(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群の４つのレンズ群で構成され、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２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズの４つの単レンズにより構成されると共に、少なくとも１つの非球面を有し、広角端及び望遠端における全系の焦点距離をそれぞれｆｗ，ｆｔ、前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．２５  ＜  ｜ｆ２／ｆＡ｜  ≦ ０．３７
ただし、ｆＡ＝√（ｆｗ・ｆｔ）
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を特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記非球面は、前記第２３レンズに形成されていることを特徴とする請求項２記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記第２群の負レンズの材質の平均アッベ数をνｎ、正レンズの材質のアッベ数をνｐとしたとき、
３６  ＜  νｎ  ＜  ６５
２０  ＜  νｐ  ＜  ３５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第２群の負レンズの材質の平均屈折率をＮｎとしたとき、
１．７１  ＜  Ｎｎ  ＜  １．９５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項６】
前記第２群の物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ２ｉ、前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．７９  ＜  ｜Ｒ２２／ｆ２｜    ＜  １．３２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第２群の物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ２ｉとしたとき、
１．２８  ＜  ｜Ｒ２４／Ｒ２５｜  ＜  ３．２０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項８】
前記第２群の物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ２ｉとしたとき、
０．９８  ＜  ｜Ｒ２６／Ｒ２７｜  ＜  ３．５５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項９】
前記第４群を移動させてフォーカスを行うことを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のズームレンズ。
【請求項１０】
請求項１乃至９いずれかに記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子と、該撮像素子が受光した像を表示する表示素子と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に関し、特にビデオカメラ等に好適に用いられるズームレンズで、ズーム比が２０倍と高変倍比でありながら構成レンズ枚数が少ない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】
従来より写真用カメラやビデオカメラなど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。特開昭６３−２７８０１３号公報も、正の第１群、負の第２群、負の第３群、正の第４群で構成された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、負の第３群を用いたこれらのズーム方式では、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。
【０００４】
これを改良したズームタイプとして、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を開示し、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フォーカスを行っている。
【０００５】
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。
【０００６】
特開平５−７２４７４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光軸上を移動する第２群、正の屈折力を持ち固定で集光作用を有する第３群、正の屈折力を持ち像面位置を維持するために光軸上を移動する第４群を有する非球面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群をメニスカス負レンズと両凹レンズと正レンズで構成し、第３群を１面以上の非球面である単レンズで構成し、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。
【０００７】
しかしながら、上記３つの公報には、第２群に非球面を配したズームレンズは開示されていない。
【０００８】
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、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。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。
【０００９】
しかしながら、上記２件の米国特許にも、やはり第２群に非球面を配した例は開示されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来にない新規な構成のズームレンズであって、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ズームレンズを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、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つのレンズ群で構成され、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２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズの４つの単レンズにより構成されると共に、少なくとも１つの非球面を有し、広角端及び望遠端における全系の焦点距離をそれぞれｆｗ，ｆｔ、前記第２群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．２５  ＜  ｜ｆ２／ｆＡ｜  ≦ ０．３７
ただし、ｆＡ＝√（ｆｗ・ｆｔ）
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を用いて具体的に説明する。
【００１３】
図１〜３は、後述する数値実施例１〜３のレンズ断面図、図４〜６はそれぞれ各数値実施例の収差図である。図４〜６において、（ａ）は広角端における収差図、（ｂ）は中間焦点距離における収差図、（ｃ）は望遠端における収差図である。収差図において、ｄ，ｇはｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳはメリジオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００１４】
図１〜３のレンズ断面図において、１〜４はそれぞれ第１〜４群、ＳＰは絞り、ＰはＣＣＤのフェーズプレートやローパスフィルター等のガラスブロック、Ｉは像面である。本実施形態においては、広角端から望遠端への変倍に際して、図中の矢印のように第２群２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４を移動させて補正している。第１群１、第３群３、絞りＳＰは変倍に際し固定である。なお、第４群４の変倍に伴う移動軌跡は物体距離によって異なり、図中実線で表された移動軌跡は無限遠物体の場合、破線で表された移動軌跡は至近物体の場合をそれぞれ表している。また、本実施形態のズームレンズは、第４群４を光軸上移動させてフォーカスを行うリアフォーカス方式を採用している。
【００１５】
さて、本発明において最も特徴的な点は、第２群２を３枚の負レンズと１枚の正レンズの４つの単レンズより構成し、更に第２群２を構成するレンズ面のうち、少なくとも１つを非球面としている点にある。
【００１６】
