WO2019117067A1 - 撮像用の光学系および撮像装置 - Google Patents

撮像用の光学系および撮像装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical system for imaging suitable for an imaging device such as a camera.
  • a first lens group, an aperture stop, and a second lens group are disposed in order from the object side to the image side, and the first lens group has positive refractive power.
  • the second lens group is an imaging lens having positive refractive power, and the first lens group is arranged in order from the object side to the image side, the first lens group, the first lens group b,
  • the first lens group c is disposed and configured, and the second lens group is configured by sequentially arranging the second lens group a, the second lens group b, and the second lens group c from the object side to the image side,
  • an imaging lens in which the surface closest to the object side of the second b lens group is concave and the surface closest to the image is convex.
  • a lens system for compact imaging with a short back focus is required.
  • a wide-angle lens with a focal length of approximately 30 mm when converted to 35 mm is an optical system with a short back focus and a sufficiently high peripheral light amount, and a compact optical system is desired.
  • One of the aspects of the present invention is a first lens group of negative refractive power disposed on the object side across the aperture stop, and a second lens group of positive refractive power disposed on the image plane side.
  • An imaging optical system including a third lens unit of positive refractive power disposed on the image plane side of the second lens unit.
  • the first lens group includes, in order from the object side, a first lens of negative refractive power concave on the image plane side, and a second lens of meniscus type having negative refractive power convex on the image plane side.
  • the second lens group is composed of a lens and a third lens having a positive refractive power that is convex toward the object side, and the second lens group is disposed in order from the object side, and has a positive refractive power that is convex toward the image plane side And a fifth lens of meniscus type having negative refractive power convex to the object side, and a sixth lens of negative refractive power concave to the object side.
  • This optical system as a whole is a retrofocus type, and it is easy to obtain a bright lens system by securing a peripheral light amount. Furthermore, in this optical system, a lens (third lens, fourth lens) of positive refractive power convex to the opposite side of the aperture stop from the side of the aperture stop across the aperture stop, and the aperture stop side And a symmetrical configuration of a convex negative meniscus lens (second lens, fifth lens) and a concave negative lens (first lens, sixth lens) on the aperture stop side.
  • the optical system includes a negative lens (first lens, sixth lens) having a concave inside from the outside with an aperture stop interposed, a negative meniscus lens having a concave outside and a convex inside (second It comprises a symmetrical arrangement of a lens, a fifth lens) and a positive lens (third lens, fourth lens) convex outward. Therefore, this optical system can adopt a symmetrical lens configuration effective for aberration correction across the aperture stop, and make the first lens group on the object side a negative-positive retrofocus type. And, it is easy to secure the peripheral light amount.
  • the configuration of the negative lens in which the concave surfaces face each other is realized by the negative lens concave on the image plane side of the negative lead and the negative meniscus lens concave on the object side closest to the object side. It has a lens configuration that makes it easy to collect rays away from the lens. Therefore, the aperture of the lens (first lens) on the most object side which tends to have the largest aperture in the optical system can be made smaller, for example, smaller than the lens diameter on the most image plane side. Therefore, it is possible to provide an optical system which is compact, excellent in aberration correction capability, sufficiently ensured in peripheral light amount, and bright and having a small F number (FNo.).
  • this configuration makes it possible to dispose a lens of positive refractive power adjacent to the image plane side of the aperture stop, and the absolute value of the focal length f4 of the fourth lens is the focal point of the other lens. It may be smaller than the absolute value of the distance. That is, the lens with the largest power may be disposed adjacent to the image plane side of the aperture stop as the fourth lens.
  • the back focus can be controlled by the focal length of the fourth lens.
  • by arranging a plurality of lenses with weak power between the fourth lens and the imaging device which is the image plane it is possible to provide an optical system in which back focus is short and various aberrations are favorably corrected.
  • the focal length f4 of the fourth lens may satisfy the following condition (1) with respect to the distance L4i from the surface at the image plane side of the fourth lens to the image plane. 0.25 ⁇ f4 / L4i ⁇ 0.75 (1)
  • the power of the fourth lens is too strong, and it becomes difficult for other lenses to correct various aberrations.
  • the upper limit is exceeded, the power of the fourth lens is too weak, resulting in a long back focus.
  • the third lens group may be a lens group that moves during focusing.
  • the combined focal length fa of the entire optical system and the combined focal length fg3 of the third lens group may satisfy the following condition (2). 1.2 ⁇ fg3 / fa ⁇ 4.5 (2)
  • the power of the third lens unit is too strong, which makes it difficult to correct various aberrations. If the upper limit is exceeded, the power of the third lens unit is insufficient, which makes focus adjustment difficult, and the distance for moving for focus adjustment is long, and back focus is long.
  • the fifth lens may be a cemented lens composed of, from the object side, a positive lens convex on the image plane side and a negative biconcave lens.
  • the Abbe number pf of the positive lens and the Abbe number nf of the negative lens may satisfy the following condition (3). 0.35 ⁇ nf / pf (3) Below the lower limit, it becomes difficult to correct chromatic aberration.
  • any lens constituting the optical system is a cemented lens (balsam lens).
  • a cemented lens for the lens of the first lens group or the fourth lens is a factor to increase the overall length of the optical system.
  • the lens on the image plane side of the fourth lens may have a smaller power, or preferably has a smaller power, and there are few disadvantages of using a cemented lens. Therefore, at least one of the fifth lens and the sixth lens may be a cemented lens.
