JP2005292524A - ズームレンズおよび撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】 小型軽量で高倍率を有し、かつ高い光学性能を有するズームレンズを実現する。
【解決手段】 物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第1レンズユニットＬ１と、変倍のために移動する第２レンズユニットＬ２と、変倍に伴う像面変動を補正するために移動する第３レンズユニットＬ３と、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第４レンズユニットＬ４とを有する。第1レンズユニットは、物体側から順に、正の光学パワーを有する第１レンズサブユニットＬ１ａと、負の光学パワーを有する第２レンズサブユニットＬ１ｂとを有する。焦点調節に際して、第１および第２レンズサブユニットのうち一方が移動し、かつ以下の条件を満たす。
−２．５＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜−０．６ ， ０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８
但し、ｆ１は第１レンズユニットの焦点距離、ｆ１ａは第１レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ｂは第２レンズサブユニットの焦点距離、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、テレビカメラおよびビデオカメラ等の撮影装置に使用されるズームレンズに関するものである。

上記のようなズームレンズには、物体側から順に、焦点調節用の正の屈折力を有する第1レンズユニット、変倍用の負の屈折力を有する第2レンズユニット、変倍に伴う像面変動補正用の正又は負の屈折力を有する第3レンズユニットおよび結像用の正の屈折力を有する第4レンズユニットを有する４ユニット構成のズームレンズや、第３レンズユニットに像面変動補正作用と結像作用を持たせた３ユニット構成のズームレンズがある。

このようなズームレンズのうち特に望遠タイプのズームレンズとして、特許文献１〜３には、望遠端の画角2ωが２．０°以下で変倍比が１．５〜３倍程度のものが開示されている。また、テレビカメラ用として、望遠端の画角2ωが２．０°以下で変倍比が４０倍程度の超望遠タイプのズームレンズが開示されている。
特開平５−３０３０３５号公報（段落００１５、図１等） 特開平１０−９０５９９号公報（段落００２４〜００２５、図１，４，７等） 特開２００１−１０００９９号公報（段落００４６〜００４９、図２７等）

テレビの自然番組等の撮影において、屋外で動物や鳥などを遠距離から撮影する場合には、高変倍比（例えば、５倍以上の高倍率で、かつ画角が２度以下〈２／３型ＣＣＤ換算で焦点距離が３３０ｍｍ以上〉）であり、高い光学性能を有するズームレンズが要望されている。また、このような撮影においては、カメラを肩に担いで使用する場合も多いため、より小型軽量で携帯性に優れたズームレンズが要望されている。

ここで、４ユニット構成のズームレンズにおいて以下の式が成り立つ。

但し、ｆｗ，ｆＴはそれぞれ、広角端、望遠端でのズームレンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズユニットの焦点距離、Ｚは変倍比、βｉｗ，βｉＴはそれぞれ、広角端、望遠端での第ｉレンズユニットの結像倍率、β４は第４レンズユニットの結像倍率である。なお、第４レンズユニットは変倍中固定であるため、β4は変倍中一定となる。

（ａ−２）式より、望遠化を実現するためには、第１レンズユニットの焦点距離ｆ１を大きくするか、第２レンズユニットから第４レンズユニットの望遠端におけるの結像倍率β２Ｔ，β３Ｔ，β４を大きくすればよい。

しかしながら、β２Ｔ，β３Ｔ，β４を大きくすると、第１レンズユニットにて発生する球面収差や軸上色収差が結像倍率の２乗に比例して拡大されるため、第１レンズユニットの焦点距離ｆ１を大きくする方が、特に望遠端の光学性能で有利になってくる。なお、３ユニット構成のズームレンズにも、β４を除けば、（ａ−１）〜（ａ−３）式を適用できる。
図１８には、４ユニット構成のズームレンズにおける、第１レンズユニットと第２レンズユニットの概念図を示す。この図において、Ｌ１は変倍中固定で正の屈折力を有する第１レンズユニット、Ｌ２は変倍に際して像面側に移動する第２レンズユニット、Ｎは第１レンズユニットＬ１の像点、すなわち第２レンズユニットＬ２の見かけの物点を示している。ｆ１、ｆ２はそれぞれ、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の焦点距離、ｅ１ｗ，ｅ１Ｔはそれぞれ、広角端、望遠端における第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔、ｍｖは第２レンズユニットＬ２の広角端から望遠端までの移動量である。

高倍率化を実現するためには、（ａ−３）式より、第２および第３レンズユニットＬ２，Ｌ３の広角端、望遠端での結像倍率の比を大きくする必要がある。特に、変倍比に大きく寄与する第２レンズユニットＬ２の結像倍率β２の変化に着目すると、以下の式のようになる。

（ｂ−３）式より、高倍率化の条件としては、
・ 第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の焦点距離ｆ１，ｆ２が小さいこと
・ 第２レンズユニットＬ２の移動量ｍｖが大きいこと
・ 広角端での第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗが大きいこと
が挙げられる。

