JP2014126844A - 撮像光学系、カメラ装置および携帯情報端末装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1レンズ群G1は、負メニスカスレンズからなる第1レンズL1から構成されている。第2レンズ群G2は、平凹レンズからなる第2レンズL2、負メニスカスレンズからなる第3レンズL3、両凸レンズからなる第4レンズL4から構成されている。第3レンズ群G3は、両凸レンズからなる第5レンズL5、両凹レンズからなる第6レンズL6から構成されている。第4レンズ群G4は、負メニスカスレンズからなる第7レンズL7から構成されている。第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に、開口絞りSが配置されている。
【選択図】 図1
Description
ここで、高性能化という面では、少なくとも、1,000万〜2,000万画素の撮像素子に対応した解像力を有することに加えて、絞り開放からコマフレアが少なく、高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れが少ないこと、色収差が少なく、輝度差の大きな部分にも不要な色付きを生じないこと、そして歪曲収差が少なく、直線を直線として描写可能なこと等が必要である。
さらに、大口径化という面では、ズームレンズを搭載した一般的なコンパクトカメラと差別化する必要性から、少なくともF2.8程度のF値が必要である。
また、撮影レンズの画角については、ある程度の広角を望むユーザが多いため、35mm銀塩カメラ(いわゆるライカ版)換算の焦点距離で28mmに相当する画角76度以上、つまり半画角38度以上であることが望ましい。
この種のデジタルカメラ用の結像レンズには多くの種類が考えられるが、広角単焦点レンズの代表的な構成としては、物体側に負の屈折力のレンズ群、像面側に正の屈折力のレンズ群を配設した、いわゆるレトロフォーカスタイプが挙げられる.各画素ごとに色フィルタやマイクロレンズを有するエリアセンサの特性から、射出瞳位置を像面から遠ざけ、周辺光束がセンサに対し垂直に近い角度で入射するようにしたいという要求の存在が、レトロフォーカスタイプが採用される主な理由である。しかしながら、レトロフォーカスタイプの光学系は、そもそも、広角レンズを一眼レフレックスカメラの交換レンズとして用いるためのバックフォーカス確保を目的としていたことからも分かるように、レンズ全長(最も物体側の面から像面までの距離)が大きくなり易い。
このような状況のもとで、レトロフォーカスタイプの光学系よりも小型化に適したレンズタイプの光学系として、略対称型や、像面側に負の屈折力のレンズ群を配設したテレフォトタイプの光学系が挙げられる。このようなレンズタイプの従来の結像レンズの例として、例えば、特許文献1(特開平08−313802号公報)や、特許文献2(特開平11−326756号公報)、特許文献3(特開2005−352060号公報)等が開示されている。さらに、レトロフォーカスタイプの特徴が残るものとして、特許文献4(特開2012−008347号公報)に開示のものがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高性能且つ画角76°程度の広画角で、Fナンバ2.8程度の大口径でありながら、十分に小型軽量の撮像光学系を提供することを目的としている。
撮像光学系の最大像高をIYとし、像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離をAPとして、
下記条件式(1):
0.60<IY/AP<0.85 (1)
を満足することを特徴としている。
撮像光学系の最大像高をIYとし、像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離をAPとして、
下記条件式(1):
0.60<IY/AP<0.85 (1)
を満足することにより、
画角76度程度の広画角、F2.8程度以下の大口径でありながら、十分に小型、軽量で、非常に良好な像性能を確保し得る撮像光学系を実現することができる。
本発明の第1の実施の形態は、物体の光学像を結像させる撮像光学系の実施の形態であるが、第2の実施の形態〜第6の実施の形態も同様である。
本発明の第1の実施の形態に係る結像レンズは、複数のレンズで構成され、被写体像を結像させるための単焦点の結像レンズにおいて、半画角が38度程度と広角で、F値がF2.8程度と大口径であり、十分に小型、軽量であって、各種収差を充分に低減し、非常に良好な像性能を確保し得る撮像光学系である。
現在、デジタルカメラは、高画質化、小型化、広角化、大口径化のニーズが強くなっており、これらの要望に応える開発をしていく必要がある。一般に、広角化を進めると、コマ収差、非点収差、像面湾曲や、特に歪曲収差が増大し易く、また、大口径化を進めると、コマ収差などや、特に球面収差が増大し、それらの収差を補正するために光学系が長大化する傾向にある。
物体側より像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群からなる。前記第1レンズ群は像面側に凹面を向けた負レンズで構成される。前記第2レンズ群は物体側から像面側に向かって順に、物体側に凹面を向けた負レンズおよび物体側に凸面を向けた負レンズと正レンズとの接合レンズで構成され、前記第3レンズ群は正レンズと負レンズとの接合レンズで構成される。前記第4レンズ群は物体側に凹面を向けた負レンズで構成され、撮像光学系の最大像高をIYとし、像面から前記撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離をAPとして、以下の条件式(1):
