JP4527823B2 - 望遠レンズ及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画角が１０゜乃至２０゜程度、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、撮像管や固体撮像素子等を用いたいわゆる電子カメラやビデオカメラ等に最適な、バックフォーカスが長く小型な望遠レンズ及び望遠レンズを用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、撮像管や固体撮像素子等を用いたいわゆる電子カメラやビデオカメラ等では、レンズと撮像面との間にローパスフィルターや赤外カットフィルター等の光学部材を挿入する必要から、レンズには焦点距離に比較して長いバックフォーカスが必要となる。
【０００３】
とりわけカラー画像の画質を向上させる目的で、ＲＧＢ３色を複数の撮像素子で撮影するために、いわゆる色分解光学系を用いる撮像装置や、撮影光学系から光路を分岐し、接眼光学系を介して像を観察する光学ファインダー若しくは接眼光学系を有する撮像装置では、上記光学部材の他に、光路分割のためのミラーやプリズム等の光学部材を挿入する必要があり、さらに長いバックフォーカスを必要とする。
【０００４】
このため、銀塩フィルム用途の撮影レンズでは、物体側から正・負のパワー配置であるいわゆる望遠タイプを用いることが一般的である、画角が１０゜乃至２０゜程度の撮影レンズでも、全長をコンパクトに保ちつつ、バックフォーカスを長くするパワー配分が重要となる。
【０００５】
このような撮像素子を用いた撮像装置を想定した望遠レンズとして、例えば特開昭６１−１８８５１１号や特開昭６１−２００５１２号に記載されているレンズ系が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の製造技術の発展により、電子カメラやビデオカメラに用いられる撮像素子は、撮像管から固体撮像素子へと主力を移し、また、固体撮像素子もその大きさに比較してピクセル数の非常に多い素子が利用できるようになってきた。
【０００７】
そのため、従来は銀塩カメラと比較して画質が劣る等の理由で用いられていなかった印刷向けとしても利用できるようになってきた。しかし、これらの用途に用いる撮像素子には、ハイビジョン等の高精細テレビの規格に対しても、同等若しくはさらに多くのピクセル数が必要であり、近年の製造技術をもってしても小型の撮像素子を製造することは困難である。そのため、各ピクセルの大きさは変えずに、全体の大きさを大きくすることにより、多くのピクセルを配列した撮像素子及びそれを用いた電子カメラが開発されている。
【０００８】
ところが、大きな撮像素子では、同じ面積のウェハーから製造できる撮像素子の数が少なくなり、製造原価が高くなる問題があるため、配列するピクセルの大きさを小さくし、小型の撮像素子で多くのピクセルを配列した撮像素子を開発することによって、小型化と低コスト化を同時に達成しようとする強い要求がある。
【０００９】
しかし、配列するピクセルの大きさを小さくすることは、いわゆるナイキスト周波数が高くなるため、撮影レンズに要求される光学性能は極めて高くなる。
【００１０】
ところで、高画質な映像になる程色再現や色モアレ等の色に関する問題が顕著になるため、一枚の撮像素子の上に色フィルターをモザイク状やストライプ状等に配列した撮像素子を用いるいわゆる単板式カメラよりも、ＲＧＢ三原色を三枚の撮像素子で撮影するいわゆる三板式カメラに代表される多板式カメラが望まれる傾向にある。
【００１１】
このような撮像装置では、撮影レンズと撮像素子の間に、いわゆる色分解光学系と呼ばれる光学素子を配置するが、光量に関して効率良く色分解を行うために、色を分ける機能として誘電体多層膜を設けたダイクロイックプリズムを用いることが一般的である。このダイクロイックプリズムは、入射する光の角度に応じ色分解の波長特性が変化するため、ダイクロイックプリズムに垂直に入射する画面中心と、通常は斜めに入射する画面周辺の差を少なくせしめることが重要であり、そのため、撮影レンズは、いわゆるテレセントリック光学系と呼ばれる射出瞳を無限遠にした光学系とする必要がある。
【００１２】
一方、一枚の撮像素子の上に色フィルターをモザイク状やストライプ状等に配列した撮像素子を用いる場合においても、隣り合うフィルターを透過した光が一つの光電変換面に達すると、正確な色情報が得られなくなる。したがって、前記ダイクロイックプリズムを用いる場合程厳密ではないが、単板式においても、射出瞳位置はある程度以上に遠いことが好ましい。
【００１３】
このように射出瞳を遠くするためには、レンズ系の像に近い箇所には正のパワーを配置し、絞りを斜めに横切り光線高を上げていった軸外光線を光軸方向に曲げ、光軸となす角度を小さくする必要がある。したがって、たとえ望遠レンズであっても、銀塩フィルム用途の撮影レンズのように、物体側から正、負のパワー配置をとることができず、レンズ系で必要とするパワーを、主に絞りより像側で確保することが必要となる。
【００１４】
ところが、望遠レンズでＦ値を小さく、明るいレンズ系にしようとすると、マージナル光線高が高くなり、パワーの大きな絞りより像側のレンズ群で大きな球面収差や色収差が発生し、性能劣化を招く。
【００１５】
したがって、高い光学性能、長いバックフォーカス、遠い射出瞳位置を満足する、明るく小型の望遠レンズを構成することは極めて困難になる。
【００１６】
このような状況に鑑み従来技術を眺めると、特開昭６１−１８８５１１号に記載されているレンズ系は、小型ではあるが、色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る程長いバックフォーカスを持っておらず、また、レンズ系を射出する主光線の傾角も、ダイクロイックプリズムを用いるには角度が大きすぎ、画面中心と周辺で色分解の特性が異なり、いわゆる色シェーディングを招く恐れがある。また、特開昭６１−２００５１２号に記載されているレンズ系も、同様にバックフォーカスが十分な長さとは言えない。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、画角が１０゜乃至２０゜程度で、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、レンズ系と撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る長いバックフォーカスを有し、また、色分解光学系や光電変換面の上部にマトリックス状の色フィルターを配置した撮像素子に適した射出瞳位置であり、小型で多くのピクセルを配列した撮像素子を用いた電子カメラやビデオカメラ等に最適な、極めて高い光学性能を有する、比較的小型な望遠レンズを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の望遠レンズは、物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負かつ条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、以下の条件を満足することを特徴とするものである。
【００２１】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクター、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された前記接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００２２】
以下に本発明において上記の構成をとった理由と作用を詳細に説明する。
【００２３】
ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得るために４５ｍｍよりも大きいバックフォーカスbkf を得る必要がある。また、前述のように、射出瞳位置を適度に遠くする必要がある。そのためには、レンズ全系で必要とするパワーを、主に絞りより像側で確保しなければならない。しかし、長いバックフォーカスが必要であるからといって、絞りより物体側を強い負のパワーとすると、絞りより物体側のレンズ群でマージナル光線が光軸から離れる方向に屈折せしめられ、絞りより像側のレンズ群へ入射する高さが高くなりすぎ、レンズ外径の大型化を招くと共に、発生する球面収差が補正しきれなくなる。
【００２４】
そこで、絞りより物体側のレンズ群は、正、負によらず弱いパワーであることがよい。望ましくは、やや負のパワーを持たせることが、バックフォーカスを確保するためには効果的である。
【００２５】
すなわち、本発明のレンズ系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、第２レンズ群Ｇ２から構成し、第１レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、かつ、下記条件式を満足することが望ましい。
【００２６】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。
【００２７】
第１レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有し、かつ、条件式（１）の上限の０．５を越えて大きな値をとると、第１レンズ群Ｇ１の負のパワーが強くなりすぎ、前述のような不具合を生じる。第１レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有し、かつ、下限の０．１を越えて小さな値をとると、第１レンズ群Ｇ１で保持する正パワーが強くなりすぎ、射出瞳を適度に遠くするために第２レンズ群Ｇ２で確保すべき正パワーと、バックフォーカス確保のためのパワー配分が両立しなくなる。
【００２８】
負かつ上記条件式を満足するパワーを第１レンズ群Ｇ１に配分するとき、第１レンズ群Ｇ１は、入射する光線高の高いマージナル光線の光線高を低くし、射出する際には、比較的光軸とのなす角度の緩い収束光若しくは発散光になって第２レンズ群Ｇ２に入射せしめることが、特に球面収差の補正のために好ましく、したがって、第１レンズ群Ｇ１の物体側に正レンズ群、像側に負レンズ群を配置して第１レンズ群Ｇ１を物体側から正、負のパワー配置とするのがよい。
【００２９】
このとき、正パワーを１枚の正レンズで確保すると、その正レンズで発生する球面収差が補正できなくなり好ましくなく、少なくとも２枚の正レンズにパワーを分割するのがよい。このとき、最も物体側の正レンズは太い光束が入射するため、光線束に関する収差、球面収差やコマに対する影響が大きいが、下記の条件式を満足する形状とすることが望ましい。
【００３０】
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
ただし、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクターである。
【００３１】
ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００３２】
条件式（２）の下限の−１．２を越えて小さな値をとると、負のコマの発生が大きくなると共に、物体側の面の曲率が強くなり負の球面収差の発生も大きくなる。また、上限の−０．８を越えて大きな値をとると、逆にコマが過剰補正となり、何れも他のレンズ群で補正しきれなくなる。また、第１レンズ群Ｇ１で配置した正パワーを１枚の負レンズで打ち消すと、負レンズで発生する収差、特にサジタルコマと呼ばれるコマが発生し好ましくない。そこで、負パワーも、少なくとも２枚の負レンズで構成することが望ましく、特に最も物体側に配置する負レンズは下記条件を満足することが好ましい。
【００３３】
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
ただし、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクターである。
【００３４】
