JP4824981B2 - 結像光学系及びそれを備えた交換レンズ装置 - Google Patents
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Description
特に、CCD(固体撮像素子)やC−MOS等の電子撮像素子を備えたカメラに用いられる結像光学系、特にレンズ交換式のデジタルカメラの交換レンズに適した結像光学系及びそれを備えた交換レンズ装置に関するものである。
これらデジタル一眼レフカメラは、フィルム用カメラでは一般的な135フォーマットの受光面積よりも小さい受光面積を持つ電子撮像素子を用いたものが主流である。
このような、受光面積のサイズの小型化に合わせて、結像光学系自体も小型化が行なわれている。
しかしながら、これらのガウスタイプとよばれるタイプの結像光学系は、主として135フォーマットのフィルム用に設計されたものが多い。そのため、前述のように受光面積が小さいタイプのカメラに用いようとすると、十分な画角が得られなくなってくる。
受光面積のサイズに併せて結像光学系を小さくしようとすると、こんどはバックフォーカスが短くなってくる。バックフォーカスが短くなると、デジタル一眼レフレックスカメラの場合、クイックリターンミラーなどの光路分割部材やフィルター類を配するスペースが小さくなり、光学レイアウト上不利となってくる。
一方、バックフォーカスの確保と画角の維持のためにレトロフォーカスタイプのレンズ構成とすると、結像光学系の入射面の径が大きくなり易い。
これらの先行技術は、一般的なガウスタイプのレンズを基に、絞り直前の負レンズ成分とその物体側の正レンズ成分の配置を入れ替えることで、バックフォーカスを長くしたものである。
−4.0<fR12A/f<−0.5 ・・・(1)
0.7<fb/f<1.5 ・・・(2)
−0.8<(rAF+rAR)/(rAF−rAR)<1.1・・・(4’)
ただし、fは全系の焦点距離、fR12Aは前記後群の前記負レンズ成分と前記第1の正レンズ成分とに挟まれる空気レンズの焦点距離、fbは前記後群の前記第2の正レンズ成分の射出面から焦点までの光軸上での空気換算距離、rAFは前記後群の前記負レンズ成分の像側の面の近軸曲率半径、rARは前記後群の前記第1の正レンズ成分の物体側の面の近軸曲率半径、である。
また、レンズ成分とは、光軸上において、各レンズ成分における最も物体側の面と最も像側の面のみが空気と接する単レンズ又は接合レンズである。
2.2<fFG/f<40.0 ・・・(3)
ただし、fFGは前記前群の焦点距離、である。
また、本発明の結像光学系においては、次の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.60<dS/ΣdA ・・・(5)
ただし、dSは前記明るさ絞りを挟む空気レンズの間隔、ΣdAは全系の各レンズ間隔の総和、である。
また、本発明の結像光学系においては、前記前群の入射面から前記前群の前記負メニスカスレンズ成分までが負の屈折力を持ち、次の条件式(6)を満足することが好ましい。
0.035<dA2/f<0.1 ・・・(6)
ただし、dA2は前記前群の前記負メニスカスレンズ成分と前記前群の前記正メニスカスレンズ成分との空気間隔、である。
また、本発明の結像光学系においては、次の条件式(7)を満足することが好ましい。
0.8<fRP1/fRP2<2.0 ・・・(7)
ただし、fRP1は前記後群の前記第1の正レンズ成分の焦点距離、fRP2は前記後群の前記第2の正レンズ成分の焦点距離、である。
また、本発明の結像光学系においては、前記前群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズの3枚のレンズからなることが好ましい。
また、本発明の結像光学系においては、無限遠合焦状態から近距離合焦を行う際に前記前群と前記後群との間隔が変化することが好ましい。
さらに、本発明の結像光学系においては、前記後群のレンズが、全て単レンズで構成されていることが好ましい。
本発明の結像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を持つ前群と、明るさ絞りと、正の屈折力を持つ後群とからなり、前記前群が、物体側から順に、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きい正レンズ成分と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ成分と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ成分からなり、前記後群が、物体側から順に、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きい負レンズ成分と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ成分である第1の正レンズ成分と、像側の面の曲率の絶対値が物体側の面の曲率の絶対値よりも大きい第2の正レンズ成分からなり、次の条件式(1),(2),(4’)を満足する。
