JP2018045064A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 フォーカシングレンズ群が小型であり、フォーカシングの際の収差変動が小さく、全物体距離で高い光学性能を得ることができる光学系を得ること。【解決手段】 開口絞りと、開口絞りより像側に配置され、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群とを有する光学系であって、フォーカスレンズ群は無限遠から至近距離へのフォーカシングに際して像側へ移動し、フォーカスレンズ群は、正レンズPLと、負レンズNLとを有し、負レンズNLの材料のアッベ数をνdNL、負レンズNLの材料のd線の屈折率をNdNL、正レンズPLの材料のアッベ数をνdPLとし、各々適切に設定すること。【選択図】 図1

Description

本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、銀塩写真用カメラなどの撮像装置の撮像光学系として好適なものである。
撮像装置に用いる撮像光学系には、至近の物体にフォーカス(合焦)することが容易で、かつ、無限遠から至近に至る全物体距離にわたり高い光学性能を有することが要望されている。また、オートフォーカス(自動合焦)を行う際に、フォーカス速度(合焦速度)が速いこと等も要望されている。迅速なフォーカシング(合焦)を行うためには、フォーカスレンズ群は小型軽量であることが必要である。
単焦点距離の撮像光学系やズームレンズ等の光学系は、物体側の第1レンズ群は一般に大型でしかも高重量になりやすい。従来、物体側の第1レンズ群よりも像側に配置される小型軽量なレンズ群を用いてフォーカシングを行った光学系が知られている(特許文献1乃至4)。
特許文献1は物体側から像側へ順に配置された、正、負、正、負、正の屈折力の第1レンズ群乃至第5レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズを開示している。そしてフォーカシングに際して第4レンズ群が移動するズームレンズを開示している。
特許文献2は物体側から像側へ順に配置された、正、負、正の屈折力の第1レンズ群乃至第3レンズ群より構成され、フォーカシングに際して第2レンズ群が移動するインナーフォーカス式レンズを開示している。
特許文献3は前群、開口絞り、後群より構成され、開口絞りの像側の負の屈折力のレンズ群でフォーカシングを行う撮影レンズを開示している。
特許文献4は物体側から像側へ順に配置された、負、正、負、正の屈折力の第1レンズ群乃至第4レンズ群より構成されてズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズを開示している。そしてフォーカシングに際して第3レンズ群を移動するズームレンズを開示している。
特開2015−72499号公報 特開2014−89351号公報 特開2013−88718号公報 特開2013−182054号公報
撮像装置に用いる光学系は、フォーカスレンズ群が小型軽量でフォーカシングが高速に行え、しかもフォーカシングに際して収差変動が少ないこと等が強く要望されている。
一般にフォーカスレンズ群を小型軽量にするため、フォーカスレンズ群の構成レンズ枚数を少なくすると、フォーカスレンズ群の残存収差が大きくなる。このため、フォーカシングに際して収差変動が大きくなり、無限遠から至近までの全物体距離にわたり良好な光学性能を得ることが難しくなる。フォーカシングレンズ群が小型で、フォーカシングが高速に行え、かつフォーカシングに際しての収差変動の少ない光学系を得るには、レンズ群の数や各レンズ群の屈折力そしてレンズ構成等を適切に設定することが重要になってくる。
特許文献1では、正レンズと負レンズの接合レンズからなるレンズ群でフォーカシングを行っている。しかしながら、正レンズと負レンズの材料の組み合わせが最適とは言いがたい。一般的な光学ガラスの材料において、屈折率が1.8以上でかつアッベ数が35以上の材料は、ほとんどの場合、比重が大きい(重い)材料である。特許文献1に記載の実施形態においても、比重が大きい材料のレンズをフォーカスレンズ群の負レンズに用いている。このため、フォーカスレンズ群が高重量化する傾向がある。
また、特許文献2や特許文献3や特許文献4で開示されている光学系は、1枚のレンズでフォーカシングを行っている。この方式は、フォーカスレンズ群の小型化及び軽量化には有利であるが、フォーカシングに際して色収差の変動が大きく、全物体距離にわたり高い光学性能を有することが難しい。
本発明は、フォーカシングレンズ群が小型であり、フォーカシングの際の収差変動が小さく、全物体距離で高い光学性能を得ることができる光学系の提供を目的とする。
本発明の光学系は、開口絞りと、前記開口絞りより像側に配置され、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群とを有する光学系であって、
前記フォーカスレンズ群は無限遠から至近距離へのフォーカシングに際して像側へ移動し、前記フォーカスレンズ群は、正レンズPLと、負レンズNLとを有し、
前記負レンズNLの材料のアッベ数をνdNL、前記負レンズNLの材料のd線の屈折率をNdNL、前記正レンズPLの材料のアッベ数をνdPLとするとき、
23.0<νdNL<40.0
2.44<NdNL−0.0003×νdNL2+0.034×νdNL<2.64
νdPL<23.0
なる条件式を満たすことを特徴としている。
本発明によれば、フォーカシングレンズ群が小型であり、フォーカシングの際の収差変動が小さく、全物体距離で高い光学性能を得ることができる光学系が得られる。
(A)、(B) 実施例1の無限遠に合焦時及び至近に合焦時のレンズ断面図 (A)、(B) 実施例1の無限遠に合焦時及び至近に合焦時における縦収差図 (A)、(B) 実施例2の広角端及び望遠端のレンズ断面図 (A)、(B) 実施例2の広角端及び望遠端における縦収差図 (A)、(B) 実施例3の広角端及び望遠端のレンズ断面図 (A)、(B) 実施例3の広角端及び望遠端における縦収差図 (A)、(B) 実施例4の広角端及び望遠端のレンズ断面図 (A)、(B) 実施例4の広角端及び望遠端における縦収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 一般的なガラス材料のアッベ数νdと屈折率Ndの関係を示した図
