JPH0253017A

JPH0253017A - 非球面ズームレンズ

Info

Publication number: JPH0253017A
Application number: JP63205162A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Ono; 小野　周佑; Keizo Ishiguro; 敬三石黒; Yoshiharu Yamamoto; 義春山本; Yasuo Nakajima; 康夫中嶋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1990-02-22

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】産業上の利用分野本発明は、ビデオカメラに用いられるズーム比が６倍の
コンパクトな高性能非球面ズームレンズに関するもので
ある。

従来の技術最近のビデオカメラは操作性、機動性とともに高画質が
要望され、それに答えて措像デバイスも１．２７ｍｍ（
＋Ａインチ）の小型で、かつ高解像度のものが主流にな
りつつある。また、それにともない大口径比・小形軽量
でかつ高性能なズームレンズが強（要望されている。さ
らに、コスト低減の要望も強（、高性能を維持しつつ、
構成枚数の削減をはかったズームレンズの実現が強くせ
まられている。Ｆナンバーが約１．２、ズーム比が約６
程度の従来のズームレンズは１３枚以上のレンズで構成
されている。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のビデオカメ
ラ用ズームレンズの一例について説明する。（例えば、
特願昭６２−８５０１９号）第２図は従来のビデオカメ
ラ用ズームレンズの構成図を示すものである。第２図に
おいて、１１はフォーカス部としての第１群、１２は変
倍部としての第２群、１３はコンペンセータ部としての
第３群、１４はリレ一部としての第４群である。

以上のように構成されたビデ才力ラメ用ズームレンズに
ついて、以下その動作の説明をする。

まず、第１群１１は光軸上と移動することにより、物体
位置によるピント位置のズレを調整するフォーカス作用
を有する。第２群１２は倍率を変え、全系焦点距離を変
化させるために光軸上を移動する。

第３群１３は第２群１２の移動によって変動する像面を
基準面から一定の位置に保つコンペンセータ作用を有し
、第２群１２と一定の関係を保って光軸上を移動する。

第４群１４は第１、第２、第３群によって形成される像
面を所望の位置に移す作用を有する。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成のズームレンズでは、フ
ォーカス調整のためにレンズ外径が大きく、かつ重量の
大きい第１群１１を動かさねばならないという問題点を
有していた。また、第１群１１の移動により全系焦点距
離の変化、すなわち画角の変化が生じ、合焦過程で像の
変動が起るという問題点を有していた。さらに、ズーム
レンズ系をコンパクトにするために、第３群１３に負の
屈折力を持たせる必要があり、収差補正に対する第４群
１４の負担が非常に大きくなり、少ない構成枚数で高性
能を実現することが困難であるという問題点を有してい
た。

本発明は新しいレンズタイプを採用し、さらに非球面形
状を活用することにより、これらの問題点を解決した非
球面ズームレンズを提供するものである。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明の非球面ズームレン
ズは、物体側より順に、正の屈折力を持ち結像作用を有
する第１群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動すること
により変倍作用を有する第２群と、正の屈折力の非球面
レンズからなる第３群と、正の屈折力を有しフォーカス
調整を行う第４群から構成され、かつ各群が収差性能上
好ましいレンズタイプと面形状からなるものである。

さらに、下記の諸条件を満足する構成において１、特に
収差性能が優れ、かつコンパクトな非球面ズームレンズ
が少ない構成枚数で実現される。

（１）　　４．０＜　ｆ　＋／　ｆ　ｓ　　　　＜７．
０（２ン　　　１．０＜　　１　　ｆ　ｚ　１　／　ｆ
　昏−〈１．６（３）　　３．０＜　ｆ　ｚ／　ｆ　ｗ
　　　　＜７．０（４）　　２．０＜　ｆ　ａ／　ｆ　
ｗ　　　　＜３．０（５）　　０．３＜　ｄ　Ｉ！／　
ｆ　４　　　＜１．０（６）　　０．４＜　ｒ　ＩＩ／
　ｆ　２　　　＜１．５（７）　　０．５＜　ｒ　ｌａ
／　ｆ　４　　　＜１．２（８）　　０．６＜　７１６
／　ｆ　４　　　＜１．８作用本発明は、上記した構成によって、従来の問題点を解決
している。すなわち像面に近い。従ってレンズ外径が小
さく軽いレンズ群をフォーカス調整に用いている。また
、第３群に正の屈折力を持たせることにより、第４群の
収差補正の負担を軽減し、少ない構成枚数で高性能を実
現している。

