JP6016537B2 - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えば銀塩フィルムカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ等の撮像光学系として好適なものである。

従来、高い光学性能を有し、大口径比で単焦点距離の撮像用の光学系として中望遠レンズや望遠レンズが広く知られている。例えばＦナンバーが１．２〜１．４程度と大口径でありながら画面全体に渡って諸収差が良好に補正された大口径の中望遠レンズが知られている（特許文献１）。このような光学系は、ポートレート撮影や屋内スポーツでの撮影で広く使用されている。

一般に光学系では、レンズ全長（第１レンズ面から像面までの距離）を短縮するほど軸上色収差及び倍率色収差等の色収差が多く発生し、光学性能が低下する傾向にある。特に中望遠レンズ〜望遠レンズでは、焦点距離が伸びるほど色収差が拡大し、またレンズ全長を短縮するほど色収差が多く発生してくる。

また、軸上近軸光線と瞳近軸光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる物体側のレンズに、蛍石等の異常部分分散性材料を用いたレンズを配置した大口径の望遠レンズ（光学系）が知られている（特許文献２）。

特開平１−３０２３１１号公報 特開２００５−３２１５７４号公報

撮像用の光学系として大口径で明るい光学系は暗い光学系と比べると被写界深度が浅くなるため諸収差が目立ちやすく、より高精度な収差補正が求められている。上述の特許文献１に開示された光学系では、球面収差や像面湾曲等の諸収差を補正するためにレンズに高屈折率中分散材料を多用している。また特許文献２に開示された望遠レンズでは、色収差の補正のためにレンズに低屈折率低分散材料を多用している。

一般にアッベ数が４０〜６０程度で屈折率が１．６〜１．８程度の高屈折率中分散材料は負の異常部分分散性を持つため正の屈折力を持つレンズとして用いると軸上色収差が増大する。またアッベ数が７０〜９０程度で屈折率が１．４〜１．５程度の低屈折率低分散材料は正の異常部分分散性を持つため正の屈折力を持つレンズとして用いると軸上色収差を良好に補正することができる。しかし、屈折率が低いため所望の屈折力を得るためにはレンズ面の曲率を強くしなければならず、球面収差や像面湾曲が増大しやすい。

したがって、高い光学性能を得るには、色収差と球面収差や像面湾曲等の単色の諸収差の双方を同時に良好に補正することが重要になってくる。撮像用の光学系として開口絞りを挟んで物体側に正の屈折力の第１レンズ群、像側に１以上のレンズ群を含む後群を有する光学系は、大口径比化が容易である。このとき色収差、球面収差等の諸収差を良好に補正して高い光学性能を得るには各レンズ群のレンズ構成、特に第１レンズ群のレンズに用いる材料を適切に設定することが重要になる。第１レンズ群の構成が不適切であると、大口径比化を図りつつ、高い光学性能を得るのが困難である。

本発明は、色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差が良好に補正された大口径比の光学系を得ることを目的とする。

本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎ、前記第１レンズ群の最も像側の屈折面の曲率半径をＲｐ、前記第２レンズ群の最も物体側の屈折面の曲率半径をＲｎ、全系の焦点距離をｆとするとき、
２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
０．１５＜Ｒｐ／ｆ＜０．９０
−１５．００＜Ｒｎ／ｆ＜−０．１５
なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
１．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
なる条件式を満足することを特徴としている。
この他、本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎ、前記第１レンズ群の最も像側の屈折面と、前記第２レンズ群の最も物体側の屈折面とで形成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒ、全系の焦点距離をｆとするとき、
２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
−０．９００＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１７５
なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
１．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
なる条件式を満足することを特徴としている。
この他、本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群、第３レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第２レンズ群はフォーカシングに際して移動し、前記第３レンズ群はフォーカシングに際して不動であり、
前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎとするとき、
２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
１．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差が良好に補正された大口径比の光学系が得られる。

（Ａ）、（Ｂ） 実施例１の光学系の断面図と収差図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例２の光学系の断面図と収差図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例３の光学系の断面図と収差図 （Ａ）、（Ｂ） 実施例４の光学系の断面図と収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、開口絞りと、第２レンズ群を有している。又、必要に応じて第２レンズ群の像側に正の屈折力の第３レンズ群を有する場合もある。第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有している。

図１（Ａ）は本発明の光学系の実施例１のレンズ断面図である。図１（Ｂ）は実施例１の光学系において無限遠物体にフォーカスを合わせたときの縦収差図である。図２（Ａ）は本発明の光学系の実施例２のレンズ断面図である。図２（Ｂ）は実施例２の光学系において無限遠物体にフォーカスを合わせたときの縦収差図である。

