JPH1054938A - 大口径非球面ズームレンズ系 - Google Patents

大口径非球面ズームレンズ系

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JPH1054938A
JPH1054938A JP8212653A JP21265396A JPH1054938A JP H1054938 A JPH1054938 A JP H1054938A JP 8212653 A JP8212653 A JP 8212653A JP 21265396 A JP21265396 A JP 21265396A JP H1054938 A JPH1054938 A JP H1054938A
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JP
Japan
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lens
aspherical
focal length
lens group
refractive power
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Withdrawn
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JP8212653A
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English (en)
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Tetsuya Abe
哲也 阿部
Takayuki Ito
孝之 伊藤
Takashi Enomoto
隆 榎本
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Pentax Corp
Original Assignee
Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/163—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
    • G02B15/17—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses arranged +--

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 １／３”以下のＣＣＤを用いた小型テレビカ
メラ用のズームレンズ系であって、短焦点距離端のＦナ
ンバーがＦ０．９〜１．０程度と非常に大口径のズーム
レンズをレンズ径の小さい非球面レンズで達成するこ
と。 【構成】 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レ
ンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈
折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４
レンズ群とからなるズームレンズ系であって、少なくと
も１面の非球面を備え、ズーミング時に第２レンズ群と
第３レンズ群が移動する大口径非球面ズームレンズ系に
おいて、次の条件式（１）を満足する位置に上記非球面
が位置している大口径非球面レンズ。 （１）ＨASP ／ＨMAX ＜０．３５ 但し、 ＨMAX ：すべての面に対する長焦点距離端における最も
高い近軸軸上光線の高さ、 ＨASP ：上記非球面に対する近軸軸上光線の長焦点距離
端での高さ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、ＣＣＴＶカメラ等の小型テレビ
カメラに適用できる大口径非球面ズームレンズ系に関す
る。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】小型テレビカメラにおいて
は、画面サイズの小型化が進み、１／３”程度で高解像
度のＣＣＤ（固体撮像素子）が利用されている。このた
めズームレンズにおいてもＦナンバーの小さい大口径の
撮影レンズが要求されるが、球面レンズ系では、短焦点
距離端のＦナンバーが、Ｆ１．２〜１．４程度が限度だ
った。非球面レンズを用いたズームレンズ系では、短焦
点距離端のＦナンバーがＦ０．８〜０．９程度のものが
知られている。しかし、従来品は、比較的径の大きな非
球面レンズを採用していた。しかし、大径の非球面レン
ズは、製造コストが高い。
【０００３】
【発明の目的】本発明は、１／３”程度以下のＣＣＤを
用いた小型テレビカメラに用いて好適な大口径非球面ズ
ームレンズ系であって、短焦点距離端のＦナンバーが
０．９〜１．０程度と小さく、かつ低製造コストのズー
ムレンズ系を得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、物体側より順に、正の屈折力
