JP3696966B2 - リアフォーカス式のズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアフォーカス式のズームレンズに関し、特にレンズとＣＣＤとの間に色分解プリズムが入るような長いバックフォーカスを確保しつつ、高変倍比でしかも前玉径が小さく、大口径なリアフォーカス式のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られ、特に全長の短縮化や前玉径の小型化、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成するひとつの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にリアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて、第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。又近接撮影、特に極近接撮影が可能となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させているので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせができる。
【０００５】
この様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６２−２０６５１６号公報、特開昭６２−２１５２２５号公報、特開昭６２−２４２１３号公報等では物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行うズームレンズを開示している。
【０００６】
また、特開平４−４３３１１号公報、特開平４−１５３６１５号公報、特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２７１６７号公報、および特開平５−６０９７３号公報では、第４レンズ群を凸レンズ１枚または、凸レンズ２枚で構成された例が開示されている。また、特開平５−６０９７４号公報では第４レンズ群が凹凸の２枚で構成されたズームレンズが開示されている。
【０００７】
更に、特開昭５５−６２４１９号公報、特開昭６２−２４２１３号公報、特開昭６２−２１５２２５号公報、特開昭５６−１１４９２０号公報、特開平３−２００１１３号公報、特開平４−２４２７０７号公報、特開平４−３４３３１３号公報、特開平５−２９７２７５号公報等の公報ではその実施例中に第３群、第４群がそれぞれが、正レンズ、負レンズの２枚構成でなることを開示している。
【０００８】
また、ビデオデッキの高性能化（デジタル化）に伴いビデオカメラの高画質化が進んできている。その１つの方法として色分解光学系による画像の分解により高画質を達成している。そして、それに適したレンズとして、特開平５−７２４７４号公報、特開平６−５１１９９号公報、特開平６−３３７３５３号公報、特開平６−３４７６９７号公報、特開平７−１９９０６９号公報、特開平７−２７０６８４号公報等の公報がある。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
以上述べたように、一般にズームレンズにおいて、前玉径・全系の小型化を達成するには、第１レンズ群による距離合わせよりも、所謂リアフォーカス方式の方が適している。
【００１０】
しかしながら、特開平４−０２６８１１号公報および特開平４−８８３０９号公報では、その構成において色分解プリズムを配置するのが困難であった。
【００１１】
また、特開平４−４３３１１号公報、特開平４−１５３６１５号公報、特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２７１６７号公報、および特開平５−６０９７３号公報で開示されているこれらのズームレンズではズーム比が６倍から８倍程度でありこれ以上の高倍ズームレンズになると色収差の変倍による変動が大きくなりすぎて補正しきれず充分な光学性能を発揮させることは困難であった。また、特開平５−６０９７４号公報で開示されている例でも、ズーム比が８倍クラスとやはり充分な高倍化が達成されていなかった。
【００１２】
更に、特開昭５５−６２４１９号公報、特開昭５６−１１４９２０号公報、特開平３−２００１１３号公報で開示されている例では、第１群または、第３群も変倍に伴って移動するため鏡筒構造が複雑になり小型化を達成するためには不向きであった。また、特開平４−２４２７０７号公報及び特開平４−３４３３１３号公報、特開平５−２９７２７５号公報に開示されている例では第３群が大きな空気間隔を持つ構成となっておりさらに第３群中の負レンズの屈折力が弱いため高変倍ズームレンズに適用するためには第３群で発生する色収差を充分に補正できるタイプとはならない。更には、特開平５−２９７２７５号公報で提案されている例では第３群中の凹メニスカスレンズが像面側に強い凹面を向けた構成となっているためテレフォト化には有効であるが凸レンズで発生した高次のフレアー成分を凹レンズで受けるには不向きな構成であるため大口径、高変倍ズームレンズには不利なタイプである。
【００１３】
また、特開平５−７２４７４号公報、特開平６−５１１９９号公報、特開平６−３３７３５３号公報、特開平６−３４７６９７号公報、特開平７−１９９０６９号公報、特開平７−２７０６８４号公報等の公報で開示されている例でも、その実施例はいずれもズーム比が１０〜１２倍程度とやはり充分な高倍化が達成されていなかった。