ズームレンズおよび撮影システム
【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】 変倍中に固定される正の屈折力を有する第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１レンズサブユニットＬ１ａと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットＬ１ｂと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットＬ１ｃとを有する。焦点調節に際して、第２レンズサブユニットＬ１ｂが移動し、かつ以下の条件を満たす。
−４．０＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８，０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの合成焦点距離である。
【解決手段】 変倍中に固定される正の屈折力を有する第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１レンズサブユニットＬ１ａと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットＬ１ｂと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットＬ１ｃとを有する。焦点調節に際して、第２レンズサブユニットＬ１ｂが移動し、かつ以下の条件を満たす。
−４．０＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８，０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの合成焦点距離である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなズームレンズのうち特に望遠タイプの高倍率ズームレンズとして、本発明と同一出願人である特許文献１において、望遠端の画角が２．０度以下で変倍比が５．５〜１３．４倍のものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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）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。
【０００４】
本発明は望遠ズームレンズにおいて、特に第１レンズユニットを適切に規定することにより、望遠端における被写体距離による諸収差の変動を抑制した、小型軽量で高倍率を有し、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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明は、
１．物体側から順に、変倍中に固定される正の屈折力を有する第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屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットとを有し、焦点調節に際して、前記第２レンズサブユニットが移動することを特徴とする。
【０００６】
２．さらに以下の条件を満たすことを特徴とする。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８
０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは前記第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【０００７】
３．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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１レンズユニットを正正負の３サブユニットで構成し、第２レンズサブユニットにおいて焦点調節を行ない、諸条件式を適切に設定することにより、高倍率、小型軽量で高い光学性能を有する望遠ズームレンズを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
本実施例は、望遠端での画角が２．０度以下、変倍比が５倍以上で、広角端での口径比が３．０以下の望遠ズームレンズである。
【００１１】
本実施例のズームレンズは、物体側から順に、変倍中に固定で正の屈折力の第１レンズユニットＬ１と、変倍用の負の屈折力の第２レンズユニットＬ２と、絞りＳＰと、変倍に伴う像面変動補正用の第３レンズユニットＬ３と、変倍中に固定で正の屈折力の第４レンズユニットＬ４とにより構成されている。
【００１２】
ここで、前記Ｌ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットＬ１ａと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットＬ１ｂと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットＬ１ｃにより構成されている。焦点調節に際しては、前記Ｌ１ｂが移動する。
【００１３】
そして、該ズームレンズは、以下の条件を満たす。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８ …（１）
０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０ …（２）
但し、ｆ１ａは前記Ｌ１ａの焦点距離、ｆ１ｂは前記Ｌ１ｂの焦点距離、ｆ１ｃは前記Ｌ１ｃの焦点距離、ｆ１ａｂは前記Ｌ１ａｂの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【００１４】
また、前記Ｌ１ｂ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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントで構成されている。
【００１５】
また、以下の条件を満たしている。
νｂｐ−νｂｎ＞３０ …（３）
但し、νｂｐは前記Ｌ１ｂに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｂｎは前記Ｌ１ｂ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。
【００１６】
また、以下の条件を満たしている。
Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＞０．１ …（４）
但し、Ｎｂｐは前記Ｌ１ｂに含まれる正レンズエレメントの屈折率の平均値、Ｎｂｎは前記Ｌ１ｂに含まれる負レンズエレメントの屈折率の平均値である。
【００１７】
また、以下の条件も満たすとよい。
０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８ …（５）
但し、ｆ１は前記Ｌ１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。
【００１８】
また、以下の条件も満たすとよい。
