特表 2024-519623 光学系、及び光学系を備えた撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-21

(54)【発明の名称】光学系、及び光学系を備えた撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20240514BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20240514BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B13/18

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022534448

(86)(22)【出願日】2022-05-05

(85)【翻訳文提出日】2022-08-19

(86)【国際出願番号】 CN2022091050

(87)【国際公開番号】W WO2023212878

(87)【国際公開日】2023-11-09

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516180667

【氏名又は名称】北京小米移動軟件有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｘｉａｏｍｉ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．０１８， Ｆｌｏｏｒ ８， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ６， Ｙａｒｄ ３３， Ｍｉｄｄｌｅ Ｘｉｅｒｑｉ Ｒｏａｄ， Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８５， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】帯金 靖彦

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA01

2H087LA01

2H087MA07

2H087PA07

2H087PA08

2H087PA17

2H087PB07

2H087PB08

2H087QA02

2H087QA07

2H087QA14

2H087QA22

2H087QA25

2H087QA37

2H087QA41

2H087QA42

2H087QA45

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA32

2H087RA41

2H087RA43

2H087RA44

(57)【要約】

物体側から順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、負の屈折力を有する第三レンズ群と、を備え、フォーカシング時に、第二レンズ群は、光軸に沿って移動し、第一レンズ群及び第三レンズ群は、結像面に対して固定され、第二レンズ群の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系全体の最物体側面から像面までの距離をＯＡＬとしたときに、 ０．０６≦ＯＡＬ２／ＯＡＬ を満たす。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、負の屈折力を有する第三レンズ群と、を備え、
フォーカシング時に、
前記第二レンズ群は、光軸に沿って移動し、
前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は、結像面に対する光軸方向の位置を固定され、
前記第二レンズ群の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ
を満たす、光学系。

【請求項2】

前記第二レンズ群は、
少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、
少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、
前記第二レンズ群中において、正の屈折力の最も強いレンズは、負の屈折力の最も強いレンズより像側に位置する、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００
を満たす、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項4】

光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜
を満たす、請求項１～３のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項5】

前記第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、前記第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、
－１０．００ ≦ （１－ｂ２２）×ｂ３２ ≦ －２．００
を満たす、請求項１～４のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項6】

光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
－０．７０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１０
を満たす、請求項１～５のいずれか１項に記載の光学系。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載の光学系と、
前記光学系の像面側に配置され、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影素子と、を備える、撮影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のレンズ群を備える光学系、及びこの光学系を備えた撮像装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、第三レンズ群と、を備え、フォーカシング時に第二レンズ群のみが光軸に沿って移動する光学系として、特許文献１（日本国特許５７４９６２９号公報）及び特許文献２（日本国特開２０２１－１７３８４７号公報）に記載の光学系が知られている。

【0003】

しかしながら、特許文献１に記載の光学系では近距離撮像が不十分であり、特許文献２に記載の光学系では、焦点距離に対する光学系の全長の比が大きく、小型化が不十分であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】日本国特許５７４９６２９号公報

【特許文献2】日本国特開２０２１－１７３８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明は、小型かつ近距離撮像可能な光学系、及び前記光学系を備えた撮像装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光学系は、
物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、負の屈折力を有する第三レンズ群と、を備え、
フォーカシング時に、
前記第二レンズ群は、光軸に沿って移動し、
前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は、結像面に対する光軸方向の位置を固定され、
前記第二レンズ群の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ
を満たす。

【0007】

前記光学系において、
前記第二レンズ群は、
少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、
少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、
前記第二レンズ群中において、正の屈折力の最も強いレンズは、負の屈折力の最も強いレンズより像側に位置してもよい。

【0008】

また、前記光学系において、
光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００
を満たしてもよい。

【0009】

また、前記光学系において、
光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜
を満たしてもよい。

【0010】

また、前記光学系において、
前記第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、前記第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、
－１０．００ ≦ （１－ｂ２２）×ｂ３２ ≦ －２．００
を満たしてもよい。

【0011】

また、前記光学系において、
光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
－０．７０ ≦ｆ２／ｆ ≦ －０．１０
を満たしてもよい。

【0012】

また、本発明に係る撮像装置は、
上記いずれかの光学系と、
前記光学系の像面側に配置され、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影素子と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、実施例１の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図3】図３は、実施例１の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図4】図４は、実施例１の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図5】図５は、実施例１の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図6】図６は、実施例１の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図7】図７は、実施例２の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図8】図８は、実施例２の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図9】図９は、実施例２の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図10】図１０は、実施例２の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図11】図１１は、実施例２の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図12】図１２は、実施例３の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図13】図１３は、実施例３の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図14】図１４は、実施例３の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図15】図１５は、実施例３の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図16】図１６は、実施例３の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図17】図１７は、実施例４の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図18】図１８は、実施例４の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図19】図１９は、実施例４の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図20】図２０は、実施例４の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図21】図２１は、実施例４の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

【0015】

本実施形態に係る撮像装置１は、図１に示すように、光学系２と、光学系２の結像面位置に配置される撮像素子３と、撮像素子３から送られた撮像（画像）データを表示する液晶画面４と、を備える。また、撮像装置１は、光学系２を駆動する駆動部（図示省略）を備える。この駆動部は、ＶＣＭ（ボイスコイルモーター）等のアクチュエーターであり、光学系２に含まれる所定のレンズ又はレンズ群等を撮像素子３の受光面に対して略垂直な方向（光軸方向）に駆動する。また、撮像素子３は、光学系２によって形成された光学像を電気的信号（撮像データ）に変換する素子であり、本実施形態の撮像素子３は、ＣＭＯＳイメージセンサーである。

