JP6821365B2

JP6821365B2 - 光学系およびそれを有する光学機器

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Publication number: JP6821365B2
Application number: JP2016183796A
Authority: JP
Inventors: 友彦石橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018049102A

Description

本発明は、光学系およびそれを有する光学機器に関し、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ等の撮像素子を用いた撮像装置、あるいは銀塩写真フィルムを用いたカメラ等の撮像装置において好適なものである。

撮影光学系の性能に依って焦点外れ像（ボケ像）の見え方は異なることが知られている。ボケ像の見え方を決める要因の１つにボケ像の光量分布がある。特に、ボケ像の光量分布に急峻な変化がなく、ボケ像の輪郭付近において光量がなだらかに減少するような光量分布が好まれる傾向にある。

このような光量分布は、アポダイゼーション効果によって得ることができる。アポダイゼーション効果は、光軸から離れるにつれて透過率が減少するような光学素子を用いることで得ることができる。

特許文献１には、軸上光束と軸外光束のいずれの光束に対しても均等にアポダイゼーション効果を与えるために、開口絞りの前後にそれぞれ１枚ずつ透過率分布を有する光学素子を設けた構成の光学系が記載されている。

また、光学系における光線の光路は光学系の合焦距離に応じて変化するため、光学系の合焦距離に応じて光束に与えられる光量分布が変化してしまう。これに対して、透過率分布を有する光学素子を光学系の物体側の端部と像側の端部にそれぞれ設けることで、合焦距離が変化した際の軸外光束に対するアポダイゼーション効果の変化を低減できることが特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１６／０３９１４７号

しかしながら、特許文献１では合焦距離の変化による軸上光束に対するアポダイゼーション効果の変化については考慮していない。そのため、特許文献１に記載された光学系では、合焦距離が変化すると画面中心部におけるボケ像の見え方が変化してしまうおそれがある。

本発明の目的は、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化を低減することのできる光学系を提供することである。

本発明の光学系は、複数のレンズを有し、フォーカシングに際して前記複数のレンズの少なくとも１つが移動する光学系であって、開口絞りと、前記開口絞りの光入射側に配置され、中心から周辺に向かって透過率が減少する第１の光学素子と、前記開口絞りの光出射側に配置され、中心から周辺に向かって透過率が減少する第２の光学素子と、を備え、前記第１の光学素子の最大の透過率をＴ１、前記第２の光学素子の最大の透過率をＴ２、前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦しているときに、軸上光束のマージナル光線が前記第１の光学素子に入射する位置での前記第１の光学素子の透過率をＴｅ１、前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦しているときに、軸上光束のマージナル光線が前記第２の光学素子に入射する位置での前記第２の光学素子の透過率をＴｅ２としたとき、
０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．４
０．６≦Ｔｅ２／Ｔ２≦１
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化を低減することのできる光学系を実現することができる。

実施例１の光学系の断面図である。実施例１の光学系の収差図である。実施例２の光学系の断面図である。実施例２の光学系の収差図である。実施例３の光学系の断面図である。実施例３の光学系の収差図である。各実施例における透過率分布を有する光学素子の透過率の分布を示した図である。撮像装置の概略図である。

以下、本発明の光学系およびそれを有する光学機器の実施例について説明する。

図１（ａ），３（ａ），５（ａ）は、無限遠に合焦している場合の実施例１から３の光学系の断面図である。図１（ｂ），３（ｂ），５（ｂ）は、最至近距離に合焦している場合の実施例１から３の光学系の断面図である。

図１，３，５に示す各光学系の断面図において、ＩＰは像面を表わしている。各実施例の光学系をビデオカメラやデジタルカメラの撮像光学系として用いる際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子が像面ＩＰに配置される。各実施例の光学系を銀塩フィルムカメラの撮像光学系として用いる際には、フィルムが像面ＩＰに配置される。また、ＯＡは光軸を表わしている。

各実施例の光学系は複数のレンズを有しており、フォーカシングに際して少なくとも１つのレンズが移動する。また、各実施例の光学系は開口絞りＳＰと、開口絞りＳＰの光入射側に配置された第１の光学素子と、開口絞りＳＰの光出射側に配置された第２の光学素子と、を有する。

第１の光学素子および第２の光学素子は共に透過率分布を有する。第１の光学素子および第２の光学素子の透過率分布としては、アポダイゼーション効果を奏するような透過率分布であれば良い。このような透過率分布としては、素子の周辺へ向かって連続的に透過率が減少しているような透過率分布であっても良いし、段階的に透過率が減少している透過率分布であっても良い。また、素子の中心に透過率が一定である領域を設けても良い。

このような透過率分布は、光の吸収又は反射が生じる材料を素子の位置に応じて透過率に分布が生じるように成形したり、該材料を基板上に成膜したりすることで形成することができる。また、銀塩粒子などの感光材料を基板上に塗布し、透過率分布が生じるように露光して透過率分布を形成しても良い。基板の形状としては平板状でも良いし、フィルム状でも良い。また、レンズのように曲率を有する光学素子を基板として用いても良い。

さらに、色ガラスなどの光を吸収する物質を含有する媒質を用いることもできる。この場合、光を吸収する物質を含有する媒質の厚みを変化させて透過率分布を形成しても良いし、該媒質における光を吸収する物質の濃度を部分的に変化させて透過率分布を形成しても良い。

