JP5601598B2 - 内焦式大口径中望遠レンズ，撮像光学装置及びデジタル機器 - Google Patents

Description

本発明は内焦式大口径中望遠レンズ，撮像光学装置及びデジタル機器に関するものである。例えば、銀塩フィルム上又は撮像素子（例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型イメージセンサ，ＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子）の受光面上に被写体の光学像を形成するＦナンバー：１．４程度の内焦式大口径中望遠レンズと、その内焦式大口径中望遠レンズ及び撮像素子で取り込んだ被写体の映像を電気的な信号として出力する撮像光学装置と、その撮像光学装置を搭載したデジタルカメラ等の画像入力機能付きデジタル機器と、に関するものである。

従来から、写真用カメラ，電子スチルカメラ，ビデオカメラ等に適したインナーフォーカス式の撮像光学系が提案されている（例えば、特許文献１，２）。インナーフォーカス式の撮像光学系には、フォーカス群の重量を抑えることでオートフォーカスの速度を速くすることができるため、優れた使用感が得られるというメリットがある。また、モーターのトルクを軽減させることができる等のメリットもある。

特開平１−１５４１１１号公報 特開平７−１９９０６６号公報

特許文献１に開示されている撮像光学系は、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とから成り、第２レンズ群を像側へ移動させることにより合焦を行う構成になっている。フォーカス群は３枚のレンズで構成されており、フォーカス群の重量は比較的軽くなっている。しかしながら、負の屈折力を有する第２レンズ群によって軸外光束が大きく曲げられるため、第１レンズ群を通過する軸外光線高さが比較的高く、前玉径が大きくなりやすいという問題がある。また、フォーカシングによって第２レンズ群が移動する際、第２レンズ群を通過する軸外光線高さが大きく変動するため、フォーカシングによる軸外収差の変動を抑えることが困難である。

特許文献２に開示されている撮像光学系は、正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、正の屈折力を有する第３レンズ群とから成り、第２レンズ群を像側へ移動させることにより合焦を行う構成になっている。第２レンズ群は正の屈折力を有しており、上記特許文献１に記載されているような前玉径の増大という問題は生じない。また、第２レンズ群内に絞りを有しており、フォーカシングに伴う軸外収差の変動も比較的小さく抑えられている。しかしながら、第２レンズ群は５枚程度のレンズで構成されており、フォーカス群の重量を軽くすることができないという問題がある。

また、大口径中望遠レンズでは、焦点面での結像性能だけではなく、焦点深度外におけるボケのやわらかさも重要視される傾向にある。そのような望ましいボケの状態を得るためには、レンズ系の残存球面収差を適切に設定する必要がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、無限遠距離から至近距離まで良好な結像性能を有し、フォーカシング重量が軽く、さらに適切な残存球面収差を任意に設定しやすい内焦式大口径中望遠レンズ，それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、物体側から順に、正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、第３レンズ群と、をレンズ群として有し、近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群及び第３レンズ群が像面に対して位置固定であり、前記第２レンズ群が物体側へ移動し、前記第２レンズ群が負レンズを１枚のみ有するとともに、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，及び正レンズを少なくとも有しており、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
−０．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．１ …（１）
ただし、
Ｒ１：第２レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径、
Ｒ２：第２レンズ群内の負レンズの像側面の曲率半径、
である。

第２の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、上記第１の発明において、前記第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，正レンズ，及び正レンズを有し、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
−５＜ｆ２１／ｆ２２＜−１ …（２）
ただし、
ｆ２１：第２レンズ群において最も物体側の正レンズの焦点距離、
ｆ２２：第２レンズ群中の負レンズの焦点距離、
である。

第３の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式（３）及び（４）を満足することを特徴とする。
０．０５＜β２＜０．５５ …（３）
０．９＜β３＜１．２ …（４）
ただし、
β２：第２レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
β３：第３レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
である。

第４の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記第３レンズ群が、物体側から順に、負レンズ成分と正レンズ成分を有することを特徴とする。