【0016】

光学系２は、いわゆるインナーフォーカス光学系であり、本実施形態の光学系２は、プリズムや反射鏡等の反射光学素子によって光軸（光路）Ｃを屈曲させる、いわゆるペリスコープ型の望遠レンズである。具体的に、光学系２は、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、光軸Ｃを屈曲させるプリズム２０と、光軸Ｃ上に並ぶ複数のレンズ群Ｇと、を備える。また、光学系２は、開口絞り２４と、複数のレンズ群Ｇと撮像素子３との間に配置される光学フィルター２５と、複数のレンズ群Ｇを保持する鏡筒２６と、を備える。

【0017】

複数のレンズ群Ｇは、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、少なくとも、第一レンズ群２１と、第二レンズ群２２と、第三レンズ群２３と、を含む。これら各レンズ群２１、２２、２３のそれぞれは、少なくとも一つのレンズ（光学素子）を含む。

【0018】

尚、本実施形態の光学系２において、レンズ群２１～２３は、便宜上の名称であり、一つの光学素子（レンズ等）のみによって構成されるものも含む。即ち、第一～第三レンズ群２１、２２、２３のそれぞれは、少なくとも一つのレンズ等の光学素子を有する。また、光学系２において、フォーカシング時に光軸Ｃ上の位置が固定されている光学素子（レンズ等）と、移動する光学素子との間でそれぞれ区分けし、区分けされた領域内の前記固定されている少なくとも一つの光学素子を一つのレンズ群とし、区分けされた領域内の前記移動する少なくとも一つの光学素子を別のレンズ群とする。

【0019】

この光学系２では、フォーカシング時に、第二レンズ群２２は、光軸Ｃに沿って移動し、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３は、撮像素子３（光学系２の結像面）に対する光軸Ｃ方向の位置を固定されている。即ち、本実施形態の光学系２において、各レンズ群２１、２２、２３のうち、第二レンズ群２２がフォーカスレンズ群Ｆを構成する。

【0020】

以下では、光学系２における各レンズ群２１～２３の詳細について説明する。

【0021】

第一レンズ群２１は、複数（本実施形態の例では、四つ）のレンズを含み、正の屈折力を有する。また、第二レンズ群２２は、複数（本実施形態の例では、二つ）のレンズを含み、負の屈曲率を有する。また、第三レンズ群２３は、複数（本実施形態の例では、二つ）のレンズを含み、負の屈折力を有する。

【0022】

ここで、第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、光学系２は、下記の式（１）を満たす。
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ・・・（１）

【0023】

この光学系２では、光軸Ｃに沿って配置される複数のレンズ群Ｇにおいて、正の屈折力を有する第一レンズ群２１が最も物体側に配置され、負の屈折力を有する第二レンズ群２２が第一レンズ群２１の像側に配置され、負の屈折力を有する第三レンズ群２３が最も像側に配置されている。これにより、光学系２においてテレフォトのパワー配置を取ることが容易となるため、第一レンズ群２１の焦点距離を短くすることができ、その結果、光学系２の小型化（詳しくは、光軸Ｃ方向の小型化）を実現することができる。

【0024】

しかも、フォーカシング時には第二レンズ群を可動とし、前後のレンズ群２１、２３との収差変動バランスを調整する事で、全体繰り出し方式と比較して近接撮像時の像面湾曲変動を抑える事ができるため、近接撮像距離をより短くすることが可能となる。

【0025】

更に、第一レンズ群２１と第三レンズ群２３とを結像面に対して固定し、可動とするレンズ群を第二レンズ群２２のみとする事で、メカやアクチュエーターに対する負荷を軽減することができ、これにより、光学系２を含む撮像装置１全体の小型化の実現が可能となる。

【0026】

また、上記の式（１）は、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離に対する第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離の比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）を規定しており、この比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）が下限値（０．０６）を下回ると、全フォーカス領域の中での収差補正が不十分となり結像性能が不十分となる。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離に対する第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離の比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）を式（１）の範囲とすることで、全フォーカス領域の中で十分な収差補正を行えるようにし、これにより、十分な結像性能を確保した。

【0027】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）は、
０．１１ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ≦ ０．３０
を満たすことが好ましく、
０．１５ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ≦ ０．２２
を満たすことが、より好ましい。

【0028】

また、光学系２において、第二レンズ群２２が、少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、第二レンズ群２２中において正の屈折力の最も強いレンズ２２１が負の屈折力の最も強いレンズ２２２より像側に位置してもよい。

【0029】

この構成によれば、第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での収差補正を実現することができる。詳しくは、以下の通りである。

【0030】

第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での収差補正を実現するためには、第二レンズ群２２の物体側では第一レンズ群２１で強く収束した軸上光束を適度に収束した光束とし、周辺光束は跳ね上げて第二レンズ群２２の像側に導くために負のパワーが必要となる。また、第二レンズ群２２の像側では、所望のＦナンバーとなるように収束させる正のパワーが必要となる。

【0031】

そこで、本実施形態の光学系２では、上記構成のように、第二レンズ群２２が正の屈折力を有する少なくとも一つのレンズと負の屈折力を有する少なくとも一つのレンズとを具備し、第二レンズ群２２中で正の屈折力の最も強いレンズ２２１が負の屈折力の最も強いレンズ２２２よりも像側に位置する構成を採用することによって、第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での好適な収差補正を可能とした。

【0032】

また、光学系２において、光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、該光学系２は、下記の式（２）を満たしてもよい。
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００ ・・・（２）

