JP4479150B2 - 可変焦点距離レンズ系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変焦点距離レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラにおいて被写体像を記録する方法として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を利用した撮像素子を用いる方法が知られている。この方法による被写体像の記録は、ズームレンズ等の光学系を介して撮像素子面上に被写体像を形成し、該被写体像の光量を光電変換素子によって電気出力に変換して記憶媒体に記録することで行われる。
【０００３】
近年の微細加工技術の進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られている。これにより、これまで取り扱えなかった大容量の画像データを高速に処理できるようになってきている。また、撮像素子においても高集積化や小型化が図られている。この撮像素子の高集積化によってより高い空間周波数の記録が可能となり、撮像素子の小型化によってカメラ全体の小型化を図ることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、撮像素子の高集積化と小型化により、撮像素子における個々の光電変換素子の受光面積が小さくなる。このため、電気出力が低下し、この低下に伴ってノイズの影響が大きくなってしまう。これを防ぐため、光学系の大口径比化を図ることによって、撮像素子へ到達する光の光量を増大させることが行われている。また、個々の光電変換素子の直前に微小なレンズ素子、いわゆるマイクロレンズアレイを配置することも行われている。
【０００５】
光電変換素子の直前に配置されたマイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導くことができる。しかしここで、光学系の射出瞳位置が撮像素子に近づく場合、即ち撮像素子に入射する主光線と光軸とのなす角が大きくなる場合、画面周辺部へ向かう軸外光束は光軸に対して大きな角をなし撮像素子へ入射せず、光量不足を招くことになってしまう。したがって、光電変換素子の直前にマイクロレンズアレイを配置することで、上述のように隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導く代わりに、光学系の射出瞳位置に制約を与えることとなってしまう。
【０００６】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラ、いわゆるデジタルスチルカメラは、現像作業が不要であるため撮影結果を容易に確認できる等、データの取扱いが容易である。しかしこの反面、画質に関して銀塩カメラに劣っていたり、データの処理を行うためのパーソナルコンピュータ等の機器との接続が必要となる。このため、デジタルスチルカメラの普及率は向上していなかった。しかし近年の画質の向上や機器の普及により、デジタルスチルカメラはより一般的に使われるようになってきている。
【０００７】
画質の向上を図るためには、上述の撮像素子の高集積化と併せて、光学系の高性能化が必要不可欠である。これに加えて光学系の変倍比を高めることは、撮影者の撮影の自由度を高め、例えば被写体により近づいた撮影が可能となることや、室内等のように被写体の位置が近い場合においても広範囲の撮影が可能となること等の利点がある。
【０００８】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラに好適なズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えたズームレンズ、いわゆる正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第４レンズ群が固定であり、第２レンズ群と第３レンズ群が移動する構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群、第２レンズ群、および第３レンズ群が可動である構成のものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、全てのレンズ群が移動する構成のものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−５６４３６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５６２６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８８１７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カメラにおける撮像素子の高集積化に伴い、高い空間周波数に対して高いコントラストを実現できる光学系が必要とされている。またこれと同時に、個々の光電変換素子の受光面積が小さくなることにより、十分な光量を個々の光電変換素子に与えるために、大口径比の光学系が必要とされている。この結果、光学系を構成するレンズの枚数がより多くなることや、光学系が大型化すること等の問題が生じることとなる。
またデジタルカメラは、その一般化に伴い使用される場面も広がってきている。このため、デジタルカメラの携帯性の向上、具体的には小型化および軽量化というユーザーのニーズが高まってきている。またこれと同時に、高変倍比化も求められている。
【００１１】
斯かる背景の下、上記特許文献１に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、可動レンズ群が２つのみであるため、高変倍比を実現するために各レンズ群の移動量を大きくしなければならず、ズームレンズが大型化して携帯性の向上を図るには不向きであるという問題がある。
また、上記特許文献２に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、第３レンズ群が大きく、携帯性の向上を図ることが困難であるという問題がある。
また、上記特許文献３に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、第３レンズ群が物体側より順に、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズとから構成されているため、第３レンズ群単独で発生する負の球面収差を補正することが難しく、小型化と両立することが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
開口絞りが前記第３レンズ群の物体側に隣接して配置されており、
前記第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズ成分と、負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
以下の条件式を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系を提供する。
０．５＜Ｄａ／ｆｗ＜１．５
１．３０≦Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２
０．０３＜Ｄ２３／|ｆ２|＜０．２０
但し、
Ｄａ：前記第３レンズ群中の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上距離，
Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第１レンズ群の移動量，
ｆｗ：広角端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
ｆｔ：望遠端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離，
Ｄ２３：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分と前記正レンズ成分との間隔，
ｆ２ ：前記第２レンズ群の焦点距離．
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群との４つのレンズ群で構成されている。そして、レンズ系全体の焦点距離が最も短くなる広角端状態から最も長くなる望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化するように、少なくとも第１レンズ群が物体側へ移動するように構成されている。
【００１５】
特に、開口絞りは第３レンズ群の物体側に隣接して配置されており、第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚のレンズで構成されている。
以上の構成により、本発明の可変焦点距離レンズ系は、光学性能の向上、小型化、および高変倍比化を実現することができる。したがって、カメラの携帯性の向上と撮像素子の高集積化に伴い可変焦点距離レンズ系に対して求められる小型化と光学性能の向上に対応することができる。
【００１６】
本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において第１レンズ群と第２レンズ群とは近接して配置される。これにより、第１レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近づけ、軸外収差の発生を抑えることができる。
また、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大する。これにより、第１レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させ、レンズ位置状態の変化に伴い発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。
【００１７】
同時に、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群とは間隔を広げて配置される。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束と軸上光束との高さの差を大きくし、軸上収差と軸外収差とを独立して補正することができる。
また、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなる。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させ、レンズ位置状態の変化に伴い発生する軸外収差の変動を補正することができる。
【００１８】
つまり、本発明の可変焦点距離レンズ系は、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群が物体側へ移動することによって、レンズ全長が変化して、各レンズ群どうしの間隔が積極的に変化する。これにより、レンズ位置状態の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正することができる。
【００１９】
例えば、上記特許文献３に開示されたズームレンズは、上述のように第３レンズ群が物体側より順に、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合負レンズとから構成されている。この正負の屈折力配置は、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正するためのものであるが、第３レンズ群は大きな正の屈折力を有する。このため、斯かる屈折力配置にてレンズ系を構成するためには、正と負との間隔を広げることが必要、すなわち第３レンズ群の厚みを大きくすることが必要となる。さらに上記特許文献３に開示されたズームレンズは、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が大きくなってしまう。このため、レンズ全長の小型化を十分に図ることができない。一方、レンズ全長の小型化を図るために、正の屈折力および負の屈折力を強めると、高い光学性能を実現することが困難となる。
