JPH1195100A - 高性能ズームレンズシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 約１４.５ｍｍから５０ｍｍまでの焦点距離
ズーム域を有する複数の固定式高品質対物レンズと同等
の光学性能を持つズームレンズシステムを提供する。 【解決手段】 共通の光学軸上に配置された複数のフォ
ーカスレンズ群５１と複数のズムレンズ群５４と補助レ
ンズ群５７とから構成される。複数のフォーカスレンズ
群５１は、少なくとも１つの非球面かつ非平面で光学的
に折する表面を含んだ軸方向に移動可能な負の拡大力の
第１フォーカスレンズ群５２と、軸方向に移動可能な正
の拡大力の第２フォーカスレンズ群５３とを備える。複
数のズムレンズ群５４は、軸方向に移動可能な負の拡大
力の第１ズームレンズ群５５と，光学絞りまたはアイリ
スを含んで軸方向に移動可能な正の拡大力の第２ズーム
レンズ群５６とを備える。上記補助レンズ群５７は，比
較的弱小な正の拡大力を持ち、軸方向に静止して、少な
くとも１つの非球面かつ非平面で光学的に屈折する表面
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】これは、１９９７年７月２５
日に出願された特許出願番号６０／０５３,７４３の暫
定的な出願に基づく非暫定的な出願であり、上記暫定的
な出願から優先権を主張する。

【０００２】本発明は、カメラ用の光学対物レンズシス
テムに関し、特に、全てのズーム領域に渡って高品質な
像を生み出す高性能ズームレンズシステムに関する。

【０００３】

【従来の技術】映画や高解像度テレビ(ＨＤＴＶ)や先端
テレビジョン(ＡＴＶ)などの高性能光学システムは、よ
り優れた光学特性と性能を必要とする。この性能は、通
常、焦点距離によって決定されたり影響を受けたりする
異なる写真作用をなすために、異なる一定の焦点距離を
持つ別々の対物レンズを使用することによって得られ
る。対物レンズの交換を要せずして、対物レンズの有効
な焦点距離を変えるというズームレンズを使用すること
に関する撮影上の利点がある。また、コスト削減が数個
の異なるレンズを持つこと以上に可能であり、特に、非
常に広い角度から標準的な焦点距離までの範囲の通常の
写真場面で使用される所望の焦点距離の通常範囲内にお
いては、コスト削減が可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以前か
ら利用できるズームレンズには、１以上の望ましくない
制限事項がある。たとえば、焦点距離の範囲や、全焦点
距離域に渡って十分に焦点をあわせることができないこ
とや、近接物体に焦点をあわせることができないこと
や、全焦点距離域およびフォーカスディスタンスに渡っ
て十分な光学性能の欠如や、コストや、大きなサイズ等
である。

【０００５】本発明の目的は、全焦点距離域に渡って、
且つ、非常に近接した所から無限までのフォーカスディ
スタンスにおいて、最高な光学性能を与える高性能ズー
ムレンズシステムを提供することである。具体的には、
約１４.５ｍｍから５０ｍｍまでの焦点距離ズーム域を
持つと共に、これと同じ範囲の複数の高品質固定対物レ
ンズの光学性能を実質的に持つズームレンズシステムを
提供することが本発明の目的である。

【０００６】本発明のもう１つの目的は、光学軸上に整
列された複数のフォーカスレンズ群と複数のズームレン
ズ群と単一補助レンズ群とを備え、複数のフォーカスレ
ンズ群の各々と複数のズームレンズ群の各々は、単一補
助レンズ群とカメラの実像平面は固定された位置にとど
まったままの状態で、焦点を合わせとズーミングために
光学軸に沿って軸方向に移動できる高性能ズームレンズ
システムを提供することである。さらに別の目的は、複
数のフォーカスレンズ群の基本的拡大力の形態が負であ
るズームレンズシステム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、請求項１に係る発明の高性能ズームレンズシステム
は、共通の光学軸上に整列されると共に、物体空間から
発する放射光を集め、かつ、上記放射光を軸方向に静止
した像空間に実像として伝えるために配置された複数の
フォーカスレンズ群と複数のズムレンズ群と補助レンズ
群とから構成された高性能ズームレンズシステムであっ
て、上記複数のフォーカスレンズ群は負の光学的拡大力
の第１フォーカスレンズ群と正の光学的拡大力の第２フ
ォーカスレンズ群とを備え、上記複数のズムレンズ群は
負の光学的拡大力の第１ズームレンズ群と正の光学的拡
大力の第２ズームレンズ群とを備え、上記第１フォーカ
スレンズ群と第２フォーカスレンズ群および上記第１ズ
ームレンズ群と第２ズームレンズ群の各々は軸方向に移
動可能であり、上記補助レンズ群は軸方向に静止してい
ることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２３に係る発明の高性能ズー
ムレンズシステムは、共通の光学軸上に整列された複数
のフォーカスレンズ群と複数のズムレンズ群と単一補助
レンズ群とから構成された高性能ズームレンズシステム
であって、上記複数のフォーカスレンズ群は負の拡大力
の第１フォーカスレンズ群と正の拡大力の第２フォーカ
スレンズ群とを有し、各上記フォーカスレンズ群は光学
軸に沿って個別に軸方向に移動可能であり、上記複数の
ズムレンズ群は第１ズームレンズ群と第２ズームレンズ
群とを備え、上記第１ズームレンズ群は最小と最大焦点
距離の間の全範囲に渡って非単調に軸方向に移動可能で
あり、上記第２ズームレンズ群は最小と最大焦点距離の
間の全範囲に渡って単調に軸方向に移動可能であり、上
記補助レンズ群は軸方向に静止していることを特徴とし
ている。

【０００９】請求項３１に係る発明の高性能ズームレン
ズシステムは、共通の光学軸上に整列されると共に、物
体空間から発する放射光を集め、かつ、上記放射光を軸
方向に静止した像空間に実像として伝えるために配置さ
れた複数のフォーカスレンズ群と複数のズムレンズ群と
単一補助レンズ群とから構成された高性能ズームレンズ
システムであって、上記複数のフォーカスレンズ群は第
１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレンズ群とを備
え、上記第１フォーカスレンズ群は負の光学的拡大力で
あって軸方向に移動可能であり、上記第２フォーカスレ
ンズ群は正の光学的拡大力であって軸方向に移動可能で
あり、上記複数のズムレンズ群は第１ズームレンズ群と
第２ズームレンズ群とを備え、上記第１ズームレンズ群
は負の光学的拡大力であって軸方向に移動可能であり、
上記第２ズームレンズ群は正の光学的拡大力であって軸
方向に移動可能であり、第２ズームレンズ群は調整可能
な光学絞りを含み、上記単一の補助レンズ群は正の光学
的拡大力であり、少なくとも１つの非球面かつ非平面の
光学的に屈折する表面をもって軸方向に静止し、上記ズ
ームレンズシステムは実質的に少なくとも球面または平
面のいずれか１つである残る光学的に屈折する表面を有
し、そして、上記複数のフォーカスレンズ群と上記複数
のズムレンズ群を介して上記ズームレンズシステムは焦
点を合わせおよびズーミングの範囲に渡って上記実像に
おいて高レベルの光学的性能を与えることを特徴として
いる。

