JP2017215407A - 光学系および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】物体距離全般にわたり、特にコマ収差のフォーカス変動を抑え高い光学性能を有したリアフォーカス式を用いたレトロフォーカスレンズを提供すること。【解決手段】物体側から第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成される光学系において、該第１レンズ群は少なくとも一枚の物体側に凸であり周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面となる負メニスカスレンズを有し、その負メニスカスレンズののアッべ数をｖd_ｎ、Δθg.fをΔθg.f_ｎとするとき下記条件式を満たすことを特徴とする光学系。0.007＜ Δθg.F_ｎ＜0.07 （１）ただし、Δθg.f＝θg.f- (0.6438 - 0.001682×νd)【選択図】図１

Description

本発明は、銀塩カメラ・デジタルスチルカメラ・デジタルビデオカメラ等の撮影レンズに関し、特に広角レンズに関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられる光学系には、レンズ全長（光
学全長、物体側の第１レンズ面から像面までの長さ）が短く、光学系全体が小型であることが求められている。一般に、光学系の小型化を図るほど該収差、特に軸上色収差及び倍
率色収差などの色収差が多く発生し、光学性能が低下する傾向にある。

全系の焦点距離が短く、バックフォーカスが長い光学系として、レトロフォーカスタイプの光学系が知られている。このレトロフォーカスタイプの光学系では、光学系の前方（カメラ等の撮像光学系においては被写体側、プロジェクター等の投影光学系ではスクリーン側を指し、拡大側ともいう）に全体として負の屈折力のレンズ群を配置する。また、光学系の後方（カメラ等の撮像光学系においては像側、プロジェクター等の投影光学系では原画側を指し、縮小側ともいう）には全体として正の屈折力のレンズ群を配置する。このような構成によって長いバックフォーカスを有する光学系を実現している。

しかしながら、レトロフォーカスタイプの光学系は、開口絞りに対し、非対称な屈折力配置となっている。レトロフォーカスタイプの光学系は、この非対称な屈折力配置によって、負の歪曲収差（樽型の歪曲収差）や倍率色収差が発生しやすい。

レトロフォーカスタイプの光学系において、倍率色収差を補正する方法として、瞳近軸光線のレンズ面を通過する光軸からの高さが比較的高くなる、開口絞りよりも縮小側のレンズ群に蛍石等の異常分散材料を用いる方法が知られている。この方法を用いたレトロフォーカスタイプの光学系は種々提案されている（特許文献１）。

しかしながら、短波長側の倍率色収差は曲がりをもって発生しやすいため、上記のように異常分散性のガラスを使用して倍率色収差を抑えても、像高が高い位置で短波長側の倍率色収差の曲がりの分だけ倍率色収差が残ってしまうという課題があった（特許文献２）。

特開平０６−０８２６８９号公報 特開２０１１−１５０１９６号公報

そこで、本発明は、レトロフォーカスタイプの光学系において、絞りより物体側に部分分散比が大きく、周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設け、短波長側の倍率色収差の曲がりを改善することを目的とする。それにより、倍率色収差の補正のこりを格段に減少させ色収差（特に倍率色収差）を良好に補正した光学系を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学系は、
物体側から第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成される光学系において、該第１レンズ群は少なくとも一枚の物体側に凸であり周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面となる負メニスカスレンズを有し、その負メニスカスレンズのアッべ数をｖd_ｎ、Δθg.fをΔθg.f_ｎとするとき下記条件式を満たすことを特徴とする。

0.007＜ Δθg.F_ｎ＜0.07 （１）
ただし、Δθg.f＝θg.f- (0.6438 - 0.001682×νd)

本発明によれば、レトロフォーカスタイプの光学系において、絞りより物体側に部分分散比が大きく、周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設け、短波長側の倍率色収差の曲がりを改善する。それにより、倍率色収差の補正のこりを格段に減少させ色収差（特に倍率色収差）を良好に補正した光学系を提供することができる。

