WO2012127826A1 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents
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- G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
Definitions
- the present invention relates to an imaging lens and an imaging apparatus, and more particularly to an imaging lens having a wide angle of view and a long back focus, and an imaging apparatus including the imaging lens.
- imaging lenses are used in the fields of in-vehicle cameras, surveillance cameras, endoscopes, and the like.
- an imaging lens in combination with an imaging device that captures an image formed by the imaging lens.
- an optical low-pass filter, an infrared cut filter, or the like is often disposed between the lens system and the image sensor, which requires a sufficient back focus.
- endoscope in which the imaging surface of the imaging device is arranged in parallel with the major axis direction of the insertion portion of the endoscope. In this type, generally, an optical path is provided between the imaging lens and the imaging device.
- Patent Documents 1 to 5 listed below describe an imaging lens for an endoscope that has been devised by the present inventor and has both a long back focus and a wide angle.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an imaging lens in which chromatic aberration is favorably corrected while achieving both a long back focus and a wide angle, and an imaging apparatus including the imaging lens. It is intended.
- the imaging lens of the present invention includes, in order from the object side, a first lens having a negative refractive power of a plano-concave shape or a meniscus shape having a concave surface facing the image side, and one of them has a positive refractive power.
- a first cemented lens formed by cementing a second lens and a third lens having a negative refractive power, and a first cemented lens having a positive refractive power with a plane or a surface having a larger absolute value of the curvature radius facing the object side.
- a four-group six-lens configuration in which four lenses and a second cemented lens formed by cementing a fifth lens and a sixth lens, one of which has a positive refractive power and the other of which has a negative refractive power, are arranged.
- a stop is disposed between the first cemented lens and the fourth lens, and the following conditional expressions (1) to (3) are satisfied.
- ⁇ 2n Abbe number in d-line of negative lens in second cemented lens
- ⁇ 2p Abbe number in d-line of positive lens in second cemented lens
- N2n Refraction in d-line of negative lens in second cemented lens
- N2p Refractive index at d-line of the positive lens in the second cemented lens
- An image pickup apparatus includes the above-described image pickup lens of the present invention and an image pickup element that picks up an optical image formed by the image pickup lens and outputs an electric signal.
- first cemented lens formed by cementing a second lens and a third lens, one of which has a positive refractive power and the other of which has a negative refractive power is a second lens having a positive lens.
- both the case where the third lens is a negative lens and the case where the second lens is a negative lens and the third lens is a positive lens are included.
- the second lens is closer to the object side than the third lens. It means that it is arranged.
- second cemented lens formed by cementing the fifth lens and the sixth lens one of which has a positive refractive power and the other has a negative refractive power”.
- fourth lens having a positive refractive power with a plane or a surface having a larger absolute value of the curvature radius facing the object side means that the fourth lens having a positive refractive power is located on the object side. It means that the shape is a shape in which the plane is directed or the absolute value of the radius of curvature of the object side surface is larger than the absolute value of the radius of curvature of the image side surface.
- the refractive power and the shape of each lens are suitably set, the lens is configured to have a cemented lens on both sides of the stop, and the predetermined conditional expression regarding the material of the lens constituting the cemented lens is satisfied. Therefore, it is possible to provide an imaging lens in which chromatic aberration is favorably corrected and an imaging apparatus including the imaging lens while achieving both long back focus and wide angle.
- Sectional drawing which shows the structure of the imaging lens concerning one Embodiment of this invention.
- Sectional drawing which shows the structure and optical path of the imaging lens of Example 1 of this invention
- Sectional drawing which shows the structure and optical path of the imaging lens of Example 2 of this invention
- Sectional drawing which shows a structure and optical path of the imaging lens of Example 3 of this invention.
- Sectional drawing which shows the structure and optical path of the imaging lens of Example 4 of this invention
- Sectional drawing which shows a structure and optical path of the imaging lens of Example 5 of this invention.
- Sectional drawing which shows a structure and optical path of the imaging lens of Example 6 of this invention.
- Sectional drawing which shows a structure and optical path of the imaging lens of Example 7 of this invention.
- Sectional drawing which shows the structure and optical path of the imaging lens of Example 8 of this invention.
- FIG. 4 is each aberration diagram of the imaging lens of Example 1 of the present invention, (A) is a spherical aberration diagram, (B) is an astigmatism diagram, (C) is a distortion aberration diagram, and (D) is a chromatic aberration diagram of magnification.
- A is a spherical aberration diagram
- B is an astigmatism diagram
- C is a distortion aberration diagram
- D is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 4 is each aberration diagram of the imaging lens of Example 2 of the present invention, (A) is a spherical aberration diagram, (B) is an astigmatism diagram, (C) is a distortion aberration diagram, and (D) is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 4 is each aberration diagram of the imaging lens of Example 3 of the present invention, (A) is a spherical aberration diagram, (B) is an astigmatism diagram, (C) is a distortion aberration diagram, and (D) is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 6A is an aberration diagram of the imaging lens of Example 4 of the present invention, where FIG. 6A is a spherical aberration diagram, FIG.
- FIG. 5B is an astigmatism diagram
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- FIG. FIG. 6A is an aberration diagram of the imaging lens according to the fifth exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 6A is a spherical aberration diagram
- FIG. 5B is an astigmatism diagram
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- FIG. 9A is an aberration diagram of the imaging lens of Example 6 of the present invention, where FIG. 9A is a spherical aberration diagram,
- FIG. 9B is an astigmatism diagram,
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- FIG. FIG. 9A is an aberration diagram of the imaging lens according to the seventh embodiment of the present invention, where FIG.
