JP2701445B2

JP2701445B2 - ズーム光学系

Info

Publication number: JP2701445B2
Application number: JP1090378A
Authority: JP
Inventors: 憲三郎鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JPH02267511A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、３〜５μｍ及び８〜13μｍ波長帯の赤外光
により赤外線画像を得る所謂サーマル・イメージング用
の赤外線用ズーム光学系に関するものである。

〔従来の技術〕

赤外線用ズーム光学系は、一般に工業、医療等に使用
されるサーマル・イメージング・システム等における対
物レンズとして装着されるものであり、数多く提案がな
されている。

そして、この赤外線用ズーム光学系においては、特に
特殊な高屈折率のレンズ材質が使用され、このレンズ材
質は温度変化による屈折率の変化が大きいために、この
温度変化によるピントズレを補償する数多くの努力がな
されている。

例えば、４群構成のズーム光学系が米国特許明細書4,
676,581号公報において開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕近年の高性能なサーマル・イメージング・システムに
おいては、15mm程度の射出瞳径と、小型化及び高い照度
を得るための高い透過率と、明るいＦナンバーを有する
ズーム光学系が要望されており、また屋外監視用等の用
途で使用するには、約30゜程度の広画角を持つズーム光
学系が必要とされる。

ところが、開示された米国特許明細書4,676,581号公
報におけるズーム光学系では、レンズ構成枚数が９枚と
比較的多く、Ｆナンバーも2.1〜2.4程度と暗く、さらに
は射出瞳径が約10mmで、最大実視界約17゜といずれも小
さく、上記の要望に十分対応することができない。

また、特に、低温冷却された赤外光検出器が、光学系
の各レンズ面の表面反射によりこの赤外光検出器自身の
反射像を検出することにより画質の劣化を招く、所謂ナ
ルシサス等が問題となる。

しかしながら、画質を劣化させるこのナルシサスを、
従来のズーム光学系においては、レンズ設計上において
十分に考慮されていないために、満足行く性能を引き出
すことが困難であった。

そこで、本発明は、少ないレンズ構成枚数にもかかわ
らず、明るいＦナンバー、広い画角、高ズーム比を有し
ながら、良好なる収差補正とナルシサスの大幅な軽減と
の両立を図り、また高い透過率をも達成できる高性能な
ズーム光学系を安価に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〕

本発明は、このような目的を達成するために、第１図
に示すように、物体側から順に、正の屈折力を持つ第１
レンズ群G₁と、変倍機能を有し負の屈折力を持つ第２レ
ンズ群G₂と、変倍により変動する像面位置を補償する機
能を有し正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃と、結像機能
を有し正の屈折力を持つ第４レンズ群G₄とを有し、前記第２レンズ群G₂は、２つの負レンズ成分を有し、
前記第３レンズ群G₃は、像側に強い曲率の面を向けた正
レンズ成分を有し、前記第１レンズ群G₁は、該レンズ群G₁の正の屈折力が
光軸から周辺へ行くに従って漸進的に強くなるような面
屈折力を持つ非球面を有し、前記第４レンズ群G₄は、該レンズ群G₄の正の屈折力が
光軸から周辺へ行くに従って漸進的に弱くなるような面
屈折力を有する非球面を有し、広角端から望遠端へのズーミングの際に、前記第２レ
ンズ群G₂と前記第３レンズ群G₃とを光軸に沿って相対的
に移動させ、前記第２レンズ群中の最も物体側に位置する負レンズ
成分の物体側の曲率半径及び像側の曲率半径をそれぞれ
r_a、r_bとし、前記第３レンズ群中の正レンズ成分の物体
側の曲率半径及び像側の曲率半径をそれぞれr_c、r_dとす
るとき、を満足するように構成したものである。

尚、ここでいう面屈折力とは、ある屈折面の任意の１
点に入射するある任意の光線の入射角と射出角との差、
すなわち、偏角をその屈折点近傍の微小な面の面屈折力
と定義し、その屈折点近傍に入射する平行光束が屈折後
収斂する時、その面の面屈折力を正の面屈折力とし、屈
折後発散する時、その面の面屈折力を負の面屈折力と定
義する。