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。本発明の光学系は、開口絞りと、開口絞りより像側に配置されたフォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群とを有する。フォーカスレンズ群は無限遠(無限遠物体)から至近距離(至近物体)へのフォーカシングに際し像側へ移動する。フォーカスレンズ群は、正レンズPLと、負レンズNLとを有する。
図1(A)、(B)は本発明の実施例1の光学系が無限遠に合焦しているとき、及び至近に合焦しているときのレンズ断面図である。図2(A)、(B)は実施例1の光学系の無限遠に合焦しているとき、及び至近(等倍)に合焦しているときの縦収差図である。
図3(A)、(B)は本発明の実施例2の光学系の無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図である。図4(A)、(B)は、それぞれ無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端における縦収差図である。
図5(A)、(B)は本発明の実施例3の光学系の無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図である。図6(A)、(B)は、それぞれ無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端における縦収差図である。
図7(A)、(B)は本発明の実施例4の光学系の無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端におけるレンズ断面図である。図8(A)、(B)は、それぞれ無限遠に合焦しているときの広角端及び望遠端における縦収差図である。
図9は本発明の光学系を有する撮像装置の要部概略図である。図10は光学ガラスの材料のアッベ数と屈折率との関係を示す説明図である。
各実施例の光学系は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、銀塩フィルムカメラなどの撮像装置に用いられる撮像光学系である。なお、各実施例の光学系は投射装置(プロジェクタ)用の投射光学系として用いることもできる。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。L0は光学系である。iを物体側から像側へ数えたレンズ群の順序とするとき、Biは第iレンズ群である。
SPは開放Fナンバー(Fno)の光束を決定(制限)する開口絞りである。FSはフレアカット絞り(固定絞り)である。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像光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面が置かれる。また、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれている。Focus(フォーカス)に関する矢印は無限遠から至近へのフォーカシングに際してのレンズ群の移動方向を示している。
ここでレンズ群とはズーミング又はフォーカシングに伴う光軸方向のレンズ間隔の変化によって分けられる1つ以上のレンズを含むレンズ系をいう。球面収差図において、FnoはFナンバーである。また実線のdはd線(波長587.6nm)、二点鎖線のgはg線(波長435.8nm)である。非点収差図で点線のMはd線におけるメリディオナル像面、実線のSはd線におけるサジタル像面である。歪曲収差図はd線について示している。倍率色収差図はg線について示している。ωは半画角(度)である。
各実施例の光学系OLは開口絞りSPと、開口絞りSPより像側にフォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群FLとを有する。フォーカスレンズ群FLは無限遠から至近へのフォーカシングに際し、物体側から像側へ移動する。フォーカスレンズ群FLは、正レンズPLと、負レンズNLとを有する。負レンズNLの材料のアッベ数をνdNL、負レンズNLの材料のd線の屈折率をNdNL、正レンズPLの材料のアッベ数をνdPLとする。
このとき、
23.0<νdNL<40.0 ・・・(1)
2.44<NdNL−0.0003×νdNL2+0.034×νdNL<2.64
・・・(2)
νdPL<23.0 ・・・(3)
なる条件式を満たす。
ここでフラウンフォーファー線のg線(波長435.8nm),F線(486.1nm),d線(587.6nm),C線(656.3nm)に対する材料の屈折率をそれぞれNg,NF,Nd,NCとする。このとき材料のアッベ数νd及び後述するg線とF線を基準とした部分分散比θgFは、
νd=(Nd−1)/(NF−NC)
θgF=(Ng−NF)/(NF−NC)
である。以下、C線に対するF線の色収差を1次の色収差、F線に対するg線の色収差を2次の色収差という。
本発明の光学系OLは適切なアッベ数νd及び部分分散比θgFを有する材料を使用し、1次の色消し(1次の色収差補正)と2次の色消し(2次の色収差補正)の両方を適切に行うことで、良好な光学性能を得ている。
本発明の光学系OLは、開口絞りSPと、開口絞りSPより像側に配置されたフォーカシングに際して移動するレンズ群(フォーカスレンズ群)を有する。開口絞りSPはFナンバー(Fno)の光束を決定(制限)する部材であり、メカ的もしくは電気的な手法によって開口径を変化させることで光学系OLの内部を通過する光量を調整している。フォーカスレンズ群FLは、被写体(物体)に合焦するため、物体距離に応じて光軸上を移動する。開口絞りSPよりも像側にフォーカスレンズ群FLを配置することで、フォーカスレンズ群FLの小型化と軽量化を図っている。
また本発明の光学系OLでは、フォーカスレンズ群は負の屈折力であり、無限遠(無限遠物体)から至近距離(至近物体)へのフォーカシング(合焦)の際に、像側へ移動する。開口絞りSPより像側のレンズ系を通過する光束は収斂している場合が多く、このレンズ系中に配置されるレンズ群は有効径が小さくなる。従って、開口絞りSPより像側のレンズ群でフォーカスを行うことで、フォーカスレンズ群FLの小型化と軽量化が容易になる。
