JP7749367B2 - 光学系および光学機器 - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置や交換レンズに用いられる撮像光学系として好適な光学系に関する。
焦点距離が長い望遠型の撮像光学系として、反射系と屈折系を有する反射屈折型の撮像光学系がある。このような反射屈折型の撮像光学系において、小型、軽量、大口径比で自動焦点調節（オートフォーカス）機能を有するものとして、特許文献１、２にはインナーフォーカス方式の撮像光学系が開示されている。
しかしながら、特許文献１、２に開示された撮像光学系では、反射系の構成が像面湾曲を十分に補正することができないものとなっている。
本発明は、小型、軽量、大口径比でありながら像面湾曲を十分に補正できるようにした光学系を提供する。
本発明の一側面としての光学系は、物体側から光線が通る順に配置された、フォーカシングに際して不動の第１群と、フォーカシングに際して移動する第２群と、フォーカシングに際して不動の第３群とを有する、該光学系において、第１群は、物体側に向かって凹形状の第１反射面を有する第１光学素子と、像側に向かって凸形状の第２反射面を有する第２光学素子とを含む。物体から光学系に入射した光が、第１反射面、第２反射面および第２群をこの順で経て像面に向かう。第１光学素子のｄ線における屈折率をｎＭ１、光学系における最も物体側の面から像面までの光軸上での距離をＬ、光学系の焦点距離をｆ、第１反射面の曲率半径をｒＲ１、第２反射面の曲率半径をｒＲ２とするとき、
ｎＭ１≦１．６９０
０．４４０≦Ｌ／ｆ≦０．８００
０．７２０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４５０
なる条件を満足することを特徴とする。上記光学系を有する装置も、本発明の他の一側面を構成する。
ｎＭ１≦１．６９０
０．４４０≦Ｌ／ｆ≦０．８００
０．７２０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４５０
なる条件を満足することを特徴とする。上記光学系を有する装置も、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、小型、軽量、大口径比でありながら像面湾曲を十分に補正できる光学系を提供することができる。
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、図３、図５、図７および図９はそれぞれ、実施例１～５の反射屈折光学系（以下、単に光学系という）Ｌ０の無限遠合焦状態での構成を示している。各実施例の光学系Ｌ０は、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、銀塩フィルムカメラおよび監視カメラ等の撮像装置や交換レンズ装置において撮像光学系として用いられたり、観察装置、プロジェクタおよび露光装置等の光学機器において観察光学系、投射光学系および露光光学系として用いられる。なお、光学系は、レンズ鏡筒等の保持部材によって保持されるが、各図では保持部材の図示を省略している。
各図において、左側が物体側、右側が像側である。また、ｉを物体側から光が入射する群の順番とすると、Ｌｉは第ｉ群を示す。「群」は、フォーカシングに際して一体で不動（固定）である又は移動する１または複数の光学素子（レンズや反射面を有する光学素子）のまとまりである。各実施例の光学系Ｌ０は、フォーカシングに際して不動の第１群Ｌ１と、フォーカシングに際して移動する第２群Ｌ２とを有する。なお、群は、開口絞りを含んでもよい。
ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面やフィルムの感光面が配置される。
実施例１の光学系Ｌ０を示す図１の上半分には、物体から入射して像面ＩＰに到達する光の交路を示している。図示はしないが、他の実施例の光学系Ｌ０における光路も図１に示した光路と同様である。
第１群Ｌ１は、物体側からの光が入射する順に、物体側に向かって凹形状の第１反射面Ｒ１を有する第１光学素子Ｍ１と、像側に向かって凸形状の第２反射面Ｒ２を有する第２光学素子Ｍ２とを含む。第１光学素子Ｍ１と第２光学素子Ｍ２はそれぞれ、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２を裏面側に有するレンズにより構成されてもよい。また、第１群Ｌ１は、第２反射面Ｒ２から第２群Ｌ２に向かう光が透過するレンズ群を含んでもよい。
「Focus」が付された矢印は、無限遠から至近へのフォーカシングに際して移動する第２群Ｌ２の移動方向を示している。各実施例の光学系Ｌ０では、第２群Ｌ２は無限遠から至近へのフォーカシングに際して像側に移動する。
実施例１～５の詳細な説明の後には、実施例１～５のそれぞれに対応する数値例１～５を示している。図２（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、図６（Ａ）、（Ｂ）、図８（Ａ）、（Ｂ）および図１０（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施例１～５（数値例１～５）の光学系Ｌ０の無限遠合焦状態と至近合焦状態での縦収差（球面収差、非点収差、歪曲収差および色収差）を示している。至近合焦状態は、３ｍの物体に合焦した状態である。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ΔＳはサジタル像面の像面湾曲量を、破線ΔＭはメリディオナル像面の像面湾曲量を示している。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は近軸計算による半画角（°）である。
各実施例の光学系Ｌ０において、第１光学素子Ｍ１のｄ線に対する屈折率をｎＭ１、光学系Ｌ０の全長（最も物体側の面から像面ＩＰまでの光軸上での距離）をＬ、光学系Ｌ０の焦点距離をｆとする。このとき、光学系Ｌ０は、以下の式（１）、（２）の条件を満足する。レンズの裏面に第１反射面Ｒ１が設けられている第１光学素子Ｍ１の屈折率ｎＭ１は該レンズの屈折率を示し、第１反射面Ｒ１のみからなる第１光学素子Ｍ１の屈折率ｎＭ１は１である。
ｎＭ１≦１．６９０ （１）
０．４４０≦Ｌ／ｆ≦０．８００ （２）
式（１）は、第１光学素子Ｍ１の適切な屈折率に関する条件を示している。反射屈折光学系でインナーフォーカス方式を用いる場合において、光学系全体を小型軽量化するためには、フォーカスレンズ群が小型で、これを駆動する機構が簡素である必要がある。このため、各実施例では、フォーカスレンズ群としての第２群Ｌ２を、第２光学素子Ｍ２よりも像側に配置している。これにより、フォーカスレンズ群の有効径を小さくしてフォーカスレンズ群を小型軽量化すること、つまりは光学系Ｌ０全体を小型軽量化することが容易になる。有効径とは、レンズのうち像面に到達する軸上光線と軸外光線が通過する範囲の径である。