３０＜ｆＴ／Ｌｄ …（６）
５＜Ｚ …（７）
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。
【００１９】
さらに、以下の条件を満たすとよい。
０．６＜Ｋ＜１．３ …（８）
但し、Ｋは前記Ｌ１の焦点距離に対する前記Ｌ１ａから前記Ｌ１の後側焦点までの距離の比である。
【００２０】
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。
νａｐ−νａｎ＞３０ …（９）
但し、νａｐは前記Ｌ１ａに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νａｎは前記Ｌ１ａ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。
【００２１】
また、第３レンズサブユニットＬ１ｃ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。
νｃｎ−νｃｐ＞５ …（１０）
但し、νｃｐは前記Ｌ１ｃに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｃｎは前記Ｌ１ｃ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。
【００２２】
図７に本実施例の第１、第２レンズユニットの広角端における概念図を示す。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は前記Ｌ１の後側焦点、すなわち前記Ｌ２の物点を示している。前記Ｌ１は物体側より順に第１レンズサブユニットＬ１ａ、第２レンズサブユニットＬ１ｂ、第３レンズサブユニットＬ１ｃで構成される。ｆ１は前記Ｌ１の焦点距離、ｅ１ｗは広角端における前記Ｌ１，前記Ｌ２の主点間隔、ｍｖは前記Ｌ２の広角端から望遠端までの移動量である。Ｋは前記ｆ１に対する前記Ｌ１ａから前記Ｎまでの距離の比である。ｅ１ａｂは前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂの主点間隔、ｅ１ｂｃは前記Ｌ１ｂ，前記Ｌ１ｃの主点間隔である。
【００２３】
ｅ１ａｂｃは前記Ｌ１ａと前記Ｌ１ｂを合成したレンズユニットＬ１ａｂと第３レンズサブユニットＬ１ｃの被写体距離無限遠時における主点間隔である。
【００２４】
図７のように第１レンズユニットＬ１をいわゆるテレフォト型の光学配置とすることにより、第１レンズユニットＬ１の望遠比を小さくすることができる。これにより、高倍率化のために広角端における前記Ｌ１と前記Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗを広げながら、かつ前記Ｌ１と前記Ｌ２の物理的な間隔を抑制して、高倍率化と小型軽量化を両立している。特に、前記Ｌ１を前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂ、前記Ｌ１ｃに分割し前記Ｌ１ｂでフォーカスをすることにより、Ｌ１ａ〜Ｌ１ｂ間およびＬ１ｂ〜Ｌ１ｃ間の２間隔が変化するために収差補正の自由度が増え、フォーカスに伴う収差変動を抑制でき高性能化が実現できる。前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂ、前記Ｌ１ｃの焦点距離をそれぞれｆ１ａ，ｆ１ｂ、ｆ１ｃとし、前記Ｌ１ａｂの被写体距離無限遠時における焦点距離をｆ１ａｂとする。また、前記Ｌ１ｂ，前記Ｌ１ｃの結像倍率をそれぞれβ１ｂ、β１ｃ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。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
【数３】
【００２８】
また、前記β１ｂ、前記β１ｃは、物体近軸光線入射角度をそれぞれα１ｂ、α１ｃとし、物体近軸光線射出角度をα１ｂ’、α１ｃ’とすると、以下の式が成り立つ。
β１ｂ＝α１ｂ／α１ｂ’＜１ ・・・（ａ−４）
β１ｃ＝α１ｃ／α１ｃ’＞１ ・・・（ａ−５）
α１ｂ’＝α１ｃ ・・・（ａ−６）
小型軽量化を達成するためには、前記Ｋの値を小さくするように前記ｆ１ａｂと前記ｆ１ｃを適切に設定する必要がある。
【００２９】
条件式（１）は、前記ｆ１ａｂと前記ｆ１ｃとの比を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、前記Ｌ１ｃの屈折力が弱まり、式（ａ−５）において前記β１ｃは１に近づく。これにより、式（ａ−３）において前記Ｋが大きくなって、コンパクト化に不利となるため、好ましくない。
【００３０】
条件式（１）の上限値を上回ると、前記Ｋが小さくなりコンパクト化に有利であるが、前記Ｌ１ｃの屈折力が強くなる。このため前記Ｌ１ｃにおいて高次の収差、特に望遠側における軸上色収差や高次の球面収差が発生し、他のレンズユニットで補正することが困難となる。
【００３１】
なお、条件式（１）の下限値を−３．５とし、上限値を−１．５とすれば、より好ましい効果が得られる。
【００３２】
次に、本実施例における焦点調節における動作を示す概略図を図８に示す。
【００３３】
本実施例において、焦点調節は第２レンズサブユニットＬ１ｂを移動させて行う。前記Ｌ１ｂの物点の変位量をη１ｂ、被写体から第１レンズサブユニットＬ１ａの主点位置までの距離をＯＢＪとすると、前記Ｌ１ｂの被写体距離無限遠時に対する移動量Δｘ１ｂは以下の式で与えられる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
したがって前記ｆ１ａ、前記ｆ１ｂを適切に決定することにより、前記Ｌ１ｂの焦点調節による移動量の低減と、焦点調節による諸収差の変動の抑制を両立することが可能となる。また、第１レンズユニットＬ１の部分系である前記Ｌ１ｂのみを駆動することにより、焦点調節における駆動力の低減を図り、駆動機構全体の小型軽量化を達成することができる。
【００３９】
条件式（２）は、前記ｆ１ａと前記ｆ１ｂの比を規定している。条件式（２）の前記△ｘ１ｂが低減できるが、前記Ｌ１ｂの屈折力が強くなる。このため前記Ｌ１ｂにおいて高次の収差、特に、望遠側における焦点調節による移動に伴う軸上色収差や球面収差の変動が発生し抑制することが困難となる。また、条件式（２）の上限値を上回ると、式（ｂ−１）〜式（ｂ−４）より前記△ｘ１ｂが大きくなり、移動に必要な空気間隔が増大してコンパクト化に不利となるため、好ましくない。
【００４０】
なお、条件式（２）の下限値を０．６とし、上限値を１．８とすれば、より好ましい効果が得られる。
【００４１】
また、第２レンズサブユニットＬ１ｂ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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントで構成されている。被写体距離を近づけた場合、第１レンズサブユニットＬ１ａにおいて物体近軸光線の傾角αはマイナスとなり発散で入射し、射出後に収斂となる。この前記αの変化により負の球面収差が発生し、特に望遠側・近距離側で顕著となる。図８に示すように、前記Ｌ１ｂは近距離側への焦点調節に際して物体側に移動する。前記Ｌ１ｂ内に物体側の面が像側に凸である負レンズエレメントを配置すると、前記Ｌ１ｂの物体側への移動に従い、物体近軸光線の高さｈが高くなりより大きな正の球面収差を発生する。これにより焦点調節による望遠側の球面収差の変動を抑制することが可能となる。
