JP2020118914A - 光学系レンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広角端において広画角で小型、かつ可視域から赤外域まで広い波長範囲にわたり良好に色収差が補正された高い光学性能が得られるレンズ及びそれを有する撮像装置を得ること。【解決手段】 物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の前群、開口絞り、正の屈折力の後群からなる光学系であって、前群と後群は各々１枚以上の正レンズを有し、負の屈折力の前群、と正の屈折力の後群は各々１枚以上の正レンズを有し、前群、との後群前記に各々含まれる少なくとも１枚の正レンズの材料の屈折率、アッベ数、Ｃ線とｔ線に関する部分分散比を適切に設定したこと。【選択図】図１

Description

本発明は光学系に関し、例えばスチルカメラ、ビデオカメラ、ウェアラブルカメラ、監視用カメラ、車載カメラそしてデジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いる撮像光学系として好適なものである。

近年、撮像装置（カメラ）の高機能化にともない、それに用いる撮像光学系には広い画角を包含して、かつ良好な光学性能を有することが求められている。とりわけ、車載、監視カメラ用途では全系が小型化で、かつ可視域から赤外域までの広い波長範囲で良好な光学性能を有する撮像光学系が求められている。

特にｇ線（波長４３６ｎｍ）〜Ｃ線（波長６５６ｎｍ）〜ｔ線（波長１０１４ｎｍ）までの広い波長範囲で良好な光学性能を有する撮像光学系が求められている。これらの要求を満足する撮像光学系として、物体側より像側へ順に、負の屈折力のレンズ群、正の屈折力のレンズ群を含む、広画角の撮像光学系が知られている（特許文献１、２）。

特許文献１では、物体側から像側へ順に、負の屈折力の前群および正の屈折力の後群より成る構成の可視光近赤外光用単焦点レンズを開示している。特許文献１では、画角を広角化しつつ、接合レンズの正レンズおよび負レンズの組み合わせにより、ｇ線からｔ線までの波長範囲にわたり色収差を良好に補正している。

特許文献２では、負の屈折力の第１レンズ群および正の屈折力の第２レンズ群の２群構成からなるズームレンズを開示している。特許文献２では、第２レンズ群の正レンズに部分分散比θＣｔの大きな異常分散性の硝材を使用することで、ｇ線からｔ線までの波長範囲にわたり色収差を良好に補正している。

特開２００４−３５４８２９号公報 特開２０１５−４０９８２号公報

近年、監視カメラやウェアラブルカメラなどの撮像装置に用いる撮像光学系には広い撮像画角を包含し、かつ広い波長領域で良好な画質を有し、全体が小型化であることが強く求められている。

全系が小型で、かつ広画角でありながら高い光学性能を得るには各レンズ群のレンズ構成を適切に設定することが重要になってくる。例えば監視カメラに用いられる撮像光学系では、可視域から近赤外域までの広い波長範囲にわたり、諸収差のうち、特に色収差が良好に補正された高い光学性能を有することが重要になってくる。

広画角の撮像光学系において、広い波長範囲において色収差を良好に補正し、高い光学性能を得るには、正レンズの材料を適切に設定することが重要になってくる。正レンズの材料が不適切であると、全系の小型化を図りつつ、広画角で、広い波長範囲にわたり高い光学性能の撮像光学系を得るのが大変困難になってくる。 本発明は、広画角で全系が小型で、かつ可視域から赤外域まで広い波長範囲にわたり良好に色収差が補正された高い光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明の光学系は、物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の前群、開口絞り、正の屈折力の後群からなる光学系であって、
前記前群と前記後群は各々１枚以上の正レンズを有し、材料のＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｔ線（波長１０１３．９８ｎｍ）に対する屈折率を各々、ＮＦ、ＮＣ、Ｎｄ、Ｎｔ、材料のアッベ数をνｄ、材料のＣ線とｔ線に関する部分分散比をθＣｔとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θＣｔ＝（ＮＣ−Ｎｔ）／（ＮＦ−ＮＣ）
とおくとき、
前記前群および前記後群に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚の正レンズの材料の屈折率、アッベ数、Ｃ線とｔ線に関する部分分散比を各々ｎｄＰ、νｄＰ、θＣｔＰとするとき、
θＣｔＰ−０．００３５４νｄＰ−０．５７５＜０
θＣｔＰ＜０．７８５
１．５４＜ｎｄＰ＜１．７５
５０．０＜νｄＰ＜６７．０
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、広画角で全系が小型で、かつ可視域から赤外域まで広い波長範囲にわたり、良好に色収差が補正された高い光学性能の光学系が得られる。

