JP5915489B2

JP5915489B2 - 反射屈折型レンズ系および撮像装置

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Publication number: JP5915489B2
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Inventors: 広大永松; 丈司畠山
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Description

本開示は、静止画撮影をはじめ、動画撮影にも好適な、長焦点距離の反射屈折型レンズ系、およびそのような反射屈折型レンズ系を用いた撮像装置に関する。

反射系と屈折系とを有する反射屈折型レンズ系は、レンズ全長の短縮と色収差の低減に大きな利点があり、長焦点距離レンズに適した構成であることが一般に知られている。反射屈折型レンズ系の合焦方式については、全体繰り出し方式や２つの反射面の間隔を変える方式など、レンズ全長を可変とする方式が一般的であるが、光学全長が不変となるインナーフォーカス方式の反射屈折型レンズも存在する。例えば特許文献１には、光が入射する方向から順に、反射部材を含み正の屈折力を有する第１レンズ群と、光軸に沿って移動可能であり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レンズ群とを備えた反射屈折型レンズ系が開示されている。特許文献１に記載の反射屈折型レンズ系では、無限遠合焦状態では第１レンズ群と第２レンズ群とでアフォーカル系が形成され、第２レンズ群を像側へ移動させることにより、近距離物体への合焦を行っている。

一方、近年では一眼レフカメラ内にあるクイックリターンミラーを排除した、いわゆるミラーレス一眼カメラが提供されるようになった。クイックリターンミラーがなくなった分、カメラ本体の小型化が進み、携帯時の利便性が大きく向上した。また、ミラーレス一眼カメラは一眼レフカメラと異なり、常に撮像用の撮像素子に光が届いているため、高画質な動画撮影に好適である。また一方、動画撮影時には、撮影中の被写体がカメラに対して前後した際にピントを追従させるため、フォーカスを微小振動させて高いコントラストが得られる方向へ移動させる、いわゆるウォブリング技術が一般的に知られている。フォーカス群にウォブリング動作をさせるには、合焦方式をインナーフォーカス方式とし、フォーカス群をできるだけ小型・軽量に構成することが望ましい。フォーカス群を小型・軽量化することにより、フォーカスの駆動機構も含めたレンズ全体のサイズを小型化し、さらにはフォーカス駆動に伴う消費電力も低減することが可能となる。

特開昭５８−２０５１２４号公報

反射屈折型レンズにおいて、合焦方式が全体繰り出し方式の場合、レンズの焦点距離が長くなればなるほど合焦するための繰り出し量が大きくなってしまうため小型化には向いていない。また、駆動する部分の重量が重いために大きな駆動力が必要となってしまい、ウォブリング動作をさせて動画撮影に対応することは困難である。合焦方式が反射面の間隔を変える方式の場合、繰り出し量は極めて小さくすることができるが、駆動機構には大きな駆動力が必要となるため、上記全体繰り出し方式の場合と同様に動画撮影に対応することは困難である。また、２つの反射面間の偏芯は光学性能に極めて敏感であり、フォーカシングに伴う偏芯を必要十分に低減することは製造上困難である。さらに、２つの反射面間の距離変動も光学的に極めて敏感な部分であるため、近距離合焦時の収差変動が大きくなってしまうという設計上の問題も残っていた。

特許文献１に記載された反射屈折型レンズ系では、合焦方式をインナーフォーカス方式としているため、フォーカス群に重量の大きいミラーレンズを含む必要がなく、駆動機構の駆動力を小さくすることができる。しかし、フォーカス群が２つの反射面の間、もしくは反射面近傍を移動するため、駆動機構を配置する十分なスペースの確保が困難であり、結果的にレンズサイズが大きくなってしまうという欠点があった。また、長焦点距離をもつレンズであるため、手ぶれによって撮影した写真がブレてしまうが、防振機構がついていないため、これらのぶれを軽減することは不可能である。このため、手ぶれの低減を実現させるには、防振群の搭載が必須である。また、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レンズ群とを有し、最も撮像素子側の面を通った最外光線の光軸に対する角度が小さくなり、撮像素子上で像を結ぶまでの距離が長くなることからバックフォーカスを長く取る必要があり、小型化に不利である。また、ミラーレンズに穴を開けるという加工や、穴部近傍で光学系を保持する機構を設けることも非常に困難であった。さらに、光学性能に敏感なフォーカシングに伴う偏芯を必要十分に低減することも製造上困難である上に、近距離合焦時の収差変動を低減するためにレンズ枚数を多く構成する必要があり、結果的にフォーカス群の重量が増大してしまい、駆動機構が大型化するという問題があった。

