JP2006053377A - 望遠レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 無限遠物点から近距離物点まで（例えば結像倍率で−０．１５近傍まで）の物点距離全域において諸収差が良好に補正され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群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３群Ｇ３とを備える。第２群Ｇ２を光軸方向に移動してフォーカス調整を行う。第１群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、少なくとも１枚の正レンズＬ１２〜Ｌ１４と、１枚の負レンズＬ１５とで構成されている。第２群Ｇ２は、少なくとも２枚の負レンズＬ２１，Ｌ２２からなり、第３群Ｇ３は、負レンズＬ３１および正レンズＬ３２からなる接合レンズを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＣＣＴＶ（Closed Circuit Television）カメラやＦＡ（Factory Automation）用ビデオカメラに用いられる、例えば画角１２°、開放Ｆナンバー１．８程度の望遠レンズに関する。

撮影レンズにおけるフォーカス方式には、レンズ系全体を移動させる方式とレンズの系の一部を移動させる方式とがある。望遠レンズの場合には、標準レンズに比べてレンズ系が大型化して重量も重くなるので、レンズの系の一部を移動させる方式を採用していることが多い。

例えば特許文献１〜３には、３５ｍｍ版写真用で画角１２°程度の望遠レンズとして、物体側から順に正、負、正の屈折力を有する３群構成で、負の屈折力の第２群を動かしてフォーカスを行うインナーフォーカス式のものが記載されている。また、特許文献４には、同様の３群構成の望遠レンズにおいて、負の屈折力の第２群を２つの群に分割し、それらを独立に像側へ移動してフォーカスする式のものが記載されている。これら特許文献１〜４に記載の望遠レンズはいずれも、第１群が、最も物体側に正レンズが先行配置された構成となっている。
特公平７−９５１４３号公報 特許第３０８４８１０号公報 特開平６−２０１９８８号公報 特公平５−４２６４３号公報

特許文献１〜４に記載の望遠レンズはいずれも、無限遠物点から至近距離に亘り光学性能が比較的良好なインナーフォーカス方式の光学系である。しかしながらいずれも、第１群において正レンズが先行配置された構成であることから、例えば、至近時に物点からの発散光が凸面である第１面で急激に屈折されるために生ずる球面収差が補正不足として残りやすいという問題がある。さらに、大口径化や、近距離性能をより短い距離まで得ようとすると、特にフレアー成分が大きくなり、その補正のためにレンズ枚数の増加や、レンズ系の大型化を招きやすいという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、無限遠物点から近距離物点まで（例えば結像倍率で−０．１５近傍まで）の物点距離全域において諸収差が良好に補正された望遠レンズを提供することにある。

本発明による望遠レンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、正の屈折力を有する第３群とを備え、かつ、第２群を光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うようになされている。そして、第１群が、物体側より順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、少なくとも１枚の正レンズと、１枚の負レンズとで構成されているものである。

本発明による望遠レンズでは、物体側から順に正、負、正の屈折力を有する３群構成のレンズタイプにおいて、負の屈折力の第２群を動かしてフォーカスが行われる。特に第１群に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを先行配置し、続いて、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを配置したことで、正レンズを先行配置した従来の構成に比べて、フォーカス群である第２群の移動距離を十分確保しつつ、フォーカス時の収差変動を良好に補正しやすくなり、近距離性能を確保しやすくなる。
そしてさらに、要求される仕様等に応じて次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、無限遠物点から近距離物点までの物点距離全域において諸収差がより良好に補正される。

本発明による望遠レンズにおいて、第２群は、少なくとも２枚の負レンズからなり、第３群は、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズを有することが好ましい。この場合さらに、第３群の負レンズの屈折率をＮｎ３、第３群の正レンズの屈折率をＮｐ３として、以下の条件式（１）を満足するように構成されていることが好ましい。
Ｎｎ３≦Ｎｐ３ ……（１）

本発明による望遠レンズはまた、以下の条件式（２）〜（４）を満足するように構成されていることが好ましい。式中、ｆは全系の焦点距離、ｆ１は第１群の焦点距離、ｆ２は第２群の焦点距離、ｆ３は第３群の焦点距離を示す。
０．６６≦ｆ１／ｆ≦０．７３ ……（２）
０．３３≦｜ｆ２｜／ｆ≦０．４８ ……（３）
０．４６≦ｆ３／ｆ≦０．６３ ……（４）

本発明の望遠レンズによれば、物体側から順に正、負、正の屈折力を有する３群構成で、第２群を動かしてフォーカスを行うインナーフォーカス式とし、第１群に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズを先行配置し、続いて、少なくとも１枚の正レンズと１枚の負レンズとを配置するようにしたので、フォーカス群である第２群の移動距離を十分確保しつつ、無限遠物点から近距離物点までの物点距離全域において諸収差を良好に補正することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図４（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。また図２は、第２の構成例を示している。この構成例は、後述の第２の数値実施例（図５（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。また図３は、第３の構成例を示している。この構成例は、後述の第３の数値実施例（図６（Ａ），（Ｂ））のレンズ構成に対応している。なお、図１〜図３では無限遠物点にフォーカスされている状態でのレンズ配置を示す。図１〜図３において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では図１に示した第１の構成例を基本にして説明する。

