JP3404862B2

JP3404862B2 - フレアーストッパーを有する光学系

Info

Publication number: JP3404862B2
Application number: JP01699194A
Authority: JP
Inventors: 治夫佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH07209571A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフレアーストッパーを有
する光学系に関し、特にカメラ用レンズ、ビデオカメラ
用レンズ等の合焦時の光学性能の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラ用光学系、ビデオカメラ用
光学系において特に標準ズームレンズのようなフロント
フォーカス方式によって合焦するレンズにおいて、無限
遠物点に対して合焦した場合（以下、「無限遠合焦状
態」という）の周辺光量が十分確保できたとしても、近
距離物点に対して合焦した場合（以下、「近距離合焦状
態」という）においては、合焦動作のために繰り出され
た合焦用レンズ群中のレンズ径や鏡筒構造によって光線
が制限されるために周辺光量が低下する傾向があった。

【０００３】また、リアフォーカスタイプの単焦点レン
ズおよびズームレンズの場合、フォロントフォーカスの
レンズとは逆に、近距離合焦状態においてその全長が最
も短くなるため、無限遠合焦状態において最も周辺光量
が不足する傾向があった。また、主光線に対して上方光
線と下方光線との比率が悪くなるため、絞りに対してい
わゆる片絞りの状態になり、絞り込みによって周辺光量
を改善する方法があまり効果的に働かなかった。なお、
ズームレンズにおいて、変倍時に発生するフレアー成分
を軽減するためにフレアーストッパー（フレアー絞り）
を採用したレンズが種々提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来技術
によれば、標準ズームレンズのようなフロントフォーカ
スタイプのレンズの場合には、近距離合焦状態における
周辺光量不足を回避するために、無限遠合焦状態におけ
る周辺光量を過大に増加させる必要があった。また、リ
アフォーカスタイプのレンズにおいても、同様の考え方
に基づき、無限遠合焦状態の周辺光量不足を回避するた
めに、近距離合焦状態における周辺光量を過大に増加さ
せる必要があった。

【０００５】しかしながら、いずれの場合も、特定の合
焦状態における過大な周辺光量の増加により、フロント
フォーカスレンズの場合には下方コマ収差が、リアフォ
ーカスレンズの場合には上方コマ収差が過大に発生す
る。その結果、結像性能が低下し、各合焦状態において
良好な結像性能と十分な周辺光量とのバランスを実現す
ることができないという不都合があった。本発明は、前
述の課題に鑑みてなされたものであり、各合焦状態にお
いて十分に周辺光量を確保し且つ良好な結像性能を有す
る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】前記課題を解決するため
に、本発明においては、合焦に際して一部または全部の
レンズ群が移動する光学系において、Ｆナンバーを決定
する開口絞りとは別に、合焦動作時に移動する合焦用レ
ンズ群中、あるいは合焦レンズ群の像側または物体側に
フレアーストッパーを備え、前記フレアーストッパーの
開口径は、近距離物点への合焦に際して拡大することを
特徴とする光学系を提供する。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、物体側か
ら順に、近距離物点への合焦に際して物体側に移動する
第１レンズ群と、合焦時に固定の第２レンズ群とを備え
たフロントフォーカス方式の光学系において、前記第１
レンズ群中にまたはその物体側または像側にフレアース
トッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、
近距離物点への合焦に際して拡大する。また、物体側か
ら順に、合焦時に固定の第１レンズ群と、近距離物点へ
の合焦に際して物体側に移動する第２レンズ群とを備え
たリアフォーカス方式の光学系において、前記第２レン
ズ群中にまたはその物体側または像側にフレアーストッ
パーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距
離物点への合焦に際して縮小するのが好ましい。

【０００８】

【作用】添付図面を参照して、本発明の作用を説明す
る。まず、図１および図２に示すように、フロントフォ
ーカス方式の標準ズームレンズ（広角端）に本発明を適
用した場合、合焦用レンズ群である第１レンズ群Ｇ１中
に開口径を適宜変化させることが可能なフレアーストッ
パーＦＳを設け、第１レンズ群Ｇ１の合焦時の移動と連
動させてフレアーストッパーＦＳの開口径を変化させ
る。

【０００９】これにより、広角側の入射角度の大きい斜
光線（画面周辺光線）は、無限遠合焦状態において比較
的小さい開口径のフレアーストッパーＦＳによって制限
され、下方コマ収差等の発生原因となる余分な光線が遮
光される。その結果、無限遠合焦状態においても良好な
結像性能を得ることができる。そして、近距離物点への
合焦に際して、第１レンズ群Ｇ１が光軸に沿って物体側
に繰り出されるのと同時に、フレアーストッパーＦＳの
開口径を拡大する。その結果、斜光線の制限すなわち光
量制限が減少し、近距離合焦状態においても十分な周辺
光量を確保することが可能になる。

