JP4593715B2 - リアフォーカス式のズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアフォーカス式のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に高変倍比でありながら、大口径比で構成レンズ枚数が少ないビデオカメラ，デジタルカメラ等の撮像素子を用いた光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より写真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、物体側の第１群より後方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色々と提案されている。これは、リアフォーカス方式がフォーカスの際に比較的小型軽量のレンズ群を移動させるので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ、かつ、迅速な焦点合わせができるのでオートフォーカスシステムとの相性がいい等の特徴があるためである。
【０００３】
例えば、特開昭６２−２０６５１６号公報や特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭６３−２４７３１６号公報、そして特開平４−４３３１１号公報では、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、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、第２群を移動させて変倍を行い、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正すると共にフォーカスを行っている。
【０００４】
特開昭６３−２９７１８号公報では、物体側より順に正の屈折力の第１群と、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズにて構成され全体として負の屈折力で変倍時に可動であって主として変倍をつかさどる第２群と、正の屈折力を有し非球面を含む第３群と、少し大きな空気間隔をあけて正の屈折力を有し変倍に伴う像面変動を補正し、合焦のために移動する第４群より構成したズームレンズを開示している。
【０００５】
特開平５−７２４７２号公報では、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、固定で集光作用を有し正の屈折力の第３群、像面位置を維持するために光軸上を移動する正の屈折力の第４群と非球面を有するズームレンズを開示している。これは、第２群はメニスカス状の負レンズと両凹レンズと正レンズを配し、第３群は１面以上の非球面である単レンズから構成され、第４群は１面以上の非球面を有するレンズで構成されている。
【０００６】
米国特許明細書第４２９９４５４では、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ群、後方の正レンズ群より構成され、負レンズ群を含む少なくとも２つのレンズ群を移動させて変倍を行い、第２負レンズ群は物体側から第１、第２の負レンズと正のタブレットから成るズームレンズが開示されている。
【０００７】
また、所用４群リアフォーカス式ズームレンズにおいて、変倍用の第２群の屈折力を強めて所定の変倍比を確保するための第２群の光軸方向の移動量を少なくする方法がある。
【０００８】
上記のような構成にすると、変倍系であるレンズ群の第１群と第２群の間隔が短くなり、又絞りから第１群までの距離が短くなるので前玉径が小さくなる。それによって第１群の厚さを薄くすることが可能になるので、レンズ系全体の小型化が容易になる。
【０００９】
また、結像系である第３群と第４群を小型化する方法として、具体的に、第３群を物体側から順に正レンズと負レンズで構成し、第３群を所謂望遠レンズタイプとして第３群の主点位置を物体側に移動させて第３群と第４群の実距離間隔を短くして小型化を図る方法がある。このような構成のズームレンズが、例えば特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２９７２７５号公報、特開平５−６０９７３号公報、特開平５−６０９７４号公報、特開平５−１０７４７３号公報、特開平６−１３０２９７号公報、特開平８−２９２３６９号公報、特開平８−３０４７００号公報、ＵＳＰ５１８９５５８号公報、ＵＳＰ５３９６３６７号公報等で提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般にズームレンズにおいてリアフォーカス方式を採用すると、前述のごとくレンズ系全体が小型化され、又、迅速なるフォーカスが可能となり、さらに近接撮影が容易となる等の特徴が得られる。
【００１１】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が多くなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたり、レンズ系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能を得るのが大変難しくなってくるという問題が生じてくる。
【００１２】
本発明は、リアフォーカス方式を採用し、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ大口径比でありながらレンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
この他本発明は、ズーム比が１２倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のリアフォーカス式のズームレンズは、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群より構成され、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、該第４群を移動させて変倍に伴う像面変動を補正し、該第４群を移動させてフォーカスを行い、該第３群の物体側に絞りを有し、該第３群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面である正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ３２より成り、該第４群は両レンズ面が凸面の正レンズＧ４１とメニスカス状の負レンズＧ４２との接合レンズより成り、望遠端において無限遠物体に合焦したときの該第４群の倍率をβ４Ｔ、該負レンズＧ３２の物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
０．３７＜｜β４Ｔ｜＜０．６５ ・・・（１）
