JP2005141017A - レンズシステムおよびカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】 CCDなどの撮像素子を用いたデジタルカメラに適した小型で低コストのレンズシステムを提供する。
【解決手段】 物体側8から順に負の屈折力の第1のレンズ群G1と、正の屈折力の第2のレンズ群G2と、正の屈折力の第3のレンズ群G3とにより構成されるレンズシステム1において、第2のレンズ群G2を、物体側から両凸の正レンズL21、両凹の負レンズL22、物体側8に凹面を向けた負のメニスカスレンズL23とで構成し、諸収差が良好に補正された、低コストのレンズシステムを提供可能とする。
【選択図】 図2
【解決手段】 物体側8から順に負の屈折力の第1のレンズ群G1と、正の屈折力の第2のレンズ群G2と、正の屈折力の第3のレンズ群G3とにより構成されるレンズシステム1において、第2のレンズ群G2を、物体側から両凸の正レンズL21、両凹の負レンズL22、物体側8に凹面を向けた負のメニスカスレンズL23とで構成し、諸収差が良好に補正された、低コストのレンズシステムを提供可能とする。
【選択図】 図2
Description
本発明は、CCDなどの撮像素子に被写体像を結像するのに適したレンズシステムに関するものである。
CCDなどの撮像素子を用いたデジタルカメラ用のレンズシステムとしては、像側をテレセントリックにしやすいレトロフォーカス型が適している。負正正の3群構成のズームレンズは、簡易な構成でレンズシステム全体を小型化することが可能であり、以下の特許文献1〜6に示すような提案がされている。
特開平6−94996号公報
特開平10−170826号公報
特開平10−133115号公報
特開平11−174322号公報
特開2002−267930号公報
特開平11−287953号公報
特開平6−94996号公報、特開平10−170826号公報、特開平10−133115号公報、特開平11−174322号公報および特開2002−267930号公報に記載されたレンズシステムは、物体側(被写体側)から像側に向かって順番に、負の屈折力の第1のレンズ群、正の屈折力の第2のレンズ群、および正の屈折力の第3のレンズ群が配置された、全体が3群の簡易な構成ではあるが、ズームする際に最も移動する中間の第2のレンズ群が4枚以上のレンズで構成されており、レンズシステム全体のサイズを十分には小型化できず、またコスト高となるという問題がある。
特開平11−287953号公報に記載されたズームレンズは、中間の2群を3枚構成とし、上記のレンズシステムに対して、コンパクトで低コストのレンズシステムを提供可能としている。特開平11−287953号公報に記載されたズームレンズの2群は、両凸の正レンズまたは物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズと、両凹の負レンズと、両凸の正レンズから構成され、少ない枚数のレンズで色収差、像面湾曲および非点収差といった諸収差を補正し易い構成となっている。この構成は、基本的にトリプレットと称される構成に類似しており、正レンズを2枚採用することにより、像面平坦化のためにペッツバール(Petzval)和を補正する強い負のパワーを持つ面を備えた負レンズを採用できる構成となっている。
しかしながら、その半面、2群の負レンズのパワーが強いので、収差を補正しすぎる傾向があり、特に、ズームにより2群が移動した際の収差補正を1群と3群とで行うことが難しい構成となっている。例えば、温度変化により各レンズのパワーが変動するとレンズシステム全体の性能の悪化が懸念される。特に、両凹の負レンズは、像面湾曲収差を補正する点からは凸レンズから負の面までの距離を確保し、さらに曲率の大きな面を形成する必要があるため、レンズが厚く大きくなり、曲率も大きいので温度変化による影響を受け易い。したがって、低コストで軽量のプラスチックレンズで構成することは難しい。
このため、本発明においては、さらに、軽量化および低コスト化が可能なレンズシステムを提供することを目的としている。また、本発明においては、ズーミングおよび温度変化に対してもさらに安定した性能を発揮することが可能な、簡易な構成で低コストのレンズシステムを提供することを目的としている。
このため、本発明においては、第2のレンズ群を、物体側から順に、両凸の正レンズと、両凹の負レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとにより構成する。すなわち、本発明のレンズシステムは、物体側から像側に順に負の屈折力の第1のレンズ群と、正の屈折力の第2のレンズ群と、正の屈折力の第3のレンズ群とにより構成されるレンズシステムであって、第2のレンズ群は、物体側から順に、両凸の正レンズと、両凹の負レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとにより構成されている。