この望遠レンズは、例えばＣＣＴＶカメラやＦＡ用ビデオカメラに搭載されて使用して好適なものである。その他、写真用カメラ等、種々の光学系にも使用可能である。この望遠レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３群Ｇ３とを備えている。開口絞りＳｔは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間に配置されている。この望遠レンズは、図示したように第２群Ｇ２をフォーカス群として、光軸Ｚ１に沿って像側に移動させることで、無限遠物点から近距離物点までのフォーカス調整が可能となっている。

この望遠レンズの結像面（撮像面）Ｓｉｍｇには、例えば図示しない撮像素子が配置される。第３群Ｇ３と撮像面との間には、光学フィルタＧＦが配置されている。そのほか、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、種々の光学部材が配置されていても良い。例えば撮像面保護用のカバーガラスが配置されていても良い。

第１群Ｇ１は、物体側より順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１と、少なくとも１枚の正レンズＬ１２〜Ｌ１４と、１枚の負レンズＬ１５とで構成されている。正レンズＬ１２〜Ｌ１４はそれぞれ例えば、両凸レンズとなっている。ただし、図２の第２の構成例では、正レンズＬ１２が物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとなっている。負レンズＬ１５は例えば、両凹レンズとなっている。

第２群Ｇ２は、少なくとも２枚の負レンズＬ２１，Ｌ２２で構成されている。負レンズＬ２１は例えば、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとなっている。負レンズＬ２２は例えば、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとなっている。ただし、図３の第３の構成例では、負レンズＬ２２が両凹レンズとなっている。

第３群Ｇ３は、負レンズＬ３１および正レンズＬ３２からなる接合レンズを有している。負レンズＬ３１は例えば、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとなっている。正レンズＬ３２は例えば、両凸レンズとなっている。第３群Ｇ３の構成に関し、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。Ｎｎ３は負レンズＬ３１の屈折率、Ｎｐ３は正レンズＬ３２の屈折率を示す。
Ｎｎ３≦Ｎｐ３ ……（１）

この望遠レンズは、以下の条件式（２）〜（４）を満足するように構成されていることが好ましい。式中、ｆは全系の焦点距離、ｆ１は第１群Ｇ１の焦点距離、ｆ２は第２群Ｇ２の焦点距離、ｆ３は第３群Ｇ３の焦点距離を示す。
０．６６≦ｆ１／ｆ≦０．７３ ……（２）
０．３３≦｜ｆ２｜／ｆ≦０．４８ ……（３）
０．４６≦ｆ３／ｆ≦０．６３ ……（４）

次に、以上のように構成された望遠レンズの作用および効果を説明する。

この望遠レンズでは、物体側から順に正、負、正の屈折力を有する３群構成のレンズタイプにおいて、負の屈折力の第２群Ｇ２を動かしてフォーカスが行われる。特に第１群Ｇ１の構成として、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１を先行配置し、続いて、少なくとも１枚の正レンズＬ１２〜Ｌ１４と１枚の負レンズＬ１５とを配置したことで、正レンズを先行配置した従来の構成に比べて、フォーカス群である第２群Ｇ２の移動距離を十分確保しつつ、フォーカス時の収差変動を良好に補正しやすくなり、近距離性能を確保しやすくなる。例えば、正レンズを先行配置した場合には、至近時に物点からの発散光が凸面である第１面で急激に屈折されるために生ずる球面収差が補正不足として残りやすいが、負メニスカスレンズＬ１１を先行配置することでそれを補正しやすくなる。また正レンズを先行配置した場合には、近距離性能をより短い距離まで得ようとすると、特にフレアー成分が大きくなり、その補正のためにレンズ枚数の増加や、レンズ系の大型化を招きやすいという問題があるが、この望遠レンズではそれが解決される。

条件式（１）は、第３群Ｇ３の接合レンズにおける負レンズＬ３１と正レンズＬ３２との屈折率の適切な関係を規定している。条件式（１）の条件を外れ、負レンズＬ３１の屈折率Ｎｎ３が正レンズＬ３２の屈折率Ｎｐ３よりも大きくなると、ペッツバール和がプラス側に大きくなり、像面がアンダーに倒れるので好ましくない。

条件式（２）〜（４）は、各群の屈折力の適切な関係を規定している。各条件式の下限を下回ると、各群の屈折力が大きくなりすぎ、諸収差の補正が困難になるので好ましくない。また、フォーカスによる収差変動も大きくなってしまう。一方、上限を上回ると、各群の屈折力が小さくなりすぎ、全長が長くなるので好ましくない。また、フォーカスのための第２群Ｇ２の移動量が大きくなってしまい、至近距離までフォーカスすることが困難になってしまう。

