JP2019530001A - オートフォーカス使用のための固定焦点距離及び一定構造長の対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】固定焦点距離を有する交換可能な対物レンズにおいて、無限遠から極端な至近領域に至るまでの様々な物体距離へのフォーカシングの際に１：３に至るまでの結像縮尺で、極めて高く一定の画質を可能とすること。【解決手段】固定焦点距離の対物レンズは、５つのレンズ群から構成され、そのうちの３つ（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５）は位置固定であり、２つ（Ｇ２、Ｇ４）は、光軸線に沿ってフォーカシング目的で摺動可能に備えられ、この際、レンズ鏡筒内には、結像面（ＩＭ）に関し、物体側から見て、第１のフロントレンズ群（Ｇ１）が位置固定に配設され、第２のレンズ群がフォーカシング前群（Ｇ２）として摺動可能に配設され、開口において調節可能な位置固定のアイリス絞り（ＡＰ）を含んだ第３のレンズ群が中間群（Ｇ３）として位置固定に配設され、第４のレンズ群がフォーカシング後群（Ｇ４）として摺動可能に配設され、そして第５のリアレンズ群（Ｇ５）が位置固定に配設されており、フォーカシング前群（Ｇ２）もフォーカシング後群（Ｇ４）も、様々な物体距離にある物体に対して該レンズをフォーカシングするために、互いに対して相対的に共同で且つ位置固定に配設されたレンズ群（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５）に対して相対的に共同で動かされ、この際、フロントレンズ群（Ｇ１）は、正の屈折力を有し、中間群（Ｇ３）とリアレンズ群（Ｇ５）は、負の屈折力を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した、固定焦点距離の交換可能な対物レンズ（写真レンズ）に関する。

そのような対物レンズは、写真の画像撮影目的のためにアナログ写真撮影から知られているが、同様にデジタル画像撮影のためにも利用される。次第にデジタルカメラは、画像撮影光線路内へ旋回して取り入れ及び取り出し可能であり且つ写真撮影すべき物体域を焦点合わせ目的と画像部分の選択のためにプリズムを介してファインダへ偏向させるミラーを有することはもはやなく、画像選択は、画像撮影センサを用いた持続的な画像撮影により、それから獲得されてカメラの背面側のディスプレイ上に描写された物体部分に基づくか、又は電子ファインダ（エレクトロニック・ビュー・ファインダ）を用いて行われる。それらのレンズの焦点合わせ（フォーカシング）は、電子オートフォーカス信号と、レンズ内のフォーカシング要素（フォーカシングメンバ）の適切な駆動制御を用いて自動的に行われる。

ＵＳ２０１３／００７０１２４Ａ１ ＵＳ８，６１９，３７４Ｂ２

通常、写真対物レンズは、良好な結像性能を得るために２つ以上のレンズ群から構成され、これらのレンズ群は、位置固定の又は光軸線に沿って摺動可能に備えられた個々のレンズエレメントを有している。また様々な物体距離へレンズをフォーカシングするために、光軸線に沿って摺動可能なレンズ群を設けることが知られている。このレンズ群は、例えばレンズヘッド、即ち物体面の方を向いた前側のレンズ群であるか、又はレンズ全体であり得る。そのような配設構成は、トータルフォーカシングとも称される。しかしこの種類のフォーカシングでは、フォーカシング中にレンズの構造長が変化し、このことは、密閉性に関する欠点を伴う。それによりレンズ内で摺動可能に備えられたレンズ要素、所謂フォーカシング要素が光軸線に沿って摺動されるという対物レンズも知られている。そのような配設構成は、インナーフォーカシングとも称される。確かにこの構造形式の対物レンズは、無限遠の物体距離から数メートル又は数センチメートルの至近領域に至るまでの広い範囲内でフォーカシング可能であり、即ち画像撮影面上へ物体の鮮明な結像が行われるが、正に至近領域内では、光学的な結像性能が低下する。歪曲収差、像面湾曲、球面収差、色収差、コマ収差のような光学的な画像収差が増加する。それにより画像結果は、所望の物体間隔へのフォーカシングにもかかわらず、多くの場合、最新の画像撮影システムの結像性能に対する要求を満たすことはない。それでも高い結像性能が達成されるべき場合には、多数の異なるレンズを有する複雑で高価なレンズ構成が必要である。代替的に、とりわけ至近領域において、トータルフォーカシングを用いる対物レンズの結像性能を増加させるために、第２の可動レンズエレメント、所謂フローティングエレメントを設けることが知られており、このフローティングエレメントは、結像収差に対して対抗するが、因みにフォーカス位置に対する影響をもつものではない。

可変焦点距離の対物レンズ（ズームレンズ）を実現するためには、多くの場合、曲線に沿って互いに相対的に位置調節可能な少なくとも２つのレンズエレメント又はレンズ群が設けられる。フォーカシングは、依然としてフォーカシングのために位置調節可能な１つのフォーカスエレメントを用いて行われる。それ故、既知のそのようなレンズでは、２つのレンズ群から１つのレンズ群が焦点距離変更機能を担い、それに依存せず他方の１つのレンズ群がフォーカシングのために使用される。

変更可能な焦点距離を有するそのような対物レンズは、例えば上記特許文献１から公知である。このレンズは、焦点距離変更とフォーカス変更のために、３つの可動レンズ群を有する。