【００２０】
以上から、本発明の可変焦点距離レンズ系において、第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚のレンズで構成されている。これにより、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を小さくし、レンズ全長を短縮することができる。また、トリプレット構成であることから高い光学性能を実現することができる。
【００２１】
以下、本発明の可変焦点距離レンズ系における各条件式について説明する。
上記条件式（１）は、第３レンズ群のレンズ厚を規定する条件式である。
条件式（１）の上限値を上回ると、第３レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまう。したがって、コンパクトにした状態で携帯することができなくなってしまう。一方、下限値を下回ると、第３レンズ群を構成する３つのレンズ成分の屈折力がそれぞれ大きくなるため、特に広角端状態において画面周辺部にて発生するコマ収差を良好に補正することができなくなってしまう。
【００２２】
ところで、本発明の可変焦点距離レンズ系では、高変倍比化を図り、かつより高い光学性能を達成するために、広角端状態から望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際に、レンズ全長を積極的に変化させ、かつ各レンズ群どうしの間隔を積極的に変化させることが望ましい。
特に、広角端状態では、レンズ全長をできるだけ短縮することにより、第１レンズ群に入射する光束を光軸に近づけて軸外収差の発生を抑えている。また望遠端状態では、第１レンズ群を物体側へ移動させて第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を大きくすることにより、第１レンズ群による収斂作用を高めてレンズ全長を短縮している。
また、広角端状態では、第３レンズ群を像面に近づけることにより、第１レンズ群と第２レンズ群による発散作用を弱め、かつこれと同時に第３レンズ群による収斂作用を弱めている。また望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際には、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を大きくするように第３レンズ群を物体側へ移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正している。
【００２３】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）１＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜２
但し、
Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第１レンズ群の移動量，
ｆｔ：望遠端状態における可変焦点距離レンズ系の焦点距離．
【００２４】
条件式（２）は、第１レンズ群の移動量を規定する条件式である。
条件式（２）の上限値を上回ると、望遠端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から大きく離れてしまう。これにより、レンズ径の大型化を引き起こすばかりでなく、画面周縁部においてコマ収差が多大に発生してしまう。
条件式（２）の下限値を下回ると、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力が大きくなる。このため、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することが困難となってしまう。
【００２５】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、小型化と高性能化とをより効率的に図るために、第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．０３＜Ｄ２３／|ｆ２|＜０．２０
但し、
Ｄ２３：第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔，
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離．
【００２６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、第２レンズ群は、唯一の負レンズ群でありその屈折力が大きくなるため、第２レンズ群で発生する諸収差を良好に補正する必要がある。また、第２レンズ群のレンズ厚が大きくなると、レンズ系を小型にしてカメラ内に格納し携帯することができなくなってしまう。またこれと同時に、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れるため、第１レンズ群のレンズ径が大きくなり、鏡筒の径が大型化してしまう。
【００２７】
以上から、本発明の可変焦点距離レンズ系は、第２レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成し、さらに第２負レンズ成分と正レンズ成分とをダブレット構成としている。この構成により、第２レンズ群において発生する正の球面収差を良好に補正し、さらに第２負レンズ成分の物体側に配置された第１負レンズ成分によって軸外収差を補正することができる。
また、開口絞りが第２レンズ群よりも像側に配置されているため、開口絞りから離れて位置する第１負レンズ成分が軸外収差を補正し、開口絞り付近に位置する第２負レンズ成分と正レンズ成分とが軸上収差を補正することができる。
【００２８】
上述のように第２レンズ群の屈折力が大きいことから、正の球面収差を良好に補正するため、第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔を適切に設定することが望ましい。このため、本発明の可変焦点距離レンズ系は、上記条件式（３）を満足することが望ましい。
条件式（３）は、第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔を適切に規定するための条件式である。
条件式（３）の上限値を上回ると、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れる。このため、広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正することができず、また、鏡筒の径の大型化を招くこととなってしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分の屈折力が大きくなる。このため、製造時に発生する微小な偏心によっても性能が極端に劣化してしまうこととなる。
【００２９】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、レンズ系を薄型化するため、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとの接合レンズで構成されていることが望ましい。さらに、広角端状態において画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正するため、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）Ｄ１／Ｒ１＜（ｆｗ2／（ｆｗ2＋ｙmax 2））1/2
但し、
Ｄ１：広角端状態における第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの距離，
Ｒ１：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径，
ｙmax：最大像高．
【００３０】
条件式（４）は、第１レンズ群に入射する軸外光束の入射角を規定するための条件式である。条件式（４）中のｆｗ2／（ｆｗ2＋ｙmax 2）は、広角端状態における半画角に関係するものである。一般的に用いられる正射影方式では、像高をｙ、焦点距離をｆ、半画角をθとそれぞれするとき、ｙ＝ｆ・ｔａｎθを基準として用いる。したがって、半画角θが０乃至９０度であれば、ｃｏｓθはｃｏｓθ＝（ｆ2／（ｆ2＋ｙ2））1/2で表される。即ち、広角端状態での半画角の余弦が条件式（４）の右辺となる。
【００３１】
条件式（４）の左辺Ｄ１／Ｒ１が上限値を上回ると、広角端状態において画面周縁部に向かう軸外光束が、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面において光軸から離れる方向へ屈折される傾向になる。この第１レンズ群の最も物体側のレンズ面は本来凸面であるため、画面中心部では入射光束が光軸に近づく方向に屈折される。しかし、画角の変化にしたがって屈折作用が弱まり、周縁部では逆に光軸から離れる方向に屈折されてしまう。これにより、高次の像面湾曲が発生しやすくなってしまう。特に、画角の大きい広角端状態では像面湾曲が発生しやすいため、より高性能化を図るためには広角端状態において第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの間隔と、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径とを適切に設定することが肝要となる。
【００３２】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、非球面レンズを用いることによって、より高い光学性能を実現することができる。特に、第２レンズ群における第１負レンズ成分を非球面レンズとして構成することにより、広角端状態において発生する軸外収差をより良く補正することが可能である。また、第３レンズ群に非球面レンズを導入することにより、広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正することが可能である。さらに、好ましくは複数の非球面を１つの光学系に用いることでより高い光学性能を実現することができる。
【００３３】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、小型化を達成するためにレンズ枚数を極力少なくしている。しかし、例えば第３レンズ群を構成する３つのレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。また、第２レンズ群を構成するレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系を構成するレンズ群のうちの１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズを光軸に対して略垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能である。これにより、本発明の可変焦点距離レンズ系は、カメラのブレを検出するためのブレ検出系と、上記１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズをシフトさせるための駆動系と、ブレ検出系で検出されたブレを補正するように駆動系を制御するための制御系と組み合わせることで、防振光学系として機能させることができる。