第５の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、上記第４の発明において、前記負レンズ成分が、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹の負レンズとの接合レンズであり、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする。
｜ｎＬ３１−ｎＬ３２｜＞０．２ …（５）
ただし、
ｎＬ３１：像側に凸面を向けた正メニスカスレンズの屈折率、
ｎＬ３２：両凹の負レンズの屈折率、
である。

第６の発明の内焦式大口径中望遠レンズは、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする。
０．５＜ｆ２／ｆ＜０．８５ …（６）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

第７の発明の撮像光学装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明に係る内焦式大口径中望遠レンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記内焦式大口径中望遠レンズが設けられていることを特徴とする。

第８の発明のデジタル機器は、上記第７の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。

本発明の構成を採用することにより、フォーカス群を比較的軽量にし、所望の残存球面収差量と無限遠撮影距離から至近撮影距離にわたる良好な光学性能とをＦナンバー１．４程度で保持することができる。したがって、無限遠距離から至近距離まで良好な結像性能を有し、フォーカシング重量が軽く、さらに適切な残存球面収差を任意に設定しやすい内焦式大口径中望遠レンズと、それを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。

第１の実施の形態（実施例１）のレンズ構成図。 第２の実施の形態（実施例２）のレンズ構成図。 第３の実施の形態（実施例３）のレンズ構成図。 第４の実施の形態（実施例４）のレンズ構成図。 実施例１の収差図。 実施例２の収差図。 実施例３の収差図。 実施例４の収差図。 撮像光学装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を示す模式図。

以下、本発明に係る内焦式大口径中望遠レンズ，撮像光学装置及びデジタル機器を説明する。本発明に係る内焦式大口径中望遠レンズは、物体側から順に、正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、第３レンズ群と、をレンズ群として有し、近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群及び第３レンズ群が像面に対して位置固定であり、前記第２レンズ群が物体側へ移動し、前記第２レンズ群が負レンズを１枚のみ有するとともに、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，及び正レンズを少なくとも有する構成になっている。そして、以下の条件式（１）を満足することを特徴としている。
−０．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．１ …（１）
ただし、
Ｒ１：第２レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径、
Ｒ２：第２レンズ群内の負レンズの像側面の曲率半径、
である。

無限遠距離から至近距離にわたって安定した色収差補正を実現するためには、フォーカス時に移動する第２レンズ単独で色収差が十分に補正されていることが必要である。したがって、第２レンズ群には少なくとも１枚の負レンズが必要となる。また、フォーカス群である第２レンズ群の重量を軽くするため、第２レンズ群に含まれるレンズ枚数は可能な限り少ないことが望ましい。

以上のことから、第２レンズ群内に含まれる負レンズは１枚であることが望ましい。このとき、第２レンズ群内は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズと配置することが望ましい。第２レンズ群の最も物体側に負レンズを配置すると、負レンズ通過後の軸上光線高さが高くなり、負レンズ通過後のレンズ外径が大きくなって第２レンズ群の重量が増大する。また、第２レンズ群の３枚目以降に負レンズを配置した場合は、正レンズが２枚連続して配置されることにより、第１の正レンズと第２の正レンズで発生する負の球面収差が減少する。さらに、負レンズに入射する軸上光線の負レンズに対する入射角が大きくなり、負レンズにおいて大きな正の球面収差が発生する。結果として、球面収差が補正過剰となる傾向がある。ここで、球面収差の符号は物体から像面に向かう方向を正とする。

条件式（１）は第２レンズ群内の負レンズの形状に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式（１）の下限を下回ると、第２レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径が小さくなりすぎて、第２レンズ群内の負レンズで発生する正の球面収差が増大し、第２レンズ群全体として球面収差が補正過剰になってしまう。条件式（１）の上限を上回ると、第２レンズ群内の負レンズで発生する正の球面収差が不足し、第２レンズ群全体としての球面収差が補正不足となる。

