JP2007249237A - ズーム光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】高変倍が可能で、合焦による共役長を変化させても収差変動が少なく、
しかも各ズーム配置において高性能を確保したズーム光学系を提供する。
【解決手段】５群以上のレンズ群によって全系を構成し、３つ以上の変倍レンズ
群を、相互依存的に光軸方向に移動することによってズーミングを行うズーム光
学系において、変倍レンズ群Ｇ₂、Ｇ₃、‥‥のうちの２つ以上の変倍レンズ群の
担う倍率が、特定のズーミング位置においていずれもほぼ等倍となり、第１レン
ズ群Ｇ₁は２つ以上の下位レンズ群Ｇ₁₁、Ｇ₁₂からなり、該下位レンズ群のうち
の１つ以上の下位レンズ群を異なる速度で光軸方向に移動することによって合焦
を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は高変倍ズームレンズに関する。

従来、画像の入出力において、光学系による撮影、投影を必要とする各種電子画像装置に有限光学系が多く採用されている。具体的には有限光学系はデジタルスチルカメラ用レンズ系、近接撮影光学系、拡大引伸し用光学系、縮小光学系その他、液晶ビデオプロジェクター用投写レンズ等に使用されている。特に、有限系単焦点レンズは汎用性が乏しく、それぞれ目的に応じて専用の光学系が使用されている。これに対し有限系ズームレンズは単焦点レンズより汎用性は高いが、レンズの種類が少ない。このため３５ｍｍスチルカメラ用、１６ｍｍシネ用、ＴＶ用レンズ系がよく使用されていた。特に電子画像機器の小型で高画質の像入力用として低倍率（１／５０Ｘ−１／３０Ｘ程度）で広画角の撮像ズーム光学系が求められていた。特公平３−７１６８６は高変倍化が困難なズーム方式でズーム
軌道も複雑である。また、測定投影機用の光学系でありテレセン性を強く要求している。ズーム比は５倍程度であり、さらに実効ＦナンバーはＦ／３．５〜Ｆ／６．５程度で暗い。照明条件によっては、絵柄が黒くて暗い被写体を撮影するとき不十分である。これに対し明るくて広角、高変倍比を有し、しかも撮影距離の変化に対しも安定な高性能の光学系が求められていた。

電子画像機器等に利用される光学系は非常に多くの目的に対応する仕様を要求されている。いろいろの目的に応じて専用光学系の提供がなされている。このため目的の数に比例して光学系を設計する必要が生じている。このことは非常に非効率的であり、不経済でもある。本発明はこれらの問題点を解消するため、高性能、高変倍率のズームレンズを提供して、広範な利用目的に適う光学システム系を容易に提供するものである。高解像力を必要とする撮像系などに利用可能な光学系とするため、明るくて広画角を有し、しかも倍率の色収差が補正され、ズーム変倍において歪曲収差が少ない光学系が求められていた。さらに、シェーディングを少なくするため画面周辺で充分な周辺光量を確保した光学系が求められていた。

本発明の課題はこれらの要求を同時に満足する光学系を提供することにある。特に、高変倍が可能で、合焦による共役長を変化させても収差変動が少なく、しかも各ズーム配置において高性能を確保したズーム光学系を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、５群以上のレンズ群によって全系を構成し、３群以上の変倍レンズ群を、互いに異なる軌道にて光軸方向に移動することによってズーミングを行うズーム光学系において、２群以上の変倍レンズ群の担う倍率が、特定のズーミング位置においていずれもほぼ等倍となり、第１レンズ群は２群以上の下位レンズ群からなり、該下位レンズ群の全部又は一部よりなる２群以上の下位レンズ群を、互いに異なる速度にて光軸方向に移動することによって合焦を行うことを特徴とするズーム光学系である。

本発明では、３群以上の変倍レンズ群のうち、２群以上の変倍レンズ群の担う倍率が、特定のズーミング位置においていずれもほぼ等倍となるように形成されている。すなわち、３群以上の変倍レンズ群のすべてが、特定のズーミング位置においていずれもほぼ等倍となる「全変倍レンズ群同時等倍」に形成してもよいし、あるいは、３群以上の変倍レンズ群のうちの一部よりなる２群以上の変倍レンズ群（コンペンセータ群を除く）が、特定のズーミング位置においていずれもほぼ等倍となる「変倍レンズ群部分同時等倍」に形成してもよい。

変倍レンズ群のすべてが同時に等倍となる構成が、最も変倍効率がよい。部分的同時等倍では、過度に高ズーム比を得ようとすると各群の屈折力が強くなり、収差補正が困難となる。さらにペッツバール和も負に過大となりやすく、像面湾曲の補正も困難になる。しかし、部分的な同時等倍すら含まない構成に比べると、部分にでも同時等倍を含む構成の方が変倍効率は良い。ズーム比５倍程度のズームレンズでは、部分的同時等倍による変倍方式でも十分に実用性がある。

ここで最も変倍効率のよい全変倍レンズ群が同時に等倍をみたす方式を例に説明することにする。図１に本発明の代表的な基本構成における基準合焦配置でのズーミング中の各レンズ群の移動軌道を示し、図２に至近合焦配置でのズーミング中の各レンズ群の移動軌道を示す。この構成では全系を全５群によって構成しており、このうち第２〜第５レンズ群によってズーム変倍部を構成している。合焦レンズ群である第１レンズ群は、図１と図２に示す例では、前群と後群との２つの下位レンズ群からなる。

各レンズ群の横倍率をβ_i（ｉ＝１〜５）とし、全系の合成撮影倍率をβとし、ズーム変倍部の倍率をβ_zとすると、
β＝β₁β₂β₃β₄β₅
β_z＝β₂β₃β₄β₅
と表されるが、全変倍レンズ群同時等倍の方式では、特定のズーミング位置ｃにおいて、いずれの変倍レンズ群ｉ（ｉ＝２〜５）の倍率も、
｜β_c2｜≒１、｜β_c3｜≒１、｜β_c4｜≒１、｜β_c5｜≒１ （Ａ）
となるように構成される。なお、この結果、この同時等倍ズーミング位置ｃでは、
｜β_cz｜＝｜β_c2β_c3β_c4β_c5｜≒１
である。

一般にズーム方程式を満たす解のうち、全バリエータ群の倍率が等倍（−１Ｘ）のときに、すなわちコンペンセータ群の倍率も等倍となるようにすれば、コンペンセータ群の２つの移動曲線（ズーム軌道の解曲線）が等倍の配置で繋がるから、相互に軌道の乗換が可能となる。本発明はこの軌道の乗換を積極的に利用して、ズーム変倍部を構成するすべての変倍レンズ群の倍率を特定のズーミング位置において、同時等倍としたもの又は２群以上の一部の変倍レンズ群の倍率が、部分的同時等倍となるように構成したものである。この結果、全ズーム領域にわたり確実に採用可能なズーム軌道（ズーム方程式解）を安定的に得ることができる。特に全変倍レンズ群同時等倍の方式では、高変倍比を確保することができる。また上記（Ａ）式が成立するズーミング位置ｃが、広角端ｗと望遠端ｔとの間
にある場合には、製造公差に対する感度が低く、結像性能の確保が容易である。

このように本発明によれば変倍効率が高いズームレンズが得られるが、第１レンズ群を合焦レンズ群とすることにより、ズーム変倍にて撮影距離の変化及びピントズレを容易に抑制できることとなる。

またズーム倍率を大きくしたり、大口径比化を実現すると、合焦による結像性能の劣化が起きやすく、特に、望遠側で著しい収差変動による性能劣化が起きる。これを補正するために、本発明では合焦レンズ群である第１レンズ群を、２群以上の下位レンズ群からなるように多群化し、フローティングなどの各種の近距離補正が可能な構造として、収差補正の自由度を確保している。また第１レンズ群を２群以上の下位レンズ群から構成することにより、基準撮影距離配置と異なる共役長にてズーム変倍による性能劣化の補正の自由度の確保が可能である。

なお、本発明では最も物側の第１レンズ群を合焦レンズ群としているが、ズーム変倍部に合焦機能を付与することもできる。しかし合焦レンズ群の担う倍率は等倍となる領域を避ける必要がある。また、このように構成すると、ズーム変倍にて撮影距離が変化する量が大きくなるのでその対策が必要となり、特に無限遠系ではズーム軌道の選び方によっては望ましくない場合がある。

