JPH10170826A - 変倍光学系 - Google Patents

変倍光学系

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JPH10170826A
JPH10170826A JP8353024A JP35302496A JPH10170826A JP H10170826 A JPH10170826 A JP H10170826A JP 8353024 A JP8353024 A JP 8353024A JP 35302496 A JP35302496 A JP 35302496A JP H10170826 A JPH10170826 A JP H10170826A
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JP
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lens group
lens
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group
wide
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JP8353024A
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English (en)
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Motoyuki Otake
基之 大竹
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Original Assignee
Nikon Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
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    • G02B15/177—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a negative front lens or group of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出瞳位置が像面位置から十分離れた小型の
変倍光学系。 【解決手段】 物体側から順に、負屈折力の第１レンズ
群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の
第３レンズ群Ｇ３とを備えている。そして、変倍のため
に第３レンズ群Ｇ３を光軸方向に固定したまま第２レン
ズ群Ｇ２を光軸方向に移動させるとともに、第２レンズ
群Ｇ２の移動に伴う像面位置の変動を補償するために第
１レンズ群Ｇ１を光軸方向に移動させることによって、
像面位置をほぼ一定に保ちながらレンズ系全体の焦点距
離を変化させ、条件式（１）を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は変倍光学系に関し、
特にレンズシャッター式カメラや電子スチルカメラに適
した小型の変倍光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レンズシャッター式カメラや電子
スチルカメラ等では、ズームレンズ付きのカメラが主流
である。特に、３倍を越える変倍比を有する、いわゆる
高変倍ズームレンズを備えたカメラが主流となりつつあ
る。この種の高変倍ズームレンズでは、変倍時に移動す
る可動レンズ群を３つ以上有する、いわゆる多群ズーム
レンズが主として用いられ、６０°程度の画角までを包
括するズームレンズを中心に種々の提案がなされてい
る。
【０００３】また、この種のカメラでは、レンズ交換式
の一眼レフレックス式のカメラとは異なり、レンズ系と
カメラ本体とが一体であるため、レンズ系の小型化がカ
メラ本体の小型化につながる。したがって、小型化に適
したズームレンズに関する提案が種々なされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば電子
スチルカメラ用のレンズ系では、撮像素子としてＣＣＤ
等の固体撮像素子を用いている。ＣＣＤは光電変換作用
を有する受光素子からなり、各受光素子において光量に
応じて電位差が生じる。しかしながら、ＣＣＤの各受光
素子が微小であるため、各受光素子に到達する光量が少
なく、ノイズの影響を受けやすい。このため、各受光素
子の直前にマイクロレンズアレイを配置して、各受光素
子に到達する光束を増やしている。このマイクロレンズ
アレイの影響により、レンズ系の射出瞳位置がＣＣＤか
ら近いと、画面周辺部に到達すべき光束が受光素子上に
達することなく光量不足を引き起こしてしまう。したが
って、例えば電子スチルカメラ用のレンズ系のようにＣ
ＣＤ等の固体撮像素子を用いるレンズ系では、レンズ系
の射出瞳位置が像面位置から十分離れていなければなら
ないという制約がある。
【０００５】図１６は、射出瞳位置を無限遠にした像側
テレセントリック光学系の屈折力配置を示す図である。
図１６において、レンズ系Ｌは、開口絞りＳよりも物体
側に配置されたレンズ群Ｌ１と、開口絞りＳよりも像側
に配置されたレンズ群Ｌ２とから構成されている。そし
て、レンズ系Ｌの像面位置Ｉには、ＣＣＤが配置されて
いる。図１６において、主光線Ｒが示すように、レンズ
群Ｌ２による開口絞りＳの像位置（つまり瞳位置）は無
限遠にある。したがって、開口絞りＳから像面位置（Ｃ
ＣＤの位置）Ｉまでの距離を短くするには、レンズ群Ｌ
２による収斂作用を強め、且つレンズ群Ｌ２の光軸方向
の厚さを小さくする必要がある。このように、射出瞳位
置を無限遠にした像側テレセントリック光学系は、レン
