(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズーミングに際し移動して変倍を行う変倍ユニットと、該変倍ユニットより前側に配置され、移動してフォーカシングを行う第１のフォーカスユニットと、前記変倍ユニットより後側に配置され、移動してフォーカシングを行う第２のフォーカスユニットと、前記第１のフォーカスユニットの位置を検出するセンサーと、前記第１のフォーカスユニットの位置に応じた前記第２のフォーカスユニットのズーミングの際の移動情報を記憶したメモリーとを有し、前記第２のフォーカスユニットは、前記センサーによって検出された前記第１のフォーカスユニットの位置情報及び前記メモリからの情報に基づいて、ズーミングの際の移動軌跡が変わることを特徴とするズーム光学系。
【請求項２】
前記第１のフォーカスユニットでフォーカシングを行う第１のモードと前記第２のフォーカスユニットでフォーカシングを行う第２のモードとを切り替えるスイッチを有することを特徴とする請求項１記載のズーム光学系。
【請求項３】
前記第１のモードは手動でフォーカシングを行うマニュアルフォーカスモードであり、前記第２のモードは合焦状態に応じて自動でフォーカシングを行うオートフォーカスモードであり、前記スイッチが前記第１のモードに切り替えられたとき、前記第２のフォーカスユニットは所定位置に移動することを特徴とする請求項２記載のズーム光学系。
【請求項４】
任意のズーム位置での全系の焦点距離をｆＬ、該任意のズーム位置での第２のフォーカスユニットの前側の系の合成焦点距離をｆＡＬとするとき、
−３＜ｆＬ／ｆＡＬ＜４
なる条件を全てのズーム位置で満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のズーム光学系。
【請求項５】
任意のズーム位置での全系の焦点距離をｆＬ、該任意のズーム位置での第２のフォーカスユニットの前側の系の合成焦点距離をｆＡＬ、ｆＬ／ｆＡＬ＝ＫＬとし、広角端でのＫＬの値をＫＷ、望遠端でのＫＬの値をＫＴとするとき、
０．９＜ＫＷ／ＫＴ＜１．１
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のズーム光学系。
【請求項６】
固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のズーム光学系。
【請求項７】
請求項１乃至５いずれかに記載のズーム光学系と、該ズーム光学系によって形成される像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異なるフォーカス方法を選択可能なズーム光学系に関し、ビデオカメラ、デジタルカメラ、スチールカメラ、テレビカメラ等の光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオカメラ、デジタルカメラ、テレビカメラ等の光学機器に用いられるズームレンズには、種々なフォーカス方法が採用されている。
【０００３】
例えばビデオカメラ等におけるズームレンズの中には、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの２つのフォーカス方法を切り替え可能なものがある。
【０００４】
フォーカス方法の種類としては、変倍ユニットより前方のレンズユニットを利用するか、後方のレンズユニットを利用するかによって、前玉フォーカス方式、前玉インナーフォーカス方式（以下、この２つの方式をまとめてフロントフォーカス方式と呼ぶ）、そしてコンペ、リアフォーカス方式（以下、この２つの方式をまとめてリアフォーカス方式と呼ぶ）とに大別される。フロントフォーカス方式は、変倍部より前方（物体側）に配置されたフォーカスユニットの像位置が被写体距離によらず常に一定に保たれるようにフォーカスユニットを移動させるものである。従って、フォーカスユニットの位置は物体距離のみによって決定され、変倍（ズーム位置）には無関係なため、高速変倍をおこなっても像面変動は発生しない。
【０００５】
しかし、前部の大きなレンズユニットを移動させるため、その移動量には自ずと制限があり、又、フォーカスユニットの有効径が増大してくる。従って、撮影可能な被写体距離はズーム全域で変わらないが、概して至近の被写体距離は１ｍから６０ｃｍ位までである。そこで、このようなフロントフォーカス方式のズームレンズにおいて、変倍レンズ系のカムの一端をマクロ撮影用に使い、極至近撮影（マクロ撮影）を可能とする構成が知られている。しかし、この方法は、変倍カムの連続部分の一端を使うため、マクロ撮影の状態では変倍動作をすることはできなかった。
【０００６】
特許文献１では、極近接撮影を可能とする方法が提案されている。しかしながら、同公報で提案されている方法では移動レンズ群の機構が複雑であり、小型のビデオカメラ等に使用するズームレンズとしては不向きである。
【０００７】
一方のリアフォーカス方式は、概してフロントフォーカス方式より近距離物体まで撮影ができる。特に広角端ではフォーカスユニットの移動量が微少であるため、極近接撮影をすることができるなどの長所があり、コンシューマー用途で多用されている。
【０００８】
しかし、リアフォーカス方式では、ズームポジションによって所定の距離の被写体にフォーカシングを行う際のフォーカスユニットの移動量が変わるので、ズーミングの際には、予めマイコン等に記憶しておいた膨大な移動情報テーブルから演算によってフォーカスユニットの移動制御を行う必要がある。したがって、高速ズームの際や、ズームしながら被写体距離を多様に変えた際などには、フォーカスユニットの駆動が間に合わないことがある。そこで、これに起因して発生するボケを抑えるため、ズーム速度に制限が設けられており、撮影者の意図が撮影機会に十分反映されないことがあった。
【０００９】
