JPH06100722B2

JPH06100722B2 - 可変焦点距離レンズ

Info

Publication number: JPH06100722B2
Application number: JP61040320A
Authority: JP
Inventors: 博文槌田; 伸一三原
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS62198813A; US4810071A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は可変焦点距離レンズつまりレンズ群の移動によ
り少なくとも２種類焦点距離を切換えての撮影が可能な
レンズ系に関するものである。

〔従来の技術〕

ビデオカメラは、従来の銀塩カメラに比し高価で重いた
めにあまり普及しなかつたが、最近小型軽量化，低価格
化が進行し、民生用としての需要が急速に拡大しつつあ
る。さらに需要層を拡大するためにより一層の小型軽量
化，低価格化の促進が重要な課題となつている。それに
伴いレンズの小型軽量化，低価格化も当然要求される
が、これはビデオカメラボデイの電気系のコンパクト化
に比べて遅れているのが現状である。

レンズ系の場合、ズーム比やＦナンバー等の仕様を満足
しつつ小型軽量化，低価格化するためには光学素子の画
期的な発明がなされない限りかなり困難であることが実
状である。したがつて一つの考え方として単焦点距離レ
ンズを搭載しカメラ全体の超小型化を実現する方向があ
り、現にそのような仕様のビデオカメラが出現してい
る。しかし単焦点距離のレンズでは撮影上のバリエーシ
ヨンが極めて狭い欠点がある。

以上のことからズームレンズと単焦点距離レンズとの中
間的存在である焦点距離切換え式の可変焦点距離レンズ
が注目される。

銀塩スチールカメラ用のレンズとしてこの焦点距離切換
え式レンズがいくつか提案されている。例えば短焦点距
離のレンズ群に対して負の屈折力を持つレンズ群をその
像側に挿入することによつて長焦点距離に切換える方式
のものや、前群と後群よりなる２群ズーム方式のものが
存在する。

前者の例の場合は、長焦点距離側のＦナンバーが変倍比
倍されて暗くなり好ましくなく、変倍比自体も結像性能
上２倍程度しかとれず要求を満足するものではない。

また後者の２群ズーム方式は変倍区間に前群又は後群の
一方を固定して一方のみで変倍した時に同一焦点位置と
なるような焦点距離が存在する場合が少なく、そのよう
にするためには性能上無理をきたしやすい。そのために
やむをえず２群共動かさなければならなくなり、又絞り
を動かさなければならない場合も多い。又長焦点距離側
のＦナンバーも性能上小さく明るくすることが困難であ
つて、仮りに非球面を使用しても満足のゆく値にするこ
とが困難である。更に変倍率も２倍程度で物足りない。

又両者共に構成枚数は６〜８枚である。

以上のようにビデオ用としてはコンパクトで安価で性能
の優れた焦点距離を切換える可変焦点距離レンズは存在
しない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、大幅な小型化を狙つて焦点距離切換え式のレ
ンズタイプを採用し、焦点距離の最大最小比が2.5〜３
倍程度、F1.8程度、全長の対広角端焦点距離比が５倍程
度、構成枚数が６〜７枚程度で、変倍のための可変群が
１群のみで絞りが固定された大口径，高変倍，超コンパ
クト，低価格なビデオ用可変焦点距離レンズを提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の可変焦点距離レンズは、前記の目的を達成する
ために従来の４群式ズームレンズの一部を省略した形の
ものをレンズ系の基本構成として採用した。

従来の４群式ズームレンズは、フオーカシング機能を有
し正の屈折力を持つ第１群と、主に変倍機能を有し負の
屈折力を持つ第２群と、主に焦点位置を一定に保つよう
に補正する機能を有する第３群と、常時固定で結像する
ためのリレーレンズである第４群とにて構成されてい
る。このタイプのズームレンズは、ビデオ用の場合高い
ズーム比を実現し得るが、このレンズ構成で焦点距離を
一定に保つ機能を有する第３群を省略すると２種類の焦
点距離についてのみ焦点位置が同一になることが知られ
ている。この点を利用すれば２種類の焦点距離を切換え
る可変焦点距離レンズが可能である。このようにするこ
とにより変倍時に動くレンズ群は変倍レンズ群のみとな
り、変倍機構が極めて単純化される。さらに可動スペー
スも多くなるので収差変動も少なく、しかも２種類の焦
点距離においてのみ収差が良好に補正されていれば良
く、変倍レンズの構成の単純化の可能性も出て来る。

