JP2719839B2 - コンパクトなズームレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ビデオカメラ等に好適なズームレンズに関
する。

（従来技術） 従来より、ビデオカメラ等に用いられる明るく、高変
倍比のズームレンズとして、特開昭62−24213号公報や
特開昭63−123009号公報に見られる様に、物体側から順
に正、負、正、正の各屈折力を有する４レンズ成分から
構成され、変倍中第１レンズ成分と第３レンズ成分とを
固定し第２レンズ成分を一方向に移動させて変倍を行な
い、第４レンズ成分を前後に移動させることによって変
倍に伴う焦点位置の変動の補正を行うものが知られてい
る。

（問題を解決するための手段） この方式のズームレンズは、変倍に伴う像面位置の補
正のための第４レンズ成分の移動量が比較的大きく、レ
ンズ系をコンパクトにしようとして全系を縮小してゆく
と、変倍に伴う収差の移動を十分に補正できなくなると
いう欠点があった。

本発明の目的は、ビデオカメラ等に好適で、変倍比６
倍程度、Ｆナンバー1.4〜2.0程度で、レンズ系を構成す
るレンズ枚数が少なく、全長、前玉径共にコンパクトな
ズームレンズを提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明のズームレンズは、基本的には物体側から順
に、正の屈折力を有し、変倍によっては固定の第１レン
ズ成分、負の屈折力を有し、変倍の為に前後に移動する
第２レンズ成分、正の屈折力を有し変倍によっては固定
の第３レンズ成分、正の屈折力を有し、変倍に伴う焦点
位置の移動を補正する第４レンズ成分、変倍によっては
固定の第５レンズ成分を有し、第５レンズ成分は、比較
的弱い正の屈折力を有し、かつ非球面を有することを特
徴とする。

第２レンズ成分は広角側から望遠側にかけて物体側か
ら像側に移動する。

第４レンズ成分に入射する光束はほぼアフォーカルに
なっていることがのぞましい。

本発明においてフォーカシングは第４レンズ成分によ
ることがのぞましいが、第１レンズ成分あるいは第３レ
ンズ成分によってもよい。

本発明は具体的には、第１レンズ成分は、少なくとも
１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含み、第
２レンズ成分は、少なくとも２枚の負レンズと少なくと
も１枚の正レンズからなり、第３レンズ成分は少なくと
も１枚の正レンズからなり、第４レンズ成分は少なくと
も１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含み、
第５レンズ成分は少なくとも１枚の正レンズからなり、
以下の条件を満足している。

0.25＜|f₂|F_w/（f_wZ）＜0.4 （１） 1.8＜f₄/f_W＜2.5 （２） 但し、f₁は、第ｉレンズ成分の合成焦点距離、f_wは全
系の広角端の焦点距離、F_wは広角端のＦナンバー、Ｚは
変倍比である。

第４レンズ成分もしくは第５レンズ成分中の非球面の
うち、少なくとも１面は、その軸上曲率半径を曲率半径
として持つ母球面に関し母球面が凸の面に対しては、屈
折面の中心から周辺に向かって凸を向けた方向に変形量
を有する非球面であり、母球面が凹の面に対しては、屈
折面の中心から周辺に向かって凹を向けた方向に変形量
を有する非球面であって、物体側から順にｉ番目の非球
面の有効半径位置での変型量をΔ_ｉとしたとき、上記の
方向を正の向きとして、 0.001＜F_wΣΔ_i/f_w＜0.02 （３） であることが望ましい。但しΣは第４レンズ成分および
第５レンズ成分中のすべての非球面についての和であ
る。

本発明は、更に具体的には、第１レンズ成分は、物体
側から順に、負のメニスカスレンズと両凸レンズからな
る１組の正のダブレット、及ぶ物体側に凸を向けた正の
メニスカスレンズとから構成され、第２レンズ成分は、
物体側から順に、像側に強い面を向けた負レンズ、及び
両凹レンズと正レンズとからなる負のダブレットとから
構成され、第３レンズ成分は、１枚の正レンズもしく
は、１枚の正レンズと負のメニスカスレンズからなる正
のダブレットであり、第４レンズ成分は、少なくとも、
像側に強い面を向けた負レンズ、１枚の正レンズを物体
側から順に含み、第５レンズ成分は、比較的弱い屈折力
を有する正の単レンズからなり、以下の各条件を満足す
ることが望ましい。

n_2-＞1.6 （４） ν_2-−ν₂₊＞20 （５） 但し、 n_2-:第２レンズ成分中の負レンズの屈折率の平均値 ν_2-:第２レンズ成分中の負レンズのアッベ数の平均
値 ν₂₊:第２レンズ成分中の正レンズのアッベ数 n₃ :第３レンズ成分中の正レンズの屈折率 である。

