(57)【要約】【課題】本発明は、透過光量調整機構の装置と撮像素子とで発生するゴーストやフレアーを低減することおよびそれに適したリアフォーカスレンズを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、第３群の物体側に開口絞りを、第３群の像面側に透過光量調整機構を配置し、前記装置を光軸に対して斜めに配置することである。【選択図】　　　　図１
2004061677.tif 000002
【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、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、前記第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前記第４群の一部または全部を移動させて補正するズームレンズであって、前記第３群の物体側に開口絞りを設けて、前記第３群の像面側に透過光量を減衰するためのフィルター部材を設けて、前記フィルター部材は光軸に対して斜めに配置していることを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記フィルター部材は、場所によって透過率が異なることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記フィルター部材は多層膜によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記多層膜は反射を低減させる層を有していることを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記フィルター部材は外部からの操作により光路内外に挿入及び退避可能な構成とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記フィルター部材は、撮影画面に対し、上下方向に傾いていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記フィルター部材の傾斜角をθ、前記第４群の焦点距離をｆ４、焦点距離ｆＭのときの横倍率と画角をそれぞれβ４Ｍ、ωＭとしたとき、
ｔａｎ−１［０．４・ｆＭ・ｔａｎωＭ・（１＋｜β４Ｍ｜）／ｆ４］＜θ
ただし、
【数１】
2004061677.tif 000008
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．１　＜｜ｆ２／ｆＭ｜＜　０．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項９】
前記絞りとフィルター部材の光軸上の交点との距離をＬとしたとき、
０．１　＜　Ｌ／ｆＭ
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第４群を移動させてフォーカスを行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１１】
前記第３群の全体または一部のレンズを光軸方向に略垂直に移動させて、被写体像の像面移動を補正することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮影光学系の光路内に進退するフィルター等の光学部材を有する撮影光学装置の透過光量調整装置とズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチルカメラ、ビデオカメラで撮影をする際、被写体が明るいときに絞り径が小さくなりすぎると、回折による画質の劣化と焦点深度の増大によるゴミの写り込みが問題となる。そこで、絞り径が小さくなりすぎるのを防止するため、撮影レンズの絞り羽根にＮＤフィルタを取付け、複数の絞り羽根を駆動して絞り開口を形成すると共に、ＮＤフィルタを絞り開口に進入させるようにしたものがある。また、光路の途中にＮＤフィルタの切断面があるために生じる画像の劣化を防止するために、ＮＤフィルタを独立して進退させ、自動あるいは手動でＮＤフィルタの進退を切換えられるようにしているカメラもある。
【０００３】
また、特開２０００−３０５０１８では、絞り装置と一体のＮＤフィルターを第３群の後方に配置し傾斜させるものが開示されている。
【０００４】
従来より写真用カメラやビデオカメラなどに使われるズームレンズにおいて、物体側の第１群より後方のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、いわゆるリアフォーカス方式を採用した例が種々と提案されている。これは、リアフォーカス方式がフォーカスに際して比較的小型軽量のレンズ群を移動させることになるので、駆動力が小さくて済み、且つ迅速な焦点合わせができるのでオートフォーカスシステムとの相性が良い等の特長があるためである。
【０００５】
このようなリアフォーカス式のズームレンズとして、例えば、特開昭６３−４４６１４号公報では、物体側より順に、正の屈折力の第１群と、変倍用の負の屈折力の第２群と、変倍に伴う像面変動を補正するための負の屈折力の第３群と、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群より成るいわゆる４群ズームレンズにおいて、第３群を移動させてフォーカスを行っている。
【０００６】