上記特許文献２からは、変更可能な焦点距離を有する交換可能な対物レンズが公知である。定置のフロントレンズ群に対し、軸方向に位置調節可能な１つのレンズ群が焦点距離変更のために追従する。更に２つの定置のレンズ群の間には、互いに依存せずに位置調節可能な２つのフォーカシングレンズ群が挿入されている。これらの両方のフォーカシング群を用い、焦点距離変更に依存して発生する結像収差が補償されるとされている。

本発明の基礎を成す課題は、固定焦点距離を有する交換可能な対物レンズにおいて、無限遠から極端な至近領域に至るまでの様々な物体距離へのフォーカシングの際に１：３に至るまでの結像縮尺で、極めて高く一定の画質を可能とすることであり、この際、フォーカシングのために必要なレンズは、高い加速を有する迅速で静かなオートフォーカス駆動部を達成可能とするために、僅かな重量の簡単な構造を有するべきであろう。更にそれらのレンズは、フランジバックの短いミラーレス撮影システムにおける使用に適し、短いバックフォーカスを有し、同時に対物レンズの射出瞳と結像面との間に十分に大きな間隔を有するべきであろう。最新のイメージセンサに適するために、結像面における光入射角は、垂線で見て大きすぎないようにすべきであろう。

前記課題は、本発明に従い、請求項１に記載した特徴により解決される。有利な更なる構成は、下位請求項の特徴から読み取れる。

以下、発明を実施するための形態について説明する。

それらの請求項に記載された解決策の特徴について、最新の光学系設計では、通常、例えばオプティカル・リサーチ・アソシエイツ（Optical Research Associates）による「Ｃｏｄｅ Ｖ」のような自動補正プログラムが使用されることを考慮することができ、これらの自動補正プログラムは、予設定されたレンズ順番と屈折力配分から、所定の課題のために最適化された補正状態を有する機能可能なレンズシステムのための提案を計算することができる。光学系設計者による提示されたパラメータの目標を定めた変更に基づき、自動で達成される補正状態が、その都度、更に改善される。

請求項１の特徴に基づき、そのようにして、使用すべき複数の光学ガラスの、半径、レンズ厚、レンズ間隔、屈折率、アッベ数のための構成データを既に獲得することができる。下位請求項に記載された特徴を考慮し、それらの構成パラメータは、段階的に目標を定めて改善される。

添付の図面には、本発明によるレンズの複数の実施例が縮尺に従って図示されており、構成データは、それぞれの図面に割り当てられた下記の表から読み取ることができる。当業者、即ち光学系設計者にとっては、より低い光学的な結像性能が受け入れられるのであれば、本発明によるレンズのための構造的な複雑さが減少することは明白である。

本発明によるレンズの本質的な解決策の特徴は、結像面に関する光軸線に沿って摺動可能に備えられた２つのフォーカシングレンズ群が１つの対物レンズ鏡筒内に設けられていることにあり、この際、フォーカシング前群は、物体側から見て、レンズと開口絞り（アイリス絞り）を有する定置の中間群の前方に配設され、フォーカシング後群は、物体側から見て、前記中間群の後方に配設されている。両方のフォーカシングレンズ群を互いに対して相対的に共同で且つレンズ鏡筒内で位置固定に配設された残りのレンズ群に対して相対的に共同で制御することにより、様々な物体距離へのフォーカシングの際にもたらされる画像収差の動き（Gang）が有利には互いに補償（相殺）される。追加的に本発明によるレンズは、物体側から見て位置固定のフロントレンズ群（前側レンズ群）と、結像面の方を向いた位置固定のリアレンズ群（後側レンズ群）とを有する。このようにして、５つのレンズ群から構成され、そのうちの３つは位置固定であり、２つはフォーカシングの目的で光軸線に沿って摺動可能に備えられている固定焦点距離のレンズを実現することができる。

フローティングエレメントを用いたトータルフォーカシングを伴う対物レンズと異なり、本発明によるフォーカシング（以下、ダブルフォーカシングとも称する）では、両方のフォーカシングレンズ群が、一緒に、結像面上へのフォーカシングのためにフォーカス位置の摺動を担う。無限遠から至近設定へのフォーカシングのためのそれぞれのフォーカシング群の行程（最大移動距離が全行程（全ストローク）に対応する）は、対物レンズの機械的な構造長と、オートフォーカスのモータコンセプト／駆動部コンセプトにより制限される。この際、両方のそれぞれの全行程の互いの比率は、１でもよいし、１でなくてもよい。この比率は、構成に起因する空間的な制限から得られ、収差の最適化のために変更することができる。

この際、本発明により、フロントレンズ群は、正の屈折力を有し、中間群とリアレンズ群は、負の屈折力を有する。

対物レンズの特殊な一実施形態において、フォーカシング前群とフォーカシング後群は、正の屈折力を有し、この際、フォーカシング前群とフォーカシング後群は、個別レンズとして構成されている。しかしそれらは、それぞれダブレットレンズ（Linsenduplett）として構成されていることも可能であり、この際、正の全屈折力がそれぞれ維持される。

