JP2014085429A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易で、防振時においても光学性能を良好に維持することが容易な光学系を得ること。
【解決手段】 焦点距離がバックフォーカスより短い光学系において、光学系は、開口絞りと光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓを有し、レンズ群Ｌｉｓは正レンズと負レンズの１枚以上を含んでおり、全系の焦点距離ｆ、レンズ群Ｌｉｓの焦点距離ｆｉｓ、開口絞りから防振レンズ群Ｌｉｓの開口絞りから最も遠いレンズ面までの光軸上の長さＤｉｓ、最も物体側のレンズ面から最終レンズ面までの光軸上の長さＤＬを各々適切に設定すること。
【選択図】 図１
【解決手段】 焦点距離がバックフォーカスより短い光学系において、光学系は、開口絞りと光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓを有し、レンズ群Ｌｉｓは正レンズと負レンズの１枚以上を含んでおり、全系の焦点距離ｆ、レンズ群Ｌｉｓの焦点距離ｆｉｓ、開口絞りから防振レンズ群Ｌｉｓの開口絞りから最も遠いレンズ面までの光軸上の長さＤｉｓ、最も物体側のレンズ面から最終レンズ面までの光軸上の長さＤＬを各々適切に設定すること。
【選択図】 図１
Description
本発明は、光学系に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、監視用カメラ、ＴＶカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系に好適なものである。
近年、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置には、高画素の撮像素子が用いられている。このような高画素の撮像素子を備える撮像装置に用いられる撮像光学系には、諸収差が良好に補正され、画面全体にわたり高い光学性能を有することが要求されている。また、より高精細な画像を得るために、撮影時の手ぶれ等の振動の影響による画像の劣化を抑制する防振機構を有することが求められている。防振機構としては、光学系の一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を含む方向に移動させることによって手ぶれ等に起因する像位置の変動を補正する方式が知られている。
従来、焦点距離がバックフォーカスより短い、所謂レトロフォーカスタイプの広角レンズにおいて、防振機構を用いることが知られている（特許文献１）。特許文献１では、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群ＧＬで構成される広角レンズにおいて、レンズ群ＧＬを構成する最も像側の２枚の正レンズを光軸上の点を中心に回転移動させて防振を行うことが開示されている。
レトロフォーカス型の撮像光学系では、前方に負の屈折力のレンズ群が配置され、後方に正の屈折力のレンズ群が配置されており、長いバックフォーカスを確保しつつ広画角の撮影を容易にしている。広画角の撮像光学系においても、撮像光学系が振動すると像ぶれが発生するため、良好なる画像を得るためには防振機能を用いるのが有効である。
光学系（撮像光学系）が振動したときの像ぶれを補正して、良好なる光学性能を得るためには、撮像光学系の光路中の適切なる位置に防振機構（防振レンズ群）を配置することが重要になってくる。特許文献１では、最も像面側に近い位置に配置した２つのレンズを防振レンズ群としている。このため、防振レンズ群に入射する軸外光線の主光線の入射位置が高くなり、軸外光線において防振時に偏心収差の変動が生じ防振時の収差補正が困難になる傾向がある。また防振レンズ群に入射する軸外光線の入射高が高くなり、防振レンズ群が大型化する傾向がある。
光学系が振動したときの像ぶれを、光学性能を良好に維持しつつ、補正するには、防振レンズ群のレンズ構成や屈折力、防振レンズ群の開口絞りからの距離等を適切に設定することが重要である。特に広画角化を図りつつ、画面全体にわたり高い光学性能を得ることを目的とした広画角の撮像光学系では重要である。これらの要素が不適切であると防振時に偏心収差が多く発生し、光学性能が大きく低下してくる。
本発明は、広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易で、防振時においても光学性能を良好に維持することが容易な光学系の提供を目的とする。
本発明の光学系は、焦点距離がバックフォーカスより短い光学系において、前記光学系は、開口絞りと、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓを有し、前記レンズ群Ｌｉｓは正レンズと負レンズの１枚以上を含んでおり、全系の焦点距離をｆ、前記レンズ群Ｌｉｓの焦点距離をｆｉｓ、前記開口絞りから、前記レンズ群Ｌｉｓの該開口絞りから最も遠いレンズ面までの光軸上の長さをＤｉｓ、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをＤＬとするとき、
０．０８＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．５０
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４
なる条件式を満足することを特徴としている。
０．０８＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．５０
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４
なる条件式を満足することを特徴としている。
本発明によれば、広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易で、防振時においても光学性能を良好に維持することが容易な光学系が得られる。
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。本発明の光学系は焦点距離がバックフォーカスより短い広画角の撮像光学系である。光学系は、開口絞りと光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓを有している。
図１は本発明の実施例１のレンズ断面図、図２は実施例１の無限遠物体にフォーカスしているときの縦収差図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１における基準状態と０．５°の防振補正をしたときの横収差図である。図４は本発明の実施例２のレンズ断面図、図５は実施例２の無限遠物体にフォーカスしているときの縦収差図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２における基準状態と０．５°の防振補正をしたときの横収差図である。
