JP3672829B2 - 高変倍率ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高倍率ズームレンズに関し，特に広角端での撮影画角が約７５度、広角端Ｆナンバーが約３〜４，望遠端Ｆナンバーが約５〜６，変倍比が約６〜７である１眼レフレックスカメラ，ビデオカメラ，電子スチルカメラ等に適した小型軽量のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４群ズームや５群ズーム，更には６群ズームタイプの高倍率ズームレンズが数多く提案されている。しかしながら、レンズ群が多いと収差補正に関しては有利となるが，反対にカム筒などの部品点数が増加するためコストアップとなる。また、レンズ全体も大型化するなどの問題が生じる。反対に、２群ズームでは特性上高変倍率と小型化を両立するのは難しい。
そのため高倍率ズームレンズにおいて特に小型軽量化を図ったものでは，物体側より順に、正、負、正、正の屈折力を有する４群ズームレンズが有利といえ、例えば特開平８−２１１２９０号公報や特開平９−５６２９号公報等で提案されており、更には株式会社タムロン製のズームレンズ７１Ｄ（焦点距離２８−２００／Ｆナンバー３．８−５．６）等でも実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高倍率ズームレンズの小型化が進んでいるが、焦点距離約２８−１０５／Ｆナンバー約３．５−４．５の一般的な標準ズームレンズと比較するとまだまだ大きく重いのが実状である。更に、一眼レフレックスカメラボディの小型軽量化も進み、従来の高倍率ズームレンズの大きさではカメラボディとのバランスが悪く携帯性も好ましくない。
高倍率ズームレンズが標準ズームレンズよりも大型化する要因としては、高変倍率により各レンズ群の移動量が増加し、それに伴う収差変動も増大するため、全焦点域での収差補正が困難になることである。これを解決するには、各レンズ群の屈折力（パワー）を弱くして収差補正をする方法，各レンズ群の屈折力は弱めずにレンズ枚数を増やして収差補正をする方法，若しくは非球面を導入して収差補正をする方法がある。
【０００４】
しかし、非球面以外の方法ではレンズ全体の大型化は避けられない。非球面の方法においても、単に面数を増やしただけでは、面精度不良による性能低下や金型費用のコストアップという問題が生じる。例えば、前記ズームレンズ７１Ｄは、レンズ枚数が１６枚、非球面が２面で構成されているが、広角端におけるレンズ全長が８１．５ｍｍ、フィルター径はφ７２ｍｍであり、前記標準ズームレンズと比較すると全長で６ｍｍ以上長く、フィルター径では１０ｍｍ以上大きいことになる。
特開平８−２１１２９０号公報や特開平９−５６２９号公報も開示されたズームレンズにおいても、７１Ｄと比較した場合、広角端におけるレンズ全長の長短の差はあるが、前玉有効径はほぼ同じ大きさなので、７１Ｄと同様に標準ズームレンズと呼ぶには大き過ぎる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は従来の高倍率ズームレンズに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、正，負，正，正の４群ズーム方式であって、広角端での撮影画角が約７５度、広角端Ｆナンバーが約３〜４、望遠端Ｆナンバーが約５〜６、変倍比が約６〜７の高変倍率を実現し，尚且つ標準ズームレンズ（焦点距離２８−１０５／Ｆナンバー３．５−４．５クラス）程度の大きさとなるような小型軽量の高倍率ズームレンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、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、正の屈折力の第４レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が広がり、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が狭まり、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が狭まり、且つ第１レンズ群と第３レンズ群および第４レンズ群は物体方向へ移動し、第２レンズ群は光軸に沿って往復移動するズームレンズにおいて、
第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行い、
（１）０．０６５＜φＴ／｜φ２｜＜０．０８５
（２）０．３５＜φＴ／φ１＜０．５５
（３）０．２５＜φＴ／φ４＜０．３５
（４）０．７５＜｜β２Ｔ｜＜０．９５
但し、φＴ：望遠端における全系の屈折力
φ２：第２レンズ群の屈折力
φ１：第１レンズ群の屈折力
φ４：第4レンズ群の屈折力
β２Ｔ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｔ＜０）であり、さらに、
（７）０．２２＜｜β２Ｗ｜＜０．３
（８）ｅ０＜５