  • One of the other aspects of this invention is an imaging device which has an optical system as described above, and an imaging device arrange
  • the optical system may be a replacement lens, and the imaging device includes a digital camera, a video camera, a TV camera, and an action camera.
  • FIG. 2 is a view showing lens data of the optical system shown in FIG. 1;
  • FIG. 7 is a diagram showing data of an aspheric surface of the optical system shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 shows various aberrations of the optical system shown in FIG.
  • FIG. 2 shows transverse aberration of the optical system shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic view of an imaging apparatus including different optical systems for imaging.
  • FIG. 7 is a view showing lens data of the optical system shown in FIG. 6;
  • FIG. 7 is a diagram showing data of an aspheric surface of the optical system shown in FIG. 6.
  • FIG. 7 shows various aberrations of the optical system shown in FIG. 6;
  • FIG. 7 shows transverse aberration of the optical system shown in FIG. 6;
  • FIG. 1 shows an example of an imaging apparatus (camera, camera apparatus) 1 provided with an optical system for imaging.
  • the camera 1 includes an optical system (imaging optical system, imaging optical system, lens system) 10 and an imaging element (imaging side) 12 disposed on the image plane side (image side, imaging side, imaging side) of the optical system 10 Device, image plane) 5.
  • the optical system 10 includes seven lenses L1 to L7 arranged along the optical axis 15.
  • the lens L5 is a cemented lens, and including the lenses L5-1 and L5-2 constituting the cemented lens, the lens L5 is composed of eight lenses in total.
  • These lenses L1 to L7 are disposed on the object side 11 across the aperture stop (diaphragm) St, and are disposed on the image plane side 12 with the first lens group G1 having a negative refractive power as a whole.
  • the second lens group G2 of positive refractive power and the third lens group G3 of positive refractive power disposed on the image plane side 12 of the second lens group G2 are configured separately.
  • the third lens group G3 is a lens group that moves during focusing (F).
  • the first lens group G1 includes, in order from the object side 11, a first lens L1 (specifically, a biconcave negative lens) of negative refractive power concave on the image plane side 12; an image plane It is composed of a meniscus type second lens L2 of negative refractive power convex on the side 12 and a third lens L3 (specifically, positive meniscus lens) of positive refractive power convex on the object side 11 ing.
  • a first lens L1 specifically, a biconcave negative lens
  • an image plane It is composed of a meniscus type second lens L2 of negative refractive power convex on the side 12 and a third lens L3 (specifically, positive meniscus lens) of positive refractive power convex on the object side 11 ing.
  • the second lens group G2 includes, in order from the object side 11, a fourth lens L4 having a positive refractive power convex to the image surface side 12 (specifically, a positive biconvex lens) L4, and an object side A meniscus type fifth lens L5 having a negative convex power and a sixth lens having a negative negative power concave on the object side 11 (specifically, a negative meniscus lens having a convex surface on the image side 12 ) And L6.
  • the third lens group G3 is a single-lens configuration of a biconvex positive lens L7.
  • FIG. 2 shows data of each lens constituting the optical system 10 shown in FIG.
  • the radius of curvature (Rdy) is the radius of curvature (mm) of each surface Su of each lens arranged in order from the object side 11, the distance Thi is the distance (mm) between each lens surface Su, and the effective diameter H * 2 is each lens surface
  • the effective diameter (diameter, mm) and refractive index nd of Su are the refractive index (d line) of each lens, the Abbe number d d is the Abbe number (d line) of each lens, the focal length (mm) of each lens, and each lens group Indicates the focal length (mm) of
  • the final interval, in this example, Thi17 indicates the distance between the optical system 10 and the imaging device 5 (back focus, BF). The same applies to the following.
  • Both surfaces Su5 and Su6 of the third lens L3 and both surfaces Su13 and Su14 of the sixth lens L6 are aspheric, and the aspheric coefficients of the respective surfaces are shown in FIG.
  • X is a coordinate in the optical axis direction
  • Y is a coordinate in the direction perpendicular to the optical axis
  • the traveling direction of light is positive
  • R is a paraxial radius of curvature
  • "en” means "10 to the n-th power”.
  • X (1 / R) Y 2 / [1+ ⁇ 1- (1 + K) (1 / R) 2 Y 2 ⁇ 1/2 ] + AY 4 + BY 6 + CY 8 + DY 10
  • FIG. 4 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion of the optical system 10.
  • the spherical aberration has a wavelength of 435.8300 nm (two-dot chain line), a wavelength of 486.1300 nm (one-dot chain line), a wavelength of 546.0700 nm (broken line), a wavelength of 587.5600 nm (solid line), and a 656.2800 nm (long broken line). And show.
  • Astigmatism indicates tangential ray T and sagittal ray S.
  • FIG. 5 shows the magnification chromatic aberration (lateral aberration) of the optical system 10 for each of tangential and sagittal rays at the same wavelength as FIG. The same applies to the aberration diagrams shown below.
  • This optical system 10 has a seven-lens configuration (including eight lenses that make up the balsam), and has a focal length of 4.85 mm (35 mm when converted to 35 mm), a front lens diameter of 3.3 mm, and a rear lens diameter (diameter) It is an ultra-compact wide-angle lens with a maximum diameter Hmax of 5 mm or less, an overall length AL of about 10 mm (11 mm or less), 4.9 mm. Therefore, this optical system 10 is a compact optical system that satisfies the following condition (4).
