(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動手段によって光軸方向に駆動される複数のレンズ群と、第２駆動手段によって光軸方向に駆動されるレンズ群Ｆを有するズームレンズにおいて、
ズーム位置情報を得るためのズーム位置検出手段と、物体距離情報を得るための物体距離検出手段と、フォーカス時における前記レンズ群Ｆの移動量を前記ズーム位置情報と前記物体距離情報に基づいて求める演算手段と、
前記第２駆動手段により前記レンズ群Ｆのみを駆動してフォーカスしたときに、前記レンズ群Ｆ若しくはそれを保持する保持部材と、前記レンズ群Ｆの移動方向に位置するレンズ群Ｒ若しくはそれを保持する保持部材とが機械的に干渉するか否かを判別する判別手段とを有し、
前記判別手段により機械的な干渉が生じないと判別されたときは、前記第２駆動手段により前記レンズ群Ｆのみを駆動してフォーカスを行い、前記判別手段により機械的な干渉が生じると判別されたときは、前記第１駆動手段によって前記複数のレンズ群を駆動して変倍すると共に前記第２駆動手段によって前記レンズ群Ｆを駆動してフォーカスを行うことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように、各レンズ群が物体側へ移動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】
無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第２駆動手段が前記第３レンズ群を物体側へ駆動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】
広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１駆動手段が前記第１、第２、第４レンズ群を物体側へ駆動することを特徴とする請求項２または３に記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ群は、前記第２レンズ群から延びるヘリコイドバー上を光軸方向に移動することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特にフォーカスを適切に行うことにより、無限遠物体から至近物体に至る物体距離全般にわたり、高い光学性能を有したビデオカメラ，フィルム用カメラ，デジタルカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりズームレンズのフォーカシング方式としては、物体側の第１群でフォーカスをしたものが多く用いられている。このフォーカス方法はズームポジション（ズーム位置）によらずフォーカスレンズ群の繰り出し量がほぼ一定であり、機構上も簡素化することが容易であることが特徴である。又、最近ではフォーカススピードの向上及び前玉径の削減等を目的として、物体側の第１群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂インナーフォーカス式(リヤーフォーカス式)を採用したものが種々と提案されている。
【０００３】
一般に、インナーフォーカス式のズームレンズは第１群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて第１群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になり、又、近接撮影、特に極近接撮影が容易となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行っているのでレンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な焦点合わせが出来る等の特長がある。
【０００４】
このインナーフォーカス方式は、フォーカス機構としてカム手段以外にヘリコイドバー等を有し、そこに保持されるフォーカスレンズ群をフォーカシングに際し光軸に沿って動かしている。フォーカスレンズ群はフォーカス時以外にもズーミングによってヘリコイドバー上を移動させている為、電子ズームとも呼ばれている。
【０００５】
一方、構造の簡素化の為にズームカムの一部をフォーカスカムに使用するタイプのものも提案されている。この方式は特にズームポジションを検出する必要もなく各群をフォーカシングに際し動かすことが出来るので、簡易な構成ながら繰り出しによる収差変動を効率良く補正することが可能であり、近年使われることが増えてきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ズームレンズのフォーカス方法には前述した種々の方法があるが、各々次のような問題点があった。
【０００７】
まず、フォーカスレンズ群としての第１群の繰り出しによるフォーカシングは第１群の繰り出し時の撮影において、周辺光量確保の為、第１群の有効径が大きくなる傾向がある。さらに有効径が大きくなった結果、重くなった第１群でフォーカスを行なう為フォーカススピードが遅くなる傾向があった。又、第１群だけの繰り出しによる為、フォーカシングによる収差変動が大きくなる傾向がある。
【０００８】
次に謂ゆる、電子ズームを利用したフォーカス方式はフォーカシングに用いられるレンズ群が、通常特定の１つのレンズ群だけであるので、一般にフォーカシングに際しての収差変動が多くなってくる。又、フォーカス群をそのフォーカシングに際しての移動方向にある隣接するレンズ群との光軸方向の距離をある程度確保する必要がある。即ちフォーカス空間が必要となってくる。
【０００９】
又、第１群による繰り出し方式も、電子ズームによるインナーフォーカス式もフォーカシングによって全系の焦点距離が短くなり、広角側へ変化してくる。従って近距離撮影時も思ったより倍率が上がらないということがある。
