JP2901066B2

JP2901066B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2901066B2
Application number: JP63166788A
Authority: JP
Inventors: 博文槌田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH0218511A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、カメラ特に銀塩フィルムを用いたコンパク
トカメラに適した小型軽量で低コストなズームレンズに
関するものである。

［従来の技術］近年、銀塩コンパクトカメラにおいては、撮影レンズ
のズーム化が進行しており、ズームレンズを用いたもの
は、撮影のバリエーションを増やすというメリットから
今後の主流になることが予想される。

２倍程度のズーム比を持ち、かつ小型なズームレンズ
としては、例えば特開昭62−264019号公報に記載された
ものがある。このズームレンズは、物体側より順に正の
屈折力を持つ第１群と負の屈折力を持つ第２群よりな
り、両群間の間隔を変化させることによって変倍を行な
うものであり、比較的コンパクトなレンズ系である。し
かしレンズ構成枚数は８枚と多く、高コストである上に
全長も広角端における望遠比が1.3程度であって十分短
いとはいえない。

したがって現在あるズームレンズ付コンパクトカメラ
は、本体に比べてズームレンズの占める割合が大きさ，
重さ，コスト共に大であって、このズームレンズの小
型，軽量，低コスト化は非常に重要な課題である。

レンズ系の軽量化、低コスト化にとってレンズをプラ
スチック化することが非常に有力な手段である。しかし
現在光学用に使用できるプラスチックは種類が極めて限
られており、使用出来るものも屈折率が1.5〜1.6程度で
低い屈折率である。そのためレンズ設計において、プラ
スチックレンズを採用することは容易なことではない。
つまり従来のタイプのレンズ系にそのまま単にプラスチ
ックレンズをおきかえた場合、性能の劣化が大きい。

例えば小型なズームレンズでかつレンズ枚数の少ない
レンズ系として、特開昭57−201213号公報に記載されて
いるものがある。この従来のズームレンズは、物体側よ
り順に正の第１群と負の第２群よりなり、第１群が正，
負，正の３枚のレンズ又第２群が正，負の２枚のレンズ
の合計５枚のレンズにて構成され、少ない枚数のレンズ
系である。この従来例のようなレンズ構成は、レンズ系
の小型化にとっては非常に有利なレンズ構成である。し
かしこの従来例のズームレンズは、変倍比が1.5であっ
て小さい。又各レンズの屈折率が1.7前後であって、前
述のように低い屈折率のプラスチックレンズをそのまま
おきかえることは出来ない。

上記の従来例と同じレンズ構成で、変倍比を２に又広
角端での望遠比を1.2程度にしようとすると第１群，第
２群のパワーが非常に大きくなり、球面収差，歪曲収
差，非点収差，コマ収差がいずれも大になり、結像性能
が著しく低下する。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、ズーム比が２程度のコンパクトカメラ用ズ
ームレンズで、小型，軽量，低コスト化を同時に達成
し、かつ良好な光学性能を有するものを提供することを
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明のズームレンズは、前記の目的を達成するため
に、物体側より順に物体側に凸面を向けた正レンズの第
１レンズと物体側に凹面を向けた負レンズの第２レンズ
と両凸レンズの第３レンズよりなり全体として正の屈折
力を持つ第１群と、物体側に凹面を向けた正メニスカス
レンズの第４レンズと物体側に凹面を向けた負レンズの
第５レンズよりなり全体として負の屈折力を持つ第２群
よりなり、第１群と第２群の間隔を変化させてズーミン
グを行なうレンズ系において、前記第１レンズ乃至前記
第５レンズのすべてのレンズが均質レンズであり、それ
らのうち少なくとも３枚のレンズがプラスチックであ
り、前記第１群と前記第２群との間に絞りを有し、およ
び各群に少なくとも１面の非球面を有し、特に前記第３
レンズに非球面を有することを特徴としている。

本発明のズームレンズは、前述の従来例と同様に第１
群を正，負，正の３枚、第２群を正，負の２枚の計５枚
の構成とし、少なくとも３枚のプラスチックレンズを用
いたにも拘らず、第１群と第２群の夫々に少なくとも１
面の非球面を適切に配置することによって、従来例より
も変倍比，広角端における望遠比の点で優れしかも諸収
差が良好なレンズ系となし得たものである。

