JPH11202208A - 反射屈折光学系ズームレンズ組立体 - Google Patents

反射屈折光学系ズームレンズ組立体

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JPH11202208A
JPH11202208A JP10300741A JP30074198A JPH11202208A JP H11202208 A JPH11202208 A JP H11202208A JP 10300741 A JP10300741 A JP 10300741A JP 30074198 A JP30074198 A JP 30074198A JP H11202208 A JPH11202208 A JP H11202208A
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lens
group
lens assembly
zoom
auxiliary group
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JP10300741A
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Robert Lawrence Sinclair
ローレンス シンクレアー ロバート
Russell M Hudyma
エム． ハディマ ラッセル
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Wescam Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトな組立体で比較的長い焦点距離を達
成する反射屈折光学系ズームレンズ組立体を提供するこ
と。 【解決手段】反射屈折光学系ズームレンズ組立体は、反
射屈折光学系の対物レンズ群とズームリレーレンズ群と
を含み、対物レンズ群は、第１ミラーの前方に中間像を
作るために、前向きの第１ミラーと、第１ミラーの前方
に配置され後向きの第１表面で反射する第２ミラーを有
する。ズームリレーレンズ群は、中間像の光学的な後側
に配置され、固定フィールドレンズの補助群、第１可動
レンズの補助群及び第２可動レンズの補助群を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射屈折光学系(c
atadioptric)ズームレンズ組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】反射屈折光学系レンズ組立体の多くの形
式は、コンパクトな組立体で比較的長い焦点距離を達成
するために使用されてきた。ズームあるいは多焦点距離
性能が要求されるとき、中間像が反射屈折光学系対物レ
ンズ群によって形成された後に、屈折ズームリレーレン
ズ群を配置することは知られている。
【０００３】そのような公知のレンズ組立体において、
対物レンズ群及び屈折ズームリレーレンズ群は、画質に
関して光学収差の全体にわたる影響を減少させるために
個々に補正されていた。
【０００４】しかしながら、個々の補正を達成するため
に、対物レンズの前側に置かれる大きな屈折補正レンズ
群と中間像に先立って収束ビーム内に置かれる固定レン
ズ群のいずれか一方または両方を有する対物レンズ群を
備えることが知られている。そのようなレンズ組立体は
周知であり、例えば、米国特許第４２３５５０８号（Ka
prelian)及び米国特許第４９７１４２８号（Moskovich)
に開示されている。
【０００５】このような屈折補正レンズが設けられない
場合、レンズ組立体の全体的解像力は減少し、操作ｆ／
ナンバーは合理的な光学性能を達成するために、ｆ／1
0.0より大きな値に制限される。そのようなレンズ組立
体は、また周知であり、米国特許第３５２９８８８号(B
uchroeder)に開示され、図４に見られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
本発明の目的は、この種の公知のズームレンズ組立体の
上記欠点を実質的に克服する改良された反射屈折光学系
ズームレンズ組立体を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を備えている。本発
明によれば、反射屈折光学系ズームレンズ組立体は、前
向きの第１ミラーおよびこの第１ミラーの前方に配置さ
れ後向きの第１表面で反射する第２ミラーを有して、第
１ミラーの前方に中間像を作るための反射屈折光学系の
対物レンズ群と、中間像より光学的に後方に配置され、
固定フィールドレンズの補助群、第１可動レンズの補助
群及び第２可動レンズの補助群を有するズームリレーレ
ンズ群とを含んでいる。
【０００８】本発明によれば、反射屈折光学系ズームレ
ンズ組立体は、１ｍ以上の焦点距離を達成でき、超小型
に製造可能で、比較的長い焦点距離で制限された近似回
