特開 2022-92339 光学系及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022092339

(43)【公開日】2022-06-22

(54)【発明の名称】光学系及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/173 20060101AFI20220615BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20220615BHJP

【ＦＩ】

G02B15/173

H04N5/225 400

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020205101

(22)【出願日】2020-12-10

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(74)【代理人】

【識別番号】100156867

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 欣浩

(74)【代理人】

【識別番号】100143786

【弁理士】

【氏名又は名称】根岸 宏子

(72)【発明者】

【氏名】衣斐 太一

【テーマコード（参考）】

2H087

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H087KA01

2H087MA13

2H087MA14

2H087MA15

2H087MA19

2H087PA09

2H087PA10

2H087PA11

2H087PA16

2H087PB13

2H087PB14

2H087PB15

2H087QA02

2H087QA05

2H087QA07

2H087QA13

2H087QA14

2H087QA21

2H087QA26

2H087QA37

2H087QA38

2H087QA41

2H087QA45

2H087QA46

2H087RA32

2H087SA23

2H087SA27

2H087SA29

2H087SA32

2H087SA43

2H087SA47

2H087SA49

2H087SA52

2H087SA56

2H087SA63

2H087SA64

2H087SA65

2H087SA72

2H087SA74

2H087SA75

2H087SA76

2H087SB04

2H087SB05

2H087SB06

2H087SB07

2H087SB12

2H087SB13

2H087SB14

2H087SB22

2H087SB23

2H087SB24

2H087SB25

2H087SB32

2H087SB33

2H087SB34

2H087SB42

2H087SB44

2H087SB45

5C122DA03

5C122DA04

5C122EA12

5C122EA54

5C122FB02

5C122FB03

5C122FC01

5C122FC02

5C122FD00

5C122HB06

(57)【要約】

【課題】高速なフォーカシングを実現しつつ、物体距離によらず高い光学性能を有する小型の光学系及び撮像装置を提供する。
【解決手段】最も物体側に配置される正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１の像側に隣接配置される負の屈折力を有する第１合焦群Ｇｎと、最も像側に配置される最終レンズ群Ｇｒと、当該最終レンズ群より物体側に配置される正の屈折力を有する第２合焦群Ｇｐとを備え、第１レンズ群Ｇ１及び最終レンズ群Ｇｒは合焦の際にそれぞれ光軸方向に固定され、第１合焦群Ｇｎ及び第２合焦群Ｇｐを光軸方向に移動させることで無限遠物体から近距離物体に合焦し、所定の条件式を満足する光学系及び当該光学系を備えた撮像装置とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

最も物体側に配置される正の屈折力を有する第１レンズ群と、当該第１レンズ群の像側に隣接配置される負の屈折力を有する第１合焦群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該最終レンズ群より物体側に配置される正の屈折力を有する第２合焦群とを備え、
無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、前記第１合焦群及び前記第２合焦群は光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群及び前記最終レンズ群は光軸方向に固定され、
以下の条件式を満たすことを特徴とする光学系。
０．２０ ＜ Ｄ１ａ＿ｍａｘ／Ｄ１ ＜ ０．６０ ・・・（１）
０．３０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．８０ ・・・（２）
１．００ ＜ （１－βｐ^２）×βｒ^２ ＜ １０．００ ・・・（３）
但し、
Ｄ１ａ＿ｍａｘ：前記第１レンズ群内の最大空気間隔
Ｄ１ ：前記第１レンズ群の光軸上の厚み
ｆ１ ：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ ：当該光学系の焦点距離
βｐ ：前記第２合焦群の横倍率
βｒ ：前記第２合焦群より像側に配置される全てのレンズ群の合成横倍率

【請求項2】

以下の条件式を満たす請求項1に記載の光学系。
－１０．００ ＜ （１－βｎ^２）×βＡ^２ ＜ －１．００ ・・・（４）
但し、
βｎ：前記第１合焦群の横倍率
βＡ：前記第１合焦群より像側に配置される全てのレンズ群の合成横倍率

【請求項3】

以下の条件式を満たす請求項１又は請求項２に記載の光学系。
０．５０＜｜（１－βｐ^２）×βｒ^２／｛（１－βｎ^２）×βＡ^２｝｜＜２．００・・・（５）
但し、
βｎ ：前記第１合焦群の横倍率

【請求項4】

以下の条件式を満たす請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学系。
０．７０ ＜ ＴＴＬ／ｆ ＜ ２．００ ・・・（６）
但し、
ＴＴＬ ：無限遠物体合焦時における当該光学系の光学全長

【請求項5】

以下の条件式を満たす請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学系。
０．１０ ＜ ｓｋ／ｆ ＜ ０．３５ ・・・（７）
但し、
ｓｋ ：当該光学系のバックフォーカス

【請求項6】

以下の条件式を満たす請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学系。
－０．７０ ＜ ｆｎ／ｆ ＜ ０．００ ・・・（８）
但し、
ｆｎ：前記第１合焦群の焦点距離

【請求項7】

以下の条件式を満たす請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学系。
－２．００ ＜ ｆｎ／ｆｐ ＜ －０．２０ ・・・（９）
但し、
ｆｎ：前記第１合焦群の焦点距離
ｆｐ：前記第２合焦群の焦点距離