条件式（３）の下限値の０．９を越えて小さな値をとると、物体側の面が負のパワーが強くなり、そこで発生する負のコマ、負の非点収差が補正できなくなる。逆に、上限値の１．３を越えて大きな値をとると、コマ、非点収差が補正過剰になると共に、メニスカス形状が強くなるため、前後のレンズとの間隔を空けなければならず、レンズ系の大型化につながり好ましくない。
【００３５】
さて、絞りより像側の第２レンズ群Ｇ２は、光軸に緩い角度で入射したマージナル光線を像に集光せしめる働きを有するが、一方、軸外光線に対しては、前述のように、絞りを横切るように通過し、光軸から離れる角度で第２レンズ群Ｇ２に入射した軸外光線を、光軸方向に屈折させ、光軸とのなす角度を小さくして射出する働きを持つ。そのとき、第２レンズ群Ｇ２が正パワーだけであると、バックフォーカスの確保が困難になると共に、特に倍率色収差の補正が困難になるため、第２レンズ群Ｇ２を物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズを含むレンズ群から構成し、その接合レンズで倍率色収差を補正せしめるとよい。
【００３６】
このとき、接合レンズの像側には、正レンズから始まるレンズ群を配置するようにし、マージナル光線の結像と、軸外光線を光軸方向に屈折せしめる作用を開始させることがよい。このとき、その正レンズは下記の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００３７】
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
ただし、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクターである。
【００３８】
上記条件式（４）の下限の０．５を越えて小さな値をとると、その正レンズは両凸形状が強くなるが、物体側の面で発生する負の球面収差が大きくなり、補正が困難になる。また、上限値の１．５を越えて大きな値をとると、その正レンズはメニスカス形状が強くなり、球面収差が過剰補正になると共に、コマの悪化が著しく、性能を保つことが困難になる。
【００３９】
さて、前述のように、第２レンズ群Ｇ２では入射した軸外光線が屈折せしめられ、光軸とのなす角が小さくなって射出するが、このときの主光線高は、光軸とのなす角が小さい程、イメージサークルの大きさに略等しくなる。すなわち、その接合レンズより像側でのレンズ群では、軸外光線が十分な高さを持っていないと、負レンズを配置して光線高を高くせしめなければならず、レンズ構成が複雑化する。そこで、予め軸外光線の高さを確保して第２レンズ群Ｇ２に入射せしめることが好ましい。
【００４０】
そのためには、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔を広げることが効果的であるが、第１レンズ群Ｇ１が負のパワーのときに広げすぎると、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線高が高くなりすぎ、球面収差の劣化を招く。また、第１レンズ群Ｇ１が正のパワーのときに広げすぎると、バックフォーカスを確保することが困難になり好ましくない。また、第１レンズ群Ｇ１のパワーがゼロに近いと、第１レンズ群Ｇ１を射出する軸外光線の光軸となす角が大きく、今度は軸外光線が第２レンズ群Ｇ２に入射する高さが高くなりすぎ好ましくない。
【００４１】
そこで、第１レンズ群Ｇ１と絞り、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔を適当な比率の範囲に保つことにより、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線と軸外光線の高さのバランスを保つことがよい。そのためには、下記の条件式を満足せしめることが望ましい。
【００４２】
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。
【００４３】
条件式（５）の下限の１．５を越えて小さな値をとると、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線が十分な高さにならず、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズを強い負パワーにしなければならなくなり、球面収差やコマの悪化を招く。また、第１レンズ群Ｇ１が負パワーのときには、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線高も低くなり、バックフォーカスを確保する上で不利となる。逆に、条件式（５）の上限の４．０を越えて大きな値をとると、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔が広くなりすぎ、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線高が高くなりすぎて、第２レンズ群Ｇ２の正パワーを強めなければならず、球面収差の悪化やバックフォーカスの確保に支障をきたし好ましくない。
【００４４】
以上の構成により、本発明の目的である、長いバックフォーカスを確保しつつも、射出瞳位置を遠くに保ち、かつ、小型のピクセルサイズの撮像素子を用いる高精細な撮像装置に最適な望遠レンズを達成できるが、より至近の被写体に対し高い光学性能を維持するためには、第２レンズ群Ｇ２を最も像側の正レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２と、それより物体側の第２−１レンズ群Ｇ２−１とから構成し、第１レンズ群Ｇ１と第２−１レンズ群Ｇ２−１を一体的に物体側に繰り出すことにより、無限物点から至近距離まで高い光学性能を維持したままフォーカシングが可能となる。
【００４５】
さらに、第２―２レンズ群Ｇ２−２を、物体側から負レンズ、正レンズの順に配列した接合レンズで構成すると、第２−２レンズ群Ｇ２−２で発生する倍率色収差を抑えることができ、より高度な色収差の補正が可能となる。また、その場合、第１レンズ群Ｇ１の正レンズで発生する正の倍率色収差が過剰補正になるため、第１レンズ群Ｇ１の正パワーを２枚の正レンズで構成することが可能となり、レンズ枚数の削減に効果的である。
【００４６】
さて、望遠レンズではマージナル光線高が高いため、一般に軸上色収差の補正が困難である。そこで、銀塩フィルム用途の望遠タイプの撮影レンズでは、物体側に近い位置に、異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することが一般的であるが、本発明のような撮像素子用途の撮影レンズの場合、前述のように、長いバックフォーカスの確保と、射出瞳を遠ざけるパワー配置のため、絞りより像側においても、マージナル光線高の比較的高い箇所が出てくる。そのため、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズより像側の正レンズに異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することも効果的である。また、一般に、異常分散性のある特殊低分散ガラスは、温度に対する膨張係数が大きいかあるいはキズが付きやすいといった問題があるので、最も物体側と最も像側のレンズに用いることは避けることが好ましい。
【００４７】
特に、第２レンズ群Ｇ２に配置する場合には、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズに続く正レンズに異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することが望ましい。
【００４８】
もちろん、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２共に異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いると、さらに効果があることは言うまでもない。
【００４９】
さらに良好な収差補正を達成するためには、上記の条件（１）の代わりに下記の条件（６）を、若しくは、上記の条件（２）の代わりに下記の条件（７）を、若しくは、上記の条件（３）の代わりに下記の条件（８）を、若しくは、上記の条件（４）の代わりに下記の条件（９）を、若しくは、上記の条件（５）の代わりに下記の条件（１０）を満足することが望ましい。
【００５０】
（６） −０．４＜ｆT ／ｆ1 ＜−０．２
（７） −１．１＜ＳＦ1P＜−０．９
（８） ０．９＜ＳＦ1N＜１．２
（９） ０．８＜ＳＦ2P＜１．２
（１０）２．０＜Ｄsb／Ｄsf＜３．５
また、フォーカシングの際に、比較的短い繰り出し量で、至近距離の物体まで安定した光学性能を維持するためには、第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１の合成されたパワーについて、下記の条件式（１１）を満足することが望ましい。
【００５１】
（１１）０．４＜ｆT ／ｆF ＜０．７
ただし、ｆF は第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１の合成されたフォーカシング群の焦点距離である。
【００５２】
条件式（１１）の下限の０．４を越えて小さな値をとると、フォーカシングで繰り出す群のパワーが小さく、収差変動は小さいが、フォーカシングでの繰り出し量が大きくなり好ましくなく、また、上限値の０．７を超えて大きな値をとると、フォーカシングに伴う収差変動が大きくなり好ましくない。
【００５３】
また、さらに至近距離の物体まで安定した光学性能を維持するためには、上記条件（１１）の代わりに下記の条件（１２）を満足することが望ましい。
【００５４】
（１２）０．４５＜ｆT ／ｆF ＜０．６５
本発明のレンズ系の光学性能を効果的に引き出すためには、以下の条件（１３）若しくは（１４）を満足することが望ましい。
【００５５】
（１３）１０゜＜２ω＜２０゜
（１４）０．４０＜bkf ／ｆ＜０．８０
ただし、ωはレンズ全系の半画角、bkf はレンズ系の空気換算バックフォーカスである。
【００５６】
条件（１３）の上限値の２０°を越えて大きな値をとると、画角が大きくなりすぎるために、条件（１）乃至（５）を満足せしめても、十分長いバックフォーカスと高い光学性能を両立させることが困難となり、また、下限値の１０°を越えて小さな値をとると、本発明のレンズ構成ではレンズ全長が大きくなり、小型化することが困難であり望ましくない。
【００５７】
条件（１４）の上限値０．８０を越えて大きな値をとると、バックフォーカスが長くなりすぎるために、条件（１）乃至（５）を満足せしめても、高い光学性能を両立させることが困難となり、また、下限値の０．４０を越えて小さな値をとると、条件（１）乃至（５）を満足せしめてもレンズ全長が大きくなり、小型化することが困難であり望ましくない。
【００５８】
本発明のレンズ系の光学性能をさらに効果的に引き出すためには、条件（１３）の代わりに以下の条件（１５）を、条件（１４）の代わりに以下の条件（１６）を満足せしめることが望ましい。
【００５９】
（１３）１２゜＜２ω＜１６゜
（１４）０．５０＜bkf ／ｆ＜０．７０
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望遠レンズの実施例について説明する。実施例１〜５の光軸を含む断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。これらの実施例の数値データは後記する。
【００６１】
実施例１の望遠レンズは図１に示すレンズ構成であり、物体側から順に、全体として弱い負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りＳと、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２からなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が略平面である両凸レンズと、物体側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた２枚の負メニスカスレンズとから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、像側の面が略平面である両凸レンズ１枚からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００６２】
