(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第１レンズ群と第３レンズ群は位置が常時固定とされ、上記第２レンズ群は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、上記第４レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされたズームレンズにおいて、
上記第１レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成され、
上記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成され、
上記第３レンズ群は、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成され、
上記第４レンズ群は、物体側より順に、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成され、
上記プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面が非球面によって構成され、
上記第１レンズは、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるような着色が施されると共に、１．３ｍｍ以上の厚みを有し、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とするズームレンズ。
ｆ１／ｒ５＜０．２５
０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１
０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１
０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
Ｚ：変倍比、
Ｄ：撮像画面の対角線長、
ｒ５：物体側から数えて５番目のレンズ面の曲率半径、
ｒ８：物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、
ｒ９：物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、
ｒ１０：物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径
とする。
【請求項２】
第４レンズ群の両凸レンズである第９レンズの両面が非球面によって構成されると共に、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
Ｆ４／Ｒ４＜０
Ｆ６／Ｒ６＜０
但し、
Ｆ４：第９レンズの物体側の面の４次の非球面係数、
Ｒ４：第９レンズの像側の面の４次の非球面係数、
Ｆ６：第９レンズの物体側の面の６次の非球面係数、
Ｒ６：第９レンズの像側の面の６次の非球面係数
とする。
【請求項３】
物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とから成り、上記第１レンズ群と第３レンズ群は位置が常時固定とされ、上記第２レンズ群は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、上記第４レンズ群は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされたズームレンズにおいて、
上記第１レンズ群は、物体側より順に、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成され、
上記第２レンズ群は、物体側より順に、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成され、
上記第３レンズ群は、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成され、
上記第４レンズ群は、物体側より順に、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成され、
上記プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面が非球面によって構成され、
上記第１レンズは、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるような着色が施されると共に、１．３ｍｍ以上の厚みを有し、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とするズームレンズ。
０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１
０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１
０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９
Ｆ４／Ｒ４＜０
Ｆ６／Ｒ６＜０
１．６９＜ｎ３
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
Ｚ：変倍比、
Ｄ：撮像画面の対角線長、
ｒ８：物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、
ｒ９：物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、
ｒ１０：物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径、
Ｆ４：第９レンズの物体側の面の４次の非球面係数、
