JP7237706B2 - 結像光学系および撮像装置 - Google Patents
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本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適な結像光学系に関する。
物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズユニット、正または負の屈折力を有する第２レンズユニットおよび正または負の屈折力を有する第３レンズユニットを有するインナーフォーカス方式の結像光学系では、第２レンズユニットを移動させて焦点調節を行う。また、結像光学系は、焦点距離が長くなると、大型化し、かつ重くなる。特許文献１および特許文献２は、色収差を含む諸収差を補正しつつ軽量化するために、回折光学素子を用いた結像光学系が開示されている。
しかしながら、特許文献１にて開示された結像光学系は、回折光学素子を用いることで軽量化されているものの十分に小型化されていない。また特許文献２にて開示された結像光学系は、回折光学素子を用いて小型化と軽量化を実現しているが、回折光学素子が光学系において物体側に配置されていないため、物体側に配置された場合に比べて回折光学素子の色収差補正効果が小さく、軽量化の余地もある。
本発明は、諸収差を良好に補正しつつ、全系の小型化と軽量化が可能な結像光学系を提供する。
本発明の一側面としての結像光学系は、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズユニット、第２レンズユニット、負の屈折力の第３レンズユニットからなり、焦点調節に際して隣り合うレンズユニットの間隔が変化する。第２レンズユニットは、焦点調節に際して移動し、該結像光学系は、回折面を含み、結像光学系の全系の焦点距離をｆ、回折面の焦点距離をｆＤＯＥ、結像光学系のうち最も物体側の光学面から回折面までの距離をｄＤＯＥ、第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．４５≦ｆ１／ｆ≦１．５６
なる条件を満足することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての結像光学系は、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズユニット、第２レンズユニット、負の屈折力の第３レンズユニットからなり、焦点調節に際して隣り合うレンズユニットの間隔が変化する結像光学系であって、第２レンズユニットは、焦点調節に際して移動し、結像光学系は、回折面を含み、結像光学系の全系の焦点距離をｆ、回折面の焦点距離をｆＤＯＥ、結像光学系のうち最も物体側の光学面から回折面までの距離をｄＤＯＥ、第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０
なる条件を満足することを特徴とする。
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．４５≦ｆ１／ｆ≦１．５６
なる条件を満足することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての結像光学系は、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズユニット、第２レンズユニット、負の屈折力の第３レンズユニットからなり、焦点調節に際して隣り合うレンズユニットの間隔が変化する結像光学系であって、第２レンズユニットは、焦点調節に際して移動し、結像光学系は、回折面を含み、結像光学系の全系の焦点距離をｆ、回折面の焦点距離をｆＤＯＥ、結像光学系のうち最も物体側の光学面から回折面までの距離をｄＤＯＥ、第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０
なる条件を満足することを特徴とする。
なお、上記結像光学系を有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、色収差等の諸収差を良好に補正しつつ、全系の小型化と軽量化が可能な結像光学系を実現することができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は、実施例（数値実施例）１の結像光学系（撮像光学系）としての撮像レンズの無限遠物体に合焦した状態（以下、無限遠合焦状態という）におけるレンズ断面図を示す。図１（Ｂ）は、実施例１の無限遠合焦状態での収差図を示す。実施例１の撮像レンズの焦点距離は５８２ｍｍ、Ｆナンバーは１１．３である。
図２（Ａ）は、実施例（数値実施例）２の撮像レンズの無限遠合焦状態におけるレンズ断面図を示す。図２（Ｂ）は、実施例２の無限遠合焦状態での収差図を示す。実施例２の撮像レンズの焦点距離は７７６ｍｍ、Ｆナンバーは１１．３である。
図３（Ａ）は、実施例（数値実施例）３の撮像レンズの無限遠合焦状態におけるレンズ断面図を示す。図３（Ｂ）は、実施例３の無限遠合焦状態での収差図を示す。実施例３の撮像レンズの焦点距離は５８５ｍｍ、Ｆナンバーは１１．３である。
図４（Ａ）は、実施例（数値実施例）４の撮像レンズの無限遠合焦状態におけるレンズ断面図を示す。図４（Ｂ）は、実施例４の無限遠合焦状態での収差図を示す。実施例４の撮像レンズの焦点距離は７７６ｍｍ、Ｆナンバーは１１．３である。
図５（Ａ）は、実施例（数値実施例）５の撮像レンズの無限遠合焦状態におけるレンズ断面図を示す。図５（Ｂ）は、実施例５の無限遠合焦状態での収差図を示す。実施例５の撮像レンズの焦点距離は５８５ｍｍ、Ｆナンバーは８．２である。
各実施例の撮像レンズは、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラおよび銀塩フィルムカメラ等の撮像装置やそれに交換（着脱）可能な交換レンズといった光学機器に用いられる。各レンズ断面図において、左側が物体側（前側）であり、右側が像側（後側）である。また、ｉを物体側から数えたレンズユニットの順番とするとき、Ｌｉは第ｉレンズユニットを示す。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、撮像レンズが変倍可能なズームレンズとして用いられる際には、該像面ＩＰにはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面や銀塩フィルムのフィルム面が配置される。図示はしていないが、像面ＩＰよりも物体側には、光学フィルタ、フェースプレート、ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の光学ブロックを配置することもできる。
