JP2004069777A

JP2004069777A - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP2004069777A
Application number: JP2002225146A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kikuchi; 菊地　雅仁
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】小型化を図り、且つ光学性能を良好なものとする。
【解決手段】第１面Ｓ１が凹面とされた第１のレンズ２と、第４面Ｓ４が凸面にされた第２のレンズ３と、両面が凹面にされた第３のレンズ４と、第８面Ｓ８が凸面とされた第４のレンズ５と、像の歪曲を修正させて結像させると共に第９面Ｓ９が凸面とされた第５のレンズ６とを有し、第１面Ｓ１が凹面にされていることにより第１のレンズ２と第２のレンズ３との距離が短くなって小型化が図れ、第５のレンズ６が像面Ｗに結像される像を修正させることで光学性能を良好にできる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば小型デジタルカメラ等に用いて好適な撮影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばデジタルカメラ等に用いられる撮影レンズとしては、画面に対して光線入射角を垂直入射にさせやすく光学性能に優れるレンズタイプのものが用いられている。
【０００３】
このような撮影レンズとしては、例えばレトロフォーカスタイプの小型短焦点レンズがある。このレトロフォーカスタイプの撮影レンズは、一般的に最も被写体寄りの面が凸面になっており、例えばバックフォーカスが長くなり、対角線角度を大きくできるといった特徴を持っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レトロフォーカスタイプの撮影レンズでは、光学性能が良好になるものの、上述したようにバックフォーカスが長くなるといった特徴を有していることから、全長、いわゆる鏡筒が長くなってしまうといった欠点がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、優れた光学性能を備えつつ、鏡筒が短い小型の撮影レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明に係る撮影レンズは、被写体側から像面側に向かって順番に配置された第１のレンズ乃至第５のレンズで構成され、被写体側が凹面とされ、少なくとも一方の面が非球面に形成された第１のレンズと、像面側が凸面にされた第２のレンズと、被写体側及び像面側が凹面にされた第３のレンズと、像面側が凸面とされ、少なくとも一方の面が非球面に形成された第４のレンズと、被写体側が凸面とされていると共に少なくとも一方の面が非球面に形成され、像の歪曲を修正させて結像させる第５のレンズとを有することを特徴としている。
【０００７】
以上のように構成された本発明に係る撮影レンズによれば、第１のレンズの被写体側が凹面とされていることにより、レンズのバックフォーカスを確保しながら、第１のレンズと第２のレンズとの間の距離を短くさせ、第５のレンズが第１のレンズから第４のレンズで生じた像の歪曲を修正させて像面に結像させる。したがって、この撮影レンズでは、鏡筒を短くし、且つ、光学性能を良好に保つことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明を適用した撮影レンズについて、具体的な材質や数値等を挙げるが、本発明は以下の例示に必ずしも限定されるものではない。
【０００９】
実施の形態として図１に示した撮影レンズ１は、被写体側から像面Ｗ側に向かって順に、第１のレンズ２、第２のレンズ３、第３のレンズ４、第４のレンズ５、第５のレンズ６が配置された構成になっている。また、この撮影レンズ１は、第２のレンズ３と第３のレンズ４との間に絞り７が配置され、第５のレンズ６の後段側に水晶ダミーガラス８、視感度補正ガラス９、カバーガラス１０がこの順番で配置されている。
【００１０】
そして、以上のような構成の撮影レンズ１の設計データについては、以下に示す表１の通りである。なお、表１において、Ｒは曲率半径であり、Ｄは軸上間隔であり、Ｎｄは屈折率であり、Ｖｄはアッベ数である。
【００１１】
【表１】

【００１２】
