特許 6971766 光学系及びそれを用いた撮像装置

(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】6971766

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】光学系及びそれを用いた撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20211111BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   G02B13/00

   G02B13/18

【請求項の数】13

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-200167(P2017-200167)

(22)【出願日】2017年10月16日

(65)【公開番号】特開2019-74632(P2019-74632A)

(43)【公開日】2019年5月16日

【審査請求日】2020年10月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】奥岡 真也

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０５０２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０１９１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５２６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２１３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１５４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１８４８１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０５９３８２４１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、
無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、
前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、
前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、
無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、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、前記レンズＧ１Ｆの材料のｄ線におけるアッベ数をＧ１νｄとするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
１．１＜ｆ１／ｆ２＜３．０
１５．０＜Ｇ１νｄ＜３０．０
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。

【請求項2】

前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記第２レンズ群は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、前記レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、前記レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とするとき、
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。

【請求項4】

無限遠にフォーカスしているときの、前記レンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から前記開口絞りまでの距離をＧ１ＳＴ、前記開口絞りから前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面までの距離をＳＴＧＲとするとき、
０．３＜Ｇ１ＳＴ／ＳＴＧＲ＜０．８
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項5】

フォーカシングに際して前記第３レンズ群は不動であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項6】

前記第２レンズ群は複数の正レンズを有し、前記第２レンズ群に含まれる正レンズのうち最も物体側のレンズＧ２Ｆを、像ぶれ補正に際して光軸に対して垂直成分を含む方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項7】

無限遠から近距離へのフォーカシングに際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は一体的に物体側へ移動し、前記第３レンズ群は不動であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項8】

無限遠から近距離へのフォーカシングに際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔が狭まるように物体側へ移動し、前記第３レンズ群は不動であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項9】

無限遠から近距離へのフォーカシングに際して前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は一体的に物体側へ移動し、前記第３レンズ群は像側へ移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項10】

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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、
無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、
前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、
前記第２レンズ群は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、
前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、
無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、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、前記レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、前記レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
１．１＜ｆ１／ｆ２＜３．０
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。

【請求項11】

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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなる光学系であって、
無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、
前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、
前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、
無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記レンズＧ１Ｆの材料のｄ線におけるアッベ数をＧ１νｄとするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０
１５．０＜Ｇ１νｄ＜３０．０
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。

【請求項12】

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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなる光学系であって、
無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、
前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、
前記第２レンズ群は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、
前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、
無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、前記レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか１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とを備えることを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光学系に関し、特に一眼レフカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

近年、撮像装置に用いる光学系（撮像光学系）には、大口径比で、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して収差変動が少なく、フォーカス全域にわたり高い光学性能を有することが要求されている。

【0003】

特に、撮影倍率が等倍程度の近距離の撮影が容易で、しかも高い光学性能を有する光学系が要望されている。一般に、多くの光学系においては撮影倍率が大きくなるにつれて、フォーカシングに伴う諸収差、例えば球面収差をはじめとする諸収差の変動が大きくなり、光学性能が低下してくる。

【0004】

従来、無限遠から近距離へのフォーカシングに際しての収差変動が少なくなるようなフォーカシング方式を用いた光学系が知られている（特許文献１、２）。特許文献１で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レンズ群より構成した結像レンズを開示している。特許文献１では無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群と第２レンズ群を一体的に物体側へ移動させている。

【0005】

特許文献２で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レンズ群より構成した光学系を開示している。特許文献２では無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群と第２レンズ群を双方の間隔が拡大するように物体側へ移動させている。この他、特許文献２では無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群と第２レンズ群と第３レンズ群を各レンズ群の間隔が変化するように第１レンズ群と第２レンズ群を物体側へ、第３レンズ群を像側に凸状の軌跡で移動させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−２１３４０号公報

【特許文献2】特開２０１５−２１５４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般に大口径比の光学系は、球面収差を始めとする諸収差の発生が多く、諸収差を良好に補正するのが困難である。特に、無限遠から撮影倍率が等倍程度の近距離までのフォーカシングに際しては、諸収差の変動が増大し、高い光学性能を得るのが困難になってくる。