０．４４０≦Ｌ／ｆ≦０．８００ （２）
式（１）は、第１光学素子Ｍ１の適切な屈折率に関する条件を示している。反射屈折光学系でインナーフォーカス方式を用いる場合において、光学系全体を小型軽量化するためには、フォーカスレンズ群が小型で、これを駆動する機構が簡素である必要がある。このため、各実施例では、フォーカスレンズ群としての第２群Ｌ２を、第２光学素子Ｍ２よりも像側に配置している。これにより、フォーカスレンズ群の有効径を小さくしてフォーカスレンズ群を小型軽量化すること、つまりは光学系Ｌ０全体を小型軽量化することが容易になる。有効径とは、レンズのうち像面に到達する軸上光線と軸外光線が通過する範囲の径である。
また、光学系Ｌ０の全長を短くすると、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の正のペッツバール和が大きくなり、光学系Ｌ０全体での像面湾曲の補正が困難になる。第１光学素子Ｍ１がレンズの裏面に反射面が設けられた光学素子である場合は、該第１光学素子Ｍ１の屈折面は負レンズとして作用するため、光学系Ｌ０全体のペッツバール和を小さくするためには、第１光学素子Ｍ１の屈折率ｎＭ１を小さくすることが好ましい。これにより、光学系Ｌ０の全長を短くしながら像面湾曲を良好に補正することができる。ｎＭ１が式（１）の上限値を上回ると、第１光学素子Ｍ１の屈折面のペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難になるため、好ましくない。
式（２）は、光学系Ｌ０の全長と焦点距離との適切な関係に関する条件を示している。Ｌ／ｆが式（２）の下限値を下回ると、第２反射面Ｒ２のパワーの絶対値が大きくなり、光学系Ｌ０全体のペッツバール和が大きくなるため、像面湾曲の補正が困難になる。特に第１光学素子Ｍ１が第１反射面Ｒ１のみからなる場合に球面収差と像面湾曲の補正が困難になるため、好ましくない。一方、Ｌ／ｆが式（２）の上限値を上回ると、光学系Ｌ０の全長が長くなって小型軽量化が困難になるため、好ましくない。
式（１）、（２）の数値範囲を以下のようにすると、より好ましい。
式（１）、（２）の数値範囲を以下のようにすると、より好ましい。
ｎＭ１≦１．６８０ （１ａ）
０．４５０≦Ｌ／ｆ≦０．７５０ （２ａ）
式（１）、（２）の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
０．４５０≦Ｌ／ｆ≦０．７５０ （２ａ）
式（１）、（２）の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
ｎＭ１≦１．６７０ （１ｂ）
０．４６０≦Ｌ／ｆ≦０．７２０ （２ｂ）
上述した光学構成を有し、かつ式（１）、（２）の条件を満足することで、小型、軽量、大口径比でオートフォーカス機能を有し、像面湾曲を十分に補正できる光学系Ｌ０を得ることができる。
次に、各実施例の光学系Ｌ０が満足することが好ましい条件について説明する。各実施例の光学系Ｌ０は、以下の式（３）から（１１）で示す条件のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。
０．７２０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４５０ （３）
０．３４０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．７２０ （４）
０．３８０≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦１．０００ （５）
０．５００≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ＜１．０００ （６）
０．１２９０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２５００ （７）
０．００１０≦βＬ２／ｆ≦０．０５００ （８）
－１．２００≦ｒＲ１／ｆ≦－０．４５０ （９）
－１．２００≦ｒＲ２／ｆ≦－０．３５０ （１０）
０．０２０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０７５ （１１）
上記式において、ｒＲ１は第１反射面Ｒ１の曲率半径、ｒＲ２は第２反射面Ｒ２の曲率半径、ｄＭ１Ｍ２は第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２間の光軸上での距離、ｄＭ１ＩＰは第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離をそれぞれ示す。ｅａｍａｘは光学系Ｌ０に含まれる光学面（屈折面（レンズ面）および反射面を含む）のうち有効径が最も大きい光学面の有効径を示す。βＬ２は無限遠合焦状態での第２レンズ群Ｌ２の横倍率を示す。ｔｍａｘは光学系Ｌ０に含まれるレンズのうち光軸上での厚みが最も大きいレンズの厚みを示す。
０．４６０≦Ｌ／ｆ≦０．７２０ （２ｂ）
上述した光学構成を有し、かつ式（１）、（２）の条件を満足することで、小型、軽量、大口径比でオートフォーカス機能を有し、像面湾曲を十分に補正できる光学系Ｌ０を得ることができる。
次に、各実施例の光学系Ｌ０が満足することが好ましい条件について説明する。各実施例の光学系Ｌ０は、以下の式（３）から（１１）で示す条件のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。
０．７２０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４５０ （３）
０．３４０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．７２０ （４）
０．３８０≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦１．０００ （５）
０．５００≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ＜１．０００ （６）
０．１２９０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２５００ （７）
０．００１０≦βＬ２／ｆ≦０．０５００ （８）
－１．２００≦ｒＲ１／ｆ≦－０．４５０ （９）
－１．２００≦ｒＲ２／ｆ≦－０．３５０ （１０）
０．０２０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０７５ （１１）
