ズームレンズ系
本発明のズームレンズ系は、物体の最終像と、上記物体と上記最終像の間の第１中間実像とを形成し、物体と第１中間実像との間に第１光学ユニットを有する。上記第１光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、光学サブユニットが移動して、第１中間実像のサイズ（倍率）を変化させる。上記ズームレンズ系は、第１中間実像と最終像との間に第２光学ユニットを有し、その一部が移動して最終像の大きさ（倍率）が変化する。上記ズームレンズ系は、上記焦点距離と光学像安定化ユニットとの間で連続的なズーミングが可能で、広範なズーム範囲を提供する。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、カメラや他の光学装置のための光学レンズ系に関し、特に、ズーム範囲の全ての焦点距離に渡って高品質画像を作り出すとともに、非常に大きなズーム比を付与できる高性能ズームレンズ系に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
本発明の一般背景。放送用テレビジョン、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）、高品位テレビジョン（ＡＴＶ）、ビデオカムコーダー（ビデオカメラ）、映画撮像、スチール写真など、あらゆる種類の写真撮影用ズームレンズの使用が益々普及してきている。ズームレンズ系の使用が増大するにつれて、広範囲に渡るズーミングの要求、すなわち大きなズーム比の要求も増大している。例えば、放送用テレビに使用されるズームレンズ系は、ここ数年、ズーム比性能の大きなものが確実に増大していて、現在のところ最大約１０１対１であるが、更に大きなズーム比の要求が在る。従来型ズームレンズ系の焦点距離の範囲は、差し込み式のエキステンダー（望遠レンズ）や他の倍増器を使用することによって、増大することができる。例えば、８．９ｍｍから９００ｍｍの焦点距離範囲を持つ放送用テレビジョンのズームレンズ系は、望遠性能を増大させて、１７．８ｍｍから１８００ｍｍの焦点距離範囲に増大される。なお、これは約１０１対１のズーム比を変化させるものではない。更に、放送用テレビジョンのレンズ系については、焦点距離範囲や許容可能な「ｆ」ナンバーに関して、「スタジオ」（屋内）の使用と「実況放送」（屋外）の使用とでは、要求が幾らか異なる。これによって、従来、屋内放送テレビ用と屋外放送テレビ用の２つの異なるズームレンズ系を使用して、両種類の使用を最大化することが慣例となっていた。
【０００３】
更に、広範囲の焦点距離のズームレンズ系を使用したいという要求や要望に加えて、このようなレンズは、以前には単に、異なる一定焦点距離を持つ対物レンズを使用することによって、或いは、限定されたズーム比を持つズームレンズ系を使用することによって実現されていた優れた光学特性や性能を維持しなければならない。ズーム比が増大するにつれて、優れた特性や性能を持つ高性能光学系を提供することも困難になる。限定されたズーム範囲の在来のズームレンズ系でさえも、全ての焦点距離範囲に渡って十分に焦点調整できなかったり、近接物体に対して焦点を合わすことができなかったり、全ての焦点距離範囲およびフォーカス距離に渡って十分な光学性能を欠如していたり、コスト高であったり、達成される限定ズーム範囲に対してサイズが大きかったり等、１以上の望ましくない制限事項を有している。
【０００４】
更にまた、レンズ系のズーム範囲が増大するにつれて、一般的には、その長さや重量が増大し、これによって、レンズおよびカメラをぐらつかせないことも困難になる。したがって、実際に大きな焦点距離範囲とズーム比を有するズームレンズ系を設計するためには、像の安定化が課題となる。
【０００５】
更に、ズームレンズ系の焦点距離範囲が増大するにつれて、一般的に、焦点合わせの問題も増大する。近接ピント合わせは、ズーム範囲の長い焦点距離では絶対的に必要という訳ではないが、短い焦点距離では必要である。過去においては、無限大から非常に短距離、例えば８フィート以下の物体までの、可成り共役的な範囲に渡って、連続的にピントを合わせることは達成するのが困難であった。更に、例えば、或る人からレンズ距離の異なる別人に焦点を変化させるとき、或る人が光景から消滅するのを回避するために、短い焦点距離での（フォーカス距離が変化すると認識サイズは変化する）最終像の「ブリージング（breathing）」の問題は最小限でなければならない。最終像の品質の維持を含めたこれら焦点性能の要求は、ガラスの選択を含む全体的なレンズ設計によってサイズの最小化がなされない限り、また、性能の最大化がなされない限り、ズームレンズ系の重量およびコストを実質的に増大させる。
【０００６】
ズーミングに関する情報。上で検討したように、広範囲な焦点距離を持つズームレンズ系は、放送用テレビジョン、映画撮影、ビデオ、スチール写真を含む多くの写真撮像用途において、非常に望ましいものである。これらの用途に使用される標準的なズームレンズ系は、４つの群ＰＮ（ＰまたはＮ）Ｐ構造を有している。ここにおいて、Ｐは、レンズ群が正のパワー（拡大力）を有する少なくとも１つのレンズ要素の群を表わし、Ｎは、レンズ群が負のパワーを有する少なくとも１つのレンズ要素の群を表わす。これらの群は、従来通り、物体空間なら像空間に向かって連続的に識別される。前部正群は、どのような焦点距離位置にも移動できて、ズームレンズの他の如何なる焦点距離に対しても再焦点合わせを行う必要もなく、ズームレンズ系の焦点を合わせることができるので、しばしばフォーカス（焦点）群と呼ばれる。第２負群は、変量器（バリエータ）であって、ズームミング中に大きな倍率の変化をもたらす。第３群は、一般に、正のパワーまたは負のパワーを有し、補償器（コンペンセータ）である。第３群は、像平面が静止状態のままであることを保証するために、移動可能である。また、上記第３群は、幾らかの変化を倍率に与えることができて、ズーミングを効果的にする。最終の正の第４群は、鮮明な像を形成するので、しばしば主要レンズ群と呼ばれる。
【０００７】
この基本ズームレンズ系は、５０：１あるいはそれ以上のズーム比に適している。しかし、ズーム比が約１００：１にまでなると、変量器は、収差が実際に大きくなって修正するのが困難になる程度まで、ズーム時に物体の倍率を変化させることが必要になる。更に、このような大きなズーム比では、入射瞳位置がズーミング時に非常に大きく変化する。これは、前部群を非常に大きくし、修正を困難にする傾向がある。もう１つの問題は、倍率の大きな変化から生じる収差変化を減少させるために、変量器は減少した光学パワーを有することが望ましいという事実に由来している。しかし、弱い光学パワーは、レンズ行程および光学系の長さを増大させる。これは、狭小な視野に対しては問題とはならないが、広範囲な視野に対しては、大きな動きは、レンズ系後部において主要光線高さの増大をもたらす。同時にではないが、レンズ系の前部か後部かに対して上記要求が満たされるので、これは開口絞りに対して理想的な場所とはならない。もしも開口絞りがレンズ前部近傍に配置されると、前部レンズ要素の直径が減少し、その結果、収差は減少する。もしも開口絞りがレンズ系の後部近傍に配置されると、後部レンズの直径が減少し、その結果、収差は減少する。
【０００８】
本発明の概要
本発明の目的は、大きなズーム比を有する従来型ズームレンズ系の上記問題と不足部分を解消するズームレンズ系を提供することである。更なる目的は、屋内および屋外の両方に使用できるズーム範囲の広い焦点距離と高性能特性とを持ったズームレンズ系を提供することである。この発明の更に別の目的は、約３００対１の比と、例えば約７ｍｍから約２１００ｍｍの焦点距離のズーム範囲とを有し、上記焦点距離間では連続的にズーミングできるレンズ系を提供することである。この発明の更にもう１つの目的は、中間像を形成するための前部ズームレンズ群と、その像を拡大する後部ズーム群とを有して、これにより非常に大きなズーム比を生じさせる高性能ズームレンズ系を提供することである。更に別の目的は、光学的像を安定化させるズームレンズ系を提供することである。また別の目的は、ズーム比の全ての焦点距離範囲に渡って正確な焦点合わせが可能な集束レンズ群を提供することである。
【０００９】
大きなズーム比を達成すると格別な利益があるが、本発明のズームレンズ系は、従来のズーム比、例えば、携帯型ビデオカメラやスチールカメラなどの消費者製品に使われるズーム比を有することができる。本発明の付加的な目的は、これら小さなズーム比に適用するズームレンズ系を生産することである。
【００１０】
本発明のその他のより詳細な目的および利点は、当業者には、様々な好ましい実施形態から容易に理解される。
【００１１】
本発明のズーム比アスペクトの概要。本発明は、ズームレンズ系を現在約１０１：１のズーム比に限定している障害を克服する。本発明の基本的な考えは、２つの分離されたズームレンズ部から成る複合レンズ系を使用することと見なすことができ、そこでは、前部ズームレンズ部は中間像を形成し、後部レンズ部は、上記前部ズームレンズ部によって形成された中間像を最終像に移すリレーである。この完成した複合レンズ系の全ズーム比は、上記リレーのズーム比によって掛算された前部ズームレンズのズーム比に等しい。こうして、前部ズームレンズ部のズーム比が２０：１であり、リレーのズーム比が１５：１であるならば、複合ズームレンズ系全体のズーム比は３００：１である。本発明は、３００：１以上のズーム比を達成するために使用され、これは従来型ズームレンズ系の実用限界を大幅に越える。
【００１２】
好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の説明は、実施形態の一部を形成する添付の図面に言及して行われる。図面には、本発明が実施される特定の実施形態が例証として示されている。本発明の好ましい実施形態の範囲を逸脱することなく、他の実施形態が用いられたり、構造的変更が行なわれ得ることは理解されるべきである。
【００１３】
本発明は、その一般的特徴によると、物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記系は
（ａ）上記物体と上記第１中間実像との間の位置に第１光学ユニット（例えば図１０のレンズ要素８〜１５）を備え、上記第１光学ユニットは、上記第１中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために移動する少なくとも１つのサブユニット（例えば、第１光学ユニットに対する倍率の変化の主要源である図１０のレンズ要素８〜１１）を備え、
（ｂ）上記第１中間実像と上記最終像との間の位置に第２光学ユニット（例えば図１０のレンズ要素２６〜３３）を備え、上記第２光学ユニットの少なくとも一部分が上記最終像のサイズ（倍率）を変化させるために移動する（例えば、図１０では、第２光学ユニットのレンズ要素２６〜２８が上記最終像のサイズを変化させるために移動する）ズームレンズ系を提供する。
【００１４】
好ましくは、ズームレンズ系は、上記第１と上記第２の光学ユニットのいずれか一方または両方において、１または２以上の光学サブユニットを含む（例えば、図１０では、レンズ要素１２から１５は、この機能の主要源である）。しかし、このようなサブユニットは、例えば、光学系が軸方向に移動可能なセンサを有しているならば、如何なる場合も必要とされない。
【００１５】
好ましくは、ズームレンズ系は、第１と第２の光学ユニットに加えて、フォーカスユニット（例えば、図１０のレンズ要素１〜７）と、瞳孔像ユニット（例えば、図１０のレンズ要素１６〜２５）と、像安定化ユニット（例えば、図１０のレンズ要素３４〜３９）との少なくとも１つを備える。
【００１６】
好ましくは、上記焦点ユニットは、（１）上記第１光学ユニットの前に配置され、（２）ズームレンズ系の光学軸に沿って移動可能な２つの光学サブユニット（例えば、図１０のレンズ要素２と要素３，４）を備え、（３）７つ以下のレンズ要素を備える。
【００１７】
好ましくは、像安定化ユニットは、（１）系の光学軸から横方向に移動可能な少なくとも１つのレンズ要素（例えば、図１０のレンズ要素３４〜３６）と、（２）上記光学軸に沿って移動可能な少なくとも１つのレンズ要素（例えば、図１０のレンズ要素３７〜３９）とを備える。好ましくは、系を通過する光は、上記像安定化ユニットの横方向に移動可能な要素と軸方向に移動可能な要素との間で、実質的に平行にされる。
【００１８】
本発明のズームレンズ系は、上記第１中間実像に加えて、物体と最終像との間に付加的な中間実像を形成することができる。系は、これらの付加的中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために、上記第１と第２ユニット以外に、付加的な光学ユニットを有することができる。
【００１９】
好ましくは、第１中間実像は、ズーミング時、ズームレンズ系の光学要素（例えば、系内で使用されるレンズ要素、プリズム、折曲鏡など）の間の空域内に形成されて、光学要素の表面を通過しない。これは、２つ以上の中間実像が形成されるときも、全ての中間像に対して、当てはまることが好ましい。
【００２０】
系の他ユニットと組合せた第１光学ユニットは、従来型のズームレンズの形態をしている。同様に、系の他ユニットと組合せた第２光学ユニットは、従来型のズームレンズの形態をしている。このように、系全体は、本発明によって複合ズームレンズ間の瞳孔撮像を制御する２つの従来型ズームレンズの複合物として見ることができる。
【００２１】
系全体は、また、中間像を形成する前部ズームレンズと、上記中間像を受け取ってその倍率を変化させて最終像を形成するリレー系とから成るとして見ることができる。
【００２２】
本発明のズームレンズ系を表すこれらのアプローチ（取り組み）は、本文では、本発明の様々な特徴を詳細に検討するときに使用される。これらのアプローチは本発明を説明するのには便利な方法であるが、本発明はこれらの説明に限定されるものではなく、本発明の様々な実施形態および適用例は、この説明に完全には従うものではないことを理解しなければならない。
【００２３】
他の特徴によると、本発明は物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記ズームレンズ系は、最大焦点距離と最小焦点距離との間の焦点距離範囲を有し、上記焦点距離範囲内の全焦点距離対して、上記物体と上記最終像との間に少なくとも第１中間実像を形成し、上記ズームレンズ系は、
（ａ） 上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために変化する焦点距離を有するとともに、上記範囲内の全焦点距離対して上記物体と上記第１中間実像との間に配置されている第１レンズユニットと、
（ｂ） 上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるとともに、上記範囲内の全焦点距離対して上記第１中間実像と上記最終像との間に配置されている第２レンズユニットとを
備えているズームレンズ系を提供する。
【００２４】
付加的な特徴によると、本発明は、中間実像を形成する可変焦点距離前部レンズユニットと、上記中間実像の像（好ましくは、実像）を形成する可変倍率後部レンズユニットとを備えたズームレンズ系を提供する。
【００２５】
更なる特徴によると、本発明は、物体空間からの光を集めるとともに上記光を像空間の最終像に供給する複合レンズ系であって、多重ズームレンズ部を備えた複合レンズ系を提供する。上記多重ズームレンズ部は、上記物体空間からの光で中間像を形成する最初のズームレンズ部と、上記像空間に上記最終像を形成する最後のズームレンズ部とを含んでいる。
【００２６】
更に別の局面では、本発明は、物体の最終像を形成するためのズームレンズ系を提供し、上記ズームレンズ系は光学軸と前部レンズ表面と開口絞りとを有し、主要光線は上記開口絞りにおいて上記光学軸と交差し、上記ズームレンズ系は、上記ズームレンズ系の焦点距離を変化させるために移動する第１と第２のレンズユニットを備え、
（ａ）上記前部レンズ表面と上記最終像との間において、上記主要光線は、上記系の全焦点距離に対して、上記開口絞りのほかに少なくとも１つの他の部分で上記光軸と交差し、
（ｂ）上記系は、上記系の全焦点距離に対して、上記第１と第２のレンズユニットの間の位置に中間実像を形成する。
【００２７】
本発明のズーミング原理と系の説明。非常に高度な光学修正を行うことができる複合レンズ系（すなわち、前部ズーム／ズームリレー系）には、ユニークな特徴がある。完全なズーミング・モーションが段階的に生じる簡単なシナリオをちょっと想像してみる。第１の段階では、リレーは最初短い焦点距離位置に設定されて、低倍率の中間像を与える。そのとき、リレーの物体共役は小さな開口数ＮＡを有し、その像共役は大きな開口数ＮＡを有する。（従来から定義されているように、開口数「ＮＡ」は、光学系や光学要素に入出可能な光線の子午線から成る最大円錐の頂角の正弦に、上記円錐の頂角内の媒体の屈折率を乗じたものに等しい。レンズ系光学的規定では、その下に記載された「ｆ」ナンバーは２倍のＮＡの逆数、すなわち、ｆ＝１／（２ＮＡ）に等しい。）上記リレーに対する物体空間のＮＡが、前部ズームレンズ部の像空間のＮＡに等しいので、この第１段階では、前部ズームレンズ部は、小さいＮＡに対して僅かに修正するだけでよいことは明らかである。
【００２８】
第２の段階では、前部ズームレンズ部は長い焦点距離の位置に静止される。そのとき、リレーがズームされて、中間像をより大きく拡大する。この第２段階中に、系の焦点距離が増大するにつれて、リレーの像のＮＡが小さくなるとともに、リレーの物体のＮＡが大きくなる。したがって、前部ズームレンズ部の像のＮＡも大きくなる。しかし、同時に、系の焦点距離が大きくなるにつれて、実際に使用される中間像の半径方向の部分は次第に小さくなる。
【００２９】
したがって、大きな中間像サイズで同時に大きな比口径（「ｆ」ナンバー）に対しては、前部ズームレンズ部を修正する必要はない。寧ろ、小さな口径で大きな中間像サイズに対して、また、大きな口径で小さな中間像サイズに対して、前部ズームレンズ部を修正する必要がある。これは、本発明の前部ズームレンズ系と同一のズーム比を持つ従来型レンズ系の設計よりも、前部レンズ部の設計を容易にする。
【００３０】
同様に、小さな倍率の焦点距離限界において、大きな像ＮＡと大きな物体サイズとに対しては、リレーを修正するだけでよい。
【００３１】
上で検討したように、前部ズームレンズ部とリレーに加えて、本発明のズームレンズ部は、好ましくは、瞳孔像ユニットを含む。このユニットは、リレーの入射瞳に、前部ズームレンズ部の射出瞳を像形成させる機能がある。適切なパワーを選択することによって、リレーのレンズ直径および付随する収差を最小化するのみならず、系の射出瞳位置の制御も向上する。
【００３２】
上述したように、前部ズームレンズ部によって形成される中間像は、系を最小焦点距離から最大焦点距離へズーム（拡大縮小）されるとき、好ましくは、如何なるレンズ表面をも通らない位置に配置される。上記中間像が前部ズームレンズ部と後部リレーとの間に存在することによって、上記中間像は、前部ズームレンズ部でズーミングさせる軸方向に移動可能なレンズユニットの後、且つ、後部ズームレンズ部でズーミングさせる軸方向に移動可能なレンズユニットの前に、自動的に存在することになる。本発明の実施形態では、中間像はズーミング中に移動できる。したがって、好ましくは、中間像のいずれかの側に在るレンズ表面の位置は、レンズ表面が固定されているか移動しているかに無関係に、また、中間像の動きに拘わりなく、上記表面が系の全ズーム範囲に渡って上記中間像から間隔が開くように、選択されている。
【００３３】
図１〜３に、上述の本発明の様々な特徴が、約３００：１のズーム比を持つＰＮＰＰ−ＰＮＰＰ複合レンズ系について示されている。図１に示すように、この複合ズームレンズ系は、ズーム比が約２０：１の前部ズームレンズ部と、ズーム比が約１５：１の後部ズームレンズ部（リレー）とを有する。図１には、群（グループ）と正のパワー記号（Ｐ）あるいは負のパワー記号（Ｎ）が示されている。この複合ズームレンズ系において、前部ズームレンズ位置が（図１に示す）最短焦点距離位置から、（図２に示す）最長焦点距離位置へ作動するとき、リレーは静止している。一旦、前部ズームレンズ位置が長い焦点距離位置に到達すると、リレーは中間像の倍率を変化させ始め、複合系の焦点距離を更に増加させる。図３は最大焦点距離状態での系を示す。上記系では、前部ズームレンズ位置は最大焦点距離位置に在り、且つ、後部ズームレンズ（リレー）位置は最大倍率位置に在る。
【００３４】
図１と図２は、中間像平面における小さなＮＡと、短から長へのズーミングの初期段階時に生じる最終像平面における大きなＮＡとを示す。図１と２に示すように、この段階の間、中間像のサイズは大きい。図３は、最長焦点距離位置で、ＮＡは、中間像においてより大きくなり、最終像においてより小さくなることを示す。
【００３５】
注意すべきは、この例では、８つのズームレンズ群が存在するが、その内の４つ群のみがズーミング用に独立して移動できる。第１群と第４群と第５群と第８群とは、全て、最終像に対して静止している。しかし、これらの群の内の１以上の群は、焦点合わせをするときに移動できる。
【００３６】
ここに述べるシナリオは、例示目的のためにある。実際には、ズーミング運動を２つの段階に明確に分ける必要はない。その結果、リレーあるいはリレーの一部は、初期のズーミング中に移動できて、焦点距離の長限界近傍には存在しない。
【００３７】
上述した図１〜３の例は、ＰＮＰＰ−ＰＮＰＰ構造を有し、上記ダッシュ「−」は前部ズームレンズ部の端部を示している。前部レンズ部と後部ズームレンズ部の双方は、変量器（バリエータ）と補償器（コンペンセータ）のズーミング群を有している。この形態の利点は、必要に応じて、中間像を完全に静止させることができることにある。像を静止させることによって、最終像に現れる表面欠陥や塵埃像を露呈させる光学表面を、像が通過するのが防止される。後部ズームレンズ部に４群構造を用いることにより、イメージセンサのテレセントリックな要求を満たすために重要となる優れた射出瞳位置の制御が可能となる。
【００３８】
中間像の動きが許容されるならば、補償器の１つを除去することができる。この場合、ビーム（光線）直径が比較的小さいとき、後部補償器のみが動くので、後部補償器を取り外すのが好ましい。その際、結果的に生じる構造は、ＰＮＰＰ−ＰＮＰ形態になる。
【００３９】
これら双方の形態に対して、前部ズームレンズ部の射出瞳とリレーの入射瞳とを一致させるように、注意しなければならない。この目的のために、接眼レンズ状群は、中間像から広がる発散光線を略平行な光線に集束させるのに有効であり、上記略平行な光線は、無限共役のために修正された通常のＰＮＰ−ＰＮＰＰ型ズームレンズ系に入射する。
【００４０】
この種の高速（大口径）で超広範囲な焦点距離の複合ズームレンズ系の特徴の一つは、中間像およびその像欠陥が、長い焦点距離の位置において、リレー内のズーム群によって大きく拡大されることである。このことによって、前部ズームレンズ部および特にフォーカシング群での第２色収差の修正に関する要求が厳しくなる。この修正を行うために、少なくとも１つ恐らくは数個の弗素クラウンガラス要素を使用することが必要になる。この代りに、フッ化カルシウムまたはバイナリ（回折性）表面がこの目的のために使用される。
【００４１】
本発明の実施に際して、様々なバイナリ（回折性）表面（回折要素）が、使用される。例えば、応用例として、キャノンに付与された米国特許第６,５０７,４３７号に開示されている種類の１または２以上の回折光学要素は、色収差を修正するために、単独あるいは他の方法と組み合わせて使用することができる。
【００４２】
既存のズームレンズ系よりもＰＮＰＰ−ＰＮＰＰまたはＰＮＰＰ−ＰＮＰ形態を使用することの大きな利点の一つは、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部（リレー）系との双方が非常に大きなズーム比を有し得ることである。この場合、前部ズームレンズ部あるいは後部ズームレンズ部のいずれかが、２０：１或いはそれ以上のズーム比を有することが極めて合理的である。したがって、全ズーム比は４００：１或いはそれ以上が可能となる。しかし、このような大きなズーム比が必要でないならば、２つの移動群を有するＮＰ形態のリレーを代用することにより、系を大幅に簡素化できる。このようなリレーは、リレーの全ズーム比が約３：１から１０：１の大きな開口（口径）のものに適用するのには、非常に有用である。図４Ａおよび図４Ｂには、ズーム比が約２０：１のＰＮＰＰ前部ズームレンズ部とズーム比が約６．５：１のリレーとを有して、約１３０：１のズーム比となった複合ズームレンズ系の例が示される。図４Ａは約７ｍｍの最小焦点距離を示し、図４Ｂは約９００ｍｍの最大焦点距離を示す。この形態の利点の一つは、最後部のレンズ群が静止してないことである。従って、大きな開口で相当の倍率変化に耐えるように設計しなければならなく、これは設計を多少難しくする。
【００４３】
この場合、最大ズーム比は低下するが、ＮＰ前部ズームレンズ部とＮＰ後部ズームレンズ部（リレー）とから成る更に簡素化された構造を設計することができる。明らかに、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部に対して、技術を一般化して、様々なズームレンズ構造の多数の組合せを含むようにすることができる。例えば、高ズーム比の超広角ズームレンズ系は、ズーム比が約２：１のＮＰ，ＮＰＰまたはＮＰＮＰの超広角前部ズームレンズ部と、ズーム比が約６．５：１のＮＰ後部ズームレンズ部（リレー）とを用いて、組み立てることができる。この結果、上記複合レンズ系は１００度以上の最大視野角と約１３：１のズーム比を有することになる。図５Ａと図５Ｂは、２／３センサに対して、ズーム比が約１３：１の４．４ｍｍ〜５７．２ｍｍ，ｆ／３〜ｆ／７複合ズームレンズ系を示す。この複合ズームレンズ系では、広角端の全画角が１０２度を越える。明らかに、図１〜３に使用のものと類似したＰＮＰＰ型後部ズームレンズ部（リレー）を、これと同じ超広角前部ズームレンズ部と共に使用して、約３０：１のズーム比を持つ超広角複合ズームレンズ系とすることができる。
【００４４】
これら全ての形態について、中間像が存在することが共通していて、このことが、一般に従来型ズームレンズ系では利用できなかった収差修正に対して比類ない機会を提供している。例えば、中間像近傍に位置する要素の非球面は、歪およびその他の視野収差に大きな影響を与えるが、球面収差修正には影響を与えない。この領域に非球面を配置する利点は、光線直径が小さく要素自体も小さいために、許容差が大きくなることに在る。これは、この領域での非球面の使用コストが最小であることを意味する。
