JPH03180809A

JPH03180809A - ズームレンズ

Info

Publication number: JPH03180809A
Application number: JP1320169A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Hata; 秦　和義
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1989-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1991-08-06
Also published as: US5155630A

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、ビデオカメラ等の小型カメラに応用可能なズ
ームレンズに係るものである。

従来の技術近年、ビデオカメラ等の本体は電子部品のパッケージ化
や集積率が上がったことにより、従来品にくらべ、重量
・体積とも格段に小さくなっている。一方、価格面でも
その低廉化は著しい。

そのような中において、レンズの占める重量・体積・コ
ストは努力の結果、絶対値では少しずつ改善されている
ものの、ビデオカメラ全体に占める割合は、年々上昇し
ている状況である。このような状況において、コンパク
ト化、コストダウンの要請はより強いものとなっている
。

一方、撮像素子の小型化による照度不足を補うための大
口径比化、さらには高画素化・高解像度化における高性
能化という風に、レンズに求められる機能は、より高く
なってきている。

ここでは、変倍化が３倍から６倍、ないしは８倍程度、
Ｆ値はＦｌ、４からＦ　１．６程度のズームレンズを想
定する。この程度のスペックを満足させるズームレンズ
は、これまで数多く開示されているが、そのほとんどが
、１３枚ないし１５枚程度の構成であり、コスト的に上
述した要求を十分に満足できない。

そこで、非球面を用いて構成枚数を減らすということが
考えられ、その例として、特開昭５６−１４７１１３号
に開示されたものや、特開昭６１−１１０１１２号に開
示されたものなどがある。

前者は、正負負正の構成をとる４群ズームで、ＦＩＪの
３倍ズームとスペック的には低いが、非球面を３面はど
使用し、１０枚にて構成している。後者は同じく正負負
正の構成であるが、非球面を４面はど用い、わずか８枚
にてＦｌ、４の６倍ズームを達成している。しかし、こ
れは性能上、現在のａ求しベルをクリアーできていない
という難点がある。

本出願人は、上記したような要求を満足するように、特
開平１−４６７１６号や特開平１−４６７１７号などに
示されるような負正正の３群より成るズームレンズを提
案した。これらは、わずか９〜ｌＯ枚程度の構成であり
ながら、Ｆｌ、２やＦ　Ｏ，９５程度という大口径レン
ズを非球面を用し為ずに遠戚している。しかし、それら
のズームレンズは変倍比３倍〜５倍程度までは、その優
位性を発揮できるが、６倍〜８倍ぐらいになると、かな
り大型化し、性能も劣化してしまう。

また、一方、本出願人は、特開平１−７４５１７号など
により、第１群と第２群が２枚ずつより成る正負正の３
＃ズームレンズも提案した。

これらは、非球面を用いずにわずか８枚の構成で非常に
一コンパクト化されているものの、Ｆ値はＦ　１．６〜
Ｆ１．４程度で、変倍比も２〜３倍程度であり、６倍ま
では拡張できない。

このような中で、検子電器技術総合展Ｔｅｃｈｎ　ｉｃ
ａ　１Ｒｅｐｏｒｔ　（１９８９午）のｐ、１２５で示
されたズームレンズは、非球面を用いＦｌ、４の６倍ズ
ームをわずか８枚で構成している。このレンズのコンパ
クト性や性能等の詳細は不明であるが、構成枚数は先述
した特開昭６１−１１０１１２号とともに変倍比６＠ク
ラスでは最も少ないものであると言える。

発明が解決しようとする課題本発明では、非球面を有効に利用することにより、変倍
比が３倍から６倍ないしは８倍程度まで実現可能で、Ｆ
値がＦ　１．４からＦｌ、６程度と明るく、かつ、コン
パクトで構成枚数の少ないズームレンズを実現すること
を目的とする。さらに、コストダウンのために、非球面
の使用数は極力少なくすることを目的とする。

問題を解決するための手段上記目的を達成するため、本発明に係るズームレンズは
、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１群、負の屈折
力を持つ第２群、正の屈折力を持つ第３群、正の屈折力
を持つ第４群の合計４つのレンズ群より成る４群ズーム
レンズとし、高変倍ズームレンズに対応できるようにし
、変倍は主として第２群の移動にて行い、それによる像
点移動を少なくとも他の１つの群を移動することによっ
て補正するようにする。

