JPS61169809A - 可変焦点距離レンズ - Google Patents

可変焦点距離レンズ

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Publication number
JPS61169809A
JPS61169809A JP1050185A JP1050185A JPS61169809A JP S61169809 A JPS61169809 A JP S61169809A JP 1050185 A JP1050185 A JP 1050185A JP 1050185 A JP1050185 A JP 1050185A JP S61169809 A JPS61169809 A JP S61169809A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
focal length
lens group
refractive index
variable focal
Prior art date
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Pending
Application number
JP1050185A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Jun Hattori
純 服部
Nozomi Kitagishi
望 北岸
Hiroki Nakayama
博喜 中山
Akinaga Horiuchi
昭永 堀内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Priority to US06/800,553 priority patent/US5054898A/en
Priority to DE3546744A priority patent/DE3546744C2/de
Priority to DE19853541583 priority patent/DE3541583A1/de
Publication of JPS61169809A publication Critical patent/JPS61169809A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/02Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
    • G02B15/04Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective by changing a part
    • G02B15/08Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective by changing a part by changing the rear part

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

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】 (1)技術分野 本発明は可変焦点距離レンズに関する。
(2)従来技術 近年、撮像用可変焦点距離レンズに対して小型軽量化、
変倍比の増大化への要請が高まっている。しかしながら
、通常の撮像用可変焦点距離レンズでは特定の焦点距離
に於ける収差のみならず、変倍中の収差変動を補正する
手段として変倍に寄与する各レンズ群に対し所望の収差
量を分担させる為に、各レンズ群は一般に多数枚のレン
ズにより構成され上記要請を阻む原因となっている。
特に複数のレンズ群より成り、物体側から順に第ルンズ
群を正レンズ群、第2レンズ群を負し、ンズ群で構成し
て所定のレンズ群間の間隔を変化させて変倍を行なう可
変焦点距離レンズの全長を短縮化する為には、各レンズ
群のパワーを強めるか各レンズ群間の主点間隔を小さく
する事により実現される。
又、変倍比を大きくする為には、各レンズ群のパワーを
強めるか変倍レンズ群の移動距離を大きくする事により
実現される。しかしながら、上記方策は一次近似的に適
切なものであって、実際のレンズ系に於いては、レンズ
群のパワーを強めると同時に収差の発生も所望の値にす
る為に更に構成枚数を増大せざるを得ない、従って、レ
ンズ群の厚みは増し主点間隔を広げざるを得なくなり結
果的には全系の短縮化に至らない、更に、レンズ群の厚
みが大きくなると、変倍レンズ群の可動範囲が小さくな
る為に変倍比の増大化も困難となる。
上記問題点の内、特にNIJルンズ群の場合、厚みが大
きくなる事により軸外の周辺光量を得る為に必要な前玉
有効径が太きくなり、レンズ径の小型化に対する著しい
障害となる。
第1図は従来の一般的な可変焦点距離レンズの構成図を
示し、物体側から順に第1正レンズ群l、第2負レンズ
群2.第3負レンズ群3、第4正レンズ群から成り、第
1正レンズ群1は△ 2群3枚、第2負レンズ群2は1群3枚、第3負レンズ
群3は1枚、第4正レンズ群4は9枚のレンズで構成さ
れている。