本発明を適用した実施例１でのレンズ構成図である。 図1の構成における無限端での諸収差図である。 本発明を適用した実施例２でのレンズ構成図である。 図２の構成における無限端での諸収差図である。 本発明を適用した実施例３でのレンズ構成図である。 図５の構成における無限端での諸収差図である。 本発明を適用した実施例４でのレンズ構成図である。 図７の構成における無限端での諸収差図である。 本発明の検証レンズと結果を示す図である。（a）24mmF2.8 球面ガラスのみで設計した６枚構成のレンズ断面図、(b)倍率色収差の収差図、(c)各面と全系の歪曲３次収差係数と歪曲５次収差係数をプロットしたグラフ（共にg線とｄ線の差分）である。 本発明の検証レンズと結果を示す図である。（a）24mmF2.8 G2R2に非球面を有した６枚構成のレンズ断面図、(b)倍率色収差の収差図、(c)各面と全系の歪曲３次収差係数と歪曲５次収差係数をプロットしたグラフ（共にg線とｄ線の差分）である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の特徴を最も良く表わす図面である。L1は正の第１レンズ群、L2は負の第２ レンズ群、Ｓは絞り、Iは像面である。

本発明では、レトロフォーカスタイプの光学系において、絞りより物体側に部分分散比が大きく、周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設け、短波長側の倍率色収差の曲がりを改善する。それにより、倍率色収差の補正のこりを格段に減少させ色収差（特に倍率色収差）を良好に補正することができる。

一般に図９（a）のようにレトロフォーカスタイプの広角レンズは、絞りより像側に物体側から第１負レンズ、第１正レンズ、第２正レンズを有し、負レンズと第１正レンズはマージナルコンタクトとなることが多い。一方この様なレンズタイプの短波長側の倍率色収差は図９（b）のように曲がることが多い。図９(c)は歪曲３次収差係数Vと歪曲５次収差係数V^をそれぞれ各面と全系でのｇ線とｄ線の差をプロットしたグラフである（レンズ設計法 松居直哉著 参照）。図９（ｃ）より前出のマージナルコンタクトを形成する両面で歪曲５次収差係数が大きくなっている。ここで、歪曲と歪曲３次収差係数と歪曲５次収差係数の関係は以下の式（Ｉ）（レンズ設計法 松居直哉著 P102 式（4.22）参照）より倍率色収差の曲がりがなくなる条件を考える。

ただし、V：歪曲３次収差係数 V^：歪曲５次収差係数 N１：最も物体側にある媒質の屈折力 ω：半画角を示している。

これより、y=ftanωを考慮して像高ｙにおいてg線の倍率色収差の曲がりをなくすためには、 g線とd線に関する（Ｉ）の微分値が等しくなればよい（条件式（ＩＩ））。

式（Ｉ）、（ＩＩ）より

とまとめることができる。式（ＩＩＩ）は歪曲の５次収差係数V^の波長での差分と歪曲の３次収差係数Vの波長での差分の比が、焦点距離ｆと任意像高ｙによって決まるというものである。（ＩＩＩ）より短波長の曲がりを抑えるには全系での歪曲３次収差係数に対して歪曲５次収差係数を大きく発生させなくてはならないが、図９（C）では全系での歪曲３次収差係数と歪曲５次収差係数が同程度になってしまっている。歪曲３次収差係数に対して歪曲５次収差係数を大きく発生させるべく、絞りより物体側に部分分散比が大きく、周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設けたものが、図１０（a）に示してある光学系である。図１０（ｂ）に倍率色収差を示す。高像高での倍率色収差では低次を高次の倍率色収差によって打ち消している。

このように、絞りより像側に物体側から第１負レンズ、第１正レンズ、第２正レンズを有し、負レンズと第１正レンズとがマージナルコンタクトとなる光学系は、倍率色収差が像高に対して大きくなり曲がりをもって発生することが多い。このような場合は、絞りより物体側に部分分散比が大きく、周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設けることで倍率色収差の曲がりをコントロールすることが可能である。