【請求項8】

無限遠物体から近距離物体への合焦の際に前記第１合焦群は像側へ移動し、前記第２合焦群は物体側へ移動する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光学系と、当該光学系の像側に当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えた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】

本件発明は、光学系及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を用いた小型の撮像装置の普及が著しい。それに伴い、光学系の高性能化、小型化が求められている。また、合焦の際における収差変動、特に、無限遠物体から近距離物体にかけての合焦時における球面収差や像面湾曲の悪化を抑制し、物体距離によらず高い光学性能を維持することが求められている。

【0003】

このような課題に対して、例えば、特許文献１には、物体側から順に配置された正の屈折力の第１レンズ群と負の屈折力の第２レンズ群と正の屈折力の第３レンズ群と正の屈折力の第４レンズ群と負の屈折力の第５レンズ群と正の屈折力を有する第６レンズ群とからなり、第２レンズ群、第３レンズ群及び第４レンズ群を各々別の軌跡で物体側に移動させることにより合焦を行う光学系が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１２２５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

つまり、特許文献１の光学系では、いわゆるフローティング機構を有するインナーフォーカス方式によるフォーカシング方式を採用している。特許文献１に開示の光学系では、高速なフォーカシングを実現すると共に、合焦の際の収差変動を抑制し高い光学性能を得るものとしているが、各合焦群の径が比較的大きく、製品全体の小型化が十分ではない。

【0006】

そこで、本件発明の課題は、高速なフォーカシングを実現しつつ、物体距離によらず高い光学性能を有する小型の光学系及び撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために本件発明に係る光学系は、最も物体側に配置される正の屈折力を有する第１レンズ群と、当該第１レンズ群の像側に隣接配置される負の屈折力を有する第１合焦群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該最終レンズ群より物体側に配置される正の屈折力を有する第２合焦群とを備え、無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、前記第１合焦群及び前記第２合焦群は光軸に沿って移動し、前記第１レンズ群及び前記最終レンズ群は光軸方向に固定され、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０．２０ ＜ Ｄ１ａ＿ｍａｘ／Ｄ１ ＜ ０．６０ ・・・（１）
０．３０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．８０ ・・・（２）
１．００ ＜ （１－βｐ^２）×βｒ^２ ＜ １０．００ ・・・（３）
但し、
Ｄ１ａ＿ｍａｘ：前記第１レンズ群内の最大空気間隔
Ｄ１ ：前記第１レンズ群の光軸上の厚み
ｆ１ ：前記第１レンズ群の焦点距離
ｆ ：当該光学系の焦点距離
βｐ ：前記第２合焦群の横倍率
βｒ ：前記第２合焦群より像側に配置される全てのレンズ群の合成横倍率

【0008】

また、上記課題を解決するために本件発明に係る撮像装置は、上記光学系と、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換にする撮像素子とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本件発明によれば、高速なフォーカシングを実現しつつ、物体距離によらず高い光学性能を有する小型の光学系及び撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１の光学系の断面図である。

【図2】実施例１の光学系の無限遠合焦状態における収差図である。

【図3】実施例１の光学系の近距離合焦状態における収差図である。

【図4】実施例２の光学系の断面図である。

【図5】実施例２の光学系の無限遠合焦状態における収差図である。

【図6】実施例２の光学系の近距離合焦状態における収差図である。

【図7】実施例３の光学系の断面図である。

【図8】実施例３の光学系の無限遠合焦状態における収差図である。

【図9】実施例３の光学系の近距離合焦状態における収差図である。

【図10】実施例４の光学系の断面図である。

【図11】実施例４の光学系の無限遠合焦状態における収差図である。

【図12】実施例４の光学系の近距離合焦状態における収差図である。

【図13】実施例５の光学系の断面図である。

【図14】実施例５の光学系の無限遠合焦状態における収差図である。

【図15】実施例５の光学系の近距離合焦状態における収差図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本件発明に係る光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。但し、以下に説明する光学系及び撮像装置は本件発明に係る光学系及び撮像装置の一態様であって、本件発明に係る光学系及び撮像装置は以下の態様に限定されるものではない。

【0012】

１．光学系
１－１．光学構成
本件発明に係る光学系は最も物体側に配置される正の屈折力を有する第１レンズ群と、当該第１レンズ群の像側に隣接配置される負の屈折力を有する第１合焦群と、最も像側に配置される最終レンズ群と、当該最終レンズ群より物体側に配置される正の屈折力を有する第２合焦群とを備えている。また、無限遠物体から近距離物体への合焦に際し、第１合焦群及び第２合焦群は光軸に沿って移動し、第１レンズ群及び最終レンズ群は光軸方向に固定される。

