JP4298241B2

JP4298241B2 - ズームレンズ装置

Info

Publication number: JP4298241B2
Application number: JP2002255355A
Authority: JP
Inventors: 隆治塗師
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: US20040051966A1; US6847495B2; EP1396746A3; DE60302305D1; JP2004093938A; EP1396746A2; EP1396746B1; DE60302305T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変倍群よりも物体側および像側にそれぞれ焦点調節を行うフォーカス群を有するズームレンズ装置に関し、特にテレビカメラやビデオカメラ等の放送用又は業務用撮影機器として好適なズームレンズ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
変倍群よりも像側にフォーカス群（リアフォーカス群）を配置したリアフォーカス方式のズームレンズは、フォーカス群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。
【０００３】
また、変倍群よりも物体側にフォーカス群（前玉フォーカス群）を配置した前玉フォーカス方式は、変倍を行ってもフォーカス群の繰り出し量が変化せず、マニュアルフォーカス方式に有利であることから、マニュアル操作を重視する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。
【０００４】
これらの点に鑑み、オートフォーカス用として変倍群よりも像側のフォーカス群を使用し、マニュアルフォーカス用として変倍群よりも物体側のフォーカス群を使用するズームレンズが、実公昭６１−５３６９７号、特公平５−６１６３号、特許第２５０５８３５号、特許第２５０５８４０号および特許第２５６１６３７号公報にて開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
放送用又は業務用のズームレンズでは、民生用に比べて高速・高精度な焦点調節操作や映像効果のための意図的な焦点調節操作が行われる。但し、これらの焦点調節操作は、オートフォーカスでは十分に対応しきれない場合があるため、オートフォーカスに対して補助的にマニュアルフォーカス操作が必要となってくる。
【０００６】
具体的には、
１．高速でのマニュアルフォーカス操作：例えば、ピントずれ量が大きく、合焦判定が困難な場合、合焦近傍までマニュアルフォーカスで操作する場合
２．高精度でのマニュアルフォーカス操作：例えば、被写体である人物の鼻にピントが合ってしまった場合に目に合わせ直すといった、微小な焦点調節をマニュアルフォーカスで行う場合
３．意図的なマニュアルフォーカス操作：例えば、わざとピントをぼかす場合や、画面周辺の被写体に合焦させる場合や、距離の異なる複数の被写体に対して一定の速度でピント合わせ切り換えを行う場合
等がある。
【０００７】
しかしながら、上記公報開示のズームレンズでは、オートフォーカス時に前玉フォーカス群を固定としているため、前玉フォーカス群による微小な焦点調節操作はできない。
【０００８】
また、オートフォーカス時の微調マニュアルフォーカス用としてリアフォーカス群を兼用することも可能であるが、電子リング等、前玉フォーカス群の操作機構とは別の操作機構が必要となるため、構成が複雑となる上、テレビカメラマン等、前玉フォーカス群による焦点調節操作に慣れた使用者にとって操作上の違和感が生じる。
【０００９】
さらに、オートフォーカス時に無制限に前玉フォーカス群が移動してしまうと、前玉フォーカス群の位置によってオートフォーカスによる合焦範囲が制約されてしまい、無限遠近傍又は至近近傍で合焦が得られなくなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のズームレンズ装置は、光軸上を移動することにより変倍を行う変倍群と、変倍群よりも物体側に配置され、光軸上を移動することにより焦点調節を行う物体側フォーカス群と、変倍群よりも像側に配置され、光軸上を移動することにより焦点調節を行う像側フォーカス群と、オートフォーカスモードが設定されることにより像側フォーカス群を駆動してオートフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、オートフォーカスモードが設定されているときに、物体側フォーカス群のマニュアル操作による駆動を可能としている。
