JP4630444B2 - ズームレンズ及びそれを有した光学機器 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にインナーフォーカスを採用し、物体距離全般にわたり高い光学性能が容易に得られる一眼レフカメラやビデオカメラそしてデジタルカメラ等の光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ズームレンズのフォーカシング方法として、第１レンズ群を移動させる、所謂前玉フォーカス式や、第２レンズ群以降のレンズ群を移動させる、所謂インナーフォーカス式やリヤーフォーカス式が知られている。
【０００３】
一般にインナーフォーカス式やリアーフォーカス式のズームレンズは、前玉フォーカス式のズームレンズにくらべて、第１レンズ群の光線有効径が小さくなるので、レンズ系全体の小型化が容易となる利点を有している。また、比較的小型軽量のレンズ群を移動させるため、特に最近主流となっているオートフォーカスカメラにおいては迅速なフォーカシングが容易となる等の特長も有している。
【０００４】
本出願人はこのようなインナーフォーカス式やリアーフォーカス式のズームレンズのひとつとして、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群と全体として正の屈折力の後続群を有し、各レンズ群の空気間隔を変化させることにより変倍を行う、所謂ポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行う方式を用いたズームレンズを、特開平３−２２８００８号公報、特開平５−１１９２６０号公報、特開平６−２３０２８５号公報にて提案している。この方式を用いたズームレンズは特に標準域を含む高変倍比を有し、前記の特長を十分に発揮し、さらには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、良好なる光学性能を有している。この他特開平７−１１３９５７号公報にても同様の方式のズームレンズが開示されている。
【０００５】
【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インナーフォーカス方式やリヤーフォーカス方式を採用すると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長が得られる。
【０００６】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、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るという問題点が生じてくる。
【０００７】
特に高変倍のズームレンズでは全変倍範囲にわたり、又物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなるという問題点が生じてくる。
【０００８】
ここで、前記のポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、光学全系が変倍する際の負の屈折力の第２レンズ群の倍率について説明する。
【０００９】
一般に、ポジティブリードタイプのズームレンズの第２レンズ群は広角端において負の縮小倍率を有し、望遠端への変倍にともなって倍率の絶対値が増加する。そして第２レンズ群はポジティブリードタイプのズームレンズでは主変倍群となるので、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際の増倍は大であり（負の縮小倍率から−１に近づく方向）、この増倍は特に高変倍比のズームレンズの場合顕著である。
【００１０】
つぎに、フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度（フォーカス群の移動量に対する、ピントの移動量の比率）の関係について述べる。
【００１１】
フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度は次式で表わすことができる。
【００１２】
ＥＳ＝（１−βｆ2）×βｒ2 ・・・（Ａ）
ただし、
ＥＳ：フォーカス敏感度
βｆ：フオーカスレンズ群の倍率
βｒ：フォーカスレンズ群より像側に配置された全てのレンズ群の合成倍率
（Ａ）式によれば、フォーカス敏感度はフォーカスレンズ群の倍率の絶対値が１のとき０となり、１から離れるにしたがって大きくなることがわかる。
【００１３】
ところが、前記したようにポジティブリードタイプのズームレンズの負の屈折力の第２レンズ群は、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際、負の縮小倍率から−1に近づく方向に変倍するため、特に高変倍比のズームレンズの場合などでは、望遠端付近で第２レンズ群のフォーカス敏感度が小となりフォーカス移動量が著しく増大していた。
【００１４】
また変倍の途中で第２レンズ群の倍率が−１になってしまう場合にはフォーカス敏感度が０となりフォーカス不能となってしまっていた。
【００１５】
本発明は高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は負の屈折力を有する接合レンズを有し、前記第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、望遠端における前記第２レンズ群の倍率をβ２ｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記接合レンズを構成する負レンズの材質のアッベ数をν２ｄｎ、前記接合レンズを構成する正レンズの材質のアッベ数をν２ｄｐとするとき、
−０．８＜β２ｔ＜−０．６ ・・・（１）
−０．０９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２）
１８．０＜ν２ｄｎ−ν２ｄｐ ・・・（５）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明において第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
−０．１８＜ｆ２／ｆ１＜−０．１４ ・・・（３）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において
広角端における第２レンズ群の倍率をβ２ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおくとき、
０．５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７５ ・・・（４）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項４の発明の光学機器は、請求項１から３のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本実施形態のズームレンズについて説明する。
【００２２】
図１、図８、図１５、図２２、図２９は、それぞれ後述する数値実施例１〜５のズームレンズのレンズ断面図、図２〜図７は数値実施例１のズームレンズの諸収差図、図９〜図１４は数値実施例２のズームレンズの諸収差図、図１６〜図２１は数値実施例３のズームレンズの諸収差図、図２３〜図２８は数値実施例４のズームレンズの諸収差図、図３０〜図３５は数値実施例５のズームレンズの諸収差図である。
【００２３】
図１において（ｗ）は広角端、（Ｍ）は中間ズーム位置、（Ｔ）は望遠端を示している。なお図８、図１５、図２２、図２９はそれぞれ広角端におけるレンズ断面図のみをしめしている。
【００２４】
各レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は負の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は負の屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は正の屈折力の第５群（第５レンズ群）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。ＩＰは像面である。
【００２５】
第３群〜第５群は複数又は１つのレンズ群で構成される全体として正の屈折力の後続群に相当している。
【００２６】
本実施形態のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、図１の矢印に示すように各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５を物体側へ、該第１群と第２群の間隔が増加し、該第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が増大し、該第４群と第５群の間隔が減少するように移動させている。即ち第２群と後続群との間隔は減少している。このとき絞りＳＰは、第３群Ｌ３と一体的に移動している。
【００２７】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、第２群Ｌ２を物体側へ移動させて行うインナーフォーカス方式を用いている。
【００２８】
一般に第１レンズ群を光軸上移動させて距離合せを行う、所謂前玉フォーカス方式が知られているが、この方式は広角側で至近距離撮影時に周辺画面に光束を確保するために前玉径が大きくなりがちとなる。このため、このフォーカス方式では、本発明の目的の１つである小型化は難しくなる。
【００２９】
そこで本実施形態のズームレンズでは、第１レンズ群以降に配置されたレンズ群、特に第２レンズ群でフォーカシングを行うことにより、レンズ系全体の小型化を図っている。
【００３０】
そして前述の条件式（１）、（２）即ち
−０．８＜β２ｔ＜−０．６ ・・・（１）
−０．０９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２）
を満足するように第２レンズ群の焦点距離ｆ２と結像倍率β２ｔを設定することにより無限遠物体から近距離物体にわたる広い範囲内において良好なる光学性能を得ている。
【００３１】
次に条件式（１）、（２）の技術的内容について説明する。
【００３２】
条件式（１）は、望遠端における第２レンズ群の結像倍率を規定する条件であり、望遠端におけるフォーカス敏感度を十分に確保し、近距離物体へのフォーカシングを少ない移動量で行うための条件である。条件式（１）をはずれて、上限を超えると近距離物体へのフォーカシングのための移動量が大きくなり過ぎ、又、下限を超えると望遠端を長焦点化することが困難となる。
【００３３】
条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件であり、上限を超えると、条件式（１）を満足することが困難となるうえ、広角側における負の歪曲収差の補正が困難となる。又下限を超えると、十分な変倍比を確保することが困難となり、さらに広角側でレトロフォーカスの屈折力配置をとることが困難となるので、広角側の像面湾曲や非点収差を補正するのが困難となる。
【００３４】
本発明において、さらに望ましくは条件式（１）、条件式（２）の数値範囲を以下の範囲とすると良い。
【００３５】
−０．７９＜β２ｔ＜−０．７５ ・・・（１ａ）
−０．０８５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２ａ）
本発明の目的とするズームレンズは、以上の諸条件を満足させることにより達成することができるが、更にレンズ系全体の小型化を図りつつ、高変倍化を計る際の変倍に伴う収差変動を少なくし、全変倍範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得るには目的に応じて次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００３６】
（ア−１）第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
−０．１８＜ｆ２／ｆ１＜−０．１４ ・・・（３）
なる条件を満足することである。
【００３７】
条件式（３）は、望遠端における第２レンズ群の焦点距離と、第１レンズ群の焦点距離の比を規定する条件であり、条件を満足すれば、条件式（１）を満足することがより容易となって良い。
【００３８】
更に望ましくは条件式（３）の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【００３９】
−０．１７＜ｆ２／ｆ１＜−０．１５ ・・・（３ａ）
（ア−２）広角端における第２レンズ群の倍率をβ２ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおくとき、
０．５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７５ ・・・（４）
なる条件を満足することである。
【００４０】
条件式（４）は、光学系全体における第２レンズ群の変倍分担を規定した条件であり、上限を超えると、第２レンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第２レンズ群の収差変動を補正することが困難になるうえ、条件式（１）を満足することが困難となる。逆に下限を超えると第２レンズ群以外のレンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第２レンズ群以外のレンズ群の収差変動を補正することが困難となったり、高変倍を維持することが困難となる。
【００４１】
好ましくは条件式（４）の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【００４２】
０．５５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７ ・・・（４ａ）
（ア−３）前記第２レンズ群は少なくとも１枚の負の屈折力を有する接合レンズを有し、該接合レンズ中の負レンズの材質のアッベ数をν２ｄｎ、該接合レンズ中の正レンズの材質のアッベ数をν２ｄｐとするとき、
１８．０＜ν２ｄｎ−ν２ｄｐ ・・・（５）
なる条件を満足することである。
【００４３】
フォーカスレンズ群である第２レンズ群に接合レンズを配置することで、特に望遠端においてフォーカシングにともなう軸上色収差の変動を補正することが容易となる。又条件式（５）を満足することで、上記効果を得ることがさらに容易となる。
【００４５】
（ア−４）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより成っていることである。
【００４６】
（ア−５）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより成っていることである。
【００４７】
（ア−６）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより構成することである。
【００４８】
（ア−７）第３群は２つの正レンズと１つの負レンズより構成することである。
【００４９】
（ア−８）第４群は正レンズと負レンズとの接合レンズより構成することである。
【００５０】
（ア−９）第５群は２又は３つの正レンズと１つの負レンズより構成することである。
【００５１】
