JPH06250086A - ズームレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４つのレンズ群を有し、各レンズ群のレンズ
構成及び非球面を適切に設定することにより変倍比８〜
３０、Ｆナンバー１．７程度の大口径、高変倍比のテレ
ビカメラに好適なズームレンズを得ること。 【構成】 物体側より順に変倍の際に固定の正の屈折力
の第１群、変倍用の負の屈折力の第２群、変倍に伴う像
面変動を補正する負の屈折力の第３群、そして固定の正
の屈折力の第４群を有し、望遠端の全系の焦点距離とＦ
ナンバーｆＴ，ＦＮＴ、第ｉ群の焦点距離とＦナンバー
ｆｉ，ＦＮｉ、該第２群の変倍に伴う結像倍率、広角端
における軸上光束の該第３群への最大入射高ｈ３ｍ、該
第３群は少なくとも１つの負レンズ３１と正レンズ３２
とを有しており、該第３群の変倍に伴う移動軌跡、該負
レンズ３１と正レンズ３２の材質のアッベ数の差Δν３
等を適切に設定したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はズームレンズに関し、特
に非球面をレンズ系中の一部に適切に用いることによ
り、広角端のＦナンバーが１．７と大口径でしかも変倍
比８〜３０程度と高変倍比の全変倍範囲にわたり良好な
る光学性能を有したテレビカメラや写真用カメラ、そし
てビデオカメラ等に好適なズームレンズに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来よりテレビカメラや写真用カメラ、
そしてビデオカメラ等には大口径、高変倍でしかも高い
光学性能を有したズームレンズが要求されている。

【０００３】このうち特に放送用のカラーテレビカメラ
では操作性、機動性が重視され、その要求に答えて撮像
デバイスも最近では２／３インチや１／２インチの小型
のＣＣＤ（固体撮像素子）が主流になりつつある。

【０００４】このＣＣＤは撮像範囲全体が略均一の解像
力を有しているため、これを用いるズームレンズに対し
ては、画面中心から画面周辺まで解像力が略均一である
ことが要求されている。

【０００５】例えば非点収差や歪曲収差や倍率色収差等
の諸収差が良好に補正され画面全体が高い光学性能を有
していることが要望されている。更に高変倍比でしかも
小型軽量であること、そして撮像手段の前方に色分解系
や各種のフィルターを配置するため、長いバックフォー
カスを有していること等が要望されている。

【０００６】ズームレンズのうち物体側から順に合焦用
（フォーカス用）の正の屈折力の第１群、変倍用の負の
屈折力の第２群、変倍に伴って変動する像面を補正する
ための正又は負の屈折力の第３群、そして結像用の正の
屈折力の第４群の４つのレンズ群より成る所謂４群ズー
ムレンズは比較的高変倍化及び大口径比化が容易である
ため、放送用のカラーテレビカメラに多く用いられてい
る。

【０００７】４群ズームレンズのうちＦナンバー１．６
〜１．８程度、変倍比２０程度の大口径、高変倍の４群
ズームレンズが、例えば特開昭５４−１２７３２２号公
報で提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ズームレンズにおいて
大口径比（Ｆナンバー１．６〜１．８）で高変倍比（変
倍比１５〜２０）で、しかも全変倍範囲にわたり高い光
学性能を得るには各レンズ群の屈折力やレンズ構成を適
切に設定する必要がある。

【０００９】一般に全変倍範囲にわたり収差変動が少な
く高い光学性能を得るには、例えば各レンズ群のレンズ
枚数を増加させて収差補正上の自由度を増やすことが必
要となってくる。

【００１０】このため、大口径比で高変倍比のズームレ
ンズを達成しようとすると、どうしてもレンズ枚数が増
加し、レンズ系全体が大型化してくるという問題点が生
じてくる。

【００１１】又、結像性能に関しては、画面中心の最も
像コントラストが良い点、所謂ベスト像面の変倍に伴う
変動が問題となってくる。これは主に変倍に伴う球面収
差の変動に起因している。

【００１２】一般に球面収差の変倍に伴う変動はズーム
比をＺ、広角端の焦点距離をｆＷとすると、図２５に示
すように球面収差が０の広角端よりズーム位置ｆＷ′＝
ｆＷ×Ｚ^1/4 付近まではガウス像面に対してアンダー
（マイナス）傾向となる。そしてズーム位置ｆＷ′＝ｆ
Ｗ×Ｚ^1/4 付近をすぎるとアンダー量が少なくなり、あ
るズーム位置で０となり、今度はオーバー（プラス）傾
向となる。

【００１３】そしてＦナンバーが大きくなってくる（レ
ンズ系が暗くなってくる）Ｆ−ドロップの始まるズーム
位置（ＦＮＷ／ＦＮＴ）×ｆＴ付近で最もオーバー（プ
ラス）となり、このズーム位置を過ぎると望遠端にかけ
てオーバー量が少なくなり、望遠端で略０となってく
る。

【００１４】一般に画面中心のベスト像面を左右する球
面収差の変倍に伴う変動と画面周辺のベスト像面を左右
するサジタル像面とメリディオナル像面の変倍に伴う変
動との合致の度合を全変倍範囲にわたり、バランス良く
制御するのが高い光学性能を得るのに重要となってく
る。

【００１５】特に最近ではズームレンズの小型軽量化や
広角化の要望により、ズームレンズは各レンズ群の屈折
力を強めてズームレンズ全系を縮小系とすることが試み
られている。

【００１６】中でも４群ズームレンズでは、第３群であ
るコンペンセーター（像面変動補正群）の屈折力を強め
てその往復運動を減らすことにより、ズームレンズ全系
の小型化を図っており、このため像面補正レンズ群の負
担が増加する傾向があった。

