JP2539231B2 - 定倍率撮影可能な撮影レンズ - Google Patents

定倍率撮影可能な撮影レンズ

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JP2539231B2 JP62247980A JP24798087A JP2539231B2 JP 2539231 B2 JP2539231 B2 JP 2539231B2 JP 62247980 A JP62247980 A JP 62247980A JP 24798087 A JP24798087 A JP 24798087A JP 2539231 B2 JP2539231 B2 JP 2539231B2
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    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
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    • G02B15/142Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only
    • G02B15/1421Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only the first group being positive

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被写体距離の変化に拘らず同一倍率の像が
得られる定倍率撮影可能な撮影レンズに関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来、ズームレンズ系を有するシネカメラ、ビデオカ
メラ等による撮影において、被写体がしだいに近づくか
あるいはしだいに遠ざかる場合に、被写体の結像面上で
の大きさを一定に保ちつつ撮影を行なうためには、ズー
ミングとフオーカシングを同時に且つ連続的に行なう必
要がある。このための操作は、たとえオートフオーカス
を使つたとしても滑らかに行なうことは困難である。特
にオートフオーカスのないプロ用あるいはセミプロ用テ
レビカメラや、逆に低価格のビデオカメラなどを用いる
場合、高度な熟練を要する。
またスチルサメラのマクロ撮影等では、学術資料作成
などのために一定倍率にて撮影しなければならない。そ
の場合通常の単焦点のマクロレンズでは像物距離を一定
にしなければならず、屋外撮影は困難でありまた屋内撮
影でも不便である。この場合ズームレンズを用いれば像
物距離を変えても一定の大きさで撮影出来るが、フオー
カシングとズーミングとを別々に行なわなければなら
ず、通常のズームレンズではフオーカシングにより全系
の焦点距離が変わることがあり、実際に一定倍率で撮影
するためには複雑な操作が必要になる。
また工業用ロボットの目として用いる場合には、撮影
倍率を正確に把握して制御する必要があり、通常のズー
ムレンズでは、フオーカシングの状態とズーミングの状
態とをエンコーダーで読みとり、演算を行なつて倍率を
求め、この二つの状態の演算を行ないながらコントロー
ルしなければならない。
以上のような問題の一つの解決方法が特公昭61−1005
0号公報に記載されている。それは、バリエーターに対
するコンペンセーターの相対的移動を通常のズーミング
とは異なる所定の移動とすることによつて、被写体の遠
近に拘らず被写体に対する合焦状態を保ちながら定倍率
撮影を行なうものである。
しかしこの方法は、撮影倍率一つに対して通常のズー
ミングとは異なるコンペンセーターのカム(以後定倍率
撮影カムと呼ぶ)が一本定まるため撮影倍率が変化する
とカムの形も変わる。したがつて定倍率撮影を行なう撮
影倍率を連続的に変えようとした時、定倍率撮影用カム
の形状を連続的に変化させねばならずこれを機械的に行
なうには複雑で高価な機構になり、また今日の電子制御
技術を用いても高価な機構になる。
逆に定倍率撮影用カムを一本にしそのカムの設定倍率
近傍での倍率は被写界深度を利用して撮影すれば比較的