また、各実施例の撮像レンズと同じ構成を有する結像光学系は、光学機器としての画像投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系（投射レンズ）として用いることもできる。この場合、各レンズ断面図において、左側が拡大共役側（スクリーン等の被投射面側）であり、右側が縮小共役側（液晶パネル等の光変調素子側）である。
各球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーを示し、実線はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する球面収差を、二点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差をそれぞれ示している。非点収差図において、実線はサジタル像面（ΔＳ）を、破線はメリディオナル像面（ΔＭ）を示している。歪曲収差はｄ線に対するものを示している。色収差図はｇ線における倍率色収差を示している。ωは半画角（°）である。
各実施例の撮像レンズは、物体側から像側に順に、正の屈折力を有する第１レンズユニットと、正または負の屈折力を有する第２レンズユニットと、正または負の屈折力を有する第３レンズユニットにより構成されている。各撮像レンズは、第２レンズユニットを撮像レンズの光軸が伸びる方向（光軸方向）に移動させることで焦点調節（フォーカシング）を行う。第１から第３レンズユニットのうち光軸方向において隣り合うレンズユニット間の間隔は、フォーカシングにおいて変化する。
また各実施例の撮像レンズは、回折面を有する回折光学素子（ＤОＥ）を含む。撮像レンズの全系の焦点距離をｆ、回折光学素子の回折面の焦点距離をｆＤОＥ、撮像レンズのうち最も物体側の光学面から回折光学素子の回折面までの距離をｄＤＯＥとする。このとき、以下の条件式を満足する。
０．００＜ＤＯＥ／ｆ≦０．１３ （１）
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２ （２）
条件式（１）は、回折光学素子の配置に関するものであり、撮像レンズの光学性能と軽量化を両立させるための条件を示す。撮像レンズにおいて、近軸軸上光線と瞳近軸光線が通過する光軸からの高さが最も高い最も物体側に回折光学素子を配置することで、色収差の改善効果が高くなる。ｄＤＯＥ／ｆの値が条件式（１）の上限値を超えるように回折光学素子が像側に配置されると、近軸軸上光線と瞳近軸光線の高さが低くなり、色収差の改善効果が低くなる。この結果、色収差補正のために多くレンズを配置する必要が生じ、軽量化が達成できないので、好ましくない。
０．００＜ＤＯＥ／ｆ≦０．１３ （１）
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２ （２）
条件式（１）は、回折光学素子の配置に関するものであり、撮像レンズの光学性能と軽量化を両立させるための条件を示す。撮像レンズにおいて、近軸軸上光線と瞳近軸光線が通過する光軸からの高さが最も高い最も物体側に回折光学素子を配置することで、色収差の改善効果が高くなる。ｄＤＯＥ／ｆの値が条件式（１）の上限値を超えるように回折光学素子が像側に配置されると、近軸軸上光線と瞳近軸光線の高さが低くなり、色収差の改善効果が低くなる。この結果、色収差補正のために多くレンズを配置する必要が生じ、軽量化が達成できないので、好ましくない。
好ましくは、条件式（１）の範囲を以下のようにすると良い。
０．００≦ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１２ （１ａ）
さらに好ましくは、条件式（１）の範囲を以下のようにすると良い。
０．０１≦ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１１ （１ｂ）
条件式（２）は、回折光学素子の回折面の屈折力（焦点距離の逆数）に関するものであり、撮像レンズの光学性能と光学全長の短縮とを両立させるための条件を示す。回折光学素子の回折面で与えることができるスペクトル曲線について考えると、回折面の位相形状ψは、次のような多項式で与えることができる。
ψ（ｈ，ｍ）
＝｛２πｍ／λ０｝（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６＋Ｃ８ｈ８＋Ｃ１０ｈ１０…）
（１１）
ｈ：光軸からそれに直交する方向の高さ
ｍ：回折光の回折次数
λ０：基準波長
Ｃｉ：位相係数（ｉ＝２，４，６，８，１０，…）
このとき、基準波長λ０で回折次数ｍ＝１の光に対する回折面の屈折力φは、位相係数Ｃ２を用いて次のように表すことができる。基準波長としては例えばｄ線を用いることができる。
φ＝－２Ｃ２ （１２）
また、回折面の焦点距離は、
ｆＤＯＥ＝－１／（２×Ｃ２） （１３）
で与えられる。
０．００≦ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１２ （１ａ）
さらに好ましくは、条件式（１）の範囲を以下のようにすると良い。
０．０１≦ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１１ （１ｂ）
条件式（２）は、回折光学素子の回折面の屈折力（焦点距離の逆数）に関するものであり、撮像レンズの光学性能と光学全長の短縮とを両立させるための条件を示す。回折光学素子の回折面で与えることができるスペクトル曲線について考えると、回折面の位相形状ψは、次のような多項式で与えることができる。
ψ（ｈ，ｍ）
＝｛２πｍ／λ０｝（Ｃ２ｈ２＋Ｃ４ｈ４＋Ｃ６ｈ６＋Ｃ８ｈ８＋Ｃ１０ｈ１０…）
（１１）
ｈ：光軸からそれに直交する方向の高さ
ｍ：回折光の回折次数
λ０：基準波長
Ｃｉ：位相係数（ｉ＝２，４，６，８，１０，…）
このとき、基準波長λ０で回折次数ｍ＝１の光に対する回折面の屈折力φは、位相係数Ｃ２を用いて次のように表すことができる。基準波長としては例えばｄ線を用いることができる。
φ＝－２Ｃ２ （１２）
また、回折面の焦点距離は、
ｆＤＯＥ＝－１／（２×Ｃ２） （１３）
で与えられる。
回折光学素子の材料は負のアッベ数（νｄ＝－３．４５３）を有するため、回折面に正の屈折力を与えることで、第１レンズユニットで発生する軸上色収差と倍率色収差の補正が可能となる。また、回折面が正の屈折力を有するため、回折面と第１レンズユニットとの間で正の屈折力を分担させることができる。このため、球面収差とコマ収差の補正を行うことが可能となる。さらに、回折光学素子を設けることで、その周期構造を変化させることによる非球面効果が得られるとともに、第１レンズユニット内の正レンズの枚数を最小とすることが可能となり、第１レンズユニットおよび撮像レンズの軽量化を達成することができる。