- FIG. 9A is a spherical aberration diagram
- FIG. 9B is an astigmatism diagram
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- FIG. FIGS. 9A and 9B are aberration diagrams of the imaging lens of Example 8 of the present invention, in which FIG. 9A is a spherical aberration diagram
- FIG. 9B is an astigmatism diagram
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- FIG. FIG. 10 is aberration diagrams of the image pickup lens of Example 9 of the present invention, where (A) is a spherical aberration diagram, (B) is an astigmatism diagram, (C) is a distortion aberration diagram, and (D) is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 9A is a spherical aberration diagram
- FIG. 9B is an astigmatism diagram
- FIG. C is a distortion aberration diagram
- D is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 11A is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens according to the tenth embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a spherical aberration diagram, FIG. 9B is an astigmatism diagram, FIG. C is a distortion diagram, and FIG. FIG. 14A is a diagram illustrating aberrations of the imaging lens according to the eleventh embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a spherical aberration diagram, FIG. 9B is an astigmatism diagram, FIG. FIG.
- FIG. 14 is each aberration diagram of the imaging lens of Example 12 of the present invention, (A) is a spherical aberration diagram, (B) is an astigmatism diagram, (C) is a distortion aberration diagram, and (D) is a chromatic aberration diagram of magnification.
- FIG. 1 shows a configuration in a cross section including an optical axis Z of an imaging lens 1 according to an embodiment of the present invention.
- the configuration example shown in FIG. 1 corresponds to the lens configuration of Example 1 described later.
- the left side is the object side
- the right side is the image side.
- FIG. 1 also shows the axial light beam 2 and the off-axis light beam 3 at the maximum field angle.
- FIG. 1 shows an example in which optical members PP1 and PP2 that are parallel plane plates assuming an optical path conversion prism, a filter, a cover glass, and the like are arranged on the image side of the imaging lens 1.
- the imaging lens 1 has a four-group, six-lens configuration, and in order from the object side, a plano-concave or meniscus first lens L1 having a negative refractive power with the concave surface facing the image side, and either one is positive
- the first cemented lens LC1 formed by cementing the second lens L2 and the third lens L3 having a refractive power and the other having a negative refractive power, and a plane having a larger absolute value of a plane or a curvature radius on the object side
- a second lens L4 having a positive refractive power directed to the second lens L5 and a fifth lens L5 and a sixth lens L6 each having a positive refractive power and the other having a negative refractive power.
- a cemented lens LC2 are arranged.
- FIG. 1 shows an example in which a positive second lens L2 and a negative third lens L3 are arranged in order from the object side and cemented as the first cemented lens LC1; The second lens L2 and the positive third lens L3 may be arranged and joined in order from the object side.
- FIG. 1 shows an example in which, as the second cemented lens LC2, a positive fifth lens L5 and a negative sixth lens L6 are arranged in order from the object side and cemented, The negative fifth lens L5 and the positive sixth lens L6 may be arranged in order from the object side and joined.
- An aperture stop St is disposed between the first cemented lens LC1 and the fourth lens L4. Note that the aperture stop in FIG. 1 does not indicate the shape or size, but indicates the position on the optical axis Z.
- the imaging lens 1 has a configuration advantageous for correcting chromatic aberration of magnification by disposing a cemented lens composed of positive and negative lenses on both the object side and the image side of the aperture stop St.
- the imaging lens 1 is a retro-focus type lens system in order to obtain a wide angle and a long back focus.
- the group has a negative power as a whole. Most of this negative power is possessed by the first lens L1, but the cemented surface of the first cemented lens LC1 also has negative power using the difference in refractive index between the second lens L2 and the third lens L3. This contributes to both wide angle and long back focus.
- the imaging lens 1 is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3). 1.80 ⁇ Bf / f (1) 0.15 ⁇ N1n-N1p (2) 0.0 ⁇ 1n ⁇ 1p ⁇ 10.0 (3) However, Bf: Back focus of the entire system (air equivalent length) f: focal length of the entire system N1n: refractive index N1p of the negative lens in the first cemented lens at the d-line N1p: refractive index v1n of the positive lens in the first cemented lens at the d-line: n1 in the first cemented lens Abbe number ⁇ 1p in the d-line of the negative lens: Abbe number in the d-line of the positive lens in the first cemented lens
- Conditional expression (1) indicates the amount of back focus necessary to insert an optical path conversion prism or the like. By configuring so as to satisfy the conditional expression (1), it is possible to secure a long back focus compared to the focal length, and to arrange various filters, thick optical path conversion members, etc. between the imaging lens and the imaging plane. Is possible.
- Conditional expression (2) relates to the power of the cemented surface of the first cemented lens LC1.
- the power ⁇ of each surface of the lens is expressed by the difference in refractive index (n′ ⁇ n), where the refractive index of the medium on the incident side is n and the refractive index of the medium on the exit side is n ′, the radius of curvature r.
