JP5646287B2 - 結像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置等に用いられる光学系に関し、特に、ミラーレスタイプのカメラにおける単焦点交換レンズに適する結像光学系及びそれを用いた撮像装置に関する。

従来より、全長を一定に保ち、インナーフォーカス方式を採用し、防塵、フォーカス動作時の防音に有利な結像光学系が知られている。特許文献１及び特許文献２に開示された結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群と、負屈折力の第２レンズ群と、明るさ絞りと、正屈折力の第３レンズ群とからなり、第１レンズ群と第３レンズ群を常時固定とし、遠距離から近距離へのフォーカシングに際して負屈折力の第２レンズ群を像側に移動させるものである。また、特許文献３、４及び５に開示された結像光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群と、明るさ絞りと、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群とからなり、第１レンズ群と第２レンズ群を常時固定とし、遠距離から近距離へのフォーカシングに際して正屈折力の第２レンズ群を物体側に移動させるものである。これらのような構成により、防塵、防音に有利としつつ、光学性能も良好な結像光学系としている。

特開平１１−１６０６１７号公報 特開２００５−３２１５７４号公報 特開２００９−２４４６９６号公報 特開２００９−２４４６９７号公報 特開２００９−２４４６９９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された結像光学系は、明るさ絞りよりも物体側に第１レンズ群とフォーカシング時に可動の第２レンズ群が配置される構成である。第１レンズ群と明るさ絞りとの距離が大であり、結果的に第１レンズ群の径が大きくなっている。また、特許文献３、４及び５に開示された結像光学系は、第１レンズ群と第２レンズ群との間に明るさ絞りが配置されているが、明るさ絞りよりも像側に複数の正レンズ群が配置される構成であり、軸外収差が発生しやすい構成となっている。

本願発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、防音、防塵に有利であり、径方向を小さく抑えやすく、光学性能も確保しやすい結像光学系及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明にかかる結像光学系は、以下のものである。

物体側から像面側に順に、正屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群と、正屈折力の第３レンズ群とからなり、前記第１レンズ群の物体側面から前記第２レンズ群の物体側面の間に配置された明るさ絞りを有し、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群は常時固定であり、遠距離から近距離へのフォーカシングに際して前記第２レンズ群のみが光軸方向に移動し、前記第３レンズ群は、前記第３レンズ群中の最も大きい軸上空気間隔を挟んで、物体側に配置された正屈折力のフロントサブレンズ群と像側に配置された負屈折力のリアサブレンズ群と、からなることが好ましい。

以下、このような構成をとった理由と作用を説明する。

まず、結像光学系の最も物体側のレンズと最も像側のレンズを常時固定とし、フォーカシングに際して第２レンズ群のみを光軸方向に移動させるインナーフォーカス方式の結像光学系とすることで、防塵性、防音性の確保に有利となる。

そして、明るさ絞りを第２レンズ群よりも物体側に配置することで、結像光学系の大きさに最も影響する第１レンズ群の有効径を小さくでき、光学系の径方向のサイズを小さくしやすくなる。

加えて、第１レンズ群の径方向のサイズを抑えることで、正屈折力の第１レンズ群の軸上厚みも小さく抑えやすくなる。それにより、結像光学系の小型化に有利となり、携帯性が向上する。

一方、明るさ絞りが第２レンズ群よりも物体側にあるため、正屈折力の第３レンズ群は明るさ絞りから離れることになる。明るさ絞りの像側の第２レンズ群及び第３レンズ群は共に正屈折力であるので、歪曲収差も含めた補正を行うためには、第３レンズ群にて軸上収差と軸外収差の双方を考慮した構成とすることが好ましい。

本発明においては、第３レンズ群中の最も大きい軸上空気間隔を挟んで物体側を正屈折力のフロントサブレンズ群とし、その軸上空気間隔の像側を負屈折力のリアサブレンズ群としている。

このように、第３レンズ群中の負屈折力のリアサブレンズ群を第３レンズ群中の正屈折力のフロントサブレンズ群よりも像側に配置することで、正屈折力のフロントサブレンズ群での軸上収差をキャンセルする機能を保持しつつ、軸外光線入射高を高くすることで軸外収差（特に歪曲収差）をキャンセルする機能の確保にも有利となる。

また、全体して、望遠タイプのレンズ群の配置となり、全長の短縮化にも有利となる。

したがって、上述の構成とすることで、防音、防塵に有利であり、小型化と光学性能の確保に有利な結像光学系となる。

上述の発明にて、更に以下の構成の少なくともいずれかを満足することが好ましい。

また、前記第３レンズ群は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
−０．５ ＜ ｆ３ｒ／ｆ３Ｇ ＜ −０．０５ （１）
ただし、
ｆ３ｒは、前記リアサブレンズ群の焦点距離、
ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
である。