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来例の欠点を改善し、特に本出願人提案の特開平７−２７０６８４号公報の改良に関し、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入るバックフォーカス空間を充分に確保し、全ズーム域・全物体距離にわたって良好な光学性能を維持しつつ大口径で１６倍程度の高変倍を図ったリアフォーカス式のズームレンズを提供し、合わせて該ズームレンズの着脱可能なビデオカメラを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的のもとで、物体側より順に、正の屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第４レンズ群で構成され、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移動させてズーミングを行い、前記第４レンズ群を移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式ズームレンズであって、前記第３レンズ群は、最も物体側に、物体側へ凹面を向けた負レンズを有し、広角端無限遠物体における該ズームレンズの最終面から像面までの距離を空気に換算した時の長さをＢＦ、広角端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、半画角を各々ｆｗ，ＦＮＷ，ω、前記負レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ ３１ｆ 、前記負レンズと前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ ３１ｆ ，ｆ ３ とするとき、
【００１６】
【外２】
−０．６０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３ ＜−０．１０
０．３０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３１ｆ ＜０．９０
なる条件式を満足させている。
【００１７】
すなわち、第２レンズ群にて発散された光束を略アフォーカルとするための第３レンズ群を負レンズが先行するレトロタイプとし、又、面形状を特定することで、第３群の主点間隔を第２群から遠ざけるように配置することにより第２レンズ群と該第３レンズ群との主点間隔をより開き第３レンズ群に入射する軸上光線高さをより高くする。従って全系の焦点距離を所定量とするための第４群の焦点距離を長くすることができワーキングディスタンスとしてのバックフォーカスを長くするものである。すなわち第３レンズ群をでる光束が略アフォーカルであるためバックフォーカスの長さは主点系で計算するとほぼ第４レンズ群の焦点距離と同じとなる。従って全系の焦点距離を固定して第４レンズ群の焦点距離を長くするためには図１９で示される如く第３レンズ群での軸上光高さｈを高くしてやれば良いことが分かる。
【００１９】
更なる特徴は、以下の説明に記載されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を用いて具体的に説明する。
【００２１】
図１〜図９は本発明のリアフォーカス式のズームレンズの後述する数値実施例１〜９のレンズ断面図、図１０〜図１８は各実施例の諸収差図を各々示す。各収差図においてＡは広角端における収差図、Ｂは中間における収差図、Ｃは望遠端における諸収差図を示す。
【００２２】
図中Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の直前に配置している。ＧＡは、ズームレンズの保護を目的とした保護ガラスであり、ＧＢは色分解プリズムやＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロックである。Ｌ１からＧＡまでがズームレンズ部であり、マウント部材Ｃを介してカメラ本体に着装されている。したがってＧＢ以降像面側はカメラ本体に含まれる。
【００２３】
本実施例では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２レンズ群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レンズ群を移動させて補正している。又、第４レンズ群を光軸上移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式を採用している。特に図１の曲線４ａ，４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３レンズ群と第４レンズ群との空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。同図に示す第４レンズ群の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠距離物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。尚、第１レンズ群と第３レンズ群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００２４】
数値実施例１〜３、９においては、第３レンズ群は、負、正からなる負の屈折力の接合レンズと、正、負からなる正の屈折力の接合レンズで構成され全体としてレトロタイプの正レンズ群を構成している。そして、負の屈折力の接合レンズは、物体側のレンズ面が物体側に凹面を向けている。こうして、第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を与えバックフォーカスを長くすることに貢献している。特に像側に比べて物体側に強い負のパワー（曲率半径が短い）を与えて主点位置をより後方に位置させている。
【００２５】
一方前記正の屈折力の接合レンズは、像面側のレンズ面が該接合レンズの物体側の面に比べ強い屈折面（曲率半径が短い）を有し、この接合レンズも同様に第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を担っており、第４レンズ群の焦点距離を長くし、従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２６】
数値実施例４〜８においては、第３レンズ群は負の単レンズと、正の単レンズで構成され、同様に、全体としてレトロタイプの正レンズ群を構成している。さらに前記負の単レンズは物体側の面が強い凹面であり第３群の主点位置を第２群から遠ざける役割を担っており、第４群の焦点距離を長くし従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２７】