近距離性能を確保するために、第２レンズ群内単独で球面収差及び像面湾曲を十分に小さくしようとすれば、第２レンズ群に十分な収差補正の自由度（つまりレンズ枚数）を確保する必要が生じて、フォーカス群である第２レンズ群が重くなる。上述したように、第２レンズ群を負レンズ１枚のみで構成するとともに、第２レンズ群内のレンズ配列を、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，及び正レンズを少なくとも有する構成とし、負レンズ形状を条件式（１）を満たす適切な設定にすれば、第２レンズ群の重量と収差補正の自由度とを両立させることができる。したがって、第２レンズ群内の負レンズを１枚とした場合でも、第２レンズ群内で発生する球面収差等を最適な量に設定することができる。

上記特徴的構成によると、フォーカシング重量が比較的軽く、所望の残存球面収差量を保持し、無限遠撮影距離から至近撮影距離にわたって良好な性能を有するＦナンバー１．４程度の大口径内焦式中望遠レンズ及びそれを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。また、撮像光学装置の鏡胴構成が簡略化及び軽量化されるため、その撮像光学装置をデジタルカメラ等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の画像入力機能を軽量・コンパクトに付加することが可能となる。したがって、デジタル機器のコンパクト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能，小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。

第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，正レンズ，及び正レンズを有し、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−５＜ｆ２１／ｆ２２＜−１ …（２）
ただし、
ｆ２１：第２レンズ群において最も物体側の正レンズの焦点距離、
ｆ２２：第２レンズ群中の負レンズの焦点距離、
である。

第２レンズ群中の負レンズを通過した後の軸上光線高さは比較的高い状態となるため、負レンズの像側に正レンズを２枚配置することで、球面収差の補正自由度をさらに向上させることができる。条件式（２）は、この効果をより確実なものとするためのものである。条件式（２）の下限を下回ると、前記負レンズを通過した後の軸上光線高さが高くなり過ぎるため、負レンズの像側に位置する２枚の正レンズ（つまり、第２の正レンズと第３の正レンズ）の外径が大きくなる。結果として、フォーカス群の重量が増大してしまうため望ましくない。また、第２の正レンズや第３の正レンズに入射する光線高さが高くなるため、負の球面収差が大きく発生する傾向となる。条件式（２）の上限を上回ると、前記負レンズを通過した後の軸上光線高さが不十分となり、前述した球面収差補正の自由度が低下してしまう。

以下の条件式（３）及び（４）を満足することが望ましい。
０．０５＜β２＜０．５５ …（３）
０．９＜β３＜１．２ …（４）
ただし、
β２：第２レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
β３：第３レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
である。

高い性能を維持しつつフォーカス移動量を削減するためには、条件式（３）と（４）を満足することが望ましい。条件式（３）の下限を下回ると、フォーカス移動量の削減には有利であるが、第１レンズ群の屈折力が減少して、第２レンズ群の屈折力が増大し、第２レンズ群における軸上光線高さが高くなる。結果として、第２レンズ群内のレンズの外径を増やす必要が生じ、フォーカス群重量が増大して望ましくない。また、球面収差等の補正が困難になる。条件式（３）の上限を上回ると、フォーカス移動量の削減が不十分となる。条件式（４）の上限を上回ると、フォーカス移動量の削減には有利であるが、第２レンズ群の屈折力が増大し、フォーカスによる収差変動（例えば、球面収差変動）を抑えることが困難となって望ましくない。条件式（４）の下限を下回ると、フォーカス移動量の削減が不十分となる。

上記の効果をより確実なものとするためには、以下の条件式（３ａ）及び（４ａ）を満足することが更に望ましい。
０．０５＜β２＜０．４４ …（３ａ）
０．９８＜β３＜１．２ …（４ａ）
これらの条件式（３ａ）及び（４ａ）は、前記条件式（３）及び（４）が規定している条件範囲のなかでも、前記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。したがって、好ましくは条件式（３ａ），（４ａ）の少なくとも一方を満たすことにより、上記効果をより一層大きくすることができる。

前記第３レンズ群が、物体側から順に、負レンズ成分と正レンズ成分を有することが望ましい。第２レンズ群内の負レンズを１枚としたため、光学系全体での軸上色収差，倍率色収差補正の観点から、第３レンズ群内にも負レンズ成分を配置することが望ましい。第３レンズ群内に負レンズ成分を配置した場合、その像側に更に正レンズ成分を配置することが望ましい。正レンズ成分を配置しない場合は、全系から射出する軸外光線角度が大きくなり、使用できる撮像素子に制約を生じさせてしまうため望ましくない。

