JP3715735B2 - 望遠レンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インナフォーカスタイプの望遠レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりレンズ系内部のレンズ群を光軸上に移動させて合焦を行うインナフォーカスタイプの望遠レンズが知られている。このような合焦方式のレンズ系では、合焦に際してレンズの全長が変化せず、且つ、レンズの全重量に対して比較的軽量な合焦群を少量だけ光軸方向に移動させればよいという機構上の長所があるが、合焦群の移動による収差変動が大きく、これを補正することが難しいという問題点があった。
【０００３】
この種のインナフォーカスタイプの望遠レンズとして、従来例えば特公昭６１−３２６５１号公報に示されるようなものがある。これは、光学系を物体側から正，負，負の３群で構成し、第２負レンズ群を光軸上に移動させて合焦を行うものであるが、もっとも像側に負レンズ系を配置していることに加えて、画角２ωが６．３°、広くても８．５°と狹いため、このままの構成で画角を広げての使用は、歪曲収差を主とした諸収差が大きく発生することから不可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために提案された特開昭６１−５１１１７号公報に記載されている望遠レンズは、物体側から正，負，正の作用の３群で構成し、そのうち、第３群を３枚のレンズで構成することにより、より自由度の高い収差補正を行って、画角２ωを１７．０°程度にまで広げている。
【０００５】
それと同時に、その実施例３において、第３レンズ群を物体側から両凸の正レンズと両凹の負レンズの２枚で構成し、画角２ωを１２．７°程度としたレンズ系も示されているが、移動レンズ群である第２レンズ群の有効径が大きく機構上不利となる。
また、例えば焦点距離の７倍程度の近距離に合焦した際、球面収差やコマ収差の変動が比較的大きくなるとともに、像面の倒れが球面収差の倒れと合っていないために、画面の中心から周辺にかけて、鮮鋭な像を得ることができず、最短撮影距離を焦点距離の７倍程度より短くすることができないという問題点があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無限遠から近距離まで収差が良好に補正され、且つ合焦による収差変動が少ない望遠レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、物体側より順に収束性の第１レンズ群、発散性の第２レンズ群、収束性の第３レンズ群より構成され、上記第２レンズ群を光軸上像側へ移動させることによって、より近距離の物体への合焦を行う望遠レンズにおいて、上記第１レンズ群は、物体側より順に正，正，負，正の第１，第２，第３，第４レンズで構成され、上記第２レンズ群は、物体側より両凹の負の第５レンズと両面が物体側に凸のメニスカス正の第６レンズで構成され、上記第３レンズ群は、物体側より正の第７レンズと両面が像側に凸のメニスカス負の第８レンズで構成され、且つ、以下の条件を満足する望遠レンズを提供するものである。
（１）０．０５＜ｄ１０／ｄ８＜０．７
（２）ｒ１２＞０
但し、ｄ８：第４レンズと第５レンズとの面間隔
ｄ１０：第５レンズと第６レンズとの面間隔
ｒ１２：第６レンズの像側の面の曲率半径
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態及び各実施例を図面に基づいて具体的に説明する。この発明による望遠レンズは、図１に示すように、物体側より順に収束性の第１レンズ群Ｇ１、発散性の第２レンズ群Ｇ２、収束性の第３レンズ群Ｇ３より構成されている。
【０００８】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に正，正，負，正の第１，第２，第３，第４のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４で構成され、第２レンズ群Ｇ２は、物体側より順に両凹の負の第５レンズＬ５と両面が物体側に凸のメニスカス正の第６レンズＬ６で構成され、第３レンズ群Ｇ３は、物体側より順に正の第７レンズＬ７と両面が像側に凸のメニスカス負の第８レンズＬ８で構成され、第２レンズ群Ｇ２を光軸上像側へ移動させることにより、より近距離の物体の合焦を行うものである。
