JP2004126472A

JP2004126472A - 望遠レンズ

Info

Publication number: JP2004126472A
Application number: JP2002294161A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Tokiyoda; 常世田　義文; Kenzaburo Suzuki; 鈴木　憲三郎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】色収差を良好に補正し、軽量化した望遠レンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成される望遠レンズＴＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１に回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子Ｌ１２Ｅを配置して所定条件を満足するように望遠レンズＴＬを構成することにより、比重の重い異常分散性のガラスの使用量を低減し軽量化した望遠レンズＴＬを提供する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀塩写真やデジタル写真などに使用する望遠レンズに関し、特に、画面サイズが大きい大判カメラの望遠レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に４インチ×５インチ以上の大きさのシートフィルムを使うカメラを大判カメラと呼んでいるが、この大判カメラ用の望遠レンズとしては、例えば、図６に示される構成であるテレタイプのレンズが良く知られている。このテレタイプの望遠レンズは、光路順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されており、第１レンズ群Ｇ１は、両凸レンズＬ１と両凹レンズＬ２の組み合わせレンズで構成され、第２レンズ群Ｇ２は物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ３と正レンズＬ４で構成されている。このテレタイプのレンズは第２レンズ群Ｇ２を構成する負メニスカスレンズＬ３の作用によりレンズ全長をその焦点距離よりも短くすることができるという特徴がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
写真工業編集部編，「大型カメラ用交換レンズの性能解説」，写真工業別冊ラージフォーマットカメラ，写真工業出版社，昭和４７年２月１５日，ｐ．２３１−２３２（コムラー４００ｍｍＦ８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した大判カメラ用の望遠レンズは、通常の分散特性のガラスを使用したレンズで構成されているため、色収差、特に光の波長の違いによって光軸上の結像位置が異なることに起因する軸上色収差の発生が大きいという問題があった。この軸上色収差を補正するために、異常分散性のガラスを用いた望遠レンズも存在するが、異常分散性のガラスは比重が大きく、その結果、製品の重量が重くなるという欠点がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、色収差（特に軸上色収差）を良好に補正した状態で、異常分散性のガラスの使用枚数を低減して軽量化した望遠レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る望遠レンズは、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とから構成され、第１レンズ群に回折光学面を有するように構成される。このとき、この望遠レンズの焦点距離をｆとし、この望遠レンズの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をｓとし、この望遠レンズの最も物体側のレンズ面から結像面までの光軸上の距離をｚとしたとき、式０．０５≦ｓ／ｆ≦０．３５及び０．３≦ｚ／ｆ≦０．９で表される条件を満足するように構成される。
【０００７】
なお、第１レンズ群は、貼り合わせ面または分散色収差補正面を有するように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、上述の回折光学面を有する回折光学素子が、複層型の回折光学素子（例えば、実施形態における回折光学素子Ｌ１２Ｅ）で構成されることが好ましい。
【０００９】
また、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、絞り及びシャッター機構（例えば、実施形態における絞りＳ１０）を有するように構成されることが好ましい。
【００１０】
そして、この望遠レンズは開放Ｆ値が６．３以上であるように構成されることが好ましい。
【００１１】
また、第１レンズ群が２枚以上５枚以下のガラスを材質とするレンズで構成され、第２レンズ群が２枚以上５枚以下のガラスを材質とするレンズで構成されることが好ましい。
