JP7005315B2

JP7005315B2 - 光学系及びそれを有する撮像装置

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Publication number: JP7005315B2
Application number: JP2017230831A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎齋藤; 誠中原; 卓井上; 章水間; 正和山岸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: US20190162932A1; US11150466B2; JP2019101183A

Description

本発明は、光学系に関し、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適なものである。

焦点距離の長い望遠タイプの光学系では、小型でありながら高い光学性能を具備することが求められている。

特許文献１には、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、フォーカシングに際して移動する正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から構成される望遠タイプの光学系が記載されている。

特開２０１６－１６１６４３号公報

特許文献１に記載の光学系は、いわゆる一眼レフカメラで用いられることが想定されている。それゆえ、特許文献１に記載の光学系では、最も像側に配置されたレンズから像面までの距離を比較的長くとっている。高い光学性能を維持しつつ、さらなる小型化を達成するためには、より像面に近い位置に適切な屈折力のレンズを配置する必要が生じてくる。

本発明の目的は、小型であって、高い光学性能を有する光学系を提供することである。

本発明の光学系は、物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
なる条件式を満足することを特徴とする。
本発明の他の光学系は、物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記正レンズＧｐの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
０．６００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜２．０００
なる条件式を満足することを特徴とする。
本発明の他の光学系は、物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記正レンズＧｐ２のアッベ数をνｄＧｐ２、前記負レンズＧｎのアッベ数をνｄＧｎとしたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
１．１００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜３．０００
なる条件式を満足することを特徴とする。
本発明の他の光学系は、物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
０．０５０＜ｆ／ｆ１＜０．７００
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、小型であって、高い光学性能を有する光学系を実現することができる。

実施例１の光学系の断面図である。実施例１の光学系の収差図である。実施例２の光学系の断面図である。実施例２の光学系の収差図である。実施例３の光学系の断面図である。実施例３の光学系の収差図である。実施例４の光学系の断面図である。実施例４の光学系の収差図である。撮像装置の概略図である。

以下、本発明の光学系及びそれを有する撮像装置の実施例について、添付の図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における「屈折率」は、特に波長の規定をしない限り、ｄ線に対する屈折率である。

図１、３、５、７に、実施例１から４の光学系のレンズ断面図を示す。

各実施例の光学系Ｌはデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ、放送用カメラなどの撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。レンズ断面図において、左方が物体側（拡大側）で、右方が像側（縮小側）である。

各実施例の光学系Ｌは、物体側より像側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３から構成される。フォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する。本願明細書におけるレンズ群とは、１または複数のレンズから構成され、フォーカシングに際して相対移動する光学系Ｌの構成要素である。

実施例１から３において、第２レンズ群Ｌ２は正の屈折力を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して物体側へ移動する。実施例４において、第２レンズ群Ｌ４は負の屈折力を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して像側へ移動する。

各断面図に実線で示した矢印は、無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動方向を表している。

第１レンズ群Ｌ１は、少なくとも１枚の正レンズを備えて構成される。以下の説明では、第１レンズ群Ｌ１に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズを正レンズＧｐとする。

なお、正レンズＧ１の物体側に、実質的に屈折力を有さないカバーガラス（保護ガラス）を設けても良い。換言すると、光学系Ｌにおいて最も物体側に配置された実質的に屈折力を有さない光学部材は、本願明細書では正レンズＧ１とみなさない。「実質的に屈折力を有さない」とは、屈折力の絶対値が光学系全系の屈折力の５分の１以下であることを言う。

また、第３レンズ群Ｌ３は、少なくとも１枚の負レンズを備えて構成される。以下の説明では、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズを負レンズＧｎとする。

開口絞りＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束径を決定（制限）する。各実施例の光学系Ｌをビデオカメラやデジタルスチルカメラに用いる場合、像面ＩＰにはＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が配置される。また、各実施例の光学系Ｌを銀塩フィルム用カメラに用いる場合、像面ＩＰにはフィルムの感光面が配置される。

また、各実施例の光学系Ｌにおいて、一部のレンズに防振機能を与えても良い。すなわち、光学系Ｌの一部のレンズ（防振群）を、像振れ補正に際して光軸と垂直な方向の成分を含む方向に移動させることで結像位置を変化させられるようにしても良い。これにより像ぶれ補正を行うことができる。第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３のいずれか１つのレンズ群全体を防振群としても良いし、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３の一部に防振群を設けても良い。

