(57)【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群から構成され、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群を移動させて補正するズームレンズであって、
前記第１群は、物体側より順に、負の第１１レンズ、正の第１２レンズ、正の第１３レンズから構成され、
前記第２群は、物体側より順に、負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、負の第２４レンズより構成され、
前記第３群は両レンズ面が非球面の正レンズを少なくとも１つ有しており、
前記第１２レンズと第１３レンズの材質の屈折率を各々ｎ１２，ｎ１３、該第２１レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２１ｒ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
１．７２＜（ｎ１２＋ｎ１３）／２＜１．７７
０．０４＜Ｒ２１ｒ／ｆｔ＜０．０６５
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第３群は、物体側より順に、両レンズ面が凸面の正の第３１レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３２レンズより構成されていることを特徴とする請求項１のズームレンズ。
【請求項３】
前記第４群は、物体側より順に、正レンズ、負レンズより構成されていることを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２群は、物体側より順に、像面側に強い凹面を向けた負の第２１レンズ、両面が凹面の負の第２２レンズ、物体側に強い凸面を向けた正の第２３レンズ、両面が凹面の負の第２４レンズより構成されていることを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
【請求項５】
前記第４群は、物体側より順に、両レンズ面が凸面の正の第４１レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の負の第４２レンズより構成されていることを特徴とする請求項４のズームレンズ。
【請求項６】
請求項１から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】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にビデオカメラやフィルムカメラ、そして放送用カメラ等に好適に用いられる高変倍比でありながら構成レンズ枚数が比較的少ないリアフォーカス式を利用した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】
従来より写真用カメラやビデオカメラなどの光学機器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。
【０００３】
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。しかしながら、このような構成では第３群の移動空間を多く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。
【０００４】
特開昭６３−２７８０１３号公報も、正の屈折力の第１群、負の屈折力の第２群、負の屈折力の第３群、正の屈折力の第４群で構成された４群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、第３群を負の屈折力としたズーム方式では、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レンズ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。
【０００５】
これに対して、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において、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第４群でフォーカスを行って、レンズ系全体の小型化を図ったズームレンズを提案している。
【０００６】
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。
【０００７】
特開平５−７２４７２号公報は、物体側より順に正の屈折力を持ち、変倍及びフォーカスの際に固定の第１群、負の屈折力を持ち変倍のため移動する第２群、固定で集光作用を有し正の屈折力の第３群、変倍に伴い移動する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群を有する非球面を用いた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群をメニスカス状の負レンズと両レンズ面が凹面の負レンズと正レンズで構成し、第３群を１面以上の非球面を用いた単レンズで構成し、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。
【０００８】
しかしながら、上記３つの公報には、第２群を４つのレンズで構成したズームレンズは開示されていない。
【０００９】
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、第２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。そして第２群は１つの接合レンズを用いている。
【００１０】
更に、上記２件の米国特許には、第３群に両面非球面レンズを配した例は開示されていない。
【００１１】
特開平７−２７０６８４号公報と特開平７−３１８８０４号公報では、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、変倍に伴い変動する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が、第３群に両面非球面レンズを配したズームレンズは開示していない。
【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、変倍に伴い変動する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群を有するレンズ全長の短い変倍レンズを開示しているが、第２群を４つの単レンズで構成したり、第３群に両面非球面レンズを配したズームレンズは開示されていない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一般にズームレンズにおいてリヤーフォーカス方式を採用するとレンズ系全体が小型化され、又迅速なるフォーカスが可能となり、更に近接撮影が容易となる等の特長が得られる。
【００１４】
しかしながら反面、フォーカスの際の収差変動が大きくなり、無限遠物体から近距離物体に至る物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。