また、第１の光学素子と第２の光学素子のうち少なくとも一方の光学素子として、印加された電圧によって透過率分布を生じるように形成されたエレクトロクロミック素子を用いても良い。この場合、印加する電圧に応じてエレクトロクロミック素子の透過率分布が変化するが、ある印加電圧において以下に説明する条件式（１）または（２）を満足するような透過率分布が得られるようにエレクトロクロミック素子を構成すれば良い。

図１に示した実施例１の光学系１において、１１が第１の光学素子であり１２が第２の光学素子である。図３に示した実施例２の光学系２において、２１が第１の光学素子であり２２が第２の光学素子である。図５に示した実施例３の光学系３において、３１が第１の光学素子であり３２が第２の光学素子である。

上述のように、ボケ像の光量分布は、ボケ像の輪郭付近において光量がなだらかに減少するような光量分布となることが好ましい。反対に、ボケ像の輪郭付近（エッジ部）で光量が大きくなる場合、ボケ像の輪郭が強調されてしまうため好ましくない。ここでボケ像とは、被写体の動きや手ぶれによりボケた像ではなく、撮影光学系の焦点面から焦点深度以上はなれた位置に結像する像（デフォーカス像）を意味する。

これに対して、各実施例の光学系は上述のような第１の光学素子および第２の光学素子を有するため、ボケ像の光量分布をボケ像の輪郭付近においてなだらかに光量が減少するような光量分布にすることができる。

ここで、各実施例の光学系について、透過率分布を有する光学素子を開口絞りＳＰの光入射側と光出射側に設けた理由について説明する。

一般に撮影光学系において、像面ＩＰに結像する光束の径は、結像点が像面ＩＰと光軸ＯＡの交点から光軸に垂直な方向に離れるにつれて小さくなる。すなわち、結像する像高が高くなるほど光束の径は小さくなる。これは、軸外光束がレンズの端部、鏡筒、押え環、開口絞り、フレアカッター等によって遮光されるためである。このことは口径食やケラレと呼ばれる。

このような光学系において、各像高に結像するそれぞれの光束が光軸ＯＡに垂直な任意の断面を通過する領域は異なる。したがって、このような光学系に透過率分布を有する光学素子を１つだけ設けた場合、結像する像高が高い光束に対して十分な光量分布を与えられずに結像する像高によって光量分布が大きく異なったり、メリジオナル方向に非対称な光量分布が与えられたりする。

結像する像高が高い光束の例として、図１（ａ）に示す光学系１の断面図における軸外光束Ｒについて考える。

開口絞りＳＰよりも物体側において、軸外光束Ｒの上線Ｒ１は下線Ｒ２よりも光軸ＯＡに近い位置を通る。そのため、透過率分布を有する光学素子を開口絞りＳＰの光入射側にのみ設けた場合、該光学素子による軸外光束Ｒの上線Ｒ１の減光量は軸外光束Ｒの下線Ｒ２の減光量よりも小さくなる。反対に、開口絞りＳＰよりも像側においては、下線Ｒ２は上線Ｒ１よりも光軸ＯＡに近い位置を通る。そのため、透過率分布を有する光学素子を開口絞りＳＰの光出射側にのみ設けた場合には、下線Ｒ２の減光量は上線Ｒ１の減光量よりも小さくなる。

すなわち、透過率分布を有する光学素子を１つだけ設ける場合、軸外光束Ｒの光量分布は非対称となってしまう。ゆえに、透過率分布を有する１つの光学素子のみで各像高に結像するそれぞれの光束に対して有効にアポダイゼーション効果を与えることは困難である。

一方、開口絞りＳＰの光入射側と光出射側に透過率分布を有する光学素子をそれぞれ設けた場合、それぞれの光学素子により与えられる光量分布が重ねあわされることになる。このため、透過率分布を有する光学素子を１つだけ設けた場合に生じる光量分布の非対称性を低減することができる。ゆえに、開口絞りＳＰの光入射側に第１の光学素子を設け、光出射側に第２の光学素子を設けることで、各像高に結像するそれぞれの光束に対して有効にアポダイゼーション効果を与えることができる。

次に、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化について説明する。

各実施例の光学系は、光学系内で少なくとも１つのレンズを移動させることによりフォーカシングを行うことができる。このとき、合焦距離に応じて撮影光学系の各レンズ位置における軸上光束および軸外光束の高さは変化する。このため、合焦距離が変化すると光束に与えられる光量分布が変化する。合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化を低減するためには、フォーカシングによる光線の高さの変化が小さい位置に透過率分布を有する光学素子を配置すれば良い。

合焦距離の変化による光線の高さの変化量は、開口絞りＳＰの前後で異なる。また、結像する像高の高さによっても合焦距離の変化による光線の高さの変化量は異なる。各実施例の光学系において、合焦距離の変化による軸上光束の高さの変化は、開口絞りＳＰより物体側においては比較的小さいが、開口絞りＳＰより像側においては大きくなる傾向がある。一方、合焦距離の変化による軸外光束の高さの変化は、開口絞りＳＰよりも物体側においても開口絞りＳＰよりも像側においても比較的小さい傾向がある。

例えば実施例１の光学系１について、図１（ａ）と図１（ｂ）を比較すると、合焦距離の変化による軸外光束の高さの変化は開口絞りＳＰの前後に関わらず小さいことがわかる。一方、合焦距離の変化による軸上光束の高さの変化は、開口絞りＳＰの光入射側においては小さいものの、開口絞りＳＰの光出射側において大きくなっていることがわかる。