しかしながら、第１レンズユニットＬ１の焦点距離ｆ１を小さくすると、第２レンズユニット以降のレンズユニットの結像倍率を大きくする必要があるために、球面収差や軸上色収差が増大し、光学性能が低下してしまう。また、第２レンズユニットＬ２の焦点距離ｆ２を小さくすると、変倍に伴う諸収差の変動が増大し、光学性能が低下してしまう。

さらに、第２レンズユニットＬ２の移動量ｍｖを大きくすると、該第２レンズユニットＬ２の移動に必要なスペースが大きくなり、レンズ全長が増大してしまう。また、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗを大きくすると、高倍率化には有利であるが、広角端で第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２間に大きなスペースが生じてしまい、レンズ全長や前玉径が増大してしまう。

したがって、小型軽量で高倍率・高性能なズームレンズを達成するためには、仕様に応じて上記ｆ１，ｆ２、ｍｖ、ｅ１ｗ等のパラメータを適切な範囲に設定することが重要である。また、第１レンズユニットＬ１と第２レンズユニットＬ２の主点間隔ｅ１が高倍率化やレンズ全長・前玉径に大きく影響を与えることから、特に第１レンズユニットＬ１の主点位置を適切に設定することが重要となってくる。

特許文献１に開示のズームレンズでは、第１レンズユニットＬ１の焦点距離ｆ１が６００ｍｍ〜９００ｍｍ程度、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗが４５０〜７００ｍｍ程度、第２レンズユニットＬ２の移動量ｍｖが１０〜１５ｍｍ程度である。また、特許文献２にて開示のズームレンズでは、第１レンズユニットＬ１の焦点距離ｆ１が２３５ｍｍ程度、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗが１１０ｍｍ程度、第２レンズユニットＬ２の移動量ｍｖが４５ｍｍ程度である。そして、これらのズームレンズでは、（ｂ−３）式より、ともにｆ１−ｅ１ｗに比べてｍｖが小さいため、変倍比が１．５倍〜３倍程度と小さく、高倍率化の要望を満たすことができない。

また、特許文献３にて開示のズームレンズでは、変倍比が４０倍以上であるが、第２レンズユニットＬ２の移動量ｍｖが１００ｍｍ〜１２０ｍｍ程度と大きいために、レンズ全長が４００ｍｍ程度、前玉径が１８０ｍｍ程度と大型化してしまう。

そこで本発明は、第１レンズユニットの光学配置を適切に設定することにより、小型軽量で高倍率を有し、かつ高い光学性能を有するズームレンズを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、１つの観点としての本発明は、物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第1レンズユニットと、変倍のために移動する第２レンズユニットと、変倍に伴う像面変動を補正するために移動する第３レンズユニットと、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第４レンズユニットとを有するズームレンズにおいて、第1レンズユニットは、物体側から順に、正の光学パワーを有する第１レンズサブユニットと、負の光学パワーを有する第２レンズサブユニットとを有する。そして、焦点調節に際して、第１および第２レンズサブユニットのうち一方が移動し、かつ以下の条件を満たすことを特徴とするズームレンズ。

−２．５＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜−０．６
０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８
但し、ｆ１は第１レンズユニットの焦点距離、ｆ１ａは第１レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ｂは第２レンズサブユニットの焦点距離、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。

本発明によれば、第１レンズユニットの第１レンズサブユニットおよび第２レンズサブユニットの光学パワー配置を適切に設定することにより、高倍率であっても、小型軽量で高い光学性能を有するズームレンズを実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。ここではまず、後述する図１，図５，図９および図１３に示す実施例（数値例）１〜４における共通事項について説明する。実施例１〜４は、望遠端での画角2ωが２．０°以下で、変倍比が５倍程度以上で、広角端での口径比が３．０以下の、大口径、高倍率、高性能な望遠ズームレンズの実施例である。

各実施例のズームレンズは、物体側（図中の左側）から順に、変倍中に固定される光学パワー（焦点距離の逆数）として正の屈折力を有する第1レンズユニットＬ１と、変倍のために移動する第２レンズユニットＬ２と、絞りＳＰと、変倍に伴う像面変動を補正するために移動する第３レンズユニットＬ３と、変倍中に固定される正の屈折力を有する第４レンズユニットＬ４とにより構成されている。

ここで、第1レンズユニットＬ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１ａレンズサブユニット（第１レンズサブユニット）Ｌ１ａと、負の屈折力を有する第１ｂレンズサブユニット（第２レンズサブユニット）により構成されている。焦点調節に際しては、第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂのうち一方が移動する。

