JP2814388B2

JP2814388B2 - ズームレンズ

Info

Publication number: JP2814388B2
Application number: JP1164640A
Authority: JP
Inventors: 敦史芝山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: EP0405532A2; JPH0329912A; EP0405532A3; US5032013A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はズームレンズ系内の一部のレンズ群の移動に
よる所謂インナーフォーカス方式あるいはリアフォーカ
ス方式を採用したズームレンズに関するものである。

〔従来の技術〕

従来におけるズームレンズのフォーカシング方式は、
最も物体側に位置する第１レンズ群を繰り出す所謂前玉
繰り出し方式、ズームレンズ系内の一部のレンズ群の移
動によるインナーフォーカス方式、リアフォーカス方
式、全体繰り出し方式が公知である。

一般に、インナーフォーカス方式、リアフォーカス方
式、全体繰り出し方式は、同一の撮影距離（被写体から
像面までの距離）に対して必要な繰り出し量が全系の焦
点距離の変化に伴って異なってしまうと言う問題を抱え
ているため、任意の焦点距離である撮影距離に対して合
焦していても変倍を行い焦点距離を変えてしまうと結像
位置が大きく変動してその都度、合焦をやり直す必要が
あった。したがって、マニュアル・フォーカスには不向
きである。

以上の事から、一般に、任意の撮影倍率状態において
も常に移動量が一定であるため、マニュアル操作（マニ
ュアル・フォーカス）に好都合である前玉繰り出し方式
が主流であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、一般的に、第１レンズ群のレンズ径は大き
く重くなる傾向にある。例えば、正・負・正の３群以上
の多群構成で高変倍比のズームレンズでは、近距離合焦
時に広角側で口径蝕が起こり易いため、これを軽減しょ
うとすると第１レンズ群の大型化を招く、さらには近距
離合焦時に正の方向に像面湾曲が甚大に発生し結像性能
の劣化を招く問題がある。

近年、オート・フォーカス方式の一眼レフカメラが主
流となっており、前玉繰り出し方式によりオート・フォ
ーカスを行うと、フォーカス用の駆動モータに大きな負
荷がかかり、合焦速度が遅くなるため、迅速なフォーカ
スが出来なくなる問題がある。

そこで、本発明は上記の問題を全て解決し、迅速かつ
容易にマニュアル・フォーカス及びオート・フォーカス
を可能として格段の操作性の向上を図り、無限遠は勿論
のこと近距離に至るまで全変倍域にわたり優れた結像性
能を有するズームレンズを提供することを目的としてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

以上の如き課題を解決するために、本発明において
は、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を
有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ
群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを有し、広角
端から望遠端へのズーミングに際し、少なくとも前記第
３レンズ群と第４レンズ群とが光軸に沿って移動するズ
ームレンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際
し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が相
対的に変化しながら該両群が共に像側へ移動させたもの
である。

このように、本発明は、フォーカシングに際し、変倍
機能を有する第３レンズ群と前記第４レンズ群との２つ
の群間隔を相対的に変化させる、所謂フローティング方
式を採用することにより、広角端から望遠端にわたり極
めて良好なる近距離結像性能を引き出している。

そして、広角端の無限遠合焦状態における前記第３レ
ンズ群と前記第４レンズ群との横倍率をそれぞれβ_3W、
β_4Wとし、望遠端の無限遠合焦状態における前記第３レ
ンズ群と前記第４レンズ群との横倍率をそれぞれβ_3T、
β_4Tとするとき、 β_3T・β_4T＜β_3W・β_4W （１） β_3W・β_4W＜−1.3 （２）を満足することを特徴とするように構成することが望ま
しい。

さらに、前記第３レンズ群の焦点距離をf₃とし、前記
第４レンズ群の焦点距離をf₄とするとき、 1.4＜f₄/f₃＜４（３）を満足するように構成することがより好ましい。

〔作用〕

本発明は、本件と同一出願人による特願昭63−311494
号で提案したズームカムとフォーカスカムとの変換操作
によって、ズームレンズを構成している各レンズ群がズ
ーミングに際して移動し、フォーカシングに際して変倍
機能と合焦機能とを兼ね備えた第３レンズ群と第４レン
ズとを移動させても、ある距離の被写体に対して１度フ
ォーカシングを行えば、倍率を任意に変化させても常に
ピントが合っている状態を確保することができる。

具体的には、後に詳述する第5A図及び第5B図に示す如
く、変倍のために第３レンズ群と第４レンズ群との各変
倍用移動軌跡に対応する２つの変倍用案内溝（CZ₃、C
Z₄）を有する第１鏡筒部材10と、合焦のために第３レン
ズ群と第４レンズ群とをそれぞれ光軸方向に沿って移動
させるための２つの合焦用案内溝（CF₃、CF₄）を有する
第２鏡筒部材20を有するように構成されている。そし
て、第5B図に示す如く、ズームレンズ系の光軸を回転中
心としてこの第１鏡筒部材10と第２鏡筒部材20とを相対
的にΔφ回転させて第３レンズ群と第４レンズ群とを変
倍用案内溝（CZ₃、CZ₄）と合焦用案内溝（CF₃、CF₄）と
の各交点による定まる量（ΔXZ₃、ΔXZ₄）だけ光軸上を
それぞれ移動させることによって所望の変倍がなされ、
また第5A図に示す如く、第１鏡筒部材10と第２鏡筒部材
20とを光軸方向において相対的にΔＦ移動させて第３レ
ンズ群と第４レンズ群とを変倍用案内溝（CZ₃、CZ₄）と
合焦用案内溝（CF₃、CF₄）との各交点の変移量により定
まる量（ΔXF₃、ΔXF₄）だけ光軸上をそれぞれ移動させ
ることによって所望の物体に対する合焦がなされる。そ
して、所定の物体に対する合焦に必要な第１鏡筒部材10
と第２鏡筒部材20との光軸方向での相対的な移動量ΔＦ
を変倍状態の如何によらずほぼ一定に維持しつつ、第３
レンズ群と第４レンズ群との合焦における光軸上での移
動量（ΔXF₃、ΔXF₄）が変倍状態に応じて変化し得るよ
うに、合焦用案内溝が光軸に対して傾斜した領域を有す
る非線型に形成されている。

そこで、変倍用案内溝（ズームレンズカム）と合焦用
案内溝との非線型な曲線形状を求める手順について説明
する。

先ず、変倍のために移動する変倍移動軌跡を光軸方向
の移動量とそれに直交する所謂回転鏡筒の回転角θとを
変数として表現する時に、任意の変倍状態で合焦のため
に光軸方向に移動する合焦レンズ群の移動量ΔＸを変倍
移動軌跡における回転鏡筒の回転量φに換算した時に、
ΔＸとφとを変数とするように、従来においては光軸と
平行な直線状であった案内溝を光軸と角度を成すように
非線型な曲線状の合焦用案内溝（フォーカスカム）に変
数変換する。

同時に、合焦レンズ群の移動軌跡と変換前の案内溝の
直線軌道との関係に対応すべく、変換後の合焦用案内溝
（フォーカスカム）に基づいて合焦レンズ群の変倍のた
めの移動軌跡、即ち変倍用案内溝（ズームカム）を回転
鏡筒の回転角θ方向に変数変換する。

このような変換操作によって、変倍用案内溝（ズーム
カム）と合焦用案内溝（フォーカスカム）とが決定され
る。

これらの変換の結果、合焦の際には、合焦レンズ群が
変倍の時に移動する移動軌跡（ズームカム）に沿って移
動することになる。そして、変倍の際には、変換後のフ
ォーカスカムとズームカムとを光軸を中心にして相対的
に回転することによって、即ち、変換後のフォーカスカ
ムあるいはズームカムの一方を光軸と直交するθ方向に
移動することによって、変倍機能を有するレンズ群の光
軸上の位置を変化せしめて変倍を行う。合焦時には、同
一撮影距離の物体に対して各レンズ群の光軸方向の移動
量が異なっていても、変換後のフォーカスカムを光軸方
向へほぼ同一移動量ΔＦだけ移動することで合焦が達成
される。