〔作用〕

先ず、ズーム光学系をサーマル・イメージング・シス
テムに装着した状態でのシステム全体の光学系について
具体的に説明する。

このシステムは、ズーム光学系とこれにより形成され
た像（中間像）の後方に配置された接眼レンズとで構成
される望遠鏡系と、この望遠鏡系により形成された射出
瞳Ｐの後方に配置された光学系と、この光学系中に設け
られた光走査系と、この光学系により結像される位置に
配置された赤外光検出器とを有する構成となっている。

さて、低温冷却された赤外光検出器から発する赤外放
射光は、システムの光学系の各レンズ面に残存する弱い
反射により表面反射されるために、赤外光検出器は自分
自身の発する赤外放射の反射光による自分自身の像を再
検出することになる。そして、赤外光検出器は低温冷却
されているため、周囲あるいは撮像している視野の背景
等よりも温度が低く、結局、再検出される自分自身の像
は画像信号レベルの低下を招き、ナルシサスを発生させ
る。つまり、ナルシサスとは、光学系の各レンズ面の表
面反射による自分自身の像を再検出して生じた画像信号
レベルの低下の総和である。したがって、この検出され
た画像信号に基づいて、画像処理されると、通常、各レ
ンズ面による反射戻り光が生じやすい画像中央近傍に、
ゴースト像があたかも冷たい物体の如く現れる。

このようなナルシサス発生のメカニズムのため、赤外
光検出器を一種の光源とみなし、この赤外光検出器から
発した光線束が光学系の各レンズ面で反射され、どれく
らいの割合（所謂、cold return）でこの赤外光検出器
に再び戻るかを調べ、その割合を小さくすることがナル
シサスを軽減する有効な方法である。

ここで、この戻り光の割合（cold return）について
は、Applied Optics,Vol.21,No.18,pp.3393−3397,198
2,James W.Howard,“Narcissus:Reflection on Retrore
flections in Thermal Imaging Systems."に具体的に記
載されている。

以上の事から、本発明は設計において、収差補正と、
第２レンズ群の最も物体側に位置するレンズと第３レン
ズ群G₃におけるナルシサスの発生を極力小さくできるよ
うなレンズ形状とのバランスをとった構成とすることに
より、赤外光検出器を光源とみなした時に、そこから発
生する光線束を発散させて、良好にナルシサスを大幅に
軽減することができる。

本発明は、以上の如く、各レンズ群の形状を十分考慮
してナルシサスを低減を図りつつ、第１レンズ群及び第
４レンズ群に非球面を導入することにより少ないレンズ
構成枚数で実現でき、かつコストの低減とレンズ系の軽
量化を図れる明るく優れた結像性能を有するズーム光学
系を達成することができるのである。

そこで、本発明において、変倍の際にも少なくとも全
視野角の2/3程度の視野角まで収差を回折限界に近いレ
ベルまで良好に補正しながら、1.7〜２程度のＦナンバ
ーと、ナルシサスの低減を確実に達成するには、先ず各
条件式を満足することが必要である。

以下、各条件について説明する。

条件式（１）及び（２）は、収差補正と同時にナルシ
サスを軽減するための形状との良好なバランスをとるた
めに、第２レンズ群の最も物体側に位置する負レンズ成
分と第３レンズ群中の正レンズ成分との最適なシェイプ
ファクター（形状因子）をそれぞれ規定する条件式であ
が、先ず収差補正上の観点から条件式（１）及び（２）
を説明する。

条件式（１）の範囲を越えると収差変動が著しく大き
くなり好ましくない。すなわち、この条件式の上限を越
えると、広角端（短焦点）側においては非点収差が正の
方向へ移動し、望遠端（長焦点）側においては高次の非
点収差が発生する。反対に、この条件式の下限を越える
と、第２レンズ群の最も物体側に位置する負レンズ成分
自身において発生する球面収差は補正過剰となり、その
収差量は甚大となる。