を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レン
ズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折
力を有する第４レンズ群とからなるズームレンズ系であ
って、少なくとも１面の非球面を備え、ズーミング時に
第２レンズ群と第３レンズ群が移動する大口径非球面ズ
ームレンズ系において、次の条件式（１）を満足する位
置に上記非球面が位置していることを特徴としている。 （１）ＨASP ／ＨMAX ＜０．３５ 但し、 ＨMAX ：すべての面に対する長焦点距離端における最も
高い近軸軸上光線の高さ、 ＨASP ：上記非球面に対する近軸軸上光線の長焦点距離
端での高さ、である。
【０００５】本発明の非球面ズームレンズ系は、さらに
次の条件式（２）を満足することが好ましい。 （２）５＜ＬF-ASP ／ｆW ＜１０ 但し、 ＬF-ASP ：物体側から数えた第１面から上記非球面まで
の光軸上の距離、 ｆW ：短焦点距離端の焦点距離、である。
【０００６】本発明の非球面ズームレンズ系は、さらに
次の条件式（３）を満足することが好ましい。 （３）△ＩASP ＜０ 但し、 △ＩASP ：短焦点距離端の全系の焦点距離を１．０に正
規化したときの非球面レンズの３次球面収差係数の非球
面項の収差係数、である。
【０００７】非球面は、第４レンズ群中に配置するのが
実際的である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の対象とするズームレンズ
系は、図１０に示すように、物体側より順に、正の屈折
力を有する第１レンズ群Ｌ１と、負の屈折力を有する第
２レンズ群（バリエータ）Ｌ２と、負の屈折力を有する
第３レンズ群（コンペンセータ）Ｌ３と、正の屈折力を
有する第４レンズ群Ｌ４とからなっている。ズーミング
に際しては、第１レンズ群Ｌ１と第４レンズ群Ｌ４は固
定、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が移動する。
つまり、第２レンズ群Ｌ２で変倍し、第３レンズ群Ｌ３
で補正を行なう。フォーカシングは、第１レンズ群Ｌ１
で行なう。そして本発明は、このズームレンズ系内に非
球面レンズを採用するに際し、その非球面レンズの位置
について限定することにより、低コスト化、大口径化及
び高性能化を図ったものである。
【０００９】条件式（１）は、この非球面の位置に関す
る条件式である。この条件式（１）を満たすことによ
り、径の小さい位置に非球面レンズを配置することがで
き、低コスト化が実現できる。上限を越えると、非球面
レンズが大型化し、十分な低コスト化を図ることができ
ない。
【００１０】さらに、条件式（２）を満たすような位置
に非球面を採用することにより、球面収差、コマ収差、
非点収差のバランスをとることができる。球面レンズの
みで、Ｆ０．８〜０．９程度の大口径レンズの収差を補
正すると、口径の中間部でマイナス、口径の周縁でプラ
スの球面収差（高次の収差）が発生しやすい。これを非
球面を用いて補正するために、非球面は発散性（中心部
から周縁部にかけてパワーがマイナスに変化する）形状
がよい。上限を越えると、レンズ全長が増大する。下限
を越えると、非球面レンズが大型化し、非球面による非
点収差の効果が小さくなる。
【００１１】さらに条件式（３）を満たすことにより、
大口径レンズの球面収差を良好に補正することができ
る。上限を越えると、Ｆ０．８〜０．９程度の大口径レ
ンズの球面収差を十分補正しきれない。
【００１２】なお、次に、非球面係数と収差係数との関
係を示す。 １．非球面形状を次式で定義する。 x=cy2/{1+[1-(1+K)c2y2]1/2}+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+
・・・ （但し、ｘ：非球面形状、ｃ：曲率、ｙ：光軸からの高
さ、Ｋ：円錐係数） ２．この式において、収差係数を求めるため、K=0 に変
換する（K=0 のときは、Bi=Ai)ため、 B4=A4+Kc3/8 , B6=A6+(K2+2K)c5/16, B8=A8+5(K3+3K2+3K)c7/128 B10=A10+7(K4+4K3+6K2+4K)c9/256 とすると、 x=cy2/{1+[1-c2y2]1/2}+B4y4+B6y6+B8y8 +B10y10+・・・ となる。 ３．さらに、f=1.0 に変換するため、 X=x/f, Y=y/f, C=f・c, α4=f3B4, α6=f5B6, α8=f7B8, α10=f9B10 とすると、 X=CY2/{1+[C2Y2]1/2}+α4Y4+α6Y6+α8Y8+α10Y10+・・・ となる。 ４．Φ=8(N'-N)α4 で定義し、３次の収差係数を、 I : 球面収差係数、 II: コマ収差係数、 III:非点収差係数、 IV: 球欠像面湾曲係数、 V:歪曲収差係数、とすると、各収差係数の４次の非球面
係数（α４）の影響は、 ΔI=h4Φ ΔII=h3kΦ ΔIII=h2k2Φ ΔIV=h2k2 Φ ΔV=hk3 Φ （但し、ｈ：近軸軸上光線の通る高さ、ｋ：瞳の中心を