無限遠から至近設定へのフォーカシングの際に、フォーカシング要素（複数）は、結像面から遠ざかるように動く。

例えば５５ｍｍから１８５ｍｍまでの焦点距離を有する長い焦点距離の既知の３５ｍｍフォーマット（イメージサークル直径４３.３ｍｍ）のためのレンズ（長焦点距離レンズ）、即ち所謂望遠レンズでは、フロントレンズ群内に好ましくは正の屈折力を有する複数のレンズを使用することが有利であると分かった。全てのレンズ群の屈折力の有利な配分を特に有利に構造的な予設定値（Vorgaben）へ適合させるためには、負の屈折力を有する中間群が有利であると分かった。特にこのことは、後方の構造群における屈折力の有利な配分、並びに構造的な予設定値の維持も保証し、前記構造的な予設定値は、例えば、所与の（予設定された）対物レンズの最大外寸法、予設定された最大絞り直径と最大レンズ直径、並びにカメラバヨネットの制限寸法、特にその自由内径などから得られる。

このようにして、好ましくは、それぞれ１.４又は２.０の開放絞り値（開放Ｆ値）を有する７５ｍｍの対物レンズ、又は９０ｍｍの対物レンズが実現され、この際、それらの焦点距離の数値は、３５ｍｍフォーマット（イメージサークル直径４３.３ｍｍ）に関するものである。当業者にとっては、特許請求項に記載されたパラメータを維持しながら、より小さい開放絞り値（例えば０.９まで）又はより大きい開放絞り値（例えば４.０）を有するレンズを実現することが可能である。より小さい開放絞り値では、光学的な結像性能（収差）の低下が強すぎるべきでない場合には、対物レンズ体積、必要なレンズの数、レンズ直径に対して不利な作用をもたらす構造的な複雑さが増加する。それに対してより大きい開放絞り値では、通常、結像性能が同じであるか又はより粗悪な場合には、構造的な複雑さは減少する。

他の画像フォーマットへの対物レンズの幾何学的なデータのスケーリング（換算）は、それぞれの開放絞り値を維持しながら可能であり、焦点距離の対応のスケーリングをもたらすことになる。このようにして実現された対物レンズは、それ以外、本発明に関して一致する構造上の特徴を有するものであり、同様に本発明の対象であって、特許請求項の保護範囲に含まれる。

本発明による対物レンズの特殊な一実施形態において、フロントレンズ群の焦点距離ｆ１と対物レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ１／ｆは、０.５と３０の間にあり、フォーカシング前群の焦点距離ｆ２とレンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ２／ｆは、０.３と１０の間にあり、中間群の焦点距離ｆ３と対物レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ３／ｆは、−３０と−０.３の間にあり、フォーカシング後群の焦点距離ｆ４と対物レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ４／ｆは、０.１と１０の間にあり、リアレンズ群の焦点距離ｆ５と対物レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ５／ｆは、−４０と−０.１の間にある。

比率ｆ１／ｆの最初の最適化ステップでは、１.５と１０の間の範囲内への限定が有利であると分かった。維持すべき組立許容誤差に関して過剰感度を回避するためには、比率ｆ１／ｆを下に向かって（絶対値（Betrag）として小さい値）制限することが特に有利であり、できるだけコンパクトな構造サイズを達成するためには、比率ｆ１／１を上に向かって（絶対値として大きい値）制限することが特に有利である。それにより組立許容誤差と構造サイズに関して最適化された本発明の実施形態は、２.６と２.９の間の比率ｆ１／１を有する。

本発明による対物レンズの特殊な一実施形態において、フォーカシング前群のフォーカシング行程の減少と、対物レンズの構造長の減少は、比率ｆ２／ｆを０.５と２.０の間の範囲内へ限定することにより達成することができる。一般的に小さいフォーカシング行程は、迅速なフォーカシングにとって有利であるが、許容誤差感度も増加させる。それに対して大きすぎるフォーカシング行程は、一方では構造長を増加させ、他方では、フォーカシングのために高いエネルギー消費を伴う高性能で迅速なモータ駆動部を要求する。それ故、本発明によるダブルフォーカシングのためには、比率ｆ２／ｆを０.８と１.１の間の範囲内へ限定することが特に有利である。

フォーカシング後群に対して同じように行われた有利な最適化は、比率ｆ４／ｆを０.３と２.０の間の範囲内へ限定することにより得られ、この際、更なる最適化は、０.６と０.８の間の範囲内への限定により達成される。

製造許容誤差と構造長に関する中間群のレンズの有利な構成は、比率ｆ３／ｆを−１０と−０.８の間の範囲内へ限定することにより達成され、この際、比率ｆ３／ｆの本発明による最適化は、−１.８と−１.１の間の範囲内にある。

リアレンズ群の比率ｆ５／ｆが絶対値として大きい値の場合には、不利に大きい構造長となり、絶対値として小さい値の場合には、レンズ群は、組立許容誤差に関して敏感になる。それにより有利な最適化は、比率ｆ５／ｆを−２.０と−０.５の間の範囲内へ限定することにある。経験的に光方向で最後の（結像面の近くに置かれた）対物レンズと結像面との間の間隔が極めて短い、特にミラーレス写真カメラ用の対物レンズでは、結像面に対する垂線で見て光入射角を大きすぎずに構成することが有利である。３５°よりも小さい光入射角が有利であると分かった。従ってそのようなレンズは、例えば前述した３５ｍｍフォーマットに関してそれぞれ２５ｍｍよりも小さい短いフランジバックと短いバックフォーカスを有するカメラシステムのために特に適している。それにより絶対値として比率ｆ５／ｆの小さすぎる値は、不利に作用し、それは、それらの値が光入射角を増加させ、従って周辺減光が増加するためである。それによりこの問題に関して最適化されたレンズの実施形態は、比率ｆ５／ｆについて−１.０と−０.８の間の範囲内の値を有する。

