JP2011253050A5

JP2011253050A5 -

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Publication number: JP2011253050A5
Application number: JP2010126815A
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Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2030-06-02

Description

一方、大口径比で明るい撮像光学系は被写界深度が浅く、諸収差が画質に与える影響が強い。このため明るい撮像光学系には、より高精度な収差補正が求められている。従来より大口径比で焦点距離のやや長い中望遠の撮像光学系が知られている（特許文献１）。また色収差を補正するために物体側の前群に蛍石等の異常部分分散性材料より成るレンズを配置した望遠レンズが知られている（特許文献２）。

一般にアッベ数が４０〜６０程度で屈折率が１．６〜１．８程度の高屈折率中分散硝材は負の異常部分分散性を持つため正の屈折力を持つレンズとして用いると軸上色収差が低下してくる。またアッベ数が７０〜９０程度で屈折率が１．４〜１．５程度の低屈折率低分散硝材は正の異常部分分散性を持つため正の屈折力を持つレンズとして用いると軸上色収差を良好に補正することができる。しかし、屈折率が低いため所望の屈折力を得るためにはレンズ面（屈折面）の曲率を強くしなければならず、この結果、球面収差や像面湾曲が発生しやすくなる。画面全体にわたり、高い光学性能を得るには、硝材を適切に設定し色収差の補正とともに、球面収差や像面湾曲等の諸収差を同時に良好に補正することが必要となる。

第１レンズ群Ｌ１の最も像側の屈折面は凹形状でその曲率半径をＲｐ、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の屈折面は凹形状でその曲率半径をＲｎとする。開口絞りＳＰを挟んだ屈折面で構成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒとする。光学系ＯＬの無限遠物体に合焦時の開口ＦナンバーをＦｎｏとする。第１レンズ群Ｌ１中の第ｉ正レンズの材料の異常部分分散性をΔθｇＦｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、第１レンズ群Ｌ１中の第ｉ番目の第ｉ正レンズの焦点距離をｆｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）とする。

しかし、アッベ数νｄが４０〜６０程度で屈折率が１．６〜１．８程度の硝材は異常部分分散性ΔθｇＦの値は負が多く、正レンズとして用いると色収差が増加しやすい。特に色収差が目立ちやすい、焦点距離が比較的長い、大口径の中望遠レンズでは、このことは顕著であった。色収差だけを補正するのであれば、正レンズとして、異常分散性のある蛍石等の低屈折率低分散の硝材を用いることもできる。しかし、その場合、屈折率が低いため所望の屈折力を得るためにレンズ面の曲率を強くしなければならず、球面収差や像面湾曲等が悪化する。また、正レンズと組み合わせていた負レンズも正レンズが低分散側にシフトしたことに伴って、低分散側にシフトしなければならない。その場合も必要な色消し条件を満たすためには負レンズのレンズ面の曲率を強くせねばならず、コマ収差やサジタルフレアが増加する。

条件式（５）及び（６）は第１レンズ群Ｌ１中の最も像側の屈折面及び、第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の屈折面の曲率半径に関する条件式である。これらの屈折面は開口絞りＳＰを挟んで向かい合った凹面となっている。これらの凹面によって像面湾曲や特にコマ収差やサジタルハロを良好に補正している。この条件式（５）、（６）の範囲を外れると諸収差特にコマ収差やサジタルハロが増加しやすいため好ましくない。なお、第１レンズ群Ｌ１中の最も像側の屈折面の曲率は条件式（５）で示されるように、ある程度強い必要がある。これと比べると第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の屈折面は条件式（６）で示されるように、ある程度曲率を緩くしても良く平面に近い形状を取っても良い。

条件式（７）は、開口絞りＳＰを挟んで向かい合った第１レンズ群Ｌ１の最も像側の屈折面と、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の屈折面で構成される、空気レンズの焦点距離と全系の焦点距離に関する条件式である。この空気レンズの屈折力を所望の範囲に収めることで、諸収差、特にコマ収差やサジタルハロを良好に補正することができる。条件式（７）の範囲を外れると諸収差、特にコマ収差やサジタルハロが増加しやすいので好ましくない。

条件式（９）は以上のような知見によって得られたものであり、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズの色収差の補正効果の和を表すものである。なお、条件式（９）では第１レンズ群中の色消し効果を表すために、各レンズの焦点距離を第１レンズ群Ｌ１の焦点距離で割って規格化している。条件式（９）の範囲を満たすことで、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズで十分な色収差の補正効果を出し、光学系全系として色収差の量を低減させることができる。条件式（９）の範囲を外れると、十分な色収差の補正効果が得られず、光学系全系として色収差の補正が不十分になるので好ましくない。

また、各実施例の光学系を光電変換素子を有する光学機器に用いたとき、光電変換素子の有効画面より規制される半画角をωとする。このとき、
６°＜ω＜２５° ・・・（１０）
なる条件を満足している。条件式（１０）は光学系を光学機器に適用したときの半画角に関する条件式である。条件式（１０）の範囲を満たすことで、色収差を始め、諸収差を良好に補正することが容易になる。

［実施例１］
図１の実施例１の光学系ＯＬについて説明する。実施例１の光学系ＯＬは大口径比の中焦点距離レンズである。図１の光学系ＯＬは物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲより成っている。前群は正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦（フォーカス）は第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２を物体側に移動させて行う。なお、合焦に際して第３レンズ群Ｌ３は移動しない。