【００１０】請求項３４に係る発明の高性能ズームレン
ズシステムは、共通の光学軸上に整列されると共に、物
体空間から発する放射光を集め、かつ、上記放射光を軸
方向に静止した像空間に実像として伝えるために配置さ
れたガラスレンズ要素１乃至２３から構成されている高
性能ズームレンズシステムであって、上記レンズ要素
は、第１フォーカスレンズ群５２と第２フォーカスレン
ズ群５３とを備えている複数のフォーカスレンズ群５１
と、第１ズームレンズ群５５と第２ズームレンズ群５６
とを備えている複数のズムレンズ群５４と、補助レンズ
群５７とを形成し、上記第１フォーカスレンズ群と第２
フォーカスレンズ群と上記第１ズームレンズ群と第２ズ
ームレンズ群は各々軸方向に移動可能であり、上記第１
フォーカスレンズ群はレンズ要素１と２を備え、上記第
２フォーカスレンズ群はレンズ要素３と４を備え、上記
第１ズームレンズ群はレンズ要素５乃至１０を備え、上
記第２ズームレンズ群はレンズ要素１１乃至２０を備
え、上記補助フォーカスレンズ群はレンズ要素２１,２
２,２３を備え、レンズ要素表面とダミー表面とアイリ
スと物体平面と像平面は０およびＳ１乃至Ｓ４８として
識別されており、上記レンズ要素表面Ｓ３とＳ４４は球
形であり、上記レンズ要素と上記レンズ要素表面と上記
ダミー表面と上記アイリスと上記物体平面と上記像平面
とは以下の関係と特性を有していることを特徴としてい
る。

【表４】

【表５】

【表６】

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態が、
一設計例として添付の図や表と共に説明される。図１を
参照すると、各レンズ要素が番号１乃至２３によって識
別されていて、各レンズ要素の概括的な外形が描かれて
いる。なお、各レンズ表面の実際の半径は下記の表に記
載されている。レンズの表面は、設計計算のために使用
されるダミー光学表面を含めて、文字「Ｓ」によって識
別され、Ｓ１からＳ４８の番号が付く。

【００１２】各レンズ要素は対向する表面を有し、これ
らの表面は異なる連続した表面番号によって識別されて
いる。たとえば、図１に示すように、レンズ要素１は表
面Ｓ２とＳ３とを持ち、レンズ要素１１は表面Ｓ２１と
Ｓ２２とを持つ、等々。ただし、タブレットレンズ部品
１Ｄ,２Ｄ,３Ｄ,４Ｄに対しては、単一の表面番号が向
かいあって一致するレンズ表面に与えられる。たとえ
ば、タブレットレンズ部品１Ｄは、前部レンズ表面Ｓ１
１と後部レンズ表面Ｓ１２とを有するレンズ要素５と、
前部レンズ表面Ｓ１２(符号一致)と後部レンズ表面Ｓ１
３とを有するレンズ要素６とから構成されている。写真
が撮られる物体の位置は、特にそれがフォーカスディス
タンスに関係しており、光学軸上の垂直な線と文字
「０」によって識別されている。光学データ表に使用さ
れているダミー光学表面は、Ｓ１,Ｓ１０,Ｓ４０,Ｓ４
７と番号が付けられた垂直な線によって識別されてい
る。そして、実像表面は番号Ｓ４８によって識別されて
いる。計算するために使用されるダミー表面Ｓ４７は、
フォーカスおよびズームレンズ群の全ての位置で実像表
面Ｓ４８と略一致する。レンズ表面の全ては、レンズ表
面Ｓ３とＳ４４とを除いて、球形である。レンズ表面Ｓ
３とＳ４４は、非球面かつ非平面であって光学軸の周り
に回転対称形である非球形表面である。

【００１３】レンズ要素の詳細な特性について述べる前
に、全体が５０で示されている本発明のズームレンズシ
ステムに対して、レンズ群とそれらの軸方向の位置と移
動についての概略的な説明を行う。撮影されるべき物体
０に面している端部から、すなわち、図１の左端から始
めて、フォーカスレンズ群５１は、レンズ要素１と２か
ら構成されている第１フォーカスレンズ群５２と、レン
ズ要素３と４とから構成されている第２フォーカスレン
ズ群５３とを備えている。ズームレンズ群５４は、ズー
ムコンペンセータとして機能する第１ズームレンズ群５
５と、ズームヴァリエータとして機能する第２ズームレ
ンズ群５６とを備えている。上記ズームコンペンセータ
５５は、図１の左から右に、レンズ要素５と６から構成
されている第１タブレットレンズ部品１Ｄと、単一レン
ズ要素７と、レンズ要素８と９から構成されている第２
タブレットレンズ部品２Ｄと、単一レンズ要素１０とを
含んでいる。上記ズームヴァリエータ５６は、図１の左
から右に、単一レンズ要素１１と、調整可能な光学絞り
(アイリス)Ｓ２３と、単一レンズ要素１２乃至１５と、
レンズ要素１６と１７とを備えた第１タブレットレンズ
部品３Ｄと、レンズ要素１８と１９とを備えた第２タブ
レットレンズ部品４Ｄと、単一レンズ要素２０とを含ん
でいる。補助レンズ群５７は、単一レンズ要素２１,２
２,２３とから構成されている。

【００１４】各レンズ要素の正または負の拡大力は、下
記の表７〜１１に記載されている。レンズの各小群の合
成された光学的拡大力は、次のようになる。第１フォー
カスレンズ群５２は負であり、第２フォーカスレンズ群
５３は正であり、ズームコンペンセータ５５は負であ
り、ズームヴァリエータ５６は正であり、補助レンズ群
５７は僅かに正である。フォーカスレンズ群５１の組み
合わされた光学的拡大力は負である。

【００１５】レンズ群５２,５３,５５,５６の各々は、
焦点合わせおよびズーミングを行うために、光学軸に沿
って両方向に移動できる。補助レンズ群５７は、固定し
た状態のままで、実像平面Ｓ４８から一定の距離にあ
る。図１の上部における両端に矢じりの付いた水平方向
の矢印は、各レンズ小群５２,５３,５６が両方の軸方向
に移動できることを示す。しかし、この移動は単調な
(すなわち、調整についての一方の端からもう一方の端
に進行するとき、唯一の方向に移動する)ものである。
また、ズームレンズ小群５５の半円の矢印および矢じり
は、その動きが非単調なものであることを示している。
すなわち、その動きは、たとえば最小焦点距離から最大
焦点距離へと一つの光学方向にズーミングする間に、逆
になる。

【００１６】図１には、レンズ要素のみが物理的に示さ
れているが、理解すべきは、従来の機械装置および機構
が、レンズ要素を支持するために、また移動可能なレン
ズ群を軸方向に動かすために、従来のレンズハウジング
またはバレルに設けられていることである。