【００４２】
条件式（３）は、第２レンズサブユニットＬ１ｂ内の正レンズエレメントのアッベ数と負レンズエレメントのアッベ数の平均値の差を規定している。第２レンズサブユニットＬ１ｂは近距離側への焦点調節に際して物体側に移動するため、前記Ｌ１ｂ内の物体近軸光線の高さｈが増大する。したがって焦点調節に伴う軸上色収差変動を抑制するためには、前記Ｌ１ｂ内で軸上色収差を補正する必要がある。そこで前記Ｌ１ｂ内に分散の小さい正レンズエレメントと分散の大きい負レンズエレメントを配置することにより、前記Ｌ１ｂ内を正の色消しとして焦点調節による望遠側の軸上色収差の変動を抑制することが可能となる。条件式（３）の下限を下回ると軸上色収差補正効果が不十分となり焦点調節による軸上色収差の変動を抑制することが困難となる。
【００４３】
条件式（４）は第２レンズサブユニットＬ１ｂ内の正レンズエレメントのアッベ数と負レンズエレメントの屈折率の平均値の差を規定している。負レンズエレメントの屈折率を高くすることにより、焦点調節による球面収差の変動をより大きく抑制する効果が得られる。条件式（４）の下限値を下回ると望遠側における球面収差補正効果が不十分となり、焦点調節による球面収差の変動を抑制することが困難となる。
【００４４】
条件式（５）は、望遠端の焦点距離に対する第１レンズユニットＬ１の焦点距離の比を規定している。条件式（５）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。また、条件式（５）の上限値を超えると望遠化は容易であるが、第２レンズユニットＬ２に対する物点位置が遠ざかるため、前記Ｌ２の移動量が増大して、コンパクト化に不利となって好ましくない。
【００４５】
なお、条件式（５）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。
【００４６】
条件式（６），（７）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。
【００４７】
条件式（８）は、第１レンズユニットＬ１の焦点距離に対する、第１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）を規定している。条件式（８）の上限値を上回る場合、コンパクト化に不利となり、下限値を下回ると、前記Ｌ１ｃの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。
【００４８】
条件式（９）は、望遠側での軸上色収差を良好に補正するための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、特に望遠側の軸上色収差が問題となる。特に、第１レンズサブユニットＬ１ａにて発生する軸上色収差は第２レンズサブユニットＬ１ｂ以降の結像倍率の２乗に比例して拡大されるため、前記Ｌ１ａにおいて色収差を良好に補正することが必要となる。
【００４９】
特に、適切な正の屈折力を持たせながら軸上色収差を補正するためには、前記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不十分である。このため、前記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、望遠側での軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
【００５０】
そこで、条件式（９）は、前記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（９）下限値を下回ると、特に望遠端において前記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、さらに前記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ため、好ましくない。
【００５１】
条件式（１０）は、第３レンズサブユニットＬ１ｃ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、望遠側での軸上色収差を良好に補正するための条件である。条件式（１０）の下限値を下回ると、特に望遠端において前記Ｌ１ａ、前記Ｌ１ｂで発生する軸上色収差を補正する効果が不十分となり好ましくない。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、前記Ｌ１ｃ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ため、好ましくない。
【００５２】
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を挿脱可能としてもよい。
【実施例１】
【００５３】
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はズームレンズの広角端、被写体距離２．５ｍにおける断面図である。
【００５４】
また、図３〜５はそれぞれ、本数値例１の広角端、中間位置ｆ＝２２５ｍｍおよび望遠端での収差図である。また、図６は被写体距離２．５ｍにおける望遠端での収差図である。なお、各収差図において、ｅはｅ線の収差を実線で、ｇはｇ線の収差を一点鎖線、ｃはｃ線の収差を点線でそれぞれ示している。また、Ｓはサジタル像面の収差を実線で、Ｍはメリディオナル像面の収差を点線でそれぞれ示す。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、前記Ｌ１は、物体側から順に、正の第１レンズサブユニットＬ１ａおよび正の第２レンズサブユニットＬ１ｂ、負の第３レンズサブユニットで構成されており、前記Ｌ１ａは２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、前記Ｌ１ｂは１枚の正レンズエレメントと、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。また前記Ｌ１ｃ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している。
【００５８】
本実施例は、望遠端の焦点距離が４５０ｍｍ、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５８．２９７ｍｍ、変倍比が１５倍であり、超望遠化、小型軽量化、高倍率化を実現している。本実施例における条件式（１）の値は
（１）ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＝−２．５２２５
で条件を満たしており、小型軽量化を実現している。
【００５９】
また、条件式（２）の値は
（２）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝１．３５４３
で条件を満たしており、焦点調節による移動量の低減と、球面収差の変動の補正を両立している。
【００６０】
被写体距離２．５ｍにおける第２レンズサブユニットの移動量は物体側に７．５２３ｍｍである。
【００６１】
また、条件式（３）、（４）の値は
（３）νｂｐ−νｂｎ＝５３．６２
（４）Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＝０．２５５０