したがって、主として第１の光学素子によって軸上光束に光量分布を与えられるように第１の光学素子および第２の光学素子を配置すれば、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化を低減することができる。

そこで、各実施例の光学系は、以下の条件式（１）および（２）を共に満たす。

０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．４（１）
０．６≦Ｔｅ２／Ｔ２≦１（２）
式（１）および（２）において、Ｔ１は第１の光学素子の最大の透過率である。Ｔ２は第２の光学素子の最大の透過率である。Ｔｅ１は開口絞りＳＰが開放であり無限遠に合焦しているときの軸上光束のマージナル光線が第１の光学素子に入射する位置における第１の光学素子の透過率である。Ｔｅ２は開口絞りＳＰが開放であり無限遠に合焦しているときの軸上光束のマージナル光線が第２の光学素子に入射する位置における第２の光学素子の透過率である。

式（１）は第１の光学素子によって与えられる軸上光束の光量分布に関する。式（１）の上限値を超えるほどに第１の光学素子により与えられる軸上光束の光量分布が小さくなると、アポダイゼーション効果を十分に得ることが困難となる。また、Ｔｅ１／Ｔ１の値が０を下回ることはない。

式（２）は第２の光学素子によって与えられる軸上光束の光量分布に関する。式（２）の下限値を下回るほどに第２の光学素子により与えられる軸上光束の光量分布が大きくなると、第２の光学素子における軸上光束の高さが合焦距離の変化により変化した場合のアポダイゼーション効果の変化を低減することが困難となる。また、Ｔｅ２／Ｔ２の値が１を超えることはない。

なお、式（１）の数値範囲としては、以下の式（１ａ）から式（１ｄ）に順に設定することが好ましい。

０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．３６（１ａ）
０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．３２（１ｂ）
０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．２８（１ｃ）
０．０２≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．２５（１ｄ）
なお、式（２）の数値範囲としては、以下の式（２ａ）から式（２ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．６０≦Ｔｅ２／Ｔ２≦０．９８（２ａ）
０．６０≦Ｔｅ２／Ｔ２≦０．９６（２ｂ）
０．６０≦Ｔｅ２／Ｔ２≦０．９５（２ｃ）
０．６１≦Ｔｅ２／Ｔ２≦０．９４（２ｄ）
さらに各実施例の光学系において、光学系全系に対する開口絞りＳＰの光入射側に配置された光学系の相対的な屈折力の大きさを適切に定めることによって、フォーカシングによる光束の高さの変動をより小さくすることができる。したがって、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減するためには、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

−０．０５≦ｆ／ｆｆ≦４（３）
ｆは無限遠に合焦しているときの光学系全系の焦点距離である。ｆｆは無限遠に合焦しているときの開口絞りＳＰの光入射側に配置された光学系の焦点距離である。

式（３）は、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減することのできるｆとｆｆの比の値に関する。

ｆ／ｆｆの値が式（３）の下限値を下回ると、開口絞りＳＰよりも物体側の光学系の負の屈折力が相対的に強くなりすぎ、開口絞りＳＰよりも物体側でのフォーカシングによる軸上光束および軸外光束の高さの変動が大きくなってしまう。

ｆ／ｆｆの値が式（３）の上限値を超えると、開口絞りＳＰよりも物体側の光学系の正の屈折力が強くなりすぎ、開口絞りＳＰよりも像側でのフォーカシングによる軸外光束の高さの変化が大きくなってしまう。

すなわち、ｆ／ｆｆの値を式（３）の範囲とすることで、フォーカシングによる光束の高さの変動をより小さくすることができる。これによって、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減することができる。

なお、式（３）の数値範囲としては、以下の式（３ａ）から式（３ｄ）に順に設定することが好ましい。

−０．０２≦ｆ／ｆｆ≦３．０（３ａ）
０≦ｆ／ｆｆ≦２．５（３ｂ）
０≦ｆ／ｆｆ≦２．０（３ｃ）
０≦ｆ／ｆｆ≦１．６（３ｄ）
また各実施例の光学系において、光学系全系の焦点距離に対する光学系の全長を適切に定めることによって、開口絞りＳＰよりも物体側におけるフォーカシングによる軸上光束の高さの変動をより小さくすることができる。そのため、各実施例の光学系は以下の条件式（４）を満足することが好ましい。

０．５≦Ｌ／ｆ≦２（４）
式（４）におけるＬは無限遠に合焦している時の光学系の全長である。すなわち、Ｌは無限遠合焦時の光学系の最も物体側の面から像面ＩＰまでの光軸上の距離である。

式（４）は、開口絞りＳＰよりも物体側におけるフォーカシングによる軸上光束の高さの変動をより小さくすることのできるｆとＬの比の値に関する。ｆとＬの比が比較的小さい撮影光学系では、光学系全系に対する開口絞りＳＰの光入射側に配置された光学系の屈折力は相対的に大きくなる。このような光学系を用いることで、開口絞りよりも物体側におけるフォーカシングによる軸上光束の光線高さの変動をより小さくすることができる。

式（４）の下限値を下回る場合は光学系を構成する各レンズの屈折力が大きくなることに相当し、光線の高さはレンズ面毎に大きく変動することになる。この場合、光線が各レンズ面を通過する高さがフォーカシングによって変動しやすくなる。

