JP3618557B2 - ズ―ムレンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は主としてビデオカメラ用のズームレンズに関し、特に、レンズ枚数の少ない小型のズームレンズであって、変倍比が６〜８程度のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラの小型化、低価格化が急速に進んでいる。これに合わせて、ビデオカメラ用ズームレンズに関しても小型化、低コスト化が望まれている。
【０００３】
従来、ビデオカメラ用の６倍以上の変倍比を持つズームレンズとしては、物体側から順に、正、負、負、正の４群構成で、ズーミング中レンズ全長は一定で、第２群で変倍を行い、第３群で像位置補正を行うというものが最も多かった。
【０００４】
しかしながら、レンズに対する小型化の要求から、ビデオカメラ用レンズにおいても、レンズ全長がズーミング中変化し、一般に広角端で全長が最も短かくなるタイプのズームレンズが、特公昭６１−５５６５３号、特開昭５８−１７９８０９ 号、特開昭６０−１４２１２号で提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのズームレンズは１３〜１５枚のレンズで構成されている。ビデオカメラ等の小型の撮像素子を用いたカメラのレンズでは、レンズ枚数が多いということは、それだけのレンズを配置する空間を確保しなければならず、小型化への障害となる。この傾向は撮像素子が小さくなる程顕著となる。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズ枚数の少ない小型のズームレンズであって、変倍比が６〜８倍程度のズームレンズを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、及び、正の屈折力の第４群からなり、広角側から望遠側ヘズーミングする際、第１群及び第３群は光軸上を物体側へ単調に移動し、第２群は固定で、第４群は変倍による像位置の変動及び物体距離の変化による像位置の変動を調節するために光軸上を移動するズームレンズであって、第３群は、物体側から順に、１枚以上の正レンズと像側に強い凹面を向けた１枚の負レンズで構成され、第４群は、１枚の正レンズのみあるいは正レンズと負レンズの２枚で構成され、第３群又は第４群は、少なくとも１つのレンズが光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面レンズを少なくとも１つ有し、且つ下記の条件（３）、（４）、（５）を満足することを特徴とするものである。
（３）０．４＜（ｒ _３Ｆ ＋ｒ _３Ｒ ）／（ｒ _３Ｆ −ｒ _３Ｒ ）＜２．７
（４）０．２＜ｒ _３Ｒ ／（ｎ _３Ｒ −１）（ｆ _Ｗ ・ｆ _Ｔ ） ^１／２ ＜１．０
（５）０．４＜ｒ _４Ｆ ／（ｎ _４Ｆ −１）（ｆ _Ｗ ・ｆ _Ｔ ） ^１／２ ＜２．０
ただし、ｒ _３Ｆ 、ｒ _３Ｒ は、それぞれ第３群中の負レンズの物体側及び像側の面の曲率半径、ｎ _３Ｒ は、第３群中の負レンズの屈折率、ｎ _４Ｆ は、第４群の最も物体側のレンズの屈折率、ｆ _Ｗ は、広角端における全系の焦点距離、ｆ _Ｔ は、望遠端における全系の焦点距離である。
【０００８】
【作用】
以上のような本発明のズームレンズのズーム及びフォーカスタイプにおいては、広角端で全長が最短となり、レンズの小型化に有利であると共に、第４群がフォーカシング作用を持つために、前玉の小型化及びレンズ系全系の小型化に有利である。
【０００９】
さらなるレンズの小型化及び低コスト化のためには、効果の少ないレンズを極力排除して、必要最少限のレンズ枚数で構成することが望ましい。このためには、主に結像作用を有する第３群、第４群の構成に最も工夫を要する。本発明のズームレンズにおいては、第３群の最も物体側のレンズに正の屈折力を持たせ、その最も像側のレンズに負の屈折力を持たせることで、第３群の主点位置をできるだけ物体側へ配置している。さらに、第４群でフォーカシングを行うために、第１〜３群でほぼアフォーカルな系を構成しており、第２群かろの発散光束に対し第３群の物体側の１枚以上の正レンズで平行光束を経て収斂光束にし、第３群の像側の負レンズで再びほぼ平行光束として第４群へ射出している。つまり、第３群は、発散光束を平行光束に変換する「エレクター」の作用及び望遠アフォーカルコンバーターの作用を兼ねている。第３群で光束を十分に絞ってから、はぼアフィーカルに射出させ、第４群には軸上光束が低くなった状態で入射するため、第４群を小型、簡単化できる。具体的には、第４群は１枚の正レンズで構成することが可能である。望遠側の倍率色収差をより良好に補正するために、負レンズを加えて構成してもよい。さらに、球面収差、コマ収差の補正のために、第３群あるいは第４群中に光軸から離れるにしたがって正の屈折力が減少する非球面を持ったレンズを配置している。
【００１０】
本発明の目的は、以上により達成することが可能であるが、さらに、以下の条件を満足するように構成している。
（３）０ ． ４＜（ｒ _３Ｆ ＋ｒ _３Ｒ ）／（ｒ _３Ｆ −ｒ _３Ｒ ）＜２ ． ７
ただし、ｒ _３Ｆ、ｒ_３Ｒは、それぞれ第３群中の負レンズの物体側及び像側の面の曲率半径である。
【００１３】
