JPH0139563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は有機ガラス製のいわゆるプラスチツク
レンズとして知られるレンズからなるズームレン
ズ、特に変倍部とマスター部とを有するズームレ
ンズ系の改良に関する。 各種のレンズ系において、構成要素としての各
レンズを全てプラスチツクレンズといわれる有機
ガラス製レンズに置き換えるならば、重量は１／
３〜１／２にもなり、大幅な軽量化をもたらすと
ともに製造コストを低くすることができる。しか
しながらプラスチツクはガラスに比較して膨張係
数が大であり屈折率の温度変化も大きいため、気
温の変化によりレンズの焦点面が移動してしまう
所謂温度収差を持つという欠点があつた。 この欠点を改良するものとして、トリプレツト
構成の固定焦点レンズに於いて、正レンズの１つ
をガラス、他の１つを低分散プラスチツク、負レ
ンズを高分散プラスチツクとして色収差を補正し
つつ、温度変化を消してしまう技術が本願と同一
出願人による特開昭55−143518号公報により知ら
れている。 この特開昭55−143518号公報においては、プラ
スチツクレンズを含むＮ枚のレンズよりなる固定
焦点レンズ系に対して、レンズ系の合成焦点距離
をｆとしたとき第ｉ番目のレンズをLiとし、温度
ｔにおけるLiの焦点距離をfi、物界側から高さｆ
で入射した近軸光線のレンズLiへの入射高をhi、
温度ｔにおけるレンズLiの屈折率をn_i（ｔ）とし、
レンズを構成する材質について温度分散数iwiを w_i＝n_i（ｔ）−１／n_i（t₁）−n_i（t₂） 但し t₁＜ｔ＜t₂ と定義し、個々のレンズについての温度収差係
数、 h_i ²／（f_iw_i） の値の全系についての総和、即ち ｜_N 〓ⁱ⁼¹ h_i ²／f_iw_i｜＝０ を“温度消しの条件”とした。そして、これによ
り温度t₁とt₂との２点について温度による焦点移
動量が零となるというものであつた。 しかしこれはあくまで固定焦点レンズに限られ
た場合であり、ズームレンズについては焦点距離
の最短と最良との状態間で焦点位置が大幅に変化
してしまう（以下、これを温度収差の変動とい
う）。例えば焦点距離の最長状態でピストンを合
わせて最短状態にズーミングした場合、常温では
ピントが合つていても、高温時又は低温時にはピ
ンボケになつてしまうこととなる。 本発明の目的は、有機ガラス製のいわゆるプラ
スチツクレンズを用いたズームレンズ系であつ
て、プラスチツクレンズの利点をそのまま有し、
また実用上十分な色収差の補正状態を維持しつ
つ、温度変化の大きな場合にもズーミングによる
全変倍域で焦点位置が実用上十分補正された比較
的簡単な構成のズームレンズ系を提供することに
ある。 上記の目的を達成したズームレンズ系の基本案
が先に本願出願人によつて出願されている（特願
昭56−59685号（特開昭57−176015号）が、それ
は主に変倍時に於ける焦点面の変化を補正する目
的で、ズームレンズの変倍系を形成するレンズ群
のうちの少なくとも１群において、該レンズ群中
のレンズ要素のうち少なくとも１個のレンズを無
機ガラスで構成したものであつた。これはズーム
倍率６程度の大きいズーム倍率のズームレンズに
は有効であるが、ズーム倍率３程度の小さいズー
ム倍率のズームレンズでは変倍部で発生する温度
変化による焦点変化がそれ程大きくない場合があ
り、このような場合には変倍系の補正を省略して
マスター部の直流成分だけのコントロールでうま
く０付近に近づいたり、正負をふりわけることに
より補正することができる。この場合、使用温度
によつてはズーミング時に焦点面が変動すること
になるが、その量が焦点深度以内付近におさえら
れておれば実害はない。 本発明は変倍部とマスター部とを有するズーム
レンズにおいてマスター部を形成する正レンズの
うち、少なくとも１個の正レンズを無機ガラスで
構成し、これによつてマスター部のみで温度補正
を行なうものである。 焦点変動のバランスをとるために、マスターレ
ンズ部を変倍部で発生する直流成分をキヤンセル
するように構成しなければならない。もちろん温
度収差のみならず色収差に於いても良好に補正す
ることが必要で、この色収差を補正しつつ温度収
