JP2019060971A - 結像レンズおよび光学装置 - Google Patents

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Shunsuke Miyagishima
峻介 宮城島
和佳 岡田
Kazuyoshi Okada
和佳 岡田
右恭 富岡
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右恭 富岡
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賢 米澤
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泰孝 島田
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Abstract

【課題】温度変化によるピントのずれを良好に補正しつつ、色収差および像面湾曲等の諸収差を良好に補正した結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置を提供する。【解決手段】結像レンズ中に、負の屈折率変化率を有しながら比較的低分散かつ高屈折率である条件を示す所定の条件式（１）〜（３）を満足する負レンズを少なくとも１枚有し、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、所定の条件式（４）、（５）を満足するものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラまたはプロジェクター等に好適な結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置に関するものである。
デジタルカメラまたはプロジェクター等の光学装置に好適な結像レンズとしては、例えば下記特許文献１または２に記載のものが知られている。
特開２００３−２２２７９３号公報 特開２００８−４６２５９号公報
高精細な結像レンズを実現するためには、色収差を抑えることが重要で、色収差の２次スペクトルを補正するには異常分散性の大きい材料が有効である。異常分散性の大きい材料は温度に対する屈折率変化が大きく、これを正レンズに用いると、温度上昇時にピント位置が伸びてしまうという問題がある。
特許文献１および２に記載のレンズ系は、いずれも異常分散性の大きな正レンズで起きたピントズレを、同じく異常分散性の大きな負レンズを組み合わせることによって補正している。このような方法は、温度変化に伴うピントずれの補正と色収差の補正には有効な手段であるが、温度補正のために負レンズに屈折率の低い材料を使うことになるため、像面湾曲の補正が十分に行われないという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度変化によるピントのずれを良好に補正しつつ、色収差および像面湾曲等の諸収差を良好に補正した結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置を提供することを目的とするものである。
本発明の結像レンズは、複数枚のレンズを組み合わせてなる結像レンズであって、結像レンズに含まれる負レンズのｄ線における屈折率をｎＮ、負レンズのｄ線におけるアッベ数をνＮ、負レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＮ／ｄｔとした場合、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズを少なくとも１枚有し、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ１、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズの部分分散比をθＰ１ｇＦとした場合、条件式（４）、（５）を満足する。
１．６５＜ｎＮ＜１．７５ …（１）
４５＜νＮ＜５５ …（２）
ｄｎＮ／ｄｔ＜０×１０−６／℃ …（３）
６３＜νＰ１ …（４）
０．６４４＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１ …（５）
なお、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズは、条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。
１．６９＜ｎＮ＜１．７１ …（１−１）
５０＜νＮ＜５２ …（２−１）
−２×１０−６／℃＜ｄｎＮ／ｄｔ＜−１×１０−６／℃ …（３−１）
また、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、条件式（４−１）、（５−１）のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。
７５＜νＰ１＜１００ …（４−１）
０．６６５＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１＜０．７ …（５−１）
本発明の結像レンズにおいては、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズのうち少なくとも１枚の負レンズは、負レンズの焦点距離をｆＮ、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（６）を満足することが好ましく、条件式（６−１）を満足することがより好ましい。なお、結像レンズに変倍機能を設けた場合には、変倍領域の中の１か所で条件式（６）および／または（６−１）を満足すればよい。また、負レンズが接合されている場合には、負レンズの前後を空気として計算するものとする。
｜ｆＮ｜／ｆ＜１０ …（６）
０．５＜｜ｆＮ｜／ｆ＜５ …（６−１）
また、結像レンズに含まれる正レンズのｄ線における屈折率をｎＰ２、正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ２、正レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＰ２／ｄｔとした場合、条件式（７）〜（９）を満足する正レンズを少なくとも１枚有することが好ましい。
１．６＜ｎＰ２＜１．８５ …（７）
４０＜νＰ２＜６０ …（８）
６×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ …（９）
ここで、条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、条件式（７−１）、（８−１）、（９−１）のうち少なくとも１つをさらに満足することが好ましい。
１．６５＜ｎＰ２＜１．８ …（７−１）
４２＜νＰ２＜５７ …（８−１）
６．５×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ＜１１×１０−６／℃ …（９−１）
また、条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、正レンズの焦点距離をｆＰ２、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（１０）を満足することが好ましく、条件式（１０−１）を満足することがより好ましい。なお、結像レンズに変倍機能を設けた場合には、変倍領域の中の１か所で条件式（１０）および／または（１０−１）を満足すればよい。また、正レンズが接合されている場合には、正レンズの前後を空気として計算するものとする。