１．９＜Ｒ３２ａ／Ｒ３２ｂ＜３．０・・・（２）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第２群は物体側より順に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ２１、両面が凹面の負レンズＧ２２、物体側に強い凸面を向けた正レンズＧ２３より成り、広角端における前記第３群と前記第４群の間隔をＤ３４ｗ、前記第４群の焦点距離をｆ４とするとき、
０．４５＜ Ｄ３４ｗ／ｆ４ ＜０．９ ・・・（３）
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記正レンズＧ３１は少なくとも１つの非球面を有し、前記第４群の最も物体側に位置する前記正レンズＧ４１の物体側のレンズ面が非球面形状であることを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
０．３＜（Ｒ３２ａ−Ｒ３２ｂ）／（Ｒ３２ａ＋Ｒ３２ｂ）＜０．５
０．８＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．２
０．８＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明は請求項２の発明において、前記負レンズＧ２１の媒質の屈折率をＮ２１とするとき、
１．８４＜Ｎ２１＜１．９５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明は請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記正レンズＧ３１は両レンズ面が非球面形状であることを特徴としている。
【００２０】
請求項７の発明の光学機器は、請求項１から６のいずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜図１６は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの実施形態における説明図である。
【００２３】
具体的には、図１は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施１の要部断面図、図２，図３，図４は数値実施１の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図５は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施２の要部断面図、図６，図７，図８は数値実施２の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図９は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施３の要部断面図、図１０，図１１，図１２は数値実施３の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図１３は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施４の要部断面図、図１４，図１５，図１６は数値実施４の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２４】
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の前方に配置している。
【００２５】
Ｇは色分解プリズムやフェイスプレートやフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子が配置されている。
【００２６】
本発明のリアフォーカス式ズームレンズの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、変倍に伴う像面変動を第４群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。
【００２７】
また、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ため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。
【００２８】
又、本発明においては、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。
【００２９】
本発明において、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。そして、本発明のリアフォーカス式ズームレンズは、該第３群の最も物体側に絞りを有している。
【００３０】
そして、該第３群の物体側に絞りを有している。第３レンズ群Ｌ３は物体側より順に物体側のレンズ面が凸面である正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ３２より成っている。該第４群は両レンズ面が凸面の正レンズＧ４１とメニスカス状の負レンズＧ４２との接合レンズより成ることを基本構成としている。
【００３１】
そして本発明では条件式（１），（２）を満足することを特徴としている。又、該第２群は物体側より順に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ２１、両面が凹面の負レンズＧ２２、物体側に強い凸面を向けた正レンズＧ２３より成り、条件式（３）を満足することを特徴としている。
【００３２】
特に本発明では第３群を物体側から順に正レンズと負レンズで構成し、第３群を所謂望遠レンズタイプとして第３群の主点位置を物体側に移動させて第３群と第４群の実距離間隔を短くしてさらなる小型化を図っている。
【００３３】
又、本発明のズームレンズでは第３群の最も物体側の正レンズの物体側のレンズ面を非球面として主に球面収差の補正を行っている。さらに像側のレンズ面も非球面としても良く、これによれば球面収差をより良好に補正することができるため大口径と球面収差の補正が両立可能となる。
【００３４】
また球面収差の補正を主に物体側のレンズ面に分担させ、像側のレンズ面にて軸外光束の上線、下線の屈曲のバランスを図ることでコマ収差を補正するようにしても良い。これによれば画面全域に渡ってより高解像な光学性能を有したズームレンズが提供できる。
【００３５】
また第４群を物体側より順に正レンズと負レンズの接合レンズで構成し、色収差補正と小型化を図っている。さらに本発明では第４群の正レンズの物体側のレンズ面を非球面としても良く、これによれば軸外の諸収差を良好に補正することができる。なお、本発明において非球面は必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
次に前述の条件式（１）〜（３）の技術的意味について説明する。
【００３７】
条件式（１）は第４群の倍率を規定した式である。条件式（１）の上限を超えるとバックフォーカスが短くなりすぎ、フィルター、ＣＣＤのフェイスプレート等を配置するための空間がとれないため良くない。また下限を超えるとバックフォーカスが長くなりすぎレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００３８】