そして、該ズームレンズは、以下の条件を満たす。

−２．５＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜−０．６ …（１）
０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８ …（２）
但し、ｆ１は第１レンズユニットＬ１の焦点距離、ｆ１ａは第１ａレンズサブユニットＬ１ａの焦点距離、ｆ１ｂは第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの焦点距離、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。

また、以下の条件も満たすとよい。

３０＜ｆＴ／Ｌｄ …（３）
５＜Ｚ …（４）
但し、Ｌｄは該ズームレンズにより形成される有効画面の対角長、Ｚは該ズームレンズのズーム比である。

さらに、以下の条件を満たすとよい。

０．３＜Ｋ＜０．９５ …（５）
但し、Ｋは第１レンズユニットの焦点距離に対する第１レンズサブユニットから第１レンズユニットの後側焦点位置までの距離の比である。

第１レンズサブユニットＬ１ａが、少なくとも２枚の正レンズエレメントと少なくとも１枚の負レンズエレメントを有する場合には、以下の条件を満たすとよい。

ν_ａｐ−ν_ａｎ＞３０ …（６）
但し、ν_ａｐは前記第１レンズサブユニットに含まれる前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、ν_ａｎは第１レンズサブユニットに含まれる前記負レンズのアッベ数の平均値である。

また、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂが、少なくとも１枚の正レンズエレメントと少なくとも１枚の負レンズエレメントで構成されている場合には、以下の条件を満たすとよい。

ν_ｂｎ−ν_ｂｐ＞５ …（７）
但し、ν_ｂｐは第２レンズサブユニットに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、ν_ｂｎは第２レンズサブユニットに含まれる負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。

条件式（１）〜（４）は、ズームレンズの小型軽量化、高倍率化および高性能化を実現するための条件を規定している。ここで、各実施例における広角端での第１レンズユニットＬ１の構成および配置について図１７を用いて説明する。

Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２〜Ｌ４は前述した通りである。なお、ここでは、第２レンズユニットＬ２は負の屈折力を有するものとして説明する。Ｎは第１レンズユニットＬ１の像点、すなわち第２レンズユニットＬ２の見かけの物点を示している。第１ａレンズサブユニットＬ１ａと第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの合成焦点距離（第１レンズユニットＬ１の焦点距離）をｆ１とすれと、図１８に示したズームレンズの広角端での近軸的な配置と等価である。

図１７のように、第１レンズユニットＬ１を、正の屈折力を有する第１ａレンズサブユニットＬ１ａと、負の屈折力を有する第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂとに分割し、いわゆるテレフォト構成を採ることにより、第１レンズユニットＬ１の望遠比、すなわち第１レンズユニットＬ１の焦点距離に対する、第１ａレンズサブユニットＬ１ａから第１レンズユニットＬ１の後側焦点位置までの距離の比を小さくすることができる。これにより、第１および第２レンズユニットＬ１，Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗを広げ、高倍率化する場合でも、無駄なデッドスペースが小さくなり、高倍率化と小型軽量化を両立することができる。

第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂの焦点距離をそれぞれｆ１ａ，ｆ１ｂとし、第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂの主点間隔をｅ１’とし、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの結像倍率をβ１ｂとし、第１レンズユニットＬ１の望遠比をＫとすると、以下の式が成り立つ。

第１レンズユニットＬ１の望遠比Ｋの値を小さくするように第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂの焦点距離ｆ１ａ，ｆ１ｂを適切に設定すれば、ズームレンズの小型軽量化が達成できる。また、第１レンズユニットＬ１を第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂに分割したことにより、収差補正の自由度が増え、高性能化も実現できる。さらに、第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂの一方を移動させて焦点調節することにより、フォーカスレンズユニットの重量を低減し、駆動力の低減を図ることができる。

条件式（１）は、第１ａレンズサブユニットＬ１ａの焦点距離と第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの焦点距離との比を規定する。条件式（１）式の下限値を下回ると、第１レンズユニットＬ１の望遠比Ｋが大きくなり、コンパクト化ができないため、好ましくない。

条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズユニットＬ１の望遠比Ｋが小さくなりコンパクト化ができるが、（ｃ−２）式、（ｃ−３）式より、Ｋが小さくなると、第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，Ｌ１ｂの焦点距離が小さくなるため、ともに屈折力が強くなりすぎる。このため、高次の収差が発生し、補正が困難となる。特に、望遠側における軸上色収差や高次の球面収差が大きくなり、他のレンズユニットで補正することも困難となる。また、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂでの負の発散性が強くなりすぎるため、第１ａレンズサブユニットＬ１ａに入射する軸外光線の高さが高くなり、周辺光量を確保するためには第１ａレンズサブユニットＬ１ａの径を大型化する必要がある。

また、第１ａレンズサブユニットＬ１ａを移動させて焦点調節を行う場合には、該、第１ａレンズサブユニットＬ１ａは、有限距離への合焦において物体側に繰り出すため、さらに第１ａレンズサブユニットＬ１ａの有効径を大きくする必要があり、好ましくない。

