(57)【要約】【課題】合焦作用を有する光学配置を工夫することで、物体距離が無限遠から近距離にシフトした時、軸外収差において変動の少ない良好な収差補正をなし、且つ画角の変動が小さい短焦点レンズのフォーカス方式を提供すること。【解決手段】物体側より順に、負のパワーを有する合焦時に固定の第一群、絞り、正のパワーを有する第二群で構成し、第二群は物体側より順に少なくとも合焦時に固定の第２Ａ群、合焦作用を有する第二Ｆ群、固定或いは第２Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する第二Ｂ群から構成される短焦点レンズ。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に，負のパワーを有する合焦時に固定の第一群，絞り，正のパワーを有する第二群で構成し，第二群は物体側より順に少なくとも合焦時に固定の第二Ａ群，合焦作用を有する第二Ｆ群，それよりも像面側に固定，あるいは第二Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する第二Ｂ群から構成され，以下の条件式を満足することを特徴とする単焦点レンズのフォーカス方式。
【数１】
2004029641.tif 000013
【請求項２】
前記第二Ｆ群は，無限遠から有限の物体に対する合焦に際して，物体側に繰り出すことで合焦作用を成し，以下の条件式を満足する単焦点レンズのフォーカス方式。
【数２】
2004029641.tif 000014
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，無限遠物体から近距離物体まで良好な収差性能を有し，且つフォーカスによる画角変化の少ない，単焦点レンズのフォーカス方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，放送用テレビレンズ，ビデオカメラ，スチルデジタルカメラ等の撮影レンズ系において，ＣＣＤ等の固定撮像素子の高解像度化が進み，これに対応するため単焦点レンズにおいても高性能化が望まれている。また，放送用テレビレンズに関しては，撮影シーンの多様化に伴い軽量・コンパクトな光学系が望まれている。さらに，物体距離が無限遠から近距離にシフトするにつれ，合焦する際被写体サイズの変化が小さいことが重要視されている。
【０００３】
しかしこれまでに，単焦点レンズにおいて軸上収差と軸外収差を共に良好に補正する合焦方式，合焦作用に伴う軸外収差の変動を抑制する合焦方式等に関する公知例は存在するが，合焦作用に伴う画角変化の低減に関する事例はほとんどない。合焦作用に伴う収差の変動に関して，物体距離が無限遠から近距離にシフトした時，軸外光線収差，特に像面湾曲収差が大きく変動し，無限遠から近距離までの良好な収差補正が困難であることが知られている。このため，これら問題点を解決するためにこれまでに様々な合焦方式が報告されている。
【０００４】
例えば，特開平０６−１３０２９１号公報では，合焦時に光学系全系を物体側に移動させつつ，あるレンズ間隔を相対的に変化させるフローティング方式を採用している。この公報では，フローティング方式により，無限遠から近距離まで良好な収差補正が成されるが，光学系全系を繰り出すため，画角変化が大きくなってしまうという欠点がある。
【０００５】
また，特開平０９−４９９６８号公報では，全体繰り出しではなく部分系を繰り出すことで合焦作用を成している。この公報では，焦点距離の短いレンズ系であるが長いバックフォーカスを確保でき，且つレンズ系からの軸外射出光線の角度が光軸に対して略平行になるような光学系であるため，画角変化は比較的小さくなる。しかし，合焦作用による像面湾曲の変動が大きくなる欠点がある。
【０００６】
また，特開昭６１−５５０８６号公報では，最も像側のレンズ群を固定し，その群よりも物体側の群との間隔を変化させることで，合焦作用を行っている。しかし，この公報では，用途が内視鏡光学系であり，最も像側のレンズ群を光ファイバーに接着させているため，バックフォーカスがない，若しくはかなり短く，さらに合焦作用により，軸外主光線の角度が大きく変化し，射出瞳位置の変化が大きくなるという問題があり，放送用テレビレンズとしては用いるには欠点となる。
【０００７】
また，特開平０４−３１５１１８では，軸上収差と軸外収差をバランス良く補正するための光学配置が提案されており，最も結像面側のレンズ群をシフトすることで合焦作用を成す方式であるが，この公報も用途が内視鏡光学系であり，バックフォーカスがない，若しくはかなり短い構成となっており，放送用テレビレンズとは用途が異なってくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，合焦作用を有する光学配置を工夫することで，物体距離が無限遠から近距離にシフトした時に，軸外収差において変動の少ない良好な収差補正を成し，且つ画角の変動が小さい単焦点レンズのフォーカス方式を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために，本発明による単焦点レンズは，物体側より順に，負のパワーを有する合焦時に固定の第一群，絞り，正のパワーを有する第二群で構成し，第二群は少なくとも合焦時に固定の第二Ａ群，合焦作用を有する第二Ｆ群，それよりも像面側に固定，あるいは第二Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する第二Ｂ群から構成され，以下の条件式を満足することを特徴としている。
