JP4423058B2 - ズームレンズ - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子を用いたビデオカメラ等への搭載に適したズームレンズに関し、特に一部のレンズを交換することにより全体の焦点距離を変えることが可能なズームレンズに関する。

従来より、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの固体撮像素子を用いたビデオカメラ用のズームレンズとして、種々のレンズが開発されている。例えば、全体として４群または５群構成で、変倍の際に第２群および第３群を移動させるタイプのズームレンズが知られている。

このようなズームレンズにおいて、その変倍域を拡大する方法として、従来よりコンバータレンズを用いる方法が知られている。これは、別途用意されたコンバータレンズをズームレンズ本体に付加的に取り付けることにより、ズームレンズ本体の焦点距離を変える方式である。このコンバータ方式は、取り扱いが容易な反面、既に収差補正がなされているズームレンズ本体に別途コンバータレンズを装着することになるので、コンバータレンズ単体でも収差が十分に補正されていることが要求される。このため、十分な収差性能を確保するためにはコンバータレンズの構成枚数が増加してしまい、小型化が困難であった。

これに対して、特許文献１では、ズームレンズにおいて、最も物体側のレンズ群のうち少なくとも１枚を残して一部のレンズを着脱可能とし、新たな変倍域を加える方式を提案している。この方式によれば、最も物体側のレンズ群の一部を光路から外すことにより、焦点距離を変えることができ、変倍域の拡大を図ることができる。またこれとは異なる方式のものとして、特許文献２には、物体側から順に、前群レンズ、可変レンズ群、焦点補正レンズ、リレーレンズ、および結像レンズを備えたズームレンズにおいて、前群レンズの全部または一部を交換レンズであるコンバータ内に組み込み、このコンバータを取り替えることで、焦点距離を変える方式が提案されている。この方式の場合、ズームレンズ本体の一部を交換レンズとして用いており、交換レンズを取り外した状態では使用されない。
特開平６−２６５７８５号公報 特開平３−１３８６１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方式では、レンズ群の一部を装着した状態と光路から外した状態との両方において十分な収差補正が必要であるため、着脱可能なレンズ部分単体での収差も十分に補正する必要があるという点では、付加的にコンバータレンズを取り付ける従来のコンバータ方式と同様である。一方、上記特許文献２に記載の方式では、ズームレンズ本体のレンズの一部を交換レンズとして用いるので、交換レンズの枚数を増やせることや、交換レンズ単体での収差補正が不要になることなどから、交換レンズ部分の設計の自由度が増し、ズームレンズ本体に適した収差補正が可能であるという利点がある。しかしながら、特許文献２に記載のズームレンズは、合焦を後側の結像レンズ全体で行うものであるため、大きな駆動力が必要となる。特に、交換レンズとしてテレコンバータを用いた望遠側の焦点距離においては、合焦のためのレンズ群移動距離が長くなり、迅速な合焦が困難となってしまう。さらに、特許文献２では、面間隔や曲率等、具体的なレンズデータが開示されていないなどレンズ構成が不明確であり、当業者であっても特許文献２に記載のズームレンズを再現することは困難である。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、十分な性能を保ちつつ焦点距離を変えることが可能であり、また、迅速な合焦が可能となるズームレンズを提供することにある。

本発明によるズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持ち、絞りを有する第３レンズ群と、負の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とを備え、第２レンズ群と第３レンズ群とを光軸上で移動させることにより変倍を行うと共に、第４レンズ群を光軸上で移動させることにより合焦を行うようになされている。また、第１レンズ群が、負レンズと正レンズとをそれぞれ少なくとも１枚含む着脱可能な交換レンズ群と、交換レンズ群よりも像側に設けられ、少なくとも１枚の他の正レンズを含む固定レンズ群とにより構成され、交換レンズ群を交換することにより、全系の焦点距離を変えることが可能に構成され、かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。ただし、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ１２は第１レンズ群における固定レンズ群の焦点距離を示す。
０．５＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（１）

本発明によるズームレンズでは、第２レンズ群と第３レンズ群とを光軸上で移動させることにより、変倍が行われる。合焦は、第４レンズ群を光軸上で移動させることにより行われる。変倍レンズ群の像面側に位置するレンズ群のうち、第４レンズ群のみで合焦を行うため、望遠側に焦点距離を遷移させた場合においても迅速な合焦が可能となる。

このズームレンズでは、第１レンズ群の一部が交換レンズ群とされ、その交換レンズ群を交換することにより、全系の焦点距離が広角側または望遠側に遷移する。この場合、第１レンズ群に関して、上記条件式（１）を満足することで、焦点距離を広角側または望遠側に遷移させたとしても、十分な性能が保たれる。

