JPH06347698A

JPH06347698A - 変倍光学系

Info

Publication number: JPH06347698A
Application number: JP1921591A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Adachi; 宣幸安達
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-01-21
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】変倍比が６程度のコンバクトで構成の簡単な
ズームレンズを得る。【構成】正、負、正の３レンズ群で構成され、負レン
ズ群を移動させて変倍する。変倍による焦点位置の変化
の補正は、第１、３レンズ群を一体として構成し、これ
と撮像素子との間隔変化による。移動は第１、３レンズ
群であってもよく、また第１、３レンズ群は固定で撮像
素子を移動させても良い。さらに、フォーカシングも第
１、３レンズ群或いは撮像素子のどちらかの移動によっ
て行ってよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は変倍光学系、特に、変
倍と合焦を撮像素子を含めて素子の移動によって行う変
倍光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のビデオカメラはコンパクト、軽量
化と合わせて高画質化が要求され、それに応えて撮像素
子も小型、高解像度のものが注目されている。また、そ
れにともない、変倍比６倍程度の高性能でレンズ枚数が
少ないコンパクトなズームレンズの実現が迫られてい
る。ズームレンズのコンパクト化、低コスト化は、光学
系の構成によって実現されるだけでなく、その駆動方式
に負う点も多い。

【０００３】変倍による焦点位置ずれを撮像素子の移動
により補正する方法は、レンズ鏡筒の簡単化のために有
利な方法であり、その例は、特開昭６３−６８８０７号
公報の実施例中に見られるが、変倍に使われるレンズ群
のレンズ枚数が一枚で構成されており、高変倍率と言え
ども３倍程度のものであり、６倍程度の高変倍を達成し
ようとしたとき全系の全長増加は必至である。

【０００４】また、全系の繰り出しによるフォーカシン
グを行うものは、特開昭５４−３０８５５号公報や特開
昭５４−８０１４３号公報、特開昭５６−１００９号公
報などにより知られており、これらタイプのズームレン
ズでは後群の正レンズ群に複数のレンズを配置すること
により高変倍比を図っているが、所栓高変倍率と言えど
も３倍程度のものであり、６倍程度の高変倍を達成しよ
うとしたとき全系の全長増加は必至である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、変倍を行
うレンズ群の構成を適切に設定することにより、変倍に
使われるレンズ群より発生する残存収差を良好に補正
し、かつ上記変倍群と撮像素子とを相対的に移動させる
ことにより、６倍程度の高変倍比でありながら簡素な構
成で、しかもコンパクトな明るい光学系を得ようとする
ものである。

【０００６】

【問題を解決するための手段】この発明の変倍光学系
は、物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群、
光軸上を前後に移動することにより変倍を行う第２レン
ズ群、そして全体で正の屈折力を持つ第３レンズ群とで
構成され、上記第１レンズ群と第３レンズ群は一体とし
て構成され、変倍に伴う焦点位置の補正を上記第１レン
ズ群および第３レンズ群と撮像素子との間隔を変化させ
ることによって行う変倍光学系において、上記第２レン
ズ群の構成を少なくとも二枚の凹レンズと少なくとも一
枚の凸レンズより成ることを特徴とする。この変倍光学
系では、変倍は第２レンズ群が広角端から望遠端にかけ
て物体側から像側へ単調に移動することによって行う。

【０００７】変倍による焦点位置変化の補正は、第１レ
ンズ群と第３レンズ群を一体とした群を、変倍中撮像素
子に対して往復動させても良いし、逆にこの群を固定
し、撮像素子を往復運動させることによっても良い。

【０００８】さらに、変倍による焦点位置変化だけでな
く、物体距離の変化による焦点位置変化の補正、すなわ
ち合焦も同様に行うことが出来る。

【０００９】より具体的な構成は、第１レンズ群は物体
側より順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレン
ズと両凸レンズからなるダブレット、及び物体側に凸面
を向けた正のメニスカスレンズとから構成され、あるい
は物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと両凸レ
ンズとから構成され、下記数式１の条件を満足すること
が好ましい。

