特許 6739084 レンズシステムおよび撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6739084

(24)【登録日】2020年7月27日

(45)【発行日】2020年8月12日

(54)【発明の名称】レンズシステムおよび撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/20 20060101AFI20200730BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20200730BHJP

【ＦＩ】

   G02B15/20

   G02B13/18

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-104691(P2019-104691)

(22)【出願日】2019年6月4日

(62)【分割の表示】特願2015-54587(P2015-54587)の分割

【原出願日】2015年3月18日

(65)【公開番号】特開2019-139258(P2019-139258A)

(43)【公開日】2019年8月22日

【審査請求日】2019年6月7日

(31)【優先権主張番号】14/219,677

(32)【優先日】2014年3月19日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000227364

【氏名又は名称】株式会社ｎｉｔｔｏｈ

(73)【特許権者】

【識別番号】512244772

【氏名又は名称】シーア テクノロジース リミティッド・ライアビリティ・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】大江 和広

(72)【発明者】

【氏名】ゴーマン ジェフリー アライン

【審査官】 下村 一石

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１９８４５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０２９３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ２５／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光学系と、前記第１の光学系の出力側に配置された変倍機能を備えた第２の光学系とを有し、入力側からの光により前記第１の光学系の内部に結像される中間像を、出力側に最終像として結像するレンズシステムであって、
前記第１の光学系は、第１のサブシステムを含み、
前記第１のサブシステムは、前記中間像の入力側に最も近接した位置に配置され、変倍の際に移動せずフォーカシングの際に動き、前記中間像側に凹の面を含む第１のレンズと、
前記中間像の出力側に最も近接した位置に配置され、変倍の際に移動せずフォーカシングの際に、前記第１のレンズとの空気間隔を変えずに一体で移動し、前記中間像側に凹の面を含む第２のレンズとを含む、レンズシステム。

【請求項2】

請求項１において、
当該レンズシステムは、入力側からの光により前記中間像を結像する入力側の光学系と、
前記中間像を前記最終像として結像する出力側の光学系とを有し、
前記第１のレンズは前記入力側の光学系に含まれ、
前記第２のレンズは前記出力側の光学系に含まれる、レンズシステム。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記第１のサブシステムは、
前記第１のレンズを含み、屈折力が正の第１のレンズ群と、
前記第２のレンズを含み、屈折力が負の第２のレンズ群とを含む、レンズシステム。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第１のサブシステムは負の屈折力を含み、
前記第１の光学系は、さらに、前記第１のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動かない正の屈折力の第２のサブシステムと、
前記第２のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動く正の屈折力の第３のサブシステムとを含む、レンズシステム。

【請求項5】

請求項４において、
前記第１のサブシステム、前記第２のサブシステムおよび前記第３のサブシステムは、他のサブシステムを挟まずに、入力側から順番に配置されている、レンズシステム。

【請求項6】

請求項４または５において、
前記第２のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成であり、
前記第３のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成である、レンズシステム。

【請求項7】

請求項４ないし６のいずれかにおいて、
前記第１のサブシステムの焦点距離ｆ１と、前記第３のサブシステムの焦点距離ｆ３と、前記第１の光学系の焦点距離ｆとが以下の条件を満たす、レンズシステム。
−２００＜ｆ１＜−９０
９０＜ｆ３＜２００
１９０＜ｆ＜３００

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかにおいて、
広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｎとが以下の条件を満たす、レンズシステム。
｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＜０．００５
｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＜０．００５

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれかにおいて、
広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｎとが以下の条件を満たす、レンズシステム。
｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＜１．０
｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＜１．０

【請求項10】

請求項１ないし９のいずれかに記載のレンズシステムと、
前記レンズシステムの最終像が結像する位置に配置される撮像デバイスとを有する撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズシステムおよびそれを用いた撮像装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レンズ枚数が少なくても良好な結像性能を維持できる中間結像を持つ屈折光学系を提供することが記載されている。そのため、この文献１には、物体の中間像を形成するレンズ群と、中間像の形成位置の近傍に配置されたフィールドレンズ群と、中間像を再結像するリレーレンズ群とを備えた屈折光学系であって、結像レンズ群の焦点距離ｆ１と屈折光学系の焦点距離ｆとは、条件式「１＜｜ｆ１/ｆ｜＜３」を満足することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−２３２９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

中間像を結像するタイプのレンズシステムにおいて、優れたフォーカス性能を備えたレンズシステムが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の態様の１つは、第１の光学系を有し、入力側からの光により第１の光学系の内部に結像される中間像を、出力側に最終像として結像するレンズシステムである。この第１の光学系は、フォーカシングの際に動く第１のサブシステムを含み、第１のサブシステムは、中間像の入力側に最も近接した位置に配置され、フォーカシングの際に動く第１のレンズと、中間像の出力側に最も近接した位置に配置され、フォーカシングの際に動く第２のレンズとを含む。

【0006】

このレンズシステムでは、入力側からの光を中間像として結像し、中間像からの光を最終像として再結像する。中間像の近傍、すなわち中間像の入力側および出力側における各画角の光束が分離されやすい。このため、中間像を入力側および出力側から挟むように配置された第１および第２のレンズをフォーカシングの際に動かすことにより、各画角の光線経路を急激に変化させることなくフォーカシングを行うことができる。したがって、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながらピント調整を行うことが可能なレンズシステムを提供できる。

【0007】

このレンズシステムにおいては、入力側からの光により中間像を結像する入力側の光学系と、中間像を最終像として結像する出力側の光学系とを有する。第１のレンズは、入力側の光学系に含まれ、第２のレンズは出力側の光学系に含まれ、レンズシステムは、入力側の光学系と出力側の光学系とにわたるインナーフォーカス機能を備えた第１の光学系を含む。さらに、第２のレンズは、フォーカシングの際に、第１のレンズとの空気間隔を変えずに一体で移動する。

【0008】

中間像の入力側に位置する第１のレンズは中間像側に凹の面を含み、中間像の出力側に位置する第２のレンズは中間像側に凹の面を含む。中間像側に凹の面を向けたレンズで中間像を挟み、それらをフォーカシングの際に協調して動かすことによりフォーカシング性能を向上しやすい。また、第１のサブシステムは、第１のレンズを含み、屈折力が正の第１のレンズ群と、第２のレンズを含み、屈折力が負の第２のレンズ群とを含んでもよい。パワーの異なるレンズ群で中間像を挟み、それらをフォーカシングの際に協調して動かすことによりフォーカシング性能を向上しやすい。

