JP2005292605A - ズームレンズおよび撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】 リアフォーカス式のズームレンズであって、小型で、かつ良好な光学性能を有するズームレンズを実現する。
【解決手段】 物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第１レンズユニットＩと、変倍中に移動する負の光学パワーを有する第２レンズユニットIIと、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第３のレンズユニットIIIを有するズームレンズであって、第３レンズユニットを、物体側から順に、焦点調節に際して固定される第１レンズサブユニット３ａと、焦点調節に際して移動する正の光学パワーを有する第２レンズサブユニット３ｂと、焦点調節に際して固定される正の光学パワーを有する第３レンズサブユニット３ｂとにより構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リアフォーカス方式のズームレンズに関し、特にテレビカメラやビデオカメラ等の撮影装置に用いられるズームレンズに関するものである。

テレビカメラやビデオカメラ等の撮影装置には、大口径で且つ高変倍比が得られ、高い光学性能を有するズームレンズが要求されている。特に、放送用のカラーテレビカメラでは、さらに操作性や機動性が良いことが要求され、その要求に応えて、撮像デバイスも２／３インチや１／２インチの小型の固体撮像素子が用いられるようになっている。撮像素子は、その撮像範囲の全体において略均一な解像力を有しているので、ズームレンズも画面中心部から周辺部まで解像力が略均一であることが必要である。

従って、ズームレンズは、球面収差、コマ収差等の諸収差に加え、各部品の製造誤差に伴って発生する偏心コマ収差等、光軸に対して非対称な収差も良好に補正され、画面全体に対して高い光学性能を有することが重要である。

ここで、物体側から順に、変倍に際して固定の正の第１レンズユニット、変倍に際して移動する負の第２レンズユニット（バリエータレンズユニット）、変倍に伴う像面補正用の負の第３レンズユニット（コンペンセータレンズユニット）、および結像作用を有し、変倍に際しては固定でフォーカシングに用いられる正の第４レンズユニット（フォーカスレンズユニット）で構成される、いわゆる４ユニットズームレンズでは、小型でありながらも高倍率化・高性能化が容易なため、放送用ズームレンズや業務用ズームレンズで多く採用されている。このような４ユニットズームレンズの例は、特許文献１〜１０にて開示されている。

また、物体側から順に、変倍に際して固定の正の第１レンズユニット、変倍に際して移動する負の第２レンズユニット（バリエータレンズユニット）、結像作用を有し、変倍に際して固定の正の第３レンズユニットで構成され、第３レンズユニット中にフォーカシングと変倍に伴う像面補正の機能を兼ねたレンズサブユニット（フォーカスレンズサブユニット）を配置した３ユニットズームレンズは、比較的簡単な構成を有するため、主に民生用ビデオカメラ等で多く採用されている。

３ユニットズームレンズであって、小型軽量化・高性能化のためにフォーカスレンズサブユニットより像面側に固定のレンズサブユニットを設けた構成は、特許文献１１〜１４にて開示されている。

また、上記のように複数のレンズユニットにより構成された光学系では、レンズ単体やレンズ鏡筒内の部品精度のばらつきによる各レンズユニットの光軸に対する傾きや平行偏心等により、光学性能に大きな影響を与える場合がある。そこでこれらの調整を行うために、一部のレンズユニットを意図的に平行偏心させたり、光軸に対して傾けたりする等の機構を備えたズームレンズがある。調整レンズユニットは、偏心コマ収差等に対する適切な敏感度を有している。

さらに、バリエータレンズユニットよりも像面側に、フォーカシングレンズユニットが配置されたリアフォーカス方式は、フォーカスレンズユニットの小型軽量化に有利であることから、オートフォーカス方式のズームレンズに多く採用されている。
特開平１−１２０５２２号公報（２頁右下欄１６行〜３頁左上欄２行、第１図） 特開平１−２８４８１８号公報（２頁左下欄１２行〜１８行、第１図） 特開平２−１０００１１号公報（２頁右下欄１１行〜１９行、第１図） 特開平２−１１８５１０号公報（３頁右上欄１行〜１０行、第１図（Ａ），（Ｂ）） 特開平２−２０８６１８号公報（３頁右上欄下から３行〜左下欄７行、第１図） 特開平２−２０８６１９号公報（２頁右下欄１１行〜１９行、第１図） 特開平２−２０８６２０号公報（２頁右下欄１１行〜１９行、第１図） 特開平３−１２３３１０号公報（２頁右下欄９行〜１７行、第１図） 特開平３−１４５６１５号公報（２頁右下欄３行〜１１行、第１〜８図） 特開平４−１３８４０７号公報（２頁右下欄２行〜１０行、第１図） 特開平８−５９１３号公報（段落００１３〜００１４、図２〜１４） 特開平９−１５９９１７号公報（段落００１２〜００１３、図１） 特許第３０９７３９９号公報（段落００１４〜００１９、図１〜４） 特開２０００−２８４１７３号公報（段落００３２〜００３５、図１等）