0.60<IY/AP<0.85 (1)
を満足することを特徴とする(請求項1に対応する)。
まず、本発明の撮像光学系において、前記開口絞りを挟んで、最物体側に負の屈折力を有する第1レンズ群と、最像面側に負の屈折力を有する前記第4レンズ群を配し、その中間の前記第2レンズ群と前記第3レンズ群に正の屈折力を持たせることで、厳密ではないが、屈折力配置に対称性を持たせ、コマ収差、倍率の色収差、歪曲収差の補正の難易度を下げている。
加えて、前記開口絞りを挟んで、正負接合レンズをそれぞれ配置することで、屈折力配置の対称性をある程度保ちながら、軸上色収差の効果的な補正が可能となる。また、前記開口絞りに近く、球面収差の補正を大きく行うレンズ要素であるため製造誤差による像性能劣化を生じやすいが、接合レンズとして製造誤差をある程度小さくすることで、像性能劣化を抑制することが可能となる。また、前記第2レンズ群の物体側に凹面を向けた負レンズと、前記第3レンズ群の負レンズとを有することで、収差補正の対称性を保ちつつ、特にコマ収差の良好な補正に効果がある。
さらに、前記第1レンズ群内の負レンズの像面側の凹面と、前記第2レンズ群内の正レンズの物体側の凸面、また、前記第3レンズ群内の正レンズの像面側に向けた凸面と、前記第4レンズ群内の負レンズの物体側の凹面がそれぞれペアとなって球面収差を補正する。このようにして、前記開口絞りを跨いだ球面収差補正のやりとりを抑制することで、製造誤差による性能劣化の抑制に効果がある。
上記の撮像光学系の構成によれば、以上説明したように収差補正上の大きな効果を得ることが可能であり、半画角38度程度の広角、Fナンバ2.8程度の大口径という厳しい条件の下でも、高い像性能を保った小型光学系を構成することが可能となる。
なお、さらに良好な性能にするためには、無限遠合焦時における前記第1レンズ群先頭面から前記第4レンズ群最終面までの光軸上距離をTLとして、以下の条件式(2):
1.00<AP/TL<1.40 (2)
を満足すればよい(請求項2に対応する)。
条件式(2)は、射出瞳距離に対するレンズ全長の適正範囲を規定している。条件式(2)の下限値を下回ると、前記第1レンズ群が前記開口絞りから離れすぎて前記第1レンズ群が径方向に大型化するか、前記第1レンズ群が強い負のパワーを持って光学系全体の屈折力配置の対称性が大きく崩れる。そのため、特に、コマ収差、倍率の色収差、歪曲収差などの補正の難易度が上昇し、それを補正するために光学系全体が長大化する恐れがある。
さらに高性能にするためには、前記第2レンズ群最終面と前記第3レンズ群先頭面との間で形成される空気レンズは、正の屈折力を有することとすればよい(請求項3に対応する)。
この構成とすることで、ペッツバール和のバランスが採りやすくなって像面湾曲の制御の難易度が下がり、像面性能の平坦性確保に効果がある。また、シャッタスペースにレンズの凸形状が存在することになって空間の利用効率が上がり、光学系の小型化に効果がある。
より高性能にするためには、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の合成焦点距離をf12とし、前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成焦点距離をf34として、以下の条件式(3):
0.50<f12/f34<1.60 (3)を満足すればよい(請求項4に対応する)。
なお、さらに良好な性能にするためには、以下の条件式(3A):
0.60<f12/f34<1.45 (3A)
を満足することが望ましい。
さらに高性能にするためには、前記第4レンズ群内に少なくとも1面以上の非球面を有し、全系の焦点距離をfとし、前記第4レンズ群の焦点距離をf4として、以下の条件式(4):
0<f/|f4|<0.30 (4)を満足すると良い(請求項5に対応する)。
なお、さらに良好な性能にするためには、以下の条件式(4A):
0<f/|f4|<0.20 (4A)
を満足することが望ましい。
さらに高性能にするためには、全系の焦点距離をfとし、無限遠合焦時における前記第1レンズ群先頭面から前記第4レンズ群で群最終面までの光軸上の距離をTLとして、以下の条件式(5):
0.70<TL/f<1.10 (5)
を満足すると良い(請求項6に対応する)。
さらに高性能にするためには、像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離をAPとし、前記第4レンズ群先頭面の曲率半径をRg41として、以下の条件式(6):
1.00<|AP/Rg41|<2.50 (6)
を満足するとよい(請求項7に対応する)。
条件式(6)は、射出瞳距離に対する前記第4レンズ群の先頭面の曲率半径の適正範囲を規定している。条件式の下限値を下回ると前記第4レンズ群の像側面の屈折力が過大となり、上限値を超えると、前記第4レンズ群の物体側面の屈折力が過大となり、主にコマ収差の補正が不足し、また、前記第4レンズ群の製造誤差感度が上昇する恐れがある。また、条件式(6)の下限値を下回ると前記第4レンズ群のコバ厚が増加する。光学系全体の実質的な厚さが増加し、条件式(6)の上限値を超えると、前記第3レンズ群の最終面と前記第4レンズ群の先頭面の空気間隔が拡大し、光学系の光軸上長さが増加し、光学系をカメラ本体に沈胴して収納する場合のカメラ厚さが増加する恐れがある。
