JP2013235239A - マクロレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】合焦用レンズ群の高速化、軽量化を図りかつ無限遠から最至近までの収差変動を抑えたマクロレンズおよび撮像装置を提供する。
【解決手段】マクロレンズ１は、正正負の３群構成であって、第１群１１は、同符号の曲率半径を持ち下記式１〜式３により定義されるＳ１面、Ｓ２面を有し、合焦時に、第１および第３群１１、１３を固定し、第２群１２を移動して合焦を行う。ここで、無限遠から最至近での第２群１２の移動量をＭ２、第２群１２の焦点距離をｆ２、Ｓ１面とＳ２面との光軸上の空気換算間隔をｅ０、無限遠と最至近の各結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る光軸からの各高さをＹｉｎｆ、Ｙｎｅａｒとした場合に、光軸方向のＳ１面とＳ２面との各合成光学的パワーをφｉｎｆ、φｎｅａｒとする場合に、式１；０．６＜Ｍ２／ｆ２＜１、式２；（φｉｎｆ−φｎｅａｒ）ｆ２＜−０．０００２、式３；ｅ０／ｆ２＜０．１５
【選択図】図１

Description

本発明は、マクロレンズに関し、特に、インナーフォーカス型のマクロレンズに関する。そして、本発明は、このマクロレンズを備える撮像装置に関する。
マクロレンズは、等倍などの高い撮影倍率で接写撮影を可能とするレンズであるが、通常、無限遠物体から近距離物体まで広い範囲に亘って使用されている。したがって、その合焦（フォーカシング）には、前記広い範囲に亘って良好な収差補正を実現することが要請される。このため、近年では、合焦に、例えば、特許文献１に開示されているように、合焦のために複数のレンズ群を移動させるいわゆるフローティング方式が用いられており、それが主流となっている。その一方で、合焦に前記フローティング方式を採用せず、例えば、特許文献２に開示されているように、合焦のために１つのレンズ群しか移動させない方式も提案されている。
また、近年、カメラ（撮像装置）は、いわゆる銀塩カメラではなく、デジタルカメラが一般的となってきており、さらにオートフォーカスによる静止画撮影だけではなく、動画撮影等も可能となってきている。この動画撮影では、物体の移動に対して常に合焦状態を保つため、合焦用のレンズ群を高速に振動させ（ウォブリング）、常にコントラストの最大値を捉えるように合焦用のレンズ群を移動させる制御が行われる。このような制御に適したマクロレンズとして、例えば、特許文献３に開示されたマクロレンズがある。
特開２０１１−１８０２２６号公報 特許第４８７４８５２号公報（特開２００８−２５７０８８号公報） 特開２０１１−０４８２３２号公報
ところで、特許文献１および特許文献３のように、フローティング方式を採用した場合、無限遠距離から最至近距離までの収差変動を比較的小さく抑えることが可能である。しかしながら、フローティング方式では複数のレンズ群を移動させる必要があるため、機構が複雑になるとともに、可動のレンズ群におけるガタ等の製造誤差要素も増えるため、安定性において懸念がある。
この点、特許文献２では合焦の際に移動するレンズ群は、１つであるため、上記安定性の懸念は、軽減される。しかしながら、無限遠距離から最至近距離までに亘って安定した結像性能（良好な収差補正）を実現するためには、合焦の際に移動するレンズ群自身で発生する諸収差を充分に小さく抑える必要がある。このため、合焦の際に移動するレンズ群を構成するレンズ枚数が比較的多くなり、特許文献３で開示されている高速な合焦に対応することが困難である。
また、前記動画撮影では、画像だけではなく音声等の音も同時に記録されることが通常である。このため、カメラやマクロレンズで生じる作動音等の音を極力抑えることが要請されている。マクロレンズで生じる音は、一般に、合焦動作（ウォブリング動作）の際に用いられるアクチュエーターの作動音であり、このアクチュエーターの作動音の静穏化を図る必要がある。アクチュエーターの作動音を低減することによって静穏化を図るためには、アクチュエーターの負荷を小さくすることが重要であり、これに対応するためにも、やはり、合焦の際に移動するレンズ群の軽量化が求められている。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、合焦の際に移動するレンズ群のより高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えたマクロレンズを提供することである。そして、本発明の他の目的は、この撮影光学系を備える撮像装置およびこの撮像装置を搭載したデジタル機器を提供することである。
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下のような構成を有する撮像光学系、撮像装置およびデジタル機器を提供するものである。なお、以下の説明において使用されている用語は、本明細書においては、次の通り定義されているものとする。
（ａ）屈折率は、ｄ線の波長（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。
（ｂ）アッベ数は、ｄ線、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）に対する屈折率を各々ｎｄ、ｎＦ、ｎＣとし、アッベ数をνｄとした場合に、
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）
の定義式で求められるアッベ数νｄをいうものとする。
（ｃ）レンズについて、「凹」、「凸」または「メニスカス」という表記を用いた場合、これらは光軸近傍（レンズの中心付近）でのレンズ形状を表しているものとする。
（ｄ）接合レンズを構成している各単レンズにおける屈折力（光学的パワー、焦点距離の逆数）の表記は、単レンズのレンズ面の両側が空気である場合におけるパワーである。
（ｅ）複合型非球面レンズに用いる樹脂材料は、基板ガラス材料の付加的機能しかないため、単独の光学部材として扱わず、基板ガラス材料が非球面を有する場合と同等の扱いとし、レンズ枚数も１枚として取り扱うものとする。そして、レンズ屈折率も基板となっているガラス材料の屈折率とする。複合型非球面レンズは、基板となるガラス材料の上に薄い樹脂材料を塗布して非球面形状としたレンズである。
本発明の一態様にかかるマクロレンズは、物体側から像側へ順に、第１レンズ群と、全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、第３レンズ群とから成り、前記第１レンズ群は、同じ符号の曲率半径を持ち下記式（１）ないし式（３）によって定義されるＳ１面およびＳ２面を有し、無限遠物体から近距離物体への合焦の際に、前記第１および第３レンズ群を固定するとともに、前記第２レンズ群を光軸上で移動することによって合焦を行うことを特徴とする。
０．６＜Ｍ２／ｆ２＜１ ・・・（１）
（φｉｎｆ−φｎｅａｒ）ｆ２＜−０．０００２ ・・・（２）
ｅ０／ｆ２＜０．１５ ・・・（３）
ただし、Ｍ２は、無限遠から最至近における第２レンズ群の移動量であり、ｆ２は、第２レンズ群の焦点距離であり、ｅ０は、Ｓ１面とＳ２面との光軸上の空気換算間隔である。そして、φｉｎｆは、無限遠物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る、光軸からの高さをＹｉｎｆとした場合に、光軸に平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ａ）で定義される光学的パワーである。
φｉｎｆ＝（φ１（Ｙｉｎｆ）＋φ２（Ｙｉｎｆ）−φ１（Ｙｉｎｆ）φ２（Ｙｉｎｆ）ｅ（Ｙｉｎｆ））／ｎ３ ・・・（４Ａ）
ここで、Ｓ１面の物体側媒質のd線の屈折率をｎ１とし、Ｓ１面とＳ２面との間の媒質のd線の屈折率をｎ２とし、Ｓ２面の像側媒質のd線の屈折率をｎ３とし、Ｓ１面の高さＹにおける曲率をＣ１（Ｙ）とし、Ｓ２面の高さＹにおける曲率をＣ２（Ｙ）とし、高さＹに対するＳ１面とＳ２面との光軸ＡＸに平行な方向の空気換算距離（空気換算面間隔）をｅ（Ｙ）とした場合において、φ１（Ｙ）は、光軸からの高さＹにおけるＳ１面の光学的パワーであって下記式（５）で定義される光学的パワーで、φ２（Ｙ）は、光軸からの高さＹにおけるＳ２面の光学的パワーであって下記式（６）で定義される光学的パワーである。
φ１（Ｙ）＝（ｎ２−ｎ１）Ｃ１（Ｙ） ・・・（５）
φ２（Ｙ）＝（ｎ３−ｎ２）Ｃ２（Ｙ） ・・・（６）
さらに、φｎｅａｒは、最至近物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る、光軸からの高さをＹｎｅａｒとした場合に、光軸に平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ｂ）で定義される光学的パワーである。
φｎｅａｒ＝（φ１（Ｙｎｅａｒ）＋φ２（Ｙｎｅａｒ）−φ１（Ｙｎｅａｒ）φ２（Ｙｎｅａｒ）ｅ（Ｙｎｅａｒ））／ｎ３ ・・・（４Ｂ）
このような構成のマクロレンズでは、上記各条件式が満たされるとともに、合焦（フォーカシング）の際に、第１および第３レンズ群が像面に対して固定され、第２レンズ群が物体側に大きく繰り出される。このような構成とすることによって、このマクロレンズは、第１レンズ群における軸外光線高さを無限遠から最至近において大きく変化させることが可能となる。第２レンズ群は、合焦の際に大きく物体側に繰り出されるため、第２レンズ群で発生する非点収差が大きく変動してしまう。しかしながら、前述のように合焦の際に、第１レンズ群における軸外光線高さが大きく変化するので、第２レンズ群において変化する非点収差を第１レンズ群において打ち消すようにバランスさせることが可能となる。したがって、このような構成のマクロレンズは、合焦の際に移動するレンズ群を１つのみとすることによって、より高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができる。
また、他の一態様では、上述のマクロレンズにおいて、下記条件式（７）を満たすことを特徴とする。
−０．１＜ｆ２／ｆ１＜０．２ ・・・（７）
ただし、ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離である。
このような構成のマクロレンズでは、条件式（７）の上限を上回ると、第２レンズ群の位置によって第２レンズ群に入射する軸外光線の入射角度の変動が大きくなる。その結果、第２レンズ群における非点収差やコマ収差は、合焦（フォーカシング）に伴って変動が大きくなってしまい、好ましくない。一方、条件式（７）の下限を下回ると、合焦に伴う第２レンズ群への軸外光線の入射角度の変動は、小さくなるが、第２レンズ群に入射する軸上光線高さが高くなり、第２レンズ群で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難となってしまい、好ましくない。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とする。
このような構成のマクロレンズは、第１レンズ群に正レンズと負レンズとを少なくともそれぞれ１枚ずつ含むので、条件式（７）を満たすように第１レンズ群自身の光学的パワーを抑えつつ条件式（２）および条件式（３）を満たすＳ１面とＳ２面とを配置する自由度を得ることができる。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記Ｓ１面は、前記正レンズと前記負レンズとによって挟まれた空間における物体側の面であり、前記Ｓ２面は、該空間における像側の面であり、下記条件式（８）を満たすことを特徴とする。