一方前記正の単レンズは、像面側の面が物体側の面に比べ強い屈折面（曲率半径が短い）を有し第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を担っており、第４レンズ群の焦点距離を長くし従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２８】
このように、本実施例では、第３レンズ群の最も物体側に負レンズを配置し、この負レンズの物体側のレンズ面を物体側に凹面として主点位置を後方に配置し、後方に色分解プリズムを配置できる程のバックフォーカスを確保している。
【００２９】
そして、バックフォーカスを確保するとともに良好な収差を維持するために、広角端の無限遠物体における該レンズの最終面から像面までの距離を空気に換算した時の長さをＢＦ、広角端における全系の焦点距離と開放Ｆナンバー、半画角を各々ｆｗ，ＦＮＷ，ω、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をＲ ３１ｆ 、第３レンズ群の最も物体側に位置する負レンズの焦点距離をｆ ３１ｆ 、第３レンズ群の焦点距離をｆ ３ とするとき、
【００３０】
【外３】
−０．６０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３ ＜−０．１０ …（２）
０．３０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３１ｆ ＜０．９０ …（３）
なる条件式を満足させている。
【００３１】
条件式（１）の下限値を越えてＦナンバーを明るくすると高次の球面収差、コマ収差が発生し、補正するのが困難になる。
【００３２】
条件式（１）の上限値を越えて、Ｆナンバーが暗くなると軸上光線束が細くなり、これによって、該レンズの最終面と像面との間に配置される色分解プリズムを小型化することが可能になる。すなわち、バックフォーカスを長くする必要がないにもかかわらず、長くしなければならず、該レンズ全長の長大化をまねく。
条件式（２），（３）ともに第３群の最も像面側の面の曲率を制限するためのもので、上限を越えると凹面の曲率並びに焦点距離がゆるくなり本発明の目的であるバックフォーカスを充分に長く保つことが困難となり、下限を越えると広角端において第２群から発散してくる光線束が第３群に入射する際に発生する高次の球面収差を補正することが困難となって高性能化を達成できなくなる。
【００３３】
以上の構成で、本発明の目的はとり合えず達成することが可能であるが、更に望ましくは下記の条件を満足することが望ましい。
【００３６】
（ｉ）前記第３レンズ群の最も像面側に正レンズ（接合レンズを含む）を配置し、該正レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ｒ，Ｒ３２ｒ，該正レンズそして前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ３２，ｆ３とした時、
１．０＜｜Ｒ３１ｒ／Ｒ３２ｒ｜＜５．０ …（４）
１．５＜ｆ３／ｆ３２＜５．０ …（５）
なる条件式を満足することである。
【００３７】
条件式（４）、（５）ともに第３レンズ群の最も像面側の面の曲率を制限するためのもので、下限を越えると本発明の目的であるバックフォーカスを充分に長く保つことが困難となり、上限を越えると第３レンズ群を射出しフォーカス機能を有する第４レンズ群に入射する際に発生する高次の球面収差を補正することが困難となって高性能化を達成できなくなる。
【００３８】
（ｉｉ）又、第１レンズ群から第２レンズ群、そして第２レンズ群から第３レンズ群までので空気間隔の和をＬ、広角端における半画角をω、広角端、望遠端そして前記第４レンズ群の焦点距離を各々、ｆｗ，ｆｔ，ｆ４、望遠端での無限遠物体に対する前記第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔をＤとした時、
０．６６＜Ｌ／（ｆｔ・ｔａｎω）＜１．１７ …（６）
４．００＜ｆ４／ｆｗ＜７．００ …（７）
０．１０＜Ｄ／ｆｔ＜０．３０ …（８）
なる条件である。
【００３９】
条件式（６）は第２レンズ群の変倍のための移動空間をズーム比の関係を最適化するもので、上限値を超えると変倍に対する移動のための空間が広すぎ全長の長大化をまねき、下限値を超えると第２レンズ群の変倍負担量を稼ぐため負の屈折力を強くせねば成らなくなり、像面湾曲を示す負のペッツバール和が増大し好ましくない。
【００４０】
条件式（７）はバックフォーカスの長さを最適化するもので上限値を超えるとバックフォーカスが必要以上に長くなり全長の長大化をまねき、下限値を超えると充分に長いバックフォーカスを確保することが困難となる。
【００４１】
条件式（８）はフォーカスのための第４群の移動可能な空間と望遠端の焦点距離の関係を最適化するもので、上限値を超えるほどＤを大きくとると全長の長大化をまねき好ましくなく、下限値を超えるとフォーカスのための充分な空間を確保できなくなり、ズームレンズの操作性に支障がでてくる。
【００４２】
さて、望遠端の色収差を充分に補正するために第２群は、少なくとも２枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズで構成されていればよいが、本実施例では前述のように第２レンズ群と第３レンズ群の主点間隔を拡大するため該第２レンズ群の最も像面側に負レンズを配置してさらにバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００４３】
また更に良好な収差補正、特に色収差を良好に補正するためには、第１〜３、第９実施例に示す如く第３群に少なくとも１つの接合レンズを有することである。先にも述べたように、ビデオカメラの高画質化にともない、従来あまり問題にならなかった色収差、特に倍率色収差が問題となりこれを良好に補正している。
【００４４】
