JP2002169091A - ズームレンズおよび撮影システム - Google Patents
ズームレンズおよび撮影システムInfo
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- G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
- G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
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Abstract
において、ウォブリング群の適度なバックフォーカスへ
の敏感度を確保しつつ、ウォブリングによる結像倍率の
変化を小さくすることが難しい。 【解決手段】 物体側から順に、第1レンズ群Iと、変
倍時に移動する第2レンズ群IIと、変倍時の結像位置の
移動を補正するための第3レンズ群III と、結像のため
の第4レンズ群IVとを有して構成され、第4レンズ群よ
りも物体側に絞りSPを有するズームレンズにおいて、
第4レンズ群を、物体側から順に、最良結像位置を検出
するために光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリング
群L42と、変倍時および最良結像位置の検出時に固定
であってフランジバック調整又はマクロ撮影のための可
動部分を含む調整群L43とを設けて構成する。
Description
デオカメラ等に好適なズームレンズに関し、特に絞りよ
りも像側に配置された結像のためのリレーレンズ群中の
一部をウォブリングすることにより合焦点の探索を行う
オートフォーカス方式に適し、さらにはフランジバック
調整又はマクロ撮影のために可動な群を有したズームレ
ンズに関するものである。
撮影者および撮影条件の多様化に伴い、操作性およびそ
の簡便性・機動性を高めることが要求される。これに対
応して、オートフォーカス機能を持つズームレンズの要
望も高まっている。
機動性を確保する必要から、結像系とは別に測距系を設
ける必要のある赤外光等を利用した外測式のオートフォ
ーカスを使うことは適度ではない。
号を用いてオートフォーカスを行う方法が一般的であ
る。そして、ビデオカメラ等におけるオートフォーカス
方式としては、レンズ系の一部や撮像素子を光軸方向に
微小振幅駆動(ウォブリング)させて、オートフォーカ
スのための方向判別信号を得る方法(いわゆる山登り
式)がオートフォーカスの精度や速度を向上させる上で
有効である。
トフォーカス機能を有するズームレンズの光学的構成を
示している。
向に移動可能な第1レンズ群、IIは変倍時に光軸方向に
移動可能な第2レンズ群、III は変倍時の結像位置の移
動を補正するための第3レンズ群、IVは結像のための第
4レンズ群、Woはウォブリングレンズ群、IGは結像
面である。
方向にウォブリングさせて結像位置を意図的に変化させ
ることによって、映像信号の強弱・勾配を検出し、ベス
トピントの方向を検知し、ピントが合う方向にフォーカ
シング群を移動させてフォーカシングする方式である。
は、適度なバックフォーカスへの敏感度を有することが
必要となる。
させる方法は、可動レンズ群の位置敏感度に関係なく信
号が得られるという点で有利であるが、余分に駆動手段
が必要という点で構造が複雑となり、コスト的に不利で
ある。
系の一部をウォブリングさせて合焦点を探索する場合、
比較的小型軽量のレンズ群を移動させて行うので、駆動
力が小さくて済み、ズームに対して固定の群で行うので
構造的にも簡素でコスト的にも有利である。
ングすると結像倍率が変化し、軸外光の結像位置が動
き、画質劣化の原因となる。
結像倍率の変化が小さくてコンパクトであるズームレン
ズとして、最も像側のレンズ群を用いてウォブリングお
よびフォーカシングを行うものが開示されている。
にズームレンズにおいて、絞りより像側の結像のための
光学系の一部をウォブリングする場合、迅速なフォーカ
シング、小型軽量化、低コスト化が可能となる等の特徴
が得られるものの、ウォブリングに伴い結像倍率が変化
して画質が劣化するという欠点が存在する。また、オー
トフォーカスのための方向判別信号を得るには、ウォブ
リング群に適度なバックフォーカスへの位置敏感度を持
たせることが必要である。
スへの適度な敏感度とウォブリングに伴う結像倍率の変
化が小さいこととを両立させる必要がある。
は、通常のフォーカシングレンズ群とは別のレンズ系の
一部を動かして、極近接撮影を可能にするマクロ撮影機
