JP5627157B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラ等の電子カメラに用いられる撮像レンズおよび該撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置に用いられる撮像レンズとして、画角２ωが１０度前後のものが過去に複数提案されている。

例えば、特許文献１では、画角１２．６度でＦＮｏ．が２．８の撮像レンズが提案されている。また、特許文献２では、画角８．４度で、ＦＮｏ．が２．９の撮像レンズが提案されている。また、特許文献３では、画角１３．８７４度、ＦＮｏ．が２．９６の撮像レンズが提案されている。

特開平５−２９７２７１号公報 特開平７−２７０７２４号公報 特開平８−５９０６号公報

特に映画撮影用レンズでは暗所での撮影のために明るいＦＮｏ．が要求されるが、上記特許文献１〜３で開示されている撮像レンズは、ＦＮｏ．が十分に明るくない。

また近年、フォーカシングスピードを速くするために、軽量なレンズ群でフォーカシングをすることが要望されているが、特許文献１では２枚のレンズを、特許文献２では３枚のレンズを、特許文献３では２つのレンズ群を移動してフォーカシングを行うため、移動レンズ群の重量が重く、フォーカシングスピードの点ではまだ十分なものとは言えなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、フォーカシング群が軽量で、ＦＮｏ．が小さく高性能な撮像レンズおよび該撮像レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、フォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、絞り、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群、フォーカシング時固定の第３レンズ群からなる撮像レンズにおいて、第１レンズ群は、物体側から順に、像面側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１１、両凸の正レンズ１２、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１４を少なくとも有し、第２レンズ群は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ２からなり、第３レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズを有し、下記条件式を満足することを特徴とする。

０．８０＜ｆ／ｆ２＜３．００ …（１）
ただし、ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離、ｆ２：第２レンズ群の焦点距離とする。

なお、下記条件式を満足することが好ましい。

０．９０＜ｆ／ｆ２＜２．５０ …（１）’
また、下記条件式を満足することがさらに好ましい。

１．００＜ｆ／ｆ２＜２．１０ …（１）”
本発明の撮像レンズでは、下記条件式を満足することが好ましい。

８０＜ν１２ …（２）
４０＜ν１３＜６０ …（３）
８０＜ν１４ …（４）
ただし、ν１２：正レンズ１２のアッベ数、ν１３：負レンズ１３のアッベ数、ν１４：正レンズ１４のアッベ数とする。

また、第１レンズ群は、正レンズ１４の像側において、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１５、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１６、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１７を有することが好ましい。

また、下記条件式を満足することが好ましい。

６０＜ν１５ …（５）
８０＜ν１６ …（６）
ただし、ν１５：負レンズ１５のアッベ数、ν１６：正レンズ１６のアッベ数とする。

また、負レンズ１５と正レンズ１６は接合されていることが好ましい。

また、第３レンズ群は、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ３１、両凹の負レンズ３２、両凸の正レンズ３３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ３４からなることが好ましい。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、フォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、絞り、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群、フォーカシング時固定の第３レンズ群からなる撮像レンズにおいて、第１レンズ群は、物体側から順に、像面側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１１、両凸の正レンズ１２、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１４を少なくとも有し、第２レンズ群は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ２からなり、第３レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズを有し、下記条件式を満足するものとしたので、フォーカシングレンズ群（第２レンズ群）を軽量化できるとともに、ＦＮｏ．が小さく高性能な撮像レンズを実現することが可能となる。

０．８０＜ｆ／ｆ２＜３．００ …（１）
また、本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えているため、高速でフォーカシングを行うことが可能となり、さらに明るく高画質の映像を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる撮像レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図（Ａ〜Ｅ） 本発明の実施例１の撮像レンズの横収差図 本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図（Ａ〜Ｅ） 本発明の実施例２の撮像レンズの横収差図 本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図（Ａ〜Ｅ） 本発明の実施例３の撮像レンズの横収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる撮像レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の撮像レンズの構成と共通である。図１においては、左側が物体側、右側が像側である。

