JP2003262780A - ズーム光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
ーム光学系を実現すること。 【解決手段】 ズーミングに際し移動して変倍を行う変
倍ユニット２と、変倍ユニット２の前側に配置された第
１のフォーカスユニット１と、変倍ユニット２より後側
に配置された第２のフォーカスユニット３と、第１のフ
ォーカスユニット１の位置を検出するセンサー４と、第
１のフォーカスユニット１の位置に応じた第２のフォー
カスユニット３のズーミングの際の移動情報を記憶した
メモリー７とを備える。そして、第２のフォーカスユニ
ット３は、センサー４によって検出された第１のフォー
カスユニット１の位置情報及びメモリ−７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。

Description

【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、ｆ
Ｌ／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、、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３
ｍ）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２
１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１
２、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Ｌ
２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、，，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
、１ｂ〜１ｄは位置、１ｃ〜１ｅは位置の時のカ
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Ｌ
５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
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３
ｍ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Ｌ
１、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、，，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、１ｂ〜１ｄは位置、
１ａ〜１ｃは位置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Ｌ
４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３
ｍ、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１
ｄ，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
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３
ｍ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、，，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Ｌ
４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、１ｂ〜１ｄは位置
、１ｃ〜１ｅは位置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Ｌ
４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，Ｌ
３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Ｌ
５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Ｌ
１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、，，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Ｌ
５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、１ｂ〜１ｄは位置
、１ｃ〜１ｅは位置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、１
ｍ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、１
ａ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
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Ｌ
１）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〜Ｒ２
６、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Ｒ２
６〜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】

【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】

【００７３】

【外３】

【００７４】

【外４】

【００７５】

【外５】

【００７６】

【表１】

【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２
３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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H044 DA01 DA02 DA04 DB01 DB02 DC04 DE06 EF04 2H087 KA02 KA03 MA12 MA15 MA19 PA09 PA10 PA11 PA13 PA16 PA19 PB11 PB12 PB13 PB17 QA02 QA07 QA17 QA21 QA25 QA34 QA42 QA45 QA46 RA05 RA12 RA42 SA23 SA27 SA29 SA30 SA32 SA33 SA63 SA64 SA72 SA75 SB04 SB14 SB15 SB22 SB25 SB35 SB47

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。