JP3983855B2

JP3983855B2 - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP3983855B2
Application number: JP21989597A
Authority: JP
Inventors: 延孝峯藤
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: JPH1152227A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてＣＣＤ等の固体撮像素子を備えた電子スチルカメラ等の機器に適した撮影レンズに関し、特に、少ない構成枚数で良好な性能が得られる撮影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子スチルカメラ用の撮影レンズには、撮影レンズと撮像素子との間にフィルター等を配置するスペースを確保する必要上、十分なバックフォーカスが要求される。また、カラーの撮像素子を用いる場合には、色ムラの発生を抑えるため、撮影レンズから射出した光束が撮像素子に垂直に入射すること、すなわちテレセントリックであることが要求される。
【０００３】
また、特に普及型の電子スチルカメラでは、小型化、低コスト化の要求が高いため、撮影レンズにも小型で低コストのレンズが望まれている。さらに、撮像素子の小型化にともなって１画素のサイズが小さくなる傾向にあり、高い解像度が要求されている。
【０００４】
固体撮像素子を利用した機器用の比較的構成枚数の少ない撮影レンズは、例えば特開平４−１５３６１２号公報、あるいは特開平７−１６８０９３号公報に開示されている。これらの公報に記載される撮影レンズは、いずれも３枚構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１５３６１２号公報に開示される撮影レンズはビデオカメラ、特開平７−１６８０９３号公報に開示されるレンズはＴＶ電話や監視用等のビデオカメラ、スチルビデオカメラを用途として設計されているため、観賞用の画像を入力するための電子スチルカメラの撮影レンズとしては性能的に不十分であった。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、十分なバックフォーカスとテレセントリック性を有し、少ない構成枚数で良好な結像性能が得られる撮影レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる撮影レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つ第３レンズとが順に配列して構成される３群３枚構成であり、第１〜第３レンズのうち、少なくとも、第１レンズの物体側の面と第２レンズの像側の面とが非球面であり、第１レンズの物体側の非球面は、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率がきつくなるような形状であり、第２レンズの像側の非球面は、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率が緩くなるような形状であり、以下に示す条件（１）、（２）、（５）、（６）を満たすことを特徴とする。
【０００８】
0.200 ＜ f ／ f12 ＜ 0.600 …（１）
0.400 ＜ f ／ f3 ＜ 1.000 …（２）
0.713 ≦ r1 ／ f ＜ 1.500 …（５）
0.300 ＜ -r4 ／ f ＜ 0.600 …（６）
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ１２は第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｒ１は第１レンズの物体側の面の近軸の曲率半径、ｒ４は第２レンズの像側の面の近軸の曲率半径である。
【０００９】
請求項３に記載の撮影レンズによれば、第１レンズと第２レンズとは樹脂レンズであり、以下の条件を満たすことが望ましい。
-0.2 ＜ f ／ f1 ＜ 0.4 …（３）
0.0 ＜ f ／ f2 ＜ 0.8 …（４）
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる撮影レンズの実施形態を説明する。
実施形態の撮影レンズは、例えば図１に示されるように、図中左側となる物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズＬ1と、開口絞りＳと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズＬ2と、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つ第３レンズＬ3とが順に配列して構成される３群３枚構成である。第１〜第３レンズの６つのレンズ面のうち少なくとも２つのレンズ面が非球面である。最も像側に位置する平行平面板Ｐは、撮像光学系として用いる場合に撮影レンズと個体撮像素子との間に挿入される赤外カットフィルター、ローパスフィルター、カバーガラス等の平面板を代表している。設計時には、この平行平面板Ｐを含む光学系全体として収差を補正する。