ｆＰ２／ｆ＜１５ …（１０）
０．２＜ｆＰ２／ｆ＜５ …（１０−１）
また、結像レンズは、単焦点レンズとしてもよく、その場合、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における近軸軸上光線の高さをＨＮ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における近軸軸上光線の高さの最大値をＨｍａｘとした場合、条件式（１１）を満足することが好ましく、条件式（１１−１）を満足することがより好ましい。
０．３＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜ …（１１）
０．４＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜＜１ …（１１−１）
また、結像レンズは、変倍機能を有してもよく、その場合において変倍領域の全域にわたって温度変化に伴うピントずれを補正する場合には、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、条件式（１２）を満足することが好ましく、条件式（１２−１）を満足することがより好ましい。
｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．８ …（１２）
０．４＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．５ …（１２−１）
また、結像レンズは、変倍機能を有してもよく、その場合において特に望遠端での温度変化に伴うピントずれを補正する場合には、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、条件式（１３）を満足することが好ましく、条件式（１３−１）を満足することがより好ましい。
１．８＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜ …（１３）
２＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜５０ …（１３−１）
本発明の光学装置は、上記記載の本発明の結像レンズを備えたものである。
なお、上記「〜からなる」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、絞りやマスクやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。
また、上記のレンズの面形状、屈折力の符号、および曲率半径は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。
また、部分分散比θｇＦは、ｇ線(波長４３５．８ｎｍ)に対する屈折率をｎｇ、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)に対する屈折率をｎＦ、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)に対する屈折率をｎＣとした場合、下記式で表されるものである。
θｇＦ＝（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）
また、近軸軸上光線の高さについては「光学技術シリーズ１ レンズ設計法」（松居吉哉著、共立出版）のｐｐ．１９、（２．１０）〜（２．１２）式による近軸光線追跡における定義に準ずる。
本発明の結像レンズは、複数枚のレンズを組み合わせてなる結像レンズであって、結像レンズに含まれる負レンズのｄ線における屈折率をｎＮ、負レンズのｄ線におけるアッベ数をνＮ、負レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＮ／ｄｔとした場合、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズを少なくとも１枚有し、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ１、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズの部分分散比をθＰ１ｇＦとした場合、条件式（４）、（５）を満足するようにしたので、温度変化によるピントのずれを良好に補正しつつ、色収差および像面湾曲等の諸収差を良好に補正した結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置を提供することができる。
１．６５＜ｎＮ＜１．７５ …（１）
４５＜νＮ＜５５ …（２）
ｄｎＮ／ｄｔ＜０×１０−６／℃ …（３）
６３＜νＰ１ …（４）
０．６４４＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１ …（５）
本発明の一実施形態にかかる結像レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例７の結像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１の結像レンズの各収差図 本発明の実施例２の結像レンズの各収差図 本発明の実施例３の結像レンズの各収差図 本発明の実施例４の結像レンズの各収差図 本発明の実施例５の結像レンズの各収差図 本発明の実施例６の結像レンズの各収差図 本発明の実施例７の結像レンズの各収差図 本発明の一実施形態にかかる光学装置の概略構成図 本発明のその他の実施形態による光学装置の前面側を示す斜視図 図１６の光学装置の背面側を示す斜視図
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる結像レンズのレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の結像レンズの構成と共通である。図１においては、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１は、無限遠物体に合焦した状態を示しており、軸上光束ａおよび最大画角の光束ｂを併せて記入している。
なお、結像レンズが光学装置に搭載される際には、光学装置の仕様に応じた各種フィルタおよび／または保護用のカバーガラスを備えることが好ましいため、図１ではこれらを想定した平行平面板状の光学部材ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材ＰＰの位置は図１に示すものに限定されないし、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。
本実施形態の結像レンズは、複数枚のレンズを組み合わせてなる結像レンズであって、結像レンズに含まれる負レンズのｄ線における屈折率をｎＮ、負レンズのｄ線におけるアッベ数をνＮ、負レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＮ／ｄｔとした場合、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズを少なくとも１枚有し、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ１、最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズの部分分散比をθＰ１ｇＦとした場合、条件式（４）、（５）を満足するように構成されている。