式（４）の上限値を上回る場合、開口絞りＳＰの光出射側に配置された光学系の屈折力が相対的に大きくなり、開口絞りＳＰよりも物体側におけるフォーカシングによる軸上光束および軸外光束の高さの変化が大きくなってしまう。

ゆえに、Ｌ／ｆを式（４）の範囲とすることで、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減することができる。

なお、式（４）の数値範囲としては、以下の式（４ａ）から式（４ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．６≦Ｌ／ｆ≦１．８（４ａ）
０．７≦Ｌ／ｆ≦１．６（４ｂ）
０．８≦Ｌ／ｆ≦１．４（４ｃ）
０．９≦Ｌ／ｆ≦１．２（４ｄ）
さらに、軸上光束のマージナル光線が第１の光学素子に入射する高さを適切に定めることによって、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減することができる。そのため、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。

０．８５≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．１５（５）
式（５）におけるｈｉ１は、無限遠に合焦している時の軸上光束のマージナル光線が第１の光学素子に入射する位置から光軸ＯＡまでの距離である。ｈｍ１は、最至近距離に合焦している時の軸上光束のマージナル光線が第１の光学素子に入射する位置から光軸ＯＡまでの距離である。

式（５）は、合焦距離の変化による軸上光束のマージナル光線が第１の光学素子に入射する位置の変化に関する。前述したように、軸上光束におけるアポダイゼーション効果は主として第１の光学素子によって与えられる。このため、合焦距離の変化による軸上光束の高さの変化が少ない位置に第１の光学素子を設けることが好ましい。ｈｍ１／ｈｉ１が式（５）の上限値または下限値を超えるほどに合焦距離の変化による軸上光束の高さの変化が大きい位置に第１の光学素子を設けると、軸上光束に対する合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化が大きくなってしまう。

なお、式（５）の数値範囲としては、以下の式（５ａ）から式（５ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．８８≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．１２（５ａ）
０．９０≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．０８（５ｂ）
０．９２≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．０５（５ｃ）
０．９６≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．０２（５ｄ）
さらに、軸上光束のマージナル光線が第２の光学素子に入射する高さを適切に定めることによって、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化をより低減することができる。そのため、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。

０．５≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９６（６）
式（６）におけるｈｉ２は、無限遠に合焦している時の軸上光束のマージナル光線が第２の光学素子に入射する位置から光軸ＯＡまでの距離である。ｈｍ２は、最至近距離に合焦している時の軸上光束のマージナル光線が第２の光学素子に入射する位置から光軸ＯＡまでの距離である。

式（６）は、合焦距離の変化による軸上光束のマージナル光線が第２の光学素子に入射する位置の変化に関する。前述したように、合焦距離が変化すると開口絞りＳＰよりも像側における軸上光束の高さは比較的大きく変化する。このため、開口絞りＳＰの光出射側には式（２）を満たす第２の光学素子が設けられるが、第２の光学素子によって軸上光束にわずかに光量分布が与えられる場合がある。このとき、ｈｍ２／ｈｉ２の値が式（６）の下限値を下回るような位置に第２の光学素子を設けると合焦距離の変化による軸上光束に与えられる光量分布の変化が大きくなってしまう。

また、合焦距離が変化すると開口絞りＳＰよりも像側において軸上光束の高さは比較的大きく変化する。このため、式（６）の上限値よりもｈｍ２／ｈｉ２を１に近づけることは困難である。

なお、式（６）の数値範囲としては、以下の式（６ａ）から式（６ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．５２≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９５（６ａ）
０．５４≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９５（６ｂ）
０．５６≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９４（６ｃ）
０．５８≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９３（６ｄ）
各実施例の光学系における第１の光学素子および第２の光学素子は、共に光軸との交点から径方向に向かって透過率が単調に減少する透過率分布を有している。これによって焦点外れ像の外周部の光量をなだらかに低減することができる。

第１の光学素子および第２の光学素子によって光量分布を与えると、ボケ像の大きさが小さく見えるようになってしまう場合がある。特に、透過率分布を有する光学素子の透過率分布が、素子の中心から透過率が大きく減少しているような分布の場合、ボケ像の見かけの大きさが小さくなってしまう傾向がある。このため、各実施例の光学系の第１の光学素子は以下の式（７）を満足することが好ましい。

０．８５≦Ｔｈ１／Ｔ１（７）
式（７）におけるＴｈ１は、光軸からの距離がｈｉ１／２である位置における第１の光学素子の透過率である。

式（７）はアポダイゼーション効果を有効に得つつボケ像の見かけの大きさが小さくなりすぎないような第１の光学素子の透過率分布に関する。Ｔｈ１／Ｔ１の値を式（７）の下限値以上にすることで、光軸からの距離がｈｉ１／２以下である範囲における第１の光学素子の透過率を大きくすることができ、ボケ像の見かけの大きさが小さくなりすぎないようにすることができる。

なお、式（７）の数値範囲としては、以下の式（７ａ）から式（７ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．８８≦Ｔｈ１／Ｔ１（７ａ）
０．９０≦Ｔｈ１／Ｔ１（７ｂ）
０．９２≦Ｔｈ１／Ｔ１（７ｃ）
０．９３≦Ｔｈ１／Ｔ１（７ｄ）
同様に、各実施例の光学系の第２の光学素子は以下の式（８）を満足することが好ましい。

