JP5011109B2 - ズームレンズシステム及び複合ズームレンズシステム - Google Patents

Description

（関連出願の参照）
本願は、米国特許出願番号第１０／６２２９１４号（２００３年７月１８日出願）に関連しており、米国仮(Provisional)出願番号第６０／６０３３４１号（２００４年８月２０日出願）の米国特許法第１１９条（ｅ）による利益、および米国特許出願番号第１１／０７１１２５号（２００５年３月２日出願）の米国特許法第１１９条（ａ）〜（ｄ）による利益を主張するものであり、これらの内容は参照によりここに組み込まれる。

本発明は、一般にズームレンズに関し、特に、広い焦点距離範囲および広い視野を提供し、例えば、コンパクトカメラを持つ携帯電話や他の製品などの消費者製品に適合するように小型サイズの任意に回転可能な複合ズームレンズに関する。

特に、８５度以上の短い焦点距離位置で最大視野を持つ、４より大きいズーム比を有するズームレンズは、先行技術に存在していない。こうしたズームレンズは、放送ズームレンズの分野では知られているが、これらは典型的には大型で複雑かつ効果な設計である。例えば、米国特許第５７４５３００号、日本特許公開第６２−１５３９１３号、第０８−１３６８０８号、第０９−０１５５０１号、第０９−０３３８１２号、第１１−０３０７４９号に見つけられる。

よりコンパクトで広範囲で広角のズームは、米国特許第６０３８０８４号で見られるが、この例の性能は、著しく複雑であるにも拘わらず、貧弱である。

最近、新規な複合ズームシステムが、米国特許出願公開第２００４００２１９５３号に記載され、その内容は参照によりここに組み込まれる。このシステムは、中間像を形成するズームレンズと、そして、中間像を最終像面に再形成するズームリレーとを備える。こうした設計手法は、従来のズームレンズ設計に対して、大きなズーム範囲、広い視野、高い像品質、折り曲げミラーやプリズムの配置の柔軟性など、多くの可能性ある利点を有する。しかしながら、米国特許出願公開第２００４００２１９５３号に開示されたズームシステムは、量販分野に適したコンパクトで広範囲かつ広角のズームレンズを提供していない。

従って、広いズーム範囲および広い視野角の両方を有し、経済的に大量生産可能で、コンパクトで比較的簡単なズームレンズについてのニーズが存在する。こうしたズームレンズは、デジタルスチール・ビデオカメラ、携帯電話、ＰＤＡなどの広範囲な応用を有する。

（発明の要旨）
本発明の実施形態に係るレンズシステムは、広範囲、超広角で任意に回転可能であり、３メガピクセル級センサとともに使用するのに充分な性能を持つ複合ズームを提供する。一実施形態では、このズーム範囲によってカバーされる焦点距離は、約２１ｍｍ〜１８０ｍｍ相当の３５ｍｍスチールカメラを有する。

この範囲を特に興味深くさせるのは、極端に広角の開始点である。複合ズーム技術は、極めて大きなズーム範囲と極端に広い視野を備えつつ、極めて小さな前側エレメント直径を可能にする。

本発明の例示的な一実施形態では、頂点長さが約９８ｍｍである。このシステムをコンパクトなパッケージ中で使用するために、２つの折曲げプリズムを設計に含めた。この例示的な実施形態では、折曲げ光学系の配置は、約１５．６ｃｃだけを専有して、約３６ｃｃ（例えば、約５７．２８ｍｍ×４８．３６ｍｍ×１２．９７ｍｍ）の箱状容積のうち小さなＬ字状部分だけを専有するのに充分に小型なものであり、全容積の約５７％が非光学部品（電子部品、機械部品、工業設計の特徴）にとって利用可能になる。このシステムの作動距離(working distance)は、第３の折曲げプリズムまたはミラーを像面の直前に配置するのに充分である。この第３の折曲げプリズムまたはミラーは、センサ配置を簡単にするために用いられ、あるいは、真のＳＬＲ(Single Lens Reflex)光学ファインダを組み込むために用いられる。