本発明による更なる一実施形態において、対物レンズは、結像面でのイメージサークル直径に対する全焦点距離ｆの比率を１と５の間で有する。このようにして、そして５つのレンズ群の上記のように正確に規定された屈折力の協働により、上述の３５ｍｍフォーマットに関して４３.３ｍｍと２１６.５ｍｍの間の焦点距離を有する対物レンズが実現される。

軽量のフォーカシング群は、高いフォーカシング速度にとって有利である。結像面でのイメージサークル直径に対するフォーカシング前群とフォーカシング後群のそれぞれの体積Ｖの比率は、３乗計算において、０.１よりも小さく（Ｖ／Ｂｄ^３＜０.１）、特に０.０８未満にある（Ｖ／Ｂｄ^３＜０.０８）。特に有利には、それぞれのフォーカシング群は、１０ｇ（グラム）未満の重量を有する。

この際、０.０８という相対的な体積のための値は、３５ｍｍフォーマットに関し、例えばショット社（Schott）のＮ−ＰＳＫ５３Ａのような軽いガラスにおいて、２３.２ｇの重量に対応し、また例えばショット社のＮ−ＬＡＳＦ３１Ａのような重いガラスにおいて、３５.８ｇの重量に対応する。従ってイメージサークル直径が１.５倍大きい中判フォーマットシステムにおいて、軽いガラスでは、７８.３ｇのレンズ重量が得られ、重いガラスでは、１２０.８ｇのレンズ重量が得られる。またイメージサークル直径が１.５倍小さいＡＰＳシステムにおいて、軽いガラスでは、６.９ｇのレンズ重量が得られ、重いガラスでは、１０.６ｇのレンズ重量が得られる。

僅かな重量は、フォーカシング速度にとって有利であり、モータコンセプトと異音コンセプトに対して有利に作用する。

本発明によるレンズの特殊な一実施形態において、正の全屈折力を有する定置のフロントレンズ群は、４つのレンズ要素（レンズメンバ）から構成され、この際、第１レンズ要素と、第２レンズ要素と、第３レンズ要素は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素は、負の屈折力を有し、更にこの際、好ましくは、第３レンズ要素と第４レンズ要素は、負の全屈折力のダブレットレンズにまとめられている。このダブレットレンズは、接合要素（Kittglied）としてか又は個別レンズがまとめられて構成されていることができる。本発明によるフロントレンズ群を有する一実施例は、１：２，７５ｍｍの対物レンズとして添付の図面の図１に図示され、図面に基づいて更に詳細に説明される。

更なる一実施形態において、フロントレンズ群は、実質的に同じ構造において、負の屈折力を有する第２レンズ要素を有し、この際、第３レンズ要素は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素は、負の屈折力を有し、正の全屈折力のダブレットレンズにまとめられている。フロントレンズ群の代替的な一構成は、正の屈折力の第１レンズ要素及び第２レンズ要素と、負の屈折力の第３レンズ要素とを有し、この際、第２レンズ要素と第３レンズ要素は、負の全屈折力を有するダブレットレンズにまとめられている。

フォーカシング前群とフォーカシング後群は、それぞれ正の屈折力を有する個別レンズとして構成されていることが可能であるが、またダブレットレンズとして構成されていることも可能であり、この際、正の全屈折力がそれぞれ維持される。

負の全屈折力を有する定置の中間群は、２つのレンズ要素から構成され、これらのレンズ要素の間には、開口絞り（アイリス絞り）が配設されており、第１レンズ要素は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素は、正の屈折力を有する。本発明による中間群を有する一実施例は、１：２，９０ｍｍのレンズとして添付の図面の図２に図示され、図面に基づいて更に詳細に説明される。

代替的な一構成において、中間群は、５つのレンズ要素と開口絞り（アイリス絞り）とから構成され、この際、第１レンズ要素と第２レンズ要素は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素は、負の屈折力を有し、第５レンズ要素は、正の屈折力を有し、この際、第４レンズ要素と第５レンズ要素は、正の全屈折力を有するダブレットレンズにまとめられている。そのような中間群を有する一実施例は、１：１.４，７５ｍｍの対物レンズとして添付の図面の図５に図示され、図面に基づいて更に詳細に説明される。

負の全屈折力を有する定置のリアレンズ群は、３つのレンズ要素から構成され、この際、第１レンズ要素は、正の屈折力を有し、第２レンズ要素は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素は、負の屈折力を有する。この際、第１レンズ要素と第２レンズ要素は、好ましくは、正の全屈折力を有するダブレットレンズにまとめられている。