上記式において、ｒＲ１は第１反射面Ｒ１の曲率半径、ｒＲ２は第２反射面Ｒ２の曲率半径、ｄＭ１Ｍ２は第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２間の光軸上での距離、ｄＭ１ＩＰは第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離をそれぞれ示す。ｅａｍａｘは光学系Ｌ０に含まれる光学面（屈折面（レンズ面）および反射面を含む）のうち有効径が最も大きい光学面の有効径を示す。βＬ２は無限遠合焦状態での第２レンズ群Ｌ２の横倍率を示す。ｔｍａｘは光学系Ｌ０に含まれるレンズのうち光軸上での厚みが最も大きいレンズの厚みを示す。
レンズが開口を有する場合のようにレンズ面が光軸上に存在しない場合は、該レンズ面の参照球面が光軸と交わる位置をそのレンズ面の光軸上での位置（面頂点）とする。
図１２は、光軸上に存在しない面頂点の光軸上での位置の算出方法を示す。参照球面とは、図中に破線で示すように、球心が光軸上に位置し、最大有効径位置ｙｍａｘに対応する球面位置Ｐｍａｘと最小有効径位置ｙｍｉｎに対応する球面位置Ｐｍｉｎとを結んでできる球面である。図中に示すように、参照球面が光軸と交わる位置が面頂点の位置である。
式（３）は、第１反射面Ｒ１の曲率半径と第２反射面Ｒ２の曲率半径との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。ｒＲ１／ｒＲ２が式（３）の上限を上回ると、第２反射面Ｒ２のパワーの絶対値が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となるため、好ましくない。ｒＲ１／ｒＲ２が式（３）の下限を下回ると、第１反射面Ｒ１のパワーが大きくなり、球面収差や像面湾曲の補正が困難となるため、好ましくない。
式（４）は第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の光軸上での距離と第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型軽量化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。光学系Ｌ０全体を小型軽量化するためには、特にフォーカスレンズ群を駆動する機構を簡素化する必要がある。このため、フォーカスレンズ群である第２群Ｌ２を、第１光学素子Ｍ１の物体側近傍または像側に配置することが好ましい。｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰが式（４）の上限を上回ると、第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離が短くなり、良好な光学性能を達成しつつ第２群Ｌ２を第１光学素子Ｍ１の物体側近傍または像側に配置することが困難となる。この結果、第２群Ｌ２を駆動する機構が複雑化して、光学系Ｌ０全体を小型化することが困難となるため、好ましくない。｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰが式（４）の下限を下回ると、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の光軸上での距離が短くなり、この結果、第２反射面Ｒ２の有効径が大きくなって光学系Ｌ０全体を小型化することが困難であるため、好ましくない。
式（５）は、光学系Ｌ０中のレンズ面の最大有効径と光学系Ｌ０の全長との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型軽量化するための条件を示している。ｅａｍａｘ／Ｌが式（５）の上限を上回ると、最大有効径が大きくなって光学系Ｌ０全体を小型軽量化が困難になるため、好ましくない。ｅａｍａｘ／Ｌが式（５）の下限を下回ると、光学系Ｌ０の全長が長くなって小型化が困難になるため、好ましくない。
式（６）は、第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離と光学系Ｌ０の全長との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。ｄＭ１ＩＰ／Ｌが式（６）の上限を上回ると、第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離が長くなり、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２のペッツバール和が増加して像面湾曲の補正が困難になるため、好ましくない。ｄＭ１ＩＰ／Ｌが式（６）の下限を下回ると、光学系Ｌ０の全長が長くなって小型化が困難になるため、好ましくない。
式（７）は、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２の光軸上での距離と光学系Ｌ０の焦点距離との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型軽量化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆが式（７）の上限を上回ると、第１反射面Ｒ１から像面ＩＰまでの光軸上での距離が短くなり、良好な光学性能を達成しつつ第２群Ｌ２を第１光学素子Ｍ１の物体側近傍または像側に配置することが困難となる。この結果、第２群Ｌ２を駆動する機構が複雑化して、光学系Ｌ０全体を小型化することが困難となるため、好ましくない。｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆが式（７）の下限を下回ると、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２のパワーの絶対値が大きくなり、球面収差の補正が困難になるため、好ましくない。
式（８）は、無限遠合焦状態での第２群Ｌ２の横倍率と光学系Ｌ０の焦点距離との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。βＬ２／ｆが式（８）の上限を上回ると、第２群Ｌ２のパワーの絶対値が大きくなり、無限遠から至近へのフォーカシングに際しての球面収差の補正が困難となるため、好ましくない。βＬ２／ｆが式（８）の下限を下回ると、第２群Ｌ２の位置敏感度が低下して、無限遠と至近との間でのフォーカシングに際しての第２群Ｌ２の移動量が大きくなる。この結果、光学系Ｌ０全体の小型化が困難になるため、好ましくない。
式（９）は、第１反射面Ｒ１の曲率半径と光学系Ｌ０の焦点距離ｆ全系の焦点距離との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。ｒＲ１／ｆが式（９）の上限を上回ると、第１反射面Ｒ１のパワーの絶対値が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となるため、好ましくない。ｒＲ１／ｆが式（９）の下限を下回ると、第１反射面Ｒ１のパワーの絶対値が小さくなり、光学系Ｌ０の全長を短くすることが困難となるため、好ましくない。