また、特許文献２では、ズームレンズをビデオカメラヘ取り付ける際のカメラの結像面とのピント調整（トラッキング調整）と極近接撮影を行うマクロ機構として、結像レンズの一部を移動させるフォーカス方法を提案している。同公報では極近接撮影（マクロ撮影）では結像レンズの一部又は全部を移動させておこなっている。従って、マクロ状態でズーミング動作を行うとピント移動が発生してくる。
【００１０】
【特許文献１】
特公昭５６−１３２８７号公報
【特許文献２】
特開昭５９−７１０１６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、フロントフォーカス方式では、無限遠物体から極至近物体まで連続的に撮影可能とするのが難しいという問題点があった。又、リアフォーカス方式では変倍の高速化に追従するのが難しいという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明は無限遠物体から極至近物体まで焦点合わせができ、又素早いズーミングにも追従することができるズーム光学系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のズーム光学系は、
（１）ズーミングに際し移動して変倍を行う変倍ユニットと、その変倍ユニットの前側に配置された第１のフォーカスユニットと、その変倍ユニットより後側に配置された第２のフォーカスユニットと、第１のフォーカスユニットの位置を検出するセンサーと、第１のフォーカスユニットの位置に応じた第２のフォーカスユニットのズーミングの際の移動情報を記憶したメモリーとを備えることを特徴としている。そして、第２のフォーカスユニットは、センサーによって検出された第１のフォーカスユニットの位置情報及びメモリからの情報に基づいて、ズーミングの際の移動軌跡が変わること
を特徴としている。
【００１４】
そして、後述する各実施形態のズーム光学系は、
（２）（１）において、第１のフォーカスユニットでフォーカシングを行う第１のモードと第２のフォーカスユニットでフォーカシングを行う第２のモードとを切り替えるスイッチを有すること、
（３）（２）において、スイッチが第１のモードに切り替えられたとき、第２のフォーカスユニットは所定位置に移動すること、
（４）（１）〜（３）において、第１のモードは手動でフォーカシングを行うマニュアルフォーカスモードであり、第２のモードは合焦状態に応じて自動でフォーカシングを行うオートフォーカスモードであること、
（５）（１）〜（４）において、第１のモードでは第２のフォーカスユニットはフォーカスのために移動せず、第２のモードでは第１のフォーカスユニットはフォーカスのために移動しないこと、
（６）（１）〜（５）において、前方から後方へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群、正の屈折力の屈折力の第５レンズ群を有し、第１レンズ群が第１のフォーカスユニットであり、第５レンズ群が第２のフォーカスユニットであること、
（７）（１）〜（５）において、前方から後方へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、ズーミングのために移動する負の屈折力の第２レンズ群、ズーミングのために移動する正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、第１レンズ群が第１のフォーカスユニットであり、第４レンズ群が第２のフォーカスユニットであること、
（８）（１）〜（７）において、任意のズーム位置での全系の焦点距離をｆＬ、同じ任意のズーム位置での第２のフォーカスユニットの前側の系の合成焦点距離をｆＡＬとするとき、
−３＜ｆＬ／ｆＡＬ＜４
なる条件を全てのズーム位置で満足すること、
（９）（１）〜（８）において、任意のズーム位置での全系の焦点距離をｆＬ、同じ任意のズーム位置での第２のフォーカスユニットの前側の系の合成焦点距離をｆＡＬ、ｆＬ／ｆＡＬ＝ＫＬとし、広角端でのＫＬの値をＫＷ、望遠端でのＫＬの値をＫＴとするとき、
０．９＜ＫＷ／ＫＴ＜１．１
なる条件を満足すること、
等を特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明のズーム光学系（ズームレンズ）の基本構成を示した概略図である。本実施形態のズームレンズは、変倍ユニットより前方（物体側）のレンズユニットと後方（像側）のレンズユニットを選択的にフォーカスユニットとして利用可能な構成となっている。このように異なるフォーカスユニットを選択可能なフォーカス方法を、本明細書では「ハイブリッドフォーカス方式」と呼ぶことにする。
【００１７】
図１において、１は前部フォーカスレンズ群（第１のフォーカスユニット）、２は変倍部であり、変倍を行うバリエーターと変倍に伴う像面変動を補正するコンペンセーターと、コンペンセーターからの光束を後続するレンズ群に導光するリレーレンズ等を有している。３は後部フォーカスレンズ群（第２のフォーカスユニット）である。ＩＰは像面であり、撮像手段（感光フィルム、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子）が配置されている。
【００１８】
４は前部フォーカスレンズ群１の光軸方向の位置を検出する位置検出センサー、５は後部フォーカスレンズ群３を光軸上移動させる為のアクチュエーター、６は後部フォーカスレンズ群３の光軸上の位置を検出する為の基準位置検出センサー、７は後部フォーカスレンズ群３のズーミングの際の移動情報を予め記憶させたメモリ、８はマイコンであり、各種の動作（位置検出センサー４、アクチュエーター５）を制御している。９は前述したメモリ７内に記憶された後部フォーカスレンズ群３の移動情報であり、前部フォーカスレンズ群１の位置及び被写体距離にそれぞれ対応した複数の移動軌跡に関する情報が存在する。後部フォーカスレンズ群３はカム機構を用いて移動させるとは限らないが、その移動軌跡はカムの形状に対応するので、例えてその移動軌跡をカム軌跡、カム軌跡に関する情報を記憶した移動情報９をカムテーブルと呼ぶことにする。