代替的な一実施形態において、リアレンズ群は、３つのレンズ要素から構成され、この際、第１レンズ要素は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素は、正の屈折力を有し、第３レンズ要素は、負の屈折力を有する。そのようなリアレンズ群を有する一実施例は、１：２，７５ｍｍの対物レンズとして添付の図面の図４に図示され、図面に基づいて更に詳細に説明される。

球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差のような、単色収差を補正するために、５つのレンズ群のうち少なくとも１つには、１つ又は２つの非球面を有する１つのレンズが含まれ、この際、これらの非球面は、好ましくは、定置のレンズ群内に設けられている。

ミラーレス撮影システムに適した短いバックフォーカス（例えば３５ｍｍフォーマットに関しては２５ｍｍよりも小さい）と、画像撮影センサに適した射出瞳の位置を保証可能とするために、リアレンズ群は、本発明により、１.８よりも大きい屈折率ｎｅを有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含んでいる。このようにして、カメラシステム又は画像撮影システムにより予設定される例えばバヨネットの制限直径に基づくレンズの最大直径のための制約も守られる。５つのレンズ群について、特にリアレンズ群について前述した構成により、射出瞳と結像面の間に例えば４０ｍｍよりも大きい十分に大きい間隔を有するレンズが実現される。このようにして、小さい光入射角、例えば３５°よりも小さい光入射角が保証される。

色収差を補正するために、中間群は、−０.０７よりも小さいか又は０.０７よりも大きい異常部分分散（ＳＣＤ：Secondary Chromatic Dispersion）を有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含んでいる。

色収差を補正するために、フロントレンズ群は、０.０７よりも大きい異常部分分散（ＳＣＤ）を有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含んでいる。

フォーカシングの際に変化する色収差をできるだけ僅かに保つために、フォーカシング群の少なくとも１つは、０.０７よりも大きい異常部分分散（ＳＣＤ）を有する光学材料を用いた１つのレンズを含んでいる。

異常部分分散を有するレンズは、２次スペクトルの波長（紫青色の波長領域）を補正する役割を有する。部分分散は、長い波長における屈折率（ここでは赤色の波長領域における屈折率）に対する、短い波長における屈折率（ここでは紫青色の波長領域における屈折率）の比率を記述する、ガラス材料の特性である。異常部分分散を有するガラス材料において、この比率は、例えばショット社により製造されたガラスであるＮ−Ｆ２のような、標準と規定される通常ガラス材料の比率から外れている。

正の異常部分分散と負の異常部分分散がある。ＳＣＤ値は、正か又は負であるが、異常部分分散の作用を示す（絶対値として大きな数値は、強い異常部分分散を表す）。ガラスの異常部分分散を色補正のために利用可能とするためには、屈折力と、絞りに関するレンズのポジションと、それぞれのレンズの異常部分分散の符号（＋、−）とから、特殊な組み合わせが必要とされた。

図面には、３５ｍｍ（Kleinbild）フォーマットのための本発明によるレンズの複数の実施例が模式的に図示され、以下、これらを図面に基づいて詳細に説明する。

焦点距離７５ｍｍを有する１つの対物レンズ（長焦点距離レンズ）のレンズ断面を示す図である。 焦点距離９０ｍｍを有する１つの対物レンズ（長焦点距離レンズ）のレンズ断面を示す図である。 焦点距離７５ｍｍを有する１つの対物レンズ（長焦点距離レンズ）のレンズ断面を示す図である。 同様に焦点距離７５ｍｍを有する１つの対物レンズ（長焦点距離レンズ）のレンズ断面を示す図である。 焦点距離７５ｍｍを有する１つの他の対物レンズ（長焦点距離レンズ）のレンズ断面を示す図である。 結像面ＩＭ内のイメージセンサを示す図である。

図面のレンズ断面の下には、フォーカシング過程におけるそれぞれのレンズ群の運動経路が図示されている。水平方向のラインは、レンズ群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５のポジションを表している。これらのラインのうち上側のラインは、無限遠のフォーカス設定におけるポジションを特徴付け、下側のラインは、最短の物体距離へのフォーカス設定におけるポジションを特徴付け、中央のラインは、中央のフォーカス設定におけるポジションを特徴付けている。垂直方向のラインは、位置固定（定置）のレンズ群Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５に割り当てられ、斜めのラインは、摺動可能なフォーカシング群Ｇ２、Ｇ４に割り当てられている。

図１から図４のレンズ断面は、開放絞り２に該当し、それに対して図５は、開放絞り１.４を有するレンズを示している。

図１に図示された対物レンズにおいて、正の全屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１は、光方向において、正の屈折力の凸凹レンズＧ１Ｌ１と、正の屈折力の凸凹レンズＧ１Ｌ２と、正の屈折力の両凸レンズＧ１Ｌ３及び負の屈折力の両凹レンズＧ１Ｌ４から構成された負の全屈折力のダブレットレンズＧ１Ｌ３／Ｇ１Ｌ４とを有する。フロントレンズ群と称されるこの第１レンズ群Ｇ１は、定置である。光方向においてダブレットレンズＧ１Ｌ３／Ｇ１Ｌ４の第１レンズ面は、非球面状に構成されている。

第２レンズ群（フォーカシング前群）Ｇ２と第４レンズ群（フォーカシング後群）Ｇ４は、正の屈折力を有し、それらの下方に記載のラインに沿ったフォーカシングのために同時に摺動される。これらの両方のフォーカシング要素は、個別レンズとして構成されている。