又、本実施例では、第１レンズ群の像を小さくするために開口絞りを第３レンズ群直前に配置したが、この位置に限ることなく、第３レンズ群と第４レンズ群との間でも、、又、第３４レンズ群中の負レンズと正レンズとの間でもさしつかえない。
【００４５】
尚、本実施例では、第３レンズ群を順に負、正として、射出瞳を長くし、ズームレンズを射出する光線の状態か略テレセントリックとなるようにして、その後方に配置された色分解プリズムに入射する光線の角度を緩くすることにより、色分解系の波長による反射特性変化を解消し、色分解を忠実に行い画像の色再現性を非常に良くしている。
【００４６】
また、本レンズのように高倍率のレンズでは、テレ端の焦点距離が非常に長くなり、テレ端およびその付近の性能が該第２群に大きく影響されてくる。そして、この第２レンズ群に非球面を導入すれば光学性能を上げることが可能になる。
【００４７】
なお、非球面は、基本的に球面収差の補正を目的としているため、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。
【００４８】
更に、良好な収差補正、特に色収差を良好に補正するためには、第４群中の少なくとも１つの正レンズは、
νd ＞６４．０
を満足するガラスで構成することである。ただし、νd はガラスのアッベ数である。
【００４９】
この条件式は、倍率色収差を良好に補正するための条件で、条件式の下限値を越えてアッベ数を小さくすると、倍率色収差がアンダーになり好ましくない。
【００５０】
以下に、本発明の実施例を記載する。
【００５１】
数値実施例において、Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは、物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００５２】
また、数値実施例１におけるＲ２８〜Ｒ２９、数値実施例２、３、９におけるＲ２６〜Ｒ２７、数値実施例４〜８におけるＲ２４〜Ｒ２５等は保護ガラス部、数値実施例１におけるＲ３０〜Ｒ３３、数値実施例２、３、９におけるＲ２８〜Ｒ３１数値実施例４〜８におけるＲ２６〜Ｒ２９等は、色分解プリズム、光学フィルター、フェースプレート等のガラスブロックを示す。
【００５３】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００５４】
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、各球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、
【００５５】
【外４】
なる式で表している。
【００５６】
また例えば「ｅ−０X 」の表示は「１０-X」を意味する。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【外５】
【００５９】
【外６】
【００６０】
【外７】
【００６１】
【外８】
【００６２】
【外９】
【００６３】
【外１０】
【００６４】
【外１１】
【００６５】
【外１２】
【００６６】
【外１３】
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように構成することにより、変倍比１５以上と高変倍でＦＮｏ．１．６程度と大口径を確保しながらも、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入るバックフォーカス空間を充分に確保しつつ全ズーム域・全物体距離にわたって良好な性能を有するリアフォーカス式のズームレンズの提供が可能になり、このズームレンズを用いて小型軽量高性能なレンズ着脱式ビデオカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】本発明に関する数値実施例２のレンズ断面図。
【図３】本発明に関する数値実施例３のレンズ断面図。
【図４】本発明に関する数値実施例４のレンズ断面図。
【図５】本発明に関する数値実施例５のレンズ断面図。
【図６】本発明に関する数値実施例６のレンズ断面図。
【図７】本発明に関する数値実施例７のレンズ断面図。
【図８】本発明に関する数値実施例８のレンズ断面図。
【図９】本発明に関する数値実施例９のレンズ断面図。
【図１０】本発明に関する数値実施例１の諸収差図。
【図１１】本発明に関する数値実施例２の諸収差図。
【図１２】本発明に関する数値実施例３の諸収差図。
【図１３】本発明に関する数値実施例４の諸収差図。
【図１４】本発明に関する数値実施例５の諸収差図。
【図１５】本発明に関する数値実施例６の諸収差図。
【図１６】本発明に関する数値実施例７の諸収差図。
【図１７】本発明に関する数値実施例８の諸収差図。
【図１８】本発明に関する数値実施例９の諸収差図。
【図１９】本発明に関するズームレンズの原理図。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ｇ ｇ線
ｄ ｄ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアフォーカス式のズームレンズに関し、特にレンズとＣＣＤとの間に色分解プリズムが入るような長いバックフォーカスを確保しつつ、高変倍比でしかも前玉径が小さく、大口径なリアフォーカス式のズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ホームビデオカメラ等の小型軽量化に伴い、撮像用ズームレンズの小型化にもめざましい進歩が見られ、特に全長の短縮化や前玉径の小型化、構成の簡略化に力が注がれている。
【０００３】
これらの目的を達成するひとつの手段として、物体側の第１レンズ群以外のレンズ群を移動させてフォーカスを行う、所謂リアフォーカス式のズームレンズが知られている。
【０００４】
一般にリアフォーカス式のズームレンズは、第１レンズ群を移動させてフォーカスを行うズームレンズに比べて、第１レンズ群の有効径が小さくなり、レンズ系全体の小型化が容易になる。又近接撮影、特に極近接撮影が可能となり、更に比較的小型軽量のレンズ群を移動させているので、レンズ群の駆動力が小さくてすみ迅速な焦点合わせができる。
