JP4156777B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特に、カメラ等に最適な広角高倍率ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ用の高倍率ズームレンズは、スタジオにおけるテレビカメラ用やシネカメラ用途で比較的古くから開発が行われてきた。また、ビデオカメラが普及してからは、業務用又は家庭用において開発が行われてきた。また、高倍率であって広角側の画角が７０°以上になると、光学設計も非常に高度な水準が要求されることが知られている。古くはその構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプが普及した。例えば特公平２−４８０８７号のものがある。これは、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群が固定されていることに特徴がある。
【０００３】
また、このタイプで第１レンズ群にフロントコンバータを配置する考え方で開発された方式もある。例えば米国特許第３，６８２，５３４号のものがある。これらは、レンズ構成枚数が多く、大型であった。このタイプでは、基本構成の第１レンズ群をフォーカスに使用する方法が主流であった。
【０００４】
また、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、第２レンズ群から第４レンズ群までが変倍時に可動であり、第４レンズ群でフォーカスすると言う方式の広角高倍率ズームレンズが提案されている。例えば特開平６−１４８５２０号のものがある。
【０００５】
さらに、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、変倍時に第１レンズ群以下が可動であるタイプとして、特開平７−２０３８１号のものがある。
【０００６】
これらの提案は、レンズ構成が簡単であるが、今後の撮像素子の高画素化に対応するには課題があった。
【０００７】
このズームレンズタイプは、むしろ従来の銀塩フィルムを使用するカメラにおいて開発が始められたものである。例えば、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、各々のレンズ群が移動するズーム方式で、広角端の画角が８０°を越えるものとして、米国特許第４，２９９，４５４号のものがある。
【０００８】
また、画角が７４°程度から１９°程度の約５倍の変倍比を持つものとして提案されたのが、特公昭５８−３３５３１号のものである。この提案は、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第１レンズ群と第２レンズ群を一体とするフォーカシング方法に特色があった。
【０００９】
また、画角７４°程度から８．３°程度まで包括するズームレンズとして、米国特許第４，８９６，９５０号のものがある。これは、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第５レンズ群が変倍中に固定である。
【００１０】
これらは、銀塩フィルムカメラ用途には問題なかったが、今後のデジタルカメラ用のＣＣＤに使用されているマイクロレンズを含めた開口率を損なわないためには、そのままで使用することはできない。また、色収差を含めた色むらの問題を考慮した場合に、軸外主光線の射出角度を十分に考え、像面照度まで考慮した光学設計が必要であると言わざるを得ない状況である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、カメラ等に最適な広角高倍率ズームレンズの開発をしようとするものである。
【００１２】
従来のビデオカメラにおいては、広角高倍率ズームレンズとしての提案があるが、高画素の撮像素子に対応する光学性能の光学系の提案がなされていない。また、銀塩カメラ用では、光学性能及びＣＣＤ等の特性への親和性と言う点では未だ課題が多かった。
【００１３】
したがって、マイクロレンズを有した結像素子と、色収差によるアライアジング等の影響を考慮すると、従来のビデオカメラ用のスームレンズの方式であって、ある程度テレセントリック性を有した光学系であることが望まれる。
【００１４】
上記の本発明によるズームレンズでは、比較的イメージサークルの大きな結像素子を対象としようとするので、従来のビデオカメラ用のスームレンズを基にした光学設計では、非常に大きなスームレンズとなってしまい、実用上で大きな問題になることがある。
【００１５】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的大きな結像素子に適用でき、広角端が７０°を越えて変倍比が１０倍程度を越えても、十分な結像性能を維持し、適切なフォーカス方式を備えた小型のズームレンズを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の第１のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１９】
以下、本発明において上記構成をとる理由とその作用について説明する。
【００２０】
上記のように、本発明は小型で高性能で適切なフォーカス方式を持った広角高倍率ズームレンズを提供することにある。
【００２１】
従来の物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群から構成するズームレンズが銀塩フィルム用カメラでは主流となっており、高倍率ズームレンズでは第１レンズ群以降が可動であることが普通になっている。また、第３レンズ群と第４レンズ群の移動は、変倍以外に変倍時の像面湾曲の変動を補正することに必要であり、基本的には、これらの群は一つの群であると考えられる場合さえある。しかしながら、更に広画角と更に大きな変倍比を達成しようとする場合には、正レンズ群以外に一つの負レンズ群を設け、移動させることで、収差補正上からも変倍から考えても有利となる。特に、本発明のように、例えば変倍比が１０倍程度以上になると非常に優位性が明確になった。一般的には、レンズ群数が増すと、各レンズ群で色収差補正が必要であると言う考えがあり、レンズ構成枚数が増えると考えられる。しかしながら、本発明では、非球面を有効に活用し、歪曲収差補正を第２レンズ群で解決し、後ろのレンズ群でコマ収差等を十分に補正できるように非球面を活用している。
【００２２】
すなわち、本発明の第１のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴としている。
【００２３】
この方式は、本発明によるズームレンズの第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することにより、第１レンズ群移動と比べて、大幅にフォーカシング移動量が減り、かつ、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００２４】
以下に、後記の実施例１による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００２５】
【００２６】
ただし、ＳＡ３は、球面収差係数、ＣＭ３は、コマ収差係数、ＡＳ３は、非点収差係数、ＤＴ３は、歪曲収差係数、ＰＺ３は、像面湾曲収差係数、ＰＡＣは、倍率色収差係数、ＰＬＣは、軸上色収差係数。
【００２７】
この収差係数によれば、全体としてフォーカシングによる収差変動が非常に小さいと言うことが分かる。この方式は、レンズ系の前群を移動する方式として、第１レンズ群を移動する方式と比べ有利である。
【００２８】
本発明の第１のズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２９】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【００３０】
本発明は、広角端の画角が７０°程度以上でも十分に対応でき、高い結像性能を有するズームレンズ光学系を提供することが大きな目的である。このために、ズーム方式として、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、前記条件式（１）〜（５）に適った適切なパワー配置を見出し、これに最適な実際のレンズ構成を配することで実現できたものである。また、広角高倍率ズームレンズにありがちな大型化や性能低下と言う問題を解決したものである。
【００３１】
条件式（１）は、第１レンズ群のパワー配置を規定するものである。第１レンズ群は、本発明の如きズーム方式であれば変倍時に移動するため、その移動量と前玉径の増大に注意しながら結像性能を維持できるようにすることが重要である。
【００３２】
条件式（１）で上限値の８．０を越えると、第１レンズ群としての収差残存量が減り、収差補正上で有利となるが、変倍時の移動量が増し、また、レンズ外径も増すために、全体として大型化の傾向となるため望ましくない。また、下限値の２．０を越える場合には、小型化の方向であり、前玉径も変倍時の移動量も減る傾向性が出るが、収差補正上から好ましいとは言えない。
