(57)【要約】【課題】マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズ及びそれを有する撮像装置を提供すること。【解決手段】最も像側に変倍のためには移動しない最終レンズ群を配置したズームレンズにおいて、最終レンズ群は第Ｎ１レンズ群とマクロ撮影のために光軸方向に移動する第Ｎ２レンズ群とマクロ撮影のために物体側に移動する第Ｎ３レンズ群を有し、無限遠より光束が入射する際の広角端における第Ｎ３レンズ群の横倍率βｎ３、第Ｎ２レンズ群および第Ｎ３レンズ群の焦点距離ｆｎ２、ｆｎ３を適切に設定すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最も像側に変倍のためには移動しない最終レンズ群を配置したズームレンズにおいて、該最終レンズ群は第Ｎ１レンズ群とマクロ撮影のために光軸方向に移動する第Ｎ２レンズ群とマクロ撮影のために物体側に移動する第Ｎ３レンズ群を有し、無限遠より光束が入射する際の広角端における該第Ｎ３レンズ群の横倍率をβｎ３、第Ｎ２レンズ群および第Ｎ３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆｎ２、ｆｎ３としたとき、以下の式を満たすことを特徴とするズームレンズ。
−０．２＜βＮ３＜０．５
０＜｜ｆＮ３／ｆＮ２｜＜１．０
【請求項２】
マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの前記第Ｎ２レンズ群、前記第Ｎ３レンズ群の移動量をそれぞれＭ２、Ｍ３としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
０．５＜｜Ｍ２／Ｍ３｜＜４．０
【請求項３】
前記第Ｎ３レンズ群はフランジバック調整のために可動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第Ｎ２レンズ群の最も物体側のレンズは凸レンズであり、該凸レンズのアッベ数、物体側の曲率半径、像側の曲率半径をそれぞれｖｄｎ、ｒ１、ｒ２としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のズームレンズ。
１０＜ｖｄｎ＜３０
−３．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜０
【請求項５】
前記ズームレンズの焦点距離に応じて、マクロ撮影時に第Ｎ２レンズ群と第Ｎ３レンズ群の移動量を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記ズームレンズが広角端の際に、マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの前記第Ｎ２レンズ群の移動量をＭ２ｗ、望遠端の際に、マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの前記第Ｎ２レンズ群の移動量をＭ２ｔとしたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
０＜｜Ｍ２ｔ／Ｍ２ｗ｜＜０．５
【請求項７】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のズームレンズと前記ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特に放送用テレビカメラ、映画用カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩写真用カメラ等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビカメラや映画用カメラ、写真用カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置には、広画角、高ズーム比かつ高い光学性能を有したズームレンズが要望されている。特に、プロフェッショナルの動画撮影システムとしてのテレビ・映画用カメラに用いられているＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイスは、撮像範囲全体が略均一の解像力を有している。そのため、これを用いるズームレンズに対しては、画面中心から画面周辺まで解像力が略均一であることが要求されている。また、機動性や操作性を重視した撮影形態に対して小型軽量化も要求されている。
【０００３】
さらに、テレビカメラ、映画カメラ用の交換式レンズでは、合焦用レンズ群とは別のレンズ群を光軸方向に動かして、近接撮影を可能にするマクロ撮影機構やレンズマウントの取り付け基準面から像面までの距離を調整するフランジバック調整機構の要望が高い。
マクロ撮影機構やフランジバック調整機構を有したズームレンズとして、ズームレンズの最も像側に、変倍のためには移動しないレンズ群が構成され、マクロ撮影機構やフランジバック調整機構を有したズームレンズが知られている。
【０００４】
特許文献１には、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、最も像側に正の屈折力の第Ｎレンズ群から構成されたズームレンズが開示されている。第Ｎレンズ群にマクロ撮影又はフランジバック調整のために光軸方向に可動するレンズ群を有している。
【０００５】
また、特許文献２には、ズームレンズの最も像側のレンズ群にマクロ撮影のために移動する第１可動レンズ群とフランジバック調整のために移動する第２可動レンズ群を備えたズームレンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−９４８６４号公報
【特許文献２】特開平２−２２６２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マクロ撮影時に高い光学性能を達成するためには、各レンズ群の屈折力配置とマクロ撮影時に可動させるレンズ群の配置が重要である。しかしながら、特許文献１、２に開示されているズームレンズでは、マクロ撮影時に可動するレンズ群が１つであるため、特に広角端のマクロ撮影時において、像面湾曲や倍率色収差の補正が不十分である。
【０００８】
そこで、本発明は、各レンズ群の屈折力配置とマクロ撮影時に可動させるレンズ群の配置を適切に設定することで、マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るズームレンズ及びそれを有する撮像装置は、
最も像側に変倍のためには移動しない最終レンズ群を配置したズームレンズにおいて、該最終レンズ群は第Ｎ１レンズ群とマクロ撮影のために光軸方向に移動する第Ｎ２レンズ群とマクロ撮影のために物体側に移動する第Ｎ３レンズ群を有し、無限遠より光束が入射する際の広角端における該第Ｎ３レンズ群の横倍率をβｎ３、第Ｎ２レンズ群および第Ｎ３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆｎ２、ｆｎ３としたとき、
−０．２＜βＮ３＜０．５
０＜｜ｆＮ３／ｆＮ２｜＜１．０
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各レンズ群の屈折力配置とマクロ撮影時に可動させるレンズ群の配置を適切に設定するマクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】数値実施例１の広角端において無限遠合焦時のレンズ断面図
