JP4508604B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラやフィルム用カメラや放送用カメラ等に好適に用いられるものである。

従来よりフィルム用カメラやビデオカメラなどに使われるズームレンズにおいて、変倍レンズ群よりも後方（像側）のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス方式を採用した例が種々と提案されている（例えば特許文献１〜４）。

リアフォーカス方式は、フォーカスに際して比較的小型軽量のレンズ群を移動させることになるので、駆動力が小さくて済み、且つ迅速な焦点合わせができる。

この為、変倍レンズ群としての変倍移動群より像側に合焦レンズ群としての合焦移動群（フォーカスレンズ群）を配置するリアフォーカス方式のズームレンズは、オートフォーカス方式のズームレンズに多く採用されている。

一方、変倍移動群より物体側に合焦移動群を配置する前玉フォーカス方式のズームレンズはズーミングをおこなっても合焦移動群の繰り出し量が物体距離が一定であれば変化しないため、マニュアルフォーカス方式（手動方式）に有利である。この為手動操作を重視する放送用のズームレンズや業務用のズームレンズで多く採用されている。

これらの点を鑑み、オートフォーカスの際には変倍移動群より像側のレンズ群を使用し、マニュアルフォーカスの際には変倍移動群より物体側のレンズ群を使用したズームレンズが知られている（例えば特許文献５、６）。
特願２００１−２１８０３号 特願２００１−３４３５８３号 特開平１１−３０５１２４号公報 特開２００１−１９４５８６号公報 特許第２５６１６３７号 実公昭６２−０４３２８６号公報

ズームレンズの焦点距離ｆのズーム位置において、物体距離無限遠時の結像点をｉ０とし、物体距離ｏｂｊに対する結像点をｉ（ｏｂｊ）としたとき、物体距離が変化したときの結像点の変化量△ｓｋ＝ｉ（ｏｂｊ）−ｉ０はニュートンの公式から次式で表される。

△ｓｋ＝ｆ^２／（ｏｂｊ−ｆ） ・・・・（１）
したがって変倍移動群より物体側の部分系Ｂ１で合焦操作するとき、物体距離ｏｂｊにおける結像点の変化量△ｓｋＢ１は、
△ｓｋＢ１＝ｆＢ１^２／（ｏｂｊ−ｆＢ１） ・・・・（２）
で表され、ズーム位置（変倍）によらず一定である。したがって部分系Ｂ１中の部分系（合焦レンズ群）ＦＦのフォーカスの為の繰り出し量△ｘＦＦは、ズーム状態に関わらず変化しない。

しかしながら変倍移動群の像側のレンズ群でフォーカスを行うと、部分系Ｂ１における結像点のずれ△ｓｋＢ１が変倍移動群である部分系Ｂ２で拡大又は縮小され、概略以下の式で表される。

△ｓｋＢ２＝｛ｆＢ１^２／（ｏｂｊ−ｆＢ１）｝βＢ２^２ ・・・・（３）
したがって変倍移動群より像側のレンズ群である部分系Ｂ３中の部分系ＦＲでフォーカスを行うと、部分系ＦＲの繰り出し量△ｘＦＲは変倍移動群の結像倍率βＢ２の二乗に比例して増大する。したがって、ズーム比が大きくなるほど部分系ＦＲのフォーカスの際の繰り出し量が増大して、部分系ＦＲの移動スペースが多くなり、および部分系ＦＲを所要量移動させる為の駆動力が増大し、装置全体が大型化してくる。

先の特許文献５は、物体側から像側へ順に、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズであり、第４レンズ群をコンペンセータ（変倍に伴い移動する像面を補正すること）と合焦作用を兼用としているため、手動による変倍操作ができないという問題点があった。

特許文献６は、物体側から像側へ順に正、負、負、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズであり、第１レンズ群をマニュアルフォーカス用、第２レンズ群をバリエータ（変倍レンズ群）、第３レンズ群をコンペンセータ（像点移動補正群）、第４レンズ群の後方レンズ群をオートフォーカス用の合焦レンズ群としている。

