JP5315562B2

JP5315562B2 - マクロレンズ

Info

Publication number: JP5315562B2
Application number: JP2009025033A
Authority: JP
Inventors: 香織清水; 久幸山中
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: US8305692B2; CN102308243A; US20110286116A1; JP2010181634A; WO2010090281A1

Description

本発明は、マクロレンズ、更に詳しくは、写真カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等において無限遠物体から撮影倍率等倍に至る広範囲の被写体距離で撮影可能なマクロレンズに関する。

従来のマクロレンズのフォーカシング方式は、最も物体側のレンズ群を移動させて合焦を行う前玉繰出し方式と、最も物体側のレンズ群以外のレンズ群を移動させて合焦を行うインナーフォーカス方式が知られている。

前玉繰出し方式は、合焦のために最も物体側にある最も大きく重いレンズ群を移動させる。従って、前玉繰出し方式マクロレンズとオートフォーカス機構を組み合わせたレンズにおいては、オートフォーカス駆動力に限度があり、前玉繰出し方式マクロレンズは迅速なフォーカシングが困難であるという問題がある。

一方、インナーフォーカス方式は、合焦のために最も物体側のレンズ群以外の比較的軽いレンズ群を移動させるため、迅速なフォーカシングを行うことには適している。しかし、インナーフォーカス方式は、前玉繰出し方式に比べ、物体距離の変化に対する収差変動、特に球面収差変動が大きい問題がある。この問題は、大口径比になる程その傾向が顕著になる。

このことが主な理由により、従来のインナーフォーカス式マクロレンズは、Ｆナンバーが２．８程度以上である。例えば、撮影倍率等倍まで可能な特許文献１のマクロレンズにおいては、４つのレンズ群を有し、第１レンズ群と第２レンズ群の主点間隔が負であり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際し、第１レンズ群は固定とし、第２レンズ群を像側に移動し、第３レンズ群を物体側に移動させてフローティングを行うようにした撮影レンズである。焦点距離は５０．０〜６０．０ｍｍ、Ｆナンバーは２．８〜２．９である。

撮影倍率等倍まで可能な特許文献２のマクロレンズは、物体側から順に、正のパワーを持つ第１レンズ群、負のパワーを持つ第２レンズ群、正のパワーを持つ第３レンズ群、負のパワーを持つ第４レンズ群を有し、無限遠から至近距離までのフォーカスの際に、第１レンズ群は固定、第２レンズ群は像側に移動し、第３レンズ群は物体側に移動し、以下の条件式を同時に満たすことを特徴とする撮影レンズである。
０．５８＜ｓｋ／ｆ＜０．７０
０．６５＜ｆ３４／ｆ＜０．７２
ｓｋ・・・無限遠から至近までの最短のバックフォーカス
ｆ・・・全系の焦点距離
ｆ３４・・・第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離。焦点距離は６２．４ｍｍ、Ｆナンバーが２．９である。

撮影倍率等倍まで可能な特許文献３のマクロレンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群と、正の第３レンズ群と、負の第４レンズ群とからなり、無限遠撮影距離から最短撮影距離に向けてのフォーカシングに際し、第２レンズ群が像側に、第３レンズ群が物体側に移動する望遠マクロレンズ系において、次の条件式（１）を満足する望遠マクロレンズ系。
（１）３．７＜｜ｆ×ｍ／ΔＸ３｜＜９．９
但し、ｆ：無限遠撮影時における全系の焦点距離、ｍ：最短かつ-１倍撮影時における横倍率、ΔＸ３：第３レンズ群の無限遠撮影位置から最短撮影位置への全移動量である。焦点距離は２００ｍｍ、Ｆナンバーは４．０である。

特開２００４−６１６８０号特開２００６−１５３９４２号特許第３５３８３４１号

上述した従来のインナーフォーカス式マクロレンズは、Ｆナンバーが２．５以下の大口径化を実現しようとすると、無限遠から撮影倍率等倍までの全域にわたって球面収差、非点収差、コマ収差を良好に補正することが困難となる。

本発明は、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、第３レンズ群の後方の後方レンズ系を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し第１レンズ群を固定とし、第２レンズ群を像側へ移動させ、第３レンズ群を物体側へ移動させるインナーフォーカス式マクロレンズであって、
該第１レンズ群は、少なくとも正レンズを４枚、負レンズを１枚含み、第１レンズ群のうち物体側３枚は正レンズであることを特徴とするインナーフォーカス式マクロレンズである。

本発明のインナーフォーカス式マクロレンズは、Ｆナンバーが２．５以下と大口径でありながら、コンパクト性を維持し、撮影距離を無限遠から撮影倍率等倍までの全体域にわたって収差変動、特に球面収差変動を抑えたマクロレンズを構成することができる効果を有する。

