JP2012037640A - 広角光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】広角でありながら、特に像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、至近物体への合焦時においても像面湾曲の変動が少なく、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数の広角光学系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、物体側から順に、第１の２枚接合レンズ、開口絞り、第２の２枚接合レンズ、第１の両凸レンズ、からなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されており、かつ、光学系全体を繰り出すことでフォーカシングを行うと共に、下記条件式を満足する。１．４≦ｎd≦１．８ここで、ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率である。
【選択図】図１
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、物体側から順に、第１の２枚接合レンズ、開口絞り、第２の２枚接合レンズ、第１の両凸レンズ、からなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されており、かつ、光学系全体を繰り出すことでフォーカシングを行うと共に、下記条件式を満足する。１．４≦ｎd≦１．８ここで、ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率である。
【選択図】図１
Description
本発明は、撮像装置等に用いられる光学系に関し、主にデジタル一眼カメラやコンパクトカメラ等に使用される広角光学系及びそれを用いた撮像装置に関する。
デジタルカメラの広角レンズにおいては、広い画角を確保しながら電子撮像面の直前方にフィルターなどの光学素子を挿入するスペースを設けるため、バックフォーカスの長い光学系が要求される。このような光学系としては、負屈折力の前群と正屈折力の後群を持つ、レトロフォーカスタイプの光学系が広く採用されている。また、光学系を透過した光束が電子撮像面に入射する際、入射光束が光軸に対し傾いて入射するいわゆる斜入射の状態になると、周辺光量が低下しシェーディングや色ずれが発生するため、入射光束のテレセントリック性を保持した光学系が提案されている。このようなタイプの技術としては、以下の特許文献１〜３が存在する。
近年のデジタルカメラの広角レンズでは、構成枚数の少ないものが求められている。構成枚数の少ないレンズでは、広角を確保しながら、諸収差の発生を抑え、かつテレセントリック性を保ちつつフォーカス時の像面湾曲の変動を抑えた光学系を設計することが困難である。
本発明はこのような状況を鑑み考案されたものであって、広角でありながら、特に像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、至近物体への合焦時においても像面湾曲の変動が少なく、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数の広角光学系を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある態様に係る広角光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、物体側から順に、第１の２枚接合レンズ、開口絞り、第２の２枚接合レンズ、第１の両凸レンズ、からなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されており、かつ、光学系全体を繰り出すことでフォーカシングを行うと共に、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
１．４ ≦ ｎd ≦ １．８ ・・・（１）
ここで、
ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率
である。
１．４ ≦ ｎd ≦ １．８ ・・・（１）
ここで、
ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率
である。
この態様に係る広角光学系によれば、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が開口絞りの前後間隔である。これにより、２つの２枚接合レンズ内において、軸上マージナル光線高と軸外主光線高が高くなるように、２つの２枚接合レンズを配置することができる。その結果、諸収差の発生を補正することが容易になるという効果を奏する。
また、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で２番目に広い空気間隔を境界として第１レンズ群と第２レンズ群に分割されている。すなわち、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、の間隔が広がることで、レトロフォーカス効果が強まり、大きなバックフォーカスを確保することができる。
また、条件式（１）を満足することにより、諸収差を良好に補正しつつ、至近物体合焦時の光線高さの変動による収差バランスの崩れの影響を抑えることが可能となる。
また、条件式（１）を満足することにより、諸収差を良好に補正しつつ、至近物体合焦時の光線高さの変動による収差バランスの崩れの影響を抑えることが可能となる。
条件式（１）の上限を上回ると、無限遠物体合焦位置での非点隔差などの補正は容易であるが、至近物体への合焦時の像面湾曲の変動が大きくなり、性能の両立が困難となる。条件式（１）の下限を下回ると、至近物体への合焦時の像面湾曲の変動は小さくなるが、無限遠物体合焦位置での非点隔差などの補正が困難となる。
以上のように、本発明のある態様に係る広角光学系によれば、広角でありながら、特に像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、至近物体への合焦時においても像面湾曲の変動が少なく、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数の広角光学系を提供することが可能となる。
本実施例の広角光学系の構成による作用効果を説明する。なお、この実施例によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施例の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えないことは理解できよう。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施例は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。
本実施例に係る広角光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、前記第２レンズ群は、物体側から順に、第１の２枚接合レンズ、開口絞り、第２の２枚接合レンズ、第１の両凸レンズ、からなり、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されており、かつ、光学系全体を繰り出すことでフォーカシングを行うと共に、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
１．４ ≦ ｎd ≦ １．８ ・・・（１）
ここで、
ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率
である。
１．４ ≦ ｎd ≦ １．８ ・・・（１）
ここで、
ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率
である。
以下、このような構成をとった理由と作用を説明する。
本構成によれば、物体側に負レンズ群、像側に正レンズ群を配置したレトロフォーカス型であるため、撮影画角が広く、バックフォーカスが長くなる。特に、第１レンズ群が、負の屈折力を有するため、広い画角を確保することができる。これにより、軸外主光線の光軸とのなす角を小さくすることができる。
また、第２レンズ群の開口絞りを挟んで、第１の２枚接合レンズと、第２の２枚接合レンズとが対称に配置されているため、レンズ系全体のペッツバール和を抑え、像面湾曲、倍率色収差、ディストーション、および軸上色収差などの諸収差の発生を補正することができる。
また、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が開口絞りの前後間隔である。これにより、２つの２枚接合レンズ内において、軸上マージナル光線高と軸外主光線高が高くなるように、２つの２枚接合レンズを配置することができる。その結果、前述のように、対称性を生かし諸収差の発生を補正することが容易になるという効果を奏する。
