JP3486474B2 - リヤーフォーカス式のズームレンズ及びそれを有するカメラ - Google Patents

リヤーフォーカス式のズームレンズ及びそれを有するカメラ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はリヤーフォーカス式のズ
ームレンズ及びそれを有するカメラに関し、特に写真用
カメラやビデオカメラそして放送用カメラ等に用いられ
る変倍比６〜２０、広角端のＦナンバー１．８程度の大
口径比で高変倍比でしかも比較的広画角のレンズ全長の
短いリヤーフォーカス式のズームレンズ及びそれを有す
るカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量
化に伴い、撮像用のズームレンズの小型化にもめざまし
い進歩が見られ、特にレンズ全長の短縮化や前玉径の小
型化、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】これらの目的を達成するひとつの手段とし
て、物体側の第１群以外のレンズ群を移動させてフォー
カスを行う、所謂リヤーフォーカス式のズームレンズが
知られている。
【０００４】一般にリヤーフォーカス式のズームレンズ
は第１群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに
比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小
型化が容易になり、又近接撮影、特に極近接撮影が容易
となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行
っているので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な
焦点合わせが出来る等の特長がある。
【０００５】このようなリヤーフォーカス式のズームレ
ンズとして、例えば特開平５−２１５９６７号公報では
物体側より順に変倍中固定の正の屈折力の第１群、変倍
用の負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、負の屈
折力の第４群、そして変倍に伴う像面変動を補正する為
の正の屈折力の第５群の５つのレンズ群を有し、変倍の
際には該第３群又は第４群の少なくとも一方のレンズ群
を移動させ、フォーカスの際には該第３群，第４群又は
第５群のうちの少なくとも１つのレンズ群を移動させる
構成のズームレンズを提案している。
【０００６】又本出願人は特開平６−１４８５２３号公
報において、物体側より順に正の屈折力の第１群、負の
屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負の
屈折力の第４群、そして正の屈折力の第５群の５つのレ
ンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させて広角端か
ら望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第３
群と第４群を移動させて補正すると共に該第２群と第３
群、そして第４群のうちの少なくとも１つのレンズ群を
光軸上移動させてフォーカスを行ったリヤーフォーカス
式のズームレンズを提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般にズームレンズに
おいてリヤーフォーカス方式を採用すると、レンズ系全
体が小型化され、又迅速なるフォーカスが可能となり、
更に近接撮影が容易となる等の特徴が得られる。
【０００８】しかしながら半面、フォーカスの際の収差
変動が大きくなり、無限遠物体から近距離物体に至る物
体距離全般にわたりレンズ系全体の小型化を図りつつ、
高い光学性能を得るのが大変難しくなってくるという問
題点が生じてくる。
【０００９】又前述の各公報で提案しているように、変
倍の際に３つのレンズ群を移動させるズーム方式をとる
とズーム機構が複雑化し、レンズ鏡筒が大型化してくる
という問題点が生じてくる。
【００１０】又前述の特開平５−２１５９６７号公報で
提案しているような変倍の際に像面近傍に位置している
第５群を移動させるズーム方式はＣＣＤ等の固体撮像素
子やフィルム近傍の機構が複雑化し、又ゴミや埃等が像
面近くのレンズ面に付着するとこれがフィルム等に写っ
てしまい、画質を低下させるという問題点が生じてく
る。
【００１１】本発明は、リヤーフォーカス方式を採用し
つつ、広角端のＦナンバーが１．８程度と大口径比化、
広角端の撮影画角６０度以上と広画角化、変倍比６〜２
０と高変倍化を図りつつ、前玉径の縮小化及びレンズ系
全体の大型化を防止し、広角端から望遠端に至る全変倍
範囲にわたり、又無限遠物体から近距離物体に至る物体
距離全般にわたり、特に歪曲の少ない良好なる光学性能
を有した簡易な構成のリヤーフォーカス式のズームレン
ズ及びそれを有するカメラの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明のリヤー