特許文献６は、ズーム比が６倍以下と低く、望遠端のズーム位置における焦点距離も７０ｍｍ前後と比較的短い。このため、さらに変倍比を大きくし望遠端の焦点距離を増大させると第４レンズ群の後方レンズ群のフォーカスの際の繰り出し量が急激に増大してレンズ系全体が大型化してしまうという問題点があった。

本発明は、高変倍比でありながら、フォーカス用レンズ群の最大移動量を少なくしレンズ系全体が小型化、しかも物体距離全般にわたり高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

請求項１の発明のズームレンズは、物体側より像側へ順に、ズーミングに際し固定の正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、第３レンズ群、ズーミングに際し固定の正の屈折力の第４レンズ群から成り、ズーミングに際し前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
前記第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、第４ａレンズ群、第４ｂレンズ群、第４ｃレンズ群から成り、前記第４ｂレンズ群が光軸上を移動することにより合焦を行い、前記第４ｃレンズ群の結像倍率をβ４ｃ、前記第４レンズ群中で前記第４ｂレンズ群の物体側に、光路中へ挿脱可能なイメージサイズ変換光学系を有しており、その変換倍率をβｓｈ、前記イメージサイズ変換光学系の光路中への挿入における前記第４ｂレンズ群の最大繰り出し量をｓｈｍａｘ、前記イメージサイズ変換光学系の光路中への挿入前における前記第４ｂレンズ群の最大繰り出し量をｓｍａｘとするとき、
｜β４ｃ｜＞１
βｓｈ＜１
０．９＜ｓｈｍａｘ／（βｓｈ ^２ ・ｓｍａｘ）＜１．１
を満足することを特徴としている。

本発明のズームレンズによれば高変倍比でありながら、フォーカス用レンズ群の最大移動量を少なくしレンズ系全体が小型化、しかも物体距離全般にわたり高い光学性能が得られる。

この他本発明は、変倍移動群より像側に合焦移動群を有したリアフォーカス方式を採用し、かつ合焦移動群の像側に結像倍率または変換倍率の絶対値が１を越える固定のレンズ群を配置することにより、合焦移動群のフォーカスの際の最大繰り出し量を低減し、高ズーム比でありながら、レンズ系全体の小型化を容易に達成することができる。

以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。

以下の収差図、図２〜図６、図８〜図１２及び各実施例では、後述する数値実施例をｍｍ単位で表したときの値を基準としている。ｆは焦点距離である。物体距離は像面から測ったときの距離としている。

図２は実施例１のｆ＝１０．３０ｍｍ、物体距離３ｍにおける収差図、
図３は実施例１のｆ＝３９．４５ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける収差図、
図４は実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける収差図、
図５は実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離無限遠における収差図、
図６は実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離１ｍにおける収差図である。

図７は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、
図８は実施例２のｆ＝１１．３０ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図、
図９は実施例２のｆ＝４３．８４ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図、
図１０は実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図、
図１１は実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離無限遠における収差図、
図１２は実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離１ｍにおける収差図である。

図１３、図１４は、本発明のズームレンズの近軸屈折力配置の説明図であり、
図１３は第３レンズ群が負の屈折力の場合の概念図、
図１４は第３レンズ群が正の屈折力の場合の概念図である。

図１５は本発明のズームレンズを備えるビデオカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

図１６は本発明のズームレンズを備えるデジタルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

各実施例のズームレンズは撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

本発明の実施例のズームレンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正または負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有し、ズーミングに際し、該第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が移動する。

第４レンズ群Ｌ４は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第４ａレンズ群Ｌ４ａ、正の屈折力の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂ、負の屈折力の第４ｃレンズ群Ｌ４ｃを有し、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂが光軸上を移動することにより合焦を行い、第４ｃレンズ群Ｌ４ｃの結像倍率をβ４ｃとするとき、
｜β４ｃ｜＞１ ・・・・（４）
を満足している。