【0009】

第１のサブシステムは負の屈折力を備え、第１の光学系は、さらに、第１のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動かない正の屈折力の第２のサブシステムと、第２のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動く第３のサブシステムとを備えていてもよい。第３のサブシステムを第１のサブシステムの動きを補償するよう動かしてもよく、フローティングフォーカス機能を実現できる。

【0010】

正の屈折力の第２のサブシステムを第１のサブシステムの出力側に固定することにより、中間像の出力側において発散する光束をほぼテレセントリックに近い状態で出力側に出力できる。このため、テレセントリックに近い状態で入射する光束に対し第３のサブシステムのレンズを動かすことができる。したがって、フォーカシングの際に像倍率の変動を抑制しながら第１のサブシステムが発生させた諸収差を第３のサブシステムにより良好に補正できる。

【0011】

フォーカシングを行う第１の光学系は、他のサブシステムを挟まずに、第１のサブシステム、第２のサブシステムおよび第３のサブシステムが入力側から順番に配置されたものであってもよい。第２のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成であってもよく、第３のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成であってもよい。

【0012】

第１のサブシステムの焦点距離ｆ１と、第３のサブシステムの焦点距離ｆ３と、第１の光学系の焦点距離ｆとが以下の条件（１．１）ないし（１．３）を満たすことが望ましい。
−２００＜ｆ１＜−９０ ・・・（１．１）
９０＜ｆ３＜２００ ・・・（１．２）
１９０＜ｆ＜３００ ・・・（１．３）

【0013】

第１の光学系のパワーを条件（１．３）に示すように弱くし、第１の光学系の中で動かす第１および第３のサブシステムのパワーを条件（１．１）および（１．２）に示すように逆転させパワーバランスをほぼ等しくすることにより、フォーカシングにより第１のサブシステムが発生させた諸収差を第３のサブシステムにより良好に補正できる。条件（１．１）ないし（１．３）の範囲を超えると、第１および第３のサブシステムのパワーバランスが崩れ、フォーカシングに伴う画角変動、いわゆるフォーカスブリージングを抑制することが困難となる。

【0014】

このレンズシステムは、第１の光学系の出力側に配置される変倍機能を備えた第２の光学系をさらに有していてもよい。

【0015】

広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｎとが以下の条件（２．１）および（２．２）を満たすことが望ましい。
｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＜０．００５ ・・・（２．１）
｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＜０．００５ ・・・（２．２）

【0016】

広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｎとが以下の条件（３．１）および（３．２）を満たすことが望ましい。
｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＜１．０ ・・・（３．１）
｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＜１．０ ・・・（３．２）

【0017】

本発明の異なる態様の１つは、上記のレンズシステムと、レンズシステムの最終像が結像する位置に配置される撮像デバイスとを有する撮像装置である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１（ａ）は、第１の実施形態に係るレンズシステムおよびそれを用いた撮像装置の概略構成を示す図であり、広角端におけるレンズ配置を示し、図１（ｂ）は望遠端におけるレンズ配置を示す。

【図2】図２（ａ）は、第１の実施形態に係るレンズシステムの広角端におけるフォーカシングの様子を示す図であり、至近物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示し、図２（ｂ）は無限遠物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示す。

【図3】第１の実施形態に係るレンズシステムの各レンズのレンズデータを示す図。

【図4】図４（ａ）は、第１の実施形態に係るレンズシステムの諸数値を示す図であり、基本データを示し、図４（ｂ）はズームデータを示し、図４（ｃ）は広角端におけるフォーカスデータを示し、図４（ｄ）は望遠端におけるフォーカスデータを示し、図４（ｅ）は非球面データを示す。

【図5】図５（ａ）は、第１の実施形態に係るレンズシステムの広角端における収差図であり、至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図５（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示す。

【図6】図６（ａ）は、第１の実施形態に係るレンズシステムの望遠端における収差図であり、至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図６（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示す。

【図7】第１の実施形態に係るレンズシステムの広角端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示す図。

【図8】第１の実施形態に係るレンズシステムの望遠端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示す図。

【図9】図９（ａ）は、第２の実施形態に係るレンズシステムおよびそれを用いた撮像装置の概略構成を示す図であり、広角端におけるレンズ配置を示し、図９（ｂ）は望遠端におけるレンズ配置を示す。

【図10】図１０（ａ）は、第２の実施形態に係るレンズシステムの広角端におけるフォーカシングの様子を示す図であり、至近物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示し、図１０（ｂ）は無限遠物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示す。

【図11】第２の実施形態に係るレンズシステムの各レンズのレンズデータを示す図。

【図12】図１２（ａ）は、第２の実施形態に係るレンズシステムの諸数値を示す図であり、基本データを示し、図１２（ｂ）はズームデータを示し、図１２（ｃ）は広角端におけるフォーカスデータを示し、図１２（ｄ）は望遠端におけるフォーカスデータを示し、図１２（ｅ）は非球面データを示す。

【図13】図１３（ａ）は、第２の実施形態に係るレンズシステムの広角端における収差図であり、至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図１３（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示す。

【図14】図１４（ａ）は、第２の実施形態に係るレンズシステムの望遠端における収差図であり、至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図１４（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示す。

【図15】第２の実施形態に係るレンズシステムの広角端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示す図。

【図16】第２の実施形態に係るレンズシステムの望遠端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１（ａ）および図１（ｂ）に、第１の実施形態に係るレンズシステム１０およびそれを用いた撮像装置１の概略構成を示しており、図１（ａ）は広角端（ＷＩＤＥ）におけるレンズ配置を示し、図１（ｂ）は望遠端（ＴＥＬＥ）におけるレンズ配置を示している。図２（ａ）および図２（ｂ）に、レンズシステム１０の広角端におけるフォーカシングの様子を示しており、図２（ａ）は至近物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示し、図２（ｂ）は無限遠物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示している。

【0020】

撮像装置（カメラ）１は、レンズシステム１０と、レンズシステム１０の最終像５２が結像する位置に配置された撮像デバイス５０とを備えている。レンズシステム１０は、入力側（物体側、入射側）９０ａから順に、入力側９０ａからの光を中間像５１として結像する第１のレンズ群（１次レンズ群、入力側の光学系）１１と、中間像５１からの光を最終像５２として結像する第２のレンズ群（２次レンズ群、リレーレンズ群、出力側の光学系）１２とから構成されている。レンズシステム１０は、全体が２４枚のガラス製のレンズＬ１０１〜Ｌ１１０およびＬ２０１〜Ｌ２１４により構成された再結像タイプのレンズシステム（２段光学系）である。第１のレンズ群（入力側の光学系）１１および第２のレンズ群（出力側の光学系）１２は、フォーカシングを行う第１の光学系（合焦光学系）Ｆとしての機能と、ズーミングを行う第２の光学系（変倍光学系）Ｚとしての機能とを含む。撮像デバイス５０の一例は、最終像５２を電気信号（画像データ）に変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサー（撮像素子）である。

