JP4434596B2

JP4434596B2 - レトロフォーカス型レンズ

Info

Publication number: JP4434596B2
Application number: JP2003034136A
Authority: JP
Inventors: 要司田中
Original assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Current assignee: Tochigi Nikon Corp; Nikon Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004245966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レトロフォーカス型レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子の高精細化に伴い、撮像レンズには像側にテレセントリックで明るくコンパクトで広画角でありながらバックフォーカスの長い高性能なレンズが望まれている。その要求に応えるために多くのレトロフォーカス型レンズが提案されている。
【０００３】
一般に、レトロフォーカス型レンズのフォーカシング方式は、全体繰り出しが採用されている。しかし、レトロフォーカス型レンズは、結像性能の近距離変動が比較的多いため、その補正にリアフォーカス方式やフローティング方式を採用したレンズが提案されている。例えば、リアフォーカス方式のレトロフォーカス型レンズは特許文献１、および特許文献２に開示されている。またフローティング方式のレトロフォーカス型レンズは特許文献３に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１６６５３７号公報
【特許文献２】
特開平９−２１１３２１号公報
【特許文献３】
特開昭６３−２９１６１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、および特許文献２に開示されているレトロフォーカス型レンズにおいては、Ｆナンバーが２．８と暗く、さらに歪曲収差も大きく近年の撮像レンズの要求に十分に応えられていないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３に開示されているレトロフォーカス型レンズにおいては、歪曲収差が大きく、また、フォーカシングに際して移動するレンズ構成枚数も多くフォーカス部を移動させる駆動装置に負担がかかり迅速なフォーカシングが出来ないという問題がある。さらに、フローティング方式を採用しているため、レンズ鏡筒の加工も困難となり加工にかかるコストが高いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題にかんがみてなされたものであり、リアフォーカス方式を採用した小型で簡単な構成で、優れた結像性能を有し、迅速なフォーカシングを可能にしたレトロフォーカス型レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、前記第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群前群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群とから成り、前記第１レンズ群前群の最も物体側に配置されるレンズは、正レンズからなり、無限遠物体から近距離物体に対してフォーカシングする際に、前記第１レンズ群は像面に対して固定され、前記第２レンズ群を光軸方向に移動し、
レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群前群の焦点距離をｆ１Ｆ、前記第１レンズ群後群の焦点距離をｆ１Ｒ、前記第１レンズ群前群の最も像側の面と前記第１レンズ群後群の最も物体側の面との光軸上の距離をＤ１、としたとき、
−８＜ｆ１／ｆ＜−２（ｆ１＜０）
０．８＜ｆ２／ｆ＜１．５
−５＜ｆ１Ｆ／ｆ＜−２．５（ｆ１Ｆ＜０）
−５＜ｆ１Ｒ／ｆ１Ｆ＜−２
Ｄ１／ｆ＜１．５
の条件を満足することを特徴とするレトロフォーカス型レンズを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に関して説明する。
【００１０】
本発明にかかるレトロフォーカス型レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、前記第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群前群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群とから成り、無限遠物体から近距離物体に対してフォーカシングする際に、前記第１レンズ群は像面に対して固定され、前記第２レンズ群を光軸方向に移動する構成としている。そして、レトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群前群の焦点距離をｆ１Ｆ、前記第１レンズ群後群の焦点距離をｆ１Ｒ、としたとき、条件式（１）から（４）を満足している。
（１） −８＜ｆ１／ｆ＜−２（ｆ１＜０）
（２）０．８＜ｆ２／ｆ＜１．５
（３） −５＜ｆ１Ｆ／ｆ＜−２．５（ｆ１Ｆ＜０）
（４） −５＜ｆ１Ｒ／ｆ１Ｆ＜−２
【００１１】
条件式（１）は、レトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離ｆと前記第１レンズ群の焦点距離ｆ１との比について適切な範囲を規定している。
【００１２】
条件式（１）の下限値を下回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ第１レンズ群が弱い屈折力を有することになってしまう。その結果、第２レンズ群の担う結像倍率を小さくしなければならず、所望のバックフォーカスの確保が困難となり、ＣＣＤ等の撮像素子に必要なローパスフィルタや赤外カットフィルタを入れるスペースが無くなるので好ましくない。
【００１３】
条件式（１）の上限値を上回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ前記第１レンズ群が著しく強い屈折力を有することになってしまう。その結果、歪曲収差をはじめ、像面湾曲などの軸外収差の補正が困難となるので好ましくない。
【００１４】
条件式（２）は、第２レンズ群の焦点距離ｆ２とレトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離ｆとの比について適切な範囲を規定している。
【００１５】
条件式（２）の下限値を下回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ第２レンズ群が強い屈折力を有することになってしまう。その結果、所望のバックフォーカスの確保が困難となり、ＣＣＤ等の撮像素子に必要なローパスフィルタや赤外カットフィルタを入れるスペースが無くなるので好ましくない。
【００１６】