１．６５＜ｎＮ＜１．７５ …（１）
４５＜νＮ＜５５ …（２）
ｄｎＮ／ｄｔ＜０×１０−６／℃ …（３）
６３＜νＰ１ …（４）
０．６４４＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１ …（５）
条件式（１）〜（３）は、異常分散性の大きい材料を正レンズに用いた場合でも、温度変化に伴うピントのずれを良好に補正するための条件である。条件式（１）〜（３）を満足する負レンズとは、すなわち、負の屈折率変化率を有しながら比較的低分散かつ高屈折率である負レンズであり、温度上昇時のピント位置を縮める方向に補正することが可能である。多くの光学材料は正の屈折率変化率を有しているため、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズと、他の一般的な光学材料からなるレンズを組み合わせることによって、色収差と温度変化によるピントのずれを良好に補正することが可能となる。
また、結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズについて、条件式（４）、（５）を満足するものとすることによって、色収差を抑えた設計が可能となり、さらに、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズと組み合わせることによって、像面湾曲と色収差を抑えながら、温度変化に伴うピントずれを補正することが可能となる。
条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、屈折率が小さくなり過ぎるのを防ぐことができるため、像面湾曲の補正に有利となる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、屈折率が大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、色収差補正に必要なアッベ数を確保することができる。なお、条件式（１−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
１．６９＜ｎＮ＜１．７１ …（１−１）
条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、倍率色収差および軸上色収差の補正に有利となる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、色収差補正と屈折率との両立に有利となる。なお、条件式（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
５０＜νＮ＜５２ …（２−１）
条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、温度変化に対する屈折率変化が大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、ピントのずれが補正過剰になるのを防ぐことができる。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、温度変化に対する屈折率変化が小さくなり過ぎるのを防ぐことができるため、ピントのずれが補正不足になるのを防ぐことができる。なお、条件式（３−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
−２×１０−６／℃＜ｄｎＮ／ｄｔ＜−１×１０−６／℃ …（３−１）
条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、倍率色収差の補正に有利となる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、屈折率が小さくなり過ぎるのを防ぐことができるため、球面収差の補正に有利となる。なお、条件式（４−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
７５＜νＰ１＜１００ …（４−１）
条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、異常分散性が小さくなりなり過ぎるのを防ぐことができるため、２次スペクトルの補正が容易となる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、屈折率が小さくなり過ぎるのを防ぐことができるため、球面収差の補正に有利となる。なお、条件式（５−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．６６５＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１＜０．７ …（５−１）
本実施形態の結像レンズにおいては、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズのうち少なくとも１枚の負レンズは、負レンズの焦点距離をｆＮ、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの屈折力が弱くなり過ぎるのを防ぐことができるため、温度補正効果が小さくなり過ぎるのを防ぐことができる。なお、条件式（６−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの屈折力が強くなり過ぎるのを防ぐことができるため、温度補正効果が大きくなり過ぎるのを防ぐことができる。
｜ｆＮ｜／ｆ＜１０ …（６）
０．５＜｜ｆＮ｜／ｆ＜５ …（６−１）
また、結像レンズに含まれる正レンズのｄ線における屈折率をｎＰ２、正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ２、正レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＰ２／ｄｔとした場合、条件式（７）〜（９）を満足する正レンズを少なくとも１枚有することが好ましい。
１．６＜ｎＰ２＜１．８５ …（７）
４０＜νＰ２＜６０ …（８）
６×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ …（９）
条件式（７）〜（９）は、温度変化に対するピント変化を補正しつつ、色収差と球面収差を抑えたレンズ系を可能とするための条件である。条件式（７）〜（９）を満足する正レンズ、すなわち、温度に対する屈折率変化が正の大きな値の材料からなるレンズを配することで、温度上昇時のピント位置を縮める方向に補正することが可能である。
条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、屈折率が小さくなり過ぎるのを防ぎ、球面収差の補正に有利となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、屈折率が大きくなり過ぎるのを防ぎ、色収差補正に必要なアッベ数を確保することができる。なお、条件式（７−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
１．６５＜ｎＰ２＜１．８ …（７−１）
条件式（８）の下限以下とならないようにすることによって、倍率色収差および軸上色収差の補正に有利となる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることによって、色収差補正と屈折率との両立に有利となる。なお、条件式（８−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
