(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、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折カを有する第３レンズ群、そして正の屈折力を有する第４レンズ群から成り、該第２レンズ群と該第４レンズ群を少なくとも移動させてズーミングを行うとともに、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、該第４レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側に凸状の軌跡を描くように移動させ、該第１レンズ群は物体側より負の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズ、正の屈折力を有する第１３レンズよりなり、該第２レンズ群は３枚の負レンズと１枚の正レンズよりなり、該第１２レンズの焦点距離をｆ１２、全系の望遠端における焦点距離をＦｔ、該第１２レンズの材料のアッベ数をν１２、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉとしたとき
０．９５＜ｆ１２／Ｆｔ＜１．５
７５．０＜ν１２
２．１８１≦Ｆ３／Ｆ４＜４.００
なる条件を満足することを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズ。
【請求項２】
前記第３レンズ群は物体側より順に負レンズ、正レンズよりなることを特徴とする請求項１のリアフォーカス式のズームレンズ。
【請求項３】
前記第３レンズ群の物体側に絞りを有し、該絞りは第２レンズ群および第４レンズ群の光軸上の位置によって開口径が変化することを特徴とする請求項１又は２のリアフォーカス式のズームレンズ。
【請求項４】
全系の広角端における焦点距離をＦｗ、広角端における第３レンズ群と第４レンズ群との無限遠合焦時の間隔をＤ４ｗとするとき、
【数１】
0004011786.tif 000014
なる条件を満足することを特徴とする請求項１、２又は３のリアフォーカス式のズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアフォーカス式（インナーフォーカス式）のズームレンズに関し、約２０倍以上という高変倍比を持ちながら、特にレンズと像面（ＣＣＤ）との間に色分解プリズムが入るような長いバックフォーカスと射出瞳位置が遠い、ビデオカメラやスチルビデオカメラそして放送用カメラ等に用いられる非常に高性能なバックフォーカスが長い、全体として小型なリアフォーカス式のズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用のズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られ、特にズームレンズとしては高倍率化やレンズ全長の短縮化や前玉径の小型化、レンズ構成の簡略化に力が注がれている。またビデオデッキの高性能化（デジタル化）に伴いビデオカメラの高画質化が進んできている。その一つの方法として色分解光学系による画像の分解により高画質を達成しているが、これらの目的を達成する一つの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００３】
一般にリアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ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レンズ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る。又近接撮影、特に極近接撮影が可能となり、さら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できる。
【０００４】
このようなリアフォーカス式のズームレンズが、例えば特開平６−５１１９９号公報、特開平６−３３７３５３号公報、特開平６−３４７６９７号公報、特開平７−１９９０６９号公報、特開平７−２７０６８４号公報、特開平７−３１８８０４号公報、特開平９−２８１３９０号公報、特開平９−２８１３９１号公報、特開平９−３０４６９８号公報等で提案されている。
【０００５】
【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、前玉径、全系の小型化を達成するには、第１レンズ群による距離合わせ（合焦）よりも、所謂リアフォーカス方式の方が適している。
【０００６】
前述した各公報で提案されているズームレンズでは３色分解プリズムを想定した長いバックフォーカスを確保してはいるが、その実施例はいずれも変倍比が１０倍程度のものが多い。
【０００７】