【００１０】なお、図１および図２を参照して明らかな
ように、図１の無限遠合焦状態と図２の近距離合焦状態
とではフレアーストッパーＦＳの開口径の変化により、
斜光線に対するフレアーストッパーＦＳの制限状態が変
化し、図２の近距離合焦状態の方が光量制限（斜光線の
制限）が少なくなっていることがわかる。このように、
本発明によれば、フロントフォーカス方式の一般的な標
準ズームレンズに適用した場合、広角端での無限遠合焦
状態における結像性能を低下させることなく、広角端で
の近距離合焦状態における周辺光量不足を解決すること
ができる。

【００１１】また、図５および図６に示すように、リア
フォーカス方式の中望遠レンズに本発明を適用した場
合、合焦用レンズ群である第２レンズ群Ｇ２中に開口径
を適宜変化させることが可能なフレアーストッパーＦＳ
を設け、第２レンズ群Ｇ２の合焦時の移動と連動させて
フレアーストッパーＦＳの開口径を変化させる。一般
に、リアフォーカス方式の単焦点レンズでは、無限遠合
焦状態において周辺光量が低下し且つ片絞りの状態にな
る傾向があるため、絞り込むことによって周辺光量の不
足を改善する方法があまり効果的に働かず、ボケ味等に
も悪影響を及ぼし好ましくなかった。

【００１２】また、無限遠合焦状態における周辺光量を
増加させるためにレンズの有効径を単に増大すれば、近
距離合焦状態において上方光線が著しく増加し、上方コ
マ収差等によるフレアーによって結像性能は低下して好
ましくなかった。本発明では、上述のように、第２レン
ズ群Ｇ２の合焦時の移動と連動させてフレアーストッパ
ーＦＳの開口径を変化させる。これにより、特に瞳から
射出される光線のうち射出角度の大きい斜光線は、近距
離合焦状態においてフレアーストッパーＦＳの開口径を
小さくすることにより制限され、上方光線（斜光線の主
光線より上側の光線）の過大な入射が回避される。ま
た、無限遠合焦状態においては、フレアーストッパーＦ
Ｓの開口径が拡大することによって上方光線に対する制
限が減少して、周辺光量低下を軽減することができる。

【００１３】なお、図５および図６を参照して明らかな
ように、図５の無限遠合焦状態と図６の近距離合焦状態
とではフレアーストッパーＦＳの開口径の変化により、
上方光線に対するフレアーストッパーＦＳの制限状態が
変化し、図５の無限遠合焦状態の方が光量制限（上方光
線の制限）が少なくなっていることがわかる。こうし
て、本発明によれば、リアフォーカス方式の中望遠レン
ズに適用した場合、近距離合焦状態における結像性能を
低下させることなく、無限遠合焦状態における上方光線
が極端に減少して片絞りになる問題を解決することがで
きる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。〔実施例１〕実施例１は、本発明を標準ズームレンズの
広角端の性能向上を目的として適用した実施例である。
図１および図２は、それぞれ第１実施例の広角端での無
限遠合焦状態および近距離合焦状態におけるレンズ構成
および光路を示す図である。図示のズームレンズは、物
体側より順に、像側に強い曲率の凹面を向けた負メニス
カス非球面レンズおよび物体側に凸面を向けた正メニス
カスレンズからなる第１レンズ群Ｇ１と、両凸レンズ、
開口絞りＳ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレン
ズ、両凹レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズおよび固定絞りＳＦからなる第２レンズ群Ｇ２とか
ら構成されている。なお、合焦用レンズ群である第１レ
ンズ群Ｇ１中には、フレアーストッパーＦＳが配置され
ている。

【００１５】図１は、広角端での無限遠合焦状態におけ
る各レンズ群の位置関係を示しており、望遠端への変倍
時には第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が
減少するように各レンズ群が光軸に沿って移動する。ま
た、近距離物点への合焦時には、第１レンズ群Ｇ１が物
体側に移動し、フレアーストッパーＦＳの開口径が拡大
するように構成されている。次の表（１）に、本発明の
実施例１の諸元の値を掲げる。表（１）において、ｆは
焦点距離を、ＦＮはＦナンバーを、βは撮影倍率を表
す。さらに、左端の数字は物体側からの各レンズ面の順
序を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レンズ面間
隔を、ｎおよびνはそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎ
ｍ）に対する屈折率およびアッベ数を示している。