【００３５】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、近距離合焦時に第２レンズ群乃至第４レンズ群を光軸方向に移動させることが、諸収差の変動を抑えることに適している。特に、以下の実施例において第４レンズ群は、１枚の正レンズで構成されているが、近距離合焦時に発生する軸外収差の変動をより良く補正するために、接合レンズで構成することも可能である。
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐため、ローパスフィルタを配置することや、受光素子の周波数特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも可能である。
さらに、本発明の可変焦点距離レンズ系（変倍光学系）は、焦点距離状態が連続的に存在しない、いわゆるバリフォーカルズームレンズに適用することもできる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例に係るズームレンズを添付図面に基づいて説明する。
各実施例において、非球面の形状は以下の非球面式で表される。尚、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは基準曲率（近軸曲率）、κは円錐定数、Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8，Ｃ10は各々４，６，８，１０次の非球面係数とする。
【００３７】
【数１】
ｘ＝ｃｙ2／｛１＋（１−κｃ2ｙ2）1/2｝
＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10
【００３８】
図１は、本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図であり、Ｗは広角端状態、Ｔは望遠端状態を示す。
本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。そして、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが物体側へ移動する。このとき第２レンズ群は、像側へ移動するか、または一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。また第４レンズ群は、固定であるか、または一旦物体側へ移動した後に像側へ移動する。
【００３９】
（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
【００４０】
以下の表１に、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
（全体諸元）において、ｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角の最大値（単位：度）をそれぞれ示す。
（レンズデータ）において、面は物体側からのレンズ面の順序、間隔はレンズ面の間隔をそれぞれ示す。また、屈折率はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値である。さらに、曲率半径０．００００は平面を示し、Ｂｆはバックフォーカスを示す。
【００４１】
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径、間隔、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われる。しかし光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、これに限られるものではない。
尚、以下の全実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４２】
（表１）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.39 〜 14.40 〜 27.16
ＦNO 2.88 〜 4.07 〜 4.57
２ω 75.21 〜 35.49 〜 19.12°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 40.2543 0.900 1.84666 23.78
2 26.0490 2.800 1.75500 52.32
3 -1909.4996 (D3) 1.0
4 37.9055 1.000 1.79450 45.40
5 7.0398 2.450 1.0
6 -61.1984 0.700 1.77250 49.61
7 10.3694 1.200 1.0
8 11.9637 1.800 1.84666 23.78
9 134.7168 (D9) 1.0
10 0.0000 2.000 1.0 （開口絞り）
11 5.3928 2.250 1.72916 54.66
12 -42.5477 0.800 1.0
13 -16.5589 0.650 1.80809 22.76
14 13.3606 0.450 1.0
15 -12.4508 0.900 1.79450 45.40
16 -11.0987 (D16) 1.0
17 12.3487 2.300 1.49700 81.61
18 -9944.9996 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-2.5765 Ｃ4 ＝+1.1581×10− 3 Ｃ6 ＝-9.5500×10− 6
Ｃ8 ＝+2.2307×10− 8 Ｃ10＝+4.0283×10− 9
［第１５面］
κ＝ 8.1170 Ｃ4 ＝+7.3841×10− 4 Ｃ6 ＝+3.9143×10− 4
Ｃ8 ＝-1.0685×10− 5 Ｃ10＝-3.0515×10− 8
［第１６面］
κ＝-9.0000 Ｃ4 ＝+7.9978×10− 4 Ｃ6 ＝+4.2205×10− 4
Ｃ8 ＝-1.0964×10− 5 Ｃ10＝+1.0713×10− 6
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.3854 14.3998 27.1599
D3 0.7000 10.3807 17.4976
D9 12.6680 3.6276 0.5852
D16 6.2413 11.1178 21.0512
BF 6.0304 7.7015 6.0299
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -9.6564
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.79
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 1.48
（３）Ｄ２３／|ｆ２|＝ 0.12
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.60
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.81
【００４３】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【００４４】
各収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角をそれぞれ示す。また、Ｙは像高を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはその最大値を示す。
球面収差図において、ＦＮＯは最大口径に対応するＦナンバーの値を示し、実線は球面収差、点線はサイン・コンディションをそれぞれ示す。
非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。
コマ収差図は、像高Ｙ＝０，２．３５，３．２９，４．００，４．７でのコマ収差をそれぞれ表している。
尚、以下に示す各実施例の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４５】
各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００４６】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表２に、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００４７】
（表２）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.70 〜 14.60 〜 27.13
ＦNO 2.88 〜 3.84 〜 4.78
２ω 72.72 〜 35.08 〜 19.27°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 38.2542 0.900 1.84666 23.78
2 26.4710 2.500 1.77250 49.61
3 155.9562 (D3) 1.0
4 36.3311 1.000 1.79450 45.40
5 7.7749 2.650 1.0
6 -76.4394 0.700 1.75500 52.32
7 12.5365 1.650 1.0
8 14.2461 1.800 1.84666 23.78
9 101.9364 (D9) 1.0
10 0.0000 1.700 1.0 （開口絞り）
11 5.9506 2.150 1.72916 54.66
12 -121.3146 1.000 1.0
13 -25.5408 0.650 1.80809 22.76
14 11.8809 0.500 1.0
15 -19.0549 0.900 1.69350 53.22
16 -11.2921 (D16) 1.0
17 23.5288 1.350 1.75500 52.32
18 0.0000 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-3.3630 Ｃ4 ＝+1.0617×10− 3 Ｃ6 ＝-1.6626×10− 5
Ｃ8 ＝+3.2651×10− 7 Ｃ10＝-2.2032×10− 9
［第１５面］
κ＝11.0000 Ｃ4 ＝-3.1648×10− 4 Ｃ6 ＝+1.0222×10− 4
Ｃ8 ＝+1.7755×10− 5 Ｃ10＝-9.2894×10− 7
［第１６面］
κ＝-1.4398 Ｃ4 ＝+5.8112×10− 4 Ｃ6 ＝+1.2537×10− 4
Ｃ8 ＝+1.3154×10− 5 Ｃ10＝-1.7033×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.6999 14.5999 27.1315
D3 0.7000 11.3350 21.4250
D9 16.0590 5.7222 0.9432
D16 8.0203 14.0854 20.0819
BF 6.0303 6.0303 6.0300
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -11.2610
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.78
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＝ 1.31
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.15
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.73
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.82
