JPS5832684B2 - 高変倍率を有する広角ズ−ムレンズ系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、所謂スチルカメラ用ズームレンズに於て、ズ
ーム領域が所謂広角から準望遠までを含み、ズーム比が
約２．３倍から３倍程度に及ぶ高変倍率広角ズームレン
ズ系に関する。

ここに於て広角領域とは、所謂ライカ判サイズ用ではｆ
−２８ｍｍ及至３５ｍｍ程度を対象としているが、この
程度の広画角を含みながら高変倍率を実現したものとし
ては先願の特開昭５３−１４００４７号があるが、これ
は所謂２群タイプ、即ち負のパワーの前群と正のパワー
の後群を独立に移動せしめる方式をとるが、欠点として
、■「変倍効果が後群のみに負担されるため、高変倍率
を確保するためには前後群の移動量が犬となり易く、前
玉径の増大やズーミングによる光束の位置の変化が特に
前群で大きく、後群に於ては変倍率に比例して光束と各
レンズエレメントと交叉する角度が変動し易く」、これ
を除くために各群のパワーしいては各レンズのパワーを
強めれば、■「レンズ構成要素の倒れなどによる収差変
動が厳しく、特にテレ側では前群に入射する光束の巾が
変倍率に比例して犬となるために収差の打ち消し合いが
厳しいレンズ、即ち敏感なレンズになり易い」ことが挙
げられる。

本発明では物体側より正の焦点距離ｆ１を有する第ルン
ズ群、負の焦点距離ｆＩＩを有する第■レンズ群（第１
変倍レンズ群）、正の焦点距離ｆｍを有する第■レンズ
群（第２変倍レンズ群）を設け、上記第■レンズ群の物
体側或は像側にズーミング時に移動しない正の焦点距離
ｆｘＩＩ’を有する第■レンズ群を含む場合もあり得る
レンズ構成に於て、第■レンズ群及び第■レンズ群の両
変倍レンズ群を光軸に沿って移動することにより両者が
同時に増倍となる様に変倍効果を分担し、かつ広角端を
基準位置としたときの任意焦点距離ｆｔｃ於げる第■レ
ンズ群及び第■レンズ群の移動量を各々ｘ１（イ）、Ｘ
Ｉげ）とした時、第■レンズ群の移動は ここに なる関係を満たすことを特徴とし、さらに広角端に於げ
る全系焦点距離をｆ３ を第１レンズ群、第１ｆレンズ
群の空気間隔を７Ｉ”Ｉ［、第■レンズ群と第■レンズ
群の間隔をｌ ｎ−Ｉｎとするときを満足することによ
り、前記２群タイプの欠点を除き、かつ広角度を含む高
変倍率ズームレンズ系を実現したものである。

以上のレンズの基本構成をわかり易くするために、上述
の配置を第１図・第２図ａ、ｂに示す。

第１図は（１）式の係数ｋＣｆ）が焦点距離ｆＶＣ関し
て変化する一般的な場合を示す。

第２図ａはｋ（ｆ）＝１．０の場合、ｂはｋげ）二〇の
特殊な場合を意味し、ａではｉＩレンズ群と第■レンズ
群が一体となって移動し、ｂでは第１レンズ群が固定で
あることを示す。

正のパワーの第■レンズ群を配置したことは、負のパワ
ーを有する第■レンズ群（第１変倍レンズ群）に変倍効
果を働かせるために有効であり、前述の所謂２群タイプ
に於いて負のパワーを有するレンズ群が全く変倍作用を
有しないことに比べて大きな特徴を有するのみならず、
条件（２）、 （３）。

（４）、 （５）を同時に満足することにより、上記第
１変倍レンズ群と第２変倍レンズ群が同時に増倍作用を
行うことが出来（同時増倍効果）、即ち変倍効果が効率
良く分担されるために前述の２群タイプの欠点［Ｆ］を
改善し、さらに第■レンズ群の収斂作用により、特にテ
レ側に於ける入射光束の巾が第■レンズ群の位置では減
少されるために前述の２群タイプの欠侭■を補うと同時
に、第■レンズ群の有効径が小さくできるために当該負
レンズ群の負のパワーを前記条件（３）のごとく小さく
することが可能となり、高変倍率ズームレンズを実現す
るのに有利となる。