【００１７】上述したズームレンズシステム５０のレン
ズ構成と製造データは、下記の表７〜１１に記載されて
いる。表７〜１１は、ＣＯＤＥ Ｖ(登録商標)の光学設
計ソフトウェアによって作られたデータから抜粋されて
いる。上記ソフトウェアは、米国カリフォルニア州のパ
サデナのオプティカルリサーチアソシエイツ・インコー
ポレイテッドから市販され、また、図１乃至５の光学的
図を作るために使用された。表７〜１１のデータの全て
は、２０度Ｃ(６８度Ｆ)の温度かつ標準大気圧(７６０
ｍｍＨｇ)で与えられている。表を含むこの明細書の全
体に渡って、全ての測定値は、ナノメータ(ｍｍ)で表示
された波長を除いて、ミリメータ(ｍｍ)で表示してあ
る。表７〜１１において、第１縦欄の「品目」は、図１
に使用されているのと同じ番号または標号で、各光学要
素と各位置、すなわち、物体平面やダミー表面などを識
別している。第２と第３の縦欄は、それぞれ、図１に使
用されているのと同じ番号で、光学要素(レンズ)が属す
る「群」と「小群」とを識別している。第４の縦欄の
「表面」は、図１に識別されているように、物体(図１
の線「０」および表７〜１１の「物体平面」)と、ダミ
ーの光学表面Ｓ１,Ｓ１０,Ｓ４０,Ｓ４７と、アイリス
(絞り)Ｓ２３と、レンズの実際の各表面の表面番号のリ
ストである。第５と第６の縦欄の「焦点位置」と「ズー
ム位置」は、それぞれ、フォーカスレンズ群５２と５３
の３つの代表的な焦点位置(Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３)と、ズーム
レンズ群５５と５６の４つの代表的な位置(Ｚ１,Ｚ２,
Ｚ３,Ｚ４)を識別している。そこでは、第４の縦欄に挙
げた表面の幾つかの間では、距離(分離)の変化が存在
し、このことは、下記により詳細に説明される。第７の
縦欄「厚さまたは分離」は、その表面(第４の縦欄)と次
の表面との間の軸方向の距離である。たとえば、表面Ｓ
２とＳ３との間の距離は５.０００ｍｍである。第８の
縦欄は、銘「曲率半径」によって見出しが付けられてい
るが、各表面に対する光学表面の曲率半径のリストであ
る。マイナス記号(−)は曲率半径の中心が、図１に見ら
れるように、その表面の左にあることを意味し、「平
坦」は光学的に平坦な表面またはダミーの光学的な表面
を意味する。表面Ｓ３とＳ４４に対する星印(＊)は、
「曲率半径」が基礎の半径である非球形の表面が存在す
ることを示す。そして、これらの２表面に対する公式と
係数は、表７〜１１に対する補注として＊(星印)で示さ
れている。第９の縦欄「光学的拡大力」は、レンズ要素
(第１の縦欄の「品目」)が正または負の拡大力であるか
を示す。

【００１８】表７〜１１の次の３つの縦欄は、その表面
(第４の縦欄)と図１の右となる次の表面との間の「材
料」に関し、第１０の縦欄「種類」はこれら２つの表面
の間にレンズ(ガラス)が在るのか空間(空気)が在るのか
を示す。レンズの全てはガラスであり、第１１の縦欄
「コード」が光学ガラスを識別する。便宜上、レンズガ
ラスの全ては、オハラコーポレーションから入手可でき
るガラスから選択されている。そして、第１２の縦欄
「名称」はガラスの種類の各々に対するオハラの識別を
列挙している。しかし、理解すべきことは、ガラスは同
等あるいは必要条件を満たすガラスならどのようなもの
でも使用できることである。

【００１９】「最大開口直径」という見出しが付いた表
７〜１１の最後の縦欄は、光線が通る各表面の最大直径
を与える。全ての最大開口直径は、アイリス表面Ｓ２３
を除いて、全焦点およびズーム位置に対して、１４.４
５ｍｍの最大像高さに対して５４６.１ナノメータの波
長で、また像平面においてｆ／２.２という一定のｆ番
号で与えられている。アイリス表面Ｓ２３の最大開口直
径は、ズーム位置Ｚ４に対する像平面において、５４
６.１ナノメータの波長とｆ／２.２というｆ番号で与え
られている。ズーム位置Ｚ１,２,３に対して、アイリス
表面Ｓ２３での５４６.１ナノメータの波長と像平面で
のｆ／２.２というｆ番号での最大開口直径は、それぞ
れ、２９.３０ｍｍ、３３.３５ｍｍ、３９.２６ｍｍで
ある。像平面Ｓ４８では、最大開口直径が近軸値として
与えられる。

【表７】

【表８】

【表９】

【表１０】

【表１１】

【００２０】＊ 非球形面の表面Ｓ３とＳ４４の表面外
形は、次の従来の式によって決定される。

【００２１】Ｚ＝(ＣＵＲＶ)Ｙ²／{１＋(１−(１＋Ｋ)
(ＣＵＲＶ)²Ｙ²)^1/2}＋(Ａ)Ｙ⁴＋(Ｂ)Ｙ⁶＋(Ｃ)Ｙ⁸＋
(Ｄ)Ｙ¹⁰＋(Ｅ)Ｙ¹² ここで、 ＣＵＲＶ＝ １／曲率半径 Ｙ ＝ 光学軸に対して垂直に測定された開口高さ Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ＝ 係数 Ｚ ＝ 表面の極(軸方向の頂点)から光学軸に沿っ
て測定された与えられたＹ値に対する表面の外形の位置 レンズ１の表面Ｓ３に対する係数は、 Ｋ＝−１.５０６６ Ａ＝ ２.０９６２ｘ１０^-6 Ｂ＝−７.９３９５ｘ１０^-10 Ｃ＝ ６.１３２４ｘ１０^-13 Ｄ＝−２.８５３７ｘ１０^-16 Ｅ＝ ３.１０７２ｘ１０^-20 レンズ２２の表面Ｓ４４に対する係数は、 Ｋ＝−２.２２８６ Ａ＝ ２.２８７１ｘ１０^-6 Ｂ＝−２.１５７５ｘ１０^-9 Ｃ＝ ９.２１６７ｘ１０^-12 Ｄ＝−１.２８５６ｘ１０^-14 Ｅ＝ ０.０

【００２２】表７〜１１に対する前述の補注＊は、値Ｚ
に対する非球形表面Ｓ３とＳ４４の形状を計算するため
の等式を含む。ここで、ＣＵＲＶは表面の極での曲率で
あり、Ｙはガラス表面上の特定点の光学軸からの高さす
なわち距離である。Ｋは円錐係数であり、Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,
Ｅは、それぞれ、４つの可動レンズ群に対する位置の組
み合わせである４番目,６番目,８番目,１０番目,１２番
目のオーダ変形係数であって、これらは非球形表面の形
状を計算するためのよく知られた等式と値である。