なお、実施例１から３では、第３レンズ群Ｌ３を物体側から像側へ順に配置された負の屈折力の第１部分レンズ群Ｌ３Ａ、正の屈折力の第２部分レンズ群Ｌ３Ｂで構成し、第１部分レンズ群Ｌ３Ａを防振群としている。これによって防振群を小径化でき、光学系Ｌを小型に構成することができる。

また、実施例４の光学系のように、第３レンズ群Ｌ３を物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１部分レンズ群Ｌ３Ａ、負の屈折力の第２部分レンズ群Ｌ３Ｂ、正の屈折力の第３部分レンズ群Ｌ３Ｃで構成し、第２部分レンズ群Ｌ３Ｂを防振群としても良い。

各断面図に点線で示した矢印は、防振時における防振群の移動方向を表している。

図２、４、６、８に、実施例１から４の光学系Ｌの無限遠合焦時の収差図を示す。

収差図においてＦｎｏはＦナンバーである。ωは半画角（度）であり、近軸計算による画角から算出したものである。球面収差図において、ｄはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）について示している。

非点収差図においてＳはサジタル像面におけるｄ線、Ｍはメリディオナル像面におけるｄ線について示している。歪曲収差はｄ線について示している。倍率色収差図においてｇはｄ線に対するｇ線の色収差量について示している。

次に、各実施例の光学系Ｌの特徴について説明する。

望遠タイプの光学系では、物体側から像側へ順に正の屈折力のレンズ群と負の屈折力のレンズ群を配置するいわゆるテレフォトタイプのパワー配置とすることで、光学系を小型に構成することができる。また、光学系を構成する各レンズ群の屈折力を強くすることで、光学系をより小型に構成することができる。

しかしながら、軸上光束および軸外光束の通過する高さが比較的高い第１レンズ群の屈折力を強くすると、第１レンズ群で発生する収差量が増大する。このため、第１レンズ群以降のレンズ群で収差を補正することが困難となる場合がある。

そこで、各実施例の光学系では、第３レンズ群Ｌ３に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの屈折力を適切に設定することでバックフォーカスを短くしつつ光学性能の劣化を抑制している。また、これによって第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が強められ、テレフォトタイプのパワー配置の傾向がより強くなるため光学系をより小型に構成することができる。具体的には、各実施例の光学系は以下の条件式（１）から（３）を全て満足している。
ＬＤ／ｆ＜１．０００（１）
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０（２）
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５（３）

ここで、ＬＤは光学系Ｌの全長である。光学系Ｌの全長とは、光学系Ｌの最も物体側のレンズ面から像面ＩＰまでの光軸上の距離である。すなわち、光学系ＬＤは光学系Ｌの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた値である。また、ｆは光学系Ｌの焦点距離である。Ｓｋは光学系Ｌのバックフォーカスである。ｆＧｐは正レンズＧｐの焦点距離である。ｆＧｎは負レンズＧｎの焦点距離である。ｆ３は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離である。

条件式（１）は、光学系の全長ＬＤが光学系全系の焦点距離ｆよりも短いことを示している。条件式（１）の上限値を超える場合、収差補正の観点では有利だが、光学系の全長が長くなってしまい、光学系を小型に構成することが困難となる。また、光学系の全長が長くなると、光学系を保持する鏡筒の大型化を招き、光学系と鏡筒を含めたレンズ装置が重量化してしまうため好ましくない。なお、ＬＤをｆに対して極端に短くすると、収差を十分に補正することが困難となる。ゆえに、後述する条件式（１ａ）、（１ｂ）に示すように、ＬＤ／ｆの値の範囲に下限値を定めても良い。

条件式（２）は、正レンズＧｐの焦点距離ｆＧｐとバックフォーカスＳｋの関係を規定した式であり、光学系の小型化と高性能化を両立させるためのものである。

条件式（２）の上限値を超えた場合、正レンズＧｐの屈折力が弱くなりすぎ、正レンズＧｐの像側に配置されたレンズの径が大きくなってしまう。その結果、光学系を小型に構成することが困難となってしまう。また、条件式（２）の上限値を超えるほどにバックフォーカスが長くなると光学系の全長が増大してしまうため好ましくない。

