JP4429325B2 - リアーフォーカス式のズームレンズ - Google Patents

Description

本発明は、リアフォーカス式のズームレンズに関し、特に最終レンズと結像面（ＣＣＤ）との間に色分解プリズムやフィルター等のガラスブロックが入るような長いバックフォーカスと射出瞳を確保したリアーフォーカス式のズームレンズである。更に、超広角域をカバーした、ビデオカメラやスチル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３程度、Ｆナンバー１．８程度の大口径なリアフォーカス式のズームレンズに関するものである。

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、レンズ構成の簡略化に力が注がれている。これらの目的を達成する為の手段の一つとして、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アフォーカス式のズームレンズが知られている。一般にリア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る。また、近接撮影、特に極近接撮影が可能となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させているため、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせができる等の利点がある。

この様なリアフォーカス式のズームレンズとして例えば、物体側より順に正の（正の屈折力の）第１レンズ群と、負の第２レンズ群、負の第３レンズ群、そして正の第４レンズ群の４つのレンズ群よりなるものがある。そして、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第３レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカシングを行うズームレンズが知られている（特許文献１）。

また、物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、弱い屈折力の第３レンズ群、そして正の第４レンズ群の４つのレンズ群を有するズームレンズがある。そして、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカシングを行うズームレンズが知られている（特許文献２）。

また、物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有するズームレンズがある。そして、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカシングを行うズームレンズが知られている（特許文献３〜６）。また、前述のタイプの４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて第４レンズ群を凸レンズ（正レンズ）１枚または、凸レンズ２枚で構成された例が知られている（特許文献７〜１１）。

また、前述したタイプの４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて第４レンズ群を凸凹レンズの２枚で構成されたズームレンズが知られている（特許文献１２）。

更に、前述したタイプの４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて、その実施例中に第３レンズ群、第４レンズ群がそれぞれが正レンズ、負レンズの２枚からなることが知られている（特許文献１３〜１７）。

また、前述したタイプの４つのレンズ群より成るズームレンズにおいて第１レンズ群の物体側に凹、凸レンズの２枚のレンズを配置した、広角用のズームレンズが知られている（特許文献１８）。

また、ビデオデッキの高性能化（デジタル化）に伴いビデオカメラの高画質化が進んできている。その一つの方法として色分解光学系による画像の分解により高画質を達成しているが、それに適したズームレンズが、知られている（特許文献１９〜２７）。
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以上述べたように、一般にズームレンズにおいて、前玉径、全系の小型化を達成するには、第１レンズ群による距離合わせ（フォーカス）よりも、所謂、リアフォーカス方式の方が適している。

しかしながら、特許文献１では、絞りの前に配置された第３群の移動空間を確保せねばならず、レンズ全長の短縮と前玉径の縮小には限界があった。

また、特許文献２では、その全ての実施例が第３レンズ群を負の屈折力とすることで達成させているため、第４レンズ群が大型化しフォーカスによる収差変動が大きくなってしまうという傾向があった。

特許文献３〜１２、１６、１７等でも、そのレンズ構成において色分解プリズムを配置するのに充分なバックフォーカスを得るのが難しくて、広角端の画角も超広角域にとどいてはいない。

特許文献１３〜１５で開示されている例では、第１レンズ群、または、第３レンズ群も変倍に伴って移動するため鏡筒構造が複雑化し、小型な広角用のズームレンズを達成するのが難しかった。また、特許文献１８では第１レンズ群の物体側に凹、凸レンズの２枚を配置した、所謂ワイドコンバータータイプとなっており、広角端における歪曲収差の補正や、色収差等が３色分解プリズムを使って狙うべき高画質化には不十分なレベルで止まっている。

又、特許文献１９〜２７では３色分解プリズムを想定したバックフォーカスを確保してはいるが、その実施例はいずれも広角端の半画角が４０゜以上を満足するような超広角となっていなかった。

本発明は、特に本出願人の先の提案である特許文献２０、２１、２４〜２７の改良に関する。この他本発明は、色分解用プリズムやフィルター等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入る程度の十分なバックフォーカスを有するズームレンズの提供を目的とする。更に本発明は、全ズーム域、及び全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を有しつつ、半画角で４０°以上の超広角域の撮像ができるリアフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。