【００４５】
好ましい実施形態の詳細な説明。「本発明のズーミング原理と系の説明」という題目の章に記載している如く、ここに開示された本発明の各実施形態は、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部とを含み、これにより、複合ズームレンズ系を形成する。中間像は前部ズームレンズ部の後に形成され、これにより、後部ズームレンズ部が、中間像を拡大するズームリレーとして機能して、カメラのフィルムや、電荷結合素子（ＣＣＤ）のような他の光検知器や捕獲装置によって捕えられる拡大最終像を生みだす。この適用目的に対して、「カメラ」という用語は、本発明のレンズ系の背後に配置される光検出装置あるいは光捕獲装置を記載するために、総称的に用いられ、スチール、ビデオ、映画などの捕獲装置、或いは、瞳孔、肉眼を含む。「カメラ」という用語は、フィルムやビデオテープや光学ディスクやＣＭＯＳやＣＣＤあるいは他の記憶メディアの有無とは無関係である。このような「カメラ」は追加のレンズ要素を含んでもよい。現在のところ、前部ズームレンズ部は２つの移動ズームレンズ群から成り、後部ズームレンズ部は１つあるいは２つの移動ズームレンズ群から成ると考えられている。しかし、移動ズームレンズ群は、本発明から逸脱することなく、より多く或いは少ない移動ズームレンズ群が使用され得ると理解しなければならない。また、目下のところ、全複合ズームレンズ系には唯一の中間像が形成されるが、本発明の他の実施形態では２以上の中間像が形成され得ることが考えられる。
【００４６】
本発明の複合ズームレンズ系は、好ましくは、上記前部ズームレンズ部および後部ズームレンズ部に加えて、集束レンズ群を含む。ここに開示されている各実施形態が示すように、焦点レンズ群はレンズ系の前部に配置されることが好ましい。しかし、本発明の他の実施形態の複合ズームレンズ系においては、焦点の一部或いはおそらく全部を他のところに合わせることも可能である。
【００４７】
この複合ズームレンズ系に単一の中間像が形成されるとき、最終像は、対物レンズによって作られる従来の方位とは、上下左右逆である。したがって、像の方位はカメラによって調整されなければならない。例えば、検出器用の単一チップを使用するビデオカメラは、単に、チップを光学軸の周りに１８０度回転できて、上記チップは、最終画像が以前から方向付けられているかの如く、最終画像を読み込むことができる。ビデオカメラの方位の問題の解決法は、データを走査する順序を逆にすることである。すなわち、データは、左から右に上から下に読み込まれる代わりに、右から左に下から上に読み込まれて、従来の方位が達成される。ビデオカメラの方位の問題に対するもう１つの解決法は、使用転送前に「フレームストア（画面記憶）」機能を用いてメモリチップ上の全フレームを記憶するビデオカメラに対しては、記憶されたフレームをフレーム記憶メモリから逆の順で転送するだけである。映画フィルム用カメラについては、フィルムマガジン付きカメラ全体を上下逆にし、その結果、像方位の修正のためにフィルムを上方に走らせる。従来のように使用すると共に本ズームレンズ系を使用する映画フィルム用カメラの像方位に対するもう一つの解決法は、デジタル合成を使用することである。このデジタル合成では、フィルムがデジタル的に走査され、次に、例えば、デジタル操作後に、像が従来の方位で新しいフィルムに組み付けられる。本発明のレンズ系の中のプリズムあるいは本発明のレンズ系に接続されたプリズムは、最終像の方位を修正する。この方法については、最終像の品質が過度に劣化しないように注意しなければならない。特に本レンズ系の高性能な適用例に対しては、注意しなければならない。
【００４８】
本発明のズームレンズ系が複合ズーム構造であるので、多くの場合、複合レンズ系のボディは相当に長い。このため、カメラに対するレンズ系の撓みや振動は、カメラの最終像に許容できない撓みや振動を引き起こす。したがって、少なくとも大きなズーム比や長い焦点距離や実質長さを有する本発明の複合ズームレンズ系では、像安定化構造を用いることが考えられる。ビデオカメラへの適用には、電子像安定化が適している。一方、高性能ズームレンズ系への適用については、光学像安定化構造が、複合レンズ系ボディ内に、好ましくはレンズ系のカメラ端の近傍に、含まれていることが望ましい。これは、下文に記載されているように図１０〜６２の実施形態に含まれている。
【００４９】
本発明の複合レンズ系を最大性能の一体型ユニットとして設計し組立てることが望ましいが、基本的な特徴を発揮するために、２つ以上の分離可能な構成部品を使用することも可能である。例えば、従来型ズームレンズまたはその改良型が前部ズームレンズ部として使用され、次に、後部ズームレンズ部が分離アタッチメントから構成される。上記分離アタッチメントは、前部ズームレンズ部によって形成された像をリレーすると共に上記像の倍率を変化（ズーム）させる。上記像は、最終像を形成するために「中間」像となる。このように、前部ズームレンズ部は１つのズーム比を提供し、後部アタッチメントズーム部は別のズーム比を提供する。しかし、このような組合せに対して、許容できる光学品質の最終像を得るために、瞳孔画像は制御されねばならない。本発明の複合レンズ系を提供するために、その他の従来型改良型レンズ部の組合せも用いられる。
【００５０】
図６Ａ〜９Ｂは、本発明の４つの異なるズームレンズ系の光学線図を示す。図６Ａ〜９Ｂの各図の右における２つの直方体のブロックは、３ＣＣＤ２／３インチ検出器用のプリズムブロックを示している。上記３ＣＣＤ２／３インチ検出器は、上記ビデオカメラの一部であり、したがってズームレンズ系の一部ではない。
【００５１】
次の表は、これら４つの実施形態の各々について、レンズ系光学的規定と、様々な表面に対する可変厚さ位置と、様々な表面群に対する焦点距離および倍率等とを列挙している。多数の表面数と全要素を含む光学線図の小さな縮尺とを考慮し、簡単かつ明確にするために、図６Ａ〜９Ｂでは幾つかの表面のみが、レンズ系光学的規定に記載の表面に対応して識別されている。表の詳細な説明は表の次に与えられている。
【００５２】
４つの実施形態の各々に対する上記レンズ系光学的規定において、レンズ要素の各表面は左端欄（「表面」）で識別されている。その表面の半径は第２欄（「半径」）で識別されている。上記表面と次の表面との間の光学軸の厚さは、ガラスと空気との如何に拘わらず、第３欄（「厚さ」）で識別されている。ガラスレンズ要素の屈折率は第４欄（「ガラスインデックス」）に記載されている。レンズ要素に対する分散値は第５欄（「ガラス分散」）に記載されている。第１欄の「表面」の表面番号は、従来のやり方で図の左から右すなわち物体空間から像空間に番号付与された表面を表している。
【００５３】
上記各レンズ系光学的規定の左手すなわち「表面」の欄では、結像される（例えば撮影される）物体は、「物体」として識別され、調整可能なアイリスすなわち絞り（ストップ）は「絞り」として識別され、最終像は「像」として識別される。移動可能ズーム群の片側のようなレンズ要素間の調整可能空間は、レンズ系光学的規定の第３欄すなわち厚さの欄において「可変」として識別される。ＥＦＬと半径と厚さの寸法は、ミリメートル単位で与えられ、上記厚さは光学軸上の上記表面の後方距離である。ダブレットやトリプレットのように、隣接する要素の２つの表面が同じ半径を有して合致するとき、第１欄すなわち「表面」欄では、１つの表面のみが識別されている。
【００５４】
４つの実施形態の各々について、各非球面に対する非球面係数は光学的規定の表の次に与えられている。
【００５５】
更に、４つの実施形態の各々について、各レンズ系光学的規定の様々な表面に対する可変厚さ位置の表が付与されている。上記表は、（光学的規定表の表面の欄の項目に対応する）様々な表面に対し、書式「Ｐｘ」において位置を識別している。また、各位置に対して、有効焦点距離（ＥＦＬ）と「ｆ」ナンバー（Ｆ／Ｎｏ.）とが与えられている。
【００５６】
図６〜図９Ｂの４つの実施形態の各々について、それらの違いを特定するために、簡単に説明する。図６Ａと図６Ｂの実施形態は、レンズの物体空間端の焦点レンズ群「焦点」と共に３つの移動可能なレンズ群すなわちズーム１群とズーム２群とズーム３群を用いて、約７．２５ｍｍ〜９００ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、約１２５：１のズーム比を与える。ズーム３群は、実際には、表面Ｓ４７とＳ４８との間で少し動く２つの要素群から成る（図６Ａと図６Ｂとを比較）。図７Ａと図７Ｂとの実施形態は、４つの移動可能ズームレンズ群（ズーム１，２，３，４）と１つの焦点レンズ群とを用いて、約７．２７ｍｍ〜２０８８ｍｍの有効焦点距離の範囲を有し、これは約２８７：１のズーム比を与える。図８Ａと図８Ｂとは、約７．２７ｍｍ〜２０９５ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、これも約２８７：１のズーム範囲を与えて、図７Ａと図７Ｂのレンズ実施形態の性能と酷似している。同様に、図９Ａと図９Ｂとの実施形態は、約７．２７ｍｍ〜２０９２ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、これも約２８７：１のズームレンズ比を与えるが、３つの移動ズームレンズ群のみを使用する。これら４つの実施形態は各々複数の非球面を含んでいる。レンズ系光学的規定に示すように、図８Ａ〜８Ｂおよび図９Ａ〜９Ｂの実施形態はこのような表面を２つのみ有し、一方、図７Ａ〜７Ｂの実施形態はこのような表面を８つ有する。また、図９Ａと図９Ｂの実施形態は、以下に記載するように、図１０〜６２の実施形態と同様、レンズ系のカメラ端部近傍に光学像安定化レンズ要素を含んでいる。
【００５７】
図１０〜図６２の実施形態の詳細な説明。「図面の簡単な説明」と題する章で述べているように、図１０〜図６２は、全て、放送用テレビ市場に直接且つ即座に適用できる本発明の単一の実施形態に関するものである。もっとも、他の市場も利用でき、本発明の他の実施形態や変形例は他の市場にも適用できる。本発明の複合レンズ系の実施形態は、焦点距離が約７ｍｍ〜２１００ｍｍのズーム範囲を有していて、これによって約３００：１のズーム比を与える。このズーム比は、放送用テレビズームレンズ系において現在入手可能なズーム比の３倍以上である。図１０の光学線図を詳細に参照すると、ズームレンズ系ＺＬは、焦点レンズ群ＦＧと、前部ズーム群ＦＺＧと、後部ズーム群ＲＺＧとから成っている。この実施形態を説明するにあたって、レンズ系の絞りは、レンズの「前部」と「後部」の間の分割器として使用されている。上に記載の「本発明の様々な特徴と開示された実施形態の説明」で使用されている用語について、焦点レンズ群ＦＧは焦点ユニットであり、前部レンズ群ＦＺＧは第１光学ユニットであり、後部レンズ群ＲＺＧは瞳孔撮像ユニットと像安定化ユニットと第２光学ユニットとを含んでいる。
【００５８】
焦点レンズ群ＦＧは、静止した前部レンズ要素１を含めて７つのレンズ要素１−７から成り、これにより、要素１をレンズバレル（図示せず）に固定し密封することによって前部においてレンズは密封される。第１焦点群ＦＧ１はレンズ要素２を備え、第２焦点群ＦＧ２をレンズ要素３，４は備える。これら両群は独立して移動できて、各焦点距離において所望の焦点合わせを行う。焦点群ＦＧの要素５〜７は静止している。
【００５９】
前部ズーム群ＦＺＧは、レンズ要素８〜１１から成る第１ズーム群ＺＧ１と、レンズ要素１２〜１５から成る第２ズーム群ＺＧ２とを有する。これらズームレンズ群は、両方とも、独立して移動できる。アイリスすなわち開口絞りである「絞り」は、第２ズーム群ＺＧ２と、後部ズーム群ＲＺＧの前部を形成する第１群ＲＧ１との間に、配置されている。
【００６０】
第１群ＲＧ１は、静止したままのレンズ要素１６〜２５から成る。中間像は上記第１群ＲＧ１内のレンズ要素２２と２３の間に形成される。この第１群ＲＧ１のレンズ要素１６〜２５は、全て常に静止したままである。レンズ系を最大と最小の焦点距離間でズーミングするとき、中間像は、長い焦点距離でレンズ要素２２と２３との間の光学軸に沿って移動し、これらの要素に接触することはない。後部ズーム群ＲＺＧ内の次のレンズ群は第３ズーム群ＺＧ３である。第３ズーム群ＺＧ３は軸方向に移動可能なレンズ要素２６〜２８から成る。後部ズーム群ＲＺＧ内の次のレンズ群は第２群ＲＧ２である。第２群ＲＧ２は、静止のレンズ要素２９〜３３から成る。後部ズーム群ＲＺＧ内の次の要素は安定化群ＳＧを備える。安定化群ＳＧは、レンズ要素３４〜３６を持つ半径方向分散化群ＳＧ１と、レンズ要素３７〜３９を持つ軸方向調整群ＳＧ２とを有している。上記３つのズーム群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３は独立して光学軸に沿って移動できて、焦点距離の全範囲は約７ｍｍ〜２１００ｍｍに渡る。最後に、図１０は、元来ズームレンズ系の一部でない２つのプリズムブロック４０，４１をも示している。上記プリズムブロック４０，４１はビデオカメラの３個の従来型ＣＣＤ２／３インチ検出器に匹敵する。上記検出器は物体空間から最終像までの光学ダイヤグラムを完成するためのものである。
【００６１】
第１分安定群すなわち散化安定群ＳＧ１は、検知されたレンズの振動に対応して、系の光学軸からどの半径方向にも、約０.５ｍｍ以上移動できて、最終像を像平面の安定化された位置に維持する。振動の検知および群ＳＧ１の移動は従来型手段によって行われる。従来手段には、加速度計、電算処理装置、この電算処理装置によって閉ループ系で連続的に制御されるモータなどが在る。第２安定群すなわち軸方向安定化群ＳＧ２は、後方焦点を調整するために、軸の両方向に約１.２ｍｍ以上移動し調整することができる。また、第２安定化群ＳＧ２は、軸方向に大幅に移動して、伸長された近接焦点をレンズの短焦点距離に合わせることができる。第１安定化群ＳＧ１と第２安定化群ＳＧ２との間、すなわち、レンズ要素３６と３７の間の光線は、実質的に平行にされるので、安定化の達成、近接焦点の伸長、或いは後方焦点の調整のために、これら２つの安定化群が動いても、最終像に重大な劣化を引き起こすことはない。
【００６２】
また、上記分散安定化群ＳＧ１は、レンズ群ＳＧ１を或る振動のパターンで半径方向に移動させることによって、特殊効果を生じさせるために使用することができ、これにより、例えば、地震や移動車両あるいは戦争映画での爆発によって引き起こされるような振動をシミュレート（模倣）することができる。このような特殊効果は、レンズ群ＳＧ２を軸方向に振動するように移動させることによっても生じるが、映像は少しピンぼけになる。ＳＧ１の半径方向の動きは、ＳＧ２の軸方向の動きと組み合わせて、異なる特殊効果を生じさせることができる。
【００６３】
図１０〜図６２の実施形態に対するズームレンズ系ＺＬの完全なレンズ設計要件は、遍く「図１０〜図６２の表」と題した下記表に記載されている。このレンズ系光学的規定の表は、図６Ａ〜図９Ｂのズームレンズに対する前述のレンズ規定と類似したものである。この表の詳細な説明は、表の次に与えられている。
【００６４】
上記レンズ系光学的規定の表は、レンズ仕様の「リスト」であり、左手欄に各レンズ「表面」を数値列挙している。また、上記レンズ系光学的規定の表は設計に用いるダミー表面を含み、これは、例えば、ダミー表面Ｓ１，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１８，Ｓ６５，Ｓ７４，Ｓ８４である。第２欄の「半径」は各表面の半径を列挙し、負の半径は曲率の中心が左に在ることを示す。第３欄の「厚み」は、レンズ要素の厚み、或いは、光学軸上の表面から次ぎの表面への間隔を列挙している。第４欄の「ガラス名」はガラスの種類を列挙している。第５欄の「製造者」は各ガラス材料の製造者を列挙している。第５欄の「半開口」は、各レンズ要素の開口直径の測定の半値である。
【００６５】
左手欄の銘「物体」は、撮像（例えば撮影）される物体を意味する。銘「絞り」は、アイリスすなわち絞り（ストップ）を意味する。銘「像」は最終像を意味する。各表面は、表面を上記レンズ要素識別数値と区別するために、「Ｓ」付きの数値で識別されている。なお、上記レンズ要素は、図１０に関連して上述した３９個のガラスレンズ要素と、検出器のプリズム４０，４１とを備えたものである。
【００６６】
表面を列挙した上記表の第３欄に記載された各厚みの寸法値は、光学軸に沿った要素の厚みまたは空域であるが、その際、ズームレンズ系ＺＬは最小焦点レンズ（７.３９ｍｍＥＦＬ）にセットされ、焦点は無限大に合わせられている。
【００６７】
各非球面については、非球面係数が光学的規定の表の次に与えられている。
【００６８】
図１１〜３０は、図１０のズームレンズ系に対して、代表的な二十の配置を示している。これら二十の配置は次の「レンズ配置の表」に列挙されている。
【００６９】
図１０のズームレンズ系ＺＬの典型的な性能を確証するために、中間配置の外に焦点距離およびフォーカス距離の典型的な究極配置として、上記二十の配置が選択された。すなわち、配置１は約７.４ｍｍという最小近軸焦点距離（広角）に在って、無限大に焦点を合わせている。一方、配置１８は、同じ焦点距離に対して、２５５０ｍｍ（約８フィート）に焦点を合わせている。同様に、配置１２は、無限大焦点で、約２０６５ｍｍの最大近軸焦点距離を示す。一方、配置１５は、同じ近軸焦点距離で、２５５０ｍｍの焦点を示す。第１欄の近軸ＥＦＬは無限大焦点でのものである。「ｆ」ナンバーは、所定の焦点および全開口での値である。１２の異なる焦点距離は、ズームレンズ系ＺＬの全範囲に渡って、典型的な焦点距離を提供する。また、注目すべきことは、下記レンズ系光学的規定のデータ域を越えたズームレンズ群の物理的な過剰移動（オーバートラベル）や歪みの結果として、実際の視野は、見掛け上約７．０ｍｍから２１００ｍｍの焦点距離範囲すなわち約３００：１のズーム比を生じる。歪みは主に最小近軸ＥＦＬの減少に影響し、過剰移動は主に最大近軸ＥＦＬに影響する。焦点が８フィートにセットされた２１００ｍｍのＥＦＬでは、倍率は約１.３３：１.００である（像のサイズに対する物体）。図１０〜図６２の実施形態の公称レンズの設計値は、図１０〜図６２用のレンズ光学的規定表に記載されているが、気温７７°Ｆ（２５°Ｃ，２９８Ｋ）および標準大気圧（７６０ｍｍＨｇ）の下で与えられる。
【００７０】
図１１〜図３０を参照すると、前述のレンズ光学的規定表およびレンズ配置表に記載にされている二十の配置１〜２０が、順番に示されている。例えば、図１１は、配置１のレンズ要素の光学線図である。すなわち、図１１は、７.３９１ｍｍの近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）で無限大に焦点が合わされた光学線図であって、第１焦点群ＦＧ１と第２ＦＧ２とは近接分離され、第１ズーム群ＺＧ１と第２ズーム群ＺＧ２とは遠隔分離されている。第３ズーム群ＺＧ３は最前方の位置に在る。一方、図２５は、配置１５を示す光学線図であって、最も大きな焦点距離と最も短いフォーカス距離とを有する。ここにおいて、第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２とは共に最後尾の位置に在る。第１ズームレンズ群ＺＧ１と第２ズームレンズ群ＺＧ２とは、間隔が近接した位置に在るが、隣接するレンズ群の間の中間に位置している。第３ズームレンズ群ＺＧ３は最後尾の位置に在る。
【００７１】
図３１〜図３４は、７つの焦点群ＦＧ要素１〜７のみの拡大された光学線図であって、それぞれ、配置１，１８，１２，１５を示している。注意すべきことは、図３２および図３４は、レンズ要素の位置が同じで２５５０ｍｍのフォーカス距離を示すが、図３２の約７．４ｍｍの最小値から図３４の約２０６５ｍｍの最大値へと近軸焦点距離が異なるために、光線のトレーシングが異なる点である。
【００７２】
図３５および図３６は、それぞれ、最小近軸焦点距離の配置１と最大近軸焦点距離の配置１２における焦点群ＦＧの最終レンズ要素７と第１ズーム群ＺＧ１と第２ズーム群ＺＧ２とを示す拡大光学線図である。同様に、図３７と図３８とは、それぞれ、第３ズーム群ＺＧ３が最前方に在って最小近軸焦点距離位置を示す配置１の後部ズーム群ＲＺＧと、第３ズーム群ＺＧ３が最後方に在って最大近軸焦点距離位置を示す配置１２の後部ズーム群ＲＺＧを示す。
【００７３】
図３９〜図５８を参照すると、それぞれ、配置１〜２０の光線収差グラフが従来の手法で示されている。各図は、そこに列挙されているように、最上部で最大視野高さを持つとともに最下部（底部）で零の視野高さを持つ５つの別々のグラフであって、それぞれのグラフが５つの波長を対するものである。当業者には容易に理解されるであろうが、これらの性能曲線は、二十の配置全てにおいて、当該ズームレンズ系が、現放送用テレビＮＴＳＣに対して並外れた品質を発揮することを保証すると共に、ＨＤＴＶ放送用テレビに対しても並外れて十分な品質を発揮することを保証するものである。配置１２を表す図５０は、この焦点距離で無限大に焦点を合わせたこの光線収差においては大きな変化を示すが、変調伝達機能が回折限界に近いために、性能は満足すべきものとなっている。同様に、図５２と図５３とは、それぞれ配置１４と１５とを表し、光線収差が広範に変化することを示すが、これらの近接焦点および長い焦点距離の位置に対する回折限界に関しても、許容できるものである。
【００７４】
さて図５９を参照すると、第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２のカムグラフ（cam graph）が、物体空間を左にして無限大から近接焦点までの全範囲の焦点移動に渡って、（それぞれ左と右に）示されている。上記第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２とは、別々に移動し、図５９の実線で示されたカム線は殆ど平行に見えるが、正確には非同速度で移動する。図５９の頂部と底部のクロスハッチング（斜交平行線模様）部は、温度変化とか製造許容誤差とか組立位置合わせとかを考慮したものである。図６０は、同様に、３つのズーム群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３に対するカムグラフをそれぞれ左から右へ示したものであり、所望の焦点距離が得られるように全範囲に渡って連続的に調整されるものの、３つのズーム群全てが独立して移動することは容易に分かる。図６１は、近軸有効焦点距離に対する開放絞り（オープンストップ）の「ｆ」ナンバーのグラフである。同様に、図６２は、全範囲を通しての近軸有効焦点距離に対する完全開口完全絞り（フルアパーチュア・フルストップ）の直径のグラフである。
【００７５】
その他の実施形態の詳細な説明。図６３と図６４とは、本発明のその他の実施形態の例を示す。このズームレンズ系の実施形態は、双対（回折）表面が設けられている以外、図８Ａおよび図８Ｂの実施形態と酷似している。具体的には、双対表面は、第２レンズ要素の前部表面（上記規定における表面３）上に設けられている。レンズ系光学的規定は、あまねく「図６３と図６４の表」と題された下記表に記載されている。この表の詳細な説明は、表に続いて与えられている。
双対表面３の規定は、上に挙られたレンズ系光学的規定の表に続いて記載されている。双対表面３は波面に相（フェーズ）を付与する。双対表面３を設けることによって、レンズの焦点部内にある第２〜第５レンズ要素の２，３，４，５は、ＢＫ７などのような比較的安価なガラスから作ることができ、したがって、ＳＦＰＬ５１などの異常分散特性を有する高価な光学ガラスから作る必要はない。軸方向光線の直径が最も大きいレンズ系前部の近傍にこの双対表面３を含むことは有利である。一方、双対（回折）表面を別の所に設けること、或いは、このような表面を２箇所以上設け得ることは、当業者には容易に理解される。また、その他の収差修正法も有利に用いることができる。注意すべき点は、この実施形態も２つの非球面１２，２６を組み込んでいることである。
【００７６】
図６３はズームレンズ系を示す。上記ズームレンズ系は、最も長い焦点距離に配置されたズームレンズ群と、無限大に焦点を合わせた焦点レンズ群とを有する。同様に、図６４の光線収差のグラフは、無限大の焦点且つ最大焦点距離のものである。注意すべき点は、この実施形態の双対表面が、ここに開示された発明の如何なる実施形態にも、また、今後生じる本発明の変形例にも使用できることである。
【００７７】
図６５と図６６とは、本発明の別の実施形態の例を示す。本発明のズームレンズ系に関するこの実施形態は、双対表面が設けられていることを除いて、図１０〜図６２の実施形態に酷似している。具体的には、双対表面は、左から第３目のレンズ要素の前表面（規定では表面番号６）に設けられている。図１０〜図６２に関連して上述したように、第３レンズ要素は、第２焦点群ＦＧ２を形成する２つのレンズ要素の内の第１番目（前）のレンズ要素である。上記第２焦点群ＦＧ２は、焦点合わせのために、第２レンズ要素のみから成る第１焦点群と共に軸方向に移動できる。図６５と図６６の実施形態のレンズ系光学的規定は、あまねく「図６５と図６６の表」と題された下記表に記載されている。
【００７８】
双対表面６の規定は、上に列挙されたレンズ系光学的規定の表に続いて記載されている。図１０〜図６２の実施形態に関する基本的なレンズ系光学的規定に双対表面６を追加することによって、レンズ要素３，４（図６５の左から第３番目と４番目）のフルオロ・クラウン・ガラスの代わりに、例えばＢＫ７のような安価なガラスを使用することができる。その他の小さな変化は規定においてもなされるが、図６５と図６６のズームレンズ系は、図１０〜図６２の実施形態と同一番号のレンズ要素と、焦点合わせやズームするための同一番号の移動群を有している。図６５は、最長の焦点距離に配置されたズームレンズ群と、無限大に焦点を合わせた焦点レンズ群とを有するズームレンズ系を示している。同様に、図６６の光線収差グラフは、無限大の焦点且つ最長焦点距離のものである。
【００７９】
図６７〜図７０は、本発明の別の実施形態の例を示す。本発明のズームレンズ系に関するこの実施形態は、約４００：１のズーム比を有する。具体的には、この実施形態は、焦点距離が約７．４７ｍｍ（図６７に示す位置）から約２９８３ｍｍ（図６８に示す位置）のズーム範囲を有している。図１０〜図６２の実施形態と同様に、この実施形態は３つの移動ズームレンズ群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３を有していて、その内の２つは前部ズームレンズ位置に在り、もう１つは後部ズームレンズ位置に在る。図６９と図７０の光線収差のグラフは、それぞれ７．４７ｍｍと２９８３ｍｍの近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）でのものである。図６９と図７０の光線収差のグラフは、非常に広範囲な焦点距離と図１０〜図６２の性能特性に類似した広いズーム比を考慮すると、この実施形態が十分な性能を発揮することを示している。図６７と図６８の光学線図と図６９と図７０との光線収差グラフとは、無限焦点で示されている。