【００４８】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００４９】
（第３実施例）
図６は、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表３に、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５０】
（表３）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 7.20 〜 15.00 〜 27.13
ＦNO 2.88 〜 3.60 〜 4.70
２ω 68.77 〜 34.24 〜 19.13°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 39.0896 0.900 1.84666 23.78
2 26.1740 2.400 1.75500 52.32
3 847.0754 (D3) 1.0
4 29.8433 1.000 1.79450 45.40
5 6.2925 2.350 1.0
6 -26.6454 0.700 1.77250 49.61
7 17.2580 0.750 1.0
8 13.0478 1.700 1.84666 23.78
9 7831.4595 (D9) 1.0
10 0.0000 1.700 1.0 （開口絞り）
11 5.3972 2.250 1.75500 52.32
12 -53.8427 0.450 1.0
13 -42.8393 0.650 1.80809 22.76
14 8.9800 0.550 1.0
15 -17.4827 0.900 1.79450 45.40
16 -14.0668 (D16) 1.0
17 16.6627 1.700 1.60300 65.47
18 -9944.9996 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-2.1043 Ｃ4 ＝+1.4570×10− 3 Ｃ6 ＝-8.7419×10− 6
Ｃ8 ＝+4.6555×10− 8 Ｃ10＝+9.7870×10− 9
［第１５面］
κ＝ 4.5475 Ｃ4 ＝-5.7196×10− 4 Ｃ6 ＝+1.7009×10− 4
Ｃ8 ＝+1.6752×10− 5 Ｃ10＝-1.2084×10− 6
［第１６面］
κ＝-8.0776 Ｃ4 ＝+5.4710×10− 4 Ｃ6 ＝+2.2019×10− 4
Ｃ8 ＝+1.1611×10− 5 Ｃ10＝+1.1219×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 7.2028 14.9999 27.1330
D3 0.7000 10.2814 17.8673
D9 11.8980 3.6587 0.8000
D16 7.6709 11.1235 19.7736
BF 6.0304 7.0303 6.0302
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -10.1618
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.67
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 1.30
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.07
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.57
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.84
【００５１】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５２】
（第４実施例）
図８は、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において、ガラスブロックＢが第４レンズ群Ｇ４と像面Ｉとの間に配置されており、このガラスブロックＢは像面Ｉに配設された固体撮像素子の限界解像以上の空間周波数をカットするためのフィルタ、即ちローパスフィルタと、固体撮像素子を保護するカバー硝子の機能を有する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表４に、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５３】
（表４）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.45 〜 15.00 〜 24.30
ＦNO 2.88 〜 3.75 〜 4.50
２ω 74.84 〜 34.56 〜 21.72°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 35.5670 0.900 1.84666 23.78
2 25.2949 3.000 1.81600 46.63
3 81.7907 (D3) 1.0
4 55.7736 0.950 1.69350 53.22
5 9.0909 4.000 1.0
6 -17.9746 0.800 1.65160 58.54
7 11.2326 1.650 1.0
8 16.8117 2.600 1.80610 33.27
9 -58.3068 (D9) 1.0
10 0.0000 0.500 1.0 （開口絞り）
11 5.6321 2.700 1.49700 81.61
12 -25.0030 1.700 1.0
13 -10.2813 0.800 1.84666 23.83
14 -38.8327 0.650 1.0
15 -6.3119 1.150 1.58913 61.18
16 -6.0000 (D16) 1.0
17 25.0008 1.500 1.60300 65.47
18 0.0000 (D18) 1.0
19 0.0000 3.260 1.51633 64.14 （ガラスブロック）
20 0.0000 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第４レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第４面］
κ＝11.0000 Ｃ4 ＝+8.6165×10− 5 Ｃ6 ＝-5.7772×10− 7
Ｃ8 ＝+4.8229×10− 9 Ｃ10＝+1.9002×10− 12
［第１５面］
κ＝ 2.5931 Ｃ4 ＝-4.2473×10− 4 Ｃ6 ＝+8.0084×10− 5
Ｃ8 ＝+2.0467×10− 5 Ｃ10＝-5.5844×10− 7
［第１６面］
κ＝ 1.0000 Ｃ4 ＝+2.4812×10− 4 Ｃ6 ＝+8.0084×10− 5
Ｃ8 ＝+1.4345×10− 5 Ｃ10＝-3.5453×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.4500 15.0000 24.2971
D3 0.7000 13.6869 20.2971
D9 21.5550 7.2060 1.9990
D16 8.5440 14.5889 19.8175
D18 1.0000 1.0000 1.0000
BF 2.4410 2.4410 2.4410
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -12.086
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 1.09
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 0.90
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.14
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 1.02
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.81
【００５４】
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することができる。また、広角端状態におけるレンズ全長が比較的短く、レンズ全長の変化が少ない可変焦点距離レンズ系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図４】本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図６】本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図８】本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【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
Ｓ 開口絞り
Ｉ 像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変焦点距離レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラにおいて被写体像を記録する方法として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光電変換素子を利用した撮像素子を用いる方法が知られている。この方法による被写体像の記録は、ズームレンズ等の光学系を介して撮像素子面上に被写体像を形成し、該被写体像の光量を光電変換素子によって電気出力に変換して記憶媒体に記録することで行われる。
【０００３】
近年の微細加工技術の進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られている。これにより、これまで取り扱えなかった大容量の画像データを高速に処理できるようになってきている。また、撮像素子においても高集積化や小型化が図られている。この撮像素子の高集積化によってより高い空間周波数の記録が可能となり、撮像素子の小型化によってカメラ全体の小型化を図ることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、撮像素子の高集積化と小型化により、撮像素子における個々の光電変換素子の受光面積が小さくなる。このため、電気出力が低下し、この低下に伴ってノイズの影響が大きくなってしまう。これを防ぐため、光学系の大口径比化を図ることによって、撮像素子へ到達する光の光量を増大させることが行われている。また、個々の光電変換素子の直前に微小なレンズ素子、いわゆるマイクロレンズアレイを配置することも行われている。
【０００５】
光電変換素子の直前に配置されたマイクロレンズアレイは、隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導くことができる。しかしここで、光学系の射出瞳位置が撮像素子に近づく場合、即ち撮像素子に入射する主光線と光軸とのなす角が大きくなる場合、画面周辺部へ向かう軸外光束は光軸に対して大きな角をなし撮像素子へ入射せず、光量不足を招くことになってしまう。したがって、光電変換素子の直前にマイクロレンズアレイを配置することで、上述のように隣り合う光電変換素子どうしの間へ入射する光束を光電変換素子へ導く代わりに、光学系の射出瞳位置に制約を与えることとなってしまう。
【０００６】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラ、いわゆるデジタルスチルカメラは、現像作業が不要であるため撮影結果を容易に確認できる等、データの取扱いが容易である。しかしこの反面、画質に関して銀塩カメラに劣っていたり、データの処理を行うためのパーソナルコンピュータ等の機器との接続が必要となる。このため、デジタルスチルカメラの普及率は向上していなかった。しかし近年の画質の向上や機器の普及により、デジタルスチルカメラはより一般的に使われるようになってきている。