次に、変倍機能と合焦機能とを兼ね備えた第３レンズ
群と第４レンズ群とを有する本発明のズームレンズにつ
いて詳述する。

本発明の如き正・負・正・正の４群ズームレンズにお
いては、広角端Ｗと望遠端Ｔでの焦点距離を一般に次式
の如く表現することができる。

f_W＝f_12W・β_3W・β_4W …（a₁） f_T＝f_12T・β_3T・β_4T …（a₂）但し、 f_W:広角端におけるズームレンズの焦点距離。

f_T:望遠端におけるズームレンズの焦点距離。

f_12W:広角端における第１レンズ群と第２レンズ群との
合成焦点距離。

f_12T:望遠端における第１レンズ群と第２レンズ群との
合成焦点距離。

β_3W:広角端での第３レンズ群の結像倍率（横倍率）。

β_3T:望遠端での第３レンズ群の結像倍率（横倍率）。

β_4W:広角端での第４レンズ群の結像倍率（横倍率）。

β_4T:望遠端での第４レンズ群の結像倍率（横倍率）。

である。尚、以下において、横倍率を結像倍率と称す
る。

また、ズームレンズの各焦点距離状態において無限遠
物体と近距離物体との合焦では、ズームレンズの位置に
対する結像位置がそれぞれ異なる。

具体的には、ある焦点距離ｆを有する薄肉レンズが無
限遠物体を合焦しているとすると、像面はこのレンズよ
り距離ｆだけ離れた位置に形成される。次に、このレン
ズが物体距離Ｄ（レンズ位置から物体までの距離）の物
体に合焦する際には、レンズはδ_Ｆだけ物体側へ移動す
るものとする。すると、の結像の関係式より、を導出できる。

ここで、物体距離Ｄがレンズの焦点距離ｆと比べて十
分に大きいとすると、近似的にはＤ−ｆを定数として扱
えるため、上式（ｂ）より、一般的には、合焦に際する
移動量δ_Ｆは焦点距離の２乗に比例することになる。

このことをズームレンズの広角端と望遠端とにそれぞ
れ置き換えて考えると、ズームレンズの広角端での焦点
距離をf_w、広角端における無限遠からある物体距離Ｄへ
の合焦に際してのズームレンズの移動量をδ_wF、望遠端
における焦点距離をf_TF、望遠端における無限遠からあ
る有限物体距離Ｄへの合焦に際してのズームレンズの移
動量をδ_TFとするとき、が与えられる。

ここで、（f_T−f_w）＜＜Ｄとすると、Ｄ−f_w≒Ｄ−f_T
と近似でき、さらにズーム比をＺ（＝f_T/f_w）とする
と、（c₁）式、（c₂）式より以下の如くなる。

この式（ｄ）は、無限遠から有限物体距離Ｄへの合焦
に際してレンズ系を固定した場合では、合焦による望遠
端と広角端での像面位置変動の比を示している。

そして、（ｄ）式に（a₁）式及び（a₂）式を代入する
と次式が求められる。

ズーム比をＺ（＝f_T/f_w）とするとき、上式は、となる。

そして、無限遠から有限物体距離Ｄへの合焦により、
第１及び第２レンズ群により形成される広角端での像点
位置の変位量をδ_12wとし、無限遠から有限物体距離Ｄ
への合焦により、第１及び第２レンズ群により形成され
る望遠端での像点位置の変位量をδ_12Tとするとき、上
記（e₁）は、となる。

ここで、（β_3W・β_4W）²/（β_3T・β_4T）^２＞１の関
係が成立しているとすると、上式（e₂）は、 δ_12T/δ_12w＞Z² ……（ｆ）となる。

この（ｆ）式から無限遠から有限物体距離Ｄへの合焦
により、第１及び第２レンズ群により形成される像点位
置の変位量の広角端と望遠端とでの比は、ズーム比の２
乗より大きくなる。

これにより、望遠端と広角端とにおける合焦群の第３
レンズ群と第４レンズ群の合焦に要する移動量の比もズ
ーム比の２乗より大きくなるため、広角端において機械
的に制御可能な合焦のための移動量を確保しようとする
と、望遠端での合焦のための移動量が過大となり、結果
的に合焦機構の大型化を招くので好ましくない。これに
加え、第１レンズ群及び第２レンズ群における変倍に対
する負担が過大となるため、これらの群の焦点距離を小
さくせねばならず、収差補正が極めて困難となる。

一方、（β_3W・β_4W）²/（β_3T・β_4T）^２＜１の関係
が成立しているとすると、（e₂）式より δ_12T/δ_12w＜Z² ……（ｇ）となる。この式から無限遠から有限物体距離Ｄへの合焦
により、第１及び第２レンズ群により形成される像点位
置の変位量の広角端と望遠端とでの比は、ズーム比の２
乗より小さくなる。このため、望遠端と広角端とにおけ
る合焦群の第３レンズ群と第４レンズ群の合焦に要する
移動量の比も、ズーム比の２乗より小さく抑えられるた
め、合焦による合焦群の移動量を小さく抑えることが可
能となり、合焦機構のコンパクト化を達成できる。

以上の事から、第３レンズ群と第４レンズ群との合成
結像倍率（合成横倍率）における広角端と望遠端との比
率が（β_3W・β_4W）²/（β_3T・β_4T）^２＜１の関係を満足するように構成することが必要である。

ここで、β_3W・β_4W＜０、β_3T・β_4T＜０であるた
め、故に β_3W・β_4W＞β_3T・β_4T ……（１）の関係を満足する必要がある。

さて、変倍機能と合焦機能とを兼ね備えた第３レンズ
群と第４レンズ群とが、フォーカシングに際して一体的
に移動すると仮定して、その両群を１つの合焦群G₃₄と
みなした場合に、ある焦点距離状態で無限遠物体を合焦
している時の本発明のズームレンズの骨組みの模式図を
第１図に示している。

図示の如く、無限遠からの平行光線が第１レンズ群G₁
を通過すると収斂作用を受けて像点O₁が作られる。そし
て、この像点O₁は第２レンズ群G₂に対する物点となり、
この第２レンズ群G₂による発散作用を受けると、像点O₂
が作られる。今度はこの像点O₂は第３レンズ群G₃と第４
レンズG₄よりなる合焦群G₃₄に対する物点となり、この
合焦群G₃₄により収斂作用を受けて像点0₃で結像され
る。

以上の結像関係のもとで、合焦群G₃₄の焦点距離（第
３レンズG₃と第４レンズ群G₄の合成焦点距離）をf₃₄と
し、合焦群G₃₄から物点O₂までの距離をS₂、合焦群G₃₄か
ら像点O₃までの距離をS₃とするとき、の結像の関係から、次式が与えられる。

ここで、合焦群G₃₄のコンパクト化を図るためにS₂＋S
₃の最小値を求めると、S₂＝S₃＝2f₃₄のとき最小値が4f
₃₄となる。

このとき、ある焦点距離状態での合焦群G₃₄の横倍率
β₃₄（ある焦点距離状態における第３レンズG₃の結像倍
率β_３と第４レンズ群G₄の結像倍率β_４との合成結像倍
率）は、となる。

このような結像関係のもとで、近距離の物体に対して
合焦を行おうとすると、合焦群G₃₄の物点O₂は像側へ移
動するため、物点距離はより近くなる。これに応じて像
点O₃もより後方へ移動する。

ところが、像点O₃の位置はレンズ系全体の像面に当た
るため、不動でなければならない。

以上の理由から、無限遠撮影状態における合焦群G₃₄
の結像倍率β₃₄が−１倍の時には、近距離合焦が不可能
となることが理解できる。

したがって、変倍領域の全てにわたって、無限遠撮影
状態における合焦群G₃₄の結像倍率β₃₄が以下の条件
（ｉ）に示す如く−１倍にならないようにしなければな
らない。

β₃₄≠−１ ……（ｉ）また、レンズ系のバックフォーカスを十分に確保する
には、第１図に示した如く、S₂＜S₃の関係を変倍領域の
全てにわたって満足せねばならず、言い換えれば、合焦
群G₃₄の結像倍率が少なくとも以下の条件を満足せねば
ならない。

β₃₄＜−１ ……（ｊ）以上にて述べた条件（ｉ）及び条件（ｊ）を踏まえて
無限遠物体から近距離物体までのフォーカシングを可能
とするには、ある倍率で無限遠に合焦した状態における
合焦群G₃₄の倍率をβ₃₄、この無限遠合焦状態から最至
近への合焦した状態における合焦群G₃₄の倍率をβ₃₄′
とするとき、 β₃₄＜β₃₄′≦−１ ……（ｋ）を満足するように構成しなければならない。

すなわち、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う
と、無限遠物体に合焦している合焦群G₃₄の結像倍率β
₃₄が大きくなり、近距離合焦倍率β₃₄′が−１倍となっ
た時がフォーカス限界となるためである。

