JP2018097240A - 光学系、光学機器および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で、無限遠物体から近距離物体までの合焦動作による収差変動を抑えつつ、収差量を変化させることが可能な光学系、光学機器および撮像装置を提供すること。【解決手段】フォーカシングに際して互いに異なる軌跡で移動する第１フォーカス群および第２フォーカス群を含む光学系であって、光学系の配置状態は、所定の物体距離において合焦状態となり、第１の収差量を発生させるように第１フォーカス群および第２フォーカス群が配置された第１の配置状態と、所定の物体距離において合焦状態となり、第１の収差量とは異なる第２の収差量を発生させるように第１フォーカス群および第２フォーカス群が配置された第２の配置状態と、を含む。【選択図】図１
Description
本発明は、光学系、光学機器および撮像装置に関する。
従来、収差の発生量を連続的に変化させることによって描写性を変化させる収差可変光学系が知られている。例えば、球面収差を利用して画面中央から周辺まで均一なフレアを発生させることで、描写性を変化させるソフトフォーカスレンズが知られている。
特許文献１の２群構成の光学系では、球面収差を変化させるために第１レンズ群と第２レンズ群との間隔を調整している。
また、特許文献２の３群構成の光学系では、第３レンズ群は正レンズと負レンズとを有し、球面収差を変化させるために正レンズと負レンズとの間隔を調整している。
しかしながら、特許文献１の光学系では、第２レンズ群が負の単レンズのみを有する構成であるため、全系の焦点距離が変化する、または像面湾曲や歪曲収差が変化するという課題が生じる。また、特許文献２の光学系では、近距離物体に合焦する場合、球面収差や軸外コマ収差の変動が大きいという課題が生じる。また、収差可変作用と合焦動作を行う場合、３つのレンズ群が移動し、構成が複雑になるという課題が生じる。
このような課題に鑑みて、本発明は、簡易な構成で、無限遠物体から近距離物体までの合焦動作による収差変動を抑えつつ、収差量を変化させることが可能な光学系、光学機器および撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての光学系は、フォーカシングに際して互いに異なる軌跡で移動する第１フォーカス群および第２フォーカス群を含む光学系であって、前記光学系の配置状態は、所定の物体距離において合焦状態となり、第１の収差量を発生させるように前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群が配置された第１の配置状態と、前記所定の物体距離において合焦状態となり、前記第１の収差量とは異なる第２の収差量を発生させるように前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群が配置された第２の配置状態と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成で、無限遠物体から近距離物体までの合焦動作による収差変動を抑えつつ、収差量を変化させることが可能な光学系、光学機器および撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
本発明の光学系は、レンズ群（第１フォーカス群）Ｂ１とレンズ群（第２フォーカス群）Ｂ２とを有する。本発明の光学系では、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２を互いに異なる軌跡で移動させることで、無限遠物体から近距離物体への合焦（フォーカシング）を行う。なお、レンズ群は、合焦を行う場合に一体的に移動するレンズ要素であって、１以上のレンズを有していればよい。
また、本発明の光学系は、所定の物体距離において合焦状態とみなされる条件を満足するとともに、第１の収差量を発生させる第１および第２のレンズ群の第１の配置状態を有する。さらに、本発明の光学系は、上記条件を満足するとともに、第１の収差量と異なる第２の収差量を発生させる第１および第２のレンズ群の第２の配置状態を有する。
所定の物体距離において合焦状態とみなされる条件とは、焦点位置がピント面においてコントラストのピーク位置（ベストピント）の前後の位置範囲内、すなわちボケが許容される範囲（焦点深度）内であることをいう。光学系のＦナンバーをＦ、許容錯乱円径をδとすると、焦点深度幅は±Ｆδとなる。
１つのレンズ群で、収差を変化させることは可能であるが、焦点位置が変化し、焦点位置を合焦動作によって補正した場合、画角（焦点距離）が変化し撮影時に任意に収差を変化させることが難しくなる。本実施形態では、収差を変化させる際、光学系内の２つのレンズ群を移動させることにより、画角（焦点距離）や焦点位置の変化を抑制することが可能となる。
無限遠物体から近距離物体への合焦に際して移動するレンズ群とは異なるレンズ群を移動させることで、任意の物体距離における収差を変化させることも可能であるが、機構が複雑化してしまうため好ましくない。本実施形態では、無限遠物体から近距離物体への合焦に際して移動するレンズ群に、収差を変化させる機能を加えることにより、簡易な構成で、任意の物体距離における収差を変化させることが可能となる。
以上のように、光学系の構成を適切に設定することで、簡易な構成で、無限遠物体から近距離物体までの結像性能を高め、収差を可変にすることができる。
また、本実施形態では、光学系ＬＡは、無限遠物体に対する合焦状態とみなされる場合、収差の発生量が異なる、少なくとも２つのレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の配置状態（第１の配置状態および第２の配置状態）を有することが好ましい。なお、無限遠物体に対する合焦状態とみなされるとは、焦点位置がピント面においてコントラストのピーク位置（ベストピント）の前後の位置範囲内、すなわちボケが許容される範囲（焦点深度）内であることをいう。このとき、光学系ＬＡは、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
ただし、
Ｓ１＝（１−βｉ１２）×βｉ１ｒ２
Ｓ２＝（１−βｉ２２）×βｉ２ｒ２
である。
Ｓ１＝（１−βｉ１２）×βｉ１ｒ２
Ｓ２＝（１−βｉ２２）×βｉ２ｒ２
である。
ここで、Ｓ１およびＳ２はそれぞれ、第１の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の位置敏感度、Ｘ１およびＸ２はそれぞれ、第１の配置状態から第２の配置状態に変化する場合のレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の移動量である。また、βｉ１およびβｉ２はそれぞれ、第１の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の横倍率である。βｉ１ｒおよびβｉ２ｒはそれぞれ、第１の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２より像側に配置されるレンズ群の合成横倍率である。