また、第１レンズ群は２つ以上の下位レンズ群からなるが、合焦に際して移動する下位レンズ群は１つだけであっても良いし、２つ以上の下位レンズ群を相互依存的に移動することによって合焦しても良い。いずれにしろ合焦による収差変動を抑制する必要があり、第１レンズ群の合焦移動によって第１レンズ面における主光線の入射高が光軸から大きく隔たることを避ける合焦方式と屈折力配分を採用する必要がある。

本発明においては、図１と図２に示すように、上記（Ａ）式が成立するズーミング位置ｃが、広角端ｗと望遠端ｔとの間にあることが好ましい。但し（Ａ）式が成立する特定のズーミング位置ｃが、広角端ｗよりも低倍率側、あるいは望遠端ｔよりも高倍率側にある場合も、本発明に含まれる。

また本発明の全変倍レンズ群同時等倍においては、ズーム変倍部の倍率が縮小倍率のときに、各変倍レンズ群の担う倍率がいずれも縮小倍率であることが好ましく、同様に、ズーム変倍部の倍率が拡大倍率のときに、各変倍レンズ群の担う倍率がいずれも拡大倍率であることが好ましい。図１と図２に示す例では、広角端ｗと望遠端ｔとの間の特定のズーミング位置ｃで、
｜β_ci｜≒１ （ｉ＝２〜５、したがって｜β_cz｜≒１）
となるように構成している。したがって広角端ｗと望遠端ｔとでは、
｜β_wi｜≦１ （ｉ＝２〜５、したがって｜β_wz｜≦１）
｜β_ti｜≧１ （ｉ＝２〜５、したがって｜β_tz｜≧１）
となるように構成することが好ましい。

なお既述のように、（Ａ）式が成立する特定のズーミング位置ｃが広角端ｗよりも低倍率側にある場合も、本発明に含まれるが、この構成のときには、
｜β_ti｜＞｜β_wi｜＞｜β_ci｜≒１
（ｉ＝２〜５、したがって｜β_tz｜＞｜β_wz｜＞｜β_cz｜≒１）
となるように構成することが好ましい。同様に、（Ａ）式が成立する特定のズーミング位置ｃが望遠端ｔよりも高倍率側にある場合も、本発明に含まれるが、この構成のときには、
｜β_wi｜＜｜β_ti｜＜｜β_ci｜≒１
（ｉ＝２〜５、したがって｜β_wz｜＜｜β_tz｜＜｜β_cz｜≒１）
となるように構成することが好ましい。

これらの構成により、非常に変倍効率の良いズームパワー配置を選択することができるから、高変倍比を確保することができ、すなわちズーム比の大きい光学系を達成できる。図１と図２に示す例では、ズーム変倍部を４群のレンズ群によって構成しており、しかも変倍レンズ群のすべてが同時等倍を満たすので、この効果が加速される。

また本発明においては、各レンズ群の屈折力の符号が、物側から配置されたレンズ群と像側から配置されたレンズ群との間で対称であることが好ましい。すなわち全系の構成を全Ｎ群とすると、第１レンズ群と第Ｎレンズ群との屈折力の符号を同一とし、同様に第２レンズ群と第Ｎ−１レンズ群との屈折力の符号を同一とすることが好ましい。歪曲収差を少なくする方法として、開口絞りに関し、レンズ形状、屈折力配置の対称性の高いレンズ構成が考えられる。この様な対称性を有する光学系の中央には、Ｎが偶数の場合のように、必ずしもレンズ群が存在しなくともよい。完全対称性を構成するレンズ群が移動するズームレンズでは、歪曲収差の変動補正は望むべきもない。しかし、ズーミングにて歪曲収差の少ない光学系を得るには、基本として各レンズ群の屈折力配分の構成が、開口絞りないしはレンズ群に関し、ある程度の対称性を有することが好ましい。

例えば、正の屈折力を有する合焦のための第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、負の屈折力を有する第４レンズ群、及び正の屈折力を有する第５レンズ群を備え、最も高変倍が可能なズーム方式として、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、及び第５レンズ群の担う倍率が同時にほぼ等倍率（−１Ｘ）となるズームレンズ系を例にすることにする。このズーム光学系の歪曲収差の発生状況を解析するとき、ズーム光学系を全体として３分割して考察することが望ましい。

すなわち開口絞りを含むレンズ群を中群とし、中群の物側を前群とし、中群の像側を後群とすると、前群と後群のそれぞれの内部で、かなりの程度まで歪曲収差の補正が可能な屈折力構成、及びレンズ構成である必要がある。これらの前群、後群での未補正分、及び前群と後群で相殺できなかった成分は、中群にて補正することとして、役割分担をさせる。このようなレンズ構成を有する光学系とすることによって、ズーミングにて移動するレンズ群を有する光学系においても、歪曲収差に対し、変動の少ない構成となりうることが理解できる。一方、歪曲収差を非常に少なくするためには、前群と後群のそれぞれの内部での屈折力配分も、正、負又は負、正として、収差のキャンセルが可能なレンズ構成、屈折力配分とすることが好ましい。

この様な理由により、対称性の高いレンズ配列を基本としつつ、合焦レンズ群である第１レンズ群の内部構造を多群の下位レンズ群で構成することにより、合焦範囲とズーム変倍範囲を拡張しても、合焦による収差変動及びズーミングによる歪曲収差変動を容易に補正できると同時に、他の収差変動の補正も容易となる。

また各レンズ群の屈折力の符号を物側と像側とで対称となるように配置し、且つ合焦レンズ機構を有することにより、いわゆるマイクロズーム光学系を実現できる。

また全系を全５群で構成する場合、最も高変倍が得られるように、第２〜第４レンズ群のほか、第５レンズ群も変倍レンズ群とすることもできるし、また第５レンズ群を、ズーミング中も像面に対して固定されたリレーレンズ群とすることもできる。前者の場合には、ズーム比の大きい光学系が得られると同時に、各レンズ群の変倍による移動量を軽減できるから、第１レンズ面における主光線の入射高を小さくでき、レンズ径を小さくすることが可能である。

また本発明においては、第１レンズ群を、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とによって構成することができる。その際、前群の移動量が後群の移動量よりも大きくなるようにしつつ、両群を共に物体側へ繰り出すこともできるし、前群の移動量が後群の移動量よりも小さくなるようにしつつ、両群を共に物体側へ繰り出すこともできる。

このような合焦移動により、至近距離においても球面収差、コマ収差の他、倍率及び軸上の色収差の変動のバランスを基準撮影距離配置との関係で最適にとることができる。その結果、所望の撮影距離やズーム変倍倍率の領域などを変えても、第１レンズ群の全体を一体に繰り出す方式のものより、広い範囲にわたり安定した結像性能を保持することが可能である。

第１レンズ群の前群の移動量を後群の移動量よりも大きくすると、特に望遠側の結像性能に効果的である。逆に前群の移動量を後群の移動量よりも小さくすると、特に広角側の結像性能に効果的であり、至近において合焦群の焦点距離が短くなり周辺光量を充分確保して合焦が可能である。

更に、より望ましい各種の条件を以下に述べる。先ず、合焦レンズ群である第１レンズ群が前群と後群とからなるときには、以下の条件を満たすことが望ましい。

１．２＜ｆ₁₂／ｆ₁＜３．５ （１）
但し、ｆ₁：基準合焦配置での第１レンズ群の焦点距離
ｆ₁₂：基準合焦配置での第１レンズ群後群の焦点距離
である。

（１）式の上限を越えると、前群の屈折力が強くなり過ぎ、広角端における変倍群と合焦群との空気間隔を十分確保することが困難であり不適当である。下限を越えると、前群の屈折力が弱くなり過ぎ、多群化した機能を喪失するので不適当である。

次に、
Δｘ₁₁：基準合焦配置から最至近合焦配置までの前群の移動量
Δｘ₁₂：基準合焦配置から最至近合焦配置までの後群の移動量
とすると、
Ｋ≡Δｘ₁₂／Δｘ₁₁
は、後群と前群との平均移動量比を表す。この平均移動量比Ｋは、以下の条件を満たすことが望ましい。