正のパワーの第■レンズ群ヲ配置したことは全系焦点距
離をプラスにすると同時に、第■レンズ群の移動に伴う
第■レンズ群の像点位置の移動を第■レンズ群の物点と
して引き継いで第■レンズ群の像点位置を一定せしめる
動きをしながら両変倍レンズ群が同時増倍作用を行なう
ために有効である。

この同時増倍作用は高変倍率ズームレンズを実現するの
に極めて有効であり、この原理について第３図、第４図
を用いて説明する。

第３図ａは負レンズ（第■レンズ群すなわち第１変倍レ
ンズ群を示唆する）の増倍作用を示し、図の上から下へ
等倍位置を経過しながら増倍している。

とりあえず簡単のために物点を表わすＰ軌跡は直線即ち
固定としであるが、これは当該負レンズに先行する第１
レンズ群が固定であることを意味する。

破線で示す像点Ｑ−の軌跡は変倍率ｍ＝−１（等倍）を
境にして低倍側（■領域）では右へ、高倍側（■領域）
では左へ移動する。

第３図すは正レンズ（第■レンズ群すなわち第２変倍レ
ンズ群を示唆する）の増倍作用を示し、図の上から下へ
等倍位置を経過しながら増倍している。

像点の軌跡Ｑ＋は固定すなわち直線軌跡であるが、これ
は当該正レンズ通過後のピント位置が一定であることを
意味する。

破線で示す物点Ｐ＋の軌跡は変倍率ｍ十−−１（等倍）
を境にして低倍側（０領域）では右へ、高倍側（０領域
）では左へ移動する。

すなわちＰ十軌跡は第３図ａのＱ−軌跡と同様の傾向を
示す。

第３図ａ、ｂで説明した負レンズ及び正レンズを順次に
組み合わせ変倍率全構成することは同図に於ける負レン
ズの像点と正レンズの物点な一致させること、即ちＱ−
軌跡とＰ十軌跡を一致させることに他ならない。

しかるにこの組み合せにより当該負レンズ及び正レンズ
が同時増倍を実現するのは限られた条件の下でのみ成立
する。

同時増倍作用のための一つの解決法としては、当該負レ
ンズ及び正レンズが同時に等倍位置、即ちｍ＝ｍ＋＝−
１なる配置をとることによシＱ−軌跡とＰ十軌跡を一致
させればよい。

この思想はすでに特公昭５１−１２４２４号公報などに
より一般に乗り移り型と呼ばれる公知のものであるが、
本発明の主旨とするスチルカメラ用広角ズームレンズ系
にとっては、各群のパワーが強くなり易く、収差補正上
好ましくなく、この配置は用いない。

同時増倍作用のための残る組み合せは、第３図ａｙｂに
於ける（ｉゆ領域とＯ領域、或はＧ）■領域とＯ領域で
組み合せれば、前記Ｑ＋ｌＰ＋両軌跡が同一方向、即ち
（ｉ）では右方向、（ｉｉ）では左方向の移動なので、
いずれの場合も同時増倍となる。

上記（ｉ）、 （ｉｉ）以外の組み合せでは、例えば（
ｉｉｉ）■領域とＯ領域、或は（ｉａ領領域■領域では
Ｑ−。

Ｐ千両軌跡が逆方向なので、当該負レンズ及び正レンズ
は一方増倍、他方増倍を余儀なくされ、ズーム効果の少
ないレンズ系が実現されるつまらぬ結果を与える。

以上の観点から本発明では上記（ｉ）の■領域と０領域
を広画角ズームレンズ系で高変倍率を実現するために用
いている。

しかるに、上記伍）のＢ領域とＯ領域の組み合せでは各
群のパワーがゆるくなり、レンズ全長が長くなるので広
画角を包括する本発明のものには不適当である。

さらに次のような考え方で同時増倍の条件を発展的に見
出している。

即ち当該レンズが０，０両領域をとり、より以上の高変
倍を実現させながら当該負レンズかの領域を移動する場
合には、Ｐ＋軌跡がｍ−ニー■の位置で戻り点があるた
めに、負レンズは増倍から減倍へＵターンを余儀なくさ
せられる。

これは正レンズの増倍効果を打ち消すので好ましくない
。

これを避けるためには第■レンズ群に移動を与え】１わ
ち第４図のように第■レンズ群即ち当該負レンズ群のＰ
−軌跡に変形を与えることにより、Ｑ−軌跡に新しい戻
り点を与える可能性が生じ、前記Ｐ＋軌跡の戻り点と同
時に結合することにより同時増倍効果が得られる。

