JPS643243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

等倍から数倍又は数分の一倍の拡大縮少の範囲
で光学的な倍率を変更するには物点又は像点のい
づれか一方をレンズの移動に関連させて動かす事
が行われている。しかし物点、像点間の距離が固
定されているときは、単一のレンズのみで倍率の
変更を連続的に行う事は出来ない。そのためにレ
ンズ系の部分群の相対的間隔を変更して物点像点
間の位置が固定されたまま変倍を行う方式が提案
されている。 比較的遠距離にある物体を撮影する為に開発さ
れている通常のズームレンズは非対称構造になつ
ているので或る程度の歪曲収差が残存しているの
が普通である。それに反して等倍から数倍又は数
分の一倍で使われるレンズは印刷複写等の様なす
でに媒体上に形成された画像を再生する事を目的
とする事が多いので特に歪曲収差の除去が重視さ
れる。一般的に言つて歪曲収差はレンズを対称乃
至対称に近い形で配置する事によつてその除去は
容易である。従つて歪曲収差を小さく保ちなが
ら、上述の変倍を行う為には通常のズームレンズ
と異なりレンズ系全体の対称性を常に維持しなが
らレンズ群を移動させる方式がのぞましい。本発
明はこの主旨の下に固定した物点、像点間に、レ
ンズ群を対称的に動かす変倍レンズ系を配置し、
その作動が単純であるのにかかわらず高い光学性
能が得られる方式を見出そうとするものである。 単一構成のレンズはよく知られている様に倍率
β＝１のとき（正確にはマイナスであるが以下マ
イナスを省略する）物像間の距離が最も小さい。
物像間の距離Ｌ、レンズ系全体の焦点距離Ｆ、同
じく全体の主点間隔をΔとすると Ｌ＝（２＋β＋１／β）×Ｆ＋Δ (1) 今説明上のモデルとしてｆ＝100の同形のレン
ズ群を向い合わせに配置して第１図Ａの様な薄肉
レンズ系を考える。両レンズの間隔を仮にｄ＝20
とすればこのレンズ系全体のＦ＝55.56 Δ＝−
2.22。このレンズ系をβ＝１で使うときは上式か
らL_1x＝4F＋Δ＝220。これはまた第１Ａ図から
も明らかである同じレンズ系をそのまま例えばβ
＝２（β＝１／２としても同じ）とするとL_2x＝
4.5F＋Δ＝247.78となりβ＝１の場合に比して物
像間の距離は27.78のびる（第１Ｂ図）。そこで問
題はレンズ系内の間隔を変更してL_2x＝L_1x＝220
とする事が出来ないかと言う事である。L_1x＝4F
＋Δ L_2x＝4.5F＋Δだからβ＝２のときＦとΔ
を変更してF_2x、Δ_2xとすれば、少くとも (i) Ｆ＞F_2x (ii) Δ＞Δ_2x のどちらかが成り立てばよい。Δの変化はあまり
期待出来ないので主として(i)の条件をみたす事に
よつてL_1x＝L_2xが可能になる。 一般的に言つて２群で形成される正レンズ系の
群の間隔を変更するとき (A) 二群がそれぞれ正レンズで成る場合は間隔を
小さくする方向でＦは小さくなり、又Δはマイ
ナスが小さくなる。 (B) 二群が正レンズと負レンズで成る場合は間隔
を大きくする方向ではＦは小さくなり、又Δは
プラスで大きくなる。 モデルの例でｄ＝０とすると、F_2x＝50 Δ_2x＝
０(1)式からβ＝２としてL_2xを求めると225を得
る。まだ不足しているがL_1x＝220に近づいて来た
事は確かである。（第１図Ｃ） そこで第１図Ａの２群対称構成のモデルをその
まま第２図Ａの様に４群対称構成モデルにおきか
える。つまり第１図の片側ｆ＝100の単一レンズ
を２群に分けｄ＝０で接触している形とする。そ
して第２図Ｂの如く外側のレンズ群を固定し、
内側のレンズ群を内側に対称的に移動させる。
そうすると各々片側のレンズ群の合成ｆ及び合成
Δは変化するが、間隔を広げて焦点距離を短かく
する為には上記(B)の条件からいづれか一方が負レ
ンズでなくてはならない。更に第２図Ｂの状態で
両側から近づいて来るのレンズが正レンズであ
れば上記(A)の条件から全系の焦点距離を短かくす
る事に有効である事が予測される。モデルとして
β＝１のとき第２図Ａの様に，の合成焦点距
離ｆ＝100 ｄ＝０とし、それらを間隔20をおいて
対称的に配置した４群形式を考える。この場合第
１図Ａと同じくL_1x＝220である。 次に第２図Ｂのごとく群を両側から10づつ内
側に移動させ、二つの群の間のｄ＝０にする。
その状態で、L_2x＝220 β＝２となる，の組
み合せを求めると、次表の如く２種類の結果が得
られる。