（９）ｈ１＋ｅ０×ｔａｎαW＋ｆW／（２×ＦＷ）＜２５
但し，β２Ｗ：広角端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｗ＜０）
ｅ０：第１レンズ群の物体側面頂から第１レンズ群の前側主点までの距離
ｈ１：広角端において半画角で入射する主光線の延長線が第１レンズ群の前側主平面を横切る高さであり
ｈ１＝ｅ１×ｅ２×ｔａｎαW×（１／ｅ１＋１／ｅ２−φ２）／（（１−ｅ１×φ１）×（１−ｅ２×φ２）−ｅ２×φ１）と近軸計算により表され、ここで、
ｅ１：第１レンズ群と第２レンズ群との主点間隔であり、
ｅ１＝（φ１＋φ２−φ１／β２Ｗ）／（φ１×φ２）で表され、
ｅ２：第２レンズ群と開口絞りまでの主点間隔であり、
ｅ２＝（１−ｈＳＴＰ×２×ＦＷ／ｆW−φ１×ｅ１）×β２Ｗ／φ１で表され、
ｈＳＴＰ：開口絞りの開放半径、
αW：広角端における半画角、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ＦＷ：広角端におけるＦナンバーである
上記条件式を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズである。
【０００７】
本発明の実施形態は以下のとおりである。
前記第３レンズ群は、物体側から順に、開口絞り、両凸正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、負レンズを有し、前記開口絞りは変倍に際し共に移動し、尚且つ前記両凸正レンズの物体側面は非球面であり、レンズ中心からレンズ周辺にいくに従い、正の屈折力が強くなる形状の非球面を有することを特徴とする。
【０００８】
さらに、
（５）−０．０５＜１／β３ｗ＜０＜１／β３Ｔ＜０．３０
但し，β３ｗ：広角端における第３レンズ群の結像倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群の結像倍率である
上記条件式を満足することを特徴とする。
【０００９】
さらに、
（６）ＤＷＥＮＰ＜２８
但し，ＤＷＥＮＰ：広角端における第１レンズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離である
上記条件式を満足することを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用】
請求項１に記載の発明において、第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行うインナーフォーカス方式を採用した。この方式はフォーカシングに伴う焦点距離の変化が大きいという欠点があるが、第１レンズ群のような大きく重いレンズ群を動かす必要はないので、オートフォーカス時の駆動用モーターの負担も少なく迅速なピント調節が可能となること、また至近撮影時の前玉有効径も比較的小さく保つことができるので、小型化に有利など実用上の利点が多い。
【００１２】
条件式（１）は，ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第２レンズ群の屈折力φ２との比を規定したものである。条件式（１）の上限を越えると，第２レンズ群の屈折力が弱くなるため，変倍時の移動量が大きくなり小型化に不利となる。条件式（１）の下限を越えると、第２レンズ群の屈折力が強くなり、収差の補正が困難となる。
【００１３】
条件式（２）は、ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第１レンズ群の屈折力φ１との比を規定したものである。条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正に関しては有利であるが、変倍時の移動量が増加しレンズ全長が長くなってしまう。反対に条件式（２）の下限を越えると、第１レンズ群の屈折力が強くなり、諸収差の補正が困難となる。
【００１４】
条件式（３）は、ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第４レンズ群の屈折力φ４との比を規定したものである。条件式（３）の上限を越えると、第４レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正に関しては有利となるが、バックフォーカスが長くなるので必然的にレンズ全長も長くなり、小型化には不利となる。条件式（３）の下限を越えると、第４レンズ群の屈折力が強くなるため、バックフォーカスも短くなり１眼レフカメラのミラー駆動領域を確保することが難しくなる。諸収差の補正も困難となる。
条件式（４）は望遠端における第２レンズ群の結像倍率を規定したものである。条件式（４）の上限を越えると、フォーカシングにおける第２レンズ群の移動量が増大するため、望遠端でのフォーカシングの際に生じる収差変動が大きくなる。条件式（４）の下限を越えると、望遠端において第２レンズ群から第３レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシングの際に第３レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、補正が困難となる。あるいはまた、第２レンズ群の屈折力を弱くして前記角度を小さくすることもできるが、変倍時の第２レンズ群の移動量が大きくなり小型化に不利となる。