０．８５≦Ｔｈ２／Ｔ２（８）
式（８）におけるＴｈ２は、光軸からの距離がｈｉ２／２である位置における第２の光学素子の透過率である。

式（８）はアポダイゼーション効果を有効に得つつボケ像の見かけの大きさが小さくなりすぎないような第２の光学素子の透過率分布に関する。Ｔｈ２／Ｔ２の値を式（８）の下限値以上にすることで、光軸からの距離がｈｉ２／２以下である範囲における第２の光学素子の透過率を大きくすることができ、ボケ像の見かけの大きさが小さくなりすぎないようにすることができる。

なお、式（８）の数値範囲としては、以下の式（８ａ）から式（８ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．８８≦Ｔｈ２／Ｔ２（８ａ）
０．９０≦Ｔｈ２／Ｔ２（８ｂ）
０．９２≦Ｔｈ２／Ｔ２（８ｃ）
０．９３≦Ｔｈ２／Ｔ２（８ｄ）
さらに、第１の光学素子および第２の光学素子の透過率に波長依存性がある場合、ボケ像の輪郭に色づきが生じる場合がある。そのため、各実施例における第１の光学素子および第２の光学素子は、波長５５０ｎｍにおける透過率が５０％である位置において共に以下の条件式（９）を満足することが好ましい。

（Ｔλｍａｘ−Ｔλｍｉｎ）／Ｔλｍａｘ≦０．２０（９）
式（９）において、波長５５０ｎｍにおける透過率が５０％である位置において、４３０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域における透過率の最大値をＴλｍａｘ、透過率の最小値をＴλｍｉｎとしている。

式（９）の上限値を超えるほどに透過率の波長依存性が大きい場合、ボケ像の輪郭に色づきを生じてしまう。そのため、第１の光学素子および第２の光学素子が共に式（９）を満たすことで、ボケ像の輪郭に色づきが生じることを低減することができる。

なお、式（９）の数値範囲としては、以下の式（９ａ）から式（９ｄ）に順に設定することが好ましい。

（Ｔλｍａｘ−Ｔλｍｉｎ）／Ｔλｍａｘ≦０．２０（９ａ）
（Ｔλｍａｘ−Ｔλｍｉｎ）／Ｔλｍａｘ≦０．１８（９ｂ）
（Ｔλｍａｘ−Ｔλｍｉｎ）／Ｔλｍａｘ≦０．１６（９ｃ）
（Ｔλｍａｘ−Ｔλｍｉｎ）／Ｔλｍａｘ≦０．１４（９ｄ）
さらに、撮影レンズの半画角ωは、以下の条件式（１０）を満たすことが好ましい。

１°≦ω≦２５° （１０）
式（１０）は、撮影レンズの半画角に関する。ボケ像の光量分布は光学系の収差に対応して形成されるが、式（１０）の下限値を下回るような撮影光学系ではボケ像の光量分布を悪化させる収差を設計で抑えることが極めて容易となる。そのため、第１の光学素子および第２の光学素子によって光量分布を与えることによってボケ像の見え方を改善する効果が小さくなる。式（１０）の上限値を上回ると、軸外光束における口径食が大きくなり、軸上光束と軸外光束に同等の光量分布を与えることが困難になる。

なお、式（１０）の数値範囲としては、以下の式（１０ａ）から式（１０ｃ）に順に設定することが好ましい。

２．０°≦ω≦２０° ‥‥（１０ａ）
２．５°≦ω≦１５° ‥‥（１０ｂ）
３．０°≦ω≦１２° ‥‥（１０ｃ）
また、各実施例の光学系において、以下の条件式（１１）を満足することが望ましい。

０．２５≦ＬＦ１／Ｌｆ（１１）
Ｌｆは開口絞りＳＰから光学系の最も物体側の面までの距離である。また、ＬＦ１は第１の光学素子の開口絞りＳＰに近い側の面から開口絞りＳＰまでの光軸ＯＡ上の距離である。

条件式（１１）は、第１の光学素子の配置に関する式である。条件式（１１）の下限値を下回る場合、第１の光学素子は相対的に開口絞りＳＰに近い位置に配置されることになる。しかし、口径食のある光学系では開口絞りＳＰに近接した位置における軸外光束の径は軸上光束の径と比較して小さくなっている。このため、条件式（１１）の下限値を下回るような位置に式（１）を満足する第１の光学素子を設けた場合、軸上光束と軸外光束の両方に対して十分な光量分布を与えることが困難となる。

なお、式（１１）の数値範囲としては、以下の式（１１ａ）から式（１１ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．２８≦ＬＦ１／Ｌｆ（１１ａ）
０．３２≦ＬＦ１／Ｌｆ（１１ｂ）
０．３６≦ＬＦ１／Ｌｆ（１１ｃ）
０．４０≦ＬＦ１／Ｌｆ（１１ｄ）
また、各実施例の光学系において、以下の条件式（１２）を満足することが望ましい。

０．２５≦ＬＦ２／Ｌｒ（１２）
Ｌｒは開口絞りＳＰから光学系の最も像側の面までの光軸ＯＡ上の距離である。また、ＬＦ２は第２の光学素子の開口絞りＳＰに近い側の面から開口絞りＳＰまでの光軸ＯＡ上の距離である。