特に、このズームレンズを標準タイプのズームレンズとして機能させる場合、以下の条件式（２）を満足していることが望ましい。
０．６＜ｆ１／ｆ１２＜１．７ ……（２）

また特に、このズームレンズを広角タイプのズームレンズとして機能させる場合、交換レンズ群が、少なくとも３枚の負レンズと、少なくとも２枚の正レンズとで構成され、かつ負レンズのうちの１枚が最も物体側に配置され、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっていることが望ましい。またこの場合さらに、以下の条件式（３）を満足していることが望ましい。
０．５＜ｆ１／ｆ１２＜１．５ ……（３）

また特に、このズームレンズを望遠タイプのズームレンズとして機能させる場合、交換レンズ群が、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズとで構成され、かつ正レンズのうちの１枚が、物体側に凸面を向けていることが望ましい。またこの場合さらに、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。
１．４＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（４）

これらの好ましい構成を、遷移させたい焦点距離に応じて適宜採用することで、その遷移された焦点距離においても十分な性能が保たれる。

本発明のズームレンズによれば、全体として５群構成のズームレンズであって、変倍レンズ群である第２および第３レンズ群よりも像面側に位置するレンズ群のうち、第４レンズ群のみで合焦を行うようにしたので、望遠側に焦点距離を遷移させた場合においても迅速な合焦が可能となる。また、第１レンズ群の一部を交換レンズ群とし、その交換レンズ群を交換することにより全系の焦点距離を広角側または望遠側に遷移させるようにしたので、付加的にコンバータレンズを取り付ける従来のコンバータ方式に比べて、交換レンズ群の設計の自由度が増し、ズームレンズ本体に適した収差補正が可能となる。そして、条件式（１）を満足して、その交換レンズ群を含む第１レンズ群内でのパワー配分を適切なものとすることで、焦点距離を広角側または望遠側に遷移させたとしても、十分な性能を保つことができる。

特に、条件式（２）を満足するようにした場合には、特に標準タイプのズームレンズを実現しやすくなる。

また特に、交換レンズ群を、少なくとも３枚の負レンズと、少なくとも２枚の正レンズとで構成し、かつ負レンズのうちの１枚を最も物体側に配置し、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズにした場合には、十分な性能を保ちつつ広角側に焦点距離を遷移させやすくなり、特に広角タイプのズームレンズを実現しやすくなる。

また特に、交換レンズ群を、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズとで構成し、かつ正レンズのうちの１枚を、物体側に凸面を向けた構成にした場合には、十分な性能を保ちつつ望遠側に焦点距離を遷移させやすくなり、特に望遠タイプのズームレンズを実現しやすくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成例を示している。この構成例は、後述の数値実施例１のレンズ構成に対応している。なお、図１では、広角端におけるレンズ配置を示している。

このズームレンズは、例えば固体撮像素子を用いたビデオカメラに搭載されて使用されるものである。このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持ち、絞りＳｔを有する第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とが、物体側より順に配設された構成となっている。このズームレンズの結像面（撮像面）Ｓｉｍｇには、例えば図示しない撮像素子が配置される。第５レンズ群Ｇ５と撮像面との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材が配置されていても良い。図示した構成例では、色分解プリズム等からなる色分解光学系ＧＣが配置されている。

このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とを光軸上で移動させることにより変倍を行うようになっている。より具体的には、第２レンズ群Ｇ２を光軸上で移動させることにより変倍が行われ、それに伴う焦点移動の補正が第３レンズ群Ｇ３を光軸上で移動させることにより行われるようになっている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図に実線で示した軌跡を描くように移動する。合焦は、第４レンズ群Ｇ４を光軸上で移動させることにより行われる、いわゆるリアフォーカス式となっている。第１レンズ群Ｇ１および第５レンズ群Ｇ５は、変倍および合焦のためには移動しないレンズ群となっている。

第１レンズ群Ｇ１は、着脱可能な交換レンズ群Ｇ１１と、この交換レンズ群よりも像側に設けられた固定レンズ群Ｇ１２とで構成されている。固定レンズ群Ｇ１２は、少なくとも１枚の正レンズを含んでいる。図１では、固定レンズ群Ｇ１２が、１枚の両凸レンズＬ１２のみで構成されている。

このズームレンズは、交換レンズ群Ｇ１１を交換することにより、全系の焦点距離を変えることが可能となっている。図１では、交換レンズ群Ｇ１１として標準タイプのものを使用した状態を示している。これに対し、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、交換レンズ群Ｇ１１として他のタイプのものを使用した状態を示している。特に図２（Ａ）は、広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａを使用した状態であり、図１の標準のズームレンズに対して焦点距離を広角側に遷移させるために用いられる。図２（Ｂ），（Ｃ）は、望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｂ，Ｇ１１Ｃを使用した状態であり、図１の標準のズームレンズに対して焦点距離を望遠側に遷移させるために用いられるものである。