条件式（２）は第３群の像側に配置されたメニスカス状の負レンズＧ３２のレンズ形状を規定している式である。
【００３９】
条件式（２）の上限を超えると第３群の後側主点位置が物体側に寄りすぎて第３群と第４群の実際の間隔が短くなりすぎ像面変動補正のために移動する第４群の移動スペースを十分確保することができなくなるため良くない。また下限を超えると第３群の後側主点位置を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００４０】
条件式（３）は広角端における第３群と第４群の間隔を規定した式である。条件式（３）の上限を超えると第３群と第４群の間隔が大きくなりレンズ全長の大型化を招く。また下限値を超えると第４群の移動スペースが確保できず所望の近距離撮影ができなくなり適当ではない。
【００４１】
本発明では以上説明したように各レンズ群を構成することにより、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で、ズーム比が１２倍と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式のズームレンズを達成している。
【００４２】
本発明の目的とするリアフォーカス式のズームレンズは、以上の構成により達成されるが、更に次の構成要件のうち少なくとも１つ以上を満足させるのがレンズ系全体の小型化及び収差補正上、好ましい。
【００４３】
（ア−１）前記正レンズＧ３１は少なくとも１面に非球面を有し、前記正レンズＧ４１は少なくとも１面に非球面を有し、そのうち１つの非球面は第４群内において最も物体側に位置することである。
【００４４】
（ア−２）前記負レンズＧ３２の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂ、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
０．３＜（Ｒ３２ａ−Ｒ３２ｂ）／（Ｒ３２ａ＋Ｒ３２ｂ）＜０．５ ‥‥‥（４）
０．８＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．２ ‥‥‥（５）
０．８＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．５ ‥‥‥（６）
なる条件式を満足することである。
【００４５】
条件式（４）は第３群のメニスカス状の負レンズＧ３２のレンズの形状因子を規定する式であり、条件式（２）に加えてさらに形状を限定している。
【００４６】
条件式（４）の上限を超えると第３群の後側主点位置が物体側に寄りすぎて第３群と第４群の実際の間隔が短くなりすぎ像面変動補正のために移動する第４群の移動スペースを十分確保することができなくなるため良くない。
【００４７】
またレンズ面の曲率がきつくなるため製造誤差に起因する偏芯時の性能劣化が大きくなるためよくない。また下限を超えると第３群の後側主点位置を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００４８】
条件式（５）は主変倍レンズ群である第２群の焦点距離を規定した式であり、上限を超えて第２群の屈折力が弱まると所望のズーム比を達成するために第２群の移動量が大きくなり、レンズ全長及び前玉径の増大を招き良くない。
【００４９】
また下限を超えて第２群の屈折力が強まると小型化には有利であるが諸収差を良好に補正するのが困難となる。特にペッツバール和が負の方向に大きくなり像面がオーバーとなるため良くない。また、変倍時の像ゆれが起こりやすくなり機械構成が複雑になり適当ではない。
【００５０】
条件式（６）は結像系である第３群と第４群を小型化を図るための最適な屈折力配分を表している。
【００５１】
特に第３群と第４群の間隔を最適にした時、第３群から射出する光束を第４群に略アフォーカルで入射させ、最適なバックフォーカスを確保するためのものである。上限値を超えると第３群から射出する光来がアフォーカルから逸脱し、第４群が大型化ヒしてくる、また第４群の移動に伴う収差変動が大きくなり好ましくない。逆に下限値を越えると第４群の屈折力が弱くなり、フォーカスのための移動量が大きくなり全長が長くなってくる。
【００５２】
（ア−３）前記負レンズＧ２１の媒質の屈折率をＮ２１とおいたとき
１．８４＜Ｎ２１＜１．９５ ‥‥‥（７）
なる条件式を満足することである。
【００５３】
条件式（７）は第２群の最も物体側のメニスカス状の負レンズＧ２１の材質の屈折率を規定している式である。
【００５４】
条件式（７）の上限値を超えると像面湾曲は有利になるが、実際に使用可能な硝材を考慮するとアッベ数が小さくなり、色収差の補正が困難になってくる。また下限値を超えるとペッツバール和が負の方向に大きくなり像面がオーバーとなり好ましくない。
【００５５】
（ア−４）前記正レンズＧ３１は両レンズ面ともに非球面であることである。
【００５６】
（ア−５）第１群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、そして物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより構成することである。
【００５７】
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の実施形態を図１７を用いて説明する。
【００５８】
図１７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等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、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。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００５９】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００６０】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
【００６１】
各数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００６２】
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、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、
【００６３】
【数１】
【００６４】
なる式で表している。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【００６５】
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。
【００６６】
【外１】
【００６７】
【外２】
【００６８】
【外３】
【００６９】
【外４】
【００７０】
【表１】