【００３３】
条件式（２）は、負屈折力の第２レンズ群のパワー配置を決める条件式である。第２レンズ群は第１レンズ群のパワー決定にも関係がある。第２レンズ群が小さなパワーであれば、第１レンズ群も同様となり、大型化する傾向を有することになる。
【００３４】
条件式（２）で、上限値の１．０を越える場合、レンズ構成も少なくて済み、収差補正上の利点モ あるが、第２レンズ群以外に第１レンズ群のパワーも小さくなり、第１レンズ群の前玉径の増大、変倍時の移動量の増大を招く等、これ以外の課題が多く派生するために望ましくない結果となる。一方で、下限値の０．４を越える場合には、レンズ径小型化を意図することができるが、収差補正上で困難が生じ、歪曲収差の発生、軸外コマ収差の発生が顕著になる。また、本条件式内であれば、適切なレンズ構成とすることで、レンズ径の小型化と高い結像性能を得ることができるのである。
【００３５】
条件式（３）は、第３レンズ群のパワー決定に関する条件式である。このズーム方式では、第３レンズ群から第５レンズ群によって結像部を構成しており、ズーミング方式から鑑みれば、独立した３つのレンズ群で構成していると言うことができる。これまでの多くのズーム方式にある、第３レンズ群が正屈折力、そして、第４レンズ群が正屈折力の方式とその変倍方法を異にするものである。この第３レンズ群は、強い発散性のパワーの第２レンズ群からの光束を収斂し、球面収差や軸外収差を補正する役割を有する。また、軸上球面収差の補正を良好に行うという役割を有している。
【００３６】
条件式（３）の上限値の１．２を越えると、第３レンズ群の収差補正面では非常に有利であるが、第３レンズ群の変倍時の移動量が増し、好ましくない。また、下限値の０．３を越えると、変倍時の移動量が減り、小型化には望ましいが、収差補正の観点から見ると球面収差補正が困難となるばかりでなく、軸外コマ収差の補正が困難となり、望ましくない結果となる。
【００３７】
条件式（４）については、前記の４群スームレンズである、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、正屈折力の第４レンズ群のスームレンズにおけるレンズ群とは特性を異にするレンズ群である第４レンズ群に関するものである。この負屈折力の第４レンズ群のパワーを決めるのが条件式（４）である。条件式（４）の上限値の５．０を越えると、第４レンズ群の移動量が増し、第３レンズ群及び第５レンズ群の間を移動するために変倍比を大きくとることが難しくなる。また、下限値の０．６を越える場合、その変倍時の移動量が減るが、収差補正という観点では難しくなるため、この範囲以下の数値をとるのは望ましくない。また、本発明においては、第１レンズ群から第４レンズ群で特に広角端付近ではアフォーカルに近い光束を構成する。
【００３８】
条件式（５）は、第５レンズ群のパワーを決める条件式である。このレンズ群では、軸外光束の主光線の制御上で重要な役割を果たす。特にＣＣＤ撮像素子等の使用においては、軸外主光線にある程度テレセントリック性を持たせる点で大きな役割を持っている。この条件式の上限値の４．０を越えると、第５レンズ群の収差補正は容易になるが、変倍時の移動量が増すので好ましくない。また、下限値の０．５を越えると、軸外収差の補正が難しくなると同時に、レンズ構成を増やさないと収差補正が困難となる。さらに、このレンズ群は、レンズ構成が増すとレンズ系全体の大型化につながるために望ましい結果が得られない場合が多い。
【００３９】
本発明のズームレンズは、レンズ構成をできる限り簡単にすることで、小型化も意図している。こうした場合には、前記の各レンズ群の屈折力配置が重要であり、各群のレンズ構成ばかりでなく、変倍時のレンズ群の移動量にも関係している。
【００４０】
また、本発明においては、高倍率でありながら広角端が７０°程度以上を包括することを意図しており、従来の先行発明に比較して構成が簡素で高度な光学系を提案するものである。
【００４１】
すなわち、焦点距離で言うならば、広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことが望ましい。
【００４２】
また、本発明の後記の実施例に見るように、ＣＣＤを撮像素子として考えた場合も含め、結像面でのアライアジングやシェーディング等の色の問題に鑑みて、有効対角線長が従来よりも大きいにも関わらず、ある程度のテレセントリック性を維持できる光学系を提案している。
【００４３】
すなわち、光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることが望ましい。
【００４４】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【００４５】
この条件式を満たすことで、クリアな画像を得ることが可能な条件を満たすことができるものである。
【００４６】
また、広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することが望ましい。
【００４７】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【００４８】
条件式（７）は、第１レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。また、条件式（８）は、第３レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。
【００４９】
条件式（７）は、第１レンズ群の変倍時の移動量を適切にし、小型化を意図した条件式である。条件式（７）の上限値の５．０を越えると、広角端の全長が比較的に短くとも、望遠端に移動する際に大きな移動量となるために、鏡胴構造を含めた小型化が難しくなる。また、下限値の１．６を越えると、移動量が十分とならず、変倍比を大きくとることができなくなり、望ましくない。
【００５０】
条件式（８）の上限値の４．０を越えると、第３レンズ群の移動量が増し、大型化して望ましくない。また、下限値の０．４を越えると、本方式以外のズーム方式で実現することが可能である。
【００５１】
次に、結像倍率について述べる。本発明のズームレンズにおいては、構成する５群全体が変倍時に移動することが特徴とである。また、広角端から望遠端に移動する場合に、第２レンズ群が以下の関係で変倍し大きな変倍作用を有している。また、この第２レンズ群自体は変倍中に固定することも可能なレンズ群である。
【００５２】
すなわち、第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することが望ましい。
【００５３】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【００５４】
なお、第３レンズ群は１枚の正レンズで構成されていることが望ましい。
【００５５】
次に、本発明の第２のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００５６】
この方式は、本発明によるズームレンズの第２レンズ群を移動することにより、全長を一定としてインナーフォーカスすることであり、移動量が総体的に減り、かつ、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００５７】
以下に、後記の実施例２による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００５８】
【００５９】
【００６０】
この収差係数によれば、やはり全体としてフォーカシングによる収差変動が小さいと言うことが分かる。このことは、実際の収差によっても確認することができる。
【００６１】
次に、本発明の第３のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００６２】
この方式は、本発明によるズームレンズの後群を移動することにより、全長を一定とし、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００６３】
以下に、後記の実施例３による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００６４】
【００６５】
【００６６】
この収差係数によれば、全体としてフォーカシングによる収差変動が小さいと言うことが分かる。実際には、望遠端でフォーカシング移動量が近距離となると増加するので、より近距離へのフォーカシングを意図する場合には、第４レンズ群と第５レンズ群を独立して移動することで、非常に高い結像性能を得ることも可能である。
【００６７】