【０００７】
画質の向上を図るためには、上述の撮像素子の高集積化と併せて、光学系の高性能化が必要不可欠である。これに加えて光学系の変倍比を高めることは、撮影者の撮影の自由度を高め、例えば被写体により近づいた撮影が可能となることや、室内等のように被写体の位置が近い場合においても広範囲の撮影が可能となること等の利点がある。
【０００８】
光電変換素子を利用した撮像素子を用いて被写体像を記録するカメラに好適なズームレンズとして、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えたズームレンズ、いわゆる正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第４レンズ群が固定であり、第２レンズ群と第３レンズ群が移動する構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群、第２レンズ群、および第３レンズ群が可動である構成のものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、正負正正４群タイプのズームレンズであって、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、全てのレンズ群が移動する構成のものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−５６４３６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５６２６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８８１７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カメラにおける撮像素子の高集積化に伴い、高い空間周波数に対して高いコントラストを実現できる光学系が必要とされている。またこれと同時に、個々の光電変換素子の受光面積が小さくなることにより、十分な光量を個々の光電変換素子に与えるために、大口径比の光学系が必要とされている。この結果、光学系を構成するレンズの枚数がより多くなることや、光学系が大型化すること等の問題が生じることとなる。
またデジタルカメラは、その一般化に伴い使用される場面も広がってきている。このため、デジタルカメラの携帯性の向上、具体的には小型化および軽量化というユーザーのニーズが高まってきている。またこれと同時に、高変倍比化も求められている。
【００１１】
斯かる背景の下、上記特許文献１に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、可動レンズ群が２つのみであるため、高変倍比を実現するために各レンズ群の移動量を大きくしなければならず、ズームレンズが大型化して携帯性の向上を図るには不向きであるという問題がある。
また、上記特許文献２に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、第３レンズ群が大きく、携帯性の向上を図ることが困難であるという問題がある。
また、上記特許文献３に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、第３レンズ群が物体側より順に、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合レンズとから構成されているため、第３レンズ群単独で発生する負の球面収差を補正することが難しく、小型化と両立することが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
開口絞りが前記第３レンズ群の物体側に隣接して配置されており、
前記第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズ成分と、負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
以下の条件式を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系を提供する。
０．５＜Ｄａ／ｆｗ＜１．５
１．３０≦Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２
０．０３＜Ｄ２３／|ｆ２|＜０．２０
但し、
Ｄａ：前記第３レンズ群中の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上距離，
Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第１レンズ群の移動量，
ｆｗ：広角端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
ｆｔ：望遠端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離，
Ｄ２３：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分と前記正レンズ成分との間隔，
ｆ２ ：前記第２レンズ群の焦点距離．
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群との４つのレンズ群で構成されている。そして、レンズ系全体の焦点距離が最も短くなる広角端状態から最も長くなる望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が減少し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が変化するように、少なくとも第１レンズ群が物体側へ移動するように構成されている。
【００１５】
特に、開口絞りは第３レンズ群の物体側に隣接して配置されており、第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚のレンズで構成されている。
以上の構成により、本発明の可変焦点距離レンズ系は、光学性能の向上、小型化、および高変倍比化を実現することができる。したがって、カメラの携帯性の向上と撮像素子の高集積化に伴い可変焦点距離レンズ系に対して求められる小型化と光学性能の向上に対応することができる。
【００１６】
本発明の可変焦点距離レンズ系では、広角端状態において第１レンズ群と第２レンズ群とは近接して配置される。これにより、第１レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近づけ、軸外収差の発生を抑えることができる。
また、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大する。これにより、第１レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させ、レンズ位置状態の変化に伴い発生する軸外収差の変動を良好に補正することができる。
【００１７】
同時に、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群とは間隔を広げて配置される。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束と軸上光束との高さの差を大きくし、軸上収差と軸外収差とを独立して補正することができる。
また、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が小さくなる。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束の高さを積極的に変化させ、レンズ位置状態の変化に伴い発生する軸外収差の変動を補正することができる。
【００１８】
つまり、本発明の可変焦点距離レンズ系は、広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群が物体側へ移動することによって、レンズ全長が変化して、各レンズ群どうしの間隔が積極的に変化する。これにより、レンズ位置状態の変化に伴う諸収差の変動を良好に補正することができる。
【００１９】
例えば、上記特許文献３に開示されたズームレンズは、上述のように第３レンズ群が物体側より順に、正レンズと、正レンズと負レンズとの接合負レンズとから構成されている。この正負の屈折力配置は、広角端状態において発生する負の歪曲収差を良好に補正するためのものであるが、第３レンズ群は大きな正の屈折力を有する。このため、斯かる屈折力配置にてレンズ系を構成するためには、正と負との間隔を広げることが必要、すなわち第３レンズ群の厚みを大きくすることが必要となる。さらに上記特許文献３に開示されたズームレンズは、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が大きくなってしまう。このため、レンズ全長の小型化を十分に図ることができない。一方、レンズ全長の小型化を図るために、正の屈折力および負の屈折力を強めると、高い光学性能を実現することが困難となる。
【００２０】
以上から、本発明の可変焦点距離レンズ系において、第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとの３枚のレンズで構成されている。これにより、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を小さくし、レンズ全長を短縮することができる。また、トリプレット構成であることから高い光学性能を実現することができる。
【００２１】
以下、本発明の可変焦点距離レンズ系における各条件式について説明する。
上記条件式（１）は、第３レンズ群のレンズ厚を規定する条件式である。
条件式（１）の上限値を上回ると、第３レンズ群のレンズ厚が大きくなってしまう。したがって、コンパクトにした状態で携帯することができなくなってしまう。一方、下限値を下回ると、第３レンズ群を構成する３つのレンズ成分の屈折力がそれぞれ大きくなるため、特に広角端状態において画面周辺部にて発生するコマ収差を良好に補正することができなくなってしまう。
【００２２】
ところで、本発明の可変焦点距離レンズ系では、高変倍比化を図り、かつより高い光学性能を達成するために、広角端状態から望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際に、レンズ全長を積極的に変化させ、かつ各レンズ群どうしの間隔を積極的に変化させることが望ましい。
特に、広角端状態では、レンズ全長をできるだけ短縮することにより、第１レンズ群に入射する光束を光軸に近づけて軸外収差の発生を抑えている。また望遠端状態では、第１レンズ群を物体側へ移動させて第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を大きくすることにより、第１レンズ群による収斂作用を高めてレンズ全長を短縮している。
また、広角端状態では、第３レンズ群を像面に近づけることにより、第１レンズ群と第２レンズ群による発散作用を弱め、かつこれと同時に第３レンズ群による収斂作用を弱めている。また望遠端状態へレンズ位置状態が変化する際には、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を大きくするように第３レンズ群を物体側へ移動させることにより、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正している。