また、条件式（２）の上限を越えると、中間焦点距離
状態付近の非点収差が負の方向へ移動し、最短焦点状態
から最長焦点距離状態にわたりコマ収差の発生が甚大と
なり、また第３レンズ群の正レンズ成分自身において発
生する球面収差は補正不足となる。反対に、この条件式
の下限を越えると、中間焦点距離状態付近の非点収差が
正の方向へ移動し、最短焦点状態から最長焦点距離状態
にわたりコマ収差の発生が甚大となり、第３レンズ群の
正レンズ成分自身で発生する球面収差が補正不足とな
り、その収差量は甚大となる。

また、第３レンズ群の正レンズ成分から見た時の瞳は
このレンズ成分よりも物体側に位置しており、このレン
ズ成分はこの瞳に関して同心的（所謂、コンセントリッ
ク）なレンズ形状となっている。したがって、条件式
（３）は第３レンズ群のレンズ成分をその瞳に関して同
心的なレンズ形状に規定する条件でもあり、この条件を
満足するように構成すれば、非点収差、コマ収差及び歪
曲収差等の発生を極めて小さくできるのである。

次に、ナルシサスを低減する観点から条件式（１）及
び（２）を詳述する。

例えば、変倍による像面位置補償の機能を有する第３
レンズ群G₃の正レンズ成分において前述の条件式（２）
から外れた凸平（r_c＞０、r_d＝∞）形状のレンズを本発
明の各実施例に使用したものと、条件式（２）を満足す
る本発明の各実施例とを比較すると、戻り光の割合（co
ld return）は本発明の第１〜第３実施例において、そ
れぞれ約1/70、1/70、1/20に軽減されている。

このことは、ナルシサスの発生の原理を模式的に示す
第１図（ａ）及び（ｂ）を参照すると容易に理解するこ
とができるので、この図を参照しながら説明する。

第１図（ａ）に示す如く、光軸に平行な光線がズーム
光学系に入射すると第１レンズ群G₁により収斂作用を受
け、その後第２レンズ群G₂により発散作用を受けた光線
g₁、g₂は、正の屈折力を有し凸平形状の第３レンズ群G₃
を通過すると略平行光に変換され、正の屈折力を持つ第
４レンズ群G₄によって結像される。今、この像面位置に
赤外光検出器Ｄが配置されているとすると、低温冷却さ
れた検出器Ｄから発した光線j₁、j₂は第４レンズ群G₄を
通過して第３レンズ群G₃の像側面に略垂直に入射する。

ここで、先ず第３レンズ群G₃の像側面における戻り光
を考えると、この略垂直に入射する光はこの第３レンズ
群G₃の像側面で反射され、光線h₁、h₂に示すように再び
逆の光路を辿り、検出器Ｄはこの反射光を検出すること
になる。

また、第３レンズ群G₃の物体側面における戻り光を考
えると、検出器Ｄから発した光線j₁、j₂が第３レンズ群
G₃の像側面を通過すると、この第３レンズ群G₃の物体側
面によって光線i₁、i₂に示すように検出器Ｄに向けて反
射し、この反射光線はこの検出器Ｄで検出されることに
なる。

したがって、第３レンズ群G₃の物体側面及び像側面に
よる戻り光により、ナルシサスが発生して画質が大きく
劣下するのである。

一方、第１図（ｂ）に示す如く、第３レンズ群G₃は条
件式（２）を満足するような形状で構成されている。そ
して、この第３レンズ群G₃の像側面における戻り光を考
えると、検出器Ｄから発した光線j₁、j₂は光線h₁、h₂に
示すように、発散する。

また、第３レンズ群G₃の物体側面における戻り光を考
えると、検出器Ｄから発した光線j₁、j₂が第３レンズ群
G₃の像側面を通過すると、この第３レンズ群G₃の物体側
面により、光線i₁、i₂に示すように、大きな反射角で反
射する。