なお、以上の本発明の第２のズームレンズ及び第３のズームレンズにおいても、本発明の第１のズームレンズと同様に、条件式（１）〜（９）を満足し、第３レンズ群が１枚の正レンズで構成されていることが望ましい。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの実施例１〜３について説明する。実施例１〜３の無限遠時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図３に示す。なお、各実施例の数値データは後記する。
【００６９】
（実施例１）
実施例１は、焦点距離１４．３７〜１３９．４ｍｍ、Ｆナンバーが３．５〜４．４８の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図１に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７０】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズとの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凸レンズと、両凹レンズとにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りＳに続く両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとの接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、像側に強い曲率を持った正メニスカスレンズと両凹レンズとの接合レンズにて構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００７１】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの第１面及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの物体側面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００７２】
この実施例においては、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２を一体で移動することによって行っている。このフォーカス方式であれば、非常に安定した結像性能を有限遠物体においても実現することが可能である。２ｍまでのフォーカス移動量は、２．２４ｍｍであり、望遠端の無限遠から２．０ｍまでのフォーカシングでも非常に安定した性能を示している。
【００７３】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図４に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図５に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端における球面収差ＳＡ、非点収差ＡＳ、歪曲収差ＤＴ、倍率色収差ＣＣを示す。ただし、図中、“ＦＩＹ”は像高を表している。以下、同じ。
【００７４】
（実施例２）
実施例２は、焦点距離１４．３８〜１３９．３９ｍｍ、Ｆナンバーが３．５７〜４．２６の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図２に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７５】
各レンズ群の構成、非球面の使用面は、実施例１と同様である。
【００７６】
この実施例においては、フォーカシングは、第２レンズ群Ｇ２を移動することによって行っている。望遠端での無限遠から２．０ｍまでのフォーカス移動量は、４．７６ｍｍである。
【００７７】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図６に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図７に示す。
【００７８】
（実施例３）
実施例３は、焦点距離１４．３６〜１３９．５ｍｍ、Ｆナンバーが３．５４〜４．５２の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図３に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７９】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズとの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りＳに続く両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとの接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、像側に強い曲率を持った正メニスカスレンズと両凹レンズとの接合レンズにて構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００８０】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの第１面及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの物体側面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００８１】
この実施例においては、フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５を一体で移動することによって実現している。無限遠から２．０ｍまでのフォーカス移動量は、１１．５２ｍｍとやや大きくなっている。
【００８２】
すでに提案しているように、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、又は、第５レンズ群Ｇ５等の一つのレンズ群でフォーカスすることも可能であるが、フォーカシング時の収差変動を十分に補正するために、このように複数のレンズ群を可動としたフォーカス方式が必要となることがある。
【００８３】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図８に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図９に示す。
【００８４】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、２ωは画角、ＦNOはＦナンバー、ＦＢはバックフォーカス、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００８５】
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8、A10 はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００８６】
【００８７】
【００８８】
【００８９】
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（９）の値を以下に示す：
【００９０】
以上の本発明のズームレンズは例えば次のように構成することができる。
【００９１】
〔１〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【００９２】
〔２〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１記載のズームレンズ。
【００９３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【００９４】
〔３〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記１又は２記載のズームレンズ。
【００９５】
〔４〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【００９７】
〔５〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【００９９】
〔６〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１００】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１０１】
〔７〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【０１０２】
〔８〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記７記載のズームレンズ。
【０１０３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【０１０４】