本実施例は、第４ｃレンズ群Ｌ４ｃの結像倍率β４ｃの最小値を条件式（４）の如く規定することにより、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの最大繰り出し量を減らし、第４レンズ群Ｌ４を小型化している。（２）式より物体距離の変化に伴う結像点の変化量の最大値△ｓｋｍａｘは、ズームレンズの望遠端の焦点距離をｆＴ、至近距離をＭＯＤとして、
△ｓｋｍａｘ＝ｆＴ^２／（ＭＯＤ―ｆＴ） ・・・・（８）
で表せる。第４ｂレンズ群Ｌ４ｂ、第４ｃレンズ群Ｌ４ｃの結像倍率をそれぞれβ４ｂ、β４ｃとすると、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂのフォーカスの際の移動に伴う結像点の変位の敏感度ｄｓｋ４ｂは、
ｄｓｋ４ｂ＝（１−β４ｂ^２）β４ｃ^２ ・・・・（９）
で表される。第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの最大繰り出し量△ｘｍａｘは△ｓｋｍａｘ、１／ｄｓｋ４ｂに比例するので、
△ｘｍａｘ ∝ ｆＴ^２／｛（ＭＯＤ―ｆＴ）・（１−β４ｂ^２）β４ｃ^２｝
・・・・（１０）
という関係にある。（１０）式から△ｘｍａｘは１／β４ｃ^２に比例するため、｜β４ｃ｜＞１とすることにより、最大繰り出し量△ｘｍａｘを小さくし、移動スペースを低減して第４レンズ群Ｌ４の小型化を図っている。

広角側から望遠側へのズーミングに際し第２レンズ群Ｌ２は光軸上を物体側から像側へ移動する。そして概念図、図１３、図１４に示すように第３レンズ群Ｌ３が負の屈折力のときは、第３レンズ群Ｌ３は光軸上を物体側へ移動した後像側へ移動する。

又第３レンズ群Ｌ３が正の屈折力のときは、第３レンズ群Ｌ３は光軸上を像側から物体側へ移動し、かつその間に結像倍率が−１倍のズーム位置を通過する。

図１３、図１４においてＷ、Ｔは各々広角端、望遠端のズーム位置を示し、∞は無限遠物体、ＭＯＤは至近物体のときを示している。

また、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂを光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス式を採用している。第４レンズ群Ｌ４ｂに関する線４ｂ１と曲線４ｂ２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変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。

各実施例では、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には、矢印４ｂ３に示すように第４ｂレンズ群Ｌ４ｂを前方に繰り出すことで行っている。

第２レンズ群Ｌ２を変倍移動群とし、第３レンズ群Ｌ３を変倍に伴う像点移動補正群と規定することにより、合焦移動群が像点移動補正群と独立であることを規定して、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を機械カム等の手段により合焦移動群と独立に移動可能とし、手動による変倍操作を可能としている。

第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの結像倍率をβ４ｂとするとき、
｜（１−β４ｂ^２）・β４ｃ^２｜＞１ ・・・・（５）
を満足している。

又は
−０．３＜β４ｂ＜０．３ ・・・・（ａ）
を満足している。

更に好ましくは、
−０．２＜β４ｂ＜０．２
とするのが良い。

全系の任意のズーム位置における結像倍率をβ、第１レンズ群Ｌ１の結像倍率をβ１、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂによる合焦を行わない状態での結像倍率βがβ＝０かつβ１＝０となる第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置を基準位置ｘ０、第２レンズ群Ｌ２以降のレンズ群による結像倍率をβ_２３４、全系のＦナンバーをＦ、最小錯乱円直径をδとするとき、第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置ｘが
｜（ｘ−ｘ０）・（β_２３４）^２／（δＦ）｜＜１ ・・・・（６）
の条件を満足する場合、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂによる合焦を行っている。

第４ｂレンズ群の結像倍率の最大値を条件式（５）の如く規定して、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの最大繰り出し量△ｘｍａｘをより小さくし、第４レンズ群Ｌ４をより小型化している。