【００２３】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）１＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜２
但し、
Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第１レンズ群の移動量，
ｆｔ：望遠端状態における可変焦点距離レンズ系の焦点距離．
【００２４】
条件式（２）は、第１レンズ群の移動量を規定する条件式である。
条件式（２）の上限値を上回ると、望遠端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から大きく離れてしまう。これにより、レンズ径の大型化を引き起こすばかりでなく、画面周縁部においてコマ収差が多大に発生してしまう。
条件式（２）の下限値を下回ると、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力が大きくなる。このため、レンズ位置状態の変化に伴って発生する軸外収差の変動を良好に補正することが困難となってしまう。
【００２５】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、小型化と高性能化とをより効率的に図るために、第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．０３＜Ｄ２３／|ｆ２|＜０．２０
但し、
Ｄ２３：第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔，
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離．
【００２６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、第２レンズ群は、唯一の負レンズ群でありその屈折力が大きくなるため、第２レンズ群で発生する諸収差を良好に補正する必要がある。また、第２レンズ群のレンズ厚が大きくなると、レンズ系を小型にしてカメラ内に格納し携帯することができなくなってしまう。またこれと同時に、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れるため、第１レンズ群のレンズ径が大きくなり、鏡筒の径が大型化してしまう。
【００２７】
以上から、本発明の可変焦点距離レンズ系は、第２レンズ群を、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成し、さらに第２負レンズ成分と正レンズ成分とをダブレット構成としている。この構成により、第２レンズ群において発生する正の球面収差を良好に補正し、さらに第２負レンズ成分の物体側に配置された第１負レンズ成分によって軸外収差を補正することができる。
また、開口絞りが第２レンズ群よりも像側に配置されているため、開口絞りから離れて位置する第１負レンズ成分が軸外収差を補正し、開口絞り付近に位置する第２負レンズ成分と正レンズ成分とが軸上収差を補正することができる。
【００２８】
上述のように第２レンズ群の屈折力が大きいことから、正の球面収差を良好に補正するため、第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔を適切に設定することが望ましい。このため、本発明の可変焦点距離レンズ系は、上記条件式（３）を満足することが望ましい。
条件式（３）は、第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分との間隔を適切に規定するための条件式である。
条件式（３）の上限値を上回ると、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れる。このため、広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正することができず、また、鏡筒の径の大型化を招くこととなってしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズ群における第２負レンズ成分と正レンズ成分の屈折力が大きくなる。このため、製造時に発生する微小な偏心によっても性能が極端に劣化してしまうこととなる。
【００２９】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、レンズ系を薄型化するため、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとの接合レンズで構成されていることが望ましい。さらに、広角端状態において画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正するため、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）Ｄ１／Ｒ１＜（ｆｗ2／（ｆｗ2＋ｙmax 2））1/2
但し、
Ｄ１：広角端状態における第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの距離，
Ｒ１：第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径，
ｙmax：最大像高．
【００３０】
条件式（４）は、第１レンズ群に入射する軸外光束の入射角を規定するための条件式である。条件式（４）中のｆｗ2／（ｆｗ2＋ｙmax 2）は、広角端状態における半画角に関係するものである。一般的に用いられる正射影方式では、像高をｙ、焦点距離をｆ、半画角をθとそれぞれするとき、ｙ＝ｆ・ｔａｎθを基準として用いる。したがって、半画角θが０乃至９０度であれば、ｃｏｓθはｃｏｓθ＝（ｆ2／（ｆ2＋ｙ2））1/2で表される。即ち、広角端状態での半画角の余弦が条件式（４）の右辺となる。
【００３１】
条件式（４）の左辺Ｄ１／Ｒ１が上限値を上回ると、広角端状態において画面周縁部に向かう軸外光束が、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面において光軸から離れる方向へ屈折される傾向になる。この第１レンズ群の最も物体側のレンズ面は本来凸面であるため、画面中心部では入射光束が光軸に近づく方向に屈折される。しかし、画角の変化にしたがって屈折作用が弱まり、周縁部では逆に光軸から離れる方向に屈折されてしまう。これにより、高次の像面湾曲が発生しやすくなってしまう。特に、画角の大きい広角端状態では像面湾曲が発生しやすいため、より高性能化を図るためには広角端状態において第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から開口絞りまでの間隔と、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径とを適切に設定することが肝要となる。
【００３２】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、非球面レンズを用いることによって、より高い光学性能を実現することができる。特に、第２レンズ群における第１負レンズ成分を非球面レンズとして構成することにより、広角端状態において発生する軸外収差をより良く補正することが可能である。また、第３レンズ群に非球面レンズを導入することにより、広角端状態において画面周縁部で発生するコマ収差を良好に補正することが可能である。さらに、好ましくは複数の非球面を１つの光学系に用いることでより高い光学性能を実現することができる。
【００３３】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、小型化を達成するためにレンズ枚数を極力少なくしている。しかし、例えば第３レンズ群を構成する３つのレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。また、第２レンズ群を構成するレンズ成分のうちの少なくとも１つのレンズ成分を接合レンズとすることによって、より高い光学性能を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系を構成するレンズ群のうちの１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズを光軸に対して略垂直な方向にシフトさせることによって、像をシフトさせることが可能である。これにより、本発明の可変焦点距離レンズ系は、カメラのブレを検出するためのブレ検出系と、上記１つのレンズ群全体、またはレンズ群中の一部のレンズをシフトさせるための駆動系と、ブレ検出系で検出されたブレを補正するように駆動系を制御するための制御系と組み合わせることで、防振光学系として機能させることができる。
【００３５】
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、近距離合焦時に第２レンズ群乃至第４レンズ群を光軸方向に移動させることが、諸収差の変動を抑えることに適している。特に、以下の実施例において第４レンズ群は、１枚の正レンズで構成されているが、近距離合焦時に発生する軸外収差の変動をより良く補正するために、接合レンズで構成することも可能である。
また、本発明の可変焦点距離レンズ系は、該レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐため、ローパスフィルタを配置することや、受光素子の周波数特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも可能である。
さらに、本発明の可変焦点距離レンズ系（変倍光学系）は、焦点距離状態が連続的に存在しない、いわゆるバリフォーカルズームレンズに適用することもできる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例に係るズームレンズを添付図面に基づいて説明する。
各実施例において、非球面の形状は以下の非球面式で表される。尚、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは基準曲率（近軸曲率）、κは円錐定数、Ｃ4，Ｃ6，Ｃ8，Ｃ10は各々４，６，８，１０次の非球面係数とする。
【００３７】
【数１】
ｘ＝ｃｙ2／｛１＋（１−κｃ2ｙ2）1/2｝
＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10
【００３８】
図１は、本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図であり、Ｗは広角端状態、Ｔは望遠端状態を示す。
本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成されている。そして、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が減少し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大するように、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とが物体側へ移動する。このとき第２レンズ群は、像側へ移動するか、または一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。また第４レンズ群は、固定であるか、または一旦物体側へ移動した後に像側へ移動する。
【００３９】
（第１実施例）
図２は、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
【００４０】
以下の表１に、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
