JP7217858B2 - 光学系、光学機器 - Google Patents
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Description
従来から合焦に伴う諸収差、特に色収差の変動を抑えるために屈折率や分散の異なる2つ以上の凸レンズと凹レンズを組み合わせる方法が広く用いられてきた(特許文献1)。
そのため、レンズ枚数の増加や、凸レンズのパワーを相殺する分だけ凹レンズのパワーが必要となることによるサグ量の増大などにより、合焦群の体積が大きくなって大型重量化する等の問題があった。
1.700 < nd
60.00 < νd
-0.20 < βγ < 0.40
ff < 0.00
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数、
βγ:無限遠合焦状態での前記特定レンズを含むレンズ群よりも像側の光学系全体の合成倍率、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。
1.700 < nd (1)
60.00 < νd (2)
-0.20 < βγ < 0.40 (4)
ff < 0.00 (8)
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数。
βγ:無限遠合焦状態での前記特定レンズを含むレンズ群よりも像側の光学系全体の合成倍率、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。
これに対して、当該光学系が条件式(1)を満足する特定レンズを合焦群に含まない場合、少ないレンズ枚数で、合焦領域全体にわたり諸収差の変動を抑えることが困難になる。
そのため、合焦領域全体にわたって良好な光学性能を実現するには、合焦群のパワーを維持するためにレンズ枚数を増加させたり、レンズの曲率を大きくしたりする必要があり、そうするとレンズ群の体積が大きくなったり、レンズのサグ量が増大してレンズが重くなるので、当該光学系の小型軽量化を図ることが困難になる。
これに対して、当該光学系が条件式(2)を満足する特定レンズを合焦群に含まない場合、少ないレンズ枚数で、合焦領域全体にわたり軸上色収差の変動や倍率色収差の変動を抑えることが困難になる。そのため、合焦領域全体にわたって良好な光学性能を実現するには、レンズ枚数を増加させたり、色消しの為のレンズ体積を増やしたりする必要があり、そうするとレンズ群全体の体積の増大を招くため、当該光学系の小型軽量化を図ることが困難になる。
条件式(1)、(2)を満足する特定レンズとしては、例えばサファイア(nd=1.768、νd=72.27)やスピネル(nd=1.715、νd=63.6)が該当する。
条件式(4)の範囲内にあれば、合焦領域全体にわたり像面上の結像状態を良好に保つことができる。特に特定レンズが異方性をもつ結晶から構成されている場合には、条件式(4)を満足する範囲内であれば複屈折性による通常光線と異常光線の結像状態の差が像面上で拡大されることによる光学性能の低下を抑えることができる。
この効果をより確実にするために、条件式(4)の下限値が-0.80、-0.70、-0.60、-0.50、-0.40、-0.30、-0.20、さらに-0.10であることがより好ましい。
この効果をより確実にするために、条件式(4)の上限値が0.80、0.70、0.60、0.50、0.40、0.30、0.20、さらに、0.10であることがより好ましい。
ff < 0.00 (8)
但し、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。
条件式(8)は、特定レンズを含むレンズ群の焦点距離の適切な値を規定するものである。この条件式(8)を満足することにより、合焦群を特定レンズのみで構成したとしても、合焦群の移動による諸収差、特に球面収差の変動を抑えることができる。また合焦群を特定レンズ及び色消しレンズで構成したとしても色消レンズの色消し作用は低くてもよくなり、レンズ枚数の増加やサグ量の増加を抑えることができる。
この条件式(8)の効果を確実なものとするために、条件式(8)の上限値を-5.00、-10.00、-15,00、-20.00、-25.00、-30.00、さらに-40.00とすることが望ましい。
なお、特定レンズのパワーを適切に確保するためには、条件式(8)に下限値を定めた次の条件式(8-1)を満足することが望ましい。
-10000 < ff < 0.00 (8-1)
この条件式(8-1)の効果を確実なものとするために、下限値を-1000とすることが好ましい。
1.700 < nd
60.00 < νd
-0.60 < β γ < 1.00
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数
β γ :無限遠合焦状態での前記特定レンズを含むレンズ群よりも像側の光学系全体の合成倍率。
このように特定レンズを含むレンズ群は物体側に正の屈折力を有する第1レンズ群を有することで、近軸光線高を下げ、合焦に伴う収差変動を抑えることができ、特に、特定レンズが異方性をもつ結晶から構成されている場合には、複屈折性に伴う像面湾曲や歪曲収差の常光と異常光の差を小さくできる。