さらに、第３群の正屈折力を適切に選ぶことにより、第
１、第２、第３群の合成屈折力を小さくし、第４群の移
動による合焦過程で生じる像の変動を実用上問題になら
ない程度まで小さくしている。

また、第３群に非球面形状を有するレンズを導入するこ
とにより、高性能を維持して大幅な枚数削減を実現して
いる。

実施例以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の非球面ズームレンズの一実施例の構
成図を示すものである。第１図において、１は第１群、
２は第２群、３は第３群、４は第４群、５は水晶フィル
タや撮像デバイスのフェイスプレート等に相当する等価
的なガラス板である。

ズームレンズをコンパクトに構成するには各群の屈折力
を強くすることが必要である。上記条件（１）、条件（
２）、条件（３）、条件（４）は各群の屈折力を規定す
る条件式であり、コンパクトさを実現する強い屈折力を
与えるが、各群のレンズタイプ、面形状等を最適に設定
することにより、良好な収差性能を満足する範囲である
。特に、第１群１に最適なレンズタイプは、物体側より
順に接合レンズと正の屈折力のメニスカスレンズであり
、第２群２に最適なレンズタイプは、負の屈折力のメニ
スカスレンズと接合レンズである。

第３群３が非球面形状を有するという条件は、極めて少
ない１０枚という構成枚数でＦナンバー１゜２という大
口径の諸収差を補正するのに欠かせないものである。特
に、球面収差の補正に効果が大である。

次に各条件式について詳しく説明する。

条件（１）は第１群１の屈折力に関する条件である。

下限を超えると第１群ｌの屈折力が大きくなり過ぎるた
め、長焦点側の球面収差の補正が困難になる。上限を超
えるとレンズ長が大きくなり、コンパクトなズームレン
ズが実現できない。

条件（２）は第２群２の屈折力に関する条件である。

下限から外れる時には、コンパクトにできるが、全系の
ペッツバール和が大きく負になり、硝材の選択のみでは
像面湾曲の補正ができない。上限を超えると収差補正は
容易であるが、変倍系が長くなり全系のコンパクト化が
達成できない。

条件（３）は第３群３の屈折力に関する条件である。

下限を越えると第３群３の屈折力が大きくなり過ぎるた
め、短焦点側の球面収差の補正が困難となる。上限を越
えると第１群、第２群、第３群の合成系が発散系となる
ため、その後に位置する第４群４のレンズ外径を小さく
することができない。

また、条件（３）の上限、下限の範囲を外れると、合焦
過程での第４群４の移動による画角の変化が大きくなる
ため、像の変動を小さくすることができない。

条件（４）は第４群４の屈折力に関する条件である。

下限から外れる時には、画面包括範囲が狭くなり、所望
の範囲を得るには第１群１のレンズ径を太きくする必要
があり、小型・軽量化が実現できない。

上限を越えると収差補正は容易であるが、近距離撮影時
での第４群４の移動量が大きくなり、全系のコンパクト
化が達成できないばかりでなく、近距離を最影時と遠距
離邊影時の軸外収差のアンバランスの補正が困難となる
。

条件（５）は第３群３と第４群４との空気間隔に関する
条件式である。下限を越えると軸外光線高が小さ（なり
、硝材の選択のみでは倍率色収差の補正が困難となる。

また、近距離撮影時の第４群４の移動量に制約が生じ、
充分な撮影至近距離が実現できない。上限を越えると全
系のコンパクト化が難しい。また、画面周辺での充分な
光量を確保するとき、第４群４のレンズ外径を小さくす
ることができない。

条件（６）は第３群３を構成する非球面レンズの曲率半
径に関するものである。非球面形状を適切に設定するこ
とにより、単レンズにもがかわらず諸収差をよく補正す
ることができる。しかし、下限を越えると球面収差が補
正困難となり、上限を越えると主光線よりも下側の光線
のコマ収差が補正困難となる。

条件（９）、条件００）は第４群４を構成するレンズの
曲率半径に関する条件式である。条件（９）、条件０ω
の下限を外れると、これらの面への入射角が大きくなり
、主光線より上側の軸外光線に対するコマ収差の補正が
困難となる。また、条件（９）の下限を越えると、ｇ線
の球面収差が補正過剰となる。条件（９）の上限を越え
ると、実用上使用可能な硝材の範囲内では軸上、および
倍率色収差の補正ができない。条件００）の上限を越え
ると、球面収差の補正が困難となる。