なお、位置敏感度とは、フォーカスレンズ群の移動距離に対する像面ＩＰの移動距離の比である。また、Ｘ１およびＸ２の符号は、像側に移動する場合を正、物体側に移動する場合を負とする。
条件式（１）は、収差を変化させる際に焦点位置を略一定に保つための条件式であり、位置敏感度の符号および移動方向の符号の組み合わせを規定している。条件式（１）の第１項と第２項の和が０になり、条件式（１）を満たすようにレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２を移動させることで、収差を変化させる際に焦点位置を略一定に保つことができる。これにより、合焦動作を再度行う必要がない。また、２つのレンズ群を移動させることで、収差を変化させる際の球面収差および像面湾曲の変化を互いに補正することも可能となる。
また、光学系ＬＡは、最も物体側に正または負の屈折力（光学的パワー、焦点距離の逆数）の第１レンズ群Ｇ１を有し、第１および第２の配置状態における光学全長（レンズ全長）をそれぞれＬｉ、Ｌｊとしたとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。なお、光学全長とは、無限遠物体に合焦している場合の第１レンズ面から像面までの距離である。
０．９９＜Ｌｉ／Ｌｊ＜１．０１ （２）
条件式（２）は、第１および第２の配置状態における光学全長の変化を抑制するための条件式である。第１の配置状態から第２の配置状態に変化する場合、第１レンズ群Ｇ１は固定される（移動しない）ことが望ましい。第１レンズ群Ｇ１を固定群とすることで、光学全長の変化が抑制され、鏡筒の簡素化が可能となる。また、第１レンズ群Ｇ１を固定群とすることで、ユーザの操作性も良好になる。
条件式（２）は、第１および第２の配置状態における光学全長の変化を抑制するための条件式である。第１の配置状態から第２の配置状態に変化する場合、第１レンズ群Ｇ１は固定される（移動しない）ことが望ましい。第１レンズ群Ｇ１を固定群とすることで、光学全長の変化が抑制され、鏡筒の簡素化が可能となる。また、第１レンズ群Ｇ１を固定群とすることで、ユーザの操作性も良好になる。
また、光学系ＬＡは、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．９＜（βｉ１×βｉ２）／（βｊ１×βｊ２）＜１．１ （３）
ここで、βｉ１およびβｉ２はそれぞれ、第１の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の横倍率である。また、βｊ１およびβｊ２はそれぞれ、第２の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の横倍率である。
ここで、βｉ１およびβｉ２はそれぞれ、第１の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の横倍率である。また、βｊ１およびβｊ２はそれぞれ、第２の配置状態におけるレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の横倍率である。
条件式（３）のβｉ１×βｉ２とβｊ１×βｊ２の比は、第１の配置状態から第２の配置状態に変化する場合の倍率の変化を示している。条件式（３）の範囲を外れると、第１の配置状態から第２の配置状態への変化に際して、画角を略一定に保つことが困難になるため好ましくない。画角が変化した際、ソフトウェアによる画像の拡大または縮小により画角を略一定に保つことも可能だが、画質の劣化を招くため、光学系で行うことが好ましい。
また、光学系ＬＡは、最至近物体に合焦時の像倍率をβとしたとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
β＜−０．１ （４）
条件式（４）は、最至近の物点に合焦した場合の像倍率（横倍率）を規定した条件式である。電子ズーム等による拡大により補ってもよいが、高精度な収差補正を要求されるとともに、光学系の大型化を招くため好ましくない。
条件式（４）は、最至近の物点に合焦した場合の像倍率（横倍率）を規定した条件式である。電子ズーム等による拡大により補ってもよいが、高精度な収差補正を要求されるとともに、光学系の大型化を招くため好ましくない。
また、光学系ＬＡは、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の焦点距離をそれぞれｆ１およびｆ２としたとき、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
０．４＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．５ （５）
条件式（５）は、レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１をレンズ群Ｂ２の焦点距離ｆ２で規定した条件式である。条件式（５）の上限を上回ると、レンズ群Ｂ１の屈折力が弱くなり、近距離物体に合焦する際、レンズ群Ｂ１の移動量が増大する。また、レンズ群Ｂ２の屈折力が強くなり、近距離物体に合焦する際に球面収差が増大し、その補正が難しくなる。条件式（５）の下限を下回ると、レンズ群Ｂ２の屈折力が弱くなり、近距離物体に合焦する際にレンズ群Ｂ２の移動量が増大する。また、レンズ群Ｂ１の屈折力が強くなり、近距離物体に合焦する際に球面収差が増大し、その補正が難しくなる。
条件式（５）は、レンズ群Ｂ１の焦点距離ｆ１をレンズ群Ｂ２の焦点距離ｆ２で規定した条件式である。条件式（５）の上限を上回ると、レンズ群Ｂ１の屈折力が弱くなり、近距離物体に合焦する際、レンズ群Ｂ１の移動量が増大する。また、レンズ群Ｂ２の屈折力が強くなり、近距離物体に合焦する際に球面収差が増大し、その補正が難しくなる。条件式（５）の下限を下回ると、レンズ群Ｂ２の屈折力が弱くなり、近距離物体に合焦する際にレンズ群Ｂ２の移動量が増大する。また、レンズ群Ｂ１の屈折力が強くなり、近距離物体に合焦する際に球面収差が増大し、その補正が難しくなる。
更に好ましくは、条件式（５）の数値範囲を以下のように設定すればよい。
０．４５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．４５ （５ａ）
条件式（５ａ）を満たすことにより、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の屈折率の分担がより適正となり、近距離物体に合焦した場合の球面収差の増大を容易に軽減することができる。
０．４５＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．４５ （５ａ）
条件式（５ａ）を満たすことにより、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の屈折率の分担がより適正となり、近距離物体に合焦した場合の球面収差の増大を容易に軽減することができる。