条件式（１２）は、第２の光学素子の配置に関する式である。条件式（１２）の下限値を下回る場合、第２の光学素子は相対的に開口絞りＳＰに近い位置に配置されることになる。しかし、口径食のある光学系では軸外光束の径は軸上光束の径と比較して小さくなっているため、条件式（１２）の下限値を下回るような位置に式（２）を満足する第２の光学素子を設けた場合、軸外光束に十分な光量分布を与えることが困難となる。

なお、式（１２）の数値範囲としては、以下の式（１２ａ）から式（１２ｄ）に順に設定することが好ましい。

０．３５≦ＬＦ２／Ｌｒ（１２ａ）
０．４０≦ＬＦ２／Ｌｒ（１２ｂ）
０．４５≦ＬＦ２／Ｌｒ（１２ｃ）
０．５０≦ＬＦ２／Ｌｒ（１２ｄ）
次に各実施例の光学系についてより詳しく説明する。

［実施例１］
本実施例の光学系１の断面図は、図１に示した通りである。図２（ａ）は光学系１が無限遠に合焦したときの収差図であり、図２（ｂ）は光学系１が最至近距離に合焦したときの収差図である。

本実施例の光学系１は、物体側から像側へ順に開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、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により構成されている。第１レンズ群Ｌ１は第１の光学素子１１を有しており、第３レンズ群Ｌ３は第２の光学素子１２を有している。

第１の光学素子１１は、第４レンズである。第４レンズの物体側の曲面には、光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。

第２の光学素子１２は、第９レンズである。第９レンズの像側の曲面には、光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。第１の光学素子１１および第２の光学素子１２の透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。

光学系１は第２レンズ群Ｌ２を図１に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。なお、フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３は不動である。

また、図２に示した収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、ωは撮影半画角である。また、非点収差図におけるＳはサジタル像面における非点収差、Ｍはメリジオナル像面における非点収差を表わしている。

なお、本実施例の光学系１は、各光学面の曲率中心及び像面の中心位置が光軸上に配置された共軸系であるが、必要に応じて光学系１を非共軸系としてもよい。

［実施例２］
本実施例の光学系２の断面図は、図３に示した通りである。図４（ａ）は光学系２が無限遠物体に合焦したときの収差図であり、図４（ｂ）は光学系２が最至近距離に合焦したときの収差図である。

本実施例に係る光学系２は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４により構成される。第１レンズ群Ｌ１は第１の光学素子２１を有しており、第４レンズ群Ｌ４は第２の光学素子２２を有している。

第１の光学素子２１は第５レンズである。第５レンズの物体側の曲面には光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。第２の光学素子２２は、第１３レンズである。第１３レンズの物体側の曲面には光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。第１の光学素子２１および第２の光学素子２２の透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。

光学系２は第２レンズ群Ｌ２及び第３レンズ群Ｌ３を図３に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。フォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔は変化する。なお、フォーカシングに際して第１のレンズ群Ｌ１と第４レンズ群Ｌ４、開口絞りＳＰは不動である。

［実施例３］
本実施例の光学系３の断面図は、図５に示した通りである。図６（ａ）は光学系３が無限遠物体に合焦したときの収差図であり、図６（ｂ）は光学系３が最至近距離に合焦したときの収差図である。

本実施例の光学系３は、物体側から像側へ順に正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３により構成される。第１レンズ群Ｌ１は第１の光学素子３１を有しており、第３レンズ群Ｌ３は第２の光学素子３２を有している。

第１の光学素子３１は第２レンズである。第２レンズの物体側の曲面には光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。第２の光学素子３２は第１３レンズである。第１３レンズの物体側の曲面には光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。第１の光学素子３１および第２の光学素子３２の透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。

光学系３は第２レンズ群Ｌ２を図５に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。なお、フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１および第３レンズ群Ｌ３は不動である。

上述した各実施例における第１の光学素子および第２の光学素子の透過率分布を図７に示す。図７の横軸は各光学素子において有効径で規格化した径を表わしている。図７の縦軸は各光学素子の透過率を示している。

次に、上述した実施例１から３のそれぞれに対応する数値実施例１から３を示す。ただし各数値実施例において、ｍを光入射側から数えた面の番号としたとき、ｄｍは第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。なお、面データにおけるｒは各光学面の曲率半径、ｄは第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。また、ｎｄは光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のアッベ数を表わしている。

なお、アッべ数νｄは、フラウンホーファー線のＦ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を各々ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとしたとき以下の式（１３）で定義される値である。

νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）（１３）

（数値実施例１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 106.149 9.00 1.48749 70.2 67.59
2 -290.997 0.50 66.92
3 51.244 9.50 1.49700 81.5 59.33
4 231.499 3.00 57.97
5 -630.036 3.50 1.83400 37.2 57.44
6 93.250 2.50 53.74
7 60.005 8.00 1.49700 81.5 52.21
8 -624.746 0.50 51.40
9 29.265 3.20 1.71736 29.5 42.32
10 24.308 12.50 37.96
11(絞り) ∞ (可変) 35.51
12 -2278.322 4.50 1.84666 23.9 33.90
13 -55.787 2.00 1.71999 50.2 33.15
14 41.821 (可変) 29.87
15 -30.566 2.50 1.74077 27.8 25.94
16 196.247 8.50 1.77250 49.6 28.92
17 -39.608 0.50 32.22
18 106.631 6.00 1.83400 37.2 35.49
19 -195.173 54.12 36.07
像面 ∞