- the sign of the radius of curvature r is considered positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
- Conditional expression (2) defines the refractive index difference between the negative lens and the positive lens necessary for obtaining a sufficient negative power at the cemented surface of the first cemented lens LC1. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, sufficient negative power cannot be obtained on the cemented surface of the first cemented lens LC1, and it becomes difficult to realize a wide angle and a long back focus.
- Conditional expression (3) shows the difference between the Abbe numbers of the positive and negative lenses required when selecting a material so that the refractive index difference between the positive and negative lenses specified in conditional expression (2) can be obtained. Since the first cemented lens LC1 is positioned closer to the object side than the aperture stop St, the larger the Abbe number of the positive lens, the more the axial chromatic aberration is corrected and the more the magnification chromatic aberration is corrected. On the other hand, the negative lens, when the Abbe number is large, works under to correct axial chromatic aberration and works over to correct lateral chromatic aberration. Here, it is necessary that the difference between the Abbe numbers of the negative lens and the positive lens is positive, that is, the Abbe number of the negative lens is larger, and that the difference is not significantly increased.
- the Abbe number of the positive lens in the first cemented lens LC1 will be larger, and as described above, axial chromatic aberration will be overcorrected and lateral chromatic aberration will be undercorrected. . If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the Abbe number of the negative lens in the first cemented lens LC1 becomes larger than expected, the axial chromatic aberration is insufficiently corrected, and the lateral chromatic aberration is excessively corrected.
- the imaging lens 1 satisfies the following conditional expressions (4) and (5). 25.0 ⁇ 2n ⁇ 2p (4) 0.08 ⁇ N2n-N2p ⁇ 0.32 (5)
- ⁇ 2n Abbe number in d-line of negative lens in second cemented lens
- ⁇ 2p Abbe number in d-line of positive lens in second cemented lens
- N2n Refraction in d-line of negative lens in second cemented lens
- N2p Refractive index at d-line of the positive lens in the second cemented lens
- Conditional expressions (4) and (5) define the material used for the second cemented lens LC2. Since the second cemented lens LC2 is positioned on the image side from the aperture stop St, the larger the Abbe number of the positive lens, the more the axial chromatic aberration correction and the lateral chromatic aberration correction both work, and the negative lens, on the contrary, As the Abbe number is larger, both the correction of axial chromatic aberration and the correction of lateral chromatic aberration are underperformed.
- Conditional expression (4) is a positive expression required for the cemented surface of the second cemented lens LC2 located at a position away from the image plane in the lens system having a long back focus to effectively work for correcting the lateral chromatic aberration. It defines the difference in Abbe number between the lens and negative lens. If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, correction of lateral chromatic aberration will be insufficient, leading to deterioration of surrounding images.
- Conditional expression (5) indicates the refractive index difference between the negative lens and the positive lens necessary to achieve conditional expression (4). If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, a material with a large Abbe number suitable for a positive lens cannot be obtained among the optical materials that exist at the present time. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, it is impossible to obtain a material with a small Abbe number suitable for a negative lens among the optical materials that exist at present.
- conditional expression (4-1) instead of conditional expression (4) for better correction of lateral chromatic aberration.
- an optical member responsible for correcting lateral chromatic aberration is disposed at a position distant from the aperture stop St.
- the optical member is disposed at a position close to the imaging surface.
- the imaging lens of the present embodiment by adopting the above configuration, it becomes easy to achieve both long back focus and good lateral chromatic aberration correction.
- the lateral chromatic aberration appears more conspicuously toward the peripheral portion of the image, it is very effective to correct the lateral chromatic aberration well in order to improve the image quality of the peripheral portion of the image.
- the lens system in which both the lateral chromatic aberration and the axial chromatic aberration are well corrected as in the imaging lens 1 of the present embodiment it is possible to obtain a good image from the center of the imaging region to the peripheral portion. .
- the first lens L1 arranged closest to the object side is a body fluid, a cleaning fluid, direct sunlight, wind and rain, oil and fat. It will be exposed to etc. Therefore, it is preferable to use a material having high water resistance, weather resistance, acid resistance, chemical resistance and the like as the material of the first lens L1.
- a material having a powder water resistance, a powder acid resistance standard weight loss rate rank, and a surface method weather resistance rank of 1 defined by the Japan Optical Glass Industry Association is preferably used.
- the object side surface of the first lens L1 that is positioned closest to the object side in the imaging lens 1 is a flat surface or a convex surface.
- FIGS. 2 to 13 Lens cross-sectional views of the imaging lenses of Examples 1 to 12 are shown in FIGS. 2 to 13, respectively. 2 to 13, the left side of the figure is the object side, the right side is the image side, and the axial beam 2, the off-axis beam 3 at the maximum angle of view, and the optical members PP 1 and PP 2 are also illustrated. ing. 2 to 13 also show a spherical or flat object surface Obj.
- the position of the imaging plane is the position of the image side surface of the plane parallel plate PP2, but the imaging lens of the present invention is not necessarily limited to this.
- Table 1 to Table 12 show lens data of the imaging lenses of Examples 1 to 12, respectively.
- the Ri column indicates the radius of curvature of the i-th surface
- the Di column indicates the surface spacing on the optical axis Z between the i-th surface and the i + 1-th surface
- the Ndj column is the most object side.
- the lens data includes the aperture stop St and the plane parallel plate PP, and the diameter of the aperture of the aperture stop St is described in parentheses in the Ri column of the surface corresponding to the aperture stop St. Yes.