第５レンズ成分は比較的弱い正の屈折力を有する上
に、他のレンズ成分と異なり、変倍に係わらず像面近傍
に置かれるため、温湿度等の環境変化による焦点位置変
動が少ないので、プラスチックレンズによって構成する
こともできる。

（作用） 本発明の基本的な構成中、最も像側に変倍時に固定の
第５レンズ成分を置くことは、変倍比６倍程度の高変倍
ズームレンズをコンパクトに構成する上できわめて効果
的である。本発明のズームレンズにおいては、絞りは第
３レンズ成分または第４レンズ成分の前に置かれるが、
全系をコンパクトに構成しようとして絞りより後方を短
くしてゆくと、射出瞳位置が結像面に対して極端に近く
なりがちとなる。撮像面にCCDの様な固体撮像素子を置
く場合、射出瞳位置が撮像面に余り近いと撮像面上の色
フィルターやオンチップレンズの影響で、周辺光束に対
し色ずれがおこったり、みかけの開口率の変化による周
辺光量の減少がおこりやすい。しかし、第５レンズ成分
の屈折力を正とし結像面の比較的近傍に置くと、射出瞳
をより遠方に位置させることが可能となり、上記の様な
不具合を改善できる。

第４レンズ成分に入射する光束をほぼアフォーカルに
することにより、変倍に伴う該成分の移動による収差変
化を少なくできる。また第４レンズ成分を物体側に繰り
出すことによってフォーカシングを行う場合、フォーカ
シングに伴う該成分の移動による収差変化を少なくでき
る。

正の屈折力を有する第１レンズ成分及び第４レンズ成
分にそれぞれ少なくとも１枚の負レンズ、負の屈折力を
有する第２レンズ成分に少なくとも１枚の正レンズが含
まれているのは、変倍の全領域において軸上の色収差お
よび倍率の色収差の補正を十分に行う為である。正の屈
折力を有する第３レンズ成分には必ずしも負レンズが含
まれていないが、第４レンズ成分の色補正を過剰にバラ
ンスさせることによって、これを省略しても全系の色収
差の補正をすることができる。

第２レンズ成分に少なくとも２枚の負レンズが含まれ
ているのは、第２レンズ成分に屈折力を十分に持たせ、
変倍のための移動量を小さくし、前玉径をコンパクトに
するためである。

条件（１）は第２レンズ成分の焦点距離の適正値に関
し、上限を越えて焦点距離の絶対値が大きくなると収差
補正上は有利であるが、第１レンズ成分から第３レンズ
成分までの長さが増大し、コンパクトな系を得られな
い。下限を越えると前述の様な簡素な構成では、変倍に
伴う収差変動、特に歪曲収差、コマ収差の変動が補正不
可能となり、広角端での負の歪曲収差が過大となる。

条件（２）は、第４レンズ成分の焦点距離に関し、下
限を越えると、第４レンズ成分の前方から撮像面までの
長さは短くなる傾向となり、全長の短縮化には有利であ
るが、第４レンズ成分全体の画角が大きくなり、画面隅
に入射する光束が第一レンズ成分を通過する高さが高く
なり、前玉系の増大につながる。上限を越え焦点距離が
長くなると、レンズ系の全長が長くなるだけでなく、所
定の口径を得るための絞り径が大きくなる。

本発明の具体的な構成中、第１レンズ成分が、物体側
から順に、負のメニスカスレンズと両凸レンズからなる
１組の正のダブレット、及び物体側に凸を向けた正のメ
ニスカスレンズとから構成されているのは、主として中
間焦点距離から望遠端にわたる球面収差およびコマ収差
の変動を抑える為である。像側にある正のメニスカスレ
ンズは軸上光束に対してほぼアプラナチックに構成され
ており、強い負の屈折力を有する第２レンズ成分で発生
する負の歪曲収差を補正する効果をも有する。