ｆＤＯＥ／ｆの値が条件式（２）の上限値を超えるように回折面の屈折力が小さくなりすぎると、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができないため、好ましくない。ｆＤＯＥ／ｆの値が条件式（２）の下限値を下回るように回折面の屈折力が大きくなりすぎると、軸上色収差と倍率色収差が過補正となり、色の球面収差が大きく発生するため、好ましくない。
好ましくは、条件式（２）の範囲を以下のようにすると良い。
４．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３２．１ （２ａ）
さらに好ましくは、条件式（２）の範囲を以下のようにすると良い。
５．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３０．０ （２ｂ）
以上の構成により、色収差を含めた諸収差を良好に補正し、全系の軽量化と小型化が可能な撮像レンズを得ることができる。
４．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３２．１ （２ａ）
さらに好ましくは、条件式（２）の範囲を以下のようにすると良い。
５．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３０．０ （２ｂ）
以上の構成により、色収差を含めた諸収差を良好に補正し、全系の軽量化と小型化が可能な撮像レンズを得ることができる。
また、本発明の実施例として撮像レンズは、第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．１４≦ｆ１／ｆ≦１．５６ （３）
条件式（３）は、第１レンズユニットの屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能との両立させるための条件を示す。ｆ１／ｆの値が条件式（３）の上限値を超えるように第１レンズユニットの屈折力が小さくなると、撮像レンズの小型化が困難となるため、好ましくない。ｆ１／ｆの値が条件式（３）の下限値を下回るように第１レンズユニットの屈折力が大きくなると、第１レンズユニットで発生する球面収差、コマ収差、軸上色収差および倍率色収差が大きくなりすぎて高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。
条件式（３）は、第１レンズユニットの屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能との両立させるための条件を示す。ｆ１／ｆの値が条件式（３）の上限値を超えるように第１レンズユニットの屈折力が小さくなると、撮像レンズの小型化が困難となるため、好ましくない。ｆ１／ｆの値が条件式（３）の下限値を下回るように第１レンズユニットの屈折力が大きくなると、第１レンズユニットで発生する球面収差、コマ収差、軸上色収差および倍率色収差が大きくなりすぎて高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。
好ましくは、条件式（３）の範囲を以下のようにすると良い。
０．１９≦ｆ１／ｆ≦１．５１ （３ａ）
さらに好ましくは、条件式（３）の範囲を以下のようにすると良い。
０．２４≦ｆ１／ｆ≦１．４６ （３ｂ）
さらに、本発明の実施例としての撮像レンズが満足することが好ましい条件について説明する。
０．１９≦ｆ１／ｆ≦１．５１ （３ａ）
さらに好ましくは、条件式（３）の範囲を以下のようにすると良い。
０．２４≦ｆ１／ｆ≦１．４６ （３ｂ）
さらに、本発明の実施例としての撮像レンズが満足することが好ましい条件について説明する。
まず、第３レンズユニットは負の屈折力を有することが好ましい。これは、第２レンズユニットを挟んで、正の屈折力を有する第１レンズユニットを含む正の屈折力の前群と、第３レンズユニットを含む負の屈折力を有する後群とが配置されたテレフォトタイプの屈折力配置とすることで、撮像レンズの全長を短縮することができるためである。
また、第３レンズユニットの焦点距離をｆ３とするとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
－０．５５≦ｆ３／ｆ≦－０．０６ （４）
条件式（４）は、第３レンズユニットの負の屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能を両立させるための条件を示す。ｆ３／ｆの値が条件式（４）の上限値を超えるように第３レンズユニットの屈折力が大きくなると、撮像レンズの小型化が困難となるため、好ましくない。ｆ３／ｆの値が条件式（４）の下限値を下回るように第３レンズユニットの屈折力が小さくなると、第３レンズユニットで発生する像面湾曲や歪曲等の軸外収差が増加して高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。
－０．５５≦ｆ３／ｆ≦－０．０６ （４）
条件式（４）は、第３レンズユニットの負の屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能を両立させるための条件を示す。ｆ３／ｆの値が条件式（４）の上限値を超えるように第３レンズユニットの屈折力が大きくなると、撮像レンズの小型化が困難となるため、好ましくない。ｆ３／ｆの値が条件式（４）の下限値を下回るように第３レンズユニットの屈折力が小さくなると、第３レンズユニットで発生する像面湾曲や歪曲等の軸外収差が増加して高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。
好ましくは、条件式（４）の範囲を以下のようにすると良い。
－０．５３≦ｆ３／ｆ≦－０．０７ （４ａ）
さらに好ましくは、条件式（４）の範囲を以下のようにすると良い。
－０．１７≦ｆ３／ｆ≦－０．０８ （４ｂ）
また、第２レンズユニットは正の屈折力を有することが好ましい。これは、近軸軸上光線が高い位置を通過して球面収差、コマ収差および軸上色収差等が大きく発生する第１レンズユニットの正の屈折力の一部を、第２レンズユニットに分担させることで、特に高次の収差の発生を低減することが可能となるためである。
－０．５３≦ｆ３／ｆ≦－０．０７ （４ａ）
さらに好ましくは、条件式（４）の範囲を以下のようにすると良い。
－０．１７≦ｆ３／ｆ≦－０．０８ （４ｂ）
また、第２レンズユニットは正の屈折力を有することが好ましい。これは、近軸軸上光線が高い位置を通過して球面収差、コマ収差および軸上色収差等が大きく発生する第１レンズユニットの正の屈折力の一部を、第２レンズユニットに分担させることで、特に高次の収差の発生を低減することが可能となるためである。
