(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レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、複数枚のレンズで構成される前記第１レンズ群と１枚のレンズで構成される前記第３レンズ群は固定レンズ群であり、更に、複数枚のレンズで構成される前記第４レンズ群は非直線に移動可能であるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群を前記物体側より凹レンズ，第１の凸レンズ，第２の凸レンズの順に構成し、
前記第２レンズ群を前記物体側より第１の凹レンズ，第２の凹レンズ，凸レンズの順に配置すると共に、該第２の凹レンズと該凸レンズとを分離し、前記第３レンズ群を１枚のメニスカス両面非球面正レンズとし、前記第４レンズ群を少なくとも一つの非球面を有して前記物体側より第１の凸レンズ，第２の凸レンズ，凹レンズの順に配置して計１０枚のレンズよりズームレンズを構成し、
前記第１〜第４レンズ群の焦点距離をｆ１〜ｆ４、全系広角端の焦点距離をｆｗとした時に、
５．４＜  ｆ１／ｆｗ  ＜６．８      ・・・・・・（１）
１．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．５      ・・・・・・（２）
３．１＜  ｆ３／ｆｗ  ＜８．２      ・・・・・・（３）
１．９＜｜ｆ４／ｆ２｜＜４．１      ・・・・・・（４）からなる条件式（１）〜（４）を満たすように構成したことを特徴とするズームレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はズームレンズに関し、特にスチルカメラ、ビデオカメラ、放送用ＴＶカメラ等に好適な、高変倍でＦナンバーが１．２程度の大口径比のマスターフォーカス方式を採用したズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチルカメラやビデオカメラ等に用いられている比較的高変倍で、大口径比のズームレンズとして、いわゆる４群ズームレンズがある。４群ズームレンズは一般に、物体側より順に、合焦用の第１レンズ群、変倍用の第２レンズ群、変倍に伴う像面移動を補正するための第３レンズ群、そして全系の焦点距離や収差補正のバランスをとる第４レンズ群で構成されている。
【０００３】
このタイプの４群ズームレンズは、変倍のための２つのレンズ群に加え、フォーカシングのために第1レンズ群を移動させるフロントフォーカス（前玉繰り出し）方式のズームレンズである。フロントフォーカス方式では、第１レンズ群の焦点距離が大きいので、繰り出し量が大きくなり、通常、画角変動も大きくなりがちである。また、近距離物体に合焦する際に、軸外光束を十分確保しようとすると前玉レンズ径が大きくなり、レンズ構成の大型化、複雑化をまねいていた。
【０００４】
そこで、最近では、後群のレンズ群をフォーカシングに用いる、いわゆるマスターフォーカス（リアフォーカス）方式を利用したズームレンズが種々提案されている。
【０００５】
たとえば、特許第２９０１１４４号公報では、４群ズームレンズにおいて第１レンズ群と第３レンズ群を固定とし、第２レンズ群を一方向に移動させて変倍を行い、第４レンズ群を非直線的に移動させて変倍に伴う像面移動を補正するとともに、この第４レンズ群を物体側へ移動させて、無限遠物体から至近物体への合焦を行っている。この特許公報に開示されるズームレンズは、すべてのレンズを球面レンズで構成している。このため、Fナンバーが１．２で明るく、変倍率が６倍程度のときでも、ズームレンズを構成するのに１２枚から１３枚を要し、結果として、ズームレンズの口径や全長が増大し、大型化するという問題がある。
【０００６】
また、特開平第９−３１１２７２号公報では、同じく４群ズームレンズにおいて、第４レンズ群を少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成し、このうち一組がプラスチックタブレット（1枚の正レンズと1枚の負レンズ）となっている。この公報は、Ｆナンバーが１．２で１４倍、非球面６面を含む１１枚構成のうち、プラスチックレンズが５枚という実施例を含み、高変倍、低コストのズームレンズを開示している。
【０００７】
しかし、プラスチックレンズを多く含むため、レンズの口径や全長がどうしても増大してしまう。上述した１１枚構成の例では、全長が７７ｍｍと長いうえに、複屈折が発生して画質をそこねるという問題がある。