1.20<|AP/Rg41|<2.10 (6A)
を満足すると良い。
なお、本発明に係る撮像光学系は、単焦点レンズとして構成されることが望ましく、フォーカシングは、撮像光学系全体を移動させて行うようにすると良い。
そして、本発明の第7の実施の形態は、上述した本発明の第1の実施の形態(後述する第2〜第6の実施の形態を含む)に係る撮像光学系を用いて構成したカメラ装置である。
すなわち、上述した撮像光学系により、いわゆるデジタルカメラ等のカメラ装置における撮像用光学系を構成するようにして、
半画角が38度程度と広角で、F値がF2.8程度と大口径でありながら、レンズ全長、レンズ総厚およびレンズ径において十分に小型であり、各種収差を十分に低減して、非常に良好な像性能を確保し、画素数が1,000万〜2,000万画素の撮像素子に対応した解像力を有する高性能の結像レンズを撮像光学系とした、小型で高画質のカメラ装置としても良い(請求項8に対応する)。
また、カメラ装置に撮影画像をデジタル情報とする機能を持たせても良い(請求項9に対応する)。
また、上述した撮像光学系により、撮像機能を有する携帯情報端末装置等の情報装置における撮像用光学系を構成するようにして、
同様に小型で高性能の撮像光学系を撮像機能部の撮像用光学系として使用した、小型で高画質が得られる携帯情報端末装置としても良い(請求項10に対応する)。
図1および図2は、本発明の第1の実施の形態に係る実施例1における撮像光学系としての結像レンズを説明するためのものである。図3および図4は、本発明の第2の実施の形態に係る実施例2における結像レンズを説明するためのものである。図5および図6は、本発明の第3の実施の形態に係る実施例3における結像レンズを説明するためのものである。図7および図8は、本発明の第4の実施の形態に係る実施例4における結像レンズを説明するためのものである。図9および図10は、本発明の第5の実施の形態に係る実施例5における結像レンズを説明するためのものである。図11および図12は、本発明の第6の実施の形態に係る実施例6における結像レンズを説明するためのものである。
実施例1〜実施例6の各実施例の結像レンズにおいて、第4レンズ群の像面側に配置される平行平板Fは、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種フィルタや、CMOSセンサ等の受光素子のカバーガラス(シールガラス)を想定したものである。
なお、これら実施例1〜実施例6の各実施例において用いている光学ガラスの硝材は、HOYA株式会社(HOYA)、株式会社オハラ(OHARA)および株式会社住田光学ガラス(SUMITA)の製品の光学硝種名で示している。
実施例1〜実施例6の各実施例の収差は、高いレベルで補正されており、球面収差および軸上色収差は非常に小さい。非点収差、像面湾曲および倍率色収差も充分に小さく、コマ収差やその色差の乱れも最周辺部まで良く抑えられている。本発明のように撮像光学系としての結像レンズを構成することにより、半画角が38度強程度と広角で、F値がF2.8程度と大口径であって、しかも、レンズ全長、レンズ総厚およびレンズ径において十分に小型化を達成し、且つ非常に良好な像性能を有していることは、実施例1〜実施例6の各実施例より明らかである。
f:光学系全系の焦点距離
F:F値(Fナンバ)
ω:半画角
y′:最大像高
R:曲率半径(非球面については近軸曲率半径)
D:面間隔
Nd:屈折率
νd:アッベ数
また、実施例1〜実施例6において、いくつかのレンズ面を非球面としている。非球面を形成するには、いわゆるモールド非球面レンズのように、各レンズ面を直接非球面とする構成がある。また、いわゆるハイブリッド非球面レンズのように、球面レンズのレンズ面に非球面を形成する樹脂薄膜を敷設して非球面を得る構成もある。それらのいずれを用いても良い。このような非球面形状は、面の頂点を基準としたときの光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位(つまり光軸方向における非球面量)Xが、非球面の円錐定数をK、4次の非球面係数をA4、6次の非球面係数をA6、8次の非球面係数をA8、10次の非球面係数をA10とし、そして近軸曲率半径Rの逆数をCとして、次の式(7)で定義される。
すなわち、本発明の実施例1に係る結像レンズの光学系は、図1に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置しており、第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図1に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
いわゆるデジタルスティルカメラのように、CCD(電荷結合素子)センサまたはCMOS(相補型金属酸化物半導体)センサ等の固体撮像素子を用いるタイプの撮像光学系では、バック挿入ガラス、ローパスフィルタ、赤外カットガラスおよび固体撮像素子の受光面を保護するためのカバーガラス等の少なくとも何れかを介挿する。本実施例ではこれらを代表して上述したフィルタガラスFとして、等価的に3枚の平行平板として示している。なお、実施例2〜実施例6においても等価的に3枚の平行平板としてフィルタガラスFを示しているが、本実施例におけるフィルタガラスFと同様に、バック挿入ガラス、ローパスフィルタ、赤外カットガラスおよびカバーガラス等の少なくとも何れかを代表してあらわしている。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されており、被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