条件式（３）は第３群中の負レンズの形状を規定したものであり、レンズの小型化と収差補正に関する条件である。条件式（３）の下限を越えると、球面収差が補正不足になると共に、内向性コマ収差が大きくなり過ぎ、また、小型化に不利である。逆に、条件式（３）の上限を超えると、球面収差が補正過剰となると共に、外向性のコマ収差が大きくなり過ぎ、好ましくない。
【００１４】
さらに、収差補正に関し、以下の条件（４）、（５）を満足するように構成している。
（４）０． ２＜ｒ_３Ｒ／（ｎ_３Ｒ− １）（ｆ_ｗ ｆ_Ｔ ）^１／２ ＜１． ０
（５）０． ４＜ｒ_４Ｆ／（ｎ_４Ｆ− １）（ｆ_ｗ ｆ_Ｔ ）^１／２ ＜２． ０
ただし、ｒ_３Ｒは、第３群中の負レンズの像側の面の曲率半径、ｎ_３Ｒは、第３群中の負レンズの屈折率、ｒ_４Ｆは、第４群の最も物体側の面の曲率半径、ｎ_４Ｆは、第４群の最も物体側のレンズの屈折率、ｆ_ｗ は、広角端における全系の焦点距離、ｆ_Ｔ は、望遠端における全系の焦点距離である。
【００１５】
条件式（４）は条件式（３）に関連し、第３群中の負レンズについて規定したものであり、条件式の範囲を越えると、特にコマ収差の発生が大きくなり過ぎ、好ましくない。
【００１６】
条件式（５）は第４群での収差補正に関し、主に軸外の収差、特にコマ収差、非点収差の補正に関する。条件式（５）の下限を超えると、内向性のコマ収差が大きくなると共に、サジタル、メリジオナル像面ともマイナス側に倒れ、上限を越えると、逆に外向性のコマ収差が大きくなると共に、サジタル、メリジオナル像面ともプラス側に倒れ、何れも好ましくない。
【００１９】
さらに、全系の最も物体側のレンズの径（前玉径）の小型化及び収差補正のために、第１群と第３群を一体で光軸上を移動するようにすることもできる。
また、変倍による色収差の変動を補正するためには、第１群中に少なくとも１枚の負レンズ、第２群中に少なくとも１枚の正レンズを含むようにすることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明のレンズでは、第２群がマイナス１倍を含む範囲で変倍を行っているため、変倍の効率が高く、高変倍に有利である。
また、第１群と第３群が一体で光軸上を移動するように構成すると、鏡枠構成を簡素化できる利点がある。
【００２１】
なお、第３群、第４群の非球面レンズの代わりに、不均質媒体を用いたレンズ、フレネルレンズ、ホログラフィック光学素子等を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明のズームレンズの実施例１〜６について説明する。各実施例のレンズデータは後に示すが、実施例１〜６の広角端（Ｗ）、標準状態（Ｓ）、望遠端（Ｔ）におけるレンズ断面を、それぞれ図１から図６に示す。これらの中、実施例４〜６においては、第１群Ｉと第３群ＩＩＩが一体で移動する。第１群Ｉは、何れの実施例においても、負メニスカスレンズと両凸正レンズの貼り合わせレンズと、正メニスカスレンズの３枚からなり、第２群ＩＩは、負レンズ（実施例１）又は負メニスカスレンズ（実施例２〜６）と、両凹負レンズと正メニスカスレンズの貼り合わせレンズの３枚からなり、第３群ＩＩＩは、実施例１、４は、両凸正レンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの貼り合わせレンズの３枚からなり、実施例２、６は、２枚の正レンズと、負メニスカスレンズの３枚からなり、実施例３は、１枚の正レンズと、負メニスカスレンズの２枚からなり、実施例５は、２枚の両凸正レンズと、１枚の正メニスカスレンズと、両凹負レンズの４枚からなる。第４群ＩＶは、実施例１、３〜５は、１枚の両凸正レンズからなり、実施例２は、両凸正レンズと負メニスカスレンズの貼り合わせレンズからなり、実施例６は、負メニスカスレンズと両凸正レンズの２枚からなる。また、絞りは、何れの実施例においても、第３群ＩＩＩの物体側に一体に配置され、この群と共に光軸上を移動する。以上の通りであるので、総レンズ枚数は、実施例１、４は１０枚、実施例２、５、６は１１杖、実施例３は９枚である。非球面については、実施例１〜４は、第３群ＩＩＩの最も物体側の面と第４群ＩＶの最も物体例の面の２面に用いており、実施例５においては、第４群ＩＶの最も物体側の面１面にのみ用いており、実施例６は、第３群ＩＩＩの最も物体側の面１面にのみ用いている。
【００２３】
なお、以下において、記号は、上記の外、ｆは全系の焦点距離、Ｆ_ＮＯはＦナンバ− 、ωは半画角、ｒ_１ 、ｒ_２ …は各レンズ面の曲率半径、ｄ_１ 、ｄ_２ …は各レンズ面間の間隔、ｎ_ｄ１、ｎ_ｄ２…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_ｄ１、ν_ｄ２…は各レンズのアッベ数であり、また、非球面形状は、光軸方向をｘ、光軸に直交する方向をｙとした時、次の式で表される。
ｘ＝（ｙ^２ ／ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（ｙ^２ ／ｒ^２ ）｝^１／２ ］＋Ａ_４ ｙ^４ ＋Ａ_６ ｙ^６ ＋Ａ_８ ｙ^８
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｐは円錐係数、Ａ_４ 、Ａ_６ 、Ａ_８ は非球面係数である。