【００２３】表７〜１１から留意する点は、最終の光学
的屈折表面Ｓ４６から実像表面Ｓ４８への距離である後
部焦点距離(ＢＦＬ)は、補助レンズ群５７が固定位置に
あるので、レンズシステム５０が提供するあらゆるフォ
ーカス条件およびズーム条件においても一定であり、ま
た、レンズシステム５０の設計は、実像平面Ｓ４８が固
定された軸方向位置にあって、その像面は平坦(フラッ
ト)であるという事実に基づいていることである。

【００２４】また、ズームレンズシステム５０には、表
面Ｓ１１とＳ４４に２つの開口/視野絞りが設けられて
おり、それらは開口直径を制御する。光線がこれらの点
において開口の直径を通して通過する。これによって、
これらの直径を越えて放射状に放たれるズームレンズシ
ステムの光線が全て阻止される。

【００２５】４つのレンズ群５２,５３,５５,５６はそ
れぞれ軸方向に独立して移動でき、それらの動きが、そ
れぞれ、何らかの適切な手段たとえばカム等の従来の機
械装置によって調整されて、所望のフォーカス機能およ
びズーミング機能を果たしている。フォーカスレンズ群
５２と５３は、ズームレンズ群５５と５６とは独立して
移動する。第１と第２フォーカスレンズ群５２と５３の
各軸方向の移動は調整される。ズームレンズ群５５と５
６は常に同時に移動し調整されるのに対して、ズームバ
リエータ５６は、最小焦点距離から最大焦点距離に進む
間に、一方向のみに(単調に)移動するが、ズームコンペ
ンセータは、最小から最大の焦点距離の範囲において、
一方向に移動し、次に他の方向(非単調に)に移動する。

【００２６】本発明の範囲と多用性を示すために、表７
〜１１を参照すると、データに示された３つの異なる焦
点位置Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３と４つの異なるズーム位置とが在
り、これは、事実上、４つの移動可能なレンズ群に対し
て、位置に関する１２(３×４＝１２)の異なる組み合わ
せの特定データを提供する。焦点位置Ｆ１に対して物体
平面０は無限大にあるとされ、Ｆ２に対しては物体平面
は約３３０ｍｍの中間距離にあり、Ｆ３に対しては物体
平面０は約１３３ｍｍの近接距離にあるとされている。
これら３つの焦点位置Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３の各々では、フォ
ーカスレンズ群５２と５３は、ズームレンズ群５５と５
６の移動の全範囲に渡って、同じそれぞれの位置にある
(表７〜１１のズーム位置の欄では「全」によって示さ
れている)。同様に、表７〜１１に示された４つのズー
ム位置Ｚ１,Ｚ２,Ｚ３,Ｚ４の各々に対して、ズームレ
ンズ群５５と５６は、フォーカスレンズ群５２と５３の
移動の全範囲に渡って、同じそれぞれの位置にある(表
７〜１１の焦点位置欄では「全」によって示されてい
る)。たとえば、焦点位置Ｆ１に対して、物体平面０か
ら図１の右の次表面への距離(厚みまたは分離の欄)は、
無限大であり(すなわち、焦点が無限遠にある)、Ｓ５か
ら右の次表面への距離は５.３００ｍｍであり、Ｓ９か
らは４.４３１ｍｍである。一方、Ｓ１０,Ｓ２０,Ｓ３
９での可変な距離は、フォーカスレンズ群の位置すなわ
ちＳ５およびＳ９での間隔を変えること無く、無限遠の
焦点にある撮影物体をズーミングするために、全領域
(ズーム位置欄の「全」)に渡って変化できる。同様に、
焦点位置Ｆ２に対しては、物体０に対して３３０ｍｍの
中間的なフォーカスディスタンスがあり、かつ、Ｓ５お
よびＳ９での間隔はそれぞれ７.２６０ｍｍと１４.５０
８ｍｍである一方、ズーム要素のＳ１０,Ｓ２０,Ｓ３９
での間隔はそれらの全領域に渡って変化できる。ズーム
位置Ｚ１,Ｚ２,Ｚ３,Ｚ４は、ズームレンズ群５５と５
６の４つの位置を表し、全フォーカスレンズ群の位置に
対してズーム位置Ｚ１とＺ４が一番端の位置であり、Ｚ
２とＺ３とは中間位置である。レンズシステム５０の焦
点距離は異なるフォーカスディスタンスとズーム位置に
対して変化し、たとえば、無限大の焦点でズーム位置Ｚ
１に対しては、焦点距離は１５.３ｍｍであり、ズーム
位置Ｚ２に対しては焦点距離は２３.９ｍｍであり、ズ
ーム位置Ｚ３に対しては焦点距離は４２.５ｍｍであ
り、ズーム位置Ｚ４に対しては焦点距離は４９.２ｍｍ
である。もちろん、レンズシステム５０を用いて、一番
端の焦点位置であるＦ１とＦ３との間で連続的に焦点合
わせが得られること、一番端のズーム位置であるＺ１と
Ｚ４との間で連続的なズーミングが得られること、ま
た、上述の焦点範囲とズーム範囲内で連続的な焦点合わ
せおよびズーミングの組み合わせが得られることがわか
る。

【００２７】ズームレンズシステム５０の極近接フォー
カス操作すなわちマクロ操作が望まれる場合には、連続
的に焦点合わせをしながら、ズーム範囲の焦点距離は約
２０ｍｍ乃至５０ｍｍに減少され得る。この範囲の減少
は、１４.５ｍｍから５０ｍｍの範囲で生じる視野の損
失を取り除く。しかし、通常は、レンズシステム５０に
よって作り出される非常に大きな視野のために、より小
さな焦点距離範囲が許容できる。換言すると、ズームレ
ンズシステム５０の設計は、現在めったに使用されてい
ない所謂アカデミー３５ｍｍシネ(Sine)フィルムのフォ
ーマットである像高さ１４.４５ｍｍ用である。したが
って、より小さな焦点距離の減少は、約１２ｍｍ高さの
従来の３５ｍｍシネフィルムフォーマットに重大に影響
を及ぼすことがない。２０ｍｍよりも小さな焦点距離さ
えも達成され得るが、口径食の可能性がある。しかしな
がら、その口径食はズーム位置Ｚ１とＺ２の間のズーム
範囲を減少させることによって、また、小さな像を受け
入れることによって回避され得、これは通常許容でき
る。たとえば、約２インチのフォーカスディスタンスの
実行可能な近接／マクロ焦点は、「厚みまたは分離」に
対して表７〜１１の焦点合わせのデータは、表面「０」
(すなわち、ダミー表面Ｓ１から物体平面「０」までの
距離)に対して５９.１３７となり、表面Ｓ９に対して３
４.１５５となり、表面Ｓ５に対して８.５５８となる。