【０００８】
さらに、特開平第８−３２０４３４号公報も、同様に４群ズームレンズを開示している。この公報では、第４レンズ群を少なくとも２組の正レンズと負レンズのダブレットで構成し、このうち一組がプラスチックダブレットとなっている。この公報の実施例２では、Ｆナンバー１．２の１２倍で、非球面６面を含む１２枚構成を開示している。このズームレンズは、プラスチックレンズ５枚を含み、低コストではあるが、特開平９−３１１２７２号公報と同様に、プラスチックレンズに起因するズームレンズの口径や全長の増大（全長約８３．５ｍｍ）をまねいてしまう。また複屈折の発生により、画質の劣化をまぬがれない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上述したズームレンズの大型化や、画質の低下という問題を解決し、Ｆナンバーが１．２、変倍率が１０倍程度の大口径、高変倍のズームレンズを提供する。換言すれば、レンズの口径や全長の増大を防止するとともに高画質を維持し、小型で低価格、高性能のズームレンズを実現する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、物体側より順に正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、複数枚のレンズで構成される前記第１レンズ群と１枚のレンズで構成される前記第３レンズ群は固定レンズ群であり、更に、複数枚のレンズで構成される前記第４レンズ群は非直線に移動可能であるズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群を前記物体側より凹レンズ，第１の凸レンズ，第２の凸レンズの順に構成し、
前記第２レンズ群を前記物体側より第１の凹レンズ，第２の凹レンズ，凸レンズの順に配置すると共に、該第２の凹レンズと該凸レンズとを分離し、前記第３レンズ群を１枚のメニスカス両面非球面正レンズとし、前記第４レンズ群を少なくとも一つの非球面を有して前記物体側より第１の凸レンズ，第２の凸レンズ，凹レンズの順に配置して計１０枚のレンズよりズームレンズを構成し、
前記第１〜第４レンズ群の焦点距離をｆ１〜ｆ４、全系広角端の焦点距離をｆｗとした時に、
５．４＜  ｆ１／ｆｗ  ＜６．８      ・・・・・・（１）
１．１＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜１．５      ・・・・・・（２）
３．１＜  ｆ３／ｆｗ  ＜８．２      ・・・・・・（３）
１．９＜｜ｆ４／ｆ２｜＜４．１      ・・・・・・（４）からなる条件式（１）〜（４）を満たすように構成したことを特徴とするズームレンズである。
【００１３】
上述したように、第１レンズ群と第３レンズ群を固定とし、第２レンズ群を一方向に移動させて変倍を行う。第４レンズ群は、変倍に伴う像面移動を補正するように非直線的に移動し、同時に物体側へ移動することによって無限遠物体から至近物体への合焦を行う。
【００１４】
このような構成によって、Ｆナンバーが１．２程度で明るく、変倍率が１０倍程度のコンパクトで高画質のズームレンズが実現される。
【００１５】
本発明のその他の特徴、効果は、実施形態に基づく詳細な説明によって、いっそう明確になるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１および２は、本発明の第１実施形態に係るズームレンズの概略図である。図２に示すように、ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成される。
【００１７】
第１実施形態では、第１群は２枚の正レンズと１枚の負レンズ、第２群は１枚の正レンズと２枚の負レンズ、第３群は１枚の正レンズ、第４群は２枚の正レンズと１枚の負レンズを有する。第３群の正レンズは、両面非球面のメニスカスレンズである。
尚、図１中において、符号番号１〜５は第１レンズ群の各面番号を示し、符号番号６〜１１は第２レンズ群の各面番号を示し、符号番号１２は絞りを示し、符号番号１３，１４は第３レンズ群の各面番号を示し、符号番号１５〜１９は第４レンズ群の各面番号を示し、符号番号２０，２１は光学フィルタの各面番号を示している。
【００１８】
このように、合計１０枚のレンズでズームレンズを構成することによって、ズームレンズの全長を短縮することができる。
【００１９】