−4.0<fR12A/f<−0.5 ・・・(1)
0.7<fb/f<1.5 ・・・(2)
−0.8<(rAF+rAR)/(rAF−rAR)<1.1・・・(4’)
ただし、fは全系の焦点距離、fR12Aは前記後群の前記負レンズ成分と前記第1の正レンズ成分とに挟まれる空気レンズの焦点距離、fbは前記後群の前記第2の正レンズ成分の射出面から焦点までの光軸上での空気換算距離、rAFは前記後群の前記負レンズ成分の像側の面の近軸曲率半径、rARは前記後群の前記第1の正レンズ成分の物体側の面の近軸曲率半径、である。
また、レンズ成分とは、光軸上において、各レンズ成分における最も物体側の面と最も像側の面のみが空気と接する単レンズ又は接合レンズである。
ただし、このような明るさ絞りを挟む前群と後群とで正の屈折力を分担する光学構成において、バックフォーカスを長くしようとすると、前群の正の屈折力が弱くなり易い。
そこで、本発明では、条件式(2)で規定するバックフォーカスを確保しても、収差を良好に補正するために、条件式(1)を満足するように構成している。
この空気レンズの焦点距離fR12Aは負の値となるが、この負の屈折力が条件式(1)を満足するように適度に強くすると、後群の物体側に負の屈折力を寄せることが可能となる。そして、この空気レンズの像側に複数の正レンズ成分を配置し、後群における正の屈折力をこの空気レンズの像側にて負担させている。このようにすると、前群、後群のパワーバランスを維持し易くなり、光学性能も良好に保ちつつ、バックフォーカスを長くすることが可能となる。
一方、条件式(1)の上限値を上回って空気レンズの負屈折力が強くなると、後群の第1の正レンズ成分に入射する光束の発散性が強くなりすぎてしまう。そのため、後群に第1の正レンズ成分と第2の正レンズ成分というように複数の正レンズ成分を備えても、収差補正が難しくなり、特に、球面収差がアンダーになり易くなる。
一方、条件式(2)の上限値を上回ると、バックフォーカスが長くなりすぎてしまい、結像光学系の入射面から像面までの距離が長くなりすぎてしまい、小型化に不利となる。
また、条件式(1)の上限値を−0.8、更には−1.0とすると、より好ましい。
また、条件式(2)の下限値を0.8、更には0.95とすると、より好ましい。
また、条件式(2)の上限値を1.3、更には1.2とすると、より好ましい。
この空気レンズには、上述の条件式(1)で規定したように、負の屈折力を持たせている。空気レンズの形状は、両凸形状や平凸形状に近いことが好ましい。
条件式(4’)の下限値を下回ると、後群の負レンズ成分における像側の凹面の曲率が強くなり、コマ収差等の収差バランスがとり難くなる。
一方、条件式(4’)の上限値を上回ると、空気レンズが、両側の曲率が強いメニスカス形状となる。そのため、後群中の負の屈折力を物体側に寄せる機能を十分に得ることが難しくなり、バックフォーカスを長く保ちながらの収差補正が難しくなる。
なお、条件式(4’)の下限値を0.0、更には0.5とすると、より好ましい。
また、条件式(4’)の上限値を1.0、更には0.9とすると、より好ましい。
また、後群の第1レンズ成分の像側の面を平面、即ち、(rAF+rAR)/(rAF−rAR)=1とすると、製造上有利となる。
また、前群内のレンズ成分のパワー配置を上述の正、負、正の配置とすることで、結像光学系全系の対称性を確保しつつも、負レンズ成分の発散作用を物体側に寄せることができバックフォーカスも長くし易くなる。
さらに、前群と後群を明るさ絞りに対して対称的な配置に近づけることができ、諸収差の補正に有利となる。
2.2<fFG/f<40.0 ・・・(3)
ただし、
fFGは前記前群の焦点距離、
である。
条件式(3)の下限値を下回ると、前群の正の屈折力が強くなりすぎてしまい、バックフォーカスの確保に不利となる。
一方、条件式(3)の上限値を上回ると、前群の正の屈折力が弱くなりすぎてしまい、結像光学系の対称性が崩れ易く収差バランスがとり難くなる。
なお、条件式(3)の下限値を2.4、更には2.5とするとより好ましい。
また、条件式(3)の上限値を30.0、更には25.0とするとより好ましい。
0.60<dS/ΣdA ・・・(5)
ただし、dSは前記明るさ絞りを挟む空気レンズの間隔、ΣdAは全系の各レンズ間隔の総和、である。
あるいは、明るさ絞りを挟む空気レンズの間隔が小さくなりすぎてしまい、諸収差のバランスがとり難くなる。
なお、条件式(5)の下限値を0.65、更には0.70とすると、より好ましい。
なお、dS/ΣdAは、1.0以上にはならない。
0.035<dA2/f<0.1 ・・・(6)
ただし、dA2は前記前群の前記負メニスカスレンズ成分と前記前群の前記正メニスカスレンズ成分との空気間隔、である。