【数１】ただし、ｆ₁は第１レンズ群の焦点距離、ｆw は広角端
での全系の焦点距離、ｆt は望遠端での全系の焦点距離
である。

【００１０】第２レンズ群は、物体側より順に、物体側
に凸面を向けた凹レンズ、及び両凹レンズと正レンズか
ら構成され、下記数式２の条件を満足することが好まし
い。

【数２】ただし、ｆ₂は第２レンズ群の焦点距離である。

【００１１】また、第３レンズ群は物体側から順に、両
凸レンズ、正レンズ、負レンズ、両凸レンズで構成さ
れ、少なくとも一面以上の非球面を用いることが好まし
い。より好ましくは、負レンズをより像側に近い所に配
置することである。

【００１２】

【作用】この発明の変倍光学系の基本的な構成中、変倍
に依って生じる焦点位置ずれの補正を第１、３レンズ群
と撮像素子の間隔変化によって行うことは、小型で高変
倍な光学系を設計する上で極めて有利な条件となる。す
なわち、この発明の光学系では、従来のズームレンズと
比べてコンペンセーターの作用を持つレンズ群がなく、
変倍のための移動レンズ群が一群のみであり、レンズ枚
数の少ない構成とすることが出来る。また、移動群が一
群であるため、鏡胴構成も簡単に出来る。そして、変倍
によって生じた像面位置の移動を補正する機能と、フォ
ーカシングの機能とを同時に持たせることが出来、移動
を往復運動とすることで広角端から望遠端にかけての移
動が単調増加する場合に比べて、中間焦点距離から望遠
端にかけての移動量を減らすことができる。

【００１３】正の屈折力を有する第１レンズ群に少なく
とも一枚の負レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ群
に少なくとも一枚の正レンズ、正の屈折力を有する第３
レンズ群に少なくとも一枚の凹レンズが含まれているの
は、全変倍域において軸上の色収差および倍率色収差の
十分な補正をするためである。また、第３レンズ群の凹
レンズは第１レンズ群と第２レンズ群で発生した負の歪
曲収差を打ち消す効果がある。

【００１４】第２レンズ群に少なくとも二枚の負レンズ
が含まれているのは、第２レンズ群に十分な屈折力を持
たせ、変倍による移動量を少なくし、前玉径を小さくす
るためである。

【００１５】条件は第１レンズ群の焦点距離の適正値
に関し、下限を超えて焦点距離の絶対値が小さくなる
と、望遠端でのバックフォーカスが極端に短くなり機構
上不可能な構成となる。上限を越えると、第１レンズ群
の屈折力が弱くなり、望遠端でのバックフォーカスが長
くなることで、変倍による撮像素子の移動が往復移動と
ならず、全長の短縮化が難しくなる。

【００１６】条件は第２レンズ群の焦点距離の適正値
に関し、上限を超えて焦点距離の絶対値が大きくなると
収差補正上は有利な条件となるが、高変倍比を得るため
には、第１レンズ群から第３レンズ群までの長さが増大
し、全長の短縮化が難しい。下限を越えると前述のよう
な簡素なレンズ構成では、変倍に伴う収差変動、特に歪
曲収差、コマ収差の変動が補正不可能となり、広角端で
の負の歪曲収差が過大となる。

【００１７】この発明の光学系の具体的な構成中、変倍
中固定の第１レンズ群が物体側から順に負のメニスカス
レンズと両凸レンズからなる正のダブレット及び物体側
に凸面を向けた正のメニスカスレンズとから構成されて
いるのは、主として中間焦点距離から望遠端にわたり球
面収差およびコマ収差の変動を抑えるためである。像側
にある正のメニスカスレンズは軸上光束に対してほぼア
プラナチックに構成され、強い負の屈折力を有する第２
レンズ群で発生する負の歪曲収差を補正する効果をも有
する。

【００１８】また、第１レンズ群が物体側から負のメニ
スカスレンズと両凸レンズの二枚で構成された場合、そ
のレンズ間の空気間隔は、主として望遠端の球面収差と
軸上色収差の変動を抑える作用を有する。

【００１９】第２レンズ群は、物体側から順に、像側に
強い凹面を向けた負レンズ、両凹レンズ、および正レン
ズから構成されるが、これによって変倍に伴う収差変
動、特に歪曲収差や非点収差の変動を少なくできる。