各タイプの交換レンズ群は、負レンズと正レンズとをそれぞれ少なくとも１枚含んでいる。図１に示した標準タイプの交換レンズ群Ｇ１１は、１枚の負レンズＬ１と１枚の正レンズＬ２とで構成されている。負レンズＬ１は例えば、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。正レンズＬ２は例えば、両凸レンズとなっている。

交換レンズ群Ｇ１１を広角タイプにする場合、少なくとも３枚の負レンズと、少なくとも２枚の正レンズとで構成され、かつ負レンズのうちの１枚が最も物体側に配置され、それが物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっていることが望ましい。

図２（Ａ）に示した広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａは、６枚のレンズＬ１Ａ〜Ｌ６Ａで構成されている。この構成例は、特に使用変倍域を広角側に制限する場合に適した構成となっている。この構成例では、レンズＬ１Ａ〜Ｌ６Ａのうち、レンズＬ１Ａ，Ｌ３Ａ，Ｌ５Ａが負レンズ、レンズＬ２Ａ，Ｌ４Ａ，Ｌ６Ａが正レンズとなっている。レンズＬ５Ａ，Ｌ６Ａは、接合レンズとなっている。レンズＬ１Ａは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっている。レンズＬ２Ａは像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、レンズＬ３Ａは両凹レンズ、レンズＬ４Ａは物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、レンズＬ５Ａは物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、レンズＬ６Ａは両凸レンズとなっている。

なお、後述の実施例２に係るズームレンズにおける広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｄ（図８）は、５枚のレンズＬ１Ｄ〜Ｌ５Ｄで構成されている。この構成例は、図２（Ａ）に比べて使用変倍域を広くする場合に適した構成となっている。この構成例では、レンズＬ１Ｄ〜Ｌ５Ｄのうち、レンズＬ１Ｄ，Ｌ２Ｄ，Ｌ４Ｄが負レンズ、レンズＬ３Ｄ，Ｌ５Ｄが正レンズとなっている。レンズＬ１Ｄは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっている。レンズＬ２Ｄは両凹レンズ、レンズＬ３Ｄは両凸レンズ、レンズＬ４Ｄは両凹レンズ、レンズＬ５Ｄは両凸レンズとなっている。

交換レンズ群Ｇ１１を望遠タイプにする場合、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズとで構成され、かつ正レンズのうちの１枚が、物体側に凸面を向けていることが望ましい。

図２（Ｂ）に示した交換レンズ群Ｇ１１Ｂは、望遠タイプの第１の構成例であり、６枚のレンズＬ１Ｂ〜Ｌ６Ｂで構成されている。この構成例は、図２（Ｃ）に比べて使用変倍域を広くする場合に適した構成となっている。この構成例では、レンズＬ１Ｂ〜Ｌ６Ｂのうち、レンズＬ１Ｂ，Ｌ２Ｂ，Ｌ６Ｂが正レンズ、レンズＬ３Ｂ，Ｌ４Ｂ，Ｌ５Ｂが負レンズとなっている。レンズＬ２Ｂ，Ｌ３Ｂは、接合レンズとなっている。レンズＬ１Ｂは物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、レンズＬ２Ｂは両凸レンズ、レンズＬ３Ｂは両凹レンズ、レンズＬ４Ｂ，Ｌ５Ｂは物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、レンズＬ６Ｂは両凸レンズとなっている。

図２（Ｃ）に示した交換レンズ群Ｇ１１Ｃは、望遠タイプの第２の構成例であり、６枚のレンズＬ１Ｃ〜Ｌ６Ｃで構成されている。この構成例は、図２（Ｂ）の構成例に比べて使用変倍域を望遠側に制限する場合に適した構成となっている。望遠タイプの場合、使用変倍域を望遠側に制限することにより、前側のレンズの径が極度に大型化することを避けることができる。この構成例では、レンズＬ１Ｃ〜Ｌ６Ｃのうち、レンズＬ１Ｃ，Ｌ２Ｃ，Ｌ６Ｃが正レンズ、レンズＬ３Ｃ，Ｌ４Ｃ，Ｌ５Ｃが負レンズとなっている。レンズＬ２Ｃ，Ｌ３Ｃは、接合レンズとなっている。レンズＬ１Ｃ，Ｌ２Ｃは両凸レンズ、レンズＬ３Ｃは両凹レンズ、レンズＬ４Ｃ，Ｌ５Ｃは物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、レンズＬ６Ｃは物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとなっている。

このズームレンズは、以下の条件式（１）を満足するように構成されている。ただし、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆ１２は第１レンズ群Ｇ１における固定レンズ群の焦点距離を示す。
０．５＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（１）