【0033】

上記の式（２）は、焦点距離に対する光学系全体の最物体側面から像面までの距離の比率（ＯＡＬ／ｆ）を規定しており、この比率（ＯＡＬ／ｆ）が上限値（２．００）を上回ると、光学全長を十分に短くできているとは言えず、光学系２のみならず該光学系２を備える撮像装置１全体の小型化も実現できない。そこで、本実施形態の光学系２では、焦点距離に対する光学系全体の最物体側面から像面までの距離の比率（ＯＡＬ／ｆ）を式（２）の範囲とすることで、光学全長を十分に短くし、これにより、光学系２のみならず該光学系２を備える撮像装置１全体の小型化も図っている。

【0034】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ＯＡＬ／ｆ）は、
０．８０ ≦ ＯＡＬ／ｆ ≦ １．５０
を満たすことが好ましく、
０．９０ ≦ ＯＡＬ／ｆ ≦ １．００
を満たすことが、より好ましい。

【0035】

また、光学系２において光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、該光学系２は、下記の式（３）を満たしてもよい。
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜ ・・・（３）

【0036】

上記の式（３）は、光学系全体の最大横倍率を規定しており、この数値が下限値（０．５０）を下回ると、十分に近距離撮像ができているとはいえず、撮像可能な物体距離を短くすることができない。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系全体の最大横倍率を式（３）の範囲とすることで、撮像可能な物体距離を短くし、これにより、小型かつ近距離撮像可能な光学系２、及び該光学系２および撮像装置１を実現可能とした。

【0037】

ここで、最大横倍率は、近距離撮像の程度を表す数値であり、被写体の物体の高さに対する撮像面の像の高さの比率である。例えば、近距離撮像時で｜Ｂ｜が１．００のときに被写体と撮像面の大きさが等しくなる。また、遠距離撮像時には｜Ｂ｜は０．００に近づくことになる。

【0038】

尚、本実施形態の光学系２において、光学系全体の最大横倍率は、
０．７５ ≦ ｜Ｂ｜
を満たすことが好ましく、
１．００ ≦ ｜Ｂ｜
を満たすことが、より好ましい。

【0039】

また、光学系２において、第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、該光学系２は、下記の式（４）を満たしてもよい。
－１０．００ ≦ （１－ｂ２２）×ｂ３２ ≦ －２．００ ・・・（４）

【0040】

上記の式（４）は、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量の比率（（１－ｂ２２）×ｂ３２）を規定しており、全体繰り出しの光学系ではこの数式に該当する数値は１であるが、本実施形態の光学系２のようなインナーフォーカス光学系では、その比率を負の値で大きくとることで、少ない移動量で近距離撮像可能にし、光学系２全体の小型化を実現している。この比率（（１－ｂ２２）×ｂ３２）が下限値（－１０．００）を下回ると、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量が大きくなりすぎ、アクチュエーター等の駆動装置で第二レンズ群２２の停止位置精度を上げることが困難となる。一方、この比率（（１－ｂ２２）×ｂ３２）が上限値（－２．００）を上回ると、近距離撮像のための第二レンズ群２２の移動量が大きくなるため、光学系２全体の小型化が困難となる。そこで、本実施形態の光学系２では、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量の比率（（１－ｂ２２）×ｂ３２）を上記の式（４）の範囲とすることで、フォーカシング時のアクチュエーター等による第二レンズ群２２の停止位置精度の向上と、光学系２全体の小型化と、のバランスを図っている。

【0041】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（（１－ｂ２２）×ｂ３２）は、
－９．００ ≦ （１－ｂ２２）×ｂ３２ ≦ －２．５０
を満たすことが好ましく、
－８．００ ≦ （１－ｂ２２）×ｂ３２ ≦ －５．００
を満たすことが、より好ましい。

【0042】

また、光学系２において、光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、該光学系２は、下記の式（５）を満たしてもよい。
－０．７０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１０ ・・・（５）

【0043】

上記の式（５）は、光学系２全体の無限遠合焦時の焦点距離に対する第二レンズ群２２の焦点距離の比率（ｆ２／ｆ）を規定しており、この比率（ｆ２／ｆ）が下限値（－０．７０）を下回ると、第二レンズ群２２のパワーが弱くなり、近距離撮像のための第二レンズ群２２の移動量が大きくなるため、光学系２全体の小型化が困難となる。一方、この比率（ｆ２／ｆ）が上限値（－０・１０）を上回ると、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量が大きくなりすぎ、アクチュエーター等の駆動装置での第二レンズ群２２の停止位置精度を上げることが困難となる。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系２全体の無限遠合焦時の焦点距離に対する第二レンズ群２２の焦点距離の比率（ｆ２／ｆ）を上記の式（５）の範囲とすることで、光学系２全体の小型化と、フォーカシング時のアクチュエーター等による第二レンズ群２２の停止位置精度の向上と、のバランスを図っている。

【0044】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ｆ２／ｆ）は、
－０．６５ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１５
を満たすことが好ましく、
－０．６０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．２０
を満たすことが、より好ましい。

【0045】

以上のように構成される光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１によれば、小型かつ近距離撮像可能となる。即ち、第一レンズ群２１が正の屈折力を有し、第二レンズ群２２が負の屈折力を有し、第三レンズ群２３が負の屈折力を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に第二レンズ群２２を可動させる本実施形態の光学系２では、各レンズ群２１～２３の構成や倍率、レンズ材料の選定等を適切にすることで、全体として小型で、近距離撮像時の性能や色収差の補正が十分になされている光学系の実現を可能にしている。

【0046】

また、本実施形態の光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１では、いわゆるインナーフォーカス光学系とすることでも、光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１の小型化等を図っている。詳しくは、以下の通りである。