【００１０】
【数３】
2004029641.tif 000003
【００１１】
である。
【００１２】
上記条件式（Ｉ）は，合焦時のレンズ全厚に関する条件式である。被写体距離に応じて絞りよりも物体側の光学配置を不変とすることで，入射瞳位置の変動を極力小さくするようにし，軸外収差の変動を抑制している。従って，合焦方式は本発明のように，絞りよりも結像面側のレンズ系で行うことが望ましい。レンズ系と撮像素子（ＣＣＤ等）との間に三板式色分解光学系を有する放送用テレビレンズにおいては，そのスペース確保のためバックフォーカスを長くする必要がある。上記条件式（Ｉ）の上限値をはずれると，本発明以外のようなフォーカス方式では，合焦時にレンズ全長が変化し，結像面側に長くなる。この長くなるデッドスペースを確保するためにはバックフォーカスをさらに長くする必要が出てくる。その結果，レンズ径が大きくなる，レンズ系全厚が長くなるといった大型化につながり，軸外収差を抑制することが困難となる。
【００１３】
また，レンズ系の最も結像面側に固定群を設けインナーフォーカス方式とする，あるいは，合焦作用を有する群と異なる移動量で合焦作用を行うフローティング方式とすることで，合焦作用による収差の変動と，画角変動を同時に低減できる光学配置を達成できる。さらに，上記の目的を満たすためには以下の条件式を満足することが必要である。
【００１４】
【数４】
2004029641.tif 000004
【００１５】
である。
【００１６】
上記条件式（ＩＩ）は，レンズ系の最も結像面側に三板式色分解光学系を有しながら，焦点距離が短い，即ち広角化を計るための条件式である。バックフォーカスが短くなることで上記条件式（ＩＩ）の下限値をはずれると，三板式色分解光学系のスペースが満足に確保できなくなるということが生じる。また，焦点距離が長くなることで上記条件式（ＩＩ）の下限値をはずれると，合焦時の繰り出し量が増大し，その分のスペース確保のためレンズ系が大型化してしまう。
【００１７】
上記条件式（ＩＩＩ）は，射出瞳位置に関する条件式である。放送用等で使用されている三板式色分解光学系を有するレンズ系において，そのスペースの確保と軸外光線の入射角がズーム，フォーカスといった使用状況によって異なるカラーシェーディングに関する問題から，射出瞳位置ができる限り結像面から離れており，且つ色分解光学系に対する光線の入射角の変動を小さくする必要がある。また合焦作用を行うことでカラーシェーディングのバランスが変化することを防止するため，光線の色分解光学系への入射角が，物体距離が無限遠時と近距離時とでその差が小さいことが望ましい。上記条件式（ＩＩＩ）の上限値をはずれると，合焦作用によりカラーシェーディングのバランスが変化し，画像性能が悪くなる。
【００１８】
上記条件式（ＩＶ）は，合焦作用の群の焦点距離に関する条件式である。合焦作用の群の焦点距離が長いほど，光線の屈折角が小さくでき，軸外収差の補正に有利となる。上記条件式（ＩＶ）の下限値をはずれると，合焦群のパワーの分担が大きくなり軸外光線の屈折角が大きくなるため，合焦作用に伴い軸外収差が大きくなる。上記条件式（ＩＶ）の上限値をはずれると，繰り出し量が長くなり，スペース確保のためレンズ系が大型化する，また軸外光線の射出角の変化が大きくなり，収差の変動量が大きくなり，無限遠から近距離にかけて良好な収差補正が満たされなくなり，また，画角の変動も大きくなる。
【００１９】
さらに，本発明の単焦点レンズは，画角変動と軸外収差補正を共に良好に補正するために，合焦群よりも結像面側に有限のパワーを有するレンズ群を配置した。
【００２０】
第二群の最も結像面側に，有限のパワーを有する単レンズを配置することで，第二群の主点位置を物体側に押し出すことができ，画角変化を小さくすることが可能となる。また，その単レンズにある程度のパワーを持たせ合焦時に固定とする，あるいは合焦作用を有する群と異なる移動量で合焦作用を行うことで，第二群のパワーを合焦部と合焦部よりも結像面側の単レンズとで分担し，その結果合焦部のパワーを小さくすることができ画角変化を小さくできる。さらに，合焦部のパワーを小さくすることで，軸外光線の屈折角を小さくでき合焦作用に伴う軸外収差の変動を小さく抑えることが可能となる。
【００２１】
このような上記条件式（Ｉ）〜（ＩＶ）を満足することにより，合焦作用による画角変動と軸外収差，特に像面湾曲収差の変動を共に効果的に抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に，本発明の具体的な実施例を５例挙げる。ｒは単焦点レンズの物体側からのレンズ面の曲率半径，ｄは物体側からの面または空気間隔，ｎは単焦点レンズの物体側からのレンズのｄ線に対する屈折率，νは単焦点レンズの物体側からのレンズのｄ線に対するアッベ数を表す。図１から図５は，各実施例に対する無限遠物体距離合焦時での断面図である。それぞれの図に置いて，ＮＧは負の屈折力を持つ焦点距離ｆ１の第一群，ＡＰは開口絞り，ＰＧは正の屈折力を持つ焦点距離ｆ２の第二群，２Ａは２Ｆ群より物体側の合焦作用時に固定の第二Ａ群，２Ｆは合焦作用を有する焦点距離ｆ２ｆの第二Ｆ群，２Ｂは２Ｆ群より結像面側の固定，あるいは第二Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する焦点距離ｆ２ｒの第二Ｂ群，Ｇは色分解光学系やフィルター等であり，本実施例ではガラスブロックである。また，各実施例に対する条件式（Ｉ）〜（ＩＶ）の値を表１にまとめる。