本発明の実施例１のレンズ断面図 本発明の実施例１に対応する数値実施例１の収差図 本発明の実施例２の広角端におけるレンズ断面図 本発明の実施例２に対応する収差図 本発明の実施例３の広角端位置の収差図 本発明の実施例３に対応する収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 θＣｔ−νｄ図の説明図 θｇＦ−νｄ図の説明図

本発明の好ましい形態について図を用いて説明する。

本発明の光学系は単一焦点距離の撮像光学系又はズームレンズである。

本発明の光学系は、物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の前群、開口絞り、正の屈折力の後群からなる。

図１は実施例１のレンズ断面図である。図２は実施例１の無限遠に合焦時の収差図である。
図３は実施例２の広角端におけるレンズ断面図である。

図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
図５は実施例３の広角端におけるレンズ断面図である。

図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図７は本発明の撮像装置の要部概略図である。

図８は材料のθＣｔ−νｄ図の説明図である。

図９は材料のθｇＦ−νｄ図の説明図である。

レンズ断面図において、ＬＯは光学系、ＬＦは負の屈折力の前群、ＳＰは開口絞り、ＬＲは正の屈折力の後群である。

図１のレンズ断面図おいて、Ｌ１は前群としての負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は後群としての正の屈折力の第２レンズ群である。実施例１の光学系は単焦点距離の撮像光学系である。

図３のレンズ断面図においてＬ１は前群としての負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は後群としての正の屈折力の第２レンズ群である。実施例２の光学系は２群ズームレンズである。

図５のレンズ断面図においてＬ１は前群としての負の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は開口絞りＳＰと後群の物体側の部分を含む正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は後群の像側の部分を含む正の屈折力の第３レンズ群である。実施例３の光学系は３群ズームレンズである。

各実施例において、開口絞りＳＰは、、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間に配置している。実施例２では、開口絞りＳＰはズーミングに際して不動である。

実施例３ではズーミングに際して第２レンズ群Ｌ２と一体で移動している。これにより、前玉有効径の小型化を図っている。図３、図５においてＦＰはフレアー絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の像側に配置しており、不要光を遮光している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。

一般に撮像用の光学系において、広画角化しつつ、全系を小型化するためには、各レンズの材料の屈折率を高くするのが良い。しかしながら、各レンズの材料の屈折率を高くして全系を小型化するだけでは、可視域から赤外域までの広い波長範囲で高い光学性能を得ることは難しい。そこで、各レンズに使用する材料の選択が非常に重要となる。

本発明の光学系は物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の前群ＬＦ開口絞りＳＰ、正の屈折力の後群ＬＲよりなる。そして全系の小型化および可視域から赤外域まで広い波長範囲で良好な光学性能を得るために各レンズ群を少ないレンズ枚数で構成しつつ、かつ正レンズの材料に異常分散性の高い（部分分散比θＣｔの高い）高屈折率な材料を使っている。

図８に示すように、一般に光学ガラスは縦軸に部分分散比θＣｔが上方向に大きな値となるように、アッベ数を横軸に左方向が大きな値となるようにとったグラフ（以下「θＣｔ−νｄ図」と呼ぶ）上にマッピングさせる。そうすると、ノーマルラインと呼ばれる直線に沿って分布することが知られている。

ここで、アッべ数νｄ、部分分散比θＣｔは、ｔ線（波長１０１３．９８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｔ線に対する材料の屈折率をぞれぞれＮｔ、ＮＦ、ＮＣ、Ｎｄとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θＣｔ＝（ＮＣ−Ｎｔ）／（ＮＦ−ＮＣ）
で表される量である。