この実施例１において条件式（１）に相当するアッベ数νｄの比は２．９８である。条件式（２）（３）に相当する最小アッベ数及び最小屈折率は２３．９及び１．５６９である。条件式（４）に相当する第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を全系の焦点距離で割った値は２．７６である。また条件式（５）及び（６）に相当する値はそれぞれ０．３２及び−０．３７であり、条件式（７）に相当する空気レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割った値は−０．１８である。さらに条件式（８）に相当するＦナンバーＦｎｏは１．２４であり、色収差の補正の条件である条件式（９）に相当する量は８．５４×１０^−４である。表中の「Ｅ−Ｘ」は「10 ^-X 」を意味する。そして条件式（１０）の半画角ωは１４．２８°である。

［実施例２］
図３の実施例２の光学系ＯＬについて説明する。実施例２の光学系ＯＬは、大口径比の中焦点距離レンズである。図３の光学系ＯＬは物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲより成っている。前群は正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦は第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて行う。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は８３．８２である。さらに全系の焦点距離は８５．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は１．８０、半画角ωは１４．２８°である。

［実施例３］
図５の実施例３の光学系ＯＬについて説明する。実施例３の光学系ＯＬは、大口径比の中焦点距離レンズである。図５の光学系ＯＬは物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、後群ＬＲより成っている。前群は正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦は第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて行う。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は９３．９２である。さらに全系の焦点距離は１００．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は２．００、半画角ωは１２．２１°である。

［実施例４］
図７の実施例４の光学系ＯＬについて説明する。実施例４の光学系ＯＬは大口径比の中焦点距離レンズである。図７の光学系ＯＬは物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲより成っている。前群は正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦は第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて行う。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ４と２枚の負レンズＧ３、Ｇ５からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は９６．９２である。さらに全系の焦点距離は１３３．３０ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は２．０６、半画角ωは９．２２°である。

［実施例５］
図９の実施例５の光学系ＯＬについて説明する。実施例５の光学系ＯＬは大口径比の中焦点距離レンズである。図９の光学系は物体側から像側へ順に、正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲより成っている。前群は正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦は第２レンズ群Ｌ２を像側に移動させて行う。第１レンズ群Ｌ１は４枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ６と２枚の負レンズＧ４、Ｇ５からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は１４５．７７である。さらに全系の焦点距離は１９６．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は２．０５、半画角ωは６．３０°である。

［実施例６］
図１１の実施例６の光学系ＯＬについて説明する。実施例６の光学系ＯＬは大口径比の中焦点距離レンズである。図１１の光学系は物体側から像側へ順に正の屈折力の前群、開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲより成っている。前群は、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１より成っている。後群ＬＲは正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２から成っている。無限遠物体から近距離物体への合焦は、第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２を物体側に移動させて行う。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は１８１．３９である。さらに全系の焦点距離は５１．７０ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は１．４１、半画角ωは２２．７１°である。

Claims

物体側から像側へ順に正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、後群から構成され、該後群は合焦の際に移動する第２レンズ群を有し、該第１レンズ群はｎ（ｎは２以上の整数）個の正レンズと１以上の負レンズを有する光学系において、ｉを物体側から数えた順番とし、該第１レンズ群中の第ｉ正レンズの材料のｄ線に対する屈折率をＮｄｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、アッベ数をνｄｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、該アッベ数νｄｉのうち最大値と最小値を各々ｍａｘ（νｄｉ）、ｍｉｎ（νｄｉ）、該屈折率Ｎｄｉのうち最小値をｍｉｎ（Ｎｄｉ）、該第１レンズ群の焦点距離をｆｐ、全系の焦点距離をｆとするとき、
２．２＜ｍａｘ（νｄｉ）／ｍｉｎ（νｄｉ）
ｍｉｎ（νｄｉ）＜３０．０
１．５５＜ｍｉｎ（Ｎｄｉ）
０．５＜ｆｐ／ｆ＜３．７
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
物体側から像側へ順に正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、後群から構成され、該後群は合焦の際に移動する第２レンズ群を有し、該第１レンズ群はｎ（ｎは２以上の整数）個の正レンズと１以上の負レンズを有する光学系において、ｉを物体側から数えた順番とし、該第１レンズ群中の第ｉ正レンズの材料のアッベ数をνｄｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、該アッベ数νｄｉのうち最大値と最小値を各々ｍａｘ（νｄｉ）、ｍｉｎ（νｄｉ）、該第１レンズ群の最も像側の屈折面は凹形状でその曲率半径をＲｐ、該第２レンズ群の最も物体側の屈折面は凹形状でその曲率半径をＲｎ、全系の焦点距離をｆとするとき、
２．２＜ｍａｘ（νｄｉ）／ｍｉｎ（νｄｉ）
ｍｉｎ（νｄｉ）＜３０．０
０．１５＜Ｒｐ／ｆ＜０．９０
−１５．００＜Ｒｎ／ｆ＜−０．１５
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
前記開口絞りを挟んだ屈折面で構成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒとするとき、
−０．９００＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１７５
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
前記光学系の無限遠物体に合焦時の開口ＦナンバーをＦｎｏとするとき、
Ｆｎｏ＜２．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
前記第１レンズ群中の第ｉ正レンズの材料の異常部分分散性をΔθｇＦｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、前記第１レンズ群中の第ｉ番目の第ｉ正レンズの焦点距離をｆｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）とするとき、
３．６０×１０^−４＜Σ（ΔθｇＦｉ／νｄｉ／ｆｉ）×ｆｐ
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
前記後群は、前記第２レンズ群の像側に、合焦に際して移動しない第３レンズ群を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
光電変換素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
に記載の光学系。
請求項１乃至７のいずれか１項の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする光学機器。
前記光学系の半画角をωとするとき、
６＜ω＜２５
なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載の光学機器。