【００１２】
また、この望遠レンズを構成する全てのレンズのアッベ数が７５以下であるように構成されることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図３はそれぞれ本発明の第１及び第２の実施形態に対応する望遠レンズＴＬの構成図であり、いずれの実施例においても、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備えており、第１レンズ群Ｇ１中に、回折光学面Ｇｆと貼り合わせ面Ｔｆ若しくは分離色収差補正面Ｈｆとを有している。ここで、貼り合わせ面とは、隣接する２つのレンズの対向する面同士が貼り合わされてなる部分（面）をいい、分離色収差補正面とは、隣接する２つのレンズの対向する面同士の曲率半径が等しいかほぼ等しく、且つ、これらの面の間隔が極めて狭くなっている部分をいい、どちらの面も色収差の補正に大きく寄与する面である。
【００１４】
図１に示す第１の実施形態に係る望遠レンズＴＬでは、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、回折光学素子Ｌ１２Ｅ、両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４との貼り合わせからなる接合レンズが設けられた構成となっている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹レンズＬ１５と両凸レンズＬ１６との貼り合わせからなる接合レンズと、両凸レンズＬ１７と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１８との貼り合わせからなる接合レンズが設けられた構成となっている。ここで、第１レンズ群Ｇ１の回折光学素子Ｌ１２Ｅは、物体側に位置する第１回折素子要素と、像側に位置し物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２である第２回折素子要素とを密着接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された密着複層型回折光学素子として構成されている。また、第１レンズ群Ｇ１の両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４との間には貼り合わせ面Ｔｆが存在している。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に開口絞りＳ１０が配置されている。なお、図１では開口絞りＳ１０のみを図示しているが、実際の望遠レンズＴＬではシャッター機構も一体に構成されている。
【００１５】
図３に示す第２の実施形態に係る望遠レンズＴＬでは、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、回折光学素子Ｌ２１Ｅと、両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との貼り合わせからなる接合レンズが設けられた構成となっている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５とが設けられた構成となっている。ここで、第１レンズ群Ｇ１の回折光学素子Ｌ２１Ｅは、物体側に位置し物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１である第１回折素子要素と、像側に位置する第２回折素子要素とを密着接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された密着複層型回折光学素子として構成されている。また、第１レンズ群Ｇ１の両凸レンズＬ２２と両凹レンズＬ２３との間には貼り合わせ面Ｔｆが存在している。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に開口絞りＳ２０が配置されている。なお、図３では開口絞りＳ２０のみを図示しているが、実際の望遠レンズＴＬではシャッター機構も一体に構成されている。なお、第１及び第２の実施形態ではいずれも貼り合わせ面Ｔｆを用いているが、分離色収差補正面Ｈｆを用いて色収差の補正を行うことも可能である。
【００１６】
ここで、回折光学面について説明する。本発明に係る望遠レンズＴＬでは、色収差の補正のために回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅを用いる。回折光学素子は、微小間隔（約１ｍｍ）当り数百本程度の細かい等間隔のスリット状若しくは溝状の格子構造を同心円状に備えて作られた回折光学面を有する光学素子であり、光が入射されると、格子ピッチ（スリットや溝の間隔）と光の波長とで定まる方向に回折光束を生じさせる性質を有している。このような回折光学面を有する回折光学素子は種々の光学系に用いられており、例えば、特定次数の回折光を一点に集めてレンズとして使用するものなどが知られている。この回折光学素子Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅの回折光学面Ｇｆは分散特性が通常のガラス（屈折光学素子）とは逆で光の波長の減少にともなって屈折率が減少する性質（すなわち負の分散特性）を有しており、上述の色収差を補正する大きな色消し効果が得られるため、この回折光学素子Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅを利用することにより異常分散性のガラスを使用しないか若しくは使用枚数を減らしても、色収差を良好に補正することができ、軽量化を達成することができる。