各レンズ群において、軸上色収差の２次スペクトルを補正するためには、θＣｔ−νｄ図において、各レンズ群を構成する正レンズと負レンズの材料を結んだ直線の傾きを緩くする必要がある。

例えば、蛍石のようにアッベ数が大きく、θＣｔ−νｄ図においてノーマルラインから部分分散比θＣｔが小さくなる方向に離れた領域にある材料を各レンズ群内の正レンズに用いる。逆に、θＣｔ−νｄ図においてノーマルラインから部分分散比θＣｔが大きくなる方向に離れた領域にある材料を各レンズ群内の負レンズに用いる。

これらの組み合わせにより、各レンズ群内での正レンズと負レンズの材料を結ぶ直線の傾きがノーマルラインよりも緩くなり、主に軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正することが容易となる。

このように各レンズ群内に使用する材料を最適化することにより、軸上色収差の二次スペクトルを良好に補正することが容易になる。

各実施例では、θＣｔ−νｄ図においてノーマルラインから離れた領域にある材料を正レンズに用いることにより、ｇ線からｔ線までの可視域から赤外領域の広い波長領域にわたって、軸上色収差の二次スペクトルの低減を行い、良好な光学性能を得ている。

前群ＬＦと後群ＬＲは各々、１枚以上の正レンズを有し、前群ＬＦと後群ＬＲに各々含まれる少なくとも１枚の正レンズの材料の屈折率、アッベ数、Ｃ線とｔ線に関する部分分散比を各々ｎｄＰ、νｄＰ、θＣｔＰとする。このとき、
θＣｔＰ−０．００３５４νｄＰ−０．５７５＜０ ・・・（１）
θＣｔＰ＜０．７８５ ・・・（２）
１．５４＜ｎｄＰ＜１．７５ ・・・（３）
５０．０＜νｄＰ＜６７．０ ・・・（４）
なる条件式を満足する。

次に前述の各条件式の技術的意味に説明する。

条件式（１）、（２）は前群ＬＦと後群ＬＲ内の正レンズの材料の部分分散比θＣｔＰを規定している。条件式（１）が上限値０よりも小さくなると、軸上色収差の二次スペクトルが増加するため好ましくない。条件式（２）の上限値を超えて部分分散比θＣｔが大きくなると、同様に軸上色収差の二次スペクトルが増加してしまうため良くない。

条件式（３）、（４）はそれぞれ、上述した正レンズの材料の屈折率ｎｄＰおよびアッベ数νｄＰを規定している。条件式（３）の下限値を超えて、正レンズの材料の屈折率ｎｄが小さくなると、コバ厚を確保するためにレンズの肉厚が厚くなり、レンズの小型化が困難になる。条件式（３）の上限値を超えて、正レンズの材料の屈折率ｎｄが大きくなると、θＣｔ−νｄ図においてノーマルライン付近の実在の硝材領域から大きくはずれるため、材料を作ることが困難となる。

条件式（４）の下限値を超えて正レンズの材料のアッベ数νｄＰが小さくなると、可視域での色収差の補正が困難となり、良好な光学性能を得るのが困難となる。条件式（４）の上限値を超えて正レンズの材料のアッベ数νｄＰが大きくなると、実在の材料領域では屈折率が低くなるため、小型化が困難になる。

なお、各実施例において好ましくは、条件式（１）乃至（４）の数値範囲を次の如くするのが良い。

θＣｔＰ−０．００３５４νｄＰ−０．５７５＜−０．００５・・・（１ａ）
θＣｔＰ＜０．７８３ ・・・（２ａ）
１．５４５＜ｎｄＰ＜１．７００ ・・・（３ａ）
５２．０＜νｄＰ＜６７．０ ・・・（４ａ）
また、さらに好ましくは条件式（１ａ）乃至（４ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

θＣｔＰ−０．００３５４νｄＰ−０．５７５＜−０．００７・・・（１ｂ）
θＣｔＰ＜０．７８１ ・・・（２ｂ）
１．５４８＜ｎｄＰ＜１．６７０ ・・・（３ｂ）
５４．０＜νｄＰ＜６６．０ ・・・（４ｂ）
このような、部分分散比θＣｔのノーマルラインから離れた領域にある硝材を用いて、広角端において、広角でかつ小型で、さらに可視域から赤外域までの広い波長域にわたり良好な光学性能の光学系を得ている。

