(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第２レンズ群、第１、第２の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第３レンズ群を有し、全ズーム範囲中の第１のズーム範囲においては該第１の絞りで光束を制限し、全ズーム範囲中の第２のズーム範囲においては該第２の絞りで光束を制限することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
広角端から中間のズーム位置までは前記第１の絞り、中間のズーム位置から望遠端までは該第１の絞りよりも像面側にある前記第２の絞りで光束を制限することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
望遠端においては、前記第２レンズ群の一部又は全部が、前記第１の絞りの開口部内に位置することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第１の絞りは、前記第２レンズ群の一部又は全部が該第１の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとして使用するときの開口径よりも大きい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】
前記第１、第２の絞りはズーミングの為には固定であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第３レンズ群の像面側に、ズーミングに伴う像面変動を補正するための正の屈折力の第４レンズ群が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
撮像素子上に像を形成する為の光学系であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズを有してい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、ビデオレンズ、銀塩カメラ用レンズ、デジタルスチルカメラ等に好適な、ズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学機器に用いられる撮像用のズームレンズには、レンズ系全体が小型であることが要望されており、それに呼応して種々のタイプのズームレンズが提案されている。しかしながら、昨今のビデオカメラ用のズームレンズのように１０倍以上のズーム比を有することが要求されるようになってくると、それに適応したズームタイプも限られてくるため、設計の自由度が制限される。高変倍比のズームレンズとしては、例えば物体から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、第２レンズ群を光軸に沿って移動することによってズーミングを行なうタイプのズームレンズがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
物体から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、第２レンズ群を光軸に沿って移動することによってズーミングを行うズームタイプは、撮像性能を一定以上に維持しつつ、ズーム比の高倍化が容易である。しかしながら、このズームタイプは、レンズ全長が長くなり、又前玉径も増大するため、レンズ系の小型化に不利である。特に第１レンズ群のレンズ径が大きく、レンズ重量も大きくなってくるため、第１レンズ群を小型化にするのが大きな課題となっている。
【０００４】
本発明は、高変倍比で、しかも第１レンズ群が小型で、全長が短く、かつレンズ系全体が小型のズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第２レンズ群、第１、第２の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第３レンズ群を有し、全ズーム範囲中の第１のズーム範囲においては該第１の絞りで光束を制限し、全ズーム範囲中の第２のズーム範囲においては該第２の絞りで光束を制限することを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は請求項１の発明において広角端から中間のズーム位置までは前記第１の絞り、中間のズーム位置から望遠端までは該第１の絞りよりも像面側にある前記第２の絞りで光束を制限することを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は請求項２の発明において、望遠端においては、前記第２レンズ群の一部又は全部が、前記第１の絞りの開口部内に位置することを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明は請求項３の発明において、前記第１の絞りは、前記第２レンズ群の一部又は全部が該第１の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとして使用するときの開口径よりも大きいことを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記第１、第２の絞りはズーミングの為には固定であることを特徴としている。
