JPWO2011077716A1 - 撮像光学系、交換レンズ装置及びカメラシステム - Google Patents

撮像光学系、交換レンズ装置及びカメラシステム Download PDF

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Abstract

フォーカスレンズが軽量でコンパクトな撮像光学系を提供する。撮像光学系は物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズを配置した前群と、開口絞りと、正の屈折力からなる後群とからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、最も物体側の負レンズと開口絞りとが撮像面に対して固定され、前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動する。この撮像光学系は、条件（１）：０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０（Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、ｆ：全系の焦点距離）を満足する。

Description

本発明は、いわゆるレンズ交換式デジタルカメラシステムに好適な撮像光学系に関する。また、本発明は、当該撮像光学系を用いた交換レンズ装置及びカメラシステムに関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子を持つカメラ本体と、撮像素子の受光面に光学像を形成するための撮像光学系を備えた交換レンズ装置とを備え、撮像レンズをカメラ本体から着脱可能にしたレンズ交換式カメラシステム（以下、単に「カメラシステム」ともいう）の市場が急速に拡大している。このようなカメラシステムは、静止画を撮影するに留まらず、動画撮影にも利用されており、静止画撮影だけでなく、動画撮影にも適した交換レンズ装置に人気がある。
撮像光学系のフォーカス方式としては、構成レンズ全体を繰出す方式と、前群と後群を独立に移動させる、所謂フローティング方式とが知られている。
特許文献１及び２はフォーカス時に、前群と後群とを物体側に動かす構成を開示している。特許文献３はフォーカス時に、第１レンズ素子を固定し、第２レンズ素子以降を動かす構成を開示している。特許文献４はフォーカス時に、光学系全体を物体側に繰出す構成を開示している。
交換レンズ装置に適した撮像光学系を用いて動画を撮影する場合、オートフォーカスを高速で連続して行う必要がある。オートフォーカスを高速で連続して行うために、フォーカスレンズ群を光軸方向に高速で振動させて（以下、「ウォブリング」という）、撮像素子の出力信号から一部の画像領域内のある周波数帯の信号成分を検出して、合焦状態となるフォーカスレンズ群の最適位置を求め、その最適位置にフォーカスレンズ群を移動させるといった、一連の動作を繰り返す方法が知られている。このオートフォーカス方法を採用する場合、携帯性や消費電力の観点からフォーカスレンズ群を構成するレンズの外径を極力小さくし、レンズ重量を極力軽くする必要がある。
特開２００４−１２６５２２号公報 特開平５−２７３４５９号公報 特開２００７−９４３７１号公報 特開２００８−３１０８号公報
しかしながら、特許文献１〜４に開示の光学系はいずれも、フォーカスレンズ群に多くのレンズ枚数を使っており、高速でレンズを連続移動させることが難しい構成となっている。
そこで、本発明の目的は、高速オートフォーカスを実現でき、かつ、小型で良好な結像性能を有する撮像光学系、該撮像光学系を含む交換レンズ装置、及び該撮像装置を備えたカメラシステムを提供することである。
本発明に係る撮像光学系は、物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズを配置した前群と、開口絞りと、正のパワーを有する後群とからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、最も物体側の負レンズと開口絞りとが撮像面に対して固定され、前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動する。本発明に係る撮像光学系は、以下の条件（１）を満足する。
０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１）
ここで、
Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、
ｆ：全系の焦点距離
である。
本発明に係る交換レンズ装置は、上記の撮像光学系と、撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体に接続されるレンズマウント部とを備える。
本発明に係るカメラシステムは、上記の撮像光学系を含む交換レンズ装置と、交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体とを備える。
本発明によれば、動画撮影に対応できる高速オートフォーカスが可能で、結像特性が良好でコンパクトな撮像光学系、これを備えた交換レンズ装置及びカメラシステムを実現できる。
図１は、実施の形態１に係る撮像光学系のレンズ配置図である。 図２は、実施の形態１に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。 図３は、実施の形態１に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。 図４は、実施の形態２に係る撮像光学系のレンズ配置図である。 図５は、実施の形態２に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。 図６は、実施の形態２に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。 図７は、実施の形態３に係る撮像光学系のレンズ配置図である。 図８は、実施の形態３に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。 図９は、実施の形態３に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。 図１０は、実施の形態４に係る撮像光学系のレンズ配置図である。 図１１は、実施の形態４に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。 図１２は、実施の形態４に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。 図１３は、実施の形態５に係る撮像光学系のレンズ配置図である。 図１４は、実施の形態５に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。 図１５は、実施の形態５に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。 図１６は、実施の形態６に係るカメラシステムの概略構成図である。
（実施の形態１〜５）
図１、４、７、１０、１３は、各々実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系のレンズ配置図である。各図は、無限遠合焦状態にある撮像光学系を表している。またレンズに付された矢印は、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際の移動方向を示している。各図において、各レンズ群の符号に付された記号（＋）及び記号（−）は、各レンズ群のパワーを表す。また各図において、最も右側に記載された直線は、像面Ｓの位置を表している。
各実施の形態に係る撮像光学系は、物体側から像側へ順に、負のパワーを有する前群Ｇ１と、絞りＡと、正のパワーを有する後群Ｇ２とを備えている。以下、各実施の形態に係る撮像光学系の詳細な構成を説明する。
（実施の形態１）
図１に示すように、実施の形態１に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズＬ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態１に係る前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差を、正の第３レンズ素子Ｌ３と、第３レンズ素子Ｌ３との間に僅かな空気間隔を空けて配置される負の第４レンズ素子Ｌ４と、正の第５レンズ素子Ｌ５とにより補正している。正のパワーを持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正を行っている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより後方において、正のパワーを第６レンズ素子Ｌ６と、第７レンズ素子Ｌ７とに２分割している。これは面形状誤差による球面収差やコマ収差感度を分散させるためである。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第１０レンズ素子Ｌ１０を配置している。これは、本発明をレンズ交換式カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などの外力の影響を受けることを防止できる。
（実施の形態２）
図４に示すように、実施の形態２に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凸形状の第３レンズ素子Ｌ３とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８とからなる。第５レンズ素子Ｌ５と第６レンズ素子Ｌ６とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第７レンズ素子Ｌ７が光軸に沿って像側へ移動する。
実施の形態２の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、第２レンズ素子Ｌ２の像側に空気間隔を空けて正のレンズＬ３を配置することで補正している。正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正を行っている。正の第４レンズ素子Ｌ４、第５レンズ素子Ｌ５、負の第６レンズ素子Ｌ６では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより後方において、正レンズＬ４と、正レンズＬ５とに正のパワーを２分割している。これは、面形状誤差による球面収差やコマ収差感度を分散させるためである。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第８レンズ素子Ｌ８を配置している。これは、本発明をレンズ交換式カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などによる外力の影響を受けることを防止できる。
(実施の形態３）