それらのフォーカシング要素の間には、定置で負の全屈折力のレンズ群（中間群）Ｇ３が配設されており、レンズ群Ｇ３は、負の屈折力の第１凸凹レンズＧ３Ｌ１と、正の屈折力の第２凹凸レンズＧ３Ｌ２とから構成されている。この中間群Ｇ３は、定置であり、開口絞り（アイリス絞り）ＡＰを含んでいる。

同様に定置のリアレンズ群（第５レンズ群）Ｇ５は、全体として負の屈折力を有し、また全体として正の屈折力を有する接合要素としてまとめられている正の屈折力の第１両凸レンズＧ５Ｌ１及び負の屈折力の第２両凹レンズＧ５Ｌ２と、負の屈折力の第３凹凸レンズＧ５Ｌ３とから構成されている。

図２に図示されたレンズ断面は、図１に関して説明されたレンズ断面とはリアレンズ群Ｇ５においてのみ異なり、この際、レンズＧ５Ｌ１、Ｇ５Ｌ２、Ｇ５Ｌ３は、個別レンズとして、屈折力の順番が（−）、（＋）、（−）となるように構成されている。更に（図２に図示された）レンズ面のうち３つのレンズ面は、非球面として構成されている。

図３に図示されたレンズ断面は、フロントレンズ群Ｇ１においてレンズＧ１Ｌ２が負の屈折率で非球面状のフロント面を有する凸凹レンズとして実現されており、接合要素Ｇ１Ｌ３／Ｇ１Ｌ４が全体として正の屈折力を有することにより、図１に関して説明されたレンズ断面とはフロントレンズ群Ｇ１においてのみ異なっている。

図４に図示されたレンズ断面は、図１に関して説明されたレンズ断面とはフロントレンズ群Ｇ１の構成において異なっており、ここでフロントレンズ群Ｇ１は、２つのレンズ要素のみ、即ち正の屈折力の凸凹レンズＧ１Ｌ１と、正の屈折力の両凸レンズＧ１Ｌ２及び負の屈折力の両凹レンズＧ１Ｌ３から構成された負の全屈折力のダブレットレンズＧ１Ｌ２／Ｇ１Ｌ３とから構成されている。それに加え、図２と同様の屈折力の順番を有する３つの個別レンズＧ５Ｌ１、Ｇ５Ｌ２、Ｇ５Ｌ３から成るリアレンズ群Ｇ５が図示されている。また複数の面（ここでは４つの面）が非球面状に構成されている。

図５に図示されたレンズ断面において、フロントレンズ群Ｇ１は、２つのレンズ要素から成り、この際、第２レンズ要素は、全体として正の屈折力を有する接合要素Ｇ１Ｌ２／Ｇ１Ｌ３として構成されている。中間群Ｇ３は、開口絞り（アイリス絞り）ＡＰの前にある負の屈折力の第１凸凹レンズＧ３Ｌ１と、開口絞り（アイリス絞り）ＡＰの後にある負の屈折力の第２両凹レンズＧ３Ｌ２と、正の屈折力の両凸レンズＧ３Ｌ３と、全体として正の屈折力を有し且つ接合要素として構成された第４レンズ要素Ｇ３Ｌ４／Ｇ３Ｌ５とから構成されている。リアレンズ群Ｇ５は、２つのレンズ要素から構成され、それらのうち第１レンズ要素は、正の屈折力の両凸レンズＧ５Ｌ１と負の屈折力の両凹レンズＧ５Ｌ２とを有するダブレットレンズ（接合要素）として構成され、第２レンズ要素は、負の屈折力の肉薄の凸凹レンズＧ５Ｌ３として構成され、凸状のレンズ面は、非球面状に構成されている。

結像は、それぞれ結像面（像面）ＩＭ上へ行われる。

図６に模式的に図示された円形の結像面ＩＭには、双方向矢印を用いてイメージサークル直径Ｂｄが図示されており、イメージサークル直径Ｂｄは、矩形状に図示されたイメージセンサＢｓの直径と一致している。

レンズ断面に関する図面の全ての図では、＊で特徴付けられたレンズ面が非球面状に構成されていることが当てはまる。

図面におけるレンズ断面は、縮尺に従って図示されており、それにより例えば図１のレンズ要素Ｇ３Ｌ１においてレンズ縁部の材料厚と比べてレンズ中心部では遥かに肉薄の材料厚のような、相対的な記載事項は、従来の幾何学的な手段を用い、図面上で確認され且つ調べることができる。同様にこのようにして、図１ではレンズ要素Ｇ３Ｌ２がレンズ中央部でレンズ要素Ｇ２よりもほぼ４倍（４.２５倍）だけ肉厚の材料厚を有することが開示されている。これらの関連性は、当業者にとって問題なく理解される。

個々に図示されて説明された５つのレンズ群は、全てのレンズバリエーションにおいて、個別的に必要なそれ自体独立した構成要素である。レンズ群のそれぞれは、それ自体光学的に調整されることが可能であり、このことは、特に全焦点距離に対する各レンズ群のために記載された焦点距離比率により表現される。