本開示の目的は、小型で軽量な長焦点距離の反射屈折型レンズ系、およびそのような反射屈折型レンズ系を搭載した撮像装置を提供することにある。

本開示による反射屈折型レンズ系は、光が入射する方向から順に、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、負の屈折力を有する第３レンズ群とからなる。また、第２レンズ群を光軸に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行うようになされている。第１レンズ群は、物体側より順に、凸レンズと、凸面鏡と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズと、凹レンズとからなり、凸面鏡は、像側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズの物体側の面を反射面とすることにより形成され、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズは、周辺部の像側の面を反射面とすることにより形成された凹面鏡と、中央部に形成された透過屈折型のレンズ部とを含み、第１レンズ群に入射した光線が、凸レンズ、凹面鏡、凸面鏡、透過屈折型のレンズ部、凹レンズの順に進行するように構成されている。

本開示による撮像装置は、反射屈折型レンズ系と、反射屈折型レンズ系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、反射屈折型レンズ系を、上記本開示による反射屈折型レンズ系によって構成したものである。

本開示による反射屈折型レンズ系または撮像装置では、第１レンズ群内に凹面鏡と凸面鏡とを含む反射屈折型の構成とした上で、全体の屈折力配置の最適化と各レンズ群の構成の最適化が図られている。

本開示の反射屈折型レンズ系または撮像装置によれば、レンズ系を長焦点距離に有利な反射屈折型の構成とした上で、全体の屈折力配置の最適化と各レンズ群の構成の最適化を図るようにしたので、小型で軽量な長焦点距離の光学性能を得ることができる。

本開示の一実施の形態に係る反射屈折型レンズ系の第１の構成例を示す断面図である。反射屈折型レンズ系の第２の構成例を示す断面図である。反射屈折型レンズ系の第３の構成例を示す断面図である。反射屈折型レンズ系の第４の構成例を示す断面図である。数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系の無限遠合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系の中間距離合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系の最至近合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系の防振していないときの横収差を示す収差図である。数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系の防振しているときの横収差を示す収差図である。数値実施例２に対応する反射屈折型レンズ系の無限遠合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例２に対応する反射屈折型レンズ系の中間距離合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例２に対応する反射屈折型レンズ系の最至近合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例３に対応する反射屈折型レンズ系の無限遠合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例３に対応する反射屈折型レンズ系の中間距離合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例３に対応する反射屈折型レンズ系の最至近合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例４に対応する反射屈折型レンズ系の無限遠合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例４に対応する反射屈折型レンズ系の中間距離合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。数値実施例４に対応する反射屈折型レンズ系の最至近合焦時における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。撮像装置の一構成例を示すブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レンズの基本構成
２．作用・効果
３．撮像装置への適用例
４．レンズの数値実施例
５．その他の実施の形態

［１．レンズの基本構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る反射屈折型レンズ系の第１の構成例を示している。この構成例は、後述の数値実施例１のレンズ構成に対応している。同様にして、後述の数値実施例２ないし４のレンズ構成に対応する第２ないし第４の構成例を、図２ないし図４に示す。これらの図１等において、符号Ｓｉｍｇは像面、Ｚ１は光軸を示す。
以下、本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系の構成を、適宜図１等に示した構成例に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。

本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系は、光が入射する方向から順に、凹面鏡Ｌ１２Ａと凸面鏡Ｌ１３とを含み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、負の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３とを備えている。

なお、例えば図１の第１の構成例では、第１レンズ群ＧＲ１において、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ１２の周辺部の像側の面を反射面とすることにより、周辺部に凹面鏡Ｌ１２Ａが形成されている。メニスカス形状のレンズＬ１２の中央部は透過屈折型のレンズ部Ｌ１２Ｂとなっている。