(ア−１０)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、正レンズ、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。
【００５２】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラの実施形態を図３６を用いて説明する。（尚、本発明のズームレンズは一眼レフカメラ用の交換レンズとして用いることもできる。カメラの実施形態は一眼レフカメラとなる。）
図３６において、１０はビデオカメラ本体、１１は前述した本発明のズームレンズ、１２はズームレンズ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為のファインダーである。
【００５３】
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。
【００５４】
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を実現している。
【００５５】
次に数値実施例１〜５のズームレンズの数値データを示す。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は物体側より第ｉ番目の光学部材厚又は空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。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。
【００５６】
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、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００５７】
【数１】
【００５８】
なる式で表している。［ｅ−ｘ］は「１０-x」を意味している。
【００５９】
【外１】
【００６０】
【外２】
【００６１】
【外３】
【００６２】
【外４】
【００６３】
【外５】
【００６４】
【表１】
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図４】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図５】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図６】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図７】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図８】数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【図９】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１０】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１１】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１２】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１３】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１４】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１５】数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【図１６】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１７】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１８】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１９】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２０】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２１】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２２】数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２３】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２４】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２５】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２６】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２７】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２８】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２９】数値実施例５のズームレンズのレンズ断面図である。
【図３０】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３１】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図３２】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図３３】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３４】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図３５】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図３６】本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
Ｌ５ 第５群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
１０ ビデオカメラ本体
１１ ズームレンズ
１２ 撮像素子
１３ 記録手段
１４ ファインダー
１５ 液晶表示パネル
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にインナーフォーカスを採用し、物体距離全般にわたり高い光学性能が容易に得られる一眼レフカメラやビデオカメラそしてデジタルカメラ等の光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ズームレンズのフォーカシング方法として、第１レンズ群を移動させる、所謂前玉フォーカス式や、第２レンズ群以降のレンズ群を移動させる、所謂インナーフォーカス式やリヤーフォーカス式が知られている。
【０００３】
一般にインナーフォーカス式やリアーフォーカス式のズームレンズは、前玉フォーカス式のズームレンズにくらべて、第１レンズ群の光線有効径が小さくなるので、レンズ系全体の小型化が容易となる利点を有している。また、比較的小型軽量のレンズ群を移動させるため、特に最近主流となっているオートフォーカスカメラにおいては迅速なフォーカシングが容易となる等の特長も有している。
【０００４】
