JPS6145808B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、光学系特にズームレンズの光学系に
適する画角変化を防止するフオーカシング方法に
関するものである。 本発明は光学系、特にズームレンズの光学系に
適する画角変化を防止したフオーカシング方式に
関するものである。 フオーカシング方式の一形態として、レンズ系
の物界側に配された前置レンズ群を移動させるこ
とにより、フオーカシングをを行なう形態は周知
である。 特にズームレンズの場合は、被写体距離に依存
することなくバリエータ及びコンペンセータで構
成されるズーム部に対して常に一定位置に物点
（フオーカシングレンズの像点）を与えることで
ズーミングの際のピント移動を防ぐ方式、いわゆ
る前玉繰出し方式を採用している。 レンズ系、特にズームレンズ系に用いられる焦
点合せ方式において、現在特に望まれている問題
としてフオーカシングに伴う画角変化をなくす、
ないしは軽減することが挙げられる。これはフオ
ーカシングの際に、通常の場合、画角が変化し、
その結果として画界の変化を引き起し、この事が
視覚的に望ましくないためである。 従来このフオーカシングに伴つて生じる画角変
化を押えるため種々の提案が成されている。P.
Angenieux（BP―975160）及び高野（特公昭42
―12103）はズームレンズの前玉部をそれぞれ負
及び正のパワーを有する２群で構成し、最も物界
側の負のパワーを有する群のみ移動して焦点合せ
を行なうことにより、画角変化の軽減に成功して
いる。G.H.Cook等（USP3682534）は前玉部をそ
れぞれ負のパワーを有する２群で構成し、最も物
界側の第１群は固定し、第２群のみ物体側へ移動
させるフオーカシング方式を採用することにより
画角変化を軽減している。又、武士等（特開昭52
―84754）は前玉部を負、正、正の３群で構成
し、第２群のみを像側へ移動させることにより画
角変化を軽減したフオーカシング方式を得てい
る。これらの方式は前玉径の小型化、撮像至近距
離の短縮化を第１の目的としており、画角変化の
軽減は２次的に派生したものと考えられる。従つ
て、P.Angenieux，高野，G.H.Cook及び武士等
の方式は画像変化を軽減しているだけで、その残
存は大きい。 これ等の方式に対して、田中（特開昭53―
6051）は、レンズ系の後側主点位置がフオーカシ
ングに際して不動となるように、物界側に配され
た二つのレンズ群を移動させ画角変化を除去して
いる。しかしながら、田中の方式は、レンズ全系
の後側主点と射出瞳とが近接したレンズ系には良
好であるが、後側主点と射出瞳が隔つたレンズ系
においては誤差が発生する。 本発明の目的は、上記欠点を除去し、フオーカ
シングに際して画角変化の無いフオーカシング方
法を提供する事になる。 本発明に係るフオーカシング方法に於いてはフ
オーカシングに際して光学系の射出瞳の位置が変
化しない様な光学系を用い、瞳結像光線の角倍率
がフオーカシングに際して不変となる様なフオー
カシング手段を設ける事により画角変化を防止す
るものである。即ち、フオーカシングに際して、
光学系の入射瞳中心に向かう光束が光学系の光軸
となす角度が不変となる様なフオーカシング手段
を有するものである。 本発明に係るフオーカシング方法に於いては絞
りより像界側には固定のレンズ群、絞りより物界
側にはフオーカシングの為に可動な少なくとも二
つ以上のレンズ群を有するものである。 例えば、後述する本発明に係るフオーカシング