【００２４】
【表１】

【００２５】

【００２６】
【表２】

【００２７】

【００２８】
【表３】

【００２９】

【００３０】
【表４】

【００３１】

【００３２】
【表５】

【００３３】

【００３４】
【表６】

【００３５】

以上の実施例１から６の広角端、標準状態及び、望遠端における収差図をそれぞれ第７図から第１２図に示す。また、実施例６の広角端、標準状態、及び、望遠端において、それぞれ第１レンズ面からの物体距離が近距離の−１００ｍｍ（結像倍率−０．０５６）、−５００ｍｍ（結像倍率−０．０３６１ ）、−５００ｍｍ（結像倍率−０．０７９６ ）における収差図を第１３図にあわせて示す。
【００３６】
上記各実施例の前記した条件式（１）、（３）〜（５）に対応する値、及び、β_４Ｓ（条件式（２））、β_４Ｗ、β_４Ｔ（条件式（６））の値を次の表７に示す。
【００３７】
【表７】

【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、変倍比が６〜８倍程度で、レンズ枚数が９〜１１枚程度と少ない小型の主としてビデオカメラ用のズームレンズンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るズームレンズの断面図。
【図２】本発明の実施例２に係るズームレンズの断面図。
【図３】本発明の実施例３に係るズームレンズの断面図。
【図４】本発明の実施例４に係るズームレンズの断面図。
【図５】本発明の実施例５に係るズームレンズの断面図。
【図６】本発明の実施例６に係るズームレンズの断面図。
【図７】実施例１の収差図。
【図８】実施例２の収差図。
【図９】実施例３の収差図。
【図１０】実施例４の収差図。
【図１１】実施例５の収差図。
【図１２】実施例６の収差図。
【図１３】実施例６の近距離物体距離における収差図。

Claims (5)

1. 物体側から順に、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、及び、正の屈折力の第４群からなり、広角側から望遠側へズーミングする際、第１群及び第３群は光軸上を物体側へ単調に移動し、第２群は固定で、第４群は変倍による像位置の変動及び物体距離の変化による像位置の変動を調節するために光軸上を移動するズームレンズであって、第３群は、物体側から順に、１枚以上の正レンズと像側に強い凹面を向けた１枚の負レンズで構成され、第４群は、１枚の正レンズのみあるいは正レンズと負レンズの２枚で構成され、第３群又は第４群は、球面収差の補正のために、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面レンズを少なくとも１つ有し、且つ下記の条件（３）、（４）、（５）を満足することを特徴とするズームレンズ。
   （３）０．４＜（ｒ _３Ｆ ＋ｒ _３Ｒ ）／（ｒ _３Ｆ −ｒ _３Ｒ ）＜２．７
   （４）０．２＜ｒ _３Ｒ ／（ｎ _３Ｒ −１）（ｆ _Ｗ ・ｆ _Ｔ ） ^１／２ ＜１．０
   （５）０．４＜ｒ _４Ｆ ／（ｎ _４Ｆ −１）（ｆ _Ｗ ・ｆ _Ｔ ） ^１／２ ＜２．０
   ただし、ｒ _３Ｆ 、ｒ _３Ｒ は、それぞれ第３群中の負レンズの物体側及び像側の面の曲率半径、ｎ _３Ｒ は、第３群中の負レンズの屈折率、ｎ _４Ｆ は、第４群の最も物体側のレンズの屈折率、ｆ _Ｗ は、広角端における全系の焦点距離、ｆ _Ｔ は、望遠端における全系の焦点距離である。
2. 第３群は、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズの４枚のレンズから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 第３群は、物体側から順に、正レンズ、正レンズ、負レンズの３枚のレンズで構成され、第４群は１枚の正レンズからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
4. 絞りが第３群の物体側に配置され、第３群と共に光軸上を移動することを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のズームレンズ。
5. 第１群と第３群が一体で移動することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のズームレンズ。

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