【0021】

第１のレンズ群１１は、光軸１００を含む平面１００ｘに対し一方の領域（第１の領域、図１（ａ）〜図２（ｂ）において上側半分の領域）１００ａから入射する光束を第１の領域１００ａの反対側、すなわち光軸１００を含む平面１００ｘに対し他方の領域（第２の領域、図１（ａ）〜図２（ｂ）において下側半分の領域）１００ｂに倒立した中間像（倒立像）５１として結像する。第２のレンズ群１２は、中間像５１から出射する光束を第１の領域１００ａに中間像５１の上下左右が反転した最終像（正立像）５２として結像する。

【0022】

第１のレンズ群（入力側の光学系）１１は、入力側９０ａから順に配置された、入力側９０ａに凸面Ｓ１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０１と、入力側９０ａに凸面Ｓ３を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０２と、３枚貼合タイプの接合レンズ（バルサムレンズ）ＬＢ１と、両凸タイプの正レンズＬ１０６と、両凸タイプの正レンズＬ１０７と、両凹タイプの負レンズＬ１０８と、両凸タイプの正レンズＬ１０９と、入力側９０ａに凸面Ｓ１７を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１１０とから構成されている。

【0023】

接合レンズＬＢ１は、入力側９０ａから順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ１０３と、両凸タイプの正レンズＬ１０４と、出力側（最終像側、出射側、結像側）９０ｂに凸面Ｓ８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０５とから構成されている。負レンズＬ１０２の両面、すなわち入力側９０ａの凸面Ｓ３および出力側９０ｂの凹面Ｓ４のそれぞれは非球面である。正レンズＬ１０７の両面、すなわち入力側９０ａの凸面Ｓ１１および出力側９０ｂの凸面Ｓ１２のそれぞれは非球面である。正レンズＬ１０９の両面、すなわち入力側９０ａの凸面Ｓ１５および出力側９０ｂの凸面Ｓ１６のそれぞれは非球面である。最も入力側９０ａの負レンズＬ１０１は、レンズシステム１０の中で最も大きな有効径（口径）のレンズであるが、その有効径は７１．８９ｍｍと映画撮影用レンズとしてはコンパクトである。

【0024】

第２のレンズ群（出力側の光学系）１２は、入力側９０ａから順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ２０１と、出力側９０ｂに凸面Ｓ２２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０２と、出力側９０ｂに凸面Ｓ２４を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０３と、両凸タイプの正レンズＬ２０４と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ２と、入力側９０ａに凸面Ｓ３０を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０７と、入力側９０ａに凸面Ｓ３２を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０８と、開口絞りＳｔと、入力側９０ａに凸面Ｓ３４を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ２０９と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ３と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ４と、両凸タイプの正レンズＬ２１４とから構成されている。第２のレンズ群１２の出力側９０ｂには、カバーガラスＣＧを挟んで撮像デバイス５０が配置されている。撮像デバイス５０は、画像データをパーソナルコンピュータなどのホスト装置に提供したり、コンピュータネットワークなどを介して外部の情報処理装置に伝送したりできる。

【0025】

接合レンズＬＢ２は、入力側９０ａから順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ２０５と、両凸タイプの正レンズＬ２０６とから構成されている。接合レンズＬＢ３は、入力側９０ａから順に配置された、両凸タイプの正レンズＬ２１０と、両凹タイプの負レンズＬ２１１とから構成されている。接合レンズＬＢ４は、入力側９０ａから順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ２１２と、両凸タイプの正レンズＬ２１３とから構成されている。

【0026】

このレンズシステム１０では、最も入力側９０ａに配置された有効径が最も大きい負レンズＬ１０１により広範囲（広角度）から取り込んだ光束を、第１のレンズ群１１により光軸１００を横切って反対側（第２の領域１００ｂ）に導き、倒立像（中間像）５１として中間結像（１次結像）させる。中間像５１を経た光束は、第２のレンズ群１２により光軸１００を横切って元の側（第１の領域１００ａ）に導かれ、正立像（最終像）５２として最終結像（２次結像）される。第１の領域１００ａから入射した光（軸外光線）は光軸１００を２回横切り（交差し）、入射した側の第１の領域１００ａに再結像される。したがって、広角の軸外光線を第１の領域１００ａのみで屈折させて最終結像させる必要がなく、諸収差の発生を抑制しながら広角化を図りやすい。

【0027】

レンズシステム１０のレンズＬ２０４〜Ｌ２０８は、第２の光学系（変倍光学系、ズームレンズ群）Ｚに含まれる。変倍光学系Ｚは、入力側９０ａから順に、ズーミングの際に動く正の屈折力の第１のサブシステム（第１のサブ光学系）Ｚ１と、ズーミングの際に動く正の屈折力の第２のサブシステム（第２のサブ光学系）Ｚ２と、ズーミングの際に動く正の屈折力の第３のサブシステム（第３のサブ光学系）Ｚ３とから構成されている。第１のサブシステムＺ１は、第２のレンズ群１２の正レンズＬ２０４から構成されている。第２のサブシステムＺ２は、正レンズＬ２０４の出力側９０ｂに順に配置された、接合レンズＬＢ２と、正レンズＬ２０７とから構成されている。第３のサブシステムＺ３は、正レンズＬ２０７の出力側９０ｂに配置された正レンズＬ２０８から構成されている。

【0028】

このレンズシステム１０では、広角端から望遠端に変倍する際に、第１のレンズ群１１の全てのレンズＬ１０１〜Ｌ１１０と、第２のレンズ群１２のレンズＬ２０１〜Ｌ２０３およびレンズＬ２０９〜Ｌ２１４とは動かず、光学系Ｚ１〜Ｚ３のそれぞれが出力側９０ｂから入力側９０ａへ向けて光軸１００に沿って単調に動くことによりズーミングを行う。このため、ズーミングに伴い中間像５１の結像位置が変動することがなく、広角端から望遠端に至る各ズームポジションにおいて、中間像面がレンズ表面やレンズ内に位置することを抑制できる。したがって、レンズ表面の傷やゴミなどの異物が最終像５２へ写り込むことを抑制できる。さらに、このレンズシステム１０では、変倍光学系Ｚの出力側９０ｂに絞りＳｔを配置し、ズーミングの際に動かさず固定することにより、絞り径を変えることなくズーミングに伴うＦ値の変動を抑制できる。したがって、変倍光学系Ｚの出力側９０ｂに絞りＳｔが配置された、シネマ撮影用レンズとして好適なレンズレイアウトを実現でき、さらにズーミング機構も簡素化できる。