本発明に係るフォーカスレンズ群FLは、正レンズPLと負レンズNLとを有する。正レンズPLと負レンズNLをそれぞれ1枚以上有することで、フォーカシングに際して色収差の変動を軽減している。そして前述した条件式(1)乃至(3)を満足している。
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(1)は、負レンズNLの材料のアッベ数の範囲を規定し、条件式(2)は負レンズNLの材料の屈折率の範囲を規定する。図10は、現在市販されている一般的な光学ガラスの材料の、アッベ数νdと屈折率Ndの関係を示したグラフである。図10では、横軸にアッベ数νd、縦軸に屈折率Ndをとっている。条件式(1)および条件式(2)を満足する領域を破線で示している。
条件式(1)の下限値を超えて負レンズNLの材料のアッベ数が小さく(即ち、高分散に)なると、フォーカスレンズ群FL内での1次の色消しが困難になり、フォーカシングに際して色収差の変動を抑えることが困難になる。また、条件式(1)の上限値を超えて負レンズNLの材料のアッベ数が大きく(即ち、低分散に)なると、1次の色消しには有利となるが、低比重のガラス材料を得るのが困難になるため、フォーカスレンズ群の軽量化が困難になる。なお、本発明における低比重材料とは、たとえば、比重が3.7[g/cm3]程度以下の材料を示す。
ここで、材料の比重はレンズに使用される材料の常温(15℃〜25℃)での質量とそれと同体積の圧力101.325kPa(標準気圧)のもとにおける4℃の純水の質量との比とする。
条件式(2)の上限値を超えて負レンズNLの材料の屈折率が高くなると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を抑えるのが困難になる。また、条件式(2)の下限値を超えて負レンズNLの材料の屈折率が低くなると、安定的に量産されるガラス材料を得ることが困難になる。
条件式(3)は、正レンズPLの材料のアッベ数を規定する。条件式(3)の上限値を超えて正レンズPLの材料のアッベ数が大きく(即ち、低分散に)なると、フォーカスレンズ群FL内での1次の色消しが困難になり、フォーカシングに際しての色収差の変動を抑えることが困難になる。仮に、色収差の変動を低減しようとすると、正レンズPLの屈折力、負レンズNLの屈折力を大きくする必要があり、正レンズPLや負レンズNLの体積が大きくなってしまう。その結果、フォーカスレンズ群FLの小型化および軽量化が困難になる。
条件式(1)乃至(3)を満たすことで、全物体距離にわたり高い光学性能を有し、しかもフォーカスレンズ群FLの小型化及び軽量化が容易になる。
各実施例において、更に好ましくは次の条件式を1つ以上満足するのがよい。材料のアッベ数をνd、材料のg線とF線を基準とした部分分散比をθgFとする。標準部分分散比θgFaを
θgFa=−1.665×10-7×νd3+5.213×10-5×νd2−5.656×10-3×νd+0.7268 ・・・(A)
とする。
負レンズNLの材料のg線とF線を基準とした部分分散比をθgFNLとする。負レンズNLの材料の標準部分分散比をθgFaNLとする。正レンズPLの材料のg線とF線を基準とした部分分散比をθgFPLとする。正レンズPLの材料の標準部分分散比をθgFaPLとする。負レンズNLの材料の比重をDNLとする。正レンズPLの材料のd線の屈折率をNdPLとする。正レンズPLの材料の比重をDPLとする。負レンズNLの物体側のレンズ面の曲率半径をR1NLとする。負レンズNLの像側のレンズ面の曲率半径をR2NLとする。
このとき、次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。
θgFNL<θgFaNL ・・・(4)
θgFaPL<θgFPL ・・・(5)
DNL<−3.1×NdNL2+14.7×NdNL−12.5 ・・・(6)
DPL<−3.1×NdPL2+14.7×NdPL−12.5 ・・・(7)
1.80<NdPL ・・・(8)
DNL<3.70 ・・・(9)
DPL<3.70 ・・・(10)
1.2<νdNL/νdPL<2.2 ・・・(11)
0.0<(R1NL+R2NL)/(R1NL−R2NL)<1.0 ・・・(12)
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(4)は負レンズNLの材料の部分分散比を規定する。条件式(4)の右辺である(A)式は、一般的な光学ガラスの材料における、アッベ数νdと部分分散比θgFとの関係を示している。条件式(4)の上限値を超えて負レンズNLの材料の部分分散比θgFNLが大きくなると、二次の色消しが不十分となり、高い光学性能を得ることが困難になる。
同様に、条件式(5)は正レンズPLの材料の部分分散比θgFPLを規定する。条件式(5)の下限値を超えて正レンズPLの材料の部分分散比θgFPLが小さくなると、二次の色消しが不十分となり、高い光学性能を得ることが困難になる。従って、条件式(4)、条件式(5)を満たすことで、高い光学性能を有する光学系を得ることが容易となる。
条件式(6)は、負レンズNLの比重と屈折率の関係について規定する。条件式(6)は、フォーカスレンズ群FLの軽量化が容易な範囲を示している。一般的に、同じ中心肉厚を有する負レンズにおいて同じ値の負の屈折力を与える場合、屈折率が高い材料を用いるほどコバ厚を小さくすることができる。これは即ち、体積を小さくすることができることになる。このため、単レンズとしての軽量化が容易になる。その一方で、屈折率が高い材料ほど、比重も大きくなる(重くなる)傾向があり、両者を適切に設定することが重要になってくる。
条件式(6)の上限値を超えて比重が大きい材料を負レンズNLに用いると、フォーカスレンズ群FLを軽量化することが困難になり、好ましくない。同様に、条件式(7)は、正レンズPLの比重と屈折率の関係を規定している。同じコバ厚を有する正レンズにおいて同じ値だけの正の屈折力を与える場合、屈折率が高い材料を用いるほど中心肉厚を小さくすることができ、単レンズとしての軽量化が容易になる。その一方で、屈折率が高い材料ほど、比重も大きくなる(重くなる)傾向があり、両者を適切に設定することが重要になってくる。
条件式(7)の上限値を超えて比重が大きい材料を正レンズPLに用いると、フォーカスレンズ群FLを軽量化することが困難になり、好ましくない。条件式(6)、条件式(7)を満たすことで、フォーカスレンズ群FLが軽量な光学系を得ることが容易になる。
