JP6112936B2 - 光学系および光学機器 - Google Patents
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Description
0.55<Ltot/f<0.70
なる条件を満足する。第1レンズ群は、物体側から像側に順に、第1の正レンズと、第2の正レンズと、負レンズと、回折光学素子とを含む。第2の正レンズは、
0.01<ΔθgF_fp2<0.05
70<νd_fp2<100
なる条件を満足する光学材料を用いて形成されている。そして、回折光学素子は、
0.85<|hdoe/hbdoe|<1.30
なる条件を満足する位置に配置されていることを特徴とする。
ただし、fおよびLtotはそれぞれ、無限遠物体に合焦したときの全系の焦点距離および光学全長である。また、ΔθgF_fp2は
ΔθgF_fp2=θgF_fp2−(−1.665×10 −7 ×νd_fp2 3 +5.213×10 −5 ×νd_fp2 2 −5.656×10 −3 ×νd_fp2+0.7278)
なる式で定義される異常部分分散比である。
ここで、νd_fp2およびθgF_fp2はそれぞれ、第2の正レンズに用いられる光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれng_fp2,nF_fp2,nd_fp2およびnC_fp2とするときに、νd_fp2=(nd_fp2-1)/(nF_fp2-nC_fp2)で表されるアッベ数およびθgF_fp2=(ng_fp2-nF_fp2)/(nF_fp2-nC_fp2)で表される部分分散比である。また、hdoeは近軸軸上光線が回折光学素子の回折光学面を通過する際の光軸からの高さであり、hbdoeは瞳近軸光線が回折光学面を通過する際の光軸からの高さである。
第2の正レンズと、負レンズと、回折光学素子とにより構成されている。実施例では、無限遠物体に合焦した状態での光学系の光学全長(テレ比)が0.55より大きく、0.7より小さい小型の望遠レンズ用の光学系について説明する。すなわち、実施例の光学系は、以下の式(1)の条件を満足する。
0.55<Ltot/f<0.70 ・・・ (1)
ただし、Ltotおよびfはそれぞれ、無限遠物体に合焦したときの該光学系の光学全長および焦点距離である。
実施例の光学系は、さらに以下の式(1−1)の条件を満足することが、より好ましい。
0.60<Ltot/f<0.70 ・・・(1-1)
また、実施例の光学系では、第1から第3レンズ群のそれぞれに含まれる少なくとも1つのレンズを形成する材料として、異常部分分散特性を有した光学材料を用いている。これにより、回折光学素子の回折光学面のインナー配置化が可能となり、かつ光学系の小型化および軽量化を実現しつつ、色収差等の諸収差を良好に補正することができる。
0.85<|hdoe/hbdoe|<1.30 ・・・(2)
式(2)の条件において、|hdoe/hbdoe|の値が上限値を超えると、回折光学面の配置箇所が像側に寄り過ぎてしまうため、光学系全系での色収差を補正するには、回折光学素子の回折光学面の屈折力が強くしなければならない。それに伴い、撮影画角内で設計次数近傍の低次の回折次数の光によるフレアが増加するので、好ましくない。一方、|hdoe/hbdoe|の値が下限値を下回ると、回折光学面の配置箇所が物体側に寄り過ぎてしまうため、撮影画角外にある高輝度光源が原因となるフレアが増加してしまうので、好ましくない。
0.90<|hdoe/hbdoe|<1.00 ・・・(2-1)
さらに、式(2)の条件を満足した上で、以下に示す式(3)の条件を満足するように回折光学面の屈折力を設定することが好ましい。これにより、撮影画角内で設計次数近傍の低次の回折次数の光によるフレアを抑制することができる。式(3)において、fdoeは回折光学面の焦点距離である。
0.01<f/fdoe<0.10 ・・・(3)
式(3)の条件において、f/fdoeの値が上限値を超えると、回折光学面の屈折力が強くなり過ぎて、撮影画角内で設計次数近傍の低次の回折次数の光によるフレアが増加するので、好ましくない。また、これ以上に回折光学面の屈折力を強めると、色収差の補正が過剰となり、好ましくない。一方、f/fdoeの値が下限値を下回ると、回折光学面の屈折力が弱くなり過ぎて、上述した式(1)の条件のテレ比を満足する光学系が得られなくなるので、好ましくない。
0.02<f/fdoe<0.06 ・・・(3-1)