【0008】

大口径比で、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して高い光学性能を有し、特に等倍程度の近距離の撮像において高い光学性能を有する光学系を得るには、フォーカシングレンズ群及びレンズ構成等を適切に設定することが重要となってくる。

【0009】

本発明は、大口径比で無限遠から近距離へのフォーカシングに伴う収差変動が少なく、フォーカス全域で高い光学性能を得ることが容易な光学系及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、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、前記レンズＧ１Ｆの材料のｄ線におけるアッベ数をＧ１νｄとするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
１．１＜ｆ１／ｆ２＜３．０
１５．０＜Ｇ１νｄ＜３０．０
なる条件式を満足することを特徴としている。
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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、前記第２レンズ群は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、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、前記レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、前記レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
１．１＜ｆ１／ｆ２＜３．０
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３
なる条件式を満たすことを特徴としている。
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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記レンズＧ１Ｆの材料のｄ線におけるアッベ数をＧ１νｄとするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０
１５．０＜Ｇ１νｄ＜３０．０
なる条件式を満たすことを特徴としている。
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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなり、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、前記第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも前記第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動し、前記第１レンズ群は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有し、前記第２レンズ群は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、前記第３レンズ群は正レンズＧ３Ｐと、該正レンズＧ３Ｐの像側に隣接して配置された負レンズＧ３Ｎからなり、無限遠にフォーカスしているときの、前記負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋ、無限遠にフォーカスしているときの、最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤ、前記光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、前記レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、前記レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とするとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３
なる条件式を満たすことを特徴としている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、大口径比で無限遠から近距離へのフォーカシングに伴う収差変動が少なく、フォーカス全域で高い光学性能を得ることが容易な光学系が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図

【図2】（Ａ）、（Ｂ） 実施例１の無限遠と撮影倍率β＝−０．５倍の物体の合焦時における収差図

【図3】実施例２の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図

【図4】（Ａ）、（Ｂ） 実施例２の無限遠と撮影倍率β＝−０．５倍の物体の合焦時における収差図

【図5】実施例３の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図

【図6】（Ａ）、（Ｂ） 実施例３の無限遠と撮影倍率β＝−０．５倍の物体の合焦時における収差図

【図7】実施例４の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図

【図8】（Ａ）、（Ｂ） 実施例４の無限遠と撮影倍率β＝−０．５倍の物体の合焦時における収差図

【図9】実施例５の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図

【図10】（Ａ）、（Ｂ） 実施例５の無限遠と撮影倍率β＝−０．５倍の物体の合焦時における収差図

【図11】本発明の撮像装置の要部概略図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。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、開口絞り、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群からなる。無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、第１レンズ群と第２レンズ群は、いずれも第３レンズ群との間隔が広がるように物体側へ移動する。

【0014】

図１は本発明の実施例１の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の無限遠にフォーカスしているときと、撮影倍率β＝−０．５倍における収差図である。実施例１はＦナンバー１．８５、撮像画角６２度である。

【0015】

図３は本発明の実施例２の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、実施例２の無限遠にフォーカスしているときと、撮影倍率β＝−１．０倍における収差図である。実施例２はＦナンバー１．８５、撮像画角６２．１４度である。

【0016】

図５は本発明の実施例３の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、実施例３の無限遠にフォーカスしているときと、撮影倍率β＝−０．５倍における収差図である。実施例３はＦナンバー１．８５、撮像画角４８．０８度である。

【0017】

図７は本発明の実施例４の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、実施例４の無限遠にフォーカスしているときと、撮影倍率β＝−０．５倍における収差図である。実施例４はＦナンバー１．８５、撮像画角７３．８２度である。

【0018】

図９は本発明の実施例５の無限遠にフォーカスしているときのレンズ断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、実施例５の無限遠にフォーカスしているときと、撮影倍率β＝−０．５倍における収差図である。実施例５はＦナンバー１．８５、撮像画角６２．０度である。

