JP2008164997A - 望遠レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ること。
【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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4とを備え、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第2レンズ群G2が光軸方向で像面側に移動する。第1レンズ群G1は、第1副群G1aと第2副群G1bとを有する。第1副群G1aに比べて第2副群G1bの方が強い屈折力を有し、以下の条件式を満足する。f1aは第1副群G1aの焦点距離、f1bは第2副群G1bの焦点距離を示す。
1.5<f1a/f1b<2.2 ……(1)
【選択図】図1

Description

本発明は、写真用カメラや電子スチルカメラ、特に1眼レフレックスカメラなどに好適な内焦式の望遠レンズに関し、特に、大口径比で超望遠型(例えば開放F値2.8程度、焦点距離400mm程度)の望遠レンズに関する。
従来より、開放F値が2.8程度と明るく、焦点距離300mm程度の内焦式の大口径比望遠レンズは、比較的コンパクトでまとまりが良く、使い勝手の良い望遠レンズとして市場に供されているが、さらに焦点距離の長い大口径比超望遠レンズへの市場要請が強くある。一般に、望遠レンズは物体側に全系の焦点距離に比べて短い焦点距離の正レンズ群を配置すると共に、それに後続して負の屈折力の後群を配置し、その後群で焦点距離を拡大して所定の焦点距離になるような構成となっている。一方で、近年では、市場からの撮影範囲拡大の要請に伴って至近距離を縮める必要性から、フォーカス量を短くできる内焦式の望遠レンズが主流となっている(特許文献1ないし4参照)。従来、内焦式の望遠レンズとしては、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群、負の屈折力を有する第2レンズ群、および正の屈折力を有する第3レンズ群を配設し、第2レンズ群をフォーカス群とした構成が知られている。また、防振用に第2レンズ群または第3レンズ群の一部もしくは全体を光軸に垂直方向に移動させることも行われている。このような構成の場合、第1レンズ群と第2レンズ群とを前群とすると前群全体では極弱い屈折力を持たせている。大口径比望遠レンズでは、前群においてさらに第1レンズ群を2つの正の副群に分け、第1レンズ群で過大に発生する諸収差量を分散させて小さくすることで、F値の明るいレンズ系をなし得ている。
特開平6−201989号公報 特開平8−327897号公報 特開平9−325269号公報 特開平11−160617号公報
第1レンズ群を2つの正の副群に分けた構成とした場合、例えば特許文献1に見られるように、物体側に配置された第1副群の正の屈折力を、後続の第2副群の正の屈折力に比べて大きい構成とすることが多い(もしくは、特許文献2に見られるように、第1の副群の屈折力と第2の副群の屈折力とをほぼ同程度としている)。これは望遠レンズの仕様の中でレンズ全長を短くすることが重要課題の一つであり、この目的を達成するのに最も有効な構成である。この目的のため、従来では、より強い正の屈折力を持つ第1副群において色収差補正のために異常分散ガラスを用いるなど、使用ガラスを適切に選択しながらも、特に感度の高い球面収差が極力小さくなるようなレンズ形状の構成となっている。一方、第2副群は、第1副群に比べて正屈折力が小さく球面収差の発生量も小さいので、主として像面湾曲等、軸外収差の補正に向けられた形状になっている。
ところで、例えば開放F値2.8程度、焦点距離400mm程度の大口径比・超望遠型のレンズを設計する場合、高性能に設計された例えば焦点距離300mm程度の望遠レンズを比例拡大して使用することが考えられる。しかしながら、従来の望遠レンズを単に比例拡大しただけでは、絞り機構、フォーカス機構、および防振機構等を十分にコンパクトに収めることはできず、鏡胴径が大きくなったり、移動群の重量が増加し、操作性の悪いレンズとなってしまう。このような問題点を解決するためには、特に長焦点化で生じる絞り径の増大化を抑えることが必要となる。内焦式の望遠レンズの場合、フォーカスや防振用の移動群は絞りの前後の群を用いることが多いので、絞り径を抑えることで、絞り前後に配設されるフォーカス系や防振系も大きくならずにコンパクトにまとめられる。従って、上述の各特許文献に記載のレンズ構成に比べて、絞り径を小さく抑え、操作性の向上を図ることができる大口径比・超望遠型のレンズの開発が望まれている。このためには、従来のレンズ系とは異なった所要の条件を案出する必要がある。特に、第1レンズ群および第2レンズ群の構成を従来とは異なる観点で最適化することが考えられる。例えば、従来では上述したように第1レンズ群における第1副群の正の屈折力を相対的に大きくする傾向にあるが、これとは異なる屈折力配分にすることが考えられる。
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、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる望遠レンズを提供することにある。
本発明の第1の観点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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを備え、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第2レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、第1レンズ群が、2枚の両凸レンズと1枚の両凹レンズとを含む第1副群と、負レンズと正レンズとからなる第2副群とを有し、かつ、以下の条件式を満足するものである。
1.5<f1a/f1b<2.2 ……(1)
ただし、f1aは第1副群の焦点距離、f1bは第2副群の焦点距離とする。
