JPH0668573B2 - 可変焦点距離レンズ - Google Patents

可変焦点距離レンズ

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JPH0668573B2
JPH0668573B2 JP60125713A JP12571385A JPH0668573B2 JP H0668573 B2 JPH0668573 B2 JP H0668573B2 JP 60125713 A JP60125713 A JP 60125713A JP 12571385 A JP12571385 A JP 12571385A JP H0668573 B2 JPH0668573 B2 JP H0668573B2
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lens
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lens group
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)技術分野 本発明は、可変焦点距離レンズ、特に屈折率分布型レン
ズを有するコンパクトな可変焦点距離レンズに関する。
(2)従来技術 近年、可変焦点距離レンズのコンパクト化の要請が高ま
ってきており、可変焦点距離レンズの光学全長短縮化に
関する種々の試みがなされている。
しかし、一般に可変焦点距離レンズの光学全長を短縮し
ていくとペツツバールが急激に負値となり像面湾曲がオ
ーバー方向に大きく発生する。その補正は極めて困難で
あり、これが可変焦点距離レンズの光学全長短縮化に立
ち塞がる大きな壁であった。
例えば、複数のレンズ群より成り、物体側から順に正の
第1レンズ群、負の第2レンズ群で構成し、第1レンズ
群と第2レンズ群の間隔を変化させて変倍を行なうタイ
プの可変焦点距離レンズ、物体側から順に正の第1レン
ズ群、負の第2レンズ群、正又は負の第3レンズ群、正
の第4レンズ群より成り、第1レンズ群から第3レンズ
群でズーム部を構成し第4レンズ群でリレー部を成した
所謂4群ズームの可変焦点距離レンズ、又、複数のレン
ズ群より成り物体側より順に正の第1レンズ群、負の第
2レンズ群、正の強いパワーを有する第3レンズ群で構
成し、広角端から望遠端にかけて第1レンズ群と第2レ
ンズ群の間隔が増大し、第2レンズ群と第3レンズ群の
間隔が減少しつつ第3レンズ群が物体側(増倍方向)へ
移動して変倍を行なうタイプの可変焦点距離レンズ等に
於て全系のコンパクト化を図る為には、(1)変倍部を構
成する各レンズ群のパワーを強める、(2)リレー部の望
遠比を小さくする、(3)第3正レンズ群を望遠タイプと
する等の方法がある。しかしながら、(1)の方法で変倍
部の各群のパワーを強めると通常最もパワーの強い第2
レンズ群、通称バリエーターに於けるペツツバールが負
の値で大きく発生し像面湾曲が著しくオーバーになる。
(2)の方法もリレー部の望遠比を小さくする方向はベツ
ツバールが負の値に発生する方向であり、この方法でコ
ンパクト化を図ろうとするとやはり像面湾曲がオーバー
になる。又、(3)の方法の場合も同様にバツツバール和
が負値で大きくなり、像面湾曲がオーバー方向に発生す
る。
更に、ペツツバール和を補正しようとして凸レンズの屈
折率を低くしたり、或は強いパワーを有する正レンズと
負レンズを組合わせたりすると球面収差が著しく発生し
たり高次収差が著しく発生したりした補正できなくな
る。この様に可変焦点距離レンズのコンパクト化とペツ
ツバール和の補正は通常のレンズ系の場合相反する関係
にある。又、上記タイプの可変焦点距離レンズに限らず
第1レンズ群が変倍中移動し広角端から望遠端にかけて
全長が伸びる様なタイプの可変焦点距離レンズ、或は第
4レンズ群が変倍中光軸方向に移動する様なタイプの可
変焦点距離レンズに於いてもさらに全長を短縮しようと
すると事情は同じである。
更に、物体側から順に負の第1レンズ群、正の第2レン
ズ群で構成される2群ズームの場合に於いても同様であ
る。
即ち、2群ズームの場合全系の焦点距離fは、第1レン
ズ群の焦点距離をfとし、第2レンズ群の結像倍率を
βとするとf=f×βで表わせ、第2レンズ群の
物−像間の距離は、S=f×(1−β/β
と表わせる。従って、第2レンズ群の結像倍率が同じで
も第2レンズ群の焦点距離が短い方が全系の光学全長を
小さくする事が出来る。ここで、第1レンズ群と第2レ
ンズ群の間の望遠端に於けるレンズ間隔を確保しつつ第
