JP5371412B2 - 撮影光学系 - Google Patents
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Description
本発明は、最も物体側に正の屈折力を持つレンズ群を備える光学系であって、特に撮像光学系に好適な光学系に関する。
一般的に、望遠レンズでは焦点距離が伸びるに従って、軸上色収差が増大する傾向がある。また、全長が小型化するに従って軸上色収差及び倍率色収差が増大する傾向がある。そこで、特許文献１、２では、これらの色収差を補正するために、蛍石等の異常部分分散性を持った低分散の正レンズと高分散の負レンズとを組み合わせて、色収差の補正を行った望遠レンズが開示されている。
しかしながら、蛍石等の異常部分分散ガラスは色収差の補正に関して効果がある反面で、比重が他の低分散ガラスに比べて高いため、光学系が重くなってしまうという欠点がある。
特許文献３、４では、これらの欠点を補うために、回折光学素子を用いて色収差を補正している。例えば、特許文献３では、第１群中に正の屈折力を有する回折光学素子と非球面形状を持たせて、レンズ枚数が４枚と少なく安価ながら、色収差を小さく抑えた望遠レンズを得ている。また、特許文献４では、屈折光学素子と回折光学素子を組み合わせて、大口径比で色収差をはじめとした結像性能を向上した望遠レンズを得ている。
特開平０８−３２７８９７号公報
特開２００４−２５８５７１号公報
特開平１０−１８６２２７号公報
特開２００２−０７２０８２号公報
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、色収差は良好に補正されているが、望遠比が１．０程度と大きくなってしまっている。特許文献２に開示された従来技術では、倍率色収差の補正が十分でなく、Ｆｎｏが４に対して望遠比は０．７程度となっておりまだ小型化の余地を残している。特許文献３に開示された従来技術では、球面収差や非点収差、色収差の補正が十分でなく、更にはＦｎｏが４に対して望遠比が０．８程度と大きくなってしまっている。特許文献４に開示された従来技術では、Ｆｎｏが４に対して望遠比が０．６５程度となっておりまだ小型化の余地を残している。
本発明はこれら問題点に鑑みてなされたものであり、基準波長の収差と軸上色収差、倍率色収差がともに良好に補正された小型な光学系を得ることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、フォーカスの際に光軸方向に移動する第２群、絞りを含む第３群を有する光学系であって、
前記第１群が、周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を１面有し、前記第３群が、負の屈折力を有する第１レンズを有しており、
前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記第１群の焦点距離をｆ１、前記光学系全系のＦｎｏをＦｎｏ、前記第１群中の非球面の有効端部における前記非球面と近軸球面との光軸方向の離れ量をＤａｓ（物体側から像側に向かう方向を正とする）、前記第１レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率をｎｇ、ｎＦ、ｎＣ、（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される部分分散をθｇＦ、前記第１レンズのアッベ数をｖｄ、前記第１レンズの屈折力（複数枚ある場合は総和）をφＵＤＲとするとき、
０．０３＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０
−０．０３＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１
θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６２５
ｖｄ＞６０
−０．８＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜０
を満足することを特徴としている。
前記第１群が、周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を１面有し、前記第３群が、負の屈折力を有する第１レンズを有しており、
前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記第１群の焦点距離をｆ１、前記光学系全系のＦｎｏをＦｎｏ、前記第１群中の非球面の有効端部における前記非球面と近軸球面との光軸方向の離れ量をＤａｓ（物体側から像側に向かう方向を正とする）、前記第１レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率をｎｇ、ｎＦ、ｎＣ、（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される部分分散をθｇＦ、前記第１レンズのアッベ数をｖｄ、前記第１レンズの屈折力（複数枚ある場合は総和）をφＵＤＲとするとき、
０．０３＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０
−０．０３＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１
θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６２５
ｖｄ＞６０
−０．８＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜０
を満足することを特徴としている。
本発明によれば基準波長の収差と軸上色収差、倍率色収差がともに良好に補正された、小型な望遠レンズを得ることができる。
本発明は、最も物体側（拡大側、拡大共役側、前側）に配置された正の屈折力の第１レンズ群を持つ光学系に関する発明であり、特に、銀塩写真カメラ、デジタル一眼レフカメラ等の撮像光学系に好適な発明である。その中でも、基準波長の収差や色収差などの結像性能を良好にした望遠型の撮影光学系に対して特に好適である。
以下に記載する各実施例に示した光学系は、物体側から像側（縮小側、縮小共役側、後側）に向かって順に、正のパワー（屈折力）を有する第１群、フォーカスの際に光軸方向に移動する（合焦動作を行う際に可動な）第２群、絞りを有する第３群を有している。ここで、以下に記載した実施例１、２、３においては、第２群は負のパワー（屈折力）を有しており、第３群も負のパワー（屈折力）を有している。しかしながら、第２群と第３群については、いずれか一つは正のパワー（屈折力）を有していても構わない。但し、光学系の全長を短縮する際に、光学系全体をより強いテレフォトタイプにした方が有利であるため、第３群は負の屈折力を有する構成とした方が好ましい。