【００２８】図２〜５を参照すると、ズームレンズシス
テム５０がフォーカスレンズ群とズームレンズ群とが様
々な位置にある状態で示されており、また光線跡がそれ
らの位置に対して示されている。図２と４は、焦点位置
Ｆ１とズーム位置Ｚ１を示し、それらの対するデータは
無限大の焦点と小さな焦点距離で上記表７〜１１に示さ
れている。図３は、近接焦点と小さな焦点距離を持って
いる表７〜１１の焦点位置Ｆ３とズーム位置Ｚ１を表し
ている。図３は、光線跡の相違と類似性を比較する以外
に、フォーカスレンズ群およびズームレンズ群５２,５
３,５５,５６の相対的な位置を比較するために、図２と
並置して示されている。図５は、表７〜１１の焦点位置
Ｆ１とズーム位置Ｚ４を示しており、無限大の焦点と大
きな焦点距離を持っている。図５は、同様に比較するた
めに、図４と並置して示されている。特に、図２〜５か
ら注意すべきことは、物体空間(図の左)から発している
軸に最近接した一対の光線跡は、像空間で光学軸に収束
していることである。図１は、表７〜１１の焦点位置Ｆ
２とズーム位置Ｚ２を示し、中間的なフォーカスディス
タンスと焦点距離を持つ。

【００２９】通常、レンズシステムのアイリスは、最後
の移動レンズ群の後方(図１〜５の右)に配置されるが、
ズームレンズシステム５０はアイリスＳ２３を第２ズー
ムレンズ群５６内に配置させている。それ故、アイリス
Ｓ２３はそれと共に軸方向に移動する。アイリスＳ２３
の開口の大きさは、上述したように、ズームレンズ群５
４が軸方向に移動するときに、調整される。最大開口直
径に関しては、表７〜１１に挙げられている。

【００３０】また、注目すべきことは、アイリスＳ２３
の開口の大きさは、第１と第２フォーカスレンズ群５２
と５３の位置に依存しないことである。この構造によっ
て、ズームレンズシステム５０は、ズーム領域と焦点領
域に渡って、像空間で約２.２という一定のｆ番号を維
持している。

【００３１】ズームレンズシステム５０の光学的性能デ
ータは、下記の表１２に示されている。表１２には、多
色変調伝達関数(ＭＴＦ)のデータが、代表例として表７
〜１１に示されたズーム位置と焦点位置の７つの異なる
組み合わせにおける５つの異なる視野位置に対して、パ
ーセント(％)で示されている。また、表１２には、これ
らのズームおよび焦点位置の７つの組み合わせに対し
て、最大視野歪曲データと最大視野相対照度とがパーセ
ント(％)で示されている。視野位置は２つの値、すなわ
ち、光学軸からの実像高さ(ｍｍ)と正規化された像高さ
の両方で示されている。正規化された像高さは最大像高
さによって割算された実像高さである。ＭＴＦのパーセ
ンテイジは、表１２の右欄に示された波長および重み付
けにおけるものである。すなわち、２０サイクル／ｍｍ
は、割合に標準的な光学性能の測定法であって、「２０
サイクル／ｍｍ」という値は、チャート上で１ミリメー
タ当たり２０対の白黒の線を意味し、チャートから鮮明
性が決定される。性能データの全ては、２０度Ｃ(６８
度Ｆ)の温度、標準大気圧(７６０ｍｍＨｇ)、像空間に
おいてＦ／２.２全開口で与えられている。しかしなが
ら、ズームレンズシステム５０は、実質的に一定の性
能、たとえば０度から４０度Ｃ(３２度〜１０度Ｆ)の温
度域に渡って一定のＭＴＦ値を与える。そして、性能
(ＭＴＦ)が少し低下してもよいなら、作動温度範囲は−
１０度から５０度Ｃ(１４度〜１２２度Ｆ)あるいはそれ
以上に拡大され得る。

【表１２】

【００３２】ＭＴＦ性能が最大視野において欠落し、ま
た０.８の正規化された像高さにおいて幾分か減少して
欠落しているようであるが、これは、光学的視野収差に
一部分帰属している。この光学視野収差は、限定される
ものでないが視野曲率や非点収差や側色を含んでいる。
ズームレンズシステム５０は、めったに使用されないか
なり大きなアカデミー３５ｍｍシネ像視野を包含するよ
うに設計されているので、実際問題として、これらの欠
落は、約０.８の最大正規化視野が全く十分である現状
では実際には重要でない。さらに、０視野位置すなわち
光軸上での、焦点位置Ｆ１とズーム位置Ｚ１に対する見
かけ上のＭＴＦ性能は、特に重要という訳ではない。と
いうのは、この近接したフォーカスディスタンスにおけ
る物体が、極めて大きいようであり、より大きな物体空
間距離における物体に対して要求されるのと同じ高性能
のＭＴＦを要求しないからである。その上、シネ用のレ
ンズの像品質鮮明特性を決定する重要な要因は、全ズー
ム位置および全焦点位置におけるコントラストの能力で
ある。一般に、８０％以上のＭＴＦパーセント変調（す
なわち、コントラスト）値は例外的と考えられ、５０％
と８０％の間の値が、非常に良いと考えられる。表１２
から、ＭＦＴが４０％を越えている最大視野を除いて、
各ＭＦＴパーセントの殆どが５０％を越え、ＭＦＴ値の
大部分が７０％を越えていることがわかる。

【００３３】短焦点から長焦点に像が大きさを変化させ
るズームレンズのいわゆる「ブリーシング」の問題は、
ズームレンズシステム５０には事実上存在しない。焦点
合わせによるブリーシング値は、像の大きさの変化をパ
ーセント(％)で下記の表１３に与えられている。表１３
において、値は、(表７〜１１の)ズーム位置Ｚ１とＺ２
に対して、ズーム位置Ｚ３とＺ４に比較すると、比較的
小さいことが分かる。ズーム位置Ｚ１とＺ２に対する視
野の深度が、ズーム位置Ｚ３とＺ４に比較して、比較的
大きいので、ブリーシング値は小さく、その結果ブリー
シングの影響は顕著でない。もちろん、ズーム位置Ｚ３
とＺ４におけるブリーシング値は理想的には小さくなけ
ればならないが、ここの場合のように、たとえそうでな
くとも、これらの影響は小さな視野深度のために特に顕
著であるというわけではない。

【表１３】

【００３４】表１３の値は、焦点位置Ｆ１と焦点位置Ｆ
２とＦ３での最大視野主要光線角度(度で表示)の間の差
異に基づいて、５４６.１ナノメータの波長で測定され
ている。ここで、全ての焦点位置における最大視野主要
光線は、像平面に１４.４５ｍｍの像高さを生じる。

【００３５】本発明は、３５ｍｍシネ撮影機で使用する
のに適切な寸法のズームレンズシステム５０に関して説
明されているが、このズームレンズシステムの寸法は、
適当に拡大または縮小され得る。これは、１６ｍｍ、ス
ーパー１６ｍｍ、３５ｍｍ、６５ｍｍ、ＩＭＡＸ(登録
商標)、ＯＭＮＩＭＡＸ(登録商標)などを含む、だだし
限定はされない、様々なフィルム像フォーマット、およ
び、高解像度テレビジョン(ＨＤＴＶ)や先端テレビジョ
ン(ＡＴＶ)やジェネラルデジタルテレビジョン含む様々
なビデオフォーマットで使用するためである。