構や、レンズマウントの取り付け基準面(フランジ)か
ら結像面までの距離をレンズ系の一部を動かして調整す
るフランジバック調整機構が必要である。
整機構もまた、絞りより像側の結像のための光学系の一
部にて行うと、操作性確保および小型軽量化が可能とな
るが、これらの調整群にも適度なバックフォーカスへの
位置敏感度を有することが必要条件となる。
号では、最も像側のレンズ群を用いてウォブリングおよ
びフォーカシングを行っており、フォーカシング群と結
像面との間に変倍時又は最良結像位置の検出時に固定と
なるレンズ群、特にフランジバック調整又はマクロ撮影
のための可動レンズ群を設けようとする場合に不向きで
ある。
整等を行う可動群とを兼用することも考えられるが、こ
の兼用されるレンズ群に対してウォブリング駆動機構と
フランジバック調整等を行うための駆動機構とを併せ持
たせると、駆動機構が複雑化したりフランジバック調整
等の操作性が悪化したりするという問題が生ずる。
系にウォブリング群とフランジバック等の調整群とを別
々に有し、ウォブリング群にバックフォーカスへの適度
な位置敏感度を持たせるとともに、ウォブリング時の結
像倍率の変化が少なく、しかもレンズ全長が短いズーム
レンズを提供することを目的としている。
めに、本発明では、物体側から順に、第1レンズ群と、
変倍時に移動する第2レンズ群と、変倍時の結像位置の
移動を補正するための第3レンズ群と、結像のための第
4レンズ群とを有して構成され、第4レンズ群よりも物
体側に絞りを有するズームレンズにおいて、第4レンズ
群を、物体側から順に、最良結像位置を検出するために
光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリング群と、変倍
時および最良結像位置の検出時に固定であってフランジ
バック調整又はマクロ撮影のための可動部分を含む調整
群とを有するよう構成している。
の第4レンズ群として、ウォブリング群とフランジバッ
ク等の調整群とを別々に設けることで、ウォブリング駆
動機構やフランジバック調整等の駆動機構を簡単化でき
るとともにフランジバック調整等の操作性を良好なもの
とし、さらにウォブリング群にバックフォーカスへの適
度な位置敏感度を持たせることとウォブリング時の結像
倍率の変化を少なくさせることとの両立が容易であるズ
ームレンズを実現している。
ンズ群において、ウォブリング群が光軸方向に振幅駆動
された時のバックフォーカス変化の振幅の半幅を焦点深
度とした場合に、以下の条件式を満足するようにすれば
よい。
度なバックフォーカスへの位置敏感度を保証し、製品と
して必要なバックフォーカスを確保することが可能であ
るとともに、ウォブリングに伴う結像倍率の変化を実用
上問題の無いレベルまで小さくすることで、ウォブリン
グ時の像劣化を防止しつつ、簡単な構成にて良好な光学
性能を維持することが可能となる。
以下の条件式を満足するようにするのがよい。
クフォーカスへの位置敏感度を保証しつつ、簡単な構成
にて良好な光学性能を維持することが可能となる。
像側のb群の2つの群から構成し、上記b群をフランジ
バック調整またマクロ撮影のための可動群とした上で、
以下の条件式を満足するようにするのが好ましい。
カスへの位置敏感度を保証しつつ、簡単な構成にて良好
な光学性能を維持することが可能となる。
レンズ群の光学的諸定数を特定することにより、レンズ
系全体の小型化を図りつつ、フランジバック調整又はマ
クロ撮影のための可動群を確保し、全変倍範囲および全
物体距離にわたって良好な光学性能を有するとともに、
ウォブリング時の結像倍率の変化が小さいズームレンズ
を得ることが可能となる。
はマクロ撮影のため一体に移動可能としてもよい。
より物体側に固定群を配置して、ウォブリング群の大型
化を抑えたり、収差を良好に補正したりすることができ
るようにしてもよい。
形態であるオートフォーカス機能を有するズームレンズ
の光学的構成を示している。なお、本実施形態のズーム
レンズはテレビカメラ又はビデオカメラ(撮影装置)に
交換可能に装着され、図15に示すような撮影システム
を構成するものである。
はフォーカスのための第1レンズ群、IIは変倍時に移動
可能な第2レンズ群、III は変倍時の結像位置の移動を
補正するための第3レンズ群、IVは結像のための第4レ
ンズ群、GBは色分解プリズムなどのガラスブロック、
SPは絞りである。
倍の際に固定である。また、第4レンズ群IVは、物体側
から順に、固定のL41群と、ウォブリング群であるL
42群と、変倍および最良結像位置の検出の際に固定で