ここで、以下の条件を満足している。
１＜｜Δｘ２・（α２’ ² ―α２ ² ）／Δｘ１・（α１’ ² ―α１ ² ）｜＜１．２
｜Δｘ１／Ｓｘ１｜＜０．５
但し、オートフォーカスモードが設定されているときの物体側フォーカス群の無限遠位置からの物体側および像側への移動可能量をΔｘ１とし、像側フォーカス群の望遠端における無限遠位置からの像側への移動可能量および像側フォーカス群の望遠端における至近位置から物体側への移動可能量をともにΔｘ２とし、物体側フォーカス群の前後の望遠端における軸上光線の換算傾角をそれぞれα１，α１’とし、像側フォーカス群の前後の望遠端における軸上光線の換算傾角をそれぞれα２，α２’とし、物体側フォーカス群の無限遠位置から至近位置への移動量をＳｘ１とする。

【００１１】
これにより、マニュアル操作による、より高速・高精度な焦点調節や映像効果のための意図的な焦点調節操作が容易に行えるようになり、またマニュアルフォーカスの操作感覚を損なうことなくオートフォーカスモードにおけるマニュアル操作による焦点調節が可能な、小型のズームレンズを実現することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態であるズームレンズ装置の広角端における光学断面を示している。
【００１４】
ここでは、ズームレンズ装置を構成するレンズ群を物体側（図１の左側）から順に説明する。
【００１５】
まず、Ｆ１は第１群としての正の屈折力（光学パワー：焦点距離の逆数）を有する前玉フォーカス群（物体側フォーカス群）である。
【００１６】
Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力を有するバリエータ群であり、光軸上を像面側に単調に移動することにより、広角（ワイド）端から望遠（テレ）端への変倍を行う。
【００１７】
Ｃは第３群としての負の屈折力を有するコンペンセータ群であり、変倍に伴う像面変動を補正するために、光軸上を物体側に向かって凸となる軌跡で非直線的に移動する。なお、バリエータ群Ｖとコンペンセータ群Ｃとで変倍群が構成される。
【００１８】
ＳＰは絞り、ＦＲは第４群としての正の屈折力を有し、変倍中は固定のリレー群である。
【００１９】
Ｆ２は第５群としての正の屈折力を有するリアフォーカス群（像側フォーカス群）である。
【００２０】
以上のように各群の屈折力を規定することにより、広角・高倍率で、かつ小型である、放送用・業務用として好適なズームレンズ装置を得ることができる。
【００２１】
Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ等の光学素子であり、同図ではガラスブロックとして示している。
【００２２】
なお、図１中のＲｉ（ｉ＝１〜３２）は物体側からの光学面を示す。但し、図中には各群の最も物体側と最も像面側の光学面および絞りＳＰについてのみ符号を付し、他は省略している。
【００２３】
さらに、１０は前玉フォーカス群Ｆ１をマニュアル操作によって光軸方向に移動させるためのマニュアルフォーカスリングである。また、１１はリアフォーカス群Ｆ２を光軸方向に駆動する駆動手段としてのモータである。１２は不図示のカメラ（テレビカメラやビデオカメラ等）からのフォーカス指令信号に応じてモータ１１を駆動し、リアフォーカス群Ｆ２によるオートフォーカス制御を行う制御回路である。
【００２４】
１３はマニュアルフォーカスモードとオートフォーカスモードとを切り換えるためのモード選択スイッチである。マニュアルフォーカスモードでは、制御回路１２によるオートフォーカス制御は行われず、オートフォーカスモードでは、制御回路１２によるオートフォーカス制御が行われるとともに、後述するように前玉フォーカス群Ｆ１をマニュアル操作が可能である。
【００２５】
図２から図５に、本ズームレンズ装置の光学系の模式図を示す。図２はリアフォーカス群Ｆ２を固定し、前玉フォーカス群Ｆ１により焦点調節を行なう場合を示している。この場合、前玉フォーカス群Ｆ１の繰り出し量はズーム状態によって変化しない。
【００２６】
