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JP3582872B2 - Zoom lens and video camera using the same - Google Patents

Zoom lens and video camera using the same Download PDF

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JP3582872B2 JP31709694A JP31709694A JP3582872B2 JP 3582872 B2 JP3582872 B2 JP 3582872B2 JP 31709694 A JP31709694 A JP 31709694A JP 31709694 A JP31709694 A JP 31709694A JP 3582872 B2 JP3582872 B2 JP 3582872B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ズーム比が大きく、かつ3板式ビデオカメラなどに用いられるバックフォーカスが長い特性を持ったズームレンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラの一層の小型化及び高画質化に伴い、ズームレンズに対しても小型・大口径比化のうえに、広画角化及びズーム比の高倍率化が要求されている。高画質化に有利な3板式ビデオカメラ用ズームレンズの小型化、高性能化をはかった例として、例えば、特願平6−138631号公報に示されたズームレンズの構成を図22に示す。
【0003】
図22に示すように、従来のズームレンズは、第1レンズ群21、第2レンズ群22、第3レンズ群23、第4レンズ群24、色分解光学系の光路長に相当するガラス平板25、水晶フィルターや撮像素子のフェースプレート等の光路長に相当するガラス平板26等を具備する。なお、27は像面である。第1レンズ群21は、正の屈折力を持ち、結像作用を有する固定されたレンズ群である。第2レンズ群22は、負の屈折力を持ち、光軸上を移動可能である。第3レンズ群23は、正の屈折力を持った非球面レンズで構成される固定されたレンズ群である。第4レンズ群24は、非球面を含む、正の屈折力を持ったレンズ群で、光軸上を移動可能である。
【0004】
次に、以上のように構成された従来のビデオカメラ用ズームレンズの動作を説明する。第1レンズ群21は結像作用を有する。第2レンズ群22は、光軸上を移動することにより、第1レンズ群が形成する像のリレー倍率を変え、変倍を行う。第3レンズ群23は、第2レンズ群22によって生じる虚像をリレーする作用を有する。第4レンズ群24は、結像作用を有し、光軸上を移動することにより、物体位置の変化に応じたフォーカス作用及び変倍時の像面位置の変動を補正する作用を有し、像面27を一定位置に保つ。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のズームレンズでは、画角が広角端で全画角60度前後、ズーム比は約10倍にすぎない。そのため、近年のビデオカメラ用ズームレンズに対する広画角化及びズーム比の高倍率化の要求にはもはや応えられないという問題を有していた。また、従来のズームレンズの設計手法により高画角化及びズーム比の高倍率化を図ろうとすると、レンズ全体が大型化したり、レンズ構成が複雑化するという問題を有していた。
【0006】
本発明は以上のような従来例の問題点を解決するためになされたものであり、広角端で全画角約67度、ズーム比約14倍を有しながら、従来例と同程度のレンズ枚数で構成された、3板式ビデオカメラ等に必要な色分解光学系を挿入できるバックフォーカスの長い高性能なズームレンズ及びそれを用いたビデオカメラを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持ち基準の像面位置に対して固定された第1レンズ群、負の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を有する第2レンズ群、開口絞り、基準の像面位置に対して固定され集光作用を有する正の屈折力を持った第3レンズ群、前記第2レンズ群の移動、及び物体の移動によって変動する像面を基準の像面位置から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力を持った第4レンズ群、色分解光学系に相当するガラス平板を具備した3板式用のズームレンズであって、前記第3レンズ群が、少なくとも1面が非球面の単レンズもしくは物体側から順に配置された凹レンズと凸レンズとからなる2枚レンズのいずれかで構成され、かつ、fi(i=1,2,3,4)を前記iレンズ群の焦点距離、BFを像空間が空気であるときのレンズ最終面から像面までの距離、f3d、f3C及びf3Fを各々スペクトルのd線、C線及びF線に於ける前記第3レンズ群の焦点距離としたとき、前記(数1)を満足することを特徴とする。
【0008】
上記構成において、前記第3レンズ群を構成する単レンズが、アッベ数が35より小さい高分散ガラスで構成されていることが好ましい。
【0009】
または、上記構成において、前記第3レンズ群を構成する2枚レンズにおいて、前記凸レンズは前記凹レンズより小さなアッベ数を有するガラスで構成され、かつ、前記凸レンズもしくは前記凹レンズの各面の内少なくとも1面が非球面であることが好ましい。
【0010】
また、上記各構成において、前記第2レンズ群及び前記第4レンズ群は、各々のレンズ面の内少なくとも1面非球面を有していることが好ましい。
【0011】
一方、本発明のビデオカメラは、上記各構成のいずれかを有するズームレンズと、色分解光学系と、撮像素子と、信号処理部と、信号記録部と、映像表示部とを具備する。
【0012】
【作用】
以上のように構成された本発明のズームレンズによれば、各レンズ群の屈折力を前記(数1)における条件式(1)、(2)、(3)及び(4)を満たすように規定しているので、小型でありながらズーム比の高倍率化、広画角化及び大口径比化(Fナンバーを小さくする事)が可能になる。さらに、第3レンズ群をアッベ数が35以下のガラスを用いた単レンズとし、または、第3レンズ群を2枚のレンズで構成し、各々前記条件式(5)を満たすようにしたので、ズーム比の高倍率化の影響により第1及び第2レンズ群で補正しきれずに残存する倍率色収差を、第4レンズ群で補正することが可能となる。その結果、従来例と同程度のレンズ枚数で構成された、3板式ビデオカメラ等に必要な色分解光学系を挿入できるバックフォーカスの長い高性能なズームレンズ及びそれを用いたビデオカメラを実現することができる。
【0013】
前記条件式(1)は、第1レンズ群と第2レンズ群の屈折力の比を規定する。これは、必要なズーム比である14倍を確保しつつ広角端の広画角化及びレンズ全体の小型化を目的とし、全系を通した収差補正を困難にしないために必要な条件である。上限を超えると、負の屈折力を有する第2レンズ群の屈折力が強くなりすぎ、全系のペッツバール和を小さくすることが困難となる。また、下限を超えると、第2レンズ群の移動可能範囲が狭くなり、ズーム比の確保が困難となる。
【0014】
前記条件式(2)は、第1レンズ群の屈折力を規定する。これは、結像レンズである第4レンズ群の焦点距離f4を前記条件式(4)に基づいて決めた場合、必要なFナンバーを確保しつつレンズ全長を短くするのに必要な条件である。上限を超えると、レンズ全長がいたずらに長くなる。また、下限を超えると、必要なFナンバーが確保できなくなる。
【0015】
前記条件式(3)は、第3レンズ群の屈折力を規定する。これは、必要なバックフォーカスを確保しつつ良好な収差補正を行うのに必要な条件である。上限を超えると、第1、第2及び第3レンズ群を通したレンズ系が発散系になるため、第4レンズ群の有効径を大きくしなければならない。また、下限を超えると、第3レンズ群から出射する光束の収束度が大きくなり、必要なバックフォーカスを確保するために第4レンズ群の負レンズの屈折力を増加させなければならず、全系のペッツバール和を小さくすることが困難となる。
【0016】
前記条件式(4)は、必要とするバックフォーカスの長さで第4レンズ群の焦点距離を規定する。上限を超えると、第4レンズ群の負レンズの屈折力を増大させなければならず、ペッツバール和を小さくすることが困難となる。また、下限を超えると、前記条件式(1)、(2)及び(3)と相まって、レンズ全長をいたずらに増加させる。