本発明の第1の観点に係る望遠レンズでは、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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを配置し、第2レンズ群をフォーカス群とした構成において、条件式(1)を満足したことで、第1副群に比べて第2副群の屈折力が適度に大きくなり、例えば第3レンズ群の直前に明るさ絞りを配置したときに、後述する理由により、絞り径を小さく抑えやすくなる。これにより、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得やすくなる。
そして、本発明の第1の観点に係る望遠レンズではさらに、次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、より小型化および高性能化を図りやすくなる。
本発明の第1の観点に係る望遠レンズにおいて、さらに、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、条件式(1)と併せて、第1レンズ群における第1副群と第2副群との屈折力配分および群の配置が最適化され、より絞り径を小さく抑えやすくなる。
0.85<f1a/f<1.05 ……(2)
3.0<dab/d12<6.0 ……(3)
ただし、fは全系の焦点距離、f1aは第1副群の焦点距離、dabは第1副群と第2副群との軸上間隔、d12は第1レンズ群と第2レンズ群との軸上間隔とする。
また、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、第1レンズ群内のレンズ形状や群配置が最適化され、絞り径を小さく抑えつつ、諸収差を小さく抑えやすくなる。
−0.05<(R2+R1)/(R2−R1)<0.30 ……(4)
−0.50<f1b/R9<0.0 ……(5)
0.27<dab/f<0.35 ……(6)
ただし、fは全系の焦点距離、f1bは第2副群の焦点距離、dabは第1副群と第2副群との軸上間隔、R1は第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径、R2は第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径、R9は第2副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。
また、第4レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとで構成され、第4レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνn1としたとき、以下の条件を満足することが好ましい。これにより、第4レンズ群の構成が最適化され、特に像面の平坦化や色収差の補正に有利となる。
40<νn1<55 ……(7)
また、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、第3レンズ群の構成が最適化され、レンズ全長が適度に抑えられる。また、例えば第3レンズ群を防振用の移動群にした場合等にも有利な性能が得られる。
0.65<f3/fm<0.8 ……(8)
ただし、f3は第3レンズ群の焦点距離、fmは第3レンズ群と第4レンズ群との合成焦点距離とする。
本発明の第2の観点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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを備え、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第2レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、第1レンズ群が、2枚の両凸レンズと1枚の両凹レンズとを含む第1副群と、負レンズと正レンズとからなる第2副群とを有し、かつ、以下の条件式を満足するものである。
−0.05<(R2+R1)/(R2−R1)<0.30 ……(4)
0.27<dab/f<0.35 ……(6)
ただし、fは全系の焦点距離、dabは第1副群と第2副群との軸上間隔、R1は第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径、R2は第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。
本発明の第2の観点に係る望遠レンズでは、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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを配置し、第2レンズ群をフォーカス群とした構成において、条件式(4),(6)を満足したことで、第1レンズ群内のレンズ形状や群配置が最適化され、絞り径を小さく抑えて移動群の小型化を図ったときにも、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しやすくなり、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得やすくなる。
そして、本発明の第1の観点に係る望遠レンズではさらに、次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、より小型化および高性能化を図りやすくなる。
本発明の第2の観点に係る望遠レンズにおいて、さらに、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、条件式(4),(6)と併せて、第1レンズ群の構成がさらに最適化され、より諸収差を小さく抑えやすくなる。特に、全系での球面収差を小さく抑え、かつ物体側の距離変化に対して、第2レンズ群でフォーカスしたときの球面収差の増加を抑えやすくなる。
−0.50<f1b/R9<0.0 ……(5)
ただし、f1bは第2副群の焦点距離、R9は第2副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径とする。
また、第4レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとで構成され、第4レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνn1としたとき、以下の条件を満足することが好ましい。これにより、第4レンズ群の構成が最適化され、特に像面の平坦化や色収差の補正に有利となる。
