(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に第１レンズ群が正、第２レンズ群が負、第３レンズ群が正、第４レンズ群が正の屈折力を持つ４つのレンズ群で構成され、広角端から望遠端への変倍に際し、上記第１レンズ群と第２レンズ群との空気間隔を拡大させ、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を縮小させつつ、第１、第３、第４レンズ群が物体方向に移動し、フォーカシングは第２レンズ群を繰り出して行い、以下の条件式を満足することを特徴とする高変倍率ズームレンズ。
（１）０.４０＜ｆＷ／ｆｂＷ＜０.５５
（２）０.４３＜β３，４Ｗ／β３，４Ｔ＜０.４７
（３）４０＜ｒ５／ｄ５Ｗ＜１００
（４）１.７４５≦ｆ３／ｆ４＜２.６
但し、
ｆＷ：広角端の焦点距離
ｆｂＷ：広角端のバックフォーカス
β３，４Ｗ：第３，第４レンズ群の広角端の合成倍率
β３，４Ｔ：第３，第４レンズ群の望遠端の合成倍率
ｒ５：ｒ５面の曲率半径
ｄ５Ｗ：広角端の第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ間隔
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いられるズーム比が７倍程度、広角端の画角が７６度程度の、高性能な高変倍率ズームレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ズーム比が７倍程度で広角端の画角が７６度程度の３５ｍｍフィルム一眼レフカメラ用高倍率ズームレンズは特開２０００−８９１１７号公報、特開２００２−２３６２５５号公報で開示されているが、ＡＰＳ−Ｃサイズのイメージセンサーを用いたレンズ交換式デジタル一眼レフカメラ用で広角から望遠までをカバーする高倍率ズームレンズは存在しない。３５ｍｍフィルム一眼レフカメラ用レンズをＡＰＳ−Ｃサイズのイメージセンサーを用いたレンズ交換式デジタル一眼レフカメラに転用して同じ画角を実現しようとすれば、イメージセンサーが３５ｍｍフィルムの０.６３倍程度の大きさなので、３５ｍｍフィルム一眼レフカメラ用レンズに０.６３倍のスケーリングを行い、システムを構成する必要がある。
【０００３】
しかし、スケーリング係数が小さいので、スケーリングしたシステムは個々のレンズの中心厚やコバ厚、あるいはレンズ間隔が小さくなりすぎて生産性に問題が生じ、更にバックフォーカスが短くなるのでレンズ交換式一眼レフカメラシステムに問題が生じて来る。スケーリング前のコンパクトさや高性能を維持しながら、良好な生産性を実現し、バックフォーカスを長くする広角高倍率ズームレンズの設計は簡単な作業ではなく、新しい技術内容が必要である。
【特許文献１】特開２０００−８９１１７号公報
【特許文献２】特開２００２−２３６２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はＡＰＳ−Ｃサイズのイメージセンサーを用いたデジタルカメラに装着した時に、３５ｍｍフィルム一眼レフカメラの２８ｍｍに相当する７６度程度の画角をカバーし、７倍程度のズーム比を実現しながら、レンズ交換式一眼レフカメラに相応しいバックフォーカスの長さと、コンパクトで高性能な高変倍率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】
【０００５】
本発明は、ワイドの焦点距離１８ｍｍを実現しながら７倍程度のズーム比を持ち、ワイド１８ｍｍの時に３５ｍｍフィルム一眼レフと変わらないバックフォーカスを持ち、高度な収差補正と、製造し易い公差を同時に実現しなければならないと言う設計上の矛盾を、以下の構成と条件を与えることにより解決した。
【０００６】
すなわち、物体側より順に正のパワーの第１レンズ群、負のパワーの第２レンズ群、正のパワーの第３レンズ群、正のパワーの第４レンズ群で構成され、広角端から望遠端の変倍に際し第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔が増大し、第２レンズ群と第３レンズ群の空気間隔が減少しながら第１，第３，第４の各レンズ群が物体方向に移動し、フォーカシングを第２レンズ群の繰り出しによって行い、以下の条件を満足させた。
（１）０.４０＜ｆＷ／ｆｂＷ＜０.５５
（２）０.４３＜β３，４Ｗ／β３，４Ｔ＜０.４７
（３）４０＜ｒ５／ｄ５Ｗ＜１００
（４）１.１＜ｆ３／ｆ４＜２.６
但し、
ｆＷ：広角端の焦点距離
ｆｂＷ：広角端のバックフォーカス
β３，４Ｗ：第３，第４レンズ群の広角端の合成倍率
β３，４Ｔ：第３，第４レンズ群の望遠端の合成倍率
ｒ５：ｒ５面の曲率半径
ｄ５Ｗ：広角端の第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ間隔