  • the unit of the maximum diameter Hmax and the total length AL may be mm, and the maximum diameter Mmax may be 4.9 mm or less. Further, the total length AL may be 10.2 mm or less.
  • the optical system 10 as a whole is provided with a negative-positive-positive retrofocus type power arrangement, and it is a type that can easily secure the peripheral light amount and the back focus. Furthermore, focusing on the first lens group G1 and the second lens group G2, the lenses L3 and L4 having positive refractive powers convex to the side opposite to the aperture stop St from the inside with the aperture stop St interposed therebetween, the aperture stop It includes a symmetrical configuration in which the negative meniscus lenses L2 and L5 convex on the St side and the negative lenses L1 and L6 concave on the aperture stop St side are disposed. That is, the optical system 10 includes negative, negative, negative, positive, negative, negative target power arrangements with the aperture stop St interposed. More specifically, from the outside with respect to the aperture stop St, negative lenses L1 and L6 with concave inside, negative meniscus lenses L2 and L5 with concave outward and convex inside, and positive convex with outside Of the lens L3 and L4.
  • the lens groups G1 and G2 so that various aberrations can be easily corrected. Furthermore, on the object side 11, the lenses L1 to L3 of the object side 11 of the first lens group G1 on the object side 11 can be of the negative-positive retrofocus type, and the configuration of the lens group G1 is also Furthermore, the peripheral light quantity can be easily secured.
  • concave surfaces such as the negative lens L1 concave on the image plane side 12 of the negative lead and the negative meniscus lens L2 concave on the object side 11 face each other on the object side 11
  • the configuration of the negative lens is realized, and it is a lens configuration that facilitates collection of light rays away from the optical axis 15. Therefore, the aperture of the lens (first lens) L1 on the most object side which tends to have the largest aperture in the optical system 10 can be made smaller, and can be smaller than the lens diameter of the lens L7 on the image plane side 12. Therefore, the optical system 10 is compact, has excellent aberration correction capability, and sufficient peripheral light amount, and has a small and bright optical system 10 with an F number (FNo.) Of about 2.8.
  • this optical system 10 can form a bright image on the image plane 5 with a sufficient amount of light, even though the lens L1, which is the front lens, is a lens system of a very small size of 3.3 mm.
  • the fourth lens L4 of positive refractive power is disposed adjacent to the image plane side 12 of the aperture stop St, and the absolute length of the focal length f4 of the fourth lens L4 is The value can be made smaller than the absolute value of the focal length of the other lenses to maximize the power of the fourth lens L4.
  • the fourth lens L4 of maximum power on the image plane side 12 of the aperture stop St, the distance from the fourth lens L4 to the imaging device 5, which is the image plane, is controlled, and the fourth lens L4 is controlled. It is possible to provide an optical system 10 in which the distance between the optical system 10 and the imaging device 5, that is, the back focus BF is small by arranging a lens of weak power between the lens and the imaging device 5 to correct various aberrations. .
  • the lens is an ultra-compact wide-angle lens with various aberrations well corrected.
  • a third lens group G3 of positive power is disposed on the image plane side 12 of a symmetrical configuration, and it is configured to move for focusing while correcting aberrations.
  • the third lens group G3 is disposed by setting the focal length f4 of the fourth lens L4 in the range of the condition (1) and securing the distance L4i from the fourth lens L4 to the imaging device 5.
  • the focal length of the seventh lens L7 constituting the third lens group G3 satisfies the condition (2), which is a compact optical system 10, and correction of various aberrations is favorably performed.
  • the optical system 10 is capable of performing focusing well.
  • this optical system 10 is configured such that the fifth lens L5 included in the symmetrical configuration is a cemented lens (balsam lens) so that aberration correction, in particular, correction of chromatic aberration can be performed well.
  • the lenses L5-1 and L5-2 constituting the fifth lens L5 satisfy the condition (3) and contribute to the correction of the chromatic aberration.
  • the fifth lens L5 is a lens disposed on the image plane side 12 of the fourth lens L4 having the highest power, and the power may be weak or it is preferable that the power is weak and suitable for correction of chromatic aberration. In addition, even if the power is weak, it is difficult to give an influence such that the entire length of the optical system 10 is extended. On the other hand, disposing a lens of weak power on the object side 11 of the fourth lens L4 causes an increase in the overall length of the optical system 10. Therefore, the optical system 10 is configured as a compact optical system 10 in which the chromatic aberration is well corrected.
  • FIG. 6 shows an example of a camera 1 provided with optical systems 10 for different imaging.
  • this optical system 10 is also an ultracompact wide-angle lens, and is disposed on the object side 11 across the aperture stop (stop) St, and has a negative refractive power as a whole Of the first lens group G1, a second lens group G2 having a generally positive refractive power disposed on the image plane side 12, and a third lens having a positive refractive power further disposed on the image plane side 12; It is composed of a lens group G3.
  • the optical system 10 also includes seven lenses L1 to L7 arranged along the optical axis 15.
  • the lens L5 is a cemented lens, and including the lenses L5-1 and L5-2 constituting the cemented lens, the lens L5 is composed of eight lenses in total.
  • the first lens group G1 is a first lens of negative refractive power concave on the image plane side 12 (specifically, a negative meniscus lens convex on the object side 11) disposed in order from the object side 11 L1, a meniscus type second lens L2 of negative refractive power convex on the image plane side 12, and a third lens of positive refractive power convex on the object side 11 (specifically, a biconvex positive lens ) And L3.