【００１５】
請求項１に記載の高倍率ズームレンズは、広画角化および高変倍化を図る際の収差変動を良好に補正し、かつ標準ズームレンズ（焦点距離約２８−１０５／Ｆナンバー約３．５−４．５）程度の小型軽量化を達成するには、請求項２ないし請求項５に記載した諸条件のうち少なくとも１つを満足させることが望ましい。
【００１６】
請求項２に記載の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、開口絞り、両凸正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、負レンズを有し、前記開口絞りは変倍に際し共に移動することで、諸収差を良好に補正し、尚且つカム筒などの部品点数も減るため小型化に有利である。また本発明では従来の高倍率ズームレンズよりもさらに前玉有効径を小さく規制したため、第３レンズ群の前に絞りを置いたままでは至近撮影の際に光線のケラレが生じてしまう。そこで特に光線のケラレが発生しやすいズーム中間域から望遠域にかけて第２レンズ群を物体側にフローティングすることでケラレを無くした。但し，負の屈折力の強い第２レンズ群を物体側に移動すると、球面収差が過剰補正となりやすく性能劣化も著しい。そこで第３レンズ群の最も物体側に、レンズ周辺に行くほど正の屈折力が強くなる非球面を採用し、前記収差を補正した。
【００１７】
請求項３に記載の説明において、条件式（５）は広角端における第３レンズ群の結合倍率と、望遠端における第３レンズ群の結合倍率の関係を規定したものである。条件式（５）の上限や下限を越えると、広角端や望遠端で第３レンズ群から第４レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、第４レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、補正が困難となる。若しくは第３レンズ群の屈折力を弱くして前記角度を小さくすることもできるが、変倍時の第３レンズ群の移動量が大きくなり小型化に不利となる。条件式（５）の０を挟むように第３レンズ群の結像倍率を規定することで、第４レンズ群に入射する軸上光線が全ズーム域で光軸に平行（アフォーカル）な光線に近づくため、第４レンズ群が光軸方向（スラスト方向）に移動した場合の球面収差の変動を少なくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明において、条件式（６）は，広角端における第１レンズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離を規定したものである。条件式（６）の上限を越えると、標準ズームレンズ程度の前玉有効径では広角端での周辺光量が不足ぎみとなる。これを解決するために、絞り径や前玉有効径を大きくする必要があり、小型化に不利となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明において、条件式（７）は，広角端における第２レンズ群の結像倍率を規定したものである。条件式（７）の上限を越えると、広角端でのフォーカシングにおける第２レンズ群の移動量が増大するため、至近撮影において第１レンズ群との空間的余裕がなくなり、繰り出し量以上の間隔確保が困難となる。これを避ける為に第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を大きくすると、レンズ全長や前玉有効径が増大するため小型化に不利となる。反対に条件式（７）の下限を越えると、広角端において第２レンズ群から第３レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシングの際に第３レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し補正が困難となる。
【００２０】
条件式（８）は、第１レンズ群の物体側面頂から第１レンズ群の前側主点までの距離を規定したものである。条件式（８）の上限を越えると、広角端において画面周辺部の光線が絞りの中心付近から離れた所を通るため、最小絞り時にケラレが生じる。そこで前記光線が標準ズームレンズ程度の前玉径でケラレないようにし尚且つ絞り中心を通すようにするには、第1レンズ群の屈折力を弱めたり、第２レンズ群の屈折力を強めたり、両レンズ群間の主点間隔を小さくする必要がある。しかし、いずれの方法も本発明の目的である小型で至近撮影可能な高倍率ズームレンズで良好な性能を実現することができる近軸配置を得ることが困難となる。
【００２１】
