JP2995492B2 - ズームレンズ - Google Patents

ズームレンズ

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JP2995492B2
JP2995492B2 JP2301075A JP30107590A JP2995492B2 JP 2995492 B2 JP2995492 B2 JP 2995492B2 JP 2301075 A JP2301075 A JP 2301075A JP 30107590 A JP30107590 A JP 30107590A JP 2995492 B2 JP2995492 B2 JP 2995492B2
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俊 宮野
伸行 尻江
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    • G02B15/144Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動合焦装置を備えたビデオカメラ等に利
用されるリヤ・フォーカス方式のズームレンズに関する
ものである。
〔従来の技術〕
従来のズームレンズにおいては、第2レンズ群でズー
ミングを行い、コンペンセータと称する第3レンズ群の
移動によって、ズーミングに伴う焦点位置の変動を補正
し、合焦は第1レンズ群を光軸に沿って移動させて行う
のが主流であるが、第1レンズ群に比べて小さくて軽い
第4レンズ群を合焦に利用するズームレンズが提案され
ている。例えば、米国特許第4256381号においては、第
1レンズ群と第3レンズ群とを固定し、第2レンズ群の
移動によりズーミングを行い、第2レンズ群の移動によ
る焦点位置の変動を第4レンズ群を光軸に沿って移動さ
せて合焦を行っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
第1レンズ群を移動させて合焦を行う従来のズームレ
ンズにおいては、大きくて重い第1レンズ群を移動させ
るため、自動合焦装置に大きな負荷がかかるという欠点
があった。
この欠点を解決するために提案されている前記米国特
許4256381号においては、第4レンズ群を合焦に利用す
るため、自動合焦装置にかかる負荷が軽減されるという
利点を有するが、ズーミング時に絞りが第3レンズ群の
近傍に固定されたままであるため、最大外径をなす第1
レンズ群の小径化についての配慮がなされておらず、ズ
ームレンズのコンパクト化が図られていなかった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係るズームレンズは、かかる現状に鑑み、物
体側より順に正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の
屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第
3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群とから
なり、第1レンズ群と第3レンズ群とを固定し、第2レ
ンズ群を光軸方向に沿って移動させてズーミングを行
い、物体距離の変化およびズーミングによる焦点位置の
移動を第4レンズ群の移動により合焦させるズームレン
ズにおいて、第2レンズ群と第3レンズ群との間に置か
れた絞りは、ズーミング時には望遠端(最長焦点距離)
の絞りの位置を広角端(最短焦点距離)の絞りの位置よ
りも像側に、第2レンズ群の移動量の1/2〜1/4の移動量
で移動せしめることを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明においては、第1レンズ群と第3レンズ群を固
定し、第2レンズ群を光軸に沿って移動させてズーミン
グを行う際に、第2レンズ群と第3レンズ群との間に置
かれた絞りが、望遠端の絞りの位置が広角端の絞りの位
置よりも像側に位置するようになすことにより、第1レ
ンズ群における周辺画角の主光線の高さを絞りを固定し
た状態より低くおさえ、第1レンズ群の外径を小さくす
ることができる。
すなわち、負の屈折力を有する第2レンズ群を光軸方
向に沿って移動させることによりズーミングを行うズー
ムレンズにおいて、第1レンズ群における周辺画角の主
光線高さは、(1).広角端側が望遠端側に比べて画角
が広いために高くなり、(2).第1レンズ群と第2レ
ンズ群の間隔が大きいほど光線の広がりが大きくなるた
めに高くなる。この両者のかねあいから、一般に絞りが
第3レンズ群の近傍に固定されていた場合、第2レンズ
群が広角端端よりわずかに像側に移動した位置で第1レ
ンズ群の周辺画角の主光線の高さが最大となる。この現
象は、絞りの位置が第2レンズ群より後方になればなる
ほど、顕著に現れる。第1レンズ群の周辺画角の主光線
の高さを低くおさえるには、絞りをできるだけ第2レン
ズ群側に近づけて配置すればよい。しかし、このように
絞りを配置すると、第2レンズ群と固定絞りとの間の間
隔が狭まくなり、第2レンズ群のズーミングのための移
動量が制約されるため、ズーム比が小さくなってしまい
という欠点がある。さらに、第3レンズ群および第4レ
ンズ群の外径の増大を招き、好ましくない。
本発明では、第2レンズ群と第3レンズ群との間に置
かれた絞りが、ズーミング時に第2レンズ群の移動とと