４２＜νＰ２＜５７ …（８−１）
条件式（９）の下限以下とならないようにすることによって、温度変化に対する屈折率変化が小さくなり過ぎるのを防ぎ、ピントのずれが補正不足になるのを防ぐことができる。条件式（９）の上限以上とならないようにすることによって、温度変化に対する屈折率変化が大きくなり過ぎるのを防ぎ、ピントのずれが補正過剰になるのを防ぐことができる。なお、条件式（９−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
６．５×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ＜１１×１０−６／℃ …（９−１）
また、条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、正レンズの焦点距離をｆＰ２、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、条件式（１０）を満足することが好ましい。条件式（１０）の下限以下とならないようにすることによって、正レンズの屈折力が強くなり過ぎるのを防ぐことができるため、温度補正効果が大きくなり過ぎるのを防ぐことができる。条件式（１０）の上限以上とならないようにすることによって、正レンズの屈折力が弱くなり過ぎるのを防ぐことができるため、温度補正効果が小さくなり過ぎるのを防ぐことができる。なお、条件式（１０−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
ｆＰ２／ｆ＜１５ …（１０）
０．２＜ｆＰ２／ｆ＜５ …（１０−１）
また、結像レンズは、単焦点レンズとしてもよく、その場合、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における近軸軸上光線の高さをＨＮ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における近軸軸上光線の高さの最大値をＨｍａｘとした場合、条件式（１１）を満足することが好ましく、条件式（１１−１）を満足することがより好ましい。条件式（１１）の下限以下とならないようにすることによって、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの近軸軸上光線の高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、温度変化に対する補正効果が弱くなり過ぎるのを防ぐことができる。なお、条件式（１１−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜ …（１１）
０．４＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜＜１ …（１１−１）
また、結像レンズは、変倍機能を有してもよく、その場合において変倍領域の全域にわたって温度変化に伴うピントずれを補正する場合には、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、条件式（１２）を満足することが好ましい。条件式（１２）の下限以下とならないようにすることによって、望遠端の軸上光線の高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、望遠端側での補正効果を確保することができる。条件式（１２）の上限以上とならないようにすることによって、広角端の軸上光線の高さが低くなり過ぎるのを防ぐことができるため、広角端側での補正効果を確保することができる。なお、条件式（１２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．８ …（１２）
０．４＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．５ …（１２−１）
また、結像レンズは、変倍機能を有してもよく、その場合において特に望遠端での温度変化に伴うピントずれを補正する場合には、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、条件式（１３）を満足することが好ましい。条件式（１３）の下限以下とならないようにすることによって、広角端と望遠端の軸上光線高さの差が小さくなり過ぎるのを防ぐことができるため、望遠端での温度変化に伴うピントずれの補正が不足するのを防ぐことができる。なお、条件式（１３−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。条件式（１３）の上限以上とならないようにすることによって、広角端と望遠端の軸上光線高さの差が大きくなり過ぎるのを防ぐことができるため、望遠端での温度変化に伴うピントずれの補正が過剰になるのを防ぐことができる。
１．８＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜ …（１３）
２＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜５０ …（１３−１）
また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等をレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
次に、本発明の結像レンズの数値実施例について説明する。まず、実施例１の結像レンズについて説明する。実施例１の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図１に示す。図１および後述の実施例２〜７に対応した図２〜７においては、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図１〜７は、無限遠物体に合焦した状態を示しており、軸上光束ａおよび最大画角の光束ｂを併せて記入している。
実施例１の結像レンズは、単焦点レンズであって、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ１６の１６枚のレンズから構成されている。実施例１の結像レンズにおいては、レンズＬ１６（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ１４（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ５４Ｑとする。）が条件式（７）〜（９）を満足する正レンズであり、レンズＬ９が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。
実施例１の結像レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜７についても基本的に同様である。
表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像面側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））における屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））におけるアッベ数を示し、ｄｎ／ｄｔの欄には各光学要素の２５℃での温度変化に対するｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））における屈折率変化率を示し、θｇＦの欄には各光学要素の部分分散比を示し、条件式（５）の欄には各光学要素の条件式（５）の値を示す。なお、表１中において、ｄｎ／ｄｔの値については「×１０−６／℃」が省略されている。