ズ全長の短縮化に適していなかった。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、射出瞳位置が像面位置から十分離れた小型の
変倍光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、物体側から順に、負の屈折力を
有する第１レンズ群Ｇ１と、正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
を備え、広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、
前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔
が減少し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ
３との間隔が増大するように前記第１レンズ群Ｇ１およ
び前記第２レンズ群Ｇ２が移動し、前記第１レンズ群Ｇ
１の焦点距離をｆ１とし、前記第３レンズ群Ｇ３の焦点
距離をｆ３としたとき、 ０．４＜ｆ３／｜ｆ１｜＜０．８ （１） の条件を満足することを特徴とする変倍光学系を提供す
る。
【０００８】本発明の好ましい態様によれば、前記第２
レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ
2Pと、該正部分レンズ群Ｇ2Pの像側に配置されて負の屈
折力を有する負部分レンズ群Ｇ2Nとから構成され、前記
第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、前記第２レン
ズ群Ｇ２の最も物体側の面から最も像側の面までの軸上
距離をＤ２としたとき、 ０．５＜Ｄ２／ｆ２＜０．８ （２） の条件を満足する。また、広角端状態における前記第１
レンズ群Ｇ１の位置と望遠端状態における前記第１レン
ズ群Ｇ１の位置とがほぼ一致することが好ましい。さら
に、前記負部分レンズ群Ｇ2Nよりも物体側に開口絞りが
設けられていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】一般的に、ズームレンズは、最も
像側に配置されたレンズ群が正の屈折力を有する第１の
タイプのズームレンズと、最も像側に配置されたレンズ
群が負の屈折力を有する第２のタイプのズームレンズと
に大別される。ただし、変倍作用に積極的に寄与しない
レンズ群をレンズ系の最も像側に付加的に配置している
場合は、最も像側に配置されたレンズ群の物体側に隣接
して配置されたレンズ群の屈折力に基づいて判別され
る。
【００１０】これら２つのタイプのズームレンズのう
ち、第１のタイプのズームレンズでは射出瞳位置が像面
位置から離れているのに対して、第２のタイプのズーム
レンズでは射出瞳位置が像面位置に近い。第２のタイプ
のズームレンズの典型的な例として、レンズシャッター
式カメラに用いられる正負タイプのズームレンズや正正
負タイプのズームレンズ等が挙げられる。
【００１１】正負タイプのズームレンズや正正負タイプ
のズームレンズでは、レンズ径の小型化やレンズ全長の
短縮化を図るために、レンズ系の最も像側に負レンズ群
を配置して、広角端状態でのバックフォーカスを短くし
ており、負レンズ群から射出された軸外光束が光軸に対
して大きな角度をなして像面位置に到達する。このた
め、マイクロレンズアレイを備えた撮像素子で像を記録
する場合に、画面周辺部で撮像素子上に到達する光束が
減少して光量不足が目立ちやすい。さらに、広角端状態
から望遠端状態までのレンズ位置状態の変化に伴う負レ
ンズ群の移動量が大きいので、負レンズ群から射出され
る軸外光束の射出角の変化が大きい。このため、変倍範
囲の全体に亘ってマイクロレンズアレイによる光束のケ
ラレがないような適切な位置に射出瞳位置を位置決めす
ることが困難である。
【００１２】第１のタイプのズームレンズは、最も物体
側に配置されたレンズ群が正の屈折力を有する正先行型
のズームレンズと、最も物体側に配置されたレンズ群が
負の屈折力を有する負先行型のズームレンズとにさらに
大別される。例えば、正先行型のズームレンズには、正
負正正タイプのズームレンズや正負負正タイプのズーム
レンズなどがある。また、負先行型のズームレンズに
は、負正負正タイプのズームレンズ等がある。
【００１３】正先行型のズームレンズのうち、最も像側
の正レンズ群が変倍中固定であり且つ開口絞りを含む場
合には、変倍による射出瞳位置の変動がない。このた
め、この種の正先行型のズームレンズは、特に射出瞳位
置をほぼ無限遠としてレンズ系の後方に三色分解用プリ
ズムを配置するＴＶカメラ用に適している。なお、射出
瞳位置がほぼ無限遠となるレンズ系は、像側テレセント
リック光学系と呼ばれる。ところで、像側テレセントリ
ック光学系を形成するには、光学設計において過度の拘
束が強いられ、光学設計上の自由度が奪われる。その結
果、レンズ枚数の増大やレンズ系の大型化を引き起こし
てしまい、小型の光学系を達成することが難しい。
【００１４】特開平６−３００９６８号公報に開示され
たズームレンズでは、開口絞りよりも像側に配置された
第４レンズ群を光軸方向に移動させているので若干の射
出瞳位置の変動が発生するが、マイクロレンズアレイに
よる光束のケラレの影響のない範囲で射出瞳位置が変化
する。このため、収差補正の自由度が増した分だけ、少
ない構成レンズ枚数で高変倍化を可能とし、あるいは高
変倍化と小型化との両立を可能としている。
【００１５】正先行型のズームレンズでは、正屈折力の
第１レンズ群の像側に負屈折力の第２レンズ群が配置さ
れるので、第１レンズ群により一旦収斂された光束が第
２レンズ群により強い発散作用を受ける。このため、レ
ンズ全長の短縮化を図る場合、第１レンズ群による収斂
作用を強めるか、あるいは第２レンズ群による発散作用
を弱める必要がある。しかしながら、第１レンズ群によ