図７は本発明の実施例３のレンズ断面図、図８は実施例３の無限遠物体にフォーカスしているときの縦収差図である。図９（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例３における基準状態と０．５°の防振補正をしたときの横収差図である。図１０は本発明の実施例４のレンズ断面図、図１１は実施例４の無限遠物体にフォーカスしているときの縦収差図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例４における基準状態と０．５°の防振補正をしたときの横収差図である。
図１３は本発明の実施例５のレンズ断面図、図１４は実施例５の無限遠物体にフォーカスしているときの縦収差図である。図１５（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例５における基準状態と０．５°の防振補正をしたときの横収差図である。図１６は本発明の光学系を備える一眼レフカメラ(撮像装置)の要部概略図である。
各実施例の光学系は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。尚、各実施例の光学系をプロジェクターなどの投射レンズとして用いても良い。このときは左方がスクリーン、右方が被投射画像となる。
各実施例の光学系を光路中で最も広い空気間隔を境に２つのレンズ群に分けたとき、又は一部のレンズ群を移動させてフォーカシングをするレンズ群があるときは、フォーカシングに際して移動するレンズ群と不動のレンズ群で２つのレンズ群に分ける。このとき物体側を前群、像側を後群と称する。
レンズ断面図において、ＬＡは光学系である。ＬＦは複数のレンズを有する負の屈折力の前群、ＬＲは複数のレンズを有する正の屈折力の後群である。ＳＰは開口絞りである。Ｌｉｓは光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動する防振用のレンズ群（防振レンズ群）である。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。
それぞれの縦収差図は、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲、倍率色収差を表している。球面収差と倍率色収差を示す図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８ｎｍ）を表している。また、非点収差を示す図において、実線のＳはｄ線のサジタル方向、破線のＭはｄ線のメリディオナル方向を表している。また、歪曲を示す図は、ｄ線における歪曲を表している。横収差図において、実線はｄ線のメリディオナル方向、破線はｄ線のサジタル方向、２点鎖線はｇ線のメリディオナル方向を表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは撮影画角の半画角（度）、ｈｇｔは像高である。
本発明の光学系ＬＡは、前群ＬＦが負の屈折力のレンズ群であり、後群ＬＲが正の屈折力のレンズ群である所謂レトロフォーカスタイプの光学系である。このような光学系では像側主点を全系の最終面（最終レンズ面）より像側に位置させることが容易であり、全系の最終面から像面までの距離（バックフォーカス）より全系の焦点距離が小さい広画角の撮像光学系を実現することが容易である。またこのような光学系は特に、最終面の像面側にクイックリターンミラーを配置する一眼レフカメラなど長いバックフォーカスが必要となる広画角用の撮像光学系として有用である。
本発明の光学系は、このようなレトロフォーカスタイプを採用し、開口絞りＳＰを光学系の中央付近に配置し、且つその近傍に防振用のレンズ群Ｌｉｓを配置している。一般的に撮像光学系において、最大画角の軸外光線の光軸からの高さは開口絞りからの距離が離れるにつれ高くなる。本発明の光学系はその傾向がより顕著となる。そのため、開口絞りＳＰから離れた位置に配置するレンズは光線有効径が大きくなってくる。軸外光線は開口絞りＳＰ中心付近を通る光線束からなっているため、開口絞りＳＰ近傍のレンズでは光線有効径は軸外光線の画角の影響を受けにくい。
一方、軸上光線は光学系のＦ値（Ｆナンバー）を決める光線であり、焦点距離が比較的短いレトロフォーカスタイプの広画角レンズでは、光学系の光線有効径を決める上で支配的要因にはならない。そのため、開口絞りＳＰを光学系の中央付近に配置することで開口絞りＳＰ前後のレンズ径のバランスを取ることができ、全体としてレンズ径の大型化を抑えることが容易となる。この時、開口絞りＳＰから離れた最も物体側のレンズや最も像側のレンズは有効径が大きくなるが、レンズ中央付近に配置した開口絞りＳＰ近傍のレンズは有効径が小さくなる。
本発明の光学系は、全系の中でも開口絞りＳＰに比較的近い位置のレンズ群を光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動する防振用のレンズ群Ｌｉｓとしている。これによりレンズ群Ｌｉｓ内を通る軸外光線の入射高さを低くし、防振時の軸外光線の収差変動が少なくなるようにしている。そして更に、レンズ群Ｌｉｓを少なくとも正レンズと、負レンズを各々１枚以上を含むようにして、防振時の色収差の補正や軸外光線の収差補正を容易にしている。
各実施例では、レンズ群Ｌｉｓを光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動させることにより結像位置を光軸に対して垂直方向に移動させている。即ち手振れ等に起因する像位置の変動を補正（防振）している。
各実施例において、全系の焦点距離をｆ、レンズ群Ｌｉｓの焦点距離をｆｉｓとする。開口絞りＳＰから、防振レンズ群Ｌｉｓの開口絞りＳＰから最も遠いレンズ面までの光軸上の長さをＤｉｓとする。最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の長さ（光学長）をＤＬとする。このとき、
０．０８＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．５０ ・・・（１）
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４ ・・・（２）
なる条件式を満足している。
０．０８＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．５０ ・・・（１）
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４ ・・・（２）
なる条件式を満足している。
このとき、光軸上の長さは物体側から像面側に向かう方向を正の符号で表し、像面側から物体側に向かう方向を負の符号で表すこととする。
