JP4511069B2 - 撮影光学系および撮影光学系を備えたカメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として電子スチルカメラ等に用いられる撮影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムを使用するカメラと比較して、容易に撮影、鑑賞が可能な電子スチルカメラが普及しつつある。又、一般家庭にも普及してきたパーソナルコンピュータ等に簡単に静止画像を入力する装置としても、小型で高解像の電子スチルカメラが望まれている。
【０００３】
このような目的で利用される電子スチルカメラは、高い性能と同時に、小型化と低コスト化が強く要求される。更に、電子スチルカメラ等、小型の撮像素子を用いるカメラは、素子の小型化に伴い１画素の大きさが小になり、非常に高い解像度の撮影光学系が必要になる。更に、撮像素子を用いたカメラにおいては、レンズ系と撮像素子との間にフィルター等を配置するスペースが必要になり、十分長いバックフォーカスを有する光学系が要求される。またカラー撮像素子を用いる光学系は、色むら防止のために、光学系より射出した光を撮像素子に垂直に入射させる必要性からテレセントリック性が良好であることが要求される。
【０００４】
以上述べたような撮影光学系で、５枚構成の従来例として、特開平２−８５８１６号公報や特開平３−６３６１３号公報に記載された光学系等がある。
【０００５】
これら従来例のうち、前者は大口径であるが、半画角が２０°以下で画角が狭く、又後者は半画角が２７°前後で広角であるが歪曲収差が大で光学性能が十分良好であるとはいえない。
【０００６】
又、これら公報に記載されている従来例の光学系は、動画を対象としている場合が多く、電子スチルカメラ等に利用するには解像度が低い。
【０００７】
又、この種の光学系の他の従来例として、特開平１０−２１３７４２号公報に記載されている光学系がある。この光学系は、電子スチルカメラ等に用いることを前提としているが、半画角が２５°以下で狭い画角である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、十分なバックフォーカスを有し、高解像度に対応し得る光学性能を有し、テレセントリック性が良好で、コンパクトで構成枚数が少ない広角の光学系で、特に小型な撮像素子に好適な撮影光学系を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮影光学系は、物体側より順に、空気間隔を設けて配置された負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズとからなり、前記第２レンズと前記第３レンズとの間に開口絞りを設けた光学系で、下記条件（１）、（２）、（３）を満足するものである。
（１） ０．３５＜ｄ₂／ｆ＜１．５
（２） ０．４７＜ｄ₂／（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）＜０．５８
（３） ０．２＜ｄ₆／ｄ₈＜０．４６
ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ₁は第１レンズの肉厚、ｄ₂は第１レンズと第２レンズの間の光軸上の空気間隔、ｄ₃は第２レンズの肉厚、ｄ₆は第３レンズの肉厚、ｄ₈は第４レンズの肉厚である。
【００１０】
本発明の撮影光学系は、十分なバックフォーカスを確保すると共に広角化を図るために、最も像側に正の屈折力を有するレンズ（前記光学系の第５レンズ）を配置した。そして先頭の負の屈折力を有する第１レンズと前記の第５レンズとの間に諸収差を良好に補正するために最小限必要な、前記のような第２レンズ、第３レンズ、第４レンズを配置した。そして夫々のレンズのレンズ面を十分に機能させるために、各レンズのレンズ面は、いずれも空気接触面とした（各レンズ間に空気間隔を有するようにした）構成にした。
【００１１】
レンズを接合すれば、偏芯感度を緩くする等の利点を有するが、本発明の撮影光学系は、単焦点レンズであって、ズームレンズのようにレンズを移動させてレンズ間隔を変化させる必要が少なく、多少の偏芯があっても問題が少なく、十分な生産性を確保できる。
【００１２】
また、本発明の撮影光学系は、前述のように開口絞りを第２レンズと第３レンズの間に配置することによって、レンズ枚数の少ない構成で、コンパクトであり、しかも良好な結像性能を有し、テレセントリック性も満足し得る。