る収斂作用を強めると、広角端において第１レンズ群を
通過する軸外光束が光軸から離れてしまうので、レンズ
径の小型化が難しい。一方、第２レンズ群による発散作
用を弱めると、第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸
から離れてしまうため、第１レンズ群を通過する軸外光
束も光軸から離れてしまい、結果的にレンズ径の小型化
が難しい。さらに、第２レンズ群を通過する軸外光束が
光軸から離れると、軸外収差の補正が困難となってしま
うため、画角によるコマ収差の変動が発生してしまう。
【００１６】以上のことから、正先行型のズームレンズ
では、レンズ径の小型化やレンズ全長の短縮化に限界が
あった。一方、例えば特開昭６３−２８１１１３号公報
に開示されているように、負先行型の負正負正タイプの
ズームレンズでも、レンズ構成枚数が多く、従って焦点
距離に比べてレンズ全長が非常に大きく、小型化が不可
能であった。
【００１７】そこで、本発明においては、物体側より順
に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レ
ンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを配置し
ている。そして、レンズ系全体の焦点距離が最も短い広
角端状態からレンズ系の焦点距離が最も長い望遠端状態
までレンズ位置状態が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１
と第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ
２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が増大するように、第２
レンズ群Ｇ２が物体側へ移動する。以上のように変倍光
学系を構成するとともに、以下の４つの条件を満足する
ように各レンズ群を機能させることにより、小型で且つ
射出瞳位置が像面位置から十分離れた変倍光学系を達成
することができる。
【００１８】変倍時に第３レンズ群Ｇ３を固定とす
る。 広角端状態から望遠端状態への変倍に際して第２レン
ズ群Ｇ２を物体側へ移動させる。 第２レンズ群Ｇ２を、物体側から順に、正屈折力の正
部分レンズ群Ｇ2Pと負屈折力の負部分レンズ群Ｇ2Nとか
ら構成し、開口絞りを負部分レンズ群Ｇ2Nよりも物体側
に配置する。 広角端状態における第１レンズ群Ｇ１のレンズ位置と
望遠端状態における第１レンズ群Ｇ１のレンズ位置とを
ほぼ一致させる。
【００１９】本発明においては、射出瞳位置を像面位置
から十分離すために、上述の通り、レンズ系の最も像側
に配置される第３レンズ群Ｇ３の屈折力を正としてい
る。ここで、本発明において射出瞳位置が像面位置から
十分離れているということは、射出瞳位置が像面位置の
前方（物体側）にあって十分離れている場合と、射出瞳
位置が像面位置の後方（物体側とは反対側）にあって十
分離れている場合とを含む。射出瞳位置が像面位置より
も前方にある場合、レンズ系の最も像側のレンズ面から
射出される主光線が光軸から離れるように像面位置に到
達する。これに対して、射出瞳位置が像面位置よりも後
方にある場合、レンズ系の最も像側のレンズ面から射出
される主光線が光軸に近づくように像面位置に到達す
る。つまり、射出瞳位置が像面位置から十分離れている
ということは、レンズ系から射出された主光線が光軸と
なす角度が十分小さいことを示す。
【００２０】本発明においては、主光線が第３レンズ群
Ｇ３から光軸とほぼ平行に射出される。このため、軸外
光束は光軸から離れて第３レンズ群Ｇ３を通過し、その
結果レンズ径が大きくなりがちである。そこで、本発明
では、変倍時にレンズ径の大きな第３レンズ群Ｇ３を光
軸方向に固定することにより、レンズ鏡筒径の小型化を
達成している。また、第１レンズ群Ｇ１の屈折力を負と
することにより、広角端状態においても充分なバックフ
ォーカスを得ている。以上の観点に基づき、の条件が
必要となる。
【００２１】本発明においては、レンズ系の最も物体側
に負レンズ群を配置しているが、レンズ全長の短縮化を
達成するには、望遠端におけるレンズ全長の短縮化が必
要である。したがって、望遠端において強い収斂作用の
第２レンズ群Ｇ２を第１レンズ群Ｇ１に近づけて、第１
レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との合成屈折力が正と
なるように構成している。逆に、広角端では充分なバッ
クフォーカスを得るために、第１レンズ群Ｇ１と第２レ
ンズ群Ｇ２との間隔を充分に広げている。このように、
広角端状態から望遠端状態への変倍時に第２レンズ群Ｇ
２を物体側へ移動させること、すなわちの条件を満た
すことが望ましい。
【００２２】ところで、像側テレセントリック光学系で
は、開口絞りの中心位置から発した光束が開口絞りより
も像側に配置されたレンズ系により平行光となるように
射出される。つまり、開口絞りよりも像側に配置された
レンズ系を逆向きに置いたときの物体側焦点位置に開口
絞りが配置されていることになる。したがって、開口絞
りの位置を像面に近づけながらも射出瞳位置を像面から
遠ざけるには、（Ａ）開口絞りよりも像側に配置された
レンズ系の焦点距離を短くするか、あるいは（Ｂ）開口
絞りよりも像側に配置されたレンズ系の屈折力配置を正
負構成の望遠型レンズの逆向きの配置とすることが考え
られる。
【００２３】（Ａ）のように開口絞りよりも像側に配置
されたレンズ系の焦点距離を短くする場合、開口絞りよ
りも像側に配置されたレンズ系を大口径化しなければな
らない。その結果、収差補正が難しくなるので、レンズ
構成枚数が極端に多くなり小型化が難しくなる。そこ
で、本発明においては、（Ｂ）のように開口絞りよりも
像側に配置されたレンズ系の屈折力配置を望遠型レンズ
の逆向きの配置で構成している。すなわち、本発明にお