条件式（１）は、全系の焦点距離に対する防振用のレンズ群Ｌｉｓの屈折力（焦点距離の逆数）を適切にし、レンズ群Ｌｉｓを光軸と垂直方向に移動させた時の収差変動の敏感度と像位置補正の敏感度をバランス良く維持するためのものである。条件式（１）の上限を超えてレンズ群Ｌｉｓの屈折力が強くなると、防振の際に偏心収差が多く発生し、光学性能が劣化してくる。
また、レンズ群Ｌｉｓの変移量に対する像位置の補正量（防振敏感度）が大きくなってくるため、一定の防振効果を得る際のレンズ群Ｌｉｓの変移量（移動量）が小さくなり過ぎて、その移動量を電気的又は機械的に精度良く駆動させるのが困難になってくる。また、条件式（１）の下限を超えてレンズ群Ｌｉｓの屈折力が弱くなると、防振敏感度が低くなり過ぎ、防振時に光軸と垂直成分を持つ方向に駆動させる量が大きくなって駆動機構が大型化してくるので好ましくない。更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．１＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．４ ・・・（１ａ）
条件式（２）は、開口絞りＳＰから、レンズ群Ｌｉｓ内の開口絞りＳＰから一番遠い側のレンズ面までの光軸上の距離Ｄｉｓを適切にし、レンズ群Ｌｉｓの大型化を防止しつつ防振時の光学性能の劣化を防ぐためのものである。条件式（２）の上限を超えてレンズ群Ｌｉｓが開口絞りＳＰから離れすぎて像面側に近づくと、レンズ群Ｌｉｓが大型化するので好ましくない。また、レンズ群Ｌｉｓを通る軸外光線の光軸からの入射高さが高くなり、防振時の軸外光線の収差補正が難しくなる。
条件式（２）は、開口絞りＳＰから、レンズ群Ｌｉｓ内の開口絞りＳＰから一番遠い側のレンズ面までの光軸上の距離Ｄｉｓを適切にし、レンズ群Ｌｉｓの大型化を防止しつつ防振時の光学性能の劣化を防ぐためのものである。条件式（２）の上限を超えてレンズ群Ｌｉｓが開口絞りＳＰから離れすぎて像面側に近づくと、レンズ群Ｌｉｓが大型化するので好ましくない。また、レンズ群Ｌｉｓを通る軸外光線の光軸からの入射高さが高くなり、防振時の軸外光線の収差補正が難しくなる。
条件式 （２）の下限を超えてレンズ群Ｌｉｓが開口絞りＳＰから離れすぎて物体側に近づくと、同様にレンズ群Ｌｉｓが大型化するので好ましくない。また、レンズ群Ｌｉｓを通る軸外光線の光軸からの入射高さが高くなり、防振時の軸外光線の収差補正が難しくなる。更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−０．６０＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．３５ ・・・（２ａ）
各実施例によれば、以上のようにレンズ構成を特定することによって高い光学性能を持ちながらも、防振時の収差補正も良好に行ない、且つ防振用のレンズ群Ｌｉｓの大型化を抑制した広画角の光学系が容易に得られる。
各実施例によれば、以上のようにレンズ構成を特定することによって高い光学性能を持ちながらも、防振時の収差補正も良好に行ない、且つ防振用のレンズ群Ｌｉｓの大型化を抑制した広画角の光学系が容易に得られる。
各実施例において、防振時の光学性能を良好に維持しつつ、高い光学性能を得るには、以下の条件式のうち１以上を満足することが望ましい。レンズ群Ｌｉｓの横倍率をβｉｓ、レンズ群Ｌｉｓよりも像側に位置するレンズ成分の横倍率βｒとする。但し横倍率は無限遠物体にフォーカスしたときの値である。レンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強いレンズｌｐの焦点距離をｆｐ、レンズ群Ｌｉｓの中で負の屈折力が最も強いレンズｌｎの焦点距離をｆｎとする。レンズｌｐの材料のアッベ数をνｐ、レンズｌｎの材料のアッベ数をνｎとする。
レンズ群ｌｐまたはレンズｌｎのうちレンズ群Ｌｉｓの屈折力と同符号のレンズの材料のアッベ数をνｉｓとする。レンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さ（最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの長さ）をＴｉｓとする。最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さ（レンズ全長）をＴＬとする。このとき次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。
０．１＜｜（１−βｉｓ）βｒ｜＜０．７ ・・・（３）
０．２５＜|ｆｐ／ｆｎ|＜４．００ ・・・（４）
５＜|νｐ−νｎ| ・・・（５）
３５＜νｉｓ ・・・（６）
０．０３＜Ｔｉｓ／ＤＬ＜０．３０ ・・・（７）
２．０＜ＴＬ／ｆ＜５．０ ・・・（８）
次に各条件式の技術的意味について説明する。
０．２５＜|ｆｐ／ｆｎ|＜４．００ ・・・（４）
５＜|νｐ−νｎ| ・・・（５）
３５＜νｉｓ ・・・（６）
０．０３＜Ｔｉｓ／ＤＬ＜０．３０ ・・・（７）
２．０＜ＴＬ／ｆ＜５．０ ・・・（８）
次に各条件式の技術的意味について説明する。
条件式（３）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの光軸に対する垂直方向成分の移動量と、これに伴い発生する結像面上の光軸に対する垂直方向の像点移動量の比に関する。条件式（３）の値が大きいほど少ない移動量で像点移動が可能となる。以下、条件式（３）で規定する値を防振敏感度と称する。条件式（３）の上限を超えて防振敏感度が高すぎると一定の防振効果を得る時の防振用のレンズ群Ｌｉｓの変位量（移動量）が小さくなり過ぎて、その移動量を電気的又は機械的に精度良く駆動させるのが困難になってくる。
また、条件式（３）の下限値を超えて防振敏感度が低すぎると、防振時の光軸に対する垂直方向成分の変位量が大きくなって駆動機構の負荷が大きくなり好ましくない。
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．１２＜｜（１−βｉｓ）βｒ｜＜０．６０ ・・・（３ａ）
条件式（４）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強い（大きい）レンズｌｐと、負の屈折力（負の屈折力の絶対値）が最も強いレンズｌｎの焦点距離の比に規定している。条件式（４）の上限または下限の範囲を超えて、レンズｌｐとレンズｌｎのどちらかの屈折力が弱すぎると、レンズ群Ｌｉｓ内での収差補正が困難となり、防振時の収差変動が大きくなってくる。
条件式（４）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強い（大きい）レンズｌｐと、負の屈折力（負の屈折力の絶対値）が最も強いレンズｌｎの焦点距離の比に規定している。条件式（４）の上限または下限の範囲を超えて、レンズｌｐとレンズｌｎのどちらかの屈折力が弱すぎると、レンズ群Ｌｉｓ内での収差補正が困難となり、防振時の収差変動が大きくなってくる。
