JP2008129403A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

光学系及びそれを有する撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 広画角で画面全体にわたり諸収差を良好に補正した高い光学性能が容易に得られる光学系及びそれを有する撮像装置を得ること。
【解決手段】 物体側から像側へ順に、フォーカスのためには不動の第1レンズ群、開口絞りを有しフォーカスのため移動する正の屈折力の第2レンズ群から構成され、
該第1レンズ群は、負レンズのみから成る第1Aレンズ群と、
最も物体側に正レンズが位置し、複数のレンズより成る正の屈折力の第1Bレンズ群を有し、
該第1Aレンズ群は像側が凹面でメニスカス形状の3以上の負レンズを有し、該3以上の負レンズのレンズ面のうち少なくとも1つの面Ra1は非球面形状であり、
該第1Bレンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL1Bpの材料のアッベ数νdと部分分散比θgFを適切に設定したこと。
【選択図】図1

Description

本発明は光学系に関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ、或いは監視用カメラ等の撮像装置に好適なものである。
近年、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置においては、広画角で高画質の画像が得られることが要望されている。
特にデジタル一眼レフカメラでは、それに用いる撮像素子の高画素化により、撮影レンズに関して広画角で高解像度であることが強く求められるようになってきている。
このような撮影レンズとして、撮影画角が110度程度と広画角で、しかもバックフォーカスが長い撮影レンズが知られている(特許文献1〜4)。
特許文献1では、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と正の屈折力の第2レンズ群の2群で構成し、各レンズ群のパワー配置と非球面の位置を適切に設定している。特許文献1は、長いバックフォーカスを有し、優れた結像性能を有したレトロフォーカスレンズを開示している。
特許文献2では、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と正の屈折力の第2レンズ群を有し、各レンズ群のパワー配置、非球面形状、各レンズ群内のレンズ構成等を適切に規定している。特許文献2は、諸収差を良好に補正した画角106度のレトロフォーカス型超広角レンズを開示している。
特許文献3では、物体側から像側へ順に負の屈折力を有する第1レンズ群と正の屈折力を有する第2レンズ群により構成され、各レンズ群を適切なパワー配置にし、開口絞りを適切な位置に配置している。特許文献3は大口径で包括画角約114度の超広画角を有したレトロフォーカス型の超広角レンズを開示している。
特許文献4では、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群と正の屈折力の第2レンズ群を有し、各レンズ群のパワー配置を適切に規定している。特許文献4は収差とフォーカスの際の収差変動が良好に補正されたコンパクトなリヤーフォーカス式の超広角レンズを開示している。
特開2005−292344号公報 特開2004−102100号公報 特開2005−316398号公報 特開平05−034592号公報
レトロフォーカス型の光学系においては、全系に対する負の屈折力の第1レンズ群と正の屈折力の第2レンズ群との屈折力比が広画角化を図るのに重要になってくる。更に各レンズ群を構成するレンズ形状やレンズの材料のアッベ数や部分分散比等を適切に設定することが広画角化を図りつつ高い光学性能を得るのに重要になってくる。
又、非球面を用いるときは、光学系中に配置する位置及びその非球面形状を適切に設定することが広画角化を図る上で重要になってくる。
特許文献1に開示されているレトロフォーカスレンズは、色フレアが良好に補正されてはいるが、歪曲収差が画面中心から画面周辺に至る間に糸巻き型から樽型へと変化し、不自然な光学特性になっている。
特許文献2に開示されているレトロフォーカス型超広角レンズは、歪曲収差が良好に補正されているものが、低い像高での倍率色収差が大きくなっている。
特許文献3に開示されている超広角レンズでは、歪曲収差と像面歪曲が良好に補正されているが、焦点距離に対する光学全長が長くなり大型化する傾向がある。
特許文献4に開示されているリヤーフォーカス式の超広角レンズは、光学系全体が比較的小型ではあるが、歪曲収差と倍率色収差が多く残存する傾向がある。
本発明は、広画角で画面全体にわたり諸収差を良好に補正した高い光学性能が容易に得られる光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、フォーカスのためには不動の第1レンズ群、開口絞りを有しフォーカスのため移動する正の屈折力の第2レンズ群から構成され、
該第1レンズ群は、負レンズのみから成る第1Aレンズ群と、
最も物体側に正レンズが位置し、複数のレンズより成る正の屈折力の第1Bレンズ群を有し、
該第1Aレンズ群は像側が凹面でメニスカス形状の3以上の負レンズを有し、該3以上の負レンズのレンズ面のうち少なくとも1つの面Ra1は非球面形状であり、
該第1Bレンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL1Bpの材料のアッベ数をνd1p、
該正レンズL1Bpの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順にNg1p、Nd1p、NF1p、NC1p、
該第1Bレンズ群と全系の焦点距離を各々f1B、fとし、
θgF1p=(Ng1p−Nd1p)/(NF1p−NC1p)
とおくとき、
0.300<f/f1B<1.500
θgF1p+2.0×10−3・νd1p<0.656
νd1p<45.0
なる条件を満足することを特徴としている。
本発明によれば、広画角で画面全体にわたり諸収差を良好に補正した高い光学性能が容易に得られる光学系及びそれを有する撮像装置を達成することができる。
図1は本発明の実施例1の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図2は本発明の実施例1の光学系の無限遠物体に合焦しているときの諸収差図である。
図3は本発明の実施例2の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図4は本発明の実施例2の光学系の無限遠物体に合焦しているときの諸収差図である。