第３レンズ群の負レンズ成分は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹の負レンズを接合した接合レンズであることが望ましい。この場合、接合面は像側に凸面を向ける構成になる。このとき、接合面において発生する非点収差や歪曲収差は比較的抑制されるが、球面収差は接合面前後の屈折率差と接合面の曲率に応じて任意の量発生させることが可能となる。すなわち、他の収差から比較的独立した状態で球面収差の発生量をコントロールすることが可能となる。この効果を確実にするために以下の条件式（５）を満足することが望ましい。

つまり、前記負レンズ成分が、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹の負レンズとの接合レンズであり、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。この条件式（５）の下限を下回ると、接合面前後の屈折率差が小さすぎて十分な球面収差を発生させることが困難になる。
｜ｎＬ３１−ｎＬ３２｜＞０．２ …（５）
ただし、
ｎＬ３１：像側に凸面を向けた正メニスカスレンズの屈折率、
ｎＬ３２：両凹の負レンズの屈折率、
である。

以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．５＜ｆ２／ｆ＜０．８５ …（６）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

条件式（６）は、第２レンズ群の焦点距離に関する好ましい条件範囲を規定している。この条件式（６）の下限を下回ると、第２レンズ群の屈折力が強くなりすぎてフォーカスによる収差変動（例えば、球面収差変動）を抑えることが困難となるため望ましくない。条件式（６）の上限を上回ると、光学系全体が大型化してしまうため望ましくない。全系の大型化を抑えようとすると、第３レンズ群の屈折力を強くする必要が生じ、その結果、軸外の収差（例えば、像面湾曲，歪曲収差等）の劣化を招くことになる。

本発明に係る内焦式大口径中望遠レンズは、画像入力機能付きデジタル機器（例えば、デジタルカメラ）用の撮像レンズとしての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像を形成する内焦式大口径中望遠レンズと、内焦式大口径中望遠レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。

カメラの例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，車載カメラ，テレビ電話用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，携帯情報機器（例えば、モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末），これらの周辺機器（スキャナー，プリンター等），その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種デジタル機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。

図９に、画像入力機能を有するデジタル機器ＤＵの概略構成例を模式的断面で示す。図９に示すデジタル機器ＤＵに搭載されている撮像光学装置ＬＵは、物体（すなわち被写体）側から順に、物体の光学像（像面）ＩＭを形成する内焦式大口径中望遠レンズＬＮ（ＡＸ：光軸）と、平行平面板ＰＴ（必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。）と、内焦式大口径中望遠レンズＬＮにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲと、を備えている。この撮像光学装置ＬＵで画像入力機能付きデジタル機器ＤＵを構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置ＬＵをデジタル機器ＤＵの本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。

撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ型イメージセンサ，ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。内焦式大口径中望遠レンズＬＮは、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に被写体の光学像ＩＭが形成されるように設けられているので、内焦式大口径中望遠レンズＬＮによって形成された光学像ＩＭは、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。

デジタル機器ＤＵは、撮像光学装置ＬＵの他に、信号処理部１，制御部２，メモリ３，操作部４，表示部５等を備えている。撮像素子ＳＲで生成した信号は、信号処理部１で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ３（半導体メモリ，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される（例えば携帯電話の通信機能）。制御部２はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能（静止画撮影機能，動画撮影機能等），画像再生機能等の機能の制御；フォーカシングのためのレンズ移動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部２により撮像光学装置ＬＵに対する制御が行われる。表示部５は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子ＳＲによって変換された画像信号あるいはメモリ３に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部４は、操作ボタン（例えばレリーズボタン），操作ダイヤル（例えば撮影モードダイヤル）等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部２に伝達する。

