JP3696966B2

JP3696966B2 - Rear focus zoom lens

Info

Publication number: JP3696966B2
Application number: JP08661696A
Authority: JP
Inventors: 仁志向谷; 昭永堀内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JPH09281390A

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ｆ_ｗ，Ｆ_ＮＷ，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ｆ_ｗ，Ｆ_ＮＷ，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Ｒ_３１ｒ，Ｒ_３２ｒ，該正レンズそして前記第３レンズ群の焦点距離を各々ｆ_３２，ｆ_３とした時、
１．０＜｜Ｒ_３１ｒ／Ｒ_３２ｒ｜＜５．０ …（４）
１．５＜ｆ_３／ｆ_３２＜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、ｆ_ｗ，ｆ_ｔ，ｆ_４、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／（ｆ_ｔ・ｔａｎω）＜１．１７ …（６）
４．００＜ｆ４／ｆ_ｗ＜７．００ …（７）
０．１０＜Ｄ／ｆ_ｔ＜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、
ν_d ＞６４．０
を満足するガラスで構成することである。ただし、ν_d 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−０^X 」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
ｇｇ線
ｄｄ線
ΔＭメリディオナル像面
ΔＳサジタル像面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rear focus type zoom lens, and in particular, while ensuring a long back focus in which a color separation prism is inserted between the lens and a CCD, the zoom lens has a high zoom ratio, a small front lens diameter, and a large aperture. The present invention relates to a rear focus type zoom lens.
[0002]
[Prior art]
Recently, with the reduction in size and weight of home video cameras and the like, remarkable progress has been made in reducing the size of the zoom lens for image pickup, particularly focusing on shortening the overall length, reducing the front lens diameter, and simplifying the configuration. It is.
[0003]
As one means for achieving these objects, a so-called rear focus type zoom lens that performs focusing by moving a lens group other than the first lens group on the object side is known.
[0004]
In general, a rear focus type zoom lens has a smaller effective diameter of the first lens group than a zoom lens that focuses by moving the first lens group, and the entire lens system can be easily downsized. In addition, close-up photography, particularly close-up photography is possible, and the relatively small and light lens group is moved, so that the driving force of the lens group is small and quick focusing is possible.
[0005]
As such a rear focus type zoom lens, for example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-206516, 62-215225, and 62-24213, a positive first lens group in order from the object side is used. , A negative second lens group, a positive third lens group, and a positive fourth lens group, and the second lens group is moved to perform zooming, and the fourth lens group changes the image plane due to zooming. A zoom lens that corrects the image and performs focusing is disclosed.
[0006]
In JP-A-4-43311, JP-A-4-153615, JP-A-5-19165, JP-A-5-27167, and JP-A-5-60973, the fourth lens group is a convex lens. An example of a single lens or two convex lenses is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 5-60974 discloses a zoom lens in which the fourth lens group is composed of two concave and convex elements.
[0007]
Furthermore, JP-A-55-62419, JP-A-62-24213, JP-A-62-215225, JP-A-56-114920, JP-A-3-200113, JP-A-4-214 In the publications such as Japanese Patent No. 242707, Japanese Patent Laid-Open No. 4-343313, Japanese Patent Laid-Open No. 5-297275, etc., each of the third group and the fourth group is composed of two lenses, a positive lens and a negative lens. It is disclosed.
[0008]
In addition, video cameras have been improved in image quality with the improvement in performance (digitalization) of video decks. As one of the methods, high image quality is achieved by image decomposition using a color separation optical system. As lenses suitable for this, JP-A-5-72474, JP-A-6-51199, JP-A-6-337353, JP-A-6-347697, JP-A-7-199069, JP There are publications such as 7-270684 publication.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in general, in a zoom lens, the so-called rear focus method is more suitable than the distance adjustment by the first lens group in order to achieve a reduction in the front lens diameter and the entire system.
[0010]
However, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 4-026811 and Hei 4-88309, it is difficult to arrange the color separation prism in the configuration.
[0011]
Further, these zooms disclosed in JP-A-4-43311, JP-A-4-153615, JP-A-5-19165, JP-A-5-27167, and JP-A-5-60973. With a lens, the zoom ratio is about 6 to 8 times, and if the zoom lens is higher than this, the variation due to chromatic aberration magnification becomes too large to be corrected and it is difficult to exhibit sufficient optical performance. Further, even in the example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-60974, the zoom ratio has not been achieved sufficiently high at an 8 × class.
[0012]
Further, in the examples disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 55-62419, 56-114920, and 3-200113, the first group or the third group also moves with zooming. For this reason, the lens barrel structure becomes complicated and is not suitable for achieving downsizing. In the examples disclosed in JP-A-4-242707, JP-A-4-343313, and JP-A-5-297275, the third group has a large air interval, and further the third group. Since the refractive power of the negative lens in the middle is weak, it cannot be a type that can sufficiently correct the chromatic aberration generated in the third group in order to apply it to a high-magnification zoom lens. Furthermore, in the example proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-297275, the concave meniscus lens in the third lens group is configured with a strong concave surface facing the image surface side. This configuration is unsuitable for receiving a high-order flare component generated by the concave lens with a concave lens, and is therefore disadvantageous for a large-aperture, high-magnification zoom lens.
[0013]
JP-A-5-72474, JP-A-6-51199, JP-A-6-337353, JP-A-6-347697, JP-A-7-199069, JP-A-7-270684, etc. Even in the examples disclosed in the above publication, the zoom ratio in each of the examples was about 10 to 12 times, and a sufficiently high magnification was not achieved.
[0014]
The object of the present invention is to improve the drawbacks of the above-mentioned conventional example, and particularly to the improvement of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-270684 proposed by the present applicant, for the purpose of protecting optical elements such as color separation prisms and zoom lens portions. Provide a rear focus zoom lens that secures a sufficient back focus space for optical elements and maintains high optical performance over the entire zoom range and the entire object distance while achieving a high zoom ratio of about 16 times with a large aperture. In addition, an object of the present invention is to provide a video camera to which the zoom lens can be attached and detached.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the present invention, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens group having a refractive power, there in said second lens group by moving the fourth lens group performs the zooming, the fourth by moving the lens group rear-focusing type zoom lens that performs focus The third lens group has a negative lens with the concave surface facing the object side closest to the object side, and the distance from the final surface of the zoom lens to the image plane in an infinite object at the wide angle end is converted to air. The length of time is BF, the focal length of the entire system at the wide-angle end , the F number, and the half angle of view are f _w , F _NW , ω , the radius of curvature of the object side lens surface of the negative lens is R _31f , and the negative The focal length of the lens and the third lens group 々_F _31f, when the _{f 3,}
[0016]
[Outside 2]

