(57)【要約】シネカメラ等のための高性能固定焦点長画像形成光学システムが物体空間から光線を受けて光学システムを通して伝達し画像空間の画像面に画像を形成する。光学システムは、物体空間から画像空間へ順に共通の光軸上に配列された正パワー第１レンズ群(501)と正パワー第２レンズ群(502)を有し、第１レンズ群は少なくとも１つの光学要素が固定され少なくとも１つの光学要素が非球面であり、第２レンズ群は少なくとも１つの光学要素を含み焦点合わせのために共通の光軸に沿って軸方向に移動可能でありかつ少なくとも１つが非球面である。光学システムは高速絞りを用いる場合にも高空間周波数における高周辺光量比と高コントラストを実現する。
2012501004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高性能の固定焦点長の画像形成光学システムであって、画像空間における画像面に画像を形成するために、物体空間から光線を受光し、受光した光線を前記画像形成光学システムを通して伝達するべく動作可能である、前記画像形成光学システムにおいて、
前記画像形成光学システムにおける物体空間から画像空間までの間に順に配置されかつ共通の光軸上に配列された、正のパワーをもつ第１レンズ群及び正のパワーをもつ第２レンズ群を備え、
正のパワーをもつ前記第１レンズ群は、複数の光学要素を有し、前記複数の光学要素のうち少なくとも１つが固定され、かつ前記複数の光学要素のうち少なくとも１つが非球面の光学面をもつ第１の光学要素であり、かつ、
正のパワーをもつ前記第２レンズ群は、少なくとも１つの光学要素を有しかつ前記画像形成光学システムの焦点合わせをするために前記共通の光軸に沿って軸方向に移動可能であり、前記第２レンズ群の少なくとも１つの光学要素が非球面の光学面をもつ第２の光学要素である、
画像形成光学システム。
【請求項２】
前記第２レンズ群が光学的絞りを含む、請求項１に記載の画像形成光学システム。
【請求項３】
正のパワーをもつ前記第１レンズ群を構成する前記光学要素の全てが、焦点合わせをするときに固定されている、請求項１又は２に記載の画像形成光学システム。
【請求項４】
正のパワーをもつ前記第１レンズ群が、第１サブレンズ群と第２サブレンズ群とを有し、前記第１サブレンズ群は固定され、かつ、前記第２サブレンズ群は前記画像形成光学システムの焦点合わせをするときに前記光軸について軸方向に移動可能である、請求項１又は２に記載の画像形成光学システム。
【請求項５】
前記第１サブレンズ群が正のパワーをもち、前記第２サブレンズ群が負のパワーをもち、かつ、前記第１サブレンズ群と前記第２サブレンズ群を結合したパワーは正である、請求項４に記載の画像形成光学システム。
【請求項６】
前記第１サブレンズ群が負のパワーをもち、前記第２サブレンズ群が正のパワーをもち、かつ、前記第１サブレンズ群と前記第２サブレンズ群を結合したパワーは正である、請求項３記載の画像形成光学システム。
【請求項７】
前記第１サブレンズ群が正のパワーをもち、かつ、前記第２サブレンズ群が正のパワーをもつ、請求項１に記載の画像形成光学システム。
【請求項８】
前記非球面の光学面をもつ第１の光学要素が、前記第１レンズ群の先頭に向けて配置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項９】
前記非球面の光学面をもつ第２の光学要素が、前記第２レンズ群の背面に向けて配置されている、請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１０】
前記第１レンズ群又は前記第２レンズ群が、異常部分分散要素を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１１】
前記異常部分分散要素が、アメリカ合衆国ニュージャージー州ブランチバーグ所在のOhara Corpoartionにより提供されるSFPL51及びSFPL53のタイプと同等の異常部分分散ガラスを具備する、請求項１０に記載の画像形成光学システム。
【請求項１２】
前記第２レンズ群が、少なくとも１つの重フリント要素を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの重フリント要素が、アメリカ合衆国ニュージャージー州ブランチバーグ所在のOhara Corpoartionにより提供されるSNPH1のタイプと同等の異常部分分散ガラスを具備する、請求項１２に記載の画像形成光学システム。
【請求項１４】
前記重フリント要素が、前記非球面の光学面をもつ第２の光学要素の隣に位置する、請求項１３に記載の画像形成光学システム。
【請求項１５】
前記画像形成光学システムが、前記レンズ群の移動とは無関係に任意の焦点距離において略一定の長さを有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１６】
前記画像形成光学システムが、反射ミラーを収容するカメラに対して該画像形成光学システムが機械的に衝突することなく取付け可能とする十分に大きな後側焦点距離を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１７】
前記画像形成光学システムにより実現される全視野周辺光量比が、３５％以上である、請求項１〜１６のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１８】
前記画像形成光学システムにより実現される変調伝達関数（ＭＴＦ）が、全ての焦点距離について、画像面での空間周波数２０サイクル／mmにおいて８５％以上である、請求項１〜１７のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項１９】
前記画像形成光学システムにより実現される変調伝達関数（ＭＴＦ）が、全ての焦点距離について、画像面での空間周波数４０サイクル／mmにおいて６５％以上である、請求項１〜１８のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項２０】
前記画像形成光学システムにより実現される変調伝達関数（ＭＴＦ）が、全ての焦点距離について、画像面での空間周波数６０サイクル／mmにおいて４５％以上である、請求項１〜１９のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項２１】
画像空間における全視野主光線角が、全焦点範囲に亘って、５°未満である、請求項１〜２０のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項２２】
画像空間における全視野主光線角が、複数の異なる焦点長をもつ画像形成光学システムについて略一定の焦点距離にて、１０°未満である、請求項１〜２１のいずれかに記載の画像形成光学システム。
【請求項２３】
請求項４に記載の画像形成光学システムであって、第１から第１９までのレンズ(Ｌ１〜Ｌ１９）と、光学的絞りにおける瞳と、画像面（Ｓ３７）と、物体面（Ｓ０）とを有し、前記第１から第１９までのレンズの第１から第３６までのレンズ面（Ｓ１〜Ｓ３６）と、ダミー面と、前記光学的絞りと、前記画像面と、前記物体面とが、以下の表７及び表７の脚注である数４に記載された順序、関係及び特性の組合せを有し、「サブレンズ群」中のＧ１ａは前記第１サブレンズ群に対応し、「サブレンズ群」中のＧ１ｂは前記第２サブレンズ群に対応し、かつ、「レンズ群」中のＧ２は前記第２レンズ群に対応する、画像形成光学システム。
【表７】
2012501004.tif 000012
【数４】
2012501004.tif 000013
【請求項２４】
請求項１に記載の画像形成光学システムであって、第１から第１６までのレンズ(Ｌ１〜Ｌ１６）と、光学的絞りにおける瞳と、画像面（Ｓ３０）と、物体面（Ｓ０）とを有し、前記第１から第１６までのレンズの第１から第２９までのレンズ面（Ｓ１〜Ｓ２９）と、ダミー面と、前記光学的絞りと、前記画像面と、前記物体面とが、以下の表８及び表８の脚注である数５に記載された順序、関係及び特性の組合せを有し、「レンズ群」中のＧ１は前記第１レンズ群に対応し、「レンズ群」中のＧ２は前記第２レンズ群に対応する、画像形成光学システム。
【表８】
2012501004.tif 000014
【数５】
2012501004.tif 000015
【請求項２５】
請求項４に記載の画像形成光学システムであって、第１から第１４までのレンズ(Ｌ１〜Ｌ１４）と、光学的絞りにおける瞳と、画像面（Ｓ２７）と、物体面（Ｓ０）とを有し、前記第１から第１４までのレンズの第１から第３６までのレンズ面（Ｓ１〜Ｓ３６）と、ダミー面と、前記光学的絞りと、前記画像面と、前記物体面とが、以下の表９及び表９の脚注である数６に記載された順序、関係及び特性の組合せを有し、「サブレンズ群」中のＧ１ａは前記第１サブレンズ群に対応し、「サブレンズ群」中のＧ１ｂは前記第２サブレンズ群に対応し、かつ、「レンズ群」中のＧ２は前記第２レンズ群に対応する、画像形成光学システム。
【表９】
2012501004.tif 000016
【数６】
2012501004.tif 000017
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれかに記載の画像形成光学システムを含む、カメラ。
【請求項２７】