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、リアフォーカス方式を採用し、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ大口径比でありながらレンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【００７２】
この他本発明によれば、ズーム比が１２倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 数値実施例１のレンズ断面図
【図２】 数値実施例１の広角端の収差図
【図３】 数値実施例１の中間の収差図
【図４】 数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】 数値実施例２のレンズ断面図
【図６】 数値実施例２の広角端の収差図
【図７】 数値実施例２の中間の収差図
【図８】 数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】 数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】 数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】 数値実施例３の中間の収差図
【図１２】 数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】 数値実施例４のレンズ断面図
【図１４】 数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】 数値実施例４の中間の収差図
【図１６】 数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】 本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアフォーカス式のズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特に高変倍比でありながら、大口径比で構成レンズ枚数が少ないビデオカメラ，デジタルカメラ等の撮像素子を用いた光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より写真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、物体側の第１群より後方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色々と提案されている。これは、リアフォーカス方式がフォーカスの際に比較的小型軽量のレンズ群を移動させるので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ、かつ、迅速な焦点合わせができるのでオートフォーカスシステムとの相性がいい等の特徴があるためである。
【０００３】
例えば、特開昭６２−２０６５１６号公報や特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭６３−２４７３１６号公報、そして特開平４−４３３１１号公報では、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、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、第２群を移動させて変倍を行い、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正すると共にフォーカスを行っている。
【０００４】
特開昭６３−２９７１８号公報では、物体側より順に正の屈折力の第１群と、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズにて構成され全体として負の屈折力で変倍時に可動であって主として変倍をつかさどる第２群と、正の屈折力を有し非球面を含む第３群と、少し大きな空気間隔をあけて正の屈折力を有し変倍に伴う像面変動を補正し、合焦のために移動する第４群より構成したズームレンズを開示している。
【０００５】
特開平５−７２４７２号公報では、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、固定で集光作用を有し正の屈折力の第３群、像面位置を維持するために光軸上を移動する正の屈折力の第４群と非球面を有するズームレンズを開示している。これは、第２群はメニスカス状の負レンズと両凹レンズと正レンズを配し、第３群は１面以上の非球面である単レンズから構成され、第４群は１面以上の非球面を有するレンズで構成されている。
【０００６】
米国特許明細書第４２９９４５４では、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ群、後方の正レンズ群より構成され、負レンズ群を含む少なくとも２つのレンズ群を移動させて変倍を行い、第２負レンズ群は物体側から第１、第２の負レンズと正のタブレットから成るズームレンズが開示されている。
【０００７】
また、所用４群リアフォーカス式ズームレンズにおいて、変倍用の第２群の屈折力を強めて所定の変倍比を確保するための第２群の光軸方向の移動量を少なくする方法がある。
【０００８】
上記のような構成にすると、変倍系であるレンズ群の第１群と第２群の間隔が短くなり、又絞りから第１群までの距離が短くなるので前玉径が小さくなる。それによって第１群の厚さを薄くすることが可能になるので、レンズ系全体の小型化が容易になる。
【０００９】
また、結像系である第３群と第４群を小型化する方法として、具体的に、第３群を物体側から順に正レンズと負レンズで構成し、第３群を所謂望遠レンズタイプとして第３群の主点位置を物体側に移動させて第３群と第４群の実距離間隔を短くして小型化を図る方法がある。このような構成のズームレンズが、例えば特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２９７２７５号公報、特開平５−６０９７３号公報、特開平５−６０９７４号公報、特開平５−１０７４７３号公報、特開平６−１３０２９７号公報、特開平８−２９２３６９号公報、特開平８−３０４７００号公報、ＵＳＰ５１８９５５８号公報、ＵＳＰ５３９６３６７号公報等で提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般にズームレンズにおいてリアフォーカス方式を採用すると、前述のごとくレンズ系全体が小型化され、又、迅速なるフォーカスが可能となり、さらに近接撮影が容易となる等の特徴が得られる。
【００１１】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が多くなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたり、レンズ系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能を得るのが大変難しくなってくるという問題が生じてくる。
【００１２】