【００８０】
図６７〜図７０のレンズ系光学的規定は、あまねく「図６７〜図７０の表」と題された下記表に記載されている。次のレンズ系光学的規定のデータは前述のレンズ系光学的規定と同様に記載され、銘は前述のレンズ系光学的規定と同じ意味を有する。
【００８１】
折曲レンズの実施形態の詳細な説明。図７１は、本発明の別の実施形態の例を示す光学線図である。上記実施形態では、小型化するために、１つ以上のミラーを組み込んで、レンズ（の配列）を折り曲げている。図７１の例は、上述した実施形態に類似したものであるが、５０，５２，５４で識別された３つの汎用ズームレンズ群を有している。中間像は５６に位置している。焦点群６６は、焦点を合わせる時に移動できるが、一定の焦点の時は静止している。開口絞りは８４に位置している。図７１の折曲ズームレンズの実施形態においてユニークなものはミラー６４である。上記ミラー６４は、前部ズーム群５２と後部ズーム群５４との間に位置して、放射光線を折曲すなわち曲げる。図７１の実施形態は、どんなカメラにも用いることができるが、折曲設計によってレンズを小空間内に嵌め込むことができるので、特にポイント撮影用携帯カメラのような小型カメラに適している。図７１は、反射鏡６０と接眼レンズ６２とを含む一眼レフ（ＳＬＲ）の実施形態を示す。反射鏡６０が図７１に示される位置に在るときに、ユーザーは像を見ることができる。
【００８２】
本発明の実施形態は、ズームレンズ群５２と５４の動きを妨げることのない領域である中間像空間５８内にミラー６４を配置できるので、特に折曲に適している。対照的に、従来の小型ズームレンズのレンズ要素は、カメラボディの中に格納しなければならない。このため、レンズ間内に空隙が殆ど或いは全く無くなってしまって、ミラーが挿入できない。図７１の例では、ミラー６４は中間像５６の像側に位置している。しかし、他の実施形態においては、ミラー６４は中間像５６の物体側に位置してもよい。本発明の他の実施形態は多重の折曲（ミラー）を有し得ること、また、ミラーは光学軸に対して４５度に方向付ける必要はないことを理解しなければならない。
【００８３】
図７１の例に示された折曲レンズは、幾つかの有用な設計の可能性と利点を与える。上述したように、レンズの折曲によって、ズームレンズがより小さい空間を占めることが可能となる。更に、折曲したズームレンズによって、幾つかのレンズ要素或いは全レンズ要素がカメラボディ内に収まり、小型化が推進される。一実施形態においては、焦点レンズ群６６の全体さえもがカメラボディ内に収容されて、レンズを防護すると共に、カメラをより小型化できる。更に、この折曲ズームレンズによって、コンパクトカメラは１０：１以上のズーム比を得ることができる。このズーム比は、従来型コンパクトカメラでの最大約４：１のズーム比と比較される。また、従来の一眼レフカメラは、像を反転させるために大きなペンタプリズムを必要とする。したがって、コンパクトカメラでは、典型的には、レンズを通した観察が忌避される。しかし、本発明では、本発明の中間像５６およびミラー６４と６０によって、最終像が、大きなペンタプリズムを必要することもなく、適切な方向に既に向けられており、小型サイズのカメラであってもレンズを通して観察できる。
【００８４】
図７１の例示的な折曲ズームレンズは、約１２ｍｍから１２０ｍｍの有効焦点距離（ＥＦＬ）と、約１０：１のズーム比と、最大径で約ｆ／３からｆ／５の「ｆ」ナンバー範囲と、約８４．１度から１０．３度の物体空間の最大視野角とを与え、少なくとも４８６ｎｍから５８８ｎｍの波帯内の光を受け取る。図７１の実施形態によって生じる像は、幅が約１８ｍｍで高さが約１２ｍｍ、対角線寸法が２１．６５ｍｍの像である。これは、従来型３５ｍｍ静止写真カメラの像の約半分のサイズである。
【００８５】
図７２Ａ〜７２Ｄは、図７１の実施形態の他のズーム配置での折曲ズームレンズ実施形態例を示す光学線図である。図７２Ａ〜７２Ｄでは、折曲レンズは明確にするために平坦な（折曲されていない）方位で示され、ズーム群は様々な例示的位置に在る。図７２Ａ〜７２Ｄの例に示す焦点レンズ群６６は、図７１のように、焦点を合わせるために移動できるが、一定焦点では静止している。また、ミラー６４と接眼レンズ６２は静止している。開口絞りは、８４に配置され、ズーミングのとき移動する。図７２Ａ〜７２Ｄのズームレンズの例は、実際に、８個の移動ズーム群６８，７０，７２，７４，７８，８０，８２から成る。しかし、折曲ズームレンズの他の実施形態では、それより多くのズーム群或いは少ないズーム群であってもよい。上記図７２Ａ〜７２Ｄの折曲ズームレンズの例では、全て球形面を使用しているが、他の実施形態では、非球面や双対（回折）表面を使用し得ることは理解されなければならない。
【００８６】
赤外線の実施形態の詳細な説明。図７３Ａ〜７３Ｃは、本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態の光学線図であり、様々な位置のズーム群を示す。中間像は８６に位置している。焦点群８８は、焦点合わせ時に移動するが、一定焦点では静止している。最終像平面は９０に位置している。開口絞りは９２に位置している。図７３Ａ〜７３Ｃの実施形態は、ズームレンズ系が赤外線波長用に設計されているので、低光量カメラや監視カメラに使用できる。図７３Ａ〜７３Ｃは、６．６８ｍｍ〜１２０１．２ｍｍのＥＦＬと、ｆ／２．００〜ｆ／５．８４の「ｆ」ナンバー範囲と、８．０ｍｍの対角線の像と、６４．５度〜０．３８８度の物体空間最大視野角と、９０２．２８ｍｍの頂上長さとを与える。６．６８ｍｍの焦点距離位置では−４．９３％の歪みが存在し、１２０１．２ｍｍの焦点距離位置では＋０．３４％の歪みが存在する。この歪みは、有効ズーム比を１９０：１に増大させる。図７３Ａ〜７３Ｃの例では、全部で９個の要素が存在する。すなわち、ズームカーネル（ズーム中心部）１０６内に６個の要素（９４，９６，９８，１００，１０２，１０４）が存在し、ズームリレー１１４内に３個の要素（１０８，１１０，１１２）が存在する。注意すべき点は、ここで言う「ズームカーネル」が物体空間から中間像までの全要素を示し、一方、「ズームリレー」が中間像から最終像までの全要素を示すことである。
【００８７】
図７３Ａ〜図７３Ｃの赤外線実施形態のレンズ系光学的規定は、あまねく「図７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃの表」と題されて下記表に記載されている。レンズ系光学的規定の下記データは前述のレンズ系光学的規定と同様に記載され、銘は前述のレンズ系光学的規定と同じ意味を持つ。
【００８８】
図７４〜図７６は、光線収差のグラフであって、それぞれ、図７３Ａ〜図７３Ｃに示すズーム群の配置に対応している。図７４〜図７６の光線収差のグラフは、それぞれ、近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）が６．６８ｍｍと１３３．４６ｍｍと１２０１．１８ｍｍで、波長範囲が８〜１２ミクロンでのものである。
【００８９】
本発明は、実施形態に関した説明が添付の図面に言及して十分になされているが、注意すべき点は、様々な変更および修正が当業者には明らかだということである。このような変更や修正は、下記特許請求の範囲に記載の本発明の範囲の中に含まれるものとして、理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図２】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図３】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図４Ａ】本発明の約１３０：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図４Ｂ】本発明の約１３０：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図５Ａ】本発明の約１３：１のズーム比を有する超広角レンズ系の複合ズームレンズ系光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図５Ｂ】本発明の約１３：１のズーム比を有する超広角レンズ系の複合ズームレンズ系光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図６Ａ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図６Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図６Ｂ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図６Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図７Ａ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図７Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図７Ｂ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図７Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図８Ａ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図８Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図８Ｂ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図８Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図９Ａ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図９Ａでは短い焦点距離に、図９Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図９Ｂ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図９Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図１０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、レンズ系全体の光学線図である。
【図１１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１３】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１４】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１５】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１６】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１７】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１８】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２３】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２４】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２５】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２６】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２７】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２８】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図３０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図３１】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３２】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３３】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３４】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３５】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける２個の前部レンズ群のみを示す。
【図３６】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける２個の前部レンズ群のみを示す。
【図３７】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける後部レンズ群のみを示す。
【図３８】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける後部レンズ群のみを示す。
【図３９】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４０】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４１】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４２】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４３】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４４】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４５】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４６】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４７】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４８】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４９】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５０】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５１】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５２】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５３】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５４】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５５】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５６】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５７】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５８】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、最小（底部）から無限大（頂部）までのフォーカス距離に対する焦点カムの移動のグラフである。
【図６０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、系の焦点距離に対する３つのズームカムの移動のグラフである。
【図６１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、上記系の焦点距離に対する最終像での系の「ｆ」ナンバーのグラフである。
【図６２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、上記系の焦点距離に対する絞り直径のグラフである。
【図６３】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の別の実施形態の光学線図である。
【図６４】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の上記別の実施形態の光線収差のグラフである。
【図６５】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態の光学線図である。
【図６６】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の上記更に別の実施形態の光線収差のグラフである。
【図６７】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が７．４７ｍｍの光学線図である。
【図６８】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が２９８３ｍｍの光学線図である。
【図６９】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が７．４７ｍｍの光線収差図である。
【図７０】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が２９８３ｍｍの光線収差図である。
【図７１】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図である。
【図７２Ａ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｂ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｃ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｄ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７３Ａ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７３Ｂ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７３Ｃ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７４】図７３Ａに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【図７５】図７３Ｂに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【図７６】図７３Ｃに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、カメラや他の光学装置のための光学レンズ系に関し、特に、ズーム範囲の全ての焦点距離に渡って高品質画像を作り出すとともに、非常に大きなズーム比を付与できる高性能ズームレンズ系に関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
本発明の一般背景。放送用テレビジョン、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）、高品位テレビジョン（ＡＴＶ）、ビデオカムコーダー（ビデオカメラ）、映画撮像、スチール写真など、あらゆる種類の写真撮影用ズームレンズの使用が益々普及してきている。ズームレンズ系の使用が増大するにつれて、広範囲に渡るズーミングの要求、すなわち大きなズーム比の要求も増大している。例えば、放送用テレビに使用されるズームレンズ系は、ここ数年、ズーム比性能の大きなものが確実に増大していて、現在のところ最大約１０１対１であるが、更に大きなズーム比の要求が在る。従来型ズームレンズ系の焦点距離の範囲は、差し込み式のエキステンダー（望遠レンズ）や他の倍増器を使用することによって、増大することができる。例えば、８．９ｍｍから９００ｍｍの焦点距離範囲を持つ放送用テレビジョンのズームレンズ系は、望遠性能を増大させて、１７．８ｍｍから１８００ｍｍの焦点距離範囲に増大される。なお、これは約１０１対１のズーム比を変化させるものではない。更に、放送用テレビジョンのレンズ系については、焦点距離範囲や許容可能な「ｆ」ナンバーに関して、「スタジオ」（屋内）の使用と「実況放送」（屋外）の使用とでは、要求が幾らか異なる。これによって、従来、屋内放送テレビ用と屋外放送テレビ用の２つの異なるズームレンズ系を使用して、両種類の使用を最大化することが慣例となっていた。
【０００３】
更に、広範囲の焦点距離のズームレンズ系を使用したいという要求や要望に加えて、このようなレンズは、以前には単に、異なる一定焦点距離を持つ対物レンズを使用することによって、或いは、限定されたズーム比を持つズームレンズ系を使用することによって実現されていた優れた光学特性や性能を維持しなければならない。ズーム比が増大するにつれて、優れた特性や性能を持つ高性能光学系を提供することも困難になる。限定されたズーム範囲の在来のズームレンズ系でさえも、全ての焦点距離範囲に渡って十分に焦点調整できなかったり、近接物体に対して焦点を合わすことができなかったり、全ての焦点距離範囲およびフォーカス距離に渡って十分な光学性能を欠如していたり、コスト高であったり、達成される限定ズーム範囲に対してサイズが大きかったり等、１以上の望ましくない制限事項を有している。
【０００４】
更にまた、レンズ系のズーム範囲が増大するにつれて、一般的には、その長さや重量が増大し、これによって、レンズおよびカメラをぐらつかせないことも困難になる。したがって、実際に大きな焦点距離範囲とズーム比を有するズームレンズ系を設計するためには、像の安定化が課題となる。
【０００５】
更に、ズームレンズ系の焦点距離範囲が増大するにつれて、一般的に、焦点合わせの問題も増大する。近接ピント合わせは、ズーム範囲の長い焦点距離では絶対的に必要という訳ではないが、短い焦点距離では必要である。過去においては、無限大から非常に短距離、例えば８フィート以下の物体までの、可成り共役的な範囲に渡って、連続的にピントを合わせることは達成するのが困難であった。更に、例えば、或る人からレンズ距離の異なる別人に焦点を変化させるとき、或る人が光景から消滅するのを回避するために、短い焦点距離での（フォーカス距離が変化すると認識サイズは変化する）最終像の「ブリージング（breathing）」の問題は最小限でなければならない。最終像の品質の維持を含めたこれら焦点性能の要求は、ガラスの選択を含む全体的なレンズ設計によってサイズの最小化がなされない限り、また、性能の最大化がなされない限り、ズームレンズ系の重量およびコストを実質的に増大させる。
【０００６】
ズーミングに関する情報。上で検討したように、広範囲な焦点距離を持つズームレンズ系は、放送用テレビジョン、映画撮影、ビデオ、スチール写真を含む多くの写真撮像用途において、非常に望ましいものである。これらの用途に使用される標準的なズームレンズ系は、４つの群ＰＮ（ＰまたはＮ）Ｐ構造を有している。ここにおいて、Ｐは、レンズ群が正のパワー（拡大力）を有する少なくとも１つのレンズ要素の群を表わし、Ｎは、レンズ群が負のパワーを有する少なくとも１つのレンズ要素の群を表わす。これらの群は、従来通り、物体空間なら像空間に向かって連続的に識別される。前部正群は、どのような焦点距離位置にも移動できて、ズームレンズの他の如何なる焦点距離に対しても再焦点合わせを行う必要もなく、ズームレンズ系の焦点を合わせることができるので、しばしばフォーカス（焦点）群と呼ばれる。第２負群は、変量器（バリエータ）であって、ズームミング中に大きな倍率の変化をもたらす。第３群は、一般に、正のパワーまたは負のパワーを有し、補償器（コンペンセータ）である。第３群は、像平面が静止状態のままであることを保証するために、移動可能である。また、上記第３群は、幾らかの変化を倍率に与えることができて、ズーミングを効果的にする。最終の正の第４群は、鮮明な像を形成するので、しばしば主要レンズ群と呼ばれる。
【０００７】
この基本ズームレンズ系は、５０：１あるいはそれ以上のズーム比に適している。しかし、ズーム比が約１００：１にまでなると、変量器は、収差が実際に大きくなって修正するのが困難になる程度まで、ズーム時に物体の倍率を変化させることが必要になる。更に、このような大きなズーム比では、入射瞳位置がズーミング時に非常に大きく変化する。これは、前部群を非常に大きくし、修正を困難にする傾向がある。もう１つの問題は、倍率の大きな変化から生じる収差変化を減少させるために、変量器は減少した光学パワーを有することが望ましいという事実に由来している。しかし、弱い光学パワーは、レンズ行程および光学系の長さを増大させる。これは、狭小な視野に対しては問題とはならないが、広範囲な視野に対しては、大きな動きは、レンズ系後部において主要光線高さの増大をもたらす。同時にではないが、レンズ系の前部か後部かに対して上記要求が満たされるので、これは開口絞りに対して理想的な場所とはならない。もしも開口絞りがレンズ前部近傍に配置されると、前部レンズ要素の直径が減少し、その結果、収差は減少する。もしも開口絞りがレンズ系の後部近傍に配置されると、後部レンズの直径が減少し、その結果、収差は減少する。
【０００８】
本発明の概要