【0047】

従来からレンズのフォーカシング方法として、全体繰り出し光学系が知られている。この全体繰り出し光学系は、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に光学系全体を物体側に繰り出す方式であり、光学系全体を部分群に分けずに一つに固定していることから、設計時に光学性能を上げる事が比較的容易である。しかしながら、レンズ全体をフォーカシングした際に、周辺像高光束のレンズ系の通る位置が無限遠と近距離で異なるので、像面湾曲の変動が大きくなり、その収差補正が困難であった。また、レンズ全体をフォーカシング時に移動させる距離は、焦点距離の二乗に比例して長くなる。このため、特に焦点距離の長い望遠レンズでは近距離撮影を実現させるためにフォーカシングの移動量が長くなり、その結果、光学系及び撮像装置の小型化が困難であった。

【0048】

一方、インナーフォーカス光学系は、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に光学系内の部分レンズ群を物体側、もしくは像側に可動させる方式であり、各物体距離に応じた収差補正を各群に振り分ける事から、フォーカス範囲内の収差補正が比較的容易である。また、フォーカス群をフォーカシング時に移動させる距離は、その感度を上げることが可能であり、移動量を短くすることが容易である。

【0049】

そこで、本実施形態の撮像装置１では、光学系２としてインナーフォーカス光学系を採用することによっても、全体として小型で、近距離撮像時の性能や色収差の補正が十分になされている光学系の実現を可能にしている。

【0050】

次に、本発明の光学系の実施例１～４について説明する。以下の各実施例において、上記実施形態の光学系２の各構成と対応する構成については、同じ符号を用いる。また、以下の各実施例における表において、ｒは曲率半径であり、ｄはレンズ厚又はレンズ間隔であり、ｎｄはｄ線の屈折率であり、ｖｄはｄ線基準のアッベ数を示す。また、非球面は、次式で定義されるものとする。
ｚ＝ｃｈ２／［１＋｛１－（１＋ｋ）ｃ２ｈ２｝１／２］＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０・・・
（但し、ｃは曲率（１／ｒ)、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・は各次数の非球面係数）

【0051】

また、各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ－ｌｉｎｅ）の特性であり、短破線はＦ線（Ｆ－ｌｉｎｅ）の特性であり、長破線はＣ線（Ｃ－ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は、最大像高（図中、Ｙで示す）を表し、実線は、サジタル平面（図中、Ｓで示す）の特性であり、破線は、メリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は、最大像高（図中、Ｙで示す）を表す。

【0052】

［実施例１］
図２及び図３は、本実施例１の光学系のレンズ構成図であり、図２は、無限遠合焦状態を示し、図３は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系では、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0053】

図４は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図５は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図６は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１は、各レンズの面データを示し、表２は、非球面データを示し、表３は、各種データを示し、表４は、レンズ群データを示し、表５は、単レンズデータを示す。

【0054】

【表1】

【表2】

【表3】

焦点距離は２１．９９９であり、最大像高は４．０００である。

【表4】

【表5】

【0055】

［実施例２］
図７及び図８は、本実施例２の光学系のレンズ構成図であり、図７は、無限遠合焦状態を示し、図８は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0056】

図９は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図１０は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図１１は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表６は、各レンズの面データを示し、表７は、非球面データを示し、表８は、各種データを示し、表９は、レンズ群データを示し、表１０は、単レンズデータを示す。

【0057】

【表6】

【表7】

【表8】

焦点距離は１１．６００であり、最大像高は２．０６０である。

【表9】

【表10】

【0058】

［実施例３］
図１２及び図１３は、本実施例３の光学系のレンズ構成図であり、図１２は、無限遠合焦状態を示し、図１３は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0059】

図１４は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図１５は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図１６は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１１は、各レンズの面データを示し、表１２は、非球面データを示し、表１３は、各種データを示し、表１４は、レンズ群データを示し、表１５は、単レンズデータを示す。

【0060】

【表11】

【表12】

【表13】

焦点距離は１１．５９８であり、最大像高は２．０６０である。

【表14】

【表15】

【0061】

［実施例４］
図１７及び図１８は、本実施例４の光学系のレンズ構成図であり、図１７は、無限遠合焦状態を示し、図１８は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0062】

図１９は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図２０は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図２１は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１６は、各レンズの面データを示し、表１７は、非球面データを示し、表１８は、各種データを示し、表１９は、レンズ群データを示し、表２０は、単レンズデータを示す。

【0063】

【表16】

【表17】

【表18】

焦点距離は２１．９９９であり、最大像高は４．０００である。

【表19】

【表20】

【0064】

以上の実施例１～４において、上記実施形態の各条件に対応する値を下記の表２１に示す。尚、表２１において、条件式（１）は、 ＯＡＬ２／ＯＡＬ であり、条件式（２）は、 ＯＡＬ／ｆ であり、条件式（３）は、 ｜Ｂ｜ であり、条件式（４）は、 （１－ｂ２２）×ｂ３２ であり、条件式（５）は、 ｆ２／ｆ である。

【表21】

【0065】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易に成し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【符号の説明】

【0066】

１…撮像装置、２…光学系、２０…プリズム（反射光学素子）、２１…第一レンズ群、２２…第二レンズ群、２２１…第二レンズ群２２中において正の屈折力の最も強いレンズ、２２２…第二レンズ群２２中において負の屈折力の最も強いレンズ、２３…第三レンズ群、２５…光学フィルター、２６…鏡筒、３…撮像素子、４…液晶画面、Ｃ…光軸、Ｆ…フォーカスレンズ群、Ｇ…レンズ群

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【手続補正書】

【提出日】2022-08-19

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、負の屈折力を有する第三レンズ群と、を備え、
フォーカシング時に、
前記第二レンズ群は、光軸に沿って移動し、
前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は、結像面に対する光軸方向の位置を固定され、
前記第二レンズ群の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ
を満たす、光学系。