本発明のリアーフォーカス式のズームレンズは、
（１−１） 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、該第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成り、該第３１レンズと接合レンズ３ａとの空気間隔をｄとし、第３群の焦点距離をｆ３とするとき、
０．０６＜ｄ／ｆ３＜０．２５ ・・・（３ａ）
なる条件式を満足している。
（１−２） 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成り、広角端の焦点距離をＦｗ、第２群の焦点距離をｆ２、とするとき、
１．７＜｜ｆ２｜／Ｆｗ＜３．６ ・・・（４ａ）
なる条件式を満足している。
（１−３） 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、該第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有し、該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有し、該第１２群は正レンズ、正レンズ又は負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、該第２群は負レンズ，負レンズ，負レンズそして正レンズの４つのレンズより成り、第ｉ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をＦｗとしたとき
−５．０＜ｆ１／ｆ２＜−０．５ ・・・（１ｂ）
−５．０＜ｆ２／Ｆｗ＜−１．０ ・・・（２ｂ）
なる条件式を満足している。
（１−４） 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、該第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っており、該第３群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をＦｗとするとき
３０＜ｆ３／Ｆｗ＜６０ ・・・（３ｃ）
なる条件を満足している。

この他本発明のリアーフォーカス式のズームレンズは、
（２−１） 第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有し、該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有し、該第１２群は正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、該第１１群と第１２群との空気間隔をＬ、第１群と第２群の焦点距離を各々ｆ１，ｆ２とするとき、
０．３＜Ｌ／ｆ１≦０．８５６ ・・・（１ａ）
１．９＜ｆ１／｜ｆ２｜＜４．３ ・・・（２ａ）
なる条件式を満足している。
（２−２） 第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有し、該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有し、該第１２群は正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、該第２群の焦点距離をｆ２、広角端における全系の焦点距離をＦｗ、広角端で無限遠物体合焦時のバックフォーカスをｂＦｗとしたとき
５＜ｂＦｗ／Ｆｗ＜９ ・・・（１Ｃ）
−４＜ｆ２／Ｆｗ＜−２ ・・・（２Ｃ）
なる条件を満足している。

本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、色分解用プリズムやフィルター等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入る程度の十分なバックフォーカスを有するズームレンズが得られる。更に、全ズーム域、及び全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を有しつつ、半画角で４０°以上の超広角域の撮像ができるリアフォーカス式のズームレンズを達成することができる。又、このリアーフォーカス式のズームレンズを備えるカメラが得られる。

図１，図３，図５，図７，図９，図１１，図１３，図１５，図１７，図１９，図２１，図２３は本発明のリアフォーカス式のズームレンズの数値実施例１〜１２のレンズ断面図である。図２，図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４，図１６，図１８，図２０，図２２，図２４は本発明のリアフォーカス式のズームレンズの数値実施例１〜１２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。

図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の中又はその近傍に配置している。Ｇは色分離系やフェースプレートやフィルター（水晶フィルター，赤外フィルター）等のガラスブロックである。ＩＰは像面である。

本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して、矢印のように第２群を像面側へ移動させると共に、変倍に伴うまたは被写体の距離変動に伴う像面変動を第４群の一部又は全部を物体側に凸状の軌跡を有しつつ、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アフォーカス式を採用している。同図に示す第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。尚、第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際、固定であるが、必要に応じて移動させても良い。

本実施形態においては第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４ａ，４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体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３群と第４群との空間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。

本実施形態において、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群を前方へ繰り出すことにより行っている。

本実施形態におけるズームレンズは第１群と第２群の合成系で形成した虚像を第３群と第４群で感光面上に結像するズーム方式をとっている。本実施形態では従来の所謂４群ズームレンズにおいて第１群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて前述のようなリアフォーカス方式を採ることにより第１群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第１群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。

そして開口絞りを第３群中又はその近傍に配置することにより可動レンズ群による収差変動を少なくし、開口絞りより前方のレンズ群の間隔を短くすることにより前玉レンズ径の縮小化を容易に達成している。

数値実施例１〜１２に示すリアフォーカス式のズームレンズは以上のレンズ構成を基本構成としている。

（ア）次に図１，図３，図５，図７の数値実施例１〜４のレンズ構成の特徴について説明する。

（ア−１） 数値実施例１〜４においては前述の基本構成の基で、第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有し、該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有している。そして、該第１２群は正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、前述の条件式（１ａ），（２ａ）を満足している。

（ア−２） 又、数値実施例１〜４においては前述の基本構成の基で、該第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成り、前述の条件式（３ａ）を満足している。

（ア−３） 又、数値実施例１〜４においては前述の基本構成の基で、該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズを有している。そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成り、前述の条件式（４ａ）を満足している。