これら非球面のうち第１群に用いる非球面は、主に球
面収差を補正するのに有効であり、特に絞りに近い面に
用いると球面収差のみをコントロール出来る。この非球
面の形状は、球面収差を補正する形つまり光軸から離れ
るにつれて正の屈折率が弱まるようにする必要がある。

又第２群に用いる非球面は、主に非点収差，歪曲収差
などの軸外収差を補正するのに有効である。ここで用い
る非球面の形状は、負の歪曲を補正する形つまり光軸か
ら離れるにしたがって負の屈折力が弱まるようにする必
要がある。

これらの非球面は、次の条件（１），（２）を満足す
ることが望ましい。

（１）５×10^-4＜（ΣΔx_I）/f_W＜１×10^-2 （ｙ＝ｙ_3.7）（２）５×10^-3＜（ΣΔx_II）/h＜１×10^-1 （ｙ＝y_EC）ただしΔx_Iは第１群に用いる非球面の基準球面からの
ずれ量、Δx_IIは第２群に用いる非球面の基準球面から
のずれ量、f_Wは広角端におけるレンズ全系の焦点距離、
ｈは最大像高、ｙは光軸からの高さ、ｙ_3.7は第１群の
非球面における広角端でのF/3.7のマージナル光線高、y
_ECは第２群の非球面における広角端での最大画角の主光
線高である。またΔx_I,Δx_IIの符合はΔx_Iについては正
の屈折力を弱める方向を正、Δx_IIについては負の屈折
力を弱める方向を正にとるものとする。

上記条件（１）の下限を越えると球面収差が補正不足
になり又上限を越えると逆に補正過剰になる。

条件（２）の下限を越えると広角側において負の歪曲
収差が過大になるうえ非点収差が悪化し、上限を越える
と広角側において負の歪曲収差が補正過剰になるうえ非
点収差，コマ収差が悪化する。

次に本発明ズームレンズでは、多くのプラスチックレ
ンズを使用している。現在プラスチックレンズ等のよう
な光学用として使用できるプラスチック材料は、アクリ
ルに代表される低屈折率，低分散（屈折率約1.5、アッ
ベ数約60）のものと、ポリカーボネートに代表される中
屈折率，高分散（屈折率約1.6,アッベ数約30）の二つを
挙げることが出来る。

プラスチックレンズを本発明のズームレンズに適用す
る場合、色収差の補正を考慮すると第１レンズ，第３レ
ンズ，第４レンズ，第５レンズには低屈折率，低分散の
ものが適しており、第２レンズには中屈折率，高分散の
ものが適している。第２レンズ以外に高分散のものを用
いると色収差が過大になり、第２レンズに低分散のもの
を用いると色収差が補正不足になる。

以上のことから次の条件（３）を満足することが望ま
しい。

（３） ν_２＜45 ただしν_２は第２レンズのアッベ数である。

この条件（３）はより外れると色収差が補正不足にな
る。

前記のように本発明のレンズ系においてプラスチック
レンズを用いる場合、第１レンズ，第３レンズ，第４レ
ンズの各正レンズに低屈折率，低分散のものを用いるこ
とになる。この場合正レンズが低屈折率であるのでペッ
ツバール和が正の大きな値になる傾向があり、像面性を
良好に保つことが困難になる。これは非球面を用いても
補正困難である。

上記のペッツバール和を補正して像面性を保つために
は、負レンズである第５レンズに低屈折率の材質を用い
る必要がある。そのために第５レンズの屈折率n₅は次の
条件（４）を満足することが好ましい。

（４） n₅＜1.6 条件（４）の範囲を越えると、プラスチックレンズを
多用する場合、ペッツバール和が正の大きな値になり像
面性が悪化する。

本発明のレンズ系において、諸収差を一層良好に補正
するためには次の条件（５），（６）を満足することが
望ましい。

（５） −0.3＜f₅/f₄＜０（６） −６＜f_W/r₁₀＜−３ただしf₄,f₅は夫々第４レンズ、第５レンズの焦点距
離、r₁₀は第５レンズの物体側の面の曲率半径である。