レンズ群Ｌｉｓが正の屈折力を持つレンズ群である場合、更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．２５＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜３．００ ・・・（４ａ）
レンズ群Ｌｉｓが負の屈折力を持つレンズ群である場合、更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
レンズ群Ｌｉｓが負の屈折力を持つレンズ群である場合、更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．３＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜４．０ ・・・（４ｂ）
条件式（５）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強いレンズｌｎを構成する材料の分散と、負の屈折力が最も強いレンズｌｎを構成する材料の分散の差を規定している。
条件式（５）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強いレンズｌｎを構成する材料の分散と、負の屈折力が最も強いレンズｌｎを構成する材料の分散の差を規定している。
防振時の色収差の変動を小さくするためには、全系での色収差が良好に補正されていることに加えて、レンズ群Ｌｉｓ内でも色収差が良好に補正されていることが望ましい。条件式（５）の範囲を超えてレンズｌｐとレンズｌｎを構成する材料の分散の差が小さいとレンズ群Ｌｉｓ内での色収差補正が不十分となり、特に防振時の色収差の変動が大きくなってくる。特に前述の条件式（２）において絶対値が大きくなるような位置にレンズ群Ｌｉｓを配置する場合、更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１０＜｜νｐ−νｎ｜ ・・・（５ａ）
具体的には、条件式（２）の値が
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜−０．３
若しくは
０．２＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４ ・・・（２ｂ）
の範囲にあるような場合は、上記条件式（５ａ）を満足することが望ましい。
具体的には、条件式（２）の値が
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜−０．３
若しくは
０．２＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４ ・・・（２ｂ）
の範囲にあるような場合は、上記条件式（５ａ）を満足することが望ましい。
条件式（２ｂ）の範囲を取るような位置にレンズ群Ｌｉｓを配置した場合、レンズ群Ｌｉｓを通る軸外光線の光軸からの入射高さがやや高くなり、特に防振時の倍率色収差の変動が発生しやすい。そのため、レンズ群Ｌｉｓ内での色収差の変動を充分に補正しておく為に、上記（５ａ）の条件を満足することが望ましい。
条件式（６）は、防振用のレンズ群Ｌｉｓを構成するレンズの内、レンズ群Ｌｉｓの屈折力を最も多く担っているレンズを構成する材料に関して、その分散の値の適正な範囲を規定している。条件式（６）の範囲を超えて、レンズ群Ｌｉｓと同符号の屈折力を有するレンズを材料のアッベ数が小さくなる（分散が大きくなる）と、防振時の色収差の変動が大きくなってくる。更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
４０＜νｄ ・・・（６ａ）
条件式（７）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さＴｉｓと第一レンズ面（最も物体側のレンズ面）から最終レンズ面までの光軸上の長さ（光学長）ＤＬの比に関して適切な範囲を規定している。条件式（７）の上限を超えてレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さが長過ぎると、レンズ群Ｌｉｓが大型化し、駆動機構の負荷が過大となってくる。条件式（７）の下限を超えてレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さが短過ぎると、加工が困難なレンズ形状になってくるので良くない。更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
条件式（７）は防振用のレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さＴｉｓと第一レンズ面（最も物体側のレンズ面）から最終レンズ面までの光軸上の長さ（光学長）ＤＬの比に関して適切な範囲を規定している。条件式（７）の上限を超えてレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さが長過ぎると、レンズ群Ｌｉｓが大型化し、駆動機構の負荷が過大となってくる。条件式（７）の下限を超えてレンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さが短過ぎると、加工が困難なレンズ形状になってくるので良くない。更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０４＜Ｔｉｓ／ＤＬ＜０．２０ ・・・（７ａ）
条件式（８）は、全系の焦点距離に対する好適なレンズ全長の割合を規定する。条件式（８）の上限を超えると、光学系及びそれを保持する鏡筒が大型化し、撮影時の持ち運びが不便になってくる。逆に、条件式（８）の下限を超えると、バックフォーカスを十分確保しつつ良好な光学性能を達成するのが困難になってくる。更に好ましくは条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
条件式（８）は、全系の焦点距離に対する好適なレンズ全長の割合を規定する。条件式（８）の上限を超えると、光学系及びそれを保持する鏡筒が大型化し、撮影時の持ち運びが不便になってくる。逆に、条件式（８）の下限を超えると、バックフォーカスを十分確保しつつ良好な光学性能を達成するのが困難になってくる。更に好ましくは条件式（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
２．５＜ＴＬ／ｆ＜４．５ ・・・（８ａ）
次に各実施例のレンズ構成について説明する。図１の実施例１、図４の実施例２において光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の前群ＬＦと正の屈折力の後群ＬＲよりなる。