また、第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０ （５）
条件式（５）は第２レンズユニットの屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能を両立させるための条件を示す。ｆ２／ｆの値が条件式（５）の下限値を下回るように第２レンズユニットの屈折力が大きくなると、第２レンズユニットで発生する収差が大きくなり、フォーカシングによる光学性能の変化が大きくなる。これにより、高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。ｆ２／ｆの値が条件式（５）の上限値を超えるように第２レンズユニットの屈折力が小さくなると、第２レンズユニットのフォーカシングにおける移動量が大きくなりすぎて撮像レンズが大型化するため、好ましくない。
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０ （５）
条件式（５）は第２レンズユニットの屈折力に関するものであり、撮像レンズの小型化と光学性能を両立させるための条件を示す。ｆ２／ｆの値が条件式（５）の下限値を下回るように第２レンズユニットの屈折力が大きくなると、第２レンズユニットで発生する収差が大きくなり、フォーカシングによる光学性能の変化が大きくなる。これにより、高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。ｆ２／ｆの値が条件式（５）の上限値を超えるように第２レンズユニットの屈折力が小さくなると、第２レンズユニットのフォーカシングにおける移動量が大きくなりすぎて撮像レンズが大型化するため、好ましくない。
好ましくは、条件式（５）の範囲を以下のようにすると良い。
０．１６≦ｆ２／ｆ≦０．６８ （５ａ）
さらに好ましくは、条件式（５）の範囲を以下のようにすると良い。
０．１８≦ｆ２／ｆ≦０．６６ （５ｂ）
また、第１レンズユニットのうち最も物体側の光学面（レンズ面）から撮像レンズの像面までの距離をＬとするととき、以下の条件式を満足することが好ましい。
０・３５≦Ｌ／ｆ≦０．７０ （６）
条件式（６）は、撮像レンズの全長に関する。Ｌ／ｆの値が条件式（６）の上限を超えると、撮像レンズが大型化するので、好ましくない。Ｌ／ｆの値が条件式（６）の下限値を下回るように全長が短くなりすぎると、第１レンズユニットで発生する球面収差、コマ収差、軸上色収差および倍率色収差が大きくなりすぎ、回折光学素子を用いた最小構成によって高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。高い光学性能を達成するためには、第１レンズユニットを構成するレンズの枚数を増加させる必要が生じ、軽量化することができなくなる。
０．１６≦ｆ２／ｆ≦０．６８ （５ａ）
さらに好ましくは、条件式（５）の範囲を以下のようにすると良い。
０．１８≦ｆ２／ｆ≦０．６６ （５ｂ）
また、第１レンズユニットのうち最も物体側の光学面（レンズ面）から撮像レンズの像面までの距離をＬとするととき、以下の条件式を満足することが好ましい。
０・３５≦Ｌ／ｆ≦０．７０ （６）
条件式（６）は、撮像レンズの全長に関する。Ｌ／ｆの値が条件式（６）の上限を超えると、撮像レンズが大型化するので、好ましくない。Ｌ／ｆの値が条件式（６）の下限値を下回るように全長が短くなりすぎると、第１レンズユニットで発生する球面収差、コマ収差、軸上色収差および倍率色収差が大きくなりすぎ、回折光学素子を用いた最小構成によって高い光学性能を達成することが困難となるため、好ましくない。高い光学性能を達成するためには、第１レンズユニットを構成するレンズの枚数を増加させる必要が生じ、軽量化することができなくなる。
好ましくは、条件式（６）の範囲を以下のようにすると良い。
０．４０≦Ｌ／ｆ≦０．６０ （６ａ）
さらに好ましくは、条件式（７）の範囲を以下のようにすると良い。
０．４２≦Ｌ／ｆ≦０．５６ （６ｂ）
また、第２レンズユニットは、１枚のレンズにより構成されていることが望ましい。フォーカシングに際して移動する第２レンズユニットを軽量化するためである。
０．４０≦Ｌ／ｆ≦０．６０ （６ａ）
さらに好ましくは、条件式（７）の範囲を以下のようにすると良い。
０．４２≦Ｌ／ｆ≦０．５６ （６ｂ）
また、第２レンズユニットは、１枚のレンズにより構成されていることが望ましい。フォーカシングに際して移動する第２レンズユニットを軽量化するためである。
また、各実施例の撮像レンズは、１１枚以下のレンズにより構成されている。各実施例では、径が大きい第１レンズユニットと第２レンズユニットのそれぞれを構成するレンズ枚数を最小とすることで軽量化を図る一方、径が小さい第３レンズユニットに第１および第２レンズユニットにおいて発生する収差の補正を分担させている。この場合、第３レンズユニットのレンズ枚数が多いほど良好な収差補正が可能であるが、全系のレンズ枚数が１２枚以上となると軽量化が達成できないため、１１枚以下のレンズ枚数が好ましい。
次に、各実施例の構成について説明する。実施例１から５は、フォーカシングに際して互いの間隔が変化する３つのレンズユニットを有する。実施例１から４は、物体側から像側に順に、正の屈折力を有する第１レンズユニットＬ１、正の屈折力を有する第２レンズユニットＬ２および負の屈折力を有する第３レンズユニットＬ３を有する。実施例５は、物体側から像側に順に、正の屈折力を有する第１レンズユニットＬ１、負の屈折力を有する第２レンズユニットＬ２および負の屈折力を有する第３レンズユニットＬ３を有する。
各実施例では、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レンズユニットＬ２を光軸方向のうち物体側に移動させる。実施例１～４では、第２レンズユニットは１枚のレンズにより構成されている。
また、各実施例では、第１レンズユニットＬ１が、回折面Ｄを有する回折光学素子ＤОＥを含む。実施例１，３，５では回折光学素子ＤОＥは第１レンズユニットＬ１のうち最も物体側のレンズに設けられており、実施例２，４では回折光学素子ＤОＥは第１レンズユニットＬ１のうち物体側から２番目のレンズに設けられている。
さらに、実施例１，５は全系が１０枚のレンズにより構成され、実施例２，４は全系が１１枚のレンズにより構成されている。実施例３は全系が８枚のレンズにより構成されている。このように、実施例１～５では、全系を構成するレンズの枚数を１１枚以下としている。