前記の構成にすることで色収差が良好に補正することが可能になり、高い光学性能を達成することができる。

上記現象は、定性的には絞りより物体側に周辺に行くに従って負のパワーが大きくなる非球面レンズを設けることで負の歪曲を高次で発生させている。そこに部分分散比が大きい硝材を使用することで基準波長に対する短波長の補正も行えるようにしている。該非球面ではあえて歪曲を発生させているため、該第１レンズ群は物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸の正レンズを有していることが歪曲収差補正の観点から好ましい。

請求項１の条件式（１）は、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズの部分分散比を規定する条件式である。条件式の上限を超えると短波長側の補正が過剰になってしまい光学性能を維持することが困難になる。条件式の下限を超えると、基準波長（ｄ線）に対する短波長倍率色収差の曲がりを補整する能力が弱まってしまう。

更には、下記条件式（１’）を満足することが好ましい。

0.007＜ Δθg.F_ｎ＜0.04 （１’）
ただし、Δθg.f＝θg.f- (0.6438 - 0.001682×νd)
より効果を発揮するには、下記条件式（１’’）を満足することが好ましい。

0.025＜ Δθg.F_ｎ＜0.04 （１’’）
ただし、Δθg.f＝θg.f- (0.6438 - 0.001682×νd)
請求項２の条件式（２）は、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズのアッベ数を規定する条件式である。条件式を外れると基準波長（ｄ線）に対する短波長倍率色収差の曲がりを補整する能力が弱まってしまい、所望の効果を得ることが困難になる。

更には、下記条件式（２’）を満足することが好ましい。
｜ｖｄ_n-51｜＞19 （２’）
請求項３の条件式（３）は、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズのパワーを規定する条件式である。条件式の上限を超えると短波長側の倍率色収差の補整能力が弱くなってしまい、所望の効果を得ることが困難になる。条件式の下限を超えると短波長側の倍率色収差の補整が過剰になってしまい軸上色収差が悪化し光学性能が劣化する。

更には、下記条件式（３’）を満足することが好ましい。
0.95≦｜ｆｎ/ｆ｜≦1.2 （３’）
請求項４の条件式（４）は、光学系のバックフォーカスと焦点距離の関係を規定する条件式である。条件式の上限を超えるとバックフォーカスが長くなってしまい、レトロフォーカス特有の非対称性が強くなり所望の効果を得ると歪曲収差や像面湾曲の劣化が大きくなってしまう。条件式の下限を超えると短波長側の倍率色収差の補整が過剰になってしまい軸上色収差が悪化し光学性能が劣化する。

更には、下記条件式（４’）を満足することが好ましい。
1.15≦｜Sk/ｆ｜≦1.95 （４’）
次に具体的な実施例を示す。諸収差図は球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差を示す。rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、ndはd線の屈折率、vdはアッベ数、BFはバックフォーカス値を示す。Fナンバー、焦点距離、画角、BFを示している。

図１から図２と表１は本発明による光学系の実施例１を示している。図１はレンズ構成断面図、図２は無限遠にフォーカスを合わせたときの諸収差図、表１はその数値データである。

本光学系は、物体側から順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2からなる。第1レンズ群L1は、物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸であり周辺部にかけて負のパワーが強くなる非球面を有した負メニスカスレンズと両凸の正レンズから構成されている。絞りSより像側にある第2レンズ群L2は、物体側から順に両凹の負レンズ、正レンズ、両凸の正レンズからから構成される。また、非球面を有した負メニスカスレンズの部分分散比θg.Fは0.5375である。