条件式（１）の下限値を下回らないようにリアサブレンズ群の負の屈折力を確保することで、軸上収差と軸外収差（特に歪曲収差）の補正にいっそう有利となる。加えて結像光学系全体として望遠タイプとなり、光学系の全長の短縮にもつながる。

条件式（１）の上限値を上回らないようにリアサブレンズ群の負の屈折力を適度に抑えることで、補正の過剰を抑えられる。加えて、射出瞳を像面から離しやすくなり、シェーディングの低減に有利となる。

また、前記第１レンズ群は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
４．０ ＜ ｆ１Ｇ／ｆ ＜ １０．０ （２）
ただし、
ｆ１Ｇは、前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
である。

条件式（２）の上限値、下限値の範囲内となるように、第１レンズ群の正屈折力を適度に確保することで、像面湾曲やコマ収差等の軸外収差を補正しつつ、第１レンズ群と第３レンズ群の間での軸外収差をキャンセルする機能の確保に有利となる。

また、前記第２レンズ群は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．８５ ＜ ｆ２Ｇ／ｆ ＜ ３．０ （３）
ただし、
ｆ２Ｇは、前記第２レンズ群の焦点距離、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
である。

条件式（３）の下限値を下回らないように第２レンズ群の正屈折力の過剰を抑えることで、フォーカス群としての第２レンズ群の屈折力を抑え、フォーカシングに伴う収差変動を抑えやすくなる。

条件式（３）の上限値を上回らないように、フォーカス群の正屈折力を確保することで、フォーカシングに伴う移動量の軽減に有利となる。

また、前記第３レンズ群は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
３．０ ＜ ｆ３Ｇ／ｆ ＜ ９．０ （４）
ただし、
ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
である。

条件式（４）の上限値、下限値の範囲内となるように、第３レンズ群の正屈折力を適度に確保することで、第１レンズ群で発生する像面湾曲やコマ収差等の軸外収差を補正しつつ、ディストーション補正に有利となる。

また、前記第３レンズ群は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．０１ ＜ Ｄ３Ｇｆｒ／ｆ３Ｇ ＜ ０．５ （５）
ただし、
Ｄ３Ｇｆｒは、前記第３レンズ群中の前記フロントサブレンズ群の像側面と前記リアサブレンズ群の物体側面との間の軸上距離、
ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
である。

条件式（５）の下限を下回らず、上限を上回らないように前記フロントサブレンズ群と前記リアサブレンズ群との間の距離を適度に確保することで、軸上収差、軸外収差の双方の補正に有利となる。

また、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０．１４ ＜ Ｄ２Ｇ３Ｇ／Ｄ１Ｇｆ３Ｇ ＜ ０．５ （６）
ただし、
Ｄ２Ｇ３Ｇは、前記第２レンズ群の像側面と前記第３レンズ群の物体側面との間の軸上距離、
Ｄ１Ｇｆ３Ｇは、前記第１レンズ群の物体側面と前記第３レンズ群の物体側面との間の軸上距離、
である。

条件式（６）の下限値を下回らないように第２レンズ群と第３レンズ群との間の軸上距離を確保することで、第１レンズ群内で発生する軸外収差をキャンセルしやすくなる。結像光学系の軽量化にも有利となる。

条件式（６）の上限値を上回らないように第２レンズ群と第３レンズ群との軸上距離を適度に抑えることで、結像光学系を小さくしやすくなり、特に、交換レンズとして用いた場合の小型化に有利となる。

また、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の軸上距離は、結像光学系中の軸上空気間隔距離の中で最も大きいことが好ましい。

前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の軸上距離を確保することで、軸外収差の補正に有利になる。

フォーカシングを行う第２レンズ群については、以下の構成とすることが好ましい。

また、前記第２レンズ群は、２枚以下のレンズからなることが好ましい。

フォーカシング時に移動するレンズ群を軽量にでき、ウォブリング動作、フォーカシング動作時の電力消費量の軽減やＡＦ速度、精度の向上に有利となる。

また、前記第２レンズ群は、１つの正レンズ成分からなり、遠距離から近距離へのフォーカシングに際して物体側に移動することが好ましい。
ただし、レンズ成分は、物体側面と像側面の２面のみが空気に接するレンズ体であり、単レンズまたは接合レンズを意味する。

このような構成により、第２レンズ群の軽量化に有利となる。

更には、前記正レンズ成分は、単レンズであることが好ましい。

正レンズ成分が単レンズであることにより、軽量化にいっそう有利となる。

また、動画撮影や高速ＡＦを行なう場合、フォーカシングレンズ群は軽いことが好ましい。そのため、明るさ絞りについて以下のようにするとよい。

前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群中の最も物体側のレンズよりも像側に配置されることが好ましい。

第１レンズ群を小さくしつつ、開口絞り付近にフォーカシングレンズ群が配置されることとなり、第１レンズ群及び第２レンズ群の小型・軽量化に有利となる。

また、前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群中の複数のレンズの間に配置されることが好ましい。

