JP3376171B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビカメラ、ビデオカ
メラ、写真用カメラ等に好適なズームレンズに関し、特
に第１群中の一部のレンズ群でフォーカスを行なう、所
謂インナーフォーカス式を用いた至近物体距離の短い広
角端のＦナンバー１．７、ズーム比１３〜４４程度の大
口径、高変倍比のズームレンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりテレビカメラ等のズームレンズ
にはテレビカメラの小型化に伴い、レンズ系全体が小型
で、しかも大口径比、高変倍比のものが要望されてい
る。

【０００３】ズームレンズとして変倍レンズ群より物体
側に位置するレンズ群によりフォーカシング（合焦）を
行う方式では、ズーミング（変倍）とフォーカシングが
独立に行えるため、移動のための機構を簡略化でき、ズ
ーミングによるピント移動が生じず、一定の物体距離に
対してはズーム位置に依らず一定の繰り出し量でフォー
カシングを行えるという特長を有している。

【０００４】このようなズームレンズのうち物体側から
順に合焦用の正の屈折力の第１群（合焦レンズ群）、変
倍用の負の屈折力の第２群（変倍レンズ群）、変倍に伴
って変動する像面を補正する為の正又は負の屈折力の第
３群（補正レンズ群）、開口絞り、そして結像用の正の
屈折力の第４群（リレーレンズ群）の４つのレンズ群よ
り成る所謂４群ズームレンズにおいて、第１群中の一部
のレンズ群を移動させてフォーカスを行なう、所謂イン
ナーフォーカス式を採用したものが、例えば特公昭５９
−４６８６号公報で提案されている。

【０００５】同公報では第１群を負の屈折力の第１１
群、正の屈折力の第１２群そして正の屈折力の第１３群
の３つのレンズ群より構成し、無限遠物体から至近距離
物体にかけてのフォーカスを第１２群を像面側へ移動さ
せて行なっている。

【０００６】又、特開昭５２−１０９９５２号公報、特
開昭５５−５７８１５号公報、特開昭５５−１１７１１
９号公報、特公昭６１−５３６９６号公報、特公昭５２
−４１０６８号公報等では、４群ズームレンズにおいて
第１群を複数のレンズ群に分割し、そのうち最も物体側
のレンズ群をフォーカシング時に固定とし、それより後
方の像面側のレンズ群の一部をフォーカシング時に移動
させるインナーフォーカシングとしている。

【０００７】又、特開昭５２−１２８１５３号公報では
第１群を２つのレンズ群に分割し、その２つのレンズ群
の間隔を無限遠物体から有限距離物体へのフォーカシン
グに際し、大きくなるように移動させフォーカシングを
行っている。

【０００８】一般にインナーフォーカス式のズームレン
ズは第１群全体を移動させてフォーカスを行なうズーム
レンズに比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系
全体の小型化が容易となり、又近接撮影、特に極近接撮
影が容易となり、更に比較的小型計量のレンズ群を移動
させて行なっているのでレンズ群の駆動力が小さくてす
み、迅速な焦点合わせができる等の特長を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ズームレンズにおいて
大口径比（例えばＦナンバー１．７〜３．３）、高変倍
比（例えば変倍比１３〜４４程度）で、しかも全変倍範
囲及び全フォーカス範囲にわたり高い光学性能を得るに
各レンズ群の屈折力（パワー）やレンズ構成、そして色
消分担等を適切に設定する必要がある。

【００１０】一般に全変倍範囲及び全フォーカス範囲に
わたり収差変動が少なく高い光学性能を得るには、例え
ば各レンズ群のパワーを小さくして各レンズ群で発生す
る収差量を小さくするか、各レンズ群のレンズ枚数を増
加させて収差補正上の自由度を増やすことが必要となっ
てくる。このため大口径比で高変倍比のズームレンズを
達成しようとすると、どうしても各レンズ群間の空気間
隔が大きくなったり、レンズ枚数が増加するなどして、
レンズ系全体が重厚長大化してくるという問題点が生じ
てくる。

【００１１】又、最近の放送用ズームレンズにおいて
は、より広角化、より高変倍比化が望まれており、更に
近距離性能の向上やＭ．Ｏ．Ｄ（最短撮影距離）の短縮
が、仕様上、映像効果上、重要な要素の１つとなりつつ
ある。

【００１２】しかしながら、放送用ズームレンズにおい
てはフォーカシングによる諸収差の変動、特に球面収
差、軸上色収差、非点収差等の変動が顕著で光学性能を
良好に維持するのが大変難しかった。このときの収差変
動は、一般に焦点距離が大きい程、Ｆナンバーが小さく
大口径比な程、そしてＭ．Ｏ．Ｄが短い程、大きくなる
傾向があった。

【００１３】前述のフォーカシング方式についていえ
ば、特開昭５２−１０９９５２号公報、特開昭５５−５
７８１５号公報、特開昭５５−１１７１１９号公報のズ
ームレンズでは収差補正上、第１群の構成レンズ枚数が
多いため、レンズ全系が大型化、複雑化し、重量も重く
なってしまう。

【００１４】特公昭６１−５３６９６号公報のズームレ
ンズでは、第１群は比較的簡易な構成となっているが、
無限遠フォーカス時の第１群と変倍レンズ群との空気間
隔が大きく開いており、更に近距離フォーカス時に負の
屈折力のフォーカス群が像面側へ移動するため、広角側
での軸外光線の高さが第１群にて高くなり、レンズ系が
大型化してしまう。

【００１５】第１群の繰り出し方式のズームレンズで
は、第１群は比較的簡易な構成にでき小型化に適する
が、特にフォーカシングによる球面収差、軸上色収差の
変動が大きくなってくる。例えば、近距離フォーカスに
なるにつれて球面収差はアンダーへ倒れ、軸上色収差も
アンダーとなる。