【００１０】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群の像面側に、ズーミングに伴う像面変動を補正するための正の屈折力の第４レンズ群が配置されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、撮像素子上に像を形成する為の光学系であることを特徴としている。
【００１２】
請求項８の発明の光学機器は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズを有していることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態１の要部概略図である。図１においてＬ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２はズーミング中可動の負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰ１は第１の絞り、ＳＰ２は第２の絞りである。第１、第２の絞りＳＰ１、ＳＰ２はいずれも開口径が可変となっている。又ズーミングの為には固定であるが必要に応じて移動させても良い。Ｇはローパスフィルターや赤外線カットフィルター等に相当するガラスブロックである。
【００１８】
ＩＰは像面であり、そこにはＣＣＤ等の撮像素子の撮像面やフィルム等が配置されている。
【００１９】
第２レンズ群Ｌ２を光軸Ｌａに沿って物体側から像面側へ移動することによって、広角端から望遠端へとズーミングを行なう。ズーミングに際して第４レンズ群Ｌ４はズーミングに伴う像面変動の補償（補正）を行なうように移動し、所謂コンペンセーターの役割を果たす。第１レンズ群Ｌ１及び第３レンズ群Ｌ３は、ズーミングの為には固定となっている。図１（Ａ）は広角端のズーム位置での各レンズ群の配置であり、図１（Ｂ）は準広角状態（ワイドミドル域であり、ズーム比をＺとするとき０．２５Ｚ〜０．４Ｚの範囲内のズーム位置）のズーム位置での各レンズ群の配置、図１（Ｃ）は望遠端のズーム位置での各レンズ群の配置を表している。また、夫々の斜光束は、画面対角の最高像高における光路を表している。
【００２０】
本実施形態のタイプのズームレンズにおいて、最高画角（最高像高）に到達する光束のケラレる状態として、広角端のズーム位置において、下方の光束（下線）ＬＬでは第２レンズ群（バリエータ）Ｌ２の有効径で、（図１（Ａ）参照）準広角状態（ワイドミドル域）において下線ＬＬでは第１レンズ群Ｌ１の有効径で決まる。（図１（Ｂ）参照）。従って特に準広角状態（ワイドミドル域）で周辺光量を十分多く確保するべく下線のケラレを少なくし下線を多く入れようとすると、有効径の大きい第１レンズ群Ｌ１の径を更に大きくする必要がある。第１レンズ群Ｌ１の有効径を大きくすると、第１レンズ群Ｌ１の肉厚も厚くなり、結果的にレンズ全長が増大してくる。一方上方の光束（上線）ＬＨを多く入れようとすると、絞り（ＳＰ１、ＳＰ２）よりも像面側のレンズ群の有効径を大きくすれば良いので、レンズ全長は、あまり増大しない。しかしながら通常の絞り位置すなわち本実施形態の第２の絞りＳＰ２の位置に絞りがある場合には、上下線の通過量のアンバランスを招き、周辺画角の光束の中心が絞りの中心近傍を通らない所謂片絞り状態となって、小絞り時には周辺光量が低下し、更にはケラレが多くなる。
【００２１】
本実施形態ではバリエータ（第２レンズ群）Ｌ２の有効径が小さいことに着目し、通常の絞り位置（この場合、第２の絞りＳＰ２の位置）よりも物体側に第１の絞りＳＰ１を新たに配置している。そして広角端から準広角状態へのズーム位置を経て所定のズームポジション（略中間のズーム位置であり、ズーム比をＺとしたとき０．４Ｚ〜０．６Ｚの範囲内のズーム位置）までは第１の絞りＳＰ１で光束を制限し、更に略中間のズーム位置から望遠端のズーム位置までを第２の絞りＳＰ２で光束を制限するように使い分け、望遠端においては、第２レンズ群（バリエータ）Ｌ２の一部又は全部が第１の絞りＳＰ１の開口部内に位置するようにしている（図１（Ｃ）参照）。このとき第１の絞りは、該第２レンズ群Ｌ２の一部又は全部が該第１の絞りの開口部内に位置するときの開口径が、絞りとしての使用時の開口径よりも大きくなっている。
【００２２】
尚、望遠端において、第２レンズ群の一部又は全部が第２の絞りＳＰ２の開口部内に位置するように、ズーミングの為に第２レンズ群を移動させても良い。
【００２３】
以上のように第１、第２の絞りＳＰ１、ＳＰ２の位置及びズーミングの際の各レンズ群の移動条件を適切に設定することにより、第２レンズ群（バリエータ）Ｌ２の移動量が少なくならないようにし、所定の変倍比を確保しつつ、第１レンズ群Ｌ１等、絞りＳＰ１、ＳＰ２よりも物体側にあるレンズ群の有効径を比較的小さくしても前述の片絞り状態にはならないように構成している。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の状態では、第１の絞りＳＰ１で光束を制限し、その間は第２の絞りＳＰ２は開放状態となっており、図１（Ｃ）の状態では第２の絞りＳＰ２で光束の制限を行い、その間は第１の絞りＳＰ１は開放状態としている。