請求項１〜２５のいずれかに記載の画像形成光学システムにより画像空間におけるフィルム上又は検知素子内に画像を形成することを含む、画像データを生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定焦点長の対物レンズシステムに関し、特に、但し限定はしないが、高速絞りの電子工学及びフィルムベースのカメラとともに用いるために適しかつ画像陰影が最小となる高品質画像を生成するべく動作可能である対物レンズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラシステムの照射量検出のための高性能の電子的検知素子は、高性能の画像アプリケーション（利用形態）に利用可能なものであるが、その出現により、電子工学ベースの画像捕捉システムとともに用いられた際に高品質画像を生成する画像特性及び性能を備えた対物レンズが要望されることとなった。このような高性能の画像アプリケーションの例としては、映画撮影技術、高解像度テレビ（HDTV：high definition television）及び高品位テレビ（ATV：advanced television）等である。
【０００３】
さらに、フィルムエマルジョン技術が進歩し続けていることから、フィルムベースの画像捕捉システムから最大限の画像品質を実現する対物レンズへの要求が未だに存在する。従って、電子工学及びフィルムの双方をベースとした画像捕捉システムから高品質画像を得るために、双方の画像捕捉媒体における種々の画像特性を満たす新規の対物レンズが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第7,123,421号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高性能の画像アプリケーションにおいては、通常、２つのタイプの対物レンズが用いられている。固定焦点長レンズ（通常「プライムレンズ」として知られる）とズームレンズである。近接焦点能力を備えている対物レンズの場合、リレーレンズと称されることもある。
【０００６】
多くのアプリケーションにおける最近の動向は、使用態様のフレキシビリティを最大限とするレンズへの要望である。特に、小型軽量でＦ値がｆ／２又はそれ未満の高速絞りレンズは、非常に注目されている。しかしながら、ズームレンズには、サイズが大きく重くなりがちでありかつ同等の絞りのプライムレンズよりも劣った画像品質しか得られないという欠点がある。
【０００７】
例えば、特許文献１は、最近の高性能コンパクトズームレンズの構成を開示しており、全絞りがｆ／２．７であり、これは、プライムレンズの技術レベルにおいて高速絞り（すなわちｆ／２又はそれ未満）と考えられているものよりも極めて遅い。
【０００８】
さらに、光学的及び機械的な複雑さが増すと、レンズ要素及び可動部分の数が非常に多くなることから、通常、同等の絞りのプライムレンズに比べてズームレンズの大きさは大きくなってしまう。従って、プライムレンズは、高性能の画像アプリケーションにおける絞りと大きさの要求に対してより合致するものといえる。
【０００９】
高速絞り及びコンパクトさに加えて、プライムレンズは、画像全体の陰影を低減するために視野全体に亘って高い周辺光量比を有することが必要である。このことは、特に、電子的検知素子を用いたカメラとともに利用されるレンズの場合にいえる。
【００１０】
光学的な複雑さ及び大きさを増すこととなる別の要請は、高い解像度（空間周波数（サイクル／mm））における高いコントラスト（ＭＴＦ(％)）に対する要求である。電子的検知素子の進歩は、コントラストを低下させずに解像度を高めた電子的検知素子を目指してきたため、この要求を満たすことはますます困難となってきている。例えば、現状の銀ハライドフィルムエマルジョンと電子的検知素子では、３５mmシネフォーマット（画像対角線約２８mm）において、約２０サイクル／mmの解像度で高コントラストを実現するレンズが予想される。しかしながら、将来のフィルムエマルジョン及び電子的検知素子では、同程度の高コントラストであるが、さらに高い、例えば４０サイクル／mmの高解像度を必要とされる可能性がある。加えて、フィルムエマルジョン及び電子的検知素子の技術進歩により、解像度の要求は、おそらく６０サイクル／mm又はそれよりも高いものとなっていくであろう。さらに、一般利用者のアプリケーションに比べて専門家の画像アプリケーショにおいては、通常、レンズが高価となる傾向があるために、検知素子の進歩に伴う複数の技術サイクルに亘って長い寿命をもつことが期待される。短期間のレンズ交換を不要とするために、高解像度で高コントラストであることが、レンズにおける重要な要請である。
【００１１】
当業者であれば、高解像度において得られるコントラストは、光学システムに存在する光収差の大きさと種類（例えば、球面収差、コマ収差等）に関係することは理解できるであろう。光学システムにおける収差が全視野に亘って良好に補正されたならば、その光学システムは、良好に機能し、高解像度で所望するコントラストを有する画像を生成するであろう。
【００１２】
高い周辺光量比に対する要求は、高い画像品質の維持をますます困難なものとする。これは、高い全視野光量を得るために、最後尾の光学面における全視野ビームの大きさを、軸上ビームの大きさに比べて極力大きくする必要があるからである。しかしながら、軸外ビームの大きさが大きい場合、特定の軸外画像点に対応する、光学システムを通過する光線束は、構成するレンズ要素のさらに大きな断面領域に広がってしまう。その結果、細い光線束の場合よりも収差が大きくなってしまう可能性がある。
【００１３】
また、実際の設計において、レンズの後側焦点距離（バックフォーカス）は、反射ミラーを収容する場合もあるフィルムベースのカメラに対して、プライムレンズが機械的に衝突しないような実装を可能としなければならない。
【００１４】
高い画像品質と、高い周辺光量比と、一定の後側焦点距離との競合する要求を満たすことは、プライムレンズの大きさが許容できないほど大きなものとなる程度まで、光学的及び機械的な複雑さを増大させる可能性がある。
【００１５】
本発明は、コンパクトであるのみでなく、高速絞りを用いた場合にも、高い周辺光量比と、高い空間周波数における高いコントラストとを実現する改良されたプライム対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第一の態様においては、高性能の固定焦点長の画像形成光学システムであって、物体空間からの光線を受光しかつ受光した光線が光学システムを通過する経路を制御することにより、画像空間における画像面に画像を形成する、光学システムが提供される。この光学システムは、物体空間から画像空間まで順に配置されかつ共通の光軸上に配列された正の光学的パワーをもつ第１レンズ群と正の光学的パワーをもつ第２レンズ群とを備える。上記正の光学的パワーをもつ第１レンズ群は、複数の光学要素を有し、複数の光学要素のうち少なくとも１つは固定されておりかつ複数の光学要素のうち少なくとも１つは非球面の光学面を具備する。上記正の光学的パワーをもつ第２レンズ群は、少なくとも１つの光学要素を有し、この光学システムの焦点を合わせるために共通する光軸に沿って軸方向に移動するように動作可能であり、第２レンズ群における少なくとも１つの光学要素は非球面の光学面を具備する。
【００１７】
ここで、「高い画像品質」及び「高性能」とは、空間周波数２０サイクル／mmにおけるコントラスト(ＭＴＦ)が、全視野において５０％以上であり、好適には軸上視野において７５％以上であることを意味する。
【００１８】
本発明は、添付図面を参照した実施例に関連して例示として説明されるが、当業者にとっては種々の変更及び修飾が可能であることを注記する。このような変更及び修飾は、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲に含まれるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な光学システムを示す構成図である。
【図２ａ】一方向における全視野光線の大きさが細い場合における典型的な光学システムの第１の実施例を示す概略図である。
【図２ｂ】一方向における全視野光線の大きさが太い場合における典型的な光学システムの第２の実施例を示す概略図である。
【図３ａ】図２ａの光学システムの最後尾の光学面の周りにおける軸上光線及び全視野光線の光線断面を示す概略図である。
【図３ｂ】図２ｂの光学システムの最後尾の光学面の周りにおける軸上光線及び全視野光線の光線断面を示す概略図である。
【図４ａ】図２ａ及び図３ａの全視野光線の横収差を示すプロットである。
【図４ｂ】図２ｂ及び図３ｂの全視野光線の横収差を示すプロットである。
【図５】本発明の範囲に含まれる光学的パワーを備えた第１のレンズ群機構を示す構成図である。
【図６】本発明の範囲に含まれる光学的パワーを備えた第２のレンズ群機構を示す構成図であり、この機構は、図５の機構のサブセットである。
【図７】本発明の第１の実施例の光学レンズ構成を示す概略図である。
【図８ａ】無限大の焦点距離を生じる図７の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図８ｂ】中間的な焦点距離を生じる図７の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図８ｃ】近接した焦点距離を生じる図７の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図９】図７の光学レンズの最後尾の光学面の周りにおける全視野及び軸上の光線領域を示す図である。
【図１０ａ】図９の全視野光線についてのＹ方向の横収差を示すプロットである。
【図１０ｂ】図９の軸上光線についてのＸ方向の横収差を示すブロットである。
【図１１ａ】図８ａの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図７の対物レンズシステムの性能図である。
【図１１ｂ】図８ｂの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図７の対物レンズシステムの性能図である。
【図１１ｃ】図８ｃの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図７の対物レンズシステムの性能図である。