しかしながら、上記特許文献１〜１０にて開示された４ユニットズームレンズでは、物体側から正負負正の４つのレンズユニットが配置されているが、第４レンズユニットの像面側部分への軸上光線の入射換算傾角が大きいために、該像面側部分でフォーカシングを行うと、軸上光線の入射高の変化が大きくなり、球面収差や軸上色収差等の軸上収差の変動が大きくなる。しかも、第４レンズユニットのうち物体側部分の屈折力を抑制しているため、第３レンズユニットからの発散光束の収斂用に、絞りよりも物体側に新たに正レンズを配置しなければならない。また、第３レンズユニットからの発散緩和のために、第３レンズユニットの屈折力を弱めなければならず、その結果、第３レンズユニットの移動量が増大して、ズームレンズ全長が長くなってしまう。

また、特許文献１１〜１４にて開示された３ユニットズームレンズでは、物体側から正負正の３つのレンズユニットが配置されているが、第３レンズユニット中のフォーカスレンズサブユニットへの軸上光線の入射換算傾角が大きく、該フォーカスレンズサブユニットで合焦を行うと軸上光線入射高の変化が大きくなって、球面収差や軸上色収差等の軸上収差の変動が大きくなる。しかも、特許文献１４にて開示されたズームレンズでは、第３レンズユニット中のフォーカスレンズサブユニットよりも像面側に、負の屈折力を有する固定レンズサブユニットを配している。このため、フォーカスレンズサブユニットの屈折力が大きく、球面収差・軸上色収差等の軸上収差の絶対量及びその変動が大きくなる。

さらに、リアフォーカス式のズームレンズにおいて、製造誤差に起因する広角端での性能劣化を補正する場合、リアフォーカスレンズユニットは移動するため、一般に調整レンズユニットとして好ましくない。

民生用ビデオカメラ等で多く採用されている３ユニットズームレンズでは、第３レンズユニット内の固定レンズサブユニットの調整により偏心収差を補正したり、ユーザが求める光学性能や製品コストを鑑みて偏心収差を補正するための調整レンズユニットを設けなかったりすることが多い。

一方、放送用レンズや業務用レンズで多く採用されている４ユニットズームレンズでは、ユーザが求める光学性能が高いため、偏心収差の補正が必須であり、偏心収差を補正するための調整レンズユニットの位置に関しては、やはり第４レンズユニット内に固定レンズサブユニットとして設けることが好ましい。しかし、第４レンズユニットの物体側付近は、絞りユニットや変倍等を電気的に制御するドライブユニットが取り付けられるため、機構が複雑になる等を理由として、調整レンズサブユニットを設けるに好ましくない。

本発明は、リアフォーカス式のズームレンズにおいて、小型で、かつ良好な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する。

上記の目的を達成するために、１つの観点としての本発明は、物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第１レンズユニットと、変倍中に移動する負の光学パワーを有する第２レンズユニットと、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第３のレンズユニットを有するズームレンズであって、 第３レンズユニットを、物体側から順に、焦点調節中に固定される第１レンズサブユニットと、焦点調節中に移動する正の光学パワーを有する第２レンズサブユニットと、焦点調節中に固定される正の光学パワーを有する第３レンズサブユニットとを有する。

本発明によれば、焦点調節中に固定される第３レンズサブユニットに、本来焦点調節のために移動する第２レンズサブユニットが有すべき正の光学パワーを分担させることができるので、第２レンズサブユニットのバックフォーカスに対する敏感度を確保しつつ、該第２レンズサブユニットの軽量化を図ることができる。したがって、焦点調節のための該第２レンズサブユニットの駆動力と移動量とを小さくすることができる。これにより、小型で、かつ良好な光学性能を有するズームレンズを実現することができる。

また、焦点調節中に固定されている第３レンズサブユニットを、焦点調節に伴う収差変動を抑制するために偏心させることも可能である。このため、簡易な構成で良好な光学性能を有するリアフォーカス式ズームレンズを実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例１であるズームレンズの光学系の構成を示す断面図、図２は本発明の実施例２であるズームレンズの光学系の構成を示す断面図、図３は本発明の実施例３であるズームレンズの光学系の構成を示す断面図、図４は本発明の実施例４であるズームレンズの光学系の構成を示す断面図、図５は本発明の実施例５であるズームレンズの光学系の構成を示す断面図である。なお、図１〜５は、各実施例の広角端、無限遠物体距離における断面図である。