最後のレンズと像面Ｉの間の各平板ガラスは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、色分解プリズム、トリミングフィルター等を表している。
【００６３】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の第３レンズとしてθgd＝１．２３５の異常分散性を有するガラスからなる正レンズを、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側に配置した正レンズをθgd＝１．２４３の異常分散性を有するガラスから構成している。さらに、第２−２レンズ群Ｇ２−２をθgd＝１．２２７の異常分散性を有するガラスから構成して倍率色収差の低減を図っているが、前記した通り、レンズ系の物体側、像側に異常分散性ガラスを用いると、キズが付きやすくなり好ましくない。そこで、本実施例では第２−２レンズ群Ｇ２−２の後ろに保護ガラスを配置するようにして、キズを防ぐようにしている。
【００６４】
実施例１の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．２８
ＳＦ1P＝−０．９３
ＳＦ1N＝１．１７
ＳＦ2P＝１．１０
Ｄsb／Ｄsf＝２．５４
ｆT ／ｆF ＝０．５３
である。
【００６５】
実施例１の無限遠物点に対する収差状況を図６に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図７に示す。図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す（以下の収差図においても同じ）。図中、“ＦＩＹ”は像高を表している。これらの図から明らかなように、本実施例は、レンズと撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、色分解プリズム若しくは光路分割プリズム等の光学部材を挿入するための十分長いバックフォーカスを有し、かつ、小さなピクセルを配列した撮像素子を用いるために十分な高い光学性能を有している。また、至近距離の被写体にフォーカシングした場合においても、高い光学性能を有していることが分かる。
【００６６】
実施例２の望遠レンズは図２に示すレンズ構成であり、実施例１と比較して、第２−１レンズ群Ｇ２−１が、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズからなる点、及び、第２−２レンズ群Ｇ２−２が物体側に凸面を向けた平凸レンズ１枚からなる点を異にしており、加工上のコストダウンの点で有利である。本実施例では、異常分散性ガラスを実施例１と同じ使い方で用いている。
【００６７】
実施例２の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３８
ＳＦ1P＝−０．９２
ＳＦ1N＝１．１５
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝３．２５
ｆT ／ｆF ＝０．５０
である。
【００６８】
実施例２の無限遠物点に対する収差状況を図８に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図９に示す。
【００６９】
実施例３の望遠レンズは図３に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレンズと、物体側の面が平面である平凹レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、像側の面が平面である平凸レンズレンズ１枚からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２から構成されている。本実施例は、実施例２よりもさらに平面を増やし、さらなる加工上のコストダウンを図っている。
【００７０】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１に用いる異常分散性ガラスは実施例１と同じであるが、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側には、θgd＝１．２３２の異常分散性の強いガラスを用いており、その代わりに第２−２レンズ群Ｇ２−２には比較的弱い異常分散性で、摩耗度の値が小さい、キズの付き難いガラスを用いて保護ガラスを除去している。
【００７１】
実施例３の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３６
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．００
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝２．１６
ｆT ／ｆF ＝０．５３
である。
【００７２】
実施例３の無限遠物点に対する収差状況を図１０に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１１に示す。
【００７３】
実施例４の望遠レンズは図４に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側の面が平面である２枚の平凹レンズから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと像側が平面の平凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、両凸レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００７４】
本実施例は、第１レンズ群Ｇ１の正レンズ群を２枚の正レンズで構成することによって、正レンズ群内で繰り返し反射によるゴーストの除去を図っており、また、前記したように、第２−２レンズ群Ｇ２−２を接合レンズとすることによって、第２−２レンズ群Ｇ２−２での倍率色収差の発生を抑え、正レンズの枚数を削減したことによる倍率色収差の補正作用の低下を補っている。
【００７５】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズとして、θgd＝１．２３２の強い異常分散性ガラスを有するガラスからなる正レンズを配置して、色収差の補正を図ると共に、第２−１レンズ群Ｇ２−１の接合レンズの像側に、θgd＝１．２３５の異常分散性ガラスを有するガラスからなる正レンズを配置している。また、平面を増やすことによって、さらなる加工上のコストダウンを図っている。
【００７６】
実施例４の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３３
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．００
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝２．３９
ｆT ／ｆF ＝０．４７
である。
【００７７】
実施例４の無限遠物点に対する収差状況を図１２に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１３に示す。
【００７８】
実施例５の望遠レンズは図５に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側が略平面である像側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、両凸レンズと像側が平面である平凹レンズの接合レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００７９】
本実施例は、実施例４と同様に、第１レンズ群Ｇ１の正レンズ群を２枚のレンズ構成とすることによってその正レンズ群内での繰り返し反射に伴うゴーストの除去を図っており、また一方、至近距離の被写体に対してレンズ全系を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行う点が異なっている。
【００８０】
また、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１での異常分散性ガラスの使用は実施例４と同じであるが、第２−１レンズ群Ｇ２−１の接合レンズの像側に、θgd＝１．２４３と、実施例４よりも異常分散性の強いガラスを用いて、実施例４よりも色収差の補正を良好にしている。
【００８１】
実施例５の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．２９
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．１１
ＳＦ2P＝０．９９
Ｄsb／Ｄsf＝２．９０
ｆT ／ｆF ＝０．６４
である。
【００８２】
実施例５の無限遠物点に対する収差状況を図１４に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１５に示す。図から明らかなように、実施例５の至近距離に対する収差は、実施例４に比較してやや非点収差が大きい点を除けば、ほとんど遜色のない性能を達成しており、鏡枠構造の単純化の点で優れている。
【００８３】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角、Ｓ0 は物点距離（物点からレンズ系第１面までの距離）、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎe1、ｎe2…は各レンズのｅ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。
【００８４】
【００８５】
【００８６】
【００８７】
【００８８】
【００８９】
なお、本発明の説明はデジタルカメラを中心に説明したが、他の撮像装置（例えば、デジタルビデオカメラ等）を用いて静止画像を観察する場合も同様である。
【００９０】
以上のような本発明の望遠レンズは、物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮像を行う撮像装置、とりわけ電子カメラ、ビデオカメラ等の撮影用光学系に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【００９１】
図１６〜図１８は、本発明の望遠レンズを撮影用対物光学系１００に用いて電子カメラを構成した場合の概念図を示す。図１６は電子カメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図１７は同後方斜視図、図１８は電子カメラ１４０の構成を示す断面図である。電子カメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッター１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７等を含み、カメラ１４０の上部に配置されたシャッター１４５を押圧すると、それに連動して撮像用対物光学系１００を通して撮影が行われる。撮像用対物光学系１００によって形成された物体像は、色分解プリズム１０１でＲＧＢ三原色の像に分解され、それぞれの色の物体像は各々赤外カットフィルター１０２を介してＣＣＤ１０３の撮像面上に形成される。これら３つのＣＣＤ１０３で受光されたそれぞれの色の物体像は、信号処理回路１２０に入力され、カラー物体の電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター１４７に表示される。また、この信号処理回路１２０には記録手段１３０が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段１３０は信号処理回路１２０と別体に設けらてもよいし、フロッピーディスク等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。