【図１２】本発明の第２の実施例の光学レンズ構成を示す概略図である。
【図１３ａ】無限大の焦点距離を生じる図１２の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１３ｂ】中間的な焦点距離を生じる図１２の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１３ｃ】近接した焦点距離を生じる図１２の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１４ａ】図１３ａの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１２の対物レンズシステムの性能図である。
【図１４ｂ】図１３ｂの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１２の対物レンズシステムの性能図である。
【図１４ｃ】図１３ｃの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１２の対物レンズシステムの性能図である。
【図１５】本発明の第３の実施例の光学レンズ構成を示す概略図である。
【図１６ａ】無限大の焦点距離を生じる図１５の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１６ｂ】中間的な焦点距離を生じる図１５の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１６ｃ】近接した焦点距離を生じる図１５の光学レンズの構成要素の位置を示す概略図である。
【図１７ａ】図１６ａの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１５の対物レンズシステムの性能図である。
【図１７ｂ】図１６ｂの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１５の対物レンズシステムの性能図である。
【図１７ｃ】図１６ｃの焦点距離について画像面で計測された解像度（空間周波数（サイクル／mm））に対する視野内のコントラスト（ＭＴＦ変化（％））を示す、図１５の対物レンズシステムの性能図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、一般的な光学システム１００を示す構成図である。本システムより左側の領域は、物体空間１０１として知られ、物体空間１０１内には、光学システム１００により画像化される物体１０２が存在する。本システムより右側の領域は、画像空間１０３として知られ、画像空間１０３内には画像面１０４が存在し、その上に、光学システム１００から出る照射光線により画像が形成される。光学システム１００は、複数のレンズ要素を有している。それらのレンズ要素は、光学システム１００から出た照射光線が画像面１０４において物体１０２の画像を形成するように、物体１０２から発した照射光線を操作するべく配置された種々のタイプのガラスにより形成可能である。
【００２１】
ここで、本発明の利点をより良く理解するために、周辺光量比の低下をもたらす要因について説明する。画像の周辺に向かって光量が低減することに寄与する２つの主な要因がある。第１の要因は、光線領域のビネッティング（口径食）であり、それにより、光学システムの最後尾の光学面の周りにおける光線の断面領域では、軸外の物体ポイントから発する光線束によるものが、軸上の物体ポイントから発する光線束によるものに比べて少なくなる。最後尾の光学面の周りにおける軸外光線領域の相対的な大きさは、システムの射出瞳により決定され、それは、すなわち、光学システム内の機械的絞りすなわち開口の位置並びに光学システムのレンズ要素の位置、構成及び特性によって、特に有効口径の大きさによって部分的に決定されるものである。通常、幾つかの面の有効口径のうち１又は複数が、その特定の選択された面に依存するビネッティングの量により、光学システムに入る照射光線を物理的に制限する、すなわち周辺をぼかすように作用する。
【００２２】
第２の要因は、周知の「コサイン四乗則」の効果に起因し、これは、画像ポイントにおける光量がcos４θに比例して減衰することを示している。ここでθは、射出瞳が画像ポイントから見込まれる角度である。コサイン四乗則効果は、この角度θが全視野の画像ポイントにおいて特に大きくなる広角レンズ構成においてのみ非常に重要となる可能性がある。
【００２３】
他の要因としては、ガラス要素自体の透過性及び瞳収差があり、その場合、射出瞳の見掛けの形及び位置が、軸外光線の方に変わる。しかしながら、通常、透過性及び瞳収差は、周辺光量比を低減する要因としては、ビネッティング及びコサイン四乗則効果に対して二次的な要因である。
【００２４】
上述した通り、大きな開口で高性能を実現するプライムレンズを得ることの主な困難の一つは、高い周辺光量比に対する要求と収差を低減して高い画像品質を実現する要求との間の競合である。画像形成光学システムを用いることにより、非常に高い画像品質を実現することが可能であり、すなわち、全視野において４０サイクル／mmの空間周波数でのＭＴＦが６５％以上であり、好適には軸上視野において７５％以上である。所与の例においては、全視野において６０サイクル／mmの空間周波数でのＭＴＦが４５％以上、好適には軸上視野において５５％以上という極めて高い画像品質を得ることさえ可能である。画像品質又はレンズ性能に関連する上述のＭＴＦの値は、要求される周辺光量比のレベルにおいて得られるべきである。そのレベルは、全視野での最小の周辺光量比が３０％であり、好適には全視野で３５％以上である。
【００２５】
この問題は、図２に示されており、機械的絞り２０１と最後尾のレンズ要素２０２とを有する光学システム１００の例を示す。物体１０２（例えば図１に示されている）から発した照射光線は、この光学システムを通過し、物体空間１０１の物体１０２の各ポイントから発した光線の束が、１又は複数の光学面によりビネッティングされている。明確とするために、図２ａでは、この光学システムにおける最後尾の光学要素２０２のみが示されているが、光学システム１００は、さらに別の光学要素（図示せず）を、例えば絞り２０１の左側に有していてもよいことを理解されたい。絞り２０１から出た照射光線は、レンズ要素２０２を通過し、続いて画像面１０４に画像を形成する。
【００２６】
軸上光線束は、光線２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃにより表され、これらは軸上画像ポイント２０３ｄを形成する。ここで、光線２０３ａ及び２０３ｃはそれぞれ上縁光線及び下縁光線であり、一方、光線２０３ｂは主光線である。同様に、全視野光線束は、光線２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃにより表され、これらは画像面の上端に画像ポイント２０４ｄを形成する。ここで、光線２０４ａ及び２０４ｃはそれぞれ上縁光線及び下縁光線であり、一方、光線２０４ｂは主光線である。最後尾の光学面における軸外光線２０４ａ、２０４ｂ及び２０４ｃの光線断面領域は、楕円形２０５により示され、一方、軸上光線２０３ａ、２０３ｂ及び２０３ｃの光線断面領域は、楕円形２０６により示されている。全視野画像ポイント２０４ｄにより見込まれる角度は、θで示されている、この角度は、cos４θの光量低下を決定する際に関係する角度である。全視野光線束、特に上縁光線２０４ｃの検査から、全視野光線のいくらかのビネッティングが、レンズ要素２０２の面の頂部において生じていることが示された。
【００２７】
図３ａは、最後尾の光学面における全視野光線束２０５及び軸上光線束２０６の光線断面の大きさをそれぞれ示している。この図から、光線断面の幅は双方の光線束２０５及び２０６において実質的に同じであるが、光線高さは、軸上光線束よりも全視野光線束の方が著しく小さい。従って、図２ａに示した光学システムにおいては、最後尾の光学面における光線の大きさは、軸上光線に比べて全視野光線の方が遙かに小さいことになる。このことは、全視野画像ポイント２０４ｄにおける光量が、軸上ポイント２０３ｄにおける光量に比べて大きく減少することを意味する。さらに、コサイン四乗則の効果によっても減少する。但し、この場合は、全視野画像ポイント２０４ｄにより見込まれる角度θが小さいため、影響は少ないと考えられる。周辺光量比を改善するためにレンズ設計者は、この光学システムにおけるレンズ要素の有効口径を注意深く配置しかつ選択することにより、軸外光線から光学システムを通過する光量を増大させようと試みる場合がある。
【００２８】
例えば、図２ｂは、図２ａと同じ配置であるが、絞り２０１が、光学システム１００においてさらに後方に置かれており、下縁の光線２０４ｃは、絞りより前方にあるレンズ要素（図示せず）の有効口径により、ビネッティングが少なくなっている。絞りを置き換えることにより、全視野光線束の上縁光線２０４ａのビネッティングは低減され、より多くの光量が光学システムを通過可能となる。しかしながら、軸上光線についての絞りを通過する光量は、図２ａと実質的に同程度に留まる。図３ｂは、光線断面の相対的な大きさを示している。断面領域２０８は、図３ａのビネッティングした光線２０５のそれよりも遙かに大きい。しかしながら、このビネッティングの低減は、異なる問題を誘起する。その問題とは、軸外光線の大きさが増大する結果、光学システムにおける光収差の量及び大きさが増大することである。
【００２９】
