JPH08179207A - 撮像光学系 - Google Patents

撮像光学系

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JPH08179207A
JPH08179207A JP6336058A JP33605894A JPH08179207A JP H08179207 A JPH08179207 A JP H08179207A JP 6336058 A JP6336058 A JP 6336058A JP 33605894 A JP33605894 A JP 33605894A JP H08179207 A JPH08179207 A JP H08179207A
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JP
Japan
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group
lens
refractive power
lens group
focusing
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JP6336058A
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Kenichi Kimura
研一 木村
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 変倍とフォーカスの際の移動するレンズ群を
用いて像側テレセントリック系の撮像光学系を得るこ
と。 【構成】 開口絞りよりも像面側に変倍及びフォーカス
の際に光軸上移動するレンズ群を含む複数のレンズ群を
有する後方レンズ群を設け、該後方レンズ群の前側焦点
位置が変倍又はフォーカスの際に略不動となるようにし
ていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は撮像光学系に関し、特に
撮像光学系を変倍光学系より構成したとき、該変倍光学
系の射出瞳を結像面より遠く離れた位置に設定した所謂
像側テレセントリック系とし、像面側に色分解プリズム
や光束分割プリズムそしてビームスプリッタ等の分解光
学系を設け、撮像手段にＣＣＤ等を用いたときに良好な
る画像が容易に得られるビデオカメラやＴＶカメラ等に
好適な撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、絞りより像面側のレンズ群を
移動させて変倍（ズーム）、或いはフォーカスを行う光
学系（ズームレンズ）が種々提案されている。これらの
ズームレンズはレンズ系全体が比較的小型軽量化される
特長があり、最近の小型化されたビデオカメラ用の撮影
系として多く用いられている。
【０００３】特に物体側の第１群以外のレンズ群で変倍
及びフォーカスを行うリヤーフォーカス式のズームレン
ズはフォーカスの際、小型軽量のレンズ群を移動させて
いるのでレンズ群の駆動力が小さくてすみ、迅速な焦点
合わせができる等の特長がある。
【０００４】一方、撮影系からの光束を光分割手段で複
数の光束に分割し、各々の光束に基づく像を複数の撮像
素子（ＣＣＤ）に結像させて高精細な画像情報及び高解
像度の色再現を図ったＴＶカメラや高精細カメラ等の撮
像装置が種々と提案されている。このような撮像系には
良好なる色再現及び高解像度の画像が得られるように色
分解プリズムや色フィルター等の色分解系やＣＣＤ等に
主光線が略垂直に入射するようにした、所謂像面側テレ
セントリック系が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＴＶカメラやビデオカ
メラ等において、像面側に設ける３Ｐプリズム等の色分
解光学系はプリズムの一面に多層膜を蒸着して色分解す
る構成となっている。一般に多層膜の色分離特性は、光
線の入射角度に対して依存性を持つため、色分解光学系
に入射する光線の入射角度は像面の各部で略一定である
ことが望ましい。また色分解光学系を用いないＣＣＤ等
の撮像素子を用いた撮像系においても、カラーフィルタ
ーと受光面とにギャプがあるため、やはり撮像素子に対
し入射角によって色分離性能が変化する。
【０００６】そのために通常は撮像光学系を像側テレセ
ントリック系にすることで、軸上・軸外光線を共に光軸
に略平行にし、多層膜あるいはＣＣＤへの入射角を略一
定にしている。像側テレセントリック系では射出瞳が像
面に対してある程度遠方に位置することが必要である。
【０００７】しかしながら、絞りより像側のレンズ群が
変倍やフォーカスの際に移動する光学系の場合、レンズ
群の移動と共に射出瞳位置が移動する場合がある。この
ためレンズ群の位置によらず射出瞳位置をある程度遠方
に一定に保つことが困難になってくる。このためレンズ
群位置によっては色分離特性の変化のための色シェーデ
ィング等が発生してくるという問題点があった。
