(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、ズーミングのために不動で正の屈折力の第１レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際し光軸上を像側へ移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために不動で正の屈折力の第３レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際し光軸上を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動する正の屈折力の第４レンズ群から成るズームレンズであって、該第１レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズより成り、該第４レンズ群は、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けており、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けている１枚の正レンズより成り、ｆ２を該第２レンズ群の焦点距離、ＬＶを該第１レンズ群と該第３レンズ群の間隔、ｆ３，ｆ４を各々該第３，第４レンズ群の焦点距離とするとき、
０．５１ ＜｜ｆ２｜／ＬＶ ＜ ０．９１
０．２１ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．５１
の条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、該第１レンズ群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
１Ｇｎを該第１レンズ群の正レンズの材料の屈折率、３Ｇｎを前記第３レンズ群の最も物体側の正レンズの材料の屈折率とするとき、
１．６０ ＜ １Ｇｎ ＜ １．８４
１．６７ ＜ ３Ｇｎ ＜ １．８９
の条件式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４】
前記第３レンズ群は、両レンズ面が凹面の負レンズとその物体側に隣接して両レンズ面が凸面の正レンズとを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項５】
３ＢＤを前記第３レンズ群の光軸上の厚さ、４ＢＤを該第４レンズ群の光軸上の厚さとするとき、
０．１２ ＜ ４ＢＤ／３ＢＤ ＜ ０．７１
の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項のズームレンズ。
【請求項６】
固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかのズームレンズ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかのズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍レンズ系（ズームレンズ）およびそれを有する光学機器に関し、特にビデオカメラ、デジタルカメラ、フィルム用カメラ等の光学機器に用いられる変倍レンズ系およびそれを有する光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラ等の光学機器に用いられているレンズ系として、物体側より順に、変倍及び合焦の為に固定で正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力を有し光軸上を移動して変倍作用を有する第２レンズ群、変倍及び合焦の為に固定の正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍及び合焦の為に光軸上を移動する正の屈折力を有する第４レンズ群の構成のいわゆる正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズがある。
【０００３】
特開２０００−１９１９４０号公報や特開２０００−１９１９４１号公報等では、このズームタイプの４群ズームレンズにおいて、第１レンズ群を凹レンズ（負レンズ）と凸レンズ（正レンズ）の接合レンズそして凸レンズで構成した小型のズームレンズが提案されている。
【０００４】
この他、このズームタイプの４群ズームレンズが、例えば特開平４−４３３１１号公報、特開平５−７２４７２号公報、特開平６−１３０２９７号公報、特開平８−３０４７００号公報等で提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年ますます高性能でありながら小型で安価な変倍レンズおよびこれを用いた光学機器が要求されている。
【０００６】
一般にズームレンズにおいて、各レンズ群の屈折力を強めれば所定の変倍比を得る為の各レンズ群の移動量が少なくなり、レンズ全長の短縮化が可能となる。
【０００７】
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。
【０００８】
又、ズームレンズにおいて第１群以外のレンズ群でフォーカスを行う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るが、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高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。
【０００９】
本発明は、レンズ系全体を小型化し、簡易な構成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有する光学機器の提供を目的とする。
【００１０】
【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、ズーミングのために不動で正の屈折力の第１レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際し光軸上を像側へ移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために不動で正の屈折力の第３レンズ群、広角端から望遠端へのズーミングに際し光軸上を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動する正の屈折力の第４レンズ群から成るズームレンズであって、該第１レンズ群は、１枚の負レンズと１枚の正レンズより成り、該第４レンズ群は、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けており、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けている１枚の正レンズより成り、ｆ２を該第２レンズ群の焦点距離、ＬＶを該第１レンズ群と該第３レンズ群の間隔、ｆ３，ｆ４を各々該第３，第４レンズ群の焦点距離とするとき、
０．５１ ＜｜ｆ２｜／ＬＶ ＜ ０．９１
０．２１ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．５１
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、該第１レンズ群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けていることを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、１Ｇｎを該第１レンズ群の正レンズの材料の屈折率、３Ｇｎを前記第３レンズ群の最も物体側の正レンズの材料の屈折率とするとき、
