(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群および正屈折力の第４レンズ群より構成され、
像面位置を一定に保ちつつレンズ系全体の焦点距離を変化させる際に、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させると共に、前記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第３レンズ群を光軸方向に移動させ、かつ前記第１および第４レンズ群を光軸方向に関して固定とし、
開口絞りを前記第３レンズ群の最も像側の位置よりも物体側に配置し、
前記第３レンズ群は、物体側に配置される負部分群とその像側に配置される正部分群とから構成され、
前記負部分群は、少なくとも１枚の負レンズを含み、前記正部分群は、少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記負部分群と前記正部分群とは間隔を隔てて配置され、
前記負部分群と前記正部分群との間に形成される間隔の光軸方向の厚みをＤ、
前記間隔を満たす媒質の屈折率をｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
【数１】
0003713779.tif 000010
を満足することを特徴とする変倍光学系。
【請求項２】
物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群および正屈折力の第４レンズ群より構成され、
像面位置を一定に保ちつつレンズ系全体の焦点距離を変化させる際に、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させると共に、前記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第３レンズ群を光軸方向に移動させ、かつ前記第１および第４レンズ群を光軸方向に関して固定とし、
前記第１乃至第４レンズ群をそれぞれ２枚以下のレンズ枚数で構成し、
前記第３レンズ群は、物体側に配置される負部分群とその像側に配置される正部分群とから構成され、
前記負部分群は、少なくとも１枚の負レンズを含み、前記正部分群は、少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記負部分群と前記正部分群とは間隔を隔てて配置され、
前記負部分群と前記正部分群との間に形成される間隔の光軸方向の厚みをＤ、
前記間隔を満たす媒質の屈折率をｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
【数２】
0003713779.tif 000011
を満足することを特徴とする変倍光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の変倍光学系において、
前記第２レンズ群の最も物体側には正レンズが配置され、
該正レンズは、物体側のレンズ面の曲率半径をｒ2a、像側のレンズ面の曲率半径をｒ2bとするとき、
【数３】
0003713779.tif 000012
を満足することを特徴とする変倍光学系。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項記載の変倍光学系において、
前記第１レンズ群の最も物体側には負レンズが配置され、
該負レンズは、物体側のレンズ面の曲率半径をｒ1a、像側のレンズ面の曲率半径をｒ1bとするとき、
【数４】
0003713779.tif 000013
を満足することを特徴とする変倍光学系。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項記載の変倍光学系において、
フォーカシングに際して、前記第１レンズ群を光軸方向に移動させることを特徴とする変倍光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項記載の変倍光学系において、
前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端及び望遠端におけるレンズ系全体の焦点距離をそれぞれｆｗ，ｆｔとするとき、
【数５】
0003713779.tif 000014
を満足することを特徴とする変倍光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型の変倍光学系に関し、特に射出瞳位置がレンズ全長に対して遠い位置に位置する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り、特に変倍比が３倍を越える、所謂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。
これら高変倍ズームレンズでは、主に変倍時に３つ以上の可動レンズ群を有する、所謂多群ズームレンズが用いられ、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きた。
【０００３】
これらのカメラは、レンズ交換式の一眼レフレックス式のカメラと異なり、レンズとカメラとが一体のため、レンズ系の小型化がカメラ本体の小型化につながり、従来から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きた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、電子スチルカメラ用のズームレンズは、撮像素子としてＣＣＤを用いるが、このＣＣＤには、集光作用を強めるために受光素子の直前にマイクロレンズアレイが設けられている。ここで、レンズ系の射出瞳位置がＣＣＤから近い位置にある場合、画面周辺部に到達する光束がマイクロレンズアレイの各々のレンズ面の光軸に対して傾いて入射することになるため、この光束はマイクロレンズアレイにより受光素子とは異なる位置に集光される。このため、画面周辺部において光量不足を招き、結果的に光学設計上、レンズ系の射出瞳位置が像面から離れていなければならないという制約を与えていた。
【０００５】
例えば、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では、絞りの像側に置かれたレンズ系による絞りの像位置（つまり射出瞳位置）が無限遠にある。ここで、このような像側テレセントリック光学系において、絞りからＣＣＤまでの距離を短くするためには、絞りの像側のレンズ系による収斂作用を強め、かつレンズ系自身の光軸方向の厚みを短くする必要があり、レンズ全長の短縮化に適していなかった。