図5は本発明の実施例3の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図6は本発明の実施例3の光学系の無限遠物体に合焦しているときの諸収差図である。
図7は本発明の実施例4の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図8は本発明の実施例4の光学系の無限遠物体に合焦しているときの諸収差図である。
図9は本発明の実施例5の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図10は本発明の実施例5の光学系の無限遠物体に合焦しているときの諸収差図である。
図11、図12は本発明に係るアッベ数と部分分散比との関係を示す説明図である。
図13は本発明の光学系を撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラに適用したときの要部断面図である。図14は本発明に係る非球面量の説明図である。
レンズ断面図において、左方が物体側(前方)で、右方が像側(後方)である。各実施例の光学系は撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。
レンズ断面図において、L1はフォーカスに際して不動の正又は負の屈折力(パワー=焦点距離の逆数)の第1レンズ群である。
第1レンズ群L1は負レンズのみから成る負の屈折力の第L1Aレンズ群L1Aと、最も物体側に正レンズが位置し、複数のレンズを有する正の屈折力の第L1Bレンズ群L1Bとを有している。
第L1Aレンズ群L1Aは、像側の面が凹面で、メニスカス形状の負レンズが3枚以上連続して配置されている。
L2は正の屈折力の第2レンズ群であり、フォーカス機能(合焦機能)を有している。
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して第2レンズ群L2は矢印の如く物体側に移動する。
IPは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはCCDセンサーやCMOSセンサー等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面、銀塩フィルム用のカメラのときはフィルム面等の感光面に相当する。
iを物体側から像側へレンズの順番を示し、Giは第iレンズである。第iレンズGiにおいて、*印の面は非球面形状であることを示している。
収差図において、dはd線、gはg線、S.Cは正弦条件である。ΔMはメリディオナル像面、ΔSはサジタル像面である。倍率色収差はg線によって表している。FnoはFナンバー、ωは半画角である。
各実施例において、第1レンズ群L1はメニスカス形状の負レンズのみから成る第1Aレンズ群L1Aと、最も物体側に正レンズが位置し、複数のレンズより成る正の屈折力の第1Bレンズ群L1Bを有している。
第1Aレンズ群L1Aを負レンズのみで構成することにより、開口絞りSPより物体側の軸外光線の高さの高い位置に正レンズを用いないようにしている。この構成により歪曲や倍率色収差の画角特性の湾曲を防いでいる。
第1Aレンズ群L1Aは像側が凹面でメニスカス形状の3以上の負レンズを有し、この3以上の負レンズのレンズ面のうち少なくとも1つの面Ra1は非球面形状である。
以下、面Ra1を第1の非球面という。
ここで、第1の非球面Ra1の非球面形状は、第1の非球面Ra1が凹形状のとき(像側の面が非球面のとき)はレンズ中心に比べてレンズ周辺部で負の屈折力が弱くなる形状より成る。又、第1の非球面Ra1が凸形状のとき(物体側の面が非球面のとき)はレンズ中心に比べレンズ周辺部で正の屈折力が強くなる形状より成る。
即ち、各実施例は第1レンズ群L1A中に光軸上に比べて最周辺部で負の屈折力が弱くなるかまたは、正の屈折力が強くなる形状の第1の非球面Ra1を有している。この非球面Ra1はレトロフォーカスタイプで発生しやすい樽型の歪曲を糸巻き型方向に補正する効果を有している。
歪曲収差の補正の方法として、軸外光線高さの高い位置に正レンズを用いる方法がある。しかし、この方法では歪曲の低次成分から補正がかかるため、中間像高までは樽型、画面最周辺で糸巻き型へと変化する所謂陣笠形状の不自然な歪曲になりやすい。
各実施例では、非球面形状を前述の如く適切に設定することによる画角独立性の高い歪曲補正を行い、自然な歪曲となるようにしている。
第1の非球面Ra1の像側の第2レンズ群L2を含めた複数のレンズ面のうち1つの面Ra2は非球面形状である。ここで面Ra2を第2の非球面という。第2の非球面Ra2の非球面形状は、第2の非球面Ra2が凹形状のときはレンズ中心に比べてレンズ周辺部で負の屈折力が強くなる形状より成る。又、第2の非球面Ra2が凸形状のときはレンズ中心に比べレンズ周辺部で正の屈折力が弱くなる形状より成る。
即ち、ある実施例は、第1の非球面Ra1よりも像側に光軸上に比べて最周辺部で負の屈折力が強くなるかまたは正の屈折力が弱くなる形状の第2の非球面Ra2を有している。前述のように、第1の非球面Ra1では歪曲を効果的に補正することができる。第1の非球面Ra1による歪曲補正効果を高めるために非球面量を大きくしていくと、像面湾曲が物体側に向けて倒れてくる。第2の非球面Ra2は、これを補正するためのものであり、非球面形状を前述の如く設定することにより像面湾曲を像側に倒すようにしている。これにより、像面湾曲を十分に補正しつつ歪曲を更に効果的に補正している。
各実施例では、以下の条件式(1)〜(13)のうち1以上を満足するようにしている。
第1Bレンズ群L1Bに含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL1Bpの材料のアッベ数をνd1pとする。
正レンズL1Bpの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順にNg1p、Nd1p、NF1p、NC1pとする。
第1Bレンズ群L1Bと全系の焦点距離を各々f1B、fとする。又、部分分散比θgF1pを
θgF1p=(Ng1p−Nd1p)/(NF1p−NC1p)
とおく。このとき、
0.300<f/f1B<1.500 (1)
θgF1p+2.0×10−3・νd1p<0.656 (2)
νd1p<45.0 (3)
なる条件を満足している。
尚、本実施例の光学系に用いる光学材料のアッベ数と部分分散比は次のとおりである。
フラウンフォーファ線のg線(435.8nm)、F線(486.1nm)、d線(587.6nm)、C線(656.3nm)に対する屈折率をそれぞれNg、NF、Nd、NCとする。
このときアッベ数νdとg線とd線に関する部分分散比θgdは次のとおりである。
νd=(Nd−1)/(NF−NC)
θgd=(Ng−Nd)/(NF−NC)
条件式(1)は第1Bレンズ群L1Bの正の屈折力に関する。第1レンズ群L1内のレンズ構成を強いレトロフォーカスタイプにし、像側に正の屈折力を集中させている。下限値を超えると第1Bレンズ群内での色収差補正が困難となり、上限値を超えるコマ収差の補正が困難となる。