図７に示すように、実施の形態３に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負レンズＬ１と、像側に凹面を向けた平凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凹形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、両凹形状の第７レンズ素子Ｌ７とからなる。第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４とは接合されている。また、第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とは接合されている。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、両凹形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、前群Ｇ１中の第２レンズ素子Ｌ２が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態３の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対して９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズによって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、第２レンズ素子Ｌ２の像側に空気間隔を空けて、第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４とのダブレットレンズと、第５レンズ素子Ｌ５と、第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とのダブレットレンズを配置することで補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持ちつつ、軸外光束の収差補正を良好に行い、特にコマ収差の補正を行っている。第９レンズ素子Ｌ９と第１０レンズ素子Ｌ１０との空気間隔は、軸外光線のテレセントリック性を確保するためのものであり、以下の条件を満足する事が望ましい。
３．０＜ＦＬ/Ｄ３＜９．０
ここで、
ＦＬ：正の第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離、
Ｄ３：正の第９レンズ素子Ｌ９と正の第１０レンズ素子Ｌ１０との空気間隔
である。
上限を超えて第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離が長くなると、テレセントリック性を確保する上では望ましいが、像面湾曲がオーバーになり過ぎるため望ましくない。一方、下限を下回って第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離が短くなると、逆に像面湾曲がアンダーになり過ぎるため望ましくない。
(実施の形態４）
図１０に示すように、実施の形態４に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体替え輪に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズＬ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態４の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、正の第３レンズ素子Ｌ３との像側に僅かな空気間隔を空けて負の第４レンズ素子Ｌ４を配置し、更に、第４レンズ素子Ｌ４の像側に空気間隔を空けて正の第５レンズ素子Ｌ５を配置することにより補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正をしている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡの像側に、正の第６レンズ素子Ｌ６と、正の第７レンズ素子Ｌ７及び負の第８レンズ素子Ｌ８のダブレットレンズにて構成し、面形状誤差による収差感度を分散させる構成としている。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第１０レンズ素子Ｌ１０を配置している。これは、本発明をレンズ交換カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などによる外力の影響を受けることを防止できる。
（実施の形態５）
図１３に示すように、実施の形態５に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凸形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた平凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた平凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、像側に凸面を向けた平凸形状の第９レンズ素子Ｌ９とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズ素子Ｌ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態５の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対して９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズによって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、正の第３レンズ素子Ｌ３と、負の第４レンズ素子Ｌ４と、第４レンズ素子Ｌ４の像側に空気間隔を空けて正の第５レンズ素子Ｌ５とを配置することにより補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正をしている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、そして負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより像側に、正の第６レンズ素子Ｌ６と、正の第７レンズ素子Ｌ７と負の第８レンズ素子Ｌ８のダブレットレンズとを配置し、面形状誤差による収差感度を分散させている。また実施の形態５では、最も像側に固定レンズを配置していない。このように、最も像側に固定レンズを配置しない場合でも、高速オートフォーカスに適した撮像光学系は達成される。
以下、実施の形態１〜５に係る撮像光学系が満足することが好ましい条件を説明する。ここでは、複数の満足することが好ましい条件が規定されるが、これらの複数の条件全てを満足する撮像光学系の構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏する撮像光学系を得ることも可能である。
実施の形態１〜５に示した、物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズ素子を配置した前群と、開口絞りと、正のパワーを有する後群とからなり、無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、最も物体側の負レンズと開口絞りとが撮像面に対して固定され、かつ、前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動する撮像光学系は、以下の条件（１）を満足する。
０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１）
ここで、
Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（１）は、鏡筒サイズの拡大を抑え、撮像光学系中で物体側に配置される負レンズ素子の加工性を確保し、さらにバックフォーカスを適切にする為の条件である。条件（１）の下限を下回ると、負レンズの像面側の曲率半径が小さくなるので、研磨加工の際、レンズ周辺部の面精度の確保が難しくなる。この結果、加工工数が著しく増えてコストが高くなるだけでなく、バックフォーカスが長くなってコンパクト性を損なうため望ましくない。逆に、条件（１）の上限を上回ると、負レンズ素子の像面側の曲率半径が大きくなり、物体側に配置される負レンズ素子の負のパワーが弱くなる。この結果、前群のレンズ径の増大と周辺光量の低下とを招くため望ましくない。
また、実施の形態１〜５に示したように、合焦に際して光軸に沿って移動するレンズが、単レンズ素子であることが好ましい。
フォーカスレンズには、１枚のレンズ素子、１組の接合レンズ、樹脂レンズ素子、ガラスレンズの表面に非球面形状の樹脂層を設けた複合非球面レンズ素子などの軽量化が図れるレンズ素子を用いることが望ましい。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（２）を満足することが好ましい。
２．０＜Σｄ／ｆ＜１２．０ ・・・（２）
ここで、
Σｄ：全系で最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（２）は、バックフォーカスと鏡筒外径との最適なサイズを得るための条件式である。条件（２）の下限を下回ると、全長が短くなり過ぎ、交換レンズ装置に使用した場合に、撮影者の体の一部またはカメラ本体やグリップ部分などの突出部分が写り込んでしまうという弊害が現れてしまい望ましくない。逆に、条件（２）の上限を上回ると全長が長くなるだけでなく、前玉径の拡大も招くので、コンパクトな撮像光学系をじつげんすることが出来なくなる。
上記の条件（２）を満たす場合、実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、更に以下の条件（２）’及び（２）’’の少なくとも１つを満足することがより好ましい。条件（２）’及び（２）’’の少なくとも一方を満足する場合、条件（２）を満足したときに奏される効果が更に向上する。
７．０＜Σｄ／ｆ ・・・（２）’
Σｄ／ｆ＜１１．０ ・・・（２）’’
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（３）を満足することが好ましい。
２０＜Ｖｎ−Ｖｐ＜５０ ・・・（３）
ここで、
Ｖｎ：前群に含まれる負レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数、
Ｖｐ：前群に含まれる正レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数
である。
条件（３）は、最も物体側に配置された負レンズ素子の物体側面で発生した倍率色収差を、前群Ｇ１内の後続するレンズ素子で補正するための条件式である。条件（３）の下限を下回ると、前群Ｇ１内の負レンズ素子による倍率色収差を後続のレンズ素子で補正しきれなくなり望ましくない。逆に、条件（３）の上限を上回ると、倍率色収差の補正が困難となるだけでなく、実在する硝材でレンズを構成することが困難になる。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（４）及び（５）を満足することが好ましい。
−４．０＜ｆｆ／ｆＧ＜３．０ ・・・（４）
１．１＜ｆ２／ｆ＜４．２ ・・・（５）
ここで、
ｆｆ：合焦時に移動するレンズ素子の焦点距離、
ｆＧ：合焦時に移動するレンズ素子が属するレンズ群の合成焦点距離、
ｆ２：後群の合成焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（４）は、撮像光学系の収差変動を抑えて高い結像性能を維持しながら、フォーカスレンズの焦点距離を規定する。条件（４）の下限を下回ると、フォーカスレンズの焦点距離が短くなるので、フォーカスレンズの移動量低減による鏡筒サイズのコンパクト化には効果があるが、倍率色収差や非点収差を補正することが困難となり、厳しい製造精度が要求されるので製造面の難易度が上昇する。逆に、条件（４）の上限を上回ると、フォーカスレンズの焦点距離が大きくなり、フォーカスに必要な移動量が増大し、レンズや鏡筒長の大型化を招くため望ましくない。
条件（５）は、諸収差を良好に補正しつつ、短い全長と十分なバックフォーカスを確保するための、後群の焦点距離を規定する。条件（５）の下限を下回ると、後群の焦点距離が短くなり、外方性のコマ収差が著しく発生し、像面湾曲がアンダーになり過ぎ、結像性能を維持することができなくなるため望ましくない。逆に、条件（５）の上限を上回ると、後群の焦点距離が長くなり、全長は短くなるが、内方性のコマ収差が著しく発生する上、像面湾曲がオーバー側になり結像性能を維持する事が出来なくなるため望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（６）もしくは（７）を満足することが好ましい。
０．２＜βｐ＜０．８ ・・・（６）
１．０＜βｎ＜１．８ ・・・（７）