であり、条件を満たしており、焦点調節による軸上色収差、球面収差の変動を良好に補正している。
【００６２】
また、条件式（５）の値は
（５）ｆ１／ｆＴ＝０．３２３１
であり、条件を満たしており、望遠化と高倍率化の両立を実現している。
【００６３】
また、条件式（６）、（７）の値は
（６）ｆＴ／Ｌｄ＝４０．９０２０
（７）Ｚ＝１５
であり、条件を満たしている。
【００６４】
また、条件式（８）の値は
（８）Ｋ＝０．９６７６
であり、条件を満たしており、小型軽量化を実現している。
【００６５】
また、条件式（９）、（１０）はそれぞれ
（９）νａｐ−νａｎ＝４７．８１
（１０）νｃｎ−νｃｐ＝１１．９４
であり、それぞれ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。
【００６６】
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。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
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９を用いて説明する。
【００７０】
図９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。
【００７１】
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一部が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）である。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）である。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）である。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。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、図９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。
【００７６】
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屈折力を有する場合にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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。
【図２】数値例１の被写体距離２．５ｍ、広角端におけるレンズ断面図である。
【図３】数値例１の広角端における収差図である。
【図４】数値例１の焦点距離２２５ｍｍにおける収差図である。
【図５】数値例１の望遠端における収差図である。
【図６】数値例１の被写体距離２．５ｍ、望遠端における収差図である。
【図７】実施例の第１レンズユニットと第２レンズユニットの基本構成を示す概略図である。
【図８】実施例の第１レンズユニットの焦点調節における動作を示す概略図である。
【図９】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】
【００７８】
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１レンズサブユニット
Ｌ１ｂ 第２レンズサブユニット
Ｌ１ｃ 第３レンズサブユニット
ＳＰ 絞り
Ｂ ガラスブロック
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなズームレンズのうち特に望遠タイプの高倍率ズームレンズとして、本発明と同一出願人である特許文献１において、望遠端の画角が２．０度以下で変倍比が５．５〜１３．４倍のものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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）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。
【０００４】
本発明は望遠ズームレンズにおいて、特に第１レンズユニットを適切に規定することにより、望遠端における被写体距離による諸収差の変動を抑制した、小型軽量で高倍率を有し、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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明は、
１．物体側から順に、変倍中に固定される正の屈折力を有する第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屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットとを有し、焦点調節に際して、前記第２レンズサブユニットが移動することを特徴とする。
【０００６】
２．さらに以下の条件を満たすことを特徴とする。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８
０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは前記第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【０００７】
３．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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１レンズユニットを正正負の３サブユニットで構成し、第２レンズサブユニットにおいて焦点調節を行ない、諸条件式を適切に設定することにより、高倍率、小型軽量で高い光学性能を有する望遠ズームレンズを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
本実施例は、望遠端での画角が２．０度以下、変倍比が５倍以上で、広角端での口径比が３．０以下の望遠ズームレンズである。
【００１１】
本実施例のズームレンズは、物体側から順に、変倍中に固定で正の屈折力の第１レンズユニットＬ１と、変倍用の負の屈折力の第２レンズユニットＬ２と、絞りＳＰと、変倍に伴う像面変動補正用の第３レンズユニットＬ３と、変倍中に固定で正の屈折力の第４レンズユニットＬ４とにより構成されている。
【００１２】
ここで、前記Ｌ１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットＬ１ａと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットＬ１ｂと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットＬ１ｃにより構成されている。焦点調節に際しては、前記Ｌ１ｂが移動する。
【００１３】
そして、該ズームレンズは、以下の条件を満たす。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８ …（１）
０．１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０ …（２）