ただし、このズームレンズを標準タイプのズームレンズとして機能させる場合、以下の条件式（２）を満足していることが望ましい。
０．６＜ｆ１／ｆ１２＜１．７ ……（２）

また特に、このズームレンズを広角タイプのズームレンズとして機能させる場合、以下の条件式（３）を満足していることが望ましい。
０．５＜ｆ１／ｆ１２＜１．５ ……（３）
またこの場合、以下の条件式（３−１）を満足していることが望ましい。ただし、ｆ１Ｅは、交換レンズ群Ｇ１１として標準タイプのものを使用している状態での第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｆ１Ａは、交換レンズ群Ｇ１１として広角タイプのものを使用している状態での第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示す。すなわち、条件式（３−１）は、ズームレンズを標準タイプから広角タイプへと焦点距離を遷移させる場合における、その遷移の度合いを示す。
０．５＜ｆ１Ａ／ｆ１Ｅ＜０．９ ……（３−１）

また特に、このズームレンズを望遠タイプのズームレンズとして機能させる場合、以下の条件式（４）を満足していることが望ましい。
１．４＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（４）
またこの場合、以下の条件式（４−１）を満足していることが望ましい。ただし、ｆ１Ｂは、交換レンズ群Ｇ１１として望遠タイプのものを使用している状態での第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示す。すなわち、条件式（４−１）は、ズームレンズを標準タイプから望遠タイプへと焦点距離を遷移させる場合における、その遷移の度合いを示す。
１．４＜ｆ１Ｂ／ｆ１Ｅ＜２．０ ……（４−１）

第２レンズ群Ｇ２は、例えば４枚のレンズＬ２１〜Ｌ２４により構成されている。より具体的には、３枚の負レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３と１枚の正レンズＬ２４とが、物体側より順に配設された構成で、かつ、負レンズＬ２３と正レンズＬ２４とが接合レンズの構成となっていることが好ましい。レンズＬ２１は例えば、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。レンズＬ２２は例えば、両凹レンズとなっている。

第３レンズ群Ｇ３は、絞りＳｔの後ろ側に、例えば３枚のレンズＬ３１〜Ｌ３３を配設した構成となっている。レンズＬ３１およびレンズＬ３２は例えば接合レンズとなっている。

第４レンズ群Ｇ４は、負レンズＬ４１および正レンズＬ４２からなる接合レンズによって構成されている。負レンズＬ４１は例えば、両凹レンズ、正レンズＬ４２は例えば、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。第４レンズ群Ｇ４は、無限遠から近距離物体（至近）への合焦時に像面側に移動するようになっている。

第５レンズ群Ｇ５は、リレーレンズ群であり、６枚のレンズＬ５１，Ｌ５２−１，Ｌ５２−２，Ｌ５３〜Ｌ５５により構成されている。より具体的には、両凹レンズＬ５１と、負レンズＬ５２−１および正レンズＬ５２−２からなる第１の接合レンズと、同様に負レンズＬ５３および正レンズＬ５４からなる第２の接合レンズと、非球面を少なくとも１面含む正レンズＬ５５とが物体側より順に配設された構成となっている。

なお、後述の実施例２に係るズームレンズ（図７，８）では、図１の構成例に比べて、レンズＬ５２−１，Ｌ５２−２が１枚のレンズで構成され、第５レンズ群Ｇ５が５枚のレンズＬ５１〜Ｌ５５により構成されている。

なお、本実施の形態に係るズームレンズの特徴部分は、主に第１レンズ群Ｇ１の構成と各群の移動方式にあり、第１レンズ群Ｇ１以外の各レンズ群の構成は図示したものに限定されず、レンズ枚数やそのレンズ形状などに関して、他の構成をとり得る。

次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。

このズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とを光軸上で移動させることにより、変倍が行われる。合焦は、第４レンズ群Ｇ４を光軸上で移動させることにより行われる。変倍レンズ群の像面側に位置するレンズ群のうち、第４レンズ群Ｇ４のみで合焦を行うため、望遠側に焦点距離を遷移させた場合においても迅速な合焦が可能となる。特に、第４レンズ群Ｇ４を接合レンズにした場合には、分離タイプのレンズ構成にした場合に比べて、フォーカス群の小型化が容易となる。これにより、レンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な合焦が行える。また、特に軸上色収差の補正もしやすくなる。

このズームレンズでは、第１レンズ群Ｇ１の一部が交換レンズ群Ｇ１１とされ、その交換レンズ群Ｇ１１を例えば図２（Ａ）〜（Ｃ）に示した種々のタイプのものに交換することで、全系の焦点距離が広角側または望遠側に遷移する。この場合、第１レンズ群Ｇ１に関して、上記条件式（１）を満足することで、焦点距離を広角側または望遠側に遷移させたとしても、十分な性能を保つことができる。