  • the second lens group G2 includes, in order from the object side 11, a fourth lens L4 having a positive refractive power convex to the image surface side 12 (specifically, a positive biconvex lens) L4, and an object side A meniscus type fifth lens L5 having a negative convex power and a sixth lens having a negative negative power concave on the object side 11 (specifically, a negative meniscus lens having a convex surface on the image side 12 ) And L6.
  • the third lens group G3 is a single-lens configuration of a biconvex positive lens L7.
  • FIG. 7 shows data of each lens constituting the optical system 10 shown in FIG. 8 shows data of an aspheric surface
  • FIG. 9 shows spherical aberration, astigmatism and distortion of the optical system 10
  • FIG. 10 shows lateral chromatic aberration of the optical system 10 as tangential rays. And for each of the sagittal rays.
  • This imaging optical system 10 has a focal length of 3.33 mm (24 mm when converted to 35 mm), a front lens diameter of 3.7 mm, a rear lens diameter (diameter) of 4.42 mm, a maximum diameter Hmax of 4.5 mm or less, and a total length AL of 10 mm.
  • This imaging optical system 10 is also an optical system satisfying all the conditions (1) to (4), and as a whole, it is a negative-positive-positive retrofocus type, and further, the aperture stop St is By the first lens group G1 and the second lens group G2 disposed in a sandwiching manner, from the outside, negative lenses L1 and L6 having a concave on the inside and negative meniscus lenses L2 and L5 having a concave on the outside and a convex on the inside And a symmetrical arrangement composed of positive lenses L3 and L4 which are convex on the outside. Therefore, on the object side 11, the aberration correction can be performed well and the peripheral light amount can be easily secured, and the optical system 10 is small and bright, and the optical system 10 is small with an F value of about 2.8.
  • the fourth lens L4 having the largest positive refractive power is disposed adjacent to the image plane side 12 of the aperture stop St, and the back focus BF is short, as shown in FIG. 9 and FIG.
  • the imaging optical system (lens system) 10 in which the aberration is corrected well can be provided.

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Abstract

撮像用の光学系（１０）は、開口絞り（Ｓｔ）を挟んで物体側（１１）に配置された負の屈折力の第１のレンズ群（Ｇ１）と、像面側（１２）に配置された正の屈折力の第２のレンズ群（Ｇ２）と、第２のレンズ群の像面側に配置された正の屈折力の第３のレンズ群（Ｇ３）から構成される。第１のレンズ群（Ｇ１）は、物体側から順番に配置された、像面側が凹の負の屈折力の第１のレンズ（Ｌ１）と、像面側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第２のレンズ（Ｌ２）と、物体側に凸の正の屈折力の第３のレンズ（Ｌ３）とから構成されており、第２のレンズ群Ｇ２は、物体側から順番に配置された、像面側に凸の正の屈折力の第４のレンズ（Ｌ４）と、物体側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第５のレンズ（Ｌ５）と、物体側に凹の負の屈折力の第６のレンズ（Ｌ６）とから構成されている。