３＜｜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）｜ ・・・（８）
ただし、ｒ１は、前記Ｓ１面の曲率半径であり、ｒ２は、前記Ｓ２面の曲率半径である。
このような構成のマクロレンズでは、前記正レンズと前記負レンズとによって挟まれた空間における物体側の面のＳ１面と、前記空間における像側面のＳ２面とで、所謂空気レンズが構成され、さらに、条件式（８）を満たすことによって、条件式（２）を満たしつつ球面収差やコマ収差の発生を抑えることが可能となる。すなわち、条件式（８）の下限を下回ると、Ｓ１面とＳ２面との曲率差が大きくなり過ぎて、Ｓ１面およびＳ２面において発生する球面収差やコマ収差が増大してしまい、好ましくない。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第１レンズ群は、非球面を少なくとも１面を含み、該非球面は、前記Ｓ１面および前記Ｓ２面のいずれか一方であることを特徴とする。
このような構成のマクロレンズは、第１レンズ群に非球面を少なくとも１面配置するとともに該非球面をＳ１面またはＳ２面とすることによって、球面収差やコマ収差の発生を抑えつつ条件式（２）を満たすことができる。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、下記条件式（９）を満たすことを特徴とする。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜０．１ ・・・（９）
ただし、ｆ３は、第３レンズ群の焦点距離である。
このような構成のマクロレンズでは、条件式（９）の上限を上回ると、第３レンズ群の正の光学的パワーが強くなり過ぎ、充分なバックフォーカスを得ることが困難となってしまい、好ましくない。一方、条件式（９）の下限を下回ると、第３レンズ群の負の光学的パワーが強くなり過ぎ、第２レンズ群における軸上光線高さが増大してしまう。その結果、第２レンズ群で発生する球面収差とコマ収差の補正が困難となってしまい、好ましくない。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第３レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とする。
このような構成のマクロレンズは、軸外光線高さが比較的高くなる第３レンズ群に、正レンズと負レンズを少なくとも１枚ずつ配置することによって、非点収差とコマ収差を効果的に補正することが可能となる。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第２レンズ群は、非球面を少なくとも１面を含むことを特徴とする。
これら上述のマクロレンズは、全系で必要な収束パワーを、大部分、第２レンズ群が担っており、このため、第２レンズ群における収差の抑制が重要となっている。したがって、第２レンズ群には、収差を補正するための自由度を大きくしたい。このため、前記自由度を大きくするためにレンズ枚数を増やすと、その重量が増加してしまうため、合焦の際に移動する第２レンズ群にとって好ましくない。したがって、このような構成のマクロレンズは、第２レンズ群に、非球面を少なくとも１面を与えることによって、レンズ枚数の増加を抑制しつつ、必要な収差の補正を達成することができる。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第３レンズ群の一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることによって防振を行うことを特徴とする。
第３レンズ群は、像面に対して位置が固定であるので、合焦に際して倍率は、変化しない。したがって、このような構成のマクロレンズでは、第３レンズ群に配置された防振を行うためのレンズ群における防振敏感度は、無限遠距離から最至近距離に至る合焦全域において一定値をとることになり、防振の際における制御が簡単になる。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記防振を行う場合に移動させる防振レンズ群は、前記第３レンズ群の最も像側に配置された正レンズよりも物体側に配置されたレンズ群であり、下記条件式（１０）を満たすことを特徴とする。
２＜βｖ＜９ ・・・（１０）
ただし、βｖは、無限遠物体に合焦する場合における防振レンズ群の近軸横倍率である。
このような構成のマクロレンズでは、最も像側の正レンズは、防振の際に固定とされ、それよりも物体側のレンズ群を防振レンズ群とされる。このため、このような構成のマクロレンズは、レンズ鏡胴内を該正レンズで密閉することができ、ゴミや湿気の侵入を防ぐことができる。また、このような構成のマクロレンズは、条件式（１０）を満たすことによって、適正な防振感度を得ることができる。すなわち、条件式（１０）の下限を下回ると、防振感度が弱くなり過ぎ、防振レンズ群の必要移動量が大きくなり、防振レンズ群を駆動するため、出力の大きな駆動手段が必要となってしまい、好ましくない。一方、条件式（１０）の上限を上回ると、防振感度が強くなり過ぎ、防振レンズ群の位置を検出するために、測定精度の高い位置検出手段が必要となってしまい、好ましくない。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第１レンズ群は、全体として正の屈折力を有し、前記第３レンズ群は、全体として負の屈折力を有することを特徴とする。
この構成によれば、正正負の３群構成のマクロレンズが提供される。
また、他の一態様では、これら上述のマクロレンズにおいて、前記第１レンズ群は、全体として負の屈折力を有し、前記第３レンズ群は、全体として正の屈折力を有することを特徴とする。
この構成によれば、負正正の３群構成のマクロレンズが提供される。
また、本発明の他の一態様にかかる撮像装置は、これら上述のいずれかのマクロレンズと、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、前記マクロレンズが前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていることを特徴とする。
この構成によれば、合焦の際に移動するレンズ群のより高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができるマクロレンズを用いた撮像装置を提供することができる。したがって、このような撮像装置は、合焦動作の高速化および静音化を実現することができ、無限遠距離から最至近距離までに亘って諸収差をより良好に補正された光学像を撮像素子の受光面上に形成することができる。
本発明にかかるマクロレンズは、合焦の際に移動するレンズ群のより高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができる。そして、本発明によれば、このようなマクロレンズを用いた撮像装置の提供が可能となる。したがって、このような撮像装置は、合焦動作の高速化および静音化を実現することができ、無限遠距離から最至近距離までに亘って諸収差をより良好に補正された光学像を撮像素子の受光面上に形成することができる。
実施形態におけるマクロレンズの説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。 主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。 各種パラメータを説明するための図である。 無限遠物体から最至近物体への合焦の場合における第２レンズ群で発生する非点収差の様子を説明するための図である。 無限遠物体から最至近物体への合焦の場合における第２レンズ群で発生する非点収差を示す図である。 マクロレンズにおける軸外主光線および軸上光線を説明するための図である。 実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施例１のマクロレンズにおけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例２のマクロレンズにおけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例３のマクロレンズにおけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例４のマクロレンズにおけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例５のマクロレンズにおけるレンズ群の配列を示す断面図である。 実施例１のマクロレンズにおける縦収差図である。 実施例１のマクロレンズにおける横収差図（その１）である。 実施例１のマクロレンズにおける横収差図（その２）である。 実施例１のマクロレンズにおける横収差図（その３）である。 実施例１のマクロレンズにおける横収差図（その４）である。 実施例２のマクロレンズにおける縦収差図である。 実施例２のマクロレンズにおける横収差図（その１）である。 実施例２のマクロレンズにおける横収差図（その２）である。 実施例２のマクロレンズにおける横収差図（その３）である。 実施例２のマクロレンズにおける横収差図（その４）である。 実施例３のマクロレンズにおける縦収差図である。 実施例４のマクロレンズにおける縦収差図である。 実施例４のマクロレンズにおける横収差図（その１）である。 実施例４のマクロレンズにおける横収差図（その２）である。 実施例４のマクロレンズにおける横収差図（その３）である。 実施例４のマクロレンズにおける横収差図（その４）である。 実施例５のマクロレンズにおける縦収差図である。 実施例５のマクロレンズにおける横収差図（その１）である。 実施例５のマクロレンズにおける横収差図（その２）である。 実施例５のマクロレンズにおける横収差図（その３）である。 実施例５のマクロレンズにおける横収差図（その４）である。
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、接合レンズにおけるレンズ枚数は、接合レンズ全体で１枚ではなく、接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すこととする。
＜実施の一形態のマクロレンズの説明＞
図１は、実施形態におけるマクロレンズの説明のための、その構成を模式的に示したレンズ断面図である。図２は、主光線の像面入射角の定義を示す模式図である。なお、以下において、主光線の像面入射角は、図２に示すように、撮像面への入射光線のうち最大画角の主光線の、像面に立てた垂線に対する角度（ｄｅｇ、度）αであり、像面入射角αは、射出瞳位置が像面より物体側にある場合の主光線角度を正方向とする。図３は、各種パラメータｎ１、ｎ２、ｎ３、Ｙｉｎｆ、ｅ（Ｙｉｎｆ）、Ｙｎｅａｒ、ｅ（Ｙｎｅａｒ）を説明するための図である。図３（Ａ）は、無限遠物体に合焦する場合を示し、図３（Ｂ）は、最至近物体に合焦する場合を示す。
図１において、このマクロレンズ１は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子１６の受光面上に、物体（被写体）の光学像を結像させて形成するものであって、物体側より像側へ順に、１または複数のレンズを備える第１ないし第３レンズ群１１〜１３から構成されて成る光学系である。撮像素子１６は、その受光面がマクロレンズ１の像面と略一致するように配置される（像面＝撮像面）。なお、図１で例示したマクロレンズ１は、後述する実施例１のマクロレンズ１Ａ（図８）と同じ構成である。