【００９２】
さらに、ファインダー用光路１４４上には、カバーガラス１５４を介してファインダー用対物光学系１５３が配置してある。このファインダー用対物光学系１５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム１５５の視野枠１５７上に形成される。なお、視野枠１５７は、ポロプリズム１５５の第１反射面と第２反射面との間を分離し、その間に配置されている。このポリプリズム１５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系１５９が配置されている。
【００９３】
図１９は、本発明の望遠レンズを撮影光学系１００に用いてビデオカメラを構成した場合の概念図を示す。図１９（ａ）はビデオカメラ１６０の外観を示す斜視図、図１９（ｂ）はビデオカメラ１６０の構成を示す断面図である。ビデオカメラ１６０、撮影光学系１００と共に、電子ビューファインダー１６２と液晶表示モニター１４７を備えている。ビデオカメラ１６０の上部に配置された録画スタートボタン１６１をオンすると、それに連動して撮影光学系１００を通して撮影が行われる。撮影光学系１００によって形成された物体像は、色分解プリズム１０１でＲＧＢ三原色の像に分解され、それぞれの色の物体像は各々赤外カットフィルター１０２を介してＣＣＤ１０３の撮像面上に形成される。これら３つのＣＣＤ１０３で受光されたそれぞれの色の物体像は、信号処理回路１２０に入力され、カラー物体の電子画像として電子ビューファインダー１６２内に配置されたバックライト付き液晶表示素子１６３上に表示され、接眼レンズ１６４で拡大観察可能にされると共に、カメラ本体に折り畳み可能に取り付けられた液晶表示モニター１４７に表示される。ビデオカメラ１６０には、ビデオテープ挿脱用ふた１６６を開けて記録媒体としてのビデオテープをセットすることが可能になっており、信号処理回路１２０を介してビデオテープを記録手段１３０として、撮影された電子画像が記録される。また、ビデオカメラ１６０はマイク１６５を備えており、映像信号記録と同時に音声情報記録も同様に行う。
【００９４】
以上の本発明のバックフォーカスの長い望遠レンズ及びそれを用いた撮像装置は、例えば次のように構成することができる。
【００９５】
〔１〕 物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負若しくは条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを少なくとも有し、最も像側の光学パワーを有する面から像面までの間隔の空気換算長bkf が４５ｍｍよりも大きいことを特徴とするバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【００９６】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。
【００９７】
〔２〕 物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負若しくは条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、以下の条件を満足することを特徴とするバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【００９８】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクター、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された前記接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００９９】
〔３〕 前記第２レンズ群Ｇ２が、最も像側のレンズ要素を除く第２−１レンズ群Ｇ２−１と、最も像側のレンズ要素からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とからなり、第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１を一体で前方に繰り出すことによりフォーカシングを行うことを特徴とする上記１又は２記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１００】
〔４〕 前記第２−２レンズ群Ｇ２−２が、物体側から正レンズ、負レンズの順で接合されたレンズ要素からなることを特徴とする上記３記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０１】
〔５〕 前記第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズを除く正レンズか、若しくは、前記第２レンズ群Ｇ２の、前記接合レンズより像側に位置する正レンズの、少なくとも１枚の正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記１又は２記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０２】
〔６〕 前記第２レンズ群Ｇ２の、前記接合レンズより像側に位置するレンズ群の中、最も物体側に位置する正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記５記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０３】
〔７〕 前記第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズを除く正レンズの少なくとも１枚と、前記第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズより像側に位置する正レンズの少なくとも１枚の、合計少なくとも２枚の正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記５記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０４】
〔８〕 上記１から７の何れか１項記載のバックフォーカスの長い望遠レンズを用いたことを特徴とする撮像装置。
【０１０５】
【発明の効果】
以上の説明と各実施例から明らかなように、本発明によれば、画角が１０゜乃至２０゜程度で、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、レンズ系と撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに、色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る、長いバックフォーカスを有し、色分解光学系はもちろん、単板方式のカラー撮像素子にも最適な、射出瞳位置の遠い、しかも、小型で多くのピクセルを配列した撮像素子を用いた電子カメラやビデオカメラ等に最適な極めて高い光学性能を有する比較的小型な望遠レンズを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図２】本発明の実施例２における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図３】本発明の実施例３における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図４】本発明の実施例４における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図５】本発明の実施例５における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図６】実施例１のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図７】実施例１のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図８】実施例２のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図９】実施例２のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１０】実施例３のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１１】実施例３のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１２】実施例４のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１３】実施例４のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１４】実施例５のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１５】実施例５のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１６】本発明の望遠レンズを用いて電子カメラを構成した場合の外観を示す前方斜視図である。
【図１７】図１６は同後方斜視図である。
【図１８】図１６の電子カメラの構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の望遠レンズを用いてビデオカメラを構成した場合の概念図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ２−１…第２−１レンズ群
Ｇ２−２…第２−２レンズ群
Ｓ …絞り
Ｉ …像面
Ｅ …観察者眼球
１００…撮影用対物光学系（撮影光学系）
１０１…色分解プリズム
１０２…赤外カットフィルター
１０３…ＣＣＤ
１２０…信号処理回路
１３０…記録手段
１４０…電子カメラ
１４１…撮影光学系
１４２…撮影用光路
１４３…ファインダー光学系
１４４…ファインダー用光路
１４５…シャッター
１４６…フラッシュ
１４７…液晶表示モニター
１５４…カバーガラス
１５３…ファインダー用対物光学系
１５５…ポロプリズム
１５７…視野枠
１５９…接眼光学系
１６０…ビデオカメラ
１６１…録画スタートボタン
１６２…電子ビューファインダー
１６３…バックライト付き液晶表示素子
１６４…接眼レンズ
１６５…マイク
１６６…ビデオテープ挿脱用ふた
【発明の属する技術分野】
本発明は、画角が１０゜乃至２０゜程度、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、撮像管や固体撮像素子等を用いたいわゆる電子カメラやビデオカメラ等に最適な、バックフォーカスが長く小型な望遠レンズ及び望遠レンズを用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、撮像管や固体撮像素子等を用いたいわゆる電子カメラやビデオカメラ等では、レンズと撮像面との間にローパスフィルターや赤外カットフィルター等の光学部材を挿入する必要から、レンズには焦点距離に比較して長いバックフォーカスが必要となる。
【０００３】
とりわけカラー画像の画質を向上させる目的で、ＲＧＢ３色を複数の撮像素子で撮影するために、いわゆる色分解光学系を用いる撮像装置や、撮影光学系から光路を分岐し、接眼光学系を介して像を観察する光学ファインダー若しくは接眼光学系を有する撮像装置では、上記光学部材の他に、光路分割のためのミラーやプリズム等の光学部材を挿入する必要があり、さらに長いバックフォーカスを必要とする。
【０００４】
このため、銀塩フィルム用途の撮影レンズでは、物体側から正・負のパワー配置であるいわゆる望遠タイプを用いることが一般的である、画角が１０゜乃至２０゜程度の撮影レンズでも、全長をコンパクトに保ちつつ、バックフォーカスを長くするパワー配分が重要となる。
【０００５】
