JP5506577B2 - 光学系および光学機器 - Google Patents
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Description
本発明は、銀塩カメラ・デジタルスチルカメラ・デジタルビデオカメラ等の撮影レンズに関し、特に魚眼レンズ系及び魚眼ズームレンズに関するものである
魚眼レンズは、撮像素子対角方向の画角が略１８０度となる対角線魚眼や全方向で画角が略１８０度となる円周魚眼などの単焦点レンズが一般的である。撮像素子としては、ＦｕｌｌＳｉｚｅ（画面サイズ３６×２４ｍｍ、対角長４３．２ｍｍ）、ＡＰＳ−Ｈ（画面サイズ２８．１×１８．７ｍｍ、対角長３３．８ｍｍ）、ＡＰＳ−Ｃ（画面サイズ２２．５×１５．０ｍｍ、対角長２７．０ｍｍ）が多く用いられている。画角が略１８０度の対角線魚眼レンズ域を含むズームレンズも提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１では、ＡＰＳ−Ｃサイズの撮像素子において、最短焦点距離で対角線魚眼となるズームレンズが開示されている。
特許文献２では、複数の画面サイズのカメラで対角線魚眼となるズームレンズが開示されている。
魚眼レンズの画角は概ねθ＝１８０°まで有限の値を持ち、その最大像高は焦点距離に比例する。色々な撮像素子サイズを有するレンズ交換式カメラに共通に使用可能な魚眼レンズの場合、そのカメラに使用される撮像素子サイズが小さいと、魚眼レンズと言いながら画角１８０°を達成できないか、一部の方向（対角線等）でしか画角１８０°が達成できない。
また、魚眼レンズにおけるズームとは、焦点距離ｆの変化に伴って画角１８０°を達成するエリアが変化することを意味する。従ってこれら魚眼ズームレンズの目的は、単一の撮像素子を使用したカメラでズームした場合は、画角１８０°を達成するエリアが画面内で変るさまを写すことになり、撮像エリアが画角１８０°以内となった時、画角が切り出され始め、所謂望遠化が起こる。全周画角において１８０°を達成している状態を全周魚眼とよび、画面対角線エリアでのみ画角１８０°を達成している状態を対角線魚眼（以下、対角魚眼ともいう。）と呼ぶ。
異なる大きさの撮像素子を有するカメラを使用する場合、ズーム比は画角１８０°を達成できる撮像素子範囲比を示し、小さい撮像素子を有するカメラでも画角１８０°を達成できる可能性が拡大することを意味する。
なお、画角１８０°を達成している場合、ズーム位置で『広角』、『望遠』は意味を持たないため、本明細書中では、『最短焦点距離側または最短焦点距離』、『最長焦点距離側または最長焦点距離』と呼ぶ。
このような状況において、上述の特許文献１に開示された従来技術では、最短焦点距離側の焦点距離が足りずＦｕｌｌＳｉｚｅにおいても円周魚眼とならないという課題があった。また、上述の特許文献２に開示された従来技術では、変倍比がたりずＦｕｌｌＳｉｚｅにおいても円周魚眼から対角線魚眼を満足する魚眼ズームレンズとはならないという課題があった。
そこで、本発明は上記課題に鑑みて、円周魚眼から対角線魚眼までを含む魚眼ズームレンズを実現することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群を有し、最短焦点距離から最長焦点距離への変倍に際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が光軸上を移動し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔を変化させ、最短焦点距離と最長焦点距離における最大像高が異なる光学系であって、最短焦点距離をｆｗ、最長焦点距離をｆｔ、ｆｗ≦ｆ≦ｆｔを満たす任意の焦点距離をｆ、最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線と光軸が交わる角度をθ、該角度θで入射した光線の結像像高をＹ、最短焦点距離における最大像高をＹｗ、最長焦点距離における最大像高をＹｔ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、最短焦点距離におけるバックフォーカスをｂｆｗとするとき、
１．７０≦Ｙｔ／Ｙｗ≦２．５
ただし、Ｙ=２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
３．４５≦ｂｆｗ／｜ｆ１｜≦７
を満足することを特徴とする。
１．７０≦Ｙｔ／Ｙｗ≦２．５
ただし、Ｙ=２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
３．４５≦ｂｆｗ／｜ｆ１｜≦７
を満足することを特徴とする。
本発明によれば、円周魚眼から対角線魚眼までを含む魚眼ズームレンズを実現することができる。
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。図１は、本発明の実施形態にかかわる光学断面図と簡易移動図である。この魚眼ズームレンズ系は最短焦点距離において空気間隔最大のところで分けられる負のパワー（屈折力）の第１レンズ群Ｌ１と正のパワー（屈折力）の第２レンズ群Ｌ２から構成されている。変倍に際して、最短焦点距離から第１レンズ群Ｌ１を一旦像面側に移動させてから物体側に移動させると同時に、第２レンズ群Ｌ２を第１レンズ群Ｌ１との間隔が単調に減少するように物体側に移動させて最長焦点距離へと変倍する。このように動作させることで、最短焦点距離状態と最長焦点距離状態とで異なる大きさの最大像高が得られる。本発明は最短焦点距離で上記変倍動作を固定すればＦｕｌｌＳｉｚｅ画面サイズにおいて単焦点の円周魚眼として使用可能である。同様に、変倍動作を任意の位置で固定することでＡＰＳ−Ｃ、ＡＰＳ−Ｈ、ＦｕｌｌＳｉｚｅでの単焦点の対角魚眼として使用することも可能である。
魚眼レンズの射影方式には大きく以下の４種類が存在する。
ｉ）等立体角射影方式 Ｙ＝２ｆｓｉｎ（θ／２）
ｉｉ）等距離射影方式 Ｙ＝ｆθ
ｉｉｉ）正射影方式 Ｙ＝ｆｓｉｎθ
ｉｖ）立体射影方式 Ｙ＝２ｆｔａｎ（θ／２）
ただし、魚眼レンズの最短焦点距離ｆｗ≦ｆ≦最長焦点距離ｆｔを満たす任意の焦点距離をｆ、魚眼レンズ（第１レンズ群Ｌ１内）の最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線と光軸が交わる角度をθ、焦点距離ｆのときの結像像高をＹとしている。ここで、角度θは、図８に示すように、光軸Ｏと、最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線Ｐがレンズ内を直進した場合に延びる延長線と、が交わるときの角度である。
ｉｉ）等距離射影方式 Ｙ＝ｆθ
ｉｉｉ）正射影方式 Ｙ＝ｆｓｉｎθ
ｉｖ）立体射影方式 Ｙ＝２ｆｔａｎ（θ／２）