したがって、第３レンズ群G₃の正レンズ成分L₃₁を条
件式（２）を満足するような形状で構成することによ
り、戻り光を発散させてナルシサスを極めて良好に軽減
することができるのである。

このことは、第２レンズ群G₂の最も物体側に位置する
レンズ成分においても、条件式（１）を満足するように
構成すれば、上述と同様なことが言えるため以下省略す
るが、いずれにしても両者のレンズ形状はナルシサスの
低減に対して極めて有効である。

ところで、一般に物体側から順に正、負、正、正の４
群構成から成るズーム光学系においては、負の屈折力
（パワー）を有するレンズ群は１つしか存在しないた
め、その屈折力は大きくなる。

この構成は、ズーミングする時、その屈折力が大きけ
れば、レンズ群の移動量を小さくできるため極めて有効
である。

そこで、本発明においても、以上の如き構成を適用し
て、各レンズ群に最適なパワー配分を行いつつ、ズーミ
ングに際する移動量を小さく抑えている。このとき、第
１レンズ群G₁の焦点距離をf₁、第２レンズ群のG₂の焦点
距離をf₂とするとき、−4.5＜f₁/f₂＜−3.5……（３）
を満足するように構成することが望ましい。

以上の如き構成においては、強い負の屈折力を有する
第２レンズ群G₂にて正の球面収差が甚大に発生し、レン
ズ系全体として補正過剰となるため、他のレンズ群で負
の球面収差を発生させて、レンズ系全体として球面収差
をバランス良く補正する必要がある。

ところが、特に望遠端では、強い負の屈折力を有する
第２レンズ群にて発生する正の球面収差が、第３、第４
レンズ群を含む後方のレンズ群により、最終的な結像位
置で拡大されて、甚大に発生し、またズーミングに際す
る収差変動も大きくなる。このため、物体側に位置する
レンズ群においてできるだけ、十分な収差補正をするこ
とが必要である。

そこで、本発明においては、極力、物体側のレンズ群
で球面収差を十分に補正するとともに、ズーミングする
際に、収差変動も同時に補正するため、結像機能を有す
る第４レンズ群より物体側に位置する第１〜第３レンズ
群の変倍系で諸収差を良好に補正している。

すなわち、本発明は、正の屈折力を有する第１レンズ
群G₁において負の球面収差を発生させて、負の屈折力を
有する第２レンズ群G₂にて発生する正の球面収差をバラ
ンス良く補正している。これにより、全体の収差バラン
スを良好に保ちつつ、ズーミングに際する収差変動を抑
えている。

ところが、ズーム光学系の小型化を図ると共に、ズー
ミングに際する移動量を小さくし、さらに十分な明るさ
を確保するという要件を同時に満足するには、レンズ系
を構成している各レンズ群の屈折力を強く構成する必要
がある。

すると、各レンズ群で諸収差が発生し、特に第２レン
ズ群で発生する正の球面収差がより大きく発生して補正
過剰となるばかりか、高次の球面収差も甚大に発生す
る。

このとき、第１レンズ群を球面レンズで構成した場
合、このレンズの屈折力を一定に保ちつつレンズ形状を
変化させる（所謂、ベンディング）ことにより、負の球
面収差をある程度発生させることは可能であるが、第２
レンズ群で発生する正の球面収差を広角端から望遠端に
わたり補正しきれないばかりか、その他の収差に対する
補正も困難となる。

また、先に述べた条件（１）を満足するように構成す
ると、第２レンズ群の最も物体側に位置するレンズL₂₁
は、ナルシサスを十分考慮した形状としているため、ナ
ルシサスの低減を達成できるものの、正の球面収差が発
生する形状となっている。

そこで、本発明は、第１レンズ群の正の屈折力が、光
軸から周辺に行くに従って漸進的に強くなるような面屈
折力を有する非球面を設けることにより、極めて少ない
構成枚数でズーム光学系を達成できるのみならず、第２
レンズ群で発生する球面収差、及びその他の収差の良好
なる補正を実現している。