【図２】数値実施例１の広角端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図３】数値実施例１の望遠端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図４（ａ）】数値実施例１の広角端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図４（ｂ）】数値実施例１の広角端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図５（ａ）】数値実施例１の望遠端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図５（ｂ）】数値実施例１の望遠端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図６】数値実施２の広角端において無限遠合焦時のレンズ断面図
【図７】数値実施例２の広角端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図８】数値実施例２の望遠端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図９（ａ）】数値実施例２の広角端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図９（ｂ）】数値実施例２の広角端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図１０（ａ）】数値実施例２の望遠端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図１０（ｂ）】数値実施例２の望遠端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図１１】数値実施３の広角端において無限遠合焦時のレンズ断面図
【図１２】数値実施例３の広角端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図１３】数値実施例３の望遠端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での断面図
【図１４（ａ）】数値実施例３の広角端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図１４（ｂ）】数値実施例３の広角端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図１５（ａ）】数値実施例２の望遠端における基準状態での無限遠合焦時の収差図
【図１５（ｂ）】数値実施例２の望遠端におけるマクロ端での無限遠合焦時の収差図
【図１６】本発明の撮像装置の要部概略図
【図１７】数値実施例１の広角端における基準状態（ａ）、マクロ端（ｂ）での光路図
【図１８】正レンズの倍率色収差に関する模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明のズームレンズの特徴について、各条件式に沿って説明する。
【００１４】
本発明のズームレンズは、マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成するために、最も像側の最終レンズ群の構成やマクロ撮影時に可動するレンズ群およびそのレンズ群の横倍率を規定することを特徴とする。
【００１５】
本発明のズームレンズは、最も像側に変倍のためには移動しない最終レンズ群を配置したズームレンズにおいて、該最終レンズ群は第Ｎ１レンズ群とマクロ撮影のために光軸方向に移動する第Ｎ２レンズ群とマクロ撮影のために物体側に移動する第Ｎ３レンズ群を有し、無限遠より光束が入射する際の広角端における該第Ｎ３レンズ群の横倍率をβｎ３、第Ｎ２レンズ群および第Ｎ３レンズ群の焦点距離をそれぞれｆｎ２、ｆｎ３としたとき、
−０．２＜βＮ３＜０．５     ・・・（１）
０＜｜ｆＮ３／ｆＮ２｜＜１．０      ・・・（２）
を満たしている。
【００１６】
本発明において、前述のレンズ構成を採用した場合の光学的採用について、図１７を参照して説明する。図１７は、本発明の実施例１（数値実施例１）であるズームレンズの最終レンズ群付近を拡大した光路図を示している。最終レンズ群は、物体側から順に、第Ｎ１レンズ群、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第Ｎ２レンズ群とマクロ撮影のために物体側に移動する第Ｎ３レンズ群を有している。第Ｎ３レンズ群が可動させることで、マクロ撮影時に被写体距離が変わることによる結像点の位置変化を補正している。また、第Ｎ２レンズ群は、マクロ撮影時に第Ｎ３レンズ群と同時に可動させることにより、軸外光束の光線高の変化を利用して、マクロ撮影時の像面湾曲や倍率色収差を補正している。特に、第Ｎ２レンズ群の屈折力を比較的弱くすることにより、中心性能（球面収差）を大きく変化させることなく、像面湾曲や倍率色収差といった周辺性能を補正することが可能になる。
【００１７】
さらに、前述の（１）、（２）式を満たすことで、マクロ撮影時の高い光学性能と最終レンズ群の小型化の両立を達成している。（１）式は、第Ｎ３レンズ群の横倍率を規定している。（１）式を満たすことで、第Ｎ３レンズ群にマクロ撮影を行う際に適度なバックフォーカスへの位置敏感度を有することと高い光学性能を達成している。ここで、第Ｎ３レンズ群の光軸方向への単位移動量当たりのバックフォーカス変化量をｓｋｎ３とすると、ｓｋｎ３は概ね以下の式で表される。
【００１８】
ｓｋｎ３＝１−βＮ３２              ・・・（７）
（１）式の上限が満たされないと、（７）式のｓｋｎ３の値が小さくなり、第Ｎ３レンズ群に適度なバックフォーカスへの位置敏感度を有することが困難となる。その結果、マクロ撮影を行う際の第Ｎ３レンズ群の光軸方向への移動量が大きくなり、最終レンズ群の大型化を招く。（１）式の下限が満たされないと、第Ｎ３レンズ群への入射光線が発散になり、第Ｎ３レンズ群のレンズ径が大きくなる。そのため、第Ｎ３レンズ群を構成するレンズの屈折力が強くなり、高次収差の補正が困難となる。更に好ましくは、（１）式は次の如く設定するのが良い。
【００１９】
０＜βＮ３＜０．４              ・・・（１ａ）
また、（２）式は、第Ｎ２レンズ群と第Ｎ３レンズ群の焦点距離の比を規定している。（２）式を満たすことで、マクロ撮影時の高い光学性能と最終レンズ群の小型化の両立を達成している。（２）式の上限が満たされないと、第Ｎ３レンズ群の屈折力が弱くなるため、マクロ撮影を行う際の第Ｎ３レンズ群の光軸方向への移動量が大きくなり、最終レンズ群の大型化を招く。（２）式の下限が満たされないと、第Ｎ２レンズ群の屈折力が強くなる。そのため、第Ｎ２レンズ群の移動により周辺性能を補正すると共に、中心性能（球面収差）も変化してしまうため、マクロ撮影時に球面収差の補正が不十分となる。よって、マクロ撮影時の高い光学性能の達成が困難となる。更に好ましくは、（２）式は次の如く設定するのが良い。
【００２０】
０＜｜ｆＮ３／ｆＮ２｜＜０．７      ・・・（２ａ）
更なる本発明のズームレンズの態様として、マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの第Ｎ２レンズ群、第Ｎ３レンズ群の移動量をそれぞれＭ２、Ｍ３としたとき、
０．５＜｜Ｍ２／Ｍ３｜＜４．０      ・・・（３）
を満たしている。（３）式を満たすことで、マクロ撮影時の高い光学性能と最終レンズ群の小型化の両立を達成している。（３）式の上限が満たされないと、第Ｎ２レンズ群の移動量が大きくなるため、最終レンズ群が光軸方向に長くなる。（３）式の下限が満たされないと、第Ｎ２レンズ群の移動量が小さく、マクロ撮影時の像面湾曲や倍率色収差を補正が小さくなるため、マクロ撮影時に高い光学性能を達成することが困難となる。更に好ましくは、（３）式は次の如く設定するのが良い。
【００２１】
０．６＜｜Ｍ２／Ｍ３｜＜３．０      ・・・（３ａ）
更なる本発明のズームレンズの態様として、第Ｎ３レンズ群はフランジバック調整のために可動することを特徴としている。フランジバック調整として可動するレンズ群は、適度なバックフォーカスへの位置敏感度を有すると共に、光軸方向への移動で収差が変化しないことが求められる。第Ｎ２レンズ群は光軸方向への移動で像面湾曲や倍率色収差が変化するため、フランジバック調整時は第Ｎ３レンズ群のみ可動することが適切である。