そして、このマクロレンズ１では、合焦（フォーカシング）の際に、第１および第３レンズ群１１、１３は、固定され、第２レンズ群１２が移動する。このように第２レンズ群１２のみが光軸ＡＸ方向に移動することによって合焦が行われ、マクロレンズ１は、いわゆるインナーフォーカス型である。また、外界と接する第１レンズ群１１と第３レンズ群１３が固定であるので、外部からのゴミや湿気の進入を防ぎ易く、好ましい。
さらに、第１レンズ群１１は、全体として正の屈折力を有し、第２レンズ群１２は、全体として正の屈折力を有し、第３レンズ群１３は、全体として負の屈折力を有している。そして、第１レンズ群１１は、同じ符号の曲率半径を持ち下記式（１）ないし式（３）によって定義されるＳ１面およびＳ２面を有する。
０．６＜Ｍ２／ｆ２＜１ ・・・（１）
（φｉｎｆ−φｎｅａｒ）ｆ２＜−０．０００２ ・・・（２）
ｅ０／ｆ２＜０．１５ ・・・（３）
ただし、Ｍ２は、無限遠から最至近における第２レンズ群１２の移動量であり、ｆ２は、第２レンズ群１２の焦点距離であり、ｅ０は、Ｓ１面とＳ２面との光軸上の空気換算間隔である。そして、φｉｎｆは、図３（Ａ）において、無限遠物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る、光軸ＡＸからの高さをＹｉｎｆとした場合に、光軸ＡＸに平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ａ）で定義される光学的パワーである。
φｉｎｆ＝（φ１（Ｙｉｎｆ）＋φ２（Ｙｉｎｆ）−φ１（Ｙｉｎｆ）φ２（Ｙｉｎｆ）ｅ（Ｙｉｎｆ））／ｎ３ ・・・（４Ａ）
ここで、Ｓ１面の物体側媒質のd線の屈折率をｎ１とし、Ｓ１面とＳ２面との間の媒質のd線の屈折率をｎ２とし、Ｓ２面の像側媒質のd線の屈折率をｎ３とし、Ｓ１面の高さＹにおける曲率をＣ１（Ｙ）とし、Ｓ２面の高さＹにおける曲率をＣ２（Ｙ）とし、高さＹに対するＳ１面とＳ２面との光軸ＡＸに平行な方向の空気換算距離（空気換算面間隔）をｅ（Ｙ）（図３参照）とした場合において、φ１（Ｙ）は、光軸ＡＸからの高さＹにおけるＳ１面の光学的パワーであって下記式（５）で定義される光学的パワーで、φ２（Ｙ）は、光軸ＡＸからの高さＹにおけるＳ２面の光学的パワーであって下記式（６）で定義される光学的パワーである。
φ１（Ｙ）＝（ｎ２−ｎ１）Ｃ１（Ｙ） ・・・（５）
φ２（Ｙ）＝（ｎ３−ｎ２）Ｃ２（Ｙ） ・・・（６）
さらに、φｎｅａｒは、図３（Ｂ）において、最至近物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る、光軸ＡＸからの高さをＹｎｅａｒとした場合に、光軸ＡＸに平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ｂ）で定義される光学的パワーである。
φｎｅａｒ＝（φ１（Ｙｎｅａｒ）＋φ２（Ｙｎｅａｒ）−φ１（Ｙｎｅａｒ）φ２（Ｙｎｅａｒ）ｅ（Ｙｎｅａｒ））／ｎ３ ・・・（４Ｂ）
より具体的には、図１に示す例では、第１レンズ群１１は、負メニスカスレンズ１１１と、正メニスカスレンズ１１２とを備える。第２レンズ群１２は、両凸の正レンズ１２１と、両凹の負レンズ１２２と、正メニスカスレンズ１２３とを備える。光学絞り１４は、第２レンズ群１２の物体側、すなわち、第２レンズ群１２の中で最物体側の正レンズ１２１における物体側に配置され、第２レンズ群１２と一体で移動する。この光学絞り１４は、好ましくは、開口絞りである。第３レンズ群１３は、正メニスカスレンズ１３１と、両凹の負レンズ１３２と、正メニスカスレンズ１３３を備える。第２レンズ群１２の正メニスカスレンズ１２３は、両面が非球面である。
これら第１ないし第３レンズ群１１〜１３の各レンズ１１１、１１２、１２１〜１２３、１３１〜１３３は、例えば、ガラスモールドレンズであってよく、また、例えば、プラスチック等の樹脂材料製レンズであってもよい。この樹脂材料製レンズは、軽量化、大量生産性および安価な点で好ましい。
なお、非球面を有するガラスレンズが用いられる場合、この非球面ガラスレンズは、ガラスモールド非球面レンズや、研削非球面ガラスレンズや、複合型非球面レンズ（球面ガラスレンズ上に非球面形状の樹脂を形成したもの）であってもよい。ガラスモールド非球面レンズは、大量生産に向き、好ましく、複合型非球面レンズは、基板となり得るガラス材料の種類が多いため、設計の自由度が高くなる。特に、高屈折率材料を用いた非球面レンズでは、モールド形成が容易ではないため、複合型非球面レンズが好ましい。また、片面非球面の場合には、複合型非球面レンズの利点を最大限に活用することが可能となる。
そして、このマクロレンズ１の像側、すなわち、第３レンズ群１３における像側には、フィルタ１５および撮像素子１６が配置される。このフィルタ１５は、平行平板状の光学素子であり、各種光学フィルタや、撮像素子１６のカバーガラス（シールガラス）等を模式的に表したものである。使用用途、撮像素子、カメラの構成等に応じて、光学的ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを適宜に配置することが可能である。撮像素子１６は、このマクロレンズ１によって結像された被写体の光学像における光量に応じてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路（不図示）へ出力する素子である。これらによって物体側の被写体の光学像が、マクロレンズ１によりその光軸ＡＸに沿って所定の倍率で撮像素子１６の受光面まで導かれ、撮像素子１６によって前記被写体の光学像が撮像される。
このような構成のマクロレンズ１は、上記各条件式（１）ないし条件式（３）の各条件式が満たされるとともに、合焦（フォーカシング）の際に、第１および第３レンズ群１１、１３が像面に対して固定され、第２レンズ群１２が物体側に大きく繰り出される。このような構成とすることによって、このマクロレンズ１は、第１レンズ群１１における軸外光線高さを無限遠から最至近において大きく変化させることが可能となる。第２レンズ群１２は、合焦の際に大きく物体側に繰り出されるため、第２レンズ群１２で発生する非点収差が大きく変動してしまう。しかしながら、前述のように合焦の際に、第１レンズ群１１における軸外光線高さが大きく変化するので、第２レンズ群１２において変化する非点収差を第１レンズ群１１において打ち消すようにバランスさせることが可能となる。したがって、このような構成のマクロレンズ１は、合焦の際に移動するレンズ群を１つのみとすることによって、より高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができる。
図４は、無限遠物体から最至近物体への合焦の場合における第２レンズ群で発生する非点収差の様子を説明するための図である。図４（Ａ）は、無限遠物体に合焦する場合を示し、図４（Ｂ）は、最至近物体に合焦する場合を示す。図５は、無限遠物体から最至近物体への合焦の場合における第２レンズ群で発生する非点収差を示す図である。図５（Ａ）は、無限遠距離の場合を示し、図５（Ｂ）は、最至近距離の場合を示す。図５において、その横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、像高Ｙをｍｍ単位で表している。そして、破線は、タンジェンシャル（メリディオナル）面、実線は、サジタル（ラディアル）面における結果をそれぞれ表している。
より詳しくは、図４および図５に示すように、無限遠から最至近への合焦において第２レンズ群１２が物体側へ大きく繰り出すことにより、第２レンズ群１２自身で発生する非点収差がアンダーからオーバー側へ大きく変化する。その際、最大像高に結像する光束の絞り中心を通過する光線が第１レンズ群１１を通過する高さが高さＹｉｎｆから高さＹｎｅａｒに変化する。ここで、条件式（２）を満足するＳ１面とＳ２面は、光軸から離れるに従って局所的な光学的パワーが減少するように（すなわち、負の光学的パワーは増大するように）構成されているため、高さＹｎｅａｒの方が高さＹｉｎｆに比較してアンダー側の非点収差が強く発生する。したがって、Ｓ１面とＳ２面との局所的な光学的パワー変化と第１レンズ群１１を通過する光線高さの変動とによって、第２レンズ群１２の移動による非点収差変化をキャンセルすることができる。
ここで、条件式（２）を満足するＳ１面とＳ２面とは、同じ符号の曲率半径を持ち条件式（３）をさらに満足している。このため、このような構成では、条件式（２）の効果を得つつ他の収差、例えば球面収差やコマ収差の発生を抑えることが可能となる。すなわち、条件式（３）の上限を超えると、Ｓ１面とＳ２面の間隔が離れ過ぎてしまうため、Ｓ１面およびＳ２面において発生する収差が増大してしまい、好ましくない。
また、このマクロレンズ１は、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とする場合に、下記条件式（７）を満たしている。
−０．１＜ｆ２／ｆ１＜０．２ ・・・（７）
図６は、マクロレンズにおける軸外主光線および軸上光線を説明するための図である。図６（Ａ）は、第１レンズ群の光学的パワーが比較的強い場合における軸外主光線を示し、図６（Ｂ）は、第１レンズ群の光学的パワーが比較的弱い場合における軸外主光線を示し、図６（Ｃ）は、第１レンズ群の光学的パワーが比較的強い場合における軸上光線を示し、そして、図６（Ｄ）は、第１レンズ群の光学的パワーが比較的弱い場合における軸上光線を示す。なお、図６では、光学的パワーが比較的強い場合とは、正の屈折力の場合であり、光学的パワーが比較的弱い場合とは、負の屈折力の場合であり、光学的パワーの絶対値の大きさではない。したがって、光学的パワーの絶対値で表現すると、図６で言う光学的パワーが比較的弱い場合とは、負の屈折力が強い場合である。
条件式（７）は、第１レンズ群１１と第２レンズ群１２との光学的パワーの関係を規定する式であり、軸外光線の入射角度の変動を適正化し、球面収差やコマ収差を適切に補正するための条件式である。このような構成のマクロレンズ１では、条件式（７）の上限を上回ると、図６（Ａ）および（Ｂ）を相互に比較すると分かるように、図６（Ｂ）に示す無限遠物体の場合の軸外光線の入射角度と最至近物体の場合の軸外光線の入射角度との差に比較して、図６（Ａ）に示す無限遠物体の場合の軸外光線の入射角度と最至近物体の場合の軸外光線の入射角度との差が大きくなり、第２レンズ群１２の位置によって第２レンズ群１２に入射する軸外光線の入射角度の変動が大きくなる。その結果、第２レンズ群１２における非点収差やコマ収差は、合焦に伴って変動が大きくなってしまい、好ましくない。一方、条件式（７）の下限を下回ると、合焦に伴う第２レンズ群１２への軸外光線の入射角度の変動は、小さくなるが、図６（Ｃ）および（Ｄ）を相互に比較すると分かるように、図６（Ｃ）に示す第２レンズ群に入射する軸上光線高さに比較して、図６（Ｄ）に示す第２レンズ群に入射する軸上光線高さが高くなっており、第２レンズ群１２に入射する軸上光線高さが高くなり、第２レンズ群１２で発生する球面収差やコマ収差の補正が困難となってしまい、好ましくない。
このような観点から、マクロレンズ１は、下記条件式（７Ａ）を満たすことが好ましい。
−０．０５≦ｆ２／ｆ１≦０．０１５ ・・・（７Ａ）
また、このマクロレンズ１では、第１レンズ群１１は、少なくとも１枚の正レンズ（図１に示す例では正メニスカスレンズ１１２）と少なくとも１枚の負レンズ（図１に示す例では負メニスカスレンズ１１１）を含んでいる。
このような構成のマクロレンズ１は、第１レンズ群１１に正レンズと負レンズとを少なくともそれぞれ１枚ずつ含むので、条件式（７）を満たすように第１レンズ群１１自身の光学的パワーを抑えつつ条件式（２）および条件式（３）を満たすＳ１面とＳ２面とを配置する自由度を得ることができる。