但し、ｆ１ａは前記Ｌ１ａの焦点距離、ｆ１ｂは前記Ｌ１ｂの焦点距離、ｆ１ｃは前記Ｌ１ｃの焦点距離、ｆ１ａｂは前記Ｌ１ａｂの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【００１４】
また、前記Ｌ１ｂ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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントで構成されている。
【００１５】
また、以下の条件を満たしている。
νｂｐ−νｂｎ＞３０ …（３）
但し、νｂｐは前記Ｌ１ｂに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｂｎは前記Ｌ１ｂ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。
【００１６】
また、以下の条件を満たしている。
Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＞０．１ …（４）
但し、Ｎｂｐは前記Ｌ１ｂに含まれる正レンズエレメントの屈折率の平均値、Ｎｂｎは前記Ｌ１ｂに含まれる負レンズエレメントの屈折率の平均値である。
【００１７】
また、以下の条件も満たすとよい。
０．２＜ｆ１／ｆＴ＜０．８ …（５）
但し、ｆ１は前記Ｌ１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。
【００１８】
また、以下の条件も満たすとよい。
３０＜ｆＴ／Ｌｄ …（６）
５＜Ｚ …（７）
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。
【００１９】
さらに、以下の条件を満たすとよい。
０．６＜Ｋ＜１．３ …（８）
但し、Ｋは前記Ｌ１の焦点距離に対する前記Ｌ１ａから前記Ｌ１の後側焦点までの距離の比である。
【００２０】
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。
νａｐ−νａｎ＞３０ …（９）
但し、νａｐは前記Ｌ１ａに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νａｎは前記Ｌ１ａ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。
【００２１】
また、第３レンズサブユニットＬ１ｃ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。
νｃｎ−νｃｐ＞５ …（１０）
但し、νｃｐは前記Ｌ１ｃに含まれる正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｃｎは前記Ｌ１ｃ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。
【００２２】
図７に本実施例の第１、第２レンズユニットの広角端における概念図を示す。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は前記Ｌ１の後側焦点、すなわち前記Ｌ２の物点を示している。前記Ｌ１は物体側より順に第１レンズサブユニットＬ１ａ、第２レンズサブユニットＬ１ｂ、第３レンズサブユニットＬ１ｃで構成される。ｆ１は前記Ｌ１の焦点距離、ｅ１ｗは広角端における前記Ｌ１，前記Ｌ２の主点間隔、ｍｖは前記Ｌ２の広角端から望遠端までの移動量である。Ｋは前記ｆ１に対する前記Ｌ１ａから前記Ｎまでの距離の比である。ｅ１ａｂは前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂの主点間隔、ｅ１ｂｃは前記Ｌ１ｂ，前記Ｌ１ｃの主点間隔である。
【００２３】
ｅ１ａｂｃは前記Ｌ１ａと前記Ｌ１ｂを合成したレンズユニットＬ１ａｂと第３レンズサブユニットＬ１ｃの被写体距離無限遠時における主点間隔である。
【００２４】
図７のように第１レンズユニットＬ１をいわゆるテレフォト型の光学配置とすることにより、第１レンズユニットＬ１の望遠比を小さくすることができる。これにより、高倍率化のために広角端における前記Ｌ１と前記Ｌ２の主点間隔ｅ１ｗを広げながら、かつ前記Ｌ１と前記Ｌ２の物理的な間隔を抑制して、高倍率化と小型軽量化を両立している。特に、前記Ｌ１を前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂ、前記Ｌ１ｃに分割し前記Ｌ１ｂでフォーカスをすることにより、Ｌ１ａ〜Ｌ１ｂ間およびＬ１ｂ〜Ｌ１ｃ間の２間隔が変化するために収差補正の自由度が増え、フォーカスに伴う収差変動を抑制でき高性能化が実現できる。前記Ｌ１ａ，前記Ｌ１ｂ、前記Ｌ１ｃの焦点距離をそれぞれｆ１ａ，ｆ１ｂ、ｆ１ｃとし、前記Ｌ１ａｂの被写体距離無限遠時における焦点距離をｆ１ａｂとする。また、前記Ｌ１ｂ，前記Ｌ１ｃの結像倍率をそれぞれβ１ｂ、β１ｃ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。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
【数３】
【００２８】
また、前記β１ｂ、前記β１ｃは、物体近軸光線入射角度をそれぞれα１ｂ、α１ｃとし、物体近軸光線射出角度をα１ｂ’、α１ｃ’とすると、以下の式が成り立つ。
β１ｂ＝α１ｂ／α１ｂ’＜１ ・・・（ａ−４）
β１ｃ＝α１ｃ／α１ｃ’＞１ ・・・（ａ−５）
α１ｂ’＝α１ｃ ・・・（ａ−６）
小型軽量化を達成するためには、前記Ｋの値を小さくするように前記ｆ１ａｂと前記ｆ１ｃを適切に設定する必要がある。
【００２９】
条件式（１）は、前記ｆ１ａｂと前記ｆ１ｃとの比を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、前記Ｌ１ｃの屈折力が弱まり、式（ａ−５）において前記β１ｃは１に近づく。これにより、式（ａ−３）において前記Ｋが大きくなって、コンパクト化に不利となるため、好ましくない。
【００３０】
条件式（１）の上限値を上回ると、前記Ｋが小さくなりコンパクト化に有利であるが、前記Ｌ１ｃの屈折力が強くなる。このため前記Ｌ１ｃにおいて高次の収差、特に望遠側における軸上色収差や高次の球面収差が発生し、他のレンズユニットで補正することが困難となる。
【００３１】
なお、条件式（１）の下限値を−３．５とし、上限値を−１．５とすれば、より好ましい効果が得られる。
【００３２】
次に、本実施例における焦点調節における動作を示す概略図を図８に示す。
【００３３】
本実施例において、焦点調節は第２レンズサブユニットＬ１ｂを移動させて行う。前記Ｌ１ｂの物点の変位量をη１ｂ、被写体から第１レンズサブユニットＬ１ａの主点位置までの距離をＯＢＪとすると、前記Ｌ１ｂの被写体距離無限遠時に対する移動量Δｘ１ｂは以下の式で与えられる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
したがって前記ｆ１ａ、前記ｆ１ｂを適切に決定することにより、前記Ｌ１ｂの焦点調節による移動量の低減と、焦点調節による諸収差の変動の抑制を両立することが可能となる。また、第１レンズユニットＬ１の部分系である前記Ｌ１ｂのみを駆動することにより、焦点調節における駆動力の低減を図り、駆動機構全体の小型軽量化を達成することができる。
【００３９】