そのような構成は、既に従来から提案されているが、こ
こで特に特徴とするところは、その第１群と第２群を各
々１枚の負レンズと１枚の正レンズの２枚にて構成し、
さらに第２群内に少なくとも１面の非球面を導入するこ
とにより、色収差及び全単色収差の変炸による変動をで
きるだけ小さくおさえることである。第２群は、各群中
、最も屈折力が強い群であり、ここに非球面を採用する
ことは、非常に効果的である。

第３群は、第２群、出射後の発散光束を屈折させ、はぼ
アフォーカルの状態で、結像をつかさどる第４群へ導き
、第４群の大型化を避けるはたらきをする。この第３群
は、正の単レンズ１枚で構成し、このレンズにも少なく
とも１面の非球面を採用することにより、特に第４群に
て発生する過大な球面収差やコマ収差を打ち消すことが
可能となり、第４群の構成を簡略化することが可能とな
る。第３群では軸外光束の主光線は光軸の近くを通るた
め、第３群に設けた非球面は、歪曲や像面湾曲等の画角
に依存する収差には、はとんど悪影響を及ぼすことなく
、球面収差やコマ収差をかなりの範囲でコントロールす
ることが可能であり、その使用効果は多大である。第４
群は、色補正上少なくとも１枚の負レンズを含めた構成
とする必要があるが、最もシンプルな構成として、負レ
ンズと正レンズを貼り合わせた接合レンズのみで構成し
ても良いことがわかった。

さて、このような正負正正のズーム構成で高変倍を達成
し、尚かつ、第１，２群とも２枚の構成で変倍による収
差変動を十分小さくするには、以へ覧゛下の条件を満足するの甘望ましい。

■０．２１＜　ｄ　Ｉ　／　ｌ　Ｉ　ＩＩ　Ｉ　＜０．
３９．（ｕ　ＩＩ　＜０）■０．０３＜　Ａ　ＩＩ　／
ｆ、＜０．７０ただし、ＩＩ：第１群の合成屈折力、一■：第２群の合成屈折力、Ａ■：第２群内の空気レンズの軸上面間隔、ｆＷ：ワイ
ド端における全系の焦点距離。

条件■は、変倍による収差変動に大きな影響を与える第
１群と第２群の適正な屈折力の比を示したものである。

下限を越えると、小型化には有利であるが、第２群で発
生する収差を非球面を採用しても十分おさえきれない。

逆に上限を越えれば、十分な軸外照度を得るためには、
前玉径をかなり大きくする必要があり、大型化してしま
う。

条件■は、第２群をわずか２枚で構成するために守べき
条件で、この下限を越えて第２群の両レンズを密着させ
ると、中央の空気レンズによる収差補正効果が低下し、
高変倍比に耐えれない。逆に上限を越えると、単色収差
の補正力は問題ないが、軸外主光線が通過する光軸から
の高さが両レンズ間でかなり異なるため倍率色収差の変
動が大きくなり、高変倍比に耐えられない。

以上のような構成のズームレンズにおいて、第１群は物
体側より順に物体側に凸の負メニスカスレンズと、ある
程度の空間をおいて配した物体側に強い面を持つ正レン
ズにて、第２群は像側に強い面を持つ負レンズと、ある
程度の空間をおいて配した物体側に強い面を持つ正メニ
スカスレンズにて構成するのが最も有効である。

第１群、第２群の両群の中央に各々空気レンズを配する
ことにより、収差補正上かなりの自由度が得られる。ま
た、第１群、第２群を各々負レンズ先行とすることによ
り、広画角においても収差補正が可能となる。

ここで、次の条件を満足することが望ましい。

■０．３０　＜　ｒ＊／　ｒ７＜　０．９０ただし、ｒ：物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径。

条件■は第２群で発生する収差を第２群内で十分打ち消
し合わせるための、空気レンズの７（ランス条件であり
、この範囲内におさまっていないと、変倍による収差変
動が過大となる。

さらに、以下の条件を満足することが望ましし）。

■０．５５＜ｒＭ（ｎ２−　　１）／ｒｓ＜０−９５．
（ｆｍ−４）■−２，Ｋｒｙ（１−ｎｓ）／ｒｅ＜−１
−３ただし、「Ｔ：テレ端における全系の焦点距離、ｎ、：物体側か
ら数えて１番目のレンズのｄ線に対する屈折率。