通る近軸軸外光線の高さＮ’：非球面の後側の屈折率、
Ｎ：非球面の前側の屈折率）で与えられる。
【００１３】以下、具体的な数値実施例について、本発
明を説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の大口径非球面ズームレン
ズ系のレンズ構成図であり、図２、図３、図４はそれぞ
れ、短焦点距離端、中間焦点距離、長焦点距離端での諸
収差図である。レンズ構成は、物体側から順に、正の屈
折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第
２レンズ群Ｌ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ
３、及び正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４からな
り、第４レンズ群Ｌ４の後方には、ＣＣＤ（固体撮像素
子）のカバーガラスＣＧが設けられている。
【００１４】このレンズ系の具体的数値データを表１に
示す。諸収差図中、ｄ線、ｇ線及びＣ線のそれぞれの波
長における、球面収差によって示される色収差及び倍率
色収差、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、Ｓはサジタ
ル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００１５】表および図面中、FNO はＦナンバー、f は
焦点距離、W は半画角、fBはバックフォーカス（第４レ
ンズ群最終面からＣＣＤ撮像面（カバーガラスの最終
面）までの空気換算距離）を表す。Ｒは曲率半径、Ｄは
レンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νd はｄ線のアッベ
数を示す。
【００１６】
【表１】 FNO=1:0.9-0.9-1.2 f=5.98-18.37-56.38 W=27.9-8.9-2.9 fB= 5.21＋5.70/1.49782=9.02 （空気換算バックフォーカス） 面 No. R D Nd νd 1 121.500 2.00 1.80518 25.4 2 44.435 11.00 1.60311 60.7 3 -237.774 0.10 - - 4 46.311 5.70 1.77250 49.6 5 206.715 1.00-22.39-33.40 - - 6 94.860 1.50 1.80400 46.6 7 15.117 5.08 - - 8 -19.750 1.50 1.77250 49.6 9 15.142 3.70 1.84666 23.8 10 -176.700 34.29-8.48-4.20 - - 11 -25.970 1.50 1.72916 54.7 12 -140.152 3.13-7.55-0.82 - - 13 ∞ 0.50 1.51633 64.1 14 ∞ 1.00 - - 絞り ∞ 2.80 - - 15 116.842 5.40 1.69680 55.5 16 -29.250 0.10 - - 17 29.920 4.30 1.48749 70.2 18 ∞ 3.25 - - 19 -27.188 1.70 1.84666 23.8 20 -69.476 7.59 - - 21 31.342 4.70 1.58913 61.2 22 -210.000 0.10 - - 23 16.160 4.60 1.48749 70.2 24 32.648 4.08 - - 25 22.419 1.40 1.84666 23.8 26 10.000 1.37 - - 27 ＊ 13.765 5.70 1.66625 55.2 28 -51.786 5.21 - - 29 ∞ 5.70 1.49782 66.8 30 ∞ - - - ＊は非球面 但し、非球面は次式で定義される。 x=cy2/{1+[1-(1+K)c2y2]1/2}+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12 非球面データ； No.27; K=0.00、A4=-0.39130 ×10-4、A6=-0.41090×10-6、 A8= 0.41830×10-8、A10=-0.35520 ×10-10、A12=0.00
【００１７】［実施例２］図５ないし図８は、本発明の
大口径非球面ズームレンズ系の第２の実施例である。図
５はレンズ構成図、表２はそのレンズデータ、図６は短
焦点距離端での諸収差図、図７は中間焦点距離での諸収
差図、図８は長焦点距離端での諸収差図である。
【００１８】
