JP4580510B2 - ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズで、特にカムコーダーやデジタルカメラ等の電子撮像素子を用いたカメラに使用されるズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記の分野のズームレンズの従来例のうち、民生用の小型で低コストの従来のズームレンズは、特開平３−２００１１３号、特開平６−９４９９７号、特開平６−１９４５７２号の各公報に記載されているように、物体側から順に、正の屈折力を有し変倍時固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて物体側から像側に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて像側から物体側へ移動して若干変倍作用を助ける第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時可動の第４レンズ群とよりなるレンズ系である。
【０００３】
これら従来例は、変倍比が５〜１２程度である。
【０００４】
また、前記構成のズームレンズで第３レンズ群の変倍作用を強くすることにより変倍比が３程度の従来例として特開平１０−６２６８７号、特開平１１−１１９１００号、特開平１１−２５８５０７号の各公報に記載されたレンズ系が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のうち、変倍比が１０程度のズームレンズは、第２レンズ群の変倍作用が強く小型化の点で不十分である。
【０００６】
また変倍比が５程度の従来例のズームレンズは、フォーカシングも含めて考えると少ないレンズ枚数で、十分小型な構成であるとはいえない。
【０００７】
また、前記従来例のうちの変倍比が３程度のズームレンズは、変倍比が十分ではなく、これを超える変倍比のレンズ系にしようとすると性能が劣化し、特にフォーカシングの際の性能劣化が大きい。
【０００８】
本発明は、フォーカシングを含めて良好な光学性能を有していてまた製産性も良好であって、しかも少ないレンズ枚数にて構成したカムコーダーやデジタルカメラ等の電子撮像手段を用いたカメラに適した小型で低コストのズームレンズで、特に変倍比が５前後のズームレンズを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群と正の屈折力の第３レンズ群と正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間の間隔を変化させることにより変倍を行い、各レンズ群間のいずれかの空気間隔中につまり第１レンズ群と第２レンズ群の間、第２レンズ群と第３レンズ群の間、第３レンズ群と第４レンズ群の間のいずれかの空気間隔中に明るさ絞りが配置され、広角端から望遠端への変倍の際に第１レンズ群と明るさ絞りとは固定であり、第２レンズ群は光軸上を像側に常に移動し、第３レンズ群は光軸上を物体側へ常に移動し、第４レンズ群は光軸上を移動するもので、第３レンズ群と第４レンズ群の移動量が下記条件（１）を満足するようにしたものである。
（１） ０≦ｔ４／ｔ３＜０．２
ただし、ｔ３，ｔ４は夫々第３レンズ群および第４レンズ群の広角端と望遠端の移動量の絶対値である。
【００１０】
一般に高変倍のズームレンズは、第２レンズ群のみに変倍作用を負担させ、第４レンズ群により像面位置を補正するようにしている。
【００１１】
本発明は、第２レンズ群の変倍作用の一部と第４レンズ群による像面位置の補正作用の一部を第３レンズ群に負担させることによってレンズ系の小型化を図ったもので、そのための条件が条件（１）である。
【００１２】
条件（１）の上限を超えると第４レンズ群による像面位置の補正作用の負担が大になりすぎるため第４レンズ群の変倍時の移動量（像面位置補正のための移動量）が大になり、レンズ系を十分小型にすることが出来ない。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した場合、前記のように変倍の際の第４レンズ群の移動量が大であると、フォーカシング時の収差変動が大になり、またフォーカシングのための機構が複雑になる。更に第２、第３レンズ群は変倍時いずれも単調に移動するのでズーミングのためのカムの製作が容易であり、また条件（１）を満足することにより前述のように第４レンズ群の移動量を小さくできるためにズーミング時やフォーカシング時のモーターなどでの制御が短くメカスペースを小さくできる。
【００１３】
尚、条件（１）において下限値を超えることはあり得ない。
更には条件（１）の上限値を０．１５とするとより好ましい。
又、条件（１）の下限値を０．００５とすると、各レンズ群の移動量のバランスがよくなる。
【００１４】
前記本発明の第１の構成のズームレンズにおいて、正の屈折力の第４レンズ群を物体側から順に両凹負レンズと正レンズとを接合した負の接合レンズと正レンズの２群３枚構成にすることが好ましい。
【００１５】
このように、第４レンズ群を前記の通りの２群３枚構成にすることにより、第３レンズ群の変倍作用の一部を負担したときの第４レンズ群の収差発生量を少なくし、また第４レンズ群の移動量を少なくしたまま諸収差を良好に補正するためには、負レンズ１枚と正レンズ２枚が必要になり、そのうちの物体側の負レンズと正レンズとを接合することにより、製造誤差によるレンズ系の性能への悪影響を小さくすることができ、フォーカシングによる収差変動も少なくし得る。
【００１６】
以上の理由から、第４レンズ群は、前述の通りの両凹レンズと正レンズの接合レンズと正レンズよりなる２群３枚構成にすることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のズームレンズにおいて、第４レンズ群を前述の通りの２群３枚構成にした時、下記条件（２）を満足することが望ましい。