40<νn1<55 ……(7)
また、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、第3レンズ群の構成が最適化され、レンズ全長が適度に抑えられる。また、例えば第3レンズ群を防振用の移動群にした場合等にも有利な性能が得られる。
0.65<f3/fm<0.8 ……(8)
ただし、f3は第3レンズ群の焦点距離、fmは第3レンズ群と第4レンズ群との合成焦点距離とする。
本発明の第1または第2の観点に係る望遠レンズによれば、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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを配置すると共に、第2レンズ群をフォーカス群とし、従来とは異なる適切な条件を満足して構成の最適化を図るようにしたので、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる。
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(A),(B)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6(A),(B))のレンズ構成に対応している。また、図2(A),(B)は、第2の構成例を示しており、後述の第2の数値実施例(図7(A),(B))のレンズ構成に対応している。図3(A),(B)は、第3の構成例を示しており、後述の第3の数値実施例(図8(A),(B))のレンズ構成に対応している。図4(A),(B)は、第4の構成例を示しており、後述の第4の数値実施例(図9(A),(B))のレンズ構成に対応している。図5(A),(B)は、第5の構成例を示しており、後述の第5の数値実施例(図10(A),(B))のレンズ構成に対応している。図1(A),(B)〜図5(A),(B)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。ただし、符号Diについては、一部のレンズ間隔のみ図示している。なお、図1(A)、図2(A)、図3(A)、図4(A)および図5(A)は無限遠合焦状態での構成に対応し、図1(B)、図2(B)、図3(B)、図4(B)および図5(B)は近距離合焦状態(2.9m)での構成に対応している。
この望遠レンズは、銀塩写真用のカメラや、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いた電子スチルカメラに適用可能であり、特に、1眼レフレックスカメラなどに好適に用いられる。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レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4とを備えている。第2レンズ群G2は、フォーカス用の移動群であり、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、光軸Z1方向で像面側に移動するようになされている。第1レンズ群G1と第2レンズ群G2は、ほぼアフォーカルな系を構成している。第3レンズ群G3は、防振用の移動群であり、防振時に光軸Z1に対し垂直方向に移動するようになされている。明るさ絞りStは、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に配置されている。
この望遠レンズの像面には、図示しないCCD等の撮像素子が配置される。第4レンズ群G4と撮像素子との間には、レンズを装着する装置側の構成に応じて、種々の光学部材LFが配置されている。光学部材LFとしては例えば、UVカットフィルタ−等、各種交換フィルタ−が配設される。
第1レンズ群G1は、物体側から順に、2枚の両凸レンズL11,L12と1枚の両凹レンズL13とを含む第1副群G1aと、負レンズL14と正レンズL15とからなる第2副群G1bとを有している。負レンズL14と正レンズL15は、接合レンズとされている。
第2レンズ群G2は、物体側から順に、例えば、1枚の負レンズL21と、正レンズL22および負レンズL23からなる接合レンズとで構成されている。第3レンズ群G3は、物体側から順に、例えば、正レンズL31と、負レンズL32と、正レンズL33とで構成されている。第4レンズ群G4は、物体側から順に、例えば、負レンズL41および正レンズL42からなる接合レンズと、負レンズL43とで構成されている。第4レンズ群G4は、負の屈折力を有していることにより、第1〜第3レンズ群G1〜G3に対してテレコンバータの役割を担っている。
この望遠レンズは、以下の条件を満足している。式中、fは全系の焦点距離、f1aは第1副群G1aの焦点距離、f1bは第2副群G1bの焦点距離、dabは第1副群G1aと第2副群G1bとの軸上の群間隔、d12は第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との軸上の群間隔を示す。
1.5<f1a/f1b<2.2 ……(1)
0.85<f1a/f<1.05 ……(2)
3.0<dab/d12<6.0 ……(3)
条件式(1),(2)は好ましくは、以下の式(1A),(2A)の範囲であると良い。なお、
1.7<f1a/f1b<2.0 ……(1A)
0.89<f1a/f<1.00 ……(2A)
この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、fは全系の焦点距離、f1bは第2副群G1bの焦点距離、dabは第1副群G1aと第2副群G1bとの軸上の群間隔、R1は第1副群G1a内で最も物体側に配置されたレンズL11における物体側の面の曲率半径、R2は第1副群G1a内で最も物体側に配置されたレンズL11における像面側の面の曲率半径、R9は第2副群G1b内で最も像面側に配置されたレンズL15における像面側の面の曲率半径を示す。
−0.05<(R2+R1)/(R2−R1)<0.30 ……(4)
−0.50<f1b/R9<0.0 ……(5)
0.27<dab/f<0.35 ……(6)