〔９〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記７又は８記載のズームレンズ。
【０１０５】
〔１０〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記７から９の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１０６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【０１０７】
〔１１〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記７から１０の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１０８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【０１０９】
〔１２〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記７から１１の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１０】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１１１】
〔１３〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【０１１２】
〔１４〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１４記載のズームレンズ。
【０１１３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【０１１４】
〔１５〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記１３又は１４記載のズームレンズ。
【０１１５】
〔１６〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記１３から１５の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【０１１７】
〔１７〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記１３から１６の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【０１１９】
〔１８〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記１３から１７の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１２０】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、正屈折力の第５レンズ群で構成するズームレンズで、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動するか、第２レンズ群を移動するか、あるいは、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによってフォーカスする方式を発明することができた。本発明の屈折力配置のズームレンズにおいて、このようなフォーカスする方式で、かつ、収差変動も抑えられた方式は、非常にその効果が大きく、今後の広角を含み高倍率を有するビデオあるいはスチルビデオ用ズームレンズにとって応用範囲の広いフォーカス方式である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの無限遠フォーカス時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図３】本発明の実施例３のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図４】実施例１の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図５】実施例１の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【図６】実施例２の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図７】実施例２の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【図８】実施例３の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図９】実施例３の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【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
Ｇ５…第５レンズ群
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズに関し、特に、カメラ等に最適な広角高倍率ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ用の高倍率ズームレンズは、スタジオにおけるテレビカメラ用やシネカメラ用途で比較的古くから開発が行われてきた。また、ビデオカメラが普及してからは、業務用又は家庭用において開発が行われてきた。また、高倍率であって広角側の画角が７０°以上になると、光学設計も非常に高度な水準が要求されることが知られている。古くはその構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプが普及した。例えば特公平２−４８０８７号のものがある。これは、変倍時に第１レンズ群と第４レンズ群が固定されていることに特徴がある。
【０００３】
また、このタイプで第１レンズ群にフロントコンバータを配置する考え方で開発された方式もある。例えば米国特許第３，６８２，５３４号のものがある。これらは、レンズ構成枚数が多く、大型であった。このタイプでは、基本構成の第１レンズ群をフォーカスに使用する方法が主流であった。
【０００４】
また、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、第２レンズ群から第４レンズ群までが変倍時に可動であり、第４レンズ群でフォーカスすると言う方式の広角高倍率ズームレンズが提案されている。例えば特開平６−１４８５２０号のものがある。
【０００５】
さらに、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、変倍時に第１レンズ群以下が可動であるタイプとして、特開平７−２０３８１号のものがある。
【０００６】
これらの提案は、レンズ構成が簡単であるが、今後の撮像素子の高画素化に対応するには課題があった。
【０００７】
このズームレンズタイプは、むしろ従来の銀塩フィルムを使用するカメラにおいて開発が始められたものである。例えば、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群にて構成するタイプであって、各々のレンズ群が移動するズーム方式で、広角端の画角が８０°を越えるものとして、米国特許第４，２９９，４５４号のものがある。
【０００８】
また、画角が７４°程度から１９°程度の約５倍の変倍比を持つものとして提案されたのが、特公昭５８−３３５３１号のものである。この提案は、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第１レンズ群と第２レンズ群を一体とするフォーカシング方法に特色があった。
【０００９】
また、画角７４°程度から８．３°程度まで包括するズームレンズとして、米国特許第４，８９６，９５０号のものがある。これは、構成が、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群にて構成するタイプであって、第５レンズ群が変倍中に固定である。
【００１０】
これらは、銀塩フィルムカメラ用途には問題なかったが、今後のデジタルカメラ用のＣＣＤに使用されているマイクロレンズを含めた開口率を損なわないためには、そのままで使用することはできない。また、色収差を含めた色むらの問題を考慮した場合に、軸外主光線の射出角度を十分に考え、像面照度まで考慮した光学設計が必要であると言わざるを得ない状況である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、カメラ等に最適な広角高倍率ズームレンズの開発をしようとするものである。
【００１２】
従来のビデオカメラにおいては、広角高倍率ズームレンズとしての提案があるが、高画素の撮像素子に対応する光学性能の光学系の提案がなされていない。また、銀塩カメラ用では、光学性能及びＣＣＤ等の特性への親和性と言う点では未だ課題が多かった。