【００１６】非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙ、
高さｙにおける光軸方向の変位量をＳ（ｙ）、基準の曲
率半径をＲ、円錐係数をｋ、ｎ次の非球面係数をＣn と
したとき、以下の数式（ａ）で表される。

【数１】Ｓ（ｙ）＝（ｙ²／Ｒ）／〔１＋（１−ｋ・ｙ²／Ｒ²）^1/2〕＋Ｃ₂・ｙ²＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸ ＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰＋・・・（ａ）また、非球面の近軸曲率半径ｒは、次の数式（ｂ）で定
義される。ｒ＝１／（２・Ｃ₂＋１／Ｒ）（ｂ）各実施例の諸元表中の非球面には、面番号の左に＊印を
付している

【００１７】

【表１】ｆ＝３６〜７７．６ＦＮ＝３．９〜５．８ｒｄ ν ｎ 1 86.909 1.60 49.4 1.77279 *2 18.678 7.60 3 ∞ 0.00 （フレアーストッパーＦＳ） 4 23.485 2.50 23.0 1.86074 5 30.854 (d5= 可変) 6 26.768 3.25 61.0 1.58913 7 -89.658 1.00 8 ∞ 0.50 （開口絞りＳ） 9 19.284 5.20 64.1 1.51680 10 155.272 0.75 11 -53.371 3.40 27.6 1.75520 12 17.921 2.10 13 -342.333 2.45 31.1 1.68893 14 -26.326 3.00 15 ∞ （d15=可変）（固定絞りＳＦ）（変倍および合焦における可変間隔） f,β 35.9999 49.9998 77.5994 -0.1267 -0.1762 -0.2740 D0 0.0000 0.0000 0.0000 237.5846 237.5846 237.5846 d5 26.3748 13.1213 0.9999 34.3248 21.0713 8.9499 d15 43.7056 54.0595 74.4712 43.7819 54.2068 74.8270 （非球面データ）ｋＣ₂ Ｃ₄ ２面 1.0000 0.0000 -0.3365 ×10^-5 Ｃ₆ Ｃ₈ Ｃ₁₀ 0.9192 ×10^-8 -0.1097 ×10^-9 0.1284 ×10^-13 （広角端におけるフレアーストッパーＦＳの開口径φ）無限遠合焦状態 φ＝２４ｍｍ近距離合焦状態 φ＝２８ｍｍ（β＝−０．１２６７
倍）

【００１８】図３は、実施例１の広角端での無限遠合焦
状態における諸収差図である。一方、図４は、実施例１
の広角端において第１レンズ群繰り出し方式によって撮
影距離Ｒ＝０．３４９ｍで近接撮影した場合、すなわち
近距離合焦状態における諸収差図である。各収差図にお
いて、ＦＮはＦナンバーを、Ｙは像高を、Ｈは入射光の
高さを、Ａは主光線の入射角を、ｄはｄ線（λ＝５８
７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）をそ
れぞれ示している。また、非点収差を示す収差図におい
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。

【００１９】図３の横収差を示す収差図においてａで示
す領域は、近距離合焦状態における周辺光量を増加させ
ることを目的として、従来技術にしたがってフレアース
トッパーＦＳの開口を大きく開いた状態で無限遠物点に
合焦させた場合における下方コマ収差のフレアー増加範
囲を示している。上述したように、本発明によれば、無
限遠合焦状態ではフレアーストッパーＦＳの開口径は縮
小されて斜光線を制限するので、図３のａで示す領域に
対応する斜光線は入射しなくなり、フレアー成分を軽減
することができる。

【００２０】図４の横収差を示す収差図においてｂで示
す領域は、無限遠合焦状態における結像性能の確保を優
先させることを目的として、従来技術にしたがってフレ
アーストッパーＦＳの開口を小さくした状態で近距離物
点に合焦した場合の光線の量に対し、本発明にしたがっ
て近距離合焦状態ではフレアーストッパーＦＳの開口径
を拡大することによって入射光線が増加した領域を示し
ている。図４から明らかなように、増加した下方光線の
部分が周辺光量の増加に対応しており、本発明によって
近距離合焦状態においても十分な周辺光量が確保される
ことがわかる。

【００２１】また、周辺光量の確保よりも至近性能（近
距離合焦状態における結像性能）の改良を主な目的とす
るような場合には、実施例１とは逆に、近距離物点への
合焦に際してフレアーストッパーＦＳの開口径を縮小す
ればよいことは明らかであり、本発明の各合焦点におけ
る結像性能と周辺光量との良好なバランスの確保という
目的の範囲の中にあることはいうまでもない。また、フ
レアーストッパーＦＳの位置は、第１レンズ群Ｇ１の物
体側に設けてもあるいは第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ
群Ｇ２との間に設けても、同様な作用効果があることは
上述の説明より明らかである。