トリプレットに代表されるペッツバール和を良好に補正できるレンズ群は、正−負−正の構成であるが、面単位の構成で考えると、物体側に凸の正のパワーの面と、像側に凸の正のパワーの面との間に、負のパワーの面を配置することによりほぼ同等の効果を得ることができる。したがって、本発明においては、物体側の両凸の正レンズを配置して物体側の凸の正のパワーの面を形成し、像側に、物体側に凹面、すなわち、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズを配置することにより物体側に凸の正のパワーの面を形成している。そして、負のメニスカスレンズの物体側の凹面を、物体側の凸の正のパワーの面から距離を開けて配置された曲率の大きな負のパワーの面として利用しつつ、レンズ自身の負の屈折力を抑えている。したがって、弱いパワーの負のメニスカスレンズでペッツバール和を良好に補正できるレンズ群が形成できる。
さらに、両凸の正レンズと、両凹の負レンズとにより色収差も良好に補正することが可能である。このため、本発明のレンズシステムを、第2のレンズ群が移動するズームレンズとしたときに、移動中の第2のレンズ群により色収差、像面湾曲、非点収差などの諸収差を良好に補正することが可能となる。また、第2のレンズ群における負のパワーも適当な範囲に収めることができるので、負のパワーによる諸収差の発生および補正の範囲も、第1および第3のレンズ群との関係において適当な範囲に収めることができ、広角端から望遠端の全域にわたって良好な収差補正がされたレンズシステムを提供できる。ズーミングは、第1のレンズ群および/または第2のレンズ群を、広角端から望遠端へ変倍する際に、第1および第2のレンズ群の空気間隔が減少し、第2および第3のレンズ群の空気間隔が増加することで行われる。
両凸の正レンズと、両凹の負レンズの最も簡易な構成例は、貼り合わせることである。両凸の正レンズと、両凹の負レンズとをダブレットにすることにより、第2のレンズ群の構成はさらに簡略化される。
本発明のレンズシステムにおいて、第2のレンズ群を構成する負レンズ、特に、負のメニスカスレンズのパワーは小さい。また、負のメニスカスレンズは薄くできる。したがって、温度の影響は受け難い構成であり、環境の変化に対して安定した結像性能を備えたレンズシステムを本発明により提供できる。また、温度変化の影響を受け難いので、負のメニスカスレンズをプラスチックレンズにすることが可能であり、また、非球面を導入するのに適した構成となる。したがって、安定した結像性能を備えた軽量のレンズシステムを低コストで提供することが可能となる。
本発明のレンズシステムは、負−正−正というレトロフォーカスタイプのレンズシステムであり、像側をテレセントリックにし易いので、CCDなどの撮像素子を用いたデジタルカメラに適した構成である。したがって、本発明のレンズシステムと、このレンズシステムの像側に配置された撮像素子とを有するカメラは、軽量で、低コストであり、さらに、温度などの環境の変化に対して安定した性能を発揮できるものとなる。
以上に説明したように、本発明のレンズシステムは、物体側から、負−正−正の構成であり、CCDなどの撮像素子を用いたデジタルカメラ用に良好なテレセントリック性を備えたレンズシステムである。さらに、第2のレンズ群は、両凸の正レンズ、両凹の負レンズ、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズにより構成されており、負のパワーの成分を大幅に増加させずに諸収差を補正できる構成となっている。このため、ズームレンズとして第2のレンズ群を移動させたときに、広角端から望遠端にわたり安定した性能が得られるレンズシステムである。
(実施例1)
図1に本発明のレンズシステム1を備えたデジタルカメラ10を示し、図2にレンズシステム1の具体的な構成を示してある。デジタルカメラ10は、レンズシステム1の像側に配置されたCCD11を備えており、レンズシステム1によりCCD11に結像された物体の画像情報をデジタル信号に変換し、適当な記録媒体に記録したり、インターネットなどのコンピュータネットワークを介して提供することができる。
図1に本発明のレンズシステム1を備えたデジタルカメラ10を示し、図2にレンズシステム1の具体的な構成を示してある。デジタルカメラ10は、レンズシステム1の像側に配置されたCCD11を備えており、レンズシステム1によりCCD11に結像された物体の画像情報をデジタル信号に変換し、適当な記録媒体に記録したり、インターネットなどのコンピュータネットワークを介して提供することができる。
本例のレンズシステム1は、ズームレンズとして機能し、図2に広角端(短焦点距離端)のレンズ配置を示し、矢印で望遠端(長焦点距離端)の際のレンズ移動方向を示してある。本例のレンズシステム1は、物体側8からCCD11の焦点面が配置された像側9に向かって順番に3つのレンズ群G1、G2およびG3にグループ分けされた7枚のレンズにより構成されている。
最も物体側8に位置する第1のレンズ群G1は、全体として負の屈折力を備えており、物体側8から順に、物体側8に凸の負のメニスカスL11と、両凹の負のレンズ12と、両凸の正レンズL13との3枚のレンズにより構成されている。負のレンズL12と正のレンズL13は、貼り合わされた接合レンズとして構成されている。
