JP4479151B2 - 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２，３に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、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レンズ群は一旦像側へ移動してから物体側へ移動するため、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束は光軸から離れてしまう。このため、レンズ径の小型化を図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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ≦４．３５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
また、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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ＜５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ≦４．０８
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
【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おり、第３レンズ群近傍には開口絞りが配置されている。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増大するように、少なくとも第１レンズ群と第３レンズ群がそれぞれ物体側へ移動するように構成されている。
【００１５】
一般に多群ズームレンズでは、レンズ位置状態の変化に伴って移動するレンズ群の数が増えるため、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。これにより、望遠端状態における焦点距離を広角端状態における焦点距離で割った値である変倍比を高めることが可能となる。
特に、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ためには、各レンズ群を積極的に移動させることが肝要である。このため、各レンズ群の移動量を増やすことによって各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、軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。さらに、開口絞りの物体側および像側のそれぞれに少なくとも１つの可動レンズ群を配置することにより、主光線よりも上方の光線収差および主光線よりも下方の光線収差を良好に補正することが可能となる。
【００１６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、軸外光束は、広角端状態において光軸から離れて第２レンズ群を通過し、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、徐々に光軸に近づく。これにより、広角端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。また、第４レンズ群を通過する軸外光束は、広角端状態に比して望遠端状態においてより光軸から離れるため、望遠端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。
【００１７】
また、広角端状態から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レンズ群が物体側へ移動することによって、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れないようにし、さらに望遠端状態において第１レンズ群を通過する軸上光束が強く収斂されるようにしている。このような構成にすることによって、第１レンズ群のレンズ径を小さくすることができ、さらに望遠端状態におけるレンズ系の全長を短縮することができる。したがって、レンズ系の小型化を図り、携帯性の向上を図ることができる。
【００１８】
本発明の可変焦点距離レンズ系における第２レンズ群は、唯一の負レンズ群でありその屈折力は大きく、上述のようにレンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群を通過する軸外光束は大きく変化する。このため、第２レンズ群において発生する諸収差を良好に補正することが肝要である。
そこで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、第１負レンズ成分と、第２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し、レンズ成分毎に収差補正上の機能を明確に分離している。これにより、レンズ位置状態が変化する際に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。
【００１９】
詳細には、第１負レンズ成分が軸外収差を補正し、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ように、収差補正上の機能を分離している。第１負レンズ成分は、開口絞りから離れて配置されているため、特に広角端状態において軸外光束が光軸から離れて通過する。このため、第１負レンズ成分は軸外収差を補正することに適する。また、第２負レンズ成分と正レンズ成分は、ダブレット構成とすることによって主に軸上収差を補正することに適する。
ここで、開口絞りは第２レンズ群の像側に配置されている。このため、第２レンズ群における第２負レンズ成分の像側レンズ面が像側に凹であるように、すなわち第２負レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成し、この第２負レンズ成分の像側レンズ面と向かい合う正レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凸であるように、すなわち正レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成することで、軸外収差の発生を抑えることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
以下、本発明の可変焦点距離レンズ系についての条件式を説明する。
上記条件式（１）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形状を規定する条件式である。
条件式（１）の下限値を下回ると、製造時に生じる第２負レンズ成分と正レンズ成分との微小な偏心によってさえ極端に光学性能が劣化することとなり、安定した所定の光学性能を維持することが困難となってしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する正の軸上収差を良好に補正することができなくなる。このため、第２レンズ群内での収差補正の機能分離を十分に図ることができず、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することができなくなってしまう。
【００２２】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、より良好な光学性能を実現するため、第２レンズ群を構成する第１負レンズ成分と、第２負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分が、それぞれ空気間隔を隔てて配置されており、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．７＜Σ２／ｆｗ＜２．１
但し、
Σ２：第２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．
【００２３】
条件式（２）は、第２レンズ群のレンズ厚を規定する条件式である。
条件式（２）の上限値を上回ると、第２レンズ群の厚みが大きくなる。このため、広角端状態において第１レンズ群と、第２レンズ群中に配置される第１負レンズ成分とを通過する軸外光束が極端に光軸から離れてしまうため、レンズ径の大型化を引き起こすこととなってしまう。またこればかりでなく、光束がレンズの周縁部を通過するため、コマ収差が多大に発生してしまう。これにより、所定の光学性能を実現することが困難になってしまう。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、第２レンズ群の厚みが小さくなる。このため、各レンズ成分どうしの間隔が小さくなって各レンズ成分の屈折力が大きくなる。したがって、特に第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する高次の正の球面収差を抑え、第１負レンズ成分と第２負レンズ成分とが干渉しないようにするため、軸外光束を光軸に近づけなければならない。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を補正することができなくなってしまう。