各実施例において、好ましくは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。

前群ＬＦは１枚以上の負レンズを有する。前群ＬＦに含まれる少なくとも１枚の負レンズの材料の屈折率、Ｃ線とｔ線における部分分散比を各々ｎｄＮ、θＣｔＮとする。負レンズの材料のアッベ数をνｄＮとする。前群ＬＦと後群ＬＲに各々含まれる少なくとも１枚の正レンズの材料のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）とＦ線に関する部分分散比をθｇＦＰとする。

ここで、ｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇＦは
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
である。

前群ＬＦと後群ＬＲに各々含まれる少なくとも１枚の正レンズの材料の−３０℃以上＋７０℃以下における線膨張係数（１０^−５／Ｋ）の平均値をαＰとする。光学系が単焦点レンズのときは単焦点レンズの焦点距離をｆ、光学系がズームレンズのときは広角端における焦点距離をｆ、前群ＬＦと後群ＬＲに各々含まれる条件式（１）乃至（４）を満足する１つの正レンズの焦点距離をｆＰとする。

このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。

０．７２０＜θＣｔＮ＜０．８１０ ・・・（５）
１．５０＜ｎｄＮ＜１．９２ ・・・（６）
３５．０＜νｄＮ＜６０．０ ・・・（７）
θｇＦＰ−（−１．６６５×１０^−７・νｄＰ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄＰ^２
−５．６５６×１０^−３・νｄＰ＋０．７３７）＞０ ・・・（８）
０．５４４３＜θｇＦＰ＜０．６０００ ・・・（９）
０．１０＜αＰ＜５．００ ・・・（１０）
１．０＜ｆＰ／ｆ＜１０．０ ・・・（１１）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（５）は光学系中の条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズと組み合わせて色収差を良好に補正するために負レンズの材料のＣ線とｔ線に対する部分分散比θＣｔＮを適切に規定したものである。条件式（５）の下限値を超えて部分分散比θＣｔＮが小さくなりすぎると、条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズとの組み合わせにより、ｔ線の軸上の色収差の補正が補正過剰になるため、赤外域における光学性能が低下する。

条件式（５）の上限値を超えて部分分散比θＣｔＮが大きくなりすぎると、条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズとの組み合わせにより、ｔ線の軸上の色収差の補正が補正不足のため、やはり赤外域における光学性能が低下する。

条件式（６）は光学系中の条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズと組み合わせて赤外域での色収差を良好に補正しつつ、全系の小型化を図るために負レンズの材料の屈折率を適切に規定したものである。条件式（６）の下限値を超えて屈折率が小さくなりすぎると、負レンズが大きくなり、全系の小型化が困難になる。条件式（６）の上限値を超えて屈折率が大きくなりすぎると、実在の硝材領域ではνｄが高分散の硝材になり、（１）乃至（４）を満たす正レンズとの組み合わせで、赤外域での色収差を補正することが困難になる。

条件式（７）の下限値を超えて負レンズの材料のアッベ数νｄＮが小さくなりすぎると、実在の硝材の分布の範囲では赤外域での色収差を補正することが困難となる。条件式（７）の上限値を超えて屈折率が大きくなりすぎると、実在の硝材領域では屈折率が小さくなるため、負レンズが大きくなり、全系の小型化が困難になる。

条件式（８）はレンズ群内の正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比θｇＦを規定している。図９において点線が条件式（８）の曲線を示している。条件式（８）の下限値を超えて小さくなりすぎると、軸上色収差の二次スペクトルが増加するため好ましくない。

条件式（９）は可視域での色収差を良好に補正するために、正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比を適切に規定している。条件式（９）の上限値を超えて正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比が大きくなると、条件式（８）、（９）を満たす硝材が少なくなるので良くない。条件式（９）の下限値を超えて正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比が小さくなると、二次スペクトルが大きくなり、色収差の補正が困難となる。