条件式(8)は、正レンズPLの材料の屈折率を規定する。条件式(8)の下限値を超えて正レンズPLの材料の屈折率が低くなると、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲を抑えるのが困難になる。従って、条件式(8)を満たすことで、高い光学性能を得ることが容易になる。
条件式(9)は、負レンズNLの材料の比重を規定する。条件式(9)の上限値を超えた材料を負レンズNLに用いると、フォーカスレンズ群FLの軽量化が困難になり、好ましくない。同様に、条件式(10)は、正レンズPLの材料の比重を規定する。条件式(10)の上限値を超えた材料を正レンズPLに用いると、フォーカスレンズ群FLの軽量化が困難になり、好ましくない。条件式(9)、条件式(10)を満たすことで、フォーカスレンズ群FLが軽量な光学系を得ることが容易になる。
条件式(11)は、負レンズNLの材料のアッベ数νdNLと正レンズPLの材料のアッベ数νdPLの比を規定する。条件式(11)の上限値を超えて負レンズNLの材料が低分散になると、色収差の補正には有利となるが、低比重の材料を負レンズNLに用いるのが困難になり、フォーカスレンズ群FLの軽量化が困難になる。
また、条件式(11)の下限値を超えて負レンズNLの材料が高分散になると、フォーカシングに際して色収差の変動を抑えるのが困難になる。従って、条件式(11)を満たすことで、フォーカスレンズ群FLが軽量で、高い光学性能を有する光学系を得ることが容易になる。
条件式(12)は、負レンズNLのレンズ形状を規定する。条件式(12)の下限値を下回ると、負レンズNLの像側のレンズ面の曲率が正で大きな値(像側に緩い凹面を向ける)になるか、負の値(像側に凸面を向ける)になる。このような場合では、負レンズNLの像側のレンズ面に入射する軸上光線(Fno光線)と像側のレンズ面がコンセントリックではなくなり、フォーカシングに際しての球面収差の変動が大きくなり、全物体距離にわたり高い光学性能を得ることが困難になる。
また、条件式(12)の上限値を上回ると、負レンズNLは像側に凹面を向けたメニスカス形状となる。このような場合では、球面収差の変動は少なくなるが、像側のレンズ面において瞳近軸光線がオーバー側に大きく跳ね上げられて、フォーカシングに際しての倍率色収差の変動や歪曲の変動が大きくなり、全物体距離にわたり高い光学性能を得ることが困難になる。条件式(12)を満たすことで、全物体距離にわたり高い光学性能を有する光学系を得ることができる。
また、本発明においては、フォーカスレンズ群は、正レンズPLと負レンズNLのみで構成されることが好ましい。正レンズと負レンズの1枚ずつで構成されることで、フォーカシングに際しての収差変動を軽減しつつ、フォーカスレンズ群の軽量化を図ることが容易となる。
更に、本発明の光学系においては、フォーカスレンズ群よりも像側に、正の屈折力のレンズ群を配置することが好ましい。フォーカスレンズ群の像側に正の屈折力のレンズ群があることで、フォーカスレンズ群の有効径を小さくすることができるため、フォーカスレンズ群の軽量化を図るのが容易となる。
以上のように本発明によれば、全物体距離にわたり高い光学性能を有し、フォーカスレンズ群が小型で軽量な光学系を得ることができる。更に好ましくは条件式(1)乃至(12)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
24.0<νdNL<39.0 ・・・(1a)
2.47<NdNL−0.0003×νdNL2+0.034×νdNL<2.63
・・・(2a)
νdPL<22.90 ・・・(3a)
θgFNL<θgFaNL−0.0005 ・・・(4a)
θgFaPL+0.001<θgFPL ・・・(5a)
DNL<−3.1×NdNL2+14.7×NdNL−12.6・・・(6a)
DPL<−3.1×NdPL2+14.7×NdPL−12.6・・・(7a)
1.82<NdPL ・・・(8a)
DNL<3.60 ・・・(9a)
DPL<3.65 ・・・(10a)
1.3<νdNL/νdPL<2.1 ・・・(11a)
0.03<(R1NL+R2NL)/(R1NL−R2NL)<0.80
・・・(12a)
更に好ましくは条件式(1a)乃至(12a)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
30.0<νdNL<36.0 ・・・(1b)
2.50<NdNL−0.0003×νdNL2+0.034×νdNL<2.62
・・・(2b)
νdPL<22.80 ・・・(3b)
θgFNL<θgFaNL−0.001 ・・・(4b)
θgFaPL+0.002<θgFPL ・・・(5b)
DNL<−3.1×NdNL2+14.7×NdNL−12.7・・・(6b)
DPL<−3.1×NdPL2+14.7×NdPL−12.7・・・(7b)
1.84<NdPL ・・・(8b)
DNL<3.50 ・・・(9b)
DPL<3.63 ・・・(10b)
1.4<νdNL/νdPL<2.0 ・・・(11b)
0.05<(R1NL+R2NL)/(R1NL−R2NL)<0.70
・・・(12b)
次に各実施例の光学系OLのレンズ構成について説明する。図1(A)、(B)に示す実施例1の光学系OLは、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群B1、開口絞りSP、負の屈折力の第2レンズ群B2、正の屈折力の第3レンズ群B3より構成されている。無限遠から至近へのフォーカシングに際し、矢印Focusに示す如く第2レンズ群B2は物体側から像側へ移動する。第2レンズ群B2はフォーカスレンズ群である。第2レンズ群B2は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズPL、負レンズNLの2枚のレンズより構成される。
実施例1の光学系は、撮影倍率がゼロ(即ち、無限遠)から等倍まで合焦することができる、いわゆるマクロレンズである。
図3(A)、(B)に示す実施例2の光学系OLはズームレンズよりなり、物体側から像側へ順に配置された次のレンズ群より構成されている。正の屈折力の第1レンズ群B1、負の屈折力の第2レンズ群B2、開口絞りSP、正の屈折力の第3レンズ群B3、正の屈折力の第4レンズ群B4、正の屈折力の第5レンズ群B5、負の屈折力の第6レンズ群B6を有する。更に負の屈折力の第7レンズ群B7、正の屈折力の第8レンズ群B8で構成される。