以上の点を背景として本発明のレンズ系は、物体側から
順に全体として正の屈折力を持ち変倍時には固定でフオ
ーカシング機能を有する第１群と、負の屈折力を持ち変
倍のために可動である第２群と、全体として正の屈折力
を持ち固定の第３群とよりなるものである。更に第１群
は物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レン
ズとの２枚のレンズにて構成し、第２群は負レンズ１枚
にて構成し、第３群は少なくとも１枚の負レンズを含む
３〜４枚のレンズにて構成されている。そして変倍時は
第２群を前後に移動するのみで２種類の焦点距離に切換
えることが出来、又第３群中に絞りを配置した絞りを固
定した簡単な構成にした。また従来の４群式ズームレン
ズの特長である変倍による諸収差の変動が少ないことか
ら高変倍比，大口径とすることが可能となる性質を生か
した構成になつている。

本発明の可変焦点距離レンズは、以上のようなレンズ構
成にすると共に次の条件（１）〜（３）を満足するよう
にした。

（１）−２＜（r_IIB＋r_IIF）／（r_IIB−r_IIF）＜0.5 （２）−４＜f_II/f_W＜−1.7 （３）ν_II＞40 ただしr_IIFは第２群の物体側の面の曲率半径、r_IIFは第
２群の像側の面の曲率半径、f_IIは第２群の焦点距離、f
_Wは広角端の全系の焦点距離、ν_IIは第２群の負レンズ
のアツベ数である。

条件（１）を満足するように第２群のシエープフアクタ
ーを定め又条件（２）のように第２群のパワーを定める
ことによつて第２群を負の単レンズという極めて簡単な
構成でも変倍時の球面収差の変動を小さく出来、大口径
（F1.8程度）においても高変倍化が可能となる。

前記条件（１）の上限，下限又は条件（２）の上限，下
限のいずれより外れても変倍による球面収差の変動が大
きくなる。

また条件（３）は第２群負レンズのアツベ数を規定した
もので色収差の変動を小さくするために設けたものであ
る。この条件から外れると変倍による色収差の変動が大
きくなる。

更に第１群の負レンズと正レンズのアツベ数ν_Inおよび
ν_Ip、第３群中の少なくとも一つの負レンズの屈折率n
_IIIn、第３群中の少なくとも一つの正レンズの屈折率n
_IIIpを下記の条件（４）〜（７）を満足するように定め
ることが望ましい。

（４）ν_In＜35 （５）ν_Ip＞50 （６）n_IIIn＞1.6 （７）n_IIIp＞1.65 第１群の負レンズおよび正レンズのアツベ数を条件
（４），（５）を満足するように設定することによつて
色収差の補正を容易に行ない得る。これら条件より外れ
るといずれも変倍や近距離物点にフオーカスする時に色
収差の変動が大になる。

又第３群を５〜７枚のレンズにて構成すれば大口径化
（F1.8程度）は可能であるが、非球面を適所に１面用い
ることによつて３〜４枚構成でも球面収差を良好に補正
出来る。この場合球面収差を良好に補正しつつ像面性を
良好に保つためには第３群中に条件（６），（７）を満
足する負レンズと正レンズが各１枚以上あることが望ま
しい。これら条件より外れるといずれもペツツバール和
が適正な値にならず像面性が劣化する。

又第３群を３枚のレンズにて構成する場合正レンズ，負
レンズ，正レンズの構成とし第１正レンズの像側の面も
しくは第１負レンズの物体側の面を非球面にするのが最
もよい。そして第１正レンズの像側の面を非球面とする
場合は、次の条件（８），（９）を満足するのが好まし
い。

（８）｜Δ_X|≦1.5×10^-3・f_III（但しｙ＝0.5y₁）（９）1.5×10^-3・f_III≦Δ_Ｘ≦５×10^-2・f_III（但し
ｙ＝y₁）ただしΔ_Ｘは非球面の基準球面からの光軸方向へのずれ
量、f_IIIは第３群の合成焦点距離、y₁は広角端での軸上
マージナル光線高、ｙは光軸からの高さである。