【００１７】図２７，図２８，図２９は４群ズームレン
ズにおいて広角端（ｆ＝１０），中間（ｆ＝１９．６
８），望遠端（ｆ＝１５０）での第１群から第３群まで
のレンズ系中を光束が通過するときの状態を示す説明図
である。

【００１８】同図に示すように軸上光線のコンペンセー
ターＣへの入射高は広角端で最も高く、焦点距離ｆＭ＝
ｆＷ×Ｚ^1/4 なるズーム位置にかけて急激に低くなる。
このため、広角端においてコンペンセーターＣ内部での
球面収差の打消が不足し、球面収差のオーバー成分が残
存している場合には広角端において球面収差が良好に補
正されていてもコンペンセーターＣが往復運動を開始
し、コンペンセーターＣへの軸上光線入射高が急激に低
くなることにより球面収差も急激にアンダーとなる。こ
の傾向はコンペンセーターＣの屈折力が強くなるほど顕
著になる。

【００１９】特に放送用のズームレンズのように高仕様
・高性能を要求されるズームレンズの場合には、コンペ
ンセーターＣを少なくとも１枚の負レンズと正レンズの
組合せレンズにより構成している。そして貼合わせレン
ズによる球面収差補正用の発散面を設けたり、媒質の屈
折率差をつけてコンペンセーター内部の収差補正をして
いる。

【００２０】しかしながら球面収差の変倍に伴う変動や
高次の色収差等の補正が不充分であるため、レンズ枚数
を増加させたり、レンズ群の屈折力を弱めたりしてい
た。このため、ズームレンズのコンパクト化及び高性能
化を図るのが大変困難であった。

【００２１】本発明は所謂４群ズームレンズにおいて、
各群の屈折力やＦナンバー、バリエーターの変倍に伴う
結像倍率の変化、コンペンセーターの像点補正の軌跡等
を適切に設定した上で、コンペンセーターの少なくとも
１つのレンズ面に非球面を施し、軸上光束や軸外光束等
がコンペンセーターのレンズ面を通過する際の入射高が
非球面の効果を最大限効率アップするような所定の条件
を満足するように規定することにより、変倍に伴う球面
収差の変動を少なくし、更に変倍に伴う非点収差、像面
弯曲等の軸外収差の変動をバランス良く補正し、全変倍
範囲にわたり高い光学性能を有した広角端Ｆナンバー
１．７程度、変倍比８〜３０程度の大口径比で高変倍比
のズームレンズの提供を目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明のズームレンズ
は、物体側より順に変倍の際に固定の正の屈折力の第１
群、変倍用の負の屈折力の第２群、変倍に伴う像面変動
を補正する負の屈折力の第３群、そして固定の正の屈折
力の第４群を有し、望遠端の全系の焦点距離とＦナンバ
ーを各々ｆＴ，ＦＮＴ、第ｉ群の焦点距離とＦナンバー
を各々ｆｉ，ＦＮｉ、該第２群は変倍の際に結像倍率が
等倍を含む領域内で変化し、広角端における軸上光束の
該第３群への最大入射高をｈ３ｍ、該第３群は少なくと
も１つの負レンズ３１と正レンズ３２とを有しており、
広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡
を有し、かつ望遠端では広角端に比べて像面側に位置す
るように移動し、該負レンズ３１と正レンズ３２の材質
のアッベ数の差をΔν３としたとき、 １．０９＜ＦＮＴ＜１．６１ 但し、ＦＮ１＝ｆ１／（ｆＴ／ＦＮＴ） ‥‥‥（１） −１．０３＜ｆ３／ｆ１＜−０．３７ ‥‥‥（２） １．４３＜ＦＮ３＜２．１３ 但し、ＦＮ３＝｜（ｆ３／２×ｈ３ｍ）｜ ‥‥‥（３） ２０＜Δν３ ‥‥‥（４） なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。

【００２３】

【実施例】図１，図２，図３，図４は各々本発明の後述
する数値実施例１，２，３，４の広角端におけるレンズ
断面図である。図５〜図９は数値実施例１、図１０〜図
１４は数値実施例２、図１５〜図１９は数値実施例３、
図２０〜図２４は数値実施例４の諸収差図である。

【００２４】図中、Ｆは第１群としての正の屈折力のフ
ォーカス群（前玉レンズ群）である。図１〜図３ではフ
ォーカス群Ｆ全体を光軸上移動させてフォーカスを行な
っている。図４ではフォーカス群Ｆを負の屈折力の前群
フォーカス固定群Ｆ１と正の屈折力のフォーカス移動群
Ｆ２と正の屈折力の後群フォーカス群Ｆ３の３つのレン
ズ群とから構成している。そして物体距離の変動に伴う
フォーカスはフォーカス移動群Ｆ２を光軸上移動させて
行なっている。

【００２５】Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力の
バリエーターであり、光軸上像面側へ単調に移動させる
ことにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への
変倍を行なっている。バリエーターＶは変倍の際に結像
倍率が等倍を含む領域内で使用している。

【００２６】Ｃは第３群としての負の屈折力のコンペン
セーターであり、変倍に伴う像面変動を補正するために
光軸上を物体側に凸状の軌跡を有するように往復運動し
ている。

【００２７】ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての正の屈折
力のリレー群である。Ｇは色分解プリズムや光学フィル
ター等であり、同図ではガラスブロックとして示してい
る。