条件式（２）の下限値を超えた場合、正レンズＧｐの屈折力が強くなりすぎ、正レンズＧｐで発生する色収差量が大きくなるため、光学系Ｌ全体で収差を良好に補正することが困難になってしまう。また、条件式（２）の下限値を超える場合、バックフォーカスが短くなりすぎる。この場合、光学系の最も像側に配置される最終レンズの径が大きくなりすぎ、撮像装置に光学系を装着するためのマウントの径が大型化してしまう。結果として、光学系や撮像装置を小型かつ軽量に構成することが困難となる。また、条件式（２）の下限値を超えるほどにバックフォーカスを小さくしつつ光学系の最終レンズの径を小さくしようとすると、撮像素子への光線入射角が大きくなる結果、特に画像の周辺で画質が低下しやすくなるため好ましくない。

条件式（３）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３と負レンズＧｎの焦点距離ｆＧｎの関係を規定した式であり、光学系を小型に構成しつつ歪曲収差等の収差の発生を抑制するためのものである。

条件式（３）の上限値を超えた場合、収差補正上は有利であるが、光学系の全長の短縮が難しくなる。

条件式（３）の下限値を超えた場合、歪曲収差が正の方向に大きくなるため好ましくない。また、条件式（３）の下限値を超える場合、バックフォーカスが短くなりすぎ、マウント径の大型化や画像周辺での画質の低下を招き易くなるため好ましくない。

なお、上述した式（１）から（３）の数値範囲は、以下の式（１ａ）から（３ａ）の範囲とすることが好ましく、以下の式（１ｂ）から（３ｂ）の範囲とすることがより好ましい。
０．７５０＜ＬＤ／ｆ＜０．９９０（１ａ）
０．０５０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１４０（２ａ）
０．０６０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５２（３ａ）
０．７８０＜ＬＤ／ｆ＜０．９８０（１ｂ）
０．０７５＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１３０（２ｂ）
０．０６３＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１４８（３ｂ）

なお、各実施例の光学系Ｌにおいて、最も物体側に配置されたレンズは正レンズＧｐであることが好ましい。これによって、光学系に入射した光を十分に収斂させることができ、正レンズＧｐより像側に配置されたレンズの径を十分に小径化できる。すなわち、光学系Ｌをより小型に構成することができる。

また、第３レンズ群Ｌ３の最も物体側に、負レンズと正レンズを接合した接合レンズを配置することが好ましい。これによって、軸外のコマ収差の補正と球面収差の補正を両立させることができる。

また、第２レンズ群Ｌ２は正の屈折力を有することが好ましい。これによって、第２レンズ群Ｌ２によって光をさらに収斂させることができ、第３レンズ群Ｌ３の径をより小径化できる。したがって、光学系Ｌをより小型に構成することができる。

また、第３レンズ群に含まれる正レンズのうち最も像側に配置された正レンズを正レンズＧｐ２としたとき、正レンズＧｐ２は負レンズＧｎの像側に隣接して配置することが好ましい。すなわち、光学系Ｌにおいて最も像側に正レンズＧｐ２を配置し、正レンズＧｐ２の物体側に隣接して負レンズＧｎを配置することが好ましい。これによって、撮像面への入射角度を小さくすることが可能となる。したがって、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いる場合に問題となる画像周辺部での光量の低下や画質の低下を抑制できる。

また、より高い光学性能を得るためには、負レンズＧｎの物体側に隣接してさらに負レンズを配置することが好ましい。

また、各実施例の光学系は以下の条件式のうち１つ以上を満足することが好ましい。
０．６００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜２．０００（４）
－５．０００＜ｆ３／ｆ２＜－３．０００（５）
１．１００＜｜ｆＧｐ２／ｆＧｎ｜＜２．５００（６）
１．１００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜３．０００（７）
０．０５０＜ｆ／ｆ１＜０．７００（８）
０．０１０＜ｆ２／ｆ１＜０．０７５（９）
０．３００＜ｄＦＩ／ＬＤ＜０．５５０（１０）
０．１６０＜Ｄ１２／ＬＤ＜０．４００（１１）
０．０５０＜Ｓｋ／ＩＨ＜２．２００（１２）

