JP2001100094A - 撮影レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォ
ーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパ
クトで構成枚数の少ない撮影レンズを得る。 【解決手段】 物体側より順に、第１レンズ群、第２レ
ンズ群からなり、第１レンズ群は、メニスカス負レンズ
である第１レンズ、両凸正レンズである第２レンズの２
枚で構成され、第２レンズの物体側或いは像側の空気間
隔に開口絞りが配置され、空気間隔をおいて後に続く第
２レンズ群は物体側から両凹負レンズである第３レン
ズ、正レンズである第４レンズ、及び両凸正レンズであ
る第５レンズの３枚で構成され、次の条件式（１）ない
し（７）を満足する撮影レンズ。 （１）２．２＜ＴL ／ｆ＜３．０ （２）０．８＜ｂf ／ｆ＜１．０ （３）０．６２＜ｆ2 ／ｆ＜０．９ （４）０．３＜ｄ2 ／ｆ＜０．６ （５）０．１＜ｄ4 ／ｆ＜０．４ （６）１．６８＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／３＜１．８２ （７）20＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／３｝−ν3 ＜30

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にデジタルスチ
ルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等
のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられ
る撮影レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来の銀塩フィルムを使用するカ
メラ、例えば３５ｍｍ判カメラに加え、付属する液晶モ
ニターをファインダーとして容易に撮影でき、またその
場で撮影した画像を見て楽しむ事ができ、加えて一般家
庭に普及が進んできたパーソナルコンピュータ等に静止
画像を入力するツールとして、デジタルスチルカメラが
急速に普及しつつある。デジタルスチルカメラは、撮影
レンズによって結像された静止画像をＣＣＤにより電気
的に取り込み、内蔵メモリやメモリカードなどに記録す
る撮像装置であるが、普及当初は、液晶モニターを撮影
の際のファインダーとして、また撮影した画像の再生用
モニターとして使用出来るため、銀塩カメラに較べて即
時性、利便性をアピールして普及してきたが、一方では
銀塩カメラに較べて撮影画像の解像度が低く、欠点と指
摘されてきた。しかし、最近では、急速な普及と共にＣ
ＣＤの画素数が多いものが安価に供給されるなどしてデ
ジタルスチルカメラは、解像力の点でも普及判のプリン
トサイズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力に迫
る勢いで改良され製品化されている。

【０００３】ＣＣＤの画素数を上げるには画素ピッチを
そのままに、画面寸法を大きくする方法と、画面寸法を
そのままに画素ピッチを小さくする方法とが考えられる
が、画面寸法を大きくする方法では、単位ウエハあたり
の取り数が小さくなりコストアップに繋がるため、一般
的には、画面寸法をそのままに画素ピッチを小さくする
方法で画素数を上げる方法が取られている。例えば、デ
ジタルスチルカメラ用として最近発表されている、有効
画素数が100万画素を越えるＣＣＤでは画素ピッチは
４．１μ〜４．２μ程度となっている。従って、最小錯
乱円径を画素ピッチの２倍と仮定しても８．２μであ
り、３５ｍｍ判銀塩カメラの最小錯乱円径が約３３μと
考えられるので、デジタルスチルカメラの撮影レンズに
要求される解像力は銀塩カメラの約４倍ということが言
える。

【０００４】一方、ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴ
Ｒカメラの撮影レンズがある。デジタルスチルカメラと
ＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、イ
メージサークルの大きさが等しいと考えてよく、また詳
しくは後述するようにテレセントリック性を要求される
などの点で、これらの必要がない銀塩カメラよりもＶＴ
Ｒカメラ用の撮影レンズのほうがデジタルスチルカメラ
の撮影レンズに類似している。従って、ＶＴＲカメラ用
の撮影レンズをデジタルスチルカメラに利用すること
は、普及の当初では行われていた。ＶＴＲカメラも開発
が進められ最近ではデジタル処理をして高画質を特徴と
するものも製品化されているが、再生画像をテレビジョ
ンあるいはモニターで見るという性質上要求される解像
度についてはデジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤ
より１桁小さい３５万画素クラスで十分とされている。
このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約５．６μ程度であ
る。従って、このようなＶＴＲカメラ用の撮影レンズを
100万画素を越えるＣＣＤを使用しているデジタルスチ
ルカメラに利用するには解像力不足で、改善の余地があ
り、撮影レンズの歪曲収差の量についても動画と静止画
の違いから要求されるレベルが異なり、デジタルスチル
カメラではさらに厳しく収差補正の必要がある。