【0017】
一般に、変倍時に大きく移動するレンズ群は、そのレンズ群単体で色収差が補正されている必要があるが、各レンズ群毎に完全に色収差を補正することは困難である。そのため、望遠端では第1レンズ群に残存する軸上色収差が変倍部である第2レンズ群により拡大される。また、望遠端と広角端との中間の変倍領域では、光束が第1及び第2レンズ群の周辺部を通るため、倍率色収差が残存することになる。ズーム比を大きく取ると、望遠端での軸上色収差を第1及び第2レンズ群で総合的に補正しなければならず、倍率色収差はこれらのレンズ群では十分に補正することが困難となる。このような場合、一般には開口絞りに対して反対側にあるレンズ群の光軸から離れた場所を光束が通過するように、レンズ群を配置することが考えられる。つまり、第3レンズ群と第4レンズ群の間隔を十分に広げることである。そうすると、第4レンズ群はより大きな有効径を必要とし、ズームレンズの小型化を阻害する。そこで、本発明のズームレンズでは、第3レンズ群と第4レンズ群の間隔は広げず、第4レンズ群で発散性の色収差を出すことにより、絞りを挟んで反対側に位置する第1及び第2レンズ群で生じる倍率色収差を打ち消す方法を採用した。ここで、発散性の色収差とは、凹レンズ単体で生じる色収差と同様の性質、即ち、屈折により短い波長の光の方がより一層発散する性質の色収差を意味する。
【0018】
絞り位置付近に位置する第3レンズ群を、前記条件式(5)を満たすように、アッベ数が35以下の高分散ガラスを用いた単レンズによって構成し、または、第3レンズ群を、前記条件式(5)を満たすように、2枚のレンズで構成することにより、第3レンズ群から出射する光束に対して倍率色収差を変化させずに、収束性の軸上色収差を与えることができ、第4レンズ群で発生する発散性の軸上色収差を打ち消し、総合的に倍率色収差を補正することが可能となる。ここで、収束性の軸上色収差とは、凸レンズ単体で生じる色収差と同様の性質、即ち、屈折により短い波長の光の方がより一層収束する性質の軸上色収差を意味する。なお、後者の場合、レンズを2枚使うことにより同じ量の収束性軸上色収差を与えるため、使用できるガラスの種類が増え、非球面の加工方法上での材料に関する制限や収差補正の上で、選択の自由度が広がる。
【0019】
【実施例】
以下、本発明のズームレンズの好適な第1から第5の実施例について図面及び表を参照しながら詳しく説明する。なお、第1の実施例は、第3レンズ群をアッベ数が35以下の高分散ガラスを用いた単レンズによって構成した例であり、第2から第5の実施例は、第3レンズ群を2枚のレンズで構成した例である。
【0020】
(第1の実施例)
図1に本発明のズームレンズの第1の実施例の構成を示す。図1において、G1は正の屈折力持ち基準の像面位置に対して固定された第1レンズ群、G2は負の屈折力を有し、光軸上を移動可能な第2レンズ群、Sは開口絞り、G3は正の屈折力を持ち基準の像面位置に対して固定された第3レンズ群、G4は正の屈折力を持ち、光軸上を移動可能な第4レンズ群、G5は色分解光学系、G6はフェースプレート、Iは像面である。ここで、色分解光学系G5は、光束を赤、緑、青の3原色に分離する光学系であるが、同図においては、その光学系の光路長に相当するガラス平板として示す。また、フェースプレートG6は、水晶フィルター及び撮像素子のフェースプレート等を含んだ光路長のガラス平板で示している。
【0021】
次に各レンズ群の構成、レンズ配置及び各レンズ群の動作について説明する。図1において、第1レンズ群G1は3枚のレンズG1a、G1b、G1cにより構成され、結像作用を有するレンズ群である。レンズG1aは、曲率半径r1、r2、中心厚d1を有する凹メニスカスレンズである。レンズG1bは、曲率半径r2、r3、中心厚d2を有する凸レンズである。レンズG1a及びG1bは接合されている。d3はレンズG1bとレンズG1cとの間の空気間隔である。レンズG1cは、曲率半径r4、r5、中心厚d4を有する凸メニスカスレンズであり、物体側に凸面を向けて配置される。d5は、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の空気間隔であり、変倍時には間隔が変化する。
【0022】
第2レンズ群G2は、3枚のレンズG2a、G2b、G2cにより構成され、第1レンズ群G1により形成される像をリレーし、光軸上を移動する事により変倍作用を有するレンズ群である。レンズG2aは、曲率半径r6、r7、中心厚d6を有する凹メニスカスレンズであり、第1レンズ群側に凸面を向けている。d7は、レンズG2aとレンズG2bとの間の空気間隔である。レンズG2bは、頂点曲率半径r8の非球面と、r9、中心厚d8を有する凹レンズである。レンズG2cは、曲率半径r9、r10、中心厚d9を有する凸レンズである。レンズG2bとレンズG2cは接合されている。r11は、絞りSの面を示し、平面である。d10は、第2レンズ群G2と絞りSとの間の空気間隔で、変倍時には間隔が変化する。d11は、絞りSと第3レンズ群G3との間の空気間隔である。
【0023】
第3レンズ群G3は、単レンズG3aで構成され、第1及び第2レンズ群によって生じる虚像をリレーする作用を有するレンズ群である。レンズG3aは、頂点曲率半径r12、r13の2つの非球面と、中心厚d12を有する。また、このレンズにアッベ数が25.4のガラスを用いることにより、前述のような収束性の色収差を発生し、総合的に倍率色収差を補正することに役立つ。d13は、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の空気間隔であり、フォーカス動作時及び変倍時に間隔が変化する。
【0024】
第4レンズ群G4は、3枚のレンズG4a、G4b、G4cで構成され、結像作用を持ち、物体へのフォーカス動作時及び、変倍時に光軸上を移動して像面位置を一定位置に保つ作用を有する。レンズG4aは、曲率半径r14、r15、中心厚d14を有する凹レンズである。レンズG4bは、曲率半径r15、頂点曲律半径r16の非球面、中心厚d15を有する凸レンズである。レンズG4a及びG4bは接合されている。d16は、レンズG4bとG4cとの間の空気間隔である。レンズG4cは、曲率半径r17、r18、中心厚d17を有する凸レンズである。d18は、第4レンズ群G4と色分解光学系G5との間の空気間隔であり、第4レンズ群G4の移動に伴い変化する。r19、r20、r21は色分解光学系G5及びフェースプレートG6の各面を示し、これらは平面である。d19、d20は、これらガラス平板G5及びG6の面間隔である。
【0025】
次に第1の実施例について、その具体的な数値例を(表1)に示す。
【0026】
【表1】

Figure 0003582872
【0027】
(表1)において、左から1列目の数は図1に示したG1からG6までのレンズ群を示す数であり、2列目の数jは、同図に示した曲率半径rj(j=1から21)に対応する各面の番号である。また、続く列に示すrは曲率半径、dは面間隔、nは各レンズのスペクトルのd線に対する屈折率、νは各レンズのd線に対するアッベ数である。非球面形状は、次の(数2)で定義され、各非球面に関する円錐定数及び各非球面係数の値を(表2)に示す。なお、(表2)において、左から1列目の数は、(表1)の面番号に対応する非球面の面番号である。
【0028】
【数2】
Figure 0003582872
【0029】
【表2】
Figure 0003582872
【0030】
次に、変倍時における第2レンズ群G2の移動と、それに伴う第4レンズ群G4の移動により変化する面間隔について説明する。図1において、各レンズ群の下部に示した曲線は、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の軌跡を表す。第1及び第3レンズ群G1及びG3は固定され、第4レンズ群G4は最初は第2レンズ群G2の移動にともない第3レンズ群G3に近づき、その後に再び離れて行く。
【0031】
変倍時に変化するこれらの面間隔の具体的な数値と、ズームレンズの焦点距離、Fナンバー及び半画角を、物体位置2mについて、広角端、標準、望遠端に関して計算したものを(表3)に示す。(表3)から明らかなように、Fナンバーは1.65、ズーム比は13.8、画角は全画角で67.1度が得られている。ここで言う標準とは、第2レンズ群による像のリレー倍率が1倍となる第2レンズ群の位置を言う。
