(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群が光軸上を移動して変倍を行なう光学系で、第３レンズ群が少なくとも二つのレンズ成分を有し、前記第４レンズ群が少なくとも二つのレンズ成分を有し、前記第３レンズ群の最も像側のレンズ成分の像側の面の曲率半径と物体側の面の曲率半径を夫々Ｒ3r1 、Ｒ3r2 、前記最も像側のレンズ成分の物体側に空気間隔を挟んで隣接するレンズ成分の像側の面の曲率半径と物体側の面の曲率半径を夫々Ｒ3r3 、Ｒ3r4 、前記第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側の面と像側の面の曲率半径を夫々Ｒ4f1 、Ｒ4f2 、前記最も物体側のレンズ成分に空気間隔を挟んで隣接する像側のレンズ成分の物体側の面および像側の面の曲率半径を夫々Ｒ4f3 、Ｒ4f4 とする時、Ｒ3r1 とＲ4f1 、Ｒ3r2 とＲ4f2 、Ｒ3r3 とＲ4f3 、Ｒ3r4 とＲ4f4 が夫々異符号で、第３レンズ群と第４レンズ群の互いに向かい合う面がいずれも凹面で、かつ以下の条件式（１）を満足することを特徴とするズーム撮像光学系。
（１）    ０．０１＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜
ただし、Ｒ411 は第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側の面の曲率半径、Ｒ412は第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側のレンズの像側の面の曲率半径で、レンズ成分が接合レンズの場合接合面の曲率半径である。
【請求項２】
前記第４レンズ群の各レンズ、接合レンズの場合夫々のレンズの焦点距離が下記条件（２）を満足することを特徴とする請求項１のズーム撮像光学系。
（２）    ０．０１＜｜ｆ4 ／ｆ4S｜＜５
ただし、ｆ4 は第４レンズ群の焦点距離、ｆ4Sは第４レンズ群の物体側よりＳ番目のレンズの焦点距離で、接合レンズの場合夫々のレンズの焦点距離である。
【請求項３】
前記第３レンズ群が物体側より順に前群と後群とよりなり、前記第４レンズ群が物体側より順に前群と後群とよりなり、第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群のうちの少なくとも一方が負のパワーを有することを特徴とする請求項１のズーム撮像光学系。
【請求項４】
第３レンズ群および第４レンズ群の後群のうちの少なくとも一方が正のパワーを有することを特徴とする請求項３のズーム撮像光学系。
【請求項５】
正のパワーを有する第３群の前群あるいは第４レンズ群の後群のうちの少なくとも一方が両凸単レンズであることを特徴とする請求項４のズーム撮像光学系。
【請求項６】
前記両凸単レンズが非球面を有することを特徴とする請求項５のズーム撮像光学系。
【請求項７】
前記両凸単レンズが両面非球面であることを特徴とする請求項６のズーム撮像光学系。
【請求項８】
前記第４レンズ群の前群が負のパワーを有することを特徴とする請求項３のズーム撮像光学系。
【請求項９】
前記第４レンズ群の後群が正のパワーを有することを特徴とする請求項３又は８のズーム撮像光学系。
【請求項１０】
前記第４レンズ群の後群が両凸単レンズであることを特徴とする請求項９のズーム撮像光学系。
【請求項１１】
前記両凸単レンズが非球面を有することを特徴とする請求項１０のズーム撮像光学系。
【請求項１２】
前記両凸単レンズが両面非球面であることを特徴とする請求項１１のズーム光学系。
【請求項１３】
正の第１レンズ群がフォーカシング時固定であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２のズーム撮像光学系。
【請求項１４】
正の第１レンズ群が変倍時固定であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２又は１３のズーム撮像光学系。
【請求項１５】
変倍時に第３レンズ群を移動させることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３又は１４のズーム撮像光学系。
【請求項１６】
変倍時正の第４レンズ群を物体側に凸の軌跡をもって移動することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５のズーム撮像光学系。
【請求項１７】
第４レンズ群によりフォーカシングを行なうことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５又は１６のズーム撮像光学系。
【請求項１８】
変倍時絞り位置が固定であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６又は１７のズーム撮像光学系。
【請求項１９】
ズーム比が５以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８のズーム撮像光学系。
【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するもので、特にカムコーダやデジタルカメラ等の電子撮像手段を用いたカメラ用の小型で高画質で低コストなズーム撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この分野の変倍比が１０程度の高変倍比のズーム光学系であって、小型で低コストな光学系の従来例として特開平６−９４９９７号公報に記載されたものが知られている。この従来例のズーム光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する変倍時固定の第１群と、負の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際に物体側から像側へ移動する第２群と、正の屈折力を有し広角端から望遠端への変倍の際に像側から物体側へ移動する第３群と、正の屈折力を有し変倍時可動の第４群とよりなる。つまり、このズーム光学系は、第２群と第３群とにて変倍作用を負担し、第４群の移動によって変倍時の像面位置の変化を補正するようにしたもので、このような構成にすることによって小型化を達成している。