また、光学系ＬＡは、以下の式（６）を満足するレンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２の第３の配置状態を有することが好ましい。
Ｉ＜０ （６）
ここで、Ｉは、無限遠物体に合焦時の３次の収差係数である。
ここで、Ｉは、無限遠物体に合焦時の３次の収差係数である。
条件式（６）は、球面収差の発生方向を規定した条件式である。条件式（６）の範囲を外れると、球面収差をオーバーコレクション（補正過剰）方向へ発生させることが困難となる。
以下で説明する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、銀塩フィルムカメラ、ＴＶ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。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。
また、各実施例では、所定の物体距離に合焦時のレンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２の配置状態をモード１とする。モード１の所定の物体距離に対する合焦状態を保ちつつ、球面収差をマイナス方向へ変化させた場合のレンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２の配置状態をモード２、プラス方向へ変化させた場合のレンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２の配置状態をモード３とする。
図１は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの断面図である。光学系ＬＡは、物体側（前方）から像側（後方）へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２（レンズ群Ｂ１）、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３（レンズ群Ｂ２）を備える。なお、図の左側が物体側で、右方が像側である。開口絞りＳＰは、開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束を決定（制限）する。像面ＩＰには、例えば、光学系ＬＡを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場合、ＣＣＤセンサや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、光学系ＬＡを銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する場合、フィルム面に相当する感光面が配置される。フォーカスに関する矢印は、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合のレンズ群の移動方向を示している。
図２は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図３は、モード２における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図４は、モード３における無限遠物体合焦時の光学系の収差図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
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、実線はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、２点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）である。非点収差図において、実線はｄ線におけるサジタル像面、点線は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、２点鎖線はｇ線である。
本実施例の光学系ＬＡでは、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２は互いの間隔が狭くなるようにいずれも物体側へ移動する。これにより、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合に、レンズ群Ｂ２に入射する光線の入射高さを低く抑えている。同時に、レンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２を一体で繰り出すフォーカス方式と比べて、レンズ群Ｂ２に入射する光線の入射角度を小さくすることが容易となり、諸収差、特に軸外コマ収差を効率よく補正している。
レンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２を一体で繰り出した場合、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う際に球面収差がマイナス方向へ増大する。このため、近距離物体への合焦に関しては、良好な光学性能を得ることが困難になる。これに対して、本実施例では、レンズ群Ｂ１とレンズ群Ｂ２の間隔を変化させるフローティングフォーカス方式を採用している。これにより、レンズ群Ｂ１より発生する球面収差をレンズ群Ｂ２より発生する逆符号の球面収差により効果的に打ち消すことで、各レンズ群より発生する球面収差を良好に補正している。
本実施例では、モード１からモード２への変化に際して、レンズ群Ｂ１はモード１における位置よりも物体側に、レンズ群Ｂ２はモード１における位置よりも像側に配置される。また、モード１からモード３への変化に際して、レンズ群Ｂ１はモード１における位置よりも像側に、レンズ群Ｂ２はモード１における位置よりも物体側に配置される。
また、表５に示されるように、本実施例の光学系ＬＡは、条件式（１）〜（６）を満足する。
図５は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの断面図である。光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２（レンズ群Ｂ１）、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３（レンズ群Ｂ２）を有する。
図６は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図７は、モード２における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図８は、モード３における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