ここで、
βｐ：合焦の際に移動する正レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率、
βｎ：合焦の際に移動する負レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率
である。
条件（６）は、フォーカスレンズを含む後群の光軸上の長さと結像性能とのバランス良くするためのものである。条件（６）の下限を下回ると、フォーカス時に必要な移動量が増大し、光学全長の増大を招くため望ましくない。逆に、条件（６）の上限を上回ると、フォーカス時の移動量は短くなり全長短縮には効果があるものの、至近時の結像性能の悪化を伴うため望ましくない。
条件（７）は、フォーカスレンズを含む前群または後群の光軸上の長さと結像性能とのバランスを良くするためのものである。条件（７）の下限を下回ると、倍率が小さくなり、フォーカス時に必要な移動量が増大し光学全長の増大を招くため望ましくない。特に、前群にフォーカスレンズを配置する場合、前玉径の増大を伴うと同時に周辺光量比の確保が難しくなるため望ましくない。逆に、条件（７）の上限を上回ると、倍率が大きくなり、前群中にフォーカスレンズが有る場合には、像面湾曲がアンダー側に倒れすぎ、少ないレンズ枚数で光学系を構成することが困難となる。一方、後群中にフォーカスがある場合には、フォーカスレンズ移動量は短くなり全長短縮には効果があるものの、フォーカスレンズが軸外光線を強く跳ね上げるため、後続するレンズ素子の外径の拡大を伴い、鏡筒後部の外形が所望のサイズを守れなくなるので望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（８）を満足することが好ましい。
０．０１＜Ｄ１/ｆ＜０．２０ ・・・（８）
ここで、
Ｄ１：最も物体側に配置される正レンズ素子と、当該正レンズ素子の像側に隣接して配置される負レンズ素子との空気間隔、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（８）は、全レンズ素子の中で、最も物体側に配置される正レンズ素子と、その像側に近接して配置される負レンズ素子との空気間隔を規定する。条件（８）は、６割像高から１０割像高へかけての非点隔差を補正する上で特に必要な条件である。条件（８）の下限を下回ると、空気間隔が小さくなり、無限遠物体への合焦時にメリディオナル像面がオーバーに倒れ、結像性能を確保できなくなり望ましくない。逆に条件（８）の上限を上回ると、空気間隔が大きくなり、メリディオナル像面がアンダーに倒れ、結像性能が確保できなくなるため望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系を構成している各レンズ素子は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ素子（すなわち、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ素子）のみで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ素子、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ素子等で構成してもよい。特に、屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子において、屈折率の異なる媒質の界面に回折構造を形成すると、回折効率の波長依存性が改善されるので、好ましい。
（実施の形態６）
図１６は、実施の形態６に係るカメラシステムの概略構成図である。実施の形態６に係るカメラシステムは、カメラ本体１００と、交換レンズ装置２００とを含む。
カメラ本体１００は、カメラコントローラ１０１、撮像センサ１０２、シャッタユニット１０３、画像表示制御部１０４、撮像センサ制御部１０５、コントラスト検出部１０６、シャッタ制御部１０７、画像記録制御部１０８、ディスプレイ１１０、レリーズ釦１１１、メモリ１１２、電源１１３及びカメラマウント１１４を含む。
カメラコントローラ１０１は、カメラシステム全体を制御する演算装置である。カメラコントローラ１０１は、画像表示制御部１０４と、撮像センサ制御部１０５と、コントラスト検出部１０６と、シャッタ制御部１０７と、画像記録制御部１０８と、メモリ１１２と、カメラマウント１１４と電気的に接続され相互に信号のやり取りが可能である。また、カメラコントローラ１０１は、レリーズ釦１１１と電気的に接続され、レリーズ釦１１１の操作による信号を受信する。さらに、カメラコントローラ１０１は、電源１１３と接続される。
撮像センサ１０２は、例えばＣ−ＭＯＳセンサである。撮像センサ１０２は、受光面に入射した光学像を画像データに変換して出力する。撮像センサ１０２は、撮像センサ制御部１０５からの駆動信号に応じて駆動される。撮像センサ制御部１０５は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、撮像センサ１０２を駆動する駆動信号を出力するとともに、撮像センサ１０２から出力される画像データをカメラコントローラ１０１へ出力する。コントラスト検出部１０６は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、撮像センサ１０２から出力される画像データからコントラストを演算して検出し、カメラコントローラ１０１へ出力する。
シャッタユニット１０３は、撮像センサ１０２に入射する画像光の光路を遮断するシャッタ板を含む。シャッタユニット１０３は、シャッタ制御部１０７からの駆動信号に応じて駆動される。シャッタ制御部１０７は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、シャッタユニット１０３のシャッタ板の開閉タイミングを制御する。
ディスプレイ１１０は、例えば液晶表示装置である。ディスプレイ１１０は、画像表示制御部１０４からの駆動信号に応じて駆動され、表示面に画像を表示する。画像表示制御部１０４は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、ディスプレイ１１０に表示する画像データとディスプレイを駆動する駆動信号を出力する。
画像記録制御部１０８は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、画像データを着脱可能に接続されたメモリカード１０９に出力する。
カメラマウント１１４は、カメラ本体１００と後述する交換レンズ装置２００とを機構的に接続する。また、カメラマウント１１４は、カメラ本体１００と後述する交換レンズ装置２００とを電気的に接続するインターフェースとしても機能する。
交換レンズ装置２００は、レンズコントローラ２０１、絞り制御部２０２、フォーカス制御部２０３、メモリ２０４、絞りユニット２０６、撮像光学系２０７、及びレンズマウント２１０を含む。
レンズコントローラ２０１は、交換レンズ装置２００の全体を制御する演算装置であり、レンズマウント２１０及びカメラマウント１１４を介して前述したカメラ本体にあるカメラコントローラ１０１と接続される。レンズコントローラ２０１は、絞り制御部２０２、フォーカス制御部２０３、メモリ２０４及びぶれ検出部２０５と電気的に接続され相互に信号のやり取りが可能である。
撮像光学系２０７は、上述した実施の形態１の撮像光学系である。撮像光学系２０７は、フォーカシングレンズ群２０７ａを含む。なお、フォーカシングレンズ群２０７ａは、説明を簡単にするために模式化しているので、実際の撮像光学系の構成を直接示してはいない。フォーカシングレンズ群２０７ａを光軸に沿った方向に移動させて、フォーカシングを行う。
絞り制御部２０２は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に応じて、絞りユニット２０６の現在の位置を検出して出力する。また、絞り制御部２０２は、絞りユニット２０６に含まれる絞り羽根を駆動する駆動信号を出力して絞りを開閉し、光学系のＦナンバーを変更する。
フォーカス制御部２０３は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に応じて、フォーカシングレンズ群２０７ａの現在の位置を検出して出力する。また、フォーカス制御部２０３は、フォーカシングレンズ群２０７ａを駆動する駆動信号を出力して、フォーカシングレンズ群２０７ａを光軸に沿った方向に駆動する。
以上の構成において、レリーズ釦１１１が半押しされると、カメラコントローラ１０１は、オートフォーカスのルーチンを実行する。はじめに、カメラコントローラ１０１は、カメラマウント１１４及びレンズマウント２１０を介して、レンズコントローラ２０１と通信し、フォーカシングレンズ群２０７ａ及び絞りユニット２０６の状態を検出する。
次に、レンズコントローラ２０１は、制御信号に基づいてフォーカス制御部２０３を制御して、フォーカシングレンズ群２０７ａをウォブリング駆動する。カメラコントローラ１０１は、同時にカメラマウント１１４及びレンズマウント２１０を介して、レンズコントローラ２０１と通信し、レンズコントローラ２０１に絞り値が所定の値となるように指示する制御信号を出力する。レンズコントローラ２０１は、制御信号に基づいて絞り制御部２０２を制御して、絞りユニット２０６の絞り羽根を所定のＦナンバーとなるように駆動する。
一方、カメラコントローラ１０１は、撮像センサ制御部１０５及びコントラスト検出部１０６に、制御信号を出力する。撮像センサ制御部１０５及びコントラスト検出部１０６は、それぞれフォーカシングレンズ群２０７ａのウォブリング駆動のサンプリング周波数と関連付けて、撮像センサ１０２からの出力を得る。撮像センサ制御部１０５は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に基づいて、光学像に対応する画像データをカメラコントローラ１０１へ送信する。カメラコントローラ１０１は、画像データに所定の画像処理を施し、画像表示制御部１０４へ送信する。画像表示制御部１０４は、画像データをディスプレイ１１０に可視像として表示させる。
また、コントラスト検出部１０６は、ウォブリングと関連付けて画像データのコントラスト値を演算により求めてカメラコントローラ１０１へ送信する。カメラコントローラ１０１は、コントラスト検出部１０６の検出結果に基づいて、レンズコントローラ２０１へフォーカシングレンズ群のフォーカシング移動方向と移動量を決定し、これらに関する情報をレンズコントローラ２０１へ送信する。レンズコントローラ２０１は、フォーカシングレンズ群２０７ａを移動するように、フォーカス制御部２０３へ制御信号を出力する。フォーカス制御部２０３は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に基づいてフォーカシングレンズ群２０７ａを駆動する。
ライブビュー状態でオートフォーカスを行う場合、以上の動作が繰り返される。このように、ライブビュー状態でオートフォーカスを行う場合、フォーカシングレンズ群２０７ａのウォブリングが継続して行われる。このとき、実施の形態１に係る撮像光学系は、ウォブリングの際の像倍率変化が小さく、軽量であるので、ライブビュー状態や動画撮影に好適である。
以上説明した実施の形態６では、実施の形態１に記載した撮像光学系に適用した例を説明したが、他の実施の形態に係る撮像光学系を適用しても良いことは言うまでもない。
また、以上説明した実施の形態１〜５に係る撮像光学系と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子とから構成される撮像装置を、レンズ交換式カメラシステム、監視システムにおける監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等に適用することもできる。
以下、実施の形態１〜５に係る撮像光学系を具体的に実施した数値実施例を説明する。後述するように、数値実施例１〜５は、それぞれ実施の形態１〜５に対応する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。