すなわち、特に、望遠端において、第１レンズ群を球
面レンズで構成した際での最小の球面収差よりも補正不
足となるような非球面とすることにより、この非球面に
より発生する負の球面収差と、第２レンズ群で発生する
正の球面収差とをバランス良く相殺できると同時に、そ
の他の収差も極めて良好に補正することができる。

例えば、後述する本発明の各実施例での第１レンズ群
に設けられた非球面レンズにより発生する負の球面収差
量が、第１レンズ群を球面レンズで構成した時の最小の
球面収差量よりも望遠端において約2.5倍大きくなるよ
うにしてバランス良く補正されている。

尚、第１レンズ群の正の屈折力が、光軸から周辺に行
くに従って漸進的に強くなるような面屈折力を有する非
球面とは、この非球面がレンズの凸面に設けられている
際には、光軸から周辺に行くに従って正の面屈折力が漸
進的に強くなるような形状とすることであり、これに対
しこの非球面がレンズの凹面に設けられている際には、
光軸から周辺に行くに従って負の面屈折力が漸進的に弱
くなるような形状とすることである。

さて、以上にて述べた如く、第１〜第３レンズ群の変
倍系を構成すれば、これらのレンズ群での諸収差は良好
に補正されているため、結像機能を有する第４レンズ群
自身における諸収差も良好に補正されいることが必要で
ある。

この第４レンズ群は正の屈折力を有しているため、こ
のレンズ群自身では一般に負の球面収差が発生する。こ
のため、本発明においては、この第４レンズ群を構成し
ている正レンズ成分に、光軸から周辺に行くに従って漸
進的に正の屈折力が弱くなるような非球面を設けること
により、極めて少ない構成枚数にもかかわらず、この群
自身にて発生する正の球面収差のみならずその他の収差
をもバランス良い補正を実現している。すなわち、広角
端から望遠端にわたり、第４レンズ群を球面レンズで構
成した際での最小の球面収差量よりもさらに小さくなる
ような非球面とすることにより、第４レンズ群自身にて
発生する諸収差を良好に補正することができる。

尚、第４レンズ群の正の屈折力が、光軸から周辺に行
くに従って漸進的に弱くなるような面屈折力を有する非
球面とは、この非球面がレンズの凸面に設けられている
際には、光軸から周辺に行くに従って正の面屈折力が漸
進的に弱くなるような形状とすることであり、これに対
しこの非球面がレンズの凹面に設けられている際には、
光軸から周辺に行くに従って負の面屈折力が漸進的に強
くなるような形状とすることである。

以上の如く、各レンズ群を構成すれば、ナルシサスの
大幅な低減と良好なる収差補正とをバランス良く両立さ
せ得るとともに、極めて少ないレンズ構成枚数で実現で
きる小型で優れた結像性能を有するズーム光学系を達成
することができる。

さて、一般的に、非球面形状は以下の如く表現するこ
とができる。

但し、Ｘ（ｙ）はレンズ頂点における接平面から非球
面までの光軸方向に沿った距離、ｙは非球面における光
軸からの高さ、ｋは円錐定数、A_nは非球面係数、Ｃは曲
率、ｒはレンズ頂点における曲率半径である。

本発明の第１レンズ群及び第４レンズ群に配置される
べき非球面は、レンズの頂点における接平面からの非球
面までの光軸方向に沿った距離（所謂、サグ量）の最大
値をδ_MAX、非球面の近軸の屈折力と等しい球面の曲率
半径をｒ^＊、非球面を有するレンズの焦点距離を単位長
さ（1mm）で割った値をf_aspとするとき、を満足するように構成することが望ましい。

この条件の範囲を越えるとき、収差補正を優先させる
と、ナルシサスの低減を考慮したレンズ形状を変えざる
を得ず、その結果、ナルシサスが大きく発生して大幅に
性能が劣下する一方、ナルシサスの低減を優先した収差
補正を行うと、諸収差における収差バランスが大きく崩
れて、本発明が目的としている明るく小型で良好なる結
像性能を有するズーム光学系を達成することが困難とな
る。