（２） ０．２４＜｜ｆ４ｎ／ｆ４｜＜０．３３
ただし、ｆ４ｎは第４レンズ群の両凹レンズの単体での焦点距離、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離である。
【００１８】
条件（２）において上限の０．３３を超えると負レンズのパワーが弱くなり色収差の補正が困難であり、また条件（２）の下限の０．２４を超えると負レンズのパワーが強くなりすぎ色収差やその他の諸収差の発生が大になる。
【００１９】
また、この条件（２）を満足すれば、フォーカシングによる収差変動を小さくできる。
更には条件（２）の上限値を０．３１とするとより好ましい。
又、条件（２）の下限値を０．２７とするとより好ましい。
【００２０】
本発明の第２の構成のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間を変化させることにより変倍を行い、明るさ絞りが第１，第２レンズ群の間、第２，第３レンズ群の間、第３，第４レンズ群の間のいずれかのレンズ群間に配置されており、広角端から望遠端への変倍の際、第１レンズ群と明るさ絞りとが固定であり、第２，第３，第４レンズ群の四つのレンズ群が光軸上を移動するレンズ系で、広角端から望遠端にかけての変倍時第２レンズ群が常に像側へ移動し、第３レンズ群が常に物体側へ移動するもので、第４レンズ群は物体側から順に両凹負レンズと正レンズを貼り合わせた接合レンズと正レンズとよりなる２群３枚構成であり、前記の条件（２）を満足するレンズ系である。
【００２１】
本発明のズームレンズは、前述のように第３レンズ群に変倍作用と像面位置の補正作用を負担させるようにした。そのため発生する収差を補正するためには、第４レンズ群に負レンズ１枚と正レンズ２枚が必要になる。
【００２２】
前記第２の構成では、正の第４レンズ群を物体側から順に、両凹負レンズと正レンズとを接合した接合レンズと正レンズよりなる２群３枚構成にして、第３レンズ群にて発生する収差を補正するようにした。また、負レンズと正レンズとを接合することにより、製造誤差による光学性能に及ぼす影響を少なくした。
【００２３】
また、この第２の構成において、第４レンズ群による収差補正作用を大にするために条件（２）を満足するようにした。
【００２４】
前述の通り、この条件（２）の上限の０．３３を超えると負のパワーが弱くなり色収差を十分良好に補正し得ない。又条件（２）の下限の０．２４を超えると負レンズのパワーが強くなりすぎて色収差や他の諸収差が発生する。
【００２５】
また、この条件（２）を満足するようにすれば、フォーカシングの際の収差変動を小さくすることができる。
条件（２）の上限値を０．３１としてもよい。又、下限値を０．２７としてもよい。
【００２６】
本発明の第１、第２の構成のズームレンズは、第３レンズ群を少なくとも１枚の正レンズと最も像側に配置されていて像側に凹面を向けた負レンズを含んだ構成にすると、射出瞳を遠くにすることができ好ましい。
本発明の第３の構成のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間の間隔を変化させることにより変倍を行い、明るさ絞りが第１，第２レンズ群の間、第２，第３レンズ群の間、第３，第４レンズ群の間のいずれかのレンズ群間に配置されており、広角端から望遠端への変倍の際、第１レンズ群と明るさ絞りとが固定であり、第２，第３，第４レンズ群の四つのレンズ群が光軸上を移動するレンズ系で、広角端から望遠端にかけての変倍時に、第２レンズ群が像側へ常に移動し、第３レンズ群が物体側へ常に移動するもので、正の第３レンズ群Ｇ３が少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを含んでおり、正の第４レンズ群が、物体側より順に、負の前群と正の後群とよりなり、負の前群が最も物体側の面と最も像側の面が物体側に凸面を向けた形状であり、正の後群が物体側に凸面を向けた単レンズよりなり、下記条件（３）を満足するレンズ系である。
（３） ０．３＜｜ｆ４／ｆ４１｜＜０．６
ただし、ｆ４１は第４レンズ群の前群の焦点距離である。
【００２７】
本発明のズームレンズは、第３レンズ群にも変倍作用を持たせたもので、そのためこの第３レンズ群が正レンズと負レンズとを含んでいないと色収差を補正できない。
【００２８】
また、第４レンズ群を比較的パワーの小さい負の前群と正の単レンズよりなる正の後群とにて構成することにより諸収差特に色収差の発生を抑え変倍全域にわたってまたフォーカシング領域全域にわたって、収差変動を小さくし得る。
【００２９】
また、条件（３）の上限の０．６を超えると負の前群のパワーが強くなりすぎ、色収差や諸収差が発生する。条件（３）の下限の０．３を超えると、負の前群のパワーが弱くなりすぎて色収差を補正できなくなる。
【００３０】
また、第４レンズ群の負の前群の最も物体側の面と最も像側の面を物体側に凸面を向けた形状にすれば、第４レンズ群の製造誤差による悪影響を小さくすることが可能になる。
更に、条件（３）の上限値を０．５３とするとより好ましい。
又、条件（３）の下限値を０．３８とするとより好ましい。
【００３１】
本発明の第３の構成のズームレンズにおいて、第４レンズ群の負の前群をメニスカスレンズ１枚にて構成すればレンズ系の部品点数の削減および小型化に寄与し得るため望ましい。特に負メニスカス単レンズとすればより部品点数の削減に寄与し得る。
【００３２】
また前記の負の前群のメニスカスレンズをメニスカス形状の接合レンズにすれば、この前群における収差補正能力が一層向上するため望ましい。また、接合レンズであれば、この前群での製造誤差によるレンズ系に及ぼす悪影響を少なくできるため好ましい。
【００３３】
