JP2019139238A - 撮像用の光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラなどの撮像装置に大型の撮像素子が採用されつつあり、それに対応したイメージサークルの大きい撮像用のレンズシステム（光学系）が要望されている。【解決手段】光学系１０は、開口絞りＳｔを挟んで物体側に配置された第１のレンズ群Ｇ１と、像面側に配置された第２のレンズ群Ｇ２とから構成された撮像用の光学系である。第２のレンズ群Ｇ２は、最も像面側１２に配置され、像面側に凸の負の屈折力の第１のメニスカスレンズＬ１０と、第１のメニスカスレンズＬ１０に隣接して対峙するように配置され、像面側１２に凹の負の屈折力の第２のレンズＬ９とを含む。メニスカスレンズＬ１０の物体側１１の面の曲率半径ＲＬＬ１と、第２のレンズＬ９の像面側１２の面の曲率半径ＲＬＮ２とが以下の条件（１）を満たす。−１．０＜(ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２)／(ＲＬＬ１−ＲＬＮ２)＜−０．１・・・（１）【選択図】図１１

Description

本発明は、カメラなどの撮像装置に好適な撮像用の光学系に関するものである。

特許文献１には、物体側より正、負、正の３群８〜９枚構成でフォーカス時に第２レンズ群が一体として移動されるインナーフォーカス式のレンズであって、所定のレンズ構成と条件式とを満足することにより、フィルムサイズが大きなカメラ用として好適な、収差が良好に補正されたコンパクトなレンズを得ることが記載されている。具体的には、物体側より順に２枚の正レンズ、負レンズ、および正レンズからなる固定で正の第１レンズ群、負レンズと正レンズからなりフォーカス時に一体として移動する負の第２レンズ群、正レンズ、負レンズ、および正レンズからなる固定で正の第３レンズ群を配列してなるレンズが開示されている。

特開２００２−１０７６１６号公報

カメラなどの撮像装置に大型の撮像素子が採用されつつあり、それに対応したイメージサークルの大きい撮像用のレンズシステム（光学系）が要望されている。イメージサークルの大きな光学系はレンズサイズが大きくなりやすい。このため、イメージサークルが大きな光学系を、簡易な構成で、コンパクトに実現することが要望されている。

本発明の態様の１つは、開口絞りを挟んで物体側に配置された第１のレンズ群と、像面側に配置された第２のレンズ群とから構成された撮像用の光学系である。第２のレンズ群は、最も像面側に配置され、像面側に凸の負の屈折力の第１のメニスカスレンズと、第１のメニスカスレンズに隣接して対峙するように配置され、像面側に凹の負の屈折力の第２のレンズとを含む。

イメージサークルを大きくするために像面側のレンズ径を大きくすると物体側のレンズ径がますます大きくなり、光学系をコンパクトにデザインすることが難しい。この光学系においては、最も像面側に負のパワーのレンズを配置することにより像面側のレンズ径に対して大きなイメージサークルが得られるようにしている。さらに、像面側に負のパワーのレンズを配置することにより光学系から像面までの距離（バックフォーカス）を確保することができる。一方、像面側に負のパワーのレンズを配置すると、像面湾曲が増大し、補正が困難になる傾向があり、像面側に、レンズ径に対して十分にイメージサークルを拡大できる負のパワーのレンズを配置することは難しい。

そこで、この光学系においては、最も像面側に、イメージサークルを拡大するために好都合な像面側に凸の負のメニスカスレンズ（像面側のメニスカスレンズ、第１のメニスカスレンズ）を配置するとともに、その第１のメニスカスレンズと対峙するように、像面側に凹の負のパワーのレンズ（対峙したレンズ、第２のレンズ）を配置している。像面側に２枚の負のパワーのレンズを連続して配置することによりイメージサークルを拡大するために十分な負のパワーを確保するとともに、収差の補正に有効なレンズ面の数を確保し、さらに、凹面を対峙して配置することによりペッツバール和が増大するのを抑制して像面湾曲の発生を抑えるようにしている。したがって、イメージサークルが大きいにもかかわらず、像面側のレンズ径が小さく、コンパクトで収差補正も良好な光学系を提供できる。

第１のメニスカスレンズの物体側の面の曲率半径ＲＬＬ１と、第２のレンズの像面側の面の曲率半径ＲＬＮ２とが以下の条件（１）を満たしてもよい。
−１．０＜（ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２）／（ＲＬＬ１−ＲＬＮ２）＜−０．１ ・・・（１）
条件（１）の上限を上回ると、像面側の最終の２つのレンズの向かい合った面の組み合わせのパワーが大きくなりすぎてバックフォーカスＢＦが短くなりすぎる。一方、条件（１）の下限を下回ると、向かい合った面の組み合わせのパワーが不足して、バックフォーカスＢＦが長くなりすぎ、また、レンズ径やレンズ長も大きくなる。条件（１）の上限は−０．２であってもよく、バックフォーカスＢＦが短くなりすぎることを抑制できる。

第２のレンズ群は、第２のレンズの物体側に隣接して対峙するように配置され、像面側に凸の正の屈折力の第３のレンズを含んでもよい。第１のメニスカスレンズをさらに小型化でき、収差補正も良好な光学系を提供できる。第３のレンズは、第２のレンズに対し最小の間隔（空気間隔）で配置してもよく、コンパクトな光学系を提供できる。