広角端から望遠端へのズーミングに際し、矢印の如く第1レンズ群B1は物体側へ、第2レンズ群B2は像側に凸状の軌跡で物体側へ移動する。第3レンズ群B3と第5レンズ群B5と第7レンズ群B7は一体(同じ軌跡)で物体側へ移動する。第4レンズ群B4は物体側へ、第6レンズ群B6は物体側に移動する。第8レンズ群B8はズーミングに際し不動である。
広角端に比べて望遠端において、第1レンズ群B1と第2レンズ群B2の間隔は広がり、第2レンズ群B2と第3レンズ群B3の間隔は狭まる。また第3レンズ群B3と第4レンズ群B4との間隔は一旦狭まった後広がり、第4レンズ群B4と第5レンズ群B5との間隔は一旦広まったあと狭まる。また、第5レンズ群B5と第6レンズ群B6との間隔は一旦広まったあと狭まり、第6レンズ群B6と第7レンズ群B7との間隔は一旦狭まったあと広がり、第7レンズ群B7と第8レンズ群B8との間隔は広がる。
また、無限遠から至近へのフォーカシングに際し、第6レンズ群B6は矢印Focusに示す如く、物体側から像側へ移動する。第6レンズ群B6はフォーカスレンズ群である。第6レンズ群B6は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズPLと負レンズNLの2枚のレンズより構成される。
図5(A)、(B)に示す実施例3の光学系OLはズームレンズよりなり、物体側から像側へ順に配置された次のレンズ群より構成される。負の屈折力の第1レンズ群B1、正の屈折力の第2レンズ群B2、負の屈折力の第3レンズ群B3、開口絞りSP、正の屈折力の第4レンズ群B4、負の屈折力の第5レンズ群B5、正の屈折力の第6レンズ群B6で構成される。
広角端から望遠端へのズーミングに際し、第1レンズ群B1は像側へ、第2レンズ群B2は物体側へ、第4レンズ群B4は物体側へ、第5レンズ群B5は物体側へ移動する。第3レンズ群B3と第6レンズ群B6はズーミングに際し不動である。広角端に比べて望遠端において、第1レンズ群B1と第2レンズ群B2の間隔は狭まり、第2レンズ群B2と第3レンズ群B3の間隔は広まり、第3レンズ群B3と第4レンズ群B4との間隔は狭まる。第4レンズ群B4と第5レンズ群B5との間隔は広まり、第5レンズ群B5と第6レンズ群B6との間隔は広がる。
また、無限遠から至近へのフォーカシングに際し、第5レンズ群B5は矢印Focusに示す如く物体側から像側へ移動する。第5レンズ群B5はフォーカスレンズ群である。第5レンズ群B5は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズPLと負レンズNLの2枚のレンズで構成される。
図7(A)、(B)に示す実施例4の光学系OLはズームレンズよりなり、物体側から像側へ順に配置された次のレンズ群より構成される。負の屈折力の第1レンズ群B1、正の屈折力の第2レンズ群B2、負の屈折力の第3レンズ群B3、正の屈折力の第4レンズ群B4で構成される。開口絞りSPは第2レンズ群B2の中に配置されている。
広角端から望遠端へのズーミングに際し、第1レンズ群B1は像側へ凸状の軌跡を描きながら像側へ、第2レンズ群B2は開口絞りSPと一体で物体側へ移動する。第3レンズ群B3は物体側へ、第4レンズ群B4は物体側へ移動する。広角端に比べて望遠端において、第1レンズ群B1と第2レンズ群B2の間隔は狭まり、第2レンズ群B2と第3レンズ群B3の間隔は広がり、第3レンズ群B3と第4レンズ群B4との間隔は狭まる。
また、無限遠から至近へのフォーカシングに際し、矢印Focusに示す如く第3レンズ群B3は物体側から像側へ移動する。第3レンズ群B3はフォーカスレンズ群である。第3レンズ群B3は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズPLと負レンズNLの2枚のレンズより構成される。
次に図9に示す本発明の光学系を有する撮像装置(一眼レフカメラ)について説明する。図9において、10は実施例1乃至4のいずれか1つの光学系1を有するレンズ装置である。
光学系1は保持部材である鏡筒2に保持されている。20はカメラ本体である。カメラ本体20はクイックリターンミラー3、焦点板4、ペンタダハプリズム5、接眼レンズ6等を有する。クイックリターンミラー3は、光学系10からの光束を上方に反射する。焦点板4は光学系10の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム5は焦点板4に形成された逆像を正立像に変換する。観察者は、その正立像を、接眼レンズ6を介して観察する。7はカメラ本体20に内蔵され、撮像光学系1によって形成された被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)である。
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および変更が可能である。たとえば、本実施例は像ぶれ補正用の防振レンズ群を有していないが、任意のレンズ群内に防振レンズ群を有しても良い。また、球面レンズだけでなく、非球面レンズを有しても良い。さらには、屈折光学素子(いわゆるレンズ)だけでなく、回折光学素子を有しても良い。
以下、実施例1乃至4に対応する数値データを示す。各実施例において、iは物体側から数えた順序を示し、riは第i番目の光学面(第i面)の曲率半径、diは第i面と第(i+1)面との間の軸上間隔を示す。又、ndi、νdiはそれぞれd線に対する第i番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向を正としRを近軸曲率半径、Kを円錐定数、A4、A6、A8、A10、A12を各々非球面係数としたとき、
なる式で表している。*は非球面形状を有する面を意味している。「e−x」は10−xを意味している。BFは空気換算のバックフォーカスである。レンズ全長は第1レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスBFの値を加えた値である。正レンズPLと負レンズNLに使用されている硝材の特性(商品名、製造会社、比重等)を[表1]に示す。また、前述の各条件式と数値データ1乃至4の関係をそれぞれ[表2]に示す。