数値実施例１〜４において、所謂４群のリアフォーカス式のズームレンズで、長いバックフォーカスを確保するためには第１、第２、第３群で構成される略アフォーカル倍率を小さくし、又第４群の焦点距離を長くすることによって可能となる。そのためには第１群の焦点距離を短くしなければならないが、このとき単に第１群の焦点距離を短くする第１群と第２群とが機械的に干渉をおこしてしまうことがある。そこで、本実施形態では前述の如く第１群を構成することによって第１群の主点位置を第２群側に押し出し所望の第１群、第２群の関係を得ている。

具体的には前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っている。そして、第１２群は正の第１４レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１５レンズと正の第１６レンズとの接合レンズ１ａ、正の第１７レンズより成っている。

このレンズ構成の場合、そのレンズ群の主点位置はその群の像面側外に押し出されることになり、第１、第２群の主点間隔を負としても双方が機械的に干渉を起すことはなくなる。従って変倍部でもレトロ型のレンズ系を作り出すことが可能となり、第３群から略アフォーカルで射出する光線束を大きくとることが出来る。そのため、第４群の焦点距離にあまり負担をかけずに全系の焦点距離を短く（広角）にし、且つ長いバックフォーカスを確保することができるようにしている。

尚、接合レンズ１ａを単一の正レンズより構成しても良い（以下の数値実施例５〜１２について全て同じ）。そして１つの実施形態（ア−１） として条件式（１ａ），（２ａ）を満足させ、他の実施形態（ア−２） として条件式（３ａ）を満足させ、又、他の実施形態（ア−３） として条件式（４ａ）を満足させている。

次に前述の条件式（１ａ），（２ａ），（３ａ），（４ａ）の技術的意味について説明する。

条件式（１ａ）はかかる第１群のレンズ構成において主点を押し出すのに必要な条件である。下限値を超えると主点の押し出しが不十分となり、所望の第１、２群の焦点距離関係が保てず、しいては所望のバックフォーカスが得られないか、必要なだけの広い画角が得られなくなる。また、上限値を超えると第１群中の負レンズのパワーが第１群の前面に偏りすぎるため歪曲収差が強く発生し、良好な高画質を得ることが出来なくなり好ましくない。

条件式（２ａ）はかかる条件の下で必要な第１群と第２群の焦点距離の比の関係を示している。下限値を超えると第１ 群の屈折力が強くなりすぎ、第１ 群の物体側に配置する負レンズの屈折力もそれに付随して強くなり、やはり負の歪曲収差が強く発生し補正が困難となり好ましくない。また上限値を超えると必要なアフォーカル倍率が得られず本発明の目的である全系の焦点距離を短くしかつ長いバックフォーカスを確保できなくなる。

また、条件式（２ａ）の数値範囲を、
２．４ ＜ ｆ１／｜ｆ２｜ ＜ ３．５ ‥‥‥（２ａａ）
なる条件式を満足すると更に良好に収差補正を行うことが可能となる。

条件式（３ａ）は第３群においてもその主点位置を少しでも像面側に押し出し第１群から第３群の間で変倍によって生じる像面位置を像面側に寄せている。これにより、第４群との共役位置であるピント面をレンズの像面側に押し出す効果があり、掛かる効果によってバックフォーカスを所望の長さまで伸長可能とするものである。

条件式（３ａ）の下限値を超えて間隔が短くなると全系の焦点距離を短くしつつも所望の長さのバックフォーカスを確保することが困難となる。上限値を超えて間隔が開き過ぎると第２群から発散されてくる光線束が第３群中で大きく発散することとなり、第３群以降のレンズ径が大きくなり好ましくない。また、条件式（３ａ）の数値範囲を、
０．０７ ＜ ｄ／ｆ３ ＜ ０．１７ ‥‥‥（３ａａ）
とすると更に良好に収差補正を行うことが出来る。

条件式（４ａ）は、超広角用のズームレンズを達成するための変倍部のパワーを規格するものである。上限値を超えて屈折力が弱くなると前述の変倍部における略アフォーカル倍率を充分高めることができずバックフォーカスを所望の長さ確保することが困難となる。又下限値を超えて屈折力が強くなりすぎるとペッツバール和が負で増大することにより、広い画角を確保することが困難となる。また、条件式（４ａ）の数値範囲を、
１．７ ＜ ｜ｆ２｜／Ｆｗ ＜ ３．０ ‥‥‥（４ａａ）
とすると更に良好に収差補正を行うことが出来る。
または
２.００８４≦｜ｆ２｜／Ｆｗ＜３．６ ‥‥‥（４ａｘ）
なる条件を満足するのが良い。