【００２８】次に本発明のズームレンズの特徴について
説明する。

【００２９】本発明のズームレンズは８倍から３０倍程
度のズーム比を有し、更にズーム全域にて大口径化を実
現するために、まず前玉レンズ群Ｆに条件式（１）を満
足するような明るいレンズ系を用いている。そしてバリ
エーターＶがズーミングに際して結像倍率が−１倍（等
倍）の点を通過するようにし、これにより高い変倍率を
持たせるズーム方式をとっている。

【００３０】更にコンペンセーターＣは広角端から望遠
端へのズーミングに伴う像面変動の補正に際し、広角端
の基準位置からまず物体側へ移動し、ある焦点距離より
逆に像面側へ移動し、望遠端では該広角端の基準位置よ
りも像面側に存在するようなズーム方式をとっている。
そしてコンペンセーターＣの屈折力を条件式（２）を満
足するようにし、これによりコンパクト化を図ってい
る。なおかつコンペンセーターＣの実効Ｆナンバー値Ｆ
Ｎ３をも条件式（３）を満足するように明るく維持し、
大口径化を容易にしている。

【００３１】そして図２６に示すようにズーミングによ
り変動する収差のうち、特に焦点距離ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ
^1/4 なるズーム位置近辺で大きく変動する球面収差を良
好に補正している。

【００３２】軸上光線のコンペンセーターＣへの入射高
は図２７〜図２９に示すように広角端で最も高くなり、
焦点距離ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ^1/4 なるズーム位置にかけて急
激に低くなり、焦点距離ｆＭのズーム位置を過ぎると入
射高の変化はほとんどなくなる。

【００３３】しかし望遠端でのＦドロップがなく、コン
ペンセーターＣの望遠端での位置が広角端の基準位置よ
りも物体側に存在すると望遠端での入射高は再び高くな
る。このため、望遠端でのコンペンセーターＣの位置を
広角端の基準位置よりも像面側に存在させるようにして
いる。

【００３４】特に本実施例では後述する条件式（５）の
Ｆドロップを満足させることにより望遠端での入射高を
低く抑えて非球面の効果を広角側に作用するようにして
いる。尚、図２７〜図２９は図１のレンズ断面図の一部
分の光学系の各ズーム位置における光路について示して
いる。

【００３５】本発明ではこのようなズームレンズの光学
配置を設けた上で、上記条件に該当するコンペンセータ
ーＣに球面収差補正のための、或は色収差補正のための
レンズ面を設ける。このためにコンペンセーターを少な
くとも１つの負レンズ３１と正レンズ３２を有するよう
に構成し、これらのレンズの接合レンズ面、或は比較的
小さな空間間隔により球面収差補正用の発散面としてい
る。

【００３６】そしてこのとき球面収差のみならず、色収
差補正の効果を増大させるためにそのレンズエレメント
の媒質のアッベ数Δν３を条件式（４）の如く設定して
いる。これによりズーミングによる色収差の変動を良好
に補正している。

【００３７】本発明に係るズームレンズのコンペンセー
ターＣはその実効ＦナンバーＦＮ３が非常に明るく、又
コンペンセーターの屈折力を強めてズーミングによる像
面補正のための往復運動のスペースを削減している。こ
のため、球面収差の変動が多くなってくる。

【００３８】これに対し、レンズ枚数を増やして設計の
自由度を増加させると、コンペンセーターＣの前後の軸
上光線は強い発散光束であるため、ズームレンズが大型
化してしまう。このため、コンペンセーターＣを球面レ
ンズのみで構成しようとすると大口径化が難しくなって
くる。

【００３９】そこで本実施例においてはコンペンセータ
ー（第３群）に少なくとも１つの非球面を設け、該非球
面はレンズ周辺部にいくにつれて負の屈折力が弱くなる
形状より成り、該非球面のレンズ有効径の１０割，９
割，７割における非球面量を各々ΔＸ₁₀ ，ΔＸ₉ ，Δ
Ｘ₇ としたとき

【００４０】

【数１】 なる条件を満足するようにしている。

【００４１】このように本実施例では前記条件式（ａ）
を満足する非球面をコンペンセーターＣの少なくとも１
つのレンズ面に設けることにより残存する球面収差の変
動を打消している。

【００４２】図２６はこのときの非球面を用いたときの
球面収差の変動を示す説明図である。尚、本実施例にお
いてこのとき非球面の効果を最も変化が大きくアンダー
に倒れる広角側の範囲に効率良く効かせるようにするた
めには、次の条件式を満足させるのが良い。

【００４３】広角端における全系の焦点距離をＦナンバ
ーを各々ｆＷ，ＦＮＷ、ズーム比をＺ、焦点距離ｆＭが
ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ^1/4 なるズーム位置における軸上光束の
前記第３群への最大入射高をｈＭとしたとき ０．９ ＜ＦＮＷ／ＦＮＴ ‥‥‥（５） １．０８＜ｈ３ｍ／ｈＭ ‥‥‥（６） なる条件を満足することである。

【００４４】本実施例においてコンペンセーターＣに適
用する非球面は高次の球面収差を良好に補正するために
非球面の中心部は略球面で周辺ほど非球面が大きくなる
形状をしている。

【００４５】条件式（５），（６）はズームレンズの変
倍系においてズーム全域のうち広角端から焦点距離ｆＭ
＝ｆＷ×Ｚ^1/4 なるズーム位置近辺までのごく一部のズ
ーム範囲のみ非球面の効果を発揮させ、他のズーム領域
においては球面収差や非点収差等への影響がなるべく少
なくするためのものである。

【００４６】条件式（６）で入射高ｈ３ｍと入射高ｈＭ
の比が１に近くなることは非球面における軸上光線の入
射高の変化が広角端から焦点距離ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ^1/4 な
るズーム位置にかけて小さいことを示しており、非球面
による球面収差補正の効果がズーム全域に及ぼしてしま
うことになる。