０≦Ｋ＜１ （２ａ）、又は、
１＜Ｋ≦４．５ （２ｂ）
（２ａ）式の下限は、前群のみの移動にて合焦することを意味する。したがって前群の移動量が大きくなり過ぎ、広角端での至近距離で光量不足となるので余り好ましくはない。即ち、下限に近くなると前群の移動量が大きくなり過ぎ、至近距離で前群の屈折力が弱く、主光線の入射高が光軸より大きく隔たり光量不足になりやすく余り好ましくない。（１ａ）式の上限に近づくと、前群と後群の移動速度差が少なくなり過ぎ、近距離補正の効果と収差補正の自由度が喪失するので余り好ましくはない。

（２ｂ）式の下限に近づいても同様に近距離補正の効果がなくなるので、余り好ましくはない。Ｋ＝１は、第１レンズ群の一体繰り出しによる合焦を意味し、本発明には含まれない。（２ｂ）式の上限を越えると、前群と後群が干渉しやすくなり不適当である。同時に、干渉を避けるために前群と後群の空気間隔を充分確保すると、基準配置での周辺光量不足が発生し、やはり不適当である。

また本発明においては、光学系のコンパクト性と大口径比を確保するために、次式を満たすことが好ましい。

０．３＜｜φ／ｆ₃｜＜０．９ （３）
但し、φ：広角端における第３レンズ群の最も物側のレンズ面の最大有効径
ｆ_i：第ｉレンズ群の焦点距離
である。

（３）式の上限を越えると、不必要に明るく光学系の大型化を招き、レンズ枚数も極端に増加するので不適当である。また、第３レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、球面収差をはじめとする諸収差の補正が困難となり不適当である。（３）式の下限を越えると、第３レンズ群の屈折力が弱くなり過ぎ、全系のペッツバール和が負に過大となり不適当である。また、暗い光学系となり暗い被写体を撮影するとき、照明が必要となる頻度が増すのであまり望ましくない。照明をするときはこの限りでは無い。光学系の明るさのみを考慮すると、回折による解像力の限界まで暗くてもよく、
｜φ／ｆ₃｜＜０．３５
としてもよい。暗い光学系においては、第２レンズ群や第３レンズ群のレンズ枚数のさらなる削減を容易に実施できる。

また本発明においては、合焦レンズ群以外の各レンズ群が担う倍率β₂〜β₅は、（Ａ）式のように同時等倍配置を満足するほか、更に以下の範囲とすることがより望ましい。

−１．７＜β₂＜−０．３ （４）
−１．６＜β₃＜−０．４ （５）
−１．６＜β₄＜−０．５ （６）
−１．５＜β₅＜−０．５ （７）
（４）式の上限を越えると、第１レンズ面を通過する画面最周辺の主光線の入射高が光軸より著しく隔たり、レンズ径の大型化を招くと同時に、第１レンズ群と第２レンズ群とが干渉し不適当である。さらに、広角端での主光線の下側光束の外コマ収差の補正が困難である。下限を越えると、第２レンズ群と第３レンズ群が干渉し不適当である。

（５）式の上限を越えると、広角端で第１レンズ面を通過する画面最周辺の主光線の入射高が光軸より著しく隔たり、レンズ径の大型化を招くと同時に、第２レンズ群と第３レンズ群とが干渉し不適当である。下限を越えると、望遠端での球面収差の補正が困難となると同時に、第３レンズ群と策４レンズ群が干渉し不適当である。

（６）式の上限を越えると、広角端で第１レンズ面を通過する画面最周辺の主光線の入射高が光軸より著しく隔たり、レンズ径の大型化を招くと同時に、第３レンズ群と第４レンズ群とが干渉し不適当である。下限を越えると、主光線の上側光束の外コマ収差の補正が困難であると同時に、第４レンズ群と第５レンズ群が干渉し不適当である。

（７）式の上限を越えると、広角端で第３レンズ群と第４レンズ群とが干渉し不適当である。下限を越えると、望遠端で第４レンズ群と第５レンズ群とが干渉し不適当である。また、第５レンズ群の屈折力が過剰に強くなり、主光線の上コマのズーミング変動の補正が困難となる。更に広角端での第１レンズ面を横切る主光線の入射高が光軸より大きく隔たり、レンズ前玉径の大型化を招き不適当である。

また本発明においては、既述のように、全変倍レンズ群の倍率が特定のズーミング位置において同時に等倍となるように形成してもよいし、また、２群以上の一部の変倍レンズ群の倍率が特定のズーミング位置において同時に等倍となるように形成してもよい。全変倍レンズ群又は一部の変倍レンズ群が同時に等倍を満たすレンズ配置とは、数学的な厳密性を要求されるものではなく、この同時等倍配置近傍のレンズ配置であってもよい。即ち、丸めの誤差、製造公差など結像面における焦点深度程度のピントズレを起こす倍率誤差範囲、および調整による誤差範囲は当然に許容される。それ故、許容範囲内で近似的に同時等倍となるズーム配置領域をも含む。同時等倍配置近傍でズーム解が存在しない領域が発生したとしても、像面でのピントの跳びを起こすズーム領域が小さいならば、実用上問題がないからである。

望ましい許容範囲の目安として、いずれかの変倍レンズ群ｊの倍率β_cjが等倍（−１Ｘ）となるズーミング位置において、他のいずれかの変倍レンズ群ｉ（ｉ≠ｊ）の倍率β_ciが次式の範囲内にあれば、変倍レンズ群ｉと変倍レンズ群ｊとは、本発明でいう同時等倍の条件を満たしている。

０．９＜｜β_ci｜＜１．１ （８）
全変倍レンズ群同時等倍のとき（８）式の上限を越えると、望遠端からズーム解が存在しない領域が増加し、変倍でピントの固定している領域が狭まるので不適当である。下限を越えると、広角端からズーム解が存在しない領域が増加し、変倍でピントの固定している領域が狭まるので不適当である。これらズーム解の無い領域が広がると、連続変倍を達成できない領域が増え、実用性が著しく低下するので不適当である。しかし変倍レンズ群が部分的同時等倍となるタイプでは
この限りでない。

また本発明においては、次式を満たすことが好ましい。

０．０２＜β₁／β₅＜１．０ （９）
（９）式の上限を越えると、バックフォーカスが短くなり、物点までの作動距離が短くなる。有限系として所望の倍率、作動距離を確保できにくくなるので不適当である。下限を越えると不必要に作動距離が長くなり、有限系として利用するには不適当である。また、第５レンズ群の倍率β₅が大きいと、バックフォーカスが長くなり光学系が大きくなるので不適当である。しかし無限遠系として使用するとき、広角端を抑制し無限遠系となるように合焦レンズ群を配置することは容易である。このとき下限は０とすることができる。

また本発明においては、次式を満たすことが好ましい。

０．７＜ｆ₂／ｆ₄＜１．３ （１０）
（１０）式の上限を越えると、第２レンズ群の移動量が増大し他のレンズ群に干渉し変倍効率が低下するので、高変倍ズームを得るには不適当である。また第４レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、第５レンズ群への負荷が増大し主光線の上側のコマ収差の補正困難となり不適当である。下限を越えると、第２レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、望遠端を広げることができ高倍率化が可能であるが、広角端で第１レンズ面を通過する画面最周辺の主光線の入射高が光軸より著しく隔たり、レンズ径の大型化を招くので不適当である。また球面、コマ収差等の諸収差の補正が困難となる。

本発明において、以上のような高解像、高性能、合焦領域の広い高変倍率のズームレンズを提供することによって、広範な利用目的に適う光学システム系を容易に提供できることとなった。特に、明るく、共役長が短く、しかも広画角で小型のズーム光学系が実現できた。また、ズーム変倍にて歪曲収差と、歪曲収差の変動とが非常に少ない光学系も実現できた。且つ、撮像系のシェーディングを少なくするため、画面周辺で充分な周辺光量を確保した光学系をも実現できた。これらの特徴を同時に満足する光学系を実現したことによって、光学系の汎用性が非常に増大した。特に、共役長、ワーキングディスタンスの大きな変更に伴う結像性能の劣化を抑制することが広い範囲にわたり可能となり、マイクロズームレンズとしての使用も可能である。具体的に、この光学系は書画用レンズ系、カメ
ラ型スキャナー、デジタルスチルカメラ用レンズ系、ＴＶカメラレンズ系、近接撮影光学系、その他、拡大引伸し用光学系、液晶ビデオプロジェクター用投写レンズ等に使用が可能である。なお、撮影像や投影像のサイズ、共役長、ワーキングディスタンスは合焦レンズ群の移動合焦にて容易に設定が可能であり、各種利用目的に応じて最適な配置にて使用が可能な万能レンズに近づいた。