式(2)(さらに好ましくは式(3))の条件を満足するように回折光学面の配置箇所(さらには屈折力)を設定した上で、式(a1)から(c2)の部分で説明したように回折光学素子部Dの各色収差係数を打ち消すように屈折光学系部Mの硝材を選択すればよい。実施例では、屈折光学系部Mとして、物体側から像側に順に、第1の正レンズと、第2の正レンズと、負レンズと、接合レンズ(回折光学素子)とを含む第1レンズ群L1を有する。そして、この第1レンズ群L1のうち第2の正レンズの光学材料として、以下の式(4),(5)の条件を満足する硝材を用いる。第2の正レンズは、第1レンズ群L1のうち物体側から2番目の正レンズである。
0.01<ΔθgF_fp2<0.05 ・・・(4)
70<νd_fp2<100 ・・・(5)
ただし、ΔθgF_fp2は、以下の式で定義される異常部分分散比である。
ΔθgF_fp2=θgF_fp2−(−1.665×10−7×νd_fp23
+5.213×10−5×νd_fp22−5.656×10−3×νd_fp2+0.7278)
ここで、第2の正レンズに用いられる光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれ、ng_fp2,nF_fp2,nd_fp2およびnC_fp2とする。このとき、νd_fp2およびθgF_fp2はそれぞれ、νd_fp2=(nd_fp2-1)/(nF_fp2-nC_fp2)で表されるアッベ数および
θgF_fp2=(ng_fp2-nF_fp2)/(nF_fp2-nC_fp2)で表される部分分散比である。
0.01<ΔθgF_fp2<0.03 ・・・(4-1)
75<νd_fp2<97 ・・・(5-1)
式(4),(5)の条件を満足した光学材料を、第1レンズ群L1の第2の正レンズに用いる場合、第2の正レンズは、以下の式(6)の条件を満足する位置に、式(7)条件を満足する屈折力で設けることが好ましい。
0.70<|hanm_fp2/hbanm_fp2|<0.85 ・・・(6)
0.10<fanm_fp2/f<0.50 ・・・(7)
ただし、hanm_fp2は、近軸軸上光線Qが、第2の正レンズの物体側の光学面を通過する際の光軸Oからの高さである。hbanm_fp2は瞳近軸光線Rが、第2の正レンズの物体側の光学面を通過する際の光軸Oからの高さである。また、fanm_fp2は第2の正レンズの焦点距離である。
式(6)において、|hanm_fp2/hbanm_fp2|が上限値を超えると、第2の正レンズの配置箇所が開口絞りに近づき、色収差を補正するための所望の効果が得られなくなるので、好ましくない。一方、|hanm_fp2/hbanm_fp2|が下限値を下回ると、第2の正レンズの配置箇所が物体側に寄り、色収差を補正するには効果を発揮するが、レンズ径が大きくなり、その結果、ガラス重量の増加につながるので、好ましくない。式(7)において、上限値を超えると、第2の正レンズの屈折力が弱くなり過ぎて、色収差の補正上、その配置箇所をより物体側に寄せなければならなくなる。その結果、レンズ径が大きくなり、ガラス重量の増加につながるので、好ましくない。さらに、|hanm_fp2/hbanm_fp2|が下限値を下回ると、第2の正レンズの屈折力が強くなり過ぎて、他の光学要素による色収差補正とのバランスから色収差補正過剰となり、好ましくない。
0.75<|hanm_fp2/hbanm_fp2|<0.85 ・・・(6-1)
0.20<fanm_fp2/f<0.40 ・・・(7-1)
次に、式(a1),(a2)から(c1),(c2)の部分で説明した回折光学素子部Dの各色収差係数を打ち消すような、屈折光学系部Mを構成する負レンズの硝材を選択するための条件について説明する。その条件は、第3レンズ群L3の少なくとも1つの負レンズに、以下の式(8),(9)の条件を満足する光学材料を用いることである。
0.005<ΔθgF_mr<0.03 ・・・(8)
10<νd_mr<30 ・・・(9)
ただし、ΔθgF_mrは以下の式で定義される異常部分分散比である。
ΔθgF_mr=θgF_mr−(−1.665×10−7×νd_mr3
+5.213×10−5×νd_mr2−5.656×10−3×νd_mr+0.7278)
ここで、第3レンズ群L3の少なくとも1つの負レンズに用いられた光学材料のg線、F線、d線およびC線における各屈折率をng_mr,nF_mr,nd_mrおよびnC_mrとする。この場合において、νd_mrおよびθgF_mrはそれぞれ、νd_mr=(nd_mr-1)/(nF_mr-nC_mr)で表されるアッベ数およびθgF_mr=(ng_mr-nF_mr)/(nF_mr-nC_mr)で表される部分分散比である。