式（１０）は、第２反射面Ｒ２の曲率半径と光学系Ｌ０の焦点距離との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型化しつつ良好な光学性能を得るための条件を示している。ｒＲ２／ｆが式（１０）の上限を上回ると、第２反射面Ｒ２のパワーの絶対値が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となるため、好ましくない。ｒＲ２／ｆが式（１０）の下限を下回ると、第２反射面Ｒ２のパワーの絶対値が小さくなり、光学系Ｌ０の全長を短くすることが困難となるため、好ましくない。
式（１１）は、光学系Ｌ０中のレンズの最大厚みと光学系Ｌ０の全長との関係に関する条件であって、光学系Ｌ０全体を小型軽量化するための条件を示している。ｔｍａｘ／Ｌが式（１１）の上限を上回ると、最大厚みのレンズの大型化によって光学系Ｌ０を軽量化することが困難となるため、好ましくない。ｔｍａｘ／Ｌが式（１１）の下限を下回ると、光学系Ｌ０全体が大型化して軽量化することが困難となるため、好ましくない。
式（３）～（１１）の数値範囲を以下のようにすると、より好ましい。
０．７５０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４００ （３ａ）
０．３５０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．６７０ （４ａ）
０．３９０≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦０．９００ （５ａ）
０．５３０≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ≦０．９００ （６ａ）
０．１３１０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２２００ （７ａ）
０．００１８≦βＬ２／ｆ≦０．０３００ （８ａ）
－１．１５０≦ｒＲ１／ｆ≦－０．４８０ （９ａ）
－１．１５０≦ｒＲ２／ｆ≦－０．３８０ （１０ａ）
０．０３０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０７０ （１１ａ）
式（３）～（１１）の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
０．８５０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．３８０ （３ｂ）
０．３９０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．６５０ （４ｂ）
０．４００≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦０．８００ （５ｂ）
０．５５０≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ≦０．８００ （６ｂ）
０．１３２０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２１６０ （７ｂ）
０．００４０≦βＬ２／ｆ≦０．０１５０ （８ｂ）
－１．１００≦ｒＲ１／ｆ≦－０．５００ （９ｂ）
－１．１００≦ｒＲ２／ｆ≦－０．４００ （１０ｂ）
０．０４０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０６５ （１１ｂ）
各実施例において、第１群Ｌ１は、物体側からの光が最初に入射する正レンズを有することが望ましい。これにより、球面収差の補正が容易になり、光学系Ｌ０全体を小型化することが可能となる。
０．７５０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４００ （３ａ）
０．３５０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．６７０ （４ａ）
０．３９０≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦０．９００ （５ａ）
０．５３０≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ≦０．９００ （６ａ）
０．１３１０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２２００ （７ａ）
０．００１８≦βＬ２／ｆ≦０．０３００ （８ａ）
－１．１５０≦ｒＲ１／ｆ≦－０．４８０ （９ａ）
－１．１５０≦ｒＲ２／ｆ≦－０．３８０ （１０ａ）
０．０３０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０７０ （１１ａ）
式（３）～（１１）の数値範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
０．８５０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．３８０ （３ｂ）
０．３９０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．６５０ （４ｂ）
０．４００≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦０．８００ （５ｂ）
０．５５０≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ≦０．８００ （６ｂ）
０．１３２０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２１６０ （７ｂ）
０．００４０≦βＬ２／ｆ≦０．０１５０ （８ｂ）
－１．１００≦ｒＲ１／ｆ≦－０．５００ （９ｂ）
－１．１００≦ｒＲ２／ｆ≦－０．４００ （１０ｂ）
０．０４０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０６５ （１１ｂ）
各実施例において、第１群Ｌ１は、物体側からの光が最初に入射する正レンズを有することが望ましい。これにより、球面収差の補正が容易になり、光学系Ｌ０全体を小型化することが可能となる。
また、第２群Ｌ２よりも像側に、少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズが配置されていることが望ましい。これにより、フォーカスレンズ群である第２群Ｌ２の位置敏感度を高くすることが容易になり、無限遠と至近との間でのフォーカシングに際しての第２群Ｌ０の移動量を小さくすることができ、光学系Ｌ０全体を小型化することが可能となる。