【００２４】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、特に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して高い光学性能を実現するため、第２レンズ群における第１負レンズ成分の形状は、像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．５＜Ｒ２２／ｆｗ＜２
但し、
Ｒ２２：第２レンズ群における第１負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径．
【００２５】
広角端状態において、第２レンズ群に入射する光束はその入射角度が大きくなる。このため、第１負レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凹であると、画面周縁部においてコマ収差が多大に発生してしまう。上述のように、第１負レンズ成分の像側レンズ面は像側に凹であることが望ましいため、第１負レンズ成分の形状を像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることで、より高い光学性能を実現することができる。ここで、第１負レンズ成分をメニスカス形状とすると、像側レンズ面の曲率半径が小さくなる。これにより、広角端状態においてこの像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまうため、条件式（３）を満足することが望ましい。即ち、条件式（３）の上限値を上回ると、第１負レンズ成分の物体側レンズ面の作用により画面周縁部でコマ収差が多大に発生してしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、広角端状態において第１負レンズ成分の像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまう。
【００２６】
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、正の屈折力を有する第１部分群と、負の屈折力を有する第２部分群とから構成され、第１部分群と第２部分群とは空気間隔を隔てて配置されている。これにより、レンズ系全体の屈折力配置を対称型に近づけて、負の歪曲収差を良好に補正することができる。特に、本発明の可変焦点距離レンズ系において、レンズ全長の短縮と高い光学性能を実現するために、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．０２＜Ｄ２／ｆ３＜０．１６
但し、
Ｄ２：第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離，
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離．
【００２７】
条件式（４）は、第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離を規定する条件式である。
条件式（４）の下限値を下回ると、第１部分群の屈折力が正に大きくなる。このため、第３レンズ群単独で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、レンズ系のレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を損ねることとなってしまう。
【００２８】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、望遠端状態におけるレンズ全長を短縮し、かつ広角端状態における画面周縁部での光学性能を高めるため、第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）３＜Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ１１：第１レンズ群における接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
【００２９】
条件式（５）は、第１レンズ群中の接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径を規定する条件式である。
条件式（５）の上限値を上回ると、望遠端状態において第１レンズ群で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（５）の下限値を下回ると、広角端状態において接合正レンズの縁厚を十分に確保することができず、中心厚を大きくしなければならない。このため、軸外光束が光軸から大きく離れてしまい、画面周縁部においてコマ収差を十分に補正することができなくなってしまう。
【００３０】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正し、レンズ系の小型化と、さらなる高性能化や携帯性の向上を図るため、以下の２つの条件式（６），（７）の少なくとも一方を満足することが望ましい。
（６）３＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜７．５
（７）０．６＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．１
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離，
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離．
ｆｔ：望遠端状態における可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
【００３１】
条件式（６）は、第１レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（６）の上限値を上回ると、望遠端状態におけるレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を十分に図ることができなくなってしまう。一方、条件式（６）の下限値を下回ると、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が強く屈折される。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができなくなり、より高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３２】
条件式（７）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（７）の上限値を上回ると、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を大きくしなければならない。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸からより離れるため、画角の変化に伴うコマ収差の変動をより良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正することができない。このため、望遠端状態においてより高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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レンズに適用することもできる。
【００３７】
【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。
【００３８】
【数１】
ｘ＝ｃｙ2／｛１＋（１−κｃ2ｙ2）1/2｝
＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10
【００３９】
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。
【００４０】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【表１】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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＝０．０，２．３５，３．２９，３．９９５，４．７０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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００４８】