【０００５】
この様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６２−２０６５１６号公報、特開昭６２−２１５２２５号公報、特開昭６２−２４２１３号公報等では物体側より順に正の第１レンズ群、負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、正の第４レンズ群を有し、第２レンズ群を移動させて変倍を行い、第４レンズ群で変倍に伴う像面変動を補正すると共に、フォーカシングを行うズームレンズを開示している。
【０００６】
また、特開平４−４３３１１号公報、特開平４−１５３６１５号公報、特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２７１６７号公報、および特開平５−６０９７３号公報では、第４レンズ群を凸レンズ１枚または、凸レンズ２枚で構成された例が開示されている。また、特開平５−６０９７４号公報では第４レンズ群が凹凸の２枚で構成されたズームレンズが開示されている。
【０００７】
更に、特開昭５５−６２４１９号公報、特開昭６２−２４２１３号公報、特開昭６２−２１５２２５号公報、特開昭５６−１１４９２０号公報、特開平３−２００１１３号公報、特開平４−２４２７０７号公報、特開平４−３４３３１３号公報、特開平５−２９７２７５号公報等の公報ではその実施例中に第３群、第４群がそれぞれが、正レンズ、負レンズの２枚構成でなることを開示している。
【０００８】
また、ビデオデッキの高性能化（デジタル化）に伴いビデオカメラの高画質化が進んできている。その１つの方法として色分解光学系による画像の分解により高画質を達成している。そして、それに適したレンズとして、特開平５−７２４７４号公報、特開平６−５１１９９号公報、特開平６−３３７３５３号公報、特開平６−３４７６９７号公報、特開平７−１９９０６９号公報、特開平７−２７０６８４号公報等の公報がある。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
以上述べたように、一般にズームレンズにおいて、前玉径・全系の小型化を達成するには、第１レンズ群による距離合わせよりも、所謂リアフォーカス方式の方が適している。
【００１０】
しかしながら、特開平４−０２６８１１号公報および特開平４−８８３０９号公報では、その構成において色分解プリズムを配置するのが困難であった。
【００１１】
また、特開平４−４３３１１号公報、特開平４−１５３６１５号公報、特開平５−１９１６５号公報、特開平５−２７１６７号公報、および特開平５−６０９７３号公報で開示されているこれらのズームレンズではズーム比が６倍から８倍程度でありこれ以上の高倍ズームレンズになると色収差の変倍による変動が大きくなりすぎて補正しきれず充分な光学性能を発揮させることは困難であった。また、特開平５−６０９７４号公報で開示されている例でも、ズーム比が８倍クラスとやはり充分な高倍化が達成されていなかった。
【００１２】
更に、特開昭５５−６２４１９号公報、特開昭５６−１１４９２０号公報、特開平３−２００１１３号公報で開示されている例では、第１群または、第３群も変倍に伴って移動するため鏡筒構造が複雑になり小型化を達成するためには不向きであった。また、特開平４−２４２７０７号公報及び特開平４−３４３３１３号公報、特開平５−２９７２７５号公報に開示されている例では第３群が大きな空気間隔を持つ構成となっておりさらに第３群中の負レンズの屈折力が弱いため高変倍ズームレンズに適用するためには第３群で発生する色収差を充分に補正できるタイプとはならない。更には、特開平５−２９７２７５号公報で提案されている例では第３群中の凹メニスカスレンズが像面側に強い凹面を向けた構成となっているためテレフォト化には有効であるが凸レンズで発生した高次のフレアー成分を凹レンズで受けるには不向きな構成であるため大口径、高変倍ズームレンズには不利なタイプである。
【００１３】
また、特開平５−７２４７４号公報、特開平６−５１１９９号公報、特開平６−３３７３５３号公報、特開平６−３４７６９７号公報、特開平７−１９９０６９号公報、特開平７−２７０６８４号公報等の公報で開示されている例でも、その実施例はいずれもズーム比が１０〜１２倍程度とやはり充分な高倍化が達成されていなかった。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来例の欠点を改善し、特に本出願人提案の特開平７−２７０６８４号公報の改良に関し、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入るバックフォーカス空間を充分に確保し、全ズーム域・全物体距離にわたって良好な光学性能を維持しつつ大口径で１６倍程度の高変倍を図ったリアフォーカス式のズームレンズを提供し、合わせて該ズームレンズの着脱可能なビデオカメラを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的のもとで、物体側より順に、正の屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第４レンズ群で構成され、前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移動させてズーミングを行い、前記第４レンズ群を移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式ズームレンズであって、前記第３レンズ群は、最も物体側に、物体側へ凹面を向けた負レンズを有し、広角端無限遠物体における該ズームレンズの最終面から像面までの距離を空気に換算した時の長さをＢＦ、広角端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、半画角を各々ｆｗ，ＦＮＷ，ω、前記負レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ ３１ｆ 、前記負レンズと前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ ３１ｆ ，ｆ ３ とするとき、