【０００３】
他の従来例として、正の屈折力の第１群と負の屈折力の第２群と正の屈折力の第３群と正の屈折力の第４群とにて構成されていて、変倍時に第３群が固定されている、特開平５−７２４７４号、特開平８−２７１７８７号、特開平４−４３３１１号の各公報に記載されている光学系が知られている。
【０００４】
また前記構成で、第４群が変倍時固定されている従来例として、特開平８−９４９３１号、特開平７−１９９０６９号、特開平６−３４７６９７号、特開平８−１７９２０６号の各公報に記載されたズーム光学系が知られている。
【０００５】
また、変倍比は５程度であるが第１群、第２群、第３群が可動であって、第４群の構成を工夫された特開昭５９−１３２１２号公報に記載された従来例の光学系がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子撮像素子の高画素化が進み、撮像光学系に小型化、低コスト化と合わせ高画質化が要求される。
【０００７】
この高画質化は、コントラストや解像度をあげることと共に、色収差が撮影距離範囲全域にわたって良好に補正されるようにすることが要求される。また周辺光量を確保しながらＦ値を相応な明るさにすることも求められている。
【０００８】
上記の従来例は、特に電子撮像素子の画素数が２００万画素を超えるものや、画素ピッチが３．８μｍを下回る電子撮像素子に対応した十分良好な画質が得られるとはいえない。また小型化や生産性をも含めて低コスト化が達成されているとはいえない。
【０００９】
本発明は、高画素数または小さな画素ピッチを有する電子撮像素子に対応する画質と、小型化や低コスト化を達成し得た高変倍のズーム光学系を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のズーム撮像光学系（第１の構成）は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、少なくとも第２レンズ群と第４レンズが光軸上を移動して変倍を行なう光学系で、第３レンズ群と第４レンズ群がいずれも少なくとも二つのレンズ成分を有し、第３レンズ群の最も像側のレンズ成分の像側の面の曲率半径をＲ3r1 、このレンズ成分の物体側の面の曲率半径をＲ3r2 、次のレンズ成分（物体側のレンズ成分）の像側のレンズ面の曲率半径をＲ3r3 、このレンズ成分の物体側の面の曲率半径をＲ3r4 、また第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側の面の曲率半径をＲ4f1 、このレンズ成分の像側の面の曲率半径をＲ4f2 、前記第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の次のレンズ成分（像側のレンズ成分）の物体側の面の曲率半径をＲ4f3 、このレンズ成分の像側の面の曲率半径をＲ4f4 とするとき、Ｒ3r1 とＲ4f1 、Ｒ3r2 とＲ4f2 、Ｒ3r3 とＲ4f3 、Ｒ3r4 とＲ4f4 が夫々異符号であることを特徴とする。
なお、光軸上において物体側に凹面を向けている場合負の符号、像側に凹面を向けている場合は正の符号とする。
【００１１】
ここで、レンズ成分とは単レンズや接合レンズをいい、レンズ成分の最も物体側および最も像側の面のみが空気接触面であるものとする。
【００１２】
前述のように第３レンズ群と第４レンズ群において、Ｒ3r1 とＲ4f1 、Ｒ3r2 とＲ4f2 、Ｒ3r3 とＲ4f3 、Ｒ3r4 とＲ4f4 が夫々異符号であると、第３レンズ群と第４レンズ群とが両レンズ群間の空気間隔をはさんで対称な形状になる。第３レンズ群、第４レンズ群をこのように構成することにより軸上収差、軸外収差を両レンズ群にて互いにキャンセルして低減させることができ、高い性能の撮像光学系になし得る。
【００１３】
また、各レンズは、十分な近軸的作用を有することになり、高いズーム比で、高画質の光学系でしかもレンズ構成枚数を少なくすることが可能であり望ましい。
【００１４】
この第１の構成の光学系において、特に第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側のレンズの物体側の面の曲率半径をＲ411 、その像側の面の曲率半径をＲ412 とすると、次の条件（１）を満足することが望ましい。
（１）    ０．０１＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜
尚Ｒ411 はＲ4f1 と等しくまた第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分が単レンズの場合Ｒ412 とＲ4f2 は同一であり、接合レンズの場合、Ｒ412 は接合面の曲率半径である。
【００１５】
前記条件（１）を満足しないと、第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分（このレンズ成分が接合レンズの場合その物体側のレンズ）が近軸的負担が少なくなり、第３レンズ群と第４レンズ群を少ない構成枚数で高いズーム比で高画質の光学系を達成するのが困難になる。また、光学系の射出瞳を遠くに配することが困難になる。
【００１６】
条件（１）において下限値を０．０７にすればより高画質で、又射出瞳を遠くするためにも一層効果的である。又上限値を２とすれば望ましい。つまり条件（１）の代りに下記条件（１−１）を満足すれば望ましい。
（１−１）０．０１＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜＜２
又は    ０．０７＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜
又は    ０．０７＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜＜２
【００１７】
また下記条件（１−２）を満足すれば一層望ましい。
（１−２）０．２０＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜
又は    ０．２０＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜＜２
又は    ０．２０＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜＜１．０
【００１８】
前記の本発明のズーム撮像光学系の第１の構成において、第３レンズ群と第４レンズ群の互いに向かい合う面を夫々凹面にすることが好ましい。
【００１９】
第３レンズ群の像側の面と第４レンズ群の物体側の面を夫々凹面にすることによりいわゆるダブルガウスタイプのように諸収差を一層低減させることが可能になり、また光学系の全長を短く保ったまま射出瞳位置を遠くすることが可能になる。
【００２０】
また、前述の第１の構成の本発明ズーム撮像光学系において、第４レンズ群内の各レンズの焦点距離をｆ4S、第４レンズ群の焦点距離をｆ4 とすると、下記条件（２）を満足することが望ましい。
（２）    ０．０１＜｜ｆ4 ／ｆ4S｜＜５
尚ｆ4Sは接合レンズの場合夫々のレンズの焦点距離であり、物体側からＳ番目のレンズの焦点距離である。
【００２１】
条件（２）において、下限の０．０１を超えると第４レンズ群の各レンズのパワーが弱くなりすぎて収差補正効果がなくなる。また上限の５を超えると各レンズのパワーが強くなりすぎて収差の発生量が大になる。
【００２２】
前記条件（２）を満足する光学系も、第３レンズ群と第４レンズ群の互いに向かい合う面が凹面であることが好ましい。
【００２３】
上記条件（２）において下限値を０．１にすればより望ましい。又下限値を０．２にすれば一層望ましい。又上限値を３にすればより望ましい。又上限値を２．５にすれば一層望ましい。
【００２４】
ここで前記の条件（１）を満足すればより望ましい。つまり本発明の第１の構成のズーム撮像光学系において条件（１）、（２）の両条件を満足することがより望ましい。
【００２５】
本発明の他の構成である第２の構成のズーム光学系は、前述のように、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、変倍時に少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群が光軸上を移動する光学系で、第３レンズ群が物体側より順に前群と後群とよりなり、第４レンズ群が物体側から順に前群と後群とよりなり、第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群とがその互いに向かい合う面がいずれも凹面であるレンズ成分で、第３レンズ群の後群または第４レンズ群の前群がメニスカス形状の接合レンズあるいは負の屈折力の接合レンズあるいは負のメニスカス単レンズであり、Ｒ3r1 とＲ4f1 、Ｒ3r2 とＲ4f2 とが夫々異符号であることを特徴とする。
【００２６】
ここで、Ｒ3r1 とＲ3r2 、Ｒ4f1 、Ｒ4f2 は、第１の構成におけるＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ4f1 、Ｒ4f2 と同じで、夫々第３レンズ群の最も像側のレンズ成分の像側の面および物体側の面、第４レンズ群の最も物体側のレンズ成分の物体側の面および像側の面の曲率半径である。
【００２７】
第３レンズ群と第４レンズ群の向かい合うレンズ成分同士を対称な形状にすることによりガウスタイプと同様に軸上、軸外の諸収差が両レンズ成分により互いに打ち消し合って諸収差を低減でき性能を向上させることができる。またこれら互いに向かい合うレンズ成分の互いに向かい合う面を凹面にすることによって一層収差が小さくなり、また全長を短く保ったまま射出瞳を遠くできる。
【００２８】
また互いに向かい合うレンズ成分が接合レンズであれば色収差を低減できる。また接合レンズにすれば製造誤差による悪影響も低減できる。
【００２９】
前記の互いに向かい合ったレンズ成分が負の屈折力を有する場合、例えば軸上光束がこの面の前後で光軸から跳ね上がるようになり、この面による屈折作用に加えて第３レンズ群、第４レンズ群のレンズ面での収差補正作用を受けやすくなり好ましい。
【００３０】
また前記の向かい合うレンズ成分が負のメニスカス単レンズであれば、最も少ないレンズ枚数にて収差を良好に補正できる。
【００３１】
また、上記第２の構成の光学系で、第３レンズ群の後群または第４レンズ群の前群のうちの少なくとも一方、もしくは双方が負の屈折力を有するようにすれば射出瞳を更に遠くすることが可能になり好ましい。
【００３２】
また、第３レンズ群の前群、第４レンズ群の後群のうちの少なくとも一方もしくは双方を正の屈折力にすれば、向かい合うレンズ成分つまり第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群に正のレンズ成分つまり前記の第３レンズ群の前群と第４レンズ群の後群を組み合わせることによって第３レンズ群、第４レンズ群を適切なパワーに保ったまま諸収差を補正し得るので好ましい。
【００３３】
また第３レンズ群の前群、第４レンズ群の後群のうち少なくとも一方もしくは双方が両凸単レンズであれば、正のレンズ成分として単レンズを用いることとなり、最小のレンズ枚数でこれらレンズ群を構成することになり、小型化および低コスト化にとって望ましい。
【００３４】
又、第３レンズ群の両凸単レンズに非球面を設ければ、軸上の開口収差の補正にとって効果的であり、また第４レンズ群中に両凸単レンズを設けてこのレンズに非球面を形成すれば軸外収差を良好に補正できまたフォーカシング時の収差変動を低減できるので望ましい。
【００３５】