この例示的な実施形態において、光学設計は、ＮＰＰカーネル(kernel)と、ＰＰリレーと、両者の間にある固定Ｐレンズ群とで構成される。カーネルは、ここで定義するように、固定Ｐレンズ群の物体空間側に全てのレンズおよびズーム群を含み、一方、ＰＰリレーは、固定Ｐレンズ群の像空間側に全てのズーム群を含むズームリレー(zooming relay)である。全部で４個の独立に移動するズーム小群が存在し、中間像のそれぞれの側に２個ずつある。前側レンズ群は、両方の折曲げプリズムがあるため、像面に対して静止している。カーネル単体では、約２：１のズーム比を有し、ズームリレーは、約４：１の倍率比を有し、約８．６：１の全体ズーム比を付与している。ＰＰリレーは、２個の独立に移動する正のズーム小群を備え、著しく簡単な構造を有し、全体としてシステムの簡素化に大きく寄与する。両方のズーム小群が正であるため、エレメントの合計数は最小化されるとともに、極めて高い像品質を維持できる。

この例示的な実施形態において、システムの開口(aperture)は、約ｆ／２．８〜ｆ／６．３の範囲に及ぶが、約３ｍｍ〜６．２ｍｍの焦点距離では約ｆ／２．８で一定である。

好ましい実施形態の下記説明では、その一部を形成する添付図面を参照しており、本発明を実用化できる特定の実施形態を例示によって示している。本発明の好ましい実施形態の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用してもよく、構造的変化を行ってもよいと理解すべきである。

本発明の実施形態に係るレンズシステムは、広範囲、超広角で任意に回転可能であり、３メガピクセル級センサとともに使用するのに充分な性能を持つな複合ズームである。図１は、特定されたレンズ要素および面を持つ複合ズームレンズの１つの例示的実施形態の折曲げ無し配置を示す。この例示的実施形態の仕様（回転特徴無し）は、おおよそ下記のとおりである。

ズーム比： ８．６：１
焦点距離： ３〜２５ｍｍ
開口： ｆ／２．８〜ｆ／６．３
全視野： ９０度〜１３．３度
３５ｍｍスチール相当： ２１ｍｍ〜１８０ｍｍ
３５ｍｍシネ(Cine)相当： １４ｍｍ〜１２０ｍｍ
折曲げ無し頂点長さ： ９８ｍｍ
フォーマット： １／３”（対角６ｍｍ）
最小画素サイズ： ２．４ミクロン（３メガピクセルの総合分解能）
光学配列体積： １５．６ｃｃ
主光線角度： ズーム範囲を通じて９度未満

この例示的実施形態では、このズーム範囲によってカバーされる焦点距離は、約２１ｍｍ〜１８０ｍｍ相当の３５ｍｍスチールカメラを有する。単一ズームでこの範囲の焦点距離は、消費者向けの光学システムにとって前例がなく、事実上、写真報道家およびアマチュア写真家に広く用いられる全ての焦点距離を代表する。

この範囲を特に興味深くさせるのは、極端に広角の開始点である。従来の非複合技術を用いて広範囲ズームを設計することは可能であるが、こうした設計は、一般に、約２４〜２８ｍｍ相当の３５ｍｍフォーマットのワイド端に制限される。この制限された広角度能力であっても、従来の広範囲ズームは、一般に、小型のパッケージサイズを妨げる大きな前側エレメント直径で悩まされることになる。これに対して、複合ズーム技術は、極めて大きなズーム範囲と極端に広い視野を備えつつ、極めて小さな前側エレメント直径を可能にする。

複合ズーム技術は、広範囲で広角の光学系に独特な能力を提供するが、頂点長さがかなり長くなるという点で短所を有する。上述した例示的実施形態では、頂点長さは約９８ｍｍである。このシステムをコンパクトなパッケージ中で使用するために、２つの折曲げプリズムを例示的実施形態に含めた。別の折曲げ配置も可能であることに留意すべきである。折曲げプリズムを除外した場合、頂点長さを約１０〜１５ｍｍだけ短くできる。

本発明の実施形態は、特に、折曲げに好適である。折曲げプリズムは、ズーム群の移動と干渉しない何れのエリアに、中間像の近くまたはその中に配置できるからである。これに対して、従来のコンパクトズームレンズは、カメラ本体の中に格納すべきレンズ要素を有し、レンズ内部の空隙の大部分または全部を失わせ、折曲げプリズムの挿入を不可能にする。図１の例では、折曲げプリズム（要素９）が、要素１０，１１の間に位置する中間像の物体側に配置される。しかしながら、他の実施形態では、折曲げプリズムは、中間像の物体側に配置してもよい。