【請求項2】

前記第二レンズ群は、
少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、
少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、
前記第二レンズ群中において、正の屈折力の最も強いレンズは、負の屈折力の最も強いレンズより像側に位置する、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００
を満たす、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項4】

光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜
を満たす、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項5】

前記第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、前記第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、
－１０．００ ≦ （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ≦ －２．００
を満たす、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項6】

光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
－０．７０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１０
を満たす、請求項１又は２に記載の光学系。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の光学系と、
前記光学系の像面側に配置され、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影素子と、を備える、撮影装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のレンズ群を備える光学系、及びこの光学系を備えた撮像装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、第三レンズ群と、を備え、フォーカシング時に第二レンズ群のみが光軸に沿って移動する光学系として、特許文献１（日本国特許５７４９６２９号公報）及び特許文献２（日本国特開２０２１－１７３８４７号公報）に記載の光学系が知られている。

【0003】

しかしながら、特許文献１に記載の光学系では近距離撮像が不十分であり、特許文献２に記載の光学系では、焦点距離に対する光学系の全長の比が大きく、小型化が不十分であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】日本国特許５７４９６２９号公報

【特許文献2】日本国特開２０２１－１７３８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明は、小型かつ近距離撮像可能な光学系、及び前記光学系を備えた撮像装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光学系は、
物体側から像側へ順に並ぶ、正の屈折力を有する第一レンズ群と、負の屈折力を有する第二レンズ群と、負の屈折力を有する第三レンズ群と、を備え、
フォーカシング時に、
前記第二レンズ群は、光軸に沿って移動し、
前記第一レンズ群及び前記第三レンズ群は、結像面に対する光軸方向の位置を固定され、
前記第二レンズ群の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ
を満たす。

【0007】

前記光学系において、
前記第二レンズ群は、
少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、
少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、
前記第二レンズ群中において、正の屈折力の最も強いレンズは、負の屈折力の最も強いレンズより像側に位置してもよい。

【0008】

また、前記光学系において、
光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００
を満たしてもよい。

【0009】

また、前記光学系において、
光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜
を満たしてもよい。

【0010】

また、前記光学系において、
前記第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、前記第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、
－１０．００ ≦ （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ≦ －２．００
を満たしてもよい。

【0011】

また、前記光学系において、
光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、
－０．７０ ≦ｆ２／ｆ ≦ －０．１０
を満たしてもよい。

【0012】

また、本発明に係る撮像装置は、
上記いずれかの光学系と、
前記光学系の像面側に配置され、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影素子と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、実施例１の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図3】図３は、実施例１の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図4】図４は、実施例１の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図5】図５は、実施例１の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図6】図６は、実施例１の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図7】図７は、実施例２の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図8】図８は、実施例２の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図9】図９は、実施例２の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図10】図１０は、実施例２の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図11】図１１は、実施例２の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図12】図１２は、実施例３の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図13】図１３は、実施例３の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図14】図１４は、実施例３の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図15】図１５は、実施例３の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図16】図１６は、実施例３の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【図17】図１７は、実施例４の光学系の無限遠合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図18】図１８は、実施例４の光学系の最至近合焦状態におけるレンズ構成図である。

【図19】図１９は、実施例４の光学系の無限遠合焦状態における縦収差図である。

【図20】図２０は、実施例４の光学系の像倍率「－０．５倍」における縦収差図である。

【図21】図２１は、実施例４の光学系の像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

【0015】

本実施形態に係る撮像装置１は、図１に示すように、光学系２と、光学系２の結像面位置に配置される撮像素子３と、撮像素子３から送られた撮像（画像）データを表示する液晶画面４と、を備える。また、撮像装置１は、光学系２を駆動する駆動部（図示省略）を備える。この駆動部は、ＶＣＭ（ボイスコイルモーター）等のアクチュエーターであり、光学系２に含まれる所定のレンズ又はレンズ群等を撮像素子３の受光面に対して略垂直な方向（光軸方向）に駆動する。また、撮像素子３は、光学系２によって形成された光学像を電気的信号（撮像データ）に変換する素子であり、本実施形態の撮像素子３は、ＣＭＯＳイメージセンサーである。

【0016】

光学系２は、いわゆるインナーフォーカス光学系であり、本実施形態の光学系２は、プリズムや反射鏡等の反射光学素子によって光軸（光路）Ｃを屈曲させる、いわゆるペリスコープ型の望遠レンズである。具体的に、光学系２は、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、光軸Ｃを屈曲させるプリズム２０と、光軸Ｃ上に並ぶ複数のレンズ群Ｇと、を備える。また、光学系２は、開口絞り２４と、複数のレンズ群Ｇと撮像素子３との間に配置される光学フィルター２５と、複数のレンズ群Ｇを保持する鏡筒２６と、を備える。

【0017】

複数のレンズ群Ｇは、光軸Ｃに沿って物体側から像側へ順に、少なくとも、第一レンズ群２１と、第二レンズ群２２と、第三レンズ群２３と、を含む。これら各レンズ群２１、２２、２３のそれぞれは、少なくとも一つのレンズ（光学素子）を含む。

【0018】

尚、本実施形態の光学系２において、レンズ群２１～２３は、便宜上の名称であり、一つの光学素子（レンズ等）のみによって構成されるものも含む。即ち、第一～第三レンズ群２１、２２、２３のそれぞれは、少なくとも一つのレンズ等の光学素子を有する。また、光学系２において、フォーカシング時に光軸Ｃ上の位置が固定されている光学素子（レンズ等）と、移動する光学素子との間でそれぞれ区分けし、区分けされた領域内の前記固定されている少なくとも一つの光学素子を一つのレンズ群とし、区分けされた領域内の前記移動する少なくとも一つの光学素子を別のレンズ群とする。