また前記両凸単レンズが両面非球面であれば更に望ましい。つまり、前記レンズを両面非球面にすれば、非球面レンズの枚数を増やすことなしにつまりコストアップなしに収差補正能力を一層高めることができる。
【００３６】
このように両凸単レンズを両面非球面にし、この非球面効果を十分に引き出すような構成にすることにより、この両凸単レンズの中肉厚の誤差やレンズ面相互の偏芯による光学系の性能に及ぼす影響が大になるが、光学系の他のレンズの製造誤差に対する感度を和らげることができる。
【００３７】
また、複数の部品を組み合わせる場合に精度を確保するのと比べ、一つのレンズでの中肉厚や偏芯精度が良くなるような製作が容易であり、良品判断や不良による損失の発生をおさえることができる。
【００３８】
本発明のズーム光学系の第３の構成は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群が光軸上を移動して変倍を行なうもので、第３レンズ群が少なくとも２枚のレンズ成分よりなり、第４レンズ群が物体側より順に物体側に凹面を向けた一つのレンズ成分よりなる前群と少なくとも一つのレンズ成分からなる後群とよりなる全体で４枚以下のレンズにて構成され、前記前群が、メニスカス形状をした接合レンズあるいは負の屈折力の接合レンズあるいは負のメニスカス単レンズであることを特徴とする。
【００３９】
本発明第３の構成のズーム光学系は、第３レンズ群を少なくとも２枚のレンズ成分を設けるようにして第３レンズ群内で発生する収差を小さく抑えるようにした。この場合、第３レンズ群を少なくとも正レンズと負レンズとを１枚以上配置することが望ましい。つまり正レンズと負レンズとを少なくとも１枚設けることにより色収差をコントロールすることが容易になり、また主点位置のコントロールも容易になる。
【００４０】
また第４レンズ群を前記のような前群と後群とにて構成し、そのうち前群をその物体側の面が凹面になるようにして、主として軸外収差を低減させるようにした。またこれにより全長を保ったまま射出瞳を遠くすることができる。この前群が接合レンズであれば、色収差を低減させることも可能になるとともに、製造誤差による光学系への悪影響も低減できる。またこの前群が負の屈折力を持つようにすれば一層好ましい。つまり前群が負の屈折力であれば、第４レンズ群の主点位置を物体側に位置させることができ、第３レンズ群と第４レンズ群の屈折力を夫々強くすることなしに第３レンズ群と第４レンズ群の合成の屈折力を確保し得る。
【００４１】
また、第４レンズ群の前群を負のメニスカス単レンズにて構成すれば少ないレンズ枚数で収差を良好に補正し得る。
【００４２】
この第３の構成の光学系において、第４レンズ群の前群を負の屈折力にすれば、射出瞳を更に遠くすることができ好ましい。
【００４３】
また第３の構成の光学系において、第４レンズ群の後群を正の屈折力を持つようにすることが好ましい。
【００４４】
第４レンズ群を負あるいは屈折力が比較的小さい前群と正の屈折力の後群とにて構成すれば、この第４レンズ群の屈折力を適切に保ちながら諸収差を良好に補正し得るので好ましい。この場合、後群を両凸単レンズにすれば一層好ましい。
【００４５】
この後群の正のレンズ成分を両凸単レンズにすれば、つまりその物体側と像側とに正の屈折力のレンズ面を配置すれば、この二つの面にてパワーを分担させることにより収差の発生を抑えながら、最小のレンズ枚数にて第４レンズ群を構成し得るので小型化、低コスト化を達成し得る。
【００４６】
更に前記の第３レンズ群の両凸単レンズに非球面を設ければ、軸上開口収差を効果的に補正し得るので好ましい。また第４レンズ群中の両凸単レンズに非球面を用いれば、軸外収差やフォーカシング時の収差変動を低減させることができる。
【００４７】
この両凸単レンズに設ける非球面は、一方の面でも両方の面でもいずれでもよいが、両面を非球面にすれば、非球面レンズの数を増やすことなしにつまりコストを増大させることなしに収差補正能力を一層高めることができる。
【００４８】
本発明のズーム光学系の第４の構成は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群と正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群を光軸上を移動させて変倍を行なう光学系で、第４レンズ群がその物体側の面が光軸上から周辺に行くにしたがって負の方向にパワーが変化する非球面を有する両面非球面レンズ１枚からなることを特徴とする。
【００４９】
前記第４の構成の光学系で、第４レンズ群がその物体側の面が光軸上から周辺に行くにしたがって負の方向にパワーが変化する非球面であれば、射出瞳を遠くに保ったまま収差を良好に補正することができる。またこの物体側の面で補正しきれない収差は、その像側の面を非球面にすることにより補正が可能であり、少ない枚数での設計が可能になる。この第４レンズ群の非球面レンズが両凸形状であればより好ましい。また、この物体側の非球面を光軸から周辺に行くにしたがって正のパワーから負のパワーに変化する非球面にすれば、収差補正にとって一層効果がある。
【００５０】
本発明の第５の構成は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群と正の屈折力を有する第４レンズ群とよりなり、変倍時に少なくとも第２レンズ群と第４レンズ群が光軸上を移動する光学系で、全てのレンズが屈折率１．６以上の硝材よりなることを特徴とする。
【００５１】
以上のように、本発明のズーム光学系において、すべてのレンズの屈折率が１．６以上であれば、各レンズ群のパワーを強くししかもレンズ面の曲率を緩くすることが可能であり、収差の発生を抑えることができる。
【００５２】
また、すべてのレンズの屈折率を１．６５以上にすれば一層望ましく、１．６８以上であれば更に収差補正が容易になり好ましい。
【００５３】
以上述べた第１〜第５のすべての構成の本発明ズーム光学系において、第１レンズ群をフォーカシング時固定とすれば好ましい。
【００５４】