尚、数値実施例１〜４において、即ち構成（ア−１） 又は（ア−２） 又は（ア−３） において更に良好なる光学性能を得るには次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。

（ａ１）負に増大しがちなペッツバール和を良好に保ち像面の平坦化を達成するためには、第１群の３枚の負の第１１，第１２，第１３レンズの材質の屈折率の平均値をＮＡ１、第２群の負の第２１，第２２，第２４レンズの材質の屈折率の平均値をＮＡ２とする。このとき、
１．６０ ＜ ＮＡ１ ‥‥‥（５ａ）
１．８０ ＜ ＮＡ２ ＜ １．８９ ‥‥‥（６ａ）
を満足することが好ましい。

（ａ２）長い射出瞳を確保するために第３群中の負の第３１レンズと正の第３２レンズの間に絞りを配置しているが、射出瞳位置の要件は色分解プリズムの構成によって変わるため、絞りを第３群の前後に配置しても良い。

（ａ３）前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成る。第１２群は正の第１４レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１５レンズと正の第１６レンズとの接合レンズ１ａ、正の第１７レンズより成る。該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成る。該第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成ること。

（ａ４）前記第４群は像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第４１レンズ、像面側に凹面を向けた負の第４２レンズと両レンズ面が凸面の正の第４３レンズとの接合レンズ４ａ、そして両レンズ面が凸面の正の第４４レンズより成ること。
である。

次に図９，図１１，図１３，図１５，図１７の数値実施例５〜９のレンズ構成の特徴について説明する。

（イ−１） 数値実施例５〜９は前述の基本構成の基で、該第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有している。該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有している。該第１２群は正レンズ、正レンズ又は負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、該第２群は負レンズ，負レンズ，負レンズそして正レンズの４つのレンズより成り、前述の条件式（１ｂ），（２ｂ）を満足している。

具体的には図９，図１１，図１３の数値実施例５，６，７では前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っている。第１２群は正の第１４レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１５レンズと正の第１６レンズとの接合レンズ１ａ、正の第１７レンズより成っている。

又、図１５，図１７の数値実施例８，９では第１１群を像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２レンズより成っている。第１２群は正の第１４レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１５レンズと正の第１６レンズとの接合レンズ１ａ、正の第１７レンズより成っている。

数値実施例５，６，８，９では第２群を像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、両レンズ面が凹面の負の第２３レンズ、そして両レンズ面が凸面の正の第２４レンズより構成している。

又、数値実施例７では第２群を像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、両レンズ面が凹面の負の第２３レンズ、そして両レンズ面が凸面の正の第２４レンズより構成している。このうち第２３レンズと第２４レンズとを接合レンズ２ａより構成している。

数値実施例５〜９では、すべて球面レンズを用いているが、非球面を有するレンズを仕様することにより更に性能を向上させることやＦｎｏを明るくすることが可能となる。特に第３レンズ群に非球面を有するレンズを用いることによりレンズ枚数の削減を達成することが可能になり、同時に球面収差などを効果的に補正することが可能になる。更に第４レンズ群に非球面を有するレンズを用いることによりコマ収差などを効果的に補正することが可能となる。

そして前述のごとく設定することにより、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入るバックフォーカス空間を十分確保している。そして、全ズーム域、全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を提供しつつ、半画角で４０°以上の超広角域を撮像可能なリアフォーカス式のズームレンズを得ている。

次に前述の条件式（１ｂ），（２ｂ）の技術的な意味について説明する。

条件式（１ｂ）は第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の他に関するものであり、コンパクト化を達成しつつバックフォーカスの長くて良好な光学性能を維持するためのものである。条件式（１ｂ）の下限値を越えて第２レンズ群の焦点距離が長くなり、第１レンズ群の焦点距離が短くなると第２レンズ群の移動量が増大し、レンズ全長や前玉径を小型化する事が困難になる。また望遠端近傍での第４レンズ群の移動量が大きくなりズーミング時の収差の変動が大きくなるといった問題も生じる。逆に上限値を越えると歪曲等の諸収差を良好に補正することが困難になる。

条件式（２ｂ）は第２レンズ群の焦点距離に関するものである。条件式（２ｂ）の上限値を越えて第２レンズ群の焦点距離が短くなるとペッツバール和がアンダー方向に大きくなり像面の倒れ等の収差補正が困難になる。逆に下限値を越えて第２レンズ群の焦点距離が長くなると第２レンズ群の移動量が増え、前玉径が大きくなりすぎるという問題が生じてくる。

尚、数値実施例５〜９において即ち（イ−１）において更に良好なる光学性能を得るには次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。