本発明の目的は、大きなズーム比を有する従来型ズームレンズ系の上記問題と不足部分を解消するズームレンズ系を提供することである。更なる目的は、屋内および屋外の両方に使用できるズーム範囲の広い焦点距離と高性能特性とを持ったズームレンズ系を提供することである。この発明の更に別の目的は、約３００対１の比と、例えば約７ｍｍから約２１００ｍｍの焦点距離のズーム範囲とを有し、上記焦点距離間では連続的にズーミングできるレンズ系を提供することである。この発明の更にもう１つの目的は、中間像を形成するための前部ズームレンズ群と、その像を拡大する後部ズーム群とを有して、これにより非常に大きなズーム比を生じさせる高性能ズームレンズ系を提供することである。更に別の目的は、光学的像を安定化させるズームレンズ系を提供することである。また別の目的は、ズーム比の全ての焦点距離範囲に渡って正確な焦点合わせが可能な集束レンズ群を提供することである。
【０００９】
大きなズーム比を達成すると格別な利益があるが、本発明のズームレンズ系は、従来のズーム比、例えば、携帯型ビデオカメラやスチールカメラなどの消費者製品に使われるズーム比を有することができる。本発明の付加的な目的は、これら小さなズーム比に適用するズームレンズ系を生産することである。
【００１０】
本発明のその他のより詳細な目的および利点は、当業者には、様々な好ましい実施形態から容易に理解される。
【００１１】
本発明のズーム比アスペクトの概要。本発明は、ズームレンズ系を現在約１０１：１のズーム比に限定している障害を克服する。本発明の基本的な考えは、２つの分離されたズームレンズ部から成る複合レンズ系を使用することと見なすことができ、そこでは、前部ズームレンズ部は中間像を形成し、後部レンズ部は、上記前部ズームレンズ部によって形成された中間像を最終像に移すリレーである。この完成した複合レンズ系の全ズーム比は、上記リレーのズーム比によって掛算された前部ズームレンズのズーム比に等しい。こうして、前部ズームレンズ部のズーム比が２０：１であり、リレーのズーム比が１５：１であるならば、複合ズームレンズ系全体のズーム比は３００：１である。本発明は、３００：１以上のズーム比を達成するために使用され、これは従来型ズームレンズ系の実用限界を大幅に越える。
【００１２】
好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の説明は、実施形態の一部を形成する添付の図面に言及して行われる。図面には、本発明が実施される特定の実施形態が例証として示されている。本発明の好ましい実施形態の範囲を逸脱することなく、他の実施形態が用いられたり、構造的変更が行なわれ得ることは理解されるべきである。
【００１３】
本発明は、その一般的特徴によると、物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記系は
（ａ）上記物体と上記第１中間実像との間の位置に第１光学ユニット（例えば図１０のレンズ要素８〜１５）を備え、上記第１光学ユニットは、上記第１中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために移動する少なくとも１つのサブユニット（例えば、第１光学ユニットに対する倍率の変化の主要源である図１０のレンズ要素８〜１１）を備え、
（ｂ）上記第１中間実像と上記最終像との間の位置に第２光学ユニット（例えば図１０のレンズ要素２６〜３３）を備え、上記第２光学ユニットの少なくとも一部分が上記最終像のサイズ（倍率）を変化させるために移動する（例えば、図１０では、第２光学ユニットのレンズ要素２６〜２８が上記最終像のサイズを変化させるために移動する）ズームレンズ系を提供する。
【００１４】
好ましくは、ズームレンズ系は、上記第１と上記第２の光学ユニットのいずれか一方または両方において、１または２以上の光学サブユニットを含む（例えば、図１０では、レンズ要素１２から１５は、この機能の主要源である）。しかし、このようなサブユニットは、例えば、光学系が軸方向に移動可能なセンサを有しているならば、如何なる場合も必要とされない。
【００１５】
好ましくは、ズームレンズ系は、第１と第２の光学ユニットに加えて、フォーカスユニット（例えば、図１０のレンズ要素１〜７）と、瞳孔像ユニット（例えば、図１０のレンズ要素１６〜２５）と、像安定化ユニット（例えば、図１０のレンズ要素３４〜３９）との少なくとも１つを備える。
【００１６】
好ましくは、上記焦点ユニットは、（１）上記第１光学ユニットの前に配置され、（２）ズームレンズ系の光学軸に沿って移動可能な２つの光学サブユニット（例えば、図１０のレンズ要素２と要素３，４）を備え、（３）７つ以下のレンズ要素を備える。
【００１７】
好ましくは、像安定化ユニットは、（１）系の光学軸から横方向に移動可能な少なくとも１つのレンズ要素（例えば、図１０のレンズ要素３４〜３６）と、（２）上記光学軸に沿って移動可能な少なくとも１つのレンズ要素（例えば、図１０のレンズ要素３７〜３９）とを備える。好ましくは、系を通過する光は、上記像安定化ユニットの横方向に移動可能な要素と軸方向に移動可能な要素との間で、実質的に平行にされる。
【００１８】
本発明のズームレンズ系は、上記第１中間実像に加えて、物体と最終像との間に付加的な中間実像を形成することができる。系は、これらの付加的中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために、上記第１と第２ユニット以外に、付加的な光学ユニットを有することができる。
【００１９】
好ましくは、第１中間実像は、ズーミング時、ズームレンズ系の光学要素（例えば、系内で使用されるレンズ要素、プリズム、折曲鏡など）の間の空域内に形成されて、光学要素の表面を通過しない。これは、２つ以上の中間実像が形成されるときも、全ての中間像に対して、当てはまることが好ましい。
【００２０】
系の他ユニットと組合せた第１光学ユニットは、従来型のズームレンズの形態をしている。同様に、系の他ユニットと組合せた第２光学ユニットは、従来型のズームレンズの形態をしている。このように、系全体は、本発明によって複合ズームレンズ間の瞳孔撮像を制御する２つの従来型ズームレンズの複合物として見ることができる。
【００２１】
系全体は、また、中間像を形成する前部ズームレンズと、上記中間像を受け取ってその倍率を変化させて最終像を形成するリレー系とから成るとして見ることができる。
【００２２】
本発明のズームレンズ系を表すこれらのアプローチ（取り組み）は、本文では、本発明の様々な特徴を詳細に検討するときに使用される。これらのアプローチは本発明を説明するのには便利な方法であるが、本発明はこれらの説明に限定されるものではなく、本発明の様々な実施形態および適用例は、この説明に完全には従うものではないことを理解しなければならない。
【００２３】
他の特徴によると、本発明は物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記ズームレンズ系は、最大焦点距離と最小焦点距離との間の焦点距離範囲を有し、上記焦点距離範囲内の全焦点距離対して、上記物体と上記最終像との間に少なくとも第１中間実像を形成し、上記ズームレンズ系は、
（ａ） 上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために変化する焦点距離を有するとともに、上記範囲内の全焦点距離対して上記物体と上記第１中間実像との間に配置されている第１レンズユニットと、
（ｂ） 上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるとともに、上記範囲内の全焦点距離対して上記第１中間実像と上記最終像との間に配置されている第２レンズユニットとを
備えているズームレンズ系を提供する。
【００２４】
付加的な特徴によると、本発明は、中間実像を形成する可変焦点距離前部レンズユニットと、上記中間実像の像（好ましくは、実像）を形成する可変倍率後部レンズユニットとを備えたズームレンズ系を提供する。
【００２５】
更なる特徴によると、本発明は、物体空間からの光を集めるとともに上記光を像空間の最終像に供給する複合レンズ系であって、多重ズームレンズ部を備えた複合レンズ系を提供する。上記多重ズームレンズ部は、上記物体空間からの光で中間像を形成する最初のズームレンズ部と、上記像空間に上記最終像を形成する最後のズームレンズ部とを含んでいる。
【００２６】
更に別の局面では、本発明は、物体の最終像を形成するためのズームレンズ系を提供し、上記ズームレンズ系は光学軸と前部レンズ表面と開口絞りとを有し、主要光線は上記開口絞りにおいて上記光学軸と交差し、上記ズームレンズ系は、上記ズームレンズ系の焦点距離を変化させるために移動する第１と第２のレンズユニットを備え、
（ａ）上記前部レンズ表面と上記最終像との間において、上記主要光線は、上記系の全焦点距離に対して、上記開口絞りのほかに少なくとも１つの他の部分で上記光軸と交差し、
（ｂ）上記系は、上記系の全焦点距離に対して、上記第１と第２のレンズユニットの間の位置に中間実像を形成する。
【００２７】
本発明のズーミング原理と系の説明。非常に高度な光学修正を行うことができる複合レンズ系（すなわち、前部ズーム／ズームリレー系）には、ユニークな特徴がある。完全なズーミング・モーションが段階的に生じる簡単なシナリオをちょっと想像してみる。第１の段階では、リレーは最初短い焦点距離位置に設定されて、低倍率の中間像を与える。そのとき、リレーの物体共役は小さな開口数ＮＡを有し、その像共役は大きな開口数ＮＡを有する。（従来から定義されているように、開口数「ＮＡ」は、光学系や光学要素に入出可能な光線の子午線から成る最大円錐の頂角の正弦に、上記円錐の頂角内の媒体の屈折率を乗じたものに等しい。レンズ系光学的規定では、その下に記載された「ｆ」ナンバーは２倍のＮＡの逆数、すなわち、ｆ＝１／（２ＮＡ）に等しい。）上記リレーに対する物体空間のＮＡが、前部ズームレンズ部の像空間のＮＡに等しいので、この第１段階では、前部ズームレンズ部は、小さいＮＡに対して僅かに修正するだけでよいことは明らかである。
【００２８】
第２の段階では、前部ズームレンズ部は長い焦点距離の位置に静止される。そのとき、リレーがズームされて、中間像をより大きく拡大する。この第２段階中に、系の焦点距離が増大するにつれて、リレーの像のＮＡが小さくなるとともに、リレーの物体のＮＡが大きくなる。したがって、前部ズームレンズ部の像のＮＡも大きくなる。しかし、同時に、系の焦点距離が大きくなるにつれて、実際に使用される中間像の半径方向の部分は次第に小さくなる。
【００２９】
したがって、大きな中間像サイズで同時に大きな比口径（「ｆ」ナンバー）に対しては、前部ズームレンズ部を修正する必要はない。寧ろ、小さな口径で大きな中間像サイズに対して、また、大きな口径で小さな中間像サイズに対して、前部ズームレンズ部を修正する必要がある。これは、本発明の前部ズームレンズ系と同一のズーム比を持つ従来型レンズ系の設計よりも、前部レンズ部の設計を容易にする。
【００３０】
同様に、小さな倍率の焦点距離限界において、大きな像ＮＡと大きな物体サイズとに対しては、リレーを修正するだけでよい。
【００３１】
上で検討したように、前部ズームレンズ部とリレーに加えて、本発明のズームレンズ部は、好ましくは、瞳孔像ユニットを含む。このユニットは、リレーの入射瞳に、前部ズームレンズ部の射出瞳を像形成させる機能がある。適切なパワーを選択することによって、リレーのレンズ直径および付随する収差を最小化するのみならず、系の射出瞳位置の制御も向上する。
【００３２】
上述したように、前部ズームレンズ部によって形成される中間像は、系を最小焦点距離から最大焦点距離へズーム（拡大縮小）されるとき、好ましくは、如何なるレンズ表面をも通らない位置に配置される。上記中間像が前部ズームレンズ部と後部リレーとの間に存在することによって、上記中間像は、前部ズームレンズ部でズーミングさせる軸方向に移動可能なレンズユニットの後、且つ、後部ズームレンズ部でズーミングさせる軸方向に移動可能なレンズユニットの前に、自動的に存在することになる。本発明の実施形態では、中間像はズーミング中に移動できる。したがって、好ましくは、中間像のいずれかの側に在るレンズ表面の位置は、レンズ表面が固定されているか移動しているかに無関係に、また、中間像の動きに拘わりなく、上記表面が系の全ズーム範囲に渡って上記中間像から間隔が開くように、選択されている。
【００３３】
図１〜３に、上述の本発明の様々な特徴が、約３００：１のズーム比を持つＰＮＰＰ−ＰＮＰＰ複合レンズ系について示されている。図１に示すように、この複合ズームレンズ系は、ズーム比が約２０：１の前部ズームレンズ部と、ズーム比が約１５：１の後部ズームレンズ部（リレー）とを有する。図１には、群（グループ）と正のパワー記号（Ｐ）あるいは負のパワー記号（Ｎ）が示されている。この複合ズームレンズ系において、前部ズームレンズ位置が（図１に示す）最短焦点距離位置から、（図２に示す）最長焦点距離位置へ作動するとき、リレーは静止している。一旦、前部ズームレンズ位置が長い焦点距離位置に到達すると、リレーは中間像の倍率を変化させ始め、複合系の焦点距離を更に増加させる。図３は最大焦点距離状態での系を示す。上記系では、前部ズームレンズ位置は最大焦点距離位置に在り、且つ、後部ズームレンズ（リレー）位置は最大倍率位置に在る。
【００３４】
図１と図２は、中間像平面における小さなＮＡと、短から長へのズーミングの初期段階時に生じる最終像平面における大きなＮＡとを示す。図１と２に示すように、この段階の間、中間像のサイズは大きい。図３は、最長焦点距離位置で、ＮＡは、中間像においてより大きくなり、最終像においてより小さくなることを示す。
【００３５】
注意すべきは、この例では、８つのズームレンズ群が存在するが、その内の４つ群のみがズーミング用に独立して移動できる。第１群と第４群と第５群と第８群とは、全て、最終像に対して静止している。しかし、これらの群の内の１以上の群は、焦点合わせをするときに移動できる。
【００３６】
ここに述べるシナリオは、例示目的のためにある。実際には、ズーミング運動を２つの段階に明確に分ける必要はない。その結果、リレーあるいはリレーの一部は、初期のズーミング中に移動できて、焦点距離の長限界近傍には存在しない。
【００３７】
上述した図１〜３の例は、ＰＮＰＰ−ＰＮＰＰ構造を有し、上記ダッシュ「−」は前部ズームレンズ部の端部を示している。前部レンズ部と後部ズームレンズ部の双方は、変量器（バリエータ）と補償器（コンペンセータ）のズーミング群を有している。この形態の利点は、必要に応じて、中間像を完全に静止させることができることにある。像を静止させることによって、最終像に現れる表面欠陥や塵埃像を露呈させる光学表面を、像が通過するのが防止される。後部ズームレンズ部に４群構造を用いることにより、イメージセンサのテレセントリックな要求を満たすために重要となる優れた射出瞳位置の制御が可能となる。
【００３８】
中間像の動きが許容されるならば、補償器の１つを除去することができる。この場合、ビーム（光線）直径が比較的小さいとき、後部補償器のみが動くので、後部補償器を取り外すのが好ましい。その際、結果的に生じる構造は、ＰＮＰＰ−ＰＮＰ形態になる。
【００３９】
これら双方の形態に対して、前部ズームレンズ部の射出瞳とリレーの入射瞳とを一致させるように、注意しなければならない。この目的のために、接眼レンズ状群は、中間像から広がる発散光線を略平行な光線に集束させるのに有効であり、上記略平行な光線は、無限共役のために修正された通常のＰＮＰ−ＰＮＰＰ型ズームレンズ系に入射する。
【００４０】
この種の高速（大口径）で超広範囲な焦点距離の複合ズームレンズ系の特徴の一つは、中間像およびその像欠陥が、長い焦点距離の位置において、リレー内のズーム群によって大きく拡大されることである。このことによって、前部ズームレンズ部および特にフォーカシング群での第２色収差の修正に関する要求が厳しくなる。この修正を行うために、少なくとも１つ恐らくは数個の弗素クラウンガラス要素を使用することが必要になる。この代りに、フッ化カルシウムまたはバイナリ（回折性）表面がこの目的のために使用される。
【００４１】
本発明の実施に際して、様々なバイナリ（回折性）表面（回折要素）が、使用される。例えば、応用例として、キャノンに付与された米国特許第６,５０７,４３７号に開示されている種類の１または２以上の回折光学要素は、色収差を修正するために、単独あるいは他の方法と組み合わせて使用することができる。
【００４２】
既存のズームレンズ系よりもＰＮＰＰ−ＰＮＰＰまたはＰＮＰＰ−ＰＮＰ形態を使用することの大きな利点の一つは、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部（リレー）系との双方が非常に大きなズーム比を有し得ることである。この場合、前部ズームレンズ部あるいは後部ズームレンズ部のいずれかが、２０：１或いはそれ以上のズーム比を有することが極めて合理的である。したがって、全ズーム比は４００：１或いはそれ以上が可能となる。しかし、このような大きなズーム比が必要でないならば、２つの移動群を有するＮＰ形態のリレーを代用することにより、系を大幅に簡素化できる。このようなリレーは、リレーの全ズーム比が約３：１から１０：１の大きな開口（口径）のものに適用するのには、非常に有用である。図４Ａおよび図４Ｂには、ズーム比が約２０：１のＰＮＰＰ前部ズームレンズ部とズーム比が約６．５：１のリレーとを有して、約１３０：１のズーム比となった複合ズームレンズ系の例が示される。図４Ａは約７ｍｍの最小焦点距離を示し、図４Ｂは約９００ｍｍの最大焦点距離を示す。この形態の利点の一つは、最後部のレンズ群が静止してないことである。従って、大きな開口で相当の倍率変化に耐えるように設計しなければならなく、これは設計を多少難しくする。
【００４３】
この場合、最大ズーム比は低下するが、ＮＰ前部ズームレンズ部とＮＰ後部ズームレンズ部（リレー）とから成る更に簡素化された構造を設計することができる。明らかに、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部に対して、技術を一般化して、様々なズームレンズ構造の多数の組合せを含むようにすることができる。例えば、高ズーム比の超広角ズームレンズ系は、ズーム比が約２：１のＮＰ，ＮＰＰまたはＮＰＮＰの超広角前部ズームレンズ部と、ズーム比が約６．５：１のＮＰ後部ズームレンズ部（リレー）とを用いて、組み立てることができる。この結果、上記複合レンズ系は１００度以上の最大視野角と約１３：１のズーム比を有することになる。図５Ａと図５Ｂは、２／３センサに対して、ズーム比が約１３：１の４．４ｍｍ〜５７．２ｍｍ，ｆ／３〜ｆ／７複合ズームレンズ系を示す。この複合ズームレンズ系では、広角端の全画角が１０２度を越える。明らかに、図１〜３に使用のものと類似したＰＮＰＰ型後部ズームレンズ部（リレー）を、これと同じ超広角前部ズームレンズ部と共に使用して、約３０：１のズーム比を持つ超広角複合ズームレンズ系とすることができる。
【００４４】
これら全ての形態について、中間像が存在することが共通していて、このことが、一般に従来型ズームレンズ系では利用できなかった収差修正に対して比類ない機会を提供している。例えば、中間像近傍に位置する要素の非球面は、歪およびその他の視野収差に大きな影響を与えるが、球面収差修正には影響を与えない。この領域に非球面を配置する利点は、光線直径が小さく要素自体も小さいために、許容差が大きくなることに在る。これは、この領域での非球面の使用コストが最小であることを意味する。
【００４５】
好ましい実施形態の詳細な説明。「本発明のズーミング原理と系の説明」という題目の章に記載している如く、ここに開示された本発明の各実施形態は、前部ズームレンズ部と後部ズームレンズ部とを含み、これにより、複合ズームレンズ系を形成する。中間像は前部ズームレンズ部の後に形成され、これにより、後部ズームレンズ部が、中間像を拡大するズームリレーとして機能して、カメラのフィルムや、電荷結合素子（ＣＣＤ）のような他の光検知器や捕獲装置によって捕えられる拡大最終像を生みだす。この適用目的に対して、「カメラ」という用語は、本発明のレンズ系の背後に配置される光検出装置あるいは光捕獲装置を記載するために、総称的に用いられ、スチール、ビデオ、映画などの捕獲装置、或いは、瞳孔、肉眼を含む。「カメラ」という用語は、フィルムやビデオテープや光学ディスクやＣＭＯＳやＣＣＤあるいは他の記憶メディアの有無とは無関係である。このような「カメラ」は追加のレンズ要素を含んでもよい。現在のところ、前部ズームレンズ部は２つの移動ズームレンズ群から成り、後部ズームレンズ部は１つあるいは２つの移動ズームレンズ群から成ると考えられている。しかし、移動ズームレンズ群は、本発明から逸脱することなく、より多く或いは少ない移動ズームレンズ群が使用され得ると理解しなければならない。また、目下のところ、全複合ズームレンズ系には唯一の中間像が形成されるが、本発明の他の実施形態では２以上の中間像が形成され得ることが考えられる。
【００４６】
本発明の複合ズームレンズ系は、好ましくは、上記前部ズームレンズ部および後部ズームレンズ部に加えて、集束レンズ群を含む。ここに開示されている各実施形態が示すように、焦点レンズ群はレンズ系の前部に配置されることが好ましい。しかし、本発明の他の実施形態の複合ズームレンズ系においては、焦点の一部或いはおそらく全部を他のところに合わせることも可能である。
【００４７】
この複合ズームレンズ系に単一の中間像が形成されるとき、最終像は、対物レンズによって作られる従来の方位とは、上下左右逆である。したがって、像の方位はカメラによって調整されなければならない。例えば、検出器用の単一チップを使用するビデオカメラは、単に、チップを光学軸の周りに１８０度回転できて、上記チップは、最終画像が以前から方向付けられているかの如く、最終画像を読み込むことができる。ビデオカメラの方位の問題の解決法は、データを走査する順序を逆にすることである。すなわち、データは、左から右に上から下に読み込まれる代わりに、右から左に下から上に読み込まれて、従来の方位が達成される。ビデオカメラの方位の問題に対するもう１つの解決法は、使用転送前に「フレームストア（画面記憶）」機能を用いてメモリチップ上の全フレームを記憶するビデオカメラに対しては、記憶されたフレームをフレーム記憶メモリから逆の順で転送するだけである。映画フィルム用カメラについては、フィルムマガジン付きカメラ全体を上下逆にし、その結果、像方位の修正のためにフィルムを上方に走らせる。従来のように使用すると共に本ズームレンズ系を使用する映画フィルム用カメラの像方位に対するもう一つの解決法は、デジタル合成を使用することである。このデジタル合成では、フィルムがデジタル的に走査され、次に、例えば、デジタル操作後に、像が従来の方位で新しいフィルムに組み付けられる。本発明のレンズ系の中のプリズムあるいは本発明のレンズ系に接続されたプリズムは、最終像の方位を修正する。この方法については、最終像の品質が過度に劣化しないように注意しなければならない。特に本レンズ系の高性能な適用例に対しては、注意しなければならない。
【００４８】
本発明のズームレンズ系が複合ズーム構造であるので、多くの場合、複合レンズ系のボディは相当に長い。このため、カメラに対するレンズ系の撓みや振動は、カメラの最終像に許容できない撓みや振動を引き起こす。したがって、少なくとも大きなズーム比や長い焦点距離や実質長さを有する本発明の複合ズームレンズ系では、像安定化構造を用いることが考えられる。ビデオカメラへの適用には、電子像安定化が適している。一方、高性能ズームレンズ系への適用については、光学像安定化構造が、複合レンズ系ボディ内に、好ましくはレンズ系のカメラ端の近傍に、含まれていることが望ましい。これは、下文に記載されているように図１０〜６２の実施形態に含まれている。
【００４９】
本発明の複合レンズ系を最大性能の一体型ユニットとして設計し組立てることが望ましいが、基本的な特徴を発揮するために、２つ以上の分離可能な構成部品を使用することも可能である。例えば、従来型ズームレンズまたはその改良型が前部ズームレンズ部として使用され、次に、後部ズームレンズ部が分離アタッチメントから構成される。上記分離アタッチメントは、前部ズームレンズ部によって形成された像をリレーすると共に上記像の倍率を変化（ズーム）させる。上記像は、最終像を形成するために「中間」像となる。このように、前部ズームレンズ部は１つのズーム比を提供し、後部アタッチメントズーム部は別のズーム比を提供する。しかし、このような組合せに対して、許容できる光学品質の最終像を得るために、瞳孔画像は制御されねばならない。本発明の複合レンズ系を提供するために、その他の従来型改良型レンズ部の組合せも用いられる。
【００５０】
図６Ａ〜９Ｂは、本発明の４つの異なるズームレンズ系の光学線図を示す。図６Ａ〜９Ｂの各図の右における２つの直方体のブロックは、３ＣＣＤ２／３インチ検出器用のプリズムブロックを示している。上記３ＣＣＤ２／３インチ検出器は、上記ビデオカメラの一部であり、したがってズームレンズ系の一部ではない。
【００５１】
次の表は、これら４つの実施形態の各々について、レンズ系光学的規定と、様々な表面に対する可変厚さ位置と、様々な表面群に対する焦点距離および倍率等とを列挙している。多数の表面数と全要素を含む光学線図の小さな縮尺とを考慮し、簡単かつ明確にするために、図６Ａ〜９Ｂでは幾つかの表面のみが、レンズ系光学的規定に記載の表面に対応して識別されている。表の詳細な説明は表の次に与えられている。
【００５２】
４つの実施形態の各々に対する上記レンズ系光学的規定において、レンズ要素の各表面は左端欄（「表面」）で識別されている。その表面の半径は第２欄（「半径」）で識別されている。上記表面と次の表面との間の光学軸の厚さは、ガラスと空気との如何に拘わらず、第３欄（「厚さ」）で識別されている。ガラスレンズ要素の屈折率は第４欄（「ガラスインデックス」）に記載されている。レンズ要素に対する分散値は第５欄（「ガラス分散」）に記載されている。第１欄の「表面」の表面番号は、従来のやり方で図の左から右すなわち物体空間から像空間に番号付与された表面を表している。
【００５３】
上記各レンズ系光学的規定の左手すなわち「表面」の欄では、結像される（例えば撮影される）物体は、「物体」として識別され、調整可能なアイリスすなわち絞り（ストップ）は「絞り」として識別され、最終像は「像」として識別される。移動可能ズーム群の片側のようなレンズ要素間の調整可能空間は、レンズ系光学的規定の第３欄すなわち厚さの欄において「可変」として識別される。ＥＦＬと半径と厚さの寸法は、ミリメートル単位で与えられ、上記厚さは光学軸上の上記表面の後方距離である。ダブレットやトリプレットのように、隣接する要素の２つの表面が同じ半径を有して合致するとき、第１欄すなわち「表面」欄では、１つの表面のみが識別されている。
【００５４】
４つの実施形態の各々について、各非球面に対する非球面係数は光学的規定の表の次に与えられている。
【００５５】
更に、４つの実施形態の各々について、各レンズ系光学的規定の様々な表面に対する可変厚さ位置の表が付与されている。上記表は、（光学的規定表の表面の欄の項目に対応する）様々な表面に対し、書式「Ｐｘ」において位置を識別している。また、各位置に対して、有効焦点距離（ＥＦＬ）と「ｆ」ナンバー（Ｆ／Ｎｏ.）とが与えられている。