【００１３】
したがって、マイクロレンズを有した結像素子と、色収差によるアライアジング等の影響を考慮すると、従来のビデオカメラ用のスームレンズの方式であって、ある程度テレセントリック性を有した光学系であることが望まれる。
【００１４】
上記の本発明によるズームレンズでは、比較的イメージサークルの大きな結像素子を対象としようとするので、従来のビデオカメラ用のスームレンズを基にした光学設計では、非常に大きなスームレンズとなってしまい、実用上で大きな問題になることがある。
【００１５】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的大きな結像素子に適用でき、広角端が７０°を越えて変倍比が１０倍程度を越えても、十分な結像性能を維持し、適切なフォーカス方式を備えた小型のズームレンズを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の第１のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３のズームレンズは、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００１９】
以下、本発明において上記構成をとる理由とその作用について説明する。
【００２０】
上記のように、本発明は小型で高性能で適切なフォーカス方式を持った広角高倍率ズームレンズを提供することにある。
【００２１】
従来の物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、及び、正屈折力の第４レンズ群から構成するズームレンズが銀塩フィルム用カメラでは主流となっており、高倍率ズームレンズでは第１レンズ群以降が可動であることが普通になっている。また、第３レンズ群と第４レンズ群の移動は、変倍以外に変倍時の像面湾曲の変動を補正することに必要であり、基本的には、これらの群は一つの群であると考えられる場合さえある。しかしながら、更に広画角と更に大きな変倍比を達成しようとする場合には、正レンズ群以外に一つの負レンズ群を設け、移動させることで、収差補正上からも変倍から考えても有利となる。特に、本発明のように、例えば変倍比が１０倍程度以上になると非常に優位性が明確になった。一般的には、レンズ群数が増すと、各レンズ群で色収差補正が必要であると言う考えがあり、レンズ構成枚数が増えると考えられる。しかしながら、本発明では、非球面を有効に活用し、歪曲収差補正を第２レンズ群で解決し、後ろのレンズ群でコマ収差等を十分に補正できるように非球面を活用している。
【００２２】
すなわち、本発明の第１のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴としている。
【００２３】
この方式は、本発明によるズームレンズの第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することにより、第１レンズ群移動と比べて、大幅にフォーカシング移動量が減り、かつ、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００２４】
以下に、後記の実施例１による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００２５】
【００２７】
この収差係数によれば、全体としてフォーカシングによる収差変動が非常に小さいと言うことが分かる。この方式は、レンズ系の前群を移動する方式として、第１レンズ群を移動する方式と比べ有利である。
【００２８】
本発明の第１のズームレンズにおいて、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００２９】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【００３０】
本発明は、広角端の画角が７０°程度以上でも十分に対応でき、高い結像性能を有するズームレンズ光学系を提供することが大きな目的である。このために、ズーム方式として、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成し、前記条件式（１）〜（５）に適った適切なパワー配置を見出し、これに最適な実際のレンズ構成を配することで実現できたものである。また、広角高倍率ズームレンズにありがちな大型化や性能低下と言う問題を解決したものである。
【００３１】
条件式（１）は、第１レンズ群のパワー配置を規定するものである。第１レンズ群は、本発明の如きズーム方式であれば変倍時に移動するため、その移動量と前玉径の増大に注意しながら結像性能を維持できるようにすることが重要である。
【００３２】
条件式（１）で上限値の８．０を越えると、第１レンズ群としての収差残存量が減り、収差補正上で有利となるが、変倍時の移動量が増し、また、レンズ外径も増すために、全体として大型化の傾向となるため望ましくない。また、下限値の２．０を越える場合には、小型化の方向であり、前玉径も変倍時の移動量も減る傾向性が出るが、収差補正上から好ましいとは言えない。
【００３３】
条件式（２）は、負屈折力の第２レンズ群のパワー配置を決める条件式である。第２レンズ群は第１レンズ群のパワー決定にも関係がある。第２レンズ群が小さなパワーであれば、第１レンズ群も同様となり、大型化する傾向を有することになる。
【００３４】
条件式（２）で、上限値の１．０を越える場合、レンズ構成も少なくて済み、収差補正上の利点モ あるが、第２レンズ群以外に第１レンズ群のパワーも小さくなり、第１レンズ群の前玉径の増大、変倍時の移動量の増大を招く等、これ以外の課題が多く派生するために望ましくない結果となる。一方で、下限値の０．４を越える場合には、レンズ径小型化を意図することができるが、収差補正上で困難が生じ、歪曲収差の発生、軸外コマ収差の発生が顕著になる。また、本条件式内であれば、適切なレンズ構成とすることで、レンズ径の小型化と高い結像性能を得ることができるのである。
【００３５】
条件式（３）は、第３レンズ群のパワー決定に関する条件式である。このズーム方式では、第３レンズ群から第５レンズ群によって結像部を構成しており、ズーミング方式から鑑みれば、独立した３つのレンズ群で構成していると言うことができる。これまでの多くのズーム方式にある、第３レンズ群が正屈折力、そして、第４レンズ群が正屈折力の方式とその変倍方法を異にするものである。この第３レンズ群は、強い発散性のパワーの第２レンズ群からの光束を収斂し、球面収差や軸外収差を補正する役割を有する。また、軸上球面収差の補正を良好に行うという役割を有している。
【００３６】
条件式（３）の上限値の１．２を越えると、第３レンズ群の収差補正面では非常に有利であるが、第３レンズ群の変倍時の移動量が増し、好ましくない。また、下限値の０．３を越えると、変倍時の移動量が減り、小型化には望ましいが、収差補正の観点から見ると球面収差補正が困難となるばかりでなく、軸外コマ収差の補正が困難となり、望ましくない結果となる。
【００３７】
条件式（４）については、前記の４群スームレンズである、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、正屈折力の第４レンズ群のスームレンズにおけるレンズ群とは特性を異にするレンズ群である第４レンズ群に関するものである。この負屈折力の第４レンズ群のパワーを決めるのが条件式（４）である。条件式（４）の上限値の５．０を越えると、第４レンズ群の移動量が増し、第３レンズ群及び第５レンズ群の間を移動するために変倍比を大きくとることが難しくなる。また、下限値の０．６を越える場合、その変倍時の移動量が減るが、収差補正という観点では難しくなるため、この範囲以下の数値をとるのは望ましくない。また、本発明においては、第１レンズ群から第４レンズ群で特に広角端付近ではアフォーカルに近い光束を構成する。
【００３８】
条件式（５）は、第５レンズ群のパワーを決める条件式である。このレンズ群では、軸外光束の主光線の制御上で重要な役割を果たす。特にＣＣＤ撮像素子等の使用においては、軸外主光線にある程度テレセントリック性を持たせる点で大きな役割を持っている。この条件式の上限値の４．０を越えると、第５レンズ群の収差補正は容易になるが、変倍時の移動量が増すので好ましくない。また、下限値の０．５を越えると、軸外収差の補正が難しくなると同時に、レンズ構成を増やさないと収差補正が困難となる。さらに、このレンズ群は、レンズ構成が増すとレンズ系全体の大型化につながるために望ましい結果が得られない場合が多い。
【００３９】
本発明のズームレンズは、レンズ構成をできる限り簡単にすることで、小型化も意図している。こうした場合には、前記の各レンズ群の屈折力配置が重要であり、各群のレンズ構成ばかりでなく、変倍時のレンズ群の移動量にも関係している。
【００４０】