【０００５】前述のように、ＣＣＤ等のイメージセンサ
を用いた光学系ではテレセントリック性を良好に設計し
なければならない。テレセントリック性とは、各像点に
対する光線束の主光線が、光学系の最終面を射出した
後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面とはほぼ垂
直に交わることを言う。言い換えると、光学系の射出瞳
位置が像面から十分離れることが要求されるのである。
これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面からやや離れ
た位置にあるために、光線が、斜めから入射した場合、
実質的な開口効率が減少する（シェーディングという）
ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤでは、撮像面
の直前にマイクロレンズアレーを配しているものが多い
が、この場合も同様に、射出瞳が十分離れていないと、
周辺で開口効率がで低下してしまう。また、ＣＣＤの周
期構造に起因して発生するモアレ現象等を防止するため
に光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶フィルター（オ
プチカルローパスフィルター）やＣＣＤの赤外波長域で
の感度を低下させて人の目の比視感度に近づける目的
で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入される赤外吸収フ
ィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であまり変動しな
いことが求められ、この点でもデジタルスチルカメラ用
の撮影レンズにおいてはテレセントリック性を良好に設
計する必要が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、デジタル
スチルカメラ用の撮影レンズは、現在では、銀塩カメラ
の約４倍の解像力が求められていると同時にテレセント
ッリック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶フィル
ターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、
十分なバックフォーカスを得ることを要求される。

【０００７】本発明は、高解像で歪曲収差が小さく、バ
ックフォーカスが長くテレセントリック性も良好で、コ
ンパクトで構成枚数が少ない撮影レンズを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の撮影レンズは、
物体側より順に、メニスカス負レンズである第１レンズ
と、空気間隔をあけた後配置される両凸正レンズである
第２レンズの２枚のレンズからなり、その第２レンズの
物体側あるいは像側の空気間隔に絞りが配置されている
第１レンズ群と、空気間隔をあけた後配置される両凹負
レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、
及び両凸正レンズである第５レンズの３枚のレンズから
なる第２レンズ群とで構成され、次の条件式（１）ない
し（７）を満足する撮影レンズ。 （１）２．２＜ＴL ／ｆ＜３．０ （２）０．８＜ｂf ／ｆ＜１．０ （３）０．６２＜ｆ2 ／ｆ＜０．９ （４）０．３＜ｄ2 ／ｆ＜０．６ （５）０．１＜ｄ4 ／ｆ＜０．４ （６）１．６８＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／３＜１．８２ （７）２０＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／３｝−ν3 ＜３
０ ただし、 ＴL ：第１レンズ物体側面から像面までの距離 （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ：レンズ全系の合成焦点距離 ｂf ：無限遠物点のときのバックフォーカス （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ2 ：第２レンズの焦点距離 ｄ2 ：第１レンズと第２レンズの空気間隔 ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔 ｎ2 ：第２レンズのｄ線の屈折率 ｎ4 ：第４レンズのｄ線の屈折率 ｎ5 ：第５レンズのｄ線の屈折率 ν2 ：第２レンズのアッベ数 ν3 ：第３レンズのアッベ数 ν4 ：第４レンズのアッベ数 ν5 ：第５レンズのアッベ数 である。

【０００９】また、第１レンズ群を構成している第２レ
ンズは両凸正レンズであることが好ましく、その物体側
の面が下記条件式（８）を満足していることが好まし
い。 （８）０．６３＜ｒ3 ／ｆ＜１．０ ただし、 ｒ3 ：第２レンズの物体側の曲率半径 である。