撮影レンズ１おいて、第１のレンズ２は、例えばポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）等といった光学プラスチックからなり、被写体側が凹面にされ、像面Ｗ側が凸面にされたメニスカスレンズである。すなわち、この第１のレンズ２は、被写体側から順に、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を有しており、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２が、それぞれ凹面及び凸面とされたメニスカス形状のレンズである。なお、第１のレンズ２は、少なくとも被写体側、すなわち第１面Ｓ１が凹面とされていればよく、表１に示す設計データに必ずしも限定されるものではない。
【００１３】
第１のレンズ２における第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、それぞれ表１に示す面番号１、２に対応しており、この場合、第１面Ｓ１の曲率半径は、−２．９５７３０ｍｍであり、第２面Ｓ２の曲率半径は、−３．３２１６２ｍｍであり、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との光軸上での距離（厚み）は、１．００００ｍｍである。また、第１のレンズ２の屈折率は、１．５２４７０であり、アッベ数は、５６．２０である。
【００１４】
また、第１のレンズ２の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、非球面になっている。この第１のレンズ２においては、非球面である第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を、以下に示す公知の非球面の式（１）により表すことができる。
【００１５】
【数１】

【００１６】
なお、この非球面の式（１）において、Ｚは非球面と光軸との交点原点とした光軸方向の座標であり、Ｘは原点を通り光軸に直交する方向の座標である。また、Ｃは、近軸曲率１／Ｒである。したがって、非球面は、光軸近傍の曲率半径Ｒと、円錐定数α_１と、４次、６次、８次、１０次の非球面項の非球面係数α_４、α_６、α_８、α_１０により求めることができる。
【００１７】
この第１のレンズ２においては、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の円錐定数α_１、並びに４次、６次、８次、１０次の非球面項の非球面係数α_４、α_６、α_８、α_１０は、以下に示す表２の通りである。
【００１８】
【表２】

【００１９】
この第１のレンズ２は、被写体側が凹面とされていることにより、バックフォーカスを確保しながら、第２のレンズ３迄の距離を短くできる。具体的には、第１のレンズ２と第２のレンズ３との光軸上における距離を、０．６４４４ｍｍにできる。
【００２０】
撮影レンズ１において、第２のレンズ３は、例えばＴＡＦ１と呼ばれる光学ガラスからなり、被写体側が凹面とされたメニスカスレンズである。すなわち、この第２のレンズ３は、被写体側から順に、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４を有しており、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４が、それぞれ凹面及び凸面とされたメニスカス形状のレンズである。なお、第２のレンズ３は、少なくとも像面Ｗ側、すなわち第４面Ｓ４が凸面とされていればよく、表１に示す設計データに必ずしも限定されるものではない。
【００２１】
そして、第２のレンズ３における第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４は、それぞれ表１に示す面番号３、４に対応しており、この場合、第３面Ｓ３の曲率半径は、−２１９．１４５３３ｍｍであり、第４面Ｓ４の曲率半径は、−５．６３５８３ｍｍであり、第３面Ｓ３と第４面Ｓ４との光軸上での距離（厚み）は、２．０５００ｍｍである。また、第２のレンズ２の屈折率は、１．７７２５であり、アッベ数は、４９．６２である。
【００２２】
撮影レンズ１において、第３のレンズ４は、例えばＦＤＳ９０と呼ばれる光学ガラスからなり、両凹レンズである。すなわち、この第３のレンズ４は、被写体側から順に、第５面Ｓ５及び第６面Ｓ６を有しており、第５面Ｓ５及び第６面Ｓ６が、それぞれ凹面にされた両凹レンズである。なお、第３のレンズ４は、両面、すなわち第５面Ｓ５及び第６面Ｓ６が凹面とされていればよく、表１に示す設計データに必ずしも限定されるものではない。
【００２３】
この第３のレンズ４における第５面Ｓ５及び第６面Ｓ６は、それぞれ表１に示す面番号７、８に対応しており、この場合、第５面Ｓ５の曲率半径は、−８．８７８９６ｍｍであり、第６面Ｓ６の曲率半径は、９．０８６２２ｍｍであり、第５面Ｓ５と第６面Ｓ６との光軸上での距離（厚み）は、０．９０００ｍｍである。また、第３のレンズ４の屈折率は、１．８４６６６であり、アッベ数は、２３．７８である。そして、第３のレンズ４は、主に色収差を補正するように機能している。