【００１９】
さて図１では、変倍部２と後部フォーカスレンズ群３とを別の部材として描いているが、変倍ユニットであるバリエーターより後方に配置された変倍部２の全部又は一部を後部フォーカスレンズ群３としても良い。具体的には、コンペンセーターやリレーレンズを後部フォーカスレンズ群３としても良い。この場合、後部フォーカスレンズ群３が変倍部２の一部を構成することになる。また、ズームタイプによっては、変倍を行うバリエーターと、変倍に伴う像面変動の補正を行うコンペンセーターを区別できないものもある。そのようなズームタイプの場合は、主たる変倍を行う（倍率の変化が最も大きい）レンズ群の後方のレンズ群を、本実施形態における後部フォーカスレンズ群とすることができる。
【００２０】
本実施形態のハイブリッドフォーカス方式は、不図示のＡＦスイッチによってマニュアルフォーカスモードとオートフォーカスモードが切り替えられる。ＡＦスイッチによりマニュアルフォーカスモードが選択された際には、前部フォーカスレンズ群１を手動により移動させてフォーカス動作を行い、オートフォーカスモードが選択された際には、後部フォーカスレンズ群３を焦点検出装置の出力に基づいて自動的に移動させてフォーカス動作を行う。焦点検出装置は、例えば撮像面ＩＰに置かれた固体撮像素子からコントラスト情報に基づいてマイコン８で合焦を判断するものが考えられる。その他、図１には示していないが、投光系と受光系を備えたアクティブタイプの焦点検出装置や、異なる瞳位置を通過した像のズレを検出する位相差検出型の装置を別途設けても良い。そして、オートフォーカスモードが選択された際のズーミング時には、マイコン８により前部フォーカスレンズ群１の光軸方向の位置情報▲１▼、▲２▼、▲３▼に基づいてカムテーブルから位置情報に適合したカム軌跡を選び、変倍に伴う像面の変動がないように後部フォーカスレンズ群３の移動量を演算して移動させる。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）はハイブリッドフォーカスを行う際のフローチャートである。図２（ａ）はフォーカスモード選択のフローを表し、ＡＦスイッチがＯＮのときはオートフォーカスモードに移行し、ＡＦスイッチがＯＦＦのときはマニュアルフォーカスモードに移行する。
【００２２】
図２（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、オートフォーカスモードとマニュアルフォーカスモードの詳細なフローである。オートフォーカスモードでは、まず焦点検出装置からの情報に基づいて後部フォーカスレンズ群３を自動的に移動させてフォーカシング動作を行う。既に所望の被写体に合焦しているときはこの動作は省略される。続いてズーミングを行う際には、マイコン８によって前部フォーカスレンズ群１の位置情報に基づいてカムテーブルから適切な移動軌跡を選択（適当なものがない場合には演算によって補完）し、後部フォーカスレンズ群３を移動させ、変倍に伴う像面の移動を補償する。
【００２３】
マニュアルフォーカスモードでは、まず後部フォーカスレンズ群３を基準位置に移動させる。続いて、前部フォーカスレンズ群１によって手動で移動させてフォーカスを行う。マニュアルフォーカスモード時の最初に後部フォーカスレンズ群３を基準位置に移動させるのは、後部フォーカスレンズ群３の位置によってはマニュアルフォーカスが行えない場合があり得るからである。
【００２４】
次に、ハイブリッドフォーカス方式を採用したズームレンズの具体的な実施形態について説明する。図３、図８、図１３、図１８は、本発明の実施形態１〜４のズームレンズのレンズ断面図である。レンズ断面図において（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は順に、広角端、中間のズーム位置、望遠端での状態を示している。図３、図８、図１３、図１８において、Ｌｉは第ｉレンズ群、ＳＰは開口絞り、Ｇは赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルター等に相当するフィルターや、プリズム等に相当する光学部材である。ＩＰは像面である。
【００２５】
図４、図９、図１４、図１９は、それぞれ実施形態１〜４のズームレンズにおいて、前部フォーカスレンズ群（第１レンズ群）でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図、図５、図１０、図１５、図２０は、それぞれ実施形態１〜４のズームレンズにおいて、後部フォーカスレンズ群（第５レンズ群又は第４レンズ群）でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図、図６、図１１、図１６、図２１は、実施形態１〜４のズームレンズにおいて、前部フォーカスレンズ群（第１レンズ群）でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図、図７、図１２、図１７、図２２は、実施形態１〜４のズームレンズにおいて、後部フォーカスレンズ群（第５レンズ群又は第４レンズ群）でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【００２６】
図３に示す実施形態１は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、及び正の屈折力の第５レンズ群Ｌ５から構成される。第１レンズ群Ｌ１はフォーカスのために光軸上移動可能な構造である。第２レンズ群Ｌ２は変倍のために、第３レンズ群Ｌ３は変倍による像面変動を補正するためにそれぞれ矢印の如く光軸上を移動する。第４レンズ群Ｌ４は、第３レンズ群Ｌ３からの発散光束を略アフォーカルにする。第５レンズ群Ｌ５は、撮像面ＩＰへの結像作用を有し、フォーカスのために光軸上移動可能な構造である。