【００１６】
【外２】
０．３０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３１ｆ ＜０．９０
なる条件式を満足させている。
【００１７】
すなわち、第２レンズ群にて発散された光束を略アフォーカルとするための第３レンズ群を負レンズが先行するレトロタイプとし、又、面形状を特定することで、第３群の主点間隔を第２群から遠ざけるように配置することにより第２レンズ群と該第３レンズ群との主点間隔をより開き第３レンズ群に入射する軸上光線高さをより高くする。従って全系の焦点距離を所定量とするための第４群の焦点距離を長くすることができワーキングディスタンスとしてのバックフォーカスを長くするものである。すなわち第３レンズ群をでる光束が略アフォーカルであるためバックフォーカスの長さは主点系で計算するとほぼ第４レンズ群の焦点距離と同じとなる。従って全系の焦点距離を固定して第４レンズ群の焦点距離を長くするためには図１９で示される如く第３レンズ群での軸上光高さｈを高くしてやれば良いことが分かる。
【００１９】
更なる特徴は、以下の説明に記載されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を用いて具体的に説明する。
【００２１】
図１〜図９は本発明のリアフォーカス式のズームレンズの後述する数値実施例１〜９のレンズ断面図、図１０〜図１８は各実施例の諸収差図を各々示す。各収差図においてＡは広角端における収差図、Ｂは中間における収差図、Ｃは望遠端における諸収差図を示す。
【００２２】
図中Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の直前に配置している。ＧＡは、ズームレンズの保護を目的とした保護ガラスであり、ＧＢは色分解プリズムやＣＣＤのフェースプレートやローパスフィルター等のガラスブロックである。Ｌ１からＧＡまでがズームレンズ部であり、マウント部材Ｃを介してカメラ本体に着装されている。したがってＧＢ以降像面側はカメラ本体に含まれる。
【００２３】
本実施例では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２レンズ群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レンズ群を移動させて補正している。又、第４レンズ群を光軸上移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式を採用している。特に図１の曲線４ａ，４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３レンズ群と第４レンズ群との空間の有効利用を図りレンズ全長の短縮化を効果的に達成している。同図に示す第４レンズ群の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは各々無限遠距離物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。尚、第１レンズ群と第３レンズ群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００２４】
数値実施例１〜３、９においては、第３レンズ群は、負、正からなる負の屈折力の接合レンズと、正、負からなる正の屈折力の接合レンズで構成され全体としてレトロタイプの正レンズ群を構成している。そして、負の屈折力の接合レンズは、物体側のレンズ面が物体側に凹面を向けている。こうして、第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を与えバックフォーカスを長くすることに貢献している。特に像側に比べて物体側に強い負のパワー（曲率半径が短い）を与えて主点位置をより後方に位置させている。
【００２５】
一方前記正の屈折力の接合レンズは、像面側のレンズ面が該接合レンズの物体側の面に比べ強い屈折面（曲率半径が短い）を有し、この接合レンズも同様に第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を担っており、第４レンズ群の焦点距離を長くし、従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２６】
数値実施例４〜８においては、第３レンズ群は負の単レンズと、正の単レンズで構成され、同様に、全体としてレトロタイプの正レンズ群を構成している。さらに前記負の単レンズは物体側の面が強い凹面であり第３群の主点位置を第２群から遠ざける役割を担っており、第４群の焦点距離を長くし従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２７】
一方前記正の単レンズは、像面側の面が物体側の面に比べ強い屈折面（曲率半径が短い）を有し第３レンズ群の主点位置を第２レンズ群から遠ざける役割を担っており、第４レンズ群の焦点距離を長くし従ってバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００２８】
このように、本実施例では、第３レンズ群の最も物体側に負レンズを配置し、この負レンズの物体側のレンズ面を物体側に凹面として主点位置を後方に配置し、後方に色分解プリズムを配置できる程のバックフォーカスを確保している。
【００２９】
そして、バックフォーカスを確保するとともに良好な収差を維持するために、広角端の無限遠物体における該レンズの最終面から像面までの距離を空気に換算した時の長さをＢＦ、広角端における全系の焦点距離と開放Ｆナンバー、半画角を各々ｆｗ，ＦＮＷ，ω、第３レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をＲ ３１ｆ 、第３レンズ群の最も物体側に位置する負レンズの焦点距離をｆ ３１ｆ 、第３レンズ群の焦点距離をｆ ３ とするとき、
【００３０】
【外３】