【００１６】以下にこのときの収差変動のメカニズムに
ついて説明する。

【００１７】図３３は第１群を負の屈折力の第１１群Ｌ
１１と正の屈折力の第１２群Ｌ１２で構成したときの薄
肉近軸系の説明図である。図３４は４群ズームレンズに
おける代表的な第１群Ｌ１のレンズ断面図である。

【００１８】図３３において、実践が無限遠物体フォー
カス時の位置、点線がＭ．Ｏ．Ｄ時の位置である。実践
で示す無限遠フォーカス時の近軸光線の第１１群と第１
２群への入射高を各々ｈａ，ｈｂ、第１１群と第１２群
間の傾角をａ、点線で示すＭ．Ｏ．Ｄ時の近軸光線の第
１群と第２群への入射高を各々ｈａ′，ｈｂ′、第１１
群と第１２群間の傾角をａ′とするとａ′＜ａであるか
ら、 ｈｂ−ｈａ＜ｈｂ′−ｈａ′ である。

【００１９】ここで３次収差理論では軸上色収差の３次
収差係数Ｌは近軸光線高ｈの２乗に比例し、球面収差の
３次収差係数Ｉは近軸光線高ｈの４乗に比例する。この
フォーカス方式では無限遠物体時よりＭ．Ｏ．Ｄ時の方
が係数Ｌはプラス方向に大きくなるため軸上色収差はア
ンダーへ、係数Ｉも同様にプラス方向に大きくなるため
球面収差もアンダーへ変動する。

【００２０】特公昭５２−４１０６８号公報のズームレ
ンズでは、図３６に示すように第１群を２つのレンズ群
に分割し、そのうち物体側の第１１群Ｌ１１に略ノーパ
ワーの弱い負の屈折力を持たせフォーカシングに際し固
定とし、像面側の正の屈折力の第１２群Ｌ１２を移動さ
せることによりフォーシングを行なっている。

【００２１】これを第１１群と第１２群の薄肉近軸系と
し図３５に示す。図３５に示すように第１２群について
は、その主点の移動として示している。

【００２２】実線が無限遠物体のフォーカス時の近軸光
線で、このときの第１１群、第１２群への入射高を各々
ｈｆ，ｈｍ、点線で示すＭ．Ｏ．Ｄ時の金属光線の第１
１群と第１２群への入射高を各々ｈｆ′，ｈｍ′とすれ
ば図３３（第１群繰り出し方式）と比較して、 ｈｂ−ｈａ＜ｈｍ−ｈｆ ｈｂ′−ｈａ′≒ｈｍ′−ｈｆ′ である。

【００２３】従って同公報のズームレンズによれば、第
１群の繰り出し方式に比べて、無限遠時からＭ．Ｏ．Ｄ
時までの３次の球面収差係数Ｉ及び軸上色収差係数Ｌの
変化量を小さくすることが可能となる。よって第１群の
繰り出し方式よりも、フォーカシングによる球面収差、
軸上色収差の変動を減少させることができる。しかしな
がら依然として、その変動量は満足できるものではな
く、更なる改善が望まれている。

【００２４】特開昭５２−１２８１５３号公報のズーム
レンズでは、第１群を２つのレンズ群に分割し、その双
方をフォーカシング時に移動させ、その２つのレンズ群
の間隔を近距離フォーカスになるに従い大きくすること
により主に周辺性能を改善している。しかし、実施例に
よると近距離フォーカス時に球面収差もアンダーに倒れ
ており、中心性能は逆に悪化している。

【００２５】このことに加えて一般に最近のユーザーの
要望であるズームレンズ全体の小型軽量化を達成しつつ
高仕様化を図るには各レンズ群の屈折力やレンズ構成を
適切に設定する必要がある。特に４群ズームレンズにお
いては、レンズ全系の大きさと重量を最も左右する第１
群（前玉群）が分担する屈折力とレンズ群の明るさは重
要な要素になっている。

【００２６】更には、ハイビジョンのような高精細な放
送方式において、ズーム，フォーカス全域にて高い光学
性能を得るためには、特にズームの望遠側やフォーカス
による収差変動を抑制しなければならない。このうち特
に軸上色収差や倍率色収差の変動や収差量の絶対値その
ものを極力抑制しなければ高い解像力を得ることができ
なくなってきている。このため、望遠端側の収差やフォ
ーカスによる収差に大きく関与する第１群（前玉群）を
いかに構成させるかが重要な要素となってきている。

【００２７】そして、本発明は４群ズームレンズを構成
するフォーカス用の第１群の一部のレンズ群を光軸上移
動させてフォーカスを行なうインナーフォーカス方式を
採用しつつ、大口径化及び高変倍化を図る際、各レンズ
群のレンズ構成を適切に設定することにより、変倍及び
フォーカシングに伴う球面収差、色収差等の諸収差の変
動を減少させ、全変倍範囲及び全フォーカス範囲にわた
り高い光学性能を有した広角端のＦナンバー１．７程
度、変倍比１３〜４４程度の大口径比かつ高変倍比のズ
ームレンズの提供を目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明のズーム
レンズは、物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群、
変倍用の負の屈折力の第２レンズ群、変倍に伴う像面変
動を補正する正又は負の屈折力の第３レンズ群、そして
結像作用を有する第４レンズ群とを有したズームレンズ
において、該第１レンズ群は合焦時固定の前群と無限遠
物体から至近物体への合焦時に物体側へ移動する後群と
から成り、前記前群は少なくとも１つの負レンズＬＮ１
１と少なくとも１つの正レンズＬＰ１２の独立した２つ
のレンズを有し、前記後群は、物体側より１番目あるい
は２番目に配置される少なくとも１つの負レンズＬＮ２
１と少なくとも２つの正レンズを有しており、前記後群
の焦点距離をＦｃ１２、前記負レンズＬＮ１１と正レン
ズＬＰ１２の材質のアッベ数を各々ν_11N ，ν_12P 、前
記負レンズＬＮ２１の焦点距離と材質のアッベ数を各々
ｆ２１，ν_21N としたとき ν_11N −ν_12P ＜−５５…（１） ν_11N −ν_21N ＜−１０…（２） −６．５＜ｆ２１／Ｆｃ１２＜−３．５…（３） なる条件を満足することを特徴としている。