本発明の第３の構成のズームレンズにおいて、正の第３レンズ群を最も像側に配置された像側に凹面を向けた負レンズと、少なくとも１枚の正レンズを含む構成にすることが望ましい。
【００３４】
このように第３レンズ群の最も像側に像側に凹面を向けた負レンズを配置することにより射出瞳を遠くすることができるため望ましい。
【００３５】
また、本発明のズームレンズは、この第３レンズ群にも変倍作用を持たせており、したがって、前記最も像側の負レンズの他に少なくとも１枚の正レンズを含むようにし、少なくとも正レンズと負レンズとを配置してこのレンズ群での色収差を良好に補正する必要がある。このように、正レンズと負レンズを配置しないと第３レンズ群での色収差を十分良好に補正することが困難になる。
【００３６】
また、このように第３の構成で、第３レンズ群を最も像側に配置された像側に凹面を向けた負レンズと、この負レンズの他に少なくとも１枚の正レンズを含むようにしたズームレンズの場合も正の第４レンズ群の前群を負のメニスカスレンズ１枚にて構成することが望ましい。またこのメニスカスレンズをメニスカス形状の接合レンズとしてもよい。また、メニスカス単レンズ１枚にて構成してもよい。
【００３７】
本発明のズームレンズつまり前述の第１〜第３の構成のズームレンズは、フォーカシングを第４レンズ群にて行なうのが望ましい。
また、本発明のズームレンズは明るさ絞りを第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置すると、光学系全体の小型化と、像側へのテレセントリック性が両立でき好ましい。
以上の構成は変倍比が２．８から６．９のズームレンズに適している。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図１〜４に示す構成で下記データを有する実施例１〜４にもとづいて説明する。尚、実施例１、４は参考例である。
実施例１
ｆ＝5.900 〜10.219〜17.551 ，Ｆナンバー＝2.83〜3.68〜3.99
２ω＝60.6°〜21.3°
ｒ1 ＝60.780 ｄ1 ＝1.00 ｎ1 ＝1.80518 ν1 ＝25.42
ｒ2 ＝22.057 ｄ2 ＝5.46 ｎ2 ＝1.62280 ν2 ＝57.05
ｒ3 ＝-931.750 ｄ3 ＝0.20
ｒ4 ＝25.036 ｄ4 ＝3.16 ｎ3 ＝1.80610 ν3 ＝40.92
ｒ5 ＝100.658 ｄ5 ＝Ｄ1 （可変）
ｒ6 ＝83.957 ｄ6 ＝1.00 ｎ4 ＝1.80440 ν4 ＝39.59
ｒ7 ＝6.667 ｄ7 ＝3.67
ｒ8 ＝-20.662 ｄ8 ＝1.00 ｎ5 ＝1.51633 ν5 ＝64.14
ｒ9 ＝8.622 ｄ9 ＝2.93 ｎ6 ＝1.80518 ν6 ＝25.42
ｒ10＝60.380 ｄ10＝Ｄ2 （可変）
ｒ11＝∞（絞り） ｄ11＝Ｄ3 （可変）
ｒ12＝11.405 ｄ12＝2.95 ｎ7 ＝1.69350 ν7 ＝53.24
ｒ13＝-23.743 （非球面）ｄ13＝0.22
ｒ14＝7.908 ｄ14＝2.62 ｎ8 ＝1.69100 ν8 ＝54.82
ｒ15＝40.704 ｄ15＝1.01 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78
ｒ16＝5.180 ｄ16＝Ｄ4 （可変）
ｒ17＝32.444 ｄ17＝1.00 ｎ10＝1.80440 ν10＝39.59
ｒ18＝8.384 ｄ18＝2.32 ｎ11＝1.49700 ν11＝81.54
ｒ19＝32.662 ｄ19＝0.76
ｒ20＝11.234 ｄ20＝2.82 ｎ12＝1.65844 ν12＝50.88
ｒ21＝-20.977 ｄ21＝Ｄ5 （可変）
ｒ22＝∞ ｄ22＝3.40 ｎ13＝1.51633 ν13＝64.14
ｒ23＝∞ ｄ23＝1.00
ｒ24＝∞（撮像面）
非球面係数
（第１３面）Ｋ＝-4.537 ，Ａ4 ＝1.12339 ×10-4 ，Ａ6 ＝8.46541 ×10-6
Ａ8 ＝-6.78805×10-7 ，Ａ10＝2.00622 ×10-8
ｆ 5.900 10.219 17.551
Ｄ1 1.03 4.60 9.50
Ｄ2 14.42 10.85 5.95
Ｄ3 5.76 2.45 0.43
Ｄ4 3.06 6.43 6.17
Ｄ5 1.25 1.19 3.45
ｔ３＝5.306 ，ｔ４＝2.203 ，ｔ４／ｔ３＝2.203 ／5.306 ＝0.415
ｆ４＝15.686 ，ｆ４１＝-37.535
｜ｆ４／ｆ４１｜＝｜15.686／-37.535 ｜＝0.418 ，変倍比 2.97
撮像素子の画素ピッチ ３．２μｍ〜４．２μｍ
【００３９】
【００４０】
【００４１】
ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ は各レンズ面の曲率半径、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。
【００４２】
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、明るさ絞りＳは第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されている。
【００４３】
第１レンズ群Ｇ１と絞りＳは変倍中固定であり、また広角端から望遠端への変倍の際に第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は像側から物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は図１に示すように光軸上を移動する。
【００４４】
この実施例１のレンズ系は、第１レンズ群Ｇ１が正の接合レンズと正レンズとよりなり、第２レンズ群Ｇ２が負レンズと負の接合レンズとよりなる。