【００１７】
しかし、本発明に係る望遠レンズＴＬの回折光学面Ｇｆのアッベ数は、後述の通り−３．４５とゼロに近く、非常に大きな負の分散特性を有している。また、回折光学面Ｇｆに入射する光の波長に対する屈折角の変化は、通常硝種（ガラスや樹脂など）に入射する光の波長に対する屈折角の変化とは異なる。従って、単に、回折光学面Ｇｆを用いただけでは、色消し効果が大きく色収差が通常硝種とは逆方向に大きく発生してしまい、且つ、この回折光学面Ｇｆで補正されずに残った色収差である２次スペクトルが焦点距離の長い望遠レンズでは大きく発生してしまう可能性がある。これらの色収差を抑えるために、通常硝種による貼り合わせ面Ｔｆまたは分離色収差補正面Ｈｆを用いることが好ましい。特に、これらの面を、最も物体側に近い第１レンズ群Ｇ１中に用いると、色収差補正効果をより大きくすることが可能である。
【００１８】
さらに本発明に係る望遠レンズＴＬは、この望遠レンズＴＬの焦点距離をｆとし、この望遠レンズＴＬの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をｓとし、そして、この望遠レンズＴＬの最も物体側のレンズ面から結像面までの光軸上の距離をｚとしたとき、下の両式（１），（２）で表される条件を満足することが好ましい。
【００１９】
【数１】
０．０５≦ｓ／ｆ≦０．３５　…　（１）
０．３≦ｚ／ｆ≦０．９　　…　（２）
【００２０】
上記式（１），（２）は、大判カメラ用望遠レンズとして好適な形状を得るための条件である。条件（１）の上限を超えると、望遠レンズＴＬの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離ｓが長くなりすぎ、大判カメラでの使用上不便な形状となってしまう。また、条件（１）の下限を超えると、第１レンズ群の屈折力及び第２レンズ群の屈折力ともに大きくなるため、収差補正上不利となる。また、条件（２）の上限を超えると、いわゆるテレタイプのレンズ形状ではなくなり、焦点距離とほぼ等しい蛇腹間隔を必要とするようになり、使用上不便となる。また、条件（２）の下限を超えると、第１レンズ群の屈折力及び第２レンズ群の屈折力がともに大きくなってしまうため、収差補正上不利となる。なお、ここで、条件（１）の上限を０．３、下限を０．１とする内の少なくとも一つに限定すれば、さらに良い結果が得られる。また、同様に、条件（２）の上限を０．８５、下限を０．３５とする内の少なくとも一つに限定すれば、さらに良い結果が得られる。
【００２１】
本発明に係る望遠レンズＴＬは、大判カメラに好適に用いる望遠レンズとするために、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に絞り及びシャッター機構を有するように構成されている。このような構成はいわゆるレンズシャッターを組み込むことで実現することができる。
【００２２】
また、本発明では、望遠レンズＴＬの軽量化を図るために、この望遠レンズＴＬの開放Ｆ値（開放Ｆナンバー値）を６．３以上としている。開放Ｆ値の増大にともなってレンズ口径が小さくなるため、軽量化を図ることができる。
【００２３】
さらに、望遠レンズＴＬの軽量化を図るために、望遠レンズＴＬを構成する全てのレンズのアッベ数νｄが７５以下のものを使用している。アッベ数νｄが７５より大きい値のガラスは、比重が大きいガラスの可能性が高く、望遠レンズの軽量化という点からは避けた方が好ましい。
【００２４】
また、上述した回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅは、図５に示す、いわゆる複層型回折光学素子で構成されることが好ましい。複層型回折光学素子は、異なる材料により回折光学面（回折格子溝）が構成されるものであり、ｇ線（４３５．８ｎｍ）からＣ線（６５６．３ｎｍ）までの広波長領域で回折効率を９０％以上に高くすることが可能な回折光学素子である。なお、回折効率とは、透過型の回折光学素子において、入射する光の強度Ｉ_０と一次回折光の強度Ｉ_１との割合η（＝Ｉ_１／Ｉ_０×１００％）とする。
【００２５】
図５（Ｂ）は、互いに異なる材料からなる、鋸歯形状の第１の回折格子溝１１０を有する第１の回折素子要素ａ２０と第１の回折格子溝１１０とは異なる高さである鋸歯形状の第２の回折格子溝１２０を有する第２の回折素子要素ｂ２０とから構成され、それぞれの回折格子溝１１０，１２０が対向して例えば空気１３０を挟んで極めて近接した距離を有して分離された状態で配置されている分離複層型回折光学素子を示している。ここで、特定の２波長に対して色消し条件を満足させるように、第１の回折格子溝１１０の高さｄ１１０を所定の値に決定し、第２の回折格子溝１２０の高さｄ１２０を所定の値に決定すると、これにより、特定の２波長に対しては回折効率が１．０となり、その他の波長に対してもかなり高い回折効率を得ることができるようになる。