ここで、Ｒ１は正レンズＧｐの物体側のレンズ面の曲率半径であり、Ｒ２は正レンズＧｐの像側のレンズ面の曲率半径である。ｆ２は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離である。ｆＧｐ２は第３レンズ群Ｌ３に含まれる正レンズのうち最も像側に配置された正レンズＧｐ２の焦点距離である。νｄＧｐ２は正レンズＧｐ２のアッベ数、νｄＧｎは負レンズＧｎのアッベ数である。ここで、アッベ数νｄとは、フラウンホーファ線のｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとしたとき、以下の式（Ａ）で定義される量である。
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）（Ａ）

また、ｄＦＩは、開口絞りＳＰから像面ＩＰまでの光軸上の距離である。Ｄ１２は第１レンズ群Ｌ１における最も物体側に配置されたレンズ（各実施例の光学系Ｌにおいては正レンズＧｐ）と該レンズの像側に隣接して配置されたレンズの光軸上の距離である。すなわち、Ｄ１２は第１レンズ群Ｌ１における最も物体側に配置されたレンズの像側のレンズ面から、該レンズの像側に隣接して配置されたレンズの物体側のレンズ面までの光軸上の距離である。ＩＨは最大像高である。最大像高ＩＨは、出力画像の形成に用いられる撮像素子の使用範囲の対角長の半分の長さを指す。

条件式（４）は、正レンズＧｐのシェープファクタを規定したもので、球面収差を良好に補正するための条件である。

条件式（４）の上限値を超えると、正レンズのメニスカス形状が強くなり、歪曲収差がプラス側に強く発生し易くなるため好ましくない。また、条件式（４）の上限値を超えると、正レンズＧｐの製造が難しくなってしまう。条件式（４）の下限値を超えると、球面収差の過補正を招き易くなるため好ましくない。

条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２が正の屈折力を有する場合における第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３と第２レンズ群Ｌ２の焦点距離ｆ２の関係を規定した式である。条件式（５）を満たすことによってフォーカシングによる球面収差等の収差変動の抑制と像面湾曲の補正を両立するためのものである。

条件式（５）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなりすぎ、バックフォーカスを適切な長さとしつつ像面湾曲を良好に補正することが難しくなる。条件式（５）の下限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎ、フォーカシングによる球面収差および軸上色収差の変動を十分に低減させることが難しくなる。

条件式（６）は、第３レンズ群Ｌ３に含まれる正レンズのうち、最も像側に配置された正レンズＧｐ２と、負レンズＧｎの屈折力の関係を規定した式で、歪曲収差および倍率色収差を良好に補正しつつ、光学系Ｌの全長を短縮するためのものである。

条件式（６）の上限値を超えた場合、光学系Ｌの全長の短縮には有利だが、歪曲収差や倍率色収差が補正不足となり易くなる。条件式（６）の下限値を超えた場合、像面湾曲や歪曲収差が増大してしまうため好ましくない。

条件式（７）は、第３レンズ群Ｌ３における正レンズＧｐ２と負レンズＧｎのアッベ数の比を規定した式で、倍率色収差を良好に補正するためのものである。

条件式（７）の上限値を超えた場合、倍率色収差を良好に補正するために必要なレンズの屈折力を得るための曲率半径が大きくなり過ぎ、結果として、光学系Ｌの全長の短縮と倍率色収差の補正を両立させることが困難となる。

条件式（７）の下限値を超えた場合、倍率色収差を良好に補正するために必要なレンズの屈折力を得るための曲率半径が小さくなり過ぎ、像面湾曲や倍率色収差の高次成分が大きくなるため好ましくない。

条件式（８）は、光学系Ｌ全系の焦点距離ｆと第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１の比を規定した条件式である。

条件式（８）の上限値を超えて第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１が短くなると、第２レンズ群Ｌ２に入射する光束の収斂性が強くなり、フォーカシングによる球面収差や軸上色収差の変動が大きくなり易くなるため好ましくない。

条件式（８）の下限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１が長くなると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなり過ぎて、光学系Ｌの全長の増大や、第２レンズ群Ｌ２および第３レンズ群Ｌ３に含まれるレンズの大径化を招くため好ましくない。