次に各実施例のレンズ構成について説明する。図１の実施例１、図４の実施例２において光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の前群ＬＦと正の屈折力の後群ＬＲよりなる。
前群ＬＦは物体側から像側へ順に正レンズ、負レンズ、負レンズからなる。後群ＬＲは物体側から像側へ順に光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓ、正レンズ、開口絞り、負レンズ、正レンズ、正レンズからなる。フォーカシングは光学系全体を移動して行っている。
図７の実施例３において光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の前群ＬＦと正の屈折力の後群ＬＲよりなる。前群ＬＦは物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズからなる。後群ＬＲは正レンズ、開口絞り、負レンズ、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓ、正レンズ、正レンズからなる。フォーカシングは光学系全体を移動して行っている。
図１０の実施例４において光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、フォーカシングに際して不動の負の屈折力の前群ＬＦとフォーカシングに際して移動する正の屈折力の後群ＬＲよりなる。前群ＬＦは物体側から像側へ順に正レンズ、負レンズ、正レンズよりなる。後群ＬＲは物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、開口絞り、正レンズ、負レンズ、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓ、正レンズよりなる。
図１３の実施例５において光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に負の屈折力の前群ＬＦと正の屈折力の後群ＬＲよりなる。前群は物体側から像側へ順に負レンズ、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓ、負レンズよりなる。前記後群は負レンズ、正レンズ、開口絞り、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズよりなる。フォーカシングは光学系全体を移動して行っている。
次に、本発明の光学系を用いた一眼レフカメラシステム（撮像装置）の実施例を、図１６を用いて説明する。図１６において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明による光学系を搭載した交換レンズである。１２は交換レンズ１１を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子などの記録手段である。１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１で形成された被写体像を記録手段１２とファインダー光学系１３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。
ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は記録手段１２に結像して記録される。１８はサブミラー、１９は焦点検出装置である。このように本発明の光学系を一眼レフカメラ等の交換レンズ等の撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有した撮像装置を実現している。
尚、本発明はクイックリターンミラーのないカメラにも同様に適用することができる。また、プロジェクター用の投射レンズにも同様に適用することができる。
以下に、実施例１〜５に各々対応する数値実施例１〜５を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは第ｉ番目（第ｉ面）の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。ＢＦはバックフォーカスである。＊はその面が非球面であることを示す。（非球面データ）には、非球面を次式で表した場合の非球面係数を示す。
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2＋Ｂ・ｈ4＋Ｃ・ｈ6＋Ｄ・ｈ8＋Ｅ・ｈ10
但し、
ｘ：光軸方向の基準面からの変位量である。
ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さである。
Ｒ：ベースとなる２次曲面の半径である。
但し、
ｘ：光軸方向の基準面からの変位量である。
ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さである。
Ｒ：ベースとなる２次曲面の半径である。
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。なお、「ｅ−Ｚ」の表示は「１０-Z」を意味する。又前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。
（数値実施例１）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 70.710 2.90 1.51633 64.1
2 152.571 0.20
4 17.124 6.15
5 206.476 1.50 1.51633 64.1
6 19.419 12.79
7 61.632 3.00 1.83481 42.7
8 -44.559 1.40 1.62004 36.3
9 47.336 2.00
10 19.758 4.85 1.65412 39.7
11 -110.713 2.34
12(絞り) ∞ 4.00
13 -26.943 2.35 1.80518 25.4
14 45.710 0.70
15 50.202 3.40 1.58913 61.1
16 -60.706 0.79
17* -174.022 3.15 1.58313 59.4
18 -19.740
像面 ∞
非球面データ
第17面
B=-4.56928e-05 C= 1.05395e-08 D=-9.32716e-10 E= 0.0
各種データ
焦点距離 27.70
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）38.00
像高 21.64
レンズ全長 91.72
BF 38.70
防振レンズ群（第７面〜９面）データ
ｆｉｓ 176.80
βｉｓ 1.264
βｒ -0.805