【００４５】
また、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負レンズよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負の接合レンズと正レンズの２群３枚よりなる。
【００４６】
この実施例は、第３の構成のズームレンズで、第４レンズ群が負の前群Ｇ４１と正の後群Ｇ４２よりなり負の前群Ｇ４１が最も物体側の面（ｒ17）と最も像側の面（ｒ19）とが物体側に凸のメニスカス形状の接合レンズからなり、正の後群Ｇ４２が正レンズ１枚よりなる。
【００４７】
この実施例１は条件（３）を満足する。
【００４８】
実施例２は、図２に示す通りの構成であって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２は実施例１と同様のレンズ構成であるが、第３レンズ群Ｇ３が正レンズと負レンズのみからなり、第４レンズ群Ｇ４が両凹負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの２群３枚構成である点で実施例１と相違する。
【００４９】
この実施例２は条件（１）、（２）を満足する。
【００５０】
実施例３は、図３に示すような構成のズームレンズで、実施例２と類似の構成のレンズ系である。
【００５１】
この実施例３も条件（１）、（２）を満足する。
【００５２】
これら実施例２、３は第１及び第２の構成のズームレンズである。
【００５３】
実施例４は図４に示す構成であって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とは他の実施例と類似の構成である。また第３レンズ群Ｇ３は、２枚の正レンズと１枚の負レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負レンズと正レンズとよりなる。
【００５４】
つまり、この実施例４は第１、第３の構成のレンズ系であって、第３レンズ群Ｇ３は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負の前群Ｇ４１と正の後群Ｇ４２とよりなり、負の前群Ｇ４１が最も物体側と最も像側の面が物体側に凸のメニスカス単レンズであり、正の後群Ｇ４２が正レンズよりなる。
【００５５】
この実施例４は条件（１）、（３）を満足する。
【００５６】
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。
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。
【００５７】
また、各実施例の断面図を示す図１〜図４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。尚図中Ｆはローパスフィルターや不要波長域を制限するフィルターである。
【００５８】
また図５は実施例１の収差図であり、この図のように諸収差は良好に補正されている。
【００５９】
また、他の実施例２〜４も実施例１と同様の収差状況で諸収差は良好に補正されている。
【００６０】
本発明のズームレンズは、以上述べたような構成であって、特許請求の範囲に記載したレンズ系のほか、次の各項に記載する構成のレンズ系も本発明の目的を達成し得る。
【００６１】
（１）特許請求の範囲の請求項５に記載するレンズ系で、第４レンズ群の前群が負の屈折力を有するメニスカス単レンズであることを特徴とするズームレンズ。
【００６２】
（２）特許請求の範囲の請求項５に記載するレンズ系であって、第４レンズ群の前群が負の屈折力を有するメニスカス形状の接合レンズであることを特徴とするズームレンズ。
【００６３】
（３）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）又は（２）の項に記載するレンズ系で、第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズと最も像側に配置されていて像側に凹面を向けた負レンズとを含むことを特徴とするズームレンズ。
【００６４】
（４）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）又は（３）の項に記載するレンズ系で、第４レンズ群を光軸上を移動させることにより近接物点に合焦するようにしたことを特徴とするズームレンズ。
【００６５】
（５）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）又は（４）の項に記載するレンズ系で、変倍比が２．８から６．９であることを特徴とするズームレンズ。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、少ないレンズ枚数で、フォーカシングも含め良好な光学性能で小型で低コストなカムコーダーやデジタルカメラ等に適したズームレンズを実現し得る。
【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１の広角端における収差曲線図
【図６】本発明の実施例２の望遠端における収差曲線図
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズで、特にカムコーダーやデジタルカメラ等の電子撮像素子を用いたカメラに使用されるズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記の分野のズームレンズの従来例のうち、民生用の小型で低コストの従来のズームレンズは、特開平３−２００１１３号、特開平６−９４９９７号、特開平６−１９４５７２号の各公報に記載されているように、物体側から順に、正の屈折力を有し変倍時固定の第１レンズ群と、負の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて物体側から像側に移動する第２レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時広角端から望遠端にかけて像側から物体側へ移動して若干変倍作用を助ける第３レンズ群と、正の屈折力を有し変倍時可動の第４レンズ群とよりなるレンズ系である。