0.005<ΔθgF_mr<0.01 ・・・(8-1)
15<νd_mr<25 ・・・(9-1)
式(8),(9)を満足する光学材料は、第3レンズ群L3における最も像側に配置された負レンズ(以下、第1の負レンズという)に用いると、色収差、特に倍率色収差の補正に効果的である。このとき、第1の負レンズには、以下の式(10)の条件を満足する屈折力を与えることが好ましい。
0.05<|fanm_rn1/f|<0.50 ・・・(10)
ただし、fanm_rn1は第3レンズ群L3における第1の負レンズの焦点距離である。
0.08<|fanm_rn1/f|<0.25 ・・・(10-1)
次に、第3レンズ群L3が以下の式(11),(12)を満足する光学材料を用いて形成された少なくとも1つの負レンズを含むのが好ましいことについて説明する。
0.01<ΔθgF_rn2<0.05 ・・・(11)
50<νd_rn2<70 ・・・(12)
ただし、ΔθgF_rn2は以下の式で定義される異常部分分散比である。
ΔθgF_rn2=θgF_rn2−(−1.665×10−7×νd_rn23
+5.213×10−5×νd_rn22−5.656×10−3×νd_rn2+0.7278)
ここで、第3レンズ群L3における上記少なくとも1つの負レンズの光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれng_rn2,nF_rn2,nd_rn2およびnC_rn2とする。このとき、νd_rnおよびθgF_rn2はそれぞれ、νd_rn2=(nd_rn2-1)/(nF_rn2-nC_rn2)で表されるアッベ数およびθgF_rn2=(ng_rn2-nF_rn2)/(nF_rn2-nC_rn2)で表される部分分散比である。
0.01<ΔθgF_rn2<0.03 ・・・(11-1)
55<νd_rn2<70 ・・・(12-1)
そして、式(11),(12)を満足する材料を、第3レンズ群L3のうち像側から2番目の負レンズ(以下、第2の負レンズという)に用いる場合に、該第2の負レンズに以下の式(13)の条件を満足する屈折力を付与することが、色収差の補正上好ましい。
0.01<|fanm_rn2/f|<0.30 ・・・(13)
ただし、fanm_rn2は第2の負レンズの焦点距離である。
0.03<|fanm_rn2/f|<0.10 ・・・(13-1)
以上、回折光学素子を用いた実施例の光学系での色収差補正のための条件およびそれを満足することにより得られる効果について説明した。
1.00×10-4<|dsag/fasph|<1.00×10-3 ・・・(14)
0.50<|hasph/hbasph|<0.85 ・・・(15)
ただし、dsagは該非球面を通過する最外周の光線の位置における近軸球面に対する該非球面の光軸方向での離れ量であり、fasphは該非球面を有するレンズの焦点距離である。また、hasphは近軸軸上光線が該非球面を通過する際の光軸Oからの高さである。また、hbasphは瞳近軸光線が該非球面を通過する際の光軸Oからの高さである。
1.50×10-4<|dsag/fasph|<7.00×10-4 ・・・(14-1)
0.60<|hasph/hbasph|<0.85 ・・・(15-1)
次に、具体的な実施例(数値例)について説明する。
本実施例の光学系も、上述した各条件を満足しているので、回折光学素子の回折光学面をインナー配置化しながら、小型および軽量で、色収差等の諸収差が良好に補正された光学系として実現されている。
さらに、非球面形状は、Xを光軸方向での面頂点からの変位量とし、rを光軸に直交する方向での光軸からの高さとし、Rを近軸曲率半径とし、kを円錐定数とし、B,C,D,E,…を各次数の非球面係数とするとき、次式によって表される。
(数値例1)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 97.838 17.00 1.48749 70.2 95.19
2 -1975.272 22.00 93.75
3 86.131 14.75 1.49700 81.5 76.07
4 -276.924 0.11 73.67
5 -265.871 3.90 1.77250 49.6 73.66
6(Asph) 184.189 15.96 68.59
7 81.740 2.85 1.78590 44.2 57.36
8(Ldoe) 40.575 10.90 1.48749 70.2 52.43
9 150.229 27.50 50.67