そこで、条件（１）で示した如く、広角端での第３レ
ンズ群と第４レンズ群との合成結像倍率は、望遠端より
も大きくなるため、広角端での第３レンズ群と第４レン
ズ群との合成結像倍率が最適となる範囲を以下の条件
（２）にて見出したものである。

β_3W・β_4W＜−1.3 （２）この条件（２）の範囲を越えると、近距離物体に対し
て十分なるフォーカシングが不可能となる。また、広角
端でのバックフォーカスを十分に確保することが困難と
なり、さらには、フォーカシングの際に、合焦群である
第３レンズ群と第４レンズ群とが像面方向に移動するた
め、一眼レフ用カメラに適用すると、クイックリターン
ミラーを配置すべきスペースを確保することが困難なる
ため好ましくない。

尚、後述する本発明の実施例１の如く、撮影距離Ｒ＝
850mm程度の近距離物体へ合焦した時に、広角端で37mm
以上のバックフォーカスを確保するには、無限遠合焦状
態における第３及び第４レンズ群の合成倍率が以下の範
囲を満足することが望ましい。

β_３・β_４＜−1.35 また、ズームレンズ系の小型化を達成するには、さら
に第３及び第４レンズ群の合成倍率が以下の条件を満足
することがより好ましい。

β_３・β_４＞−２この条件の範囲を越えると、広角端でのバックフォー
カスが大きくなり過ぎ、レンズ系の小型化を図ることが
難しくなる。

さて、本発明の如きズームレンズにおいて、さらにコ
ンパクトで十分なる収差補正を果たしつつ確実に実現す
るのは、以下の条件を満足することが望ましい。

1.4＜f₄/f₃＜４（３）但し、 f₃:前記第３レンズ群の焦点距離。

f₄:前記第４レンズ群の焦点距離。

条件（３）の上限を越えると、第３レンズ群のパワー
（屈折力）が過大となり、良好なる収差補正を果たすに
は、第３レンズ群のレンズ構成枚数を増加させる必要が
ある。このため、レンズ系の大型化を招くことは勿論の
こと、合焦兼変倍機能を有する第３レンズ群の重量増加
に伴い、フォーカシング及びズーミングに関する操作性
が劣化してしまう。また、第４レンズ群のパワー（屈折
力）が小さくなるため、フローティングの効果を十分に
得ることが困難となる。

反対に、条件（３）の下限を越えると、第４レンズ群
のパワー（屈折力）が過大となり、フローティングの効
果を十分に得ることが困難となる。

さらに、広角端から望遠端にわたる各変倍状態におけ
る像面弯曲を始めとして、諸収差を十分に補正するに
は、 1.55＜f₄/f₃＜2.5 の範囲を満足するように構成することがより好ましい。

以上においては、合焦群G₃₄を構成している第３レン
ズ群と第４レンズ群とを一体的に移動させてフォーカス
を行うことについて述べたが、フォーカシングにおい
て、このように一体的に合焦群G₃₄を像側へ移動させる
と、像面湾曲が甚大に発生する。

広角端と望遠端とでは、この像面湾曲が発生する大き
さ、発生する方向が異なることが多く、広角端から望遠
端までのあらゆる変倍状態において、無限遠から最至近
距離まで良好に像面湾曲を補正することが極めて困難と
なる。

そこで、本発明は、一般に、広角レンズ、マクロレン
ズ等に適用されている近距離補正機構、所謂フローティ
ングを、ズームレンズのインナーフォーカス方式あるい
はリアフォーカス方式に応用して、あらゆる変倍状態に
おいても無限遠から近距離に至るまで優れた結像性能を
引き出すことを可能としている。

本発明の如き正・負・正・正の４群構成のズームレン
ズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシ
ングに際して、変倍機能と合焦機能とを兼ね備えた第３
レンズ群と第４レンズ群との群間隔を拡大すると、球面
収差は殆ど変化しないが、像面湾曲は正の方向に発生
し、これに伴いコマ収差も大きく変化する。

これに対し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカ
シングに際して、逆に第３レンズ群と第４レンズ群との
群間隔を縮小すると、球面収差は殆ど変動しないが、像
面弯曲は負の方向に大きく変化する。

このように本発明は、フォーカシングに際して、フロ
ーティングによる効果を積極的に利用することにより、
あらゆる変倍状態において無限遠物体から近距離物体に
わたり優れた結像性能を引き出すことを可能としたもの
である。

具体的には、本発明の如き正・負・正・正の４群構成
のズームレンズでは、第３レンズ群と第４レンズ群とを
一体的に像側へ移動させることにより無限遠物体から近
距離物体へのフォーカシングを行うと、いずれも広角端
では像面弯曲が負の方向に甚大に発生する傾向にある。
このため、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシン
グに際して、少なくとも広角端では第３レンズ群に対し
第４レンズ群の像側への移動量を大きくし、第３レンズ
群と第４レンズ群との群間隔を拡大することにより像面
弯曲をバランス良く補正している。

中間焦点距離及び望遠端では、無限遠物体から近距離
物体へのフォーカシングに際する像面弯曲の発生方向及
び大きさに応じて、第３レンズ群と第４レンズ群とを像
側へ移動させつつ、この群間隔をバランス良く変化させ
ることにより、像面弯曲を極めて良好に補正している。

以上の如きフローティングの効果を確実に引き出すに
は、以下の条件を満足することが望ましい。

但し、 DX_3W（Ｒ）：広角端における無限遠から任意の撮影距離
Ｒへの合焦に要する第３レンズ群の移動量。

DX_4W（Ｒ）：広角端における無限遠から任意の撮影距離
Ｒへの合焦に要する第４レンズ群の移動量。

DX_3T（Ｒ）：望遠端における無限遠から任意の撮影距離
Ｒへの合焦に要する第３レンズ群の移動量。

DX_4T（Ｒ）：望遠端における無限遠から任意の撮影距離
Ｒへの合焦に要する第４レンズ群の移動量。

条件（４）の下限を越えると、近距離合焦に際して、
負の方向に像面弯曲が甚大に発生し、反対に条件（４）
の上限を越えると、近距離合焦に際して、正の方向に像
面弯曲が甚大に発生するため好ましくない。しかも、第
４レンズ群の合焦に際する移動量が大きくなるため、近
距離合焦時においては、バックフォーカスが極端に短く
なり過ぎ、一眼レフカメラ用としての必要なクイックリ
ターンミラーのスペースを確保することが困難となる。

また、条件（５）の下限を越えると、近距離合焦に際
して、負の方向に像面弯曲が甚大に発生し、反対に条件
（５）の上限を越えると、近距離合焦に際して、正の方
向に像面弯曲が甚大に発生するため好ましくない。

〔実施例〕

以下に、実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明す
る。

実施例１実施例１のズームレンズは、第２図に示す如く、物体
側から順に、正屈折力の第１レンズ群G₁、負屈折力の第
２レンズ群G₂、正屈折力の第３レンズ群G₃及び正屈折力
の第４レンズ群G₄の４つのレンズ群からなり、広角側か
ら望遠側への変倍に際して全レンズ群が光軸に沿って物
体側に移動し、無限遠物体から近距離物体への合焦の際
には第３レンズ群G₃と第４レンズ群G₄とが光軸上を像側
へ移動する構成である。

各レンズ群の構成について説明すれば、正屈折力の第
１レンズ群G₁は物体側から順に、物体側に凸面を向けた
負メニスカスレンズL₁₁とこれに接合された両凸正レン
ズL₁₂と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL₁₃
からなり、負屈折力の第２レンズ群G₂は、物体側に凸面
に向けた負メニスカスレンズL₂₁と、物体側により曲率
の強い面を向けた両凹負レンズL₂₂と、両凸正レンズL₂₃
とこれに接合された両凹負レンズL₂₄とよりなり、正屈
折力の第３レンズ群G₃は、両凸正レンズL₃₁、両凸正レ
ンズL₃₂とこれに接合された両凹負レンズL₃₃とからな
り、正屈折力の第４レンズ群G₄は像側により曲率の強い
面を向けた正レンズL₄₁、両凸正レンズL₄₂、物体側によ
り強い曲率の凹面を向けた負レンズL₄₃とから構成され
ている。

このズームレンズの諸元を表１に示す。Ｆは焦点距離
を、FNはＦナンバーを表わす。表１の上段において、ｒ
は各レンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎは各レ
ンズの屈折率、Abbeはアッベ数をそれぞれ表し、添数字
は物体側からの順序を示す。表１の中段は広角端から望
遠端に至る６つの変倍状態に対応する６ポジション（Ｆ
＝36.0、50.0、60.0、70.0、85.0、103.0）における各
レンズ群の間隔を示している。