図３（Ａ）は本発明の光学系の実施例３のレンズ断面図である。図３（Ｂ）は実施例３の光学系において無限遠物体にフォーカスを合わせたときの縦収差図である。図４（Ａ）は本発明の光学系の実施例４のレンズ断面図である。図４（Ｂ）は実施例４の光学系において無限遠物体にフォーカスを合わせたときの縦収差図である。図５は本発明の撮像装置の要部概略図である。

レンズ断面図において左側が物体側（前方、拡大側）、右側が像側（後方、縮小側）である。ｊを物体側から数えたレンズ群の順番とする時、Ｌｊ（ｊ＝１，２，３）は第ｊレンズ群を表し、ｋを物体側から数えたレンズの順番とする時、Ｇｋ（ｋ＝１，２，３）は第ｋレンズを表す。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像光学系として用いる際には像面はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。また銀塩フィルムカメラ用として用いる際には、像面はフィルム面に相当する。ＯＡは光軸を表す。

収差図において、ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆは各々ｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線を表す。ΔＭ、ΔＳはそれぞれｄ線のメリディオナル像面、サジタル像面を表す。また歪曲収差はｄ線によって表している。またＦｎｏはＦナンバー、ωは撮影半画角（度）である。

各実施例の光学系は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、第１レンズ群Ｌ１の直後の像側に配置された開口絞りＳＰと、開口絞りＳＰの直後の像側に配置された第２レンズ群Ｌ２を有している。また、この第１レンズ群Ｌ１は少なくとも２以上の正の屈折力のレンズ（正レンズ）と１以上の負の屈折力のレンズ（負レンズ）を有している。

第２レンズ群Ｌ２はフォーカシングに際して移動する。実施例１、２、４では第２レンズ群Ｌ２の像側にフォーカシングに際して不動の第３レンズ群Ｌ３を有している。第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとする。第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎとする。
このとき、
２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ ・・・（１）
１．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７ ・・・（２）
５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０ ・・・（３）
２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８ ・・・（４）
なる条件式を満足している。

また、ここで述べているレンズ群とはフォーカシング時に変化する光軸に沿ったレンズ間隔によって分けられる部分、または防振時に光軸に対し垂直方向に一体となって移動する部分、また開口絞りＳＰによって物体側と像側に分かれる部分のことである。

条件式（１）は第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズ（第１レンズ群中の正レンズ）の材料のアッベ数νｄの最大値と最小値の比を表す条件式である。この条件式（１）の範囲を満たすことで、光学系全系として色収差をバランス良く補正している。条件式（１）の技術的意味についてさらに説明する。

Ｆナンバーの小さい（明るい）光学系では被写界深度が浅く、色収差を始め、球面収差や像面湾曲やコマ収差等の諸収差の発生が目立ちやすい。通常このような明るい光学系では比較的屈折率が高い材料を第１レンズ群中の正レンズとして用いることで、球面収差や像面湾曲等の諸収差を補正している。つまり、正レンズの材料としてはアッベ数νｄが４０〜６０程度で屈折率が１．６〜１．８程度の高屈折率中分散材料を用いるのが良い。また負レンズの材料としては、多くの場合アッベ数が２０〜３０程度で屈折率が１．６〜１．８程度の高屈折率高分散材料を用いている。

つまり、これらをバランス良く組み合わせて諸収差を補正している。しかし、特に色収差の目立ちやすい焦点距離が比較的長い大口径の光学系において、色収差をより高精度に補正するには低分散な材料を正レンズとして用いることが望ましい。色収差だけを補正するのであれば、正レンズとして、異常分散性のある蛍石等の低屈折率低分散材料を用いることもできる。しかし、その場合、屈折率が低いため所望の屈折力を得るためにレンズ面の曲率を強くしなければならず、球面収差や像面湾曲等が増大してくる。

また、正レンズと組み合わせていた負レンズも正レンズの材料が低分散側にシフトしたことに伴って、低分散側にシフトする必要がある。その場合も必要な色消し条件を満たすためには負レンズのレンズ面の曲率を強くせねばならず、コマ収差やサジタルフレアが増大してくる。