ただし、魚眼レンズの最短焦点距離ｆｗ≦ｆ≦最長焦点距離ｆｔを満たす任意の焦点距離をｆ、魚眼レンズ（第１レンズ群Ｌ１内）の最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線と光軸が交わる角度をθ、焦点距離ｆのときの結像像高をＹとしている。ここで、角度θは、図８に示すように、光軸Ｏと、最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線Ｐがレンズ内を直進した場合に延びる延長線と、が交わるときの角度である。
本発明において、魚眼ズームレンズは以下の条件式を満足している。
下記の条件式（１）は、本発明の魚眼ズームレンズの最短焦点距離での最大像高Ｙｗと最長焦点距離での最大像高Ｙｔについて規定する条件式である。
１．７０≦Ｙｔ／Ｙｗ≦２．５ （１）
ただし、Ｙ=２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
条件式（１）の上限を超えると、変倍比を稼ぐために変倍時の各群の移動量または各群の屈折力が増えるために、諸収差の変倍変動が大きくなる。条件式（１）の下限を超えると円周魚眼から始まり対角線魚眼までを含んだズームレンズとすることが困難になる。
ただし、Ｙ=２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
条件式（１）の上限を超えると、変倍比を稼ぐために変倍時の各群の移動量または各群の屈折力が増えるために、諸収差の変倍変動が大きくなる。条件式（１）の下限を超えると円周魚眼から始まり対角線魚眼までを含んだズームレンズとすることが困難になる。
上記条件式（１）は、更には、下記条件式（１Ａ）を満足することが好ましい。
１．８０≦Ｙｔ／Ｙｗ≦２．２ （１Ａ）
ただし、Ｙ＝２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
図７は、本発明の一例としての変倍時のイメージサークルと複数の画面サイズとの関係を示した図である。（ａ）は最短焦点距離におけるＦｕｌｌＳｉｚｅに対応する画面サイズＡ１でのイメージサークルＢ１（円周魚眼の状態）を示している。（ｂ）は中間域におけるＡＰＳ−Ｃサイズに対応する画面サイズＡ２でのイメージサークルＢ２（対角線魚眼の状態）を示している。（ｃ）は中間域におけるＡＰＳ−Ｈサイズに対応する画面サイズＡ３でのイメージサークルＢ３（対角線魚眼の状態）を示している。（ｄ）は最長焦点距離におけるＦｕｌｌＳｉｚｅに対応する画面サイズＡ１でのイメージサークルＢ４（対角線魚眼の状態）を示している。
ただし、Ｙ＝２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
図７は、本発明の一例としての変倍時のイメージサークルと複数の画面サイズとの関係を示した図である。（ａ）は最短焦点距離におけるＦｕｌｌＳｉｚｅに対応する画面サイズＡ１でのイメージサークルＢ１（円周魚眼の状態）を示している。（ｂ）は中間域におけるＡＰＳ−Ｃサイズに対応する画面サイズＡ２でのイメージサークルＢ２（対角線魚眼の状態）を示している。（ｃ）は中間域におけるＡＰＳ−Ｈサイズに対応する画面サイズＡ３でのイメージサークルＢ３（対角線魚眼の状態）を示している。（ｄ）は最長焦点距離におけるＦｕｌｌＳｉｚｅに対応する画面サイズＡ１でのイメージサークルＢ４（対角線魚眼の状態）を示している。
このように、本発明では、例えば最短焦点距離においてＦｕｌｌＳｉｚｅ画面における円周魚眼を達成することができる。また、中間域においてＡＰＳ−Ｃサイズ画面における対角線魚眼を達成することができる。また、最長焦点距離においてＦｕｌｌＳｉｚｅ画面における対角線魚眼を達成することができる。このときの最短焦点距離での最大像高Ｙｗと最長焦点距離での最大像高Ｙｔとの比率は、Ｙｔ／Ｙｗ＝１．８であり、上記条件式（１）、条件式（１Ａ）の範囲を満たしている。
なお、本発明では、上述したＦｕｌｌＳｉｚｅ画面における円周魚眼から対角線魚眼までを達成するものに限定されない。例えば、最短焦点距離においてＡＰＳ−Ｃサイズ画面における円周魚眼を達成するように構成されても良い。この場合は、中間域においてＡＰＳ−Ｈサイズ画面における円周魚眼と、ＦｕｌｌＳｉｚｅ画面における円周魚眼を達成することができる。また、最長焦点距離においてＡＰＳ−Ｃサイズ画面における対角線魚眼を達成することができる。このときの最短焦点距離での最大像高Ｙｗと最長焦点距離での最大像高Ｙｔとの比率は、Ｙｔ／Ｙｗ＝１．８であり、上記条件式（１）、条件式（１Ａ）の範囲を満たしている。
また、例えば最短焦点距離においてＡＰＳ−Ｈサイズ画面における円周魚眼を達成するように構成されても良い。その場合は、中間域においてＦｕｌｌＳｉｚｅ画面における円周魚眼と、ＡＰＳ−Ｃサイズ画面における対角線魚眼を達成することができる。また、最長焦点距離においてＡＰＳ−Ｈサイズ画面における対角線魚眼を達成することができる。このときの最短焦点距離での最大像高Ｙｗと最長焦点距離での最大像高Ｙｔとの比率は、Ｙｔ／Ｙｗ＝１．８であり、上記条件式（１）、条件式（１Ａ）の範囲を満たしている。
上述したように構成することで、本発明はさまざまな大きさを有する単一撮像素子において円周魚眼から対角線魚眼までを含むズームレンズを実現することができる。
一般的な画面サイズは、縦横比が２：３であるものが多い。したがって、この比率の画面サイズにおいて円周魚眼から対角線魚眼までを包括するには少なくとも条件式（１）において１．８以上が必要である。
下記の条件式（２）は、最短焦点距離におけるバックフォーカスｂｆｗと第１レンズ群の焦点距離ｆ１を規定する条件式である。
３．４５≦ｂｆｗ／｜ｆ１｜≦７ （２）
条件式（２）の上限を超えると第１レンズ群の焦点距離が短くなりすぎてしまい、像面湾曲・倍率色収差・歪曲収差の補正が困難になる。条件式（２）の下限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなりすぎてしまい、最短焦点距離で円周魚眼を実現することが困難となる。また、バックフォーカスが短くなりメカ的な空間を確保することが困難になる。
条件式（２）の上限を超えると第１レンズ群の焦点距離が短くなりすぎてしまい、像面湾曲・倍率色収差・歪曲収差の補正が困難になる。条件式（２）の下限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなりすぎてしまい、最短焦点距離で円周魚眼を実現することが困難となる。また、バックフォーカスが短くなりメカ的な空間を確保することが困難になる。
上記条件式（２）は、更には、下記条件式（２Ａ）を満足することが好ましい。
３．５５ ≦ｂｆｗ／｜ｆ１｜≦５ （２Ａ）
下記の条件式（３）は、第１レンズ群内の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの形状を規定する条件式である。