【表２】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００５１】
【表３】
（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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００５４】
【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）
ｆ１ ＝ 76.146
ｆ２ ＝ -12.086
ｆ３ ＝ 14.998
（１）（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ ＝ 4.35
（２）Σ２／ｆｗ ＝ 1.55
（３）Ｒ２２／ｆｗ ＝ 1.41
（４）Ｄ２／ｆ３ ＝ 0.11
（５）Ｒ１１／ｆｗ ＝ 3.92
（６）ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 6.08
（７）|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）１／２ ＝ 0.97
【００５５】
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。
【００５６】
【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２，３に開示のズームレンズをカメラに適用する場合、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レンズ群は一旦像側へ移動してから物体側へ移動するため、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束は光軸から離れてしまう。このため、レンズ径の小型化を図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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ≦４．３５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
また、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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ＜５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ≦４．０８
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
【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おり、第３レンズ群近傍には開口絞りが配置されている。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増大するように、少なくとも第１レンズ群と第３レンズ群がそれぞれ物体側へ移動するように構成されている。
【００１５】
一般に多群ズームレンズでは、レンズ位置状態の変化に伴って移動するレンズ群の数が増えるため、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。これにより、望遠端状態における焦点距離を広角端状態における焦点距離で割った値である変倍比を高めることが可能となる。
特に、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ためには、各レンズ群を積極的に移動させることが肝要である。このため、各レンズ群の移動量を増やすことによって各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、軸外収差の変動を良好に補正することが可能となる。さらに、開口絞りの物体側および像側のそれぞれに少なくとも１つの可動レンズ群を配置することにより、主光線よりも上方の光線収差および主光線よりも下方の光線収差を良好に補正することが可能となる。
【００１６】
本発明の可変焦点距離レンズ系において、軸外光束は、広角端状態において光軸から離れて第２レンズ群を通過し、望遠端状態へ向かってレンズ位置状態が変化する際に、徐々に光軸に近づく。これにより、広角端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。また、第４レンズ群を通過する軸外光束は、広角端状態に比して望遠端状態においてより光軸から離れるため、望遠端状態で発生する軸外収差を良好に補正することができる。
【００１７】
また、広角端状態から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レンズ群が物体側へ移動することによって、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れないようにし、さらに望遠端状態において第１レンズ群を通過する軸上光束が強く収斂されるようにしている。このような構成にすることによって、第１レンズ群のレンズ径を小さくすることができ、さらに望遠端状態におけるレンズ系の全長を短縮することができる。したがって、レンズ系の小型化を図り、携帯性の向上を図ることができる。
【００１８】
本発明の可変焦点距離レンズ系における第２レンズ群は、唯一の負レンズ群でありその屈折力は大きく、上述のようにレンズ位置状態が変化する際に第２レンズ群を通過する軸外光束は大きく変化する。このため、第２レンズ群において発生する諸収差を良好に補正することが肝要である。
そこで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、第１負レンズ成分と、第２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し、レンズ成分毎に収差補正上の機能を明確に分離している。これにより、レンズ位置状態が変化する際に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。
【００１９】
詳細には、第１負レンズ成分が軸外収差を補正し、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ように、収差補正上の機能を分離している。第１負レンズ成分は、開口絞りから離れて配置されているため、特に広角端状態において軸外光束が光軸から離れて通過する。このため、第１負レンズ成分は軸外収差を補正することに適する。また、第２負レンズ成分と正レンズ成分は、ダブレット構成とすることによって主に軸上収差を補正することに適する。
ここで、開口絞りは第２レンズ群の像側に配置されている。このため、第２レンズ群における第２負レンズ成分の像側レンズ面が像側に凹であるように、すなわち第２負レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成し、この第２負レンズ成分の像側レンズ面と向かい合う正レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凸であるように、すなわち正レンズ成分が開口絞りに対して凹面を向けるように構成することで、軸外収差の発生を抑えることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
以下、本発明の可変焦点距離レンズ系についての条件式を説明する。
上記条件式（１）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形状を規定する条件式である。
条件式（１）の下限値を下回ると、製造時に生じる第２負レンズ成分と正レンズ成分との微小な偏心によってさえ極端に光学性能が劣化することとなり、安定した所定の光学性能を維持することが困難となってしまう。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する正の軸上収差を良好に補正することができなくなる。このため、第２レンズ群内での収差補正の機能分離を十分に図ることができず、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正することができなくなってしまう。
【００２２】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、より良好な光学性能を実現するため、第２レンズ群を構成する第１負レンズ成分と、第２負レンズ成分と、正レンズ成分との３つのレンズ成分が、それぞれ空気間隔を隔てて配置されており、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．７＜Σ２／ｆｗ＜２．１