そこで本発明では、第１レンズ群Ｌ１を２以上の正レンズを有し、かつ条件式（１）を満たすように高分散な硝材と低分散な硝材を正レンズとして組み合わせて用いている。このように組み合わせることで、第１レンズ群Ｌ１中の複数の正レンズと負レンズによって色収差をバランス良く補正している。この結果、負レンズの材料を低分散側にシフトさせることなくレンズ面の曲率も必要以上に強くすることがなく、コマ収差やサジタルハロの発生を少なくしている。

条件式（１）の範囲を外れると、全系としての色収差を良好に補正しながら、かつ球面収差や像面湾曲、コマ収差等の諸収差を良好に補正することが難しくなる。

条件式（２）乃至（４）は第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの少なくとも１つの正レンズの高屈折率低分散材料の光学特性の範囲を表す条件式である。通常用いられる光学硝子は、屈折率が高くなると高分散に、すなわちアッベ数が小さくなる傾向がある。アッベ数が４０〜７０程度の領域において、屈折率が１．６程度では、アッベ数が６０〜７０程度である。また屈折率が１．８程度では、アッベ数が４０程度である。しかし、条件式（２）乃至（４）の範囲に入るような高屈折率低分散材料は少なかった。

この条件式（２）乃至（４）の範囲を満たす材料について説明する。通常、光学硝子は何種類もの金属酸化物を含有している。例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｇｄ_２Ｏ_３等である。その中で例えばＴｉＯ_２は屈折率を高め、アッベ数を小さくする効果があり、ＴｉＯ_２を多く含有する硝子は比較的高屈折率高分散となる。またＧｄ_２Ｏ_３は屈折率を高めアッベ数を大きくする効果があり、Ｇｄ_２Ｏ_３を多く含有する硝子は比較的高屈折率低分散となることが知られている。

元々のＴｉＯ_２やＧｄ_２Ｏ_３がそれぞれ高屈折高分散、高屈折率低分散であり、それらを含む硝子の特性が元々の金属酸化物の特性に近づくことになる。

このように光学硝子はその含有する成分の量によって特性が変わる性質があり、その成分の量を適切に設定することで所望の光学特性を持つ材料が得られる。これは光学セラミックスにおいても同様で、例えば高屈折率低分散な物質を多く含む材料は結果的に比較的高屈折率低分散となる。高屈折率低分散な物質としては、前述のＧｄ_２Ｏ_３やＡｌ_２Ｏ_３、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２がある。これらの物質とＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３等の金属酸化物の分量を適切に設定し溶解又は焼結させることで、所望の光学特性（屈折率、アッベ数）を持つ光学硝子やセラミックス等の光学材料を得ることができる。

各実施例では条件式（２）乃至（４）を満足する材料を正レンズに用いることにより、色収差を良好に補正している。条件式（２）乃至（４）を外れると色収差を補正しつつ他の諸収差の補正が困難になる。各実施例において更に好ましくは条件式（１）乃至（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

２．４＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ＜４．０ ・・・（１ａ）
１．６５＜Ｎｄ１ｐ＜１．８６ ・・・（２ａ）
５３．０＜νｄ１ｐ＜８１．０ ・・・（３ａ）
２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５７ ・・・（４ａ）
各実施例において更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。第１レンズ群Ｌ１の最も像側の屈折面の曲率半径をＲｐとする。第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の屈折面の曲率半径をＲｎとする。第１レンズ群Ｌ１の最も像側の屈折面と、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の屈折面とで形成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒとする。

第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズの材料の屈折率の最小値をＮｄ１ｐｍｉｎとする。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆｐ、開口絞りＳＰよりも像側に配置されているレンズ群の合成の焦点距離（無限遠物体に合焦時）をｆｒ、全系の焦点距離をｆとする。無限遠物体に合焦しているときの開口比をＦｎｏとする。各実施例の光学系を像を受光する光電変換素子を備える撮像装置に用いたときの光学系の撮影半画角をωとする。このとき、以下の条件式のうち１以上を満足するのが良い。

０．１５＜Ｒｐ／ｆ＜０．９０ ・・・（５）
−１５．００＜Ｒｎ／ｆ＜−０．１５ ・・・（６）
−０．９００＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１７５ ・・・（７）
νｄ１ｐｍｉｎ＜３０．０ ・・・（８）
１．５５＜Ｎｄ１ｐｍｉｎ ・・・（９）
０．５＜ｆｐ／ｆ＜３．７ ・・・（１０）
０．４＜ｆｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１１）
Ｆｎｏ＜２．５ ・・・（１２）
８（度）＜ω＜２５（度） ・・・（１３）
次に前述した各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（５）及び（６）は第１レンズ群Ｌ１中の最も像側の屈折面及び、第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の屈折面の曲率半径に関する条件式である。これらの屈折面は開口絞りＳＰを挟んで向かい合った凹形状（凹面）となっている。これらの凹面によって像面湾曲やコマ収差やサジタルハロ等を良好に補正している。