上記レンズ群の内、正レンズ群1と負レンズ群2及び負
レンズ群2と負レンズ群3の間隔を変化させることによ
り焦点距離を変えると共に像面位置補償を行なっている
0図より明らかな様に、通常正レンズ群1は可変焦点距
離レンズのレンズ系中殻も大きな口径が必要であり。
しかも複数のレンズで構成する為に大きな重量を有して
いる。正レンズ群lはその仕様に於ける主たる役割とし
て、テレ端の軸上F値及びワイド側の画面最周辺での周
辺光量を満足する口径を備えていなければならず、可変
焦点距離写体距離調節を可能にする為に有限なる正の焦
点距離を有している。一方、収差補正上の役割他の収差
より優先して補正する場合が多い。
この様な状況の下で、正レンズ群lの小型化を目的とし
て正レンズ群1を単レンズで構成する場合1色収差補正
を充分行なうことができる均質光学材料が存在しない為
に小型化は実現できなかった。又、低分散材料より成る
正レンズと高分散材料より成る負レンズの二枚レンズ構
成の正レンズ群lも時々用いられるが、正レンズ群中に
負レンズを加える為に正レンズの焦点距離は負レンズの
パワーを相殺する様に短かくしなければならず曲率半径
が短くなる。従って、口径を確保する為に正レンズの厚
みは著しく増加してしまい、球面収差も二枚の球面レン
ズで補正可能な補正量が限られる為に非球面レンズの導
入等を必要とする場合が多かった。
以上説明した様に、通常の球面レンズ系では既に小型軽
量化、高変倍比への要請に対して限界が生じており、複
数のレンズを各レンズ群に使用せざる得ないのが現状で
ある。
(3)発明の概要 本発明の目的は、上記従来例の欠点を除去し。
高性能且つコンパクトな可変焦点距離レンズを提供する
事にある。
上記目的を達成する為に、本発明に係る可変焦点距離レ
ンズは、物体側から順に第1のレンズ群を正レンズ群、
第2のレンズ群を負レンズ群で構成した複数のレンズ群
より成り、少なくとも第ルンズ群が1枚もしくは複数の
屈折率分布型レンズを有する特徴としている。該屈折率
分布型レンズの屈折率分布としては、光軸から半径方向
への分布、光軸方向に沿った分布、光軸から半径方向へ
の分布と光軸方向に沿った分布の両方を有する分布が挙
げられる。この屈折率分布の形状は、使用目的、製作の
容易性等を加味して決定される。
前記屈折率分布型レンズを可変焦点距離レン′ズに用い
る事により、レンズ厚の縮小及びレンズ枚数の削減を行
ない且つ各種収差補正を行なう、又、特に色収差補正を
行なう為に、ラジアルタイプの屈折率分布型レンズにお
いて光軸近傍にお1する短波長に対する屈折率勾配の値
を長波長に対する屈折率勾配の値より小さくした屈折率
分布型レンズを使用するか、アキシアルタイプの屈折率
分布型レンズにおいて、レンズ頂点近傍での短波長に対
する屈折率勾配の値を長波長に対する屈折率勾配の値よ
り小さくした屈折率分布型レンズを使用する。
(4)実施例 第2図は本発明に係る可変焦点距離レンズの構成例、第
3図はその収差図を示す。第2図において、1〜4は各
レンズ群を示しており、曲率R1,R2を有する面から
成る屈折率分布型レンズ1個で第1正レンズ群1が形成
され、以下、2群3枚から成る第2負レンズ群2、単れ
る。又、第3図には、本可変焦点距離レンズの球面収差
、非点収差、歪曲収差を焦点距離fが100mm 、 
280mm 、 570mmc7)場合示す、尚、屈折
率分布を表わす表現式として、便宜上光軸からの距離り
に応じて変化する屈折率N(h)を次の(1)式で表わ
した。
N(h) =NQ+N1h2+N2h’+N3h”+N
ah8+N5h10+−−−− (L)D n (n 
=1 + 2 + 3 + −−−−)  は第n面と
第n+′1面との屈折率、νm (m= 2 、3=−
)は同じ〈アラへ数、fは焦点距離、FNo、はFナン
バー、2Wは画角を示す。
本実施例における可変焦点距離レンズは。
wIJ1図に示した従来のレンズと比較して第ルンズ群
lを単レンズで構成した点が異なっている。
前記単レンズに使用した媒質は光軸から半径方向に向か
って漸次屈折率が低くなる屈折率分布を有し、この為に
媒質自身による集光作用が加算される。従って1通常の
均質レンズの屈折率を大きくした場合同様レンズの曲率
半径を長くする事が可能であり、口径を確保する為に必
要なレンズ厚を小さくする事ができる。又、通常の均質
正レンズでは、球面形状を用いる場合にレンズ径周辺で
の屈折力が過剰となり球面収差の残存量が極めて大きく
なり、変倍中の収差変動を除去する本ができなかった。
しかし、上記屈折率分布を宥するレンズを用いる事によ
りレンズ周辺での屈折力は小さくなり前述の収差を相殺
する事が可能となった。更に、色収差に関しては、波長
毎の屈折率勾配を制御する事により収差補正が可能であ
る。即ち、通常の光学材料は使用波長が短くなる程屈折
率が大きくなり、それに伴ない短波長に対する1枚の正
レンズの軸上収差はアンダーとなっていた。しかしなが
ら、本発明に使用する屈折率分布型レンズに、光軸近傍
における短波長に対する屈折率勾配の値を長波長に対す
る屈折率勾配の値の方が小さくなるよう屈折率分布を設
ける事により、バックフォーカスに関して前記屈折率分
