JP4865137B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【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する。本発明のズームレンズは、特に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等の光学機器に好適なものである。又、本発明のズームレンズでは、例えばズーム比が１０倍と高変倍比でありながら、広角端のＦナンバーが１．６程度と大口径比で全長の短いズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレンズ系全体が小型であって比較的高い変倍比が得られるズームレンズが、例えば特開昭５６−１１４９２０号公報や特開昭５８−１６０９１３号公報で提案されている。これらで提案されている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、そして正の屈折力の第４群から構成され、変倍（ズーミング）に際して第１群と第２群と更に第４群を移動させている。これによって小型でありながらも比較的高いズーム比(変倍比)を得ている。
【０００３】
一方、特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭６３−２４７３１６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、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第４群によってフォーカスを行っている。
【０００４】
また、特開平４−１４００６号公報、特開平４−３５８１０８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、絞り、正の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第４群をズーミングとフォーカシングのために移動させ、開口絞りはズーミング中常時固定としたズームレンズを開示している。
【０００５】
また、特開平４−１４００７号公報は、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、絞り、正の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第４群をズーミングとフォーカシングのために移動させ、更に開口絞りを変倍範囲中の中間焦点距離から望遠端へのズーミングにおいて像面側に移動させたズームレンズを開示している。
【０００６】
更に特開平１１−２４２１６０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群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群と第４群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第３群と開口絞りはズーミング中、常時固定としたズームレンズを開示している。
【０００７】
米国再発行特許明細書第３２９２３号は、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ群、絞り、そして第３正レンズ群、第４正レンズ群を配し、第１と第４レンズ群は変倍の際、同じ方向に動き、絞りは変倍の際に固定されるズームレンズが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年一眼レフカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いるズームレンズとしては変倍比が１０程度と高変倍比を有し、かつレンズ系全体が小型のものが要望されている。
【０００９】
一般にズームレンズにおいて各レンズ群を屈折力を強めれば所定の変倍比を得るための各レンズ群の移動量が少なくなるため、高変倍化とレンズ全長の短縮化を図ることができる。
【００１０】
しかしながら単に各レンズ群の屈折力を強めると、変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが難しくなってくるという問題点がある。
【００１１】
又、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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明は、レンズ系全体を小型化し、高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有した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】
この他本発明は、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ広角端のＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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。
【００１５】
【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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置から望遠端にかけて像面側に移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置で最も物体側に位置するような軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項３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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、広角端から中間ズーム位置への変倍に際して前記第１群と同じ軌跡で移動し、前記中間ズーム位置から望遠端への変倍に際して前記第２群と同じ軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜ （Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜ ０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、前記第２群と前記第３群と前記第４群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３、ｆ４、望遠端において無限遠物体に合焦しているときの前記第３群と前記第４群の主点間隔をｅ３Ｔとしたとき、
０．１＜｜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）｜＜０．２９
１．７９＜ｅ３Ｔ／ｆｗ＜２．７６
０．６３＜ｆ３／ｆ４＜１．０２
なる条件式のうち１つ以上を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第４群は、変倍に際して物体側に凸状の軌跡で移動することを特徴としている。