条件式（９）は、第１レンズ群の対物側面頂に接する平面上を、広角端における画面周辺部の光線が口径食無く通過する光軸からの最大高さ（近軸計算により算出した広角端の前玉有効半径）を規定したものである。条件式（９）の上限を越えると、前玉有効径が大きくなるため本発明の目的である標準ズームレンズ程度に小型軽量化した高倍率ズームレンズを実現することが困難となる。
【００２２】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態の高倍率ズームレンズについて説明する。実施形態の説明の諸元表中、面番号の前に＊印を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをH、面頂を原点としたときの高さHにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をε、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき次の（１０）式で表される。
【００２３】
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ2／Ｒ）／｛１＋［１−（１＋ε）・（Ｈ2／Ｒ2）］1/2｝＋Ａ4Ｈ4＋Ａ6Ｈ6＋Ａ8Ｈ8＋Ａ10Ｈ10 ・・・・・・（１０）
（表１）
焦点距離 ｆｍｍ＝２９．０７〜７４．７６〜１９３．００
Ｆナンバー Ｆno＝３．６９〜５．０３〜５．８２
【００２４】（非球面係数）
ｒ7
ε ＝ 1.8366
Ａ4 ＝ 9.76517×10−06
Ａ6 ＝−8.27233×10−09
Ａ8 ＝−1.82191×10−11
Ａ10＝ 6.33815×10−13
【００２５】
ｒ17
ε ＝−0.1979
Ａ4 ＝ 3.72528×10−06
Ａ6 ＝ 3.39383×10−08
Ａ8 ＝ 1.62580×10−11
Ａ10＝−1.73954×10−12
【００２６】
ｒ30
ε ＝ 1.3716
Ａ4 ＝ 6.11041×10−07
Ａ6 ＝−1.08319×10−07
Ａ8 ＝−2.76656×10−10
Ａ10＝−1.51768×10−11
前記実施形態の高倍率ズームレンズにおける本発明の条件式の値は以下のとおりである。
【００２７】
（１）φＴ／｜φ２｜ ＝０．０７９
（２）φＴ／φ１ ＝０．４１８
（３）φＴ／φ４ ＝０．３０４
（４）｜β２Ｔ｜ ＝０．８９５
（５）１／β３ｗ ＝−０．０１０
１／β３Ｔ ＝０．２０４
（６）ＤＷＥＮＰ ＝２７．０１
（７）｜β２Ｗ｜ ＝０．２６５
（８）ｅ０＜５ ＝４．１２１
（９）ｈ１＋ｅ０×ｔａｎαW＋ｆW／（２×ＦＷ） ＝２４．２２
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明における実施態様のズームレンズの構成を示す光学図である．
【図２】図１に示すズームレンズの広角端における諸収差図である．
【図３】 図１に示すズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差図である．
【図４】図１に示すズームレンズの望遠端における諸収差図である．
【符号の説明】
Ｇ１ 第1レンズ群
Ｇ２ 第2レンズ群
Ｇ３ 第3レンズ群
Ｇ４ 第4レンズ群
ＳＴＰ 開口絞り
【産業上の利用分野】
本発明は、高倍率ズームレンズに関し，特に広角端での撮影画角が約７５度、広角端Ｆナンバーが約３〜４，望遠端Ｆナンバーが約５〜６，変倍比が約６〜７である１眼レフレックスカメラ，ビデオカメラ，電子スチルカメラ等に適した小型軽量のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４群ズームや５群ズーム，更には６群ズームタイプの高倍率ズームレンズが数多く提案されている。しかしながら、レンズ群が多いと収差補正に関しては有利となるが，反対にカム筒などの部品点数が増加するためコストアップとなる。また、レンズ全体も大型化するなどの問題が生じる。反対に、２群ズームでは特性上高変倍率と小型化を両立するのは難しい。
そのため高倍率ズームレンズにおいて特に小型軽量化を図ったものでは，物体側より順に、正、負、正、正の屈折力を有する４群ズームレンズが有利といえ、例えば特開平８−２１１２９０号公報や特開平９−５６２９号公報等で提案されており、更には株式会社タムロン製のズームレンズ７１Ｄ（焦点距離２８−２００／Ｆナンバー３．８−５．６）等でも実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高倍率ズームレンズの小型化が進んでいるが、焦点距離約２８−１０５／Ｆナンバー約３．５−４．５の一般的な標準ズームレンズと比較するとまだまだ大きく重いのが実状である。更に、一眼レフレックスカメラボディの小型軽量化も進み、従来の高倍率ズームレンズの大きさではカメラボディとのバランスが悪く携帯性も好ましくない。
高倍率ズームレンズが標準ズームレンズよりも大型化する要因としては、高変倍率により各レンズ群の移動量が増加し、それに伴う収差変動も増大するため、全焦点域での収差補正が困難になることである。これを解決するには、各レンズ群の屈折力（パワー）を弱くして収差補正をする方法，各レンズ群の屈折力は弱めずにレンズ枚数を増やして収差補正をする方法，若しくは非球面を導入して収差補正をする方法がある。