フォーカス式のズームレンズは、物体側より順に、正の
屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正
の屈折力の第３レンズ群、単一レンズブロックより成る
負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群
を有し、該第２レンズ群を像面側へ移動させて広角端か
ら望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第４
レンズ群を移動させて補正するズームレンズであって、
該第４レンズ群を光軸上像側に移動させて無限遠物体か
ら至近物体に対するフォーカスを行い、 該第４レンズ群
は両レンズ面が凹面の負レンズより成り、該負レンズの
物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ，Ｒ４
ｂとするとき １．１＜｜Ｒ４ａ｜／Ｒ４ｂ なる条件を満足する ことを特徴としている。請求項２の
発明は、請求項１の発明において前記第４レンズ群は広
角端から望遠端への変倍に際して像側に凸状の軌跡を有
して移動していることを特徴としている。 請求項３の発
明のカメラは、請求項１又は２のリヤーフォーカス式の
ズームレンズを有することを特徴としている。
【００１３】
【実施例】図１は本発明のリヤーフォーカス式のズーム
レンズの近軸屈折力配置を示す一実施例の概略図であ
る。図２〜図９は本発明の後述する数値実施例１〜８の
レンズ断面図、図１０〜図１７は本発明の後述する数値
実施例１〜８の諸収差図である。収差図において（Ａ）
は広角端、（Ｂ）は望遠端を示している。
【００１４】図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レ
ンズ群）、Ｌ２は負の屈折力の第２群（第２レンズ
群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ
４は負の屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は正の
屈折力の第５群（第５レンズ群）である。ＳＰは開口絞
りであり、第３群Ｌ３の前方に配置している。ＩＰは像
面である。
【００１５】広角端から望遠端への変倍に際して矢印の
ように第２群Ｌ２を像面側へ移動させると共に、変倍に
伴う像面変動を第４群を像面側に凸状の軌跡を有するよ
うに移動させて補正している。又、第４群を光軸上移動
させてフォーカスを行うリヤーフォーカス式を採用して
いる。
【００１６】図１に示す第４群の実線の曲線４ａと点線
の曲線４ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカス
しているときの広角端から望遠端への変倍に伴う際の像
面変動を補正する為の移動軌跡を示している。第１群，
第３群，第５群は変倍及びフォーカスの際、固定であ
る。
【００１７】本実施例においては第４群を移動させて変
倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第４群を移動させ
てフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線４
ａ，４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際し
て像面側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。
これにより第４群と第５群との空気の有効利用を図りレ
ンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００１８】本実施例において、例えば望遠端において
無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合は、
同図の直線４ｃに示すように第４群を後方へ繰り込むこ
とにより行っている。
【００１９】本実施例では数値実施例１〜８に示すよう
に第４群を単一レンズ又は貼り合わせレンズ等の単一レ
ンズブロックより構成し、第４群の小型軽量化を図って
いる。これにより第４群で変倍及びフォーカスを行う際
に高速に行うことができるようにしている。
【００２０】本発明のリヤーフォーカス式のズームレン
ズの構成上の特徴は以上のとおりであるが本発明におい
ては構成上、次の条件のうち少なくとも１つを満足させ
るのが良い。
【００２１】（１−１）前記第４群は両レンズ面が凹面
の負レンズより成り、該負レンズの物体側と像面側のレ
ンズ面の曲率半径を各々Ｒ４ａ，Ｒ４ｂとするとき １．１＜｜Ｒ４ａ｜／Ｒ４ｂ ‥‥‥（１） なる条件を満足することである。
【００２２】この様に構成すると第４レンズ群の第２主
点位置が第５レンズ群側に移り、第４レンズ群の可動範
囲を大きく取れるので小型化に有効となる。
【００２３】（１−２）一般にズームレンズでは第１レ
ンズ群を光軸上移動させて距離合わせ（フォーカス）を