簡単で安価な構成にできるが、定倍率撮影出来る倍率範
囲が狭く、特にマクロ撮影等は倍率範囲が非常に狭くな
つてしまう。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、単純な機構で広い範囲に亘る撮影距離の物
体をある範囲内で任意の倍率で定倍率撮影を行なうこと
が可能な撮影レンズを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の定倍率撮影可能な撮影レンズは、2群以上の
n群で構成されていて、第1群から第m群(1≦m≦n
−1)までの前群の合成焦点距離をf、第m+1群から
第n群までの後群の合成横倍率をβとした時、fとβを
変化させる時にf/βをほぼ一定に保つように変化させる
第1の機構を有し、かつ上記第1の機構とは独立に第1
群から第m群と第m+1群から第n群までの間隔を変化
させる第2の機構を備えていることを特徴とするもので
ある。
上記の本発明の定倍率撮影可能な撮影レンズについ
て、第1図乃至第4図に示す本発明の原理図にもとづい
て説明する。
これら図に示すものは、上記レンズ系の第1群から第
m群までがレンズ群G1、第m+1群から第n群までがレ
ンズ群G2として示してあり、例えば2群構成の場合は第
1群がレンズ群G1、第2群がレンズ群G2に相当する。
またこれら図においてIは撮像面、PW,PTは夫々ワイ
ド端,テレ端におけるレンズ群G2によるIの共役位置、
aW,aT,▲a ▼,▲a ▼は夫々レンズ群G1とPW
はPTとの間隔、bW,bTはPW又はPTとレンズ群G2との間
隔、CW,CTはレンズ群G2とIとの間隔、OW,OTはズームレ
ンズ全系によるIの共役位置(I上に合焦する被写体位
置)である。
第1図は通常のズーミングにおけるワイド端での無限
遠に合焦した時の状態を示す図、第2図は通常のズーミ
ングにおいてテレ端での無限遠に合焦した時の図、第3
図は第1図に示す状態からレンズ群G1をその内部やその
他の状況を変えることなしにx=a′−aW(>0)だ
け物体側へ移動させた時の図である。第4図は第2図の
状態からレンズ群G1をレンズ群G1内部の状況やその他の
状況を変えずにx=a′−aT(>0)だけ物体側へ移
動させた時のものである。
これらの図においてワイド端,テレ端におけるレンズ
群G1の焦点距離fW,fTと、レンズ群G2の物点をPW又はPT
とした時の横倍率βWとする。
ここで第3図、第4図の状態における全系の撮影倍率
M3,M4を求める。
第3図において、レンズ群G1の物点OWに対する結像倍
率をβ1Wとすると、第1図ではレンズ群G1の後側焦点位
置に物点位置PWに一致しているのでβ1Wは次のようにな
る。
β1W=−x/fW また全系の撮影倍率M3はM3=β1W・βであるので次
の式にて与えられる。
M3=−xβW/fW 同様に第4図においてレンズ群G1の物点OTに対する結
像倍率をβ1Tとすると第2図ではレンズ群G1の後側焦点
位置がPTに一致するのでβ1Tは次のように表わされる。
β1T=−x/fT 全系の撮影倍率M4はM4=β1T・βであるので次の式
で与えられる。
M4=−xβT/fT ここでM3=M4になる条件を求めると、 −x・βW/fW=−x・βT/fT より fT/fW=βT よってワイド端とテレ端の間の任意の状態でのレンズ群
G1の焦点距離fAと像位置のレンズ群G2による共役点PA
対するレンズ群G2の横倍率βとがfA/fW=βA
満足し、かつレンズ群G1の後側焦点位置とPAとの間隔x
が一定の値に保たれているならば、合焦する被写体の撮
影倍率も一定になる。
また上記のような要件を満足するようにレンズ群G1
焦点距離fとレンズ群G2の横倍率βをf/βが一定になる
ように変化させるように構成された通常のカムと同様の
第1の機構を設け、通常のズームカム(第1の機構)の
他に通常のズーミングや通常のフオーカシングとは独立
にレンズ群G1とレンズ群G2の間隔を変化させる第2の機
構を備えることによつて、定倍率撮影が可能になる。し
かもその機構は単一のカムはヘリコイドなどを有する単
純なものでよく、安価に構成し得る。
実際の使用方法としては目的とする倍率になるように