本実施例の光学系ＬＡでは、実施例１の光学系ＬＡと同様に、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２は互いの間隔が狭くなるようにいずれも物体側へ移動する。これにより、本実施例の光学系ＬＡは、実施例１で説明した効果を得ることができる。
本実施例では、実施例１と同様に、モード１からモード２への変化に際して、レンズ群Ｂ１はモード１における位置よりも物体側に、レンズ群Ｂ２はモード１における位置よりも像側に配置される。また、モード１からモード３への変化に際して、レンズ群Ｂ１はモード１における位置よりも像側に、レンズ群Ｂ２はモード１における位置よりも物体側に配置される。
また、表５に示されるように、本実施例の光学系ＬＡは、条件式（１）〜（６）を満足する。
図９は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの断面図である。光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２（レンズ群Ｂ１）、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３（レンズ群Ｂ２）を有する。
図１０は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、および図１０（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図１１は、モード２における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、および図１１（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図１２は、モード３における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
本実施例の光学系ＬＡでは、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合、レンズ群Ｂ１は像側へ移動し、レンズ群Ｂ２は像側に凸状の軌跡で移動する。これにより、本実施例の光学系ＬＡは、実施例１で説明した効果を得ることができる。
本実施例では、モード１からモード２への変化に際して、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２はそれぞれ、モード１における位置よりも物体側に配置される。また、モード１からモード３への変化に際して、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２はそれぞれ、モード１における位置よりも像側に配置される。
また、表５に示されるように、本実施例の光学系ＬＡは、条件式（１）〜（６）を満足する。
図１３は、モード１における無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの断面図である。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）はそれぞれ、広角端、中間ズーム位置、および望遠端における光学系の断面図である。本実施例では、広角端と望遠端は変倍用のレンズ群が機構上、光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。光学系ＬＡは、物体側から像側へ順に、正、負、正、正、負、正、正、負の屈折力を有する８群構成のズームレンズである。
図１４は、実施例４のモード１における広角端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図１５は、実施例４のモード２における広角端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）および図１５（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図１６は、実施例４のモード３における広角端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１２倍である場合を示している。
図１７は、実施例４のモード１における中間ズーム位置での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）および図１７（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１６倍である場合を示している。
図１８は、実施例４のモード２における中間ズーム位置での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１６倍である場合を示している。
図１９は、実施例４のモード３における中間ズーム位置での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）および図１９（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．１６倍である場合を示している。
図２０は、実施例４のモード１における望遠端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）および図２０（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．２５倍である場合を示している。
図２１は、実施例４のモード２における望遠端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）および図２１（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．２５倍である場合を示している。
図２２は、実施例４のモード３における望遠端での無限遠物体合焦時の光学系ＬＡの収差図である。図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）はそれぞれ、無限遠物体に合焦している場合、結像倍率が−０．０２倍である場合、および結像倍率が−０．２５倍である場合を示している。
本実施例の光学系ＬＡでは、無限遠物体から近距離物体への合焦を行う場合、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２は互いの間隔が狭くなるように移動する。これにより、本実施例の光学系ＬＡは、実施例１で説明した効果を得ることができる。
本実施例では、モード１からモード２への変化に際して、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２はそれぞれ、モード１における位置よりも物体側に配置される。また、モード１からモード３への変化に際して、レンズ群Ｂ１およびレンズ群Ｂ２はそれぞれ、モード１における位置よりも像側に配置される。
また、表５に示されるように、本実施例の光学系ＬＡは、条件式（１）〜（６）を満足する。