【００２１】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第２群の物体側から数えて２番目と３番目のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２２、Ｒ２３としたとき、
０．５２ ＜ ｜Ｒ２２／Ｒ２３｜ ＜ ０．９２
なる条件式を満足することを特徴としている。
ただし、レンズ面の曲率半径はレンズ面が非球面の場合は近軸曲率半径とする。
【００２２】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記第３群は、物体側から順に、正レンズと、像面側に強い凹面を向けた負レンズより構成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項９の発明の光学機器は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２４】
請求項１０の発明の光学機器は、請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズを有し、撮像素子に像を形成する光学機器であって、全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１〜図１２は本発明のズームレンズの実施形態における説明図である。
【００４５】
具体的には、図１は本発明の数値実施例１の要部断面図、図２，図３，図４は数値実施例１の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図５は本発明の数値実施例２の要部断面図、図６，図７，図８は数値実施例２の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図９は本発明の数値実施例３の要部断面図、図１０，図１１，図１２は数値実施例３の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図１３は本発明のズームレンズを用いた光学機器の概略図である。
【００４６】
図１、図５、図９、の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は正の屈折力の第４群（第４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。
【００４７】
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。
【００４８】
本発明の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１群と第２群の間隔が広がるように第１群を物体側へ、第２群を像面側へ移動させるとともに、変倍に伴う像面変動を第４群を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。
【００４９】
そして該開口絞りＳＰは、変倍に際して広角端から中間焦点距離までは物体側に移動させ、該中間焦点距離から望遠端にかけては像面側に移動させている。
【００５０】
第３群は変倍に際して固定である。
【００５１】
第４群は１枚以上の負レンズを有している。
【００５２】
そして第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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体ヘ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群の最も物体側に変倍に際して移動する絞りを有している。
【００５５】
また、いずれの実施例においても、ズーミング中固定の第３群を光軸方向に略垂直に移動させてもよく、これによれば被写体像の像面移動を補正(像ブレの補正)することができる。
【００５６】
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、ズーム比が１０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と大口径比でありながら，レンズの構成枚数が少ないズームレンズを達成している。
【００５７】
本発明の目的とするズームレンズは，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そして光学機器に適用する時に好ましい。
【００５８】
●一般に、ズームレンズをＣＣＤ等の電子撮像素子を用いたカメラに搭載する場合、ズームレンズの光線の射出角度と電子撮像素子のレンズアレーの配置とのマッチングが重要となってくる。
【００５９】
本発明のズームレンズを、電子撮像素子とのマッチングに好適なものとするには広角端から望遠端への変倍時、および無限遠物体から近距離物体にフォーカス時のレンズ系全体の最短射出瞳位置、すなわち全系の射出瞳から像面までの最短距離（像面位置からの空気換算距離）をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗ（電子撮像素子の有効寸法をＬＤとしたとき、
【００６０】
【数５】
【００６１】
とおいたとき、
０ ＜ ｜（ｆｗ・tanωｗ）／EP｜ ＜ ０．１３ ・・・（１）
なる条件式を満足することがよい。
【００６２】
条件式（１）を満足することによって、ＣＣＤなどの電子撮像素子とのマッチングが良くなり良好なカメラ画像を得ることが容易となる。
【００６３】
尚、更に好ましくは条件式(１)の数値範囲を
０．０５ ＜ ｜（ｆｗ・tanωｗ）／EP｜ ＜ ０．１２ ・・・（１ａ）
とするのが良い。
【００６４】
●広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は物体側に移動するのが、更なる小型化を図るのに好ましい。
【００６５】
これにより第１群にも増倍作用をもたせてズーム比の高倍化を容易にしている。
【００６６】
●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第４群を移動させてフォーカスを行うリヤーフォーカス方式を採用するのがレンズ系の小型化を図るのに良い。
【００６７】
これによれば第１群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、近接撮影、特に超至近撮影が容易となる。更に比較的軽量のレンズ群を移動させて行うため、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせを行うことができる等の特長がある。
【００６８】
●広角端から望遠端への変倍の際、開口絞りが変倍の中間ズーム位置で最も物体側に位置するような軌跡で移動することがレンズ系の小型化を図るのに好ましい。
【００６９】
●前記レンズ構成のズームレンズにおいて、レンズ系全体の重量は、第１群が多くを占めており、約９０％を占めている。これを如何に小さくするかがレンズ系全体の軽量化及び小型化する際に重要になっている。
【００７０】
又、一般にズームレンズにおいて、第１群の有効径を決定しているのは変倍の中間ズーム位置における画面周辺に入射する光線束である。これをレンズ光軸に近づけることにより第１群を小型化することが容易となる。