【００２７】
さらに、第１レンズ群Ｌ１には、図１を用いて説明した位置検出センサー４が配置されている。位置検出センサー４は、どの被写体距離の位置に第１レンズ群Ｌ１が合焦（フォーカス）しているかをマイコン８に知らせている。
【００２８】
マニュアルフォーカスモードでは第１レンズ群Ｌ１を移動させる方法をとっている。第１レンズ群Ｌ１は変倍ユニットである第２レンズ群Ｌ２より前方に配置されている為、ズーミング位置と第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置は全く自由（独立）で、どのズーム位置でも同じ被写体距離においては光軸上の位置が同じとなる。オートフォーカスモードでは、焦点検出装置からの情報に基づいて、第５レンズ群Ｌ５を移動させてフォーカスさせている。オートフォーカスモードでズーミングを行う際には、第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置情報を基にしてカムテーブル９より適切な移動軌跡を選択する。
【００２９】
図３において、▲１▼，▲２▼，▲３▼はそれぞれ、無限遠、物体距離３ｍ、物体距離１ｍの異なる距離の３つの被写体に合焦しているときの第１レンズ群Ｌ１の位置を表している（いずれも後述の数値実施例の単位をｍｍでとった場合である。以下全て同じ）。この実施形態では、第５レンズ群Ｌ５のカムテーブル９として５本のカム軌跡１ａ〜１ｅを用意してあり、１ａ〜１ｃは位置▲１▼、１ｂ〜１ｄは位置▲２▼、１ｃ〜１ｅは位置▲３▼の時のカム軌跡をそれぞれ表している。即ち、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を無限遠物体に合焦させて固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置検出センサー４によってその情報▲１▼をマイコン８ヘ伝え、ズーミングの際には、制御情報として▲１▼に対応したカム軌跡１ａ〜１ｃのいずれかを使って第５レンズ群Ｌ５を移動する。従って、この状態において第５レンズ群Ｌ５は無限遠物体に対してはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して光軸上移動しない。しかし、物体距離３ｍ、１ｍと被写体が近づくにつれて、第５レンズ群Ｌ５が繰り出される（物体側に移動する）ので、カム軌跡１ｂ、１ａの如く、ズーミングの際の移動量が増大する。
【００３０】
またズーム位置によってフォーカスの際の第５レンズ群Ｌ５の移動量（繰り出し量）は変動し、広角端で一番小さく、望遠端で一番大きくなる。
【００３１】
また、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を物体距離３ｍにフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置情報▲２▼に対応したカム軌跡１ｂ〜１ｄのいずれかが選択される。物体距離が３ｍのままのときはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して第５レンズ群Ｌ５は移動しない。しかし、第５レンズ群Ｌ５でフォーカスを行って、距離３ｍ以外の被写体に合焦したとき、例えば、被写体が無限遠物体の時はカム軌跡１ｄで、第５レンズ群Ｌ５を像面ＩＰ側へ移動させる必要があり、その移動量は望遠側ほど大きくなる。逆に、第５レンズ群Ｌ５でフォーカスを行って３ｍよりも近距離の物体へ合焦した時には、カム軌跡１ｂのごとく第５レンズ群Ｌ５を物体側へ移動させる必要があり、やはりその移動量は望遠側ほど大きくなる。マニュアルフォーカスモードにおいて第１レンズ群Ｌ１を上記以外の距離の被写体にフォーカスし、固定した場合も、上記無限遠被写体、被写体距離３ｍにフォーカスした場合と同様に、その都度適切なカム軌跡に切り替えて、第５レンズ群Ｌ５のズーミングの際の移動制御を行うことにより、スムーズなフォーカス動作（マニュアルフォーカスモードとオートフォーカスモードの切り替え）を可能としている。
【００３２】
また、オートフォーカスモード時に第５レンズ群Ｌ５が光軸上のどこに位置していても、マニュアルフォーカスモードに切り替えられた際は、基準位置検出センサー６からの信号を用いて第５レンズ群Ｌ５を光軸上の基準位置に復帰させる。これにより第１レンズ群Ｌ１でのフォーカス動作は全く正常に行うことを可能としている。本実施形態では基準位置を、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５が各々無限物体にフォーカスしている時の第５レンズ群Ｌ５の位置に設定している。
【００３３】
本実施形態１では、第５レンズ群Ｌ５は選択されるカム軌跡が数種類あることから、ステッピングモーターや位置検出機能付きのＤＣモーター等で移動させることが好ましい。一方で、第２、３レンズ群Ｌ２，Ｌ３は移動軌跡が変化しないのでメカニカルなカム環でズーム動作させても良いが、ステッピングモーター等の動作手段でズーム動作させることを本発明は妨げるものではない。
【００３４】
図８に示す実施形態２は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群から構成される。第１レンズ群Ｌ１はフォーカスのために移動可能な構造である。第２レンズ群Ｌ２は変倍のために、第３レンズ群Ｌ３は変倍による像面変動を補正するために光軸上を移動する。第４レンズ群Ｌ４は結像作用を有し、フォーカスのために光軸上移動可能な構造である。さらに、第１レンズ群Ｌ１には、図１に示した位置検出センサー４が配置されている。位置検出センサー４は、どの被写体距離位置に第１レンズ群Ｌ１がフォーカスしているかをマイコン８に知らせている。
【００３５】