また、このマクロレンズ１において、Ｓ１面は、前記正レンズ（図１に示す例では正メニスカスレンズ１１２）と前記負レンズ（図１に示す例では負メニスカスレンズ１１１）とによって挟まれた空間における物体側の面であり、Ｓ２面は、該空間における像側の面であり、マクロレンズ１は、Ｓ１面の曲率半径をｒ１とし、Ｓ２面の曲率半径をｒ２とする場合に、下記条件式（８）を満たしている。
３＜｜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）｜ ・・・（８）
条件式（８）は、Ｓ１面とＳ２面とによって形成される空気レンズの形状を規定するための式であり、球面収差やコマ収差を適切に補正するための条件式である。このような構成のマクロレンズ１では、Ｓ１面とＳ２面とによって空気レンズが構成され、さらに、条件式（８）を満たすことによって、条件式（２）を満たしつつ球面収差やコマ収差の発生を抑えることが可能となる。すなわち、条件式（８）の下限を下回ると、Ｓ１面とＳ２面との曲率差が大きくなり過ぎて、Ｓ１面およびＳ２面において発生する球面収差やコマ収差が増大してしまい、好ましくない。
また、このマクロレンズ１は、第３レンズ群１３の焦点距離をｆ３とする場合に、下記条件式（９）を満たしている。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜０．１ ・・・（９）
条件式（９）は、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との光学的パワーの関係を規定する式であり、球面収差やコマ収差を適切に補正するための条件式である。このような構成のマクロレンズ１では、条件式（９）の上限を上回ると、第３レンズ群１３の正の光学的パワーが強くなり過ぎ、充分なバックフォーカスを得ることが困難となってしまい、好ましくない。一方、条件式（９）の下限を下回ると、第３レンズ群１３の負の光学的パワーが強くなり過ぎ、第２レンズ群１２における軸上光線高さが増大してしまう。その結果、第２レンズ群で発生する球面収差とコマ収差の補正が困難となってしまい、好ましくない。
このような観点から、マクロレンズ１は、下記条件式（９Ａ）を満たすことが好ましい。
−０．５≦ｆ３／ｆ１≦０ ・・・（９Ａ）
また、このマクロレンズ１において、第３レンズ群１３は、少なくとも１枚の正レンズ（図１に示す例では正メニスカスレンズ１３１、正メニスカスレンズ１３３）と少なくとも１枚の負レンズ（図１に示す例では負レンズ１３２）を含む。
このような構成のマクロレンズ１は、軸外光線高さが比較的高くなる第３レンズ群１３に、正レンズと負レンズを少なくとも１枚ずつ配置することによって、非点収差とコマ収差を効果的に補正することが可能となる。
また、このマクロレンズにおいて、第２レンズ群１２は、非球面を少なくとも１面（図１に示す例では正レンズ１２１の両面）を含んでいる。
このマクロレンズ１は、全系で必要な収束パワーを、大部分、第２レンズ群１２が担っており、このため、第２レンズ群１２における収差の抑制が重要となっている。したがって、第２レンズ群１２には、収差を補正するための自由度を大きくしたい。このため、前記自由度を大きくするためにレンズ枚数を増やすと、その重量が増加してしまうため、合焦の際に移動する第２レンズ群１２にとって好ましくない。したがって、このような構成のマクロレンズ１は、第２レンズ群１２に、非球面を少なくとも１面を与えることによって、レンズ枚数の増加を抑制しつつ、必要な収差の補正を達成することができる。図１に示す例では、非球面は、正レンズ１２１の両２面であるので、より効果的に、レンズ枚数の増加を抑制しつつ、必要な収差の補正を達成することができる。
なお、上述のマクロレンズ１において、好ましくは、第１レンズ群１１は、非球面を少なくとも１面を含み、該非球面は、前記Ｓ１面および前記Ｓ２面のいずれか一方である。
このような構成のマクロレンズ１は、第１レンズ群１１に非球面を少なくとも１面配置するとともに該非球面をＳ１面またはＳ２面とすることによって、球面収差やコマ収差の発生を抑えつつ条件式（２）を満たすことができる。
また、上述のマクロレンズ１において、第３レンズ群１３の一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることによって防振を行ってもよい。防振される振れとして、例えば、いわゆる手振れ、一眼レフカメラにおけるミラーのアップ動作やダウン動作に伴う振動、強風等によりカメラに外力がかかる場合の揺れ、および、車両等の移動体に固定されたカメラにかかる移動体からの振動等が挙げられる。
第３レンズ群１３は、像面に対して位置が固定であるので、合焦に際して倍率は、変化しない。したがって、このような構成のマクロレンズ１では、第３レンズ群１３に配置された防振を行うためのレンズ群（防振レンズ群）における防振敏感度は、無限遠距離から最至近距離に至る合焦全域において一定値をとることになり、防振の際における制御が簡単になる。
ここで、防振は、例えば、振動ジャイロと呼ばれるセンサによって例えば手振れ等の振れ（振動）を検出し、所定の移動機構によって防振レンズ群を、前記検出した振れを打ち消すように前記検出した振れの振れ量に応じて光軸に直交する方向にシフトすることによって行われる。このような光学系シフト式の防振は、例えば、手振れ補正として、特開２００７−１５０９９６号公報および特開２０１０−１３６２６９号公報等に開示されている。
また、上述のマクロレンズにおいて、好ましくは、前記防振を行う場合に移動させる防振レンズ群は、第３レンズ群１３の最も像側に配置された正レンズ（図１に示す例では正メニスカスレンズ１３３）よりも物体側に配置されたレンズ群（図１に示す例では正メニスカスレンズ１３１および負レンズ１３２、または正メニスカスレンズ１３１、または負レンズ１３２）であり、無限遠物体に合焦する場合における防振レンズ群の近軸横倍率をβｖとする場合に、下記条件式（１０）を満たす。
２＜βｖ＜９ ・・・（１０）
このような構成のマクロレンズ１では、最も像側の正レンズは、防振の際に固定とされ、それよりも物体側のレンズ群を防振レンズ群とされる。このため、このような構成のマクロレンズ１は、レンズ鏡胴内を該正レンズで密閉することができ、ゴミや湿気の侵入を防ぐことができる。また、このような構成のマクロレンズ１は、条件式（１０）を満たすことによって、適正な防振感度を得ることができる。すなわち、条件式（１０）の下限を下回ると、防振感度が弱くなり過ぎ、防振レンズ群の必要移動量が大きくなり、防振レンズ群を駆動するため、出力の大きな駆動手段が必要となってしまい、好ましくない。一方、条件式（１０）の上限を上回ると、防振感度が強くなり過ぎ、防振レンズ群の位置を検出するために、測定精度の高い位置検出手段が必要となってしまい、好ましくない。
また、上述の撮像光学系１において、樹脂材料製レンズを用いる場合では、プラスチック（樹脂材料）中に最大長が３０ナノメートル以下の粒子を分散させた素材を用いて成形したレンズであることが好ましい。
一般に透明な樹脂材料に微粒子を混合させると、光が散乱し透過率が低下するので、光学材料として使用することが困難であったが、微粒子の大きさを透過光束の波長よりも小さくすることによって、光は、実質的に散乱しない。そして、樹脂材料は、温度上昇に伴って屈折率が低下してしまうが、無機粒子は、逆に、温度上昇に伴って屈折率が上昇する。このため、このような温度依存性を利用して互いに打ち消し合うように作用させることで、温度変化に対して屈折率変化がほとんど生じないようにすることができる。より具体的には、母材となる樹脂材料に最大長で３０ナノメートル以下の無機微粒子を分散させることによって、屈折率の温度依存性を低減した樹脂材料となる。例えば、アクリルに酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させる。これら上述の撮像光学系１において、比較的屈折力の大きなレンズ、またはすべてのレンズに、このような無機粒子を分散させた樹脂材料を用いることにより、マクロレンズ１全系の温度変化時の像点位置変動を小さく抑えることが可能となる。
このような無機微粒子を分散させた樹脂材料製レンズは、以下のように成形されることが好ましい。
屈折率の温度変化について説明すると、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて、屈折率ｎを温度Ｔで微分することによって式Ｆａで表される。
ｎ（Ｔ）＝（（ｎ２＋２）×（ｎ２−１））／６ｎ×（−３α＋（１／［Ｒ］）×（∂［Ｒ］／∂Ｔ）） ・・・（Ｆａ）
ただし、αは、線膨張係数であり、［Ｒ］は、分子屈折である。
樹脂材料の場合では、一般に、屈折率の温度依存性に対する寄与は、式Ｆａ中の第１項に較べて第２項が小さく、ほぼ無視することができる。例えば、ＰＭＭＡ樹脂の場合では、線膨張係数αは、７×１０−５であって、式Ｆａに代入すると、ｎ（Ｔ）＝−１２×１０−５（／℃）となり、実測値と略一致する。
具体的には、従来は、−１２×１０−５［／℃］程度であった屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）を、絶対値で８×１０−５［／℃］未満に抑えることが好ましい。さらに好ましくは、絶対値で６×１０−５［／℃］未満にすることである。
よって、このような樹脂材料としては、ポリオレフィン系の樹脂材料やポリカーボネイト系の樹脂材料やポリエステル系の樹脂材料が好ましい。ポリオレフィン系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約−１１×１０−５（／℃）となり、ポリカーボネイト系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約−１４×１０−５（／℃）となり、そして、ポリエステル系の樹脂材料では、屈折率の温度変化ｎ（Ｔ）は、約−１３×１０−５（／℃）となる。
＜マクロレンズと組み合わせ可能な撮像装置の説明＞
次に、上述のマクロレンズ１と組み合わせられる、レフレックスミラーの無いミラーレスタイプの撮像装置について説明する。ここでは、マクロレンズ１がミラーレスタイプの撮像装置と組み合わされる場合について説明するが、レフレックスミラーがあるタイプの撮像装置と組み合わされてもよい。図７は、実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。図７において、撮像装置３は、交換レンズ装置４と、撮像装置本体５とを備えている。
交換レンズ装置４は、撮像装置本体５に対し着脱可能な光学系である。交換レンズ装置４は、撮像レンズとして機能する図１に示したようなマクロレンズ１と、光軸方向にフォーカスレンズを駆動してフォーカシングを行うための図略のレンズ駆動装置や防振用のレンズ群を駆動して例えば手ぶれ補正等の防振を行うための図略の移動機構（防振機構）等とを備える。
撮像装置本体５は、撮像素子５１と、第１表示装置５２と、ファインダ用の第２表示装置５３と、処理制御部５４と、接眼レンズ５５とを備えている。被写体からの光線は、交換レンズ装置４のマクロレンズ１によって撮像素子５１の受光面上に結像され、被写体の光学像となる。