- the sign of the radius of curvature is positive when the surface shape is convex on the object side and negative when the surface shape is convex on the image side.
- “Mm” is used as the unit of the radius of curvature and the surface interval in the lens data, but this is an example, and the optical system can obtain the same optical performance even when proportionally enlarged or reduced. Appropriate units can also be used. In the table below, values rounded by a predetermined digit are shown.
- Table 13 shows various data of Examples 1 to 12 described above.
- the data in Table 13 are for the d-line, the unit of length is all mm, and the unit of angle is all degrees.
- the “L1 object side surface” column indicates the object-side surface shape of the first lens L1
- the “front group cemented” column indicates the power code and object of the two lenses constituting the first cemented lens LC1.
- the arrangement order from the side is shown, and the column of “rear group cementing” shows the signs of the power of the two lenses constituting the second cemented lens LC2 and the arrangement order from the object side.
- “+ ⁇ ” means a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are arrayed in order from the object side.
- the column “object distance” indicates the distance from the object side surface of the first lens L1 on the optical axis to the object plane Obj
- the column “object plane” indicates the surface shape of the object plane Obj.
- the object surface Obj is a spherical surface having a curvature radius of 10 mm, and in other examples, the object surface Obj is a flat surface.
- Examples 1, 2, 6 to 8 and 12 are suitable for imaging a concave object or a cylindrical object, and the other examples are suitable for imaging a wide surface having a shape close to a plane. Yes.
- the “maximum image height” is the maximum image height
- the “viewing angle (degree)” is the viewing angle at all angles of view
- the “diaphragm diameter ⁇ ” is the diameter of the aperture of the aperture stop St
- “F “Value” is an effective F value (effective F number).
- f is the focal length of the entire system
- Bf is the back focus (air equivalent length) of the entire system.
- the columns of the expressions (1) to (5) show the corresponding values of the conditional expressions (1) to (5) described above. Examples 1 to 12 all satisfy conditional expressions (1) to (5).
- FIGS. 14A to 14D show aberration diagrams of spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion), and chromatic aberration of magnification (chromatic aberration of magnification) of the imaging lens of Example 1, respectively.
- the aberration diagrams for spherical aberration, astigmatism, and distortion show aberrations with the d-line (wavelength 587.6 nm) as the reference wavelength, while the spherical aberration diagram shows the F-line (wavelength 486.1 nm) and C-line. The aberration for (wavelength 656.3 nm) is also shown.
- the lateral chromatic aberration diagram shows aberrations for the F-line and the C-line. Fno.
- Means F value, and ⁇ in other aberration diagrams means half angle of view. Distortion is a deviation from the ideal image height when the focal length f of the entire system and half angle of view ⁇ (variable treatment, 0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) is used and the size of the ideal image height is f ⁇ sin ⁇ . The amount is shown.
- Each aberration diagram of aberration, distortion aberration (distortion), and lateral chromatic aberration (chromatic aberration of magnification) is shown.
- the aberration diagrams of Examples 1 to 12 are obtained when the object distance is 10 mm.
- each aberration is corrected well.
- FIG. 26 is a schematic configuration diagram of an endoscope that is an example of an imaging apparatus.
- the endoscope 100 shown in FIG. 26 mainly includes an operation unit 102, an insertion unit 104, and a connector unit (not shown) for pulling out the universal cord 106.
- An insertion portion 104 to be inserted into the patient's body is connected to the distal end side of the operation portion 102. From the proximal end side of the operation portion 102, a universal cord for connecting to a connector portion for connecting to a light source device or the like. 106 is pulled out.
- Most of the insertion portion 104 is a flexible portion 107 that bends in an arbitrary direction along the insertion path, and a bending portion 108 is connected to the distal end of the flexible portion 107, and a distal end hard portion is connected to the distal end of the bending portion 108. 110 are sequentially connected.
- the bending portion 108 is provided to direct the distal end hard portion 110 in a desired direction, and the bending operation can be performed by rotating the bending scanning knob 109 provided in the operation portion 102.
- FIG. 27 shows a cross-sectional view of the main part of the distal end hard portion 110.
- the imaging lens 1 according to the present embodiment is disposed inside the distal end hard portion 110.
- FIG. 27 is a cross section including the optical axis Z of the imaging lens 1, and the imaging lens 1 is conceptually illustrated in FIG.
- An optical path conversion prism 5 for bending the optical path by 90 degrees is arranged on the image side of the imaging lens 1, and an imaging element 10 is bonded to the image side surface of the optical path conversion prism 5.
- the imaging element 10 is arranged so that its imaging surface coincides with the image plane of the imaging lens 1, and images an optical image formed by the imaging lens 1 and outputs an electrical signal.
- a direct-viewing observation optical system is configured in the lower half of the distal end hard portion 110, and the treatment instrument insertion channel 11 is configured in the upper half of the distal end hard portion 110.
- a large number of elements can be disposed in the insertion portion having a small diameter.
- FIG. 28 is a diagram related to a vehicle-mounted camera which is another example of the imaging apparatus, and shows a state where the vehicle-mounted camera is mounted on the automobile 200.
- This in-vehicle camera includes an imaging lens according to the present embodiment and an imaging device that captures an optical image formed by the imaging lens and outputs an electrical signal.