【００２９】その他本発明の請求項２では、前記負レン
ズＬＮ２１の材質のうち、ｄ線（波長５８７．５６ｎ
ｍ）、ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ），Ｆ線（波長４８
６．１３ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）のもの
を各々ｎｄ，ｎｇ，ｎＦ，ｎｃとしたとき、 Ｐｇｄ＝（ｎｇ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎｃ）＜１．３６−０．００２０８×ν₂₁… （４） なる条件を満足すること、前記負レンズＬＮ２１の物体
側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々ｒａ，ｒｂとし
たとき、

【００３０】

【外３】 なる条件を満足すること、望遠端における全系の焦点距
離とＦナンバーを各々ＦＴ，ＦＮＴ、該第１レンズ群の
焦点距離をＦ１としたとき、 １．０＜ＦＮ１＜１．７…（６） 但し、ＦＮ１＝Ｆ１／（ＦＴ／ＦＮＴ） ０．９＜Ｆ_C12 ／Ｆ１＜１．１…（７） なる条件を満足すること、前記第１１群の第ｉ番目のレ
ンズの焦点距離と材質のアッベ数を各々ｆ１１ｉ，ν１
１ｉ，前記第１２群の第ｉ番目のレンズの焦点距離と材
質のアッベ数を各々ｆ１２ｉ，ν１２ｉとしたとき

【００３１】

【外４】 なる条件を満足することを特徴としている。

【００３２】

【実施例】図１，図２，図３，図４は各々本発明の数値
実施例１，２，３，４の広角端におけるレンズ断面図で
ある。図５〜図１１は本発明の数値実施例１の収差図、
図１２〜図１８は本発明の数値実施例２の収差図、図１
９〜図２５は本発明の数値実施例３の収差図、図２６〜
図３２は本発明の数値実施例４の収差図である。

【００３３】図１〜図４において、Ｆは正の屈折力の第
１レンズ群（前玉レンズ群）であり、固定の前群Ｆ１１
とフォーカス用の正の屈折力の後群Ｆ１２の２つのレン
ズ群より成っている。前群Ｆ１１は少なくとも１つの負
レンズＬＮ１１と、少なくとも１つの正レンズＬＰ１２
の独立した２つのレンズを有している。後群Ｆ１２は物
体側より１番目あるいは２番目に配置される少なくとも
１つの負レンズＬＮ２１と、少なくとも２つの正レンズ
を有している。無限遠物体から至近距離物体へのフォー
カスは後群Ｆ１２を物体側へ移動させて行なっている。

【００３４】Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力の
バリエータであり、光軸上像面側へ単調に移動させるこ
とにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変
倍を行なっている。第２群Ｖは変倍の際に結像倍率が等
倍（−１倍）を含む領域内で変化させている。

【００３５】Ｃは第３群としての正又は負の屈折力のコ
ンペンセータであり、変倍に伴う像面変動を補正するた
めに移動している。ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての正
の屈折力のリレー群である。Ｇは色分解プリズムや光学
フィルター等であり、同図ではガラスブロックとして示
している。

【００３６】一般に４群ズームレンズにおいて最も物体
側の第１群全体で焦点合わせを行なう、所謂前玉フォー
カス方式は各焦点距離において同一物体距離に対しては
第１群の繰り出し量が一定となるため、レンズ鏡筒構造
が簡単になるという特長がある。

【００３７】しかしながら第１群が正の屈折力を有し、
広画角を含むズームレンズにおいては広角端において至
近距離物体に焦点合わせをする際、第１群が物体側へ移
動するため軸外光束を確保するために第１群の有効径が
増大し、また比較的重量の重い第１群を移動させるため
駆動トルクが増大し、迅速なる合焦が難しくなってく
る。

【００３８】そこで本発明においては前述の構成を有
し、かつ条件式を満足するズームレンズにおいて、無限
遠物体から至近距離物体への焦点合わせを前群Ｆ１１を
固定とし、後群Ｆ１２を物体側へ移動させて行なうイン
ナーフォーカス方式を採用することによって第１群Ｆの
レンズ有効径の増大を防止し、レンズ系全体の小型化を
図り、更に至近距離の短縮化を図っている。

【００３９】更にこの固定の前群Ｆ１１は物体側より順
に少なくとも１つの負レンズＬＮ１１と比較的小さな空
間間隔を隔てて少なくとも１つの正レンズＬＰ１２とに
より構成している。

【００４０】この固定の前群Ｆ１１においては、負レン
ズＬＮ１１と正レンズＬＰ１２の材質のアッベ数の差を
条件式（１）の如くその差を大きく、又前群の負レンズ
ＬＮ１１と後群の負レンズＬ２１のアッベ数の差を条件
式（２）の如く負レンズＬ２１のアッベ数を大きく設定
している。これによりズーミング或いはフォーカシング
による色収差の変動を良好に補正している。

【００４１】加えて、負レンズＬＮ１１と正レンズＬＰ
１２を接合レンズとすることをせず、比較的小さな空気
間隔を隔てて配置している。この空気間隔を挟んだ負レ
ンズＬＮ１１の像面側のレンズ面の曲率半径と正レンズ
ＬＰ１２の物体側のレンズ面の曲率半径により成る空
間、所謂空気レンズは略等しい曲率半径が物体側に凸状
の正メニスカスレンズ形状に構成している。