【０００３】
これら従来例は、変倍比が５〜１２程度である。
【０００４】
また、前記構成のズームレンズで第３レンズ群の変倍作用を強くすることにより変倍比が３程度の従来例として特開平１０−６２６８７号、特開平１１−１１９１００号、特開平１１−２５８５０７号の各公報に記載されたレンズ系が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のうち、変倍比が１０程度のズームレンズは、第２レンズ群の変倍作用が強く小型化の点で不十分である。
【０００６】
また変倍比が５程度の従来例のズームレンズは、フォーカシングも含めて考えると少ないレンズ枚数で、十分小型な構成であるとはいえない。
【０００７】
また、前記従来例のうちの変倍比が３程度のズームレンズは、変倍比が十分ではなく、これを超える変倍比のレンズ系にしようとすると性能が劣化し、特にフォーカシングの際の性能劣化が大きい。
【０００８】
本発明は、フォーカシングを含めて良好な光学性能を有していてまた製産性も良好であって、しかも少ないレンズ枚数にて構成したカムコーダーやデジタルカメラ等の電子撮像手段を用いたカメラに適した小型で低コストのズームレンズで、特に変倍比が５前後のズームレンズを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群と正の屈折力の第３レンズ群と正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間の間隔を変化させることにより変倍を行い、各レンズ群間のいずれかの空気間隔中につまり第１レンズ群と第２レンズ群の間、第２レンズ群と第３レンズ群の間、第３レンズ群と第４レンズ群の間のいずれかの空気間隔中に明るさ絞りが配置され、広角端から望遠端への変倍の際に第１レンズ群と明るさ絞りとは固定であり、第２レンズ群は光軸上を像側に常に移動し、第３レンズ群は光軸上を物体側へ常に移動し、第４レンズ群は光軸上を移動するもので、第３レンズ群と第４レンズ群の移動量が下記条件（１）を満足するようにしたものである。
（１） ０≦ｔ４／ｔ３＜０．２
ただし、ｔ３，ｔ４は夫々第３レンズ群および第４レンズ群の広角端と望遠端の移動量の絶対値である。
【００１０】
一般に高変倍のズームレンズは、第２レンズ群のみに変倍作用を負担させ、第４レンズ群により像面位置を補正するようにしている。
【００１１】
本発明は、第２レンズ群の変倍作用の一部と第４レンズ群による像面位置の補正作用の一部を第３レンズ群に負担させることによってレンズ系の小型化を図ったもので、そのための条件が条件（１）である。
【００１２】
条件（１）の上限を超えると第４レンズ群による像面位置の補正作用の負担が大になりすぎるため第４レンズ群の変倍時の移動量（像面位置補正のための移動量）が大になり、レンズ系を十分小型にすることが出来ない。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した場合、前記のように変倍の際の第４レンズ群の移動量が大であると、フォーカシング時の収差変動が大になり、またフォーカシングのための機構が複雑になる。更に第２、第３レンズ群は変倍時いずれも単調に移動するのでズーミングのためのカムの製作が容易であり、また条件（１）を満足することにより前述のように第４レンズ群の移動量を小さくできるためにズーミング時やフォーカシング時のモーターなどでの制御が短くメカスペースを小さくできる。
【００１３】
尚、条件（１）において下限値を超えることはあり得ない。
更には条件（１）の上限値を０．１５とするとより好ましい。
又、条件（１）の下限値を０．００５とすると、各レンズ群の移動量のバランスがよくなる。
【００１４】
前記本発明の第１の構成のズームレンズにおいて、正の屈折力の第４レンズ群を物体側から順に両凹負レンズと正レンズとを接合した負の接合レンズと正レンズの２群３枚構成にすることが好ましい。
【００１５】
このように、第４レンズ群を前記の通りの２群３枚構成にすることにより、第３レンズ群の変倍作用の一部を負担したときの第４レンズ群の収差発生量を少なくし、また第４レンズ群の移動量を少なくしたまま諸収差を良好に補正するためには、負レンズ１枚と正レンズ２枚が必要になり、そのうちの物体側の負レンズと正レンズとを接合することにより、製造誤差によるレンズ系の性能への悪影響を小さくすることができ、フォーカシングによる収差変動も少なくし得る。
【００１６】
以上の理由から、第４レンズ群は、前述の通りの両凹レンズと正レンズの接合レンズと正レンズよりなる２群３枚構成にすることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のズームレンズにおいて、第４レンズ群を前述の通りの２群３枚構成にした時、下記条件（２）を満足することが望ましい。
（２） ０．２４＜｜ｆ４ｎ／ｆ４｜＜０．３３
ただし、ｆ４ｎは第４レンズ群の両凹レンズの単体での焦点距離、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離である。
【００１８】
条件（２）において上限の０．３３を超えると負レンズのパワーが弱くなり色収差の補正が困難であり、また条件（２）の下限の０．２４を超えると負レンズのパワーが強くなりすぎ色収差やその他の諸収差の発生が大になる。