レンズ群G1とレンズ群G2の間隔をシフトさせて、つまり
第2の機構により倍率をセツトし、像物距離は第1の機
構を動かし合わせる方法や、大きさの基準となるような
ものに第1の機構を動かして合焦させながら第2の機構
によりレンズ群G1とレンズ群G2の間隔を変化させて撮影
倍率を設定した後に、物体距離の異なる他の被写体に第
1の機構を動かして合焦させて撮影する方法等が考えら
れる。
そのうち後者の方法については、第1と第2の両方の
機構を関連させながら操作しなければならず多少面倒に
なるが撮影倍率設定の時にオートフオーカス装置を並用
すればレンズ群G1とレンズ群G2の間隔だけ操作すればよ
いので、この場合でも簡単に設定し得る。
以上の説明ではレンズ群G1とレンズ群G2の間隔の変化
xがx=0になる状態即ち通常撮影から定倍率撮影状態
にはいる切換位置を無限遠に合焦した時として行なつた
が、切り換え後f/βが一定になるのであればいかなる距
離に合焦した状態から定倍率撮影状態に切り換えてもよ
い。
またレング群G1は、弾性材料よりなるレンズで形状を
変化させて屈折力を変化させるようにしたもの等の屈折
力可変素子を用いれば1群のみで構成してもfを変化さ
せることが可能である。
実際のレンズ系では、歪曲収差のために近軸倍率は同
じであつても像の大きさが変化することがある。その場
合、f/βの値を適当に変化させることによつて画面の必
要とする部分の歪曲収差による変化をキヤンセルするこ
とが出来る。仮に、焦点距離fの値がfWの時に画面のあ
る像高hの歪曲収差がDhW、焦点距離fの値がfAの時の
像高hの歪曲収差をDhAとすると、焦点距離がfAの時の
像高hでの歪曲収差を打ち消すためには、焦点距離fが
fAの時のf/βの値fAになるように調整すればよい。
実際には、f/βの値は、一度調整しただけではこれに
よつて歪曲収差の値も変化するので、f/βの目標値が若
干変化する。しかしこの操作を繰り返し行なえば一定の
値に収斂するので必要とする精度が出るまで操作を繰り
返せばよい。
また上記のようにf/βの値が少々変化してもその変化
に応じた倍率で撮影出来るので、必要とする精度によつ
てはf/βの値が僅かに変化したとしても実用上は定倍率
撮影であると言える。
通常の写真撮影の場合は、倍率変化が±10%が限度で
あると考えられるので、f/βの絶対値の最大と最小を夫
々|f/β|max,|f/β|minとすると下記の値が定倍率撮影
と言える限界であると考えられる。
1.22≧|f/β|max/|f/β|min≧1 また、実際のレンズ系では、球面収差等の諸収差のた
めに、最良結像を与える結像位置が、近軸的な結像位置
とはわずかではあるが異なっているのが一般的である。
したがつて撮影倍率の正確を期する場合は、レンズ群
G1とレンズ群G2の収差によるずれを見込んで▲▼
と、レンズ群G2と撮像面との間隔SKを設定しなければな
らない。その調整量をΔ▲▼a,Δ▲▼とする
とこれらの値は収差状況や瞳位置関係、有効Fナンバ
ー、レンズ群G1,レンズ群G2の倍率などが複雑に関係す
るために一概に定められないが、およそ撮像面上の縦収
差δに比例し、おおよそ縦収差δの数分の一から数
倍の間の値になると考えられる。
一方本発明のレンズ系では、合焦した場合に常に倍率
が一定になるようにしたものであり、倍率を安定させる
ためには合焦精度を上げなければなならい。
逆に合焦精度が低くなると定倍率撮影時の倍率が不安
定になるので合焦精度から定まる▲▼の値の精度を
Δ▲▼とすると、Δ▲▼より▲▼の変化量
を小さく保つても無意味であり、▲▼の変化量はΔ
▲▼の程度に保てば十分である。このΔ▲▼の
値は撮像面上の光軸方向の合焦精度をδとするとδF/
β程度になる。
以上述べたような本発明のレンズ系の使用法とは逆に
特公昭61−10050号公報に示されている「像物距離が変
化するとき被写体の像の大きさを一定に保つように調節
すると合焦状態が保たれる」使い方も可能である。この
場合は▲▼の精度は、被写界深度を満たす程度に保
てばよい。この時の誤差量をΔ▲▼とし、像面上
の被写界深度をδとするとΔ▲▼はδL
程度である。
〔実施例〕
次に本発明の撮影レンズの一実施例を示す。第5図は