【0013】

このように、第１合焦群は正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２合焦群との間に配置されるため、収差補正を良好に行いつつ、第１合焦群の負の屈折力を強めることが容易になる。第１合焦群の負の屈折力を強めれば、小さな移動量で大きな合焦作用を得ることができる。そのため、上記構成を採用することで、合焦の際の第１合焦群の移動量を小さくして、高速なフォーカシング及び光学全長の小型化を実現しつつ、物体距離によらず高い光学性能を維持することが可能になる。さらに、上記構成によれば、第１合焦群及び第２合焦群に対する入射光束の径を第１レンズ群及び最終レンズ群と比較して小さくすることができる。そのため、第１レンズ群及び最終レンズ群と比較すると、第１合焦群及び第２合焦群の小型化を図ることができる。第１合焦群及び第２合焦群を光軸方向に移動させる際には、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、超音波モータ等の駆動装置を用いる。各合焦群が小型化されると、これらの駆動装置もより小型のものを用いることができる。そのため駆動機構や鏡筒を含む当該光学系ユニット全体の小型化を図ることができる。

【0014】

（１）第１レンズ群
第１レンズ群は当該光学系において最も物体側に配置されるレンズ群である。第１レンズ群は、全体で正の屈折力を有する限り、そのレンズ構成は特に限定されるものではない。第１レンズ群は全体で正の屈折力を有するため、第１レンズ群は少なくとも一つの正の屈折力を有するレンズを有すればよいが、正の屈折力を有するレンズを２枚以上有することが、色収差や球面収差の補正の点で好ましい。

【0015】

また、第１レンズ群は負の屈折力を有するレンズを少なくとも１枚有することが、色収差や像面性の補正の点で好ましい。このとき、当該負の屈折力を有するレンズのアッベ数は４５より小さく、第１レンズ群に含まれる少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズのアッベ数は４５より大きいことが色収差補正の点で好ましい。色収差補正を良好に行う上で、第１レンズ群に２つ以上の正の屈折力を有するレンズが含まれる場合、そのうち少なくとも１つがアッベ数は４５より大きければよい。また、当該正の屈折力を有するレンズのアッベ数は５７より大きいことが色収差補正をさらに良好に行うことができてより好ましい。また、第１レンズ群に２つ以上の正の屈折力を有するレンズが含まれる場合、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズのアッベ数が４５より大きければ上記効果を得ることができ、他の正の屈折力を有するレンズのアッベ数は特に限定されるものではない。しかしながら、色収差補正をさらに良好に行う上で、他の正の屈折力を有するレンズについてもそのアッベ数が４５より大きいことがより好ましく、その全てのレンズのアッベ数が４５より大きいことがさらに好ましい。

【0016】

（２）第１合焦群
第１合焦群は、上記第１レンズ群の像側に隣接して配置される。第１合焦群は全体で負の屈折力を有する限り、そのレンズ構成は特に限定されるものではない。第１合焦群は全体で負の屈折力を有するため、第１合焦群は少なくとも一つの負の屈折力を有するレンズを有する。第１合焦群は正の屈折力を有するレンズを少なくとも１つ有することが、色収差の補正の点で好ましい。また、負の屈折力を有するレンズを２つ以上有することが、像面湾曲の補正の点で好ましい。入射瞳位置をできる限り物体側に配置することが径方向の小型化につながる。そのため、第１合焦群においては、２つの負の屈折力を有するレンズを物体側に配置し、その像側に正の屈折力を有するレンズが配置されることが当該第１合焦群の小型化を図る上で好ましい。

【0017】

（３）第２合焦群
第２合焦群は、上記最終レンズ群より物体側に配置される。当該第２合焦群は全体で正の屈折力を有する限り、そのレンズ構成は特に限定されるものではない。第２合焦群は全体で正の屈折力を有するため、第２合焦群は少なくとも一つの正の屈折力を有するレンズを有すればよいが、正の屈折力を有するレンズを２枚以上有することが、球面収差の補正の点で好ましい。また、第２合焦群は負の屈折力を有するレンズを少なくとも１つ有することが、色収差の補正の点で好ましい。このとき、当該負の屈折力を有するレンズのアッベ数は４５より小さく、第２合焦群に含まれる少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズのアッベ数は４５より大きいことが色収差補正の点で好ましい。また、第２合焦群に２つ以上の正の屈折力を有するレンズが含まれる場合、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズのアッベ数が４５より大きければ上記効果を得ることができる。他の正の屈折力を有するレンズのアッベ数は特に限定されるものではないが、アッベ数が４５以上であればより好ましい。

【0018】

（４）最終レンズ群
最終レンズ群は、当該光学系を構成する複数のレンズ群において、最も像側に配置されるレンズ群である。最終レンズ群の屈折力の符号及びレンズ構成は特に限定されるものではない。例えば、最終レンズ群が負の屈折力を有する場合、収差補正を良好に行いつつ、第２合焦群の正の屈折力を強めることが容易になる。第２合焦群の正の屈折力を強めれば、小さな移動量で大きな合焦作用を得ることができる。そのため、合焦の際の第２合焦群の移動量を小さくすることができ、高速なフォーカシング及び光学全長の小型化を実現しつつ、物体距離によらず高い光学性能を維持することがより容易になる。さらに、第２合焦群を駆動するための駆動機構の一層の小型化を図ることができるため、当該光学系ユニット全体の小型化を図ることがより容易になる。

【0019】

さらに、最終レンズ群は、その屈折力の符号によらず、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズと少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズで構成されることが好ましい。このように負の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズをそれぞれ少なくとも１枚有することで、最終レンズ群における諸収差、特に色収差の発生を抑制することができるため好ましい。最終レンズ群において最も像側に配置されるレンズは負の屈折率を有するレンズであることが好ましい。この構成によって諸収差の発生を抑制できる。