このことは、図４ａ及び図４ｂに示されている。図２ａ及び図３ａの全視野光線束２０５並びに図２ｂ及び図３ｂの全視野光線束２０８について、それぞれ光線遮断プロットとしてプロットした横収差を示している。横収差の計測は、画像ボケの大きさに直接関係し、よって、この光学システムにより生成される画像の品質に実質的に関係する。なぜなら、僅かであるとはいえ、考慮すべき回折が存在するからである。図４ａ及び図４ｂのプロットは汎用的な形であり、当業者には見慣れたものである。この場合、縦軸は、画像面において（中間基準波長５４６．０７４nmにて）主光線位置の周りで計測された光線遮断高（mm）を表す。横軸は、次元無しの照射光線の幅である。
【００３０】
図４ａは、図３ａの縦方向に狭い全視野光線の高さ２０７に対応し、収差はレンズの長さに亘って小さい。一方、図４ｂは、図３ｂのビネッティングが少ない光線の高さ２０９に対応し、その光線高さは図２ａのレンズシステムにおける光線高さ２０７より遙かに大きい。図４ｂのプロットの中央における収差は、図４ａのそれと同等であるが、光線の周縁に向かって、別のより大きなレベルの収差が存在する。現在の技術水準及び将来のハイエンド電子カメラに適する高品質画像を生成するために必要な高い空間周波数での高コントラストを得るために、別の収差の補正が必要な場合がある。上述の実施例における絞り２０１は、機械的に規定された開口であるが、当業者であれば、実際の光学システムにおける軸外光線の制限開口が、光学システム内のレンズ要素表面の有効口径等、レンズ要素及び物理的絞りの配置により規定されることは理解できるであろう。
【００３１】
上記のことを念頭に入れ、以下、本発明の実施例を説明する。図５は、本発明の範囲に含まれる第１のレンズ群機構５００を示しており、この機構は、第１レンズ群(Ｇ１)５０１と、第２レンズ群(Ｇ２)５０２とを有する。双方のレンズ群５０１及び５０２は、共通の光軸１０５に沿って並べられている。第１レンズ群５０１及び第２レンズ群５０２は、大きな軸外光線から生じる収差を十分に制御可能であるように構成され、それにより全焦点範囲に亘って画像面５０４に高品質画像を形成可能である。
【００３２】
特に、第１レンズ群(Ｇ１)５０１は光軸に対して固定され、このレンズ群が正の光学的パワーを具備するように結合するレンズ要素を含む。さらに、第１レンズ群５０１は、第１レンズ群５０１の前面に近接して配置された前方の非球面レンズ要素５０５を有し、これは収差補正を支援することが判明した。
【００３３】
第２レンズ群(Ｇ２)５０２は、光軸に沿った両方向に軸方向移動可能であり、これは、画像空間１０２の画像面１０４に焦点の合った画像を生成するために物体空間１０２の物体１０２に対し光学システムを焦点合わせすることを目的としている。第２レンズ群５０２は、第１レンズ群５０１と同様に正の光学的パワーを具備するとともに、好適には第２レンズ群５０２の背面に向けて配置された後方の非球面レンズ５０６を有する。さらに、第２レンズ群５０２はまた、第２レンズ群の前面に配置された機械的開口すなわち絞り５０７も有する。この絞りは、第２レンズ群５０２の一部を形成しており、従って、第２レンズ群のレンズ要素と連動して焦点合わせのために光軸に沿って動く。
【００３４】
図６は、本発明の範囲に含まれる第２のレンズ群機構６００を示しており、この機構は、図５に示した機構のサブセットである。この機構においては、第１レンズ群５０１がさらに２つのサブレンズ群(Ｇ１ａ及びＧ１ｂ)５０１ａ及び５０１ｂの各々を具備する。第１サブレンズ群５０１ａは、負の光学的パワーを具備し、前方の非球面レンズ５０５を含み、かつ光軸１０５に対して固定されている。第２サブレンズ群５０１ｂは正の光学的パワーを具備し、かつ光軸について軸方向に移動可能である。この構成では、第２サブレンズ群５０１ｂと第２レンズ群５０２の移動の組合せにより、全焦点範囲における光学システムの焦点合わせを可能とする一方、レンズの高性能特性を維持する。
【００３５】
［第１の実施例］
本発明の好適な実施例を、図７及び図８ａ〜図８ｃ及び表１に関する実施例により説明する。表１の光学的仕様データは、CODEVV（登録商標）光学設計ソフトウェアにより作成されたデータから抽出されたものであり、このソフトウェアは、Optical Research Associates, Inc.（米国カリフォルニア州パサデナ所在）により市販されている。ここに含まれた全てのデータは、２５℃及び標準気圧（７６９mmHg）で得られたものである。
【００３６】
再び図７を参照すると、本発明の好適例においては、ほぼ１８mmの固定焦点長をもつ広角プライムレンズ７００が示され、これは複数のレンズ要素を有する。このレンズ７００は、図６に示しかつ既に説明したレンズ群機構に従って構成されている。各レンズ要素は「Ｌ」と１〜１９までの数字からなる符号により識別される。各レンズ要素の形と構成は図示した通りであるが、各レンズ面の特定の半径は、表１に記載している。各面は「Ｓ」と数字からなる符号により識別される。これらの面は、物体側に最も近い面であるＳ１から始まり、順に番号付けされ、レンズの背面側の最後尾の光学面であるＳ３６で終わる。図７にはレンズ要素のみが示されているが、レンズ要素を支持しかつ可動レンズ群を軸方向に動かすための汎用的な機械装置及び機構（図示せず）が汎用的なレンズハウジング又はレンズ筒内に設けられていることを理解すべきである。
【００３７】
【表１】
2012501004.tif 000003
【００３８】
【数１】
2012501004.tif 000004
【００３９】
表１の第１列の「品目」は、対応する各行に関係するレンズ要素の番号又は物体の名称を示す。次の第２列の「群」及び第３列の「サブ群」はそれぞれ、当該「品目」が属するレンズ群及びサブレンズ群（該当する場合）を示す。第４列の「面」は、図７に示された関係する面を示す。次の第５列は「焦点位置」と、第６列は「離間」となっている。「離間」の列には、当該行に関係する面と次行の隣り合う面との間の距離がmm単位で記載されている。離間距離は、３つの焦点位置（Ｆ１、Ｆ２及びＦ３）について計算されているので、関係する焦点位置が「焦点位置」の列に示されている。第７列の「曲率半径」は、当該行に関係する面の曲率半径であり、マイナス符号は、曲率半径が面の左側にあることを示す。そして「Flat」は、光学的に平坦な面（例えば、フィルターＬ１）又はダミーの光学面（例えば、絞りＳ２２）のいずれかを意味する。面Ｓ６及び面Ｓ３２は非球面であるので、その曲率半径は基本円半径である。これら２つの面についての式及び係数は、数１（表１の脚注）に示している。
【００４０】
表１の、次の３つの列の「材質」は、当該行に関係する面とレンズ群の後方側で隣り合う面との間の材質を意味する。「タイプ」の列は、当該面と次の面との間の材質がレンズ（Glass（ガラス））であるか、又は何も無い空間（Air（空気））であるかを示す。全てのレンズはガラスであり、「コード」の列は、光学ガラスのタイプを区別している。便宜上、全てのレンズのガラスは、Ohara Corporationから入手可能なガラスから選択されたものである。従って、「名称」の列は、Ohara Corporationによる各タイプのガラスの名称である。もちろん、当業者であれば、同等の、あるいは適切なタイプのガラスを使用可能であることは自明であろう。
【００４１】
表１の最終列の「開口半径」は、各面について照射光線が通過する開口半径を示す。全ての半径は、５４６．０７４nmの波長におけるものである。
【００４２】
画像となる物体の位置は、レンズの物体側にて光軸と交差する縦線７０１で示されている。光学的仕様において、物体面は、面Ｓ０で示されている。画像となる物体の水平位置（従って焦点距離）は変化する場合があり、このことは、第１の光学面Ｓ１と物体面Ｓ０の間のジグザグ線７０２で示されている。画像面７０６は、最後尾の光学面の右側にある画像空間における縦線で示されており、この実施例では、３６mmシネ（動画業界におけるシネマトグラフィ）カメラに適した画像面の代表的サイズである２８mmの画像対角線を有する。面Ｓ６及び面Ｓ３２のレンズ面を除く全ての面は球面である。面Ｓ６及び面Ｓ３２は、非球体で非平面であるが光軸について回転対称である非球面である。
【００４３】
レンズ群を、サブレンズ群Ｇ１ａ及びＧ１ｂ並びに第２レンズ群Ｇ２（図６に示した各群に対応）にグループ分けすることは、各ボックス７０３及び７０４並びに７０５により示されている。物体７０１から発した光線が画像面７０６上で焦点を結ぶように、第２サブレンズ群（Ｇ１ｂ）７０４及び第２レンズ群（Ｇ２）は、光軸の双方向に単調に（すなわち、焦点範囲の一端から他端へ進むときは一方向のみに）移動可能である。第１サブレンズ群７０３、第２サブレンズ群７０４及び第２レンズ群７０５の光学的パワーは、それぞれ負、正及び正である。さらに具体的には、各群の焦点長は、−１７９．９９mm、＋９５．６７mm及び＋４１．４８mmである。なお、焦点位置に関係なく、第１サブレンズ群７０３と第２サブレンズ群７０４を結合した焦点長は常に正であり、図５及び図６のレンズ機構と一致している。
【００４４】
光学的パワーをもつレンズ要素Ｌ２及びＬ３に加えて、第１サブレンズ群７０３はさらに第１サブレンズ群７０３の先頭に位置する光学的フィルター要素（Ｌ１）７０７を有する。フィルター７０７は、２つの平面Ｓ１及びＳ２をもつガラス要素を具備し、従って負でも正でもない正味の光学的パワーを有する。当業者であれば、このようなフィルターが無い、又は異なるフィルター若しくは複数のフィルターの組合せを用いた他の実施例が可能であることは自明であろう。
【００４５】
固定された第１サブレンズ群（Ｇ１ａ）７０３は、両凸単レンズＬ２と、それに続く非球面凹凸単レンズＬ３とを有する。凹凸レンズの非球面Ｓ６の表面形状を規定する式及び対応する係数は、数１（表１の脚注）に示されている。
【００４６】
第２サブレンズ群（Ｇ１ｂ）７０４は、８個のレンズ要素を有し、これらは（左から右へ）、両凹単レンズＬ４、凹凸単レンズＬ５、第２両凹単レンズＬ６、第１両凸単レンズＬ７、第２両凸単レンズＬ８、第２凹凸単レンズＬ９、及び、正凹凸レンズＬ１０と負凹凸レンズＬ１１とからなる複レンズである。これらのレンズ要素は、面Ｓ１２と面Ｓ１３の間の小さい間隙及び面Ｓ１６と面Ｓ１７の間のより大きな間隙を除いて、狭い間隔で配置されている。