また、バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で２番目に広い空気間隔を境界として第１レンズ群と第２レンズ群に分割されている。すなわち、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、の間隔が広がることで、レトロフォーカス効果が強まり、大きなバックフォーカスを確保することができる。
また、第２の２枚接合レンズと、最も像側に配置された第１の両凸レンズにより射出瞳を像面から離してテレセントリックな光学系とすることができる。これにより、撮像素子に略平行に光線を入射させることができるため、シェーディング等の影響を軽減させることができる。
さらに、無限遠物体合焦時と至近物体合焦時の性能両立を考慮し、条件式（１）を満足することを特徴とする。
本構成において、最も像側に配置された１枚の両凸レンズは非点隔差などの収差を抑える観点からは、同じパワーであっても、屈折率の大きな材料を用いることで、曲率を小さくする方が有利である。
しかしながら、軸外光線と当該両凸レンズの物体側面の法線方向が、光線高の高い位置で大きな角度を持つために、至近物体合焦時に当該両凸レンズを通る軸外光線の光線高の変動に起因する収差バランスの崩れが大きくなる。フォーカシング時にこの影響を低減するためには、次の方法が考えられる。
第一の方法は、当該両凸レンズの物体側面の曲率を下げることで、軸外光線の光線高の変動による収差バランスの変動を小さくする方法である。
第二の方法は、当該両凸レンズの屈折率を下げることで、軸外光線の光線高の変動による収差バランスの変動を小さくする方法である。
ここで第一の方法は、両凸レンズの物体側面において、軸上マージナル光線と、面の法線とが成す角が大きくなるため、球面収差の補正上望ましくない。
従って、第二の方法すなわち、最も像側に配置された１枚の両凸レンズの屈折率を下げ、条件式（１）の範囲とすることで、諸収差を良好に補正しつつ、至近物体合焦時の光線高さの変動による収差バランスの崩れの影響を抑えることが可能となる。
条件式（１）の上限を上回ると、無限遠物体合焦位置での非点隔差などの補正は容易であるが、至近物体への合焦時の像面湾曲の変動が大きくなり、性能の両立が困難となる。条件式（１）の下限を下回ると、至近物体への合焦時の像面湾曲の変動は小さくなるが、無限遠物体合焦位置での非点隔差などの補正が困難となる。
以上の理由から、本構成により諸収差の発生を抑えつつ少ないレンズ構成枚数で、広画角でテレセントリックな光学系を、無限遠物体合焦位置から至近物体合焦位置までで実現することができる。
更には、上述の光学系は、以下のいずれかの構成を有する事がより好ましい。
前記第１の２枚接合レンズは、接合面が凸のレンズと接合面が凹のレンズからなり、前記第２の２枚接合レンズは、接合面が凹のレンズと接合面が凸のレンズから構成されることが好ましい。
第２レンズ群の開口絞りを挟んで、開口絞り前に接合面が凸のレンズと接合面が凹のレンズ、開口絞り後のレンズ成分に接合面が凹のレンズと接合面が凸のレンズを配置させることで、レンズ全系の対称性をより高め、レンズ系全体のペッツバール和を小さくし、色収差や像面湾曲などの収差の発生を抑えやすくなる。
また、光学系は、第１レンズ群が、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、前記第１の２枚接合レンズは、正の屈折力を有し、かつ、第２の両凸レンズと、接合面が凹のレンズからなり、前記第２の２枚接合レンズは、両凹レンズと第３の両凸レンズからなる構成であることが好ましい。
上記構成にすることにより、負の第１レンズ群で発生した収差を、第２群の絞り前の正の接合レンズでキャンセルすることができ、少ないレンズ枚数での諸収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保しやすくなる。
また、光学系は、前記第２の２枚接合レンズが、正の屈折力を持つことが好ましい。
第２の２枚接合レンズが正の屈折力を有することにより、第１の２枚接合レンズと第２の２枚接合レンズという２組の接合レンズが共に正の屈折力であり、開口絞りに対して対称型のパワー配置となる為、諸収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保することができるうえ、前記第１の両凸レンズと正パワーを配分できるようになり至近物体への合焦時の、収差バランスの崩れの影響を抑えやすくなる。
また、光学系は、前記第１の両凸レンズの像側の面が、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面であることが好ましい。
前記第１の両凸レンズの像側の面が、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面を有することにより、レトロフォーカスタイプの光学系を小型化する際に発生しやすい像面湾曲、樽型の歪曲収差の補正が容易となり、小型で高い光学性能を確保しやすくなる。
また、光学系は、前記第１の両凸レンズが、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
｜ｄｎ/ｄＴ ｜≦ 2.0E-4 ・・・（２）
ここで、ｄｎ/ｄＴは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率の温度係数[℃-1]である。なお、Ｅは１０のべき乗を表している。例えば、「Ｅ−１０」は、１０のマイナス１０乗を表している。
｜ｄｎ/ｄＴ ｜≦ 2.0E-4 ・・・（２）
ここで、ｄｎ/ｄＴは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率の温度係数[℃-1]である。なお、Ｅは１０のべき乗を表している。例えば、「Ｅ−１０」は、１０のマイナス１０乗を表している。
条件式（１）を満たした上で、更に条件式（２）を満たすことでフォーカス時のレンズの位置変動に加え、温度の変動に対しても像面湾曲の変動が小さくなり好ましい。
条件式（２）の上限を上回ると、温度変化に対する像面変動が過大となり好ましくない。
また、光学系は、前記第１の両凸レンズが、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
40 ≦ νd ≦ 95 ・・・（３）
ここで、νdは前記第１の両凸レンズのアッベ数であり次式で定義される。
(nd-1) / (nF - nC)
ただし、nd,nF,nCはそれぞれ前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率、Ｆ線における屈折率、Ｃ線における屈折率
である。
40 ≦ νd ≦ 95 ・・・（３）
ここで、νdは前記第１の両凸レンズのアッベ数であり次式で定義される。
(nd-1) / (nF - nC)
ただし、nd,nF,nCはそれぞれ前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率、Ｆ線における屈折率、Ｃ線における屈折率
である。
条件式（３）を満たすことで、色収差、特に倍率色収差の補正が容易となる。条件式（３）の上限を上回ると、倍率色収差が補正過剰となり、特に周辺性能確保が難しくなる。条件式（３）の下限を下回ると、倍率色収差が補正不足となり、特に周辺性能確保が難しくなる。
また、光学系は、前記第１の両凸レンズが、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
0.1 ≦ PS・f ≦ 0.2 ・・・（４）
ここで、PSはペッツバール和で、fは光学系の全系の焦点距離であり、次式であらわされる。
PS＝Σpsj=Σ[-cj(1/nj − 1/nj-1)]
ただし、
psjは各面で定義され
cjは曲率、
njは出射側媒質のd線における屈折率、
nj-1は入射側媒質のd線における屈折率、
である。
0.1 ≦ PS・f ≦ 0.2 ・・・（４）
ここで、PSはペッツバール和で、fは光学系の全系の焦点距離であり、次式であらわされる。
PS＝Σpsj=Σ[-cj(1/nj − 1/nj-1)]
ただし、
psjは各面で定義され
cjは曲率、
njは出射側媒質のd線における屈折率、
nj-1は入射側媒質のd線における屈折率、
である。
条件式（４）を満たすことで、無限遠物体合焦時と至近物体合焦時の性能両立が容易となる。本構成の特徴として、フォーカシング時にＳ像面の像面湾曲の変動量は小さい一方、Ｍ像面の像面湾曲の変動量は大きく、無限遠物体合焦位置から至近物体合焦位置へのフォーカシングに伴い、Ｍ像面が物体面側に倒れるという点があげられる。そのため、無限遠状態においてＭ像面を像高の低い位置では正側（像側）に補正し、高い位置において逆方向（物体側）に戻す方が、無限遠物体合焦時と至近物体合焦時の性能両立の観点から有利である。