【表２】 FNO=1:0.9-0.9-1.2 f=5.97-17.97-56.40 W=27.9-9.2-2.9 fB= 5.73＋5.70/1.49782=9.54 （空気換算バックフォーカス） 面 No. R D Nd νd 1 119.686 2.00 1.80518 25.4 2 47.086 11.00 1.60311 60.7 3 -261.938 0.10 - - 4 44.168 5.83 1.77250 49.6 5 151.587 0.90-22.12-33.67 - - 6 61.389 1.50 1.80400 46.6 7 14.495 5.08 - - 8 -20.090 1.50 1.77250 49.6 9 17.012 3.70 1.84666 23.8 10 -521.517 34.37-8.96-2.91 - - 11 -24.077 1.50 1.72916 54.7 12 -143.563 3.09-7.28-1.78 - - 13 ∞ 0.50 1.51633 64.1 14 ∞ 1.00 - - 絞り ∞ 2.80 - - 15 162.914 5.80 1.69680 55.5 16 -25.889 0.10 - - 17 33.448 4.30 1.48749 70.2 18 13093.563 3.36 - - 19 -23.722 1.70 1.84666 23.8 20 -56.630 7.59 - - 21 27.856 5.76 1.58913 61.2 22 -125.505 0.10 - - 23 17.183 4.60 1.48749 70.2 24 30.732 4.08 - - 25 ＊ 18.621 1.40 1.84666 23.8 26 10.088 1.46 - - 27 17.558 5.70 1.69680 55.5 28 -73.408 5.73 - - 29 ∞ 5.70 1.49782 66.8 30 ∞ - - - ＊は非球面 非球面データ； No.25; K=0.00、A4=-0.25802 ×10-4、A6= 0.22055×10-7、 A8=-0.40327×10-9、A10=-0.18850 ×10-11、A12=0.00
【００１９】［実施例３］図９ないし図１２は、本発明
の大口径非球面ズームレンズ系の第３の実施例である。
図９はレンズ構成図、表３はそのレンズデータ、図１０
は短焦点距離端での諸収差図、図１１は中間焦点距離で
の諸収差図、図１２は長焦点距離端での諸収差図であ
る。
【００２０】
【表３】 FNO=1:0.9-0.9-1.2 f=5.97-18.41-56.80 W=28.1-8.9-2.9 fB= 4.92＋0.70/1.49782=8.73 （空気換算バックフォーカス） 面 No. R D Nd νd 1 115.143 2.00 1.80518 25.4 2 45.488 11.00 1.60311 60.7 3 -286.279 0.10 - - 4 45.180 5.70 1.77250 49.6 5 178.536 1.00-22.39-33.39 - - 6 87.668 1.50 1.80400 46.6 7 15.400 5.08 - - 8 -20.714 1.50 1.77250 49.6 9 16.928 3.70 1.84666 23.8 10 -395.120 34.30-8.48-4.23 - - 11 -26.889 1.50 1.72916 54.7 12 -180.438 3.13-7.56-0.80 - - 13 ∞ 0.50 1.51633 64.1 14 ∞ 1.00 - - 絞り ∞ 2.80 - - 15 138.372 5.40 1.69680 55.5 16 -27.374 0.10 - - 17 30.972 4.30 1.48749 70.2 18 -2288.686 3.25 - - 19 -26.058 1.70 1.84666 23.8 20 -61.063 7.59 - - 21 29.575 4.70 1.58913 61.2 22 -296.899 0.10 - - 23 16.370 4.60 1.48749 70.2 24 30.245 4.08 - - 25 20.774 1.40 1.84666 23.8 26 ＊ 10.099 1.37 - - 27 15.410 5.70 1.69680 55.5 28 -49.051 4.92 - - 29 ∞ 5.70 1.49782 66.8 30 ∞ - - - ＊は非球面 非球面データ； No.26; K=0.00、A4= 0.39268 ×10-4、A6= 0.65465×10-7、 A8=-0.71951×10-9、A10= 0.57682 ×10-10、A12=0.00
【００２１】次に、実施例１ないし３の各条件式に対す
る値を表４に示す。
【表４】
【００２２】表４から明かなように、実施例１ないし実
施例３の数値は、条件式（１）ないし（３）を満足して
いる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、短焦点距離端のＦナン
バーが０．９〜１．０程度の大口径非球面ズームレンズ
系を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による大口径非球面ズームレンズ系の第
１の実施例のレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ系の短焦点距離端での諸収差図で
ある。
【図３】図１のレンズ系の中間焦点距離での諸収差図で
ある。