本発明の効果をさらに詳しく説明する。一般に撮影レンズは、特別な処置を施さない限り、無限遠物体から近距離へのフォーカシングの際、球面収差はアンダーになる傾向がある。これは、近距離フォーカシングの際、マクロレンズのような最短撮影距離が短いレンズにおいては特に、第１レンズ群に入射する軸上光束が、第１レンズ群の正レンズによって急激に収束させられるからである。本実施態様のような大口径レンズである程、物体距離の変動に対する変動に対する球面収差は大きくなる。

本発明においては、第１レンズ群は、少なくとも正レンズを４枚、負レンズを１枚含み、第１レンズ群のうち物体側３枚は正レンズで構成することにより、近距離フォーカシングの際に球面収差がアンダーになる傾向を減少させ、かつ、Ｆナンバーが２．５以下の大口径比の光束を収束させて、光学系のコンパクト化を実現している。また、第１レンズ群に少なくとも１枚以上の負レンズを含み、第１レンズ群中の正レンズにより発生した収差を良好に補正している。さらに、無限遠物体から近距離へのフォーカシングの際、第１レンズ群を固定とし、第２レンズ群を像側へ移動させ、第３レンズ群を物体側へ移動させることにより、物体距離全域にわたって球面収差、非点収差、コマ収差を良好に補正したインナーフォーカス式マクロレンズを構成している。

本発明の実施態様は、以下のとおりである。
（Ａ）前記後方レンズ系が、負の屈折力を有することを特徴とする。このように構成することにより、レンズ全長をコンパクトにする効果と、前記第３レンズ群のフォーカス移動量を小さくできる効果を得ることができる。

（Ｂ）前記第３レンズ群が、正の屈折力を有する第３レンズ前小群(Ｌ３Ａ)と正の屈折力を有する第３レンズ後小群(Ｌ３Ｂ)とを有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、前記第３レンズ後小群(Ｌ３Ｂ)は前記第３レンズ前小群(Ｌ３Ａ)に対して像側に凸状の軌跡をとるように移動することを特徴とする。
このように構成することにより、中間距離フォーカシングの際の球面収差を良好に補正している。

（Ｃ）全系の焦点距離をf、前記第１レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
0.5 ≦ f1/f ≦ 0.8 ・・・・・・・・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とする。
インナーフォーカス式マクロレンズのコンパクト化と近距離時の球面収差、コマ収差、歪曲収差を良好に補正するための条件である。式（１）の下限値を超えると、光学系のコンパクト化には有利だが、球面収差補正が困難になる。式（１）の上限値を超えると、球面収差補正には有利だが、コンパクト化が困難になる。

（Ｄ）前記第１レンズ群は両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズを１枚以上を有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載のインナーフォーカス式マクロレンズ。
0.2 ≦ | Nd2 - Nd1 | ・・・・・・・・・・（２）
35 ≦ | νd1 - νd2 |・・・・・・・・・・（３）
ただし、Nd1は該接合レンズの正レンズの屈折率、Nd2は該接合レンズの負レンズの屈折率、νd1は該接合レンズの正レンズのアッベ数、νd2は該接合レンズの負レンズのアッベ数を示す。
第１レンズ群で発生する球面収差、軸上色収差、倍率色収差を良好に補正するための条件である。式（２）の下限を超えると、近距離物体に対する球面収差がアンダーになり、補正が困難になる問題が発生する。また、色収差の補正が困難になる問題も発生する。式（３）の下限を超えると、色収差の補正が困難になる問題が発生する。

本発明の他の実施態様は、以下のとおりである。
（ａ）第４レンズ群は、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、固定とすることを特徴とする。このように構成することによって、鏡筒構造を簡素化できる。

（ｂ）全系の焦点距離をf、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
-0.5 ≦ f2/f ≦ -0.3 ・・・・・・・・（４）
なる条件を満足することを特徴とする。
式（４）の下限を超えると、収差補正には有利だが、フォーカシング時の移動量が大きくなり、光学系のコンパクト化が困難になるという問題が発生する。式（４）の上限を超えることによって、フォーカシング時の移動量を小さくできるが、第２レンズ群を通過した光線が発散光となり、第３レンズ群の大型化を招く。また、第１ンズ群で発生する収差を良好に補正することが困難になるという問題が発生する。

（ｃ）第３レンズ群中の最も物体側は、正レンズであること特徴とする。このように構成することによって、第２レンズ群を通過した発散光を収束させ、第３レンズ群と後方レンズ系の大型化を抑えることができる効果を得ることができる。

収差図におけるEPHは入射瞳半径、Yはイメージサークル半径を表す。倍率色収差はg線での収差を示し、それ以外のものについてはd線での収差を示している。また、非点収差における実線はサジタル光線、破線はメリディオナル光線を表す。長さの単位にはmmを使用している。球面収差・非点収差・倍率色収差はmm、歪曲収差は%で表してある。

