JP4717493B2 - レトロフォーカス型超広角レンズ - Google Patents

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Description

本発明は、中判一眼レフカメラ用交換レンズとして用いるのに適した、バックフォーカスが長く、諸収差が良好に補正されたレトロフォーカス型超広角レンズに関するものである。
近年のCCDなどの撮像素子を用いるデジタルスチルカメラの流行に伴って、中判一眼レフカメラにおいても、同様にデジタル化が進んできている。従来より中判一眼レフカメラはフィルムバック交換型のものが殆どであるので、銀塩フィルムバックとCCDを搭載したデジタルバックを併用可能なものが開発されて市販されるようになってきている。
しかしながら、デジタルバックに搭載されているCCDの撮像面の大きさは、銀塩フィルムのフォーマットサイズより小さい場合が一般的である。このため、CCDは銀塩フィルムより撮影画角が狭くなり、銀塩カメラ用レンズをデジタルバック用レンズに兼用するためには、CCDサイズを考慮した超広角のレンズとする必要がある。
ここで、一眼レフカメラ用広角レンズでは、バックフォーカスを十分に確保する必要があるため、物体側から負・正の屈折力配置の所謂レトロフォーカス型が採用されている。したがって、デジタルバック併用型の一眼レフカメラでは、長いバックフォーカスを確保でき、しかも広画角のレンズを用いる必要がある。しかしながら、このような特性を備えたレトロフォーカス型広角レンズは、より強い非対称性を持つことになり、負の歪曲収差、倍率色収差など諸収差の補正が困難となる。
また、レトロフォーカス型広角レンズでは、近距離へのフォーカシング時にレンズ全体を繰り出すと共に、絞り間隔を変化させる、所謂フローティングを行って像面の正方向への変化を補正している。しかしながら、これを行うと、歪曲収差の負変位や上方コマ収差などが過大になってしまう。
このような問題を解消するために、特許文献1には、画角(2W)が100deg以上のレトロフォーカス型超広角レンズが提案されている。ここに開示のレトロフォーカス型超広角レンズでは、第1レンズ群における物体側の負のメニスカスレンズの凹面を非球面形状とした構成が採用されている。
特開2004−102100号公報
上記特許文献に開示のレトロフォーカス型超広角レンズは、歪曲収差などが良好に補正されるので、デジタルバック併用型の一眼レフカメラ用交換レンズとして用いるのに適している。しかしながら、凹面に非球面形状が採用され、基準球面の曲率半径に対するサグ量が大きく、接線角も大きいレンズを用いる必要がある。このような形状のレンズは一般に製造が困難であるという問題点がある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、デジタルバック併用型の一眼レフカメラ用交換レンズとして用いるのに適した、Fナンバーが4.5程度、画角(2W)が102deg程度、バックフォーカスが焦点距離の2倍以上確保され、諸収差が良好に補正され、しかも製造が容易なレトロフォーカス型超広角レンズを提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明のレトロフォーカス型超広角レンズは、
物体側に配列された負の屈折力を有する第1レンズ群と、像面側に配列された正の屈折力を有する第2レンズ群とを有し、フォーカシングは、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が物体側に移動することにより行われるようになっており、
前記第1レンズ群は、物体側に配列された4枚の負メニスカスレンズと、像面側に配列された正の屈折力を有する少なくとも1枚の接合レンズを有し、当該接合レンズは、像面側に凸面の正レンズと物体側に凹面の負メニスカスレンズが接合された負屈折力の接合面を備えており、
前記第1レンズ群の前記4枚の負メニスカスレンズのうち、いずれか1枚の負メニスカスレンズの凸面は非球面であり、
前記第2レンズ群は、絞りを挟み、物体側に配列された、正レンズおよび負レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、像面側に配列された、1枚の正レンズと、負レンズおよび正レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、1枚の正レンズと、1枚の接合レンズとを有しており、
条件式(1)および(2)を満足していることを特徴としている。