いては、開口絞りよりも像側に負屈折力の負部分レンズ
群Ｇ2Nと正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを配置すること
により、レンズ系の厚みを薄くしつつ射出瞳位置を像面
位置から遠ざけており、の条件を満たすことが望まし
い。
【００２４】従来より、一眼レフレックスカメラ等に用
いられる負正２群タイプのズームレンズでは、広角端状
態における第１レンズ群のレンズ位置と望遠端状態にお
ける第１レンズ群のレンズ位置とをほぼ一致させる場合
にレンズ全長の最小化を図ることができることが知られ
ている。本発明においても、広角端状態において適切な
バックフォーカスを確保し且つ望遠端状態におけるレン
ズ全長を小さくするために、広角端状態における第１レ
ンズ群Ｇ１の位置と望遠端状態における第１レンズ群Ｇ
１の位置との変化を抑えることが望ましい。特に、広角
端状態における第１レンズ群Ｇ１の位置と望遠端状態に
おける第１レンズ群Ｇ１の位置とがほぼ一致する場合
に、レンズ全長の最小化を図ることができる。こうし
て、の条件を満たすことが望ましい。
【００２５】また、本発明では、レンズ位置状態の変化
に際する第１レンズ群Ｇ１の移動量が小さい。このた
め、第１レンズ群Ｇ１をフォーカシング群（合焦レンズ
群）とする場合に、レンズ系の焦点距離に依存すること
なく所定距離の被写体に合焦するのに必要な第１レンズ
群Ｇ１のフォーカシング移動量がほぼ一定となる。した
がって、本発明においては、第１レンズ群Ｇ１をフォー
カシング群にすると、鏡筒構造の簡易構成化の点で最大
の効果を得ることができる。
【００２６】以下、本発明の各条件式について説明す
る。本発明においては、次の条件式（１）を満足する。 ０．４＜ｆ３／｜ｆ１｜＜０．８ （１） ここで、 ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離 ｆ３：第３レンズ群Ｇ３の焦点距離
【００２７】条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点
距離と第３レンズ群Ｇ３の焦点距離との比について適切
な範囲を規定する条件式である。条件式（１）の上限値
を上回った場合、第１レンズ群Ｇ１による発散作用が強
くなりすぎて、レンズ全長の短縮化が困難となってしま
う。逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、第３
レンズ群Ｇ３による収斂作用が強くなりすぎて、望遠端
状態における射出瞳位置が像面位置に近づき、マイクロ
レンズアレイによる光束のケラレが発生してしまう。
【００２８】本発明においては、レンズ全長の短縮化を
図りながら射出瞳位置を像面位置から十分離すために、
正の屈折力を有する正部分レンズ群Ｇ2Pとその像側に配
置されて負の屈折力を有する負部分レンズ群Ｇ2Nとで第
２レンズ群Ｇ２を構成し、以下の条件式（２）を満足す
ることが好ましい。 ０．５＜Ｄ２／ｆ２＜０．８ （２） ここで、 ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離 Ｄ２：第２レンズ群Ｇ２の最も物体側の面から最も像側
の面までの軸上距離すなわち第２レンズ群Ｇ２の総厚
【００２９】条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の総厚
について適切な範囲を規定する条件式である。条件式
（２）の上限値を上回った場合、レンズ全長の短縮化が
困難となる。逆に、条件式（２）の下限値を下回った場
合、第２レンズ群Ｇ２を構成する正部分レンズ群Ｇ2Pの
屈折力および負部分レンズ群Ｇ2Nの屈折力が互いに強ま
る。その結果、特に広角端状態において軸外収差を良好
に補正することができず、所定の光学性能を得ることが
できなくなる。
【００３０】本発明においては、広角端状態から望遠端
状態まで焦点距離が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１お
よび第２レンズ群Ｇ２が光軸方向に移動する。このと
き、レンズ全長の短縮化を図るには、広角端状態と望遠
端状態とにおいて第１レンズ群Ｇ１の位置がほぼ一致す
ることが望ましい。特に、広角端状態と望遠端状態とに
おいて第１レンズ群Ｇ１の位置をほぼ一致させるには、
以下の条件式（３）および（４）を満足することが望ま
しい。 ０．９＜β2T・β2W＜１．１ （３） ０．４＜ｆ２／｜ｆ１｜＜０．７ （４） ここで、 β2W：広角端状態における第２レンズ群Ｇ２の横倍率 β2T：望遠端状態における第２レンズ群Ｇ２の横倍率
【００３１】条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の使用
倍率を規定する条件式である。条件式（３）の上限値を
上回った場合、望遠端状態におけるレンズ全長が広角端
状態に比べて大きくなりすぎて、レンズ全長の短縮化が
不十分となる。一方、条件式（３）の下限値を下回った
場合、広角端状態におけるレンズ全長が望遠端状態に比
べて大きくなりすぎて、レンズ全長の短縮化が不十分と
なる。
【００３２】条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点
距離と第２レンズ群Ｇ２の焦点距離との比について適切
な範囲を規定する条件式である。条件式（４）の上限値
を上回った場合、第２レンズ群Ｇ２による収斂作用が弱
くなりすぎて、レンズ全長の短縮化が難しくなる。逆
に、条件式（４）の下限値を下回った場合、第２レンズ
群Ｇ２において発生する軸外収差を良好に補正すること
が難しくなり、所定の光学性能を得ることができなくな
る。
【００３３】また、本発明においては、広角端状態から
望遠端状態までレンズ系全体の焦点距離が変化する際の
射出瞳位置の変化量を抑えて、ＣＣＤに取り付けられた