以上の観点より第１レンズ群に移動を与えることも同時
増倍効果に有効であることを見出している。

これを具体的に式で表現したものが条件式（１）である
。

即ち第２図ａｔｂで説明したようＶＣｋ（ｆ）＝１は第
１レンズ群と第■レンズ群の同一の動キを意味し、ｋ（
ｆ）＝Ｏは第１レンズ群の固定を意味するが、特に不等
式の中間に於いてｋ（ｆ）が焦点距離ｆの変化に対して
不等式（１）の範囲内で移動することは、上記同時増倍
効果の他に、ズームレンズ系に必要な２つの独立な動き
の他に１つの動きが増加したことを意味するため、収差
補正の最適量化過程に於てより多くの自由度を確保し、
特にズーミングによる非点収差のバランスをよくするた
めに有効である。

上限匝を越えることは、第■レンズ群の移動量が物体側
へ犬となるため、テレ側では全長が長くなり、ワイド側
では非点収差のズーミングによる変動が大きくなり易く
出恨瞳に留めるのが良い。

下限匝を越せば高変倍率の確保が難しく、本発明の主旨
の範囲外である。

さらにレンズ構成に於いて第■レンズ群の物体側又は像
側に正の焦点距離を有する第■レンズ群を固定群として
含むことは、第■レンズ群のノくワーの一部を分担し第
■レンズ群の度をゆるくする効果の他に、物体側に配置
した場合は第■レンズ群の度をゆるくする効果の他に、
物体側に配置した場合は第■レンズ群への入射光束巾を
狭くする効果により、マジナル光線が光軸から大きく離
れ収差変動が大きくなることを防ぎ、像側に配置した場
合はテレ側に於て周辺部結像光束が光軸から離れた位置
を通過するため糸巻型歪曲収差の補正やオーバーの倍率
色収差の補正に有効である。

また第ばレンズ型の存在は前記第３図、第４図を用いて
行った説明には大きな差異をもたらさないために同様の
説明の繰り返しは避ける。

条件（２Ｌ （３）、（４）、 （５）ま第３図、第４
図を用いて解説した様に第■群に■領域を適用し、さら
に広角ズームを適切に実現するために必要である。

（２）は第■レンズが適切な変倍量を確保するのに必要
である。

さらにこの範囲で（３）を満足することは第■群を低倍
１［有］領域で働かさせるために必要であり、下限は収
差補正上の限界点、上限は第■レンズ群の負担を大きく
し、即ちその移動量を大きくすることを防ぐ意味を持つ
。

（４）は上限［直を越せば第■レンズ群の負のパワーを
より強くして低倍側■領域を使用することとなり収差補
正上困難である。

５は高変倍率を得るための第■レンズ群、第■レンズ群
の移動空間を下限で確保し、上限は第■レンズ群の大型
化を避けるものである。

以上により本発明の主旨を効果的に実現せしめるための
基本的要件を説明した。

次に適用例について説明する。

物体側より順次に、正の焦点距離ｆ１ を有する第■レ
ンズ群は、像側に強い負のパワーを有する負レンズ、物
体側に強い正のパワーを有する１枚或は２枚の正レンズ
が続き、負レンズは次の正レンズと接合して構成され、
前記負レンズのアツベ数をν１ 、前記正レンズの屈曲
率の平均［直をｎ工とし、続いて負の焦点距離ｆＩ［を
有する第■レンズ群は、像側に強い負のパワーで曲率半
径ｒａなる負のパワー面を有する負レンズ、続いて像側
の曲率半径がｒｂなる負のパワーの面を有スる負レンズ
、物体側の曲率半径がｒｃなる正のパワーの面を有する
正レンズにより構成され、当該第■レンズ群の負レンズ
のアツベ数の平均匝なりＩＩＮ正レンズのアツベ数をν
とし、続いて正の焦ｐ 点距離ｆｍを有する第■レンズ群は、正負正の配置のレ
ンズ群で、物体側の正レンズ群は物体側より２５至３枚
の正レンズ、続いて負レンズ群は１枚の負レンズでその
像側の負のパワーを有する面の曲率半径をｒｄとし、続
いて正レンズ群は１５至２枚の正レンズにより構成され
、 なる基本構成を満足し、さらに第１の適用例は、第■レ
ンズ群と第■レンズ群が一体となって移動し、第■レン
ズ群はこれとは独立に移動する形式を有するもので即ち
条件式（１）に於いてｋ（ｆ）＝１．０が全ズーミング
領域で満たされるもの。