第2のレンズ群G2は、全体として正の屈折力を備えており、物体側8から順に、両凸の正レンズL21と、両凹の負レンズL22と、物体側(被写体側)8に凹の負のメニスカスレンズL23により構成されている。負のメニスカスレンズL23は、プラスチックレンズであり、両面を非球面として収差のさらなる改善が図られている。第2のレンズ群G2の物体側8には、第2のレンズ群G2と共に移動する絞りSが設けられている。
最も像側9の第3のレンズ群G3は、全体として正の屈折力を備えており、1枚の両凸の正レンズL31で構成されている。この第3のレンズ群G3は、広角端から望遠端への変倍中は移動しない。一方、広角端から望遠端への変倍中は第1のレンズ群G1と第2のレンズ群G2は、それらの間隔d1が減少するように移動し、さらに、第2のレンズ群は第3のレンズ群の間隔d2が増大するように移動する。
以下に示すレンズデータにおいて、No.は物体側8から順番に並んだレンズ面の番号、Riは物体側から順番に並んだ各レンズの曲率半径(mm)、Diは物体側から順番に並んだ各レンズ面の間の距離(mm)、ndは物体側から順番に並んだ各レンズの屈折率(d線)、νdは物体側から順番に並んだ各レンズのアッベ数(d線)を示す。距離d1は、第1のレンズ群G1と、第2のレンズ群G2との間隔(mm)を示し、距離d2は、第2のレンズ群G2と、第3のレンズ群G3との間隔(mm)を示す。また、Flatは平面であることを示す。以下の実施例においても同様である。
レンズデータ(No.1)
No. Ri Di nd vd
1 17.937 1.200 1.74300 49.20 レンズL11
2 4.477 3.001
3 -25.031 1.000 1.55371 42.21 レンズL12
4 6.494 2.798 1.83969 29.34 レンズL13
5 139.923 d1(可変)
6 Flat 0.500 絞りS
7 6.968 3.335 1.77250 49.60 レンズL21
8 -8.458 1.572 1.83487 24.44 レンズL22
9 55.249 2.309
10 -10.214 1.280 1.49757 68.58 レンズL23
11 -11.420 d2(可変)
12 22.269 1.959 1.48700 70.40 レンズL31
13 -37.918 1.200
14 Flat 1.500 1.51633 64.14
15 Flat
No. Ri Di nd vd
1 17.937 1.200 1.74300 49.20 レンズL11
2 4.477 3.001
3 -25.031 1.000 1.55371 42.21 レンズL12
4 6.494 2.798 1.83969 29.34 レンズL13
5 139.923 d1(可変)
6 Flat 0.500 絞りS
7 6.968 3.335 1.77250 49.60 レンズL21
8 -8.458 1.572 1.83487 24.44 レンズL22
9 55.249 2.309
10 -10.214 1.280 1.49757 68.58 レンズL23
11 -11.420 d2(可変)
12 22.269 1.959 1.48700 70.40 レンズL31
13 -37.918 1.200
14 Flat 1.500 1.51633 64.14
15 Flat
第2、10、11面は非球面であり、その非球面係数は以下の通りである。ただし、非球面式は次の通りである。
x=(1/R)Y2/[1+{1−(1+K)(1/R)2Y2}1/2]
+AY4+BY6+CY8+DY10
第2面
R=4.478
K=0.00000
A=−3.9858×10-4、B=−5.0959×10-5
C= 4.0995×10-6、D=−2.8190×10-7
第10面
R=−10.214
K= 0.00000
A=−2.6092×10-3、B=1.5458×10-4
C=−1.3292×10-5、D=1.1044×10-6
第11面
R=−11.421
K= 0.00000
A=−6.3996×10-4、B=1.3270×10-4
C=−2.6689×10-6、D=3.1305×10-7
x=(1/R)Y2/[1+{1−(1+K)(1/R)2Y2}1/2]
+AY4+BY6+CY8+DY10
第2面
R=4.478
K=0.00000
A=−3.9858×10-4、B=−5.0959×10-5
C= 4.0995×10-6、D=−2.8190×10-7
第10面
R=−10.214
K= 0.00000
A=−2.6092×10-3、B=1.5458×10-4
C=−1.3292×10-5、D=1.1044×10-6
第11面
R=−11.421
K= 0.00000
A=−6.3996×10-4、B=1.3270×10-4
C=−2.6689×10-6、D=3.1305×10-7
本例の投写用ズームレンズシステムの変倍中の諸数値は以下の通りである。
広角端 中間 望遠端
合成焦点距離 4.7200 8.1800 14.1497
d1 14.85667 6.37741 1.50000