第２レンズ群ＧＲ２は、凹面鏡Ｌ１２Ａよりも像側に配置されていることが望ましい。また、第２レンズ群ＧＲ２を光軸Ｚ１に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行うことが望ましい。第２レンズ群ＧＲ２は、１枚の凸レンズＬ２１で構成されていることが望ましい。

第３レンズ群ＧＲ３は最も物体側に凹レンズＬ３１を有し、凹レンズＬ３１を光軸Ｚ１に垂直な方向に移動させることにより防振を行うことが望ましい。

その他、本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系は、後述する所定の条件式等を満足することが望ましい。

［２．作用・効果］
次に、本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系の作用および効果を説明する。

本実施の形態の反射屈折型レンズ系によれば、屈折光学系を用いた長焦点距離のレンズでは不可能なサイズまでレンズサイズを小型化することが可能となる。この反射屈折型レンズ系では、正の屈折力を持った第１レンズ群ＧＲ１を透過した光が、正の屈折力を持った第２レンズ群ＧＲ２を通り、負の屈折力を持った第３レンズ群ＧＲ３を通ることにより、最も撮像素子側の面を通った最外光線の光軸Ｚ１に対する角度が大きくなる。これにより、撮像素子で像を結ぶまでの距離（バックフォーカス）を短くでき、光学全長を短縮することが可能である。それによってレンズ全体の小型化が可能である。

本実施の形態の反射屈折型レンズ系では、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、負の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３とを備えているため、フォーカス群の小型・軽量化に有利であり、フォーカス群の駆動機構を含めたレンズサイズも小型化することが可能である。具体的には、凹面鏡Ｌ１２Ａよりも像側に配置された第２レンズ群ＧＲ２をフォーカス群とすることで、フォーカス群を小型・軽量化できる。フォーカス群を小型・軽量化できるので、動画撮影時にウォブリング動作させることができ、動画撮影時においても、被写体への良好なピント追従が可能になる。特に、フォーカス群を１枚の凸レンズＬ２１で構成することにより、フォーカシングの際に動かすレンズ群の重量を軽く、それを駆動するための駆動機構も小型化することができ、鏡筒も小型化を図ることが可能となる。これにより、レンズサイズの小型化を確保した上で高速で低消費電力なフォーカシングが可能となる。

また、本実施の形態の反射屈折型レンズ系では、第３レンズ群ＧＲ３の最も物体側にある凹レンズＬ３１を光軸Ｚ１と垂直な方向に移動させて防振群として機能させることが可能である。これにより、暗所や動く物体の撮影時に生じる手ぶれの軽減に大きな効果を発揮する。

（条件式の説明）
本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系は、以下の条件式を少なくとも１つ、好ましくは２つ以上の条件式を組み合わせて満足するように各レンズ群の構成の最適化を図ることで、より良好な性能を得ることができる。

０＜ｆ２／ｆ＜０．４ ……（１）
ただし、
ｆ２：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
とする。

条件式（１）を上回ると、第２レンズ群ＧＲ２のパワーが弱くなりすぎて全長の短縮に不利になってしまう。逆に条件式（１）を下回ると、第２レンズ群ＧＲ２のパワーが強くなりすぎてフォーカス変動が大きくなってしまう。このため、条件式（１）の数値範囲に設定することにより、高い光学性能を維持したまま光学全長の短縮が可能となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（１）の数値範囲は以下の条件式（１）’の通り、設定することが好ましい。
０．０５＜ｆ２／ｆ＜０．３ ……（１）’

−２．０＜ｆ３／ｆ＜０ ……（２）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群ＧＲ３の焦点距離
とする。

条件式（２）を上回ると、第３レンズ群ＧＲ３のパワーが弱くなりすぎて防振時の性能悪化が大きくなってしまう。逆に条件式（２）を下回ると、第３レンズ群ＧＲ３のパワーが強くなりすぎて全長の短縮に不利になってしまう。このため、条件式（２）の数値範囲に設定することにより、高い光学性能を維持したまま光学全長の短縮が可能となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（２）の数値範囲は以下の条件式（２）’の通り、設定することが好ましい。
−１．５＜ｆ３／ｆ＜０ ……（２）’