【００２２】〔実施例２〕実施例２は、本発明をリアフ
ォーカス方式の中望遠レンズに適用した実施例である。
図５および図６は、それぞれ第２実施例の無限遠合焦状
態および近距離合焦状態におけるレンズ構成および光路
を示す図である。図示のレンズは、物体側より順に、物
体側に凸面を向けた２つの正メニスカスレンズ、物体側
に凸面を向けた負メニスカスレンズおよび開口絞りＳか
らなる第１レンズ群Ｇ１と、物体側に凹面を向けた負メ
ニスカスレンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレ
ンズおよび両凸レンズからなる第２レンズ群Ｇ２とから
構成されている。なお、合焦用レンズ群である第２レン
ズ群Ｇ２中には、フレアーストッパーＦＳが配置されて
いる。

【００２３】図５は、無限遠合焦状態における各レンズ
群の位置関係を示しており、近距離物点への合焦時には
第２レンズ群Ｇ２が物体側に移動し、フレアーストッパ
ーＦＳの開口径は縮小するように構成されている。次の
表（２）に、本発明の実施例２の諸元の値を掲げる。表
（２）において、ｆは焦点距離を、ＦＮはＦナンバー
を、βは撮影倍率を、Ｂｆはバックフォーカスを表す。
さらに、左端の数字は物体側からの各レンズ面の順序
を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各レンズ面間隔
を、ｎおよびνはそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）
に対する屈折率およびアッベ数を示している。

【００２４】

【表２】ｆ＝８４．８ＦＮ＝１．８１ｒｄ ν ｎ 1 42.400 8.80 46.8 1.76684 2 223.201 0.20 3 32.605 7.80 50.2 1.72000 4 59.974 1.60 5 111.173 3.20 26.1 1.78470 6 21.490 8.60 7 ∞ (d7= 可変) （開口絞りＳ） 8 -24.556 2.40 35.7 1.62588 9 -115.021 2.00 10 -71.248 5.00 53.8 1.69350 11 -29.754 -1.00 12 ∞ 1.20 （フレアーストッパーＦＳ） 13 82.815 5.00 46.8 1.76684 14 -140.471 （Ｂｆ）（合焦における可変間隔） f,β 84.8133 -0.0333 -0.1091 D0 0.0000 2490.4530 747.7199 d7 19.1869 14.9144 6.5659 Ｂｆ 38.2935 42.5659 50.9145 （フレアーストッパーＦＳの開口径）無限遠合焦状態 φ＝３６ｍｍ近距離合焦状態 φ＝３０．４ｍｍ（β＝−０．１０
９１倍）

【００２５】図７は、実施例２の無限遠合焦状態におけ
る諸収差図である。一方、図８は、実施例２の第２レン
ズ群繰り出し方式によって撮影距離Ｒ＝０．８５ｍで近
接撮影した場合、すなわち近距離合焦状態における諸収
差図である。各収差図において、ＦＮはＦナンバーを、
Ｙは像高を、Ｈは入射光の高さを、Ａは主光線の入射角
を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ
＝４３５．８ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点
収差を示す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。

【００２６】図７の横収差を示す収差図においてｃで示
す領域は、近距離合焦状態における上方光線の過大な入
射を避けるために従来技術にしたがってフレアーストッ
パーＦＳの開口を小さくしたまま無限遠物点に合焦させ
た場合の光線の量に対し、本発明にしたがってフレアー
ストッパーＦＳの開口径を拡大したことによって増加し
た上方光線の範囲を示している。上述したように、本発
明によれば、無限遠合焦状態ではフレアーストッパーＦ
Ｓの開口径が拡大して上方光線の制限が減少するので、
図７のｃで示す領域に対応する範囲に上方光線が入射
し、周辺光量を増大させることができる。

【００２７】図８の横収差を示す収差図においてｄで示
す領域は、無限遠合焦状態の周辺光量の低下および片絞
りの改善を優先し、従来技術にしたがってフレアースト
ッパーＦＳの開口を大きくしたまま近距離物点に合焦さ
せた場合に増大した上方光線の量を示している。このよ
うに、従来技術にしたがえば、近距離合焦状態において
上方コマ収差が大きく発生することがわかる。しかしな
がら、本発明によれば、近距離合焦状態においてフレア
ーストッパーＦＳの開口径が縮小して、領域ｄに対応す
る上方光線を遮光するので、上記ｄで示す領域に対応す
る上方光線の増加は回避され良好な結像性能を得ること
ができる。