[数値データ1]
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 34.165 2.48 1.85478 24.8 19.45
2 3300.513 1.00 1.48749 70.2 18.70
3 10.582 8.49 15.04
4 -125.841 2.25 1.80400 46.6 14.70
5 -37.952 4.58 15.10
6 -15.269 0.90 1.85478 24.8 14.45
7 59.190 4.63 1.78590 44.2 16.22
8 -19.645 0.18 17.39
9* 40.662 5.98 1.58313 59.4 18.25
10* -17.849 0.50 18.30
11(絞り) ∞ (可変) 16.49
12 -98.208 2.15 1.95906 17.5 14.71 正レンズPL
13 -23.966 0.50 1.80610 33.3 14.40 負レンズNL
14 21.148 5.43 13.54
15 ∞ (可変) 13.42
16 99.857 7.67 1.62299 58.2 22.56
17 -19.603 1.10 1.67270 32.1 23.57
18 -33.023 35.46 24.53
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.11209e-006 A 6=-7.29675e-008 A 8= 6.77260e-010
第10面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.71641e-005 A 6=-5.37377e-008 A 8= 7.10081e-010

各種データ
焦点距離 36.10
Fナンバー 2.92
半画角(度) 20.73
像高 13.66
レンズ全長 98.76
BF 35.46

レンズ群間隔
撮影倍率 -0.00倍 -0.50倍 -1.00倍
d11 3.08 8.77 14.68
d15 12.37 6.68 0.77

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 20.03
2 12 -23.88
3 16 42.56

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 40.37
2 2 -21.78
3 4 66.83
4 6 -14.12
5 7 19.27
6 9 22.10
7 12 32.59
8 13 -13.87
9 16 26.97
10 17 -74.15
[数値データ2]
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 98.040 1.60 1.91082 35.3 40.78
2 49.070 5.79 1.49700 81.5 38.00
3 -423.769 0.15 37.77
4 45.509 4.82 1.59522 67.7 36.59
5 332.437 (可変) 35.87
6 86.952 1.10 1.95375 32.3 23.34
7 13.484 5.75 18.51
8 -31.460 0.80 1.77250 49.6 17.99
9 70.614 0.15 17.75
10 28.240 4.95 1.84666 23.9 17.78
11 -32.556 0.70 17.12
12 -21.847 0.85 1.69680 55.5 16.95
13 -120.000 (可変) 16.49
14(絞り) ∞ 0.70 13.12
15* 13.204 4.34 1.58313 59.4 13.74
16* -61.870 0.99 13.16
17 25.887 1.13 1.83481 42.7 12.21
18 12.752 (可変) 11.37
19 23.617 0.60 1.90366 31.3 11.20
20 12.334 3.07 1.69680 55.5 10.90
21 -186.310 (可変) 10.64
22 -407.535 3.18 1.51633 64.1 11.05
23 -11.485 0.79 2.00069 25.5 11.40
24 -16.338 (可変) 11.89
25 69.672 1.63 1.89286 20.4 12.10 正レンズPL
26 -69.673 0.70 1.74951 35.3 12.05 負レンズNL
27 15.570 (可変) 11.92
28* -13.580 1.80 1.53160 55.8 16.54
29* -20.993 (可変) 18.70
30 -66.048 2.96 1.76200 40.1 26.44
31 -31.014 10.65 27.00
像面 ∞
非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.70870e-005 A 6=-9.06300e-008 A 8= 1.50901e-009 A10= 8.60362e-012
第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.21568e-005 A 6=-3.28652e-008 A 8= 2.46762e-009 A10= 5.11535e-012
第28面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.90424e-005 A 6=-2.47272e-007 A 8= 3.25583e-009
第29面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.47195e-005 A 6=-1.49024e-007 A 8= 2.93480e-009 A10=-9.51658e-012