本発明は、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入る長いバックフォーカスを保持し、全ズーム域、全物体距離範囲に渡って良好な光学性能を提供しつつ、２０倍以上という高い変倍比を持つリアフォーカス式のズームレンズの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のリアフォーカス式のズームレンズは、物体側より順に正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折カを有する第３レンズ群、そして正の屈折力を有する第４レンズ群から成り、該第２レンズ群と該第４レンズ群を少なくとも移動させてズーミングを行うとともに、該第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行い、該第４レンズ群は広角端から望遠端へのズーミングに際して物体側に凸状の軌跡を描くように移動させ、該第１レンズ群は物体側より負の屈折力を有する第１１レンズと、正の屈折力を有する第１２レンズ、正の屈折力を有する第１３レンズよりなり、該第２レンズ群は３枚の負レンズと１枚の正レンズよりなり、該第１２レンズの焦点距離をｆ１２、全系の望遠端における焦点距離をＦｔ、該第１２レンズの材料のアッベ数をν１２、第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉとしたとき
０．９５＜ｆ１２／Ｆｔ＜１．５    ‥‥‥（１）
７５．０＜ν１２                  ‥‥‥（２）
２．１８１≦Ｆ３／Ｆ４＜４.００  ‥‥‥（３）
なる条件を満足することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１，図４，図７，図１０は本発明のリアフォーカス式のズームレンズの数値実施例１〜４のレンズ断面図、図２，図３は本発明の後述する数値実施例１の広角端、望遠端の諸収差図である。図５，図６は本発明の後述する数値実施例２の広角端、望遠端の諸収差図である。図８，図９は本発明の後述する数値実施例３の広角端、望遠端の諸収差図である。図１１，図１２は本発明の後述する数値実施例４の広角端、望遠端の諸収差図である。
【００１０】
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。絞りＳＰは変倍に伴い絞り径を変化させている。Ｇは必要に応じて設けられるフェースプレートやフィルター色分解プリズム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。
【００１１】
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。
【００１２】
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なうリア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ため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。
【００１３】
本実施形態においては第４群を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行なうと共に第４群を移動させてフォーカスを行なうようにしている。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。
【００１４】
本実施形態において、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なう場合は、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なっている。
【００１５】
また、本実施形態では第２レンズ群に、広角端から望遠端にかけてその横倍率β２が等倍（β２＝−１）を越えるように移動させて高変倍比が得られるようにする一方、これに伴う像面変動を前述した通り第４レンズ群を物体側に凸状の軌跡を描くように移動させることで補正し、スペース効率を高め、且つ、第１レンズ群の径の短縮化を図りながら、高いズーム比を得るようにしている。
【００１６】
またこのように第１レンズ群を負レンズ、正レンズ、正レンズで構成することで極力主点位置を第２レンズ群側になるようにし、広角側における第１レンズ群と第２レンズ群の主点間隔を短く取りやすくなるようにして第１レンズ群の小型化を図っている。そして第２レンズ群を３枚の負レンズと１枚の正レンズにすることで、ズーミングによる色収差の変動を小さくしている。そして前述のように第３レンズ群を配置することで射出瞳を長くし、第３レンズ群で光束径を大きくすることが可能となり、第４レンズ群で無理をせずに、バックフォーカスを長くとることを可能としている。
【００１７】
さらに前述のように絞りＳＰの絞り径を変倍に伴って制御することで、フレア成分となる有害な光束をカットしつつ、像面の照度むらを少なくしている。このとき、絞り径の制御は、アクチュエーター等の電気的手段にて制御することが好ましく、またその制御情報をメモリ等の記憶手段から取り出して行なうことが好ましい。このとき、鏡筒構造の簡素化を図るためには第３レンズ群を固定させることが望ましいが、第３レンズ群を移動させて、この第３レンズ群に等倍分担させても良い。そうすることで、より小型化を図りつつ高いズーム比を与えることができる。
【００１８】
本発明では、以上の構成を採用することにより高いズーム比を与えながら色分解プリズムの入るような長いバックフォーカスを確保しつつ、非常に高性能化を図ったズームレンズを達成している。
【００１９】
次に条件式（１）〜（３）の技術的な意味について説明する。
【００２０】