【0019】

図１１は本発明の光学系を備えるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

【0020】

各実施例の光学系はビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ＴＶカメラなどの撮像装置に用いられる撮像光学系である。なお、各実施例の光学系は投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系として用いることもできる。

【0021】

レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。また、レンズ断面図において、Ｌ０は光学系である。ｉを物体側からのレンズ群の順番とすると、Ｌｉは第ｉレンズ群を示す。ＳＰは開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束を決定（制限）する開口絞りである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。Focus（フォーカス）に関する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レンズ群の移動方向を示している。

【0022】

実施例１と実施例２と実施例５の光学系において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２は、光軸に沿って物体側へ一体（同じ軌跡）で移動し、第３レンズ群Ｌ３は不動である。

【0023】

実施例３の光学系において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２は、それぞれ異なる移動量で間隔が狭まるように物体側へ移動し、第３レンズ群Ｌ３は不動である。

【0024】

実施例４の光学系において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は負の屈折力の第３レンズ群である。無限遠から近距離へのフォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２は、光軸に沿って物体側へ一体で移動し、第３レンズ群Ｌ３は光軸に沿って像面側へ移動する。

【0025】

尚、実施例１、実施例２、実施例５において、フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２を異なる移動量で移動させても良い。実施例３において、フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２を一体的に移動させても良い。実施例４において、フォーカシングに際して第３レンズ群Ｌ３を不動としても良い。

【0026】

各実施例の光学系においては、一部のレンズ又は一部のレンズ群を像ぶれ補正に際して光軸に対して垂直方向に平行偏心させることにより、防振光学系としての機能を有するようにしても良い。また、最も像側に配置された屈折力を持つレンズと撮像面との間に、ローパスフィルターや赤外カットフィルター等の実質的に屈折力を持たない平行平板を配置しても良い。

【0027】

収差図において、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（度）であり、光線追跡値による画角である。球面収差図において、ｄ（実線）はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、ｇ（二点鎖線）はｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）である。非点収差図においてΔＳはｄ線におけるサジタル像面、ΔＭはｄ線におけるメリディオナル像面である。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（二点鎖線）はｇ線である。

【0028】

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Ｌ１と、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２と、負の屈折力の第３レンズ群Ｌ３からなる。無限遠から近距離へのフォーカシングの際に、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２は、いずれも第３レンズ群Ｌ３との間隔が広がるように移動する。

【0029】

また、第１レンズ群Ｌ１は負レンズと該負レンズの像側に隣接して配置された正レンズを有する。第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に配置された正レンズＧ３Ｐと、負レンズＧ３Ｎより構成されている。これにより、大口径比でありながら、全系の小型化が容易で、かつ全物体距離にわたり良好な光学性能を容易に得ている。また、第２レンズ群Ｌ２は複数の正レンズを有し、像ぶれ補正に際して、第２レンズ群Ｌ２に含まれる正レンズの中で最も物体側に配置された正レンズＧ２Ｆが、光軸に対して垂直成分を含む方向に移動する。これにより、迅速なる像ぶれ補正を容易にしている。

【0030】

各実施例において、無限遠にフォーカスしているときの（合焦しているときの）負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離をｓｋとする。無限遠にフォーカスしているときの最も物体側に配置されているレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＤとする。このとき、
ｓｋ／ＴＤ＜０．１７ ・・・（１）
なる条件式を満たす。

【0031】

条件式（１）の技術的意味について説明する。条件式（１）は、無限遠にフォーカスしているときの負レンズＧ３Ｎの像側のレンズ面から像面までの空気換算距離（バックフォーカス）と、無限遠にフォーカスしているときのレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から像面までの距離（レンズ全長）の比に関する。条件式（１）の上限値を超えると、バックフォーカスが長くなりすぎて、レンズ全長が増大し、全系の小型化が困難になる。