マイクロレンズアレイによる光束のケラレを防ぐため
に、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。 Ｍ２／｜ｆ2N｜＜４ （５） ここで、 Ｍ２：広角端状態から望遠端状態までの変倍に伴う第２
レンズ群Ｇ２の光軸方向の移動量 ｆ2N：負部分レンズ群Ｇ2Nの焦点距離
【００３４】条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２の変倍
移動量と負部分レンズ群Ｇ2Nの焦点距離との比について
適切な範囲を規定する条件式である。条件式（５）の上
限値を上回った場合、広角端状態から望遠端状態までの
レンズ系全体の焦点距離の変化に伴う射出瞳位置の変化
が大きくなる。その結果、広角端状態あるいは望遠端状
態において、マイクロレンズアレイによる光束のケラレ
が生じてしまう。
【００３５】ところで、本発明の別の観点によれば、第
２レンズ群Ｇ２を構成する正部分レンズ群Ｇ2Pおよび負
部分レンズ群Ｇ2Nを２枚のレンズでそれぞれ構成するこ
とにより、球面収差の補正を良好に行うとともに、少な
いレンズ枚数でありながら小型化と高性能化とを達成す
ることができる。後述するように、本発明の各実施例に
おいては、各レンズ群を少ないレンズ枚数で構成してい
る。しかしながら、各レンズ群のレンズ枚数を増やすこ
とにより、高変倍化や高性能化を図ることは容易であ
る。また、いずれかのレンズ面に非球面を導入すること
により、高変倍化や高性能化を図ることができることは
いうまでもない。
【００３６】特に、開口絞りから離れた位置に配置され
る第１レンズ群Ｇ１や第３レンズ群Ｇ３に非球面を導入
することにより、画角によるコマ収差の変動を良好に補
正することが可能である。また、開口絞りに近い位置に
配置される第２レンズ群Ｇ２の正部分レンズ群Ｇ2Pまた
は負部分レンズ群Ｇ2Nに非球面を導入することにより、
大口径化を図ることも可能である。また、プラスチック
素材を用いたレンズを用いることにより、軽量化やさら
なる低コスト化を達成することができる。
【００３７】ところで、光学系を構成するレンズ群のう
ちの１つのレンズ群を光軸方向に移動させた場合、像面
位置が光軸方向に移動し、像面位置の移動にしたがって
焦点距離も変化する。一般的に、１つのレンズ群の移動
に伴う像面位置の変動を少なくとも１つの別のレンズ群
を光軸方向に移動させることにより補償（補正）するレ
ンズ系はズームレンズと呼ばれる。しかしながら、本発
明はズームレンズに限定されることなく、像面位置が光
軸方向に若干変動するバリフォーカルズームレンズと呼
ばれる変倍光学系に対しても適用可能である。この場
合、例えば撮像素子であるＣＣＤを光軸方向に移動させ
ることにより、あるいはフォーカシング群を光軸方向に
移動させることにより、レンズ系の像面位置を撮像素子
の撮像面と合わせることができる。
【００３８】別の観点によれば、本発明においては、高
変倍ズームレンズで発生しがちな手ブレ等に起因する像
ブレによる撮影の失敗を防ぐために、光学系のブレを検
出するブレ検出系と駆動手段とをレンズ系に組み合わせ
ることができる。そして、光学系を構成するレンズ群の
うち１つのレンズ群の全体または一部をシフトレンズ群
として偏心させることにより像をシフトさせて、ブレ検
出系により検出された光学系のブレに起因する像ブレ
（像位置の変動）を補正することにより、本発明の変倍
光学系をいわゆる防振光学系とすることが可能である。
【００３９】
【実施例】以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の各実施例にかかる変倍
光学系の屈折力配分および広角端状態（Ｗ）から望遠端
状態（Ｔ）への変倍時における各レンズ群の移動の様子
を示す図である。図１に示すように、本発明の各実施例
にかかる変倍光学系は、物体側から順に、負の屈折力を
有する第１レンズ群Ｇ１と、正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
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との間隔は減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ
群Ｇ３との間隔は増大するように、第１レンズ群Ｇ１お
よび第２レンズ群Ｇ２が互いに独立に光軸方向に移動
し、第３レンズ群Ｇ３は光軸方向に固定である。
【００４０】〔第１実施例〕図２は、本発明の第１実施
例にかかる変倍光学系の構成を示す図である。図２の変
倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順
に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側
に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合負レンズＬ
１から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物
体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズＬ21および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ22からなる正部分レンズ群Ｇ2Pと、両凹レンズＬ23お
よび両凸レンズＬ24からなる負部分レンズ群Ｇ2Nとから
構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レ
ンズＬ３から構成されている。
【００４１】なお、開口絞りＳは、正部分レンズ群Ｇ2P
と負部分レンズ群Ｇ2Nとの間に配置され、変倍に際して
第２レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。図２は、広角端