(表１)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 24.208 1.37 1.48749 70.2 18.26
2 10.256 2.62 15.17
3* 35.254 1.03 1.49710 81.6 15.09
4* 9.812 1.82 13.57
5 17.629 5.54 1.72000 50.2 13.47
6 -143.170 2.09 11.72
7(絞り) ∞ 4.13 11.65
8 -35.933 0.62 1.76182 26.5 12.18
9 79.962 0.25 12.50
10 4140.464 2.40 1.59282 68.6 12.51
11 -13.679 0.13 12.78
12 102.569 1.62 1.59282 68.6 12.80
13 -39.248 (可変) 13.13
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 4.71939e+000 A 4=-1.06227e-006 A 6= 1.17945e-008 A 8=-4.21646e-010
第4面
K =-6.67733e-001 A 4= 2.53528e-005 A 6=-2.99848e-008 A 8=-4.39103e-009
各種データ
焦点距離 24.00
Fナンバー 2.88
画角 29.65
像高 13.66
レンズ全長 65.29
BF 35.07

図３から図４と表２は本発明によるレトロフォーカス型レンズの実施例２を示している。図３はレンズ構成断面図、図４は無限遠にフォーカスを合わせたときの諸収差図、表２はその数値データである。

本光学系は、物体側から順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2からなる。第1レンズ群L1は、物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸であり周辺部にかけて負のパワーが強くなる非球面を有した負メニスカスレンズと両凸の正レンズから構成されている。絞りSより像側にある第2レンズ群L2は、物体側から順に両凹の負レンズ、正レンズ、両凸の正レンズからから構成される。また、非球面を有した負メニスカスレンズの部分分散比θg.Fは0.5986である。

（表２）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 34.489 1.37 1.48749 70.2 18.79
2 11.174 2.19 15.67
3* 25.064 1.03 1.68893 31.1 15.57
4* 9.766 1.76 14.12
5 18.570 5.00 1.84045 30.9 14.13
6 -85.590 3.40 12.93
7(絞り) ∞ 0.68 11.69
8 -114.824 3.62 1.84507 23.8 11.76
9 36.956 0.67 12.26
10 58.213 2.40 1.59272 68.0 12.53
11 -18.212 0.13 12.74
12* -37.956 1.58 1.63289 63.3 12.70
13 -17.152 (可変) 12.80
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 1.40440e+000 A 4=-2.89151e-005 A 6= 6.63081e-008 A 8=-2.13624e-011
第4面
K =-7.10992e-001 A 4= 5.26312e-006 A 6=-1.30226e-007 A 8=-4.58810e-010
第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.99365e-006 A 6=-3.50446e-008 A 8= 1.93563e-010
各種データ
焦点距離 24.00
Fナンバー 2.88
画角 29.65
像高 13.66
レンズ全長 65.50
BF 35.07

図５から図６と表３は本発明によるレトロフォーカス型レンズの実施例3を示している。図５はレンズ構成断面図、図６は無限遠にフォーカスを合わせたときの諸収差図、表３はその数値データである。

本光学系は、物体側から順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2からなる。第1レンズ群L1は、物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸であり周辺部にかけて負のパワーが強くなる非球面を有した負メニスカスレンズと両凸の正レンズから構成されている。絞りSより像側にある第2レンズ群L2は、物体側から順に両凹の負レンズ、正レンズ、両凸の正レンズからから構成される。また、非球面を有した負メニスカスレンズの部分分散比θg.Fは0.6370である。

(表３)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 42.694 1.37 1.48749 70.2 18.54
2 11.527 1.20 15.51
3* 13.617 1.03 1.92286 20.9 15.41
4* 8.096 1.99 13.94
5 17.469 4.99 1.84666 23.8 13.95
6 -105.444 3.01 12.68
7(絞り) ∞ 0.58 11.48
8 -216.061 4.53 1.84499 23.8 11.55
9 26.379 0.92 12.08
10 38.698 2.65 1.61417 65.5 12.55
11 -17.361 0.13 12.77
12* -33.305 1.42 1.71966 55.1 12.71
13 -18.418 (可変) 12.81
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 5.23503e-002 A 4=-1.38316e-004 A 6= 3.26644e-007 A 8=-9.48664e-010
第4面
K =-7.67601e-001 A 4=-8.96841e-005 A 6=-5.85335e-008 A 8= 2.92230e-009
第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.05122e-006 A 6=-3.50446e-008 A 8= 4.78198e-010
各種データ
焦点距離 24.00
Fナンバー 2.88
画角 29.65
像高 13.66
レンズ全長 65.64
BF 35.21