このような撮像素子を用いた撮像装置を想定した望遠レンズとして、例えば特開昭６１−１８８５１１号や特開昭６１−２００５１２号に記載されているレンズ系が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の製造技術の発展により、電子カメラやビデオカメラに用いられる撮像素子は、撮像管から固体撮像素子へと主力を移し、また、固体撮像素子もその大きさに比較してピクセル数の非常に多い素子が利用できるようになってきた。
【０００７】
そのため、従来は銀塩カメラと比較して画質が劣る等の理由で用いられていなかった印刷向けとしても利用できるようになってきた。しかし、これらの用途に用いる撮像素子には、ハイビジョン等の高精細テレビの規格に対しても、同等若しくはさらに多くのピクセル数が必要であり、近年の製造技術をもってしても小型の撮像素子を製造することは困難である。そのため、各ピクセルの大きさは変えずに、全体の大きさを大きくすることにより、多くのピクセルを配列した撮像素子及びそれを用いた電子カメラが開発されている。
【０００８】
ところが、大きな撮像素子では、同じ面積のウェハーから製造できる撮像素子の数が少なくなり、製造原価が高くなる問題があるため、配列するピクセルの大きさを小さくし、小型の撮像素子で多くのピクセルを配列した撮像素子を開発することによって、小型化と低コスト化を同時に達成しようとする強い要求がある。
【０００９】
しかし、配列するピクセルの大きさを小さくすることは、いわゆるナイキスト周波数が高くなるため、撮影レンズに要求される光学性能は極めて高くなる。
【００１０】
ところで、高画質な映像になる程色再現や色モアレ等の色に関する問題が顕著になるため、一枚の撮像素子の上に色フィルターをモザイク状やストライプ状等に配列した撮像素子を用いるいわゆる単板式カメラよりも、ＲＧＢ三原色を三枚の撮像素子で撮影するいわゆる三板式カメラに代表される多板式カメラが望まれる傾向にある。
【００１１】
このような撮像装置では、撮影レンズと撮像素子の間に、いわゆる色分解光学系と呼ばれる光学素子を配置するが、光量に関して効率良く色分解を行うために、色を分ける機能として誘電体多層膜を設けたダイクロイックプリズムを用いることが一般的である。このダイクロイックプリズムは、入射する光の角度に応じ色分解の波長特性が変化するため、ダイクロイックプリズムに垂直に入射する画面中心と、通常は斜めに入射する画面周辺の差を少なくせしめることが重要であり、そのため、撮影レンズは、いわゆるテレセントリック光学系と呼ばれる射出瞳を無限遠にした光学系とする必要がある。
【００１２】
一方、一枚の撮像素子の上に色フィルターをモザイク状やストライプ状等に配列した撮像素子を用いる場合においても、隣り合うフィルターを透過した光が一つの光電変換面に達すると、正確な色情報が得られなくなる。したがって、前記ダイクロイックプリズムを用いる場合程厳密ではないが、単板式においても、射出瞳位置はある程度以上に遠いことが好ましい。
【００１３】
このように射出瞳を遠くするためには、レンズ系の像に近い箇所には正のパワーを配置し、絞りを斜めに横切り光線高を上げていった軸外光線を光軸方向に曲げ、光軸となす角度を小さくする必要がある。したがって、たとえ望遠レンズであっても、銀塩フィルム用途の撮影レンズのように、物体側から正、負のパワー配置をとることができず、レンズ系で必要とするパワーを、主に絞りより像側で確保することが必要となる。
【００１４】
ところが、望遠レンズでＦ値を小さく、明るいレンズ系にしようとすると、マージナル光線高が高くなり、パワーの大きな絞りより像側のレンズ群で大きな球面収差や色収差が発生し、性能劣化を招く。
【００１５】
したがって、高い光学性能、長いバックフォーカス、遠い射出瞳位置を満足する、明るく小型の望遠レンズを構成することは極めて困難になる。
【００１６】
このような状況に鑑み従来技術を眺めると、特開昭６１−１８８５１１号に記載されているレンズ系は、小型ではあるが、色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る程長いバックフォーカスを持っておらず、また、レンズ系を射出する主光線の傾角も、ダイクロイックプリズムを用いるには角度が大きすぎ、画面中心と周辺で色分解の特性が異なり、いわゆる色シェーディングを招く恐れがある。また、特開昭６１−２００５１２号に記載されているレンズ系も、同様にバックフォーカスが十分な長さとは言えない。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、画角が１０゜乃至２０゜程度で、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、レンズ系と撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る長いバックフォーカスを有し、また、色分解光学系や光電変換面の上部にマトリックス状の色フィルターを配置した撮像素子に適した射出瞳位置であり、小型で多くのピクセルを配列した撮像素子を用いた電子カメラやビデオカメラ等に最適な、極めて高い光学性能を有する、比較的小型な望遠レンズを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の望遠レンズは、物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負かつ条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、以下の条件を満足することを特徴とするものである。
【００２１】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクター、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された前記接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００２２】
以下に本発明において上記の構成をとった理由と作用を詳細に説明する。
【００２３】
ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得るために４５ｍｍよりも大きいバックフォーカスbkf を得る必要がある。また、前述のように、射出瞳位置を適度に遠くする必要がある。そのためには、レンズ全系で必要とするパワーを、主に絞りより像側で確保しなければならない。しかし、長いバックフォーカスが必要であるからといって、絞りより物体側を強い負のパワーとすると、絞りより物体側のレンズ群でマージナル光線が光軸から離れる方向に屈折せしめられ、絞りより像側のレンズ群へ入射する高さが高くなりすぎ、レンズ外径の大型化を招くと共に、発生する球面収差が補正しきれなくなる。
【００２４】
そこで、絞りより物体側のレンズ群は、正、負によらず弱いパワーであることがよい。望ましくは、やや負のパワーを持たせることが、バックフォーカスを確保するためには効果的である。
【００２５】
すなわち、本発明のレンズ系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、第２レンズ群Ｇ２から構成し、第１レンズ群Ｇ１は負の屈折力を有し、かつ、下記条件式を満足することが望ましい。
【００２６】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。
【００２７】
第１レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有し、かつ、条件式（１）の上限の０．５を越えて大きな値をとると、第１レンズ群Ｇ１の負のパワーが強くなりすぎ、前述のような不具合を生じる。第１レンズ群Ｇ１が負の屈折力を有し、かつ、下限の０．１を越えて小さな値をとると、第１レンズ群Ｇ１で保持する正パワーが強くなりすぎ、射出瞳を適度に遠くするために第２レンズ群Ｇ２で確保すべき正パワーと、バックフォーカス確保のためのパワー配分が両立しなくなる。
【００２８】
負かつ上記条件式を満足するパワーを第１レンズ群Ｇ１に配分するとき、第１レンズ群Ｇ１は、入射する光線高の高いマージナル光線の光線高を低くし、射出する際には、比較的光軸とのなす角度の緩い収束光若しくは発散光になって第２レンズ群Ｇ２に入射せしめることが、特に球面収差の補正のために好ましく、したがって、第１レンズ群Ｇ１の物体側に正レンズ群、像側に負レンズ群を配置して第１レンズ群Ｇ１を物体側から正、負のパワー配置とするのがよい。
【００２９】
このとき、正パワーを１枚の正レンズで確保すると、その正レンズで発生する球面収差が補正できなくなり好ましくなく、少なくとも２枚の正レンズにパワーを分割するのがよい。このとき、最も物体側の正レンズは太い光束が入射するため、光線束に関する収差、球面収差やコマに対する影響が大きいが、下記の条件式を満足する形状とすることが望ましい。
【００３０】
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
ただし、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクターである。
【００３１】
ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００３２】
条件式（２）の下限の−１．２を越えて小さな値をとると、負のコマの発生が大きくなると共に、物体側の面の曲率が強くなり負の球面収差の発生も大きくなる。また、上限の−０．８を越えて大きな値をとると、逆にコマが過剰補正となり、何れも他のレンズ群で補正しきれなくなる。また、第１レンズ群Ｇ１で配置した正パワーを１枚の負レンズで打ち消すと、負レンズで発生する収差、特にサジタルコマと呼ばれるコマが発生し好ましくない。そこで、負パワーも、少なくとも２枚の負レンズで構成することが望ましく、特に最も物体側に配置する負レンズは下記条件を満足することが好ましい。
【００３３】
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
ただし、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクターである。
【００３４】
条件式（３）の下限値の０．９を越えて小さな値をとると、物体側の面が負のパワーが強くなり、そこで発生する負のコマ、負の非点収差が補正できなくなる。逆に、上限値の１．３を越えて大きな値をとると、コマ、非点収差が補正過剰になると共に、メニスカス形状が強くなるため、前後のレンズとの間隔を空けなければならず、レンズ系の大型化につながり好ましくない。
【００３５】
さて、絞りより像側の第２レンズ群Ｇ２は、光軸に緩い角度で入射したマージナル光線を像に集光せしめる働きを有するが、一方、軸外光線に対しては、前述のように、絞りを横切るように通過し、光軸から離れる角度で第２レンズ群Ｇ２に入射した軸外光線を、光軸方向に屈折させ、光軸とのなす角度を小さくして射出する働きを持つ。そのとき、第２レンズ群Ｇ２が正パワーだけであると、バックフォーカスの確保が困難になると共に、特に倍率色収差の補正が困難になるため、第２レンズ群Ｇ２を物体側から順に負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズを含むレンズ群から構成し、その接合レンズで倍率色収差を補正せしめるとよい。
【００３６】
このとき、接合レンズの像側には、正レンズから始まるレンズ群を配置するようにし、マージナル光線の結像と、軸外光線を光軸方向に屈折せしめる作用を開始させることがよい。このとき、その正レンズは下記の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００３７】
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
ただし、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクターである。
【００３８】