各実施例のズームレンズは、変倍のために移動するレンズユニットよりも像面側に焦点調節のために移動するレンズユニット（レンズサブユニット）を配置した、リアフォーカス方式のズームレンズである。該ズームレンズは、物体側から順に、変倍に際して固定される、光学パワー（焦点距離の逆数）として正の屈折力を有する第１レンズユニットＩと、変倍に際して移動する負の屈折力を有する第２レンズユニットIIと、光量を調節するための絞りＳＰと、変倍に際して固定される結像のための正の屈折力を有する第３レンズユニットIII を有して構成される。

なお、本実施例では、ズームレンズを構成する光学系を３つのレンズユニットＩ〜IIIに分けているが、第２レンズユニットIIは、物体側から順に、変倍を行うために移動する負の屈折力を有する第２ａレンズサブユニット（第４レンズサブユニット）２ａと、変倍に伴う像面変動を補正するために移動する負の屈折力を有する第２ｂレンズサブユニット（第５レンズサブユニット）２ｂとにより構成されており、これらを独立したレンズユニットと見ることにより、本実施例のズームレンズは、４つのレンズユニットを有する４ユニットズームレンズとなる。

なお、ＧＢは該ズームレンズが装着され又は一体的に設けられた撮影装置に設けられた色分解プリズム等のガラスブロックである。

また、第３レンズユニットは、物体側から順に、焦点調節に際して固定される第３ａレンズサブユニット（第１レンズサブユニット）３ａと、焦点調節に際して移動する第３ｂレンズサブユニット（第２レンズサブユニット）３ｂと、焦点調節に際して固定される第３ｃレンズサブユニット（第３レンズサブユニット）３ｃとにより構成されている。 第３ｂおよび第３ｃレンズサブユニット３ｂ，３ｃはそれぞれ正の屈折力を有し、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力は、第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力よりも大きい。

ここで、該ズームレンズ全系の広角端での焦点距離を１に規格化し、近軸追跡を行った場合に、
０＜α_３ｂ＜０．３５ …（１）
０．１＜φ_３ｃ／φ_３ｂ＜０．８ …（２）
０．０９＜φ_３ｂ＜０．１９ …（３）
但し、α_３ｂ：第３ｂレンズサブユニットの軸上光線の入射換算傾角
φ_３ｂ：第３ｂレンズサブユニットの屈折力
φ_３ｃ：第３ｃレンズサブユニットの屈折力
を満足するのがよい。

条件式（１）は、第３ｂレンズサブユニット３ｂの軸上光線入射換算傾角に関する条件を示すものであり、第３ｂレンズサブユニット３ｂの軸上光線の入射換算傾角をα_３ｂ、射出換算傾角をα_３ｂ’とすると、第３ｂレンズサブユニット３ｂのバックフォーカスに対する敏感度△ｓｋは、
△ｓｋ＝α_３ｂ’^２−α_３ｂ ^２ …（４）
で概ね表される。

例えばα_３ｂ’が第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力およびズームレンズ全体として必要なバックフォーカスの確保の必要から不確定であるとすると、α_３ｂの絶対値が小さければ、バックフォーカスに対する敏感度Δｓｋを確保することができる。第３ｂレンズサブユニット３ｂの軸上光線の入射換算傾角が小さくなって条件式（１）の下限を超えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が大きくなり、第３ｂレンズサブユニット３ｂを構成する各レンズエレメントの曲率が大きくなって、重量が大きくなったり、諸収差が悪化したり、焦点調節に伴う収差変動が大きくなったりする。第３ｂレンズサブユニット３ｂの軸上光線の入射換算傾角が大きくなって条件式（１）の上限を越えると、第３ａレンズサブユニット３ａの屈折力が大きくなって、諸収差が悪化したり、第３ｂレンズサブユニット３ｂのバックフォーカスに対する敏感度が小さくなって焦点調節時の第３ｂレンズサブユニット３ｂの駆動ストロークが大きくなったりする。この結果、ズームレンズ全長が長くなる。

条件式（２）は、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力比に関する条件を示したものであり、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力に比べて第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力が小さくなり、条件式（２）の下限を越えると、広角端での収差を補正するための必要な偏心量を多く確保しておく必要がある。また、第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力に比べて、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が大きくなり、条件式（２）の下限を越えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が大きくなり、第３ｂレンズサブユニット３ｂを構成する各レンズエレメントの曲率が大きくなって、重量が重くなったり、諸収差が悪化したり、焦点調節に伴う収差変動が大きくなってくる。