【００２２】
更なる本発明のズームレンズの態様として、第Ｎ２レンズ群の最も物体側のレンズは凸レンズであり、凸レンズのアッベ数、物体側の曲率半径、像側の曲率半径をそれぞれｖｄｎ、ｒ１、ｒ２としたとき、
１０＜ｖｄｎ＜３０    ・・・（４）
−３．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜０      ・・・（５）
を満たしている。特に広角端では、マクロ撮影時に短波長側（例えばｇ線）の倍率色収差がプラス側に、長波長側（例えばＣ線）の倍率色収差がマイナス側に発生する。
【００２３】
図１８は像面と開口絞りの間にある正の屈折力のレンズ群ＬＰによる倍率色収差に関する模式図である。レンズ群ＬＰの色収差は、ｇ線の結像点がマイナス側（光軸に近づく方向）、Ｃ線の結像点がプラス側（光軸から離れる方向）にずれる。そのため、マクロ撮影時に倍率色収差を補正するためには、第Ｎ２レンズ群の最も物体側に正レンズを配置し、短波長側の倍率色収差がマイナス側に、長波長側の倍率色収差がプラス側に発生させる必要がある。
【００２４】
（４）式は第Ｎ２レンズ群の最も物体側の凸レンズＧＰのアッベ数を規定している。（４）式の上限が満たされないと、凸レンズＧＰで発生する倍率色収差が小さく、マクロ撮影時における倍率色収差の補正が不足となる。（４）式の下限が満たされないと、凸レンズＧＰで発生する倍率色収差が大きく、マクロ撮影時における倍率色収差の補正が過剰となる。
【００２５】
（５）式は第Ｎ２レンズ群の最も物体側の凸レンズＧＰのシェイプファクターを規定している。マクロ撮影時に倍率色収差を補正するためには、凸レンズＧＰで短波長側の倍率色収差がマイナス側に、長波長側の倍率色収差がプラス側に発生させる必要がある。よって、凸レンズＧＰの物体側の面は凸面にすることが望ましい。（５）式の上限が満たされないと、凸レンズＧＰの物体側の曲率半径が大きくなるため、凸レンズＧＰで発生する倍率色収差が小さく、マクロ撮影時における倍率色収差の補正が不足となる。（５）式の下限が満たされないと、凸レンズＧＰの物体側の曲率半径が小さくなるため、凸レンズＧＰで発生する倍率色収差が大きく、マクロ撮影時における倍率色収差の補正が不足となる。更に好ましくは、（４）、（５）式は次の如く設定するのが良い。
【００２６】
１５＜ｖｄｎ＜２８    ・・・（４ａ）
−２．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜０      ・・・（５ａ）
更なる本発明のズームレンズの態様として、ズームレンズの焦点距離に応じて、マクロ撮影時に第Ｎ２レンズ群と第Ｎ３レンズ群の移動量を変更することを特徴としている。ズームレンズが広角端の際に、マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの第Ｎ２レンズ群の移動量をＭ２ｗ、望遠端の際に、マクロ撮影時に基準位置からマクロ端までの第Ｎ２レンズ群の移動量をＭ２ｔとしたとき、
０＜Ｍ２ｔ／Ｍ２ｗ＜０．５   ・・・（６）
を満たしている。広角端と比較して望遠端ではマクロ撮影時に発生する像面湾曲や倍率色収差が小さい。そのため、広角端から望遠端までのズーム全域において、マクロ撮影時に高い光学性能を達成するためには、ズームレンズの焦点距離に応じて、マクロ撮影時に第Ｎ２レンズ群と第Ｎ３レンズ群の移動量を変更する必要がある。（６）式の上限が満たされないと、望遠端において第Ｎ２レンズ群の移動量が大きくなるため、望遠端でのマクロ撮影時における像面湾曲と倍率色収差の補正が過剰となる。（６）式の下限が満たされないと、広角端における第Ｎ２レンズの移動量が大きくなるため、最終レンズ群の小型化が困難となる。更に好ましくは、（６）式は次の如く設定するのが良い。
【００２７】
０＜｜Ｍ２ｔ／Ｍ２ｗ｜＜０．３      ・・・（６ａ）
さらに、本発明の撮像装置は、各実施例のズームレンズとズームレンズによって形成された像を受光する所定の有効撮像範囲を有する固体撮像素子を有することを特徴とする。
【００２８】
以下に本発明のズームレンズの具体的な構成について、実施例１〜３に対応する数値実施例１〜３のレンズ構成の特徴により説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の実施例１（数値実施例１）であるズームレンズにおいて、広角端で無限遠に合焦しているときのレンズ断面図である。図２において、（ａ）は数値実施例１の広角端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例１の広角端におけるマクロ端での断面図である。図３において、（ａ）は数値実施例１の望遠端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例１の望遠端におけるマクロ端での断面図である。図４において、（ａ）は数値実施例１の広角端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例１の広角端におけるマクロ端での縦収差図を示している。図５において、（ａ）は数値実施例１の望遠端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例１の望遠端におけるマクロ端での縦収差図を示している。いずれの収差図も、無限遠に合焦しているときの縦収差図である。また、焦点距離の値は、後述する数値実施例をｍｍ単位で表したときの値である。これは以下の数値実施例においても、全て同じである。
【００３０】
図１において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１レンズ群Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２レンズ群Ｕ２を有している。さらに、第２レンズ群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動し、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３レンズ群Ｕ３を有している。さらに、変倍のためには移動しない結像作用をする正の屈折力の第４レンズ群Ｕ４を有している。第２レンズ群Ｕ２と第３レンズ群Ｕ３とで変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第４レンズ群Ｕ４の物体側に配置されている。Ｉは像面であり、放送用テレビカメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラの撮像光学系として使用する際には、ズームレンズで形成された像を受光し、光電変換する固体撮像素子（光電変換素子）等の撮像面に相当している。フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際には、ズームレンズで形成された像が感光するフィルム面に相当する。
【００３１】
縦収差図において、球面収差における直線と二点鎖線と一点鎖線、点線は各々ｅ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線である。非点収差における点線と実線は各々メリディオナル像面、サジタル像面であり、倍率色収差における二点鎖線と一点鎖線、点線は各々ｇ線、Ｃ線、Ｆ線である。ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。縦収差図では、球面収差は０．５ｍｍ、非点収差は０．５ｍｍ、歪曲は１０％、倍率色収差は０．１ｍｍのスケールで描かれている。なお、以下の各実施例において広角端と望遠端は、変倍用の第２レンズ群Ｕ２が機構に対して光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置を指す。
【００３２】
次に、本実施例における第４レンズ群Ｕ４について説明する。