【0020】

（５）開口絞り
当該光学系において、開口絞りの配置は特に限定されるものではない。但し、ここでいう開口絞りは、当該光学系の光束径を規定する開口絞り、すなわち当該光学系のＦｎｏを規定する開口絞りをいう。例えば、開口絞りを第１合焦群の像側に配置すれば、絞りユニットの小型化を図る上で好ましい。当該光学系では、上述のとおり第１合焦群による合焦作用が比較的大きい。そのため、第１合焦群の像側に配置される各レンズ群に対する入射光束の径の変動が小さくなる。よって、第１合焦群の像側に開口絞りを配置することで、絞り径ユニットの小型化を図ることが容易になる。より具体的には、第１合焦群と第２合焦群との間に開口絞りが配置されていることが好ましく、第１合焦群の像側に隣接配置されるレンズ群の物体側又は当該レンズ群内に開口絞りを配置することがより好ましい。

【0021】

（６）レンズ群構成
当該光学系は、上記第１レンズ群、第１合焦群、第２合焦群及び最終レンズ群を備えていればよく、これらの４つのレンズ群のみから構成されていてもよいし、他のレンズ群を備えていてもよい。他のレンズ群は第１合焦群と第２合焦群との間、又は第２合焦群と最終レンズ群との間に配置することができる。例えば、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第１合焦群、正の屈折力を有する第２合焦群及び正又は負の屈折力を有する最終レンズ群からなる４群構成の光学系、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第１合焦群、正又は負の屈折力を有する中間レンズ群、正の屈折力を有する第２合焦群及び負の屈折力を有する最終レンズ群からなる５群構成の光学系、物体側から順に正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第１合焦群、正の屈折力を有する第２合焦群、正の屈折力を有する中間レンズ群及び負の屈折力を有する最終レンズ群からなる５群構成の光学系など種々のレンズ群構成を採用することができる。なお、第２合焦群は第１合焦群と最終レンズ群との間に配置されていればよいが、最終レンズ群の物体側に隣接配置されることがより好ましい。

【0022】

なお、「レンズ群」とは、１枚又は互いに隣接する複数枚のレンズから構成され、合焦の際に光軸に沿って隣り合うレンズ群間の間隔が変化する。一つのレンズ群が複数枚のレンズから構成される場合、その一つのレンズ群に含まれる各レンズ間の光軸上の距離は合焦の際には変化しないものとする。

【0023】

１－２．動作
（１）合焦
当該光学系は、無限遠物体から近距離への合焦に際し、少なくとも第１合焦群及び第２合焦群が光軸上を移動する限り、その具体的な動作は特に限定されるものではない。また、合焦の際に第１合焦群及び第２合焦群は同じ軌跡で移動してもよいが、異なる軌跡で移動させてもよい。第１合焦群及び第２合焦群を異なる軌跡で移動させることで、すなわち、いわゆるフローティング方式を採用することで、物体距離によらず収差補正を良好に行うことが容易になり、高い光学性能を実現することがより容易になる。合焦の際における第１合焦群及び第２合焦群の移動の方向や移動量は特に限定されるものではないが、例えば、無限遠物体から近距離物体への合焦の際に、第１合焦群は像側に移動し、第２合焦群は物体側に移動することが好ましい。

【0024】

当該光学系が５つ以上のレンズ群を備える場合、合焦の際に第１合焦群及び第２合焦群と、第１レンズ群及び最終レンズ群以外の他のレンズ群を移動させてもよい。しかしながら、合焦の際に光軸方向に移動するレンズ群を第１合焦群及び第２合焦群のみとすれば、合焦の際にレンズ群を駆動するための駆動機構の数の増加や大型化を抑制することができ、当該光学系ユニット全体の小型化を図る上で好ましい。

【0025】

１－３． 条件式
当該光学系は、上述した構成を採用すると共に、次に説明する条件式を少なくとも１つ以上満足することが望ましい。

【0026】

１－３－１．条件式（１）
０．２０ ＜ Ｄ１ａ＿ｍａｘ／Ｄ１ ＜ ０．６０ ・・・（１）
但し、
Ｄ１ａ＿ｍａｘ：第１レンズ群内の最大空気間隔
Ｄ１ ：第１レンズ群の光軸上の厚み

【0027】

条件式（１）は第１レンズ群内の最大空気間隔と、第１レンズ群の光軸上の厚みとの比を規定した式である。なお、第１レンズ群の光軸上の厚みは、第１レンズ群において最も物体側に配置されるレンズ面と、最も像側に配置されるレンズ面との間の光軸上の距離をいう。第１レンズ群内の最大空気間隔を境にして第１レンズ群を物体側部分群と像側部分群とに分けると、条件式（１）を満足させることにより、物体側部分群から像側部分群に対する入射光束の径を小さくすることができる。そのため、第１レンズ群の像側部分群を小径に構成することができ、像側部分群の外周付近に第１合焦群等を光軸方向に移動させるための駆動機構を配置することが容易になり、鏡筒径が大きくなることを抑制し、当該光学系の小型化を図ることができる。