また、第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力に比べて第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が小さくなり、条件式（２）の上限を越えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂのバックフォーカスに対する敏感度が小さくなり、焦点調節に際しての第３ｂレンズサブユニット３ｂの駆動ストロークが大きくなって、結果としてズームレンズ全長が長くなる。さらに、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力に比べて第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力が大きくなり、条件式（２）の上限を越えると、必要なバックフォーカスの確保が困難となったり、広角端での収差をレンズユニットの偏心により補正する場合には、その敏感度が高くなりすぎて偏心量の調整がしにくくなったりする。

条件式（３）は、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力に関する条件を示すものである。第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が小さくなり、条件式（３）の下限を超えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂのバックフォーカスに対する敏感度が小さくなり、焦点調節に際しての第３ｂレンズサブユニット３ｂの駆動ストロークが大きくなって、ズームレンズ全長が長くなる。また、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が大きくなり、条件式（３）の上限を超えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂを構成する各レンズエレメントの曲率が大きくなり、第３ｂレンズサブユニット３ｂの重量が重くなったり、諸収差が悪化したり、合焦に伴う収差変動が大きくなったりしてくる。

また、好ましくは、第３ｃレンズサブユニット３ｃを該ズームレンズの光軸に対して偏心（平行偏心又は傾き偏心）させて、広角端での偏心収差を補正するのがよい。これにより、該ズームレンズにおいて最も像面側に調整レンズユニットを有することになり、かつそのレンズユニットが変倍および焦点調節時に固定であるため、簡易な調節機構をズームレンズに設けることで、例えば該ズームレンズに、このズームレンズの変倍や焦点調節等の駆動を制御するドライブユニットが装着されたような場合でも、これを取り外すことなく、容易に偏心収差を補正でき、良好な光学性能を維持することができる。

ここで、上記調節機構の具体例について簡単に説明する。調節機構としては、例えば図２３Ａに示すような第３ｃレンズサブユニット３ｃの平行偏心量を調節可能とするものや図２３Ｂに示すような第３ｃレンズサブユニット３ｃの傾き偏心量を調節可能とするものを設ける。

図２３Ａにおいて、１０はズームレンズ本体、１１は第３ｃレンズサブユニット３ｃを保持し、本体１０にビス１２で保持されているレンズ鏡筒である。１３は結像状態を観察するためのカメラ、１４はそれを表示するモニタである。調整者は、ビス１２を緩め、モニタ１４を見ながら工具等を用いて鏡筒１１を平行偏芯させて結像状態を適切な状態に調整する。具体的には、例えば、コリメータやオートコリメーションベンチ等で中心のスポット形状を見ながらある程度調整し、投影にて中心の流れ（中心コマ）と周辺部での片ボケ（投影解像力の非対称性）のバランスが取れるように調整する。その後、再びビス１２を絞めて鏡筒１１を固定する。これにより、ズームレンズの光軸ＡＸＬに対して第３ｃレンズサブユニット３ｃの光軸ＢＸＬの平行偏心量とその方向を任意に調節することができる。

また、図２３Ｂにおいて、１３はズームレンズ本体、１４は第３ｃレンズサブユニット３ｃを保持し、その外周面が凸曲面に形成されているレンズ保持枠である。ズームレンズ本体１３の内周面は、レンズ保持枠１４の外周面と同じ曲率半径の凹曲面に形成されており、該凹曲面に沿ってレンズ保持枠１４を移動させることで、ズームレンズの光軸ＡＸＬに対する第３ｃレンズサブユニット３ｃの光軸ＢＸＬの傾き偏心量を調節することができる。

なお、図２３Ａ，２３Ｂに示した調節機構は例であり、他の構成の調節機構を用いてもよいし、図２３Ａ，２３Ｂに示した調節機構を組み合わせて、第３ｃレンズサブユニット３ｃの平行偏心量と傾き偏心量の双方を調節できるようにしてもよい。

本実施例では、第３ｃレンズサブユニット３ｃに対して許容された調節可能な平行偏心量は最大で約１ｍｍ、傾き偏心量は最大で約１°である。

また、本実施例では、固定である第３ａレンズサブユニット３ａに対して、その光軸方向位置を調節して、広角端での球面収差を補正するための調節機構を設けてもよい。球面収差の補正は、比較的頻繁に行われる偏心収差補正とは違い、製造時に発生するレンズの肉厚、空気間隔、曲率等の誤差の測定により予め予測することが可能であるため、繰り返しの調節が不要である。上記のようにドライブユニットの取り付け等による調節の容易性を考慮する必要性は低い。

