JP2003262780A - ズーム光学系 - Google Patents
ズーム光学系Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
形態について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
・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、
−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。
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。
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。
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。
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。
である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (7)
- 【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。
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