【００４７】これは非球面により広角端での球面収差を
アンダー方向に補正したとき、焦点距離ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ
^1/4 なるズーム位置での球面収差もこの非球面の影響を
受けてよりアンダー方向に変化してしまい、球面収差の
変動を補正する効果が弱くなってしまうので良くない。

【００４８】このように本実施例では図２６（Ａ），
（Ｂ）に示すように、非球面を施すレンズ面を適切に設
定してズーム中間域から望遠側での球面収差の影響を少
なくし、広角側での球面収差を補正すると共に全変倍範
囲にわたり球面収差を良好に補正している。

【００４９】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の
曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空
気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。

【００５０】非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直
方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき

【００５１】

【数２】 なる式で表わしている。

【００５２】〈数値実施例１〉 f =10.0 fno =1:1.8〜2.1 2ω=57.62°〜4.20° R 1 = 959.78 D 1= 2.30 N 1=1.81265 ν 1= 25.4 R 2 = 101.24 D 2= 0.10 R 3 = 101.06 D 3= 10.15 N 2=1.48915 ν 2= 70.2 R 4 = -873.87 D 4= 0.20 R 5 = 133.99 D 5= 7.77 N 3=1.51825 ν 3= 64.2 R 6 =-1406.74 D 6= 0.00 R 7 = 99.83 D 7= 6.79 N 4=1.60548 ν 4= 60.7 R 8 = 368.44 D 8= 0.20 R 9 = 70.69 D 9= 6.76 N 5=1.69979 ν 5= 55.5 R10 = 166.41 D10= 可変 R11 = 60.98 D11= 0.80 N 6=1.83945 ν 6= 42.7 R12 = 16.22 D12= 5.81 R13 = -29.73 D13= 0.80 N 7=1.80811 ν 7= 46.6 R14 = 47.69 D14= 2.24 R15 = 35.80 D15= 4.73 N 8=1.81265 ν 8= 25.4 R16 = -28.90 D16= 0.43 R17 = -25.06 D17= 0.80 N 9=1.77621 ν 9= 49.6 R18 = 142.67 D18= 可変 R19 = -26.07 D19= 0.80 N10=1.79013 ν10= 44.2 R20 = 30.87 D20= 3.47 N11=1.85501 ν11= 23.9 R21 = 736.14 D21= 可変 R22 =（絞り） D22= 1.40 R23 = -140.14 D23= 3.57 N12=1.72794 ν12= 38.0 R24 = -37.07 D24= 0.20 R25 = 68.87 D25= 4.98 N13=1.51314 ν13= 60.5 R26 = -69.05 D26= 0.20 R27 = 35.78 D27= 9.49 N14=1.50229 ν14= 66.0 R28 = -30.39 D28= 1.66 N15=1.83932 ν15= 37.2 R29 = 542.75 D29= 15.69 R30 = -770.53 D30= 4.69 N16=1.51314 ν16= 60.5 R31 = -34.66 D31= 0.20 R32 = 156.95 D32= 1.40 N17=1.83932 ν17= 37.2 R33 = 17.57 D33= 7.55 N18=1.50014 ν18= 65.0 R34 = -183.30 D34= 0.20 R35 = 91.81 D35= 5.69 N19=1.51977 ν19= 52.4 R36 = -24.46 D36= 1.40 N20=1.80811 ν20= 46.6 R37 = 268.36 D37= 0.30 R38 = 33.66 D38= 5.54 N21=1.51977 ν21= 52.4 R39 = -46.30 D39= 4.73 R40 = ∞ D40= 29.35 N22=1.60718 ν22= 38.0 R41 = ∞ D41= 16.20 N23=1.51825 ν23= 64.2 R42 = ∞ 非球面＝Ｒ１９

【００５３】

【表１】 非球面形状 参照球面 Ｒ＝-26.074 パラメーター ＦＮ１ ＝ 1.091 非球面係数 Ａ＝Ｂ＝０ ＦＮ３ ＝ 1.433 Ｃ＝ 2.36359×10^-8 ｆ３／ｆ１＝-0.436 Ｄ＝-2.17787×10^-10 ＦＮＷ／ＦＮＴ＝ 0.857 Ｅ＝ 6.77619×10^-13 Δν３ ＝20.3 ｈ３ｍ／ｈＭ＝ 1.105 〈数値実施例２〉 f =8.50 fno =1:1.7〜3.6 2ω=65.81°〜3.71° R 1 = -144.71 D 1= 2.20 N 1=1.81265 ν 1= 25.4 R 2 = 256.49 D 2= 3.28 R 3 = 670.58 D 3= 8.23 N 2=1.48915 ν 2= 70.2 R 4 = -131.23 D 4= 0.15 R 5 = 210.33 D 5= 8.57 N 3=1.51825 ν 3= 64.2 R 6 = -216.00 D 6= 0.15 R 7 = 115.22 D 7= 7.37 N 4=1.62287 ν 4= 60.3 R 8 =-4024.89 D 8= 0.15 R 9 = 69.19 D 9= 5.27 N 5=1.73234 ν 5= 54.7 R10 = 139.74 D10= 可変 R11 = 62.27 D11= 0.90 N 6=1.83945 ν 6= 42.7 R12 = 16.10 D12= 7.30 R13 = -44.83 D13= 0.80 N 7=1.80811 ν 7= 46.6 R14 = 40.62 D14= 2.05 R15 = 30.61 D15= 5.80 N 8=1.81265 ν 8= 25.4 R16 = -35.85 D16= 0.79 R17 = -28.53 D17= 0.80 N 9=1.77621 ν 9= 49.6 R18 = 137.04 D18= 可変 R19 = -31.47 D19= 0.90 N10=1.77621 ν10= 49.6 R20 = 43.74 D20= 2.77 N11=1.85501 ν11= 23.9 R21 =-1447.41 D21= 可変 R22 =（絞り） D22= 2.30 R23 = 515.99 D23= 4.32 N12=1.55099 ν12= 45.8 R24 = -45.85 D24= 0.20 R25 = 117.89 D25= 4.19 N13=1.51825 ν13= 64.2 R26 = -69.14 D26= 0.20 R27 = 47.78 D27= 7.72 N14=1.48915 ν14= 70.2 R28 = -37.07 D28= 1.20 N15=1.83945 ν15= 42.7 R29 = 380.52 D29= 30.00 R30 = 340.64 D30= 4.29 N16=1.51825 ν16= 64.2 R31 = -43.67 D31= 0.20 R32 = 238.15 D32= 1.40 N17=1.81077 ν17= 41.0 R33 = 19.74 D33= 7.12 N18=1.51314 ν18= 60.5 R34 = -284.16 D34= 0.20 R35 = 103.90 D35= 5.28 N19=1.51314 ν19= 60.5 R36 = -28.83 D36= 1.40 N20=1.83945 ν20= 42.7 R37 =-6948.66 D37= 0.20 R38 = 35.36 D38= 5.86 N21=1.51825 ν21= 64.2 R39 = -53.78 D39= 5.00 R40 = ∞ D40= 30.00 N22=1.60718 ν22= 38.0 R41 = ∞ D41= 16.20 N23=1.51825 ν23= 64.2 R42 = ∞ 非球面＝Ｒ２１