行う所謂、前玉フォーカス方式が良く知られている。し
かしながら、この方式は広角側で至近距離撮影時に周辺
画面に光束を確保するために前玉径が大きくなりがちと
なる。このため、このフォーカス方式では、本発明の目
的のひとつである小型化が難しくなる。
【００２４】この際、構成上最も径の大きい第１レンズ
群はズーミング中固定になっている方が、機構上の簡略
化のためにも良い。そこで、第３レンズ群以降に配置さ
れたレンズ群、特に第４レンズ群でフォーカシングを行
うものが小型化を目的とする際には好ましい。又、絞り
ユニットを有する第３レンズ群も固定である方が機構上
の簡略化には好ましい。特に絞りユニットを有する第３
レンズ群は単レンズで構成すると絞りユニット周辺の機
構は小型になり組立においても簡単になる。又、第４レ
ンズ群の可動スペースを確保するためにも好ましい。
【００２５】特に第４レンズ群は、広角端より中間ズー
ム域にかけて像面側に移動するのが好ましい。更に高変
倍のズームレンズを構成するには第４レンズ群は広角端
より望遠端にかけて像面側に凸状の軌跡で移動し、又、
特に略完全往復していればスペース効率が良く小型の高
変倍ズームレンズが可能となる。このとき特に第２レン
ズ群の、ズーミング中の横倍率は等倍（−１）を挟んで
変化している構成にするのが良い。
【００２６】次にこの構成で、前玉径が小型化できる物
理的意味を説明する。
【００２７】従来より広角化を図ろうとすると、広角端
寄りの中間ズーム位置において第１レンズ群への軸外光
束の入射高が高くなり、この結果第１レンズ群のレンズ
有効径が増大してくる。この前玉径の増大を防止するに
は上記中間ズーム位置で物体側より瞳（絞り）へ入射す
る軸外光束の入射角度θを浅めに（小さめに）設定する
ように構成するのがよい。そのためには上述、又図１に
示したように第４レンズ群は、広角端より中間ズーム域
にかけて像面側に移動するのが好ましい。
【００２８】この様に構成することにより、前玉径を決
定する焦点距離はかなり望遠側に寄り、径の小型化が可
能になる。この時特に全ズーム域でレンズの射出瞳位置
は像面よりプラス側（像面より反物体側）にあるのが有
効である。
【００２９】次にこの理由を図１を用いて説明する。
【００３０】図１は広角端から少し望遠側に寄った中間
ズームの位置で、第１レンズ群の有効径を決定する焦点
距離の位置である。同時に図１８に参考の為に従来のズ
ームレンズ（特開昭６２−２４２１３号公報）のものも
記載する。
【００３１】図１８のズームレンズは変倍及びフォーカ
スの際に固定の正の屈折力の第１群Ｌ１、変倍の際、像
面側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２群Ｌ２、絞り
ＳＰ、固定の正の屈折力の第３群Ｌ３、そして変倍に伴
う像面変動を補正する為に物体側へ凸状の軌跡を有しつ
つ移動し、かつフォーカスを行なう第４群Ｌ４より成っ
ている。
【００３２】今、図１に示すにように、像面ＩＰ側から
物体側へ軸外光束の光線を逆追跡すると、第４レンズ群
Ｌ４に強い負のパワーが有るために像面側からでる軸外
光束は射出瞳がややプラス側に寄っている。この光束が
第５レンズ群で絞りＳＰ側に曲げられ、更に第４レンズ
群で絞りＳＰを有する第３レンズ群にゆるやかな角度で
入っていく。この絞りＳＰを通過する角度θが図１のズ
ームレンズでは図１８の従来のズームレンズよりもゆる
くできる為、結果的に第１レンズ群の径を小さくでき
る。
【００３３】このように本発明では、射出瞳位置が像面
からプラス側（反物体側）にあるのが好ましい。少なく
とも前玉径の決定に寄与する広角端ではプラス側になっ
ている事が好ましい。
【００３４】（１−３）第ｉレンズ群の焦点距離をそれ
ぞれＦｉ、全系の広角端及び望遠端の焦点距離をそれぞ
れ Ｆｗ，Ｆｔとすると以下の条件式を満たしている事
が好ましい。
【００３５】 ４．０＜Ｆ１／Ｆｗ＜１２ ‥‥‥（２） この条件は、本発明の様に小型化や機構の簡略化をしな
がら６倍以上の変倍比を有するズームレンズを設定する
のに必要な式である。
【００３６】この式は、第２レンズ群に対する物点、即
ち倍率に係わる式である。全系を小さく設定するには、
第２レンズ群がズーミングに際して等倍を挟んでいるの
が好ましい。等倍を挟むと第４レンズ群のズーミングの
軌跡は略往復になり、最も効果的なスペース効率で高変
倍が可能となる。具体的には、この式の上限値を越える
と、第１レンズ群の焦点距離が長くなり、主変倍レンズ
群である第２レンズ群に対する物点が遠くなり、第２レ
ンズ群の結像倍率が低くなり、効果的な小型化が難しく
なる。更に、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が大き
くなり小型化の達成が難しくなる。
【００３７】又、下限値を越えると、第１レンズ群の焦
点距離が短くなり、第２レンズ群の結像横倍率を上述し
たように確保しようとすると、第２レンズ群の屈折力が
強くなりレンズ保持精度が厳しくなり適当でない。