【００３３】
第４レンズ群Ｕ４は第３３面から第５３面に対応する。第４レンズ群Ｕ４は物体側から順に、第４１レンズ群Ｕ４１、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４２レンズ群Ｕ４２、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４３レンズ群Ｕ４３で構成している。第４１レンズ群Ｕ４１は、物体側から順に両凸レンズＧ１、両凸レンズＧ２と両凹レンズＧ３との接合レンズ、像側に凸のメニスカス凹レンズＧ４と両凸レンズＧ５との接合レンズ、両凹レンズＧ６，像側に凹のメニスカス凸レンズＧ７から構成される。第４２レンズ群Ｕ４２は、両凸レンズＧ８と両凹レンズＧ９との接合レンズから構成される。第４３レンズ群Ｕ４３は、両凸レンズＧ１０、両凸レンズＧ１１と像側に凸のメニスカス凹レンズＧ１２との接合レンズから構成される。マクロ撮影時には第４２レンズ群Ｕ４２と第４３レンズ群Ｕ４３が同時に移動し、フランジバック調整時には第４３レンズ群Ｕ４３が移動する。また、広角端においてマクロ端はズームレンズの第１面から５０ｍｍ、望遠端においてマクロ端ではズームレンズの第１面から３１１５ｍｍまで合焦させることが可能となる。
【００３４】
上記実施例１に対応する数値実施例１について説明する。
【００３５】
数値実施例１に限らず全数値実施例において、ｉは物体側からの面（光学面）の順序を示し、ｒｉは物体側より第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間隔（光軸上）を示している。また、ｎｄｉ、νｄｉ、θｇＦｉは、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の媒質（光学部材）の屈折率、アッベ数、部分分散比を、ＢＦは空気換算のバックフォーカスを表している。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐常数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６をそれぞれ非球面係数としたとき、次式で表している。また、「ｅ−Ｚ」は「×１０−Ｚ」を意味する。
【００３６】
【数１】
2019008088.tif 000003
【００３７】
本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例は（１）〜（６）式を満足しており、マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズを達成している。しかしながら、本発明のズームレンズは、（１）、（２）式を満足することは必須であるが、（３）〜（６）式については満足していなくても構わない。但し、（３）〜（６）式について少なくとも１つでも満足していれば更に良い効果を奏することができる。これは他の実施例についても同様である。
【００３８】
図１６は各実施例のズームレンズを撮影光学系として用いた撮像装置（テレビカメラシステム）の概略図である。図１６において１０１は実施例１〜３のいずれかのズームレンズである。１２４はカメラである。ズームレンズ１０１はカメラ１２４に対して着脱可能となっている。１２５はカメラ１２４にズームレンズ１０１を装着することで構成される撮像装置である。ズームレンズ１０１は第１レンズ群Ｆ、変倍部ＬＺ、結像用の第４レンズ群Ｒを有している。第１レンズ群Ｆは合焦用レンズ群が含まれている。第４レンズＲには第４１レンズ群Ｕ４１、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４２レンズ群Ｕ４２、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４３レンズ群Ｕ４３が含まれている。
【００３９】
変倍部ＬＺは変倍のために光軸上を移動する第２レンズ群と、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を移動する第３レンズ群が含まれている。ＳＰは開口絞りである。１１４、１１５は各々第１レンズ群Ｆ、変倍部ＬＺを光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。１１６〜１１８は駆動機構１１４、１１５および開口絞りＳＰを電動駆動するモータ（駆動手段）である。１１９〜１２１は、第１レンズ群Ｆや変倍部ＬＺの光軸上の位置や、開口絞りＳＰの絞り径を検出するためのエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。カメラ１２４において、１０９はカメラ１２４内の光学フィルタや色分解光学系に相当するガラスブロック、１１０はズームレンズ１０１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。また、１１１、１２２はカメラ１２４及びズームレンズ１０１の各種の駆動を制御するＣＰＵである。
【００４０】
このように、本発明のズームレンズをテレビカメラに適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
【実施例２】
【００４１】
図６は本発明の実施例２（数値実施例２）であるズームレンズにおいて、広角端で無限遠に合焦しているときのレンズ断面図である。図７において、（ａ）は数値実施例２の広角端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例２の広角端におけるマクロ端での断面図である。図８において、（ａ）は数値実施例２の望遠端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例２の望遠端におけるマクロ端での断面図である。図９において、（ａ）は数値実施例２の広角端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例２の広角端におけるマクロ端での縦収差図を示している。図１０において、（ａ）は数値実施例２の望遠端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例２の望遠端におけるマクロ端での縦収差図を示している。いずれの収差図も、無限遠に合焦しているときの縦収差図である。
【００４２】
図６において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１レンズ群Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２レンズ群Ｕ２を有している。さらに、第２レンズ群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動する正の屈折力の第３レンズ群Ｕ３、変倍に伴う像面変動を補正する正の屈折力の第４レンズ群Ｕ４を有している。さらに、変倍のためには移動しない結像作用をする負の屈折力の第５レンズ群Ｕ５を有している。第２レンズ群Ｕ２と第３レンズ群Ｕ３と第４レンズ群Ｕ４で変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｕ２と第３レンズ群Ｕ３の間に配置されている。
【００４３】
次に、本実施例における第５レンズ群Ｕ５について説明する。
【００４４】
第５レンズ群Ｕ５は第３１面から第４０面に対応する。第５レンズ群Ｕ５は物体側から順に、第５１レンズ群Ｕ５１、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第５２レンズ群Ｕ５２、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第５３レンズ群Ｕ５３で構成している。第５１レンズ群Ｕ５１は、物体側から順に、物体側に凸のメニスカス凹レンズＧ１から構成される。第５２レンズ群Ｕ５２は、両凸レンズＧ２と両凹レンズＧ３との接合レンズから構成される。第５３レンズ群Ｕ５３は、両凸レンズＧ４、両凸レンズＧ４と両凹レンズＧ５との接合レンズから構成される。マクロ撮影時には第５２レンズ群Ｕ５２と第５３レンズ群Ｕ５３が同時に移動し、フランジバック調整時には第５３レンズ群Ｕ５３が移動する。また、広角端においてマクロ端はズームレンズの第１面から１５０ｍｍ、望遠端においてマクロ端ではズームレンズの第１面から４１００ｍｍまで合焦させることが可能となる。