【００５４】

【表２】 非球面形状 参照球面 Ｒ＝-1447.410 パラメーター ＦＮ１ ＝ 1.601 非球面係数 Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０ ＦＮ３ ＝ 2.031 Ｄ＝ 9.80814×10^-13 ｆ３／ｆ１＝-0.595 ＦＮＷ／ＦＮＴ＝ 0.472 Δν３ ＝25.7 ｈ３ｍ／ｈＭ＝ 1.131 〈数値実施例３〉 f =11.0 fno =1:1.7〜2.75 2ω=53.13°〜1.91° R 1 = 834.14 D 1= 5.30 N 1=1.72311 ν 1= 29.5 R 2 = 188.89 D 2= 1.06 R 3 = 189.46 D 3= 16.52 N 2=1.49845 ν 2= 81.6 R 4 = -616.13 D 4= 0.25 R 5 = 291.81 D 5= 8.16 N 3=1.48915 ν 3= 70.2 R 6 = 722.87 D 6= 0.25 R 7 = 160.89 D 7= 9.91 N 4=1.48915 ν 4= 70.2 R 8 = 330.43 D 8= 0.25 R 9 = 165.17 D 9= 10.96 N 5=1.51825 ν 5= 64.2 R10 = 536.33 D10= 可変 R11 = 67.85 D11= 1.70 N 6=1.82017 ν 6= 46.6 R12 = 29.05 D12= 10.17 R13 = -51.01 D13= 1.60 N 7=1.77621 ν 7= 49.6 R14 = 69.63 D14= 2.05 R15 = 50.83 D15= 5.22 N 8=1.81265 ν 8= 25.4 R16 = -72.19 D16= 1.01 R17 = -49.10 D17= 1.00 N 9=1.77621 ν 9= 49.6 R18 = 168.38 D18= 可変 R19 = -52.40 D19= 1.70 N10=1.74679 ν10= 49.3 R20 = 67.42 D20= 4.00 N11=1.93306 ν11= 21.3 R21 =348.95(絞り) D21= 可変 R22 =-1923.50 D22= 5.86 N12=1.62287 ν12= 60.3 R23 = -47.39 D23= 0.20 R24 = 131.09 D24= 4.36 N13=1.48915 ν13= 70.2 R25 = -162.09 D25= 0.20 R26 = 58.62 D26= 9.70 N14=1.48915 ν14= 70.2 R27 = -46.27 D27= 2.10 N15=1.83932 ν15= 37.2 R28 = 154.20 D28= 35.97 R29 = 68.25 D29= 6.28 N16=1.51825 ν16= 64.2 R30 = -118.74 D30= 0.20 R31 = 141.42 D31= 2.20 N17=1.77621 ν17= 49.6 R32 = 32.68 D32= 9.37 N18=1.59143 ν18= 61.2 R33 = -85.02 D33= 0.20 R34 = 41.73 D34= 6.33 N19=1.48915 ν19= 70.2 R35 = -68.89 D35= 2.20 N20=1.74795 ν20= 44.8 R36 = 35.35 D36= 1.90 R37 = 59.88 D37= 2.54 N21=1.80811 ν21= 46.6 R38 = 151.93 D38= 6.00 R39 = ∞ D39= 30.00 N22=1.60718 ν22= 38.0 R40 = ∞ D40= 16.20 N23=1.51825 ν23= 64.2 R41 = ∞ 非球面＝Ｒ１９