【0032】
【表3】
Figure 0003582872
【0033】
(第2の実施例)
次に、本発明のズームレンズの好適な第2の実施例の構成を図2に示す。なお、上記第1の実施例と共通する部分の説明は省略し、第1の実施例と異なる点についてのみ、その構成を説明する。また、その動作については、以下に示す各実施例すべて第1の実施例と同様であるため、説明を省略する。
【0034】
図2において、第3レンズ群G3は、絞りS側から順に、アッベ数55.2のガラスを用いた凹レンズG3aと、アッベ数35.9のガラスを用いた凸レンズG3bで構成され、正の屈折力を持ち、前述の条件(5)を満たすような収束性の色収差を発生する作用を有する。凹レンズG3aは、頂点曲率半径r12の非球面、曲率半径r13,中心厚d12を有する凹メニスカスレンズであり、絞りS側に凸面を向けている。凸レンズG3bは、曲率半径r13、r14、中心厚d13を有する。これら2枚のレンズG3a及びG3bは接合されている。d14は、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の空気間隔であり、前述の第1の実施例と同様に、変倍時及びフォーカス動作時に変化する。なお、図2において、第4レンズ群G4の構成は、第1の実施例と同様であるが、各面の面番号は1づつずれている。
【0035】
第2の実施例の具体的数値に関し、レンズ構成を(表4)に、非球面係数を(表5)に、前述の(表1)及び(表2)と同じ形式で示す。また、変倍時に変化する間隔等を前述の(表3)と同じ形式で(表6)に示す。
【0036】
【表4】
Figure 0003582872
【0037】
【表5】
Figure 0003582872
【0038】
【表6】
Figure 0003582872
【0039】
(第3の実施例)
次に、本発明のズームレンズの好適な第3の実施例の構成を図3に示す。なお、図3に示す第3の実施例の構成は上記第2の実施例とほぼ同様の構成であるため、その説明を省略する。第3の実施例の具体的数値を(表7)、(表8)及び(表9)に示す。なお、これらの各表は、上記第2の実施例と同様に各々、レンズ構成、非球面係数、変倍時に変化する間隔等を示す。
【0040】
【表7】
Figure 0003582872
【0041】
【表8】
Figure 0003582872
【0042】
【表9】
Figure 0003582872
【0043】
(第4の実施例)
次に、本発明のズームレンズの好適な第4の実施例を図4に示す。なお、上記第2の実施例の構成と共通する部分についてはその説明を省略し、異なる部分についてのみ、その構成を説明する。
【0044】
図4において、第3レンズ群G3は、絞りS側から順に、アッベ数34.0のガラスを用いた凸レンズG3aと、アッベ数55.5のガラスを用いた凹レンズG3bとで構成され、正の屈折力を持ち、前述と同様の収束性の色収差を発生する。凸レンズG3aは、頂点曲率半径r12の非球面、曲率半径r13、中心厚d12を有する。凹レンズG3bは、曲率半径r13、r14、中心厚d13を有する。これら2枚のレンズG3a及びG3bは接合されている。
【0045】
第4の実施例の具体的な数値を(表10)、(表11)及び(表12)に示す。なお、これらの各表は、上記第2の実施例と同様に各々、レンズ構成、非球面係数、変倍時に変化する間隔等を示す。
【0046】
【表10】
Figure 0003582872
【0047】
【表11】
Figure 0003582872
【0048】
【表12】
Figure 0003582872
【0049】
(第5の実施例)
次に、本発明のズームレンズの好適な第5の実施例を図5に示す。なお、上記第2の実施例の構成と共通する部分については、その説明を省略し、異なる部分についてのみ、その構成を説明する。
【0050】
図5において、第3レンズ群G3は、絞りS側から順に、アッベ数55.2のガラスを用いた凹レンズG3aと、アッベ数35.9のガラスを用いた凸レンズG3bとで構成され、これら2枚のレンズG3aとG3bとが空気間隔を隔てて構成されている点が、第2の実施例と異なる。凹レンズG3aは、頂点曲率半径r12の非球面、曲率半径r13、中心厚d12を有する。d13はレンズG3aとG3bの空気間隔である。凸レンズG3bは、曲率半径r14、r15、中心厚d14を有する。d15は第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との間の空気間隔であり、これ以降、結像面Iに至る構成は第2の実施例と同様である。なお、図5において、各面の番号は一つずつ増えている。
【0051】
第5の実施例の具体的な数値を(表13)、(表14)及び(表15)に示す。なお、これらの各表は、上記第2の実施例と同様に各々、レンズ構成、非球面係数、変倍時に変化する間隔等を示す。
【0052】
【表13】
Figure 0003582872
【0053】
【表14】
Figure 0003582872
【0054】
【表15】
Figure 0003582872
【0055】
以上の5つの実施例について、前記5つの条件を与える各式の値を求めた結果を(表16)に示す。なお、(表16)において、左端の列の数は、条件式の番号を示し、その右側の列は、条件式を示す。それに続く列は、各実施例について条件式の値を記したものである。
【0056】
【表16】
Figure 0003582872
【0057】
図6から図20に示す15の図は、それぞれ物体距離2mについて計算した諸収差を表すものであり、図6から図8は第1の実施例に対応し、図9から図11は第2の実施例に対応し、図12から図14は第3の実施例に対応し、図15から図17は第4の実施例に対応し、図18から図20は第5の実施例に対応する。各図において、(a)は球面収差及び正弦条件、(b)は非点収差、(c)は歪曲収差、(d)は軸上色収差、(e)は倍率色収差を表すグラフである。また、各実施例に対応する3つの図のうち、番号の若い方から順に、広角端、標準、望遠端における諸収差を示す。
【0058】
各図のグラフ(a)において、横軸はガウス像面からのずれ量(mm)、縦軸は軸上光線の瞳入射高をFナンバーで表したものである。実線の曲線は、スペクトルのd線に関する球面収差を表し、点線の曲線は正弦条件を表す。
【0059】
各図のグラフ(b)において、横軸はガウス像面からのずれ量(mm)、縦軸のWは入射瞳位置での主光線の入射角(度)である。また、実線の曲線はサジタル像面を表し、点線の曲線はメリジオナル像面を表す。
【0060】
各図のグラフ(c)において、横軸は歪率(パーセント)を表し、縦軸はグラフ(b)と同様に、縦軸のWは入射瞳位置での主光線の入射角(度)である。
【0061】
各図のグラフ(d)において、グラフ(a)と同様に、横軸はガウス像面からのずれ量(mm)、縦軸は軸上光線の瞳入射高をFナンバーで表す。実線の曲線はスペクトルのd線について、点線の曲線はF線について、破線の曲線はC線について、各々軸上色収差を表す。
【0062】
各図のグラフ(e)において、グラフ(b)と同様に、横軸はガウス像面からのずれ量(mm)、縦軸のWは入射瞳位置での主光線の入射角(度)である。各曲線はグラフ(d)と同様に、対応するスペクトル線について、各々倍率色収差を表す。
【0063】
次に、上記本発明のズームレンズを使用した3板式ビデオカメラの構成を図21に示す。図21において、本発明の3板式ビデオカメラは、ズームレンズ11と、空間周波数フィルター(水晶フィルター等)12と、3つの色分解プリズム13a,13b,13cと、3つの撮像素子14a,14b,14cと、各撮像素子からの信号を処理する信号処理部15と、映像信号等を記録媒体に記録する信号記録部16と、ビデオカメラに取り付けられたファインダー等の映像表示部17を具備する。なお、ズームレンズ11として上記第1から第5の実施例までのいずれのズームレンズを用いてもよく、小型軽量で、ズーム比が高く、広画角の3板式ビデオカメラが構成できることは言うまでもない。