（ｂ１）前記第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っていることである。

（ｂ２）前記第４群は像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第４１レンズ、像面側に凹面を向けた負の第４２レンズと両レンズ面が凸面の正の第４３レンズとの接合レンズ４ａ、そして両レンズ面が凸面の正の第４４レンズより成っていることである。

（ｂ３）前記第２１レンズと第２２レンズの合成焦点距離をｆ２ａ、前記第２３レンズと第２４レンズの合成焦点距離をｆ２ｂ、前記第１，第２，第３群の合成焦点距離をｆ１２３、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとしたとき
２．５＜ ｆ３／ｆ４ ＜９ ‥‥‥（３ｂ）
−０．５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ ＜１ ‥‥‥（４ｂ）
−０．５＜ ｆＴ／ｆ１２３＜０ ‥‥‥（５ｂ）
なる条件を満足することである。

条件式（３ｂ）は第３レンズ群と第４レンズ群の焦点距離の比に関するものであり、絞り以降のコンパクト化を達成しつつバックフォーカスや射出瞳位置を充分長くして良好な光学性能を維持するためのものである。

条件式（３ｂ）の下限を越えて第３レンズ群の焦点距離が短くなると変倍に伴うあるいはフォーカシング時の球面収差の変動の補正が困難となる。また充分なバックフォーカスの確保が困難となったり、ズーム中間位置での射出瞳が短くなったり、第４レンズ群の移動量が大きくなりズーミング時やフォーカシングによる収差の変動が大きくなるといった問題も生じる。

逆に上限値を越えて第３レンズ群の焦点距離が長くなると第３レンズ群から射出する光束の発散が大きくなり第４レンズ群の有効径が大きくなりレンズが重くなるためスムーズにフォーカシングが出来なくなるなどの問題が生じる。

条件式（４ｂ）は第２レンズ群中のレトロ比に関するものである。条件式（４ｂ）の上限値を超えてレトロ比が強くなると、ペッツバール和がアンダーに大きくなり像面の倒れ等の収差補正が困難になる。逆に下限を超えて小さくなると、第２レンズ群の前側主点位置がかなり像面側になり、第１レンズ群との主点間隔を大きくとらなければならないため、第１レンズ群の径が大型化するという問題が生じる。

条件式（５ｂ）は第３レンズ群から射出する軸上光束の平行度（アフォーカル度）に関するものである。条件式（５ｂ）の上限値を越えて軸上光束の収斂度が強くなると至近距離物体での非点隔差が大きくなると共にメリディオナル像面が補正不足になってくる。

逆に下限値を越えて軸上光束の発散度が強くなると第４レンズ群に入射する入射高が高くなり、球面収差が多く発生してくるという問題が生じる。

（ｂ４）尚、以上述べたように条件式（１ｂ）〜（５ｂ）はバックフォーカス（ガラスブロックを除いた最終レンズ面から像面までの距離）を長くするためのものである。更に、全ズーム域、全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を提供しつつ、半画角で４０°以上の超広角域を撮像可能良好な光学性能を満足するための条件ではある。更に望ましくは
−４．０＜ｆ１ ／ｆ２ ＜−１．０ ‥‥‥（１ｂｂ）
−４．０＜ｆ２ ／Ｆｗ ＜−２．０ ‥‥‥（２ｂｂ）
３．０＜ｆ３ ／ｆ４ ＜ ７．０ ‥‥‥（３ｂｂ）
−０．３＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ ＜ ０．８ ‥‥‥（４ｂｂ）
−０．４＜ｆＴ ／ｆ１２３＜−０．１ ‥‥‥（５ｂｂ）
なる条件を満足することである。

（ｂ５）全ズーム域、全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を提供しつつ、半画角で４０°以上の超広角域を撮像可能良好な光学性能を満足するためには、第２レンズ群中の負レンズの屈折率の平均値をｎａ２としたとき
１．７５＜ｎａ２ ‥‥‥（６ｂ）
なる条件を満足することである。

条件式（６ｂ）は、変倍のための第２群中の負レンズの材質の構成に関するものである。小型化のため第２群の屈折力を強くして変倍のための移動量を小さくする必要があるが、そうするとそれに伴って負のペッツバール和が増大し像面の平坦性が損なわれる可能性がある。

条件式（６ｂ）はこのようなことを考慮して第２群の屈折力を強めたときのペッツバール和の増大を防止して像面特性を良好に保つために第２群中の負レンズの３つの負レンズの材質の屈折力を適切に設定するためのものである。条件式（６ｂ）を外れると変倍にともなう像面湾曲の変動を良好に補正するのが困難になってくる。