【０００９】
以上のような構成からなる望遠レンズは、絞りＤに対して比較的コンセントリックな面を多く配置させることにより、各レンズ群における収差発生量を小さく抑えるとともに、特に合焦レンズ群である第２レンズ群Ｇ２の移動による収差変動を少なくしている。
第２レンズ群Ｇ２は、すでに述べたように、光軸上を像側へ移動させることにより近距離側への合焦を行う役割を持ち、比較的軽量なレンズ群を少量移動させるだけで合焦を行うことが可能になる。
【００１０】
しかし、第２レンズ群Ｇ２の屈折率が強くなりすぎると、合焦のための移動量は小さくできる反面、収差の変動が大きくなる。また、第２レンズ群Ｇ２の屈折率が弱くなりすぎると、単位移動量あたりの収差変動は小さくなるが、所要の最短撮影距離を得るための移動量が大きくなり、機構上の制約を受けることになる。したがって、この実施形態では第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２、望遠レンズ全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．５５＜｜ｆ２｜／ｆ＜０．８（ｆ２＜０）
を満たすようにするのが望ましい。
【００１１】
次に、図１において、望遠比、すなわち焦点距離に対するレンズ全長（レンズ第１面から像面までの距離）を一定に保ちながら第２レンズ群Ｇ２を第１レンズ群Ｇ１に近付けていくと第２レンズ群Ｇ２の屈折率は弱くなり、その結果として第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の面間隔ｄ１０が広がる。つまり、有効径も含めて第２レンズ群Ｇ２が大きくなるという機構上の問題と、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との面間隔ｄ１０が広がることにより、第５レンズＬ５から第６レンズＬ６へ入射する光線の光線高の変化が大きくなり、収差変動につながることから、ｄ１０／ｄ８は０．７の上限を越えることはできない。
【００１２】
同様に、望遠比を一定に保ちながら第２レンズ群Ｇ２を第１レンズ群Ｇ１から離していくと、第２レンズ群Ｇ２の屈折力は強くなり、その結果、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の面間隔ｄ１０は狹まる。つまり、第２レンズ群自体は小さくなるとともに合焦のための駆動量も小さくできて機構上有利となるが、第２レンズ群Ｇ２の屈折力が大きくなることによって、すでに述べたように合焦の際の収差変動が大きくなるため、ｄ１０／ｄ８は０．０５の下限を越えることはできない。さらに加えると、
０．１＜ｄ１０／ｄ８＜０．３５
の範囲であれば一層良好な性能を得ることができる。
【００１３】
また、合焦レンズ群である第２レンズ群Ｇ２において、もっとも物体側の第５レンズＬ５の負の屈折力をもつ有効径の大きい面の曲率半径ｒ９を大きくすることは、この面での諸収差の発生の原因となるばかりでなく、合焦の際の収差変動の原因となる。したがって、第５レンズＬ５の物体側の面の曲率半径ｒ９を小さくしてこの面のもつ負の作用を小さくするために、第２レンズ群Ｇ２全体としての負の作用を、第５レンズＬ５の負の作用の像側の曲率半径ｒ１０の面及び負の作用の第６レンズＬ６の像側の曲率半径ｒ１２の面に負担させ、ｒ１２＞０とした。
【００１４】
さらに、第５レンズＬ５の物体側の曲率半径ｒ９の面以外の第２レンズ群Ｇ２の各面を絞りＤに対してコンセントリックな形状をもたせることにより、各面での光束主光線の急激な曲がりを極力なくして諸収差の発生量を少なくするとともに、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動による諸収差の変動、特に球面収差やコマ収差の変動を小さくした。また、第５レンズＬ５の像側の面と第６レンズＬ６の物体側の面で収差打消しの関係にもなっている。