【0064】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各レンズ群の屈折力を前記(数1)における条件式(1)、(2)、(3)及び(4)を満たすように規定しているので、小型でありながらズーム比の高倍率化、広画角化及び大口径比化(Fナンバーを小さくする事)が可能になる。さらに、第3レンズ群をアッベ数が35以下のガラスを用いた単レンズとし、または、第3レンズ群を2枚のレンズで構成し、各々前記条件式(5)を満たすようにしたので、ズーム比の高倍率化の影響により第1及び第2レンズ群で補正しきれずに残存する倍率色収差を、第4レンズ群で補正することが可能となる。その結果、従来例と同程度のレンズ枚数で構成された、3板式ビデオカメラ等に必要な色分解光学系を挿入できるバックフォーカスの長い高性能なズームレンズ及びそれを用いたビデオカメラを実現することができる。
【0065】
具体的には、Fナンバーが約1.6、広角端の画角が全画角で約67度、ズーム比が約14倍といった、従来に比べ高い仕様を満たしながらも、従来と同程度の構成レンズ枚数で、長いバックフォーカスを有する高性能なズームレンズを実現することができる。また、そのような本発明のズームレンズの特徴により、高性能でありながら小型、軽量な3板式ビデオカメラの実現が可能である。
【0066】
また、絞り位置付近に位置する第3レンズ群を、前記条件式(5)を満たすように、アッベ数が35以下の高分散ガラスを用いた単レンズによって構成し、または、第3レンズ群を、前記条件式(5)を満たすように、2枚のレンズで構成することにより、第3レンズ群から出射する光束に対して倍率色収差を変化させずに、収束性の軸上色収差を与えることができ、第4レンズ群で発生する発散性の軸上色収差を打ち消し、総合的に倍率色収差を補正することが可能となる。ここで、収束性の軸上色収差とは、凸レンズ単体で生じる色収差と同様の性質、即ち、屈折により短い波長の光の方がより一層収束する性質の軸上色収差を意味する。なお、後者の場合、レンズを2枚使うことにより同じ量の収束性軸上色収差を与えるため、使用できるガラスの種類が増え、非球面の加工方法上での材料に関する制限や収差補正の上で、選択の自由度が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のズームレンズの第1の実施例の構成図
【図2】本発明のズームレンズの第2の実施例の構成図
【図3】本発明のズームレンズの第3の実施例の構成図
【図4】本発明のズームレンズの第4の実施例の構成図
【図5】本発明のズームレンズの第5の実施例の構成図
【図6】第1の実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図
【図7】第1の実施例のズームレンズの標準における諸収差を示す収差図
【図8】第1の実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図
【図9】第2の実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図
【図10】第2の実施例のズームレンズの標準における諸収差を示す収差図
【図11】第2の実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図
【図12】第3の実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図
【図13】第3の実施例のズームレンズの標準における諸収差を示す収差図
【図14】第3の実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図
【図15】第4の実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図
【図16】第4の実施例のズームレンズの標準における諸収差を示す収差図
【図17】第4の実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図
【図18】第5の実施例のズームレンズの広角端における諸収差を示す収差図
【図19】第5の実施例のズームレンズの標準における諸収差を示す収差図
【図20】第5の実施例のズームレンズの望遠端における諸収差を示す収差図
【図21】本発明のズームレンズを使用したビデオカメラの構成図
【図22】従来のズームレンズの構成図
【符号の説明】
G1 :第1レンズ群
G1a〜c :第1レンズ群を構成するレンズ
G2 :第2レンズ群
G2a〜c :第2レンズ群を構成するレンズ
G3 :第3レンズ群
G3a〜c :第3レンズ群を構成するレンズ
G4 :第4レンズ群
G4a〜c :第4レンズ群を構成するレンズ
G5、25 :色分解光学系に相当するガラス平板
G6、12、26 :空間周波数フィルター
S :絞り
I、27 :結像面
11 :ズームレンズ
13a〜c :色分解用プリズム
14a〜c :撮像素子
15 :信号処理部
16 :映像信号記録部
17 :映像表示部
21 :従来のズームレンズの第1レンズ群
22 :従来のズームレンズの第2レンズ群
23 :従来のズームレンズの第3レンズ群
24 :従来のズームレンズの第4レンズ群[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a zoom lens having a large zoom ratio and a long back focus used for a three-panel video camera or the like.
[0002]
[Prior art]
With further miniaturization and higher image quality of video cameras, zoom lenses are required to have a smaller size and a larger aperture ratio, as well as a wider angle of view and a higher zoom ratio. FIG. 22 shows a configuration of a zoom lens disclosed in Japanese Patent Application No. 6-138631 as an example of miniaturizing and improving the performance of a zoom lens for a three-panel video camera which is advantageous for high image quality.
[0003]
As shown in FIG. 22, a conventional zoom lens includes a first lens group 21, a second lens group 22, a third lens group 23, a fourth lens group 24, and a glass plate 25 corresponding to the optical path length of a color separation optical system. And a glass plate 26 corresponding to an optical path length such as a quartz filter or a face plate of an image sensor. Reference numeral 27 denotes an image plane. The first lens group 21 is a fixed lens group having a positive refractive power and having an image forming action. The second lens group 22 has a negative refractive power and is movable on the optical axis. The third lens group 23 is a fixed lens group including an aspheric lens having a positive refractive power. The fourth lens group 24 is a lens group having a positive refractive power, including an aspherical surface, and is movable on the optical axis.