【００１３】
また、前記条件（１）、（２）は、光学系を広角にして行く時の軸外収差を補正するために設けたもので、特にコマ収差を良好に保つためのものである。
【００１４】
条件（１）、（２）の下限を超えると、軸外収差特にコマ収差（軸外の球面収差）が悪化し、光学系の性能が悪くなる。又、第１レンズと第３レンズが厚くなり、そのため光学系の全長、レンズ径、重量が大になり、好ましくない。又条件（１）、（２）の上限を超えると、収差を良好に補正しようとする時、第１レンズの像面側の面の曲率がきつくなり、レンズの生産性が悪くなり、またレンズを構成し得なくなる。また、前記の面の曲率がきつくなるとゴーストが発生しやすく好ましくない。
【００１５】
条件（３）は、撮像素子を小さくした時の影響を少なくするためのものである。この条件（３）の下限を超えると、第３レンズの肉厚が薄くなりすぎて、このレンズの生産性が悪くなるかあるいは第４レンズの肉厚が大になりすぎて光学系をコンパクトになし得なくなる。特に撮像素子が小さくなると、それに応じて光学系も小さくなるが、レンズの肉厚自体は、ある程度必要であるため、光学系をコンパクトになし得ない。又、条件（３）の上限を超えると第４レンズが薄くなり、レンズの生産性が悪くなる。また、レンズ周辺部の厚さはレンズ自体の製作や組み立てのために、ある程度の厚さを必要とする。そのため肉厚が薄くなりすぎると必要とする周辺部の厚さを確保し得なくなる。
【００１６】
前記条件（１）の代わりに次の条件（１−１）を満足すれば望ましい。
（１−１） ０．４８＜ｄ₂／ｆ＜１．０
【００１７】
つまり、前記構成の光学系において、条件（１−１）、（２）、（３）を満足すればより望ましい。
【００１８】
また条件（２）の代わりに下記条件（２−１）を満足すれば望ましい。
（２−１） ０．４９≦ｄ₂／（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）≦０．５６
【００１９】
つまり、前記構成の光学系において、条件（１）、（２−１）、（３）を満足すればより望ましい。
【００２０】
また、条件（３）の代わりに下記条件（３−１）を満足すれば望ましい。
（３−１） ０．３＜ｄ₆／ｄ₈＜０．４
【００２１】
つまり前記構成の光学系で、条件（１）、（２）、（３−１）を満足することが望ましい。
【００２２】
また、前記構成の光学系おいて、条件（１）、（２）、（３）の代わりに夫々条件（１−１）、（２−１）、（３−１）のいずれか二つの条件または三つすべての条件を満足すれば一層望ましい。
【００２３】
また、前記の本発明の各光学系において、下記条件（４）を満足すればより望ましい。
（４） ０．５＜ｒ₂／ｄ₂＜１．２５
ただし、ｒ₂は第１レンズの像側の面の曲率半径である。
【００２４】
この条件（４）の上限を超えると広角化と小型化とを両立させることが困難になる。また条件（４）の下限を超えると収差補正が困難になる。
【００２５】
前記条件（４）の代わりに下記条件（４−１）を満足することが好ましい。
（４−１） ０．７＜ｒ₂／ｄ₂＜１．０
【００２６】
また、本発明の光学系において第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズのすべてのレンズを非球面を持たない球面レンズにすれば光学系を廉価に構成し得るので望ましい。
【００２７】
また、半画角が２９°を超える光学系にすれば、小型、広角化、低コストのバランスがとれ好ましい。特に半画角が２９°乃至５０°であることが望ましい。更には３０°乃至４０°であることが好ましい。
【００２８】
また、小型化、広角化を行なった上で球面収差、非点収差、歪曲収差等をより良好に補正するためには、物体側より順に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、両凸正レンズ、明るさ絞り、両凹負レンズ、物体側面よりも像側面の方が強い曲率の面である正レンズ、両凸正レンズの順で構成することがより望ましい。特に第２レンズである両凸正レンズを、物体側面よりも像側面の方が強い曲率の面である両凸正レンズとすることが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の撮影光学系の実施の形態を各実施例にもとづいて述べる。
【００３０】
本発明の撮影光学系の実施例１〜６は、夫々図１〜図６に示す通りの構成であって、下記データを有する。
【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】