【００５６】
図６〜図９Ｂの４つの実施形態の各々について、それらの違いを特定するために、簡単に説明する。図６Ａと図６Ｂの実施形態は、レンズの物体空間端の焦点レンズ群「焦点」と共に３つの移動可能なレンズ群すなわちズーム１群とズーム２群とズーム３群を用いて、約７．２５ｍｍ〜９００ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、約１２５：１のズーム比を与える。ズーム３群は、実際には、表面Ｓ４７とＳ４８との間で少し動く２つの要素群から成る（図６Ａと図６Ｂとを比較）。図７Ａと図７Ｂとの実施形態は、４つの移動可能ズームレンズ群（ズーム１，２，３，４）と１つの焦点レンズ群とを用いて、約７．２７ｍｍ〜２０８８ｍｍの有効焦点距離の範囲を有し、これは約２８７：１のズーム比を与える。図８Ａと図８Ｂとは、約７．２７ｍｍ〜２０９５ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、これも約２８７：１のズーム範囲を与えて、図７Ａと図７Ｂのレンズ実施形態の性能と酷似している。同様に、図９Ａと図９Ｂとの実施形態は、約７．２７ｍｍ〜２０９２ｍｍの有効焦点距離範囲を有し、これも約２８７：１のズームレンズ比を与えるが、３つの移動ズームレンズ群のみを使用する。これら４つの実施形態は各々複数の非球面を含んでいる。レンズ系光学的規定に示すように、図８Ａ〜８Ｂおよび図９Ａ〜９Ｂの実施形態はこのような表面を２つのみ有し、一方、図７Ａ〜７Ｂの実施形態はこのような表面を８つ有する。また、図９Ａと図９Ｂの実施形態は、以下に記載するように、図１０〜６２の実施形態と同様、レンズ系のカメラ端部近傍に光学像安定化レンズ要素を含んでいる。
【００５７】
図１０〜図６２の実施形態の詳細な説明。「図面の簡単な説明」と題する章で述べているように、図１０〜図６２は、全て、放送用テレビ市場に直接且つ即座に適用できる本発明の単一の実施形態に関するものである。もっとも、他の市場も利用でき、本発明の他の実施形態や変形例は他の市場にも適用できる。本発明の複合レンズ系の実施形態は、焦点距離が約７ｍｍ〜２１００ｍｍのズーム範囲を有していて、これによって約３００：１のズーム比を与える。このズーム比は、放送用テレビズームレンズ系において現在入手可能なズーム比の３倍以上である。図１０の光学線図を詳細に参照すると、ズームレンズ系ＺＬは、焦点レンズ群ＦＧと、前部ズーム群ＦＺＧと、後部ズーム群ＲＺＧとから成っている。この実施形態を説明するにあたって、レンズ系の絞りは、レンズの「前部」と「後部」の間の分割器として使用されている。上に記載の「本発明の様々な特徴と開示された実施形態の説明」で使用されている用語について、焦点レンズ群ＦＧは焦点ユニットであり、前部レンズ群ＦＺＧは第１光学ユニットであり、後部レンズ群ＲＺＧは瞳孔撮像ユニットと像安定化ユニットと第２光学ユニットとを含んでいる。
【００５８】
焦点レンズ群ＦＧは、静止した前部レンズ要素１を含めて７つのレンズ要素１−７から成り、これにより、要素１をレンズバレル（図示せず）に固定し密封することによって前部においてレンズは密封される。第１焦点群ＦＧ１はレンズ要素２を備え、第２焦点群ＦＧ２をレンズ要素３，４は備える。これら両群は独立して移動できて、各焦点距離において所望の焦点合わせを行う。焦点群ＦＧの要素５〜７は静止している。
【００５９】
前部ズーム群ＦＺＧは、レンズ要素８〜１１から成る第１ズーム群ＺＧ１と、レンズ要素１２〜１５から成る第２ズーム群ＺＧ２とを有する。これらズームレンズ群は、両方とも、独立して移動できる。アイリスすなわち開口絞りである「絞り」は、第２ズーム群ＺＧ２と、後部ズーム群ＲＺＧの前部を形成する第１群ＲＧ１との間に、配置されている。
【００６０】
第１群ＲＧ１は、静止したままのレンズ要素１６〜２５から成る。中間像は上記第１群ＲＧ１内のレンズ要素２２と２３の間に形成される。この第１群ＲＧ１のレンズ要素１６〜２５は、全て常に静止したままである。レンズ系を最大と最小の焦点距離間でズーミングするとき、中間像は、長い焦点距離でレンズ要素２２と２３との間の光学軸に沿って移動し、これらの要素に接触することはない。後部ズーム群ＲＺＧ内の次のレンズ群は第３ズーム群ＺＧ３である。第３ズーム群ＺＧ３は軸方向に移動可能なレンズ要素２６〜２８から成る。後部ズーム群ＲＺＧ内の次のレンズ群は第２群ＲＧ２である。第２群ＲＧ２は、静止のレンズ要素２９〜３３から成る。後部ズーム群ＲＺＧ内の次の要素は安定化群ＳＧを備える。安定化群ＳＧは、レンズ要素３４〜３６を持つ半径方向分散化群ＳＧ１と、レンズ要素３７〜３９を持つ軸方向調整群ＳＧ２とを有している。上記３つのズーム群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３は独立して光学軸に沿って移動できて、焦点距離の全範囲は約７ｍｍ〜２１００ｍｍに渡る。最後に、図１０は、元来ズームレンズ系の一部でない２つのプリズムブロック４０，４１をも示している。上記プリズムブロック４０，４１はビデオカメラの３個の従来型ＣＣＤ２／３インチ検出器に匹敵する。上記検出器は物体空間から最終像までの光学ダイヤグラムを完成するためのものである。
【００６１】
第１分安定群すなわち散化安定群ＳＧ１は、検知されたレンズの振動に対応して、系の光学軸からどの半径方向にも、約０.５ｍｍ以上移動できて、最終像を像平面の安定化された位置に維持する。振動の検知および群ＳＧ１の移動は従来型手段によって行われる。従来手段には、加速度計、電算処理装置、この電算処理装置によって閉ループ系で連続的に制御されるモータなどが在る。第２安定群すなわち軸方向安定化群ＳＧ２は、後方焦点を調整するために、軸の両方向に約１.２ｍｍ以上移動し調整することができる。また、第２安定化群ＳＧ２は、軸方向に大幅に移動して、伸長された近接焦点をレンズの短焦点距離に合わせることができる。第１安定化群ＳＧ１と第２安定化群ＳＧ２との間、すなわち、レンズ要素３６と３７の間の光線は、実質的に平行にされるので、安定化の達成、近接焦点の伸長、或いは後方焦点の調整のために、これら２つの安定化群が動いても、最終像に重大な劣化を引き起こすことはない。
【００６２】
また、上記分散安定化群ＳＧ１は、レンズ群ＳＧ１を或る振動のパターンで半径方向に移動させることによって、特殊効果を生じさせるために使用することができ、これにより、例えば、地震や移動車両あるいは戦争映画での爆発によって引き起こされるような振動をシミュレート（模倣）することができる。このような特殊効果は、レンズ群ＳＧ２を軸方向に振動するように移動させることによっても生じるが、映像は少しピンぼけになる。ＳＧ１の半径方向の動きは、ＳＧ２の軸方向の動きと組み合わせて、異なる特殊効果を生じさせることができる。
【００６３】
図１０〜図６２の実施形態に対するズームレンズ系ＺＬの完全なレンズ設計要件は、遍く「図１０〜図６２の表」と題した下記表に記載されている。このレンズ系光学的規定の表は、図６Ａ〜図９Ｂのズームレンズに対する前述のレンズ規定と類似したものである。この表の詳細な説明は、表の次に与えられている。
【００６４】
上記レンズ系光学的規定の表は、レンズ仕様の「リスト」であり、左手欄に各レンズ「表面」を数値列挙している。また、上記レンズ系光学的規定の表は設計に用いるダミー表面を含み、これは、例えば、ダミー表面Ｓ１，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１８，Ｓ６５，Ｓ７４，Ｓ８４である。第２欄の「半径」は各表面の半径を列挙し、負の半径は曲率の中心が左に在ることを示す。第３欄の「厚み」は、レンズ要素の厚み、或いは、光学軸上の表面から次ぎの表面への間隔を列挙している。第４欄の「ガラス名」はガラスの種類を列挙している。第５欄の「製造者」は各ガラス材料の製造者を列挙している。第５欄の「半開口」は、各レンズ要素の開口直径の測定の半値である。
【００６５】
左手欄の銘「物体」は、撮像（例えば撮影）される物体を意味する。銘「絞り」は、アイリスすなわち絞り（ストップ）を意味する。銘「像」は最終像を意味する。各表面は、表面を上記レンズ要素識別数値と区別するために、「Ｓ」付きの数値で識別されている。なお、上記レンズ要素は、図１０に関連して上述した３９個のガラスレンズ要素と、検出器のプリズム４０，４１とを備えたものである。
【００６６】
表面を列挙した上記表の第３欄に記載された各厚みの寸法値は、光学軸に沿った要素の厚みまたは空域であるが、その際、ズームレンズ系ＺＬは最小焦点レンズ（７.３９ｍｍＥＦＬ）にセットされ、焦点は無限大に合わせられている。
【００６７】
各非球面については、非球面係数が光学的規定の表の次に与えられている。
【００６８】
図１１〜３０は、図１０のズームレンズ系に対して、代表的な二十の配置を示している。これら二十の配置は次の「レンズ配置の表」に列挙されている。
【００６９】
図１０のズームレンズ系ＺＬの典型的な性能を確証するために、中間配置の外に焦点距離およびフォーカス距離の典型的な究極配置として、上記二十の配置が選択された。すなわち、配置１は約７.４ｍｍという最小近軸焦点距離（広角）に在って、無限大に焦点を合わせている。一方、配置１８は、同じ焦点距離に対して、２５５０ｍｍ（約８フィート）に焦点を合わせている。同様に、配置１２は、無限大焦点で、約２０６５ｍｍの最大近軸焦点距離を示す。一方、配置１５は、同じ近軸焦点距離で、２５５０ｍｍの焦点を示す。第１欄の近軸ＥＦＬは無限大焦点でのものである。「ｆ」ナンバーは、所定の焦点および全開口での値である。１２の異なる焦点距離は、ズームレンズ系ＺＬの全範囲に渡って、典型的な焦点距離を提供する。また、注目すべきことは、下記レンズ系光学的規定のデータ域を越えたズームレンズ群の物理的な過剰移動（オーバートラベル）や歪みの結果として、実際の視野は、見掛け上約７．０ｍｍから２１００ｍｍの焦点距離範囲すなわち約３００：１のズーム比を生じる。歪みは主に最小近軸ＥＦＬの減少に影響し、過剰移動は主に最大近軸ＥＦＬに影響する。焦点が８フィートにセットされた２１００ｍｍのＥＦＬでは、倍率は約１.３３：１.００である（像のサイズに対する物体）。図１０〜図６２の実施形態の公称レンズの設計値は、図１０〜図６２用のレンズ光学的規定表に記載されているが、気温７７°Ｆ（２５°Ｃ，２９８Ｋ）および標準大気圧（７６０ｍｍＨｇ）の下で与えられる。
【００７０】
図１１〜図３０を参照すると、前述のレンズ光学的規定表およびレンズ配置表に記載にされている二十の配置１〜２０が、順番に示されている。例えば、図１１は、配置１のレンズ要素の光学線図である。すなわち、図１１は、７.３９１ｍｍの近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）で無限大に焦点が合わされた光学線図であって、第１焦点群ＦＧ１と第２ＦＧ２とは近接分離され、第１ズーム群ＺＧ１と第２ズーム群ＺＧ２とは遠隔分離されている。第３ズーム群ＺＧ３は最前方の位置に在る。一方、図２５は、配置１５を示す光学線図であって、最も大きな焦点距離と最も短いフォーカス距離とを有する。ここにおいて、第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２とは共に最後尾の位置に在る。第１ズームレンズ群ＺＧ１と第２ズームレンズ群ＺＧ２とは、間隔が近接した位置に在るが、隣接するレンズ群の間の中間に位置している。第３ズームレンズ群ＺＧ３は最後尾の位置に在る。
【００７１】
図３１〜図３４は、７つの焦点群ＦＧ要素１〜７のみの拡大された光学線図であって、それぞれ、配置１，１８，１２，１５を示している。注意すべきことは、図３２および図３４は、レンズ要素の位置が同じで２５５０ｍｍのフォーカス距離を示すが、図３２の約７．４ｍｍの最小値から図３４の約２０６５ｍｍの最大値へと近軸焦点距離が異なるために、光線のトレーシングが異なる点である。
【００７２】
図３５および図３６は、それぞれ、最小近軸焦点距離の配置１と最大近軸焦点距離の配置１２における焦点群ＦＧの最終レンズ要素７と第１ズーム群ＺＧ１と第２ズーム群ＺＧ２とを示す拡大光学線図である。同様に、図３７と図３８とは、それぞれ、第３ズーム群ＺＧ３が最前方に在って最小近軸焦点距離位置を示す配置１の後部ズーム群ＲＺＧと、第３ズーム群ＺＧ３が最後方に在って最大近軸焦点距離位置を示す配置１２の後部ズーム群ＲＺＧを示す。
【００７３】
図３９〜図５８を参照すると、それぞれ、配置１〜２０の光線収差グラフが従来の手法で示されている。各図は、そこに列挙されているように、最上部で最大視野高さを持つとともに最下部（底部）で零の視野高さを持つ５つの別々のグラフであって、それぞれのグラフが５つの波長を対するものである。当業者には容易に理解されるであろうが、これらの性能曲線は、二十の配置全てにおいて、当該ズームレンズ系が、現放送用テレビＮＴＳＣに対して並外れた品質を発揮することを保証すると共に、ＨＤＴＶ放送用テレビに対しても並外れて十分な品質を発揮することを保証するものである。配置１２を表す図５０は、この焦点距離で無限大に焦点を合わせたこの光線収差においては大きな変化を示すが、変調伝達機能が回折限界に近いために、性能は満足すべきものとなっている。同様に、図５２と図５３とは、それぞれ配置１４と１５とを表し、光線収差が広範に変化することを示すが、これらの近接焦点および長い焦点距離の位置に対する回折限界に関しても、許容できるものである。
【００７４】
さて図５９を参照すると、第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２のカムグラフ（cam graph）が、物体空間を左にして無限大から近接焦点までの全範囲の焦点移動に渡って、（それぞれ左と右に）示されている。上記第１焦点群ＦＧ１と第２焦点群ＦＧ２とは、別々に移動し、図５９の実線で示されたカム線は殆ど平行に見えるが、正確には非同速度で移動する。図５９の頂部と底部のクロスハッチング（斜交平行線模様）部は、温度変化とか製造許容誤差とか組立位置合わせとかを考慮したものである。図６０は、同様に、３つのズーム群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３に対するカムグラフをそれぞれ左から右へ示したものであり、所望の焦点距離が得られるように全範囲に渡って連続的に調整されるものの、３つのズーム群全てが独立して移動することは容易に分かる。図６１は、近軸有効焦点距離に対する開放絞り（オープンストップ）の「ｆ」ナンバーのグラフである。同様に、図６２は、全範囲を通しての近軸有効焦点距離に対する完全開口完全絞り（フルアパーチュア・フルストップ）の直径のグラフである。
【００７５】
その他の実施形態の詳細な説明。図６３と図６４とは、本発明のその他の実施形態の例を示す。このズームレンズ系の実施形態は、双対（回折）表面が設けられている以外、図８Ａおよび図８Ｂの実施形態と酷似している。具体的には、双対表面は、第２レンズ要素の前部表面（上記規定における表面３）上に設けられている。レンズ系光学的規定は、あまねく「図６３と図６４の表」と題された下記表に記載されている。この表の詳細な説明は、表に続いて与えられている。
双対表面３の規定は、上に挙られたレンズ系光学的規定の表に続いて記載されている。双対表面３は波面に相（フェーズ）を付与する。双対表面３を設けることによって、レンズの焦点部内にある第２〜第５レンズ要素の２，３，４，５は、ＢＫ７などのような比較的安価なガラスから作ることができ、したがって、ＳＦＰＬ５１などの異常分散特性を有する高価な光学ガラスから作る必要はない。軸方向光線の直径が最も大きいレンズ系前部の近傍にこの双対表面３を含むことは有利である。一方、双対（回折）表面を別の所に設けること、或いは、このような表面を２箇所以上設け得ることは、当業者には容易に理解される。また、その他の収差修正法も有利に用いることができる。注意すべき点は、この実施形態も２つの非球面１２，２６を組み込んでいることである。
【００７６】
図６３はズームレンズ系を示す。上記ズームレンズ系は、最も長い焦点距離に配置されたズームレンズ群と、無限大に焦点を合わせた焦点レンズ群とを有する。同様に、図６４の光線収差のグラフは、無限大の焦点且つ最大焦点距離のものである。注意すべき点は、この実施形態の双対表面が、ここに開示された発明の如何なる実施形態にも、また、今後生じる本発明の変形例にも使用できることである。
【００７７】
図６５と図６６とは、本発明の別の実施形態の例を示す。本発明のズームレンズ系に関するこの実施形態は、双対表面が設けられていることを除いて、図１０〜図６２の実施形態に酷似している。具体的には、双対表面は、左から第３目のレンズ要素の前表面（規定では表面番号６）に設けられている。図１０〜図６２に関連して上述したように、第３レンズ要素は、第２焦点群ＦＧ２を形成する２つのレンズ要素の内の第１番目（前）のレンズ要素である。上記第２焦点群ＦＧ２は、焦点合わせのために、第２レンズ要素のみから成る第１焦点群と共に軸方向に移動できる。図６５と図６６の実施形態のレンズ系光学的規定は、あまねく「図６５と図６６の表」と題された下記表に記載されている。
【００７８】
双対表面６の規定は、上に列挙されたレンズ系光学的規定の表に続いて記載されている。図１０〜図６２の実施形態に関する基本的なレンズ系光学的規定に双対表面６を追加することによって、レンズ要素３，４（図６５の左から第３番目と４番目）のフルオロ・クラウン・ガラスの代わりに、例えばＢＫ７のような安価なガラスを使用することができる。その他の小さな変化は規定においてもなされるが、図６５と図６６のズームレンズ系は、図１０〜図６２の実施形態と同一番号のレンズ要素と、焦点合わせやズームするための同一番号の移動群を有している。図６５は、最長の焦点距離に配置されたズームレンズ群と、無限大に焦点を合わせた焦点レンズ群とを有するズームレンズ系を示している。同様に、図６６の光線収差グラフは、無限大の焦点且つ最長焦点距離のものである。
【００７９】
図６７〜図７０は、本発明の別の実施形態の例を示す。本発明のズームレンズ系に関するこの実施形態は、約４００：１のズーム比を有する。具体的には、この実施形態は、焦点距離が約７．４７ｍｍ（図６７に示す位置）から約２９８３ｍｍ（図６８に示す位置）のズーム範囲を有している。図１０〜図６２の実施形態と同様に、この実施形態は３つの移動ズームレンズ群ＺＧ１，ＺＧ２，ＺＧ３を有していて、その内の２つは前部ズームレンズ位置に在り、もう１つは後部ズームレンズ位置に在る。図６９と図７０の光線収差のグラフは、それぞれ７．４７ｍｍと２９８３ｍｍの近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）でのものである。図６９と図７０の光線収差のグラフは、非常に広範囲な焦点距離と図１０〜図６２の性能特性に類似した広いズーム比を考慮すると、この実施形態が十分な性能を発揮することを示している。図６７と図６８の光学線図と図６９と図７０との光線収差グラフとは、無限焦点で示されている。
【００８０】
図６７〜図７０のレンズ系光学的規定は、あまねく「図６７〜図７０の表」と題された下記表に記載されている。次のレンズ系光学的規定のデータは前述のレンズ系光学的規定と同様に記載され、銘は前述のレンズ系光学的規定と同じ意味を有する。
【００８１】
折曲レンズの実施形態の詳細な説明。図７１は、本発明の別の実施形態の例を示す光学線図である。上記実施形態では、小型化するために、１つ以上のミラーを組み込んで、レンズ（の配列）を折り曲げている。図７１の例は、上述した実施形態に類似したものであるが、５０，５２，５４で識別された３つの汎用ズームレンズ群を有している。中間像は５６に位置している。焦点群６６は、焦点を合わせる時に移動できるが、一定の焦点の時は静止している。開口絞りは８４に位置している。図７１の折曲ズームレンズの実施形態においてユニークなものはミラー６４である。上記ミラー６４は、前部ズーム群５２と後部ズーム群５４との間に位置して、放射光線を折曲すなわち曲げる。図７１の実施形態は、どんなカメラにも用いることができるが、折曲設計によってレンズを小空間内に嵌め込むことができるので、特にポイント撮影用携帯カメラのような小型カメラに適している。図７１は、反射鏡６０と接眼レンズ６２とを含む一眼レフ（ＳＬＲ）の実施形態を示す。反射鏡６０が図７１に示される位置に在るときに、ユーザーは像を見ることができる。
【００８２】
本発明の実施形態は、ズームレンズ群５２と５４の動きを妨げることのない領域である中間像空間５８内にミラー６４を配置できるので、特に折曲に適している。対照的に、従来の小型ズームレンズのレンズ要素は、カメラボディの中に格納しなければならない。このため、レンズ間内に空隙が殆ど或いは全く無くなってしまって、ミラーが挿入できない。図７１の例では、ミラー６４は中間像５６の像側に位置している。しかし、他の実施形態においては、ミラー６４は中間像５６の物体側に位置してもよい。本発明の他の実施形態は多重の折曲（ミラー）を有し得ること、また、ミラーは光学軸に対して４５度に方向付ける必要はないことを理解しなければならない。
【００８３】
図７１の例に示された折曲レンズは、幾つかの有用な設計の可能性と利点を与える。上述したように、レンズの折曲によって、ズームレンズがより小さい空間を占めることが可能となる。更に、折曲したズームレンズによって、幾つかのレンズ要素或いは全レンズ要素がカメラボディ内に収まり、小型化が推進される。一実施形態においては、焦点レンズ群６６の全体さえもがカメラボディ内に収容されて、レンズを防護すると共に、カメラをより小型化できる。更に、この折曲ズームレンズによって、コンパクトカメラは１０：１以上のズーム比を得ることができる。このズーム比は、従来型コンパクトカメラでの最大約４：１のズーム比と比較される。また、従来の一眼レフカメラは、像を反転させるために大きなペンタプリズムを必要とする。したがって、コンパクトカメラでは、典型的には、レンズを通した観察が忌避される。しかし、本発明では、本発明の中間像５６およびミラー６４と６０によって、最終像が、大きなペンタプリズムを必要することもなく、適切な方向に既に向けられており、小型サイズのカメラであってもレンズを通して観察できる。
【００８４】
図７１の例示的な折曲ズームレンズは、約１２ｍｍから１２０ｍｍの有効焦点距離（ＥＦＬ）と、約１０：１のズーム比と、最大径で約ｆ／３からｆ／５の「ｆ」ナンバー範囲と、約８４．１度から１０．３度の物体空間の最大視野角とを与え、少なくとも４８６ｎｍから５８８ｎｍの波帯内の光を受け取る。図７１の実施形態によって生じる像は、幅が約１８ｍｍで高さが約１２ｍｍ、対角線寸法が２１．６５ｍｍの像である。これは、従来型３５ｍｍ静止写真カメラの像の約半分のサイズである。
【００８５】
図７２Ａ〜７２Ｄは、図７１の実施形態の他のズーム配置での折曲ズームレンズ実施形態例を示す光学線図である。図７２Ａ〜７２Ｄでは、折曲レンズは明確にするために平坦な（折曲されていない）方位で示され、ズーム群は様々な例示的位置に在る。図７２Ａ〜７２Ｄの例に示す焦点レンズ群６６は、図７１のように、焦点を合わせるために移動できるが、一定焦点では静止している。また、ミラー６４と接眼レンズ６２は静止している。開口絞りは、８４に配置され、ズーミングのとき移動する。図７２Ａ〜７２Ｄのズームレンズの例は、実際に、８個の移動ズーム群６８，７０，７２，７４，７８，８０，８２から成る。しかし、折曲ズームレンズの他の実施形態では、それより多くのズーム群或いは少ないズーム群であってもよい。上記図７２Ａ〜７２Ｄの折曲ズームレンズの例では、全て球形面を使用しているが、他の実施形態では、非球面や双対（回折）表面を使用し得ることは理解されなければならない。
【００８６】
赤外線の実施形態の詳細な説明。図７３Ａ〜７３Ｃは、本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態の光学線図であり、様々な位置のズーム群を示す。中間像は８６に位置している。焦点群８８は、焦点合わせ時に移動するが、一定焦点では静止している。最終像平面は９０に位置している。開口絞りは９２に位置している。図７３Ａ〜７３Ｃの実施形態は、ズームレンズ系が赤外線波長用に設計されているので、低光量カメラや監視カメラに使用できる。図７３Ａ〜７３Ｃは、６．６８ｍｍ〜１２０１．２ｍｍのＥＦＬと、ｆ／２．００〜ｆ／５．８４の「ｆ」ナンバー範囲と、８．０ｍｍの対角線の像と、６４．５度〜０．３８８度の物体空間最大視野角と、９０２．２８ｍｍの頂上長さとを与える。６．６８ｍｍの焦点距離位置では−４．９３％の歪みが存在し、１２０１．２ｍｍの焦点距離位置では＋０．３４％の歪みが存在する。この歪みは、有効ズーム比を１９０：１に増大させる。図７３Ａ〜７３Ｃの例では、全部で９個の要素が存在する。すなわち、ズームカーネル（ズーム中心部）１０６内に６個の要素（９４，９６，９８，１００，１０２，１０４）が存在し、ズームリレー１１４内に３個の要素（１０８，１１０，１１２）が存在する。注意すべき点は、ここで言う「ズームカーネル」が物体空間から中間像までの全要素を示し、一方、「ズームリレー」が中間像から最終像までの全要素を示すことである。
【００８７】
図７３Ａ〜図７３Ｃの赤外線実施形態のレンズ系光学的規定は、あまねく「図７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃの表」と題されて下記表に記載されている。レンズ系光学的規定の下記データは前述のレンズ系光学的規定と同様に記載され、銘は前述のレンズ系光学的規定と同じ意味を持つ。
【００８８】
図７４〜図７６は、光線収差のグラフであって、それぞれ、図７３Ａ〜図７３Ｃに示すズーム群の配置に対応している。図７４〜図７６の光線収差のグラフは、それぞれ、近軸有効焦点距離（ＥＦＬ）が６．６８ｍｍと１３３．４６ｍｍと１２０１．１８ｍｍで、波長範囲が８〜１２ミクロンでのものである。
【００８９】
本発明は、実施形態に関した説明が添付の図面に言及して十分になされているが、注意すべき点は、様々な変更および修正が当業者には明らかだということである。このような変更や修正は、下記特許請求の範囲に記載の本発明の範囲の中に含まれるものとして、理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図２】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図３】本発明の約３００：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図４Ａ】本発明の約１３０：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図４Ｂ】本発明の約１３０：１のズーム比を有する複合ズームレンズ系の光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図５Ａ】本発明の約１３：１のズーム比を有する超広角レンズ系の複合ズームレンズ系光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図５Ｂ】本発明の約１３：１のズーム比を有する超広角レンズ系の複合ズームレンズ系光学線図であって、幾つかの原理と、系で用いる移動ユニットと固定ユニットの変化と、本発明の可能な幾つか実施形態とを説明する光学線図の１つである。