【0032】

各実施例において更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０７＜ｓｋ／ＴＤ＜０．１７ ・・・（１ａ）
更に好ましくは条件式（１ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０８＜ｓｋ／ＴＤ＜０．１７ ・・・（１ｂ）

【0033】

以上のように各レンズ群のレンズ構成を適切にしつつ、条件式（１）を満たすことにより、全系の小型化が容易で、かつ全物体距離にわたり良好な光学性能を有する光学系を得ている。

【0034】

各実施例において更に好ましくは次の条件式のうち１以上を満足するのが良い。第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。光学系の全系の焦点距離をｆ、第３レンズ群の焦点距離をｆ３とする。レンズＧ１Ｆの材料のｄ線におけるアッベ数をＧ１νｄとする。第２レンズ群Ｌ２は最も像側に正の屈折力のレンズＧ２Ｒを有し、レンズＧ２Ｒの物体側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ１、レンズＧ２Ｒの像側のレンズ面の曲率半径をＬ２Ｒ２とする。

【0035】

無限遠にフォーカスしているときの、レンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から開口絞りＳＰまでの距離をＧ１ＳＴ、開口絞りＳＰからレンズＧ３Ｎの像側のレンズ面までの距離をＳＴＧＲとする。

【0036】

このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
１．１＜ｆ１／ｆ２＜３．０ ・・・（２）
０．１５＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．４０ ・・・（３）
１５．０＜Ｇ１νｄ＜３０．０ ・・・（４）
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．３ ・・・（５）
０．３＜Ｇ１ＳＴ／ＳＴＧＲ＜０．８ ・・・（６）

【0037】

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（２）は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離と第２レンズ群Ｌ２の焦点距離の比を適切に設定するためのものである。条件式（２）の下限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長くなりすぎるとレンズ全長が増大してくる。また、上限値を超えて、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短くなりすぎると、レンズ全長は短くなるが、球面収差を始めとする諸収差の補正が困難となる。

【0038】

条件式（３）は、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離と無限遠にフォーカスしているときの全系の焦点距離の比を適切に設定するためのものである。条件式（３）の下限値を超えて、第３レンズ群Ｌ３の負の屈折力が弱くなると（負の屈折力の絶対値が小さくなると）、無限遠にフォーカスしているときのレンズ全長が増大する。また、上限値を超えるとレンズ全長は短くなるが、フォーカシングに際しての像面湾曲の変動が大きくなるので良くない。

【0039】

条件式（４）は、レンズＧ１の材料のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）におけるアッベ数を適切に設定するためのものである。上限値または下限値を超えると倍率色収差の補正が困難となり、全物体距離において高い光学性能を得ることが困難となる。

【0040】

条件式（５）は、第２レンズ群Ｌ２の最も像側に配置された正レンズＧ２Ｐの物体側のレンズ面の曲率半径と像側のレンズ面の曲率半径の比を適切にするためのものである。条件式（５）の上限値を超えて、像側のレンズ面の曲率半径が物体側のレンズ面の曲率半径に近づいてくると、フォーカシングに際して像面湾曲の変動が増大する。

【0041】

条件式（６）は、無限遠にフォーカスしているときのレンズＧ１Ｆの物体側のレンズ面から開口絞りＳＰまでの距離と、開口絞りＳＰからレンズＧ３Ｎの像側のレンズ面までの距離の比を適切に設定するためのものである。条件式（６）の下限値または上限値を超えると、開口絞りＳＰよりも物体側または像側の距離が短くなりすぎてコマ収差や、歪曲収差等の軸外収差の補正が困難となる。

【0042】

更に好ましくは条件式（２）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．１５＜ｆ１／ｆ２＜３．００ ・・・（２ａ）
０．１８＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．３０ ・・・（３ａ）
１５．０＜Ｇ１νｄ＜２９．０ ・・・（４ａ）
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．２７ ・・・（５ａ）
０．４０＜Ｇ１ＳＴ／ＳＴＧＲ＜０．７５・・・（６ａ）