この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、νn1は第4レンズ群G4における最も物体側の負レンズL41のアッベ数とする。
40<νn1<55 ……(7)
この望遠レンズはまた、以下の条件式を満足していることが好ましい。ただし、f3は第3レンズ群G3の焦点距離、fmは第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との合成焦点距離とする。
0.65<f3/fm<0.8 ……(8)
次に、この望遠レンズを以上のような構成とする理由を、その作用および効果と共に説明する。
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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4とを備えた望遠レンズにおいて、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2とからなる系をほぼアフォーカル系とし、かつその倍率をβ、第3レンズ群G3と第4レンズ群G4との合成焦点距離をfmとすれば、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との焦点距離をそれぞれf1,f2として全系の焦点距離fおよび倍率βは、
f=β・fm
β=−f1/f2
とおける。
焦点距離fが一定の条件下では、倍率βを大きくすれば、fmが小さくなり、第3レンズ群G3の直前に明るさ絞りStを配設すれば、所定のF値に対して絞り径は小さくなる。絞り径が小さくなれば、その前後に移動群があってもその有効径は小さくまとまり、これらを制御するメカ構造も小さくでき、レンズ鏡胴のコンパクト化にもつながって良い。しかし、倍率が大きすぎると、軸外光束の第1レンズ群G1への入射光線の高さが大きくなり、レンズの前玉径を大きくする要因となる。第1レンズ群G1に含まれる大口径レンズがより大きくなることは、加工・重量・コスト等に対して弊害が非常に大きい。
既に述べたように、特許文献1(特開平6−201989号公報)等に記載の従来の望遠レンズの多くは、第1副群G1aの正の屈折力を、後続の第2副群G1bの正の屈折力に比べて大きい構成としてレンズ全長を短くしている。従来では、より強い正の屈折力を持つ第1副群において色収差補正のために異常分散ガラスを用いるなど、使用ガラスを適切に選択しながらも、特に感度の高い球面収差が極力小さくなるようなレンズ形状の構成となっている。一方、第2副群は、第1副群に比べて正屈折力が小さく球面収差の発生量も小さいので、主として像面湾曲等、軸外収差の補正に向けられた形状になっている。
ところが、絞り径を小さくするためには、前述のように倍率βを大きくする必要がある。この倍率βを大きくするために第1レンズ群G1の焦点距離f1を大きくすれば、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2のレンズ長が大きくなり、またフォーカス量も大きくなって絞り配置をさらに遠ざける必要がある等全系の全長がより大きくなり弊害が大きい。このため第2レンズ群G2の焦点距離f2の逆数である負屈折力を大きくし、なるべくf1は大きくしないようにする必要がある。
以上のことから、本願の目的を達成するためには、第2レンズ群G2の負屈折力を大きくすることが必須となる。これと同時に後続の第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の合成焦点距離fmも小さくなり、所定のイメージサイズに対して第3レンズ群G3への入射角度は大きくなる。絞りStは第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間にあり、このことは軸外光に対する第2レンズ群G2からの射出角増大化と符合している。また、第2レンズ群G2の負屈折力の増大化により、光路偏角も大きくなっている。これら2つの事象により、特に第2レンズ群G2における軸外光入射角は光軸Z1に対して相加されてますます大きくなる。このため、軸外光束の第1レンズ群G1を通る光路は、さらに光軸Z1から遠ざかる傾向となり、第1レンズ群G1に入る軸外光の光線高さは大きくなる。
このことから絞り径を小さくするために倍率βを大きくすることは、前玉レンズの大口径化につながり、重量・コスト・加工等非常に問題が大きい。そこでこの弊害を回避するため、倍率拡大化を担ってきた第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との群間隔d12を小さくし、かつ第2副群G1bの正屈折力をさらに強くして逆向きの光路偏角を強くきかせて光軸Z1に対する軸外光路を低く抑える必要がある。このため従来の構成に比べて第2副群G1bの屈折力はより大きくする必要がある。こうして本実施の形態の望遠レンズでは、第2副群G1bと第2レンズ群G2とが、従来よりも接近するようになる。このことは、第1副群G1aからすると第1レンズ群G1の所要の焦点距離f1に対して屈折力を弱める方向となり、第1副群G1aの焦点距離f1aは大きくなる。このことは、前述した第1レンズ群G1内での諸収差の補正方法にも影響し、第1副群G1aで発生する球面収差量は緩和される一方で、第2副群G1bで発生する球面収差や像面湾曲への配慮が必要になってくる。また、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との関係では、第2レンズ群G2の負屈折力が強まると共に第1レンズ群G1との間隔d12が小さくなる分、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2とでほぼアフォーカル系を成り立たせるためには第1レンズ群G1内の第1副群G1aと第2副群G1b群との群間隔dabを大きくする必要性がある。このように倍率βを大きくすると、従来とは異なった屈折力・配置をとる必要がある。
以上、倍率βを大きくして、絞り径を小さくするためには、第1レンズ群G1では、第1副群G1aと第2副群G1bとの群間隔dabが従来に比べて大きくなり、屈折力は逆転して第1副群G1aの屈折力よりも第2副群G1bの屈折力が勝ってより小さな焦点距離となる。さらに負屈折力の強くなった第2レンズ群G2との群間隔d12も小さくする必要がある。これに伴って諸収差発生の傾向が従来の望遠レンズとは異なり、第1レンズ群G1内の形状を最適化する必要がある。