【００７１】
すなわち開口絞りを可能な限り第１群に近づけることである。
【００７２】
ただしあまり近づけすぎると、逆に像面近傍の第４群のレンズ径が大きくなったり、光学性能が劣化してしまうので、開口絞りは中間のズーム位置で最も物体側に位置するように移動させるのが良い。
【００７３】
●広角端と望遠端における全系の焦点距離をｆｗ、ｆt、第２群の焦点距離をｆ２、
【００７４】
【数６】
【００７５】
としたとき
０．１＜ ｜ｆ２／ｆＡ｜ ＜ ０．２９ ・・・（２）
なる条件式を満足することが小型化と良好なる光学性能を得るのに好ましい。
【００７６】
条件式（２）は第２群の焦点距離を適正にするための条件である。
【００７７】
条件式（２）の上限値を超えて焦点距離が長くなると、収差補正上は好ましいが所望のズーム比を得るためには第２群の移動量を大きくしなくてはならず、レンズ系全体の大型化を招き好ましくない。逆に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、像面が倒れてくるので良好な光学性能を保つのが困難になる。
【００７８】
更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を
０．２＜ ｜ｆ２／ｆＡ｜ ＜ ０．２７ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
【００７９】
●望遠端で無限遠物体合焦時の第３群と第４群の主点間隔をe3T、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
１．７９ ＜ ｅ3T／ｆw ＜ ２．７６ ・・・（３）
なる条件式を満足することが小型化を図るのに好ましい。
【００８０】
条件式（３）は、望遠端における第３群と第４群との近軸主点間隔に関するもので、上限値を超えて間隔が大きくなりすぎると、無駄なスペースが多くなりレンズ全長が増大してくるので好ましくない。逆に、下限値を超えて間隔が狭くなると、至近距離物体に対する合焦のための第４群の繰り出しスペースを確保することが困難になる。
【００８１】
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を
２．０ ＜ ｅ3T／ｆw ＜ ２．６ ・・・（３ａ）
とするのが良い。
【００８２】
●第３群と第４群の焦点距離を各々ｆ３、ｆ４としたとき、
０．６３ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．０２ ・・・（４）
なる条件式を満足することが小型化を図りつつ高い光学性能を得るのに好ましい。
【００８３】
条件式（４）は、第３群と第４群の焦点距離の比に関し、主に小型化を図りつつ、所望のバックフォーカスを確保するためのものである。条件式の上限値を超えて第３群の焦点距離が長くなりすぎるとバックフォーカスが長くなりすぎ、また第４群の焦点距離が短くなると第４群による収差変動が大きくなる。逆に、下限値を超えて第３群の焦点距離が短くなるとバックフォーカスが短くなりすぎ、また第４群の焦点距離が長くなるとフォーカスの際の第４群の移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってくるので好ましくない。
【００８４】
更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を
０．７ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ ０．９５ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
【００８５】
●尚、条件式（２）から（４）のいずれか１つを満足することによりレンズ系全体の小型化を達成できるが、２つ以上を満足すればより小型化が容易に達成できる。
【００８６】
●レンズの全長を短くするには、できる限り無駄な空間を無くすことが重要である。
【００８７】
変倍及びフォーカスの際第４群を、物体側に凸状の軌跡で移動することにより、第３群と第４群の空気間隔を有効に利用することが可能になり、全長を更に短くすることが容易になる。
【００８８】
●第３群に対して開口絞りが光軸上最も離れる変倍位置（すなわち間隔が最大となるズーム位置）と望遠端における第２群と開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記変倍位置と望遠端における開口絞りと第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとするとき、
０．２＜（L2s−L2t）／（Ls3−L3t）＜０．９ ・・（５）
を満足するように開口絞りを移動させることがレンズ系全体の小型化を図る際望ましい。
【００８９】
条件式（５）の上限値を超えて開口絞りを第３群側に近づけると、第１群と開口絞りの距離が大きくなり、第１群の有効径の小型化を図るのが困難になってくる。逆に、下限値を越えて第２群に近づきすぎると、像面近傍のレンズ群の有効径が大きくなり、光学性能を良好に保つことが困難になってくるので好ましくない。
【００９０】
更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を
０．２５＜（L2s−L2t）／（Ls3−L3t）＜０．８ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
【００９１】
●第１群と第２群の変倍に伴う移動量(光軸方向に最も移動する量）をＭ１、Ｍ２とおいたとき、
０．５ ＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜ １．０ ・・・（６）
なる条件式を満足することが所定の変倍比を確保しつつ、高い光学性能を得るのに好ましい。
【００９２】
条件式（６）は広角端から望遠端への変倍の際の第１群と第２群の移動量の比に関し、主に変倍の際の収差変動を良好に補正しつつ第１群の有効径の小型化およびレンズ全長の短縮化の両方をバランス良く行うための条件である。上限値を越えて第１群の移動量が増加すると、中間焦点距離から望遠端において開口絞りからの距離が遠くなり、軸外光束がレンズ光軸から離れて第１群に入射するため、第１群の有効径が大きくなってくるので好ましくない。逆に下限値を越えて第１群の移動量が少なくなると、広角端でのレンズ全長を短くすることが難しくなったり、所望の変倍比を得るのが困難となってくる。
【００９３】
更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を
０．５５ ＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜ １．０ ・・・（６ａ）
とするのが良い。
【００９４】
●第２群は、物体側より順に像面側に強い凹面を向けた負の第２１レンズ、両レンズ面が凹面の負の第２２レンズと物体側に強い凸面を向けた正の第２３レンズとを接合した接合レンズを有することが望ましい。
【００９５】
本発明のようなズームタイプで変倍比を上げる場合、変倍機能に大きく寄与する第２群の移動量を大きくするか、第２群の焦点距離を短くする(パワーを強くする）必要がある。
【００９６】