【図４】図１のレンズ系の長焦点距離端での諸収差図で
ある。
【図５】本発明による大口径非球面ズームレンズ系の第
２の実施例のレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ系の短焦点距離端での諸収差図で
ある。
【図７】図５のレンズ系の中間焦点距離での諸収差図で
ある。
【図８】図５のレンズ系の長焦点距離端での諸収差図で
ある。
【図９】本発明による大口径非球面ズームレンズ系の第
３の実施例のレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ系の短焦点距離端での諸収差図
である。
【図１１】図９のレンズ系の中間焦点距離での諸収差図
である。
【図１２】図９のレンズ系の長焦点距離端での諸収差図
である。
【図１３】本発明が対象とする４群ズームレンズの移動
軌跡の例を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年８月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】なお、次に、非球面係数と収差係数との関
係を示す。 １．非球面形状を次式で定義する。 x=cy2/{1+[1-(1+K)c2y2]1/2}+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+
・・・ （但し、ｘ：非球面形状、ｃ：曲率、ｙ：光軸からの高
さ、Ｋ：円錐係数） ２．この式において、収差係数を求めるため、K=0 に変
換する（K=0 のときは、Bi=Ai)ため、 B4=A4+Kc3/8 , B6=A6+(K2+2K)c5/16, B8=A8+5(K3+3K2+3K)c7/128 B10=A10+7(K4+4K3+6K2+4K)c9/256 とすると、 x=cy2/{1+[1-c2y2]1/2}+B4y4+B6y6+B8y8 +B10y10+・・・ となる。 ３．さらに、f=1.0 に変換するため、 X=x/f, Y=y/f, C=f・c, α4=f3B4, α6=f5B6, α8=f7B8, α10=f9B10 とすると、 X=CY2/{1+[1-C2Y2]1/2}+α4Y4+α6Y6+α8Y8+α10Y10+・・
・ となる。 ４．Φ=8(N'-N)α4 で定義し、３次の収差係数を、 I : 球面収差係数、 II: コマ収差係数、 III:非点収差係数、 IV: 球欠像面湾曲係数、 V:歪曲収差係数、とすると、各収差係数の４次の非球面
係数（α４）の影響は、 ΔI=h4Φ ΔII=h3kΦ ΔIII=h2k2Φ ΔIV=h2k2 Φ ΔV=hk3 Φ （但し、ｈ：近軸軸上光線の通る高さ、ｋ：瞳の中心を
通る近軸軸外光線の高さＮ’：非球面の後側の屈折率、
Ｎ：非球面の前側の屈折率）で与えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 隆 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭光 学工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側より順に、正の屈折力を有する第
    １レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、負
    の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する
    第４レンズ群とからなり、 少なくとも１面の非球面を備え、 ズーミング時に第２レンズ群と第３レンズ群が移動する
    ズームレンズ系において、 下記条件式（１）を満足する位置に上記非球面が位置し
    ていることを特徴とする大口径非球面ズームレンズ系。 （１）ＨASP ／ＨMAX ＜０．３５ 但し、 ＨMAX ：すべての面に対する長焦点距離端における最も
    高い近軸軸上光線の高さ、 ＨASP ：上記非球面に対する近軸軸上光線の長焦点距離
    端での高さ。
  2. 【請求項２】 請求項１において、さらに下記条件式
    （２）を満足する大口径非球面ズームレンズ系。 （２）５＜ＬF-ASP ／ｆW ＜１０ 但し、 ＬF-ASP ：物体側から数えた第１面から上記非球面まで
    の光軸上の距離、 ｆW ：短焦点距離端の焦点距離。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、さらに下記
    条件式（３）を満足する大口径非球面ズームレンズ系。 （３）△ＩASP ＜０ 但し、 △ＩASP ：短焦点距離端の全系の焦点距離を１．０に正
    規化したときの非球面レンズの３次球面収差係数の非球
    面項の収差係数。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
    て、上記非球面は、第４レンズ群中に位置している大口
    径非球面ズームレンズ系。
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