(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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つのレンズ群から成り、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、変倍に伴う像面変動を該第４群を物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動させて補正すると共に該第４群を移動させてフォーカスを行うズームレンズであって、該第４群は、物体側より順に、正の第４１レンズ、負の第４２レンズそして正の第４３レンズから成り、該第４群は少なくとも１つの非球面を有し、該第３群の焦点距離をｆ３、広角端における全系のＦナンバーと焦点距離を各々ｆＮＷ，ｆＷ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとし、
【数１】
0003679502.tif 000009
とおいたとき、
３．８２≦ｆ３×ｆＮＷ／ｆＭ≦５．３０
なる条件を満足することを特徴とするリヤーフォーカス式のズームレンズ。
【請求項２】
広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴ、広角端と望遠端における前記第１群から第３群までの合成の焦点距離を各々ｆＭＷ，ｆＭＴとし、
【数２】
0003679502.tif 000010
とおいたとき、
０＜ｆＭ／ｆＡＭ＜１．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１のリヤーフォーカス式のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３群は、負の第３１レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第３２レンズ、そして少なくとも１つの貼り合わせ第３ａレンズから成ることを特徴とする請求項１のリヤーフォーカス式のズームレンズ。
【請求項４】
前記第４群中の２つの正レンズである第４１レンズと第４３レンズは、その材質のアッベ数をνｄとするとき、
νｄ＞６６．５
を共に満足することを特徴とする請求項１のリヤーフォーカス式のズームレンズ。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかのリヤーフォーカス式のズームレンズと、撮像素子と、該ズームレンズと該撮像素子との間に配置された色分解光学系とを有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリヤーフォーカス式のズームレンズに関し、特にレンズ系と撮像素子との間に色分解プリズム等を配置することができる程度の長いバックフォーカスを有した写真用カメラやビデオカメラ、そして放送用カメラ等に用いられる変倍比１５．５，広角端のＦナンバー１．４５〜１．６５程度の大口径比で高変倍比のリヤーフォーカス式のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用のズームレンズの小型化にも目覚ましい進歩が見られ、特にレンズ全長の短縮化や前玉径の小型化、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成する一つの手段として、物体側の第１群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リヤーフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にリヤーフォーカス式のズームレンズは第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り、又近接撮影、特に極近接撮影が容易となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせができる等の特長がある。
【０００５】
このようなリヤーフォーカス式のズームレンズとして、例えば特開昭６２−２１５２２５号公報や、特開昭６２−２０６５１６号公報，特開昭６２−２４２１３号公報，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、第４群を移動させて変倍に伴う像面変動とフォーカスを行った４群タイプのリヤーフォーカス式のズームレンズが提案されている。
【０００６】
又、４群タイプのリヤーフォーカス式のズームレンズとして特開平４−４３３１１号公報，特開平４−１５３６１５号公報，特開平５−１９１６５号公報，特開平５−２７１６７号公報及び特開平５−６０９７３号公報では、第４レンズ群を正レンズ１枚又は正レンズ２枚で構成したレンズ全長の短いズームレンズが提案されている。特開平５−６０９７４号公報では、第４レンズ群が正レンズと負レンズの２枚で構成されたズームレンズが提案されている。
【０００７】
特開昭５５−６２４１９号公報，特開昭６２−２４２１３号公報，特開昭６２−２１５２２５号公報，特開昭５６−１１４９２０号公報，特開平３−２００１１３号公報，特開平４−２４２７０７号公報，特開平４−３４３３１３号公報，特開平５−２９７２７５号公報等では、その実施例中に第３群と第４群をそれぞれが正レンズと負レンズの２枚のレンズより成るズームレンズを開示している。
【０００８】