条件（５）は、第２群を構成する第４レンズと第５レ
ンズの焦点距離の比を規定したものである。

本発明の目的であるズーム比が２程度で広角端での望
遠比が1.2程度のズームレンズを得ようとすると第２群
に大きな負のパワーが必要になる。このパワーを近軸理
論で計算すると−1/f_w前後になり、これを第４レンズと
第５レンズで分担することになる。ここで第４レンズの
正のパワーが強くなるとそれに伴って第５レンズの負の
パワーが強くなり高次の収差の発生が過大になる。逆に
第４レンズの正のパワーが弱くなると、第５レンズで発
生する収差を補正する能力がなくなる。したがって第４
レンズと第５レンズのパワー配分は重要であり、条件
（５）を満足することが好ましい。

条件（５）の下限を越えると特に非点収差が悪化する
うえ第４レンズ，第５レンズ共に偏心がききやすくな
り、上限を越えると非点収差，コマ収差が悪化し、いず
れも好ましくない。

条件（６）は、第５レンズの物体側の面の曲率半径を
規定する条件である。

本発明のズームレンズは、収差補正をするにあたっ
て、広角側での軸外収差と望遠側での球面収差，コマ収
差をいかにうまくバランスさせるかが問題となり、これ
をバランスさせるために設けたものが条件（６）であ
る。

条件（６）の下限を越えると特に広角端での非点収差
が悪化し、条件を越えると望遠端での球面収差，コマ収
差が悪化し好ましくない。

本発明のズームレンズは、以上述べたような構成にす
ることによって５枚のレンズすべてをプラスチック化す
ることも可能である。５枚全部をプラスチックレンズに
した場合、非常に低コストで軽量である反面、温度や湿
度の影響を受けやすい。つまり温度や湿度が変化するこ
とによってレンズの屈折率や形状が変化しピントずれを
生ずる。このことは、あらかじめ設定されたところまで
レンズを駆動することによってピント合わせを行なう方
式のコンパクトカメラではピントが合わないことになり
好ましくない。しかし例えば特開昭62−111223号公報に
示されたようにオートフォーカス機構と組合わせて補正
することも出来るので致命的ではない。

本発明のレンズ系において、1,2枚のガラスレンズを
用いる場合、次の条件（７），（８）を満足することが
望ましい。

（７） n_i＜1.75 （８） ν_ｉ＞45 ただしn_i,ν_ｉは夫々第ｉレンズの屈折率およびアッ
ベ数である。

条件（７）の範囲を越えると、ペッツバール和が負の
大きな値をとるようになり、像面正が悪化するので好ま
しくない。また条件（８）の範囲を越えると色収差が過
大になり好ましくない。

本発明レンズ系で、５枚のうち1,2枚をガラスレンズ
におきかえた場合、このレンズの適切な選択によって温
度，湿度の影響を非常に小さくすることが出来る。しか
し３枚以上のレンズをガラスレンズにすると低コスト，
軽量化のメリットが少なくなる。

本発明のズームレンズは、先に述べたように第１群と
第２群の間の間隔を変化させて変倍することを基本にし
ている。しかし変倍の際に各群でのレンズ間隔を微小に
変化させることによってさらに良好に収差補正を行なう
ことが出来る。これは収差補正上の自由度が増えるため
で特に非点収差等を良好に補正し得る。