状態における各レンズ群の位置関係を示しており、望遠
端状態への変倍時には図１に矢印で示すズーム軌道に沿
って光軸上を移動する。ただし、第３レンズ群Ｇ３は、
変倍に際して光軸方向に固定である。また、第１レンズ
群Ｇ１を光軸に沿って物体側へ移動させることにより、
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング（合焦）
を行っている。なお、第３レンズ群Ｇ３と像面との間に
は、保護ガラスとしての白板ガラスＬ０が配置されてい
る。この白板ガラスＬ０は変倍に際して光軸方向に固定
である。
【００４２】次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸
元の値を掲げる。表（１）において、ｆは焦点距離を、
ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角を、Ｂｆはバックフォ
ーカスを、Ｙ０は最大像高を、Ｄ0 は物体と最も物体側
の面との光軸に沿った距離をそれぞれ表している。さら
に、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からの
レンズ面の順序を、屈折率およびアッベ数はそれぞれｄ
線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。な
お、曲率半径が無限大（∞）の面は平面を表している。
【００４３】
【表１】 ｆ＝ 6.15 〜 12.00〜17.50 ＦNO＝ 3.89 〜 5.57〜 7.13 ２ω＝53.72 〜 28.68〜20.42 ° Ｙ０＝ 3.00 面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数 1 473.7284 0.800 1.71300 53.93 2 7.5834 1.500 1.84666 23.83 3 10.7996 (d3= 可変) 4 4.4943 1.050 1.65160 58.44 5 17.4628 0.100 6 5.2089 1.050 1.62041 60.35 7 758.6627 0.300 8 ∞ 1.000 （開口絞りＳ） 9 -5.1845 0.800 1.79504 28.56 10 3.8581 1.146 11 20.6146 1.400 1.74400 45.00 12 -8.1272 (d12=可変) 13 15.6141 1.500 1.77250 49.61 14 -14.2260 0.500 15 ∞ 3.050 1.51680 64.20 （保護ガラスＬ０） 16 ∞ (Bf) （変倍における可変間隔） ｆ 6.1500 12.0000 17.5000 d3 11.9077 3.5586 0.8000 d12 1.8955 7.6207 13.0033 Bf 1.0000 1.0000 1.0000 （撮影倍率−０．０１倍時の第１レンズ群Ｇ１のフォーカシング移動量δ１） 焦点距離ｆ 6.1500 12.0000 17.5000 Ｄ0 596.1834 1181.1869 1731.1947 移動量δ１ 0.4833 0.2477 0.1698 ただし、移動量の符号は物体側への移動を正とする （条件対応値） ｆ３＝ ９．８５２ ｆ１＝−１７．２４０ Ｄ２＝ ６．８４６ ｆ２＝ １０．１５３ β2W＝ −０．５９３ β2T＝ −１．６８７ Ｍ２＝ １１．１０８ ｆ2N＝ −６．２８９ （１）ｆ３／｜ｆ１｜＝０．５６６ （２）Ｄ２／ｆ２ ＝０．６７４ （３）β2T・β2W ＝１．０００ （４）ｆ２／｜ｆ１｜＝０．５８３ （５）Ｍ２／｜ｆ2N｜＝１．７６６
【００４４】図３乃至図８は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎ
ｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。図３は広角
端状態での無限遠合焦状態における諸収差図であり、図
４は中間焦点距離状態での無限遠合焦状態における諸収
差図であり、図５は望遠端状態での無限遠合焦状態にお
ける諸収差図である。また、図６は広角端状態での撮影
倍率−０．０１倍の状態における諸収差図であり、図７
は中間焦点距離状態での撮影倍率−０．０１倍の状態に
おける諸収差図であり、図８は望遠端状態での撮影倍率
−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【００４５】各収差図において、ＦNOはＦナンバーを、
ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、Ａは入射角を、Ｈは物体
高をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図
において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディ
オナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差
図において、破線はサインコンディション（正弦条件）
を示している。各収差図から明らかなように、本実施例
では、各撮影距離状態および各焦点距離状態において諸
収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することが
わかる。
【００４６】〔第２実施例〕図９は、本発明の第２実施
例にかかる変倍光学系の構成を示す図である。図９の変
倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順
に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ11およ
び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ12から構