１．６０ ＜ １Ｇｎ ＜ １．８４
１．６７ ＜ ３Ｇｎ ＜ １．８９
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、両レンズ面が凹面の負レンズとその物体側に隣接して両レンズ面が凸面の正レンズとを有していることを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は請求項１〜４のいずれか１項の発明において、３ＢＤを前記第３レンズ群の光軸上の厚さ、４ＢＤを該第４レンズ群の光軸上の厚さとするとき、
０．１２ ＜ ４ＢＤ／３ＢＤ ＜ ０．７１
の条件式を満足することを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は請求項１〜５のいずれか１項の発明において、固体撮像素子上に像を形成することを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明の撮影装置は請求項１〜６いずれかのズームレンズと、該ズームレンズによって形成される像を受光する固体撮像素子とを備えることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態１のズームレンズの要部断面図、図２〜図４は実施形態１のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。
【００２４】
図５は、本発明の参考例１のズームレンズの要部断面図、図６〜図８は実施形態２のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。
【００２５】
図９は、本発明の参考例２のズームレンズの要部断面図、図１０〜図１２は実施形態３のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における収差図である。
【００２６】
各レンズ断面中、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の前方に配置しており、変倍に際し固定である。Ｐは色分解プリズムやフェー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等の撮像素子やフィルム等の感光材料が配置されている。
【００２７】
収差図において、ｄ、ｇは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。
【００２８】
各レンズ断面図の各実施形態では広角端から望遠端への変倍の為に矢印のように該第２群Ｌ２を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を該第４群Ｌ４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。
【００２９】
また、第４群Ｌ４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Ｌ４の実線の曲線４ａと破線の曲線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。このように第４群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで第３群Ｌ３と第４群Ｌ４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。
【００３０】
各実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行なう場合は同図の直線４ｃに示すように第４群Ｌ４を前方へ繰り出すことにより行なっている。
【００３１】
尚、第１群Ｌ１と第３群Ｌ３は変倍及びフォーカスの為には固定とし、鏡筒構造を単純にし、静圧に強い鏡筒構造としている。
【００３２】
図１の実施形態１では、レンズ径が大型になりやすい第１レンズ群Ｌ１を１枚の正レンズ（Ｇ１）と１枚の負レンズ（Ｇ２）のみで構成し、レンズ全長とレンズ径の小型化を実現している。また物体側より順に、正レンズ（Ｇ１）と負レンズ（Ｇ２）の配置にしたことにより正レンズＧ１と負レンズＧ２の曲率を緩くし、製造を容易にしている。
【００３３】
図５、図９の参考例１、２では、レンズ径が大型になりやすい第１レンズ群Ｌ１を物体側より順に、１枚の負レンズと１枚の正レンズのみで構成し、レンズ全長とレンズ径の小型化を実現している。
【００３４】
実施形態１において、第１レンズ群は、最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けており、該第１レンズ群の最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けている。
【００３５】
このように第１レンズ群の形状を特定することにより長焦点距離端でディストーションがプラス側に大きくなるのを抑えている。
【００３６】
実施形態１において、第２レンズ群Ｌ２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と正レンズとの貼合わせレンズより成っている。これによって変倍に伴う収差変動を良好に補正している。
【００３７】
図１の実施形態１では、第３レンズ群Ｌ３を両レンズ面が凹面の負レンズとその物体側に隣接して両レンズ面が凸面の正レンズを配置した構成にすることにより色収差の補正と球面収差の補正、そしてコマ収差の補正を良好に行っている。
【００３８】
又、両レンズ面が凹面の負レンズの像面側に正レンズを配置し、諸収差の補正を更に良好に行っている。
【００３９】
図９の参考例２では、第３レンズ群Ｌ３を両レンズ面が凸面の正レンズ、同じく両レンズ面が凸面の正レンズ、そして両レンズ面が凹面の負レンズより構成し、球面収差やコマ収差等の諸収差の補正を良好に行っている。
【００４０】
図１の実施形態１において、第４レンズ群Ｌ４は、最も像側のレンズ面が像側に凹面を向けており、該第４レンズ群の最も物体側のレンズ面が物体側に凸面を向けてた１つの正レンズより成っている。
【００４１】
図５、図９の参考例１、２において、第４レンズ群Ｌ４は１枚の正レンズより成っている。特に両レンズ面が凸面の１つの正レンズより成っている。これによってレンズ全長の短縮化を図っている。
【００４２】
尚、実施形態１において、第４レンズ群Ｌ４を正レンズと負レンズより成る接合レンズより構成しても良い。
【００４３】
実施形態１において、１Ｇｎを第１レンズ群Ｌ１の正レンズの材料の屈折率、３Ｇｎを第３レンズ群Ｌ３の最も物体側の正レンズの材料の屈折率、３ＢＤを第３レンズ群の光軸上の厚さ、４ＢＤを第４レンズ群の光軸上の厚さ、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、ＬＶを第１レンズ群と第３レンズ群の間隔、ｆ３，ｆ４を各々第３，第４レンズ群の焦点距離とするとき、
１．６０ ＜ １Ｇｎ ＜ １．８４  ‥‥（１）
１．６７ ＜ ３Ｇｎ ＜ １．８９  ‥‥（２）
０．１２ ＜ ４ＢＤ／３ＢＤ ＜ ０．７１  ‥‥（３）
０．４２ ＜｜ｆ２｜／ＬＶ ＜ ０．９１  ‥‥（４）
０．２１ ＜ ｆ３／ｆ４ ＜ １．５１  ‥‥（５）
の条件式を満足している。
【００４４】
条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１の最も物体側の正レンズの材料の屈折率に関するものである。上限を超えて屈折率が高くなると低分散の材質でなくなり色収差の補正が困難となる。さらに望ましくは上限を１．８１またさらには１．７９にするとよい。下限を超えて屈折率が低くなると中間像高でサジタル像面がアンダーとなり高性能化が困難となる、さらに下限を１．６７さらに１．７１またさらには１．７５にするとよりよい。