しかしながら、このような構成では第３群の移動空間を確保しなければならず、レンズ全長が増大する傾向がある。特開昭６３−２７８０１３号公報も、正の第１群、負の第２群、負の第３群、正の第４群で構成されたズームレンズを開示し、第２群で変倍、第４群で像面補正とフォーカシングを行っている。しかしながら、負の第３群を用いたこれらのズーム方式では、第２群からの発散光を第３群で更に発散することになるため、第４群のレンズ径が大きくなって全系が大型化する要因になると共に、フォーカスによる収差変動が大きくなる傾向がある。
【０００７】
これを改良したズームタイプとして、特開昭６２−２４２１３号公報や特開昭６３−２４７３１６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、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有したズームレンズを開示し、第２群を移動させて変倍を行い、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正すると共にフォーカスを行っている。
【０００８】
特開昭６３−２９７１８号公報は、物体側より順に正の屈折力の第１群と、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズにて構成され全体として負の屈折力で変倍時に可動であって主として変倍をつかさどる第２群と、正の屈折力を有し非球面を含む第３群と、少し大きな空気間隔を開けて正の屈折力を有し変倍に伴う像面変動を補正し、合焦のために移動する第４群より構成したズームレンズを開示している。
【０００９】
特開平５−７２４７２号公報は、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、固定で集光作用を有し正の屈折力の第３群、像面位置を維持するために光軸上を移動する正の屈折力の第４群を有する非球面ズームレンズを開示している。この公報に開示されたズームレンズは、第２群をメニスカス負レンズと両凹レンズと正レンズで構成し、第３群を１面以上の非球面である単レンズで構成し、第４群を１面以上の非球面を有するレンズで構成している。
【００１０】
一方、米国特許明細書第４２９９４５４号では、物体側より順に正の屈折力の第１正レンズ群、第２負レンズ群、後方の正レンズ群より構成され、負レンズ群を含む少なくとも２つのレンズ群を移動させて変倍を行い、第２負レンズ群を物体側から第１、第２の負レンズと正のダブレットによって構成したズームレンズを開示しているが、第３レンズ群が移動しているために機構が複雑になってくる。米国再発行特許明細書第３２９２３号には、物体側より順に第１正レンズ群、第２負レンズ群、絞り、そして第３正レンズ群、第４正レンズ群を配し、第１、第４レンズ群は変倍の際同じ方向に動き、絞りは変倍の際に固定のズームレンズが開示されている。
【００１１】
特開平７−２７０６８４号公報と特開平７−３１８８０４号公報は、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、正の屈折力を持ち固定の第３群、像面位置を維持するためとフォーカシングを行うために光軸上を移動する正の屈折力の第４群を有し、第２群を４枚の単レンズで構成したズームレンズを開示している。
【００１２】
特開平５−０６０９７４号公報は、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、正の屈折力を持ち固定の第３群、像面位置を維持するためとフォーカシングを行うために光軸上を移動する正の屈折力の第４群を有する全長の短い変倍レンズを開示している。
【００１３】
特開平１１−３０５１２４号公報は、物体側より順に正の屈折力を持ち固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のための第２群、正の屈折力を持ち固定の第３群、像面位置を維持するためとフォーカシングを行うために光軸上を移動する正の屈折力の第４群を有する全長の短い変倍レンズを開示している。
【００１４】
しかしながら、上記すべての公報には、透過光量を減衰するためのフィルターと絞り装置を別体に配置して、前記フィルターを斜めに配置してゴーストやフレアーを低減したズームレンズは開示されていない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、第３群の物体側に開口絞りを、第３群の像面側に透過光量を減衰するためのフィルターを配置し、前記フィルターと撮像素子とで発生するゴーストやフレアーを低減することおよびそれに適したズームレンズを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、
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、正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、前記第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前記第４群の一部または全部を移動させて補正するズームレンズであって、前記第３群の物体側に開口絞りを設けて、前記第３群の像面側に透過光量を減衰するためのフィルター部材を設けて、前記フィルター部材は光軸に対して斜めに配置していることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
前記フィルターにより反射される光量はかなり大きく、撮影画像にゴーストとして発生し、著しく品位を落としている。前記フィルターを光軸に対して斜めにすることにより、フィルターで反射した光線を撮影画面外に飛ばすことが可能となり、ゴースト光の発生を防ぐことができる。特に、本発明のように第３群の物体側に開口絞りを設けることにより小型化には有利になる。