この条件式（５）、（６）の範囲を外れると諸収差、特にコマ収差やサジタルハロが増大しやすくなるため好ましくない。なお、第１レンズ群Ｌ１中の最も像側の屈折面の曲率は条件式（５）で示されるように、ある程度強い必要がある。これと比べると第２レンズ群Ｌ２中の最も物体側の屈折面は条件式（６）で示されるように、ある程度曲率を緩くしても良く平面に近い形状を取っても良い。

条件式（７）は、開口絞りＳＰを挟んで向かい合った第１レンズ群Ｌ１の最も像側の屈折面と、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側の屈折面で形成される、空気レンズの焦点距離と全系の焦点距離に関する条件式である。この空気レンズの屈折力を所望の範囲に収めることで、諸収差、特にコマ収差やサジタルハロを良好に補正することが容易となる。条件式（７）の範囲を外れると諸収差、特にコマ収差やサジタルハロが増大しやすくなるので好ましくない。

条件式（８）は第１レンズ群Ｌ１中の正レンズに使われている材料のアッベ数νｄの最小値を表す条件式である。条件式（８）の範囲を満たす高分散材料を正レンズに用いることで、色収差を効果的に補正することが容易となる。条件式（８）の範囲を外れると、色収差の補正が難しくなる。

条件式（９）は、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズに使われている材料の屈折率の最小値を表す条件式である。条件式（９）の範囲を満たす材料を正レンズに用いることで、球面収差や像面湾曲、コマ収差等を良好に補正することが容易となる。条件式（９）の範囲を外れると、これらの諸収差を良好に補正することが困難になり好ましくない。

条件式（１０）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離と全系の焦点距離の比を表す条件式である。条件式（１０）の範囲を満たすことで、光学系全体の小型化を図りつつ球面収差や像面湾曲、コマ収差等の諸収差を良好に補正するのが容易となる。条件式（１０）の下限を下回ると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が相対的に強くなり、球面収差や像面湾曲、コマ収差等の諸収差を良好に補正することが困難になる。また条件式（１０）の上限を上回ると第１レンズ群Ｌ１の屈折力が相対的に弱くなり光学系全体が大型化しやすいので好ましくない。

条件式（１１）は、開口絞りＳＰよりも像側の各レンズ群の合成系の焦点距離と全系の焦点距離の比を表す条件式である。条件式（１１）の範囲を満たすことで、光学系を大型化させすぎることなく適切なバックフォーカスと射出瞳距離を確保することが容易になる。

条件式（１１）の下限を下回ると、相対的に第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり、球面収差や曲像面湾曲等の諸収差を良好に補正することが困難になる。また射出瞳が遠くなり光学系が大型化しやすい。また条件式（１１）の上限を上回ると想定的に第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなり適切なバックフォーカスと射出瞳距離を確保することが困難となる。

条件式（１２）は光学系の開口比（Ｆナンバー）に関する条件式である。条件式（１１）の範囲を満たすことで、本発明の効果がより顕著に得られる。条件式（１３）は光学系を撮像装置に用いたときの撮像半画角に関する条件式である。条件式（１３）の範囲を満たすことで、本発明の効果がより顕著に得られる。更に好ましくは条件式（５）乃至（１３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．２０＜Ｒｐ／ｆ＜０．７０ ・・・（５ａ）
−１０．００＜Ｒｎ／ｆ＜−０．２０ ・・・（６ａ）
−０．７０＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１８ ・・・（７ａ）
νｄ１ｐｍｉｎ＜２９．９ ・・・（８ａ）
１．６０＜Ｎｄ１ｐｍｉｎ ・・・（９ａ）
０．７＜ｆｐ／ｆ＜３．６ ・・・（１０ａ）
０．６＜ｆｒ／ｆ＜１．５ ・・・（１１ａ）
１．２０＜Ｆｎｏ＜２．３０ ・・・（１２ａ）
１０（度）＜ω＜２４（度） ・・・（１３ａ）

［実施例１］
以下、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の実施例１の光学系について説明する。図１（Ａ）の光学系は、大口径比で中望遠型の撮像レンズであり、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３から成っている。第２レンズ群Ｌ２は負レンズと正レンズとを接合した接合レンズ、正レンズよりなり、第３レンズ群Ｌ３は負レンズと正レンズを接合した接合レンズより成っている。