なお、無限遠物体から近距離物体への少なくとも一部の合焦に際して、第2レンズ群が像側へ移動するとともに前記後群の合焦群が物体側に移動することが望ましい。この場合、第2レンズ群よりも像側のレンズ群で発生する諸収差を良好に補正することができ、結像面中心から周辺にいたるまで高性能な光学系を提供することができる。さらにこの効果を確実なものとするには、前記後群の合焦群の像側に合焦時に不動のレンズ群を有することが望ましい。
|θ| < 10.0° (3)
但し、
θ:前記光学軸と光学系の光軸とのずれ角度。
条件式(3)の上限値を上回ると、光学系が回転対称でなくなり、好ましくない。
ここで、2つの合焦群として後述する第1実施例では、第2レンズ群G2及び第4レンズ群G4となっているが、この限りではない。
2ω < 50.0° (5)
但し、
ω:最大撮影半画角。
なお、この条件式(5)の効果を確実なものとするために、条件式(5)の上限値を45.0°、40.0°、35.0°、さらに30.0°とすることが望ましい。
fp < 0.00 (6)
但し、
fp:前記特定レンズの焦点距離。
なお、条件式(6)や以降で説明する他の条件式等での長さの単位は特記のない場合には「mm」である。
この条件式(6)の効果を確実なものとするために、条件式(6)の上限値を-1.00、-5.00、-10.00、-15.00、-20.00、-30.00、-40.00、-50.00、-55.00、さらに-60.00とすることが望ましい。
-10000 < fp < 0.00 (6-1)
この条件式(6-1)の効果を確実なものとするために、下限値を-1000とすることが好ましい。
0.10 < (-fp)/f < 10.00 (7)
但し、
fp:前記特定レンズの焦点距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。
ff < 0.00 (8)
但し、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。
この条件式(8)の効果を確実なものとするために、条件式(8)の上限値を-5.00、-10.00、-15,00、-20.00、-25.00、-30.00、さらに-40.00とすることが望ましい。
-10000 < ff < 0.00 (8-1)
この条件式(8-1)の効果を確実なものとするために、下限値を-1000とすることが好ましい。
0.10 < (-ff)/f < 10.00 (9)
但し、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。
f/d0 < 0.100 (10)
但し、
d0:物体から最も物体側のレンズ面の頂点までの光軸上の距離の内で最大距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。
条件式(10)の上限値を上回ると、適切なパワーバランスを保持することができなくなり諸収差の発生が大きくなってしまう。
なお、この条件式(10)の効果を確実なものとするために、条件式(10)の上限値を0.090、0.080、0.070、0.060、0.050、0.040、0.030、さらに0.020とすることが望ましい。
|β| < 0.50 (11)
但し、
β:近距離合焦状態における光学系全体の結像倍率。
図9は、光学系OLを搭載したカメラ1の構成の一例を示す図である。
カメラ1において、不図示の物体(被写体)からの光は、撮影レンズ2で集光されて、不図示のOLPF(Optical low pass filter:光学ローパスフィルタ)を介して撮像部3の撮像面上に被写体像を形成する。そして、撮像部3に設けられた光電変換素子によって被写体像が光電変換されて被写体の画像が生成される。この画像は、カメラ1に設けられたEVF(Electronic view finder:電子ビューファインダ)4に表示される。これにより、撮影者は、EVF4を介して被写体を観察することができる。また、撮影者によって不図示のレリーズボタンが押されると、撮像部3で生成された被写体の画像が不図示のメモリーに記憶される。このようにして、撮影者はカメラ1による被写体の撮影を行うことができる。
1.700 < nd (1)
60.00 < νd (2)
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数。
図1は、本願の第1実施例に係る光学系の無限遠合焦状態の断面図である。
本実施例に係る光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、正の屈折力を有する第4レンズ群G4と、負の屈折力を有する第5レンズ群G5と、フィルタ群FLとから構成されている。
以下の表1に、第1実施例における各諸元の値を示す。
(基本諸元)
f 82.45
FNO 1.97
ω 14.5
Y 21.60
TL 110.03
BF 18.06
BF(空気換算長) 17.51
(面データ)
面番号 r d nd νd
0(物面) ∞ (可変)
1 90.5647 5.105 1.497820 82.57
2 -263.3971 0.100
3 51.0450 9.224 1.497820 82.57
4 -72.0468 1.500 1.720467 34.71
5 230.7021 (可変)
6 -360.0005 1.500 1.768240 72.27