本発明の実施の形態を説明する。図３、図１０、図１７及び図２４は、それぞれ本発明によるズーム光学系の第１、第２、第３及び第４実施例のレンズ構成図である。全ての実施例は、物側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ₁、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ₂、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ₃、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ₄、及び正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ₅からなるズームレンズである。また第１レンズ群Ｇ₁は、正の屈折力を有する前群Ｇ₁₁と、正の屈折力を有する後群Ｇ₁₂とからなる。したがって第１レンズ群の前群Ｇ₁₁と後群Ｇ₁₂を、第２〜第５レンズ群と同等の扱いで数えると、６群構成のズームレンズであるということもできる。

第１レンズ群の前群Ｇ₁₁と後群Ｇ₁₂は、合焦に際して相互依存的に物体側に繰り出され、撮影距離、ズーム変倍倍率の領域などを変えている。このうち第１〜第３実施例では、前群Ｇ₁₁の移動量の方が後群Ｇ₁₂の移動量よりも大きく、第４実施例では、前群Ｇ₁₁の移動量の方が後群Ｇ₁₂の移動量よりも小さい。

また第１実施例では、第２〜第５レンズ群Ｇ₂〜Ｇ₅がズーミングに際して光軸方向に相互依存的に移動するズーム変倍部となっている。他方、第２〜第４実施例では、第２〜第４レンズ群Ｇ₂〜Ｇ₄がズーム変倍部となっており、第５レンズ群Ｇ₅は像面に対して固定されている。第５レンズ群Ｇ₅は、バックフォーカスの長さや射出瞳位置を決定づける主要なレンズ群である。開口絞りＳは、いずれの実施例でも第３レンズ群Ｇ₃の物側１ｍｍの所に配置してある。

いずれの実施例も、広角端で実効Ｆ値がＦ／２．０程度と非常に明るく、基準撮影距離において周辺光量も充分確保されており、撮影距離が変化しても収差変動が少ない非常に高性能なズーム光学系である。

第１〜第４実施例の諸元を表１〜表４に示す。各表の［全体諸元］中、ωは半画角を表す。［レンズ諸元］中、第１欄は物側からのレンズ面の番号、第２欄ｒは各レンズ面の曲率半径、第３欄ｄは各レンズ面の間隔、第４欄ν_dは各レンズの輝線スペクトルｄ線（基準波長λ＝５８７．６ｎｍ）を基準としたアッベ数、第５欄ｎ_dはｄ線に対す屈折率、第６欄はレンズ番号を表す。［変倍における可変間隔］中、ｄ₀は物点距離、Ｒは撮影距離を表す。

また各表の［各レンズ群の焦点距離と倍率］と［条件対応値］に示されるように、各実施例とも前記各条件式（１）〜（１０）を満たすように形成されている。

第１実施例はズーム比１０倍で、フィルターを除き１２群１８枚のレンズ構成である。ズーム変倍部は第２レンズ群Ｇ₂から第５レンズ群Ｇ₅であり、このズーム変倍部は４群同時等倍配置を満たす。また第１レンズ群の前群Ｇ₁₁の移動量は、後群Ｇ₁₂の移動量よりも大きい。この実施例のその他の特徴は、第２レンズ群Ｇ₂と第４レンズ群Ｇ₄の強めの屈折力配分、及び第３レンズ群Ｇ₃のレンズ形状と配列である。更に、これらのレンズ配置とレンズ形状により、主光線の下側コマ収差のズーム変動が補正されている。

すなわち第１実施例は、物側に平行平面のフィルターＬ₁を有し、次いで各レンズ群Ｇ₁〜Ｇ₅を有する。第１レンズ群の前群Ｇ₁₁は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₂と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₃との貼り合わせ正レンズＬ₂Ｌ₃から成り、後群Ｇ₁₂は、物側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₄からなる。

第２レンズ群Ｇ₂は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₅と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₆と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₇と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ₈との貼り合わせ負レンズＬ₇Ｌ₈とからなる。

第３レンズ群Ｇ₃は、物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₉と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₀との貼り合わせ正レンズＬ₉Ｌ₁₀と、物側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ成分Ｌ₁₁からなる。

第４レンズ群Ｇ₄は、像側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₂と両凹レンズ成分Ｌ₁₃との貼り合わせ負レンズＬ₁₂Ｌ₁₃と、空気間隔を隔て、両凹レンズ成分Ｌ₁₄と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₅との貼り合わせ正レンズＬ₁₄Ｌ₁₅とからなる。

第５レンズ群Ｇ₅は、物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₆と、像側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₇と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₈との貼り合わせ正レンズＬ₁₇Ｌ₁₈と、物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₉からなる。

第２実施例はズーム比６倍で、フィルターを除き１２群１７枚のレンズ構成である。ズーム変倍部は第２レンズ群Ｇ₂から第４レンズ群Ｇ₄であり、このズーム変倍部は３群同時等倍配置を満たす。また第１レンズ群の前群Ｇ₁₁の移動量は、後群Ｇ₁₂の移動量よりも大きい。この実施例のその他の特徴は、第２レンズ群Ｇ₂のレンズ配列とレンズＬ₁₁の形状である。

すなわち第２実施例は、物側に平行平面のフィルターＬ₁を有し、次いで各レンズ群Ｇ₁〜Ｇ₅を有する。第１レンズ群の前群Ｇ₁₁は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₂と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₃の貼り合わせ正レンズＬ₂Ｌ₃から成り、後群Ｇ₁₂は、物側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₄からなる。

第２レンズ群Ｇ₂は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₅と、空気間隔を隔て両凹レンズ成分Ｌ₆と、空気間隔を隔て両凸レンズ成分Ｌ₇と両凹レンズ成分Ｌ₈との貼り合わせ正レンズＬ₇Ｌ₈とからなる。

第３レンズ群Ｇ₃は、物側に凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₉と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₀との貼り合わせ正レンズＬ₉Ｌ₁₀と、両凸レンズ成分Ｌ₁₁からなる。

第４レンズ群Ｇ₄は、像側に曲率の強い凹面を向けた負レンズ成分Ｌ₁₂と、空気間隔を隔て両凹レンズ成分Ｌ₁₃と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₄との貼り合わせ負レンズＬ₁₃Ｌ₁₄とからなる。

第５レンズ群Ｇ₅は、物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₅と、像側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₆と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₇との貼り合わせ正レンズＬ₁₆Ｌ₁₇と、両凸レンズ成分Ｌ₁₈からなる。

第３実施例はズーム比５倍で、フィルターを除き１３群１９枚のレンズ構成である。ズーム変倍部は第２レンズ群Ｇ₂から第４レンズ群Ｇ₄であるが、全３群のズーム変倍部のうち、第２レンズ群Ｇ₂と第３レンズ群Ｇ₃との２群だけが同時等倍配置を満たす。しかもこの部分的同時等倍となるズーミング位置は、望遠端よりも更に高倍率側にある。また第１レンズ群の前群Ｇ₁₁の移動量は、後群Ｇ₁₂の移動量よりも大きい。この実施例のその他の特徴は、結像性能を確保のため、第２レンズ群Ｇ₂のレンズ配列と第３レンズ群Ｇ₃のレンズＬ₁₁形状である。更に、これらのレンズ配置とレンズ形状により主光線の上側と下側のコマ収差のズーム変動が補正されている。

すなわち第３実施例は、物側に平行平面のフィルターＬ₁を有し、次いで各レンズ群Ｇ₁〜Ｇ₅を有する。第１レンズ群の前群Ｇ₁₁は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₂と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₃との貼り合わせ正レンズＬ₂Ｌ₃から成る。後群Ｇ₁₂は、物側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₄からなる。

第２レンズ群Ｇ₂は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₅と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₆と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₇と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ₈との貼り合わせ負レンズＬ₇Ｌ₈とからなる。

第３レンズ群Ｇ₃は、両凸レンズ成分Ｌ₉と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₀との貼り合わせ正レンズＬ₉Ｌ₁₀と、両凸レンズ成分Ｌ₁₁からなる。