本発明の光学系は、光学系全系の焦点距離をｆ、第１群の焦点距離をｆ１、光学系全系のＦｎｏをＦｎｏとするとき、
０．０３＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０ ・・・（１）
を満足することが特徴である。条件式（１）は、第１群の焦点距離を規定したものである。上限値を超える（上回る）と、全長が大きく（光軸方向の長さが長く）なってしまうため好ましくない。また、下限値を超える（下回る）と第１群の正レンズの曲率がきつくなりすぎてしまうため、収差発生量が大きくなってしまったり、正レンズの加工が困難になったり、また正レンズの製造敏感度が高くなったりしてしまうため好ましくない。また、これらのｆ１、ｆ、Ｆｎｏは以下の条件式（１ａ）を満足すると更に好ましい。
０．０３＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０ ・・・（１）
を満足することが特徴である。条件式（１）は、第１群の焦点距離を規定したものである。上限値を超える（上回る）と、全長が大きく（光軸方向の長さが長く）なってしまうため好ましくない。また、下限値を超える（下回る）と第１群の正レンズの曲率がきつくなりすぎてしまうため、収差発生量が大きくなってしまったり、正レンズの加工が困難になったり、また正レンズの製造敏感度が高くなったりしてしまうため好ましくない。また、これらのｆ１、ｆ、Ｆｎｏは以下の条件式（１ａ）を満足すると更に好ましい。
０．９５＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０ ・・・（１ａ）
また、本実施例の光学系は、第１群中に周辺部で負の屈折力が強くなる（正の屈折力が弱くなる）非球面を少なくとも１面有している。ここで、この第１群中の非球面の有効端部において、この非球面と近軸球面との光軸方向の離れ量（ズレ、非球面量）をＤａｓ（物体側から像側に向かう方向を正とする）とするとき、
−０．０３＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１ ・・・（２）
を満足することを特徴としている。この非球面と近軸球面との、物体側から像側への離れ量（物体側から像側へ向かう方向を正とする）は、光軸方向（光軸と平行な方向）における離れ量（２つの面の距離、差）のことである。
また、本実施例の光学系は、第１群中に周辺部で負の屈折力が強くなる（正の屈折力が弱くなる）非球面を少なくとも１面有している。ここで、この第１群中の非球面の有効端部において、この非球面と近軸球面との光軸方向の離れ量（ズレ、非球面量）をＤａｓ（物体側から像側に向かう方向を正とする）とするとき、
−０．０３＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１ ・・・（２）
を満足することを特徴としている。この非球面と近軸球面との、物体側から像側への離れ量（物体側から像側へ向かう方向を正とする）は、光軸方向（光軸と平行な方向）における離れ量（２つの面の距離、差）のことである。
この条件式（２）はレンズ全長を短くしたときに第１群の屈折力が強くなることにより発生する球面収差やコマ収差、像面湾曲を補正するために必要な非球面の条件を規定したものである。上限値を超えると球面収差やコマ収差、像面湾曲が補正不足になる。下限値を超えると非球面がきつくなりすぎ、球面収差やコマ収差、像面湾曲が補正過剰なるので好ましくない。
本実施例の光学系は、更に好ましくは
−０．０１＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１ ・・・（２ａ）
を満足すると尚良い。
−０．０１＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１ ・・・（２ａ）
を満足すると尚良い。
また、この非球面は、物体側に凸の形状（凸形状）を有する面であることが尚望ましい。逆に、物体側の凹面上に前記非球面を導入すると、凹面が周辺部で更にきつい形状になるため、コマ収差を十分に低減できなくなってしまう。この非球面は、像側に凸の形状を有する面であっても構わない。
また、本発明の各実施例は、第１群中に正のパワー（屈折力）を有する回折光学素子を有することが望ましい。
次に、本発明の各実施例において、第３群が負の屈折力の光学素子ＵＤ（第１レンズ）を有しており、この光学素子ＵＤが以下の条件を満足することを特徴としている。ここで、この条件とは、光学素子ＵＤ（第１レンズ）のｇ線、Ｆ線、Ｃ線の屈折率における屈折率をｎｇ，ｎＦ，ｎＣ、（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される部分分散をθｇＦ、光学素子ＵＤのアッベ数をｖｄ、光学素子ＵＤの屈折力（複数枚ある場合は総和）をφＵＤＲとする。このとき、上記の条件は、
θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６２５ ・・・（３）
ｖｄ＞６０ ・・・（４）
−０．８＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜０ ・・・（５）
であり、これらを満足することが望ましい。
θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６２５ ・・・（３）
ｖｄ＞６０ ・・・（４）
−０．８＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜０ ・・・（５）
であり、これらを満足することが望ましい。
バックフォーカスを維持しつつ全長を短くすると、光学系の（屈折力の）非対称性が生じ（大きくなり）、画角の狭い超望遠レンズでも倍率色収差が顕著に大きくなってくる。そこで、第１群中の回折光学素子では通常オーバー側に残存する軸上色収差の２次スペクトルをアンダー側まで補正し（過補正状態にし）、通常マイナス側に残存する倍率色収差の２次スペクトルを強く補正させる必要が生じてくる。第３群中の光学素子ＵＤは、第１群で過補正にされた軸上色収差をオーバー側に逆補正し、倍率色収差をプラス側に補正する役割を担っている。条件式（３）、（４）は光学素子ＵＤの屈折率特性を規定したものである。いわゆる異常分散材料であることを示している。ここで、この条件式（３）、（４）で規定されたθｇＦやｖｄは、