図２、５、８、１１、１４は、実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。また、図３、６、９、１２、１５は、実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。
各縦収差図において、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、Ｆで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は半画角（図中、Ｗで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は半画角（図中、Ｗで示す）を表す。
（数値実施例１）
数値実施例１の撮像光学系は、図１に示した実施の形態１に対応する。数値実施例１の撮像光学系の面データを表１に、各種データを表２に示す。
表１ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 37.341 1.700 1.80610 40.7
2 14.839 6.839
3 76.145 1.500 1.71300 53.9
4 9.969 7.965
5 -25.963 2.150 1.80518 25.5
6 -15.329 0.509
7 -13.756 0.800 1.61800 63.4
8 -45.140 0.150
9 19.039 3.200 1.80518 25.5
10 102.845 6.930
11(絞り) ∞ 1.800
12 -750.000 1.780 1.80610 40.7
13 -19.930 0.170
14 -33.275 2.900 1.62041 60.3
15 -7.039 1.300 1.84666 23.8
16 -22.096 可変
17 -118.519 2.800 1.61800 63.4
18 -19.730 可変
19 97.641 3.100 1.49700 81.6
20 -97.641 BF
像面 ∞
表２ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.735 7.733
Ｆナンバー 3.607 3.611
画角 89.90 89.90
像高 10.824 10.836
レンズ全長 68.874 68.874
ＢＦ 16.965 16.965
d0 ∞ 929.700
d16 4.566 4.458
d18 1.750 1.858
前群の焦点距離 -24.64
後群の焦点距離 18.33
フォーカスレンズ素子の焦点距離 37.89
（数値実施例２）
数値実施例２の撮像光学系は、図２に示した実施の形態２に対応する。数値実施例２の撮像光学系の面データを表３に、各種データを表４に示す。
表３ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 41.323 2.000 1.80420 46.5
2 13.889 6.831
3 72.755 2.000 1.71300 53.9
4 8.108 8.015
5 19.814 6.300 1.84666 23.8
6 -500.000 1.761
7(絞り) ∞ 2.097
8 -26.810 4.400 1.71300 53.9
9 -14.932 0.150
10 61.554 4.300 1.61800 63.4
11 -7.660 0.824 1.84666 23.8
12 -17.322 可変
13 -18.819 0.800 1.84666 23.8
14 -29.367 可変
15 192.518 3.000 1.61800 63.4
16 -27.082 BF
像面 ∞
表４ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.839 7.835
Ｆナンバー 3.601 3.604
画角 89.900 89.900
像高 10.822 10.829
レンズ全長 64.073 64.073
ＢＦ 15.072 15.073
d0 ∞ 935.835
d12 2.564 2.7050024
d14 3.958 3.818
（数値実施例３）
数値実施例３の撮像光学系は、図３に示した実施の形態３に対応する。数値実施例３の撮像光学系の面データを表５に、各種データを表６に示す。
表５ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 58.961 2.000 1.72916 54.7
2 15.372 可変
3 ∞ 1.500 1.48749 70.4
4 10.211 可変
5 -19.482 1.000 1.48749 70.4
6 29.757 2.332 1.76182 26.6
7 -27.431 0.150
8 27.364 1.663 1.84666 23.8
9 -124.052 0.150
10 12.742 2.441 1.63980 34.6
11 -15.336 1.041 1.84666 23.8
12 13.429 1.600
13(絞り) ∞ 1.600
14 -298.950 0.600 1.84666 23.8
15 11.806 3.182 1.61800 63.4
16 -13.239 4.650
17 29.475 3.835 1.61800 63.4
18 -33.359 BF
像面 ∞
表６ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 8.007 7.980
Ｆナンバー 3.607 3.607
画角 90.000 90.000
像高 10.829 10.805
レンズ全長 61.586 61.586
ＢＦ 15.423 15.423
d0 ∞ 936.899
d2 10.580 10.462
d4 7.841 7.958
（数値実施例４）
数値実施例４の撮像光学系は、図４に示した実施の形態４に対応する。数値実施例４の撮像光学系の面データを表７に、各種データを表８に示す。
表７ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 48.254 1.700 1.69680 55.5
2 14.299 7.180
3 142.500 1.500 1.69680 55.5
4 11.257 6.270
5 -47.621 2.900 1.80518 25.5
6 -19.391 0.560
7 -17.239 0.800 1.49700 81.6
8 750.000 3.060
9 14.505 2.200 1.80610 33.3
10 52.423 4.608
11(絞り) ∞ 2.402
12 -86.523 1.600 1.77250 49.6
13 -16.697 0.230
14 -16.036 3.000 1.58913 61.3
15 -6.087 1.820 1.84666 23.8
16 -14.719 可変
17 500.000 2.800 1.61800 63.4
18 -24.060 可変
19 106.240 2.400 1.51680 64.2
20 -106.240 BF
像面 ∞
表８ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.850 7.847
Ｆナンバー 2.951 2.955
画角 89.900 89.900
像高 10.831 10.842
レンズ全長 67.817 67.817
ＢＦ 16.169 16.169
d0 ∞ 930.741
d16 4.513 4.405
d18 2.105 2.214
（数値実施例５）
数値実施例５の撮像光学系は、図５に示した実施の形態５に対応する。数値実施例５の撮像光学系の面データを表９に、各種データを表１０に示す。
表９ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 49.082 2.000 1.60311 60.7
2 16.284 7.932
3 100.849 2.000 1.69680 55.5
4 10.253 9.105
5 18.230 3.500 1.71736 29.5
6 -32.781 0.500
7 -46.143 1.000 1.80610 40.7
8 8.795 1.000
9 12.807 3.400 1.71736 29.5
10 311.930 3.715
11(絞り) ∞ 2.454
12 -58.765 3.400 1.77250 49.6
13 -12.403 0.200
14 ∞ 4.000 1.58913 61.3
15 -8.780 2.300 1.84666 23.8
16 -31.509 可変
17 ∞ 2.952 1.61800 63.4
18 -24.646 BF
像面 ∞
表１０ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.592 7.582
Ｆナンバー 3.606 3.605
画角 89.900 89.900
像高 10.816 10.815
レンズ全長 73.217 73.217
ＢＦ 17.513 17.602
d0 ∞ 926.701
d16 6.246 6.157
以下の表１１に、各数値実施例に係る撮像光学系における各条件の対応値を示す。
表１１ （条件の対応値：数値実施例１〜５）
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
(１) Ｒ／ｆ 1.6 1.4 1.6 1.6 1.7
(２) Σｄ/ｆ 9.1 8.4 7.9 8.8 9.9
(３) Ｖｎ−Ｖｐ 27.2 26.5 26.5 34.8 22.7
(４) ｆｆ／ｆＧ 2.1 -3.6 0.3 1.9 2.4
(５) ｆ２／ｆ 2.4 2.3 2.1 2.5 2.2
(６) βｐ 0.35 - - 0.38 0.56
(７) βｎ - 1.51 0.34 - -
(８) Ｄ１／ｆ 0.07 - - 0.07 0.07
前群の焦点距離 -24.64 -31.88 -63.12 -110.85 -13.31
後群の焦点距離 18.33 18.05 16.42 19.59 16.80
ｆｆ 37.89 -64.11 -20.95 37.22 39.88
本発明に係る撮像光学系は、レンズ交換式カメラシステム、監視システムにおける監視
カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等に適用可能であり、特にレンズ交換式カメラシステ
ム等の高画質が要求される撮像光学系に最適である。
Ｇ１ 前群
Ｇ２ 後群
Ｌ１ 第１レンズ素子
Ｌ２ 第２レンズ素子
Ｌ３ 第３レンズ素子
Ｌ４ 第４レンズ素子
Ｌ５ 第５レンズ素子
Ｌ６ 第６レンズ素子
Ｌ７ 第７レンズ素子
Ｌ８ 第８レンズ素子
Ｌ９ 第９レンズ素子
Ｌ１０ 第１０レンズ素子
Ａ 開口絞り
Ｓ 像面
本発明は、いわゆるレンズ交換式デジタルカメラシステムに好適な撮像光学系に関する。また、本発明は、当該撮像光学系を用いた交換レンズ装置及びカメラシステムに関する。
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子を持つカメラ本体と、撮像素子の受光面に光学像を形成するための撮像光学系を備えた交換レンズ装置とを備え、交換レンズ装置をカメラ本体から着脱可能にしたレンズ交換式カメラシステム（以下、単に「カメラシステム」ともいう）の市場が急速に拡大している。このようなカメラシステムは、静止画を撮影するに留まらず、動画撮影にも利用されており、静止画撮影だけでなく、動画撮影にも適した交換レンズ装置に人気がある。
撮像光学系のフォーカス方式としては、構成レンズ全体を繰出す方式と、前群と後群を独立に移動させる、所謂フローティング方式とが知られている。
特許文献１及び２はフォーカス時に、前群と後群とを物体側に動かす構成を開示している。特許文献３はフォーカス時に、第１レンズ素子を固定し、第２レンズ素子以降を動かす構成を開示している。特許文献４はフォーカス時に、光学系全体を物体側に繰出す構成を開示している。