条件式(2)は第1レンズ群L1群内の色収差補正のための正レンズL1Bpの材料の特性を規定している。
通常、負の屈折力を有するレンズ群内において、レンズ群内の色収差の補正はレンズ群内の正レンズの材料を高分散な材料で構成することにより行われる。
各実施例の第1レンズ群L1群内の色収差の補正においても同様に、正の屈折力の第1Bレンズ群L1Bを構成する正レンズL1Bpの材料に高分散な材料を選んでいる。
ところで、実在する光学材料では、高分散な材料になればなるほど部分分散が大きくなる傾向がある。高分散な材料は色収差補正に有利であるが、逆に部分分散が大きい材料は倍率色収差の2次スペクトルを悪化させるため、不利である。
第1Bレンズ群L1B内の少なくとも1枚以上の正レンズL1Bpの材料には条件式(2),(3)を満足するような高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。更に第1Bレンズ群L1B群の正の屈折力を条件式(1)を満足するように強め、軸外光線高さの不足分を補っている。
以上のようにすることで、効果的に倍率色収差を補正している。
第1Aレンズ群L1Aに含まれる負レンズのうち、少なくとも1つの負レンズL1Anの材料のアッベ数をνd1nとする。
負レンズL1Anの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順に、Ng1n、Nd1n、NF1n、NC1nとする。又、部分分散比θgF1nを
θgF1n=(Ng1n−Nd1n)/(NF1n−NC1n)
とおく。このとき、
θgF1n+1.3×10−3・νd1n>0.625 (4)
νd1n>60.0 (5)
なる条件を満足している。
条件式(4),(5)は第1Aレンズ群L1A群内の負レンズL1Anの材料の特性を規定している。第1レンズ群L1群内の色収差の補正においては、条件式(5)を満足するように、第1レンズ群L1A群の負レンズL1Anの材料に低分散な材料を選ぶのが良い。倍率色収差の2次スペクトルを良好に補正するには、更に条件式(4)を満足するように低分散でありながら部分分散の大きな材料を用いるとよい。これにより、更に効果的に倍率色収差を補正することができる。
第1Aレンズ群L1A中の第1の非球面Ra1の有効径内における参照球面からの最大非球面量をA1とするとき
0.100<A1/f<0.300 (6)
なる条件を満足している。
図14は本実施例の光学系で用いる非球面量の定義の説明図である。
図14において、RASは凹面を参照球面Rrとする非球面である。
Roを参照球面Rrの面頂点とする。非球面RASの有効径を2Hmaxとする。光軸Laからの高さHmaxにおける参照球面Rrの位置をHa、Hbとする。
このとき参照球面Rrは3点Ro、Ha、Hbを通過する円弧である。
非球面RASの参照面Rrからの非球面量DASとは、光軸La方向に沿った参照面Rrと非球面RASとの差の最大値である。
即ち、光軸Laからの任意の高さh(h<Hmax)における参照球面Rrと非球面RASの光軸方向の位置座標をRh、RAShとして、非球面量DASは、任意の高さhにおける
AS=RASh−Rh
の最大値をいう。
以下、これで定義される非球面量ASを「有効径内における参照球面からの最大非球面量」という。
条件式(6)は第1の非球面Ra1の非球面量を規定している。前述のように第1の非球面Ra1では歪曲を効果的に補正している。各実施例では物体側から像側へ順に少なくとも3枚のメニスカス形状の負レンズを連続して配置している。このため、これらの負レンズの間に正レンズが入るレンズ構成に比べて歪曲の樽型の度合いが強くなる傾向がある。
そのため第1の非球面Ra1で十分な補正効果を得るために条件式(6)を満足するように非球面量を大きくしている。
条件式(6)の下限を超えると十分な歪曲の補正効果が得にくくなる。又、上限を超えると非球面形状がきつすぎて製造が困難になる。
第2レンズ群L2に含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL2pの材料のアッベ数をνd2pとする。
正レンズL2pの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順にNg2p、Nd2p、NF2p、NC2pとする。又、部分分散比θgF2pを
θgF2p=(Ng2p−Nd2p)/(NF2p−NC2p)
とおく。このとき、
θgF2p+1.3×10−3・νd2p>0.625 (7)
νd2p>60.0 (8)
なる条件を満足している。
条件式(7),(8)は第2レンズ群L2内の正レンズL2pの材料の特性を規定している。第2レンズ群L2内の色収差の補正においては、条件式(8)を満足するように、第2レンズ群L2内の正レンズL2pの材料に低分散な材料を選ぶのが良い。
倍率色収差の2次スペクトルを良好に補正するには、更に条件式(7)を満足するように低分散でありながら部分分散の大きな材料を用いるとよい。これにより、更に効果的に倍率色収差を補正することが可能である。
第2レンズ群L2に含まれる負レンズのうち、少なくとも1つの負レンズL2nの材料のアッベ数をνd2nとする。
負レンズL2nの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順に、Ng2n、Nd2n、NF2n、NC2nとする。又、部分分散比θgF2nを
θgF2n=(Ng2n−Nd2n)/(NF2n−NC2n)
とおく。このとき、
θgF2n+2.0×10−3・νd2n<0.656 (9)
νd2n<45.0 (10)
なる条件を満足している。
条件式(9),(10)は第2レンズ群L2内の負レンズL2nの材料の特性を規定している。第2レンズ群L2内の色収差補正においては、条件式(10)を満足するように、第2レンズ群L2内の負レンズL2nの材料に高分散な材料を選ぶのが良い。
倍率色収差の2次スペクトルを良好に補正するには、更に条件式(9)を満足するように高分散でありながら部分分散の小さな材料を用いるとよい。これにより、更に効果的に倍率色収差を補正することができる。
図11は、条件式(2)、(3)及び条件式(9)、(10)が満足する領域A(θgF)を示す説明図である。
図11において横軸にアッベ数νd、縦軸に部分分散比θgFをとっている。図11における直線は式
θgF+2×10−3×νd=0.656
である。
図12は条件式(4)、(5)及び条件式(7)、(8)が満足する領域B(θgF)を示す説明図である。
図12において横軸にアッベ数νd、縦軸に部分分散比θgFを示している。図12において直線は式
θgF+1.3×10−3×νd=0.625
である。
第1レンズ群L1の焦点距離をf1とする。
第2レンズ群L2の焦点距離をf2とする。