【００１１】
実施形態の撮影レンズは、十分なバックフォーカスと良好な結像性能を得るために、開口絞りＳに対して凹面を向き合わせるように２枚のメニスカスレンズ、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2とを配置している。また、第３レンズＬ3を物体側に凸となる正レンズとすることにより、良好なテレセントリック性を確保している。このとき、以下の条件(1),(2)を満たすように第１、第２レンズＬ1，Ｌ2から成る前群のパワーと第３レンズＬ3から成る後群のパワーとを配分することにより、良好な結像性能と十分なバックフォーカス、テレセントリック性を得ることができる。
０．２＜ｆ／ｆ12＜０．６ …(1)
０．４＜ｆ／ｆ3＜１．０ …(2)
ただし、
ｆは全系の焦点距離、
ｆ12は第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、
ｆ3は第３レンズの焦点距離である。
【００１２】
条件(1)は、第１、第２レンズＬ1，Ｌ2から成る前群の焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件(1)の上限を越えて前群のパワーが強くなると、第１レンズＬ1、第２レンズＬ2の各面の曲率半径が小さくなりすぎ、球面収差、コマ収差の補正が困難になり、画面全体のコントラストが低下する。さらに、十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。条件(1)の下限を下回って前群のパワーが弱くなると、像面湾曲が補正不足となると共に、非点隔差が大きくなる。また、撮影レンズの全長を小さくすることが困難となる。
【００１３】
条件(2)は、第３レンズＬ3から成る後群の焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件(2)の上限を越えて後群のパワーが強くなると、歪曲収差の補正が困難になると共に、十分なバックフォーカスを確保できなくなる。条件(2)の下限を下回って後群のパワーが弱くなると、良好なテレセントリック性を確保することが困難になる。
【００１４】
第１レンズＬ1と第２レンズＬ2とは樹脂レンズで構成することが可能である。樹脂材料は温度、湿度等の環境の変化に対する形状、屈折率の変化がガラス材料と比較して大きいため、これらの環境変化による全系の性能変化を小さくするために、各樹脂レンズのパワーを適切に配分し、あるいは、複数の樹脂レンズにより互いの変化を相殺するよう補正効果を持たせることが望ましい。第１レンズＬ1と第２レンズＬ2とを樹脂レンズとする場合、環境変化による性能の変化を抑え、諸収差を良好に補正するため、以下の条件(3),(4)を満たすことが望ましい。
−０．２＜ｆ／ｆ1＜０．４ …(3)
０．０＜ｆ／ｆ2＜０．８ …(4)
ただし、
ｆ1は第１レンズの焦点距離、
ｆ2は第２レンズの焦点距離である。
【００１５】
条件(3)は、第１レンズＬ1の焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件(3)の上限を越えて第１レンズＬ1の正のパワーが強くなると、像面湾曲の補正が困難になり、環境変化に対する性能変化(主としてピント位置の移動)が大きくなる。条件(3)の下限を下回って第１レンズＬ1の負のパワーが強くなると、全系の正のパワーを保つために第２レンズＬ2の正のパワーを大きくせざるを得ず、特にコマ収差が大きくなり画像のコントラストが低下する。
【００１６】
条件（４）は、第２レンズＬ２の焦点距離と全系の焦点距離との比を規定する。条件（４）の上限を越えて第２レンズＬ２の正のパワーが強くなると、環境変化に対する性能変化（主としてピント位置の移動と像面の湾曲）が大きくなる。条件（４）の下限を下回って第２レンズＬ２の負のパワーを持つと、全系の正のパワーを保つために第３レンズＬ３の正のパワーを大きくせざるを得ず、非点隔差が大きくなると共に、バックフォーカスを十分に確保することが困難となる。
【００１７】
非球面を少なくとも第１レンズの物体側の面と第２レンズの像側の面とに設けることにより、少ない非球面数でも効果的に結像性能を向上させることができる。その場合、第１レンズの物体側の非球面を、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率がきつくなるような形状とすることにより、諸収差を良好に補正することができる。また、第２レンズの像側の非球面を、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率が緩くなるような形状とすることにより、画面の中心から周辺まで平坦な像面を得ることができる。さらに、この場合、以下の条件（５）（または（５’）），（６）を満たすことにより諸収差を良好に補正することができる。