以上説明したように、本実施形態の光学系は、簡易な構成で、無限遠物体から近距離物体までの合焦動作による収差変動を抑えつつ、収差量を変化させることが可能である。
以下、実施例１から実施例４のそれぞれに対応する数値実施例１から数値実施例４を示す。各数値実施例において、ｒは各面の曲率半径、ｄは第ｉ面と第ｉ＋１面間のレンズ厚および空気間隔、ｎｄおよびνｄはそれぞれ、ｄ線を基準とした光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。＊は、非球面形状を有する面を意味している。ＢＦは、バックフォーカスである。焦点距離などは、左から順に無限遠物体合焦時における値、無限遠物体合焦状態を保ち球面収差をマイナス方向へ変化させた状態の値、無限遠部物体合焦状態を保ち球面収差をプラス方向へ変化させた状態での値を表している。
非球面形状は、Ｘを光軸方向の基準面からの変位量、Ｈを光軸に対して垂直な方向の光軸の高さ、Ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４からＡ１２を各々非球面係数とするとき、
なる式で表される。
実施例１から実施例４の各種のデータ項目において、物体距離（撮像倍率）の変化および収差の変化におけるレンズ間隔をそれぞれ表１、表２、表３、表４に示す。左から順にモード１、モード２、モード３を示している。モード１、モード２、モード３の収差係数ＩをそれぞれＩ１、Ｉ２、Ｉ３とする。
また、各条件式と実施例１から実施例４の関係を表５に示す。条件式（６）は、各モードの中で収差係数Ｉが最小値であるモードの値が記載されている。「ｅ−ｘ」は、１０-xを意味する。
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 73.117 8.54 1.83481 42.7
2 529.326 2.85
3 567.053 2.50 1.53172 48.8
4 38.089 14.65
5 -57.716 2.50 1.68948 31.0
6 100.195 8.53
7 129.031 8.39 1.77250 49.6
8 -72.534 (可変)
9 220.348 3.52 1.80810 22.8
10 -939.941 0.42
11 36.216 10.00 1.81600 46.6
12 829.783 3.00 1.72047 34.7
13 28.894 9.25
14(絞り) ∞ (可変)
15 -32.944 1.80 1.65412 39.7
16 95.642 0.00
17 53.370 7.95 1.81600 46.6
18 -50.351 2.61
19 -55.805 5.99 1.59522 67.7
20 -28.239 1.80 1.69895 30.1
21 -174.528 3.11
22 105.030 5.85 1.77250 49.5
23* -67.535 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第23面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.52438e-006 A 6=-5.73009e-010 A 8= 4.20022e-012
焦点距離 57.57 57.89 57.00
Fナンバー 1.43 1.44 1.44
画角 20.60 20.49 20.79
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 160.04 160.04 160.04
BF 40.43 40.27 40.70
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
9 14 145.04
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
15 23 63.34
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 73.117 8.54 1.83481 42.7
2 529.326 2.85
3 567.053 2.50 1.53172 48.8
4 38.089 14.65
5 -57.716 2.50 1.68948 31.0
6 100.195 8.53
7 129.031 8.39 1.77250 49.6
8 -72.534 (可変)
9 220.348 3.52 1.80810 22.8
10 -939.941 0.42
11 36.216 10.00 1.81600 46.6
12 829.783 3.00 1.72047 34.7
13 28.894 9.25
14(絞り) ∞ (可変)
15 -32.944 1.80 1.65412 39.7
16 95.642 0.00
17 53.370 7.95 1.81600 46.6
18 -50.351 2.61
19 -55.805 5.99 1.59522 67.7
20 -28.239 1.80 1.69895 30.1
21 -174.528 3.11
22 105.030 5.85 1.77250 49.5
23* -67.535 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第23面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.52438e-006 A 6=-5.73009e-010 A 8= 4.20022e-012
焦点距離 57.57 57.89 57.00
Fナンバー 1.43 1.44 1.44
画角 20.60 20.49 20.79
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 160.04 160.04 160.04
BF 40.43 40.27 40.70
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
9 14 145.04
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
15 23 63.34
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 109.427 2.48 1.58313 59.4
2 33.109 11.02
3 -280.870 1.98 1.58313 59.4
4 53.587 10.14
5 67.837 6.00 1.72916 54.7
6 -223.991 0.99
7 60.882 4.04 1.71300 53.9
8 1617.573 0.20
9 69.321 2.50 1.51633 64.1
10 37.128 (可変)
11 41.884 7.14 1.83481 42.7
12 -52.238 1.50 1.63980 34.5
13 38.909 (可変)