【図６Ａ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図６Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図６Ｂ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図６Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図７Ａ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図７Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図７Ｂ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図７Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図８Ａ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図８Ａでは短い焦点距離に配置されている。
【図８Ｂ】４つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、４つの移動レンズ群は図８Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図９Ａ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図９Ａでは短い焦点距離に、図９Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図９Ｂ】３つの移動レンズ群を使用する本発明のズームレンズ系のその他の実施形態の光学線図であって、３つの移動レンズ群は図９Ｂでは長い焦点距離に配置されている。
【図１０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、レンズ系全体の光学線図である。
【図１１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１３】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１４】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１５】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１６】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１７】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１８】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図１９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２３】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２４】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２５】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２６】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２７】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２８】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図２９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図３０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一実施形態に関する図であって、移動可能レンズ要素の異なる二十の代表的配置の内の１つを示すレンズ系光学線図である。
【図３１】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３２】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３３】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３４】上記代表的配置の内の４つの配置の１つにおける焦点ユニットのレンズ要素のみの光学線図である。
【図３５】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける２個の前部レンズ群のみを示す。
【図３６】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける２個の前部レンズ群のみを示す。
【図３７】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける後部レンズ群のみを示す。
【図３８】上記代表的配置の内の２つの配置の１つにおける後部レンズ群のみを示す。
【図３９】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４０】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４１】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４２】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４３】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４４】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４５】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４６】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４７】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４８】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図４９】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５０】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５１】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５２】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５３】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５４】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５５】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５６】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５７】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５８】図１１〜３０に図示された全レンズ要素の二十の代表的配置の１つに対応した光線収差図である。
【図５９】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、最小（底部）から無限大（頂部）までのフォーカス距離に対する焦点カムの移動のグラフである。
【図６０】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、系の焦点距離に対する３つのズームカムの移動のグラフである。
【図６１】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、上記系の焦点距離に対する最終像での系の「ｆ」ナンバーのグラフである。
【図６２】約３００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の単一の実施形態に関する図であって、上記系の焦点距離に対する絞り直径のグラフである。
【図６３】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の別の実施形態の光学線図である。
【図６４】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の上記別の実施形態の光線収差のグラフである。
【図６５】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態の光学線図である。
【図６６】双対（回折）表面を組み込んだ本発明のズームレンズ系の上記更に別の実施形態の光線収差のグラフである。
【図６７】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が７．４７ｍｍの光学線図である。
【図６８】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が２９８３ｍｍの光学線図である。
【図６９】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が７．４７ｍｍの光線収差図である。
【図７０】約４００：１のズーム比を有する本発明のズームレンズ系の上記更に異なる実施形態に関する図であって、焦点距離が２９８３ｍｍの光線収差図である。
【図７１】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図である。
【図７２Ａ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｂ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｃ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７２Ｄ】小型化するためにレンズ折曲用の鏡を組み込んだ本発明のズームレンズ系の更に別の実施形態例の光学線図であって、折曲レンズを簡明のため平坦（非折曲）方向で示す。
【図７３Ａ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７３Ｂ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７３Ｃ】本発明のズームレンズ系の赤外線実施形態例の光学線図であって、ズームレンズ群の様々な配置を示す。
【図７４】図７３Ａに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【図７５】図７３Ｂに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【図７６】図７３Ｃに示すズームレンズ群の配置に対応した光線収差グラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、物体側と像側とを有し、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記物体側から上記像側に順番に
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記物体と上記第１中間実像との間に位置し、上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために移動される少なくとも１つの光学サブユニットを備えた第１光学ユニットと、
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記第１中間実像と上記最終像との間に位置し、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるために少なくとも一部分が移動される第２光学ユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記光学サブユニットの少なくとも１つは、上記最終像の軸方向の位置を実質的に静止保持するために、移動できることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの各々における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の一方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、少なくとも一時的に静止し、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の他方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
（ａ）上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、
（ｂ）上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ｉ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ii）上記第１移動に対しては、上記第１光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第２光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しなく、
（iii）上記第２移動に対しては、上記第２光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第１光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しないことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６】
請求項５に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含むことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるために、上記第１光学ユニットの上記物体側に、焦点ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項８】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第１光学ユニットの射出瞳を撮像し、上記第２光学ユニットの入射瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第２光学ユニットの入射瞳を撮像し、上記第１光学ユニットの射出瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１０】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットの像側に像安定化ユニットを更に備えて、上記最終像を安定化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１１】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは、上記ズームレンズ系の光学軸に沿って移動できる２つの光学サブユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１２】
請求項１１に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１３】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは７つ以下のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１４】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１５】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１６】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素と、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素とを備え、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素は、空隙によって、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素から分離され、上記物体から上記空隙を通過した光は実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１７】
請求項１４に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１８】
請求項１５に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
１つ以上の付加的な中間実像が、上記物体と上記最終像との間に形成されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２０】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために、１つ以上の付加的な光学ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２１】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の空域に形成され、ズーミング時に上記空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２２】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の１つ以上の空域に形成され、ズーミング時に上記１つ以上の空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの回折光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面と少なくとも１つの回折光学表面とを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２６】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成すると共に、複合された第１と第２のズームレンズを備え、
上記複合された第１と第２のズームレンズは、互いに制御された瞳孔撮像を有することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２７】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のズームレンズの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２８】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のズームレンズの内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記第１と第２のズームレンズの内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２９】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記第２ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３０】
請求項２９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は物体側と像側とを有し、上記物体側から上記像側に順番に
中間実像を形成するズームレンズと、
上記中間実像を受け取るとともに上記中間実像の倍率を変化させて最終像を形成する可変焦点距離リレー系とを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３２】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームレンズと上記リレー系との各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３３】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームレンズと上記リレー系の内の一方の少なくとも一部分が少なくとも一時的に静止し、上記ズームレンズと上記リレー系の内の他方の少なくとも一部分が移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３４】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記リレー系のみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３５】
請求項３４に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３６】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記ズームレンズ系は、最大焦点距離と最小焦点距離との間の焦点距離範囲を有し、上記焦点距離範囲内の全ての焦点距離対して、上記物体と上記最終像との間に少なくとも第１中間実像を形成し、上記ズームレンズ系は、物体側と像側とを有して、上記物体側から上記像側に順番に
上記物体と上記第１中間実像との間に配置されて、上記第１中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために変化する焦点距離を有する第１レンズユニットと、
上記第１中間実像と上記最終像との間に配置されて、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させる第２レンズユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３７】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のレンズユニットの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３８】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のレンズユニットの内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記第１と第２のレンズユニットの内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３９】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記第２レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４０】
請求項３９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４１】
上記系は物体側と像側とを有し、上記物体側から上記像側に順番に
物体の中間実像を形成する可変焦点距離レンズユニットと、
上記中間実像の実像を形成する可変焦点距離レンズユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４２】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記可変焦点距離レンズユニットの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４３】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記可変焦点距離レンズユニットの内の一方の少なくとも一部分が少なくとも一時的に静止し、上記可変焦点距離レンズユニットの内の他方の少なくとも一部分が移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４４】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記中間実像を形成する上記可変焦点距離レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記中間実像の実像を形成する上記可変焦点距離レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４５】
請求項４４に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４６】