本実施例では第４ｂレンズ群Ｌ４ｂでオートフォーカスを行い、第１レンズ群Ｌ１の全部又は一部のレンズ群をマニュアルフォーカスレンズ群としている。

このように、第１レンズ群Ｌ１の全体または一部をマニュアルフォーカス群として光軸上を移動することにより合焦操作を可能として、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの両立を図っている。

第４レンズ群Ｌ４の全体または一部を光軸上移動可能とすることにより、レンズ交換式のマニュアルフォーカス方式のズームレンズに必要不可欠であるフランジバック調整機構を実現している。

マニュアルフォーカス群である第１レンズ群Ｌ１が無限遠物体に合焦状態の時のみオートフォーカス群である第４ｂレンズ群で合焦操作を行っている。

撮像系の最小錯乱円をδ、ＦナンバーをＦとした場合の焦点深度Ｄは、
Ｄ＝δＦ ・・・・（１１）
で表される。第１レンズ群Ｌ１の繰り出しによる結像位置のずれ量△ｓｋは、第１レンズ群Ｌ１の主点位置をｘとし、無限合焦時の第１レンズ群Ｌ１の主点位置をｘ０とし、第２レンズ群以降の結像倍率をβ_２３４としたとき、
△ｓｋ＝（ｘ−ｘ０）・（β_２３４）^２ ・・・・（１２）
で表される。したがって、（４）式の条件を満たせば、第１レンズ群Ｌ１は焦点深度内で無限遠物体に合焦していると見なすことができる。

図１の実施例１では第４レンズ群Ｌ４中で前記第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの物体側に、挿脱可能なイメージサイズ変換光学系ｓｈを有しており、その変換倍率をβｓｈとするとき、
βｓｈ＜１
を満足している。

このときのイメージサイズ変換光学系ｓｈの光路中への、挿入における、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの最大繰り出し量をｓｈｍａｘ、イメージサイズ変換光学系ｓｈの光路中への挿入前における第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの最大繰り出し量をｓｍａｘとするとき、
０．９＜ｓｈｍａｘ／（βｓｈ^２・ｓｍａｘ）＜１．１ ・・・・（７）
を満足している。

これにより焦点距離範囲の変換を効率的に行っている。

そしてイメージサイズ変換光学系ｓｈを挿入した場合の最大繰り出し量Δｓｈｍａｘが、（７）式を満たすようにして、イメージサイズ変換光学系ｓｈの挿入前後で至近距離物体がおおむね不変となるようにしている。この繰り出し量の差が１０％以内であれば、違和感がないことが実証できている。

図１において、Ｌ１は第１レンズ群としての正の屈折力のフォ−カス群（前玉レンズ群）である。Ｌ２は第２レンズ群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−タ（変倍移動群）であり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行っている。Ｌ３は第３レンズ群としての負の屈折力のコンペンセ−タ（像点移動補正群）であり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸状の軌跡を有して非直線的に移動している。バリエ−タ２とコンペンセ−タ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズ群としての正の屈折力のズーミングの際に固定のリレ−群であり、３つのレンズ群Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃを有している。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。

ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀遠フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリジオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

次に実施例１における第４レンズ群Ｌ４の特徴について説明する。第４レンズ群Ｌ４は全体として正の屈折力を有しており、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第４ａレンズ群Ｌ４ａ、正の屈折力の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂ、負の屈折力の第４ｃレンズ群Ｌ４ｃより構成されている。ここで第４ｂレンズ群はフォーカスレンズ群としての（合焦移動群）であり、遠距離物体から近距離物体に合焦の際には光軸上を物体側へ移動する。