【０００６】
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、小型化に適した変倍光学系を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる変倍光学系は、物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群および正屈折力の第４レンズ群より構成され、
像面位置を一定に保ちつつレンズ系全体の焦点距離を変化させる際に、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させると共に、前記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第３レンズ群を光軸方向に移動させ、かつ前記第１および第４レンズ群を光軸方向に関して固定とし、
開口絞りを前記第３レンズ群の最も像側の位置よりも物体側に配置するものである。
また、前記第３レンズ群は、物体側に配置される負部分群とその像側に配置される正部分群とから構成され、
前記負部分群は、少なくとも１枚の負レンズを含み、前記正部分群は、少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記負部分群と前記正部分群とは間隔を隔てて配置され、
前記負部分群と前記正部分群との間に形成される間隔の光軸方向の厚みをＤ、前記間隔を満たす媒質の屈折率をｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
【０００８】
【数６】
（１）０．１＜ｎ・Ｄ／｜ｆ３｜＜０．５
を満足するように構成される。
また、上記目的を達成するために本発明にかかる変倍光学系は、物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群および正屈折力の第４レンズ群より構成され、
像面位置を一定に保ちつつレンズ系全体の焦点距離を変化させる際に、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させると共に、前記第２レンズ群の移動に伴う像面位置の変動を補償するように第３レンズ群を光軸方向に移動させ、かつ前記第１および第４レンズ群を光軸方向に関して固定とし、
前記第１乃至第４レンズ群をそれぞれ２枚以下のレンズ枚数で構成するものである。
【０００９】
また、前記第３レンズ群は、物体側に配置される負部分群とその像側に配置される正部分群とから構成され、
前記負部分群は、少なくとも１枚の負レンズを含み、前記正部分群は、少なくとも１枚の正レンズを含み、
前記負部分群と前記正部分群とは間隔を隔てて配置され、
前記負部分群と前記正部分群との間に形成される間隔の光軸方向の厚みをＤ、前記間隔を満たす媒質の屈折率をｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
【００１０】
【数７】
（１）０．１＜ｎ・Ｄ／｜ｆ３｜＜０．５
を満足するように構成される。
また、本発明の好ましい態様においては、前記第２レンズ群の最も物体側には正レンズが配置され、
該正レンズは、物体側のレンズ面の曲率半径をｒ2a、像側のレンズ面の曲率半径をｒ2bとするとき、
【００１１】
【数８】
（２）−０．６＜（ｒ2a＋ｒ2b）／（ｒ2a−ｒ2b）＜０．４
を満足するように構成される。
また、本発明の好ましい態様においては、前記第１レンズ群の最も像側には負レンズが配置され、
該負レンズは、物体側のレンズ面の曲率半径をｒ1a、像側のレンズ面の曲率半径をｒ1bとするとき、
【００１２】
【数９】
（３）０．４＜（ｒ1a−ｒ1b）／（ｒ1a＋ｒ1b）＜２．５
を満足するように構成される。
また、本発明の好ましい態様においては、フォーカシングに際して、前記１レンズ群を光軸方向に移動させるように構成される。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様においては、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、広角端及び望遠端におけるレンズ系全体の焦点距離をそれぞれｆｗ，ｆｔとするとき、
【００１４】
【数１０】
（４）０．５＜ｆ４／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．３
を満足するように構成される。
【００１５】
【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るレンズ群が正屈折力を有するズームレンズと、このレンズ群が負屈折力を有するズームレンズとに大別される（但し、レンズ系の最も像側に、変倍作用に積極的に寄与しないレンズ群を付加的に配置している場合は、その物体側に隣接して配置されるレンズ群で分ける）。
【００１６】
これら２つのタイプのうち前者の場合、射出瞳位置が像面から離れているのに対して、後者の場合、射出瞳位置が像面に近い位置にある。後者の典型的な例としては、例えば正負タイプや正正負タイプのズームタイプなどのレンズシャッターカメラ等に適切なズームレンズが知られている。
これらの正負タイプや正正負タイプ等のズームタイプでは、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、広角端ではバックフォーカスを短くし、この負レンズ群を通過する軸外光束が画角の変化に伴って光軸から離れるようにすることで、軸上収差と軸外収差とを独立に補正し、かつ広角端より望遠端への変倍時にバックフォーカスの変化を大きくすることで、負レンズ群を通過する軸外光束の高さを変倍時に変化させて、変倍による軸外収差の変動を抑え、良好な結像性能が得られるようにしている。
【００１７】
このような最も像側に負レンズ群が配置されるズームレンズにおいては、広角端におけるバックフォーカスが短いので、射出瞳位置が像面位置に近く、従って、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は、像高が高くなるにつれ、撮像素子上に到達できる光束が減少してしまい光量不足が目立ってしまう。
【００１８】
さらに、変倍に際して、最も像側の負レンズ群の移動量が大きいので、射出瞳位置の移動量が大きく、変倍範囲全体にわたり射出瞳位置をマイクロレンズアレイによるケラレがない適切な位置とすることが困難であった。
さて、最も像側に正レンズ群が配置されるズームレンズにおいては、最も物体側に正屈折力のレンズ群を配置した正先行型と、最も物体側に負屈折力のレンズ群を配置した負先行型に大別される。正先行型としては、例えば正負正正や正負負正のものが知られており、負先行型としては、例えば負正負正のものが知られている。