Description

撮像用の光学系および撮像装置
　本発明は、カメラなどの撮像装置に好適な撮像用の光学系に関するものである。
　日本国特許公開公報２０１２－０３２６２６号には、物体側から像側へ向かって順に、第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群を配設してなり、第１レンズ群は正の屈折力を有するか略アフォーカルで、第２レンズ群は正の屈折力を有する結像レンズにおいて、第１レンズ群を、物体側から像側へ向かって順に、第１ａレンズ群、第１ｂレンズ群、第１ｃレンズ群を配設して構成し、第２レンズ群を、物体側から像側へ向かって順に、第２ａレンズ群、第２ｂレンズ群、第２ｃレンズ群を配設して構成し、第２ｂレンズ群の、最も物体側の面を凹面、最も像側の面を凸面とした結像レンズが開示されている。
　コンパクトデジタルカメラやミラーレスカメラにおいては、バックフォーカスが短く、コンパクトな撮像用のレンズシステム（光学系）が要望されている。例えば、３５ｍｍ換算時の焦点距離が３０ｍｍ前後の広角レンズで、バックフォーカスが短く、周辺光量も十分に確保された光学系であって、コンパクトな光学系が要望されている。
　本発明の態様の１つは、開口絞りを挟んで物体側に配置された負の屈折力の第１のレンズ群と、像面側に配置された正の屈折力の第２のレンズ群と、第２のレンズ群の像面側に配置された正の屈折力の第３のレンズ群から構成された撮像用の光学系である。第１のレンズ群は、物体側から順番に配置された、像面側に凹の負の屈折力の第１のレンズと、像面側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第２のレンズと、物体側に凸の正の屈折力の第３のレンズとから構成されており、第２のレンズ群は、物体側から順番に配置された、像面側に凸の正の屈折力の第４のレンズと、物体側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第５のレンズと、物体側に凹の負の屈折力の第６のレンズとから構成されている。
　この光学系は全体としてレトロフォーカスタイプであり、周辺光量を確保して明るいレンズシステムを得やすい。さらにこの光学系においては、開口絞りを挟んで、開口絞りの側から順に、開口絞りと反対側に凸の正の屈折力のレンズ（第３のレンズ、第４のレンズ）と、開口絞り側に凸の負のメニスカスレンズ（第２のレンズ、第５のレンズ）と、開口絞り側に凹の負のレンズ（第１のレンズ、第６のレンズ）という対称な構成を含む。すなわち、光学系は、開口絞りを挟んで、外側から、内側が凹の負のレンズ（第１のレンズ、第６のレンズ）、外側が凹で内側が凸の負のメニスカスレンズ（第２のレンズ、第５のレンズ）および外側が凸の正のレンズ（第３のレンズ、第４のレンズ）という対称な構成を含む。したがって、この光学系は、開口絞りを挟んで、収差補正に有効な対称なレンズ構成を採用するとともに、物体側の第１のレンズ群を負－正のレトロフォーカスタイプにすることが可能であり、さらに周辺光量を確保しやすい。
　特に、この構成では、最も物体側に、マイナスリードの像面側に凹の負レンズと物体側に凹の負のメニスカスレンズにより、凹面が向かい合った負レンズの構成が実現されており、光軸から離れた光線を収集しやすいレンズ構成となっている。このため、光学系の中で最も口径が大きくなりがちな最も物体側のレンズ（第１のレンズ）の口径を小さくでき、例えば、最も像面側のレンズ径よりも小さくすることができる。したがって、コンパクトで、収差補正能力に優れ、さらに周辺光量も十分に確保され、明るく、Ｆ値（ＦＮｏ．）も小さい光学系を提供できる。
　また、この構成は、開口絞りの像面側に隣接して正の屈折力のレンズを配置することが可能であり、その第４のレンズの焦点距離ｆ４の絶対値を、他のレンズの焦点距離の絶対値より小さくしてもよい。すなわち、最もパワーの大きなレンズを、第４のレンズとして開口絞りの像面側に隣接して配置してもよい。第４のレンズの焦点距離によりバックフォーカスを制御できる。また、第４のレンズと像面である撮像デバイスとの間にパワーの弱い複数のレンズを配置することにより、バックフォーカスが短く諸収差が良好に補正された光学系を提供できる。
　第４のレンズの焦点距離ｆ４は、第４のレンズの像面側の面から像面までの距離Ｌ４ｉに対し以下の条件（１）を満たしてもよい。
０．２５＜ｆ４／Ｌ４ｉ＜０．７５　・・・（１）
下限を下回ると第４のレンズのパワーが強すぎて他のレンズによる諸収差の補正が難しくなる。一方、上限を上回ると第４のレンズのパワーが弱すぎてバックフォーカスが長くなる。
　第３のレンズ群はフォーカシングの際に移動するレンズ群であってもよい。光学系の全系の合成焦点距離ｆａと、第３のレンズ群の合成焦点距離ｆｇ３とが以下の条件（２）を満たしてもよい。
１．２＜ｆｇ３／ｆａ＜４．５　・・・（２）
下限を下回ると第３のレンズ群のパワーが強すぎて諸収差の補正が難しくなる。上限を上回ると第３のレンズ群のパワーが不足して焦点調整が難しくなり、また、焦点調整のために移動する距離が長くなりバックフォーカスが長くなる。
　第５のレンズは、物体側から、像面側に凸の正レンズと両凹の負レンズとからなる接合レンズであってもよい。正レンズのアッベ数ｐｆと、負レンズのアッベ数ｎｆとが以下の条件（３）を満たしてもよい。
０．３５＜ｎｆ／ｐｆ　・・・（３）
下限を下回ると色収差の補正が困難になる。
　光学系を構成するいずれかのレンズを接合レンズ（バルサムレンズ）にすることは色収差の補正に有効である。しかしながら、パワーの確保が難しくなるため、第１のレンズ群のレンズあるいは第４のレンズを接合レンズにすることは光学系の全長を長くする要因になる。一方、第４のレンズより像面側のレンズはパワーが小さくてもよく、あるいはパワーが小さいことが望ましく、接合レンズにすることのディメリットは少ない。したがって、第５のレンズおよび第６のレンズの少なくともいずれかのみが接合レンズであってもよい。