10 189.794 2.85 1.80809 22.8 35.18
11 -658.718 1.80 1.83400 37.2 34.44
12 66.010 22.30 32.80
13(S) ∞ 10.03 26.52
14 60.729 1.30 1.84666 23.9 25.59
15 25.091 5.15 1.67300 38.1 25.15
16 2689.449 0.50 25.09
17 58.412 3.80 1.84666 23.9 25.02
18 -133.607 1.30 1.81600 46.6 24.61
19 29.825 3.79 23.61
20 -67.417 1.30 1.81600 46.6 23.70
21 100.728 1.35 24.68
22 ∞ 0.00 25.19
23 53.472 9.30 1.61340 44.3 26.63
24 -21.357 1.80 1.59282 68.6 27.36
25 86.942 1.41 29.35
26 300.147 1.80 1.80809 22.8 29.70
27 44.437 4.95 1.65412 39.7 30.93
28 -246.365 0.15 31.62
29 63.527 4.10 1.64769 33.8 33.31
30 -389.695 2.38 33.49
31 ∞ 2.00 1.51633 64.1 33.89
32 ∞ 24.00 37.57
IP ∞
非球面データ
第6面
K = 9.75955e-001 B = 1.12746e-008 C = 2.44386e-012 D =-3.08520e-015 E = 4.01819e-019
第8面(Ldoe)
C1 =-6.08503e-005 C2 =-8.89834e-009 C3=-9.52930e-012 C4= 6.89814e-016
C5= 1.00958e-018
各種データ
焦点距離 392.19
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 262.06
BF 39.73
入射瞳位置 522.78
射出瞳位置 -73.84
前側主点位置 -439.35
後側主点位置 -352.45
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 1 164.51 87.47 -18.53 -76.88
2 10 -120.79 4.65 3.91 1.31
3 13 -526.17 80.41 -29.10 -104.64
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 191.74
2 3 133.99
3 5 -140.32
4 7 -107.10
5 8 108.94
6 10 182.61
7 11 -71.86
8 14 -51.36
9 15 37.60
10 17 48.44
11 18 -29.77
12 20 -49.32
13 23 26.11
14 24 -28.74
15 26 -64.75
16 27 57.94
17 29 84.64
18 31 0.00
(数値例2)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(Asph) 95.138 17.00 1.48749 70.2 95.19
2 -2457.304 21.48 93.80
3 96.544 14.77 1.49700 81.5 76.64
4 -193.628 0.11 74.48
5 -188.214 3.90 1.77250 49.6 74.47
6 268.023 15.98 69.77
7 77.174 2.85 1.78590 44.2 57.34
8(Ldoe) 39.279 10.75 1.48749 70.2 52.33
9 122.457 27.12 50.61
10 185.843 2.87 1.80809 22.8 35.17
11 -623.281 1.80 1.83400 37.2 34.44
12 64.986 0.00 32.77
13 ∞ 22.57 33.41
14(S) ∞ 10.64 26.48
15 59.330 1.30 1.84666 23.9 25.69
16 24.707 5.20 1.67300 38.1 25.22
17 1183.034 0.50 25.17
18 58.053 3.79 1.84666 23.9 25.30
19 -130.442 1.30 1.81600 46.6 24.95