条件■は正の第１群における正レンズの強し１屈折面の
屈折力の適正な範囲を示したもので、この範囲に入って
いないと、第１群で主に発生するテレ端の球面収差やコ
マ収差等が補正しきれなくなる。

条件■は負の第２群における負レンズの強い屈折面の屈
折力の適正な範囲を示したもので、この範囲に入ってい
ないと、第２群で主に発生するテレ端の球面収差やコマ
収差、ワイド端の歪曲やコマ収差などを、非球面を採用
しても補正しきれない。

さて、以上述べたような条件にて、本発明によるズーム
レンズは、第１群から第３群がわずか５枚で構成されて
いるが、さらに以下の条件を満足することが望ましい。

■　０．１５＜　Ａ　ＩＩＩ　−ＩＶ　／　ｆＭ＜０．
７５■　０．６　＜　Ｉ　ＩＩＩ　Ｉ　　＜１．９ＡＩ
−ＩＶ　：テレ端における第３群と第４群との間の軸上
面間隔、一■：第３群の合成屈折力、ｆｍ　ｌ＝　、第３群の像側面の屈折力、−■２：第４
群の物体側面の屈折力、ｔ　■＊　：第４群の像側面の屈折力。

ここで、ｒｉは絞り面を含めて物体側から数えてｉ番目
の面の曲率半径である。

条件■は第４群の配置を示すものであり、通常４〜６枚
でＩＶ戊される第４群を３枚で構成するために、この範
囲内に配置すべきであることを示している。即ち、下限
を越えて第３群に近づけると、レンズ全長は短くなるも
のの、軸外光の第４群内の通過高さ゛が低すぎるように
なり、軸外収差の補正ができない。また、第３群と第４
群を１つの合ティがかなり悪化してしまう。逆に、上限
を越えれば、軸外収差の補正はやや楽になるものの全長
が長くなり、また歪曲が大きく負に発生しやすくなって
しまう。

条件■は、第３群と第１群の相対屈折力比を示すもので
、下限を越えて第１群の屈折力を強くすると、第２群の
変倍時の移動量は一般に小さくしやすいが、前玉径が相
対的に大きくなったりする。

逆に上限を越えて、第３群の屈折力を強くしすぎると、
バックフォーカスが不足したり、ペッツバール和が大き
くなって、適正な像面性を得にくくなる。

条件■は、単レンズより成る第３群の正の屈折力をでき
るだけ像側に割り振るべきであることを示している。第
３−≠４群で発生する主要な収差は球面収差であるが、
第３群に入射する軸上光束は発散方向で入射し、はぼ平
行で出射してゆくので、このレンズにおける球面収差の
発生量を減少させるためＪこ、こういう屈折力の配分が
望ましい。

このレンズには、非球面を使用するために、球面収差を
かなりの範囲で補正できるが、下限を越えて屈折力を像
側に配分しすぎると、コマ収差が大きく発生するように
なる。逆に上限を越えて、像側の屈折力を弱めると、非
球面のデビエーションが増し、製造困難となる。

条件■は第４群の接合レンズの正の屈折力を、物体側と
像側にどのように割り振るかを示したもので、球面収差
のみを考えれば、物体側に振るべきであるが、像面湾曲
を良好に補正するには、像側に振るのが望ましい。本ズ
ームレンズの構成によると、軸外性能の補正に有効な面
は最も像側の面である。この面では、像面湾曲の補正に
重点をおき、球面収差は第３群の非球面で過剰補正する
ようにするのが好ましい。よって、この式の下限を越え
て像側面の屈折力を強くしすぎると、球面収差が補正し
きれなくなり、上限を越えて像側面の屈折力を弱くしす
ぎると、像面湾曲が大きく正変位してしまう。

次に、第２群以外の移動レンズ群について述べる。移動
レンズ群を増せば増すほど、コンパクト化や収差補正上
有利であるのは周知の事実であるが、鏡胴構成を簡単に
するには、少ない方が良い。