下記の条件式（３）は、第１レンズ群内の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの形状を規定する条件式である。
０．４≦ＳＦ１≦１．０ （３）
ただし、ＳＦ１＝（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）
ただし、負メニスカスレンズの物体側の曲率半径をｒ１、像側の曲率半径をｒ２、形状因子をＳＦ１としている。
ただし、ＳＦ１＝（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）
ただし、負メニスカスレンズの物体側の曲率半径をｒ１、像側の曲率半径をｒ２、形状因子をＳＦ１としている。
条件式（３）の上限を超えると、メニスカスレンズではなくなり画角が略１８０度の光線を取り込むことが出来なくなる。条件式（３）の下限を超えると、該レンズの屈折力が弱く歪曲の発生量が少なくなり、魚眼レンズとして画角略１８０度を達成することが困難になる。
上記条件式（３）は、更には、下記条件式（３Ａ）を満足することが好ましい。
０．５０≦ＳＦ１≦０．７５ （３Ａ）
ただし、ＳＦ１＝（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）
下記の条件式（４）は、第１レンズ群内の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの屈折率ｎＧ１を規定する条件式である。
ただし、ＳＦ１＝（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）
下記の条件式（４）は、第１レンズ群内の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの屈折率ｎＧ１を規定する条件式である。
１．７５≦ｎＧ１≦２．０ （４）
条件式（４）の上限を超える硝材は、短波長側の透過率が低くカラーバランスが悪くなってしまう。条件式（４）の下限を超えると、該レンズの屈折力が弱くなり、歪曲の発生量が少なくなり、魚眼レンズとして画角略１８０度を達成することが困難になる。
条件式（４）の上限を超える硝材は、短波長側の透過率が低くカラーバランスが悪くなってしまう。条件式（４）の下限を超えると、該レンズの屈折力が弱くなり、歪曲の発生量が少なくなり、魚眼レンズとして画角略１８０度を達成することが困難になる。
上記条件式（４）は、更には、下記条件式（４Ａ）を満足することが好ましい。
１．８０≦ｎＧ１≦１．９０ （４Ａ）
下記の条件式（５）は、第１レンズ群内の最も物体側にある負メニスカスレンズよりも像側にある少なくとも一枚以上の負レンズの部分分散比に関する条件式である。
下記の条件式（５）は、第１レンズ群内の最も物体側にある負メニスカスレンズよりも像側にある少なくとも一枚以上の負レンズの部分分散比に関する条件式である。
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１ （５）
ただし、該負レンズの部分分散比をθｇ，Ｆ、アッべ数をｖｄとしている。ここで、該負レンズのフラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。この場合のアッベ数ｖｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇ，Ｆは次の通りである。
ｖｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇ，Ｆ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
条件式（５）の下限を超えると倍率色収差補正が困難になるため、条件式（５）内に入っていることが好ましい。
ただし、該負レンズの部分分散比をθｇ，Ｆ、アッべ数をｖｄとしている。ここで、該負レンズのフラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。この場合のアッベ数ｖｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇ，Ｆは次の通りである。
ｖｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇ，Ｆ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
条件式（５）の下限を超えると倍率色収差補正が困難になるため、条件式（５）内に入っていることが好ましい。
上記条件式（５）は、更には、下記条件式（５Ａ）を満足することが好ましい。
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１８ （５Ａ）
下記の条件式（６）は、第２レンズ群内の少なくとも一枚以上の正レンズ（凸レンズ）の部分分散比に関する条件式である。
下記の条件式（６）は、第２レンズ群内の少なくとも一枚以上の正レンズ（凸レンズ）の部分分散比に関する条件式である。
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１ （６）
ただし、該正レンズの部分分散比をθｇ，Ｆ、アッべ数をｖｄとしている。ここで、該正レンズのフラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。この場合のアッベ数ｖｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇ，Ｆは次の通りである。
ｖｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇ，Ｆ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
条件式（６）の下限を超えると軸上色収差・倍率色収差補正が困難になるため、条件式（６）内に入っていることが好ましい。
ただし、該正レンズの部分分散比をθｇ，Ｆ、アッべ数をｖｄとしている。ここで、該正レンズのフラウンフォーファ線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとする。この場合のアッベ数ｖｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇ，Ｆは次の通りである。
ｖｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇ，Ｆ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
条件式（６）の下限を超えると軸上色収差・倍率色収差補正が困難になるため、条件式（６）内に入っていることが好ましい。