条件式（４）の上限を上回ると、非点隔差が過大となり、無限遠状態において性能確保上好ましくない。条件式（４）の下限を下回ると、至近物体合焦位置においてＭ像面が大きく負に倒れ、性能確保上好ましくない。
また、光学系は、前記第１の両凸レンズが、以下の条件式（５）及び（６）を満足することが好ましい。
0.6 ≦ hc12 / he12 ≦ 1.5 ・・・（５）
0.01 ≦ Δe / he12 ≦ 0.05 ・・・（６）
ここで、
hc12は、図１１に示すように、無限遠物体合焦時の入射半画角が３５°である軸外主光線が、前記第１の両凸レンズの像側面ｒ１１を通る点Ｂ１と光軸Ａとの距離、
he12は、図１２に示すように、第１の両凸レンズの像側面ｒ１１で極値をとる点Ｂ２と光軸Ａとの距離であり、
Δeは、図１２に示すように、he12の高さにおいて、第１の両凸レンズの像側面ｒ１１の近軸球面Ｃ２との差分Ｄ２と、第１の両凸レンズの物体側面ｒ１０の近軸球面Ｃ１との差分Ｄ１との和である。
ただし、（差分）＝（実際の面形状）―（近軸球面形状）とし、物体から像面へ向かう方向を正にとる。なお、図１１における破線は、光軸に垂直な仮想面である。
0.6 ≦ hc12 / he12 ≦ 1.5 ・・・（５）
0.01 ≦ Δe / he12 ≦ 0.05 ・・・（６）
ここで、
hc12は、図１１に示すように、無限遠物体合焦時の入射半画角が３５°である軸外主光線が、前記第１の両凸レンズの像側面ｒ１１を通る点Ｂ１と光軸Ａとの距離、
he12は、図１２に示すように、第１の両凸レンズの像側面ｒ１１で極値をとる点Ｂ２と光軸Ａとの距離であり、
Δeは、図１２に示すように、he12の高さにおいて、第１の両凸レンズの像側面ｒ１１の近軸球面Ｃ２との差分Ｄ２と、第１の両凸レンズの物体側面ｒ１０の近軸球面Ｃ１との差分Ｄ１との和である。
ただし、（差分）＝（実際の面形状）―（近軸球面形状）とし、物体から像面へ向かう方向を正にとる。なお、図１１における破線は、光軸に垂直な仮想面である。
条件式（５）及び（６）を満たすことで、特に像面湾曲の補正が容易となる。前述した通り本構成においては、最終レンズに非球面レンズを用いることが性能確保上好ましい。非球面の形状は、光軸を含むレンズ断面で見たとき、この当該両凸レンズの像側面は極値を持ち、光軸近傍においては凸面、周辺部においては凹面として機能することが好ましい。光軸近傍においては、凸形状により球面収差を良好に補正しやすく、周辺部においては、軸外光線の上側マージナル光線及び主光線を跳ね上げ、像面湾曲及び歪曲収差が良好に補正しやすくなる。
条件式（５）は極値の位置に関する条件式であり、条件式（５）の上限を上回ると凸形状の影響が周辺まで広がり、軸外光線の上側マージナル光線及び主光線を十分に跳ね上げられず、像面湾曲及び歪曲収差の補正が難しくなる。条件式（５）の下限を下回ると、凹形状の影響が近傍にまで及び球面収差の補正が難しくなる。
条件式（６）は両面の近軸球面からの差分の和である。条件式（６）の上限を上回ると凹形状の影響が近傍にまで及び球面収差の補正が難しくなる。条件式（６）の下限を下回ると、凸形状の影響が強くなり、軸外光線の上側マージナル光線及び主光線を十分に跳ね上げられず、像面湾曲及び歪曲収差の補正が難しくなる。
また、光学系は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
0.3 ≦（R45＋R23）／（R45−R23）≦ 1.0 ・・・（７）
ここで、
R23は開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
R45は開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
である。
0.3 ≦（R45＋R23）／（R45−R23）≦ 1.0 ・・・（７）
ここで、
R23は開口絞りの物体側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
R45は開口絞りの像側に配置された接合レンズの接合面の曲率半径、
である。
条件式（７）は、開口絞りの物体側と像側に各々配置された接合レンズの接合面同士のシェイプファクターを規定するものである。条件式（７）を満たすことで、物体側に配置された接合レンズの接合面と像側に配置された接合レンズの接合面とで、開口絞りを挟んで略対称な配置となるため、収差補正のバランスを取ることができる。その結果、光学系全体の像面湾曲や歪曲収差の発生を抑えることが容易となる。
条件式（７）の上限を上回ると、像面湾曲が物体側に大きく発生するため、補正が難しくなる。条件式（７）の下限を下回ると像面湾曲が像側に大きく発生するため補正が難しくなる。
また、光学系は、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
-0.5 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.7 ・・・（８）
ここで、
R6ｆは前記第１の両凸レンズの物体側のレンズ面の曲率半径、
R6ｒは前記第１の両凸レンズの像側のレンズ面の曲率半径、
である。
-0.5 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.7 ・・・（８）
ここで、
R6ｆは前記第１の両凸レンズの物体側のレンズ面の曲率半径、
R6ｒは前記第１の両凸レンズの像側のレンズ面の曲率半径、
である。
条件式（８）は両凸レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（８）を満たすことで、特に球面収差の補正が容易となる。条件式（８）の上限を上回ると、球面収差が像側に大きく発生するため補正が難しくなる。条件式（８）の下限を下回ると、球面収差が物体側に大きく発生するため補正が難しくなる。
また、光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
0.3 ≦（R3ｒ＋R3ｆ）／（R3ｒ−R3ｆ）≦ 0.5 ・・・（９）
ここで、
R3ｆは前記第１の接合レンズの接合面が凹のレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R3ｒは前記第１の接合レンズの接合面が凹のレンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
0.3 ≦（R3ｒ＋R3ｆ）／（R3ｒ−R3ｆ）≦ 0.5 ・・・（９）
ここで、
R3ｆは前記第１の接合レンズの接合面が凹のレンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R3ｒは前記第１の接合レンズの接合面が凹のレンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
条件式（９）は、前記接合面が凹レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（９）を満たすことで、特に像面湾曲の補正が容易となる。条件式（９）の上限を上回ると、像面湾曲が物体側に大きく発生するため、補正が難しくなる。条件式（９）の下限を下回ると、像面湾曲が像側に大きく発生するため補正が難しくなる。
また、光学系は、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
10 ≦（R45r＋R45f）／（R45r−R45f）≦150 ・・・（１０）
ここで、
R45fは前記第２の接合レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R45rは前記第２の接合レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
10 ≦（R45r＋R45f）／（R45r−R45f）≦150 ・・・（１０）
ここで、
R45fは前記第２の接合レンズの物体側レンズ面の曲率半径、
R45rは前記第２の接合レンズの像側レンズ面の曲率半径、
である。
条件式（１０）は、開口絞りの像側に配置された接合レンズのシェイプファクターを規定するものである。条件式（１０）を満たすことで、特に像面湾曲の補正が容易となる。条件式（１０）の上限を上回ると、像面湾曲が像側に大きく発生するため、補正が難しくなる。条件式（１０）の下限を下回ると、像面湾曲が物体側に大きく発生し、且つ歪曲収差もマイナス側に大きく発生するため補正が難しくなる。
また、光学系は、以下の条件式（１１）及び条件式（１２）を満足することが好ましい。
0.8 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.2 ・・・（１１）
1.3≦｜ｆ1／ｆ2｜≦ 1.5 ・・・（１２）
ここで、
ｆ1は光学系の第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