また、表１の下段は、負メニスカスレンズL₂₁の物体側
レンズ面（r6）に形成された非球面の形状を表す各係数
の値を示している。

非球面は、光軸からの高さをｈとし、そのｈにおける
非球面の頂点の接平面からの距離をｘ、円錐定数をｋ、
第２次、第４次、第６次、第８次、第10次の非球面係数
をそれぞれ順にc₂、c₄、c₆、c₈、c₁₀とし、近軸の曲率
半径をｒとするとき、以下のような非球面方程式で表現
されている。

表１のレンズ系の諸元表の下段において、上から順
に、円錐定数ｋ、第２次、第４次、第６次、第８次、第
10次の各非球面係数c₂、c₄、c₆、c₈、c₁₀の値が順次記
載されている。尚、非球面係数の値におけるＥ−ｎは10
^-nを表している。そして、第２図には変倍時の各レンズ
群の移動軌跡を併記した。ここでは第１レンズ群G₁の変
倍時の移動軌跡が光軸に対し45゜の角度を成す直線とな
るように横軸（光軸方向）と縦軸（θ方向）を選んであ
る。

本発明による実施例１のズームレンズにおいて、撮影
距離Ｒ＝1000mm（1m）で近距離収差変動を抑え、高い結
像性能を保つために第３レンズ群G3と第４レンズ群G₄と
で所謂フローティングを行ないながら合焦するための光
軸方向への移動量ΔＸと、この値ΔＸを第２図に示した
移動軌跡において光軸を中心とする回転方向θに換算し
た値φの各値を表２に示した。表２において、Ｆは全系
の焦点距離を示し、（１）〜（４）は第１レンズ群G₁〜
第４レンズ群G₄を表し、Ｒは物体距離を表している。

表２に示されるとおり、合焦時においては第３レンズ
群G₃と第４レンズ群G₄のみが光軸上を移動し、第１レン
ズ群G₁と第２レンズ群G₂とは固定されている。

次にΔＸ、φを変数として光軸と平行な案内溝を含め
た移動軌跡をθ方向に変数変換する方法について述べ
る。変換されたフォーカスカムとズームカムは実際には
換算値φ、換算前のΔＸ、そして新たな値ΔＦの３つの
変数から決まる。

尚、ここで導入されたフォーカスカムとズームカムと
の光軸方向での合焦のための相対的移動量ΔＦの値は、
同一撮影距離に対しては変倍の状態にかかわらず一定の
値であり、合焦のために移動する合焦レンズ群の合焦時
の移動量を規定することになる。言い換えると合焦の時
に各合焦レンズ群の移動量が異なっても、また変倍の状
態が異なっても、同一の量ΔＦだけフォーカスカムとズ
ームカムとを光軸方向で相対的に動かすことで合焦が可
能となる。

第３図は、第２図及び表１に示した実施例１のズーム
レンズについて、本発明に基づく移動軌跡の変換により
求められたフォーカスカムCF1,CF2,CF3,CF4とズームカ
ムCZ1,CZ2,CZ3,CZ4との形状の概要を示す図であり、こ
こでは、変換前の移動軌跡との比較を示すために、図の
下方に変換前の従来方式における各レンズ群の移動軌跡
C1,C2,C3,C4を対比して示した。

また、第4A図及び第4B図は、変換前の移動軌跡を、回
転鏡筒の回転角φ、合焦のために移動するレンズ群の光
軸上での移動量ΔＸ、フォーカスカムとズームカムとの
光軸方向での相対的移動量ΔＦを変数として変数変換す
ることを示す図である。

第３図の如き変換後のフォーカスカムとズームカムと
を求めるための操作について、第4A図及び第4B図を用い
て説明する。尚、変換前の移動軌跡とは、図示のとお
り、変倍レンズ群の変倍用移動軌跡を規定するために回
転鏡筒に形成された変倍用案内溝に相当する変換前軌跡
と、レンズ群の移動を光軸方向に規制するための光軸に
平行な案内溝とからなっているものである。

変換の前後におけるそれぞれの変数の関係は一般に合
焦レンズ群の変倍時の移動方向、合焦時の移動方向、Δ
Ｆの符号の取り方、そしてΔＦとΔＸの大小関係など様
々な要因により変化するが、ここでは具体例とした第２
図の移動軌跡、表２に示した移動量に則した変換関係図
である。つまり広角から望遠への変倍に従って合焦機能
を有する変倍レンズ群は物体側へ移動し、合焦時には像
側へ移動すべく変倍用の移動軌跡上を望遠側から広角側
へ移動し、更にΔＦをΔＸと同符号にとった時の変換関
係図である。尚、ΔＦとΔＸの大小関係で第4A図の場合
と第4B図の場合とに場合分けされる。図中「変換前軌
跡」として示される一点鎖線は任意の変倍状態におい
て、変倍兼合焦レンズ群が合焦のために必要な光軸方向
の移動量をθ方向に変換した値φに相当する変換前の変
倍兼合焦レンズ群の変倍の際の移動軌跡である。また、
「案内溝」として示される一点鎖線は鏡筒構造上、光軸
に平行な直線軌跡である。これら２つの軌跡を図に示さ
れるφ、ΔＸ、ΔＦの関係のもとで変換すると、図中実
線にて示されるようにフォーカスカムとズームカムの軌
道が得られる。

ここで変換の前後における変倍と合焦の対応関係につ
いて述べる。

ある変倍状態で撮影距離無限遠における変倍兼合焦レ
ンズ群の位置が点Ｏで示される位置にあるとする。この
状態から変倍のために案内溝を縦軸方向（回転鏡筒の回
転角θ方向）にφだけ平行移動すると変換前軌跡と案内
溝が点Ａで交わり、変倍兼合焦レンズ群が光軸方向では
点Ｏから点Ｃに相当する量ΔＸだけ移動することにな
る。

同様に、変換後のフォーカスカムを変倍のために同じ
く縦軸方向にφだけ移動すると、フォーカスカムはズー
ムカムと点Ｂで交わり、変倍兼合焦レンズ群が光軸方向
では変換前と同様に点Ｏから点Ｃに相当する量ΔＸだけ
移動することになる。従って、変倍時には変換の前後で
光軸方向の位置関係は保たれることになる。

一方、合焦の際は変換後のフォーカスカムを光軸方向
にΔＦだけ移動するとズームカムと点Ｂで交わり、変倍
兼合焦レンズ群が光軸方向では点Ｏから点Ｃに相当する
量ΔＸだけ移動し変換前の合焦のために必要な移動量と
等しくなる。

従って、第4A図や第4B図に示した関係のもとに変換を
行なうことで変倍、合焦の両方に関して変換の前後で対
応関係が満足される。

尚、第4A図及び第4B図の説明において、変倍時の移動
量を合焦時の移動量と同じ値ΔＸとしたが、これは説明
の便宜上こうしたに過ぎず、両者の移動量は一般には異
なる値となる。

上述の如き変換操作は、ある変倍状態で撮影距離無限
遠における変倍兼合焦レンズ群の位置を基準として所望
の近距離合焦を行う場合であり、異なる変倍状態におい
てもその状態における変換前の移動軌跡を同様に変換し
てフォーカスカムの軌跡とズームカムの軌跡とを決定す
ることができる。このようにして移動軌跡の変換を全変
倍域にわたって実行することで、最終的なフォーカスカ
ムとズームカムが、第３図のように決定される。ここ
で、所定の撮影距離物体に対するΔＦの値を一定とし
て、第4A図や第4B図の如き変換操作を、移動軌跡に沿っ
て順次行っていくことによって、フォーカスカムは光軸
に対して傾斜した領域を有する非線型に形成される。

上記実施例１において、変倍兼合焦レンズ群としての
第３レンズ群G₃及び第４レンズ群G₄について、物体距離
Ｒ＝1000mm（1m）の物体に対する合焦に必要なフォーカ
スカムとズームカムとの光軸方向での相対的移動量ΔＦ
の値をΔＦ＝−3.5mmに設定したとき、表２のΔＸ、φ
から決定される最終的な移動軌跡の様子を示したのが第
３図である。第３図においては、各レンズ群の移動軌跡
を与えるためのフォーカスカムCF1,CF2,CF3,CF4とズー
ムカムCZ1,CZ2,CZ3,CZ4の変換の関係を広角端（Ｗ）の
変倍状態を基準として示し、望遠端（Ｔ）への変倍のた
めに、フォーカスカムCF1,CF2,CF3,CF4とズームカムCZ
1,CZ2,CZ3,CZ4とが光軸に垂直な方向（第３図中上下方
向）に相対移動することによって両カムの交点の移動に
応じて各レンズ群が光軸上で移動されて変倍がなされ
る。図示のとおり、合焦機能を持たない変倍専用群であ
る第１レンズ群G₁及び第２レンズ群G₂の移動軌跡は、本
発明の構成においてもそれらの移動軌跡は変換前と同一
であり、フォーカスカムCF1,CF2は光軸に平行な案内溝
になっている。