【００４５】
本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例は（１）〜（６）式を満足しており、マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズを達成している。
【実施例３】
【００４６】
図１１は本発明の実施例３（数値実施例３）であるズームレンズにおいて、広角端で無限遠に合焦しているときのレンズ断面図である。図１２において、（ａ）は数値実施例３の広角端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例３の広角端におけるマクロ端での断面図である。図１３において、（ａ）は数値実施例３の望遠端における基準状態の断面図、（ｂ）は数値実施例３の望遠端におけるマクロ端での断面図である。図１４において、（ａ）は数値実施例３の広角端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例３の広角端におけるマクロ端での縦収差図を示している。図１５において、（ａ）は数値実施例３の望遠端における基準状態の縦収差図、（ｂ）は数値実施例３の望遠端におけるマクロ端での縦収差図を示している。いずれの収差図も、無限遠に合焦しているときの縦収差図である。
【００４７】
図１１において、物体側から順に、合焦用の正の屈折力の第１レンズ群Ｕ１を有している。さらに、広角端から望遠端への変倍に際して、像側へ移動する変倍用の負の屈折力の第２レンズ群Ｕ２を有している。さらに、第２レンズ群Ｕ２の移動に連動して光軸上を非直線的に移動し、変倍に伴う像面変動を補正する負の屈折力の第３レンズ群Ｕ３を有している。さらに、変倍のためには移動しない結像作用をする正の屈折力の第４レンズ群Ｕ４を有している。第２レンズ群Ｕ２と第３レンズ群Ｕ３とで変倍系を構成している。ＳＰは開口絞りであり、第４レンズ群Ｕ４の物体側に配置されている。
【００４８】
次に、本実施例における第４レンズ群Ｕ４について説明する。
【００４９】
第４レンズ群Ｕ４は第３３面から第５１面に対応する。第４レンズ群Ｕ４は物体側から順に、第４１レンズ群Ｕ４１、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４２レンズ群Ｕ４２、マクロ撮影のために光軸方向に移動する第４３レンズ群Ｕ４３で構成している。第４１レンズ群Ｕ４１は、物体側から順に両凸レンズＧ１、両凸レンズＧ２と像側に凸のメニスカス凹レンズＧ３との接合レンズ、像側に凸のメニスカス凹レンズＧ４と像側に凹のメニスカス凸レンズＧ５との接合レンズ、両凹レンズＧ６から構成される。第４２レンズ群Ｕ４２は、両凸レンズＧ７と両凹レンズＧ８との接合レンズから構成される。第４３レンズ群Ｕ４３は、物体側に凸のメニスカス凹レンズＧ９と像側に凹のメニスカス凸レンズＧ１０との接合レンズ、両凸レンズＧ１１から構成される。マクロ撮影時には第４２レンズ群Ｕ４２と第４３レンズ群Ｕ４３が同時に移動し、フランジバック調整時には第４３レンズ群Ｕ４３が移動する。また、広角端においてマクロ端はズームレンズの第１面から５０ｍｍ、望遠端においてマクロ端ではズームレンズの第１面から３１１５ｍｍまで合焦させることが可能となる。
【００５０】
本実施例の各条件式対応値を表１に示す。本実施例は（１）〜（６）式を満足しており、マクロ撮影機構を有しマクロ撮影時に高い光学性能を達成したズームレンズを達成している。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５２】
<数値実施例１>
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1*       911.475    4.50   1.77250    49.6      110.25
2         70.091   25.21                         94.83
3       -298.958    4.20   1.65160    58.5       94.85
4        479.689    1.00                         96.22
5        139.728    7.86   1.80810    22.8       98.94
6        249.448    6.04                         98.38
7        246.156   12.57   1.48749    70.2       98.69
8*      -392.580    0.20                         98.24
9        335.038    3.70   1.80100    35.0       97.24
10        167.705    9.41   1.43875    94.9       95.67
11        388.693   14.73                         95.15
12        287.452   15.83   1.49700    81.5       94.81
13       -167.848    0.20                         95.39
14        126.264    3.50   1.80100    35.0       93.91
15         75.512    1.70                         90.15
16         77.716   30.51   1.43875    94.9       90.86
17       -133.309    0.20                         89.80
18        140.368   10.02   1.61800    63.3       82.07
19        324.842  (可変)                         78.48
20         50.717    2.00   1.77250    49.6       41.17
21         33.561    9.07                         37.30
22        -69.598    2.00   1.60311    60.6       36.22
23         50.664    7.79                         33.64
24        -63.254    5.39   1.72047    34.7       33.23
25        -35.905    1.15                         33.71
26        -36.198    2.00   1.61800    63.3       32.88
27        602.025    0.20                         33.29
28         98.362    5.22   1.72047    34.7       33.49
29       -203.314  (可変)                         33.29
30        -80.519    1.70   1.77250    49.6       32.67
31        148.442    4.28   1.84666    23.8       33.89