これらの条件を満す一実施例を以下に示す。表中γ１、
Ｔ２・・・は物体側から順に数えたレンズ各面の曲率半
径、ｄｌ、Ｌ、・・・はレンズ面間の肉厚または空気間
隔、ｎｌ、ｎ２１、・・・は各レンズのｄ線に対する屈
折率、ν１、ν２、・・・はｄ線に対するアツベ数であ
る。ｆは全系の焦点距離、Ｆ／ＮｏはＦナンバーである
。

また、非球面形状を有する面（＊印で表示）については
、下記の表示で規定している。

＋Ｅ−ｙ６＋Ｆ−ｙ”　＋ｃ−ｙ１０ただし、Ｚ：光軸からの高さがｙの非球面上の点の非球面頂点の
接平面からの距離ｙ：光軸からの高さＣ：非球面頂点の曲率（＝１／ｒ）ｋ：円錐定数り、Ｅ、Ｆ、Ｇ：非球面係数（実施例１）ｒ　＝９１８０〜５２．８２６Ｆ　／Ｎｏ＝２．２３〜１．６５、＝５５，２１０　　ｄ、＝１．２０　　ｎ、＝１．８
０５１８　シ、＝２５．５、＝３０，２１２　　ｄ　２
＝７．ｌＯｎ　ｚ＝１．５８９１３　ｖ　、＝６１．２
ｉ＝−１２５，３６７ｄ３＝０．２０＝＝２４，８１９　　ｄ　４＝３．００　　ｎ　３＝１
．５８９１３１／　３＝６１．２、＝３８，２２８　　
ｄｓ（可変）、”’３７．１８３　　ｄ　、＝０．９０　　ｎ　４＝
１．５８９１３　ｖ　、　＝６１．２γｆｆ＝１０，１
０２ｒ　ｓ　＝　−１４，５５９ γ９工１３，１４９ｒ　＋ｏ−２５１，７９４Ｔ　Ｉ＋＝２６，２９７＊Ｔ１□＝−１１９，０１５Ｔ　Ｉ　３　＝　−３２３，１４２ γ、、＝ｔ６，９９６ γ、　５＝−２８，７３８Ｔ　＋ｂ＝２３．５１２Ｔ１フ“　　（１）Ｔ１８；　　■ Ｔ１９２　　■ なお、である。

Ｋ　＝　−１，６１６５９Ｄ＝　　１．６０３９６Ｅ＝　　５．９９１３１Ｆ＝　　４．９０７９８Ｇ　＝　−２，０４８０１ａｔ＝５．０８ｄ　、＝０．９０　　ｎ　、＝１．６６６７２　　ｖ　
５＝４８．４ｄ　ｌ””３．１０　　ｎ　、＝１．８０
５１８　　ｖ　ａ＝２５．５ｄ、。（可変）ｄｚ＝３．１０　　ｎｔ＝１．５９９８１　　シｔ＝５
６．４ｄ１□（可変）ｄｌ３＝０．９０　　ｎＩ！＝１．８０５１８　１／ｅ
＝２５．５ｄ、＝５．５０　　ｎ＋＝１．６７７９０　
　シ、＝５５．５ｄ１５＝０．２０ｄ　＋、＝２．８０　　ｎ　ｔｏ＝１．７１３００　　
ν１゜＝５３．９ｄ１．（可変）ｄ＋ｓ＝８．ｏ。

＊印をつけた１２面は非球面で下記の定数×１０２ＸＩＯ−’ Ｘｌ０−” ×１Ｑ−１１Ｘｌ０−目次に、示す。

無限遠物点のとき：ｆ　　　　ｄ。

９．１８０　１，０００２７．９６０　１７，０００５２．８２６　２３．４５０レンズ先端Ｔ１面よとき：ズーミングにより可変な空気間隔の一例を広角標準望遠ｄｌ。

２６．０００１０．０００３．５５０り測って広角　　９，１７８標準　３０，５７８望遠　５２．４０ルンズ先端のとき：ｓ　　　ｄ１．０００　２６，０００１８．０００　　９，０００２３．４５０　　３，５５０１３面より測って広角標準望遠ｆ　　　　　　ｄ。