（ｂ６）このように半画角で４０°以上の超広角域を撮像可能良好な光学性能を満足するためのには上記条件式を満足することが望まれるが、更に良好な光学性能を満足するためには
−３．７ ＜ｆ１／ｆ２＜−１．２
−３．８ ＜ｆ２／Ｆｗ＜−２．４
３．１ ＜ｆ３／ｆ４＜６．１
−０．２８＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ＜０．７
−０．３７＜ｆＴ／ｆ１２３＜−０．１
１．８０＜ｎａ２
なる条件式を満足することが望ましい。

次に図１９，図２１，図２３の数値実施例１０〜１２のレンズ構成の特徴について説明する。

（ウ−１） 数値実施例１０〜１２は前述の基本構成の基で、第１群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群の２つのレンズ群を有し、該第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを少なくとも２つ有している。そして、該第１２群は正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズと正レンズとの接合レンズ、そして正レンズより成り、前述の条件式（１ｃ），（２ｃ）を満足している。

（ウ−２） 又、数値実施例１０〜１２は前述の基本構成の基で、第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っており、前述の条件式（３ｃ）を満足している。

数値実施例１０〜１２において、所謂４群のリアフォーカス式のズームレンズで、長いバックフォーカスを確保するためには第１、第２、第３群で構成される略アフォーカル倍率を小さくし、又第４群の焦点距離を長くすることによって可能となる。そのためには第１群の焦点距離を短くしなければならないが、このとき単に第１群の焦点距離を短くする第１群と第２群とが機械的に干渉をおこしてしまうことがある。そこで、本実施形態では前述の如く第１群を構成することによって第１群の主点位置を第２群側に押し出し所望の第１群、第２群の関係を得ている。

又、前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成る。第１２群は正の第１４レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１５レンズと正の第１６レンズとの接合レンズ１ａ、正の第１７レンズより構成している。

このレンズ構成の場合、そのレンズ群の主点位置はその群の像面側外に押し出されることになり、第１、第２群の主点間隔を負としても双方が機械的に干渉を起すことはなくなる。従って変倍部でもレトロ型のレンズ系を作り出すことが可能となり、第３群から略アフォーカルで射出する光線束を大きくとることが出来る。そのため、第４群の焦点距離にあまり負担をかけずに全系の焦点距離を短く（広角）にし、且つ長いバックフォーカスを確保することができるようにしている。

次に前述の条件式（１ｃ）〜（３ｃ）の技術的意味について説明する。

条件式（１ｃ）は交換レンズに対応するための十分なバックフォーカス（ガラスブロックＧを除去したときの最終レンズ面から像面までの距離）を得るのに必要な条件である。上限値を超えてバックフォーカスが長くなると第３レンズ群から第４レンズ群への光束の発散が大きくなり、第４レンズ群を大型化させ、像面補正や合焦のために第４レンズ群を動かすアクチュエーターへの負荷か増大する。それと同時に第４レンズ群移動時の収差変動も大きくなる。

又、下限値を超えて短くなると、色分解プリズム等の光学素子を入れるスペースの確保が困難になる。条件式（２ｃ）は超広角用のズームレンズを達成するための変倍部のパワーを規格するものである。上限値を超えて屈折力が弱くなると前述の変倍部における略アフォーカル倍率を充分高めることができずバックフォーカスを所望の長さ確保することが困難となる。又、下限値を超えて屈折力が強くなりすぎるとペッツバール和が負の方向で増大することにより、広い画角を確保することが困難となる。

条件式（３ｃ）も交換レンズに対応するための十分なバックフォーカスえるのに必要な条件である。上限値を超えて第３レンズ群の焦点距離がながくなると、第３レンズ群からの光束が発散し第４レンズが大型化し、収差変動も大きくなるという問題が生じ、下限値を超えて小さくなると十分なバックフォーカスの確保が困難になる。また、軸上の色収差のみならず倍率の色収差をも良好に補正するためには、全系の色消しのバランスをとることが重要であるが、そのためには第３群の正の第３２レンズと負の第３３レンズとを接合レンズとすることが好ましい。

尚、数値実施例１０〜１２において、即ち構成（ウ−１） 又は（ウ−２） において更に良好なる光学性能を得るには次の諸条件のうちの少なくとも１つを満足させるのが良い。

（ｃ１）前記第１１群の負レンズに少なくとも１つの非球面を設けたことである。これより広角端近傍で発生する歪曲収差を良好に補正することができる。

（ｃ２）前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っており、該第１２レンズは非球面を有していることである。