【００３８】（１−４）第４レンズ群は近距離に距離合
わせ（フォーカシング）するときは像面側に繰り込むよ
うに構成するのがよい。このように負の屈折力の第４レ
ンズ群を繰り込んで距離合わせを行うと、その際の全系
の焦点距離が長めになる。これにより従来のような正の
レンズ群で行うリヤーフォーカス方式の様に、近軸的な
変倍比に対して近距離側で実効変倍比が小さくなること
がなく、高変倍化しても近距離側で所望の変倍比が得ら
れる。
【００３９】（１−５）前玉径の小型化に関係する絞り
位置は、望遠端において第３レンズ群の近傍に配置する
のがよい。この時広角側において、絞りの位置はは望遠
端での位置よりも物体側にあるように移動しても前玉径
の小型化に有効である。
【００４０】一般に従来のズームレンズでは、第１レン
ズ群への軸外光束の入射高は、入射瞳が第１レンズ群か
ら深い所（奥まったところ）にあるため、広角端寄りの
中間ズーム位置で最も高くなる。この入射高の最も高い
位置を、入射瞳即ち絞りを移動させることにより、広角
端近傍に設定できれば第１レンズ群の外径を最も効率的
に小さくできることになる。
【００４１】特に絞りは、第３レンズ群近傍にズーミン
グ中固定である方が機構構成上は好ましい。特に絞り
は、前玉径の小型化には第３レンズ群の比較的物体側、
好ましくは最も物体側に位置させるのがよい。
【００４２】（１−６）広角端において、物体距離無限
遠での第２レンズ群と第３レンズ群の間隔（絞りが第３
レンズ群の物体側にある場合は、絞り面まで）をＤ２
ｗ、第４レンズ群と第５レンズ群の間隔をＤ４ｗとする
と以下の式を満足しているのが好ましい。
【００４３】 １．５＜Ｄ２ｗ／Ｄ４ｗ＜３．５ ‥‥‥（３） この式は、望遠端になれば増加する第４レンズ群のフォ
ーカス移動量の為の間隔を、主変倍レンズ群である第２
レンズ群の移動範囲との関係で規定しているものであ
る。このようなリヤーフォーカス方式をとるズームレン
ズの場合、どうしても望遠端の近距離のフォーカスレン
ズ移動量が大きくなる。特にズームの倍率が大きくなれ
ばなるほど、第４レンズ群の像面位置補正の移動量・フ
ォーカスの為の移動量が共に大きくなる。Ｄ２ｗが大き
い、則ちズーミングのための移動範囲が大きいと、ズー
ム比が大きくなり、所望の至近撮影距離のための第４レ
ンズ群の移動量が望遠端で大きくする必要がある。条件
式（３）はその相関を示したものである。上限値を越え
ると、望遠端で至近距離が遠くなり適当でない。又、下
限値を越えると、ズーム比の小さなズームレンズとなり
適当でない。
【００４４】（１−７）フォーカスレンズの移動に関し
ては以下の式を満たしているのが好ましい。
【００４５】 ０．３＜｜Ｄ４ｗ／Ｆ４｜＜１．０ ‥‥‥（４） この式は、フォーカスレンズである第４レンズ群の屈折
力と第５群との間の可動間隔を適切に設定したものであ
る。上限値を越えると所望の至近距離のために必要な間
隔以上の間隔を設定した事となり全長が大型化し適当で
ない。又、下限値を越えるとフォーカスのための必要な
間隔が確保できず適当でない。
【００４６】特に望遠端ほど至近距離での繰り込み量が
大きくなるが特に１０倍以上の高変倍化の為には（４）
式は以下の範囲にあることが望ましい。
【００４７】 ０．６＜｜Ｄ４ｗ／Ｆ４｜＜１．０ ‥‥‥（４ａ） 又、この第４レンズ群は、以下の関係を満たしているの
が好ましい。
【００４８】 −５．０＜Ｆ４／Ｆｗ＜−１．５ ‥‥‥（５） この式の上限値を越えると第４レンズ群の屈折力が強く
なり、ペッツバール和が負の値で大きくなるために、像
面が補正過剰となり適当でない。又、下限値を越えると
所望の至近撮影距離を得るために第４レンズ群の移動量
が大きくなり全系が大型化して適当ではない。
【００４９】（１−８）ズーミングのための主変倍レン
ズ群である第２レンズ群は、以下の範囲にあるのが好ま
しい。
【００５０】 −２．０＜ Ｆ２／Ｆｗ ＜−０．８ ‥‥‥（６） この式の上限値を越えると第２レンズ群の屈折力が強く
なり、ペッツバール和が負の値で大きくなるために、像
面が補正過剰となり適当でない。又、下限値を越えると
所望の変倍比を得るために第２レンズ群の移動量が大き
くなり前玉径及び全系が大型化して適当ではない。
【００５１】（１−９）第３レンズ群には、光束が発散
系で入射し集束系にして第４レンズ群に導くのが良い。
則ちズーム全域で結像倍率β３は常に負の値をもつのが
小型化に適している。
【００５２】β３ ＜ ０ ‥‥‥（７） この式を満たすと、第４レンズ群を効率よく移動させる
ことができ、特に第４レンズ群が広角端より望遠端にか
けて像面側に凸状の軌跡で移動し、又、特に略完全往復
するために必要なものであり小型化に有効である。
【００５３】更に、全系を小さくし移動スペースを有効
に設定するには、第４レンズ群は略完全往復もしくは像
面側に凸状の軌跡にしておけば良いのは上述の通りであ
る。そのためには、第３レンズ群の結像倍率は負の値
で、広角端から望遠端にかけて絶対値が大きくなり更に
小さくなるのが好ましい。ここで広角端及び望遠端の第
３レンズ群の近軸横倍率をそれぞれβ３Ｗ，β３Ｔとす