第1Aレンズ群の焦点距離をf1Aとする。
このとき、
−0.400<f/f1<0.600 (11)
0.300<f/f2<0.700 (12)
−2.000<f/f1A<−0.600 (13)
なる条件のうち1以上を満足している。
条件式(11)は第1レンズ群L1の屈折力を規定している。バックフォーカスが長い光学系においては、第1レンズ群L1の屈折力が条件式(11)の範囲にあることが好ましい。下限を超えると第1レンズ群L1の屈折力が強くなりすぎて、コマ収差、像面湾曲等の諸収差の補正が困難になる。上限を超えると、像側にクイックリターンミラーを配置するためのバックフォーカスを長くすることが困難になる。
条件式(12)は第2レンズ群L2の屈折力を規定している。バックフォーカスが長い光学系においては、第2レンズ群L2の屈折力は条件式(12)の範囲にあることが好ましい。下限を超えると像側にクイックリターンミラーを配置するためのバックフォーカスを長くすることが困難になる。上限を超えると、第2レンズ群L2の屈折力が強くなりすぎて、コマ収差、像面湾曲等の諸収差の補正が困難になる。
条件式(13)は第1Aレンズ群L1Aの屈折力を規定している。バックフォーカスの長い光学系においては、第1Aレンズ群L1Aの屈折力は条件式(13)の範囲にあることが好ましい。下限を超えると撮影画角100度以上の十分な画角を確保することが困難になる。上限を超えると、コマ収差、像面湾曲等の諸収差の補正が困難になる。
尚、各実施例において、更に好ましくは前述の条件式(1)、(3)〜(8)、(10)〜(13)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.330<f/f1B<1.000 (1a)
νd1p<40.0 (3a)
θgF1n+1.3×10−3・νd1n>0.640 (4a)
νd1n>70.0 (5a)
0.100<A1/f<0.200 (6a)
θgF2p+1.3×10−3・νd2p>0.630 (7a)
νd2p>70.0 (8a)
νd2n<43.0 (10a)
−0.300<f/f1<0.500 (11a)
0.320<f/f2<0.650 (12a)
−1.600<f/f1A<−0.650 (13a)
また、ある実施例は、開口絞りSPを境にして物体側及び像側のレンズ群がそれぞれ正の屈折力を有している。
通常、2群構成の光学系で長いバックフォーカスを確保しつつ小型化を達成するためには、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群から構成される所謂レトロフォーカス型のパワー配置をとることが好ましい。
ある実施例では、これに対して、開口絞りSPの前後を正、正の屈折力を有するレンズ群で構成することで、超広角レンズで発生する倍率色収差、歪曲、コマ収差を良好に補正している。
ある実施例では、正の屈折力のレンズ群、開口絞り、正の屈折力のレンズ群より成る構成をとりつつも、開口絞りよりも物体側のレンズ群内を負、正の屈折力の部分レンズ群からなる強いレトロフォーカス型のパワー配置で構成している。これにより長いバックフォーカスを確保している。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
以下、各実施例について説明する。
図1に示す実施例1では、物体側から像側へ順に、第1レンズG1から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1レンズ群L1、第8レンズG8から第14レンズG14までで正の屈折力を有する第2レンズ群L2を構成している。第2レンズ群L2を物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体までのフォーカスを行っている。
第1レンズ群L1の内部構成としては、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズを連続して3枚配し(第1レンズG1〜第3レンズG3)第1Aレンズ群L1Aを構成している。第4レンズG4から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1Bレンズ群L1Bを構成している。
第1レンズ群L1中物体側から3枚目の第3レンズG3の像側に向けた凹面はレンズ周辺部で負の屈折力が弱くなる形状の第1の非球面Ra1である。そして、第1の非球面Ra1の非球面量を大きくして連続した3枚の負レンズにより発生する負の歪曲を効果的に補正している。
更に、第2レンズ群L2中最も像側にある正の第14レンズG14の像側の面には周辺部で正の屈折力が弱くなる形状の第2の非球面Ra2である。第1Bレンズ群L1B中の正の第4、第6レンズG4、G6には、比較的高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。
図3に示す実施例2では、物体側から像側へ順に、第1レンズG1から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1レンズ群L1、第8レンズG8から第14レンズG14までで正の屈折力を有する第2レンズ群L2を構成している。
第2レンズ群L2を物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体までのフォーカスを行っている。第1レンズ群L1の内部構成としては、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズを連続して4枚配し(第1レンズG1〜第4レンズG4)第1Aレンズ群L1Aを構成している。第5レンズG5から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1Bレンズ群L1Bを構成している。
第1レンズ群L1中物体側から3枚目の第3レンズG3の像側に向けた凹面はレンズ周辺部で負の屈折力が弱くなる形状の第1の非球面Ra1である。そして、第1の非球面Ra1の非球面量を大きくして連続した4枚の負レンズにより発生する負の歪曲を効果的に補正している。
更に、第2レンズ群L2中最も像側にある正の第14レンズG14の物体側の面は、周辺部で負の屈折力が強くなる形状の第2の非球面Ra2である。第1Bレンズ群L1B中の正の第5、第7レンズG5、G7には、比較的高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。
図5に示す実施例3では、物体側から像側へ順に、第1レンズG1から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1レンズ群L1、第8レンズG8から第13レンズG13までで正の屈折力を有する第2レンズ群L2を構成している。