条件式(6)の下限値を下回ると、空気間隔dA2が小さくなりすぎてしまい、焦点距離に対するバックフォーカスを長くする機能が低下してしまう。
一方、条件式(6)の上限値を上回ると、空気間隔dA2が長くなりすぎてしまい、コンパクト化に不利となる。また、光学系の対称性が崩れ易くなり、負のディストーション等を抑えることが難しくなる。
なお、条件式(6)の下限値を0.04、更には0.043とすると、より好ましい。
また、条件式(6)の上限値を0.08、更には0.06とすると、より好ましい。
0.8<fRP1/fRP2<2.0 ・・・(7)
ただし、fRP1は前記後群の前記第1の正レンズ成分の焦点距離、fRP2は前記後群の前記第2の正レンズ成分の焦点距離、である。
条件式(7)の上限値を上回ると、バックフォーカスを長くすることに対しては有利となるが、後群における第2の正レンズ成分の屈折力が強くなりすぎてしまい、アンダーの球面収差が出易くなる。また、第2の正レンズ成分でのコマ収差が発生し易くなってしまう。
一方、条件式(7)の下限値を下回ると、後群における第1の正レンズ成分の屈折力が強くなりすぎてしまい、バックフォーカスの確保に不利となる。また、第1の正レンズ成分の直前に形成される空気レンズの負の屈折力を確保しようとすると、第1の正レンズ成分の像側の面の曲率が大きくなり易く、この面での収差が発生し易くなってしまう。
なお、条件式(7)の下限値を0.85とすると、より好ましい。
また、条件式(7)の上限値を1.7、更には、1.6とすると、より好ましい、
具体的には、至近合焦側で発生し易いコマ収差の補正に有利となり、例えば、等倍撮影付近まで光学性能の確保が可能となる。
そのような使用形態の1つとして、上述の交換レンズ装置に用いると好適である。
また、上述した本発明の結像光学系の各構成は、任意に組み合わせて同時に満足させるようにするのが好ましい。
図1は本発明の実施例1にかかる結像光学系の光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、(a)は無限遠合焦時の状態、(b)は近距離合焦時の状態(至近状態(等倍))を夫々示している。図2は実施例1にかかる結像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフであり、(a)は無限遠合焦時の状態、(b)は近距離合焦時の状態(至近状態(等倍))を夫々示している。
前群G1は、物体側から順に、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する前群G1における最も像側のレンズ成分よりも物体側に配置された正レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、(負レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL12と、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する、前群G1における最も像側の正メニスカスレンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13とで構成されている。正メニスカスレンズL11は、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きくなるように(即ち、物体側の面の曲率半径r1の絶対値が像側の面の曲率半径r2の絶対値よりも小さくなるように)形成されている。また、これらのレンズL11〜L13は、全て単レンズで構成されている。また、前群G1は、レンズL11からレンズL12までにかけて負の屈折力を持っている。
また、無限遠合焦状態から近距離合焦を行う際に、前群G1と後群G2は、ともに物体側に移動し、且つ、互いの間隔が広がるようになっている。
また、実施例1の数値データは、無限遠合焦時と、近距離合焦時(至近状態(等倍))のそれぞれにおけるデータである。
焦点距離(f) 35.59mm
Fナンバー(FNO) 2.793
像高(IH) 11.15mm
半画角(ω) 17.6°
至近状態(等倍)での像側の面の面頂から結像面までの距離(空気換算距離) 70.79mm
r1 =31.402
d1 =2.20 nd1 =1.8044 νd1 =39.59
r2 =103.805
d2 =0.20
r3 =18.004
d3 =1.23 nd3 =1.58267 νd3 =46.42
r4 =10.237
d4 =1.64
r5 =10.612
d5 =2.12 nd =1.757 νd5 =47.82
r6 =11.886
d6 =3.19
r7 =∞(明るさ絞り)
d7 =D7
r8 =-12.458
d8 =2.00 nd8 =1.78472 νd8 =25.68
r9 =∞
d9 =0.50
r10=-46.137
d10=3.30 nd10=1.7725 νd10=49.6
r11=-16.376
d11=0.35
