(57)【特許請求の範囲】
【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成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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正の光学的拡大力を有して軸方向に静止し、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２フォーカスレンズ群とは、組み合わされて負の光学的拡大力を有し、上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は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。
【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。
【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。
【請求項４】
請求項１または３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。
【請求項５】
請求項４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。
【請求項６】
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。
【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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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、
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。
【請求項１０】
請求項１または７または８または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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
請求項１または１２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。
【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。
【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。
【請求項１６】
請求項１または１２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。
【請求項１７】
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)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
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
【請求項１８】
請求項１７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。
【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)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
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
【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。
【請求項２１】
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成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
物体空間から像空間への順番において、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、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２フォーカスレンズ群とは、組み合わされて負の光学的拡大力を有し、上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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正の光学的拡大力を有して軸方向に静止し、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は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。
【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。
【請求項２３】
請求項２１または２２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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２フォーカスレンズ群とは、組み合わされて負の光学的拡大力を有し、
上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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、上記第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、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は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。
【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、
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。
【請求項２９】
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から成りこの順番において構成されている高性能ズームレンズシステムであって、
下記表１〜３に示す如く、上記物体空間から上記像空間への順番において、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のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、
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、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、
上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は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。
【表１】
0004623769.tif 000012
【表２】
0004623769.tif 000013
【表３】
0004623769.tif 000014
【請求項３０】
請求項２９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
【請求項３１】
請求項２９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)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
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
【請求項３２】
請求項２９または３１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)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
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
【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ームレンズ群と補助レンズ群とから成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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、上記物体空間から上記像空間への順番において、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正の光学的拡大力を有して軸方向に静止し、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は組み合わされた負の光学的拡大力を有し、上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は静止していることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２１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ームレンズ群と単一補助レンズ群とから成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
物体空間から像空間への順番において、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、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２フォーカスレンズ群とは、組み合わされて負の光学的拡大力を有し、上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、上記物体空間から上記像空間への順番において、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正の光学的拡大力を有して軸方向に静止し、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は静止していることを特徴としている。
【０００９】
請求項２７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ームレンズ群と単一補助レンズ群とから成りこの順番において構成された高性能ズームレンズシステムであって、
上記物体空間から上記像空間への順番において、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、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２フォーカスレンズ群とは、組み合わされて負の光学的拡大力を有し、上記第１のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、上記物体空間から上記像空間への順番において、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、上記第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、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は静止していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２９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から成りこの順番において構成されている高性能ズームレンズシステムであって、
下記表４〜６に示す如く、上記物体空間から上記像空間への順番において、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のフォーカスレンズ群と第２のフォーカスレンズ群との間の軸方向の分離間隔は３つの異なるフォーカス位置で３つの異なる値をとり、
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、
変倍は上記第１ズームレンズ群と上記第２ズームレンズ群とを移動させることによって実施され、上記第１フォーカスレンズ群と上記第２のフォーカスレンズ群とは上記変倍の実施と独立して移動し又は静止していることを特徴としている。
【表４】
0004623769.tif 000002
【表５】
0004623769.tif 000003
【表６】
0004623769.tif 000004
【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Ｓ１１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Ｓ１３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,Ｓ４７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Ｓ３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５５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２１,２２,２３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(７６０ｍｍＨｇ)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Ｓ２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、１４.４５ｍｍ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、５４６.１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】
0004623769.tif 000005
【表８】
0004623769.tif 000006
【表９】
0004623769.tif 000007
【表１０】
0004623769.tif 000008
【表１１】
0004623769.tif 000009
【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５６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５６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,Ｓ３９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１４.５０８ｍｍ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５６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、Ｚ２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Ｚ１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３４.１５５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５２,５３,５５,５６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Ｆ２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５４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】
0004623769.tif 000010
【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】
0004623769.tif 000011
【００３４】
表１３の値は、焦点位置Ｆ１と焦点位置Ｆ２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…複数のズームレンズ群、
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,Ｓ４７…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。
【図１】
0004623769.tif 000015
【図２】
0004623769.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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