【0028】

これに対して、条件式（１）の値が下限値以下になると、第１レンズ群の像側部分群に対する入射光束の径を小さくすることが困難となり、鏡筒内に上記駆動機構を収容するには、鏡筒径を大きくする必要があり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。また、この場合、上記のフォーカス敏感度が低くなり、合焦の際の移動量が大きくなるため、小型化が困難となる。一方、条件式（１）の値が上限値以上になると、球面収差、コマ収差等の諸収差が大きくなるため好ましくない。

【0029】

上記効果を得る上で、条件式（１）の下限値は０．２５であることが好ましく、０．３０であることがより好ましい。また、条件式（１）の上限値は０．５０であることが好ましい。なお、これらの好ましい下限値又は上限値を採用する場合、条件式（１）において不等号（＜）を等号付不等号（≦）に置換してもよい。他の条件式についても原則として同様である。

【0030】

１－３－２．条件式（２）
０．３０ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．８０ ・・・（２）
但し、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ ：当該光学系の焦点距離

【0031】

条件式（２）は第１レンズ群の焦点距離と当該光学系の焦点距離との比を規定する式である。条件式（２）を満足させることにより、第１レンズ群の屈折力を適切な範囲内とすることができ、当該光学系の小型化を図ることが容易になる。

【0032】

これに対して、条件式（２）の数値が下限値以下になると、第１レンズ群の屈折力が大きくなりすぎるため、球面収差や像面湾曲が発生し、高性能化が困難になり好ましくない。また条件式（２）の数値が上限値以上になると、第１レンズ群の屈折力が小さくなり、第１レンズ群の径方向の小型化を図ることが困難になる。

【0033】

上記効果を得る上で、条件式（２）の下限値は０．４０であることがより好ましい。また条件式（２）の上限値は０．７０であることがより好ましい。

【0034】

１－３－３．条件式（３）
１．００ ＜（１－βｐ^２）×βｒ^２＜ １０．００ ・・・（３）
但し、
βｐ：第２合焦群の横倍率
βｒ：第２合焦群より像側に配置される全てのレンズ群の合成横倍率

【0035】

条件式（３）は、第２合焦群のフォーカス敏感度を規定する式である。フォーカス敏感度は、合焦群の移動量に対する像面の変化量を表す。第２合焦群の横倍率が等倍から離れるにつれてフォーカス敏感度は大きくなる。合焦の際の像面移動量が同じ場合に、フォーカス敏感度が大きいほど合焦群の移動量を小さくすることができる。条件式（３）を満足させることで、第２合焦群のフォーカス敏感度が適切な範囲内となり、物体距離によらず高い光学性能を維持しつつ、高速なフォーカシングと、当該光学系の小型化とを実現することができる。

【0036】

これに対して、条件式（３）の数値が正の値を示すことを前提として、当該数値が下限値以下になると、フォーカス敏感度が小さくなりすぎ、合焦の際の第２合焦群の移動量を大きくする必要がある。この場合、合焦の際の第２合焦群の移動量が大きくなり、高速なフォーカシングの実現及び光学全長の小型化が困難になる。一方、条件式（３）の数値が上限値以上になると、第２合焦群の合焦作用が大きくなり過ぎ、合焦の際の第２合焦群の位置制御を極めて精密に行う必要があり、僅かなズレにより結像性能が低下するおそれがある。そのため、位置制御上の観点から条件式（３）の数値は上限値未満であることが好ましい。

【0037】

上記効果を得る上で、条件式（３）の下限値は、１．２０であることがより好ましく、１．４０であることがさらに好ましく、１．６０であることが一層好ましい。また、物体距離によらず高い光学性能を維持するため条件式（３）の上限値は７．００であることがより好ましい。

【0038】

１－３－４．条件式（４）
－１０．００ ＜ （１－βｎ^２）×βＡ^２ ＜ －１．００ ・・・（４）
但し、
βｎ：第１合焦群の横倍率
βＡ：第１合焦群より像側に配置される全てのレンズ群の合成横倍率

【0039】

条件式（４）は第１合焦群のフォーカス敏感度を規定する式である。条件式（４）を満足させることで、第１合焦群のフォーカス敏感度が適切な範囲内となり、物体距離によらず高い光学性能を維持しつつ、高速なフォーカシングと当該光学系の小型化とを実現することがより容易になる。

【0040】

これに対して、条件式（４）の数値が下限値以下になると、第１合焦群の合焦作用が大きくなり過ぎ、合焦の際の第１合焦群の位置制御を極めて精密に行う必要があり、僅かなズレにより結像性能が低下するおそれがある。そのため、位置制御上の観点から条件式（４）の数値は下限値より大きいことが好ましい。一方、条件式（４）の数値が負の値を示すことを前提として、当該数値が上限値以上になると、フォーカス敏感度が小さくなりすぎ、合焦の際の第１合焦群の移動量を大きくする必要があり、高速なフォーカシングの実現及び光学全長の小型化が困難になる。

【0041】

上記効果を得る上で、条件式（４）の上限値は、－１．４０であることがより好ましく、－１．８０であることがさらに好ましい。また、物体距離によらず光学性能を維持するため条件式（４）の下限値は－７．００であることがより好ましい。