また、本発明においては、高倍率でありながら広角端が７０°程度以上を包括することを意図しており、従来の先行発明に比較して構成が簡素で高度な光学系を提案するものである。
【００４１】
すなわち、焦点距離で言うならば、広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことが望ましい。
【００４２】
また、本発明の後記の実施例に見るように、ＣＣＤを撮像素子として考えた場合も含め、結像面でのアライアジングやシェーディング等の色の問題に鑑みて、有効対角線長が従来よりも大きいにも関わらず、ある程度のテレセントリック性を維持できる光学系を提案している。
【００４３】
すなわち、光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることが望ましい。
【００４４】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【００４５】
この条件式を満たすことで、クリアな画像を得ることが可能な条件を満たすことができるものである。
【００４６】
また、広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することが望ましい。
【００４７】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【００４８】
条件式（７）は、第１レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。また、条件式（８）は、第３レンズ群の変倍時の広角端から望遠端までに変倍時の移動量を規制する条件式である。
【００４９】
条件式（７）は、第１レンズ群の変倍時の移動量を適切にし、小型化を意図した条件式である。条件式（７）の上限値の５．０を越えると、広角端の全長が比較的に短くとも、望遠端に移動する際に大きな移動量となるために、鏡胴構造を含めた小型化が難しくなる。また、下限値の１．６を越えると、移動量が十分とならず、変倍比を大きくとることができなくなり、望ましくない。
【００５０】
条件式（８）の上限値の４．０を越えると、第３レンズ群の移動量が増し、大型化して望ましくない。また、下限値の０．４を越えると、本方式以外のズーム方式で実現することが可能である。
【００５１】
次に、結像倍率について述べる。本発明のズームレンズにおいては、構成する５群全体が変倍時に移動することが特徴とである。また、広角端から望遠端に移動する場合に、第２レンズ群が以下の関係で変倍し大きな変倍作用を有している。また、この第２レンズ群自体は変倍中に固定することも可能なレンズ群である。
【００５２】
すなわち、第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することが望ましい。
【００５３】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【００５４】
なお、第３レンズ群は１枚の正レンズで構成されていることが望ましい。
【００５５】
次に、本発明の第２のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００５６】
この方式は、本発明によるズームレンズの第２レンズ群を移動することにより、全長を一定としてインナーフォーカスすることであり、移動量が総体的に減り、かつ、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００５７】
以下に、後記の実施例２による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００５８】
この収差係数によれば、やはり全体としてフォーカシングによる収差変動が小さいと言うことが分かる。このことは、実際の収差によっても確認することができる。
【００６１】
次に、本発明の第３のズームレンズにおいては、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするものである。
【００６２】
この方式は、本発明によるズームレンズの後群を移動することにより、全長を一定とし、フォーカシング時の収差変動を抑えることを可能とするものである。
【００６３】
以下に、後記の実施例３による望遠端の３次収差係数値を無限遠と有限遠物体について示す。
【００６４】
この収差係数によれば、全体としてフォーカシングによる収差変動が小さいと言うことが分かる。実際には、望遠端でフォーカシング移動量が近距離となると増加するので、より近距離へのフォーカシングを意図する場合には、第４レンズ群と第５レンズ群を独立して移動することで、非常に高い結像性能を得ることも可能である。
【００６７】
なお、以上の本発明の第２のズームレンズ及び第３のズームレンズにおいても、本発明の第１のズームレンズと同様に、条件式（１）〜（９）を満足し、第３レンズ群が１枚の正レンズで構成されていることが望ましい。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの実施例１〜３について説明する。実施例１〜３の無限遠時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図３に示す。なお、各実施例の数値データは後記する。
【００６９】
（実施例１）
実施例１は、焦点距離１４．３７〜１３９．４ｍｍ、Ｆナンバーが３．５〜４．４８の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図１に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７０】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズとの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凸レンズと、両凹レンズとにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りＳに続く両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとの接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、像側に強い曲率を持った正メニスカスレンズと両凹レンズとの接合レンズにて構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００７１】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの第１面及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの物体側面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００７２】
この実施例においては、フォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２を一体で移動することによって行っている。このフォーカス方式であれば、非常に安定した結像性能を有限遠物体においても実現することが可能である。２ｍまでのフォーカス移動量は、２．２４ｍｍであり、望遠端の無限遠から２．０ｍまでのフォーカシングでも非常に安定した性能を示している。
【００７３】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図４に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図５に示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端における球面収差ＳＡ、非点収差ＡＳ、歪曲収差ＤＴ、倍率色収差ＣＣを示す。ただし、図中、“ＦＩＹ”は像高を表している。以下、同じ。
【００７４】
（実施例２）
実施例２は、焦点距離１４．３８〜１３９．３９ｍｍ、Ｆナンバーが３．５７〜４．２６の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図２に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７５】
各レンズ群の構成、非球面の使用面は、実施例１と同様である。
【００７６】
この実施例においては、フォーカシングは、第２レンズ群Ｇ２を移動することによって行っている。望遠端での無限遠から２．０ｍまでのフォーカス移動量は、４．７６ｍｍである。
【００７７】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図６に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図７に示す。
【００７８】
（実施例３）