【0043】

更に好ましくは条件式（２ａ）乃至（６ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．２＜ｆ１／ｆ２＜２．８ ・・・（２ｂ）
０．２０＜｜ｆ／ｆ３｜＜０．２９ ・・・（３ｂ）
２０．０＜Ｇ１νｄ＜２８．０ ・・・（４ｂ）
｜Ｌ２Ｒ２／Ｌ２Ｒ１｜＜０．２５ ・・・（５ｂ）
０．４０＜Ｇ１ＳＴ／ＳＴＧＲ＜０．７０・・・（６ｂ）

【0044】

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）の実施例に関して図１１を用いて説明する。

【0045】

図１１において、１０はカメラ本体、１１は実施例１乃至５で説明したいずれかの光学系によって構成された撮像光学系である。１２はカメラ本体に内蔵され、撮像光学系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。なお、各実施例の光学系は投射装置（プロジェクタ）用の投射光学系として用いることもできる。

【0046】

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

【0047】

以下に実施例１乃至５に対応する数値データ１乃至５を示す。各数値データにおいてｉは物体側から数えた面の順番を示す。数値データにおいてｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、ｎｄｉとνｄｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズの材料の屈折率とアッベ数である。

【0048】

また、焦点距離、Ｆナンバー等のスペックに加え、像高は半画角を決定する最大像高、レンズ全長は第１レンズ面から像面までの距離である。バックフォーカスＢＦは最終レンズ面から像面までの長さを示している。また、各光学面の間隔ｄが（可変）となっている部分は、フォーカシングに際して変化するものであり、別表に無限遠と近距離（撮像倍率）に合焦したときの面間隔を記している。

【0049】

有効径は、軸上及び軸外光線の通過範囲によって決まるレンズの径をいう。入射瞳位置は最も物体側のレンズ面（第１面）から入射瞳までの距離、射出瞳位置は最も像側のレンズ面（最終レンズ面）から射出瞳までの距離、前側主点位置は第１面から前側主点までの距離である。後側主点位置は最終面から後側主点までの距離で、各数値は近軸量であり、符号は物体側から像側の向きを正とする。

【0050】

非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各々非球面係数としたとき

【0051】

【数1】

なる式で表している。＊は非球面形状を有する面を意味している。また前述の各条件式に関するパラメータと数値データとの関係を表１に示す。

【0052】

［数値データ１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 800.000 1.00 1.80810 22.8 27.80
2 33.296 1.92 25.64
3 103.801 3.11 2.00100 29.1 25.57
4 -86.901 4.09 25.07
5 -47.674 1.30 1.51742 52.4 20.44
6 17.367 5.73 1.90043 37.4 21.60
7 777.674 3.72 21.26
8(絞り) ∞ 3.62 20.16
9 64.497 2.12 1.69680 55.5 19.04
10 -262.934 3.56 18.69
11* -35.963 1.30 1.58313 59.4 17.10
12 -93.550 0.13 17.19
13 -84.988 6.26 1.88300 40.8 17.29
14 -12.701 1.00 1.85478 24.8 18.97
15 135.000 5.27 22.77
16 800.000 7.35 1.90043 37.4 31.72
17 -28.799 (可変) 33.14
18 -109.518 2.86 1.69680 55.5 34.06
19 -53.092 11.79 34.38
20 -29.766 1.70 1.59270 35.3 33.78
21 -114.300 BF 36.27
像面 ∞

【0053】

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.61997e-005 A 6=-9.22837e-008 A 8=-4.60687e-010 A10= 1.65555e-013

焦点距離 36.00
Fナンバー 1.85
半画角（度） 31.00
像高 21.64
レンズ全長 80.45
BF 11.66

可変間隔
無限遠 -0.5倍
d17 0.95 18.25

入射瞳位置 14.34
射出瞳位置 -45.98
前側主点位置 27.86
後側主点位置 -24.34

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 99.20 20.87 15.09 0.76
2 9 41.43 27.00 21.32 1.84
3 18 -148.84 16.35 24.66 8.68