である。
0.8 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.2 ・・・（１１）
1.3≦｜ｆ1／ｆ2｜≦ 1.5 ・・・（１２）
ここで、
ｆ1は光学系の第１レンズ群の焦点距離、
ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
である。
条件式（１１）は、第２レンズ群の屈折力を規定するものである。条件式（１１）を満たすことで、諸収差の補正と光学系の小型化のバランスを取ることができる。条件式（１１）の上限を上回ると、第２レンズ群の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが，バックフォーカスが長くなるため光学系全体が大型化する。条件式（１１）の下限を下回ると第２レンズ群の屈折力が強くなるため、諸収差の補正が困難となる。
条件式（１２）は、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力のバランスについての条件である。条件式（１２）を満たすことで、諸収差の補正とバックフォーカスの確保のバランスを取ることができる。条件式（１２）の上限を上回ると、第２レンズ群の正の屈折力に対する第１レンズ群の負の屈折力が弱くなるため、諸収差の補正は容易であるが、レトロフォーカスタイプの効果が弱まり十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。条件式（１２）の下限を下回ると、第２レンズ群の正の屈折力に対する第１レンズ群の負の屈折力が強くなるため、第１レンズ群で発生する収差が大きくなり、少ない構成枚数での諸収差の補正が困難となる。
また、条件式（１３）を満足することが好ましい。
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（１３）
ここで、
ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
HD12は光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、
である。
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（１３）
ここで、
ｆ2は光学系の第２レンズ群の焦点距離、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
HD12は光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、
である。
条件式（１３）は、第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔を、光学系全系の焦点距離で規格化したものである。条件式（１３）を満たすことで、バックフォーカスの確保と光学系の小型化のバランスを取ることができる。条件式（１３）の上限を上回ると、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が広くなるため、レトロフォーカスタイプの効果が強まりバックフォーカスを確保することは容易であるが、光学系全体が大型化する。条件式（１３）の下限を下回ると、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が狭くなるため、レトロフォーカスタイプの効果が弱まり十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。
また、広角光学系は、以下の条件式（１４）を満足することが好ましい。
｜IH35／EXP｜≦ 0.35 ・・・（１４）
ここで、
IH35は無限遠物体合焦時の入射半画角が３５°である軸外主光線が、像面を通過する点と光軸との距離、
EXPは無限遠物体合焦時の像面から射出瞳までの軸上距離
である。
｜IH35／EXP｜≦ 0.35 ・・・（１４）
ここで、
IH35は無限遠物体合焦時の入射半画角が３５°である軸外主光線が、像面を通過する点と光軸との距離、
EXPは無限遠物体合焦時の像面から射出瞳までの軸上距離
である。
条件式（１４）は、最大像高と像面から射出瞳までの軸上距離の比を規定するものである。条件式（１４）の条件を外れると、光学系の射出瞳位置が像面から十分に離れることができないため、テレセントリックな光学系を確保することが困難となり、シェーディングの影響を受けやすくなる。
また、上記広角光学系を撮像装置に使用するにあたり、光学系全体を光軸方向に移動させる駆動手段と、そして光学系の結像面近傍に設けた撮像素子と、を有する撮像装置において、光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側に移動可能であり、非撮影状態において無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側で停止している構成を有することが好ましい。
上記広角光学系の焦点調節は光学系全体を光軸方向に移動させる全体繰出し方式であり、撮影状態においても光学系の全長を極力短くしており、非撮影状態においては全体繰出しのフォーカス機構を利用して、光学系全体を無限遠物体合焦位置よりも撮像素子側に移動させることにより更なる全長の短縮化（所謂沈胴状態）を可能としている。
また、上記広角光学系を撮像装置に使用するにあたり、非撮影状態において、光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも該撮像素子側に移動できるよう光学系の最も像側のレンズと前記撮像素子との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でも撮像素子側の規制領域を確保する構成とすることが好ましい。
上記広角光学系では、撮像素子側の空間を極力狭めた設計をすると光学系全体は小型化するが、射出瞳が像面に近くなりすぎてしまいシェーディングの影響が大きくなりすぎる。そこで上記光学系を用いた撮像装置では、撮影状態において射出瞳を像面から十分離してテレセントリック性を確保し、非撮影状態においては光学系全体を像側に移動させた場合でも撮像素子前にあるローパスフィルター類と干渉しないよう最も像側のレンズと撮像素子との空間をあらかじめ空けておくことで、非撮影時の小型化と撮影時の光学性能の両立を実現することができる。
また、以下のように条件式を変更することで、より好ましい構成となる。
1.44 ≦ nd ≦ 1.75 ・・・（１）'
｜ｄｎ/ｄＴ ｜≦ 1.5E-4 ・・・（２）'
45 ≦ νd ≦ 85 ・・・（３）'
0.11 ≦ PS・ｆ ≦ 0.19 ・・・（４）'
0.7 ≦ hc12 / he12 ≦ 1.3 ・・・（５）'
0.01 ≦ Δe / he12 ≦ 0.04 ・・・（６）'
0.3 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.7 ・・・（８）'
0.9 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.1 ・・・（１１）’
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.0 ・・・（１３）'
｜IH／EXP｜≦ 0.3 ・・・（１４）'
1.44 ≦ nd ≦ 1.75 ・・・（１）'
｜ｄｎ/ｄＴ ｜≦ 1.5E-4 ・・・（２）'
45 ≦ νd ≦ 85 ・・・（３）'
0.11 ≦ PS・ｆ ≦ 0.19 ・・・（４）'
0.7 ≦ hc12 / he12 ≦ 1.3 ・・・（５）'
0.01 ≦ Δe / he12 ≦ 0.04 ・・・（６）'
0.3 ≦（R6ｒ＋R6ｆ）／（R6ｒ−R6ｆ）≦ 0.7 ・・・（８）'
0.9 ≦ ｆ2／ｆ ≦ 1.1 ・・・（１１）’
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.0 ・・・（１３）'
｜IH／EXP｜≦ 0.3 ・・・（１４）'
なお、各条件式の上限値のみ、もしくは下限値のみを新たな上限値、下限値としても良い。
本発明の実施例１〜５の光学系について説明する。
図１は実施例１の光学系の断面図である。
実施例１の広角光学系は、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の２枚接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の２枚接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。Ｃはカバーガラス、Ｉは像面である。
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の１枚の両凸正レンズＬ２５の両面の２面に用いている。