【００３６】この発明のズームレンズシステム５０の多
くの利点の中に、シネで最も通常的に使用されている広
い範囲の焦点距離を与えるという利点があり、これが、
高品質の撮影術に対して多能性を獲得するための少なく
とも７つの固定された焦点距離の対物レンズを不必要に
する。これによって、このズームレンズシステムの使用
は、より大きなフレキシビリティとより低いコストにな
る。更に、ズームレンズシステム５０の独自の設計は、
匹敵する焦点距離範囲をもつ最も高性能なズームレンズ
システムよりも小さくなレンズを作り出し、また、同じ
範囲の最大固定焦点距離対物レンズよりもほんの僅かだ
け大きなレンズを作り出している。さらにまた、ズーム
レンズシステム５０の独自のレンズ設計は、焦点が短い
フォーカスディスタンスから長いフォーカスディスタン
スに変えられるときに、像が大きさを変える所謂「ブリ
ーシング」の問題を解消する。このズームレンズシステ
ム５０の他の特徴と利点は、前述の説明と添付の図面か
ら当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の高性能ズームレンズシステムの光学
的図である。

【図２】 異なる焦点距離とフォーカスディスタンスを
生じさせるためのフォーカスレンズ群とズームレンズ群
の異なる位置を示す図１のズームレンズシステムの光学
的図である。

【図３】 異なる焦点距離とフォーカスディスタンスを
生じさせるためのフォーカスレンズ群とズームレンズ群
の異なる位置を示す図１のズームレンズシステムの光学
的図である。

【図４】 異なる焦点距離とフォーカスディスタンスを
生じさせるためのフォーカスレンズ群とズームレンズ群
の異なる位置を示す図１のズームレンズシステムの光学
的図である。

【図５】 異なる焦点距離とフォーカスディスタンスを
生じさせるためのフォーカスレンズ群とズームレンズ群
の異なる位置を示す図１のズームレンズシステムの光学
的図である。

【符号の説明】

０…物体平面、 １〜２３…レンズ要素、５１…複数の
フォーカスレンズ群、 ５２…第１フォーカスレンズ
群、５３…第２フォーカスレンズ群、 ５４…複数のズ
ムレンズ群、５５…第１ズームレンズ群,ズームコンペ
ンセータ、５６…第２ズームレンズ群,ズームヴァリエ
ータ、５７…補助レンズ群、Ｓ１,Ｓ１０,Ｓ４０,Ｓ４
７…ダミー表面、Ｓ２〜Ｓ９,Ｓ１１〜Ｓ３９,Ｓ４１〜
Ｓ４６…レンズ表面、Ｓ２３…アイリス、 Ｓ４８…像
平面。