方法を適用したズームレンズに於いては、物界側
よりフオーカシング時に可動の第１レンズ群と第
２レンズ群、フオーカシング時に不動の第３レン
ズ群と第４レンズ群が逐次配され、第３レンズ群
と第４レンズ群の間には絞りが設けられている。
第３レンズ群は、変倍の為に可動レンズ群を含む
ものであり、第４レンズ群及び絞りは固定であ
る。従つて、フオーカシング時にレンズ系の射出
瞳の位置は一定であり、フオーカシングに際して
レンズ系に入射する或る一定画角の光束が常に入
射瞳の中心に向かい、且つ入射瞳に向う角度が一
定となる様に上記第１レンズ群及び第２レンズ群
を移動させることにより、画角変化を防止するも
のである。以下、図面を併用して本発明を詳述す
る。 第１図は本発明に係るフオーカシング方法を説
明する為に用いた一般例としてのレンズの概略を
示す図で、第１図Ａは無限遠に合焦の場合、第１
図Ｂは有限の物体に合焦している場合を示す。第
１図に於いて１はフオーカシングの際に可動のフ
オーカシングレンズ群、２及び３はフオーカシン
グの際に不動のレンズ群、４は絞り、５は像画、
６はレンズ系の入射瞳、７は同じく射出瞳であ
る。射出瞳７は常に一定の位置にあるので、射出
瞳７の中心を通り像画５上の像高ｙに向う光線γ
_０の傾角は、物体無限大の場合ω_0∞でも、同じ
く有限の場合ω_0fでも同じである。従つてω_0∞
＝ω_0f＝ω_０と書ける。上記光線γ_０の物界側で
の光線、即ち物点からレンズ系に入射する或る一
定の画角の光線γｉがフオーカシングに際して常
に入射瞳６の中心に向い、且つ該光線γｉが入射
瞳６の中心に向かう時の入射角を不変とすること
により画角変化の防止を計るものである。換言す
れば、物体無限の場合の入射角をωｉ∞，同じく
有限の場合をω_ifとすれば₌ω_i∞＝ω_ifとなるも
ので、ω_i∞＝ω_if＝ω_iとおくと瞳結像角倍率
は、 ω_０∞／ωｉ∞＝ω_０ｆ／ωｉｆ＝ω_０／ωｉ＝cons
t の如く一定となる。 斯様な関係を満足する様にフオーカシングの為
のレンズ群を移動させるものであり、絞りより物
界側に配された少くとも二つのレンズ群をフオー
カシングレンズとして独立的に移動させる。 次に、フオーカシングの為に移動するレンズ群
の移動状態を、第２図に示すレンズ系の場合を一
例として解析する。第２図に示すレンズ系は、物
界側よりフオーカシングの為に可動の第１レンズ
群１１と第２レンズ群１２，フオーカシング時に
不動の第３レンズ群１３と第４レンズ群１４より
成るもので、第３レンズ詳と第４レンズ群の間に
絞り１５が設けられている。そして、該レンズ系
がズームレンズの場合は、一般に第３レンズ群１
３に変倍の為のレンズ群が含まれ、第４レンズ群
１４が固定のリレーレンズとなる。１６は像面、
１７は入射瞳、１８は射出瞳、y′は像面１６上の
最大像高とする。第２図Ａは無限遠の被写体にフ
オーカシングした時のレンズ状態を指すもので、
本願では無限遠にフオーカシングした状態を基準
状態と定める。第２図Ｂは有限距離、即ち第１レ
ンズ群１１の前側主点から測つてS₁の位置にある
被写体１９にフオーカシングしたレンズ状態を示
す図であり、基準状態より第１レンズ群１１は
x₁，第２レンズ群１２はx₂だけ移動する。無限遠
にフオーカスされている状態（基準状態）に於い
て、ei∞は第ｉレンズ群後側主点第ｉ＋１レンズ
群前側主点と間の主点賀隔、ｌは絞り１５から第
４レンズ群１４の前側主点までの距離、S′Fはバ
ツクフオーカス、t′K∞が第４レンズ群１４の後
側主点から射出瞳１８までの距離、′_１∞が画
角である。又、第１レンズ群１１がx₁、そして第