一方、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂを移動させて焦点調節を行う場合には、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの屈折力が強くなりすぎ、焦点調節による諸収差の変動、特に望遠端での球面収差や軸上色収差の変動が大きくなり、他のレンズユニットでも補正しきれないため、好ましくない。

なお、条件式（１）の下限値を−２．０とし、上限値を−０．７とすれば、より好ましい効果が得られる。

条件式（２）は、望遠端の焦点距離に対する第１レンズユニットＬ１の焦点距離を規定する。条件式（２）の下限値を超えて第１レンズユニットＬ１の焦点距離を小さくすると、高倍率化には有利であるが、望遠化が困難となる。このため、望遠端での所望の焦点距離を実現するためには、変倍比を大きくするか、第２レンズユニット以降のレンズユニットの結像倍率を大きくしなければならず、全ての変倍範囲にわたって諸収差を良好に補正することが困難となり、好ましくない。

また、条件式（２）の上限値を超えて第１レンズユニットＬ１の焦点距離を大きくすると、望遠化は容易であるが、第２レンズユニットＬ２の見かけの物点位置が遠ざかり、高倍率化のために第２レンズユニットＬ２の像面側への移動量が増大し、レンズ全長が長くなってしまうため、好ましくない。

なお、条件式（２）の下限値を０．２５とし、上限値を０．７とすれば、より好ましい効果が得られる。

条件式（３），（４）は、条件式（１），（２）が、特に有効に適用されるズームレンズの仕様を規定している。本実施例のズームレンズは、前述したように、望遠端の画角２ωが２．０°以下であり、変倍比が５倍以上のズームレンズであり、条件式（３），（４）式の下限値を下回ると、小型軽量かつ高性能であっても、十分に高倍率なズームレンズと言うことが難しくなる。

なお、条件式（３），（４）の上限値としては、実現可能性から考えて、いずれも２００前後が好ましい。

条件式（５）は、第１レンズユニットＬ１の焦点距離に対する、第１ａレンズサブユニットＬ１ａから第１レンズユニットＬ１の後側焦点位置までの距離の比（以下、第１レンズユニットＬ１の望遠比と略す）を規定するものである。条件式（５）の上限値を上回る場合、ズームレンズの小型軽量化が困難となり、下限値を下回ると、第１ａおよび第１ｂレンズサブユニットＬ１ａ，ｌ１ｂともにパワーが強くなりすぎ、高性能化が難しくなるので、好ましくない。

条件式（６）は、望遠端での軸上色収差を良好に補正できる条件を規定している。本実施例のズームレンズは焦点距離が比較的長いため、望遠側の軸上色収差が問題となる。特に、第１レンズユニットＬ１の望遠比を小さくして小型軽量化を行うと、前述した（ｃ−１）〜（ｃ−３）式により、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの結像倍率β１ｂが大きくなる。第１ａレンズサブユニットＬ１ａにて発生する軸上色収差は第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂの結像倍率β１ｂの２乗倍されるため、第１ａレンズサブユニットＬ１ａにおいて色収差を良好に補正することが必要となる。

特に、望遠端での画角が２．０°を下回るようなズームレンズにおいては、第１ａレンズサブユニットＬ１ａを正レンズエレメントと負レンズエレメントの１枚ずつで構成したのでは、色収差を十分補正しきれない。このため、第１ａレンズサブユニットＬ１ａに含まれる正レンズエレメントを少なくとも２枚とし、かつ分散の小さい材料を選択することにより、望遠端での軸上色収差を良好に補正できようになる。

そこで、望遠端の軸上色収差の補正するため、条件式（６）は、第１ａレンズサブユニットＬ１ａに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値と負レンズエレメントのアッベ数の平均値との差の下限値を規定する。条件式（６）下限値を下回ると、望遠端において第１ａレンズサブユニットＬ１ａにて発生する軸上色収差が大きくなり、他のレンズユニットで補正することが困難となるため、好ましくない。また、色収差補正のために、レンズエレメントの枚数が増加したり、さらに第１ａレンズサブユニットＬ１ａ内の各レンズエレメントの曲率が強くなって他の収差が増大したりするばかりでなく、中心厚やコバ厚を確保するために各レンズエレメントが大きくなるため、好ましくない。さらに、第１ａレンズサブユニットＬ１ａが焦点調節の際に物体側に繰り出す場合、焦点調節による軸上色収差の変動が大きくなるため、好ましくない。