２．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜１０ ……（３）
ただし、
ｒ１：凹面鏡Ｌ１２Ａが形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ２：凹面鏡Ｌ１２Ａが形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。

条件式（３）は、第１レンズ群ＧＲ１に含まれる凹面鏡Ｌ１２Ａの形状を規定するものである。条件式（３）を上回ると、球面収差が大きく負に、非点収差が大きく正に偏位してしまい、逆に条件式（３）を下回ると、球面収差が大きく負に、非点収差が大きく負に偏位してしまうため、良好な収差補正が困難となる。このため、条件式（３）の数値範囲に設定することにより、高い光学性能を維持したまま光学全長の短縮が可能となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（３）の数値範囲は以下の条件式（３）’の通り、設定することが好ましい。
４．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜９．５ ……（３）’

０＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜８．０ ……（４）
ただし、
ｒ３：凸面鏡Ｌ１３が形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ４：凸面鏡Ｌ１３が形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。

条件式（４）は、第１レンズ群ＧＲ１に含まれる凸面鏡Ｌ１３の形状を規定するものである。条件式（４）を上回ると、球面収差が正に、非点収差が負に偏位してしまい、逆に条件式（４）を下回ると、球面収差が大きく負に、非点収差が大きく正に偏位してしまうため、良好な収差補正が困難となる。このため、条件式（４）の数値範囲に設定することにより、高い光学性能を維持したまま光学全長の短縮が可能となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（４）の数値範囲は以下の条件式（４）’の通り、設定することが好ましい。
２．０＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜７．０ ……（４）’

以上のように本実施の形態によれば、レンズ系を長焦点距離に有利な反射屈折型の構成とした上で、全体の屈折力配置の最適化と各レンズ群の構成の最適化を図るようにしたので、小型で軽量な長焦点距離の光学性能を得ることができる。

［３．撮像装置への適用例］
図１９は、本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系を適用した撮像装置１００の一構成例を示している。この撮像装置１００は、例えばデジタルスチルカメラであり、カメラブロック１０と、カメラ信号処理部２０と、画像処理部３０と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、Ｒ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、入力部７０と、レンズ駆動制御部８０とを備えている。

カメラブロック１０は、撮像機能を担うものであり、撮像レンズとしてのレンズ系１１（反射屈折型レンズ系１，２，３，または４）を含む光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１２とを有している。撮像素子１２は、レンズ系１１によって形成された光学像を電気信号へ変換することで、光学像に応じた撮像信号（画像信号）を出力するようになっている。

カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２から出力された画像信号に対してアナログ−デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行うものである。

画像処理部３０は、画像信号の記録再生処理を行うものであり、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うようになっている。

ＬＣＤ４０は、ユーザの入力部７０に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データのメモリカード１０００への書込、およびメモリーカード１０００に記録された画像データの読み出しを行うものである。メモリカード１０００は、例えば、Ｒ／Ｗ５０に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。

ＣＰＵ６０は、撮像装置１００に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能するものであり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御するようになっている。入力部７０は、ユーザによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等からなり、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力するようになっている。レンズ駆動制御部８０は、カメラブロック１０に配置されたレンズの駆動を制御するものであり、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ系１１の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御するようになっている。

図示は省略するが、この撮像装置１００は、手ぶれに伴う装置のぶれを検出するぶれ検出部を備えている。

以下に、撮像装置１００における動作を説明する。
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、例えば入力部７０からのフォーカシングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいてレンズ系１１の所定のレンズが移動する。

入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッターが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード１０００に書き込まれる。

なお、フォーカシングは、例えば、入力部７０のシャッタレリーズボタンが半押しされた場合や記録（撮影）のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がレンズ系１１の所定のレンズを移動させることにより行われる。

メモリカード１０００に記録された画像データを再生する場合には、入力部７０に対する操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によってメモリカード１０００から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力されて再生画像が表示される。