【００１９】
また、この条件（２）を満足すれば、フォーカシングによる収差変動を小さくできる。
更には条件（２）の上限値を０．３１とするとより好ましい。
又、条件（２）の下限値を０．２７とするとより好ましい。
【００２０】
本発明の第２の構成のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間を変化させることにより変倍を行い、明るさ絞りが第１，第２レンズ群の間、第２，第３レンズ群の間、第３，第４レンズ群の間のいずれかのレンズ群間に配置されており、広角端から望遠端への変倍の際、第１レンズ群と明るさ絞りとが固定であり、第２，第３，第４レンズ群の四つのレンズ群が光軸上を移動するレンズ系で、広角端から望遠端にかけての変倍時第２レンズ群が常に像側へ移動し、第３レンズ群が常に物体側へ移動するもので、第４レンズ群は物体側から順に両凹負レンズと正レンズを貼り合わせた接合レンズと正レンズとよりなる２群３枚構成であり、前記の条件（２）を満足するレンズ系である。
【００２１】
本発明のズームレンズは、前述のように第３レンズ群に変倍作用と像面位置の補正作用を負担させるようにした。そのため発生する収差を補正するためには、第４レンズ群に負レンズ１枚と正レンズ２枚が必要になる。
【００２２】
前記第２の構成では、正の第４レンズ群を物体側から順に、両凹負レンズと正レンズとを接合した接合レンズと正レンズよりなる２群３枚構成にして、第３レンズ群にて発生する収差を補正するようにした。また、負レンズと正レンズとを接合することにより、製造誤差による光学性能に及ぼす影響を少なくした。
【００２３】
また、この第２の構成において、第４レンズ群による収差補正作用を大にするために条件（２）を満足するようにした。
【００２４】
前述の通り、この条件（２）の上限の０．３３を超えると負のパワーが弱くなり色収差を十分良好に補正し得ない。又条件（２）の下限の０．２４を超えると負レンズのパワーが強くなりすぎて色収差や他の諸収差が発生する。
【００２５】
また、この条件（２）を満足するようにすれば、フォーカシングの際の収差変動を小さくすることができる。
条件（２）の上限値を０．３１としてもよい。又、下限値を０．２７としてもよい。
【００２６】
本発明の第１、第２の構成のズームレンズは、第３レンズ群を少なくとも１枚の正レンズと最も像側に配置されていて像側に凹面を向けた負レンズを含んだ構成にすると、射出瞳を遠くにすることができ好ましい。
本発明の第３の構成のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群とよりなり、各レンズ群間の間隔を変化させることにより変倍を行い、明るさ絞りが第１，第２レンズ群の間、第２，第３レンズ群の間、第３，第４レンズ群の間のいずれかのレンズ群間に配置されており、広角端から望遠端への変倍の際、第１レンズ群と明るさ絞りとが固定であり、第２，第３，第４レンズ群の四つのレンズ群が光軸上を移動するレンズ系で、広角端から望遠端にかけての変倍時に、第２レンズ群が像側へ常に移動し、第３レンズ群が物体側へ常に移動するもので、正の第３レンズ群Ｇ３が少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズを含んでおり、正の第４レンズ群が、物体側より順に、負の前群と正の後群とよりなり、負の前群が最も物体側の面と最も像側の面が物体側に凸面を向けた形状であり、正の後群が物体側に凸面を向けた単レンズよりなり、下記条件（３）を満足するレンズ系である。
（３） ０．３＜｜ｆ４／ｆ４１｜＜０．６
ただし、ｆ４１は第４レンズ群の前群の焦点距離である。
【００２７】
本発明のズームレンズは、第３レンズ群にも変倍作用を持たせたもので、そのためこの第３レンズ群が正レンズと負レンズとを含んでいないと色収差を補正できない。
【００２８】
また、第４レンズ群を比較的パワーの小さい負の前群と正の単レンズよりなる正の後群とにて構成することにより諸収差特に色収差の発生を抑え変倍全域にわたってまたフォーカシング領域全域にわたって、収差変動を小さくし得る。
【００２９】
また、条件（３）の上限の０．６を超えると負の前群のパワーが強くなりすぎ、色収差や諸収差が発生する。条件（３）の下限の０．３を超えると、負の前群のパワーが弱くなりすぎて色収差を補正できなくなる。
【００３０】
また、第４レンズ群の負の前群の最も物体側の面と最も像側の面を物体側に凸面を向けた形状にすれば、第４レンズ群の製造誤差による悪影響を小さくすることが可能になる。
更に、条件（３）の上限値を０．５３とするとより好ましい。
又、条件（３）の下限値を０．３８とするとより好ましい。
【００３１】
本発明の第３の構成のズームレンズにおいて、第４レンズ群の負の前群をメニスカスレンズ１枚にて構成すればレンズ系の部品点数の削減および小型化に寄与し得るため望ましい。特に負メニスカス単レンズとすればより部品点数の削減に寄与し得る。
【００３２】
また前記の負の前群のメニスカスレンズをメニスカス形状の接合レンズにすれば、この前群における収差補正能力が一層向上するため望ましい。また、接合レンズであれば、この前群での製造誤差によるレンズ系に及ぼす悪影響を少なくできるため好ましい。
【００３３】
本発明の第３の構成のズームレンズにおいて、正の第３レンズ群を最も像側に配置された像側に凹面を向けた負レンズと、少なくとも１枚の正レンズを含む構成にすることが望ましい。
【００３４】
このように第３レンズ群の最も像側に像側に凹面を向けた負レンズを配置することにより射出瞳を遠くすることができるため望ましい。
【００３５】
また、本発明のズームレンズは、この第３レンズ群にも変倍作用を持たせており、したがって、前記最も像側の負レンズの他に少なくとも１枚の正レンズを含むようにし、少なくとも正レンズと負レンズとを配置してこのレンズ群での色収差を良好に補正する必要がある。このように、正レンズと負レンズを配置しないと第３レンズ群での色収差を十分良好に補正することが困難になる。