条件式（７）も、望遠端での軸上色収差を良好に補正できる条件を規定している。また、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂを移動させて焦点調節を行うときに、焦点調節による望遠端での軸上色収差の変動を抑制する条件でもある。より具体的には、条件式（７）は、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値と、負レンズエレメントのアッベ数の平均値との差の下限値を規定している。条件式（７）の下限値を下回ると、特に望遠端において第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂにて発生する軸上色収差が大きくなり、他のレンズユニットで補正することが困難となるため、好ましくない。また、色収差補正のために、レンズエレメントの枚数が増加したり、第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂ内の各レンズエレメントの曲率が強くなって他の収差が増大したりするばかりでなく、中心厚やコバ厚を確保するために各レンエレメントズが大きくなるため、好ましくない。さらに第１ｂレンズサブユニットＬ１ｂ群が焦点調節の際に物体側に繰り出す場合、焦点調節による軸上色収差の変動が大きくなるため、好ましくない。

また、本実施例のズームレンズにおいて、第４レンズユニットＬ４内に形成された空間Ｓに対して、図１に示すように、焦点距離変換光学系（エクステンダ）ＥＸを挿抜可能としてもよい。

図１は、本発明の実施例１（数値例１）であるズームレンズの広角端、フォーカス無限遠時における断面図である。また、図２〜４はそれぞれ、本数値例１の広角端、中間位置ｆ＝２８４．４ｍｍおよび望遠端での収差図である。なお、各収差図において、ｅはｅ線の収差を、ｇはｇ線の収差をそれぞれ示している。また、Ｓはサジタル像面の収差を、Ｍはメリディオナル像面の収差をそれぞれ示す（このことは他の数値例の収差図でも同様である）。

図１において、Ｌ１は第１レンズユニットとしての正の屈折力を有するフォーカスレンズユニット（前玉レンズユニット）である。Ｌ２は第２レンズユニットとしての変倍用の負の屈折力を有するバリエータレンズユニットであり、光軸上を像面側へ単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。Ｌ３は第３レンズユニットとしての負の屈折力を有するコンペンセータレンズユニットであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を描くように非直線的に移動する。バリエータレンズユニットＬ２とコンペンセータレンズユニットＬ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズユニットとしての正の屈折力を有する固定のリレーレンズユニットである。Ｂは色分解プリズムや光学フィルター等を示すガラスブロックである。

ここで、フォーカスレンズユニットＬ１は、物体側から順に、正の部分系（第１ａレンズサブユニット）Ｌ１ａおよび負の部分系（第１ｂレンズサブユニット）Ｌ１ｂで構成されており、正の部分系Ｌ１ａは３枚の正レンズエレメントと、１枚の負レンズエレメントとで構成されている。また、負の部分系Ｌ１ｂは１枚の正レンズエレメントと１枚の負レンズエレメントとを貼り合せて構成している。

本実施例は、望遠端の焦点距離が４０２ｍｍ、バリエータレンズユニットＬ２の広角端と望遠端との間の移動量が７６．５６ｍｍ、変倍比が１３．４倍であり、超望遠化、高倍率化を実現している。本実施例における条件式（１），（２）の値はそれぞれ、
（１）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝−１．７
（２）ｆ１／ｆＴ＝０．４４
で、各条件を満たしており、小型軽量化を実現している。

また、条件式（６），（７）の値はそれぞれ、
（６）ν_ａｐ−ν_ａｎ ＝４９．３１
（７）ν_ｂｎ−ν_ｂｐ ＝ ５．７９
であり、各条件を満たしており、望遠端での軸上色収差を良好に補正している。

また、本実施例において、正の部分系Ｌ１ａは焦点調節の際に固定であり、負の部分系Ｌ１ｂは焦点調節の際、光軸方向に移動する。すなわち、本実施例のズームレンズは、所謂インナーフォーカス方式を採用している。但し、正の部分系Ｌ１ａにて焦点調節を行うことも可能である。

なお、本実施例においては、像面変動の補正を行うコンペンセータレンズユニットＬ３は負の屈折力を有しているが、正の屈折力を有することも可能である。

本実施例（数値例）におけるレンズ構成データを表１に示す。ｆはズームレンズ全系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ω（表にはｗと記す）は半画角である。また、ｒｉは物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉはｉ番目とｉ＋１番目のレンズ面間の間隔（空気間隔を含む）、ｎｉ，νｉ（表にはｖｉと記す）はそれぞれ、ｉ番目のレンズエレメントの材料の屈折率とアッベ数である。また、ｒｉにおいて、０．０００は∞を意味する。これらの表記の意味は、後述する各数値例（表２〜４）においても同じである。

図５は、本発明の実施例２（数値例２）であるズームレンズの広角端、フォーカス無限遠時における断面図である。また、図６〜８はそれぞれ、本数値例２の広角端、中間位置ｆ＝１５８．１ｍｍおよび望遠端での収差図である。