Ｒ４：第９レンズの像側の面の４次の非球面係数、
Ｆ６：第９レンズの物体側の面の６次の非球面係数、
Ｒ６：第９レンズの像側の面の６次の非球面係数
ｎ３：第３レンズのｄ線における屈折率
とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、民生用ビデオカメラのズームレンズにおいて、高倍率、高画質を維持しながら製造コストを低減する為の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、民生用ビデオカメラ用のズームレンズにおいて、レンズの材質をガラスからプラスチックに変更することは、製造コストを低減するためには有効な方法である。
【０００３】
製造コストを低減するという目的で接合レンズ以外の単レンズをプラスチック製にしたズームレンズとしては、例えば、本出願人に関わる、特開平６−３４８８２号公報に記載されたものがある。また、低倍率のズームレンズで、構成レンズを全てプラスチック製とすると共に、紫外線をカットするフィルタをレンズ系の物体側に配設してプラスチック製レンズの黄変を防止するようにしたものが特開平６−３３１８８９号公報に記載されている。更に、高倍率のズームレンズでプラスチック製レンズを多用したものとしては、特開平８−２７１７８７号公報に記載されたものがある。
【０００４】
構成レンズをプラスチック製として製造コストを低減することは、従来では９枚構成のレンズ系のうち３枚のレンズをプラスチック製としただけであるので、効果的には不十分であった。例えば、高倍率のズームレンズでは、構成レンズが全てガラス製レンズである場合は、第４レンズ群を２枚構成とすることが可能であるが、構成レンズにプラスチック製レンズを多用したものの場合では、第４レンズ群が３枚構成になってしまうので、製造コストの低減効果が十分に生かされないことがあった。
【０００５】
ところで、プラスチックは紫外線の影響による経年変化で黄変してしまうことがあるが、プラスチック製レンズの使用に際しては、この黄変対策も十分ではなかった。例えば、構成レンズを全て非球面を有するプラスチック製レンズとすると、紫外線対策のための紫外線カットフィルタが必要となって、レンズ以外の構成部品が増えてしまい、製造コストの低減効果が弱くなってしまう。
【０００６】
また、非球面を諸収差を補正するための手段として活用する場合においては、特定の非球面に収差補正の負担が集中して、その面が製造時の組み立て誤差等によって光軸からずれた時に生じる結像性能への影響に対して敏感になり過ぎることがあった。
【０００７】
更に、プラスチックレンズの成形においては、プラスチック成形としては限界といえる程の高い精度を要求される。従って、レンズの体積が大きく誤差要因が収差に敏感に影響する場合では、金型を実際に作ってレンズを成形してみないと、製造コストの低減に有利かどうかわからないことがある。特定の光学特性を有するズームレンズの設計時において、成形困難な大口径レンズをプラスチック製としたものと、該大口径レンズをガラス球面レンズとしたものとの両方で設計を行うことは、設計期間が長くかかり、試作費用も多くかかると共に、成型用金型の無駄が多く発生してしまう等の問題が発生する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、民生用ビデオカメラ用のズームレンズにおいて、高倍率、高画質を維持しながら製造コストを低減することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明ズームレンズの第１の構成は、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第２レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第３レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第４レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面を非球面によって構成し、第１レンズに、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるように着色を施すと共に１．３ｍｍ以上の厚みを有するようにし、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、Ｚを変倍比、Ｄを撮像画面の対角線長、ｒ５を物体側から数えて５番目のレンズ面の曲率半径、ｒ８を物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、ｒ９を物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、ｒ１０を物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径とすると、ｆ１／ｒ５＜０．２５、０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１、０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１、０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９の各条件を満足するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明ズームレンズの第２の構成は、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第２レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第３レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第４レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面を非球面によって構成し、第１レンズに、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるように着色を施すと共に１．