フォーカシング時に第１レンズ群を固定にすれば、フォーカシングの際の収差変動を抑えることができる。また、第４レンズ群によりフォーカシングを行なうようにすればより好ましい。
【００５５】
また、第１レンズ群の最も物体側に強い凸面を配置すれば、軸外光束の入射角を垂直に近い角度にし得るので高次の収差の発生を抑えることができ、第１レンズ群で発生する収差を第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群にて補正することが容易になる。
【００５６】
また、前述の各構成のズーム光学系において、正の屈折力の第１レンズ群を変倍時固定にすることが好ましい。
【００５７】
第１レンズ群が変倍時固定であれば、最も径の大きい第１レンズ群を移動させる必要がないので、撮像装置の構成が簡単になり、小型化、低コスト化し得る。
【００５８】
また、前記各構成のズーム光学系において、第３レンズ群を移動させて変倍を行なうことも好ましい。つまり第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて変倍を行なうことが可能であり、これにより光学系の小型化を達成し得る。
【００５９】
特に第１、第２、第３の構成の本発明のズーム光学系は、第３レンズ群と第４レンズ群の収差補正をいずれかに分担させることが可能であり、したがって、変倍作用を第３レンズ群に持たせても良好な画質を得ることができる。
【００６０】
このように第２レンズ群、第３レンズ群に変倍作用を持たせた場合、広角端から望遠端への変倍に際し、第２レンズ群を物体側から像側へ単調に移動させることが望ましく、また第３レンズ群を像側から物体側へ単調に移動させることが望ましい。これにより変倍のためのレンズ群を移動させるための枠構造や駆動力の配分等で好ましい。
【００６１】
また、前記のように、広角端から望遠端に変倍する時に、第２レンズ群を物体側から像側へ単調に移動させ、第３レンズ群を像側から物体側へ移動させれば両群の移動量を少なくでき、枠構造や駆動の配分等で好ましい。
【００６２】
本発明の各構成のズーム光学系において、第４レンズ群を変倍時物体側に凸の形状の移動軌跡にて移動させることにより、第４レンズ群の移動量を少なく出来、第４レンズ群で発生する収差のズーミングの際の変動を少なくできるので望ましい。
【００６３】
また本発明の光学系において、第４レンズ群にてフォーカシングを行なうことが望ましい。
【００６４】
本発明の光学系において、第４レンズ群は軸上光束の入射角が比較的小である。したがって、この第４レンズ群を移動させてフォーカシングを行なうようにすれば、フォーカシング時の収差変動を小さくでき好ましい。また、この第４レンズ群は、レンズの径が比較的小さく軽量であるために、フォーカシングの際の駆動トルクが少なくてすむという利点も有している。特に、前記の第１、第２の構成の光学系においては、フォーカシング時の第４レンズ群の移動による軸上から軸外まで収差変動が少なく高画素の撮像素子を用いたときに良好な画質が得られるので望ましい。
【００６５】
また本発明のすべての構成の光学系で、変倍時、ズーミング時に絞り位置を固定にすることが望ましい。
【００６６】
絞りは、露光調整のためにその開口を変化させる必要があり、そのための駆動機構が必要である。この駆動機構は、ズーミングやフォーカシングのための駆動機構とは別にすることが望ましい。
【００６７】
この絞りの位置を固定にすれば、開口面積を調整するための駆動機構が簡単になり、小型化や軽量化、低コスト化に寄与するため好ましい。この場合、絞りの駆動機構の駆動源は、ズーミングやフォーカシングのための駆動源とを共通化してもよい。
【００６８】
また、絞りは、第２レンズ群と第３レンズ群の間に配置すれば射出瞳の位置と前玉径と歪曲収差とのバランスをとる上で好ましい。特に第２レンズ群と第３レンズ群とを移動させて変倍を行なう場合、光学系全体をバランス良く構成しまた小型に構成し得るので望ましい。
【００６９】
また本発明の光学系は、変倍比が５以上であることが好ましい。
【００７０】
変倍比が５以下の場合、構成を一層簡略化しても高画質であって小型化、低コスト化を実現し得る。一方、変倍比を５以上にすると、高画素数に対応した高画質の光学系になし得、しかも生産性が高く小型な光学系になし得る。特に、変倍比が８〜１５であればパフォーマンスが良くなる。
【００７１】
【発明の実施の形態】
本発明のズーム撮像光学系の実施の形態を図に示す各実施例をもとに説明する。
【００７２】
本発明のズーム撮像光学系の実施例１〜７は夫々図１〜７に示す通りの構成であって、下記のデータを有するものである。
0004245780.tif 000002
0004245780.tif 000003
【００７３】
0004245780.tif 000004
0004245780.tif 000005
【００７４】
0004245780.tif 000006
0004245780.tif 000007
【００７５】
0004245780.tif 000008
0004245780.tif 000009
【００７６】
0004245780.tif 000010
0004245780.tif 000011
【００７７】
0004245780.tif 000012
0004245780.tif 000013
【００７８】
0004245780.tif 000014
0004245780.tif 000015
ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・ は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・ は各レンズの屈折率、ν1 ，ν2 ，・・・ は各レンズのアッベ数である。上記データ中、ｒ1 ，ｒ2 ，・・・ 、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・ 等の長さの単位はmmである。
【００７９】