又第１負レンズの物体側の面を非球面にする場合は、次
の条件（10），（11）を満足することが好ましい。

（10）｜Δ_X|≦1.5×10^-3・f_III（ｙ＝0.5y₁）（11）−５×10^-2・f_III≦Δ_Ｘ≦−1.5×10^-3・f
_III（ｙ＝y₁）上記の条件（８）〜（11）において条件（８）又は条件
（10）の範囲を越えると非点収差が増大し好ましくな
い。又条件（９）又は条件（11）の下限を越えると球面
収差が補正不足になり、上限を越えると非球面量が大き
すぎて球面収差が補正過剰になりいずれも好ましくな
い。

本発明のレンズ系では、変倍時の焦点移動の面からみて
２種類の焦点距離の切換えについて重点をおいている
が、その中間の焦点距離においても撮影したい場合に
は、その時の焦点移動を補正する必要がある。この場合
中間の焦点距離では焦点位置が両端における焦点位置よ
りも像側にずれている。そのためこの時のずれ量をｌと
すると、次の式（12）を満足する屈折率N,厚さＤのガラ
ス板を両端の２種類の焦点距離の時にレンズ系と撮像面
との間に挿入することによつてこのずれを補正できる。

即ち式（12）を満たすガラス板を挿入して両端の焦点距
離での撮影が可能となり又このガラス板を除くことによ
り中間の焦点距離での撮影が可能になる。

この補正方法によれば、焦点移動を補正するための摺動
カムを設けることなしに補正できる。もちろん第２群と
第３群の間に正レンズ又は負レンズを挿入してそれを光
軸方向に移動させるか第１群又は第３群を移動させるこ
とによつて焦点位置を一定に保つ方式を採用してもよい
ことは言うまでもない。この方式を採用すればズーム比
2.5〜３倍、F/1.8で構成枚数の極めて少ないコンパクト
で安価なズームレンズとして使用できる。