また、ＣＰＵ６０は、図示しないぶれ検出部から出力される信号に基づいてレンズ駆動制御部８０を動作させ、ぶれ量に応じて防振用のレンズ群を光軸Ｚ１に略垂直な方向に移動させる。

なお、上記した実施の形態においては、撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲はデジタルスチルカメラに限られることはなく、他の種々の電子機器を撮像装置１００の具体的対象とするようにしても良い。例えば、レンズ交換式のカメラやデジタルビデオカメラ等のその他の種々の電子機器を、撮像装置１００の具体的対象とするようにしても良い。

＜４．レンズの数値実施例＞
次に、本実施の形態に係る反射屈折型レンズ系の具体的な数値実施例について説明する。
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「面Ｎｏ」は、光が入射する方向から順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔の値（ｍｍ）を示す。「Ｎｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率の値を示す。「νｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線におけるアッベ数の値を示す。「Ｒｉ」の値が「Ｉｎｆｉｎｉｔｙ」となっている部分は平面、または絞り面（開口絞りＳｔ）を示す。「面Ｎｏ」において「ＳＴＯ」と記した面は開口絞りＳｔであることを示す。

「面Ｎｏ」において「ＡＳＰ」と記した面は非球面であることを示す。非球面形状は、「ｘ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離（サグ量）、「Ｙ」を光軸方向に垂直な方向における高さ、「ｃ」をレンズの頂点における近軸曲率（曲率半径の逆数）、「Ｋ」を円錐定数（コーニック定数）、「Ａｉ」を第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数とすると、以下の非球面の式によって定義される。なお、後述する非球面係数を示す各表において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０^-i」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×１０^-5」を表している。

（非球面の式）
ｘ＝ｃＹ²／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｃ²Ｙ²｝^1/2］＋ΣＡｉ・Ｙⁱ

（各数値実施例に共通の構成）
以下の各数値実施例に係る反射屈折型レンズ系はいずれも、上記したレンズの基本構成および、望ましい条件を満足した構成となっている。各数値実施例に係る反射屈折型レンズ系はいずれも、光が入射する方向から順に、凹面鏡Ｌ１２Ａと凸面鏡Ｌ１３とを含み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、負の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３とを備えている。

第１レンズ群ＧＲ１は、光が入射する方向から順に、凸レンズＬ１１と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ１２と、凸面鏡Ｌ１３と、凹レンズＬ１４とを有している。物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ１２の周辺部の像側の面を反射面とすることにより、周辺部に凹面鏡Ｌ１２Ａが形成され、中央部は透過屈折型のレンズ部Ｌ１２Ｂが形成されている。また、像側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズの物体側の面を反射面とすることにより、凸面鏡Ｌ１３が形成されている。凸面鏡Ｌ１３は、凸レンズＬ１１とメニスカス形状のレンズＬ１２との間に配置されている。なお、第１レンズ群ＧＲ１に入射した光線は、凸レンズＬ１１、凹面鏡Ｌ１２Ａ、凸面鏡Ｌ１３、メニスカス形状のレンズＬ１２のレンズ部Ｌ１２Ｂ、凹レンズＬ１４の順に進行する。

第２レンズ群ＧＲ２は、凹面鏡Ｌ１２Ａよりも像側に配置されている。第２レンズ群ＧＲ２を光軸Ｚ１に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行う。第２レンズ群ＧＲ２は、１枚の凸レンズＬ２１で構成されている。開口絞りＳｔは、第２レンズ群ＧＲ２の像側近傍に配置され、フォーカシングの際には、第２レンズ群ＧＲ２と一体的に移動する。

第３レンズ群ＧＲ３は、物体側より順に、凹レンズＬ３１とメニスカスレンズＬ３２とからなる。凹レンズＬ３１を光軸Ｚ１に垂直な方向に移動させることにより防振を行う。

第３レンズ群ＧＲ３と像面Ｓｉｍｇとの間には、撮像素子保護用のシールガラスや各種の光学フィルタ等の光学部材ＳＧが配置されている。

［数値実施例１］
［表１］〜［表３］は、図１に示した第１の構成例に係る反射屈折型レンズ系１に対応する具体的な数値実施例を示している。特に［表１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２］には非球面に関するデータを示す。［表３］にはその他のデータを示す。