さらに第１群Ｌ０は、、第２反射面Ｒ２から第２群Ｌ２に向かう光が透過するレンズ群を含んでもよい。
次に、各実施例のより具体的な構成について説明する。実施例１～５の光学系Ｌ０は、物体側からの光が入射する順に、第１群Ｌ１と、フォーカシングレンズ群としての第２レンズ群Ｌ２と、第３レンズ群Ｌ３とを有する。
実施例１～３および実施例５の光学系Ｌ０において、第１群Ｌ１は、物体側から光が入射する順に、正レンズＬ１Ｐと、第１反射面Ｒ１を有する第１光学素子Ｍ１と、第２反射面Ｒ２を有する第２光学素子とを有する。第１群Ｌ１が最も物体側に正レンズＬ１Ｐを有することで、球面収差を良好に補正することができ、光学系Ｌ０全体の小型化が容易になる。
また、実施例１～３および実施例５の光学系Ｌ０において、第１光学素子Ｍ１は、その中央部に開口を有し、周辺部に裏面反射面が設けられたレンズである。第２光学素子Ｍ２から第２群Ｌ２に向かう光は、第１光学素子Ｍ１の開口内を通過する。
さらに実施例１および３の光学系Ｌ０において、第２光学素子Ｍ２は、第２反射面Ｒ２のみを有する。
一方、実施例４の光学系Ｌ０において、第１群Ｌ１は、物体側から光が入射する順に、第１反射面Ｒ１を有する第１光学素子Ｍ１と、第２反射面Ｒ２を有する第２光学素子と、レンズ群Ｌ１Ｌとを有する。第１光学素子Ｍ１と第２光学素子Ｍ２はいずれも、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２のみを有し、レンズを含まない光学素子である。第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２はいずれも、球面収差を良好に補正できるように非球面として形成されている。
また、実施例１～４の光学系Ｌ０の第１群Ｌ１は、第２反射面Ｒ２から第２群Ｌ２に向かう光が透過するレンズ群Ｌ１Ｌを有する。このうち実施例１におけるレンズ群Ｌ１Ｌは、第１光学素子Ｍ１から第２光学素子Ｍ２に向かう光と第２光学素子Ｍ２から第２群Ｌ２に向かう光が透過する正レンズを含む。これにより、球面収差の補正が容易となる。また、実施例１～３におけるレンズ群Ｌ１Ｌは、正レンズと負レンズを含む。これにより、色収差と球面収差を良好に補正することができる。また、レンズ群Ｌ１Ｌが正レンズを含むことで、フォーカシングにおける第２群Ｌ２の位置敏感度を高めることができる。この結果、無限遠と至近との間でのフォーカシングに際しての第２群Ｌ２の移動量を小さくすることができ、光学系Ｌ０全体を小型化することができる。
さらに、実施例１から４の光学系Ｌ０において、第２群Ｌ２は、正レンズと負レンズを含む。これにより、無限遠と至近との間のフォーカシングに際して色収差を良好に補正することができる。一方、実施例５の光学系Ｌ０において、第２群Ｌ２は、軽量化のため１つの負レンズのみにより構成されている。
実施例１～３の光学系Ｌ０は、第２群Ｌ２よりも像側に配置された第３群Ｌ３を有する。第３群Ｌ３は、正レンズと負レンズを含み、これにより倍率色収差の補正が容易になる。また、実施例３の光学系Ｌ０において、第３群Ｌ３を光軸に直交する方向に移動させることで手振れ等に起因する像ふれを低減（補正）することが可能である。
実施例３の光学系Ｌ０は、さらに第３群Ｌ３よりも像側に配置された第４群Ｌ４を有する。第４群Ｌ４は、正レンズと負レンズを含み、これにより倍率色収差の補正が容易になる。また、フォーカシングにおける第２群Ｌ２の位置敏感度を高めることができる。この結果、無限遠と至近との間でのフォーカシングに際しての第２群Ｌ２の移動量を小さくすることができ、光学系Ｌ０全体を小型化することができる。
以下に、数値例１～６を示す。各数値例の面データにおいて、各数値例の面データにおいて、面番号ｉは光の入射側から数えたときの面の順番を示す。ｒはｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）、ｄはｉ番目と（ｉ＋１）番目の面間の光軸上でのレンズ厚または距離（空気間隔）（ｍｍ）である。間隔ｄが（可変）となっている部分は、フォーカシングに際して間隔が変化することを意味する。
ｎｄはｉ番目の光学部材の材料のｄ線における屈折率である。νｄ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。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。
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。
上記ｄと、焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバーおよび半画角（°）は全て各実施例の光学系Ｌ０が無限遠物体に合焦したときの値である。ＢＦはバックフォーカス（mm）を表す。バックフォーカスは、光学系Ｌ０の最終面（最も像側のレンズ面）から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である。レンズ全長は、光学系Ｌ０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。
面番号に付された「＊」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、ｘを光軸方向での面頂点からの変位量、ｈを光軸に直交する方向での光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０およびＡ１２を各次数の非球面係数とするとき、以下の式で表される。
非球面係数における「ｅ±Ｘ」は「×１０±Ｘ」を意味する。
また、各数値例における式（１）～（１１）の条件の値を、表１にまとめて示す。
［数値例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 291.972 11.41 1.59349 67.0
2 2085.308 57.61
3 -167.951 8.00 1.54814 45.8
4 -260.429 -8.00 1.54814 45.8
5 -167.951 -46.25
6 -462.691 -4.65 1.91650 31.6
7 -2591.481 -1.90
8 -275.113 1.90
9 -2591.481 4.65 1.91650 31.6
10 -462.691 24.03
11 124.843 4.35 1.53775 74.7
12 -905.486 1.44
13 -181.246 1.84 1.88300 40.8
14 686.432 (可変)
15 2817.050 2.00 1.59522 67.7
16 58.565 11.61
17 -687.302 2.29 1.84666 23.8
18 -200.292 (可変)
19 92.360 8.33 1.51823 58.9
20 -96.636 0.13