−0.60 <R _31f / f ₃ <−0.10
0.30 <R _31f / f _31f <0.90
The following conditional expression is satisfied.
[0017]
That is, the third lens group for making the luminous flux diverged from the second lens group substantially afocal is a retro type preceded by a negative lens, and the surface shape is specified so that the principal point of the third group By disposing the distance away from the second group, the principal point distance between the second lens group and the third lens group is further increased, and the height of the on-axis ray incident on the third lens group is increased. Accordingly, the focal length of the fourth group for setting the focal length of the entire system to a predetermined amount can be lengthened, and the back focus as a working distance is lengthened. In other words, since the light beam coming out of the third lens group is substantially afocal, the length of the back focus is almost the same as the focal length of the fourth lens group when calculated in the principal point system. Accordingly, it can be seen that in order to increase the focal length of the fourth lens unit while fixing the focal length of the entire system, it is sufficient to increase the axial light height h in the third lens unit as shown in FIG.
[0019]
Additional features are described in the description below.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, it demonstrates concretely using the Example of this invention.
[0021]
1 to 9 are lens sectional views of numerical examples 1 to 9 to be described later of the rear focus type zoom lens of the present invention, and FIGS. 10 to 18 show various aberration diagrams of the examples. In each aberration diagram, A is an aberration diagram at the wide-angle end, B is an aberration diagram at the middle, and C is various aberration diagrams at the telephoto end.
[0022]
In the figure, L1 is a first lens group having a positive refractive power, L2 is a second lens group having a negative refractive power, L3 is a third lens group having a positive refractive power, and L4 is a fourth lens group having a positive refractive power. is there. SP is an aperture stop, which is disposed immediately before the third lens unit L3. GA is a protective glass for the purpose of protecting the zoom lens, and GB is a glass block such as a color separation prism, a CCD face plate, and a low-pass filter. The zoom lens unit from L1 to GA is mounted on the camera body via the mount member C. Therefore, the image plane side after GB is included in the camera body.
[0023]
In this embodiment, when zooming from the wide angle end to the telephoto end, the second lens unit is moved to the image plane side as indicated by an arrow, and the image plane variation accompanying zooming is corrected by moving the fourth lens unit. Yes. Further, a rear focus type is employed in which focusing is performed by moving the fourth lens group on the optical axis. In particular, as shown by the curves 4a and 4b in FIG. 1, the zoom lens is moved so as to have a convex locus toward the object side upon zooming from the wide-angle end to the telephoto end. As a result, the space between the third lens group and the fourth lens group is effectively used to effectively shorten the entire lens length. The solid line curve 4a and the dotted line curve 4b of the fourth lens group shown in the figure are the image planes accompanying the zooming from the wide-angle end to the telephoto end when focusing on the object at infinity and the object at short distance, respectively. The movement locus for correcting the fluctuation is shown. The first lens group and the third lens group are fixed during zooming and focusing.
[0024]
In Numerical Examples 1 to 3, the third lens group is composed of a negative lens and a negative cemented lens having a positive refractive power and a positive lens having a positive refractive power and a retro type as a whole. Positive lens group. In the cemented lens having negative refractive power, the lens surface on the object side has a concave surface facing the object side. Thus, the main lens position of the third lens group is moved away from the second lens group, which contributes to increasing the back focus. In particular, the main point position is located further rearward by giving a stronger negative power (shorter radius of curvature) to the object side than to the image side.
[0025]
On the other hand, in the cemented lens having the positive refractive power, the lens surface on the image plane side has a strong refracting surface (the curvature radius is short) compared to the object side surface of the cemented lens, and this cemented lens is also the third lens. It plays the role of moving the principal point position of the group away from the second lens group, and contributes to increasing the focal length of the fourth lens group and thus increasing the back focus.
[0026]
In Numerical Examples 4 to 8, the third lens group includes a negative single lens and a positive single lens, and similarly forms a retro type positive lens group as a whole. Further, the negative single lens has a strong concave surface on the object side, and plays a role of moving the principal point position of the third group away from the second group, thereby increasing the focal length of the fourth group and thus increasing the back focus. Contributing to that.
[0027]
On the other hand, the positive single lens has a refracting surface whose surface on the image side is stronger than the surface on the object side (having a short radius of curvature), and plays a role of moving the principal point position of the third lens group away from the second lens group. This contributes to increasing the focal length of the fourth lens group and thus increasing the back focus.
[0028]
Thus, in the present embodiment, the negative lens is disposed on the most object side of the third lens group, the lens surface on the object side of this negative lens is concave on the object side, and the principal point position is disposed on the rear side. The back focus is secured so that the color separation prism can be arranged.
[0029]
In order to secure the back focus and maintain good aberrations, the distance when the distance from the final surface of the lens to the image plane of the object at infinity at the wide-angle end is converted to air is BF, and at the wide-angle end. The focal length of the entire system, the open F number, and the half angle of view are f _w , F _NW , ω , the radius of curvature of the lens surface closest to the object side of the third lens group is R _31f , and the object side of the third lens group is closest to the object side. When the focal length of the negative lens located is f _31f and the focal length of the third lens group is f ₃ ,
[0030]
[Outside 3]