参考例
ｆ＝５．９， Ｆ／３．５， ２ω＝６６°
ｒ₁＝22.3367 ｄ₁＝1.0000 ｎ₁＝1.48749 ν₁＝70.23
ｒ₂＝3.7003 ｄ₂＝4.1246
ｒ₃＝8.9428 ｄ₃＝2.1974 ｎ₂＝1.77250 ν₂＝49.60
ｒ₄＝-9.8436 ｄ₄＝1.4850
ｒ₅＝∞ ｄ₅＝1.7669
ｒ₆＝-7.0888 ｄ₆＝1.0000 ｎ₃＝1.84666 ν₃＝23.78
ｒ₇＝8.5845 ｄ₇＝0.3648
ｒ₈＝35.3633 ｄ₈＝2.6118 ｎ₄＝1.72916 ν₄＝54.68
ｒ₉＝-6.4976 ｄ₉＝0.2000
ｒ₁₀＝16.1291 ｄ₁₀＝2.5800 ｎ₅＝1.72916 ν₅＝54.68
ｒ₁₁＝-11.7625 ｄ₁₁＝1.2261
ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝1.2000 ｎ₆＝1.51633 ν₆＝64.14
ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝1.9000 ｎ₇＝1.54771 ν₇＝62.84
ｒ₁₄＝∞ ｄ₁₄＝0.8000
ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝0.7500 ｎ₈＝1.51633 ν₈＝64.1４
ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝1.2000
ｒ₁₇＝∞（像面）
ｄ₂／ｆ＝０．６９
ｄ₂／（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）＝０．５６
ｄ₆／ｄ₈＝０．３８
ｒ₂／ｄ₂＝０．９０
ただし、ｒ₁，ｒ₂，・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁，ｄ₂，・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ₁，ｎ₂，・・・は各レンズの屈折率、ν₁，ν₂，・・・は各レンズのアッベ数である。尚データ中、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ₁，・・・等の長さの単位はｍｍである。
【００３７】
本発明の実施例１〜５は、夫々図１〜図５に、又参考例は図６に示す通りの構成であって、いずれの実施例の光学系も、夫々空気間隔をおいて物体側より配置された負の屈折力を有する第１レンズと正の屈折力を有する第２レンズと負の屈折力を有する第３レンズと正の屈折力を有する第４レンズと正の屈折力を有する第５レンズとより構成されている。即ち、図示するように、第１レンズは像側の面（ｒ₂）が強い極率を有する面よりなる負のメニスカスレンズよりなり、第２レンズは両凸レンズよりなり、第３レンズは両凹レンズよりなり、第４、第５レンズはいずれも両凸レンズよりなる。また、第２レンズと第３レンズとの間に開口絞りＳを配置した。
【００３８】
本発明の実施例１乃至実施例３および実施例５および参考例はデータに示すように、いずれも条件（１）、（１−１）、（２）、（２−１）、（３）、（３−１）、（４）を満足する。
また、本発明の実施例４は、条件（１）、（１−１）、（２）、（２−１）、（３）、（３−１）、（４）を満足する。
【００３９】
実施例１の光学系の収差状況は、図７に示す通りで、諸収差が良好に補正されている。また実施例２〜実施例５の収差状況も実施例１と同様の補正状況で良好に補正されている。
【００４０】
以上の通り、各実施例は単レンズのみよりなり枚数の少ないコンパクトな構成であり、しかも半画角が３０°を超える広画角で良好な光学性能を有し、テレセントリック性の良好な光学系である。またすべてのレンズが非球面を設けない球面レンズのみで廉価な光学系である。このようにこれら実施例は、小型、広角で低コストのバランスのとれた光学系である。
【００４１】
尚図１〜図６においてＦ１は赤外カットフィルター、Ｆ２は光学的ローパスフィルター、Ｃはカバーガラスである。
【００４２】
本発明は、以上述べた通りの光学系で、次の各項に記載する構成のものも発明の目的を達成し得る。
【００４３】
（１） 特許請求の範囲の請求項１、２、３または４の項に記載する光学系で、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズのすべてが非球面を持たない球面レンズであることを特徴とする撮影光学系。