【００１９】
この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、かつ開口絞りを含むものの場合には、変倍による射出瞳位置の変動がないため、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。ここで、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。
【００２０】
ところが、このような像側テレセントリック光学系を形成する場合、光学設計に過度の拘束をもたらし、光学設計上の自由度が奪われるため、レンズ構成枚数が多く必要とされたり、あるいは、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は難しかった。
さらに、正先行型のズームレンズの場合、第１レンズ群により一旦収斂された光束は、第２レンズ群により強い発散作用を受けるため、レンズ全長の短縮化を図ろうとしたときには、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、前者の場合、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く、後者の場合、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場合に、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。
【００２１】
このように、最も物体側に正のレンズ群をもつ、いわゆる正先行型では、レンズ径の小型化に限界があった。
さて、最も像側に負のレンズ群を持つ、いわゆる負先行型の負正負正タイプのものとして、例えば特開昭６３−２８１１１３号公報のものが知られているが、ここに開示されるズームレンズにおいては、レンズ構成枚数が多かったために、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。
【００２２】
従って、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群、正屈折力の第２レンズ群、負屈折力の第３レンズ群、そして正屈折力の第４レンズ群を配置して、レンズ系全体の焦点距離が最も短い広角端よりレンズ系の焦点距離が最も長い望遠端まで変倍する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が増大し、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が増大するように、第２レンズ群と第３レンズ群を物体側へ移動させている。
【００２３】
そして、本発明の実施の形態に係る変倍光学系では、上記構成に加えて、各レンズ群を以下の３つの条件を満足するように機能させることにより、小型で且つ射出瞳位置が像面から離れたズームレンズを達成している。
▲１▼第１レンズ群と第４レンズ群とを変倍時に固定とする。
▲２▼第２レンズ群を広角端より望遠端への変倍時に物体側へ移動させる。
【００２４】
▲３▼開口絞りを第３レンズ群中か、あるいは第３レンズ群より物体側に配置する。
本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、射出瞳位置を像面位置から離すために、上述の通り、レンズ系の最も像側に配置される第４レンズ群を正レンズ群としている。
【００２５】
ここで、射出瞳位置が像面位置から離れるというのは、射出瞳位置が像面位置の物体側であっても、像側であっても差し支えない。射出瞳位置が像面の物体側にある場合、主光線は光軸から離れるように像面位置に到達するのに対して、像側にある場合、主光線は光軸に近づくように像面位置に到達する。従って、射出瞳位置が像面位置から離れているというのは、レンズ系より射出した主光線が光軸となす角度が小さいことを示す。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、主光線が第４レンズ群から、光軸に平行に近い状態で射出されるため、軸外光束は第４レンズ群を光軸から離れて通過し、従ってレンズ径が大きくなりがちである。
そこで、第４レンズ群を変倍時に光軸方向に固定とすることで、レンズ保持機構の簡素化を図り、レンズ鏡筒の小型化を達成している。
【００２７】
また、第１レンズ群の屈折力を負とすることにより、本発明の実施の形態に係る変倍光学系では、レンズ系の焦点距離が最も短い広角端においても充分なバックフォーカスを得ており、さらに、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近づくためレンズ径の小口径化が図られている。
本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第１レンズ群が像面位置よりもっとも離れた位置に配置されているため、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れる傾向にあり、レンズ径が大きくなりがちである。
【００２８】
しかしながら、本発明の実施の形態に係る変倍光学系では、第１レンズ群を望遠端から広角端への変倍時に物体側へ移動させる従来の負正負正のズームタイプとは異なり、第１レンズ群を変倍時に光軸方向に固定としているため、広角端において通過する軸外光束が光軸からあまり離れない。従って、第１レンズ群のレンズ径の大口径化を招く恐れがなく、レンズ径の小型化と、レンズ鏡筒のさらなる小型化とを達成することができる。
【００２９】
また、別の局面によれば、変倍時に固定の第１レンズ群をフォーカシング群とする場合に、レンズ系の焦点距離によらず被写体距離だけに依存してフォーカシング時の繰り出し量が決定されるため、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第１レンズ群をフォーカシング群とした場合に、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。
【００３０】
以上の議論に基づき、▲１▼の条件が必要となる。
次に、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、レンズ系の最も物体側に負レンズ群を配置している。ここで、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ため、望遠端において、強い収斂作用の第２レンズ群を第１レンズ群に近づけ、合成の屈折力を正とするように構成させている。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レンズ群と第２レンズ群との間隔を充分に広げている。