【0029】

レンズシステム１０のレンズＬ１１０、Ｌ２０１〜Ｌ２０３は、第１の光学系（フォーカスレンズ群、合焦光学系）Ｆに含まれる。フォーカスレンズ群Ｆは、入力側９０ａから順に、フォーカシングの際に動く負の屈折力の第１のサブシステム（第１のサブ光学系）Ｆ１と、フォーカシングの際に動かない正の屈折力の第２のサブシステム（第２のサブ光学系）Ｆ２と、フォーカシングの際に動く正の屈折力の第３のサブシステム（第３のサブ光学系）Ｆ３とから構成されている。フォーカスレンズ群Ｆは、第１のサブシステムＦ１と、第３のサブシステムＦ３とがフローティングフォーカス形式で移動する。

【0030】

第１のサブシステムＦ１は、第１のレンズ群（入力側の光学系）１１の最も出力側９０ｂに配置された正レンズＬ１１０と、第２のレンズ群（出力側の光学系）１２の最も入力側９０ａに配置された負レンズＬ２０１とから構成されている。第２のサブシステムＦ２および第３のサブシステムＦ３は出力側の光学系１２に含まれる。第２のサブシステムＦ２は、負レンズＬ２０１の出力側９０ｂに配置された正レンズＬ２０２から構成されている。第３のサブシステムＦ３は、正レンズＬ２０２の出力側９０ｂに配置された正レンズＬ２０３から構成されている。

【0031】

第１のサブシステムＦ１は、入力側９０ａから中間像５１に最も近接した位置に配置された正レンズ（第１のレンズ）Ｌ１１０からなる正の屈折力の第１のレンズ群Ｆ１−１と、出力側９０ｂから中間像５１に最も近接した位置に配置された負レンズ（第２のレンズ）Ｌ２０１からなる負の屈折力の第２のレンズ群Ｆ１−２とから構成されている。第１のレンズＬ１１０は、入力側９０ａに凸のメニスカスタイプであり、第２のレンズＬ２０１は両凹タイプの負レンズである。第１のサブシステムＦ１の両レンズＬ１１０およびＬ２０１は、第１のレンズ群１１および第２のレンズ群１２の間の空間に結像される中間像５１を、直に（空気間隔のみを隔てて）入力側９０ａおよび出力側９０ｂから中間像５１の側に凹の面Ｓ１８およびＳ１９により挟むように配置される。

【0032】

このレンズシステム１０では、至近物体距離（合焦可能な最短撮影距離、最至近距離）から無限遠物体距離（それ以降、ピント調整（フォーカシング）が不要となる距離）に合焦する際に、第１のレンズ群１１のレンズＬ１０１〜Ｌ１０９と、第２のレンズ群１２の光学系Ｆ２（レンズＬ２０２）およびレンズＬ２０４〜Ｌ２１４とは動かず、第１のサブシステムＦ１および第３のサブシステムＦ３のそれぞれが出力側９０ｂから入力側９０ａへ向けて光軸１００に沿って単調に動くことによりフォーカシング（焦点調整）を行う。中間像５１の近傍、すなわち中間像５１の入力側９０ａにおいては入力側９０ａから入射する光束が合焦（結像）し、中間像５１の出力側９０ｂにおいては中間像５１において結像した光が発散している。このため、中間像５１の前後においては各画角の光束を分離して制御しやすい。したがって、中間像５１を挟むレンズＬ１１０およびＬ２０１を動かすことにより、各画角の光線経路を急激に変化させることなくフォーカシングを行うことができる。第２のレンズＬ２０１は、第１のレンズＬ１１０と同期して、または独立して動くものであってもよい。

【0033】

このレンズシステム１０では、中間像５１の両側のレンズＬ１１０およびＬ２０１を凹面Ｓ１８およびＳ１９を対峙させて配置している。このため、中間像５１に最も近いレンズ面の曲率を逆転させることができる。したがって、中間像５１の入力側９０ａで動くレンズＬ１１０が発生させる諸収差を、中間像５１の出力側９０ｂで動くレンズＬ２０１により補正しやすい。さらに、中間像５１の前後においては結像するように光束が制御され、各画角の光束がそれぞれ集中し、たとえば、各画角の光束径が細くなっている。このため、中間像５１の前後に配置するレンズＬ１１０およびＬ２０１のレンズ径を小型化できる。したがって、フォーカシング機構も簡素化しやすい。

【0034】

このレンズシステム１０では、第１の光学系Ｆの入力側９０ａに両面Ｓ１５およびＳ１６が非球面の正レンズＬ１０９を配置している。このため、最も入力側９０ａに配置された負レンズＬ１０１により広画角に集光した光束を正レンズＬ１０９によりほぼテレセントリックに近い状態で出力側９０ｂに出力できる。したがって、正レンズＬ１０９の出力側９０ｂに配置された第１のサブシステムＦ１を、コリメートされた光束に対し動かすことができる。このため、像倍率の変動を抑制しながらフォーカシングを行うことができる。さらに、両面が非球面の正レンズＬ１０９により、入射光をほぼ平行光に変える際に像面湾曲や歪曲収差が発生することを抑制できる。したがって、レンズ枚数の増大を抑制でき、光学系の全長が長大化することも抑制できる。

【0035】

このレンズシステム１０では、第１のサブシステムＦ１の負レンズＬ２０１の出力側９０ｂに配置された第２のサブシステムＦ２の正レンズＬ２０２を固定している。このため、中間像５１の出力側９０ｂにおいて発散する光束を正レンズＬ２０２によりほぼテレセントリックに近い状態で出力側９０ｂに出力できる。したがって、正レンズＬ２０２の出力側９０ｂに配置された第３のサブシステムＦ３のレンズＬ２０３を、コリメートされた光束に対し動かすことができる。このため、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながらピント調整を行うことが可能なレンズシステム１０を提供できる。