【００５５】

【表３】 非球面形状 参照球面 Ｒ＝-52.400 パラメーター ＦＮ１ ＝ 1.595 非球面係数 Ａ＝Ｂ＝０ ＦＮ３ ＝ 1.947 Ｃ＝ 6.36551×10^-10 ｆ３／ｆ１＝-0.367 Ｄ＝-2.23017×10^-12 ＦＮＷ／ＦＮＴ＝ 0.618 Ｅ＝ 2.29897×10^-15 Δν３ ＝28.0 ｈ３ｍ／ｈＭ＝ 1.144 〈数値実施例４〉 f =6.50 fno =1:1.7〜1.88 2ω= 80.5°〜12.1° R 1 = 61.13 D 1= 2.50 N 1=1.77621 ν 1= 49.6 R 2 = 32.50 D 2= 17.51 R 3 = 465.72 D 3= 2.00 N 2=1.64254 ν 2= 60.1 R 4 = 55.73 D 4= 11.31 R 5 = -93.76 D 5= 2.00 N 3=1.64254 ν 3= 60.1 R 6 = -540.14 D 6= 0.20 R 7 = 83.20 D 7= 5.90 N 4=1.76168 ν 4= 27.5 R 8 =-3243.08 D 8= 5.70 R 9 = 167.64 D 9= 7.64 N 5=1.48915 ν 5= 70.2 R10 = -85.86 D10= 9.17 R11 = 241.58 D11= 2.00 N 6=1.81265 ν 6= 25.4 R12 = 42.25 D12= 9.22 N 7=1.48915 ν 7= 70.2 R13 = 1729.81 D13= 0.20 R14 = 127.61 D14= 8.69 N 8=1.48915 ν 8= 70.2 R15 = -68.28 D15= 0.20 R16 = 50.95 D16= 4.45 N 9=1.79025 ν 9= 50.0 R17 = 136.34 D17= 可変 R18 = 45.39 D18= 0.90 N10=1.83945 ν10= 42.7 R19 = 17.32 D19= 4.79 R20 = -33.93 D20= 0.90 N11=1.80811 ν11= 46.6 R21 = 28.59 D21= 1.33 R22 = 29.87 D22= 3.10 N12=1.81265 ν12= 25.4 R23 = -51.93 D23= 0.64 R24 = -35.29 D24= 0.90 N13=1.77621 ν13= 49.6 R25 = -948.20 D25= 可変 R26 = -33.14 D26= 1.00 N14=1.71615 ν14= 53.8 R27 = 43.95 D27= 2.85 N15=1.79191 ν15= 25.7 R28 = 695.80 D28= 可変 R29 =（絞り） D29= 1.05 R30 = 210.62 D30= 3.83 N16=1.57047 ν16= 42.8 R31 = -44.84 D31= 0.20 R32 = 100.51 D32= 3.74 N17=1.50014 ν17= 65.0 R33 = -76.46 D33= 0.20 R34 = 87.32 D34= 6.90 N18=1.50014 ν18= 65.0 R35 = -26.52 D35= 1.40 N19=1.83945 ν19= 42.7 R36 = -441.81 D36= 32.29 R37 = -267.84 D37= 4.47 N20=1.57047 ν20= 42.8 R38 = -41.12 D38= 0.20 R39 = 485.78 D39= 1.50 N21=1.83932 ν21= 37.2 R40 = 28.73 D40= 7.64 N22=1.51977 ν22= 52.4 R41 = -120.25 D41= 0.20 R42 = 75.81 D42= 6.49 N23=1.48915 ν23= 70.2 R43 = -36.57 D43= 1.60 N24=1.83932 ν24= 37.2 R44 = -365.87 D44= 0.20 R45 = 51.72 D45= 5.69 N25=1.51825 ν25= 64.2 R46 = -64.48 D46= 8.00 R47 = ∞ D47= 55.50 N26=1.51825 ν26= 64.2 R48 = ∞ 非球面＝Ｒ２６

【００５６】

【表４】 非球面形状 参照球面 Ｒ＝-33.140 パラメーター ＦＮ１ ＝ 1.316 非球面係数 Ａ＝Ｂ＝０ ＦＮ３ ＝ 2.129 Ｃ＝ 9.13843×10^-10 ｆ３／ｆ１＝-1.304 Ｄ＝-6.95659×10^-14 ＦＮＷ／ＦＮＴ＝ 0.904 Ｅ＝ 1.13899×10^-14 Δν３ ＝28.1 ｈ３ｍ／ｈＭ＝ 1.085 次に本発明の各数値実施例の特徴について説明する。

【００５７】図１に示す数値実施例１は１５倍を越える
ズーム比を有し、Ｒ１〜Ｒ１０はフォーカスのための前
玉群Ｆであり、バリエーターＶに対する物点を結ぶ作用
を有し、前玉群Ｆは全体でゆるい正のパワーを有する。

【００５８】Ｒ１１〜Ｒ１８は主に変倍に寄与し、ワイ
ドからテレへの変倍に際し、側面側へ単調に移動し、途
中で結像倍率−１倍（等倍）を通過するバリエーターで
ある。

【００５９】Ｒ１９〜Ｒ２１は主に変倍に伴う像点補正
の作用を有するコンペンセーターで負のパワーを有し、
ワイドからテレへの変倍に際し、広角端基準位置から物
体側へ移動し、ある焦点距離より像側へ移動し、望遠端
では広角端基準位置よりも像側に存在する。ＳＰ（Ｒ２
２）は絞りである。

【００６０】Ｒ２３〜Ｒ３９は結像作用を有するリレー
群であり、Ｒ４０〜Ｒ４２は色分解プリズムと等価なガ
ラスブロックである。

【００６１】大口径化の視標として前玉レンズ群のＦナ
ンバーＦＮ１をＦＮ１＝ｆ１／（ｆＴ／ＦＮＴ）と定義
したとき本実施例ではＦＮ１＝１．０９１である。この
前玉レンズ群のＦナンバーをズーム全域で維持し、なお
かつワイド端のＦナンバーＦＮＷ＝１．８と長いバック
フォーカスを維持するときコンペンセーターＣのＦナン
バーをＦＮ３＝ｆ３ ／（２×ｈ３ｍ）と定義すればＦ
Ｎ３＝１．４３３という大口径比になる。