さらに、本実施例のズームレンズにおてい、好ましくは、第３ｂレンズサブユニット３ｂが無限遠の物体に合焦する位置において、該ズームレンズの広角端での焦点距離を１に規格化して、近軸追跡を行った場合に、

但し、α_ｐ３ｂ：第３ｂレンズサブユニット３ｂの軸外主光線の入射換算傾角
φ_３ｂ：第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力
φ_３ｃ：第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力
ｓｋ：第３ｃレンズサブユニット群の主点位置から像面までの距離
ｘ：前記第３ｂレンズサブユニット３ｂが望遠端にて無限遠の被写体に合焦する位置から最至近距離の被写体に合焦する位置までの移動量。
δ：第３ｂレンズサブユニット３ｂの主点位置から見た絞りＳＰの虚像までの距離と、第３ｂレンズサブユニット３ｂの主点位置から見た結像位置の虚像までの距離との差
ｂ：該ズームレンズの倍率
を満足するようにするのがよい。

ここで、近軸における屈折力配置と焦点調節動作による画界の変化（つまりは結像倍率の変化）の関係について、図２１を用いて説明する。図２１は、絞りＳＰよりも像面側に配置された結像のためのレンズユニットにおける光学作用を説明する概略図である。絞りＳＰを通過した軸外主光線は、第３ａレンズサブユニット３ａ、第３ｂレンズサブユニット３ｂおよび第３ｃレンズサブユニット３ｃを経て像面ＩＧに至る。ここでは、焦点調節のために第３ｂレンズサブユニット３ｂが移動したときの像面ＩＧでの軸外主光線の画界変化量Δｙについて考える。

ここで、第３ｂレンズサブユニット３ｂへの軸外主光線の入射角をα_ｐ３ｂ、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力をφ_３ｂ、第３ｃレンズサブユニット３ｃの屈折力をφ_３ｃ、第３ｃレンズサブユニット３ｃと像面ＩＧとの間隔をｓｋ 、第３ｂレンズサブユニット３ｂの主点位置から見た絞りＳＰの虚像までの距離ａと第３ｂレンズサブユニット３ｂの主点位置から見た結像位置の虚像までの距離ｃとの差をδ、第３ｂレンズサブユニット３ｂが望遠端にて無限遠の物体に合焦する位置から該ズームレンズが合焦可能な最至近距離の物体に合焦する位置までの移動量をｘとするとき、焦点調節動作による画界の変化量Δｙは概ね、

で表される。

焦点調節動作による移動量ｘは、概して焦点距離の自乗に比例するため、望遠端における焦点調節時の第３ｂレンズサブユニット３ｂの移動量が最も大きくなる。本実施例では、広角端の焦点距離を１に規格化しているため、変倍比をｂとすると、規格化された画界変化量は概ね、

で表すことができる。

ここで、条件式（５）の上限を超えると、第３ｂレンズサブユニット３ｂの屈折力が大きくなり、第３ｂレンズサブユニット３ｂを構成する各レンズエレメントの曲率が大きくなり、第３ｂレンズサブユニット３ｂの重量が重くなったり、諸収差が悪化したり、焦点調節に伴う収差変動が大きくなったりしてくる。また、焦点調節に伴う画界の変化が大きくなり、該ズームレンズを用いて撮影された映像として見苦しくなる。

また、前述したように、第２レンズユニットIIは、変倍を行うために移動する負の屈折力を有する第２ａレンズサブユニット２ａと、該第２ａレンズサブユニット２ａの移動に伴って移動する結像位置（像面）を補正するための負の屈折力を有する第２ｂレンズサブユニット２ｂにより構成されている。これにより、変倍に伴う諸収差の変動を抑制し、良好な光学性能を実現できる。また、第３ｂレンズサブユニット３ｂを駆動するために確保すべき間隔を短くすることができるため、ズームレンズの小型軽量化を図ることができる。

次に、図１〜図５に示した実施例１〜５のズームレンズにおける具体的な数値例を表１〜５に示す。各表において、ｆはズームレンズ全系の焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ω（但し、各表にはｗと記す）は半画角、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、ｎｉ，νｉ（但し、各表ではｖｉと記す）は物体側から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。 なお、各表のｒｉの値として０．０００とあるのは、∞を意味する。