検討している例示的実施形態では、折曲げ光学系の配置は、約１５．６ｃｃを専有するに過ぎず、約３６ｃｃ（例えば、約５７．２８ｍｍ×４８．３６ｍｍ×１２．９７ｍｍ）の箱状エリアのうち小さなＬ字状部分だけを専有するのに充分に小型なものであり、全容積の約５７％が非光学部品（電子部品、機械部品、工業設計の特徴）にとって利用可能になる。代替の実施形態では、Ｌ字状の光学配置を利用して、通常の箱形状から逸脱した製品を設計することも可能であろう。

この例示的実施形態の作動距離は、第３の折曲げを像面の直前に配置するのに充分である。この第３の折曲げは、センサ配置を簡単にするために用いられ、あるいは、真のＳＬＲ光学ファインダを組み込むためにも用いられる。

図１に示した本発明の非回転式の例示的実施形態について、添付した図面および表を用いてより詳細に説明する。図１を参照して、各レンズ要素は符号１〜１５で示し、各レンズ要素の一般的構成を図示しているが、各レンズ面の実際の半径は、表に後述している。レンズ面は、文字「Ｓ」で識別し、符号Ｓ１〜Ｓ３０で示している。

各レンズ要素は、別々の連続した面番号で識別される対向面を有し、例えば、図１に示すように、レンズ要素１はレンズ面Ｓ１，Ｓ２を有し、レンズ要素５はレンズ面Ｓ９，Ｓ１０を有し、以下同様であるが、ダブレットレンズ要素１Ｄに関しては、同時に面するレンズ面は、単一の面番号Ｓ１２が付与れさている。例えば、ダブレット１Ｄは、前側レンズ面Ｓ１１および後側レンズ面Ｓ１２を有するレンズ要素６と、前側レンズ面Ｓ１２（同一）および後側レンズ面Ｓ１３を有するレンズ要素７とで構成される。実際の像面は、符号Ｓ３０で識別される。レンズ面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５が、非球面かつ非平面で、光軸回りに回転対称である非球面表面である点を除いて、全てのレンズ面は球面である。

レンズ要素の詳細な特性を説明する前に、レンズ群およびこれらの軸上位置と移動についての一般説明を、符号５０で全体として示す本発明のズームレンズシステムについて行う。

撮影すべき物体に面する側、即ち、図１の左端から開始して、第１のレンズ群５１は、単レンズ要素１〜４を備える。第１のレンズ群５１は、物体空間からの光を集めて、光軸（Φで示す）に関して主光線角度を減少させる負のパワーを持つ群である。第１のレンズ群は、従来のように、合焦のために光軸に沿って移動可能である。第１のズーム群５２は、第１のズーム小群５３と、第２のズーム小群５４とを備える。第１のズーム小群５３は、面Ｓ９に光学絞り(stop)を含み、単レンズ要素５と、レンズ要素６，７からなるダブレット１Ｄとを備え、第２のズーム小群５４は単レンズ要素８を備える。第２のレンズ群５５は固定式であり、単レンズ要素９〜１１を備え、中間像が、要素１０，１１の間、または要素１０，１１のいずれかの内部に位置する。レンズ要素１０，１１は共に、視野レンズとして識別してもよい。第２のズーム群５６は、第３のズーム小群５７と、第４のズーム小群５８とを備える。第３のズーム小群５７は、単レンズ要素１２〜１４を備え、第４のズーム小群５８は、単レンズ要素１５を備える。

本願を通じて、用語「ズーム」は、少なくとも１つの要素に関して、共役な物体から共役な像への倍率を変化させる少なくとも１つの要素を指していることに留意する。上述した種々の群および小群は、レンズユニットまたはレンズ部分として見ることができ、第１のレンズユニットまたはレンズ部分は、視野レンズの物体側にある全てのレンズ要素を含むように定義可能であり、一方、第２のレンズユニットまたはレンズ部分は、視野レンズの像側にある全てのレンズ要素を含むように定義可能である。

正または負のパワーの各レンズ要素は、（表１）に記述している。各レンズ群の得られた光学パワーは、第１のレンズ群５１は負、第１のズーム小群５３は正、第２のズーム小群５４は正、第３のズーム小群５７は正、第４のズーム小群５８は正である。

例示的実施形態の光学設計は、ＮＰＰカーネルと、そしてＰＰリレーで構成される。全部で４個の独立に移動するズーム小群が存在し、中間像のそれぞれの側に２個ずつある。前側レンズ群は、両方の折曲げプリズムがあるため、ズーム動作の際、像面に対して固定している。カーネル単体では、約２：１のズーム比を有し、ズームリレーは、約４：１の倍率比を有し、約８．６：１の全体ズーム比を付与している。この比率は、現在販売されているコンパクトデジタルカメラのほぼ全てに見られるものより大きく、ワイド端での視野は、現在のコンパクトデジタルカメラのものより格段に大きい。