【００４７】
第２レンズ群７０５は、視野絞りＳ２２（すなわち瞳絞り）と８個のレンズ要素を有し、これらは（左から右へ）、両凹単レンズＬ１２、第１両凸単レンズＬ１３、正凹凸レンズＬ１４と負凹凸レンズＬ１５とからなる複レンズ、正凹凸レンズＬ１６と非球面両凹レンズＬ１７とからなる第２複レンズ、第２両凸単レンズＬ１８、及び、第３両凹単レンズＬ１９である。図５及び図６におけるように、瞳Ｓ２２が、第２レンズ群７０５内に配置され、これらとともに軸方向に動く。瞳Ｓ２２の開口の大きさは調整可能であり、以下でさらに詳細に説明するように、レンズは、約ｆ／１．４と同程度に大きいこの瞳により、優れた性能を発揮できる。
【００４８】
具体的な設計では多数の特別なタイプのガラスを用いることを注記する。特に、Ohara CorporationによるSFPL51及びSFPL53の名称をもつ異常分散ガラスである。設計において複数のこのようなガラスを用いることにより、設計者は、収差、特に色収差を低減可能とするためのさらに大きな自由度が得られる。この実施例においては、レンズ要素Ｌ３にSFPL51のタイプのガラスを用い、レンズ要素Ｌ６、Ｌ９、Ｌ１３、Ｌ１４及びＬ１６にSFPL53のタイプのガラスを用いている。さらに、非常に高密度のフリントガラスを有するレンズ要素を第２レンズ群Ｇ２に用いることにより、収差補正を改善できることが判明した。この実施例においては、上記のSNPH1の名称をもつ重フリントガラスを、レンズ要素Ｌ１８（表１のレンズ群Ｇ２、面Ｓ３３、Ｓ３４）に用いることにより、大きな二次分散収差を導入し、この収差はレンズの別の場所で導入された二次分散収差を実質的に補償する。
【００４９】
これらの異常部分分散タイプのガラスは熱に敏感であるが、普通に入手可能なガラス及びアルミニウム等の金属材料を用いることにより全体的な光学的及び機械的構造が最適化された。それらは、レンズシステムを実質的に熱不感知なものとしかつ収差補正に対してはほとんど影響を及ぼさない。
【００５０】
焦点合わせ中のレンズ群の動きを解り易く説明するために、図８ａ〜図８ｃに、３つの異なる焦点位置におけるレンズ群の位置を示している。図８ａでは、物体を無限大の位置に画像化するようにレンズ群が配置されている。図８ｂは、中間的な焦点位置におけるレンズ群の配置（物体面が第１光学面Ｓ１から約３４cmのときに決定された配置）を示している。図８ｃは、近焦点（第１光学面から約１５cm）におけるレンズ群の配置を示している。３つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２及びＦ３（無限大、中間位置及び近位置）についてのレンズ群間の具体的距離は、表１に面Ｓ６及び面Ｓ２１についての「離間」距離として示されている。これらはそれぞれ、第１サブレンズ群と第２サブレンズ群の間の離間距離、及び、第２サブレンズ群と第２レンズ群の間の離間距離に相当している。矢印は、焦点位置と焦点位置の間をレンズ群が動くときの、レンズ群の動く方向を示している。第２サブレンズ群は、左から右へ（レンズの最後尾の方へ）動く一方、第２レンズ群は右から左へ（物体空間の方へ）動き、焦点距離は短くなっていく。もちろん、第２サブレンズ群７０４及び第２レンズ群７０５は、焦点位置が長くなっていくときは逆方向に動く。
【００５１】
移動可能なレンズ群７０４及び７０５はそれぞれ、独立して軸方向に移動可能であり、それぞれの動きは適宜の手段により制御される。例えば、所望する焦点合わせ機能を実現するカム等の汎用的な機械装置による。第２サブレンズ群７０４の軸方向移動は、第２レンズ群７０５とともに制御される。
【００５２】
図７及び図８ａ〜図８ｃはさらに、軸上光線束７０８並びに全視野の上方光線束７０９及び下方光線束７１０の軌跡を示している。各光線束７０８、７０９及び７１０について、それぞれの上縁光線７０７ａ、７０８ａ及び７０９ａ、下縁光線７０７ｂ、７０８ｂ及び７０９ｂ、並びに主光線７０７ｃ、７０８ｃ及び７０９ｃが示され、軸上の主光線は、光軸７０２上に位置する。
【００５３】
上述のように、最後尾の光学面における光線の大きさは、コサイン四乗則の角度が比較的小さい場合に周辺光量比を決定するときの最も重要な要因である。断面の縦線７１１は、最後尾の光学面Ｓ３６の直前の平坦面を規定している。面７１１における全視野光線束７１０及び軸上光線束７０８の光線高さは、図７に縦の両矢印７１２及び７１３でそれぞれ示されている。図９は、それぞれ軸上光線束７０９の光線断面９０３及び全視野光線束７０８の光線断面９０２の大きさを相対的に示している。図示の通り、全視野の光線断面９０２は、軸上の光線断面９０１の４２％程度である。全視野光線の断面が比較的大きいことは、レンズが良好な周辺光量比特性を有することを意味する。但し、これは、コサイン四乗則の効果による損失、透過損失及び瞳収差が小さいと仮定した場合である。
【００５４】
図１０ａ及び図１０ｂは、それぞれ全視野光線及び軸上光線について光線遮断プロットとしてプロットした横収差を示している。横収差の計測は、画像ボケの大きさに直接関係し、よって、当該光学システムにより生成される画像の品質に実質的に関係する。これらのプロットは汎用的な形であり、当業者には見慣れたものであり、図４ａ及び図４ｂで説明したものと同様である。
【００５５】
図１０ａ及び図１０ｂには、それぞれ５つの波長１００１ａから１００５ａ及び１００１ｂから１００５ｂについてプロットされている。第１のライン１００１ａ及び１００１ｂは波長６４３．８４７nmについて、第２のライン１００２ａ及び１００２ｂは波長５８７．５６１８nmについて、第３のライン１００３ａ及び１００３ｂは波長５４６．０７４０nmについて、第４のライン１００４ａ及び１００４ｂは波長４８６．１３２７nmについて、そして第５のライン１００５ａ及び１００５ｂは波長４５５nmについてのものである。図１０ａ及び図１０ｂに示すように、また当業者には自明であるが、図１０ａ及び図１０ｂの双方において収差が良好に補正されており、光線収差高さが、軸上光線の最端部の光線を除いたすべてについて０．０１mm程度となっている。これらの図における小さい収差は、全視野の大きな光線サイズによって画像品質が損なわれていないことの証拠である。このことは、以下に示す、導出された光学的性能データを参照することにより改めて証明されるであろう。
【００５６】
表２には、プライムレンズシステムの光学的性能データが示されており、ここでは、Ｆ１からＦ３までの各焦点位置及び０から１までの範囲で規格化された画像高さについての、全視野周辺光量比をパーセント（％）で、全視野歪みをパーセント（％）で表している（ここで、規格化画像高さとは、実際の画像高さ（mm）を最大画像高さ（mm）で除算したものである）。現在の検知素子の技術水準では、画像の隅部における陰影を正常に最小化するために、４０％の範囲の周辺光量比が好適である。ここで、表２において、（最大画像高さに対応する）全視野周辺光量比が、３つの焦点位置Ｆ１〜Ｆ３により定められた全焦点範囲に亘って４５％〜５１．５％の範囲であることに注目されたい。また、全焦点範囲に亘って２．０２％未満の小さな歪みが維持されていることにも注目されたい。
【００５７】
焦点合わせは、検知素子において視られる画像サイズを変化させることとなるので、焦点合わせとともに視野が変化する場合がある。このことはいわゆる「ブリージング」の問題である。ブリージングは、被写界深度が大きい場合に画像の焦点対象以外の輪郭が比較的鮮明になるので、特に目立つ。従って、ブリージングは、例えば上述の１８mmレンズ等の広角レンズにおける特に重要な性能計数である。対応する物体空間の全視野角による一定の画像高さを想定すると、ブリージングは次のように規定される。
【００５８】
ブリージング(％)＝100×｛(無限大焦点における角度)−(近焦点における角度)｝／(無限大焦点における角度)        ・・・(１)
【００５９】
式（１）中の角度は、物体空間における全視野主光線角度である（角度は、各焦点位置について、全視野における画像点から物体空間に光線をトレースバックすることにより決定される）。ブリージングは、上述の第１の実施例７００における１８mmレンズについて式１に従って計算され、＋２．４％の値が得られた。この値は極めて小さく、画像サイズの大きな変化を生じることはない。
【００６０】
【表２】
2012501004.tif 000005
【００６１】
さらに別の光学的性能データが、図１１ａ〜図１１ｃに示されている。これらは、回折ベースの多色変調伝達関数すなわち「ＭＴＦ」(特定の空間周波数における変調)を示すプロットを含み、３つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２及びＦ３のそれぞれについて空間周波数に対して百分率で示されている。
【００６２】
図１１ａは、軸上（０．００°）から全視野（３７．１３°）までの範囲の５つの視野位置における接線方向（Ｔ）及び径方向（Ｒ）のＭＴＦを示している。空間周波数は、当業者が標準的に用いる光学的性能の標準計数であるサイクル／mmで表され、チャート上の１mm毎の黒線と白線の対の数であり、それにより鮮明度とＭＴＦが決定される。全ての性能データは、図７及び図８ａ〜図８ｃで示した３５mmシネフォーマット（画像対角線２８mm）の画像空間において約ｆ／１．４の開放絞りにて得られたものである。プロットから判るように、無限大焦点では、約９０％程度の多色回折ＭＴＦが、比較的旧来的な空間周波数２０サイクル／mmにおいて得られる。さらに、４０サイクル／mmの高い空間周波数においては、ＭＴＦが全視野において約７０％、軸上において約８０％と、なお非常に高くなっている。６０サイクル／mmの高い空間周波数においてさえ、ＭＴＦは全視野において５０％近く、軸上において約６０％であり、この解像度においては適度の性能を実現している。従って、将来の高解像度の電子的検知素子に使用するに適したレンズ設計を実証している。