上記条件式（６）は、更には、下記条件式（６Ａ）を満足することが好ましい。
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１８ （６Ａ）
下記の条件式（７）は、変倍時の第２レンズ群の移動量ｍ２と第２レンズ群の焦点距離ｆ２を規定する条件式である。
下記の条件式（７）は、変倍時の第２レンズ群の移動量ｍ２と第２レンズ群の焦点距離ｆ２を規定する条件式である。
０．５５≦ｍ２／ｆ２≦０．８ （７）
ただし、最短焦点距離から最長焦点距離への変倍に際して第２レンズ群が物体側に移動する移動量をｍ２としている。
ただし、最短焦点距離から最長焦点距離への変倍に際して第２レンズ群が物体側に移動する移動量をｍ２としている。
条件式（７）の上限を超えると、移動量が多くなる、または第２レンズ群の焦点距離が短くなり変倍時の収差変動が大きくなってしまう。条件式（７）の下限を超えると、移動量が少なくなる、または第２レンズ群の焦点距離が長くなり所望の変倍比を確保することが困難になる。
上記条件式（７）は、更には、下記条件式（７Ａ）を満足することが好ましい。
０．６０≦ｍ２／ｆ２≦０．７５ （７Ａ）
下記の条件式（８）は、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の比を規定するものである。
下記の条件式（８）は、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の比を規定するものである。
０．２≦｜ｆ１｜／ｆ２≦０．４２ （８）
条件式（８）の上限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなり最短焦点距離において円周魚眼を実現することが困難になる。条件式（８）の下限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が短くなり、像面湾曲・倍率色収差の補正が困難になる。
条件式（８）の上限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が長くなり最短焦点距離において円周魚眼を実現することが困難になる。条件式（８）の下限を超えると、第１レンズ群の焦点距離が短くなり、像面湾曲・倍率色収差の補正が困難になる。
上記条件式（８）は、更には、下記条件式（８Ａ）を満足することが好ましい。
０．３０≦｜ｆ１｜／ｆ２≦０．４２ （８Ａ）
本発明では、フォーカシング時において第１レンズ群Ｌ１の一部（Ｌ１２）を光軸方向に動かしている。魚眼レンズ系の多くは、全体繰り出し方式、一群繰り出し方式が一般的であるが、速いオートフォーカスを行うにはインナーフォーカスとすることが好ましい。また、魚眼レンズは被写体に近づいて撮影することが多いため、前玉を固定とすることで汚れや傷が付くのを防げるためインナーフォーカスとすることが好ましい。
本発明では、フォーカシング時において第１レンズ群Ｌ１の一部（Ｌ１２）を光軸方向に動かしている。魚眼レンズ系の多くは、全体繰り出し方式、一群繰り出し方式が一般的であるが、速いオートフォーカスを行うにはインナーフォーカスとすることが好ましい。また、魚眼レンズは被写体に近づいて撮影することが多いため、前玉を固定とすることで汚れや傷が付くのを防げるためインナーフォーカスとすることが好ましい。
次に具体的な実施例を示す。諸収差図は球面収差、軸上色収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差を示す。ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、ｎｄはｄ線の屈折率、ｖｄはアッベ数、ＢＦはバックフォーカス値を示す。Ｆナンバー、焦点距離、画角、ＢＦ及び変倍に伴って変化するレンズ間隔（ｄ値）は、最短焦点距離（Ｗ）―中間焦点距離（Ｍ）―最長焦点距離（Ｔ）の順に示している。
実施例中に採用されている非球面は周知の如く、光軸方向にＺ軸、光軸直交方向にＹ軸をとるとき、周知の非球面式（９）：
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面である。非球面式は、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を特定する。なお、高次の非球面係数の表記において「ｅとそれに続く数字」は「１０のべき乗」を表す。たとえば「ｅ−９」は１０−９を意味し、この数値がその直前の数値に掛かるのである。
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説明する。
図１及び図２と表１は本発明による魚眼ズームレンズ（光学系）の実施例１を示している。図１は魚眼ズームレンズの構成図である。図２（ａ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最短焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図２（ｂ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの中間域での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図２（ｃ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最長焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。表１はその数値データである。
本魚眼ズームレンズ系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群（Ｌ１）、正の屈折力の第２レンズ群（Ｌ２）からなる。第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力の第１１レンズ群（Ｌ１１）と負の屈折力の第１２レンズ群（Ｌ１２）から構成されている。第１１レンズ群は物体側から順に物体側に凸の第１負メニスカスレンズ、物体側に凸の第２負メニスカスレンズ、第３負レンズ、第４正レンズから構成されている。第１２レンズ群は第５負レンズからなる。第２レンズ群は、物体側から順に、副絞り（ＳＳ）、第６正レンズ、開口絞り（Ｓ）を有する。また、物体側から順に、第７負レンズと第８正レンズの接合レンズ、第９正レンズと第１０負レンズの接合レンズ、第１１正レンズ、第１２負レンズと第１３正レンズの接合レンズ、第１４正レンズを有する。Ｉは像面である。本実施例において変倍は、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸上での間隔を変化させることで行う。フォーカシングは、第１レンズ群内の第１２レンズ群を光軸方向に動かして行う。