又本発明のズームレンズにおけるフォーカシングは、
通常第１群全体を繰り出して行なうが第２群を移動させ
て行なうことも可能である。

［実施例］次に本発明のズームレンズの各実施例を示す。

実施例１ｆ＝36.05〜67.9、F/3.64〜F/5.2 最大像高 21.6、広角端望遠比 1.28 r₁＝20.9531 d₁＝3.0000 n₁＝1.49216 ν_１＝57.50 r₂＝69.4838 d₂＝2.0000 r₃＝−21.4411 d₃＝4.0129 n₂＝1.58362 ν_２＝30.37 r₄＝145.2381 d₄＝3.0820 r₅＝21.2730 d₅＝4.2000 n₃＝1.49216 ν_３＝57.50 r₆＝−18.0087（非球面） d₆＝1.0000 r₇＝∽（絞り） d₇＝D₁（可変） r₈＝−30.5685（非球面） d₈＝2.6000 n₄＝1.49216 ν_４＝57.50 r₉＝−22.8150 d₉＝5.2513 r₁₀＝−9.7569 d₁₀＝2.0000 n₅＝1.49216 ν_５＝57.50 r₁₁＝−72.1631 非球面係数（第６面）Ｐ＝0.8842、A₂＝０、A₄＝0.67468×10^-4 A₆＝−0.51333×10^-8、A₈＝0.19994×10^-8 （第８面）Ｐ＝1.9017、A₂＝０、A₄＝0.66594×10^-4 A₆＝0.20332×10^-8、A₈＝0.64631×10^-8 ｆ 36.05 50 67.9 D₁ 11.854 6.112 2.200 （ΣΔx_I）/f_W＝1.0×10^-3 （ΣΔx_II）/h＝1.3×10^-2 f₅/f₄＝−0.141、f_W/r₁₀＝−3.69 実施例２ｆ＝36.05〜67.9、F/3.64〜F/6.9 最大像高 21.6、広角端望遠比 1.22 r₁＝21.1119 d₁＝3.0000 n₁＝1.65844 ν_１＝50.86 r₂＝39.3452 d₂＝2.0000 r₃＝−17.7024 d₃＝30.3041 n₂＝1.58362 ν_２＝30.37 r₄＝211.2865 d₄＝D₁（可変） r₅＝21.9567 d₅＝3.4000 n₃＝1.49216 ν_３＝57.50 r₆＝−15.1014（非球面） d₆＝1.0000 r₇＝∽（絞り） d₇＝D₂（可変） r₈＝−26.6032（非球面） d₈＝2.6000 n₄＝1.49216 ν_４＝57.50 r₉＝−20.7714 d₉＝4.9909 r₁₀＝−9.5334 d₁₀＝2.0000 n₅＝1.49216 ν_５＝57.50 r₁₁＝−42.7519 非球面係数（第６面）Ｐ＝0.4066、A₂＝０、A₄＝0.75646×10^-4 A₆＝−0.17438×10^-6、A₈＝0.26160×10^-8 （第８面）Ｐ＝1.4686、A₂＝０、A₄＝0.85086×10^-4 A₆＝−0.36793×10^-7、A₈＝0.91682×10^-8 ｆ 36.05 50 67.9 D₁ 1.862 2.504 2.222 D₂ 12.960 6.143 2.000 （ΣΔx_I）/f_W＝1.7×10^-3 （ΣΔx_II）/h＝1.3×10^-2 f₅/f₄＝−0.152、f_W/r₁₀＝−3.78 実施例３ｆ＝36.05〜67.9、F/3.64〜F/5.2 最大像高 21.6、広角端望遠比 1.20 r₁＝15.1724 d₁＝3.6000 n₁＝1.49216 ν_１＝57.50 r₂＝66.7752 d₂＝1.7000 r₃＝−27.2601 d₃＝2.9431 n₂＝1.71736 ν_２＝29.51 r₄＝68.5097 d₄＝3.4436 r₅＝27.8714 d₅＝3.4000 n₃＝1.51742 ν_３＝52.41 r₆＝−18.1090（非球面） d₆＝1.0000 r₇＝∽（絞り） d₇＝D₁（可変） r₈＝−30.1386 d₈＝3.0000 n₄＝1.49216 ν_４＝57.50 r₉＝−17.5805（非球面） d₉＝D₂（可変） r₁₀＝−9.2526 d₁₀＝2.0000 n₅＝1.49216 ν_５＝57.50 r₁₁＝−189.5103 非球面係数（第６面）Ｐ＝−3.2018、A₂＝０ A₄＝−0.14123×10^-4 A₆＝−0.18344×10^-6、A₈＝0.21423×10^-8 （第９面）Ｐ＝2.22519、A₂＝０、A₄＝−0.67556×10^-4 A₆＝−0.67061×10^-6、A₈＝−0.20258×10^-7 ｆ 36.05 50 67.9 D₁ 10.871 5.372 2.200 D₂ 4.803 4.457 3.900 （ΣΔx_I）/f_W＝8.0×10^-4 （ΣΔx_II）/h＝1.5×10^-2 f₅/f₄＝−0.250、f_W/r₁₀＝−3.90 実施例４ｆ＝36.05〜67.9、F/3.64〜F/7.0 最大像高 21.6、広角端望遠比 1.23 r₁＝19.2603 d₁＝3.0000 n₁＝1.49216 ν_１＝50.50 r₂＝53.0583 d₂＝D₁（可変） r₃＝−19.0163 d₃＝4.0043 n₂＝1.58362 ν_２＝30.37 r₄＝169.8082 d₄＝D₂（可変） r₅＝22.1427 d₅＝3.4000 n₃＝1.49216 ν_３＝57.50 r₆＝−16.1589（非球面） d₆＝1.0000 r₇＝∽（絞り） d₇＝D₃（可変） r₈＝−33.3918（非球面） d₈＝2.6000 n₄＝1.49216 ν_４＝57.50 r₉＝−22.8566 d₉＝D₄（可変） r₁₀＝−9.7414 d₁₀＝2.0000 n₅＝1.49216 ν_５＝57.50 r₁₁＝−80.5917（非球面）非球面係数（第６面）Ｐ＝0.5168、A₂＝０、A₄＝−0.72823×10^-4 A₆＝−0.25576×10^-6、A₈＝0.40774×10^-8 （第８面）Ｐ＝0.8762、A₂＝０、A₄＝0.71911×10^-4 A₆＝−0.96400×10^-6、A₈＝0.83133×10^-8 （第11面）Ｐ＝11.2777、A₂＝０、 A₄＝−0.21558×10^-6 A₆＝−0.35885×10^-7、A₈＝0.18755×10^-9 ｆ 36.05 50 67.9 D₁ 2.096 1.700 1.851 D₂ 1.906 2.916 2.629 D₃ 12.472 6.209 2.200 D₄ 4.900 4.811 4.946 （ΣΔx_I）/f_W＝1.5×10^-3 （ΣΔx_II）/h＝1.4×10^-2 f₅/f₄＝−0.167、f_W/r₁₀＝−3.70 上記データーにおいて、r₁,r₂,…はレンズ各面の曲率
半径、d₁,d₂,…は各レンズの肉厚および空気間隔、n₁,n
₂,…は各レンズの屈折率、ν₁,ν₂,…は各レンズのアッ
ベ数である。