32       -711.419  (可変)                         34.69
33(絞り)    ∞       2.00                         37.03
34         89.224    5.44   1.77250    49.6       38.87
35       -147.718    0.20                         38.95
36         58.298    6.71   1.58913    61.1       38.34
37       -125.796    1.50   1.84666    23.8       37.65
38        344.730   18.44                         36.82
39         36.048    1.50   1.83400    37.2       29.26
40         20.205    7.46   1.49700    81.5       27.12
41       -384.757    3.06                         26.44
42        -68.513    1.20   1.91650    31.6       26.11
43         88.578    0.20                         26.47
44         26.144    2.37   1.48749    70.2       28.13
45         28.361    4.70                         27.90
46         46.365    5.30   1.95906    17.5       29.29
47       1455.538    1.20   1.83400    37.2       28.90
48         42.391   26.80                         28.40
49        102.715    6.18   1.58913    61.1       37.65
50       -127.094    0.20                         37.88
51        130.108   10.04   1.49700    81.5       37.72
52        -34.192    1.50   1.85478    24.8       37.30
53        -83.004  (可変)                         38.00
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000  A 4= 6.74663e-009  A 6= 5.74003e-013  A 8= 4.57795e-015  A10=-1.21425e-018  A12=-5.93047e-023  A14= 3.27904e-026  A16= 3.01722e-030  
第8面
K = 0.00000e+000  A 4= 1.11260e-007  A 6=-2.86288e-012  A 8= 2.20866e-015  A10=-9.09716e-019  A12= 5.82976e-023  A14= 7.08954e-026  A16=-2.02507e-029  
各種データ
ズーム比      5.00 
焦点距離      25.00   125.00  
Fナンバー      2.90     2.90  
画角          31.88     7.09  
像高          15.55    15.55  
レンズ全長   426.91   426.91  
BF            50.00    50.00  
d19            5.03    70.53  
d29           61.57     3.16  
d32           12.12     5.02  
d53           50.00    50.00  
入射瞳位置    82.75   203.46  
射出瞳位置  -341.28  -341.28  
前側主点位置 106.15   288.52  
後側主点位置  25.00   -75.00  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1      83.75       151.39        89.51         46.63
2   20     -40.30        34.82         5.56        -24.40
3   30    -127.13         5.98        -0.56         -3.84
4   33      79.07       106.01        57.60       -129.15
<数値実施例２>
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1*       104.521    2.70   1.77250    49.6       53.43
2         30.315   14.58                         43.79
3        -63.571    1.98   1.77250    49.6       42.84
4        199.025    3.89                         42.80
5         74.494    3.29   1.89286    20.4       43.74
6        115.023    2.02                         43.31
7        116.955    7.83   1.62041    60.3       43.21
8        -78.664    0.20                         42.70
9         81.511    1.89   1.85478    24.8       39.03
10         36.329    6.64   1.49700    81.5       38.45
11        331.011    3.24                         38.72
12        115.367    4.63   1.59522    67.7       40.06
13       -164.145    0.18                         40.15
14         63.769    4.60   1.76385    48.5       39.86
15        875.792  (可変)                         39.35
16*       184.662    1.26   1.88300    40.8       23.84
17         25.638    3.57                         22.18
18       -158.203    1.08   1.59522    67.7       22.31
19         28.243    3.98   1.85478    24.8       23.01
20       -926.470    3.00                         23.05
21        -40.093    1.08   1.76385    48.5       23.07