物体からの光を集めるとともに上記光を検知器に供給する複合レンズ系であって、上記系は多重ズームレンズ部を備え、上記多重ズームレンズ部は、上記物体の中間像を形成するための上記物体に最も近い最初のズームレンズ部と、上記中間像からの光を上記検知器に供給するための上記検知器に最も近い最後のズームレンズ部とを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４７】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記最初と最後のズームレンズ部の各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４８】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記最初と最後のズームレンズ部の内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記最初と最後のズームレンズ部の内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４９】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記最初のズームレンズ部のみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記最後のズームレンズ部のみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５０】
請求項４９に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５１】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記多重ズームレンズ部は、上記最初のズームレンズ部と上記最後のズームレンズ部のみを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５２】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は可変焦点距離と光学軸と開口絞りとを有し、主要光線は上記開口絞りにおいて上記光学軸と交差し、上記系は、
上記系の焦点距離を変化させるとともに上記最終像を形成する２つのレンズユニットを備え、一方のユニットは可変焦点距離を有し、他方のユニットは少なくとも移動可能な部分を有し、
上記主要光線は、上記系の全焦点距離に対して、上記開口絞り以外に、少なくとも１つの他の部分で上記光軸と交差し、
上記系は、上記系の全焦点距離に対して、上記２つのレンズユニットの間の位置に中間実像を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５３】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５４】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系は上記物体に最も近いレンズ表面を有し、上記系の全焦点距離に対して、上記主要光線が上記光軸と交差する上記少なくとも１つの他の部分は、上記レンズ表面と上記最終像との間に在ることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５５】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記２つのレンズユニットの各々の少なくとも一部分は連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５６】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記２つのレンズユニットの一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記２つのレンズユニットの他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５７】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、可変焦点距離を有する上記レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、少なくとも可動部を有する上記レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５８】
請求項５７に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５９】
中間実像を形成するズームカーネルと、
最終像を形成するために上記中間実像を拡大するズームリレーとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６０】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームカーネルと上記ズームリレーとの各々の少なくとも一部分は連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６１】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームカーネルと上記ズームリレーの一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記ズームカーネルと上記ズームリレーの他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６２】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記ズームカーネルのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記ズームリレーのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６３】
請求項６２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６４】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、＋−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６５】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、＋−−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６６】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６７】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６８】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６９】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、＋−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７０】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、＋−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７１】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７２】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるための第１レンズユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７３】
請求項７２に記載のズームレンズ系において、
上記第１レンズユニット内の内部移動は、フォーカスブリージングの修正に寄与するために使用されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７４】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、歪みと球面収差の内の少なくとも１つの修正に寄与するために、各々が少なくとも１つの非球面を有するレンズ要素を１つ以上備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７５】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、色収差の修正に寄与するために、１つ以上の弗珪クラウンガラス要素またはフッ化カルシウムレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７６】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、色収差の修正に寄与するために、回折表面を有する１つ以上のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７７】
中間実像を形成する第１レンズユニットと、上記中間実像の第２像を形成する第２レンズユニットとを有し、少なくとも１２０対１のズーム比を有することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７８】
請求項７７に記載のズームレンズ系において、
上記ズーム比は、少なくとも２００対１であることを特徴とするズームレンズ系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、物体側と像側とを有し、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記物体側から上記像側に順番に
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記物体と上記第１中間実像との間に位置し、上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために移動される少なくとも１つの光学サブユニットを備えた第１光学ユニットと、
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記第１中間実像と上記最終像との間に位置し、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるために少なくとも一部分が移動される第２光学ユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記光学サブユニットの少なくとも１つは、上記最終像の軸方向の位置を実質的に静止保持するために、移動できることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの各々における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の一方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、少なくとも一時的に静止し、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の他方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
（ａ）上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、
（ｂ）上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ｉ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ii）上記第１移動に対しては、上記第１光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第２光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しなく、
（iii）上記第２移動に対しては、上記第２光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第１光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しないことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６】
請求項５に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含むことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるために、上記第１光学ユニットの上記物体側に、焦点ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項８】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第１光学ユニットの射出瞳を撮像し、上記第２光学ユニットの入射瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第２光学ユニットの入射瞳を撮像し、上記第１光学ユニットの射出瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１０】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットの像側に像安定化ユニットを更に備えて、上記最終像を安定化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１１】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは、上記ズームレンズ系の光学軸に沿って移動できる２つの光学サブユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１２】
請求項１１に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１３】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは７つ以下のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１４】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１５】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１６】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素と、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素とを備え、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素は、空隙によって、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素から分離され、上記物体から上記空隙を通過した光は実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１７】
請求項１４に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１８】
請求項１５に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
１つ以上の付加的な中間実像が、上記物体と上記最終像との間に形成されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２０】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために、１つ以上の付加的な光学ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２１】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の空域に形成され、ズーミング時に上記空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２２】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の１つ以上の空域に形成され、ズーミング時に上記１つ以上の空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの回折光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面と少なくとも１つの回折光学表面とを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、物体側と像側とを有し、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記物体側から上記像側に順番に
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記物体と上記第１中間実像との間に位置し、上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために移動される少なくとも１つの光学サブユニットを備えた第１光学ユニットと、
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記第１中間実像と上記最終像との間に位置し、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるために少なくとも一部分が移動される第２光学ユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記光学サブユニットの少なくとも１つは、上記最終像の軸方向の位置を実質的に静止保持するために、移動できることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの各々における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の一方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、少なくとも一時的に静止し、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の他方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
（ａ）上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、
（ｂ）上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ｉ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ii）上記第１移動に対しては、上記第１光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第２光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しなく、
（iii）上記第２移動に対しては、上記第２光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第１光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しないことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６】
請求項５に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含むことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるために、上記第１光学ユニットの上記物体側に、焦点ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項８】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第１光学ユニットの射出瞳を撮像し、上記第２光学ユニットの入射瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第２光学ユニットの入射瞳を撮像し、上記第１光学ユニットの射出瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１０】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットの像側に像安定化ユニットを更に備えて、上記最終像を安定化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１１】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは、上記ズームレンズ系の光学軸に沿って移動できる２つの光学サブユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１２】
請求項１１に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１３】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは７つ以下のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１４】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１５】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１６】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素と、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素とを備え、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素は、空隙によって、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素から分離され、上記物体から上記空隙を通過した光は実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１７】
請求項１４に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１８】
請求項１５に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
１つ以上の付加的な中間実像が、上記物体と上記最終像との間に形成されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２０】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために、１つ以上の付加的な光学ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２１】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の空域に形成され、ズーミング時に上記空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２２】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の１つ以上の空域に形成され、ズーミング時に上記１つ以上の空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの回折光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面と少なくとも１つの回折光学表面とを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２６】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成すると共に、複合された第１と第２のズームレンズを備え、
上記複合された第１と第２のズームレンズは、互いに制御された瞳孔撮像を有することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２７】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のズームレンズの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２８】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のズームレンズの内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記第１と第２のズームレンズの内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２９】
請求項２６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記第２ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３０】
請求項２９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は物体側と像側とを有し、上記物体側から上記像側に順番に
中間実像を形成するズームレンズと、
上記中間実像を受け取るとともに上記中間実像の倍率を変化させて最終像を形成する可変焦点距離リレー系とを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３２】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームレンズと上記リレー系との各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３３】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームレンズと上記リレー系の内の一方の少なくとも一部分が少なくとも一時的に静止し、上記ズームレンズと上記リレー系の内の他方の少なくとも一部分が移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３４】