【００１５】
特に大口径比で高変倍比のズームレンズでは機構の簡素化を図りつつ、全変倍範囲にわたり、又物体距離全般にわたり高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。
【００１６】
本発明は、レンズ系全体を小型化し、高変倍比であるにもかかわらず高い光学性能を有し、かつレンズの構成枚数を減らした簡易な構成のレンズ全長の短い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。
【００１７】
この他本発明は迅速なフォーカスが出来、しかもフォーカスの際の収差変動が少なく、高い光学性能が容易に得られるズームレンズの提供を目的としている。
【００１８】
【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、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群から構成され、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群を移動させて補正するズームレンズであって、
前記第１群は、物体側より順に、負の第１１レンズ、正の第１２レンズ、正の第１３レンズから構成され、
前記第２群は、物体側より順に、負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、正の第２３レンズ、負の第２４レンズより構成され、
前記第３群は両レンズ面が非球面の正レンズを少なくとも１つ有しており、
前記第１２レンズと第１３レンズの材質の屈折率を各々ｎ１２，ｎ１３、該第２１レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２１ｒ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
１．７２＜（ｎ１２＋ｎ１３）／２＜１．７７    ‥‥‥（１）
０．０４＜Ｒ２１ｒ／ｆｔ＜０．０６５          ‥‥‥（２）
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は後述の数値実施例１にデータを示す本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズを有した撮像装置の実施形態１の要部断面図、図２，図３，図４は実施形態１の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２７】
図５は後述の数値実施例１にデータを示す本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズを有した撮像装置の実施形態２の要部断面図、図６，図７，図８は実施形態２の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２８】
図９は後述の数値実施例１にデータを示す本発明のリヤーフォーカス式のズームレンズを有した撮像装置の実施形態３の要部断面図、図１０，図１１，図１２は実施形態３の広角端，中間，望遠端のズーム位置における収差図である。レンズ断面図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端のズーム位置である。
【００２９】
図中Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配置している。Ｇは色分解プリズムやフェースプレートやフィルター等のガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子が配置されている。
【００３０】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２群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群の一部又は全部（本実施形態では全部）を物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動させて補正している。
【００３１】
又、第４群の一部又は全部（本実施形態では全部）を光軸上移動させてフォーカスを行うリヤーフォーカス式を採用している。同図に示す第４群の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。尚、第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００３２】
本実施例においては第４群を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第４群を移動させてフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線４ａ、４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３群と第４群との空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。
【００３３】
本実施例において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合は同図の直線４ｃに示すように第４群を前方へ繰り出すことにより行っている。
【００３４】
さて、本発明において最も特徴的な点は、第２群Ｌ２を３枚の負レンズと１枚の正レンズの４つの独立した単レンズより構成し、更に第３群Ｌ３を構成するレンズ面のうち、少なくとも１つの正レンズの両レンズ面を非球面としていること、そして第１群中の正レンズの材質の屈折率を条件式（１）の如く設定している点にある。
【００３５】
すなわち、本発明のようなタイプのズームレンズおいて、変倍に大きく寄与する第２群Ｌ２を上記のようなレンズ構成にすることにより、各レンズのパワーの分担を減らしペッツバール和の低減を図っている。これによって、高変倍比にしてもズーミングによる像面の変動を少なくしている。更に該第２群から発散で入ってくる光束を受け止める第３群の正レンズに両レンズ面が非球面のレンズを１つ以上第３群Ｌ３に配することにより光学性能の向上も図っている。また、これにより第４群に非球面を配する必要が無くなりコスト的にもメリットが出てくる。本実施形態においては、第３群Ｌ３を構成する最も物体側の正レンズの両レンズ面に非球面を用いている。
【００３６】
そして第１群を物体側より順に負の第１１レンズ、正の第１２レンズ、そして正の第１３レンズより構成し、第１２レンズと第１３レンズの材質の屈折率ｎ１２，ｎ１３が前述の条件式（１）を満足するようにして、各レンズ面の曲率を緩くして、レンズ厚を薄くし、レンズ全長を短くしている。
【００３７】
条件式（１）は第１群中の正レンズの材質の屈折率に関するもので、上限値を越えて屈折率が、高くなりすぎると、硝材の加工が難しくなるので良くない。下限値を越えて屈折率が低くなると、レンズ面の曲率がきつくなるので、コバを確保する為にレンズの肉厚が厚くなり、全長が増大してくるので良くない。