【００４５】
条件式（２）は第３レンズ群の最も物体側のレンズ（正レンズ）の材料の屈折率に関するものである。上限を超えて屈折率が高くなると最長焦点距離端で中間像高から最大像高へ像面がオーバー側に湾曲大となり高性能化が困難となる、下限を超えて屈折率が低くなると中間像高でサジタル像面がアンダーとなり高性能化が困難となる、さらに下限を１．７４さらに１．７８またさらには１．８２にするとよりよい。
【００４６】
条件式（３）は第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４のレンズ群の厚さの比に関するものであり、上限を超えると第３レンズ群Ｌ３が薄くなりすぎて第３レンズ群Ｌ３での球面収差の補正と像面彎曲収差の補正を両立させることが困難になり、第４レンズ群Ｌ４で残存収差を補正するために第４レンズ群Ｌ４を多数枚で構成することになり好ましくない。さらに望ましくは上限を０．５７さらには０．４５にするとよい、下限を超えると第３レンズ群Ｌ３が厚くなりすぎレンズ全長の小型化が困難となる、さらに望ましくは下限を０．１４さらには０．１６にするとよい。
【００４７】
条件式（４）は第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３のレンズ間隔に対する第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の比に関するものである。上限を超えると第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が弱くなるか、間隔ＬＶが小さくなり十分な変倍比が得られなくなる、さらに望ましくは上限を０．８３またさらには０．７６にするとよい、下限を超えると第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が強くなるか間隔ＬＶが大きくなり、第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が強くなった場合は製造誤差で第２レンズ群Ｌ２が傾いたときの片ボケによる性能劣化が大きくなり高画質化が困難になる、間隔ＬＶが大きくなるとレンズ全長が大きくなる、さらに望ましくは下限を０．４６またさらには０．５１にするとよい。
【００４８】
条件式（５）は第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の焦点距離比に関するものである。上限を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が大きくなすぎると、変倍時に移動する第４レンズ群Ｌ４の偏心による性能劣化が大きくなり高性能化が困難になるさらに望ましくは上限を１．８７さらには１．５１にするとよい、下限を超えて第４レンズ群Ｌ４の屈折力が弱くなりすぎると、変倍時あるいはフォーカス時の第４レンズ群Ｌ４の移動ストロークが大きくなりレンズ全長の小型化が困難となる、さらに望ましくは下限を０．２７さらには０．３５にするとよい。
【００４９】
次に本発明の実施形態１及び参考例１、２に各々対応する数値実施例１〜３を示す。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番目と第ｉ＋１番目の光学部材厚又は空気間隔、Ｎｉとνｉは第ｉ番目の光学部材のｄ線に対する屈折率とアッベ数である。ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。また、もっとも像側の２面はフェースプレート等のガラス材である。また前述の各条件式の一部と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００５０】
【外１】
0003619178.tif 000002
【００５１】
【外２】
0003619178.tif 000003
【００５２】
【外３】
0003619178.tif 000004
【００５３】
【表１】
0003619178.tif 000005
【００５４】
尚、いずれの数値実施例においても、像面に固体撮像素子を配置したデジタルカメラに適用するときは固体の撮像素子としてセルピッチ３ミクロン程度のＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子に対応した光学性能としている。
【００５５】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図１３を用いて説明する。
【００５６】
図１３において、１０はコンパクトカメラ本体、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はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。
【００５７】
このように本発明のズームレンズをデジタルスチル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。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体を小型化し、簡易な構成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有する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】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１の広角端における収差図
【図３】本発明の数値実施例１の中間のズーム位置における収差図
【図４】本発明の数値実施例１の望遠端における収差図
【図５】参考例１の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】参考例１の数値実施例２の広角端における収差図
【図７】参考例１の数値実施例２の中間のズーム位置における収差図
【図８】参考例１の数値実施例２の望遠端における収差図
【図９】参考例２の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】参考例２の数値実施例３の広角端における収差図
【図１１】参考例２の数値実施例３の中間のズーム位置における収差図
【図１２】参考例２の数値実施例３の望遠端における収差図
【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
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
ｆ    焦点距離
ω    画角
ＦＮＯ    Ｆナンバー
【図１】
0003619178.tif 000006
【図２】
0003619178.tif 000007
【図３】
0003619178.tif 000008
【図４】
0003619178.tif 000009
【図５】
0003619178.tif 000010
【図６】
0003619178.tif 000011
【図７】
0003619178.tif 000012
【図８】
0003619178.tif 000013
【図９】
0003619178.tif 000014
【図１０】
0003619178.tif 000015
【図１１】
0003619178.tif 000016
【図１２】
0003619178.tif 000017
【図１３】
0003619178.tif 000018