条件式（９）は、第２レンズ群Ｌ２が正の屈折力を有する場合において、第２レンズ群Ｌ２と第１レンズ群Ｌ１の焦点距離の比を規定した式であり、フォーカシングによる球面収差の変動を適切に補正するためのものである。

条件式（９）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１が短くなりすぎる。この場合、第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなりすぎ、第２レンズ群Ｌ２に入射する光束の収斂性が強くなってしまう。このとき、フォーカシングによる諸収差の変動を低減させようとすると第２レンズ群Ｌ２の屈折力を強くする必要があるが、この場合第２レンズ群Ｌ２における球面収差の敏感度が高くなってしまい、製造が困難となるため好ましくない。

条件式（９）の下限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１の屈折力に対して第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎる。この場合、光学系Ｌの全長の短縮には有利となるが、フォーカシングによる軸上色収差の変動が大きくなるため好ましくない。

条件式（１０）は、開口絞りＳＰが第２レンズ群Ｌ２の物体側に配置されている場合の開口絞りＳＰの好ましい配置を規定するものである。

条件式（１０）の上限値を超えると、第２レンズ群Ｌ２に入射する光線の入射高さが高くなり、フォーカシングによる球面収差の変動が大きくなる。また、偏芯によるコマ収差の変動が大きくなり、好ましくない。条件式（１０）の下限値を下回ると、フォーカシングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量が増加してくる。結果として光学系Ｌが大型化してしまう。

条件式（１１）は、光学系Ｌにおいて最も物体側に配置された２つのレンズ間の間隔Ｄ１２と光学系の全長ＬＤの関係を規定する条件式である。条件式（１１）の上限値を超える場合、光学系の軽量化には有利だが、光学系Ｌの最も物体側に配置されたレンズで発生した球面収差や色収差を、それ以降のレンズで十分に補正することが困難となるため、好ましくない。条件式（１１）の下限値を下回る場合、光学系Ｌにおいて最も物体側に配置されたレンズよりも像側に配置されたレンズの径が大きくなり過ぎ、光学系を十分に軽量に構成することが困難となるため好ましくない。

条件式（１２）は、光学系のバックフォーカスＳｋと最大像高ＩＨの関係を規定した条件式である。条件式（１２）の上限値を上回ると、全長が長くなりすぎて、光学系を保持するメカ部材（鏡筒等）の重量が大きくなってしまい、光学系の軽量化が困難になる。また、条件式（１２）の下限値を下回ると、バックフォーカスが短くなりすぎる。この場合、光学系の最も像側に配置されるレンズの径が大きくなりすぎ、撮像装置に光学系を装着するためのマウントの径が大型化してしまう。結果として、光学系や撮像装置を小型かつ軽量に構成することが困難となる。また、条件式（１２）の下限値を下回るほどにバックフォーカスを小さくしつつ光学系の最終レンズの径を小さくしようとすると、撮像素子への光線入射角が大きくなる結果、特に画像の周辺で画質が低下しやすくなるため好ましくない。

なお、条件式（４）から（１２）の数値範囲は、以下の式（４ａ）から（１２ａ）のように設定することがより好ましい。
０．７００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜１．６００（４ａ）
－４．５００＜ｆ３／ｆ２＜－３．３００（５ａ）
１．２００＜｜ｆＧｐ２／ｆＧｎ｜＜２．３００（６ａ）
１．２００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜２．５００（７ａ）
０．０５０＜ｆ／ｆ１＜０．６００（８ａ）
０．０２０＜ｆ２／ｆ１＜０．０７０（９ａ）
０．３５０＜ｄＦＩ／ＬＤ＜０．５４０（１０ａ）
０．１６５＜Ｄ１２／ＬＤ＜０．３８０（１１ａ）
１．０００＜Ｓｋ／ＩＨ＜２．１００（１２ａ）