ここで説明する本発明の例示的実施形態では、ＰＰリレーは、２個の独立に移動する正のズーム小群を備え、著しく簡単な構造を有し、全体としてシステムの簡素化に大きく寄与する。両方のズーム小群が正であるため、エレメントの合計数は最小化されるとともに、極めて高い像品質を維持できる。システムの開口(aperture)は、約ｆ／２．８〜ｆ／６．３の範囲に及ぶが、約３ｍｍ〜６．２ｍｍの焦点距離では約ｆ／２．８で一定である。６．２ｍｍ〜２５ｍｍでは、開口は、約ｆ／２．８からｆ／６．３へと徐々に低下する。

本発明の実施形態の追加の特徴は、高度のテレセントリック性(telecentricity)を有することであり、電子撮像センサとともに巧みに使用することが可能になる。説明している例示的実施形態では、像面での最大主光線角は、たった約９度に過ぎず、これは約４５度の物体空間での最大主光線角より５倍小さい。

各ズーム小群５３，５４，５７，５８は、これらの位置に応じた合焦およびズーム動作のために、光軸に沿って両方向に移動可能である。固定の第１のレンズ群５１および第２のレンズ群５５は、静止したままであり、ズーム動作の際、実際の像面Ｓ３０から固定した距離にある。図１の上側にある両端矢印付きの水平矢印は、各ズーム小群５３，５４，５７，５８が両方の光軸方向に、単調に（即ち、最も端から調整の他方へ進行する場合は、一方向のみ）移動可能であることを示している。

図１ではレンズ要素だけを物理的に示しているが、従来の機械的な装置および機構が、レンズ要素を支持し、可動群の軸上運動を生じさせるために、従来のレンズハウジングやレンズ胴(barrel)の中に設けられると理解すべきである。

上述したズームレンズシステム５０についてのレンズ構成および組み立てデータは、（表１）に記述しており、これは、米国、カリフォルニア州、サンジエゴ、ゼーマックス・デベロップメント社(ZEMAX Development Corporation)社から商業的に入手可能なＺＥＭＡＸ（登録商標）光学設計ソフトウエアによって生成されたデータから取り出しており、図２〜図６での光学ダイアグラムを生成するためにも使用した。表を含むこの仕様において、全ての測定値はミリメータ（ｍｍ）単位であるが、波長は、ナノメータ（ｎｍ）単位であり、屈折率は、約５８７．６ｎｍ波長での屈折率であって、ｎ_ｄで与えられ、アッベ(Abbe)数は、ガラスの分散を示し、ν_ｄ＝（ｎ_ｄ−１）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）で与えられる。但し、ｎ_Ｆは約４８６．１ｎｍでの屈折率、ｎ_Ｃは約６５６．３ｎｍでの屈折率である。アッベ数は大きいほど、分散は小さくなることに留意する。

（表１）において、第１欄「項目」は、図１で用いたものと同じ符号またはラベルを用いて、各光学要素を特定している。第２欄と第３欄は、図１で用いたものと同じ符号を用いた光学要素（レンズ）が属する「群」と「小群」を特定している。第４欄「面」は、図１で特定したように、絞り（虹彩(iris)）Ｓ９およびレンズの各面の面番号のリストである。第５欄「ズーム位置」は、ズーム小群５３，５４，５７，５８についての５つの典型的なズーム位置Ｚ１〜Ｚ５（図２〜図６に示す）を特定し、より詳細に後述するように、第４欄に列挙された面の幾つかの間の距離（間隔）が変化する。

第６欄の凡例「曲率半径」は、各面に関する光学面の曲率半径のリストであり、負の符号（−）は、図１に示すように、曲率半径の中心が面の左側にあることを意味し、「Infinity（無限）」は、光学的に平坦な面を意味する。面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５に関するアスタリスク（＊）は、これらが非球面であることを意味し、「曲率半径」は基本半径である。これら２つの面に関する公式および係数は、（表１）への脚注（＊）として記述している。第７欄「厚さまたは間隔」は、面（第４欄）と隣りの面との間の軸上距離である。例えば、面Ｓ２と面Ｓ３の間の距離は、１．３５０ｍｍである。