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ４：第４レンズ群の焦点距離
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、物体側より順に正、負、正、正の屈折力を有する４群ズームレンズ群のパワーと移動量方向の限定と４つの条件により、広角域を含む高性能な高変倍率ズームレンズでありながらズーミングによる動きのスムーズさと収差変動の少ないシステムが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
条件式（１）は広角端におけるパワーとバックフォーカスの関係を規定する。この条件は広角端における焦点距離に対して相対的にバックフォーカスの長いレンズを実現する為に必要である。条件式（１）の上限を超えれば歪曲収差と球面収差の補正に有利であるが、広い画角と長いバックフォーカスが実現できない。逆に下限を超えると、広い画角と長いバックフォーカスは実現出来るが、収差補正が困難になり、特に歪曲収差補正の困難さが急増する。
【０００９】
条件式（２）は本発明の高変倍率ズームレンズにおいて、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４をバックフォーカスの調整に使いながら、広角端から少し望遠側によったズームポジションの非点収差を良好にし、緩やかでスムーズなカム形状を実現する為の条件である。条件式（２）の上限を超えて数値が大きくなると、広角端において第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４群のズーム倍率が等倍に近くなりすぎ、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４によってバックフォーカスを長くする事が出来ない上に、広角端から少し望遠側によったポジションの非点収差が補正過剰になってしまうと言う光学性能上の問題が生じる。
【００１０】
逆に下限を超えてβ３，４Ｗ、β３，４Ｔが小さくなると、スムーズなカム形状を得るには良いが、広角端における非点収差の補正と、全長をコンパクトにする事が困難になり、特に望遠端でのレンズ全長が大きくなってしまう。
【００１１】
条件式（３）は、２群のカム筒にフォーカスの補正カムを切る際、広角端における第１レンズ群Ｇ１のレンズの位置と収差補正をバランスさせる為に必要な条件である。条件式（３）の上限を超えると、ｒ５面の曲率半径が小さくなるので、広い画角の光線をスムーズに曲げる事が出来るが、これはズーム全域において球面収差、非点収差の補正を有利にし、全体の光学性能の向上に好ましい反面、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が狭くなり過ぎて、フォーカスのための補正カムを切る事が出来ない不具合が生じる。逆に下限を超えると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が広くなり、鏡筒設計上有利である反面、光学性能の面で好ましくない。
【００１２】
条件式（４）は優れた光学性能を保ちながら高変倍率化を実現するのに欠かす事の出来ない条件であり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のパワーを適切な関係にする事によって、良好な光学性能と加工し易い製造公差を実現させる事が可能になる。上限を超えると第４レンズ群Ｇ４のパワーが強くなりコンパクト化するには良いが、広角端においてバックフォーカスが不足する事態が生じ、また、第４レンズ群Ｇ４のパワーが強くなると広角端の周辺部の性能劣化が顕著になり好ましくない。
【００１３】
逆に下限を超えると第４レンズ群Ｇ４のパワーが弱くなり、軸外性能を良好にできて、きき量も緩くする事が可能になるが、システムが大型化しコンパクトなレンズを実現するという当初の目的から外れる。また、第４レンズ群Ｇ４の外径が大きくなるので、第４レンズ群Ｇ４に導入した非球面レンズの製造が困難になり生産性が低下するので好ましくない。
【００１４】
本実施例は、ＡＰＳ−Ｃサイズのイメージセンサーを用いたデジタルカメラの広角と言う呼称に相応しい、ワイドの焦点距離１８ｍｍから７倍程度のズーム比を持ち、広角端でも充分なバックフォーカスを持つレンズを実現している。そして高度な収差補正と、製造し易さという両立が困難な課題を、以下の構成と条件を与えることにより解決した。
【００１５】
以下に、本発明である高変倍率ズームレンズの数値実施例１、数値実施例２、数値実施例３を示す。数値実施例１、数値実施例２、数値実施例３において、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角であり、ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚および空気間隔、ｎｉ，ｖｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズ屈折率とアッベ数である。