以下、実施例１～５の具体的数値データをそれぞれ[数値実施列１]～[数値実施列５]に示す。数値データにおいて、ｒｉは物体側からｉ番目の面の曲率半径（mm）、ｄｉはｉ番目と（ｉ＋１）番目の面間のレンズ厚または空気間隔（mm）、ｎｄｉはそれぞれｉ番目の光学部材の材料のｄ線における屈折率である。νｄｉはｉ番目の光学部材の材料のｄ線を基準としたアッベ数である。ＢＦはバックフォーカス（mm）を表す。「バックフォーカス（ＢＦ）」は、ズームレンズの最終面（最も像側のレンズ面）から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものとする。「レンズ全長」は、ズームレンズの最前面（最も物体側のレンズ面）から最終面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。
ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）で表される。
回折格子の位相形状ψは、前述した式（１１）により表され、位相係数Ｃ２～Ｃ１０を数値データ内に示す。「ｅ－ｘ」は１０－ｘを意味している。
また、実施例１～５における前述した条件式（１）～（６）に対応する値を表１にまとめて示す。
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 56.252 12.20 1.48749 70.2
2(回折) -180.408 2.77 1.59551 39.2
3 785.004 59.15
4 -42.901 1.30 1.83481 42.7
5 -92.466 (可変)
6 98.007 2.09 1.48749 70.2
7 ∞ (可変)
8(絞り) ∞ 6.44
9 -42.741 1.00 1.90043 37.4
10 42.741 3.85 1.65412 39.7
11 -29.300 12.20
12 107.876 3.70 1.65412 39.7
13 -22.269 0.80 1.59282 68.6
14 300.803 0.64
15 -75.518 0.80 1.80400 46.5
16 54.756 1.33
17 63.816 2.10 1.59551 39.2
18 -675.205 138.06
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
5 16.25 3.50
7 22.19 34.94
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-4.69717e-005 C 4= 1.13471e-008 C 6=-2.69625e-012 C 8=-4.35136e-015
C10= 2.95662e-018
各種データ
焦点距離 581.65
Fナンバー 11.31
半画角（°） 2.13
像高 21.64
レンズ全長 286.87
BF 138.06
入射瞳位置 399.66
射出瞳位置 -24.31
前側主点位置 -1102.24
後側主点位置 -443.59
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 384.29
L2 6 201.04
L3 8 -86.51
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 82.842 9.45 1.48749 70.2
2 780.100 40.42
3 81.828 9.23 1.48749 70.2
4(回折) -194.436 2.76 1.74400 44.8
5 105.769 70.95
6 -53.038 1.35 1.69680 55.5
7 -106.842 (可変)
8 69.898 2.40 1.48749 70.2
9 455.147 (可変)
10(絞り) ∞ 6.44
11 -42.741 1.00 1.90043 37.4
12 42.741 3.85 1.65412 39.7
13 -29.300 12.20
14 107.876 3.70 1.65412 39.7
15 -22.269 0.80 1.59282 68.6
16 300.803 0.64
17 -75.518 0.80 1.80400 46.5
18 54.756 1.33
19 63.816 2.10 1.59551 39.2
20 -675.205 138.30
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
7 35.90 21.25
9 21.43 36.08
非球面データ
第4面(回折面)
C 2=-5.38010e-005 C 4= 6.66877e-009 C 6=-3.04640e-013 C 8=-3.57268e-015
C10= 2.50469e-018
各種データ
焦点距離 776.37
Fナンバー 11.31
半画角（°） 1.60
像高 21.64
レンズ全長 365.06
BF 138.30
入射瞳位置 951.06
射出瞳位置 -24.31
前側主点位置 -1979.36
後側主点位置 -638.08
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 600.53
L2 8 169.05
L3 10 -86.51
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 85.369 8.89 1.48749 70.2
2(回折) -512.686 61.00
3 -70.863 1.66 1.90366 31.3
4 -299.154 (可変)
5 174.585 3.01 1.48749 70.2
6 -146.383 (可変)
7(絞り) ∞ 14.52
8 -167.593 1.10 1.90043 37.4
9 26.566 3.24 1.54072 47.2
10 -33.588 9.78
11 -67.832 3.01 1.61340 44.3
12 -14.404 0.86 1.59522 67.7
13 41.330 2.00
14 38.249 1.62 1.78472 25.7
15 84.926 108.35
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
4 31.77 21.94
6 49.22 59.06
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-3.15203e-005 C 4=-3.72527e-009 C 6= 1.49391e-012 C 8=-5.02869e-015
C10= 3.68713e-018
各種データ
焦点距離 584.99
Fナンバー 11.30
半画角（°） 2.13
像高 21.64