【００６３】
図１１ｂは、図１１ａと同じ視野位置及び条件であるが中間的焦点位置Ｆ２におけるレンズの空間周波数に対するＭＴＦを示している。同様に図１１ｃは、近焦点位置Ｆ３におけるレンズの空間周波数に対するＭＴＦを示している。これらのプロットから判る通り、全ての焦点距離においてそして全視野においてさえ、優れたＭＴＦ数値が維持されている。さらに、６０サイクル／mmの高い空間周波数及び全視野においてさえ、ＭＴＦは約５０％未満には低下せず、これは、ほぼｆ／１．４の開放絞りにおける視野に亘ってかつ全ての焦点距離において高い画像品質が得られることを示している。
【００６４】
［第２の実施例］
図１２は、本発明の第２の実施例による、実質的に４０mmの固定焦点長をもつ中角プライムレンズを示しており、多数のレンズ要素を含んでいる。レンズ１２００は、図５に示し上述したレンズ群パワー機構を用いている。ここでも各レンズ要素は、「Ｌ」の字と１から１６までの数字で識別されている。各レンズ要素の形状及び構成は図示の通りであり、各レンズ面の具体的半径は表３に示されているが、ここでも各面は「Ｓ」の字とそれに続く数字により識別されている。これらの面は、最も物体側に近い面におけるＳ１から始まり順に番号付けされ、レンズの背面における最後尾の光学面におけるＳ２９で終わる。レンズ要素Ｌ１〜Ｌ１６のみが図１１に示されているが、レンズ要素を支持しかつ移動可能なレンズ群の軸方向に動かす汎用的な機械的装置及び機構（図示せず）が、汎用的なレンズハウジング又はレンズ筒内に設けられていることを理解されたい。
【００６５】
【表３】
2012501004.tif 000006
【００６６】
【数２】
2012501004.tif 000007
【００６７】
表３に示された光学的仕様のデータは、表１に示された第１の実施例のデータと同様の形式で配置されている。従って、簡略化するためにここではさらに説明することを省略する。レンズ面Ｓ６及びＳ２５を除く全ての面は球面であり、レンズ面Ｓ６及びＳ２５は非球面である。つまり非球体、非平面であるが光軸について回転対称である。Ｓ６及びＳ２５の面は非球面であるので、「曲率半径」は基本円半径である。これら２つの面についての式及び係数は、数２（表３の脚注）に示している。
【００６８】
図７と同様に、画像となる物体の位置は、縦線１２０１（すなわち表３の仕様におけるＳ０）で示され、レンズの物体側において光軸と交差している。画像となる物体の水平位置（従って焦点距離）は変化する場合があり、このことは、第１の光学面Ｓ１と物体面Ｓ０の間のジグザグ線１２０２で示されている。画像面１２０６は、最後尾の光学面の右側の画像空間内の縦線で示され、上記と同様に、画像面は２８mmの画像対角線である。
【００６９】
レンズ群の、第１レンズ群（Ｇ１）と第２レンズ群（Ｇ２）へのグループ分け（図５に示したそれぞれのグループに対応）は、ボックス１２０３及びボックス１２０４で示されている。第１レンズ群１２０３は軸方向に固定されている一方、第２レンズ群１２０４は光軸に沿って双方向に単調に移動可能であり、それにより物体１２０１から発した光線を画像面１２０６へ伝達する。図５のレンズ群機構に従って、第１レンズ群１２０３及び第２レンズ群１２０４の双方が、正のパワーをもつ。より具体的には、各群の焦点長は、それぞれ＋１３０．７７mm及び＋６２．２２mmである。
【００７０】
この実施例でも、光学的要素Ｌ２〜Ｌ１１に加えて、実質的に同じ理由から、第１レンズ群１２０３が光学的フィルター要素（Ｌ１）１２０７を有し、これはガラスの要素であって２つの平面Ｓ１及びＳ２を具備する。
【００７１】
第１レンズ群１２０３は、４つの単レンズ要素と、６つのレンズ要素を含む３つの複レンズとを有する。これらは左から右へ（レンズ群の先頭から後方へ）、正両凸レンズＬ２、非球面Ｓ６をもつ負凹凸レンズＬ３、負凹凸レンズＬ４と正凹凸レンズＬ５からなる第１複レンズ、負凹凸レンズＬ６と両凸レンズＬ７からなる第２複レンズ、両凸単レンズＬ８、さらに別の両凸単レンズＬ９、及び、両凹レンズＬ１０及び両凸レンズＬ１１からなる第３複レンズである。
【００７２】
第２レンズ群１２０４（第１の実施例の第２レンズ群７０５と同様）は、視野絞りＳ２０（すなわち瞳絞り）を有する。さらに、５つのレンズ要素（３つの単レンズと１つの複レンズ）を有する。特に、第２レンズ群１２０４は、正凹凸レンズＬ１２、正凹凸レンズＬ１２と非球面両凹レンズＬ１４からなる複レンズ、両凸単レンズＬ１５、及び、正凹凸レンズＬ１６を有する。図７に示した通り、瞳Ｓ２０は、第２レンズ群１２０５内に配置され、これとともに軸方向に動く。瞳Ｓ２２の開口の大きさは調整可能であり、以下でさらに詳述するが、このレンズは、約ｆ／１．４の開放絞りで瞳が開いているときでさえ優れた性能を発揮できる。
【００７３】
レンズ要素Ｌ２、Ｌ７及びＬ１６には、SFPL51で示された異常部分分散ガラスが用いられている一方、レンズ要素Ｌ４、Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３には、SFPL53で示された異常分散ガラスが用いられている。この実施例では、レンズ要素Ｌ１５（表３のＧ２、Ｓ２６−Ｓ２７）にSNPH1と称される密度の高いフリントガラスが用いられている。上述の第１の実施例と同じ理由から、これらのタイプの異常ガラスが用いられており、よって簡略のためにこれ以上の説明は省略する。
【００７４】
焦点合わせにおける第２レンズ群１２０４の動きをより説明し易いように、図１２ａ〜図１２ｃは、３つの異なる焦点位置におけるレンズ群１２０３及び１２０４の位置を示している。図１３ａは、無限大に物体を画像化するように構成されたレンズシステム１２００を示す。図１３ｂは、（物体面が先頭の光学面Ｓ１から約４７mmに位置するときに決定された）中間的焦点位置におけるレンズ群１２０３及び１２０４の位置を示し、一方、図１２ｃは、（先頭の光学面から約２０．６cmの）近焦点位置におけるレンズ群の位置を示す。３つの焦点位置（無限大、中間位置及び近位置）における各レンズ群の間の具体的距離は、第１レンズ群１２０３と第２レンズ群１２０４の間の離間距離に相当する面Ｓ１９の離間距離として、表３に示されている。矢印は、焦点位置Ｆ１〜Ｆ３の間で移動する第２レンズ群１２０４の動きの方向を示している。第２レンズ群１２０４は、もちろん、焦点距離が大きくなる逆方向にも移動するように操作可能である。第２レンズ群１２０４は、独立して軸方向に移動可能であり、その動きは任意の簡便な手段により調整される。例えば、所望する焦点合わせを行う機能を実現するカム等の汎用的な機械装置である。
【００７５】
図１２及び図１３ａ〜図１３ｃは、軸上光線束１２０８並びに全視野の上方光線束１２０９及び下方光線束１２１０を示している。各光線束１２０８、１２０９及び１２１０にはそれぞれ、上縁光線１２０７ａ、１２０８ａ及び１２０９ａ、下縁光線１２０７ｂ、１２０８ｂ及び１２０９ｂ、並びに主光線１２０７ｃ、１２０８ｃ及び１２０９ｃが示され、軸上の主光線は光軸１２０２上にある。
【００７６】
プライムレンズシステム１２００の光学的性能データは、表４に示されている。表４では、各焦点位置Ｆ１〜Ｆ３（表３と同様であり、図１３ａ〜図１３ｃに示されている）の各々についての全視野周辺光量比がパーセント（％）で、全視野歪みがパーセント（％）で表されている。規格化画像高さは、０〜１の範囲である。表２において、（最大画像高さに対応する）全視野周辺光量比が、３つの焦点位置Ｆ１〜Ｆ３の全焦点範囲に亘って４５．１％〜５２．３％であることに注目されたい。既に上述したように、４０％の範囲の全視野周辺光量比は、現在の技術水準の検知素子とともに用いた際に画像の隅部における陰影を最小限とするために好適である。よって、このレンズの周辺光量比性能は、この用途に十分なものである。さらに、全焦点範囲に亘って−２．４１％未満の小さな歪みが維持されていることにも注目されたい。
【００７７】
【表４】
2012501004.tif 000008
【００７８】
第１の実施例に関して、ブリージングが、式（１）により４０mmレンズにおいて＋２．８％と計算された。これは、既に説明した第１の実施例の１８mmレンズについて得られた＋２．４％の低い値に匹敵するものである。
【００７９】
さらに図１４ａ〜図１４ｃは、第２の実施例１２００のレンズについて３つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２及びＦ３のそれぞれにおける光学的性能データを示しており、回折ベースの多色変調伝達関数すなわち「ＭＴＦ」を示すプロットであり、空間周波数に対して百分率で示されている。
【００８０】
図１４ａには、軸上（０．００°）から全視野（１９．４２°）までの５つの視野位置における接線方向（Ｔ）及び径方向（Ｒ）のＭＴＦが示されている。ここでも、全ての性能データは、図１２及び図１３ａ〜図１３ｃに示された３５mmシネフォーマット（画像対角線２８mm）の画像空間における約ｆ／１．４の開放絞りで与えられる。プロットから判るように、無限大焦点では、空間周波数２０サイクル／mmの旧来的な空間解像度において９０％程度の多色回折ＭＴＦが得られている。さらに、より高い４０サイクル／mmの空間周波数においても、ＭＴＦはなお全視野では約７０％であり、軸上では約８０％である。６０サイクル／mmの高い空間周波数であっても、ＭＴＦはなお全視野では５０％近くであり、軸上では６５％と高く、この解像度において適切な性能を実現可能である。このことは、さらに高い解像度の電子的検知素子とともに用いる４０mmレンズ設計の適性を示している。
【００８１】