上記条件式（４）の下限の０．５を越えて小さな値をとると、その正レンズは両凸形状が強くなるが、物体側の面で発生する負の球面収差が大きくなり、補正が困難になる。また、上限値の１．５を越えて大きな値をとると、その正レンズはメニスカス形状が強くなり、球面収差が過剰補正になると共に、コマの悪化が著しく、性能を保つことが困難になる。
【００３９】
さて、前述のように、第２レンズ群Ｇ２では入射した軸外光線が屈折せしめられ、光軸とのなす角が小さくなって射出するが、このときの主光線高は、光軸とのなす角が小さい程、イメージサークルの大きさに略等しくなる。すなわち、その接合レンズより像側でのレンズ群では、軸外光線が十分な高さを持っていないと、負レンズを配置して光線高を高くせしめなければならず、レンズ構成が複雑化する。そこで、予め軸外光線の高さを確保して第２レンズ群Ｇ２に入射せしめることが好ましい。
【００４０】
そのためには、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔を広げることが効果的であるが、第１レンズ群Ｇ１が負のパワーのときに広げすぎると、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線高が高くなりすぎ、球面収差の劣化を招く。また、第１レンズ群Ｇ１が正のパワーのときに広げすぎると、バックフォーカスを確保することが困難になり好ましくない。また、第１レンズ群Ｇ１のパワーがゼロに近いと、第１レンズ群Ｇ１を射出する軸外光線の光軸となす角が大きく、今度は軸外光線が第２レンズ群Ｇ２に入射する高さが高くなりすぎ好ましくない。
【００４１】
そこで、第１レンズ群Ｇ１と絞り、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔を適当な比率の範囲に保つことにより、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線と軸外光線の高さのバランスを保つことがよい。そのためには、下記の条件式を満足せしめることが望ましい。
【００４２】
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。
【００４３】
条件式（５）の下限の１．５を越えて小さな値をとると、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線が十分な高さにならず、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズを強い負パワーにしなければならなくなり、球面収差やコマの悪化を招く。また、第１レンズ群Ｇ１が負パワーのときには、第２レンズ群Ｇ２に入射するマージナル光線高も低くなり、バックフォーカスを確保する上で不利となる。逆に、条件式（５）の上限の４．０を越えて大きな値をとると、絞りと第２レンズ群Ｇ２の間隔が広くなりすぎ、第２レンズ群Ｇ２に入射する軸外光線高が高くなりすぎて、第２レンズ群Ｇ２の正パワーを強めなければならず、球面収差の悪化やバックフォーカスの確保に支障をきたし好ましくない。
【００４４】
以上の構成により、本発明の目的である、長いバックフォーカスを確保しつつも、射出瞳位置を遠くに保ち、かつ、小型のピクセルサイズの撮像素子を用いる高精細な撮像装置に最適な望遠レンズを達成できるが、より至近の被写体に対し高い光学性能を維持するためには、第２レンズ群Ｇ２を最も像側の正レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２と、それより物体側の第２−１レンズ群Ｇ２−１とから構成し、第１レンズ群Ｇ１と第２−１レンズ群Ｇ２−１を一体的に物体側に繰り出すことにより、無限物点から至近距離まで高い光学性能を維持したままフォーカシングが可能となる。
【００４５】
さらに、第２―２レンズ群Ｇ２−２を、物体側から負レンズ、正レンズの順に配列した接合レンズで構成すると、第２−２レンズ群Ｇ２−２で発生する倍率色収差を抑えることができ、より高度な色収差の補正が可能となる。また、その場合、第１レンズ群Ｇ１の正レンズで発生する正の倍率色収差が過剰補正になるため、第１レンズ群Ｇ１の正パワーを２枚の正レンズで構成することが可能となり、レンズ枚数の削減に効果的である。
【００４６】
さて、望遠レンズではマージナル光線高が高いため、一般に軸上色収差の補正が困難である。そこで、銀塩フィルム用途の望遠タイプの撮影レンズでは、物体側に近い位置に、異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することが一般的であるが、本発明のような撮像素子用途の撮影レンズの場合、前述のように、長いバックフォーカスの確保と、射出瞳を遠ざけるパワー配置のため、絞りより像側においても、マージナル光線高の比較的高い箇所が出てくる。そのため、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズより像側の正レンズに異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することも効果的である。また、一般に、異常分散性のある特殊低分散ガラスは、温度に対する膨張係数が大きいかあるいはキズが付きやすいといった問題があるので、最も物体側と最も像側のレンズに用いることは避けることが好ましい。
【００４７】
特に、第２レンズ群Ｇ２に配置する場合には、第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズに続く正レンズに異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いたレンズを配置することが望ましい。
【００４８】
もちろん、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２共に異常分散性のある特殊低分散ガラスを用いると、さらに効果があることは言うまでもない。
【００４９】
さらに良好な収差補正を達成するためには、上記の条件（１）の代わりに下記の条件（６）を、若しくは、上記の条件（２）の代わりに下記の条件（７）を、若しくは、上記の条件（３）の代わりに下記の条件（８）を、若しくは、上記の条件（４）の代わりに下記の条件（９）を、若しくは、上記の条件（５）の代わりに下記の条件（１０）を満足することが望ましい。
【００５０】
（６） −０．４＜ｆT ／ｆ1 ＜−０．２
（７） −１．１＜ＳＦ1P＜−０．９
（８） ０．９＜ＳＦ1N＜１．２
（９） ０．８＜ＳＦ2P＜１．２
（１０）２．０＜Ｄsb／Ｄsf＜３．５
また、フォーカシングの際に、比較的短い繰り出し量で、至近距離の物体まで安定した光学性能を維持するためには、第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１の合成されたパワーについて、下記の条件式（１１）を満足することが望ましい。
【００５１】
（１１）０．４＜ｆT ／ｆF ＜０．７
ただし、ｆF は第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１の合成されたフォーカシング群の焦点距離である。
【００５２】
条件式（１１）の下限の０．４を越えて小さな値をとると、フォーカシングで繰り出す群のパワーが小さく、収差変動は小さいが、フォーカシングでの繰り出し量が大きくなり好ましくなく、また、上限値の０．７を超えて大きな値をとると、フォーカシングに伴う収差変動が大きくなり好ましくない。
【００５３】
また、さらに至近距離の物体まで安定した光学性能を維持するためには、上記条件（１１）の代わりに下記の条件（１２）を満足することが望ましい。
【００５４】
（１２）０．４５＜ｆT ／ｆF ＜０．６５
本発明のレンズ系の光学性能を効果的に引き出すためには、以下の条件（１３）若しくは（１４）を満足することが望ましい。
【００５５】
（１３）１０゜＜２ω＜２０゜
（１４）０．４０＜bkf ／ｆ＜０．８０
ただし、ωはレンズ全系の半画角、bkf はレンズ系の空気換算バックフォーカスである。
【００５６】
条件（１３）の上限値の２０°を越えて大きな値をとると、画角が大きくなりすぎるために、条件（１）乃至（５）を満足せしめても、十分長いバックフォーカスと高い光学性能を両立させることが困難となり、また、下限値の１０°を越えて小さな値をとると、本発明のレンズ構成ではレンズ全長が大きくなり、小型化することが困難であり望ましくない。
【００５７】
条件（１４）の上限値０．８０を越えて大きな値をとると、バックフォーカスが長くなりすぎるために、条件（１）乃至（５）を満足せしめても、高い光学性能を両立させることが困難となり、また、下限値の０．４０を越えて小さな値をとると、条件（１）乃至（５）を満足せしめてもレンズ全長が大きくなり、小型化することが困難であり望ましくない。
【００５８】
本発明のレンズ系の光学性能をさらに効果的に引き出すためには、条件（１３）の代わりに以下の条件（１５）を、条件（１４）の代わりに以下の条件（１６）を満足せしめることが望ましい。
【００５９】
（１３）１２゜＜２ω＜１６゜
（１４）０．５０＜bkf ／ｆ＜０．７０
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望遠レンズの実施例について説明する。実施例１〜５の光軸を含む断面図をそれぞれ図１〜図５に示す。これらの実施例の数値データは後記する。
【００６１】
実施例１の望遠レンズは図１に示すレンズ構成であり、物体側から順に、全体として弱い負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りＳと、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２からなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が略平面である両凸レンズと、物体側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた２枚の負メニスカスレンズとから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、像側の面が略平面である両凸レンズ１枚からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００６２】
最後のレンズと像面Ｉの間の各平板ガラスは、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、色分解プリズム、トリミングフィルター等を表している。
【００６３】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の第３レンズとしてθgd＝１．２３５の異常分散性を有するガラスからなる正レンズを、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側に配置した正レンズをθgd＝１．２４３の異常分散性を有するガラスから構成している。さらに、第２−２レンズ群Ｇ２−２をθgd＝１．２２７の異常分散性を有するガラスから構成して倍率色収差の低減を図っているが、前記した通り、レンズ系の物体側、像側に異常分散性ガラスを用いると、キズが付きやすくなり好ましくない。そこで、本実施例では第２−２レンズ群Ｇ２−２の後ろに保護ガラスを配置するようにして、キズを防ぐようにしている。
【００６４】
実施例１の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．２８
ＳＦ1P＝−０．９３
ＳＦ1N＝１．１７
ＳＦ2P＝１．１０
Ｄsb／Ｄsf＝２．５４
ｆT ／ｆF ＝０．５３
である。
【００６５】
実施例１の無限遠物点に対する収差状況を図６に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図７に示す。図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＤＴは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す（以下の収差図においても同じ）。図中、“ＦＩＹ”は像高を表している。これらの図から明らかなように、本実施例は、レンズと撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、色分解プリズム若しくは光路分割プリズム等の光学部材を挿入するための十分長いバックフォーカスを有し、かつ、小さなピクセルを配列した撮像素子を用いるために十分な高い光学性能を有している。また、至近距離の被写体にフォーカシングした場合においても、高い光学性能を有していることが分かる。