前記の方法は、ズームレンズの大型化を招き好ましくなく、後記の方法はレンズ系全体は大きくならないものの第２群に屈折力の負担が大きくかかり、光学性能を良好に保つ事が困難になってくる。そこで上述のごとく第２群を構成することにより光学性能を良好に補正している。
【００９７】
●第２群中に、１以上の非球面を配置することが良く、これによれば軸外の光学性能を向上することが容易となる。
【００９８】
第２群中に非球面を用いれば収差補正が容易になるため第２群の屈折力を強くすることができ結果的に第２群の移動量を少なくすることができ、レンズ全長を短くすることができる。
【００９９】
また、第２群中に設ける非球面は、曲率半径の小さい、負の第２１レンズの像面側のレンズ面、または負の第２２レンズの物体側のレンズ面、または正の第２３レンズの像側のレンズ面に配置することにより、より効果的に収差を補正することが容易になる。特に軸外のフレアーを良好に補正することが容易となる。
【０１００】
なお、非球面は、レンズの中心部から周辺部にいくにしたがって屈折力が弱くなる形状となることが望ましい。
【０１０１】
●良好な収差補正を行うためには、第２群中の物体側から順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ2iとおいたとき
０．５２ ＜ ｜Ｒ22／Ｒ23｜ ＜ ０．９２・・・（７）
なる条件式を満足することが良い。ただし、レンズ面の曲率半径は非球面の場合は近軸曲率半径である。
【０１０２】
条件式(７)は主にコマ収差と像面湾曲そしてフレアーをバランスよく補正する条件である。
【０１０３】
条件式（７）の上限値を超えるとコマ収差が大きくなってくる。逆に下限値を超えると像面が物体側に凹となるように湾曲し好ましくない。
【０１０４】
更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を
０．６０ ＜ ｜Ｒ22／Ｒ23｜ ＜ ０．８５・・・（７ａ）
とするのが良い。
【０１０５】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
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番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎiとνiはそれぞれ物体側より順に第i番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。
【０１０６】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向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、
【０１０７】
【数７】
【０１０８】
なる式で表している。
【０１０９】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【０１１０】
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。
【０１１１】
【外１】
【０１１２】
【外２】
【０１１３】
【外３】
【０１１４】
【表１】
【０１１５】
次に本発明のズームレンズを光学機器としてビデオカメラに適用した実施形態を図１３を用いて説明する。
【０１１６】
図１３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（所定の対角線長の）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。
【０１１７】
このように本発明のズームレンズを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カメラ等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。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明によればレンズ系全体を小型化し、高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器を。
【０１１９】
この他本発明によれば、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ広角端のＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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の中間のズーム位置の収差図
【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の中間のズーム位置の収差図
【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の中間のズーム位置の収差図
【図１２】 数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】 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、ズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関する。本発明のズームレンズは、特に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等の光学機器に好適なものである。又、本発明のズームレンズでは、例えばズーム比が１０倍と高変倍比でありながら、広角端のＦナンバーが１．６程度と大口径比で全長の短いズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレンズ系全体が小型であって比較的高い変倍比が得られるズームレンズが、例えば特開昭５６−１１４９２０号公報や特開昭５８−１６０９１３号公報で提案されている。これらで提案されている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、そして正の屈折力の第４群から構成され、変倍（ズーミング）に際して第１群と第２群と更に第４群を移動させている。これによって小型でありながらも比較的高いズーム比(変倍比)を得ている。
【０００３】
一方、特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭６３−２４７３１６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、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第４群によってフォーカスを行っている。
【０００４】
また、特開平４−１４００６号公報、特開平４−３５８１０８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、絞り、正の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第４群をズーミングとフォーカシングのために移動させ、開口絞りはズーミング中常時固定としたズームレンズを開示している。
【０００５】