具体的な実施例が、２或いは１.４の開放絞り値を有する、７５ｍｍ、９０ｍｍの焦点距離のレンズに関する以下の（各図についての）表から見て取れ、この際、それらの焦点距離は、それぞれ既知の３５ｍｍフォーマット（イメージサークル直径４３.３ｍｍ）に関するものである。

Ｇ１ 第１レンズ群（フロントレンズ群）
Ｇ１Ｌ１ 第１レンズ群の第１レンズ（第１レンズ要素）
Ｇ１Ｌ２ 第１レンズ群の第２レンズ（第２レンズ要素）
Ｇ１Ｌ３ 第１レンズ群の第３レンズ（第３レンズ要素）
Ｇ１Ｌ４ 第１レンズ群の第４レンズ（第４レンズ要素）

Ｇ２ 第２レンズ群（フォーカシング前群）

Ｇ３ 第３レンズ群（中間群）
Ｇ３Ｌ１ 第３レンズ群の第１レンズ（第１レンズ要素）
Ｇ３Ｌ２ 第３レンズ群の第２レンズ（第２レンズ要素）
Ｇ３Ｌ３ 第３レンズ群の第３レンズ（第３レンズ要素）
Ｇ３Ｌ４ 第３レンズ群の第４レンズ（第４レンズ要素）
Ｇ３Ｌ５ 第３レンズ群の第５レンズ（第５レンズ要素）

Ｇ４ 第４レンズ群（フォーカシング後群）

Ｇ５ 第５レンズ群（リアレンズ群）
Ｇ５Ｌ１ 第５レンズ群の第１レンズ（第１レンズ要素）
Ｇ５Ｌ２ 第５レンズ群の第２レンズ（第２レンズ要素）
Ｇ５Ｌ３ 第５レンズ群の第３レンズ（第３レンズ要素）

ＡＰ 開口絞り（アイリス絞り）

ＩＭ 結像面
Ｂｄ イメージサークル直径
Ｂｓ イメージセンサ

Claims (14)