2.3<|Fgr1/F|<5.3 (1)
1.5<Fgr2/F<2.4 (2)
但し、
F:全系焦点距離
Fgr1:第1レンズ群の焦点距離
Fgr2:第2レンズ群の焦点距離
本発明のレトロフォーカス型超広角レンズでは、負の屈折力を有する第1レンズ群は、物体側に4枚の負メニスカスレンズを含んでいる。これらの負メニスカスレンズのうち物体側に位置している負メニスカスレンズは、入射光線に対して最小偏角となるように、物体側に凸面を向けた形状をしているので、屈折面で発生する収差を抑えることができる。また、超広角で長いバックフォーカスを得るために強い発散性を有する必要性のために歪曲収差などの画角が大きく影響する収差の発生が大きくなるが、本発明では4枚の負メニスカスレンズによって屈折力が分担されるので、収差が抑制される。
さらに、4枚の負メニスカスレンズの凸面を非球面としてあるので、非球面形状として、光軸から周辺に向かい曲率半径が小さくなるような形状を採用することにより、負の歪曲収差を補正することができる。また、凸面に施した非球面の基準球面の曲率半径は、凹面に施した非球面の基準球面の曲率半径よりも大きいので、曲率半径に対するサグ量の増大や接線角の増大を低減することができ、製造が容易である。
4枚の負メニスカスレンズのうち非球面を施すレンズ面として、各画角の光束が細く、その光軸からの高さが十分に分離して交わらない所、すなわち、第1レンズ群における物体側に位置するレンズ面を選ぶと、収差の画角変動の補正に有効である。実用上においては、非球面加工の難易度などを考慮して、物体側から2枚目の負メニスカスレンズの凸面を非球面とすればよい。
次に、第2レンズ群においては、絞りよりも物体側の位置において、屈折力が負で、しかも向きが物体側に凹面となっている接合面を備えた接合レンズが配置されているので、画角が影響する倍率色収差の補正が良好に行われる。同様の効果は、前記4枚の負メニスカスレンズのうちの一枚の負メニスカスレンズを、物体側に凹面を向けた状態で配置することによっても得ることができる。
フォーカシングは、第1レンズ群を固定し、第2レンズ群を物体側へ移動することにより行われ、その際には、収差変動が発生する。しかし、本発明では、上記のように第1レンズ群で収差を補正しており、また、第2レンズ群が、絞りを挟み、物体側に配列された、正レンズおよび負レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、像面側に配列された、1枚の正レンズと、負レンズおよび正レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、1枚の正レンズと、1枚の接合レンズとを有した構成とされている。よって、諸収差を良好に補正できる。
ここで、上記の条件式(1)は第1レンズ群の屈折力を規定するものである。この条件式の下限値を下回ると、発散作用が強まるので長いバックフォーカスの確保はできるが、第2レンズ群のフォーカス位置に対する敏感度が高くなり、手動でのフォーカシング操作が難しくなる。また、各レンズ面の屈折作用が強くなるため、負の歪曲収差の発生が過大となり、非球面および、後続のレンズ群での収差補正ができなくなる。さらに、負レンズの凹面の曲率半径が小さくなるにしたがって、その反対側の凸面側に施す非球面形状のサグ量および接線角が増大するので、レンズの製造が困難となる。一方、上限値を超えると、発散作用が弱くなるので、収差補正には有利であるが、長いバックフォーカスの確保が困難になり、また、前玉径が増大するという問題が生じる。
上記の条件式(2)は第2レンズ群の屈折力を規定するものである。この条件式の下限値を下回ると、バックフォーカスの確保が困難となるばかりでなく、収差補正が困難となるので、レンズ枚数の増加につながり、ゴーストなどが発生しやすくなる。一方、上限値を超えると、バックフォーカスの確保は容易になるが、レンズ全長が長くなり、レンズ径が増大するという問題が発生する。
次に、前記第1レンズ群における前記負メニスカスレンズの凸面の非球面は次の非球面関数により規定することができる。
Figure 0004717493
但し、
R:基準球面の曲率半径
Y:光軸からの高さ
X:サグ量
この場合、非球面係数A0が条件式(3)を満足していることが望ましい。
A0>1 (3)
物体側の負メニスカスレンズで発生する歪曲収差を凸面に施した非球面で補正するためには、光軸から周辺に向かい曲率半径が小さくなるような非球面形状を採用する必要がある。条件式(3)を満足する非球面は、光軸を短軸とする楕円面を基準とする非球面形状であり、かかる形状を採用すると、歪曲収差の補正を良好に行うことができる。