【００２３】
さらに，各実施例における，物体距離無限遠時，近距離時（０．５ｍ（結像面より））とでのレンズ系第一面での軸外主光線射出角の方向余弦と画角変化率を表２にまとめる。ここで，主光線とは絞り面で光軸を通る軸外光線のことである。また画角変化率は，有効イメージサイズφ１１．０ｍｍにおけるＳＤ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）ＴＶ方式での画面サイズ比率４：３の最大水平画角での値を示す。
【００２４】
（実施例１）
この実施例は，物体距離無限遠での焦点距離がｆ＝１０におけるものである。この実施例１に対する物体距離無限遠での縦収差図を図６に，物体距離至近での縦収差図を図７に示す。
【００２５】
【外１】
2004029641.tif 000005
【００２６】
（実施例２）
この実施例は，物体距離無限遠での焦点距離がｆ＝１２におけるものである。この実施例２に対する物体距離無限遠での縦収差図を図８に，物体距離至近での縦収差図を図９に示す。
【００２７】
【外２】
2004029641.tif 000006
【００２８】
（実施例３）
この実施例は，物体距離無限遠での焦点距離がｆ＝１５におけるものである。この実施例３に対する物体距離無限遠での縦収差図を図１０に，物体距離至近での縦収差図を図１１に示す。
【００２９】
【外３】
2004029641.tif 000007
【００３０】
（実施例４）
この実施例は，物体距離無限遠での焦点距離がｆ＝２０におけるものである。この実施例４に対する物体距離無限遠での縦収差図を図１２に，物体距離至近での縦収差図を図１３に示す。
【００３１】
【外４】
2004029641.tif 000008
【００３２】
（実施例５）
この実施例は，物体距離無限遠での焦点距離がｆ＝２０におけるものである。実施例４とは合焦方式が異なり，リアフォーカスでかつフローティング方式としている。この実施例５に対する物体距離無限遠での縦収差図を図１４に，物体距離至近での縦収差図を図１５に示す。
【００３３】
【外５】
2004029641.tif 000009
【００３４】
【表１】
2004029641.tif 000010
【００３５】
【表２】
2004029641.tif 000011
【００３６】
ここで，
【００３７】
【数５】
2004029641.tif 000012
【００３８】
とする。
【００３９】
【発明の効果】
以上，本発明により新規の合焦方式による単焦点レンズを提供できる。この単焦点レンズは，物体側より順に，負のパワーを有する合焦時に固定の第一群，絞り，正のパワーを有する第二群で構成し，第二群は少なくとも合焦時に固定の第二Ａ群，合焦作用を有する第二Ｆ群と，それよりも像面側に固定，あるいは第二Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する第二Ｂ群から構成され，レンズ系の最も結像面側に固定群を設け，インナーフォーカス方式とすることで，合焦作用による収差の変動と，画角変動を同時に低減することができる。さらに，実施例１〜５の収差図図６〜１５からも明らかなように，軸外収差だけでなくザイデル五収差についても充分に補正が可能な単焦点レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対する物体距離無限遠での断面図
【図２】本発明の実施例２に対する物体距離無限遠での断面図
【図３】本発明の実施例３に対する物体距離無限遠での断面図
【図４】本発明の実施例４に対する物体距離無限遠での断面図
【図５】本発明の実施例５に対する物体距離無限遠での断面図
【図６】本発明の実施例１に対する物体距離無限遠での縦収差図
【図７】本発明の実施例１に対する物体距離至近での縦収差図
【図８】本発明の実施例２に対する物体距離無限遠での縦収差図
【図９】本発明の実施例２に対する物体距離至近での縦収差図
【図１０】本発明の実施例３に対する物体距離無限遠での縦収差図
【図１１】本発明の実施例３に対する物体距離至近での縦収差図
【図１２】本発明の実施例４に対する物体距離無限遠での縦収差図
【図１３】本発明の実施例４に対する物体距離至近での縦収差図
【図１４】本発明の実施例５に対する物体距離無限遠での縦収差図
【図１５】本発明の実施例５に対する物体距離至近での縦収差図
【符号の説明】
ＮＧ：負の屈折力を持つ焦点距離ｆ１の第一群
ＡＰ：開口絞り
ＰＧ：正の屈折力を持つ焦点距離ｆ２の第二群
２Ａ：２Ｆ群より物体側の合焦作用時に固定の第二Ａ群
２Ｆ：合焦作用を有する焦点距離ｆ２ｆの第二Ｆ群
２Ｂ：２Ｆ群より結像面側の固定，あるいは第二Ｆ群とは異なる移動量で合焦作用を有する焦点距離ｆ２ｒの第二Ｂ群
Ｇ：色分解光学系やフィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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