〔実施例〕

以上説明した本発明の可変焦点距離レンズの各実施例を
示す。

実施例１ｆ＝10〜25,F/1.8,2ω＝46°〜17° r₁＝30.2711 d₁＝1.4000 n₁＝1.80518 ν_１＝25.43 r₂＝19.4182 d₂＝4.6000 n₂＝1.60311 ν_２＝60.70 r₃＝381.9549 d₃＝D₁ r₄＝−66.6923 d₄＝1.4000 n₃＝1.65160 ν_３＝58.52 r₅＝19.8213 d₅＝D₂ r₆＝5.9984 d₆＝2.9000 n₄＝1.77250 ν_４＝49.66 r₇＝25.3722 d₇＝1.0000 r₈＝∞（絞り） d₈＝1.9702 r₉＝−10.7502（非球面） d₉＝1.0000 n₅＝1.80518 ν_５＝25.43 r₁₀＝7.1338 d₁₀＝0.3131 r₁₁＝8.0711 d₁₁＝1.8000 n₆＝1.77250 ν_６＝49.66 r₁₂＝−11.7568 ワイドテレ D₁ 1.700 23.810 D₂ 22.507 0.400 ｜Δ_X|＝3.1×10^-4f_III（ｙ＝0.5y₁） Δ_Ｘ＝−4.3×10^-3f_III（ｙ＝y₁）全長＝4.8f_W 非球面係数（第９面）Ｅ＝−0.17215×10^-2 Ｆ＝−0.16060×10^-4 Ｇ＝0.38639×10^-6 実施例２ｆ＝10〜25,F/1.8,2ω＝46°〜17° r₁＝26.2661 d₁＝1.5000 n₁＝1.80518 ν_１＝25.43 r₂＝19.9259 d₂＝0.2400 r₃＝20.6741 d₃＝5.2000 n₂＝1.49216 ν_２＝57.50 r₄＝376.1796 d₄＝D₁ r₅＝−50.5185 d₅＝1.4000 n₃＝1.49216 ν_３＝57.50 r₆＝17.3739 d₆＝D₂ r₇＝7.3148 d₇＝3.0000 n₄＝1.77250 ν_４＝49.66 r₈＝−45.2515 d₈＝0.8000 r₉＝∞（絞り） d₉＝1.1000 r₁₀＝−13.5104（非球面） d₁₀＝1.0000 n₅＝1.80518 ν_５＝25.43 r₁₁＝12.6077 d₁₁＝0.8800 r₁₂＝−7.4657 d₁₂＝1.6000 n₆＝1.77250 ν_６＝49.66 r₁₃＝−4.6254 ワイドテレ D₁ 1.600 26.355 D₂ 25.147 0.400 ｜Δ_X|＝6.0×10^-4f_III（ｙ＝0.5y₁） Δ_Ｘ＝−9.4×10^-3f_III（ｙ＝y₁）全長＝5.2f_W 非球面係数（第10面）Ｅ＝−0.17969×10^-2 Ｆ＝−0.68465×10^-4 Ｇ＝0.23162×10^-5 実施例３ｆ＝10〜25,F/1.8,2ω＝47°〜17° r₁＝22.6575 d₁＝1.4000 n₁＝1.80518 ν_１＝25.43 r₂＝14.8305 d₂＝4.7000 n₂＝1.60311 ν_２＝60.70 r₃＝99.5521 d₃＝D₁ r₄＝−41.0757 d₄＝1.4000 n₃＝1.60311 ν_３＝60.70 r₅＝17.2949 d₅＝D₂ r₆＝7.7609 d₆＝2.8000 n₄＝1.77250 ν_４＝49.66 r₇＝−33.7841（非球面） d₇＝1.0000 r₈＝∞（絞り） d₈＝1.6444 r₉＝−18.7585 d₉＝1.0000 n₅＝1.80518 ν_５＝25.43 r₁₀＝7.4105 d₁₀＝0.3400 r₁₁＝36.4353 d₁₁＝1.7000 n₆＝1.77250 ν_６＝49.66 r₁₂＝−8.8037 ワイドテレ D₁ 1.700 20.663 D₂ 19.370 0.400 ｜Δ_X|＝3.5×10^-4f_III（ｙ＝0.5y₁） Δ_Ｘ＝6.3×10^-3f_III（ｙ＝y₁）全長＝4.5f_W 非球面係数（第７面）Ｅ＝0.37927×10^-3 Ｆ＝−0.17027×10^-5 Ｇ＝0.94522×10^-7 実施例４ｆ＝10〜30,F/1.8,2ω＝45°〜15° r₁＝21.1670 d₁＝1.5000 n₁＝1.84666 ν_１＝23.78 r₂＝16.2412 d₂＝0.2800 r₃＝16.9111 d₃＝4.3000 n₂＝1.62041 ν_２＝60.27 r₄＝52.8897 d₄＝D₁ r₅＝1632.0990 d₅＝1.4000 n₃＝1.62041 ν_３＝60.27 r₆＝13.4075 d₆＝D₂ r₇＝7.3872 d₇＝3.0000 n₄＝1.77250 ν_４＝49.66 r₈＝−102.5191 d₈＝1.0000 r₉＝∞（絞り） d₉＝1.8511 r₁₀＝−8.2290（非球面） d₁₀＝1.0000 n₅＝1.84666 ν_５＝23.78 r₁₁＝19.1492 d₁₁＝0.7000 r₁₂＝−22.7118 d₁₂＝1.8000 n₆＝1.77250 ν_６＝49.66 r₁₃＝−5.7818 ワイドテレ D₁ 1.700 26.873 D₂ 25.566 0.400 ｜Δ_X|＝3.0×10^-4f_III（ｙ＝0.5y₁） Δ_Ｘ＝−5.0×10^-3f_III（ｙ＝y₁）全長＝5.3f_W 非球面係数（第10面）Ｅ＝−0.13282×10^-2 Ｆ＝−0.20372×10^-5 Ｇ＝−0.99698×10^-6 ただしr₁,r₂,…はレンズ各面の曲率半径、d₁,d₂,…は各
レンズの肉厚およびレンズ間隔、n₁,n₂,…は各レンズの
屈折率、ν₁,ν₂,…は各レンズのアツベ数である。