さらに好ましくは、条件式（４）から（１２）の数値範囲を以下の式（４ｂ）から（１２ｂ）のように設定すると良い。
０．８００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜１．５００（４ｂ）
－４．２００＜ｆ３／ｆ２＜－３．５００（５ｂ）
１．３００＜｜ｆＧｐ２／ｆＧｎ｜＜２．０００（６ｂ）
１．２００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜２．１００（７ｂ）
０．２００＜ｆ／ｆ１＜０．３００（８ｂ）
０．０５０＜ｆ２／ｆ１＜０．０６５（９ｂ）
０．３８０＜ｄＦＩ／ＬＤ＜０．５３０（１０ｂ）
０．１７０＜Ｄ１２／ＬＤ＜０．３６０（１１ｂ）
１．２００＜Ｓｋ／ＩＨ＜２．０００（１２ｂ）

次に、実施例１から４のそれぞれに対応する数値実施例１から４を示す。各数値実施例において、面番号は物体側から数えた際の光学面の順序を示す。ｒｉは物体側から数えて第ｉ番目（ｉは自然数）の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｎｄｉ、νｄｉ、θｇＦｉは、それぞれ第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数、部分分散比である。なお、部分分散比θｇＦは、フラウンホーファ線のｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線における屈折率をＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとしたとき、以下の式（Ｂ）で定義される量である。
θｇＦ＝（Ｎｇ－ＮＦ）／（ＮＦ－ＮＣ）（Ｂ）

第２レンズ群Ｌ２と開口絞りＳＰの間隔および第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔は無限遠に合焦しているときの間隔を記載している。

各数値実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）は、光学系Ｌの最も像側の面から像面までの距離を、空気換算長により表したものである。

なお、各実施例において最も像面側に配置されたレンズと像面ＩＰの間に保護ガラスやローパスフィルタを配置しても良い。本願明細書において、光学系の最も像側に配置された保護ガラスやローパスフィルタなどの屈折力が極めて弱い光学部材は、光学系を構成するレンズとしては扱わないものとする。なお、「屈折力が極めて弱い」とは、上述のように、焦点距離の絶対値が光学系全系の焦点距離の５倍以上であることを言う。

なお、光学系Ｌと像面ＩＰ（撮像素子）の間に屈折力の極めて弱い光学部材が配置されている場合、上述したパラメータＳｋ、Ｌ、ＬＤの値は、光学系と撮像素子の間に配置された屈折力の極めて弱い光学部材を空気換算した際の値を用いる。

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θgF
1 165.519 16.15 1.61800 63.40 0.5395
2 1237.782 99.07
3 91.530 18.28 1.43700 95.10 0.5326
4 -205.819 2.00 1.61340 44.27 0.5633
5 62.066 1.93
6 57.229 11.51 1.43700 95.10 0.5326
7 150.871 26.68
8 69.632 4.20 1.79952 42.22 0.5672
9 36.781 11.90 1.43700 95.10 0.5326
10 122.301 38.11
11 -280.484 2.40 1.72916 54.68 0.5444
12 56.242 4.30 1.89286 20.36 0.6393
13 120.046 5.00
14(絞り) ∞ 28.83
15 58.292 2.40 1.72000 43.69 0.5699
16 38.857 8.11 1.53775 74.70 0.5392
17 -154.955 4.91
18 62.730 5.16 1.88300 40.76 0.5667
19 -232.969 1.80 1.59522 67.74 0.5442
20 32.442 5.37
21 -96.657 1.80 1.53775 74.70 0.5392
22 70.777 6.93
23 87.618 10.28 1.78472 25.68 0.6161
24 -29.266 2.20 1.89286 20.36 0.6393
25 -62.544 10.40
26 -48.695 2.20 1.89286 20.36 0.6393
27 111.184 6.65
28 58.701 8.79 1.58144 40.75 0.5774
29 -117.297 32.79
像面 ∞

各種データ
焦点距離 392.00
Fナンバー 2.88
画角 3.16
像高 21.64
レンズ全長 380.13
BF(Sk) 32.79

レンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 1500.00
2 15 90.82
3 18 -340.98