【００３１】
従って、広角端より望遠端への変倍時に第２レンズ群を像側から物体側へ移動させることが望ましく、▲２▼の条件が必要となる。
ところで、像側テレセントリック光学系では、絞り中心位置から発した光束が絞りより像側に配置されるレンズ系により平行光となるように射出される、つまり、絞りより像側に配置されるレンズ系を逆向きに置いた時の物体側焦点位置に絞りが配置されている。
【００３２】
従って、絞り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）絞りより像側に配置されるレンズ系の焦点距離を短くする、
あるいは、
（Ｂ）絞りより像側に配置されるレンズ系を正負構成の望遠型レンズを逆向きに配置する、すなわち像側からこのレンズ系を見たときに望遠型レンズとなるように構成する
ことが考えられる。
【００３３】
（Ａ）の場合、絞りより像側に配置されるレンズ系を大口径化しなければならず、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。
従って、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、上記（Ｂ）のように、絞りより像側に配置されるレンズ系である第３および第４レンズ群を望遠型レンズを逆向きに置いた構成としている。なお、前述の通り、逆向きに置いたとき、すなわち像側から見たときに正負構成のため、絞りより像側に配置されるレンズ系の焦点距離に比して全長を短縮できる。
【００３４】
このように、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、開口絞りから像側へ向けて、負屈折力の第３レンズ群と正屈折力の第４レンズ群とを配置することで、全長の短縮化を図りつつ射出瞳位置を像面位置から遠ざけている。
言い換えると、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第３レンズ群中か、あるいはより物体側に絞りを配置することにより射出瞳位置を像面位置から遠ざけており、条件▲３▼が必要となる。
【００３５】
次に各条件式の説明をする。
本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第３レンズ群は、物体側に配置されて少なくとも１枚の負レンズを含む負部分群と、その像側に間隔を隔てて配置されて少なくとも１枚の正レンズを含む正部分群とから構成されることが好ましく、負部分群と正部分群との間に形成される間隔の光軸方向の厚みをＤ、負部分群と正部分群との間隔を満たす媒質の屈折率をｎ、第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
【００３６】
【数１１】
（１）０．１＜ｎ・Ｄ／｜ｆ３｜＜０．５
を満足することが望ましい。
上記条件式（１）は、第３レンズ群を構成する負部分群と正部分群との間隔を規定する条件式である。
【００３７】
条件式（１）の上限値を上回った場合、負部分群と正部分群の屈折力がそれぞれ弱まるので、広角端における射出瞳位置が像面位置に近づいて、マイクロレンズアレイによる光束ケラレが発生してしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、負部分群と正部分群との相互偏心による性能劣化が著しくなってしまい、好ましくない。
【００３８】
特に、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第３レンズ群が絞り付近に配置されるため、軸上収差の補正を良好に行うために、第３レンズ群を少なくとも１枚の負レンズで構成される負部分群と少なくとも１枚の正レンズで構成される正部分群で構成し、特に広角端におけるコマ収差の画角による変動を良好に補正するために、負部分群の像側に正部分群を配置することが好ましい。この構成によれば、軸外光束は負部分群で発散作用を受けるため、正部分群を通過する軸外光束を光軸から離すことが可能となり、コマ収差の画角による変動が容易に補正可能となる。なお、より高性能化を図るには、上限値を０．４とすることが望ましい。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第２レンズ群の最も物体側に正レンズを配置することが望ましく、このときに以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００４０】
【数１２】
（２）−０．６＜（ｒ2a＋ｒ2b）／（ｒ2a−ｒ2b）＜０．４
軸上光束は、第１レンズ群により発散された後、第２レンズ群に入射するため、レンズ全長の短縮化を図るためには、第２レンズ群の最も物体側に正レンズを配置することが望ましい。
【００４１】
そして、条件式（２）は、その正レンズのベンディング形状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、広角端において、下側コマ収差が補正不足となってしまうため、良好な結像性能を維持することができない。
逆に、条件式（２）の下限値を下回った場合、第２レンズ群において発生する負の球面収差を少ないレンズ構成枚数で良好に補正することが困難となってしまう。
【００４２】
さらに、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、第１レンズ群の最も物体側に負レンズを配置することが好ましく、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００４３】
【数１３】
（３）０．４＜（ｒ1a−ｒ1b）／（ｒ1a＋ｒ1b）＜２．５
第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れた場合、レンズ径の大型化やあるいは下側コマ収差が補正過剰となるので画角によるコマ収差の変動が大きくなるため、第１レンズ群の最も物体側に負レンズを配置して第１レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近づけることが望ましい。
【００４４】
条件式（３）は、その負レンズのベンディング形状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、負レンズの物体側のレンズ面の曲率が負に強まるので、コマ収差が補正過剰となってしまうため、良好な結像性能を維持できない。
逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合、軸外収差の発生が少なくなるが、正の球面収差の補正ができず、良好な結像性能を維持できない。
【００４５】
本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、前述の通り、変倍時に固定である第１レンズ群をフォーカシング群とした場合に、変倍範囲のいづれの焦点距離状態においても、同じ被写体に対する繰り出し量が変化せず、容易に制御を行うことができる。
また、本発明の実施の形態に係る変倍光学系においては、画面周辺部においても良好な結像性能を得るために、第４レンズ群が以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００４６】
【数１４】
（４）０．５＜ｆ４／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜１．３
条件式（４）の上限値を上回った場合、上側コマ収差が第４レンズ群において大きく発生してしまうため、少ない構成枚数で構成することが困難となってしまう。レンズ構成枚数を多くしても、光軸方向の厚みが非常に大きくなってしまうため、好ましくない。
【００４７】
ところで、本発明の別の観点によれば、本発明の実施の形態においては、屈折力の強い第２レンズ群及び第３レンズ群を少なくとも２枚のレンズで構成することにより、球面収差の補正を良好に行い、第２レンズ群及び第３レンズ群に比べて屈折力の大きさの小さい第１レンズ群と第４レンズ群を１枚のレンズで構成することで、少ないレンズ枚数でありながら、小型化と高性能化を達成することができる。より高性能化を図るには、第１レンズ群と第４レンズ群とをそれぞれ２枚のレンズで構成することが望ましい。
【００４８】
本発明の実施の形態においては、各レンズ群を少ない構成枚数で構成しているが、レンズ枚数を増やすことにより、高変倍化やあるいは高性能化を図るのは容易であり、あるいは非球面を何れかのレンズ面に導入することにより、高変倍化・高性能化を図れるのはいうまでもない。
特に、開口絞りより離れた位置に配置される第１レンズ群や第４レンズ群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り、あるいは、開口絞りに近い位置に配置される第２レンズ群や第３レンズ群に非球面を導入することで、大口径化を図ることも可能である。
【００４９】
また、プラスチック素材を用いたレンズを用いることで、軽量化やさらなる低コスト化が達成できるのはもちろんである。
ところで、レンズ系のうち１つのレンズ群を光軸方向に駆動した場合、像面位置が光軸方向に移動して、焦点距離もそれに従い変化する。
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像面位置の変動を抑えたレンズ系がズームレンズと呼ばれるが、本発明においてはズームレンズに限らず、像面位置が光軸方向に若干変動しても（バリフォーカルズームレンズと呼ばれる）、例えば、撮像素子であるＣＣＤを光軸方向に駆動させる、あるいは、フォーカス群を光軸方向に駆動させることにより、レンズ系の像面位置を撮像素子と合わせることも可能であり、変倍光学系であれば適用可能である。
【００５０】
また、別の観点によれば、撮影を行う際に、高変倍ズームレンズで発生しがちな手ブレ等が原因の像ブレによる失敗を防ぐために、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、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つのレンズ群を全体か、あるいはその一部を偏心レンズ群として偏心させることにより、ブレをブレ検出系により検出し、検出されたブレを補正するように駆動手段により偏心レンズ群を偏心させ像をシフトさせて、像ブレを補正する防振光学系とすることが可能である。
【００５１】
【実施例】
以下に、本発明による各実施例について説明する。
図１は、本発明の各実施例による変倍光学系の屈折力配分を示しており、各実施例は、物体側より順に、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１，正屈折力の第２レンズ群Ｇ２，負屈折力の第３レンズ群Ｇ３および正屈折力の第４レンズ群Ｇ４により構成され、広角端より望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔は減少し、第２レンズ群と第３レンズ群との空気間隔は増大し、第３レンズ群と第４レンズ群との空気間隔は増大するように、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３が物体側に移動しており、第１レンズ群と第４レンズ群とは光軸方向に固定される。
【００５２】
各実施例において、非球面形状は以下の式で表される。
【００５３】
【数１３】
ｘ＝ｃｙ2／｛１＋（１−κｃ2ｙ2）1/2｝＋Ｃ4ｙ4＋Ｃ6ｙ6＋…
なお、ｙは光軸からの高さ、ｘはサグ量、ｃは曲率、κは円錐定数、Ｃ4，Ｃ6，…は非球面係数である。
［第１実施例］
図２は、本発明の第１実施例によるレンズ構成図を示しており、それぞれ物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１は両凹レンズＬ１１により構成され、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズＬ２１と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズＬ３１と像側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は像側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ４１により構成される。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に絞りＳが配置され、変倍時に第２レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。
【００５４】
第１実施例では、第３レンズ群Ｇ３が両凹レンズＬ３１により構成される負部分群と凸レンズＬ３２により構成される正部分群で構成される。
第１実施例においては、第１レンズ群を光軸方向に駆動することにより、近距離合焦が行える。