折性能、比較的大きな開口、及び対物レンズ群の反射補
正あるいはフィールドエレメントの使用しない様式の提
供を可能とする。固定フィールドレンズの補助群は、反
射対物レンズ群によって生ずる収差を補正する機能を有
する。第１可動レンズの補助群は、リレーレンズ補助群
の球面収差の一次補正を与える一方、ズーム動作の大部
分を行う正のバリエータ(variator)として機能し、第２
可動レンズの補助群は負の補償器として機能して、固定
フィールドレンズの補助群及び第１可動レンズの補助群
によって生じる残存収差とバランスをとる。
【０００９】固定フィールドレンズの補助群は、球面レ
ンズ及びダブレットレンズを含んでよい。代わりに、固
定フィールドレンズの補助群は、２個のダブレットレン
ズあるいはグレイデッドインデックス(graded index)レ
ンズ及びダブレットレンズを含んでよい。
【００１０】ズームレンズ組立体は、レンズ組立体の全
体長に対する最大有効焦点距離の比が少なくとも約７．
７５であり、レンズ組立体の全体長に対する後部焦点距
離が少なくとも約０．２であり、レンズ組立体の全体長
に対する対物レンズ群の有効焦点距離の比が約１に等し
いかあるいはそれ以下である。
【００１１】反射レンズ補助群の各々は、約４００ｎｍ
から約１１００ｎｍの範囲の広いスペクトル帯をわたる
色補正のために異常分散ガラスを用いる。
【００１２】ズームレンズ組立体は、Ｆ／２．２５以下
の速度及び０．３以下のオブスキュレーション（obscur
ation)比で動作する対物レンズ群を有する。２個の可動
レンズの補助群は焦点距離が可変で調整できるものであ
り、第１可動レンズ補助群の能力は、第２可動レンズ補
助群の絶対能力の３．５倍以上である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図面を参照すると、図１から図３は、本発
明の第１の実施形態に従う反射屈折光学系ズームレンズ
組立体を示し、このズームレンズ組立体は、反射対物レ
ンズ群Ｇ１及びズームリレーレンズ群Ｇ２を含んでい
る。
【００１４】反射屈折光学系対物レンズ群Ｇ１は、放物
線状の前向きの第１ミラーＭ1 と、双曲線状の後向きの
第２ミラーＭ2 、すなわち第１表面反射ミラーとを有
し、第２ミラーＭ2 は、第１ミラーＭ1 の前方に中間像
IIを作るために第１ミラーＭ1の前側に配置されてい
る。
【００１５】この実施形態において、対物レンズ群Ｇ１
は、約４０２ｍｍの有効焦点距離を有するＦ／２．０で
作動する。ズームリレーレンズ群Ｇ２は、光学的に中間
像IIの後方に配置され、固定フィールドレンズの補助群
Ｇ２１、第１可動レンズの補助群Ｇ２２、及び第２可動
レンズの補助群Ｇ２３を含んでいる。
【００１６】このズームリレーレンズ群Ｇ２の後には、
イメージロテータ[image rotator]（重ね合わせプリズ
ム）ＦＰ及び３ＣＣＤ（電荷結合素子）カラーカメラの
ための補償ガラスブロックＧＢが続いている。
【００１７】固定フィールドレンズの補助群Ｇ２１は、
中間像IIの後に配置され、反射対物レンズＧ１によって
生じる収差を補正するように機能する。この実施形態に
おいて、固定フィールドレンズの補助群Ｇ２１（図４参
照）は、非球面レンズＬ１及びダブレット(doublet) レ
ンズＬ２、Ｌ３を含む。非球面レンズＬ１は、対物レン
ズ群Ｇ１によって生じた収差を補正する有効な方法を提
供するために非球面を含んでいる。
【００１８】この実施形態において、非球面は、全体に
負のメニスカスレンズＬ１の第１表面に適用される円錐
表面である。当業者であれば、この非球面が第１の要素
のどちらの面に適用されてもよいこと、及び単純な円錐
表面から一般的な非球面に変換され得ることは、容易に
理解される。正（実像を結ぶ）に接合されたダブレット
レンズＬ２、Ｌ３は、全体的に両凸形状をなし、正の固
定フィールドレンズ群Ｇ２１を形成するためにレンズＬ
１と結合する。
【００１９】非球面レンズＬ１は、反射対物レンズ群Ｇ
１によって生じる収差を補正する。正のフィールド角の
ために、非球面レンズＬ１は、３次のコマ和(coma sum)
に正のあるいは過剰補正の成分を加え、そのようにして
改良された軸及び非軸の調整伝達関数（ＭＴＦ）によっ
て、特にズーム焦点距離範囲の短いときに、残りの補正
されない（あるいは負の）３次コマの実質的補正を行
う。
【００２０】第１可動レンズの補助群Ｇ２２は、光学性
能及び球面収差の一次補正を与える正のバリエータ(var
iator)として機能し、この実施形態において、レンズＬ
４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７及びＬ８を含む。レンズ補助群Ｇ
２２は、３つの密接して間隔をおいた要素からなる。
【００２１】第１の要素は、Ｇ２２のレンズ性能の約１
／６であるレンズＬ４及びＬ５から構成される接合され
た、弱いメニスカスダブレットである。レンズＬ６（第
