(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群が配列して構成され、該４つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成され、前記第２レンズ群は、２枚のレンズで構成され、前記第４レンズ群は、１枚の負レンズを含む少なくとも３枚のレンズで構成され、前記第２レンズ群を光軸方向に移動させて変倍し、前記第３レンズ群を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正し、以下の条件(１)、(２)、(３)を満たすことを特徴とするズームレンズ。
(１) ０．０５ ＜ ｆW ／ ｆ1 ＜ ０．２５
(２) ０．２ ＜｜ｆW ／ ｆ2｜≦ ０．５７０
(３) ０．１５ ＜｜ｆW ／ ｆ3｜ ＜ ０．４５
ただし、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ｆ1：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離である。
【請求項２】
前記第２レンズ群は、負レンズと、該負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズであり、以下の条件(４)、(５)を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
(４) ０．５ ＜｜ｒc ／ ｆW｜＜ １．５
(５) １．０ ＜ ｒi ／ ｆW ＜ ２．５
ただし、
ｒc：第２レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ｒi：第２レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【請求項３】
前記第２レンズ群は、正レンズと、該正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズであり、以下の条件(４)、(
５)を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
(４) ０．５ ＜｜ｒc ／ ｆW｜＜ １．５
(５) １．０ ＜ ｒi ／ ｆW ＜ ２．５
ただし、
ｒc：第２レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ｒi：第２レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【請求項４】
前記第４レンズ群は、正レンズと負レンズとを貼り合わせて構成され、接合面が像側に凸となる接合レンズを含み、全体として少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成され、以下の条件(６) を満たすことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ
。
(６) ０．１５ ＜ ｎn − ｎp
ただし、
ｎn：第４レンズ群中の接合レンズの負レンズの屈折率、
ｎp：第４レンズ群中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高解像度の撮像素子を用いる観察・撮影装置に適した１０倍〜２０倍程度の変倍比を有するズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
１０倍〜２０倍程度の変倍比を有するズームレンズとしては、物体側から順に正、負、負、正のパワーをそれぞれ有する第１〜第４レンズ群により構成され、第２，第３レンズ群を光軸方向に移動させて倍率を変化させるズームレンズが従来から用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の４群構成のズームレンズは、主としてビデオカメラ等の動画撮影用のレンズとして用いられているため、設計上Ｆナンバーを小さくして光量を確保することが優先され、レンズ構成が複雑な割には解像度が低い。また、全体のサイズを小さくするために非球面レンズが用いられる場合が多いが、非球面レンズは設計値通りの正確な加工が困難であるため、加工誤差により結像性能を劣化させやすいという問題がある。
【０００４】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、設計上光量の確保や小型化よりも高解像度を得ることを優先し、高解像度の撮像素子を用いた装置にも適用可能なズームレンズの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるズームレンズは、上記の目的を達成させるため、物体側から順に、正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群が配列して構成され、以下の条件(１)、(２)、(３)を満たすことを特徴とする。
(１) ０．０５ ＜ ｆW ／ ｆ1 ＜ ０．２５
(２) ０．２ ＜｜ｆW ／ ｆ2｜≦ ０．５７０
(３) ０．１５ ＜｜ｆW ／ ｆ3｜ ＜ ０．４５
ただし、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ｆ1：第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離である。