14(絞り) ∞ 7.02
15 -18.564 1.60 1.80518 25.4
16 664.345 3.79 1.83481 42.7
17* -47.124 0.46
18 -450.032 6.07 1.77250 49.6
19 -26.878 0.44
20 -49.113 4.18 1.77250 49.6
21 -31.938 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第17面
K = 3.09216e+000 A 4= 1.76602e-005 A 6= 8.65801e-009 A 8= 1.34333e-011 A10=-5.69195e-014
焦点距離 33.75 33.98 33.64
Fナンバー 1.72 1.74 1.72
画角 32.66 32.49 32.75
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 132.93 132.93 132.93
BF 39.14 38.99 39.21
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
10 13 116.84
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
14 16 48.14
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 109.427 2.48 1.58313 59.4
2 33.109 11.02
3 -280.870 1.98 1.58313 59.4
4 53.587 10.14
5 67.837 6.00 1.72916 54.7
6 -223.991 0.99
7 60.882 4.04 1.71300 53.9
8 1617.573 0.20
9 69.321 2.50 1.51633 64.1
10 37.128 (可変)
11 41.884 7.14 1.83481 42.7
12 -52.238 1.50 1.63980 34.5
13 38.909 (可変)
14(絞り) ∞ 7.02
15 -18.564 1.60 1.80518 25.4
16 664.345 3.79 1.83481 42.7
17* -47.124 0.46
18 -450.032 6.07 1.77250 49.6
19 -26.878 0.44
20 -49.113 4.18 1.77250 49.6
21 -31.938 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第17面
K = 3.09216e+000 A 4= 1.76602e-005 A 6= 8.65801e-009 A 8= 1.34333e-011 A10=-5.69195e-014
焦点距離 33.75 33.98 33.64
Fナンバー 1.72 1.74 1.72
画角 32.66 32.49 32.75
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 132.93 132.93 132.93
BF 39.14 38.99 39.21
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
10 13 116.84
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
14 16 48.14
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 123.998 6.42 1.65160 58.5
2 -552.182 0.20
3 58.282 4.86 1.59522 67.7
4 122.111 1.00
5 35.256 10.00 1.71300 53.9
6 143.585 0.11
7 155.981 2.89 1.71736 29.5
8 25.289 8.28
9(絞り) ∞ (可変)
10 -119.391 3.14 1.80518 25.4
11 -62.314 1.70 1.51633 64.1
12 38.774 10.07
13 ∞ (可変)
14 72.515 1.99 1.80000 29.8
15 39.041 7.20 1.71300 53.9
16 -92.657 (可変)
像面 ∞
焦点距離 103.20 102.73 103.55
Fナンバー 2.17 2.16 2.17
画角 11.84 11.89 11.80
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 123.79 123.79 123.79
BF 42.20 43.15 42.20
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
10 13 116.84
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
14 21 48.14
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 123.998 6.42 1.65160 58.5
2 -552.182 0.20
3 58.282 4.86 1.59522 67.7
4 122.111 1.00
5 35.256 10.00 1.71300 53.9
6 143.585 0.11
7 155.981 2.89 1.71736 29.5
8 25.289 8.28
9(絞り) ∞ (可変)
10 -119.391 3.14 1.80518 25.4
11 -62.314 1.70 1.51633 64.1
12 38.774 10.07
13 ∞ (可変)
14 72.515 1.99 1.80000 29.8
15 39.041 7.20 1.71300 53.9
16 -92.657 (可変)
像面 ∞
焦点距離 103.20 102.73 103.55
Fナンバー 2.17 2.16 2.17
画角 11.84 11.89 11.80
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 123.79 123.79 123.79
BF 42.20 43.15 42.20
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
10 13 116.84
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
14 21 48.14
［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 113.024 2.40 1.72047 34.7
2 66.442 8.81 1.43875 94.7
3 757.319 0.15