【００４４】
（２） 特許請求の範囲の請求項１、２、３または４あるいは前記の（１）の項に記載する光学系で、第１レンズの像面側の面の曲率半径ｒ₂が下記条件（４）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４） ０．５＜ｒ₂／ｄ₂＜１．２５
【００４５】
（３） 前記の（２）の項に記載する光学系で、条件（４）の代わりに下記条件（４−１）を満足することを特徴とする撮影光学系。
（４−１） ０．７＜ｒ₂／ｄ₂＜１．０
【００４６】
（４） 特許請求の範囲の請求項１、２、３または４あるいは前記の（１）、（２）または（３）の項に記載する光学系で、半画角が２９°乃至５０°であることを特徴とする撮影光学系。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のよれば、光学系の全長が短く、レンズ径が小で、レンズ枚数が少なく、しかもバックフォーカスが長く各種フィルターの配置が可能な小型な光学系で、テレセントリック性が良好な撮影光学系を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の断面図
【図２】 本発明の実施例２の断面図
【図３】 本発明の実施例３の断面図
【図４】 本発明の実施例４の断面図
【図５】 本発明の実施例５の断面図
【図６】 本発明の実施例６の断面図
【図７】 前記実施例１の収差曲線図

Claims (9)

1. 物体側より順に、空気間隔を設けて配置された負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、負の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズとからなり、前記第２レンズと前記第３レンズとの間に開口絞りを設けた光学系で、下記条件（１）、（２）’、（３）、（４）’を満足する撮影光学系。
   （１） ０．３５＜ｄ₂／ｆ＜１．５
   （２）’ ０．４７＜ｄ₂／（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）≦０．５４
   （３） ０．２＜ｄ₆／ｄ₈＜０．４６
   （４）’ ０．８５≦ｒ ₂ ／ｄ ₂ ＜１．２５
   ただし、ｆは全系の焦点距離、ｄ₁は第１レンズの肉厚、ｄ₂は第１レンズと第２レンズの間の光軸上の空気間隔、ｄ₃は第２レンズの肉厚、ｄ₆は第３レンズの肉厚、ｄ₈は第４レンズの肉厚、ｒ ₂ は第１レンズの像面側の面の曲率半径である。
2. 前記条件（１）の代わりに次の条件（１−１）を満足する請求項１の撮影光学系。
   （１−１） ０．４８＜ｄ₂／ｆ＜１．０
3. 前記条件（２）’の代わりに次の条件（２−１）’を満足する請求項１または２の撮影光学系。
   （２−１）’ ０．４９≦ｄ₂／（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）≦０．５４
4. 前記条件（３）の代わりに次の条件（３−１）を満足する請求項１、２または３の撮影光学系。
   （３−１） ０．３＜ｄ₆／ｄ₈＜０．４
5. 特許請求の範囲の請求項１、２、３または４の項に記載する光学系で、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズのすべてが非球面を持たない球面レンズであることを特徴とする撮影光学系。
6. 特許請求の範囲の請求項１、２、３、４又は５に記載する光学系で、条件（４）’の代わりに下記条件（４−１）’を満足することを特徴とする撮影光学系。
   （４−１）’ ０．８５≦ｒ₂／ｄ₂＜１．０
7. 特許請求の範囲の請求項１、２、３、４、５あるいは６の項に記載する光学系で、半画角が２９°乃至５０°であることを特徴とする撮影光学系。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の撮影光学系と、その撮影光学系の像側に配置され、光学像を電気信号に変更する撮像素子とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
9. 前記撮影光学系と前記撮像素子との間にローパスフィルタを配置したことを特徴とする請求項８記載の電子カメラ。

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