【００１５】
以上のような観点から、特にｒ１２＞０のように構成することは、第２レンズ群Ｇ２を射出していく光線に対して、合焦による射出角度変化を小さくできるため、諸収差の変動を少なくすることが可能になる。加えて、ｒ１２＞０とすることにより、無限遠から近距離に合焦した際、曲率半径ｒ１２の面を通過する光線の光線高が低くなるため、この面における負の屈折作用が弱くなって球面収差がマイナス方向に倒れる結果となるが、同様の理由で像面もマイナス方向へ倒れ、両者の倒れが一致して画面の中心から周辺まで均等に鮮鋭な像を得ることができる。
【００１６】
次に、第１レンズ群Ｇ１において、物体側から順に正，正，負，正の第１，第２，第３，第４レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４からなるようにすることにより、負レンズをもっとも像側に配置する場合のように前側の正レンズ群からこの負レンズに入射する光線が強い屈折作用を受けて高次収差やコマ収差等が発生することを防止している。
【００１７】
この発明の実施形態における第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１は、全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．５＜ｆ１／ｆ＜０．７
の範囲内にあることが望ましい。この下限を越えると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が強くなり、望遠比は小さくできるが、球面収差やコマ収差が劣化する原因となり、上限を越えると第１レンズ群Ｇ１の屈折力が小さくなり、収差補正上は好都合であるが、望遠比が大きくなりレンズ全長が長くなる。
【００１８】
また、一般に望遠レンズにおいては、図１に示す第１レンズ群Ｇ１の第２レンズＬ２の像側の曲率半径ｒ４の面と第３レンズＬ３の物体側の曲率半径ｒ５の面のように、光線が正レンズから負レンズに入射する際に、上記両面での高次収差を含めた諸収差の発生量が大きくなる。したがって、この実施形態では、これらの曲率半径ｒ４，ｒ５の面を絞りＤに対して比較的コンセントリックな形状にするようにして、これらの面での収差発生量を小さくするとともに、第１レンズ群Ｇ１全体としての収差補正作用ももたせている。
【００１９】
ここで、第３レンズＬ３の物体側の曲率半径ｒ５の面の屈折力をφ５、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆ１とすると、
０．０６＜φ５・ｆ１＜０．２３
とするのがよく、その下限を越えると第１群レンズＧ１の各面でのコンセントリックな形状が大きく崩れ、第２レンズＬ２の像側の面から第４レンズＬ４の物体側の面までの球面収差やコマ収差及び第２レンズＬ２の像側の面と第３レンズＬ３の物体側の面での非点収差補正上のバランスも崩れる。また、その上限を越えると第１レンズ群Ｇ１における第３レンズＬ３としての負のパワー負担を第３レンズＬ３の像側の面に大きく依存することになるので、この面での諸収差の発生原因となる。
【００２０】
なお、第１群レンズＧ１の正の第２レンズＬ２と第４レンズＬ４にｇ線とｄ線に対する部分分散比θが１．２２以上１．２４以下で、アッベ数νｄが８０以上９６以下の異常分散性をもつ光学材料を使用することにより、２次スペクトルを小さく補正している。同時にこのような異常分散性の光学材料は、温度変化による屈折率変化や熱膨張を起こしやすく、且つ軟らかくて傷が付きやすいので、外気に直接触れることになる物体側の正の第１レンズＬ１には、温度変化に強く、比較的硬くて傷の付きにくい光学材料を使用している。
【００２１】
第３レンズ群Ｇ３は正の作用をもつため、通常望遠レンズで問題となる糸巻き型歪曲収差は特に問題とならないが、像側に負の作用をもつ第８レンズＬ８を配置することにより、糸巻き型歪曲収差が発生する可能性を考慮して、第８レンズＬ８の像側の面の曲率半径ｒ１６を
ｒ１６＜０
すなわち、像側に凸となる正の屈折力をもたせるようにして糸巻き型歪曲収差の増大を防いでいる。実際、この実施形態程度の歪曲収差であれば実用上全く問題がない。