条件式（１）は第１２レンズの屈折力に関するものであり、特に異常分散性を有するレンズの屈折力に関するものである。条件式（１）の下限を越えて第１２レンズの屈折力を強くすると、望遠端近傍での球面収差が悪化するという問題が生じる。逆に屈折力を弱くすると、望遠端近傍での色収差の補正が充分ではなくなるという問題が生じる。
【００２１】
条件式（２）は第１２レンズのガラス材の分散値に関するものである。この条件式を満足するようなガラス材は異常分散性を有し、これを使用することで本発明のような超望遠の焦点距離を有するレンズで問題となる２次スペクトルの除去が容易になる。条件式（２）の下限を越えてアッベ数νｄが小さくなると望遠端近傍での色収差の補正が充分ではなくなり、ボケ像に色がついてしまうなどの問題が生じる。
【００２２】
条件式（３）は第３レンズ群と第４レンズ群の焦点距離の比に関するものであり、絞り以降のコンパクト化を達成しつつバックフォーカスや射出瞳位置を充分長くして良好な光学性能を維持するためのものである。下限を越えて第３レンズ群の焦点距離が短くなると変倍に伴う、あるいはフォーカシング時の球面収差の変動の補正が困難となる。また充分な長さのバックフォーカスの確保が困難となったり、ズーム中間位置での射出瞳が短くなったり、第４レンズ群の移動量が大きくなりズーミング時やフォーカシングによる収差の変動が大きくなるといった問題も生じる。逆に上限を越えて第３レンズ群の焦点距離が長くなると第３レンズ群から射出する光束の発散が大きくなり、第４レンズ群の有効径が大きくなりレンズが重くなるため、スムーズにフォーカシングができなくなる等の問題が生じる。さらに高変倍比でありながら小型で良好な収差補正を達成するには、条件式（１）〜（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００２３】
０．９８＜ｆ１２／Ｆｔ＜１．３０…（１ａ）
８１．０＜ν１２                …（２ａ）
２．１８１≦Ｆ３／Ｆ４≦２.８８…（３ａ）
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、変倍比２０と高変倍比でありながら全変倍範囲にわたり、また物体距離全体にわたり高い光学性能を得ている。
【００２４】
尚、本発明のリアフォーカス式のズームレンズにおいて、さらに良好なる光学性能を得るには、次の条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００２５】
(ア-1)前記第３レンズ群は物体側より順に負レンズ、正レンズよりなることである。
【００２６】
(ア-2)前記第３レンズ群の物体側に絞りを有し、該絞りは第２レンズ群および第４レンズ群の光軸上の位置によって開口径が変化することである。
【００２７】
(ア-3)全系の広角端における焦点距離をＦｗ、広角端における第３レンズ群と第４レンズ群との無限遠合焦時の間隔をＤ４ｗとするとき、
【００２８】
【数２】
0004011786.tif 000002
【００２９】
なる条件を満足することである。
【００３０】
条件式（４）はズーミングに伴う像面変動の補正とフォーカス作用を果す第４レンズ群の移動範囲を規定するものである。下限値を越えると充分な至近距離物体に対してフォーカシングを行なうことが困難となる。上限値を越えるとフォーカシングは比較的容易に行なうことができる反面、レンズ全体が大型化し好ましくない。
【００３１】
条件式（５）は第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の比に関するものであり、高変倍でありながらコンパクト化を達成しつつバックフォーカスの長くて良好な光学性能を維持するためのものである。下限を越えて第２レンズ群の焦点距離が長くなり、第１レンズ群の焦点距離が短くなると第２レンズ群の移動量が増大し、レンズ全長や前玉径を小型化する事が困難になる。また望遠端近傍での第４レンズ群の移動量が大きくなりズーミング時の収差の変動が大きくなるといった問題も生じる。逆に上限を越えると歪曲等の諸収差を良好に補正することが困難になる。
【００３２】
条件式（６）は第２レンズ群の焦点距離に関するものである。下限を越えて第２レンズ群の焦点距離が短くなるとペッツバール和がアンダー方向に大きくなり、像面の倒れ等の収差補正が困難になる。逆に下限を越えて第２レンズ群の焦点距離が長くなると第２レンズ群の移動量が増え前玉径が大きくなりすぎるという問題が生じる。
【００３３】
さらに収差補正を良好にするには条件式（４）〜（６）の数値範囲を次の如く設定するのが好ましい。
【００３４】
【数３】
0004011786.tif 000003
【００３５】
(ア-4)第ｉレンズ群の焦点距離をＦｉ、前記第２レンズ群中の負レンズの材質の屈折率の平均値をＮＡ２、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々Ｆｗ，Ｆｔとしたとき、
【００３６】
【数４】
0004011786.tif 000004
【００３７】
なる条件を満足することである。
【００３８】
条件式（７）は第４レンズ群の焦点距離に関するものである。上限を越えると第４レンズ群の移動量が増え、ズーミング時やフォーカス時の収差変動が大きくなる。逆に下限を越えると第４レンズ群の敏感度が大きくなり駆動制御が困難になる。また諸収差も補正が困難になり、充分な長さのバックフォーカスを得るのが困難になる。