【００２０】第３レンズ群は、物体側から両凸レンズ、
正レンズ、負レンズ、両凸レンズによって構成され、負
レンズを第２正レンズの後方に配置するのは、正負正正
構成のレンズ系よりもバックフォーカスを短くできるか
らである。負レンズと両凸レンズとの間の空気間隔は、
射出瞳を確保するためである。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の変倍光学系の実施例を示
す。実施例１〜３は撮像素子を移動するもの、実施例４
は第１、３レンズ群を一体として移動するものである。
この実施例には第３レンズ群にそれぞれ一枚の硝子非球
面レンズが用いられており、このレンズには＊印が付し
てある。また、その非球面形状は、下記数式３で表され
る。

【数３】但し、式中の各記号は、下記のとおりである。Ｃ：非球面の近軸曲率ｈ：光軸からの高さＫ：円錐定数 φ ：非球面の頂点から光軸方向に測った非球面の変形
量（球面による変位量も含む）

【００２２】尚、表中の各記号は、Ｒは各レンズ面の曲
率半径、Ｄはレンズの中心厚またはレンズ間隔、Ｎは硝
材の屈折率、νd はアッベ数、ｆはレンズ全系の焦点距
離、２ωは画角、ＦはＦナンバー、ｆB はバックフォー
カス、Ｙは最大像高、Ａ、Ｂは第２レンズ群の移動量を
示す。この実施例において、撮像素子の移動によるフォ
ーカシングと、レンズ系全体の繰り出しによるフォーカ
シングは等価であり、実施例中のｆB は撮像素子の移動
によりフォーカシングを行ったとき、レンズ群最終面か
らの結像位置を表し、レンズ系全体の繰り出しによりフ
ォーカシングを行う場合には、ｆB は繰り出し量と見な
すことができる。

【００２３】各実施例において条件式の諸値は次の通り
である。

【数４】実施例１実施例２実施例３実施例４ 1.3911 1.7449 1.7998 1.867

【数５】実施例１実施例２実施例３実施例４ 0.3435 0.4206 0.4495 0.4499

【００２４】実施例１ｆ＝６．８０〜３８．７５Ｆ：１．８５〜２．１７２ω＝５４．４１〜９．５２Ｙ＝３．２８ No. ＲＤＮ νd １ 20.632 0.80 1.84666 23.8 ２ 13.064 5.00 1.69680 55.5 ３第１レンズ群 271.036 0.20 ４ 14.952 1.80 1.71300 53.9 ５ 22.738 Ａ６ 20.319 0.65 1.77250 49.6 ７ 5.193 2.50 ８第２レンズ群 -9.033 0.60 1.72000 50.2 ９ 9.161 0.50 １０ 10.366 1.70 1.84666 23.8 １１ -111.345 Ｂ１２ 9.027 3.00 1.58913 61.2 ＊１３ -50.034 0.20 １４ 8.259 2.50 1.62299 58.2 １５第３レンズ群 52.950 0.20 １６ 20.988 0.70 1.84666 23.8 １７ 4.929 3.00 １８ 8.494 3.50 1.51823 59.0 １９ -16.265 0.10 ２０カバーガラス ∞ 4.50 1.51633 64.1 ２１ ∞ 可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．８００．８０１２．７７５．５０１７．９９６．９９６．５８６．５７３８．７５１０．９７２．６０１．８８物体距離０．７ｍでの可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．６４０．８１２．７７５．５６１７．０６．９９６．５８７．０１３５．８４１０．９７２．６０３．８６各レンズ群の焦点距離第１群ｆ（ 1〜 5）＝２２．５８０第２群ｆ（ 6〜11）＝−５．５７５第３群ｆ（12〜21）＝１１．０６６非球面係数１３面Ｋ＝−０．６０１９８×１０Ａ₄＝０．３０４９４×１０^-3 Ａ₆＝０．５１８４９×１０^-6