条件式（２）の上限値を上回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ第２レンズ群が弱い屈折力を有することになってしまう。その結果、フォーカシング時のフォーカシング群の移動量が増大し、フォーカシング群の第２レンズ群と固定群の第１レンズ群とが干渉してしまい近距離物体への合焦が困難になってしまう。また、フォーカシングのスペースを確保しようとするとレトロフォーカス型レンズ全系の大型化に繋がるので好ましくない。
【００１７】
条件式（３）はレトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離ｆと第１レンズ群前群の焦点距離ｆ１Ｆとの比について適切な範囲を規定している。
【００１８】
条件式（３）の下限値を下回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ第１レンズ群前群が著しく弱い屈折力を有することになってしまう。その結果、最大像高に対する主光線のレンズ第１面への入射高さが光軸から隔たり大型化を招き好ましくない。
【００１９】
条件式（３）の上限値を上回ると、レトロフォーカス型レンズ全系の屈折力に比べ第１レンズ群前群が著しく強い屈折力を有することになってしまう。その結果、レンズの対称性が崩れ負の歪曲収差が大きくなり、また、主光線より下側光線のコマ収差が悪化するので好ましくない。
【００２０】
条件式（４）は、第１レンズ群前群の焦点距離ｆ１Ｆと第１レンズ群後群の焦点距離ｆ１Ｒとの比について適切な範囲を規定している。
【００２１】
条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズ群後群の屈折力が第１レンズ群前群の屈折力に比べ弱くなることを意味する。その結果、第１レンズ群後群の所望の結像倍率を得ようとすると、第１レンズ群前群と第１レンズ群後群との間隔を広げなくてはならなくなりレンズの大型化を招くので好ましくない。
【００２２】
条件式（４）の上限値を上回ると、第１レンズ群後群の屈折力が前記第１レンズ群前群の屈折力に比べ強くなることを意味する。その結果、主に球面収差が負側に大きくなり補正が困難となる。また、第１レンズ群後群の所望の結像倍率を得ようとすると、第１レンズ群前群と第１レンズ群後群との間隔を狭くする必要があり、その結果、レンズ個々の屈折力が強くなることによりコマ収差等の諸収差の補正も困難となるので好ましくない。
【００２３】
また、本発明のレトロフォーカス型レンズでは、以下の条件式（５）を満足している。
（５）Ｄ１／ｆ＜１．５
ここで、
ｆ：レトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離、
Ｄ１：第１レンズ群前群の最も像側の面と第１レンズ群後群の最も物体側の面との光軸上の距離である。
【００２４】
条件式（５）は、レトロフォーカス型レンズ全系の焦点距離ｆと第１レンズ群前群の最も像側の面と第１レンズ群後群の最も物体側の面との光軸上の距離との比について適切な範囲を規定している。
【００２５】
条件式（５）の範囲を外れると、第１レンズ群前群と前記第１レンズ群後群との光軸上の距離が必要以上に長くなり過ぎ、固定群である第１レンズ群の大型化を招くと共にレトロフォーカス型レンズ全系が大型化するので好ましくない。
【００２６】
また、本発明のレトロフォーカス型レンズでは、第１レンズ群前群の最も物体側に正レンズを配置している。広角レンズに特有の負側に大きく発生する主に歪曲収差の補正に有効である。
【００２７】
また、本発明のレトロフォーカス型レンズでは、第１レンズ群後群に物体側から順に正レンズと負レンズとの貼り合わせ正レンズを有している。Ｆナンバー１．４という大口径にもかかわらず無限遠物体から近距離物体までのフォーカシング時における主に球面収差の変動を抑えることに有効である。さらに好ましくは、前記貼り合わせ正レンズの貼り合わせ面は負の曲率半径を有することがよい。
【００２８】
以上の条件式（１）から（５）を満足することにより、リアフォーカス方式を採用した小型で簡単な構成でありＦナンバーが１．４〜１．８程度と明るく、画角５０°程度と広画角でありながら歪曲収差を良好に補正し、無限遠物体から近距離物体までのフォーカシング時における収差変動を抑え優れた結像性能を有し、フォーカシング群の重量、大きさ、移動量を小さくすることによりフォーカス部を移動させる駆動装置の負荷を軽減させ、迅速なフォーカシングを可能にしたレトロフォーカス型レンズを提供することができる。
【００２９】
「実施例」
以下、本発明にかかるレトロフォーカス型レンズの各実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
以下のすべての実施例において、レトロフォーカス型レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群前群Ｇ１Ｆと、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群Ｇ１Ｒとから成り、無限遠物体から近距離物体に対してフォーカシングする際に、第１レンズ群Ｇ１は像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に移動するように構成している。
【００３１】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成を示す図である。
【００３２】
本第１実施例のレトロフォーカス型レンズでは、物体側から順に、第１レンズ群前群Ｇ１Ｆは、両凸形状の正レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹形状の負レンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４とから構成されている。第１レンズ群後群Ｇ１Ｒは、両凸形状の正レンズＬ１５と両凹形状負レンズＬ１６との貼り合わせ正レンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸形状の正レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と両凹形状の負レンズＬ２５との貼り合わせ負レンズとから構成されている。そして、平行平面板からなるフィルタＦが第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間に設けられている。
【００３３】
表１に本第１実施例のレトロフォーカス型レンズの諸元値を掲げる。表１において、ｆは焦点距離を、ＦＮＯはＦナンバーを、２ωは画角を、Ｂｆはバックフォーカスを、βは撮影倍率を、ｄ０は物体からレンズ第１面までの距離をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からレンズ面の順序を、屈折率およびアッベ数はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。なお、空気の屈折率１．００００００は記載を省略している。
【００３４】
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径、面間隔その他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
【００３５】
【表１】