第２の適用例は、第１レンズ群、第■レンズ群、第■レ
ンズ群が各々独立な移動形式をとるもので、第■レンズ
群は前記条件式（１）の不等式が全ズーム領域で満足す
る様に移動するもの。

第３の適用例は、前述第１レンズ群、第■レンズ群、第
■レンズ群の他に、正の焦点距離ｆＩ′を有する第■ル
ンズ群が第■レンズ群の物体側に配置され、全ズーム領
域で移動しないものとし、第１レンズ群は固定配置をと
り、即ち条件式（１）Ｋ於いてｋ（ｆ）二〇が全ズーム
領域で満たされ、第■レンズ群、第■レンズ群が独立に
移動し、 を満足するもの。

第４の適用例は、第１の適用例と同様の移動形式に釦い
て、さらに第■レンズ群の像側に全ズーム領域で移動し
ない正の焦点距離ｆ、ｎを有する第ぽレンズ群を配置し
、 を満足するものである。

第１レンズ群に於いては、ここで発生する諸収差がこれ
より像側のレンズ群による大きな変倍作用によりズーム
範囲内で変化するため、第■レンズ群内での諸収差を比
較的少ない直に留めることが必要であり、先ず負レンズ
を配し、ここに条件（６）を課すことにより、色収差な
全系で補正したときの残存２次スペクトルを最小に留め
るために必要で、条件（７）は非点収差、コマ収差の変
動を少なくするために必要である。

第■レンズ群に於いては、この群に課せられた大きな変
倍作用を満たすために強い負のパワーを有するが、一方
では収差の発生を群内で比較的少ない随に留めることが
必要であり、条件（８）、 （９）を満足するように負
負正の順に各レンズを配置することにより、オーバーの
球面収差の発生を少ない［直に留めながら諸収差のバラ
ンスを良くしている特に条枳９）は正レンズの物体側の
面で球面収差をアンダ一方向に補正しつつ、特にテレ側
でのコマ収差の発生を押え、不足する負のパワーを条件
式（８）なる様に物体側負レンズの像側の面に負担させ
、全ズーム領域で非点収差、歪曲収差のバランスもとっ
ている。

条件（１０）は第■レンズ群で発生する色収差を最小に
苗めるのに有利である。

第■レンズ群に於いて物体側に正レンズ群を記したのは
、ズーミングによる球面収差の変動を押えるためであり
、当該正レンズ群で発生するアンダーの非点収差は、こ
れに続く負レンズにより除去され、特に条件（１１）を
満たすように負レンズの形状を定めることによりこれが
最も有効に行われ、さらに条件（１１）の下限［箇以上
の領域に於いて像側に配置される正レンズ群での収差補
正が有効となる。

特に歪曲収差、非点収差のバランスは最終正レンズ群を
配置することにより除去される。

さらに上記第■レンズ群の物体側或は像側に正の焦点距
離ｆＩＩＩ′を有し条件（１１）を満足する正レンズを
配置することは、物体側に配置すること（第３の適用例
）は全ズーム領域での球面収差の変動を少なくするため
に、像側に配置することは全ズーム領域での歪曲収差、
像面湾曲収差をバランスするために有効である。