【０００８】これに対して変倍やフォーカスによらず射
出瞳位置を一定に保つようにした変倍光学系が種々と提
案されている。例えば、特開昭４９−１１２６３１号公
報では、物体側から順にズーミング（変倍）の際に固定
のフォーカシングレンズ群、ズーミングのための移動レ
ンズ群、絞り、ズーミングの際に固定のレンズ群、及び
ズーミングのときに移動するレンズ群を配して構成し、
ズーミングに伴って絞りを移動させることにより射出瞳
位置を一定に保つようにしている。この場合、最も物体
側のレンズ群、所謂前玉を小さくする目的で、絞りＳＰ
をできるだけ物体側に近付けるために絞りＳＰを移動レ
ンズ群の物体側に配置しており、その際の射出瞳の移動
を絞りそのものを移動することで抑えている。
【０００９】しかしながら、この方法は最も物体側のレ
ンズ群Ｌ１でフォーカスを行っているために、前玉径が
増大してくるという問題点があった。
【００１０】一方、特開昭５９−１４７３１３号公報や
特開昭５９−２２２８０８号公報等では、ズーミングの
ときに固定の第１レンズ群、ズーミング用の第２レンズ
群、絞り、固定の第３レンズ群、そしてズーミングに伴
う像面変動の補正を行う第４レンズ群より構成し、ズー
ミングに伴い絞りと第４レンズ群を移動させて射出瞳の
移動を少なくしている。この方法は絞りよりも像面側に
フォーカス用のレンズ群を設けても良いと記載されてい
るが、具体的な構成については開示していない。
【００１１】本発明は絞りよりも像面側の後方レンズ群
の一部のレンズ群で変倍及びフォーカスを行う際に、各
レンズ群を適切に設定することにより変倍及びフォーカ
スの際に前側焦点位置が一定となるようにし、像面側に
色分解光学系や色フィルターそして撮像素子等を設けた
とき、色再現性が良好で、かつ高い解像度の画像が容易
に得られる撮像光学系の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像光学系は、 （１−１）開口絞りよりも像面側に変倍及びフォーカス
の際に光軸上移動するレンズ群を含む複数のレンズ群を
有する後方レンズ群を設け、該後方レンズ群の前側焦点
位置が変倍そしてフォーカスの際に略不動となるように
していることを特徴としている。
【００１３】（１−２）開口絞りよりも像面側に変倍及
びフォーカスの際に光軸上移動するレンズ群を含む複数
のレンズ群を有する後方レンズ群を設け、該後方レンズ
群の前側焦点位置が変倍又はフォーカスの際に該開口絞
りに対して略不動となるようにしていることを特徴とし
ている。
【００１４】（１−３）物体側より順に正の屈折力の第
１群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第
３群、そして正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有
し、該第２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端へ
の変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第４群を移動さ
せて補正すると共に該第４群を移動させてフォーカスを
行い、該開口絞りを変倍及びフォーカスの際に光軸上移
動させて、該開口絞りよりも像面側の後方レンズ群の前
側焦点位置に対する該開口絞りの位置が略不動となるよ
うにしたことを特徴としている。
【００１５】（１−４）物体側より順に正の屈折力の第
１群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第
３群、負の屈折力の第４群、そして正の屈折力の第５群
の５つのレンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させ
て広角端から望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変
動を該第４群及び第５群を移動させて補正すると共に該
第４群及び第５群を移動させてフォーカスを行い、該開
口絞りよりも像面側の後方レンズ群の前側焦点位置が略
不動となるようにしたことを特徴としている。
【００１６】（１−５）物体側より順に正の屈折力の第
１群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第
３群、正の屈折力の第４群、そして負の屈折力の第５群
の５つのレンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させ
て広角端から望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変
動を該第４群及び第５群を移動させて補正すると共に該
第４群及び第５群を移動させてフォーカスを行い、該開
口絞りよりも像面側の後方レンズ群の前側焦点位置が略
不動となるようにしたことを特徴としている。
【００１７】（１−６）物体側より順に正の屈折力の第