本実施例では無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、第２レンズ群Ｌ２が物体側に同一速度で又は異なった速度で移動する。なおこの際、第３レンズ群Ｌ３はフォーカシングに際して不動である。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっている。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は１８９．１７である。さらに全系の焦点距離は８５．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は１．２４、撮影半画角ωは１４．２８°である。

正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの焦点距離は、２６６．４０、１４４．５６、８４．２０である。また正レンズＧ３の物体側のレンズ面は非球面形状よりなっている。第１レンズ群Ｌ１の最も像側に配置された負レンズＧ４の像側の屈折面の曲率半径Ｒｐは２６．２２である。第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置された負レンズＧ５の物体側の屈折面の曲率半径Ｒｎは−３７．６３である。

この実施例１において条件式（１）に相当するアッベ数νｄの比は３．３５である。正レンズＧ２及び正レンズＧ３が条件式（２）〜（４）を満足している。また条件式（５）及び（６）に相当する値はそれぞれ０．３１及び−０．４４である。また、条件式（７）に相当する空気レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は−０．１９である。さらに条件式（８）及び（９）で示される、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズを構成する材料の最小アッベ数及び屈折率は、それぞれ２３．９及び１．７５である。

また条件式（１０）で示される第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は２．２３であり、光学系が大型化しすぎない適切な範囲に入っている。この実施例１では第１レンズ群Ｌ１中に色収差の補正に有利な低分散材料からなる正レンズＧ２、正レンズＧ３と、高分散材料からなる正レンズＧ１を配置している。このことによって開口比１．２４と大口径でありながら、図１（Ｂ）の縦収差図からわかるように比較的焦点距離の長い大口径レンズで目立ちやすい色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正している。

［実施例２］
以下、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の実施例２の光学系について説明する。図２（Ａ）の光学系は、大口径比で中望遠型の撮像レンズであり、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。第２レンズ群Ｌ２は正レンズと負レンズを接合した接合レンズよりなり、第３レンズ群Ｌ３は負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、正レンズよりなっている。

本実施例では無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２が像側に移動する。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は８２．１９である。さらに全系の焦点距離は８５．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は１．８０、撮影半画角ωは１４．２８°である。

正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの焦点距離は、１３３．４３、２２３．６６、５７．５９である。第１レンズ群Ｌ１の最も像側に配置された負レンズＧ４の像側の屈折面の曲率半径Ｒｐは２７．２４、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置された正レンズＧ５の物体側の屈折面の曲率半径Ｒｎは−１３１．３６である。

この実施例２において条件式（１）に相当するアッベ数νｄの比は２．６８である。正レンズＧ１及び正レンズＧ３が条件式（２）〜（４）を満足している。また条件式（５）及び（６）に相当する値はそれぞれ０．３２及び−１．５５である。また、条件式（７）に相当する空気レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は−０．３６である。

さらに条件式（８）及び（９）で示される、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズを構成する材料の最小アッベ数及び屈折率は、それぞれ２９．８及び１．７０である。また条件式（１０）で示される第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は０．９７であり、光学系が大型化しすぎない適切な範囲に入っている。

この実施例２では第１レンズ群Ｌ１中に色収差の補正に有利な低分散材料からなる正レンズＧ１、正レンズＧ３と、高分散材料からなる正レンズＧ２を配置している。このことによって開口比１．８０と大口径でありながら、図２（Ｂ）の縦収差図からわかるように比較的焦点距離の長い大口径レンズで目立ちやすい色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正している。

［実施例３］
以下、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の実施例３の光学系について説明する。図３（Ａ）の光学系は大口径比で中望遠型の撮像レンズであり、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２から成っている。第２レンズ群Ｌ２は負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、正レンズ、正レンズよりなっている。

本実施例では無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して光学系全体が物体側に移動する。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は１７５．８７である。さらに全系の焦点距離は５１．７０ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は１．４１、撮影半画角ωは２２．７１°である。

正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの焦点距離は、９２．００、１１５．７８、２８３．３１である。第１レンズ群Ｌ１の最も像側に配置された負レンズＧ４の像側の屈折面の曲率半径Ｒｐは２０．９４、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置された負レンズＧ５の物体側の屈折面の曲率半径Ｒｎは−２０．０７である。