本実施の形態では、以下で説明するように各条件式を満足することにより、第1副群G1aと2副群G1bとの屈折力配分および群の配置が最適化されて絞り径が小さく抑えられると共に、諸収差が小さく抑えられ、高性能が維持される。
条件式(1)〜(3)は、第1副群G1aと第2副群G1bとの屈折力配分および群の配置に絡む条件に関するものである。
条件式(1)は、第1副群G1aの焦点距離f1aと2副群G1bの焦点距離f1bとの適切な関係を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、特に球面収差発生感度の高い第1副群G1aの正屈折力が増し、球面収差の発生量が大きくなって、これを小さくしようとすれば像面倒れが発生する等、全画面域にわたって結像性能を良好にできない。また同時に大口径レンズからなる第1副群G1aの曲率半径が小さくなり、中心厚を大きくする必要が生じ、コスト・加工・重量に悪影響がある。逆に上限を上回れば、第1副群G1aの正屈折力が減少し、第2副群G1bの正屈折力が増すことになる。この場合、群間隔dabもしくはd12を大きくしなければ、十分な倍率βが得られなくなり絞り径が大きくなったり、第1副群G1bの屈折力が大きくなって、前述したように至近性能が劣化したり問題が大きい。
条件式(2)は、全系の焦点距離fに対する第1副群G1aの焦点距離f1aの適切な範囲を規定している。条件式(2)の下限を下回ると、第1副群G1aの焦点距離f1aが小さくなる。言い換えれば第1副群G1aの屈折力が大きくなる。この場合、第2副群G1bの屈折力を弱め、第1副群G1aと第2副群G1bとの群間隔dabも小さくすることができるが、球面収差や非点収差の発生が大きくなり、全系の結像性能を劣化させてしまう。これを避けるためには、第2レンズ群G2の負屈折力を小さくすることとなり、倍率βが小さくなって絞り径が大きくなり、本願の目的に反してくる。条件式(2)の上限を上回ると、第1副群G1aの屈折力が小さくなる。この場合、第2副群G1bの正屈折力が大きくなって、球面収差が増加し、フォーカス時の収差変動も大きくなって、撮影範囲全域での性能劣化につながる。これを避けるためには群間隔dabを大きくする必要があるが、全系のレンズ全長が長くなり、重量も大きくなって問題である。
条件式(3)は、第1副群G1aと第2副群G1bとの群間隔dabと、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との群間隔d12との適切な関係を規定している。条件式(3)の下限を下回れば倍率βに対して感度の大きいd12が大きく、感度の小さいdabが小さくできて、レンズ全長は短くできて良いが、軸外光の第1レンズ群G1を通る光線高さが大きくなって、周辺光量を確保するために前玉径を大きくしなければならず問題がある。これを解決するために第2副群G1bの正屈折力を強くすることも考えられるが、至近性能等結像性能上の問題が生じてしまう。上限を上回れば、レンズ全長が大きくなったり、前玉径が大きくなったり、レンズ系全体のコンパクト化に逆行するので良くない。
条件式(4)〜(6)は、絞り径を小さく抑えつつ、高性能を維持し、諸収差を小さく抑えるための条件である。
条件式(4)は、第1副群G1aにおいて最も物体側にある正レンズL11の前後面の曲率半径R1,R2に関するものである。条件式(4)の下限を下回ると、正レンズL11の物体側の曲率半径R1が、像面側の曲率半径R2より絶対値で大きくなり、球面収差の発生が大きくなる。この場合、他の面における曲率を変えると画面全域での結像性能に影響する。この弊害を回避するために正レンズL11の屈折力を弱くするとレンズ全長が大きくなりすぎたり、後続の正レンズL12の屈折力を強くして補う必要があり、性能全体のバランスを崩してしまう。上限を上回れば像面倒れが大きくなり、これを他のレンズ面で補正しようとすると、球面収差の発生により性能バランスが悪くなる。
条件式(5)は、第2副群G1bにおいて最も像面側に面したレンズ面の曲率半径R9と第2副群G1bの焦点距離f1bとの適切な関係を規定している。特に全系での球面収差を極力小さくし、かつ物体側の距離変化に対して、第2レンズ群G2でフォーカスしたときの球面収差の増加を抑えるための条件である。本実施の形態に係る望遠レンズでは、第2副群G1bの正屈折力を大きくしている。このため第2副群G1bを構成するレンズ面の曲率半径の決定は重要である。条件式(5)の下限を下回ると、正レンズL15の形状が像面側に凸の傾向が強くなり、負の球面収差や像面倒れが過度に発生し近距離に対する中心像劣化をきたし良くない。逆に上限を上回れば、過剰な球面収差の発生や正の像面倒れが生じ、他のレンズ面の曲率を変えると、画面の中心と周辺とで結像性能に差異が生じるため、中心と周辺とで結像性能のバランスが取れなくなる。
条件式(6)は、第1副群G1aと第2副群G1bとの群間隔dabと全系の焦点距離fとの適切な関係を規定している。条件式(6)の下限値を下回ると、群間隔dabが小さくなって倍率βを維持するために第1副群G1aの正屈折力を強めるか、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との群間隔d12を大きくすることが必要となるが、共に過度の球面収差や像面倒れを発生させる。逆に上限を上回れば、レンズ全長が過度に大きくなったり周辺光量の低下につながる。前群レンズのより大口径化が必要となり弊害が大きい。
条件式(7)は、第4レンズ群G4における最も物体側の負レンズL41の適切なアッベ数νn1の値を規定している。第4レンズ群G4は、全体として負の屈折力を有しているので、第1〜第3レンズ群G1〜G3に対してテレコンバータの役割を担っている。このため全系のレンズ全長を短くする効果があるが、一方では全系のバックフォーカスを短くしすぎるきらいがある。一方で、種々の作画効果が得られるよう各種フィルタを第4レンズ群G4と像面との間に配設する場合には、所定以上のバックフォーカスが必要である。以上の相反する条件を満たすため、第4レンズ群G4の最も物体側面には負レンズL41を先行させ、後続の正レンズL42と接合し、この接合面の曲率を物体側に凸の強い面とすることで、両レンズの屈折率差を利用して像面の平坦化を達成すると共に、使用硝材のアッベ数を条件式(7)で示される範囲内にすることで、色収差も良好に補正できる。