各種データ
焦点距離 133.50
Fナンバー 2.06
画角 9.21
像高 21.64
レンズ全長 155.12
BF 54.12

物体距離 ∞ 900
結像倍率 0 -0.19
d11 2.28 17.81
d14 22.52 6.99

入射瞳位置 74.83
射出瞳位置 -91.49
前側主点位置 85.94
後側主点位置 -79.38

レンズユニットデータ
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 93.89 52.20 -8.11 -44.04
2 12 -65.39 6.50 3.68 0.09
3 15 82.08 17.50 17.56 10.42

単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 160.74
2 3 130.14
3 5 -97.18
4 7 110.58
5 9 -273.90
6 12 67.48
7 13 -32.92
8 15 -35.53
9 16 43.34
10 18 83.44

（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 100.576 8.18 1.48749 70.2 51.43
2 -110.539 10.36 51.11
3 -73.147 2.00 1.80000 29.8 46.15
4 221.575 1.20 46.36
5 110.193 7.32 1.49700 81.5 46.92
6 -89.131 0.50 46.93
7 78.003 3.86 1.84666 23.8 45.02
8 296.657 0.50 44.43
9 61.550 1.62 1.83400 37.2 42.16
10 30.847 8.28 1.48749 70.2 38.94
11 431.727 (可変) 38.31
12 -419.085 1.60 1.77250 49.6 36.40
13 54.622 4.69 34.68
14 -96.549 1.60 1.65160 58.5 34.65
15 51.384 4.43 1.84666 23.8 35.09
16 1016.285 (可変) 35.07
17(絞り) ∞ (可変) 35.16
18 41.749 6.24 1.71300 53.9 35.26
19 -474.707 1.20 34.50
20 59.897 7.05 1.49700 81.5 31.81
21 -45.125 2.01 1.56732 42.8 30.28
22 24.855 (可変) 26.70
23 -31.673 2.50 1.77250 49.6 30.17
24 -38.796 5.00 31.85
25 53.811 3.33 1.63854 55.4 35.72
26 93.388 64.01 35.57
像面 ∞

各種データ
焦点距離 180.00
Fナンバー 3.5
画角 6.85
像高 21.64
レンズ全長 225.02
BF 64.01

物体距離 ∞ 480.53
結像倍率 0 -1.00
d11 2.86 26.93
d16 26.22 2.15
d17 24.35 4.13
d22 24.12 44.33

入射瞳位置 123.85
射出瞳位置 -71.92
前側主点位置 65.49
後側主点位置-115.99

レンズユニットデータ
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 72.82 43.81 16.01 -18.93
2 12 -49.86 12.32 1.65 -7.24
3 18 133.67 16.50 -28.11 -31.96
4 23 614.89 10.83 29.03 21.98

単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 109.41
2 3 -68.53
3 5 100.37
4 7 123.99
5 9 -75.97
6 10 67.69
7 12 -62.46
8 14 -51.25
9 15 63.79
10 18 54.09
11 20 52.96
12 21 -27.96
13 23 -263.71
14 25 192.55

（数値実施例３）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 251.287 16.40 1.48749 70.2 136.79
2 -569.439 47.74 136.06
3 134.398 21.28 1.43387 95.1 109.05
4 -239.479 0.24 107.08
5 -237.555 4.00 1.61340 44.3 106.84
6 178.770 17.18 99.74
7 76.688 14.20 1.43387 95.1 91.82
8 318.525 1.03 90.44
9 60.263 6.00 1.51633 64.1 79.97
10 47.352 (可変) 71.90
11 -1630.821 4.00 1.92286 18.9 68.72
12 -301.810 3.20 1.65412 39.7 68.02
13 149.471 (可変) 64.76
14(絞り) ∞ 8.36 50.77
15 327.772 2.18 1.72047 34.7 47.70
16 40.638 10.87 1.72916 54.7 45.59
17 -927.465 10.02 44.66
18 103.249 5.93 1.84666 23.8 41.32
19 -133.810 1.71 1.71300 53.9 40.73
20 45.777 5.62 38.42
21 -155.221 1.67 1.88300 40.8 38.44
22 121.068 6.32 39.25
23 137.098 3.35 1.74951 35.3 43.66
24 -256.865 5.53 43.81
25 85.030 7.34 1.65412 39.7 46.37
26 -133.787 2.00 1.92286 18.9 46.23
27 -3193.452 21.53 46.19
28 ∞ 2.20 1.51633 64.1 45.50
29 ∞ 67.58 45.45
像面 ∞

各種データ
焦点距離 390.11
Fナンバー 2.90
画角 3.17
像高 21.64
レンズ全長 365.09
BF 67.58

物体距離 ∞ 2700
結像倍率 0 -0.17
d10 22.04 58.11
d13 45.57 9.50

入射瞳位置 510.84
射出瞳位置 -89.81
前側主点位置 -66.00
後側主点位置-322.53

レンズユニットデータ
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 1 224.17 128.07 12.46 -90.15
2 11 -246.73 7.20 3.87 -0.14
3 14 1317.85 94.63 116.70 38.23

単レンズデータ
レンズ始面焦点距離
1 1 360.00
2 3 201.89
3 5 -165.69
4 7 228.74
5 9 -508.53
6 11 400.73
7 12 -152.40
8 15 -64.59
9 16 53.65
10 18 69.63
11 19 -47.65
12 21 -76.81
13 23 119.70
14 25 80.55
15 26 -151.36
16 28 ∞
各数値実施例における種々の数値を表１にまとめて示す。