以下実施例を示す。

前記第１の適用例は実施例１ 前記第２の適用例は実施例２．実施例３．実施例前記第
３の適用例は実施例５ 前記第４の適用例は実施例６ に示される。

ここでｒはレンズ面の曲率半径 ｄはレンズ面間隔 ｎはレンズのｄ−１ｉｎｅの屈折率 νはレンズのアンベ数 ｆｓは広角端に於げる全系焦点距離 ｆ□は第１レンズ群の焦点距離 ｆＩＩ は第■レンズ群の焦点距離 ｆｘｘは第■レンズ群の焦点距離 、ｆｍ’は第催レンズ群の焦点距離 実施例 １ ※ｔエ ・□は広角側に於ける第１レンズ群と第■レン
ズ群の間隔 ｔＩ■°■■は広角側に於ける第■レンズ群と第■レン
ズ群の間隔 を示し、さらに各レンズ群の変倍率も表示しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なレンズの基本構成を説明するための図
。 第２図ａｔｂはレンズの基本構成が特殊な配置の場合を
説明するための図。 第３図ａ。ｂ、第４図は変倍時に於ける同時増倍作用を
説明するための図。 第５図５至１０図は各々実施例１乃至６の広角端に於け
るレンズ断面図及びレンズ群の移動を示す図。 第１１図乃至第１６図は各々実施例１乃至実施例６のａ
広角、ｂ中間、Ｃ望遠側に於ける収差図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体側より、正の焦点距離ｆ□を有する第ルンズ群
   、負の焦点距離ｆ、を有する第■レンズ群（第１変倍レ
   ンズ群）、正の焦点距離ｆｍを有する第■レンズ群（第
   ２変倍レンズ群）を設けるレンズ構成に釦いて、第■レ
   ンズ群と第■レンズ群即ち第１変倍レンズ群と第２変倍
   レンズ群を光軸に沿って移動することにより、両変倍レ
   ンズ群が同時に増倍（ただし同時等倍は除く）となる様
   に変倍効果を分担し、かつ広角端に於ける各レンズ配置
   を基準位置に選んだ時の任意焦点距離ｆに於ける第ルン
   ズ群と第■レンズ群の移動量を各各ｘ■（ｆ）−Ｘｍ（
   ｆ）とした時、第ルンズ群の移動はなる関係を満たすよ
   うに移動（或は固定）することを特徴とし、さらに広角
   端に於げる全系焦点距離をｆ８．第ルンズ群と第■レン
   ズ群の空気間隔をｔ工ｔＩＩｌ第■レンズ群と第■レン
   ズ群の空気間隔をｚＩＩｊＩ［Ｉとするとき を満足する高変倍率を有する広角ズームレンズ系２、特
   許請求の範囲第１項記載の広角ズームレンズ系に於いて
   、第■レンズ群の物体側或は像側にズーミング時に移動
   しない正の焦点距離ｆｍ′を有する第征レンズ群を配置
   し、第ぽレンズ群と第■レンズ群のＷ変倍率が第■レン
   ズ群と同時に増倍する事を特徴とし、広角端に於ける第
   ■レンズ群と第■レンズ群の間隔をｔｒｘ、ｎＩとする
   とき、上記条件を満足する広角ズームレンズ系。 ３ 物体側より順次に、正の焦点距離ｆ□を有する第ル
   ンズ群は、像側の面が強い負のパワーを有する負レンズ
   、物体側の面が強い正のパワーを有する１枚或は２枚の
   正レンズが続き、上記負レンズは次の正レンズと接合し
   て構成され、前記負レンズのアツベ数をν１ 、前記正
   レンズの屈折率の平均［直をｎ□ とし、続いて負の焦
   点距離ｆＩＩを有する第■レンズ群は、像側の曲率半径
   ｒａなる負のパワーの強い面を有する負レンズ、続いて
   像側の曲率半径がｒｂなる負のパワーの面を有する負レ
   ンズ、物体側の曲率半径がｒｅなる正のパワーの面を有
   する正レンズにより構成され、当該第■レンズ群の負レ
   ンズのアツベ数の平均呟をν謝正レンズのアツベ数をν
   Ｉ［Ｐ とし続いて正の焦点距離ｆＩＩ［を有する第■
   レンズ群は正負正の配置のレンズ群で、物体側の正レン
   ズ群は物体側より２５至３枚の正レンズ、続いて負レン
   ズ群は１枚の負レンズでその像側の負のパワーを有する
   面の曲率半径をｒｄとし、続いて正レンズ群はｌ５至２
   枚の正レンズにより構成されるレンズ構成に於いて、ズ
   ーミングに際しては上記第■レンズ群、第■レンズ群が
   各々独立に移動し、かつ広角端に於ける各レンズ群の配
   置を基準位置に選んだ時の任意焦点距離ｆに於ける第ル
   ンズ群と第■レンズ群の移動量を各々Ｘ１（ｆ）、ｘｙ
   ｌ （ｆ）とした時、第■レンズ群は なる関係を満たすように移動（或は固定）することを特
   徴とし、さらに広角端に於げる全系焦点距離をｆ８ と
   するとき を満足する収差補正良好な高変倍率を有する広角ズーム
   レンズ系。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の広角ズームレンズ系に
   於いて、第■レンズ群の物体側或は像側にズーミング時
   に移動しない正の焦点距離ｆ■′を有する第■レンズ群
   を配置し、上記条件を満足すると共に、第ぽレンズ群は
   １枚の正レンズより構成され、第１１１’レンズ群を第
   ■レンズ群の物体側に含む時 像側に含む時 を満足する広角ズームレンズ系。