撮像素子５１は、交換レンズ装置４のマクロレンズ１により結像された被写体の光学像をＲ，Ｇ，Ｂの色成分の電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として処理制御部５４に出力するものである。撮像素子５１は、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型イメージセンサ等の２次元イメージセンサ等である。処理制御部５４によって撮像素子５１における各画素の出力信号の読出し（水平同期、垂直同期、転送）等の撮像動作が制御され、撮像素子５１は、処理制御部５４によって静止画あるいは動画のいずれか一方の撮像を行う。
処理制御部５４は、撮像素子５１から出力されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号に基づいて被写体の画像における画像データを生成するものである。より具体的には、処理制御部５４は、撮像素子５１からのアナログ出力信号に対し、増幅処理、デジタル変換処理等を行うと共に、画像全体に対して適正な黒レベルの決定、γ補正、ホワイトバランス調整（ＷＢ調整）、輪郭補正および色ムラ補正等の周知の画像処理を行って、画像信号から画像データを生成する。そして、処理制御部５４は、この画像データに対し、解像度変換等の所定の画像処理を行う。処理制御部５４は、この画像データを第１表示装置５２および第２表示装置５３へそれぞれ出力する。また、処理制御部５４は、撮像装置本体５全体を制御する。この制御によって、撮像装置本体５は、被写体の静止画撮影および動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行するよう制御される。処理制御部５４は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子および周辺回路等を備えて構成される。
また、必要に応じて処理制御部５４は、撮像素子５１の受光面上に形成される被写体の光学像における歪みを補正する公知の歪み補正処理等の、マクロレンズ１では補正しきれなかった収差を補正するように構成されてもよい。歪み補正は、収差によって歪んだ画像を肉眼で見える光景と同様な相似形の略歪みのない自然な画像に補正するものである。このように構成することによって、マクロレンズ１によって撮像素子５１へ導かれた被写体の光学像に歪みが生じていたとしても、略歪みのない自然な画像を生成することが可能となる。また、このような歪みを情報処理による画像処理で補正する構成では、特に、歪曲収差を除く他の諸収差だけを考慮すればよいので、マクロレンズ１の設計の自由度が増し、設計がより容易となる。
また、必要に応じて処理制御部５４は、撮像素子５１の受光面上に形成される被写体の光学像における周辺照度落ちを補正する公知の周辺照度落ち補正処理を含んでもよい。周辺照度落ち補正（シェーディング補正）は、周辺照度落ち補正を行うための補正データを予め記憶しておき、撮影後の画像（画素）に対して補正データを乗算することによって実行される。周辺照度落ちが主に撮像素子５１における感度の入射角依存性、レンズの口径食およびコサイン４乗則等によって生じるため、前記補正データは、これら要因によって生じる照度落ちを補正するような所定値に設定される。このように構成することによって、マクロレンズ１によって撮像素子５１へ導かれた被写体の光学像に周辺照度落ちが生じていたとしても、周辺まで充分な照度を持った画像を生成することが可能となる。
なお、本実施形態では、撮像素子５１の撮像面における画素ピッチに対し、色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイの配置のピッチを、シェーディングを軽減するように僅かに変化させることによって、シェーディング補正が行われてもよい。このような構成では、前記ピッチを僅かに変化させることによって、撮像素子５１における撮像面の周辺部に行くほど各画素に対し色フィルタやオンチップマイクロレンズアレイがシフトするため、斜入射の光束を効率的に各画素の受光部に導くことができる。これにより撮像素子５１で発生するシェーディングが小さく抑えられる。
第１表示装置５２は、撮像装置本体５の背面に配置され、処理制御部５４からの画像データによって被写体の画像を表示するものである。第１表示装置５２は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等である。第１表示装置５２によっていわゆるライブビューが表示される。
第２表示装置５３は、撮像装置本体５内に配置され、電子ビューファインダーとして、処理制御部５４からの画像データによって被写体の画像を表示するものである。第２表示装置５３は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等である。第２表示装置５３に表示された画像は、接眼レンズ５５を介して観察される。
なお、上述では、撮像装置３は、交換レンズタイプであるが、撮像装置本体とマクロレンズ１の撮像光学系とを一体に組み合わせた一体型であってもよい。また、第２表示装置５３および接眼レンズ５５は、省略されてもよい。また、振れを検出する振動ジャイロや、前記検出結果に基づいて、前記防振用のレンズ群を駆動して防振を行うための前記図略の移動機構の制御を行う防振制御装置は、交換レンズ装置４に組み込まれてもよく、また、撮像装置本体５に組み込まれてもよい。あるいは、前記振動ジャイロおよび防振制御装置は、別々に、交換レンズ装置４および撮像装置本体５に組み込まれてもよい。
このような構成の撮像装置３において、まず、静止画を撮影する場合は、処理制御部５４は、撮像装置３および撮像装置本体４に静止画の撮影を行わせるように制御すると共に、図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、フォーカスレンズを移動させることによってフォーカシングを行う。また、交換レンズ装置４のマクロレンズ１における前記レンズ群によって例えば手ぶれ補正等の防振も行われる。これにより、ピントの合った光学像が撮像素子５１の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、処理制御部５４に出力される。その画像信号は、処理制御部５４により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像が第１および第２表示装置５２、５３のそれぞれに表示される。そして、撮影者は、第１表示装置５２または接眼レンズ５５を介して第２表示装置５３を参照することで、主被写体をその画面中の所望の位置に収まるように調整することが可能となる。この状態でいわゆるシャッターボタン（不図示）が押されることによって、処理制御部５４における、静止画用のメモリとしての記憶素子に画像データが格納され、静止画像が得られる。
また、動画撮影を行う場合は、処理制御部５４は、撮像装置３および撮像装置本体４に動画の撮影を行わせるように制御する。後は、静止画撮影の場合と同様にして、撮影者は、第１表示装置５２または接眼レンズ５５を介して第２表示装置５３を参照することで、被写体の像が、その画面中の所望の位置に収まるように調整することができる。前記シャッターボタン（不図示）が押されることによって、動画撮影が開始される。そして、動画撮影時、処理制御部５４は、撮像装置３および撮像装置本体４に動画の撮影を行わせるように制御すると共に、図略の前記レンズ駆動装置を動作させ、フォーカシングを行う。また、交換レンズ装置４のマクロレンズ１における前記レンズ群によって防振も行われる。これによって、ピントの合った光学像が撮像素子５１の受光面に周期的に繰り返し結像され、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の画像信号に変換された後、処理制御部５４に出力される。その画像信号は、処理制御部５４により画像処理が行われた後、その画像信号に基づく画像が第１および第２表示装置５２、５３のそれぞれに表示される。そして、もう一度前記シャッターボタン（不図示）を押すことで、動画撮影が終了する。撮影された動画像は、処理制御部５４における、動画用のメモリとしての記憶素子に格納され、動画像が得られる。なお、変倍動作は、前記撮影者によって適宜に行われる。
このような構成の撮像装置３は、合焦の際に移動するレンズ群のより高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができるマクロレンズ１を備えるので、このような撮像装置３は、合焦が静音で軽快に行われ、無限遠距離から最至近距離までに亘って諸収差をより良好に補正された光学像を撮像素子の受光面上に形成することができる。
＜マクロレンズのより具体的な実施形態の説明＞
以下、図１に示したようなマクロレンズ１、すなわち、図７に示したような撮像装置３に備えられるマクロレンズ１の具体的な構成を、図面を参照しつつ説明する。
図８ないし図１２は、実施例１ないし実施例５のマクロレンズにおけるレンズの配列を示す断面図である。図８ないし図１２において、その（Ａ）は、無限遠物体に合焦する場合を示し、その（Ｃ）は、最至近物体に合焦する場合を示し、その（Ｂ）は、これらの中間の場合を示す。図１３ないし図３３は、実施例１ないし実施例５のマクロレンズにおける収差図である。
実施例１〜４のマクロレンズ１Ａ〜１Ｄは、図８ないし図１１のそれぞれに示すように、大略、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、全体として正の屈折力を有する第２レンズＧｒ２と、全体として負の屈折力を有する第３レンズ群とを備える。一方、実施例５のマクロレンズ１Ｅは、図１２に示すように、大略、全体として負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、全体として正の屈折力を有する第２レンズＧｒ２と、全体として正の屈折力を有する第３レンズ群とを備える。そして、これら実施例１〜５のマクロレンズ１Ａ〜１Ｅにおいて、これら第１ないし第３レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ３がこの順序で物体側から像側へ配置され、フォーカシング（合焦、ピント合わせ）の際には、第１および第３レンズ群Ｇｒ１、Ｇｒ３は、固定され、第２レンズ群Ｇｒ２は、光軸ＡＸ方向に移動する。そして、第２レンズ群Ｇｒには、最物体側に、光学絞りＳＴが配置されている。すなわち、第１レンズ群Ｇｒ１と第２レンズ群Ｇｒ２との間に、第２レンズ群Ｇｒ２と共に移動する光学絞りＳＴが配置されている。
より詳しくは、各実施例１〜５のマクロレンズ１Ａ〜１Ｅは、第１ないし第３レンズ群Ｇｒ１〜Ｇｒ３が物体側から像側へ順に、次のように構成されている。
まず、実施例１のマクロレンズ１Ａの場合について説明する。図８に示すように、第１レンズ群Ｇｒ１は、像側に凹の負の屈折力を有する負メニスカスレンズである第１レンズＬ１と、物体側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第２レンズＬ２と備える。第２レンズ群Ｇｒ２は、光学絞りＳＴと、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第３レンズＬ３と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第４レンズＬ４と、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第５レンズＬ５とを備える。第５レンズＬ５は、両面非球面である。そして、第３レンズ群Ｇｒ３は、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第６レンズＬ６と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第７レンズＬ７と、物体側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第８レンズＬ８とを備える。また、本実施例１では、第３レンズ群Ｇｒ３は、例えば手振れ補正等の防振（振れ補正）を行うためのレンズ群を含んでいる。より具体的には、この第３レンズ群Ｇｒ３において、第６および第７レンズＬ６、Ｌ７を光軸ＡＸに対し垂直な方向に移動することによって振れ補正が行われる。