０．３０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３１ｆ ＜０．９０ …（３）
なる条件式を満足させている。
【００３１】
条件式（１）の下限値を越えてＦナンバーを明るくすると高次の球面収差、コマ収差が発生し、補正するのが困難になる。
【００３２】
条件式（１）の上限値を越えて、Ｆナンバーが暗くなると軸上光線束が細くなり、これによって、該レンズの最終面と像面との間に配置される色分解プリズムを小型化することが可能になる。すなわち、バックフォーカスを長くする必要がないにもかかわらず、長くしなければならず、該レンズ全長の長大化をまねく。
条件式（２），（３）ともに第３群の最も像面側の面の曲率を制限するためのもので、上限を越えると凹面の曲率並びに焦点距離がゆるくなり本発明の目的であるバックフォーカスを充分に長く保つことが困難となり、下限を越えると広角端において第２群から発散してくる光線束が第３群に入射する際に発生する高次の球面収差を補正することが困難となって高性能化を達成できなくなる。
【００３３】
以上の構成で、本発明の目的はとり合えず達成することが可能であるが、更に望ましくは下記の条件を満足することが望ましい。
【００３６】
（ｉ）前記第３レンズ群の最も像面側に正レンズ（接合レンズを含む）を配置し、該正レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ｒ，Ｒ３２ｒ，該正レンズそして前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ３２，ｆ３とした時、
１．０＜｜Ｒ３１ｒ／Ｒ３２ｒ｜＜５．０ …（４）
１．５＜ｆ３／ｆ３２＜５．０ …（５）
なる条件式を満足することである。
【００３７】
条件式（４）、（５）ともに第３レンズ群の最も像面側の面の曲率を制限するためのもので、下限を越えると本発明の目的であるバックフォーカスを充分に長く保つことが困難となり、上限を越えると第３レンズ群を射出しフォーカス機能を有する第４レンズ群に入射する際に発生する高次の球面収差を補正することが困難となって高性能化を達成できなくなる。
【００３８】
（ｉｉ）又、第１レンズ群から第２レンズ群、そして第２レンズ群から第３レンズ群までので空気間隔の和をＬ、広角端における半画角をω、広角端、望遠端そして前記第４レンズ群の焦点距離を各々、ｆｗ，ｆｔ，ｆ４、望遠端での無限遠物体に対する前記第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔をＤとした時、
０．６６＜Ｌ／（ｆｔ・ｔａｎω）＜１．１７ …（６）
４．００＜ｆ４／ｆｗ＜７．００ …（７）
０．１０＜Ｄ／ｆｔ＜０．３０ …（８）
なる条件である。
【００３９】
条件式（６）は第２レンズ群の変倍のための移動空間をズーム比の関係を最適化するもので、上限値を超えると変倍に対する移動のための空間が広すぎ全長の長大化をまねき、下限値を超えると第２レンズ群の変倍負担量を稼ぐため負の屈折力を強くせねば成らなくなり、像面湾曲を示す負のペッツバール和が増大し好ましくない。
【００４０】
条件式（７）はバックフォーカスの長さを最適化するもので上限値を超えるとバックフォーカスが必要以上に長くなり全長の長大化をまねき、下限値を超えると充分に長いバックフォーカスを確保することが困難となる。
【００４１】
条件式（８）はフォーカスのための第４群の移動可能な空間と望遠端の焦点距離の関係を最適化するもので、上限値を超えるほどＤを大きくとると全長の長大化をまねき好ましくなく、下限値を超えるとフォーカスのための充分な空間を確保できなくなり、ズームレンズの操作性に支障がでてくる。
【００４２】
さて、望遠端の色収差を充分に補正するために第２群は、少なくとも２枚の負レンズと少なくとも１枚の正レンズで構成されていればよいが、本実施例では前述のように第２レンズ群と第３レンズ群の主点間隔を拡大するため該第２レンズ群の最も像面側に負レンズを配置してさらにバックフォーカスを長くすることに貢献している。
【００４３】
また更に良好な収差補正、特に色収差を良好に補正するためには、第１〜３、第９実施例に示す如く第３群に少なくとも１つの接合レンズを有することである。先にも述べたように、ビデオカメラの高画質化にともない、従来あまり問題にならなかった色収差、特に倍率色収差が問題となりこれを良好に補正している。
【００４４】
又、本実施例では、第１レンズ群の像を小さくするために開口絞りを第３レンズ群直前に配置したが、この位置に限ることなく、第３レンズ群と第４レンズ群との間でも、、又、第３４レンズ群中の負レンズと正レンズとの間でもさしつかえない。
【００４５】
尚、本実施例では、第３レンズ群を順に負、正として、射出瞳を長くし、ズームレンズを射出する光線の状態か略テレセントリックとなるようにして、その後方に配置された色分解プリズムに入射する光線の角度を緩くすることにより、色分解系の波長による反射特性変化を解消し、色分解を忠実に行い画像の色再現性を非常に良くしている。
【００４６】
また、本レンズのように高倍率のレンズでは、テレ端の焦点距離が非常に長くなり、テレ端およびその付近の性能が該第２群に大きく影響されてくる。そして、この第２レンズ群に非球面を導入すれば光学性能を上げることが可能になる。
【００４７】
なお、非球面は、基本的に球面収差の補正を目的としているため、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。
【００４８】
更に、良好な収差補正、特に色収差を良好に補正するためには、第４群中の少なくとも１つの正レンズは、
νd ＞６４．０
を満足するガラスで構成することである。ただし、νd はガラスのアッベ数である。
【００４９】
この条件式は、倍率色収差を良好に補正するための条件で、条件式の下限値を越えてアッベ数を小さくすると、倍率色収差がアンダーになり好ましくない。
【００５０】
以下に、本発明の実施例を記載する。
【００５１】
数値実施例において、Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは、物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれ物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００５２】