ると β３Ｗ≒β３Ｔ であると最もスペース効率が良い。特に広角端から望遠
端への第３レンズ群の近軸横倍率の絶対値の最大値をβ
３ＭＡＸとすると（ズーミング中に存在する値）、 ｜β３ＭＡＸ｜＞０．８ になっているのが良く、特に高倍化させるには、 ｜β３ＭＡＸ｜＞０．９ になっているのが良く、更に−１を越えている方が高倍
化に好適である。
【００５４】（１−１０）広角端から望遠端にかけての
第２レンズ群の倍率の比（β２Ｔ／β２ｗ）を、Ｚ２、
全系の焦点距離の比（Ｆｔ／Ｆｗ）をＺとすると ０．４０＜Ｚ２／Ｚ＜１．３０ ‥‥‥（８） を満足している事が好ましい。この式は全体の変倍に対
する第２レンズ群の変倍の割合を示すものである。この
上限値を越えるとレンズ系のどこかの群がズーミング
中、減倍している事になり変倍効率が悪く大型化の原因
となり適当でない。又、下限値を越えると変倍に寄与す
るレンズ群が複数個有る事になりそれぞれの制御が難し
くなる。特に、第４レンズ群はズーミングにより完全往
復していれば最もスペース効率が良いが、所望のズーム
比を得るために第４レンズ群は完全に戻らない場合のあ
る。この時第４レンズ群も若干の変倍に寄与するわけで
あるが（｜β４Ｗ｜＜｜β４Ｔ｜）、その時は以下の範
囲にあるのがよい。
【００５５】０．６８＜Ｚ２／Ｚ＜０．８ この範囲を逸脱し、第４レンズ群の変倍寄与が大きくな
ると、第４レンズ群の可動スペースが大きくなり、全系
が大型化し適当でない。もちろん第３レンズ群がズーミ
ング中可動で変倍に寄与しているときはこの限りではな
い。
【００５６】（１−１１）第３レンズ群は、以下の式を
満たしてるのが好ましい。
【００５７】 １．５＜Ｆ３／Ｆｗ＜４．５ ‥‥‥（９） この式は上述した第３レンズ群の倍率を適切に設定する
為に有効なものである。この上限値を越えると大型化
し、下限値を越えると第４レンズ群のフォーカスのため
の可動間隔を適切に設定できなくなる。この範囲を逸脱
すると第４レンズ群を効率よく移動できず、特に第４レ
ンズ群が広角端より望遠端にかけて像面側に凸状の軌跡
で移動し、或いは特に略完全往復することができなくな
る。又、第３レンズ群を単レンズで構成する事により小
型化を達成しているが、特に球面収差を軽減するため
に、第３レンズ群のいずれかの面に非球面を有していて
も良い。
【００５８】（１−１２）フォーカスレンズ群であり像
点の補正レンズ群である第４レンズ群は可動するため小
さく軽い構成の方が小型化、機構の簡略化には好まし
い。そのためには第４レンズ群は負の単レンズで構成し
ても良い。この時、フォーカス及びズームでの色収差の
変動を押さえるため以下の関係を満たすのがよい。
【００５９】 ２０＜ν４＜５０ ‥‥‥（１０） ここでν４は第４レンズ群を構成するレンズの材質のア
ッベ数である。
【００６０】（１−１３）第４レンズ群を構成する単レ
ンズの屈折率は以下の範囲にあるのがよい。
【００６１】１．６５＜Ｎ４ ‥‥‥（１１） ここでＮ４は第４レンズ群を構成するレンズの屈折率で
ある。この範囲を逸脱すると上述した範囲の焦点距離Ｆ
４にするためには、レンズ面の曲率がきつくなり収差の
劣化が著しくなり適当でない。
【００６２】（１−１４）特に、収差の発生を小さくし
て可動範囲を多く取るには第４レンズ群を構成する単一
レンズのレンズ面の曲率半径が以下の範囲にあるのが好
ましい。
【００６３】 １．４＜｜Ｒ４ａ｜／Ｒ４ｂ＜３．０ ‥‥‥（１２） （１−１５）全系の焦点距離に対して、最後の結像レン
ズである第５レンズ群を良好な収差にして、またバック
フォーカスを適当に確保するために以下の条件式を満た
しているのが好ましい。
【００６４】 １．５０＜Ｆ５／Ｆｗ＜５．０ ‥‥‥（１３） 上限値を越えるとバックフォーカスが長くなり大型化す
るため適当でない。また下限値を越えると第５レンズ群
の屈折力が強くなり特に球面収差やコマ収差が特に中間
ズーム域で多く発生し、適当でない。またテレセントリ
ックな関係が崩れ、射出瞳が短くなり適当でない。また
フィルター等のブロックを入れるのが無理になり、好ま
しくない。
【００６５】（１−１６）本発明のレンズ構成では、ズ
ームレンズの射出瞳位置が短くなりすぎないように設定
し、更に上述した様に物体側からの斜光束を瞳に浅い角
度で入射させ、前玉径の小型化に寄与している。
【００６６】上述した絞りから像面側のレンズ群のパワ
ー設定範囲を、緩め側に設定すると、上記斜光束が浅い
角度に設定できずに、前玉径の増大を招き、また下限値
を越えると射出瞳がプラス側に短くなりすぎ、固体撮像
素子に対してテレセントリックな光束を確保できず、ま
たズーム、フォーカスに対して収差変動が大きくなり適
当ではない。以上の範囲に入っていれば距離合わせ（フ
ォーカシング）に対しても大きな移動にならないように
小型化を達成するものである。このように範囲を逸脱す
ると前玉径が大型化し全系も大型化して、更に撮像素子
に対して適当な射出角度を設定できなくなる。特に射出
瞳位置に関しては以下の条件を満足しているのが好まし
い。