３ｍｍ以上の厚みを有するようにし、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、Ｚを変倍比、Ｄを撮像画面の対角線長、ｒ８を物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、ｒ９を物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、ｒ１０を物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径、Ｆ４を第９レンズの物体側の面の４次の非球面係数、Ｒ４を第９レンズの像側の面の４次の非球面係数、Ｆ６を第９レンズの物体側の面の６次の非球面係数、Ｒ６を第９レンズの像側の面の６次の非球面係数ｎ３を第３レンズのｄ線における屈折率とすると、０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１、０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１、０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９、Ｆ４／Ｒ４＜０、Ｆ６／Ｒ６＜０、１．６９＜ｎ３の各条件を満足するようにしたものである。
【００１１】
従って、プラスチック製レンズの多用によって、高画質、高倍率を維持しながら、製造コストを低減することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明ズームレンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
最初に本発明の概要を説明する。
【００１４】
本発明の目的は、ズームレンズ、特に、民生用のズームレンズにおいて製造コストを大幅に低減することである。この製造コストの大幅な低減は、従来、ガラス製であったレンズを、可能な限りプラスチック製のレンズに置き換えることで達成できる。しかし、レンズの材質としてプラスチックは、ガラスに比べて、屈折率が低く、また、アッベ数の選択の自由度が少ないので、諸収差の補正が困難になる傾向があるが、これに対しては、適切な屈折力の配置とプラスチック製のレンズを全て非球面レンズとすることによって解決する。
【００１５】
また、プラスチック製レンズの非球面を諸収差を補正するための手段として活用する場合においては、特定の非球面に収差補正の負担が集中し、その面が製造時の組み立て誤差等によって光軸からずれた時に生じる結像性能への影響に対して敏感になり過ぎることがあるが、これも、適切な屈折力の配置と曲率形状の最適化及び非球面計数の制約によって緩和するようにした。
【００１６】
更に、プラスチックレンズの材質としては、紫外線による経年変化による黄変がさけられない材質を使用せざるを得ないが、これに対しては、最も物体側に位置するガラスレンズで紫外線を吸収するようにして、黄変を防止するようにした。
【００１７】
次に、本発明ズームレンズの構成を具体的に説明する。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態におけるズームレンズ１は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４とから成り、第１レンズ群ＧＲ１と第３レンズ群ＧＲ３とは位置が常時固定とされ、第２レンズ群ＧＲ２は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、第４レンズ群ＧＲ４は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされ、図１に示すように、物体側より順に、第１レンズ群ＧＲ１を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１とガラス製の凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３とによって構成し、第２レンズ群ＧＲ２を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズＬ４と、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズＬ５と、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズＬ６とによって構成し、第３レンズ群ＧＲ３を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズＬ７によって構成し、第４レンズ群ＧＲ４を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズＬ８と、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズＬ９とによって構成したものである。尚、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＲが配設されると共に、第４レンズ群ＧＲ４と像面ＩＭＧとの間には赤外線フィルタやローパスフィルタ等から成るフィルタＦＬが配設されている。
【００１９】