【表】 この状態で片側の合成ｆは(1)の場合98.78(2)の
場合77.58で上表で見る如く(1)の方が各群のｆが
ゆるくなつている。収差的な立場で概念的に言え
ばｆの絶対値が大きい方が有利である。従つて外
側固定群を凹レンズとし内側移動群を凸レン
ズとした(1)の方が(2)より収差補正しやすい事が予
測される。又(2)の組合せを入れかえ、凹レンズを
外側にしてａ、ｂをかえて再びＬ＝220とすると

【表】 この場合β＝4.082となる。つまり同じｆの組
合せと移動量にかかわらず(1)′の方が高い倍率が
得られる事が知れる。(1)の様な凹レンズ外側の形
式の方が効率が好いと言えよう。 第２図Ａの４群形式のうち群を固定し群を
外側に対称的に移動させるもう一つの方式があ
る。第２図Ｃは第２図Ａを変形したもので、β＝
１のとき４つの群の間隔をすべて０とする。そし
てβ＝２のとき外側の群を対称的に10だけ外方
に動かして第２図Ｂの状態にする。β＝１のとき
L_1x＝220だから片側の，の合成焦点距離は
夫々110である。L_2x＝220 β＝２となる，の
組み合せを求めると、次表の如く２種類の結果が
得られる。