　本発明の他の態様の１つは、上記に記載の光学系と、光学系の像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置である。光学系は交換用レンズであってもよく、撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＴＶカメラ、アクションカメラを含む。
撮像用の光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図１に示す光学系のレンズデータを示す図。 図１に示す光学系の非球面のデータを示す図。 図１に示す光学系の諸収差を示す図。 図１に示す光学系の横収差を示す図。 撮像用の異なる光学系を含む撮像装置の概要を示す図。 図６に示す光学系のレンズデータを示す図。 図６に示す光学系の非球面のデータを示す図。 図６に示す光学系の諸収差を示す図。 図６に示す光学系の横収差を示す図。
発明の実施の形態
　図１に、撮像用の光学系を備えた撮像装置（カメラ、カメラ装置）１の一例を示している。このカメラ１は、光学系（撮像光学系、結像光学系、レンズシステム）１０と、光学系１０の像面側（画像側、撮像側、結像側）１２に配置された撮像素子（撮像デバイス、像面）５とを有する。光学系１０は、光軸１５に沿って配置された７枚のレンズＬ１～Ｌ７を含む。レンズＬ５が接合レンズであり、接合レンズを構成するレンズＬ５－１およびＬ５－２を含めると、全体として８枚のレンズにより構成されている。これらのレンズＬ１～Ｌ７は、開口絞り（絞り）Ｓｔを挟んで物体側１１に配置された、全体として負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、像面側１２に配置された、全体として正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２と、第２のレンズ群Ｇ２の像面側１２に配置された正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３に分けて構成されている。第３のレンズ群Ｇ３はフォーカシング（Ｆ）の際に移動するレンズ群である。
　第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から順番に配置された、像面側１２に凹の負の屈折力の第１のレンズ（具体的には両凹の負レンズ）Ｌ１と、像面側１２に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第２のレンズＬ２と、物体側１１に凸の正の屈折力の第３のレンズ（具体的には正のメニスカスレンズ）Ｌ３とから構成されている。
　第２のレンズ群Ｇ２は、物体側１１から順番に配置された、像面側１２に凸の正の屈折力の第４のレンズ（具体的には両凸の正レンズ）Ｌ４と、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第５のレンズＬ５と、物体側１１に凹の負の屈折力の第６のレンズ（具体的には像面側１２に凸の負のメニスカスレンズ）Ｌ６とから構成されている。第３のレンズ群Ｇ３は、両凸の正レンズＬ７の一枚構成である。
　図２に、図１に示す光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。曲率半径（Ｒｄｙ）は物体側１１から順に並んだ各レンズの各面Ｓｕの曲率半径（ｍｍ）、間隔Ｔｈｉは各レンズ面Ｓｕの間の距離（ｍｍ）、有効径Ｈ＊２は各レンズ面Ｓｕの有効径（直径、ｍｍ）、屈折率ｎｄは各レンズの屈折率（ｄ線）、アッベ数νｄは各レンズのアッベ数（ｄ線）、各レンズの焦点距離（ｍｍ）、各レンズ群の焦点距離（ｍｍ）を示している。なお、最終の間隔、本例においてはＴｈｉ１７が光学系１０と撮像デバイス５との距離（バックフォーカス、ＢＦ）を示す。以下においても同様である。
　第３のレンズＬ３の両面Ｓｕ５およびＳｕ６、第６のレンズＬ６の両面Ｓｕ１３およびＳｕ１４が非球面であり、図３にそれぞれの面の非球面係数を示す。非球面は、Ｘを光軸方向の座標、Ｙを光軸と垂直方向の座標、光の進行方向を正、Ｒを近軸曲率半径とすると、図３に示した係数Ｋ、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを用いて次式で表わされる。以降の実施形態においても同様である。なお、「ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ２／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（１／Ｒ）２Ｙ２｝１／２］
　　　＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０
　図４に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。球面収差は、波長４３５．８３００ｎｍ（二点鎖線）と、波長４８６．１３００ｎｍ（一点鎖線）と、波長５４６．０７００ｎｍ（破線）と、波長５８７．５６００ｎｍ（実線）と、６５６．２８００ｎｍ（長破線）とを示している。非点収差はタンジェンシャル光線Ｔとサジタル光線Ｓとを示している。図５に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて、図４と同じ波長について示している。以下に示す収差図においても同様である。
　この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆａ）：　４．８５（ｄ線基準の計算、以下同様）
全長（最も物体側の面から最も像面側の面までの距離）（ＡＬ）：　１０．１２５ｍｍ
Ｆ値：　２．８
最大画角（半画角）：　３１．７度
イメージサークル：　φ６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：　１．８７ｍｍ
第４のレンズＬ４の像面側の面Ｓｕ９から像面までの距離（Ｌ４ｉ）：　６．８８ｍｍ