第１のレンズ群は、全体として正の屈折力であり、最も物体側に配置された、物体側に凹の負の屈折力の物体側レンズと、物体側レンズに隣接して配置された物体側に凸の正の屈折力のメニスカスレンズとを含んでもよい。第２のレンズ群は、全体として負の屈折力であってもよい。この光学系は、全体として、広角レンズなどに使用される負−正のパワー配置を持つレトロフォーカスタイプではなく、一般的に、画角が狭い正−負のパワー配置を持つ望遠タイプ（テレフォトタイプ、逆レトロフォーカスタイプ）を採用しつつ、先行する最も物体側のレンズを物体側に凹の負レンズとすることにより画角を広げ、一方、テレフォトタイプの利点である焦点距離が長い特性を活かして、比較的長いバックフォーカスを実現できるようにしている。そして、像面側のレンズ径を小さくできることにより、物体側のレンズ径も小さくなる。したがって、広角から標準をカバーする光学系（レンズシステム）であって、イメージサークルが大きく、コンパクトな光学系を提供できる。

この光学系は、光学系の全長ＬＡと、物体側レンズの物体側の面の有効径Ｄｅ１と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件（２）および（３）を満たしてもよい。
１．５＜ＬＡ／ＢＦ＜２．５ ・・・（２）
０．６＜Ｄｅ１／ＢＦ＜１．５ ・・・（３）
条件（２）の下限は１．６であってもよく、上限は２．３であってもよい。条件（３）の下限は０．８であってもよく、上限は１．３であってもよく、１．１であってもよい。

第１のレンズ群は、物体側から像面に向かって順番に、全体として正の屈折力の前群と、全体として負の屈折力の後群とを含んでもよく、第２のレンズ群は、全体として正の屈折力であってもよい。この光学系は、全体として、正−負−正の望遠タイプ（テレフォトタイプ）の光学系（レンズシステム）であり、第１のレンズ群の後群をフォーカシングの際に移動するインナーフォーカス型の望遠レンズを提供できる。この光学系においても、像面側のレンズ径を小さくできることにより物体側のレンズ径も小さくなり、全体として、イメージサークルが大きく、コンパクトな光学系を提供できる。

この光学系は、光学系の全長ＬＡと、第１のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径Ｄｅ１と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件（２´）および（３´）を満たしてもよい。
１．５＜ＬＡ／ＢＦ＜５．０ ・・・（２´）
０．８＜Ｄｅ１／ＢＦ＜２．０ ・・・（３´）
条件（２´）の下限は２．０であってもよく、上限は４．０であってもよい。条件（３´）の上限は１．６であってもよい。

本発明の他の態様の１つは、上記の光学系と、光学系の像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置である。光学系は交換用レンズであってもよく、撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、アクションカメラを含む。大口径でコンパクトな光学系を提供できるので、撮像装置も小型化できる。

撮像用の光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図１に示す光学系のレンズデータを示す図。 図１に示す光学系の焦点距離を示す図。 図１に示す光学系の諸収差を示す図。 図１に示す光学系の横収差を示す図。 撮像用の異なる光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図６に示す光学系のレンズデータを示す図。 図６に示す光学系の焦点距離を示す図。 図６に示す光学系の諸収差を示す図。 図６に示す光学系の横収差を示す図。 撮像用のさらに異なる光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図１１に示す光学系のレンズデータを示す図。 図１１に示す光学系の焦点距離を示す図。 図１１に示す光学系の諸収差を示す図。 図１１に示す光学系の横収差を示す図。 撮像用のさらに異なる光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図１６に示す光学系のレンズデータを示す図。 図１６に示す光学系の焦点距離を示す図。 図１６に示す光学系の諸収差を示す図。 図１６に示す光学系の横収差を示す図。

図１に、撮像用の光学系を備えた撮像装置（カメラ、カメラ装置）の一例を示している。このカメラ１は、光学系（撮像光学系、結像光学系、レンズシステム）１０と、光学系１０の像面側（画像側、撮像側、結像側）１２に配置された撮像素子（撮像デバイス）５とを有する。光学系１０は、開口絞り（絞り）Ｓｔを挟んで物体側１１に配置された、全体として正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、像面側１２に配置された、全体として負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２とから構成されている。第１のレンズ群Ｇ１は、４枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、両凹の負レンズ（物体側レンズ）Ｌ１と、物体側１１に凸の正のパワーのメニスカスレンズＬ２と、両凸の正レンズＬ３と、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズＬ４とを含む。正レンズＬ３と負のメニスカスレンズＬ４との組み合わせ（第１の組み合わせレンズ）Ｃ１は接合レンズであり、開口絞りＳｔに面して配置されている。正のパワーのメニスカスレンズＬ２は、負レンズＬ１に隣接して配置されており、メニスカスレンズＬ２の物体側１１の一部が両凹の負レンズＬ１の像面側の凹部に入り込んだ構成となっている。この例では、第１のレンズ群Ｇ１は、負−正−正−負の対称的なパワー配列を備えた４枚構成である。

第２のレンズ群Ｇ２は５枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、両凹の負レンズＬ５と、両凸の正レンズＬ６と、両凸の正レンズ（第３のレンズ）Ｌ７と、物体側１１に凸の負のパワーのメニスカスレンズ（第２のレンズ）Ｌ８と、像面側１２に凸の負のパワーのメニスカスレンズ（第１のメニスカスレンズ）Ｌ９とから構成されている。最も物体側１１の負レンズＬ５と正レンズＬ６との組み合わせ（第２の組み合わせレンズ）Ｃ２は接合レンズであり、開口絞りＳｔに面して配置されている。この例では、第２のレンズ群Ｇ２は、負−正−正−負−負の比較的対称的なパワー配列を備えた５枚構成である。