第2レンズ群L2を物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体までのフォーカスを行っている。第1レンズ群L1の内部構成としては、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズを連続して3枚配し(第1レンズG1〜第3レンズG3)第1Aレンズ群L1Aを構成している。第4レンズG4から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1Bレンズ群L1Bを構成している。
第1レンズ群L1中物体側から3枚目の第3レンズG3の像側に向けた凹面は周辺部で負の屈折力が弱くなる形状の第1の非球面Ra1である。そして、第1の非球面Ra1の非球面量を大きくして連続した3枚の負レンズにより発生する負の歪曲を効果的に補正している。第1Bレンズ群L1B中の正の第4、第7レンズG4、G7には、比較的高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。
図7に示す実施例4では、物体側から像側へ順に、第1レンズG1から第5レンズG5までで正の屈折力を有する第1レンズ群L1、第6レンズG6から第11レンズG11までで正の屈折力を有する第2レンズ群L2を構成している。第2レンズ群L2を物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体までのフォーカスを行っている。
第1レンズ群L1の内部構成としては、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズを連続して3枚配し(第1レンズG1〜第3レンズG3)第1Aレンズ群L1Aを構成している。第4レンズG4と第5レンズG5で正の屈折力を有する第1Bレンズ群L1Bを構成している。
第1レンズ群L1中物体側から2枚目の第2レンズG2の像側に向けた凹面は周辺部で負の屈折力が弱くなる形状の第1の非球面Ra1である。そして、第1の非球面Ra1の非球面量を大きくして連続した3枚の負レンズにより発生する負の歪曲を効果的に補正している。
第1Bレンズ群L1B中の正の第5レンズG5には、比較的高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。
尚、第3レンズG3の像側には、厚さの薄い樹脂より成る非球面レンズ(R5、R6)が設けられている。ここでは、これらを1つの第3レンズG3として取り扱っている。
図9に示す実施例5では、物体側から像側へ順に、第1レンズG1から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1レンズ群L1、第8レンズG8から第11レンズG11までで正の屈折力を有する第2レンズ群L2を構成している。第2レンズ群L2を物体側に繰り出すことにより無限遠物体から至近物体までのフォーカスを行っている。
第1レンズ群L1の内部構成としては、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズを連続して3枚配し(第1レンズG1〜第3レンズG3)第1Aレンズ群L1Aを構成している。第4レンズG4から第7レンズG7までで正の屈折力を有する第1Bレンズ群L1Bを構成している。
第1レンズ群L1中物体側から2枚目の第2レンズG2の物体側に向けた凸面上には周辺部で正の屈折力が強くなる形状の第1の非球面Ra1である。そして、第1の非球面Ra1の他にも同様の働きをする非球面形状を第1レンズG1、第3レンズG3の物体側に向けた凸面に設けており、これらの連続した3枚の負レンズにより発生する負の歪曲を効果的に補正している。
更に、第2レンズ群L2中物体側から2枚目のメニスカス形状の正の第9レンズG9の像側に向けた凸面は周辺部で負の屈折力が強くなる形状の第2の非球面Ra2である。第1Bレンズ群L1B中の正の第4レンズG4と、第2レンズL2中の負の第8レンズG8には、比較的高分散でありながら部分分散の小さい材料を用いている。
また、第1Aレンズ群L1A中の負レンズの全てと第2レンズ群L2中の正レンズの全てに、低分散で部分分散の大きい材料を用いている。
以上のように各実施例によれば、小型で高性能で、特に歪曲、倍率色収差が良好に補正されたバックフォーカスが長いレトロフォーカス型の光学系を得ることができる。
更に各実施例によれば、一眼レフカメラ用の交換レンズに好適な、特に包括画角が110度を超える超広画角撮影が可能な光学系が得られる。
次に、本発明の光学系を備えた一眼レフカメラシステムの実施例を、図13を用いて説明する。
図13において、10は一眼レフカメラ本体、11は本発明による光学系を搭載した交換レンズである。12は交換レンズ11を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子などの記録手段である。
13は交換レンズ11からの被写体像を観察するファインダー光学系、14は交換レンズ11からの被写体像を記録手段12とファインダー光学系13に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。
ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー14を介してピント板15に結像した被写体像をペンタプリズム16で正立像としたのち、接眼光学系17で拡大して観察する。
撮影時にはクイックリターンミラー14が矢印方向に回動して被写体像は記録手段12に結像して記録される。18はサブミラー、19は焦点検出装置である。
このように本発明の光学系を一眼レフカメラ交換レンズ等の撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有した撮像装置が実現できる。
尚、本発明はクイックリターンミラーのないSLR(Single Lens Reflex)カメラにも同様に適用することができる。
以下に、実施例1〜5に各々対応する数値実施例1〜5を示す。
各数値実施例において、iは物体側からの面の順番を示し、Riは各面の曲率半径、Diは第i面と第i面+1面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ni、νiはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。非球面形状は光軸からの高さYの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてXとするとき、
で表される。
但し、Rは近軸曲率半径、A,B,C,D,E,F,G,Hは非球面係数である。又、「e−X」は「×10−X」を意味している。fは焦点距離、FnoはFナンバー、ωは半画角を表す。又前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表1に示す。