この数値実施例１では、第１レンズ群ＧＲ１内の凹レンズＬ１４の両面と、第２レンズ群ＧＲ２の凸レンズＬ２１の両面とが非球面となっている。それらの非球面における４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を円錐定数Ｋの値と共に［表２］に示す。

［表３］には、無限遠合焦時と、中間距離合焦時（撮影倍率１／４０）と、最至近合焦時（ＭＯＤ：Minimum Object Distance）とにおけるそれぞれの焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏおよび半画角ωの値を示す。この数値実施例１では、無限遠から最至近の間の合焦に際して、第２レンズ群ＧＲ２の前後の面間隔Ｄ１２，Ｄ１５が変化する。［表３］にはまた、無限遠合焦時と、中間距離合焦時と、最至近合焦時とにおけるそれぞれの面間隔Ｄ１２，Ｄ１５の値も示す。

以上の数値実施例１に対応する反射屈折型レンズ系１の収差性能を図５〜図７に示す。図５は無限遠合焦時における収差を示す。図６は中間距離合焦時（撮影倍率１／４０）における収差を示す。図７は最至近合焦時（ＭＯＤ）における収差を示す。

図５〜図７には収差図として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示す。これらの各収差図には、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはＣ線（６５６．２７ｎｍ）およびｇ線（４３５．８３ｎｍ）における収差も示す。非点収差図において、実線（Ｓ）はサジタル像面における収差、破線（Ｍ）はメリジオナル像面における収差を示す。Ｙは像高を示す。

さらに、図８および図９には横収差を示す。図８は防振していないときの横収差、図９は防振しているときの横収差を示す。

以上の各収差図から分かるように、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることは明らかである。

［数値実施例２］
［表４］〜［表６］は、図２に示した第２の構成例に係る反射屈折型レンズ系２に対応する具体的な数値実施例を示している。特に［表４］にはその基本的なレンズデータを示し、［表５］には非球面に関するデータを示す。［表６］にはその他のデータを示す。

この数値実施例２では、第１レンズ群ＧＲ１内の凹レンズＬ１４の両面と、第２レンズ群ＧＲ２の凸レンズＬ２１の両面とが非球面となっている。それらの非球面における４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を円錐定数Ｋの値と共に［表５］に示す。

［表６］には、無限遠合焦時と、中間距離合焦時（撮影倍率１／４０）と、最至近合焦時（ＭＯＤ）とにおけるそれぞれの焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏおよび半画角ωの値を示す。この数値実施例２では、無限遠から最至近の間の合焦に際して、第２レンズ群ＧＲ２の前後の面間隔Ｄ１２，Ｄ１５が変化する。［表６］にはまた、無限遠合焦時と、中間距離合焦時と、最至近合焦時とにおけるそれぞれの面間隔Ｄ１２，Ｄ１５の値も示す。

以上の数値実施例２に対応する反射屈折型レンズ系２の収差性能を図１０〜図１２に示す。図１０は無限遠合焦時における収差を示す。図１１は中間距離合焦時における収差を示す。図１２は最至近合焦時における収差を示す。

図１０〜図１２には収差図として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示す。これらの各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはＣ線およびｇ線における収差も示す。非点収差図において、実線（Ｓ）はサジタル像面における収差、破線（Ｍ）はメリジオナル像面における収差を示す。Ｙは像高を示す。

［数値実施例３］
［表７］〜［表９］は、図３に示した第３の構成例に係る反射屈折型レンズ系３に対応する具体的な数値実施例を示している。特に［表７］にはその基本的なレンズデータを示し、［表８］には非球面に関するデータを示す。［表９］にはその他のデータを示す。

この数値実施例３では、第１レンズ群ＧＲ１内の凹レンズＬ１４の両面と、第２レンズ群ＧＲ２の凸レンズＬ２１の両面とが非球面となっている。それらの非球面における４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を円錐定数Ｋの値と共に［表８］に示す。

