JP4233062B2 - 結像レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は結像レンズに関し、特にTV電話用、ドアホーン用、監視用等のビデオカメラやスチルビデオカメラ等の撮影レンズとして好適な結像レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種ビデオカメラやスチルビデオカメラの結像面に固体撮像素子を配するものが多い。この固体撮像素子は技術の進歩により年々小型化しており、それに伴ない結像レンズには小型で広画角なものが用いられている。
このような結像レンズとしては、例えば特開平8-5908号公報に記載された4枚玉で、レンズ間に絞りを配置した構成の結像レンズが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、TV電話用、ドアホーン用、監視用等のビデオカメラ等に用いる結像レンズでは、設置スペース等との関係から全レンズ系を小さくする必要がある。
しかしながら、レンズ系内に絞り機能を持たせたい場合に、上記特開平8-5908号公報に記載された結像レンズのようにレンズ間に絞りを配置したのでは、絞りの前後に大きな空間を必要とし、全レンズ系が大きくなってしまうという問題があった。
【0004】
そこで、全レンズ系を小型化するためには、絞りをレンズ系の像側あるいは物体側に配置することが考えられるが、レンズ系の像側に絞りを配置すると、射出瞳の位置を確保するためにバックフォーカスを必要以上に長くしなければならない。したがって、レンズ系内に絞り機能を持たせたい場合には、レンズ系の物体側に絞りを配置することが好ましいことになる。
ところが、レンズ系の物体側に絞りを配置すると、各収差、特にディストーションが大きくなり、その補正が困難になるという新たな問題が生じる。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、レンズ系の物体側に絞りを配置した場合であっても、各収差、特にディストーションを良好に補正し得る小型で明るい結像レンズを提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の結像レンズは、物体側から、絞り、両凸レンズからなる第1レンズ、両凹レンズからなる第2レンズ、両凸レンズからなる第3レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる第4レンズをこの順に配置するとともに、下記条件式(1)、(2)および(3)を満足するように構成されてなることを特徴とする。
(1) 0.4<R5/f<2.0
(2) 0.4|R7|/f<2.2
(3) D air /D<0.6
ただし、
R5 :第2レンズの像側の面の曲率半径
R7 :第3レンズの像側の面の曲率半径
f :全系の合成焦点距離
D :絞りの位置から第4レンズの像側の面までの距離とバックフォーカス長との和
D air :絞りの位置から第4レンズの像側の面の間における空気間隔の合計とバックフォーカス長との和
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について実施例1〜5を用いて具体的に説明する。
<実施例1>
図1は実施例1のレンズ基本構成を示すものである。図1に示すように、実施例1に係る結像レンズは、像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第1レンズL1 、物体側に強い曲率の面を向けた両凹レンズからなる第2レンズL2、像側に強い曲率の面を向けた両凸レンズからなる第3レンズL3、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズからなる第4レンズL4の4枚のレンズを物体側からこの順に配列し、かつ絞りiを第1レンズL1の物体側に配設し、さらに第4レンズL4の像側にローパスフィルタ1を配設してなるもので、物体側から光軸Xに沿って入射した光束は固体撮像素子の受光面2の結像位置Pに結像される。
【0009】
また、実施例1(実施例2〜5においても同じ)のレンズは以下の条件式(1)、(2)を満足するように構成されている。
(1) 0.4<R5/f<2.0
(2) 0.4<|R7|/f<2.2
ただし、
R5 :第2レンズの像側の面の曲率半径
R7 :第3レンズの像側の面の曲率半径
f :全系の合成焦点距離
【0010】
上記条件式(1)は、第2レンズL2 の像側の面の曲率半径R5を、全系の合成焦点距離fで割った値の範囲を規定するもので、この条件式を満足することにより、ディストーション及びコマ収差が良好に補正され、十分な性能が得られる。すなわち、上記R5/fの値が下限を下回ると、歪曲がプラス方向に大きくなるばかりでなく、レンズの製造が困難になる。一方、上記R5/fの値が上限を上回ると、歪曲がマイナス方向に大きくなるばかりでなく、コマ収差を良好に補正できない。
【0011】