次に、本発明のレトロフォーカス型超広角レンズは、前記絞りより像面側に位置する正レンズのいずれか一つに用いるガラス材のd線アッベ数Vpが、次の条件式(4)を満足していることが望ましい。
Vp>62 (4)
また、本発明のレトロフォーカス型超広角レンズは、前記第1レンズ群における前記4枚の負メニスカスレンズのうちの少なくとも一つに用いるガラス材のd線アッベ数Vnが、次の条件式(5)を満足していることが望ましい。
Vn>62 (5)
これらの条件式(4)および(5)は、絞りを挟み、像面側の正レンズと、物体側の負レンズに使用するガラス材の特性を規定するものであり、これらの条件式で規定されているような部分分散の高いガラス材からなるレンズを用いると、短波長光線(青色)の下方への偏角が増加し、倍率色収差を効率良く補正することができる。
本発明によれば、Fナンバーが4.5程度、画角(2W)が102deg程度、バックフォーカスが焦点距離の2倍以上確保され、且つ、諸収差が良好に補正されたレトロフォーカス型超広角レンズを実現できる。また、第1レンズ群の負メニスカスレンズにおける凸面に非球面を施したので、凹面に非球面を施した場合に比べて、基準球面の曲率半径が大きくなるため、基準球面の曲率半径に対するサグ量が小さく、また接線角も小さい。よって、レンズの製造も容易である。
したがって、本発明によれば、デジタルバック併用型の一眼レフカメラ用交換レンズとして用いるのに適した、画角が広く、バックフォーカスを長く、しかも製造が容易なレトロフォーカス型超広角レンズを実現できる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用したレトロフォーカス型超広角レンズの実施例を説明する
図1は、実施例1に係るレトロフォーカス型超広角レンズを示す構成図である。本例のレトロフォーカス型超広角レンズ1は、物体側より像面側に向けて、負の屈折力を有する第1レンズ群GR1と、正の屈折力を有する第2レンズ群GR2とがこの順番に配置されている。フォーカシングに際しては、第1レンズ群GR1が固定され、第2レンズ群GR2が物体側へ移動するようになっている。
第1レンズ群GR1は、物体側に配列された、4枚の負メニスカスレンズ2、3、4、5と、像面側に配列された正の屈折力を有する接合レンズ6とによって構成されている。4枚の負メニスカスレンズ2〜5のうち、負メニスカスレンズ2〜4は物体側に凸を向けた状態に配置され、残りの1枚の負メニスカスレンズ5は像面側に凸面を向けた状態に配置されている。接合レンズ6は、像面側に凸面を向けた正レンズ7と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ8が接合された構造となっており、その接合面は負の屈折力を有している。
第1レンズ群GR1における物体側から2枚目の負メニスカスレンズ3は、その物体側に面している凸レンズ面3aが非球面となっている。
第2レンズ群GR2は、絞り12を挟み、物体側に配列された、正レンズ10および負レンズ11が接合された構成の接合レンズ9を備えている。また、絞り12の像面側に配列された、正レンズ13と、負レンズ15および正レンズ16が接合された構成の接合レンズ14と、正レンズ17と、接合レンズ18を備えている。
表1Aにはレトロフォーカス型超広角レンズ1のパラメータを示してある。この表における各符号の意味は次の通りである。
F:焦点距離
FB:バックフォーカス
Fno:エフ・ナンバー
2W:全画角
I:物体側より数えたレンズ面の順番
R(I):第I面の曲率半径
D(I):第I面と第(I+1)面の間隔
N(I):第I面後の屈折率(d線)
V(I):第I面後のアッベ数
(表1A)
F=28.5 FB=63.3 Fno=4.6 2W=102.4

[I] R(I) D(I) N(I) V(I)

[ 1] 65.7784 4.5000 1.83481 42.7
[ 2] 42.0164 6.3344
[ 3] 125.0000 7.5000 1.48749 70.1
[ 4] 27.8109 7.7401
[ 5] 36.2097 2.5000 1.83481 42.7
[ 6] 20.3917 11.6534
[ 7] −30.2717 2.0000 1.80518 25.4
[ 8] −45.9494 3.2290
[ 9] 57.4333 12.1234 1.76182 26.5
[10] −20.1315 1.5079 1.80518 25.4
[11] −67.1960 7.2858