- an automobile 200 is an in-vehicle camera, an in-vehicle camera 201 for imaging a blind spot range on the side surface on the passenger seat side, an in-vehicle camera 202 for imaging the blind spot range on the rear side of the automobile 200, and a room
- An in-vehicle camera 203 is attached to the rear surface of the mirror to capture the same field of view as the driver.
- the present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
- the values of the radius of curvature, the surface spacing, the refractive index, the Abbe number, etc. of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, but can take other values.
- the example of the endoscope and the vehicle-mounted camera has been described with reference to the drawings.
- the present invention is not limited to this application, for example, a mobile terminal camera, a monitoring camera, or the like It is also applicable to.
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Abstract
【課題】撮像レンズにおいて、長いバックフォーカスと広角化を両立させた上で、色収差を良好に補正する。 【解決手段】撮像レンズは、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹形状またはメニスカス形状の負の第1レンズ(L1)と、いずれか一方が正で他方が負の第2レンズ(L2)および第3レンズ(L3)が接合された第1の接合レンズ(LC1)と、絞りと、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の第4レンズ(L4)と、いずれか一方が正で他方が負の第5レンズ(L5)および第6レンズ(L6)が接合された第2の接合レンズ(LC2)とからなり、全系の焦点距離とバックフォーカスの比、第1の接合レンズ(LC1)中の正負レンズの屈折率およびアッベ数に関する条件式を満たす。
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、広い画角と長いバックフォーカスを有する撮像レンズ、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。
従来、車載カメラや監視カメラ、内視鏡等の分野において小型で広角の撮像レンズが用いられている。近年では、撮像レンズと、該撮像レンズによって形成された像を撮像する撮像素子とを組み合わせて使用することが一般的になっている。このような場合、レンズ系と撮像素子の間に、光学ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等を配置することが多く、このために十分なバックフォーカスが必要となる。また、内視鏡では、撮像素子の撮像面が内視鏡の挿入部の長軸方向と平行に配置されるタイプのものがあり、このタイプでは一般に、撮像レンズと撮像素子との間に光路の方向を変換するための光路変換プリズム等の光路変換部材が挿入配置されるため、十分長いバックフォーカスが必要となる。一方、広角化を図るには、焦点距離を短くする必要があり、長いバックフォーカスと広角化を両立させることは難しい。下記特許文献1~5には、本発明者により考案された、長いバックフォーカスと広角化を両立させた内視鏡用の撮像レンズが記載されている。
ところで、撮像素子の開発が進み、その高画素化とともに、レンズ系に対する画質向上の要求が厳しくなってきている。内視鏡用の撮像レンズでは、被写界深度を深くするためにFナンバーの大きなものが多いことから、球面収差やコマ収差が画質を決める重要な要因となることは少なく、倍率色収差の良好な補正が画質向上に有効である。倍率色収差は、広角化や撮像素子との組合せにおいて問題となりやすいため、上記分野のレンズ系では重要である。また、生体組織の病変部の観察や治療を行う内視鏡では、軸上色収差の補正も重要となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、長いバックフォーカスと広角化を両立させた上で、色収差が良好に補正された撮像レンズ、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、像側に凹面を向けた平凹形状またはメニスカス形状の負の屈折力を有する第1レンズと、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第2レンズおよび第3レンズを接合してなる第1の接合レンズと、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の屈折力を有する第4レンズと、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第5レンズおよび第6レンズを接合してなる第2の接合レンズとを配列した4群6枚構成からなり、第1の接合レンズと第4レンズとの間に絞りが配置され、下記条件式(1)~(3)を満たすことを特徴とするものである。
1.80<Bf/f … (1)
0.15<N1n-N1p … (2)
0.0<ν1n-ν1p<10.0 … (3)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算長)
f:全系の焦点距離
N1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
ν1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
1.80<Bf/f … (1)
0.15<N1n-N1p … (2)
0.0<ν1n-ν1p<10.0 … (3)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算長)
f:全系の焦点距離
N1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
ν1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式(4)、(5)を満たすことが好ましい。
25.0<ν2n-ν2p … (4)
0.08<N2n-N2p<0.32 … (5)
ただし、
ν2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
N2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
25.0<ν2n-ν2p … (4)
0.08<N2n-N2p<0.32 … (5)
ただし、
ν2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