【００２６】
図５（Ａ）は、互いに異なる材料からなる、第１の回折素子要素ａ１０と第２の回折素子要素ｂ１０とが密着接合され、これらの回折素子要素の接合面に鋸歯形状の回折格子溝１００を有するように構成された密着複層型回折光学素子である。図５（Ｂ）に示した分離複層型回折光学素子に比べて、製造工程が簡素化でき、量産効率が良く、入射画角に対する回折効率が良いという長所がある。なお、上述の回折格子溝１００，１１０，１２０はいずれも鋸歯形状をしているが、本発明がこれに限定されるわけではない。
【００２７】
また、本発明に係る望遠レンズＴＬを高性能化するためには、少なくとも、第１レンズ群Ｇ１中に２枚以上のガラスを材料とするレンズを有し、第２レンズ群Ｇ２中に２枚以上のガラスを材料とするレンズを有するように構成されることが好ましい。これは、上述の色補正のためには少なくとも２枚のレンズが必要だからである。しかし、ガラスを材料とするレンズの枚数が増えると、望遠レンズＴＬの重量が重くなりすぎるため、両レンズ群とも、ガラスを材料とするレンズの枚数は５枚以内とすることが好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明に係る望遠レンズの具体的な実施例について説明する。下に示す２つの実施例では、上述した第１及び第２の実施形態に係る望遠レンズＴＬそれぞれに対応しており、したがって、第１及び第２の実施形態についてのレンズ構成図（図１，図３）はそれぞれ、下の第１及び第２実施例のレンズ構成を示している。なお、各実施例において回折光学素子（Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅ）は、図５（Ａ）に示した密着複層型回折光学素子を用いた。
【００２９】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量またはサグ量）をＺ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、２次の非球面係数をＣ_２、４次の非球面係数をＣ_４、６次の非球面係数をＣ_６、８次の非球面係数をＣ_８、１０次の非球面係数をＣ_１０としたとき、下の式（３），（４）で表されるものとした。
【００３０】
【数２】
Ｚ（ｙ）＝（ｙ^２／ｒ）／（１＋（１−κ（ｙ^２／ｒ^２））^１／２）
＋Ｃ_２ｙ^２＋Ｃ_４ｙ^４＋Ｃ_６ｙ^６＋Ｃ_８ｙ^８＋Ｃ_１０ｙ^１０　　　…（３）
Ｒ＝１／（（１／ｒ）＋２Ｃ_２）　　　　　　　　　　　…（４）
【００３１】
各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と前記非球面式（３）、（４）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータとして、すなわち、前記非球面式（３）、（４）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した回折光学面の具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００３４】
（第１実施例）
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す。本実施例では異常分散性のガラスは使用していない。表２における面番号１〜１６は本第１実施例に係る望遠レンズに関するものであり、それぞれ図１における符号１〜１６に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、νｄはアッベ数を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率をそれぞれ示している。また、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記のない場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。なお、非球面係数Ｃ_ｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０^−０９」等を示す。以上の表２の記号の説明は、以降の実施例の表においても同様である。
【００３５】
【表２】

【００３６】
このように本実施例では、上記条件式（１），（２）は全て満たされており、また、開放Ｆ値が６．３以上で、各レンズのアッベ数も７５以下であることが分かる。
【００３７】
また、図２は第１実施例における光学系の諸収差図である。各収差図においてＦＮＯはＦ値（Ｆナンバー値）を、Ｙは像高を、Ｄはｄ線を、Ｇはｇ線を、ＣはＣ線を、ＦはＦ線をそれぞれ指している。また、球面収差図では最大口径に対するＦ値（開放Ｆ値）を、非点収差図及び歪曲収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。さらに、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、以降の他の収差図についても同様である。各収差図から明らかなように、本第１実施例では、異常分散性のガラスを使用していないにもかかわらず、諸収差が良好に補正されており、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００３８】