第４レンズ群Ｇ₄は、像側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₂と両凹レンズ成分Ｌ₁₃との貼り合わせ負レンズＬ₁₂Ｌ₁₃と、空気間隔を隔て、両凹レンズ成分Ｌ₁₄と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₅との貼り合わせ正レンズＬ₁₄Ｌ₁₅とからなる。

第５レンズ群Ｇ₅は、物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₆と、物側に曲率の弱い凹面を向けた両凹レンズ成分Ｌ₁₇と物側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ成分Ｌ₁₈との貼り合わせ負レンズＬ₁₇Ｌ₁₈と、両凸レンズ成分Ｌ₁₉と、物側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ成分Ｌ₂₀からなる。

第４実施例はズーム比７倍で、フィルターを除き１２群１７枚のレンズ構成であり、ズーム変倍部は第２レンズ群Ｇ₂から第４レンズ群Ｇ₄であり、このズーム変倍部は３群同時等倍配置を満たす。また第１レンズ群の前群Ｇ₁₁の移動量は、後群Ｇ₁₂の移動量よりも小さい。この実施例のその他の特徴は、第２レンズ群Ｇ₂のレンズ配列とレンズＬ₁₁の形状である。

すなわち第３実施例は、物側に平行平面のフィルターＬ₁を有し、次いで各レンズ群Ｇ₁〜Ｇ₅を有する。第１レンズ群の前群Ｇ₁₁は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₂と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₃との貼り合わせ正レンズＬ₂Ｌ₃から成る。後群Ｇ₁₂は、空気間隔を隔て物側に曲率の強い凸面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₄からなる。

第２レンズ群Ｇ₂は、物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₅と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凸面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₆と、空気間隔を隔て物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₇と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₈との貼り合わせ負レンズＬ₇Ｌ₈とからなる。

第３レンズ群Ｇ₃は、物側に凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₉と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₀との貼り合わせ正レンズＬ₉Ｌ₁₀と、物側に凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₁からなる。

第４レンズ群Ｇ₄は、像側に曲率の強い凹面を向けた負レンズ成分Ｌ₁₂と、空気間隔を隔て両凹レンズ成分Ｌ₁₃と物側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₄との貼り合わせ負レンズＬ₁₃Ｌ₁₄とからなる。

第５レンズ群Ｇ₅は、物側に曲率の弱い凹面を向けた正メニスカスレンズ成分Ｌ₁₅と、像側に曲率の強い凸面を向けた正レンズ成分Ｌ₁₆と物側に曲率の強い凹面を向けた負メニスカスレンズ成分Ｌ₁₇との貼り合わせ正レンズＬ₁₆Ｌ₁₇と、両凸レンズ成分Ｌ₁₈からなる。