２レンズ群１２がx₂だけ移動し、物体距離S₁の被
写体１９にフオーカシングしている状態に於い
て、SKがバツクフオーカス，′_１が画角，tK
が第４レンズ群１４の後側主点から射出瞳１８ま
での距離である。尚、ｉは第ｉレンズ群のパワ
ー（屈折力）である。 上記基準状態における主光線の第４レンズ群か
らの射出傾角′_４∞及び光軸からの高さ_４∞
は、それぞれ ′_４∞＝−ｙ′／Ｓ′_Ｆ−ｔ′_{Ｋ∞ ４}∞＝′_４∞・t′_K∞ である。これらとレンズ系の構成要素を用いて主
光線の第１レンズ群１１への入射角、即ち画角
_１∞を求めると _１∞＝−Ｃ_∞ｈ_4∞＋Ａ_∞′_4∞ である。ここでＣ_∞及びＡ_∞は_１，_２，
_３，_４，e′_1∞，e′_2∞及びe′_3∞の関数である。 この場合の主光線の入射傾角と射出傾角の比を
Г∞とすると Г∞＝−Ｃ_∞t′_K∞＋Ａ_∞ である。また、有限距離S₁にフオーカシングした
場合の画角_１は _１＝−Ｃ_4∞＋Ａ′_4∞ である。ここでＡ及びＣは_１，_２，_３，
_４，e′₁∞，e′_2∞，e′_3∞及び第１レンズ群及び第
２レンズ群の移動量x₁及びx₂の関数である。ここ
で常に _1∞＝_１ が成立する様にX₁及びx₂を求めれば画角不変の
焦点合せが具現できる。これをx₁について整理す
ると x₁＝（e′_1∞＋x₂）−１／_１−Ｂ〓−Ｄ〓ｔ′_Ｋ∞
／Ａ〓−Ｃ〓ｔ′_Ｋ∞ ＋Г∞／（Ａ〓−Ｃ〓ｔ′_Ｋ∞）_１ となる。但し Ａ〓＝_{２ ３}（e′_2∞−x₂）e′₃∞ −_２（e′_2∞−x₂）−₂e′_3∞ −₃e′_3∞＋１ Ｂ〓＝_３（e′_2∞−x₂）e′_3∞ −（e′_2∞−x₂）−e′_3∞ Ｃ〓＝_{２ ３ ４}（e′_2∞−x₂）e′_3∞ −_{２ ３}（e′_2∞−x₂） −_{２ ４}（e′_2∞−x₂） −_{２ 4}e′_3∞−_{３ 4}e′_3∞＋_２＋
_３＋_４ Ｄ〓＝_{３ ４}（e′_2∞−x₂）e′₃ −_３（e′_2∞−x₂） −_４（e′₂∞−X₂）−₄e′_3∞＋１ である。上記の数式に従つて第１レンズ群１１と
第２レンズ群を移動させる事によりフオーカシン
グしても画角が全く変化しない光学系が実現出来
る。 次に本発明の実施例を示す。第３図は本発明の
フオーカシング方法を適用したズームレンズ系の
一実施例を示すレンズ断面図である。第３図にお
いてＲ１面〜Ｒ３面がフオーカシングの際１体と
なつて移動する第１レンズ群１，Ｒ４〜Ｒ７面が
同じくフオーカシングの際１体となつて前記第１
レンズ群とは異なる第２レンズ群，Ｒ８〜Ｒ１
８が変倍が変倍レンズ群の第３レンズ群，Ｒ１
９面〜Ｒ２８面が固定リレー群の第４レンズ群
である。絞りは第３レンズ群と第４レンズ群
の間に配されている。 第４図が、第３図に示すズームレンズ系におい
て最短焦点距離（ワイド端）での第１レンズ群
と第２レンズ群の移動量が物体距離によつてど
の様に移動するかを示す図で、縦軸に物体距離、
横軸に移動量を示す。第４図でＬ１が第１レンズ
群の移動量そしてＬが第２レンズ群の移動量を
示す。物体側へ移動する時は負、像面側へ移動す
る時が正である。そして移動量が零の位置が被写
体無限遠の基準状態である。又物体距離S₁は第１
レンズ群前側主点から被写体までの距離であり、
前記前側主点に対して左方の物界側に存在するた
め負値である。このレンズ系のワイド端における
画負は21.9゜である。このレンズ系のデータを第
１表に示す。

【表】

【表】 なお、上記Ｒ１面〜Ｒ３面の第１レンズ群，
R4面〜Ｒ７の面弐第２レンズ群，Ｒ８〜Ｒ１８