図２は実施例２の光学系の断面図である。
実施例２の広角光学系は、図２に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の１枚の両凸正レンズＬ２５の両面の２面に用いている。
図３は実施例３の光学系の断面図である。
実施例３の広角光学系は、図３に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズＬ２５の両面の２面に用いている。
図４は実施例４の光学系の断面図である。
実施例４の広角光学系は、図４に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズＬ２５の両面の２面に用いている。
図５は実施例５の光学系の断面図である。
実施例５の広角光学系は、図５に示すように、物体側から順に、負屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２から構成されている。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１からなる。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。
非球面は、第２レンズ群Ｇ２の両凸正レンズＬ２５の両面の２面に用いている。
以下に、実施例１〜５の数値データを示す。実施例１〜５の数値データにおいて、ｒはレンズ面の曲率半径，ｄはレンズ肉厚または空気間隔，ｎｄおよびνｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率およびアッべ数，ｆは光学系の全系の焦点距離，ＦnoはＦナンバー，ωは半画角（°）である。
実施例の説明の諸元表中、（非球面）を付した面は非球面形状の面である。非球面形状を表す式は、光軸に垂直な高さをＨ，面頂を原点としたときの高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ（Ｈ），近軸曲率半径をｒ，円錐係数をＫ，４次，６次，８次，１０次の非球面係数をそれぞれA4，A6，A8，A10としたとき次の（ａ）式で表される。
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ2／ｒ）／｛１＋［１−（１＋Ｋ）・（Ｈ2／ｒ2）］1/2｝
＋A4Ｈ4＋A6Ｈ6＋A8Ｈ8＋A10Ｈ10 ・・・（ａ）
Ｘ（Ｈ）＝（Ｈ2／ｒ）／｛１＋［１−（１＋Ｋ）・（Ｈ2／ｒ2）］1/2｝
＋A4Ｈ4＋A6Ｈ6＋A8Ｈ8＋A10Ｈ10 ・・・（ａ）
数値実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 57.756 1.35 1.48749 70.23
2 8.748 2.61
3 18.405 2.28 1.83400 37.16
4 -18.683 0.69 1.56732 42.82
5 47.929 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.799 0.80 1.75211 25.05
8 91.681 5.01 1.72916 54.68
9 -10.316 0.13
10(非球面) 22.803 3.80 1.53071 55.67
11(非球面) -63.928 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=-0.016,A4=-4.37943E-08,A6=3.51554E-08,A8=2.38957E-09
第１１面
K=-27.269,A4=4.45183E-05,A6=-2.16109E-08,A8=3.47481E-09
各種データ
f 17.23
Fno 2.89
画角２ω 71.67°
像高 11.15
ＢＦinair 20.56
レンズ全長 43.25
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 57.756 1.35 1.48749 70.23
2 8.748 2.61
3 18.405 2.28 1.83400 37.16
4 -18.683 0.69 1.56732 42.82
5 47.929 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.799 0.80 1.75211 25.05
8 91.681 5.01 1.72916 54.68
9 -10.316 0.13
10(非球面) 22.803 3.80 1.53071 55.67
11(非球面) -63.928 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=-0.016,A4=-4.37943E-08,A6=3.51554E-08,A8=2.38957E-09
第１１面
K=-27.269,A4=4.45183E-05,A6=-2.16109E-08,A8=3.47481E-09
各種データ
f 17.23
Fno 2.89
画角２ω 71.67°
像高 11.15
ＢＦinair 20.56
レンズ全長 43.25
数値実施例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 54.391 1.94 1.48749 70.23
2 8.431 2.63
3 19.417 2.28 1.83400 37.16
4 -17.548 0.69 1.56732 42.82
5 48.363 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -10.439 0.74 1.75211 25.05
8 217.908 5.42 1.72916 54.68
9 -10.592 0.09
10(非球面) 21.809 3.87 1.49700 81.54
11(非球面) -58.428 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=-0.006,A4=6.36012E-08,A6=5.09958E-10,A8=3.71078E-09
第１１面
K=-26.933,A4=4.41271E-05,A6=-1.00023E-07,A8=5.51439E-09
各種データ
f 16.81
Fno 2.89
画角２ω 73.48°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 44.23
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 54.391 1.94 1.48749 70.23
2 8.431 2.63
3 19.417 2.28 1.83400 37.16
4 -17.548 0.69 1.56732 42.82
5 48.363 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -10.439 0.74 1.75211 25.05
8 217.908 5.42 1.72916 54.68
9 -10.592 0.09
10(非球面) 21.809 3.87 1.49700 81.54
11(非球面) -58.428 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=-0.006,A4=6.36012E-08,A6=5.09958E-10,A8=3.71078E-09
第１１面
K=-26.933,A4=4.41271E-05,A6=-1.00023E-07,A8=5.51439E-09
各種データ
f 16.81
Fno 2.89
画角２ω 73.48°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 44.23
数値実施例３
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 51.399 1.63 1.48749 70.23
2 9.039 2.48
3 18.264 2.28 1.83400 37.16
4 -20.687 0.69 1.56732 42.82
5 50.027 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -10.243 0.83 1.75211 25.05
8 86.785 5.03 1.72916 54.68
9 -10.686 0.31
10(非球面) 28.461 3.35 1.69350 53.21
11(非球面) -104.281 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.326,A4=1.72221E-05,A6=5.40432E-11,A8=2.82500E-09
第１１面
K=-124.089,A4=4.96066E-05,A6=8.69061E-10,A8=4.18831-09