【００３６】
図２から図４は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。図２は無限遠物体に対する諸収差図を、図３はβ＝−０．０６５に対する諸収差図を、図４はβ＝−０．１に対する諸収差図をそれぞれ示している。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。球面収差図では、最大口径に対応するＦナンバー値またはＮＡの最大値を示し、非点収差図、歪曲収差図では像高Ｙの最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。また、非点収差図において実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
【００３７】
各収差図から、本第１実施例のレトロフォーカス型レンズは、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明らかである。
【００３８】
（第２実施例）
図５は、本発明の第２実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成を示す図である。
【００３９】
本第２実施例のレトロフォーカス型レンズでは、物体側から順に、第１レンズ群前群Ｇ１Ｆは、両凸形状の正レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹形状の負レンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４とから構成されている。第１レンズ群後群Ｇ１Ｒは、両凸形状の正レンズＬ１５と両凹形状の負レンズＬ１６との貼り合わせ正レンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸形状の正レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と両凹形状の負レンズＬ２４との貼り合わせ正レンズとから構成されている。そして、平行平面板からなるフィルタＦが第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間に設けられている。
【００４０】
表２に本第２実施例のレトロフォーカス型レンズの諸元値を掲げる。
【００４１】
【表２】

【００４２】
図６から図８は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する実施例２の諸収差図である。図６は無限遠物体に対する諸収差図を、図７はβ＝−０．０６５に対する諸収差図を、図８はβ＝−０．１に対する諸収差図をそれぞれ示している。
【００４３】
各収差図から、本第２実施例のレトロフォーカス型レンズは、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明らかである。
【００４４】
（第３実施例）
図９は、本発明の第３実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成を示す図である。
【００４５】
本第３実施例のレトロフォーカス型レンズでは、物体側から順に、第１レンズ群前群Ｇ１Ｆは、両凸形状の正レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹形状の負レンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４とから構成されている。第１レンズ群後群Ｇ１Ｒは、両凸形状の正レンズＬ１５と両凹形状の負レンズＬ１６との貼り合わせ正レンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、両凹形状の負レンズＬ２１と、両凸形状の正レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と両凹形状の負レンズＬ２５との貼り合わせ負レンズとから構成されている。そして、平行平面板からなるフィルタＦが第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間に設けられている。
【００４６】
表３に本第３実施例のレトロフォーカス型レンズの諸元値を掲げる。
【００４７】
【表３】