内焦式大口径中望遠レンズＬＮは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇｒ２と、第３レンズ群Ｇｒ３と、をレンズ群として有しており、第１レンズ群Ｇｒ１及び第３レンズ群Ｇｒ３の位置を像面ＩＭに対して固定した状態で、第２レンズ群Ｇｒ２を物体側に移動させることにより近距離物体へのフォーカシングを行い、撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に光学像ＩＭを形成する構成になっている。内焦式大口径中望遠レンズＬＮで形成されるべき光学像ＩＭは、例えば、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター（図９中の平行平面板ＰＴに相当する。）を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系（例えば、携帯電話の液晶画面等）を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、光学的ローパスフィルターを用いる必要はない。

次に、第１〜第４の実施の形態を挙げて、内焦式大口径中望遠レンズＬＮの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図１〜図４のレンズ構成図に、無限遠合焦状態（第１フォーカスポジションＰＯＳ１）にある内焦式大口径中望遠レンズＬＮの第１〜第４の実施の形態を光学断面でそれぞれ示す。また、無限遠から至近距離へのフォーカシングにおけるフォーカス群（すなわち第２レンズ群Ｇｒ２）の移動を、図１〜図４中の矢印ｍＦで示す（第１レンズ群Ｇｒ１と第３レンズ群Ｇｒ３はフォーカス位置固定である。）。

第１の実施の形態の内焦式大口径中望遠レンズＬＮ（図１）は、いずれも正の屈折力を有する３つのレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３から成っている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズ２枚Ｌ１１，Ｌ１２と像側に凹の負メニスカスレンズＬ１３から成っており、第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズＬ２１と、絞りＳＴと、両凹の負レンズＬ２２と、像側に凸の正メニスカスレンズＬ２３と、両凸の正レンズＬ２４とから成っており、第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、像側に凸の正メニスカスレンズＬ３１及び両凹の負レンズＬ３２から成る接合レンズＬ３Ｎと、両凸の正レンズＬ３Ｐとから成っている。

第２の実施の形態の内焦式大口径中望遠レンズＬＮ（図２）は、いずれも正の屈折力を有する３つのレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３から成っている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズ２枚Ｌ１１，Ｌ１２と像側に凹の負メニスカスレンズＬ１３から成っており、第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズＬ２１と、絞りＳＴと、両凹の負レンズＬ２２と、像側に凸の正メニスカスレンズＬ２３と、両凸の正レンズＬ２４とから成っており、第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、像側に凸の正メニスカスレンズＬ３１及び両凹の負レンズＬ３２から成る接合レンズＬ３Ｎと、両凸の正レンズＬ３Ｐとから成っている。

第３の実施の形態の内焦式大口径中望遠レンズＬＮ（図３）は、いずれも正の屈折力を有する３つのレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３から成っている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズ２枚Ｌ１１，Ｌ１２と像側に凹の負メニスカスレンズＬ１３から成っており、第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズＬ２１と、絞りＳＴと、両凹の負レンズＬ２２と、像側に凸の正メニスカスレンズＬ２３と、両凸の正レンズＬ２４とから成っており、第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、両凹の負レンズＬ３１と、両凸の正レンズＬ３２とから成っている。

第４の実施の形態の内焦式大口径中望遠レンズＬＮ（図４）は、いずれも正の屈折力を有する３つのレンズ群Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３から成っている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズ２枚Ｌ１１，Ｌ１２と像側に凹の負メニスカスレンズ２枚Ｌ１３，Ｌ１４から成っており、第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、両凸の正レンズＬ２１と、両凹の負レンズＬ２２と、絞りＳＴと、像側に凸の正メニスカスレンズＬ２３と、両凸の正レンズＬ２４とから成っており、第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、両凹の負レンズＬ３１と、両凸の正レンズＬ３２とから成っている。

以下、本発明を実施した内焦式大口径中望遠レンズの構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４（ＥＸ１〜４）は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第４の実施の形態を表すレンズ構成図（図１〜図４）は、対応する実施例１〜４の光学構成をそれぞれ示している。