また、実施例２のマクロレンズ１Ｂの場合について説明する。図９に示すように、第１レンズ群Ｇｒ１は、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第２レンズＬ２と備える。第２レンズ群Ｇｒ２は、光学絞りＳＴと、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第３レンズＬ３と、像側に凹の負の屈折力を有する負メニスカスレンズである第４レンズＬ４と、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第５レンズＬ５とを備える。第３レンズＬ３は、両面非球面である。そして、第３レンズ群Ｇｒ３は、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第６レンズＬ６と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第７レンズＬ７と、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第８レンズＬ８とを備える。また、本実施例２では、第３レンズ群Ｇｒ３は、防振を行うためのレンズ群を含んでおり、この第３レンズ群Ｇｒ３において、実施例１と同様に、第６および第７レンズＬ６、Ｌ７を光軸ＡＸに対し垂直な方向に移動することによって振れ補正が行われる。
また、この実施例２のマクロレンズ１Ｂに対し、実施例３のマクロレンズ１Ｃは、手振れ補正機能を持たず、第８レンズＬ８を備えていない。すなわち、実施例３のマクロレンズ１Ｃの場合について説明すると、図１０に示すように、第１レンズ群Ｇｒ１は、両凹の負レンズである第１レンズＬ１と、両凸の正レンズである第２レンズＬ２と備え、第２レンズ群Ｇｒ２は、光学絞りＳＴと、両凸の正レンズであって両面非球面である第３レンズＬ３と、負メニスカスレンズである第４レンズＬ４と、正メニスカスレンズである第５レンズＬ５とを備え、そして、第３レンズ群Ｇｒ３は、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第６レンズＬ６と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第７レンズＬ７とを備える。なお、この実施例３のマクロレンズ１Ｃは、防振を行うためのレンズ群を含んでいない。
また、実施例１のマクロレンズ１Ａに対し、実施例４のマクロレンズ１Ｄでは、第１レンズ群Ｇｒ１は、１枚のレンズを備えて構成され、そして、第３レンズ群Ｇｒ３の最像側のレンズが異なっている。すなわち、実施例４のマクロレンズ１Ｄの場合について説明すると、図１１に示すように、第１レンズ群Ｇｒ１は、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第１レンズＬ１から構成される。この第１レンズＬ１は、両面非球面である。実施例１〜３のマクロレンズ１Ａ〜１Ｃのように、第２レンズＬ２は、無い。第２レンズ群Ｇｒ２は、光学絞りＳＴと、両凸の正レンズである第３レンズＬ３と、両凹の負レンズである第４レンズＬ４と、像側に凸の正メニスカスレンズであって両面非球面である第５レンズＬ５とを備える。そして、第３レンズ群Ｇｒ３は、正メニスカスレンズである第６レンズＬ６と、両凹の負レンズである第７レンズＬ７と、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第８レンズＬ８とを備える。また、本実施例４では、第３レンズ群Ｇｒ３は、防振を行うためのレンズ群を含んでおり、この第３レンズ群Ｇｒ３において、実施例１と同様に、第６および第７レンズＬ６、Ｌ７を光軸ＡＸに対し垂直な方向に移動することによって振れ補正が行われる。
そして、実施例５のマクロレンズ１Ｅの場合について説明する。図１２に示すように、第１レンズ群Ｇｒ１は、１枚のレンズを備えて構成され、物体側に凹の負の屈折力を有する負メニスカスレンズである第１レンズＬ１から構成される。第１レンズＬ１は、両面非球面である。第２レンズ群Ｇｒ２は、光学絞りＳＴと、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第２レンズＬ２と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第３レンズＬ３と、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第４レンズＬ４とを備える。第４レンズＬ４は、両面非球面である。そして、第３レンズ群Ｇｒ３は、像側に凸の正の屈折力を有する正メニスカスレンズである第５レンズＬ５と、負の屈折力を有する両凹の負レンズである第６レンズＬ６と、正の屈折力を有する両凸の正レンズである第７レンズＬ７とを備える。また、本実施例５では、第３レンズ群Ｇｒ３は、例えば手振れ補正等の防振（振れ補正）を行うためのレンズ群を含んでいる。より具体的には、この第３レンズ群Ｇｒ３において、第５および第６レンズＬ５、Ｌ６を光軸ＡＸに対し垂直な方向に移動することによって振れ補正が行われる。
前記光学絞りＳＴは、各実施例１〜５の場合において、開口絞りやメカニカルシャッタや可変絞りであってよい。
そして、これら各実施例１〜５の場合において、第３レンズ群Ｇｒ３の像側には、フィルタとしての平行平板ＦＴを介して撮像素子ＳＲの受光面が配置されている。平行平板ＦＴは、各種光学フィルタや撮像素子ＳＲのカバーガラス等である。
図８ないし図１２において、各レンズ面に付されている番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えた場合のｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えるものとする。）である。なお、光学絞りＳＴ、平行平板ＦＴの両面および撮像素子ＳＲの受光面も１つの面として扱っている。このような取り扱いおよび符号の意義は、各実施例１〜５について同様であるが、全く同一のものであるという意味ではなく、例えば、各実施例１〜５の各図８〜図１２を通じて、最も物体側に配置されるレンズ面には、同じ符号（ｒ１）が付されているが、これらの曲率などが各実施例１〜５を通じて同一であるという意味ではない。
このような構成の下で、物体側から入射した光線は、光軸ＡＸに沿って、順に第１レンズ群Ｇｒ１、第２レンズ群Ｇｒ２（光学絞りＳＴを含む）、第３レンズ群Ｇｒ３および平行平板ＦＴを通過し、撮像素子ＳＲの受光面に物体の光学像を形成する。そして、撮像素子ＳＲでは、光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理などが施され、デジタル映像信号として例えばデジタルカメラ等のデジタル機器のメモリに記録されたり、有線あるいは無線の通信によって他のデジタル機器に伝送されたりする。
そして、これら各実施例１〜５の場合において、合焦は、第２レンズ群Ｇｒ２を光軸方向に沿って移動させることによって行われる。より具体的には、第２レンズ群Ｇｒ２が、無限遠物体から近距離物体への合焦時に像側から物体側へ移動し、これによって合焦が行われる。
各実施例１〜５のマクロレンズ１Ａ〜１Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータは、次の通りである。
まず、実施例１のマクロレンズ１Ａにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ 172.304 1.352 1.63854 55.43
２ 29.030 1.033
３ 32.351 2.610 1.69680 55.48
４ 223.680 ｄ４（可変）
５（絞り） ∞ 0.600
６ 18.046 5.435 1.72916 54.66
７ -62.749 0.937
８ -49.238 0.800 1.71736 29.50
９ 25.997 3.246
１０＊ -28.486 4.615 1.58313 59.38
１１＊ -16.523 ｄ１１（可変）
１２ -62.204 3.750 1.84666 23.78
１３ -30.376 5.296
１４ -21.234 0.800 1.68893 31.16
１５ 23.649 1.245
１６ 24.125 3.826 1.91082 35.25
１７ 192.790 12.339
１８ ∞ 4.056 1.51680 64.20
１９ ∞ 0.000
像面 ∞
非球面データ
第１０面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-1.30461E-04，Ａ６＝6.40508E-07，Ａ８＝-1.87185E-08，Ａ１０＝2.18764E-10
第１１面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-4.35469E-05，Ａ６＝3.17186E-07，Ａ８＝-5.11035E-09，Ａ１０＝6.14698E-11
各種データ
焦点距離（ｆ） 42.960（ｍｍ）
Ｆナンバ（Ｆｎｏ） 2.920
半画角（ｗ／２） 14.130（ｍｍ）
像高（最大）（ｙ ｍａｘ） 10.815（ｍｍ）
β 無限遠 −０．５倍 −１．０倍
ｄ０ ∞ -94.122 -65.544（ｍｍ）
ｄ４ 34.595 19.408 4.446（ｍｍ）
ｄ１１ 2.447 17.634 32.596（ｍｍ）
レンズ全長（ＴＬ） 89.982 89.982 89.982（ｍｍ）
バックフォーカス（Ｂｆ） 1.000 1.000 1.000（ｍｍ）
実効Ｆナンバー − 3.988 5.065
各レンズ群のデータ
群番号 始面 焦点距離（ｍｍ）
１ １ 1966.643
２ ５ 36.574
３ １２ -97.449
次に、実施例２のマクロレンズ１Ｂにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ -39.937 1.500 1.53172 48.87
２ 52.240 1.972
３ 71.671 3.480 1.72916 54.66
４ -51.749 ｄ４（可変）
５（絞り） ∞ 0.600
６＊ 16.436 4.125 1.58313 59.38
７＊ -54.102 0.800
８ 116.144 3.681 1.71736 29.50
９ 15.906 3.548
１０ -27.926 3.844 1.62041 60.35
１１ -18.587 ｄ１１（可変）
１２ -62.351 1.698 1.84666 23.78
１３ -31.256 5.290
１４ -22.626 0.800 1.72342 37.99
１５ 23.106 1.273
１６ 23.763 3.438 1.80420 46.49
１７ -574.352 12.000
１８ ∞ 4.056 1.51680 64.20
１９ ∞ 0.000
像面 ∞
非球面データ
第６面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-7.88094E-06，Ａ６＝-2.65617E-08，Ａ８＝-1.38043E-09，Ａ１０＝4.09698E-12