【0036】

このレンズシステム１０では、最も入力側９０ａのレンズＬ１０１および最も出力側９０ｂのレンズＬ２１４を動かさないため、レンズシステム１０の全長を変えることなくズーミングおよびフォーカシングを行うことができる。さらに、このレンズシステム１０では、入射瞳ＥＰが負レンズＬ１０２および負レンズＬ１０３の間、本例では負レンズＬ１０１の入力側９０ａの凸面Ｓ１から出力側９０ｂに向かって５．４６ｍｍの距離に位置している。このため、入射瞳ＥＰよりも入力側９０ａに負の屈折力のレンズのみを配置し、負レンズＬ１０１およびＬ１０２のレンズ径を大型化することなく、効果的に広角化を図りやすい。さらに、入射瞳ＥＰの出力側９０ｂに、高分散の負レンズＬ１０３およびＬ１０５の間に低分散の正レンズＬ１０４を挟んで貼り合せた接合レンズＬＢ１を配置することにより、レンズシステム１０全体の色収差を良好に補正できる。

【0037】

このレンズシステム１０では、第１のサブシステムＦ１の合成焦点距離ｆ１と、第３のサブシステムＦ３の合成焦点距離ｆ３と、第１の光学系Ｆの合成焦点距離ｆとが以下の条件（１．１）ないし（１．３）を満たすように設計されている。なお、単位はｍｍである。
−２００＜ｆ１＜−９０ ・・・（１．１）
９０＜ｆ３＜２００ ・・・（１．２）
１９０＜ｆ＜３００ ・・・（１．３）

【0038】

このレンズシステム１０では、第１の光学系Ｆのパワーを条件（１．３）に示すように弱くし、第１の光学系Ｆの中で動かす光学系Ｆ１およびＦ３のパワーを条件（１．１）および（１．２）に示すように逆転させパワーバランスをほぼ等しくすることにより、フォーカシングにより光学系Ｆ１が発生させた諸収差を光学系Ｆ３により良好に補正できる。

【0039】

条件（１．１）の上限は、−９５であることが好ましく、−１００であることがいっそう好ましい。条件（１．１）の下限は、−１５０であることが好ましく、−１３０であることがいっそう好ましい。条件（１．２）の上限は、１５０であることが好ましく、１１０であることがいっそう好ましい。条件（１．２）の下限は、９２．５であることが好ましく、９５であることがいっそう好ましい。条件（１．３）の上限は、２７０であることが好ましく、２４０であることがいっそう好ましい。条件（１．３）の下限は、２００であることが好ましく、２１０であることがいっそう好ましい。条件（１．１）ないし（１．３）の範囲を超えると、光学系Ｆ１およびＦ３のパワーバランスが崩れ、フォーカシングに伴う画角変動、いわゆるフォーカスブリージングを抑制することが困難となる。

【0040】

このレンズシステム１０では、中間像５１の入力側９０ａおよび出力側９０ｂにおける入射光束および出射光束をテレセントリックに近い状態で光束が集中しないように分散させ、第１のサブシステムＦ１を中間像５１を挟んだ状態で一体で動かし、さらに、第３のサブシステムＦ３を第１のサブシステムＦ１の動きを補償するように第１のサブシステムＦ１と連動して動かすことによりフォーカシングを行っている。したがって、広角端における無限遠距離に対する合焦状態の合成焦点距離ｆｗｆと、広角端における至近距離に対する合焦状態の合成焦点距離ｆｗｎと、望遠端における無限遠距離に対する合焦状態の合成焦点距離ｆｔｆと、望遠端における至近距離に対する合焦状態の合成焦点距離ｆｔｎとが以下の条件（２．１）および（２．２）を満たすように設計されている。
｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＜０．００５ ・・・（２．１）
｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＜０．００５ ・・・（２．２）

【0041】

このレンズシステム１０では、条件（２．１）および（２．２）を成立させることにより、フォーカシングに伴う収差変動およびフォーカスブリージングを抑制しながら、至近距離から無限遠距離にわたりピント位置の調整を精度よく行うことができる。条件（２．１）および（２．２）の上限を超えると、フォーカシングに伴う焦点距離の変動が大きくなり、像サイズや画角の変動を抑制することが困難となる。

【0042】

このレンズシステム１０では、広角端における無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｆと、広角端における至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｎと、望遠端における無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｆと、望遠端における至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｎとが以下の条件（３．１）および（３．２）を満たすように設計されている。なお単位は％である。
｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＜１．０ ・・・（３．１）
｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＜１．０ ・・・（３．２）

【0043】

このレンズシステム１０では、条件（３．１）および（３．２）を成立させることにより、フォーカシングに伴う歪曲収差の変動を抑制しながら、至近距離から無限遠距離にわたりピント位置の調整を精度よく行うことができる。条件（３．１）および（３．２）の上限を超えると、フォーカシングに伴う歪曲収差の変動が大きくなり、被写体の周辺部の歪みや背景視野の変動を抑制することが困難となる。

【0044】

このレンズシステム１０では、全てのレンズＬ１０１〜Ｌ１１０およびＬ２０１〜Ｌ２１４のそれぞれのアッベ数が２２よりも大きくなるように設計されている。さらに、第１の光学系Ｆの正の屈折力のレンズＬ１１０、Ｌ２０２およびＬ２０３のアッベ数が２５よりも大きくなるように設計されている。短波長側の光の内部透過率が低下することを抑制できる。さらに、レンズシステム１０の全てのレンズのアッベ数を２２よりも大きくすることにより、高屈折率で高分散のレンズの使用量を減らすことができる。このため、各波長の光透過特性を向上させやすい。したがって、色特性指数に関する国際規格であるＣＣＩ（カラーコントリビューションインデックス）の規格値を満足した、シネマ撮影用の交換レンズとして適したレンズシステム１０を提供できる。

【0045】

一般に、映画撮影などで使用される大型の撮像素子に対応した像円形の大きい広角系のレンズシステムにおいては、至近距離から無限遠距離にわたり均一性のある、すなわち像面湾曲や歪曲収差の変化を抑制した高い光学性能を備えたフォーカスシステムを提供することは容易ではない。さらに、シネマ撮影用やテレビ撮影用のように動画撮影を主とした撮像システムにおいては、フォーカスシステムを積極的に使用し、被写体に対しピントを合わせたり外したりすることにより被写体を強調する表現手法が用いられることがある。その際、フォーカシングに伴う画角の変化や歪曲収差の変化が引き起こす、いわゆるフォーカスブリージングと称される背景視野の変化や被写体サイズの変化は好ましくないとされている。