4 71.175 7.36 1.49700 81.5
5 583.178 (可変)
6 49.469 1.50 1.73800 32.3
7 25.786 7.41
8 -123.349 1.30 1.49700 81.5
9 27.758 5.28 1.85478 24.8
10 145.829 2.84
11 -61.094 1.25 1.80100 35.0
12 1811.368 (可変)
13 228.227 4.50 1.69680 55.5
14 -33.026 1.40 1.83481 42.7
15 -99.451 (可変)
16(絞り) ∞ 1.40
17 59.754 4.48 1.69895 30.1
18 -91.806 0.20
19 45.190 2.47 1.69350 50.8
20 108.415 1.70
21 -103.468 1.60 1.80518 25.4
22 28.003 5.38 1.53775 74.7
23 -92.070 (可変)
24 1449.551 1.40 1.85478 24.8
25 38.266 1.22
26 117.731 1.40 1.62230 53.2
27 24.933 3.77 1.80810 22.8
28 160.424 (可変)
29 -183.068 3.20 1.51633 64.1
30 -44.873 (可変)
31 340.273 2.89 1.67300 38.1
32 -122.021 1.50 1.85026 32.3
33 -145.605 (可変)
34 -46.118 1.50 1.83400 37.3
35 63.000 0.50
36 53.024 6.05 1.88300 40.8
37 -463.304 (可変)
像面 ∞
各種データ
ズーム比 2.78
焦点距離 72.21 130.45 194.06 72.81 129.76 192.70
Fナンバー 4.00 3.95 4.00 3.98 3.96 4.00
画角 16.68 9.42 6.36 16.77 9.47 6.41
像高 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 215.54 215.54 215.54 215.54 215.54 215.54
BF 25.98 25.98 25.97 25.98 25.98 25.98
焦点距離 69.87 132.10 194.06
Fナンバー 3.87 3.99 4.00
画角 17.21 9.30 6.36
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 211.91 216.17 214.30
BF 22.34 26.60 24.74
ズームレンズ群データ
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 1 130.99 18.72 4.32 -8.37
2 6 -39.24 19.58 8.28 -6.17
3 13 138.10 5.90 2.44 -1.00
4 16 56.01 17.22 0.74 -11.00
5 24 -71.98 7.78 0.70 -4.17
6 29 114.22 3.20 2.78 0.68
7 31 157.55 5.09 2.64 -0.61
8 35 -81.27 8.05 -1.61 -6.23
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
24 28 -71.98
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
31 33 157.55
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 113.024 2.40 1.72047 34.7
2 66.442 8.81 1.43875 94.7
3 757.319 0.15
4 71.175 7.36 1.49700 81.5
5 583.178 (可変)
6 49.469 1.50 1.73800 32.3
7 25.786 7.41
8 -123.349 1.30 1.49700 81.5
9 27.758 5.28 1.85478 24.8
10 145.829 2.84
11 -61.094 1.25 1.80100 35.0
12 1811.368 (可変)
13 228.227 4.50 1.69680 55.5
14 -33.026 1.40 1.83481 42.7
15 -99.451 (可変)
16(絞り) ∞ 1.40
17 59.754 4.48 1.69895 30.1
18 -91.806 0.20
19 45.190 2.47 1.69350 50.8
20 108.415 1.70
21 -103.468 1.60 1.80518 25.4
22 28.003 5.38 1.53775 74.7
23 -92.070 (可変)
24 1449.551 1.40 1.85478 24.8
25 38.266 1.22
26 117.731 1.40 1.62230 53.2
27 24.933 3.77 1.80810 22.8
28 160.424 (可変)
29 -183.068 3.20 1.51633 64.1
30 -44.873 (可変)
31 340.273 2.89 1.67300 38.1
32 -122.021 1.50 1.85026 32.3
33 -145.605 (可変)
34 -46.118 1.50 1.83400 37.3
35 63.000 0.50
36 53.024 6.05 1.88300 40.8
37 -463.304 (可変)
像面 ∞
各種データ
ズーム比 2.78
焦点距離 72.21 130.45 194.06 72.81 129.76 192.70
Fナンバー 4.00 3.95 4.00 3.98 3.96 4.00
画角 16.68 9.42 6.36 16.77 9.47 6.41
像高 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 215.54 215.54 215.54 215.54 215.54 215.54
BF 25.98 25.98 25.97 25.98 25.98 25.98
焦点距離 69.87 132.10 194.06
Fナンバー 3.87 3.99 4.00
画角 17.21 9.30 6.36
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 211.91 216.17 214.30
BF 22.34 26.60 24.74
ズームレンズ群データ
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 1 130.99 18.72 4.32 -8.37
2 6 -39.24 19.58 8.28 -6.17