本出願人はこのようなインナーフォーカス式やリアーフォーカス式のズームレンズのひとつとして、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群と全体として正の屈折力の後続群を有し、各レンズ群の空気間隔を変化させることにより変倍を行う、所謂ポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、前記第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行う方式を用いたズームレンズを、特開平３−２２８００８号公報、特開平５−１１９２６０号公報、特開平６−２３０２８５号公報にて提案している。この方式を用いたズームレンズは特に標準域を含む高変倍比を有し、前記の特長を十分に発揮し、さらには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、良好なる光学性能を有している。この他特開平７−１１３９５７号公報にても同様の方式のズームレンズが開示されている。
【０００５】
【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インナーフォーカス方式やリヤーフォーカス方式を採用すると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長が得られる。
【０００６】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、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るという問題点が生じてくる。
【０００７】
特に高変倍のズームレンズでは全変倍範囲にわたり、又物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなるという問題点が生じてくる。
【０００８】
ここで、前記のポジティブリードタイプのズームレンズにおいて、光学全系が変倍する際の負の屈折力の第２レンズ群の倍率について説明する。
【０００９】
一般に、ポジティブリードタイプのズームレンズの第２レンズ群は広角端において負の縮小倍率を有し、望遠端への変倍にともなって倍率の絶対値が増加する。そして第２レンズ群はポジティブリードタイプのズームレンズでは主変倍群となるので、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際の増倍は大であり（負の縮小倍率から−１に近づく方向）、この増倍は特に高変倍比のズームレンズの場合顕著である。
【００１０】
つぎに、フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度（フォーカス群の移動量に対する、ピントの移動量の比率）の関係について述べる。
【００１１】
フォーカスレンズ群の倍率とフォーカス敏感度は次式で表わすことができる。
【００１２】
ＥＳ＝（１−βｆ2）×βｒ2 ・・・（Ａ）
ただし、
ＥＳ：フォーカス敏感度
βｆ：フオーカスレンズ群の倍率
βｒ：フォーカスレンズ群より像側に配置された全てのレンズ群の合成倍率
（Ａ）式によれば、フォーカス敏感度はフォーカスレンズ群の倍率の絶対値が１のとき０となり、１から離れるにしたがって大きくなることがわかる。
【００１３】
ところが、前記したようにポジティブリードタイプのズームレンズの負の屈折力の第２レンズ群は、光学全系が広角端から望遠端へ変倍する際、負の縮小倍率から−1に近づく方向に変倍するため、特に高変倍比のズームレンズの場合などでは、望遠端付近で第２レンズ群のフォーカス敏感度が小となりフォーカス移動量が著しく増大していた。
【００１４】
また変倍の途中で第２レンズ群の倍率が−１になってしまう場合にはフォーカス敏感度が０となりフォーカス不能となってしまっていた。
【００１５】
本発明は高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は負の屈折力を有する接合レンズを有し、前記第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、望遠端における前記第２レンズ群の倍率をβ２ｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記接合レンズを構成する負レンズの材質のアッベ数をν２ｄｎ、前記接合レンズを構成する正レンズの材質のアッベ数をν２ｄｐとするとき、
−０．８＜β２ｔ＜−０．６ ・・・（１）
−０．０９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２）
１８．０＜ν２ｄｎ−ν２ｄｐ ・・・（５）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明において第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
−０．１８＜ｆ２／ｆ１＜−０．１４ ・・・（３）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において
広角端における第２レンズ群の倍率をβ２ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおくとき、
０．５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７５ ・・・（４）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項４の発明の光学機器は、請求項１から３のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面を用いて本実施形態のズームレンズについて説明する。
【００２２】
図１、図８、図１５、図２２、図２９は、それぞれ後述する数値実施例１〜５のズームレンズのレンズ断面図、図２〜図７は数値実施例１のズームレンズの諸収差図、図９〜図１４は数値実施例２のズームレンズの諸収差図、図１６〜図２１は数値実施例３のズームレンズの諸収差図、図２３〜図２８は数値実施例４のズームレンズの諸収差図、図３０〜図３５は数値実施例５のズームレンズの諸収差図である。
【００２３】
図１において（ｗ）は広角端、（Ｍ）は中間ズーム位置、（Ｔ）は望遠端を示している。なお図８、図１５、図２２、図２９はそれぞれ広角端におけるレンズ断面図のみをしめしている。
【００２４】
各レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１群（第１レンズ群）、Ｌ２は負の屈折力の第２群（第２レンズ群）、Ｌ３は正の屈折力の第３群（第３レンズ群）、Ｌ４は負の屈折力の第４群（第４レンズ群）、Ｌ５は正の屈折力の第５群（第５レンズ群）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。ＩＰは像面である。
【００２５】
第３群〜第５群は複数又は１つのレンズ群で構成される全体として正の屈折力の後続群に相当している。
【００２６】
本実施形態のズームレンズでは、広角端から望遠端への変倍に際して、図１の矢印に示すように各レンズ群Ｌ１〜Ｌ５を物体側へ、該第１群と第２群の間隔が増加し、該第２群と第３群の間隔が減少し、該第３群と第４群の間隔が増大し、該第４群と第５群の間隔が減少するように移動させている。即ち第２群と後続群との間隔は減少している。このとき絞りＳＰは、第３群Ｌ３と一体的に移動している。
【００２７】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、第２群Ｌ２を物体側へ移動させて行うインナーフォーカス方式を用いている。
【００２８】