そして、ズームレンズ１は、第３レンズＬ３の像側の面、第４レンズＬ４の両面、第５レンズの物体側の面、第６レンズＬ６の像側の面、第７レンズＬ７の像側の面及び第９レンズＬ９の両面を非球面によって構成し、第１レンズＬ１には、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるような着色を施したものである。
【００２０】
前述のように、レンズの材質であるプラスチックには紫外線に長時間晒されると黄変する性質があるので、従来は、紫外線カットフィルタを光学系の最も物体側の位置に配置して黄変を防止するようにしていた。しかし、本発明ズームレンズにおいては、最も物体側に配置される第１レンズＬ１の材質に、紫外線を吸収するための着色を施したガラスを使用することで、プラスチック製のレンズへの紫外線の照射量を軽減するようにして、その黄変を防止するようにしたものである。
【００２１】
上記第１レンズに使用する硝材としては、具体的には、ＨＯＹＡ社製のＦＤ６０、ＦＤ１１０、ＦＤ１４０、ＦＤＳ３０、ＦＤＳ９０（以上商品名）及びこれらの相当品などが適当である。これらの硝材を中心厚１．３ｍｍ以上のレンズで使用すると、十分な紫外線カット効果が得られ、プラスチック製レンズの黄変が防止される。そして、上記ズームレンズ１の第１レンズ１では、中心厚を２ｍｍとしている。
【００２２】
尚、従来例では、最も物体側のレンズをポリカーボネートとすることによって、構成レンズ全てをプラスチック製とした例もある。しかし、レンズの材質として上記硝材は、ポリカーボネートよりも屈折率が高く、アッベ数も小さいので、第１レンズ群ＧＲ１を色消しレンズとするために必要な凹レンズの屈折力を得るためには、ポリカーボネート製のレンズよりも比較的曲率を緩くすることが可能となり、ペッツバール和がマイナス側に増大するのを防いで像面湾曲を良好に補正するのに都合が良くなる。
【００２３】
また、ズームレンズ１は、
ｆ１を第１レンズ群ＧＲ１の焦点距離、
ｆ２を第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離、
Ｚを変倍比、
Ｄを撮像画面の対角線長、
ｒ５を物体側から数えて５番目のレンズ面の曲率半径、
ｒ８を物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、
ｒ９を物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、
ｒ１０を物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径とすると、
ｆ１／ｒ５＜０．２５（条件式１）、
０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１（条件式２）、
０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１（条件式３）、
０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９（条件式４）、
の各条件を満足するものである。
【００２４】
尚、ズームレンズ１は、
Ｆ４を第９レンズＬ９の物体側の面の４次の非球面係数、
Ｒ４を第９レンズＬ９の像側の面の４次の非球面係数、
Ｆ６を第９レンズＬ９の物体側の面の６次の非球面係数、
Ｒ６を第９レンズＬ９の像側の面の６次の非球面係数とすると、
Ｆ４／Ｒ４＜０（条件式５）、
Ｆ６／Ｒ６＜０（条件式６）、
の各条件を満足することが望ましい。
【００２５】
条件式１は、第３レンズＬ３の成型時における形状誤差を少なくするための条件を規定するものである。プラスチック製レンズを射出成形で製造する時、樹脂の収縮によって金型形状からのずれが生じる。メニスカスレンズである第３レンズＬ３は、凹面の曲率が強いと、成型時の収縮で更に凹面の曲率が強くなる方向に曲げられて変形し易くなる。そして、第３レンズＬ３の凹面の曲率が強いと、この変形が収差の設計値からの誤差として大きな影響を受けやすい。従って、本発明においては、第３レンズＬ３の形状をできるだけ平凸レンズ又は両凸レンズに近づけるように、凹面側の曲率を条件式１に規定された条件によって制約して、成型時の変形と、成型時の変形による収差への影響を緩和するようにした。
【００２６】
条件式２は、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力を、変倍比と画面寸法に対して最適化するための条件を規定したものである。ガラス製レンズに比べてプラスチック製レンズでは、屈折率が低いので曲率が強くなり、これが種々の収差が発生する原因となる。更に、第２レンズ群ＧＲ２は、変倍による収差変動の支配的要因と有するものなので、各面の曲率が緩くなるようにしなければならない。そして、第２レンズ群ＧＲ２の各面の曲率は屈折力配置に依存するので、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力は上記条件を満足させることが適当である。
【００２７】
また、第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離の絶対値は、画面寸法及び変倍比に略比例して大きな値に設定することが収差補正上必要である。ガラス製レンズではｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄの値が条件式２の下限を越えることが一般的であるが、本発明ではｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄの値が下限を越えると、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力が強くなり過ぎて球面収差を始めとする諸収差の変倍による変動を抑えることが困難になってしまい、また、ペッツバール和の絶対値がマイナス側に大きくなって、像面湾曲のオーバー側への曲がりが補正できなくなってしまう。逆に、ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄの値が上限を越えると、収差補正には有利となるが、レンズ系全体が大型化して実用的でなく成り、また、レンズ系全体が大型化することで角プラスチック製レンズの体積が増大し、射出成形によって精度良く成形することが困難となる。