ここで、変倍兼合焦レンズ群である第３レンズ群G₃と
第４レンズ群G₄との移動について、第5A図及び第5B図を
用いて説明する。

第5A図及び第5B図は、ズームカムCZ3,CZ4を有する第
１鏡筒10とフォーカスカムCF3,CF4を有する第２鏡筒20
との展開図を示しており、第5A図は両鏡筒の光軸方向で
の移動による合焦状態の変化を示し、第5B図は両鏡筒の
相対的回転による変倍状態の変化を示している。

合焦の際には、第5A図に示される如く、ズームカムCZ
3,CZ4を有する第１鏡筒10に対してフォーカスカムCF3,C
F4を有する第２鏡筒20が光軸に沿って像側（図中右側）
にΔＦだけ移動される。このため、無限遠合焦状態にお
けるズームカムCZ3とフォーカスカムCF3₁との交点g
₃₁は、ズームカムCZ3に沿って相対変位後のフォーカス
カムCF3₂との交点g₃₂に移動し、第３レンズ群G₃は光軸
方向においてΔXF₃だけ像側に移動することになる。ま
た、無限遠合焦状態におけるズームカムCZ4とフォーカ
スカムCF4₁との交点g₄₁は、ズームカムCZ4に沿って相対
変位後のフォーカスカムCF4₂との交点g₄₂に移動し、第
４レンズ群G₄は光軸方向においてΔXF₄だけ像側に移動
することになる。このように、第２鏡筒20を第１鏡筒10
に対してΔＦだけ光軸方向に移動させることによって、
変倍兼合焦群としての第３レンズ群G₃及び第４レンズ群
G₄をそれぞれΔXF₃,ΔXF₄だけ光軸上を移動させること
ができ、これによって所望の物体距離への合焦がなされ
る。

一方、変倍の際には、第5B図に示される如く、フォー
カスカムCF3,CF4を有する第２鏡筒20に対してズームカ
ムCZ3,CZ4を有する第１鏡筒10が光軸に直交方向に（図
中上側に）Δφだけ回転移動される。このため、或る変
倍状態においてフォーカスカムCF3とズームカムCZ3₁と
の交点g₃₁によって定められる第３レンズ群G₃の位置
は、相対的な回転変位の後には、フォーカスカムCF3と
破線で示したズームカムCZ3₂との交点g₃₃によって定め
られる位置に移動し、光軸上での移動量はΔXZ₃とな
る。また、第４レンズ群G₄においては、フォーカスカム
CF4とズームカムCZ4₁との交点g₄₁によって定められる位
置は、相対的な回転変位の後には、フォーカスカムCF4
と破線で示したズームカムCZ4₂との交点g₄₃によって定
められる位置に移動し、光軸上での移動量はΔXZ₄とな
る。このように、第１鏡筒10を第２鏡筒20に対してΔφ
だけ光軸と直交方向に回転移動させることによって、変
倍兼合焦群としての第３レンズ群G₃及び第４レンズ群G₄
をそれぞれΔXZ₃,ΔXZ₄だけ光軸上で移動することがで
き、これによって所望の変倍状態への移行がなされる。

以上のように、変換後の移動軌跡を利用することによ
って、合焦の際に変倍兼合焦レンズ群が変倍時に移動す
る移動軌跡（ズームカム）に沿って移動することにより
合焦を可能にすることができる。つまり変倍時にはフォ
ーカスカム（第１、第２レンズ群については案内用の直
線軌跡）あるいはズームカムの一方を光軸と直交するθ
方向に移動することで各レンズ群の光軸上の位置を変化
せしめて変倍を行ない、合焦時には同一撮影距離に対し
ては合焦レンズ群個々の光軸方向の移動量が異なってい
てもフォーカスカムをΔＦ（実施例１ではＲ＝1000mmで
ΔＦ＝−3.5mm）だけ移動することで合焦がなされる。

表３は第３図に示した変換後の移動軌跡から算出した
焦点距離Ｆ＝36、50、60、70、85、103mmの各変倍状態
における撮影距離Ｒ＝850、1000、1500、2000、3000、5
000mmの時の合焦のためのフォーカスカムを有する第２
鏡筒の繰出量ΔＦ（DF）、及びΔＦに対応する各レンズ
群の実際の繰出量ΔＸ（DX）、更に各レンズ群に光軸上
の変位量ΔＸを与えた時の結像点の変位量（BF）を示し
たものである。表３の上段が各変倍状態における種々の
撮影距離Ｒについての結像点の変位量（BF）を示し、中
段は各撮影距離Ｒに対して最適合焦がなされるに必要な
フォーカスカムの移動量ΔＦ（DF）を示している。尚、
このフォーカスカムの移動量ΔＦ（DF）は、望遠端にお
いて結像点の変位が無くなるような値を選定したもので
ある。また、下段は各ΔＦに対応する各レンズ群の実際
の繰出量ΔＸ（DX）の値を、焦点距離Ｆ＝36、50、60、
70、85、103mmの各変倍状態における撮影距離Ｒ＝850、
1000、1500、2000、3000、5000mmの各場合について示し
ている。下段においては左端の数字は全系の焦点距離Ｆ
を示し、右端は撮影距離Ｒを示し、これらの中間の数字
は順に第１レンズ群G₁、第２レンズ群G₂、第３レンズ群
G₄及び第４レンズ群G₄についての実際の繰出量ΔＸ（D
X）の値である。尚、何れの値についても、物体側へ移
動する場合を正の値として示している。

この表３からそれぞれの焦点距離、撮影距離で結像点
の変位量が小さく、最大でも0.138mm程度であり、いか
なる変倍状態においても、またあらゆる物体距離に対し
ても十分焦点深度内に収まっている。従って、フォーカ
スカムを有する第２鏡筒とズームカムを有する第１鏡筒
との光軸方向での相対的移動という極めて簡単な機構に
より、全変倍域にわたって常に良好な合焦がなされるこ
とがわかる。

以上のことから、各変倍状態、撮影距離、更には合焦
群により合焦時の繰出量が異なっても、合焦のためにフ
ォーカスカムCF1,CF2,CF3,CF4とズームカムCZ1,CZ2,CZ
3,CZ4との光軸方向での相対的な移動量としての新たな
変数ΔＦを設定することによって、合焦のために必要な
移動部材の移動量が変倍状態によって変化することなく
一定の量ΔＦで達成され、所謂マニュアルフォーカスに
対応できることが明らかである。尚、物体距離に応じて
両カムの光軸方向での相対移動量ΔＦが変化することは
表３の中段に示したとおりである。

次に、表４は合焦に伴う結像点の変位量を完全に零に
最適化するために必要なΔＦの値を、それぞれの変倍状
態、撮影距離Ｒについて、変換後の移動軌跡から求めた
ものである。表４の上段は焦点距離Ｆ＝36、50、60、7
0、85、103mmの各変倍状態における撮影距離Ｒ＝850、1
000、1500、2000、3000、5000mmの時の合焦のためのフ
ォーカスカムを有する第２鏡筒の最適繰出量ΔＦ（DF）
を示しており、中段は各撮影距離Ｒに対して望遠端にお
いて最適合焦がなされるに必要なフォーカスカムの移動
量を示している。また、下段は各ΔＦに対応する各レン
ズ群の実際の繰出量ΔＸ（DX）の値を、焦点距離Ｆ＝3
6、50、60、70、85、103mmの各変倍状態における撮影距
離Ｒ＝850、1000、1500、2000、3000、5000mmの各場合
について示している。

この表４の上段の各値から、ΔＦの値は同一撮影距離
Ｒについては値が極めて接近しており、変倍に伴う変化
量が極めて小さくなっていることが分かる。従って、オ
ートフォーカスを用いてズームカムを有する第１鏡筒と
フォーカスカムを有する第２鏡筒とを光軸方向で相対的
に変位させる場合においても、その補正量が極わずかで
あるため、合焦の速応性が良くなることが明らかであ
る。