N2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の撮像レンズと、該撮像レンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。
なお、上記の「いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第2レンズおよび第3レンズを接合してなる第1の接合レンズ」は、第2レンズが正レンズで第3レンズが負レンズの場合、および、第2レンズが負レンズで第3レンズが正レンズの場合の両方の場合を含むものであり、さらに、第2レンズが第3レンズよりも物体側に配置されていることを意味するものである。上記の「いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第5レンズおよび第6レンズを接合してなる第2の接合レンズ」についても同様である。
なお、上記の「物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の屈折力を有する第4レンズ」とは、正の屈折力を有する第4レンズが、物体側に平面を向けた形状、または物体側の面の曲率半径の絶対値の方が像側の面の曲率半径の絶対値よりも大きい形状であることを意味する。
なお、上述した本発明の撮像レンズの各レンズが有する屈折力の符号および面形状は、非球面を含むものについては近軸領域で考えるものとする。
本発明によれば、各レンズの屈折力および形状等を好適に設定し、絞りの両側にそれぞれ接合レンズを有するように構成し、接合レンズを構成するレンズの材質等に関する所定の条件式を満足するようにしているため、長いバックフォーカスと広角化を両立させた上で、色収差が良好に補正された撮像レンズ、および該撮像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。
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に、本発明の一実施形態にかかる撮像レンズ1の光軸Zを含む断面における構成を示す。この図1に示す構成例は、後述の実施例1のレンズ構成に対応している。図1においては左側が物体側、右側が像側であり、図1には軸上光束2、最大画角での軸外光束3も合わせて示している。また、図1には、光路変換プリズム、フィルタ、カバーガラス等を想定した平行平面板状の光学部材PP1、PP2を撮像レンズ1の像側に配置した例を示している。
撮像レンズ1は、4群6枚構成であり、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹形状またはメニスカス形状の負の屈折力を有する第1レンズL1と、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第2レンズL2および第3レンズL3を接合してなる第1の接合レンズLC1と、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の屈折力を有する第4レンズL4と、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第5レンズL5および第6レンズL6を接合してなる第2の接合レンズLC2とが配列されて構成されている。
なお、図1には、第1の接合レンズLC1として、正の第2レンズL2と負の第3レンズL3とを物体側から順に配列して接合した例を示しているが、代わりに、負の第2レンズL2と正の第3レンズL3とを物体側から順に配列して接合した構成としてもよい。同様に、図1には、第2の接合レンズLC2として、正の第5レンズL5と負の第6レンズL6とを物体側から順に配列して接合した例を示しているが、代わりに、負の第5レンズL5と正の第6レンズL6とを物体側から順に配列して接合した構成としてもよい。
第1の接合レンズLC1と第4レンズL4との間には、開口絞りStが配置される。なお、図1中の開口絞りは形状や大きさを表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。撮像レンズ1は、正負のレンズからなる接合レンズを開口絞りStの物体側および像側の両方に配置することで、倍率色収差の補正に有利な構成となっている。
撮像レンズ1は、広角化と長いバックフォーカスを得るために、レトロ・フォーカスタイプのレンズ系になっており、開口絞りStより物体側の第1レンズL1と第1の接合レンズLC1とからなる前群は、全体で負のパワーを有している。この負のパワーの多くは、第1レンズL1が有しているが、第1の接合レンズLC1の接合面も第2レンズL2と第3レンズL3の屈折率差を用いて負のパワーを有しており、広角化と長いバックフォーカスの両方を得ることに寄与している。
撮像レンズ1は、下記条件式(1)~(3)を満たすように構成されている。
1.80<Bf/f … (1)
0.15<N1n-N1p … (2)
0.0<ν1n-ν1p<10.0 … (3)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算長)
f:全系の焦点距離
N1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
ν1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
1.80<Bf/f … (1)
0.15<N1n-N1p … (2)
0.0<ν1n-ν1p<10.0 … (3)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算長)
f:全系の焦点距離
N1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
ν1n:第1の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν1p:第1の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
条件式(1)は、光路変換プリズム等を挿入するために必要なバックフォーカスの量を示すものである。条件式(1)を満たすように構成することで、焦点距離に比して長いバックフォーカスを確保でき、撮像レンズと結像面の間に各種フィルタや厚みの大きな光路変換部材等を配置することが可能となる。
条件式(2)は、第1の接合レンズLC1の接合面のパワーに関係している。レンズのそれぞれの面のパワーφは、入射側の媒質の屈折率をn、射出側の媒質の屈折率をn’とした場合、その屈折率の差(n’-n)を、曲率半径rで割った値、すなわち、(n’-n)/rで表される。ここで、曲率半径r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考えている。
条件式(2)は、第1の接合レンズLC1の接合面で十分な負のパワーを得るのに必要な負レンズと正レンズの屈折率差を規定するものである。条件式(2)の下限を下回ると、第1の接合レンズLC1の接合面で十分な負のパワーが得られなくなり、広角化と長いバックフォーカスを実現することが困難になる。
条件式(3)は、条件式(2)で規定した正負レンズの屈折率差が得られるように、材質を選ぶ場合に、必要となる正負レンズのアッベ数の差を示すものである。第1の接合レンズLC1は、開口絞りStより物体側に位置するので、正レンズのアッベ数は大きいほど、軸上色収差の補正にはオーバーに働き、倍率色収差の補正にはアンダーに働く。負レンズは、その逆に、アッベ数は大きいほど、軸上色収差の補正にはアンダーに働き、倍率色収差の補正にはオーバーに働く。ここでは、負レンズと正レンズのアッベ数の差が正、つまり、負レンズのアッベ数の方が大きく、さらにその差が著しく大きくならないようにする必要がある。