また、図６〜２０Ｃには、上記各数値例での諸収差図を示している。図６，９，１２，１５，１８はそれぞれ、数値例１〜５の広角端（ｆ＝１ｍｍ）における物体距離０．３ｍでの収差図を、図７，１０，１３，１６，１９はそれぞれ、数値例１〜５の中間ズーム位置（ｆ＝３．２５ｍｍ）における物体距離０．３ｍでの収差図を示す。また、図８Ａ，１１Ａ，１４Ａ，１７Ａ，２０Ａはそれぞれ、数値例１〜５の望遠端（ｆ＝１２．６ｍｍ）における物体距離０．３ｍでの収差図を、図８Ｂ，１１Ｂ，１４Ｂ，１７Ｂ，２０Ｂはそれぞれ、数値例１〜５の望遠端（ｆ＝１２．６ｍｍ）における無限遠物体距離での収差図を、図８Ｃ，１１Ｃ，１４Ｃ，１７Ｃ，２０Ｃはそれぞれ、数値例１〜５の望遠端（ｆ＝１２．６ｍｍ）における物体距離０．１１ｍでの収差図を示している。

なお、各収差図において、実線はｅ線を、点線はＦ線を、一点鎖線はＣ線を、二点鎖線はｇ線の収差をそれぞれ示している。

また、各収差図においてsphは球面収差、asは非点収差、distは歪曲、chroは倍率色収差を示す。

以上の説明から分かるように、上記各実施例によれば、ＦナンバーがＦ／２．０程度、変倍比１０倍以上の大口径比、かつ高変倍比のリアフォーカス式ズームレンズを実現することができる。

次に、上記数値例と条件式（１）〜（４）、および望遠端での画界変化率との関係を表６にまとめて示す。 第３ｂレンズサブユニット３ｂは全体として正の屈折力を持つリアフォーカスレンズユニットであり、近距離に合焦する際には光軸上を物体側へ移動する。ここでは、ズームレンズが合焦可能な最至近距離を、最も物体側のレンズ表面から１１０ｍｍの距離とする。

以下、各実施例（数値例）における第３レンズユニットIII の特徴について説明を補足する。
（実施例１について）
図１に示した実施例１（数値例１）では、まず（１）式の値が下限値に近いことから、第３ａレンズサブユニット３ａは、屈折力が弱く、物体側から順に、正正負正の４つのレンズエレメントを用いて、すなわち比較的少ないレンズエレメントの枚数で構成されている。

また、（３）式の値が上限値に近いことから、第３ｂレンズサブユニット３ｂは、屈折力が強く、物体側から順に、負正正の３つのレンズエレメントで構成されている。そして、最も物体側に負レンズエレメントを配置することにより、該負レンズエレメントに対する軸上光線の入射高を大きくして、より小さい屈折力で色収差補正を可能とし、また、諸収差の発生を抑制し、且つ第３ｂレンズサブユニット３ｂの軽量化を可能としている。

また、（２）および（４）式により、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃとで屈折力を適切に分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのさらなる軽量化を可能とし、また第３ｃレンズサブユニット３ｃの偏心収差調整ユニットとして適切な敏感度を持たせるとともに、画界変化率を抑制し、良好な光学性能を実現している。
（実施例２について）
図２に示した実施例２（数値例２）では、まず（１）式の値が上限値に近いことから、第３ａレンズサブユニット３ａは、屈折力が強く、物体側から順に正負正正負正の６枚のレンズエレメントで構成されている。これにより、軸上色収差や球面収差を効果的に抑制することができる。

なお、第３ａレンズサブユニット３ａ内の表２に示したｄ２６の間隔を変化させて、広角端での球面収差を補正してもよい。

また、第３ｂレンズサブユニット３ｂは、物体側から順に、負正正の３枚のレンズエレメントにより構成されており、最も物体側に負レンズエレメントを配置することにより、より小さい屈折力で色収差補正や諸収差の発生を抑制し、かつ第３ｂレンズサブユニット３ｂの軽量化を可能としている。

また、（２）および（４）式により、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃとで屈折力を適切に分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのさらなる軽量化を可能とし、また第３ｃレンズサブユニット３ｃの偏心収差調整ユニットとして適切な敏感度を持たせるとともに、画界変化率を抑制し、良好な光学性能を実現している。
（実施例３について）
図３に示した実施例３（数値例３）では、第３ａレンズサブユニット３ａは、物体側から順に、正負正正負正の６枚のレンズエレメントで構成されている。これにより、軸上色収差や球面収差を効果的に抑制することができる。

なお、第３ａレンズサブユニット３ａ内の表３に示したｄ２６の間隔を変化させて、広角端での球面収差を補正してもよい。

また、（３）式の値が下限値に近いことから、第３ｂレンズサブユニット３ｂは、屈折力が弱く、物体側から順に、負正の２枚のレンズエレメントと比較的少ない枚数のレンズエレメントにより構成されている。

また、（２）および（４）式により、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃとで屈折力を適切に分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのさらなる軽量化を可能とし、また第３ｃレンズサブユニット３ｃの偏心収差調整ユニットとして適切な敏感度を持たせるとともに、画界変化率を抑制し、良好な光学性能を実現している。

