JP4136399B2

JP4136399B2 - 広角レンズ系及び撮像装置

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Publication number: JP4136399B2
Application number: JP2002053440A
Authority: JP
Inventors: 博文槌田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP2003255220A; US20030161053A1; US6870692B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角レンズ系及び撮像装置に関し、特に、例えばデジタルカメラ等の撮像装置用の広角レンズ系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鏡枠構成がシンプルとなり、各収差が良好に補正された結像レンズ系として、特開平１０−１１５７７６号に示されるレンズ系がある。このレンズ系は、３枚からなる接合一体型レンズ系であり、鏡枠なしで撮像素子と一体化できるシンプルな構造が可能であることから、小型化に有利な結像レンズである。
【０００３】
しかし、特開平１０−１１５７７６号に示されるレンズ系は、画角が５０°以下と狭く、デジタルカメラや監視カメラ用として広く用いるには、さらなる広画角化が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化に有利なシンプルな構成が可能でかつ画角の広い広角レンズ系とそれを用いた撮像装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の広角レンズ系は、少なくとも３枚のレンズを接合して一体としたレンズ系であって、物体側部分に負の屈折力を有し、像側部分に正の屈折力を有することを特徴とするものである。
【０００６】
以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用について説明する。
【０００７】
特開平１０−１１５７７６号に示されるレンズ系は、３枚からなる接合一体型レンズ系であり、各面が何れも正のパワーを持っている。このレンズ系の画角を広げるためには、レンズ系全体の焦点距離を短くすればよいが、単に面のパワーを強くして行くと、各面で発生する収差が大きくなる上、撮像面への光線入射角度が大きくなり、いわゆるテレセントリックの条件から大きく外れて、ＣＣＤ等の撮像素子で撮像するには向かない光学系となってしまう。
【０００８】
そこで、本発明では、全体として正のパワーを持つ一体化された接合レンズでありながら、物体側に負のパワーを持ったいわゆるレトロフォーカスタイプにすることを考えた。レトロフォーカスタイプであれば、テレセントリックの条件を大きく外すことなく、焦点距離を短くしてレンズ系を広角化することが可能となる。
【０００９】
図９に本発明の広角レンズ系の概略の構成を示す。本発明の広角レンズ系１０は、３枚以上のレンズを接合して一体化されたレンズ系で、物体側のレンズ全厚の略１／３部分（物体側部分）Ｆに負のパワー持たせ、像側のレンズ全厚の略２／３部分（像側部分）Ｒに正のパワーを持たせるようにした。このような構成をとることにより、広い画角で入射してくる軸外光線を結像位置付近で光軸と平行に近くすることができる。さらに、物体側の負パワーと像側の正パワーがある程度の間隔を空けた構成になり、各面でのパワーを緩くでき、収差の発生量を小さく抑えることが可能となる。
【００１０】
また、本発明レンズ系は、主に接合面にてレンズとしての屈折力を得る構成であることから、接合面における面前後のガラスの屈折率差を大きくとることが、屈折力確保の上で望ましい。具体的には、０．１５以上の屈折率差を付けることが望ましい。それ以下の場合は、接合面の屈折力への寄与が弱くなる。
【００１１】
さらに、色収差を良好に補正するためには、正レンズ面に低分散ガラス、負レンズ面に高分散ガラスを用いることが望ましい。具体的には、各接合面において、高い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_H、低い屈折率をい持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_Lとすると、以下の条件式を満足することが望ましい。
【００１２】
ν_H＞ν_L−１０・・・（１）
この条件式を満足しない場合は、接合面において大きな色収差が発生し、好ましくない。
【００１３】
なお、本発明の広角レンズ系の最も像側の面を平面とすることができ、また、その最も像側の面近傍に結像位置を位置させるようにすることができる。
【００１４】
また、以上の本発明の広角レンズ系の最も像側の面に撮像素子を直接貼り合わて撮像装置を構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の広角レンズ系の実施例１〜４について説明する。各実施例の無限遠物点合焦時のレンズ断面と軸上、最軸外の光束を示す図をそれぞれ図１〜図４に示す。図１〜図４中、絞りをＳで示してある。
【００１６】
実施例１は、図１に示すように、物体側より順に、凹凸凸凹凸の５枚のレンズを接合して一体化したレンズ系である。絞りＳは第２レンズの中にある。無限遠方の物体に対する結像位置は、丁度最も像側の平面の上にくるようになっている。
【００１７】
実施例２は、図２に示すように、物体側より順に、凹凸凸凹凸の５枚のレンズを接合して一体化したレンズ系である。絞りＳは第２レンズの中にある。無限遠方の物体に対する結像位置は、丁度最も像側の平面の上にくるようになっている。また、最も物体側の面も平面となっており、レンズ加工上有利である。
【００１８】
実施例３は、図３に示すように、物体側より順に、凹凸凸凹凸の５枚のレンズを接合して一体化したレンズ系である。絞りＳは第２レンズの中にある。無限遠方の物体に対する結像位置は、丁度最も像側の平面の上にくるようになっている。
【００１９】
実施例４は、図４に示すように、物体側より順に、凸凹凸の３枚のレンズを接合して一体化したレンズ系である。絞りＳは第１レンズの中にある。無限遠方の物体に対する結像位置は、丁度最も像側の平面の上にくるようになっている。
【００２０】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、Ｆ_NOはＦナンバー、ＩＨは最大像高、２ωは画角、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。
【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】