以下に示１実施例においては、第２群以外の移動群を第
１群としたものと、第４群としたものを示した。

最後に非球面の形状について述べる。本発明の実施例で
は構成枚数は非常に少ないため、各群で発生する収差を
小さくおさえるため、次のような形状にする。

即ち、各群の屈折力の符号に応じ、その屈折力と同符号
のレンズ成分に非球面を用いるときは、そのレンズの屈
折力が光軸から離れるに従い単調に弱くなるような形状
に、また、逆符号のレンズに用いるときは、そのレンズ
の屈折力が光軸から離れるに従い、単調に強くなるよう
な形状にすることが大切である。例えば、負屈折力を持
つ第２群に非球面を用いるときは、負レンズによる収差
発生量が多大であるｔ；め、第２群中の負レンズに非球
面を用いる場合は、屈折力が股々弱まる方向に、逆に正
レンズに用いる場合は段々強まる方向に配し、負レンズ
と正レンズの両者で発生する収差を打ち消し合わせるの
である。

実施例以下、本発明に基づくコンパクトで、わずか７枚にて構
成されたズームレンズの実施例１〜１１を、それぞれ表
１−１１に示す。

各実施例において、ｆは全系の焦点距離、「ｉは物体側
より数えて１番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より数
えてｉ番目の軸上面間隔、旧およびνｉはそれぞれ物体
側より数えてｉ＃目のレンズのｄ線に対する屈折率、ア
ツベ数を示す。尚、各実施例とも最後尾にローパスフィ
ルターやフェースプレートに相当する平板を挿入しであ
る。※印を付した面は非球面であることを示し、その形
状は以下の式にて定義される。

ここで、Ｘｏ：光軸方向のデビエーション、ｒ：近軸曲率半径、ｈ　：光軸に対し垂直方向の高さ、Ａｉ：ｉ次の非球面係数、 ε：円錐定数。

各実施例のうち、第１実施例は第２群の他に第１群が移
動するタイプ、第２〜１１実施°例は第４群が移動する
タイプである。

また、各実施例について各条件との関係を表１２に示す
。

Ｊ　’ｔＴ−Ｖ−蛛表１（実施例１）帥率半径・−上面間隔ｆ＝２９．６〜１５．０〜１０．２７屈折率　　　アツベ数表２（実施例２）曲率半径軸上面間隔ｆ＝３９．０〜１５．０〜１０．２７屈折率　　　アツベ数表３（実施例３）藺率半径軸上面間隔ｆ＝５２．５〜１９．０〜９．２８屈折率　　　アツベ数表４（実施例４）曲率半径軸上面間隔ｆ＝５２−５〜１９．０〜９．２８屈折率　　　アツベ数表５（実施例５）＋ｌｈ率半径軸上面間隔ｆ＝５２．５〜１９．０〜９２８屈折率　　　アツベ数表６（実施例６〉曲率半径軸上面間隔ｆ＝５２．５〜１９゜０〜９．２８屈折率　　　アツベ数表７（実施例７）［ＩＭｉ半径軸上面間隔ｆ＝５２．５〜１９．０〜９．２８屈折率　　　アツベ数表８（実施例８）曲率半径軸上面間隔ｆ＝５２．５〜１９．０〜９２８屈折率　　　アツベ数表９（実施Ｎ９）ｌｌＩＩ率半径輪上面間隔ｆ＝５乙５〜１９．０〜９、詔屈折率　　　アツベ数表１０（実施例１０）曲率半径紬上面間隔ｆ＝７０．０〜２５．０〜９．２５屈折率　　　アツベ数次に第１図〜第１１図は前記実施例１〜１１のテレ端に
おける概略構成を示しており、第１群ＣＩ）、第２群（
Ｉ［）、第３群（ＩＩＩ）、第４群（ＩＶ）のそれぞれ
について、移動する・しないにかかわらず、テレ端（Ｔ
）からワイド端（Ｗ）までの動きを直線および曲線によ
って模式的に示している。第２群（ｎ）と第３群（ＩＩ
Ｉ）の間の一対の長方形は絞りを表しており、また、第
４群（Ｉ’／）の後方に配されているのは、ローパスフ
ィルターやフェースプレートに相当する平板である。

第１２図〜第２２図は各実施例１〜１１に対応する収差
図で、それぞれ（Ｔ）はテレ端、ＣＭ）はミドル域、（
Ｗ）はワイド端での諸収差を表わす。また、実線（ｄ）
はｄ線に対する収差、鎖線（ｇ）はｇ線に対する収差を
表わし、点線（ＳＣ）は正弦条件を表わす。