９．１７２　　１，０００４０．５１３　２１，０００５１．６２９　２３．４５Ｏｆ　ｒ　　／　ｆ　ｗ　＝５．２０２６．０００６．０００３．５５５Ｉｆ。

ｄ　１２　　　　ｄ　１７１４．１６５　　２．０００１１．６８２　　４．４８３１４．１４４　　２．０２１２ｍ位置の物点のｄｌ　　　　　ｄｏｔ１４．１２２　　２　０４３１１．２７７　　４，８８８１２．８３７　　３，３２８０．６ｍ位置の物点ｄ　ｒｚ　　　　ｄ　Ｉｆ１４．０２８　　２，１３７１０．１１１　　６，０５４１０．４０７　　５，７５８１　／　ｆ　ｗ　＝１．２３ｆ　ｚ　／　ｆ　ｗ＝３．９４　　　　　　ｆ　ａ　／
　ｆ　ｗ＝２．３９ｄ１□／ｆ、＝０．５３〜０．６５
　　γ、、／ｆ、　　＝０．７３１１４／　ｆ　ａ　　
＝０．７８　　　　　　Ｔ　Ｉｂ／　ｆ　ａ　　＝１．
０７ここで、標準位置は各物点位置において、第４群４
が第３群３に最も接近するズーム位置である。

（実施例２）ｆ　＝９．２４９〜５３，２２７Ｆ　／Ｎｏ＝１．２５〜１．７０ｒ　＋＝６４．１０４　　ｄ　１＝１．２０　　ｎ　１
＝１．８０５１８　ｖ　＋＝２５．５ｒ　ｚ＝３３，８
０６　　ｄ　、＝６．８０　　ｎ　ｚ＝１．５８９１３
　ｖ　、＝６１．２γｚ＝−１２８，３０３ｄ　ｆｆ＝
０．２０’ｒ　４＝２８．２１２　　ｄ　４＝３．０Ｏ
ｎ　３＝１．５８９１３　！’　：１＝６１．２ｒ　５
＝４５，３１７　　ｄ　ｓ　（可変）ｒ　６＝３９．７
８７　　ｄ　、＝１．０Ｏｎ　、＝１．５８９１３　ｖ
　、＝６１．２１？＝１１．５１８　　ｄ　？＝５．Ｏ
Ｏｒ　ａ＝−１６，３９６ｄ　ｓ＝１．ｏｏ　　ｎ　ｓ
＝１．６９７００　シ、＝４８．５７９＝１３，３５６
　　ｄ　９＝３．２０　　ｎ　＆＝１．８０５１８　ｖ
　＆＝２５．５ｒ　＋ｏ＝２８３，２０５　ｄ　ｔｏ　
（可変）＊ｒ＋＋＝４３．１５８　　ｄｚ＝３．００　　ｎｔ＝１
．６０３１１　シフ＝６ｏ、’７γ、、＝−６０，６７
６ｄｌ□（可変）１２＝−１０９，２１９　　ｄ　１３
＝１．００　　ｎ　ａ＝１．８０５１８　　Ｖ　５＝２
５．５４＝１９，１１９　　ｄ　１４＝６．０Ｏｎ　！
＝１．７１３００　９９＝５３．９．５＝−２６，６４
９ｄ、、＝０．２０６＝２５，７１８　　ｄ　＋６＝２
．６Ｏｎ　ｔｏ＝１．７７２５０　１／　ｔｏ＝４９．
６＋ｙ＝３４８，９６７　ｄ　１７　（可変）＋ｓ＝　
　　００　　　　ｄ　＋ｓ＝８．００１９＝　　ω なお、＊印をつけた１１面は非球面で下記の定数である
。

Ｋ＝　　５．６６２０４Ｄ−”　−３，０８９０８ｘｌｏ−ｓＥ＝　　２．１９５１７　Ｘｌ０−’ Ｆ　＝−１，０７５６２Ｘ　１０−” Ｇ＝　　６．３２６３８　Ｘｌ０−” 次に、ズーミングにより可変な空気間隔の一例を示す。