この実施例1においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.85、ω=38.42であり、この実施例1における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表1の通りである。
すなわち、表1においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 3.65750, A4= 7.78870E-05, A6= -3.02515E-06, A8= 1.83970E-07, A10= -4.88835E-09
第13面
K= -1.82416, A4= 1.79400E-04, A6= 5.52949E-06, A8= 4.13662E-08, A10= 8.00503E-10
この場合、条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表2の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
すなわち、本発明の実施例2に係る結像レンズの光学系は、図3に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置している。ここで、第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図3に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されており、被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
図3には、結像レンズの光学系における各光学面の面番号も示している。なお、図3に示す各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。そのため、図1、図5、図7、図9および図11等と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例とはかならずしも共通の構成ではない。
この実施例2においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.86、ω=38.44である。この実施例2における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表3の通りである。
すなわち、表3においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 2.40068, A4= 1.15154E-04, A6= -1.77420E-06, A8= 1.22313E-07, A10= -2.96548E-09
第13面
K= -1.21261, A4= 1.90076E-04, A6= 5.87997E-06, A8= 4.28098E-08, A10= 1.06127E-09
この場合、上記条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表4の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
すなわち、本発明の実施例3に係る結像レンズの光学系は、図5に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置しており、第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図5に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されており、被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
図5には、結像レンズの光学系における各光学面の面番号も示している。なお、図5に示す各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。そのため、図1、図3、図7、図9および図11等と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例とはかならずしも共通の構成ではない。
この実施例3においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.83、ω=38.42である。この実施例3における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表5の通りである。
すなわち、表5においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 2.53768, A4= 6.94076E-05, A6= 8.02001E-07, A8= 1.54854E-09, A10= -9.06031E-10
第13面