【０００４】
しかし、非球面以外の方法ではレンズ全体の大型化は避けられない。非球面の方法においても、単に面数を増やしただけでは、面精度不良による性能低下や金型費用のコストアップという問題が生じる。例えば、前記ズームレンズ７１Ｄは、レンズ枚数が１６枚、非球面が２面で構成されているが、広角端におけるレンズ全長が８１．５ｍｍ、フィルター径はφ７２ｍｍであり、前記標準ズームレンズと比較すると全長で６ｍｍ以上長く、フィルター径では１０ｍｍ以上大きいことになる。
特開平８−２１１２９０号公報や特開平９−５６２９号公報も開示されたズームレンズにおいても、７１Ｄと比較した場合、広角端におけるレンズ全長の長短の差はあるが、前玉有効径はほぼ同じ大きさなので、７１Ｄと同様に標準ズームレンズと呼ぶには大き過ぎる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は従来の高倍率ズームレンズに関する上述した問題点に鑑みてなされたものであって、正，負，正，正の４群ズーム方式であって、広角端での撮影画角が約７５度、広角端Ｆナンバーが約３〜４、望遠端Ｆナンバーが約５〜６、変倍比が約６〜７の高変倍率を実現し，尚且つ標準ズームレンズ（焦点距離２８−１０５／Ｆナンバー３．５−４．５クラス）程度の大きさとなるような小型軽量の高倍率ズームレンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、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、正の屈折力の第４レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が広がり、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が狭まり、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が狭まり、且つ第１レンズ群と第３レンズ群および第４レンズ群は物体方向へ移動し、第２レンズ群は光軸に沿って往復移動するズームレンズにおいて、
第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行い、
（１）０．０６５＜φＴ／｜φ２｜＜０．０８５
（２）０．３５＜φＴ／φ１＜０．５５
（３）０．２５＜φＴ／φ４＜０．３５
（４）０．７５＜｜β２Ｔ｜＜０．９５
但し、φＴ：望遠端における全系の屈折力
φ２：第２レンズ群の屈折力
φ１：第１レンズ群の屈折力
φ４：第4レンズ群の屈折力
β２Ｔ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｔ＜０）であり、さらに、
（７）０．２２＜｜β２Ｗ｜＜０．３
（８）ｅ０＜５
（９）ｈ１＋ｅ０×ｔａｎαW＋ｆW／（２×ＦＷ）＜２５
但し，β２Ｗ：広角端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｗ＜０）
ｅ０：第１レンズ群の物体側面頂から第１レンズ群の前側主点までの距離
ｈ１：広角端において半画角で入射する主光線の延長線が第１レンズ群の前側主平面を横切る高さであり
ｈ１＝ｅ１×ｅ２×ｔａｎαW×（１／ｅ１＋１／ｅ２−φ２）／（（１−ｅ１×φ１）×（１−ｅ２×φ２）−ｅ２×φ１）と近軸計算により表され、ここで、
ｅ１：第１レンズ群と第２レンズ群との主点間隔であり、
ｅ１＝（φ１＋φ２−φ１／β２Ｗ）／（φ１×φ２）で表され、
ｅ２：第２レンズ群と開口絞りまでの主点間隔であり、
ｅ２＝（１−ｈＳＴＰ×２×ＦＷ／ｆW−φ１×ｅ１）×β２Ｗ／φ１で表され、
ｈＳＴＰ：開口絞りの開放半径、
αW：広角端における半画角、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ＦＷ：広角端におけるＦナンバーである
上記条件式を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズである。
【０００７】
本発明の実施形態は以下のとおりである。
前記第３レンズ群は、物体側から順に、開口絞り、両凸正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、負レンズを有し、前記開口絞りは変倍に際し共に移動し、尚且つ前記両凸正レンズの物体側面は非球面であり、レンズ中心からレンズ周辺にいくに従い、正の屈折力が強くなる形状の非球面を有することを特徴とする。
【０００８】
さらに、
（５）−０．０５＜１／β３ｗ＜０＜１／β３Ｔ＜０．３０
但し，β３ｗ：広角端における第３レンズ群の結像倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群の結像倍率である
上記条件式を満足することを特徴とする。
【０００９】