22       -458.726  (可変)                         23.78
23(絞り)    ∞     (可変)                         24.60
24         37.250    4.66   1.59522    67.7       26.43
25*       133.331  (可変)                         26.35
26        118.893    5.48   1.49700    81.5       26.64
27        -53.600    0.18                         26.72
28         40.924    1.49   2.00100    29.1       25.84
29         26.603    4.13   1.49700    81.5       24.75
30        116.235  (可変)                         24.59
31         86.138    1.20   2.00069    25.5       24.68
32         35.253    0.73                         24.38
33         33.466    4.24   1.92286    18.9       24.90
34       -223.352    1.00   2.00069    25.5       24.71
35         42.787    5.17                         24.33
36         59.229    4.33   1.58913    61.1       26.14
37        -63.316    0.15                         26.23
38         53.420    5.91   1.49700    81.5       25.73
39        -30.845    1.00   1.80100    35.0       25.28
40         80.582  (可変)                         24.99
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K = 6.63182e+000  A 4= 8.41422e-008  A 6= 4.05320e-011  A 8=-6.76543e-013  
第16面
K = 0.00000e+000  A 4= 2.77839e-007  A 6=-1.12528e-009  A 8=-1.24698e-012  
第25面
K = 0.00000e+000  A 4= 6.24439e-006  A 6= 6.92935e-010  A 8= 1.01985e-012  
各種データ
ズーム比      4.74 
焦点距離      19.00    90.00  
Fナンバー      4.00     4.00  
画角          39.30     9.80  
像高          15.55    15.55  
レンズ全長   223.01   223.01  
BF            44.99    44.99  
d15            0.96    29.68  
d22           30.43     1.70  
d23            9.15     1.71  
d25           24.43     2.02  
d30            1.76    31.60  
d40           44.99    44.99  
入射瞳位置    33.55    53.53  
射出瞳位置   -92.28   -53.40  
前側主点位置  49.92    61.21  
後側主点位置  25.99   -45.01  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1      45.00        57.67        43.04         30.69
2   16     -22.80        13.97         3.67         -6.16
3   23       ∞           0.00         0.00         -0.00
4   24      85.00         4.66        -1.11         -3.98
5   26      65.00        11.28         0.78         -6.41
6   31    -639.03        23.73        39.07         21.94
＜数値実施例３＞
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1*       911.475    4.50   1.77250    49.6      110.26
2         70.091   25.21                         94.83
3       -298.958    4.20   1.65160    58.5       94.85
4        479.689    1.00                         96.22
5        139.728    7.86   1.80810    22.8       99.29
6        249.448    6.04                         99.06
7        246.156   12.57   1.48749    70.2      100.83
8*      -392.580    0.20                        101.21
9        335.038    3.70   1.80100    35.0      101.67
10        167.705    9.41   1.43875    94.9      101.03
11        388.693   14.73                        101.34
12        287.452   15.83   1.49700    81.5      105.17
13       -167.848    0.20                        105.27
14        126.264    3.50   1.80100    35.0      100.33
15         75.512    1.70                         95.19
16         77.716   30.51   1.43875    94.9       95.64
17       -133.309    0.20                         94.35
18        140.368   10.02   1.61800    63.3       83.05
19        324.842  (可変)                         78.83
20         50.717    2.00   1.77250    49.6       41.17
21         33.561    9.07                         37.30
22        -69.598    2.00   1.60311    60.6       36.22
23         50.664    7.79                         33.64