K= -17.27489, A4= -5.46560E-04, A6= 2.82261E-05, A8= -4.86001E-07, A10= 6.16411E-09
この場合、上記条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表6の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
すなわち、本発明の実施例4に係る結像レンズの光学系は、図7に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置している。第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図7に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されている。被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
図7には、結像レンズの光学系における各光学面の面番号も示している。なお、図7に示す各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。
この実施例4においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.85、ω=38.44である。この実施例1における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表7の通りである。
すなわち、表7においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 0.99322, A4= 1.32749E-04, A6= 3.22758E-06, A8= -4.86729E-08, A10= 9.86255E-10
第13面
K= -18.58415, A4= -5.62871E-04, A6= 2.90511E-05, A8= -5.10460E-07, A10= 6.39298E-09
この場合、上記条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表8の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
すなわち、本発明の実施例5に係る結像レンズの光学系は、図9に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置しており、第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図9に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されている。被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
図9には、結像レンズの光学系における各光学面の面番号も示している。なお、図9に示す各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いている。
この実施例5においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.85、ω=38.42である。この実施例5における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表9の通りである。
すなわち、表9においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 3.97738, A4= 8.45704E-05, A6= -4.46178E-07, A8= 6.21524E-08, A10= -1.75388E-09
第13面
K= -15.07055, A4= -3.70772E-04, A6= 2.16275E-05, A8= -2.90008E-07, A10= 3.40041E-09
この場合、上記条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表10の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
すなわち、本発明の実施例6に係る結像レンズの光学系は、図11に示すように、物体側から像面側に向かって、順次、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、第4レンズL4、開口絞りS、第5レンズL5、第6レンズL6、そして第7レンズL7を配置している。第3レンズL3と第4レンズL4、並びに第5レンズL5と第6レンズL6は、それぞれ接合レンズを構成しており、いわゆる5群7枚構成としている。
レンズ群構成に着目すると、第1レンズL1により負の屈折力を有する第1レンズ群G1を構成し、第2レンズL2〜第4レンズL4により正の屈折力を有する第2レンズ群G2を構成している。そして第5レンズL5〜第6レンズL6により正の屈折力を有する第3レンズ群G3を構成し、第7レンズL7により負の屈折力を有する第4レンズ群G4を構成している。つまり、図1に示す結像レンズの光学系は、これら第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3、そして第4レンズ群G4を、物体側から像面側に向かって、順次、配置した構成としている。