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θgF
1 198.887 12.42 1.61800 63.40 0.5395
2 2935.195 69.51
3 132.429 16.99 1.43700 95.10 0.5326
4 -230.160 2.49 1.71300 53.87 0.5459
5 191.704 1.69
6 92.135 14.23 1.43700 95.10 0.5326
7 -1701.379 28.83
8 112.729 2.80 1.79952 42.22 0.5672
9 39.967 12.26 1.43700 95.10 0.5326
10 102.785 47.44
11 -103.357 2.40 1.67790 55.34 0.5472
12 90.910 3.80 1.89286 20.36 0.6393
13 282.493 6.20
14(絞り) ∞ 34.87
15 68.655 2.20 1.72000 41.98 0.5729
16 46.688 7.52 1.49700 81.54 0.5375
17 -132.372 7.48
18 60.893 6.41 1.88300 40.76 0.5667
19 -128.889 2.00 1.59522 67.74 0.5442
20 29.059 5.24
21 -64.743 2.00 1.71300 53.87 0.5459
22 544.729 7.64
23 126.785 8.62 1.59551 39.24 0.5803
24 -28.785 1.80 1.84666 23.88 0.6218
25 -49.890 30.04
26 -45.013 1.80 1.83220 40.10 0.5714
27 410.829 8.28
28 133.782 9.81 1.51742 52.43 0.5564
29 -50.319 38.46
像面 ∞

各種データ

焦点距離 490.00
Fナンバー 4.00
画角 2.53
像高 21.64
レンズ全長 395.23
BF(Sk) 38.46

レンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 1800.00
2 15 106.72
3 18 -379.37

［数値実施例３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θgF
1 173.681 16.88 1.61800 63.40 0.5395
2 923.660 93.24
3 119.951 18.07 1.43700 95.10 0.5326
4 -336.930 2.00 1.72000 43.69 0.5699
5 107.340 1.87
6 72.603 17.12 1.43700 95.10 0.5326
7 750.579 13.88
8 183.029 4.20 1.71300 53.87 0.5459
9 60.039 11.90 1.43700 95.10 0.5326
10 139.315 57.16
11 -55.827 3.20 1.77250 49.60 0.5520
12 -646.205 4.55 1.89286 20.36 0.6393
13 -117.279 7.47
14(絞り) ∞ 42.28
15 80.702 3.00 1.72000 43.69 0.5699
16 50.803 10.01 1.49700 81.54 0.5375
17 -161.109 8.71
18 57.865 6.80 1.88300 40.76 0.5667
19 -277.315 3.00 1.59522 67.74 0.5442
20 39.167 5.46
21 -130.158 2.50 1.83481 42.73 0.5648
22 106.719 35.33
23 208.590 7.64 1.60342 38.03 0.5835
24 -51.727 2.50 1.89286 20.36 0.6393
25 -80.577 40.07
26 -56.729 2.50 1.83481 42.73 0.5648
27 -389.119 9.98
28 122.996 7.29 1.51742 52.43 0.5564
29 -103.071 41.71
像面 ∞

各種データ

焦点距離 588.00
Fナンバー 4.00
画角 2.11
像高 21.64
レンズ全長 480.33
BF(Sk) 41.71

レンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 2250.00
2 15 132.58
3 18 -547.36

［数値実施例４］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θgF
1 228.503 15.36 1.43700 95.10 0.5326
2 -2577.136 162.01
3 131.311 15.04 1.43700 95.10 0.5326
4 -260.464 0.00
5 -260.464 1.60 1.83400 37.34 0.5790
6 226.189 0.25
7 92.135 10.96 1.43700 95.10 0.5326
8 385.486 45.08
9 75.184 4.17 1.84666 23.88 0.6218
10 116.037 0.15
11 89.110 2.00 1.80420 46.50 0.5572
12 40.121 11.55 1.43700 95.10 0.5326
13 188.425 7.90
14(絞り) ∞ 3.59
15 357.665 1.60 1.59349 67.00 0.5361
16 60.453 32.67
17 234.160 1.50 1.89286 20.36 0.6393
18 51.127 4.79 1.73800 32.26 0.5899
19 -323.381 1.00
20 77.098 4.01 1.80518 25.46 0.6156
21 -115.926 1.30 1.59349 67.00 0.5361
22 42.855 4.05
23 -103.664 1.30 1.81600 46.62 0.5568
24 84.006 3.91
25 73.632 2.85 1.85478 24.80 0.6122
26 -4292.626 44.64
27 81.078 6.30 1.66565 35.64 0.5824
28 -115.382 1.50 1.89286 20.36 0.6393
29 330.497 21.01
30 -342.026 2.20 1.92119 23.96 0.6203
31 183.841 5.54
32 100.062 4.98 1.61293 37.00 0.5862
33 1575.517 40.24
像面 ∞