交換レンズ装置に適した撮像光学系を用いて動画を撮影する場合、オートフォーカスを高速で連続して行う必要がある。オートフォーカスを高速で連続して行うために、フォーカスレンズ群を光軸方向に高速で振動させて（以下、「ウォブリング」という）、撮像素子の出力信号から一部の画像領域内のある周波数帯の信号成分を検出して、合焦状態となるフォーカスレンズ群の最適位置を求め、その最適位置にフォーカスレンズ群を移動させるといった、一連の動作を繰り返す方法が知られている。このオートフォーカス方法を採用する場合、携帯性や消費電力の観点からフォーカスレンズ群を構成するレンズの外径を極力小さくし、レンズ重量を極力軽くする必要がある。
特開２００４−１２６５２２号公報 特開平５−２７３４５９号公報 特開２００７−９４３７１号公報 特開２００８−３１０８号公報
しかしながら、特許文献１〜４に開示の光学系はいずれも、フォーカスレンズ群に多くのレンズ枚数を使っており、高速でレンズを連続移動させることが難しい構成となっている。
そこで、本発明の目的は、高速オートフォーカスを実現でき、かつ、小型で良好な結像性能を有する撮像光学系、該撮像光学系を含む交換レンズ装置、及び該交換レンズ鏡筒を備えたカメラシステムを提供することである。
本発明に係る撮像光学系は、物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズを配置した前群と、開口絞りと、正のパワーを有する後群とからなる。無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、最も物体側の負レンズと開口絞りとが撮像面に対して固定され、前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動する。本発明に係る撮像光学系は、以下の条件（１）を満足する。
０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１）
ここで、
Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、
ｆ：全系の焦点距離
である。
本発明に係る交換レンズ装置は、上記の撮像光学系と、撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体に接続されるレンズマウント部とを備える。
本発明に係るカメラシステムは、上記の撮像光学系を含む交換レンズ装置と、交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体とを備える。
本発明によれば、動画撮影に対応できる高速オートフォーカスが可能で、結像特性が良好でコンパクトな撮像光学系、これを備えた交換レンズ装置及びカメラシステムを実現できる。
実施の形態１に係る撮像光学系のレンズ配置図 実施の形態１に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図 実施の形態１に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図 実施の形態２に係る撮像光学系のレンズ配置図 実施の形態２に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図 実施の形態２に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図 実施の形態３に係る撮像光学系のレンズ配置図 実施の形態３に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図 実施の形態３に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図 実施の形態４に係る撮像光学系のレンズ配置図 実施の形態４に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図 実施の形態４に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図 実施の形態５に係る撮像光学系のレンズ配置図 実施の形態５に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図 実施の形態５に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図 実施の形態６に係るカメラシステムの概略構成図
（実施の形態１〜５）
図１、４、７、１０、１３は、各々実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系のレンズ配置図である。各図は、無限遠合焦状態にある撮像光学系を表している。またレンズに付された矢印は、無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカシングの際の移動方向を示している。各図において、各レンズ群の符号に付された記号（＋）及び記号（−）は、各レンズ群のパワーを表す。また各図において、最も右側に記載された直線は、像面Ｓの位置を表している。
各実施の形態に係る撮像光学系は、物体側から像側へ順に、負のパワーを有する前群Ｇ１と、絞りＡと、正のパワーを有する後群Ｇ２とを備えている。以下、各実施の形態に係る撮像光学系の詳細な構成を説明する。
（実施の形態１）
図１に示すように、実施の形態１に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズＬ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態１に係る前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差を、正の第３レンズ素子Ｌ３と、第３レンズ素子Ｌ３との間に僅かな空気間隔を空けて配置される負の第４レンズ素子Ｌ４と、正の第５レンズ素子Ｌ５とにより補正している。正のパワーを持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正を行っている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより後方において、正のパワーを第６レンズ素子Ｌ６と、第７レンズ素子Ｌ７とに２分割している。これは面形状誤差による球面収差やコマ収差感度を分散させるためである。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第１０レンズ素子Ｌ１０を配置している。これは、本発明をレンズ交換式カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などの外力の影響を受けることを防止できる。
（実施の形態２）
図４に示すように、実施の形態２に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凸形状の第３レンズ素子Ｌ３とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、両凸形状の第８レンズ素子Ｌ８とからなる。第５レンズ素子Ｌ５と第６レンズ素子Ｌ６とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第７レンズ素子Ｌ７が光軸に沿って像側へ移動する。
実施の形態２の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、第２レンズ素子Ｌ２の像側に空気間隔を空けて正の第３レンズ素子Ｌ３を配置することで補正している。正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正を行っている。正の第４レンズ素子Ｌ４、第５レンズ素子Ｌ５、負の第６レンズ素子Ｌ６では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより後方において、正の第４レンズ素子Ｌ４と、正の第５レンズ素子Ｌ５とに正のパワーを２分割している。これは、面形状誤差による球面収差やコマ収差感度を分散させるためである。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第８レンズ素子Ｌ８を配置している。これは、本発明をレンズ交換式カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などによる外力の影響を受けることを防止できる。
(実施の形態３）
図７に示すように、実施の形態３に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、像側に凹面を向けた平凹形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凹形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凸形状の第４レンズ素子Ｌ４と、両凸形状の第５レンズ素子Ｌ５と、両凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、両凹形状の第７レンズ素子Ｌ７とからなる。第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４とは接合されている。また、第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とは接合されている。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、両凹形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、前群Ｇ１中の第２レンズ素子Ｌ２が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態３の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対して９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズによって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、第２レンズ素子Ｌ２の像側に空気間隔を空けて、第３レンズ素子Ｌ３と第４レンズ素子Ｌ４とのダブレットレンズと、第５レンズ素子Ｌ５と、第６レンズ素子Ｌ６と第７レンズ素子Ｌ７とのダブレットレンズを配置することで補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持ちつつ、軸外光束の収差補正を良好に行い、特にコマ収差の補正を行っている。第９レンズ素子Ｌ９と第１０レンズ素子Ｌ１０との空気間隔は、軸外光線のテレセントリック性を確保するためのものであり、以下の条件を満足する事が望ましい。
３．０＜ＦＬ/Ｄ３＜９．０
ここで、
ＦＬ：正の第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離、
Ｄ３：正の第９レンズ素子Ｌ９と正の第１０レンズ素子Ｌ１０との空気間隔
である。
上限を超えて第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離が長くなると、テレセントリック性を確保する上では望ましいが、像面湾曲がオーバーになり過ぎるため望ましくない。一方、下限を下回って第１０レンズ素子Ｌ１０の焦点距離が短くなると、逆に像面湾曲がアンダーになり過ぎるため望ましくない。
(実施の形態４）