条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１全体の焦点距離ｆ１と第１レンズ群Ｇ１における固定レンズ群Ｇ１２の焦点距離ｆ１２との比を規定している。条件式（１）の下限を越えると、特に焦点距離を広角側に遷移させた場合において負の歪曲収差が補正困難となり、上限を超えると、特に焦点距離を望遠側に遷移させた場合において正の像面湾曲が増大するので好ましくない。

条件式（２）〜（４）も同様に、焦点距離ｆ１，ｆ１２の比を規定しており、遷移させたい焦点距離に応じて、いずれかの条件を適宜採用することで、その遷移された焦点距離においても十分な性能を保つことができる。

特に条件式（２）を満足するようにした場合には、標準タイプのズームレンズおいて十分な性能を保つことができる。この場合、条件式（２）の下限を越えると、特に広角端における負の歪曲収差が補正困難となり、上限を超えると、特に望遠端における正の像面湾曲が増大するので好ましくない。

また特に、条件式（３）を満足するようにした場合には、広角タイプのズームレンズおいて十分な性能を保つことができる。条件式（３）の下限を越えると、広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａで発生する負の歪曲収差を補正することが難しくなり、上限を超えると、交換レンズ群Ｇ１１Ａに交換することによる広角化の効果が十分に得られないため好ましくない。

また特に、条件式（４）を満足するようにした場合には、望遠タイプのズームレンズおいて十分な性能を保つことができる。条件式（４）の下限を越えると、望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｂ，Ｇ１１Ｃに交換することによる望遠化の効果が十分に得られなくなり、上限を越えると正の像面湾曲の補正が困難となるため好ましくない。

このように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、全体として５群構成のリアフォーカス式のズームレンズにおいて、変倍レンズ群である第２および第３レンズ群Ｇ２，Ｇ３よりも像面側に位置するレンズ群のうち、第４レンズ群Ｇ４のみで合焦を行うようにしたので、望遠側に焦点距離を遷移させた場合においても迅速な合焦が可能となる。また、第１レンズ群Ｇ１の一部を交換レンズ群Ｇ１１とし、その交換レンズ群Ｇ１１を交換することにより全系の焦点距離を広角側または望遠側に遷移させるようにしたので、付加的にコンバータレンズを取り付ける従来のコンバータ方式に比べて、交換レンズ群Ｇ１１の設計の自由度が増し、ズームレンズ本体に適した収差補正が可能となる。そして、条件式（１）を満足して、その交換レンズ群Ｇ１１を含む第１レンズ群Ｇ１内でのパワー配分を適切なものとすることで、焦点距離を広角側または望遠側に遷移させたとしても、十分な性能を保つことができる。

次に、本実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。

［実施例１］
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るズームレンズの構成を示している。なお、図３（Ａ）は、広角端におけるレンズ配置を示し、図３（Ｂ）は、望遠端でのレンズ配置を示している。図において、符号Ｚobjで示す側は物体側（被写体側）であり、符号Ｚimgで示す側は像側（結像側）である。図３（Ａ）は、図１のレンズの構成に対応しており、交換レンズ群Ｇ１１として標準タイプのものを使用した構成を示している。また、図４〜図６は、交換レンズ群Ｇ１１として他のタイプのものを使用した構成を示している。すなわち、図４は、交換レンズ群Ｇ１１として広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａを使用した構成であり、図３（Ａ）のレンズの構成に対応している。図５は、交換レンズ群Ｇ１１として第１の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｂを使用した構成であり、図３（Ｂ）のレンズの構成に対応している。図６は、交換レンズ群Ｇ１１として第２の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｃを使用した構成であり、図３（Ｃ）のレンズの構成に対応している。

図３（Ａ），（Ｂ）および図４〜図６において、符号Ｒｉは、絞りＳｔも含めて像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、固定レンズ群Ｇ１２以降は構成が共通しているので簡略化のため、図４〜図６では、交換レンズ群Ｇ１１Ａ〜Ｇ１１Ｃの部分にのみ符号Ｒｉ，Ｄｉを付す。ここで、各図において、交換レンズ群Ｇ１１，Ｇ１１Ａ，Ｇ１１Ｂ，Ｇ１１Ｃと固定レンズ群Ｇ１２以降とでは、独立して符号を付している。すなわち、交換レンズ群Ｇ１１，Ｇ１１Ａ，Ｇ１１Ｂ，Ｇ１１Ｃでは最も物体側の面を１番目として符号Ｒｉを付している（Ｒ１〜Ｒ４またはＲ１〜Ｒ１１）。固定レンズ群Ｇ１２以降については、固定レンズ群Ｇ１２における最も物体側の面をＲ２１として像側に向かうに従い順次増加するようにして符号Ｒｉを付している（Ｒ２１〜Ｒ５１）。