なお、第１実施例において、第４レンズ群Ｇ４と像面位置との間には、保護ガラスとしての厚さ３．０５ｍｍの白板ガラスが挿入され、この白板ガラスは変倍時に固定である。（なお、曲率半径が０である面は平面を意味する）
以下の表１に、本発明における第１実施例の諸元の値を掲げる。実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角を表し、ｙは最大像高を示し、屈折率はｅ線（λ=546.1nm）に対する値である。
【００５５】
【表１】
0003713779.tif 000002
0003713779.tif 000003
図３より図８は本発明の第１実施例の諸収差図を示し、図３乃至図５はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図を表し、図６乃至図８はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での撮影倍率が−０．０１倍の状態における諸収差図を表す。
【００５６】
図３より図８の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差、点線はサイン・コンディションを示し、ｙは像高を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示しており、ｄはｄ線に対する収差を示す。コマ収差図は、像高ｙ＝０， ｙ＝１．５０， ｙ＝２．１０， ｙ＝２．５５およびｙ＝３．００でのコマ収差を表し、Ａは入射角、Ｈは物体高を表す。
【００５７】
各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
［第２実施例］
図９は、本発明の第２実施例によるレンズ構成図を示しており、それぞれ物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１は両凹レンズＬ１１により構成され、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズＬ２１と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズＬ３１と両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は両凸レンズＬ４１により構成される。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に絞りＳが配置され、変倍時に第３レンズ群Ｇ３と一体的に移動する。
【００５８】
第２実施例では、第３レンズ群Ｇ３が両凹レンズＬ３１により構成される負部分群と両凸レンズＬ３２により構成される正部分群で構成される。
第２実施例においては、第１レンズ群を光軸方向に駆動することにより、近距離合焦が行える。
なお、第２実施例において、第４レンズ群Ｇ４と像面位置との間には、保護ガラスとしての厚さ３．０５ｍｍの白板ガラスが挿入され、この白板ガラスも変倍時に固定である。（なお、曲率半径が０である面は平面を意味する）
以下の表２に、本発明における第２実施例の諸元の値を掲げる。実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角を表し、ｙは最大像高を示し、屈折率はｅ線（λ=546.1nm）に対する値である。
【００５９】
【表２】
0003713779.tif 000004
0003713779.tif 000005
図１０より図１５は本発明の第２実施例の諸収差図を示し、図１０乃至図１２はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図を表し、図１３乃至図１５はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での撮影倍率が−０．０１倍の状態における諸収差図を表す。
【００６０】
図１０より図１５の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差、点線はサイン・コンディションを示し、ｙは像高を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示しており、ｅはｅ線に対する収差を示す。コマ収差図は、像高ｙ＝０， ｙ＝１．５０， ｙ＝２．１０， ｙ＝２．５５およびｙ＝３．００でのコマ収差を表し、Ａは入射角、Ｈは物体高を表す。
【００６１】
各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
［第３実施例］
図１６は、本発明の第３実施例によるレンズ構成図を示しており、それぞれ物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１は両凹レンズＬ１１により構成され、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズＬ２１と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズＬ３１と両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は像側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ４１より構成される。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に絞りＳが配置され、変倍時に第３レンズ群Ｇ３と一体的に移動する。
【００６２】
第３実施例では、第３レンズ群Ｇ３が両凹レンズＬ３１により構成される負部分群と両凸レンズＬ３２により構成される正部分群で構成される。
第３実施例においては、第１レンズ群を光軸方向に駆動することにより、近距離合焦が行える。
なお、第３実施例において、第４レンズ群Ｇ４と像面位置との間には、保護ガラスとしての厚さ３．０５ｍｍの白板ガラスが挿入され、この白板ガラスも変倍時に固定である。（なお、曲率半径が０である面は平面を意味する）
以下の表３に、本発明における第３実施例の諸元の値を掲げる。実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角を表し、ｙは最大像高を示し、屈折率はｅ線（λ=546.1nm）に対する値である。
【００６３】
【表３】
0003713779.tif 000006
0003713779.tif 000007
図１７より図２２は本発明の第３実施例の諸収差図を示し、図１７乃至図１９はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図を表し、図２０乃至図２２はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での撮影倍率が−０．０１倍の状態における諸収差図を表す。