【００２８】また、無限遠合焦状態における周辺光量の
確保よりも結像性能のさらなる高性能化を目的とするよ
うな場合には、実施例２とは逆に、近距離物点への合焦
に際しフレアーストッパーＦＳの開口径を拡大すればよ
いことは明らかである。これも上述のように、本発明の
範囲内であることはいうまでもない。また、フレアース
トッパーＦＳの位置は、第２レンズ群Ｇ２の像側に設け
てもあるいは第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との
間に設けても、同様な作用効果があることは上述の説明
より明らかである。

【００２９】なお上述の２つの実施例では、レンズ系の
一部を移動させて合焦動作を行うレンズについて本発明
を説明したが、レンズ全系を繰り出して合焦動作を行
う、いわゆる全体繰り出し合焦方式においても、本発明
を適用することができることは明らかである。また、フ
レアーストッパーの開口径を変化させるとともに適宜移
動させることによってさらに本発明の効果が高まること
は明らかである。このように、本発明によれば、合焦に
よる結像性能の変化に対して、ある特定の合焦状態にお
ける結像性能を犠牲にすることなく、結像性能と周辺光
量との良好なバランスをとることが可能になる。

【００３０】また、本発明においては、合焦時にフレア
ーストッパーの開口径を変化させているが、ズームレン
ズの場合には変倍時にもフレアーストッパーの開口径の
変化やフレアーストッパーの移動を併せて行うことによ
って、変倍時において良好な結像性能を得ることも可能
である。

【００３１】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、各合焦
状態において十分な周辺光量を確保し且つ良好な結像性
能を有する光学系を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる標準ズームレンズ
の広角端での無限遠合焦状態におけるレンズ構成および
光路を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例にかかる標準ズームレンズ
の広角端での近距離合焦状態におけるレンズ構成および
光路を示す図である。

【図３】実施例１の広角端での無限遠合焦状態における
諸収差図である。

【図４】実施例１の広角端での近距離合焦状態（撮影距
離Ｒ＝０．３４９ｍ）における諸収差図である。

【図５】本発明の第２実施例にかかる中望遠レンズの無
限遠合焦状態におけるレンズ構成および光路を示す図で
ある。

【図６】本発明の第２実施例にかかる中望遠レンズの近
距離合焦状態におけるレンズ構成および光路を示す図で
ある。

【図７】実施例２の無限遠合焦状態における諸収差図で
ある。

【図８】実施例２の近距離合焦状態（撮影距離Ｒ＝０．
８５ｍ）における諸収差図である。

【符号の説明】

Ｇ１第１レンズ群Ｇ２第２レンズ群ＦＳフレアーストッパーＳ開口絞りＳＦ固定絞り

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】合焦に際して少なくとも一部のレンズ群
が移動するレンズにおいて、Ｆナンバーを決定する開口絞りとは別に、合焦動作時に
移動する合焦用レンズ群中にフレアーストッパーを備
え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して拡大することを特徴とする光学系。
【請求項２】合焦に際して少なくとも一部のレンズ群
が移動するレンズにおいて、Ｆナンバーを決定する開口絞りとは別に、合焦動作時に
移動する合焦用レンズ群の物体側または像側にフレアー
ストッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して拡大することを特徴とする光学系。
【請求項３】物体側から順に、近距離物点への合焦に
際して物体側に移動する第１レンズ群と、合焦時に固定
の第２レンズ群とを備えたフロントフォーカス方式の光
学系において、前記第１レンズ群中にフレアーストッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して拡大することを特徴とする光学系。
【請求項４】物体側から順に、近距離物点への合焦に
際して物体側に移動する第１レンズ群と、合焦時に固定
の第２レンズ群とを備えたフロントフォーカス方式の光
学系において、前記第１レンズ群の像側または物体側に前記第１レンズ
群と近接してフレアーストッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して拡大することを特徴とする光学系。
【請求項５】物体側から順に、合焦時に固定の第１レ
ンズ群と、近距離物点への合焦に際して物体側に移動す
る第２レンズ群とを備えたリアフォーカス方式の光学系
において、前記第２レンズ群中にフレアーストッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して縮小することを特徴とする光学系。
【請求項６】物体側から順に、合焦時に固定の第１レ
ンズ群と、近距離物点への合焦に際して物体側に移動す
る第２レンズ群とを備えたリアフォーカス方式の光学系
において、前記第２レンズ群の物体側または像側に前記第２レンズ
群と近接してフレアーストッパーを備え、前記フレアーストッパーの開口径は、近距離物点への合
焦に際して縮小することを特徴とする光学系。