[0004]
Next, the operation of the conventional video camera zoom lens configured as described above will be described. The first lens group 21 has an image forming function. The second lens group 22 changes the relay magnification of the image formed by the first lens group by moving on the optical axis to perform zooming. The third lens group 23 has an action of relaying a virtual image generated by the second lens group 22. The fourth lens group 24 has an image forming function, and has a function to correct a change in the image plane position at the time of zooming and a focus function according to a change in the object position by moving on the optical axis. The image plane 27 is kept at a fixed position.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional zoom lens described above, the angle of view is about 60 degrees at the wide angle end, and the zoom ratio is only about 10 times. Therefore, there has been a problem that the recent demands for a wide angle of view and a high zoom ratio for a video camera zoom lens can no longer be met. Further, if an attempt is made to increase the angle of view and increase the zoom ratio by a conventional zoom lens design method, there has been a problem that the entire lens becomes large and the lens configuration becomes complicated.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional example, and has a total field angle of about 67 degrees at the wide-angle end, a zoom ratio of about 14 times, and a lens equivalent to the conventional example. It is an object of the present invention to provide a high-performance zoom lens having a long back focus and capable of inserting a necessary color separation optical system into a three-plate video camera or the like constituted by a number of sheets, and a video camera using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a zoom lens according to the present invention comprises, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power and fixed with respect to a reference image plane position; A second lens group having a zooming action by moving the lens, an aperture stop, a third lens group having a positive refractive power fixed to a reference image plane position and having a condensing action, and the second lens group. A fourth lens group having a positive refractive power, which moves on the optical axis so that the image plane which fluctuates due to the movement of the object and the movement of the object is kept at a fixed position from the reference image plane position, equivalent to a color separation optical system. A three-panel type zoom lens having a glass flat plate, The third lens group is constituted by either a single lens having at least one aspheric surface or a two-lens lens including a concave lens and a convex lens arranged in order from the object side, and fi (i = 1, 2, 3, 4) is the focal length of the i lens group, BF is the distance from the last lens surface to the image plane when the image space is air, and f3d, f3C, and f3F are each the spectrum. On d-line, C-line and F-line Said When the focal length of the third lens group is satisfied, the above (Equation 1) is satisfied.
[0008]
In the above configuration, the third lens group Is a single lens Made of high dispersion glass with Abbe number smaller than 35 And Preferably.
[0009]
Alternatively, in the above configuration, the third lens group Wherein the convex lens is made of glass having an Abbe number smaller than that of the concave lens, and the convex lens or the concave lens is Preferably, at least one of the surfaces of the lens is aspheric.
[0010]
In each of the above configurations, the second lens group and the fourth lens group may be Of the lens surface At least one side But Has an aspheric surface Doing Preferably.
[0011]
On the other hand, a video camera according to the present invention includes a zoom lens having any of the above configurations, a color separation optical system, an image sensor, a signal processing unit, a signal recording unit, and a video display unit.
[0012]
[Action]
According to the zoom lens of the present invention configured as described above, the refractive power of each lens group is set so as to satisfy the conditional expressions (1), (2), (3), and (4) in (Equation 1). Since it is stipulated, it is possible to increase the zoom ratio, widen the angle of view, and increase the aperture ratio (decrease the F-number) while being compact. Further, since the third lens group is a single lens using glass having an Abbe number of 35 or less, or the third lens group is composed of two lenses, each of which satisfies the conditional expression (5). The chromatic aberration of magnification that cannot be completely corrected by the first and second lens groups due to the effect of the higher magnification of the zoom ratio can be corrected by the fourth lens group. As a result, a high-performance zoom lens having a long back focus and capable of inserting a necessary color separation optical system into a three-plate video camera or the like and having the same number of lenses as the conventional example, and a video camera using the same are realized. be able to.
[0013]
The conditional expression (1) defines the ratio between the refractive powers of the first lens group and the second lens group. This is a condition necessary for widening the angle of view at the wide-angle end and for miniaturizing the entire lens while securing the required zoom ratio of 14 times, so as not to make it difficult to correct aberrations throughout the entire system. . When the value exceeds the upper limit, the refractive power of the second lens unit having a negative refractive power becomes too strong, and it becomes difficult to reduce the Petzval sum of the entire system. If the lower limit is exceeded, the movable range of the second lens group becomes narrow, and it becomes difficult to secure a zoom ratio.
[0014]
The conditional expression (2) defines the refractive power of the first lens group. When the focal length f4 of the fourth lens group, which is the imaging lens, is determined based on the conditional expression (4), this is a condition necessary to secure a necessary F-number and shorten the overall length of the lens. . Beyond the upper limit, the overall length of the lens becomes unnecessarily long. If the lower limit is exceeded, the required F-number cannot be secured.
[0015]
The conditional expression (3) defines the refractive power of the third lens group. This is a condition necessary for performing good aberration correction while securing a necessary back focus. When the value exceeds the upper limit, the lens system passing through the first, second, and third lens units becomes a divergent system, so that the effective diameter of the fourth lens unit must be increased. If the lower limit is exceeded, the degree of convergence of the luminous flux emitted from the third lens group increases, and the refractive power of the negative lens of the fourth lens group must be increased in order to secure a necessary back focus. It is difficult to reduce the Petzval sum of the system.
[0016]
The conditional expression (4) defines the focal length of the fourth lens group by the required back focus length. When the value exceeds the upper limit, the refractive power of the negative lens in the fourth lens group must be increased, and it is difficult to reduce the Petzval sum. If the lower limit is exceeded, the total lens length is unnecessarily increased in combination with the conditional expressions (1), (2) and (3).
[0017]
Generally, a lens group that moves greatly during zooming needs to have its chromatic aberration corrected by itself, but it is difficult to completely correct chromatic aberration for each lens group. Therefore, at the telephoto end, the axial chromatic aberration remaining in the first lens group is enlarged by the second lens group, which is a zooming unit. Further, in the variable power range between the telephoto end and the wide-angle end, the luminous flux passes through the peripheral portions of the first and second lens groups, so that chromatic aberration of magnification remains. If the zoom ratio is increased, axial chromatic aberration at the telephoto end must be comprehensively corrected by the first and second lens groups, and it is difficult to sufficiently correct lateral chromatic aberration with these lens groups. . In such a case, it is generally conceivable to arrange the lens groups such that the light beam passes through a place away from the optical axis of the lens group on the opposite side to the aperture stop. That is, the distance between the third lens group and the fourth lens group is sufficiently widened. In this case, the fourth lens group requires a larger effective diameter, which hinders downsizing of the zoom lens. Therefore, in the zoom lens of the present invention, the distance between the third lens unit and the fourth lens unit is not widened, and divergent chromatic aberration is produced by the fourth lens unit, so that the first lens unit and the first lens unit located on opposite sides with respect to the diaphragm are provided. A method for canceling lateral chromatic aberration generated in the second lens group is employed. Here, the divergent chromatic aberration means the same property as the chromatic aberration generated by the concave lens alone, that is, the chromatic aberration in which light of a shorter wavelength is more divergent due to refraction.
[0018]
The third lens group located near the stop position is constituted by a single lens using high dispersion glass having an Abbe number of 35 or less so as to satisfy the conditional expression (5). By including two lenses so as to satisfy the conditional expression (5), it is possible to impart convergent axial chromatic aberration to the light beam emitted from the third lens group without changing the chromatic aberration of magnification. In addition, it is possible to cancel the divergent axial chromatic aberration generated in the fourth lens group and to comprehensively correct the chromatic aberration of magnification. Here, the convergence axial chromatic aberration means a property similar to the chromatic aberration generated by a single convex lens, that is, an axial chromatic aberration having a property that light having a shorter wavelength is more converged by refraction. In the latter case, since the same amount of convergent axial chromatic aberration is given by using two lenses, the types of glass that can be used are increased, and restrictions on materials in aspherical processing methods and correction of aberrations are required. , The freedom of choice is expanded.