【００３８】
尚、更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００３９】
１．７３＜（ｎ１２＋ｎ１３）／２＜１．７４…（１ａ）
本実施形態では以上のようにレンズ構成を設定することにより、全変倍範囲にわたり、又、物体距離全体にわたり高い光学性能を得ている。
【００４０】
本発明のズームレンズは、以上のような構成を満足することにより実現されるが、更に光変倍比を維持しつつ光学性能を良好に維持する為には、以下の条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００４１】
(ア-1)前記第２群は最も物体側に負の第２１レンズが配置されており、該第２１レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ２１ｒ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとするとき、
０．０４＜Ｒ２１ｒ／ｆｔ＜０．０６５…（２）
なる条件式を満足することである。
【００４２】
条件式（２）の第２群中の最も物体側の負の第２１レンズの像側のレンズ面の曲率半径を望遠端の焦点距離で正規化したものである。条件式（２）の上限をこえて曲率がゆるくなると広角域におけるコマフレアーの補正が困難となる。又、下限を越えて曲率がきつくなると、レンズの加工が困難となるので良くない。
【００４３】
尚、更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４４】
０．０５５＜Ｒ２１ｒ／ｆｔ＜０．０６５…（２ａ）
(ア-2)前記第３群は両レンズ面が凸面の正の第３１レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第３２レンズより構成されていることである。
【００４５】
(ア-3)前記第２群は、物体側より負，負，正，負レンズの４枚で構成されたことである。
【００４６】
(ア-4)前記第４群は正、負レンズの２枚にて構成されたことである。
【００４７】
(ア-5)前記第２群は、物体側より順に、像面側に強い凹面を向けた負の第２１レンズ、両面が凹面の負の第２２レンズ、物体側に強い凸面を向けた正の第２３レンズ、そして両面が凹面の負の第２４レンズにより構成されることである。
【００４８】
(ア-6)前記第４群は両レンズ面が凸面の正の第４１レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカス状の負の第４２レンズより構成されることである。
【００４９】
以上のように本発明のズームレンズによれば迅速なフォーカスが出来、しかもフォーカスの際の収差変動が少なく、高い光学性能が容易に得られる。
【００５０】
この他、リアフォーカス方式を採用しレンズ系全体を小型化し、迅速なフォーカスを可能とし、かつ第１群が、ズーミング時、固定でメカ機構が簡単で、ズーム比が２０倍以上と高変倍比にもかかわらず高い光学性能を有し、かつレンズ構成枚数が少なく、レンズ全長を極めて短くすることができる。
【００５１】
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（光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００５２】
図１３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。
【００５３】
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、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００５４】
以下に本発明の実施形態１〜３の数値実施例１〜３を記載する。
【００５５】
各数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目の面と第（ｉ＋１）番目の面の間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００５６】
非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向Ｈ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、
【００５７】
【数１】
0004447703.tif 000002
【００５８】
なる式で表している。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【００５９】
数値実施例において最終の３つのレンズ面はフェースプレートやフィルター等のガラスブロックである。又、前述の各条件式と数値実施例（実施形態）における諸数値との関係を表−１に示す。
【００６０】
0004447703.tif 000003
0004447703.tif 000004
0004447703.tif 000005
0004447703.tif 000006
【００６１】
【表１】
0004447703.tif 000007
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ系全体を小型化し、高変倍比であるにもかかわらず高い光学性能を有し、かつレンズの構成枚数を減らした簡易な構成のレンズ全長の短い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】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の数値実施例１の中間の収差図
【図４】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の数値実施例２の中間の収差図
【図８】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１  第１群
Ｌ２  第２群
Ｌ３  第３群
Ｌ４  第４群
ＳＰ  絞り
Ｇ  ガラスブロック
ＩＰ  像面
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ΔＭ  メリディオナル像面
ΔＳ  サジタル像面
【図１】
0004447703.tif 000008
【図２】
0004447703.tif 000009
【図３】
0004447703.tif 000010
【図４】
0004447703.tif 000011
【図５】
0004447703.tif 000012
【図６】
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【図７】
0004447703.tif 000014
【図８】
0004447703.tif 000015
【図９】
0004447703.tif 000016
【図１０】
0004447703.tif 000017
【図１１】
0004447703.tif 000018
【図１２】
0004447703.tif 000019
【図１３】
0004447703.tif 000020