【００４２】この空気レンズを構成することにより、 （ａ）設計の自由度が増加することにより、収差補正の
分担が軽減される。 （ｂ）各収差の急激な加減ができるため、特に高次収差
のコントロールが簡易となる。 （ｃ）負レンズＬＮ１１が離れるため、前玉レンズ群の
主点を押し出すため小型化に寄与する。 等の効果を引き出している。

【００４３】更にフォーカス移動群である後群Ｆ１２
は、物体側より１番目あるいは２番目に配置される少な
くとも１つの負レンズと少なくとも２つの正レンズを有
しており、高変倍及び短いＭＯＤに対応して高い光学性
能を得るために、球面収差、非点収差、歪曲収差及び色
収差等の変動を補正する必要最小限の設計自由度により
構成している。

【００４４】又、条件式（３）の如く後群の負レンズＬ
Ｎ２１の焦点距離を定めて、フォーカシング時の収差変
動を抑制するようにしている。

【００４５】条件式（３）の上限値を越えフォーカス移
動群である後群の焦点距離Ｆｃ１２が大きくなると、合
焦作用による繰出し量が増大する。このため前玉レンズ
群Ｆ内のデッドスペースが増え、ズームレンズの大きさ
や重量を左右する前玉レンズ群全体が大型化してしま
う。逆に、下限を越え後群の焦点距離Ｆｃ１２が小さく
なると、前玉レンズ群全体は小型化が図れるものの、後
群Ｆ１２を構成する各レンズエレメントの曲率半径が急
激に小さくなるため、ズーミングやフォーカシングによ
る収差変動を補正することが困難となってくる。

【００４６】以上の構成のもとで、本願発明の目的は達
成されるが、このことに加え、各レンズエレメントに用
いる材質にも留意して極めて高い光学性能を得るように
している。例えばＣ線、Ｆ線のような２つの波長につい
て１次の色消しをした場合は、２次スペクトルが残存す
る。この１次の色消しに対して例えばｇ線まで含んだ３
つの波長について色補正されたレンズをアポクロマート
と言うが、このアポクロマートを達成するためには、正
レンズと負レンズより構成し、それらのアッベ数を大き
く離したことによる色収差補正の１次の色消しに加え
て、部分分散の値が揃っている材質を用いることが必要
となる。

【００４７】ここで部分分散比とは主分散ｎ_F −ｎ_c に
対する任意の２つの波長λ₁ ，λ_２の部分分散

【００４８】

【外５】 の比のことである。

【００４９】Ｃ線、Ｆ線、ｇ線の３点について色消しが
なされていれば色収差カーブは連続であるため、４００
ｎｍ〜７００ｎｍの可視域全般に対して残存色収差は非
常に小さくなる。

【００５０】そこで、第１レンズ群におけるレンズの材
質に関しては以下のように留意している。 （ｉ）前群については、前述の条件式のように近軸の色
消しが必要なことから、１次の色消しをするために正レ
ンズと負レンズのアッベ数の差を大きくしている。例え
ば正レンズはアッベ数が９０を越えるものを用いてい
る。代表的なものにホタル石などの高異常分散な材質を
用いている。これを逆に負レンズはアッベ数が小さいも
のを用いている。そのアッベ数の差は条件式（１）のと
おりである。しかしながらアッベ数が非常に小さく、な
おかつｇ線とｄ線の部分分散比Ｐｇｄがホタル石などの
高異常分散の材質に近いものがほとんど存在していない
のが現状である。 （ｉｉ）フォーカス移動群である後群は、物体側より１
番目あるいは２番目に負レンズを配置している。これ
は、望遠端で軸上光線入射高ｈが最も高くなる位置であ
るため、望遠端の軸上色収差を減らすための色消しを実
践するのに適した場所であることが理由にある。

【００５１】そこで、負レンズの部分分散比Ｐｐｄを条
件式（４）のように制限している。これは、負レンズと
小さな空気間隔であるいは接合という形で隣接する正レ
ンズにアッベ数が６０以上で、部分分散比が比較的大き
いものを用い、負レンズの部分分散比がそれとなるべく
揃うような色消しの組合せにすることにより、望遠端の
色消しにおいて最大の効果を挙げている。

【００５２】また条件式（４）の上限値を越えると正レ
ンズと負レンズの部分分散比の差が著しく大きくなって
くるため、望遠端での２次スペクトルの削減の効率が悪
化する傾向となる。 （ｉｉｉ）後群の負レンズと正レンズの組合わせに続く
正レンズは、同様にアッベ数が５４を越える材質を用
い、なおかつ、なるべく高屈折率である材質を用いてい
る。これは、望遠端の球面収差はもちろんのこと、広角
側の像面湾曲やディストーションなどの軸外収差を補正
するために曲率半径をなるべくゆるくするためや、前玉
群として主点を出すためである。

【００５３】本実施例では以上のように、前玉レンズ群
Ｆの光学配置及び制限条件を決定している。これらの光
学配置及び制限条件を満足することにより、所謂フロー
ティング効果を得ることができる。

【００５４】ここでフローティングとは、物体距離が変
化して合焦する際に移動するレンズ群内のある任意の空
気間隔を繰出しに応じて拡大、或いは縮小することによ
り、光線の通過する角度や高さを変化させて収差変動を
抑制するものである。

【００５５】このように本実施例では、前玉レンズ群Ｆ
を固定の前群Ｆ１１とフォーカス移動のための後群Ｆ１
２により構成し、パワー配置、レンズエレメントの材
質、収差分担を適切に設定して、ズーム全域及びフォー
カス全域での諸収差、特に球面収差と軸上色収差を良好
に補正している。