差をコントロールすることが本発明の最大のポイ
ントとなる。さらにマスター部としてのパワーを
保持することも必要である。マスター部を構成す
る各レンズの焦点距離をf₁，f₂，……f_i……f_k、各
レンズの温度分散数をw₁，w₂，……w_i，w_k、各
レンズにおける近軸光線の高さをh₁，h₂，……h_i
……h_k、各レンズのアツベ数をν₁，ν₂……ν_i……
ν_kとすると、マスター部についての温度収差係数
Tm、色収差Cm、パワー（屈折力）Pmはそれぞ
れ、 _k 〓ⁱ⁼¹ k_i ²／f_iw_i＝Tm (1) _k 〓ⁱ⁼¹ k_i ²／f_in_i＝Cm (2) _k 〓ⁱ⁼¹ −h_i／f_i＝Pm (3) と表現される。 マスター部のパワーPmをある一定の値に保持
しつつ、色収差Cm、温度収差係数Tmを互にバ
ランスさせた補正を行う必要があり、しかも短焦
点端から長焦点端までのズーミング中にあまり大
きく変動しないようにバランスさせる必要があ
る。変倍部の温度収差係数T_Vについて、例えば
本願出願人による先の出願（特願昭56−59685号）
の第１実施例として示した３倍ズームレンズでは
基準温度ｔ＝20℃として低温t₁＝−10℃と高温t₂
＝50℃との間で短焦点端ではT_V（Ｗ）＝0.00759、
長焦点端ではT_V（Ｔ）＝0.02413とその差0.01654の
変動がみとめられた。マスターレンズの諸変数
（曲率、面間隔、パワー配置等）を色々と変える
ことにより、変動成分はなくすことはできない
が、０に近づけたり正負に割りふることにより、
実質的な害を軽減させることができる。このバラ
ンスは固定焦点レンズで行なわれるバランスとは
異なり、短焦点距離端ではTm値を逆に負の方向
にださせるような結果となることもある。しかし
ながらこの場合は、ズーミング全体として見た時
にちようど正負がバランスされることになるわけ
である。 本発明においてはは、低温t₁＝−10℃と高温t₂
＝50℃との間において、基準温度を20℃として、
マスター部の温度収差係数Tmを −0.02≦Tm≦0.01 (4) の範囲にすることが望ましく、また、このとき、
全レンズ系の温度収差係数Ttotは最短焦点距離
状態にて、 ｜T_tpt（Ｗ）｜≦0.01 (5) 最長焦点距離状態にて、 0.005≦T_tpt（Ｔ）≦0.03 (6) となるよう構成することが望ましい。 上記(4)，(5)，(6)の条件式は、変倍に伴う温度収
差の変動を良好に補正するために、光学設計の段
階における明確な指針を与えるものであり、極め
て有効な条件である。 レンズ系の全てのレンズ要素を有機ガラスで構
成すると、全系で正の屈折力を有する以上全系の
温度収差係数は必然的に正の値を有し、ズームレ
ンズであればある正の直流成分に変倍による変動
成分が加わつた値を持つ。ズームレンズのマスタ
ー部を構成する有機ガラス製レンズ個々の温度収
差係数と、全系による温度収差係数の直流成分と
を比較し、マスター部中の１個又は複数のレンズ
を組合せた係数値が全系の直流成分にほぼ等しい
レンズ要素を無機ガラスで置き換えれば、直流成
分を補正することができるのであるが、その結果
としてのマスター部の温度収差係数Tmの値は(4)
式の範囲とすることによつて、ズームレンズ全系
の良好な温度収差補正が可能となる。(4)式の下限
を外れるならば、直流成分の補正過剰となり、上
限を越えるならば、補正不足であつて変倍に伴う
温度収差の変動を実用上十分な値に補正すること
が難しい。そして、全系の温度収差係数T_tptは(5)
式の条件で表わされるごとく、最短焦点距離状態
では零を中心に負又は正の値とし、また、(6)式の
条件で表わされるごとく最長焦点距離状態では正
のやや大きな値とすることが、ズームレンズの温
度収差補正に最適である。これらの条件を満足し
ない場合には温度収差のバランスがくずれ像の悪
化が避けられない。 さらに本発明においては、マスター部に設けら
れる無機ガラス製レンズについて、前記(2)式で示
したごとき色収差の良好な補正のために、そのア
ツベ数νdは＞50であることが望ましい。また、
屈折力が大きい有機ガラス製レンズほど固有の温
度収差係数が大きいため、全系で生ずる温度収差