図１４ｂは、図１４ａと同じ視野位置及び条件であるが、中間的焦点位置Ｆ２におけるレンズの、空間周波数に対してプロットしたＭＴＦを示している。同様に、図１４ｃは、近焦点位置Ｆ３におけるレンズの、空間周波数に対してプロットしたＭＴＦを示している。図示の通り、優れたＭＴＦ数値が全焦点距離に亘って、全視野においてさえ維持されている。高い空間周波数６０サイクル／mmかつ全視野においてさえ、ＭＴＦは約５０％程度に低下するだけであり、このことは、視野全体かつ全ての焦点距離においてそして約ｆ／１．４の開放絞りにおいて、第１の実施例７００の１８mmレンズについて述べたと同様の高い画像品質が得られることを意味している。
【００８２】
［第３の実施例］
図１５は、本発明の第３の実施例１５００である、実質的に１００mmの固定焦点長をもつ狭角プライムレンズを示しており、複数のレンズ要素を有している。レンズ１５００は、図６に示し上述したレンズ群機構に従って構成されている。ここでも、各レンズ要素は、「Ｌ」の字と１〜１４までの数字で識別されている。各レンズ要素の形状と構成は、各レンズ要素の具体的半径とともに表５に示されている。ここでも各面は、「Ｓ」の字とそれに続く番号で識別されている。これらの面は、物体に最も近い側のレンズの面Ｓ１から始まり順に、レンズの背面における最後尾の面である面Ｓ２６で終わる。前述の実施例と同様に、図１５にはレンズ要素のみを示しているが、ここでも、レンズ要素を支持しかつ移動可能なレンズ群の軸方向に動かす汎用的な機械的装置及び機構（図示せず）が、汎用的なレンズハウジング又はレンズ筒内に設けられていることを理解されたい。
【００８３】
【表５】
2012501004.tif 000009
【００８４】
【数３】
2012501004.tif 000010
【００８５】
表５に含まれる光学的仕様データは、表１及び表３の第１及び第２の実施例のデータと同じ形式で配置されている。従って、簡略のためにこれ以上の説明は省略する。非球面であるレンズ面Ｓ７及びＳ２２を除いた全ての面は球面である。レンズ面Ｓ７及びＳ２２は非球体、非平面であるが光軸について回転対称である。面Ｓ７及び面Ｓ２２は非球面であるので、その「曲率半径」は基本円半径であり、これらの面の式及び係数は、数３（表５の脚注）に示されている。
【００８６】
図７及び図１１と同様に、画像となる物体の位置はここでも、レンズの物体側にて光軸と交差する縦線１５０１（仕様データのＳ０）により示されている。画像となる物体の水平位置（従って焦点距離）は変化する場合があり、これは、第１の光学面Ｓ１と物体面Ｓ０の間のジクザグ線１５０２により示されている。画像面１５０６は、最後尾の光学面Ｓ２６の右側の画像空間内の縦線により示されている。この実施例は（先の実施例と同様に）、画像面が２８mmの画像対角線である。
【００８７】
レンズ群を第１サブレンズ群Ｇ１ａと第２サブレンズ群Ｇ１ｂ及び第２レンズ群Ｇ２（この実施例では、レンズ群は図６に示した各レンズ群に対応する）へのグループ分けは、ボックス１５０３、１５０４及び１５０５によりそれぞれ示されている。第２サブレンズ群（Ｇ１ｂ）１５０４及び第２レンズ群（Ｇ２）１５０５は、物体１５０１を画像面１５０６上に焦点合わせするために光軸に沿って双方向に単調に移動可能である。第１サブレンズ群１５０３、第２サブレンズ群１５０４及び第２レンズ群１５０５の光学的パワーはそれぞれ、負、正及び正である。より具体的に、各レンズ群の各焦点長さは、−１３３．０５mm、＋７２．２１mm及び＋７８．７０４mmである。焦点位置とは無関係に、第１サブレンズ群１５０３及び第２サブレンズ群１５０４の組み合わされた焦点長は常に正であり、図５及び図６のレンズ機構と一致している。
【００８８】
レンズ要素Ｌ１〜Ｌ７に加えて、第１サブレンズ群１５０３はさらに、光学的フィルター要素（Ｌ１）１５０７を有しており、これは、第１及び第２の実施例のそれと実質的に対応する方式で機能する。従って、ここではさらなる説明を省略する。
【００８９】
図１５に示すように、本実施例の第１サブレンズ群（Ｇ１ａ）１５０３は、正両凸単レンズＬ２、両凸レンズＬ３と非球面Ｓ７をもつ両凹レンズＬ４とからなる第１複レンズ、両凹単レンズＬ５、及び、正凹凸レンズＬ６と負凹凸レンズＬ７とからなる第２複レンズを有する。レンズＬ４の非球面Ｓ７の面形状は、数３（表５の脚注）の式及び係数により規定される。
【００９０】
本実施例の第２サブレンズ群（Ｇ１ｂ）１５０４は、両凸単レンズＬ８のみを有する。
【００９１】
第２レンズ群（Ｇ２）１５０５は、視野絞りＳ２２（すなわち瞳絞り）と、６つのレンズ要素とを有し（左から右へ）、正凹凸単レンズＬ９、第２低パワー凹凸単レンズＬ１０、正凹凸レンズＬ１１と非球面Ｓ２２をもつ両凹レンズＬ１２とからなる複レンズ、第３正凹凸レンズＬ１３、及び、両凸レンズＬ１４を具備する。レンズＬ１２の非球面Ｓ２２の面形状は、数３（表５の脚注）の式及び係数により規定される。図６に示した機構に対応するように、瞳Ｓ２２が第２レンズ群１５０５内に配置され、これとともに軸方向に移動する。
【００９２】
レンズＬ２、Ｌ７及びＬ１６については、SFPL51と称される異常分散ガラスが用いられている。一方、レンズＬ４、Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３については、SFPL53と称される異常分散ガラスが用いられている。本実施例では、SNPH1と称される重フリントガラスも用いられる。上述のタイプの異常ガラスは、第１及び第２の実施例と同じ理由から用いられており、よって簡略のためにこれ以上の説明は省略する。
【００９３】
焦点合わせにおけるレンズ群の動きを理解しやすくするために、図１６ａ〜図１６ｃは、３つの異なる焦点位置Ｆ１〜Ｆ３における各レンズ群の位置を示している。図１６ａは、物体を無限大に画像化するように構成したレンズシステムを示している。図１６ｂは、（物体面が先頭の光学面Ｓ１から約１４４cmに位置するときに決定された）中間的焦点位置における各レンズ群の位置を示している。図１６ｃは、（先頭の光学面から約６９．６cmに位置するときの）近焦点における各レンズ群の位置を示している。３つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２及びＦ３（無限大、中間位置、及び近位置）についての各レンズ群の間の具体的距離は、表１において、面Ｓ１２の離間距離が第１サブレンズ群１５０３と第２サブレンズ群１５０４の離間距離に相当し、そして面Ｓ１４の離間距離が第２サブレンズ群１５０４と第２レンズ群１５０５の離間距離に相当している。矢印は、焦点位置間で各レンズ群が移動する際に動く方向を示している。第２サブレンズ群１５０４及び第２レンズ群１５０５の双方が右から左へ（物体空間へ向かって）移動するとき、焦点距離が短くなる。もちろんレンズ群１５０４及び１５０５は逆方向に動くように操作可能であり、そのときは焦点距離が短くなる替わりに長くなる。
【００９４】
第２サブレンズ群１５０４及び第２レンズ群１５０５は独立して軸方向に移動可能であり、個々の動きは任意の汎用手段により調整される。例えば、所望する焦点合わせ機構を実現するためのカム等の汎用的な機械装置による。第２サブレンズ群１５０４の軸移動は、第２レンズ群１５０５とともに調整される。
【００９５】
図１５及び図１６ａ〜図１６ｃは、軸上光線束１５０８並びに全視野の上方光線束１５０９及び下方光線束１５１０を示している。各光線束１５０８、１５０９及び１５１０にはそれぞれ、上縁光線１５０７ａ、１５０８ａ及び１５０９ａ、下縁光線１５０７ｂ、１５０８ｂ及び１５０９ｂ、並びに主光線１５０７ｃ、１５０８ｃ及び１５０９ｃが示され、軸上の主光線は光軸上にある。
【００９６】
このプライムレンズシステムの光学的性能データは、表６に示されている。表６では、各焦点位置Ｆ１〜Ｆ３の各々についての全視野周辺光量比がパーセント（％）で、全視野歪みがパーセント（％）で表されている。規格化画像高さは、０〜１の範囲である。表６において、（最大画像高さに対応する）全視野周辺光量比が、３つの焦点位置Ｆ１〜Ｆ３の全焦点範囲に亘って５３．９％〜６４．５％であることに注目されたい。ここでも、現在の技術水準の検知素子に好適な４０％より高くなっている。また、全焦点範囲に亘って、−０．３３％未満と極めて低い歪みに維持されていることに注目されたい。
【００９７】
【表６】
2012501004.tif 000011
【００９８】
第３の実施例１５００の１００mmレンズについて、式（１）に従ってブリージングが計算され、＋８．９％の値が得られた。この値は、第１及び第２の実施例についての値よりも遙かに大きい。しかしながら、１００mmレンズについてのより大きいブリージングは、問題とならない。なぜなら、長い焦点長のレンズは、被写界深度が小さいからであり、このことは、システムにより画像生成されるときブリージングが目立つ可能性が少ないことを意味する。ブリージングは、瞳絞りがｆ／１６程度に小さくなったとき顕著となるが、これは使用中、僅かな割合の期間にのみ起こり得ることである。
【００９９】
さらに、図１７ａ〜図１７ｃは、第２の実施例１２００のレンズについて３つの焦点位置Ｆ１、Ｆ２及びＦ３のそれぞれにおける光学的性能データを示しており、回折ベースの多色変調伝達関数すなわち「ＭＴＦ」（特定の空間周波数における変調）を示すプロットであり、空間周波数に対して百分率で示されている。
【０１００】
図１７ａには、軸上（０．００°）から全視野（８．０５°）までの５つの視野位置における接線方向（Ｔ）及び径方向（Ｒ）のＭＴＦが示されている。図１１ａ〜図１１ｃ及び図１４ａ〜図１４ｃと同様に、空間周波数はサイクル／mmで与えられる。全ての性能データは、３５mmシネフォーマット（画像対角線２８mm）の画像空間における約ｆ／１．４の開放絞りで与えられる。プロットから判るように、無限大焦点では、空間周波数２０サイクル／mmの旧来的な空間解像度において９０％程度の多色回折ＭＴＦが得られている。さらに、より高い４０サイクル／mmの空間周波数においても、ＭＴＦはなお全視野では約７０％であり、軸上では約８０％である。６０サイクル／mmの高い空間周波数であっても、ＭＴＦはなお全視野では５０％近くであり、軸上では６０％と高く、この解像度において適切な性能を実現可能である。このことは、将来の高い解像度の電子的検知素子とともに用いるのに適したレンズ設計を示している。