無限遠物点のとき：ｆ　　　　ｄｉ　　ｄ、、　　　ｄ、Ｚ　　　ｄ９．２
４９　　１，８００　２９，８００　１６，４５５　２
．０００２７．５５０　１９，４００　１２，２００　
１４，２０９　４．２４５広角標準望遠　５３，２７７　２６，７００　４，９００　１６
，４７８　１．９７６レンズ先端１１面より測って２ｍ
位置の物点のとき：ｒ　　　　ｄｓ　　ｄ＋ｏ　　　ｄ＋ｚ　　　ｄｅｗ広
角　９，２４７　　１，８００　２９，８００　１６，
４１２　２．０４３標準　３０，８７２　２０，８００
　１０，８００　１３，８１０　４．６４５望遠　５２
，９４７　２６，７００　４，９００　１５，１７５　
３．２７９レンメ先端γ１面より測って０．６ｍ位置の
物点のとき：ｆｄ、ｄ、。　　ｄ１□　　ｄｌ？広角　９，２４３　　１，８００　２９，８００　１６
，３１８　２．１３７標準　４２，２２１　２４，４０
０　７，２００　１２，６４０　５．８１５望遠　５２
，３６０　２６．７００　４，９００　１２．８２４　
５．６３１ｆ　＋　／　ｆ　ｗ＝５．６９　　１　ｆ　
ｚ　　１／　ｒ　ｗ＝１．３６ｆ　３／　ｆ　ｗ＝４．
５７　　　　　ｆ　ａ　／　ｆ　ｗ＝２．４０ｄ　１２
／　ｆ　ａ　＝０．６４〜０．７４　　γ、＋／　ｆ　
３　＝１．０２ｒ　＋ａ／　ｒ　ａ　＝０．８６　　　
　　γ＋ｈ／　ｆ　ａ　＝１．１にこで、標準位置は各
物点位置において、第４群４が第３群３に最も接近する
ズーム位置である。

第３図（ａ）（ｂ）（Ｃ）、第４図（ａ）（ｂ）（Ｃ）
、第５図（ａ）（ｂ）（Ｃ）はおのおの実施例１の広角
端、標準、望遠端における収差性能を示す。同様に、第
６図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）、第７図（ａ）（ｂ）（Ｃ
）、第８図（ａ）（ｂ）（Ｃ）はおのおの実施例２の広
角端、標準、望遠端における収差性能を示す。これらの
図から、各実施例とも良好な光学性能を有していること
が分かる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明のレンズ構成と
条件のもとで、Ｆナンバーが約１．２、ズーム比が約６
倍のコンパクトで、性能のよいビデオカメラ用非球面ズ
ームレンズを１０枚という少ない構成枚数で実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における非球面ズームレン
ズの構成図、第２図は従来のズームレンズの構成図、第
３図、第４図、第５図は本発明の実施例１の諸収差図、
第６図、第７図、第８図は実施例２の諸収差図である。球面収差の図において、実線はｄ線、−点鎖線はｇ線に
対する球面収差、非点収差の図において実線はサジタル
像面、点線はメリディオナル像面第図を示す。１・・・・・・第１群、２・・・・・・第２群、３・・・・・・第３群、４・・・・・・第４群、５・・・・・・水晶フィルタ等。

Claims

【特許請求の範囲】（１）物体側より順に、正の屈折力を持つ第１群と、負
の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を
有する第２群と、正の屈折力の非球面レンズからなり、
集光作用を有する第３群と、上記第２群の移動、および
物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位
置に保つように光軸上を移動する第４群とからなる非球
面ズームレンズであって、上記第３群と上記第４群が比
較的大きな空気間隔を有することを特徴とする非球面ズ
ームレンズ。（２）第１群は物体側より順に接合レンズおよび正屈折
力のメニスカスレンズで構成され、第２群は負の屈折力
のメニスカスレンズおよび接合レンズで構成され、第３
群は少なくとも一面が非球面形状である単レンズで構成
され、第４群は接合レンズおよび正の屈折力の単レンズ
で構成されることを特徴とする請求項（１）記載の非球
面ズームレンズ。（３）第３群が、物体側に凸面の向いに正の屈折力の非
球面レンズであることを特徴とする請求項（２）記載の
ズームレンズ。（４）第４群の接合レンズが物体側に凸面の向いに接合
面を有し、正の屈折力の単レンズは物体側に凸面の向い
にレンズであることを特徴とする請求項（２）記載のズ
ームレンズ。（５）下記の諸条件を満足することを特徴とする請求項
（２）記載のズームレンズ。（１）４．０＜ｆ＿１／ｆｗ＜７．０（２）１．０＜｜ｆ＿２｜／ｆｗ＜１．６（３）３．０＜ｆ＿３／ｆｗ＜７．０（４）２．０＜ｆ＿４／ｆｗ＜３．０（５）０．３＜ｄ＿１＿２／ｆ＿４＜１．０（６）０．４＜γ＿１＿１／ｆ＿３＜１．５（７）０．５＜γ＿１＿４／ｆ＿４＜１．２（８）０．６＜γ＿１＿６／ｆ＿４＜１．８ただしｆｗは広角端の全系焦点距離、ｆｉ（ｉ＝１、２
、３、４）は第ｉ群の焦点距離、ｄ＿１＿２は物体側よ
り数えて第１２番目の空気間隔、γｊ（ｊ＝１１、１４
、１６）は第ｊ番目のレンズ面の曲率半径を示す。