前記明るさ絞りを前記第１レンズ群中の複数のレンズの間に配置することにより、前記第１レンズ群の径の小型化に有利となる。

また、前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群と共に常時固定であることが好ましい。

明るさ絞りがフォーカシング動作時に移動しないので、フォーカシング時の移動部材の重量を軽減できる。したがって、動画撮影時のＡＦ動作、ウォブリング動作、高速ＡＦ動作時の電力消費量の軽減やＡＦ速度、精度の向上に有利となる。

さらに、第１レンズ群について、以下の構成とすることが好ましい。

前記第１レンズ群は、前記明るさ絞りの物体側に配置された２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを有することが好ましい。

正の屈折力を複数の正レンズに分担し、負レンズを用いることで、球面収差やコマ収差、色収差の補正に有利となる。

また、前記第１レンズ群は、正屈折力の第１サブレンズ群と、負屈折力の第２サブレンズ群と、正屈折力の第３サブレンズ群からなり、
前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔は前記第１レンズ群中で最も大きい空気間隔であり、
前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズは像側に凹面を向けたレンズであり、
前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズは物体側に凹面を向けたレンズであることが好ましい。

正の屈折力を第１レンズ群中の物体側と像側に分担し、その間に負屈折力のレンズ群を配置することで、球面収差やコマ収差、色収差の補正に有利となる。特に、第２レンズ群中に軸上距離が大きい両凸の空間が形成されるようにレンズを配置することで、ペッツバール和の調整や諸収差の補正にいっそう有利となる。

また、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
−０．０１ ＜ ＳＦａｉｒ ＜ −０．９９ （７）
ただし、
ＳＦａｉｒ＝（ＲａｉｒＯ＋ＲａｉｒＩ）／（ＲａｉｒＯ−ＲａｉｒＩ）であり、
ＲａｉｒＯは、前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズの像側面の近軸曲率半径、
ＲａｉｒＩは、前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズの物体側面の近軸曲率半径
である。

条件式（７）は、両凸形状の空間の好ましい形状を特定するものである。

条件式（７）の下限値を下回らず、上限値を上回らないようにして、両凸形状の空間前後のそれぞれの凹面での負屈折力を適度に分担することで、結像光学系の光学性能の確保と小型化の両立につながる。

条件式（７）の下限値を下回らないようにして空間の像側の凹面の負屈折力の過剰を抑えることで、高次の収差の低減につながる。

条件式（７）の上限値を上回らないようにして空間の像側の凹面の負屈折力を確保することで、軸上収差補正等につながる。

また、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
−０．３ ＜ ｆａｉｒ／ｆ１Ｇ＜ −０．０１ （８）
ただし、
ｆ１Ｇは、前記第１レンズ群の焦点距離、
ｆａｉｒ＝１／（φａｉｒＯ＋φａｉｒＩ−Ｄａｉｒ×φａｉｒＯ×φａｉｒＩ）、
であり、
φａｉｒＯは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズの像側面の屈折力、
φａｉｒＩは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズの物体側面の屈折力、
Ｄａｉｒは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前の前記レンズ面と像側直後の前記レンズ面との光軸上での距離、
であり、
面の屈折力φは、面の入射側屈折率をｎＯ、面の射出側屈折率をｎＩ、面の近軸曲率半径をＲＯＩとしたときに φ＝（ｎＩ−ｎＯ）／ＲＯＩで表される。

条件式（８）は、前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔を挟む物体側の凹面と像側の凹面の好ましい合成屈折力を特定するものである。

条件式（８）の下限値を下回らないように空気レンズの発散力を確保することで、空気レンズによる収差補正機能の確保に有利となる。

条件式（８）の上限値を上回らないようにして空気レンズの発散力の過剰を抑えることで、結像光学系の大型化を抑えやすくなる。

また、前記第１サブレンズ群は複数の正レンズを有し、前記第２サブレンズ群は複数の負レンズを有し、前記第３サブレンズ群は正レンズを有することが好ましい。

第１サブレンズ群と第２サブレンズ群での高次の収差の低減につながり、明るさの確保と光学性能の両立にいっそう有利となる。

更には、第３レンズ群について、以下の構成とすることが好ましい。

前記第３レンズ群中の前記フロントサブレンズ群は２つのレンズを有し、前記第３レンズ群中の前記リアサブレンズ群は１つの負屈折力のレンズ成分からなることが好ましい。

フロントサブレンズ群を複数のレンズで構成することで、正屈折力の分担もしくは収差をキャンセルし合うことにより収差の低減に有利となる。また、リアサブレンズ群を１つのレンズ成分とすることで軽量化に有利となる。

これらの結像光学系は、射出瞳を像面から離しやすく高性能化しやすいのでデジタルカメラなどの撮像装置に用いることが効果的である。

結像光学系及び結像光学系の像側に配置され光学像を電気信号に変換する撮像面を持つ撮像素子とを有する撮像装置において、その撮像装置の結像光学系は、上記いずれかの結像光学系とすることが好ましい。

