JPS61176906A - 可変焦点距離レンズ - 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】 （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する高倍率化、ス
ンパクト化の要請が高まっている。

しかしながら、可変焦点距離レンズでは特定の焦点、距
離に於ける収差に加えて変倍中の収差変動も補正する必
要があり、可変焦点距離レンズを構成する各レンズ群に
対して各々所望の収差量を分担させなければならなかっ
た。従って。

通常各レンズ群は多数枚のレンズより構成され上記要請
を阻む要因となっていた。

一般に、可変焦点距離レンズの光学全長を短縮する為に
は、近軸的には各レンズ群のパワーを強め、各レンズ群
間の主点間隔を示さくすれば良く、又、変倍比を増大さ
せる為には各レンズ群のパワーを強め変倍に寄与するレ
ンズ群の変倍中の移動距離を大きくすれば良い、しかし
ながら、実際に各レンズ群のパワーを強めると、各レン
ズ群での収差の発生が大きくなり全系の収差補正が不可
能となるが、仮に収差補正が可能であっても構成枚数を
増加せざるを得ない。従って、構成枚数の増加により各
レンズ群の厚みは増加して各レンズ間の主点間隔を拡げ
ざるを得なくなり、結果として全系の短縮化に至らない
場合が多い。しかも変倍レンズ群の可動スペースが小さ
くなることから高倍率化も困難となる。

例えば、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レンズ群を負レンズ群、第３
レンズ群を正レンズ群で構成し、広角端に比べて望遠端
において第１、第２レンズ群間の間隔が大きくなり、且
つ第２、第３レンズ群間の間隔が小さくなる様に各レン
ズ群間の間隔を変化させて変倍を行ない、第２負レンズ
群及び第３正レンズ群に変倍効果を持たせる事によりコ
ンパクト化、高倍率化を図った可変焦点距離レンズが知
られている。

上述のようなズームタイプにおいては、特に変倍効果を
有する第３正レンズ群のパワーを強めると共に第２負レ
ンズ群との主点間隔を小さくする事が、近軸的に光学全
長の短縮化に有効である。しかし、第３正レンズ群のパ
ワーを強めると、第３正レンズ群内で発生する諸収差、
通常特に球面収差及び非点収差が大きくなり、これらの
収差を所望の値に補正する為にｗＳ３正レンズ群の構成
枚数を増大せざるを得ない。

従って、前述と同様の理由からコンパクト化、高倍率化
には限界があった。

又、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、第
３のレンズ群を正レンズ群、及びリレ一部より成る所謂
４群ズームタイプの可変焦点距離レンズにおいて、変倍
による像位置の変動を補償する機能を持つ第３正レンズ
群の倍率が縮小あるいは等倍で、第１、第２、第３レン
ズ群の合成焦点距離が全変倍域で常に正となるように近
軸パワー配置を選択する事により、コンパクト化、高倍
率化を図った可変焦点距離レンズも知られている。しか
しながら、この場合も第３レンズ群のパワーを必然的に
強める事になり、前述と同様の問題が生じていた。

以上述べた様に、従来の如く屈折率の一様な媒質から成
るレンズ（以下、均質レンズと呼ぶ）を用いてコンパク
ト化、高倍率化を達成するには限界があった。

（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、軽量且つ
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１本発明に係る可変焦点距離レ
ンズは、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
、第３のレンズ群を正レンズ群で構成し、広角端に比べ
望遠端に於いて前記第１正レンズ群と第２負レンズ群の
第３正レンズ群の間隔ヨコ化させて変倍を行ない、少な
くとも第３正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している。更に、前記第１正
レンズ群、第２負レンズ群、第３正レンズ群の合成焦点
距離が全変倍域で常に正であるような可変焦点距離レン
ズに於いて０、少なくとも第３正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している
。

前記屈折率分相型レンズの屈折率分布には、光軸から半
径方向へ屈折率が変化する所謂ラジアルタイプ、光軸に
沿って屈折率が変化する所謂アキシアルタイプの屈折率
分布が有る。又。

ラジアルタイプの中で光軸から離れるに従って屈折率が
減少するものを正の転送パワーを有する屈折率分布型レ
ンズ、逆に光軸から離れるに従って屈折率が増加するも
のを負の転送パワーを有する屈折率分布型レンズを呼ぶ
、又、アキシアルタイプの中でも物体側頂点から像側へ
光軸に沿“って屈折率が減少するもの、物体側頂点から
像側へ屈折率が減少するもの、レンズ内部で屈折率分布
の極小値、極大値を有するもの等の分布が有る。尚、ラ
ジアル及びアキシアルタイプ両方の分布を有するものも
ある。本発明では前記屈折率分布型レンズを可変焦点距
１ｌｌ−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って
全系の短縮化を実現した。