実施例１は、第１図に示すレンズ構成であって、変倍
の際第１群と第２群の間隔のみ変化させる。レンズは全
部プラスチックレンズを用いており、第２レンズのみポ
リカーボネートでその他はすべてアクリルである。非球
面は第３レンズの像側の面と第４レンズの物体側の面に
用いている。

第２レンズに用いているポリカーボネートは、通常の
ガラスに比べて異常分散性が強く、ｄ−線の屈折率とア
ッベ数から各波長の屈折率を算出するヘルツベルガーの
式が成立たない。そこで参考のために主要４波長の屈折
率を示すと次の通りである。

n_d＝1.58362 n_c＝1.57809 n_F＝1.59731 n_g＝1.60888 次にプラスチックレンズを用いた時の温度、湿度の影
響について述べる。

プラスチックレンズは、温度と湿度の変化により屈折
率と形状が変化し、それによってピントずれが起こる。
このピントずれは形状の変化よりも屈折率の変化による
方が大である。しかしそれによるピントずれは、正レン
ズと負レンズの適切な組合わせによって十分補正出来
る。

プラスチックの屈折率は、温度変化によりおよそ−10
^-4/℃変化する。例えば温度が±30℃変化すると屈折率
はおよそ0.003変化する。実施例１のレンズ系におい
て、温度が±30℃変化して屈折率が0.003変化した時
のピント移動量を計算すると±0.3mm（広角端）〜±0.8
mm（望遠端）である。この値は湿度による影響を含めて
も実用上問題のない値である。

この実施例１の無限遠物体に対する広角端，中間焦点
距離，望遠端での収差状況は夫々第５図，第６図，第７
図に示す通りである。また第２群を移動させてレンズ前
面より2mの物体にピントを合わせたときの広角端，中間
焦点距離，望遠端での収差状況は、夫々第８図，第９
図，第10図に示す通りである。