オートフォーカス（自動合焦操作）のときは、公知のオートフォーカス機構を用い第４ｂレンズ群Ｌ４ｂを駆動手段（不図示）で駆動して行っている。

本実施例では、至近距離物体（撮影可能な最も近い物体距離）を１ｍとすると第４ｂレンズ群の無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスの際の最大繰り出し量△ｘｍａｘは、像側への移動量を正として−１２．４ｍｍである。（１０）式の右辺の値は、
（（１０）式の右辺）＝１５１．１^２／｛（−１０００―１５１．１）・（１−０．１７８８^２）・１．１０１４^２｝＝−１６．９
となる。最大繰り出し量△ｘｍａｘは１／β４ｃ^２に比例するため、本実施例ではβ４ｃ＝１．１とすることにより、最大繰り出し量△ｘｍａｘを約１８％小さくし、移動スペースを低減して第４レンズ群Ｌ４の小型化を図っている。

本実施例では、第２レンズ群Ｌ２を負の屈折力の変倍移動群とし、第３レンズ群Ｌ３を負の屈折力の像点移動補正群として、合焦移動群Ｌ４ｂが像点移動補正群Ｌ３と独立となっている。第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を機械カム等の手段により合焦移動群Ｌ４ｂと独立に移動可能とし、手動による変倍操作を可能としている。

なお、本実施例の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの結像倍率β４ｂは０．１７９であり、（ａ）式を満たす。

また本実施例では、第１レンズ群Ｌ１の全体または一部をマニュアルフォーカス群として光軸上を移動することにより合焦操作を可能として、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの両立を図っている。さらに第４レンズ群Ｌ４の全体または一部を光軸上移動可能とすることにより、レンズ交換式のマニュアルフォーカス方式のズームレンズに必要不可欠であるフランジバック調整機構を実現している。

さらに本実施例では、マニュアルフォーカス群である第１レンズ群Ｌ１が無限遠物体に合焦状態の時のみオートフォーカス群である第４ｂレンズ群Ｌ４ｂが合焦操作を行うこととしている。

本実施例のズームレンズの広角端および望遠端におけるＦナンバーＦｎｏ、焦点深度Ｄ、第２レンズ群Ｌ２以降のレンズ群による結像倍率β₂₃₄、絞り開放における第１レンズ群Ｌ１の基準位置ｘｏに対する第１レンズ群Ｌ１の位置ｘとの差分｜ｘ−ｘ０｜の値を表１に示す。なお、最小錯乱円δはＮＴＳＣ方式、２／３型の撮像系を想定し０．０２１ｍｍとしている。

表１より、絞り開放では広角端で｜ｘ−ｘ０｜＜２．３７７ｍｍとなり（６）式は０．９９８８となり、望遠端で｜ｘ−ｘ０｜＜０．０１２５ｍｍとなり、（６）式は０．９９８９となり（６）式の条件を満たすときに、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂによるフォーカスを行うこととしている。

本実施例では、第４ｂレンズ群の物体側に変換倍率βｓｈ＝０．８３倍の挿脱可能なイメージサイズ変換光学系ｓｈを有している。イメージサイズ変換光学系ｓｈの光路中への挿入時の全系の焦点距離は０．８３倍となり、至近距離物体を１ｍとしたときの第４ｂレンズ群のフォーカスの際の最大繰り出し量△ｓｈｍａｘは−８．３ｍｍと、イメージサイズ変換光学系ｓｈ挿入前の０．６７倍と、（１０）式の関係に合致する。したがって（５）式を満たすことにより、イメージサイズ変換光学系ｓｈの光路中への挿入前後での至近距離物体がおおむね不変となる。この繰り出し量の差が１０％以内であれば、違和感がないことが実証できている。

図７において、Ｌ１は第１レンズ群Ｌ１としての正の屈折力のフォ−カス群（前玉レンズ群）である。Ｌ２は第２レンズ群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−タであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行っている。Ｌ３は正の屈折力のコンペンセ−タであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ単調かつ非直線的に移動している。バリエ−タＬ２とコンペンセ−タＬ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズ群としての正の屈折力のズーミングの際に固定のリレ−群であり、３つのレンズ群Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃを有している。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。