本発明の一実施例の構成を示す図である。この実施例は
3群よりなり、第1群L1と第2群L2でレンズ群G1を構成
し第3群L3でレンズ群G2を構成している。この実施例の
データーは次の表1〜表3に示す通りである。
これら表においてf1,f2,f3は夫々第1群L1,第2群L2,
第3群L3の焦点距離、e1,e2は夫々第1群L1と第2群
L2、第2群L2と第3群L3の主点間隔、S,S′は夫々L1
ら物点までおよびL3から像点までの距離、f,βは夫々
第1群と第2群(レンズ群G1)の合成焦点距離および合
成横倍率、βは第3群(レンズ群G2)の横倍率、ft
は夫々全系の焦点距離と横倍率、IOは像物距離であ
る。
上記の表のうち表1は、通常の無限遠撮像時における
ズーミングの際の各群の動きを示している。又この表か
らわかるようにf/βは一定であつて通常のズームカムが
f/βを一定にする第1の機構の作用を有している。
又表2、表3は夫々定倍率撮影時の倍率を−0.002倍
と−0.3倍とした時の状態を示している。これら表から
わかるように通常のズーミングとは独立してe2を変化さ
せている。その変化量は−0.02倍では0.7、−0.3倍では
10.5である。
このように通常のズーミングとは独立に間隔e2を変化
させる第2の機構が用いられている。
又これら機構とは独立したフオーカシング機構は、オ
ートフオーカスのような電子制御が進歩した現在におい
ては、どの群を移動しても行ない得るが、第1群を第1
の機構,第2の機構とは独立に動かすのが単純である。
いずれにしろこのフオーカシング機構を第3の機構と
し、これによつて有限距離に合焦した場合、f/βを一定
に保つという条件がくずれるために定倍率撮影に換える
にはこの第3の機構を無限遠合焦状態にしておく必要が
ある。
〔発明の効果〕
本発明の撮影レンズは、第1の機構,第2の機構によ
つて正確で調整範囲が広く、簡単で安価な定倍率撮影用
になし得る。つまり第2の機構によつて定倍率撮影の倍
率の設定が出来、またこの機構により倍率を連続的に変
化させ得る。一方第1の機構によつて定倍率撮影時のフ
オーカシングが出来、しかも撮影倍率を一定に保つたま
ま行なうことが出来る。また第2の機構により一意的に
撮影倍率を定めることが出来るので、工業用ロボツトの
目などに本発明撮影レンズを用いる場合、通常は第1の
機構によりフオーカシングを行ない、倍率を変更する必
要性が出たときのみ第2の機構を作動されればよいので
演算量が減り制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明定倍率撮影レンズの原理を示
す図、第5図は本発明の一実施例の構成を示す図であ
る。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2群以上のn個のレンズ群を備えた撮影レ
    ンズにおいて、第1レンズ群から第mレンズ群(1≦m
    ≦n−1)により構成される前群の合成焦点距離をf、
    第m+1レンズ群から第nレンズ群により構成される後
    群の合成横倍率をβとするとき、fおよびβをほぼf/β
    が一定に保たれるように変化させる第1の機構と、第1
    の機構とは独立に第1レンズ群から第mレンズ群と第m
    +1レンズ群から第nレンズ群までの間隔を変化させる
    第2の機構とを備え、前記第1の機構によりf/βが一定
    になるようにfとβを変化させるときに、前記前群の合
    成後側焦点位置Fと前記後群による撮像面の共役位置P
    との間隔FPの値がほぼ一定に保たれるようにしたことを
    特徴とする定倍率撮影可能な撮影レンズ。
  2. 【請求項2】前記の移動とは別にいずれかのレンズ群を
    移動させることによりフォーカシングを行なうようにし
    た特許請求の範囲(1)の定倍率撮影可能な撮影レン
    ズ。
  3. 【請求項3】前記フォーカシング移動により無限遠物体
    に対する合焦が可能である特許請求の範囲(2)の定倍
    率撮影可能な撮影レンズ。
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