０．７００＞θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６３０ ・・・（３ａ）
１０５＞ｖｄ＞７５ ・・・（４ａ）
を満足すると尚好ましい。
０．７００＞θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６３０ ・・・（３ａ）
１０５＞ｖｄ＞７５ ・・・（４ａ）
を満足すると尚好ましい。
また、条件式（５）は異常分散材料で構成された光学素子ＵＤの適切な屈折力を規定したものである。上限値を超えると光学素子ＵＤの屈折力が強くなりすぎ、加工上の問題や偏心敏感度の問題が生じる。下限値を超えると光学素子ＵＤの屈折力が弱くなり、倍率色収差を補正しきれず残存してしまう。また、本実施例の光学系は、更に好ましくは以下の条件式（５ａ）を満足するとよい。
−０．６７＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜−０．２０ ・・・（５ａ）
また、本発明の実施例の第１群の中で、第１群の最も物体側の面の面頂点と第１群の最も像側の面頂点との中間点よりも物体側に存在する光学面の焦点距離をｆ１Ｆとするとき、
１．８＜ｆ／ｆ１Ｆ＜８．５ ・・・（６）
を満足すると良い。言い方を変えて、第１群の最も物体側の面の面頂点をＰ１Ｆ、最も像側の面頂点をＰ１Ｒ、Ｐ１ＦとＰ１Ｒの中間点をＰ１Ｍとし、Ｐ１ＦからＰ１Ｍまでの間に存在する光学面の集合体を１Ｆ群とし、その１Ｆ群の焦点距離をｆ１Ｆとしても良い。
−０．６７＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜−０．２０ ・・・（５ａ）
また、本発明の実施例の第１群の中で、第１群の最も物体側の面の面頂点と第１群の最も像側の面頂点との中間点よりも物体側に存在する光学面の焦点距離をｆ１Ｆとするとき、
１．８＜ｆ／ｆ１Ｆ＜８．５ ・・・（６）
を満足すると良い。言い方を変えて、第１群の最も物体側の面の面頂点をＰ１Ｆ、最も像側の面頂点をＰ１Ｒ、Ｐ１ＦとＰ１Ｒの中間点をＰ１Ｍとし、Ｐ１ＦからＰ１Ｍまでの間に存在する光学面の集合体を１Ｆ群とし、その１Ｆ群の焦点距離をｆ１Ｆとしても良い。
この条件式（６）は、光学系全長を小型化するのに有利な第１群内の屈折力配置を規定したものである。第１群内の物体側に正の屈折力を配置することで、第１群内を望遠タイプにすることができ、全系の小型化に対して有利である。上限値を超えると第１群内の物体側の正屈折力が強くなりすぎ、加工上の問題や偏心敏感度の問題が大きくなり好ましくない。下限値を超えると第１群内の物体側の正屈折力が弱くなりすぎ、レンズ全長短縮に不利である。
このｆ、ｆ１Ｆは、更に好ましくは、
１．８＜ｆ／ｆ１Ｆ＜７．２ ・・・（６ａ）
を満足すると良い。
１．８＜ｆ／ｆ１Ｆ＜７．２ ・・・（６ａ）
を満足すると良い。
また、第１群の中で、第１群の最も物体側の面の面頂点と第１群の最も像側の面頂点との中間点よりも像側に存在する光学面の焦点距離をｆ１Ｒとする。このとき、
−３．５＜ｆ／ｆ１Ｒ＜１．０ ・・・（７）
を満足すると良い。言い方を変えると、前述のＰ１ＭからＰ１Ｒまでの間に存在する光学面の集合体を１Ｒ群とし、その焦点距離をｆ１Ｒとしても良い。
−３．５＜ｆ／ｆ１Ｒ＜１．０ ・・・（７）
を満足すると良い。言い方を変えると、前述のＰ１ＭからＰ１Ｒまでの間に存在する光学面の集合体を１Ｒ群とし、その焦点距離をｆ１Ｒとしても良い。
この条件式（７）は、レンズ全長を小型化するのに有利な第１群内の屈折力配置を規定したものである。第１群内の像側に負の屈折力を配置することで、第１群内を望遠タイプにすることができ、全系の小型化に対して有利である。上限値を超えると第１群内の像側の負屈折力が弱くなりすぎ、レンズ全長短縮に不利である。下限値を超えると第１群内の像側の負屈折力が強くなりすぎ、加工上の問題や偏心敏感度の問題が大きくなり好ましくない。このｆ、ｆ１Ｒは、更に好ましくは、
−３．１＜ｆ／ｆ１Ｒ＜０．５ ・・・（７ａ）
を満足すると良い。
−３．１＜ｆ／ｆ１Ｒ＜０．５ ・・・（７ａ）
を満足すると良い。
また、第１群が負の屈折力を有する第２レンズを備えており、この第２レンズの焦点距離をｆｎ、この第２レンズよりも物体側に配置された光学面の合成焦点距離をｆｐｐとするとき、
０．０５＜ｆｐｐ／ｆ＜０．３２ ・・・（８）
−１．０＜ｆｎ／ｆ ・・・（９）
を満足すると良い。
０．０５＜ｆｐｐ／ｆ＜０．３２ ・・・（８）
−１．０＜ｆｎ／ｆ ・・・（９）
を満足すると良い。
この条件式（８）は第１群内を望遠タイプにするために好適な第１群中の物体側の正レンズ群の合成屈折力を規定したものである。条件式（９）を満足する負レンズよりも物体側で、正の屈折力を大きくすることで第１群内をより強い望遠タイプにしている。上限値を超えると全長短縮が十分に行えなくなる。下限値を超えると正レンズの曲率がきつくなりすぎ加工が困難になったり、製造敏感度が高くなりすぎたりするため、好ましくない。ここで、上述の条件式（８）、（９）それぞれは、好ましくは以下のように書き換えても良い。
０．１０＜ｆｐｐ／ｆ＜０．３０ ・・・（８ａ）
−０．４５０＜ｆｎ／ｆ＜−０．１２０ ・・・（９ａ）
また、前述の正のパワー（屈折力）を有する回折光学素子の焦点距離をｆＤＯとするとき、
２０＜ｆＤＯ／ｆ１＜１３０ ・・・（１０）
を満足することが望ましい。
０．１０＜ｆｐｐ／ｆ＜０．３０ ・・・（８ａ）
−０．４５０＜ｆｎ／ｆ＜−０．１２０ ・・・（９ａ）
また、前述の正のパワー（屈折力）を有する回折光学素子の焦点距離をｆＤＯとするとき、
２０＜ｆＤＯ／ｆ１＜１３０ ・・・（１０）
を満足することが望ましい。
この条件式（１０）は第１群中の回折光学素子と第３群中の光学素子ＵＤで軸上色収差と倍率色収差を補正するために好適な、第１群中の回折光学素子の適切な屈折力配置を規定したものである。上限値を超えると、軸上色収差の２次スペクトルが補正不足になり、下限値を超えると補正過剰になる。
同理由から更に好ましくは以下の条件式（１０ａ）を満足するとよい。
４０＜ｆＤＯ／ｆ１＜１３０ ・・・（１０ａ）
また、前述の光学素子ＵＤ（第１レンズ）は、物体側に凹形状の面を有しており、この凹形状の面の曲率をＲｕｄ１とするとき、
−０．２＜Ｒｕｄ１／ｆ＜０．０ ・・・（１１）
を満足することが望ましい。
４０＜ｆＤＯ／ｆ１＜１３０ ・・・（１０ａ）
また、前述の光学素子ＵＤ（第１レンズ）は、物体側に凹形状の面を有しており、この凹形状の面の曲率をＲｕｄ１とするとき、
−０．２＜Ｒｕｄ１／ｆ＜０．０ ・・・（１１）
を満足することが望ましい。
この条件式（１１）は光学素子ＵＤの適切な形状を規定しているものである。上限値を超えると倍率色収差が補正不足となる。下限値を超えると光学素子ＵＤの加工が困難になったり、偏心敏感度上の問題が生じたりしてしまうため好ましくない。この条件式（１１）は、更に好ましくは以下のように書き換えても良い。