第１実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。（Ａ）は撮影距離が無限遠の状態を示す。（Ｂ）は撮影倍率等倍の状態を示す。第１実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。第１実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率５倍における諸収差図である。第１実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。第２実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。（Ａ）は撮影距離が無限遠の状態を示す。（Ｂ）は撮影倍率等倍の状態を示す。第２実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。第２実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。第３実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの光学断面図である。（Ａ）は撮影距離が無限遠の状態を示す。（Ｂ）は撮影倍率等倍の状態を示す。第３実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影距離が無限遠における諸収差図である。第３実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率５倍における諸収差図である。第３実施形態のインナーフォーカス式マクロレンズの撮影倍率等倍における諸収差図である。

実施形態の説明において、fは焦点距離、FnoはFナンバ、2ωは画角(°)、NOは面番号、Rは曲率半径、Ｄは間隔、Nd、νdはそれぞれd線における屈折率とアッベ数を表す。長さの単位にはmmを使用しているが、任意の単位を用いることも可能である。

（第１実施形態）
f=61.5000 FNo.=2.06 2ω=26.6°

可変間隔
∞ -5倍 -1倍
f 61.5000 65.1885 52.3578
FNo. 2.06 2.46 4.10
D(9) 1.5848 4.6948 17.4252
D(14) 17.2873 14.1774 1.4470
D(15) 13.2179 10.5905 1.5000
D(22) 1.8205 4.4479 13.5384

条件式の値
条件式（１） f1/f＝０．６５
条件式（２） | Nd1 - Nd2 |＝０．２７６
条件式（３） | νd1 - νd2 |＝５４．１
条件式（４） f2/f＝−０．４０

（第２実施形態）
f=61.5000 FNo.=2.06 2ω=26.5°

可変間隔
∞ -1倍
f 61.5000 55.2183
FNo. 2.06 4.10
D(9) 1.0000 19.4981
D(17) 19.8528 1.3546
D(18) 7.6500 1.5000
D(25) 1.0037 7.1537

条件式の値
条件式（１） f1/f＝０．６５
条件式（２） | Nd1 - Nd2 |＝０．０１２
条件式（３） | νd1 - νd2 |＝２３．９
条件式（４） f2/f＝−０．３５

（第３実施形態）
f=61.5000 FNo.=2.06 2ω=26.6°

可変間隔
∞ -5倍 -1倍
f 61.5000 65.4478 52.0543
FNo. 2.06 2.46 4.10
D(9) 1.4753 4.6241 17.4561
D(14) 17.3917 14.2429 1.4109
D(15) 13.0541 9.8539 1.5000
D(20) 1.8367 2.4671 1.5247
D(22) 1.6322 4.2020 13.4983

条件式の値
条件式（１） f1/f＝０．６６
条件式（２） | Nd1 - Nd2 |＝０．２７６
条件式（３） | νd1 - νd2 |＝５４．１
条件式（４） f2/f＝−０．４０

Ｌ１第１レンズ群
Ｌ２第２レンズ群
Ｌ３第３レンズ群
Ｌ３Ａ第３レンズ前小群
Ｌ３Ｂ第３レンズ後小群
Ｌ４後方レンズ系
ＳＴ開口絞り
ＩＰ像面

Claims

物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群からなり、
無限遠から近距離へのフォーカシングに際し前記第１レンズ群を固定とし、第２レンズ群を像側へ移動させ、第３レンズ群を物体側へ移動させ、
該第１レンズ群は、少なくとも正レンズを４枚、負レンズを１枚含み、第１レンズ群のうち物体側３枚は正レンズであり、
前記第３レンズ群が、正の屈折力を有する第３レンズ前小群(Ｌ３Ａ)と正の屈折力を有する第３レンズ後小群(Ｌ３Ｂ)とを有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際し、前記第３レンズ後小群(Ｌ３Ｂ)は前記第３レンズ前小群(Ｌ３Ａ)に対して像側に凸状の軌跡をとるように移動し、
全系の焦点距離をf、前記第１レンズ群の焦点距離をf1とするとき、
0.6 ≦ f1/f ≦ 0.8 ・・・・・・・・・・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とするインナーフォーカス式マクロレンズ。
前記第１レンズ群は両凸の正レンズと両凹の負レンズとの接合レンズを１枚以上を有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１にインナーフォーカス式マクロレンズ。
0.2 ≦ | Nd2 - Nd1 | ・・・・・・・・・・（２）
35 ≦ | νd1 - νd2 | ・・・・・・・・・・（３）
ただし、Nd1は該接合レンズの正レンズの屈折率、Nd2は該接合レンズの負レンズの屈折率、νdは該接合レンズの正レンズのアッベ数、νd2は該接合レンズの負レンズのアッベ数を示す。