（４）実施例 第１図及び第２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で、第１図中１〜４はＬ／７ズ群
を、Ｒｎ　（ｎ＝　１　、２　、３　。

−−−−）は物体側から数えてｎ番目の面の曲率半径、
Ｄｎ　（ｎ＝　１　、２　、３、−−−−）は第ｎ面と
第ｎ＋を面との間の軸上空気間隔又は軸上肉厚を示す。

又、第２図における収差図は、焦点距離ｆ＝１００ｍｍ
、１７０ｍｍ、２８１ｍｍに対する球面収差、非点収差
、歪曲収差を示したもので、図中ｄはｄ線（入＝５８８
ｎｍ）、ｇはｇ線（入＝４３４ｎｍ）に対する球面収差
を、Ｍはメリジオナル面、Ｓはサジタル面を示す。

本実施例における可変焦点距離レンズは、物体側より順
に２群３枚から成る第１正レンズ群１．４枚から成る第
２負レンズ群２．４枚から成る第３正レンズ群３．１群
２枚から成る第４負レンズ群４の４群から構成され、広
角端から望遠端にかけて第１正レンズ群ｌと第３負レン
ズ群を物体側に移動し、第２正レンズ群２を像側に移動
する事によ°り変倍を行なう可変焦点距離レンズであり
、第３正レンズ群３に負の転送パワー、即ちレンズ内部
において発散作用を有する曲率半径Ｒ１９，Ｒ２０の面
から成るラジアルタイプの屈折率分布型レンズを用いて
いる。

本実施例の如く第２負レンズ群と第３正レンズ群に変倍
効果を分担させた従来の可変焦点距離レンズは、コンパ
クト化、高倍率化を図って第３正レンズ群のパワーを強
めると、第３正レンズ群内で諸収差、特にアンダーの球
面収差及び非点収差の発生が大きくなり全系の収差補正
が困難となっていた。この為、上記収差を補正する方法
として第３正レンズ群内に発散レンズ面を設定していた
が、発散面の曲率が強くなって発散面で発生する高次収
差の補正が困難となり、結局、コンパクト化、高倍率化
は達成できなかった。しかし、本実施例の可変焦点距離
レンズでは、第３正レンズ群中に負の転送パワーを有す
る屈折率分布型レンズを用いることにより諸収差を補正
し、且つ第３群の長大化を防いでいる。詳しくは、主に
球面収差と非点収差をオーバ一方向に補正し、更に負の
パワーの大部分を媒質に分担させる事により発散面の曲
率を弱くして発散面での高次収差の発生を防いでいる。

又、本実施例の如く全長の短縮化を図り各群のパワーを
強めると、一般にペッツバール和が負値で大きく発生し
像面湾曲が補正し難くなるのが大きな問題であった。し
かし、本実施例では第３正レンズ群３にラジアルタイプ
の屈折率分布型レンズを導入することにより、この問題
を解決している。即ち、ラジアルタイプの屈折率分布型
レンズの転送のパワーψに起因するペッツバール和への
寄与は近似的にψ／　Ｎ　ｏ　２　トなり、屈折面にお
けるペッツバール和ψ／Ｎに比べその絶対値が小さい。

従って、負の転送パワーを有する屈折率分布型レンズを
用いる事により同等のパワーの均質レンズを用いた場合
に比ベペツツバール和の発生を小さくし、全系でのペッ
ツバール和の゛補正を可能にした。更に、ペッツバール
和の補正に余裕が生じた為、第３正レンズ群３の第１正
レンズに高屈折率の硝種を使用する事が可能となり、レ
ンズ枚数の削減、第３正レンズ群３の厚さを減少させた
。

以上のように、変倍比が約３倍という高倍率でありなが
らコンパクト化な可変焦点距離レンズを実現する事がで
きた。

以下、本実施例の可変焦点距離レンズのレンズデータを
示す０表中、ｆは焦点距離（ｍｍ）、ＦＮＯはＦナンバ
ー、２Ｗは画角、Ｎｍ、Ｕｎ（ｍ＝　１　、２　、３、
−−−−）は物体側から数えてｍ番目のレンズのｄ線に
対する屈折率とアツベ数を示す。尚、光軸から半径方向
への距ａｈに応じて変化する屈折率をＮｉ　　（ｈ）（
ｉは物体側から数えてｉ番目のレンズを示す）として次
式で表現した。