【００５６】尚、ν_１１，ν₁₂，ν₂₁に関しては複数存
在する場合にはその平均値として定義する。

【００５７】ところでフォーカス移動群である後群Ｆ１
２の中の負レンズＬＮ１２には、前述の条件（３）を満
足させるには比較的強い屈折力を持たせることは望まし
くない。こうした焦点距離のもとで、この負レンズのレ
ンズ形状は条件式（５）の範囲内に抑えることが収差補
正上好ましい。

【００５８】この条件式（３）と関連して条件式（５）
において、下限値を下回る場合には、後群の中の負レン
ズは、発散の屈折力が強く、中心部に比べて周辺部が非
常に厚いレンズ形状をしていることを示す。このような
場合には以下に挙げるデメリットが顕著になってくる。 （ｉ）前述の図３３〜図３６のフォーカス方式の比較で
説明したことに対し、フォーカス移動群に発散の屈折力
が強い負レンズが存在すると、近軸の光学配置では図３
５に示すインナーフォーカス方式であっても、フォーカ
ス固定群を出射する角度αが小さくなり、ｈｍ−ｈｆと
ｈｂ−ｈａの差が小さくなってしまう。故に、インナー
フォーカス方式を採用しながらも収差変動を小さくする
ことが困難となる。 （ｉｉ）フォーカス移動群の中に発散の屈折力が強い負
レンズが存在すると、全体として正の屈折力を有する第
１群の像側主点を押し出すことが困難となるため、近軸
での光学配置の時点からデッドスペースが増えてしま
い、小型化ができなくなる。 （ｉｉｉ）周辺部の厚みが厚くなりすぎると、広角側で
フォーカス移動群の有効口径をいっぱいに通過する軸外
光線ｈの高さが非常に高くなるため、前玉径が大きくな
り、小型化が困難となる。

【００５９】逆に条件式（３）及び（５）において上限
値を上回る場合には、後群の中の負レンズは発散の屈折
力が非常に弱く、中心部と周辺部の厚みの差がほとんど
ない負レンズとなる。このような場合は、収差の打消し
のための作用がほとんど無くなり、デッドスペースを増
やすだけの存在になるばかりでなく、実際のレンズの加
工においては製造の難易度は飛躍的に高くなる傾向とな
る。

【００６０】次に本発明のズームレンズは１４倍から４
４倍程度のズーム比を有し、更にズーム全域にて大口径
化を実現するために、まず前玉レンズ群（第１群）Ｆに
条件式（６）を満足させている。これにより明るいレン
ズ系を用いている。下限値を越えると大口径化に対して
は望ましい方向となるが、収差補正を行うことが困難と
なってくる。上限値を越えると明るいズームレンズを得
ることが困難となる。

【００６１】又、この条件式の下で光学性能と第１レン
ズ群の小型化のバランスを考慮して、後群Ｆ１２の焦点
距離Ｆｃ１２を制限する必要がある。放送用ズームレン
ズのように高い光学性能を要求されるズームレンズにお
いては、無理な小型化を図って光学性能を低下させられ
ないため条件式（７）の制限範囲内に後群の焦点距離を
抑えるとよい。

【００６２】上限値を越えると、後群の光学的パワーが
弱くなりフォーカスの際の移動量が大きくなるととも
に、第１レンズ群の径が大型化してくる傾向にあり好ま
しくない。一方下限値を越えると後群の光学的パワーが
強くなり、球面収差並びに変動する諸収差の補正が困難
となる。

【００６３】ところで近軸領域で考慮すべき色消しにつ
いては前群Ｆ１１のみの色消しで充分であるが、しかし
ながら、実際にレンズを厚肉化する場合、特にインナー
フォーカス化においては、第１レンズ群Ｆ全体の厚みは
非常に大きくなるため、三次収差から厚肉化の誤差が大
きくなってしまう。そこで三次の領域からの誤差を補正
するための色消しが必要となり、条件式（８）〜（１
０）で規定している。ＥＦ，ＥＭは共に色消しの度合い
を示すパラメータであり、ＥＴ＝ＥＭ＝０であれば第１
群Ｆにおける色消しは充分なものとなり、望遠端での軸
上色収差の量は減少する。ＥＦ及びＥＭを０に近づける
手法として、 （ｉ）各レンズエレメントの焦点距離を大きくする。 （ｉｉ）各レンズエレメントの材質のアッベ数を大きく
する。 （ｉｉｉ）各群のレンズエレメントの構成を正レンズと
負レンズにより構成し、打消す。 ことが挙げられる。しかしながら、（ｉ）の項目はズー
ムレンズ全系の小型に相反する。（ｉｉ）の項目は材質
のアッベ数は実際には２０〜９５程度の幅しかなく、限
度がある。よって（ｉｉｉ）の項目が最も有効な手段と
なる。特にインナーフォーカス方式では前群Ｆ１１は従
来より負レンズと正レンズの組合せによりＥＦの値を０
に近づけることが比較的に容易であったが、フォーカス
移動群である後群は従来より複数の正レンズのみで構成
されており、ＥＭの値を０に近づけることが困難となっ
ていた。フォーカス移動群を正レンズのみで構成してい
た理由としては、１つはできるだけ小型化を図る狙いが
あったことと、もう１つは、特に望遠端で残存色収差
が、実使用上問題の少ないレベルであったからである。
しかしながら、ハイビジョンのような高精細な映像とな
ると、ズームレンズを使用する際の空間周波数は従来方
式の実に３倍にもなるため、特に望遠端の色収差を極限
まて補正する必要がある。そこで、前群Ｆ１１と後群１
２における色消しを条件式（８），（９）のように小さ
く補正しなければならない。