21 -741.544 1.91 1.91650 31.6
22 182.274 65.95
像面 ∞
各種データ
焦点距離 298.89
Ｆナンバー 2.28
半画角(°) 4.14
像高 21.64
レンズ全長 177.20
BF 65.95
物体距離 無限遠 -3000
d14 1.83 28.60
d18 28.73 1.97
［数値例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 556.718 6.72 1.48749 70.2
2 -3701.868 54.85
3 -157.006 8.00 1.48749 70.2
4 -221.723 -8.00 1.48749 70.2
5 -157.006 -46.52
6 -129.814 -3.50 1.51633 64.1
7 -165.738 3.50 1.51633 64.1
8 -129.814 36.29
9 37.612 3.51 1.48749 70.2
10 80.984 0.26
11 30.337 2.49 1.80518 25.4
12 25.645 (可変)
13 -187.587 2.00 1.72916 54.7
14 71.979 2.81
15 -118.528 2.07 1.84666 23.8
16 -69.665 (可変)
17 -178.895 5.11 1.51823 58.9
18 -40.203 9.87
19 -37.624 1.90 1.77250 49.6
20 -85.338 47.69
像面 ∞
各種データ
焦点距離 408.04
Ｆナンバー 5.00
半画角(°) 3.04
像高 21.64
レンズ全長 189.17
BF 47.69
物体距離 無限遠 -3000
d12 13.84 37.02
d16 46.31 23.19
［数値例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 241.332 9.86 1.51633 64.1
2 437.456 62.27
3 -193.477 8.00 1.65844 50.9
4 -280.017 -8.00 1.65844 50.9
5 -193.477 -54.54
6 -283.331 33.13
7 75.910 10.95 1.62280 57.0
8 -319.014 4.21
9 79.120 6.77 1.79360 37.1
10 369.318 2.32
11 -406.179 2.50 1.91082 35.3
12 64.547 (可変)
13 148.537 1.99 1.77250 49.6
14 32.155 4.34 1.80518 25.4
15 48.512 (可変)
16 78.723 7.06 1.74320 49.3
17 -64.937 2.50 1.74950 35.3
18 226.899 12.05
19 -152.744 4.23 1.48749 70.2
20 -63.548 1.00
21 -101.205 3.01 1.85026 32.3
22 -163.840 60.33
像面 ∞
各種データ
焦点距離 290.25
Ｆナンバー 2.31
半画角(°) 4.26
像高 21.64
レンズ全長 202.93
BF 60.33
物体距離 無限遠 -3000
d12 4.39 24.84
d15 24.57 4.12
［数値例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -226.220 -51.50
2* -205.541 51.50
3 221.161 7.84 1.48749 70.2
4 -67.360 0.40
5 -66.938 2.49 1.90366 31.3
6 -100.826 (可変)
7 631.717 3.16 1.85478 24.8
8 -296.661 0.92
9 -187.635 2.00 1.48749 70.2
10 45.925 (可変)
11 -127.999 3.27 1.80400 46.5
12 -77.656 22.57
13 -902.695 6.77 1.48749 70.2
14 -47.597 4.20
15 -47.606 2.00 1.87070 40.7
16 -154.492 33.57
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.00000e+000 A 4=-3.91046e-010 A 6=-6.37894e-014
第2面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.52117e-008 A 6=-5.58765e-012
各種データ
焦点距離 298.75
Ｆナンバー 2.28
半画角(°) 4.14
像高 21.64
レンズ全長 168.92
BF 33.57
物体距離 無限遠 -3000
d 6 1.76 19.94
d10 26.48 8.30
［数値例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 696.779 7.98 1.48749 70.2
2 -393.230 52.01
3 -119.528 7.98 1.45867 67.9
4 -205.681 -7.98 1.45867 67.9
5 -119.528 -38.20
6 -101.866 -5.81 1.51823 58.9
7 -178.838 5.81 1.51823 58.9
8 -101.866 38.20
9 -119.528 7.98 1.45867 67.9
10 -205.681 (可変)
11 914.008 1.99 1.59522 67.7
12 54.072 (可変)
13 727.391 4.85 1.67270 32.1
14 -44.061 1.17 1.83400 37.2
15 148.718 6.98
16 110.665 5.48 1.58913 61.1
17 -78.286 77.79
像面 ∞
各種データ
焦点距離 387.15
Ｆナンバー 5.00
半画角(°) 3.20
像高 21.64
レンズ全長 197.84
BF 77.79
物体距離 無限遠 -3000
d10 1.71 26.59
d12 29.91 5.03
［数値例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 291.972 11.41 1.59349 67.0
2 2085.308 57.61
3 -167.951 8.00 1.54814 45.8
4 -260.429 -8.00 1.54814 45.8
5 -167.951 -46.25
6 -462.691 -4.65 1.91650 31.6
7 -2591.481 -1.90