条件式(3)の下限を下回ると、第1の接合レンズLC1中の正レンズのアッベ数の方が大きいことになり、前述の通り、軸上色収差が補正過剰、倍率色収差が補正不足となる。条件式(3)の上限を上回ると、第1の接合レンズLC1中の負レンズのアッベ数が想定よりも大きくなり、軸上色収差が補正不足、倍率色収差が補正過剰となる。
さらに、撮像レンズ1は、下記条件式(4)、(5)を満たすことが好ましい。
25.0<ν2n-ν2p … (4)
0.08<N2n-N2p<0.32 … (5)
ただし、
ν2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
N2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
25.0<ν2n-ν2p … (4)
0.08<N2n-N2p<0.32 … (5)
ただし、
ν2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
N2n:第2の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N2p:第2の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
条件式(4)、(5)は、第2の接合レンズLC2に使用する材質を規定するものである。第2の接合レンズLC2は、開口絞りStより像側に位置するので、正レンズのアッベ数は大きいほど、軸上色収差の補正、倍率色収差の補正ともにオーバーに働き、負レンズは、その逆に、アッベ数は大きいほど、軸上色収差の補正、倍率色収差の補正ともにアンダーに働く。
条件式(4)は、長いバックフォーカスを有するレンズ系において、結像面から離れた位置にある第2の接合レンズLC2の接合面が、倍率色収差の補正に有効に働くために必要な、正レンズと負レンズのアッベ数の差を規定している。条件式(4)の下限を下回ると、倍率色収差の補正が不足し、周辺画像の劣化をまねく。
条件式(5)は、条件式(4)を達成するのに必要な負レンズと正レンズの屈折率差を示すものである。条件式(5)の下限を下回ると、現時点で実在する光学材質の中で、正レンズに適するアッベ数の大きな材質を得られなくなる。条件式(5)の上限を上回ると、現時点で実在する光学材質の中で、負レンズに適するアッベ数の小さな材質を得られなくなる。
なお、上記事情から、倍率色収差のより良好な補正のためには、条件式(4)に代わり下記条件式(4-1)を満足することがより好ましい。
30.0<ν2n-ν2p … (4-1)
30.0<ν2n-ν2p … (4-1)
一般に、倍率色収差を補正するには、開口絞りStより離れた位置に倍率色収差補正を担う光学部材が配置されていること、特に開口絞りStより像側では、結像面に近い位置に配置されているほどその効果がより顕著となるが、全系のバックフォーカスが長いレンズ系においては、結像面に近い位置に光学部材を配置できず、倍率色収差の補正は容易ではなかった。しかし、本実施形態の撮像レンズによれば、上記構成を採用することで、長いバックフォーカスと良好な倍率色収差の補正を両立させることが容易になる。
倍率色収差は、画像周辺部に行くほど顕著に表れるため、画像周辺部の画質を向上させるためには、倍率色収差を良好に補正することが非常に有効である。本実施形態の撮像レンズ1のように、倍率色収差と軸上色収差の両方が良好に補正されたレンズ系によれば、結像領域中心部から周辺部まで良好な画像を得ることが可能になる。
なお、撮像レンズ1が保護部材なしで内視鏡や車載用カメラ等の撮像装置に搭載される場合、最も物体側に配置される第1レンズL1は、体液、洗浄液、直射日光、風雨、油脂等にさらされることになる。したがって、第1レンズL1の材質には、耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高いものを用いることが好ましい。第1レンズL1の材質には例えば、日本光学硝子工業会が定める粉末耐水性、粉末耐酸性規格の減量率ランク、表面法耐候性ランクが1のものを用いることが好ましい。
なお、撮像レンズ1の中で最も物体側に位置することになる第1レンズL1の物体側の面は、平面または凸面となる。このような形状とすることで、凹面とした場合に比べて、撮像レンズ1が内視鏡や車載用カメラ等の撮像装置に搭載された際に、第1レンズL1の物体側の面へのゴミや液体等の付着を低減することができる。
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。実施例1~実施例12の撮像レンズのレンズ断面図をそれぞれ図2~図13に示す。図1同様、図2~図13では、図の左側が物体側、右側が像側であり、軸上光束2、最大画角での軸外光束3、光学部材PP1、PP2も合わせて図示している。さらに、図2~図13では、球面または平面の物体面Objも図示している。図2~図13に示す例では、結像面の位置が平行平面板PP2の像側の面の位置となっているが、本発明の撮像レンズにおいては必ずしもこれに限定されるものではない。
実施例1~実施例12の撮像レンズのレンズデータをそれぞれ表1~表12に示す。各実施例のレンズデータの表において、Siの欄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の欄はi番目の面の曲率半径を示し、Diの欄は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、Ndjの欄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(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjの欄はj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りStおよび平行平面板PPも含めて示しており、開口絞りStに対応する面のRiの欄には開口絞りStの開口部の直径を括弧書きで記載している。
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。レンズデータにおける曲率半径および面間隔の単位としては、「mm」を用いているが、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、他の適当な単位を用いることもできる。なお、下記表には、所定の桁でまるめた値を示している。
表13に、上記実施例1~実施例12の各種データを示す。表13のデータは、d線におけるものであり、長さの単位は全てmmであり、角度の単位は全て度である。
以下に、表13について説明する。「L1物体側面」の欄には第1レンズL1の物体側の面形状を示し、「前群接合」の欄には第1の接合レンズLC1を構成する2枚のレンズのパワーの符号と物体側からの配列順を示し、「後群接合」の欄には第2の接合レンズLC2を構成する2枚のレンズのパワーの符号と物体側からの配列順を示している。例えば、「+-」は物体側から順に正レンズと負レンズが配列されて接合された接合レンズを意味している。
「物体距離」の欄には光軸上における第1レンズL1の物体側の面から物体面Objまでの距離を示し、「物体面」の欄には物体面Objの面形状を示している。実施例1、2、6~8、12は物体面Objが曲率半径10mmの球面であり、その他の実施例は物体面Objが平面である。実施例1、2、6~8、12は凹面形状の物体や、筒形状の物体を撮像する際に適しており、その他の実施例は平面に近い形状の広い面を撮像する際に適している。
「最大像高」は最大の像高であり、「視野角(度)」は全画角での視野角であり、「絞り径φ」は開口絞りStの開口部の直径であり、「F値」は有効F値(有効Fナンバー)である。fは全系の焦点距離、Bfは全系のバックフォーカス(空気換算長)である。また、式(1)~式(5)の欄には、上述した条件式(1)~(5)の対応値を示している。実施例1~12は全て条件式(1)~(5)を満たしている。