上記実施例中、実施例１は第１図に示すレンズ構成で第
１群が負のメニスカスレンズと正レンズの接合レンズよ
りなり、第２群が負レンズよりなり、第３群が正レンズ
と負レンズと正レンズとよりなつていて第９面（r₉）が
非球面である。又この実施例のワイドとテレの収差状況
は夫々第５図，第６図に示す通りである。

実施例２は第２図に示す通りで第１群が負のメニスカス
レンズと正レンズが分離され配置されている。その他の
群は実施例１と類似した構成である。又第10面r₁₀が非
球面である。この実施例のワイドおよびテレの収差状況
は第７図，第８図に示す通りである。

実施例３は第３図に示す通りで実施例１と同様第１群が
接合レンズである。又第７面（r₇）が非球面である。こ
の実施例のワイド，テレの収差状況は夫々第９図，第10
図に示す通りである。

実施例４は第４図の通りで実施例２と同様に第１群が分
離されている。又第10面（r₁₀）が非球面である。この
実施例のワイド，テレの収差状況は夫々第11図，第12図
に示す通りである。

これら実施例の非球面形状は光軸方向をｘ軸にこれと垂
直方向をｙ軸にとつた時次の式で表わされる。

ただしｒは近軸曲率半径、E,F,G,…は非球面係数であ
る。

〔発明の効果〕

本発明の可変焦点距離レンズは、構成枚数が６〜７枚
で、可動群は一つのみで、絞り固定の簡単な光学系であ
りながら焦点距離比が2.5〜３倍、Ｆナンバーが1.8、全
長の対広角端焦点距離比が５倍程度の大口径，高変倍，
小型軽量，低価格なビデオカメラ用の焦点距離を切換え
得るレンズ系である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は夫々本発明の実施例１乃至実施例４
の断面図、第５図，第６図は実施例１の収差曲線図、第
７図，第８図は実施例２の収差曲線図、第９図，第10図
は実施例３の収差曲線図、第11図，第12図は実施例４の
収差曲線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に全体として正の屈折力を持
ち変倍時には固定でフォーカシング機能を有する第１群
と、負の屈折力を持ち変倍のために可動である第２群
と、全体として正の屈折力を持ち固定である第３群より
なり、第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズと正レンズの２枚にて構成され、第２群が負レンズ
１枚にて構成され、第３群は少なくとも１枚の負レンズ
を含む３〜４枚のレンズにて構成され、第２群の物体側
の面および像側の面の曲率半径を夫々r_IIF,r_IIB、第２
群の焦点距離をf_II、広角端における全系の焦点距離をf
_W、第２群負レンズのアッベ数をν_IIとする時、次の条
件（１），（２），（３）を満足する可変焦点距離レン
ズ。（１）−２＜（r_IIB＋r_IIF）／（（r_IIB−r_IIF）＜0.5 （２）−４＜f_II/f_W＜−1.7 （３）ν_II＞40
【請求項２】第１群の負レンズおよび正レンズのアッベ
数を夫々ν_In,ν_Ipとする時これらν_In,ν_Ipが夫々条件
（４），（５）を満足し、又第３群の少なくとも一つの
負レンズの屈折率n_IIInおよび少なくとも一つの正レン
ズの屈折率n_IIIpが次の条件（６），（７）を満足し、
さらに第３群中の少なくとも一つの面を非球面とした特
許請求の範囲（１）の可変焦点距離レンズ。（４）ν_In＜35 （５）ν_Ip＞50 （６）n_IIIn＞1.6 （７）n_IIIp＞1.65
【請求項３】第３群が物体側より順に正レンズ，負レン
ズ，正レンズにて構成され、その第１の正レンズの像側
の面が非球面であって次の条件（８），（９）を満足す
る特許請求の範囲（２）の可変焦点距離レンズ。（８）｜Δ_X|≦1.5×10^-8・f_III（ｙ＝0.5y₁）（９）1.5×10^-8・f_III≦Δ_Ｘ≦５×10^-2・f_III（ｙ＝y