また、特開平４−１４００７号公報は、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、絞り、正の屈折力の第３群、そして正の屈折力の第４群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して第１群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第４群をズーミングとフォーカシングのために移動させ、更に開口絞りを変倍範囲中の中間焦点距離から望遠端へのズーミングにおいて像面側に移動させたズームレンズを開示している。
【０００６】
更に特開平１１−２４２１６０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群で構成され、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１群と第４群を物体側へ、第２群を像側へ移動させ、第３群と開口絞りはズーミング中、常時固定としたズームレンズを開示している。
【０００７】
米国再発行特許明細書第３２９２３号は、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ群、絞り、そして第３正レンズ群、第４正レンズ群を配し、第１と第４レンズ群は変倍の際、同じ方向に動き、絞りは変倍の際に固定されるズームレンズが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年一眼レフカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いるズームレンズとしては変倍比が１０程度と高変倍比を有し、かつレンズ系全体が小型のものが要望されている。
【０００９】
一般にズームレンズにおいて各レンズ群を屈折力を強めれば所定の変倍比を得るための各レンズ群の移動量が少なくなるため、高変倍化とレンズ全長の短縮化を図ることができる。
【００１０】
しかしながら単に各レンズ群の屈折力を強めると、変倍に伴う収差変動が大きくなり、全変倍範囲にわたり良好なる光学性能を得るのが難しくなってくるという問題点がある。
【００１１】
又、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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明は、レンズ系全体を小型化し、高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有した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】
この他本発明は、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ広角端のＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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。
【００１５】
【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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置から望遠端にかけて像面側に移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１６】
請求項２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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置で最も物体側に位置するような軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項３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群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、広角端から中間ズーム位置への変倍に際して前記第１群と同じ軌跡で移動し、前記中間ズーム位置から望遠端への変倍に際して前記第２群と同じ軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜ （Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜ ０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、前記第２群と前記第３群と前記第４群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３、ｆ４、望遠端において無限遠物体に合焦しているときの前記第３群と前記第４群の主点間隔をｅ３Ｔとしたとき、
０．１＜｜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）｜＜０．２９
１．７９＜ｅ３Ｔ／ｆｗ＜２．７６
０．６３＜ｆ３／ｆ４＜１．０２
なる条件式のうち１つ以上を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第４群は、変倍に際して物体側に凸状の軌跡で移動することを特徴としている。
【００２１】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第２群の物体側から数えて２番目と３番目のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２２、Ｒ２３としたとき、
０．５２ ＜ ｜Ｒ２２／Ｒ２３｜ ＜ ０．９２
なる条件式を満足することを特徴としている。
ただし、レンズ面の曲率半径はレンズ面が非球面の場合は近軸曲率半径とする。
【００２２】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記第３群は、物体側から順に、正レンズと、像面側に強い凹面を向けた負レンズより構成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項９の発明の光学機器は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２４】
請求項１０の発明の光学機器は、請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズを有し、撮像素子に像を形成する光学機器であって、全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１〜図１２は本発明のズームレンズの実施形態における説明図である。
【００４５】
具体的には、図１は本発明の数値実施例１の要部断面図、図２，図３，図４は数値実施例１の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図５は本発明の数値実施例２の要部断面図、図６，図７，図８は数値実施例２の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図９は本発明の数値実施例３の要部断面図、図１０，図１１，図１２は数値実施例３の広角端，中間，望遠端の各ズーム位置における収差図である。図１３は本発明のズームレンズを用いた光学機器の概略図である。