【００２２】
また、第３レンズ群Ｇ３の第７レンズＬ７と第８レンズＬ８のレンズ間隔ｄ１４を小さくしすぎると、各レンズの屈折力が大きくなるため、特に負の第８レンズＬ８による糸巻き型歪曲収差が大きく発生する。逆に、レンズ間隔ｄ１４を大きくしすぎると、特にｇ線の色収差補正のバランスが崩れるので、
０．０９＜ｄ１４＜０．１６
の範囲とするのが望ましい。
【００２３】
【実施例】
次に、この発明による望遠レンズの各実施例を示す。ここで
ｆ：全系の焦点距離
ｆｂ：バックフォーカス
２ω：画角
ｒ：曲率半径
ｄ：面間隔
ｎ：ｄ線に対する屈折率
ν：ｄ線に対するアッベ数
Ｍ：メリジオナル像面
Ｓ：サジタル像面
とし、以下の表１，表２，表３に実施例１，実施例２，実施例３のパラメータ値をそれぞれ示す。
【００２４】
なお、以下の各実施例における近距離とは、被写体から像面までの距離が焦点距離のほぼ７倍となる距離を意味するものとする。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【表３】

【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、望遠レンズの合焦群である第２レンズ群の形状を比較的小さく構成することができ、無限遠から焦点距離の７倍程度の近距離までの合焦時の諸収差の変動を小さく抑えることが可能になる。また、近距離での球面収差の倒れと像面の倒れを合致させることにより、近距離においても画面の中心から周辺まで鮮鋭な像を得ることができ、さらに他の収差及びその合焦による変動も充分に小さく良好な性能を達成できた。これによってこの発明による望遠レンズは焦点距離の６倍程度まで最短撮影距離を短くすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による望遠レンズの光学系を無限遠に合焦した状態を示す構成図である。
【図２】同じく近距離に合焦した状態を示す構成図である。
【図３】この発明の実施例１における無限遠合焦時の縦の諸収差図である。
【図４】同じくその近距離合焦時の縦の諸収差図である。
【図５】この発明の実施例２における無限遠合焦時の縦の諸収差図である。
【図６】同じくその近距離合焦時の縦の諸収差図である。
【図７】この発明の実施例３における無限遠合焦時の縦の諸収差図である。
【図８】同じくその近距離合焦時の縦の諸収差図である。
【図９】この発明の実施例１のベスト像面における最大像高の７割の像高での横収差図であり、（Ａ）は無限遠合焦時、（Ｂ）は近距離合焦時をそれぞれ示す。
【図１０】この発明の実施例２のベスト像面における最大像高の７割の像高での横収差図であり、（Ａ）は無限遠合焦時、（Ｂ）は近距離合焦時をそれぞれ示す。
【図１１】この発明の実施例３のベスト像面における最大像高の７割の像高での横収差図であり、（Ａ）は無限遠合焦時、（Ｂ）は近距離合焦時をそれぞれ示す。
【符号の説明】
Ｇ１：第１レンズ群 Ｇ２：第２レンズ群
Ｇ３：第３レンズ群 Ｌ１〜Ｌ８：第１〜第８レンズ

Claims (1)

1. 物体側より順に収束性の第１レンズ群、発散性の第２レンズ群、収束性の第３レンズ群より構成され、上記第２レンズ群を光軸上像側へ移動させることによって、より近距離の物体への合焦を行う望遠レンズにおいて、
   上記第１レンズ群は、物体側より順に正，正，負，正の第１，第２，第３，第４レンズで構成され、
   上記第２レンズ群は、物体側より両凹の負の第５レンズと両面が物体側に凸のメニスカス正の第６レンズで構成され、
   上記第３レンズ群は、物体側より正の第７レンズと両面が像側に凸のメニスカス負の第８レンズで構成され、
   且つ、以下の条件を満足することを特徴とする望遠レンズ。
   （１）０．０５＜ｄ１０／ｄ８＜０．７
   （２）ｒ１２＞０
   但し、ｄ８：第４レンズと第５レンズとの面間隔
   ｄ１０：第５レンズと第６レンズとの面間隔
   ｒ１２：第６レンズの像側の面の曲率半径

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