第２レンズ成分は、物体側から順に、像側に強い面を
向けた負レンズ、及び両凹レンズと正レンズからなる負
のダブレットとから構成されているが、これによって主
点位置を物体側に寄せ厚肉化による全系の大型化を抑え
つつ、変倍に伴う収差変動、特に歪曲収差や非点収差の
変動を少なくできる。

第３レンズ成分が１枚の正レンズより構成される場
合、このレンズの少なくとも１面に非球面を用いること
が、球面収差の補正上有利である。第３レンズ成分を１
枚の正レンズと負のメニスカスレンズからなる正のダブ
レットとした場合は、変倍全域での軸上の色収差の補正
が容易になる。また口径比の大きい場合には、面数が増
えたことによる自由度を主として球面収差の補正に充て
ることが可能となる。

第４レンズ成分は、少なくとも、像側に強い面を向け
た負レンズ、少なくとも１枚の正レンズを物体側から順
に含んでいるが、負レンズの像側の強い凹面は第２レン
ズ成分で発生する負の歪曲収差を補正する働きがある。

第４レンズ成分もしくは第５レンズ成分中の非球面の
うち少なくとも１面はその軸上曲率半径を曲率半径とし
て持つ母球面に関し母球面が凸の面に対しては、屈折面
の中心から周辺に向かって凸を向けた方向に変型量を有
する非球面であり、母球面が凹の面に対しては、屈折面
の中心から周辺に向かって凹を向けた方向に変型量を有
する非球面とすることは、ズーム系をコンパクトに構成
しようとする際、強い負の屈折力を有する第２レンズ成
分において発生する負の歪曲収差を十分に補正するうえ
で効果的である。

条件（３）は第４レンズ成分および第５レンズ成分中
のすべての非球面について各レンズ面の有効径における
非球面変型量の和に関し、下限を超えると系全体をコン
パクトに構成しようとすると、広角端での負の歪曲収差
を補正することが困難となり、上限を超えると歪曲収差
の補正には有効であるが、変倍全域に渡って像面湾曲が
オーバーとなる。

条件（４）は第２レンズ成分を構成する負レンズの屈
折率に関し、この条件をはずれると上述の構成によって
広角端の負の歪曲収差を補正することは困難となる。

条件（５）は第２レンズ成分を構成する負レンズと正
レンズのアッベ数の差に関し、条件をはずれると変倍時
の色収差の変動、特に倍率の色収差の変動が大きくな
り、広角端では像高の小さい方向に、望遠端では像高の
大きい方向に短波長の結像点がシフトしすぎる傾向とな
る。

条件（６）は第３レンズ成分を構成する正レンズの屈
折率に関し、条件をはずれると、変倍全域にわたって球
面収差の補正が困難となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を挙げる。

実施例中にはプラスチックレンズが用いられているも
のがあり、これらのレンズには＊印が付してある。プラ
スチックレンズには一般に、環境温度の変化による屈折
率の変化があるが、本発明の実施例では、各プラスチッ
クレンズの屈折力を最適に組合せることによって屈折率
の変化に伴う焦点位置の変動を抑えている。プラスチッ
クレンズ材料としては、PC（ポリカーボネート）および
PMMA（ポリメチルメタクリート）等が用いられる。これ
らの材料は温度に対して略線形に屈折率が変化する。以
下にデータを示す。

PC PMMA 基準屈折率（20℃） 1.583 1.492 屈折率 （50℃） 1.5788 1.4884 また、実施例における非球面係数の定義は次の通りで
ある。

但し、 x:非球面の頂点を原点とし、光軸に沿って物体側から
像側に向かう座標 h:非球面の頂点を原点とし、光軸に垂直な座標 c:非球面の近軸曲率 を表す。

なお、表中の各記号は、Ｒは各屈折面の曲率半径、Ｄ
は屈折面間隔、Ｎはレンズ材料の屈折率、ν_ｄは同じく
アッベ数、ｆはレンズ全系の焦点距離、２ωは画角、Ｆ
はＦナンバー、f_Bはバックフォーカスを示す。