r12=111.996
d12=3.30 nd12=1.51633 νd12=49.6
r13 =-23.531
前群G1は、物体側から順に、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する前群G1における最も像側のレンズ成分よりも物体側に配置された正レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、(負レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL12と、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する、前群G1における最も像側の正メニスカスレンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13とで構成されている。正メニスカスレンズL11は、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きくなるように(即ち、物体側の面の曲率半径r1の絶対値が像側の面の曲率半径r2の絶対値よりも小さくなるように)形成されている。また、これらのレンズL11〜L13は、全て単レンズで構成されている。また、前群G1は、レンズL11からレンズL12までにかけて負の屈折力を持っている。
実施例2の数値データは、無限遠合焦時におけるデータである。
数値データ2(実施例2)
焦点距離(f) 30.50mm
Fナンバー(FNO) 3.290
像高(IH) 11.15mm
半画角(ω) 20.7°
r1=39.0231
d1=2.20 nd1=1.8044 νd1=39.59
r2=124.3583
d2=0.20
r3=21.8137
d3=1.23 nd3=1.497 νd3=81.54
r4=9.0005
d4=1.69
r5=10.6888
d5=2.12 nd5=1.757 νd5=47.82
r6=13.3166
d6=3.19
r7=∞(明るさ絞り)
d7=5.21
r8=-12.5403
d8=2.00 nd8=1.84666 νd8=23.78
r9=782.1809
d9=0.50
r10=-93.024
d10=3.30 nd10=1.7725 νd10=49.6
r11=-15.1073
d11=0.35
r12=120.3961
d12=3.30 nd12=1.7725 νd12=49.6
r13=-23.6548
前群G1は、物体側から順に、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する前群G1における最も像側のレンズ成分よりも物体側に配置された正レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL11と、(負レンズ成分としての)物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL12と、(明るさ絞りS側に向けた凹面を有する、前群G1における最も像側の正メニスカスレンズ成分としての)物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL13とで構成されている。正メニスカスレンズL11は、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きくなるように(即ち、物体側の面の曲率半径r1の絶対値が像側の面の曲率半径r2の絶対値よりも小さくなるように)形成されている。また、これらのレンズL11〜L13は、全て単レンズで構成されている。また、前群G1は、レンズL11からレンズL12までにおいて負の屈折力を持っている。
実施例3の数値データは、無限遠合焦時におけるデータである。
焦点距離(f) 30.60mm
Fナンバー(FNO) 2.80
像高(IH) 11.15mm
半画角(ω) 17.5°
r1=34.1904
d1=2.50 nd1=1.8044 νd1=39.59
r2=178.6685
d2=0.20
r3=18.735
d3=1.23 nd3=1.58267 νd3=46.42
r4=10.2208
d4=1.70
r5=11.5169
d5=2.12 nd5=1.757 νd5=47.82
r6=13.9416
d6=2.71
r7=∞(明るさ絞り)
d7=5.35
r8=-13.1851
d8=2.00 nd8=1.78472 νd8=25.68
r9=225.1578
d9=0.70
r10=-38.2218
d10=3.30 nd10=1.7725 νd10=49.6
r11=-16.9776
d11=0.20
r12=159.7236
d12=3.30 nd12=1.7725 νd12=49.6
r13=-20.7761
G1 前群
G2 後群
IM 結像面