【００１０】また、第２レンズ群を構成している第３レ
ンズは両凹負レンズであることが好ましく、その物体側
の面と像側の面との関係が下記条件式（９）を満足して
いることが好ましい。さらに第２レンズ群を構成してい
るレンズで最も像側に位置する第５レンズは両凸レンズ
であることが好ましく、その物体側の面と像側の面との
関係が下記条件式（１０）を満足していることが好まし
い。 （９）１．１８＜｜ｒ6 ／ｒ5 ｜＜１．７７ （絶対
値はｒ5 ＜０のため） （１０）０．５＜｜ｒ10／ｒ9 ｜＜２．０ （絶対
値はｒ10＜０のため） ただし、 ｒ5 ：第３レンズの物体側の曲率半径 ｒ6 ：第３レンズの像側の曲率半径 ｒ9 ：第５レンズの物体側の曲率半径 ｒ10：第５レンズの像側の曲率半径 である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の撮影レンズは、物体側よ
り順に、メニスカス負レンズである第１レンズと、空気
間隔をあけた後配置される両凸正レンズである第２レン
ズの２枚のレンズからなり、第２レンズの物体側あるい
は像側にある空気間隔に絞りが配置されている第１レン
ズ群と、空気間隔をあけた後配置される両凹負レンズあ
る第３レンズ、正レンズある第４レンズ、及び両凸正レ
ンズある第５レンズの３枚のレンズからなる第２レンズ
群とで構成されるものとする。

【００１２】条件式（１）は、全長に関するものであ
る。上限を越えると、光学系が大型化していることとな
り、コンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適さな
い。また、下限をこえると、各レンズのパワーを大きく
しなければならないので諸収差が悪化し、性能が低下す
ることとなる。

【００１３】条件式（２）は、バックフォーカスに関す
る条件である。前述のようにデジタルスチルカメラの光
学系では水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入
しなければならないが、条件式（２）の下限値を越える
と水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入するこ
とが困難となる。また上限を越えると第１レンズのパワ
ー、および第３レンズのパワーともに大きくなり諸収差
が悪化してしまう。

【００１４】条件式（３）は、第２レンズのパワーに関
する条件である。本発明では、小型化の為に第１レンズ
群全体としての正のパワーを大きくする構成をとってい
る。そのために適切な条件が（３）式であり、上限を越
えると、この第２レンズのパワーが小さくなり大型化す
ることとなりコンパクト化に適さない。また下限を越え
るとコンパクト化には有利であるが、第３レンズの負担
が大きくなり、諸収差が悪化することになる。

【００１５】条件式（４）は、第１レンズと第２レンズ
の空気間隔に関するものである。第１レンズと第２レン
ズをこの条件式（４）で規定する適切な空気間隔を開け
て配置することにより良好な収差補正が可能となる。条
件式（４）の下限を越えた場合には、バックフォーカス
が小さくなるか、または、第１レンズの負のパワーを大
きくする必要があり、すなわち第１レンズの像側の面の
曲率半径が小さくなりすぎてしまい、諸収差のバランス
の悪化を招くと同時に加工コストが高くなり、最悪の場
合には加工困難となる。逆に、上限を越えた場合には諸
収差の補正状態や加工性は良好であるが、全長が長くな
りコンパクトなデジタルスチルカメラ用の光学系として
好ましくない。

【００１６】条件式（５）は、第２レンズと第３レンズ
の空気間隔に関する条件である。本発明の撮影レンズで
は第２レンズの物体側あるいは像側の空気間隔に絞りを
配置している。従って、収差補正とともに第２レンズと
第３レンズの空気間隔には絞りを配置できる為の間隔が
必要とされる場合がある。したがって、上限を越えても
絞りを配置する条件としては問題なく、諸収差の補正に
も有利であり、テレセントリック性も良好であるが、全
長を長くする方向であるから好ましくはない。逆に、下
限をこえた場合には、絞りの機構を設計するのが困難と
なる場合があり、諸収差の補正についても悪化すること
となる。