特に、第１レンズ群に設けられた非球面の効果をより
効果的に得て、第２レンズ群で発生する正の球面収差の
みならず、その他の収差をよりバランス良く補正するに
は、条件（４）式の下限が0.01より大きく、上限が0.6
より小さいことが望ましい。

また、第４レンズ群に設けられた非球面の効果をより
効果的に得て、このレンズ群自身にて発生する諸収差を
より良好に補正するには、条件（４）式の下限が0.01よ
り大きく、上限が0.5より小さいことが望ましい。

さらに、コンパクトで明るい本発明のズームレンズを
確実に達成するためには、レンズ系のＦナンバーを
F_NO、レンズ系の有効径をＤ、レンズ系の全長をΣｄと
するとき、を満足することが望ましい。

〔実施例〕

以下に、本発明による実施例について説明する。第２
図、第３図及び第４図はそれぞれ第１実施例及び第２実
施例におけるズーム光学系Ｏの後方に接眼レンズ系Ｅを
配置した状態でのレンズ構成図及び光路図を示してお
り、第２図、第３図及び第４図における（ａ）は最短焦
点距離状態（広角端）、（ｂ）は中間焦点距離状態、
（ｃ）は最長焦点距離状態（望遠端）を示している。そ
して、第１実施例のズーム光学系は、第２図に示す如
く、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL₁₁より
なる第１レンズ群G₁と、物体側に凹面を向けた凹平レン
ズL₂₁と両凹レンズL₂₂よりなる第２レンズ群G₂と、像側
に凸面を向けた正メニスカスレンズL₃₁よりなる第３レ
ンズ群G₃と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L₄₁よりなる第４レンズ群G₄とで構成されている。

第２実施例におけるズーム光学系は、第３図に示す如
く、第１実施例と同様なレンズ構成を有しているが、第
２レンズ群G₂を構成している負レンズL₂₁が像側に凹面
を向けた平凹レンズとなっている。

第３実施例におけるズーム光学系においても、第４図
に示す如く、第１実施例と同様なレンズ構成を有してい
るが、第２レンズ群G₂を構成している負レンズL₂₁が像
側に凹面を向けたメニスカスレンズとなっているととも
に、第３レンズ群G₃を構成している正レンズL₃₁が像側
に凸面を向けた平凸レンズとなっている。

また、第１、第３実施例のいずれも、第１レンズ群を
構成している正メニスカスレンズL₁₁及び第４レンズ群
を構成している正メニスカスレンズL₄₁の物体側面に非
球面が設けられているのに対し、第２実施例において
は、第１レンズ群を構成している正メニスカスレンズL
₁₁及び第４レンズ群を構成している正メニスカスレンズ
L₄₁の像側面に非球面が設けられている。

また、各実施例における接眼レンズ系Ｅとも、像側に
凸面を向けた正メニスカスレンズLe₁と物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズLe₂とで構成されている。

このズーム光学系Ｏに入射する光線は、第１レンズ群
G₁で収斂作用を受け、変倍機能を有する第２レンズ群G₂
で発散作用を受け、像面補償機能を有する第３レンズ群
G₃で再び収斂作用を受けて略平行光線に変換され、結像
機能を有する第４レンズG₄により再び収斂作用を受け
て、このズーム光学系Ｏの後側焦点位置で結像されて、
像（中間像）Ｉが形成される。

そして、この光学系Ｏにより形成された中間像Ｉを通
過した光束は、接眼レンズ系Ｅを通過して、この接眼レ
ンズＥの後方で射出瞳Ｐを形成する。

ここで、各実施例とも、広角端から望遠端へズーミン
グは、第２レンズ群G₂を像側へ線型に移動させ、第３レ
ンズ群G₃を像側に凸を描くように非線型に移動させて行
なっている。