各種データ
ズーム比 7.83
広角 中間 望遠
焦点距離 18.56 48.87 145.41
Fナンバー 3.60 5.56 6.49
半画角(度) 36.35 15.62 5.37
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 103.26 118.62 145.33
BF 10.65 10.65 10.65

d 5 0.60 15.03 39.50
d13 24.58 9.87 1.94
d18 2.75 2.30 2.95
d21 1.54 1.99 1.34
d24 1.40 3.27 1.40
d27 12.39 10.52 12.39
d29 0.80 16.44 26.62

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 75.07
2 6 -15.20
3 14 35.51
4 19 39.62
5 22 52.89
6 25 -30.80
7 28 -79.01
8 30 74.03

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -109.57
2 2 88.85
3 4 88.03
4 6 -16.86
5 8 -28.08
6 10 18.55
7 12 -38.47
8 15 19.07
9 17 -31.33
10 19 -29.31
11 20 16.71
12 22 22.83
13 23 -42.04
14 25 39.23
15 26 -16.92
16 28 -79.01
17 30 74.03
[数値データ3]
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 165.083 2.50 1.76385 48.5 60.02
2 36.605 11.05 49.76
3 -384.870 2.30 1.77250 49.6 49.38
4 50.205 0.15 46.34
5 49.911 4.73 1.85478 24.8 46.37
6 114.280 (可変) 45.86
7 -289.456 1.90 1.80518 25.4 36.71
8 113.450 4.83 1.77250 49.6 37.52
9 -110.509 0.15 37.87
10 71.470 5.79 1.62299 58.2 38.35
11 -104.366 0.15 38.14
12 40.408 4.08 1.69680 55.5 35.22
13 117.279 (可変) 34.44
14 ∞ 2.20 24.12
15* -85.144 1.30 1.88300 40.8 23.41
16 56.965 2.08 22.99
17 -85.145 1.30 1.83481 42.7 23.01
18 81.183 3.56 1.80518 25.4 23.56
19 -55.401 0.70 23.84
20(絞り) ∞ (可変) 23.85
21 1217.305 1.30 1.84666 23.9 23.86
22 30.036 5.67 1.49700 81.5 23.83
23 -48.710 0.15 24.83
24 38.193 4.64 1.76385 48.5 28.33
25 -197.504 (可変) 28.38
26 -217.481 3.12 1.95906 17.5 28.33 正レンズPL
27 -46.129 1.34 1.73800 32.3 28.38 負レンズNL
28 31.367 (可変) 28.13
29 88.514 5.73 1.58313 59.4 37.49
30* -81.954 38.37 37.87
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 9.82513e-007 A 6= 7.25887e-010 A 8=-1.78147e-012 A10= 1.58760e-015 A12=-5.28187e-019
第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.47133e-007 A 6= 2.51390e-009 A 8=-1.93121e-011 A10= 3.46857e-014
第30面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.30471e-007 A 6=-4.75408e-009 A 8= 1.65473e-011 A10=-3.38681e-014 A12= 3.09924e-017

各種データ
ズーム比 2.75
広角 中間 望遠
焦点距離 24.76 30.10 67.98
Fナンバー 2.92 2.92 2.91
半画角(度) 41.15 35.71 17.65
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 198.84 183.00 165.88
BF 38.37 38.37 38.37

d 6 56.40 38.56 4.37
d13 2.85 4.85 21.92
d20 24.49 23.52 1.78
d25 1.20 3.55 8.19
d28 4.80 3.42 20.52

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -39.10
2 7 33.39
3 14 -50.17
4 21 41.12
5 26 -42.97
6 29 73.89

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -62.10
2 3 -57.36
3 5 100.27
4 7 -101.01
5 8 73.15
6 10 68.96
7 12 86.59
8 15 -38.49
9 17 -49.61
10 18 41.38
11 21 -36.39
12 22 38.30
13 24 42.26
14 26 60.51
15 27 -25.11
16 29 73.89
[数値データ4]
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 55.324 2.00 1.58313 59.4 31.13
2* 9.525 8.69 20.65
3 -59.000 1.20 1.72916 54.7 19.72
4 15.000 3.05 17.59
5 23.000 4.30 1.91082 35.3 18.16
6 ∞ (可変) 17.51
7 -600.000 2.80 1.48749 70.2 8.69
8 -30.000 5.01 9.00
9(絞り) ∞ 0.40 9.43
10 10.803 3.42 1.58144 40.8 9.59
11 -17.862 0.80 1.88300 40.8 9.10
12 13.424 1.48 8.77
13 10.350 5.03 1.49700 81.5 9.38
14 -18.253 1.48 8.96
15 32.518 3.47 1.48749 70.2 9.30
16 -7.420 1.00 1.85135 40.1 9.31
17* -32.761 (可変) 10.01
18 -615.834 1.67 1.80810 22.8 10.64 正レンズPL
19 -34.549 0.60 1.73800 32.3 10.93 負レンズNL
20 23.722 (可変) 11.31
21 53.222 6.63 1.59270 35.3 17.14
22 -12.252 1.20 1.83481 42.7 17.88
23 -52.965 (可変) 20.19
像面 ∞
非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.03598e-005 A 6=-8.29581e-008 A 8= 8.88357e-011 A10= 3.29148e-014
第2面
K =-9.21567e-001 A 4= 9.05160e-005 A 6= 5.39728e-008 A 8= 6.59217e-009 A10=-4.28049e-011
第17面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.82970e-005 A 6= 1.64788e-007 A 8= 3.15159e-008 A10=-2.78476e-010