【００３６】
また、このように第３の構成で、第３レンズ群を最も像側に配置された像側に凹面を向けた負レンズと、この負レンズの他に少なくとも１枚の正レンズを含むようにしたズームレンズの場合も正の第４レンズ群の前群を負のメニスカスレンズ１枚にて構成することが望ましい。またこのメニスカスレンズをメニスカス形状の接合レンズとしてもよい。また、メニスカス単レンズ１枚にて構成してもよい。
【００３７】
本発明のズームレンズつまり前述の第１〜第３の構成のズームレンズは、フォーカシングを第４レンズ群にて行なうのが望ましい。
また、本発明のズームレンズは明るさ絞りを第２レンズ群と第３レンズ群との間に配置すると、光学系全体の小型化と、像側へのテレセントリック性が両立でき好ましい。
以上の構成は変倍比が２．８から６．９のズームレンズに適している。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図１〜４に示す構成で下記データを有する実施例１〜４にもとづいて説明する。尚、実施例１、４は参考例である。
実施例１
ｆ＝5.900 〜10.219〜17.551 ，Ｆナンバー＝2.83〜3.68〜3.99
２ω＝60.6°〜21.3°
ｒ1 ＝60.780 ｄ1 ＝1.00 ｎ1 ＝1.80518 ν1 ＝25.42
ｒ2 ＝22.057 ｄ2 ＝5.46 ｎ2 ＝1.62280 ν2 ＝57.05
ｒ3 ＝-931.750 ｄ3 ＝0.20
ｒ4 ＝25.036 ｄ4 ＝3.16 ｎ3 ＝1.80610 ν3 ＝40.92
ｒ5 ＝100.658 ｄ5 ＝Ｄ1 （可変）
ｒ6 ＝83.957 ｄ6 ＝1.00 ｎ4 ＝1.80440 ν4 ＝39.59
ｒ7 ＝6.667 ｄ7 ＝3.67
ｒ8 ＝-20.662 ｄ8 ＝1.00 ｎ5 ＝1.51633 ν5 ＝64.14
ｒ9 ＝8.622 ｄ9 ＝2.93 ｎ6 ＝1.80518 ν6 ＝25.42
ｒ10＝60.380 ｄ10＝Ｄ2 （可変）
ｒ11＝∞（絞り） ｄ11＝Ｄ3 （可変）
ｒ12＝11.405 ｄ12＝2.95 ｎ7 ＝1.69350 ν7 ＝53.24
ｒ13＝-23.743 （非球面）ｄ13＝0.22
ｒ14＝7.908 ｄ14＝2.62 ｎ8 ＝1.69100 ν8 ＝54.82
ｒ15＝40.704 ｄ15＝1.01 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78
ｒ16＝5.180 ｄ16＝Ｄ4 （可変）
ｒ17＝32.444 ｄ17＝1.00 ｎ10＝1.80440 ν10＝39.59
ｒ18＝8.384 ｄ18＝2.32 ｎ11＝1.49700 ν11＝81.54
ｒ19＝32.662 ｄ19＝0.76
ｒ20＝11.234 ｄ20＝2.82 ｎ12＝1.65844 ν12＝50.88
ｒ21＝-20.977 ｄ21＝Ｄ5 （可変）
ｒ22＝∞ ｄ22＝3.40 ｎ13＝1.51633 ν13＝64.14
ｒ23＝∞ ｄ23＝1.00
ｒ24＝∞（撮像面）
非球面係数
（第１３面）Ｋ＝-4.537 ，Ａ4 ＝1.12339 ×10-4 ，Ａ6 ＝8.46541 ×10-6
Ａ8 ＝-6.78805×10-7 ，Ａ10＝2.00622 ×10-8
ｆ 5.900 10.219 17.551
Ｄ1 1.03 4.60 9.50
Ｄ2 14.42 10.85 5.95
Ｄ3 5.76 2.45 0.43
Ｄ4 3.06 6.43 6.17
Ｄ5 1.25 1.19 3.45
ｔ３＝5.306 ，ｔ４＝2.203 ，ｔ４／ｔ３＝2.203 ／5.306 ＝0.415
ｆ４＝15.686 ，ｆ４１＝-37.535
｜ｆ４／ｆ４１｜＝｜15.686／-37.535 ｜＝0.418 ，変倍比 2.97
撮像素子の画素ピッチ ３．２μｍ〜４．２μｍ
【００３９】
【００４２】
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、明るさ絞りＳは第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間に配置されている。
【００４３】
第１レンズ群Ｇ１と絞りＳは変倍中固定であり、また広角端から望遠端への変倍の際に第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は像側から物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は図１に示すように光軸上を移動する。
【００４４】
この実施例１のレンズ系は、第１レンズ群Ｇ１が正の接合レンズと正レンズとよりなり、第２レンズ群Ｇ２が負レンズと負の接合レンズとよりなる。
【００４５】
また、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負レンズよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負の接合レンズと正レンズの２群３枚よりなる。
【００４６】
この実施例は、第３の構成のズームレンズで、第４レンズ群が負の前群Ｇ４１と正の後群Ｇ４２よりなり負の前群Ｇ４１が最も物体側の面（ｒ17）と最も像側の面（ｒ19）とが物体側に凸のメニスカス形状の接合レンズからなり、正の後群Ｇ４２が正レンズ１枚よりなる。
【００４７】
この実施例１は条件（３）を満足する。
【００４８】
実施例２は、図２に示す通りの構成であって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２は実施例１と同様のレンズ構成であるが、第３レンズ群Ｇ３が正レンズと負レンズのみからなり、第４レンズ群Ｇ４が両凹負レンズと正レンズの接合レンズと正レンズの２群３枚構成である点で実施例１と相違する。