20 30.098 3.77 24.08
21 -69.310 1.30 1.81600 46.6 24.15
22 96.701 1.39 25.30
23 ∞ 0.00 25.27
24 54.566 9.27 1.61340 44.3 26.69
25 -21.570 1.80 1.59282 68.6 27.43
26 102.415 1.35 29.48
27 424.739 1.80 1.80809 22.8 29.82
28 48.342 4.82 1.65412 39.7 31.05
29 -276.783 0.15 31.77
30 66.695 4.43 1.63980 34.5 33.40
31 -283.299 0.00 33.65
32 ∞ 2.38 33.72
33 ∞ 2.00 1.51633 64.1 34.07
34 ∞ 24.00 40.63
IP ∞
非球面データ
第1面
K =-1.54920e-002 B =-7.02090e-009 C = 2.40280e-013 D = 1.55193e-016 E = 7.46032e-020
第8面(Ldoe)
C1 =-6.08686e-005 C2 =-8.15115e-009 C3 =-1.13295e-011 C4 = 5.16165e-015
C5 =-2.29838e-018
各種データ
焦点距離 392.19
Fナンバー 4.12
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 261.67
BF 39.27
入射瞳位置 521.02
射出瞳位置 -74.55
前側主点位置 -438.15
後側主点位置 -352.92
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 1 164.42 86.85 -20.38 -77.03
2 10 -119.28 4.67 3.94 1.33
3 14 -565.50 81.20 -30.76 -107.08
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 188.30
2 3 131.85
3 5 -142.60
4 7 -106.61
5 8 112.21
6 10 177.44
7 11 -70.48
8 15 -50.88
9 16 37.43
10 18 47.89
11 19 -29.86
12 21 -49.30
13 24 26.43
14 25 -29.89
15 27 -67.65
16 28 63.29
17 30 84.80
18 33 0.00
L2 第2レンズ群
L3 第3レンズ群
Ldoe 回折光学素子
Q 近軸軸上光線
R 瞳近軸光線
Claims (7)
- 物体側から像側に順に、正の屈折力の第1レンズ群と、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して像側に移動する負の屈折力の第2レンズ群と、第3レンズ群とにより構成される光学系であって、
0.55<Ltot/f<0.70
なる条件を満足し、
前記第1レンズ群は、物体側から像側に順に、第1の正レンズと、第2の正レンズと、負レンズと、回折光学素子とを含み、
前記第2の正レンズは、
0.01<ΔθgF_fp2<0.05
70<νd_fp2<100
なる条件を満足する光学材料を用いて形成されており、
前記回折光学素子は、
0.85<|hdoe/hbdoe|<1.30
なる条件を満足する位置に配置されていることを特徴とする光学系。
ただし、fおよびLtotはそれぞれ、無限遠物体に合焦したときの全系の焦点距離および光学全長であり、
ΔθgF_fp2は、ΔθgF_fp2=θgF_fp2−(−1.665×10−7×νd_fp23+5.213×10−5×νd_fp22−5.656×10−3×νd_fp2+0.7278)なる式で定義される異常部分分散比であり、
νd_fp2およびθgF_fp2はそれぞれ、前記第2の正レンズに用いられる前記光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれng_fp2,nF_fp2,nd_fp2およびnC_fp2とするときに、νd_fp2=(nd_fp2−1)/(nF_fp2−nC_fp2)で表されるアッベ数およびθgF_fp2=(ng_fp2−nF_fp2)/(nF_fp2−nC_fp2)で表される部分分散比であり、