【００１７】条件式（６）は、全系を構成するレンズの
内、正レンズの屈折率に関しての条件で、ペッツバール
和を小さくおさえて、像面湾曲、非点収差を良好に補正
するための条件である。上限を越えた場合、諸収差補正
に対しては有利であるが、コストが高くなりやすく、ま
た、一般的には使用できる硝材が限定されることが多
く、色収差の補正が困難となる。逆に下限を越えた場合
には、ペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の
補正が困難となる。

【００１８】条件式（７）は、全系に使用されている正
レンズと負レンズのアッベ数の配分に関するものであ
る。上限を越えると、すなわち全系の各正レンズのアッ
ベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に
低くなりペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲
の補正が困難となる。また、下限をこえると、色収差の
補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差お
よびコマ収差の補正に不利となる。

【００１９】条件式（８）は第２レンズの形状に関する
条件式である。第２レンズは比較的大きな正のパワーを
もつ。従って、球面収差をはじめとして大きな収差係数
をもつが、これらをこの第２レンズの各面にバランス良
く配分し補正することが必要である。条件式（８）で下
限を越えると、第２レンズの物体側面である第３面の面
パワーが強くなりすぎ、第３面の諸収差係数が過大とな
り、逆に上限を越えると第２レンズの像側面である第４
面の諸収差係数が過大となる。いずれにしても、良好な
収差補正が困難となる。

【００２０】条件式（９）は、負レンズであるの第３レ
ンズの形状に関する条件式である。第３レンズは強い負
のパワーをもっていて、色収差、及びペッツバール和に
関して重要であるが、さらに条件式（９）のように第３
レンズの物体側面である第５面と像側面である第６面の
曲率半径の比率が特に球面収差、非点収差のバランスに
重要である。上限を越えて第５面が小さくなると球面収
差が急激に補正過剰となり、下限を越えると、球面収差
は補正不足となり、また非点収差係数が急激に増加して
しまう。

【００２１】条件式（１０）は、第５レンズの形状に関
する条件であり、これにより歪曲収差を良好に補正し、
かつテレセントリック性を良好にする事ができる。上限
を越えると、球面収差補正過剰となり、また歪曲収差は
補正不足となる。下限をこえると、逆の状態となり、す
なわち球面収差が補正不足で残り、歪曲収差は補正過剰
となる。

【００２２】以下、具体的な数値実施例について、本発
明を説明する。以下の実施例１ないし４では、いずれも
物体側より順に、メニスカス負レンズＬ１と、空気間隔
をあけた後配置される両凸正レンズＬ２の２枚のレンズ
からなり、両凸正レンズＬ２の物体側あるいは像側の空
気間隔に絞りＳが配置される第１レンズ群ＬＧ１と、空
気間隔をあけて配置される両凹負レンズＬ３、正レンズ
Ｌ４、及び両凸正レンズＬ５の３枚のレンズからなる第
２レンズ群ＬＧ２、及び平行平面ガラスＬＰを基本構成
とする。平行平面ガラスＬＰはＣＣＤのカバーガラス、
水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターから構成され
るのであるが、光学的には何ら問題はないのでこれらの
総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。

【００２３】［実施例１］ 図１及び図２は、本発明の
撮影レンズの第１実施例を示すものであり、図１は、そ
のレンズ構成図、図２はその諸収差図である。

【００２４】諸収差図中ｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの
波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍは
メリディオナルを示している。

【００２５】表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距
離、ＦＮＯはＦナンバー、ｗはレンズの半画角、ｂf は
バックフォーカスを表す。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレ
ンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νd は
ｄ線のアッベ数を示す。バックフォーカスｂf は第５レ
ンズの像側面から像面までの距離の空気換算距離であ
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】［実施例２］ 図３及び図４は、本発明の
撮影レンズの第２実施例を示すものであり、図３は、そ
のレンズ構成図、図４はその諸収差図である。