【００２５】実施例２ｆ＝６．２０〜３５．３５Ｆ：１．４４〜１．７９２ω＝５８．１２〜１０．５１Ｙ＝３．２８ No. ＲＤＮ νd １ 26.942 0.80 1.84666 23.8 ２ 15.953 6.40 1.69680 55.5 ３第１レンズ群 -267.790 0.20 ４ 13.351 2.10 1.71300 53.9 ５ 17.092 Ａ６ 20.794 0.65 1.77250 49.6 ７ 5.388 2.70 ８第２レンズ群 -8.508 0.60 1.72000 50.2 ９ 12.199 0.50 １０ 13.251 1.70 1.84666 23.8 １１ -40.165 Ｂ１２ 12.526 3.00 1.58913 61.2 ＊１３ -26.192 0.70 １４ 9.146 3.20 1.62299 58.2 １５第３レンズ群 -75.299 0.20 １６ 32.501 0.70 1.84666 23.8 １７ 5.529 3.00 １８ 8.946 3.50 1.51823 59.0 １９ -15.180 0.10 ２０カバーガラス ∞ 4.50 1.51633 64.1 ２１ ∞ 可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．２００．８０１４．２７４．１１１４．６９７．２９７．７８５．１７３５．３５１２．２７２．８０２．２９物体距離０．７ｍでの可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．０４０．８１４．２７４．１７１３．８１７．２９７．７８５．４６３１．８４１２．２７２．８０３．９０各レンズ群の焦点距離第１群ｆ（ 1〜 5）＝２５．８３３第２群ｆ（ 6〜11）＝−６．２２７第３群ｆ（12〜21）＝１１．１６４非球面係数１３面Ｋ＝−０．５５３３０×１０Ａ₄＝０．２１０７１×１０^-3 Ａ₆＝０．４４９１５×１０^-6

【００２６】実施例３ｆ＝６．２０〜３５．３８Ｆ：１．４５〜２．８８２ω＝５９．３〜１０．２８Ｙ＝３．２８ No. ＲＤＮ νd １ 21.638 0.70 1.84666 23.8 ２ 11.988 1.50 ３第１レンズ群 13.712 3.80 1.77250 49.6 ４ -75.890 Ａ５ 35.790 0.65 1.77250 49.6 ６ 6.726 2.20 ７ -7.498 0.65 1.69680 55.5 ８第２レンズ群 17.337 0.60 ９ 19.141 1.70 1.84666 23.8 １０ -32.812 Ｂ＊１１ 13.116 3.50 1.69350 53.2 １２ -31.957 2.00 １３ 8.598 3.50 1.51633 64.1 １４ -283.360 0.20 １５第３レンズ群 313.594 0.70 1.84666 23.8 １６ 6.440 1.10 １７ 13.238 2.20 1.69680 55.5 １８ -22.166 2.00 １９カバーガラス ∞ 4.50 1.51633 64.1 ２０ ∞ 可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．２００．８０１３．５０４．４１２２．５４１０．７０３．６０８．５６３５．３８１３．８００．５０８．００物体距離０．７ｍでの可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．１００．８１３．５０４．４６２１．８８１０．７０３．６０９．２７３５．０３１３．８００．５０９．７７各レンズ群の焦点距離第１群ｆ（ 1〜 4）＝２６．６５６第２群ｆ（ 5〜10）＝−６．６５８第３群ｆ（11〜20）＝１１．０６９非球面係数１１面Ｋ＝−０．２２９７８×１０Ａ₄＝−０．８６６２４×１０^-5