上述の各構成は、特に記載が無い限り、最も遠距離に合焦した状態での構成とする。また、上述の各構成を複数同時に満足することが、より好ましい。

さらに、各条件式において、下限値、及び／または、上限値をより縮減することでその効果をいっそう確実にでき好ましい。

条件式（１）について
下限値を−０．４、更には−０．３とすることがより好ましい。
上限値を−０．０４、更には−０．０３、更には−０．２２とすることがより好ましい。

条件式（２）について
下限値を４．５、更には５．０とすることがより好ましい。
上限値を９．０、更には８．０とすることがより好ましい。

条件式（３）について
下限値を０．９、更には０．９２とすることがより好ましい。
上限値を２．０、更には１．５、更には１．２５とすることがより好ましい。

条件式（４）について
下限値を４．０、更には４．５、更には４．８とすることがより好ましい。
上限値を８．９、更には８．８とすることがより好ましい。

条件式（５）について
下限値を０．０１２、更には０．０１４とすることがより好ましい。
上限値を０．３、更には０．２とすることがより好ましい。

条件式（６）について
下限値を０．１８、更には０．２２とすることがより好ましい。
上限値を０．４、更には０．３とすることがより好ましい。

条件式（７）について
下限値を−０．０４、更には−０．０６とすることがより好ましい。
上限値を−０．７、更には−０．５とすることがより好ましい。

条件式（８）について
下限値を−０．２、更には−０．１５とすることがより好ましい。
上限値を−０．０３、更には−０．０５とすることがより好ましい。

本発明によれば、防音、防塵に有利であり、小型でありながら、光学性能も確保しやすい結像光学系を提供できる。さらに、このような結像光学系を用いた撮像装置を提供することが可能となる。

実施例１の光学系の断面図である。 実施例２の光学系の断面図である。 実施例３の光学系の断面図である。 実施例１の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 実施例２の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 実施例３の光学系の無限遠合焦状態の諸収差図である。 本発明のレンズを交換レンズとして用いたレンズ交換式カメラの断面図である。 本発明によるデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。 図８のデジタルカメラの背面図である。 図８のデジタルカメラの横断面図である。 図８のデジタルカメラの主要部の内部回路の構成ブロック図である。

本発明の実施例１〜３の光学系について説明する。図１〜図３は、各実施例の光学系の断面図である。なお、各図中、５つの平行平板は、物体側から、超音波振動により塵を跳ね飛ばす防塵フィルターＦ１、ＩＲカットコートを施したＩＲカットフィルターＦ２、フランジバックを一定にしつつ、画素ピッチの変更に伴うローパスフィルターの厚みの変更をキャンセルさせる調整用平行平板Ｆ３、ローバスフィルターＦ４、カバーガラスＣである。

図１は実施例１の光学系の断面図である。図１（ａ）は実施例１の無限遠合焦時の光学系の断面図、図１（ｂ）は実施例１の至近合焦時の光学系の断面図である。

実施例１の光学系は、図１に示すように、物体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とからなる。また、第１レンズ群Ｇ１に配置された明るさ絞りＳを有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、明るさ絞りＳと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、からなる。

第２レンズ群Ｇ２は、１枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、正屈折力のフロントサブレンズ群Ｇ３Ｆと、負屈折力のリアサブレンズ群Ｇ３Ｒとからなる。フロントサブレンズ群Ｇ３Ｆは、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２の接合レンズＳＵ３１からなる。リアサブレンズ群Ｇ３Ｒは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３３からなる。

第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、常時固定である。第２レンズ群Ｇ２は、無限遠から至近への合焦に対して物体側に移動する。

図２は実施例２の光学系の断面図である。図２（ａ）は実施例２の無限遠合焦時の光学系の断面図、図２（ｂ）は実施例２の至近合焦時の光学系の断面図である。

実施例２の光学系は、図２に示すように、物体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とからなる。また、第１レンズ群Ｇ１に配置された明るさ絞りＳを有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、明るさ絞りＳと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、からなる。

第２レンズ群Ｇ２は、１枚の物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、正屈折力のフロントサブレンズ群Ｇ３Ｆと、負屈折力のリアサブレンズ群Ｇ３Ｒとからなる。フロントサブレンズ群Ｇ３Ｆは、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２の接合レンズＳＵ３１からなる。リアサブレンズ群Ｇ３Ｒは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３３からなる。

第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、常時固定である。第２レンズ群Ｇ２は、無限遠から至近への合焦に対して物体側に移動する。

図３は実施例３の光学系の断面図である。図３（ａ）は実施例３の無限遠合焦時の光学系の断面図、図３（ｂ）は実施例３の至近合焦時の光学系の断面図である。

実施例３の光学系は、図３に示すように、物体側から像側に順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正屈折力の第３レンズ群Ｇ３とからなる。また、第１レンズ群Ｇ１に配置された明るさ絞りＳを有する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１３と、両凹負レンズＬ１４と、明るさ絞りＳと、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、からなる。