各種データ
ズーム比 1.93
広角 中間 望遠
焦点距離 11.33 15.16 21.84
Fナンバー 4.10 4.65 5.72
半画角(度) 50.33 42.03 32.02
像高 13.66 13.66 13.66
レンズ全長 88.44 85.64 87.26
BF 9.00 14.02 22.72

d 6 16.99 9.16 2.09
d17 1.30 1.58 1.98
d20 6.91 6.62 6.23
d23 9.00 14.02 22.72

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -15.65
2 7 18.66
3 18 -32.87
4 21 135.10

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -20.05
2 3 -16.29
3 5 25.26
4 7 64.67
5 10 12.11
6 11 -8.58
7 13 14.11
8 15 12.76
9 16 -11.48
10 18 45.24
11 19 -18.98
12 21 17.46
13 22 -19.35
B1 第1レンズ群 B2 第2レンズ群 B3 第3レンズ群
B4 第4レンズ群 B5 第5レンズ群 B6 第6レンズ群
B7 第7レンズ群 B8 第8レンズ群
SP 開口絞り FL フォーカシングレンズ群

Claims (16)

  1. 開口絞りと、前記開口絞りより像側に配置され、フォーカシングに際して移動する負の屈折力のフォーカスレンズ群とを有する光学系であって、
    前記フォーカスレンズ群は無限遠から至近距離へのフォーカシングに際して像側へ移動し、前記フォーカスレンズ群は、正レンズPLと、負レンズNLとを有し、
    前記負レンズNLの材料のアッベ数をνdNL、前記負レンズNLの材料のd線の屈折率をNdNL、前記正レンズPLの材料のアッベ数をνdPLとするとき、
    23.0<νdNL<40.0
    2.44<NdNL−0.0003×νdNL2+0.034×νdNL<2.64
    νdPL<23.0
    なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。
  2. 材料のアッベ数をνd、材料のg線とF線を基準とした部分分散比をθgFとし、標準部分分散比θgFaを
    θgFa=−1.665×10-7×νd3+5.213×10-5×νd2−5.656×10-3×νd+0.7268
    とするとき、前記負レンズNLの材料のg線とF線を基準とした部分分散比θgFNLと、前記負レンズNLの材料の標準部分分散比θgFaNLは、
    θgFNL<θgFaNL
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学系。
  3. 材料のアッベ数をνd、材料のg線とF線を基準とした部分分散比をθgFとし、標準部分分散比θgFaを
    θgFa=−1.665×10-7×νd3+5.213×10-5×νd2−5.656×10-3×νd+0.7268
    とするとき、前記正レンズPLの材料のg線とF線を基準とした部分分散比θgFPLと、前記正レンズPLの材料の標準部分分散比θgFaPLは、
    θgFaPL<θgFPL
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光学系。
  4. 前記負レンズNLの材料の比重をDNLとするとき、
    DNL<−3.1×NdNL2+14.7×NdNL−12.5
    なる条件式を満たす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。
  5. 前記正レンズPLの材料のd線の屈折率をNdPL、前記正レンズPLの材料の比重をDPLとするとき、
    DPL<−3.1×NdPL2+14.7×NdPL−12.5
    なる条件式を満たす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。
  6. 前記正レンズの材料のd線の屈折率をNdPLとするとき、
    1.80<NdPL
    なる条件式を満たす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。
  7. 前記負レンズNLの材料の比重をDNLとするとき、
    DNL<3.70
    なる条件式を満たす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。
  8. 前記正レンズPLの材料の比重をDPLとするとき、
    DPL<3.70
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学系。
  9. 前記光学系は、
    1.2<νdNL/νdPL<2.2
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学系。
  10. 前記負レンズNLの物体側のレンズ面の曲率半径をR1NL、前記負レンズNLの像側のレンズ面の曲率半径をR2NLとするとき、
    0.0<(R1NL+R2NL)/(R1NL−R2NL)<1.0
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学系。
  11. 前記フォーカスレンズ群は、正レンズPLと負レンズNLより構成されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光学系。
  12. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、開口絞り、負の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群より構成され、前記第2レンズ群はフォーカシングに際して移動するフォーカスレンズ群であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学系。
  13. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ群、負の屈折力の第2レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群、正の屈折力の第5レンズ群、負の屈折力の第6レンズ群、負の屈折力の第7レンズ群、正の屈折力の第8レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、前記第6レンズ群はフォーカシングに際して移動するフォーカスレンズ群であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学系。
  14. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第4レンズ群、負の屈折力の第5レンズ群、正の屈折力の第6レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、前記第5レンズ群はフォーカシングに際して移動するフォーカスレンズ群であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学系。
  15. 前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、負の屈折力の第3レンズ群、正の屈折力の第4レンズ群より構成され、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化し、前記開口絞りは前記第2レンズ群の中に配置されており、前記第3レンズ群はフォーカシングに際して移動するフォーカスレンズ群であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学系。
  16. 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光学系と、前記光学系によって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
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