さて、表17には表３に対応する各レンズ群のフォーカ
スカム、ズームカム上でのＸ（光軸）方向及びＸ（光
軸）方向と直交するθ方向との座標を示すカムデータを
掲げる。

表17の左端から、φｆ（ｎ）は第ｎレンズ群のフォー
カスカム上でのＸ（光軸）方向と直交するθ方向の座標
を表し、Xf（ｎ）は第ｎレンズ群のフォーカスカム上で
のＸ（光軸）方向の座標を表し、φｚ（ｎ）は第ｎレン
ズ群のズームカム上でのＸ（光軸）方向と直交するθ方
向の座標を表し、Xz（ｎ）は第ｎレンズ群のズームカム
上でのＸ（光軸）方向の座標を表し、Ｆは焦点距離、Ｒ
は撮影距離を表している。

そして、表17−（１）には第１レンズ群と第２レンズ
群とのカムデータを示しており、第１及び第２レンズ群
のフォーカスカムは光軸と平行な直線状の案内溝であ
り、撮影距離Ｒによらずズームカム上の座標が不変であ
るため、撮影距離Ｒの欄は省いている。

表17−（２）には各焦点距離Ｆ及び各撮影距離Ｒにお
ける第３レンズ群のフォーカスカムとズームカムのカム
データを示しており、表17−（３）には各焦点距離Ｆ及
び各撮影距離Ｒにおける第４レンズ群のフォーカスカム
とズームカムのカムデータを示している。

表17は、各レンズ群ともＦ＝36.023、Ｒ＝∞での座標
を原点とし、第３図に示す変換後のフォーカスカムCF3,
CF4上での第３、第４レンズ群のθ方向の移動量にそれ
ぞれ対応するφｆ（３），φｆ（４）については図中下
側の移動を正とし、ズームカムCZ3,CZ4上での第３、第
４レンズ群のθ方向の移動量にそれぞれ対応するφｚ
（３），φｚ（４）については図中下側の移動を正とし
て表している。また、フォーカスカムCF3,CF4上での第
３、第４レンズ群のＸ（光軸）方向の移動量にそれぞれ
対応するXf（３）,Xf（４）については図中左側（物体
側）の移動を正とし、ズームカムCZ3,CZ4上での第３、
第４レンズ群のＸ（光軸）方向の移動量にそれぞれ対応
するXz（３）,Xz（４）については図中左側（物体側）
の移動を正として表している。

次に、第20図を参照しながら、表17のカムデータ表中
の焦点距離Ｆ＝36.023の状態で撮影距離がＲ＝∞からＲ
＝3000へのフォーカシングする時の第３レンズ群の動き
を例にとって、本表について詳述する。

第20図に示す如く、CZ3は第３レンズ群のズームカ
ム、CF3₁はＲ＝∞の状態でのフォーカスカムの位置、CF
3₂はＲ＝3000の状態でのフォーカスカムの位置をそれぞ
れ示している。そして、撮影距離がＲ＝∞からＲ＝3000
へフォーカシングに際し、図示の如く、フォーカスカム
はCF3₁からCF3₂へＸ（光軸）方向へΔＦ（表３によれ
ば、ΔＦ＝−1.0285）だけ移動し、フォーカスカムとズ
ームカムとの交点により決定される第３レンズ群の位置
は、g₃₁からg₃₂へ移動する。

このとき、表17−（２）に示す如く、ズームカムCZ3
に上に沿って移動する第３レンズ群の光軸方向の移動量
は、Xz（３）＝−0.6321であり、先に示した表３と一致
することが理解できる。これと同時に、このフォーカス
カム上に沿って移動する第３レンズ群の光軸方向の移動
量は、Xf（３）＝0.3964となる。すると、撮影距離がＲ
＝∞からＲ＝3000へフォーカシングによるフォーカスカ
ムの光軸方向での実際の移動量ΔＦ（破線で示すフォー
カスカムCF3₁から実線で示すフォーカスカムCF3₂への光
軸方向の移動量）は、Xz（３）＝−0.6321とXf（３）＝
0.3964との絶対値の和、即ち1.0285となり、この値は表
３に示したΔＦ＝−1.0285と対応した値となることが理
解できる。

一方、同表の表17−（２）に示す如く、フォーカスカ
ムがCF3₁からCF3₂の位置へ移動した際に、ズームカムCZ
3に沿って移動する第３レンズ群のθ方向の移動量はφ
ｚ（３）＝−0.3729であり、これと同時に、フォーカス
カム上に沿って移動する第３レンズ群のθ方向の移動量
はφｆ（３）＝−0.3729となる。すなわち、第20図及び
表17−（２）に示した数値からも両カムについてのθ方
向での移動量が一致していることが理解できる。

このように、表17に示したズームカムとフォーカスカ
ムにより、フォーカスの際に、表３に示した第３、第４
レンズ群の光軸方向での光学的な移動量が得られること
が分かる。

さて、第6A図〜第6F図には、本発明の上記実施例１に
ついて、撮影距離無限遠の時における焦点距離Ｆ＝36、
50、60、70、85、103mmの各変倍状態での諸収差図を示
した。また、第7A図〜第7F図には、同じく焦点距離Ｆ＝
36、50、60、70、85、103mmの各変倍状態において、撮
影距離Ｒ＝850mmに対して、本発明によって得られた変
換後の移動軌跡から算出された第１鏡筒と第２鏡筒との
光軸上での相対変位量ΔＦを与えて合焦した場合（各レ
ンズ群の軸上変位量ΔＸは表３に示した）の諸収差図を
示した。

移動軌跡は撮影距離Ｒ＝1000mmのΔＸ、φ、ΔＦから
決められたものであり、Ｒ＝850mmに対応する繰出量は
移動軌跡から従属的に決定されるにもかかわらず、各諸
収差図の比較から、近距離収差変動が極めて小さく抑え
られており、本発明の有効性がうかがえる。

尚、第３図に示した変換後のフォーカスカムとズーム
カムとの関係について、変換後の全ての軌跡をθ方向に
比例拡大または比例縮小することによって、変倍及び合
焦のための操作に影響を与えることなく両カムの交差角
度だけを変えることも可能である。また、予め交差角度
を考慮してΔＦを設定することも可能である。

実施例２次に本発明の実施例２について説明する。

第８図に示す如く、実施例２も実施例１と同様に、物
体側から順に、正屈折力の第１レンズ群G₁、負屈折力の
第２レンズ群G₂、正屈折力の第３レンズ群G₃及び正屈折
力の第４レンズ群G₄の４つのレンズ群からなり、第９図
の下段の変換前の移動軌跡に示す如く、広角側から望遠
側への変倍に際して各レンズ群がともに光軸に沿って物
体側に移動し、無限遠物体から近距離物体への合焦の際
には、第３レンズ群G₃と第４レンズ群G₄との群間隔が相
対的に変化してフローティングを行いながら、光軸上を
像側へ移動する構成である。

各レンズ群の構成について説明すれば、物体側から順
に、正屈折力の第１レンズ群G₁は、物体側に凸面を向け
た負メニスカスレンズL₁₁とこれに接合された両凸正レ
ンズL₁₂と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL
₁₃とからなり、負屈折力の第２レンズ群G₂は、像側に凹
面を向けた負レンズL₂₁と、両凹負レンズL₂₂と、両凸正
レンズL₂₃と、両凹負レンズL₂₄とこれに接合された両凸
正レンズL₂₅よりなっており、正屈折力の第３レンズ群G
₃は、両凸正レンズL₃₁と、像側に凸面を向けた負メニス
カスレンズL₃₂と、物体側により強い曲率の面を向けた
正レンズL₃₃とからなり、正屈折力の第４レンズ群G
₄は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズL₄₁と、像
側により強い曲率の面を向けた正レンズL₄₂と、両凸正
レンズL₄₃と、物体側により強い曲率の凹面を向けた負
レンズL₄₄よりなっている。

本実施例のズームレンズにおける諸元を表５に示し、
このズームレンズにおいて撮影距離1400mmで近距離収差
変動を抑えて高性能を保つために、第３レンズ群及び第
４レンズ群をフローティングを行いながら移動すること
によって合焦した場合の、光軸方向へのΔＸとθ方向へ
の換算値φを、表２と同様に、表６に示した。

そして、第９図には、第4A図に示した変換関係図の如
き変換操作において、表６に示したΔＸ、φにおいて、
撮影距離Ｒ＝1400mmに対してΔＦ＝−2.0として変換し
た変換後の移動軌跡を示した。