₁）ただしΔ_Ｘは非球面の基準球面からの光軸方向へのずれ
量、f_IIIは第３群の合成焦点距離、y₁は広角端での軸上
マージナル光線高、ｙは光軸からの高さである。
【請求項４】第３群が物体側より順に正レンズ，負レン
ズ，正レンズにて構成され、その負レンズの物体側の面
が非球面であって次の条件（10），（11）を満足する特
許請求の範囲（２）の可変焦点距離レンズ。（10）｜Δ_X|≦1.5×10^-8・f_III（但しｙ＝0.5y₁）（11）−５×10^-2・f_III≦Δ_Ｘ≦−1.5×10^-8・f
_III（但しｙ＝y₁）ただしΔ_Ｘは非球面の基準球面からの光軸方向へのずれ
量、f_IIIは第３群の合成焦点距離、y₁は広角端での軸上
マージナル光線高、ｙは光軸からの高さである。
【請求項５】物体側から順に全体として正の屈折力を持
ち変倍時には固定でフォーカシング機能を有する第１群
と、負の屈折力を持ち変倍のために可動である第２群
と、全体として正の屈折力を持ち固定である第３群より
なり、第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズと正レンズの２枚にて構成され、第２群が負レンズ
１枚にて構成され、第３群は少なくとも１枚の負レンズ
を含む３〜４枚のレンズにて構成され、第２群の物体側
の面および像側の面の曲率半径を夫々r_IIF,r_IIB、第２
群の焦点距離をf_II、広角端における全系の焦点距離をf
_W、第２群負レンズのアッベ数をν_IIとする時、次の条
件（１），（２），（３）を満足するレンズ系で、２種
類の焦点距離の中間焦点距離においても撮影が可能にな
るようにレンズ系と撮像面との間に焦点位置移動補正用
の次の式（12）を満足するガラス板を挿入するようにし
た可変焦点距離レンズ。（１）−２＜（r_IIB＋r_IIF）／（（r_IIB−r_IIF）＜0.5 （２）−４＜f_II/f_W＜−1.7 （３）ν_II＞40 ただしｌはピント移動量、Ｎはガラス板の屈折率、Ｄは
ガラス板の厚さである。
【請求項６】第１群の負レンズおよび正レンズのアッベ
数を夫々ν_In,ν_Ipとする時これらν_In,ν_Ipが夫々条件
（４），（５）を満足し、又第３群の少なくとも一つの
負レンズの屈折率n_IIInおよび少なくとも一つの正レン
ズの屈折率n_IIIpが次の条件（６），（７）を満足し、
さらに第３群中の少なくとも一つの面を非球面とした特
許請求の範囲（５）の可変焦点距離レンズ。（４）ν_In＜35 （５）ν_Ip＞50 （６）n_IIIn＞1.6 （７）n_IIIp＞1.65
【請求項７】第３群が物体側より順に正レンズ，負レン
ズ，正レンズにて構成され、その第１の正レンズの像側
の面が非球面であって次の条件（８），（９）を満足す
る特許請求の範囲（６）の可変焦点距離レンズ。（８）｜Δ_X|≦1.5×10^-8・f_III（ｙ＝0.5y₁）（９）1.5×10^-8・f_III≦Δ_Ｘ≦５×10^-2・f_III（ｙ＝y
₁）ただしΔ_Ｘは非球面の基準球面からの光軸方向へのずれ
量、f_IIIは第３群の合成焦点距離、y₁は広角端での軸上
マージナル光線高、ｙは光軸からの高さである。
【請求項８】第３群が物体側より順に正レンズ，負レン
ズ，正レンズにて構成され、その負レンズの物体側の面
が非球面であって次の条件（10），（11）を満足する特
許請求の範囲（６）の可変焦点距離レンズ。（10）｜Δ_X|≦1.5×10^-8・f_III（但しｙ＝0.5y₁）（11）−５×10^-2・f_III≦Δ_Ｘ≦−1.5×10^-8・f
_III（但しｙ＝y₁）ただしΔ_Ｘは非球面の基準球面からの光軸方向へのずれ
量、f_IIIは第３群の合成焦点距離、y₁は広角端での軸上
マージナル光線高、ｙは光軸からの高さである。