（全体諸元）において、ｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角の最大値（単位：度）をそれぞれ示す。
（レンズデータ）において、面は物体側からのレンズ面の順序、間隔はレンズ面の間隔をそれぞれ示す。また、屈折率はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値である。さらに、曲率半径０．００００は平面を示し、Ｂｆはバックフォーカスを示す。
【００４１】
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径、間隔、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われる。しかし光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、これに限られるものではない。
尚、以下の全実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４２】
（表１）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.39 〜 14.40 〜 27.16
ＦNO 2.88 〜 4.07 〜 4.57
２ω 75.21 〜 35.49 〜 19.12°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 40.2543 0.900 1.84666 23.78
2 26.0490 2.800 1.75500 52.32
3 -1909.4996 (D3) 1.0
4 37.9055 1.000 1.79450 45.40
5 7.0398 2.450 1.0
6 -61.1984 0.700 1.77250 49.61
7 10.3694 1.200 1.0
8 11.9637 1.800 1.84666 23.78
9 134.7168 (D9) 1.0
10 0.0000 2.000 1.0 （開口絞り）
11 5.3928 2.250 1.72916 54.66
12 -42.5477 0.800 1.0
13 -16.5589 0.650 1.80809 22.76
14 13.3606 0.450 1.0
15 -12.4508 0.900 1.79450 45.40
16 -11.0987 (D16) 1.0
17 12.3487 2.300 1.49700 81.61
18 -9944.9996 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-2.5765 Ｃ4 ＝+1.1581×10− 3 Ｃ6 ＝-9.5500×10− 6
Ｃ8 ＝+2.2307×10− 8 Ｃ10＝+4.0283×10− 9
［第１５面］
κ＝ 8.1170 Ｃ4 ＝+7.3841×10− 4 Ｃ6 ＝+3.9143×10− 4
Ｃ8 ＝-1.0685×10− 5 Ｃ10＝-3.0515×10− 8
［第１６面］
κ＝-9.0000 Ｃ4 ＝+7.9978×10− 4 Ｃ6 ＝+4.2205×10− 4
Ｃ8 ＝-1.0964×10− 5 Ｃ10＝+1.0713×10− 6
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.3854 14.3998 27.1599
D3 0.7000 10.3807 17.4976
D9 12.6680 3.6276 0.5852
D16 6.2413 11.1178 21.0512
BF 6.0304 7.7015 6.0299
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -9.6564
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.79
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 1.48
（３）Ｄ２３／|ｆ２|＝ 0.12
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.60
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.81
【００４３】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【００４４】
各収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角をそれぞれ示す。また、Ｙは像高を示し、非点収差図及び歪曲収差図においてはその最大値を示す。
球面収差図において、ＦＮＯは最大口径に対応するＦナンバーの値を示し、実線は球面収差、点線はサイン・コンディションをそれぞれ示す。
非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。
コマ収差図は、像高Ｙ＝０，２．３５，３．２９，４．００，４．７でのコマ収差をそれぞれ表している。
尚、以下に示す各実施例の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００４５】
各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００４６】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表２に、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００４７】
（表２）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.70 〜 14.60 〜 27.13
ＦNO 2.88 〜 3.84 〜 4.78
２ω 72.72 〜 35.08 〜 19.27°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 38.2542 0.900 1.84666 23.78
2 26.4710 2.500 1.77250 49.61
3 155.9562 (D3) 1.0
4 36.3311 1.000 1.79450 45.40
5 7.7749 2.650 1.0
6 -76.4394 0.700 1.75500 52.32
7 12.5365 1.650 1.0
8 14.2461 1.800 1.84666 23.78
9 101.9364 (D9) 1.0
10 0.0000 1.700 1.0 （開口絞り）
11 5.9506 2.150 1.72916 54.66
12 -121.3146 1.000 1.0
13 -25.5408 0.650 1.80809 22.76
14 11.8809 0.500 1.0
15 -19.0549 0.900 1.69350 53.22
16 -11.2921 (D16) 1.0
17 23.5288 1.350 1.75500 52.32
18 0.0000 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-3.3630 Ｃ4 ＝+1.0617×10− 3 Ｃ6 ＝-1.6626×10− 5
Ｃ8 ＝+3.2651×10− 7 Ｃ10＝-2.2032×10− 9
［第１５面］
κ＝11.0000 Ｃ4 ＝-3.1648×10− 4 Ｃ6 ＝+1.0222×10− 4
Ｃ8 ＝+1.7755×10− 5 Ｃ10＝-9.2894×10− 7
［第１６面］
κ＝-1.4398 Ｃ4 ＝+5.8112×10− 4 Ｃ6 ＝+1.2537×10− 4
Ｃ8 ＝+1.3154×10− 5 Ｃ10＝-1.7033×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.6999 14.5999 27.1315
D3 0.7000 11.3350 21.4250
D9 16.0590 5.7222 0.9432
D16 8.0203 14.0854 20.0819
BF 6.0303 6.0303 6.0300
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -11.2610
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.78
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＝ 1.31
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.15
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.73
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.82
【００４８】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００４９】
（第３実施例）
図６は、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表３に、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５０】
（表３）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 7.20 〜 15.00 〜 27.13
ＦNO 2.88 〜 3.60 〜 4.70
２ω 68.77 〜 34.24 〜 19.13°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 39.0896 0.900 1.84666 23.78
2 26.1740 2.400 1.75500 52.32
3 847.0754 (D3) 1.0
4 29.8433 1.000 1.79450 45.40
5 6.2925 2.350 1.0
6 -26.6454 0.700 1.77250 49.61
7 17.2580 0.750 1.0
8 13.0478 1.700 1.84666 23.78
9 7831.4595 (D9) 1.0
10 0.0000 1.700 1.0 （開口絞り）
11 5.3972 2.250 1.75500 52.32
12 -53.8427 0.450 1.0
13 -42.8393 0.650 1.80809 22.76
14 8.9800 0.550 1.0
15 -17.4827 0.900 1.79450 45.40
16 -14.0668 (D16) 1.0
17 16.6627 1.700 1.60300 65.47
18 -9944.9996 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第５レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第５面］
κ＝-2.1043 Ｃ4 ＝+1.4570×10− 3 Ｃ6 ＝-8.7419×10− 6
Ｃ8 ＝+4.6555×10− 8 Ｃ10＝+9.7870×10− 9
［第１５面］
κ＝ 4.5475 Ｃ4 ＝-5.7196×10− 4 Ｃ6 ＝+1.7009×10− 4
Ｃ8 ＝+1.6752×10− 5 Ｃ10＝-1.2084×10− 6
［第１６面］
κ＝-8.0776 Ｃ4 ＝+5.4710×10− 4 Ｃ6 ＝+2.2019×10− 4
Ｃ8 ＝+1.1611×10− 5 Ｃ10＝+1.1219×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 7.2028 14.9999 27.1330