[12] 31.3605 7.4009 1.56732 42.7
[13] 261.7203 1.5000 1.78800 47.4
[14] 24.1136 3.4263
[15] ∞ 1.5552
[16] 24.4200 4.8295 1.45600 87.0
[17] −21.0786 2.4692
[18] −15.5793 9.5000 1.83481 42.7
[19] 74.9796 8.1583 1.57099 50.7
[20] −19.0151 .2000
[21] −1980.8662 4.0596 1.45600 87.0
[22] −44.6653 .2000
[23] 132.2290 9.1722 1.48749 70.1
[24] −22.3984 2.0000 1.83481 42.7
[25] −106.2100
また、負メニスカスレンズ3の凸レンズ面3aの非球面を規定する関数は、光軸1aからの高さをY、光軸方向のサグ量をX、基準球面の曲率半径をRとすると、次式により表すことができる。
Figure 0004717493
但し、A0〜A10は非球面係数であり、表1Bに値を表示してある。
(表1B)
[第3面非球面]
A0= .15565700E+02
A2= .00000000E+00
A4= .66436411E−05
A6=−.46755953E−08
A8= .43412251E−11
A10=−.14078795E−14
本例のレトロフォーカス型超広角レンズ1は、次の条件式(1)〜(5)をいずれも満足している。
(1) 2.3<|Fgr1/F|<5.3
(2) 1.5<Fgr2/F<2.4
(3) A0>1
(4) Vp>62
(5) Vn>62
但し、
F:全系焦点距離
Fgr1:第1レンズ群の焦点距離
Fgr2:第2レンズ群の焦点距離
Vp:絞りより像面側に位置する正レンズのいずれかに用いるガラス材のd線アッベ数
Vn:第1レンズ群における4枚の負メニスカスレンズのうちの1枚に用いるガラス材のd線アッベ数
すなわち、本例では、|Fgr1/F|=4.45であり、Fgr2/F=2.02であり、A0=15.6である。また、Vp=87.0であり、第1レンズ群における物体側から2番目の負メニスカスレンズのアッベ数はVn=70.1である。
図2および図3はそれぞれ、レトロフォーカス型超広角レンズ1の撮影距離∞の収差図、および撮影距離0.35mの収差図である。図中のSAは球面収差、DISTは歪曲収差(%)、ASは非点収差を表す。また、SAの中のdはd線、gはg線を表し、ASの中のSはサジタル、Mはメリジオナルを表している。さらに、ΔYは像高比を表し、小括弧内の数字はそれぞれ、0割、5割、7割、10割の横収差を表している。
図3は実施例2に係るレトロフォーカス型超広角レンズを示す構成図である。本例のレトロフォーカス型超広角レンズ1Aの基本構成は実施例1と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
本例のレトロフォーカス型超広角レンズ1Aにおいても、第1レンズ群GR1において、物体側から数えて2番目の負メニスカスレンズ3の凸レンズ面3aが非球面となっている。
表2Aにはレトロフォーカス型超広角レンズ1Aのパラメータを示してある。各符号の意味は表1Aの場合と同一である。また、非球面3aも実施例1において説明した関数により規定することができ、表2Bには各非球面係数を示してある。
(表2A)
F=28.4 FB=63.4 Fno=4.6 2W=102.6

[I] R(I) D(I) N(I) V(I)

[ 1] 65.5084 4.5000 1.83481 42.7
[ 2] 42.4935 6.1560
[ 3] 125.0000 6.9508 1.43875 90.9
[ 4] 27.9810 7.0304
[ 5] 38.2858 2.5000 1.83481 42.7
[ 6] 21.0220 11.7468
[ 7] −33.9296 2.8202 1.80518 25.4
[ 8] −53.9346 1.0437
[ 9] 92.3777 12.0000 1.76182 26.5
[10] −21.0901 4.4163 1.80518 25.4
[11] −59.9623 6.3328
[12] 20.1011 5.0000 1.56732 42.7
[13] 58.8429 1.5000 1.78800 47.4
[14] 14.8285 4.5233
[15] ∞ 2.5080
[16] 24.5159 12.8830 1.48749 70.1