2レンズ群の焦点距離を短くする為には、第2レンズ群
を望遠タイプとし、望遠タイプの傾向を強くして主点を
前側に移動する様なパワー配置としなければならない。
しかし、この方法で全長の短縮を図ろうとするとペツツ
バールが負値で大きく発生し像面湾曲がオーバー方向に
発生する。又、ペツツバールを補正しようとして凸レン
ズの屈折率を低くしたり、或は強いパワーを有する正レ
ンズと負レンズを組合わせたりすると球面収差が著しく
発生したり高次収差が著しく発生したりして補正出来な
くなる。
この様に可変焦点距離レンズのタイプに依らず可変焦点
距離レンズの光学全長を短縮しようとすると、必ずと言
って良い程像画湾曲の補正が障害となり光学全長の短縮
が困難であった。
(3)発明の概要 本発明の目的は、従来の欠点を除去し、像面湾曲を良好
に補正したコンパクト且つ高性能な可変焦点距離レンズ
を提供する事にある。
上記目的を達成する為に、本発明に係る可変焦点距離レ
ンズは、複数のレンズ群の内少なくとも1つのレンズ群
を移動して変倍を行なう可変焦点距離レンズに於て、前
記複数のレンズ群の少なくとも1つのレンズ群が、光軸
から半径方向への距離をhとしてN(h)=N+N
+N+N+…(N,N,N,…
は定数)で屈折率分布を表わす時にN>0なる条件を
備えた少なくとも1枚の屈折率分布型レンズを有し、且
つ、以下の条件を満足する事を特徴としている。
ここで、 fmax:最大焦点距離 fmin:最小焦点距離 Lmin:全長が最も短い時の光学全長 y:最大像高 ▲N* 1▼:N>0の屈折率分布を持つ屈折率分布型レ
ンズのhの係数 D*:N>0の屈折率分布を持つ屈折率分布型レンズ
のレンズ厚 である。
即ち、上記(1)式左辺のLmix/fmaxは通常可変
焦点距離レンズの望遠比と呼ばれ、可変焦点距離レンズ
の全長の短さの程度を表す指標となるものであるが、可
変焦点距離レンズの望遠比は画角が大きい程小さくする
のが困難であり、通常の均質媒質を使用したレンズ系で
はLmix/fmaxが条件式(1)を満足しないとペツ
ツバール、即ち像面湾曲がオーバー方向に発生するのを
補正する事が困難となる。尚、条件式(1)の右辺の値よ
り光学全長が長い可変焦点距離レンズでは、像面湾曲が
アンダー方向に発生し易くなる。
又、条件式(2)に於けるΣは、複数のN>0の屈折率
分布型レンズを使用した時は、その和が条件式(2)を満
足すれば良いことを示している。
光軸と直交する方向に屈折率分布を有する所謂ラジアル
タイプの屈折率分布型レンズの場合、レンズ内部に於け
るパワーは近似的に、−2NDと表わせる。Nが正
の場合はレンズ内部に於けるパワーは負であり発散作用
(負の転送パワー)を有するが、負の転送パワーを有す
る屈折率分布型レンズのレンズ内部に於けるパワーのト
ータルに、条件式(2)を満足する様な形でパワーの分担
を行なえばペツツバールの補正が可能となる。尚、条件
式(2)を満足しない場合は、球面収差やコマ収差の補正
には効果があるものの、ペツツバール、即ち像画湾曲を
補正して光学全長を短縮する顕著な効果はみられない。
本発明は、複数のレンズ群の内少なくもと1つのレンズ
群に少なくとも1枚の上記条件を満たす屈折率分布型レ
ンズを有する事を特徴としているのであり、例えば、光
軸から半径方向に向かって屈折率が減少する、N<0
即ち正の転送パワーを有する屈折率分布型レンズ、光軸
に沿って屈折率が変化する所謂アキシアルタイプの屈折
率分布型レンズ、又は、ラジアル及びアキシアルタイプ
の分布を有する屈折率分布型レンズを更に適用しても良
いのは明らかであり、更なる効果を得る事が出来る。
又、複数のレンズ群から成る本可変焦点距離レンズの構
成は、2群,3群,4群等如何なるズームタイプでも適
用出来、その応用にも制限は無い。
尚、前記アキシアルタイプの屈折率分布型レンズの屈折
率分布は以下に示す如く表わす事が出来る。
N(x)=N+NX+N+N+…… (N,N,N,……は定数) ここで、xはレンズの物体側頂点から光軸に沿った像側
への距離を示す。
以下、実施例により本可変焦点距離レンズを詳述する。
(4)実施例 第1図(A)は本発明に係る可変焦点距離レンズの構成
例を示す断面図、第1図(B)はその収差図を示す。
第1図(A)に於て、Ri(i=1,2,3…)は物体
側から数えて第i番目の面をDi(i=1,2,3…)
は物体側から数えて第i番目と第i+1番目の面間の軸
上空気間隔又は軸上肉厚を、Iは第1レンズ群、IIは第
2レンズ群、IIIは第3レンズ群、IVは第4レンズ群を
示す。又、第2図(B)に於ては、焦点距離f=100