Ｎｉ　（ｈ）　＝Ｎ□＋Ｎ１　ｈ２＋Ｎ２ｈ４＋Ｎ５ｈ
６＋Ｎ４ｈａ＋−−−−従ってＮｌ０（ｈ）は物体側か
ら数えて１ｏ番目に位置するラジアルタイプの屈折率分
布型レンズの屈折率分布を表わす。

第３図及び第４図は本可変焦点距離レンズの別の構成例
とその収差図で、１，２，３．５はレンズ群、Ｒｎ、Ｄ
ｎ　（ｎ＝１．２．３・・）は前記実施例と同様の意味
を有し、第４図の収差図も前記実施例同様の収差を示し
ている。

本実施例の可変焦点距離レンズは、物体側より順に２群
３枚から成る第１正レンズ群１．４枚から成るｆｓｚ負
レンし群２．３枚から成る第３正レンズ群３．２群３枚
から成る第４正レスン群５から構成され、広角端から望
遠端にかけて第１正レンズ群１と第３正レンズ群３を物
体側に移動する事により変倍を行なう可変焦点距離レン
ズである。又、第２負レンズ群２が固定され像面に対し
てその位置が不変である為、鏡筒構造の簡素化に大きな
効果を有する゛ものである０本実施例では、第３正レン
ズ群３を物体側゛　　から順に第１正レンズ、第２負レ
ンズ、第３正レンズで構晟し、曲率半径Ｒ１４，Ｒ１５
を有する面から成る第１正レンズに比較的強い正の転送
パワーを持つ屈折率分布型レンズを、曲率半径Ｒ１８，
Ｒ１９を有する面から成る第３正レンズに比較的弱い負
の転送パワーを持つ屈折率分布型レンズを使用している
。

本実施例の可変焦点距離レンズの如き構成では、−ｍに
第２負レンズ群２からの発散光束の第３正レンズ群の第
１正レンズにおける通過高さが高い為、アンダーの球面
収差が発生し易いが、第１正レンズに比較的強い正の転
送パワーを有する屈折率分布型レンズを用いる事により
オーバ一方向に補正している。又、第１正レンズのパワ
ーを強める事により第３正レンズ群３の主点を物体側に
位置させる事が可能となり。

第３正レンズ群３の第２負レンズと第３正レンズの主点
間隔を小さくする事ができた。更に、軸外光線の通過位
置が比較的高い第３正レンズに比較的弱い負の転送パワ
ーを有する屈折率分布型レンズを用いる事により、主と
して非点収差の補正を行なっている。従って、通常この
種のズームタイプの第３正レンズ群が５〜６枚で構成さ
れるのに対し、本実施例の可変焦点距離レンズでは３枚
の構成となり全系のコンパクト化を達成した。同時に、
レンズ枚数を削減した事で組立調整が容易となり鏡筒構
造も簡単になった。

以下本実施例における可変焦点距離レンズのレンズデー
タを示す。尚、データの記載形式及び表中の記号は前記
実施例と同様である。

第５図及び第６図は本可変焦点距離レンズの別の構成例
とその収差図を示す。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１、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５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Ｒ２
、Ｒ５及びＲ６、Ｒ８及びＲ９、Ｒ１２及びＲ１３、Ｒ
１４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６図は前記実施例同様の諸収差を焦点圧ｇＩｆ
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、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枚数削減が達成
でき、第３正レンズ群と共に各レンズ群に１つもしくは
複数の屈折率分布型レンズを用いた事により更に全系の
短縮化がこれまでに示した実施例は、第３正レンズ群に
変倍効果を持たせたズームタイプの例であるが、これと
は別に、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ
群、第３正レンズ群、及びリレ一部より成り、主に第２
負レンズ群のみに変倍効果を持たせたへ 所謂４群ズームタイプにおいて、変倍による像面位置の
変動を補償する機能を有する第３正レンズ群の結像倍率
が縮小又は等倍で、第１゜第２．第３レンズ群の合成焦
点距離が正となるように近軸パワー配置を選択すること
により、コンパクト化・高倍率化を図ったズーム、レン
ズが知られている。しかしながら、この場合第３正レン
ズ群のパワーを必然的に強めることになる。下記の表１
はこのようなズームレンズの近軸パワー配置の例である
が、第３正レンズ群のパワーは、全系の広角端における
パワーの１．７倍程度と強いものとなっている。従って
均質レンズのみで第３正レンズ群を構成すればレンズ枚
数が多くなりレンズ群の長大化は避は得ない。