【0046】

このレンズシステム１０では、入力側（物体側）９０ａから入射した軸外光線を光軸１００を横切って倒立結像し、再度光軸１００を横切って正立結像している。このため、諸収差の発生を抑制しながら広角の軸外光線を取り込んでレンズシステムの広画角化を図りやすい。さらに、中間像５１を挟む光学系Ｆ１を動かすことにより、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながら広いフォーカス範囲においてピント調整を行うことができる。したがって、フォーカスブリージングを抑制しやすく、映画撮影用などの用途に好適なフォーカスレンズシステム１０を提供できる。

【0047】

図３に、レンズシステム１０の各レンズのレンズデータを示している。図４（ａ）〜図４（ｅ）に、レンズシステム１０の諸数値を示しており、図４（ａ）は基本データを示し、図４（ｂ）はズームデータを示し、図４（ｃ）は広角端におけるフォーカスデータを示し、図４（ｄ）は望遠端におけるフォーカスデータを示し、図４（ｅ）は非球面データを示している。図３において、Ｒｉは入力側９０ａから順に並んだ各レンズ（各レンズ面）の曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは入力側９０ａから順に並んだ各レンズ面の間の距離（ｍｍ）、Ｄｉは入力側９０ａから順に並んだ各レンズ面の有効径（ｍｍ）、ｎｄは入力側９０ａから順に並んだ各レンズの屈折率（ｄ線）、νｄは入力側９０ａから順に並んだ各レンズのアッベ数（ｄ線）を示している。また、図３において、Ｆｌａｔは平面を示している。図４（ａ）において、入射瞳位置は負レンズＬ１０１の凸面Ｓ１からの距離を示し、出射瞳位置は撮像デバイス５０の像面からの距離を示している。以降の実施形態においても同様である。

【0048】

図４（ｂ）に示すように、レンズシステム１０では、ズーミングの際に、正レンズＬ２０３および正レンズＬ２０４の間の空気間隔（光軸上の距離）ｄ２４と、正レンズＬ２０４および負レンズＬ２０５の間の空気間隔ｄ２６と、正レンズＬ２０７および正レンズＬ２０８の間の空気間隔ｄ３１と、正レンズＬ２０８および絞りＳｔの間の空気間隔ｄ３３とが変化する。また、図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、レンズシステム１０では、フォーカシングの際に、正レンズＬ１０９および正レンズＬ１１０の間の空気間隔ｄ１６と、負レンズＬ２０１および正レンズＬ２０２の間の空気間隔ｄ２０と、正レンズＬ２０２および正レンズＬ２０３の間の空気間隔ｄ２２と、正レンズＬ２０３および正レンズＬ２０４の間の空気間隔ｄ２４とが変化する。

【0049】

また、図４（ｅ）に示すように、負レンズＬ１０２の両面Ｓ３およびＳ４と、正レンズＬ１０７の両面Ｓ１１およびＳ１２と、正レンズＬ１０９の両面Ｓ１５およびＳ１６とは非球面である。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４（ｅ）の係数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２およびＡ１４を用いて次式で表わされる。なお、図中の「Ｅｎ」は、「１０のｎ乗」を意味する。
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ ² ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／Ｒ） ² Ｙ ² ｝１／２］
＋Ａ４Ｙ ⁴ ＋Ａ６Ｙ ⁶ ＋Ａ８Ｙ ⁸ ＋Ａ１０Ｙ ¹⁰ ＋Ａ１２Ｙ ¹² ＋Ａ１４Ｙ ¹⁴

【0050】

本例のレンズシステム１０の上述した条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．２）および（３．１）〜（３．２）を与える各式の値は、図４（ａ）の各値を用いると以下のようになる。
条件（１．１） ｆ１＝−１０４
条件（１．２） ｆ３＝９８
条件（１．３） ｆ＝２１８
条件（２．１） ｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＝０．００１
条件（２．２） ｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＝０．００４
条件（３．１） ｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＝０．９
条件（３．２） ｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＝０．９
したがって、本例のレンズシステム１０は、条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．２）および（３．１）〜（３．２）を満たしている。

【0051】

図５（ａ）および図５（ｂ）に、レンズシステム１０の広角端における収差図を示しており、図５（ａ）は至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図５（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示している。図６（ａ）および図６（ｂ）に、レンズシステム１０の望遠端における収差図を示しており、図６（ａ）は至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図６（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示している。これらの図に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な画像を撮影できる。なお、球面収差は、波長６５６ｎｍ（二点鎖線）と、波長５８７ｎｍ（実線）と、波長５４６ｎｍ（一点鎖線）と、波長４８６ｎｍ（破線）と、波長４３５ｎｍ（点線）とを示している。また、非点収差は、タンジェンシャル光線（Ｔ）およびサジタル光線（Ｓ）の収差をそれぞれ示している。以降の実施形態においても同様である。

【0052】

図７に、レンズシステム１０の広角端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を示している。図８に、レンズシステム１０の望遠端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示している。図７および図８において、符号５０１は回折限界時の曲線を示し、符号５０２は光軸上の性能を示し、符号５０３は像高ｈ０．４におけるタンジェンシャル像面（Ｔ）のＭＴＦを示し、符号５０４は像高ｈ０．４におけるサジタル像面（Ｓ）のＭＴＦを示し、符号５０５は像高ｈ０．６におけるタンジェンシャル像面（Ｔ）のＭＴＦを示し、符号５０６は像高ｈ０．６におけるサジタル像面（Ｓ）のＭＴＦを示し、符号５０７は像高ｈ０．８におけるタンジェンシャル像面（Ｔ）のＭＴＦを示し、符号５０８は像高ｈ０．８におけるサジタル像面（Ｓ）のＭＴＦを示し、符号５０９は像高ｈ１．０におけるタンジェンシャル像面（Ｔ）のＭＴＦを示し、符号５１０は像高ｈ１．０におけるサジタル像面（Ｓ）のＭＴＦを示している。なお、像高ｈは像の中心を０、最大像高を１．０とした場合の最大像高に対する割合を示している。以降の実施形態においても同様である。これらの図に示すように、被写体のコントラストを良好に再現できている。

【0053】

このように、本例のレンズシステム１０は、広角端において半画角が６０．７度と広角で、Ｆ値が２．６と明るく鮮明な画像を撮影でき、さらに、変倍率が２倍程度で変倍時のバックフォーカスおよびレンズ全長の変動がない、高性能のフォーカスシステムを備えたレンズシステムの一例である。したがって、ズーミングおよびフォーカシングによりレンズ全長が変化せず、レンズシステム１０の堅牢性を確保しやすいため、異物の混入やそれに伴う誤作動の発生などを抑制しやすく、過酷な撮影条件にも耐えうる映画撮影用に好適なレンズシステム１０を提供できる。さらに、映画撮影用の用途において、レンズシステムの前方にマットボックスなどを設置する場合にも、レンズ全長が変化しないため取付機構を単純化できる。