さらに、
（６）ＤＷＥＮＰ＜２８
但し，ＤＷＥＮＰ：広角端における第１レンズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離である
上記条件式を満足することを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用】
請求項１に記載の発明において、第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行うインナーフォーカス方式を採用した。この方式はフォーカシングに伴う焦点距離の変化が大きいという欠点があるが、第１レンズ群のような大きく重いレンズ群を動かす必要はないので、オートフォーカス時の駆動用モーターの負担も少なく迅速なピント調節が可能となること、また至近撮影時の前玉有効径も比較的小さく保つことができるので、小型化に有利など実用上の利点が多い。
【００１２】
条件式（１）は，ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第２レンズ群の屈折力φ２との比を規定したものである。条件式（１）の上限を越えると，第２レンズ群の屈折力が弱くなるため，変倍時の移動量が大きくなり小型化に不利となる。条件式（１）の下限を越えると、第２レンズ群の屈折力が強くなり、収差の補正が困難となる。
【００１３】
条件式（２）は、ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第１レンズ群の屈折力φ１との比を規定したものである。条件式（２）の上限を越えると、第１レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正に関しては有利であるが、変倍時の移動量が増加しレンズ全長が長くなってしまう。反対に条件式（２）の下限を越えると、第１レンズ群の屈折力が強くなり、諸収差の補正が困難となる。
【００１４】
条件式（３）は、ズームレンズの望遠端における全系の屈折力φＴと第４レンズ群の屈折力φ４との比を規定したものである。条件式（３）の上限を越えると、第４レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正に関しては有利となるが、バックフォーカスが長くなるので必然的にレンズ全長も長くなり、小型化には不利となる。条件式（３）の下限を越えると、第４レンズ群の屈折力が強くなるため、バックフォーカスも短くなり１眼レフカメラのミラー駆動領域を確保することが難しくなる。諸収差の補正も困難となる。
条件式（４）は望遠端における第２レンズ群の結像倍率を規定したものである。条件式（４）の上限を越えると、フォーカシングにおける第２レンズ群の移動量が増大するため、望遠端でのフォーカシングの際に生じる収差変動が大きくなる。条件式（４）の下限を越えると、望遠端において第２レンズ群から第３レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシングの際に第３レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、補正が困難となる。あるいはまた、第２レンズ群の屈折力を弱くして前記角度を小さくすることもできるが、変倍時の第２レンズ群の移動量が大きくなり小型化に不利となる。
【００１５】
請求項１に記載の高倍率ズームレンズは、広画角化および高変倍化を図る際の収差変動を良好に補正し、かつ標準ズームレンズ（焦点距離約２８−１０５／Ｆナンバー約３．５−４．５）程度の小型軽量化を達成するには、請求項２ないし請求項５に記載した諸条件のうち少なくとも１つを満足させることが望ましい。
【００１６】
請求項２に記載の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、開口絞り、両凸正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、負レンズを有し、前記開口絞りは変倍に際し共に移動することで、諸収差を良好に補正し、尚且つカム筒などの部品点数も減るため小型化に有利である。また本発明では従来の高倍率ズームレンズよりもさらに前玉有効径を小さく規制したため、第３レンズ群の前に絞りを置いたままでは至近撮影の際に光線のケラレが生じてしまう。そこで特に光線のケラレが発生しやすいズーム中間域から望遠域にかけて第２レンズ群を物体側にフローティングすることでケラレを無くした。但し，負の屈折力の強い第２レンズ群を物体側に移動すると、球面収差が過剰補正となりやすく性能劣化も著しい。そこで第３レンズ群の最も物体側に、レンズ周辺に行くほど正の屈折力が強くなる非球面を採用し、前記収差を補正した。
【００１７】