この実施例３において条件式（１）に相当するアッベ数νｄの比は３．８６である。正レンズＧ１及び正レンズＧ２が条件式（２）〜（４）を満足している。また条件式（５）及び（６）に相当する値はそれぞれ０．４１及び−０．３９であり、適切な範囲内に入っている。また、条件式（７）に相当する空気レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は−０．２１である。さらに条件式（８）及び（９）で示される、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズを構成する材料の最小アッベ数及び屈折率は、それぞれ１８．９及び１．７７である。

また条件式（１０）で示される第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は３．４０であり、光学系が大型化しすぎない適切な範囲に入っている。この実施例３では第１レンズ群Ｌ１中に色収差の補正に有利な低分散材料からなる正レンズＧ１、正レンズＧ２と、高分散材料からなる正レンズＧ３を配置している。このことによって開口比１．４１と大口径でありながら、図３（Ｂ）の縦収差図からわかるように大口径レンズで目立ちやすい色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正している。

［実施例４］
以下、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の実施例４の光学系について説明する。図４（Ａ）の光学系は大口径比で中望遠型の撮像レンズであり、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から成っている。第２レンズ群Ｌ２は正レンズと負レンズを接合した接合レンズよりなり、第３レンズ群Ｌ３は負レンズと正レンズを接合した接合レンズ、正レンズよりなっている。

本実施例では無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２が像側に移動する。第１レンズ群Ｌ１は３枚の正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３と１枚の負レンズＧ４からなっており、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離は９４．０６である。さらに全系の焦点距離は１００．００ｍｍであり、開口比（Ｆｎｏ）は２．００、撮影半画角ωは１２．２１°である。

正レンズＧ１、Ｇ２、Ｇ３のそれぞれの焦点距離は、２９３．６１、１０８．４７、６８．７９である。第１レンズ群Ｌ１の最も像側に配置された負レンズＧ４の像側の屈折面の曲率半径Ｒｐは２７．３３、第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に配置された正レンズＧ５の物体側の屈折面の曲率半径Ｒｎは−１６８．７４である。

この実施例４において条件式（１）に相当するアッベ数νｄの比は２．６８である。正レンズＧ２及び正レンズＧ３が条件式（２）〜（４）を満足している。また条件式（５）及び（６）に相当する値はそれぞれ０．２７及び−１．６９であり、適切な範囲内に入っている。また、条件式（７）に相当する空気レンズの焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は−０．２８である。

さらに条件式（８）及び（９）で示される、第１レンズ群Ｌ１中の正レンズを構成する材料の最小アッベ数及び屈折率は、それぞれ２９．８及び１．７５である。また第条件式（１０）で示される第１レンズ群Ｌ１の焦点距離を全系の焦点距離で割って規格化した値は０．９４であり、光学系が大型化しすぎない適切な範囲に入っている。

この実施例４では第１レンズ群Ｌ１中に色収差の補正に有利な低分散材料からなる正レンズＧ２、正レンズＧ３と、高分散材料からなる正レンズＧ３を配置している。このことによって開口比２．００と大口径でありながら、図４（Ｂ）の縦収差図からわかるように比較的焦点距離の長い大口径レンズで目立ちやすい色収差を始め球面収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正している。

以上のように各実施例によれば、諸収差、特に色収差や球面収差、像面湾曲等が良好に補正された広画角で高性能化を図った光学系が得られる。

以下、数値実施例１乃至４の光学系の具体的な数値データを示す。ｉは物体から数えた順序を示す。面番号ｉは物体側から順に数えている。Ｒｉは曲率半径（ｍｍ）、Ｄｉは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の面間隔（ｍｍ）である。Ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質の屈折率、アッベ数を表す。

またＢＦはバックフォーカスである。レンズ全長は第１面から像面までの距離を表す。また、非球面は面番号の後に、＊の符号を付加して表している。非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変異量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを各次数の非球面係数とするとき、

で表す。なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０ ^±ＸＸ 」を意味している。
さらに、表１に前述の条件式（１）乃至（１２）に相当する数値を示す。

［数値実施例１］
単位 mm

面番号 R D Nd νd 光線有効径
1 104.802 5.59 1.84666 23.9 68.55
2 190.978 2.80 67.66
3 57.345 10.11 1.75000 80.0 64.96
4 112.532 0.33 61.86
5* 55.871 17.92 1.75000 80.0 58.53
6 418.132 0.50 48.40
7 446.555 3.50 1.75520 27.5 47.54
8 26.222 10.83 37.39
9(絞り) ∞ 7.48 36.50
10 -37.631 2.30 1.85026 32.3 35.61
11 40.428 12.53 1.91082 35.3 39.71
12 -57.401 0.15 40.76
13 220.232 4.68 1.91082 35.3 40.17
14 -109.338 1.00 39.88
15 249.798 1.80 1.73800 32.3 37.12
16 47.562 5.05 1.80400 46.6 36.97
17 1498.441 38.98 37.09
像面 ∞