【0054】

図９（ａ）および図９（ｂ）に、第２の実施形態に係るレンズシステム２０およびそれを用いた撮像装置１の概略構成を示しており、図９（ａ）は広角端（ＷＩＤＥ）におけるレンズ配置を示し、図９（ｂ）は望遠端（ＴＥＬＥ）におけるレンズ配置を示している。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に、レンズシステム２０の広角端におけるフォーカシングの様子を示しており、図１０（ａ）は至近物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示し、図１０（ｂ）は無限遠物体距離に対する合焦状態におけるレンズ配置を示している。

【0055】

レンズシステム２０も、入力側９０ａから順に、入力側９０ａからの光を中間像５１として結像する第１のレンズ群（入力側の光学系）２１と、中間像５１からの光を最終像５２として結像する第２のレンズ群（出力側の光学系）２２とから構成されている。レンズシステム２０は、全体が２６枚のガラス製のレンズＬ１０１〜Ｌ１１２およびＬ２０１〜Ｌ２１４により構成された再結像タイプの２段光学系であり、第１のレンズ群２１および第２のレンズ群２２の内部に、フォーカシングを行う第１の光学系Ｆと、ズーミングを行う変倍光学系Ｚとを備えている。なお、上記の実施形態と共通の構成については、共通の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0056】

第１のレンズ群２１は、入力側９０ａから順に配置された、入力側９０ａに凸面Ｓ１を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０１と、入力側９０ａに凸面Ｓ３を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０２と、３枚貼合タイプの接合レンズＬＢ１と、両凸タイプの正レンズＬ１０６と、両凸タイプの正レンズＬ１０７と、出力側９０ｂに凸面Ｓ１４を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ１０８と、両凸タイプの正レンズＬ１０９と、入力側９０ａに凸面Ｓ１７を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ１１０と、両凸タイプの正レンズＬ１１１と、両凹タイプの負レンズＬ１１２とから構成されている。

【0057】

第１のレンズ群２１の負レンズＬ１０２の両面、すなわち入力側９０ａの凸面Ｓ３および出力側９０ｂの凹面Ｓ４のそれぞれは非球面である。正レンズＬ１０９の両面、すなわち入力側９０ａの凸面Ｓ１５および出力側９０ｂの凸面Ｓ１６のそれぞれは非球面である。最も入力側９０ａの負レンズＬ１０１は、レンズシステム１０の中で最も大きな有効径のレンズであるが、その有効径は７１．４１ｍｍと映画撮影用レンズとしてはコンパクトである。

【0058】

第２のレンズ群２２は、入力側９０ａから順に配置された、両凹タイプの負レンズＬ２０１と、出力側９０ｂに凸面Ｓ２６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０２と、出力側９０ｂに凸面Ｓ２８を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０３と、入力側９０ａに凸面Ｓ２９を向けた平凸タイプの正レンズＬ２０４と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ２と、入力側９０ａに凸面Ｓ３４を向けた平凸タイプの正レンズＬ２０７と、入力側９０ａに凸面Ｓ３６を向けたメニスカスタイプの正レンズＬ２０８と、開口絞りＳｔと、入力側９０ａに凸面Ｓ３８を向けたメニスカスタイプの負レンズＬ２０９と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ３と、２枚貼合タイプの接合レンズＬＢ４と、両凸タイプの正レンズＬ２１４とから構成されている。

【0059】

このレンズシステム２０では、広角端から望遠端に変倍する際に、第１のレンズ群２１の全てのレンズＬ１０１〜Ｌ１１２と、第２のレンズ群２２のレンズＬ２０１〜Ｌ２０３およびレンズＬ２０９〜Ｌ２１４とは動かず、光学系Ｚ１〜Ｚ３のそれぞれが出力側９０ｂから入力側９０ａへ向けて光軸１００に沿って単調に動くことによりズーミングを行う。

【0060】

レンズシステム２０の第１の光学系（合焦光学系）Ｆは、入力側９０ａから順に、フォーカシングの際に動く負の屈折力の第１のサブシステムＦ１と、フォーカシングの際に動かない正の屈折力の第２のサブシステムＦ２と、フォーカシングの際に動く正の屈折力の第３のサブシステムＦ３とから構成されている。第１のサブシステムＦ１は、第１のレンズ群２１の最も出力側９０ｂから２番目に配置された正レンズＬ１１１と、第１のレンズ群２１の最も出力側９０ｂに配置された負レンズＬ１１２と、第２のレンズ群２２の最も入力側９０ａに配置された負レンズＬ２０１とから構成されている。正レンズＬ１１１および負レンズＬ１１２が第１のサブシステムＦ１の第１のレンズ群Ｆ１−１を構成し、負レンズＬ２０１が第２のレンズ群Ｆ１−２を構成する。第１のサブシステムＦ１の負レンズ（第１のレンズ）Ｌ１１２および負レンズ（第２のレンズ）Ｌ２０１は、第１のレンズ群２１および第２のレンズ群２２の間の空間に結像される中間像５１を、空気間隔のみを隔てて入力側９０ａおよび出力側９０ｂから挟むように配置される。

【0061】

このレンズシステム２０では、至近物体距離から無限遠物体距離に合焦する際に、第１のレンズ群２１のレンズＬ１０１〜Ｌ１１０と、第２のレンズ群２２の光学系Ｆ２（レンズＬ２０２）およびレンズＬ２０４〜Ｌ２１４とは動かず、光学系Ｆ１が中間像５１を挟んだ状態で動き、さらに、光学系Ｆ３が光学系Ｆ１の動きを補償するように光学系Ｆ１と連動して動くことによりフォーカシングを行う。中間像５１の前後においては画角ごとの光束が分離しやすいため、中間像５１の入力側９０ａにおける収束光の光線角度と、中間像５１の出力側９０ｂにおける発散光の光線角度とは中間像５１に対し対称（前後対称、像対称）となりやすい。このため、中間像５１に対し対称的に収束および発散する光線に対し、中間像５１を挟んで凹面Ｓ２２およびＳ２３を対峙させた対称的なレンズ配置の光学系Ｆ１を動かすことにより、画角ごとの光線経路の変動を中間像５１の前後で相殺しやすい。したがって、フォーカシングに伴う収差変動を抑制しながらピント調整を行うことが可能なレンズシステム２０を提供できる。さらに、中間像５１は、光軸１００から離れるにつれて像面が入力側９０ａに僅かに倒れ、入力側９０ａに凹面を向けるように結像している。このため、中間像５１の近傍の光束はほぼテレセントリックに近い状態でバランスよく分散しやすい。したがって、ピント合わせの精度を向上させやすい。