hdoeは近軸軸上光線が前記回折光学素子の回折光学面を通過する際の光軸からの高さであり、hbdoeは瞳近軸光線が前記回折光学面を通過する際の光軸からの高さである。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学系。
0.01<f/fdoe<0.10
ただし、fdoeは前記回折光学面の焦点距離である。 - 前記第2の正レンズは、以下の条件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。
0.70<|hanm_fp2/hbanm_fp2|<0.85
0.10<fanm_fp2/f<0.50
ただし、hanm_fp2は近軸軸上光線が前記第2の正レンズの物体側の光学面を通過する際の光軸からの高さであり、hbanm_fp2は瞳近軸光線が前記第2の正レンズの物体側の光学面を通過する際の光軸からの高さであり、fanm_fp2は前記第2の正レンズの焦点距離である。 - 前記前記第3レンズ群は、
0.005<ΔθgF_mr<0.03
10<νd_mr<30
なる条件を満足する光学材料を用いて形成される少なくとも1つの負レンズを含み、
前記少なくとも1つの負レンズのうち最も像側に配置された第1の負レンズは、
0.05<|fanm_rn1/f|<0.50
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の光学系。
ただし、ΔθgF_mrは、ΔθgF_mr=θgF_mr−(−1.665×10−7×νd_mr3+5.213×10−5×νd_mr2−5.656×10−3×νd_mr+0.7278)なる式で定義される異常部分分散比であり、νd_mrおよびθgF_mrはそれぞれ、前記少なくとも1つの負レンズに用いられる前記光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれng_mr,nF_mr,nd_mrおよびnC_mrとするときに、νd_mr=(nd_mr−1)/(nF_mr−nC_mr)で表されるアッベ数およびθgF_mr=(ng_mr−nF_mr)/(nF_mr− nC_mr)で表される部分分散比であり、fanm_rn1は、前記第1の負レンズの焦点距離である。 - 前記第3レンズ群は、複数の負レンズを含み、
該複数の負レンズのうち少なくとも1つの負レンズは、
0.01<ΔθgF_rn2<0.05
50<νd_rn2<70
なる条件を満足する光学材料を用いて形成されており、
前記複数の負レンズうち像側から2番目に配置された第2の負レンズは、
0.01<|fanm_rn2/f|<0.30
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の光学系。
ただし、ΔθgF_rn2は、ΔθgF_rn2=θgF_rn2−(−1.665×10−7×νd_rn23+5.213×10−5×νd_rn22−5.656×10−3×νd_rn2+0.7278)なる式で定義される異常部分分散比であり、νd_rnおよびθgF_rn2はそれぞれ、前記少なくとも1つの負レンズに用いられる前記光学材料のg線、F線、d線およびC線における屈折率をそれぞれng_rn2,nF_rn2,nd_rn2およびnC_rn2とするときに、νd_rn2=(nd_rn2−1)/(nF_rn2−nC_rn2)で表されるアッベ数およびθgF_rn2=(ng_rn2−nF_rn2)/(nF_rn2−nC_rn2)で表される部分分散比であり、fanm_rn2は前記第2の負レンズの焦点距離である。 - 前記第1レンズ群は、非球面を有するレンズを含み、
該非球面は、光軸から周辺に向かって負の屈折力が強くなる形状を有するとともに、
1.00×10−4<|dsag/fasph|<1.00×10−3
0.50<|hasph/hbasph|<0.85
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の光学系。
ただし、dsagは前記非球面を通過する最外周の光線の位置における近軸球面に対する該非球面の光軸方向での離れ量であり、fasphは前記非球面を有するレンズの焦点距離であり、hasphは近軸軸上光線が前記非球面を通過する際の光軸からの高さであり、hbasphは瞳近軸光線が前記非球面を通過する際の光軸からの高さである。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
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