【００２４】
撮影レンズ１において、第４のレンズ５は、例えばＢＡＣＤ５と呼ばれる光学ガラスからなり、両凸レンズである。すなわち、この第４のレンズ５は、被写体側から順に、第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８を有しており、第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８が、それぞれ凸面にされた両凸レンズである。なお、第４のレンズ５は、像面Ｗ側が凸面、すなわち第８面Ｓ８が凸面とされていればよく、表１に示す設計データに必ずしも限定されるものではない。
【００２５】
第４のレンズ５における第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８は、それぞれ表１に示す面番号９、１０に対応しており、この場合、第７面Ｓ７の曲率半径は、５４．１０７１５ｍｍであり、第８面Ｓ８の曲率半径は、−２．６３１５８ｍｍであり、第７面Ｓ７と第８面Ｓ８との光軸上での距離（厚み）は、２．８４７５ｍｍである。また、第４のレンズ５の屈折率は１．５８９１３であり、アッベ数は、６１．２５である。
【００２６】
また、第４のレンズ５における第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８は、非球面になっている。この場合も、非球面である第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８を、上述した非球面の式（１）により表すことができる。なお、第７面Ｓ７及び第８面Ｓ８の円錐定数α_１、並びに４次、６次、８次、１０次の非球面項の非球面係数α_４、α_６、α_８、α_１０は、上述した表２に示す通りである。
【００２７】
この第４のレンズ５においては、第８面Ｓ８の曲率半径が最も小さいことからもわかるように入射した光を最も屈折させるように機能する、すなわち最も大きなパワーを有している。
【００２８】
撮影レンズ１おいて、第５のレンズ６は、例えばＰＭＭＡ等といった光学プラスチックからなり、被写体側が凸面にされ、像面Ｗ側凹面にされたメニスカスレンズである。すなわち、この第５のレンズ６は、被写体側から順に、第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０を有しており、第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０が、それぞれ凸面及び凹面とされたメニスカス形状のレンズである。
【００２９】
この第５のレンズ６は、第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０が非球面になっており、像面Ｗに結像される像に歪曲が生じないように修正させるフィールドフラットナである。なお、第５のレンズ６は、少なくとも像面Ｗに結像される像に歪曲が生じないように修正させるフィールドフラットナであればよく、表１に示す設計データに必ずしも限定されるものではない。
【００３０】
第５のレンズ６における第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０は、それぞれ表１に示す面番号１１、１２に対応しており、この場合、第９面Ｓ９の曲率半径は、４．３３０６９ｍｍであり、第１０面Ｓ１０の曲率半径は、２．６４５０３ｍｍであり、第９面Ｓ９と第１０面Ｓ１０との光軸上での距離（厚み）は、１．００００ｍｍである。また、第５のレンズ５の屈折率は、１．５２４７０であり、アッベ数は、５６．２０である。
【００３１】
また、第５のレンズ６における第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０は、非球面になっている。この場合も、非球面である第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０を、上述した非球面の式（１）により表すことができる。なお、第９面Ｓ９及び第１０面Ｓ１０の円錐定数α_１、並びに４次、６次、８次、１０次の非球面項の非球面係数α_４、α_６、α_８、α_１０は、上述した表２に示す通りである。
【００３２】
この撮影レンズ１においては、第２のレンズ３と第３のレンズ４との間に絞り７が配置されている。なお、この絞り７は、表１に示す面番号５に対応した位置に配置されており、その厚みは、０．３５００ｍｍであり、第２のレンズ３との光軸上での距離は、０．５０００ｍｍであり、第３のレンズ４との光軸上での距離は、１．００００ｍｍである。
【００３３】