この光学系１０は、焦点調整（フォーカシング）の際に、光学系全体が、すなわち、物体側１１から順番に配置された第１のレンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２のレンズ群Ｇ２とが相互の空気間隔を変えずに一体で撮像素子５の像面５ａに対して移動する。また、この光学系１０は、開口絞りＳｔを挟んで、負−正−正−負の第１のレンズ群Ｇ１と負−正−正−負−負の第２のレンズ群Ｇ２とが配置され、それぞれ対称的なパワー配列を備えた２つのレンズ群を備えた全体として９枚構成の光学系である。

図２に光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。曲率半径（Ｒ）は物体側１１から順に並んだ各レンズの各面の曲率半径（ｍｍ）、間隔ｄは各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、有効径Ｄｅは各レンズ面の有効径（直径、ｍｍ）、屈折率ｎｄは各レンズの屈折率（ｄ線）、アッベ数νｄは各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。なお、最終の間隔、本例においてはｄ１７が光学系１０と撮像デバイス５との距離（バックフォーカス、ＢＦ）を示す。図３には、各レンズのｄ線基準の焦点距離（ｍｍ）と、各組み合わせレンズ（接合レンズ）の合成焦点距離（ｍｍ）と、各レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）とを示している。以下に示すレンズデータにおいても同様である。なお、実施例において焦点距離等はｄ線基準で求めている。

図４に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。球面収差は、波長４３５．８３４０ｎｍ（二点鎖線）と、波長４８６．１３３０ｎｍ（長破線）と、波長５４６．０７４０ｎｍ（実線）と、波長５８７．５６２０ｎｍ（一点鎖線）と、６５６．２７３０ｎｍ（短破線）とを示している。非点収差はタンジェンシャル光線Ｔとサジタル光線Ｓとを示している。図５に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。以下に示す収差図においても同様である。

この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆ）：４５．０２７ｍｍ
Ｆ値：３．５
最大画角（半画角）：３２．６度
イメージサークル：φ５６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：２６．８８ｍｍ
全体のレンズ長（ＬＡ）：４７．４８ｍｍ

この撮像光学系１０は、物体側１１から、正のパワーの第１のレンズ群Ｇ１、絞りＳｔおよび負のパワーの第２のレンズ群Ｇ２が並んだ、正−負のパワー配置を持つ望遠タイプ（テレフォトタイプ、逆レトロフォーカスタイプ）の光学系であり、一般的に焦点距離を長くできるが、画角が小さいタイプである。しかしながら、この光学系１０においては、先行する最も物体側１１のレンズＬ１を物体側１１に凹の負レンズとすることにより画角を広げ、一方、テレフォトタイプの利点である焦点距離が長い特性を活かして、画角が大きく、比較的長いバックフォーカスＢＦを備えた光学系１０を提供している。

さらに、最も物体側１１の負レンズ（物体側レンズ）Ｌ１に隣接して、物体側に凸の正のパワーのメニスカスレンズＬ２を配置することにより、物体側１１の２枚のレンズを負−正のパワーで広角レンズに適したレトロフォーカスタイプの構成にするとともに、収差補正を行い、曲率半径Ｒ１の範囲を以下の条件（４）の範囲に設定し、小さなレンズ径で画角が半画角で３２．６度と大きな光学系１０を実現している。
−１．５＜Ｒ１／ｆ＜−０．６ ・・・（４）

条件（４）の下限を下回ると、曲率半径Ｒ１の絶対値が大きくなりレンズ径が大きくなってしまい、また、パワーが小さくなるので像面湾曲、球面収差の補正が難しくなる。また、条件（４）の上限を上回ると、曲率半径Ｒ１の絶対値が小さくなりすぎるので像面湾曲、球面収差、歪曲収差の補正が難しくなる。条件（４）の下限は−１．３であってもよく、−１．２５であってもよく、上限は−０．８であってもよく、−１．０であってもよい。

第２のレンズ群Ｇ２は、最も像面側１２に配置され、像面側１２に凸の負のパワーのメニスカスレンズ（第１のメニスカスレンズ）Ｌ９と、第１のメニスカスレンズＬ９に隣接して対峙するように配置され、像面側１２に凹、本例においては、物体側１１に凸の負のパワーのメニスカスレンズ（第２のレンズ）Ｌ８とを含む。最も像面側１２に負のパワーの２枚のレンズＬ９およびＬ８を配置することにより像面側のレンズ径に対して大きなイメージサークルが得られ、バックフォーカスＢＦを確保することができる。さらに、像面側１２のレンズＬ９を像面側１２に凸の負のメニスカスレンズとすることにより、最終のレンズＬ９の有効径に対してイメージサークルを大きくしやすく、最終のレンズＬ９と隣接するレンズＬ８とを凹面が対峙するように配置された負のメニスカスレンズとすることによりペッツバール和が増大するのを抑制して像面湾曲の発生を抑えている。したがって、イメージサークルが大きいにもかかわらず、像面側１２のレンズ径を小さくでき、これに対応して物体側のレンズＬ１もさらに小さく、コンパクトで収差補正も良好な光学系１０を提供できる。