【００２８】
本発明と同様の変倍方式における第２レンズ群の後側主点は、第２レンズ群ＧＲ２の合成厚の中で前寄りに位置させるのが一般的であり、第１レンズ群ＧＲ１の有効径の小型化や、主光線の傾角を小さくして収差補正を有利にする働きがある。従って、本発明でも上記と同様に第２レンズ群ＧＲ２の後側主点を前寄りにする必要がある。第４レンズＬ４は、通常は高屈折率低分散の硝材を使用して像側に強い凹面を向けた凹メニスカスレンズとするが、プラスチックでは屈折率が低いので凹メニスカスレンズとすることができない。そこで、本発明の第４レンズＬ４は、近軸球面としては両凹レンズとなる曲率にして、強い負の屈折力を持たせて後側主点を前寄りに引っ張る効果を持たせ、外周部では凹メニスカスレンズに近づくような両面非球面の形状として、屈折率の低いプラスチック製としたことによる影響を補うようにした。
【００２９】
条件式３は、第５レンズＬ５の物体側の面ｒ８と像側の面ｒ９との屈折力の配分を規定するものである。第５レンズＬ５の物体側の面ｒ８の曲率を強くすると、後側主点を前寄りにする効果があるが、条件式３において｜ｒ８／ｒ９｜の値が下限を越えると、面ｒ８が光軸からずれた時の収差への影響が大きくなって製造が困難となってしまう。｜ｒ８／ｒ９｜の値を条件式３の範囲内とすることにより、成型時の偏芯で面ｒ８と面ｒ９とが相対的にずれた場合や、第５レンズＬ５が第４レンズＬ４と相対的にずれた場合でも、既存の部品精度の範囲で設計性能に近い性能が維持できるようになる。｜ｒ８／ｒ９｜の値が上限を超えると、後側主点が後寄りになって広角端で第４レンズＬ４を通る主光線の光線高が高くなり、収差補正に不利となる。
【００３０】
プラスチック材料は、色消しに使うために２種類以上を用いる場合には、選択の範囲が限られてしまう。従って、第２レンズ群ＧＲ２としての必要な負の屈折力及び色消し条件とから、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との合成屈折力及び第６レンズＬ６の屈折力が決定される。そして、第４レンズＬ４の形状と第５レンズＬ５の面ｒ８は、上記第４レンズＬ４、第５レンズＬ５及び第６レンズＬ６に関する条件を満足させる必要があるので、残された面ｒ９の曲率の取り得る範囲も限られてくる。
【００３１】
条件式４は、上記に鑑み、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との収差の打ち消し合いと、製造時の組み立て精度に関する条件を規定するものである。｜ｒ９／ｒ１０｜の値が上限を超えると、望遠端で、球面収差やコマ収差の面ｒ９とｒ１０とでの打ち消し合いが強くなり過ぎ、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との相対的な偏心が収差に与える影響が強くなって、製造が困難となってしまう。ところで、前記条件式３から、面ｒ９の曲率半径を大きくすることが面ｒ８に負担が集中するため得策ではないことが明らかであり、面ｒ９から望遠端で球面収差やコマ収差が大きく発生することになる。従って、このような面ｒ９による影響を打ち消すために、条件式４において、｜ｒ９／ｒ１０｜の値が下限を越えないように面ｒ１０の曲率を設定する必要がある。
【００３２】
第３レンズ群ＧＲ３の凸レンズである第７レンズＬ７は、収差補正上は形状の自由度が高いので、両凸形状でもメニスカス形状でも良く、また、非球面は物体側の面と像側の面の何れか１面、又は、両方でも良い。しかし、製造誤差による面の偏心を考慮すると、両凸形状の方が偏心を少なくするためには有利である。
【００３３】
第３レンズ群ＧＲ３が色消しではないため、第４レンズ群ＧＲ４は、第３レンズ群ＧＲ３で発生した色収差まで補正する必要があり、過剰なほどの色消しを行わなければならない。本発明においては、製造コストの低減が目的であるので、第４レンズ群ＧＲ４には、凸レンズと凹レンズとをそれぞれ１枚ずつ配置した。
【００３４】
しかし、第２レンズ群ＧＲ２と同様に、第４レンズ群ＧＲ４においてプラスチック材料だけで色消しを行おうとすると、凹レンズの第８レンズＬ８が両凹形状で曲率を強くしなければならなくなる。しかし、変倍比が１５倍程度で、広角端でのＦナンバーがＦ２程度のズームレンズであれば、第４レンズ群ＧＲ４の凹レンズはプラスチック材料で設計が可能であるが、変倍比が２０倍以上で広角端でＦナンバーがＦ１．８よりも明るいズームレンズの場合では、第８レンズＬ８の曲率が強くなり過ぎて、収差補正及び成形性において破綻してしまう。
【００３５】
従って、本発明においては、第８レンズＬ８を高屈折率で、高分散性を有する硝材で形成した両凹レンズとして、面の曲率を緩くすると共に、両面の形状を対称として、組み立て時における表裏の判別を不要とした。
【００３６】
また、第９レンズＬ９は、屈折率の低いプラスチック製でありながら、強い正の屈折力を持つようにしなければならず、面の曲率を強くせざるを得ない。そして、面の曲率を強くすることによって第９レンズＬ９から発生する球面収差、コマ収差及び像面湾曲を緩和するためには、第９レンズＬ９の１面のみを非球面にしても効果が不十分であるので、両面を非球面にする必要がある。第９レンズＬ９の両面を非球面にした場合、成形上の誤差によって物体側の面ｒ１７と像側の面ｒ１８との相対的な偏心がコマ収差に作用して、片ボケが敏感に現れることがある。これは、非球面による収差補正の効果が、２つの面に振り分けられていれば顕著にならないが、１面の非球面項により発生したコマ収差を、他方の面の非球面項で打ち消すように作用させると、成型時の誤差による偏心によって打ち消し関係が崩れたときに片ボケとして顕著に現れるからである。