d2 3.63774 8.23486 16.16153
広角端 中間 望遠端
合成焦点距離 4.7200 8.1800 14.1497
d1 14.85667 6.37741 1.50000
d2 3.63774 8.23486 16.16153
図3(a)および図3(b)に、このレンズシステム1の広角端および望遠端における球面収差、非点収差および歪曲収差をそれぞれ示してある。球面収差は、656.28nm(破線)、587.56nm(実線)および486.13nm(一点鎖線)の各波長における値を示している。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム1の球面収差および非点収差は、広角端から望遠端にわたり、±0.1mmあるいはそれ以下範囲に十分に収まっており、また、歪曲収差も高角端で−5%以下と諸収差が十分に補正されている。したがって、ズーム比が3倍のズームレンズとして十分な結像性能を備えたレンズシステムとなっている。
上記のレンズデータから分かるように、第2のレンズ群G2を構成する負レンズL22および負のメニスカスレンズL23のパワーは小さく抑えられている。特に、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズL23は薄く、レンズとしてのパワーも弱い構成となっている。このため、メニスカスレンズL23の性能の温度変化も小さく、メニスカスレンズL23の温度変化による性能の変化がレンズシステム1の収差性能に及ぼす影響は非常に小さい。したがって、このレンズシステム1は、レンズL23にプラスチックレンズを採用しても使用温度範囲で諸収差を良好に補正できる構成であり、軽量化に適しており、低コストで供給できる。さらに、プラスチックレンズにすることにより非球面を導入することも容易であり、非球面を導入したときのコストアップも抑えることができる。したがって、この点でも、このレンズシステム1は、低コストで結像性能の良好なレンズシステムを提供できるものである。
このように、本例のレンズシステム1は、全体が7枚構成という簡易な構成でありながら高い結像性能を備えたレンズシステムである。さらに、このレンズシステム1は、第1、第2および第3のレンズ群がそれぞれ負−正−正のパワーを備えたレトロフォーカスタイプのズームレンズであり、像側をテレセントリックにしてCCD1などの撮像素子に対して結像するものに適している。このため、デジタルカメラに、このレンズシステム1を採用することにより、コンパクトで高解像度のデジタルカメラ10を低コストで提供することができる。
(実施例2)
図4に、さらに異なるレンズシステム1の広角端におけるレンズ配置を示してある。本例のレンズシステム1も、物体側8から像側9に向かって負の屈折力の第1のレンズ群G1、正の屈折力の第2のレンズ群G2、および第3のレンズ群G3が並んだレンズシステムである。また、各々のレンズ群を構成するレンズの構成は、上記の実施例1とほぼ同じであるが、本例の第1のレンズ群G1においては、負のメニスカスレンズL11の物体側8に、物体側8に凸面を向けた、正のメニスカスレンズL10が配置されている。このため、レンズシステム1は全体が8枚のレンズにより構成されている。以下に、本実施例2のレンズデータを示す。
図4に、さらに異なるレンズシステム1の広角端におけるレンズ配置を示してある。本例のレンズシステム1も、物体側8から像側9に向かって負の屈折力の第1のレンズ群G1、正の屈折力の第2のレンズ群G2、および第3のレンズ群G3が並んだレンズシステムである。また、各々のレンズ群を構成するレンズの構成は、上記の実施例1とほぼ同じであるが、本例の第1のレンズ群G1においては、負のメニスカスレンズL11の物体側8に、物体側8に凸面を向けた、正のメニスカスレンズL10が配置されている。このため、レンズシステム1は全体が8枚のレンズにより構成されている。以下に、本実施例2のレンズデータを示す。
レンズデータ(No.2)
No. Ri Di nd vd
1 -169.607 1.901 1.83475 36.00 レンズL10
2 -41.559 0.300
3 23.316 1.000 1.74300 49.20 レンズL11
4 4.778 2.619
5 -21.965 1.000 1.49190 66.71 レンズL12
6 5.943 2.678 1.83400 37.30 レンズL13
7 28.653 d1(可変)
8 Flat 0.500 絞りS
9 6.769 3.346 1.77250 49.60 レンズL21
10 -7.911 1.666 1.82686 24.69 レンズL22
11 69.578 2.199
12 -14.035 1.796 1.52760 64.22 レンズL23
13 -16.082 d2(可変)
14 38.427 1.986 1.48700 70.40 レンズL31
15 -20.015 1.200
16 Flat 1.500 1.51633 64.14
17 Flat 2.530
18 Flat -0.030
No. Ri Di nd vd
1 -169.607 1.901 1.83475 36.00 レンズL10