この他、特開平６−５１１９９号公報，特開平６−３３７３５３号公報，特開平６−３４７６９７号公報，そして特開平７−２７０６８４号公報等ではレンズ系と撮像素子との間に色分解光学系を配置することができる程度の長いバックフォーカスを有したズームレンズが提案されている。
【０００９】
【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、更に近接撮影が容易となる等の特長が得られる。
【００１０】
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点が生じてくる。
【００１１】
特に大口径比で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ってくるという問題点が生じてくる。
【００１２】
特開平４−４３３１１号公報，特開平４−１５３６１５号公報，特開平５−１９１６５号公報，特開平５−２７１６７号公報及び特開平５−６０９７３号公報で開示されているズームレンズではズーム比が６倍から８倍程度であり、これ以上の高変倍比のズームレンズを得ようとすると、変倍による色収差の変動が大きくなりすぎて、これを良好に補正するのが難しくなってくる。又、特開平５−６０９７４号公報で開示されているズームレンズはズーム比が８倍程度で、必ずしも十分ではなかった。
【００１３】
特開昭５５−６２４１９号公報，特開昭５６−１１４９２０号公報，特開平３−２００１１３号公報で開示されているズームレンズでは、第１群又は第３群が変倍に伴って移動するため鏡筒構造が複雑になり、小型化を達成するのが難しいという問題点があった。
【００１４】
特開平４−２４２７０７号公報及び特開平４−３４３３１３号公報，特開平５−２９７２７５号公報等に開示されているズームレンズでは第３群が大きな空気間隔を持つレンズ構成となっており、更に第３群中の負レンズの屈折力が弱いため高変倍化のズームレンズに適用しようとすると第３群で色収差が多く発生し、これを充分に補正するのが難しいという問題点があった。
【００１５】
特開平５−２９７２７５号公報で提案されているズームレンズでは、第３群中のメニスカス状の負レンズが像面側に強い凹面を向けたレンズ構成となっているためテレフォト化には有効であるが、正レンズで発生した高次のフレアー成分を該負レンズで補正するのが難しく、大口径化、高変倍化が難しいという問題点があった。
【００１６】
この他、特開平６−５１１９９号公報，特開平６−３３７３５３号公報，特開平６−３４７６９７号公報，そして特開平７−２７０６８４号公報等で提案されているズームレンズはズーム比が１０〜１２倍程度で、必ずしも十分ではなかった。
【００１７】
本発明は、４群タイプのリヤーフォーカス式のズームレンズにおいて、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、広角端から望遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体から超至近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た大口径比で高変倍比のリヤーフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のリヤー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、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から成り、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、変倍に伴う像面変動を該第４群を物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動させて補正すると共に該第４群を移動させてフォーカスを行うズームレンズであって、該第４群は、物体側より順に、正の第４１レンズ、負の第４２レンズそして正の第４３レンズから成り、該第４群は少なくとも１つの非球面を有し、該第３群の焦点距離をｆ３、広角端における全系のＦナンバーと焦点距離を各々ｆＮＷ，ｆＷ、望遠端における全系の焦点距離をｆＴとし、
【数３】
0003679502.tif 000002
とおいたとき、
３．８２≦ｆ３×ｆＮＷ／ｆＭ≦１５．３０・・・・（１）
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズの後述する数値実施例１〜３のレンズ断面図、図４〜図６は数値実施例１，図７〜図９は数値実施例２，図１０〜図１２は数値実施例３の諸収差図である。
【００２１】
図４〜図１２の収差図において、図４，７，１０は広角端、図５，８，１１は中間のズーム位置、図６，９，１２は望遠端を示す。
【００２２】
図１〜図３のレンズ断面図において、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。Ｇは色分解光学系やフェースプレート、そしてフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面である。
【００２３】
本実施例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。
【００２４】
又、第４群を光軸上移動させてフォーカスを行うリヤー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像面変動を補正する為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。