L11 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L12 物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
L13 物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
L21 物体側が凹面で像側が平面の平凹レンズ
L21’ 両凹レンズ
L22 物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
L23 両凸レンズ
S 明るさ絞り
1 一眼レフレックスカメラ
2 撮影レンズ
3 一眼レフレックスカメラ
4 受光面
5 クイックリターンミラー
6 撮影レンズ2の光路
7 ファインダースクリーン
8 ペンタプリズム
9 ファインダー
Claims (9)
- 物体側から順に、正の屈折力を持つ前群と、明るさ絞りと、正の屈折力を持つ後群とからなり、
前記前群が、物体側から順に、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きい正レンズ成分と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ成分と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ成分とからなり、
前記後群が、物体側から順に、物体側の面の曲率の絶対値が像側の面の曲率の絶対値よりも大きい負レンズ成分と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ成分である第1の正レンズ成分と、像側の面の曲率の絶対値が物体側の面の曲率の絶対値よりも大きい第2の正レンズ成分とからなり、
次の条件式(1),(2),(4’)を満足することを特徴とする結像光学系。
−4.0<fR12A/f<−0.5 ・・・(1)
0.7<fb/f<1.5 ・・・(2)
−0.8<(rAF+rAR)/(rAF−rAR)<1.1・・・(4’)
ただし、
fは全系の焦点距離、
fR12Aは前記後群の前記負レンズ成分と前記第1の正レンズ成分とに挟まれる空気レンズの焦点距離、
fbは前記後群の前記第2の正レンズ成分の射出面から焦点までの光軸上での空気換算距離、
rAFは前記後群の前記負レンズ成分の像側の面の近軸曲率半径、
rARは前記後群の前記第1の正レンズ成分の物体側の面の近軸曲率半径、
である。
また、レンズ成分とは、光軸上において、各レンズ成分における最も物体側の面と最も像側の面のみが空気と接する単レンズ又は接合レンズである。 - 次の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1に記載の結像光学系。
2.2<fFG/f<40.0 ・・・(3)
ただし、
fFGは前記前群の焦点距離、
である。 - 次の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の結像光学系。
0.60<dS/ΣdA ・・・(5)
ただし、
dSは前記明るさ絞りを挟む空気レンズの間隔、
ΣdAは全系の各レンズ間隔の総和、
である。 - 前記前群の入射面から前記前群の前記負メニスカスレンズ成分までが負の屈折力を持ち、次の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の結像光学系。
0.035<dA2/f<0.1 ・・・(6)
ただし、
dA2は前記前群の前記負メニスカスレンズ成分と前記前群の前記正メニスカスレンズ成分との空気間隔、
である。 - 次の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の結像光学系。
0.8<fRP1/fRP2<2.0 ・・・(7)
ただし、
fRP1は前記後群の前記第1の正レンズ成分の焦点距離、
fRP2は前記後群の前記第2の正レンズ成分の焦点距離、
である。 - 前記前群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズの3枚のレンズからなることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の結像光学系。
- 無限遠合焦状態から近距離合焦を行う際に前記前群と前記後群との間隔が変化することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記後群のレンズが、全て単レンズで構成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の結像光学系。
- 請求項1から8のいずれかに記載の結像光学系と、該結像光学系をカメラ本体に取り付け可能とするマウント部を備えたことを特徴とする交換レンズ装置。
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