さらに、第２のレンズ群Ｇ２は、負のパワーの第２のレンズＬ８の物体側１１に隣接し、最小の空気間隔ｄ１３を開けて対峙するように配置された、像面側１２に凸の正の屈折力のレンズ（第３のレンズ）Ｌ７を含む。正のパワーのレンズＬ７を配置することにより、最も像面側１２の第１のメニスカスレンズＬ９をさらに小型化でき、収差補正も良好な光学系１０を提供できる。

このため、この光学系１０は大型の撮像素子５に対応してイメージサークルが直径５６ｍｍと大きく、バックフォーカスＢＦも２６．８８ｍｍと長く、広角から標準をカバーする交換レンズなどとしても適用可能な設計となっている。イメージサークルが大きく、バックフォーカスＢＦも長いにもかかわらず、最も口径が大きくなる物体側１１のレンズＬ１の有効径は２４．４ｍｍと小さく、また、全長も４７．４８ｍｍと短く、Ｆ値（Ｆナンバー）は３．５と明るく、全体としてコンパクトで明るい光学系１０となっている。

この光学系１０の条件（１）〜（４）の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。なお、カギかっこ内は本例の光学系１０の対応するパラメータを示す。
条件（１）（（ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２）／（ＲＬＬ１−ＲＬＮ２）、
「（Ｒ１６＋Ｒ１５）／（Ｒ１６−Ｒ１５）」）：−０．２５３
条件（２）（ＬＡ／ＢＦ）：１．７６６
条件（３）（Ｄｅ１／ＢＦ）：０．９０８
条件（４）（Ｒ１／ｆ）：−１．２１３

また、第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から順に配置された負レンズＬ１およびメニスカスレンズＬ２に加え、開口絞りＳｔに面して配置された全体として正の屈折力で、正負２枚のレンズＬ３およびＬ４からなる第１の組み合わせレンズ（本例においては接合レンズ）Ｃ１とから構成されている。また、第２のレンズ群Ｇ２は、開口絞りＳｔに面して配置された全体として正の屈折力で、第１の組み合わせＣ１と対称となるように配置された負正２枚のレンズＬ５およびＬ６からなる第２の組み合わせレンズ（本例においては接合レンズ）Ｃ２を備えており、これらにより色収差を含めて各収差が良好に補正されている。

図６に、異なる撮像用の光学系１０を備えたカメラ１の例を示している。この光学系１０も上記の光学系（レンズシステム）と同様に広角から標準をカバーするのに適したレンズシステムであり、開口絞り（絞り）Ｓｔを挟んで物体側１１に配置された、全体として正の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、像面側１２に配置された、全体として負の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２とから構成されている。第１のレンズ群Ｇ１は、４枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、両凹の負のパワーのレンズ（物体側レンズ）Ｌ１と、物体側１１に凸の正のパワーのメニスカスレンズＬ２と、物体側１１に凸の負のパワーのメニスカスレンズＬ３と、両凸の正レンズＬ４とを含む。本例の負のメニスカスレンズＬ３と正レンズＬ４との組み合わせ（第１の組み合わせレンズ）Ｃ１は接合レンズではなく、最小に近い空気間隔で隣接して配置されている。この例では、第１のレンズ群Ｇ１は、負−正−負−正の広角に適し、バックフォーカスを確保しやすいレトロフォーカス型のパワー配置を組み合わせた４枚構成である。

第２のレンズ群Ｇ２は５枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、両凸の正レンズＬ５と、両凹の負レンズＬ６と、両凸の正レンズＬ７と、物体側１１に凸の負のパワーのメニスカスレンズＬ８と、像面側１２に凸の負のパワーのメニスカスレンズＬ９とから構成されている。最も物体側１１の正レンズＬ５と負レンズＬ６との組み合わせ（第２の組み合わせレンズ）Ｃ２は接合レンズではなく最小空気間隔で隣接して配置されている。第２の組み合わせレンズＣ２が、第１の組み合わせレンズＣ１と絞りＳｔを挟んで対称なパワー配置となっていることは上記と同様である。さらに、この例では、第２のレンズ群Ｇ２は、正−負−正−負−負のテレフォトタイプを組み合わせたパワー配列を備えた５枚構成である。したがって、この光学系１０は、絞りＳｔを挟んで対称的なパワー配列の９枚のレンズで構成されており、全体として収差の補正が良好な光学系となっている。

この光学系１０も、焦点調整（フォーカシング）の際に、光学系全体が、すなわち、物体側１１から順番に配置された第１のレンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２のレンズ群Ｇ２とが一体で像面５ａに対して移動する。図７に光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。図８には、各レンズのｄ線基準の焦点距離（ｍｍ）と、各レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）とを示している。図９に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図１０に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。

この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆ）：４４．２４６ｍｍ
Ｆ値：４．０
最大画角（半画角）：３２．４度
イメージサークル：φ５６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：２１．８８ｍｍ
全体のレンズ長（ＬＡ）：４９．９９ｍｍ

この撮像光学系１０の基本的な構成は上記に示した光学系と同様であり、全体としてテレフォトタイプでありながら、画角およびイメージサークルが大きく、比較的長いバックフォーカスＢＦを備え、全長ＬＡが短く、レンズ径が小さく、そして、Ｆ値が小さく明るいという、コンパクトで明るい撮像光学系１０を提供している。また、収差補正も良好である。

この光学系１０の条件（１）〜（４）の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。
条件（１）（（ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２）／（ＲＬＬ１−ＲＬＮ２）、
「（Ｒ１８＋Ｒ１７）／（Ｒ１８−Ｒ１７）」）：−０．３５６
条件（２）（ＬＡ／ＢＦ）：２．２８５
条件（３）（Ｄｅ１／ＢＦ）：１．０９０
条件（４）（Ｒ１／ｆ）：−１．１９７