【００６４】
図１７より図２２の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差、点線はサイン・コンディションを示し、ｙは像高を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示しており、ｅはｅ線に対する収差を示す。コマ収差図は、像高ｙ＝０， ｙ＝１．５０， ｙ＝２．１０， ｙ＝２．５５およびｙ＝３．００でのコマ収差を表し、Ａは入射角、Ｈは物体高を表す。
【００６５】
各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
［第４実施例］
図２３は、本発明の第４実施例によるレンズ構成図を示しており、それぞれ物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１は両凹レンズＬ１１により構成され、第２レンズ群Ｇ２は両凸レンズＬ２１と物体側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ２２により構成され、第３レンズ群Ｇ３は両凹レンズＬ３１と両凸レンズＬ３２により構成され、第４レンズ群Ｇ４は像側に凸面を向けたメニスカス形状の凸レンズＬ４１より構成される。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に絞りＳが配置され、変倍時に第３レンズ群Ｇ３と一体的に移動する。
【００６６】
第４実施例では、第３レンズ群Ｇ３が両凹レンズＬ３１により構成される負部分群と両凸レンズＬ３２により構成される正部分群で構成される。
第４実施例においては、第１レンズ群を光軸方向に駆動することにより、近距離合焦が行える。
なお、第４実施例において、第４レンズ群Ｇ４と像面位置との間には、保護ガラスとして厚さ３．０５ｍｍの白板ガラスが挿入され、この白板ガラスも変倍時に固定である。（なお、曲率半径が０である面は平面を意味する）
以下の表４に、本発明における第４実施例の諸元の値を掲げる。実施例の諸元表中のｆは焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角を表し、ｙは最大像高を示し、屈折率はｅ線（λ=546.1nm）に対する値である。
【００６７】
【表４】
0003713779.tif 000008
0003713779.tif 000009
図２４より図２９は本発明の第４実施例の諸収差図を示し、図２４乃至図２６はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図を表し、図２７乃至図２９はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での撮影倍率が−０．０１倍の状態における諸収差図を表す。
【００６８】
図２４より図２９の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差、点線はサイン・コンディションを示し、ｙは像高を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示しており、ｅはｅ線に対する収差を示す。コマ収差図は、像高ｙ＝０， ｙ＝１．５０， ｙ＝２．１０， ｙ＝２．５５およびｙ＝３．００でのコマ収差を表し、Ａは入射角、Ｈは物体高を表す。
【００６９】
各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。
［第５実施例］
さて、以上の第１乃至第４実施例では、第１レンズ群Ｇ１がフォーカシング群であったが、本発明はこれには限られない。
【００７０】
次に、第５実施例として、上記の第２実施例による変倍光学系において、第３レンズ群Ｇ３をフォーカシング群とした場合を示す。なお、第５実施例では、変倍光学系のレンズ構成は第２実施例と同様であるため、記載を省略する。
以下に、第３レンズ群Ｇ３をフォーカシング群とした際の、近距離合焦状態における第３レンズ群Ｇ３の繰り出し量を示す。
［撮影倍率−０．０１倍時の第３レンズ群Ｇ３の移動量δ３］
ｆ      6.1500   12.0000   17.5000
D0    610.9114 1198.7054 1751.2966
δ１   -0.0116   -0.0142   -0.0177
（なお、物体側への移動量を正とする）
図３０より図３２は本発明の第５実施例の諸収差図を示し、図３０乃至図３２はそれぞれ広角端、中間焦点距離状態、望遠端での撮影倍率が−０．０１倍の状態における諸収差図を表す。
【００７１】
図３０より図３２の各収差図において、球面収差図中の実線は球面収差、点線はサイン・コンディションを示し、ｙは像高を示し、非点収差図中の実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示しており、ｅはｅ線に対する収差を示す。コマ収差図は、像高ｙ＝０， ｙ＝１．５０， ｙ＝２．１０， ｙ＝２．５５およびｙ＝３．００でのコマ収差を表し、Ａは入射角、Ｈは物体高を表す。
【００７２】
各収差図から、第３レンズ群Ｇ３をフォーカシング群とした場合においても、近距離合焦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していることは明らかである。
以上の通り、本発明による各実施例によれば、小型でかつ高変倍化が可能な変倍光学系を実現できる。
【００７３】
また、上述の各実施例においては、レンズ系を構成するレンズ群のうち、１つのレンズ群を全体か、あるいはその一部を偏心レンズ群として偏心させて、像ブレを補正する防振光学系とすることが可能である。このときには、レンズ系のブレを検出するブレ検出系と、これにより検出されたブレを補正するように上記偏心レンズ群を偏心させる駆動装置とを上記レンズ系と組み合わせる。これにより、撮影を行う際に、高変倍ズームレンズで発生しがちな手ブレ等が原因の像ブレによる失敗を防ぐことが可能となる。
【００７４】
ここで、第１実施例においては、第１レンズ群Ｇ１中の負レンズＬ１１を偏心レンズ群として選定することが望ましく、第２実施例においては第４レンズ群Ｇ４中の正レンズＬ４１を、第３実施例においては、第１レンズ群Ｇ１中の負レンズＬ１１を、第４実施例においては、第４レンズ群Ｇ４中の正レンズＬ４１を、第５実施例においては、第１レンズ群Ｇ１中の負レンズＬ１１を偏心レンズ群として選定することが望ましい。
【００７５】