布型レンズの集光作用が光軸近傍の屈折率勾配に一次比
例するので色収差の補正を行える。
第4図は本可変焦点距離レンズの別の実施例、第5図は
その収差図を示す0本実施例における可変焦点距離レン
ズは、第1群が屈折率分布型レンズから成る正レンズ群
1.第2群が2群3枚から成る負レンズ群2.第3群が
1群2枚から成る正レンズ群3′、第4群が4枚から成
る正レンズ群4から構成された可変焦点距離レンズであ
る。第2図の可変焦点距離レンズと比較してレンズ枚数
が削減され、変倍に寄与する第2群及び第3群の動きも
異なる。又、第5図には前記実施例同様諸政差を焦点距
離fが100mm、200mm、280mm(7)場合
について示しである。本実施例においても、前記実施例
の可変焦点距離レンズと同様に第1群に屈折率分布型レ
ンズを用いる事により枚数削減を達成した。又、長波長
に対して短波長の屈折率勾配が小さくなるように前記屈
折率分布型レンズの屈折率分布を制御することで色収差
補正も単レンズで行なえるコンパクトな可変焦点距離レ
ンズが可能となる。以下、木可変焦点距離レンズのレン
ズデータを記す0表中の記号は゛  前記実施例と同様
のものを意味する。
第6図は本可変焦点距離レンズの別の実施例、第7図は
その収差図を示す0本実施例では物体側から順に1群2
枚より成る第1正レンズ群l、2群3枚より成る第2負
レンズ群2.1群2枚より成る第3正レンズ群3′、4
枚より成る第4正レンズ群4で可変焦点距離レンズが構
成される0曲率R1及びR2の面から成る第1正レンズ
群1の前玉は光軸方向に物体側から像側にかけて屈折率
分布が変化するアキシャルタイプの屈折率分布型レンズ
であり、詳しくは曲率R1の第1面と曲率R2の第2面
の中間、即ち第1面から3.66mm進んだ位置に極小
値を持ち第1面方向、第2面方向に向かい屈折率が高く
なっているレンズである。この様な屈折率分布を持つ為
に、表面に曲率R1、R2を有する第1面及び第2面の
両面共外周部に行くに従い屈折率が低い部分が露出する
ので1球面収差、コマ収差の補正効果を有する事になり
第1正レンズ群1を1群2枚の接合レンズで構成できる
。尚、第7図には前記実施例同様の収差図が、焦点距離
f=100,200,290mmの場合について示しで
ある。
本実施例では両凸レンズから上述の効果を得る為に、光
軸方向の屈折率分布形状として両凸レンズの中心に極小
値を持つ屈折率分布を用いたが、レンズの頂点から像側
あるいは物体側に向かって屈折率が単調に減少する分布
を用いても、光軸から離れた位置におけるレンズ表面の
屈折率を小さくできる為に同様の効果を得る事ができる
。又1本実施例においても前記実施例同様、波長毎の屈
折率勾配を制御する事により色収差補正が可能となる。
以下、本実施例における屈折率分布型レンズのレンズデ
ーターを示す、尚、光軸方向への屈折率分布を表わす為
に物体側の頂点を相対座標原点とし、原点からの距離X
における屈折率N (x)を次の式で表わすpi (X
) =NO+NIX+N2x2+N5x3+N4)!’
+N5x5+−−−又、表中の記号は前記実施例と同様
のものを意味する。
第8図及び第9図は本可変焦点距離レンズの別の実施例
とその収差図を示す0本実施例における可変焦点距離レ
ンズは、第1群が1枚から成る正レンズ群l、第2群が
2枚から成る負レンズ群2、第3群が2枚から成る正レ
ンズ群3′、第4群が3枚から成る正レンズ群4から成
り、第4群を除く残りの3群が変倍に際して移動するレ
ンズ群である0本可変焦点距離レンズでは、R1及びR
2、R5及びR6、R8及びR9、R12及びR13、
R14及びR15の曲率半径を有する各曲面から成るレ
ンズにラジアルタイプの屈折率分布型レンズを用いてい
る。又、第9図は前記実施例同様の諸収差を焦点距離f
が100mm、369mm、572mmの場合について
示している。以下、本可変焦点距離レンズのレンズデー
タを示す、尚1表中の記号等は前記実施例と同様である
が、複数の屈折率分布型レンズの屈折率分布をN1(h
)(iは物体側から見てi番目のレンズを示す)として
記す。
本可変焦点距離レンズに於いても、前記実施例同様に屈
折率分布型レンズの収差補正効果により複数削減が達成
でき、第1正レンズ群と共に各レンズ群に屈折率分布型
レンズを用いた事により更に全系の短縮化が可能となっ
た。
(5)発明の詳細 な説明した様に、本発明に係る可変焦点距離レンズは、
レンズの構成枚数を削減し全系のコンパクト化を可能に
した可変焦点距離レンズである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の可変焦点距離レンズの一例を示す図、第
2図、第3図は本発明に係る可変焦点距離レンズの構成
例とその収差図、第4図。 第5図は本可変焦点距離レンズの別の実施例を示す構成
図と収差図、第6図、第7図は本可変焦点距離レンズの
別の実施例を示す構成図と収差図、第8図、第9図は本
可変焦点距離レンズの別の実施例を示す構成図と収差図
。 l−一一一第1正レンズ群、2−一一一第2負レンズ群
、3−一一一第3負レンズ群、3′〜−−一第3正レン
ズ群、4−一一一第4正レンズ群。 第7品