面の第３レンズ群，Ｒ１９面からＲ２８面の第４
レンズ群のワイド端無限遠でパワー及び主点間隔
は _１＝−．00625 e′_1∞＝13.2 _２＝．02767059 e′_2∞＝−48.05168 _３＝−．01067006 e′_3∞＝26.25151 _４＝．04871405 である。また絞りＲ１９から第４レンズ群の前
側主点までの距離は10.38369，上述した最大像高
はy′＝3.58である。 本実施例の収差図を第５図及び第６図に示す。
第５図は物体無限での広角端、第６図は物体無限
での望遠端での諸収差を示すものである。 以上本発明に係るフオーカシング方法に於いて
は、フオーカシング時に光学系の射出瞳が一定位
置に存する光学系を用い、光学系の入射瞳の中心
に向かう光束が光学系の光軸となす角がフオーカ
シングに際して常に不変となる様なフオーカシン
グ手段を設ける事により画角変化を防止したもの
であり、優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明に係るフオーカシング方
法を説明する為の図、第２図Ａ，Ｂは本発明に係
るフオーカシング方法を定量的に説明する為の
図、第３図は本発明に係るフオーカシング方法を
適用したズームレンズの一実施例を示す図、第４
図は第３図示のズームレンズの第１レンズ群及び
第２レンズ群の移動量と物体距離の関係を示す
図、第５図及び第６図は第４図に示すズームレン
ズの諸収差を示す図。 １１……第１レンズ群、１２……第２レンズ
群、１３……第３レンズ群、１４……第４レンズ
群、１５……絞り、１６……像面、１７……入射
瞳、１８……射出瞳、１９……被写体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光学系は物界側よりフオーカシング時に可動
   の第１レンズ群と第２レンズ群、フオーカシング
   時に不動の第３レンズ群と第４レンズ群を逐次有
   するとともに、第３レンズ群と第４レンズ群の間
   に絞りを有し、フオーカシング時は第１レンズ群
   と第２レンズ群を独立に移動するものであつて、
   第１レンズ群の移動量X₁と上記第２レンンズ群
   の移動量X₂の間に、 x₁＝（e′₁∞＋x₂）−１／φ_１ −Ｂ〓−Ｄ〓ｔ′Ｋ∞／Ａ〓−Ｃ〓ｔ′Ｋ∞ ＋Г∞／（Ａ〓−Ｃ〓ｔ′Ｋ∞）φ_１ 但し Ａ〓＝φ_２φ_３（e′₂∞−x₂）e′₃∞ −φ_２（e′₂∞−x₂） −φ₂e′₃∞−φ₃e′₃∞＋１ Ｂ〓＝φ_３（e′₂∞−x₂）e′₃∞ −（e′2∞−x₂）−e′₃∞ Ｃ〓＝φ_２φ_３φ_４（e′₂∞−x₂）e′₃∞ −φ_２φ_３（e′₂∞−x₂） −φ_２φ_４（e′₂∞−x₂）−φ_２φ₄e′₃∞ −φ_３φ₄e′₃∞＋φ_２＋φ_３＋φ_４ Ｄ〓＝φ_３φ_４（e′₂∞−x₂）e′₃∞ −φ_３（e′₂∞−x₂） −φ_４（e′₂∞−X₂）−φ₄e′₃∞＋１ e′i∞；光学系を無限遠に焦点合せした状態で
   の第ｉレンズ群後側主点から第ｉ＋１レンズ
   群前側主点までの距離 φｉ；第ｉレンズ群パワー t′K∞；第４レンズ群後側主点から射出瞳まで
   の距離 Г∞；無限遠に焦点合せした光学系の主光線の
   第１レンズ群への入射傾角（画面）と第４レ
   ンズ群からの射出傾角の比 なる関係を実質的に設定したことを特徴とする画
   角変化を防止したフオーカシング方法。 ２ 前記第３レンズ群は変倍のためのレンズ群で
   ある特許請求の範囲第１項記載の画角変化を防止
   したフオーカシング方法。