ズーミングは、第２群、第４群を、図２の矢印の方向へ移動させることによって行なわれる。第２群を広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に移動させると、第４群は、図２のズームトレースカーブに従って移動する。このとき、第１群と第３群は固定である。図２において、曲線INFは無限遠物体のときのズームトレースカーブを、曲線NEARは至近物体のときのズームトレースカーブをあらわす。
【００２０】
第２群は、主として変倍を行い、第４群は、変倍に伴う像面移動を補正している。第４群は、図２のズームトレースカーブに示すように、物体側に凸状の軌跡で非直線的に移動する。第４群をさらに物体側へ移動させることによって、無限遠物体から至近物体への合焦を行う。
【００２１】
このように、正の屈折力の第１群と、リレーレンズ群に相当する第３群との間に配置した、負の屈折力の第２群を一方向へ移動させることによって、第１群、第３群の結像と変倍を行う。変倍の際に、上述したように、第４群を第３群側（物体側）へ非直線的に移動させて像面移動の補正を行うとともに、第３群と第４群との間の空間を有効に使い、ズームレンズ全長の短縮化を図っている。
【００２２】
フォーカシング時は、第１群を繰り出さずに常に固定としている。これによって、前方へ繰り出すことにより生じるレンズ径の増大を防止している。合焦の際に、第１群に代えて、結像系の一部である第４群を移動させることによって可動レンズ群の数を減らし、ズームレンズ全体の簡素化及び小型化を図っている。
【００２３】
第１群と第２群では、各レンズ群内部で色収差を補正し、第３群と第４群は両群一体として色収差を補正している。また、第１群で主として望遠側の球面収差を、第２群で主として広角側での非点収差および歪曲収差を補正している。このような構成によるズームレンズの収差は、図３に示すとおりである。図３の収差図に示すように、ズームレンズの各位置（広角端、中間域、望遠端）で良好な収差を維持していることがわかる。
【００２４】
第１実施形態において、絞り１２は、第３群内あるいはその近傍に位置する。この配置は、可動レンズ群による収差変動を低減し、かつ第１群と第４群のレンズ径の大きさをバランス良く維持するのに適している。
【００２５】
第１実施形態では、第３レンズ群を１枚の非球面メニスカスレンズとしており、第４レンズ群が少なくともひとつの非球面を含む。第３群と第４群とが一体となって、色消しをしている。
【００２６】
なお、色消し効果に関しては、色消し条件をΣ(ｆiνi)-１（ｆiはｉ番目のレンズの焦点距離、νiはｉ番目のレンズのアッベ数）としたときに、Σの値がゼロに近ければ色消しが良好に行なわれているとみなすことができる。図１および２に示すズームレンズでは、第１レンズ群、第２レンズ群、３＋４群の色消し条件の結果は以下のとおりである。
【００２７】
【数１】
0004000554.tif 000002
この結果から、第３群を１枚のレンズにしても、第３群と第４群を合わせて、色消し条件を１０-３のオーダーまで抑制することができ、効果的に色消しがされていることがわかる。
【００２８】
本発明において変倍による収差変動を少なくし、小型化を図るには、各群の焦点距離をｆ１〜ｆ４、全系広角端の焦点距離をｆｗとすると、
5.4  ＜  ｆ１／ｆｗ  ＜  6.8    ・・・・・・（１）
1.1  ＜｜ｆ２／ｆｗ｜＜  1.5    ・・・・・・（２）
3.1  ＜  ｆ３／ｆｗ  ＜  8.2    ・・・・・・（３）
1.9  ＜｜ｆ４／ｆ２｜＜  4.1    ・・・・・・（４）
の条件を満たすように構成するのがよい。各条件式の技術的意味は以下のとおりである。
【００２９】
条件式（１）は、第１群の屈折力に関する。下限値を越えて第１群の屈折力が強くなりすぎると、望遠側での軸上収差の補正が困難となる。また、上限値を越えて第１群の屈折力が弱くなりすぎると、第１群と第３群との間隔が、第２群の移動量よりも広くなりすぎ、むだなスペースを取るので好ましくない。
【００３０】
条件式（２）は、第２群の屈折力に関する。下限値を越えて第２群の屈折力が強くなると、小型化には望ましいが、像面湾曲が大きくなってしまう。一方、上限値を越えて第２群の屈折力が弱まると、変倍に伴う収差変動は少なくなるものの、所定の変倍比を得るには第２群の移動量が増大し、ズームレンズの全長が長くなってしまう。
【００３１】
条件式（３）は、第３群の屈折力に関する。下限値を越えて第３群の屈折力が強くなると、広角側での球面収差が補正不足となり、これに伴って第４群の屈折力を弱くしなければならない。結果として、第４群の移動量が増大する。また、上限値を越えて第３群の屈折力が弱くなりすぎると、広角側での球面収差が補正過剰になり、好ましくない。