第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間に開口絞りSを配置している。
第3レンズ群G3は、物体側から像面側に向かって、順次、像面側に物体側の面より曲率の大きな凸面を向けて両凸形状をなす正レンズからなる第5レンズL5と、物体側に像面側の面より曲率の大きな凹面を向けて両凹形状をなす負レンズからなる第6レンズL6を配置して、正の屈折力を示すように構成している。第3レンズ群G3の第5レンズL5と第6レンズL6の2枚のレンズは、互いに密接して貼り合わせられて一体に接合され、2枚接合からなる接合レンズを形成している。第4レンズ群G4は、物体側に凹面を向け且つ像面側に非球面を形成してなる負メニスカス形状の第7レンズL7を配置して、負の屈折力を示すように構成している。
第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、開口絞りS、第3レンズ群G3および第4レンズ群G4は、少なくとも使用時には、適宜なる支持枠等によってほぼ一体的に支持されている。被写体に合焦させるフォーカシングに際しては、一体的に移動させてフォーカシングを行う。
図11には、結像レンズの光学系における各光学面の面番号も示している。なお、図11に示す各参照符号は、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各実施例毎に独立に用いてる。そのため、図1、図3、図5、図7および図9等と共通の参照符号を付していてもそれらに対応する実施例とはかならずしも共通の構成ではない。
この実施例6においては、光学系全系の焦点距離f、開放F値Fnoおよび半画角ω〔度〕が、それぞれf=18.30、Fno=2.85、ω=38.42である。この実施例6における各光学要素における光学面の曲率半径(非球面については近軸曲率半径)R、隣接する光学面の面間隔D、屈折率Nd、アッベ数νdおよび硝種等の光学特性は、次表11の通りである。
すなわち、表11においては、「*」が付された第2面および第13面の各光学面が非球面であり、式(7)における各非球面のパラメータは、次の通りである。
非球面パラメータ
第2面
K= 2.02313, A4= 6.61565E-05, A6= -2.97180E-06, A8= 2.12746E-07, A10= -4.84798E-09
第13面
K= -11.86578, A4= -3.80925E-04, A6= 2.39629E-05, A8= -2.62883E-07, A10= 4.29423E-09
この場合、上記条件式(1)〜条件式(6)に対応する値は、次表12の通りとなり、それぞれ条件式(1)〜条件式(6)を満足している。
次に、上述した本発明の第1の実施の形態〜第6の実施の形態に係る撮像用光学系を採用して構成した本発明の第7の実施の形態に係るカメラ装置としてのデジタルカメラについて図13〜図15を参照して説明する。図13は、物体側、すなわち被写体側、である前面側から見たデジタルカメラの外観を模式的に示す斜視図、図14は、撮影者側である背面側から見たデジタルカメラの外観を模式的に示す斜視図であり、図15は、デジタルカメラの機能構成を示す模式的ブロック図である。なお、ここでは、デジタルカメラを例にとってカメラ装置について説明しているが、在来の画像記録媒体として銀塩フィルムを用いる銀塩フィルムカメラに本発明に係る撮像光学系を採用してもよい。
また、いわゆるPDA(personal data assistant)や携帯電話機等の携帯情報端末装置のような情報装置にカメラ機能を組み込んだものが広く用いられている。このような情報装置も外観は若干異にするもののデジタルカメラと実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような情報装置における撮像用光学系として、採用してもよい。
デジタルカメラは、撮像用光学系としての撮影レンズ1と、CMOS(相補型金属酸化物半導体)撮像素子またはCCD(電荷結合素子)撮像素子等を用いてイメージセンサとして構成された受光素子13とを有しており、撮影レンズ1によって結像される被写体(物体)光学像を受光素子13によって読み取る。この撮影レンズ1として、上述した第1〜第6の実施の形態において説明したような本発明に係る撮像光学系を用いる(請求項8または請求項10に対応する)。
受光素子13の出力は、中央演算装置11によって制御される信号処理装置14によって処理され、デジタル画像情報に変換される。すなわち、このようなデジタルカメラは、撮像された画像(被写体画像)をデジタル画像情報に変換する手段を含んでおり、この手段は、実質的に、受光素子13、信号処理装置14およびこれらを制御する中央演算装置(CPU)11等により構成される(請求項8に対応する)。
撮影レンズ1は、カメラの携帯時には、その対物面がレンズバリア(図示していない)により覆われており、ユーザが電源スイッチ6を操作して電源を投入すると、レンズバリアが開き、対物面が露出する構成とする。
多くの場合、シャッタボタン4の半押し操作により、フォーカシングがなされる。本発明に係る撮像光学系(請求項1〜請求項7で定義され、あるいは前述した実施例1〜実施例6に示される撮像光学系)におけるフォーカシングは、複数群の光学系の全部または一部のレンズ群の移動、もしくは受光素子の移動などによって行うことができる。シャッタボタン4をさらに押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