条件式(8)は、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4の合成焦点距離fmに対する、第3レンズ群G3の焦点距離f3の適切な関係を規定している。この望遠レンズでは、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2の合成系がほぼアフォーカルであり、これらで構成される望遠系の倍率βが限られるとき、合成焦点距離fmも限定される。従って第3レンズ群G3の焦点距離f3は、条件式(8)の下限を超えて短くすると第4レンズ群G4による拡大率が増し、望遠効果が大きくなってレンズ全長は、短くなるが、バックフォーカスも短くなって、後続のフィルタ類を配設する場所を確保するのが困難である。また、第3レンズ群G3を防振機能群としたときも光軸Z1から垂直方向に移動したときの性能劣化が大きくなってしまう。逆に条件式(8)の上限を超えて第3レンズ群G3の焦点距離f3が長くなるとレンズ全長が大きくなって良くない。また第3レンズ群G3を防振補正のため垂直方向に移動させるときのシフト量が大きくなり、可動スペースが大きくなって鏡胴径を大きくしてしまう。
以上のようにして、本実施の形態に係る望遠レンズによれば、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、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、負の屈折力を有する第4レンズ群G4とを配置すると共に、第2レンズ群G2をフォーカス群とし、従来とは異なる適切な条件を満足して構成の最適化を図るようにしたので、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群の小型化に有利で、大口径比化および超望遠化に適したレンズ系を得ることができる。
特に、絞り径を小さくし、移動群のレンズ重量を軽減することで、フォーカスや防振に対する応答性のよい、銀塩もしくはデジタル一眼レフカメラに好適な望遠レンズ系を提供できる。また、第1レンズ群G1の前方に保護ガラスを付加することで、キズのつきやすい異常分散ガラスを保護すると共に、屈折力のない弱い曲率をつけることで結像面からの反射を予防することもでき、昨今のデジタル仕様にも対応できる。
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ないし第5の数値実施例をまとめて説明する。
図1(A)に示した第1の構成例の無限遠合焦状態での構成に対応する具体的なレンズデータを実施例1として、図6(A)に示す。図6(A)に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、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=1〜28)の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1(A)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(mm)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(mm)を示す。Ndiの欄には、物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との間のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。
また、図6(B)には、諸データとして、全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー(FNo.)、および画角2ω(ω=半画角)の値を示す。この望遠レンズは、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、第2レンズ群G2が光軸方向で像面側に移動する。このため、第2レンズ群G2の前後の面間隔D9,D14は、フォーカシングに際し変化する。図6(B)にはまた、このフォーカシングに際し変化する面間隔D9,D14の値を、無限遠合焦状態と近距離合焦状態(2.9m)とについて示す。
以上の実施例1に係る望遠レンズと同様にして、図2(A)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を実施例2として、図7(A)に、その諸データを図7(B)に示す。また同様に、図3(A)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を実施例3として、図8(A)に、その諸データを図8(B)に示す。同様に、図4(A)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を実施例4として、図9(A)に、その諸データを図9(B)に示す。同様に、図5(A)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を実施例5として、図10(A)に、その諸データを図10(B)に示す。
以上のデータから分かるように、各実施例について、Fナンバーは約2.8、全系の焦点距離は約400mmとなっている。また、絞り開放径はφ38.67mm〜φ39.12mmとなっている。
なお、絞り開放径は、具体的には各実施例について以下のとおりである。
実施例1:φ38.67mm
実施例2:φ38.90mm
実施例3:φ39.12mm
実施例4:φ38.70mm
実施例5:φ38.68mm
図11には、上述の条件式(1)〜(8)に関する値を各実施例についてまとめて示す。図11から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。