表７は、表３と同様に、第９図に示した移動軌跡から
算出した焦点距離Ｆ＝36、50、70、85、103mmの各変倍
状態における撮影距離Ｒ＝1400、1600、2000、3000、50
00、10000mmの時のフォーカスカムの移動量ΔＦ（D
F）、及びΔＦに対応する各レンズ群の実際の移動量Δ
Ｘ（DX）、さらに各レンズ群に光軸上の変位量ΔＸを与
えた時の結像点の変位量（BF）を示したものである。

表８は、表４と同様に、合焦に伴う結像点の変位量を
完全に零とするのに必要なΔＦの値を、それぞれの変倍
状態、撮影距離Ｒについて、変換後の移動軌跡から求め
たものである。

また、表18には、先に述べた表17と同様に、表７に対
応する各レンズ群のフォーカスカム及びズームカム上に
おける各撮影距離Ｒ及び各焦点距離での座標を示すカム
データを示した。表18−（１）には第１レンズ群と第２
レンズ群のフォーカスカムとズームカムのカムデータを
示し、表18−（２）には第３レンズ群のフォーカスカム
とズームカムのカムデータを示し、表18−（３）には第
４レンズ群のフォーカスカムとズームカムのカムデータ
を示した。

第10A図〜第10C図には、本実施例の焦点距離Ｆ＝36、
70、103mmの各変倍状態における撮影距離無限遠での諸
収差図を示し、第11A図〜第11C図には、本実施例の焦点
距離Ｆ＝36、70、103mmの各変倍状態における撮影距離
Ｒ＝1400mmに対して、変換後の移動軌跡から算出された
フォーカスカムの光軸方向の変位量ΔＦを与えて合焦し
た場合（各レンズ群の軸上変位量は表７に示したΔＸ）
の諸収差図を示した。

表７から、結像点の変位量は小さく焦点深度内に十分
収まっていることが分かる。また、諸収差図から無限遠
は勿論のこと、近距離撮影時においても、全変倍領域に
わたって極めて優れた結像性能が維持されていることが
明らかである。

実施例３次に本発明の実施例３について説明する。

第12図に示す如く、実施例３も先に述べた実施例と同
様に、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群G₁、負
屈折力の第２レンズ群G₂、正屈折力の第３レンズ群G₃及
び正屈折力の第４レンズ群G₄の４つのレンズ群からな
り、第13図の下段の変換前の移動軌跡に示す如く、広角
側から望遠側への変倍に際して各レンズ群がともに光軸
に沿って物体側に移動し、無限遠物体から近距離物体へ
の合焦の際には、第３レンズ群G₃と第４レンズ群G₄との
群間隔が相対的に変化してフローティングを行いなが
ら、光軸上を像側へ移動する構成である。

各レンズ群の構成について説明すれば、物体側から順
に、正屈折力の第１レンズ群G₁は、物体側に凸面を向け
た負メニスカスレンズL₁₁と、両凸正レンズL₁₂と、物体
側に凸面を向けた正メニスカスレンズL₁₃とからなり、
負屈折力の第２レンズ群G₂は、像側に凹面を向けた負レ
ンズL₂₁と、像側により強い曲率の面を向けた正レンズL
₂₂とこれに接合されて像側に凸面を向けた負メニスカス
レンズL₂₃と、両凹負レンズL₂₄とこれに接合されて物体
側により強い曲率の面を向けた正レンズL₂₅よりなって
おり、正屈折力の第３レンズ群G₃は、像側により強い曲
率の面を向けた正レンズL₃₁と、像側に凸面を向けた負
メニスカスレンズL₃₂と、物体側に凸面を向けた正メニ
スカスレンズL₃₃とからなり、正屈折力の第４レンズ群G
₄は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL₄₁とこ
れに接合されて物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズL₄₂と、両凸正レンズL₄₃と、像側に凸面を向けた正メ
ニスカスレンズL₄₄とこれに接合されて像側に凸面を向
けた負メニスカスレンズL₄₅よりなっている。

本実施例のズームレンズにおける諸元を表９に示し、
このズームレンズにおいて撮影距離1400mmで近距離収差
変動を抑えて高性能を保つために、第３レンズ及び第４
レンズ群をフローティングを行いながら移動することに
よって合焦した場合の、光軸方向へのΔＸとθ方向への
換算値φを、表２と同様に、表10に示した。

そして、第13図には、第4A図に示した変換関係図の如
き変換操作において、表10に示したΔＸ、φにおいて、
撮影距離Ｒ＝1400mmに対してΔＦ＝−2.0として変換し
た変換後の移動軌跡を示した。

表11は、表３と同様に、第13図に示した移動軌跡から
算出した焦点距離Ｆ＝36、50、70、85、103mmの各変倍
状態における撮影距離Ｒ＝1400、1600、2000、3000、50
00、10000mmの時のフォーカスカムの移動量ΔＦ（D
F）、及びΔＦに対応する各レンズ群の実際の移動量Δ
Ｘ（DX）、さらに各レンズ群に光軸上の変位量ΔＸを与
えた時の結像点の変位量（BF）を示したものである。

表12は、表４と同様に、合焦に伴う結像点の変位量を
完全に零とするのに必要なΔＦの値を、それぞれの変倍
状態、撮影距離Ｒについて、変換後の移動軌跡から求め
たものである。

また、表19には、先に述べた表17と同様に、表11に対
応する各レンズ群のフォーカスカム及びズームカム上に
おける各撮影距離Ｒ及び各焦点距離での座標を示すカム
データを示した。表19−（１）には第１レンズ群及び第
２レンズ群のフォーカスカムとズームカムのカムデータ
を示し、表19−（２）には第３レンズ群のフォーカスカ
ムとズームカムのカムデータを示し、表19−（３）には
第４レンズ群のフォーカスカムとズームカムのカムデー
タを示した。

第14A図〜第14C図には、本実施例の焦点距離Ｆ＝36、
70、103mmの各変倍状態における撮影距離無限遠での諸
収差図を示し、第15A図〜第15C図には、本実施例の焦点
距離Ｆ＝36、70、103mmの各変倍状態における撮影距離
Ｒ＝1400mmに対して、変換後の移動軌跡から算出された
フォーカスカムの光軸方向の変位量ΔＦを与えて合焦し
た場合（各レンズ群の軸上変位量は表11に示したΔＸ）
の諸収差図を示した。

表11から、結像点の変位量は小さく焦点深度内に十分
収まっていることが分かる。また、諸収差図から無限遠
は勿論のこと、近距離撮影時においても、全変倍領域に
わたって極めて優れた結像性能が維持されていることが
明らかである。

実施例４次に本発明の実施例４について説明する。

第16図に示す如く、実施例４も先に述べた実施例と同
様に、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群G₁、負
屈折力の第２レンズ群G₂、正屈折力の第３レンズ群G₃及
び正屈折力の第４レンズ群G₄の４つのレンズ群からな
り、第17図の下段の変換前の移動軌跡に示す如く、広角
側から望遠側への変倍に際して各レンズ群がともに光軸
に沿って物体側に移動し、無限遠物体から近距離物体へ
の合焦の際には、第３レンズ群G₃と第４レンズ群G₄との
群間隔が相対的に変化してフローティングを行いなが
ら、光軸上を像側へ移動する構成である。

各レンズ群の構成について説明すれば、物体側から順
に、正屈折力の第１レンズ群G₁は、物体側に凸面を向け
た負メニスカスレンズL₁₁と、両凸正レンズL₁₂と、物体
側に凸面を向けた正メニスカスレンズL₁₃とからなり、
負屈折力の第２レンズ群G₂は、物体側に凸面を向けた負
メニスカスレンズL₂₁と、像側により強い曲率の面を向
けた正レンズL₂₂とこれに接合されて物体側により強い
凹面を向けた負レンズL₂₃と、両凹負レンズL₂₄とこれに
接合されて物体側により強い曲率の面を向けた正レンズ
L₂₅よりなっており、正屈折力の第３レンズ群G₃は、像
側により強い曲率の面を向けた正レンズL₃₁と、像側に
凸面を向けた負メニスカスレンズL₃₂と、物体側に凸面
を向けた正メニスカスレンズL₃₃とからなり、正屈折力
の第４レンズ群G₄は、物体側に凸面を向けたメニスカス
レンズL₄₁と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズL
₄₂と、像側により強い曲率の面を向けた正レンズL₄₃と
これに接合されて物体側により強い曲率の面を向けた負
レンズL₄₄よりなっている。