【0019】

この光学系２では、フォーカシング時に、第二レンズ群２２は、光軸Ｃに沿って移動し、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３は、撮像素子３（光学系２の結像面）に対する光軸Ｃ方向の位置を固定されている。即ち、本実施形態の光学系２において、各レンズ群２１、２２、２３のうち、第二レンズ群２２がフォーカスレンズ群Ｆを構成する。

【0020】

以下では、光学系２における各レンズ群２１～２３の詳細について説明する。

【0021】

第一レンズ群２１は、複数（本実施形態の例では、四つ）のレンズを含み、正の屈折力を有する。また、第二レンズ群２２は、複数（本実施形態の例では、二つ）のレンズを含み、負の屈曲率を有する。また、第三レンズ群２３は、複数（本実施形態の例では、二つ）のレンズを含み、負の屈折力を有する。

【0022】

ここで、第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離をＯＡＬ２とし、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離をＯＡＬとしたときに、光学系２は、下記の式（１）を満たす。
０．０６ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ・・・（１）

【0023】

この光学系２では、光軸Ｃに沿って配置される複数のレンズ群Ｇにおいて、正の屈折力を有する第一レンズ群２１が最も物体側に配置され、負の屈折力を有する第二レンズ群２２が第一レンズ群２１の像側に配置され、負の屈折力を有する第三レンズ群２３が最も像側に配置されている。これにより、光学系２においてテレフォトのパワー配置を取ることが容易となるため、第一レンズ群２１の焦点距離を短くすることができ、その結果、光学系２の小型化（詳しくは、光軸Ｃ方向の小型化）を実現することができる。

【0024】

しかも、フォーカシング時には第二レンズ群を可動とし、前後のレンズ群２１、２３との収差変動バランスを調整する事で、全体繰り出し方式と比較して近接撮像時の像面湾曲変動を抑える事ができるため、近接撮像距離をより短くすることが可能となる。

【0025】

更に、第一レンズ群２１と第三レンズ群２３とを結像面に対して固定し、可動とするレンズ群を第二レンズ群２２のみとする事で、メカやアクチュエーターに対する負荷を軽減することができ、これにより、光学系２を含む撮像装置１全体の小型化の実現が可能となる。

【0026】

また、上記の式（１）は、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離に対する第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離の比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）を規定しており、この比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）が下限値（０．０６）を下回ると、全フォーカス領域の中での収差補正が不十分となり結像性能が不十分となる。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系２全体の最物体側面から結像面までの距離に対する第二レンズ群２２の最物体側面から最像側面までの距離の比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）を式（１）の範囲とすることで、全フォーカス領域の中で十分な収差補正を行えるようにし、これにより、十分な結像性能を確保した。

【0027】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ＯＡＬ２／ＯＡＬ）は、
０．１１ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ≦ ０．３０
を満たすことが好ましく、
０．１５ ≦ ＯＡＬ２／ＯＡＬ ≦ ０．２２
を満たすことが、より好ましい。

【0028】

また、光学系２において、第二レンズ群２２が、少なくとも一枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも一枚の負の屈折力を有するレンズと、を有し、第二レンズ群２２中において正の屈折力の最も強いレンズ２２１が負の屈折力の最も強いレンズ２２２より像側に位置してもよい。

【0029】

この構成によれば、第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での収差補正を実現することができる。詳しくは、以下の通りである。

【0030】

第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での収差補正を実現するためには、第二レンズ群２２の物体側では第一レンズ群２１で強く収束した軸上光束を適度に収束した光束とし、周辺光束は跳ね上げて第二レンズ群２２の像側に導くために負のパワーが必要となる。また、第二レンズ群２２の像側では、所望のＦナンバーとなるように収束させる正のパワーが必要となる。

【0031】

そこで、本実施形態の光学系２では、上記構成のように、第二レンズ群２２が正の屈折力を有する少なくとも一つのレンズと負の屈折力を有する少なくとも一つのレンズとを具備し、第二レンズ群２２中で正の屈折力の最も強いレンズ２２１が負の屈折力の最も強いレンズ２２２よりも像側に位置する構成を採用することによって、第二レンズ群２２の移動のみで無限遠から近接撮影までの全フォーカス領域での好適な収差補正を可能とした。

【0032】

また、光学系２において、光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとしたときに、該光学系２は、下記の式（２）を満たしてもよい。
ＯＡＬ／ｆ ≦ ２．００ ・・・（２）

【0033】

上記の式（２）は、焦点距離に対する光学系全体の最物体側面から像面までの距離の比率（ＯＡＬ／ｆ）を規定しており、この比率（ＯＡＬ／ｆ）が上限値（２．００）を上回ると、光学全長を十分に短くできているとは言えず、光学系２のみならず該光学系２を備える撮像装置１全体の小型化も実現できない。そこで、本実施形態の光学系２では、焦点距離に対する光学系全体の最物体側面から像面までの距離の比率（ＯＡＬ／ｆ）を式（２）の範囲とすることで、光学全長を十分に短くし、これにより、光学系２のみならず該光学系２を備える撮像装置１全体の小型化も図っている。

【0034】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ＯＡＬ／ｆ）は、
０．８０ ≦ ＯＡＬ／ｆ ≦ １．５０
を満たすことが好ましく、
０．９０ ≦ ＯＡＬ／ｆ ≦ １．００
を満たすことが、より好ましい。