以上説明したように、第１群Ｇ１に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１１を先行配置し、それに続くレンズ構成を適切なものにしたので、フォーカス群である第２群Ｇ２の移動距離を十分確保しつつ、無限遠物点から近距離物点まで（例えば結像倍率で−０．１５近傍まで）の物点距離全域において諸収差を良好に補正することができる。これにより、例えば画角１２°、開放Ｆナンバー１．８程度の高性能な望遠レンズを実現できる。

次に、本実施の形態に係る望遠レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第３の数値実施例（実施例１〜３）をまとめて説明する。

図４（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。また、図５（Ａ），（Ｂ）は、図２に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例２）を示している。また、図６（Ａ），（Ｂ）は、図３に示した望遠レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例３）を示している。

図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ）には基本的なレンズデータを示す。これらに示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例に係る望遠レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２０）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１〜図３において付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、同様に物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｉの欄には、光学フィルタＧＦも含めて、物体側からｉ番目のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、光学部材ＧＦも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１０）のレンズ要素のアッベ数の値を示す。図４（Ａ），図５（Ａ），図６（Ａ）にはまた、物点距離が無限遠時の焦点距離ｆの値（ｍｍ）とＦナンバー（ＦＮＯ．）の値と画角２ω（ωは半画角）とについても示す。

各実施例に係る望遠レンズは、フォーカスに伴って第２群Ｇ２が光軸上を移動するため、第２群Ｇ２の前後の面間隔Ｄ１１，Ｄ１５の値は可変となっている。図４（Ｂ），図５（Ｂ），図６（Ｂ）には、フォーカスに伴って変動するこれら面間隔Ｄ１１，Ｄ１５のデータを示す。特に、物点距離が無限遠時と０．５ｍの近距離時とにおけるデータを示す。

図７（Ａ）〜（Ｃ）には、上述の条件式（１）〜（４）に関する値を、各実施例についてまとめたものを示す。特に図７（Ａ）には条件式（１）に関する値を、図７（Ｂ），（Ｃ）には条件式（２）〜（４）に関する値を示す。これらから分かるように、各実施例の値が、各条件式（１）〜（４）の条件を満足している。

図８（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に係る望遠レンズにおいて無限遠物点にフォーカスした場合における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。図９（Ａ）〜（Ｄ）は、近距離物点（結像倍率（横倍率）−０．１５０）にフォーカスした場合における、同様の各収差を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２についての無限遠物点時の諸収差を図１０（Ａ）〜（Ｄ）に、近距離物点時（横倍率−０．１５１）の諸収差を図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示す。同様に、実施例３についての無限遠物点時の諸収差を図１２（Ａ）〜（Ｄ）に、近距離物点時（横倍率−０．１５６）の諸収差を図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

以上の各数値データおよび各収差図から分かるように、各実施例について、無限遠物点から近距離物点まで（結像倍率で−０．１５近傍まで）の物点距離全域において諸収差が良好に補正された、画角１２°、開放Ｆナンバー１．８程度の高性能な望遠レンズが実現できている。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る望遠レンズの第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応するレンズ断面図である。 実施例１に係る望遠レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）はフォーカス時の第２群前後の面間隔のデータを示す。 実施例２に係る望遠レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）はフォーカス時の第２群前後の面間隔のデータを示す。 実施例３に係る望遠レンズのレンズデータを示す図であり、（Ａ）は基本的なレンズデータ、（Ｂ）はフォーカス時の第２群前後の面間隔のデータを示す。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 実施例１に係る望遠レンズにおいて無限遠物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例１に係る望遠レンズにおいて近距離物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係る望遠レンズにおいて無限遠物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例２に係る望遠レンズにおいて近距離物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係る望遠レンズにおいて無限遠物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。 実施例３に係る望遠レンズにおいて近距離物点にフォーカスした場合における諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーション、（Ｄ）は倍率色収差を示す。

符号の説明

ＧＦ…光学フィルタ、Ｇ１…第１群、Ｇ２…第２群、Ｇ３…第３群、Ｓｔ…絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims (4)

1. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、正の屈折力を有する第３群とを備え、かつ、前記第２群を光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うようになされ、
   前記第１群が、物体側より順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、少なくとも１枚の正レンズと、１枚の負レンズとで構成されている
   ことを特徴とする望遠レンズ。
2. 前記第２群は、少なくとも２枚の負レンズからなり、
   前記第３群は、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の望遠レンズ。
3. 前記第３群の前記負レンズの屈折率をＮｎ３、前記第３群の前記正レンズの屈折率をＮｐ３として、以下の条件式（１）を満足するように構成されている
   Ｎｎ３≦Ｎｐ３ ……（１）
   ことを特徴とする請求項２に記載の望遠レンズ。
4. さらに以下の条件式（２）〜（４）を満足するように構成されている
   ０．６６≦ｆ１／ｆ≦０．７３ ……（２）
   ０．３３≦｜ｆ２｜／ｆ≦０．４８ ……（３）
   ０．４６≦ｆ３／ｆ≦０．６３ ……（４）
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の望遠レンズ。
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ１：第１群の焦点距離
   ｆ２：第２群の焦点距離
   ｆ３：第３群の焦点距離
   

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