[0019]
【Example】
Hereinafter, preferred first to fifth embodiments of the zoom lens of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and tables. Note that the first embodiment is an example in which the third lens group is configured by a single lens using high dispersion glass having an Abbe number of 35 or less, and the second to fifth embodiments use the third lens group. This is an example in which two lenses are used.
[0020]
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of a zoom lens according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, G1 is a first lens group having a positive refractive power and fixed with respect to a reference image plane position, G2 is a second lens group having a negative refractive power and movable on the optical axis, and S is An aperture stop, G3 is a third lens group having a positive refractive power and fixed with respect to a reference image plane position, G4 is a fourth lens group having a positive refractive power and movable on the optical axis, and G5 is A color separation optical system, G6 is a face plate, and I is an image plane. Here, the color separation optical system G5 is an optical system that separates a light beam into three primary colors of red, green, and blue, and is shown as a glass flat plate corresponding to the optical path length of the optical system in FIG. The face plate G6 is a glass plate having an optical path length including a crystal filter, a face plate of an image sensor, and the like.
[0021]
Next, the configuration of each lens group, lens arrangement, and operation of each lens group will be described. In FIG. 1, a first lens group G1 is a lens group including three lenses G1a, G1b, and G1c and having an image forming action. The lens G1a is a concave meniscus lens having radii of curvature r1, r2 and a center thickness d1. The lens G1b is a convex lens having radii of curvature r2 and r3 and a center thickness d2. The lenses G1a and G1b are cemented. d3 is an air gap between the lens G1b and the lens G1c. The lens G1c is a convex meniscus lens having radii of curvature r4 and r5 and a center thickness d4, and is arranged with the convex surface facing the object side. d5 is an air gap between the first lens group G1 and the second lens group G2, and the gap changes during zooming.
[0022]
The second lens group G2 includes three lenses G2a, G2b, and G2c, relays an image formed by the first lens group G1, and has a zooming effect by moving on the optical axis. is there. The lens G2a is a concave meniscus lens having radii of curvature r6 and r7 and a center thickness d6, and has a convex surface facing the first lens group. d7 is an air gap between the lens G2a and the lens G2b. The lens G2b is a concave lens having an aspheric surface having a vertex curvature radius r8, r9, and a center thickness d8. The lens G2c is a convex lens having radii of curvature r9 and r10 and a center thickness d9. The lens G2b and the lens G2c are joined. r11 indicates the surface of the stop S and is a plane. d10 is an air interval between the second lens group G2 and the stop S, and the interval changes at the time of zooming. d11 is an air gap between the stop S and the third lens group G3.
[0023]
The third lens group G3 is a lens group composed of a single lens G3a and having an action of relaying a virtual image generated by the first and second lens groups. The lens G3a has two aspheric surfaces having a vertex radius of curvature r12 and r13 and a center thickness d12. Further, by using glass having an Abbe number of 25.4 for this lens, convergence chromatic aberration as described above is generated, which is useful for correcting lateral chromatic aberration comprehensively. d13 is the air gap between the third lens group G3 and the fourth lens group G4, and the gap changes during the focus operation and during zooming.
[0024]
The fourth lens group G4 includes three lenses G4a, G4b, and G4c, has an image forming function, moves on the optical axis at the time of a focusing operation on an object, and at the time of zooming, and moves the image plane position to a fixed position. Has the effect of keeping The lens G4a is a concave lens having radii of curvature r14 and r15 and a center thickness d14. The lens G4b is a convex lens having an aspheric surface having a curvature radius r15 and a vertex curvature radius r16, and a center thickness d15. The lenses G4a and G4b are joined. d16 is an air gap between the lenses G4b and G4c. The lens G4c is a convex lens having radii of curvature r17 and r18 and a center thickness d17. d18 is an air gap between the fourth lens group G4 and the color separation optical system G5, and changes with the movement of the fourth lens group G4. r19, r20, and r21 indicate respective surfaces of the color separation optical system G5 and the face plate G6, which are flat surfaces. d19 and d20 are the surface intervals of the glass flat plates G5 and G6.
[0025]
Next, specific numerical examples of the first embodiment are shown in (Table 1).
[0026]
[Table 1]
Figure 0003582872
[0027]
In Table 1, the numbers in the first column from the left indicate the lens groups G1 to G6 shown in FIG. 1, and the number j in the second column indicates the radius of curvature rj (j shown in FIG. = 1 to 21). In the following columns, r is the radius of curvature, d is the surface interval, n is the refractive index of each lens spectrum for the d-line, and ν is the Abbe number of each lens for the d-line. The aspheric shape is defined by the following (Equation 2), and the conical constant and the value of each aspheric coefficient for each aspheric surface are shown in (Table 2). In (Table 2), the numbers in the first column from the left are the surface numbers of the aspheric surfaces corresponding to the surface numbers in (Table 1).
[0028]
(Equation 2)
Figure 0003582872
[0029]
[Table 2]
Figure 0003582872
[0030]
Next, a description will be given of the surface distance that changes due to the movement of the second lens group G2 during zooming and the accompanying movement of the fourth lens group G4. In FIG. 1, a curve shown below each lens unit represents a locus of each lens unit when zooming from the wide-angle end to the telephoto end. The first and third lens groups G1 and G3 are fixed, and the fourth lens group G4 first approaches the third lens group G3 with the movement of the second lens group G2, and then moves away again.
[0031]
Specific values of these surface intervals that change during zooming, and the focal length, F-number, and half angle of view of the zoom lens calculated for the wide-angle end, the standard, and the telephoto end for the object position of 2 m (Table 3). ). As is clear from (Table 3), the F number is 1.65, the zoom ratio is 13.8, and the angle of view is 67.1 degrees at all angles of view. The standard here refers to the position of the second lens group where the magnification of the image relay by the second lens group becomes 1 ×.
[0032]
[Table 3]
Figure 0003582872
[0033]
(Second embodiment)
Next, the configuration of a second preferred embodiment of the zoom lens according to the present invention is shown in FIG. The description of the parts common to the first embodiment is omitted, and only the configuration different from the first embodiment is described. The operation of each of the following embodiments is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
[0034]
In FIG. 2, the third lens group G3 includes, in order from the stop S side, a concave lens G3a using glass having an Abbe number of 55.2 and a convex lens G3b using glass having an Abbe number of 35.9. It has the power and has the effect of generating convergence chromatic aberration that satisfies the above condition (5). The concave lens G3a is a concave meniscus lens having an aspheric surface having a vertex curvature radius r12, a curvature radius r13, and a center thickness d12, and has a convex surface facing the stop S side. The convex lens G3b has radii of curvature r13 and r14 and a center thickness d13. These two lenses G3a and G3b are joined. d14 is the air gap between the third lens group G3 and the fourth lens group G4, and changes during zooming and during the focusing operation, as in the first embodiment. In FIG. 2, the configuration of the fourth lens group G4 is the same as that of the first embodiment, but the surface numbers of the respective surfaces are shifted by one.
[0035]
Regarding specific numerical values of the second embodiment, the lens configuration is shown in (Table 4), the aspherical surface coefficient is shown in (Table 5), and the same format as in (Table 1) and (Table 2) described above. In addition, (Table 6) shows the intervals and the like that change during zooming in the same format as in (Table 3) described above.