図９は、図３（Ａ），（Ｂ）の標準タイプの交換レンズ群Ｇ１１に対応する具体的なレンズデータを示している。図１０〜図１２は、図４〜図６の各タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａ〜Ｇ１１Ｃに対応する具体的なレンズデータを示している。各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各交換レンズ群について、最も物体側の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜４または１〜１１）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図３（Ａ），（Ｂ）等において付した符号Ｒｉに対応する曲率半径の値を示す（Ｒ１〜Ｒ４またはＲ１〜Ｒ１１）。面間隔Ｄｉの欄についても、図３（Ａ），（Ｂ）等において付した符号に対応する面間隔の値を示す（Ｄ１〜Ｄ４またはＤ１〜Ｄ１１）。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１，２または１〜６）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。

図９〜図１２にはまた、各タイプの交換レンズ群を装着したズームレンズ全体の焦点距離ｆの値（ｍｍ）とＦナンバー（ＦＮＯ．）の値とについても示す。図９の標準タイプの交換レンズ群Ｇ１１を装着したズームレンズ全体の焦点距離ｆの範囲は、４．４６ｍｍ〜６０．６４ｍｍであり、変倍比は約１４倍となっている。

これに対し、図１０の広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ａを装着した場合の焦点距離ｆの範囲は、２．８０ｍｍ〜５．３４ｍｍであり、標準タイプに比べて焦点距離ｆが広角側にシフトし、かつ使用変倍域が広角側に制限され、変倍比も小さくなっている。また、図１１の第１の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｂを装着した場合の焦点距離ｆの範囲は、６．４７ｍｍ〜８８．０３ｍｍであり、標準タイプに比べて焦点距離ｆが望遠側にシフトし、かつ変倍比は標準タイプとほぼ同様に保たれている。また、図１２の第２の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｃを装着した場合の焦点距離ｆの範囲は、６５．８８ｍｍ〜１１１．９９ｍｍであり、標準タイプに比べて焦点距離ｆが望遠側にシフトし、かつ使用変倍域が望遠側に制限され、変倍比も小さくなっている。このように第２の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｃを用いて使用変倍域を望遠側に制限することにより、第１の望遠タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｂに比べて前側のレンズの径を小さくすることができる。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、交換レンズ群以外（固定レンズ群Ｇ１２以降）のレンズデータであり、各タイプのズームレンズに共通のデータである。図１３（Ａ）には、レンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図１３（Ｂ）には、レンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。図１３（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、固定レンズ群Ｇ１２における最も物体側の面をＳ２１として像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝２１〜５１）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図３（Ａ），（Ｂ）において付した符号Ｒｉに対応する曲率半径の値を示す（Ｒ２１〜Ｒ５１）。面間隔Ｄｉの欄についても、図３（Ａ），（Ｂ）において付した符号に対応する面間隔の値を示す（Ｄ２１〜Ｄ５１）。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートルである。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、色分解光学系ＧＣも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１８）のレンズ要素のｄ線に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。

なお、各タイプのズームレンズ共に、合焦の際には、第４レンズ群Ｇ４が移動し、その前後の面間隔は可変であるが、レンズデータとしては、無限遠方に合焦したときの値を示す。

また、各タイプのズームレンズ共に、変倍に伴って第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔Ｄ２２，Ｄ２９，Ｄ３５の値は、可変となっている。これらの面間隔Ｄ２２，Ｄ２９，Ｄ３５の変倍時のデータとして、標準タイプのズームレンズにおける、広角端、中間および望遠端での値をそれぞれ、図１４に示す。図１４にはまた、標準タイプのズームレンズにおける、広角端、中間および望遠端での焦点距離ｆの値（ｍｍ）についても示す。

図１３（Ａ）のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。本実施例に係るズームレンズは、第５レンズ群Ｇ５の最終レンズＬ５５における物体側の面Ｓ４７が非球面形状となっている。図１３（Ａ）には、この非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。

図１３（Ｂ）の非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_i，Ｋの値を記す。Ｘは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。

ただし、
Ｘ：光軸方向の基準面からの変位量（ｍｍ）
ｈ：光軸に垂直な方向の高さ（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｒ：近軸曲率半径
Ａ_i：第ｉ次（ｉ＝４，６，８，１０）の非球面係数

図２０（Ａ）〜（Ｃ）は、交換レンズ群Ｇ１１を装着した標準タイプのズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。図２１（Ａ）〜（Ｃ）は、標準タイプのズームレンズの中間域における同様の各収差を示している。図２２（Ａ）〜（Ｃ）は、標準タイプのズームレンズの望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。