【００２４】
図２は、図１の第２レンズ群Ｌ２と第１の絞りＳＰ１との望遠端のズーム位置における関係を表す説明図である。図２における符号は図１のものと同じ意味である。第２レンズ群Ｌ２の物体側のレンズは、通常小径であり、例えば同図にあるようにレンズの保持方法を第２レンズ群Ｌ２中の最終レンズＧ２３を所謂浮き玉とするように保持を行なえば、望遠端近傍のズーム位置において第１の絞りＳＰ１と入れ子の状態にできる。
【００２５】
また、前記第１の絞りＳＰ１は、第２レンズ群Ｌ２の一部がこの第１の絞りＳＰ１の開口部内に位置する時の開口径を、絞りとして使用時の開口径よりも大きくすることで、上記した入れ子状態のオーバーラップ量を多くとることができる。
【００２６】
尚、広角端においては、前記第１の絞りＳＰ１よりも第２の絞りＳＰ２を使用した方が適切な場合もあるので、その際は、広角端及びその近傍のズーム位置では該第１の絞りＳＰ１よりも像面側にある第２の絞りＳＰ２で光束を制限し、準広角状態及びその（図１（Ｂ））近傍のズーム位置においては第１の絞りＳＰ１で光束を制限し、準広角状態よりも望遠側の所定（中間）のズームポジションから望遠端までは該第２の絞りＳＰ２で光束を制限するようにしてもよい。
【００２７】
この他広角端のズーム位置から準広角状態までは第１の絞りＳＰ１を使用し、準広角状態のズーム位置及びその近傍では第２の絞りＳＰ２を使用し、準広角状態のズーム位置近傍から望遠端のズーム位置にかけては第１の絞りＳＰ１を使用して、光束を制限しても良い。又、絞りを２以上設けて、各絞りによって各々対象とするズーム領域において通過光束を制限するようにしても良い。
【００２８】
本実施形態におけるズームレンズは物体から順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミング中可動の負の屈折力の第２レンズ群、複数の絞り、正の屈折力の第３レンズ群を有するタイプのズームレンズであれば、４つのレンズ群よりなるズームレンズに限らず、例えば３群よりなるズームレンズや５群以上のレンズ群より成るズームレンズも同様に適用できる。
【００２９】
上述したように、本実施形態によれば、物体から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、ズーミング中可動の負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、第１、第２の絞りを含む複数の絞り、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３を有し、全ズーム範囲中の第１のズーム範囲においては第１の絞りＳＰ１で光束を制限し、全ズーム範囲中の第２のズーム範囲においては第２の絞りＳＰ２で光束を制限することで、第１レンズ群Ｌ１を小型化し、レンズ全長を短縮し、前玉径を縮小している。
【００３０】
この他本実施形態によれば撮像性能を一定以上良好に維持しつつ、ズーム比の高倍化を容易にし、特に第１レンズ群の外径を小さくし、かつ重量を軽くしつつ、レンズ全長の短縮を容易にしている。
【００３１】
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３を用いて説明する。
【００３２】
図３において、１０はカメラ本体、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、撮像素子上に形成された被写体像が表示される。
【００３３】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラ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が実現している。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば高変倍比で、しかも第１レンズ群が小型で、全長が短く、かつレンズ系全体が小型のズームレンズ及びそれを用いた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】  本発明のズームレンズの実施形態のレンズ断面図
【図２】  図１の第２レンズ群と第１の絞りとの望遠端における関係を表す説明図
【図３】  本発明の光学機器の実施形態の要部概略図
【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
ＳＰ１  第１の絞り
ＳＰ２  第２の絞り
Ｇ  ガラスブロック
ＩＰ  像面
１０  カメラ本体
１１  ズームレンズ
１２  撮像素子
１３  記録手段
１４  ファインダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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