また、無限遠から有限距離物点へのピント合わせ及び
周囲の温度変化に起因するピントズレは、本発明のズー
ム光学系Ｏを構成している各レンズ、もしくは接眼レン
ズ系Ｅを構成している各レンズのいずれかを光軸方向に
沿って移動させることにより達成されるが、各倍率時に
おけるフォーカス量が一定である第１レンズ群G₁を光軸
に沿って前後に移動させて行うことが望ましい。

以下の表１及び表３に、各実施例の諸元の値を掲げ
る。表中、左端の数字は物体側からの順序を表し、ｒは
レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ厚及びレンズ面間隔、
屈折率ｎはＢ線（λ＝10μｍ）に対する値であり、GEは
ゲルマニウム、ZNSEはセレン化亜鉛を示している。ここ
で、ゲルマニウムにおけるＣ線（λ＝12μｍ）及びＡ線
（λ＝８μｍ）に対する屈折率はそれぞれ4.00230、4.0
0530であり、またセレン化亜鉛におけるＣ線（λ＝12μ
ｍ）及びＡ線（λ＝８μｍ）に対する屈折率はそれぞれ
2.39400、2.41800である。

また、Ｍは望遠鏡倍率、ｆはズーム光学系Ｏの焦点距
離、F_Noはズーム光学系のＦナンバー、d_pは接眼光学系
Ｅの最終レンズ面の頂点から射出瞳Ｐまでの距離、Ｄは
レンズ系の有効径、D0は被写体から第１レンズ面までの
距離である。

尚、第１面から第10面までがズーム光学系、第11面か
ら第14面までが接眼レンズ系のレンズデータを示してお
り、非球面形状は先に述べた如き非球面方程式で示して
いる。また、ｒ^＊は非球面の近軸屈折力と等しい球面の
曲率半径であり、f_aspは非球面を有するレンズの焦点距
離である。

以下の表４に本発明の各実施例における条件対応値を
記す。

各実施例はともに、射出瞳径14.5mm、実視界7.7〜30.
6゜、ズーム比４のズーム光学系が実現されている。

また、上記第１〜第３実施例の収差図をそれぞれ第５
図、第６図及び第７図に示す。各収差図において、
（ａ）は最終焦点距離状態（広角端）及び（ｂ）は中間
焦点距離状態、（ｃ）は最長焦点距離状態（望遠端）に
おける諸収差を表している。また、S.A.は球面収差、AS
T.は非点収差、COMAはコマ収差、DIS.は歪曲収差（ディ
ストーション）を表しており、各収差図中のＡはＡ線
（λ＝８μｍ）、ＢはＢ線（λ＝10μｍ）、ＣはＣ線
（λ＝12μｍ）を表している。尚、非点収差図中の破線
はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を表してい
る。

本発明は、簡素な構成で４倍にも達するズーム比を達
成しながら、ナルシサスの影響を大幅に低減したレンズ
構成を実現しているのみならず、各収差図の比較から、
広角端から望遠端にわたり優れた結像性能を維持してい
ることが明らかである。

また、このような構成に基づいて、外景からの赤外放
射光線が実像を形成する中間像位置に温度参照板を配置
し、この温度参照板による強度信号と、赤外光検出器に
よる外景強度信号とを比較することにより、放射温度測
定を行うことにも対応させることができる。そして、こ
の場合においてはズーム光学系を略テレセントリックと
なるように構成することが望ましい。

また、本発明の如く、広角端から望遠端へズーミング
する際に、第３レンズ群G₃がＵターンする移動軌跡で移
動するが、これを固定して、第２レンズ群G₂をのみを移
動するように構成すれば、簡単な構成で２変倍レンズ系
を容易に達成できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、僅か５枚程度の少ない構
成枚数にもかかわらず、1.7〜２程度の明るいＦナンバ
ーと、高い透過率が得られるのみならず、高ズーム比で
広い画角を有しながら極めて良好に収差補正がなされ、
しかもこのナルシサスを極力軽減できる優れた性能を有
するズーム光学系を達成することができる。すなわち、
ナルシサス低減と良好なる収差補正とを両立可能な小型
で高性能なズーム光学系が達成できる。