図５において、Ｌ１は第１レンズユニットとしての正の屈折力を有するフォーカスレンズユニット（前玉レンズユニット）である。Ｌ２は第２レンズユニットとしての変倍用の負の屈折力を有するバリエータレンズユニットであり、光軸上を像面側へ単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。Ｌ３は負の屈折力を有するコンペンセータレンズユニットであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を描くように非直線的に移動する。バリエータレンズユニットＬ２とコンペンセータレンズユニットＬ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズユニットとしての正の屈折力を有する固定のリレーレンズユニットである。Ｂは色分解プリズムや光学フィルター等を示すガラスブロックである。

ここで、フォーカスレンズユニットＬ１は、物体側から順に、正の部分系（第１ａレンズサブユニット）Ｌ１ａおよび負の部分系（第１ｂレンズサブユニット）Ｌ１ｂで構成されている。正の部分系Ｌ１ａは、４枚の正レンズエレメントと、１枚の負レンズエレメントで構成されている。また、負の部分系Ｌ１ｂは、１枚の正レンズエレメントと１枚の負レンズエレメントを貼り合せて構成されている。

本実施例は、望遠端の焦点距離が５００ｍｍ、バリエータレンズユニットＬ２の広角端と望遠端との間での移動量が６０．３２ｍｍ、変倍比が１０倍であり、超望遠化、高倍率化を実現している。

本実施例における条件式（１），（２）の値は、
（１）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝−０．７９４
（２）ｆ１／ｆＴ＝０．４８
で各条件を満たしており、小型軽量化を実現している。

また、条件式（６），（７）の値は、
（６）ν_ａｐ−ν_ａｎ ＝５２．５８
（７）ν_ｂｎ−ν_ｂｐ ＝１８．７８
で各条件を満たしており、望遠端での軸上色収差を良好に補正している。

また、本実施例において、正の部分系Ｌ１ａは焦点調節の際に固定であり、負の部分系Ｌ１ｂは焦点調節の際、光軸方向に移動する。すなわち、本実施例のズームレンズは、所謂インナーフォーカス方式を採用している。但し、正の部分系Ｌ１ａにて焦点調節を行うことも可能である。

なお、本実施例においては、像面変動の補正をするコンペンセータレンズユニットＬ３は、負の屈折力を有しているが、正の屈折力を有することも可能である。

本実施例（数値例）におけるレンズ構成データを表２に示す。

（数値例２）

図９は、本発明の実施例３（数値例３）のズームレンズの広角端、フォーカス無限遠時における断面図である。図１０〜１２はそれぞれ、数値例３の広角端、中間位置ｆ＝１８３．０ｍｍおよび望遠端での収差図である。

図９において、Ｌ１は第１レンズユニットとしての正の屈折力を有するフォーカスレンズユニット（前玉レンズユニット）である。Ｌ２は第２レンズユニットとしての変倍用の負の屈折力を有するバリエータレンズユニットであり、光軸上を像面側に単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。Ｌ３は負の屈折力を有するコンペンセータレンズユニットであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を描くように非直線的に移動する。バリエータレンズユニットＬ２とコンペンセータレンズユニットＬ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズユニットとしての正の屈折力を有する固定のリレーレンズユニットである。Ｂは色分解プリズムや光学フィルター等を示すガラスブロックである。

ここで、フォーカスレンズユニットＬ１は、物体側から順に、正の部分系（第１ａレンズサブユニット）Ｌ１ａおよび負の部分系（第１ｂレンズサブユニット）Ｌ１ｂで構成されている。正の部分系Ｌ１ａは、４枚の正レンズエレメントと、１枚の負レンズエレメントで構成されている。また、負の部分系Ｌ１ｂは、１枚の正レンズエレメントと１枚の負レンズエレメントを貼り合せて構成されている。

本実施例は、望遠端の焦点距離が６７０ｍｍ、バリエータレンズユニットＬ２の広角端と望遠端との間での移動量が７１．５２ｍｍ、変倍比が１３．４倍であり、超望遠化、高倍率化を実現している。

本実施例における条件式（１），（２）の値は、
（１）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝−０．７９４
（２）ｆ１／ｆＴ＝０．３００
で各条件を満たしており、小型軽量化を実現している。

また、条件式（６），（７）の値は、
（６）ν_ａｐ−ν_ａｎ ＝５６．４４
（７）ν_ｂｎ−ν_ｂｐ ＝２４．１８
で各条件を満たしており、望遠端での軸上色収差を良好に補正している。

また、本実施例において、正の部分系Ｌ１ａは焦点調節の際に固定であり、負の部分系Ｌ１ｂは焦点調節の際、光軸方向に移動する。すなわち、本実施例のズームレンズは、所謂インナーフォーカス方式を採用している。但し、正の部分系Ｌ１ａにて焦点調節を行うことも可能である。

なお、本実施例においては、像面変動の補正をするコンペンセータレンズユニットＬ３は、負の屈折力を有しているが、正の屈折力を有することも可能である。

本実施例（数値例）におけるレンズ構成データを表３に示す。

図１３は、本発明の実施例４（数値例４）のズームレンズの広角端、フォーカス無限遠時における断面図である。図１４〜１６はそれぞれ、数値例４の広角端、中間位置ｆ＝１８７．６ｍｍおよび望遠端での収差図である。