[0036]
[Table 4]
Figure 0003582872
[0037]
[Table 5]
Figure 0003582872
[0038]
[Table 6]
Figure 0003582872
[0039]
(Third embodiment)
Next, the configuration of a third preferred embodiment of the zoom lens of the present invention is shown in FIG. Note that the configuration of the third embodiment shown in FIG. 3 is substantially the same as the configuration of the second embodiment, and a description thereof will be omitted. Specific numerical values of the third embodiment are shown in (Table 7), (Table 8) and (Table 9). Each of these tables shows a lens configuration, an aspherical surface coefficient, an interval that changes at the time of zooming, and the like, as in the second embodiment.
[0040]
[Table 7]
Figure 0003582872
[0041]
[Table 8]
Figure 0003582872
[0042]
[Table 9]
Figure 0003582872
[0043]
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 4 shows a fourth preferred embodiment of the zoom lens according to the present invention. The description of the portions common to the configuration of the second embodiment is omitted, and the configuration of only the different portions will be described.
[0044]
In FIG. 4, the third lens group G3 includes, in order from the stop S side, a convex lens G3a using glass with an Abbe number of 34.0 and a concave lens G3b using glass with an Abbe number of 55.5. It has refracting power and generates convergence chromatic aberration similar to that described above. The convex lens G3a has an aspheric surface with a vertex curvature radius r12, a curvature radius r13, and a center thickness d12. The concave lens G3b has radii of curvature r13 and r14 and a center thickness d13. These two lenses G3a and G3b are joined.
[0045]
Specific numerical values of the fourth embodiment are shown in (Table 10), (Table 11) and (Table 12). Each of these tables shows a lens configuration, an aspherical surface coefficient, an interval that changes at the time of zooming, and the like, as in the second embodiment.
[0046]
[Table 10]
Figure 0003582872
[0047]
[Table 11]
Figure 0003582872
[0048]
[Table 12]
Figure 0003582872
[0049]
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 5 shows a fifth preferred embodiment of the zoom lens according to the present invention. The description of the same parts as those of the second embodiment is omitted, and the structure of only the different parts will be described.
[0050]
In FIG. 5, the third lens group G3 includes, in order from the stop S side, a concave lens G3a using glass having an Abbe number of 55.2 and a convex lens G3b using glass having an Abbe number of 35.9. The difference from the second embodiment is that the lenses G3a and G3b are configured with an air gap therebetween. The concave lens G3a has an aspheric surface with a vertex curvature radius r12, a curvature radius r13, and a center thickness d12. d13 is the air gap between the lenses G3a and G3b. The convex lens G3b has radii of curvature r14 and r15 and a center thickness d14. d15 is an air gap between the third lens group G3 and the fourth lens group G4, and the configuration up to the image forming plane I thereafter is the same as that of the second embodiment. In FIG. 5, the number of each surface is increased by one.
[0051]
Specific numerical values of the fifth embodiment are shown in (Table 13), (Table 14) and (Table 15). Each of these tables shows a lens configuration, an aspherical surface coefficient, an interval that changes at the time of zooming, and the like, as in the second embodiment.
[0052]
[Table 13]
Figure 0003582872
[0053]
[Table 14]
Figure 0003582872
[0054]
[Table 15]
Figure 0003582872
[0055]
Table 16 shows the results of obtaining the values of the respective equations that give the above five conditions for the above five examples. In Table 16, the number of the leftmost column indicates the number of the conditional expression, and the rightmost column indicates the conditional expression. The subsequent columns indicate the values of the conditional expressions for each embodiment.
[0056]
[Table 16]
Figure 0003582872
[0057]
6 to 20 show various aberrations calculated for an object distance of 2 m. FIGS. 6 to 8 correspond to the first embodiment, and FIGS. 9 to 11 correspond to the second embodiment. 12 to 14 correspond to the third embodiment, FIGS. 15 to 17 correspond to the fourth embodiment, and FIGS. 18 to 20 correspond to the fifth embodiment. I do. In each figure, (a) is a graph showing spherical aberration and sine conditions, (b) is astigmatism, (c) is distortion, (d) is axial chromatic aberration, and (e) is a graph showing lateral chromatic aberration. Further, among three figures corresponding to each embodiment, various aberrations at the wide-angle end, the standard, and the telephoto end are shown in ascending order of numbers.
[0058]
In the graph (a) of each figure, the horizontal axis represents the amount of displacement (mm) from the Gaussian image plane, and the vertical axis represents the pupil incident height of the on-axis ray by the F number. The solid curve represents the spherical aberration for the d-line of the spectrum, and the dotted curve represents the sine condition.
[0059]
In the graph (b) of each figure, the horizontal axis represents the amount of deviation (mm) from the Gaussian image plane, and the vertical axis W represents the incident angle (degree) of the principal ray at the entrance pupil position. The solid curve represents the sagittal image plane, and the dotted curve represents the meridional image plane.
[0060]
In the graph (c) of each figure, the horizontal axis represents the distortion rate (percent), and the vertical axis represents W, which is the incident angle (degree) of the principal ray at the entrance pupil position, similarly to the graph (b). is there.
[0061]
In graph (d) of each figure, similarly to graph (a), the horizontal axis represents the amount of deviation (mm) from the Gaussian image plane, and the vertical axis represents the pupil incident height of the on-axis light beam by the F number. The solid curve represents the axial chromatic aberration for the d-line of the spectrum, the dotted curve represents the F-line, and the dashed curve represents the C-line for the C-line.
[0062]
In the graph (e) of each figure, similarly to the graph (b), the horizontal axis is the shift amount (mm) from the Gaussian image plane, and the vertical axis is W, the incident angle (degree) of the principal ray at the entrance pupil position. is there. Each curve represents the chromatic aberration of magnification for the corresponding spectral line, similarly to the graph (d).
[0063]
Next, FIG. 21 shows a configuration of a three-panel video camera using the zoom lens of the present invention. In FIG. 21, a three-panel video camera according to the present invention includes a zoom lens 11, a spatial frequency filter (such as a quartz filter) 12, three color separation prisms 13a, 13b, 13c, and three image sensors 14a, 14b, 14c. A signal processing unit 15 that processes signals from the respective image sensors, a signal recording unit 16 that records video signals and the like on a recording medium, and a video display unit 17 such as a finder attached to a video camera. It should be noted that any of the zoom lenses from the first to fifth embodiments may be used as the zoom lens 11, and it goes without saying that a three-panel video camera having a small size, light weight, a high zoom ratio, and a wide angle of view can be configured. .
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the refractive power of each lens group is defined so as to satisfy the conditional expressions (1), (2), (3) and (4) in (Equation 1). In addition, it is possible to increase the zoom ratio, widen the angle of view, and increase the aperture ratio (decrease the F-number) despite its small size. Further, since the third lens group is a single lens using glass having an Abbe number of 35 or less, or the third lens group is composed of two lenses, each of which satisfies the conditional expression (5). The chromatic aberration of magnification that cannot be completely corrected by the first and second lens groups due to the effect of the higher magnification of the zoom ratio can be corrected by the fourth lens group. As a result, a high-performance zoom lens having a long back focus and capable of inserting a necessary color separation optical system into a three-plate video camera or the like and having the same number of lenses as the conventional example, and a video camera using the same are realized. be able to.