条件式（２）は、前記ｆ１ａと前記ｆ１ｂの比を規定している。条件式（２）の前記△ｘ１ｂが低減できるが、前記Ｌ１ｂの屈折力が強くなる。このため前記Ｌ１ｂにおいて高次の収差、特に、望遠側における焦点調節による移動に伴う軸上色収差や球面収差の変動が発生し抑制することが困難となる。また、条件式（２）の上限値を上回ると、式（ｂ−１）〜式（ｂ−４）より前記△ｘ１ｂが大きくなり、移動に必要な空気間隔が増大してコンパクト化に不利となるため、好ましくない。
【００４０】
なお、条件式（２）の下限値を０．６とし、上限値を１．８とすれば、より好ましい効果が得られる。
【００４１】
また、第２レンズサブユニットＬ１ｂ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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントで構成されている。被写体距離を近づけた場合、第１レンズサブユニットＬ１ａにおいて物体近軸光線の傾角αはマイナスとなり発散で入射し、射出後に収斂となる。この前記αの変化により負の球面収差が発生し、特に望遠側・近距離側で顕著となる。図８に示すように、前記Ｌ１ｂは近距離側への焦点調節に際して物体側に移動する。前記Ｌ１ｂ内に物体側の面が像側に凸である負レンズエレメントを配置すると、前記Ｌ１ｂの物体側への移動に従い、物体近軸光線の高さｈが高くなりより大きな正の球面収差を発生する。これにより焦点調節による望遠側の球面収差の変動を抑制することが可能となる。
【００４２】
条件式（３）は、第２レンズサブユニットＬ１ｂ内の正レンズエレメントのアッベ数と負レンズエレメントのアッベ数の平均値の差を規定している。第２レンズサブユニットＬ１ｂは近距離側への焦点調節に際して物体側に移動するため、前記Ｌ１ｂ内の物体近軸光線の高さｈが増大する。したがって焦点調節に伴う軸上色収差変動を抑制するためには、前記Ｌ１ｂ内で軸上色収差を補正する必要がある。そこで前記Ｌ１ｂ内に分散の小さい正レンズエレメントと分散の大きい負レンズエレメントを配置することにより、前記Ｌ１ｂ内を正の色消しとして焦点調節による望遠側の軸上色収差の変動を抑制することが可能となる。条件式（３）の下限を下回ると軸上色収差補正効果が不十分となり焦点調節による軸上色収差の変動を抑制することが困難となる。
【００４３】
条件式（４）は第２レンズサブユニットＬ１ｂ内の正レンズエレメントのアッベ数と負レンズエレメントの屈折率の平均値の差を規定している。負レンズエレメントの屈折率を高くすることにより、焦点調節による球面収差の変動をより大きく抑制する効果が得られる。条件式（４）の下限値を下回ると望遠側における球面収差補正効果が不十分となり、焦点調節による球面収差の変動を抑制することが困難となる。
【００４４】
条件式（５）は、望遠端の焦点距離に対する第１レンズユニットＬ１の焦点距離の比を規定している。条件式（５）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。また、条件式（５）の上限値を超えると望遠化は容易であるが、第２レンズユニットＬ２に対する物点位置が遠ざかるため、前記Ｌ２の移動量が増大して、コンパクト化に不利となって好ましくない。
【００４５】
なお、条件式（５）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。
【００４６】
条件式（６），（７）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。
【００４７】
条件式（８）は、第１レンズユニットＬ１の焦点距離に対する、第１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）を規定している。条件式（８）の上限値を上回る場合、コンパクト化に不利となり、下限値を下回ると、前記Ｌ１ｃの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。
【００４８】
条件式（９）は、望遠側での軸上色収差を良好に補正するための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、特に望遠側の軸上色収差が問題となる。特に、第１レンズサブユニットＬ１ａにて発生する軸上色収差は第２レンズサブユニットＬ１ｂ以降の結像倍率の２乗に比例して拡大されるため、前記Ｌ１ａにおいて色収差を良好に補正することが必要となる。
【００４９】
特に、適切な正の屈折力を持たせながら軸上色収差を補正するためには、前記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不十分である。このため、前記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、望遠側での軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
【００５０】
そこで、条件式（９）は、前記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（９）下限値を下回ると、特に望遠端において前記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、さらに前記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ため、好ましくない。
【００５１】
条件式（１０）は、第３レンズサブユニットＬ１ｃ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、望遠側での軸上色収差を良好に補正するための条件である。条件式（１０）の下限値を下回ると、特に望遠端において前記Ｌ１ａ、前記Ｌ１ｂで発生する軸上色収差を補正する効果が不十分となり好ましくない。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、前記Ｌ１ｃ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ため、好ましくない。
【００５２】
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を挿脱可能としてもよい。
【実施例１】
【００５３】
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はズームレンズの広角端、被写体距離２．５ｍにおける断面図である。
【００５４】
また、図３〜５はそれぞれ、本数値例１の広角端、中間位置ｆ＝２２５ｍｍおよび望遠端での収差図である。また、図６は被写体距離２．５ｍにおける望遠端での収差図である。なお、各収差図において、ｅはｅ線の収差を実線で、ｇはｇ線の収差を一点鎖線、ｃはｃ線の収差を点線でそれぞれ示している。また、Ｓはサジタル像面の収差を実線で、Ｍはメリディオナル像面の収差を点線でそれぞれ示す。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、前記Ｌ１は、物体側から順に、正の第１レンズサブユニットＬ１ａおよび正の第２レンズサブユニットＬ１ｂ、負の第３レンズサブユニットで構成されており、前記Ｌ１ａは２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、前記Ｌ１ｂは１枚の正レンズエレメントと、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。また前記Ｌ１ｃ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している。