なお、本第１実施例の光学系のガラス重量は、約４３０ｇであり、異常分散性のガラスを用いた従来品の約７５％の重さとなっており、軽量化された望遠レンズを提供することができる。。
【００３９】
（第２実施例）
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。本実施例では異常分散性のガラスは使用していない。表３における面番号１〜１２は本発明の望遠レンズに関するものであり、それぞれ図３の符号１〜１２に対応する。
【００４０】
【表３】

【００４１】
このように本実施例では、上記条件式（１），（２）は全て満たされており、また、開放Ｆ値が６．３以上であり、各レンズのアッベ数も７５以下であることが分かる。また、図４は第２実施例における光学系の諸収差図であるが、各収差図から明らかなように、異常分散性のガラスを使用していないにもかかわらず、諸収差が良好に補正されており、優れた結像性能が確保されていることが分かる。なお、本第２実施例の光学系のガラス重量は、約１，５００ｇであり、異常分散性のガラスを用いた従来品の約８０％の重さとなっており、軽量化した望遠レンズを提供することができる。
【００４２】
以上の実施例からも分かるように、本発明に係る望遠レンズは、色収差（特に軸上色収差）を良好に補正した状態で、異常分散性のガラスの使用枚数を低減することができ、軽量化した望遠レンズを提供することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る望遠レンズは、回折光学面を有した回折光学素子を使用しているため、この回折光学素子の作用で色収差（特に軸上色収差）を良好に補正することにより異常分散性のガラスの使用枚数を低減することができ、軽量化した望遠レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る望遠レンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る望遠レンズの諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る望遠レンズのレンズ構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る望遠レンズの諸収差図である。
【図５】本発明に係る望遠レンズに使用する複層型回折光学素子の模式断面図であり、（Ａ）は密着複層型回折光学素子の模式断面図であり、（Ｂ）は分離複層型回折光学素子の模式断面図である。
【図６】大判カメラ用に用いられる従来の望遠レンズのレンズ構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ１　第１レンズ群
Ｇ２　第２レンズ群
Ｇｆ　回折光学面
Ｌ１２Ｅ，Ｌ２１Ｅ　回折光学素子
Ｓ１０，Ｓ２０　開口絞り

Claims

物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とを備えてなる望遠レンズにおいて、
前記第１レンズ群に回折光学面を有し、
前記望遠レンズの焦点距離をｆとし、前記望遠レンズの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をｓとし、前記望遠レンズの最も物体側のレンズ面から結像面までの光軸上の距離をｚとしたとき、両式
０．０５≦ｓ／ｆ≦０．３５
０．３≦ｚ／ｆ≦０．９
で表される条件を満足することを特徴とする望遠レンズ。
前記第１レンズ群は、貼り合わせ面または分離色収差補正面を有することを特徴する請求項１に記載の望遠レンズ。
前記回折光学面を有する回折光学素子が、複層型の回折光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の望遠レンズ
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に、絞り及びシャッター機構を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の望遠レンズ。
開放Ｆ値が６．３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の望遠レンズ。
前記第１レンズ群が、２枚以上５枚以下のガラスを材質とするレンズで構成され、
前記第２レンズ群が、２枚以上５枚以下のガラスを材質とするレンズで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の望遠レンズ。
前記望遠レンズを構成する全てのレンズのアッベ数が７５以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の望遠レンズ。