−０．１５＜Ｒｕｄ１／ｆ＜−０．０１ ・・・（１１ａ）
以下に、本発明の光学系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。
−０．１５＜Ｒｕｄ１／ｆ＜−０．０１ ・・・（１１ａ）
以下に、本発明の光学系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。
以下に、図１、２、３を参照して本発明の実施例１（以下に示す数値実施例１）の光学系について説明する。ここで、図１は実施例１のレンズ断面図、図２は実施例１の無限遠物体に対して合焦した時の収差図、図３は実施例１の至近物体に対して合焦した時の収差図である。
ここで、図１（図２や図３も同じ）のレンズ断面図において、Ｌｉは第ｉ群、ＤＦは第１の回折光学素子、ＤＲは第２の回折光学素子、ＳＰは絞り、ＩＳは防振レンズ群、ＩＰは像面をあらわしている。図中及び下記の数値実施例１（２や３も同じ）の＊印は非球面位置をあらわしている。また、各収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面を表している。また、倍率色収差はｇ線であらわしている。
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施例による、レンズ構成について説明する。
図１に示す実施例１の光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群（第１レンズ群）Ｌ１、負の屈折力を有して無限から至近へのフォーカス時に物体側から像側に移動する第２群（第２レンズ群）Ｌ２、負の屈折力を有して、絞りを有する第３群（第３レンズ群）を備えている。
Ｌ１は、物体側から順に、正レンズと正レンズの接合レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズを有している。Ｌ１中の正レンズと正レンズの接合レンズの物体側の面に周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を導入し、全長短縮時に発生する球面収差やコマ収差、像面湾曲を低減（補正）している。更に、それに続く正レンズと負レンズの接合レンズの物体側の面に周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を導入している。また、Ｌ１中最も物体側の接合レンズの接合面に、正の屈折力を有する回折光学素子ＤＯを導入することにより、全長短縮時に発生する軸上色収差及び倍率色収差を低減（補正）している。
Ｌ２は負レンズ１枚から構成されており、フォーカス時の色収差変動を小さくするために低分散な材料を用いている。
Ｌ３は物体側から絞りＳＰを含み、絞りよりも像側に１面の非球面を有し、軸外光線高さの高くなる位置に部分分散の大きな材料からなり屈折力が大きな負レンズ（第１レンズ）ＵＤを有している。このＬ３は、Ｌ１で補正しきれない基準波長の収差、倍率色収差をそれぞれ補正している。尚、回折光学素子ＤＯの回折効率を向上させるために、光線入射角が小さな面に導入している。また、色収差は回折光学素子ＤＯ、負レンズＵＤで補正可能なため、Ｌ１中の正レンズに異常部分分散を持つ材料を用いていないが、勿論Ｌ１の中の正レンズの材料を異常部分分散性を持つ材料としても良い。
以下に、図４、５、６を参照して本発明の実施例２（以下に示す数値実施例２）の光学系について説明する。ここで、図４は実施例２のレンズ断面図、図５は実施例２の無限遠物体に対して合焦した時の収差図、図６は実施例２の至近物体に対して合焦した時の収差図である。
本発明の実施例２の光学系について説明する。この実施例２の光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群Ｌ１、負の屈折力を有して無限から至近へのフォーカス時に物体側から像側に移動する第２群Ｌ２、絞りを含み、負の屈折力の第３群を備えている。
Ｌ１は物体側から順に屈折力の弱い保護ガラス、正レンズと正レンズの接合レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズから構成されている。Ｌ１の中で最も像側の正レンズの物体側の面に周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を導入することにより、全長短縮時に発生する球面収差やコマ収差、像面湾曲を低減（補正）している。また、Ｌ１の中で最も物体側の接合レンズの接合面に正の屈折力を有する回折光学素子ＤＯを導入し、全長短縮時に発生する軸上色収差及び倍率色収差を低減している。
Ｌ２は正レンズと負レンズの接合レンズから構成されており、フォーカス時の色収差変動を少なくしている。
Ｌ３は物体側に絞りＳＰを含み、絞りよりも像側に１面の非球面を含み、軸外光線高さの高くなる位置に部分分散の大きな材料からなり屈折力が大きな負レンズＵＤを含んでいる。本実施例の光学系は、Ｌ３をこのような構成とすることにより、Ｌ１で補正しきれない基準波長の収差、倍率色収差をそれぞれ補正している。
尚、回折光学素子ＤＯの回折効率を向上させるために、光線入射角が小さな面に導入している。また、色収差は回折光学素子ＤＯ、負レンズＵＤで補正可能なため、Ｌ１中の正レンズに異常部分分散材料を用いていないが、勿論Ｌ１の中の正レンズの材料を異常部分分散性を持つ材料としても良い。
以下に、図７、８、９を参照して本発明の実施例３（以下に示す数値実施例３）の光学系について説明する。ここで、図７は実施例３のレンズ断面図、図８は実施例３の無限遠物体に対して合焦した時の収差図、図９は実施例３の至近物体に対して合焦した時の収差図である。
実施例３の光学系は、図７に示した通り、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群Ｌ１、負の屈折力を有して無限から至近へのフォーカス時に物体側から像側に移動する第２群Ｌ２、負の屈折力を有して、絞りを有する第３群を備えている。
Ｌ１は、物体側から順に、正レンズと正レンズの接合レンズ、正レンズと負レンズの接合レンズ、負レンズと正レンズの接合レンズを備えている。Ｌ１中の正レンズと正レンズの接合レンズの物体側の面に周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を導入し、全長短縮時に発生する球面収差やコマ収差、像面湾曲を補正している。更に、それに続く正レンズと負レンズの接合レンズの物体側の面に周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を導入している。また、Ｌ１中最も物体側の接合レンズの接合面に正の屈折力を有する回折光学素子ＤＯを導入し、全長短縮時に発生する軸上色収差及び倍率色収差を補正している。