第２レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズＬ２１と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２の接合レンズＳＵ２１からなる。

第３レンズ群Ｇ３は、正屈折力のフロントサブレンズ群Ｇ３Ｆと、負屈折力のリアサブレンズ群Ｇ３Ｒとからなる。フロントサブレンズ群Ｇ３Ｆは、両凹負レンズＬ３１と両凸正レンズＬ３２の接合レンズＳＵ３１からなる。リアサブレンズ群Ｇ３Ｒは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３３からなる。

第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３は、常時固定である。第２レンズ群Ｇ２は、無限遠から至近への合焦に対して物体側に移動する。

以下に、実施例１〜３の数値データを示す。実施例１〜３の数値データにおいて、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ肉厚および空気間隔、ｎｄおよびνｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率およびアッべ数、ｆは焦点距離、ＦnoはＦナンバー、ωは半画角（°）、ｆｂ(in air)は空気換算したバックフォーカス、ＩＨは像高である。

数値実施例 1
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 46.683 4.07 1.81600 46.62
2 -566.229 0.10
3 22.734 3.34 1.60311 60.64
4 36.923 2.45
5 227.015 1.00 1.64769 33.79
6 18.649 5.32
7 -22.020 1.00 1.58144 40.75
8 85.186 1.95
9（絞り） ∞ 1.80
10 -178.530 3.15 1.77250 49.60
11 -24.688 d11
12 22.938 3.50 1.45650 90.27
13 354.826 d13
14 -133.961 2.07 1.80100 34.97
15 35.821 4.59 1.77250 49.60
16 -33.831 6.33
17 -16.924 1.00 1.51742 52.43
18 -34.022 8.99
19 ∞ 0.65 1.51633 64.14
20 ∞ 0.85
21 ∞ 0.82 1.00000 70.86
22 ∞ 0.76 1.00000 61.08
23 ∞ 1.08 1.00000 70.86
24 ∞ 0.45
25 ∞ 0.80 1.00000 63.38
26 ∞ 0.75
像面 ∞

無限 至近
d11 4.36 0.99
d13 11.81 15.17

各種データ
f 44.32 44.06
Fno 1.84 1.82
2ω(画角(°)) 28.36 26.71

fb (in air) 13.73
全長 (in air) 71.57
ＩＨ 11.15

各群焦点距離
第１レンズ群 233.14
第２レンズ群 53.54
第３レンズ群 384.50

至近合焦時の物像間距離 85cm

数値実施例 2
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 34.681 4.45 1.81600 46.62
2 872.454 0.10
3 20.365 3.46 1.60311 60.64
4 41.023 1.09
5 95.648 1.00 1.64769 33.79
6 15.426 5.30
7 -26.564 1.00 1.58144 40.75
8 51.406 2.22
9（絞り） ∞ 2.78
10 -59.129 2.24 1.77250 49.60
11 -23.954 d11
12 21.250 3.87 1.45650 90.27
13 1466.207 d13
14 -68.559 1.00 1.69895 30.13
15 128.545 3.19 1.77250 49.60
16 -27.585 4.47
17 -15.886 1.00 1.51742 52.43
18 -31.871 8.99
19 ∞ 0.65 1.51633 64.14
20 ∞ 0.85
21 ∞ 0.82 1.00000 70.86
22 ∞ 0.76 1.00000 61.08
23 ∞ 1.08 1.00000 70.86
24 ∞ 0.45
25 ∞ 0.80 1.00000 63.38
26 ∞ 0.75
像面 ∞

無限 至近
d11 4.29 0.99
d13 11.69 14.99

各種データ
f 44.26 44.17
Fno 1.84 1.83
2ω(画角(°)) 28.46 26.62

fb (in air) 13.73
全長 (in air) 66.89
ＩＨ 11.15

各群焦点距離
第１レンズ群 265.11
第２レンズ群 47.19
第３レンズ群 260.76

至近合焦時の物像間距離 85cm

数値実施例 3
単位 ｍｍ

面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ νｄ
1 33.305 5.06 1.81600 46.62
2 240.584 0.10
3 20.030 4.14 1.60311 60.64
4 33.505 1.51
5 61.496 1.00 1.64769 33.79
6 14.552 5.86
7 -30.006 1.00 1.58144 40.75
8 56.949 2.18
9（絞り） ∞ 2.11
10 -62.195 1.98 1.78800 47.37
11 -27.548 d11
12 21.710 5.22 1.45650 90.27
13 -63.753 1.00 1.76182 26.52
14 -132.399 d14
15 -74.420 1.00 1.53172 48.84
16 401.206 2.75 1.77250 49.60
17 -29.141 3.94
18 -16.745 1.00 1.49700 81.61
19 -40.363 8.99
20 ∞ 0.65 1.51633 64.14
21 ∞ 0.85
22 ∞ 0.82 1.00000 70.86
23 ∞ 0.76 1.00000 61.08
24 ∞ 1.08 1.00000 70.86
25 ∞ 0.45
26 ∞ 0.80 1.00000 63.38
27 ∞ 0.75
像面 ∞