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のレンズ群より成り、物体側から順に第1の
    レンズ群を正レンズ群、第2のレンズ群を負レンズ群で
    構成し、少なくとも前記第1のレンズ群は少なくとも1
    枚の屈折率分布型レンズを有する事を特徴とする可変焦
    点距離レンズ。
  2. (2)前記屈折率分布型レンズが光軸からの距離が離れ
    るに従い漸次屈折率が減少するラジアルタイプの屈折率
    分布を有する事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項
    記載の可変焦点距離レンズ。
  3. (3)前記屈折率分布型レンズに於いて、光軸近傍での
    短波長に対する屈折率勾配の値を長波長に対する屈折率
    勾配の値より小さくした事を特徴とする特許請求の範囲
    第(2)項記載の可変焦点距離レンズ。
  4. (4)前記第1のレンズ群が少なくとも1枚の両凸レン
    ズ及び凹レンズを有し、該両凸レンズはアキシアルタイ
    プの屈折率分布型レンズであり、且つ、該両凸レンズの
    屈折率分布形状がレンズ表面に於ける屈折率が光軸から
    の距離が離れるに従い漸次低くなる様な分布である事を
    特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の可変焦点距
    離レンズ。
  5. (5)前記屈折率分布型レンズに於いて、該レンズの頂
    点近傍での短波長に対する屈折率勾配の値を長波長に対
    する屈折率勾配の値より小さくした事を特徴とする特許
    請求の範囲第(4)項記載の可変焦点距離レンズ。
JP1050185A 1984-11-26 1985-01-23 可変焦点距離レンズ Pending JPS61169809A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1050185A JPS61169809A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 可変焦点距離レンズ
US06/800,553 US5054898A (en) 1984-11-26 1985-11-21 Compact high-range varifocal objectives
DE3546744A DE3546744C2 (ja) 1984-11-26 1985-11-25
DE19853541583 DE3541583A1 (de) 1984-11-26 1985-11-25 Kompaktes varioobjektiv mit hohem bereich

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JP1050185A JPS61169809A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 可変焦点距離レンズ

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JP (1) JPS61169809A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6385517A (ja) * 1986-09-29 1988-04-16 Canon Inc 小型のズ−ムレンズ
JPS6455511A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Canon Kk Zoom lens
US4906079A (en) * 1987-05-20 1990-03-06 Olympus Optical Co., Ltd. Zoom lens system

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