請求項３１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１ズームレンズのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記リレー系のみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３５】
請求項３４に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３６】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記ズームレンズ系は、最大焦点距離と最小焦点距離との間の焦点距離範囲を有し、上記焦点距離範囲内の全ての焦点距離対して、上記物体と上記最終像との間に少なくとも第１中間実像を形成し、上記ズームレンズ系は、物体側と像側とを有して、上記物体側から上記像側に順番に
上記物体と上記第１中間実像との間に配置されて、上記第１中間実像のサイズ（倍率）を変化させるために変化する焦点距離を有する第１レンズユニットと、
上記第１中間実像と上記最終像との間に配置されて、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させる第２レンズユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３７】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のレンズユニットの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３８】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１と第２のレンズユニットの内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記第１と第２のレンズユニットの内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３９】
請求項３６に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記第１レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記第２レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４０】
請求項３９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４１】
上記系は物体側と像側とを有し、上記物体側から上記像側に順番に
物体の中間実像を形成する可変焦点距離レンズユニットと、
上記中間実像の実像を形成する可変焦点距離レンズユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４２】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記可変焦点距離レンズユニットの各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４３】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記可変焦点距離レンズユニットの内の一方の少なくとも一部分が少なくとも一時的に静止し、上記可変焦点距離レンズユニットの内の他方の少なくとも一部分が移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４４】
請求項４１に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記中間実像を形成する上記可変焦点距離レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記中間実像の実像を形成する上記可変焦点距離レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４５】
請求項４４に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４６】
物体からの光を集めるとともに上記光を検知器に供給する複合レンズ系であって、上記系は多重ズームレンズ部を備え、上記多重ズームレンズ部は、上記物体の中間像を形成するための上記物体に最も近い最初のズームレンズ部と、上記中間像からの光を上記検知器に供給するための上記検知器に最も近い最後のズームレンズ部とを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４７】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記最初と最後のズームレンズ部の各々の少なくとも一部分が連続的に移動することを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４８】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記最初と最後のズームレンズ部の内の一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記最初と最後のズームレンズ部の内の他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項４９】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記最初のズームレンズ部のみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記最後のズームレンズ部のみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５０】
請求項４９に記載の複合ズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５１】
請求項４６に記載の複合ズームレンズ系において、
上記多重ズームレンズ部は、上記最初のズームレンズ部と上記最後のズームレンズ部のみを含んでいることを特徴とする複合ズームレンズ系。
【請求項５２】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は可変焦点距離と光学軸と開口絞りとを有し、主要光線は上記開口絞りにおいて上記光学軸と交差し、上記系は、
上記系の焦点距離を変化させるとともに上記最終像を形成する２つのレンズユニットを備え、一方のユニットは可変焦点距離を有し、他方のユニットは少なくとも移動可能な部分を有し、
上記主要光線は、上記系の全焦点距離に対して、上記開口絞り以外に、少なくとも１つの他の部分で上記光軸と交差し、
上記系は、上記系の全焦点距離に対して、上記２つのレンズユニットの間の位置に中間実像を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５３】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５４】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系は上記物体に最も近いレンズ表面を有し、上記系の全焦点距離に対して、上記主要光線が上記光軸と交差する上記少なくとも１つの他の部分は、上記レンズ表面と上記最終像との間に在ることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５５】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記２つのレンズユニットの各々の少なくとも一部分は連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５６】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記２つのレンズユニットの一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記２つのレンズユニットの他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５７】
請求項５２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、可変焦点距離を有する上記レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、少なくとも可動部を有する上記レンズユニットのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５８】
請求項５７に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５９】
中間実像を形成するズームカーネルと、
最終像を形成するために上記中間実像を拡大するズームリレーとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６０】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームカーネルと上記ズームリレーとの各々の少なくとも一部分は連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６１】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離を変化させるとき、上記ズームカーネルと上記ズームリレーの一方の少なくとも一部分は少なくとも一時的に静止し、上記ズームカーネルと上記ズームリレーの他方の少なくとも一部分は移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６２】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ａ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ｂ）上記第１移動に対しては、上記ズームカーネルのみが上記系の焦点距離を変化させ、
（ｃ）上記第２移動に対しては、上記ズームリレーのみが上記系の焦点距離を変化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６３】
請求項６２に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含んでいることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６４】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、＋−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６５】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、＋−−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６６】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６７】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６８】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、−＋−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６９】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、＋−＋＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７０】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、＋−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７１】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームリレーは、−＋構造を有するズームレンズを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７２】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記ズームカーネルは、上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるための第１レンズユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７３】
請求項７２に記載のズームレンズ系において、
上記第１レンズユニット内の内部移動は、フォーカスブリージングの修正に寄与するために使用されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７４】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、歪みと球面収差の内の少なくとも１つの修正に寄与するために、各々が少なくとも１つの非球面を有するレンズ要素を１つ以上備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７５】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、色収差の修正に寄与するために、１つ以上の弗珪クラウンガラス要素またはフッ化カルシウムレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７６】
請求項５９に記載のズームレンズ系において、
上記系は、色収差の修正に寄与するために、回折表面を有する１つ以上のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７７】
中間実像を形成する第１レンズユニットと、上記中間実像の第２像を形成する第２レンズユニットとを有し、少なくとも１２０対１のズーム比を有することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７８】
請求項７７に記載のズームレンズ系において、
上記ズーム比は、少なくとも２００対１であることを特徴とするズームレンズ系。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の最終像を形成するためのズームレンズ系であって、上記系は、物体側と像側とを有し、上記物体と上記最終像との間に第１中間実像を形成し、上記物体側から上記像側に順番に
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記物体と上記第１中間実像との間に位置し、上記第１中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために移動される少なくとも１つの光学サブユニットを備えた第１光学ユニットと、
少なくとも２つのレンズ要素を含むとともに、上記第１中間実像と上記最終像との間に位置し、上記最終像の大きさ（倍率）を変化させるために少なくとも一部分が移動される第２光学ユニットとを
備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記光学サブユニットの少なくとも１つは、上記最終像の軸方向の位置を実質的に静止保持するために、移動できることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの各々における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、連続的に移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、上記系の焦点距離を変化させるとき、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の一方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、少なくとも一時的に静止し、上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットの内の他方における上記光学サブユニットの少なくとも１つは、移動することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
（ａ）上記第２光学ユニットは少なくとも１つの光学サブユニットを備え、
（ｂ）上記系の焦点距離における変化は、少なくとも１つの第１移動と少なくとも１つの第２移動とを含み、
（ｉ）上記第１移動は上記第２移動に先行あるいは追従でき、
（ii）上記第１移動に対しては、上記第１光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第２光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しなく、
（iii）上記第２移動に対しては、上記第２光学ユニットの少なくとも１つの光学サブユニットが移動し、上記第１光学ユニットのいずれの光学サブユニットも移動しないことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項６】
請求項５に記載のズームレンズ系において、
上記系の焦点距離における変化は、単一の第１移動と単一の第２移動のみを含むことを特徴とするズームレンズ系。
【請求項７】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記中間像と上記最終像の少なくとも１つに焦点を合わせるために、上記第１光学ユニットの上記物体側に、焦点ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項８】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第１光学ユニットの射出瞳を撮像し、上記第２光学ユニットの入射瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットは開口絞りを備え、上記系は上記第１光学ユニットと上記第２光学ユニットとの間の位置に瞳孔撮像ユニットを更に備えて、上記第２光学ユニットの入射瞳を撮像し、上記第１光学ユニットの射出瞳を形成することを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１０】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第２光学ユニットの像側に像安定化ユニットを更に備えて、上記最終像を安定化させることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１１】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは、上記ズームレンズ系の光学軸に沿って移動できる２つの光学サブユニットを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１２】
請求項１１に記載のズームレンズ系において、
上記光学軸は一直線であることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１３】
請求項７に記載のズームレンズ系において、
上記焦点ユニットは７つ以下のレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１４】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１５】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つのレンズ要素を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１６】
請求項１０に記載のズームレンズ系において、
上記像安定化ユニットは、上記レンズ系の光学軸から離れて横方向に移動できる少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素と、上記レンズ系の光学軸に沿って軸方向に移動できる少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素とを備え、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素は、空隙によって、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素から分離され、上記物体から上記空隙を通過した光は実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１７】
請求項１４に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの横方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１８】
請求項１５に記載のズームレンズ系において、
上記物体から上記系を通過した光は、上記少なくとも１つの軸方向に移動可能なレンズ要素において、実質的に平行にされることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項１９】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
１つ以上の付加的な中間実像が、上記物体と上記最終像との間に形成されることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２０】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像の大きさ（倍率）を変化させるために、１つ以上の付加的な光学ユニットを更に備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２１】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記第１中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の空域に形成され、ズーミング時に上記空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２２】
請求項１９に記載のズームレンズ系において、
上記１つ以上の付加的な中間実像は、上記ズームレンズ系内の光学要素の間の１つ以上の空域に形成され、ズーミング時に上記１つ以上の空域内に留まることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２３】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２４】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの回折光学表面を備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【請求項２５】
請求項１に記載のズームレンズ系において、
上記系は、少なくとも１つの非球光学表面と少なくとも１つの回折光学表面とを備えていることを特徴とするズームレンズ系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２Ａ】
【図７２Ｂ】
【図７２Ｃ】
【図７２Ｄ】
【図７３Ａ】
【図７３Ｂ】
【図７３Ｃ】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図２】
【図３】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２Ａ】
【図７２Ｂ】
【図７２Ｃ】
【図７２Ｄ】
【図７３Ａ】
【図７３Ｂ】
【図７３Ｃ】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【公表番号】特表２００６−５１２５９５（Ｐ２００６−５１２５９５Ａ）
【公表日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５２３５３６（Ｐ２００４−５２３５３６）
【出願日】平成１５年７月１８日（２００３．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２２４１８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０１０１９９
【国際公開日】平成１６年１月２９日（２００４．１．２９）
【出願人】（５９８１０００５８）パナビジョン・インコーポレイテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＰＡＮＡＶＩＳＩＯＮ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年７月１８日（２００３．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２２４１８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０１０１９９
【国際公開日】平成１６年１月２９日（２００４．１．２９）
【出願人】（５９８１０００５８）パナビジョン・インコーポレイテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＰＡＮＡＶＩＳＩＯＮ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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