実施例３は、焦点距離１４．３６〜１３９．５ｍｍ、Ｆナンバーが３．５４〜４．５２の広角高倍率ズームレンズである。この実施例は、図３に示すように、広角端から望遠端への変倍時には、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔、及び、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が大きくなるように、第１レンズ群Ｇ１は物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、及び、第５レンズ群Ｇ５は非線形的に移動する。
【００７９】
第１レンズ群Ｇ１は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと物体側に強い曲率を持った両凸レンズとの接合レンズと、物体側に強い曲率を持った正メニスカスレンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、像側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、開口絞りＳに続く両凸レンズと物体側に強い曲率を持った負メニスカスレンズとの接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、像側に強い曲率を持った正メニスカスレンズと両凹レンズとの接合レンズにて構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、及び、両凸レンズにて構成されている。
【００８０】
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の第１レンズの第１面及び第２レンズの物体側面、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズの物体側面、第５レンズ群Ｇ５の最も像側の両凸レンズの両面に使用している。
【００８１】
この実施例においては、フォーカシングは、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５を一体で移動することによって実現している。無限遠から２．０ｍまでのフォーカス移動量は、１１．５２ｍｍとやや大きくなっている。
【００８２】
すでに提案しているように、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４、又は、第５レンズ群Ｇ５等の一つのレンズ群でフォーカスすることも可能であるが、フォーカシング時の収差変動を十分に補正するために、このように複数のレンズ群を可動としたフォーカス方式が必要となることがある。
【００８３】
この実施例の無限遠フォーカス時の収差図を図８に、また、２ｍまでフォーカスした場合の収差図を図９に示す。
【００８４】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、２ωは画角、ＦNOはＦナンバー、ＦＢはバックフォーカス、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
【００８５】
【００８６】
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（９）の値を以下に示す：
以上の本発明のズームレンズは例えば次のように構成することができる。
【００９１】
〔１〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【００９２】
〔２〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１記載のズームレンズ。
【００９３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【００９４】
〔３〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記１又は２記載のズームレンズ。
【００９５】
〔４〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【００９７】
〔５〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記１から４の何れか１項記載のズームレンズ。
【００９８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【００９９】
〔６〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記１から５の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１００】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１０１】
〔７〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【０１０２】
〔８〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記７記載のズームレンズ。
【０１０３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【０１０４】
〔９〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記７又は８記載のズームレンズ。
【０１０５】
〔１０〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記７から９の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１０６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【０１０７】
〔１１〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記７から１０の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１０８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【０１０９】
〔１２〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記７から１１の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１０】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１１１】
〔１３〕 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスすることを特徴とするスームレンズ。
【０１１２】
〔１４〕 以下の条件式を満足することを特徴とする上記１４記載のズームレンズ。
【０１１３】
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。
【０１１４】
〔１５〕 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする上記１３又は１４記載のズームレンズ。
【０１１５】
〔１６〕 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする上記１３から１５の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１６】
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。
【０１１７】
〔１７〕 広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とする上記１３から１６の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１１８】
１．６＜Δ1T／ｆW ＜５．０ ・・・（７）
１．０＜Δ3T／ｆW ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ1Tは、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ3Tは、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。
【０１１９】
〔１８〕 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする上記１３から１７の何れか１項記載のズームレンズ。
【０１２０】