[0065]
More specifically, the F-number is about 1.6, the angle of view at the wide-angle end is about 67 degrees at the full angle of view, and the zoom ratio is about 14 times. With the number of constituent lenses, a high-performance zoom lens having a long back focus can be realized. In addition, with such features of the zoom lens of the present invention, it is possible to realize a compact, lightweight three-panel video camera with high performance.
[0066]
Further, the third lens group located near the stop position is constituted by a single lens using high-dispersion glass having an Abbe number of 35 or less so as to satisfy the conditional expression (5). By providing two lenses so as to satisfy the conditional expression (5), convergent axial chromatic aberration can be given to the light beam emitted from the third lens group without changing the chromatic aberration of magnification. Accordingly, it is possible to cancel the divergent axial chromatic aberration generated in the fourth lens group and to comprehensively correct the lateral chromatic aberration. Here, the convergence axial chromatic aberration means a property similar to the chromatic aberration generated by a single convex lens, that is, an axial chromatic aberration having a property that light having a shorter wavelength is more converged by refraction. In the latter case, since the same amount of convergent axial chromatic aberration is given by using two lenses, the types of glass that can be used are increased, and restrictions on materials in aspherical processing methods and correction of aberrations are required. , The freedom of choice is expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a zoom lens according to the present invention;
FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of the zoom lens according to the present invention;
FIG. 3 is a configuration diagram of a third embodiment of the zoom lens according to the present invention;
FIG. 4 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the zoom lens according to the present invention;
FIG. 5 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the zoom lens according to the present invention;
FIG. 6 is an aberration diagram showing various aberrations at the wide-angle end of the zoom lens according to the first embodiment.
FIG. 7 is an aberration diagram showing various aberrations in a standard of the zoom lens according to the first embodiment;
FIG. 8 is an aberration diagram showing various aberrations at the telephoto end of the zoom lens according to the first embodiment.
FIG. 9 is an aberration diagram showing various aberrations at the wide-angle end of a zoom lens according to a second embodiment.
FIG. 10 is an aberration diagram showing various aberrations in a standard of the zoom lens according to the second embodiment.
FIG. 11 is an aberration diagram showing various aberrations at a telephoto end of a zoom lens according to a second embodiment.
FIG. 12 is an aberration diagram showing various aberrations at the wide-angle end of a zoom lens according to a third embodiment.
FIG. 13 is an aberration diagram showing various aberrations of the zoom lens according to the third embodiment as a standard.
FIG. 14 is an aberration diagram showing various aberrations at the telephoto end of a zoom lens according to a third embodiment.
FIG. 15 is an aberration diagram showing various aberrations at the wide-angle end of a zoom lens according to a fourth embodiment.
FIG. 16 is an aberration diagram showing various aberrations in a standard of the zoom lens according to the fourth embodiment;
FIG. 17 is an aberration diagram showing various aberrations at the telephoto end of a zoom lens according to a fourth example.
FIG. 18 is an aberration diagram showing various aberrations at the wide-angle end of a zoom lens according to a fifth embodiment.
FIG. 19 is an aberration diagram showing various aberrations in a standard of the zoom lens according to a fifth embodiment;
FIG. 20 is an aberration diagram showing various aberrations at the telephoto end of a zoom lens according to a fifth embodiment.
FIG. 21 is a configuration diagram of a video camera using the zoom lens of the present invention.
FIG. 22 is a configuration diagram of a conventional zoom lens.
[Explanation of symbols]
G1: First lens group
G1a-c: lenses constituting the first lens group
G2: second lens group
G2a-c: lenses constituting the second lens group
G3: Third lens group
G3a-c: lenses constituting the third lens group
G4: fourth lens group
G4a-c: lenses constituting the fourth lens group
G5, 25: glass plate equivalent to color separation optical system
G6, 12, 26: Spatial frequency filter
S: Aperture
I, 27: Image plane
11: Zoom lens
13a-c: prism for color separation
14a-c: Image sensor
15: Signal processing unit
16: Video signal recording unit
17: Video display section
21: First lens group of conventional zoom lens
22: Second lens group of conventional zoom lens
23: Third lens group of conventional zoom lens
24: fourth lens group of conventional zoom lens

Claims (5)

物体側より順に、正の屈折力を持ち基準の像面位置に対して固定された第1レンズ群、負の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を有する第2レンズ群、開口絞り、基準の像面位置に対して固定され集光作用を有する正の屈折力を持った第3レンズ群、前記第2レンズ群の移動、及び物体の移動によって変動する像面を基準の像面位置から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力を持った第4レンズ群、色分解光学系に相当するガラス平板を具備した3板式用のズームレンズであって、前記第3レンズ群が、少なくとも1面が非球面の単レンズもしくは物体側から順に配置された凹レンズと凸レンズとからなる2枚レンズのいずれかで構成され、かつ、fi(i=1,2,3,4)を前記iレンズ群の焦点距離、BFを像空間が空気であるときのレンズ最終面から像面までの距離、f3d、f3C及びf3Fを各々スペクトルのd線、C線及びF線に於ける前記第3レンズ群の焦点距離としたとき、
Figure 0003582872
を各々満足することを特徴とするズームレンズ。
A first lens group having a positive refractive power and fixed with respect to a reference image plane position in order from the object side, and a second lens group having a negative refractive power and having a zooming action by moving on the optical axis. An aperture stop, a third lens group having a positive refracting power fixed to a reference image plane position and having a condensing action, moving the second lens group, and moving an object to move the image plane. A fourth lens group having a positive refractive power, which moves on the optical axis so as to maintain a fixed position from the image plane position of the image plane, and a zoom lens for a three-plate system including a glass plate corresponding to a color separation optical system. The third lens group is constituted by either a single lens having at least one aspherical surface or a two-lens lens composed of a concave lens and a convex lens arranged in order from the object side, and fi (i = 1, 2, 3, 4) is the focal length of the i lens group, B Distance of F from the last lens surface of the case is the image space is air to the image plane, and f3d, F3C and each spectrum of d line F3F, and C-line and the focal length of in the third lens group to the F-line When
Figure 0003582872
A zoom lens that satisfies each of the following.
前記第3レンズ群を構成する単レンズが、アッベ数が35より小さい高分散ガラスで構成されている請求項1記載のズームレンズ。The single lens constituting the third lens group, the zoom lens according to claim 1, wherein the Abbe number is made up of 35 smaller high dispersion glass. 前記第3レンズ群を構成する2枚レンズにおいて、前記凸レンズは前記凹レンズより小さなアッベ数を有するガラスで構成され、かつ、前記凸レンズもしくは前記凹レンズの各面の内少なくとも1面が非球面である請求項1記載のズームレンズ。 In two lenses constituting the third lens group, wherein the convex lens is made of glass having a smaller Abbe number than said concave, and at least one surface of each face of the convex lens or the concave lens is aspherical The zoom lens according to claim 1. 前記第2レンズ群及び前記第4レンズ群は、各々のレンズ面の内少なくとも1面非球面を有している請求項2又は3記載のズームレンズ。The second lens group and the fourth lens group, each of the at least one surface according to claim 2 or 3, wherein the zoom lens that has have a non-spherical of the lens surfaces. 請求項1から4のいずれかに記載したズームレンズと、色分解光学系と、撮像素子と、信号処理部と、信号記録部と、映像表示部とを具備するビデオカメラ。A video camera comprising the zoom lens according to claim 1, a color separation optical system, an image sensor, a signal processing unit, a signal recording unit, and a video display unit.
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