【００６７】 −１．５＜Ｆ４／Ｆ５＜−０．７５ ‥‥‥（１４） この式の上限値を越えると第４レンズ群の屈折力が強く
なりフォーカシングの距離変動が大きくなり適当でな
い。また下限値を越えるとフォーカシングの移動量が大
きくなり大型化して適当でないばかりでなく固定の結像
レンズである第５レンズ群の屈折力が強くなり射出瞳が
短くなり適当でない。
【００６８】（１−１７）ズームレンズ全系の射出瞳を
適当に設定しつつ、レンズのバックフォーカスを適正に
確保するためには第５群の結像倍率をβ５とすると以下
の条件を満たしているのが好ましい。
【００６９】｜β５｜＜０．２５ ‥‥‥（１５） この式を逸脱すると、バックフォーカスが大きくなりレ
ンズ系が大きくなるばかりでなく射出瞳が短くなり適当
でない。
【００７０】（１−１８）全系の焦点距離に対して、最
後の結像レンズである第５レンズ群を良好な収差にし
て、またバックフォーカスを適当に確保するために以下
の条件式を満たしているのが好ましい。
【００７１】
【数１】 上限値を越えるとバックフォーカスが長くなり大型化す
るため適当でない。また下限値を越えると第５レンズ群
の屈折力が強くなり特に球面収差やコマ収差が特に中間
ズーム域で多く発生し適当でない。またテレセントリッ
クな関係が崩れ、射出瞳が短くなり適当でない。
【００７２】（１−１９）適当なバックフォーカスを保
持しつつ、固体撮像素子に対する射出瞳位置の変動を小
さく設定するには、第４レンズ群の倍率β４がズーミン
グに伴い常に同一符号であることが好ましい。β４がズ
ーミング中符号を変えて変化すると、最終の結像レンズ
群である固定の第５レンズ群への入射角度の変化が大き
く、ズーミングに伴い、特に周辺光束の固体撮像素子
（ＣＣＤ等）へ入射角度の変動が大きく、テレセントリ
ックな結像からのズレが大きくなりシェーディング発生
の原因になり適当でない。
【００７３】（１−２０）射出瞳がプラス側で短くなる
ワイド端、テレ端でのシェーディングを小さくし、適当
なバックフォーカスを保持するには以下の式を満足する
のが好ましい。
【００７４】β４Ｗ×β４Ｔ＞０ ‥‥‥（１７） ここで広角端及び望遠端の物体距離無限遠での第４レン
ズ群の近軸横倍率をそれぞれβ４Ｗ，β４Ｔとする。
【００７５】（１−２１）全系を小型化にするときは、
以下の条件を満たすのが好ましい。
【００７６】１．５＜Ｂｆｗ／Ｆｗ＜４．２ ここで、Ｂｆｗは広角端での、物体距離無限遠時のバッ
クフォーカス（ガラスブロック、フィルター等実施例中
の“Ｇ”を除く）である。この式は、全系を効果的に小
型化するのに必要な式であり、下限値を越えると、フィ
ルター等のブロックを入れるのが無理になるばかりでな
く、射出瞳が短めとなり、撮像素子への結像がテレセン
トリック系からズレることになり不適当である。また上
限値を越えると大型化して不適当である。
【００７７】（１−２２）各レンズ群の具体的なレンズ
構成は、第１レンズ群は少なくとも１枚の負レンズを含
む複数のレンズで構成され、第２レンズ群は少なくとも
１枚の正レンズを含む複数のレンズで構成され、第３レ
ンズ群は少なくとも１枚の正レンズで構成され、第４レ
ンズ群は少なくとも１枚の負レンズで構成され、第５レ
ンズ群は少なくとも１枚の負レンズを含む複数のレンズ
で構成されているのが好ましい。
【００７８】特に第１レンズ群は、物体側より順に、物
体側に凸面を有する負メニスカスレンズ、物体側に凸面
を有する正レンズ、物体側に凸面を有する正レンズの３
枚で構成され、第２レンズ群は、物体側より順に、物体
側に凸面を有する負メニスカスレンズ、両凹レンズ、正
レンズの順で構成されているのが良い。
【００７９】第３レンズ群のいずれかのレンズ面に非球
面を持っていても良い。第３レンズ群を単レンズで構成
するときは非球面は物体側、又は像面側のいずれのレン
ズ面に配しても良い。特に非球面は、球面収差の補正の
ためには物体側のレンズ面に施した方が比較的良好であ
る。
【００８０】また第４レンズ群は、ズーミング中の第２
レンズ群の、もしくは第２レンズ群の移動に伴う像点変
動を補正すると共に、フォーカシングを行う様に移動す
る。特にフォーカシングに伴う収差変動、特に色収差変
動を押さえるため単レンズではなく、正レンズと負レン
ズの２枚で構成しても良い。
【００８１】特にこの際、正レンズと負レンズは貼合せ
にして１ブロック化しても良い。またこのとき正レンズ
と負レンズの材質のアッベ数をそれぞれν４ｐ，ν４ｎ
とすると ν４ｐ＜ν４ｎ を満たしているのが好ましい。この範囲を逸脱すると色
収差の距離変動が大きくなり適当ではない。このように
第４レンズ群を正レンズと負レンズの２枚を貼合せにす
るとズーミングとフォーカシングで共に移動する第４レ
ンズ群の構成が１ブロックとなり上述した単レンズで構
成する場合となんら変わりがなく簡易化し、保持し易く
なる。
【００８２】更に、第４レンズ群を構成する正レンズと
負レンズの材質のアッベ数を、ν４ｐ，ν４ｎとすると
き、以下の式を満足するのが好ましい。
【００８３】ν４ｎ−ν４ｐ＞１５ 更に、ズーミング中の色収差の変動を有効に行うために