条件式（１０）は前述した条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズの材料の線膨張係数を規定する。線膨張係数αは−３０℃以上＋７０℃以下における平均線膨張係数（１０^−５／Ｋ）を表す。条件式（１０）の下限値を超えて線膨張係数が小さくなりすぎると温度変化による硝材が少なくなるので良くない。条件式（１０）の上限値を超えて線膨張係数が大きくなると温度変化による形状の変化が大きくなり、球面収差、コマ収差の変化が大きく、光学性能が低下してくる。

以上の如く構成することにより、広角端において、広画角でかつ全系が小型で、さらに可視域から赤外域まで良好な光学性能の光学系を得ている。

条件式（１１）は前述した条件式（１）乃至（４）を満たす正レンズの材料の焦点距離ｆＰと光学系の焦点距離ｆを適切に規定するための条件式である。条件式（１１）の下限値を超えて正レンズの焦点距離ｆＰが焦点距離ｆに比べて小さくなりすぎると正レンズのパワー（焦点距離の逆数）が大きくなりすぎ、主に色収差や球面収差が増加するため良くない。条件式（１１）の上限値を超えて正レンズの焦点距離ｆＰが焦点距離ｆに比べて大きくなりすぎると正レンズが大きくなり、全系の小型化が困難になる。

なお、各実施例において、好ましくは条件式（５）乃至（１１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．７２０＜θＣｔＮ＜０．８０５ ・・・（５ａ）
１．５２＜ｎｄＮ＜１．９１ ・・・（６ａ）
３６．０＜νｄＮ＜５８．０ ・・・（７ａ）
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２
−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７３７）＞０．００４・・・（８ａ）
０．５４４４＜θｇＦＰ＜０．５９５０ ・・・（９ａ）
０．１５＜αＰ＜４．５０ ・・・（１０ａ）
１．２＜ｆＰ／ｆ＜９．５ ・・・（１１ａ）
また、さらに好ましくは条件式（５ａ）乃至（１１ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．７２１＜θＣｔＮ＜０．８０２ ・・・（５ｂ）
１．５５０＜ｎｄＮ＜１．９０５ ・・・（６ｂ）
３６．５＜νｄＮ＜５５．０ ・・・（７ｂ）
θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７・νｄ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄ^２
−５．６５６×１０^−３・νｄ＋０．７３７）＞０．００６・・・（８ｂ）
０．５４４４＜θｇＦ＜０．５９００ ・・・（９ｂ）
０．２０＜αＰ＜４．００ ・・・（１０ｂ）
１．４＜ｆＰ／ｆ＜９．０ ・・・（１１ｂ）
次に各実施例のレンズ構成について説明する。

実施例１では無限遠から近距離へのフォーカシングに際して、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２を物体側へ移動させている。

広画角化を達成しつつ、第１レンズ群Ｌ１の有効レンズ径を小型化及び薄型化するためには、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの数が少ない方が好ましい。実施例１において第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズからなる。これにより広画角化しつつも、像面湾曲と歪曲収差を良好に補正している。

第２レンズ群Ｌ２は１枚の負レンズと２枚の正レンズを含む。具体的には第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に、負の単一レンズ、負の単一レンズ、正の単一レンズにより構成しており、正レンズに異常分散硝材を使用している。第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に正の単一レンズ、正レンズと負レンズを接合した接合レンズにより構成しており、正レンズはいずれも異常分散硝材を使用している。

実施例２では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２を互いに異なった軌跡で移動させている。具体的には、実施例２では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１を像側へ凸状の軌跡を描いて移動させている。第２レンズ群Ｌ２を物体側へ、非直線的に移動させている。実施例２では負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を像側へ凸状の軌跡で動かすことで、第２レンズ群Ｌ２に大きな変倍効果を持たせて第１レンズ群Ｌ１の屈折力及び、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をあまり大きくすることなく高ズーム比を得ている。