第４のレンズＬ４の焦点距離ｆ４：　４．１９ｍｍ
第３のレンズ群の焦点距離ｆｇ３：　８．１１ｍｍ
条件（１）（ｆ４／Ｌ４ｉ）：　０．６１
条件（２）（ｆｇ３／ｆａ）：　１．６７
条件（３）（ｎｆ／ｐｆ）：　０．５１
　この光学系１０はレンズ７枚構成（バルサムを構成する両レンズを含めると８枚構成）で、焦点距離４．８５ｍｍ（３５ｍｍ換算時３５ｍｍ）、前玉径３．３ｍｍ、後玉径（直径）４．９ｍｍで、最大直径Ｈｍａｘが５ｍｍ以下、全長ＡＬが１０ｍｍ程度（１１ｍｍ以下）の超小型の広角レンズである。したがって、この光学系１０は、以下の条件（４）を満たす小型の光学系である。
４．０＜Ｈｍａｘ＜５．０
９．０＜ＡＬ＜１１．０・・・（４）
最大直径Ｈｍａｘおよび全長ＡＬの単位はｍｍであり、最大直径Ｍｍａｘは４．９ｍｍ以下であってもよい。また、全長ＡＬは１０．２ｍｍ以下であってもよい。
　具体的には、この光学系１０は、全体として負－正－正のレトロフォーカスタイプのパワー配置を備えており、周辺光量を確保しやすく、バックフォーカスも確保しやすいタイプである。さらに、第１のレンズ群Ｇ１および第２のレンズ群Ｇ２に着目すると、開口絞りＳｔを挟んで、内側から、開口絞りＳｔと反対側に凸の正の屈折力のレンズＬ３およびＬ４、開口絞りＳｔ側に凸の負のメニスカスレンズＬ２およびＬ５と、開口絞りＳｔ側に凹の負のレンズＬ１およびＬ６が配置された対称な構成を含む。すなわち、光学系１０は、開口絞りＳｔを挟んで、負－負－正－絞り－正－負－負の対象なパワー配置を含む。さらに具体的には、開口絞りＳｔを中心として、外側から、内側が凹の負のレンズＬ１およびＬ６と、外側が凹で内側に凸の負のメニスカスレンズＬ２およびＬ５と、外側が凸の正のレンズＬ３およびＬ４とで構成された対称な構成を含む。
　したがって、レンズ群Ｇ１およびＧ２により、開口絞りＳｔを中心として６枚のレンズＬ１～Ｌ６を対称に配置した構成が実現されており、諸収差を補正しやすい構成となっている。さらに、物体側１１においては、物体側１１の第１のレンズ群Ｇ１の物体側１１のレンズＬ１～Ｌ３を負－正のレトロフォーカスタイプにすることが可能であり、レンズ群Ｇ１の構成も、さらに周辺光量を確保しやすい構成となっている。
　特に、この光学系１０の対称的な構成では、最も物体側１１に、マイナスリードの像面側１２に凹の負レンズＬ１と物体側１１に凹の負のメニスカスレンズＬ２という、凹面が向かい合った負レンズの構成が実現されており、光軸１５から離れた光線を収集しやすいレンズ構成となっている。このため、光学系１０の中で最も口径が大きくなりがちな最も物体側のレンズ（第１のレンズ）Ｌ１の口径を小さくでき、像面側１２のレンズＬ７のレンズ径よりも小さくできる。したがって、コンパクトで、収差補正能力に優れ、さらに周辺光量も十分に確保され、Ｆ値（ＦＮｏ．）が２．８程度と、小さく明るい光学系１０となっている。
　したがって、この光学系１０は、前玉であるレンズＬ１の直径が３．３ｍｍと超小型のレンズシステムでありながら、十分な光量により明るい画像を像面５に結像できる。
　さらに、この光学系１０の対称的な構成は、開口絞りＳｔの像面側１２に隣接して正の屈折力の第４のレンズＬ４が配置され、第４のレンズＬ４の焦点距離ｆ４の絶対値を、他のレンズの焦点距離の絶対値より小さくし、第４のレンズＬ４のパワーを最大にすることができる。開口絞りＳｔの像面側１２に最大のパワーの第４のレンズＬ４を配置することにより、第４のレンズＬ４からの像面である撮像デバイス５までの距離を制御し、第４のレンズＬ４と撮像デバイス５との間にパワーの弱いレンズを配置して諸収差を補正することにより、光学系１０と撮像デバイス５の間隔、すなわち、バックフォーカスＢＦが結果的に小さい光学系１０を提供できる。
　第４のレンズＬ４のパワーが強すぎると諸収差の補正が困難になるが、本光学系１０の第４のレンズＬ４の焦点距離ｆ４は、条件（１）を満足しており、バックフォーカスＢＦが小さく、図４および図５に示すように、諸収差も良好に補正された、超小型の広角レンズとなっている。
　また、この光学系１０においては、対称的な構成の像面側１２に正のパワーの第３のレンズ群Ｇ３を配置し、諸収差を補正するとともに、フォーカシング（合焦）のために動く構成を採用している。特に、第４のレンズＬ４の焦点距離ｆ４を条件（１）の範囲に設定し、第４のレンズＬ４から撮像デバイス５までの距離Ｌ４ｉを確保することにより、第３のレンズ群Ｇ３を配置している。また、第３のレンズ群Ｇ３を構成する第７のレンズＬ７の焦点距離は、条件（２）を満足しており、コンパクトな光学系１０であって、諸収差の補正が良好に行われ、フォーカシングも良好に行うことができる光学系１０となっている。
　さらに、この光学系１０は、対称的な構成に含まれる第５のレンズＬ５を接合レンズ（バルサムレンズ）として、収差補正、特に色収差の補正を良好に行えるようにしている。また、第５のレンズＬ５を構成するレンズＬ５－１およびＬ５－２は、条件（３）を満足しており、色収差の補正に寄与している。第５のレンズＬ５は、最もパワーの強い第４のレンズＬ４の像面側１２に配置されたレンズであり、パワーが弱くてもよく、あるいはパワーが弱い方が好ましく、色収差の補正に適しており、また、パワーが弱くても光学系１０の全長が延びるような影響は与えにくい。一方、第４のレンズＬ４の物体側１１にパワーの弱いレンズを配置することは光学系１０の全長が長くなる要因となる。したがって、この光学系１０は、コンパクトで色収差も良好に補正された光学系１０として適した構成となっている。
　図６に、異なる撮像用の光学系１０を備えたカメラ１の例を示している。この光学系１０も実施例１の光学系（レンズシステム）と同様に、超小型の広角レンズであり、開口絞り（絞り）Ｓｔを挟んで物体側１１に配置された、全体として負の屈折力の第１のレンズ群Ｇ１と、像面側１２に配置された、全体として正の屈折力の第２のレンズ群Ｇ２と、さらに像面側１２に配置された正の屈折力の第３のレンズ群Ｇ３とから構成されている。
　この光学系１０も光軸１５に沿って配置された７枚のレンズＬ１～Ｌ７を含む。レンズＬ５が接合レンズであり、接合レンズを構成するレンズＬ５－１およびＬ５－２を含めると、全体として８枚のレンズにより構成されている。