【００４６】
図１、図５、図９、の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は正の屈折力の第４群（第４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。
【００４７】
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。
【００４８】
本発明の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１群と第２群の間隔が広がるように第１群を物体側へ、第２群を像面側へ移動させるとともに、変倍に伴う像面変動を第４群を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。
【００４９】
そして該開口絞りＳＰは、変倍に際して広角端から中間焦点距離までは物体側に移動させ、該中間焦点距離から望遠端にかけては像面側に移動させている。
【００５０】
第３群は変倍に際して固定である。
【００５１】
第４群は１枚以上の負レンズを有している。
【００５２】
そして第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。
【００５３】
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。
【００５４】
本発明の実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体ヘ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群の最も物体側に変倍に際して移動する絞りを有している。
【００５５】
また、いずれの実施例においても、ズーミング中固定の第３群を光軸方向に略垂直に移動させてもよく、これによれば被写体像の像面移動を補正(像ブレの補正)することができる。
【００５６】
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、ズーム比が１０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と大口径比でありながら，レンズの構成枚数が少ないズームレンズを達成している。
【００５７】
本発明の目的とするズームレンズは，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そして光学機器に適用する時に好ましい。
【００５８】
●一般に、ズームレンズをＣＣＤ等の電子撮像素子を用いたカメラに搭載する場合、ズームレンズの光線の射出角度と電子撮像素子のレンズアレーの配置とのマッチングが重要となってくる。
【００５９】
本発明のズームレンズを、電子撮像素子とのマッチングに好適なものとするには広角端から望遠端への変倍時、および無限遠物体から近距離物体にフォーカス時のレンズ系全体の最短射出瞳位置、すなわち全系の射出瞳から像面までの最短距離（像面位置からの空気換算距離）をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗ（電子撮像素子の有効寸法をＬＤとしたとき、
【００６０】
【数５】
とおいたとき、
０ ＜ ｜（ｆｗ・tanωｗ）／EP｜ ＜ ０．１３ ・・・（１）
なる条件式を満足することがよい。
【００６２】
条件式（１）を満足することによって、ＣＣＤなどの電子撮像素子とのマッチングが良くなり良好なカメラ画像を得ることが容易となる。
【００６３】
尚、更に好ましくは条件式(１)の数値範囲を
０．０５ ＜ ｜（ｆｗ・tanωｗ）／EP｜ ＜ ０．１２ ・・・（１ａ）
とするのが良い。
【００６４】
●広角端から望遠端への変倍に際し、第１群は物体側に移動するのが、更なる小型化を図るのに好ましい。
【００６５】
これにより第１群にも増倍作用をもたせてズーム比の高倍化を容易にしている。
【００６６】
●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第４群を移動させてフォーカスを行うリヤーフォーカス方式を採用するのがレンズ系の小型化を図るのに良い。
【００６７】
これによれば第１群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。また、近接撮影、特に超至近撮影が容易となる。更に比較的軽量のレンズ群を移動させて行うため、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせを行うことができる等の特長がある。
【００６８】
●広角端から望遠端への変倍の際、開口絞りが変倍の中間ズーム位置で最も物体側に位置するような軌跡で移動することがレンズ系の小型化を図るのに好ましい。
【００６９】
●前記レンズ構成のズームレンズにおいて、レンズ系全体の重量は、第１群が多くを占めており、約９０％を占めている。これを如何に小さくするかがレンズ系全体の軽量化及び小型化する際に重要になっている。
【００７０】
又、一般にズームレンズにおいて、第１群の有効径を決定しているのは変倍の中間ズーム位置における画面周辺に入射する光線束である。これをレンズ光軸に近づけることにより第１群を小型化することが容易となる。
【００７１】
すなわち開口絞りを可能な限り第１群に近づけることである。
【００７２】
ただしあまり近づけすぎると、逆に像面近傍の第４群のレンズ径が大きくなったり、光学性能が劣化してしまうので、開口絞りは中間のズーム位置で最も物体側に位置するように移動させるのが良い。
【００７３】
●広角端と望遠端における全系の焦点距離をｆｗ、ｆt、第２群の焦点距離をｆ２、
【００７４】
【数６】
としたとき
０．１＜ ｜ｆ２／ｆＡ｜ ＜ ０．２９ ・・・（２）
なる条件式を満足することが小型化と良好なる光学性能を得るのに好ましい。
【００７６】
条件式（２）は第２群の焦点距離を適正にするための条件である。
【００７７】
条件式（２）の上限値を超えて焦点距離が長くなると、収差補正上は好ましいが所望のズーム比を得るためには第２群の移動量を大きくしなくてはならず、レンズ系全体の大型化を招き好ましくない。逆に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、像面が倒れてくるので良好な光学性能を保つのが困難になる。
【００７８】
更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を
０．２＜ ｜ｆ２／ｆＡ｜ ＜ ０．２７ ・・・（２ａ）
とするのが良い。
【００７９】
●望遠端で無限遠物体合焦時の第３群と第４群の主点間隔をe3T、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき
１．７９ ＜ ｅ3T／ｆw ＜ ２．７６ ・・・（３）
なる条件式を満足することが小型化を図るのに好ましい。
【００８０】
条件式（３）は、望遠端における第３群と第４群との近軸主点間隔に関するもので、上限値を超えて間隔が大きくなりすぎると、無駄なスペースが多くなりレンズ全長が増大してくるので好ましくない。逆に、下限値を超えて間隔が狭くなると、至近距離物体に対する合焦のための第４群の繰り出しスペースを確保することが困難になる。