非球面データ
円錐定数(K) 4次の係数(B) 6次の係数(C) 8次の係数(D) 10次の係数(E)
K B C D E
第5面 0.00000E+00 -2.10240E-07 -5.59736E-11 -6.56529E-14 -1.50223E-17

各種データ
焦点距離 85.00
Fno 1.24
像高 21.64
レンズ全長 125.55
BF 38.98
入射瞳位置 73.66
射出瞳位置 -36.24
前側主点位置 62.60
後側主点位置 -46.02

群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 189.17 40.76 -95.79 -78.55
2 9 ∞ 0 0 0
3 10 83.72 19.66 20.2 13.47
4 15 262.51 6.85 -0.16 -3.99

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 266.400
2 3 144.560
3 5 84.200
4 7 -37.020
5 10 -22.620
6 11 27.740
7 13 80.760
8 15 -79.910
9 16 61.000

［数値実施例２］
単位 mm

面番号 R D Nd νd 光線有効径
1 115.544 4.83 1.70000 62.0 49.20
2 -479.074 0.15 48.99
3 59.994 3.23 1.80000 29.8 47.25
4 88.096 0.15 46.44
5 35.753 7.84 1.75000 80.0 43.95
6 188.094 0.47 42.54
7 251.965 2.00 1.67270 32.1 42.28
8 27.244 8.99 35.16
9(絞り) ∞ 3.14 31.04
10 -131.359 2.05 1.84666 23.9 29.69
11 -69.966 2.00 1.48749 70.2 29.43
12 37.600 17.13 27.24
13 -127.690 2.00 1.72825 28.5 26.01
14 40.155 7.71 1.69350 53.2 29.26
15 -252.919 2.39 32.08
16* 75.703 10.00 1.83481 42.7 37.52
17 -89.496 39.50 39.00
像面 ∞

非球面データ
円錐定数(K) 4次の係数(B) 6次の係数(C) 8次の係数(D) 10次の係数(E)
K B C D E
第16面 0.00000E+00 -9.25377E-07 1.57626E-09 -3.99658E-12 4.02816E-15

各種データ
焦点距離 85.00
Fno 1.80
像高 21.64
レンズ全長 113.57
BF 39.50
入射瞳位置 32.55
射出瞳位置 -90.30
前側主点位置 61.89
後側主点位置 -45.50

群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 82.19 18.67 -13.49 -20.52
2 9 ∞ 0 0 0
3 10 -69.66 4.05 1.81 -0.62
4 13 58.3 22.1 13.09 0.17

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 133.430
2 3 223.660
3 5 57.590
4 7 -45.570
5 10 174.150
6 11 -49.870
7 13 -41.740
8 14 50.510
9 16 50.520

［数値実施例３］
単位 mm

面番号 R D Nd νd 光線有効径
1 71.146 4.45 1.77000 73.0 36.79
2 -15856.930 0.15 36.34
3 36.803 3.10 1.83000 54.0 34.55
4 57.369 0.15 33.65
5 27.469 2.00 1.92286 18.9 31.66
6 29.620 3.39 30.42
7 84.502 1.80 1.66680 33.0 29.94
8 20.941 6.80 26.42
9(絞り) ∞ 8.51 25.84
10 -20.065 3.00 1.80518 25.4 26.30
11 2930.061 7.15 1.83481 42.7 31.96
12 -32.701 0.15 33.66
13 -207.735 4.69 1.77250 49.6 34.96
14 -40.117 0.15 35.30
15 121.014 3.56 1.77250 49.6 33.61
16 -191.901 39.00 33.55
像面 ∞

各種データ
焦点距離 51.70
Fno 1.41
像高 21.64
レンズ全長 88.04
BF 39.00
入射瞳位置 25.81
射出瞳位置 -45.89
前側主点位置 46.02
後側主点位置 -12.70

群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 175.87 15.04 -45.81 -44.1
2 9 ∞ 0 0 0
3 10 42.09 18.7 15.37 9.28

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 92.000
2 3 115.780
3 5 283.310
4 7 -42.230
5 10 -24.740
6 11 38.780
7 13 63.590
8 15 96.550