Ｌ２は負レンズ１枚から構成されており、フォーカス時の色収差変動を少なくするために低分散な材料を用いている。
Ｌ３は物体側から絞りＳＰを有し、絞りよりも像側に１面の非球面を有し、軸外光線高さの高くなる位置に部分分散の大きな材料からなり屈折力が大きな負レンズＵＤを有し、Ｌ１で補正しきれない基準波長の収差、倍率色収差をそれぞれ補正している。尚、回折光学素子ＤＯの回折効率を向上させるために、光線入射角が小さな面に導入している。また、色収差は回折光学素子ＤＯ、負レンズＵＤで補正可能なため、Ｌ１中の正レンズに異常部分分散材料を用いていないが、勿論Ｌ１の中の正レンズの材料を異常部分分散性を持つ材料としても良い。
次に、上述の実施例１、２、３に対応する数値実施例１、２、３の光学データを示す。ここで、各数値実施例において、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは包括画角である。Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ番目のレンズ厚または空気間隔、ＮｉとＶｉは第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。また、非球面形状はレンズ面の中心部の曲率半径をＲとし、光軸方向をＸ軸とし、光軸と垂直方向をＹ軸とし、非球面係数をＡｉ（ｉ＝１，２，３…）としたとき、
Ｘ＝ （１／Ｒ）Ｙ２
１＋｛１―（Ｋ＋１）（Ｙ／Ｒ）２｝１／２
＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋Ａ８Ｙ８＋Ａ１０Ｙ１０＋・・・
であらわされるものとする。
Ｘ＝ （１／Ｒ）Ｙ２
１＋｛１―（Ｋ＋１）（Ｙ／Ｒ）２｝１／２
＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋Ａ８Ｙ８＋Ａ１０Ｙ１０＋・・・
であらわされるものとする。
また、回折面の位相形状φは、光軸に対して垂直方向の高さをｈ、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、位相係数をＡｉ（ｉ＝１，２，３…）としたとき、
φ（ｈ，ｍ）＝｛２π／（ｍλ０）｝（Ａ２Ｙ２＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋・・・）
であらわされるものとする。各実施例において、回折光の回折次数ｍは１であり、設計波長λ０はｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）である。
数値実施例 １
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1* 70.057 14.00 1.48749 70.2
2(回折) 175.248 10.00 1.48749 70.2
3 991.665 6.00
4* 64.577 15.50 1.48749 70.2
5 2061.532 3.30 1.74100 52.6
6 302.438 9.50
7 136.628 3.00 1.83481 42.7
8 30.399 13.00 1.48749 70.2
9 -2477.682 (可変)
10 351.570 1.80 1.43387 95.1
11 37.297 (可変)
12(絞り) ∞ 4.02
13 -313.023 1.30 1.80518 25.4
14 32.780 4.70 1.51742 52.4
15 -49.402 2.30
16 58.242 3.30 1.75520 27.5
17 -50.314 1.30 1.81600 46.6
18 41.966 2.34
19 313.763 1.30 1.83481 42.7
20 53.391 3.60
21 42.779 7.20 1.64769 33.8
22 -19.470 1.40 1.83481 42.7
23* 46.582 0.44
24 57.578 8.00 1.51742 52.4
25 -19.943 0.00
26 -22.932 2.00 1.43387 95.1
27 44.999 0.50
28 38.754 4.80 1.51742 52.4
29 1425.717 0.50
30 ∞ 2.20 1.51633 64.1
31 ∞
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.43855e-001 A 4=-1.93099e-010 A 6=-2.74985e-011 A 8= 1.37063e-015 A10=-2.18842e-018
第2面(回折面)
A 2=-4.70000e-005 A 4=-1.54677e-009 A 6= 1.48064e-012 A 8=-2.78650e-016
第4面
K = 8.12883e-002 A 4=-3.09766e-007 A 6=-1.38173e-011 A 8=-1.30814e-014 A10= 8.97456e-018
第23面
K =-2.20153e-001 A 4= 6.33415e-007 A 6=-9.37707e-012 A 8= 2.58779e-012 A10=-2.54583e-014
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 389.99
Fナンバー 4.12
画角 3.18
像高 21.64
レンズ全長 212.07
BF 52.70
物体距離 -3500
d 9 13.83 20.34
d11 18.24 11.73
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 114.82
2 10 -95.98
3 12 -86.05
数値実施例 ２
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 ∞ 4.50 1.51633 64.1
2 ∞ 0.90
3 79.911 13.00 1.48749 70.2
4(回折) 180.000 12.00 1.48749 70.2
5 -410.392 6.00
6 78.598 12.50 1.48749 70.2
7 783.108 3.80
8 -240.575 3.00 1.80610 40.9
9 73.587 0.14