【００２７】実施例４ｆ＝６．２０〜３０．８７Ｆ：１．４４〜１．７９２ω＝５８．１２〜１２．１２Ｙ＝３．２８ No. ＲＤＮ νd １ 26.991 0.80 1.84666 23.8 ２ 15.967 6.40 1.69680 55.5 ３第１レンズ群 -263.973 0.20 ４ 13.322 2.10 1.71300 53.9 ５ 17.048 Ａ６ 20.701 0.65 1.77250 49.6 ７ 5.381 2.70 ８第２レンズ群 -8.499 0.60 1.72000 50.2 ９ 12.143 0.50 １０ 13.216 1.70 1.84666 23.8 １１ -40.014 Ｂ１２ 12.602 3.00 1.58913 61.2 ＊１３ -26.241 0.70 １４ 9.131 3.20 1.62299 58.2 １５第３レンズ群 -74.421 0.20 １６ 32.231 0.70 1.84666 23.8 １７ 5.541 3.00 １８ 8.931 3.50 1.51823 59.0 １９ -15.451 0.10 ２０カバーガラス ∞ 4.50 1.51633 64.1 ２１ ∞ 可変間隔とバックフォーカス（ｆB）ｆＡＢｆB ６．２００．８０１４．２７４．１１１５．４４７．５９７．４８５．１７３０．８７１１．５４３．５３３．３７物体距離０．７ｍでの可変間隔とバックフォーカス（ｆB）撮像素子の移動による場合ｆＡＢｆB ６．０４０．８１４．２７４．１７１４．４８７．５９７．４８５．４９２７．９８１１．５４３．５３４．６２第１、３群の一体繰り出しによる場合ｆＡＢｆB ６．１００．８７１４．２０４．１８１５．２８７．９４７．１３５．５２３１．３０１２．１７２．９０４．０２各レンズ群の焦点距離第１群ｆ（ 1〜 5）＝２５．８２７第２群ｆ（ 6〜11）＝−６．２２４第３群ｆ（12〜21）＝１１．１５２非球面係数１３面Ｋ＝−０．５５２１９×１０Ａ₄＝０．２１００５×１０^-3 Ａ₆＝０．４４８２９×１０^-6

【００２８】

【発明の効果】この発明の光学系は、各実施例及び収差
図に見るように、６倍程度の高変倍比でありながら、３
レンズ群からなる簡素な構成で、しかも全変倍域にわた
って収差がよく補正され、鏡筒構造も簡単となり、コン
パクトでビデオカメラなどに好適な光学系となってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の変倍光学系における撮像素子を含む
素子の移動を示した光学配置図

【図２】この発明の変倍光学系の第１実施例の断面図

【図３】この発明の変倍光学系の第２実施例の断面図

【図４】この発明の変倍光学系の第３実施例の断面図

【図５】この発明の変倍光学系の第４実施例の断面図

【図６】この発明の変倍光学系の第１実施例の物体距離
無限遠での収差曲線図

【図７】この発明の変倍光学系の第２実施例の物体距離
無限遠での収差曲線図

【図８】この発明の変倍光学系の第３実施例の物体距離
無限遠での収差曲線図

【図９】この発明の変倍光学系の第４実施例の物体距離
無限遠での収差曲線図

【図１０】この発明の変倍光学系の第１実施例の物体距
離０．７メートルでの収差曲線図

【図１１】この発明の変倍光学系の第２実施例の物体距
離０．７メートルでの収差曲線図

【図１２】この発明の変倍光学系の第３実施例の物体距
離０．７メートルでの収差曲線図

【図１３】この発明の変倍光学系の第４実施例の物体距
離０．７メートルでの撮像素子の移動によりフォーカシ
ングを行ったときの収差曲線図

【図１４】この発明の変倍光学系の第４実施例の物体距
離０．７メートルでの第１、３レンズ群を一体繰り出し
によりフォーカシングを行ったときの収差曲線図

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【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を持つ第１
レンズ群、光軸上を前後に移動することにより変倍を行
う第２レンズ群、そして全体で正の屈折力を持つ第３レ
ンズ群とで構成され、上記第１レンズ群と第３レンズ群
は一体として構成され、変倍に伴う焦点位置の補正を上
記第１レンズ群および第３レンズ群と撮像素子との間隔
を変化させることによって行う変倍光学系において、上
記第２レンズ群の構成を少なくとも二枚の凹レンズと少
なくとも一枚の凸レンズより成ることを特徴とする変倍
光学系。
【請求項２】フォーカシングを第１レンズ群および第
３レンズ群と、撮像素子との間隔を変化させることによ
って行うことを特徴とする請求項１の変倍光学系。
【請求項３】変倍中、第１レンズ群および第３レンズ
群が固定のままであり、焦点位置変化の補正を撮像素子
の往復運動によって行うことを特徴とする請求項１或い
は２の変倍光学系。
【請求項４】焦点位置変化の補正を上記第１レンズ群
と第３レンズ群の一体的な往復移動によって行うことを
特徴とする請求項１或いは２の変倍光学系。