マニュアルフォーカスモードでは、第１レンズ群Ｌ１を移動させる。第１レンズ群Ｌ１は変倍ユニットである第２レンズ群Ｌ２より前方に配置されているため、どのズーム位置にあっても同じ被写体距離にあっては、第１レンズ群Ｌ１の光軸方向の位置は同じ位置となる。
【００３６】
オートフォーカスモードでは、焦点検出装置からの情報に基づいて第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行う。ズーミングを行う際には、図１と同様に第１レンズ群Ｌ１の位置情報を基にしてカムテーブル９より適切な移動軌跡を選択する。
【００３７】
図８において、▲１▼，▲２▼，▲３▼はそれぞれ、無限遠、物体距離３ｍ、物体距離１ｍの異なる距離の３つの被写体に合焦しているときの第１レンズ群Ｌ１の位置を表している。この実施形態では、第４レンズ群Ｌ４のカムテーブル９として５本のカム軌跡１ａ〜１ｅを用意してあり、１ｃ〜１ｅは位置▲１▼、１ｂ〜１ｄは位置▲２▼、１ａ〜１ｃは位置▲３▼の時のカム軌跡をそれぞれ表している。即ち、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を無限遠物体にフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置検出センサー４によってその情報▲１▼をマイコン８ヘ伝え、ズーミングの際には、制御情報として位置▲１▼に対応したカム軌跡１ｃ〜１ｅのいずれかを使って第４レンズ群Ｌ４を移動する。
【００３８】
従って、この状態において第４レンズ群Ｌ４は無限遠物体に対してはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して光軸上移動しない。しかし、物体距離３ｍ、１ｍと被写体が近づくにつれて、第４レンズ群Ｌ４が繰り込まれる（像側に移動する）ので、カム軌跡１ｄ，１ｅの如く、ズーミングの際の移動量が増大する。またズーム位置によってフォーカスの際の第４レンズ群Ｌ４の移動量（繰り込み量）は変動し、望遠端で一番大きくなる。
【００３９】
また、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を物体距離３ｍにフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置情報▲２▼に対応したカム軌跡１ｂ〜１ｄのいずれかが選択される。物体距離が３ｍのままのときはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して第４レンズ群Ｌ４を移動させる必要はない。しかし、第４レンズ群でフォーカスを行って、距離３ｍ以外の被写体に合焦したとき、例えば、被写体が無限遠物体の時には、カム軌跡１ｂで第４レンズ群Ｌ４を物体側へ移動させる必要があり、その移動量は望遠側ほど大きくなる。逆に、第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行って３ｍよりも近距離の物体へ合焦させた時には、カム軌跡１ｂのごとく第４レンズ群Ｌ４は像側へ移動させる必要があり、やはりその移動量は望遠側ほど大きくなる。
【００４０】
マニュアルフォーカスモードにおいて第１レンズ群Ｌ１を上記以外の距離の被写体にフォーカスし、固定した場合も、上記無限遠被写体、被写体距離３ｍにフォーカスした場合と同様に、その都度適切なカム軌跡に切り替えて、第４レンズユニットＬ４のズーミングの際の移動制御を行うことにより、スムーズなフォーカス動作を可能としている。
【００４１】
また、オートフォーカスモード時に第４レンズ群Ｌ４が光軸上のどこに位置していても、マニュアルフォーカスに切り替えられた際は、基準位置検出センサー６からの信号を用いて第４レンズ群Ｌ４を光軸上の基準位置に復帰させる。これにより第１レンズ群Ｌ１でのフォーカス動作は全く正常に行うことを可能としている。本実施形態では基準位置を、第１レンズ群Ｌ１、第４レンズ群Ｌ４が各々無限遠物体にフォーカスしている時の第４レンズ群Ｌ４の位置に設定している。
【００４２】
本実施形態２では、第４レンズ群Ｌ４は選択されるカム軌跡が数種類あることから、ステッピングモーターや位置検出機能付きのＤＣモーター等で移動させることが好ましい。一方で、第２、３レンズ群Ｌ２，Ｌ３は移動軌跡が変化しないのでメカニカルなカム環でズーム動作させても良い。但し、これらに関しても、ステッピングモーター等の動作手段でズーム動作させることを妨げるものではない。
【００４３】
図１３に示す実施形態３は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３、第４レンズ群から構成される。第１レンズ群Ｌ１はフォーカスのために移動可能な構造である。第２レンズ群Ｌ２は変倍のために、第３レンズ群Ｌ３は変倍による像面変動を補正するためにそれぞれ光軸上を移動する。第４レンズ群Ｌ４は結像作用を有し、フォーカスのために移動可能な構成である。さらに、第１レンズ群Ｌ１には、図１を用いて説明した位置検出センサー４が配置されている。位置検出センサー４は、どの被写体距離位置に第１レンズ群がフォーカスしているかをマイコン８に知らせている。
【００４４】
マニュアルフォーカスモードでは、第１レンズ群Ｌ１を移動させてフォーカスを行う。第１レンズ群Ｌ１は変倍ユニットである第２レンズ群Ｌ２より前方に配置されているため、どのズーム位置にあっても同じ被写体距離では第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置が同じとなる。
【００４５】
オートフォーカスモードでは、図８の実施形態と同様に、焦点検出装置からの情報に基づいて第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行う。オートフォーカスモードでズーミングを行う際には、第１レンズ群Ｌ１の位置情報を基にしてカムテーブル９より適切な移動軌跡を選択する。