【００６４】条件式（１０）は第１レンズ群Ｆとしての
前玉群全体の色消しの度合い、即ち、前群と後群の色収
差の打ち消しを示すパラメータである。この条件式（１
０）の下限値を下回ることは前玉群における色消しの補
正不足となり、上限値を上回ることは逆に色消しの過剰
となり、いずれの場合にもバリエータ以降の光学系にお
いて、前玉群の色消しの過不足をキャンセルする補正の
ため、色消しの過不足が生じ、ズーム中間域での色収差
の変動が大きくなるなどの弊害が出てくる。これと同様
のことが前玉群内部にもあてまる。条件式（８）におい
て、ＥＦの値が下限値を下回ると、前玉群内の色収差を
打ち消すためには、フォーカス移動群の色消しＥＭは上
限値を越えて打ち消そうとする。このため、図３５でも
説明したように無限遠とＭＯＤにおける軸上光線入射高
ｈの変化に加えてフォーカス移動群が色消し不足となっ
ているため軸上色収差のフォーカスによる変動が大きく
なってしまう。

【００６５】逆に、条件式（８）においてＥＦの値が正
となると、フォーカス移動群Ｆ１２の色消しは負となる
必要性が出てくる。条件式（７）を満足しつつＥＭの値
を負にするためには非常に発散の屈折力の強い負レンズ
がフォーカス移動群に存在する必要が出てくる。

【００６６】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の
曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空
気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。数値実施例に
おいて、最終の２つ又は３つのレンス面はフェースプレ
ートやフィルター等のガラスブロックである。

【００６７】又前述の各条件式と数値実施例における諸
数値との関係を表−１に示す。

【００６８】非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直
方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、
Ｋ，Ａ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ ，Ａ₅ を各々非球面係数としたと
き、

【００６９】

【外６】 なる式で表わしている。

【００７０】

【外７】

【００７１】

【外８】

【００７２】

【外９】

【００７３】

【外１０】

【００７４】

【外１１】

【００７５】

【表１】

【００７６】次に本発明の各数値実施例の特徴について
説明する。

【００７７】図１に示す数値実施例１は１３倍を越える
ズーム比を有し、Ｒ１〜Ｒ１０は第１レンズ群Ｆ（フォ
ーカス群Ｆ）である。このうちＲ１〜Ｒ４はズーミン
グ、フォーカスに際して固定であり全体で負のパワー
（屈折力）を有するフォーカス固定群Ｆ１１である。Ｒ
５〜Ｒ１０は前群Ｆ１２で正のパワーを有する。Ｒ１〜
Ｒ１０によりバリエータＶに対する物点を結ぶ作用を有
する第１レンズ群Ｆ作用をなし、第１レンズ群Ｆ全体で
正のパワーを有する。

【００７８】Ｒ１１〜Ｒ１８は主に変倍に寄与し、ワイ
ドからテレへの変倍に際し、像面側へ単調に移動し、途
中で結像倍率−１倍（等倍）を通過するバリエータＶで
ある。Ｒ１９〜Ｒ２１はコンペンセータＣで、主に変倍
に伴う像点補正の作用を有し、かつ変倍作用をも有す
る。コンペンセータＣは正のパワーを有し、ワイドから
テレへの変倍に際し、広角端基準位置から物体側へ単調
に移動する。ＳＰ（Ｒ２２）は絞りである。

【００７９】Ｒ２３〜Ｒ３９は結像作用を有するリレー
群Ｒであり、Ｒ４０〜Ｒ４２は色分解プリズムと等価な
ガラスフロックである。

【００８０】大口径化の指標として前玉レンズ群のＦナ
ンバーをＦＮ１＝ｆ１（ｆＴ／ＦＮＴ）と定義したと
き、本実施例ではＦＮ１＝１．１９７である。

【００８１】これらの大口径、パワー分担に対し第１レ
ンズ群では球面収差や軸上色収差の補正の為にフォーカ
ス固定群に１つの負レンズと１つの正レンズを配置し、
フォーカス移動群に２つの正レンズを用いて分担させて
補正している。

【００８２】一般に前玉レンズ群Ｆはそのレンズ構成が
できるだけシンプルでブロックの厚みが小さい方がズー
ム全系の小型や駆動系の省電力化等に好ましい。この
為、前玉レンズ群Ｆはできるだけレンズ枚数を少なくす
ることが望まれる。

【００８３】これに対し、前述のように前玉レンズ群の
ＦナンバーＦＮ１は非常に明るいものとなり、加えて前
玉のパワー分担も強いものとなるため、ズーミング、フ
ォーカスによる球面収差、軸上色収差等を補正すること
が難しくなってくる。

【００８４】そこで本実施例では前群レンズの材質の屈
折率が非常に高い負レンズを用い、同時に前群中に材質
のアッベ数が非常に大きい正レンズを用いることによ
り、球面収差と軸上色収差の発生を抑えている。この時
前群の負レンズそして正レンズの材質のアッベ数の差は
ν₁₁−ν₁₂＝−６７．４６である。

【００８５】このときの後群Ｆ_C12中の負レンズの屈折
力は ｆ₂₁／Ｆ_C12＝−３．７２８ となっており、同負レンズの材質の部分分散比とシェイ
プファクタはそれぞれ （ｎｇ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎｃ）＝１．２６３

【００８６】

【外１２】 となっている。

【００８７】また前群と後群の色消し分担の目安である
負レンズ同士の材質のアッベ数の差ν₁₁−ν₂₁は ν₁₁−ν₂₁＝−１６．３３ となっている。

【００８８】図２に示す数値実施例２は１５倍を越える
ズーム比を有し、Ｒ１〜Ｒ１２は第１レンズ群Ｆ（フォ
ーカス群Ｆ）である。このうちＲ１〜Ｒ４はズーミン
グ、フォーカスに際して固定であり、全体で正のパワー
（屈折力）を有するフォーカス固定群Ｆ１１であり、Ｒ
５〜Ｒ１２はフォーカス移動群である後群Ｆ１２で正の
パワーを有する。Ｒ１〜Ｒ１２によりバリエータＶに対
する物点を結ぶ作用を有する前玉レンズ群Ｆの作用をな
し、前玉レンズ群Ｆ全体で正のパワーを有する。