0.713 ≦ r1 ／ f ＜ 1.500 …（５）
0.500 ＜ r1 ／ f ＜ 1.500 、ただし 3.4533 ／ 5.41 を除く …（５’）
0.300 ＜ -r4 ／ f ＜ 0.600 …（６）
ただし、ｒ１は第１レンズの物体側の面の近軸の曲率半径、ｒ４は第２レンズの像側の面の近軸の曲率半径である。
【００１８】
条件（５）または（５’）は、第１レンズの物体側面の近軸の曲率半径の全系の焦点距離に対する比を規定する。条件（５）または（５’）の上限を越えて曲率半径が大きくなると、像面湾曲が補正不足になると共に、第１レンズの有効径が大きくなる。条件（５）または（５’）の下限を下回って曲率半径が小さくなるあるいは 3.4533 ／ 5.41 であると、第１レンズＬ１のパワーが過大とならないよう第１レンズの像側の凹面の曲率半径も小さくなり、特にコマ収差、歪曲収差の補正が困難となる。
【００１９】
条件(6)は、第２レンズの像側面の近軸の曲率半径の全系の焦点距離に対する比を規定する。条件(6)の上限を越えて曲率半径が大きくなると、特に非点隔差が大きくなり、周辺部での結像性能が劣化する。条件(6)の下限を下回って曲率半径が小さくなると、第２レンズＬ2のパワーが過大となり、十分なバックフォーカスとテレセントリック性を確保することが困難となる。
【００２０】
以下、この発明にかかる撮影レンズの実施例を７例説明する。
【００２１】
【実施例１】
図１は、実施例１のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表１に示されている。図中、および表中、ＦNO.はＦナンバー、ｆは焦点距離[単位:mm]、ｗは半画角[単位:degree]、ｒはレンズ各面の曲率半径[単位:mm]、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔[単位:mm]、ｎdは各レンズのｄ線(588nm)での屈折率、νは各レンズのアッベ数である。第１、第２面が第１レンズＬ1、第３、第４面が第２レンズＬ2、第５、第６面が第３レンズＬ3、第７、第８面が平行平面板Ｐである。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に3.82mmの位置にある。
【００２２】
また、実施例１では、第１レンズＬ1の物体側の面(面番号１)と、第２レンズＬ2の像側の面(面番号４)とが回転対称な非球面で構成されている。非球面は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ、非球面の光軸上での曲率(1/r)をｃ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次の非球面係数をＡ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10として、以下の式(7)で表される。表１における非球面の曲率半径は光軸上の曲率半径であり、これらの面の円錐係数、非球面係数は表２に示される。なお、表における表記Eは、10を基数、Eの右の数字を指数とする累乗を表しており、例えば表２の第１面の非球面係数Ａ4の値「0.1581E-3」は「0.0001581」を意味する。
Ｘ＝ｃｈ²/(１+√(１-(１+Ｋ)ｃ²ｈ²))+Ａ4ｈ⁴+Ａ6ｈ⁶+Ａ8ｈ⁸+Ａ10ｈ¹⁰…(7)
【００２３】
図２(A)〜(D)は実施例１の撮影レンズの諸収差を示し、(A)はｄ線、ｇ線(436nm)、Ｃ線(656nm)における球面収差によって示される色収差、(B)はｄ線を基準にしたｇ線、Ｃ線における倍率色収差、(C)は非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)、(D)は歪曲収差を示している。歪曲収差量を示す横軸の単位はパーセント(％)、他の収差量を示す横軸の単位はｍｍである。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【実施例２】
図３は、実施例２のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表３に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に2.68mmの位置にある。実施例２では、第１レンズＬ1の物体側の面(面番号１)と、第２レンズＬ2の像側の面(面番号４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表４に示される。図４(A)〜(D)は実施例２の撮影レンズの諸収差を示す。
【００２７】
【表３】