上述のようなデジタルカメラ(カメラ装置)または携帯情報端末装置には、既に述べた通り、第1〜第6の実施の形態に示されたような撮像光学系を用いて構成した撮影レンズ1を撮像用光学系として使用することができる。したがって、画角が76度以上と十分に広画角でありながら、Fナンバが2.8程度以下の大口径であり、1,000万画素〜2,000万画素またはそれ以上の画素数の受光素子を使用した高画質で小型のカメラ(撮像装置)または携帯情報端末装置を実現することができる。
G2 第2レンズ群(正)
G3 第3レンズ群(正)
G4 第4レンズ群(負)
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
L6 第6レンズ
L7 第7レンズ
S 開口絞り
F フィルタガラス
1 撮影レンズ
2 光学ファインダ
3 ストロボ(フラッシュライト)
4 シャッタボタン
5 カメラボディ
6 電源スイッチ
7 液晶モニタ
8 操作ボタン
11 中央演算装置(CPU)
12 画像処理装置
13 受光素子
14 信号処理装置
15 半導体メモリ
16 通信カード等
Claims (10)
- 物体側より像面側に向かって順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と、正の屈折力を有する第2レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を有する第3レンズ群と、負の屈折力を有する第4レンズ群からなり、前記第1レンズ群は像側に凹面を向けた負レンズで構成され、前記第2レンズ群は物体側から像面側に向かって順に、物体側に凹面を向けた負レンズおよび物体側に凸面を向けた負レンズと正レンズとの接合レンズで構成され、前記第3レンズ群は正レンズと負レンズとの接合レンズで構成され、前記第4レンズ群は物体側に凹面を向けた負レンズで構成され、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
0.60<IY/AP<0.85 (1)
ただし、IYは撮像光学系の最大像高、APは像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離を表す。 - 請求項1に記載の撮像光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
1.00<AP/TL<1.40 (2)
ただし、APは像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上の距離、TLは無限遠合焦時における、前記第1レンズ群先頭面から前記第4レンズ群最終面までの光軸上距離を表す。 - 請求項1または2に記載の撮像光学系において、前記第2レンズ群最終面と前記第3レンズ群先頭面との間で形成される空気レンズは、正の屈折力を有することを特徴とする撮像光学系。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の撮像光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
0.50<f12/f34<1.60 (3)
ただし、f12は前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の合成焦点距離、f34は前記第3レンズ群と前記第4レンズ群の合成焦点距離を表す。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の撮像光学系において、前記第4レンズ群内に少なくとも1面以上の非球面を有し、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
0<f/|f4|<0.30 (4)
ただし、fは全系の焦点距離、f4は前記第4レンズ群の焦点距離を表す。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の撮像光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
0.70<TL/f<1.10 (5)
但し、TLは無限遠合焦時における、前記第1レンズ群先頭面から前記第4レンズ群最終面までの光軸上距離、fは全系の焦点距離を表す。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の撮像光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
1.00<|AP/Rg41|<2.50 (6)
ただし、APは像面から撮像光学系の射出瞳位置までの光軸上距離、Rg41は、前記第4レンズ群先頭面の曲率半径、を表す。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の撮像光学系を有するカメラ装置。
- 請求項8に記載のカメラ装置において、撮影画像をデジタル情報とする機能を有することを特徴とするカメラ装置。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の撮像光学系を有する携帯情報端末装置。
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