10* 65.709 12.50 1.48749 70.2
11 -211.470 (可変)
12 225.694 4.60 1.78472 25.7
13 925.141 2.20 1.83481 42.7
14 90.756 (可変)
15(絞り) ∞ 10.00
16* 586.982 1.80 1.84666 23.9
17 53.892 5.20 1.71999 50.2
18 52.114 1.20
19 74.287 6.25 1.84666 23.9
20 -52.079 1.65 1.60311 60.6
21 -419.815 5.52
22 -329.581 1.60 1.77250 49.6
23 42.356 2.82
24 143.913 9.30 1.71999 50.2
25 -19.617 1.80 1.83400 37.2
26 396.634 0.50
27 58.569 10.50 1.54072 47.2
28 -30.000 2.00 1.49700 81.5
29 -2239.456 2.00
30 ∞ 2.00 1.51633 64.1
31 ∞
像面 ∞
非球面データ
第4面(回折面)
A 2=-3.50000e-005 A 4= 4.64752e-010
第10面
K = 4.90788e-001 A 4=-6.09902e-007 A 6=-1.41185e-010 A 8=-3.80264e-014 A10= 5.22218e-018
第16面
K =-2.26102e+001 A 4= 8.30526e-007 A 6=-6.52746e-011 A 8= 2.21720e-012 A10=-2.55480e-015
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 284.97
Fナンバー 2.91
画角 4.34
像高 21.64
レンズ全長 218.75
BF 55.47
物体距離 -∞ -6000
d11 11.50 16.12
d14 12.50 7.88
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 114.65
2 12 -179.33
3 15 -117.33
数値実施例 ３
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1* 66.840 12.94 1.48749 70.2
2(回折) 122.932 12.44 1.48749 70.2
3 1072.527 5.85
4* 68.786 15.70 1.48749 70.2
5 1909.848 3.22 1.74100 52.6
6 347.428 9.26
7 192.222 2.92 1.83481 42.7
8 31.142 15.50 1.48749 70.2
9 -1876.226 (可変)
10 167.205 1.75 1.43387 95.1
11 35.165 (可変)
12(絞り) ∞ 3.92
13 199.016 1.27 1.80518 25.4
14 46.568 0.00
15 46.568 5.08 1.51742 52.4
16 -95.666 2.24
17 44.521 4.22 1.75520 27.5
18 389.659 1.27 1.81600 46.6
19 60.363 2.28
20 3746.396 1.27 1.83481 42.7
21 63.462 3.51
22 146.214 3.00 1.64769 33.8
23 -69.451 1.36 1.83481 42.7
24* 63.140 0.80
25 111.379 11.00 1.51742 52.4
26 -21.017 0.00
27 -21.006 1.95 1.43387 95.1
28 63.736 0.49
29 48.454 5.68 1.51742 52.4
30 1402.397 0.49
31 ∞ 2.14 1.51633 64.1
32 ∞
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-3.49165e-001 A 4= 3.92214e-008 A 6=-2.32827e-011 A 8= 5.26911e-015 A10=-2.28687e-018
第2面(回折面)
A 2=-5.04353e-005 A 4=-2.62726e-010 A 6= 4.90495e-013 A 8=-4.98370e-017
第4面
K =-1.18277e-002 A 4=-2.20294e-007 A 6= 4.18510e-011 A 8=-3.48675e-014 A10= 1.79742e-017
第24面
K =-2.91125e+000 A 4= 1.39454e-006 A 6=-1.31073e-009 A 8= 5.38346e-012 A10=-1.07741e-014
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 291.00
Fナンバー 2.88
画角 4.17
像高 21.64
レンズ全長 208.00
BF 54.00
物体距離 -∞ -3500
d 9 4.69 11.33
d11 17.78 11.13
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 124.05
2 10 -102.68
3 12 -383.79
φ（ｈ，ｍ）＝｛２π／（ｍλ０）｝（Ａ２Ｙ２＋Ａ４Ｙ４＋Ａ６Ｙ６＋・・・）
であらわされるものとする。各実施例において、回折光の回折次数ｍは１であり、設計波長λ０はｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）である。
数値実施例 １
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1* 70.057 14.00 1.48749 70.2
2(回折) 175.248 10.00 1.48749 70.2
3 991.665 6.00
4* 64.577 15.50 1.48749 70.2
5 2061.532 3.30 1.74100 52.6
6 302.438 9.50
7 136.628 3.00 1.83481 42.7
8 30.399 13.00 1.48749 70.2
9 -2477.682 (可変)
10 351.570 1.80 1.43387 95.1
11 37.297 (可変)
12(絞り) ∞ 4.02
13 -313.023 1.30 1.80518 25.4