実施例１は、図１に示す通りの構成で、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とよりなり、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群Ｇ１は固定され、第２、第３、第４レンズ群は夫々光軸上を移動する。
【００８０】
また、第１レンズ群Ｇ１は負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズとよりなり、第２レンズ群Ｇ２は負レンズと負レンズと正レンズの接合レンズよりなり、第３レンズ群Ｇ３は正レンズと正レンズと負レンズの接合レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負レンズと正レンズとよりなる。つまり第３レンズ群の後群がメニスカス形状の接合レンズよりなり、第４レンズ群の前群が負のメニスカス単レンズよりなる。
【００８１】
この実施例１において、第３レンズ群の曲率半径Ｒ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4 夫々データ中のｒ16、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、また第４レンズ群のＲ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は夫々面ｒ17、ｒ18，ｒ19、ｒ20である。またＲ411 ＝Ｒ4f1 ＝ｒ17、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 ＝ｒ18である。この実施例１はデータに示す通り条件（１）を満足する。
【００８２】
また第４レンズ群Ｇ４の負レンズ、正レンズの焦点距離ｆ41、ｆ42はデータに示す通りで、いずれも条件（２）を満足する。
【００８３】
この実施例１の光学系はｒ12、ｒ19が非球面である。
【００８４】
図１においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【００８５】
実施例２は、図２に示す通り、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とよりなり、第１レンズ群Ｇ１は固定され第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を光軸上を移動させて広角端より望遠端への変倍を行なう。
【００８６】
この実施例２の光学系は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３はいずれも実施例１と類似の構成であるが、第４レンズ群Ｇ４は、両面非球面の正レンズ１枚よりなり、実施例１とは相違する。つまり、第４の構成の実施例である。
【００８７】
この実施例２はＲ411 ＝ｒ17、Ｒ412 ＝ｒ18であり、第４レンズ群の単レンズの焦点距離がｆ41（ｆ4S）であり、条件（１）、（２）を満足する。
【００８８】
またｒ12、ｒ17、ｒ18が非球面である。これら非球面のうち、ｒ17、ｒ18は第４レンズ群Ｇ４のレンズの両面であり、このように両面非球面の非球面レンズを用いることにより第４レンズ群Ｇ４を一つのレンズにて構成した。
【００８９】
図２においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【００９０】
実施例３は、図３に示すように、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とよりなる。
【００９１】
この実施例３は、第１、第２、第３レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、実施例１と類似の構成であるが、第４レンズ群Ｇ４の前群が負レンズと正レンズを接合したレンズ成分と両凸単レンズよりなる点で実施例１と相違する。つまりこの実施例３は、第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群が共にメニスカス形状の接合レンズ成分である。
【００９２】
この実施例の第３レンズ群Ｇ３のＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4は夫々ｒ16、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、また第４レンズ群Ｇ４のＲ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は夫々ｒ17、ｒ18，ｒ19、ｒ20である。またＲ411 ＝Ｒ4f1 、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 である。したがってＲ411 ＝ｒ17、ｒ412 ＝ｒ18で条件（１）を満足する。
【００９３】
また、第４レンズ群Ｇ４は接合レンズの物体側の負レンズと像側の正レンズと正の単レンズよりなり、それらの焦点距離ｆ41、ｆ42、ｆ43（ｆS ）はデータに示す通りの値で、条件（２）を満足する。
【００９４】
この実施例３は、ｒ12、ｒ21が非球面である。
【００９５】
図３においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【００９６】
実施例４は図４に示す通りの構成であって、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とよりなる。
【００９７】
この実施例４は、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４がいずれも実施例１の第１、第２、第３、第４レンズ群と類似の構成である。
【００９８】