ｆｐ 31.38
ｆｎ -36.80
νｐ 42.7
νｎ 36.3
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 70.710 2.90 1.51633 64.1
2 152.571 0.20
4 17.124 6.15
5 206.476 1.50 1.51633 64.1
6 19.419 12.79
7 61.632 3.00 1.83481 42.7
8 -44.559 1.40 1.62004 36.3
9 47.336 2.00
10 19.758 4.85 1.65412 39.7
11 -110.713 2.34
12(絞り) ∞ 4.00
13 -26.943 2.35 1.80518 25.4
14 45.710 0.70
15 50.202 3.40 1.58913 61.1
16 -60.706 0.79
17* -174.022 3.15 1.58313 59.4
18 -19.740
像面 ∞
非球面データ
第17面
B=-4.56928e-05 C= 1.05395e-08 D=-9.32716e-10 E= 0.0
各種データ
焦点距離 27.70
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）38.00
像高 21.64
レンズ全長 91.72
BF 38.70
防振レンズ群（第７面〜９面）データ
ｆｉｓ 176.80
βｉｓ 1.264
βｒ -0.805
ｆｐ 31.38
ｆｎ -36.80
νｐ 42.7
νｎ 36.3
（数値実施例２）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 68.237 2.99 1.51633 64.1
2 160.754 0.20
3 52.637 1.50 1.51633 64.1
4 18.406 5.06
5 81.357 1.50 1.58913 61.1
6 18.954 14.34
7 43.097 2.34 1.80400 46.6
8 -138.167 0.60
9 -226.375 1.00 1.61293 37.0
10 35.059 2.00
11 19.707 5.13 1.65412 39.7
12 -78.719 2.74
13(絞り) ∞ 4.00
14 -23.416 1.00 1.80518 25.4
15 48.743 0.92
16 52.996 2.61 1.58913 61.1
17 -47.986 1.99
18* -139.826 3.09 1.58313 59.4
19 -20.055
像面 ∞
非球面データ
第18面
B=-4.52781e-05 C=-2.25788e-08 D=-6.86526e-10 E= 0.0
焦点距離 27.59
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）38.10
像高 21.64
レンズ全長 91.85
BF 38.83
防振レンズ群（第７面〜１０面）データ
ｆｉｓ 193.69
βｉｓ 1.211
βｒ -0.867
ｆｐ 41.10
ｆｎ -49.46
νｐ 46.6
νｎ 37.0
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 68.237 2.99 1.51633 64.1
2 160.754 0.20
3 52.637 1.50 1.51633 64.1
4 18.406 5.06
5 81.357 1.50 1.58913 61.1
6 18.954 14.34
7 43.097 2.34 1.80400 46.6
8 -138.167 0.60
9 -226.375 1.00 1.61293 37.0
10 35.059 2.00
11 19.707 5.13 1.65412 39.7
12 -78.719 2.74
13(絞り) ∞ 4.00
14 -23.416 1.00 1.80518 25.4
15 48.743 0.92
16 52.996 2.61 1.58913 61.1
17 -47.986 1.99
18* -139.826 3.09 1.58313 59.4
19 -20.055
像面 ∞
非球面データ
第18面
B=-4.52781e-05 C=-2.25788e-08 D=-6.86526e-10 E= 0.0
焦点距離 27.59
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）38.10
像高 21.64
レンズ全長 91.85
BF 38.83
防振レンズ群（第７面〜１０面）データ
ｆｉｓ 193.69
βｉｓ 1.211
βｒ -0.867
ｆｐ 41.10
ｆｎ -49.46
νｐ 46.6
νｎ 37.0
（数値実施例３）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 77.184 3.28 1.51633 64.1
2 230.985 0.10
3 40.584 1.50 1.51633 64.1
4 16.912 6.65
5 137.144 1.50 1.51633 64.1
6 18.110 7.99
7 32.844 3.41 1.83400 37.2
8 -1157.221 9.46
9 48.745 2.82 1.72916 54.7
10 -38.501 0.86
11(絞り) ∞ 1.97
12 -27.330 1.60 1.84666 23.8
13 63.253 1.90
14 -60.483 1.76 1.78590 44.2
15 -20.152 1.00 1.62230 53.2
16 464.380 1.20
17 105.809 3.57 1.58913 61.1
18 -23.419 0.20
19* -112.098 2.29 1.58313 59.4
20 -39.160
像面 ∞
非球面データ
第19面
B=-1.49085e-05 C= 1.57058e-08 D=-4.27129e-10 E= 1.51433e-12
焦点距離 28.42
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）37.28
像高 21.64
レンズ全長 90.84
BF 37.80
防振レンズ群（第１４面〜１６面）データ
ｆｉｓ -163.07
βｉｓ 0.596
βｒ -0.543
ｆｐ 37.73
ｆｎ -31.01
νｐ 44.2
νｎ 53.2
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 77.184 3.28 1.51633 64.1
2 230.985 0.10
3 40.584 1.50 1.51633 64.1
4 16.912 6.65