図７から図８と表４は本発明によるレトロフォーカス型レンズの実施例1を示している。図７はレンズ構成断面図、図８は無限遠にフォーカスを合わせたときの諸収差図、表４はその数値データである。

本光学系は、物体側から順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2からなる。第1レンズ群L1は、物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸であり周辺部にかけて負のパワーが強くなる非球面を有した負メニスカスレンズと両凸の正レンズから構成されている。絞りSより像側にある第2レンズ群L2は、物体側から順に両凹の負レンズ、正レンズ、両凸の正レンズからから構成される。また、非球面を有した負メニスカスレンズの部分分散比θg.Fは0.6370である。

（表４）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 52.100 1.37 1.48749 70.2 18.54
2 12.228 1.18 15.62
3 17.503 1.03 1.92286 20.9 15.52
4* 9.346 1.92 13.99
5 18.141 4.97 1.84666 23.8 14.01
6 -76.688 3.10 12.82
7(絞り) ∞ 0.58 11.51
8 -198.088 4.53 1.83282 24.2 11.57
9 28.457 0.91 12.09
10 155.365 2.42 1.55041 73.4 12.31
11 -14.984 0.13 12.61
12* -575.805 1.68 1.67464 59.1 12.64
13 -26.007 (可変) 12.64
像面 ∞
非球面データ
第4面
K =-5.54583e-001 A 4= 1.57297e-005 A 6=-9.19654e-008 A 8=-1.57738e-009
第12面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.17940e-005 A 6=-3.50446e-008 A 8= 2.56377e-009
各種データ
焦点距離 24.00
Fナンバー 2.88
画角 29.65
像高 13.66
レンズ全長 65.50
BF 35.07

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明はカメラやビデオカメラ等に好適なバックフォーカスが焦点距離よりも長いレトロフォーカス型レンズに関するものである。

L1 第１レンズ群、L2 第２レンズ群、S 虹彩絞り、I 像面

Claims (8)

1. 物体側から第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成される光学系において、該第１レンズ群は少なくとも一枚の物体側に凸であり周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面となる負メニスカスレンズを有し、その負メニスカスレンズのアッべ数をｖd_ｎ、Δθg.fをΔθg.f_ｎとするとき下記条件式を満たすことを特徴とする光学系。
   0.007＜ Δθg.F_ｎ＜0.07 （１）
   ただし、Δθg.f＝θg.f- (0.6438 - 0.001682×νd)
2. 請求項１に記載の光学系において、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズのアッベ数をｖｄ_nとするとき下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
   ｜ｖｄ_n-47.5｜＞15.5 （２）
3. 請求項１に記載の光学系において、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズの焦点距離をｆｎ、全系の焦点距離をｆとするとき下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
   0.8≦｜ｆｎ/ｆ｜≦1.3 （３）
4. 請求項１に記載の光学系において、バックフォーカスをSk、全系の焦点距離をｆとするとき下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
   1.00≦｜Sk/ｆ｜≦2.35 （４）
5. 請求項１に記載の光学において、該第１レンズ群内の周辺に行くに従って負のパワーが強くなる非球面を有する負メニスカスレンズがガラス材料で出来ていることを特徴とする光学系。
6. 請求項１に記載の光学において、該第１レンズ群は物体側から順に物体側に凸の負メニスカスレンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸の正レンズを有していることを特徴とする光学系。
7. 請求項１に記載の光学系において、該第２レンズ群は物体側から接合または単レンズからなる負レンズ、接合または単レンズからなる正レンズ、接合または単レンズからなる正レンズユニットのレンズ配置を有することを特徴とする光学系。
8. 物体の像を所定の像面上に結像させる光学系を備えた光学機器において、前記光学系が請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の光学系であることを特徴とする光学機器。