【００６２】これらの大口径比に対し、前玉レンズ群で
はテレ側の球面収差の補正のために１つの負のレンズと
４つの正のレンズを用いて分担させて補正している。

【００６３】一般にコンペンセーターＣやバリエーター
Ｖはそのレンズ構成ができるだけシンプルでブロックの
厚みが小さい方がズームレンズ全系の小型化や駆動系の
省電力化等に好ましい。このため、コンペンセーターＣ
はできるだけレンズ枚数を少なくすることが望まれる。

【００６４】これに対し、前述のようにコンペンセータ
ーＣのＦナンバーＦＮ３は非常に明るいものとなるた
め、コンペンセーター群Ｃで球面収差を補正することが
難しくなり、特に広角端から焦点距離ｆＭ＝ｆＷ×Ｚ
^1/4 なるズーム位置で球面収差は大きく変化してくる。

【００６５】そこで本実施例では、コンペンセーターＣ
の第１レンズを比較的屈折率の高い両レンズ面が凹面の
負レンズ３１と物体側に凸面を向けた正レンズ３２の接
合レンズにより構成することにより球面収差の発生を抑
えている。

【００６６】又貼合わせレンズ面には前後の材質のアッ
ベ数の差をΔν３としたとき、Δν３＝２０．３として
色収差の改善の効果を持たせている。

【００６７】非球面はＲ１９面に施しており、前述の条
件式（６）はｈ３ｍ／ｈＭ＝１．１０５である。非球面
の方向は軸上入射高が高くなるにつれ、負のパワーが弱
くなる方向であり、非球面形状の急激な変化を避け、か
つ低次から高次の領域まで効率良く球面収差の変動を補
正するために非球面係数Ｃ，Ｄ，Ｅのみを使用して主に
球面収差を補正している。このときの非球面量は有効径
の１０割で約１８μｍである。

【００６８】図２の数値実施例２は２０倍のズーム比を
有している。数値実施例１に比べて略同じレンズ構成で
ありながらパワー配置の適切な選択により広角端の画角
２ω６５．８°、ズーム比２０倍を達成している。

【００６９】このときコンペンセーターＣの移動量を大
きくしながらも少ない非球面量でズーム全域での球面収
差の変動を抑えている。このときにコンペンセーターＣ
における非球面はＲ２１面に施しており、ｈ３ｍ／ｈＭ
＝１．１３１となる。

【００７０】非球面の方向は軸上入射高が高くなるにつ
れ負のパワーが弱くなる方向であるが、小さな非球面量
でより大きな効果を出すために数値実施例１に比べて非
球面導入面の屈折率はより高いものとなっている。

【００７１】図３の数値実施例３はズーム比が３０倍と
いう非常に高倍率なズームレンズであるにもかかわら
ず、テレ端でのＦナンバーＦＮＴは２．７５という非常
に明るいものである。

【００７２】本実施例における球面収差の変動の削減の
解としては移動量が大きく、パワーもｆ３／ｆ１＝−
０．３６７と非常に強いコンペンセーターの解の探索に
ポイントを置いている。

【００７３】まずコンペンセーターを両レンズ面が凹面
の負レンズと物体側凸面を向けた正レンズの貼合わせレ
ンズにより構成し、貼合わせレンズ面の前後の媒質の屈
折率差を０．１８以上まで持たせて球面収差の発散面の
効果を増大させている。

【００７４】このときコンペンセーター群Ｃ内部の色消
しは貼合わせレンズ面の前後の媒質のアッベ数の差Δν
３をΔν３＝２８．０まで離して、球面収差・色収差と
もにバランス良く抑えている。

【００７５】図４に示す数値実施例４はズーム比は８倍
程度であるが、広角端の画角２ω＝８０．５°なる非常
に広角なズームレンズである。

【００７６】Ｒ１〜Ｒ１７は前玉レンズ群（フォーカス
群Ｆ）で、Ｒ１〜Ｒ８はズーミング、フォーカスに際し
て固定であり全体で負のパワー（屈折力）を有する前群
フォーカス固定群Ｆ１であり、Ｒ９〜Ｒ１０はフォーカ
スのためのフォーカス移動群Ｆ２で正のパワーを有し、
Ｒ１１〜Ｒ１７はズーム、フォーカスに際し固定で正の
パワーを有する後群フォーカス固定群である。Ｒ１〜Ｒ
１７によりバリエーターＶに対する物点を結ぶ作用を有
する前玉レンズ群Ｆの作用をなし、前玉レンズ群Ｆ全体
で正のパワーを有する。

【００７７】Ｒ１８〜Ｒ２５は主に変倍に寄与し、ワイ
ドからテレへの変倍に際し、像面側へ単調に移動し、途
中で結像倍率−１倍（等倍）を通過するバリエーターＶ
である。Ｒ２６〜Ｒ２８はコンペンセーターで主に変倍
に伴う像点補正の作用を有するコンペンセーターで負の
パワーを有し、ワイドからテレへの変倍に際し、広角端
基準位置から物体側へ移動し、ある焦点距離より像側へ
移動し、望遠端では広角端基準位置よりも像側に存在す
る。ＳＰ（Ｒ２９）は絞りである。