また、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像面側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。
表２の諸元に関するデータに、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω[°]の値を示す。
基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては°を用い、長さの単位としてはｍｍ（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。
実施例１の結像レンズの各収差図を図８に示す。なお、図８中の左側から順に球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差、非点収差、および歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））についての収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図にはサジタル方向およびタンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線および短破線で示す。倍率色収差図にはＣ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））についての収差をそれぞれ長破線および短破線で示す。なお、球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。
次に、実施例２の結像レンズについて説明する。実施例２の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図２に示す。実施例２の結像レンズは、単焦点レンズであって、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ６の６枚のレンズから構成されている。実施例２の結像レンズにおいては、レンズＬ１（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ６（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＨ５２Ｑとする。）が条件式（７）〜（９）を満足する正レンズであり、レンズＬ５が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例２の結像レンズの基本レンズデータを表３に、諸元に関するデータを表４に、各収差図を図９に示す。
次に、実施例３の結像レンズについて説明する。実施例３の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。実施例３の結像レンズは、変倍機能を有し、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ１４の１４枚のレンズから構成されている。実施例３の結像レンズにおいては、レンズＬ２（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ５（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＨ５２Ｑとする。）およびレンズＬ７（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ５４Ｑとする。）が条件式（７）〜（９）を満足する正レンズであり、レンズＬ３が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例３の結像レンズの基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に、変化する面間隔に関するデータを表７に、非球面係数に関するデータを表８に、各収差図を図１０に示す。
表６の諸元に関するデータでは、広角端と望遠端の各々について、ズーム倍率、焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ω[°]の値を示す。
表５のレンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤＤ[面番号]と記載している。このＤＤ[面番号]に対応する数値は表７に示している。
表８のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表８の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。表８の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０±ｎ」を意味する。非球面係数は、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍの値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１／２｝＋ΣＡｍ・ｈｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数
であり、非球面深さＺｄにおけるΣはｍに関する総和を意味する。
また、図１０の各収差図では、上段に広角端における各収差図を示し、下段に望遠端における各収差図を示す。
なお、諸元に関するデータ、変化する面間隔に関するデータ、非球面係数に関するデータ、および、各収差図中の記号の意味について、実施例３のものを例にとり説明するが、実施例４〜７についても基本的に同様である。
次に、実施例４の結像レンズについて説明する。実施例４の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図４に示す。実施例４の結像レンズは、変倍機能を有し、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ３０の３０枚のレンズから構成されている。実施例４の結像レンズにおいては、レンズＬ７（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）およびレンズＬ２６（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ４が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例４の結像レンズの基本レンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に、変化する面間隔に関するデータを表１１に、各収差図を図１１に示す。