【００１８】
また、前記フィルター部材は、フィルターの場所によって透過率が異なるような構成にすると良い。単一濃度のフィルターは従来からあるが、単一濃度のフィルターで本カメラシステムを構成すると、例えば、フィルターが無い部分を通過する光量と有る部分を通過する光量の差が大きく発生し、撮影した画面で光量ムラが発生してくる。
【００１９】
また、前記フィルター部材は多層膜によって形成されていることである。フィルターで濃度変化を作る場合、多層膜で作ることにより、濃度変化をある程度自由に制御できたり、濃度をつけるために必要なフィルターの厚さを薄くすることが可能となる。これにより、撮影光学系に挿入される前記フィルターが及ぼす影響が少なくなり、光学性能の劣化が少なくなる。
【００２０】
更に、前記多層膜は反射を低減させる層を有する構成とすることである。従来、撮影光学系内にフィルターのような平面板が存在すると、ゴーストやフレアーの原因となっていた。そこで前記フィルターを多層膜構成にすることにより反射防止膜を構成して、ゴーストやフレアーを低減することが可能になる。
【００２１】
また、前記フィルター部材は外部からの操作により光路内外に挿入及び退避可能な構成とすることである。これにより撮影者が意図的にゴーストやフレアーの除去に関与することが可能となり使い勝手がよくなる。
【００２２】
また、前記フィルター部材は、撮影画面に対し、上下方向に傾いていることを特徴としている。通常カメラ撮影、特にビデオカメラのような動画撮影の場合、記録画像を再生して鑑賞するときはＴＶモニターのようなもので鑑賞する。このときカメラで撮影した上側がモニターの上側と一致する。このとき、前記フィルターで発生するゴーストに最も影響する光源は、太陽光やライトなどが多いが、それらはいずれも確率的に画面の上側に存在する場合が多い。そこで、前記フィルターを上下に傾けることにより撮影画面外に有効に飛ばすことが可能となる。左右に傾けて飛ばすことも可能だが、傾ける角度が大きくなり好ましくない。
【００２３】
また、前記フィルター部材の傾斜角をθ、前記第４群の焦点距離をｆ４、焦点距離ｆＭのときの横倍率と画角をそれぞれβ４Ｍ、ωＭとしたとき、
ｔａｎ−１［０．４・ｆＭ・ｔａｎωＭ・（１＋｜β４Ｍ｜）／ｆ４］＜θ＜１５
・・・（１）
ただし、
【００２４】
【数２】
2004061677.tif 000003
【００２５】
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００２６】
条件式（１）は、前記フィルターの傾斜角度を規定する条件式である。第４群の焦点距離と横倍率が関係している。下限値を超えて角度が小さいとゴーストを撮影画面外に飛ばすことが困難となる。逆に上限値を超えて大きくなると、前記フィルターを配置するために、前記フィルターの前後に配置されるもの、たとえばレンズと接触しないように空間を確保しなければならなくなり、小型化に不利となってくるので好ましくない。
【００２７】
また、前記ズームレンズを小型化するには、前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．１　＜｜ｆ２／ｆＭ｜＜　０．５　・・・（２）
なる条件式を満足することを特徴とすることである。
【００２８】
条件式（２）は第２群の焦点距離（換言すればパワー）を適正にするための条件式である。条件式の上限値を超えて焦点距離が長くなると、収差補正上は好ましいが、所望のズーム比を得るためには第２群の移動量を大きくしなくてはならず、レンズ系全体の大型化を招き好ましくない。逆に下限値を超えるとペッツバール和が負に大きくなり、像面が倒れてくるので良好な光学性能を保つのが困難になる。
【００２９】
また、前記絞りとフィルター部材の光軸上の交点との距離をＬとしたとき、
０．１　＜　Ｌ／ｆＭ　・・・（３）
なる条件式を満足することを特徴とすることである。
【００３０】
条件式（３）はフィルター部材を適切に配置するための条件式である。条件式の下限値を超えると絞り位置と近くなり好ましくない。
【００３１】
また、前記第４群を移動させてフォーカスを行うことを特徴とすることである。従来の技術でも説明しているが、リアフォーカス式にすることにより、レンズの小型化、フォーカスの迅速化、消費電流の省エネ化を達成することが可能となる。
【００３２】
また、前記第３群の全体または一部のレンズを光軸方向に略垂直に移動させて、被写体像の像面移動を補正することを特徴とすることである。前記ズームレンズの場合、ズーミング作用において第３群は固定であり、防振機能を考慮した場合、制御を行なうのが容易である。
【００３３】
また、前記特長を有するズームレンズを搭載した光学機器は、ゴーストやフレアーの発生が少なく、小型化を達成することが可能となる。
【００３４】
次に、本発明の実施形態を図面を用いて具体的に説明する。
【００３５】
図１〜図３は各々後述する数値実施例１〜３のレンズ断面図、図４〜図６は各々後述する数値実施例１〜３のゴースト光路図である。
【００３６】
図１〜図３のレンズ断面図において、Ｌ１〜Ｌ４はそれぞれ第１〜４群、ＳＰは絞り、ＰはＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック、Ｉは像面、Ｆはフィルターである。本実施形態においては、広角端から望遠端への変倍に際して、図中の矢印のように第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第４群４を移動させて補正している。第１群Ｌ１、第３群Ｌ３、絞りＳＰは変倍に際し固定である。なお、第４群Ｌ４の変倍に伴う移動軌跡は物体距離によって異なり、図中実線で表された移動軌跡は無限遠物体の場合、破線で表された移動軌跡は至近物体の場合をそれぞれ表している。また、本実施形態のズームレンズは、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方式を採用している。