係数の正の直流成分を補正するためには、マスタ
ー部中のより屈折力の大きな正レンズ要素を無機
ガラスで構成することが有利である。 以下に本発明の実施例について説明する。 本発明の第１実施例は、基本的にはいわゆる４
群ズームレンズであり、その構成は第１図に示す
ごとく、物体側より順にフオーカシング群として
の正の第１群G₁、バリエーターとしての負の第
２群G₃、コンペンセーターとしての正の第３群
G₃、マスター部としての正の第４群G₄を有する
スーム比３、Ｆナンバー1.8のズームレンズ系で
ある。ここで第１群、第２群、第３群が変倍部を
構成している。そして、第１群G₁はポリスチレ
ンP₈よりなる負レンズL₁と、これと貼り合わせ
のアクリル（PMMA）よりなる正レンズL₂、さ
らにアクリルよりなる正レンズL₃で構成され、
第２群G₂はアクリルよりなる負レンズL₄、アク
リルよりなる負レンズL₅、これと貼り合せのポ
リスチレンよりなる正レンズL₆で構成され、第
３群G₃はアクリルよりなる正レンズL₇よりなる。
マスター部のリレー系は第４群G₄は無機ガラス
よりなる正レンズL₈、ポリスチレンよりなる負
レンズL₉、アクリルよりなる２個の正レンズL₁₀，
L₁₁で構成されている。第１図中、無機ガラス製
のレンズを斜線で示した。 第１実施例の諸元を下記表１に示す。表中には
各レンズ要素の温度分散数wiも記した。この温
度分散数wiは基準温度ｔ＝20℃、低温t₁＝−10
℃、高温t₂＝50℃で計算された値である。

【表】 本第１実施例において、温度収差の補正前すな
わち、第８レンズL₈をアクリルで形成し全ての
レンズ要素を有機ガラスで構成した場合には、全
系の温度収差係数は最短焦点距離状態でT_tpt（Ｗ）
＝0.03981、最長焦点距離状態でT_tpt（Ｔ）＝0.0565
であり、共に正に大きな値である。そこで、本実
施例では第８レンズL₈を無機ガラスで構成した
ものであり、この結果マスター部としての第４群
の温度収差係数は補正前のTm＝0.03334からTm
＝0.00037と小さくなり、全系ではT_tpt（Ｗ）＝
0.00684、T_tpt（Ｔ）＝0.02353となり、変動成分を
除くことはできないがかなり小さな値とすること
ができた。 本第１実施例の光線収差を第２図に示す。第２
図中ａは最短焦点距離状態、ｂは中間焦点距離状
態、ｃは最長焦点距離状態を示し、Sphは球面収
差、Astは非点収差、Disは歪曲収差を示す。ｄ
線（λ＝587.6mm）を基準波長とし、色収差の補
正の目やすとしてｇ線（λ＝435.8mm）を用いて
示した。本実施例の温度収差の補正の効果を第３
図、第４図に示す。第３図は温度収差を補正した
実施例の収差図であり、第４図は温度収差補正前
すなわち、L₈をアクリルで形成し、マスター部
としての第４群G₄を全て有機ガラスで構成した
場合の収差図である。各図において、ａは最短焦
点距離状態、ｂは中間焦点距離状態、ｃは最長焦
点距離状態を示し、Sphは球面収差、Astは非点
収差を示す。また、基準温度を20℃とし、−10℃
の低温状態をt₁で、50℃の高温状態をt₂でそれぞ
れ示した。これらの温度収差図から本実施例のズ
ームレンズが−10℃から50℃までの大きな温度変
化に対して焦点位置の変動が少なく、しかも実用
上十分な結像性能を維持していることが明らかで
ある。 上記の第１実施例ではマスター部に１個の無機
ガラス製正レンズを用いたが、さらにもう１個の
正レンズを無機ガラスで形成することによつて、
温度収差をより良好に補正することができる。こ
のようにマスター部に２個の無機ガラス製レンズ
を用いたズームレンズの例が第２実施例である。
第２実施例では第５図に示したごとく、前記の第
１実施例で無機ガラス製レンズであつた第８レン
ズL₈に加えて最も像側の正レンズである第11レ
ンズL₁₁をも無機ガラスで構成したものである。
最も像側のレンズを無機ガラスとすれば、内部の
有機ガラスレンズを保護することができる。第２
実施例の諸元を下記表２に示す。

【表】 本第２実施例ではマスター部の温度収差係数は
Tm＝−0.01333と負の値となり、全系の温度収差
係数は最短焦点距離状態でT_tpt（Ｗ）＝−0.00686、