あってフランジバック調整又はマクロ撮影のために可動
とした群を含むL43群(調整群)とを有して構成され
ている。
ムレンズにおいては、L43群は、物体側のL43a群
と、像側のL43b群とから構成されており、L43a
群は固定群、L43b群はフランジバック調整又はマク
ロ撮影のための可動群となっている。
3群の全体がフランジバック調整又はマクロ撮影のため
に一体的に可動な群(L43b群)となっている。
にウォブリングさせて、結像面上でオートフォーカスの
ための方向判別信号を得る。そして、この得られた信号
をもとに、フォーカス群を駆動してベストピント状態と
する。
の方向判別信号を得るには、ウォブリングによって適度
にバックフォーカスをずらす必要があり、ウォブリング
量はバックフォーカスが焦点深度程度ずれるように設定
するのが一般的である。
メラ(イメージサイズ:φ11)では、許容錯乱円径は
約0.021mmであり、FナンバーがF/2.0のと
き焦点深度は約0.04mmとなる。これらの値はイメ
ージサイズ(1/2型、1/3型)により異なる。
る。まず、条件式(1)は、L42群とL43群のパワ
ーに関する条件を示している。この条件式(1)を満足
することにより、L42群とL43群の適度なフランジ
バックへの位置敏感度を保証しつつ、簡単な構成にて良
好な光学性能を維持することができる。
パワーに対して必要以上に小さくなって条件式(1)の
絶対値の上限を越えると、L42群のバックフォーカス
への位置敏感度が小さくなり、オートフォーカスのため
の方向判別信号を得るための駆動距離が大きく必要とな
る。
ーに対して必要以上に大きくなって条件式(1)の絶対
値の上限を越えると、製品として必要なバックフォーカ
スを確保しつつ、簡単な構成にて良好な光学性能を維持
するのが困難となる。
おいては、L41群を有する場合を示しているが、L4
1群は必ずしも必要ではない。但し、L41群を設ける
ことで、L42群の大型化を防止できるとともに、諸収
差を良好に補正することができるというメリットがあ
る。
る像高変化(つまりは結像倍率)の関係について図7を
用いて説明する。図7は、絞りよりも像側に配置された
結像のためのレンズ群における光学作用を説明する概略
図である。ここでは、1つのレンズ群をウォブリングし
たときの像面での絞り中心光線の像高変化量Δyについ
て考える。
41群、L42群、L43群を経て結像面IGに至る。
1群が存在しない場合はh1 =0)、射出角をα42、L
42群のパワーをφ42、L43群のパワーをφ43、L4
1群(L41群が存在しない場合は絞りSPの位置)と
L42群との主点間隔をe1、L42群とL43群との
主点間隔をe2 、L43群の主点と結像面IGとの間隔
をsk 、像高をy、L42群のウォブリング変位量をΔ
x、ウォブリング時の像高変化量をΔyとするとき、像
高変化率Δy/fw(fwは全系の広角端の焦点距離)
は概ね、
点位置から見た絞りの虚像までの距離aと、L42群の
主点位置から見た結像位置の虚像までの距離bとの差を
表している。
点探索には適度なバックフォーカスへの位置敏感度が必
要である。条件式(1)および(3)より、バックフォ
ーカスの敏感度Δsk は概ね、
群の変位量Δxとの関係は概ね、
を有するL42群を変位させたときの像高変化率Δy/
fwは概ね、
は約1分といわれている。例えば、人間が30インチ
(水平方向の画面サイズが約50cm)のテレビ画面を
2.5m離れた位置から見ると、水平方向の視野角は約
680分となる。従って、分解能約1分は画面上0.1
5%に相当する。
くなると共にベストピント位置の検出に必要なウォブリ
ング量も大きくなるため、像高変化率も大きくなる。そ
こで、使用頻度が最も多いFナンバー域が開放〜F/
5.6程度であるので、F/5.6での像高変化率を
0.15%まで許容すると、開放(F/1.85)時は
その約1/3の0.06%程度となる。そこで、条件式
(2)式の上限は、絞り開放(F/1.85)時の像高
変化率が0.06%(F/5.6の時0.15%)以内
に収まるように決定した。
に使用するシステムを考えた場合や、より明るい開放F
ナンバーを設定した場合には、開放時の像高変化率は
0.06%より抑えることが必要となる。
きる像高変化率の上限値は、焦点深度に対するウォブリ
ング量決定の考え方や、想定する画面サイズ等によって
も変化するが、条件式(2)の範囲にあれば、後述する
表7に示す通り、0.06%以下に収まる。
角端でのパワーに関するものであり、適度なバックフォ