mm,200mm,304.5mmでの球面収差、非点
収差、歪曲収差を示し、図中、dはd線、gはg線、S
はサジタル面、Mはメリジオナル面を示す。尚、断面図
中の屈折率分布型レンズには斜線を施し容易に解る様に
描かれている。
本可変焦点距離レンズは、物体側から順に変倍中固定の
第1正レンズ群I、変倍中光軸方向に移動し変倍に寄与
する第2負レンズ群II、変倍中光軸方向に移動しピント
移動を補正する第3正レンズ群III、及び変倍中固定の
第4正レンズ群IVから成り、第2負レンズ群II、所謂バ
リエータに前記(1),(2)式を満足する1枚の負の
転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率分布型レン
ズを用いている。
屈折率分布型レンズは均質媒質の通常のレンズと異なり
レンズ内部でも集光作用、又は発散作用を有しており、
前述の様に光軸に直交する方向の屈折率分布をN(h)
=N+N+N+…と表す時、レンズ内部
で−2NDのパワーを持つ。本変化変焦点距離では屈
折率分布型レンズの内部に於けるパワーが第2負レンズ
群IIから成るバリエーター部のパワーの5/6を受け持
っている。
又、屈折率分布型レンズは収差の補正能力を有し、特に
ペツツバールの補正能力に優れている。屈折率分布型レ
ンズで発生するペツツバールPは、そのレンズ内部の集
光、発散によるパワーを、全系の焦点距離を1に規格化
した時φと表わし、ベースの屈折率をNと表わすとP
=φ/N とNの2乗に反比例する形になるので、
通常の屈折面でのペツツバールがP=φ/Nだけ発生
するのに比べその発生が小さい。従って、本可変焦点距
離レンズと同じパワー配置の球面系の場合、バリエータ
ーから発生するペツツバールは−1.25〜−1.3程
度であるが、本可変焦点距離レンズではバリエーターで
発生するペツツバールが上記理由で−1.025と小さ
くなった。
このことはズーム部のパワーを強めるかリレー部の望遠
比を小さくして、全系の光学全長をより小さくできる事
を意味している。即ち通常全長を短縮しようとしてズー
ム部のパワーを強めるかリレー部の望遠比を小さくしよ
うとするとペツツバールが負値で大きく発生し補正でき
なくなるのが最大の欠点であったのが、第2負レンズ群
IIから成るバリエーターでのペツツバールの負値方向の
発生が小さい本可変焦点距離の様な場合には、上記方法
による全系の光学全長短縮の可能性が大きくなることに
なる。その為、本可変焦点距離レンズでは第4正レンズ
IVから成るリレー部の望遠比を小さくし、全系の光学全
長を254.8mm、望遠端の焦点距離に対する光学全
長の比、即ち望遠比を0.836と非常に小さいものに
する事が出来た。更にペツツバールに余裕がでた分だけ
リレー部の最も物体側にある正レンズの屈折率を高くし
て球面収差を良好に補正する事が出来た。
一方、屈折率分布型レンズでは屈折率分布を制御するこ
とによりレンズ表面及びレンズ内部で収差補正を行う事
が出来る為、通常3〜5枚で構成されているバリエータ
ー部を両面の曲率の緩い1枚のレンズで構成出来た。
例えば、内部の屈折率分布形状を制御することによる光
線がレンズの内部を進行していく間に球面収差を補正す
る為には具体的には前述の如く分布形状をN(h)=N
+N+N+N+…と表した時のh
の係数Nを制御することにより達成出来る。
この様に、本可変焦点距離レンズはN>0の屈折率分
布を備えた屈折率分布型レンズを少なくとも1枚使用す
る事によりコンパクト、高性能を達成している。
以下、表1.1〜表1.3に本可変焦点距離レンズのレ
ンズデータ、変倍中のレンズ群間隔、使用した屈折率分
布型レンズの屈折率分布の係数を示す。
表中、fは焦点距離、FNOはFナンバー、2Wは画
角、R(i=1,2,3,…)は物体側から数えて第
i番目の面の曲率半径、D(i=1,2,3,…)は
物体側から数えて第i番目と第i+1番目の面間の軸上
空気間隔又は軸上肉厚、N,V(i=1,2,3,
…)は物体側から数えて第i番目のレンズの屈折率とア
ツベ数を示す。尚、表1.3は前述の屈折率分布の係数
,N,N…のd線及びg線に対する値を示して
いる。
第2図(A)は本発明に係る可変焦点距離レンズの別の
構成例を示す断面図、第2図(B)はその収差図を示
し、図中の記号は前記実施例同様の意味を有する。又、
収差図は焦点距離f=100mm、200mm、286
mmに於る球面収差、非点収差、歪曲収差を示してい
る。
本可変焦点距離レンズは、前記実施例同様物体側から順
に変倍中固定の第1正レンズ群I、変倍中光軸方向に移