なお、上述の各実施例における保護ガラスとしての白板ガラスの代わりに、ローパスフィルタとしての水晶板を配置しても良い。
また、上述の各実施例においては、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置される絞りＳは、変倍時に第２レンズ群Ｇ２あるいは第３レンズ群Ｇ３と一体で光軸方向に移動する構成であるが、第２レンズ群Ｇ２あるいは第３レンズ群Ｇ３とは独立に移動する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明による変倍光学系の屈折力配置を示す概念図
【図２】    第１実施例の構成を示すレンズ断面図
【図３】    第１実施例の広角端での無限遠合焦状態の諸収差図
【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の諸収差図
【図５】    第１実施例の望遠端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図６】    第１実施例の広角端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図７】    第１実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図８】    第１実施例の望遠端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図９】    第２実施例の構成を示すレンズ断面図
【図１０】  第２実施例の広角端での無限遠合焦状態の諸収差図
【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の諸収差図
【図１２】  第２実施例の望遠端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図１３】  第２実施例の広角端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図１４】  第２実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図１５】  第２実施例の望遠端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図１６】  第３実施例の構成を示すレンズ断面図
【図１７】  第３実施例の広角端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図１８】  第３実施例の中間焦点距離状態での無限遠合焦状態の諸収差図
【図１９】  第３実施例の望遠端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図２０】  第３実施例の広角端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図２１】  第３実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図２２】  第３実施例の望遠端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図２３】  第４実施例の構成を示すレンズ断面図
【図２４】  第４実施例の広角端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図２５】  第４実施例の中間焦点距離状態での無限遠合焦状態の諸収差図
【図２６】  第４実施例の望遠端での無限遠合焦状態の諸収差図
【図２７】  第４実施例の広角端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図２８】  第４実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図２９】  第４実施例の望遠端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図３０】  第５実施例の広角端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図３１】  第５実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【図３２】  第５実施例の望遠端での撮影倍率-1/30倍の諸収差図
【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
Ｇ４：第４レンズ群
【図１】
0003713779.tif 000015
【図２】
0003713779.tif 000016
【図３】
0003713779.tif 000017
【図４】
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【図５】
0003713779.tif 000019
【図６】
0003713779.tif 000020
【図７】
0003713779.tif 000021
【図８】
0003713779.tif 000022
【図９】
0003713779.tif 000023
【図１０】
0003713779.tif 000024
【図１１】
0003713779.tif 000025
【図１２】
0003713779.tif 000026
【図１３】
0003713779.tif 000027
【図１４】
0003713779.tif 000028
【図１５】
0003713779.tif 000029
【図１６】
0003713779.tif 000030
【図１７】
0003713779.tif 000031
【図１８】
0003713779.tif 000032
【図１９】
0003713779.tif 000033
【図２０】
0003713779.tif 000034
【図２１】
0003713779.tif 000035
【図２２】
0003713779.tif 000036
【図２３】
0003713779.tif 000037
【図２４】
0003713779.tif 000038
【図２５】
0003713779.tif 000039
【図２６】
0003713779.tif 000040
【図２７】
0003713779.tif 000041
【図２８】
0003713779.tif 000042
【図２９】
0003713779.tif 000043
【図３０】
0003713779.tif 000044
【図３１】
0003713779.tif 000045
【図３２】
0003713779.tif 000046