【００１０】
一方、カムを利用したカムフォーカスについては、ズームカムの一部をフォーカスカムとして使用する為フォーカス可能なズームポジションが離散的となる。すなわちズームポジションがステップ的な多焦点カメラとなり、特に高変倍のズームレンズに関しては隣のズームポジションとの画角変化が大きくなって所望の画角を得ることが出来ない場合がある。
【００１１】
本発明は、フォーカスを適切に行うことにより、レンズ系全体の小型化を図りつつフォーカスの際の画角変化が少なく、無限遠物体から至近物体に至る物体距離全般にわたり高い光学性能を有したズームレンズの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、第１駆動手段によって光軸方向に駆動される複数のレンズ群と、第２駆動手段によって光軸方向に駆動されるレンズ群Ｆを有するズームレンズにおいて、
ズーム位置情報を得るためのズーム位置検出手段と、物体距離情報を得るための物体距離検出手段と、フォーカス時における前記レンズ群Ｆの移動量を前記ズーム位置情報と前記物体距離情報に基づいて求める演算手段と、
前記第２駆動手段により前記レンズ群Ｆのみを駆動してフォーカスしたときに、前記レンズ群Ｆ若しくはそれを保持する保持部材と、前記レンズ群Ｆの移動方向に位置するレンズ群Ｒ若しくはそれを保持する保持部材とが機械的に干渉するか否かを判別する判別手段とを有し、
前記判別手段により機械的な干渉が生じないと判別されたときは、前記第２駆動手段により前記レンズ群Ｆのみを駆動してフォーカスを行い、前記判別手段により機械的な干渉が生じると判別されたときは、前記第１駆動手段によって前記複数のレンズ群を駆動して変倍すると共に前記第２駆動手段によって前記レンズ群Ｆを駆動してフォーカスを行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群の間隔が増大し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の間隔が減少するように、各レンズ群が物体側へ移動することを特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は請求項２の発明において、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第２駆動手段が前記第３レンズ群を物体側へ駆動することを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は請求項２または３の発明において、広角端から望遠端への変倍に際して、前記第１駆動手段が前記第１、第２、第４レンズ群を物体側へ駆動することを特徴としている。
【００１６】
請求項５の発明は請求項２乃至４のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、前記第２レンズ群から延びるヘリコイドバー上を光軸方向に移動することを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明の撮像装置は、請求項１乃至５のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明のズームレンズの後述する数値実施例１，２のレンズ断面図である。レンズ断面図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端を示している。
【００２１】
図中Ｌ１は正の屈折力の第１群で正レンズと負レンズを有する。Ｌ２は正の屈折力の第２群で物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズより成っている。Ｌ３は主フォーカスレンズ群としての正の屈折力の第３群であり、物体側に凹面を向けたレンズと最終レンズ面が像面側に凸面を向け、かつ非球面より成るレンズを有している。Ｌ４は負の屈折力の第４群であり、物体側に凹面を向けた負レンズより成っている。ＳＰは開口絞りであり、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との間に配置している。絞りＳＰは第３群Ｌ３と一体的に移動している。ＩＰは像面である。
【００２２】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に伴ない第１群Ｌ１と第２群Ｌ２との間隔が増大、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との間隔が増大し、第３群Ｌ３と第４群Ｌ４との間隔は減少するように各レンズ群を矢印の如く物体側へ移動させている。このとき絞りＳＰは第３群と一体となっている。
【００２３】
図３は本実施形態の鏡筒構造を説明する概略図である。Ｌ１は第１群、Ｌ２は第２群、Ｌ３は第３群で主フォーカス群、Ｌ４は第４群、１１，１２，１４は夫々第１，第２，第４群のカムピンであり、第１駆動手段の一部を構成している。１３は第２群Ｌ２から出ているヘリコイドバーであり、第２駆動手段の一部を構成しており、第３群Ｌ３を駆動させる為のものである。１５はカム溝を有するカム環、１６は直進ガイドを有する固定筒である。
【００２４】
固定筒１６に対してカム環１５を第１駆動手段で回転させることにより、第１，第２，第４群は夫々のカムによってその相対間隔を変えながら繰り出される。その際、固定筒１６の直進ガイドによってカムピンが回転方向に規制されているので、第１，２，４群は回転せず直進的な繰り出しとなる。一方、第３群Ｌ３は第２群Ｌ２から出ているヘリコイドバー１３によって電子的に第２駆動手段で光軸Ｌａに沿って動き、第２群Ｌ２との相対間隔を変えている。
【００２５】