(表１)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 59.840 2.50 1.80400 46.6 61.87
2 17.282 14.64 34.15
3 129.723 1.61 1.59282 68.6 32.59
4 21.610 6.44 27.39
5 -86.935 1.36 1.59282 68.6 27.10
6 31.102 0.15 25.84
7 22.525 7.45 1.80518 25.4 26.07
8 -110.226 5.82 24.72
9* -31.089 1.20 1.85135 40.1 17.80
10 -844.340 (可変) 17.08
11 ∞ 1.46 10.26
12 43.413 1.62 1.88300 40.8 10.87
13 -94.260 1.85 10.94
14(絞り) ∞ 1.70 10.95
15 -19.292 0.75 1.88300 40.8 10.96
16 32.493 3.22 1.51823 58.9 11.53
17 -20.261 0.20 12.31
18 194.716 4.25 1.48749 70.2 12.74
19 -12.377 0.80 1.88300 40.8 13.21
20 -27.182 0.20 13.96
21 712.893 3.28 1.59270 35.3 14.77
22 -21.620 0.35 15.87
23 -60941.798 0.93 1.83400 37.2 16.91
24 28.231 4.77 1.49700 81.5 17.60
25 -34.279 0.20 18.70
26 -80910.795 1.68 1.48749 70.2 19.49
27 -87.072 (可変) 19.87
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.64162e-006 A 6= 2.58871e-008 A 8=-8.99837e-010 A10= 1.12233e-011 A12=-5.07106e-014
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.05 11.85 15.14
Fナンバー 4.12 4.12 4.12
画角 175 175 175
像高 11.15 16.77 21.64
レンズ全長 129.57 127.26 129.98
BF 40.25 49.58 57.66
d10 20.89 9.25 3.89
d27 40.25 49.58 57.66
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -10.91 41.17 10.51 -15.41
2 11 26.80 27.26 15.90 -6.32
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 59.840 2.50 1.80400 46.6 61.87
2 17.282 14.64 34.15
3 129.723 1.61 1.59282 68.6 32.59
4 21.610 6.44 27.39
5 -86.935 1.36 1.59282 68.6 27.10
6 31.102 0.15 25.84
7 22.525 7.45 1.80518 25.4 26.07
8 -110.226 5.82 24.72
9* -31.089 1.20 1.85135 40.1 17.80
10 -844.340 (可変) 17.08
11 ∞ 1.46 10.26
12 43.413 1.62 1.88300 40.8 10.87
13 -94.260 1.85 10.94
14(絞り) ∞ 1.70 10.95
15 -19.292 0.75 1.88300 40.8 10.96
16 32.493 3.22 1.51823 58.9 11.53
17 -20.261 0.20 12.31
18 194.716 4.25 1.48749 70.2 12.74
19 -12.377 0.80 1.88300 40.8 13.21
20 -27.182 0.20 13.96
21 712.893 3.28 1.59270 35.3 14.77
22 -21.620 0.35 15.87
23 -60941.798 0.93 1.83400 37.2 16.91
24 28.231 4.77 1.49700 81.5 17.60
25 -34.279 0.20 18.70
26 -80910.795 1.68 1.48749 70.2 19.49
27 -87.072 (可変) 19.87
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.64162e-006 A 6= 2.58871e-008 A 8=-8.99837e-010 A10= 1.12233e-011 A12=-5.07106e-014
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.05 11.85 15.14
Fナンバー 4.12 4.12 4.12
画角 175 175 175
像高 11.15 16.77 21.64
レンズ全長 129.57 127.26 129.98
BF 40.25 49.58 57.66
d10 20.89 9.25 3.89
d27 40.25 49.58 57.66
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -10.91 41.17 10.51 -15.41
2 11 26.80 27.26 15.90 -6.32
図３及び図４と表２は本発明による魚眼ズームレンズの実施例２を示している。図３は魚眼ズームレンズの構成図である。図４（ａ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最短焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図４（ｂ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの中間域での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図４（ｃ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最長焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。表２はその数値データである。