次に実施例２における第４レンズ群Ｌ４の特徴について説明する。第４レンズ群Ｌ４は全体として正の屈折力を有しており、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第４ａレンズ群Ｌ４ａ、正の屈折力の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂ、負の屈折力の第４ｃレンズ群Ｌ４ｃより構成されている。ここで第４ｂレンズ群Ｌ４ｂはフォーカス群（合焦移動群）であり、無限遠物体から近距離物体に合焦の際には光軸上を物体側へ移動する。

本実施例では、至近距離物体を１ｍとすると第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスの際の最大繰り出し量△ｘｍａｘは、像側への移動量を正として−１３．１ｍｍである。（１０）式の右辺の値は、
（（１０）式の右辺） ＝ １６９．５２^２／｛（−１０００―１６９．５２）・（１−０．０７０７^２）・１．１０３^２｝
＝−２０．３
となる。最大繰り出し量△ｘｍａｘは１／β４ｃ^２に比例するため、本実施例ではβ４ｃ＝１．１とすることにより、最大繰り出し量△ｘｍａｘを約１８％小さくし、移動スペースを低減して第４レンズ群Ｌ４の小型化を図っている。

本実施例では、第２レンズ群Ｌ２を負の屈折力の変倍移動群とし、第３レンズ群Ｌ３を正の屈折力の像点移動補正群として、合焦移動群Ｌ４ｂが像点移動補正群Ｌ３と独立となっている。第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を機械カム等の手段により合焦移動群Ｌ４ｂと独立に移動可能とし、手動による変倍操作を可能としている。

なお、本実施例の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの結像倍率β４ｂは０．０７０７であり、（ａ）式を満たす。

また本実施例では、第１レンズ群Ｌ１の全体または一部をマニュアルフォーカス群として光軸上を移動することにより合焦操作を可能として、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの両立を図っている。さらに第４レンズ群Ｌ４の全体または一部を光軸上移動可能とすることにより、レンズ交換式のマニュアルフォーカス方式のズームレンズに必要不可欠であるフランジバック調整機構を実現している。

さらに本実施例では、マニュアルフォーカス群である第１レンズ群Ｌ１が無限遠物体に合焦状態の時のみオートフォーカス群である第４ｂレンズ群が合焦操作を行うこととしている。

本実施例のズームレンズの広角端および望遠端におけるＦナンバーＦｎｏ、焦点深度Ｄ、第２レンズ群Ｌ２以降のレンズ群による結像倍率β₂₃₄、絞り開放における差分｜ｘ−ｘ０｜の値を表２に示す。なお、最小錯乱円δはＮＴＳＣ方式、２／３型の撮像系を想定し０．０２１ｍｍとしている。

表２より、絞り開放では広角端で｜ｘ−ｘ０｜＜４．６４１ｍｍとなり（６）式は１．０００となる。又、望遠端で｜ｘ−ｘ０｜＜０．０３５ｍｍとなり（６）式は０．９９１３となり（６）式の条件を満たし、第４ｂ群によるフォーカスを行うこととしている。

以下に、実施例１、２に各々対応する数値実施例１、２を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは各面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、数値実施例１、２では最も象側の３つの面、数値実施例２では最も像側の２つの面はガラスブロックに相当する平面である。

ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。又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に示す。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラとデジタルカメラの実施形態を図１５、図１６を用いて説明する。

図１５において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。

図１６において、２０はカメラ本体、２１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光学変換素子）、２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。

実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例１のｆ＝１０．３０ｍｍ、物体距離３ｍにおける収差図 実施例１のｆ＝３９．４５ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける収差図 実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける収差図 実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離無限遠における収差図 実施例１のｆ＝１５１．１０ｍｍ、物体距離１ｍにおける収差図 本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例２のｆ＝１１．３０ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図 実施例２のｆ＝４３．８４ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図 実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離５ｍにおける収差図 実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離無限遠における収差図 実施例２のｆ＝１６９．５２ｍｍ、物体距離１ｍにおける収差図 本発明のズームレンズにおいて第３群が負の屈折力のときの概念図 本発明のズームレンズにおいて第３群が正の屈折力のときの概念図 本発明のズームレンズを有するビデオカメラの要部概略図 本発明のズームレンズを有するデジタルカメラの要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ４ａ 第４ａレンズ群
Ｌ４ｂ 第４ｂレンズ群
Ｌ４ｃ 第４ｃレンズ群
ｓｈ イメージサイズ変換光学系
ＳＰ 開口絞り
Ｐ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ｆ 焦点距離
ω 半画角
Ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (10)