次に、実施例５の結像レンズについて説明する。実施例５の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図５に示す。実施例５の結像レンズは、変倍機能を有し、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ２１の２１枚のレンズから構成されている。実施例５の結像レンズにおいては、レンズＬ１６（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ４が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例５の結像レンズの基本レンズデータを表１２に、諸元に関するデータを表１３に、変化する面間隔に関するデータを表１４に、各収差図を図１２に示す。
次に、実施例６の結像レンズについて説明する。実施例６の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図６に示す。実施例６の結像レンズは、変倍機能を有し、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ２４の２４枚のレンズから構成されている。実施例６の結像レンズにおいては、レンズＬ１１（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ７が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例６の結像レンズの基本レンズデータを表１５に、諸元に関するデータを表１６に、変化する面間隔に関するデータを表１７に、各収差図を図１３に示す。
次に、実施例７の結像レンズについて説明する。実施例７の結像レンズのレンズ構成を示す断面図を図７に示す。実施例７の結像レンズは、変倍機能を有し、物体側から順に、レンズＬ１〜レンズＬ２８の２８枚のレンズから構成されている。実施例７の結像レンズにおいては、レンズＬ１８（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＬ２０とする。）が条件式（１）〜（３）を満足する負レンズであり、レンズＬ２０（材料は、株式会社オハラ製：Ｓ−ＬＡＨ５２Ｑとする。）が条件式（７）〜（９）を満足する正レンズであり、レンズＬ１０が結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズである。また、実施例７の結像レンズの基本レンズデータを表１８に、諸元に関するデータを表１９に、変化する面間隔に関するデータを表２０に、非球面係数に関するデータを表２１に、各収差図を図１４に示す。
実施例１〜７の結像レンズの条件式（１）〜（１３）に対応する値を表２２に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表２２に示す値はこの基準波長におけるものである。
以上のデータから、実施例１〜７の結像レンズは全て、条件式（１）〜（１０）および条件式（１１）〜（１３）のうちいずれかを満足しており、温度変化によるピントのずれを良好に補正しつつ、色収差および像面湾曲等の諸収差を良好に補正した結像レンズであることが分かる。
次に、本発明の実施形態にかかる光学装置について説明する。図１５に、本発明の実施形態の光学装置の一例として、本発明の実施形態に係る結像レンズ１を用いた光学装置１０の概略構成図を示す。光学装置１０としては、例えば、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、または監視用カメラ等を挙げることができる。
光学装置１００は、結像レンズ１と、結像レンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３とを備えている。なお、図１５では、結像レンズ１が備える複数のレンズを概略的に図示している。
撮像素子３は結像レンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子３は、その撮像面が結像レンズ１の像面に一致するように配置される。
光学装置１０はまた、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部５と、信号処理部５により形成された像を表示する表示部６と、結像レンズ１の変倍を制御するズーム制御部７とを備えている。なお、図１５では１つの撮像素子３のみ図示しているが、本発明の光学装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の光学装置であってもよい。
次に、図１６および図１７を参照して本発明のその他の実施形態にかかる光学装置について説明する。図１６、図１７にそれぞれ前面側、背面側の斜視形状を示すカメラ２００は、交換レンズ２０８が取り外し自在に装着される、レフレックスファインダーを持たない一眼形式のデジタルカメラである。交換レンズ２０８は、本発明の実施形態にかかる光学系である結像レンズ２０９を鏡筒内に収納したものである。
このカメラ２００はカメラボディ２０１を備え、カメラボディ２０１の上面にはシャッターボタン２０２と電源ボタン２０３とが設けられている。またカメラボディ２０１の背面には、操作部２０４、２０５と表示部２０６とが設けられている。表示部２０６は、撮像された画像や、撮像される前の画角内にある画像を表示するためのものである。
カメラボディ２０１の前面中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント２０７が設けられ、マウント２０７を介して交換レンズ２０８がカメラボディ２０１に装着されるようになっている。
カメラボディ２０１内には、交換レンズ２０８によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子（図示せず）、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体などが設けられている。このカメラ２００では、シャッターボタン２０２を押すことにより静止画または動画の撮影が可能であり、この撮影で得られた画像データが上記記録媒体に記録される。
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
また、光学装置の実施形態では、放送用カメラおよびノンレフレックス方式のデジタルカメラを例に挙げ図を示して説明したが、本発明の光学装置はこれに限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラ、ノンレフレックス方式以外のデジタルカメラ、映画撮影用カメラ等の光学装置に本発明を適用することも可能である。さらに、本発明の結像レンズを備えた光学装置としては、上記のようなカメラに限らず、プロジェクター等、どのような装置に適用してもよい。
１ 結像レンズ
２ フィルタ
３ 撮像素子
５ 信号処理部
６ 表示部
７ ズーム制御部
１００ 撮像装置
２００ カメラ
２０１ カメラボディ
２０２ シャッターボタン
２０３ 電源ボタン
２０４、２０５ 操作部
２０６ 表示部
２０７ マウント
２０８ 交換レンズ
２０９ 結像レンズ
Ｌ１〜Ｌ３０ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
ａ 軸上光束
ｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (16)

  1. 複数枚のレンズを組み合わせてなる結像レンズであって、
    前記結像レンズに含まれる負レンズのｄ線における屈折率をｎＮ、
    該負レンズのｄ線におけるアッベ数をνＮ、
    該負レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＮ／ｄｔとした場合、
    １．６５＜ｎＮ＜１．７５ …（１）
    ４５＜νＮ＜５５ …（２）