本魚眼ズームレンズ系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群（Ｌ１）、正の屈折力の第２レンズ群（Ｌ２）からなる。第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力の第１１レンズ群（Ｌ１１）と負の屈折力の第１２レンズ群（Ｌ１２）から構成されている。第１１レンズ群は物体側から順に、物体側に凸の第１負メニスカスレンズから構成されている。第１２レンズ群は物体側から順に、物体側に凸の第２負メニスカスレンズ、第３負レンズ、第４正レンズ、第５負レンズからなる。第２レンズ群は、物体側から順に、副絞り（ＳＳ）、第６正レンズ、開口絞り（Ｓ）、第７負レンズと第８正レンズの接合レンズ、第９正レンズと第１０負レンズの接合レンズ、第１１正レンズ、第１２正レンズから構成されている。また、Ｉは像面である。本実施例において変倍は、第１レンズ群と第２レンズ群の光軸上での間隔を変化させることで行う。フォーカシングは、第１レンズ群内の第１２レンズ群を光軸方向に動かして行う。
(表２)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 62.000 2.60 1.80400 46.6 58.33
2 18.100 15.41 34.44
3 38.618 1.80 1.80400 46.6 25.02
4 14.968 5.55 20.35
5 -38.773 1.36 1.49700 81.5 20.15
6 13.721 7.00 1.80610 33.3 18.10
7 -41.538 1.68 16.58
8 -21.935 1.32 1.88300 40.8 13.99
9 1151.046 (可変) 13.17
10 ∞ 0.30 9.50
11 20.995 2.00 1.67270 32.1 9.85
12 -147.709 1.00 9.90
13(絞り) ∞ 2.00 9.91
14 -32.712 0.93 1.88300 40.8 9.93
15 12.947 3.12 1.59270 35.3 10.29
16 -71.723 0.28 10.94
17 31.397 4.60 1.48749 70.2 11.42
18 -10.807 1.18 1.80610 33.3 11.84
19 -120.666 0.22 13.82
20 103.273 5.01 1.49700 81.5 15.08
21 -14.923 0.33 17.00
22* 86.516 2.46 1.58313 59.4 19.39
23 -49.317 (可変) 19.84
像面 ∞
非球面データ
第22面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.79213e-005 A 6=-2.20392e-008 A 8= 4.39447e-012 A10=-4.83129e-013
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.60 11.44 15.01
Fナンバー 4.05 4.05 4.05
画角 175 175 175
像高 12.00 15.98 21.64
レンズ全長 113.33 114.11 118.57
BF 39.99 47.23 56.34
d 9 13.19 6.74 2.09
d23 39.99 47.23 56.34
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -9.36 36.71 11.07 -12.23
2 10 23.88 23.43 15.10 -5.82
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 62.000 2.60 1.80400 46.6 58.33
2 18.100 15.41 34.44
3 38.618 1.80 1.80400 46.6 25.02
4 14.968 5.55 20.35
5 -38.773 1.36 1.49700 81.5 20.15
6 13.721 7.00 1.80610 33.3 18.10
7 -41.538 1.68 16.58
8 -21.935 1.32 1.88300 40.8 13.99
9 1151.046 (可変) 13.17
10 ∞ 0.30 9.50
11 20.995 2.00 1.67270 32.1 9.85
12 -147.709 1.00 9.90
13(絞り) ∞ 2.00 9.91
14 -32.712 0.93 1.88300 40.8 9.93
15 12.947 3.12 1.59270 35.3 10.29
16 -71.723 0.28 10.94
17 31.397 4.60 1.48749 70.2 11.42
18 -10.807 1.18 1.80610 33.3 11.84
19 -120.666 0.22 13.82
20 103.273 5.01 1.49700 81.5 15.08
21 -14.923 0.33 17.00
22* 86.516 2.46 1.58313 59.4 19.39
23 -49.317 (可変) 19.84
像面 ∞
非球面データ
第22面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.79213e-005 A 6=-2.20392e-008 A 8= 4.39447e-012 A10=-4.83129e-013
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.60 11.44 15.01
Fナンバー 4.05 4.05 4.05
画角 175 175 175
像高 12.00 15.98 21.64
レンズ全長 113.33 114.11 118.57
BF 39.99 47.23 56.34
d 9 13.19 6.74 2.09
d23 39.99 47.23 56.34
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -9.36 36.71 11.07 -12.23
2 10 23.88 23.43 15.10 -5.82