無限 至近
d11 5.06 0.99
d14 11.33 15.39

各種データ
f 48.49 48.56
Fno 1.84 1.83
2ω(画角(°)) 26.05 23.90

fb (in air) 13.73
全長 (in air) 68.96
ＩＨ 11.15

各群焦点距離
第１レンズ群 365.30
第２レンズ群 45.73
第３レンズ群 238.74

至近合焦時の物像間距離 85cm

図４〜図６は実施例１〜３の光学系の諸収差図である。各図中、（ａ）は無限遠合焦状態の諸収差図、（ｂ）は至近合焦状態の諸収差図である。球面収差と倍率色収差は、４３５．８ｎｍ（ｇ線：一点鎖線），５８７．６ｎｍ（ｄ線：実線），６５６．３ｎｍ（Ｃ線：波線）の各波長における数値を示してある。また、非点収差は、実線がサジタル像面、点線がメリジオナル像面を示している。なお、ＦＮＯはＦナンバー、ＩＨは像高を示す。

次に、上記各実施例における条件式（１）〜（８）の値を示す。

条件式 実施例１ 実施例２ 実施例３
(1) -0.173 -0.240 -0.245
(2) 5.261 5.990 7.533
(3) 1.208 1.066 0.943
(4) 8.676 5.892 4.923
(5) 0.016 0.017 0.016
(6) 0.269 0.269 0.238
(7) -0.083 -0.265 -0.345
(8) -0.102 -0.087 -0.063

図７は、本発明のレンズを用い、撮像素子として小型のＣＣＤ又はＣＭＯＳ等を用いた電子撮像装置としての一眼ミラーレスカメラの断面図である。図７において、１は一眼ミラーレスカメラ、２は鏡筒内に配置された撮影レンズ系、３は撮影レンズ系２を一眼ミラーレスカメラ１に着脱可能とする鏡筒のマウント部であり、スクリュータイプのマウントやバヨネットタイプのマウント等が用いられる。この例では、バヨネットタイプのマウントを用いている。また、４は撮像素子面、５はバックモニタである。

このような構成の一眼ミラーレスカメラ１の撮影レンズ系２として、例えば上記実施例１〜３に示した本発明のレンズが用いられる。

以上の本発明によれば、一眼ミラーレスタイプのデジタルカメラに適した交換レンズとして、ディストーション、色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな光学系を提供することが可能となる。

図８〜図１０は、レンズを撮影光学系４１に組み込んだ本発明に係る他の撮像装置の構成の概念図を示す。図８はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図９は同背面図、図１０はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な横断面図である。

デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２上に位置する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４上に位置するファインダー光学系４３、シャッターボタン４５、ポップアップストロボ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッターボタン４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のレンズを通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、結像面近傍に設けた撮像素子としてのＣＣＤ４９の撮像面（光電変換面）上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７や、ファインダー用画像表示素子５４に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。

なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フレキシブルディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用接眼レンズ５９が配置してある。ファインダー用画像表示素子５４に表示された物体像が、このファインダー用接眼レンズ５９によって拡大および観察者が見やすい視度に調整され、観察者眼球Ｅに導かれている。なお、ファインダー用接眼レンズ５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。

図１１は、上記デジタルカメラ４０の主要部の内部回路の構成ブロック図である。なお、以下の説明では、上記の処理手段５１は例えばＣＤＳ／ＡＤＣ部２４、一時記憶メモリ１７、画像処理部１８等からなり、記憶手段５２は例えば記憶媒体部１９等からなる。

図１１に示すように、デジタルカメラ４０は、操作部１２と、この操作部１２に接続された制御部１３と、この制御部１３の制御信号出力ポートにバス１４及び１５を介して接続された撮像駆動回路１６並びに一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１を備えている。

上記の一時記憶メモリ１７、画像処理部１８、記憶媒体部１９、表示部２０、及び設定情報記憶メモリ部２１はバス２２を介して相互にデータの入力又は出力が可能なように構成され、また、撮像駆動回路１６には、ＣＣＤ４９とＣＤＳ／ＡＤＣ部２４が接続されている。

操作部１２は各種の入力ボタンやスイッチを備え、これらの入力ボタンやスイッチを介して外部（カメラ使用者）から入力されるイベント情報を制御部に通知する回路である。制御部１３は、例えばＣＰＵ等からなる中央演算処理装置であり、不図示のプログラムメモリを内蔵し、そのプログラムメモリに格納されているプログラムにしたがって、操作部１２を介してカメラ使用者から入力される指示命令を受けてデジタルカメラ４０全体を制御する回路である。