5 137.144 1.50 1.51633 64.1
6 18.110 7.99
7 32.844 3.41 1.83400 37.2
8 -1157.221 9.46
9 48.745 2.82 1.72916 54.7
10 -38.501 0.86
11(絞り) ∞ 1.97
12 -27.330 1.60 1.84666 23.8
13 63.253 1.90
14 -60.483 1.76 1.78590 44.2
15 -20.152 1.00 1.62230 53.2
16 464.380 1.20
17 105.809 3.57 1.58913 61.1
18 -23.419 0.20
19* -112.098 2.29 1.58313 59.4
20 -39.160
像面 ∞
非球面データ
第19面
B=-1.49085e-05 C= 1.57058e-08 D=-4.27129e-10 E= 1.51433e-12
焦点距離 28.42
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）37.28
像高 21.64
レンズ全長 90.84
BF 37.80
防振レンズ群（第１４面〜１６面）データ
ｆｉｓ -163.07
βｉｓ 0.596
βｒ -0.543
ｆｐ 37.73
ｆｎ -31.01
νｐ 44.2
νｎ 53.2
（数値実施例４）
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 66.998 3.75 1.48749 70.2
2 197.486 0.10
3 40.664 2.00 1.65160 58.5
4 17.649 4.64
5 46.839 2.60 1.77250 49.6
6 100.511 3.13
7 26.865 1.60 1.65160 58.5
8 9.583 3.59
9 81.025 2.50 1.84666 23.8
10 554.320 0.21
11 42.536 7.90 1.84666 23.8
12 34.328 1.57
13(絞り) ∞ 2.50
14 74.525 3.75 1.79952 42.2
15 -17.110 2.04
16 -31.690 1.60 1.80518 25.4
17 63.141 1.08
18* 136.755 3.60 1.63930 44.9
19 -18.630 1.20 1.80000 29.8
20 -51.939 1.45
21* -53.318 3.20 1.67790 55.3
22 -18.616
像面 ∞
非球面データ
第18面
B= 3.12785e-06 C =-6.65485e-08 D= 5.91710e-10 E=-1.60210e-12
第21面
B=-2.73568e-05 C= 3.68829e-08 D=-3.83418e-10 E=0.0
焦点距離 24.50
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）41.45
像高 21.64
レンズ全長 91.91
BF 37.90
防振レンズ群（第１８面〜２０面）データ
焦点距離
ｆｉｓ 87.55
βｉｓ -3.614
βｒ 0.093
ｆｐ 25.88
ｆｎ -36.91
νｐ 44.9
νｎ 29.8
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 66.998 3.75 1.48749 70.2
2 197.486 0.10
3 40.664 2.00 1.65160 58.5
4 17.649 4.64
5 46.839 2.60 1.77250 49.6
6 100.511 3.13
7 26.865 1.60 1.65160 58.5
8 9.583 3.59
9 81.025 2.50 1.84666 23.8
10 554.320 0.21
11 42.536 7.90 1.84666 23.8
12 34.328 1.57
13(絞り) ∞ 2.50
14 74.525 3.75 1.79952 42.2
15 -17.110 2.04
16 -31.690 1.60 1.80518 25.4
17 63.141 1.08
18* 136.755 3.60 1.63930 44.9
19 -18.630 1.20 1.80000 29.8
20 -51.939 1.45
21* -53.318 3.20 1.67790 55.3
22 -18.616
像面 ∞
非球面データ
第18面
B= 3.12785e-06 C =-6.65485e-08 D= 5.91710e-10 E=-1.60210e-12
第21面
B=-2.73568e-05 C= 3.68829e-08 D=-3.83418e-10 E=0.0
焦点距離 24.50
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）41.45
像高 21.64
レンズ全長 91.91
BF 37.90
防振レンズ群（第１８面〜２０面）データ
焦点距離
ｆｉｓ 87.55
βｉｓ -3.614
βｒ 0.093
ｆｐ 25.88
ｆｎ -36.91
νｐ 44.9
νｎ 29.8
（数値実施例５）
単位 mm
面番号 r d nd νd
1* 40.777 1.80 1.65100 56.2
2 18.414 8.03
3* 41.792 1.20 1.83400 37.2
4 24.123 5.40 1.51633 64.1
5 -245.518 1.00
6 16.493 1.24 1.62041 60.3
7 9.902 9.00
8 -39.271 1.60 1.51633 64.1
9 53.179 0.20
10 26.595 3.40 1.84666 23.8
11 189.806 2.71
12(絞り) ∞ 1.00
13 39.449 3.74 1.69680 55.5
14 -23.883 3.66
15 -18.260 1.80 1.84666 23.8
16 61.382 0.42
17 180.550 3.17 1.69680 55.5
18 -19.247 0.54
19* -28.376 2.00 1.72916 54.7
20 -19.797
像面 ∞
非球面データ
第1面
B= 3.10251e-06 C=-5.18081e-09 D= 1.06929e-11 E=-5.02984e-15
第3面
B= 1.85875e-06 C= 6.78623e-09 D=-6.34644e-12 E=0.0
第19面
B=-3.02320e-05 C= 8.08892e-08 D=-2.62288e-09 E= 1.22172e-11
焦点距離 23.50
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）42.63