この撮像レンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、フォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳｔ、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、フォーカシング時固定の第３レンズ群Ｇ３からなる。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

この撮像レンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを第３レンズ群Ｇ３と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、像面側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズＬ１１、両凸の正レンズＬ１２、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズＬ１３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズＬ１４、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズＬ１５、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズＬ１６、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズＬ１７からなる。

ここで、正レンズＬ１１は、遠距離と近距離での球面収差の変動を小さくする効果を有する。また、正レンズＬ１２と負レンズＬ１３と正レンズＬ１４の３枚の組み合わせで、球面収差および軸上色収差を補正し、ＦＮｏ．を小さくしても耐えられる収差量とする効果を有する。また、負レンズＬ１５と正レンズＬ１６の２枚の組み合わせで、２次色収差を補正する効果を有する。また、負レンズＬ１７は、全長を短くする効果を有する。

なお、負レンズＬ１５と正レンズＬ１６は接合されており、これにより製造時のレンズ間隔のばらつきによる２次色収差の発生を抑えることが出来る。

また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズＬ２からなる。この正レンズＬ２は、フォーカシング時の球面収差の変動を小さくする効果を有する。また、フォーカシングレンズ群を１枚のレンズのみとすることで、フォーカシングレンズ群を軽量にすることができる。

また、第２レンズ群Ｇ２を移動してフォーカシングを行うことにより第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力を有し、第１レンズ群Ｇ１から射出する軸上光線が集束光線となるため、フォーカシングレンズの径を小さくすることができる。

また、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズＬ３１、両凹の負レンズＬ３２、両凸の正レンズＬ３３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズＬ３４からなる。この構成により倍率色収差および非点収差を補正することが可能となる。また、両凸の正レンズＬ３３により全体の屈折力を増すため、小さいＦＮｏ．を得ることが出来る。なお、正レンズＬ３３と負レンズＬ３４はそれぞれ物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズとすることも可能である。

また、本発明の実施形態にかかる撮像レンズは、下記条件式（１）を満たすように構成されている。なお、下記条件式（１）’、さらには条件式（１）”を満足することで、より高速なフォーカシングとフォーカシング時の収差変動の少ない撮像レンズとすることができる。

０．８０＜ｆ／ｆ２＜３．００ …（１）
０．９０＜ｆ／ｆ２＜２．５０ …（１）’
１．００＜ｆ／ｆ２＜２．１０ …（１）”
ただし、ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離、ｆ２：第２レンズ群Ｇ２の焦点距離とする。

この条件式（１）の下限を下回るとフォーカシングの移動量が大きくなって、フォーカシングに時間がかかる。また、条件式（１）の上限を上回ると屈折力が強くなり過ぎ、フォーカシング時の球面収差の変動が大きくなる。

また、本発明の実施形態にかかる撮像レンズは、下記条件式（２）〜（４）を満たすように構成されている。

８０＜ν１２ …（２）
４０＜ν１３＜６０ …（３）
８０＜ν１４ …（４）
ただし、ν１２：正レンズＬ１２のアッベ数、ν１３：負レンズＬ１３のアッベ数、ν１４：正レンズＬ１４のアッベ数とする。

この条件式（２）および（４）の下限を下回ると、軸上色収差の補正が困難となる。また、条件式（３）の下限を下回ると２次色収差の補正が困難となり、上限を上回ると軸上色収差の補正が困難となる。

また、本発明の実施形態にかかる撮像レンズは、下記条件式（５）、（６）を満たすように構成されている。

６０＜ν１５ …（５）
８０＜ν１６ …（６）
ただし、ν１５：負レンズＬ１５のアッベ数、ν１６：正レンズＬ１６のアッベ数とする。

この条件式（５）、（６）の下限を下回ると、２次色収差の補正が困難となる。

本撮像レンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

また、本撮像レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。なお、以下の表１〜７に示す数値および図４〜９の収差図は、無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離が１．０となるように規格化されたものである。