表１の第８欄と第９欄は、各レンズ要素の屈折率とアッベ数を示す。表１の最後の欄「開口直径」は、光線が通過する各面についての最大直径を示す。全ての最大開口直径は、絞り面Ｓ９を除いて、６ｍｍ対角の像と、最短焦点距離でのｆ／２．８から最長焦点距離でのｆ／６．３までの範囲にある相対開口を仮定して計算している。絞り面Ｓ９の最大開口直径は、ズーム位置Ｚ１〜Ｚ５に関して、それぞれ３．４４ｍｍ，４．４１ｍｍ，５．１３ｍｍ，６．８８ｍｍ，９．０６ｍｍである。相対開口（ｆナンバー）は、ズーム位置Ｚ１〜Ｚ５に関して、それぞれｆ／２．８，ｆ／２．８，ｆ／２．８，ｆ／４．０，ｆ／６．３である。

（表１）の上記脚注（＊）は、非球面Ｓ３，Ｓ４，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５の形状を計算するための値Ｚに関する式を含み、ＣＵＲＶは、面の頂点での曲率であり、Ｙは、高さまたはガラス面での特定の点の光軸からの距離であり、Ｋは円錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の変形係数である。

上述のように、本発明の範囲および汎用性を示すために、（表１）のデータに記述した５つの異なるズーム位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５が存在しており、４個の可動ズーム小群について５つの異なる位置の特定のデータを提供している。ズーム位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５は、ズーム小群５３，５４，５７，５８の５つの位置を表し、ズーム位置Ｚ１，Ｚ５は最も端であり、ズーム位置Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４は中間の位置である。当然ながら、連続的なズーム動作は、極端なズーム位置Ｚ１，Ｚ５の間で可能であり、レンズシステム５０を用いた上述のズーム範囲内で連続的なズーム動作のいずれの組合せも可能である。さらに、連続した合焦動作が、第１のレンズ群５１の軸上運動の全範囲に渡って可能である。

レンズシステム５０の有効焦点距離（ＥＦＬ）、全視野（ＦＦＯＶ：Full Field Of View）およびＦナンバーは、別々のズーム位置について変化する。図２〜図６を参照して、ズームレンズシステム５０を、様々なズーム位置でのズーム群と、これらの位置に関する光線追跡とで示している。

図２は、表１にデータを記載したズーム位置Ｚ１を表し、約３．１ｍｍのＥＦＬ、約９０．０度のＦＦＯＶ、約２．８のＦナンバーとなる。図３は、表１からのズーム位置Ｚ２を表し、約４．５ｍｍのＥＦＬ、約６７．６度のＦＦＯＶ、約２．８のＦナンバーとなる。図４は、表１からのズーム位置Ｚ３を表し、約６．２ｍｍのＥＦＬ、約５０．０度のＦＦＯＶ、約２．８のＦナンバーとなる。図５は、表１からのズーム位置Ｚ４を表し、約１２．４ｍｍのＥＦＬ、約２７．０度のＦＦＯＶ、約４．０のＦナンバーとなる。図６は、表１からのズーム位置Ｚ５を表し、約２４．９ｍｍのＥＦＬ、約１３．３度のＦＦＯＶ、約６．３のＦナンバーとなる。

表１に記載した、個々のレンズ要素（項目１〜１５）とレンズ要素間の間隔についての仕様から、各レンズ要素およびレンズ要素の各群（即ち、第１のレンズ群５１、第１のズーム小群５３、第２のズーム小群５４、第２のレンズ群５５、第３のズーム小群５７、第４のズーム小群５８）の焦点距離は、上記ＺＥＭＡＸ（登録商標）光学設計ソフトウエアを用いて計算することができ、これらの計算した群の焦点距離は、下記のようになる。

第１のレンズ群５１（要素１〜４）＝ −１０．９１ｍｍ
第１のズーム小群５３（要素５〜７）＝ ＋１４．６９ｍｍ
第２のズーム小群５４（要素８）＝ ＋１７．４８
第２のレンズ群５５（要素９〜１１）＝ ＋１１．６６
第３のズーム小群５７（要素１２〜１４）＝ ＋１３．２４ｍｍ
第４のズーム小群５８（要素１５）＝ ＋１１．１０ｍｍ