数値実施例 1

f= 14.29 Fno= 2.90 2ω=113.1°

R 1 = 45.000 D 1 = 3.40 N 1 = 1.772499 ν 1 = 49.6
R 2 = 30.000 D 2 = 6.42
R 3 = 35.729 D 3 = 3.00 N 2 = 1.696797 ν 2 = 55.5
R 4 = 23.000 D 4 = 9.35
R 5 = 28.028 D 5 = 2.50 N 3 = 1.583126 ν 3 = 59.4
* R 6 = 12.251 D 6 = 13.18
R 7 = 49.648 D 7 = 3.43 N 4 = 1.749500 ν 4 = 35.3
R 8 = 281.104 D 8 = 1.40
R 9 = 54.520 D 9 = 2.20 N 5 = 1.620411 ν 5 = 60.3
R10 = 19.015 D10 = 12.31
R11 = 25.578 D11 = 4.54 N 6 = 1.749500 ν 6 = 35.3
R12 = -43.314 D12 = 1.20 N 7 = 1.563839 ν 7 = 60.7
R13 = 470.435 D13 = 3.99
R14 = 649.642 D14 = 4.21 N 8 = 1.516330 ν 8 = 64.1
R15 = -18.809 D15 = 0.29
R16 = -16.707 D16 = 1.12 N 9 = 1.834807 ν 9 = 42.7
R17 = -22.686 D17 = 0.05
R18 = 絞り D18 = 2.13
R19 = -41.956 D19 = 1.20 N10 = 1.834000 ν10 = 37.2
R20 = 15.972 D20 = 6.61 N11 = 1.496999 ν11 = 81.5
R21 = -9.255 D21 = 0.05
R22 = -9.207 D22 = 1.55 N12 = 1.804000 ν12 = 46.6
R23 = -25.158 D23 = 0.15
R24 = -141.388 D24 = 6.37 N13 = 1.496999 ν13 = 81.5
R25 = -16.099 D25 = 0.15
R26 = -65.662 D26 = 2.88 N14 = 1.583126 ν14 = 59.4
* R27 = -29.809 D27 = 40.41


非球面係数

6面 : k=-7.00676e-01 B= 1.66377e-06 C=-7.18841e-08
D= 2.35024e-10 E=-7.60503e-13

27面 : k= 0.00000e+00 B= 8.57175e-06 C= 3.91872e-09
D=-3.64393e-11

数値実施例 2

f= 14.16 Fno= 2.90 2ω=113.6°

R 1 = 45.690 D 1 = 3.80 N 1 = 1.712995 ν 1 = 53.9
R 2 = 26.931 D 2 = 7.84
R 3 = 33.314 D 3 = 3.30 N 2 = 1.772499 ν 2 = 49.6
R 4 = 19.874 D 4 = 5.61
R 5 = 23.495 D 5 = 3.35 N 3 = 1.583126 ν 3 = 59.4
* R 6 = 10.875 D 6 = 10.25
R 7 = 61.128 D 7 = 2.24 N 4 = 1.804000 ν 4 = 46.6
R 8 = 22.520 D 8 = 5.31
R 9 = 42.006 D 9 = 3.54 N 5 = 1.749500 ν 5 = 35.3
R10 = 509.044 D10 = 0.15
R11 = 31.356 D11 = 1.80 N 6 = 1.804000 ν 6 = 46.6
R12 = 17.781 D12 = 7.83 N 7 = 1.749500 ν 7 = 35.3
R13 = -86.755 D13 = 3.41
R14 = -289.782 D14 = 1.30 N 8 = 1.804000 ν 8 = 46.6
R15 = 22.591 D15 = 10.39 N 9 = 1.516330 ν 9 = 64.1
R16 = -27.090 D16 = 1.24
R17 = 絞り D17 = 2.41
R18 = -37.895 D18 = 1.20 N10 = 1.804000 ν10 = 46.6
R19 = 145.437 D19 = 0.55
R20 = 34.767 D20 = 5.67 N11 = 1.496999 ν11 = 81.5
R21 = -10.397 D21 = 1.30 N12 = 1.834807 ν12 = 42.7
R22 = -458.375 D22 = 0.15
R23 = 75.715 D23 = 6.55 N13 = 1.496999 ν13 = 81.5
R24 = -14.865 D24 = 0.15
* R25 = -113.026 D25 = 3.65 N14 = 1.583126 ν14 = 59.4
R26 = -31.039 D26 = 40.64