［光学機器］
図８は、本発明の一実施形態としての光学機器としての撮像装置（デジタルスチルカメラ）１００の概略図である。本実施形態の撮像装置１００は、カメラ本体７０と、上述した実施例１から３のいずれかと同様である光学系７１と、光学系７１によって形成される像を光電変換する受光素子（撮像素子）７２を備える。

本実施形態の撮像装置１００は、上述した各実施例のいずれかに係る光学素子を有するため、合焦距離の変化によるアポダイゼーション効果の変化を低減した画像を得ることができる。なお、受光素子７２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いることができる。このとき、受光素子７２により取得された画像の歪曲収差や色収差等の諸収差を電気的に補正することにより、出力画像を高画質化することが可能になる。

なお、上述した各実施例の光学系は、図８に示したデジタルスチルカメラに限らず、銀塩フィルム用カメラやビデオカメラ、望遠鏡等の種々の光学機器に適用することができる。

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

１，２，３光学系
１１，２１，３１第１の光学素子
１２，２２，３２第２の光学素子
ＳＰ開口絞り

Claims

複数のレンズを有し、フォーカシングに際して前記複数のレンズの少なくとも１つが移動する光学系であって、
開口絞りと、
前記開口絞りの光入射側に配置され、中心から周辺に向かって透過率が減少する第１の光学素子と、
前記開口絞りの光出射側に配置され、中心から周辺に向かって透過率が減少する第２の光学素子と、を備え、
前記第１の光学素子の最大の透過率をＴ１、
前記第２の光学素子の最大の透過率をＴ２、
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦しているときに、軸上光束のマージナル光線が前記第１の光学素子に入射する位置での前記第１の光学素子の透過率をＴｅ１、
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦しているときに、軸上光束のマージナル光線が前記第２の光学素子に入射する位置での前記第２の光学素子の透過率をＴｅ２としたとき、
０≦Ｔｅ１／Ｔ１≦０．４
０．６≦Ｔｅ２／Ｔ２≦１
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
無限遠に合焦している時の前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記開口絞りの光入射側に配置された光学系の焦点距離をｆｆとしたとき、
−０．０５≦ｆ／ｆｆ≦４
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。
無限遠に合焦している時の前記光学系の最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＬ、無限遠に合焦している時の前記光学系の全系の焦点距離をｆとしたとき、
０．５≦Ｌ／ｆ≦２
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。
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第１の光学素子に入射する高さをｈｉ１とし、
前記開口絞りが開放であり最至近距離に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第１の光学素子に入射する高さをｈｍ１としたとき、
０．８５≦ｈｍ１／ｈｉ１≦１．１５
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のいずれか一項に記載の光学系。
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第２の光学素子に入射する高さをｈｉ２とし、
前記開口絞りが開放であり最至近距離に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第２の光学素子に入射する高さをｈｍ２としたとき、
０．５≦ｈｍ２／ｈｉ２≦０．９６
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のいずれか一項に記載の光学系。
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第１の光学素子に入射する高さをｈｉ１とし、
前記第１の光学素子において光軸からの距離がｈｉ１／２である位置における前記第１の光学素子の透過率をＴｈ１としたとき、
０．８５≦Ｔｈ１／Ｔ１
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のいずれか一項に記載の光学系。
前記開口絞りが開放であり無限遠に合焦している場合に軸上光束のマージナル光線が前記第２の光学素子に入射する高さをｈｉ２とし、
前記第２の光学素子において光軸からの距離がｈｉ２／２である位置における前記第２の光学素子の透過率をＴｈ２としたとき、
０．８５≦Ｔｈ２／Ｔ２
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のいずれか一項に記載の光学系。
前記光学系の最も物体側の面から前記開口絞りまでの光軸上の距離をＬｆ、前記開口絞りから前記第１の光学素子の前記開口絞りに近い側の面までの光軸上の距離をＬＦ１としたとき、
０．２５≦ＬＦ１／Ｌｆ
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
前記光学系の最も像側の面から前記開口絞りまでの光軸上の距離をＬｒ、前記開口絞りから前記第２の光学素子の前記開口絞りに近い側の面までの光軸上の距離をＬＦ２としたとき、
０．２５≦ＬＦ２／Ｌｒ
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学系。
物体側から像側へ順に配置された、前記開口絞りを含む正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群から構成されており、
前記第１レンズ群は前記第１の光学素子を有し、
前記第３レンズ群は前記第２の光学素子を有し、
無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は不動であり、前記第２レンズ群は像側へ移動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系。
物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、前記開口絞り、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群から構成されており、
前記第１レンズ群は前記第１の光学素子を有し、
前記第４レンズ群は前記第２の光学素子を有し、
無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群および前記第４レンズ群は不動であり、前記第２レンズ群は像側へ移動し、前記第３レンズ群は物体側へ移動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系。
物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、前記開口絞りを含む正の屈折力の第３レンズ群から構成されており、
前記第１レンズ群は前記第１の光学素子を有し、
前記第３レンズ群は前記第２の光学素子を有し、
無限遠から最至近距離へのフォーカシングに際して、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は不動であり、前記第２レンズ群は像側へ移動することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系。
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子はそれぞれ光吸収性を有する薄膜が設けられたレンズであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学系。
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする光学機器。