一般にレンズ系全体の小型化を図る為に広角端側（広角端から中間のズーム位置）では第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との空気間隔が狭くなっている。この為、フォーカスに際して第３群Ｌ３を繰り出す空間が少なく、無限遠物体から至近距離物体までフォーカスすることができない場合が生じてくる。そこで本発明は次のようにしてフォーカスを行っている。図１４は本発明のズームレンズにおけるフォーカスの要部ブロック図であり、以下図１４を用いて説明する。
【００２６】
本実施形態におけるフォーカスは次のようにして行っている。無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスをフォーカス用のレンズ群Ｌ３を繰り出して（物体側へ移動させて）行う。このとき現在のズーム位置情報（変倍用レンズ群の光軸上の位置を検出するズーム位置検出手段としてのポジションセンサー２１からの信号）及び物体距離情報（物体距離検出手段としてのＡＦ手段２２からの信号）からレンズ群Ｌ３の移動量を演算手段２３で求める。そして演算手段２３で求めた移動量に従って第３群Ｌ３を光軸上移動させるとき、
(ア-1)第３群Ｌ３と第２群Ｌ２とが機械的に干渉（例えばレンズ保持枠同志が接触）しないと判別手段２４で判別されたときは（例えば物体距離が非常に遠方にあるときで第３群Ｌ３の移動量が少ないときや、中間のズーム位置から望遠端までの変倍範囲等、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との間が多くあいているとき）、第２駆動手段２５でレンズ群Ｌ３のみの移動でフォーカスを行う。
【００２７】
(ア-2)第３群Ｌ３と第２群Ｌ２とが機械的に干渉すると判別手段２４で判別されたときは、機械的に干渉する度合に基づいて、第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との空気間隔が拡大する方向に第２群Ｌ２と第３群Ｌ３とを移動させて変倍を行うときの変倍軌跡に基づいて第１駆動手段２６で変倍を行い、第２群と第３群との間に所定量の空気間隔をつくる。そして、変倍したズーム位置において、第３群Ｌ３を繰り出してフォーカスを行う。
【００２８】
このとき、変倍したズーム位置において、ズーム位置情報と物体距離情報から第３群Ｌ３の移動量を演算手段２３で求め、演算手段２３からの演算結果に基づいて第３群Ｌ３を移動させても良い。
【００２９】
尚、本実施形態では広角端から中間のズーム位置までの予め定めた所定のズーム範囲においてはズーム位置検出手段からのデータに基づいて第１，第２駆動手段でフォーカスを行うようにしても良い。
【００３０】
又、本実施形態では中間のズーム位置から望遠端までの予め定めた所定の変倍範囲では、ズーム位置検出手段からのデータに基づいて第２群Ｌ２と第３群Ｌ３との空気間隔が比較的広い為に、第３群Ｌ３のみの移動で全物体距離範囲においてフォーカスするようにしても良い。
【００３１】
本実施形態では全体として４つのレンズ群を有し、第３群を物体側へ移動させて無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスを行う場合について説明したが、本発明のズームレンズは次の構成を有するズームレンズであれば同様に適用可能である。
・変倍により移動するレンズ群を複数有すること。
・複数のレンズ群のうち少なくとも１つが主フォーカス用のレンズ群であること。
・フォーカス用のレンズ群を光軸上移動させてフォーカスをするとき、移動方向に位置しているレンズ群（変倍用のレンズ群であること）と機械的に干渉してしまうこと。
・変倍用の第１駆動手段とフォーカス用の第２駆動手段とを有していること。
【００３２】
尚、本発明において更に、全ズーム範囲及び物体距離全般にわたり高い光学性能を得る為には各レンズ群を次の如く構成するのが良い。
【００３３】
正の屈折力の第１群Ｌ１を両レンズ面が凸面の正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズの２枚のレンズより構成し、正の屈折力の第２群Ｌ２を物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズの１枚のレンズより構成し、正の屈折力の第３群Ｌ３を像面側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズの２枚のレンズより構成し、負の屈折力の第４群Ｌ４を像面側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズの１枚のレンズより構成することである。これにより、所定の変倍比を確保しつつ変倍に伴う収差変動を良好に補正し、全変倍範囲にわたり高い光学性能を得ている。
【００３４】
又、第３群は少なくとも１つの非球面を有するようにしている。これにより、変倍及びフォーカスの際の収差変動を良好に補正している。
【００３５】
又、前記第４群は物体側に凹面を向けた単一の負レンズより成り、該負レンズの少なくとも１つのレンズ面はレンズ中心からレンズ周辺部に行くに従い、負の屈折力が弱くなる形状の非球面より構成し、変倍に伴なう収差変動を補正し、特に像面湾曲や歪曲収差等の軸外収差を良好に補正している。
【００３６】
図４，図５は本発明のズームレンズにおいて、フォーカス方法による光学作用の説明図である。図４（Ｂ），図５（Ｂ）は本発明の数値実施例１，２に対応している。数値実施例をｍｍ単位で表わしたとき図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ）は何れも広角端で被写体距離６０ｃｍにフォーカスした際の光路図を表わしている。図４（Ａ），図５（Ａ）が第３群（絞り一体）のみでフォーカスした場合である。図４（Ｂ），図５（Ｂ）が若干カム環を望遠側へ移動させながら、第３群を動かしてフォーカスした場合、即ち第３群と他のレンズ群が動いてフォーカスした状態であり、本発明による実施形態を表している。