１群、負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第
３群、第４群、そして第５群の５つのレンズ群を有し、
該第４群と該第５群の合成屈折力が正となるものにおい
て、該第２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端へ
の変倍を行い、第４群及び第５群を移動させて変倍に伴
う像面変動補正とフォーカスを行い、該開口絞りよりも
像面側の後方レンズ群の前側焦点位置が略不動となるよ
うにしたことを特徴としている。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の実施例１の撮像光学系（変倍
光学系）の摸式図である。図中、２は開口絞りである。
１（ＬＦ）は開口絞り２よりも物体側の前方レンズ群で
あり、例えば変倍用のレンズ群を有している。ＬＲは開
口絞り２よりも像面側の後方レンズ群である。３，５，
７は変倍及びフォーカスの際に固定のレンズ群、４は変
倍又は／及びフォーカスの際に移動するレンズ群、６は
変倍に伴う像面変動を補正すると共にフォーカスを行う
レンズ群、８は像面（ガウス像面）である。
【００１９】１１は開口絞り２よりも像面側の後方レン
ズ群ＬＲ（レンズ群３〜７の合成系）の前側焦点位置で
ある。本実施例では各要素を適切に設定して、前側主点
位置１１が開口絞り２近傍に位置するようにして光学系
全体が像側テレセントリック系となるようにしている。
【００２０】そして絞り２より物体側のレンズ群１に変
倍機能を有するレンズ群を設け、絞り２より像側のレン
ズ群４乃至６で変倍に伴う像点移動の補正及びフォーカ
スを同時に行っている。そして後方レンズ群ＬＲの前側
焦点位置１１が変倍及びフォーカスの際に不動であるよ
うに構成している。
【００２１】本実施例では図に示すように変倍に際し
て、絞り２より像側のレンズ群６を、例えば矢印１０の
ように移動させる場合、後方レンズ群ＬＲの前側焦点位
置１１を空間的に不動にするために、少なくとももう１
つのレンズ群、例えばレンズ群４を矢印９のように移動
させている。即ち、少なくとも２つのレンズ群を移動さ
せることで開口絞り２より像側の全ての移動レンズ群を
含む系の前側焦点位置が略一定となるようにしている。
【００２２】尚、本実施例において前側焦点位置を一定
とするためには変倍又はフォーカスの際に、後方レンズ
群ＬＲのうち少なくとも２つのレンズ群を移動させれば
良い。これによって光学系全体が像側テレセントリック
系となるようにしている。
【００２３】図２は本発明の実施例２の撮像光学系の要
部概略図である。本実施例は撮像光学系の像面側に３Ｐ
プリズムより成る色分解光学系２２を設けた場合を示し
ている。同図において、２１は開口絞り２よりも像面側
の後方レンズ群であり、図１と同様のレンズ構成より成
っている。色分解プリズム２２は青色反射用のダイクロ
イック膜（多層膜）２８を施した青色用プリズムＰＢ、
赤色反射用のダイクロイック膜（多層膜）２９を施した
赤色用プリズムＰＲ、そして緑色用プリズムＰＧより成
っている。２３，２４，２５は各々撮像面であり、例え
ばＣＣＤ等の撮像素子が設けられている。
【００２４】本実施例において、絞り２より物体側のレ
ンズ群１を出た光束は、絞り２より像側のレンズ群２１
によって集光され、色分解光学系２２に入る。このとき
レンズ群２１の前側焦点位置１１はレンズ群２１中の各
レンズ群の移動に対して不動であり、かつ絞り２位置の
近傍にある。そして光学系全体が像側テレセントリック
系となるようにしている。
【００２５】これにより各光束が色分解光学系の多層膜
２８・２９に入射する際の角度が軸上光束２６の場合と
軸外光束２７の場合とで略同一になるようにして、色シ
ェーディング等の入射角度依存性による劣化を低減させ
ている。
【００２６】図３は本発明の撮像光学系としての変倍光
学系の数値実施例１の近軸屈折力配置の要部概略図であ
る。図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折
力の第２群、ＳＰは開口絞り、Ｌ３は正の屈折力の第３
群、Ｌ４は負の屈折力の第４群、Ｌ５は正の屈折力の第
５群、ＩＰは像面である。
【００２７】本実施例では広角端から望遠端への変倍に
際して矢印のように第２群を像面側へ移動させると共
に、変倍に伴う像面変動を第４群と第５群を物体側に凸
状の軌跡を有しつつ移動させて補正している。
【００２８】また第４群と第５群を所定の関係を有しつ
つ光軸上移動させてフォーカスを行うフォーカス式を採
用している。同図に示す第４群と第５群の実線の曲線３
０，３１と点線の曲線３２，３３は各々無限遠物体と近
距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端
への変倍に伴う際の像面変動を補正するための移動軌跡
を示している。
【００２９】次に数値実施例１の近軸数値例を示す。数