図１０に示すように、実施の形態４に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた正メニスカス形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、両凸形状の第９レンズ素子Ｌ９と、両凸形状の第１０レンズ素子Ｌ１０とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズＬ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態４の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対しておよそ９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズ素子によって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、正の第３レンズ素子Ｌ３との像側に僅かな空気間隔を空けて負の第４レンズ素子Ｌ４を配置し、更に、第４レンズ素子Ｌ４の像側に空気間隔を空けて正の第５レンズ素子Ｌ５を配置することにより補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正をしている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡの像側に、正の第６レンズ素子Ｌ６と、正の第７レンズ素子Ｌ７及び負の第８レンズ素子Ｌ８のダブレットレンズにて構成し、面形状誤差による収差感度を分散させる構成としている。
本実施の形態では、最も像側に、フォーカス時に固定の第１０レンズ素子Ｌ１０を配置している。これは、本発明をレンズ交換カメラシステム用の撮像光学系として用いる場合を考慮してのことである。最も像側のレンズ素子を固定しておけば、カメラ本体から交換レンズ装置を外した際にフォーカス機構が指などによる外力の影響を受けることを防止できる。
（実施の形態５）
図１３に示すように、実施の形態５に係る撮像光学系において、前群Ｇ１は、物体側から像側へと順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ素子Ｌ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ素子Ｌ２と、両凸形状の第３レンズ素子Ｌ３と、両凹形状の第４レンズ素子Ｌ４と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズ素子Ｌ５とからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へと順に、像側に凸面を向けた平凸形状の第６レンズ素子Ｌ６と、像側に凸面を向けた平凸形状の第７レンズ素子Ｌ７と、像側に凸面を向けた負メニスカス形状の第８レンズ素子Ｌ８と、像側に凸面を向けた平凸形状の第９レンズ素子Ｌ９とからなる。第７レンズ素子Ｌ７と第８レンズ素子Ｌ８とは接合されている。絞りＡは前群Ｇ１と後群Ｇ２との間に配置されている。無限遠合焦状態から近接物体合焦状態へのフォーカスに際して、後群Ｇ２中の第９レンズ素子Ｌ９が光軸に沿って物体側へ移動する。
実施の形態５の前群Ｇ１では、強い発散作用を持つ第１レンズ素子Ｌ１と第２レンズ素子Ｌ２とが、光軸に対して９０度の入射角度を持つ光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを担っている。この２枚の負レンズによって発生した像面湾曲及び倍率色収差は、正の第３レンズ素子Ｌ３と、負の第４レンズ素子Ｌ４と、第４レンズ素子Ｌ４の像側に空気間隔を空けて正の第５レンズ素子Ｌ５とを配置することにより補正している。
正の屈折力を持つ後群Ｇ２は、前群Ｇ１からの光束を結像させる働きを持っており、主に球面収差、コマ収差の補正をしている。正の第６レンズ素子Ｌ６、第７レンズ素子Ｌ７、そして負の第８レンズ素子Ｌ８では、各像高に結像する光束径が広がるため、特に面形状誤差による、球面収差感度、コマ収差感度が高くなる。本実施の形態では、絞りＡより像側に、正の第６レンズ素子Ｌ６と、正の第７レンズ素子Ｌ７と負の第８レンズ素子Ｌ８のダブレットレンズとを配置し、面形状誤差による収差感度を分散させている。また実施の形態５では、最も像側に固定レンズを配置していない。このように、最も像側に固定レンズを配置しない場合でも、高速オートフォーカスに適した撮像光学系は達成される。
以下、実施の形態１〜５に係る撮像光学系が満足することが好ましい条件を説明する。ここでは、複数の満足することが好ましい条件が規定されるが、これらの複数の条件全てを満足する撮像光学系の構成が最も望ましい。しかしながら、個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果を奏する撮像光学系を得ることも可能である。
実施の形態１〜５に示した、物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズ素子を配置した前群と、開口絞りと、正のパワーを有する後群とからなり、無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、最も物体側の負レンズと開口絞りとが撮像面に対して固定され、かつ、前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動する撮像光学系は、以下の条件（１）を満足する。
０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１）
ここで、
Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（１）は、鏡筒サイズの拡大を抑え、撮像光学系中で物体側に配置される負レンズ素子の加工性を確保し、さらにバックフォーカスを適切にする為の条件である。条件（１）の下限を下回ると、負レンズの像面側の曲率半径が小さくなるので、研磨加工の際、レンズ周辺部の面精度の確保が難しくなる。この結果、加工工数が著しく増えてコストが高くなるだけでなく、バックフォーカスが長くなってコンパクト性を損なうため望ましくない。逆に、条件（１）の上限を上回ると、負レンズ素子の像面側の曲率半径が大きくなり、物体側に配置される負レンズ素子の負のパワーが弱くなる。この結果、前群のレンズ径の増大と周辺光量の低下とを招くため望ましくない。
また、実施の形態１〜５に示したように、合焦に際して光軸に沿って移動するレンズが、単レンズ素子であることが好ましい。
フォーカスレンズには、１枚のレンズ素子、１組の接合レンズ、樹脂レンズ素子、ガラスレンズの表面に非球面形状の樹脂層を設けた複合非球面レンズ素子などの軽量化が図れるレンズ素子を用いることが望ましい。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（２）を満足することが好ましい。
２．０＜Σｄ／ｆ＜１２．０ ・・・（２）
ここで、
Σｄ：全系で最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（２）は、バックフォーカスと鏡筒外径との最適なサイズを得るための条件式である。条件（２）の下限を下回ると、全長が短くなり過ぎ、交換レンズ装置に使用した場合に、撮影者の体の一部またはカメラ本体やグリップ部分などの突出部分が写り込んでしまうという弊害が現れてしまい望ましくない。逆に、条件（２）の上限を上回ると全長が長くなるだけでなく、前玉径の拡大も招くので、コンパクトな撮像光学系を実現することが出来なくなる。
上記の条件（２）を満たす場合、実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、更に以下の条件（２）’及び（２）’’の少なくとも１つを満足することがより好ましい。条件（２）’及び（２）’’の少なくとも一方を満足する場合、条件（２）を満足したときに奏される効果が更に向上する。
７．０＜Σｄ／ｆ ・・・（２）’
Σｄ／ｆ＜１１．０ ・・・（２）’’
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（３）を満足することが好ましい。
２０＜Ｖｎ−Ｖｐ＜５０ ・・・（３）
ここで、
Ｖｎ：前群に含まれる負レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数、
Ｖｐ：前群に含まれる正レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数
である。
条件（３）は、最も物体側に配置された負レンズ素子の物体側面で発生した倍率色収差を、前群Ｇ１内の後続するレンズ素子で補正するための条件式である。条件（３）の下限を下回ると、前群Ｇ１内の負レンズ素子による倍率色収差を後続のレンズ素子で補正しきれなくなり望ましくない。逆に、条件（３）の上限を上回ると、倍率色収差の補正が困難となるだけでなく、実在する硝材でレンズを構成することが困難になる。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（４）及び（５）を満足することが好ましい。
−４．０＜ｆｆ／ｆＧ＜３．０ ・・・（４）
１．１＜ｆ２／ｆ＜４．２ ・・・（５）
ここで、
ｆｆ：合焦時に移動するレンズ素子の焦点距離、
ｆＧ：合焦時に移動するレンズ素子が属するレンズ群の合成焦点距離、
ｆ２：後群の合成焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（４）は、撮像光学系の収差変動を抑えて高い結像性能を維持しながら、フォーカスレンズの焦点距離を規定する。条件（４）の下限を下回ると、フォーカスレンズの焦点距離が短くなるので、フォーカスレンズの移動量低減による鏡筒サイズのコンパクト化には効果があるが、倍率色収差や非点収差を補正することが困難となり、厳しい製造精度が要求されるので製造面の難易度が上昇する。逆に、条件（４）の上限を上回ると、フォーカスレンズの焦点距離が大きくなり、フォーカスに必要な移動量が増大し、レンズや鏡筒長の大型化を招くため望ましくない。
条件（５）は、諸収差を良好に補正しつつ、短い全長と十分なバックフォーカスを確保するための、後群の焦点距離を規定する。条件（５）の下限を下回ると、後群の焦点距離が短くなり、外方性のコマ収差が著しく発生し、像面湾曲がアンダーになり過ぎ、結像性能を維持することができなくなるため望ましくない。逆に、条件（５）の上限を上回ると、後群の焦点距離が長くなり、全長は短くなるが、内方性のコマ収差が著しく発生する上、像面湾曲がオーバー側になり結像性能を維持する事が出来なくなるため望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（６）もしくは（７）を満足することが好ましい。
０．２＜βｐ＜０．８ ・・・（６）
１．０＜βｎ＜１．８ ・・・（７）
ここで、
βｐ：合焦の際に移動する正レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率、
βｎ：合焦の際に移動する負レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率
である。
条件（６）は、フォーカスレンズを含む後群の光軸上の長さと結像性能とのバランス良くするためのものである。条件（６）の下限を下回ると、フォーカス時に必要な移動量が増大し、光学全長の増大を招くため望ましくない。逆に、条件（６）の上限を上回ると、フォーカス時の移動量は短くなり全長短縮には効果があるものの、至近時の結像性能の悪化を伴うため望ましくない。
条件（７）は、フォーカスレンズを含む前群または後群の光軸上の長さと結像性能とのバランスを良くするためのものである。条件（７）の下限を下回ると、倍率が小さくなり、フォーカス時に必要な移動量が増大し光学全長の増大を招くため望ましくない。特に、前群にフォーカスレンズを配置する場合、前玉径の増大を伴うと同時に周辺光量比の確保が難しくなるため望ましくない。逆に、条件（７）の上限を上回ると、倍率が大きくなり、前群中にフォーカスレンズが有る場合には、像面湾曲がアンダー側に倒れすぎ、少ないレンズ枚数で光学系を構成することが困難となる。一方、後群中にフォーカスがある場合には、フォーカスレンズ移動量は短くなり全長短縮には効果があるものの、フォーカスレンズが軸外光線を強く跳ね上げるため、後続するレンズ素子の外径の拡大を伴い、鏡筒後部の外形が所望のサイズを守れなくなるので望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系は、以下の条件（８）を満足することが好ましい。
０．０１＜Ｄ１/ｆ＜０．２０ ・・・（８）
ここで、
Ｄ１：最も物体側に配置される正レンズ素子と、当該正レンズ素子の像側に隣接して配置される負レンズ素子との空気間隔、