図５及び図６と表３は本発明による魚眼ズームレンズの実施例３を示している。図５は魚眼ズームレンズの構成図である。図６（ａ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最短焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図６（ｂ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの中間域での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。図６（ｃ）は無限遠にフォーカスを合わせたときの最長焦点距離での諸収差図であり、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を表わしている。また、表３はその数値データである。本魚眼ズームレンズ系は、物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群（Ｌ１）、正の屈折力の第２レンズ群（Ｌ２）、正の屈折力の第３レンズ群（Ｌ３）からなる。第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力の第１１レンズ群（Ｌ１１）と負の屈折力の第１２レンズ群（Ｌ１２）から構成されている。第１１レンズ群は物体側から順に物体側に凸の第１負メニスカスレンズ、物体側に凸の第２負メニスカスレンズ、第３負レンズ、第４正レンズから構成されている。第１２レンズ群は第５負レンズからなる。第２レンズ群は、物体側から順に、副絞り（ＳＳ）、第６正レンズ、開口絞り（Ｓ）、第７負レンズと第８正レンズの接合レンズ、第９正レンズと第１０負レンズの接合レンズ、第１１正レンズ、第１２負レンズと第１３正レンズの接合レンズから構成される。第３レンズ群は、第１４正レンズから構成される。また、Ｉは像面である。本実施例において変倍は、第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群の光軸上での間隔を変化させることで行う。フォーカシングは、第１レンズ群内の第１２レンズ群を光軸方向に動かして行う。
(表３)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 60.000 2.50 1.80400 46.6 61.58
2 17.284 14.71 34.10
3 147.251 1.61 1.59282 68.6 32.39
4 21.509 6.37 27.22
5 -88.560 1.36 1.59282 68.6 26.95
6 31.212 0.15 25.77
7 22.742 7.41 1.80518 25.4 26.02
8 -99.973 5.82 24.74
9* -31.998 1.20 1.85135 40.1 17.86
10 -900.000 (可変) 17.10
11 ∞ 1.46 10.01
12 45.129 1.59 1.88300 40.8 10.60
13 -92.908 1.85 10.67
14(絞り) ∞ 1.70 10.70
15 -18.989 0.75 1.88300 40.8 10.71
16 31.482 3.60 1.51823 58.9 11.28
17 -19.695 0.20 12.23
18 205.131 4.29 1.48749 70.2 12.66
19 -12.187 0.80 1.88300 40.8 13.14
20 -26.863 0.20 13.91
21 490.055 3.30 1.59270 35.3 15.26
22 -21.668 0.35 16.32
23 ∞ 0.93 1.83400 37.2 17.38
24 28.200 4.77 1.49700 81.5 18.09
25 -31.469 (可変) 19.05
26 ∞ 1.49 1.48749 70.2 21.86
27 -111.396 (可変) 22.16
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.97134e-006 A 6=-6.72678e-009 A 8=-4.90505e-010 A10= 9.41652e-012 A12=-5.79006e-014
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.05 11.84 15.07
Fナンバー 4.12 4.12 4.12
画角 175 175 175
像高 11.15 16.77 21.64
レンズ全長 129.07 127.15 130.22
BF 40.25 47.75 54.25
d10 20.21 8.60 3.30
d25 0.19 2.37 4.25
d27 40.25 47.75 54.25
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -11.13 41.14 10.33 -15.81
2 11 29.36 25.79 15.67 -5.08
3 26 228.51 1.49 1.00 0.00
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及び変更が可能である。上記実施例では、魚眼ズームレンズについて説明したが、被写体像を像面上に結像させる魚眼ズームレンズを備えた光学機器も本発明の一側面を構成する。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 60.000 2.50 1.80400 46.6 61.58
2 17.284 14.71 34.10
3 147.251 1.61 1.59282 68.6 32.39
4 21.509 6.37 27.22
5 -88.560 1.36 1.59282 68.6 26.95
6 31.212 0.15 25.77
7 22.742 7.41 1.80518 25.4 26.02
8 -99.973 5.82 24.74
9* -31.998 1.20 1.85135 40.1 17.86
10 -900.000 (可変) 17.10
11 ∞ 1.46 10.01
12 45.129 1.59 1.88300 40.8 10.60
13 -92.908 1.85 10.67
14(絞り) ∞ 1.70 10.70
15 -18.989 0.75 1.88300 40.8 10.71
16 31.482 3.60 1.51823 58.9 11.28
17 -19.695 0.20 12.23
18 205.131 4.29 1.48749 70.2 12.66
19 -12.187 0.80 1.88300 40.8 13.14
20 -26.863 0.20 13.91
21 490.055 3.30 1.59270 35.3 15.26
22 -21.668 0.35 16.32
23 ∞ 0.93 1.83400 37.2 17.38
24 28.200 4.77 1.49700 81.5 18.09
25 -31.469 (可変) 19.05
26 ∞ 1.49 1.48749 70.2 21.86
27 -111.396 (可変) 22.16
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.97134e-006 A 6=-6.72678e-009 A 8=-4.90505e-010 A10= 9.41652e-012 A12=-5.79006e-014