【００２５】
本実施例においては第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。
【００２６】
本実施例において、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。
【００２７】
本発明では物体側より順に該第４群を両レンズ面が凸面の正の第４１レンズ、両レンズ面が凹面又は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第４２レンズ、そして両レンズ面が凸面の正の第４３レンズの３つのレンズより構成すると共に条件式（１）を満足していることを特徴としている。
【００２８】
第４群を以上の如く３つのレンズより構成することによって、射出瞳の位置（距離）を長くして、レンズ系からの射出光束がテレセントリックとなるようにして、レンズ系の後方に、例えば３Ｐプリズム等の色分解光学系を配置したときの光束の入射角度が緩くなるようにして色分解を良好に行い画像の色再現性を高めるようにしている。
【００２９】
そして所定の長さのバックフォーカスを確保しつつ大口径化及び高変倍化を図る際の収差を良好に補正する為に第３群の焦点距離ｆ３とＦナンバーとが条件式（１）を満足するように各要素を設定している。
【００３０】
この条件式（１）は第３群の焦点距離ｆ３を規制するもので、バックフォーカスと大きく関係してくる。
【００３１】
条件式（１）の下限値を越えて広角端のＦナンバーＦＮＷを明るくしたり、第３群の焦点距離を短くすると所定の長さのバックフォーカスを確保するのが難しくなってくる。逆に上限値を越えて第３群の焦点距離をむやみに長くしたり、広角端のＦナンバーＦＮＷを暗くすると、バックフォーカスは長くなるが、第４群との距離が長くなり、レンズ全長が長くなり、小型化が難しくなってくる。
【００３２】
本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズのこの他のレンズ構成の特徴について説明する。
【００３３】
（イ）本発明は、高変倍を１つの目的としており、この為には変倍に伴って発生する色収差は第１群及び第２群においてキャンセルすることが望ましい。しかるに変倍に伴う倍率の色収差の発生の仕方は第１群と第２群のそれとでは大きく異なり、広角端では補正過剰の傾向となりやすい。従って第４群の倍率の色収差を補正不足とすることにより全体としての色収差のバランスを保っている。
【００３４】
この場合、軸上の色収差は変倍比が小さいときは大きくバランスを崩すことなく補正することが可能である。従って第３群を正の単一のレンズとすることも可能であるが、本発明の如く高変倍，大口径をねらう場合、軸上の色収差が全体として補正不足となり高い性能を維持することが困難となる。
【００３５】
そこで本発明では第３群を負の第３１レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第３２レンズ、そして少なくとも１つの貼り合わせ第３ａレンズより構成することにより全変倍範囲にわたり最適に色収差を補正している。また高次のフレアー成分を持つ球面収差を小さく抑えている。
【００３６】
特に第３群を両レンズ面が凹面又は物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３１レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の正の第３２レンズ、両レンズ面が凸面の正の第３３レンズ、そして像面側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３４レンズより構成し、このうち第３３レンズと第３４レンズとを接合した貼り合わせレンズとしている。
【００３７】
このように本発明では簡単なレンズ構成でありながら変倍比１５．５，広角端のＦナンバー１．４５〜１．６５程度と、高変倍比及び大口径で、しかも高い光学性能を維持している。
【００３８】
（ロ）基本的に各群のレンズ構成においてレンズを接合する構成をとると、群内偏心を効果的に抑制可能であり製品性能の安定化を図ることが可能であるが、設計の自由度が１つ減り、大口径，小型化という仕様を満足しつつ充分な初期性能を達成することが困難となる。
【００３９】
そこで本発明では第３群を前述の如く構成すると共に数値実施例１では第３群中の最も強い正の屈折力の凸面にレンズ周辺にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を施すことにより、球面収差の高次のフレアー成分を補正すると共に群内偏心等の抑制が効果的に行われ、より精度の高いズームレンズで大口径化を達成している。また図１，図３の数値実施例１，３では第４群を接合レンズを有するように構成することにより第３群と同様に群内偏心等の抑制が効果的に行われ、より精度の高いズームレンズを達成している。
【００４０】
又本発明では第４群中の最も強い正の屈折力の凸面にレンズ周辺部にいくに従って正の屈折力が弱くなる形状の非球面を採用することにより球面収差と非点収差を補正して大口径，超高倍のズームレンズでありながらも精度の高いズームレンズを達成している。
【００４１】
（ハ）広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴ、広角端と望遠端における前記第１群から第３群までの合成の焦点距離を各々ｆＭＷ，ｆＭＴとし、