上記条件式(2)は、第3レンズL3の像側の面の曲率半径R7の絶対値を、全系の合成焦点距離fで割った値の範囲を規定するもので、この条件式を満足することにより、ディストーション、コマ収差及び色収差が良好に補正され、十分な性能が得られる。すなわち、上記|R7|/fの値が下限を下回ると、歪曲がプラス方向に大きくなるばかりでなく、第3レンズL3の像側の面の曲率半径R7および第4レンズL4の物体側の面の曲率半径R8がともに小さくなって、レンズの製造が困難になる。一方、上記|R7|/fの値が上限を上回ると、コマ収差と色収差のバランスがとれなくなる。
【0012】
また、実施例1(実施例2〜5においても同じ)のレンズは、絞り位置から第4レンズL4の像側の面までの距離とバックフォーカス長との和をD、絞り位置から第4レンズL4の像側の面の間における空気間隔の合計とバックフォーカス長との和をDairとするとき以下の条件式(3)を満足するように構成されている。
(3) Dair/D<0.6
【0013】
上記条件式(3)は、絞り位置から第4レンズL4の像側の面の間における空気間隔の合計とバックフォーカス長との和Dairを、絞り位置から第4レンズL4の像側の面までの距離とバックフォーカス長との和Dで割った値の範囲を規定するもので、この条件式を満足することにより、レンズ系の全長を短くして小型化を図ることができる。
【0014】
以下、この実施例1における各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのe線における屈折率nおよび各レンズのアッベ数νを下記表1の上段に示す。
ただし、この表1および後述する表2〜5において、各記号R,d,n,νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。
また、レンズ系全体の焦点距離f、バックフォーカスBf、FNo、半画角ω、R5/fの値、|R7|/fの値、Dair/Dの値を下記表1の下段に示す。
【0015】
【表1】
【0016】
なお、この実施例1においては、表1の下段に示されるように、R5/fの値は1.86、|R7|/fの値は0.76、Dair/Dの値は0.44となっており、上記各条件式を満足している。また、Fnoは2.85である。
【0017】
<実施例2>
この実施例2の結像レンズは上記実施例1の結像レンズと略同様の構成とされているが、第1レンズL1 が物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズとされ、第2レンズL2が像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズとされている点で相違している。
【0018】
さらに、実施例2(実施例3〜5においても同じ)のレンズは、図1に示すように、第1レンズL1〜第4レンズL4の全てのレンズがエッジコンタクトをとるように構成することが好ましい。
このように、全てのレンズがエッジコンタクトをとるように構成することにより、各レンズを保持するために各レンズ間に配設する部品を省略することができ、コストダウンを図ることができる。
【0019】
この実施例2における各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのe線における屈折率nおよび各レンズのアッベ数νを下記表2の上段に示す。また、レンズ系全体の焦点距離f、バックフォーカスBf、FNo、半画角ω、R5/fの値、|R7|/fの値、Dair/Dの値を下記表2の下段に示す。
【0020】
【表2】
【0021】
なお、この実施例2においては、表2の下段に示されるように、R5/fの値は0.48、|R7|/fの値は0.61、Dair/Dの値は0.42となっており、上記各条件式を満足している。また、Fnoは2.85である。
【0022】
<実施例3>
この実施例3の結像レンズは上記実施例1の結像レンズと略同様の構成とされているが、第2レンズL2が像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズとされ、第3レンズL3が物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズとされている点で相違している。
【0023】
この実施例3における各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのe線における屈折率nおよび各レンズのアッベ数νを下記表3の上段に示す。
また、レンズ系全体の焦点距離f、バックフォーカスBf、FNo、半画角ω、R5/fの値、|R7|/fの値、Dair/Dの値を下記表3の下段に示す。
【0024】
【表3】
なお、この実施例3においては、表3の下段に示されるように、R5/fの値は0.46、|R7|/fの値は2.14、Dair/Dの値は0.42となっており、上記各条件式を満足している。また、Fnoは2.85である。
【0025】
<実施例4>
この実施例4の結像レンズは上記実施例1の結像レンズと略同様の構成とされているが、第1レンズL1が物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズとされ、第2レンズL2が像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズとされている点で相違している。
【0026】