もに移動し、望遠端での絞りの位置が広角端の絞りの位
置よりも像側にくるように移動させることにより、第1
レンズ群の外径を縮小させ、コンパクトで軽量なズーム
レンズを得ることができる。
本発明に係るズームレンズのレンズ構成および移動状
態の一例を示す第1図において、1は合成焦点距離が正
の第1レンズ群、2は合成焦点距離が負の第2レンズ
群、3は合成焦点距離が正の第3レンズ群、4は合成焦
点距離が正の第4レンズ群、5はローパスフィルター等
のフィルター、Oは結像面、Xは光軸、Wは広角端、T
は望遠端である。
次に、ズームレンズの移動状態について述べるに、第
1レンズ群1と第3レンズ群3はズーミング時に固定さ
れており、第2レンズ群2は広角端から望遠端へのズー
ミングにさいし直線的または曲線的に物体側から像側へ
と比較的大きく移動する。第4レンズ群4は、広角端か
ら望遠端へのズーミングの途中までは物体側へ移動した
後、像側へ移動する。
絞りSは第2レンズ群2と第3レンズ群3との間に配
設され、ズーミング時に第2レンズ群2の移動とともに
移動し、望遠端側での絞りの位置が広角端側の絞りの位
置より像側に位置するように移動させる。絞りSの移動
は直線的でも段階的でも良く、その手段には、種々の手
段が採用されるが、例えば本出願人の特願平2−6928号
に記載した手段が採用される。絞りSの移動量は、第2
レンズ群2の移動量の1/2〜1/4であることが必要であ
る。この移動量が前記範囲より少ない場合には、第1レ
ンズ群1の外径の縮小化が困難となり、またこの移動量
が前記範囲より多い場合には、第1レンズ群1の外径の
縮小化には好ましいが、第3レンズ群3と第4レンズ群
4の外径を増大させることになり、好ましくない。第3
レンズ群3と第4レンズ群4の外径を増大させないと、
広角側での周辺光量の低下を生ずることになる。
本発明においては、第3レンズ群3または第4レンズ
群4に少なくとも1枚の非球面を有することが望まし
い。第3レンズ群3に非球面レンズを用いると、第2レ
ンズ群2のズーミングによる諸収差の変動を抑えること
ができる。すなわち、第3レンズ群3に非球面レンズを
使用することによりズームレンズ全系での球面収差、歪
曲収差などを良好に補正できる。第4レンズ群4に非球
面レンズを使用すると、第4レンズ群4のレンズ枚数を
減少させることができるとともに、像面湾曲収差などの
諸収差を良好に補正することが可能である。
本発明においては、第2レンズ群2の焦点距離をf2
第3レンズ群3の焦点距離をf3、広角端での全系の焦点
距離をfw、望遠端での全系の焦点距離をfTとしたとき、 の条件を満足することが望ましい。
条件(1)は第2レンズ群の屈折力を規定するもの
で、条件(1)の下限を越えると、第2レンズ群2の負
の屈折力が強くなるので、コンパクト化には望ましい
が、負のペッツバール和を増大させ、像面湾曲収差の増
大を招く。条件(1)の上限を越えると、所定のズーム
比を得るために第2レンズ群2の移動量が大きくなり、
ズームレンズの全長の増大を招き、コンパクト化に相反
する結果となる。
さらに、本発明においては、第3レンズ群3の焦点距
離をf3、広角端での全系の焦点距離をfw、ZRをズーム比
(fT/fw)としたとき、 の条件を満足することが望ましい。
条件(2)は第3レンズ群3の屈折力を規定するもの
で、条件(2)の下限を越えると、球面収差が補正不足
となり、条件(2)の上限を越えると、球面収差が補正
過剰となり、いずれの場合でも球面収差の補正が困難と
なる。
〔実施例〕
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳述すること
とする。
ただし、 m:物体側より順次数えた面番号 ri:物体側から数えて第i番目のレンズ面の曲率半径 di:物体側から数えて第i番目のレンズ成分の厚みま
たは空気間隔 nei:物体側から数えて第i番目のレンズ成分のe線に
体する屈折率 なお、非球面は形状は光軸方向をX軸、光軸上の高さ
をYとするとき、 で表される。
ただし、Cは近軸における曲率、Kは離心率、A1,A2,
A3,A4は非球面係数である。
第1実施例 第2図に示す第1実施例のレンズ構成は、次のとおり
である。なお、第2図は物体距離無限遠のときの広角端
の状態を示す。
第1レンズ群1は、物体側へ凸面を向けた負のメニス
カスレンズL1と両凸の正レズL2との接合レンズL1+L
2と、物体側へ凸面を向けた正のメニスカスレンズL3
からなる。第2レンズ群2は、物体側へ凸面を向けた負
のメニスカスレンズL4と、両凹の負レンズL5と両凸の正
レンズL6との接合レンズL5+L6とからなる。第3レンズ
群3は両凸の正レンズL7からなる。第4レンズ群4は、
両凸の正レンズL8と物体側へ凸面を向けた負のメニスカ
スレンズL9と両凸の正レンズL10とからなる。L11は平行
平面板からなるローパスフィルターなどのフィルターで
ある。絞りSは第2レンズ群2と第3レンズ群3との間
に配設されている。
第3レンズ群3のレンズL7の第11面と第4レンズ群4
のレンズL8の第13面は非球面である。
この具体的構成は、下表のとおりである。
次に、可変部分の間隔を全系の焦点距離とともに示
す。なお、pは各ズームポジションを示す番号、fは各
ポジションにおける全系の焦点距離である。
このレンズ系において、絞りの位置が第1レンズ群の
外径に及ぼす影響を周辺画角(像高3.0mm)の主光線の