【００８９】Ｒ１３〜Ｒ２０は主に変倍に寄与し、ワイ
ドからテレへの変倍に際し像面側へ単調に移動し、途中
で結像倍率−１倍（等倍）を通過するパリエータＶであ
る。Ｒ２１〜Ｒ２３はコンペンセータで、主に変倍に伴
う像点補正の作用を有するコンペンセータＣは負のパワ
ーを有し、ワイドからテレへの変倍に際し広角端基準位
置から物体側へ移動し、ある焦点距離より像側へ移動
し、望遠端では広角端基準位置よりも像側に存在する。
ＳＰ（Ｒ２４）は絞りである。

【００９０】Ｒ２５〜Ｒ４１は結像作用を有するリレー
群Ｒであり、Ｒ４２〜Ｒ４４は色分解プリズムと等価な
ガラスブロックである。

【００９１】数値実施例１に比べてズーム比は１５倍と
高倍率ながら、広角端の画角２ω＝６５．８°を達成し
ている。

【００９２】この広角化を達成するためには歪曲収差や
倍率色収差等、画角に大きく影響される諸収差を良好に
補正する必要がある。又、前玉ＦナンバーがＦＮ１＝
１．０５４と非常に明るいものとなっている。

【００９３】そこで本実施例では、フォーカス移動群で
ある後群を１つの負レンズと３つの正レンズにより構成
している。しかも前群と後群のそれぞれの負レンズのア
ッベ数の差ν₁₁−ν₂₁を−１２．５８とすることによ
り、広角にもかかわらず良好な色収差補正を行ってい
る。又後群においても、３つの正レンズのうち像面側の
正レンズの材質の屈折率を比較的高いものとすることに
より、球面収差や歪曲収差を良好に補正しながらも色収
差補正に寄与するような光学配置としている。

【００９４】図３の数値実施例３は数値実施例２に比べ
て略同じレンズ構成でありながら、パワー配置の適切な
選択により、更に広角化、高変倍化を達成しており、ズ
ーム比は２０倍である。

【００９５】しかも同時にコンパクト化を図るため、各
レンズ群のパワー分担を強くバリエータＶやコンペンセ
ータＣの変倍の際の移動量を減らしている。

【００９６】このため第１レンズ群のＦナンバーは１．
１９８と厳しいものになっている。加えてさらなる広角
化のために第１レンズ群のレトロ比を上げざるを得な
い。また望遠端の焦点距離も１６０ｍｍに達することか
ら、望遠端の特に色収差の補正が困難になってくる。

【００９７】そこで本実施例では、前群と後群は比較的
屈折率が高く、アッベ数が非常に小さい負レンズとアッ
ベ数が非常に大きな正レンズとにより構成し、ν₁₁−ν
₁₂が−６２．６８，ν₁₁−ν₂₁が−１１．９０としてい
る。そして前群の色消しを後群にさらに持たせることに
より、ズーム、フォーカス全域にて諸収差の変動を良好
に抑えている。

【００９８】又、実施例２，３のように後群を３つの正
レンズにより構成していることにより、特にフォーカス
による諸収差の変動を良好に抑えている。これはフォー
カス移動群の設計の自由度を増やしたことにより、 （ｉ）球面収差のみならず、他の非点収差等の変動補正
にも余裕ができるので光学性能のうち特に解像力を向上
させている （ｉｉ）レンズエレメントの材質の選択の幅が広くなる
ので、特にアッベ数の非常に大きな正レンズを採用し、
フォーカス移動群の色消しを向上させて、色収差の変動
を減らし、映像の色にじみを削減している 等の効果を導出している。

【００９９】図４に示す数値実施例４は広角端の画角は
２ω＝５７．６°程度であるが、ズーム比が４４倍もあ
り望遠端の画角は２ω＝１．４°という非常に高倍率な
ズームレンズである。

【０１００】本実施例は望遠端の焦点距離が非常に長い
ので球面収差の補正、及び軸上色収差の補正が困難とな
ってくる。まだズーム比も４４倍もあるため、諸収差の
ズーム変動の補正も同時に困難なものとなっている。

【０１０１】そこで本実施例では、数値実施例３のよう
な広角ズームではないにもかかわらず、先ずフォーカス
移動群を比較的屈折率の高い負レンズと３つの正レンズ
にて構成し、数値実施例３と同様の効果を導出してい
る。次にコンペンセータＣのうち、Ｒ２８面に非球面を
施しており、特に望遠側の球面収差を補正している。そ
して、フォーカス固定群はもとより、フォーカス移動群
においてもアッベ数が非常に大きい材質の正レンズエレ
メントを配置することにより色消しを向上させている。
これらの手法により超長焦点の望遠端においても高い光
学性能を得られるように収差補正を行なっている。

【０１０２】さらに後群内の負レンズは物体側に凹の負
メニスカスレンズとなっており、主に像面湾曲やディス
トーションなど軸外光線収差補正に効かせている。

【０１０３】このとき、ν₁₁−ν₁₂＝−５７．９３，ν
₁₁−ν₂₁＝−１２．４３となっており、特に望遠端の軸
上色収差の２次スペクトルを飛躍的に減少させている。
第４実施例での望遠端の軸上色収差は他の第１〜第３実
施例の望遠端の３倍もの焦点距離であるにもかかわらず
２次スペクトル量はほぼ同等に補正されている。