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の光学軸上に整列されると共に、物
   体空間から発する放射光を集め、かつ、上記放射光を軸
   方向に静止した像空間に実像として伝えるために配置さ
   れた複数のフォーカスレンズ群と複数のズームレンズ群
   と補助レンズ群とから構成された高性能ズームレンズシ
   ステムであって、 上記複数のフォーカスレンズ群は負の光学的拡大力の第
   １フォーカスレンズ群と正の光学的拡大力の第２フォー
   カスレンズ群とを備え、上記複数のズームレンズ群は負
   の光学的拡大力の第１ズームレンズ群と正の光学的拡大
   力の第２ズームレンズ群とを備え、上記第１フォーカス
   レンズ群と第２フォーカスレンズ群および上記第１ズー
   ムレンズ群と第２ズームレンズ群の各々は軸方向に移動
   可能であり、上記補助レンズ群は軸方向に静止している
   ことを特徴とする高性能ズームレンズシステム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレンズ群
   は組み合わされた負の光学的拡大力を有していることを
   特徴とする高性能ズームレンズシステム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記第１ズームレンズ群は、上記ズームレンズシステム
   の最小焦点距離と最大焦点距離の間の焦点距離の全範囲
   に渡って、まず１つの軸方向に次にもう一方の軸方向に
   非単調に軸上で移動されることを特徴とする高性能ズー
   ムレンズシステム。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群は非球面かつ非平面の光学
   的に屈折する表面を含んでいることを特徴とする高性能
   ズームレンズシステム。
5. 【請求項５】 請求項１または４に記載の高性能ズーム
   レンズシステムにおいて、 上記補助レンズ群は非球面かつ非平面の光学的に屈折す
   る表面を含んでいることを特徴とする高性能ズームレン
   ズシステム。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記ズームレンズシステムは残る全ての光学的に屈折す
   る表面が実質的に球面または平面の少なくとも一方であ
   る光学的に屈折する表面を有していることを特徴とする
   高性能ズームレンズシステム。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記補助レンズ群は弱小な光学的拡大力であり、かつ唯
   一の補助レンズ群であることを特徴とする高性能ズーム
   レンズシステム。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記補助レンズ群は正の光学的拡大力を有していること
   を特徴とする高性能ズームレンズシステム。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の高性能ズームレンズシ
   ステムにおいて、 上記第２ズームレンズ群は調整可能なアイリスを含んで
   いることを特徴とする高性能ズームレンズシステム。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 固定された光学視野絞りが上記第１ズームレンズ群に設
    けられていることを特徴とする高性能ズームレンズシス
    テム。
11. 【請求項１１】 請求項９に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 固定された光学視野絞りが上記第１ズームレンズ群に設
    けられていることを特徴とする高性能ズームレンズシス
    テム。
12. 【請求項１２】 請求項１または９または１０または１
    １に記載の高性能ズームレンズシステムにおいて、 固定された光学視野絞りが上記補助レンズ群に設けられ
    ていることを特徴とする高性能ズームレンズシステム。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレンズ群
    は、上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレン
    ズ群の軸方向の動きによって近接物体から遠方物体へフ
    ォーカスディスタンスが変化する間の上記実像において
    現れる物体の大きさの変化を最小にするためのレンズ要
    素を含んでいることを特徴とする高性能ズームレンズシ
    ステム。
14. 【請求項１４】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群は少なくとも２つの光学屈
    折レンズ要素から構成され、かつ少なくとも１つの非球
    形面のレンズ表面を含んでいることを特徴とする高性能
    ズームレンズシステム。
15. 【請求項１５】 請求項１または１４に記載の高性能ズ
    ームレンズシステムにおいて、 上記第２フォーカスレンズ群は少なくとも２つの光学屈
    折レンズ要素から構成されていることを特徴とする高性
    能ズームレンズシステム。
16. 【請求項１６】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 上記第１ズームレンズ群は２対のダブレットレンズ要素
    が含まれる６個の光学的に屈折するレンズ要素から構成
    されていることを特徴とする高性能ズームレンズシステ
    ム。
17. 【請求項１７】 請求項１または１６に記載の高性能ズ
    ームレンズシステムにおいて、 上記第２ズームレンズ群は２対のダブレットレンズ要素
    が含まれる１０個の光学的に屈折するレンズ要素から構
    成されていることを特徴とする高性能ズームレンズシス
    テム。
18. 【請求項１８】 請求項１または１４または１６に記載
    の高性能ズームレンズシステムにおいて、 上記補助レンズ群は少なくとも３個の光学的に屈折する
    レンズ要素から構成され、かつ少なくとも１個の非球形
    面のレンズ表面を含んでいることを特徴とする高性能ズ
    ームレンズシステム。
19. 【請求項１９】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、 上記ズームレンズシステムは外形が下記の等式と係数に
    よって決定される非球形面のレンズ表面を有するレンズ
    要素を含んでいることを特徴とする高性能ズームレンズ
    システム。 Ｚ＝(ＣＵＲＶ)Ｙ²／{１＋(１−(１＋Ｋ)(ＣＵＲＶ)²Ｙ
    ²)^1/2}＋(Ａ)Ｙ⁴＋(Ｂ)Ｙ⁶＋(Ｃ)Ｙ⁸＋(Ｄ)Ｙ¹⁰＋(Ｅ)
    Ｙ¹² ここで、 ＣＵＲＶ＝ １／曲率半径 Ｙ ＝ 光学軸に対して垂直に測定された開口高さ Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ＝ 係数 Ｚ ＝ 表面の極(軸方向の頂点)から光学軸に沿っ
    て測定された与えられたＹ値に対する表面の外形の位置 上記球形レンズ表面に対する係数は、 Ｋ＝−１.５０６６ Ａ＝ ２.０９６２ｘ１０^-6 Ｂ＝−７.９３９５ｘ１０^-10 Ｃ＝ ６.１３２４ｘ１０^-13 Ｄ＝−２.８５３７ｘ１０^-16 Ｅ＝ ３.１０７２ｘ１０^-20
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、上記非球形面のレンズ表面は上記
    第１フォーカスレンズ群に含まれることを特徴とする高
    性能ズームレンズシステム。
21. 【請求項２１】 請求項１に記載の高性能ズームレンズ
    システムにおいて、上記ズームレンズシステムは外形が
    下記の等式と係数によって決定される非球形面のレンズ
    表面を有するレンズ要素を含んでいることを特徴とする
    高性能ズームレンズシステム。 Ｚ＝(ＣＵＲＶ)Ｙ²／{１＋(１−(１＋Ｋ)(ＣＵＲＶ)²Ｙ
    ²)^1/2}＋(Ａ)Ｙ⁴＋(Ｂ)Ｙ⁶＋(Ｃ)Ｙ⁸＋(Ｄ)Ｙ¹⁰＋(Ｅ)
    Ｙ¹² ここで、 ＣＵＲＶ＝ １／曲率半径 Ｙ ＝ 光学軸に対して垂直に測定された開口高さ Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ＝ 係数 Ｚ ＝ 表面の極(軸方向の頂点)から光学軸に沿っ
    て測定された与えられたＹ値に対する表面の外形の位置 上記球形レンズ表面に対する係数は、 Ｋ＝−２.２２８６ Ａ＝ ２.２８７１ｘ１０^-6 Ｂ＝−２.１５７５ｘ１０^-9 Ｃ＝ ９.２１６７ｘ１０^-12 Ｄ＝−１.２８５６ｘ１０^-14 Ｅ＝ ０.０
22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記非球形面のレンズ表面は上記補助レンズ群に含まれ
    ていることを特徴とする高性能ズームレンズシステム。
23. 【請求項２３】 共通の光学軸上に整列された複数のフ
    ォーカスレンズ群と複数のズームレンズ群と単一補助レ
    ンズ群とから構成された高性能ズームレンズシステムで
    あって、 上記複数のフォーカスレンズ群は負の拡大力の第１フォ
    ーカスレンズ群と正の拡大力の第２フォーカスレンズ群
    とを有し、各上記フォーカスレンズ群は光学軸に沿って
    個別に軸方向に移動可能であり、上記複数のズームレン
    ズ群は第１ズームレンズ群と第２ズームレンズ群とを備
    え、上記第１ズームレンズ群は最小と最大焦点距離の間
    の全範囲に渡って非単調に軸方向に移動可能であり、上
    記第２ズームレンズ群は最小と最大焦点距離の間の全範
    囲に渡って単調に軸方向に移動可能であり、上記補助レ
    ンズ群は軸方向に静止していることを特徴とする高性能
    ズームレンズシステム。
