(57)【要約】【課題】ガウス型光学系は高性能化を図ろうとすると光学系の重量が増えるため、高性能化と軽量化を両立することが困難であった。【解決手段】ガウス型光学系において、後群構成を負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズとし、さらに、前記後群の隣り合う正レンズと負レンズの組を樹脂材料からなるレンズとし、適切な屈折力を与える。【選択図】図１
2017102352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、前群、絞り、後群を有し、前記後群は負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズを有し、後群の隣り合う正レンズと負レンズの組は樹脂材料からなり、前記樹脂レンズの少なくとも１面は非球面を有し、下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
−１．６  ＜  ｆｐ／ｆｎ  ＜  −０．６
ただし、ｆｐは前記樹脂正レンズの焦点距離、ｆｎは前記樹脂負レンズの焦点距離とする。
【請求項２】
前記樹脂負レンズの屈折率をＮｎ、アッべ数をνｎとしたとき、下記条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
１．５０  ＜  Ｎｎ  ＜  １．７
３０  ＜  νｎ  ＜  １５
【請求項３】
前記樹脂正レンズのアッべ数をνｐ、部分分散比をθｇＦとしたとき、下記条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
｜θｇＦ−（-１．６６５×１０−７・νｐ３＋５．２１４×１０−５・νｐ２−５．６５６×１０−３・νｐ＋０・７２７８）｜  ＞  ０．０３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影画角４５度程度の撮影レンズとして、ガウス型光学系が用いられている。特許文献１には、６枚構成のガウス光学系が記載されている。ガウス型レンズは少ない枚数で大口径化しやすいという特徴を有しているが、球面収差、コマ収差、サジタルハロ、軸上色収差（特に軸上色収差の二次スペクトル）により、結像性能が低下するという課題があった。
【０００３】
球面収差、コマ収差を補正する手段としては絞りより後群に非球面を用いる手法が知られており、サジタルハロを補正する手段としては、負レンズを追加し、絞りを挟んだ両側の凹面の曲率を緩める手法が知られている。また、軸上色収差の二次スペクトルを補正する手段としては、正レンズに異常部分分散性の大きい硝材、負レンズに異常部分分散性の小さい硝材を選択する手法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−８７９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非球面や凹面を採用する場合、レンズ枚数が増加し、光学系の重量が増加してしまう。
【０００６】
通常、ガウス光学系はフォーカシングによる性能変化が少ないため、全体繰り出しによりフォーカシングを行う。従って、レンズ枚数が増加するとフォーカシングに必要なトルクが増加するという課題が発生していた。
【０００７】
そこで、本発明は、高性能化を図りながらも、重量の増加を極力抑えた光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光学系は、
物体側から順に、前群、絞り、後群を有し、前記後群は負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズを有し、後群の隣り合う正レンズＬＰと負レンズＬＮの組は樹脂材料からなり、前記樹脂レンズの少なくとも１面は非球面を有し、下記条件式を満足することを特徴とする。
【０００９】
−１．６  ＜  ｆｐ／ｆｎ  ＜  −０．６
ただし、ｆｐは前記正レンズＬＰの焦点距離、ｆｎは前記負レンズＬＮの焦点距離とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、球面収差、コマ収差、サジタルハロが補正された高性能、かつ、軽量な光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の無限遠合焦状態における光学系断面図である。
【図２】実施例１の無限遠合焦状態における縦収差図である。
【図３】実施例１の無限遠合焦状態における横収差図である。
【図４】実施例２の無限遠合焦状態における光学系断面図である。
【図５】実施例２の無限遠合焦状態における縦収差図である。
【図６】実施例２の無限遠合焦状態における横収差図である。
【図７】実施例３の無限遠合焦状態における光学系断面図である。
【図８】実施例３の無限遠合焦状態における縦収差図である。
【図９】実施例３の無限遠合焦状態における横収差図である。
【図１０】本発明の光学機器の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
（光学系）
本発明の実施形態では、ガウス型の光学系の収差の特徴である、球面収差、コマ収差、サジタルハロを補正しつつ、重量の増加を抑えるために、物体側から順に、前群、絞り、後群を有し、前記後群は負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズを有し、後群の隣り合う正レンズＬＰと負レンズＬＮの組は樹脂材料からなり、前記樹脂レンズの少なくとも１面は非球面を有する構成としている。
【００１４】
なお、各光学系断面図において、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面を表している。また、各縦収差図（図２、図５、図８）において、実線はｄ線のメリジオナル光線、破線はｄ線のサジタル光線、長破線はＦ線、一点鎖線はＣ線、二点鎖線はｇ線を表している。また、各横収差図（図３、図６、図９）において、実線はｄ線のメリジオナル光線、破線はｄ線のサジタル光線、長破線はＦ線のメリジオナル光線、一点鎖線はＣ線のメリジオナル光線、二点鎖線はｇ線のメリジオナル光線を表している。
【００１５】
（具体的構成）
本発明の実施形態について、実施例１を例に説明する。
【００１６】