非球面係数

6面 : k=-6.80017e-01 B=-1.30553e-05 C=-9.17021e-08
D= 1.38835e-10 E=-1.64099e-12

25面 : k= 0.00000e+00 B=-2.57756e-05 C=-2.17167e-09
D=-3.83490e-10


数値実施例 3

f= 14.30 Fno= 2.90 2ω=113.1°

R 1 = 48.844 D 1 = 3.40 N 1 = 1.772499 ν 1 = 49.6
R 2 = 27.502 D 2 = 8.78
R 3 = 36.919 D 3 = 3.35 N 2 = 1.583126 ν 2 = 59.4
* R 4 = 14.040 D 4 = 17.01
R 5 = 501.480 D 5 = 2.80 N 3 = 1.729157 ν 3 = 54.7
R 6 = 30.556 D 6 = 5.01
R 7 = 36.163 D 7 = 4.98 N 4 = 1.749500 ν 4 = 35.3
R 8 = 554.450 D 8 = 3.38
R 9 = 25.779 D 9 = 2.60 N 5 = 1.729157 ν 5 = 54.7
R10 = 18.436 D10 = 6.02
R11 = 24.871 D11 = 1.68 N 6 = 1.729157 ν 6 = 54.7
R12 = 16.294 D12 = 0.94
R13 = 18.102 D13 = 5.07 N 7 = 1.749500 ν 7 = 35.3
R14 = 351.119 D14 = 4.81
R15 = 50.560 D15 = 2.20 N 8 = 1.882997 ν 8 = 40.8
R16 = 14.516 D16 = 0.71
R17 = 15.172 D17 = 3.91 N 9 = 1.487490 ν 9 = 70.2
R18 = -49.611 D18 = 1.46
R19 = 絞り D19 = 5.33
R20 = -197.027 D20 = 1.20 N10 = 1.834000 ν10 = 37.2
R21 = 29.546 D21 = 6.15 N11 = 1.496999 ν11 = 81.5
R22 = -20.287 D22 = 0.12
R23 = -144.798 D23 = 6.45 N12 = 1.496999 ν12 = 81.5
R24 = -14.225 D24 = 1.60 N13 = 1.799516 ν13 = 42.2
R25 = -21.659 D25 = 40.28


非球面係数

4面 : k=-6.88483e-01 B=-5.14938e-06 C= 4.70283e-08
D=-3.79933e-10 E= 1.01263e-12 F=-2.98831e-16
G=-4.18163e-18 H= 5.25802e-21
数値実施例 4

f= 14.33 Fno= 2.89 2ω=113.0°

R 1 = 44.000 D 1 = 3.40 N 1 = 1.772499 ν 1 = 49.6
R 2 = 26.915 D 2 = 9.30
R 3 = 35.337 D 3 = 3.35 N 2 = 1.696797 ν 2 = 55.5
* R 4 = 15.123 D 4 = 18.20
R 5 = 119.451 D 5 = 2.61 N 3 = 1.696797 ν 3 = 55.5
R 6 = 20.354 D 6 = 0.40 N 4 = 1.516400 ν 4 = 52.2
* R 7 = 25.788 D 7 = 8.50
R 8 = 37.975 D 8 = 1.50 N 5 = 1.834807 ν 5 = 42.7
R 9 = 14.286 D 9 = 9.50 N 6 = 1.720467 ν 6 = 34.7
R10 = -51.586 D10 = 4.86
R11 = 340.558 D11 = 9.96 N 7 = 1.487490 ν 7 = 70.2
R12 = -10.506 D12 = 1.50 N 8 = 1.772499 ν 8 = 49.6
R13 = -14.236 D13 = 0.15
R14 = -18.747 D14 = 1.60 N 9 = 1.804000 ν 9 = 46.6
R15 = -28.924 D15 = 1.53
R16 = 絞り D16 = 5.10
R17 = -33.161 D17 = 1.75 N10 = 1.749500 ν10 = 35.3
R18 = 22.876 D18 = 3.88 N11 = 1.496999 ν11 = 81.5
R19 = -22.642 D19 = 0.15
R20 = 165.912 D20 = 3.48 N12 = 1.569070 ν12 = 71.3
R21 = -29.305 D21 = 41.47


非球面係数

4面 : k=-8.26632e-01 B=-3.02313e-06 C= 1.27000e-08
D= 2.65686e-11 E=-5.24061e-13 F= 1.58414e-15
G=-2.44104e-18 H= 1.59960e-21

7面 : k=-1.06378e-01 B= 3.19400e-05 C=-1.47462e-07
D= 9.88342e-10 E= 8.80888e-12 F=-1.43421e-13
G= 6.81223e-16 H=-1.14158e-18

数値実施例 5

f= 22.26 Fno= 1.40 2ω=88.4°

* R 1 = 234.809 D 1 = 2.80 N 1 = 1.438750 ν 1 = 95.0
R 2 = 22.346 D 2 = 4.77
* R 3 = 40.482 D 3 = 2.30 N 2 = 1.438750 ν 2 = 95.0
R 4 = 19.840 D 4 = 5.80
* R 5 = 25.323 D 5 = 2.00 N 3 = 1.438750 ν 3 = 95.0
R 6 = 21.785 D 6 = 4.72
R 7 = 26.169 D 7 = 3.32 N 4 = 2.003300 ν 4 = 28.3
R 8 = 34.206 D 8 = 1.50
R 9 = 43.859 D 9 = 2.46 N 5 = 1.438750 ν 5 = 95.0
R10 = 30.913 D10 = 7.04
R11 = 39.377 D11 = 5.66 N 6 = 1.772499 ν 6 = 49.6
R12 = -136.586 D12 = 0.08
R13 = 246.169 D13 = 2.08 N 7 = 1.922860 ν 7 = 18.9
R14 = 75.302 D14 = 7.52
R15 = 絞り D15 = 6.95
R16 = -20.411 D16 = 2.40 N 8 = 2.003300 ν 8 = 28.3
* R17 = -35.606 D17 = 0.15
R18 = -87.989 D18 = 6.44 N 9 = 1.438750 ν 9 = 95.0
R19 = -23.367 D19 = 0.15
R20 = 191.581 D20 = 5.54 N10 = 1.438750 ν10 = 95.0
* R21 = -34.421 D21 = 0.15
R22 = 565.312 D22 = 6.30 N11 = 1.438750 ν11 = 95.0
R23 = -39.283 D23 = 0.00


非球面係数

1面 : k= 0.00000e+00 B= 8.54659e-06 C=-8.83497e-09
D= 1.22088e-12 E= 3.18975e-15 F=-1.29067e-18