【００４６】
図１３において、▲１▼，▲２▼，▲３▼はそれぞれ、無限遠、物体距離３ｍ、物体距離１ｍの異なる距離の３つの被写体に合焦しているときの第１レンズ群Ｌ１の位置を表している。この実施形態３では、第４レンズ群Ｌ４のカムテーブル９として５本のカム軌跡１ａ〜１ｅを用意してあり、１ａ〜１ｃは位置▲１▼、１ｂ〜１ｄは位置▲２▼、１ｃ〜１ｅは位置▲３▼の時のカム軌跡をそれぞれ表している。
【００４７】
即ち、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を無限遠物体にフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置検出センサー４によってその情報▲１▼をマイコン８ヘ伝え、ズーミングの際には、制御情報として位置▲１▼に対応したカム軌跡１ａ〜１ｃのいずれかを使って第４レンズ群Ｌ４を移動する。従って、この状態で第４レンズ群Ｌ４は無限遠物体時に対してはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して光軸上移動しない。しかし、物体距離３ｍ、１ｍと被写体が近づくにつれて、第４レンズ群Ｌ４が繰り出される（物体側に移動する）ので、カム軌跡１ｂ，１ａの如く、ズーミングの際の移動量が増大する。
【００４８】
またズーム位置によってフォーカスの際の第４レンズ群Ｌ４の移動量（繰り出し量）は変動し、望遠端で移動量が一番大きくなる。また、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を物体距離３ｍにフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置情報▲２▼に対応したカム軌跡１ｂ〜１ｄのいずれかが選択される。物体距離が３ｍのままのときはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して第４レンズ群Ｌ４を移動させる必要はない。しかし、第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行って、距離３ｍ以外の被写体に合焦したとき、例えば、被写体が無限遠物体の時にはカム軌跡１ｄとなり、第４レンズ群Ｌ４を像側へ移動させる必要があり、その移動量は望遠側ほど大きくなる。逆に、第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行って３ｍよりも近距離の物体へ合焦した時には、カム軌跡１ｂのごとく第４レンズ群Ｌ４を物体側へ移動させる必要があり、やはりその移動量は望遠側ほど大きくなる。マニュアルフォーカスモードにおいて第１レンズ群Ｌ１を上記以外の距離の被写体にフォーカスし固定した場合も、上記無限遠被写体、被写体距離３ｍにフォーカスした場合と同様に、その都度適切なカム軌跡に切り替えて、第４レンズ群Ｌ４のズーミングの際の移動制御を行うことにより、スムーズなフォーカス動作を可能としている。
【００４９】
また、オートフォーカスモード時に第４レンズ群Ｌ４が光軸上どこに位置していても、マニュアルフォーカスモードに切り替えられた際は、基準位置検出センサー６からの信号を用いて第４レンズ群Ｌ４を光軸上基準位置に復帰させる。これにより第１レンズ群Ｌ１でのフォーカス動作は全く正常に行うことを可能としている。本実施形態では基準位置を、第１レンズ群Ｌ１、第４レンズ群Ｌ４が各々無限遠物体にフォーカスしている時の第４レンズ群Ｌ４の位置に設定している。
【００５０】
本実施形態では、第４レンズ群Ｌ４は選択されるカム軌跡が数種類あることから、ステッピングモーターや位置検出機能付きのＤＣモーター等で移動させることが好ましい。一方で、第２、３レンズ群Ｌ２，Ｌ３は移動軌跡が変化しないのでメカニカルなカム環でズーム動作させても良い。但し、これらをステッピングモーター等の動作手段でズーム動作させることを妨げるものではない。
【００５１】
図１８に示す実施形態４は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３、正の屈折力の第４、第５レンズ群Ｌ４，Ｌ５から構成される。第１レンズ群Ｌ１はフォーカスのために光軸上移動可能な構造である。第２レンズ群Ｌ２は変倍のために、第３レンズ群Ｌ３は変倍による像面変動を補正するためにそれぞれ矢印の如く光軸上を移動する。第４レンズ群Ｌ４は、第３レンズ群Ｌ３からの発散光束を略アフォーカルにする。第５レンズ群Ｌ５は、撮像面ＩＰへの結像作用を有し、フォーカスのために光軸上移動可能な構造である。
【００５２】
さらに、第１レンズ群Ｌ１には、図１を用いて説明した位置検出センサー４が配置されている。位置検出センサー４は、どの被写体距離の位置に第１レンズ群Ｌ１がフォーカスしているかをマイコン８に知らせている。
【００５３】
マニュアルフォーカスモードでは、第１レンズ群Ｌ１を移動させる方法をとっている。第１レンズ群Ｌ１は、変倍ユニットである第２レンズ群Ｌ２より前方に配置されているため、どのズーム位置でも同じ被写体距離においては光軸上の位置が同じとなる。オートフォーカスモードでは、実施形態１と同様に、第５レンズ群を移動させてフォーカスを行っている。オートフォーカスモードでズーミングを行う際には、第１レンズ群Ｌ１の光軸上の位置情報を基にしてカムテーブル９より適切な移動軌跡を選択する。
【００５４】
図１８において、▲１▼，▲２▼，▲３▼はそれぞれ、無限遠、物体距離３ｍ、物体距離１ｍの異なる距離の３つの被写体に合焦しているときの第１レンズ群Ｌ１の位置を表している。この実施形態４では、第５レンズ群Ｌ５のカムテーブル９として５本のカム軌跡１ａ〜１ｅを用意してあり、１ａ〜１ｃは位置▲１▼、１ｂ〜１ｄは位置▲２▼、１ｃ〜１ｅは位置▲３▼の時のカム軌跡をそれぞれ表している。即ち、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を無限遠物体でフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置検出センサー４によってその情報▲１▼をマイコン８ヘ伝え、ズーミングの際には、制御情報として▲１▼に対応したカム軌跡１ａ〜１ｃのいずれかを使って第５レンズ群Ｌ５を移動する。