同様にして、交換レンズ群Ｇ１１Ａを装着した広角タイプのズームレンズについての諸収差を図２３（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）および図２４（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。また、交換レンズ群Ｇ１１Ｂを装着した第１の望遠タイプのズームレンズについての諸収差を図２５（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）、図２６（Ａ）〜（Ｃ）（中間域）および図２７（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示す。また、交換レンズ群Ｇ１１Ｃを装着した第２の望遠タイプのズームレンズについての諸収差を図２８（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）および図２９（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示す。

［実施例２］
図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施例に係るズームレンズの構成を示している。なお、図７（Ａ）は、広角端におけるレンズ配置を示し、図７（Ｂ）は、望遠端でのレンズ配置を示している。図において、符号Ｚobjで示す側は物体側（被写体側）であり、符号Ｚimgで示す側は像側（結像側）である。図７（Ａ），（Ｂ）は、交換レンズ群Ｇ１１として標準タイプのものを使用した構成を示している。また、図８は、交換レンズ群Ｇ１１として広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｄを使用した構成を示している。図７（Ａ），（Ｂ）および図８において付した符号Ｒｉ，Ｄｉの意味は、上記実施例１と同様である。なお、固定レンズ群Ｇ１２以降は構成が共通しているので簡略化のため、図８では、交換レンズ群Ｇ１１Ｄの部分にのみ符号Ｒｉ，Ｄｉを付す。

図１５は、図７（Ａ），（Ｂ）の標準タイプの交換レンズ群Ｇ１１に対応する具体的なレンズデータを示している。図１６は、図８の広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｄに対応する具体的なレンズデータを示している。各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各交換レンズ群について、最も物体側の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜４または１〜１０）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図７（Ａ），（Ｂ）等において付した符号Ｒｉに対応する曲率半径の値を示す（Ｒ１〜Ｒ４またはＲ１〜Ｒ１０）。面間隔Ｄｉの欄についても、図７（Ａ），（Ｂ）等において付した符号に対応する面間隔の値を示す（Ｄ１〜Ｄ４またはＤ１〜Ｄ１０）。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートルである。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１，２または１〜５）のレンズ要素のｄ線に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。

図１５および図１６にはまた、各タイプの交換レンズ群を装着したズームレンズ全体の焦点距離ｆの値（ｍｍ）とＦナンバー（ＦＮＯ．）の値とについても示す。図１５の標準タイプの交換レンズ群Ｇ１１を装着したズームレンズ全体の焦点距離ｆの範囲は、４．９２ｍｍ〜５８．９８ｍｍであり、変倍比は約１２倍となっている。これに対し、図１６の広角タイプの交換レンズ群Ｇ１１Ｄを装着した場合の焦点距離ｆの範囲は、４．１２ｍｍ〜４９．３４ｍｍであり、標準タイプに比べて焦点距離ｆが広角側にシフトし、かつ変倍比は標準タイプとほぼ同様に保たれている。

図１７（Ａ），（Ｂ）は、交換レンズ群以外（固定レンズ群Ｇ１２以降）のレンズデータであり、各タイプのズームレンズに共通のデータである。図１７（Ａ）には、レンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図１７（Ｂ）には、レンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。図１７（Ａ）に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、固定レンズ群Ｇ１２における最も物体側の面をＳ２１として像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝２１〜５０）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図７（Ａ），（Ｂ）において付した符号Ｒｉに対応する曲率半径の値を示す（Ｒ２１〜Ｒ５０）。面間隔Ｄｉの欄についても、図７（Ａ），（Ｂ）において付した符号に対応する面間隔の値を示す（Ｄ２１〜Ｄ５０）。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートルである。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、色分解光学系ＧＣも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１７）のレンズ要素のｄ線に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。

なお、各タイプのズームレンズ共に、合焦の際には、第４レンズ群Ｇ４が移動し、その前後の面間隔は可変であるが、レンズデータとしては、無限遠方に合焦したときの値を示す。

また、各タイプのズームレンズ共に、変倍に伴って第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔Ｄ２２，Ｄ２９，Ｄ３５の値は、可変となっている。これらの面間隔Ｄ２２，Ｄ２９，Ｄ３５の変倍時のデータとして、標準タイプのズームレンズにおける、広角端、中間および望遠端での値をそれぞれ、図１８に示す。図１８にはまた、標準タイプのズームレンズにおける、広角端、中間および望遠端での焦点距離ｆの値（ｍｍ）についても示す。

図１７（Ａ）のレンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。本実施例に係るズームレンズは、第５レンズ群Ｇ５の最終レンズＬ５５における物体側の面Ｓ４６が非球面形状となっている。図１７（Ａ）には、この非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。また、図１７（Ｂ）の非球面データには、上記式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_i，Ｋの値を記す。