【００２８】
【表４】

【００２９】
【実施例３】
図５は、実施例３のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表５に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に3.76mmの位置にある。実施例３では、第１レンズＬ1の両面(面番号１，２)と、第２レンズＬ2の両面(面番号３，４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表６に示される。図６(A)〜(D)は実施例３の撮影レンズの諸収差を示す。
【００３０】
【表５】

【００３１】
【表６】

【００３２】
【実施例４】
図７は、実施例４のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表７に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に3.02mmの位置にある。実施例４では、第１レンズＬ1の両面(面番号１，２)と、第２レンズＬ2の像側の面(面番号４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表８に示される。図８(A)〜(D)は実施例４の撮影レンズの諸収差を示す。
【００３３】
【表７】

【００３４】
【表８】

【００３５】
【実施例５】
図９は、実施例５のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表９に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に4.75mmの位置にある。実施例５では、第１レンズＬ1の両面(面番号１，２)と、第２レンズＬ2の両面(面番号３，４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表１０に示される。図１０(A)〜(D)は実施例５の撮影レンズの諸収差を示す。
【００３６】
【表９】

【００３７】
【表１０】

【００３８】
【実施例６】
図１１は、実施例６のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表１１に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に4.42mmの位置にある。実施例６では、第１レンズＬ1の両面(面番号１，２)と、第２レンズＬ2の両面(面番号３，４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表１２に示される。図１２(A)〜(D)は実施例６の撮影レンズの諸収差を示す。
【００３９】
【表１１】

【００４０】
【表１２】

【００４１】
【実施例７】
図１３は、実施例７のレンズ構成を示すレンズ図であり、具体的な数値構成は表１３に示されている。開口絞りＳは、第１レンズＬ1の像側面から像側に3.23mmの位置にある。実施例７では、第１レンズＬ1の両面(面番号１，２)と、第２レンズＬ2の像側の面(面番号４)とが回転対称な非球面で構成されており、これらの面の円錐係数、非球面係数は表１４に示される。図１４(A)〜(D)は実施例７の撮影レンズの諸収差を示す。
【００４２】
【表１３】

【００４３】
【表１４】

【００４４】
以下の表１５は、各実施例が前述の条件(1)〜(6)に対してとる値を示している。いずれの実施例も、全ての条件を満たしており、良好な性能を得ることができる。
【００４５】
【表１５】

【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、３枚構成で少なくとも２面に回転対称な非球面を導入することにより、十分なバックフォーカスとテレセントリック性を確保し、かつ、少ない構成枚数で良好な結像性能を有する撮影レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の撮影レンズのレンズ図である。
【図２】実施例１の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図３】実施例２の撮影レンズのレンズ図である。
【図４】実施例２の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図５】実施例３の撮影レンズのレンズ図である。
【図６】実施例３の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図７】実施例４の撮影レンズのレンズ図である。
【図８】実施例４の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図９】実施例５の撮影レンズのレンズ図である。
【図１０】実施例５の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図１１】実施例６の撮影レンズのレンズ図である。
【図１２】実施例６の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【図１３】実施例７の撮影レンズのレンズ図である。
【図１４】実施例７の撮影レンズの諸収差図であり、(A)は色収差、(B)は倍率色収差、(C)は非点収差、(D)は歪曲収差を示す。
【符号の説明】
Ｌ1 第１レンズ
Ｌ2 第２レンズ
Ｌ3 第３レンズ
Ｐ平行平面板

Claims

物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つ第３レンズとが順に配列して構成される３群３枚構成で、
前記第１〜第３レンズのうち、少なくとも、前記第１レンズの物体側の面と前記第２レンズの像側の面とが非球面であり、
前記第１レンズの物体側の非球面は、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率がきつくなるような形状であり、
前記第２レンズの像側の非球面は、光軸から離れるにしたがって近軸球面より曲率が緩くなるような形状であり、
以下の条件を満たすことを特徴とする撮影レンズ。
0.200＜f／f12＜0.600 …（１）
0.400＜f／f3＜1.000 …（２）
0.713≦r1／f＜1.500 …（５）
0.300＜-r4／f＜0.600 …（６）
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｆ１２は第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｒ１は第１レンズの物体側の面の近軸の曲率半径、ｒ４は第２レンズの像側の面の近軸の曲率半径である。
前記第１レンズと前記第２レンズとは樹脂レンズであり、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズ。
-0.2＜f／f1＜0.4 …（３）
0.0＜f／f2＜0.8 …（４）
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。