また、実施例２では、第１レンズ群Ｌ１を光軸上移動させてフォーカシングを行うフロントフォーカス式を採用している。

無限遠から近距離へフォーカスを行う場合には点線の矢印に示すように第１レンズ群Ｌ１を物体側に繰り出すことによって行っている。

広角端において広画角化を達成しつつ、第１レンズ群Ｌ１の有効レンズ径を小型化及び薄型化するためには、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの数が少ない方が好ましい。実施例２において第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、正レンズの３枚のレンズからなる。これにより広画角化しつつも、像面湾曲と歪曲収差を良好に補正している。第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に正の単一レンズ、正の単一レンズ、負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、正の単一レンズで構成しており、正レンズはいずれも異常分散硝材を使用している。

実施例３では、広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１乃至第３レンズ群Ｌ３を互いに異なった軌跡で移動させている。具体的には、実施例３では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１を像側へ凸状の軌跡を描いて移動させている。第２レンズ群Ｌ２を物体側へ、非直線的に移動させている。第３レンズ群Ｌ３を物体側へ移動させている。

実施例３では、ズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させることにより、第３レンズ群Ｌ３に変倍分担を持たせている。さらに、実施例３では負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を像側へ凸状の軌跡で動かすことで、第２レンズ群Ｌ２に大きな変倍効果を持たせて第１レンズ群Ｌ１の屈折力及び、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をあまり大きくすることなく高ズーム比を得ている。

実施例３では、第３レンズ群Ｌ３光軸上移動させてフォーカシングを行うリヤーフォーカス式を採用している。無限遠から近距離へフォーカスを行う場合には点線の矢印に示すように第３レンズ群Ｌ３を物体側へ繰り出すことによって行っている。

広角端において広画角化を達成しつつ、第１レンズ群Ｌ１の有効レンズ径を小型化及び薄型化するためには、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの数が少ない方が好ましい。

実施例３の第１レンズ群Ｌ１は物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズ、負レンズ、正レンズの４枚のレンズからなる。これにより広画角化しつつも、像面湾曲と歪曲収差を良好に補正している。具体的には、第１レンズ群Ｌ１を物体側から像側へ順に、負の単一レンズ、負の単一レンズ、負の単一レンズ、正の単一レンズにより構成している。

第２レンズ群Ｌ２は物体側から像側へ順に正の単一レンズ、正レンズと負レンズを接合した接合レンズにより構成しており、正レンズはいずれも異常分散硝材を使用している。

第３レンズ群Ｌ３は正の単一レンズで構成しており、異常分散硝材を使用している。

いずれの実施例においても第２レンズ群Ｌ２は１以上の非球面を有している。これによって球面収差を良好に補正している。

さらに、各実施例では正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を光軸に対し垂直方向の成分を持つように移動させて、光軸に対し垂直方向に像を変移させている。これにより光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。

各実施例では、可変頂角プリズム等の光学部材や像ぶれ補正のためのレンズ群を新たに付加することなく像ぶれ補正を行うようにし、これによって光学系全体が大型化するのを防止している。

なお、移動方式は第２レンズ群Ｌ２を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させれば、画像の像ぶれを補正することができる。例えば鏡筒構造の複雑化を許容すれば、光軸上に回転中心を持つように第２レンズ群Ｌ２を回動させて像ぶれ補正を行っても良い。また、第２レンズ群Ｌ２の一部で像ぶれ補正を行っても良い。

次に各実施例に示したような光学系を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図７を用いて説明する。

図７において、２０はカメラ本体、２１は実施例１乃至３で説明したいずれかの光学系によって構成された撮像光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮像光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

本実施形態は以上の様に各要素を設定する事により、特に、撮像素子を用いた撮像装置に好適な、広画角でかつ小型で、可視から赤外までの広い波長範囲で良好に色収差が補正され、高い光学性能を有する光学系が得られる。

次に、本発明の実施例１乃至３に各々対応する数値実施例１乃至３を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

またｋを離心率Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２］^１／２］
＋Ａ４ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。

また例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０^−Ｚ」を意味する。数値実施例において最後の２つの面は、フィルター、フェースプレート等の光学ブロックの面である。
各実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）はレンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算長により表したものである。レンズ全長は最も物体側のレンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。

また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。表１において、Ｇｉは物体側から像側へ順に数えた第ｉレンズを示す。