【００４８】
図１０から図１２は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する実施例３の諸収差図である。図１０は無限遠物体に対する諸収差図を、図１１はβ＝−０．０６５に対する諸収差図を、図１２はβ＝−０．１に対する諸収差図をそれぞれ示している。
【００４９】
各収差図から、本第３実施例のレトロフォーカス型レンズは、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明らかである。
【００５０】
（第４実施例）
図１３は、本発明の第４実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成を示す図である。
【００５１】
本第４実施例のレトロフォーカス型レンズでは、物体側から順に、第１レンズ群前群Ｇ１Ｆは、両凸形状の正レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、両凸形状の正レンズＬ１４とから構成されている。第１レンズ群後群Ｇ１Ｒは、両凸形状の正レンズＬ１５と両凹形状の負レンズＬ１６との貼り合わせ正レンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、両凸形状の正レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と両凹形状の負レンズＬ２５との貼り合わせ負レンズとから構成されている。そして、平行平面板からなるフィルタＦが第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉとの間に設けられている。
【００５２】
表４に本第４実施例のレトロフォーカス型レンズの諸元値を掲げる。
【００５３】
【表４】

【００５４】
図１４から図１６は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）およびｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）に対する実施例４の諸収差図である。図１４は無限遠物体に対する諸収差図を、図１５はβ＝−０．０６５に対する諸収差図を、図１６はβ＝−０．１に対する諸収差図をそれぞれ示している。
【００５５】
各収差図から、本第４実施例のレトロフォーカス型レンズは、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明らかである。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、リアフォーカス方式を採用した小型で簡単な構成で優れた結像性能を有し、迅速なフォーカシングを可能にしたレトロフォーカス型レンズが実現でき、広範な利用目的に適うレトロフォーカス型レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成図。
【図２】第１実施例のレトロフォーカス型レンズの無限遠物体に対する諸収差図。
【図３】第１実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．０６５に対する諸収差図。
【図４】第１実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．１に対する諸収差図。
【図５】本発明の第２実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成図。
【図６】第２実施例のレトロフォーカス型レンズの無限遠物体に対する諸収差図。
【図７】第２実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．０６５に対する諸収差図。
【図８】第２実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．１に対する諸収差図。
【図９】本発明の第３実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成図。
【図１０】第３実施例のレトロフォーカス型レンズの無限遠物体に対する諸収差図。
【図１１】第３実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．０６５に対する諸収差図。
【図１２】第３実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．１に対する諸収差図。
【図１３】本発明の第４実施例にかかるレトロフォーカス型レンズのレンズ構成図。
【図１４】第４実施例のレトロフォーカス型レンズの無限遠物体に対する諸収差図。
【図１５】第４実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．０６５に対する諸収差図。
【図１６】第４実施例のレトロフォーカス型レンズのβ＝−０．１に対する諸収差図。
【符号の説明】
Ｇ１：第１レンズ群
Ｇ１Ｆ：第１レンズ群前群
Ｇ１Ｒ：第１レンズ群後群
Ｇ２：第２レンズ群
Ｆ：フィルタ
Ｓ：開口絞り
Ｉ：像面

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズ群前群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第１レンズ群後群とからなり、
前記第１レンズ群前群の最も物体側に配置されるレンズは、正レンズからなり、
無限遠物体から近距離物体に対してフォーカシングする際に、前記第１レンズ群は像面に対して固定され、前記第２レンズ群を光軸方向に移動し、
レンズ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第１レンズ群前群の焦点距離をｆ１Ｆ、前記第１レンズ群後群の焦点距離をｆ１Ｒ、前記第１レンズ群前群の最も像側の面と前記第１レンズ群後群の最も物体側の面との光軸上の距離をＤ１、としたとき、
−８＜ｆ１／ｆ＜−２（ｆ１＜０）
０．８＜ｆ２／ｆ＜１．５
−５＜ｆ１Ｆ／ｆ＜−２．５（ｆ１Ｆ＜０）
−５＜ｆ１Ｒ／ｆ１Ｆ＜−２
Ｄ１／ｆ＜１．５
の条件を満足することを特徴とするレトロフォーカス型レンズ。
前記第１レンズ群後群は、物体側から順に正レンズと負レンズとの貼り合わせ正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載のレトロフォーカス型レンズ。