【0035】

また、光学系２において光学系全体の最大横倍率をＢとしたときに、該光学系２は、下記の式（３）を満たしてもよい。
０．５０ ≦ ｜Ｂ｜ ・・・（３）

【0036】

上記の式（３）は、光学系全体の最大横倍率を規定しており、この数値が下限値（０．５０）を下回ると、十分に近距離撮像ができているとはいえず、撮像可能な物体距離を短くすることができない。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系全体の最大横倍率を式（３）の範囲とすることで、撮像可能な物体距離を短くし、これにより、小型かつ近距離撮像可能な光学系２、及び該光学系２および撮像装置１を実現可能とした。

【0037】

ここで、最大横倍率は、近距離撮像の程度を表す数値であり、被写体の物体の高さに対する撮像面の像の高さの比率である。例えば、近距離撮像時で｜Ｂ｜が１．００のときに被写体と撮像面の大きさが等しくなる。また、遠距離撮像時には｜Ｂ｜は０．００に近づくことになる。

【0038】

尚、本実施形態の光学系２において、光学系全体の最大横倍率は、
０．７５ ≦ ｜Ｂ｜
を満たすことが好ましく、
１．００ ≦ ｜Ｂ｜
を満たすことが、より好ましい。

【0039】

また、光学系２において、第二レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ２とし、第三レンズ群の無限遠合焦時の横倍率をｂ３としたときに、該光学系２は、下記の式（４）を満たしてもよい。
－１０．００ ≦ （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ≦ －２．００ ・・・（４）

【0040】

上記の式（４）は、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量の比率（（１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ）を規定しており、全体繰り出しの光学系ではこの数式に該当する数値は１であるが、本実施形態の光学系２のようなインナーフォーカス光学系では、その比率を負の値で大きくとることで、少ない移動量で近距離撮像可能にし、光学系２全体の小型化を実現している。この比率（（１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ）が下限値（－１０．００）を下回ると、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量が大きくなりすぎ、アクチュエーター等の駆動装置で第二レンズ群２２の停止位置精度を上げることが困難となる。一方、この比率（（１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ）が上限値（－２．００）を上回ると、近距離撮像のための第二レンズ群２２の移動量が大きくなるため、光学系２全体の小型化が困難となる。そこで、本実施形態の光学系２では、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量の比率（（１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ）を上記の式（４）の範囲とすることで、フォーカシング時のアクチュエーター等による第二レンズ群２２の停止位置精度の向上と、光学系２全体の小型化と、のバランスを図っている。

【0041】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（（１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ）は、
－９．００ ≦ （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ≦ －２．５０
を満たすことが好ましく、
－８．００ ≦ （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ ≦ －５．００
を満たすことが、より好ましい。

【0042】

また、光学系２において、光学系全体の無限遠合焦時の焦点距離をｆとし、前記第二レンズ群の焦点距離をｆ２としたときに、該光学系２は、下記の式（５）を満たしてもよい。
－０．７０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１０ ・・・（５）

【0043】

上記の式（５）は、光学系２全体の無限遠合焦時の焦点距離に対する第二レンズ群２２の焦点距離の比率（ｆ２／ｆ）を規定しており、この比率（ｆ２／ｆ）が下限値（－０．７０）を下回ると、第二レンズ群２２のパワーが弱くなり、近距離撮像のための第二レンズ群２２の移動量が大きくなるため、光学系２全体の小型化が困難となる。一方、この比率（ｆ２／ｆ）が上限値（－０・１０）を上回ると、第二レンズ群２２の光軸Ｃ方向の移動量に対する結像面の移動量が大きくなりすぎ、アクチュエーター等の駆動装置での第二レンズ群２２の停止位置精度を上げることが困難となる。そこで、本実施形態の光学系２では、光学系２全体の無限遠合焦時の焦点距離に対する第二レンズ群２２の焦点距離の比率（ｆ２／ｆ）を上記の式（５）の範囲とすることで、光学系２全体の小型化と、フォーカシング時のアクチュエーター等による第二レンズ群２２の停止位置精度の向上と、のバランスを図っている。

【0044】

尚、本実施形態の光学系２において、前記比率（ｆ２／ｆ）は、
－０．６５ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．１５
を満たすことが好ましく、
－０．６０ ≦ ｆ２／ｆ ≦ －０．２０
を満たすことが、より好ましい。

【0045】

以上のように構成される光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１によれば、小型かつ近距離撮像可能となる。即ち、第一レンズ群２１が正の屈折力を有し、第二レンズ群２２が負の屈折力を有し、第三レンズ群２３が負の屈折力を有し、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に第二レンズ群２２を可動させる本実施形態の光学系２では、各レンズ群２１～２３の構成や倍率、レンズ材料の選定等を適切にすることで、全体として小型で、近距離撮像時の性能や色収差の補正が十分になされている光学系の実現を可能にしている。

【0046】

また、本実施形態の光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１では、いわゆるインナーフォーカス光学系とすることでも、光学系２、及び光学系２を備える撮像装置１の小型化等を図っている。詳しくは、以下の通りである。

【0047】

従来からレンズのフォーカシング方法として、全体繰り出し光学系が知られている。この全体繰り出し光学系は、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に光学系全体を物体側に繰り出す方式であり、光学系全体を部分群に分けずに一つに固定していることから、設計時に光学性能を上げる事が比較的容易である。しかしながら、レンズ全体をフォーカシングした際に、周辺像高光束のレンズ系の通る位置が無限遠と近距離で異なるので、像面湾曲の変動が大きくなり、その収差補正が困難であった。また、レンズ全体をフォーカシング時に移動させる距離は、焦点距離の二乗に比例して長くなる。このため、特に焦点距離の長い望遠レンズでは近距離撮影を実現させるためにフォーカシングの移動量が長くなり、その結果、光学系及び撮像装置の小型化が困難であった。