図14(A)~図14(D)にそれぞれ実施例1の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差(ディストーション)、倍率色収差(倍率の色収差)の各収差図を示す。球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図には、d線(波長587.6nm)を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはF線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)についての収差も示している。倍率色収差図ではF線とC線についての収差を示している。球面収差図のFno.はF値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。歪曲収差は、全系の焦点距離f、半画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、理想像高の大きさをf×sinθとしたとき、この理想像高からのずれ量を示したものである。
同様に、図15(A)~図15(D)、図16(A)~図16(D)、図17(A)~図17(D)、図18(A)~図18(D)、図19(A)~図19(D)、図20(A)~図20(D)、図21(A)~図21(D)、図22(A)~図22(D)、図23(A)~図23(D)、図24(A)~図24(D)、図25(A)~図25(D)に、実施例2~12の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差(ディストーション)、倍率色収差(倍率の色収差)の各収差図を示す。なお、実施例1~12の各収差図は、物体距離を10mmとしたときのものである。各収差図からわかるように、上記実施例1~実施例12は各収差が良好に補正されている。
次に、本発明の撮像レンズが適用される撮像装置の実施形態について図26~図28を参照しながら説明する。図26は、撮像装置の一例である内視鏡の概略的な構成図である。図26に示す内視鏡100は、主として、操作部102と、挿入部104と、ユニバーサルコード106を引き出すコネクタ部(図示せず)を備える。操作部102の先端側には、患者の体内に挿入される挿入部104が連結され、操作部102の基端側からは、光源装置等と接続するためのコネクタ部に接続するためのユニバーサルコード106が引き出されている。
挿入部104の大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部107であり、この軟性部107の先端には、湾曲部108が連結され、この湾曲部108の先端には、先端硬質部110が順次連結されている。湾曲部108は、先端硬質部110を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部102に設けられた湾曲走査ノブ109を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。
図27に先端硬質部110の要部断面図を示す。図27に示すように、先端硬質部110の内部には本実施形態にかかる撮像レンズ1が配設される。なお、図27は、撮像レンズ1の光軸Zを含む断面におけるものであり、図27では撮像レンズ1は概念的に図示されている。撮像レンズ1の像側には光路を90度折り曲げるための光路変換プリズム5が配置され、光路変換プリズム5の像側の面には撮像素子10が接合されている。撮像素子10は、その撮像面が撮像レンズ1の像面に一致するように配置されており、撮像レンズ1により形成された光学像を撮像して電気信号を出力するものである。図27に示すような光路を折り曲げた構成を採用することにより、先端硬質部110の下半分に直視型の観察光学系を構成し、先端硬質部110の上半分に処置具挿通チャンネル11を構成し、細径の挿入部内に多数の要素を配設することができる。
図28は、撮像装置の別の例である車載用カメラに関する図であり、自動車200に車載用カメラを搭載した様子を示すものである。この車載用カメラは本実施形態にかかる撮像レンズと、該撮像レンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子を含んで構成される。図28において、自動車200は、車載用カメラとして、助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラ201と、自動車200の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ202と、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラ203とを備えている。
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。
また、撮像装置の実施形態では、内視鏡および車載用カメラの例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、携帯端末用カメラや監視カメラ等にも適用可能である。
Claims (4)
- 物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹形状またはメニスカス形状の負の屈折力を有する第1レンズと、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第2レンズおよび第3レンズを接合してなる第1の接合レンズと、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の屈折力を有する第4レンズと、いずれか一方が正の屈折力を有し他方が負の屈折力を有する第5レンズおよび第6レンズを接合してなる第2の接合レンズとを配列した4群6枚構成からなり、前記第1の接合レンズと前記第4レンズとの間に絞りが配置され、下記条件式(1)~(3)を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
1.80<Bf/f … (1)
0.15<N1n-N1p … (2)
0.0<ν1n-ν1p<10.0 … (3)
ただし、
Bf:全系のバックフォーカス(空気換算長)
f:全系の焦点距離
N1n:前記第1の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N1p:前記第1の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率
ν1n:前記第1の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν1p:前記第1の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数 - 下記条件式(4)、(5)を満たすことを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
25.0<ν2n-ν2p … (4)
0.08<N2n-N2p<0.32 … (5)
ただし、
ν2n:前記第2の接合レンズ中の負レンズのd線におけるアッベ数
ν2p:前記第2の接合レンズ中の正レンズのd線におけるアッベ数
N2n:前記第2の接合レンズ中の負レンズのd線における屈折率
N2p:前記第2の接合レンズ中の正レンズのd線における屈折率 - 下記条件式(4-1)を満たすことを特徴とする請求項2記載の撮像レンズ。
30.0<ν2n-ν2p … (4-1) - 請求項1から3のいずれか一項記載の撮像レンズと、
該撮像レンズにより形成された光学像を撮像して電気信号を出力する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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