各種データ
f 17.70
Fno 2.89
画角２ω 69.42°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 43.18
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 51.399 1.63 1.48749 70.23
2 9.039 2.48
3 18.264 2.28 1.83400 37.16
4 -20.687 0.69 1.56732 42.82
5 50.027 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -10.243 0.83 1.75211 25.05
8 86.785 5.03 1.72916 54.68
9 -10.686 0.31
10(非球面) 28.461 3.35 1.69350 53.21
11(非球面) -104.281 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.326,A4=1.72221E-05,A6=5.40432E-11,A8=2.82500E-09
第１１面
K=-124.089,A4=4.96066E-05,A6=8.69061E-10,A8=4.18831-09
各種データ
f 17.70
Fno 2.89
画角２ω 69.42°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 43.18
数値実施例４
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 57.521 1.16 1.48749 70.23
2 9.478 2.57
3 18.234 2.28 1.83400 37.16
4 -19.996 0.69 1.56732 42.82
5 50.747 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.562 0.45 1.75211 25.05
8 62.350 5.81 1.72916 54.68
9 -10.710 0.31
10(非球面) 26.835 3.20 1.69350 53.21
11(非球面) -103.176 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.426,A4=1.68480E-05,A6=1.47553E-07,A8=4.73417E-09
第１１面
K=-21.829,A4=6.47465E-05,A6=2.8097E-09,A8=8.17464-09
各種データ
f 17.48
Fno 2.89
画角２ω 70.23°
像高 11.15
ＢＦinair 20.59
レンズ全長 43.08
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 57.521 1.16 1.48749 70.23
2 9.478 2.57
3 18.234 2.28 1.83400 37.16
4 -19.996 0.69 1.56732 42.82
5 50.747 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.562 0.45 1.75211 25.05
8 62.350 5.81 1.72916 54.68
9 -10.710 0.31
10(非球面) 26.835 3.20 1.69350 53.21
11(非球面) -103.176 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.426,A4=1.68480E-05,A6=1.47553E-07,A8=4.73417E-09
第１１面
K=-21.829,A4=6.47465E-05,A6=2.8097E-09,A8=8.17464-09
各種データ
f 17.48
Fno 2.89
画角２ω 70.23°
像高 11.15
ＢＦinair 20.59
レンズ全長 43.08
数値実施例５
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 50.309 1.90 1.48749 70.23
2 9.266 2.50
3 18.485 2.28 1.83400 37.16
4 -21.848 0.69 1.56732 42.82
5 50.684 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.910 0.82 1.75211 25.05
8 79.086 5.03 1.72916 54.68
9 -10.577 0.13
10(非球面) 23.052 3.59 1.53071 55.67
11(非球面) -61.341 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.173,A4=9.13316E-06,A6=9.23192E-08,A8=5.37667E-09
第１１面
K=-30.572,A4=6.22828E-05,A6=-1.61482E-08,A8=9.06148-09
各種データ
f 17.84
Fno 2.89
画角２ω 68.97°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 43.50
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 50.309 1.90 1.48749 70.23
2 9.266 2.50
3 18.485 2.28 1.83400 37.16
4 -21.848 0.69 1.56732 42.82
5 50.684 1.84
6（絞り） ∞ 4.17
7 -9.910 0.82 1.75211 25.05
8 79.086 5.03 1.72916 54.68
9 -10.577 0.13
10(非球面) 23.052 3.59 1.53071 55.67
11(非球面) -61.341 17.15
12 ∞ 4.05 1.51633 64.14
13 ∞ 0.75
像面 ∞
非球面データ
第１０面
K=1.173,A4=9.13316E-06,A6=9.23192E-08,A8=5.37667E-09
第１１面
K=-30.572,A4=6.22828E-05,A6=-1.61482E-08,A8=9.06148-09
各種データ
f 17.84
Fno 2.89
画角２ω 68.97°
像高 11.15
ＢＦinair 20.55
レンズ全長 43.50
図６〜図１０は実施例１〜５の光学系の諸収差図である。図６（ａ）〜図１０（ａ）は、それぞれ実施例１〜５の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図であり、図６（ｂ）〜図１０（ｂ）は、それぞれ実施例１〜５の光学系の至近合焦時状態（被写体距離２００ｍｍ）の諸収差図である。
球面収差と倍率色収差は、４８６．１ｎｍ（Ｆ線：一点鎖線），５８７．６ｎｍ（ｄ線：実線），６５６．３ｎｍ（Ｃ線：破線）の各波長における数値を示してある。また、非点隔差は、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を示している。なお、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角を示す。
次に、上記各実施例における条件式（１）〜（１４）の値を示す。
条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
(1) 1.53071 1.497 1.6935 1.6935 1.53071
(2) 1.11E-04 -5.90E-06 -5.30E-06 -5.30E-06 -5.90E-06
(3) 55.669 81.54 53.21 53.21 55.669
(4) 0.137 0.134 0.143 0.125 0.178
(5) 0.840 0.842 1.070 1.188 1.008
(6) 0.029 0.031 0.019 0.018 0.032
(7) 0.661 0.851 0.615 0.514 0.567
(8) 0.474 0.456 0.571 0.587 0.454
(9) 0.439 0.468 0.415 0.435 0.398
(10) 38.862 137.456 47.318 17.649 30.703
(11) 0.927 0.945 0.910 0.937 0.912
(12) 1.336 1.307 1.415 1.433 1.454
(13) 0.837 0.877 0.793 0.852 0.794
(14) 0.255 0.241 0.248 0.259 0.251