ーカスへの位置敏感度を保証し、良好な光学性能を維持
するための条件を示したものである。
ーに対して小さくなって条件式(3)の下限を下回る
と、バックフォーカスへの位置敏感度が小さくなり、オ
ートフォーカスのための方向判別信号を得るためにウォ
ブリング群の移動量を大きくしなければならず、可動部
間隔が広く必要となり、小型化に反する。
件式(3)の上限を越えると、バックフォーカスへの位
置敏感度が大きくなり、定まったバックフォーカスの変
位量に対してメカ的にL42群の変位量を制御すること
が困難となる。また、簡単な構成にて良好な光学性能を
維持することが困難となる。
3a群と像側のL43b群の2つの群に分割して各レン
ズ群のパワーを限定することにより、像側のL43b群
を適切なバックフォーカスへの位置敏感度をもったフラ
ンジバック調整またマクロ撮影のための可動レンズ群と
して設定するためのものである。
パワーが必要以上に大きくなるか、あるいはL43a群
のパワーに対してL43b群のパワーが必要以上に小さ
くなることによって条件式(4)の上限を越えると、良
好な光学性能を維持するためのレンズ構成が複雑化した
り、L43群のバックフォーカスに対する位置敏感度が
小さくなって可動部間隔が多く必要となるといったデメ
リットが生じる。
条件式(1)〜(4)を満足することにより、ズームレ
ンズ系全体のコンバクト化を図りつつ、フランジバック
調整又はマクロ撮影のための可動なL43群をウォブリ
ング群であるL42群とは別に確保し、全変倍範囲およ
び全物体距離にわたって良好な光学性能を達成すること
ができるとともに、ウォブリング時における結像倍率の
変化の小さなズームレンズを実現している。
数値実施例を表1〜表6を示す。また、図8〜図13に
は上記各数値実施例での広角端(A)および望遠端
(B)での諸収差図を示している。
収差図は図1のズームレンズに、表2の数値実施例2お
よび図9の諸収差図は図2のズームレンズに、表3の数
値実施例3および図10の諸収差図は図3のズームレン
ズに、表4の数値実施例4および図11の諸収差図は図
4のズームレンズに、表5の数値実施例5および図12
の諸収差図は図5のズームレンズに、表6の数値実施例
6および図13の諸収差図は図6のズームレンズにそれ
ぞれ対応するものである。
施形態によれば、FナンバーがF/2.0程度、変倍比
10倍以上の大口径比、かつ高倍率比のオートフォーカ
ス機能を有するズームレンズを実現することができる。
(4)との関係を表7にまとめて示す。
数値実施例3〜6ではφ42が負としている。また、数値
実施例5ではL43群をフランジバック調整又はマクロ
撮影のため一体で移動可能としている。さらに、数値実
施例6ではL43a群およびL43b群とも正のパワー
を有している。
Pよりも物体側の結像のための第4レンズ群として、ウ
ォブリング群であるL42群とフランジバック等の調整
群であるL43群とを別々に設けているので、ウォブリ
ング駆動機構やフランジバック調整等の駆動機構を簡単
化できるとともにフランジバック調整等の操作性を良好
なものとし、さらにL42群にバックフォーカスへの適
度な位置敏感度を持たせることとウォブリング時の結像
倍率の変化を少なくさせることとの両立が容易であるズ
ームレンズを実現することができる。
影光学系として用いた撮影システム(テレビカメラシス
テム)の実施形態を図15を用いて説明する。
影システム本体、101は数値実施例1〜6のズームレ
ンズによって構成された撮影光学系、102はフィルタ
ーや色分解プリズムに相当するガラスブロック、103
は撮影光学系101によって形成される被写体像を受光
するCCD等の撮像素子、104,105は撮影装置及
びレンズの制御を司るCPU である。
ズをテレビカメラ等の撮影システムに適用することによ
り、ウォブリング駆動機構やフランジバック調整等駆動
機構の簡単化、フランジバック調整等の操作性の向上を
図るとともに、ウォブリング群にバックフォーカスへの
適度な位置敏感度を持たせることと、良好な光学性能を
維持することとの両立が容易である撮影システムを実現
することができる。
絞りよりも物体側の結像のための第4レンズ群として、
ウォブリング群とフランジバック調整又はマクロ撮影の
ための調整群とを別々に設けているので、ウォブリング
駆動機構やフランジバック調整等の駆動機構を簡単化で
きるとともにフランジバック調整等の操作性を良好なも
のとすることができる。さらに、ウォブリング群にバッ
クフォーカスへの適度な位置敏感度を持たせることとウ
ォブリング時の結像倍率の変化を少なくさせることとの