ｆ：全系の焦点距離
である。
条件（８）は、全レンズ素子の中で、最も物体側に配置される正レンズ素子と、その像側に近接して配置される負レンズ素子との空気間隔を規定する。条件（８）は、６割像高から１０割像高へかけての非点隔差を補正する上で特に必要な条件である。条件（８）の下限を下回ると、空気間隔が小さくなり、無限遠物体への合焦時にメリディオナル像面がオーバーに倒れ、結像性能を確保できなくなり望ましくない。逆に条件（８）の上限を上回ると、空気間隔が大きくなり、メリディオナル像面がアンダーに倒れ、結像性能が確保できなくなるため望ましくない。
実施の形態１〜５に係る撮像光学系を構成している各レンズ素子は、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ素子（すなわち、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ素子）のみで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ素子、回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ素子等で構成してもよい。特に、屈折・回折ハイブリッド型レンズ素子において、屈折率の異なる媒質の界面に回折構造を形成すると、回折効率の波長依存性が改善されるので、好ましい。
（実施の形態６）
図１６は、実施の形態６に係るカメラシステムの概略構成図である。実施の形態６に係るカメラシステムは、カメラ本体１００と、交換レンズ装置２００とを含む。
カメラ本体１００は、カメラコントローラ１０１、撮像センサ１０２、シャッタユニット１０３、画像表示制御部１０４、撮像センサ制御部１０５、コントラスト検出部１０６、シャッタ制御部１０７、画像記録制御部１０８、ディスプレイ１１０、レリーズ釦１１１、メモリ１１２、電源１１３及びカメラマウント１１４を含む。
カメラコントローラ１０１は、カメラシステム全体を制御する演算装置である。カメラコントローラ１０１は、画像表示制御部１０４と、撮像センサ制御部１０５と、コントラスト検出部１０６と、シャッタ制御部１０７と、画像記録制御部１０８と、メモリ１１２と、カメラマウント１１４と電気的に接続され相互に信号のやり取りが可能である。また、カメラコントローラ１０１は、レリーズ釦１１１と電気的に接続され、レリーズ釦１１１の操作による信号を受信する。さらに、カメラコントローラ１０１は、電源１１３と接続される。
撮像センサ１０２は、例えばＣ−ＭＯＳセンサである。撮像センサ１０２は、受光面に入射した光学像を画像データに変換して出力する。撮像センサ１０２は、撮像センサ制御部１０５からの駆動信号に応じて駆動される。撮像センサ制御部１０５は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、撮像センサ１０２を駆動する駆動信号を出力するとともに、撮像センサ１０２から出力される画像データをカメラコントローラ１０１へ出力する。コントラスト検出部１０６は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、撮像センサ１０２から出力される画像データからコントラストを演算して検出し、カメラコントローラ１０１へ出力する。
シャッタユニット１０３は、撮像センサ１０２に入射する画像光の光路を遮断するシャッタ板を含む。シャッタユニット１０３は、シャッタ制御部１０７からの駆動信号に応じて駆動される。シャッタ制御部１０７は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、シャッタユニット１０３のシャッタ板の開閉タイミングを制御する。
ディスプレイ１１０は、例えば液晶表示装置である。ディスプレイ１１０は、画像表示制御部１０４からの駆動信号に応じて駆動され、表示面に画像を表示する。画像表示制御部１０４は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、ディスプレイ１１０に表示する画像データとディスプレイを駆動する駆動信号を出力する。
画像記録制御部１０８は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に応じて、画像データを着脱可能に接続されたメモリカード１０９に出力する。
カメラマウント１１４は、カメラ本体１００と後述する交換レンズ装置２００とを機構的に接続する。また、カメラマウント１１４は、カメラ本体１００と後述する交換レンズ装置２００とを電気的に接続するインターフェースとしても機能する。
交換レンズ装置２００は、レンズコントローラ２０１、絞り制御部２０２、フォーカス制御部２０３、メモリ２０４、絞りユニット２０６、撮像光学系２０７、及びレンズマウント２１０を含む。
レンズコントローラ２０１は、交換レンズ装置２００の全体を制御する演算装置であり、レンズマウント２１０及びカメラマウント１１４を介して前述したカメラ本体にあるカメラコントローラ１０１と接続される。レンズコントローラ２０１は、絞り制御部２０２、フォーカス制御部２０３、メモリ２０４及びぶれ検出部２０５と電気的に接続され相互に信号のやり取りが可能である。
撮像光学系２０７は、上述した実施の形態１の撮像光学系である。撮像光学系２０７は、フォーカシングレンズ群２０７ａを含む。なお、フォーカシングレンズ群２０７ａは、説明を簡単にするために模式化しているので、実際の撮像光学系の構成を直接示してはいない。フォーカシングレンズ群２０７ａを光軸に沿った方向に移動させて、フォーカシングを行う。
絞り制御部２０２は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に応じて、絞りユニット２０６の現在の位置を検出して出力する。また、絞り制御部２０２は、絞りユニット２０６に含まれる絞り羽根を駆動する駆動信号を出力して絞りを開閉し、光学系のＦナンバーを変更する。
フォーカス制御部２０３は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に応じて、フォーカシングレンズ群２０７ａの現在の位置を検出して出力する。また、フォーカス制御部２０３は、フォーカシングレンズ群２０７ａを駆動する駆動信号を出力して、フォーカシングレンズ群２０７ａを光軸に沿った方向に駆動する。
以上の構成において、レリーズ釦１１１が半押しされると、カメラコントローラ１０１は、オートフォーカスのルーチンを実行する。はじめに、カメラコントローラ１０１は、カメラマウント１１４及びレンズマウント２１０を介して、レンズコントローラ２０１と通信し、フォーカシングレンズ群２０７ａ及び絞りユニット２０６の状態を検出する。
次に、レンズコントローラ２０１は、制御信号に基づいてフォーカス制御部２０３を制御して、フォーカシングレンズ群２０７ａをウォブリング駆動する。カメラコントローラ１０１は、同時にカメラマウント１１４及びレンズマウント２１０を介して、レンズコントローラ２０１と通信し、レンズコントローラ２０１に絞り値が所定の値となるように指示する制御信号を出力する。レンズコントローラ２０１は、制御信号に基づいて絞り制御部２０２を制御して、絞りユニット２０６の絞り羽根を所定のＦナンバーとなるように駆動する。
一方、カメラコントローラ１０１は、撮像センサ制御部１０５及びコントラスト検出部１０６に、制御信号を出力する。撮像センサ制御部１０５及びコントラスト検出部１０６は、それぞれフォーカシングレンズ群２０７ａのウォブリング駆動のサンプリング周波数と関連付けて、撮像センサ１０２からの出力を得る。撮像センサ制御部１０５は、カメラコントローラ１０１からの制御信号に基づいて、光学像に対応する画像データをカメラコントローラ１０１へ送信する。カメラコントローラ１０１は、画像データに所定の画像処理を施し、画像表示制御部１０４へ送信する。画像表示制御部１０４は、画像データをディスプレイ１１０に可視像として表示させる。
また、コントラスト検出部１０６は、ウォブリングと関連付けて画像データのコントラスト値を演算により求めてカメラコントローラ１０１へ送信する。カメラコントローラ１０１は、コントラスト検出部１０６の検出結果に基づいて、レンズコントローラ２０１へフォーカシングレンズ群のフォーカシング移動方向と移動量を決定し、これらに関する情報をレンズコントローラ２０１へ送信する。レンズコントローラ２０１は、フォーカシングレンズ群２０７ａを移動するように、フォーカス制御部２０３へ制御信号を出力する。フォーカス制御部２０３は、レンズコントローラ２０１からの制御信号に基づいてフォーカシングレンズ群２０７ａを駆動する。
ライブビュー状態でオートフォーカスを行う場合、以上の動作が繰り返される。このように、ライブビュー状態でオートフォーカスを行う場合、フォーカシングレンズ群２０７ａのウォブリングが継続して行われる。このとき、実施の形態１に係る撮像光学系は、ウォブリングの際の像倍率変化が小さく、軽量であるので、ライブビュー状態や動画撮影に好適である。
以上説明した実施の形態６では、実施の形態１に記載した撮像光学系に適用した例を説明したが、他の実施の形態に係る撮像光学系を適用しても良いことは言うまでもない。
また、以上説明した実施の形態１〜５に係る撮像光学系と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子とから構成される撮像装置を、レンズ交換式カメラシステム、監視システムにおける監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等に適用することもできる。
以下、実施の形態１〜５に係る撮像光学系を具体的に実施した数値実施例を説明する。後述するように、数値実施例１〜５は、それぞれ実施の形態１〜５に対応する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。
図２、５、８、１１、１４は、実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系の無限遠合焦状態での縦収差図である。また、図３、６、９、１２、１５は、実施の形態１、２、３、４、５に係る撮像光学系の物体距離１ｍでの縦収差図である。
各縦収差図において、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、Ｆで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は半画角（図中、Ｗで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は半画角（図中、Ｗで示す）を表す。
（数値実施例１）
数値実施例１の撮像光学系は、図１に示した実施の形態１に対応する。数値実施例１の撮像光学系の面データを表１に、各種データを表２に示す。
表１ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 37.341 1.700 1.80610 40.7
2 14.839 6.839
3 76.145 1.500 1.71300 53.9
4 9.969 7.965
5 -25.963 2.150 1.80518 25.5
6 -15.329 0.509
7 -13.756 0.800 1.61800 63.4
8 -45.140 0.150
9 19.039 3.200 1.80518 25.5
10 102.845 6.930
11(絞り) ∞ 1.800
12 -750.000 1.780 1.80610 40.7
13 -19.930 0.170
14 -33.275 2.900 1.62041 60.3
15 -7.039 1.300 1.84666 23.8
16 -22.096 可変
17 -118.519 2.800 1.61800 63.4
18 -19.730 可変
19 97.641 3.100 1.49700 81.6
20 -97.641 BF
像面 ∞
表２ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.735 7.733
Ｆナンバー 3.607 3.611
画角 89.90 89.90
像高 10.824 10.836