【0048】

一方、インナーフォーカス光学系は、無限遠から近距離へのフォーカシングの際に光学系内の部分レンズ群を物体側、もしくは像側に可動させる方式であり、各物体距離に応じた収差補正を各群に振り分ける事から、フォーカス範囲内の収差補正が比較的容易である。また、フォーカス群をフォーカシング時に移動させる距離は、その感度を上げることが可能であり、移動量を短くすることが容易である。

【0049】

そこで、本実施形態の撮像装置１では、光学系２としてインナーフォーカス光学系を採用することによっても、全体として小型で、近距離撮像時の性能や色収差の補正が十分になされている光学系の実現を可能にしている。

【0050】

次に、本発明の光学系の実施例１～４について説明する。以下の各実施例において、上記実施形態の光学系２の各構成と対応する構成については、同じ符号を用いる。また、以下の各実施例における表において、ｒは曲率半径であり、ｄはレンズ厚又はレンズ間隔であり、ｎｄはｄ線の屈折率であり、ｖｄはｄ線基準のアッベ数を示す。また、非球面は、次式で定義されるものとする。
ｚ＝ｃｈ ^２ ／［１＋｛１－（１＋ｋ）ｃ ^２ ｈ ^２ ｝ ^１／２ ］＋Ａ４ｈ ^４ ＋Ａ６ｈ ^６ ＋Ａ８ｈ ^８ ＋Ａ１０ｈ ^１０ ・・・
（但し、ｃは曲率（１／ｒ)、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・は各次数の非球面係数）

【0051】

また、各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ－ｌｉｎｅ）の特性であり、短破線はＦ線（Ｆ－ｌｉｎｅ）の特性であり、長破線はＣ線（Ｃ－ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は、最大像高（図中、Ｙで示す）を表し、実線は、サジタル平面（図中、Ｓで示す）の特性であり、破線は、メリディオナル平面（図中、Ｍで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は、最大像高（図中、Ｙで示す）を表す。

【0052】

［実施例１］
図２及び図３は、本実施例１の光学系のレンズ構成図であり、図２は、無限遠合焦状態を示し、図３は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系では、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0053】

図４は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図５は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図６は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１は、各レンズの面データを示し、表２は、非球面データを示し、表３は、各種データを示し、表４は、レンズ群データを示し、表５は、単レンズデータを示す。

【0054】

【表1】

【表2】

【表3】

焦点距離は２１．９９９であり、最大像高は４．０００である。

【表4】

【表5】

【0055】

［実施例２］
図７及び図８は、本実施例２の光学系のレンズ構成図であり、図７は、無限遠合焦状態を示し、図８は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0056】

図９は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図１０は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図１１は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表６は、各レンズの面データを示し、表７は、非球面データを示し、表８は、各種データを示し、表９は、レンズ群データを示し、表１０は、単レンズデータを示す。

【0057】

【表6】

【表7】

【表8】

焦点距離は１１．６００であり、最大像高は２．０６０である。

【表9】

【表10】

【0058】

［実施例３］
図１２及び図１３は、本実施例３の光学系のレンズ構成図であり、図１２は、無限遠合焦状態を示し、図１３は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0059】

図１４は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図１５は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図１６は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１１は、各レンズの面データを示し、表１２は、非球面データを示し、表１３は、各種データを示し、表１４は、レンズ群データを示し、表１５は、単レンズデータを示す。

【0060】

【表11】

【表12】

【表13】

焦点距離は１１．５９８であり、最大像高は２．０６０である。

【表14】

【表15】

【0061】

［実施例４］
図１７及び図１８は、本実施例４の光学系のレンズ構成図であり、図１７は、無限遠合焦状態を示し、図１８は、最至近合焦状態を示す。また、光学系の各構成を示す符号は、上記実施形態の光学系２の対応する構成の符号と同じである。また、この光学系においても、フォーカシングの際に、第一レンズ群２１及び第三レンズ群２３の撮像素子（像面）３に対する光軸Ｃ上の位置が固定されている。

【0062】

図１９は、無限遠合焦状態における縦収差図であり、図２０は、像倍率「－０．５倍」における縦収差図であり、図２１は、像倍率「－１．０倍」における縦収差図である。また、下記の表１６は、各レンズの面データを示し、表１７は、非球面データを示し、表１８は、各種データを示し、表１９は、レンズ群データを示し、表２０は、単レンズデータを示す。

【0063】

【表16】

【表17】

【表18】

焦点距離は２１．９９９であり、最大像高は４．０００である。

【表19】

【表20】

【0064】

以上の実施例１～４において、上記実施形態の各条件に対応する値を下記の表２１に示す。尚、表２１において、条件式（１）は、 ＯＡＬ２／ＯＡＬ であり、条件式（２）は、 ＯＡＬ／ｆ であり、条件式（３）は、 ｜Ｂ｜ であり、条件式（４）は、 （１－ｂ２ ^２ ）×ｂ３ ^２ であり、条件式（５）は、 ｆ２／ｆ である。

【表21】

【0065】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易に成し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【符号の説明】

【0066】

１…撮像装置、２…光学系、２０…プリズム（反射光学素子）、２１…第一レンズ群、２２…第二レンズ群、２２１…第二レンズ群２２中において正の屈折力の最も強いレンズ、２２２…第二レンズ群２２中において負の屈折力の最も強いレンズ、２３…第三レンズ群、２５…光学フィルター、２６…鏡筒、３…撮像素子、４…液晶画面、Ｃ…光軸、Ｆ…フォーカスレンズ群、Ｇ…レンズ群

【国際調査報告】