両立が容易であるズームレンズを実現することができ
る。
リング群が光軸方向に振幅駆動された時のバックフォー
カス変化の振幅の半幅を焦点深度とした場合に、条件式
(1),(2)を満足するようにすれば、ウォブリング
群や調整群の適度なバックフォーカスへの位置敏感度を
保証し、製品として必要なバックフォーカスを確保する
ことが可能であるとともに、ウォブリングに伴う結像倍
率の変化を実用上問題の無いレベルまで小さくすること
で、ウォブリング時の像劣化を防止しつつ、簡単な構成
にて良好な光学性能を維持することができる。
(3)を満足するようにすれば、ウォブリング群の適度
なバックフォーカスへの位置敏感度を保証しつつ、簡単
な構成にて良好な光学性能を維持することが可能とな
る。
像側のb群の2つの群から構成し、上記b群をフランジ
バック調整またマクロ撮影のための可動群とした上で、
条件式(4)を満足するようにすれば、調整群の適度な
バックフォーカスへの位置敏感度を保証しつつ、簡単な
構成にて良好な光学性能を維持することができる。良好
な光学性能を維持することができる。
レンズ群の光学的諸定数を特定することにより、レンズ
系全体の小型化を図りつつ、フランジバック調整又はマ
クロ撮影のための可動群を確保し、全変倍範囲および全
物体距離にわたって良好な光学性能を有するとともに、
ウォブリング時の結像倍率の変化が小さいズームレンズ
を得ることができる。
より物体側に固定群を配置すれば、ウォブリング群の大
型化を抑えたり、収差を良好に補正したりすることがで
きる。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズの光学的構成を示す図である。
ンズ群の光学作用の説明図。
ある。
ある。
である。
である。
である。
である。
するズームレンズの光学的構成を示す図である。
影光学系として用いた撮影システムの模式図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 物体側から順に、第1レンズ群と、変倍
時に移動する第2レンズ群と、変倍時の結像位置の移動
を補正するための第3レンズ群と、結像のための第4レ
ンズ群とを有して構成され、前記第4レンズ群よりも物
体側に絞りを有するズームレンズにおいて、 前記第4レンズ群は、物体側から順に、最良結像位置を
検出するために光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリ
ング群と、変倍時および最良結像位置の検出時に固定で
あってフランジバック調整又はマクロ撮影のための可動
部分を含む調整群とを有して構成されていることを特徴
とするズームレンズ。 - 【請求項2】 前記第4レンズ群において、前記ウォブ
リング群が光軸方向に振幅駆動された時のバックフォー
カス変化の振幅の半幅を焦点深度とした場合に、以下の
条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載のズ
ームレンズ。 【数1】 - 【請求項3】 前記第4レンズ群において、以下の条件
式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の
ズームレンズ。 【数2】 - 【請求項4】 前記調整群は、物体側のa群と、像側の
b群の2つの群からなり、前記b群をフランジバック調
整またマクロ撮影のための可動群とし、以下の条件式を
満足することを特徴とする請求項1から3のいずれかに
記載のズームレンズ。 【数3】 - 【請求項5】 前記調整群をフランジバック調整又はマ
クロ撮影のため一体に移動可能としたことを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載のズームレンズ。 - 【請求項6】 前記ウォブリング群より物体側に、固定
群を配置したことを特徴とする請求項1から5のいずれ
かに記載のズームレンズ。 - 【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載のズー
ムレンズと、このズームレンズが交換可能に装着される
撮影装置とを有して構成されることを特徴とする撮影シ
ステム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP4708553B2 JP4708553B2 (ja) | 2011-06-22 |
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