ＣＣＤ４９は、本発明による撮影光学系４１を介して形成された物体像を受光する。ＣＣＤ４９は、撮影駆動回路１６により駆動制御され、その物体像の各画素ごとの光量を電気信号に変換してＣＤＳ／ＡＤＣ部２４に出力する撮像素子である。

ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４は、ＣＣＤ４９から入力する電気信号を増幅しかつアナログ／デジタル変換を行って、この増幅とデジタル変換を行っただけの映像生データ（ベイヤーデータ、以下ＲＡＷデータという。）を一時メモリ１７に出力する回路である。

一時記憶メモリ１７は、例えばＳＤＲＡＭ等からなるバッファであり、ＣＤＳ／ＡＤＣ部２４から出力される上記ＲＡＷデータを一時的に記憶するメモリ装置である。画像処理部１８は、一時記憶メモリ１７に記憶されたＲＡＷデータ又は記憶媒体部１９に記憶されているＲＡＷデータを読み出して、制御部１３から指定された画質パラメータに基づいて歪曲収差補正を含む各種画像処理を電気的に行う回路である。

記憶媒体部１９は、例えばフラッシュメモリ等からなるカード型又はスティック型の記録媒体を着脱自在に装着して、それらカード型又はスティック型のフラッシュメモリに、一時記憶メモリ１７から転送されるＲＡＷデータや画像処理部１８で画像処理された画像データを記録して保持する装置の制御回路である。

表示部２０は、液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４を備え、その液晶表示モニター４７及びファインダー用画像表示素子５４に画像や操作メニュー等を表示する回路である。設定情報記憶メモリ部２１には、予め各種の画質パラメータが格納されているＲＯＭ部と、そのＲＯＭ部から読み出された画質パラメータの中から操作部１２の入力操作によって選択された画質パラメータを記憶するＲＡＭ部が備えられている。設定情報記憶メモリ部２１は、それらのメモリへの入出力を制御する回路である。

このように構成されたデジタルカメラ４０は、本発明により、ある程度ディストーション補正を行いつつ、特に色収差や像面湾曲などの諸収差が良好に補正され、テレセントリック性を確保した、少ない構成枚数のコンパクトな広角光学系を用いた撮像装置を提供することが可能となる。

本発明は、以上のような一般的な被写体を撮影する所謂コンパクトデジタルカメラだけではなく、広い画角が必要な監視カメラ等に適用してもよい。

Ｇ１…第１レンズ群
ＳＧ１…第１サブレンズ群
ＳＧ２…第２サブレンズ群
ＳＧ３…第３サブレンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｇ３Ｆ…フロントサブレンズ群
Ｇ３Ｒ…リアサブレンズ群
Ｓ…明るさ絞り
Ｆ１…防塵フィルター
Ｆ２…ＩＲカットフィルター
Ｆ３…調整用平行平板
Ｆ４…ローバスフィルター
Ｃ…カバーガラス
Ｉ…像面
１…レンズ交換式カメラ
２…撮影レンズ系
３…マウント部
４…撮像素子面
５…バックモニタ
１２…操作部
１３…制御部
１４、１５…バス
１６…撮像駆動回路
１７…一時記憶メモリ
１８…画像処理部
１９…記憶媒体部
２０…表示部
２１…設定情報記憶メモリ部
２２…バス
２４…ＣＤＳ／ＡＤＣ部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッターボタン
４６…ポップアップストロボ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５４…ファインダー用画像表示素子
５９…ファインダー用接眼レンズ

Claims (20)