【００３７】
第９レンズＬ９においては、非球面係数の４次及び６次の項が両面で同符号になると、３次収差係数と５次収差係数とに影響を与えるので、両面間で収差の打ち消し合いが強くなってしまう。従って、この偏心に対する敏感度を緩和するための条件を規定したものが条件式５及び条件式６である。第９レンズＬ９では、これら条件式５及び条件式６を満足させて、両面の非球面項を対照的に近くすることが望ましい。本発明の第１の実施の形態におけるズームレンズ１においては、第９レンズＬ９の両面を、完全に対象な非球面で構成して、偏心に対する敏感度を下げるようにした。
【００３８】
また、本発明の第２の実施の形態におけるズームレンズ２は、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４とから成り、第１レンズ群ＧＲ１と第３レンズ群ＧＲ３とは位置が常時固定とされ、第２レンズ群ＧＲ２は光軸上を移動することによって主に変倍を行うようにされ、第４レンズ群ＧＲ４は光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行うようにされ、図５に示すように、物体側より順に、第１レンズ群ＧＲ１を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズＬ１とガラス製の凸レンズの第２レンズＬ２との接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第３レンズＬ３とによって構成し、第２レンズ群ＧＲ２を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズＬ４と、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズＬ５と、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズＬ６とによって構成し、第３レンズ群ＧＲ３を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズＬ７によって構成し、第４レンズ群ＧＲ４を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズＬ８と、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズＬ９とによって構成したものである。尚、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間には絞りＩＲが配設されると共に、第４レンズ群ＧＲ４と像面ＩＭＧとの間には赤外線フィルタやローパスフィルタ等から成るフィルタＦＬが配設されている。
【００３９】
そして、ズームレンズ２は、第３レンズＬ３の像側の面、第４レンズＬ４の両面、第５レンズＬ５の物体側の面、第６レンズＬ６の像側の面、第７レンズＬ７の像側の面及び第９レンズＬ９の両面が、それぞれ非球面によって構成し、第１レンズＬ１には、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるような着色を施したものである。
【００４０】
また、ズームレンズ２は、
ｎ３を第３レンズのｄ線における屈折率とすると、
０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１（条件式２）、
０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１（条件式３）、
０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９（条件式４）、
Ｆ４／Ｒ４＜０（条件式５）、
Ｆ６／Ｒ６＜０（条件式６）、
１．６９＜ｎ３（条件式７）、
の各条件を満足するものである。
【００４１】
条件式７は、前記ズームレンズ１における非球面のプラスチック製の第３レンズＬ３を、上記ズームレンズ２のように、球面のガラス製の第３レンズＬ３に置き換えるために必要な条件を規定したものである。即ち、ズームレンズ２においては、第３レンズＬ３の屈折率を１．６９以上にして面の曲率を緩くすると共に、第３レンズＬ３のみではなく、第１レンズ群ＧＲ３を構成する３枚のレンズを、第４レンズＬ４以降の特性に合わせて収差補正することにより、ズームレンズ１と第４レンズＬ４乃至第９レンズＬ９を共通化することを可能にした。
【００４２】
尚、上記ズームレンズ１及びズームレンズ２は、第２レンズ群ＧＲ２乃至第４レンズ群ＧＲ４を構成する第４レンズＬ４乃至第９レンズＬ９が共通であり、第１レンズ群ＧＲ１を構成する第１レンズＬ１乃至第３レンズＬ３のみが異なるものである。即ち、ズームレンズ１とズームレンズ２は、第１レンズ群ＧＲ１を交換することだけで、どちらの構成を採ることも可能としたものである。
【００４３】
次に、上記ズームレンズ１及び２を具体化した数値実施例を示す。
【００４４】
尚、以下の説明において、「ｒｉ」は物体側から数えてｉ番目の面及びその曲率半径であり、「ｄｉ」は面ｒｉと面ｒｉ＋１との間の面間隔をであり、「ｎｉ」は物体側から数えてｉ番目の第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線における屈折率であり、「νｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のアッベ数である。また、同様に、「ｎＦＬ」及び「νＦＬ」はフィルタＦＬを構成する材質のｄ線における屈折率及びアッベ数である。
【００４５】