図１１に、撮像用の光学系を備えた撮像装置（カメラ、カメラ装置）の異なる例を示している。このカメラ１は、光学系（撮像光学系、結像光学系、レンズシステム）１０と、光学系１０の像面側（撮像側、結像側）１２に配置され、像面５ａを形成する撮像素子５とを有する。光学系１０も、開口絞り（絞り）Ｓｔを挟んで物体側１１に配置された第１のレンズ群Ｇ１と、像面側１２に配置された第２のレンズ群Ｇ２とから構成されている。第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から像面５ａに向かって順番に、全体として正の屈折力の前群Ｇ１ａと、全体として負の屈折力の後群Ｇ１ｂとを含む。開口絞りＳｔを挟んで像面側１２に配置された第２のレンズ群Ｇ２は、全体として正の屈折力を備えている。この光学系１０は、フォーカシングの際に第１のレンズ群Ｇ１の前群Ｇ１ａ、開口絞りＳｔおよび第２のレンズ群Ｇ２が像面５ａに対して固定され、第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂが移動する、インナーフォーカスタイプの撮像用の光学系１０である。

第１のレンズ群Ｇ１の前群Ｇ１ａは、４枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、物体側１１に凸の正の屈折力（パワー、以下、屈折力を単に正または負として示すことがある）のメニスカスレンズＬ１と、物体側１１に凸の正のメニスカスレンズＬ２と、物体側１１の凸の負のメニスカスレンズＬ３と、物体側１１に凸の正のメニスカスレンズＬ４とから構成されている。正のメニスカスレンズＬ２と負のメニスカスレンズＬ３とで負の屈折力の接合レンズＢ１が構成されている。すなわち、第１のレンズ群Ｇ１の前群Ｇ１ａは、正−正−負−正、または、正−負−正のパワー配置を備えている。

第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂは２枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、像面側１２に凸の正のメニスカスレンズＬ５と、両凹の負レンズＬ６とから構成されており、これらのレンズＬ５およびＬ６により、負の屈折力の接合レンズＢ２が構成されている。この接合レンズＢ２は、フォーカシングのために光軸１５に沿って前後に移動する。

第２のレンズ群Ｇ２は４枚構成で、光軸１５に沿って物体側１１から順番に配置された、物体側１１に凸の正のメニスカスレンズ（絞り側レンズ）Ｌ７と、両凸の正レンズ（第３のレンズ）Ｌ８と、両凹の負レンズ（第２のレンズ）Ｌ９と、最も像面側１２に配置され、像面側１２に凸の負のメニスカスレンズ（第１のメニスカスレンズ）Ｌ１０とから構成されている。すなわち、第２のレンズ群Ｇ２は、正−正−負−負のパワー配置を備えている。このため、この光学系は全体が２組の接合レンズを含む１０枚構成で、開口絞りＳｔを挟んで、物体側１１が正−負−正−負（レンズ単位では、正−正−負−正−正−負）、像面側１２が正−正−負−負のパワー配置を備え、プラスリードの望遠型のパワーの組み合わせで、全体としてコンパクトな構成となるパワー配置を備えている。

図１２に光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。図１３には、各レンズのｄ線基準の焦点距離（ｍｍ）と、各接合レンズＢ１およびＢ２の合成焦点距離（ｍｍ）と、各レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）とを示している。図１４に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図１５に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。

この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆ）：８９．９４ｍｍ
Ｆ値：３．２６
最大画角（半画角）：１７．４６度
イメージサークル：φ５６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：２４．０２ｍｍ
全体のレンズ長（ＬＡ）：８０．２９ｍｍ

この光学系１０の条件（１）〜（３´）の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。
条件（１）（（ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２）／（ＲＬＬ１−ＲＬＮ２）、
「（Ｒ１８＋Ｒ１７）／（Ｒ１８−Ｒ１７）」）：−０．７９９
条件（２´）（ＬＡ／ＢＦ）：３．３４
条件（３´）（Ｄｅ１／ＢＦ）：１．５０

この撮像光学系１０は、物体側１１から、正のパワーの前群Ｇ１ａ、負のパワーの後群Ｇ１ｂ、絞りＳｔおよび正のパワーの第２のレンズ群Ｇ２が並んだ、正−負−正のパワー配置を持つ望遠タイプ（テレフォトタイプ）であり、第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂを焦点距離調整（フォーカシング）の際に動かすインナーフォーカスタイプの光学系である。フォーカシングを行うレンズ群Ｇ１ｂをレンズＬ５およびＬ６の二枚構成、具体的には接合レンズＢ２のみで構成しており、軽量でモーター負荷の少ない光学系１０となっている。

この望遠タイプの光学系は、一般的に焦点距離を長くできるが、画角が小さく、画角を確保しようとすると物体側１１の有効径が大きくなる。したがって、大型の撮像素子５に対応するように、上記のようなφ５６ｍｍという大きなイメージサークルを実現して像面側１２のレンズの有効径を単純に大きくすると、光学系が大型になり、全長も長く、重いレンズシステムとなってしまう。