請求項３に記載の説明において、条件式（５）は広角端における第３レンズ群の結合倍率と、望遠端における第３レンズ群の結合倍率の関係を規定したものである。条件式（５）の上限や下限を越えると、広角端や望遠端で第３レンズ群から第４レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、第４レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し、補正が困難となる。若しくは第３レンズ群の屈折力を弱くして前記角度を小さくすることもできるが、変倍時の第３レンズ群の移動量が大きくなり小型化に不利となる。条件式（５）の０を挟むように第３レンズ群の結像倍率を規定することで、第４レンズ群に入射する軸上光線が全ズーム域で光軸に平行（アフォーカル）な光線に近づくため、第４レンズ群が光軸方向（スラスト方向）に移動した場合の球面収差の変動を少なくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明において、条件式（６）は，広角端における第１レンズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離を規定したものである。条件式（６）の上限を越えると、標準ズームレンズ程度の前玉有効径では広角端での周辺光量が不足ぎみとなる。これを解決するために、絞り径や前玉有効径を大きくする必要があり、小型化に不利となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明において、条件式（７）は，広角端における第２レンズ群の結像倍率を規定したものである。条件式（７）の上限を越えると、広角端でのフォーカシングにおける第２レンズ群の移動量が増大するため、至近撮影において第１レンズ群との空間的余裕がなくなり、繰り出し量以上の間隔確保が困難となる。これを避ける為に第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を大きくすると、レンズ全長や前玉有効径が増大するため小型化に不利となる。反対に条件式（７）の下限を越えると、広角端において第２レンズ群から第３レンズ群に入射する近軸光線の角度が大きくなるため、フォーカシングの際に第３レンズ群で生じる球面収差の変動量が増大し補正が困難となる。
【００２０】
条件式（８）は、第１レンズ群の物体側面頂から第１レンズ群の前側主点までの距離を規定したものである。条件式（８）の上限を越えると、広角端において画面周辺部の光線が絞りの中心付近から離れた所を通るため、最小絞り時にケラレが生じる。そこで前記光線が標準ズームレンズ程度の前玉径でケラレないようにし尚且つ絞り中心を通すようにするには、第1レンズ群の屈折力を弱めたり、第２レンズ群の屈折力を強めたり、両レンズ群間の主点間隔を小さくする必要がある。しかし、いずれの方法も本発明の目的である小型で至近撮影可能な高倍率ズームレンズで良好な性能を実現することができる近軸配置を得ることが困難となる。
【００２１】
条件式（９）は、第１レンズ群の対物側面頂に接する平面上を、広角端における画面周辺部の光線が口径食無く通過する光軸からの最大高さ（近軸計算により算出した広角端の前玉有効半径）を規定したものである。条件式（９）の上限を越えると、前玉有効径が大きくなるため本発明の目的である標準ズームレンズ程度に小型軽量化した高倍率ズームレンズを実現することが困難となる。
【００２２】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態の高倍率ズームレンズについて説明する。実施形態の説明の諸元表中、面番号の前に＊印を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをH、面頂を原点としたときの高さHにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ）、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をε、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき次の（１０）式で表される。
【００２３】
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ2／Ｒ）／｛１＋［１−（１＋ε）・（Ｈ2／Ｒ2）］1/2｝＋Ａ4Ｈ4＋Ａ6Ｈ6＋Ａ8Ｈ8＋Ａ10Ｈ10 ・・・・・・（１０）
（表１）
焦点距離 ｆｍｍ＝２９．０７〜７４．７６〜１９３．００
Ｆナンバー Ｆno＝３．６９〜５．０３〜５．８２
ｒ7
ε ＝ 1.8366
Ａ4 ＝ 9.76517×10−06
Ａ6 ＝−8.27233×10−09
Ａ8 ＝−1.82191×10−11
Ａ10＝ 6.33815×10−13
【００２５】
ｒ17
ε ＝−0.1979
Ａ4 ＝ 3.72528×10−06
Ａ6 ＝ 3.39383×10−08
Ａ8 ＝ 1.62580×10−11
Ａ10＝−1.73954×10−12
【００２６】
ｒ30
ε ＝ 1.3716
Ａ4 ＝ 6.11041×10−07
Ａ6 ＝−1.08319×10−07
Ａ8 ＝−2.76656×10−10
Ａ10＝−1.51768×10−11