動し変倍に寄与する第2負レンズ群II、変倍中光軸方向
に移動しピント移動を補正する第3正レンズ群III、及
び変倍中固定の第4正レンズ群IVで構成され、第4正レ
ンズ群IV、所謂リレー部の前群の最も物体側にある凸レ
ンズが正の転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率
分布型レンズ、この屈折率分布型レンズの像側に隣接す
る接合レンズの凸レンズが負の転送パワーを有するラジ
アルタイプの屈折率分布型レンズ、及びリレー部後群に
於る像側のメニスカスレンズが負の転送パワーを有する
ラジアルタイプの屈折率分布型レンズから成っている。
前述の様に、可変焦点距離レンズの全長を短縮する為に
レリー部の望遠比を小さくすると、ペツツバール和が負
の方向に悪化して像画湾曲が急激にオーバ方向に発生し
補正不可能となる。しかしながら、本可変焦点距離レン
ズは、リレー部即ち第4正レンズ群IVに於る後群に負の
転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率分布型レン
ズを用いる事により、レンズ内部の発散効果でこの後群
の負のパワーを強めて、リレー部の望遠比を小さくして
おり、屈折率分布型レンズで発生するペツツバール和が
小さい為に像画湾曲が発生し難くなっている。又、リレ
ー部前群にも屈折率分布型レンズを適用する事により、
更に全系の短縮化を可能にし、像面湾曲のみならず球面
収差、コマ収差、非点収差にも良好に補正し得た。
以下、表2.1〜表2.3に本可変焦点距離レンズのレ
ンズデータ、変倍中のレンズ群間隔、及び使用した屈折
率分布型レンズの屈折率分布係数を示す。尚、各表の記
載形式、表中の記号は前記実施例と同様である。
第3図(A)は本発明に係る可変焦点距離レンズの別の
構成例を示す断面図、第3図(B)はその収差図を示
し、図中の記号は前記実施例同様の意味を有する。又、
収差図は焦点距離f=100mm、160mm,250
mmに於る球面収差、非点収差、歪曲収差を示してい
る。
本可変焦点距離レンズは、物体側から順に変倍中光軸方
向に移動する第1正レンズ群I、変倍中光軸方向に移動
し変倍に寄与する第2負レンズ群II、及び変倍中固定の
第3正レンズ群IIIで構成され、第2負レンズ群IIが負
の転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率分布型レ
ンズ、第3正レンズ群III前群の最も物体側にある凸レ
ンズが負の転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率
分布型レンズ、この屈折率分布型レンズの像側に隣接す
る接合レンズの凸レンズが物体側から像側にかけて屈折
率が減少するアキシアルタイプの屈折率分布型レンズ、
及び第3正レンズ群III後群の物体側にある凹レンズが
負の転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率分布型
レンズから成っている。
本可変焦点距離レンズの如く、第2負レンズ群IIに負の
転送パワーを有するラジアルタイプの屈折率分布型レン
ズを用いると、ペツバール和の発生を小さくする事が出
来、又、望遠端の球面収差補正に有効である。例えば、
同じパワー配置であれば均質媒質のみで構成される第2
負レンズ群IIで発生するペツツバール和は全系の焦点距
離を1.に規格化した時、−1.45〜−1.6程度で
あるが、本可変焦点距離レンズではラジアルタイプの屈
折率分布型レンズで構成することによ−0.96と極め
て小さな値になっている。
この様に第2負レンズ群IIに於るペツツバール和の発生
を小さくする事が出来る為、第3正レンズ群IIIから成
るリレー部の望遠比を小さく出来、全系の光学全長を著
しく短縮することができた。又、第2負レンズ群IIに於
るペツツバールの発生が小さい為にリレー部である第3
正レンズ群を望遠タイプとして全長を短縮し、且つ第3
正レンズ群IIIにも上述の様に屈折率分布型レンズを使
用する事により望遠タイプの傾向を更に強め、リレー部
の望遠比を小さくして光学全長を著しく短縮できた。
又、変倍中固定の第3正レンズ群IIIの後群の2枚の凹
レンズの内、物体側の両凸レンズは負の転送パワーを有
するラジアルタイプの屈折率分布を有しており、レンズ
内部で発散作用を持つ為に後群の負のパワーを強めるの
を助けている。この時、ペツバールの発生は屈折面によ
る発生よりも小さい為像面湾曲のオーバー方向への発生
も小さくなる。又、屈折面及び屈折率分布の形状を制御