【００３７】
図４（Ａ），図５（Ａ）とも絞りＳＰが前群（第２群）と機械的に干渉しているのに対し、図４（Ｂ），図５（Ｂ）では第２，第３群の間隔にゆとりがある。又、図４（Ａ），図５（Ａ）では周辺光束がかなり細くなっているのに対し、図４（Ｂ）図５（Ｂ）では比較的多くの周辺光束が通っている。
【００３８】
尚、図中図４（Ｂ），図５（Ｂ）では実施形態１，２とも第４群を直線移動したカム環を想定したときの広角端から望遠端までのカム回転角の５％を回転させながら第３群を電子カム的にヘリコイドバーに沿って動かしフォーカスさせている。
【００３９】
又、図４（Ａ）の状態では焦点距離は３１．２ｍｍだが、同（Ｂ）の状態、すなわち本発明の実施形態１では３３．６ｍｍである。これは、この実施形態１の被写体距離が無限遠における広角端の焦点距離ｆｗ＝３４．０ｍｍに近くなっている。すなわち、レンズ群を繰り出せば出すほど広角化して、被写体に近づいているわりに画像が大きく写らないといった欠点は本発明の実施形態によれば解消される。
【００４０】
因みに、図５（Ａ）での焦点距離は２６．９ｍｍに対し、同（Ｂ）では２９．４ｍｍで、これもこの実施形態２の被写体距離無限遠における広角端の焦点距離ｆｗ＝２８．９ｍｍに近くなっている。
【００４１】
図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は夫々実施形態１及び２に対応した収差図である。図６（Ａ），図７（Ａ）が第３群のみでフォーカスした場合である。図６（Ｂ），図７（Ｂ）は各レンズ群を前述の図４（Ｂ），図５（Ｂ）と同様に動かしてフォーカスした場合の被写体距離６０ｃｍにおける縦収差図を示している。何れも第３群のみでフォーカスした図６（Ａ），図７（Ａ）に比べ、特に像面湾曲が良好に補正されている。
【００４２】
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００４３】
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，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００４４】
【数１】
0004439615.tif 000002
【００４５】
なる式で表している。又「Ｄ−０ｘ」は「１０−ｘ」を意味している。
【００４６】
0004439615.tif 000003
【００４７】
【表１】
0004439615.tif 000004
【００４８】
0004439615.tif 000005
0004439615.tif 000006
【００４９】
【表２】
0004439615.tif 000007
【００５０】
0004439615.tif 000008
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、フォーカスを適切に行うことにより、レンズ系全体の小型化を図りつつフォーカスの際の画角変化が少なく、無限遠物体から至近物体に至る物体距離全般にわたり高い光学性能を有したズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】  本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図３】  本発明に係るレンズ鏡筒の説明図
【図４】  本発明の数値実施例１のフォーカス方式の説明図
【図５】  本発明の数値実施例２のフォーカス方式の説明図
【図６】  本発明の数値実施例１のフォーカス方式における収差図
【図７】  本発明の数値実施例２のフォーカス方式における収差図
【図８】  本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図９】  本発明の数値実施例１の中間の収差図
【図１０】  本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図１１】  本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図１２】  本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図１３】  本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図１４】  本発明のズームレンズの要部ブロック図
【符号の説明】
Ｌ１  第１群
Ｌ２  第２群
Ｌ３  第３群
Ｌ４  第４群
ＩＰ  像面
ＳＰ  絞り
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ΔＳ  サジタル像面
ΔＭ  メリディオナル像面
【図１】
0004439615.tif 000009
【図２】
0004439615.tif 000010
【図３】
0004439615.tif 000011
【図４】
0004439615.tif 000012
【図５】
0004439615.tif 000013
【図６】
0004439615.tif 000014
【図７】
0004439615.tif 000015
【図８】
0004439615.tif 000016
【図９】
0004439615.tif 000017
【図１０】
0004439615.tif 000018
【図１１】
0004439615.tif 000019
【図１２】
0004439615.tif 000020
【図１３】
0004439615.tif 000021
【図１４】
0004439615.tif 000022