[17] −30.0170 3.4238
[18] −21.5658 2.0000 1.83481 42.7
[19] 51.5590 7.3202 1.57099 50.7
[20] −18.4884 .2000
[21] −141.5829 4.3330 1.43875 90.9
[22] −28.9422 .2000
[23] 890.6469 8.8708 1.48749 70.1
[24] −19.2171 2.0000 1.83481 42.7
[25] −71.5677
(表2B)
[第3面非球面]
A0= .15445800E+02
A2= .00000000E+00
A4= .65164935E−05
A6=−.39338605E−08
A8= .30526948E−11
A10=−.61829638E−15
本例では、|Fgr1/F|=2.85であり、Fgr2/F=1.93であり、A0=15.4である。また、Vpが70.1および90.9であり、Vn=90.9である。いずれも上記の条件式(1)〜(5)を満足している。
図5および図6には、実施例2のレトロフォーカス型超広角レンズ1Aの撮影距離が無限大の収差図、および撮影距離0.35mの収差図をそれぞれ示してある。これらの図における各符号の意味は図2、3の場合と同一である。
図7は、本発明の実施例3に係るレトロフォーカス型超広角レンズを示す構成図である。本例のレトロフォーカス型超広角レンズ1Bの基本構成も実施例1の場合と同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。本例において、第1レンズ群GR1における物体側から数えて2番目の負メニスカスレンズ3の凸レンズ面3aに非球面が施されている。
表3Aにはレトロフォーカス型超広角レンズ1Bのパラメータを示してある。各符号の意味は表1Aの場合と同一である。また、非球面3aも実施例1において説明した関数により規定することができ、表3Bには各非球面係数を示してある。
(表3A)
F=28.5 FB=63.9 Fno=4.6 2W=102.4

[I] R(I) D(I) N(I) V(I)

[ 1] 70.1132 4.5000 1.83481 42.7
[ 2] 42.0674 6.2028
[ 3] 125.0000 7.5000 1.43875 90.9
[ 4] 24.4604 5.9466
[ 5] 31.9807 2.5000 1.83481 42.7
[ 6] 20.7169 11.9233
[ 7] −33.2248 3.5837 1.80809 22.6
[ 8] −52.0263 .2000
[ 9] 61.2174 9.5000 1.76182 26.5
[10] −22.6518 3.0000 1.80518 25.4
[11] −68.9778 6.1340
[12] 21.3742 3.1411 1.56732 42.7
[13] 138.0333 1.5000 1.78800 47.4
[14] 16.3238 8.5441
[15] ∞ 2.2231
[16] 26.4457 8.6559 1.48749 70.1
[17] −32.6615 4.8124
[18] −23.4942 3.6149 1.83481 42.7
[19] 39.9581 7.7691 1.57099 50.7
[20] −20.7671 .2000
[21] −349.8608 5.0032 1.43875 90.9
[22] −31.5101 .2000
[23] ∞ 9.0264 1.48749 70.1
[24] −20.5898 2.0000 1.83481 42.7
[25] −67.0226
(表3B)
[第3面非球面]
A0= .16235900E+02
A2= .00000000E+00
A4= .73817775E−05
A6=−.41918163E−08
A8= .30834735E−11
A10=−.24494941E−15
本例では、|Fgr1/F|=4.05であり、Fgr2/F=1.89であり、A0=16.2である。また、Vpは70.1および90.9であり、Vnは90.9である。よって、上記の条件式(1)〜(5)を満足している。
なお、図8および図9には、実施の形態3のレトロフォーカス型超広角レンズ1Bの撮影距離が無限大の収差図、および撮影距離0.35mの収差図をそれぞれ示してある。これらの図における各符号の意味は図2、3の場合と同一である。