この実施例４において、第３レンズ群Ｇ３のＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4 は夫々ｒ16、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、第４レンズ群のＲ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は夫々ｒ17、ｒ18，ｒ19、ｒ20である。したがってＲ411 ＝Ｒ4f1 ＝ｒ17、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 ＝ｒ18でデータに示すように条件（１）を満足する。
【００９９】
第４レンズ群Ｇ４は負レンズと正レンズとよりなりそれらの焦点距離ｆ41、ｆ42（ｆS ）はデータに示す通りで条件（２）を満足する。
【０１００】
この実施例４はｒ12、ｒ19が非球面である。
【０１０１】
図４においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【０１０２】
実施例５は、図５に示すように実施例１と類似の構成のズーム光学系である。したがって第３レンズ群Ｇ３のＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4 は夫々ｒ16、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、第４レンズ群Ｇ４の曲率Ｒ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は、夫々ｒ17、ｒ18、ｒ19、ｒ20である。
【０１０３】
またＲ411 ＝Ｒ4f1 ＝ｒ17、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 ＝ｒ18で、データに示す通り条件（１）を満足する。また第４レンズ群Ｇ４の各レンズの焦点距離ｆ41、ｆ42はデータに示す通りで、条件（２）を満足する。
【０１０４】
この実施例５の光学系は、面ｒ12と面ｒ19が非球面である。
【０１０５】
図５においてＳは絞り、Ｆ１は赤外カットフィルター、Ｆ２は光学的ローパスフィルター、Ｃは撮像素子のカバーガラスである。
【０１０６】
実施例６は図６に示す通りの構成で、実施例１と類似する光学系である。
【０１０７】
したがって、第３レンズ群Ｇ３のＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4は、夫々ｒ16、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、第４レンズ群Ｇ４のＲ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は、夫々ｒ17、ｒ18，ｒ19、ｒ20である。したがってＲ411 ＝Ｒ4f1 ＝ｒ17、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 ＝ｒ18でデータのように条件（１）を満足する。
【０１０８】
また第４レンズ群Ｇ４の各レンズの焦点距離ｆ41、ｆ42、ｆ43（ｆ3 ）はデータに示す通りであって、条件（２）を満足する。
【０１０９】
この実施例６の光学系は、面ｒ12、ｒ13、ｒ19、ｒ20が非球面である。
【０１１０】
図６においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【０１１１】
実施例７は、図７に示す通りの光学系である。
【０１１２】
この実施例７は、第３レンズ群Ｇ３が正の単レンズと負の単レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４が負の単レンズと正の単レンズとよりなる点で他の実施例と異なる。したがって、第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群は、共に負のメニスカス単レンズである。
【０１１３】
この実施例において、第３レンズ群Ｇ３のＲ3r1 、Ｒ3r2 、Ｒ3r3 、Ｒ3r4は、夫々ｒ15、ｒ14、ｒ13、ｒ12であり、また第４レンズ群Ｇ４のＲ4f1 、Ｒ4f2 、Ｒ4f3 、Ｒ4f4 は夫々ｒ16、ｒ17，ｒ18、ｒ19である。
【０１１４】
したがってＲ411 ＝Ｒ4f1 ＝ｒ16、Ｒ412 ＝Ｒ4f2 ＝ｒ17であり、データに示すように条件（１）を満足する。
【０１１５】
この実施例７は、ｒ12、ｒ13、ｒ18、ｒ19が非球面である。
【０１１６】
図７においてＳは絞り、Ｆは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等のフィルターである。
【０１１７】
上記各実施例にて用いられる非球面の形状は、光軸上の光が進む方向をｘ軸、光軸と直交する方向をｙ軸としたとき、次の式にて表わされる。
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10は非球面係数である。
【０１１８】
また、各実施例の断面図を示す図１〜図７において、上段は広角端、中段は中間焦点距離、下段は望遠端における図である。
【０１１９】
図８、図９は実施例１の光学系の収差状況を示すもので、図８は広角端、図９は望遠端での収差状況を示す。
【０１２０】
この収差図よりこの実施例のズーム撮像光学系は、収差が良好に補正されていることがわかる。
【０１２１】
また他の実施例についても、同様に収差が良好に補正されている。
【０１２２】
以上詳細に説明したズーム撮像光学系において、特許請求の範囲に記載する構成のほか次の各項に記載する光学系も本発明の目的を達成し得る。
【０１２３】
（１）特許請求の範囲の請求項１に記載する光学系で、第３レンズ群と第４レンズ群の互いに向かい合う面がいずれも凹面であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１２４】
（２）特許請求の範囲の請求項１あるいは前記の（１）の項に記載する光学系で、第４レンズ群の各レンズ、接合レンズの場合夫々のレンズの焦点距離が下記条件（２）を満足することを特徴とするズーム撮像光学系。
（２）    ０．０１＜｜ｆ4 ／ｆ4S｜＜５