【表】 この状態で片側の合成ｆは(3)が102.18(4)が
74.98で上表で見る如く移動群を凹レンズ、固
定群を凸レンズとした(3)の方が各群のｆがゆる
くなつている。つまりこの動かし方の場合も外側
に凹レンズを配置した方が収差を除去する上で
も、効率の点でも有利である事が知れる。（(3)(4)
の場合内側の二つの群は全く動かないので全体
を３群とみなす事も出来る）。 猶第２図Ａで片側２群を二つの正レンズ群に分
離する方法もあるが片側のみで言えば前述(A)の条
件から離れる程合成ｆは大きくなつてしまう。又
両側から正レンズが近接する点に着目すれば焦点
距離は小さくなるが、それならの焦点距離が小
さい程効率がよい事になり、結局は∞の焦点距
離となつてのみ残つて第１図の２群形式と同じ
になる。２群形式でも或る程度の変倍は可等だが
前述のモデルの第１図Ｃでｄ＝０としてもβ＝２
は得られずＬ＝220とするとβ＝1.863にとどまり
効率は悪い。 以上は２群３群４群でレンズ系を常に対称的に
構成する事を前提としてβ＝１の場合の物像間の
距離Ｌを維持しながらβ＝２に変倍する事を目や
すとしてモデルの上から検討したわけであるが、
これから次の結論を引き出す事が出来よう。 対称４群のうち外側の２群を負レンズ、内側の
２群を正レンズで構成しβ＝１の状態から内側の
正レンズ群を対称的に内方へ移動させるか、外側
の負レンズ群を対称的に外方に移動させる事によ
つて収差除去の上でも有利で且変倍効率のよい物
像間の距離を一定とした変倍系が得られる。これ
らの具体例はすでに特開昭48−49453及び特開昭
49−1242にそれぞれ示されている。 ところで第２図Ａから第２図Ｂへ、又は第２図
Ｃから第２図Ｂへレンズ系の各群の相対的な移動
をさせるには、実施上二つのカムが必要となる。
すなわち前者では＋の移動に対して左側の
移動及び右側の移動、又後者では＋の移動
に対して左側の移動及び右側の移動を夫々関
係づけなくてはならない。主たる移動に対して関
係運動が二つある事は機構上複雑となり、精度維
持の上からものぞましい事ではない。通常撮影に
使用されるズームレンズは特別の場合をのぞいて
固定鏡筒について主として移動する群と従属して
移動する群とでズーミングが行われて居り、関係
運動は一つでしかない。更に第２図で見られる如
くβの変化が２倍程度でも主として移動する部分
の移動量はレンズ全長に比して比較的大きく、Ｌ
＝220に対して(1)の例でが36.63(3)の例でが
36.51となる。従つて通常のズームレンズの様に
固定筒に円筒カムを切つて制御する事が困難にな
つて来る。例えば第１１図の如く外部にカムを配
置する等の工夫が必要となるが、いづれにしても
関係運動を一つにする事がこの種の変倍系を精度
よく実現するのには不可欠な事柄である。 そこで４群形式の各群が常に対称を維持しなが
ら移動する物像間距離一定の変倍系において、こ
れら各群を一つの関係運動で制御可能な光学系を
見出す事がこの発明の主題となる。 今迄説明して来たモデルと対比出来る様に第２
図Ａを出発点とする。β＝１のとき第２図Ａ、β
＝２のときは第３図に示される様に各群の間隔が
すべて10にして、Ｌ＝220の，のｆを求める
と次の様に２種類の組合せが得られる。

【表】 さて第２図Ａから第３図への移動を調べて見
る。左側のと右側のとの間隔は第２図Ａも第
３図も20だからこの２群は結合出来る。この結合
体を基準にとると残りの左側のは左へ10右側の
は同じく左へ10の相対運動をしている。従つて
これも一体として結合出来る。すなわち第４図に
示す如くとを交互に結合して結合体をＭ，Ｎ
とする。Ｍの移動に対応してＮを関係移動させれ
ば第２図Ａの状態から第３図の状態に移る事が出
来るわけである。この場合はβ＝１からβ＝２へ
所定の位置までＭを移動し、この間ＮはＭに対し
て更に左へ10だけ移動する。関係運動はこの一つ
だけである。そして移動の過程では常に対称性が
維持されている。上表でもとのｆの組合せは
負レンズ外側と正レンズ外側とあるが(1)、(3)の場
合と同じく負レンズ外側の(5)の方が各群の焦点距
離がゆるく収差補正上又効率の点からも有利であ
る。又(5)の各群のｆは(1)よりきついが(3)よりゆる
く本発明の移動方法が公知の方法に比してこれら
の点で不利になる事はない。 以上単純なモデルを使つてβ＝１を基準に特定
なβ＝２の例で得失を論じてきたがこれらは説明
の便宜上定めたもので倍率について限定するもの
ではない。関係運動が一つしかなく且常に対称性
が維持される変倍系は叙上の如く求められたが、
以下の実施例で見る如く作動が単純であるにかか
わらずレンズの対称性が活かされて高倍でもすぐ
れた性能が得られている。 次に本発明による実施例を示す。実施例中riは
物体側よりｉ番目の面の曲率半径、diはｉ番目の
面とｉ＋１番目の面との面間隔、Ni、Viは夫々
ｉ番目の硝子の屈折率とアツベ数を表わす。 又実施例１の１倍のときのレンズ断面図を第５
図に、同じく１倍のときの収差図を第６図に、
0.62倍のときの収差図を第７図に示す。さらに実
施例２の１倍のときのレンズ断面図を第８図に、
同じく１倍のときの収差図を第９図に、0.2倍の
ときの収差図を第１０図に示す。 実施例 １