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２を上記のような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が図れる。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できる。更に非球面を１面以上第２群２に配することにより光学性能の向上も図ることができる。本実施形態においては、第２群２を構成する正レンズの物体側の面が非球面である。
【００１７】
本発明は、上述のごとく構成することにより達成されるものであるが、更に良好な収差補正を行うには、第２群２は、物体側より順に、物体側に比して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、像面側に比して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レンズによって構成することが望ましい。
【００１８】
本発明のようなズームタイプで変倍比を上げる場合、変倍機能に大きく寄与する第２群２の移動量を大きくするか、第２群２の焦点距離を短くする必要がある。前者の方法は、ズームレンズの大型化を招くため好ましくなく、後者の方法は大型化はしないものの第２群２に負担が大きくかかり、光学性能を良好に保つことが困難になってくる。そこで上述のごとく第２群２を構成することにより、系全体の大型化を防ぎつつ光学性能も良好に保つことができる。特に第２群２に関して、物体側から順に負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズとほぼ対称の形で配置することにより色収差を良好に補正している。すなわち主点の色消しを良好に行っている。そして、非球面を配置することにより軸外の光学性能を向上させている。
【００１９】
更に、第２群中の非球面は、正の第２３レンズに配置することにより、より効果的に収差を補正する事が可能になる。特に軸外のフレアーを良好に補正することができる。このとき非球面は、レンズの周辺部にいくにしたがって正の屈折力が弱くなる形状となることが望ましい。
【００２０】
また、ズームレンズの広角端及び望遠端における全系の焦点距離をｆｗ，ｆｔ、第２群の焦点距離をｆ２とおいたとき
０．２５  ＜  ｜ｆ２／ｆＡ｜  ≦ ０．３７        …（１）
【００２１】
【外２】
0003854714.tif 000002
なる条件式を満足することが望ましい。
【００２２】
これは第２群の焦点距離（換言すればパワー）を適正にするための条件式である。条件式（１）の上限値を超えて焦点距離が長くなると、収差補正上は好ましいが、所望のズーム比を得るためには第２群の移動量を大きくしなくてはならず、レンズ系全体の大型化を招き好ましくない。逆に下限値を超えるとペッツバール和が負に大きくなり、像面が倒れてくるので良好な光学性能を保つのが困難になる。
【００２３】
また、第２群の正レンズの材質のアッベ数をνｐ、負レンズの材質の平均アッベ数をνｎとおいたとき
３６＜νｎ＜６５        …（２）
２０＜νｐ＜３５        …（３）
なる条件式を満足することが望ましい。
【００２４】
これは第２群で発生する色収差を良好に補正するための条件式である。前述したように、第２群は変倍に大きく寄与しているので、ここで発生する収差は良好に補正する必要がある。特に変倍比が２０倍を超えるような高変倍比のズームレンズにおいては、色収差も良好に補正することが重要である。条件式（２）の上限値を超えると軸上色収差がオーバーになり補正過剰となる。逆に、下限値を超えると軸上色収差がアンダーになり補正不足となる。条件式（３）においては、条件式（２）の場合と現象の発生は逆になるが、上限値あるいは下限値を越えるとやはり色収差を良好に補正することが難しい。
【００２５】
更に良好な収差補正を行うためには、第２群の負レンズの材質の平均屈折率をＮｎとおいたき、
１．７１  ＜  Ｎｎ  ＜  １．９５        …（４）
なる条件式を満足することが望ましい。
【００２６】
これは条件式（１）とも関係してくるが、負レンズに高屈折率ガラスを用いてペッツバール和の悪化を防ぐための条件で、限界値を超えると像面湾曲が悪化してくる。
【００２７】
また、第２群の物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をＲ２ｉとおいたとき
０．７９  ＜  ｜Ｒ２２／ｆ２｜    ＜  １．３２        …（５）
１．２８  ＜  ｜Ｒ２４／Ｒ２５｜  ＜  ３．２０        …（６）
０．９８  ＜  ｜Ｒ２６／Ｒ２７｜  ＜  ３．５５        …（７）
なる条件式の少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００２８】
これらの条件式は球面収差とコマ収差、非点収差そして像面湾曲をバランスよく補正するための条件である。
【００２９】
条件式（５）の上限値を超えるとコマ収差が大きくなり、逆に下限値を超えると像面が物体側に凹となるように湾曲してくるので好ましくない。
【００３０】
条件式（６）は各収差をお互いの面でうまくキャンセルしながら補正するための条件式である。条件式（６）の上限値を超えると球面収差がアンダーとなって補正不足となるので好ましくない。逆に下限値を超えると内向性コマ収差が大きくなるので好ましくない。
【００３１】
条件式（７）の上限値を超えると球面収差がオーバーになり補正過剰となるので好ましくない。逆に下限値を超えると広角端における樽型の歪曲収差が大きくなるので好ましくない。
【００３２】
条件式（５）〜（７）については、それぞれの条件式を満足することでそれぞれの作用効果を得ることができるが、全ての条件式を満足することが収差補正上望ましいのはここで言うまでもない。
【００３３】
以下に本発明の数値実施例を記載する。
【００３４】
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は第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間隔（レンズ厚あるいは空気間隔）、Ｎｉとνｉはそれぞれ第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。
【００３５】
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、
【００３６】
【外３】
0003854714.tif 000003
なる式で表している。
【００３７】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。
【００３８】
【外４】
0003854714.tif 000004
【００３９】
【外５】
0003854714.tif 000005
【００４０】
【外６】
0003854714.tif 000006
【００４１】
【表１】
0003854714.tif 000007
【００４２】
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の実施形態を図７を用いて説明する。
【００４３】
図７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。
【００４４】
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が実現できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レンズ系全体を小型化し、高変倍比で、しかもＦナンバーが１．４程度の明るいレンズ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が少ないズームレンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。
【図２】数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【図３】数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【図４】数値実施例１のズームレンズの収差図である。
【図５】数値実施例２のズームレンズの収差図である。
【図６】数値実施例３のズームレンズの収差図である。
【図７】本発明のズームレンズをビデオカメラに適用した場合の実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１  第１群
２  第２群
３  第３群
４  第４群
ＳＰ  絞り
Ｐ  ガラスブロック
Ｉ  像面
【図１】
0003854714.tif 000008
【図２】
0003854714.tif 000009
【図３】
0003854714.tif 000010
【図４】
0003854714.tif 000011
【図５】
0003854714.tif 000012
【図６】
0003854714.tif 000013
【図７】
0003854714.tif 000014