【０００６】
また、４つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成される。第２レンズ群は、２枚のレンズで構成され、第４レンズ群は、１枚の負レンズを含む少なくとも３枚のレンズで構成される。そして、第２レンズ群を光軸方向に移動させて変倍し、第３レンズ群を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正する。
【０００７】
第２レンズ群は、負レンズと、この負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズ、あるいは、正レンズと、この正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズとして構成することができる。いずれの場合にも、以下の条件(４)、(５)を満たすことが望ましい。
(４)  ０．５  ＜｜ｒc  ／  ｆW｜＜  １．５
(５)  １．０  ＜  ｒi  ／  ｆW  ＜  ２．５
ただし、
ｒc：第２レンズ群中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ｒi：第２レンズ群中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【０００８】
第４レンズ群は、正レンズと負レンズとを貼り合わせて構成され、接合面が像側に凸となる接合レンズを含み、全体として少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成され、以下の条件(６) を満たすことが望ましい。
(６)  ０．１５  ＜  ｎn  −  ｎp
ただし、
ｎn：第４レンズ群中の接合レンズの負レンズの屈折率、
ｎp：第４レンズ群中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
実施形態のズームレンズは、例えば図１に示されるように、図中左側となる物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ1、負の第２レンズ群Ｇ2、負の第３レンズ群Ｇ3、正の第４レンズ群Ｇ4の４つのレンズ群から構成される。４つのレンズ群は、いずれも球面レンズのみにより構成される。第２レンズ群Ｇ2は、２枚のレンズで構成され、第４レンズ群Ｇ4は、１枚の負レンズを含む少なくとも３枚のレンズで構成される。そして、ズーミング時には、第１，第４レンズ群Ｇ1、Ｇ4を固定し、第２レンズ群Ｇ2を光軸方向に移動させて変倍し、第３レンズ群Ｇ3を光軸方向に移動させて変倍に伴う像面移動を補正する。
【００１１】
実施形態のズームレンズは、以下の条件(１)、(２)、(３)を満たす。
(１)  ０．０５  ＜  ｆW  ／  ｆ1  ＜  ０．２５
(２)    ０．２  ＜｜ｆW  ／  ｆ2｜  ＜  ０．７
(３)  ０．１５  ＜｜ｆW  ／  ｆ3｜  ＜  ０．４５
ただし、
ｆW：広角端における全系の焦点距離、
ｆ1：第１レンズ群Ｇ1の焦点距離、
ｆ2：第２レンズ群Ｇ2の焦点距離、
ｆ3：第３レンズ群Ｇ3の焦点距離である。
【００１２】
条件(１)は、第１レンズ群Ｇ1の焦点距離を規定する。条件(１)の上限を越えて第１レンズ群Ｇ1のパワーが過大となると、特に望遠側において球面収差の補正が困難となる。条件(１)の下限を下回るほど第１レンズ群Ｇ1のパワーが小さくなると、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【００１３】
条件(２)は、第２レンズ群Ｇ2の焦点距離を規定する。条件(２)の上限を越えて第２レンズ群Ｇ2のパワーが過大となると、第２レンズ群Ｇ2内の各レンズ面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎ、変倍時の第２レンズ群Ｇ2の移動による収差の変化が大きくなるため、収差の変化を抑えるためには変倍比を大きくすることができない。条件(２)の下限を下回るほど第２レンズ群Ｇ2のパワーが弱くなると、大きな変倍比を得るためには第２レンズ群Ｇ2の移動量が大きくなり、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【００１４】
条件(３)は、第３レンズ群Ｇ3の焦点距離を規定する。条件(３)の上限を越えて第３レンズ群Ｇ3のパワーが過大となると、第３レンズ群Ｇ3内の各レンズ面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎ、変倍に伴う第３レンズ群Ｇ3の移動による収差の変化が大きくなるため、像面移動補正のための第３レンズ群Ｇ3の移動範囲が狭く限定され、その結果、収差の変化を抑えつつ像面を一定に保つためには、変倍比を大きくすることができない。条件(３)の下限を下回るほど第３レンズ群Ｇ3のパワーが弱くなると、像面移動補正のための第３レンズ群Ｇ3の移動量が大きくなり、ズームレンズの全長が不必要に長くなる。
【００１５】