これによれば、大口径の１番目に非球面を用いるよりも製造コストを下げることができ、これより像面側のレンズに用いるよも、軸外光束がレンズの端を通るため、歪曲収差に非常に効果的である。

（ｃ３）前記第１１群と第１２群との空気間隔をＬ、前記第１群，第３群の焦点距離を各々ｆ１，ｆ３、前記第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っている。該第３１レンズと接合レンズ３ａとの空気間隔をｄとしたとき
０．２＜Ｌ／ｆ１＜１ ‥‥‥（４ｃ）
０．０２＜ｄ／ｆ３＜０．１‥‥‥（５ｃ）
なる条件を満足することである。

条件式（４ｃ）は本発明の第１群の構成において主点を押し出すのに必要な条件である。下限値を超えると主点の押し出しが不十分となり、所望の第１、第２群の焦点距離関係が保てず、しいては所望のバックフォーカスが得られないか、必要なだけの広い画角が得られなくなる。また、上限値を超えると第１群中の負レンズのパワーが第１群の前面に偏りすぎるため歪曲収差が強く発生し、良好な高画質を得ることが出来なくなり好ましくない。

条件式（５ｃ）は第３群においてもその主点位置を少しでも像面側に押し出し第１群から第３群の間で変倍によって生じる像面位置を像面側に寄せることにより第４群との共役位置であるピント面をレンズの像面側に押し出す効果がある。掛かる効果によってバックフォーカスを所望の長さまで伸長可能とするものである。本条件式の下限値を超えて間隔が短くなると全系の焦点距離を短くしつつも所望の長さのバックフォーカスを確保することが困難となる。上限値を超えて間隔が開き過ぎると第２群から発散されてくる光線束が第３群中で大きく発散することとなり、第３群以降のレンズ径が大きくなり好ましくない。

（ｃ４）以上述べてきたように設定することで、バックフォーカス空間を保持し、良好な光学性能を提供しつつ、半画角で４５°以上の超広角域を撮像可能なリアフォーカス式のズームレンズを達成できる。さらに性能を良好にするには各条件式を以下のように設定するのが望ましい。

６．０＜ｂＦｗ／Ｆｗ＜８．０ ‥‥‥（１ｃｃ）
−３．０＜ｆ２／Ｆｗ＜−２．２ ‥‥‥（２ｃｃ）
３０． ０＜ｆ３／Ｆｗ＜ ５０．０ ‥‥（３ｃｃ）
０．４０＜Ｌ／ｆ１＜０．９０ ‥‥（４ｃｃ）
０．０４＜ｄ／ｆ３＜０．０７ ‥‥（５ｃｃ）
（ｃ５）また、負に増大しがちなペッツバール和を良好に保ち像面の平坦化を達成するためには、第１群の３枚の負の第１１，第１２，第１３レンズの材質の屈折率の平均値をＮＡ１とする。該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成る。第２群の負の第２１，第２２，第２４レンズの材質の屈折率の平均値をＮＡ２とする。このとき、
１．６０ ＜ ＮＡ１ ‥‥‥（６ｃ）
１．７５ ＜ ＮＡ２ ＜ １．８９ ‥‥‥（７ｃ）
を満足することが好ましい。

（ｃ６）半画角で４５°以上の超広角域を撮像可能良好な光学性能を満足する
ためのには上記条件式を満足することが望まれるが、更に良好な光学性能を満足するためには、
６．５＜ｂＦｗ／Ｆｗ＜７．５
−２．９＜ｆ２／Ｆｗ＜−２．５
３５．０＜ｆ３／Ｆｗ＜ ５０．０
０．６０＜Ｌ／ｆ１＜０．８０
０．０４５＜ｄ／ｆ３＜０．０６５
２．６２ ＜ ＮＡ１
１．７９ ＜ ＮＡ２ ＜ １．８９
なる条件式を満足するのが望ましい。

（ｃ７）前記第４群は像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第４１レンズ、像面側に凹面を向けた負の第４２レンズと両レンズ面が凸面の正の第４３レンズとの接合レンズ４ａ、そして両レンズ面が凸面の正の第４４レンズより成っていることである。

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。又、数値実施例において最終の５つのレンズ面は光学フィルター、フェースプレート等を示すが、これらは必要に応じて省略し得る。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、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、

なる式で表している。又「ｅ−０Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。また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〜表３に示す。