一般に第１レンズ群を光軸上移動させて距離合せを行う、所謂前玉フォーカス方式が知られているが、この方式は広角側で至近距離撮影時に周辺画面に光束を確保するために前玉径が大きくなりがちとなる。このため、このフォーカス方式では、本発明の目的の１つである小型化は難しくなる。
【００２９】
そこで本実施形態のズームレンズでは、第１レンズ群以降に配置されたレンズ群、特に第２レンズ群でフォーカシングを行うことにより、レンズ系全体の小型化を図っている。
【００３０】
そして前述の条件式（１）、（２）即ち
−０．８＜β２ｔ＜−０．６ ・・・（１）
−０．０９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２）
を満足するように第２レンズ群の焦点距離ｆ２と結像倍率β２ｔを設定することにより無限遠物体から近距離物体にわたる広い範囲内において良好なる光学性能を得ている。
【００３１】
次に条件式（１）、（２）の技術的内容について説明する。
【００３２】
条件式（１）は、望遠端における第２レンズ群の結像倍率を規定する条件であり、望遠端におけるフォーカス敏感度を十分に確保し、近距離物体へのフォーカシングを少ない移動量で行うための条件である。条件式（１）をはずれて、上限を超えると近距離物体へのフォーカシングのための移動量が大きくなり過ぎ、又、下限を超えると望遠端を長焦点化することが困難となる。
【００３３】
条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件であり、上限を超えると、条件式（１）を満足することが困難となるうえ、広角側における負の歪曲収差の補正が困難となる。又下限を超えると、十分な変倍比を確保することが困難となり、さらに広角側でレトロフォーカスの屈折力配置をとることが困難となるので、広角側の像面湾曲や非点収差を補正するのが困難となる。
【００３４】
本発明において、さらに望ましくは条件式（１）、条件式（２）の数値範囲を以下の範囲とすると良い。
【００３５】
−０．７９＜β２ｔ＜−０．７５ ・・・（１ａ）
−０．０８５＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７ ・・・（２ａ）
本発明の目的とするズームレンズは、以上の諸条件を満足させることにより達成することができるが、更にレンズ系全体の小型化を図りつつ、高変倍化を計る際の変倍に伴う収差変動を少なくし、全変倍範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得るには目的に応じて次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００３６】
（ア−１）第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
−０．１８＜ｆ２／ｆ１＜−０．１４ ・・・（３）
なる条件を満足することである。
【００３７】
条件式（３）は、望遠端における第２レンズ群の焦点距離と、第１レンズ群の焦点距離の比を規定する条件であり、条件を満足すれば、条件式（１）を満足することがより容易となって良い。
【００３８】
更に望ましくは条件式（３）の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【００３９】
−０．１７＜ｆ２／ｆ１＜−０．１５ ・・・（３ａ）
（ア−２）広角端における第２レンズ群の倍率をβ２ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおくとき、
０．５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７５ ・・・（４）
なる条件を満足することである。
【００４０】
条件式（４）は、光学系全体における第２レンズ群の変倍分担を規定した条件であり、上限を超えると、第２レンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第２レンズ群の収差変動を補正することが困難になるうえ、条件式（１）を満足することが困難となる。逆に下限を超えると第２レンズ群以外のレンズ群の変倍分担が大となりすぎるため、ズーミングにおける第２レンズ群以外のレンズ群の収差変動を補正することが困難となったり、高変倍を維持することが困難となる。
【００４１】
好ましくは条件式（４）の数値範囲を以下の範囲とするのが良い。
【００４２】
０．５５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７ ・・・（４ａ）
（ア−３）前記第２レンズ群は少なくとも１枚の負の屈折力を有する接合レンズを有し、該接合レンズ中の負レンズの材質のアッベ数をν２ｄｎ、該接合レンズ中の正レンズの材質のアッベ数をν２ｄｐとするとき、
１８．０＜ν２ｄｎ−ν２ｄｐ ・・・（５）
なる条件を満足することである。
【００４３】
フォーカスレンズ群である第２レンズ群に接合レンズを配置することで、特に望遠端においてフォーカシングにともなう軸上色収差の変動を補正することが容易となる。又条件式（５）を満足することで、上記効果を得ることがさらに容易となる。
【００４５】
（ア−４）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、両レンズ面が凹面の負レンズ、正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより成っていることである。
【００４６】
（ア−５）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより成っていることである。
【００４７】
（ア−６）フォーカスの際の収差変動を少なくする為には、物体側より順に、前記第２群は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズ、物体側に凹面を向けた負レンズより構成することである。
【００４８】
（ア−７）第３群は２つの正レンズと１つの負レンズより構成することである。
【００４９】
（ア−８）第４群は正レンズと負レンズとの接合レンズより構成することである。
【００５０】
（ア−９）第５群は２又は３つの正レンズと１つの負レンズより構成することである。
【００５１】
(ア−１０)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、正レンズ、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。
【００５２】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラの実施形態を図３６を用いて説明する。（尚、本発明のズームレンズは一眼レフカメラ用の交換レンズとして用いることもできる。カメラの実施形態は一眼レフカメラとなる。）
図３６において、１０はビデオカメラ本体、１１は前述した本発明のズームレンズ、１２はズームレンズ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為のファインダーである。
【００５３】
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。
【００５４】
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を実現している。
【００５５】
次に数値実施例１〜５のズームレンズの数値データを示す。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は物体側より第ｉ番目の光学部材厚又は空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。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。