図１に記載のように、基本的な６枚構成のガウス光学系に比べ、後群に正レンズと負レンズがそれぞれ１枚ずつ追加した構成となっており、正レンズの増加で主に球面収差の補正、負レンズの追加で主にサジタルハロの補正を行っている。また、後群のレンズ構成を負正正負正とすることで、軸外のメリジオナル光線の横収差のうねりが少なくなるようにしている。
【００１７】
さらに、レンズ枚数の追加による光学系重量の増加を極力抑えるために、負正正負正のレンズのうち隣り合う一組の正負レンズ（図１のＬＰ、ＬＮ）を樹脂材料からなる樹脂レンズとしている。一般に光学系で使用される硝材の比重は２．５〜５．５、樹脂材料の比重は１．０〜１．３程度であるため、樹脂材料を用いることにより１／２．５〜１／５．５程度に重量増加を防ぐことができる。
【００１８】
また、樹脂レンズを利用するに当たっては、少なくとも１面を非球面とすることで、主に球面収差、コマ収差を補正できる構成としている。
【００１９】
条件式（１）は樹脂レンズを利用するに当たって、温度変化による性能劣化を抑制するための条件となっている。
−１．６  ＜  ｆｐ／ｆｎ  ＜  −０．６    （１）
本実施形態では、隣り合うレンズの組を樹脂レンズにしているため、隣り合うレンズ同士で球面収差、コマ収差、非点収差などの各収差に対する温度変化による変化量が近く、さらに正負レンズの組としているためそれらの変化をキャンセルできる構成となっている。条件式（１）は、各収差を良好にキャンセルできる正負レンズの屈折力の範囲を規定した式である。
【００２０】
本実施形態において、さらに下記条件を満足するとよい。
【００２１】
１．５０  ＜  Ｎｎ  ＜  １．７     （２）
３０  ＜  νｎ  ＜  １５    （３）
｜θｇＦ−（-１．６６５×１０−７・νｐ３＋５．２１４×１０−５・νｐ２−５．６５６×１０−３・νｐ＋０・７２７８）｜  ＞  ０．０３  （４）
ここで、条件式（２）、（３）のＮｎ、νｎは、それぞれ前記樹脂負レンズＬＮの屈折率、アッべ数である。条件式（２）、（３）を満足させることで、一次の軸上色収差と像面湾曲を両立して補正することが可能になる。
【００２２】
また、条件式（４）のνｐ、θｇＦはそれぞれ前記樹脂正レンズＬＰのアッベ数、部分分散比である。条件式（４）を満足する樹脂正レンズを用いることで、軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正することができる。
【００２３】
次に、より具体的な各実施例の詳細について説明する。
【００２４】
（実施例１）
実施例１は全画角４５．５°、開口比１．８５の大口径ガウス光学系である。図１は実施例１の光学系断面図である。光学系の絞りより後群の構成は負正正負正となっており、後群の３枚目（ＬＰ）と４枚目（ＬＮ）のレンズを樹脂レンズとすることで軽量化が図られている。
【００２５】
図２、３はそれぞれ実施例１の無限遠合焦時における縦収差図と横収差図である。横収差図より、本発明の構成により、球面収差、コマ収差、サジタルハロが良好に補正されていることが分かる。また、実施例１では樹脂正レンズに条件式（４）を満たす材料を用いることで大口径レンズで課題となる軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正している。なお、実施例１では全体繰り出しによりフォーカシングを行う構成となっている。
【００２６】
（実施例２）
実施例２は全画角４６°、開口比１．８５の大口径ガウス光学系である。図４は実施例２の光学系断面図である。光学系の絞りより後群の構成は負正正負正となっており、後群の３枚目（ＬＰ）と４枚目（ＬＮ）のレンズを樹脂レンズとすることで軽量化が図られている。
【００２７】
図５、６はそれぞれ実施例２の無限遠合焦時における縦収差図と横収差図である。横収差図より、本発明の構成により、球面収差、コマ収差、サジタルハロが良好に補正されていることが分かる。なお、実施例２も全体繰り出しによりフォーカシングを行う構成となっている。
【００２８】
（実施例３）
実施例３は全画角４７．７°、開口比１．８５の大口径ガウス光学系である。実施例３は実施例１、２よりセンササイズが小さくなっているため、同じ画角でも焦点距離が短くなっている。図７は実施例３の光学系断面図である。光学系の絞りより後群の構成は負正正負正となっており、後群の３枚目（ＬＰ）と４枚目（ＬＮ）のレンズを樹脂レンズとすることで軽量化が図られている。実施例３では焦点距離が短くなってもバックフォーカスを確保できるように、最も物体側に負レンズを配置している。
【００２９】
図８、９はそれぞれ実施例３の無限遠合焦時における縦収差図と横収差図である。横収差図より、本発明の構成により、球面収差、コマ収差、サジタルハロが良好に補正されていることが分かる。また、実施例３では樹脂正レンズに条件式（４）を満たす材料を用いることで大口径レンズで課題となる軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正している。なお、実施例３では絞りより後群を駆動させることによりフォーカシングを行う構成となっている。
【００３０】
（光学機器）
次に、本発明の光学系を用いた光学機器としての一眼レフカメラシステムを、図１０を用いて説明する。
【００３１】
図１０において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明による光学系を搭載した交換レンズである。１２は交換レンズ１１を通して得られる被写体像を記録するフィルムや撮像素子などの記録手段である。
【００３２】
１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１からの被写体像を記録手段１２とファインダー光学系１３に切り換えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。
【００３３】
撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は記録手段１２に結像して記録される。１８はサブミラー、１９は焦点検出装置である。
【００３４】
このように本発明の光学系を一眼レフカメラ交換レンズなどの光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。
【００３５】
なお、本発明はクイックリターンミラーのない一眼レフカメラにも同様に適用することができ、上記に限ったものではない。
【００３６】
（数値データ）