図３はリアフォーカス群Ｆ２により焦点調節を行う場合を示している。この場合、リアフォーカス群Ｆ２の繰り出し量はズーム状態によって変化し、望遠側ほど大きくなる。
【００２７】
図４は、リアフォーカス群Ｆ２による焦点調節が可能なオートフォーカスモード中に微調のために前玉フォーカス群Ｆ１が無限遠位置から物体側に△ｘ１（−△ｘ１）移動した状態を示す。図４において、無限遠と至近におけるリアフォーカス群Ｆ２の移動軌跡は、図３に示した移動軌跡から像側にずれて、そのずれ量△ｘ２（＋△ｘ２）は望遠端で最大となる。
【００２８】
図５は、前玉フォーカス群Ｆ１を無限遠位置から像側に△ｘ１（＋△ｘ１）移動した状態を示す。この場合、リアフォーカス群Ｆ２の移動軌跡は図４の場合と反対の物体側にずれ、そのずれ量△ｘ２（−△ｘ２）は望遠端で最大となる。
【００２９】
ここで、前玉フォーカス群Ｆ１およびリアフォーカス群Ｆ２のバックフォーカス敏感度ｄｓｋ１，ｄｓｋ２はそれぞれ、前玉フォーカス群Ｆ１の前後の軸上光線（軸上マージナル光線）換算傾角をα１，α１’とし、リアフォーカス群Ｆ２の前後の軸上光線（軸上マージナル光線）換算傾角をα２，α２’とすると、
ｄｓｋ１＝α１’² ―α１² …（１）
ｄｓｋ２＝α２’² ―α２² …（２）
で表される。
【００３０】
したがって、前玉フォーカス群Ｆ１が△ｘ１移動したときのバックフォーカスのずれ量△ｓｋ１は、
△ｓｋ１＝△ｘ１・ｄｓｋ１＝△ｘ１（α１’² ―α１² ） …（３）
で表される。
【００３１】
同様に、リアフォーカス群Ｆ２が△ｘ２移動したときのバックフォーカスのずれ量△ｓｋ２は、
△ｓｋ２＝△ｘ２・ｄｓｋ２＝△ｘ２（α２’² ―α２² ） …（４）
で表される。
【００３２】
前玉フォーカス群Ｆ１の移動により生じたバックフォーカスずれ量△ｓｋ１をリアフォーカス群Ｆ２で補正するためのリアフォーカス群Ｆ２の移動量△ｘ２は、△ｓｋ１＝−△ｓｋ２より、
△ｘ２＝−△ｘ１・（α２’² ―α２² ）／（α１’² ―α１² ） …（５）
となる。
【００３３】
したがって、前玉フォーカス群Ｆ１を±△ｘ１移動させた状態でリアフォーカス群Ｆ２により無限遠から至近まで合焦可能とするためには、リアフォーカス群Ｆ２の無限遠端側および至近端側のそれぞれに、予め少なくとも（５）式で表される△ｘ２以上の移動余裕を確保しておく必要がある。
【００３４】
本実施形態のズームレンズ装置は以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
【００３５】
この条件式（６）は、合焦微調の結果、前玉フォーカス群Ｆ１が移動した状態においても、無限遠から至近までのリアフォーカス群Ｆ２によるオートフォーカスでの合焦範囲が制約されないための条件であり、前玉フォーカス群Ｆ１の無限遠位置からの移動量△ｘ１とリアフォーカス群Ｆ２の繰り出し余裕量△ｘ２との関係を規定している。
【００３６】
条件式（６）の下限を超えると前玉フォーカス群Ｆ１が移動したときに無限遠近傍または至近近傍で合焦が得られなくなってしまう。また、条件式（６）の上限を超えると、リアフォーカス群Ｆ２の移動スペースが増大し、ズームレンズ全長が著しく増大してしまい好ましくない。
【００３７】
さらに、本実施形態のズームレンズ装置は以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
【００３８】
｜△ｘ１／Ｓｘ１｜＜０．５ …（７）
但し、Ｓｘ１は、前玉フォーカス群Ｆ１の至近における無限遠での位置に対する物体側への移動量である。
【００３９】
条件式（７）のように△ｘ１の上限を規定することにより、前玉フォーカス群Ｆ１の繰り出し量の増大によるズームレンズ装置の大型化を抑えることができる。すなわち、条件式（７）の上限を越えると、前玉フォーカス群Ｆ１の繰り出し量が増大し、前玉径の増大やズームレンズ全長の増大が著しくなってくる。また、前玉フォーカス群Ｆ１の移動により発生するデフォーカスを補償するためのリアフォーカス群Ｆ２の繰り出し量△ｘ２が著しく増大し、リアフォーカス群Ｆ２の前後に必要なスペースが増大してズームレンズが大型化したり、リアフォーカス群Ｆ２の移動量の増大に伴って収差変動が大きくなってくる。
【００４０】