24        -63.254    5.39   1.72047    34.7       33.23
25        -35.905    1.15                         33.71
26        -36.198    2.00   1.61800    63.3       32.88
27        602.025    0.20                         33.29
28         98.362    5.22   1.72047    34.7       33.49
29       -203.314  (可変)                         33.29
30        -80.519    1.70   1.77250    49.6       32.67
31        148.442    4.28   1.84666    23.8       33.89
32       -711.419  (可変)                         34.69
33(絞り)    ∞       2.00                         37.03
34        389.275    3.45   1.77250    49.6       38.12
35       -190.958    0.20                         38.53
36         40.708    8.88   1.58913    61.1       39.81
37       -118.506    1.50   1.84666    23.8       39.22
38       -710.760   18.44                         38.66
39         31.400    1.50   1.83400    37.2       29.37
40         20.340    7.82   1.49700    81.5       27.23
41       4106.032    4.71                         26.31
42        -41.835    1.20   1.91650    31.6       25.48
43        214.953    6.47                         26.03
44         39.915    6.60   1.84666    23.8       29.74
45       -136.056    1.20   1.83481    42.7       29.27
46         36.251   18.36                         28.48
47         50.539    1.50   1.85478    24.8       36.96
48         29.752    9.05   1.49700    81.5       36.38
49        520.432    0.90                         37.05
50*        70.714    7.29   1.51633    64.1       38.12
51       -100.083  (可変)                         38.26
像面        ∞   
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000  A 4= 6.74663e-009  A 6= 5.74003e-013  A 8= 4.57795e-015  A10=-1.21425e-018  A12=-5.93047e-023  A14= 3.27904e-026  A16= 3.01722e-030  
第8面
K = 0.00000e+000  A 4= 1.11260e-007  A 6=-2.86288e-012  A 8= 2.20866e-015  A10=-9.09716e-019  A12= 5.82976e-023  A14= 7.08954e-026  A16=-2.02507e-029  
第50面
K = 0.00000e+000  A 4=-1.46894e-006  A 6= 4.83896e-010  A 8= 1.81034e-012  
各種データ
ズーム比      5.00 
焦点距離      25.00   125.00  
Fナンバー      2.90     2.90  
画角          31.88     7.09  
像高          15.55    15.55  
レンズ全長   423.99   423.99  
BF            52.04    52.04  
d19            5.03    70.53  
d29           61.57     3.16  
d32           12.12     5.02  
d51           52.04    52.04  
入射瞳位置    82.75   203.46  
射出瞳位置  -325.32  -325.32  
前側主点位置 106.09   287.05  
後側主点位置  27.04   -72.96  
ズームレンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1      83.75       151.39        89.51         46.63
2   20     -40.30        34.82         5.56        -24.40
3   30    -127.13         5.98        -0.56         -3.84
4   33      78.33       101.06        56.28       -125.44
【００５３】
【表１】
2019008088.tif 000004
【符号の説明】
【００５４】
Ｕ１  第１レンズ群、Ｕ２  第２レンズ群、Ｕ３  第３レンズ群、
Ｕ４  第４レンズ群、ＳＰ  開口絞り、Ｉ  像面
【図１】
2019008088.tif 000005
【図２】
2019008088.tif 000006
【図３】
2019008088.tif 000007
【図４（ａ）】
2019008088.tif 000008
【図４（ｂ）】
2019008088.tif 000009
【図５（ａ）】
2019008088.tif 000010
【図５（ｂ）】
2019008088.tif 000011
【図６】
2019008088.tif 000012
【図７】
2019008088.tif 000013
【図８】
2019008088.tif 000014
【図９（ａ）】
2019008088.tif 000015
【図９（ｂ）】
2019008088.tif 000016
【図１０（ａ）】
2019008088.tif 000017
【図１０（ｂ）】
2019008088.tif 000018
【図１１】
2019008088.tif 000019
【図１２】
2019008088.tif 000020
【図１３】
2019008088.tif 000021
【図１４（ａ）】
2019008088.tif 000022
【図１４（ｂ）】
2019008088.tif 000023
【図１５（ａ）】
2019008088.tif 000024
【図１５（ｂ）】
2019008088.tif 000025
【図１６】
2019008088.tif 000026
【図１７】
2019008088.tif 000027
【図１８】
2019008088.tif 000028