２の要素）は、Ｇ２２のレンズ性能の約２／３である両
凸シングレットである。第３の要素は、また、レンズ要
素Ｌ７及びＬ８から構成される接合されたダブレットで
ある。この両凸レンズの要素は、Ｇ２２レンズ全体の性
能の約１／６であり、一方、球面収差補正の全体にかな
り役立っている。
【００２２】これら３つの両凸レンズの全体の複雑さ
は、主として、反射屈折光学系ズームリレーレンズ全体
が最大速度で操作されるズームレンズの焦点距離の短い
時の球面収差、コマ収差、クロマティック収差を補正す
るために必要となるものである。
【００２３】第２可動レンズの補助群Ｇ２３は、負の補
償器として機能し、固定フィールドレンズの補助群Ｇ２
１及び第１可動レンズの補助群Ｇ２２によって生じる残
存収差に対してバランスする。この実施形態において、
第２可動レンズの補助群Ｇ２３は、レンズＬ９及びＬ１
０を含む。この実施形態における補償器であるＬ９、Ｌ
１０は、第１可動レンズの補助群Ｇ２１の性能の１／３
以下で、全体に負の性能を有する単純に接合されたダブ
レットからなる。
【００２４】ズームレンズ組立体の作動は、当業者には
より明らかである。図１、図２及び図３は、それぞれ有
効焦点距離６００ｍｍ、１９００ｍｍ及び３２００ｍｍ
を与えるための、第１可動レンズの補助群Ｇ２２及び第
２可動レンズの補助群Ｇ２３の配置を示す。イメージロ
テータＦＰ及び補償ガラスブロックＧＢは、全体長を減
少させるために、３ＣＣＤカメラに統合され及び／ある
いはズームレンズ組立体に納められ、そして、複数の画
像センサによって同時に見ることを助ける。
【００２５】当業者であれば、本発明に従う反射屈折光
学系ズームレンズ組立体が、公知の反射屈折光学系ズー
ムレンズ組立体より小型であることが容易に理解できる
であろう。例えば、本発明によれば、最大焦点距離３２
００ｍｍは、単に３９４ｍｍの長さのズームレンズ組立
体によって達成され、一方、２００ｍｍの入口瞳径を維
持している。
【００２６】可視スペクトル（４５０ｎｍから６００ｎ
ｍ）に対してのみ色補正がされる多くの反射屈折光学系
ズームレンズとは異なって、この改良された設計は４以
上のファクタにわたって操作スペクトル帯が拡大する。
異常分散ガラスを使用することによって、作動スペクト
ル帯は４５０ｎｍから１１００ｎｍ以上に拡大される。
この場合、それぞれの反射レンズ群は、適当な材料を合
わせることによって個々に色補正される。
【００２７】第１ミラーの径及びミラー分離は、０．３
以下のオブスキュレーション比を維持するために選択さ
れる。開口絞りは、Ｆ／２．２５以下の速度で対物レン
ズ群を操作すると、第２ミラー上にある。再画像レンズ
は非常に長い焦点距離を有し、それは非常に小型の外囲
器内で達成される。第２のミラーの頂点から画像平面ま
での全長（ＯＡＬ）は０．１３ｆeff 以下である。後方
焦点距離は非常に大きく、典型的にはＯＡＬの０．２倍
以上である。
【００２８】ズームリレーレンズは、焦点距離変更及び
レンズ焦点機能を同時に備える２つの可動群のみからな
る。リレーレンズの性能は、ズームリレーレンズ全体の
性能の５．３３に等しい１．５から８の範囲である。倍
率における優れた変化は、正の第１ズーム群の強い性能
によるものである。第１群の性能は、補償する第２群の
性能より大きく、３．５倍である。
【００２９】上記に記述された実施の形態による反射屈
折光学系ズームレンズ組立体の特定の例は、次の
【００３０】
【表１】 で与えられる。ここで、正の半径は、曲率中心が右側に
あることを示し、負の半径は、曲率中心が左側にあるこ
とを示す。単位は、ミリメータで与えられる。厚さは、
次の表面までの軸方向距離である。
【００３１】正方向が左から右へ向かうと仮定する標準
的な取り決めによると、半径は正及び負である。個々の
レンズ要素は、両前側表面反射鏡であるミラーを除い
て、前方及び後方半径と関係している。レンズの間隔及
び厚さは、次に記載されるレンズ材料による。レンズ材
料は、反射指数Ｎ及び分散Ｖと関係している。ズームレ
ンズ間隔、Ｆ／数及び焦点距離は分離した表に記載され
ている。レンズは、入口瞳径２００ｍｍ、１１ｍｍ対角
画像面フォーマットで計算されている。
【００３２】上記例において、レンズ組立体全長に対す
る最大有効焦点距離の比は７．８６であり、レンズ組立
体全長に対する後側焦点距離の比は０．２９であり、ま
たレンズ組立体全長に対する対物レンズ群Ｇ１の有効焦
点距離の比は１．０である。
【００３３】図５及び図６は、異なる固定フィールドレ
ンズの補助群Ｇ２１ａである他の実施の形態である。図
５及び図６において、補助群Ｇ２１ａは、２個の接合さ
れたメニスカスダブレットからなる。レンズＬ１ａ、Ｌ
１ａ’からなる第１のダブレットは、全補助群の性能の
ほとんど２／３を備える。レンズは、その中間像への接
近がレンズ色補正に関して全体的影響を最小にするの
で、従来のガラスから構成される。レンズＬ２ａ、Ｌ３