【００４９】
この実施例２は条件（１）、（２）を満足する。
【００５０】
実施例３は、図３に示すような構成のズームレンズで、実施例２と類似の構成のレンズ系である。
【００５１】
この実施例３も条件（１）、（２）を満足する。
【００５２】
これら実施例２、３は第１及び第２の構成のズームレンズである。
【００５３】
実施例４は図４に示す構成であって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とは他の実施例と類似の構成である。また第３レンズ群Ｇ３は、２枚の正レンズと１枚の負レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負レンズと正レンズとよりなる。
【００５４】
つまり、この実施例４は第１、第３の構成のレンズ系であって、第３レンズ群Ｇ３は少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとよりなり、第４レンズ群Ｇ４は負の前群Ｇ４１と正の後群Ｇ４２とよりなり、負の前群Ｇ４１が最も物体側と最も像側の面が物体側に凸のメニスカス単レンズであり、正の後群Ｇ４２が正レンズよりなる。
【００５５】
この実施例４は条件（１）、（３）を満足する。
【００５６】
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。
【００５７】
また、各実施例の断面図を示す図１〜図４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。尚図中Ｆはローパスフィルターや不要波長域を制限するフィルターである。
【００５８】
また図５は実施例１の収差図であり、この図のように諸収差は良好に補正されている。
【００５９】
また、他の実施例２〜４も実施例１と同様の収差状況で諸収差は良好に補正されている。
【００６０】
本発明のズームレンズは、以上述べたような構成であって、特許請求の範囲に記載したレンズ系のほか、次の各項に記載する構成のレンズ系も本発明の目的を達成し得る。
【００６１】
（１）特許請求の範囲の請求項５に記載するレンズ系で、第４レンズ群の前群が負の屈折力を有するメニスカス単レンズであることを特徴とするズームレンズ。
【００６２】
（２）特許請求の範囲の請求項５に記載するレンズ系であって、第４レンズ群の前群が負の屈折力を有するメニスカス形状の接合レンズであることを特徴とするズームレンズ。
【００６３】
（３）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）又は（２）の項に記載するレンズ系で、第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズと最も像側に配置されていて像側に凹面を向けた負レンズとを含むことを特徴とするズームレンズ。
【００６４】
（４）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）又は（３）の項に記載するレンズ系で、第４レンズ群を光軸上を移動させることにより近接物点に合焦するようにしたことを特徴とするズームレンズ。
【００６５】
（５）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）又は（４）の項に記載するレンズ系で、変倍比が２．８から６．９であることを特徴とするズームレンズ。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、少ないレンズ枚数で、フォーカシングも含め良好な光学性能で小型で低コストなカムコーダーやデジタルカメラ等に適したズームレンズを実現し得る。
【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１の広角端における収差曲線図
【図６】本発明の実施例２の望遠端における収差曲線図
Claims (4)
- 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、各レンズ群間の間隔を変化させることにより変倍を行ない、各レンズ群間のいずれかの空気間隔中に明るさ絞りを配置したレンズ系で、広角端から望遠端へかけての変倍の際、第１レンズ群と明るさ絞りが固定であり、第２レンズ群が光軸上を常に物体側から像側へ移動し、第３レンズ群が光軸上を常に像側から物体側へ移動し、第４レンズ群が光軸上を移動し、前記第４レンズ群が、物体側から順に、両凹負レンズと正レンズとからなる負の屈折力を有する接合レンズと正レンズとよりなる２群３枚構成であり、下記条件（１）、（２）を満足するズームレンズ。
（１） ０≦ｔ４／ｔ３＜０．２
（２） ０．２４＜｜ｆ４ｎ／ｆ４｜＜０．３３
ただし、ｔ３，ｔ４は夫々第３レンズ群および第４レンズ群の広角端と望遠端の移動量の絶対値、ｆ４は第４レンズ群の焦点距離、ｆ４ｎは第４レンズ群の接合レンズの両凹レンズ単体での焦点距離である。 - 前記第３レンズ群が少なくとも１枚の正レンズと最も像側に配置されていて像側に凹面を向けた負レンズとを含むことを特徴とする請求項１のズームレンズ。
- 前記第４レンズ群を光軸上を移動させることにより近接物点に合焦するようにしたことを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
- 変倍比が２．８から６．９であることを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項のズームレンズ。
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