【００５５】
従って、この状態で第５レンズ群Ｌ５は無限遠物体時に対してはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して光軸上移動しない。しかし、物体距離３ｍ、１ｍと被写体が近づくにつれて、第５レンズ群Ｌ５が繰り出される（物体側に移動する）ので、カム軌跡１ｂ、１ａの如く、ズーミングの際の移動量が増大する。
【００５６】
またズーム位置によってフォーカスの際の第５レンズ群Ｌ５の移動量（繰り出し量）は変動し、望遠端で一番大きくなる。
【００５７】
また、マニュアルフォーカスモードで第１レンズ群Ｌ１を物体距離３ｍでフォーカスして固定し、オートフォーカスモードに切り替えた場合、位置情報▲２▼に対応したカム軌跡１ｂ〜１ｄのいずれかが選択される。物体距離が３ｍのままのときはカム軌跡１ｃとなり、ズーミングに際して第５レンズ群Ｌ５は移動しない。しかし、第５レンズ群Ｌ５でフォーカスを行って、距離３ｍ以外の被写体に合焦したとき、例えば、被写体が無限遠物体の時はカム軌跡１ｂとなり、第５レンズ群Ｌ５を像側へ移動させる必要があり、その移動量は望遠側ほど大きくなる。
【００５８】
逆に、第５レンズ群Ｌ５でフォーカスを行って３ｍよりも近距離の物体へ合焦した時には、カム軌跡１ｂのごとく第５レンズ群Ｌ５を物体側へ移動させる必要があり、やはりその移動量は望遠側ほど大きくなる。
【００５９】
マニュアルフォーカスモードにおいて第１レンズ群Ｌ１を上記以外の距離の被写体にフォーカスし固定した場合も、上記無限遠被写体、被写体距離３ｍにフォーカスした場合と同様に、その都度適切なカム軌跡に切り替えて、第５レンズ群Ｌ５のズーミングの際の移動制御を行うことにより、スムーズなフォーカス動作を可能としている。
【００６０】
また、オートフォーカスモード時に第５レンズ群Ｌ５が光軸上のどこに位置していても、マニュアルフォーカスモードに切り替えられた際は基準位置検出センサー６からの信号を用いて、第５レンズ群Ｌ５を基準位置に復帰させる。これにより第１レンズ群Ｌ１でのフォーカス動作は全く正常に行うことを可能としている。本実施形態では基準位置を、第１レンズ群Ｌ１、第５レンズ群Ｌ５が各々無限遠物体にフォーカスしている時の第５レンズ群Ｌ５の位置に設定している。
【００６１】
本実施形態では、第５レンズ群Ｌ５は選択されるカム軌跡が数種類あることから、ステッピングモーターや位置検出機能付きのＤＣモーター等で移動させることが好ましい。一方で、第２、第３レンズ群Ｌ２，Ｌ３は移動軌跡が変化しないのでメカニカルなカム環でズーム動作させても良い。但し、ステッピングモーター等の動作手段でズーム動作させることを妨げるものではない。
【００６２】
さて、各実施形態のズームレンズにおいて、任意のズーム位置での全系の焦点距離をｆＬ、同じズーム位置での最も前方のレンズ群（第１レンズ群Ｌ１）から後部フォーカスレンズ群の直前のレンズ群（第１及び第４実施形態では第４レンズ群Ｌ４、第２及び第３実施形態では第３レンズ群Ｌ３）までの合成焦点距離をｆＡＬとするとき、
−３＜ｆＬ／ｆＡＬ＜４
なる条件を全てのズーム位置で満足することが好ましい。
【００６３】
上式は、後部フォーカスレンズ群へ入射する光線の収束度を表し、上限値と下限値のどちらを越えてもオートフォーカス時のフォーカスによる収差変動が多く発生し好ましくない。
【００６４】
また、ｆＬ／ｆＡＬ＝ＫＬとし、広角端でのＫＬの値をＫＷ、望遠端でのＫＬの値をＫＴとした時、基本的にはＫＷ／ＫＴ≒１．０となることが好ましい。具体的には、
０．９＜ＫＷ／ＫＴ＜１．１
なる条件を満足することが好ましい。
【００６５】
この条件式は、後部フォーカスレンズ群（実施形態１，４においては第５レンズ群Ｌ５、実施形態２，３においては第４レンズ群Ｌ４）がマニュアルフォーカス時に基準位置へ復帰する際のズーム位置による誤差量を定義したもので、やはり上限値、下限値を越えた場合マニュアルフォーカスでのズームによるピント変動が無視できなくなる。
【００６６】
なお、本発明の実施形態において、どれか任意のレンズ群又はその一部の群を光軸と垂直に移動させることによって、手振れ等に起因する画像の光軸と垂直方向のズレの補正を行うことも可能である。
【００６７】
次に、本発明の実施形態１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。
【００６８】
なお、数値実施例１におけるＲ２４〜Ｒ２６、数値実施例２におけるＲ３１〜Ｒ３２、数値実施例３におけるＲ２２〜Ｒ２３、数値実施例４におけるＲ２６〜Ｒ２７は光学部材Ｇであり、例えば赤外カットガラス、光学的ローパスフィルター、固体撮像素子の保護ガラス等に対応して、設計上設けられたものである。
【００６９】
またｋを離心率、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ・・・を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
【外１】
0003599730.tif 000002
【００７０】
で表示される。但しＲは曲率半径である。
【００７１】
また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００７２】
【外２】
0003599730.tif 000003
【００７３】
【外３】
0003599730.tif 000004
【００７４】
【外４】
0003599730.tif 000005
【００７５】
【外５】
0003599730.tif 000006