14 32.780 4.70 1.51742 52.4
15 -49.402 2.30
16 58.242 3.30 1.75520 27.5
17 -50.314 1.30 1.81600 46.6
18 41.966 2.34
19 313.763 1.30 1.83481 42.7
20 53.391 3.60
21 42.779 7.20 1.64769 33.8
22 -19.470 1.40 1.83481 42.7
23* 46.582 0.44
24 57.578 8.00 1.51742 52.4
25 -19.943 0.00
26 -22.932 2.00 1.43387 95.1
27 44.999 0.50
28 38.754 4.80 1.51742 52.4
29 1425.717 0.50
30 ∞ 2.20 1.51633 64.1
31 ∞
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.43855e-001 A 4=-1.93099e-010 A 6=-2.74985e-011 A 8= 1.37063e-015 A10=-2.18842e-018
第2面(回折面)
A 2=-4.70000e-005 A 4=-1.54677e-009 A 6= 1.48064e-012 A 8=-2.78650e-016
第4面
K = 8.12883e-002 A 4=-3.09766e-007 A 6=-1.38173e-011 A 8=-1.30814e-014 A10= 8.97456e-018
第23面
K =-2.20153e-001 A 4= 6.33415e-007 A 6=-9.37707e-012 A 8= 2.58779e-012 A10=-2.54583e-014
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 389.99
Fナンバー 4.12
画角 3.18
像高 21.64
レンズ全長 212.07
BF 52.70
物体距離 -3500
d 9 13.83 20.34
d11 18.24 11.73
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 114.82
2 10 -95.98
3 12 -86.05
数値実施例 ２
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 ∞ 4.50 1.51633 64.1
2 ∞ 0.90
3 79.911 13.00 1.48749 70.2
4(回折) 180.000 12.00 1.48749 70.2
5 -410.392 6.00
6 78.598 12.50 1.48749 70.2
7 783.108 3.80
8 -240.575 3.00 1.80610 40.9
9 73.587 0.14
10* 65.709 12.50 1.48749 70.2
11 -211.470 (可変)
12 225.694 4.60 1.78472 25.7
13 925.141 2.20 1.83481 42.7
14 90.756 (可変)
15(絞り) ∞ 10.00
16* 586.982 1.80 1.84666 23.9
17 53.892 5.20 1.71999 50.2
18 52.114 1.20
19 74.287 6.25 1.84666 23.9
20 -52.079 1.65 1.60311 60.6
21 -419.815 5.52
22 -329.581 1.60 1.77250 49.6
23 42.356 2.82
24 143.913 9.30 1.71999 50.2
25 -19.617 1.80 1.83400 37.2
26 396.634 0.50
27 58.569 10.50 1.54072 47.2
28 -30.000 2.00 1.49700 81.5
29 -2239.456 2.00
30 ∞ 2.00 1.51633 64.1
31 ∞
像面 ∞
非球面データ
第4面(回折面)
A 2=-3.50000e-005 A 4= 4.64752e-010
第10面
K = 4.90788e-001 A 4=-6.09902e-007 A 6=-1.41185e-010 A 8=-3.80264e-014 A10= 5.22218e-018
第16面
K =-2.26102e+001 A 4= 8.30526e-007 A 6=-6.52746e-011 A 8= 2.21720e-012 A10=-2.55480e-015
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 284.97
Fナンバー 2.91
画角 4.34
像高 21.64
レンズ全長 218.75
BF 55.47
物体距離 -∞ -6000
d11 11.50 16.12
d14 12.50 7.88
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 114.65
2 12 -179.33
3 15 -117.33
数値実施例 ３
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1* 66.840 12.94 1.48749 70.2
2(回折) 122.932 12.44 1.48749 70.2
3 1072.527 5.85
4* 68.786 15.70 1.48749 70.2
5 1909.848 3.22 1.74100 52.6
6 347.428 9.26
7 192.222 2.92 1.83481 42.7
8 31.142 15.50 1.48749 70.2
9 -1876.226 (可変)
10 167.205 1.75 1.43387 95.1
11 35.165 (可変)
12(絞り) ∞ 3.92
13 199.016 1.27 1.80518 25.4
14 46.568 0.00
15 46.568 5.08 1.51742 52.4
16 -95.666 2.24
17 44.521 4.22 1.75520 27.5
18 389.659 1.27 1.81600 46.6
19 60.363 2.28
20 3746.396 1.27 1.83481 42.7
21 63.462 3.51
22 146.214 3.00 1.64769 33.8
23 -69.451 1.36 1.83481 42.7
24* 63.140 0.80
25 111.379 11.00 1.51742 52.4
26 -21.017 0.00