7 63.0001 (可変)
8 41.4111 6.329 2.001000 29.12
9 -317.6815 1.000
10 153.9239 4.349 1.497820 82.57
11 -67.0484 1.500 1.829805 27.72
12 30.4046 6.487
13(絞り) ∞ 8.125
14 ∞ 1.500 1.621018 32.16
15 81.7945 0.100
16 52.9304 4.968 1.922493 32.94
17 -128.3954 (可変)
18 132.7759 3.829 1.868256 36.78
19 -84.0049 0.873
20 -63.3617 2.000 1.756462 24.89
21 -193.9865 (可変)
22 -43.2875 3.000 1.734181 25.21
23 463.5335 16.435
24 ∞ 1.600 1.516800 64.13
25 ∞ 0.025
像面 ∞
(レンズ群焦点距離)
レンズ群 群初面 群焦点距離
第1レンズ群 1 86.90
第2レンズ群 6 -69.68
第3レンズ群 8 60.66
第4レンズ群 18 112.36
第5レンズ群 22 -53.79
(可変間隔データ)
無限遠合焦状態 中間距離合焦状態 近距離合焦状態
f 82.45
β ― -0.033 -0.124
d0 ∞ 2489.137 690.000
d5 2.280 3.880 8.779
d7 7.518 5.918 1.019
d17 18.182 16.090 11.312
d21 2.497 4.588 9.367
(条件式)
(1) nd = 1.768
(2) νd = 72.27
(3) |θ|= 0.00°
(4) βγ = -0.033
(5) 2ω = 29.1°
(6) fp = -69.68
(7) (-fp)/f = 0.85
(8) ff = -69.68
(9) (-ff)/f = 0.85
(10) f/d0 = 0.000
(11) |β|= 0.12
図2、図3、及び図4より、本実施例に係る光学系は無限遠合焦状態、中間距離合焦状態、及び近距離合焦状態の全ての領域にわたって諸収差が良好に補正され優れた結像性能を有していることがわかる。特に色収差に関してもこれら全ての領域で良好に補正されていることがわかる。
なお、第1実施例では両凹負レンズL21が条件式(1)、(2)を満足する特定レンズであり、この特定レンズの硝材は単結晶であるサファイアから構成されており、光学軸が光学系の光軸と同一方向となるように構成されている。
図5は、本願の第2実施例に係る光学系の無限遠合焦状態の断面図である。
本実施例に係る光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、正の屈折力を有する第3レンズ群G3と、フィルタ群FLとから構成されている。
以下の表2に、第2実施例における各諸元の値を示す。
(基本諸元)
f 82.46
FNO 1.84
ω 14.5
Y 21.60
TL 110.02
BF 18.00
BF(空気換算長) 17.45
(面データ)
面番号 r d nd νd
0(物面) ∞ (可変)
1 76.9890 5.085 1.684767 56.08
2 -538.5651 0.100
3 52.6337 6.814 1.497820 82.57
4 -307.9777 1.500 1.849440 26.27
5 145.6644 (可変)
6 -211.7835 2.587 1.808090 22.74
7 -85.3507 1.500 1.768240 72.27
8 51.3216 (可変)
9 40.7438 5.334 1.998541 29.22
10 -7839.0445 0.100
11 55.4583 5.383 1.497820 82.57
12 -80.4080 1.500 1.721212 26.24
13 24.6507 6.093
14(絞り)∞ 1.500
15 ∞ 1.500 1.720435 25.85
16 55.8767 0.100
17 37.7186 5.122 1.699926 55.16
18 6094.3563 13.146
19 83.0033 4.022 1.949229 30.93
20 -126.7654 3.179
21 316.0002 2.000 1.756462 24.89
22 111.7514 7.488
23 -30.9685 1.500 1.470472 85.31
24 -125.1041 16.364
25 ∞ 1.600 1.516800 64.13
26 ∞ 0.030
像面 ∞
(レンズ群焦点距離)
レンズ群 始面 焦点距離
第1レンズ群 1 75.49
第2レンズ群 6 -54.23
第3レンズ群 9 59.27
(可変間隔データ)
無限遠合焦状態 中間距離合焦状態 近距離合焦状態
f 82.46
β ― -0.033 -0.136
d0 ∞ 2560.474 690.000
d5 6.702 9.009 15.974
d8 9.772 7.466 0.500
(条件式)
(1) nd = 1.768
(2) νd = 72.27
(3) |θ|= 0.00°
(4) βγ = -0.058
(5) 2ω = 29.1°