【００３２】
条件式（４）は、第２群と第４群との屈折力比をあらわす。下限値を越えて第４群の屈折力が強くなると、変倍の際の収差変動を補正するのが困難になる。上限値を越えて第４群の屈折力が弱くなると、移動量が増大し、さらにバックフォーカスが長くなり、光学全長が長くなりすぎるので好ましくない。
【００３３】
次に、第１実施形態の数値実施例を示す。数値実施例において、r はレンズ各面の曲率半径を、d はレンズ厚および空気間隔を、nd とνd はガラスの屈折率とアッベ数をそれぞれあらわす。非球面は＊で示し、非球面係数を記載した。非球面は、光軸方向にｘ軸、光軸と垂直方向にｙ軸、k,a,b,c,d,e を非球面係数とした場合、以下の式で表される。
【００３４】
【数２】
0004000554.tif 000003
上述したように、第１実施形態のズームレンズは１０枚構成である。このうちレンズ＃５と＃６を分離したバリエータとし、第３群である固定マスターは、メニスカス両面非球面ガラスレンズで構成した。また、第４群である移動マスターは凸凸凹の三枚構成で、うち凸凹を接合し、かつ凸を非球面ガラスレンズで構成した。
【００３５】
0004000554.tif 000004
0004000554.tif 000005
このように、図１および２に示すズームレンズは、Ｆナンバーが１．２であり、かつ１０枚構成としている。従来の１２〜１４枚構成のズームレンズに比較して、ズーム全長が短縮されるとともに、画像が明るく、各収差や色消し効果が良好な高変倍（約１０倍）のズームレンズが実現される。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るズームレンズの概略図である。第１実施形態と同様に、第２実施形態のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成される。第１実施形態と同様に、第３レンズ群は、１つの正レンズで構成される。
【００３７】
第１実施形態では、第２群のレンズ＃５，＃６を分離バリエータとしたが、第２実施形態では、レンズ＃５と＃６を接合型バリエータとする。
【００３８】
また、第３群である固定マスターは、両面非球面の両凸ガラスレンズである。さらに、第４群である移動マスターは、凹凸凸の三枚構成で、うち凹凸を接合し、残りの凸を両面非球面ガラスレンズとしている。
【００３９】
図５は、第２実施形態のズームレンズの各位置での収差を示す。第２実施形態においても、第１群と第２群の内部で色収差を補正し、第３群と第４群は両群一体として色収差を補正する。また、第１群で主として望遠側の球面収差を、第２群で主として広角側での非点収差および歪曲収差を補正している。
【００４０】
第２実施形態における条件式（１）〜（４）は、第１実施形態と同様である。以下に第２実施形態の数値実施例を示す。
【００４１】
0004000554.tif 000006
0004000554.tif 000007
なお、第１実施形態、第２実施形態ともに、第４群を３枚のレンズで構成しているが、第３群を１枚の正レンズとし、第４群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成した場合も、多少収差は残るものの、同程度のＦ値、変倍率を達成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｆ値が１．２程度と明るく、公称１０倍の高変倍比で、全変倍範囲にわたり高い光学性能を有するマスターフォーカス方式のズームレンズが、１０枚構成で実現される。結果として、高画質を維持したまま、ズームレンズの小型化、低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るズームレンズの概略構成図である。
【図２】図１のズームレンズのズームトレースカーブを示す図である。
【図３】第１実施形態のズームレンズの広角端、中間域、望遠端の各収差図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るズームレンズの概略構成図である。
【図５】第２実施形態のズームレンズの広角端、中間域、望遠端の各収差図である。
【図１】
0004000554.tif 000008
【図２】
0004000554.tif 000009
【図３】
0004000554.tif 000010
【図４】
0004000554.tif 000011
【図５】
0004000554.tif 000012