【００８１】
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を
２．０ ＜ ｅ3T／ｆw ＜ ２．６ ・・・（３ａ）
とするのが良い。
【００８２】
●第３群と第４群の焦点距離を各々ｆ３、ｆ４としたとき、
０．６３ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．０２ ・・・（４）
なる条件式を満足することが小型化を図りつつ高い光学性能を得るのに好ましい。
【００８３】
条件式（４）は、第３群と第４群の焦点距離の比に関し、主に小型化を図りつつ、所望のバックフォーカスを確保するためのものである。条件式の上限値を超えて第３群の焦点距離が長くなりすぎるとバックフォーカスが長くなりすぎ、また第４群の焦点距離が短くなると第４群による収差変動が大きくなる。逆に、下限値を超えて第３群の焦点距離が短くなるとバックフォーカスが短くなりすぎ、また第４群の焦点距離が長くなるとフォーカスの際の第４群の移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなってくるので好ましくない。
【００８４】
更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を
０．７ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ ０．９５ ・・・（４ａ）
とするのが良い。
【００８５】
●尚、条件式（２）から（４）のいずれか１つを満足することによりレンズ系全体の小型化を達成できるが、２つ以上を満足すればより小型化が容易に達成できる。
【００８６】
●レンズの全長を短くするには、できる限り無駄な空間を無くすことが重要である。
【００８７】
変倍及びフォーカスの際第４群を、物体側に凸状の軌跡で移動することにより、第３群と第４群の空気間隔を有効に利用することが可能になり、全長を更に短くすることが容易になる。
【００８８】
●第３群に対して開口絞りが光軸上最も離れる変倍位置（すなわち間隔が最大となるズーム位置）と望遠端における第２群と開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記変倍位置と望遠端における開口絞りと第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとするとき、
０．２＜（L2s−L2t）／（Ls3−L3t）＜０．９ ・・（５）
を満足するように開口絞りを移動させることがレンズ系全体の小型化を図る際望ましい。
【００８９】
条件式（５）の上限値を超えて開口絞りを第３群側に近づけると、第１群と開口絞りの距離が大きくなり、第１群の有効径の小型化を図るのが困難になってくる。逆に、下限値を越えて第２群に近づきすぎると、像面近傍のレンズ群の有効径が大きくなり、光学性能を良好に保つことが困難になってくるので好ましくない。
【００９０】
更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を
０．２５＜（L2s−L2t）／（Ls3−L3t）＜０．８ ・・・（５ａ）
とするのが良い。
【００９１】
●第１群と第２群の変倍に伴う移動量(光軸方向に最も移動する量）をＭ１、Ｍ２とおいたとき、
０．５ ＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜ １．０ ・・・（６）
なる条件式を満足することが所定の変倍比を確保しつつ、高い光学性能を得るのに好ましい。
【００９２】
条件式（６）は広角端から望遠端への変倍の際の第１群と第２群の移動量の比に関し、主に変倍の際の収差変動を良好に補正しつつ第１群の有効径の小型化およびレンズ全長の短縮化の両方をバランス良く行うための条件である。上限値を越えて第１群の移動量が増加すると、中間焦点距離から望遠端において開口絞りからの距離が遠くなり、軸外光束がレンズ光軸から離れて第１群に入射するため、第１群の有効径が大きくなってくるので好ましくない。逆に下限値を越えて第１群の移動量が少なくなると、広角端でのレンズ全長を短くすることが難しくなったり、所望の変倍比を得るのが困難となってくる。
【００９３】
更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を
０．５５ ＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜ １．０ ・・・（６ａ）
とするのが良い。
【００９４】
●第２群は、物体側より順に像面側に強い凹面を向けた負の第２１レンズ、両レンズ面が凹面の負の第２２レンズと物体側に強い凸面を向けた正の第２３レンズとを接合した接合レンズを有することが望ましい。
【００９５】
本発明のようなズームタイプで変倍比を上げる場合、変倍機能に大きく寄与する第２群の移動量を大きくするか、第２群の焦点距離を短くする(パワーを強くする）必要がある。
【００９６】
前記の方法は、ズームレンズの大型化を招き好ましくなく、後記の方法はレンズ系全体は大きくならないものの第２群に屈折力の負担が大きくかかり、光学性能を良好に保つ事が困難になってくる。そこで上述のごとく第２群を構成することにより光学性能を良好に補正している。
【００９７】
●第２群中に、１以上の非球面を配置することが良く、これによれば軸外の光学性能を向上することが容易となる。
【００９８】
第２群中に非球面を用いれば収差補正が容易になるため第２群の屈折力を強くすることができ結果的に第２群の移動量を少なくすることができ、レンズ全長を短くすることができる。
【００９９】
また、第２群中に設ける非球面は、曲率半径の小さい、負の第２１レンズの像面側のレンズ面、または負の第２２レンズの物体側のレンズ面、または正の第２３レンズの像側のレンズ面に配置することにより、より効果的に収差を補正することが容易になる。特に軸外のフレアーを良好に補正することが容易となる。
【０１００】
なお、非球面は、レンズの中心部から周辺部にいくにしたがって屈折力が弱くなる形状となることが望ましい。
【０１０１】
●良好な収差補正を行うためには、第２群中の物体側から順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ2iとおいたとき
０．５２ ＜ ｜Ｒ22／Ｒ23｜ ＜ ０．９２・・・（７）
なる条件式を満足することが良い。ただし、レンズ面の曲率半径は非球面の場合は近軸曲率半径である。
【０１０２】
条件式(７)は主にコマ収差と像面湾曲そしてフレアーをバランスよく補正する条件である。
【０１０３】
条件式（７）の上限値を超えるとコマ収差が大きくなってくる。逆に下限値を超えると像面が物体側に凹となるように湾曲し好ましくない。
【０１０４】
更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を
０．６０ ＜ ｜Ｒ22／Ｒ23｜ ＜ ０．８５・・・（７ａ）
とするのが良い。
【０１０５】
以下に、本発明の数値実施例を記載する。