【００１６】
非球面形状を表す式は、光軸方向にｘ軸、光軸と垂直方向にｙ軸、近軸曲率半径をｒ、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０を各非球面係数、円錐係数をＡとしたとき、以下の式で表わされる。
ｘ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−Ａ（ｙ２／ｒ２）｝１／２］＋Ａ４ｙ４＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０
【実施例１】
【００１７】
ｆ＝１８.７２〜４８.３２〜１２０.３８
Ｆｎｏ＝３.６２〜４.９８〜５.８０
ω＝３７.７°〜１５.７°〜６.５°
【００１８】
ｉ           ｒ           ｄ         ｎ             ν
［１］    １１８.４０      １.７０    １.８４６６６   ２３.８
［２］      ６４.８５      ６.７０    １.４８７４９   ７０.４
［３］  −２７９.５３      ０.２０
［４］      ５３.６５      ４.４４    １.６５１６０   ５８.４
［５］    １７１.００      ２.１５
［６］      ４７.７８      ０.０８    １.５１８４０   ５２.１
［７］      ４４.７３      １.２０    １.８０４２０   ４６.５
［８］      １２.３０      ４.４５
［９］    −３５.６３      ０.９０    １.８０４２０   ４６.５
［１０］    ３５.７２      ０.６５
［１１］    ２１.１８      ４.２８    １.７４０７７   ２７.８
［１２］  −４１.５５      １.８８
［１３］  −１８.６４      ０.９０    １.８０４２０   ４６.５
［１４］    ８９.４４      ０.１５
［１５］  ４９０.９０      １.８０    １.７６１８２   ２６.６
［１６］  −４２.３３    １８.７２
［１７］      ０.００      １.３３
［１８］    ４７.９３      ２.２８    １.４８７４９   ７０.４
［１９］  −５５.８７      ０.１５
［２０］    ２９.６０      ３.１１    １.４９７００   ８１.６
［２１］−２０９.２８      ２.６７
［２２］  −２９.６７      １.００    １.８０６１０   ３３.３
［２３］−５４６.６８      ５.３０
［２４］    ６６.３６      ２.７８    １.５１６８０   ６４.２
［２５］  −４５.８２      ０.１５
［２６］    ３６.２２      ３.９３    １.４８７４９   ７０.４
［２７］−１０２.７４      ２.２０
［２８］  １６４.０９      ０.１５    １.５１８４０   ５２.１
［２９］  ２１１.６２      １.４８    １.８０６１０   ４０.７
［３０］    ２４.１５      １.２９
［３１］    ７７.５７      ３.７６    １.４８７４９   ７０.４
［３２］  −３４.１２
【００１９】
（非球面係数）
ｒ６
Ａ  ＝    ０.６０４０００００Ｄ＋０１
Ａ４＝  −０.７１５４９０００Ｄ−０６
Ａ６＝  −０.４５２１２９００Ｄ−０７
Ａ８＝    ０.４４５４９０００Ｄ−０９
Ａ１０＝−０.１３８２４０００Ｄ−１１
ｒ２８
Ａ＝    −０.５１２８７０００Ｄ＋０３
Ａ４＝  −０.９７４４６０００Ｄ−０５
Ａ６＝  −０.７３８７５０００Ｄ−０７
Ａ８＝    ０.１２４１８０００Ｄ−０９
Ａ１０＝  ０.１１３２４４００Ｄ−１１
【００２０】
ｆ        １８.７２        ４８.３２        １２０.３８
ｄ５        ２.１５        ２１.６５          ４２.９３
ｄ１６    １８.７２          ７.５９            １.３１
ｄ２３      ５.３０          １.７２            ０.７０
【００２１】
（条件式）
（１）      ｆＷ／ｆｂＷ    ＝  ０.４９１
（２）β３，４Ｗ／β３，４Ｔ＝  ０.４４８
（３）      ｒ５／ｄ５Ｗ    ＝７９.５２７
（４）      ｆ３／ｆ４      ＝  １.７４５
【実施例３】
【００２７】
ｆ＝１９.０３〜４８.２９〜１１８.９５
Ｆｎｏ＝３.７０〜５.０６〜５.８２