一般に、４群構成のズームレンズでは、第２レンズ群は変倍のために必要な強い負のパワーを有する。実施形態のズームレンズでは、色消しのため第２レンズ群Ｇ2を正レンズと負レンズとの２枚構成とするが、これらのレンズを独立して配置すると、各レンズのパワーが大きいためにレンズの偏心等の製作誤差、組み付け誤差により結像性能を劣化させる原因となる。そこで、第２レンズ群Ｇ2中の正レンズと負レンズとを貼り合わせて接合レンズとして構成することが望ましい。接合レンズとすれば、両レンズ間の相対的な位置精度は高くなるため、これらのレンズ間の位置誤差に基づく性能の劣化を防ぐことができる。
【００１６】
また、第２レンズ群Ｇ2のレンズが、物体側から負レンズ、正レンズの順に配列する場合には、負レンズと、この負レンズの像側に貼り合わせられた物体側に凸面を向けたメニスカス正レンズとから構成される接合レンズとして構成する。他方、第２レンズ群Ｇ2のレンズが、物体側から正レンズ、負レンズの順に配列する場合には、正レンズと、この正レンズの像側に貼り合わせられた物体側に曲率が強い凹面を向けた両凹レンズとから構成される接合レンズとして構成する。
【００１７】
さらに、第２レンズ群Ｇ2は、以下の条件(４)、(５)を満たす。
(４)  ０．５  ＜｜ｒc  ／  ｆW｜＜  １．５
(５)  １．０  ＜  ｒi  ／  ｆW  ＜  ２．５
ただし、
ｒc：第２レンズ群Ｇ2中の接合レンズの接合面の曲率半径、
ｒi：第２レンズ群Ｇ2中の接合レンズの像側面の曲率半径である。
【００１８】
条件(４)は、第２レンズ群Ｇ2の接合レンズの接合面の曲率半径を規定する。第２レンズ群は、強い負のパワーを有するため、接合面は正のパワーを持つことが球面収差を補正するためには望ましい。条件(４)の上限を越えて接合面の曲率半径が過大となると、接合面の正のパワーが小さくなりすぎ、特に望遠側で球面収差がオーバーとなる。条件(４)の下限を下回るほど接合面の曲率半径が小さくなると、接合面の正のパワーが大きくなりすぎ、球面収差がアンダーとなり、色収差を良好に保ちつつ、球面収差、コマ収差を良好に補正するのが困難となる。
【００１９】
条件(５)は、第２レンズ群Ｇ2の接合レンズの像側の凹面の曲率半径を規定する。条件(５)の上限を越えて像側面の曲率半径が過大となると、変倍時の第２レンズ群Ｇ2の移動による収差の変化が大きくなるため、収差の変化を抑えるためには変倍比を大きくすることができない。条件(５)の下限を下回るほど像側面の曲率半径が小さくなり、像側面の発散のパワーが強くなりすぎると、特に広角側で、軸上光束と軸外光束のレンズ通過点が異なる領域において軸外における非点収差、コマ収差の発生が大きくなり、軸上の球面収差とのバランスを良好に保ちながら補正することが困難となる。
【００２０】
第４レンズ群Ｇ4は、全体として少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成されるが、レンズ間の位置誤差に基づく性能の劣化を防ぐため、負レンズは正レンズの一枚と貼り合わせて接合レンズとして構成される。さらに、収差を良好に補正するために接合レンズの接合面は像側に凸面を向けて配置され、かつ、以下の条件(６) を満たす。
(６)  ０．１５  ＜  ｎn  −  ｎp
ただし、
ｎn：第４レンズ群Ｇ4中の接合レンズの負レンズの屈折率、
ｎp：第４レンズ群Ｇ4中の接合レンズの正レンズの屈折率である。
【００２１】
条件(６)は、第４レンズ群Ｇ4内の接合レンズの正レンズと負レンズとの屈折率の差を規定する。この条件を満たすことにより、いずれの結像倍率においても色収差、球面収差を良好に補正することができる。条件(６)の下限を下回る場合には、接合面の負のパワーが弱くなりすぎ、色収差を良好に保ちつつ、球面収差を良好に補正することが困難となる。
【００２２】
以下、上記の実施形態にかかるズームレンズの具体的な実施例を６例説明する。
【００２３】
【実施例１】
図１は、実施例１にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例１では、第１レンズ群Ｇ1は、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとから成る２群３枚構成、第２レンズ群Ｇ2は、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズから成る１群２枚構成、第３レンズ群Ｇ3は、負の単レンズの１群１枚構成、第４レンズ群Ｇ4は、正の単レンズと、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとの３群４枚構成である。
【００２４】
実施例１のズームレンズの具体的な数値構成は、表１に示される。表中、ｒは曲率半径(単位：mm)、ｄはレンズ厚若しくは空気間隔(単位：mm)、ｎはd-line(588nm)での屈折率、νdはアッベ数である。面番号１〜５が第１レンズ群Ｇ1、面番号６〜８が第２レンズ群Ｇ2、面番号９，１０が第３レンズ群Ｇ3、面番号１１〜１７が第４レンズ群Ｇ4を示す。また、ズーミングに伴うFナンバーFNO、焦点距離ｆ(単位：mm)、半画角Ｗ(単位：度) 、バックフォーカスｆB(単位：mm)、レンズ群間隔の変化は、表２に示される。実施例１のズームレンズの変倍比は、１０倍である。
【００２５】
【表１】
0004374091.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004374091.tif 000003
【００２７】