［表９］には、無限遠合焦時と、中間距離合焦時（撮影倍率１／４０）と、最至近合焦時（ＭＯＤ）とにおけるそれぞれの焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏおよび半画角ωの値を示す。この数値実施例３では、無限遠から最至近の間の合焦に際して、第２レンズ群ＧＲ２の前後の面間隔Ｄ１２，Ｄ１５が変化する。［表９］にはまた、無限遠合焦時と、中間距離合焦時と、最至近合焦時とにおけるそれぞれの面間隔Ｄ１２，Ｄ１５の値を示す。

以上の数値実施例３に対応する反射屈折型レンズ系３の収差性能を図１３〜図１５に示す。図１３は無限遠合焦時における収差を示す。図１４は中間距離合焦時における収差を示す。図１５は最至近合焦時における収差を示す。

図１３〜図１５には収差図として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示す。これらの各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはＣ線およびｇ線における収差も示す。非点収差図において、実線（Ｓ）はサジタル像面における収差、破線（Ｍ）はメリジオナル像面における収差を示す。Ｙは像高を示す。

［数値実施例４］
［表１０］〜［表１２］は、図４に示した第４の構成例に係る反射屈折型レンズ系４に対応する具体的な数値実施例を示している。特に［表１０］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１１］には非球面に関するデータを示す。［表１２］にはその他のデータを示す。

この数値実施例４では、第１レンズ群ＧＲ１内の凹レンズＬ１４の両面と、第２レンズ群ＧＲ２の凸レンズＬ２１の両面とが非球面となっている。それらの非球面における４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を円錐定数Ｋの値と共に［表１１］に示す。

［表１２］には、無限遠合焦時と、中間距離合焦時（撮影倍率１／４０）と、最至近合焦時（ＭＯＤ）とにおけるそれぞれの焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏおよび半画角ωの値を示す。この数値実施例４では、無限遠から最至近の間の合焦に際して、第２レンズ群ＧＲ２の前後の面間隔Ｄ１２，Ｄ１５が変化する。［表１２］にはまた、無限遠合焦時と、中間距離合焦時と、最至近合焦時とにおけるそれぞれの面間隔Ｄ１２，Ｄ１５の値を示す。

以上の数値実施例４に対応する反射屈折型レンズ系４の収差性能を図１６〜図１８に示す。図１６は無限遠合焦時における収差を示す。図１７は中間距離合焦時における収差を示す。図１８は最至近合焦時における収差を示す。

図１６〜図１８には収差図として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、およびディストーション（歪曲収差）を示す。これらの各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはＣ線およびｇ線における収差も示す。非点収差図において、実線（Ｓ）はサジタル像面における収差、破線（Ｍ）はメリジオナル像面における収差を示す。Ｙは像高を示す。

［各実施例のその他の数値データ］
［表１３］には、上述の各条件式に関する値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。［表１３］から分かるように、各条件式について、各数値実施例の値がその数値範囲内となっている。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

また、上記実施の形態および実施例では、実質的に３つのレンズ群からなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であっても良い。

また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
［１］
光が入射する方向から順に、
凹面鏡と凸面鏡とを含み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、
負の屈折力を有する第３レンズ群と
を備えた反射屈折型レンズ系。
［２］
前記第２レンズ群は、前記凹面鏡よりも像側に配置されている
上記［１］に記載の反射屈折型レンズ系。
［３］
前記第２レンズ群を光軸に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行う
上記［１］または［２］に記載の反射屈折型レンズ系。
［４］
前記第３レンズ群は最も物体側に凹レンズを有し、前記凹レンズを光軸に垂直な方向に移動させることにより防振を行う
上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
［５］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［４］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
０＜ｆ２／ｆ＜０．４ ……（１）
ただし、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
とする。
［６］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
−２．０＜ｆ３／ｆ＜０ ……（２）
ただし、
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
とする。
［７］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［６］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
２．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜１０ ……（３）
ただし、
ｒ１：前記凹面鏡が形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ２：前記凹面鏡が形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。
［８］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［７］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
０＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜８．０ ……（４）
ただし、
ｒ３：前記凸面鏡が形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ４：前記凸面鏡が形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。
［９］
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記［１］ないし［８］のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
［１０］
反射屈折型レンズ系と、前記反射屈折型レンズ系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記反射屈折型レンズ系は、
光が入射する方向から順に、
凹面鏡と凸面鏡とを含み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、
負の屈折力を有する第３レンズ群と
を備えた撮像装置。
［１１］
前記反射屈折型レンズ系は、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記［１０］に記載の撮像装置。