また、数値実施例１におけるＲ２８〜Ｒ２９、数値実施例２、３、９におけるＲ２６〜Ｒ２７、数値実施例４〜８におけるＲ２４〜Ｒ２５等は保護ガラス部、数値実施例１におけるＲ３０〜Ｒ３３、数値実施例２、３、９におけるＲ２８〜Ｒ３１数値実施例４〜８におけるＲ２６〜Ｒ２９等は、色分解プリズム、光学フィルター、フェースプレート等のガラスブロックを示す。
【００５３】
又、前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。
【００５４】
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、各球面係数をＫ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、
【００５５】
【外４】
【００５６】
また例えば「ｅ−０X 」の表示は「１０-X」を意味する。
【００５７】
【表１】
【外５】
【外６】
【外７】
【外８】
【外９】
【外１０】
【外１１】
【外１２】
【外１３】
【発明の効果】
以上説明したように構成することにより、変倍比１５以上と高変倍でＦＮｏ．１．６程度と大口径を確保しながらも、色分解用プリズム等の光学素子やズームレンズ部の保護を目的とした光学素子が入るバックフォーカス空間を充分に確保しつつ全ズーム域・全物体距離にわたって良好な性能を有するリアフォーカス式のズームレンズの提供が可能になり、このズームレンズを用いて小型軽量高性能なレンズ着脱式ビデオカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】本発明に関する数値実施例２のレンズ断面図。
【図３】本発明に関する数値実施例３のレンズ断面図。
【図４】本発明に関する数値実施例４のレンズ断面図。
【図５】本発明に関する数値実施例５のレンズ断面図。
【図６】本発明に関する数値実施例６のレンズ断面図。
【図７】本発明に関する数値実施例７のレンズ断面図。
【図８】本発明に関する数値実施例８のレンズ断面図。
【図９】本発明に関する数値実施例９のレンズ断面図。
【図１０】本発明に関する数値実施例１の諸収差図。
【図１１】本発明に関する数値実施例２の諸収差図。
【図１２】本発明に関する数値実施例３の諸収差図。
【図１３】本発明に関する数値実施例４の諸収差図。
【図１４】本発明に関する数値実施例５の諸収差図。
【図１５】本発明に関する数値実施例６の諸収差図。
【図１６】本発明に関する数値実施例７の諸収差図。
【図１７】本発明に関する数値実施例８の諸収差図。
【図１８】本発明に関する数値実施例９の諸収差図。
【図１９】本発明に関するズームレンズの原理図。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ｇ ｇ線
ｄ ｄ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
Claims (5)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第４レンズ群から成り、
前記第２レンズ群と前記第４レンズ群を移動させてズーミングを行い、前記第４レンズ群を移動させてフォーカスを行うリアフォーカス式ズームレンズであって、前記第３レンズ群は、最も物体側に、物体側へ凹面を向けた負レンズを有し、
広角端での無限遠物体合焦時の該ズームレンズの最終面から像面までの距離を空気に換算した時の長さをＢＦ、広角端における全系の焦点距離、Ｆナンバー、半画角を各々ｆｗ，ＦＮＷ，ω、前記負レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ ３１ｆ 、前記負レンズと前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ ３１ｆ ，ｆ ３ とするとき、
【外１】
−０．６０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３ ＜−０．１０
０．３０＜Ｒ ３１ｆ ／ｆ ３１ｆ ＜０．９０
なる条件式を満足することを特徴とするリアフォーカス式のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群は、最も像面側に、正の屈折力の接合レンズ又は正レンズを有することを特徴とする請求項１のリアフォーカス式のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群の最も像面側に配置された正の屈折力の接合レンズ又は正レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ｒ，Ｒ３２ｒ、前記接合レンズ又は正レンズの焦点距離をｆ３２とするとき、
１．０＜｜Ｒ３１ｒ／Ｒ３２ｒ｜＜５．０
１．５＜ｆ３／ｆ３２＜５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２のリアフォーカス式のズームレンズ。 - 前記第１レンズ群から第２レンズ群、そして前記第２レンズ群から第３レンズ群までの空気間隔の和をＬ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、望遠端での無限遠物体合焦時の前記第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔をＤとするとき、
０．６６＜Ｌ／（ｆｔ・ｔａｎω）＜１．１７
４．００＜ｆ４／ｆｗ＜７．００
０．１０＜Ｄ／ｆｔ＜０．３０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のリアフォーカス式のズームレンズ。 - 請求項１〜４いずれかのリアフォーカス式のズームレンズと、該ズームレンズからの光を受光する撮像素子とを有するカメラ。
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