図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、交換レンズ群Ｇ１１を装着した標準タイプのズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。図３１（Ａ）〜（Ｃ）は、標準タイプのズームレンズの中間域における同様の各収差を示している。図３２（Ａ）〜（Ｃ）は、標準タイプのズームレンズの望遠端における同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ωは、半画角を示す。

同様にして、交換レンズ群Ｇ１１Ｄを装着した広角タイプのズームレンズについての諸収差を図３３（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）、図３４（Ａ）〜（Ｃ）（中間域）および図３５（Ａ）〜（Ｄ）（望遠端）に示す。

最後に、図１９に、上述の各条件式に関する値を、各実施例の各レンズタイプについてまとめたものを示す。図１９に示したように、各実施例の各レンズタイプの値が、対応する条件式の数値範囲内となっている。すなわち、すべてのズームレンズについて条件式（１）を満たしている。また、標準タイプのズームレンズについては、条件式（２）を満たしている。広角タイプのズームレンズについては、条件式（３）を満たしている。望遠タイプのズームレンズについては、条件式（４）を満たしている。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例の各レンズタイプについて、諸収差が良好に補正され、十分な性能が得られている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

また、本発明は、ビデオカメラに限らず、フィルムカメラなど他の光学機器にも適用可能である。

本発明の一実施の形態に係る標準タイプのズームレンズの全体構成を示すレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る広角タイプおよび望遠タイプのズームレンズの全体構成を示すレンズ断面図である。 本発明の実施例１に係る標準タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例１に係る広角タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例１に係る第１の望遠タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例１に係る第２の望遠タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例２に係る標準タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例２に係る広角タイプのズームレンズのレンズ断面図である。 本発明の実施例１に係るズームレンズにおける標準タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例１に係るズームレンズにおける広角タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例１に係るズームレンズにおける第１の望遠タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例１に係るズームレンズにおける第２の望遠タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例１に係るズームレンズにおける交換レンズ群以外のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例１に係る標準タイプのズームレンズにおける広角端、中間、および望遠端での可変面間隔のデータを示す図である。 本発明の実施例２に係るズームレンズにおける標準タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例２に係るズームレンズにおける広角タイプの交換レンズ群のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例２に係るズームレンズにおける交換レンズ群以外のレンズデータを示す図である。 本発明の実施例２に係る標準タイプのズームレンズにおける広角端、中間、および望遠端での可変面間隔のデータを示す図である。 各条件式に関する値を、各実施例の各レンズタイプについてまとめたデータを示す図である。 実施例１に係る標準タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る標準タイプのズームレンズの中間域における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る標準タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る広角タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る広角タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る第１の望遠タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る第１の望遠タイプのズームレンズの中間域における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る第１の望遠タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る第２の望遠タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例１に係る第２の望遠タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る標準タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る標準タイプのズームレンズの中間域における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る標準タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る広角タイプのズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る広角タイプのズームレンズの中間域における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。 実施例２に係る広角タイプのズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。

符号の説明

ＧＣ…色分解光学系、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ１１，Ｇ１１Ａ〜Ｇ１１Ｄ…交換レンズ群、Ｇ１２…固定レンズ群、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、Ｓｔ…絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims (6)

1. 物体側より順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持ち、絞りを有する第３レンズ群と、負の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とを備え、
   前記第２レンズ群と前記第３レンズ群とを光軸上で移動させることにより変倍を行うと共に、前記第４レンズ群を光軸上で移動させることにより合焦を行うようになされ、
   前記第１レンズ群が、負レンズと正レンズとをそれぞれ少なくとも１枚含む着脱可能な交換レンズ群と、前記交換レンズ群よりも像側に設けられ、少なくとも１枚の他の正レンズを含む固定レンズ群とにより構成され、
   前記交換レンズ群を交換することにより、全系の焦点距離を変えることが可能に構成され、かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成されている
   ことを特徴とするズームレンズ。
   ０．５＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（１）
   ただし、
   ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
   ｆ１２：第１レンズ群における固定レンズ群の焦点距離
2. さらに、以下の条件式（２）を満足するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
   ０．６＜ｆ１／ｆ１２＜１．７ ……（２）
3. 前記交換レンズ群が、少なくとも３枚の負レンズと、少なくとも２枚の正レンズとで構成され、かつ前記負レンズのうちの１枚が最も物体側に配置され、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとなっている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
4. さらに、以下の条件式（３）を満足するように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
   ０．５＜ｆ１／ｆ１２＜１．５ ……（３）
5. 前記交換レンズ群が、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズとで構成され、かつ前記正レンズのうちの１枚が、物体側に凸面を向けている
   ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
6. さらに、以下の条件式（４）を満足するように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
   １．４＜ｆ１／ｆ１２＜２．０ ……（４）
   

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