ω＝３７.３°〜１５.８°〜６.６°
【００２８】
ｉ           ｒ           ｄ         ｎ             ν
［１］    １０５.０１     １.８１    １.８４６６６   ２３.８
［２］      ６１.４９     ６.６１    １.４８７４９   ７０.４
［３］  −４２３.６８     ０.１５
［４］      ５６.２０     ４.４０    １.６５１６０   ５８.４
［５］    １９９.７８     ２.１５
［６］      ４７.３１     ０.０８    １.５１８４０   ５２.１
［７］      ４３.５３     １.２０    １.８０４２０   ４６.５
［８］      １１.６０     ４.６５
［９］    −３４.５４     ０.９０    １.８０４２０   ４６.５
［１０］    ３４.７０     ０.１５
［１１］    ２０.０９     ４.２５    １.７４０７７   ２７.８
［１２］  −３４.３１     １.８９
［１３］  −１７.２２     ０.９０    １.８０４２０   ４６.５
［１４］−４４９.５６     ０.１５
［１５］  −８８.４３     １.５８    １.７６１８２   ２６.６
［１６］  −３４.４７   １９.９０
［１７］      ０.００     １.４２
［１８］    ６１.５６     ２.００    １.４８７４９   ７０.４
［１９］  −７５.１４     ０.１５
［２０］    ２５.３１     ２.０２    １.４９７００   ８１.６
［２１］  １６７.３０     ２.９０
［２２］  −２０.８１     １.００    １.８０６１０   ３３.３
［２３］  −４８.６８     ３.０７
［２４］    ５９.８９     ２.７７    １.５１６８０   ６４.２
［２５］  −４２.０８     ０.１５
［２６］    ６９.０２     ３.０８    １.４８７４９   ７０.４
［２７］  −３４.６７     ０.１５
［２８］  １５１.７６     ０.１５    １.５１８４０   ５２.１
［２９］  ２０８.２４     １.００    １.８０６１０   ４０.７
［３０］    ２４.１６     １.３５
［３１］  １３６.０６     ３.２３    １.４８７４９   ７０.４
［３２］  −３４.０５
【００２９】
（非球面係数）
ｒ６
Ａ＝      ０.６０４１７０００Ｄ＋０１
Ａ４＝  −０.８６００００８１Ｄ−０６
Ａ６＝  −０.３７９９３１２３Ｄ−０７
Ａ８＝    ０.４４００３９９７Ｄ−０９
Ａ１０＝−０.１３８２３６００Ｄ−１１
ｒ２８
Ａ＝    −０.４９７６３９４０Ｄ＋０３
Ａ４＝  −０.１０４２１０６３Ｄ−０４
Ａ６＝  −０.１３３３２３８３Ｄ−０６
Ａ８＝    ０.２４４５６９５３Ｄ−０９
Ａ１０＝  ０.１６５５３０８９Ｄ−１１
【００３０】
ｆ        １９.０３          ４８.３２      １２０.３８
ｄ５        ２.１５          ２１.３３        ４３.０９
ｄ１６    １９.９０            ８.０４          １.２１
ｄ２３      ３.０７            １.０２          ０.７０
【００３１】
（条件式）
（１）      ｆＷ／ｆｂＷ    ＝  ０.４２２
（２）β３，４Ｗ／β３，４Ｔ＝  ０.４６５
（３）      ｒ５／ｄ５Ｗ    ＝９２.８０７
（４）      ｆ３／ｆ４      ＝  ２.５３０
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】数値実施例１のレンズ断面図である。
【図２】数値実施例３のレンズ断面図である。
【図３】数値実施例１の広角端の収差図である。
【図４】数値実施例１の中間域の収差図である。
【図５】数値実施例１の望遠端の収差図である。
【図６】数値実施例３の広角端の収差図である。
【図７】数値実施例３の中間域の収差図である。
【図８】数値実施例３の望遠端の収差図である。
【符号の説明】
【００３３】
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】
0004679835.tif 000002
【図２】
0004679835.tif 000003
【図３】
0004679835.tif 000004
【図４】
0004679835.tif 000005
【図５】
0004679835.tif 000006
【図６】
0004679835.tif 000007
【図７】
0004679835.tif 000008
【図８】
0004679835.tif 000009