（数値実施例１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θＣｔ θｇＦ
1 7.385 0.4 1.804 46.58 0.779 0.557
2 2.97 1.5
3 4.765 0.4 1.804 46.58 0.779 0.557
4 2.374 0.85
5 43.317 2.39 1.584 60.00 0.772 0.557
6 -7.567 0.05
7(絞り) ∞ 2.46
8* 25.055 2.15 1.650 54.96 0.760 0.578
9* -4.115 0.1
10 6.234 3.22 1.584 60.00 0.772 0.557
11 -4.983 0.4 1.959 17.47 0.626 0.660
12 42.748 1.90
13 ∞ 1.0 1.516 64.14 0.870 0.534
14 ∞ 1.0
像面 ∞

非球面データ
第8面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.43676e-004 A 6= 5.04235e-005 A 8=-9.42735e-006

第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.11993e-003 A 6= 9.89239e-005 A 8=-4.85096e-006

各種データ

焦点距離 2.53
Fナンバー 2.88
画角 51.88
像高 3.22
レンズ全長 17.50
BF 3.56


（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θＣｔ θｇＦ
1 11.786 0.9 1.835 42.73 0.756 0.565
2 6 3.59
3 -26.881 0.9 1.804 46.58 0.779 0.557
4 9.531 1.09
5 11.37 2.29 1.959 17.47 0.626 0.660
6 24.7 (可変)
7(絞り) ∞ (可変)
8 23.283 2.65 1.584 60.00 0.772 0.557
9 -30.954 0.19
10 10.499 3 1.650 54.96 0.760 0.578
11 43.677 1.64
12 -18.038 0.98 1.847 23.93 0.661 0.620
13 17.571 2.87 1.550 65.99
14 -19.151 0.18
15* 14.194 3.46 1.550 65.99 0.780 0.567
16 -14.04 (可変)
17 ∞ 1.0 1.516 64.14 0.870 0.534
18 ∞ 1.0
像面 ∞


非球面データ
第15面
K = 4.97538e-001 A 4=-4.86661e-004 A 6= 3.17608e-006 A 8=-1.74542e-007 A10= 2.57595e-009

各種データ
ズーム比 2.31
広角 中間 望遠
焦点距離 2.60 3.93 6.01
Fナンバー 1.07 1.15 1.44
画角 40.91 29.79 20.53
像高 2.25 2.25 2.25
レンズ全長 51.52 43.78 40.31
BF 6.84 8.81 11.87

d 6 14.61 6.87 3.40
d 7 6.33 4.37 1.30
d16 5.18 7.15 10.22

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -7.10
2 7 ∞
3 8 10.47
4 17 ∞


（数値実施例３）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd θＣｔ θｇＦ
1 6.237 0.4000 1.900 37.37 0.722 0.577
2 4.504 1.7000
3 8.718 0.4000 1.772 49.60 0.796 0.552
4 3.84 2.0000
5* -16.783 0.4000 1.583 59.38 0.827 0.543
6 27.475 0.1000
7 6.611 0.9000 1.959 17.47 0.626 0.660
8 10.609 (可変)
9(絞り) ∞ 0
10* 2.929 1.6 1.550 65.99 0.780 0.567
11* -208.19 0.14
12 30.203 0.4 1.946 17.98 0.632 0.654
13 6.05 1 2.001 29.13
14* 9.608 0.2
15 ∞ (可変)
16* 12.908 1.18 1.584 60.00 0.772 0.557
17 -92.694 (可変)
18 ∞ 1 1.516 64.14 0.870 0.534
19 ∞ 1
像面 ∞


非球面データ
第5面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.92867e-004 A 6=-4.02377e-005 A 8= 3.66259e-006

第10面
K = 0.00000e+000 A 4=-7.10161e-004 A 6=-2.45714e-004 A 8= 4.99086e-005

第11面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.13022e-005 A 6=-8.70031e-004 A 8= 2.34642e-004

第14面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.82721e-003 A 6= 1.27452e-003 A 8= 9.59768e-005

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.18669e-004 A 6= 5.30127e-005 A 8= 1.01647e-005