これに対し、第２のレンズ群Ｇ２を、物体側１１から順に、正のパワーのレンズ（絞り側レンズ）Ｌ７および（第３のレンズ）Ｌ８と、負のパワーのレンズ（第２のレンズ）Ｌ９および（第１のメニスカスレンズ）Ｌ１０との構成として、最も像面側１２を２枚の負のパワーのレンズＬ９およびＬ１０で構成することにより像面側１２のレンズ径を抑えて大きなイメージサークルを形成できるようにしている。特に、像面側１２の２枚目のレンズ（第２のレンズ）Ｌ９を両凹の負レンズとし、像面側１２の面の曲率半径ＲＬＮ２（Ｒ１７）を以下の条件（５）の範囲に設定することにより、像面５ａに入射する光線角度が大きくなりすぎることを抑制でき、より鮮明な像を結像できるようにしている。バックフォーカスＢＦも長くなりすぎない構成となっている。
０．０５＜ＢＦ／ＲＬＮ２＜０．５ ・・・（５）
この条件（５）（ＢＦ／ＲＬＮ２、「ＢＦ／Ｒ１７」）の値は０．１０２である。条件（５）の上限は０．４であってもよく、収差補正のバランスがとりやすくなる。

また、最も像面側１２に、像面側１２に凸の負の第１のメニスカスレンズＬ１０を配置し、像面側１２の最終の２つのレンズＬ１０およびＬ９により、条件（１）を満足する向かい合った面の組み合わせを形成している。これらの面により負のパワーを確保するとともに、収差補正に要する面の数を確保し、さらに、ペッツバール和が大きくなりすぎて像面湾曲が増加することも抑制できている。

また、像面側１２から３枚目に正のパワーのレンズ（第３のレンズ）Ｌ８を両凹の負レンズ（第２のレンズ）Ｌ９に対して最小空気間隔ｄ１５を開けて配置することにより、最終の２枚の負レンズＬ９およびＬ１０に入る光束を絞り、これらのレンズ径が拡大することを抑制している。また、像面側１２に凸の正のパワーのレンズＬ８を最小の空気間隔ｄ１５で配置することにより、レンズＬ９の物体側１１の凹面と組み合わされ、さらにコンパクトで収差補正も良好な光学系１０を提供できる。

したがって、この光学系１０は、望遠タイプとしては像面側１２のレンズＬ１０の径Ｄｅ１９に対して物体側１１のレンズＬ１の径Ｄｅ１を小さくでき、本例では、最も物体側１１のレンズＬ１の方が、最も像面側１２のレンズＬ１０よりも小さい光学系１０を実現している。例えば、最も物体側１１のレンズＬ１の有効径Ｄｅ１と、最も像面側１２のレンズＬ１０の有効径ＤｅＬＬ２（Ｄｅ１９）とは以下の条件（６）を満足する光学系１０を提供できる。
０．９＜Ｄｅ１／ＤｅＬＬ２＜１．０ ・・・（６）
条件（６）（Ｄｅ１／ＤｅＬＬ２、「Ｄｅ１／Ｄｅ１９」）の値は０．９９である。

さらに、この光学系１０においては、開口絞りＳｔに、第２のレンズ群Ｇ２の最も物体側１１で、集光に適した正のパワーのレンズＬ７を、条件（７）を満たす範囲で近づけることにより、周辺光を第２のレンズ群Ｇ２に取り込みやすくし、画角が小さくなることを抑制している。したがって、光学系１０の最も物体側１１のレンズＬ１の有効径Ｄｅ１が小さく、画角が大きな光学系１０を提供できる。この例では、最も物体側１１のレンズＬ１の有効径Ｄｅ１が、最も像面側１２のレンズＬ１０の有効径Ｄｅ１９よりも小さい光学系１０を提供できる。
０．０２＜ｄＳ／ｄＩ＜０．３ ・・・（７）

距離ｄＳは、第２のレンズ群Ｇ２の最も物体側１１、すなわち、開口絞りＳｔに隣接したレンズ（絞り側レンズ）Ｌ７の物体側１１の面Ｓ１２と開口絞りＳｔとの距離ｄ１１であり、距離ｄＩは、レンズＬ７の物体側の面Ｓ１２と像面５ａとの距離ｄ１２〜ｄ１９の合計である。条件（７）（ｄＳ／ｄＩ、「ｄ１１／（ｄ１２〜ｄ１９）」）の値は０．２０７である。条件（７）の上限を上回ると、第２のレンズ群Ｇ２の最も物体側の面Ｓ１２が開口絞りＳｔから離れすぎて、像面側１２のレンズＬ１０およびＬ９の径が大きくなるのを抑制したり、コンパクトな光学系１０を得ることが難しくなる。条件（７）の下限を下回ると、絞り側レンズＬ７の物体側の面Ｓ１２が開口絞りＳｔに近づきすぎるので、絞りに対する上側、下側の光線束（光束）の割合が変化し、収差補正が困難になる。条件（７）の下限は０．１５であってもよく、収差補正がより容易となる。上限は０．２５であってもよく、像面側１２のレンズＬ１０の径が大きくなることをさらに抑制できる。

さらに、開口絞りＳｔを隔ててレンズＬ７と対峙し、インナーフォーカスを行う第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂのパワー（焦点距離ｆ２）と、レンズＬ７のパワー（焦点距離ｆｓ）との関係を、条件（８）を満足するように設定し、第２のレンズ群Ｇ２の絞り側レンズＬ７のパワーを収差補正が良好に行えるとともに、像面５ａに対する光線角度を適切に制御できるようにしている。
０．１＜｜ｆ２／ｆｓ｜＜０．８ ・・・（８）