更に点線（ＤＭ）と実線（ＤＳ）はメリジオナル面とサ
ジタル面での非点収差をそれぞれ表わしている。さらに
、ＦはＦ値、ｙｏは像高を示す。

本発明の効果本発明によれば、Ｆ値がＦｌ、４からＦ　１．６程度で
、ズーム比が３倍から６倍ないしは８倍程度のズー非ムレンズを梅球面を最低２面用いる程度で、わずか７枚
にて達成しており、そのコストダウンの効果はかなり大
きい。また、コンパクト化、性能についても目的を十分
に達成している。

尚、非球面の製法等については、何ら限定されるもので
はなく、硝材を直接、非球面形状にしてもよいし、非球
面状の樹脂を貼りつけるような方法でもよい。どちらに
しても形状が単調な変位であるので、製造にとって有利
である。

【図面の簡単な説明】

テレ端におけるレンズ構成を示す断面図、第１２〜２２
図は、それぞれ本発明実施例１−１１のテレ端、ミドル
域、ワイド端の各収差を示す収差図である。

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、負の屈
折力を持つ第２群、正の屈折力を持つ第３群、正の屈折
力を持つ第４群の合計４つのレンズ群より成り、変倍時
第２群が主として移動し、それに伴なう像点移動を少な
くとも他の１つのレンズ群を移動させて補正するような
ズームレンズにおいて、第１群は、物体側より順に、物
体側に凸の負メニスカスレンズと、ある程度の空間をお
いて配した物体側に強い面を持つ正レンズの２枚にて構
成し、第２群は、像側に強い面を持つ負レンズと、ある
程度の空間をおいて配した物体側に強い面を持つ正メニ
スカスレンズの２枚にて構成するとともに、この第２群
内に少なくとも１面の非球面を用い、第３群は正の単レ
ンズのみで構成するとともに、少なくとも片側の面に非
球面を用い、第４群は少なくとも１つの負レンズと正レ
ンズの接合レンズを含むように構成したことを特徴とす
るズームレンズ。（２）以下の条件を満足することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のズームレンズ：０．２１＜φ I ／｜φII｜＜０．３９、（φII＜０）
０．０３＜ＡII／ｆ＿Ｗ＜０．７００．３０＜ｒ＿６／ｒ＿７＜０．９０ただし、 φ I ：第１群の合成屈折力、 φII：第２群の合成屈折力、ＡII：第２群内の空気レンズの軸上面間隔、ｆ＿Ｗ：ワ
イド端における全系の焦点距離、ｒ＿ｉ：物体側から数
えてｉ番目の面の曲率半径。（３）さらに以下の条件を満足することを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載のズームレンズ：０．５５＜ｒ
＿Ｍ（ｎ＿２−１）／ｒ＿３＜０．９５、（ｆ＿Ｍ＝√
ｆ＿Ｗ・ｆ＿Ｔ）−２．１＜ｆ＿Ｍ（１−ｎ＿３）／ｒ
＿６＜−１．３ただし、ｆ＿Ｔ：テレ端における全系の焦点距離、ｎ＿ｉ：物体側から数えてｉ番目のレンズのｄ線に対す
る屈折率。（４）第４群を１枚の負レンズと１枚の正レンズを貼り
合わせた接合レンズのみで構成し、以下の条件を満足す
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のズーム
レンズ：０．１５＜ＡIII−IV／ｆ＿Ｍ＜０．７５０．６＜φIII／φ I ＜１．９０．４＜φIII＾Ｒ／φIII＜２．２、（φIII＾Ｒ＝１
−ｎ＿５／ｒ＿１＿１）０＜φIV＾Ｐ／φIV＾Ｒ＜１．
５、（φIV＾Ｐ＝ｎ＿６−１／ｒ＿１＿２、φIV＾Ｒ＝
１−ｎ＿７／ｒ＿１＿４）ただし、ＡIII−IV：テレ端における第３群と第４群との間の軸
上面間隔、 φIII：第３群の合成屈折力、 φIII＾Ｒ：第３群の像側面の屈折力、 φIV＾Ｐ：第４群の物体側面の屈折力、 φIV＾Ｒ：第４群の像側面の屈折力。ここで、ｒ＿ｉは、絞り面を含めて物体側から数えてｉ
番目の面の曲率半径である。（５）変倍時、第２群の移動によって生じる像点移動を
、第１群を移動させることによって補正することを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載のズームレンズ。（６）変倍時、第２群の移動によって生じる像点移動を
、第４群を移動させることによって補正することを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載のズームレンズ。