（表１）
@0001
［全体諸元］
Ｆ/2.0〜Ｆ/4.5 1/5ｘ〜1/50ｘ
２ω＝39.68°〜3.74° ｆ＝15.243〜165.735
［レンズ諸元］
Ｎｏ ｒ ｄ ν_d ｎ_d
1 ∞ 2.000 64.1 1.51680 Ｌ₁
2 ∞ 1.000
3 52.282 1.600 25.3 1.80518 Ｌ₂
4 32.482 9.000 60.2 1.51835 Ｌ₃
5 844.031 （ｄ₅）
6 43.375 6.000 53.5 1.54739 Ｌ₄
7 363.126 （ｄ₇）
8 60.978 1.400 49.5 1.77279 Ｌ₅
9 18.150 3.900
10 268.375 1.350 49.5 1.77279 Ｌ₆
11 51.622 3.000
12 -23.337 3.500 25.3 1.80518 Ｌ₇
13 -13.700 1.350 49.5 1.77279 Ｌ₈
14 -44.295 （ｄ₁₄）
15 -132.125 4.500 82.5 1.49782 Ｌ₉
16 -16.000 1.300 33.9 1.80384 Ｌ₁₀
17 -26.136 0.200
18 34.000 4.000 82.5 1.49782 Ｌ₁₁
19 -62.143 （ｄ₁₉）
20 -41.516 2.500 29.5 1.71736 Ｌ₁₂
21 -15.500 1.200 55.6 1.69680 Ｌ₁₃
22 156.882 2.500
23 -23.900 1.200 53.9 1.71300 Ｌ₁₄
24 18.500 3.500 29.5 1.71736 Ｌ₁₅
25 199.281 （ｄ₂₅）
26 -76.599 5.500 58.5 1.65160 Ｌ₁₆
27 -22.396 0.200
28 169.243 8.500 82.5 1.49782 Ｌ₁₇
29 -21.000 1.400 25.3 1.80518 Ｌ₁₈
30 -58.655 0.200
31 33.154 6.000 82.5 1.49782 Ｌ₁₉
32 -192.838 （ｄ₃₂）
［基準合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
β -0.0200 -0.0400 -0.0600 -0.1000 -0.1400 -0.2000
ｄ₀ 705.0847 705.0847 705.0847 705.0847 705.0847 705.0847
ｄ₅ 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
ｄ₇ 2.8003 12.7987 16.7368 20.6362 22.8835 24.7653
ｄ₁₄ 45.8177 30.2716 22.6052 13.5234 7.4751 1.3959
ｄ₁₉ 7.6319 14.2001 19.0318 25.8317 30.5834 36.1520
ｄ₂₅ 11.8480 9.7180 7.8688 5.2149 3.5039 1.2933
ｄ₃₂ 42.1564 43.2659 44.0117 45.0481 45.8084 46.6478
Ｒ 893.1390 893.1390 893.1389 893.1390 893.1390 893.1390
［至近合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
β -0.0300 -0.0600 -0.0900 -0.1500 -0.2100 -0.3000
ｄ₀ 492.7370 492.7361 492.7375 492.7358 492.7356 492.7372
ｄ₅ 4.5942 4.5943 4.5942 4.5943 4.5943 4.5942
ｄ₇ 5.1965 15.1949 19.1330 23.0324 25.2797 27.1615
ｄ₁₄ 45.8177 30.2716 22.6052 13.5234 7.4751 1.3959
ｄ₁₉ 7.6319 14.2001 19.0318 25.8317 30.5834 36.1520
ｄ₂₅ 11.8480 9.7180 7.8688 5.2149 3.5039 1.2933
ｄ₃₂ 42.1564 43.2659 44.0116 45.0481 45.8084 46.6476
Ｒ 686.7817 686.7809 686.7821 686.7805 686.7804 686.7817
［基準合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 60.000 -0.09203 -0.09203 -0.09203 -0.09203 -0.09203 -0.09203
Ｇ₁₁ 163.6832 -0.30194 -0.30194 -0.30194 -0.30194 -0.30194 -0.30194
Ｇ₁₂ 89.3953 0.30479 0.30479 0.30479 0.30479 0.30479 0.30479
Ｇ₂ -17.5000 -0.50518 -0.71014 -0.84521 -1.04132 -1.20207 -1.38051
Ｇ₃ 32.0000 -0.59271 -0.76137 -0.87129 -1.02969 -1.14935 -1.28589
Ｇ₄ -17.5000 -0.80956 -0.85594 -0.91473 -1.00573 -1.06206 -1.14542
Ｇ₅ 26.0000 -0.89612 -0.93877 -0.96743 -1.00721 -1.03632 -1.06833
［至近合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 60.8975 -0.13801 -0.13801 -0.13801 -0.13801 -0.13801 -0.13801
Ｇ₁₁ 163.6832 -0.49639 -0.49639 -0.49639 -0.49639 -0.49639 -0.49639
Ｇ₁₂ 89.3953 0.27803 0.27803 0.27803 0.27803 0.27803 0.27803
Ｇ₂ -17.5000 -0.50523 -0.71025 -0.84536 -1.04155 -1.20237 -1.38092
Ｇ₃ 32.0000 -0.59270 -0.76133 -0.87123 -1.02956 -1.14913 -1.28552
Ｇ₄ -17.5000 -0.80957 -0.85598 -0.91482 -1.00597 -1.06251 -1.14630
Ｇ₅ 26.0000 -0.89611 -0.93875 -0.96737 -1.00704 -1.03600 -1.06766
［条件対応値］
φ＝17.9 φ／ｆ₃＝0.559 Ｋ＝0.400
β₁／β₅＝0.1027 ｆ₁₂／ｆ₁＝1.49 ｆ₂／ｆ₄＝1.0
（表２）
@0002
［全体諸元］
Ｆ/2.1〜Ｆ/3.9 1/8.33ｘ〜1/50ｘ
２ω＝40.54°〜6.56° ｆ＝14.850〜101.114
［レンズ諸元］
Ｎｏ ｒ ｄ ν_d ｎ_d
1 ∞ 2.000 64.1 1.51680 Ｌ₁
2 ∞ 1.000
3 84.814 1.500 25.4 1.80518 Ｌ₂
4 38.000 6.900 53.8 1.69350 Ｌ₃
5 711.998 （ｄ₅）
6 34.914 4.500 57.6 1.67025 Ｌ₄
7 84.294 （ｄ₇）
8 44.392 1.200 52.3 1.74810 Ｌ₅
9 17.923 5.300
10 -80.515 1.100 52.3 1.74810 Ｌ₆
11 39.416 0.200
12 33.395 5.000 25.4 1.80518 Ｌ₇
13 -55.000 1.000 49.4 1.77279 Ｌ₈
14 40.347 （ｄ₁₄）
15 85.366 2.700 82.6 1.49782 Ｌ₉
16 -26.000 1.000 25.4 1.80518 Ｌ₁₀
17 -45.897 0.200
18 35.440 2.600 82.6 1.49782 Ｌ₁₁
19 -98.669 （ｄ₁₉）
20 40.094 1.100 60.3 1.62041 Ｌ₁₂
21 19.460 3.600
22 -15.929 1.100 54.0 1.61720 Ｌ₁₃
23 22.151 2.600 25.4 1.80518 Ｌ₁₄
24 -24812.402 （ｄ₂₄）
25 -120.081 3.500 45.4 1.79668 Ｌ₁₅
26 -27.887 0.200
27 1148.998 5.500 82.6 1.49782 Ｌ₁₆
28 -17.500 1.000 25.4 1.80518 Ｌ₁₇
29 -42.177 0.200
30 45.122 4.000 82.6 1.49782 Ｌ₁₈
31 -57.782 37.387
［基準合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
β -0.0200 -0.0400 -0.0500 -0.0800 -0.1000 -0.1200
ｄ₀ 693.6641 693.6641 693.6641 693.6641 693.6641 693.6641
ｄ₅ 0.2244 0.2244 0.2244 0.2244 0.2244 0.2244
ｄ₇ 0.4502 9.9375 12.3643 16.6791 18.5758 19.4169
ｄ₁₄ 47.6096 31.2219 26.2969 16.1963 11.0704 8.1311
ｄ₁₉ 2.8744 11.6378 14.8106 22.1585 25.8642 29.5441
ｄ₂₄ 10.5323 8.6693 7.9947 6.4326 5.9561 4.3744
Ｒ 851.7421 851.7420 851.7420 851.7421 851.7421 851.7421
［至近合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
β -0.0300 -0.0600 -0.0750 -0.1200 -0.1500 -0.1800
ｄ₀ 484.4738 484.4727 484.4742 484.4728 484.4729 484.4738
ｄ₅ 3.4157 3.4158 3.4157 3.4158 3.4157 3.4157
ｄ₇ 2.9051 12.3924 14.8192 19.1340 21.0307 21.8718
ｄ₁₄ 47.6096 31.2219 26.2969 16.1963 11.0704 8.1311
ｄ₁₉ 2.8744 11.6378 14.8106 22.1585 25.8642 29.5441
ｄ₂₄ 10.5323 8.6693 7.9947 6.4326 5.9561 4.3744
Ｒ 648.1980 648.1969 648.1983 648.1971 648.1971 648.1979
［基準合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 58.8368 -0.09193 -0.09193 -0.09193 -0.09193 -0.09193 -0.09193
Ｇ₁₁ 177.3830 -0.34220 -0.34220 -0.34220 -0.34220 -0.34220 -0.34220
Ｇ₁₂ 85.7854 0.26864 0.26864 0.26864 0.26864 0.26864 0.26864
Ｇ₂ -19.3000 -0.56927 -0.79048 -0.87772 -1.09200 -1.22327 -1.29216
Ｇ₃ 33.0726 -0.63435 -0.82645 -0.89929 -1.07339 -1.17199 -1.24289
Ｇ₄ -21.0963 -0.83666 -0.92509 -0.95715 -1.03156 -1.05449 -1.12988
Ｇ₅ 24.2097 -0.71906 -0.71901 -0.71897 -0.71880 -0.71865 -0.71846
［至近合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 59.5719 -0.13779 -0.13779 -0.13779 -0.13779 -0.13779 -0.13779
Ｇ₁₁ 177.3830 -0.57375 -0.57375 -0.57375 -0.57375 -0.57375 -0.57375
Ｇ₁₂ 85.7854 0.24015 0.24015 0.24015 0.24015 0.24015 0.24015
Ｇ₂ -19.3000 -0.56946 -0.79083 -0.87816 -1.09268 -1.22412 -1.29311
Ｇ₃ 33.0726 -0.63431 -0.82631 -0.89908 -1.07293 -1.17131 -1.24204
Ｇ₄ -21.0963 -0.83671 -0.92528 -0.95745 -1.03232 -1.05568 -1.13160
Ｇ₅ 24.2097 -0.71904 -0.71892 -0.71883 -0.71846 -0.71812 -0.71769
［条件対応値］
φ＝15.5 φ／ｆ₃＝0.469 Ｋ＝0.435
β₁／β₅＝0.128 ｆ₁₂／ｆ₁＝1.458 ｆ₂／ｆ₄＝0.915
（表３）
@0003
［全体諸元］
Ｆ/2.35〜Ｆ/3.37 1/10ｘ〜1/50ｘ
２ω＝38.32°〜7.34° ｆ＝15.768〜82.588
［レンズ諸元］
Ｎｏ ｒ ｄ ν_d ｎ_d
1 ∞ 2.000 64.1 1.51680 Ｌ₁
2 ∞ 2.000
3 69.090 1.600 25.3 1.80518 Ｌ₂
4 38.500 6.800 60.1 1.62041 Ｌ₃