【表】

【表】 実施例 ２

【表】

【表】 実施例１、２は共に１倍のとき全体のＦ＝100
になる様に規正してある。実施例１は複写機に使
う例で0.62倍迄になつているが完全に対称になつ
ているので1/0.62倍へ拡大する方向に延ばす事も
出来る。実施例２は印画のプリント乃至は印刷用
で収差図は縮少方向で示されているが、逆方向か
ら入射して１倍から５倍に拡大する事を意図した
ものである。各群のｆは対称になつているが収差
補正上の理由で第２群第３群のデーターは対称性
がややくずれている。第５図、第８図のＭ及びＮ
は２つの群をそれぞれ結合したもので実施例１で
はd₂＋d₇＝d₇＋d₁₂が変倍のどの位置でも一定値
となる。第５図で１倍の現在位置から0.62倍へ変
化させるにはＭを43.874右へ移動させ、この間に
更にＮをＭに対して5.822右へ移動させればよい。
又実施例２ではd₆＋d₁₃及びd₁₃＋d₂₀が夫々変倍の
どの位置でも一定値をとる。第８図の１倍の位置
から0.2倍へ変化させるにはＭを119.568右へ移動
させ、この間更にＮをＭに対して14.783右へ移動
させればよい。 第１１図は外部に平面カムを置いてＭ，Ｎの関
係運動を制御する実際例である。主として移動す
る鏡体１は上記Ｍと、又従属して移動する鏡体２
は上記Ｎと一体になつていて１の内側を光軸方向
に滑動出来る。３は軸方向に延びている平面カム
で、レバー４上の接触子がスプリング５によつて
常に接触する様になつている。レバーの他端は鏡
体２の上の凸起と嵌合しており、その支軸は鏡体
１から延びたアーム上にある。アームの他端はガ
イドの支柱上を直線運動する事が出来る。何等か
の手段でこの鏡体１を直線運動させるとその上に
枢着されたレバー４の接触子は平面カムに制御さ
れて回動する。レバー４の他端に嵌合した凸起は
鏡筒２を移動させる。つまり鏡筒１の移動は平面
カムの形状に制御されて鏡筒２を関係移動させる
わけである。これは本発明の変倍レンズ方式を実
際に働かす手段の一例を示したものであるが、関
係運動が一つしかない為に外部に平面カムを使う
事で調整を容易にし、且精度の高い単純な変倍方
式を可能とする事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃ、第２図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明
の意図を説明するための物点像点距離を一定とす
るモデル変倍系の説明図、第３図はこれに対応す
る本発明の方式の２倍のときの位置を示す説明
図、第４図は二つの結合体によつて一つの関係移
動をする本発明の方式の説明図。第５図及び第８
図は本発明の実施例１及び２の１倍のときの光学
系の断面図。第６図は実施例１の１倍のときの収
差曲線、第７図は同じく0.62倍のときの収差曲
線、第９図は実施例２の１倍のときの収差曲線、
第１０図は同じく0.2倍のときの収差曲線。第１
１図は本発明の変倍方式を実現する為の機構の一
例を示し １は主として移動する鏡筒、２は１に従属して
移動する鏡筒、３は平面カム、４はレバー、５は
スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外側の２群は負レンズ群、内側の２群は正レ
   ンズ群で全系が対称な又はほぼ対称な４群よりな
   り、最初の負レンズ群と３番目の正レンズ群及び
   ２番目の正レンズ群と４番目の負レンズ群がそれ
   ぞれ一体となつて光軸方向に移動出来る様に結合
   して光学系を構成し、物点及び像点間の距離を変
   更する事なしに二つの結合体の関係運動によつて
   結像倍率を変化させるレンズ方式。