成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から
順に、両凸レンズＬ21および物体側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズＬ22からなる正部分レンズ群Ｇ2Pと、両
凹レンズＬ23および物体側に凹面を向けた正メニスカス
レンズＬ24からなる負部分レンズ群Ｇ2Nとから構成され
ている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３
から構成されている。
【００４７】なお、開口絞りＳは、第１レンズ群Ｇ１と
第２レンズ群Ｇ２との間に配置され、変倍に際して第２
レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。図９は、広角端状態
における各レンズ群の位置関係を示しており、望遠端状
態への変倍時には図１に矢印で示すズーム軌道に沿って
光軸上を移動する。ただし、第３レンズ群Ｇ３は、変倍
に際して光軸方向に固定である。また、第１レンズ群Ｇ
１を光軸に沿って物体側へ移動させることにより、無限
遠物体から近距離物体へのフォーカシング（合焦）を行
っている。なお、第３レンズ群Ｇ３と像面との間には、
保護ガラスとしての白板ガラスＬ０が配置されている。
この白板ガラスＬ０は変倍に際して光軸方向に固定であ
る。
【００４８】次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸
元の値を掲げる。表（２）において、ｆは焦点距離を、
ＦNOはＦナンバーを、２ωは画角を、Ｂｆはバックフォ
ーカスを、Ｙ０は最大像高を、Ｄ0 は物体と最も物体側
の面との光軸に沿った距離をそれぞれ表している。さら
に、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からの
レンズ面の順序を、屈折率およびアッベ数はそれぞれｄ
線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。な
お、曲率半径が無限大（∞）の面は平面を表している。
【００４９】
【表２】 ｆ＝ 6.15 〜 12.00〜17.50 ＦNO＝ 3.87 〜 5.49〜 7.00 ２ω＝53.74 〜 28.26〜20.08 ° Ｙ０＝ 3.00 面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数 1 76.2462 0.800 1.77725 49.62 2 6.6277 0.950 3 7.1449 1.500 1.84666 23.83 4 10.7265 (d4= 可変) 5 ∞ 1.000 （開口絞りＳ） 6 4.5160 1.300 1.65160 58.44 7 -27.5940 0.100 8 4.8289 1.300 1.62041 60.35 9 20.0406 0.450 10 -7.1739 0.800 1.79504 28.56 11 3.1393 1.000 12 -49.2619 1.300 1.60342 38.02 13 -8.1642 (d13=可変) 14 20.8166 1.500 1.77250 49.61 15 -12.8199 0.500 16 ∞ 3.050 1.51680 64.20 （保護ガラスＬ０） 17 ∞ (Bf) （変倍における可変間隔） ｆ 6.1500 12.0000 17.5000 d4 11.0410 3.1224 0.5000 d13 1.9020 7.3444 12.4500 Bf 1.0000 1.0000 1.0000 （撮影倍率−０．０１倍時の第１レンズ群Ｇ１のフォーカシング移動量δ１） 焦点距離ｆ 6.1500 12.0000 17.5000 Ｄ0 597.7543 1182.7565 1732.7642 移動量δ１ 0.4372 0.2240 0.1536 ただし、移動量の符号は物体側への移動を正とする （条件対応値） ｆ３＝ １０．４７４ ｆ１＝−１６．３９７ Ｄ２＝ ６．２５０ ｆ２＝ ９．６４１ β2W＝ −０．５９３ β2T＝ −１．６８５ Ｍ２＝ １０．５４８ ｆ2N＝ −３．８０５ （１）ｆ３／｜ｆ１｜＝０．６３９ （２）Ｄ２／ｆ２ ＝０．６４８ （３）β2T・β2W ＝０．９９９ （４）ｆ２／｜ｆ１｜＝０．５８８ （５）Ｍ２／｜ｆ2N｜＝２．７７２
【００５０】図１０乃至図１５は、ｄ線（λ＝５８７．
６ｎｍ）に対する第２実施例の諸収差図である。図１０
は広角端状態での無限遠合焦状態における諸収差図であ
り、図１１は中間焦点距離状態での無限遠合焦状態にお
ける諸収差図であり、図１２は望遠端状態での無限遠合
焦状態における諸収差図である。また、図１３は広角端
状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図
であり、図１４は中間焦点距離状態での撮影倍率−０．
０１倍の状態における諸収差図であり、図１５は望遠端
状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図
である。
【００５１】各収差図において、ＦNOはＦナンバーを、
ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、Ａは入射角を、Ｈは物体
高をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図
において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディ
オナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差
図において、破線はサインコンディション（正弦条件）