5 -1771.924 （ｄ₅）
6 35.124 4.000 60.1 1.62041 Ｌ₄
7 67.290 （ｄ₇）
8 37.960 1.050 55.6 1.69680 Ｌ₅
9 16.167 4.000
10 198.026 1.050 52.3 1.74810 Ｌ₆
11 46.692 2.600
12 -33.688 2.500 25.3 1.80518 Ｌ₇
13 -19.000 1.000 55.6 1.69680 Ｌ₈
14 -502.634 （ｄ₁₄）
15 46.282 3.800 49.0 1.53172 Ｌ₉
16 -17.500 1.000 25.3 1.80518 Ｌ₁₀
17 -30.656 0.200
18 31.774 2.500 82.5 1.49782 Ｌ₁₁
19 -97.113 （ｄ₁₉）
20 -48.170 2.000 25.3 1.80518 Ｌ₁₂
21 -17.090 1.000 57.0 1.62280 Ｌ₁₃
22 49.377 2.300
23 -15.140 1.000 54.0 1.61720 Ｌ₁₄
24 18.500 2.400 27.6 1.75520 Ｌ₁₅
25 103.742 （ｄ₂₅）
26 -237.357 2.800 49.5 1.77279 Ｌ₁₆
27 -22.682 0.200
28 -97.109 1.200 25.3 1.80518 Ｌ₁₇
29 21.060 4.500 82.5 1.49782 Ｌ₁₈
30 -58.138 0.200
31 90.831 2.800 82.5 1.49782 Ｌ₁₉
32 -69.580 0.200
33 34.462 4.000 82.5 1.49782 Ｌ₂₀
34 -99.744 36.596
［基準合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
β -0.0200 -0.0250 -0.0400 -0.0500 -0.0800 -0.1000
ｄ₀ 744.8694 744.8694 744.8694 744.8694 744.8694 744.8694
ｄ₅ 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
ｄ₇ 1.4123 5.3706 12.4149 15.3014 20.2753 22.6436
ｄ₁₄ 37.0109 31.9054 22.1439 17.6269 9.2107 5.5892
ｄ₁₉ 0.6391 2.1877 5.8558 7.8076 12.4721 14.4313
ｄ₂₅ 4.5253 4.1238 3.1728 2.8516 1.6294 0.9234
Ｒ 886.7530 886.7529 886.7529 886.7530 886.7529 886.7530
［至近合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
β -0.0300 -0.0375 -0.0600 -0.0750 -0.1200 -0.1500
ｄ₀ 520.7008 520.7007 520.6996 520.7008 520.6998 520.6994
ｄ₅ 4.0698 4.0698 4.0698 4.0698 4.0698 4.0698
ｄ₇ 3.7737 7.7320 14.7763 17.6628 22.6367 25.0050
ｄ₁₄ 37.0109 31.9054 22.1439 17.6269 9.2107 5.5892
ｄ₁₉ 0.6391 2.1877 5.8558 7.8076 12.4721 14.4313
ｄ₂₅ 4.5253 4.1238 3.1728 2.8516 1.6294 0.9234
Ｒ 668.0156 668.0154 668.0143 668.0156 668.0145 668.0142
［基準合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
ｆ β_w β_t
Ｇ₁ 63.1346 -0.09166 -0.09166 -0.09166 -0.09166 -0.09166 -0.09166
Ｇ₁₁ 138.1082 -0.22578 -0.22578 -0.22578 -0.22578 -0.22578 -0.22578
Ｇ₁₂ 113.0534 0.40595 0.40595 0.40595 0.40595 0.40595 0.40595
Ｇ₂ -17.4987 -0.44296 -0.49229 -0.61397 -0.68316 -0.84778 -0.95766
Ｇ₃ 23.9732 -0.51300 -0.56422 -0.68776 -0.75983 -0.92151 -0.98588
Ｇ₄ -15.9999 -1.10721 -1.13234 -1.19193 -1.21216 -1.28918 -1.33388
Ｇ₅ 22.0000 -0.86512 -0.86510 -0.86502 -0.86494 -0.86459 -0.86428
［至近合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
ｆ β_w β_t
Ｇ₁ 63.9282 -0.13730 -0.13730 -0.13730 -0.13730 -0.13730 -0.13730
Ｇ₁₁ 138.1082 -0.35640 -0.35640 -0.35640 -0.35640 -0.35640 -0.35640
Ｇ₁₂ 113.0534 0.38525 0.38525 0.38525 0.38525 0.38525 0.38525
Ｇ₂ -17.4987 -0.44319 -0.49258 -0.61441 -0.68370 -0.84862 -0.95873
Ｇ₃ 23.9732 -0.51295 -0.56415 -0.68761 -0.75960 -0.92099 -0.98513
Ｇ₄ -15.9999 -1.10729 -1.13247 -1.19225 -1.21266 -1.29047 -1.33591
Ｇ₅ 22.0000 -0.86508 -0.86503 -0.86484 -0.86466 -0.86389 -0.86318
［条件対応値］
φ＝15.4 φ／ｆ₃＝0.642 Ｋ＝0.435
β₁／β₅＝0.106 ｆ₁₂／ｆ₁＝1.79 ｆ₂／ｆ₄＝1.094
（表４）
@0004
［全体諸元］
Ｆ/2.01〜Ｆ/4.60 1/7.14ｘ〜1/50ｘ
２ω＝40.54°〜5.76° ｆ＝14.908〜116.246
［レンズ諸元］
Ｎｏ ｒ ｄ ν_d ｎ_d
1 ∞ 2.000 64.1 1.51680 Ｌ₁
2 ∞ 2.000
3 53.350 1.700 25.3 1.80518 Ｌ₂
4 30.000 9.000 47.1 1.62374 Ｌ₃
5 248.222 （ｄ₅）
6 44.091 4.000 48.0 1.71700 Ｌ₄
7 131.849 （ｄ₇）
8 72.167 1.200 49.5 1.77279 Ｌ₅
9 20.909 4.300
10 226.333 1.200 49.5 1.77279 Ｌ₆
11 54.698 3.000
12 -50.126 3.500 25.3 1.80518 Ｌ₇
13 -20.000 1.100 52.3 1.74810 Ｌ₈
14 -257.817 （ｄ₁₄）
15 67.002 3.600 82.5 1.49782 Ｌ₉
16 -17.200 1.000 25.3 1.80518 Ｌ₁₀
17 -25.574 0.200
18 24.223 2.000 82.5 1.49782 Ｌ₁₁
19 42.197 （ｄ₁₉）
20 32.887 1.100 60.1 1.62041 Ｌ₁₂
21 18.439 3.500
22 -14.235 1.100 58.5 1.65160 Ｌ₁₃
23 21.700 3.000 25.3 1.80518 Ｌ₁₄
24 -223.776 （ｄ₂₄）
25 -68.813 3.500 47.5 1.78797 Ｌ₁₅
26 -22.831 0.200
27 353.972 6.500 82.5 1.49782 Ｌ₁₆
28 -18.000 1.200 25.3 1.80518 Ｌ₁₇
29 -50.715 0.200
30 32.204 5.000 82.5 1.49782 Ｌ₁₈
31 -109.541 35.940
［基準合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
β -0.0200 -0.0300 -0.0500 -0.0800 -0.1000 -0.1400
ｄ₀ 690.6850 690.6850 690.6850 690.6850 690.6850 690.6850
ｄ₅ 2.4756 2.4756 2.4756 2.4756 2.4756 2.4756
ｄ₇ 0.2076 5.5184 10.9596 14.7091 16.1684 17.5092
ｄ₁₄ 42.4447 32.9714 21.8779 12.4922 8.2791 3.1237
ｄ₂₀ 2.9757 8.4165 15.8981 23.7874 27.8589 34.9337
ｄ₂₄ 13.4078 12.1295 10.3003 8.0471 6.7293 3.4692
Ｒ 853.2368 853.2368 853.2369 853.2369 853.2368 853.2369
［至近合焦配置での変倍における可変間隔］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
β -0.0300 -0.0450 -0.0750 -0.1200 -0.1500 -0.2100
ｄ₀ 475.6076 475.6091 475.6087 475.6073 475.6087 475.6086
ｄ₅ 1.0327 1.0327 1.0327 1.0327 1.0327 1.0327
ｄ₇ 3.0934 8.4042 13.8454 17.5949 19.0542 20.3950
ｄ₁₄ 42.4447 32.9714 21.8779 12.4922 8.2791 3.1237
ｄ₂₀ 2.9757 8.4165 15.8981 23.7874 27.8589 34.9337
ｄ₂₄ 13.4078 12.1295 10.3003 8.0471 6.7293 3.4692
Ｒ 639.6023 639.6038 639.6035 639.6021 639.6034 639.6034
［基準合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１ 位置２ 位置３ 位置４ 位置５ 位置６
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 58.8369 -0.09207 -0.09207 -0.09207 -0.09207 -0.09207 -0.09207
Ｇ₁₁ 147.4815 -0.27144 -0.27144 -0.27144 -0.27144 -0.27144 -0.27144
Ｇ₁₂ 90.6632 0.33919 0.33919 0.33919 0.33919 0.33919 0.33919
Ｇ₂ -20.0000 -0.60711 -0.72380 -0.90127 -1.08452 -1.17771 -1.27867
Ｇ₃ 33.0726 -0.64531 -0.74976 -0.90444 -1.07218 -1.16057 -1.30410
Ｇ₄ -20.0000 -0.77089 -0.83481 -0.92628 -1.03896 -1.10486 -1.26793
Ｇ₅ 24.1334 -0.71918 -0.71918 -0.71918 -0.71917 -0.71916 -0.71914
［至近合焦配置での各レンズ群の焦点距離と倍率］
位置１′ 位置２′ 位置３′ 位置４′ 位置５′ 位置６′
ｆ β_w β_c β_t
Ｇ₁ 58.4657 -0.13810 -0.13810 -0.13810 -0.13810 -0.13810 -0.13810
Ｇ₁₁ 147.4815 -0.44929 -0.44929 -0.44929 -0.44929 -0.44929 -0.44929
Ｇ₁₂ 90.6632 0.30737 0.30737 0.30737 0.30737 0.30737 0.30737
Ｇ₂ -20.0000 -0.60712 -0.72381 -0.90130 -1.08456 -1.17776 -1.27872
Ｇ₃ 33.0726 -0.64531 -0.74976 -0.90443 -1.07216 -1.16053 -1.30404
Ｇ₄ -20.0000 -0.77089 -0.83481 -0.92630 -1.03901 -1.10494 -1.26808
Ｇ₅ 24.1334 -0.71918 -0.71918 -0.71917 -0.71917 -0.71913 -0.71907
［条件対応値］
φ＝15.3 φ／ｆ₃＝0.462 Ｋ＝2.00
β₁／β₅＝0.128 ｆ₁₂／ｆ₁＝1.54 ｆ₂／ｆ₄＝1.0
図４、図５、図６、図７、図８及び図９に、それぞれ第１実施例について基準合焦配置での広角端、中間倍率位置、及び望遠端、並びに至近合焦配置での広角端、中間倍率位置、及び望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差、及び横収差を示す。同様に図１１〜図１６に第２実施例の諸収差を示し、図１８〜図２３に第３実施例の諸収差を示し、図２５〜図３０に第４実施例の諸収差を示す。各収差図中、ＦＮはＦナンバー、Ｙは像高、ｄはｄ線、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）を表す。また非点収差図中、点線はメリジオナル像面を表し、実線はサジタル像面を表す。