【0042】

１－３－５．条件式（５）
０．５０＜｜（１－βｐ^２）×βｒ^２／｛（１－βｎ^２）×βＡ^２｝｜＜２．００・・・（５）

【0043】

条件式（５）は、第１合焦群と第２合焦群のフォーカス敏感度の比を規定する式である。条件式（５）を満足させることにより、第１合焦群による合焦作用と第２合焦群による合焦作用とのバランスが良好になり、物体距離によらず高い光学性能を維持することがより容易になる。

【0044】

条件式（５）の値が１．０から離れるほど、どちらか一方の合焦群に合焦作用が集中することになり、物体距離によらず高い光学性能を維持することが困難になるおそれがあり好ましくない。

【0045】

上記効果を得る上で、条件式（５）の下限値０．７０であることがより好ましい。また、条件式（５）の上限値は１．４０であることがより好ましく、１．２０であることがさらに好ましく、１．００であることが一層好ましい。

【0046】

１－３－６．条件式（６）
０．７０ ＜ ＴＴＬ／ｆ ＜ ２．００ ・・・（６）
但し、
ＴＴＬ ：無限遠物体合焦時における当該光学系の光学全長

【0047】

条件式（６）は、無限遠物体合焦時における当該光学系の光学全長と、当該光学系の焦点距離との比を規定する式である。ここで当該光学系の光学全長は最も物体側に配置されるレンズ面から像面までの光軸上の距離をいう。条件式（６）を満足させることにより、諸収差を良好に補正しつつ、当該光学系の小型化を図ることが容易になる。

【0048】

これに対して、条件式（６）の値が下限値以下になると、当該光学系の小型化を図る上では好ましいが、光線を大きく曲げる必要があるため、諸収差が大きくなりやすく、これを補正することが困難になるため好ましくない。一方、条件式（６）の値が上限値以上になると、当該光学系の焦点距離に比して光学全長が長く、当該光学系の小型化を図る上で好ましくない。

【0049】

上記効果を得る上で、条件式（６）の下限値は０．９０であることがより好ましい。また、条件式（６）の上限値は１．６０であることがより好ましい。

【0050】

１－３－７． 条件式（７）
０．１０ ＜ ｓｋ／ｆ ＜ ０．３５ ・・・（７）
但し、
ｓｋ ：当該光学系のバックフォーカス

【0051】

上記条件式（７）は当該光学系のバックフォーカスと、当該光学系の焦点距離との比を規定する式である。バックフォーカスは、当該光学系において最も像側に配置されるレンズ面から像面までの光軸上の距離をいう。但し、最も像側に配置されるレンズ面とは、当該光学系を実質的に構成するレンズ面の中で最も像側に配置されたレンズ面をいう。但し、当該光学系を実質的に構成するレンズ面には、カバーガラス等は含まれない。また、当該レンズ面と像面との間にカバーガラス等の実質的な屈折力を有さない要素を含む場合、これらの要素は空気換算しないものとする。条件式（７）を満足させることで、当該光学系の光学全長を短くすることができる。

【0052】

これに対して、条件式（７）の値が下限値以下になると、バックフォーカスが小さくなりすぎ、軸外光線を大きく曲げて像面に入射させる必要があるため、軸外性能が低下し好ましくない。一方、条件式（７）の値が上限値以上になると、バックフォーカスが長くなり、当該光学系の光学全長が長くなるため好ましくない。

【0053】

上記効果を得る上で、条件式（７）の下限値は、０．１３であることがより好ましく、０．１５であることがさらに好ましい。また、条件式（７）の上限値は０．３０であることがより好ましい。

【0054】

１－３－８． 条件式（８）
－０．７０ ＜ ｆｎ／ｆ ＜ ０．００ ・・・（８）
但し、
ｆｎ：第１合焦群の焦点距離

【0055】

上記条件式（８）は第１合焦群の焦点距離と無限遠物体合焦時における当該光学系の焦点距離との比を規定する式である。条件式（８）を満足する場合、第１合焦群による合焦作用が大きく、高速なフォーカシングを行うことがより容易になる。

【0056】

これに対して、条件式（８）の値が下限値以下になると、第１合焦群による合焦作用が大きくなりすぎ、合焦の際の第１合焦群の位置制御を極めて精密に行う必要があり、僅かなズレにより結像性能が低下するおそれがあるため好ましくない。一方、条件式（８）の値が上限値以上になると第１合焦群の合焦作用が小さくなり、高速なフォーカシングを実現することが困難になるため好ましくない。

【0057】

上記効果を得る上で、条件式（８）の下限値は－０．５０であることがより好ましい。また、条件式（８）の上限値は－０．２０であることがより好ましい。

【0058】

１－３－９．条件式（９）
－２．００ ＜ ｆｎ／ｆｐ ＜ －０．２０ ・・・（９）
但し、
ｆｎ：第１合焦群の焦点距離
ｆｐ：第２合焦群の焦点距離

【0059】

条件式（９）は第１合焦レンズ群の焦点距離と第２合焦レンズ群の焦点距離との比を規定する式である。条件式（９）を満足させることにより、物体距離によらず高い光学性能を実現することがより容易になる。