レンズ全長 300.01
BF 108.35
入射瞳位置 564.88
射出瞳位置 -27.24
前側主点位置 -1374.06
後側主点位置 -476.64
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 792.22
L2 5 163.84
L3 7 -75.40
［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 72.898 9.76 1.48749 70.2
2 366.117 59.70
3 65.228 8.09 1.48749 70.2
4(回折) -100.799 2.77 1.76200 40.1
5 130.219 28.73
6 -58.984 1.35 1.66565 35.6
7 -89.602 (可変)
8 92.020 1.91 1.48749 70.2
9 150.407 (可変)
10(絞り) ∞ 2.05
11 -34.066 0.97 1.90043 37.4
12 33.900 4.42 1.65412 39.7
13 -24.026 10.91
14 87.014 4.16 1.65412 39.7
15 -16.837 0.79 1.59282 68.6
16 86.344 1.22
17 -40.694 0.79 1.80400 46.5
18 53.431 0.95
19 54.555 2.61 1.59551 39.2
20 -65.694 153.75
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
7 27.68 3.22
9 12.12 36.57
非球面データ
第4面(回折面)
C 2=-8.87126e-005 C 4= 8.68399e-009 C 6= 5.19977e-012 C 8=-4.32761e-014
C10= 4.51463e-017
各種データ
焦点距離 776.35
Fナンバー 11.31
半画角（°） 1.60
像高 21.64
レンズ全長 334.73
BF 153.75
入射瞳位置 653.87
射出瞳位置 -21.09
前側主点位置 -2017.09
後側主点位置 -622.60
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 263.97
2 8 481.11
3 10 -69.85
［数値実施例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 96.803 12.95 1.61800 63.4
2(回折) -289.177 3.50 1.90366 31.3
3 -1085.876 71.46
4 -82.107 2.00 1.90366 31.3
5 -150.392 (可変)
6 830.775 3.87 1.75520 27.5
7 -57.888 0.20
8 -59.923 1.60 1.90366 31.3
9 353.412 (可変)
10(絞り) ∞ 5.53
11 306.822 1.00 1.90043 37.4
12 43.732 3.90 1.53172 48.8
13 -69.808 31.18
14 -84.160 2.40 1.90366 31.3
15 -27.483 1.32 1.75500 52.3
16 54.800 4.12
17 61.546 2.89 1.53172 48.8
18 -144.484 108.14
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
5 18.31 48.66
9 45.64 15.30
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-2.95948e-005 C 4= 1.59353e-009 C 6= 1.88896e-012 C 8=-2.35523e-015
C10= 7.93390e-019
各種データ
焦点距離 585.00
Fナンバー 8.20
半画角（°） 2.12
像高 21.64
レンズ全長 320.01
BF 108.14
入射瞳位置 659.79
射出瞳位置 -45.28
前側主点位置 -985.81
後側主点位置 -476.86
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 261.01
L2 6 -275.75
L3 10 -304.93
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 56.252 12.20 1.48749 70.2
2(回折) -180.408 2.77 1.59551 39.2
3 785.004 59.15
4 -42.901 1.30 1.83481 42.7
5 -92.466 (可変)
6 98.007 2.09 1.48749 70.2
7 ∞ (可変)
8(絞り) ∞ 6.44
9 -42.741 1.00 1.90043 37.4
10 42.741 3.85 1.65412 39.7
11 -29.300 12.20
12 107.876 3.70 1.65412 39.7
13 -22.269 0.80 1.59282 68.6
14 300.803 0.64
15 -75.518 0.80 1.80400 46.5
16 54.756 1.33
17 63.816 2.10 1.59551 39.2
18 -675.205 138.06
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
5 16.25 3.50
7 22.19 34.94
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-4.69717e-005 C 4= 1.13471e-008 C 6=-2.69625e-012 C 8=-4.35136e-015
C10= 2.95662e-018
各種データ
焦点距離 581.65
Fナンバー 11.31
半画角（°） 2.13
像高 21.64
レンズ全長 286.87
BF 138.06
入射瞳位置 399.66
射出瞳位置 -24.31
前側主点位置 -1102.24
後側主点位置 -443.59
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 384.29
L2 6 201.04
L3 8 -86.51
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 82.842 9.45 1.48749 70.2
2 780.100 40.42