いずれの実施例も、特に広角端は歪曲収差がほぼ完全に補正されているので、照度比の低下はコサイン４乗（ｃｏｓ⁴ω）に依存するのでビグネッティングを抑える必要がある。収差図から明らかなように、基準撮影距離においていずれの実施例もこのため充分な周辺光量が確保されている。周辺光量が多いので、コマ収差変動がズーミングで発生するのを抑えるため、特に主光線の下側のコマ収差対策に第２レンズ群Ｇ₂のレンズ配置、レンズ形状、及び第３レンズ群Ｇ₃のレンズ形状に工夫が配慮されている。一方、主光線の上側のコマ収差対策に第５レンズ群Ｇ₅のレンズ配置、レンズ形状に工夫が配慮されている。

なお、いずれの実施例も第１レンズ群Ｇ₁が前群Ｇ₁₁と後群Ｇ₁₂との２群構成のレンズ系で構成されているが、レンズ構成をより複雑にし、例えばこの後群Ｇ₁₂を貼り合わせレンズ等にしたりすることで、より至近距離撮影において、結像性能を確保が可能である。この様に第１レンズ群Ｇ₁を２群以上に分割し全系を６群以上の構成のレンズ系とすることは容易に実現できる。

また第４レンズ群Ｇ₄、第５レンズ群Ｇ₅のレンズ配列として貼り合わせレンズを増すことにより、広角側における軸上の色収差と倍率の色収差を同時に補正できる自由度を充分に確保することができる。このとき第２レンズ群Ｇ₂の色消しのための負荷を軽減することが可能である。

更に、いずれの実施例も基本は５群構成のレンズ系で構成されているが、第１レンズ群Ｇ₁と同様に第３レンズ群Ｇ₃を２群以上に分割し、大口径化の自由度を確保した構成とし、全系を６群以上の構成のレンズ系とすることも容易に実現できる。広角化が不必要、或いは暗い光学系で充分目的を果たすとき、各実施例より、構成レンズ枚数を削減可能なことは明らかである。特に、望遠端側ヘズーム領域を拡大しズーム比を増大することは、広角端へ拡張するよりはるかに容易である。更に、共役長を短くし撮影倍率を高くすることは広角化する必要がないので、容易に本発明から実現が可能である。これを実現する１つの方法として、第１レンズ群Ｇ₁中の各部分群の部分および全体をそれぞれ光軸上を移動することによる合焦にて達成できる。

合焦レンズ群である第１レンズ群Ｇ₁は、ズーミングにおいて実施例では固定されているが、ズーミングにおいて変倍に寄与するように移動しても構わない。また、３群以上のズーム変倍群を有するとき、この変倍群の担う全ての変倍群が同時等倍となる必要は必ずしも無い。特定の変倍群の等倍配置を避けて使用しても構わない。

更に、本発明は広角端で実効Ｆ値がＦ／２．０程度と非常に明るく、周辺光量も充分確保されている。明るく、しかも第１レンズ面の有効径が小さく抑えられ光学系がコンパクトである。このことにも係わらず諸収差を良好に補正し高性能な光学系を実現可能な理由として、効率的なズームタイプにあると考えられる。各群の担う倍率、各レンズ群の屈折力配分、ズーム軌道の巧妙な選択などがあげられる。さらに、同時等倍配置を利用することにより、製造誤差等による結像性能の劣化を少なく抑えることが出来る。

通常、瞳をレンズ端の表面より出来る限り近くするとき、レンズ群の屈折力配置は負の屈折力のレンズ群が先行する。一方、瞳の位置をレンズ端の表面より出来る限り遠くするときは、レンズ群の屈折力配置は正の屈折力のレンズ群が先行する。この様な屈折力配分を採用することにより、像側、物側テレセントリック光学系、あるいはこれに近い光学系を実現できる。しかし、本発明において、厳密なテレセントリック光学系である必要はない。開口絞りは第２レンズ群と第３レンズ群との間から、第４レンズ群と第５レンズ群との間までのいずれの位置でもかまわない。また、ズーミングに連動して空間的に移動、あるいは固定してもかまわない。

本発明の原理を示す基準合焦配置での模式図 本発明の原理を示す至近合焦配置での模式図 第１実施例の基準合焦配置における広角端でのレンズ配置図 第１実施例の基準合焦配置における広角端での諸収差図 第１実施例の基準合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第１実施例の基準合焦配置における望遠端での諸収差図 第１実施例の至近合焦配置における広角端での諸収差図 第１実施例の至近合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第１実施例の至近合焦配置における望遠端での諸収差図 第２実施例の基準合焦配置における広角端でのレンズ配置図 第２実施例の基準合焦配置における広角端での諸収差図 第２実施例の基準合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第２実施例の基準合焦配置における望遠端での諸収差図 第２実施例の至近合焦配置における広角端での諸収差図 第２実施例の至近合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第２実施例の至近合焦配置における望遠端での諸収差図 第３実施例の基準合焦配置における広角端でのレンズ配置図 第３実施例の基準合焦配置における広角端での諸収差図 第３実施例の基準合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第３実施例の基準合焦配置における望遠端での諸収差図 第３実施例の至近合焦配置における広角端での諸収差図 第３実施例の至近合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第３実施例の至近合焦配置における望遠端での諸収差図 第４実施例の基準合焦配置における広角端でのレンズ配置図 第４実施例の基準合焦配置における広角端での諸収差図 第４実施例の基準合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第４実施例の基準合焦配置における望遠端での諸収差図 第４実施例の至近合焦配置における広角端での諸収差図 第４実施例の至近合焦配置における中間倍率位置での諸収差図 第４実施例の至近合焦配置における望遠端での諸収差図

符号の説明

Ｇ₁…第１レンズ群 Ｇ₁₁…第１レンズ群前群
Ｇ₁₂…第１レンズ群後群 Ｇ₂…第２レンズ群
Ｇ₃…第３レンズ群 Ｇ₄…第４レンズ群
Ｇ₅…第５レンズ群 Ｓ…開口絞り

Claims (6)

1. 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、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第 ５レンズ群とを有し、３つ以上のレンズ群を変倍レンズ群とし、相互依存的に光軸方向 に移動することによってズーミングを行うズーム光学系において、
   前記３つ以上の変倍レンズ群の担う倍率が、広角端と望遠端との間のズーミング位置 において、同時にいずれもほぼ等倍となり、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ₃とし、 該第３レンズ群の最も物側のレンズ面の最大有効径をφとするとき、
   ０．３＜｜φ／ｆ₃｜＜０．９
   の条件を満足することを特徴とするズーム光学系。
2. 前記第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群が前記変倍レンズ群である請求項１に記載のズーム光学系。
3. 前記第２レンズ群と第３レンズ群と第４レンズ群と第５レンズ群が前記変倍レンズ群である請求項１に記載のズーム光学系。
4. 前記第１レンズ群は、正の屈折力を有する前群と、正の屈折力を有する後群とからなる、請求項１、２又は３に記載のズーム光学系。
5. 第１レンズ群の前記前群の合焦に際する移動量は、前記後群の移動量よりも広い、請求項４に記載のズーム光学系。
6. 第１レンズ群の前記前群の合焦に際する移動量は、前記後群の移動量よりも狭い、請求項４に記載のズーム光学系。

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