D3 0.7000 10.2814 17.8673
D9 11.8980 3.6587 0.8000
D16 7.6709 11.1235 19.7736
BF 6.0304 7.0303 6.0302
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -10.1618
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 0.67
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 1.30
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.07
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 0.57
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.84
【００５１】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５２】
（第４実施例）
図８は、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と物体側に凸面を向けた正レンズＬ１２との接合レンズで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ２３とから構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、像側に凹面を向けた負レンズＬ３２と、像側に凸面を向けた正レンズＬ３３とから構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４１で構成されている。
本実施例に係る可変焦点距離レンズ系において、ガラスブロックＢが第４レンズ群Ｇ４と像面Ｉとの間に配置されており、このガラスブロックＢは像面Ｉに配設された固体撮像素子の限界解像以上の空間周波数をカットするためのフィルタ、即ちローパスフィルタと、固体撮像素子を保護するカバー硝子の機能を有する。また、開口絞りＳは、第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、レンズ位置状態が変化する際に第３レンズ群Ｇ３と共に移動する。
以下の表４に、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の諸元の値を掲げる。
【００５３】
（表４）
（全体諸元）
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.45 〜 15.00 〜 24.30
ＦNO 2.88 〜 3.75 〜 4.50
２ω 74.84 〜 34.56 〜 21.72°
（レンズデータ）
面 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数
1 35.5670 0.900 1.84666 23.78
2 25.2949 3.000 1.81600 46.63
3 81.7907 (D3) 1.0
4 55.7736 0.950 1.69350 53.22
5 9.0909 4.000 1.0
6 -17.9746 0.800 1.65160 58.54
7 11.2326 1.650 1.0
8 16.8117 2.600 1.80610 33.27
9 -58.3068 (D9) 1.0
10 0.0000 0.500 1.0 （開口絞り）
11 5.6321 2.700 1.49700 81.61
12 -25.0030 1.700 1.0
13 -10.2813 0.800 1.84666 23.83
14 -38.8327 0.650 1.0
15 -6.3119 1.150 1.58913 61.18
16 -6.0000 (D16) 1.0
17 25.0008 1.500 1.60300 65.47
18 0.0000 (D18) 1.0
19 0.0000 3.260 1.51633 64.14 （ガラスブロック）
20 0.0000 (Bf) 1.0
（非球面係数）
第４レンズ面と第１５レンズ面と第１６レンズ面とは非球面であり、それぞれの非球面係数を以下に示す。
［第４面］
κ＝11.0000 Ｃ4 ＝+8.6165×10− 5 Ｃ6 ＝-5.7772×10− 7
Ｃ8 ＝+4.8229×10− 9 Ｃ10＝+1.9002×10− 12
［第１５面］
κ＝ 2.5931 Ｃ4 ＝-4.2473×10− 4 Ｃ6 ＝+8.0084×10− 5
Ｃ8 ＝+2.0467×10− 5 Ｃ10＝-5.5844×10− 7
［第１６面］
κ＝ 1.0000 Ｃ4 ＝+2.4812×10− 4 Ｃ6 ＝+8.0084×10− 5
Ｃ8 ＝+1.4345×10− 5 Ｃ10＝-3.5453×10− 7
（可変間隔データ）
レンズ位置状態が変化する際の可変間隔を以下に示す。
広角端状態 中間焦点距離状態 望遠端状態
ｆ 6.4500 15.0000 24.2971
D3 0.7000 13.6869 20.2971
D9 21.5550 7.2060 1.9990
D16 8.5440 14.5889 19.8175
D18 1.0000 1.0000 1.0000
BF 2.4410 2.4410 2.4410
（条件式対応値）
ｆ２ ＝ -12.086
（１）Ｄａ／ｆｗ ＝ 1.09
（２）Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 0.90
（３）Ｄ２３／|ｆ２| ＝ 0.14
（４）Ｄ１／Ｒ１ ＝ 1.02
（ｆｗ ２ ／（ｆｗ ２ ＋ｙ ｍａｘ ２ ）） １／２ ＝ 0.81
【００５４】
図９（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。各諸収差図より本実施例に係る可変焦点距離レンズ系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化と高変倍比化とを図った可変焦点距離レンズ系を提供することができる。また、広角端状態におけるレンズ全長が比較的短く、レンズ全長の変化が少ない可変焦点距離レンズ系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施例に係る可変焦点距離レンズ系の屈折力配分を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．３９）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．４０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１６）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図４】本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．７０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１４．６０）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図６】本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝７．２０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２７．１３）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【図８】本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、本発明の第４実施例に係る可変焦点距離レンズ系の広角端状態（ｆ＝６．５０）、中間焦点距離状態（ｆ＝１５．００）、望遠端状態（ｆ＝２４．３０）における無限遠合焦時の諸収差図を示す。
【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
Ｓ 開口絞り
Ｉ 像面
Claims (4)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とからなり、
広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が減少し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が増大するように、前記第１レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けた第１負レンズ成分と、像側に凹面を向けた第２負レンズ成分と、物体側に凸面を向けた正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
開口絞りが前記第３レンズ群の物体側に隣接して配置されており、
前記第３レンズ群は、物体側より順に、正レンズ成分と、負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分で構成されており、
以下の条件式を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
０．５＜Ｄａ／ｆｗ＜１．５
１．３０≦Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜２
０．０３＜Ｄ２３／|ｆ２|＜０．２０
但し、
Ｄａ：前記第３レンズ群中の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上距離，
Δ１：広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第１レンズ群の移動量，
ｆｗ：広角端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離，
ｆｔ：望遠端状態における前記可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離，
Ｄ２３：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分と前記正レンズ成分との間隔，
ｆ２ ：前記第２レンズ群の焦点距離． - 請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系において、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正レンズとの接合レンズで構成されており、
以下の条件式を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
Ｄ１／Ｒ１＜（ｆｗ２／（ｆｗ２＋ｙｍａｘ ２））１／２
但し、
Ｄ１：広角端状態における前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記開口絞りまでの光軸上距離，
Ｒ１：前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径，
ｙｍａｘ：最大像高． - 請求項１または請求項２に記載の可変焦点距離レンズ系において、
前記第２レンズ群は、非球面を有することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変焦点距離レンズ系において、
前記第３レンズ群は、非球面を有することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
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