第７面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝4.30004E-05，Ａ６＝-1.75927E-07
各種データ
焦点距離（ｆ） 45.000（ｍｍ）
Ｆナンバ（Ｆｎｏ） 2.920
半画角（ｗ／２） 13.514（ｍｍ）
像高（最大）（ｙ ｍａｘ） 10.815（ｍｍ）
β 無限遠 −０．５倍 −１．０倍
ｄ０ ∞ -99.414 -65.500（ｍｍ）
ｄ４ 34.494 19.010 4.474（ｍｍ）
ｄ１１ 2.400 17.884 32.420（ｍｍ）
レンズ全長（ＴＬ） 90.000 90.000 90.000（ｍｍ）
バックフォーカス（Ｂｆ） 1.000 1.000 1.000（ｍｍ）
実効Ｆナンバー − 4.059 5.152
各レンズ群のデータ
群番号 始面 焦点距離（ｍｍ）
１ １ 408.103
２ ５ 41.550
３ １２ -96.428
次に、実施例３のマクロレンズ１Ｃにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例３
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１ -27.398 2.000 1.65844 50.84
２ 44.901 1.379
３ 54.106 4.593 1.72916 54.66
４ -31.269 ｄ４（可変）
５（絞り） ∞ 0.600
６＊ 13.541 4.835 1.58313 59.38
７＊ -50.747 0.800
８ 392.684 0.800 1.69895 30.05
９ 14.075 4.328
１０ -23.207 3.846 1.72916 54.66
１１ -16.077 ｄ１１（可変）
１２ -69.245 1.734 2.00100 29.14
１３ -32.788 4.407
１４ -23.682 3.000 1.62004 36.30
１５ 640.221 14.213
１６ ∞ 4.000 1.51680 64.20
１７ ∞ 0.000
像面 ∞
非球面データ
第６面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-1.82272E-05，Ａ６＝3.81565E-08，Ａ８＝-4.29832E-10，Ａ１０＝2.22980E-13
第７面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝6.92694E-05，Ａ６＝-6.61970E-08
各種データ
焦点距離（ｆ） 37.430（ｍｍ）
Ｆナンバ（Ｆｎｏ） 2.920
半画角（ｗ／２） 16.116（ｍｍ）
像高（最大）（ｙ ｍａｘ） 10.815（ｍｍ）
β 無限遠 −０．５倍 −１．０倍
ｄ０ ∞ -80.795 -53.090（ｍｍ）
ｄ４ 31.465 16.805 2.900（ｍｍ）
ｄ１１ 2.000 16.661 30.565（ｍｍ）
レンズ全長（ＴＬ） 89.982 89.982 89.982（ｍｍ）
バックフォーカス（Ｂｆ） 0.999 0.996 0.995（ｍｍ）
実効Ｆナンバー − 3.966 4.970
各レンズ群のデータ
群番号 始面 焦点距離（ｍｍ）
１ １ 445.504
２ ５ 38.649
３ １２ -110.136
次に、実施例４のマクロレンズ１Ｄにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例４
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１＊ -26.216 2.000 1.49700 81.61
２＊ -26.742 ｄ２（可変）
３ ∞ 0.600
４ 12.679 4.501 1.72916 54.66
５ -104.766 1.019
６ -57.168 0.800 1.68893 31.16
７ 16.626 2.298
８＊ -61.949 1.306 1.58313 59.38
９＊ -32.364 ｄ９（可変）
１０ -31.472 1.950 1.90366 31.31
１１ -17.916 1.707
１２ -16.501 0.800 1.68893 31.16
１３ 27.828 2.739
１４ 33.012 3.502 1.90366 31.31
１５ -84.494 12.231
１６ ∞ 4.000 1.51680 64.20
１７ ∞ 0.000
像面 ∞
非球面データ
第１面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-2.45079E-05，Ａ６＝9.43548E-08，Ａ８＝3.17550E-10，Ａ１０＝-1.34820E-12
第２面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-2.28821E-05，Ａ６＝1.00645E-07，Ａ８＝1.66808E-10，Ａ１０＝-8.57696E-13
第８面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝-5.59147E-05，Ａ６＝4.42255E-06，Ａ８＝6.14128E-08，Ａ１０＝-6.33674E-10
第９面
Ｋ＝0.0，Ａ４＝6.32831E-05，Ａ６＝4.92341E-06，Ａ８＝5.06627E-08，Ａ１０＝3.73122E-11
各種データ
焦点距離（ｆ） 39.241（ｍｍ）
Ｆナンバ（Ｆｎｏ） 2.920
半画角（ｗ／２） 15.409（ｍｍ）
像高（最大）（ｙ ｍａｘ） 10.815（ｍｍ）
β 無限遠 −０．５倍 −１．０倍
ｄ０ ∞ -95.592 -70.572（ｍｍ）
ｄ２ 34.398 19.327 4.300（ｍｍ）
ｄ９ 5.150 20.221 35.248（ｍｍ）
レンズ全長（ＴＬ） 80.000 80.002 80.006（ｍｍ）
バックフォーカス（Ｂｆ） 1.000 1.002 1.006（ｍｍ）
実効Ｆナンバー − 4.289 5.679
各レンズ群のデータ
群番号 始面 焦点距離（ｍｍ）
１ １ 10229.472
２ ３ 35.304
３ １０ -8580.279
次に、実施例５のマクロレンズ１Ｅにおける、各レンズのコンストラクションデータを以下に示す。
数値実施例５
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
物面 ∞ ∞
１＊ -32.689 2.399 1.49700 81.61
２＊ -34.084 ｄ２（可変）
３（絞り） ∞ 1.016
４ 13.316 4.238 1.72916 54.66
５ -130.931 1.426
６ -52.326 0.800 1.68893 31.16
７ 17.574 2.167
８＊ -74.587 1.489 1.58313 59.38
９＊ -29.942 ｄ９（可変）
１０ -32.134 2.078 1.90366 31.31
１１ -18.056 1.799
１２ -16.280 0.800 1.68893 31.16
１３ 28.914 2.016
１４ 34.139 3.567 1.90366 31.31
１５ -72.078 12.000
１６ ∞ 4.000 1.51680 64.20
１７ ∞ 0.000
非球面データ
第１面
Ｋ＝0.00000，Ａ４＝-2.63568E-05，Ａ６＝2.55286E-07，Ａ８＝-1.09447E-09，Ａ１０＝2.00712E-12
第２面
Ｋ＝0.00000，Ａ４＝-2.45760E-05，Ａ６＝2.44278E-07，Ａ８＝-1.08316E-09，Ａ１０＝2.06200E-12
第８面
Ｋ＝0.00000，Ａ４＝-4.41017E-05，Ａ６＝2.69185E-06，Ａ８＝6.55923E-08，Ａ１０＝-4.05098E-10
第９面
Ｋ＝0.00000，Ａ４＝5.27515E-05，Ａ６＝3.05078E-06，Ａ８＝5.19776E-08，Ａ１０＝1.35049E-10
各種データ
焦点距離（ｆ） 38.838（ｍｍ）
Ｆナンバ（Ｆｎｏ） 2.920
半画角（ｗ／２） 15.561（ｍｍ）
像高（最大）（ｙ ｍａｘ） 10.815（ｍｍ）
β 無限遠 −０．５倍 −１．０倍
ｄ０ ∞ -92.565 -69.393（ｍｍ）
ｄ２ 38.073 21.989 5.768（ｍｍ）
ｄ９ 6.131 22.215 38.437（ｍｍ）
レンズ全長（ＴＬ） 84.999 84.999 84.999（ｍｍ）
バックフォーカス（Ｂｆ） 1.000 1.000 1.000（ｍｍ）
実効Ｆナンバー − 4.290 5.700
各レンズ群のデータ
群番号 始面 焦点距離（ｍｍ）
１ １ -3743.052
２ ３ 36.122
３ １０ 2507.591
ここで、上記各種データのレンズ全長（ＴＬ）は、物体距離無限時でのレンズ全長（第１レンズ物体側面から撮像面までの距離）である。βは、結像倍率であり、本実施例のマクロレンズは、等倍まで撮影することができるので、β＝−１．０は、最至近物体に合焦した状態であり、β＝−０．５は、無限遠物体に合焦した状態と最至近物体に合焦した状態との中間の状態である。
上記の面データにおいて、面番号は、図８ないし図１２に示した各レンズ面に付した符号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，…）の番号ｉが対応する。番号ｉに＊が付された面は、非球面（非球面形状の屈折光学面または非球面と等価な屈折作用を有する面）であることを示す。
また、“ｒ”は、各面の曲率半径（単位はｍｍ）を、“ｄ”は、無限遠合焦状態（無限距離での合焦状態）での光軸上の各レンズ面の間隔（軸上面間隔）を、“ｎｄ”は、各レンズのｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を、そして、“νｄ”は、アッベ数をそれぞれ示している。なお、ｄ０は、第１面から物面までの光軸上の間隔（軸上面間隔）を示している。光学絞りＳＴ、平行平面板ＦＴおよび撮像素子ＳＲの受光面の各面は、平面であるために、それらの曲率半径は、∞（無限大）である。
上記の非球面データは、非球面とされている面（面データにおいて番号ｉに＊が付された面）の２次曲面パラメータ（円錐係数Ｋ）と非球面係数Ａｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２，１４，１６）の値とを示すものである。
各実施例において、非球面の形状は、面頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとする場合に、次式により定義している。
Ｘ＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋（１−（１＋Ｋ）ｈ２／Ｒ２）１／２］＋ΣＡｉ・ｈｉ
ただし、Ａｉは、ｉ次の非球面係数であり、Ｒは、基準曲率半径であり、そして、Ｋは、円錐定数である。
なお、請求項、実施形態および各実施例に記載の近軸曲率半径（ｒ）について、実際のレンズ測定の場面において、レンズ中央近傍(より具体的には、レンズ外径に対して１０％以内の中央領域)での形状測定値を最小自乗法でフィッティングした際の近似曲率半径を近軸曲率半径であるとみなすことができる。また、例えば２次の非球面係数を使用した場合には、非球面定義式の基準曲率半径に２次の非球面係数も勘案した曲率半径を近軸曲率半径とみなすことができる（例えば参考文献として、松居吉哉著「レンズ設計法」(共立出版株式会社)のＰ４１〜Ｐ４２を参照）。