(1) 1.53071 1.497 1.6935 1.6935 1.53071
(2) 1.11E-04 -5.90E-06 -5.30E-06 -5.30E-06 -5.90E-06
(3) 55.669 81.54 53.21 53.21 55.669
(4) 0.137 0.134 0.143 0.125 0.178
(5) 0.840 0.842 1.070 1.188 1.008
(6) 0.029 0.031 0.019 0.018 0.032
(7) 0.661 0.851 0.615 0.514 0.567
(8) 0.474 0.456 0.571 0.587 0.454
(9) 0.439 0.468 0.415 0.435 0.398
(10) 38.862 137.456 47.318 17.649 30.703
(11) 0.927 0.945 0.910 0.937 0.912
(12) 1.336 1.307 1.415 1.433 1.454
(13) 0.837 0.877 0.793 0.852 0.794
(14) 0.255 0.241 0.248 0.259 0.251
図１３は、本実施例にかかる広角レンズを用い、撮像素子として小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳ等を用いた電子撮像装置としての一眼レフレックスカメラの断面図である。図１３において、１は一眼レフレックスカメラ（一眼レフカメラ）、２は鏡筒内に配置された撮影レンズ系、３は撮影レンズ系２を一眼レフレックスカメラ１に着脱可能とする鏡筒のマウント部であり、スクリュータイプのマウントやバヨネットタイプのマウント等が用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを用いている。また、４は撮像素子面、５はバックモニタである。
このような構成の一眼レフレックスカメラ１の撮影レンズ系２として、例えば上記実施例１〜５に示した広角レンズが用いられる。
以上の実施例によれば、一眼レフタイプのデジタルカメラに適した交換レンズとして、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を提供することが可能となる。
図１４〜図１７は、広角レンズを撮影光学系４１に組み込んだ本実施例に係る撮像装置の構成の概念図を示す。図１４はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１５は同背面図、図１６はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な横断面図である。ただし、図１４においては、撮影光学系４１の撮影状態（非沈胴時）を示し，図１６においては，撮影光学系４１の非撮影状態（沈胴時）を示している。
デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、ポップアップストロボ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、カバーガラスＣを介して結像面近傍に設けた撮像素子としてのＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７や、ファインダー用画像表示素子５４に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。
撮影が終了し、非撮影状態とすると、撮影光学系４１全体は無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側で停止する。なお、非撮影状態において、撮影光学系４１全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりもＣＣＤ４９側に移動できるよう撮影光学系４１の第２レンズ群Ｇ２との間隔及び最も像側のレンズとＣＣＤ４９との間隔をあらかじめ空けておき、レンズ鏡枠全体が沈胴した状態でもＣＣＤ４９側の規制領域を確保する。
なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用接眼レンズ５９が配置してある。ファインダー用画像表示素子５４に表示された物体像が、このファインダー用接眼レンズ５９によって拡大および観察者が見やすい視度に調整され、観察者眼球Ｅに導かれている。なお、ファインダー用接眼レンズ５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。
図１７は、デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一次記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記憶手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。
図１７に示すように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。
一次記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。
操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ４０全体を制御する回路である。
ＣＣＤ４９は、撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮影駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。
ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。
一次記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力されるＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一次記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差の補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。
記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一次記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。
表示部２０は、液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４を備え、液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４に画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。
このように構成されたデジタルカメラ４０は、本実施例により、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を用いた撮像装置を提供することが可能となる。
本実施例は、以上のような一般的な被写体を撮影する所謂一眼レフやコンパクトデジタルカメラだけではなく、広い画角が必要な監視カメラ等に適用してもよい。また、第１レンズ群Ｇ１の物体側にフィルターを配置してもよい。
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ１１…負メニスカスレンズ
Ｌ２１…両凸レンズ
Ｌ２２…両凹レンズ
Ｌ２３…両凹レンズ
Ｌ２４…両凸レンズ
Ｌ２５…両凸レンズ
ＳＵ２１…接合レンズ
ＳＵ２２…接合レンズ
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス
Ｅ…観察者眼球
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ１１…負メニスカスレンズ
Ｌ２１…両凸レンズ
Ｌ２２…両凹レンズ
Ｌ２３…両凹レンズ
Ｌ２４…両凸レンズ
Ｌ２５…両凸レンズ
ＳＵ２１…接合レンズ
ＳＵ２２…接合レンズ
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス
Ｅ…観察者眼球
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ
条件式（５）は極値の位置に関する条件式であり、条件式（５）の上限を上回ると凸形状の影響が周辺まで広がり、軸外光線の上側マージナル光線及び主光線を十分に跳ね上げられず、像面湾曲及び歪曲収差の補正が難しくなる。条件式（５）の下限を下回ると、凹形状の影響が光軸近傍にまで及びやすくなり球面収差の補正が難しくなる。