実施例1のレトロフォーカス型超広角レンズの概略構成図である。 実施例1のレンズにおける撮影距離が無限大の場合の収差図である。 実施例1のレンズにおける撮影距離が0.35mの場合の収差図である。 実施例2に係るレトロフォーカス型超広角レンズの概略構成図である。 実施例2のレンズにおける撮影距離が無限大の場合の収差図である。 実施例2のレンズにおける撮影距離が0.35mの場合の収差図である。 実施例3のレトロフォーカス型超広角レンズの概略構成図である。 実施例3のレンズにおける撮影距離が無限大の場合の収差図である。 実施例3のレンズにおける撮影距離が0.35mの場合の収差図である。
符号の説明
1、1A、1B レトロフォーカス型超広角レンズ
1a 光軸
GR1 第1レンズ群
GR2 第2レンズ群
2〜5、8 負メニスカスレンズ
6、9、14、18 接合レンズ
7、10、13、16、17 正レンズ
11、15 負レンズ
12 絞り

Claims (6)

  1. 物体側に配列された負の屈折力を有する第1レンズ群と、像面側に配列された正の屈折力を有する第2レンズ群とを有し、フォーカシングは、前記第1レンズ群が固定され、前記第2レンズ群が物体側に移動することにより行われるようになっており、
    前記第1レンズ群は、物体側に配列された4枚の負メニスカスレンズと、像面側に配列された正の屈折力を有する少なくとも1枚の接合レンズを有し、当該接合レンズは、像面側に凸面の正レンズと物体側に凹面の負メニスカスレンズが接合された負屈折力の接合面を備えており、
    前記第1レンズ群の前記4枚の負メニスカスレンズのうち、いずれか1枚の負メニスカスレンズの凸面は非球面であり、
    前記第2レンズ群は、絞りを挟み、物体側に配列された、正レンズおよび負レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、像面側に配列された、1枚の正レンズと、負レンズおよび正レンズを接合した構成の1枚の接合レンズと、1枚の正レンズと、1枚の接合レンズとを有しており、
    次の条件式(1)および(2)を満足していることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
    2.3<|Fgr1/F|<5.3 (1)
    1.5<Fgr2/F<2.4 (2)
    但し、
    F:全系焦点距離
    Fgr1:第1レンズ群の焦点距離
    Fgr2:第2レンズ群の焦点距離
  2. 請求項1において、
    前記第1レンズ群における前記負メニスカスレンズの凸面の非球面は次の非球面関数により規定され、非球面係数A0が条件式(3)を満足していることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
    Figure 0004717493
    但し、
    R:基準球面の曲率半径
    Y:光軸からの高さ
    X:サグ量
    A0>1 (3)
  3. 請求項1または2において、
    Vp::前記絞りより像面側に位置する正レンズの少なくとも一つに用いるガラス材のd線アッベ数Vpが、条件式(4)を満足していることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
    Vp>62 (4)
  4. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記第1レンズ群における前記4枚の負メニスカスレンズのうちの少なくとも一つに用いるガラス材のd線アッベ数Vnが、条件式(5)を満足していることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
    Vn>62 (5)
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
    前記4枚の負メニスカスレンズのうち、物体側から2番目の負メニスカスレンズの凸面が非球面となっていることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
  6. 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
    前記4枚の負メニスカスレンズのうちの一枚の負メニスカスレンズは、物体側に凹面を向けた状態で配置されていることを特徴とするレトロフォーカス型超広角レンズ。
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