次に、各実施例の数値データを示す。各実施例の数値データにおいて、ｊは物体側から数えた面番号を表し、Ａｊは第ｊ番目の面の光線有効径、Ｒｊは第ｊ番目の面番号の曲率半径、Ｄｊは第ｊ番目と第（ｊ＋１）番目の面との光軸上の面間隔、Ｎｊ、νｊは第ｊ番目の光学材料のｄ線に対する屈折率、アッベ数を表している。ｆは光学系の焦点距離、Ｆｎｏは開口比、ωは半画角である。また、物体距離はレンズ第１面から物体までの距離である。
【００３７】
また、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変異量、ｒを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ６、・・・を各次数の非球面形状としたとき、次式によって表される。
【００３８】
【数１】
2017102352.tif 000003
【００３９】
なお、各係数における「Ｅ±ＹＹ」は「×１０±ＹＹ」を意味している。
【００４０】
また、各実施例における前記数式の値を表１に示す。
【００４１】
（実施例１）
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1          ∞       1.50                             
2         76.512    2.28   1.77250    49.6           
3       2252.687    0.98                             
4         21.060    3.62   1.91082    35.3           
5         33.236    0.72                             
6         45.139    1.50   1.69895    30.1           
7         16.188    6.33                             
8(絞り)    ∞      10.07                             
9        -17.806    1.20   1.78472    25.7           
10         82.121    6.30   1.91082    35.3           
11        -24.198    0.15                             
12          ∞       0.15                             
13*       115.710    2.72   1.64040    18.9           
14*      -174.532    0.42                             
15          ∞       0.87                             
16*      -145.825    1.33   1.63550    23.9           
17*        64.751    0.50                             
18         75.657    4.48   1.71300    53.9           
19        -56.206   39.08                            
像面        ∞   
非球面データ
第13面
K = 0.00000e+000  A 4= 5.96541e-006  A 6=-2.19619e-009  A 8=-8.70305e-011  A10= 3.77296e-013  A12=-1.79666e-015  
第14面
K = 0.00000e+000  A 4=-2.06965e-006  A 6=-1.69639e-008  A 8= 6.55986e-011  A10=-6.06680e-013  A12= 7.59519e-016  
第16面
K = 0.00000e+000  A 4=-7.04652e-006  A 6= 9.64507e-009  A 8=-9.56133e-011  A10= 4.38713e-013  A12=-5.10048e-016  
第17面
K = 2.85938e+000  A 4= 2.68804e-006  A 6=-4.15995e-009  A 8= 5.69152e-011  A10=-1.68831e-013  A12= 5.51959e-017  
焦点距離      51.60  
Fナンバー      1.85  
画角          22.75  
像高          21.64  
レンズ全長    84.19  
BF            39.08  
（実施例２）
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1          ∞       1.50                             
2         78.830    2.86   1.91082    35.3           
3        900.346    0.81                             
4         21.780    3.96   1.91082    35.3           
5         37.035    0.74                             
6         51.127    1.50   1.78472    25.7           
7         16.686    6.18                             
8(絞り)    ∞      10.05                             
9        -15.968    1.36   1.71736    29.5           
10      -4726.643    5.33   1.91082    35.3           
11        -22.767    0.15                             