本発明は、リアフォーカス方式を採用し、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ大口径比でありながらレンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１３】
この他本発明は、ズーム比が１２倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のリアフォーカス式のズームレンズは、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群より構成され、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、該第４群を移動させて変倍に伴う像面変動を補正し、該第４群を移動させてフォーカスを行い、該第３群の物体側に絞りを有し、該第３群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面である正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ３２より成り、該第４群は両レンズ面が凸面の正レンズＧ４１とメニスカス状の負レンズＧ４２との接合レンズより成り、望遠端において無限遠物体に合焦したときの該第４群の倍率をβ４Ｔ、該負レンズＧ３２の物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
０．３７＜｜β４Ｔ｜＜０．６５ ・・・（１）
１．９＜Ｒ３２ａ／Ｒ３２ｂ＜３．０・・・（２）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第２群は物体側より順に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ２１、両面が凹面の負レンズＧ２２、物体側に強い凸面を向けた正レンズＧ２３より成り、広角端における前記第３群と前記第４群の間隔をＤ３４ｗ、前記第４群の焦点距離をｆ４とするとき、
０．４５＜ Ｄ３４ｗ／ｆ４ ＜０．９ ・・・（３）
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記正レンズＧ３１は少なくとも１つの非球面を有し、前記第４群の最も物体側に位置する前記正レンズＧ４１の物体側のレンズ面が非球面形状であることを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
０．３＜（Ｒ３２ａ−Ｒ３２ｂ）／（Ｒ３２ａ＋Ｒ３２ｂ）＜０．５
０．８＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．２
０．８＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明は請求項２の発明において、前記負レンズＧ２１の媒質の屈折率をＮ２１とするとき、
１．８４＜Ｎ２１＜１．９５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明は請求項１から５のいずれか１項の発明において、前記正レンズＧ３１は両レンズ面が非球面形状であることを特徴としている。
【００２０】
請求項７の発明の光学機器は、請求項１から６のいずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜図１６は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの実施形態における説明図である。
【００２３】
具体的には、図１は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施１の要部断面図、図２，図３，図４は数値実施１の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図５は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施２の要部断面図、図６，図７，図８は数値実施２の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図９は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施３の要部断面図、図１０，図１１，図１２は数値実施３の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。図１３は本発明のリアフォーカス式ズームレンズの数値実施４の要部断面図、図１４，図１５，図１６は数値実施４の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２４】
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の前方に配置している。
【００２５】
Ｇは色分解プリズムやフェイスプレートやフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子が配置されている。
【００２６】
本発明のリアフォーカス式ズームレンズの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、変倍に伴う像面変動を第４群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。
【００２７】
また、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ため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。
【００２８】
又、本発明においては、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。
【００２９】
本発明において、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。そして、本発明のリアフォーカス式ズームレンズは、該第３群の最も物体側に絞りを有している。
【００３０】
そして、該第３群の物体側に絞りを有している。第３レンズ群Ｌ３は物体側より順に物体側のレンズ面が凸面である正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ３２より成っている。該第４群は両レンズ面が凸面の正レンズＧ４１とメニスカス状の負レンズＧ４２との接合レンズより成ることを基本構成としている。
【００３１】
そして本発明では条件式（１），（２）を満足することを特徴としている。又、該第２群は物体側より順に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ２１、両面が凹面の負レンズＧ２２、物体側に強い凸面を向けた正レンズＧ２３より成り、条件式（３）を満足することを特徴としている。
【００３２】
特に本発明では第３群を物体側から順に正レンズと負レンズで構成し、第３群を所謂望遠レンズタイプとして第３群の主点位置を物体側に移動させて第３群と第４群の実距離間隔を短くしてさらなる小型化を図っている。