3 81.828 9.23 1.48749 70.2
4(回折) -194.436 2.76 1.74400 44.8
5 105.769 70.95
6 -53.038 1.35 1.69680 55.5
7 -106.842 (可変)
8 69.898 2.40 1.48749 70.2
9 455.147 (可変)
10(絞り) ∞ 6.44
11 -42.741 1.00 1.90043 37.4
12 42.741 3.85 1.65412 39.7
13 -29.300 12.20
14 107.876 3.70 1.65412 39.7
15 -22.269 0.80 1.59282 68.6
16 300.803 0.64
17 -75.518 0.80 1.80400 46.5
18 54.756 1.33
19 63.816 2.10 1.59551 39.2
20 -675.205 138.30
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
7 35.90 21.25
9 21.43 36.08
非球面データ
第4面(回折面)
C 2=-5.38010e-005 C 4= 6.66877e-009 C 6=-3.04640e-013 C 8=-3.57268e-015
C10= 2.50469e-018
各種データ
焦点距離 776.37
Fナンバー 11.31
半画角（°） 1.60
像高 21.64
レンズ全長 365.06
BF 138.30
入射瞳位置 951.06
射出瞳位置 -24.31
前側主点位置 -1979.36
後側主点位置 -638.08
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 600.53
L2 8 169.05
L3 10 -86.51
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 85.369 8.89 1.48749 70.2
2(回折) -512.686 61.00
3 -70.863 1.66 1.90366 31.3
4 -299.154 (可変)
5 174.585 3.01 1.48749 70.2
6 -146.383 (可変)
7(絞り) ∞ 14.52
8 -167.593 1.10 1.90043 37.4
9 26.566 3.24 1.54072 47.2
10 -33.588 9.78
11 -67.832 3.01 1.61340 44.3
12 -14.404 0.86 1.59522 67.7
13 41.330 2.00
14 38.249 1.62 1.78472 25.7
15 84.926 108.35
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
4 31.77 21.94
6 49.22 59.06
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-3.15203e-005 C 4=-3.72527e-009 C 6= 1.49391e-012 C 8=-5.02869e-015
C10= 3.68713e-018
各種データ
焦点距離 584.99
Fナンバー 11.30
半画角（°） 2.13
像高 21.64
レンズ全長 300.01
BF 108.35
入射瞳位置 564.88
射出瞳位置 -27.24
前側主点位置 -1374.06
後側主点位置 -476.64
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 792.22
L2 5 163.84
L3 7 -75.40
［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 72.898 9.76 1.48749 70.2
2 366.117 59.70
3 65.228 8.09 1.48749 70.2
4(回折) -100.799 2.77 1.76200 40.1
5 130.219 28.73
6 -58.984 1.35 1.66565 35.6
7 -89.602 (可変)
8 92.020 1.91 1.48749 70.2
9 150.407 (可変)
10(絞り) ∞ 2.05
11 -34.066 0.97 1.90043 37.4
12 33.900 4.42 1.65412 39.7
13 -24.026 10.91
14 87.014 4.16 1.65412 39.7
15 -16.837 0.79 1.59282 68.6
16 86.344 1.22
17 -40.694 0.79 1.80400 46.5
18 53.431 0.95
19 54.555 2.61 1.59551 39.2
20 -65.694 153.75
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
7 27.68 3.22
9 12.12 36.57
非球面データ
第4面(回折面)
C 2=-8.87126e-005 C 4= 8.68399e-009 C 6= 5.19977e-012 C 8=-4.32761e-014
C10= 4.51463e-017
各種データ
焦点距離 776.35
Fナンバー 11.31
半画角（°） 1.60
像高 21.64
レンズ全長 334.73
BF 153.75
入射瞳位置 653.87
射出瞳位置 -21.09
前側主点位置 -2017.09
後側主点位置 -622.60
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 263.97
2 8 481.11
3 10 -69.85
［数値実施例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 96.803 12.95 1.61800 63.4
2(回折) -289.177 3.50 1.90366 31.3
3 -1085.876 71.46
4 -82.107 2.00 1.90366 31.3
5 -150.392 (可変)
6 830.775 3.87 1.75520 27.5
7 -57.888 0.20
8 -59.923 1.60 1.90366 31.3
9 353.412 (可変)
10(絞り) ∞ 5.53
11 306.822 1.00 1.90043 37.4
12 43.732 3.90 1.53172 48.8
13 -69.808 31.18
14 -84.160 2.40 1.90366 31.3
15 -27.483 1.32 1.75500 52.3