1. 物体側から像面側に順に、
   正屈折力の第１レンズ群と、
   正屈折力の第２レンズ群と、
   正屈折力の第３レンズ群とからなり、
   前記第１レンズ群の物体側面から前記第２レンズ群の物体側面の間に配置された明るさ絞りを有し、
   前記第１レンズ群と前記第３レンズ群は常時固定であり、
   遠距離から近距離へのフォーカシングに際して前記第２レンズ群のみが光軸方向に移動し、
   前記第３レンズ群は、前記第３レンズ群中の最も大きい軸上空気間隔を挟んで、物体側に配置された正屈折力のフロントサブレンズ群と、像側に配置された負屈折力のリアサブレンズ群と、からなり、
   前記第３レンズ群は、以下の条件式（４）を満足する
   ことを特徴とする結像光学系。
   ３．０ ＜ ｆ３Ｇ／ｆ ＜ ９．０ （４）
   ただし、
   ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
   ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
   である。
2. 前記第３レンズ群は、以下の条件式（１）を満足する
   ことを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
   −０．５ ＜ ｆ３ｒ／ｆ３Ｇ ＜ −０．０５ （１）
   ただし、
   ｆ３ｒは、前記リアサブレンズ群の焦点距離、
   ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
   である。
3. 前記第１レンズ群は、以下の条件式（２）を満足する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の結像光学系。
   ４．０ ＜ ｆ１Ｇ／ｆ ＜ １０．０ （２）
   ただし、
   ｆ１Ｇは、前記第１レンズ群の焦点距離、
   ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
   である。
4. 前記第２レンズ群は、以下の条件式（３）を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の結像光学系。
   ０．８５ ＜ ｆ２Ｇ／ｆ ＜ ３．０ （３）
   ただし、
   ｆ２Ｇは、前記第２レンズ群の焦点距離、
   ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
   である。
5. 前記第３レンズ群は、以下の条件式（５）を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の結像光学系。
   ０．０１ ＜ Ｄ３Ｇｆｒ／ｆ３Ｇ ＜ ０．５ （５）
   ただし、
   Ｄ３Ｇｆｒは、前記第３レンズ群中の前記フロントサブレンズ群の像側面と前記リアサブレンズ群の物体側面との間の軸上距離、
   ｆ３Ｇは、前記第３レンズ群の焦点距離、
   である。
6. 以下の条件式（６）を満足する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の結像光学系。
   ０．１４ ＜ Ｄ２Ｇ３Ｇ／Ｄ１Ｇｆ３Ｇ ＜ ０．５ （６）
   ただし、
   Ｄ２Ｇ３Ｇは、前記第２レンズ群の像側面と前記第３レンズ群の物体側面との間の軸上距離、
   Ｄ１Ｇｆ３Ｇは、前記第１レンズ群の物体側面と前記第３レンズ群の物体側面との間の軸上距離、
   である。
7. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間の軸上距離は、結像光学系中の軸上空気間隔距離の中で最も大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の結像光学系。
8. 前記第２レンズ群は、２枚以下のレンズからなる
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の結像光学系。
9. 前記第２レンズ群は、１つの正レンズ成分からなり、遠距離から近距離へのフォーカシングに際して物体側に移動する
   ことを特徴とする請求項８に記載の結像光学系。
   ただし、レンズ成分は、物体側面と像側面の２面のみが空気に接するレンズ体であり、単レンズまたは接合レンズを意味する。
10. 前記正レンズ成分は、単レンズである
    ことを特徴とする請求項９に記載の結像光学系。
11. 前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群中の最も物体側のレンズよりも像側に配置される
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の結像光学系。
12. 前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群中の複数のレンズの間に配置される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の結像光学系。
13. 前記明るさ絞りは、前記第１レンズ群と共に常時固定である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに記載の結像光学系。
14. 前記第１レンズ群は、前記明るさ絞りの物体側に配置された２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを有する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の結像光学系。
15. 前記第１レンズ群は、正屈折力の第１サブレンズ群と、負屈折力の第２サブレンズ群と、正屈折力の第３サブレンズ群からなり、
    前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔は前記第１レンズ群中で最も大きい空気間隔であり、
    前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズは像側に凹面を向けたレンズであり、
    前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズは物体側に凹面を向けたレンズである
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１つに記載の結像光学系。
16. 以下の条件式（７）を満足する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の結像光学系。
    −０．９９ ＜ ＳＦａｉｒ ＜ −０．０１ （７）
    ただし、
    ＳＦａｉｒ＝（ＲａｉｒＯ＋ＲａｉｒＩ）／（ＲａｉｒＯ−ＲａｉｒＩ）であり、
    ＲａｉｒＯは、前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズの像側面の近軸曲率半径、
    ＲａｉｒＩは、前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズの物体側面の近軸曲率半径
    である。
17. 以下の条件式（８）を満足する
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の結像光学系。
    −０．３ ＜ ｆａｉｒ／ｆ１Ｇ＜ −０．０１ （８）
    ただし、
    ｆ１Ｇは、前記第１レンズ群の焦点距離、
    ｆａｉｒ＝１／（φａｉｒＯ＋φａｉｒＩ−Ｄａｉｒ×φａｉｒＯ×φａｉｒＩ）、
    であり、
    φａｉｒＯは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前のレンズの像側面の屈折力、
    φａｉｒＩは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の像側直後のレンズの物体側面の屈折力、
    Ｄａｉｒは前記第２サブレンズ群中の最も大きい空気間隔の物体側直前の前記レンズ面と像側直後の前記レンズ面との光軸上での距離、
    であり、
    面の屈折力φは、面の入射側屈折率をｎＯ、面の射出側屈折率をｎＩ、面の近軸曲率半径をＲＯＩとしたときに φ＝（ｎＩ−ｎＯ）／ＲＯＩで表される。
18. 前記第１サブレンズ群は複数の正レンズを有し、
    前記第２サブレンズ群は複数の負レンズを有し、
    前記第３サブレンズ群は正レンズを有する
    ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか１つに記載の結像光学系。
19. 前記第３レンズ群中の前記フロントサブレンズ群は２つのレンズを有し、前記第３レンズ群中の前記リアサブレンズ群は１つの負屈折力のレンズ成分からなる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１つに記載の結像光学系。
20. 請求項１乃至請求項１９のいずれか１つに記載の結像光学系、
    及び前記結像光学系の像側に配置され光学像を電気信号に変換する撮像面を持つ撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
    

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