この実施例4における各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのe線における屈折率nおよび各レンズのアッベ数νを下記表4の上段に示す。
また、レンズ系全体の焦点距離f、バックフォーカスBf、FNo、半画角ω、R5/fの値、|R7|/fの値、Dair/Dの値を下記表4の下段に示す。
【0027】
【表4】
【0028】
なお、この実施例4においては、表4の下段に示されるように、R5/fの値は0.46、|R7|/fの値は0.67、Dair/Dの値は0.42となっており、上記各条件式を満足している。また、Fnoは2.85である。
【0029】
<実施例5>
この実施例5の結像レンズは上記実施例1の結像レンズと略同様の構成とされているが、第1レンズL1が物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズとされ、第2レンズL2が像側に強い曲率の面を向けた両凹レンズとされている点で相違している。
【0030】
この実施例5における各レンズ面の曲率半径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔d(mm)、各レンズのe線における屈折率nおよび各レンズのアッベ数νを下記表5の上段に示す。
また、レンズ系全体の焦点距離f、バックフォーカスBf、FNo、半画角ω、R5/fの値、|R7|/fの値、Dair/Dの値を下記表5の下段に示す。
【0031】
【表5】
【0032】
なお、この実施例5においては、表5の下段に示されるように、R5/fの値は0.46、|R7|/fの値は0.51、Dair/Dの値は0.42となっており、上記各条件式を満足している。また、Fnoは2.85である。
【0033】
次に、上記実施例1〜5の各収差(球面収差、非点収差、ディストーション)を各々図2、4、6、8、10に示し、また、実施例1〜5のコマ収差を各々図3、5、7、9、11に示す。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。図2〜11から明らかなように、本実施例によれば、各収差を良好なものとすることができる。
なお、この結像レンズと固体撮像素子の受光面との間において、ローパスフィルタ1に代えて、あるいはローパスフィルタ1とともに赤外光遮光フィルタやカバーガラスを挿入することも可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の結像レンズによれば、レンズ系の物体側に絞りを配置することにより、全レンズ系の小型化を図ることができるので、TV電話用、ドアホーン用、監視用等のビデオカメラ等の結像レンズとして好適なものとすることができる。また、第2レンズ及び第3レンズの像側の面のパワーを所定範囲のものとすることにより、各収差、特にディストーションを良好に補正することが可能となる。
さらに、レンズ系の長さと空気間隔との関係を所定範囲のものとすることにより、レンズ系の全長を短くして全レンズ系を小型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1〜5に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図2】実施例1に係るレンズの各収差図(球面収差、非点収差、ディストーション)
【図3】実施例1に係るレンズの収差図(コマ収差)
【図4】実施例2に係るレンズの各収差図(球面収差、非点収差、ディストーション)
【図5】実施例2に係るレンズの収差図(コマ収差)
【図6】実施例3に係るレンズの各収差図(球面収差、非点収差、ディストーション)
【図7】実施例3に係るレンズの収差図(コマ収差)
【図8】実施例4に係るレンズの各収差図(球面収差、非点収差、ディストーション)
【図9】実施例4に係るレンズの収差図(コマ収差)
【図10】実施例5に係るレンズの各収差図(球面収差、非点収差、ディストーション)
【図11】実施例5に係るレンズの収差図(コマ収差)
【符号の説明】
L1 〜L4 レンズ
R1 〜R11 レンズ面の曲率半径
d1 〜d10 レンズ面間隔(レンズ厚)
X 光軸
P 結像位置
i 絞り
1 ローパスフィルタ
2 固体撮像素子の受光面
Claims (1)
- 物体側から、絞り、両凸レンズからなる第1レンズ、両凹レンズからなる第2レンズ、両凸レンズからなる第3レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる第4レンズをこの順に配置するとともに、下記条件式(1)、(2)および(3)を満足するように構成されてなることを特徴とする結像レンズ。
(1) 0.4<R5/f<2.0
(2) 0.4<|R7|/f<2.2
(3) D air /D<0.6
ただし、
R5 :第2レンズの像側の面の曲率半径
R7 :第3レンズの像側の面の曲率半径
f :全系の合成焦点距離
D :絞りの位置から第4レンズの像側の面までの距離とバックフォーカス長との和
D air :絞りの位置から第4レンズの像側の面の間における空気間隔の合計とバックフォーカス長との和
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