図２は実施例１のズームレンズの広角端における諸収差を示し、(Ａ)はｄ線、ｇ線、ｃ線の球面収差により表される色収差、(Ｂ)は倍率色収差、(Ｃ)は非点収差(Ｓ：サジタル、Ｍ：メリジオナル)、(Ｄ)は歪曲収差をそれぞれ示す。グラフ(Ａ)の縦軸はＦナンバー、(Ｂ)、(Ｃ)、(Ｄ)の縦軸は半画角Ｗである。また、各グラフの横軸は各収差の発生量を示し、(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)の横軸の単位はｍｍ、(Ｄ)の横軸の単位はパーセントである。図３及び図４は、それぞれ実施例１のズームレンズの中間焦点距離、望遠端における諸収差を示す図２と同様のグラフである。
【００２８】
【実施例２】
図５は、実施例２にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例２における各レンズ群のレンズ構成は実施例１と同様であるが、各レンズ群のパワーを強くすることにより広角端での焦点距離を実施例１より短くし、変倍比を１５倍としている。
【００２９】
実施例２のズームレンズの具体的な数値構成は、表３及び表４に示される。図６、図７、図８は、実施例２のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【００３０】
【表３】
0004374091.tif 000004
【００３１】
【表４】
0004374091.tif 000005
【００３２】
【実施例３】
図９は、実施例３にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例３では、第１レンズ群Ｇ1が、正の単レンズと、負・正レンズを貼り合わせた接合レンズとから構成される２群３枚構成、第４レンズ群Ｇ4が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、２枚の正の単レンズとから構成される３群４枚構成である。第２レンズ群Ｇ2と第３レンズ群Ｇ3とのレンズ構成は実施例１と同様である。変倍比は１５倍である。
【００３３】
実施例３のズームレンズの具体的な数値構成は、表５及び表６に示される。図１０、図１１、図１２は、実施例３のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【００３４】
【表５】
0004374091.tif 000006
【００３５】
【表６】
0004374091.tif 000007
【００３６】
【実施例４】
図１３は、実施例４にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例４では、第２レンズ群Ｇ2が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズから構成され、第４レンズ群Ｇ4が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズと、正の単レンズとから構成される２群３枚構成である。第１レンズ群Ｇ1と第３レンズ群Ｇ3とのレンズ構成は実施例１と同様である。変倍比は１５倍である。
【００３７】
実施例４のズームレンズの具体的な数値構成は、表７及び表８に示される。図１４、図１５、図１６は、実施例４のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【００３８】
【表７】
0004374091.tif 000008
【００３９】
【表８】
0004374091.tif 000009
【００４０】
【実施例５】
図１７は、実施例５にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例５では、第２レンズ群Ｇ2が、正・負レンズを貼り合わせた接合レンズから構成される。他のレンズ群のレンズ構成は実施例１と同様である。ただし、広角端の焦点距離を実施例１より短くすると共に、望遠端の焦点距離を実施例１より長くすることにより、変倍比を２０倍としている。
【００４１】
実施例５のズームレンズの具体的な数値構成は、表９及び表１０に示される。図１８、図１９、図２０は、実施例５のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【００４２】
【表９】
0004374091.tif 000010
【００４３】
【表１０】
0004374091.tif 000011
【００４４】
【実施例６】
図２１は、実施例６にかかるズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す。実施例６における各レンズ群の群構成は実施例１と同様であり、変倍比は１０倍である。ただし、全体的に各レンズ群のパワーを弱くして加工誤差や組立誤差による性能の劣化を小さくし、最も径が大きくなる第１レンズ群内の大型のレンズに屈折率の低い安価な硝材を用いることにより、実施例１より低コストでの提供を可能としている。
【００４５】
実施例６のズームレンズの具体的な数値構成は、表１１及び表１２に示される。図２２、図２３、図２４は、実施例６のズームレンズの広角端、中間焦点距離、望遠端における諸収差を示すグラフである。
【００４６】
【表１１】
0004374091.tif 000012
【００４７】
【表１２】
0004374091.tif 000013
【００４８】
前述の各条件式と実施例との関係を以下の表１３に示す。
【００４９】
【表１３】
0004374091.tif 000014