【００７６】
【表１】
0003599730.tif 000007
【００７７】
次に上述した各実施形態のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図２３を用いて説明する。
【００７８】
図２３において、１０はビデオカメラ本体、１１は各実施形態のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。１５は、前記ファインダーと同等の機能を有する液晶表示パネルである。
【００７９】
このように上述した各実施形態のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無限遠物体から極至近物体まで焦点合わせができ、又素早いズーミングにも追従することができるズーム光学系を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のズーム光学系の概略構成図である。
【図２】ハイブリッドフォーカス方式のフローチャートである。
【図３】実施形態１のズームレンズのレンズ断面図及びリアフォーカスユニットのカムテーブルの説明図である。
【図４】実施形態１のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図５】実施形態１のズームレンズにおいて、第５群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図６】実施形態１のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図７】実施形態１のズームレンズにおいて、第５群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図８】実施形態２のズームレンズのレンズ断面図及びリアフォーカスユニットのカムテーブルの説明図である。
【図９】実施形態２のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図１０】実施形態２のズームレンズにおいて、第４群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図１１】実施形態２のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図１２】実施形態２のズームレンズにおいて、第４群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図１３】実施形態３のズームレンズのレンズ断面図及びリアフォーカスユニットのカムテーブルの説明図である。
【図１４】実施形態３のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図１５】実施形態３のズームレンズにおいて、第４群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図１６】実施形態３のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図１７】実施形態３のズームレンズにおいて、第４群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図１８】実施形態４のズームレンズのレンズ断面図及びリアフォーカスユニットのカムテーブルの説明図である。
【図１９】実施形態４のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図２０】実施形態４のズームレンズにおいて、第５群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の広角端での収差図である。
【図２１】実施形態４のズームレンズにおいて、第１群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図２２】実施形態４のズームレンズにおいて、第５群でフォーカス（物体距離３ｍ）を行った際の望遠端での収差図である。
【図２３】ビデオカメラの要部概略図である。
【符号の説明】
Ｌ１  第１レンズ群
Ｌ２  第２レンズ群
Ｌ３  第３レンズ群
Ｌ４  第４レンズ群
Ｌ５  第５レンズ群
ＳＰ  開口絞り
Ｇ  ガラスブロック
ＩＰ  像面
ｄ  ｄ線
ΔＭ  メリディオナル像面
ΔＳ  サジタル像面
【図１】
0003599730.tif 000008
【図２】
0003599730.tif 000009
【図３】
0003599730.tif 000010
【図４】
0003599730.tif 000011
【図５】
0003599730.tif 000012
【図６】
0003599730.tif 000013
【図７】
0003599730.tif 000014
【図８】
0003599730.tif 000015
【図９】
0003599730.tif 000016
【図１０】
0003599730.tif 000017
【図１１】
0003599730.tif 000018
【図１２】
0003599730.tif 000019
【図１３】
0003599730.tif 000020
【図１４】
0003599730.tif 000021
【図１５】
0003599730.tif 000022
【図１６】
0003599730.tif 000023
【図１７】
0003599730.tif 000024
【図１８】
0003599730.tif 000025
【図１９】
0003599730.tif 000026
【図２０】
0003599730.tif 000027
【図２１】
0003599730.tif 000028
【図２２】
0003599730.tif 000029
【図２３】
0003599730.tif 000030