従って、このようなズームタイプにおいても第３正レン
ズ群に屈折率分布型レンズを導入することは極めて有効
といえる。

表１　各群の焦点距離 第７図、第８図は本可変焦点距離レンズの別の構成例と
その収差図を示す。本実施例は物体側から順に３枚から
成る第１正レンズ群１，２群４枚から成る第２負レンズ
群２．２群５枚から成る第３正レンズ群３で構成され、
広角端から望遠端にかけて第１正レンズ群１と第３正レ
ンズ群３が物体側へ同じ速度で移動して変倍を行ない且
つ第２負レンズ群２と第３正レンズ群３共倍率変化が増
倍方向であり、第２負レンズ群２が変倍中の焦点位置を
補償する為に動く高倍率の可変焦点距離レンズである。

本実施例に於いては、第３正レンズ群３前群の最も物体
側に近い曲率半径Ｒ１３，Ｒ１４の面から成る両凸正レ
ンズにラジアルタイプの屈折率分布型レンズを、隣接す
る曲率半径Ｒ１５，ＲＩＢの面から成る正レンズに７キ
シヤルタイプの屈折率分布型レンズを、第３正レンズ群
３後群の曲率半径Ｒ１８，Ｒ１９の面から成る両凸レン
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
。第３正レンズ群３前群のラジアルタイプの屈折率分布
型レンズは負の転送パワー有するレンズであり、像面湾
曲、球面収差及びコマ収差を補正している。

第３正レンズ群３ｔ１群の７キシヤルタイプの屈折率分
布型レンズは光軸方向へ物体側から像側にかけて屈折率
が減少する分布を有し、球面収差及びコマ収差の補正を
行なっている。又、第３正レンズ群３後群のラジアルタ
イプの屈折率分布型レンズは負の転送パワーを有するレ
ンズであり、像面湾曲のオーバ一方向への発生を小さく
し、且つ非点収差の補正を行なっている。

以上述べた様な屈折率分布型レンズの使用によって、第
２負レンズ群と第３正レンズ群の主点間隔を小さくして
系のコンパクト化を図る為に、第３正レンズ群の前側主
点をレンズ前方へ出す望遠タイプ特有の像面湾曲のオー
バ一方向への発生を抑え、且つ球面収差、コマ収差及び
非点収差を全焦点距離に至って補正する事ができた。又
、変倍比が３．７３倍と高倍率でありながら、最も全長
が短い携帯時の全長を望遠端の焦点距離で除した値が０
．８６３と小さくなり。

コンパクトな可変焦点距離レンズを実現した。

以下、本実施例に於ける可変焦点距離レンズのレンズデ
ータを記す、又、データの記載形式及び表中の記号は前
記実施例と同様である。

尚、光軸方向に沿う屈折率分布を、物体側頂点を原点と
して原点からＸの距離の屈折率をＮｉ　　（ｘ）（ｉは
物体側から数えてｉ番目のレンズであることを示す）と
して次の式で表わす。

（５）発明の詳細 な説明したように１本発明に係る可変焦点距離レンズは
、少なくとも第３群に屈折率分布型レンズを用いる事に
より軽量且つコンパクトな構成を成し、組立調整の容易
な高性能、高倍率の可変焦点距離レンズである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る可変焦点距離レンズの構
成例を示す断面図及び収差図、第３図、第４図は本可変
焦点距離レンズの別の構成例を示す断面図及び収差図、
第５図、第６図は本可変焦点距離レンズの別の構成例を
示す断面図及び収差図、第７図、第８図は本可変焦点距
離レンズの別の構成例を示す断面図及び収差図。 ｌ・・・第１正レンズ群、２・・・第２負レンズ群、３
・・・第３正レンズ群、４・・・第４負レンズ群、５・
・・第４正レンズ群。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のレンズ群より成り、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、第３のレンズ群
   を正レンズ群で構成し、広角端に比べ望遠端に於て前記
   第１正レンズ群と前記第２負レンズ群の間隔が大きくな
   り、且つ前記第２負レンズ群と前記第３正レンズ群の間
   隔小さくなるようにを変化させて変倍を行ない、少なく
   とも前記第３正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）前記第１正レンズ群、第２負レンズ群、第３正レ
   ンズ群の合成焦点距離が全変倍域に於て常に正である事
   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。