【００３３】
又、本発明のズームレンズでは第３群の最も物体側の正レンズの物体側のレンズ面を非球面として主に球面収差の補正を行っている。さらに像側のレンズ面も非球面としても良く、これによれば球面収差をより良好に補正することができるため大口径と球面収差の補正が両立可能となる。
【００３４】
また球面収差の補正を主に物体側のレンズ面に分担させ、像側のレンズ面にて軸外光束の上線、下線の屈曲のバランスを図ることでコマ収差を補正するようにしても良い。これによれば画面全域に渡ってより高解像な光学性能を有したズームレンズが提供できる。
【００３５】
また第４群を物体側より順に正レンズと負レンズの接合レンズで構成し、色収差補正と小型化を図っている。さらに本発明では第４群の正レンズの物体側のレンズ面を非球面としても良く、これによれば軸外の諸収差を良好に補正することができる。なお、本発明において非球面は必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
次に前述の条件式（１）〜（３）の技術的意味について説明する。
【００３７】
条件式（１）は第４群の倍率を規定した式である。条件式（１）の上限を超えるとバックフォーカスが短くなりすぎ、フィルター、ＣＣＤのフェイスプレート等を配置するための空間がとれないため良くない。また下限を超えるとバックフォーカスが長くなりすぎレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００３８】
条件式（２）は第３群の像側に配置されたメニスカス状の負レンズＧ３２のレンズ形状を規定している式である。
【００３９】
条件式（２）の上限を超えると第３群の後側主点位置が物体側に寄りすぎて第３群と第４群の実際の間隔が短くなりすぎ像面変動補正のために移動する第４群の移動スペースを十分確保することができなくなるため良くない。また下限を超えると第３群の後側主点位置を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００４０】
条件式（３）は広角端における第３群と第４群の間隔を規定した式である。条件式（３）の上限を超えると第３群と第４群の間隔が大きくなりレンズ全長の大型化を招く。また下限値を超えると第４群の移動スペースが確保できず所望の近距離撮影ができなくなり適当ではない。
【００４１】
本発明では以上説明したように各レンズ群を構成することにより、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で、ズーム比が１２倍と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式のズームレンズを達成している。
【００４２】
本発明の目的とするリアフォーカス式のズームレンズは、以上の構成により達成されるが、更に次の構成要件のうち少なくとも１つ以上を満足させるのがレンズ系全体の小型化及び収差補正上、好ましい。
【００４３】
（ア−１）前記正レンズＧ３１は少なくとも１面に非球面を有し、前記正レンズＧ４１は少なくとも１面に非球面を有し、そのうち１つの非球面は第４群内において最も物体側に位置することである。
【００４４】
（ア−２）前記負レンズＧ３２の物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂ、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
０．３＜（Ｒ３２ａ−Ｒ３２ｂ）／（Ｒ３２ａ＋Ｒ３２ｂ）＜０．５ ‥‥‥（４）
０．８＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．２ ‥‥‥（５）
０．８＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．５ ‥‥‥（６）
なる条件式を満足することである。
【００４５】
条件式（４）は第３群のメニスカス状の負レンズＧ３２のレンズの形状因子を規定する式であり、条件式（２）に加えてさらに形状を限定している。
【００４６】
条件式（４）の上限を超えると第３群の後側主点位置が物体側に寄りすぎて第３群と第４群の実際の間隔が短くなりすぎ像面変動補正のために移動する第４群の移動スペースを十分確保することができなくなるため良くない。
【００４７】
またレンズ面の曲率がきつくなるため製造誤差に起因する偏芯時の性能劣化が大きくなるためよくない。また下限を超えると第３群の後側主点位置を物体側に移動させて小型化する効果が薄れレンズ全長の大型化を招くためよくない。
【００４８】
条件式（５）は主変倍レンズ群である第２群の焦点距離を規定した式であり、上限を超えて第２群の屈折力が弱まると所望のズーム比を達成するために第２群の移動量が大きくなり、レンズ全長及び前玉径の増大を招き良くない。
【００４９】
また下限を超えて第２群の屈折力が強まると小型化には有利であるが諸収差を良好に補正するのが困難となる。特にペッツバール和が負の方向に大きくなり像面がオーバーとなるため良くない。また、変倍時の像ゆれが起こりやすくなり機械構成が複雑になり適当ではない。
【００５０】
条件式（６）は結像系である第３群と第４群を小型化を図るための最適な屈折力配分を表している。
【００５１】
特に第３群と第４群の間隔を最適にした時、第３群から射出する光束を第４群に略アフォーカルで入射させ、最適なバックフォーカスを確保するためのものである。上限値を超えると第３群から射出する光来がアフォーカルから逸脱し、第４群が大型化ヒしてくる、また第４群の移動に伴う収差変動が大きくなり好ましくない。逆に下限値を越えると第４群の屈折力が弱くなり、フォーカスのための移動量が大きくなり全長が長くなってくる。
【００５２】
（ア−３）前記負レンズＧ２１の媒質の屈折率をＮ２１とおいたとき
１．８４＜Ｎ２１＜１．９５ ‥‥‥（７）
なる条件式を満足することである。
【００５３】
条件式（７）は第２群の最も物体側のメニスカス状の負レンズＧ２１の材質の屈折率を規定している式である。
【００５４】
条件式（７）の上限値を超えると像面湾曲は有利になるが、実際に使用可能な硝材を考慮するとアッベ数が小さくなり、色収差の補正が困難になってくる。また下限値を超えるとペッツバール和が負の方向に大きくなり像面がオーバーとなり好ましくない。
【００５５】
（ア−４）前記正レンズＧ３１は両レンズ面ともに非球面であることである。
【００５６】
（ア−５）第１群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、そして物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより構成することである。
【００５７】
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の実施形態を図１７を用いて説明する。
【００５８】