最長焦点距離状態でT_tpt（Ｔ）＝0.00983となる。こ
れら各温度収差係数の値を前記第１実施例の値と
併せて下記表３に示す。

【表】 そして、全系についての温度収差係数値の変倍
に伴う変化の様子を第６図に示した。第６図は縦
軸に全系の温度収差係数T_tpt、横軸に全系の焦点
距離をとつたものであり、左端は最短焦点距離
（Wide）、右端は最長焦点距離状態（Tele）を表
わす。図中、曲線ａは補正前、曲線ｂは第１実施
例、曲線ｃは第２実施例の各状態の特性を示して
いる。図示のごとく、第１、第２実施例では変倍
による変動成分は除かれていないものの、その絶
対値はかなり小さくなつており、特に曲線ｃから
分るように第２実施例では変倍の途中で収差係数
が零となり、全変倍域にわたつて収差係数の絶対
値が極めて小さく補正されていることが明らかで
ある。 第２実施例の光線収差を第７図に、また温度収
差を第８図に示す。各収差の表示は前記第１実施
例についての第２図及び第３図と同様であり、温
度収差補正前の温度収差は第４図のとおりであ
る。各収差図の比較から、光線収差は勿論のこ
と、−10℃から50℃という温度変化に対しても温
度収差が実用上十分良好に補正されていることが
明らかであり、第６図に示した温度収差係数の特
性曲線ｂ、ｃの有効性が裏付けられる。 以上述べたごとく、本発明によれば１個又は数
個のレンズ要素のみを無機ガラスで構成し、他の
レンズ要素を全てプラスチツク（有機ガラス）で
構成することにより、有機ガラスに固有の温度収
差が全変倍域にわたつて実用上十分良好に補正さ
れたズームレンズを達成することができる。そし
てプラスチツクレンズの軽量であること及び製造
の簡易であること、価格の安いこと等の多くの利
点をそのまま維持しつつ、基準光線についての収
差は勿論、色収差も実用上十分有好に補正された
優れたズームレンズとなり、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のズームレンズの
構成図、第２図は第１実施例の光線収差図でａは
最短焦点距離状態、ｂは中間焦点距離状態、ｃは
最長焦点距離状態を示し、Sphは球面収差、Ast
は非点収差、Disは歪曲収差を示す。第３図は温
度収差を補正した実施例の収差図、第４図は温度
収差補正前の収差図でａは最短焦点距離状態、ｂ
は中間焦点距離状態、ｃは最長焦点距離状態を示
し、Sphは球面収差、Astは非点収差を示す。第
５図は第２実施例のズームレンズの構成図、第６
図は全系についての温度収差係数値の変倍に伴う
変化の様子、第７図に第２実施例の光線収差図、
第８図に第２実施例の温度収差図を示す。 主要部分の符号の説明、｛G₁……フオーカシン
グ群、G₂……バリエーター、G₃……コンペンセ
ーター、G₄……マスター部｝変倍部、L₈……無
機ガラスからなる正レンズ、L₁₁……無機ガラス
からなる正レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変倍部とマスター部とを有し、主として有機
   ガラス製のレンズからなり、前記マスター部を形
   成する正レンズのうちの一部の正レンズを無機ガ
   ラスで構成したズームレンズ系において、該ズー
   ムレンズ系の物体側から第ｉ番目のレンズの焦点
   距離をf_i、該ズームレンズ系に光軸からの高さｆ
   で入射した近軸光線の第ｉ番目レンズへの入射高
   をh_i、温度ｔにおける該第ｉ番目レンズの屈折率
   をn_iとし、該第ｉ番目レンズを形成する材質につ
   いての温度分散数w_iを、 w_i＝n_i（ｔ）−１／n_i（t₁）−n_i（t₂） 但し、t₁＝−10℃ ｔ＝20℃ t₂＝50℃ と定義し、個々のレンズについての温度収差係
   数、 h_i ²／（f_iw_i） の値の前記マスター部についての和をTm、該ズ
   ームレンズ系の最短焦点距離状態における全系に
   ついての総和をTtot（Ｗ）、最長焦点距離状態に
   おける全系についての総和をTtot（Ｔ）とすると
   き、 −0.02≦Tm≦0.01 ｜Ttot（Ｗ）｜≦0.01 0.005≦Ttot（Ｔ）≦0.03 の各条件を満足することを特徴とするズームレン
   ズ系。