    ｄｎＮ／ｄｔ＜０×１０−６／℃ …（３）
    で表される条件式（１）〜（３）を満足する負レンズを少なくとも１枚有し、
    前記結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、
    該最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ１、
    該最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズの部分分散比をθＰ１ｇＦとした場合、
    ６３＜νＰ１ …（４）
    ０．６４４＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１ …（５）
    で表される条件式（４）、（５）を満足する結像レンズ。
  2. 前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズのうち少なくとも１枚の負レンズは、
    該負レンズの焦点距離をｆＮ、
    無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、
    ｜ｆＮ｜／ｆ＜１０ …（６）
    で表される条件式（６）を満足する
    請求項１記載の結像レンズ。
  3. 前記結像レンズに含まれる正レンズのｄ線における屈折率をｎＰ２、
    該正レンズのｄ線におけるアッベ数をνＰ２、
    該正レンズの２５℃での温度変化に対するｄ線における屈折率変化率をｄｎＰ２／ｄｔとした場合、
    １．６＜ｎＰ２＜１．８５ …（７）
    ４０＜νＰ２＜６０ …（８）
    ６×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ …（９）
    で表される条件式（７）〜（９）を満足する正レンズを少なくとも１枚有する
    請求項１または２記載の結像レンズ。
  4. 前記条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、
    該正レンズの焦点距離をｆＰ２、
    無限遠物体合焦時の全系の焦点距離をｆとした場合、
    ｆＰ２／ｆ＜１５ …（１０）
    で表される条件式（１０）を満足する
    請求項３記載の結像レンズ。
  5. 前記結像レンズは、単焦点レンズであって、
    前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における近軸軸上光線の高さをＨＮ、
    前記結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における近軸軸上光線の高さの最大値をＨｍａｘとした場合、
    ０．３＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜ …（１１）
    で表される条件式（１１）を満足する
    請求項１から４のいずれか１項記載の結像レンズ。
  6. 前記結像レンズは、変倍機能を有し、
    前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、
    前記結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、
    前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、
    前記結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、
    ｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．８ …（１２）
    で表される条件式（１２）を満足する
    請求項１から４のいずれか１項記載の結像レンズ。
  7. 前記結像レンズは、変倍機能を有し、
    前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における望遠端での近軸軸上光線の高さをＨＮｔ、
    前記結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さが最大となる面の、望遠端での近軸軸上光線の高さをＨｔｗｍ、
    前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズの物体側面における広角端での近軸軸上光線の高さをＨＮｗ、
    前記結像レンズに含まれる全レンズの各レンズ面における広角端での近軸軸上光線の高さの最大値をＨｗｗｍとした場合、
    １．８＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜ …（１３）
    で表される条件式（１３）を満足する
    請求項１から４のいずれか１項記載の結像レンズ。
  8. 前記条件式（１）〜（３）を満足する負レンズは、
    １．６９＜ｎＮ＜１．７１ …（１−１）
    ５０＜νＮ＜５２ …（２−１）
    −２×１０−６／℃＜ｄｎＮ／ｄｔ＜−１×１０−６／℃ …（３−１）
    で表される条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）のうち少なくとも１つを満足する
    請求項１記載の結像レンズ。
  9. 前記結像レンズに含まれる正レンズの中で最もｄ線におけるアッベ数の大きな正レンズは、
    ７５＜νＰ１＜１００ …（４−１）
    ０．６６５＜θＰ１ｇＦ＋０．００１６１８×νＰ１＜０．７ …（５−１）
    で表される条件式（４−１）、（５−１）のうち少なくとも１つを満足する
    請求項１記載の結像レンズ。
  10. 前記条件式（６）を満足する負レンズは、
    ０．５＜｜ｆＮ｜／ｆ＜５ …（６−１）
    で表される条件式（６−１）を満足する
    請求項２記載の結像レンズ。
  11. 前記条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、
    １．６５＜ｎＰ２＜１．８ …（７−１）
    ４２＜νＰ２＜５７ …（８−１）
    ６．５×１０−６／℃＜ｄｎＰ２／ｄｔ＜１１×１０−６／℃ …（９−１）
    で表される条件式（７−１）、（８−１）、（９−１）のうち少なくとも１つを満足する
    請求項３記載の結像レンズ。
  12. 前記条件式（７）〜（９）を満足する正レンズは、
    ０．２＜ｆＰ２／ｆ＜５ …（１０−１）
    で表される条件式（１０−１）を満足する
    請求項４記載の結像レンズ。
  13. ０．４＜｜ＨＮ／Ｈｍａｘ｜＜１ …（１１−１）
    で表される条件式（１１−１）を満足する
    請求項５記載の結像レンズ。
  14. ０．４＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜１．５ …（１２−１）
    で表される条件式（１２−１）を満足する
    請求項６記載の結像レンズ。
  15. ２＜｜（ＨＮｔ／Ｈｔｗｍ）／（ＨＮｗ／Ｈｗｗｍ）｜＜５０ …（１３−１）
    で表される条件式（１３−１）を満足する
    請求項７記載の結像レンズ。
  16. 請求項１から１５のいずれか１項記載の結像レンズを備えた光学装置。
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