1. 物体側より像側へ順に、ズーミングに際し固定の正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、第３レンズ群、ズーミングに際し固定の正の屈折力の第４レンズ群から成り、ズーミングに際し前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が移動するズームレンズであって、
   前記第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、第４ａレンズ群、第４ｂレンズ群、第４ｃレンズ群から成り、前記第４ｂレンズ群が光軸上を移動することにより合焦を行い、前記第４ｃレンズ群の結像倍率をβ４ｃ、前記第４レンズ群中で前記第４ｂレンズ群の物体側に、光路中へ挿脱可能なイメージサイズ変換光学系を有しており、その変換倍率をβｓｈ、前記イメージサイズ変換光学系の光路中への挿入における前記第４ｂレンズ群の最大繰り出し量をｓｈｍａｘ、前記イメージサイズ変換光学系の光路中への挿入前における前記第４ｂレンズ群の最大繰り出し量をｓｍａｘとするとき、
   ｜β４ｃ｜＞１
   βｓｈ＜１
   ０．９＜ｓｈｍａｘ／（βｓｈ ^２ ・ｓｍａｘ）＜１．１
   を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 前記第３レンズ群は負の屈折力であり、広角側から望遠側へのズーミングに際し、前記第２レンズ群は光軸上を物体側から像側へ移動し、広角側から望遠側へのズーミングに際し、前記第３レンズ群は光軸上を物体側へ移動した後、像側へ移動することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記第３レンズ群は正の屈折力であり、広角側から望遠側へのズーミングに際し、前記第２レンズ群は光軸上を物体側から像側へ移動し、広角側から望遠側へのズーミングに際し、前記第３レンズ群は光軸上を像側から物体側へ移動し、かつその間に結像倍率が−１倍のズーム位置を通過することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
4. 前記第４ｂレンズ群の結像倍率をβ４ｂとするとき、
   ｜（１−β４ｂ^２）・β４ｃ^２｜＞１
   を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のズームレンズ。
5. 前記第１レンズ群の全体または一部のレンズ群を、光軸上を移動することにより合焦を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のズームレンズ。
6. 前記第４レンズ群の全体または一部のレンズ群が光軸上を移動することによりフランジバック調整を行うことを特徴とする請求項５記載のズームレンズ。
7. 全系の任意のズーム位置における結像倍率をβ、前記第１レンズ群の結像倍率をβ１、前記第４ｂレンズ群による合焦を行わない状態での結像倍率βがβ＝０かつβ１＝０となる前記第１レンズ群の光軸上の位置を基準位置ｘ０、前記第２レンズ群及び前記第３のレンズ群及び前記第４のレンズ群による合成の結像倍率をβ２３４、全系のＦナンバーをＦ、最小錯乱円直径をδとするとき、前記第１レンズ群の光軸上の位置ｘが
   ｜（ｘ−ｘ０）・（β_２３４）^２／（δＦ）｜＜１
   の条件を満足する場合、前記第４ｂレンズ群による合焦を行うことを特徴とする請求項５又は６記載のズームレンズ。
8. 前記第４ｂレンズ群は正の屈折力を有し、かつ前記第４ｃレンズ群は負の屈折力を有しており、前記第４ｂレンズ群の結像倍率をβ４ｂとするとき、
   −０．３＜β４ｂ＜０．３
   を満足することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載のズームレンズ。
9. 前記第４ｃレンズ群は負の屈折力の１枚のレンズより成ることを特徴とする請求項８記載のズームレンズ。
10. 請求項１乃至９の何れか一項のズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。