【００５８】
本実施例は、望遠端の焦点距離が４５０ｍｍ、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５８．２９７ｍｍ、変倍比が１５倍であり、超望遠化、小型軽量化、高倍率化を実現している。本実施例における条件式（１）の値は
（１）ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＝−２．５２２５
で条件を満たしており、小型軽量化を実現している。
【００５９】
また、条件式（２）の値は
（２）ｆ１ｂ／ｆ１ａ＝１．３５４３
で条件を満たしており、焦点調節による移動量の低減と、球面収差の変動の補正を両立している。
【００６０】
被写体距離２．５ｍにおける第２レンズサブユニットの移動量は物体側に７．５２３ｍｍである。
【００６１】
また、条件式（３）、（４）の値は
（３）νｂｐ−νｂｎ＝５３．６２
（４）Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＝０．２５５０
であり、条件を満たしており、焦点調節による軸上色収差、球面収差の変動を良好に補正している。
【００６２】
また、条件式（５）の値は
（５）ｆ１／ｆＴ＝０．３２３１
であり、条件を満たしており、望遠化と高倍率化の両立を実現している。
【００６３】
また、条件式（６）、（７）の値は
（６）ｆＴ／Ｌｄ＝４０．９０２０
（７）Ｚ＝１５
であり、条件を満たしている。
【００６４】
また、条件式（８）の値は
（８）Ｋ＝０．９６７６
であり、条件を満たしており、小型軽量化を実現している。
【００６５】
また、条件式（９）、（１０）はそれぞれ
（９）νａｐ−νａｎ＝４７．８１
（１０）νｃｎ−νｃｐ＝１１．９４
であり、それぞれ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。
【００６６】
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。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
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９を用いて説明する。
【００７０】
図９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。
【００７１】
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一部が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）である。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）である。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）である。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。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、図９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。
【００７６】
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屈折力を有する場合にも、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】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。
【図２】数値例１の被写体距離２．５ｍ、広角端におけるレンズ断面図である。
【図３】数値例１の広角端における収差図である。
【図４】数値例１の焦点距離２２５ｍｍにおける収差図である。
【図５】数値例１の望遠端における収差図である。
【図６】数値例１の被写体距離２．５ｍ、望遠端における収差図である。
【図７】実施例の第１レンズユニットと第２レンズユニットの基本構成を示す概略図である。
【図８】実施例の第１レンズユニットの焦点調節における動作を示す概略図である。
【図９】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】
【００７８】
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１レンズサブユニット
Ｌ１ｂ 第２レンズサブユニット
Ｌ１ｃ 第３レンズサブユニット
ＳＰ 絞り
Ｂ ガラスブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、変倍中に固定される正の屈折力を有する第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屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットとを有し、
焦点調節に際して、前記第２レンズサブユニットが移動することを特徴とするズームレンズ。
【請求項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。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８
１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは前記第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【請求項３】
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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントを有することを特徴とする請求項１、２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３記載のズームレンズ。
νｂｐ−νｂｎ＞３０
但し、νｂｐ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、νｂｎ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のアッベ数の平均値である。
【請求項５】
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜４記載のズームレンズ。
Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＞０．１
但し、Ｎｂｐ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屈折率の平均値、Ｎｂｎ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屈折率の平均値である。
【請求項６】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５に記載のズームレンズ。