条件（８）（｜ｆ２／ｆｓ｜、すなわち、（後群Ｇ１ｂの焦点距離／レンズＬ７の焦点距離）の絶対値）の値は０．３６１である。条件（８）の上限を上回ると、フォーカシングを行う第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂのパワーに対して絞り側レンズＬ７のパワーが大きくなりすぎて収差補正が難しくなる。一方、条件（８）の下限を下回ると、絞り側レンズのパワーが弱すぎて、像面に対する光線角度の制御が難しくなる。条件（８）の下限は０．３であってもよく、像面に対する光線角度の制御がより容易になる。また、上限は０．６であってもよく、収差補正がさらに容易になる。

また、第１のレンズ群Ｇ１の後群Ｇ１ｂのパワー（焦点距離ｆ２）は、バックフォーカスＢＦおよび前群Ｇ１ａのパワー（焦点距離ｆ１）に対して条件（９）および（１０）を満たすように設定されており、後群Ｇ１ｂで収差補正が十分に行えるとともに、フォーカシング性能を確保し、全長ＬＡのより短い光学系１０を実現している。また、この光学系１０においては、フォーカシングの際に後群Ｇ１ｂをモーターで駆動するが、条件（９）および（１０）を満足する範囲に後群Ｇ１ｂのパワーを設定することにより、後群Ｇ１ｂをレンズＬ５およびＬ６の二枚構成、具体的には接合レンズＢ２のみで構成でき、軽量でモーター負荷の少ない光学系１０となっている。
−１０＜ｆ２／ＢＦ＜−１．４ ・・・（９）
−１．５＜ｆ２／ｆ１＜−０．７ ・・・（１０）

条件（９）の値は−２．３５であり、条件（１０）の値は−０．９３７である。条件（９）および（１０）の上限を上回ると、後群Ｇ１ｂのパワーが強すぎて収差補正が過剰となりすぎる。条件（９）および（１０）の下限を下回ると、後群Ｇ１ｂのパワーが弱すぎてフォーカシングの効きが弱く、移動距離が長くなり、また、レンズ長が大きくなる。条件（９）の下限は−４であってもよく、条件（１０）の下限は−１．３であってもよい。レンズ長が大きくなることをさらに抑制できる。条件（１０）の上限は−０．８であってもよく、収差補正が過剰になることを抑制できる。

本例の光学系１０は、イメージサークルがφ５６ｍｍと大きいにも関わらず、比較的長いバックフォーカスＢＦを確保でき、バックフォーカスＢＦに対して最も物体側１１のレンズＬ１が小さく、全長ＬＡが短く、レンズ径も小さい、全体としてコンパクトなレンズシステム（光学系）１０である。さらに、画角が半画角で１７．４６度と望遠タイプとして大きく、Ｆ値が３．２６と明るい、交換レンズなどとして好適な光学系１０となっている。

図１６に、さらに異なる撮像用の光学系１０を備えたカメラ１の例を示している。この光学系１０は、上記の光学系１０と共通の構成を備えており、開口絞りＳｔを挟んで物体側１１の第１のレンズ群Ｇ１と像面側１２の第２のレンズ群Ｇ２とを含み、第１のレンズ群Ｇ１は物体側１１の全体として正の屈折力の前群Ｇ１ａと、全体として負の屈折力の後群Ｇ１ｂとを含み、第２のレンズ群Ｇ２は全体として正の屈折力のレンズ群である。この光学系１０も、フォーカシングの際に後群Ｇ１ｂが動く、インナーフォーカスタイプの撮像用の光学系１０である。第１のレンズ群Ｇ１の前群Ｇ１ａは４枚構成であり、後群Ｇ１ｂは２枚構成であり、第２のレンズ群Ｇ２は４枚構成であり、それぞれの群の基本的なレンズの構成は上記の光学系と共通するので説明は省略する。

図１７に光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。図１８には、各レンズのｄ線基準の焦点距離（ｍｍ）と、各レンズ群の合成焦点距離（ｍｍ）とを示している。図１９に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図２０に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて上記のそれぞれの波長で示している。

この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆ）：９５．１９ｍｍ
Ｆ値：３．４
最大画角（半画角）：１６．５５度
イメージサークル：φ５６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：３４．０５ｍｍ
全体のレンズ長（ＬＡ）：７２．４６ｍｍ

この光学系１０の条件（１）〜（３´）、（５）〜（１０）の値は以下の通りであり、いずれの条件も満足している。なお、カギかっこ内は、本例の光学系１０の対応するパラメータを示す。
条件（１）（（ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２）／（ＲＬＬ１−ＲＬＮ２）、
「（Ｒ１８＋Ｒ１７）／（Ｒ１８−Ｒ１７）」）：−０．６６２
条件（２´）（ＬＡ／ＢＦ）：２．１３
条件（３´）（Ｄｅ１／ＢＦ）：０．８８
条件（５）（ＢＦ／ＲＬＮ２、「ＢＦ／Ｒ１７」）：０．３００
条件（６）（Ｄｅ１／ＤｅＬＬ２、「Ｄｅ１／Ｄｅ１９」）：０．９７
条件（７）（ｄＳ／ｄＩ、「ｄ１１／（ｄ１２〜ｄ１９）」）：０．２００
条件（８）（｜ｆ２／ｆｓ｜、「｜ｆ２／ｆＬ７｜」）：０．３４５
条件（９）（ｆ２／ＢＦ）：−１．６０
条件（１０）（ｆ２／ｆ１）：−０．９１７