実施例１の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図１に、実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図２に、実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。なお、図１〜図３においては、光学部材ＰＰも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例１の撮像レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に示す。また、実施例２の撮像レンズの基本レンズデータを表３に、諸元に関するデータを表４に示す。また、実施例３の撮像レンズの基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に示す。

以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２、３についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、Ｎｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の媒質のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄には最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。

なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰ、像面も含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載しており、同様に、像面に相当する面の面番号の欄には面番号とともに（像面）という語句を記載している。

表２の諸元に関するデータに、焦点距離ｆ’、ＦナンバーＦｎｏ．および全画角２ωの値を示す。

基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては度を用いているが、その他については規格化をしているため単位はない。

実施例１〜３の撮像レンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を表７に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表７に示す値はこの基準波長におけるものである。

実施例１の撮像レンズの各収差図を図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す。図４（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ球面収差、正弦条件違反量、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。

球面収差、非点収差、歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図および倍率色収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）についての収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、灰色線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と破線で示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

また、実施例１の撮像レンズの横収差図を図５に示す。

横収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ実線、短破線、長破線で示す。

同様に、実施例２の撮像レンズの各収差図を図６（Ａ）〜（Ｅ）に示し、横収差図を図７に示す。

また、実施例３の撮像レンズの各収差図を図８（Ａ）〜（Ｅ）に示し、横収差図を図９に示す。

以上のデータから、実施例１〜３の撮像レンズは全て、条件式（１）〜（６）を満たしており、フォーカシングレンズ群（第２レンズ群Ｇ２）が軽量でありながら、ＦＮｏ．が小さく高性能な撮像レンズであることが分かる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図１０に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態の撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等を挙げることができる。

図１０に示す撮像装置１０は、撮像レンズ１と、撮像レンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、撮像レンズによって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、撮像レンズ１のフォーカス調整を行うためのフォーカス制御部５とを備える。

撮像レンズ１は、物体側から順に、フォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳｔ、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、フォーカシング時固定の第３レンズ群Ｇ３からなる。

図１０では各レンズ群を概略的に示している。撮像素子３は、撮像レンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、その撮像面は撮像レンズの像面に一致するように配置される。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

Claims (9)

1. 物体側から順に、フォーカシング時固定で正の屈折力を有する第１レンズ群、絞り、フォーカシング時に移動する正の屈折力を有する第２レンズ群、フォーカシング時固定の第３レンズ群からなる撮像レンズにおいて、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、像面側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１１、両凸の正レンズ１２、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１４を少なくとも有し、
   前記第２レンズ群は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ２からなり、
   前記第３レンズ群は、少なくとも２枚の正レンズと１枚の負レンズを有し、
   下記条件式を満足する
   ことを特徴とする撮像レンズ。
   ０．８０＜ｆ／ｆ２＜３．００ …（１）
   ただし、
   ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   とする。
2. 下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   ０．９０＜ｆ／ｆ２＜２．５０ …（１）’
3. 下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項２記載の撮像レンズ。
   １．００＜ｆ／ｆ２＜２．１０ …（１）”
4. 下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ８０＜ν１２ …（２）
   ４０＜ν１３＜６０ …（３）
   ８０＜ν１４ …（４）
   ただし
   ν１２：前記正レンズ１２のアッベ数
   ν１３：前記負レンズ１３のアッベ数
   ν１４：前記正レンズ１４のアッベ数
   とする。
5. 前記第１レンズ群は、前記正レンズ１４の像側において、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１５、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ１６、像側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ１７を有する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
6. 下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ６０＜ν１５ …（５）
   ８０＜ν１６ …（６）
   ただし、
   ν１５：前記負レンズ１５のアッベ数
   ν１６：前記正レンズ１６のアッベ数
   とする。
7. 前記負レンズ１５と前記正レンズ１６は接合されている
   ことを特徴とする請求項５または６記載の望遠レンズ。
8. 前記第３レンズ群は、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた正レンズ３１、両凹の負レンズ３２、両凸の正レンズ３３、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凹面を向けた負レンズ３４からなる
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の撮像レンズ。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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