また、非球面の定義は、非球面の深さをｘｉ、光軸からの高さをＨとすると、ｘｉ＝Ｈ2／ｒｉ｛１＋（１−Ｈ2／ｒｉ2）1/2｝＋ΣＡｊＨj
で表されるものとする。
【００４６】
表１にズームレンズ１の各数値を示す。
【００４７】
【表１】
0004761100.tif 000002
【００４８】
表２にズームレンズ１の広角端、中間焦点位置及び望遠端における焦点距離、Ｆナンバー、画角（2ω）と、変倍及び合焦に伴って面間隔が変化する面間隔ｄ５、ｄ１１、ｄ１４、ｄ１８の数値を示す。
【００４９】
【表２】
0004761100.tif 000003
【００５０】
表３に、ズームレンズ１の非球面によって構成された第３レンズＬ３の像側の面ｒ５、第４レンズＬ４の両面ｒ６、ｒ７、第５レンズの物体側の面ｒ８、第６レンズＬ６の像側の面ｒ１１、第７レンズＬ７の像側の面ｒ１４及び第９レンズＬ９の両面ｒ１７、ｒ１８の４次、６次及び８次の非球面係数Ａ４、Ａ８及びＡ１０を示す。
【００５１】
【表３】
0004761100.tif 000004
【００５２】
また、表４にズームレンズ１の条件式１乃至６に係わる各数値を示す。
【００５３】
【表４】
0004761100.tif 000005
【００５４】
図２乃至図４にズームレンズ１の広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。尚、球面収差図においては、実線はｄ線（波長587.6nm）、破線はｇ線（波長435.8nm）、一点鎖線はＣ線（波長656.3nm）での値をそれぞれ示し、非点収差図においては、実線はサジタル像面湾曲を、破線はメリディオナル像面湾曲をそれぞれ示すものである。（後述する図６乃至図８も同様）。
【００５５】
表５にズームレンズ２の各数値を示す。
【００５６】
【表５】
0004761100.tif 000006
【００５７】
表６ズームレンズ２の広角端、中間焦点位置及び望遠端における焦点距離、Ｆナンバー、画角（2ω）と、変倍及び合焦に伴って面間隔が変化する面間隔ｄ５、ｄ１１、ｄ１４、ｄ１８の数値を示す。
【００５８】
【表６】
0004761100.tif 000007
【００５９】
表７にズームレンズ２の非球面によって構成された第４レンズＬ４の両面ｒ６、ｒ７、第５レンズの物体側の面ｒ８、第６レンズＬ６の像側の面ｒ１１、第７レンズＬ７の像側の面ｒ１４及び第９レンズＬ９の両面ｒ１７、ｒ１８の４次、６次及び８次の非球面係数Ａ４、Ａ８及びＡ１０を示す。
【００６０】
【表７】
0004761100.tif 000008
【００６１】
また、表８にズームレンズ２の条件式２乃至６に係わる各数値を示す。
【００６２】
【表８】
0004761100.tif 000009
【００６３】
図６乃至図８にズームレンズ２の広角端、中間焦点位置及び望遠端における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図をそれぞれ示す。
【００６４】
このように、ズームレンズ１及び２は、図２乃至図４及び図６乃至図８の収差図からも明らかなように、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、しかも、約２０倍の変倍比を有しながらもＦナンバーが約Ｆ１．６であるので、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することを可能とした。
【００６５】
また、ズームレンズ１及び２は、第２レンズ群ＧＲ２乃至第４レンズ群ＧＲ４を共通のレンズ系として用いたものであるので、部品の量産効果によるコストダウンの恩恵を更に受けることが可能である。
【００６６】
以上に説明したように、本発明は、ズームレンズを４群９枚構成のレンズによって構成すると共に９枚のレンズのうちの５枚又は６枚を非球面を含むプラスチック製として、レンズ系全体の製造コストを低減しながら高性能化を図るようにし、無理にプラスチック製とすると成形が困難になる等の理由によって製造コストの低減に貢献することができないレンズは、適切な形状のガラス球面レンズとすることによって、光学性能の維持とコストとのバランスを追求したので、２０倍程度の変倍比を有しながらＦ１．６程度のＦナンバーを有する、高性能で明るいズームレンズが実現可能になる。
【００６７】
また、本発明は、最も物体側に位置するガラス製のレンズを短波長の光、特に、紫外線に対する吸収率の大きい硝材で構成することによって、該ガラス製レンズよりも像側に位置するプラスチック製レンズの経年変化による黄変を防止することも可能である。
【００６８】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したところから明らかなように本発明ズームレンズは、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたプラスチック製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第２レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第３レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第４レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面を非球面によって構成し、第１レンズに、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるように着色を施すと共に１．