−0.60 <R _31f / f ₃ <−0.10 (2)
0.30 <R _31f / f _31f <0.90 (3)
The following conditional expression is satisfied.
[0031]
If the F-number is increased beyond the lower limit value of conditional expression (1), higher-order spherical aberration and coma aberration are generated and it becomes difficult to correct.
[0032]
When the upper limit of conditional expression (1) is exceeded and the F-number becomes dark, the on-axis beam bundle becomes thin, thereby reducing the size of the color separation prism disposed between the final surface of the lens and the image plane. It becomes possible. That is, although it is not necessary to lengthen the back focus, it must be lengthened, leading to an increase in the total length of the lens.
Conditional expressions (2) and (3) are both for limiting the curvature of the surface closest to the image plane in the third group. If the upper limit is exceeded, the curvature of the concave surface and the focal length become loose, which is the object of the present invention. It is difficult to keep the focus sufficiently long, and if the lower limit is exceeded, it is difficult to correct high-order spherical aberration that occurs when the light beam diverging from the second group at the wide-angle end enters the third group. It becomes impossible to achieve high performance.
[0033]
With the above configuration, the object of the present invention can be achieved for the time being, but it is more desirable to satisfy the following conditions.
[0036]
(I) A positive lens (including a cemented lens) is disposed closest to the image plane side of the third lens group, and the curvature radii of the object side and image plane side lens surfaces of the positive lens are R _31r , R _32r , respectively. When the focal lengths of the positive lens and the third lens group are f ₃₂ and f ₃ respectively,
1.0 <| R _31r / R _32r | <5.0 (4)
1.5 <f ₃ / f ₃₂ <5.0 (5)
The following conditional expression is satisfied.
[0037]
Conditional expressions (4) and (5) are both for limiting the curvature of the surface closest to the image plane of the third lens group. When the lower limit is exceeded, the back focus, which is the object of the present invention, can be kept sufficiently long. When the upper limit is exceeded, it becomes difficult to correct high-order spherical aberration that occurs when the third lens group is emitted and incident on the fourth lens group having a focusing function, and high performance cannot be achieved. .
[0038]
(Ii) The second lens group from the first lens group, and because the second lens group to the third lens group the sum of the air gap L, and a half view angle omega, wide-angle end and the telephoto end and the When the focal length of the fourth lens group is f _w , f _t , f ₄ , respectively, and the air distance between the third lens group and the fourth lens group with respect to an infinite object at the telephoto end is D,
_{0.66 <L / (f t ·} tanω) <1.17 ... (6)
_{4.00 <f4 / f w <7.00} ... (7)
0.10 <D / _ft <0.30 (8)
It is a condition.
[0039]
Conditional expression (6) optimizes the relationship of the zoom ratio in the moving space for zooming of the second lens group. If the upper limit is exceeded, the space for shifting with respect to zooming is too wide and the total length becomes long. If the lower limit is exceeded, the amount of magnification change in the second lens group is increased, so that the negative refractive power must be increased, and the negative Petzval sum indicating field curvature increases, which is not preferable.
[0040]
Conditional expression (7) optimizes the length of the back focus. If the upper limit is exceeded, the back focus becomes longer than necessary, leading to an increase in the overall length, and if the lower limit is exceeded, a sufficiently long back focus is secured. It becomes difficult.
[0041]
Conditional expression (8) optimizes the relationship between the fourth group movable space for focusing and the focal length of the telephoto end. If D is increased as the upper limit is exceeded, it is preferable to increase the total length. If the lower limit is exceeded, a sufficient space for focusing cannot be secured, and the operability of the zoom lens is hindered.