実施例１ 第11面 非球面係数 有効半径4.9 K ＝−1.74360 A₄＝−4.58301×10^-5 A₆＝8.89371×10^-8 A₈＝−5.39137×10^-9 A₁₀＝1.23221×10^-10 第18面 非球面係数 有効半径4.4 K ＝4.00867 A₄＝−7.82756×10^-5 A₆＝4.95936×10^-7 A₈＝−2.91924×10^-8 A₁₀＝2.94816×10^-10 ｆ ａ ｂ ｃ ｄ 7.20 1.0 16.4 4.435 5.482 23.44 11.2 6.2 3.576 6.341 40.34 15.4 2.0 7.929 1.988 f₁＝28.557 f₂＝−7.846 f₃＝29.831 f₄＝15.069 f₅＝528.508 実施例２ 第11面 非球面係数 有効半径5.0 K ＝−1.30254 A₄＝−5.25830×10^-5 A₆＝7.61840×10^-8 A₈＝−5.39289×10^-9 A₁₀＝1.23222×10^-10 第18面 非球面係数 有効半径5.0 K ＝3.82172 A₄＝−4.80343×10^-5 A₆＝1.81638×10^-7 A₈＝−7.15364×10^-9 A₁₀＝4.83428×10^-11 可変間隔 ｆ ａ ｂ ｃ ｄ 8.80 1.035 17.50 7.014 9.200 27.07 11.360 7.175 6.209 10.005 49.98 15.810 2.725 12.229 3.985 f₁＝29.756 f₂＝−8.441 f₃＝33.327 f₄＝18.763 f₅＝1174.352 実施例３ 第19面 非球面係数 有効半径8.1 Ｋ＝−6.70206×10^-1 第21面 非球面係数 有効半径7.5 Ｋ＝2.05496×10^-1 ｆ ａ ｂ ｃ ｄ 9.27 1.100 25.600 16.527 2.000 19.54 14.000 12.700 14.287 4.240 52.74 25.700 1.000 16.527 2.000 f₁＝48.127 f₂＝−12.514 f₃＝39.460 f₄＝21.482 f₅＝1001.016 各実施例における各条件の数値は次の通り （発明の効果） 本発明のズームレンズは、各実施例及び諸収差図に見
るように、変倍比６倍程度、Ｆナンバー1.4〜2.0程度と
明るく高変倍比でありながら、レンズ系を構成するレン
ズ枚数が少なく、全長、前玉径共にコンパクトで、諸収
差もバランスよく補正され、特にビデオカメラ等に好適
なズームレンズとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のズームレンズの基本構成を示す光学配
置図、第２、３、４図はそれぞれ本発明の第１、２、３
実施例の断面図、第５、６、７図はそれぞれ本発明の第
１、２、３実施例の収差曲線図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を有し，変倍
   に際しては移動しない第１レンズ成分、負の屈折力を有
   し，変倍の為に前後に移動する第２レンズ成分、正の屈
   折力を有し，変倍に際しては移動しない第３レンズ成
   分、正の屈折力を有し，変倍に伴う焦点位置の移動を補
   正する第４レンズ成分、比較的弱い正の屈折力を有し，
   かつ非球面を有する，変倍に際しては移動しない第５レ
   ンズ成分を有し、以下の条件を満足することを特徴とす
   るズームレンズ。 0.25＜|f₂|F_w/（f_wZ）＜0.4 1.8＜f₄/f_w＜2.5 0.001＜F_wΣΔ_i/f_w＜0.02 ただし、 f_i:第ｉレンズ成分の合成焦点距離 f_w:全系の広角端の焦点距離 F_w:広角端のＦナンバー Z:変倍比 Δ_i:物体側から順にｉ番目の非球面の有効半径位置での
   軸上曲率半径を曲率半径としてもつ母球面からの変形量
   で、母球面が凸の面に対しては、屈折面の中心から周辺
   に向かって凸を向けた方向に変形量を有する場合を正、
   母球面が凹の面に対しては、屈折面の中心から周辺に向
   かって凹を向けた方向に変形量を有する場合を正とする ΣΔ_i:第４レンズ成分および第５レンズ成分中の全ての
   非球面についての総和