図１３において、Ｌ１は第１レンズユニットとしての正の屈折力を有するフォーカスレンズユニット（前玉レンズユニット）である。Ｌ２は第２レンズユニットとしての変倍用の負の屈折力を有するバリエータレンズユニットであり、光軸上を像面側に単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。Ｌ３は負の屈折力を有するコンペンセータレンズユニットであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を描くように非直線的に移動する。バリエータレンズユニットＬ２とコンペンセータレンズユニットＬ３とで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｌ４は第４レンズユニットとしての正の屈折力を有する固定のリレーレンズユニットである。Ｂは色分解プリズムや光学フィルター等を示すガラスブロックである。

ここで、フォーカスレンズユニットＬ１は、物体側から順に、正の部分系（第１ａレンズサブユニット）Ｌ１ａおよび負の部分系（第１ｂレンズサブユニット）Ｌ１ｂで構成されている。正の部分系Ｌ１ａは、３枚の正レンズエレメントと、１枚の負レンズエレメントで構成されている。また、負の部分系Ｌ１ｂは、１枚の正レンズエレメントと１枚の負レンズエレメントを貼り合せて構成されている。

本実施例は、望遠端の焦点距離が４４０ｍｍ、バリエータレンズユニットＬ２の広角端と望遠端との間での移動量が５６．０８ｍｍ、変倍比が５．５倍であり、超望遠化、高倍率化を実現している。

本実施例における条件式（１），（２）の値は、
（１）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝−０．７１５
（２）ｆ１／ｆＴ＝０．５７
で各条件を満たしており、小型軽量化を実現している。

また、条件式（６），（７）の値は、
（６）ν_ａｐ−ν_ａｎ ＝４８．８１
（７）ν_ｂｎ−ν_ｂｐ ＝１８．７８
で各条件を満たしており、望遠端での軸上色収差を良好に補正している。

また、本実施例において、正の部分系Ｌ１ａは焦点調節の際に固定であり、負の部分系Ｌ１ｂは焦点調節の際、光軸方向に移動する。すなわち、本実施例のズームレンズは、所謂インナーフォーカス方式を採用している。但し、正の部分系Ｌ１ａにて焦点調節を行うことも可能である。

なお、本実施例においては、像面変動の補正をするコンペンセータレンズユニットＬ３は、負の屈折力を有しているが、正の屈折力を有することも可能である。

本実施例（数値例）におけるレンズ構成データを表４に示す。
てＬ１ａは合焦の際固定であり、Ｌ１ｂは合焦の際、光軸方向に移動する所謂インナーフォーカス方式を採用しているが、前記Ｌ１ａにて合焦をおこなうことも可能である。尚、本実施例においては、像面の補正をするＬ３は負の屈折力を有しているが、正の屈折力とすることも可能である。

表５に、数値例１〜４の条件式（１）〜（７）との対応を示す。

表６に前述の式(a-1)〜(c-3)で使用されたパラメータの各実施例での値を示す。

なお、本実施例のズームレンズは、テレビカメラやビデオカメラ等の撮影装置に交換可能に装着される。次に、本実施例のズームレンズを撮影光学系として用いた撮影システム（テレビカメラシステム）について図１９を用いて説明する。

図１９において、１０１は本実施例のズームレンズ、１１１は撮影装置としてのカメラ、１１７はカメラ１１１にズームレンズ１０１を装着することにより構成される撮影システムである。

ズームレンズ１０１において、１０２はマニュアル操作によりフォーカスレンズユニットとして光軸上を移動する前玉レンズユニット（第１レンズユニット）、１０３ａは変倍のために光軸上を移動するバリエータレンズユニット（第２レンズユニット）、１０３ｂは変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を移動するコンペンセータレンズユニット（第３レンズユニット）、１０４は絞り、１０５は固定のリレーレンズユニット（第４レンズユニット）である。

また、１０９は変倍時に移動するレンズユニット１０３ａ，１０３ｂの光軸上の位置をメカ的に制御し、手動によるズーム操作も可能とするカム等のズーム機構部材である。

カメラ１１１において、１０６は光学フィルタや色分解プリズムに相当するガラスブロック、１０７はズームレンズ１０１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）、１０８はカメラ１１１の制御を司るＣＰＵ等のカメラコントローラである。

１１６はズームレンズ１０１の側面に装着されるドライブユニットである。このドライブユニット１１６には、ズームスイッチ、絞り切換えスイッチ等、各種の操作スイッチが設けられ、ズームレンズ１０１とカメラマンとのインターフェースとなる。ドライブユニット１１６において、１１２は機構部材１０９を駆動してレンズユニット１０３ａ，１０３ｂを移動させ、変倍を行わせるズームアクチュエータ、１１３は絞り１０４を駆動する絞りアクチュエータである。さらに、１１５はドライブユニット１１６の制御を司るＣＰＵ等のドライブユニットコントローラである。