上記実施例１〜４の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図５〜図８に示す。
【００２６】
ところで、本発明の広角レンズ系は、レンズ系全体が全て接合して一体化されていることから、いわゆる鏡枠がなくても、この一体化されたレンズ系だけで収差補正された結像性能を持つことになり、枠を含めたレンズ系全体の構成が極めてシンプルになる。このとき、レンズの入射端面と射出端面以外は、黒塗りを施し、外光をカットするのが望ましい。
【００２７】
また、図１０に示すように、本発明の広角レンズ系１０の最も像側面１１が平面であり、その面の近傍に像が形成されることから、その面１１にＣＣＤ等の撮像チップ１２を直接貼り合わせた構成をとることができる。このような構成をとった場合は、本発明の広角レンズ系１０と撮像チップ（ベアチップ）１２だけという極めてシンプルな構成ながら、撮像機能を持った撮像装置となる。
【００２８】
なお、ＣＣＤ等の撮像チップ１２を直接貼り合わせる際は、図１１（ａ）に示すように、最も像側のレンズ面上に撮像チップ１２の撮像面を直接接着剤にて貼り付けてもよいし、図１１（ｂ）に示すように、最も像側のレンズ面の外周部に突起部１３を設け、その突起部１３を撮像チップ面上に接着することで、わずかな空気層を設ける構造としてもよい。空気層を設ける場合は、数μｍ以上の間隙とすることが望ましい。空気層を用いる場合は、撮像チップ１２の撮像面に凸レンズが並んだマイクロレンズ構造がある場合でも、そのレンズ作用を損なうことなくレンズ系１０と撮像チップ１２を一体化できるメリットがある。
【００２９】
さらに、本発明の広角レンズ系１０のレンズは、撮像チップ１２として長方形形状のものを用いた場合は、レンズ系外形は円形でなくてもよく、上下をカットした小判形状でもよいし、上下左右をカットした四角形状でもよい。図１０に示した例は四角形状の例である。
【００３０】
さらに、本発明の広角レンズ系は、それを構成するレンズが全て接合されていることから、レンズ面のおける光線の屈折角が緩やかとなり、各レンズが偏心した場合の光学性能劣化が少ないという特徴を持つ。これによって、製造誤差に強く組み立てやすい光学系となり、特に小型なレンズ系として製作する際に大きな利点となる。
【００３１】
さて、以上のような本発明の広角レンズ系は、広角レンズ系で物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話等に用いることができる。以下に、その実施形態を例示する。
【００３２】
図１２〜図１４は、本発明による広角レンズ系１０をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図１２はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１３は同後方斜視図、図１４はデジタルカメラ４０の構成を示す断面図である。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例２の広角レンズ系１０を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像がその射出端面に直接貼り合わせたＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、この記録手段５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、ＭＯ等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
【００３３】
さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠５７上に形成される。このポリプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。なお、撮影光学系４１及びファインダー用対物光学系５３の入射側、接眼光学系５９の射出側にそれぞれカバー部材５０が配置されている。
【００３４】
このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が広画角で高変倍比であり、収差が良好で、明るく、フィルター等が配置できるバックフォーカスの大きなズームレンズであるので、高性能・低コスト化が実現できる。
【００３５】
なお、図１４の例では、カバー部材５０として平行平面板を配置しているが、これを省いて広角レンズ系１０の入射端面を露出させるようにしてもよい。
【００３６】
次に、本発明の広角レンズ系１０が対物光学系として内蔵された情報処理装置の一例であるパソコンが図１５〜図１７に示される。図１５はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図１６はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図１７は図１５の状態の側面図である。図１５〜図１７に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。
【００３７】
この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による例えば実施例２の広角レンズ系１０からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。
【００３８】
ここで、撮像素子チップ１６２は撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。なお、カバーガラス１１４を省いて広角レンズ系１０の入射端面を露出させるようにしてもよい。
【００３９】
撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図１５には、その一例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【００４０】
次に、本発明の広角レンズ系１０が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の一例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図１８に示される。図１８（ａ）は携帯電話４００の正面図、図１８（ｂ）は側面図、図１８（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図１８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による例えば実施例２の広角レンズ系１０からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。