本実施例のズームレンズにおける諸元を表13に示し、
このズームレンズにおいて撮影距離1500mmで近距離収差
変動を抑えて高性能を保つために、第３レンズ及び第４
レンズ群をフローティングを行いながら移動することに
よって合焦した場合の、光軸方向へのΔＸとθ方向への
換算値φを、表２と同様に、表14に示した。

そして、第17図には、第4A図に示した変換関係図の如
き変換操作において、表14に示したΔＸ、φにおいて、
撮影距離Ｒ＝1500mmに対してΔＦ＝−3.5として変換し
た変換後の移動軌跡を示した。

表15は、表３と同様に、第17図に示した移動軌跡から
算出した焦点距離Ｆ＝36、50、70、100、131mmの各変倍
状態における撮影距離Ｒ＝1500、1700、2000、3000、50
00、10000mmの時のフォーカスカムの移動量ΔＦ（D
F）、及びΔＦに対応する各レンズ群の実際の移動量Δ
Ｘ（DX）、さらに各レンズ群に光軸上の変位量ΔＸを与
えた時の結像点の変位量（BF）を示したものである。

表16は、表４と同様に、合焦に伴う結像点の変位量を
完全に零とするのに必要なΔＦの値を、それぞれの変倍
状態、撮影距離Ｒについて、変換後の移動軌跡から求め
たものである。

また、表20には、先に述べた表17と同様に、表11に対
応する各レンズ群のフォーカスカム及びズームカム上に
おける各撮影距離Ｒ及び各焦点距離での座標を示すカム
データを示した。そして、表20−（１）には第１レンズ
群及び第２レンズ群のズームカムとフォーカスカムのカ
ムデータを示し、表20−（２）には第３レンズ群のフォ
ーカスカムとズームカムのカムデータを示し、表20−
（３）には第４レンズ群のフォーカスカムとズームカム
のカムデータを示した。

第18A図〜第18C図には、本実施例の焦点距離Ｆ＝36、
70、131mmの各変倍状態における撮影距離無限遠での諸
収差図を示し、第19A図〜第19C図には、本実施例の焦点
距離Ｆ＝36、70、131mmの各変倍状態における撮影距離
Ｒ＝1500mmに対して、変換後の移動軌跡から算出された
フォーカスカムの光軸方向の変位量ΔＦを与えて合焦し
た場合（各レンズ群の軸上変位量は表15に示したΔＸ）
の諸収差図を示した。

表15から、結像点の変位量は小さく焦点深度内に十分
収まっていることが分かる。また、諸収差図から無限遠
は勿論のこと、近距離撮影時においても、全変倍領域に
わたって極めて優れた結像性能が維持されていることが
明らかである。

以上の如く各実施例とも各変倍状態、撮影距離、更に
合焦レンズ群ごとに繰り出し量が異なっても一定のΔＦ
を設定することができ、所謂マニュアル・フォーカスに
も十分対応することができる。

尚、表21において各実施例について条件対応数値表を
掲げる。

〔発明の効果〕以上の如く、本発明によれば、変倍兼合焦機能を有す
る第３及び第４レンズ群を、フォーカシングに際して、
フローティングを行っているため、近距離での収差変動
補正が可能となり、無限遠は勿論のこと、近距離撮影時
においても、全変倍領域にわたって極めて優れた結像性
能を引き出すことが可能となる。

また、焦点距離変化にもかかわらず、所定撮影距離の
物体に対する合焦のためのフォーカス用鏡筒の移動量を
ほぼ一定にすることができるため、簡単なマニュアル・
フォーカス操作が可能となる。しかも、小型かつ軽量な
合焦群を用いてフォーカシングを行っているため、オー
ト・フォーカスを行う際での、合焦群による駆動装置の
負荷を軽減でき、駆動装置の小型化、コストの低減等が
図れるのみならず、オート・フォーカスの速応性を飛躍
的に高めることができる。

さらに、前玉繰り出し方式によるフォーカシングと比
べて、第１レンズ群のレンズ径を比較的小さく構成でき
るため、ズームレンズの小型化に対して極めて有効とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のズームレンズの骨組みを模式的に示す
図、第２図は本発明の実施例１のレンズ構成図と各レン
ズ群の変倍のための移動軌跡とを示す図、第３図は第１
図に示したズームレンズにおいて第３レンズ群と第４レ
ンズ群とによる合焦方式について移動軌跡の変換を行っ
た前後のズームカムとフォーカスカムとの概要を示すカ
ム軌跡の展開図、第4A図及び第4B図は第３図の移動軌跡
の変換に用いた変換操作の変換関係を示す図、第5A図及
び第5B図は変換された移動軌跡の対応するズームカムと
フォーカスカムとにより合焦と変倍とがそれぞれ達成さ
れることを示す説明図、第6A図〜第6F図は実施例１の無
限遠合焦時の各変倍状態における諸収差図、第7A図〜第
7F図は実施例１の近距離合焦時の各変倍状態における諸
収差図、第８図は本発明の実施例２のレンズ構成図、第
９図は第８図に示したズームレンズにおいて第３レンズ
群と第４レンズ群とによる合焦方式について移動軌跡の
変換を行った前後のズームカムとフォーカスカムとの概
要を示すカム軌跡の展開図、第10A図〜第10C図は実施例
２の無限遠合焦時の各変倍状態における諸収差図、第11
A図〜第11C図は実施例２の近距離合焦時の各変倍状態に
おける諸収差図、第12図は本発明の実施例３のレンズ構
成図、第13図は第12図に示したズームレンズにおいて第
３レンズ群と第４レンズ群とによる合焦方式について移
動軌跡の変換を行った前後のズームカムとフォーカスカ
ムとの概要を示すカム軌跡の展開図、第14A図〜第14C図
は実施例３の無限遠合焦時の各変倍状態における諸収差
図、第15A図〜第15C図は実施例３の近距離合焦時の各変
倍状態における諸収差図、第16図は本発明の実施例４の
レンズ構成図、第17図は第16図に示したズームレンズに
おいて第３レンズ群と第４レンズ群とによる合焦方式に
ついて移動軌跡の変換を行った前後のズームカムとフォ
ーカスカムとの概要を示すカム軌跡の展開図、第18A図
〜第18C図は実施例４の無限遠合焦時の各変倍状態にお
ける諸収差図、第19A図〜第19C図は実施例４の近距離合
焦時の各変倍状態における諸収差図、第20図はフォーカ
スに際してフォーカスカムとズームカムとの定量的な動
きの様子を示す図である。〔主要部分の符号の説明〕 G₁……第１レンズ群 G₂……第２レンズ群 G₃……第３レンズ群 G₄……第４レンズ群 10……第１鏡筒 20……第２鏡筒 C1,C2,C3,C4……変換前の移動軌跡 CF1,CF2,CF3,CF4……変換後のフォーカスカムの軌跡 CZ1,CZ2,CZ3,CZ4……変換後のズームカムの軌跡

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の
屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第
３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを有
し、広角端から望遠端へのズーミングに際し、少なくと
も前記第３レンズ群と第４レンズ群とが光軸に沿って移
動するズームレンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際し、
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔が相対的
に変化しながら該両群が共に像側へ移動し、広角端の無限遠合焦状態における前記第３レンズ群と前
記第４レンズ群との横倍率をそれぞれβ_3W、β_4Wとし、
望遠端の無限遠合焦状態における前記第３レンズ群と前
記第４レンズ群との横倍率をそれぞれβ_3T、β_4T、広角
端における無限遠から任意の撮影距離Ｒへの合焦に要す
る前記第３レンズ群の移動量をDX_3W（Ｒ）、広角端にお
ける無限遠から任意の撮影距離Ｒへの合焦に要する前記
第４レンズ群の移動量をDX_4W（Ｒ）、望遠端における無
限遠から任意の撮影距離Ｒへの合焦に要する前記第３レ
ンズ群の移動量をDX_3T（Ｒ）、望遠端における無限遠か
ら任意の撮影距離Ｒへの合焦に要する第４レンズ群の移
動量をDX_4T（Ｒ）とするとき、 β_3T・β_4T＜β_3W・β_4W β_3W・β_4W＜−1.3 を満足することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】前記第３レンズ群の焦点距離をf₃とし、前
記第４レンズ群の焦点距離をf₄とするとき、 1.4＜f₄/f₃＜４を満足することを特徴とする請求項１記載のズームレン
ズ
【請求項３】無限遠物体から近距離物体へのフォーカシ
ングに際し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との
間隔が拡大するように、前記第３レンズ群及び前記第４
レンズ群が移動することを特徴とする請求項１または請
求項２記載のズームレンズ。