図12(A)〜図12(D)はそれぞれ、実施例1に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での球面収差、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。また、図13(A)〜図13(D)はそれぞれ、実施例1に係る望遠レンズの近距離合焦状態(2.9m)での球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示している。各収差図には、d線を基準波長とした収差を示す。球面収差図、非点収差、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、Yは像高を示す。
同様にして、実施例2に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図14(A)〜図14(D)に、近距離合焦状態での諸収差を図15(A)〜図15(D)に示す。また同様にして、実施例3に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図16(A)〜図16(D)に、近距離合焦状態での諸収差を図17(A)〜図17(D)に示す。同様にして、実施例4に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図18(A)〜図18(D)に、近距離合焦状態での諸収差を図19(A)〜図19(D)に示す。同様にして、実施例5に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での諸収差を図20(A)〜図20(D)に、近距離合焦状態での諸収差を図21(A)〜図21(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、遠距離から至近まで優れた光学性能を維持しつつ、移動群が小型化され、大口径比で超望遠型のレンズ系が実現できている。特に、本実施例では、F2.8/400として絞り開放径がφ38.67mm〜φ39.12mmとなっている。一方、従来では、特許文献1(特開平6−201989号公報)および特許文献2(特開平8−327897号公報)に、F2.8/300で絞り開放径φ38.68mm,38.26mmの構成例がある。本実施例ではこれよりも焦点距離が長いにも関わらず、絞り開放径がほぼ同値である。また、特許文献4(特開平11−160617号公報)には、F2.8/400で絞り開放径φ50.39mmの構成例があるが、本実施例ではこれよりも絞り開放径が十分に小さい。
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。
本発明の実施例1に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、(A)は無限遠合焦状態での断面、(B)は近距離合焦状態での断面を示す。 本発明の実施例2に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、(A)は無限遠合焦状態での断面、(B)は近距離合焦状態での断面を示す。 本発明の実施例3に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、(A)は無限遠合焦状態での断面、(B)は近距離合焦状態での断面を示す。 本発明の実施例4に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、(A)は無限遠合焦状態での断面、(B)は近距離合焦状態での断面を示す。 本発明の実施例5に係る望遠レンズに対応するレンズ断面図であり、(A)は無限遠合焦状態での断面、(B)は近距離合焦状態での断面を示す。 本発明の実施例1に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。 本発明の実施例2に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。 本発明の実施例3に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。 本発明の実施例4に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。 本発明の実施例5に係る望遠レンズのレンズデータを示す図である。 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。 本発明の実施例1に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での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。 本発明の実施例1に係る望遠レンズの近距離合焦状態での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。 本発明の実施例2に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での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。 本発明の実施例2に係る望遠レンズの近距離合焦状態での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。 本発明の実施例3に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での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。 本発明の実施例3に係る望遠レンズの近距離合焦状態での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。 本発明の実施例4に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での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。 本発明の実施例4に係る望遠レンズの近距離合焦状態での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。 本発明の実施例5に係る望遠レンズの無限遠合焦状態での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。 本発明の実施例5に係る望遠レンズの近距離合焦状態での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