8 -275.113 1.90
9 -2591.481 4.65 1.91650 31.6
10 -462.691 24.03
11 124.843 4.35 1.53775 74.7
12 -905.486 1.44
13 -181.246 1.84 1.88300 40.8
14 686.432 (可変)
15 2817.050 2.00 1.59522 67.7
16 58.565 11.61
17 -687.302 2.29 1.84666 23.8
18 -200.292 (可変)
19 92.360 8.33 1.51823 58.9
20 -96.636 0.13
21 -741.544 1.91 1.91650 31.6
22 182.274 65.95
像面 ∞
各種データ
焦点距離 298.89
Ｆナンバー 2.28
半画角(°) 4.14
像高 21.64
レンズ全長 177.20
BF 65.95
物体距離 無限遠 -3000
d14 1.83 28.60
d18 28.73 1.97
［数値例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 556.718 6.72 1.48749 70.2
2 -3701.868 54.85
3 -157.006 8.00 1.48749 70.2
4 -221.723 -8.00 1.48749 70.2
5 -157.006 -46.52
6 -129.814 -3.50 1.51633 64.1
7 -165.738 3.50 1.51633 64.1
8 -129.814 36.29
9 37.612 3.51 1.48749 70.2
10 80.984 0.26
11 30.337 2.49 1.80518 25.4
12 25.645 (可変)
13 -187.587 2.00 1.72916 54.7
14 71.979 2.81
15 -118.528 2.07 1.84666 23.8
16 -69.665 (可変)
17 -178.895 5.11 1.51823 58.9
18 -40.203 9.87
19 -37.624 1.90 1.77250 49.6
20 -85.338 47.69
像面 ∞
各種データ
焦点距離 408.04
Ｆナンバー 5.00
半画角(°) 3.04
像高 21.64
レンズ全長 189.17
BF 47.69
物体距離 無限遠 -3000
d12 13.84 37.02
d16 46.31 23.19
［数値例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 241.332 9.86 1.51633 64.1
2 437.456 62.27
3 -193.477 8.00 1.65844 50.9
4 -280.017 -8.00 1.65844 50.9
5 -193.477 -54.54
6 -283.331 33.13
7 75.910 10.95 1.62280 57.0
8 -319.014 4.21
9 79.120 6.77 1.79360 37.1
10 369.318 2.32
11 -406.179 2.50 1.91082 35.3
12 64.547 (可変)
13 148.537 1.99 1.77250 49.6
14 32.155 4.34 1.80518 25.4
15 48.512 (可変)
16 78.723 7.06 1.74320 49.3
17 -64.937 2.50 1.74950 35.3
18 226.899 12.05
19 -152.744 4.23 1.48749 70.2
20 -63.548 1.00
21 -101.205 3.01 1.85026 32.3
22 -163.840 60.33
像面 ∞
各種データ
焦点距離 290.25
Ｆナンバー 2.31
半画角(°) 4.26
像高 21.64
レンズ全長 202.93
BF 60.33
物体距離 無限遠 -3000
d12 4.39 24.84
d15 24.57 4.12
［数値例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1* -226.220 -51.50
2* -205.541 51.50
3 221.161 7.84 1.48749 70.2
4 -67.360 0.40
5 -66.938 2.49 1.90366 31.3
6 -100.826 (可変)
7 631.717 3.16 1.85478 24.8
8 -296.661 0.92
9 -187.635 2.00 1.48749 70.2
10 45.925 (可変)
11 -127.999 3.27 1.80400 46.5
12 -77.656 22.57
13 -902.695 6.77 1.48749 70.2
14 -47.597 4.20
15 -47.606 2.00 1.87070 40.7
16 -154.492 33.57
像面 ∞
非球面データ
第1面
K =-1.00000e+000 A 4=-3.91046e-010 A 6=-6.37894e-014
第2面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.52117e-008 A 6=-5.58765e-012
各種データ
焦点距離 298.75
Ｆナンバー 2.28
半画角(°) 4.14
像高 21.64
レンズ全長 168.92
BF 33.57
物体距離 無限遠 -3000
d 6 1.76 19.94
d10 26.48 8.30
［数値例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 696.779 7.98 1.48749 70.2
2 -393.230 52.01
3 -119.528 7.98 1.45867 67.9
4 -205.681 -7.98 1.45867 67.9
5 -119.528 -38.20
6 -101.866 -5.81 1.51823 58.9
7 -178.838 5.81 1.51823 58.9
8 -101.866 38.20
9 -119.528 7.98 1.45867 67.9
10 -205.681 (可変)
11 914.008 1.99 1.59522 67.7
12 54.072 (可変)
13 727.391 4.85 1.67270 32.1
14 -44.061 1.17 1.83400 37.2
15 148.718 6.98
16 110.665 5.48 1.58913 61.1
17 -78.286 77.79
像面 ∞
各種データ
焦点距離 387.15
Ｆナンバー 5.00
半画角(°) 3.20
像高 21.64
レンズ全長 197.84
BF 77.79
物体距離 無限遠 -3000