ａからなる第２のダブレットは、また、広帯域の色補正
が維持されるのを確実にするために、異常分散ガラスを
用いる正のメニスカス要素である。
【００３４】図５及び図６に示された実施形態による反
射屈折光学系ズームレンズ組立体の特定の例は、以下の
【００３５】
【表２】 で与えられる。ここで、正の半径は、曲率中心が右側に
あることを示し、負の半径は、曲率中心が左側にあるこ
とを示す。単位は、ミリメータで与えられる。厚さは、
次の表面までの軸方向距離である。
【００３６】表２のレンズ要素のほとんどは、表１のそ
れらとは異なった特性を有しているので、表２の要素で
表１と対応する要素は、添字「ａ」を加えたものを除い
て同じ参照文字や数字で示される。
【００３７】図７及び図８は、他の固定フィールドレン
ズの補助群Ｇ２１ｂによるさらなる実施形態を示してい
る。図７及び図８において、補助群Ｇ２１ｂは、グレイ
デッドインデックスのシングレット(graded index sing
let)Ｌ１ｂと、接合されたダブレットＬ２ｂ，Ｌ３ｂと
からなる。
【００３８】グレイデッドインデックスのシングレット
の材料は、ライトパス(lightpath)テクノロジーズコー
ポレーションから供給可能な軸勾配(axial gradient)レ
ンズ材料であるグラディアム(Gradium) ３である。当業
者は、他の軸勾配材料が同様な収差補正を達成するため
に使用し得ることを容易に理解できるであろう。接合さ
れたダブレットは、異常分散ガラスを使用する色補正で
ある弱いメニスカスである。
【００３９】図７及び図８に示される実施形態による反
射屈折光学系ズームレンズ組立体の特定例は、以下の
【００４０】
【表３】 で与えられる。ここで、正の半径は、曲率中心が右側に
あることを示し、負の半径は、曲率中心が左側にあるこ
とを示す。単位は、ミリメータで与えられる。厚さは、
次の表面までの軸方向距離である。
【００４１】表３のレンズ要素のほとんどが表１（表
２）のそれらと異なった特性を有するので、表３は添字
（ｂ）を加えたものを除いて、表１の対応するレンズ要
素と同じ参照文字及び数字を用いられている。
【００４２】表１，票２，表３に示された例において、
ショット(Schott's)のＫｚＦＳＮ２を組み合わせるオハ
ラ(Ohara's) のＦＰＬ５３の拡張使用は、広帯域性能を
満足させるために使用された。当業者であれば、他の異
常分散ガラスの組み合わせが、比較される広帯域の色補
正を達成するために併用できることを容易に理解される
であろう。
【００４３】本発明の他の実施形態は、添付の請求の範
囲に限定された発明の範囲から、当業者にきわめて明ら
かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従うズームレンズ組立体
及び有効焦点距離６００ｍｍを与えるように配置された
ズームリレーレンズ群を示す概略図である。
【図２】有効焦点距離１９００ｍｍを与えるように配置
されたズームリレーレンズ群を示す本発明の図１と同様
な概略図である。
【図３】有効焦点距離３２００ｍｍを与えるように配置
されたズームリレーレンズ群を示す本発明の図１と同様
な概略図である。
【図４】図１から図３に示された実施形態の固定フィー
ルドレンズ群を拡大して示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に従うズームレンズ組
立体の概略図である。
【図６】図５に示された実施形態の固定フィールドレン
ズ群を拡大して示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に従うズームレンズ組
立体の概略図である。
【図８】図７に示された実施形態の固定フィールドレン
ズ群を拡大して示す概略図である。
【符号の説明】
Ｍ1 ，Ｍ2 ミラー Ｇ１ 反射対物レンズ群 Ｇ２ ズームリレーレンズ群 Ｇ２１ 固定フィールドレンズ Ｇ２２ 第１可動レンズ Ｇ２３ 第２可動レンズ ＧＢ 補償ガラス Ｌ１ 非球面レンズ Ｌ２，Ｌ３ ダグレットレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッセル エム． ハディマ アメリカ合衆国 カリフォルニア サン ラモン イースト リッジ ドライブ 218

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】前向きの第１ミラーおよびこの第１ミラー
    の前方に配置され後向きの第１表面で反射する第２ミラ
    ーを有して、第１ミラーの前方に中間像を作るための反
    射屈折光学系の対物レンズ群と、 前記中間像より光学的に後方に配置され、固定フィール
    ドレンズの補助群、第１可動レンズの補助群及び第２可
    動レンズの補助群を有するズームリレーレンズ群とを含
    んでいることを特徴とする反射屈折光学系ズームレンズ
    組立体。
  2. 【請求項２】固定フィールドレンズの補助群は、前記反