　第１のレンズ群Ｇ１は、物体側１１から順番に配置された、像面側１２に凹の負の屈折力の第１のレンズ（具体的には物体側１１に凸の負のメニスカスレンズ）Ｌ１と、像面側１２に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第２のレンズＬ２と、物体側１１に凸の正の屈折力の第３のレンズ（具体的には両凸の正レンズ）Ｌ３とから構成されている。
　第２のレンズ群Ｇ２は、物体側１１から順番に配置された、像面側１２に凸の正の屈折力の第４のレンズ（具体的には両凸の正レンズ）Ｌ４と、物体側１１に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第５のレンズＬ５と、物体側１１に凹の負の屈折力の第６のレンズ（具体的には像面側１２に凸の負のメニスカスレンズ）Ｌ６とから構成されている。第３のレンズ群Ｇ３は、両凸の正レンズＬ７の一枚構成である。
　図７に、図６に示す光学系１０を構成する各レンズのデータを示している。図８には、非球面のデータを示し、図９に、光学系１０の球面収差、非点収差、歪曲収差を示し、図１０に、光学系１０の倍率色収差（横収差）をタンジェンシャル光線およびサジタル光線のそれぞれについて示している。
　この光学系１０の主な性能を示す数値は以下の通りである。
全体の合成焦点距離（ｆａ）：　３．３３（ｄ線基準の計算、以下同様）
全長（ＡＬ）：　９．９３０ｍｍ
Ｆ値：　２．８
最大画角（半画角）：　４２．０度
イメージサークル：　φ６ｍｍ
バックフォーカス（ＢＦ）：　２．０８ｍｍ
第４のレンズＬ４の面Ｓｕ９から像面までの距離（Ｌ４ｉ）：６．５５ｍｍ
第４のレンズＬ４の焦点距離ｆ４：　４．５５ｍｍ
第３のレンズ群の焦点距離ｆｇ３：　８．１１ｍｍ
条件（１）：　０．６９
条件（２）：　２．４４
条件（３）：　０．５１
　この撮像光学系１０は、焦点距離３．３３ｍｍ（３５ｍｍ換算時２４ｍｍ）、前玉径３．７ｍｍ、後玉径（直径）４．４２ｍｍで、最大直径Ｈｍａｘが４．５ｍｍ以下、全長ＡＬが１０ｍｍ以下の超小型の広角レンズである。この撮像光学系１０も条件（１）～（４）をすべて満足する光学系であり、全体として、負－正－正のレトロフォーカスタイプで、さらに、上記の例と同様に、開口絞りＳｔを挟んで配置された第１のレンズ群Ｇ１および第２のレンズ群Ｇ２により、外側から、内側が凹の負のレンズＬ１およびＬ６と、外側が凹で内側に凸の負のメニスカスレンズＬ２およびＬ５と、外側が凸の正のレンズＬ３およびＬ４とで構成された対称な構成を含む。したがって、物体側１１においては、良好に収差補正ができるとともに周辺光量を確保しやすい構成であり、小型でありながら、Ｆ値が２．８程度と、小さく明るい光学系１０となっている。
　また、開口絞りＳｔの像面側１２に隣接して、最もパワーの大きな正の屈折力の第４のレンズＬ４が配置されており、バックフォーカスＢＦが短く、図９および図１０に示すように、収差が良好に補正された撮像光学系（レンズシステム）１０を提供できる。

Claims (8)

  1. 　開口絞りを挟んで物体側に配置された負の屈折力の第１のレンズ群と、像面側に配置された正の屈折力の第２のレンズ群と、前記第２のレンズ群の像面側に配置された正の屈折力の第３のレンズ群とから構成された撮像用の光学系であって、
    　前記第１のレンズ群は、物体側から順番に配置された、像面側が凹の負の屈折力の第１のレンズと、像面側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第２のレンズと、物体側に凸の正の屈折力の第３のレンズとから構成されており、
    　前記第２のレンズ群は、物体側から順番に配置された、像面側に凸の正の屈折力の第４のレンズと、物体側に凸の負の屈折力のメニスカスタイプの第５のレンズと、物体側に凹の負の屈折力の第６のレンズとから構成されている、光学系。
  2. 　請求項１において、
    　前記第４のレンズは、絶対値で、他のレンズの焦点距離より小さい焦点距離ｆ４を含む、光学系。
  3. 　請求項１または２において、
    　前記第４のレンズの焦点距離ｆ４は、前記第４のレンズの像面側の面から像面までの距離Ｌ４ｉに対し以下の条件を満たす、光学系。
    ０．２５＜ｆ４／Ｌ４ｉ＜０．７５
  4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    　前記第３のレンズ群はフォーカシングの際に移動するレンズ群であって、当該光学系の全系の合成焦点距離ｆａと、前記第３のレンズ群の合成焦点距離ｆｇ３とが以下の条件を満たす、光学系。
    １．２＜ｆｇ３／ｆａ＜４．５
  5. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、
    　前記第５のレンズは、物体側から、像面側に凸の正レンズと両凹の負レンズとからなる接合レンズであり、前記正レンズのアッベ数ｐｆと、前記負レンズのアッベ数ｎｆとが以下の条件を満たす、光学系。
    ０．３５＜ｎｆ／ｐｆ
  6. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、
    　前記第５のレンズおよび前記第６のレンズの少なくともいずれかのみが接合レンズである、光学系。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかにおいて、
    　当該光学系の最大直径Ｈｍａｘおよび全長ＡＬが以下の条件を満たす、光学系。
    ４．０＜Ｈｍａｘ＜５．０
    ９．０＜ＡＬ＜１１．０
    ただし、最大直径Ｈｍａｘおよび全長ＡＬの単位はｍｍである。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載の光学系と、
    　前記光学系の像面側に配置された撮像素子とを有する撮像装置。
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