3 13 138.10 5.90 2.44 -1.00
4 16 56.01 17.22 0.74 -11.00
5 24 -71.98 7.78 0.70 -4.17
6 29 114.22 3.20 2.78 0.68
7 31 157.55 5.09 2.64 -0.61
8 35 -81.27 8.05 -1.61 -6.23
レンズ群Ｂ１データ
始面 終面 焦点距離
24 28 -71.98
レンズ群Ｂ２データ
始面 終面 焦点距離
31 33 157.55
図２３を参照して、本発明の光学系を撮像光学系として用いたデジタルカメラ（撮像装置、光学機器）１について説明する。図２３は、デジタルカメラ１の要部概略図である。デジタルカメラ１は、カメラ本体１０および撮像光学系１１を備えるレンズ装置１３を有する。撮像光学系１１は、実施例１から実施例４で説明したいずれかの光学系によって構成されている。ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）１２は、カメラ本体１０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。
図２４を参照して、本発明の光学系を撮像光学系として用いたレンズ装置（光学機器）２０について説明する。図２４は、レンズ装置２０の外観斜視図である。レンズ装置２０は、撮像光学系２１、フォーカス操作手段２２、およびレンズ群の配置状態を変化させる操作手段２３を有する。撮像光学系２１は、実施例１から実施例４で説明したいずれかの光学系によって構成されている。ユーザがフォーカス操作手段２２を操作することにより、機械的または電気的に撮像光学系２１のレンズ群の配置が変化し、焦点位置を変化させることができる。また、ユーザが操作手段２３を操作することにより、機械的または電気的に撮像光学系２１のレンズ群の配置が変化し、収差を変化させることができる。
なお、本実施例では、各操作手段はいずれもリング状であるが、各操作手段の形状はリング状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。また、各操作手段は、各レンズ群を電気的に移動させるボタンなどであってもよい。また、レンズ装置２０は、フォーカス操作手段を有していなくてもよい。
以上説明したように、本発明の光学系をデジタルカメラやレンズ装置などの光学機器に適用することで、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現することができる。
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。
Ｂ１ 第１のレンズ群
Ｂ２ 第２のレンズ群
ＬＡ 光学系
Ｂ２ 第２のレンズ群
ＬＡ 光学系
Claims (12)
- フォーカシングに際して互いに異なる軌跡で移動する第１フォーカス群および第２フォーカス群を含む光学系であって、
前記光学系の配置状態は、
所定の物体距離において合焦状態となり、第１の収差量を発生させるように前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群が配置された第１の配置状態と、前記所定の物体距離において合焦状態となり、前記第１の収差量とは異なる第２の収差量を発生させるように前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群が配置された第２の配置状態と、を含むことを特徴とする光学系。 - 前記第１の配置状態および前記第２の配置状態は、無限遠物体に対して合焦状態となる前記光学系の配置状態であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
- 前記第１の配置状態における前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群の位置敏感度をそれぞれＳ１およびＳ２、前記第１の配置状態から前記第２の配置状態に変化するときの前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群の移動量をＸ１およびＸ２とするとき、
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１の配置状態および前記第２の配置状態における光学全長をそれぞれＬｉ、Ｌｊとするとき、
０．９９＜Ｌｉ／Ｌｊ＜１．０１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学系。 - 前記第１の配置状態における前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群の横倍率をそれぞれβｉ１、βｉ２、前記第２の配置状態における前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群の横倍率をそれぞれβｊ１、βｊ２とするとき、
０．９＜（βｉ１×βｉ２）／（βｊ１×βｊ２）＜１．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学系。 - 無限遠物体に合焦時の３次の収差係数をＩとするとき、
Ｉ＜０
なる条件式を満足するように前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群が配置された第３の配置状態を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学系。 - 最至近物体に合焦時の像倍率をβとするとき、
β＜−０．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学系。 - 前記第１フォーカス群および前記第２フォーカス群の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とするとき、
０．４＜｜ｆ１／ｆ２｜＜２．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学系。 - 請求項１から８のいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする光学機器。
- 前記光学系の配置状態を前記第１の配置状態と前記第２の配置状態の間で変化させる操作手段をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の光学機器。
- 請求項１から８のいずれか１項に記載の光学系と、
前記光学系によって形成される像を受光する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記光学系の配置状態を前記第１の配置状態と前記第２の配置状態の間で変化させる操作手段をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
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