[0042]
Now, in order to sufficiently correct the chromatic aberration at the telephoto end, the second group may be composed of at least two negative lenses and at least one positive lens. In this embodiment, the second group is as described above. In order to enlarge the distance between the principal points of the lens group and the third lens group, a negative lens is arranged on the most image surface side of the second lens group, which contributes to further increasing the back focus.
[0043]
In order to further correct aberration correction, particularly chromatic aberration, it is necessary to have at least one cemented lens in the third group as shown in the first to third and ninth embodiments. As described above, along with the improvement in the image quality of a video camera, chromatic aberration, which has not been a problem in the past, particularly lateral chromatic aberration, has become a problem and is corrected well.
[0044]
In this embodiment, the aperture stop is disposed immediately before the third lens group in order to reduce the image of the first lens group. However, the present invention is not limited to this position, and is not limited to the position between the third lens group and the fourth lens group. However, there is no problem even between the negative lens and the positive lens in the 34th lens group.
[0045]
In this embodiment, the third lens group is set to negative and positive in this order, the exit pupil is lengthened, and the state of the light beam exiting the zoom lens is made substantially telecentric, and is arranged behind the color separation prism. By relaxing the angle of the light beam incident on the lens, the change in the reflection characteristics due to the wavelength of the color separation system is eliminated, and the color separation is faithfully performed, and the color reproducibility of the image is greatly improved.
[0046]
In addition, in a high-magnification lens such as this lens, the focal length at the tele end is very long, and the performance at and around the tele end is greatly influenced by the second group. If an aspheric surface is introduced into the second lens group, the optical performance can be improved.
[0047]
Since the aspherical surface is basically intended to correct spherical aberration, it is desirable that the aspherical surface has a shape in which the positive refractive power becomes weaker toward the periphery of the lens.
[0048]
Furthermore, for good aberration correction, in particular to correct chromatic aberration, at least one positive lens in the fourth group is
ν _d > 64.0
It is made of glass that satisfies the above. Where ν _d is the Abbe number of the glass.
[0049]
This conditional expression is a condition for satisfactorily correcting the chromatic aberration of magnification. If the Abbe number is decreased beyond the lower limit value of the conditional expression, the chromatic aberration of magnification becomes unfavorable.
[0050]
Examples of the present invention will be described below.
[0051]
In the numerical example, Ri is the radius of curvature of the i-th lens surface in order from the object side, Di is the i-th lens thickness and air spacing in order from the object side, and Ni and νi are i-th in order from the object side. The refractive index and Abbe number of the glass of the lens.
[0052]
Further, R28 to R29 in Numerical Example 1, R26 to R27 in Numerical Examples 2, 3, and 9, R24 to R25 in Numerical Examples 4 to 8, and the like are protective glass parts, R30 to R33 in Numerical Example 1, and numerical values. R28 to R31 in Examples 2, 3, and 9 R26 to R29 in Examples 4 to 8 indicate glass blocks such as a color separation prism, an optical filter, and a face plate.
[0053]
Table 1 shows the relationship between the above-described conditional expressions and numerical values in the numerical examples.
[0054]
The aspherical shape is the X axis in the optical axis direction, the H axis perpendicular to the optical axis, the light traveling direction is positive, R is the paraxial radius of curvature, and each spherical coefficient is K, B, C, D, E. When
[0055]
[Outside 4]