2 -41.559 0.300
3 23.316 1.000 1.74300 49.20 レンズL11
4 4.778 2.619
5 -21.965 1.000 1.49190 66.71 レンズL12
6 5.943 2.678 1.83400 37.30 レンズL13
7 28.653 d1(可変)
8 Flat 0.500 絞りS
9 6.769 3.346 1.77250 49.60 レンズL21
10 -7.911 1.666 1.82686 24.69 レンズL22
11 69.578 2.199
12 -14.035 1.796 1.52760 64.22 レンズL23
13 -16.082 d2(可変)
14 38.427 1.986 1.48700 70.40 レンズL31
15 -20.015 1.200
16 Flat 1.500 1.51633 64.14
17 Flat 2.530
18 Flat -0.030
このレンズシステム1においても、第2のレンズ群G2の像側のレンズは、像側に凸の負のメニスカスレンズであり、そのレンズL23の両面の第12、13面が非球面となっている。非球面係数は以下の通りである。非球面式は上述したものである。
第12面
R=−14.036
K= 0.00000
A=−3.1932×10-3、B=6.0813×10-5
C=−1.6215×10-5、D=1.5620×10-6
第13面
R=−16.082
K= 0.00000
A=−1.0954×10-3、B=6.2601×10-5
C=−1.7481×10-6、D=3.1642×10-7
第12面
R=−14.036
K= 0.00000
A=−3.1932×10-3、B=6.0813×10-5
C=−1.6215×10-5、D=1.5620×10-6
第13面
R=−16.082
K= 0.00000
A=−1.0954×10-3、B=6.2601×10-5
C=−1.7481×10-6、D=3.1642×10-7
さらに、変倍中の値は次の通りである。
広角端 中間 望遠端
合成焦点距離 4.9801 8.6301 14.9437
d1 13.30322 5.81778 1.50000
d2 2.80000 7.39098 15.30377
広角端 中間 望遠端
合成焦点距離 4.9801 8.6301 14.9437
d1 13.30322 5.81778 1.50000
d2 2.80000 7.39098 15.30377
図5(a)および図5(b)に、このレンズシステム1の広角端および望遠端における、球面収差、非点収差および歪曲収差をそれぞれ示してある。これらの図からわかるように、本例のレンズシステム1においても、諸収差は、広角端から望遠端にわたり良好に補正されており、結像性能の高いレンズシステムとなっている。
なお、上記では、本発明の一例として全体が7枚構成および8枚構成のレンズシステムを示しているが、これらに本発明が限定されるものではない。また、上記ではズームレンズを示しているが、ズーム範囲内のそれぞれの焦点距離における短焦点レンズシステムとしても十分な結像性能を備えており、本発明には単焦点レンズシステムも含まれる。また、本発明に係るレンズシステムはデジタルカメラだけではなく、PDAや携帯電話に組み込まれたカメラ、ロボットなどの自動制御装置における視覚となるカメラおよびその他の光学製品を含む、様々な分野の製品に適用することができる。
1 ズームレンズ
8 物体側
9 像側
8 物体側
9 像側
Claims (5)
- 物体側から像側に順に負の屈折力の第1のレンズ群と、正の屈折力の第2のレンズ群と、正の屈折力の第3のレンズ群とにより構成されるレンズシステムであって、
前記第2のレンズ群は、物体側から順に、両凸の正レンズと、両凹の負レンズと、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとにより構成されているレンズシステム。 - 請求項1において、前記第1のレンズ群および/または前記第2のレンズ群は、ズーミングのために移動可能であり、広角端から望遠端へ変倍する際に、前記第1および第2のレンズ群の空気間隔が減少し、前記第2および第3のレンズ群の空気間隔が増加するレンズシステム。
- 請求項1において、前記両凸の正レンズと前記両凹の負レンズは貼り合わされている、レンズシステム。
- 請求項1において、前記負のメニスカスレンズはプラスチック製であるレンズシステム。
- 請求項1に記載のレンズシステムと、
このレンズシステムの像側に配置された撮像素子とを有するカメラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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-
2003
- 2003-11-07 JP JP2003377779A patent/JP2005141017A/ja active Pending
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