することにより、非点収差の補正を行なっている。
その上、変倍中固定の第3正レンズ群IIIの前群の最も
物体側の凸レンズも緩い負の転送パワーを有するラジア
ルタイプの屈折率分布型レンズを使用している為、第3
正レンズ群IIIの前群の凸レンズの屈折面のパワーを強
めて像面湾曲をアンダー方向へ発生させる作用があり、
像面湾曲がオーバー方向へ発生するのを補正している。
更に、球面収差及びコマ収差は、屈折率分布係数N
制御する事により屈折面で発生した収差をレンズ内部を
光線が転送される間に補正出来る。
又、第3正レンズ群IIIの前群の接合レンズの両凸レン
ズは物体側から像側に行くに従い屈折率が低くなるアキ
シアルタイプの屈折率分布型レンズを使用しており、こ
の様な屈折率分布を有していると物体側の凸面がその表
面の屈折率が光軸から外周部に行くに従い低くなる為、
光線の屈折が均質媒質のレンズに比べ小さくなり、球面
収差及びコマ収差の補正効果がある。
従ってリレー部を強い望遠タイプにした時にオーバー方
向に発生し易い像面湾曲を小さく補正する事が出来、且
つ、球面収差、コマ収差及び非点収差を良好に補正する
ことが可能となり、携帯性を表わす数値、即ち収納時の
全長(広角端の全長)を望遠端の焦点距離で除した値、
所謂テレ比が0.645と非常に小さく出来た。
以下、表3.1〜表3.3に本可変焦点距離レンズのレ
ンズデータ、変倍中のレンズ群間隔、及び使用した屈折
率分布型レンズの屈折率分布係数を示す。尚、記載形式
及び表中の記号は前記実施例同様である。
(5)発明の効果 以上説明した様に、本発明に係る可変焦点距離レンズ
は、屈折率分布型レンズを所定の条件下で使用する事に
より、像面湾曲を良好に補正し且つ光学全長の短縮化を
可能にした。更に、ペツツバール負値の発生が小さい為
に、ペツツバール補正用のきつい曲率を有する曲面やき
ついパワー配置を必要とせず、高次収差の発生が小さく
大口径化が可能で、変倍中の収差変動が小さい可変焦点
距離レンズである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A),(B)は本発明に係る可変焦点距離レン
ズの構成例を示す断面図とその収差図。 第2図(A),(B)は本発明に係る可変焦点距離レン
ズの別の構成例を示す断面図とその収差図。 第3図(A),(B)は本発明に係る可変焦点距離レン
ズの別の構成例を示す断面図とその収差図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 純 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 堀内 昭永 神奈川県川崎市高津区下野毛770番地 キ ヤノン株式会社玉川事業所内 (56)参考文献 特開 昭58−220115(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正の第1レンズ群から始まる複数のレンズ
    群の内少なくとも1つのレンズ群を移動して変倍を行な
    う可変焦点距離レンズに於て、前記複数のレンズ群の少
    なくとも1つのレンズ群が、光軸から半径方向への距離
    をhとしてN(h)=N0+N12+N24+N36
    …(N0,N1,N2,…は定数)で屈折率分布を表わす
    時にN1>0なる条件を備えた少なくとも1枚の屈折率
    分布型レンズを有し、且つ、以下の条件を満足する可変
    焦点距離レンズ。 fmax:最大焦点距離 fmin:最小焦点距離 Lmin:全長が最も短い時の光学全長 y:最大像高 ▲N* 1▼:N1>0の屈折率分布を持つ屈折率分布型レ
    ンズのh2の係数 D*:N1>0の屈折率分布を持つ屈折率分布型レンズの
    レンズ厚
JP60125713A 1985-06-10 1985-06-10 可変焦点距離レンズ Expired - Lifetime JPH0668573B2 (ja)

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JPS61284718A JPS61284718A (ja) 1986-12-15
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09122037A (ja) * 1995-10-30 1997-05-13 Tsunetomo Yuuzou ペーパーナプキン

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