また、本発明は、僅か５枚程度の少ない構成枚数で達
成できるため、コストの低減を図れるばかりか、レンズ
系の軽量化を図れるのみならず、操作性においても非常
に有利となるため、極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の原理を模式的に示す
図である。第２図（ａ）〜（ｃ）は第１実施例における
それぞれ最短焦点距離状態、中間焦点距離状態、最長焦
点距離状態でのズーム光学系と接眼レンズ系とのレンズ
構成及び光路を示す図、第３図（ａ）〜（ｃ）は第２実
施例におけるそれぞれ最短焦点距離状態、中間焦点距離
状態、最長焦点距離状態でのズーム光学系と接眼レンズ
系とのレンズ構成及び光路を示す図、第４図（ａ）〜
（ｃ）は第３実施例におけるそれぞれ最短焦点距離状
態、中間焦点距離状態、最長焦点距離状態でのズーム光
学系と接眼レンズ系とのレンズ構成及び光路を示す図、
第５図（ａ）〜（ｃ）は第１実施例におけるそれぞれ最
短焦点距離状態、中間焦点距離状態、最長焦点距離状態
での収差図、第６図（ａ）〜（ｃ）は第２実施例におけ
るそれぞれ最短焦点距離状態、中間焦点距離状態、最長
焦点距離状態での収差図である。第７図（ａ）〜（ｃ）
は第３実施例におけるそれぞれ最短焦点距離状態、中間
焦点距離状態、最長焦点距離状態での収差図である。〔主要部分の説明〕 G₁……第１レンズ群、G₂……第２レンズ群 G₃……第３レンズ群、G₄……第４レンズ群

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レ
ンズ群G₁と、変倍機能を有し負の屈折力を持つ第２レン
ズ群G₂と、変倍により変動する像面位置を補償する機能
を有し正の屈折力を持つ第３レンズ群G₃と、結像機能を
有し正の屈折力を持つ第４レンズ群G₄とを有し、前記第２レンズ群G₂は、２つの負レンズ成分を有し、前
記第３レンズ群G₃は、像側に強い曲率の面を向けた正レ
ンズ成分を有し、前記第１レンズ群G₁は、正の屈折力が光軸から周辺へ行
くに従って漸進的に強くなるような面屈折力を持つ非球
面を有し、前記第４レンズ群G₄は、正の屈折力が光軸から周辺へ行
くに従って漸進的に弱くなるような面屈折力を持つ非球
面を有し、広角端から望遠端へのズーミングの際に、前記第２レン
ズ群G₂と前記第３レンズ群G₃とを光軸に沿って相対的に
移動させ、前記第２レンズ群中の最も物体側に位置する負レンズ成
分の物体側の曲率半径及び像側の曲率半径をそれぞれ
r_a、r_bとし、前記第３レンズ群中の正レンズ成分の物体
側の曲率半径及び像側の曲率半径をそれぞれr_c、r_dと
し、前記第１レンズ群G₁の焦点距離をf₁、前記第２レン
ズ群のG₂の焦点距離をf₂とするとき、を満足するように構成することを特徴とするズーム光学
系。
【請求項２】前記第１レンズ群G₁及び前記第４レンズ群
G₄に配置される非球面は、レンズの頂点における接平面
からの前記非球面までの光軸方向に沿った距離の最大値
をδ_MAX、前記非球面の近軸の屈折力と等しい球面の曲
率半径をｒ^＊、前記非球面を有するレンズの焦点距離を
単位長さ（1mm）で割った値をf_aspとするとき、を満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のズーム光学系。
【請求項３】前記ズーム光学系のＦナンバーをF_NO、前
記ズーム光学系の有効径をＤ、前記ズーム光学系の全長
をΣｄとするとき、を満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
第２項の何れか一項記載のズーム光学系。