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -43.02
2 3 47.64
3 5 -24.44
4 6 19.66
5 9 74.53
6 11 -101.03
7 13 16.25
8 14 -13.54
9 16 31.00
10 18 144.87
11 20 -68.42

【0054】

［数値データ２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 -900.253 1.00 1.80810 22.8 30.24
2 32.961 2.61 27.71
3 128.530 2.84 2.00069 25.5 27.60
4 -85.228 6.20 27.31
5 -55.357 1.30 1.51742 52.4 20.72
6 18.269 5.79 1.90043 37.4 21.86
7 -463.005 4.28 21.58
8(絞り) ∞ 3.03 20.23
9 59.088 2.09 1.69680 55.5 19.23
10 -900.142 3.73 18.86
11* -37.390 1.30 1.58313 59.4 17.27
12 -57.954 0.47 17.17
13 -99.383 5.42 1.88300 40.8 16.97
14 -12.804 1.00 1.85478 24.8 18.18
15 76.703 6.93 21.41
16 485.755 7.40 1.90043 37.4 32.95
17 -30.773 (可変) 34.28
18 -456.823 3.38 1.77250 49.6 35.40
19 -63.996 9.76 35.57
20 -31.886 1.70 1.64769 33.8 34.13
21 -352.044 BF 36.40
像面 ∞

【0055】

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.05930e-005 A 6=-8.25628e-008 A 8=-1.52011e-010 A10=-1.03595e-012

焦点距離 34.53
Fナンバー 1.85
半画角（度） 32.07
像高 21.64
レンズ全長 83.18
BF 12.00

可変間隔
無限遠 -1.0倍
d17 0.95 36.59

入射瞳位置 16.09
射出瞳位置 -44.80
前側主点位置 29.63
後側主点位置 -22.53

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 90.17 24.02 20.86 5.04
2 9 43.97 28.34 23.13 1.45
3 18 -160.79 14.84 29.93 14.53

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -39.33
2 3 51.55
3 5 -26.39
4 6 19.63
5 9 79.65
6 11 -185.01
7 13 16.17
8 14 -12.77
9 16 32.36
10 18 95.98
11 20 -54.25

【0056】

［数値データ３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 95.041 1.00 1.80810 22.8 32.29
2 38.945 1.48 30.54
3 59.345 3.61 1.85150 40.8 30.38
4 -330.015 4.05 29.74
5 -95.390 1.30 1.51742 52.4 25.79
6 21.646 5.57 1.85150 40.8 25.95
7 104.652 9.09 25.46
8(絞り) ∞ (可変) 23.48
9 53.280 2.56 1.69680 55.5 21.50
10 -270.589 3.86 21.33
11* -34.319 1.30 1.58313 59.4 19.37
12 92.703 0.94 21.64
13 -789.653 7.71 1.88300 40.8 21.96
14 -19.809 1.00 1.85478 24.8 24.34
15 361.328 4.16 27.85
16 499.288 7.50 1.85150 40.8 34.26
17 -33.275 (可変) 35.59
18 260.676 3.54 1.78800 47.4 36.82
19 -101.202 9.59 36.87
20 -46.494 1.70 1.59270 35.3 35.09
21 100.606 BF 36.20
像面 ∞

【0057】

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.85554e-005 A 6=-1.50488e-008 A 8=-5.66749e-011 A10= 2.00278e-013

焦点距離 48.50
Fナンバー 1.85
半画角（度） 24.04
像高 21.64
レンズ全長 95.00
BF 15.80

可変間隔
無限遠 -0.5倍
d 8 8.29 7.22
d17 0.95 25.95

入射瞳位置 23.06
射出瞳位置 -49.40
前側主点位置 35.48
後側主点位置 -32.70

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 138.71 26.10 3.85 -16.88
2 9 50.35 29.03 22.23 0.67
3 18 -171.07 14.83 34.99 18.57

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -82.31
2 3 59.33
3 5 -33.97
4 6 31.09
5 9 64.09
6 11 -42.79
7 13 22.90
8 14 -21.94
9 16 36.87
10 18 92.91
11 20 -53.42