値実施例においては、 ｆｉ：第ｉ群の焦点距離 ｆ ：全系焦点距離 ｅｉ：第ｉレンズ群と第（ｉ＋１）レンズ群の間隔 ｅ２−ｓ：第２レンズ群と絞りの間隔 ｅｓ−３：絞りと第２レンズ群の間隔 ｆｂ：バックフォーカス ｆ４５：第１レンズ群から測った第４・５レンズ群合成
系の前側焦点の位置 としている。
【００３０】（数値実施例１） f1=27.581 f2=-5.800 f3=17.066 f4=-8.970 f5
=10.000
【００３１】
【表１】 本実施例において、無限遠物体から近距離物体にフォー
カスする際の第４群と第５群の移動量を各々ｍ４，ｍ
５、第４群と第５群の屈折力を各々Ｐ４，Ｐ５、無限遠
物体にフォーカスしているときの第４群と第５群の合成
屈折力をＰ４５としたとき、
【００３２】
【数１】 を満足するように第４群と第５群を矢印３４に示すよう
に物体側へ移動させている。
【００３３】これにより、絞りＳＰより像側の後方レン
ズ群（Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５）の前側焦点を絞りＳＰ位置と
略一致させており、全ズーム域及び全物体距離で射出瞳
位置が無限遠となるようにしている。尚、本実施例にお
いて第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際固定であ
る。
【００３４】図４は本発明の撮像光学系としての変倍光
学系の数値実施例２の近軸屈折力配置の要部概略図であ
る。数値実施例２においては、絞りＳＰより物体側の光
学系は数値実施例１と同様な構成である。開口絞りＳＰ
より像側では固定の正の屈折力の第３群Ｌ３、正の屈折
力の第４群Ｌ４、負の屈折力の第５群Ｌ５から成り、変
倍による像面移動の補正及び近距離物体への合焦のため
に第４と第５群が（１）式で示す関係を保って移動する
ようにしている。
【００３５】第４群と第５群の実線の曲線４０，４１と
点線の曲線４２，４３は各々無限遠物体と近距離物体に
フォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に
伴う像面変動を補正する際の移動軌跡である。本実施例
ではこのような構成により、絞りＳＰより像側の後方レ
ンズ群（Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５）の前側焦点を絞りＳＰ位置
と略一致させており、前ズーム域及び前物体距離で射出
瞳位置が無限遠となるようにしている。
【００３６】次に数値実施例２の諸数値を数値実施例１
と同様に示す。
【００３７】（数値実施例２） f1=27.581 f2=-5.740 f3=17.066 f4=15.000 f5
=-20.000
【００３８】
【表２】 図５は本発明の撮像光学系としての変倍光学系の数値実
施例３の近軸屈折力配置の要部概略図である。図中、Ｌ
１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、
Ｌ３は正の屈折力の第３群、Ｌ４は正の屈折力の第４群
である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配
置している。ＩＰは像面である。
【００３９】本実施例では広角端から望遠端への変倍に
際して矢印のように第２群を像面側へ移動させると共
に、変倍に伴う像面変動を第４群を物体側に凸状の軌跡
を有しつつ移動させて補正している。また第４群を移動
させてフォーカスを行っている。広角端から望遠端への
変倍に際して絞りＳＰを曲線５０（５２）の如く移動さ
せている。
【００４０】同図に示す開口絞りＳＰと第４群の実線の
曲線５０，５１と点線の曲線５２，５３は各々無限遠物
体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から
望遠端への変倍に伴う際の移動軌跡を示している。尚、
第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００４１】本実施例において、例えば望遠端において
無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合は、
同図の直線５４に示すように絞りＳＰと第４群を前方へ
繰り出すことにより行っている。
【００４２】本実施例では変倍及びフォーカスの際に開
口絞りＳＰを前述の如く光軸上移動させることにより、
開口絞りＳＰより像側の後方レンズ群ＬＲの前側焦点を
絞り位置と略一致させており、全ズーム域及び全物体距
離で射出瞳位置が略無限遠となるようにしている。
【００４３】次に数値実施例３の諸数値を数値実施例１
と同様に示す。
【００４４】（数値実施例３） f1=28.0 f2=-5.8 f3=21.0 f4=20.0
【００４５】
【表３】
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、絞りより