また、この撮影レンズ１には、第５のレンズ６の後段側に、図１に示すように、水晶ダミーガラス８、視感度補正ガラス９、カバーガラス１０がこの順番に貼り合わされた状態で配置されている。なお、これらの水晶ダミーガラス８、視感度補正ガラス９、カバーガラス１０は、それぞれ表１に示す面番号１３、１４、１５に対応している。この場合、水晶ダミーガラス８は、例えば厚み０．６２００ｍｍのＦＥＬ１呼ばれる光学ガラスからなり、屈折率は、１．５４８１４であり、アッベ数は、４５．８２である。視感度補正ガラス９は、例えば厚み１．１２００ｍｍのＣ５００Ｓ呼ばれる光学ガラスからなり、屈折率は、１．５２０００であり、アッベ数は、６４．００である。カバーガラス１０は、例えば厚み０．５０００ｍｍのＢＡＣＤ５呼ばれる光学ガラスからなり、屈折率は、１．５８９１３であり、アッベ数は、６１．２５である。
【００３４】
そして、撮影レンズ１は、その被写体側から通過した光が、最終的に例えばＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）センサーやＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｍｅｎｔａｌ−ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｖｉｃｅ）センサー等の撮像素子の撮像面に結像するようになされている。なお、撮影レンズ１の場合、カバーガラス１０から像面Ｗ迄の光軸上の距離が１．３５００ｍｍにされている。
【００３５】
ここで、上述した表１に示す設計データで設計された撮影レンズ１の球面収差図を図２に示す。図２に示す球面収差図から、Ｇ線、Ｄ線、Ｓ．Ｃが±０．０２ｍｍ内に入っていて球面収差が高次補正されていることがわかる。
【００３６】
また、撮影レンズ１の非点収差図を図３に示す。図３に示す非点収差図から、非点収差が±０．１ｍｍ内に入っていて高次補正されていることがわかる。
【００３７】
さらに、撮影レンズ１のコマ収差図を図４に示し、歪曲収差図（ディストーション）を図５に示し、スポットダイアグラムを図６に示し、モジュレーショントランスファーファンクション（ＭＴＦ）特性図を図７に示す。図４乃至図７に示されているように、撮影レンズ１は、上述した表１に示すような設計データによる構成にすることにより、コマ収差、歪曲収差、スポットダイアグラムが良好に高次補正され、優れたＭＴＦ特性が得られることになる。
【００３８】
この撮影レンズ１では、第１のレンズ２の第１面Ｓ１が凹面とされていることにより、レンズのバックフォーカスを確保しながら、第１のレンズ２と第２のレンズ３との間の距離を短くできる。したがって、撮影レンズ１では、第１のレンズ１乃至第５のレンズ６に亘る鏡筒を短くすることができる。具体的には、撮影レンズ１の鏡筒長を、撮影レンズ１が像面Ｗに結像した画面における対角長の２．６倍程度にまで短くすることが可能である。すなわち、この撮影レンズ１は、従来からのレトロフォーカスタイプの撮影レンズと比べ、鏡筒が大幅に短くなっている。
この撮影レンズ１では、第５のレンズ６がフィールドフラットナとして機能し、第１のレンズ２から第４のレンズ５で生じた像の歪曲を修正させて像面に結像させることから、例えば歪曲収差等を高次補正させて光学性能を良好にすることができる。
【００３９】
また、この撮影レンズ１では、第１のレンズ２及び第５のレンズ６が光学プラスチックで形成されている。具体的に、撮影レンズ１では、第１のレンズ２及び第５のレンズ６を上述した表１に示す設計データで設計した場合、これらのレンズが有するパワーを抑えつつ優れた光学性能を提供できることから、例えば雰囲気温度等、使用環境の影響を受けやすい光学プラスチックを用いることができる。このように、撮影レンズ１では、第１のレンズ２と第５のレンズ６において、材質に廉価な光学プラスチックを用いることで、低コスト化や軽量化が図れる。また、この撮影レンズ１では、例えばＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能を有する機器等に用いられた場合、軽量化されたことでオートフォーカス駆動を円滑に行えることから、ＡＦ機能を有する機器等への適合性を良好にできる。
【００４０】
さらに、撮影レンズ１では、例えば雰囲気温度に変化の無いような環境下で使用する場合、最も厚みのある第４のレンズ５を光学プラスチックで形成させることも可能である。この場合、更なる低コスト化、更なる軽量化を図ることができる。
【００４１】
さらにまた、この撮影レンズ１では、第１のレンズ２乃至第５のレンズ６を上述した表１に示す設計データで設計した場合、対角線角度を７０度程度にすることができ、従来からのレトロフォーカスタイプの撮影レンズに比べて遜色のない対角線角度が得られる。
【００４２】
さらにまた、この撮影レンズ１では、第２のレンズ３の屈折率をＮｄ（２）とするときに、Ｎｄ（２）＞１．７の関係を満たすようにされている。この撮影レンズ１では、第４のレンズ５の屈折率をＮｄ（４）とするときに、Ｎｄ（４）＞１．５２の関係を満たすようにされている。これにより、撮影レンズ１では、球面収差を良好に補正することになり、優れた光学性能を得ることができる。