1. ５つのレンズ群から構成され、そのうちの３つ（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５）は位置固定であり、２つ（Ｇ２、Ｇ４）は、光軸線に沿って摺動可能に備えられている、固定焦点距離のレンズであって、
   レンズ鏡筒内には、結像面（ＩＭ）に関し、
   ａ）物体側から見て、第１のフロントレンズ群（Ｇ１）が位置固定に配設され、
   ｂ）第２のレンズ群がフォーカシング前群（Ｇ２）として摺動可能に配設され、
   ｃ）開口において調節可能な位置固定のアイリス絞り（ＡＰ）を含んだ第３のレンズ群が中間群（Ｇ３）として位置固定に配設され、
   ｄ）第４のレンズ群がフォーカシング後群（Ｇ４）として摺動可能に配設され、そして、
   ｅ）第５のリアレンズ群（Ｇ５）が位置固定に配設されており、
   前記フォーカシング前群（Ｇ２）も前記フォーカシング後群（Ｇ４）も、様々な物体距離にある物体に対して該レンズをフォーカシングするために、互いに対して相対的に一緒に且つ位置固定に配設された前記レンズ群（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５）に対して相対的に一緒に可動であり、前記フロントレンズ群（Ｇ１）は、正の屈折力を有し、前記中間群（Ｇ３）と前記リアレンズ群（Ｇ５）は、負の屈折力を有すること
   を特徴とする対物レンズ。
2. 前記フォーカシング前群（Ｇ２）と前記フォーカシング後群（Ｇ４）は、正の屈折力を有すること
   を特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ。
3. 前記フォーカシング前群（Ｇ２）も前記フォーカシング後群（Ｇ４）も、無限遠から至近設定へのフォーカシングの際には、前記結像面（ＩＭ）から遠ざかること
   を特徴とする、請求項１又は２に記載の対物レンズ。
4. ａ）前記フロントレンズ群（Ｇ１）の焦点距離ｆ１と該レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ１／ｆは、０.５と３０の間にあり、
   ｂ）前記フォーカシング前群（Ｇ２）の焦点距離ｆ２と該レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ２／ｆは、０.３と１０の間にあり、
   ｃ）前記中間群（Ｇ３）の焦点距離ｆ３と該レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ３／ｆは、−３０と−０.３の間にあり、
   ｄ）前記フォーカシング後群（Ｇ４）の焦点距離ｆ４と該レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ４／ｆは、０.１と１０の間にあり、
   ｅ）前記リアレンズ群（Ｇ５）の焦点距離ｆ５と該レンズ全体の焦点距離ｆとの比率ｆ５／ｆは、−４０と−０.１の間にあること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の対物レンズ。
5. 該レンズは、前記結像面（ＩＭ）でのイメージサークル直径に対する全焦点距離ｆの比率を１と５の間で有すること
   を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物レンズ。
6. ３乗計算による前記結像面（ＩＭ）でのイメージサークル直径（Ｂｄ）に対するそれぞれのフォーカシング群（Ｇ２、Ｇ４）の体積Ｖの比率は、０.１未満（Ｖ／Ｂｄ^３＜０.１）であり、特に０.０８未満にあるか、又はそれぞれのフォーカシング群（Ｇ２、Ｇ４）の重量は、１５ｇ（グラム）未満であること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズ。
7. ａ）前記フロントレンズ群（Ｇ１）は、４つのレンズ要素（Ｇ１Ｌ１、Ｇ１Ｌ２、Ｇ１Ｌ３、Ｇ１Ｌ４）から構成され、第１レンズ要素（Ｇ１Ｌ１）は、正の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ１Ｌ２）は、正の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素（Ｇ１Ｌ４）は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）と第４レンズ要素（Ｇ１Ｌ４）は、負の全屈折力を有するダブレットレンズ（Ｇ１Ｌ３、Ｇ１Ｌ４）にまとめられているか、又は、
   ｂ）前記フロントレンズ群（Ｇ１）は、４つのレンズ要素（Ｇ１Ｌ１、Ｇ１Ｌ２、Ｇ１Ｌ３、Ｇ１Ｌ４）から構成され、第１レンズ要素（Ｇ１Ｌ１）は、正の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ１Ｌ２）は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素（Ｇ１Ｌ４）は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）と第４レンズ要素（Ｇ１Ｌ４）は、正の全屈折力を有するダブレットレンズ（Ｇ１Ｌ３、Ｇ１Ｌ４）にまとめられているか、又は、
   ｃ）前記フロントレンズ群（Ｇ１）は、３つのレンズ要素（Ｇ１Ｌ１、Ｇ１Ｌ２、Ｇ１Ｌ３）から構成され、第１レンズ要素（Ｇ１Ｌ１）は、正の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ１Ｌ２）は、正の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ１Ｌ２）と第３レンズ要素（Ｇ１Ｌ３）は、負又は正の全屈折力を有するダブレットレンズ（Ｇ１Ｌ２、Ｇ１Ｌ３）にまとめられていること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の対物レンズ。
8. ａ）前記中間群（Ｇ３）は、２つのレンズ要素（Ｇ３Ｌ１、Ｇ３Ｌ２）とアイリス絞り（ＡＰ）とから構成され、第１レンズ要素（Ｇ３Ｌ１）は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ３Ｌ２）は、正の屈折力を有し、第１レンズ要素（Ｇ３Ｌ１）と第２レンズ要素（Ｇ３Ｌ２）の間に位置固定でアイリス絞り（ＡＰ）が配設されているか、又は、
   ｂ）前記中間群（Ｇ３）は、５つのレンズ要素（Ｇ３Ｌ１、Ｇ３Ｌ２、Ｇ３Ｌ３、Ｇ３Ｌ４、Ｇ３Ｌ５）とアイリス絞り（ＡＰ）とから構成され、第１レンズ要素（Ｇ３Ｌ１）は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ３Ｌ２）は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ３Ｌ３）は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素（Ｇ３Ｌ４）は、負の屈折力を有し、第５レンズ要素（Ｇ３Ｌ５）は、正の屈折力を有し、第４レンズ要素（Ｇ３Ｌ４）と第５レンズ要素（Ｇ３Ｌ５）は、正の全屈折力を有するダブレットレンズ（Ｇ３Ｌ４、Ｇ３Ｌ５）にまとめられており、アイリス絞り（ＡＰ）は、位置固定で第１レンズ要素（Ｇ３Ｌ１）と第２レンズ要素（Ｇ３Ｌ２）の間に配設されていること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の対物レンズ。
9. ａ）前記リアレンズ群（Ｇ５）は、３つのレンズ要素（Ｇ５Ｌ１、Ｇ５Ｌ２、Ｇ５Ｌ３）から構成され、第１レンズ要素（Ｇ５Ｌ１）は、正の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ５Ｌ２）は、負の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ５Ｌ３）は、負の屈折力を有し、第１レンズ要素（Ｇ５Ｌ１）と第２レンズ要素（Ｇ５Ｌ２）は、正の全屈折力を有するダブレットレンズ（Ｇ５Ｌ１、Ｇ５Ｌ２）にまとめられているか、又は、
   ｂ）前記リアレンズ群（Ｇ５）は、３つのレンズ要素（Ｇ５Ｌ１、Ｇ５Ｌ２、Ｇ５Ｌ３）から構成され、第１レンズ要素（Ｇ５Ｌ１）は、負の屈折力を有し、第２レンズ要素（Ｇ５Ｌ２）は、正の屈折力を有し、第３レンズ要素（Ｇ５Ｌ３）は、負の屈折力を有すること
   を特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の対物レンズ。
10. ５つのレンズ群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５）のうち少なくとも１つには、１つ又は２つの非球面を有する１つのレンズが含まれ、好ましくは、定置のレンズ群（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５）内に含まれていること
    を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の対物レンズ。
11. 前記リアレンズ群（Ｇ５）は、１.８よりも大きい屈折率ｎｅを有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含むこと
    を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の対物レンズ。
12. 前記中間群（Ｇ３）は、−０.０７よりも小さいか又は０.０７よりも大きい異常部分分散ＳＣＤを有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含むこと
    を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の対物レンズ。
13. 前記フロントレンズ群（Ｇ１）は、０.０７よりも大きい異常部分分散ＳＣＤを有する光学材料を用いた少なくとも１つのレンズを含むこと
    を特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の対物レンズ。
14. フォーカシング群（Ｇ２、Ｇ４）の少なくとも１つは、０.０７よりも大きい異常部分分散ＳＣＤを有する光学材料を用いた１つのレンズを含むこと
    を特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の対物レンズ。

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