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の４群ズームレンズは、全てのレンズ群のレンズが球面レンズとして形成されているため、各レンズの加工が容易であり、かつ、その精度を極めて高く保つことができ、収差の発生を抑え、高い結像性能を得ることができる。したがって、この発明によれば、高解像度の撮像素子を用いた装置にも適用可能なズームレンズを提供することができる。
【００５１】
また、各レンズ群の焦点距離を所定の条件を満たすよう設定することにより、ズーミングに伴う収差の変化を小さく抑え、かつ、ズームレンズの全長が不必要に長くなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図２】  実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図３】  実施例１のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図４】  実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図５】  実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図６】  実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図７】  実施例２のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図８】  実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図９】  実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図１０】  実施例３のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図１１】  実施例３のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図１２】  実施例３のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図１３】  実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図１４】  実施例４のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図１５】  実施例４のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図１６】  実施例４のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図１７】  実施例５のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図１８】  実施例５のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図１９】  実施例５のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図２０】  実施例５のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【図２１】  実施例６のズームレンズの広角端におけるレンズ配置を示す説明図。
【図２２】  実施例６のズームレンズの広角端における諸収差図。
【図２３】  実施例６のズームレンズの中間焦点距離における諸収差図。
【図２４】  実施例６のズームレンズの望遠端における諸収差図。
【符号の説明】
Ｇ1  第１レンズ群
Ｇ2  第２レンズ群
Ｇ3  第３レンズ群
Ｇ4  第４レンズ群
【図１】
0004374091.tif 000015
【図２】
0004374091.tif 000016
【図３】
0004374091.tif 000017
【図４】
0004374091.tif 000018
【図５】
0004374091.tif 000019
【図６】
0004374091.tif 000020
【図７】
0004374091.tif 000021
【図８】
0004374091.tif 000022
【図９】
0004374091.tif 000023
【図１０】
0004374091.tif 000024
【図１１】
0004374091.tif 000025
【図１２】
0004374091.tif 000026
【図１３】
0004374091.tif 000027
【図１４】
0004374091.tif 000028
【図１５】
0004374091.tif 000029
【図１６】
0004374091.tif 000030
【図１７】
0004374091.tif 000031
【図１８】
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【図１９】
0004374091.tif 000033
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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