は、以下の式を満たしている方が良い。
【００８４】ν４ｎ−ν４ｐ＞３０ 第４レンズ群を構成するレンズが上述したように１ブロ
ック化した場合、特に正レンズと負レンズの貼合せや負
レンズ１枚で構成された場合、そのブロックの物体側の
レンズ面は物体側に凹面を向け、像側のレンズ面は像側
に凹面をむけているのが好ましい。
【００８５】第５レンズ群はズーミング中固定の正レン
ズ群であり、球面収差が発生し易い。この球面収差を補
正するには、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１
枚の負レンズで構成するのが好ましい。特に第５レンズ
群に正レンズを１枚、負レンズを１枚の２枚で構成する
ときはいずれかのレンズ面に非球面を配するのが良い。
これにより良好に球面収差を補正できる。特に色収差の
補正を行うために貼合せレンズを配しても良い。
【００８６】また、第５レンズ群に正レンズを１枚、負
レンズを１枚の２枚で構成するときは、物体側から順に
物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、両凸レン
ズの順に構成したほうがよい。こうすることにより第２
主点位置が像面側になり、バックフォーカスの確保に有
効である。またこの時２つのレンズは貼り合わせてブロ
ック化しても良い。こうするとレンズ群の保持が容易と
なり簡易構成化が可能となる。
【００８７】（１−２３）広角化の為に第１レンズ群と
第２レンズ群の主点間隔ｅ１を広角端でいかに小さくで
きるかは重要な点のひとつである。そのためには特に第
２レンズ群は具体的に以下のようなレンズ構成が好まし
い。
【００８８】ｅ１を広角端で短くする為に、第１レンズ
群の像面側（第２）主点を像面側に設定するような構成
にすることが、広角化には望ましい。具体的には、第１
レンズ群の物体側より順に、物体側に凸面を有する負メ
ニスカスレンズＬ１１、空気間隔を空けて物体側に凸面
を有する正レンズＬ１２、更に物体側に凸面を有する正
レンズＬ１３の順に配置することである。このレンズＬ
１１とレンズＬ１２で構成される空気レンズは負の屈折
力を持つ事が好ましい。これにによって第１レンズ群の
像面側主点が第２レンズ寄りになり、広角側におけるｅ
１を短く取りやすくなり広角化に有効である。また更
に、ｅ１を広角端で短くする為に、第２レンズ群の物体
側（第１）主点を物体側に設定するような構成にするこ
とが、広角化には望ましい。
【００８９】具体的には、第２レンズ群の物体側より順
に、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ２１、
両凹の負レンズＬ２１、空気間隔を挟んで正レンズＬ２
３の順に配置することである。この空気間隔によって第
２レンズ群の物体側主点が第１レンズ寄りになり、広角
側におけるｅ１を短く取りやすくなり広角化に有効であ
る。また更にレンズＬ２３の像面側に負レンズＬ２４を
配しても良い。このレンズＬ２４により更に第２レンズ
群の物体側主点が第１レンズ寄りになり、またズーミン
グによる色収差の変動も押さえられるので有効である。
【００９０】（１−２４）更に小型で広角のズームレン
ズの達成は、上記の構成において、最も物体側のレンズ
の外径をφ１、広角端の全系の焦点距離をＦｗとすると
き、以下の条件式を満足することが良い。
【００９１】 ０．１０＜Ｆｗ／φ１＜０．２０ ‥‥‥（１８） 一般に広角端の焦点距離Ｆｗが短くなると、前玉径φ１
は大きくなる。逆に広角端の焦点距離Ｆｗが長めになる
と、レンズ系の望遠端の明るさにも寄るが前玉径φ１が
小さくなる。この式は、小型で広角のズームレンズを達
成するための前玉径と広角端の焦点距離の適切なバラン
スを提示したものである。この式の上限値・下限値、ど
ちらを逸脱しても小型で広角のズームレンズの提供はで
きなくなる。具体的には、上限値を逸脱すると望遠寄り
のズームレンズになり、下限値を逸脱すると大型のズー
ムレンズになりがちとなる。
【００９２】ここで論じている前玉径φ１とは、第１レ
ンズの光学有効径に準ずるもので、実際のレンズ外径の
ことである。前玉径φ１は、第１レンズの光学有効径よ
り０〜６％程度大きいものを示す。
【００９３】本発明によれば以上の条件（１−１）〜
（１−２４）のうち少なくとも１つを満足することによ
り、前玉径の小型化を行い、６倍以上２０倍程度の変倍
比で広角化を図り、機構を含めた簡略化・小型軽量化を
図りつつ、また有効物体距離（近距離側）でも実際の変
倍比の低減の少ない、全ズーム域・全物体距離にわたっ
て良好な性能、特に歪曲の小さい、小型で広角化を図っ
たリヤーフォーカス式のズームレンズを簡易なレンズ構
成で製作コストも安価に提供することを可能としてい
る。