条件式（６）は両面の近軸球面からの差分の和である。条件式（６）の上限を上回ると凹形状の影響が光軸近傍にまで及びやすくなり球面収差の補正が難しくなる。条件式（６）の下限を下回ると、凸形状の影響が強くなり、軸外光線の上側マージナル光線及び主光線を十分に跳ね上げられず、像面湾曲及び歪曲収差の補正が難しくなる。
また、条件式（１３）を満足することが好ましい。
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（１３）
ここで、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
HD12は光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、
である。
0.7≦｜HD12／ｆ｜≦ 1.8 ・・・（１３）
ここで、
ｆは光学系の全系の焦点距離、
HD12は光学系の第１レンズ群の後側主点と第２レンズ群の前側主点との間隔、
である。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸正レンズＬ２１と両凹負レンズＬ２２の第１の２枚接合レンズＳＵ２１と、開口絞りＳと、両凹負レンズＬ２３と両凸正レンズＬ２４の第２の２枚接合レンズＳＵ２２と、１枚の両凸正レンズＬ２５と、からなる。Ｃはカバーガラス類、Ｉは像面である。
デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、ポップアップストロボ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、カバーガラス類Ｃを介して結像面近傍に設けた撮像素子としてのＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７や、ファインダー用画像表示素子５４に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。
Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ１１…負メニスカスレンズ
Ｌ２１…両凸レンズ
Ｌ２２…両凹レンズ
Ｌ２３…両凹レンズ
Ｌ２４…両凸レンズ
Ｌ２５…両凸レンズ
ＳＵ２１…接合レンズ
ＳＵ２２…接合レンズ
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス類
Ｅ…観察者眼球
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ
Ｇ２…第２レンズ群
Ｌ１１…負メニスカスレンズ
Ｌ２１…両凸レンズ
Ｌ２２…両凹レンズ
Ｌ２３…両凹レンズ
Ｌ２４…両凸レンズ
Ｌ２５…両凸レンズ
ＳＵ２１…接合レンズ
ＳＵ２２…接合レンズ
Ｓ…開口絞り
Ｃ…カバーガラス類
Ｅ…観察者眼球
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
６…ファインダー用画像表示素子
７…ファインダー光学系
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一次記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ
Claims (10)
- 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群から構成され、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、
第１の２枚接合レンズ、
開口絞り、
第２の２枚接合レンズ、
第１の両凸レンズ、
からなり、
バックフォーカス以外の軸上空気間隔の中で最も広い箇所が前記開口絞りの前後間隔であり、２番目に広い空気間隔を境界として前記第１レンズ群と前記第２レンズ群に分割されており、
かつ、光学系全体を繰り出すことでフォーカシングを行うと共に、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする広角光学系。
１．４ ≦ ｎd ≦ １．８ ・・・（１）
ここで、
ｎdは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率
である。 - 前記第１の２枚接合レンズは、接合面が凸のレンズと接合面が凹のレンズからなり、
前記第２の２枚接合レンズは、接合面が凹のレンズと接合面が凸のレンズから構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の広角光学系。 - 前記第１レンズ群は、
物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなり、
前記第１の２枚接合レンズは、
正の屈折率を有し、かつ
第２の両凸レンズと、接合面が凹のレンズからなり、
前記第２の２枚接合レンズは、
両凹レンズと、第３の両凸レンズからなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の広角光学系。 - 前記第２の２枚接合レンズは、正の屈折力を持つ
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の広角光学系。 - 前記第１の両凸レンズの像側の面は、光軸から離れるにしたがって正の屈折力が弱くなる非球面であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の広角光学系。 - 前記第１の両凸レンズは、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の広角光学系。
｜ｄｎ/ｄＴ ｜≦ 2.0e-4 ・・・（２）
ここで、
ｄｎ/ｄＴは前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率の温度係数[℃-1]
である。 - 前記第１の両凸レンズは、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の広角光学系。
40 ≦ νd ≦ 95 ・・・（３）
ここで、
νdは前記第１の両凸レンズのｄ線基準のアッベ数であり、次式で定義される。
(n d-1) / (nF - nC)
ただし、n d,nF,nCはそれぞれ前記第１の両凸レンズのｄ線における屈折率、Ｆ線における屈折率、Ｃ線における屈折率
である。 - 前記第１の両凸レンズは、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の広角光学系。
0.1 ≦ PS×f ≦ 0.2 ・・・（４）
ここで、PSはペッツバール和、fは光学系の全系の焦点距離であり、次式であらわされる。
PS＝Σpsj=Σ[-cj (1/nj − 1/nj-1)]
ただし、
psjは各面で定義され
cjは曲率
njは出射側媒質のd線における屈折率
nj-1は入射側媒質のd線における屈折率
である。 - 前記第１の両凸レンズは、以下の条件式（５）及び条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の広角光学系。
0.6 ≦ hc12 / he12 ≦ 1.5 ・・・（５）
0.01 ≦ Δe / he12 ≦ 0.05 ・・・（６）
ここで、
hc12は、無限遠物体合焦時の入射半画角が３５°である軸外主光線が、前記第１の両凸レンズの像側面を通る点と光軸との距離、
he12は、前記第１の両凸レンズの像側面で極値をとる点と光軸との距離であり、
Δeは、he12の高さにおいて、前記第１の両凸レンズの像側面の近軸球面との差分と、前記第１の両凸レンズの物体側面の近軸球面との差分との和である。
ただし、（差分）＝（実際の面形状）―（近軸球面形状）とし、物体から像面へ向かう方向を正にとる。 - 請求項１から９のいずれかに記載の広角光学系と、
前記広角光学系全体を光軸方向に移動させる駆動手段と、
そして前記広角光学系の結像面近傍に設けた撮像素子と、
を有する撮像装置であって、
前記広角光学系全体は光軸に沿って無限遠物体合焦位置よりも前記撮像素子側に移動可能であり、
非撮影状態において無限遠物体合焦位置よりも前記撮像素子側で停止していることを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (2)
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| JP2010176113A JP5580687B2 (ja) | 2010-08-05 | 2010-08-05 | 広角光学系及びそれを用いた撮像装置 |
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| JP2010176113A JP5580687B2 (ja) | 2010-08-05 | 2010-08-05 | 広角光学系及びそれを用いた撮像装置 |
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