なお、図１９には、ドライブユニットが装着（外付け）されるタイプのズームレンズについて説明したが、本発明は、ドライブユニットの機能が内蔵されたタイプのズームレンズにも適用することができる。また、焦点検出を行い、フォーカスレンズユニット１０２の位置を制御するオートフォーカス機能を搭載してもよい。

また、上記実施例では、レンズユニット又はレンズエレメントの屈折力について説明したが、レンズ面に貼り付ける等した回折光学素子による屈折と等価な光学パワーを有する場合にも、本発明を適用することができる。

本発明の実施例１（数値例１）の広角端におけるレンズ断面図である。 数値例１の広角端における収差図である。 数値例１の焦点距離２８４．４ｍｍにおける収差図である。 数値例１の望遠端における収差図である。 本発明の実施例２（数値例２）の広角端におけるレンズ断面図である。 数値例２の広角端における収差図である。 数値例２の焦点距離１５８．１ｍｍにおける収差図である。 数値例２の望遠端における収差図である。 本発明の実施例３（数値例３）の広角端におけるレンズ断面図である。 数値例３の広角端における収差図である。 数値例３の焦点距離１８３．０ｍｍにおける収差図である。 数値例３の望遠端における収差図である。 本発明の実施例４（数値例４）の広角端におけるレンズ断面図である。 数値例４の広角端における収差図である。 数値例４の焦点距離１８７．６ｍｍにおける収差図である。 数値例４の望遠端における収差図である。 実施例の広角端における第１レンズユニットの基本構成を示す概略図である。 従来の４ユニットズームレンズにおける第１レンズユニットと第２レンズユニットの概略図である。 実施例のズームレンズを用いた撮影システムの構成を示す概略図である。

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズユニット
Ｌ２ 第２レンズユニット
Ｌ３ 第３レンズユニット
Ｌ４ 第４レンズユニット
Ｌ１ａ 第１ａレンズサブユニット
Ｌ１ｂ 第１ｂレンズサブユニット
ＳＰ 絞り
Ｂ ガラスブロック

Claims (8)

1. 物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第1レンズユニットと、変倍のために移動する第２レンズユニットと、変倍に伴う像面変動を補正するために移動する第３レンズユニットと、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第４レンズユニットとを有するズームレンズであって、
   前記第1レンズユニットは、前記物体側から順に、正の光学パワーを有する第１レンズサブユニットと、負の光学パワーを有する第２レンズサブユニットとを有し、
   焦点調節に際して、前記第１および第２レンズサブユニットのうち一方が移動し、かつ以下の条件を満たすことを特徴とするズームレンズ。
   −２．５＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜−０．６
   ０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８
   但し、ｆ１は前記第１レンズユニットの焦点距離、ｆ１ａは前記第１レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ｂは前記第２レンズサブユニットの焦点距離、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。
2. さらに以下の条件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。
   ３０＜ｆＴ／Ｌｄ
   ５＜Ｚ
   但し、Ｌｄは該ズームレンズにより形成される有効画面の対角長、Ｚは該ズームレンズのズーム比である。
3. さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のズームレンズ。
   ０．３＜Ｋ＜０．９５
   但し、Ｋは前記第１レンズユニットの焦点距離に対する前記第１レンズサブユニットから前記第１レンズユニットの後側焦点位置までの距離の比である。
4. 前記第１レンズサブユニットは、少なくとも２枚の正レンズエレメントと少なくとも１枚の負レンズエレメントを有し、かつ以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のズームレンズ。
   ν_ａｐ−ν_ａｎ＞３０
   但し、ν_ａｐは前記第１レンズサブユニットに含まれる前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、ν_ａｎは前記第１レンズサブユニットに含まれる前記負レンズのアッベ数の平均値である。
5. 前記第２レンズサブユニットは、少なくとも１枚の正レンズエレメントと少なくとも１枚の負レンズエレメントで構成され、かつ以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のズームレンズ。
   ν_ｂｎ−ν_ｂｐ＞５
   但し、ν_ｂｐは前記第２レンズサブユニットに含まれる前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、ν_ｂｎは前記第２レンズサブユニットに含まれる前記負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。
6. 前記第１から第４レンズエレメントと、前記第３レンズユニットおよび前記第４レンズエレメントの間に配置された絞りとからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のズームレンズ。
7. 前記第４レンズユニット内に形成された空間に対して挿脱可能な焦点距離変換光学系を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のズームレンズ。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のズームレンズと、
   該ズームレンズが装着される撮影装置とを有することを特徴とする撮影システム。
   

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