている程度である。

また球面収差に関しては５次のマイナスの量も増えるた
め無限遠に比べ至近距離では輪帯球面収差が多少増る程
度である。他の収差に関しても無限遠あるいは有限距離
でキャンセルされる傾向は同じことが言える。

そこで収斂性レンズ群と発散性レンズ群との合成焦点距
離ｆ・を、無限遠に焦点合わせを行つたレンズ配置にお
ける収斂性前置レンズ群Ｉの焦点距離ＦＩの−１０倍よ
り小さく、つまり発散度を強くすると、至近距離付近に
おいて球面収差、非点収差、色収差がオーバーに行き過
ぎて補正過剰となる。

またフオーカシング用収斂性レンズ群の有効径も大きく
なるから、軽量、コンパクト、簡素化の効果がうすれて
くる。逆に、ｆ・がｆの１０倍より小さく、すなわち収斂度を強くすると、至近距離付近において上記
各収差がアンダーに行き過ぎて補正不足となる。

また発散性後方レンズ群ｖとこれより像側直後に位置す
るレンズ群（たとえば、バリエーターなど）との最小間
隔を必要最小量保つために、フオーカシング用収斂性レ
ンズ群と発散性後方レンズ群ｖの焦点距離を選ぶことが
必要となり、これは至近距離までの繰出量が増加する方
向のためレンズ全長及び前玉径増大の原因となる。次に
軽量、低コスト化を更にすすめるべく、各レンズ群〜Ｖ
を、色消し作用を持たせない単レンズ数枚の組合せで前
置レンズ群を構成することが可能である。この時は望遠
端付近における色収差、特に２次色収差の絶対量、及び
フオーカシング変動量の縮少のために収斂性のレンズ群
とには弗硅クラウンの硝種もしくは螢石のレンズを、発
散性レンズ群にはランタン重フリットもしくはランタン
フリットの硝種のレンズを含めるのが良い。

更に本実施例の様に収斂性レンズ群とはそれぞれ被写体
側より両凸レンズと被写体側凸のメニスカス正レンズで
、弗硅クラウンの硝種もしくは螢石、発散性レンズ群は
被写体側凸のメニスカス負レンズ２枚で、すべてランタ
ン重フリットもしくはランタンフリットの硝種、発散性
レンズ群Ｖは被写体側へ凸のメニスカス負レンズ１枚で
構成し、収斂性レンズ群の焦点距離と発散性レンズ群の
焦点距離の絶対値との比を１：０．７４と１：０．８６
の間に選び、更に発散性レンズ群Ｖの焦点距離の絶対値
を収斂性可動レンズ群の焦点距離に対し、５倍より大き
く７倍より小さく選ぶことにより、レンズ系を複雑にす
ることなく、鏡筒関係も軽量、コンパクト、簡単化が可
能となり、しかも無限遠から至近距離まで高度に画像性
能を保持できるとともに、操作性の上では従来に比し抜
群に良くなる。

上述の結果、本実施例の如くｆ−１５０〜６００．．Ｆ
ナンバー１：５．６の望遠ズームで且つ大口径でありな
がら、３ｍと言う望遠ズームとしては極めて短かい至近
距離撮影能力を持ち、無限遠から至近距離まで高性能を
保ち、しかも無限遠から至近距離までレンズ全長が一定
で、テレ比０．８１〜０．８２の極めてコンパクトなズ
ームレンズが実現できた。

以下、本発明の実施例を記載するが、実施例１は第１図
に対応し、第２図はその諸収差（球面収差、正弦条件、
非点収差、歪曲、軸上色収差）図である。

又実施例２は第３図に対応し、第４図は無限遠の、第５
図は被写体距離６ｍの、第６図は被写体距離３ｍの収差
図である。実施例３は第７図に対応し、第８図は収差図
である。また実施例４、５、６は各々第９，１０，１１
図に収差のみ示す。実施例１ｆ＝１５０〜６００ＦＡ６．−１：５．６テレ比０．８２収斂性前置レンズ群１内のレンズ群，，の実施例における硝種、弗硅クラウン・・・・・・・・・ＦＫランタン重フリット・・・・・・・・・ＬａＳＦランタ
ンフリット・・・・・・・・・ＬａＦ螢石・・・・・・
・・・ＣａＦ２

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１に対応するレンズ断面図で、
第２図はその無限遠に対する諸収差図である。第３図は実施例２に対応するレンズ断面図で、第４図は
その無限遠に対する諸収差図であり、第５図は被写体距
離６ｍに対する諸収差図、第６図は被写体距離３ｍに対
する諸収差図である。第７図は実施例３に対応するレン
ズ断面図で、第８図はその無限遠に対する諸収差図であ
る。第９図、第１０図そして第１１図は順に、実施例４
、実施例５そして実施例６の無限遠に対する諸収差図で
ある。図中で、は収斂性前置レンズ群、は収斂性レンズ
群、は発散性レンズ群、は収斂性可動レンズ群、Ｖは発
散性後方レンズ群である。

Claims

【特許請求の範囲】１ズーミングのための可動レンズ群より被写体側に収
斂性前置レンズ群を有するズームレンズに於いて、前記
収斂性前置レンズ群 I は被写体側より収斂性レンズ群
II、発散性レンズ群III、収斂性可動レンズ群IVそして
発散性後方レンズ群Ｖを有し、収斂性レンズ群IIの焦点
距離と発散性レンズ群IIIの焦点距離の絶対値との比は
１：０．６５と１：０．９との間にあり、発散性後方レ
ンズ群Ｖの焦点距離の絶対値は収斂性可動レンズ群IVの
焦点距離より大きく、前記収斂性可動レンズ群IVを光軸
上、移動させることにより異なる被写体距離に対して焦
点合わせを行なうズームレンズ。２収斂性レンズ群IIと発散性レンズ群IIIとの総合焦
点距離の絶対値は、無限遠の被写体距離に対して焦点合
わせをした状態の収斂性前置レンズ群 I の焦点距離の
１０倍より大きい特許請求の範囲第１項記載のズームレ
ンズ。３収斂性レンズ群IIは正レンズのみから成り、発散性
レンズ群IIIは負レンズのみから成り、収斂性可動レン
ズ群IVは正レンズのみから成る特許請求の範囲第２項記
載のズームレンズ。４収斂性レンズ群IIは少なくとも１枚の弗硅クラウン
ガラスもしくは１枚の螢石のレンズを含み、発散性レン
ズ群IIIは少なくとも１枚のランタン重フリットガラス
もしくはランタンフリットガラスのレンズを含み、収斂
性可動レンズ群IVは少なくとも１枚の弗硅クラウンガラ
スもしくは１枚の螢石のレンズを含む特許請求の範囲第
２項記載のズームレンズ。