図１７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等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、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。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００５９】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００６０】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
【００６１】
各数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００６２】
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、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、
【００６３】
【数１】
なる式で表している。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【００６５】
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。
【００６６】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、リアフォーカス方式を採用し、レンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群がズーミング時固定でメカ機構が簡単で高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ大口径比でありながらレンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【００７２】
この他本発明によれば、ズーム比が１２倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつＦナンバーが１．６から２程度と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ないリアフォーカス式ズームレンズ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 数値実施例１のレンズ断面図
【図２】 数値実施例１の広角端の収差図
【図３】 数値実施例１の中間の収差図
【図４】 数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】 数値実施例２のレンズ断面図
【図６】 数値実施例２の広角端の収差図
【図７】 数値実施例２の中間の収差図
【図８】 数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】 数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】 数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】 数値実施例３の中間の収差図
【図１２】 数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】 数値実施例４のレンズ断面図
【図１４】 数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】 数値実施例４の中間の収差図
【図１６】 数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】 本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
Claims (7)
- 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群より構成され、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、該第４群を移動させて変倍に伴う像面変動を補正し、該第４群を移動させてフォーカスを行い、該第３群の物体側に絞りを有し、該第３群は、物体側より順に、物体側のレンズ面が凸面である正レンズＧ３１と、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ３２より成り、該第４群は両レンズ面が凸面の正レンズＧ４１とメニスカス状の負レンズＧ４２との接合レンズより成り、望遠端において無限遠物体に合焦したときの該第４群の倍率をβ４Ｔ、該負レンズＧ３２の物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
０．３７＜｜β４Ｔ｜＜０．６５
１．９＜Ｒ３２ａ／Ｒ３２ｂ＜３．０
なる条件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。 - 前記第２群は物体側より順に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズＧ２１、両面が凹面の負レンズＧ２２、物体側に強い凸面を向けた正レンズＧ２３より成り、広角端における前記第３群と前記第４群の間隔をＤ３４ｗ、前記第４群の焦点距離をｆ４とするとき、
０．４５＜ Ｄ３４ｗ／ｆ４ ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のリアフォーカス式のズームレンズ。 - 前記正レンズＧ３１は少なくとも１つの非球面を有し、前記第４群の最も物体側に位置する前記正レンズＧ４１の物体側のレンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアフォーカス式のズームレンズ。
- 広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
０．３＜（Ｒ３２ａ−Ｒ３２ｂ）／（Ｒ３２ａ＋Ｒ３２ｂ）＜０．５
０．８＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．２
０．８＜ ｆ３／ｆ４ ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１、２又は３のズームレンズ。 - 前記負レンズＧ２１の媒質の屈折率をＮ２１とするとき、
１．８４＜Ｎ２１＜１．９５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載のリアフォーカス式のズームレンズ。 - 前記正レンズＧ３１は両レンズ面が非球面形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズ。
- 請求項１から６のいずれか１項のリアフォーカス式のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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