なお、オートフォーカスモードにおいて、前玉フォーカス群Ｆ１の移動範囲が条件式（６），（７）で規定される移動量△ｘ１を超えないように、オートフォーカスモード時にのみ作動する可動式のストッパーを設ける等して、前玉フォーカス群Ｆ１の移動範囲を制限するとよい。これにより、オートフォーカスモードにおける前玉フォーカス群Ｆ１の操作し過ぎを確実に回避することができる。
【００４１】
（数値実施例）
表１に、上記実施形態のズームレンズ装置の数値実施例を示す。表１において、ｆは全系の焦点距離、ｒｍ、ｄｍ、ｎｍ、νｍはそれぞれ第ｍ面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数を示している。なお、表１では、ωをｗと、νをｖと表記している。
【００４２】
また、図６から図１０は、本数値実施例の収差図である。図６は焦点距離ｆ＝８．１４ｍｍ、物体距離が無限遠における収差図、図７は焦点距離ｆ＝３０．１２ｍｍ、物体距離が無限遠における収差図、図８は焦点距離ｆ＝１１１．５１ｍｍ、物体距離が無限遠における収差図、図９は焦点距離ｆ＝１１１．５１ｍｍ、物体距離１ｍにおいて前玉フォーカス群Ｆ１により合焦した場合の収差図、図１０は焦点距離ｆ＝１１１．５１ｍｍ、物体距離１ｍにおいてリアフォーカス群Ｆ２により合焦した場合の収差図である。
【００４３】
【表１】
まず、本数値実施例における第１群としての前玉フォーカス群Ｆ１の特徴について説明する。前述したように、前玉フォーカス群Ｆ１は全体として正の屈折力を有し、近距離に合焦する際には光軸上を物体側へ移動する。
【００４４】
本数値実施例では、至近距離１．０ｍでの前玉フォーカス群Ｆ１の繰り出し量Ｓｘ１は、像側を正としてズーム全域で−６．３１７３ｍｍである。前玉フォーカス群Ｆ１は、無限遠に合焦した状態でバリエータ群Ｖと２．７７ｍｍの空気間隔を有しており、オートフォーカスモードでの移動範囲△ｘ１として、２．０ｍｍを確保している。
【００４５】
本実施例において（７）式の左辺の値は、
｜△ｘ１／Ｓｘ１｜＝０．３１７ …（８）
で、条件を満たしており、前玉フォーカス群Ｆ１の移動量の増加に伴う前玉径の増大やズームレンズ全長の増大を抑制している。
【００４６】
前玉フォーカス群Ｆ１の前後の軸上光線換算傾角α１，α１’は、
α１＝０ …（９）
α１’＝１．４５６ …（１０）
である。
【００４７】
したがって、望遠端における前玉フォーカス群Ｆ１のバックフォーカス敏感度ｄｓｋ１は、
ｄｓｋ１＝α１’² ―α１² ＝２．１２１ …（１１）
である。
【００４８】
次に、本数値実施例における第５群としてのリアフォーカス群Ｆ２の特徴について説明する。前述したように、リアフォーカス群Ｆ２は全体として正の屈折力を有し、近距離に合焦する際には光軸上を物体側へ移動する。本数値実施例では、至近距離１．０ｍでのリアフォーカス群Ｆ２の繰り出し量は、像側を正として広角端で−０．０６５ｍｍ、望遠端で−８．２３９ｍｍである。
【００４９】
リアフォーカス群Ｆ２の前後の軸上光線換算傾角α２，α２’は、
α２＝０．１５８ …（１２）
α２’＝１ …（１３）
である。
【００５０】
したがって、望遠端におけるリアフォーカス群Ｆ２のバックフォーカス敏感度ｄｓｋ２は、
ｄｓｋ２＝α２’² ―α２² ＝０．９７５ …（１４）
である。
【００５１】
本数値実施例では、第４群であるリレー群ＦＲとリアフォーカス群Ｆ２との空気間隔が２２．０ｍｍ、バックフォーカスが３７．２ｍｍ（空気換算）であり、リアフォーカス群Ｆ２の移動余裕量△ｘ２として、４．５ｍｍを確保している。
【００５２】
以上より、条件式（７）の値は、
｜（４．５・０．９７５）／（−２．０・２．１２１）｜＝１．０３ …（１５）
となり、条件を満たしている。これにより、リアフォーカス群Ｆ２の繰り出し量増加に伴うズームレンズ全長の増大を抑制しながら、合焦微調の結果、前玉フォーカス群Ｆ１が無限遠位置から最大±△ｘ１移動した状態でも、オートフォーカス時にリアフォーカス群Ｆ２によって無限遠〜至近まで合焦可能となる。
【００５３】
なお、本数値実施例では、オートフォーカスモードにおいて、前玉フォーカス群Ｆ１の移動量が±２．０ｍｍを超えて操作されることのないように、オートフォーカスモードでのみ作動する可動式ストッパーを設けている。
【００５４】
なお、上記実施形態では、物体側から正，負，負，正，正の構成で第２群、第３群が変倍中移動するズーム方式のズームレンズについて説明したが、本発明はズーム方式によらず、変倍群より物体側と像側にフォーカス群を有するズームレンズに適用することができる。