［数値実施例４］
単位 mm

面番号 R D Nd νd 光線有効径
1 186.785 2.96 1.80000 29.8 50.00
2 905.662 0.15 49.81
3 62.589 5.38 1.75000 80.0 48.98
4 261.410 0.15 48.30
5 37.817 8.82 1.75000 80.0 44.18
6 127.459 0.88 40.91
7 152.008 4.56 1.80100 35.0 40.00
8 27.333 8.25 32.21
9(絞り) ∞ 2.94 30.58
10 -168.740 2.32 1.84666 23.9 29.34
11 -72.959 2.00 1.51823 58.9 29.03
12 40.454 18.46 27.06
13 159.354 2.00 1.84666 23.9 26.09
14 37.683 5.56 1.77250 49.6 27.46
15 183.766 5.96 28.84
16 70.254 10.00 1.74950 35.3 35.62
17 -131.274 39.60 37.00
像面 ∞

各種データ
焦点距離 100.00
Fno 2.00
像高 21.64
レンズ全長 120.00
BF 39.60
入射瞳位置 38.57
射出瞳位置 -80.83
前側主点位置 55.54
後側主点位置 -60.40

群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 94.06 22.9 -24.97 -29.67
2 9 ∞ 0 0 0
3 10 -74.7 4.32 2.03 -0.52
4 13 66.27 23.52 11.83 -4.47

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 293.610
2 3 108.470
3 5 68.790
4 7 -42.290
5 10 150.140
6 11 -49.920
7 13 -58.730
8 14 60.360
9 16 62.380

次に本発明の光学系を撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図５を用いて説明する。図５において、２０はカメラ本体、２１は本発明の光学系によって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系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センサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、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、固体撮像素子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素子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。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Ｌ１ 光学系の第１レンズ群 Ｌ２ 光学系の第２レンズ群
Ｌ３ 光学系の第３レンズ群 ＳＰ 開口絞り

Claims (12)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎ、前記第１レンズ群の最も像側の屈折面の曲率半径をＲｐ、前記第２レンズ群の最も物体側の屈折面の曲率半径をＲｎ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
   ０．１５＜Ｒｐ／ｆ＜０．９０
   −１５．００＜Ｒｎ／ｆ＜−０．１５
   なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
   １．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
   ５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
   ２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
   なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
2. 前記第１レンズ群の最も像側の屈折面と、前記第２レンズ群の最も物体側の屈折面とで形成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   −０．９００＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１７５
   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. 前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料の屈折率の最小値をＮｄ１ｐｍｉｎとするとき、
   νｄ１ｐｍｉｎ＜３０．０
   １．５５＜Ｎｄ１ｐｍｉｎ
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆｐ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．５＜ｆｐ／ｆ＜３．７
   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. 前記開口絞りよりも像側に配置されているレンズ群の合成の焦点距離をｆｒ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．４＜ｆｒ／ｆ＜２．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 無限遠物体に合焦しているときの開口比をＦｎｏとするとき、
   Ｆｎｏ＜２．５
   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. 前記第２レンズ群はフォーカシングに際して移動し、前記第２レンズ群の像側にフォーカシングに際して不動の正の屈折力の第３レンズ群を有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. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎ、前記第１レンズ群の最も像側の屈折面と、前記第２レンズ群の最も物体側の屈折面とで形成される空気レンズの焦点距離をｆａｉｒ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   ２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
   −０．９００＜ｆａｉｒ／ｆ＜−０．１７５
   なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
   １．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
   ５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
   ２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
   なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
9. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群、第３レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群は２以上の正レンズと１以上の負レンズを有し、前記第２レンズ群はフォーカシングに際して移動し、前記第３レンズ群はフォーカシングに際して不動であり、
   前記第１レンズ群に含まれる正レンズの材料のアッベ数の最大値と最小値を各々νｄ１ｐｍａｘ、νｄ１ｐｍｉｎとするとき、
   ２．２＜νｄ１ｐｍａｘ／νｄ１ｐｍｉｎ
   なる条件式を満足し、前記第１レンズ群に含まれる正レンズの少なくとも１つは、該正レンズの材料の屈折率とアッベ数を各々Ｎｄ１ｐ、νｄ１ｐとするとき、
   １．６２＜Ｎｄ１ｐ＜１．８７
   ５３．０＜νｄ１ｐ＜８２．０
   ２．３１＜Ｎｄ１ｐ＋０．０１×νｄ１ｐ＜２．５８
   なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
10. 光電変換素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
11. 請求項１０の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
12. 前記光学系の撮影半画角をωとするとき、
    ８（度）＜ω＜２５（度）
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。