27 -21.006 1.95 1.43387 95.1
28 63.736 0.49
29 48.454 5.68 1.51742 52.4
30 1402.397 0.49
31 ∞ 2.14 1.51633 64.1
32 ∞
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-3.49165e-001 A 4= 3.92214e-008 A 6=-2.32827e-011 A 8= 5.26911e-015 A10=-2.28687e-018
第2面(回折面)
A 2=-5.04353e-005 A 4=-2.62726e-010 A 6= 4.90495e-013 A 8=-4.98370e-017
第4面
K =-1.18277e-002 A 4=-2.20294e-007 A 6= 4.18510e-011 A 8=-3.48675e-014 A10= 1.79742e-017
第24面
K =-2.91125e+000 A 4= 1.39454e-006 A 6=-1.31073e-009 A 8= 5.38346e-012 A10=-1.07741e-014
各種データ
ズーム比 1.00
焦点距離 291.00
Fナンバー 2.88
画角 4.17
像高 21.64
レンズ全長 208.00
BF 54.00
物体距離 -∞ -3500
d 9 4.69 11.33
d11 17.78 11.13
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 124.05
2 10 -102.68
3 12 -383.79
次に、以下の表１に、本発明の各実施例における、条件式（１）〜（１１）の計算結果を示す。
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。例えば、本発明の実施例の中では主に単焦点の光学系について説明を行ったが、本発明をズームレンズに適用しても構わないし、また、前述した通り、第２群或いは第３群に正の屈折力を持たせても構わない。
また、この光学系を含む光学機器にも適用可能である。例えば、ＣＣＤ等の撮像素子と、本実施例の光学系とを備え、本実施例の光学系によって被写体の像を撮像素子の上に形成するような撮像装置にも適用可能である。また、液晶パネル（画像表示素子）と本実施例の光学系とを備え、本実施例の光学系で液晶パネルからの光を被投射面に投射する液晶プロジェクタ（画像投射装置）にも適用可能である。
１ Ｌ１ 第１レンズ群
２ Ｌ２ 第２レンズ群
３ Ｌ３ 第３レンズ群
４ ＳＰ 絞り
５ ＩＰ 像面
６ ＊ 非球面
７ ＤＯ 本発明に記載の回折光学素子
８ ＵＤ 本発明に記載の負の屈折力を有する光学素子
９ ｄ ｄ線
１０ ｇ ｇ線
１１ ΔＳ サジタル像面
１２ ΔＭ メリディオナル像面
２ Ｌ２ 第２レンズ群
３ Ｌ３ 第３レンズ群
４ ＳＰ 絞り
５ ＩＰ 像面
６ ＊ 非球面
７ ＤＯ 本発明に記載の回折光学素子
８ ＵＤ 本発明に記載の負の屈折力を有する光学素子
９ ｄ ｄ線
１０ ｇ ｇ線
１１ ΔＳ サジタル像面
１２ ΔＭ メリディオナル像面
Claims (10)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、フォーカスの際に光軸方向に移動する第２群、絞りを含む第３群を有する光学系において、
前記第１群が、周辺部で負の屈折力が強くなる非球面を１面有し、
前記第３群が、負の屈折力を有する第１レンズを有しており、
前記光学系全系の焦点距離をｆ、前記第１群の焦点距離をｆ１、前記光学系全系のＦｎｏをＦｎｏ、前記第１群中の非球面の有効端部における前記非球面と近軸球面との像側への離れ量をＤａｓ、前記第１レンズのｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率をｎｇ、ｎＦ、ｎＣ、（ｎｇ−ｎＦ）／（ｎＦ−ｎＣ）で表される部分分散をθｇＦ、前記第１レンズのアッベ数をｖｄ、前記第１レンズの屈折力をφＵＤＲとするとき、
０．０３＜ｆ１／ｆ・Ｆｎｏ＜１．３０
−０．０３＜Ｄａｓ／ｆ＜−０．００１
θｇＦ＋１．３×１０ −３ ・ｖｄ＞０．６２５
ｖｄ＞６０
−０．８＜１／（φＵＤＲ・ｆ）・Ｆｎｏ＜０
を満足することを特徴とする光学系。 - 前記第２群が負の屈折力を有し、前記第３群が負の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
- 前記非球面が、物体側に凸形状の面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
- 前記第１群の中で、前記第１群の最も物体側の面の面頂点と前記第１群の最も像側の面頂点との中間点よりも物体側に存在する光学面の焦点距離をｆ１Ｆとするとき、
１．８＜ｆ／ｆ１Ｆ＜８．５
を満足することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光学系。 - 前記第１群の中で、前記第１群の最も物体側の面の面頂点と前記第１群の最も像側の面頂点との中間点よりも像側に存在する光学面の焦点距離をｆ１Ｒとするとき、
−３．５＜ｆ／ｆ１Ｒ＜１．０
を満足することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光学系。 - 前記第１群は、負の屈折力を有する第２レンズを備えており、前記第２レンズの焦点距離をｆｎ、前記第２レンズよりも物体側に配置された光学面の合成焦点距離をｆｐｐとするとき、
−１．０＜ｆｎ／ｆ
０．０５＜ｆｐｐ／ｆ＜０．３２
を満足することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光学系。 - 前記第１群が正の屈折力を有する回折光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光学系。
- 前記正の屈折力を有する回折光学素子の焦点距離をｆＤＯとするとき、
２０＜ｆＤＯ／ｆ１＜１３０
を満足することを特徴とする請求項７記載の光学系。 - 前記第１レンズは、物体側に凹面を有しており、前記物体側の凹面の曲率をＲｕｄ１とするとき、
−０．２＜Ｒｕｄ１／ｆ＜０．０
を満足することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の光学系。 - 請求項１乃至９いずれか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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