【０１０４】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、所謂４群
ズームレンズにおいて、前玉群の屈折力やＦナンバー値
等を適切に設定すると共に、前玉レンズ群をフォーカス
固定群とフォーカス移動群に分割し、レンズエメレント
の配置、屈折力分担、色消し分担の所定の条件を満足す
るような分割方式をとることにより、変倍及びフォーカ
シングに伴う球面収差、色収差の変動を少なくし、更に
変倍に伴う非点収差、像面弯曲等の軸外収差の変動をバ
ランス良く補正し、全変倍範囲、全フォーカス範囲にわ
たり高い光学性能を有した広角端のＦナンバー１．７程
度、変倍比１３〜４４程度の大口径比で高変倍比のズー
ムレンズを達成することができる。

【０１０５】また、リレーの一部を変倍に応じて移動す
るズームレンズに本発明を適用しても同様の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断面
図。

【図２】本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断面
図。

【図３】本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断面
図。

【図４】本発明の数値実施例４の広角端のレンズ断面
図。

【図５】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝９．０，
物体距離３．０ｍの収差図。

【図６】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１８．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図７】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝３６．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図８】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝７２．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図９】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１１７．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１０】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１１
７．０，物体距離∞の収差図。

【図１１】本発明の数値実施例１の焦点距離ｆ＝１１
７．０，物体距離０．９ｍの収差図。

【図１２】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝８．
５，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１３】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１７．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１４】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝３４．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１５】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝６８．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１６】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１２
７．５，物体距離３．０ｍの収差図。

【図１７】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１２
７．５，物体距離∞の収差図。

【図１８】本発明の数値実施例２の焦点距離ｆ＝１２
７．５，物体距離０．９ｍの収差図。

【図１９】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝８．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図２０】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１６．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図２１】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝４８．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図２２】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝９６．
０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図２３】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１６
０．０，物体距離３．０ｍの収差図。

【図２４】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１６
０．０，物体距離∞の収差図。

【図２５】本発明の数値実施例３の焦点距離ｆ＝１６
０．０，物体距離０．９ｍの収差図。

【図２６】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝１０．
０，物体距離１０．０ｍの収差図。

【図２７】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝１９．
４９，物体距離１０．０ｍの収差図。

【図２８】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝６９．
７９，物体距離１０．０ｍの収差図。

【図２９】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝２５
７．３７，物体距離１０．０ｍの収差図。

【図３０】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝４４
１．１０，物体距離１０．０ｍの収差図。

【図３１】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝４４
１．１０，物体距離∞の収差図。

【図３２】本発明の数値実施例４の焦点距離ｆ＝４４
１．１０，物体距離３．４ｍの収差図。

【図３３】従来の４群ズームレンズの第１群の近軸屈折
力配置の説明図。

【図３４】従来の４群ズームレンズの第１群のレンズ断
面図。

【図３５】従来の４群ズームレンズの第１群の近軸屈折
力配置の説明図。

【図３６】従来の４群ズームレンズの第１群のレンズ断
面図。

【符号の説明】

Ｆ 第１群（フォーカス群） Ｆ１１ フォーカス固定群 Ｆ１２ フォーカス移動群 Ｖ 第２群（バリエータ） Ｃ 第３群（コンペンセータ） Ｒ 第４群（リレー群） Ｇ ガラスブロック ＳＰ 絞り ｅ ｅ線 ｇ ｇ線 ΔＳ サジタル像面 ΔＭ メリディオナル像面

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に正の屈折力の第１レンズ
   群、変倍用の負の屈折力の第２レンズ群、変倍に伴う像
   面変動を補正する第３レンズ群、そして結像作用を有す
   る第４レンス群とを有したズームレンズにおいて、該第
   １レンズ群は合焦時固定の前群と正の屈折力を有し無限
   遠物体から至近物体への合焦時に物体側へ移動する後群
   とから成り、前記前群は少なくとも１つの負レンズＬＮ
   １１と少なくとも１つの正レンズＬＰ１２の独立した２
   つのレンズを有し、前記後群は、物体側より１番目ある
   いは２番目に配置される少なくとも１つの負レンズＬＮ
   ２１と少なくとも２つの正レンズを有しており、前記後
   群の焦点距離をＦｃ１２、前記負レンズＬＮ１１と正レ
   ンズＬＰ１２の材質のアッベ数を各々ν_11N ，ν_12P 、
   前記負レンズＬＮ２１の焦点距離と材質のアッベ数を各
   々ｆ２１，ν_21Nとしたとき ν_11N −ν_12P ＜−５５ ν_11N −ν_21N ＜−１０ −６．５＜ｆ２１／Ｆｃ１２＜−３．５ なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 【請求項２】 該負レンズＬＮ２１の材質の屈折率のう
   ち、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、ｇ線（波長４３
   ５．８３ｎｍ），Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線
   （波長６５６．２７ｎｍ）のものを各々ｎｄ，ｎｇ，ｎ
   Ｆ，ｎｃとしたとき、 Ｐｇｄ＝（ｎｇ−ｎｄ）／（ｎＦ−ｎｃ）＜１．３６−
   ０．００２０８×ν₂₁ なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
3. 【請求項３】 該負レンズＬＮ２１の物体側と像面側の
   レンズ面の曲率半径を各々ｒａ，ｒｂとしたとき、 【外１】 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
4. 【請求項４】 望遠端における全系の焦点距離とＦナン
   バーを各々ＦＴ，ＦＮＴ、該第１レンズ群の焦点距離を
   Ｆ１としたとき、 １．０＜ＦＮ１＜１．７ 但し、ＦＮ１＝Ｆ１／（ＦＴ／ＦＮＴ） ０．９＜Ｆ_C12 ／Ｆ１＜１．１ なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。
5. 【請求項５】 前記第１１群の第ｉ番目のレンズの焦点
   距離と材質のアッベ数を各々ｆ１１ｉ，ν１１ｉ，前記
   第１２群の第ｉ番目のレンズの焦点距離と材質のアッベ
   数を各々ｆ１２ｉ，ν１２ｉとしたとき 【外２】 なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズーム
   レンズ。