【００４２】
【数４】
0003679502.tif 000003
とおいたとき、
０＜ｆＭ／ｆＡＭ＜１．０          ‥‥‥（２）
なる条件を満足することである。
【００４３】
条件式（２）は第３群からの光線束の収斂度合いを意味するものである。一般的に変倍部で発散された光線束を第３群で略アフォーカルにすることが最も安定した収差補正方法である。しかしながら第３群から出てくる光線束を略平行光線にすると、レンズ全長の短縮化が難しくなってくる。そこで本発明では条件式（２）を満足させることにより、第３群から射出される光線束を収斂光線として更なるレンズ全長の短縮化を図っている。
【００４４】
条件式（２）の意味は、即ち下限値を越えると光線束は発散系となりレンズ全長がのび、更に第４群への入射光線の高さも高くなるため第４群が大型化するため好ましくない。また上限値を越えると収斂度が大きくなり小型化には効果が上がるズーミング及びフォーカシングによる収差変動が大きくなり、ズーム全域で良好な収差補正を行うことが困難となる。
【００４５】
尚、本発明において条件式（２）の上限値を、
０＜ｆＭ／ｆＡＭ＜０．３          ‥‥‥（２ａ）
とすれば、更に安定した収差補正とレンズ全長の短縮化の両立が容易となる。
【００４６】
（ニ）前記第４群中の少なくとも２つの正レンズの材質のアッベ数をνｄとするとき
νｄ＞６６．５    ‥‥（３）
を満足することである。
【００４７】
条件式（３）は主に変倍に伴う色収差の変動、特に倍率色収差の変動を良好に補正する為のものである。条件式（３）を外れると倍率色収差が補正不足となってくるので良くない。
【００４８】
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉは第１共役点側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは第１共役点側より第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々第１共役点側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。但し、数値実施例１，３におけるＲ２７〜Ｒ３４，数値実施例２におけるＲ２８〜Ｒ３５のレンズ面は色分解光学系，フェースプレート，フィルター等のガラスブロックを示している。
【００４９】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００５０】
【数５】
0003679502.tif 000004
なる式で表わしている。また「ｅ−０ｘ」は「１０-x 」を意味している。又前述の各条件式と数値実施例における諸数値の関係を表−１に示す。
【００５１】
【外１】
0003679502.tif 000005
【００５２】
【外２】
0003679502.tif 000006
【００５３】
【外３】
0003679502.tif 000007
【００５４】
【表１】
0003679502.tif 000008
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、４群タイプのリヤーフォーカス式のズームレンズにおいて、各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することにより、広角端から望遠端に至る全変倍範囲にわたり、又無限遠物体から超至近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た大口径比で高変倍比のリヤーフォーカス式のズームレンズ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２のレンズ断面図
【図３】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図５】本発明の数値実施例１の中間の収差図
【図６】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図７】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図８】本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図９】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【符号の説明】
Ｌ１  第１群
Ｌ２  第２群
Ｌ３  第３群
Ｌ４  第４群
ＳＰ  絞り
ＩＰ  像面
ΔＭ  メリディオナル像面
ΔＳ  サジタル像面
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
【図１】
0003679502.tif 000011
【図２】
0003679502.tif 000012
【図３】
0003679502.tif 000013
【図４】
0003679502.tif 000014
【図５】
0003679502.tif 000015
【図６】
0003679502.tif 000016
【図７】
0003679502.tif 000017
【図８】
0003679502.tif 000018
【図９】
0003679502.tif 000019
【図１０】
0003679502.tif 000020
【図１１】
0003679502.tif 000021
【図１２】
0003679502.tif 000022