G1…第1レンズ群、G1a…第1副群、G1b…第2副群、G2…第2レンズ群、G3…第3レンズ群、G4…第4レンズ群、LF…光学部材、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 (9)

  1. 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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを備え、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、前記第2レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、
    前記第1レンズ群は、2枚の両凸レンズと1枚の両凹レンズとを含む第1副群と、負レンズと正レンズとからなる第2副群とを有し、
    かつ、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする望遠レンズ。
    1.5<f1a/f1b<2.2 ……(1)
    ただし、
    f1a:第1副群の焦点距離
    f1b:第2副群の焦点距離
    とする。
  2. さらに、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1に記載の望遠レンズ。
    0.85<f1a/f<1.05 ……(2)
    3.0<dab/d12<6.0 ……(3)
    ただし、
    f:全系の焦点距離
    f1a:第1副群の焦点距離
    dab:第1副群と第2副群との軸上間隔
    d12:第1レンズ群と第2レンズ群との軸上間隔
    とする。
  3. さらに、以下の条件式を満足する
    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。
    −0.05<(R2+R1)/(R2−R1)<0.30 ……(4)
    −0.50<f1b/R9<0.0 ……(5)
    0.27<dab/f<0.35 ……(6)
    ただし、
    f:全系の焦点距離
    f1b:第2副群の焦点距離
    dab:第1副群と第2副群との軸上間隔
    R1:第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径
    R2:第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
    R9:第2副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
    とする。
  4. 前記第4レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとで構成され、
    前記第4レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνn1としたとき、以下の条件を満足する
    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。
    40<νn1<55 ……(7)
  5. さらに、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の望遠レンズ。
    0.65<f3/fm<0.8 ……(8)
    ただし、
    f3:第3レンズ群の焦点距離
    fm:第3レンズ群と第4レンズ群との合成焦点距離
    とする。
  6. 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、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群とを備え、遠距離状態から近距離状態へのフォーカシングに際し、前記第2レンズ群を光軸方向で像面側に移動するようになされ、
    前記第1レンズ群は、2枚の両凸レンズと1枚の両凹レンズとを含む第1副群と、負レンズと正レンズとからなる第2副群とを有し、
    かつ、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする望遠レンズ。
    −0.05<(R2+R1)/(R2−R1)<0.30 ……(4)
    0.27<dab/f<0.35 ……(6)
    ただし、
    f:全系の焦点距離
    dab:第1副群と第2副群との軸上間隔
    R1:第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける物体側の面の曲率半径
    R2:第1副群内で最も物体側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
    とする。
  7. さらに、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項6に記載の望遠レンズ。
    −0.50<f1b/R9<0.0 ……(5)
    ただし、
    f1b:第2副群の焦点距離
    R9:第2副群内で最も像面側に配置されたレンズにおける像面側の面の曲率半径
    とする。
  8. 前記第4レンズ群は、物体側から順に、負レンズおよび正レンズからなる接合レンズと、負レンズとで構成され、
    前記第4レンズ群における最も物体側の負レンズのアッベ数をνn1としたとき、以下の条件を満足する
    ことを特徴とする請求項6または7に記載の望遠レンズ。
    40<νn1<55 ……(7)
  9. さらに、以下の条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1項に記載の望遠レンズ。
    0.65<f3/fm<0.8 ……(8)
    ただし、
    f3:第3レンズ群の焦点距離
    fm:第3レンズ群と第4レンズ群との合成焦点距離
    とする。
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