各種データ

焦点距離 588.00
Fナンバー 4.12
画角 2.11
像高 21.64
レンズ全長 465.04
BF(Sk) 40.24

レンズ群データ
群始面焦点距離
1 1 232.11
2 15 -122.83
3 17 -1999.95

以下の表１に、各実施例の光学系における種々の値をまとめて示す。

［撮像装置］
次に、本発明の光学系を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例について、図９を用いて説明する。図９において、１３はカメラ本体、１１は実施例１乃至４で説明したいずれかの光学系によって構成された撮影光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系１１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。

このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型であって、高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

Ｌ光学系
Ｌ１第１レンズ群
Ｌ２第２レンズ群
Ｌ３第３レンズ群
Ｇｐ正レンズＧｐ
Ｇｎ負レンズＧｎ

Claims

物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、
前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
前記正レンズＧｐの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２としたとき、
０．６００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜２．０００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、
－５．０００＜ｆ３／ｆ２＜－３．０００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
前記第３レンズ群は正レンズを含み、
前記負レンズＧｎは、前記第３レンズ群に含まれる正レンズのうち最も像側に配置された正レンズＧｐ２の物体側に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
前記正レンズＧｐ２の焦点距離をｆＧｐ２としたとき、
１．１００＜｜ｆＧｐ２／ｆＧｎ｜＜２．５００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項４に記載の光学系。
前記正レンズＧｐ２のアッベ数をνｄＧｐ２、前記負レンズＧｎのアッベ数をνｄＧｎとしたとき、
１．１００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜３．０００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項４または５に記載の光学系。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
０．０５０＜ｆ／ｆ１＜０．７００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学系。
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、
０．０１０＜ｆ２／ｆ１＜０．０７５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
前記第２レンズ群の物体側に配置された絞りを有し、
前記絞りから像面までの距離をｄＦＩとしたとき、
０．３０＜ｄＦＩ／ＬＤ＜０．５５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学系。
前記第１レンズ群の最も物体側に配置されたレンズの像側のレンズ面から、前記レンズ面の像側に隣接するレンズ面までの光軸上の距離をＤ１２としたとき、
０．１６０＜Ｄ１２／ＬＤ＜０．４００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系。
前記第３レンズ群は、前記第３レンズ群の最も物体側に、正レンズと負レンズが接合された接合レンズを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学系。
前記正レンズＧｐは、前記第１レンズ群において最も物体側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学系。
前記第３レンズ群は、負の屈折力の第１部分レンズ群と、正の屈折力の第２部分レンズ群から成り、
前記第１部分レンズ群は、防振に際して光軸と垂直な成分を含む方向に移動することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学系。
０．０５０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１４０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光学系。
０．０６０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学系。
物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、
前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記正レンズＧｐの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、像側のレンズ面の曲率半径をＲ２としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
０．６００＜（Ｒ２＋Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）＜２．０００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、
前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記正レンズＧｐ２のアッベ数をνｄＧｐ２、前記負レンズＧｎのアッベ数をνｄＧｎとしたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
１．１００＜νｄＧｐ２／νｄＧｎ＜３．０００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群、第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群から成り、フォーカシングに際して前記第２レンズ群が移動し、隣り合うレンズ群の間隔が変化する光学系であって、
前記第１レンズ群は正レンズを含み、前記第３レンズ群は負レンズを含み、
前記光学系における最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＬＤ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記光学系のバックフォーカスをＳｋ、前記第１レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側に配置された正レンズＧｐの焦点距離をｆＧｐ、前記第３レンズ群に含まれる負レンズのうち最も像側に配置された負レンズＧｎの焦点距離をｆＧｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、
ＬＤ／ｆ＜１．０００
０．０１０＜Ｓｋ／ｆＧｐ＜０．１７０
０．０５０＜ｆＧｎ／ｆ３＜０．１５５
０．０５０＜ｆ／ｆ１＜０．７００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
前記撮像装置における最大像高をＩＨとしたとき、
０．０５０＜Ｓｋ／ＩＨ＜２．２００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置。