各実施例のコンストラクションデータでは、面データとして、左側の欄から順に、面番号，曲率半径ｒ（ｍｍ），軸上での面間隔ｄ（ｍｍ），ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率ｎｄ，ｄ線に関するアッベ数ｖｄを示す。各種データとして、全系の焦点距離（ｆ，ｍｍ），Ｆナンバー（ＦＮＯ．），半画角（ω，°），像高（ｙ’ｍａｘ，ｍｍ），レンズ全長（ＴＬ，ｍｍ），バックフォーカス（ＢＦ，ｍｍ）を示す。バックフォーカスは、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記しており、レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。さらに、フォーカスデータとして、第１フォーカスポジションＰＯＳ１（無限遠合焦時）と第２フォーカスポジションＰＯＳ２（至近距離合焦時）での可変間隔（フォーカシングにより変化する軸上面間隔）と全系の横倍率βを示し、レンズ群データとして、各レンズ群の焦点距離及び近軸横倍率を示し、第２レンズ群と第３レンズ群のレンズデータを示す。また、各条件式に対応する実施例の値を表１に示す。

図５〜図８は、実施例１〜実施例４（ＥＸ１〜ＥＸ４）にそれぞれ対応する収差図であり、上から順に各フォーカスポジションＰＯＳ１，ＰＯＳ２における諸収差（左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。）を示している。図５〜図８中、ＦＮＯはＦナンバー、Ｙ’（ｍｍ）は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高ｙ’ｍａｘ（光軸ＡＸからの距離に相当する。）である。球面収差図において、実線ｄ，一点鎖線ｇ，二点鎖線ｃはｄ線，ｇ線，ｃ線に対する球面収差（ｍｍ）をそれぞれ表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量（ｍｍ）を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差（ｍｍ）を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲（％）を表している。

ＤＵ デジタル機器
ＬＵ 撮像光学装置
ＬＮ 内焦式大口径中望遠レンズ
Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
ＳＴ 開口絞り（絞り）
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
ＩＭ 像面（光学像）
ＡＸ 光軸
１ 信号処理部
２ 制御部
３ メモリ
４ 操作部
５ 表示部

Claims (8)

1. 物体側から順に、正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、第３レンズ群と、をレンズ群として有し、近距離物体へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群及び第３レンズ群が像面に対して位置固定であり、前記第２レンズ群が物体側へ移動し、前記第２レンズ群が負レンズを１枚のみ有するとともに、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，及び正レンズを少なくとも有しており、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする内焦式大口径中望遠レンズ；
   −０．５＜（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）＜−０．１ …（１）
   ただし、
   Ｒ１：第２レンズ群内の負レンズの物体側面の曲率半径、
   Ｒ２：第２レンズ群内の負レンズの像側面の曲率半径、
   である。
2. 前記第２レンズ群が、物体側から順に、正レンズ，負レンズ，正レンズ，及び正レンズを有し、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載の内焦式大口径中望遠レンズ；
   −５＜ｆ２１／ｆ２２＜−１ …（２）
   ただし、
   ｆ２１：第２レンズ群において最も物体側の正レンズの焦点距離、
   ｆ２２：第２レンズ群中の負レンズの焦点距離、
   である。
3. 以下の条件式（３）及び（４）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の内焦式大口径中望遠レンズ；
   ０．０５＜β２＜０．５５ …（３）
   ０．９＜β３＜１．２ …（４）
   ただし、
   β２：第２レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
   β３：第３レンズ群の無限遠合焦時における近軸横倍率、
   である。
4. 前記第３レンズ群が、物体側から順に、負レンズ成分と正レンズ成分を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内焦式大口径中望遠レンズ。
5. 前記負レンズ成分が、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズと両凹の負レンズとの接合レンズであり、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項４記載の内焦式大口径中望遠レンズ；
   ｜ｎＬ３１−ｎＬ３２｜＞０．２ …（５）
   ただし、
   ｎＬ３１：像側に凸面を向けた正メニスカスレンズの屈折率、
   ｎＬ３２：両凹の負レンズの屈折率、
   である。
6. 以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内焦式大口径中望遠レンズ；
   ０．５＜ｆ２／ｆ＜０．８５ …（６）
   ただし、
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離、
   ｆ：全系の焦点距離、
   である。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の内焦式大口径中望遠レンズと、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記内焦式大口径中望遠レンズが設けられていることを特徴とする撮像光学装置。
8. 請求項７記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。

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