【0062】

図１１に、レンズシステム２０の各レンズのレンズデータを示している。図１２（ａ）〜図１２（ｅ）に、レンズシステム２０の諸数値を示している。図１２（ｂ）に示すように、レンズシステム２０では、ズーミングの際に、正レンズＬ２０３および正レンズＬ２０４の間の空気間隔ｄ２８と、正レンズＬ２０４および負レンズＬ２０５の間の空気間隔ｄ３０と、正レンズＬ２０７および正レンズＬ２０８の間の空気間隔ｄ３５と、正レンズＬ２０８および絞りＳｔの間の空気間隔ｄ３７とが変化する。レンズシステム２０では、フォーカシングの際に、入力側の光学系２１の負レンズＬ１１２と出力側の光学系２２の負レンズＬ２０１との間の空気間隔ｄ２２は変わらず、図１２（ｃ）および（ｄ）に示すように、正レンズＬ１１０および正レンズＬ１１１の間の空気間隔ｄ１８と、負レンズＬ２０１および正レンズＬ２０２の間の空気間隔ｄ２４と、正レンズＬ２０２および正レンズＬ２０３の間の空気間隔ｄ２６と、正レンズＬ２０３および正レンズＬ２０４の間の空気間隔ｄ２８とが変化する。また、図１２（ｅ）に示すように、負レンズＬ１０２の両面Ｓ３およびＳ４と、正レンズＬ１０９の両面Ｓ１５およびＳ１６とは非球面である。

【0063】

本例のレンズシステム２０の上述した条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．２）および（３．１）〜（３．２）を与える各式の値は、図１２（ａ）の各値を用いると以下のようになる。
条件（１．１） ｆ１＝−１２８
条件（１．２） ｆ３＝１０１
条件（１．３） ｆ＝１９４
条件（２．１） ｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＝０．００１
条件（２．２） ｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＝０．００１
条件（３．１） ｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＝０．３
条件（３．２） ｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＝０．５
したがって、本例のレンズシステム２０は、条件（１．１）〜（１．３）、（２．１）〜（２．２）および（３．１）〜（３．２）を満たしている。

【0064】

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に、レンズシステム２０の広角端における収差図を示しており、図１３（ａ）は至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図１３（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示している。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に、レンズシステム２０の望遠端における収差図を示しており、図１４（ａ）は至近距離に対する合焦状態の収差図を示し、図１４（ｂ）は無限遠距離に対する合焦状態の収差図を示している。これらの図に示すように、いずれの収差も良好に補正されており、鮮明な画像を撮影できる。

【0065】

図１５に、レンズシステム２０の広角端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示している。図１６に、レンズシステム２０の望遠端における無限遠距離に対する合焦状態のＭＴＦを示している。これらの図に示すように、被写体のコントラストを良好に再現できている。

【0066】

なお、本発明はこれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に規定されたものを含む。

【0067】

上記には、第１の光学系を有し、入力側からの光により前記第１の光学系の内部に結像される中間像を、出力側に最終像として結像するレンズシステムであって、前記第１の光学系は、第１のサブシステムを含み、前記第１のサブシステムは、前記中間像の入力側に最も近接した位置に配置され、フォーカシングの際に動く第１のレンズと、前記中間像の出力側に最も近接した位置に配置され、フォーカシングの際に動く第２のレンズとを含む、レンズシステムが開示されている。前記第２のレンズは、フォーカシングの際に、前記第１のレンズとの空気間隔を変えずに一体で移動してもよい。当該レンズシステムは、入力側からの光により前記中間像を結像する入力側の光学系と、前記中間像を前記最終像として結像する出力側の光学系とを有し、前記第１のレンズは前記入力側の光学系に含まれ、前記第２のレンズは前記出力側の光学系に含まれてもよい。前記第１のレンズは前記中間像側に凹の面を含み、前記第２のレンズは前記中間像側に凹の面を含んでもよい。前記第１のサブシステムは、前記第１のレンズを含み、屈折力が正の第１のレンズ群と、前記第２のレンズを含み、屈折力が負の第２のレンズ群とを含んでもよい。

【0068】

前記第１のサブシステムは負の屈折力を含み、前記第１の光学系は、さらに、前記第１のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動かない正の屈折力の第２のサブシステムと、前記第２のサブシステムの出力側に位置し、フォーカシングの際に動く正の屈折力の第３のサブシステムとを含んでもよい。前記第１のサブシステム、前記第２のサブシステムおよび前記第３のサブシステムは、他のサブシステムを挟まずに、入力側から順番に配置されていてもよい。前記第２のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成であり、前記第３のサブシステムは出力側に凸の正メニスカスレンズの１枚構成であってもよい。

【0069】

前記第１のサブシステムの焦点距離ｆ１と、前記第３のサブシステムの焦点距離ｆ３と、前記第１の光学系の焦点距離ｆとが以下の条件を満たしてもよい。
−２００＜ｆ１＜−９０
９０＜ｆ３＜２００
１９０＜ｆ＜３００

【0070】

レンズシステムは、前記第１の光学系の出力側に配置された、変倍機能を備えた第２の光学系をさらに有してもよい。広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の焦点距離ｆｔｎとが以下の条件を満たしてもよい。
｜１−ｆｗｆ／ｆｗｎ｜＜０．００５
｜１−ｆｔｆ／ｆｔｎ｜＜０．００５

【0071】

広角端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｆと、広角端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｗｎと、望遠端における当該レンズシステムの無限遠距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｆと、望遠端における当該レンズシステムの至近距離に対する合焦状態の歪曲収差ｄｔｎとが以下の条件を満たしてもよい。
｜ｄｗｎ−ｄｗｆ｜＜１．０
｜ｄｔｎ−ｄｔｆ｜＜１．０

【符号の説明】

【0072】

１０、２０ レンズシステム、 １１、２１ 入力側の光学系、 １２、２２ 出力側の光学系
Ｆ 第１の光学系（合焦光学系）、 Ｚ 第２の光学系（変倍光学系）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】