【００５５】
例えば、放送用として正，負，正，正の構成で第２群が変倍用、第３群が像点補正用として移動するズーム方式がよく用いられるが、第１群を物体側フォーカス群、第４群を像側フォーカス群としてもよい。さらに、変倍群が３群以上でもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、第１群の全体繰り出しにより焦点調節を行うが、合焦用として第１群の一部を繰り出すようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、像側フォーカス群として最も像側の群を用いる場合について説明したが、本発明では、変倍群よりも像側であればどの群を像側フォーカス群としてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マニュアル操作による、より高速・高精度な焦点調節や映像効果のための意図的な焦点調節操作が容易に行え、またマニュアルフォーカスの操作感覚を損なうことなくオートフォーカスモードにおけるマニュアル操作による焦点調節が可能な、小型のズームレンズ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるズームレンズ装置の光学断面図。
【図２】上記ズームレンズ装置において、前玉フォーカス群により焦点調節操作を行う場合の模式図。
【図３】上記ズームレンズ装置において、リアフォーカス群により焦点調節操作を行う場合の模式図。
【図４】上記ズームレンズ装置において、オートフォーカスモードで前玉フォーカス群を物体側に△ｘ１移動した場合の模式図。
【図５】上記ズームレンズ装置において、オートフォーカスモードで前玉フォーカス群を像側に△ｘ１移動した場合の模式図。
【図６】上記実施形態の数値実施例の広角端における断面図。
【図７】上記数値実施例の収差図。
【図８】上記数値実施例の収差図。
【図９】上記数値実施例の収差図。
【図１０】上記数値実施例の収差図。
【符号の説明】
１０マニュアルフォーカスリング
１１モータ
１２制御回路
１３モード選択スイッチ
Ｆ１前玉フォーカス群
Ｖバリエータ群
Ｃコンペンセータ群
ＳＰ絞り
ＦＲリレー群
Ｆ２リアフォーカス群
Ｐ光学素子

Claims

光軸上を移動することより変倍を行う変倍群と、
前記変倍群よりも物体側に配置され、光軸上を移動することより焦点調節を行う物体側フォーカス群と、
前記変倍群よりも像側に配置され、光軸上を移動することより焦点調節を行う像側フォーカス群と、
オートフォーカスモードが設定されることにより前記像側フォーカス群を駆動してオートフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
前記オートフォーカスモードが設定されているときに、前記物体側フォーカス群のマニュアル操作による駆動が可能であるズームレンズ装置であって、
以下の条件を満足することを特徴とするズームレンズ装置。
１＜｜Δｘ２・（α２’ ² ―α２ ² ）／Δｘ１・（α１’ ² ―α１ ² ）｜＜１．２
｜Δｘ１／Ｓｘ１｜＜０．５
但し、前記オートフォーカスモードが設定されているときの前記物体側フォーカス群の無限遠位置からの物体側および像側への移動可能量をΔｘ１とし、前記像側フォーカス群の望遠端における無限遠位置からの像側への移動可能量および前記像側フォーカス群の望遠端における至近位置から物体側への移動可能量をともにΔｘ２とし、前記物体側フォーカス群の前後の望遠端における軸上光線の換算傾角をそれぞれα１，α１’とし、前記像側フォーカス群の前後の望遠端における軸上光線の換算傾角をそれぞれα２，α２’とし、前記物体側フォーカス群の無限遠位置から至近位置への移動量をＳｘ１とする。
物体側から順に、
変倍中は固定の前記物体側フォーカス群としての正の屈折力を有する第１群と、
前記変倍群としての負の屈折力を有する第２群と、
光軸上を移動することより変倍に伴う像面変動の補正を行う負の屈折力を有する第３群と、
固定の正の屈折力を有する第４群と、
前記像側フォーカス群としての正の屈折力を有する第５群とを有することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ装置。
請求項１又は２に記載のズームレンズ装置と、このズームレンズ装置が装着されるカメラとを有することを特徴とするカメラシステム。