（実施例４について）
図４に示した実施例４（数値例４）では、第３ａレンズサブユニット３ａは、物体側から順に、正正負正負正の６枚のレンズエレメントにより構成されている。これにより、軸上色収差や球面収差を効果的に抑制することができる。

なお、第３ａレンズサブユニット３ａ内の表４に示したｄ２６の間隔を変化させて、広角端での球面収差を補正してもよい。

また、第３ｂレンズサブユニット３ｂは、物体側から順に、負正正の３枚のレンズエレメントにより構成されており、最も物体側に負レンズエレメントを配置することにより、より小さい屈折力で色収差補正や諸収差の発生を抑制し、且つ第３ｂレンズサブユニット３ｂの軽量化を可能としている。

また、（２）および（４）式により、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃとで屈折力を適切に分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのさらなる軽量化を可能とし、また第３ｃレンズサブユニット３ｃの偏心収差調整ユニットとして適切な敏感度を持たせるとともに、画界変化率を抑制し、良好な光学性能を実現している。

（実施例５について）
図５に示した実施例５（数値例５）では、第３ａレンズサブユニット３ａは、物体側から順に、正正正負の４枚のレンズエレメントにより構成されている。

また、第３ｂレンズサブユニット３ｂは、物体側から順に、負正正の３枚のレンズエレメントにより構成されており、最も物体側に負レンズエレメントを配置することにより、より小さい屈折力で色収差補正や諸収差の発生を抑制し、且つ第３ｂレンズサブユニット３ｂの軽量化を可能としている。

また、（２）および（４）式により、第３ｂレンズサブユニット３ｂと第３ｃレンズサブユニット３ｃとで屈折力を適切に分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのさらなる軽量化を可能とし、また第３ｃレンズサブユニット３ｃの偏心収差調整ユニットとして適切な敏感度を持たせるとともに、画界変化率を抑制し、良好な光学性能を実現している。

以上説明したように、上記各実施例によれば、絞りＳＰよりも像面側に結像のための第３レンズユニットIIIとして、固定の第３ａレンズサブユニット３ａ、フォーカスレンズユニットである第３ｂレンズサブユニット３ｂおよび広角端での偏心収差を補正するための第３ｃレンズサブユニット３ｃを別個に設け、これらで適切に各屈折力を分配することにより、第３ｂレンズサブユニット３ｂのバックフォーカスへの敏感度の確保と軽量化を両立し、小さい駆動力、かつ少ない移動量での焦点調節を可能とするとともに、必要なバックフォーカスを確保し、焦点調節に伴う収差変動や画界変動を抑制し、簡易な構成で良好な光学性能を実現している。

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２２を用いて説明する。

図２２において、１０１は本実施例のズームレンズ、１１１は撮影装置としてのカメラ、１１７はカメラ１１１にズームレンズ１０１を装着することにより構成される撮影システムである。

ズームレンズ１０１において、１０２は固定の前玉レンズユニット（第１レンズユニットＩ）、１０３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と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を含むレンズユニット（第２レンズユニットII）、１０４は絞り、１０５はフォーカスのために光軸上を移動するフォーカスレンズユニット（第３レンズユニットIII）である。

また、１０９は変倍時に移動するレンズユニット１０３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。１１０はフォーカスレンズユニット１０５を光軸上で駆動する送りねじ等のフォーカス機構部材である。

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

１１６はズームレンズ１０１の側面に装着されるドライブユニットである。このドライブユニット１１６には、ズームスイッチ、オートフォーカス／マニュアルフォーカス切換えスイッチ、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１０３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、１１４は電気的にフォーカスレンズユニット１０５を駆動するステッピングモータ等のフォーカスアクチュエータである。さらに、１１５はドライブユニット１１６の制御を司るＣＰＵ等のドライブユニットコントローラである。

なお、図２２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、上記各実施例では、変倍に伴う像面変動を補正する第２ｂレンズサブユニット２ｂを有するズームレンズについて説明したが、本発明は、第２レンズユニットII中にこの第２ｂレンズサブユニット２ｂを持たず、フォーカスレンズユニットにその機能を持たせた構成の３ユニットズームレンズにも適用することができる。

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の関係について説明したが、該関係は、レンズ面に貼り付ける等した回折光学素子による屈折と等価な光学パワーの関係においても同様である。