【００５６】
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、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００５７】
【数１】
なる式で表している。［ｅ−ｘ］は「１０-x」を意味している。
【００５９】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【外５】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、高変倍比・小型で、しかも良好なる光学性能を有しつつ近距離物体へのフォーカシングを可能とする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のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図４】数値実施例１のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図５】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図６】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図７】数値実施例１のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図８】数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【図９】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１０】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１１】数値実施例２のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１２】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１３】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１４】数値実施例２のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１５】数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【図１６】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図１７】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図１８】数値実施例３のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図１９】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２０】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２１】数値実施例３のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２２】数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２３】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２４】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２５】数値実施例４のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２６】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図２７】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図２８】数値実施例４のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図２９】数値実施例５のズームレンズのレンズ断面図である。
【図３０】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３１】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図３２】数値実施例５のズームレンズの無限遠物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図３３】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の広角端における収差図である。
【図３４】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の中間ズーム位置における収差図である。
【図３５】数値実施例５のズームレンズの近距離物体にフォーカスした際の望遠端における収差図である。
【図３６】本発明の光学機器の実施形態の要部概略図である。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
Ｌ５ 第５群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
１０ ビデオカメラ本体
１１ ズームレンズ
１２ 撮像素子
１３ 記録手段
１４ ファインダー
１５ 液晶表示パネル
Claims (4)
- 物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の第５レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が大きくなり、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が小さくなるズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は負の屈折力を有する接合レンズを有し、前記第２レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、望遠端における前記第２レンズ群の倍率をβ２ｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記接合レンズを構成する負レンズの材質のアッベ数をν２ｄｎ、前記接合レンズを構成する正レンズの材質のアッベ数をν２ｄｐとするとき、
−０．８＜β２ｔ＜−０．６
−０．０９＜ｆ２／ｆｔ＜−０．０７
１８．０＜ν２ｄｎ−ν２ｄｐ
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 第１レンズ群の焦点距離をｆ１とするとき、
−０．１８＜ｆ２／ｆ１＜−０．１４
なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 広角端における前記第２レンズ群の倍率をβ２ｗ、広角端における全系の焦点距離をｆｗとし、
Ｚ２＝β２ｔ／β２ｗ
Ｚ＝ｆｔ／ｆｗ
とおくとき、
０．５＜ｌｏｇＺ２／ｌｏｇＺ＜０．７５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。 - 請求項１から３のいずれか１項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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