3面 : k= 0.00000e+00 B= 1.60046e-05 C=-3.00173e-09
D=-3.16562e-11 E= 2.86849e-13 F=-1.58466e-16

5面 : k= 0.00000e+00 B=-2.44652e-05 C= 1.07446e-07
D=-3.49903e-10 E= 2.67341e-13 F= 6.27721e-16

17面 : k= 0.00000e+00 B= 6.44789e-06 C=-2.91951e-08
D= 2.74327e-10 E=-1.23874e-12 F= 2.01544e-15

21面 : k= 0.00000e+00 B= 7.07047e-06 C= 7.36710e-09
D= 3.58028e-11 E=-1.41893e-13 F= 2.01544e-15
本発明の数値実施例1のレンズ断面図 本発明の数値実施例1の収差図 本発明の数値実施例2のレンズ断面図 本発明の数値実施例2の収差図 本発明の数値実施例3のレンズ断面図 本発明の数値実施例3の収差図 本発明の数値実施例4のレンズ断面図 本発明の数値実施例4の収差図 本発明の数値実施例5のレンズ断面図 本発明の数値実施例5の収差図 アッベ数と部分分散比との関係を示す説明図 アッベ数と部分分散比との関係を示す説明図 本発明の撮像装置の要部概略図 本発明に係る非球面量の説明図
符号の説明
L1 第1レンズ群
L1A 1A群
L1B 1B群
L2 第2レンズ群
SP 絞り
IP 像面
d d線
g g線
ΔS サジタル像面
ΔM メリディオナル像面
S.C 正弦条件
Fno Fナンバー

Claims (12)

  1. 物体側から像側へ順に、フォーカスのためには不動の第1レンズ群、開口絞りを有しフォーカスのため移動する正の屈折力の第2レンズ群から構成され、
    該第1レンズ群は、負レンズのみから成る第1Aレンズ群と、
    最も物体側に正レンズが位置し、複数のレンズより成る正の屈折力の第1Bレンズ群を有し、
    該第1Aレンズ群は像側が凹面でメニスカス形状の3以上の負レンズを有し、該3以上の負レンズのレンズ面のうち少なくとも1つの面Ra1は非球面形状であり、
    該第1Bレンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL1Bpの材料のアッベ数をνd1p、
    該正レンズL1Bpの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順にNg1p、Nd1p、NF1p、NC1p、
    該第1Bレンズ群と全系の焦点距離を各々f1B、fとし、
    θgF1p=(Ng1p−Nd1p)/(NF1p−NC1p)
    とおくとき、
    0.300<f/f1B<1.500
    θgF1p+2.0×10−3・νd1p<0.656
    νd1p<45.0
    なる条件を満足することを特徴とする光学系。
  2. 前記第1Aレンズ群に含まれる負レンズのうち、少なくとも1つの負レンズL1Anの材料のアッベ数をνd1n、
    該負レンズL1Anの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順に、Ng1n、Nd1n、NF1n、NC1nとし、
    θgF1n=(Ng1n−Nd1n)/(NF1n−NC1n)
    とおくとき、
    θgF1n+1.3×10−3・νd1n>0.625
    νd1n>60.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1の光学系。
  3. 前記面Ra1の非球面形状は、該面Ra1が凹形状のときはレンズ中心に比べてレンズ周辺部で負の屈折力が弱くなる形状より成り、該面Ra1が凸形状のときはレンズ中心に比べレンズ周辺部で正の屈折力が強くなる形状より成ることを特徴とする請求項1又は2の光学系。
  4. 前記面Ra1の像側の複数のレンズ面のうち1つの面Ra2は非球面形状であり、該面Ra2の非球面形状は、該面Ra2が凹形状のときはレンズ中心に比べてレンズ周辺部で負の屈折力が強くなる形状より成り、該面Ra2が凸形状のときはレンズ中心に比べレンズ周辺部で正の屈折力が弱くなる形状より成ることを特徴とする請求項1、2又は3の光学系。
  5. 前記面Ra1の有効径内における参照球面からの最大非球面量をA1とするとき
    0.100<A1/f<0.300
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項の光学系。
  6. 前記第2レンズ群に含まれる正レンズのうち少なくとも1つの正レンズL2pの材料のアッベ数をνd2pとし、
    該正レンズL2pの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順にNg2p、Nd2p、NF2p、NC2p、
    θgF2p=(Ng2p−Nd2p)/(NF2p−NC2p)
    とおくとき、
    θgF2p+1.3×10−3・νd2p>0.625
    νd2p>60.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項の光学系。
  7. 前記第2レンズ群に含まれる負レンズのうち、少なくとも1つの負レンズL2nの材料のアッベ数をνd2n、
    該負レンズL2nの材料のg線、d線、F線、C線における屈折率を順に、Ng2n、Nd2n、NF2n、NC2nとし、
    θgF2n=(Ng2n−Nd2n)/(NF2n−NC2n)
    とおくとき、
    θgF2n+2.0×10−3・νd2n<0.656
    νd2n<45.0
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項の光学系。
  8. 前記第1レンズ群の焦点距離をf1、全系の焦点距離をfとするとき、
    −0.400<f/f1<0.600
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項の光学系。
  9. 前記第2レンズ群の焦点距離をf2、全系の焦点距離をfとするとき、
    0.300<f/f2<0.700
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項の光学系。
  10. 前記第1Aレンズ群の焦点距離をf1A、全系の焦点距離をfとするとき、
    −2.000<f/f1A<−0.600
    なる条件を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項の光学系。
  11. 前記開口絞りを境にして物体側及び像側のレンズ群はそれぞれ正の屈折力であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項の光学系。
  12. 請求項1から11のいずれか1項の光学系を備えていることを特徴とする撮像装置。
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