ズームレンズシステム５０は、面Ｓ９において１つの光学絞りが設けられ、これは光線がその地点で通過できる開口の直径を制御して、ズームレンズシステムにおいて該直径以上に半径方向に進む光線を停止させている点に留意すべきである。光学絞りは、物理的な虹彩が配置される場所である。虹彩は、第１のズーム小群５３の内部に配置され、このズーム小群とともに移動する。例えば、図２では、周縁の光線が余裕でＳ９を通過しているが、一方、図６では、周縁の光線は、光学絞りを通過する際、Ｓ９の最も端にほとんど接していることに留意する。このことは、Ｓ９に配置された虹彩は、焦点距離が増えるにつれて、開く必要があることを示す。一定のｆナンバーを像で維持するためには、虹彩は「ズーム」または変化する必要がある。換言すると、虹彩は、一定の開口について調整しなければならない。ズーム動作中に虹彩を開いたり閉じたりするために、別個のカムを使用してもよい。さらに、表１に記載したレンズ要素の面の開口全ては、図２〜図６に描いたように、全ての合焦およびズームの位置で、視野絞りとして機能することに留意すべきである

４個のズーム小群５３，５４，５７，５８は、それぞれ独立して軸上で移動可能であり、これらの個々の運動は、任意の便利な手段、例えば、カムなど、従来の機械デバイスによって協調して、所望の合焦機能およびズーム機能を達成している。

通常、レンズシステムの虹彩は、最後の移動する群（図２〜図６において右側へ）の背後に配置されるが、ズームレンズシステム５０は、第１のズーム小群５３の内部に配置された虹彩Ｓ９を有しており、従って、虹彩Ｓ９は一緒に軸上に移動する。

虹彩Ｓ９の開口サイズは、上述のように、第１のズーム小群５３が軸上に移動するにつれて、表１に記載した最大開口直径に対して調整され、表１中での最大値が付与される。

図７と図８は、全体寸法とともに、折曲げ非回転のシステムについての２つの別々の図を示す。図９は、このシステムの立体図を示す。図９に示すように、前側の２つの要素および２つの視野レンズは、非回転の実施形態では矩形形状に切除され、容積を最小化している。

本願で説明し図示した使用、性能および光学仕様書は、一般に、非回転式の複合ズームレンズに相当するものである。しかしながら、複合ズームレンズの光学的な回転能力は、図９に示している。一実施形態では、第１の折曲げプリズム９００および前側要素９０２（回転する実施形態では、切除の代わりに丸くてもよい）は、矢印９１０で示すように、レンズ要素９０８および第１の折曲げプリズム９００の像側にある他の全てのレンズ要素およびプリズムに対して、ユニットとして光軸９０６回りに回転し得る。しかしながら、代替の実施形態では、回転は、レンズ要素９１２のいずれの間で生じてもよい。他の実施形態では、第２の折曲げプリズム９１４および第２の折曲げプリズム９１４の物体側にある全ての要素およびプリズムが、矢印９１８で示すように、第２の折曲げプリズム９１４の像側にある要素およびプリズムに対して、ユニットとして光軸９１６回りに回転してもよい。要素９２０，９２２は、回転する実施形態では、切除の代わりに丸くてもよいことに留意する。しかしながら、代替の実施形態では、回転は、レンズ要素９２４のいずれの間で生じてもよい。更なる代替の実施形態では、両方の回転が可能である。これらの回転は、複合ズームレンズの一部を、例えば、折り畳み(clamshell)式携帯電話のヒンジの中に配置することが可能である。

ここで説明し図示した例示の仕様、性能および光学仕様書を維持しつつ、口径食(vignetting)を避けるには、本発明の回転式の実施形態は、検出器は、矩形のアスペクト比を有し、検出器の各辺は、ここで説明した非回転の実施形態の光学仕様書によって形成される矩形状の像の最小寸法に相当することを要すると理解すべきである。代替として、ここで説明した非回転の実施形態の光学仕様書によって形成される像を維持しつつ、口径食を避けるには、本発明の回転式の実施形態は、光学仕様書に対する幾つかの単刀直入な改訂を必要とし、より大きなプリズムと、他のレンズ要素への変更を提供するようにする。こうして矩形状の像は、ズームレンズがどのように回転しているかに関係なく、取り込むことができる。

図１０〜図１４を参照して、ズーム位置Ｚ１〜Ｚ５に関する光線収差グラフを、６つの別々のグラフペアによって従来の手法でそれぞれ示しており、３つの波長（４８６ｎｍ，５８８ｎｍ，６５６ｎｍ）に関して、右下コーナーでは４５度の最大フィールド高、左上コーナーではゼロのフィールド高を示す。各ペアの左のグラフはＹ扇形(FAN)であり、各ペアの右のグラフは、Ｘ扇形である。縦軸の目盛りは、１０ミクロンを表し、最大スケールは、±５０ミクロンである。当業者にとって容易に判るように、これらの性能カーブは、全て５つのズーム位置において、該ズームレンズシステムは、現在の放送テレビジョンＮＴＳＣ品質にとって桁違いに良好に、ＨＤＴＶ放送テレビジョン品質にとって極めて良好に動作することを裏付けている。