【００４３】
さらにまた、この撮影レンズ１では、第３のレンズ４のアッベ数をＶｄ（３）とするときに、２２＜Ｖｄ（３）＜３０の関係を満たすようにされている。第３のレンズ４におけるアッベ数Ｖｄ（３）が２２以下の場合、撮影レンズ１の色収差を良好に補正することが困難になる。一方、第３のレンズ４におけるアッベ数Ｖｄ（３）が３０以上の場合、第３のレンズ４の材質として屈折率の低いガラス等を選択することになり、コマ収差を良好に補正することが困難となる。
【００４４】
したがって、この撮影レンズ１では、第３のレンズ４のアッベ数Ｖｄ（３）を２２＜Ｖｄ（３）＜３０の関係を満たすようにさせることで、色収差及びコマ収差を良好に補正することができ、優れた光学性能が得られる。
【００４５】
さらにまた、この撮影レンズ１では、第４のレンズ５の焦点距離をｆ（４）とし、第１のレンズ２乃至第５のレンズ６を合わせた焦点距離をｆ（ＡＬＬ）とするときに、ｆ（ＡＬＬ）×１．２＜ｆ（４）＜ｆ（ＡＬＬ）×１．７５の関係を満たすようにされている。
【００４６】
第４のレンズ５における焦点距離ｆ（４）が、ｆ（ＡＬＬ）×１．２≧ｆ（４）の関係になった場合、撮影レンズ１におけるバックフォーカスを確保することが困難になる。一方、第４のレンズ５における焦点距離ｆ（４）が、ｆ（ＡＬＬ）×１．７５≦ｆ（４）の関係になった場合、像面湾曲を良好に補正することが困難になる。したがって、この撮影レンズ１では、第４のレンズ５の焦点距離ｆ（４）をｆ（ＡＬＬ）×１．２＜ｆ（４）＜ｆ（ＡＬＬ）×１．７５の関係を満たすようにさせることで、適切なバックフォーカスが得られると共に像面湾曲を良好に補正することができ、優れた光学性能が得られる。
【００４７】
以上のように、この撮影レンズ１では、小型化を図りながら、光学性能を良好なものとすることができる。したがって、例えばデジタルカメラ用の小型且つ光学性能の良好な撮影レンズとして、幅広く用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る撮影レンズによれば、鏡筒を短くして小型化を図りながら、光学性能を良好なものとすることができる。したがって、例えばデジタルカメラ用の小型且つ光学性能の良好な撮影レンズとして、幅広く用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した撮影レンズの構成図である。
【図２】同撮影レンズの球面収差図である。
【図３】同撮影レンズの非点収差図である。
【図４】同撮影レンズのコマ収差図である。
【図５】同撮影レンズの歪曲収差図である。
【図６】同撮影レンズのスポットダイアグラムである。
【図７】同撮影レンズのモジュレーショントランスファーファンクションを示した特性図である。
【符号の説明】
１　撮影レンズ、２　第１のレンズ、３　第２のレンズ、４　第３のレンズ、５　第４のレンズ、６　第５のレンズ、７　絞り、８　水晶ダミーガラス、９　視感度補正ガラス、１０　カバーガラス

Claims

被写体側から像面側に向かって順番に配置された第１のレンズ乃至第５のレンズで構成され、
被写体側が凹面とされ、少なくとも一方の面が非球面に形成された上記第１のレンズと、
像面側が凸面にされた上記第２のレンズと、
被写体側及び像面側が凹面にされた上記第３のレンズと、
像面側が凸面とされ、少なくとも一方の面が非球面に形成された上記第４のレンズと、
被写体側が凸面とされると共に少なくとも一方の面が非球面に形成され、像の歪曲を修正させて結像させる上記第５のレンズとを有することを特徴とする撮影レンズ。
上記第１のレンズ及び／又は上記第５のレンズが、光学プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
上記第２のレンズは、その屈折率をＮｄ（２）とするとき、
Ｎｄ（２）＞１．７
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
上記第３のレンズは、そのアッベ数をＶｄ（３）とするとき、
２２＜Ｖｄ（３）＜３０
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
上記第４のレンズは、その焦点距離をｆ（４）とし、上記第１のレンズ乃至上記第５のレンズを合わせた焦点距離をｆ（ＡＬＬ）とするとき、
ｆ（ＡＬＬ）×１．２＜ｆ（４）＜ｆ（ＡＬＬ）×１．７５
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。
上記第４のレンズは、その屈折率をＮｄ（４）とするとき、
Ｎｄ（４）＞１．５２
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮影レンズ。