実施例２は、第２図に示すレンズ構成のレンズ系で、
変倍の際は第１群と第２群の間隔を変化させるとともに
１群中の第２レンズと第３レンズの間隔も僅かに変化さ
せる。この実施例は、第１レンズのみガラスレンズであ
とはすべてプラスチックレンズである。非球面は第３レ
ンズの像側の面と第４レンズの物体側の面に用いてい
る。

この実施例の温度，湿度の影響を実施例１と同様に計
算するとピント移動量は±0.2mm（広角端）〜±0.4mm
（望遠端）である。これは実施例１の約半分で、第１レ
ンズをガラスレンズにしたことによる効果である。

この実施例の無限遠物体に対する広角端，中間焦点距
離，望遠端での収差状況は、夫々第11図，第12図，第13
図に示す通りである。

実施例３は、第３図に示すレンズ構成のレンズ系で、
変倍の際は、第１群と第２群の間隔を変化させるととも
に第４レンズと第５レンズの間隔を僅かに変化させる。
この実施例は、第２レンズと第３レンズがガラスレンズ
で、残りのレンズは、プラスチックレンズである。又非
球面は、第３レンズの像側の面と第４レンズの像側の面
に用いている。

この実施例の温度，湿度の影響を同じ方法で計算する
とピント移動量は、±0.2mm（広角端）〜±0.4mm（望遠
端）となり実施例２と同程度でピント移動量が小であ
る。これもガラスレンズを用いたことによるものであ
る。

また、この実施例は、レンズ系の全長が非常に短く、
広角端で43.26mmで望遠比に換算すると1.20である。

この実施例の無限遠物体に対する広角端．中間焦点距
離，望遠端における収差状況は、夫々第14図，第15図，
第16図に示す通りである。

実施例４は、第４図に示すレンズ構成のレンズ系で、
変倍の際は、第１群と第２群の間隔を変化させるととも
にそれ以外の各レンズの間もすべて微小量変化させるも
のである。この実施例はすべてのレンズがプラスチック
レンズである。又非球面は、第３レンズの像側の面，第
４レンズの物体側の面，第５レンズの像側の面に用いて
いる。

この実施例の温度，湿度の影響は実施例１と同程度で
ある。

この実施例の無限遠物体に対する広角端，中間焦点距
離，望遠端での収差状況は、夫々第17図，第18図，第19
図に示す通りである。

上記各実施例で用いる非球面の形状は、光軸との交点
を原点として光軸方向にｘ軸、光軸に垂直な方向にｙ軸
をとる時次の式にて表わされるものである。

ただしＣは基準球面の曲率、P,A_2iは係数である。

［発明の効果］本発明のズームレンズは、ズーム比が２程度で、レン
ズ枚数が５枚で極めて少なくしかもプラスチックレンズ
を多く用いた小型軽量で低コストのレンズ系で、更に光
学性能も極めて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例１乃至実施例４の断
面図、第５図乃至第10図は実施例１の収差曲線図、第11
図乃至第13図は実施例２の収差曲線図、第14図乃至第16
図は実施例３の収差曲線図、第17図乃至第19図は実施例
４の収差曲線図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に物体側に凸面を向けた正レ
ンズの第１レンズと物体側に凹面を向けた負レンズの第
２レンズと両凸レンズの第３レンズよりなり全体として
正の屈折力を持つ第１群と、物体側に凹面を向けた正メ
ニスカスレンズの第４レンズと物体側に凹面を向けた負
レンズの第５レンズよりなり全体として負の屈折力を持
つ第２群よりなり、第１群と第２群の間隔を変化させて
ズーミングを行なうレンズ系において、前記第１レンズ
乃至前記第５レンズのすべてのレンズが均質レンズであ
り、それらのうち少なくとも３枚のレンズがプラスチッ
クであり、前記第１群と前記第２群との間に絞りを有
し、および各群に少なくとも１面の非球面を有し、特に
前記第３レンズに非球面を有することを特徴とするズー
ムレンズ。
【請求項２】前記第１群のうち前記絞りに最も近い面に
非球面を有することを特徴とする請求項１のズームレン
ズ。