本発明は、添付図面を参照してその実施形態に関連して全て説明したが、種々の変化および変更が当業者に明らかになることに留意すべきである。こうした変化および変更は、本発明の範囲内に含まれるものとして理解すべきである。

本発明の実施形態によって特定されるレンズ要素および面を持つ複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る、ズーム位置Ｚ１での複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る、ズーム位置Ｚ２での複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る、ズーム位置Ｚ３での複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る、ズーム位置Ｚ４での複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る、ズーム位置Ｚ５での複合ズームレンズの折曲げ無し配置を示す。 本発明の実施形態に係る複合ズームレンズの折曲げ配置を示し、最長寸法を示すもので、入力ビームが左上において紙面外から受け入れられている。 本発明の実施形態に係る、最も薄い寸法を示す折曲げ配置を示す。 本発明の実施形態に係る、複合ズームレンズシステムの立体図である。 本発明の実施形態に係る、約３ｍｍの有効焦点距離（ＥＦＬ）と約９０度の視野（ＦＯＶ）を持つズーム位置Ｚ１での横方向光線収差プロットを示す。 本発明の実施形態に係る、約４．５ｍｍのＥＦＬと約６７．６度のＦＯＶを持つズーム位置Ｚ２での横方向光線収差プロットを示す。 本発明の実施形態に係る、約６．２ｍｍのＥＦＬと約５０度のＦＯＶを持つズーム位置Ｚ３での横方向光線収差プロットを示す。 本発明の実施形態に係る、約１２．４ｍｍのＥＦＬと約２６．３度のＦＯＶを持つズーム位置Ｚ４での横方向光線収差プロットを示す。 本発明の実施形態に係る、約２５ｍｍのＥＦＬと約１３．３度のＦＯＶを持つズーム位置Ｚ５での横方向光線収差プロットを示す。

Claims (28)