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、正屈折力の第５レンズ群で構成するズームレンズで、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動するか、第２レンズ群を移動するか、あるいは、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによってフォーカスする方式を発明することができた。本発明の屈折力配置のズームレンズにおいて、このようなフォーカスする方式で、かつ、収差変動も抑えられた方式は、非常にその効果が大きく、今後の広角を含み高倍率を有するビデオあるいはスチルビデオ用ズームレンズにとって応用範囲の広いフォーカス方式である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズの無限遠フォーカス時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。
【図２】本発明の実施例２のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図３】本発明の実施例３のズームレンズの図１と同様のレンズ断面図である。
【図４】実施例１の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図５】実施例１の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【図６】実施例２の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図７】実施例２の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【図８】実施例３の無限遠フォーカス時の収差図である。
【図９】実施例３の有限遠（２．０ｍ）フォーカス時の収差図である。
【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
Ｇ５…第５レンズ群
Claims (15)
- 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、
広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第１レンズ群と第２レンズ群を一体で移動することによって有限遠物体にフォーカスし、さらに広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．６＜Δ 1T ／ｆ W ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ 3T ／ｆ W ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ 1T は、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ 3T は、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。 - 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズを備えた撮像装置。
- 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする請求項１又は２記載のズームレンズ。
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。 - 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする請求項１〜２、４の何れか１項記載のズームレンズ。
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。 - 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、
広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第２レンズ群を移動することによって有限遠物体にフォーカスし、さらに広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．６＜Δ 1T ／ｆ W ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ 3T ／ｆ W ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ 1T は、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ 3T は、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６記載のズームレンズ。
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。 - 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする請求項６又は７記載のズームレンズを備えた撮像装置。
- 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする請求項６又は７記載のズームレンズ。
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。 - 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする請求項６〜７、９の何れか１項記載のズームレンズ。
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。 - 物体側より順に、正屈折力の第１レンズ群、負屈折力の第２レンズ群、正屈折力の第３レンズ群、負屈折力の第４レンズ群、及び、正屈折力の第５レンズ群で構成され、
広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群から第５レンズ群までの各々のレンズ群が移動し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、及び、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が大きくなるように、第１レンズ群及び第３レンズ群が、前記の変倍の過程で物体側へ移動し、少なくとも第４レンズ群又は第５レンズ群が非線形移動することで変倍に伴う像面位置の変動を補償し、第４レンズ群と第５レンズ群を共に移動することによって有限遠物体にフォーカスし、さらに広角端から望遠端に変倍するときに、以下の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。
１．６＜Δ 1T ／ｆ W ＜５．０ ・・・（７）
０．４＜Δ 3T ／ｆ W ＜４．０ ・・・（８）
ただし、
Δ 1T は、広角端基準の第１レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
Δ 3T は、広角端基準の第３レンズ群の望遠端までの変倍時の移動量
である。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１１記載のズームレンズ。
２．０＜ｆ1 ／ｆW ＜８．０ ・・・（１）
０．４＜｜ｆ2 ／ｆW ｜＜１．０ ・・・（２）
０．３＜ｆ3 ／ｆT345＜１．２ ・・・（３）
０．６＜｜ｆ4 ｜／ｆT345＜５．０ ・・・（４）
０．５＜ｆ5 ／ｆT345＜４．０ ・・・（５）
ただし、
ｆW は、広角端における全系の焦点距離
ｆ1 は、第１レンズ群の焦点距離
ｆ2 は、第２レンズ群の焦点距離
ｆ3 は、第３レンズ群の焦点距離
ｆ4 は、第４レンズ群の焦点距離
ｆ5 は、第５レンズ群の焦点距離
ｆT345は、望遠端における第３レンズ群から第５レンズ群までの焦点距離
である。 - 広角端の焦点距離が、光学系の結像面又は撮像素子の有効対角線長より短いことを特徴とする請求項１１又は１２記載のズームレンズを備えた撮像装置。
- 光学系から射出する主光線が以下の条件式に基づいて決められることを特徴とする請求項１１又は１２記載のズームレンズ。
１０＜｜ＥｘｐｄW ×Ｙ｜／ＬW ・・・（６）
ただし、
ＥｘｐｄW は、結像面位置から射出瞳までの光軸上距離
Ｙは、結像面での実際の最大像高
ＬW は、広角端での第１レンズ群の最も物体側面の頂点から結像面までの光軸上距離
である。 - 第２レンズ群の近軸横倍率が以下の関係を満足することを特徴とする請求項１１〜１２、１４の何れか１項記載のズームレンズ。
２．５＜β2T／β2W＜７ ・・・（９）
ただし、
β2Wは、第２レンズ群の広角端での結像倍率
β2Tは、第２レンズ群の望遠端での結像倍率
である。
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