(6) fp = -41.52
(7) (-fp)/f = 0.50
(8) ff = -54.23
(9) (-ff)/f = 0.66
(10) f/d0 = 0.000
(11) |β|= 0.14
図6、図7、及び図8より、本実施例に係る光学系は無限遠合焦状態、中間距離合焦状態、及び近距離合焦状態の全ての領域にわたって諸収差が良好に補正され優れた結像性能を有していることがわかる。特に色収差に関してもこれら全ての領域で良好に補正されていることがわかる。
なお、第2実施例では両凹負レンズL22が条件式(1)、(2)を満足する特定レンズであり、この特定レンズの硝材は単結晶であるサファイアから構成されており、光学軸が光学系の光軸と同一方向となるように構成されている。
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
G3 第3レンズ群
G4 第4レンズ群
G5 第5レンズ群
S 開口絞り
FL フィルタ部
I 像面
Claims (14)
- 合焦に際して、隣接するレンズ群との間隔が変化し、光軸方向に移動するレンズ群に、特定レンズを少なくとも1枚有し、以下の条件式を満足する光学系。
1.700 < nd
60.00 < νd
-0.20 < βγ < 0.40
ff < 0.00
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数、
βγ:無限遠合焦状態での前記特定レンズを含むレンズ群よりも像側の光学系全体の合成倍率、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。 - 合焦に際して、隣接するレンズ群との間隔が変化し、
物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、から構成され、無限遠から至近物点への合焦に際して、前記第2レンズ群を光軸に沿って像側に移動する光学系、
又は、
物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群と、正の屈折力を有する第3レンズ群と、正の屈折力を有する第4レンズ群と、負の屈折力を有する第5レンズ群と、から構成され、無限遠から至近物点への合焦に際して、前記第2レンズ群を光軸に沿って像側に移動し、前記第4レンズ群を光軸に沿って物体側へ移動する光学系、
であって、
前記第2レンズ群に、特定レンズを少なくとも1枚有し、以下の条件式を満足する光学系。
1.700 < nd
60.00 < νd
-0.60 < β γ < 1.00
但し、
nd:前記特定レンズのd線に対する屈折率、
νd:前記特定レンズのd線を基準とするアッベ数、
β γ :無限遠合焦状態での前記特定レンズを含むレンズ群よりも像側の光学系全体の合成倍率。 - 以下の条件式を満足する請求項2に記載の光学系。
ff < 0.00
但し、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離。 - 前記特定レンズは光学軸をもつ単結晶により構成され、前記光学軸と光学系の光軸とのずれ角度が、以下の条件式を満足する請求項1~3のいずれか一項に記載の光学系。
|θ| < 10.0°
但し、
θ:前記光学軸と光学系の光軸とのずれ角度。 - 合焦に際して光軸方向に移動するレンズ群を、前記特定レンズを含むレンズ群を含めて、少なくとも2つ以上備える請求項1~4のいずれか一項に記載の光学系。
- 合焦に際して光軸方向に独立して移動する2つのレンズ群を備え、無限遠物体から近距離物体への合焦に際して前記2つのレンズ群間の距離が小さくなる請求項1~5のいずれか一項に記載の光学系。
- 以下の条件式を満足する請求項1~6のいずれか一項に記載の光学系。
2ω < 50.0°
但し、
ω:最大撮影半画角。 - 以下の条件式を満足する請求項1~7のいずれか一項に記載の光学系。
fp < 0.00
但し、
fp:前記特定レンズの焦点距離。 - 以下の条件式を満足する請求項1~8のいずれか一項に記載の光学系。
0.10 < (-fp)/f < 10.00
但し、
fp:前記特定レンズの焦点距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。 - 以下の条件式を満足する請求項1~9のいずれか一項に記載の光学系。
0.10 < (-ff)/f < 10.00
但し、
ff:前記特定レンズを含むレンズ群の焦点距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。 - 前記特定レンズより物体側に少なくとも一枚の正レンズを有する請求項1~10のいずれか一項に記載の光学系。
- 以下の条件式を満足する請求項1~11のいずれか一項に記載の光学系。
f/d0 < 0.100
但し、
d0:物体から最も物体側のレンズ面の頂点までの光軸上の距離の内で最大距離、
f:無限遠合焦状態における全系の焦点距離。 - 以下の条件式を満足する請求項1~12のいずれか一項に記載の光学系。
|β| < 0.50
但し、
β:近距離合焦状態における光学系全体の結像倍率。 - 請求項1~13のいずれか一項に記載の光学系を備えて構成される光学機器。
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