本発明の実施例１（数値実施例１）のズームレンズの広角端における断面図。 本発明の実施例２（数値実施例２）のズームレンズの広角端における断面図。 本発明の実施例３（数値実施例３）のズームレンズの広角端における断面図。 本発明の実施例４（数値実施例４）のズームレンズの広角端における断面図。 本発明の実施例５（数値実施例５）のズームレンズの広角端における断面図。 数値実施例１のｆ＝１ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例１のｆ＝３．２５ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例１のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例１のｆ＝１２．６ｍｍ、無限遠物体距離における収差図。 数値実施例１のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．１１ｍにおける収差図。 数値実施例２のｆ＝１ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例２のｆ＝３．２５ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例２のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例２のｆ＝１２．６ｍｍ、無限遠物体距離における収差図。 数値実施例２のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．１１ｍにおける収差図。 数値実施例３のｆ＝１ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例３のｆ＝３．２５ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例３のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例３のｆ＝１２．６ｍｍ、無限遠物体距離における収差図。 数値実施例３のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．１１ｍにおける収差図。 数値実施例４のｆ＝１ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例４のｆ＝３．２５ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例４のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例４のｆ＝１２．６ｍｍ、無限遠物体距離における収差図。 数値実施例４のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．１１ｍにおける収差図。 数値実施例５のｆ＝１ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例５のｆ＝３．２５ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例５のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．３ｍにおける収差図。 数値実施例５のｆ＝１２．６ｍｍ、無限遠物体距離における収差図。 数値実施例５のｆ＝１２．６ｍｍ、物体距離０．１１ｍにおける収差図。 近軸における屈折力配置と焦点調節動作による画界の変化の関係を示す模式図。 実施例１〜５のズームレンズを用いた撮影システムの模式図。 実施例１〜５における偏心調節機構の概略図。 実施例１〜５における偏心調節機構の概略図。

符号の説明

Ｉ 第１レンズユニット
II 第２レンズユニット
III 第３レンズユニット
ＳＰ 絞り
ＧＢ ガラスブロック
２ａ 第２ａレンズサブユニット
２ｂ 第２ｂレンズサブユニット
３ａ 第３ａレンズサブユニット
３ｂ 第３ｂレンズサブユニット
３ｃ 第３ｃレンズサブユニット

Claims (8)

1. 物体側から順に、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第１レンズユニットと、変倍中に移動する負の光学パワーを有する第２レンズユニットと、変倍中に固定される正の光学パワーを有する第３のレンズユニットを有するズームレンズであって、
   前記第３レンズユニットは、前記物体側から順に、焦点調節中に固定される第１レンズサブユニットと、焦点調節中に移動する正の光学パワーを有する第２レンズサブユニットと、焦点調節中に固定される正の光学パワーを有する第３レンズサブユニットとを有することを特徴とするズームレンズ。
2. 該第２レンズサブユニットの光学パワーが、前記第３レンズサブユニットの光学パワーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
3. 広角端での該ズームレンズの全系の焦点距離を１とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
   ０．１＜φ_３ｃ／φ_３ｂ＜０．８
   ０．０９＜φ_３ｂ＜０．１９
   但し、φ_３ｂは前記第２レンズサブユニットの光学パワー、φ_３ｃは前記第３レンズサブユニットの光学パワーである。
4. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載のズームレンズ。
   ０＜α_３ｂ＜０．３５
   但し、α_３ｂは前記第２レンズサブユニットにおける軸上光線の入射換算傾角である。
5. 前記第３レンズサブユニットの該ズームレンズの光軸に対する偏心状態を調節可能とする調節機構を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のズームレンズ。
6. 前記第２レンズサブユニットが無限遠の物体に合焦する位置にあり、広角端での該ズームレンズの全系の焦点距離を１とするとき、
   

   

   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のズームレンズ。
   但し、α_ｐ３ｂは前記第２レンズサブユニットにおける軸外主光線の入射換算傾角、φ_3ｂは前記第２レンズサブユニットの光学パワー、φ_3ｃは前記第３レンズサブユニットの光学パワー、ｓｋは前記第３レンズサブユニットの主点位置から像面までの距離、ｘは前記第２レンズサブユニットが望遠端にて無限遠の物体に合焦する位置から最至近距離の物体に合焦する位置までの移動量、δは前記第２レンズサブユニットの主点位置から見た前記絞りの虚像までの距離と前記第２レンズサブユニットの前記主点位置から見た結像位置の虚像までの距離との差、ｂは該ズームレンズの倍率である。
7. 前記第２レンズユニットは、前記物体側から順に、変倍を行うために移動する負の光学パワーを有する第４レンズサブユニットと、該第４レンズサブユニットの移動に伴う像面変動を補正するために移動する負の光学パワーを有する第５レンズサブユニットとを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のズームレンズ。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のズームレンズと、
   該ズームレンズが装着可能な撮影装置とを有することを特徴とする撮影システム。

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