【００２８】

【表２】

【００２９】［実施例３］ 図５及び図６は、本発明の
撮影レンズの第３実施例を示すものであり、図５は、そ
のレンズ構成図、図６はその諸収差図である。

【００３０】

【表３】

【００３１】［実施例４］ 図７及び図８は、本発明の
撮影レンズの第４実施例を示すものであり、図７は、そ
のレンズ構成図、図８はその諸収差図である。

【００３２】

【表４】

【００３３】次に実施例１ないし４の各条件式に対する
値を、まとめて表５に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】表５から明らかなように、実施例１ないし
４の数値は条件式（１）ないし（１０）を満足してお
り、収差図から明らかなように、各収差とも良好に補正
されている。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、十分なバックフォーカ
スを有し、テレセントリック性も良好で、高解像度で、
かつコンパクトで構成枚数の少ない撮影レンズを得る事
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮影レンズの第１実施例のレンズ
構成図

【図２】第１実施例のレンズの諸収差図

【図３】本発明による撮影レンズの第２実施例のレンズ
構成図

【図４】第２実施例のレンズの諸収差図

【図５】本発明による撮影レンズの第３実施例のレンズ
構成図

【図６】第３実施例のレンズの諸収差図

【図７】本発明による撮影レンズの第４実施例のレンズ
構成図

【図８】第４実施例のレンズの諸収差図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、第１レンズ群、第２レ
   ンズ群からなり、第１レンズ群は、メニスカス負レンズ
   である第１レンズ、両凸正レンズである第２レンズの２
   枚で構成され、第２レンズの物体側或いは像側の空気間
   隔に開口絞りが配置され、空気間隔をおいて後に続く第
   ２レンズ群は物体側から両凹負レンズである第３レン
   ズ、正レンズである第４レンズ、及び両凸正レンズであ
   る第５レンズの３枚で構成され、次の条件式（１）ない
   し（７）を満足する撮影レンズ。 （１）２．２＜ＴL ／ｆ＜３．０ （２）０．８＜ｂf ／ｆ＜１．０ （３）０．６２＜ｆ2 ／ｆ＜０．９ （４）０．３＜ｄ2 ／ｆ＜０．６ （５）０．１＜ｄ4 ／ｆ＜０．４ （６）１．６８＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／３＜１．８２ （７）２０＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／３｝−ν3 ＜３
   ０ ただし、 ＴL ：第１レンズ物体側面から像面までの距離 （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ：レンズ全系の合成焦点距離 ｂf ：無限遠物点のときのバックフォーカス （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ2 ：第２レンズの焦点距離 ｄ2 ：第１レンズと第２レンズの空気間隔 ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔 ｎ2 ：第２レンズのｄ線の屈折率 ｎ4 ：第４レンズのｄ線の屈折率 ｎ5 ：第５レンズのｄ線の屈折率 ν2 ：第２レンズのアッベ数 ν3 ：第３レンズのアッベ数 ν4 ：第４レンズのアッベ数 ν5 ：第５レンズのアッベ数
2. 【請求項２】 請求項１においてさらに、第１レンズ群
   を構成している第２レンズは両凸正レンズであり下記条
   件式（８）を満足しており、また、第２レンズ群を構成
   している第３レンズの物体側の面と像側の面との関係が
   下記条件式（９）を満足しており、第５レンズの物体側
   の面と像側の面との関係が下記条件式（１０）を満足す
   る撮影レンズ。 （８）０．６３＜ｒ3 ／ｆ＜１．０ （９）１．１８＜｜ｒ6 ／ｒ5 ｜＜１．７７ （絶対
   値はｒ5 ＜０のため） （１０）０．５＜｜ｒ10／ｒ9 ｜＜２．０ （絶対
   値はｒ10＜０のため） ただし、 ｒ3 ：第２レンズの物体側の曲率半径 ｒ5 ：第３レンズの物体側の曲率半径 ｒ6 ：第３レンズの像側の曲率半径 ｒ9 ：第５レンズの物体側の曲率半径 ｒ10：第５レンズの像側の曲率半径