【0058】

［数値データ４］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 -900.110 1.00 1.75520 27.5 32.82
2 27.237 9.93 29.00
3 56.836 4.31 1.85150 40.8 26.44
4 -67.479 1.08 25.83
5 -63.569 1.30 1.48749 70.2 24.25
6 16.463 5.50 1.80400 46.6 20.75
7 245.867 6.37 20.25
8(絞り) ∞ 2.32 17.94
9 63.799 1.90 1.69680 55.5 17.06
10 -272.023 2.75 16.69
11* -41.949 1.30 1.58313 59.4 15.21
12 -63.818 0.51 14.95
13 -106.259 5.02 1.88300 40.8 14.69
14 -11.579 1.00 1.85478 24.8 15.96
15 55.726 6.59 18.91
16 143.732 7.32 1.91082 35.3 32.45
17 -33.749 (可変) 33.67
18 -556.059 3.57 1.72916 54.7 34.80
19 -59.257 8.89 34.98
20 -29.069 1.70 1.85478 24.8 33.84
21 -132.084 (可変) 36.97
像面 ∞

【0059】

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.74741e-005 A 6=-1.39075e-007 A 8= 2.72538e-010 A10=-2.76189e-012

焦点距離 28.80
Fナンバー 1.85
半画角（度） 36.91
像高 21.64
レンズ全長 80.30
BF 7.00

可変間隔
無限遠 -0.5倍
d17 0.95 17.33
d21 7.00 5.67

入射瞳位置 17.36
射出瞳位置 -34.35
前側主点位置 26.10
後側主点位置 -21.80

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 55.05 29.49 23.15 6.47
2 9 43.09 26.39 21.04 1.39
3 18 -103.85 14.15 22.11 8.41

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -34.99
2 3 36.82
3 5 -26.68
4 6 21.71
5 9 74.34
6 11 -214.62
7 13 14.36
8 14 -11.14
9 16 30.61
10 18 90.69
11 20 -43.94

【0060】

［数値データ５］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 -135.292 1.00 1.80809 22.8 27.44
2 34.426 6.07 25.37
3 71.397 3.91 1.90043 37.4 24.06
4 -50.803 0.67 23.59
5 -46.367 1.00 1.48749 70.2 23.53
6 19.477 6.20 1.90043 37.4 24.17
7 231.713 4.35 23.58
8(絞り) ∞ 3.93 21.93
9 59.885 2.22 1.69680 55.5 21.30
10 -868.147 4.02 20.83
11* -52.901 5.28 1.76802 49.2 17.40
12 -12.000 0.80 1.85478 24.8 17.05
13 77.309 5.41 20.21
14 608.518 6.96 1.91082 35.3 29.71
15 -27.871 (可変) 31.20
16 -86.302 2.23 2.00100 29.1 33.01
17 -54.807 11.58 33.39
18 -30.478 1.60 1.85478 24.8 33.45
19 -59.303 BF 35.68
像面 ∞

【0061】

非球面データ
第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.52240e-005 A 6=-1.53805e-008 A 8=-2.09324e-010 A10= 1.60320e-012

焦点距離 36.00
Fナンバー 1.85
半画角（度） 31.00
像高 21.64
レンズ全長 81.30
BF 11.57

可変間隔
無限遠 -0.5倍
d15 2.52 20.02

入射瞳位置 13.88
射出瞳位置 -44.95
前側主点位置 26.95
後側主点位置 -24.43

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 64.87 23.20 18.68 5.18
2 9 52.01 24.68 23.08 5.30
3 16 -179.26 15.41 23.83 9.03

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -33.87
2 3 33.47
3 5 -28.00
4 6 23.29
5 9 80.48
6 11 19.14
7 12 -12.10
8 14 29.41
9 16 144.90
10 18 -75.28

【0062】

【表1】

【符号の説明】

【0063】

Ｌ０ 光学系 Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群 ＳＰ 開口絞り
Ｇ３Ｐ 正レンズ Ｇ３Ｎ 負レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】