但し、
Σ２：第２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．
【００２３】
条件式（２）は、第２レンズ群のレンズ厚を規定する条件式である。
条件式（２）の上限値を上回ると、第２レンズ群の厚みが大きくなる。このため、広角端状態において第１レンズ群と、第２レンズ群中に配置される第１負レンズ成分とを通過する軸外光束が極端に光軸から離れてしまうため、レンズ径の大型化を引き起こすこととなってしまう。またこればかりでなく、光束がレンズの周縁部を通過するため、コマ収差が多大に発生してしまう。これにより、所定の光学性能を実現することが困難になってしまう。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、第２レンズ群の厚みが小さくなる。このため、各レンズ成分どうしの間隔が小さくなって各レンズ成分の屈折力が大きくなる。したがって、特に第２負レンズ成分と正レンズ成分で発生する高次の正の球面収差を抑え、第１負レンズ成分と第２負レンズ成分とが干渉しないようにするため、軸外光束を光軸に近づけなければならない。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を補正することができなくなってしまう。
【００２４】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、特に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して高い光学性能を実現するため、第２レンズ群における第１負レンズ成分の形状は、像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）０．５＜Ｒ２２／ｆｗ＜２
但し、
Ｒ２２：第２レンズ群における第１負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径．
【００２５】
広角端状態において、第２レンズ群に入射する光束はその入射角度が大きくなる。このため、第１負レンズ成分の物体側レンズ面が物体側に凹であると、画面周縁部においてコマ収差が多大に発生してしまう。上述のように、第１負レンズ成分の像側レンズ面は像側に凹であることが望ましいため、第１負レンズ成分の形状を像側に凹面を向けたメニスカス形状とすることで、より高い光学性能を実現することができる。ここで、第１負レンズ成分をメニスカス形状とすると、像側レンズ面の曲率半径が小さくなる。これにより、広角端状態においてこの像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまうため、条件式（３）を満足することが望ましい。即ち、条件式（３）の上限値を上回ると、第１負レンズ成分の物体側レンズ面の作用により画面周縁部でコマ収差が多大に発生してしまう。一方、条件式（３）の下限値を下回ると、広角端状態において第１負レンズ成分の像側レンズ面で高次の像面湾曲収差が発生してしまう。
【００２６】
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、正の屈折力を有する第１部分群と、負の屈折力を有する第２部分群とから構成され、第１部分群と第２部分群とは空気間隔を隔てて配置されている。これにより、レンズ系全体の屈折力配置を対称型に近づけて、負の歪曲収差を良好に補正することができる。特に、本発明の可変焦点距離レンズ系において、レンズ全長の短縮と高い光学性能を実現するために、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．０２＜Ｄ２／ｆ３＜０．１６
但し、
Ｄ２：第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離，
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離．
【００２７】
条件式（４）は、第３レンズ群における第１部分群と第２部分群との間の空気間隔の光軸上距離を規定する条件式である。
条件式（４）の下限値を下回ると、第１部分群の屈折力が正に大きくなる。このため、第３レンズ群単独で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（４）の上限値を上回ると、レンズ系のレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を損ねることとなってしまう。
【００２８】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、望遠端状態におけるレンズ全長を短縮し、かつ広角端状態における画面周縁部での光学性能を高めるため、第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）３＜Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ１１：第１レンズ群における接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径．
【００２９】
条件式（５）は、第１レンズ群中の接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径を規定する条件式である。
条件式（５）の上限値を上回ると、望遠端状態において第１レンズ群で発生する負の球面収差を良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（５）の下限値を下回ると、広角端状態において接合正レンズの縁厚を十分に確保することができず、中心厚を大きくしなければならない。このため、軸外光束が光軸から大きく離れてしまい、画面周縁部においてコマ収差を十分に補正することができなくなってしまう。
【００３０】
本発明の可変焦点距離レンズ系は、レンズ位置状態の変化に伴う軸外収差の変動を良好に補正し、レンズ系の小型化と、さらなる高性能化や携帯性の向上を図るため、以下の２つの条件式（６），（７）の少なくとも一方を満足することが望ましい。
（６）３＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜７．５
（７）０．６＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．１
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離，
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離．
ｆｔ：望遠端状態における可変焦点距離レンズ系全体の焦点距離．
【００３１】
条件式（６）は、第１レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（６）の上限値を上回ると、望遠端状態におけるレンズ全長が大きくなるため、携帯性の向上を十分に図ることができなくなってしまう。一方、条件式（６）の下限値を下回ると、広角端状態において第１レンズ群を通過する軸外光束が強く屈折される。このため、画角の変化に伴うコマ収差の変動を良好に補正することができなくなり、より高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３２】
条件式（７）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式である。
条件式（７）の上限値を上回ると、広角端状態において第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を大きくしなければならない。これにより、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸からより離れるため、画角の変化に伴うコマ収差の変動をより良好に補正することができなくなってしまう。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、第２レンズ群単独で発生する正の球面収差を良好に補正することができない。このため、望遠端状態においてより高い光学性能を実現することができなくなってしまう。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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レンズに適用することもできる。
【００３７】
【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。
【００３８】
【数１】
ｘ＝ｃｙ2／｛１＋（１−κｃ2ｙ2）1/2｝
＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6＋Ｃ8ｙ8＋Ｃ10ｙ10
【００３９】
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。
【００４０】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【表１】
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。
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。
【００４５】
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＝０．０，２．３５，３．２９，３．９９５，４．７０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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００４８】
【表２】
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。
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。
【００５０】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００５１】
【表３】
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。
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。
【００５３】
（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。ここで、正レンズＬ３１が正の第１部分群を構成している。また、負レンズＬ３２と正レンズＬ３３との組み合わせが負の第２部分群を構成している。尚、負レンズＬ３２のみを第２部分群としてもよい。
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。
【００５４】
【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）
ｆ１ ＝ 76.146
ｆ２ ＝ -12.086
ｆ３ ＝ 14.998
（１）（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ ＝ 4.35
（２）Σ２／ｆｗ ＝ 1.55
（３）Ｒ２２／ｆｗ ＝ 1.41
（４）Ｄ２／ｆ３ ＝ 0.11
（５）Ｒ１１／ｆｗ ＝ 3.92
（６）ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＝ 6.08
（７）|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）１／２ ＝ 0.97
【００５５】
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。
【００５６】
【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 (9)
- 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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ≦４．３５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ＜５
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径． - 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、少なくとも前記第１レンズ群および前記第３レンズ群が物体側へ移動し、
前記第３レンズ群近傍に開口絞りが配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合正レンズで構成されており、
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、
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。
３＜（Ｒ２４＋Ｒ２５）／ｆｗ＜５
３．６３≦Ｒ１１／ｆｗ≦４．０８
但し、
Ｒ２４：前記第２レンズ群における前記第２負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径，
Ｒ２５：前記第２レンズ群における前記正レンズ成分の物体側レンズ面の曲率半径，
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，
Ｒ１１：前記第１レンズ群における前記接合正レンズの物体側レンズ面の曲率半径． - 請求項１または２に記載の可変焦点距離レンズ系において、
前記第１負レンズ成分と前記第２負レンズ成分とは空気間隔を隔てて配置されており、
前記第２負レンズ成分と前記正レンズ成分とは空気間隔を隔てて配置されており、
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。
０．７＜Σ２／ｆｗ＜２．１
但し、
Σ２：前記第２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． - 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１負レンズ成分の形状は、像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、
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＜Ｒ２２／ｆｗ＜２
但し、
Ｒ２２：前記第２レンズ群における前記第１負レンズ成分の像側レンズ面の曲率半径． - 請求項１乃至請求項４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、物体側より順に、正の屈折力を有する第１部分群と、負の屈折力を有する第２部分群とから構成されており、
前記第１部分群と前記第２部分群とは空気間隔を隔てて配置されており、
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。
０．０２＜Ｄ２／ｆ３＜０．１６
但し、
Ｄ２：前記第３レンズ群における前記第１部分群と前記第２部分群との間の前記空気間隔の光軸上距離，
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離． - 請求項１乃至５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、
以下の２つの条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする可変焦点距離レンズ系。
３＜ｆ１／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜７．５
０．６＜|ｆ２|／（ｆｗ・ｆｔ）１／２＜１．１
但し、
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離，
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離．
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． - 請求項１乃至請求項６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、物体側より順に、最も物体側に配置された正の屈折力を有する第１部分群と、当該第１部分群に隣接して配置された負の屈折力を有する第２部分群とを含み、
前記第１部分群と前記第２部分群とは空気間隔を隔てて配置されており、
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。
０．０２＜Ｄ２／ｆ３＜０．１６
但し、
Ｄ２：前記第３レンズ群における前記第１部分群と前記第２部分群との間の前記空気間隔の光軸上距離，
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離． - 請求項１乃至請求項７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８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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