    射屈折光学系の対物レンズ群により作られる収差を補正
    するように機能することを特徴とする請求項１記載のズ
    ームレンズ組立体。
  3. 【請求項３】第１可動レンズの補助群は、リレーレンズ
    群の補助群における球面収差の一次補正を与えるととも
    に、ズーム動作を与える正のバリエータとして機能する
    ことを特徴とする請求項１記載のズームレンズ組立体。
  4. 【請求項４】第２可動レンズの補助群は、負の補償器と
    して機能し、固定フィールドレンズの補助群と第１可動
    レンズの補助群によって生じる残存収差をバランスさせ
    ることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ組立
    体。
  5. 【請求項５】固定フィールドレンズの補助群は、非球面
    レンズ及びダブレットレンズを含んでいることを特徴と
    する請求項１記載のズームレンズ組立体。
  6. 【請求項６】固定フィールドレンズの補助群は、２つの
    ダブレットレンズを含んでいることを特徴とする請求項
    １記載のズームレンズ組立体。
  7. 【請求項７】固定フィールドレンズの補助群は、グレイ
    デットインデックス レンズ及びダブレットレンズを含
    んでいることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ
    組立体。
  8. 【請求項８】レンズ組立体の全体長に対する最大有効焦
    点距離の比が、少なくとも約７．７５となっていること
    を特徴とする請求項１記載のズームレンズ組立体。
  9. 【請求項９】レンズ組立体の全体長に対する後部焦点距
    離の比が、少なくとも約０．２となっていることを特徴
    とする請求項１記載のズームレンズ組立体。
  10. 【請求項１０】レンズ組立体の全体長に対する対物レン
    ズグループの有効焦点距離の比が、約１に等しいかある
    いはそれ以下であることを特徴とする請求項１記載のズ
    ームレンズ組立体。
  11. 【請求項１１】各屈折レンズの補助群は、約４００ｎｍ
    から約１１００ｎｍの範囲の広いスペクトル帯にわたる
    色補正のための異常分散ガラスを含んでいることを特徴
    とする請求項１記載のズームレンズ組立体。
  12. 【請求項１２】Ｆ／２．２５以下の速度で作動する対物
    レンズ群を有することを特徴とする請求項１記載のズー
    ムレンズ組立体。
  13. 【請求項１３】０．３以下のオブスキュレーション比を
    有することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ組
    立体。
  14. 【請求項１４】第１，第２可動レンズの補助群は、焦点
    距離の変化と焦点調整の両方を備えていることを特徴と
    する請求項１記載のズームレンズ組立体。
  15. 【請求項１５】第１可動レンズの補助群は、第２可動レ
    ンズの補助群の絶対能力の３．５倍以上であることを特
    徴とする請求項１記載のズームレンズ組立体。
JP10300741A 1997-10-27 1998-10-22 反射屈折光学系ズームレンズ組立体 Pending JPH11202208A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/958,600 US5940222A (en) 1997-10-27 1997-10-27 Catadioptric zoom lens assemblies
US958600 1997-10-27

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Publication Number Publication Date
JPH11202208A true JPH11202208A (ja) 1999-07-30

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ID=25501093

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10300741A Pending JPH11202208A (ja) 1997-10-27 1998-10-22 反射屈折光学系ズームレンズ組立体

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US (1) US5940222A (ja)
JP (1) JPH11202208A (ja)
DE (1) DE19850436A1 (ja)
GB (1) GB2330919B (ja)

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