【００４１】
ここで、撮像素子チップ１６２は撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。なお、カバーガラス１１４を省いて広角レンズ系１０の入射端面を露出させるようにしてもよい。
【００４２】
撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
【００４３】
以上の本発明の広角レンズ系は例えば次のように構成することができる。
【００４４】
〔１〕少なくとも３枚のレンズを接合して一体としたレンズ系であって、物体側部分に負の屈折力を有し、像側部分に正の屈折力を有することを特徴とする広角レンズ系。
【００４５】
〔２〕最も像側の面が平面であることを特徴とする上記１記載の広角レンズ系。
【００４６】
〔３〕最も像側の面近傍に結像位置が位置することを特徴とする上記１又は２記載の広角レンズ系。
【００４７】
〔４〕物体側部分の負の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の広角レンズ系。
【００４８】
〔５〕像側部分の正の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の広角レンズ系。
【００４９】
〔６〕各接合面において、高い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_H、低い屈折率をい持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_Lとすると、以下の条件式を満足することを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の広角レンズ系。
【００５０】
ν_H＞ν_L−１０・・・（１）
〔７〕上記１から６の何れか１項記載の広角レンズ系の最も像側の面に撮像素子を直接貼り合わせたことを特徴とする撮像装置。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、全体として正のパワーを持つ一体化された接合レンズで、シンプルな構成ありながら、物体側に負のパワーを持ったいわゆるレトロフォーカスタイプとなり、テレセントリックの条件を大きく外すことなく、焦点距離を短くしてレンズ系を広角化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の広角レンズ系のレンズ断面と軸上、最軸外の光束を示す図である。
【図２】本発明の実施例２の広角レンズ系の図１と同様の図である。
【図３】本発明の実施例３の広角レンズ系の図１と同様の図である。
【図４】本発明の実施例４の広角レンズ系の図１と同様の図である。
【図５】実施例１の収差図である。
【図６】実施例２の収差図である。
【図７】実施例３の収差図である。
【図８】実施例４の収差図である。
【図９】本発明の広角レンズ系の概略の構成を示す図である。
【図１０】本発明の広角レンズ系の最も像側の面に撮像素子を直接貼り合わて構成する撮像装置の斜視図である。
【図１１】本発明の広角レンズ系の最も像側に撮像素子を貼り合わる形態を説明するための図である。
【図１２】本発明による広角レンズ系を組み込んだデジタルカメラの外観を示す前方斜視図である。
【図１３】図１２のデジタルカメラの後方斜視図である。
【図１４】図１２のデジタルカメラの断面図である。
【図１５】本発明による広角レンズ系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図１６】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図１７】図１５の状態の側面図である。
【図１８】本発明による広角レンズ系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。
【符号の説明】
Ｆ…物体側部分
Ｒ…像側部分
Ｓ…絞り
Ｅ…観察者眼球
１０…広角レンズ系
１１…像側面
１２…撮像チップ
１３…突起部
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…ポロプリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路

Claims

少なくとも３枚のレンズを接合して一体としたレンズ系であって、物体側部分に負の屈折力を有し、像側部分に正の屈折力を有し、前記像側部分の正の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする広角レンズ系。
最も像側の面が平面であることを特徴とする請求項１記載の広角レンズ系。
最も像側の面近傍に結像位置が位置することを特徴とする請求項１又は２記載の広角レンズ系。
物体側部分の負の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の広角レンズ系。
各接合面において、高い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_H、低い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν_Lとすると、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の広角レンズ系。
ν_H＞ν_L−１０・・・（１）
少なくとも３枚のレンズを接合して一体としたレンズ系であって、物体側部分に負の屈折力を有し、像側部分に正の屈折力を有し、各接合面において、高い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν _H 、低い屈折率を持つガラスのｄ線基準のアッベ数をν _L とすると、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする広角レンズ系。
ν _H ＞ν _L −１０・・・（１）
最も像側の面が平面であることを特徴とする請求項６記載の広角レンズ系。
最も像側の面近傍に結像位置が位置することを特徴とする請求項６又は７記載の広角レンズ系。
物体側部分の負の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする請求項６から８の何れか１項記載の広角レンズ系。
像側部分の正の屈折力を有する面前後のガラスの屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする請求項６から９の何れか１項記載の広角レンズ系。
請求項１から１０の何れか１項記載の広角レンズ系の最も像側の面に撮像素子を直接貼り合わせたことを特徴とする撮像装置。