d10 1.71 26.59
d12 29.91 5.03
［撮像装置］
図１１は、上述した各実施例の光学系Ｌ０を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）を示している。図において、１０はカメラ本体、１１は実施例１～５のいずれかの光学系Ｌ０により構成される撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵されたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）であり、撮影光学系１１によって形成された光学像を光電変換する。カメラ本体１０は、クイックターンミラーを有する一眼レフカメラでもよいし、クイックターンミラーを有さないミラーレスカメラでもよい。
図１１は、上述した各実施例の光学系Ｌ０を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）を示している。図において、１０はカメラ本体、１１は実施例１～５のいずれかの光学系Ｌ０により構成される撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵されたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）であり、撮影光学系１１によって形成された光学像を光電変換する。カメラ本体１０は、クイックターンミラーを有する一眼レフカメラでもよいし、クイックターンミラーを有さないミラーレスカメラでもよい。
このように、各実施例の光学系Ｌ０を撮像装置に適用することにより、光学性能が良好で小型軽量な撮像装置を得ることができる。
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。
Ｌ０ 光学系
ＩＰ 像面
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｍ１ 第１光学素子
Ｍ２ 第２光学素子
Ｒ１ 第１反射面
Ｒ２ 第２反射面
ＩＰ 像面
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｍ１ 第１光学素子
Ｍ２ 第２光学素子
Ｒ１ 第１反射面
Ｒ２ 第２反射面
Claims (15)
- 物体側から光線が通る順に配置された、フォーカシングに際して不動の第１群と、フォーカシングに際して移動する第２群と、フォーカシングに際して不動の第３群とを有する光学系であって、
前記第１群は、
物体側に向かって凹形状の第１反射面を有する第１光学素子と、
像側に向かって凸形状の第２反射面を有する第２光学素子とを含み、
物体から前記光学系に入射した光が、前記第１反射面、前記第２反射面および前記第２群をこの順で経て像面に向かい、
前記第１光学素子のｄ線における屈折率をｎＭ１、前記光学系における最も物体側の面から前記像面までの光軸上での距離をＬ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記第１反射面の曲率半径をｒＲ１、前記第２反射面の曲率半径をｒＲ２とするとき、
ｎＭ１≦１．６９０
０．４４０≦Ｌ／ｆ≦０．８００
０．７２０≦ｒＲ１／ｒＲ２≦１．４５０
なる条件を満足することを特徴とする光学系。 - 前記第１反射面と前記第２反射面の光軸上での距離をｄＭ１Ｍ２、前記第１反射面から前記像面までの光軸上での距離ｄＭ１ＩＰとするとき、
０．３４０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｄＭ１ＩＰ≦０．７２０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。 - 前記光学系に含まれる光学面のうち、最も大きい有効径を有する光学面の前記有効径をｅａｍａｘとするとき、
０．３８０≦ｅａｍａｘ／Ｌ≦１．０００
なる条件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。 - 前記第１反射面から前記像面までの光軸上での距離ｄＭ１ＩＰとするとき、
０．５００≦ｄＭ１ＩＰ／Ｌ＜１．０００
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。 - 前記第１反射面と前記第２反射面の光軸上での距離をｄＭ１Ｍとするとき、
０．１２９０≦｜ｄＭ１Ｍ２｜／ｆ≦０．２５００
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光学系。 - 無限遠に合焦した状態での前記第２群の横倍率をβＬ２とするとき、
０．００１０≦βＬ２／ｆ≦０．０５００
なる条件を満足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光学系。 - －１．２００≦ｒＲ１／ｆ≦－０．４５０
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光学系。 - －１．２００≦ｒＲ２／ｆ≦－０．３５０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学系。 - 前記光学系に含まれるレンズのうち、光軸上での厚みが最も大きいレンズの前記厚みをｔｍａｘとするとき、
０．０２０≦ｔｍａｘ／Ｌ≦０．０７５
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光学系。 - 前記第１群は、物体側からの光が最初に入射する正レンズを有す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光学系。
- 前記第３群は、正レンズと負レンズを有す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光学系。
- 前記第１群は、前記第２反射面から前記第２群に向かう光が透過するレンズ群を含み、
前記レンズ群は、正レンズを含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学系。 - １．００００≦ｎＭ１≦１．６９０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学系。 - 請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系を保持する保持部材とを有することを特徴とする光学機器。
- 請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系を介して物体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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