12          ∞       0.60                             
13*      -142.353    2.43   1.53110    55.9           
14*       -44.730    0.36                             
15          ∞       0.24                             
16*     -1131.678    1.31   1.63550    23.9           
17*       136.343    0.27                             
18        158.245    3.61   1.62041    60.3           
19        -55.388    39.81                            
像面        ∞   
非球面データ
第13面
K = 0.00000e+000  A 4= 2.38664e-006  A 6= 3.21106e-009  A 8=-3.33413e-011  A10= 6.07956e-013  A12=-1.64198e-015  
第14面
K = 0.00000e+000  A 4= 1.75371e-006  A 6=-4.92213e-009  A 8= 1.45728e-010  A10=-5.23855e-013  A12= 5.15484e-016  
第16面
K = 0.00000e+000  A 4=-2.58557e-006  A 6= 2.18823e-008  A 8=-1.04419e-010  A10= 5.62841e-013  A12=-1.68222e-015  
第17面
K =-1.81128e+000  A 4= 2.73906e-007  A 6=-3.26079e-009  A 8= 1.01913e-010  A10=-4.05627e-013  A12= 4.17291e-016  
焦点距離      50.97  
Fナンバー      1.85  
画角          23.00  
像高          21.64  
レンズ全長    83.07  
BF            39.81  
（実施例３）
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         vd
1         85.722    1.26   1.90366    31.3           
2         22.464    8.12                             
3         49.575    2.62   1.90366    31.3           
4       -355.421    0.45                             
5         23.453    4.97   1.79952    42.2           
6       -139.095    0.23                             
7       -448.615    1.08   1.51742    52.4           
8         15.431    5.75                             
9(絞り)    ∞        9.95                             
10        -13.896    1.06   1.84666    23.8           
11       -947.509    5.09   1.73400    51.5           
12        -18.012    0.15                             
13*        51.882    1.75   1.64040    18.9           
14        103.200    0.15                             
15        103.200    1.08   1.63550    23.9           
16*        43.739    1.03                             
17         74.305    4.26   1.77250    49.6           
18        -31.978   35.50                           
像面        ∞   
非球面データ
第13面
K = 0.00000e+000  A 4= 1.65289e-005  A 6= 6.72794e-008  A 8=-1.16475e-009  A10= 2.82390e-012  A12= 3.23422e-015  
第16面
K = 0.00000e+000  A 4= 2.53103e-005  A 6= 2.00776e-008  A 8=-6.63262e-010  A10= 2.97054e-013  A12= 6.99271e-015  
焦点距離      30.90  
Fナンバー      1.85  
画角          23.85  
像高          13.66  
レンズ全長    84.50  
BF            35.50  
【００４２】
【表１】
2017102352.tif 000004
【符号の説明】
【００４３】
ＬＰ  本発明の正の屈折力の樹脂レンズ、ＬＮ  本発明の負の屈折力の樹脂レンズ、
ＳＰ  開口絞り、ＩＰ  像面
【図１】
2017102352.tif 000005
【図２】
2017102352.tif 000006
【図３】
2017102352.tif 000007
【図４】
2017102352.tif 000008
【図５】
2017102352.tif 000009
【図６】
2017102352.tif 000010
【図７】
2017102352.tif 000011
【図８】
2017102352.tif 000012
【図９】
2017102352.tif 000013
【図１０】
2017102352.tif 000014