像高 21.64
レンズ全長 89.80
BF 37.90
防振レンズ群（第３面〜５面）データ
ｆｉｓ 111.32
βｉｓ 2.186
βｒ -0.202
ｆｐ 42.83
ｆｎ -70.60
νｐ 64.1
νｎ 37.2
単位 mm
面番号 r d nd νd
1* 40.777 1.80 1.65100 56.2
2 18.414 8.03
3* 41.792 1.20 1.83400 37.2
4 24.123 5.40 1.51633 64.1
5 -245.518 1.00
6 16.493 1.24 1.62041 60.3
7 9.902 9.00
8 -39.271 1.60 1.51633 64.1
9 53.179 0.20
10 26.595 3.40 1.84666 23.8
11 189.806 2.71
12(絞り) ∞ 1.00
13 39.449 3.74 1.69680 55.5
14 -23.883 3.66
15 -18.260 1.80 1.84666 23.8
16 61.382 0.42
17 180.550 3.17 1.69680 55.5
18 -19.247 0.54
19* -28.376 2.00 1.72916 54.7
20 -19.797
像面 ∞
非球面データ
第1面
B= 3.10251e-06 C=-5.18081e-09 D= 1.06929e-11 E=-5.02984e-15
第3面
B= 1.85875e-06 C= 6.78623e-09 D=-6.34644e-12 E=0.0
第19面
B=-3.02320e-05 C= 8.08892e-08 D=-2.62288e-09 E= 1.22172e-11
焦点距離 23.50
Fナンバー 2.86
半画角ω（度）42.63
像高 21.64
レンズ全長 89.80
BF 37.90
防振レンズ群（第３面〜５面）データ
ｆｉｓ 111.32
βｉｓ 2.186
βｒ -0.202
ｆｐ 42.83
ｆｎ -70.60
νｐ 64.1
νｎ 37.2
ＬＡ 光学系 Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群
Ｇｉｓ 防振レンズ群 ＳＰ 開口絞り
Ｇｉｓ 防振レンズ群 ＳＰ 開口絞り
Claims (12)
- 焦点距離がバックフォーカスより短い光学系において、前記光学系は、開口絞りと、光軸に対して垂直方向の成分を持つ方向に移動して結像位置を光軸に対して垂直方向に移動するレンズ群Ｌｉｓを有し、前記レンズ群Ｌｉｓは正レンズと負レンズの１枚以上を含んでおり、全系の焦点距離をｆ、前記レンズ群Ｌｉｓの焦点距離をｆｉｓ、前記開口絞りから、前記レンズ群Ｌｉｓの該開口絞りから最も遠いレンズ面までの光軸上の長さをＤｉｓ、最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の長さをＤＬとするとき、
０．０８＜ｆ／｜ｆｉｓ｜＜０．５０
−０．７＜Ｄｉｓ／ＤＬ＜０．４
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。 - 前記レンズ群Ｌｉｓの横倍率をβｉｓ、前記レンズ群Ｌｉｓよりも像側に位置するレンズ成分の横倍率βｒとするとき、
０．１＜｜（１−βｉｓ）βｒ｜＜０．７
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。 - 前記レンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強いレンズｌｐの焦点距離をｆｐ、前記レンズ群Ｌｉｓの中で負の屈折力が最も強いレンズｌｎの焦点距離をｆｎとするとき、
０．２５＜|ｆｐ／ｆｎ|＜４．００
なる条件式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。 - 前記レンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も強いレンズｌｐの材料のアッベ数をνｐ、前記レンズ群Ｌｉｓの中で負の屈折力が最も強いレンズｌｎの材料のアッベ数をνｎとするとき、
５＜|νｐ−νｎ|
なる条件式を満足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。 - 前記レンズ群Ｌｉｓの中で正の屈折力が最も大きいレンズｌｐまたは前記レンズ群Ｌｉｓの中で負の屈折力が最も大きいレンズｌｎのうち前記レンズ群Ｌｉｓの屈折力と同符号のレンズの材料のアッベ数をνｉｓとするとき、
３５＜νｉｓ
なる条件式を満足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。 - 前記レンズ群Ｌｉｓの光軸上の長さをＴｉｓとするとき、
０．０３＜Ｔｉｓ／ＤＬ＜０．３０
なる条件式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。 - 最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の長さをＴＬとするとき、
２．０＜ＴＬ／ｆ＜５．０
なる条件式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。 - 前記レンズ群Ｌｉｓは正レンズと負レンズよりな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。
- 前記光学系は、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群よりなり、前記前群は複数のレンズを有し、前記後群は前記レンズ群Ｌｉｓと複数のレンズと前記開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
- 前記光学系は、物体側から像側へ順に、フォーカシングに際して不動の負の屈折力の前群とフォーカシングに際して移動する正の屈折力の後群よりなり、
前記前群は複数のレンズを有し、前記後群は前記レンズ群Ｌｉｓと複数のレンズと前記開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。 - 前記光学系は、物体側から像側へ順に、最も広い空気間隔を境に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群よりなり、
前記前群は前記レンズ群Ｌｉｓと複数のレンズを有し、前記後群は複数のレンズと前記開口絞りを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。 - 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
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