【００３９】
条件式（８）は第2レンズ群中の負レンズの材質の屈折率に関するものである。上限を越えると、色収差補正に適したガラスがなくなり、下限を越えるとペッツバール和が負の方向に増大しがちになり良好に像面の平坦化を達成することが困難になる。
【００４０】
尚、条件式（７），（８）の数値範囲を次の如く設定するのがさらに好ましい。
【００４１】
【数５】
0004011786.tif 000005
【００４２】
(ア-5)物体側より順に第２群Ｌ２を物体側へ凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、物体側のレンズ面が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズ、そして物体側に凹面を向けた負レンズより構成することである。これによって、第２群の物体側主点を第1群側へ位置させて、第１群と第２群との主点間隔を短くし、レンズ系の小型化を図っている。また変倍による色収差の変動を少なくしている。
【００４３】
(ア-6)物体側より順に第３群Ｌ３を物体側に凹面を向けた負レンズと両レンズ面が凸面の正レンズより構成することである。
【００４４】
(ア-7)第４群を両レンズ面が凸面の正レンズ、物体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とを接合した接合レンズより構成することである。
【００４５】
次に本発明の数値実施例を示す。
【００４６】
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番目のレンズ厚および空気間隔、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。
【００４７】
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。また、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００４８】
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、
【００４９】
【数６】
0004011786.tif 000006
【００５０】
なる式で表している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示している。また「ｅ−０ｘ」は「１０-X」を意味している。
【００５１】
0004011786.tif 000007
0004011786.tif 000008
0004011786.tif 000009
0004011786.tif 000010
0004011786.tif 000011
0004011786.tif 000012
【００５２】
【表１】
0004011786.tif 000013
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば前述のごとく各レンズ群の屈折力を設定することにより、前玉径が小型で画角が広く、レンズ系全体の小型化を図りつつ変倍比２０倍以上と高変倍でありながら全変倍範囲にわたって良好なる収差補正を達成し、かつフォーカスの際の収差変動の少なくバックフォーカスの充分に長い大口径比のリアフォーカス式の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１の広角端における収差図
【図３】  本発明の数値実施例１の望遠端における収差図
【図４】  本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図５】  本発明の数値実施例２の広角端における収差図
【図６】  本発明の数値実施例２の望遠端における収差図
【図７】  本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図８】  本発明の数値実施例３の広角端における収差図
【図９】  本発明の数値実施例３の望遠端における収差図
【図１０】  本発明の数値実施例４のレンズ断面図
【図１１】  本発明の数値実施例４の広角端における収差図
【図１２】  本発明の数値実施例４の望遠端における収差図
【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
ＳＰ：絞り
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】
0004011786.tif 000015
【図２】
0004011786.tif 000016
【図３】
0004011786.tif 000017
【図４】
0004011786.tif 000018
【図５】
0004011786.tif 000019
【図６】
0004011786.tif 000020
【図７】
0004011786.tif 000021
【図８】
0004011786.tif 000022
【図９】
0004011786.tif 000023
【図１０】
0004011786.tif 000024
【図１１】
0004011786.tif 000025
【図１２】
0004011786.tif 000026