を示している。各収差図から明らかなように、本実施例
では、各撮影距離状態および各焦点距離状態において諸
収差が良好に補正され、優れた結像性能を有することが
わかる。
【００５２】
【効果】以上説明したように、本発明によれば、射出瞳
位置が像面位置から十分離れた小型の変倍光学系を実現
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かかる変倍光学系の屈折力
配分および広角端状態（Ｗ）から望遠端状態（Ｔ）への
変倍時における各レンズ群の移動の様子を示す図であ
る。
【図２】本発明の第１実施例にかかる変倍光学系の構成
を示す図である。
【図３】第１実施例の広角端状態での無限遠合焦状態に
おける諸収差図である。
【図４】第１実施例の中間焦点距離状態での無限遠合焦
状態における諸収差図である。
【図５】第１実施例の望遠端状態での無限遠合焦状態に
おける諸収差図である。
【図６】第１実施例の広角端状態での撮影倍率−０．０
１倍の状態における諸収差図である。
【図７】第１実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率−
０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図８】第１実施例の望遠端状態での撮影倍率−０．０
１倍の状態における諸収差図である。
【図９】本発明の第２実施例にかかる変倍光学系の構成
を示す図である。
【図１０】第２実施例の広角端状態での無限遠合焦状態
における諸収差図である。
【図１１】第２実施例の中間焦点距離状態での無限遠合
焦状態における諸収差図である。
【図１２】第２実施例の望遠端状態での無限遠合焦状態
における諸収差図である。
【図１３】第２実施例の広角端状態での撮影倍率−０．
０１倍の状態における諸収差図である。
【図１４】第２実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率
−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１５】第２実施例の望遠端状態での撮影倍率−０．
０１倍の状態における諸収差図である。
【図１６】射出瞳位置を無限遠にした像側テレセントリ
ック光学系の屈折力配置を示す図である。
【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 Ｌｉ 各レンズ成分 Ｓ 開口絞り

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体側から順に、負の屈折力を有する第
    １レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ
    ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを備え、 広角端状態から望遠端状態への変倍に際して、前記第１
    レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間隔が減少
    し、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との
    間隔が増大するように前記第１レンズ群Ｇ１および前記
    第２レンズ群Ｇ２が移動し、 前記第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とし、前記第３
    レンズ群Ｇ３の焦点距離をｆ３としたとき、 ０．４＜ｆ３／｜ｆ１｜＜０．８ （１） の条件を満足することを特徴とする変倍光学系。
  2. 【請求項２】 前記第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を
    有する正部分レンズ群Ｇ2Pと、該正部分レンズ群Ｇ2Pの
    像側に配置されて負の屈折力を有する負部分レンズ群Ｇ
    2Nとから構成され、 前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、前記第２
    レンズ群Ｇ２の最も物体側の面から最も像側の面までの
    軸上距離をＤ２としたとき、 ０．５＜Ｄ２／ｆ２＜０．８ （２） の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の変
    倍光学系。
  3. 【請求項３】 広角端状態における前記第１レンズ群Ｇ
    １の位置と望遠端状態における前記第１レンズ群Ｇ１の
    位置とがほぼ一致することを特徴とする請求項１または
    ２に記載の変倍光学系。
  4. 【請求項４】 前記負部分レンズ群Ｇ2Nよりも物体側に
    開口絞りが設けられていることを特徴とする請求項２ま
    たは３に記載の変倍光学系。
  5. 【請求項５】 広角端状態における前記第２レンズ群Ｇ
    ２の横倍率をβ2Wとし、望遠端状態における前記第２レ
    ンズ群Ｇ２の横倍率をβ2Tとし、前記第１レンズ群Ｇ１
    の焦点距離をｆ１とし、前記第２レンズ群Ｇ２の焦点距
    離をｆ２としたとき、 ０．９＜β2T・β2W＜１．１ （３） ０．４＜ｆ２／｜ｆ１｜＜０．７ （４） の条件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項に記載の変倍光学系。
  6. 【請求項６】 広角端状態から望遠端状態までの変倍に
    伴う前記第２レンズ群Ｇ２の光軸方向の移動量をＭ２と
    し、前記負部分レンズ群Ｇ2Nの焦点距離をｆ2Nとしたと
    き、 Ｍ２／｜ｆ2N｜＜４ （５） の条件を満足することを特徴とする請求項２乃至５のい
    ずれか１項に記載の変倍光学系。
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