【００６６】
実施例２の望遠レンズは図２に示すレンズ構成であり、実施例１と比較して、第２−１レンズ群Ｇ２−１が、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズからなる点、及び、第２−２レンズ群Ｇ２−２が物体側に凸面を向けた平凸レンズ１枚からなる点を異にしており、加工上のコストダウンの点で有利である。本実施例では、異常分散性ガラスを実施例１と同じ使い方で用いている。
【００６７】
実施例２の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３８
ＳＦ1P＝−０．９２
ＳＦ1N＝１．１５
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝３．２５
ｆT ／ｆF ＝０．５０
である。
【００６８】
実施例２の無限遠物点に対する収差状況を図８に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図９に示す。
【００６９】
実施例３の望遠レンズは図３に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた２枚の正メニスカスレンズと、物体側の面が平面である平凹レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、像側の面が平面である平凸レンズレンズ１枚からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２から構成されている。本実施例は、実施例２よりもさらに平面を増やし、さらなる加工上のコストダウンを図っている。
【００７０】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１に用いる異常分散性ガラスは実施例１と同じであるが、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの像側には、θgd＝１．２３２の異常分散性の強いガラスを用いており、その代わりに第２−２レンズ群Ｇ２−２には比較的弱い異常分散性で、摩耗度の値が小さい、キズの付き難いガラスを用いて保護ガラスを除去している。
【００７１】
実施例３の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３６
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．００
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝２．１６
ｆT ／ｆF ＝０．５３
である。
【００７２】
実施例３の無限遠物点に対する収差状況を図１０に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１１に示す。
【００７３】
実施例４の望遠レンズは図４に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側の面が平面である２枚の平凹レンズから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと像側が平面の平凸レンズとの接合レンズと、像側に凸面を向けた平凸レンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、両凸レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００７４】
本実施例は、第１レンズ群Ｇ１の正レンズ群を２枚の正レンズで構成することによって、正レンズ群内で繰り返し反射によるゴーストの除去を図っており、また、前記したように、第２−２レンズ群Ｇ２−２を接合レンズとすることによって、第２−２レンズ群Ｇ２−２での倍率色収差の発生を抑え、正レンズの枚数を削減したことによる倍率色収差の補正作用の低下を補っている。
【００７５】
本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の第２レンズとして、θgd＝１．２３２の強い異常分散性ガラスを有するガラスからなる正レンズを配置して、色収差の補正を図ると共に、第２−１レンズ群Ｇ２−１の接合レンズの像側に、θgd＝１．２３５の異常分散性ガラスを有するガラスからなる正レンズを配置している。また、平面を増やすことによって、さらなる加工上のコストダウンを図っている。
【００７６】
実施例４の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．３３
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．００
ＳＦ2P＝１．００
Ｄsb／Ｄsf＝２．３９
ｆT ／ｆF ＝０．４７
である。
【００７７】
実施例４の無限遠物点に対する収差状況を図１２に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１３に示す。
【００７８】
実施例５の望遠レンズは図５に示すレンズ構成であり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像側の面が平面である平凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズから構成されており、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側が略平面である像側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなる第２−１レンズ群Ｇ２−１と、両凸レンズと像側が平面である平凹レンズの接合レンズからなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とから構成されている。
【００７９】
本実施例は、実施例４と同様に、第１レンズ群Ｇ１の正レンズ群を２枚のレンズ構成とすることによってその正レンズ群内での繰り返し反射に伴うゴーストの除去を図っており、また一方、至近距離の被写体に対してレンズ全系を物体側に繰り出すことによりフォーカシングを行う点が異なっている。
【００８０】
また、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１での異常分散性ガラスの使用は実施例４と同じであるが、第２−１レンズ群Ｇ２−１の接合レンズの像側に、θgd＝１．２４３と、実施例４よりも異常分散性の強いガラスを用いて、実施例４よりも色収差の補正を良好にしている。
【００８１】
実施例５の各条件式に対応する値は、
ｆT ／ｆ1 ＝−０．２９
ＳＦ1P＝−１．００
ＳＦ1N＝１．１１
ＳＦ2P＝０．９９
Ｄsb／Ｄsf＝２．９０
ｆT ／ｆF ＝０．６４
である。
【００８２】
実施例５の無限遠物点に対する収差状況を図１４に、物点距離２．７ｍに対する収差状況を図１５に示す。図から明らかなように、実施例５の至近距離に対する収差は、実施例４に比較してやや非点収差が大きい点を除けば、ほとんど遜色のない性能を達成しており、鏡枠構造の単純化の点で優れている。
【００８３】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角、Ｓ0 は物点距離（物点からレンズ系第１面までの距離）、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎe1、ｎe2…は各レンズのｅ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。
【００８４】
なお、本発明の説明はデジタルカメラを中心に説明したが、他の撮像装置（例えば、デジタルビデオカメラ等）を用いて静止画像を観察する場合も同様である。
【００９０】
以上のような本発明の望遠レンズは、物体像を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮像を行う撮像装置、とりわけ電子カメラ、ビデオカメラ等の撮影用光学系に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【００９１】
図１６〜図１８は、本発明の望遠レンズを撮影用対物光学系１００に用いて電子カメラを構成した場合の概念図を示す。図１６は電子カメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図１７は同後方斜視図、図１８は電子カメラ１４０の構成を示す断面図である。電子カメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッター１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７等を含み、カメラ１４０の上部に配置されたシャッター１４５を押圧すると、それに連動して撮像用対物光学系１００を通して撮影が行われる。撮像用対物光学系１００によって形成された物体像は、色分解プリズム１０１でＲＧＢ三原色の像に分解され、それぞれの色の物体像は各々赤外カットフィルター１０２を介してＣＣＤ１０３の撮像面上に形成される。これら３つのＣＣＤ１０３で受光されたそれぞれの色の物体像は、信号処理回路１２０に入力され、カラー物体の電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター１４７に表示される。また、この信号処理回路１２０には記録手段１３０が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段１３０は信号処理回路１２０と別体に設けらてもよいし、フロッピーディスク等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。
【００９２】
さらに、ファインダー用光路１４４上には、カバーガラス１５４を介してファインダー用対物光学系１５３が配置してある。このファインダー用対物光学系１５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム１５５の視野枠１５７上に形成される。なお、視野枠１５７は、ポロプリズム１５５の第１反射面と第２反射面との間を分離し、その間に配置されている。このポリプリズム１５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系１５９が配置されている。
【００９３】
図１９は、本発明の望遠レンズを撮影光学系１００に用いてビデオカメラを構成した場合の概念図を示す。図１９（ａ）はビデオカメラ１６０の外観を示す斜視図、図１９（ｂ）はビデオカメラ１６０の構成を示す断面図である。ビデオカメラ１６０、撮影光学系１００と共に、電子ビューファインダー１６２と液晶表示モニター１４７を備えている。ビデオカメラ１６０の上部に配置された録画スタートボタン１６１をオンすると、それに連動して撮影光学系１００を通して撮影が行われる。撮影光学系１００によって形成された物体像は、色分解プリズム１０１でＲＧＢ三原色の像に分解され、それぞれの色の物体像は各々赤外カットフィルター１０２を介してＣＣＤ１０３の撮像面上に形成される。これら３つのＣＣＤ１０３で受光されたそれぞれの色の物体像は、信号処理回路１２０に入力され、カラー物体の電子画像として電子ビューファインダー１６２内に配置されたバックライト付き液晶表示素子１６３上に表示され、接眼レンズ１６４で拡大観察可能にされると共に、カメラ本体に折り畳み可能に取り付けられた液晶表示モニター１４７に表示される。ビデオカメラ１６０には、ビデオテープ挿脱用ふた１６６を開けて記録媒体としてのビデオテープをセットすることが可能になっており、信号処理回路１２０を介してビデオテープを記録手段１３０として、撮影された電子画像が記録される。また、ビデオカメラ１６０はマイク１６５を備えており、映像信号記録と同時に音声情報記録も同様に行う。