【0060】

上記効果を得る上で、条件式（９）の下限値は－１．００であることがより好ましい。また条件式（９）の上限値は－０．４０であることがより好ましい。

【0061】

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。なお、撮像素子は光学系の像側に設けられることが好ましい。

【0062】

ここで、撮像素子等に特に限定はなく、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの固体撮像素子等も用いることができる。本件発明に係る撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のこれらの固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、一眼レフカメラ、ミラーレス一眼カメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ドローン搭載用カメラ等の種々の撮像装置に適用することができる。また、これらの撮像装置はレンズ交換式の撮像装置であってもよいし、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよい。また、当該光学系はズームレンズやバリフォーカルレンズであってもよいし、単焦点レンズであってもよく、単焦点レンズであることがより好ましい。

【0063】

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例0064】

（１）光学構成
図１は、本件発明に係る実施例１の光学系の無限遠合焦時の断面図である。当該光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第１合焦群Ｇｎと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第２合焦群Ｇｐと、負の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｒとから構成されている。

【0065】

無限遠物体から近距離物体への合焦に際して、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３及び最終レンズ群Ｇｒは光軸方向に固定されており、第１合焦群Ｇｎ及び第２合焦群Ｇｐを光軸方向に異なる軌跡で移動させることで合焦する。開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、合焦の際は光軸方向に固定されている。

【0066】

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３及び両凹レンズＬ４を接合した接合レンズとから構成されている。

【0067】

第１合焦群Ｇｎは、物体側から順に、両凹レンズＬ５と、両凹レンズＬ６及び両凸レンズＬ７を接合した接合レンズとから構成されている。

【0068】

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、物体側凸形状の負メニスカスレンズＬ８と両凸レンズＬ９とを接合した接合レンズから構成されている。

【0069】

第２合焦群Ｇｐは、物体側から順に、物体側凸形状の負メニスカスレンズＬ１０と両凸レンズＬ１１とを接合した接合レンズから構成されている。

【0070】

最終レンズ群Ｇｒは、物体側から順に、両凹レンズＬ１２及び物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ１３を接合した接合レンズと、両凸レンズＬ１４と物体側凹形状の負メニスカスレンズＬ１５とから構成されている。

【0071】

なお、図１において、「ＩＭＧ」は像面であり、具体的には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子の撮像面、或いは、銀塩フィルムのフィルム面等を示す。また、像面ＩＭＧの物体側にはカバーガラスＣＧ等の実質的な屈折力を有さない平行平板を備える。これらの点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以後説明を省略する。

【0072】

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。以下に、「レンズデータ」、「諸元表」、「可変間隔（合焦時）」、「レンズ群データ」を示す。また、各条件式の値（表１）は実施例５の後にまとめて示す。

【0073】

（レンズデータ）において、「Ｎｏ．」は物体側から数えたレンズ面の順番、「Ｒ」はレンズ面の曲率半径、「Ｄ」は光軸上のレンズ肉厚又は空気間隔、「Ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）における屈折率、「ＡＢＶ」はｄ線におけるアッベ数を示している。また、面番号の後に示す「ＳＴＯＰ」はその面が開口絞りであることを示す。「Ｄ」の欄において、「Ｄ７」、「Ｄ１２」等と示すのは、当該レンズ面の光軸上の間隔が合焦時に変化する可変間隔であることを意味する。また、曲率半径の欄の「０．００００」はそのレンズ面が平面であることを意味する。

【0074】

（諸元表）において、「ｆ」は当該光学系の焦点距離、「Ｆｎｏ」はＦナンバー、「ω」は半画角、「Ｙ」は像高、「ＴＬ」は光学全長を示している。それぞれ無限遠合焦時、近距離合焦時における値を示している。

【0075】

（可変間隔）において、無限遠合焦時及び近距離合焦時の値をそれぞれ示している。また、撮影距離における「ＩＮＦ」は無限遠を表している。

【0076】

これらの各表における事項は他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。

【0077】

また、図２、図３に当該光学系の無限遠物体合焦時及び近距離物体合焦時における縦収差図を示す。各図に示す縦収差図は、図面に向かって左側から順に、それぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）である。球面収差図は実線がｄ線（波長５８７．５６００ｎｍ）、破線がｇ線（波長４３５．８４００ｎｍ）における球面収差をそれぞれ示す。非点収差図は縦軸が半画角（ω）、横軸がデフォーカスであり、実線がｄ線のサジタル像面（Ｓ）を示し、破線がｄ線のメリディオナル像面（Ｔ）をそれぞれ示す。歪曲収差図は、縦軸が半画角（ω）、横軸が歪曲収差である。これらの事項は、他の実施例において示す各収差図においても同じであるため、以下では説明を省略する。