24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレンズ群
    は組み合わされた負の光学的拡大力を有していることを
    特徴とする高性能ズームレンズシステム。
25. 【請求項２５】 請求項２３に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群は非球面かつ非平面の光学
    的に屈折する表面を含んでいることを特徴とする高性能
    ズームレンズシステム。
26. 【請求項２６】 請求項２３または２５に記載の高性能
    ズームレンズシステムにおいて、 上記補助レンズ群は非球面かつ非平面の光学的に屈折す
    る表面を含んでいることを特徴とする高性能ズームレン
    ズシステム。
27. 【請求項２７】 請求項２３に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記補助レンズ群は弱小な光学的拡大力であり、かつ唯
    一の補助レンズ群であることことを特徴とする高性能ズ
    ームレンズシステム。
28. 【請求項２８】 請求項２７に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記補助レンズ群は正の光学的拡大力を有していること
    を特徴とする高性能ズームレンズシステム。
29. 【請求項２９】 請求項２３に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記第２ズームレンズ群は調整可能なアイリスを含んで
    いることを特徴とする高性能ズームレンズシステム。
30. 【請求項３０】 請求項２３に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレンズ群
    は、上記第１フォーカスレンズ群と第２フォーカスレン
    ズ群の軸方向の動きによって近接物体から遠方物体へフ
    ォーカスディスタンスが変化する間の上記実像において
    現れる物体の大きさの変化を最小にするためのレンズ要
    素を含んでいることを特徴とする高性能ズームレンズシ
    ステム。
31. 【請求項３１】 共通の光学軸上に整列されると共に、
    物体空間から発する放射光を集め、かつ、上記放射光を
    軸方向に静止した像空間に実像として伝えるために配置
    された複数のフォーカスレンズ群と複数のズームレンズ
    群と単一補助レンズ群とから構成された高性能ズームレ
    ンズシステムであって、 上記複数のフォーカスレンズ群は第１フォーカスレンズ
    群と第２フォーカスレンズ群とを備え、上記第１フォー
    カスレンズ群は負の光学的拡大力であって軸方向に移動
    可能であり、上記第２フォーカスレンズ群は正の光学的
    拡大力であって軸方向に移動可能であり、上記複数のズ
    ームレンズ群は第１ズームレンズ群と第２ズームレンズ
    群とを備え、上記第１ズームレンズ群は負の光学的拡大
    力であって軸方向に移動可能であり、上記第２ズームレ
    ンズ群は正の光学的拡大力であって軸方向に移動可能で
    あり、第２ズームレンズ群は調整可能な光学絞りを含
    み、上記単一の補助レンズ群は正の光学的拡大力であ
    り、少なくとも１つの非球面かつ非平面の光学的に屈折
    する表面をもって軸方向に静止し、上記ズームレンズシ
    ステムは実質的に少なくとも球面または平面のいずれか
    １つである残る光学的に屈折する表面を有し、そして、
    上記複数のフォーカスレンズ群と上記複数のズームレン
    ズ群を介して上記ズームレンズシステムは焦点を合わせ
    およびズーミングの範囲に渡って上記実像において高レ
    ベルの光学的性能を与えることを特徴とする高性能ズー
    ムレンズシステム。
32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、 各上記非球面かつ非平面の光学的に屈折する表面は非球
    形面であることを特徴とする高性能ズームレンズシステ
    ム。
33. 【請求項３３】 請求項３１または３２に記載の高性能
    ズームレンズシステムにおいて、 上記複数のフォーカスレンズ群は組み合わされた負の光
    学的拡大力を有していることを特徴とする高性能ズーム
    レンズシステム。
34. 【請求項３４】 共通の光学軸上に整列されると共に、
    物体空間から発する放射光を集め、かつ、上記放射光を
    軸方向に静止した像空間に実像として伝えるために配置
    されたガラスレンズ要素１乃至２３から構成されている
    高性能ズームレンズシステムであって、 上記レンズ要素は、第１フォーカスレンズ群５２と第２
    フォーカスレンズ群５３とを備えている複数のフォーカ
    スレンズ群５１と、第１ズームレンズ群５５と第２ズー
    ムレンズ群５６とを備えている複数のズームレンズ群５
    ４と、補助レンズ群５７とを形成し、上記第１フォーカ
    スレンズ群と第２フォーカスレンズ群と上記第１ズーム
    レンズ群と第２ズームレンズ群は各々軸方向に移動可能
    であり、 上記第１フォーカスレンズ群はレンズ要素１と２を備
    え、上記第２フォーカスレンズ群はレンズ要素３と４を
    備え、上記第１ズームレンズ群はレンズ要素５乃至１０
    を備え、上記第２ズームレンズ群はレンズ要素１１乃至
    ２０を備え、上記補助フォーカスレンズ群はレンズ要素
    ２１,２２,２３を備え、 レンズ要素表面とダミー表面とアイリスと物体平面と像
    平面は０およびＳ１乃至Ｓ４８として識別されており、
    上記レンズ要素表面Ｓ３とＳ４４は球形であり、上記レ
    ンズ要素と上記レンズ要素表面と上記ダミー表面と上記
    アイリスと上記物体平面と上記像平面とは以下の関係と
    特性を有していることを特徴とする高性能ズームレンズ
    システム。 【表１】 【表２】 【表３】
35. 【請求項３５】 請求項３４に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて上記ダミー表面を除いて、Ｓ１から
    Ｓ４８の各表面での最大開口直径(ｍｍ)が下記であるこ
    とを特徴とする高性能ズームレンズシステム。 Ｓ２において １２４.８０、 Ｓ３において ９０.５７、 Ｓ４において ９０.２４、 Ｓ５において ７３.２２、 Ｓ６において ７３.９５、 Ｓ７において ６８.３３、 Ｓ８において ６４.８９、 Ｓ９において ６２.４１、 Ｓ１１において ４８.９０、 Ｓ１２において ４７.９２、 Ｓ１３において ４５.４３、 Ｓ１４において ４５.１５、 Ｓ１５において ４４.１５、 Ｓ１６において ４４.４７、 Ｓ１７において ４３.５５、 Ｓ１８において ４１.８１、 Ｓ１９において ４１.８４、 Ｓ２０において ４１.１７、 Ｓ２１において ４１.１２、 Ｓ２２において ４１.１０、 Ｓ２３において ４０.９８、 Ｓ２４において ４２.２０、 Ｓ２５において ４１.９９、 Ｓ２６において ４１.９６、 Ｓ２７において ４４.７３、 Ｓ２８において ４７.１２、 Ｓ２９において ４７.８１、 Ｓ３０において ４７.２３、 Ｓ３１において ４８.０６、 Ｓ３２において ４８.２９、 Ｓ３３において ５１.４１、 Ｓ３４において ５２.５５、 Ｓ３５において ５７.８１、 Ｓ３６において ５８.４８、 Ｓ３７において ５８.９３、 Ｓ３８において ５９.４１、 Ｓ３９において ５８.７０、 Ｓ４１において ２９.９７、 Ｓ４２において ２９.７２、 Ｓ４３において ２９.３４、 Ｓ４４において ２８.５０、 Ｓ４５において ２８.５８、 Ｓ４６において ２８.７５、 Ｓ４８において ２８.９０
36. 【請求項３６】 請求項３４に記載の高性能ズームレン
    ズシステムにおいて、上記非球形面のレンズ表面Ｓ３は
    下記の等式と係数によって決定される外形を有している
    ことを特徴とする高性能ズームレンズシステム。 Ｚ＝(ＣＵＲＶ)Ｙ²／{１＋(１−(１＋Ｋ)(ＣＵＲＶ)²Ｙ
    ²)^1/2}＋(Ａ)Ｙ⁴＋(Ｂ)Ｙ⁶＋(Ｃ)Ｙ⁸＋(Ｄ)Ｙ¹⁰＋(Ｅ)
    Ｙ¹² ここで、 ＣＵＲＶ＝ １／曲率半径 Ｙ ＝ 光学軸に対して垂直に測定された開口高さ Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ＝ 係数 Ｚ ＝ 表面の極(軸方向の頂点)から光学軸に沿っ
    て測定された与えられたＹ値に対する表面の外形の位置 上記非球形面のレンズ表面に対する係数は、 Ｋ＝−１.５０６６ Ａ＝ ２.０９６２ｘ１０^-6 Ｂ＝−７.９３９５ｘ１０^-10 Ｃ＝ ６.１３２４ｘ１０^-13 Ｄ＝−２.８５３７ｘ１０^-16 Ｅ＝ ３.１０７２ｘ１０^-20
37. 【請求項３７】 請求項３４または３６に記載の高性能
    ズームレンズシステムにおいて、上記非球形面のレンズ
    表面Ｓ４４は下記の等式と係数によって決定される外形
    を有していることを特徴とする高性能ズームレンズシス
    テム。 Ｚ＝(ＣＵＲＶ)Ｙ²／{１＋(１−(１＋Ｋ)(ＣＵＲＶ)²Ｙ
    ²)^1/2}＋(Ａ)Ｙ⁴＋(Ｂ)Ｙ⁶＋(Ｃ)Ｙ⁸＋(Ｄ)Ｙ¹⁰＋(Ｅ)
    Ｙ¹² ここで、 ＣＵＲＶ＝ １／曲率半径 Ｙ ＝ 光学軸に対して垂直に測定された開口高さ Ｋ,Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ＝ 係数 Ｚ ＝ 表面の極(軸方向の頂点)から光学軸に沿っ
    て測定された与えられたＹ値に対する表面の外形の位置 上記非球形面のレンズ表面に対する係数は、 Ｋ＝−２.２２８６ Ａ＝ ２.２８７１ｘ１０^-6 Ｂ＝−２.１５７５ｘ１０^-9 Ｃ＝ ９.２１６７ｘ１０^-12 Ｄ＝−１.２８５６ｘ１０^-14 Ｅ＝ ０.０