ＧＲ１…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、ＧＲ３…第３レンズ群、Ｌ１１…凸レンズ、Ｌ１２…メニスカス形状のレンズ、Ｌ１２Ａ…凹面鏡、Ｌ１２Ｂ…レンズ部、Ｌ１３…凸面鏡、Ｌ１４…凹レンズ、Ｌ２１…凸レンズ、Ｌ３１…凹レンズ、Ｌ３２…メニスカスレンズ、ＳＧ…光学部材、Ｓｉｍｇ…像面、Ｓｔ…開口絞り、Ｚ１…光軸、１，２，３，４…反射屈折型レンズ系、１０…カメラブロック、１１…レンズ系、１２…撮像素子、２０…カメラ信号処理部、３０…画像処理部、４０…ＬＣＤ、５０…Ｒ／Ｗ（リーダ／ライタ）、６０…ＣＰＵ、７０…入力部、８０…レンズ駆動制御部、１００…撮像装置、１０００…メモリカード。

Claims

光が入射する方向から順に、
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、
負の屈折力を有する第３レンズ群と
からなり、
前記第２レンズ群を光軸に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行うようになされ、
前記第１レンズ群は、
物体側より順に、凸レンズと、凸面鏡と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズと、凹レンズとからなり、
前記凸面鏡は、像側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズの物体側の面を反射面とすることにより形成され、
前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズは、周辺部の像側の面を反射面とすることにより形成された凹面鏡と、中央部に形成された透過屈折型のレンズ部とを含み、
前記第１レンズ群に入射した光線が、前記凸レンズ、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記透過屈折型のレンズ部、前記凹レンズの順に進行するように構成されている
反射屈折型レンズ系。
前記第２レンズ群は、前記凹面鏡よりも像側に配置されている
請求項１に記載の反射屈折型レンズ系。
前記第３レンズ群は最も物体側に凹レンズを有し、前記凹レンズを光軸に垂直な方向に移動させることにより防振を行う
請求項１または２に記載の反射屈折型レンズ系。
以下の条件式を満足する
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
０＜ｆ２／ｆ＜０．４ ……（１）
ただし、
ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
とする。
以下の条件式を満足する
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
−２．０＜ｆ３／ｆ＜０ ……（２）
ただし、
ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
とする。
以下の条件式を満足する
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
２．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜１０ ……（３）
ただし、
ｒ１：前記凹面鏡が形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ２：前記凹面鏡が形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。
以下の条件式を満足する
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
０＜（ｒ３＋ｒ４）／（ｒ３−ｒ４）＜８．０ ……（４）
ただし、
ｒ３：前記凸面鏡が形成されたレンズの物体側の曲率半径
ｒ４：前記凸面鏡が形成されたレンズの像側の曲率半径
とする。
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の反射屈折型レンズ系。
反射屈折型レンズ系と、前記反射屈折型レンズ系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記反射屈折型レンズ系は、
光が入射する方向から順に、
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、
負の屈折力を有する第３レンズ群と
からなり、
前記第２レンズ群を光軸に平行な方向に移動させることにより、近距離物体に対する合焦を行うようになされ、
前記第１レンズ群は、
物体側より順に、凸レンズと、凸面鏡と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズと、凹レンズとからなり、
前記凸面鏡は、像側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズの物体側の面を反射面とすることにより形成され、
前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズは、周辺部の像側の面を反射面とすることにより形成された凹面鏡と、中央部に形成された透過屈折型のレンズ部とを含み、
前記第１レンズ群に入射した光線が、前記凸レンズ、前記凹面鏡、前記凸面鏡、前記透過屈折型のレンズ部、前記凹レンズの順に進行するように構成されている
撮像装置。
前記反射屈折型レンズ系は、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
請求項９に記載の撮像装置。