【０１０１】
図１７ｂは、図１７ａと同じ視野位置及び条件であるが、中間的焦点位置Ｆ２におけるレンズの、空間周波数に対してプロットしたＭＴＦを示している。同様に、図１７ｃは、近焦点位置Ｆ３におけるレンズの、空間周波数に対してプロットしたＭＴＦを示している。図示の通り、優れたＭＴＦ数値が全焦点距離に亘って、全視野においてさえ維持されている。高い空間周波数６０サイクル／mmかつ全視野においてさえ、ＭＴＦは約５０％程度に低下するだけであり、このことは、視野全体かつ全ての焦点距離においてそして約ｆ／１．４の開放絞りにおいて、高い画像品質が得られることを意味している。
【０１０２】
［利点の概要］
上述の実施例で利用された新規の光学設計は、幾つかの利点と特徴を備えている。画像の陰影を低減すると同時に、高い画像品質（高い空間周波数における高い多色回折ＭＴＦ）を維持することは、視野全体に亘って周辺光量比を十分に大きく制御することを可能とする。
【０１０３】
例えば、上述の第１〜第３の実施例では、任意の視野位置にて約４５％の最小の周辺光量比である約ｆ／１．４の開放絞りにおいて、３５mmシネフォーマット（画像対角線約２８mm）上の空間周波数４０サイクル／mmでの多色回折ＭＴＦとして軸上で約８０％、軸上で７０％を得ることが、全ての焦点距離に亘ってかつ広角（１８mm）、中角（４０mm）及び狭角（テレフォト１００m）を含む多様な視野のレンズにて、すなわち短い焦点長から長い焦点長まで、可能である。周辺光量比が高いということは、電子的検知素子のカメラとともにレンズが用いられたとき、実質的に陰影のない画像となることを意味する。上記の実施例では、全焦点範囲に亘って、特に約ｆ／１．４の開放絞りにおいて、そして異なる焦点長のレンズ全てに亘って、一定の性能（すなわち、高い周辺光量比かつ高い画像品質）を実現している。
【０１０４】
この光学設計構造はまた、大きな後側焦点距離（この場合、後側焦点距離は、画像に最も近いレンズ要素の光学面の頂点から画像までの距離である）を実現する。後側焦点距離の大きさは、画像に最も近い最後尾のレンズ要素の最後尾の光学面の有効口径の大きさと同程度であり、それにより、このレンズは、フィルムベース及び電子工学ベースの双方のカメラに取り付けることができる。
【０１０５】
さらに、長さ及び直径がコンパクトであることにより体積及び重量も最小となるため、レンズをより多目的に利用できる。例えば、三脚、肩掛け又は手持ちにより支持されるカメラ上での使用に適したものとなる。
【０１０６】
さらに、各実施例で説明した異なる焦点長をもつ全てのプライムレンズは、実質的に一定の長さとすることができ、それにより、多重レンズの持ち運びケースがよりコンパクトになる。
【０１０７】
本発明のレンズの別の利点は、現在のフィルム又は電子工学のカメラと組み合わせたとき、ｆ／２未満（特に、上記の実施例ではｆ／１．４程度）の高速レンズ絞りにおいて高い画像品質が実現されることである。これによりこのレンズは、ほとんどの照光条件での使用に適し、特に夜間等の非常に僅かな照光条件での使用に適したものとなる。
【０１０８】
上述の実施例の別の利点は、移動可能なレンズ群を１つ又は２つのみ有することにあり、これにより機械的な複雑さは最小限となり、よってレンズ故障の発生がほとんどなく、レンズを容易に機能させることができ、かつ期待される寿命を延ばすことができる。
【０１０９】
上述の実施例のさらに別の利点は、物体空間の隣に固定された第１レンズ群を有することにあり、これによりこのレンズはシールされることができ、このことはレンズ機能に対して光学的及び機械的に悪影響を及ぼすおそれのある外部要素の侵入を低減することに役立つ。固定された第１レンズ群はまた、例えばマットボックスやフィルター等のアクセサリの取付けを容易とする利点もある。これらのアクセサリを固定された第１レンズ群上に装着することにより、レンズ機能に実質的に悪影響を及ぼさないことが好適である。
【０１１０】
上述の画像形成光学システムの別の利点は、画像空間における全視野主光線角（図７では、上方光線７０９ｃと下方光線７１０ｃのなす角度）の変化が、各実施例において全焦点範囲に亘って５°未満となることであり、また、全ての実施例を併せると実質的に同程度の焦点距離では変化が１０°未満となることである。これら双方とも、この角度変化が小さい程好ましい現在の電子的検知素子の応答を最大限とする上で、望ましい特徴である。
【０１１１】
［別の実施例］
上述の実施例では、その一部を構成する添付の図面が参照され、本発明を実施可能な具体例の図示により説明された。本発明の好適な実施例の範囲から逸脱することなく、他の実施例も利用可能であり、構造的変更も可能であることを理解されたい。
【０１１２】
上述の実施例では、広角レンズ（１８mm）、中角レンズ（４０mm）及び狭角レンズ（１００mm）の３つのプライムレンズが示された。さらに別の実施例では、上述の新規の光学設計構造を利用し、特に図５及び図６に示したレンズ群の構成及び非球面レンズの通常の位置に関係付けて利用する他の焦点長も可能である。本発明の範囲に含まれる他の焦点長をもつプライムレンズが、高い周辺光量比及びＭＴＦ性能水準を満たす設計を得るために、上述した新規の光学構造を利用しかつ汎用的な最適光学設計を適用することにより実現できることを理解されたい。このように、本発明の範囲に含まれる広範囲の焦点長のレンズを提供することができ、それらは、具体例の１８mm、４０mm及び１００mmのレンズに関係する上述の全ての利点を有するものである。
【０１１３】
上述の実施例では、非球面単レンズが第１レンズ群に配置される。第１のレンズ群が２つ以上の非球面レンズを含む他の実施例も可能である。これは、よりコストはかかるがおそらくはよりコンパクトな設計にて、上述の具体例をさらに超えて特性改善するために望ましい。さらに、非球面レンズは、第１レンズ群の先頭近くに配置されると説明したが、例えば、性能指標の仕様のために収差補正を改善するお決まりの最適光学設計により決定された場合は、当該レンズ群の中のどの位置に配置してもよい。
【０１１４】
上述の実施例では、図６に示したレンズ機構を用いる場合、第１サブレンズ群が、通常、負である一方、第２サブレンズ群は正である。しかしながら、本発明の範囲に含まれる他の実施例も可能であり、その場合、第１サブレンズ群が正かつ第２サブレンズ群が正である、すなわち双方のサブレンズ群が正である。一般的考え方として、２つのサブレンズ群の結合したパワーは、いかなる組合せを用いる場合であっても、正である。当業者であれば、お決まりの最適化光学設計作業を実行することにより、特定の性能基準のための正確なレンズ機構を決定できることは理解できるであろう。
【０１１５】
上述の本発明の実施例では、３５mmシネフォーマットフィルム又は電子的検知素子のカメラに用いるための適切な大きさをもつ固定焦点長レンズであったが、例えば限定しないが１６mm、スーパー１６mm、３５mm、６５mm、IMAX（登録商標）、OMNIMAX（登録商標）等を含む種々のフィルム及び電子的素子の画像フォーマット、並びに、高解像度テレビジョン（HDTV）、高品位テレビ（ATV）並びに汎用アナログ及びデジタルテレビジョン等を含む種々のビデオフォーマットで用いるために、これらの固定焦点長レンズの大きさを、適宜大きくしたり小さくしたりしてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１００  画像形成光学システム
１０１  物体空間
１０２  物体
１０３  画像空間
１０４  画像
１０５  光軸
５０１  第１レンズ群
５０１ａ  第１サブレンズ群
５０１ｂ  第２サブレンズ群
５０２  第２レンズ群
【図１】
2012501004.tif 000018
【図２ａ】
2012501004.tif 000019
【図２ｂ】
2012501004.tif 000020
【図３ａ】
2012501004.tif 000021
【図３ｂ】
2012501004.tif 000022
【図４ａ】
2012501004.tif 000023
【図４ｂ】
2012501004.tif 000024
【図５】
2012501004.tif 000025
【図６】
2012501004.tif 000026
【図７】
2012501004.tif 000027
【図８ａ−８ｃ】
2012501004.tif 000028
【図９】
2012501004.tif 000029
【図１０ａ】
2012501004.tif 000030
【図１０ｂ】
2012501004.tif 000031
【図１１ａ】
2012501004.tif 000032
【図１１ｂ】
2012501004.tif 000033
【図１１ｃ】
2012501004.tif 000034
【図１２】
2012501004.tif 000035
【図１３ａ−１３ｃ】
2012501004.tif 000036
【図１４ａ】
2012501004.tif 000037
【図１４ｂ】
2012501004.tif 000038
【図１４ｃ】
2012501004.tif 000039
【図１５】
2012501004.tif 000040
【図１６ａ−１６ｃ】
2012501004.tif 000041
【図１７ａ】
2012501004.tif 000042
【図１７ｂ】
2012501004.tif 000043
【図１７ｃ】
2012501004.tif 000044
【国際調査報告】
2012501004.tif 000045
2012501004.tif 000046