It is expressed by the following formula.
[0056]
For example, the display of “e-0 ^X ” means “10 ^−X ”.
[0057]
[Table 1]

[0058]
[Outside 5]

[0059]
[Outside 6]

[0060]
[Outside 7]

[0061]
[Outside 8]

[0062]
[Outside 9]

[0063]
[Outside 10]

[0064]
[Outside 11]

[0065]
[Outside 12]

[0066]
[Outside 13]

[0067]
【The invention's effect】
By configuring as described above, the FNo. While ensuring a large aperture of about 1.6, all zoom range and all objects while ensuring sufficient back focus space for optical elements such as color separation prisms and optical elements to protect the zoom lens It becomes possible to provide a rear focus type zoom lens having good performance over a distance, and a small, light and high performance lens detachable video camera can be realized using this zoom lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 1 according to the present invention.
FIG. 2 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 2 according to the present invention.
FIG. 3 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 3 relating to the present invention.
FIG. 4 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 4 relating to the present invention.
FIG. 5 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 5 relating to the present invention.
FIG. 6 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 6 relating to the present invention.
7 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 7 according to the present invention. FIG.
FIG. 8 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 8 according to the present invention.
FIG. 9 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 9 according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 1 according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 2 according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating various aberrations of Numerical Example 3 according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating various aberrations of Numerical Example 4 according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 5 according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating various aberrations of Numerical Example 6 according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 7 according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 8 according to the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating all aberrations of Numerical Example 9 according to the present invention.
FIG. 19 is a principle diagram of a zoom lens according to the present invention.
[Explanation of symbols]
L1 1st lens group L2 2nd lens group L3 3rd lens group L4 4th lens group g g line d d line ΔM meridional image plane ΔS sagittal image plane

Claims

In order from the object side, a first lens group having positive refractive power, a second lens group having negative refractive power, a third lens group having positive refractive power, and a fourth lens group having positive refractive power ,
Moving the fourth lens group and the second lens group performs zooming, the fourth lens group is moved to a rear-focusing type zoom lens that performs focusing, the third lens group, the most object side to have a negative lens having a concave surface directed toward the object side,
The distance when the distance from the final surface of the zoom lens to the image plane when focusing on an object at infinity at the wide-angle end is converted to air is BF, the focal length of the entire system at the wide-angle end , F-number, half angle of view each _f _{w, _F NW, _ω,} the negative lens of the lens surface on the object side of the curvature radius _{R 31f,} the negative lens and the third lens group having a focal length of each _f 31f, when the _{f 3,}
[Outside 1]

−0.60 <R _31f / f ₃ <−0.10
0.30 <R _31f / f _31f <0.90
A rear focus zoom lens characterized by satisfying the following conditional expression:

The third lens group is closest to the image plane side, a positive cemented lens of refractive power or the rear-focusing type zoom lens according to claim 1, characterized in that it comprises a positive lens.

R _31r , R _32r , the cemented lens or the positive radius of curvature of the cemented lens having the positive refractive power disposed on the most image side of the third lens group or the object side and the image side lens surface of the positive lens, respectively. when the focal length of the lens and _{f 32,}
1.0 <| R _31r / R _32r | <5.0
1.5 <f ₃ / f ₃₂ <5.0
The rear focus zoom lens according to claim 2, wherein the following conditional expression is satisfied.

The first lens the second lens group from the group, and wherein the sum of the air gap L from the second lens group to the third lens group, the focal length of the entire system at the telephoto end f _t, the focal point of the fourth lens group When the distance is f ₄ and the air distance between the third lens group and the fourth lens group at the time of focusing on an object at infinity at the telephoto end is D,
_{0.66 <L / (f t ·} tanω) <1.17
4.00 <f ₄ / f _w <7.00
0.10 <D / _ft <0.30
The rear focus zoom lens according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.

A camera comprising the rear focus zoom lens according to any one of claims 1 to 4 and an image sensor that receives light from the zoom lens.