16 54.800 4.12
17 61.546 2.89 1.53172 48.8
18 -144.484 108.14
像面 ∞
可変間隔データ
面番号 無限遠合焦状態 近距離合焦状態
5 18.31 48.66
9 45.64 15.30
非球面データ
第2面(回折面)
C 2=-2.95948e-005 C 4= 1.59353e-009 C 6= 1.88896e-012 C 8=-2.35523e-015
C10= 7.93390e-019
各種データ
焦点距離 585.00
Fナンバー 8.20
半画角（°） 2.12
像高 21.64
レンズ全長 320.01
BF 108.14
入射瞳位置 659.79
射出瞳位置 -45.28
前側主点位置 -985.81
後側主点位置 -476.86
レンズユニットデータ
Ｌ 始面 焦点距離
L1 1 261.01
L2 6 -275.75
L3 10 -304.93
[撮像装置]
図６は、撮像装置（デジタルスチルカメラ）１０を示している。この撮像装置１０は、カメラ本体１３と、上述した実施例１～５のいずれかと同様に構成された結像光学系１１と、結像光学系１１によって形成される光学像を光電変換する撮像素子１２とを備えている。本実施例の撮像装置１０は、小型かつ軽量であって、さらに色収差等の諸収差が良好に補正された結像光学系１１を用いることで、高品位な撮像画像を得ることができる。
図６は、撮像装置（デジタルスチルカメラ）１０を示している。この撮像装置１０は、カメラ本体１３と、上述した実施例１～５のいずれかと同様に構成された結像光学系１１と、結像光学系１１によって形成される光学像を光電変換する撮像素子１２とを備えている。本実施例の撮像装置１０は、小型かつ軽量であって、さらに色収差等の諸収差が良好に補正された結像光学系１１を用いることで、高品位な撮像画像を得ることができる。
なお、撮像素子１２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子を用いることができる。このとき、撮像素子１２を通じて取得された撮像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、出力される撮像画像を高画質化することもできる。
なお、上述した各実施例の結像光学系は、図６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用いることができる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
Ｌ１ 第１レンズユニット
Ｌ２ 第２レンズユニット
Ｌ３ 第３レンズユニット
Ｌ２ 第２レンズユニット
Ｌ３ 第３レンズユニット
Claims (12)
- 物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズユニット、第２レンズユニット、負の屈折力の第３レンズユニットからなり、焦点調節に際して隣り合うレンズユニットの間隔が変化する結像光学系であって、
前記第２レンズユニットは、焦点調節に際して移動し、
前記結像光学系は、回折面を含み、
前記結像光学系の全系の焦点距離をｆ、前記回折面の焦点距離をｆＤＯＥ、前記結像光学系のうち最も物体側の光学面から前記回折面までの距離をｄＤＯＥ、前記第１レンズユニットの焦点距離をｆ１とするとき、
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．４５≦ｆ１／ｆ≦１．５６
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。 - 前記回折面が、前記第１レンズユニットに含まれていることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
- 前記回折面が、前記第１レンズユニットのうち最も物体側のレンズに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
- 前記回折面が、前記第１レンズユニットのうち物体側から２番目のレンズに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
- 前記第３レンズユニットの焦点距離をｆ３とするとき、
－０．５５≦ｆ３／ｆ≦－０．０６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の結像光学系。 - 前記第２レンズユニットは正の屈折力を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の結像光学系。
- 前記第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の結像光学系。 - 物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズユニット、第２レンズユニット、負の屈折力の第３レンズユニットからなり、焦点調節に際して隣り合うレンズユニットの間隔が変化する結像光学系であって、
前記第２レンズユニットは、焦点調節に際して移動し、
前記結像光学系は、回折面を含み、
前記結像光学系の全系の焦点距離をｆ、前記回折面の焦点距離をｆＤＯＥ、前記結像光学系のうち最も物体側の光学面から前記回折面までの距離をｄＤＯＥ、前記第２レンズユニットの焦点距離をｆ２とするとき、
０．００＜ｄＤＯＥ／ｆ≦０．１３
３．３≦ｆＤＯＥ／ｆ≦３３．２
０．１４≦ｆ２／ｆ≦０．７０
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。 - 前記第１レンズユニットのうち最も物体側の光学面から前記結像光学系の像面までの距離をＬとするとき、
０．３５≦Ｌ／ｆ≦０．７０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の結像光学系。 - 前記第２レンズユニットが、１枚のレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の結像光学系。
- 全系が１１枚以下のレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の結像光学系。
- 請求項１から１１のいずれか一項に記載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される光学像を撮像する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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