1. 物体の最終像を形成するためのズームレンズシステムであって、
   前記システムは、物体側および像側を有し、物体と最終像との間に第１中間実像を形成するものであり、
   前記システムは、物体側から像側へ向かう順に、
   負のパワーを有する第１のレンズ群と、
   少なくとも２つのレンズ要素を含み、物体と第１中間実像との間に配置された第１のズーム群であって、第１中間実像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第１のズーム小群および第２のズーム小群を少なくとも備え、この第１のズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有する、第１のズーム群と、
   少なくとも２つのレンズ要素を含み、第１中間実像と最終像との間に配置された第２のズーム群であって、最終像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第３のズーム小群および第４のズーム小群を少なくとも備え、この第２のズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有する、第２のズーム群と、
   を備え、
   前記ズームレンズシステムは、１０：１未満のズーム比を有するようにしたズームレンズシステム。
2. 第１のレンズ群は、８５度より大きい最大視野を生成するためのものである請求項１記載のズームレンズシステム。
3. 第１のレンズ群は、集光した光および光軸を折り曲げるための折曲げプリズムを含むようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
4. 折曲げプリズムおよび該折曲げプリズムの物体側にある全てのレンズ要素は、ユニットとして光軸回りに回転可能である請求項３記載のズームレンズシステム。
5. 第１のレンズ群は、１２ｍｍの最大開口直径を有する請求項１記載のズームレンズシステム。
6. 第１のレンズ群は、ズーム動作の際、最終像に対して静止している請求項１記載のズームレンズシステム。
7. 第１のズーム群は、光学絞りを備えるようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
8. 第１のレンズ群および第１のズーム群は、２：１のズーム比を有するようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
9. 第１のレンズ群または第１のズーム群の中の１つのレンズ要素、および該１つのレンズ要素の物体側にある全てのレンズ要素が、ユニットとして光軸回りに回転可能であるようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
10. 第１のズーム群と第２のズーム群との間に配置された第２のレンズ群をさらに備え、
    前記第２のレンズ群は、第１中間実像を含み又は近傍に有している請求項１記載のズームレンズシステム。
11. 第１中間実像は、第２のレンズ群でのレンズ要素間の空隙に形成されるようにした請求項１０記載のズームレンズシステム。
12. 第２のレンズ群は、集光した光および光軸を折り曲げるための折曲げプリズムを含むようにした請求項１１記載のズームレンズシステム。
13. 折曲げプリズムおよび該折曲げプリズムの物体側にある全てのレンズ要素は、ユニットとして光軸回りに回転可能である請求項１２記載のズームレンズシステム。
14. 第２のレンズ群は、＋構成を有するようにした請求項１０記載のズームレンズシステム。
15. 第２のレンズ群は、最終像に対して静止している請求項１０記載のズームレンズシステム。
16. 第２のズーム群は、４：１のズーム比を有し、最終像の倍率を変化させるようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
17. 第２のズーム群の中の１つのレンズ要素、および該１つのレンズ要素の物体側にある全てのレンズ要素が、ユニットとして光軸回りに回転可能であるようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
18. 第１および第２のズーム群の運動を妨げないエリアに配置された、少なくとも１つの折曲げプリズムをさらに備える請求項１記載のズームレンズシステム。
19. 折曲げプリズムの近傍または内部に位置する第１中間実像をさらに備える請求項１記載のズームレンズシステム。
20. 少なくとも１つの非球面光学面をさらに備える請求項１記載のズームレンズシステム。
21. 該少なくとも１つの非球面光学面は、歪曲および球面収差の少なくとも１つの補正に寄与するためのものである請求項２０記載のズームレンズシステム。
22. 第１および第２のズーム群は、４：１より大きいズーム比を生成し、少なくとも８０度の最大視野を有するようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
23. 第２のズーム群と最終像との間に配置された、折曲げプリズムまたはミラーをさらに備える請求項１記載のズームレンズシステム。
24. 最終像において９度の主光線角度を形成するようにした請求項１記載のズームレンズシステム。
25. 物体の最終像を形成するためのズームレンズシステムであって、
    該ズームレンズシステムは、最大焦点距離と最小焦点距離の間の焦点距離範囲を有し、焦点距離範囲内の全ての焦点距離について物体と最終像との間に少なくとも第１中間実像を形成するものであり、
    該ズームレンズシステムは、物体側および像側を有し、
    このシステムは、
    物体と第１中間実像との間に配置され、第１中間実像の倍率を変えるように変化する焦点距離を有する第１のレンズユニットと、
    第１中間実像と最終像との間に配置され、最終像の倍率を変化させるための第２のレンズユニットと、を備え、
    前記第１のレンズユニットは、物体側から像側へ向かう順に、
    負のパワーを有する第１のレンズ群と、
    第１中間実像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第１ズーム小群および第２ズーム小群を少なくとも備えた第１のズーム群であって、この第１のズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有する、第１のズーム群と、を含み、
    前記第２のレンズユニットは、第２のズーム群を備え、この第２のズーム群は、最終像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第３ズーム小群および第４ズーム小群を少なくとも備え、第２のズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有し、
    前記ズームレンズシステムは、１０：１未満のズーム比を有するようにしたズームレンズシステム。
26. ６５度以上の最大視野を有するようにした請求項２５記載のズームレンズシステム。
27. 物体から放射を集めて、該放射をセンサへ供給するための複合ズームレンズシステムであって、
    前記システムは、物体の中間像を形成するための、物体に最も近い初段のズームレンズ部と、中間像からの放射をセンサへ供給し、センサに最終像を形成するための、センサに最も近い最後のズームレンズ部と、を含む複数のズームレンズ部を備え、前記システムは、物体側および像側を有し、
    前記初段のズームレンズ部は、物体側から像側へ向かう順に、
    負のパワーを有する第１のレンズ群と、
    中間実像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第１ズーム小群および第２ズーム小群を少なくとも備えた第１ズーム群であって、この第１ズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有する、第１ズーム群と、を備え、
    前記最後のズームレンズ部は、最終像の倍率を変化させるように互いに独立して光軸に沿って移動可能である第３ズーム小群および第４ズーム小群を少なくとも備えた第２ズーム群を備え、この第２ズーム群における全てのズーム小群のそれぞれは正のパワーを有し、
    前記複合ズームレンズシステムは、１０：１未満のズーム比を有するようにした複合ズームレンズシステム。
28. 少なくとも１つのズーム小群が移動可能であり、システムの焦点距離が変化する際、最終像の軸方向位置を実質的に静止させるようにした請求項１記載のズームレンズシステム。

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