各種データ
短焦点 中間 長焦点
焦点距離 8.05 11.84 15.07
Fナンバー 4.12 4.12 4.12
画角 175 175 175
像高 11.15 16.77 21.64
レンズ全長 129.07 127.15 130.22
BF 40.25 47.75 54.25
d10 20.21 8.60 3.30
d25 0.19 2.37 4.25
d27 40.25 47.75 54.25
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -11.13 41.14 10.33 -15.81
2 11 29.36 25.79 15.67 -5.08
3 26 228.51 1.49 1.00 0.00
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及び変更が可能である。上記実施例では、魚眼ズームレンズについて説明したが、被写体像を像面上に結像させる魚眼ズームレンズを備えた光学機器も本発明の一側面を構成する。
次に各条件式に対しての値を表（４）に示す。
次に、本発明の光学系を、撮影光学系として用いた一眼レフカメラ（光学機器）の実施例を図９を用いて説明する。同図において、１０は実施例１、２、３の光学系１を有する撮影レンズである。光学系１は保持部材である鏡筒２に保持されている。２０はカメラ本体であり、撮影レンズ１０からの光束を上方に反射するクイックリターンミラー３、撮影レンズ１０の像形成位置に配置された焦点板４を有している。更に、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換するペンタダハプリズム５、その正立像を拡大結像するための接眼レンズ６等を有している。７は感光面であり、受光手段（記録手段）としてのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルムが配置される。撮影時にはクイックリターンミラー３が光路から退避して、感光面７上に撮影レンズ１０によって像が形成される。
以上、本発明の好ましい光学系の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本発明の魚眼ズームレンズは、撮像装置に適用することができる。
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ１１ 第１１レンズ群
Ｌ１２ 第１２レンズ群
Ｉ 像面
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ１１ 第１１レンズ群
Ｌ１２ 第１２レンズ群
Ｉ 像面
Claims (9)
- 物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群と正の屈折力の第２レンズ群を有し、最短焦点距離から最長焦点距離への変倍に際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群が光軸上を移動し、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔を変化させ、最短焦点距離と最長焦点距離における最大像高が異なる光学系であって、最短焦点距離をｆｗ、最長焦点距離をｆｔ、ｆｗ≦ｆ≦ｆｔを満たす任意の焦点距離をｆ、最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の主光線と光軸が交わる角度をθ、該角度θで入射した光線の結像像高をＹ、最短焦点距離における最大像高をＹｗ、最長焦点距離における最大像高をＹｔ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、最短焦点距離におけるバックフォーカスをｂｆｗとするとき、
１．７０≦Ｙｔ／Ｙｗ≦２．５
ただし、Ｙ=２×ｆ×ｓｉｎ（θ／２） （８５°≦θ≦９０°）
３．４５≦ｂｆｗ／｜ｆ１｜≦７
を満足することを特徴とする光学系。 - 前記第１レンズ群の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの物体側の曲率半径をｒ１、像側の曲率半径をｒ２、形状因子をＳＦ１とするとき、
０．４≦ＳＦ１≦１．０
ただし、ＳＦ１＝（ｒ１−ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。 - 前記第１レンズ群の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの屈折率をｎＧ１とするとき、
１．７５≦ｎＧ１≦２．０
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。 - 部分分散比をθｇ，Ｆ、アッベ数をｖｄとするとき、前記第１レンズ群は、最も物体側に位置する負メニスカスレンズよりも像側に、
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１
を満足する負レンズを有する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。 - 部分分散比をθｇ，Ｆ、アッベ数をｖｄとするとき、前記第２レンズ群は、
θｇ，Ｆ−（−０．００１６８２・ｖｄ＋０．６４３８）≧０．０１
を満足する正レンズを有する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。 - 最短焦点距離から最長焦点距離への変倍に際して、前記第２レンズ群は物体側に移動し、該第２レンズ群の移動量をｍ２、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．５５≦ｍ２／ｆ２≦０．８
を満足する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。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．２≦｜ｆ１｜／ｆ２≦０．４２
を満足する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。 - フォーカシングに際して前記第１レンズ群の一部が光軸方向に移動する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。
- 被写体像を像面上に結像させる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系を備えることを特徴とする光学機器。
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