【００７８】Ｒ３０からＲ４６は結像作用を有するリレ
ー群であり、Ｒ４７〜Ｒ４８は色分解プリズムと等価な
ガラスブロックである。

【００７９】前玉群ＦナンバーＦＮ１はＦＮ１＝１．３
１６、コンペンセーターＣの実効ＦナンバーＦＮ３はＦ
Ｎ３＝２．１２９と大口径であるが、入射高ｈ３ｍと入
射高ｈＭの比がｈ３ｍ／ｈＭ＝１．０８５と小さくなっ
ているため、広角側の球面収差のコントロールは非球面
の設計の自由度の拡大と非球面の効率向上のため、前記
非球面の式における非球面係数のうちＣ，Ｄ，Ｅまで用
いている。そしてアッベ数の差Δν３も２８．１まで離
すことにより良好に収差補正を行っている。このときの
非球面量はＲ２６面の高さで約２．１μｍである。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、所謂４群
ズームレンズにおいて各レンズ群の屈折力やＦナンバー
値等を適切に設定すると共に軸上光束がレンズ面を通過
する際の入射高が所定の条件式を満足する少なくとも１
つのレンズ面に非球面を施すことにより、変倍に伴う球
面収差の変動を少なくし、更に変倍に伴う非点収差、像
面弯曲、そして歪曲収差等の軸外収差の変動をバランス
良く補正し、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有した
広角端のＦナンバー１．７程度、変倍比８〜３０程度の
大口径比で高変倍比のズームレンズを達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断
面図

【図２】 本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断
面図

【図３】 本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断
面図

【図４】 本発明の数値実施例４の広角端のレンズ断
面図

【図５】 本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１０
の収差図

【図６】 本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１
９．６８の収差図

【図７】 本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝４０
の収差図

【図８】 本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１０
０の収差図

【図９】 本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１５
０の収差図

【図１０】 本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝８．
５の収差図

【図１１】 本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１
７．９８の収差図

【図１２】 本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝３４
の収差図

【図１３】 本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝６８
の収差図

【図１４】 本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１７
０の収差図

【図１５】 本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１１
の収差図

【図１６】 本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝２
５．７４の収差図

【図１７】 本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝６６
の収差図

【図１８】 本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１９
８の収差図

【図１９】 本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝３３
０の収差図

【図２０】 本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝６．
５の収差図

【図２１】 本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝１
０．９２の収差図

【図２２】 本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝２
２．７５の収差図

【図２３】 本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝３９
の収差図

【図２４】 本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝５２
の収差図

【図２５】 従来の４群ズームレンズの球面収差の変倍
に伴う変動を示した説明図

【図２６】 本発明に係るズームレンズの球面収差の変
倍に伴う変動を示した説明図

【図２７】 ズームレンズの第１群から第３群までの光
束の光路を示した説明図

【図２８】 ズームレンズの第１群から第３群までの光
束の光路を示した説明図

【図２９】 ズームレンズの第１群から第３群までの光
束の光路を示した説明図

【符号の説明】

Ｆ 第１群（フォーカス群） Ｆ１ 前群フォーカス固定群 Ｆ２ フォーカス移動群 Ｆ３ 後群フォーカス固定群 Ｖ 第２群（バリエーター） Ｃ 第３群（コンペンセーター） Ｒ 第４群（リレー群） Ｇ ガラスブロック ＳＰ 絞り ｅ ｅ線 ΔＳ サジタル像面 ΔＭ メリディオナル像面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に変倍の際に固定の正の屈
   折力の第１群、変倍用の負の屈折力の第２群、変倍に伴
   う像面変動を補正する負の屈折力の第３群、そして固定
   の正の屈折力の第４群を有し、望遠端の全系の焦点距離
   とＦナンバーを各々ｆＴ，ＦＮＴ、第ｉ群の焦点距離と
   Ｆナンバーを各々ｆｉ，ＦＮｉ、該第２群は変倍の際に
   結像倍率が等倍を含む領域内で変化し、広角端における
   軸上光束の該第３群への最大入射高をｈ３ｍ、該第３群
   は少なくとも１つの負レンズ３１と正レンズ３２とを有
   しており、広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ
   凸状の軌跡を有し、かつ望遠端では広角端に比べて像面
   側に位置するように移動し、該負レンズ３１と正レンズ
   ３２の材質のアッベ数の差をΔν３としたとき、 １．０９＜ＦＮ１＜１．６１ 但し、ＦＮ１＝ｆ１／
   （ｆＴ／ＦＮＴ） −１．０３＜ｆ３／ｆ１＜−０．３７ １．４３＜ＦＮ３＜２．１３ 但し、ＦＮ３＝｜ｆ３／
   （２×ｈ３ｍ）｜ ２０＜Δν３ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 前記第３群は少なくとも１つの非球面を
   有しており、該非球面はレンズ周辺部にいくにつれて負
   の屈折力が弱くなる形状より成り、該非球面のレンズ有
   効径の１０割，９割，７割における非球面量を各々ΔＸ
   ₁₀ ，ΔＸ₉，ΔＸ₇ としたとき ２．９ ×１０^-7＜ΔＸ₇ ／ｆ３＜１．１５×１０^-4 ２．１３×１０^-6＜ΔＸ₉ ／ｆ３＜３．３２×１０^-4 ５．２９×１０^-6＜ΔＸ₁₀／ｆ３＜５．０６×１０^-4 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
3. 【請求項３】 広角端における全系の焦点距離をＦナン
   バーを各々ｆＷ，ＦＮＷ、ズーム比をＺ、焦点距離ｆＭ
   がｆＭ＝ｆＷ×Ｚ^1/4 なるズーム位置における軸上光束
   の前記第３群への最大入射高をｈＭとしたとき ０．９ ＜ＦＮＷ／ＦＮＴ １．０８＜ｈ３ｍ／ｈＭ なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。