そして、上記非球面データにおいて、「En」は、「１０のｎ乗」を意味する。例えば、「E+001」は、「１０の＋１乗」を意味し、「E-003」は、「１０の−３乗」を意味する。
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、各実施例１〜４のマクロレンズ１Ａ〜１Ｄにおける各収差を図１３ないし図３３のそれぞれに示す。
図１３ないし図１７は、実施例１のマクロレンズにおける収差図であり、図１８ないし図２２は、実施例２のマクロレンズにおける収差図であり、図２３は、実施例３のマクロレンズにおける収差図であり、図２４ないし図２８は、実施例４のマクロレンズにおける収差図であり、そして、図２９ないし図３３は、実施例５のマクロレンズにおける収差図である。図１３、図１８、図２３、図２４および図２９の各図は、縦収差図であり、残余の各図は、横収差図である。図１３、図１８、図２３、図２４および図２９の各縦収差図のそれぞれにおいて、（Ａ）ないし（Ｃ）は、無限遠の場合を示し、（Ｄ）ないし（Ｆ）は、β＝−０．５倍の場合を示し、そして、（Ｇ）ないし（Ｉ）は、β＝−１．０倍の場合を示している。また、（Ａ）、（Ｄ）および（Ｇ）は、球面収差（正弦条件）（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）を示し、（Ｂ）、（Ｅ）および（Ｈ）は、非点収差（ASTIGMATISM FIELD CURVES）を示し、（Ｃ）、（Ｆ）および（Ｉ）は、歪曲収差（DISTORTION）を示す。球面収差の横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、最大入射高で規格化した値で表している。非点収差の横軸は、焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、その縦軸は、像高をｍｍ単位で表している。歪曲収差の横軸は、実際の像高を理想像高に対する割合（％）で表しており、縦軸は、その像高をｍｍ単位で表している。また、球面収差の図中、実線は、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線は、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、二点差線は、ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）、そして、破線は、ｄ線での正弦条件不満足量（ｍｍ）における結果をそれぞれ表している。そして、非点収差の図中、破線は、タンジェンシャル（メリディオナル）面（ＤＭ）、実線は、サジタル（ラディアル）面（ＤＳ）における結果をそれぞれ表している。非点収差および歪曲収差の図は、上記ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を用いた場合の結果である。
図１４、図１９、図２５および図３０は、無限遠の場合の横収差図である。図１５、図２０、図２６および図３１は、無限遠の場合であって手振れを０．３度補正した場合の横収差図である。図１６、図２１、図２７および図３２は、β＝−１．０倍の場合の横収差図である。図１７、図２２、図２８および図３３は、β＝−１．０倍の場合であって手振れを０．３度補正した場合の横収差図である。図１４、図１６、図１９、図２１、図２２５、図２７、図３０および図３２の各図において、（Ａ）は、像高ｙ’＝７．６の場合を示し、（Ｂ）は、像高ｙ’＝０の場合を示す。図１５、図１７、図２０、図２２、図２６、図２８、図３１および図３３の各図において、（Ａ）は、像高ｙ’＝７．６の場合を示し、（Ｂ）は、像高ｙ’＝０の場合を示し、（Ｃ）は、像高ｙ’＝−７．６の場合を示す。
上記に列挙した各実施例１〜５のマクロレンズ１Ａ〜１Ｅのそれぞれにおける各種パラメータの数値を、それぞれ、表１に示し、これら各種パラメータの数値に対し上述した条件式（１）〜（３）、（７）〜（１０）を当てはめた場合の数値を、それぞれ、表２に示す。
Figure 2013235239
Figure 2013235239
以上、説明したように、上記実施例１〜５におけるマクロレンズ１Ａ〜１Ｅは、合焦の際に移動するレンズ群のより高速化およびより軽量化を図ることができると共に、無限遠距離から最至近距離までの収差変動をより抑えることができる。そして、上記実施例１〜５におけるマクロレンズ１Ａ〜１Ｅを用いた撮像装置は、合焦動作の高速化および静音化を実現することができ、無限遠距離から最至近距離までに亘って諸収差をより良好に補正された光学像を撮像素子の受光面上に形成することができる。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
ＡＸ 光軸
１、１Ａ〜１Ｅ マクロレンズ
３ 撮像装置
４ 交換レンズ装置
５ 撮像装置本体
１１、Ｇｒ１ 第１レンズ群
１２、Ｇｒ２ 第２レンズ群
１３、Ｇｒ３ 第３レンズ群

Claims (13)

  1. 物体側から像側へ順に、
    第１レンズ群と、
    全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、
    第３レンズ群とから成り、
    前記第１レンズ群は、同じ符号の曲率半径を持ち下記式（１）ないし式（３）によって定義されるＳ１面およびＳ２面を有し、
    無限遠物体から近距離物体への合焦の際に、前記第１および第３レンズ群を固定するとともに、前記第２レンズ群を光軸上で移動することによって合焦を行うこと
    を特徴とするマクロレンズ。
    ０．６＜Ｍ２／ｆ２＜１ ・・・（１）
    （φｉｎｆ−φｎｅａｒ）ｆ２＜−０．０００２ ・・・（２）
    ｅ０／ｆ２＜０．１５ ・・・（３）
    ただし、
    Ｍ２；無限遠から最至近における第２レンズ群の移動量
    ｆ２；第２レンズ群の焦点距離
    ｅ０；Ｓ１面とＳ２面との光軸上の空気換算間隔
    φｉｎｆ；無限遠物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る光軸からの高さをＹｉｎｆとした場合に、光軸に平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ａ）で定義される光学的パワー
    φｉｎｆ＝（φ１（Ｙｉｎｆ）＋φ２（Ｙｉｎｆ）−φ１（Ｙｉｎｆ）φ２（Ｙｉｎｆ）ｅ（Ｙｉｎｆ））／ｎ３ ・・・（４Ａ）
    ここで、Ｓ１面の物体側媒質のd線の屈折率をｎ１とし、Ｓ１面とＳ２面との間の媒質のd線の屈折率をｎ２とし、Ｓ２面の像側媒質のd線の屈折率をｎ３とし、Ｓ１面の高さＹにおける曲率をＣ１（Ｙ）とし、Ｓ２面の高さＹにおける曲率をＣ２（Ｙ）とし、高さＹに対するＳ１面とＳ２面との光軸ＡＸに平行な方向の空気換算距離（空気換算面間隔）をｅ（Ｙ）とした場合において、φ１（Ｙ）は、光軸からの高さＹにおけるＳ１面の光学的パワーであって下記式（５）で定義される光学的パワーで、φ２（Ｙ）は、光軸からの高さＹにおけるＳ２面の光学的パワーであって下記式（６）で定義される光学的パワー
    φ１（Ｙ）＝（ｎ２−ｎ１）Ｃ１（Ｙ） ・・・（５）
    φ２（Ｙ）＝（ｎ３−ｎ２）Ｃ２（Ｙ） ・・・（６）
    φｎｅａｒ；最至近物体の結像時に最大像高に結像する光束の絞り中心を通る光線がＳ１面を横切る光軸からの高さをＹｎｅａｒとした場合に、光軸に平行な方向のＳ１面とＳ２面との合成光学的パワーであって下記式（４Ｂ）で定義される光学的パワー
    φｎｅａｒ＝（φ１（Ｙｎｅａｒ）＋φ２（Ｙｎｅａｒ）−φ１（Ｙｎｅａｒ）φ２（Ｙｎｅａｒ）ｅ（Ｙｎｅａｒ））／ｎ３ ・・・（４Ｂ）
  2. 下記条件式（７）を満たすこと
    を特徴とする請求項１に記載のマクロレンズ。
    −０．１＜ｆ２／ｆ１＜０．２ ・・・（７）
    ただし、
    ｆ１；第１レンズ群の焦点距離
  3. 前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含むこと
    を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマクロレンズ。
  4. 前記Ｓ１面は、前記正レンズと前記負レンズとによって挟まれた空間における物体側の面であり、
    前記Ｓ２面は、該空間における像側の面であり、
    下記条件式（８）を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
    ３＜｜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）｜ ・・・（８）
    ただし、
    ｒ１；前記Ｓ１面の曲率半径
    ｒ２；前記Ｓ２面の曲率半径
  5. 前記第１レンズ群は、非球面を少なくとも１面を含み、
    該非球面は、前記Ｓ１面および前記Ｓ２面のいずれか一方であること
    を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  6. 下記条件式（９）を満たすこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
    −０．６＜ｆ２／ｆ３＜０．１ ・・・（９）
    ただし、
    ｆ３；第３レンズ群の焦点距離
  7. 前記第３レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを含むこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  8. 前記第２レンズ群は、非球面を少なくとも１面を含むこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  9. 前記第３レンズ群の一部のレンズを光軸に垂直な方向に移動させることによって防振を行うこと
    を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  10. 前記防振を行う場合に移動させる防振レンズ群は、前記第３レンズ群の最も像側に配置された正レンズよりも物体側に配置されたレンズ群であり、下記条件式（１０）を満たすこと
    を特徴とする請求項９に記載のマクロレンズ。
    ２＜βｖ＜９ ・・・（１０）
    ただし、
    βｖ；無限遠物体に合焦する場合における防振レンズ群の近軸横倍率
  11. 前記第１レンズ群は、全体として正の屈折力を有し、
    前記第３レンズ群は、全体として負の屈折力を有すること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  12. 前記第１レンズ群は、全体として負の屈折力を有し、
    前記第３レンズ群は、全体として正の屈折力を有すること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のマクロレンズ。
  13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のマクロレンズと、
    光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備え、
    前記マクロレンズが前記撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成可能とされていること
    を特徴とする撮像装置。
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