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、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。
【請求項７】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜６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。
【請求項８】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜７に記載のズームレンズ。
０．６＜Ｋ＜１．３
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。
【請求項９】
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１〜８に記載のズームレンズ。
νａｐ−νａｎ＞３０
但し、νａｐ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、νａｎ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。
【請求項１０】
前記第３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１〜９に記載のズームレンズ。
νｃｎ−νｃｐ＞５
但し、νｃｐは前記第３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、νｃｎは前記第３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。
【請求項１１】
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１〜１０に記載のズームレンズ。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか１つに記載のズームレンズ。
【請求項１３】
請求項１〜１２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。
【請求項１】
物体側から順に、変倍中に固定される正の屈折力を有する第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屈折力を有する第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、正の屈折力を有する第１レンズサブユニットと、正の屈折力を有する第２レンズサブユニットと、負の屈折力を有する第３レンズサブユニットとを有し、
焦点調節に際して、前記第２レンズサブユニットが移動することを特徴とするズームレンズ。
【請求項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。
−４．５＜ｆ１ｃ／ｆ１ａｂ＜−０．８
１＜ｆ１ｂ／ｆ１ａ＜３．０
但し、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、ｆ１ｃは前記第３レンズサブユニットの焦点距離、ｆ１ａｂは第１、第２レンズサブユニットの被写体距離無限遠時における合成焦点距離である。
【請求項３】
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Ｒ１面が像側に凸である負レンズエレメントを有することを特徴とする請求項１、２に記載のズームレンズ。
【請求項４】
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３記載のズームレンズ。
νｂｐ−νｂｎ＞３０
但し、νｂｐ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、νｂｎ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のアッベ数の平均値である。
【請求項５】
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜４記載のズームレンズ。
Ｎｂｎ−Ｎｂｐ＞０．１
但し、Ｎｂｐ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屈折率の平均値、Ｎｂｎ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屈折率の平均値である。
【請求項６】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５に記載のズームレンズ。
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、ｆＴは該ズームレンズ全系の望遠端での焦点距離である。
【請求項７】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜６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。
【請求項８】
さらに以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜７に記載のズームレンズ。
０．６＜Ｋ＜１．３
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。
【請求項９】
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１〜８に記載のズームレンズ。
νａｐ−νａｎ＞３０
但し、νａｐ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、νａｎ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。
【請求項１０】
前記第３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１〜９に記載のズームレンズ。
νｃｎ−νｃｐ＞５
但し、νｃｐは前記第３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、νｃｎは前記第３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。
【請求項１１】
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１〜１０に記載のズームレンズ。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか１つに記載のズームレンズ。
【請求項１３】
請求項１〜１２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１３９８５８（Ｐ２００７−１３９８５８Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２９８８８（Ｐ２００５−３２９８８８）
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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