も像面側の後方レンズ群の一部のレンズ群で変倍及びフ
ォーカスを行う際に、各レンズ群を適切に設定すること
により変倍及びフォーカスの際に前側焦点位置が一定と
なるようにし、像面側に色分解光学系や色フィルターそ
して撮像素子等を設けたとき、色再現性が良好で、かつ
高い解像度の画像が容易に得られる撮像光学系を達成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の光学系の摸式図
【図２】 本発明の実施例２の光学系の摸式図
【図３】 本発明の数値実施例１の光学系の近軸屈折力
配置の説明図
【図４】 本発明の数値実施例２の光学系の近軸屈折力
配置の説明図
【図５】 本発明の数値実施例３の光学系の近軸屈折力
配置の説明図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群 Ｌ２ 第２群 Ｌ３ 第３群 Ｌ４ 第４群 Ｌ５ 第５群 ＳＰ 開口絞り ＩＰ 像面 ＬＦ 前方レンズ群 ＬＲ 後方レンズ群

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 開口絞りよりも像面側に変倍及びフォー
    カスの際に光軸上移動するレンズ群を含む複数のレンズ
    群を有する後方レンズ群を設け、該後方レンズ群の前側
    焦点位置が変倍そしてフォーカスの際に略不動となるよ
    うにしていることを特徴とする撮像光学系。
  2. 【請求項２】 開口絞りよりも像面側に変倍及びフォー
    カスの際に光軸上移動するレンズ群を含む複数のレンズ
    群を有する後方レンズ群を設け、該後方レンズ群の前側
    焦点位置が変倍又はフォーカスの際に該開口絞りに対し
    て略不動となるようにしていることを特徴とする撮像光
    学系。
  3. 【請求項３】 物体側より順に正の屈折力の第１群、負
    の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、そ
    して正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有し、該第
    ２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端への変倍を
    行い、変倍に伴う像面変動を該第４群を移動させて補正
    すると共に該第４群を移動させてフォーカスを行い、該
    開口絞りを変倍及びフォーカスの際に光軸上移動させ
    て、該開口絞りよりも像面側の後方レンズ群の前側焦点
    位置に対する該開口絞りの位置が略不動となるようにし
    たことを特徴とする撮像光学系。
  4. 【請求項４】 物体側より順に正の屈折力の第１群、負
    の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、負
    の屈折力の第４群、そして正の屈折力の第５群の５つの
    レンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させて広角端
    から望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第
    ４群及び第５群を移動させて補正すると共に該第４群及
    び第５群を移動させてフォーカスを行い、該開口絞りよ
    りも像面側の後方レンズ群の前側焦点位置が略不動とな
    るようにしたことを特徴とする撮像光学系。
  5. 【請求項５】 物体側より順に正の屈折力の第１群、負
    の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、正
    の屈折力の第４群、そして負の屈折力の第５群の５つの
    レンズ群を有し、該第２群を像面側へ移動させて広角端
    から望遠端への変倍を行い、変倍に伴う像面変動を該第
    ４群及び第５群を移動させて補正すると共に該第４群及
    び第５群を移動させてフォーカスを行い、該開口絞りよ
    りも像面側の後方レンズ群の前側焦点位置が略不動とな
    るようにしたことを特徴とする撮像光学系。
  6. 【請求項６】 物体側より順に正の屈折力の第１群、負
    の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、第
    ４群、そして第５群の５つのレンズ群を有し、該第４群
    と該第５群の合成屈折力が正となるものにおいて、該第
    ２群を像面側へ移動させて広角端から望遠端への変倍を
    行い、第４群及び第５群を移動させて変倍に伴う像面変
    動補正とフォーカスを行い、該開口絞りよりも像面側の
    後方レンズ群の前側焦点位置が略不動となるようにした
    ことを特徴とする撮像光学系。
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