３ｍｍ以上の厚みを有するようにし、ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、Ｚを変倍比、Ｄを撮像画面の対角線長、ｒ５を物体側から数えて５番目のレンズ面の曲率半径、ｒ８を物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、ｒ９を物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、ｒ１０を物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径とすると、ｆ１／ｒ５＜０．２５、０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１、０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１、０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９の各条件を満足するようにしたので、高変倍比を有し、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することができると共に、紫外線の影響によるプラスチック製レンズの黄変も防止することができる。
【００７０】
請求項２に記載した発明にあっては、第４レンズ群の両凸レンズである第９レンズの両面を非球面によって構成すると共に、Ｆ４を第９レンズの物体側の面の４次の非球面係数、Ｒ４を第９レンズの像側の面の４次の非球面係数、Ｆ６を第９レンズの物体側の面の６次の非球面係数、Ｒ６を第９レンズの像側の面の６次の非球面係数とすると、Ｆ４／Ｒ４＜０、Ｆ６／Ｒ６＜０の各条件を満足するようにしたので、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、約２０倍の高変倍比を有し、約１．６のＦナンバーを有する、明るく、より高性能なズームレンズを得ることができる。
【００７１】
また、本発明ズームレンズの別のものは、物体側より順に、位置が常時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群を、像側に凹面を向けたガラス製の凹メニスカスレンズの第１レンズとガラス製の凸レンズの第２レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けたガラス製の凸メニスカスレンズの第３レンズとによって構成し、光軸上を移動することによって主に変倍を行い、負の屈折力を有する第２レンズ群を、像側に強い凹面を向けたプラスチック製の凹レンズの第４レンズと、プラスチック製の両凹レンズの第５レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第６レンズとによって構成し、位置が常時固定で正の屈折力を有する第３レンズ群を、プラスチック製の凸レンズの第７レンズによって構成し、光軸上を移動することによって像位置の変動の補正と合焦を行い、正の屈折力を有する第４レンズ群を、ガラス製の両凹レンズの第８レンズと、プラスチック製の両凸レンズの第９レンズとによって構成し、プラスチック製の各レンズはそれぞれ、少なくとも１面を非球面によって構成し、第１レンズに、その材質の内部透過率が厚さ５ｍｍで波長３７０ｎｍの光に対し４５％以下となるように着色を施すと共に１．３ｍｍ以上の厚みを有するようにし、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離、Ｚを変倍比、Ｄを撮像画面の対角線長、ｒ８を物体側から数えて８面目のレンズ面の曲率半径、ｒ９を物体側から数えて９番目のレンズ面の曲率半径、ｒ１０を物体側から数えて１０番目のレンズ面の曲率半径、Ｆ４を第９レンズの物体側の面の４次の非球面係数、Ｒ４を第９レンズの像側の面の４次の非球面係数、Ｆ６を第９レンズの物体側の面の６次の非球面係数、Ｒ６を第９レンズの像側の面の６次の非球面係数ｎ３を第３レンズのｄ線における屈折率とすると、０．７＜｜ｆ２／（０．０５Ｚ＋１．７）Ｄ｜＜１、０．７＜｜ｒ８／ｒ９｜＜１、０．６＜｜ｒ９／ｒ１０｜＜０．９、Ｆ４／Ｒ４＜０、Ｆ６／Ｒ６＜０、１．６９＜ｎ３の各条件を満足するようにしたので、全変倍範囲に亘って各収差が良好に補正され、約２０倍の高変倍比を有し、約１．６のＦナンバーを有する、明るく高性能なズームレンズを低コストで製造することができると共に、紫外線の影響によるプラスチック製レンズの黄変も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２乃至図４と共に、本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図は、レンズ構成を概略的に示す図である。
【図２】広角端における各種収差を示す図である。
【図３】中間焦点距離における各種収差を示す図である。
【図４】望遠端における各種収差を示す図である。
【図５】図６乃至図８と共に、本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図は、レンズ構成を概略的に示す図である。
【図６】広角端における各種収差を示す図である。
【図７】中間焦点距離における各種収差を示す図である。
【図８】望遠端における各種収差を示す図である。
【符号の説明】
１…ズームレンズ、２…ズームレンズ、ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、ＧＲ４…第４レンズ群、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、Ｌ５…第５レンズ、Ｌ６…第６レンズ、Ｌ７…第７レンズ、Ｌ８…第８レンズ、Ｌ９…第９レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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