【００９４】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は物体側より順に第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つのレンズ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。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。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，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき
【００９５】
【数２】 なる式で表している。又「ｅ−０Ｘ」は「１０-X」を意
味している。
【００９６】
【外１】
【００９７】
【外２】
【００９８】
【外３】
【００９９】
【外４】
【０１００】
【外５】
【０１０１】
【外６】
【０１０２】
【外７】
【０１０３】
【外８】
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
【発明の効果】本発明によれば以上の如く、リヤーフォ
ーカス方式を採用しつつ、広角端のＦナンバーが１．８
程度と大口径比化、広角端の撮影画角６０度以上と広画
角化、変倍比６〜２０と高変倍化を図りつつ、前玉径の
縮小化及びレンズ系全体の大型化を防止し、広角端から
望遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体から近
距離物体に至る物体距離全般にわたり、特に歪曲の少な
い良好なる光学性能を有した簡易な構成のリヤーフォー
カス式のズームレンズ及びそれを有するカメラを達成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近軸屈折力配置を示す概略図
【図２】本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断面図
【図３】本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断面図
【図５】本発明の数値実施例４の広角端のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例５の広角端のレンズ断面図
【図７】本発明の数値実施例６の広角端のレンズ断面図
【図８】本発明の数値実施例７の広角端のレンズ断面図
【図９】本発明の数値実施例８の広角端のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例１の収差図
【図１１】本発明の数値実施例２の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の収差図
【図１３】本発明の数値実施例４の収差図
【図１４】本発明の数値実施例５の収差図
【図１５】本発明の数値実施例６の収差図
【図１６】本発明の数値実施例７の収差図
【図１７】本発明の数値実施例８の収差図
【図１８】従来のズームレンズの近軸屈折力配置の説明
図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｌ４ 第４群 Ｌ５ 第５群 ＳＰ 絞り ＩＰ 像面 ｄ ｄ線 ｇ ｇ線 ΔＳ サジタル像面 ΔＭ メリディオナル像面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 15/16

Claims (3)

    (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、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レ
    ンズ群、単一レンズブロックより成る負の屈折力の第４
    レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群を有し、該第２レ
    ンズ群を像面側へ移動させて広角端から望遠端への変倍
    を行い、変倍に伴う像面変動を該第４レンズ群を移動さ
    せて補正するズームレンズであって、該第４レンズ群を
    光軸上像側に移動させて無限遠物体から至近物体に対す
    るフォーカスを行い、 該第４レンズ群は両レンズ面が凹面の負レンズより成
    り、該負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を
    各々Ｒ４ａ，Ｒ４ｂとするとき １．１＜｜Ｒ４ａ｜／Ｒ４ｂ なる条件を満足する ことを特徴とするリヤーフォーカス
    式のズームレンズ。
  2. 【請求項２】 前記第４レンズ群は広角端から望遠端へ
    の変倍に際して像側に凸状の軌跡を有して移動している
    ことを特徴とする請求項１のリヤーフォーカス式のズー
    ムレンズ。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２のリヤーフォーカス式の
    ズームレンズを有することを特徴とするカメラ。
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