【0078】

（レンズデータ）
No. R D Nd ABV
1 92.1658 4.8226 1.61800 63.39
2 -273.7839 11.0000
3 52.3898 2.9313 1.59282 68.62
4 173.9474 0.2000
5 48.0165 4.4267 1.72916 54.67
6 -71.8741 1.2000 1.92286 20.88
7 201.4096 D7
8 -203.2545 0.8000 1.95375 32.32
9 28.0075 3.1921
10 -56.7412 0.8000 1.72916 54.67
11 27.0126 3.8049 1.92286 20.88
12 -407.7438 D12
13STOP 0.0000 2.0000
14 67.8087 1.5000 1.80000 29.84
15 28.8291 6.0206 1.59282 68.62
16 -48.4772 D16
17 48.5609 1.0000 1.91082 35.25
18 25.0877 5.0553 1.77250 49.62
19 -118.6368 D19
20 -117.4728 1.0000 1.69680 55.46
21 26.2962 2.5135 1.92286 20.88
22 40.6363 4.4179
23 103.9905 4.7247 1.54072 47.20
24 -34.0004 7.2338
25 -28.0480 1.2000 1.92286 20.88
26 -220.8825 22.9215
27 0.0000 2.5000 1.51633 64.14
28 0.0000 1.0000

【0079】

（諸元表）
無限遠 近距離
f 87.300 41.542
Fno 2.8840 5.7680
ω 13.4377 4.5124
Y 21.633 21.633
TL 133.000 133.000

【0080】

（可変間隔）
無限遠 近距離
ｆ 87.300 41.542
撮影距離 INF 240.162
D7 2.634 15.735
D12 15.101 2.000
D16 17.000 2.000
D19 2.000 17.000

【0081】

（レンズ群データ）
群 面番号 焦点距離
群 面番号 焦点距離
G1 1-7 42.923
Gn 8-12 -23.684
G3 14-16 60.334
Gp 17-19 51.289
Gr 20-26 -35.676

【実施例0082】

（１）光学構成
図４は、本件発明に係る実施例２の光学系の無限遠合焦時及び近距離合焦時の断面図である。
当該光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第１合焦群Ｇｎと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第２合焦群Ｇｐと、負の屈折力を有する最終レンズ群Ｇｒとから構成されている。

【0083】

無限遠物体から近距離物体への合焦に際して、第１レンズ群Ｇ１、第３レンズ群Ｇ３及び最終レンズ群Ｇｒは光軸方向に固定されており、第１合焦群Ｇｎ及び第２合焦群Ｇｐを光軸方向に異なる軌跡で移動させることで合焦する。開口絞りＳは第３レンズ群Ｇ３の物体側に配置されており、合焦の際は光軸方向に固定されている。

【0084】

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸レンズＬ１と、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３及び両凹レンズＬ４を接合した接合レンズとから構成されている。

【0085】

第１合焦群Ｇｎは、物体側から順に、両凹レンズＬ５と、両凹レンズＬ６及び物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ７を接合した接合レンズとから構成されている。

【0086】

第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ８から構成されている。

【0087】

第２合焦群Ｇｐは、物体側から順に、両凸レンズＬ９と、両凸レンズＬ１０及び物体側凹形状の負メニスカスレンズＬ１１を接合した接合レンズとから構成されている。

【0088】

最終レンズ群Ｇｒは、物体側から順に、物体側凸形状の負メニスカスレンズＬ１２及び物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ１３を接合した接合レンズと、物体側凹形状の負メニスカスレンズＬ１４とから構成されている。

【0089】

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例として、「レンズデータ」、「諸元表」、「可変間隔」、「レンズ群データ」を示す。また、図５及び図６に光学系の無限遠合焦時及び近距離合焦時における縦収差図を示す。

【0090】

（レンズデータ）
No. R D Nd ABV
1 80.5680 4.5754 1.59349 67.00
2 -380.7788 7.7712
3 52.4797 3.7350 1.49700 81.61
4 889.6148 0.2000
5 36.1063 4.7160 1.49700 81.61
6 -107.1912 1.2000 1.92286 20.88
7 483.0837 D7
8 -226.8236 0.8000 1.90366 31.31
9 22.5455 3.3516
10 -72.2245 0.8000 1.51680 64.20
11 24.0303 3.4930 1.92286 20.88
12 126.1993 D12
13STOP 0.0000 1.2000
14 2432.7877 2.3401 1.83481 42.72
15 -81.9618 D15
16 95.8733 3.6859 1.49700 81.61
17 -52.6113 0.2000
18 54.4456 4.1734 1.69680 55.46
19 -50.2539 0.8000 1.92286 20.88
20 -244.2088 D20
21 143.6107 1.0000 1.91082 35.25
22 18.6371 4.1216 1.80518 25.46
23 42.5393 20.3684
24 -29.5841 1.0000 1.48749 70.44
25 -64.6716 18.4248
26 0.0000 2.5000 1.51633 64.14
27 0.0000 1.0000

【0091】

（諸元表）
無限遠 近距離
f 87.300 42.555
Fno 2.9128 5.8662
ω 13.3573 4.2984
Y 21.633 21.633
TL 125.000 125.000

【0092】

（可変間隔）
無限遠 近距離
ｆ 87.300 42.555
撮影距離 INF 235.294
D7 2.416 15.012
D12 15.773 3.177
D15 13.355 3.355
D20 2.000 12.000

【0093】

（レンズ群データ）
群 面番号 焦点距離
G1 1-7 41.002
Gn 8-12 -24.093
G3 14-15 95.021
Gp 16-20 37.863
Gr 21-25 -33.182