【００９４】
以上の本発明のバックフォーカスの長い望遠レンズ及びそれを用いた撮像装置は、例えば次のように構成することができる。
【００９５】
〔１〕 物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負若しくは条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを少なくとも有し、最も像側の光学パワーを有する面から像面までの間隔の空気換算長bkf が４５ｍｍよりも大きいことを特徴とするバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【００９６】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離である。
【００９７】
〔２〕 物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負若しくは条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、以下の条件を満足することを特徴とするバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【００９８】
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクター、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された前記接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。
【００９９】
〔３〕 前記第２レンズ群Ｇ２が、最も像側のレンズ要素を除く第２−１レンズ群Ｇ２−１と、最も像側のレンズ要素からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とからなり、第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１を一体で前方に繰り出すことによりフォーカシングを行うことを特徴とする上記１又は２記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１００】
〔４〕 前記第２−２レンズ群Ｇ２−２が、物体側から正レンズ、負レンズの順で接合されたレンズ要素からなることを特徴とする上記３記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０１】
〔５〕 前記第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズを除く正レンズか、若しくは、前記第２レンズ群Ｇ２の、前記接合レンズより像側に位置する正レンズの、少なくとも１枚の正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記１又は２記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０２】
〔６〕 前記第２レンズ群Ｇ２の、前記接合レンズより像側に位置するレンズ群の中、最も物体側に位置する正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記５記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０３】
〔７〕 前記第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズを除く正レンズの少なくとも１枚と、前記第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズより像側に位置する正レンズの少なくとも１枚の、合計少なくとも２枚の正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする上記５記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
【０１０４】
〔８〕 上記１から７の何れか１項記載のバックフォーカスの長い望遠レンズを用いたことを特徴とする撮像装置。
【０１０５】
【発明の効果】
以上の説明と各実施例から明らかなように、本発明によれば、画角が１０゜乃至２０゜程度で、Ｆナンバーが２．８程度と明るく、レンズ系と撮像素子の間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター、さらに、色分解光学系やファインダー、ＡＦ、ＡＥのための光路分岐用部材等の各種光学部材を挿入し得る、長いバックフォーカスを有し、色分解光学系はもちろん、単板方式のカラー撮像素子にも最適な、射出瞳位置の遠い、しかも、小型で多くのピクセルを配列した撮像素子を用いた電子カメラやビデオカメラ等に最適な極めて高い光学性能を有する比較的小型な望遠レンズを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図２】本発明の実施例２における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図３】本発明の実施例３における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図４】本発明の実施例４における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図５】本発明の実施例５における光学系を構成するレンズ系の断面図である。
【図６】実施例１のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図７】実施例１のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図８】実施例２のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図９】実施例２のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１０】実施例３のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１１】実施例３のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１２】実施例４のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１３】実施例４のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１４】実施例５のレンズ系の無限遠物点に対する収差図である。
【図１５】実施例５のレンズ系の物点距離２．７ｍに対する収差図である。
【図１６】本発明の望遠レンズを用いて電子カメラを構成した場合の外観を示す前方斜視図である。
【図１７】図１６は同後方斜視図である。
【図１８】図１６の電子カメラの構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の望遠レンズを用いてビデオカメラを構成した場合の概念図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ２−１…第２−１レンズ群
Ｇ２−２…第２−２レンズ群
Ｓ …絞り
Ｉ …像面
Ｅ …観察者眼球
１００…撮影用対物光学系（撮影光学系）
１０１…色分解プリズム
１０２…赤外カットフィルター
１０３…ＣＣＤ
１２０…信号処理回路
１３０…記録手段
１４０…電子カメラ
１４１…撮影光学系
１４２…撮影用光路
１４３…ファインダー光学系
１４４…ファインダー用光路
１４５…シャッター
１４６…フラッシュ
１４７…液晶表示モニター
１５４…カバーガラス
１５３…ファインダー用対物光学系
１５５…ポロプリズム
１５７…視野枠
１５９…接眼光学系
１６０…ビデオカメラ
１６１…録画スタートボタン
１６２…電子ビューファインダー
１６３…バックライト付き液晶表示素子
１６４…接眼レンズ
１６５…マイク
１６６…ビデオテープ挿脱用ふた
Claims (8)
- 物体側から順に、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも２枚の負レンズからなり、全体として負かつ条件（１）の範囲を満足するような弱い屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、絞りと、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズと、それに続く少なくとも１枚の正レンズとを含むレンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、以下の条件を満足することを特徴とする望遠レンズ。
（１） ０．１＜ｆT ／｜ｆ1 ｜＜０．５
（２） −１．２＜ＳＦ1P＜−０．８
（３） ０．９＜ＳＦ1N＜１．３
（４） ０．５＜ＳＦ2P＜１．５
（５） １．５＜Ｄsb／Ｄsf＜４．０
ただし、ｆT 、ｆ1 はそれぞれレンズ全系及び第１レンズ群Ｇ１の焦点距離であり、ＳＦ1Pは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、ＳＦ1Nは第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズのシェイピングファクター、ＳＦ2Pは第２レンズ群Ｇ２に配置された前記接合レンズより像側のレンズ群の中、最も物体側の正レンズのシェイピングファクター、Ｄsfは第１レンズ群Ｇ１と絞りの間隔、Ｄsbは絞りと第２レンズ群Ｇ２との間隔である。ここで、シェイピングファクターとは、対象となるレンズ要素の物体側、像側の曲率半径をそれぞれｒa 、ｒb とするとき、（ｒa ＋ｒb ）／（ｒa −ｒb ）で求められる値を指す。 - 前記第２レンズ群Ｇ２が、最も像側のレンズ要素を除く第２−１レンズ群Ｇ２−１と、最も像側のレンズ要素からなる第２−２レンズ群Ｇ２−２とからなり、第１レンズ群Ｇ１及び第２−１レンズ群Ｇ２−１を一体で前方に繰り出すことによりフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１記載の望遠レンズ。
- 前記第１レンズ群Ｇ１において、前記正レンズは２枚又は３枚のレンズからなり、前記負レンズは２枚のレンズからなることを特徴とする請求項１又は２記載の望遠レンズ。
- 前記第２レンズ群Ｇ２において、前記接合レンズに続く正レンズは２つの正レンズからなり、最も像側の正レンズは単レンズ又は接合レンズからなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の望遠レンズ。
- 前記第２−２レンズ群Ｇ２−２が、物体側から正レンズ、負レンズの順で接合されたレンズ要素からなることを特徴とする請求項２記載のバックフォーカスの長い望遠レンズ。
- 前記第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の正レンズを除く正レンズの少なくとも１枚と、前記第２レンズ群Ｇ２の前記接合レンズより像側に位置する正レンズの少なくとも１枚の、合計少なくとも２枚の正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする請求項１記載の望遠レンズ。
- 前記第２レンズ群Ｇ２の、前記接合レンズより像側に位置するレンズ群の中、最も物体側に位置する正レンズが異常分散性を有する特殊低分散ガラスからなることを特徴とする請求項６記載の望遠レンズ。
- 請求項１から７の何れか１項記載の望遠レンズを用いたことを特徴とする撮像装置。
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