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番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎiとνiはそれぞれ物体側より順に第i番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。
【０１０６】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向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、
【０１０７】
【数７】
なる式で表している。
【０１０９】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【０１１０】
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。
【０１１１】
【外１】
【外２】
【外３】
【表１】
次に本発明のズームレンズを光学機器としてビデオカメラに適用した実施形態を図１３を用いて説明する。
【０１１６】
図１３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（所定の対角線長の）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。
【０１１７】
このように本発明のズームレンズを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カメラ等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。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明によればレンズ系全体を小型化し、高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器を。
【０１１９】
この他本発明によれば、ズーム比が１０倍程度と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつ広角端のＦナンバーが１．６と大口径比でありながら、レンズの構成枚数が少ない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の中間のズーム位置の収差図
【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の中間のズーム位置の収差図
【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の中間のズーム位置の収差図
【図１２】 数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】 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 (10)
- 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、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置から望遠端にかけて像面側に移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 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、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、中間ズーム位置で最も物体側に位置するような軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜ Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜（Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜０．９
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 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、開口絞り、正の屈折力の第３群、負レンズを有する正の屈折力の第４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群は移動し、前記第２群は前記第１群との間隔が広がるように像面側に移動し、前記開口絞りは移動し、前記第３群は不動であり、前記開口絞りは、広角端から中間ズーム位置への変倍に際して前記第１群と同じ軌跡で移動し、前記中間ズーム位置から望遠端への変倍に際して前記第２群と同じ軌跡で移動し、広角端から望遠端への変倍に伴う前記第１群と前記第２群の移動量を各々Ｍ１、Ｍ２、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記第２群と前記開口絞りの間隔を各々Ｌ２ｓ、Ｌ２ｔ、前記開口絞りと前記第３群の光軸上における間隔が最大となるズーム位置と望遠端における前記開口絞りと前記第３群の間隔を各々Ｌｓ３、Ｌ３ｔとしたとき、
０．５＜Ｍ１／Ｍ２ ＜１．０
０．２ ＜ （Ｌ２ｓ−Ｌ２ｔ）／（Ｌｓ３−Ｌ３ｔ） ＜ ０．９
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、前記第２群と前記第３群と前記第４群の焦点距離を各々ｆ２、ｆ３、ｆ４、望遠端において無限遠物体に合焦しているときの前記第３群と前記第４群の主点間隔をｅ３Ｔとしたとき、
０．１＜｜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）｜＜０．２９
１．７９＜ｅ３Ｔ／ｆｗ＜２．７６
０．６３＜ｆ３／ｆ４＜１．０２
なる条件式のうち１つ以上を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記第４群は、変倍に際して物体側に凸状の軌跡で移動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第２群の物体側から数えて２番目と３番目のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２２、Ｒ２３としたとき、
０．５２ ＜ ｜Ｒ２２／Ｒ２３｜ ＜ ０．９２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のズームレンズ。
ただし、レンズ面の曲率半径はレンズ面が非球面の場合は近軸曲率半径とする。 - 前記第３群は、物体側から順に、正レンズと、像面側に強い凹面を向けた負レンズより構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
- 請求項１乃至８のいずれか１項のズームレンズを有し、撮像素子に像を形成する光学機器であって、全系の射出瞳から像面までの最短距離をＥＰ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、半画角をωｗとしたとき、
０＜｜（ｆｗ・ｔａｎωｗ）／ＥＰ｜＜０．１３
なる条件式を満足することを特徴とする光学機器。
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