【００３７】
また、第３群Ｌ３を構成するレンズ面のうち、少なくとも１つの正レンズの片面または両面を非球面とすることである。これは、該第２群から発散で入ってくる光束を受け止める第３群中の正レンズに非球面のレンズを１つ以上配することにより光学性能の向上を図ることができる。
【００３８】
また、ズームレンズの広角端及び望遠端における全系の焦点距離をそれぞれｆｗ，ｆｔ、前記第ｉ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
１．７２　＜　ｆ１／ｆＭ　＜　１．７７　…（４）
０．９　＜　ｆ３／ｆＭ　＜　１．３　…（５）
なる条件式の少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００３９】
条件式（４）は、第１群の焦点距離を適正にするための条件式である。条件式の上限値を超えて焦点距離が長くなると、レンズ系全体の焦点距離が長くなり、レンズ全長の長大化を招き好ましくない。逆に下限値を超えると第１群の負担が大きくなり、良好な光学性能、特にテレ端の球面収差や色収差を悪化させて好ましくない。
【００４０】
条件式（５）は、第３群の焦点距離を適正にするための条件式である。条件式の上限値を超えて焦点距離が長くなると、第３群の負担が軽くなり収差補正上は好ましいが、第４群の負担が大きくなり第４群のレンズ枚数を増やしたり非球面レンズを配したりしなければならず、小型化が困難になってくる。逆に下限値を超えると第３群の負担が大きくなり、良好な光学性能、特に球面収差を悪化させて好ましくない。
【００４１】
条件式（４）〜（５）については、それぞれの条件式を満足することでそれぞれの作用効果を得ることができるが、全ての条件式を満足することが収差補正上望ましいのはここで言うまでもない。
【００４２】
（数値実施例）
次に、本発明の実施形態１〜３に各々対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。実施例の計算において、ｔａｎωＭは、ＣＣＤ撮像素子の短辺方向の画角を使用している。またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ａｈ２＋Ｂｈ４
＋Ｃｈ６＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０＋Ｆｈ１２
で表示される。但しＲは曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００４３】
【外１】
2004061677.tif 000004
【００４４】
【外２】
2004061677.tif 000005
【００４５】
【外３】
2004061677.tif 000006
【００４６】
【表１】
2004061677.tif 000007
【００４７】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図７を用いて説明する。
【００４８】
図７において、１０はビデオカメラ本体、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は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００４９】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、ゴーストやフレアーの少ない、高変倍比で大口径で、高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
第３群の物体側に開口絞りを、第３群の像面側に透過光量を減衰するためのフィルターを配置し、前記フィルターと撮像素子とで発生するゴーストやフレアーを低減することおよびそれに適したズームレンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２】数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【図３】数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【図４】数値実施例１のズームレンズのゴースト光路図である。絞りは開放から１段絞っている。
【図５】数値実施例２のズームレンズのゴースト光路図である。絞りは開放から１段絞っている。
【図６】数値実施例３のズームレンズのゴースト光路図である。絞りは開放から１段絞っている。
【図７】本発明のズームレンズをビデオカメラに適用した場合の実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｌ１　第１群
Ｌ２　第２群
Ｌ３　第３群
Ｌ４　第４群
ＳＰ　絞り
Ｆ　フィルター
Ｐ　ガラスブロック
Ｉ　像面
【図１】
2004061677.tif 000009
【図２】
2004061677.tif 000010
【図３】
2004061677.tif 000011
【図４】
2004061677.tif 000012
【図５】
2004061677.tif 000013
【図６】
2004061677.tif 000014
【図７】
2004061677.tif 000015