このように、上記において開示した光学系（レンズシステム）１０はいずれも撮像光学装置およびデジタル機器に関連し、風景や被写体を撮像素子に取り込むレンズ交換式デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、アクションカメラなどに適した大口径でコンパクトな光学系１０である。特に、大型の撮像素子５に使用するイメージサークルの大きなレンズシステムとして適しており、９枚または１０枚という簡易な構成でありながら、広角から標準、または望遠レンズとして適した性能を備え、さらに、長いバックフォーカスＢＦを有しながら、レンズ径およびレンズ全長ＬＡが小さく、かつ、広角で明るく、そして、良好に収差補正がされた光学系１０を提供できる。

上記には、開口絞りを挟んで物体側に配置された第１のレンズ群と、像面側に配置された第２のレンズ群とから構成された撮像用の光学系であって、前記第２のレンズ群は、最も像面側に配置され、像面側に凸の負の屈折力の第１のメニスカスレンズと、前記第１のメニスカスレンズの物体側に隣接して対峙するように配置され、像面側に凹の負の屈折力の第２のレンズとを含む、光学系が記載されている。前記第１のメニスカスレンズの物体側の面の曲率半径ＲＬＬ１と、前記第２のレンズの像面側の面の曲率半径ＲＬＮ２とが以下の条件を満たしてもよい。
−１．０＜(ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２)／(ＲＬＬ１−ＲＬＮ２)＜−０．１

前記第２のレンズ群は、前記第２のレンズの物体側に隣接して対峙するように配置され、像面側に凸の正の屈折力の第３のレンズを含んでもよい。前記第３のレンズは、前記第２のレンズに対し最小の間隔で配置されていてもよい。前記第１のレンズ群は、全体として正の屈折力であり、最も物体側に配置された、物体側に凹の負の屈折力の物体側レンズと、前記物体側レンズに隣接して配置された物体側に凸の正の屈折力のメニスカスレンズとを含み、前記第２のレンズ群は、全体として負の屈折力であってもよい。当該光学系の全長ＬＡと、前記物体側レンズの物体側の面の有効径Ｄｅ１と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件を満たしてもよい。
１．５＜ＬＡ／ＢＦ＜２．５
０．６＜Ｄｅ１／ＢＦ＜１．５

前記第１のレンズ群は、物体側から像面に向かって順番に、全体として正の屈折力の前群と、全体として負の屈折力の後群とを含み、前記第２のレンズ群は、全体として正の屈折力であってもよい。当該光学系の全長ＬＡと、前記第１のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径Ｄｅ１と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件を満たしてもよい。
１．５＜ＬＡ／ＢＦ＜５．０
０．８＜Ｄｅ１／ＢＦ＜２．０

１０ 光学系、 Ｇ１ 第１のレンズ群、 Ｇ２ 第２のレンズ群

Claims (9)

1. 開口絞りを挟んで物体側に配置された第１のレンズ群と、像面側に配置された第２のレンズ群とから構成された撮像用の光学系であって、
   前記第１のレンズ群は、物体側から像面に向かって順番に、全体として正の屈折力の前群と、全体として負の屈折力の後群とから構成され、
   前記第２のレンズ群は、全体として正の屈折力であり、最も像面側に配置され、像面側に凸の負の屈折力の第１のメニスカスレンズと、前記第１のメニスカスレンズの物体側に隣接して対峙するように配置され、像面側に凹の負の屈折力の第２のレンズとを含み、
   フォーカシングの際に、前記前群、前記開口絞りおよび前記第2のレンズ群が像面に対して固定され、前記後群が像面に対して移動する光学系。
2. 請求項１において、
   前記第１のメニスカスレンズの物体側の面の曲率半径ＲＬＬ１と、前記第２のレンズの像面側の面の曲率半径ＲＬＮ２とが以下の条件を満たす、光学系。
   −１．０＜(ＲＬＬ１＋ＲＬＮ２)／(ＲＬＬ１−ＲＬＮ２)＜−０．１
3. 請求項１または２において、
   前記第２のレンズ群は、前記第２のレンズの物体側に隣接して対峙するように配置され、像面側に凸の正の屈折力の第３のレンズを含む、光学系。
4. 請求項３において、
   前記第３のレンズは、前記第２のレンズに対し最小の間隔で配置されている、光学系。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   当該光学系の全長ＬＡと、前記第１のレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面の有効径Ｄｅ１と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件を満たす、光学系。
   １．５＜ＬＡ／ＢＦ＜５．０
   ０．８＜Ｄｅ１／ＢＦ＜２．０
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記第２のレンズ群は、物体側から順に、正の屈折力の絞り側レンズと、正の屈折力の第３のレンズと、前記第２のレンズと、前記第１のメニスカスレンズとから構成されている、光学系。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記第２のレンズは両凹のレンズであり、前記第２のレンズの像面側の面の曲率半径ＲＬＮ２と、バックフォーカスＢＦとが以下の条件を満たす、光学系。
   ０．０５＜ＢＦ／ＲＬＮ２＜０．５
8. 請求項１ないし７のいずれかにおいて、
   前記第１のレンズ群の最も物体側のレンズの有効径Ｄｅ１と、前記第１のメニスカスレンズの有効径ＤｅＬＬ２とが以下の条件を満たす、光学系。
   ０．９＜Ｄｅ１／ＤｅＬＬ２＜１．０
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の光学系と、
   前記光学系の像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置。

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