各ズーム・ポジションpごとの第1レンズ群1の第1面
での高さで表すと、 ここで、A0は絞りを第3レンズ群3前面の前方0.5mm
に固定した従来例の値、B0,C0は本発明の実施例の値
で、B0は第2レンズ群2の移動にともなって、絞りの位
置を直線的に変化させたときの値、C0は段階的に変化さ
せたときの値である。
本実施例のB0においては従来例のA0に比して第1レン
ズL1の外径で1.24mm、本実施例のC0においては従来例の
A0に比して第1レンズL1の外径で2.40mm小さいレンズを
提供することができる。
前記減少量1.24〜2.40mmは従来例A0の第1レンズL1
外径を約5〜10%減少させたことになり、ビデオカメラ
用ズームレンズのコンパクト化と軽量化に著しい効果を
もたらす。
前記の具体的構成による収差曲線は第3図の如くな
る。この収差曲線はB0におけるポジション1,4,6の物体
距離2mのときの収差曲線を示す。以下の収差曲線も同様
である。
第2実施例 第4図に示す第2実施例のレンズ構成は、第1レンズ
群1は、物体側へ凸面を向けた負のメニスカスレンズL1
と正の両凸レンズL2との接合レンズL1+L2と、物体側へ
凸面を向けた正のメニスカスレンズL3とからなる。第2
レンズ群2は、物体側へ凸面を向けた負のメニスカスレ
ンズL4と、両凹の負レンズL5と両凸の正レンズL6との接
合レンズL5+L6とからなる。第3レンズ群3は正の両凸
レンズL7からなる。第4レンズ群4は、両凸の正レンズ
L8と両凹の負レンズL9と両凸の正レンズL10とからな
る。L11は平行平面板からなるローパスフィルターなど
のフィルターである。絞りSは第2レンズ群2と第3レ
ンズ群3との間に配設されている。
第3レンズ群3のレンズL7の第11面と第4レンズ群4
のレンズL10の第17面は非球面である。
この具体的構成は、下表のとおりである。
次に、可変部分の間隔を全系の焦点距離とともに示
す。なお、pは各ズーム・ポジションを示す番号、fは
各ポジションの焦点距離である。
このレンズ系において、絞り位置が第1レンズ群の外
径に及ぼす影響を周辺画角(像高3.0mm)の主光線の各
ズーム・ポジションごとの第1面での高さで表すと、 A0は絞りを第3レンズ群3の前面から前方0.5mmに固
定した従来例の値、B0′は本発明の実施例の値で、広角
端側からある範囲まで絞りを移動させず、その後徐々に
第3レンズ群3に近づけていった場合の値である。
本実施例のB0′では、従来例のA0に比して、第1レン
ズL1の外径で2.02mm小さいレンズを提供することができ
る。
前記の具体的構成による収差曲線図は第5図の如くな
る。
上記実施例の収差曲線図における諸収差は、充分に実
用に供されるものであることを示している。
なお、前記第1、第2実施例における非球面レンズ
は、ガラスレンズまたはプラスチックレンズで製作され
る。また、本発明によれば、第1レンズ群1の第1レン
ズL1のみならず、第2レンズL2および第3レンズL3の外
径も縮小化できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第
2レンズ群と第3レンズ群との間に置かれた絞りをズー
ミング時には望遠端の絞りの位置が広角端の絞りの位置
よりも像側にくるように、第2レンズ群の移動量の1/2
〜1/4の移動量で移動させることにより、第1レンズ群
の外径を減少させるとともに、第3レンズ群と第4レン
ズ群の外径の増大化を抑制してコンパクトで軽量なズー
ムレンズの提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明におけるズームレンズの移動態様図、第
2図は第1実施例の各レンズ群を広角端(物体距離:無
限遠)となしたときの各レンズの配置図、第3図は第1
実施例の収差曲線図、第4図は第2実施例の各レンズ群
を広角端(物体距離:無限遠)となしたときの各レンズ
の配置図、第5図は第2実施例の収差曲線図である。 L1…L10:第1レンズないし第10レンズ L11:フィルター X:光軸、S:絞り O:結像面 r1,r2,…r20:レンズおよびフィルターの各面の曲率半径 d1,d2,…d19:各レンズおよびフィルターの厚みまたは空
気間隔 W:広角端、T:望遠端 M:広角端と望遠端との間の焦点距離
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体側より順に正の屈折力を有する第1レ
    ンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈
    折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4
    レンズ群とからなり、第1レンズ群と第3レンズ群とを
    固定し、第2レンズ群を光軸方向に沿って移動させてズ
    ーミングを行い、物体距離の変化およびズーミングによ
    る焦点位置の移動を第4レンズ群の移動により合焦させ
    るズームレンズにおいて、第2レンズ群と第3レンズ群
    との間に置かれた絞りは、ズーミング時には望遠端の絞
    りの位置を広角端の絞りの位置よりも像側に、第2レン
    ズ群の移動量の1/2〜1/4の移動量で移動せしめることを
    特徴とするズームレンズ。
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