レンズ全長 68.874 68.874
ＢＦ 16.965 16.965
d0 ∞ 929.700
d16 4.566 4.458
d18 1.750 1.858
前群の焦点距離 -24.64
後群の焦点距離 18.33
フォーカスレンズ素子の焦点距離 37.89
（数値実施例２）
数値実施例２の撮像光学系は、図４に示した実施の形態２に対応する。数値実施例２の撮像光学系の面データを表３に、各種データを表４に示す。
表３ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 41.323 2.000 1.80420 46.5
2 13.889 6.831
3 72.755 2.000 1.71300 53.9
4 8.108 8.015
5 19.814 6.300 1.84666 23.8
6 -500.000 1.761
7(絞り) ∞ 2.097
8 -26.810 4.400 1.71300 53.9
9 -14.932 0.150
10 61.554 4.300 1.61800 63.4
11 -7.660 0.824 1.84666 23.8
12 -17.322 可変
13 -18.819 0.800 1.84666 23.8
14 -29.367 可変
15 192.518 3.000 1.61800 63.4
16 -27.082 BF
像面 ∞
表４ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.839 7.835
Ｆナンバー 3.601 3.604
画角 89.900 89.900
像高 10.822 10.829
レンズ全長 64.073 64.073
ＢＦ 15.072 15.073
d0 ∞ 935.835
d12 2.564 2.7050024
d14 3.958 3.818
（数値実施例３）
数値実施例３の撮像光学系は、図７に示した実施の形態３に対応する。数値実施例３の撮像光学系の面データを表５に、各種データを表６に示す。
表５ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 58.961 2.000 1.72916 54.7
2 15.372 可変
3 ∞ 1.500 1.48749 70.4
4 10.211 可変
5 -19.482 1.000 1.48749 70.4
6 29.757 2.332 1.76182 26.6
7 -27.431 0.150
8 27.364 1.663 1.84666 23.8
9 -124.052 0.150
10 12.742 2.441 1.63980 34.6
11 -15.336 1.041 1.84666 23.8
12 13.429 1.600
13(絞り) ∞ 1.600
14 -298.950 0.600 1.84666 23.8
15 11.806 3.182 1.61800 63.4
16 -13.239 4.650
17 29.475 3.835 1.61800 63.4
18 -33.359 BF
像面 ∞
表６ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 8.007 7.980
Ｆナンバー 3.607 3.607
画角 90.000 90.000
像高 10.829 10.805
レンズ全長 61.586 61.586
ＢＦ 15.423 15.423
d0 ∞ 936.899
d2 10.580 10.462
d4 7.841 7.958
（数値実施例４）
数値実施例４の撮像光学系は、図１０に示した実施の形態４に対応する。数値実施例４の撮像光学系の面データを表７に、各種データを表８に示す。
表７ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 48.254 1.700 1.69680 55.5
2 14.299 7.180
3 142.500 1.500 1.69680 55.5
4 11.257 6.270
5 -47.621 2.900 1.80518 25.5
6 -19.391 0.560
7 -17.239 0.800 1.49700 81.6
8 750.000 3.060
9 14.505 2.200 1.80610 33.3
10 52.423 4.608
11(絞り) ∞ 2.402
12 -86.523 1.600 1.77250 49.6
13 -16.697 0.230
14 -16.036 3.000 1.58913 61.3
15 -6.087 1.820 1.84666 23.8
16 -14.719 可変
17 500.000 2.800 1.61800 63.4
18 -24.060 可変
19 106.240 2.400 1.51680 64.2
20 -106.240 BF
像面 ∞
表８ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.850 7.847
Ｆナンバー 2.951 2.955
画角 89.900 89.900
像高 10.831 10.842
レンズ全長 67.817 67.817
ＢＦ 16.169 16.169
d0 ∞ 930.741
d16 4.513 4.405
d18 2.105 2.214
（数値実施例５）
数値実施例５の撮像光学系は、図１３に示した実施の形態５に対応する。数値実施例５の撮像光学系の面データを表９に、各種データを表１０に示す。
表９ （面データ）
面番号 r d nd vd
物面 ∞ 可変
1 49.082 2.000 1.60311 60.7
2 16.284 7.932
3 100.849 2.000 1.69680 55.5
4 10.253 9.105
5 18.230 3.500 1.71736 29.5
6 -32.781 0.500
7 -46.143 1.000 1.80610 40.7
8 8.795 1.000
9 12.807 3.400 1.71736 29.5
10 311.930 3.715
11(絞り) ∞ 2.454
12 -58.765 3.400 1.77250 49.6
13 -12.403 0.200
14 ∞ 4.000 1.58913 61.3
15 -8.780 2.300 1.84666 23.8
16 -31.509 可変
17 ∞ 2.952 1.61800 63.4
18 -24.646 BF
像面 ∞
表１０ （各種データ）
無限 １ｍ
焦点距離 7.592 7.582
Ｆナンバー 3.606 3.605
画角 89.900 89.900
像高 10.816 10.815
レンズ全長 73.217 73.217
ＢＦ 17.513 17.602
d0 ∞ 926.701
d16 6.246 6.157
以下の表１１に、各数値実施例に係る撮像光学系における各条件の対応値を示す。
表１１ （条件の対応値：数値実施例１〜５）
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
(１) Ｒ／ｆ 1.6 1.4 1.6 1.6 1.7
(２) Σｄ/ｆ 9.1 8.4 7.9 8.8 9.9
(３) Ｖｎ−Ｖｐ 27.2 26.5 26.5 34.8 22.7
(４) ｆｆ／ｆＧ 2.1 -3.6 0.3 1.9 2.4
(５) ｆ２／ｆ 2.4 2.3 2.1 2.5 2.2
(６) βｐ 0.35 - - 0.38 0.56
(７) βｎ - 1.51 0.34 - -
(８) Ｄ１／ｆ 0.07 - - 0.07 0.07
前群の焦点距離 -24.64 -31.88 -63.12 -110.85 -13.31
後群の焦点距離 18.33 18.05 16.42 19.59 16.80
ｆｆ 37.89 -64.11 -20.95 37.22 39.88
本発明に係る撮像光学系は、レンズ交換式カメラシステム、監視システムにおける監視
カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等に適用可能であり、特にレンズ交換式カメラシステ
ム等の高画質が要求される撮像光学系に最適である。
Ｇ１ 前群
Ｇ２ 後群
Ｌ１ 第１レンズ素子
Ｌ２ 第２レンズ素子
Ｌ３ 第３レンズ素子
Ｌ４ 第４レンズ素子
Ｌ５ 第５レンズ素子
Ｌ６ 第６レンズ素子
Ｌ７ 第７レンズ素子
Ｌ８ 第８レンズ素子
Ｌ９ 第９レンズ素子
Ｌ１０ 第１０レンズ素子
Ａ 開口絞り
Ｓ 像面

Claims (9)

  1. 撮像光学系であって、
    物体側から像側へと順に、最も物体側に負レンズを配置した前群と、開口絞りと、正のパワーを有する後群とからなり、
    無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、前記最も物体側の負レンズと前記開口絞りとが撮像面に対して固定され、前記前群または後群中にある一部のレンズが光軸に沿って移動し、
    以下の条件（１）を満足する、撮像光学系：
    ０．９＜Ｒ／ｆ＜２．０ ・・・（１）
    ここで、
    Ｒ：最も物体側に配置される負レンズ素子の像側曲率半径と、全ての負レンズ素子の中で物体側から２番目の負レンズ素子の像側曲率半径との平均値、
    ｆ：全系の焦点距離
    である。
  2. 合焦に際し光軸に沿って移動するレンズが、単レンズ素子である、請求項１に記載の撮像光学系。
  3. 以下の条件（２）を満足する、請求項１に記載の撮像光学系：
    ２．０＜Σｄ／ｆ＜１２．０ ・・・（２）
    ここで、
    Σｄ：全系で最も物体側の面から最も像側の面までの光軸上の距離、
    ｆ：全系の焦点距離
    である。
  4. 以下の条件（３）を満足する、請求項１に記載の撮像光学系：
    ２０＜Ｖｎ−Ｖｐ＜５０ ・・・（３）
    ここで、
    Ｖｎ：前群に含まれる負レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数、
    Ｖｐ：前群に含まれる正レンズ素子のｄ線に対する平均アッベ数
    である。
  5. 前群・後群の焦点距離データにあり？
    以下の条件（４）及び（５）を満足する、請求項１に記載の撮像光学系：
    −４．０＜ｆｆ／ｆＧ＜３．０ ・・・（４）
    １．１＜ｆ２／ｆ＜４．２ ・・・（５）
    ここで、
    ｆｆ：合焦時に移動するレンズ素子の焦点距離、
    ｆＧ：合焦時に移動するレンズ素子が属するレンズ群の合成焦点距離、
    ｆ２：後群の合成焦点距離、
    ｆ：全系の焦点距離
    である。
  6. 合焦に際し光軸に沿って移動するレンズ素子は、以下の条件（６）もしくは（７）を満足する、請求項１に記載の撮像光学系：
    ０．２＜βｐ＜０．８ ・・・（６）
    １．０＜βｎ＜１．８ ・・・（７）
    ここで、
    βｐ：合焦の際に移動する正レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率、
    βｎ：合焦の際に移動する負レンズ素子の無限遠合焦状態における近軸結像倍率
    である。
  7. 以下の条件（８）を満足する、請求項３に記載の撮像光学系：
    ０．０１＜Ｄ１／ｆ＜０．２０ ・・・（８）
    ここで、
    Ｄ１：最も物体側に配置される正レンズ素子と、当該正レンズ素子の像側に隣接して配置される負レンズ素子との空気間隔、
    ｆ：全系の焦点距離
    である。
  8. 交換レンズ装置であって、
    請求項１に記載の撮像光学系と、
    前記撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体に接続されるレンズマウント部とを備える、交換レンズ装置。
  9. カメラシステムであって、
    請求項１に記載の撮像光学系を含む交換レンズ装置と、
    前記交換レンズ装置とカメラマウント部を介して着脱可能に接続され、前記撮像光学系が形成する光学像を受光して、電気的な画像信号に変換する撮像センサを含むカメラ本体とを備える、カメラシステム。
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