本発明の数値実施例１のレンズ断面図 本発明の数値実施例１の収差図 本発明の数値実施例２のレンズ断面図 本発明の数値実施例２の収差図 本発明の数値実施例３のレンズ断面図 本発明の数値実施例３の収差図 本発明の数値実施例４のレンズ断面図 本発明の数値実施例４の収差図 本発明の数値実施例５のレンズ断面図 本発明の数値実施例５の収差図 本発明の数値実施例６のレンズ断面図 本発明の数値実施例６の収差図 本発明の数値実施例７のレンズ断面図 本発明の数値実施例７の収差図 本発明の数値実施例８のレンズ断面図 本発明の数値実施例８の収差図 本発明の数値実施例９のレンズ断面図 本発明の数値実施例９の収差図 本発明の数値実施例１０のレンズ断面図 本発明の数値実施例１０の収差図 本発明の数値実施例１１のレンズ断面図 本発明の数値実施例１１の収差図 本発明の数値実施例１２のレンズ断面図 本発明の数値実施例１２の収差図

符号の説明

Ｌ１ 第１群
Ｌ１１ 第１１群
Ｌ１２ 第１２群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＩＰ 像面
ＳＰ 絞り
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (12)

1. 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、
   該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成り、広角端の焦点距離をＦｗ、第２群の焦点距離をｆ２、とするとき、
   ２.００８４≦｜ｆ２｜／Ｆｗ＜３．６
   なる条件式を満足することを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズ。
2. 前記第1群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群より成り、
   前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２レンズの２つの負レンズ又は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っていることを特徴とする請求項１のリアフォーカス式のズームレンズ。
3. 前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っており、該第１２レンズは非球面を有していることを特徴とする請求項２のリアフォーカス式のズームレンズ。
4. 前記第１１群と第１２群との空気間隔をＬ、前記第１群，第３群の焦点距離を各々ｆ１，ｆ３とし、
   前記第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っており、
   該第３１レンズと接合レンズ３ａとの空気間隔をｄとしたとき
   ０．２＜Ｌ／ｆ１＜１
   ０．０２＜ｄ／ｆ３＜０．１
   なる条件を満足することを特徴とする請求項２又は３のリアフォーカス式のズームレンズ。
5. 前記第３群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、正の第３２レンズと負の第３３レンズとの接合レンズ３ａより成っていることを特徴とする請求項１又は２のリアフォーカス式のズームレンズ。
6. 前記第３１レンズと接合レンズ３ａとの空気間隔をｄとし、第３群の焦点距離をｆ３とするとき、
   ０．０６ ＜ ｄ／ｆ３ ＜ ０．２５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項４又は５のリアフォーカス式のズームレンズ。
7. 該第３群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をＦｗとするとき
   ３０＜ｆ３／Ｆｗ＜６０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズ。
8. 前記第４群は像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第４１レンズ、像面側に凹面を向けた負の第４２レンズと両レンズ面が凸面の正の第４３レンズとの接合レンズ、そして両レンズ面が凸面の正の第４４レンズより成っていることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズ。
9. 前記第２１レンズと第２２レンズの合成焦点距離をｆ２ａ、前記第２３レンズと第２４レンズの合成焦点距離をｆ２ｂ、前記第１，第２，第３群の合成焦点距離をｆ１２３、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとしたとき
   ２．５＜ ｆ３／ｆ４ ＜９
   −０．５＜ｆ２ａ／ｆ２ｂ ＜１
   −０．５＜ ｆＴ／ｆ１２３＜０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズ。
10. 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、
    該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成り、
    前記第1群は負の屈折力の第１１群と正の屈折力の第１２群より成り、
    前記第１１群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２レンズの２つの負レンズ又は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第１１，第１２，第１３レンズの３つの負レンズより成っており、
    広角端の焦点距離をＦｗ、第２群の焦点距離をｆ２、とするとき、
    １.７＜｜ｆ２｜／Ｆｗ＜３．６
    なる条件式を満足することを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズ。
11. 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、正の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群からなり、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、変倍または被写体の距離変動に伴う像面変動を該第４群の一部または全体を移動させて補正し、該第４群と像面との間にガラスブロックを配置するズームレンズであって、
    該第２群は像面側に凹面を向けたメニスカス状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、そして両レンズ面が凹面の負の第２４レンズより成り、
    広角端の焦点距離をＦｗ、前記第２群の焦点距離をｆ２、前記第３群の焦点距離をｆ３とするとき、
    １.７＜｜ｆ２｜／Ｆｗ＜３．６
    ３０＜ｆ３／Ｆｗ＜６０
    なる条件式を満足することを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のズームレンズを備えることを特徴とするカメラ。