前記実施形態の高倍率ズームレンズにおける本発明の条件式の値は以下のとおりである。
【００２７】
（１）φＴ／｜φ２｜ ＝０．０７９
（２）φＴ／φ１ ＝０．４１８
（３）φＴ／φ４ ＝０．３０４
（４）｜β２Ｔ｜ ＝０．８９５
（５）１／β３ｗ ＝−０．０１０
１／β３Ｔ ＝０．２０４
（６）ＤＷＥＮＰ ＝２７．０１
（７）｜β２Ｗ｜ ＝０．２６５
（８）ｅ０＜５ ＝４．１２１
（９）ｈ１＋ｅ０×ｔａｎαW＋ｆW／（２×ＦＷ） ＝２４．２２
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明における実施態様のズームレンズの構成を示す光学図である．
【図２】図１に示すズームレンズの広角端における諸収差図である．
【図３】 図１に示すズームレンズの中間焦点距離状態における諸収差図である．
【図４】図１に示すズームレンズの望遠端における諸収差図である．
【符号の説明】
Ｇ１ 第1レンズ群
Ｇ２ 第2レンズ群
Ｇ３ 第3レンズ群
Ｇ４ 第4レンズ群
ＳＴＰ 開口絞り
Claims (4)
- 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、正の屈折力の第４レンズ群とを有し、広角端から望遠端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔が広がり、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔が狭まり、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔が狭まり、且つ第１レンズ群と第３レンズ群および第４レンズ群は物体方向へ移動し、第２レンズ群は光軸に沿って往復移動するズームレンズにおいて、
第２レンズ群のみを移動してフォーカシングを行い、
（１）０．０６５＜φＴ／｜φ２｜＜０．０８５
（２）０．３５＜φＴ／φ１＜０．５５
（３）０．２５＜φＴ／φ４＜０．３５
（４）０．７５＜｜β２Ｔ｜＜０．９５
但し、φＴ：望遠端における全系の屈折力
φ２：第２レンズ群の屈折力
φ１：第１レンズ群の屈折力
φ４：第4レンズ群の屈折力
β２Ｔ：望遠端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｔ＜０）である
上記の条件を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズ。
さらに、
（７）０．２２＜｜β２Ｗ｜＜０．３
（８）ｅ０＜５
（９）ｈ１＋ｅ０×ｔａｎαW＋ｆW／（２×ＦＷ）＜２５
但し，β２Ｗ：広角端における第２レンズ群の結像倍率（β２Ｗ＜０）
ｅ０：第１レンズ群の物体側面頂から第１レンズ群の前側主点までの距離
ｈ１：広角端において半画角で入射する主光線の延長線が第１レンズ群の前側主平面を横切る高さであり
ｈ１＝ｅ１×ｅ２×ｔａｎαW×（１／ｅ１＋１／ｅ２−φ２）／（（１−ｅ１×φ１）×（１−ｅ２×φ２）−ｅ２×φ１）と近軸計算により表され、ここで、
ｅ１：第１レンズ群と第２レンズ群との主点間隔であり、
ｅ１＝（φ１＋φ２−φ１／β２Ｗ）／（φ１×φ２）で表され、
ｅ２：第２レンズ群と開口絞りまでの主点間隔であり、
ｅ２＝（１−ｈＳＴＰ×２×ＦＷ／ｆW−φ１×ｅ１）×β２Ｗ／φ１で表され、
ｈＳＴＰ：開口絞りの開放半径、
αW：広角端における半画角、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ＦＷ：広角端におけるＦナンバーである
上記条件式を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズ。 - 前記第３レンズ群は、物体側から順に、開口絞り、両凸正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、負レンズを有し、前記開口絞りは変倍に際し共に移動し、尚且つ前記両凸正レンズの物体側面は非球面であり、レンズ中心からレンズ周辺にいくに従い、正の屈折力が強くなる形状の非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の高変倍率ズームレンズ。
- さらに、
（５）−０．０５＜１／β３ｗ＜０＜１／β３Ｔ＜０．３０
但し，β３ｗ：広角端における第３レンズ群の結像倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群の結像倍率である
上記条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の高変倍率ズームレンズ。 - さらに、
（６）ＤＷＥＮＰ＜２８
但し，ＤＷＥＮＰ：広角端における第１レンズ群の物体側面頂から入射瞳の中心までの距離である
上記条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の高変倍率ズームレンズ。
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