【０１２５】
（３）特許請求の範囲の請求項１あるいは前記の（１）又は（２）の項に記載する光学系で、下記条件（１）を満足することを特徴とするズーム光学系。
（１）    ０．０１＜｜｜（Ｒ411 ／Ｒ412 ）｜−１｜
【０１２６】
（４）前記の（３）の項に記載する光学系で、第３レンズ群の後群と第４レンズ群の前群のうちの少なくとも一方が負のパワーを有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１２７】
（５）前記の（３）又は（４）の項に記載する光学系で、第３レンズ群および第４レンズ群の後群のうちの少なくとも一方が正のパワーを有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１２８】
（６）前記の（５）の項に記載する光学系で、正のパワーを有する第３群の前群あるいは第４レンズ群の後群のうちの少なくとも一方が両凸単レンズであることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１２９】
（７）前記の（６）の項に記載する光学系で、前記両凸単レンズが非球面を有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３０】
（８）前記の（７）の項に記載する光学系で、前記両凸単レンズが両面非球面であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３１】
（９）特許請求の範囲の請求項２に記載する光学系で、第４レンズ群の前群が負のパワーを有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３２】
（１０）特許請求の範囲の請求項２あるいは前記の（９）の項に記載する光学系で、第４レンズ群の後群が正のパワーを有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３３】
（１１）前記の（１０）の項に記載する光学系で、第４レンズ群の後群が両凸単レンズであることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３４】
（１２）前記の（１１）の項に記載する光学系で、両凸単レンズが非球面を有することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３５】
（１３）前記の（１２）の項に記載する光学系で、前記両凸単レンズが両面非球面であることを特徴とするズーム光学系。
【０１３６】
（１４）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）又は（１３）に記載する光学系で、正の第１レンズ群がフォーカシング固定であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３７】
（１５）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）又は（１４）に記載する光学系で、正の第１レンズ群が変倍時固定であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３８】
（１６）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）又は（１５）の項に記載する光学系で、変倍時に第３レンズ群を移動させることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１３９】
（１７）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）又は（１６）の項に記載する光学系で、正の第４レンズ群を物体側に凸の軌跡をもって移動することを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１４０】
（１８）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）又は（１７）の項に記載する光学系で、第４レンズ群によりフォーカシングを行なうことを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１４１】
（１９）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）又は（１８）の項に記載する光学系で、絞り位置が固定であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１４２】
（２０）特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）、（１５）、（１６）、（１７）、（１８）又は（１９）の項に記載する光学系で、ズーム比が５以上であることを特徴とするズーム撮像光学系。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明によれば、高い画素数で小さい画素の撮像素子に適用できる高画質で小型な光学系を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例３の断面図
【図４】本発明の実施例４の断面図
【図５】本発明の実施例５の断面図
【図６】本発明の実施例６の断面図
【図７】本発明の実施例７の断面図
【図８】実施例１の広角端の収差曲線図
【図９】実施例１の望遠端の収差曲線図
【図１】
0004245780.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004245780.tif 000022
【図８】
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【図９】
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