各種データ
ズーム比 2.81
広角 中間 望遠
焦点距離 3.42 6.46 9.59
Fナンバー 2.88 4.00 5.12
画角 42.90 29.69 23.37
像高 3.18 3.68 4.14
レンズ全長 23.17 21.74 23.16
BF 4.66 7.19 10.19

d 8 6.67 2.03 0.25
d15 1.41 2.09 2.30
d17 3.00 5.53 8.53

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -6.02
2 9 6.41
3 16 19.48
4 18 ∞

Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群 Ｌ３ 第３レンズ群 ＳＰ 開口絞り

Claims (13)

1. 物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の前群、開口絞り、正の屈折力の後群からなる光学系であって、
   前記前群と前記後群は各々１枚以上の正レンズを有し、
   材料のＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｔ線（波長１０１３．９８ｎｍ）に対する屈折率を各々、ＮＦ、ＮＣ、Ｎｄ、Ｎｔ、材料のアッベ数をνｄ、材料のＣ線とｔ線に関する部分分散比をθＣｔとし、
   νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
   θＣｔ＝（ＮＣ−Ｎｔ）／（ＮＦ−ＮＣ）
   とおくとき、
   前記前群および前記後群に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚の正レンズの材料の屈折率、アッベ数、Ｃ線とｔ線に関する部分分散比を各々ｎｄＰ、νｄＰ、θＣｔＰとするとき、
   θＣｔＰ−０．００３５４νｄＰ−０．５７５＜０
   θＣｔＰ＜０．７８５
   １．５４＜ｎｄＰ＜１．７５
   ５０．０＜νｄＰ＜６７．０
   なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
2. 前記前群は１枚以上の負レンズを有し、
   前記前群に含まれる負レンズのうち少なくとも１枚の負レンズの材料の屈折率、Ｃ線とｔ線における部分分散比を各々ｎｄＮ、θＣｔＮとするとき、
   ０．７２０＜θＣｔＮ＜０．８１０
   １．５０＜ｎｄＮ＜１．９２
   なる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。
3. 前記負レンズの材料のアッベ数をνｄＮとするとき、
   ３５．０＜νｄＮ＜６０．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
4. 材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比をθｇＦとし、
   θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
   とおくとき、前記前群および前記後群に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚の正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比をθｇＦＰとするとき、
   θｇＦＰ−（−１．６６５×１０^−７・νｄＰ^３＋５．２１３×１０^−５・νｄＰ^２
   −５．６５６×１０^−３・νｄＰ＋０．７３７）＞０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
5. 材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比をθｇＦとし、
   θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
   とおくとき、前記前群および前記後群に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚の正レンズの材料のｇ線とＦ線に関する部分分散比をθｇＦＰとするとき、
   ０．５４４３＜θｇＦＰ＜０．６０００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の光学系。
6. 前記前群および前記後群に含まれる正レンズのうち、少なくとも１枚の正レンズの材料の、−３０℃以上＋７０℃以下における線膨張係数（１０^−５／Ｋ）の平均値をαＰとするとき、
   ０．１０＜αＰ＜５．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 前記光学系が単焦点レンズの場合は当該単焦点レンズの焦点距離をｆ、前記光学系がズームレンズの場合は当該ズームレンズの広角端における焦点距離ｆ、請求項１に記載の条件式を満たす正レンズの焦点距離をｆＰとするとき、
   １．０＜ｆＰ／ｆ＜１０．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
8. 前記光学系は単焦点レンズであり、フォーカシングに際して、前記前群、前記開口絞り、前記後群が一体で移動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
9. 前記光学系はズームレンズであって、ズーミングに際して、前記前群としての第１レンズ群および前記後群としての第２レンズ群の間隔が変化することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
10. フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動することを特徴とする請求項９に記載の光学系。
11. 前記光学系は、３つのレンズ群からなり、ズーミングに際して隣り合うレンズ群の間隔が変化するズームレンズであって、
    前記３つのレンズ群は、前記前群としての第１レンズ群と、前記開口絞りおよび前記後群の物体側の部分を含む第２レンズ群と、前記後群の像側の部分を含む第３レンズ群からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
12. フォーカシングに際して前記第３レンズ群が移動することを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学系と該光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。