JP2001100091A - 撮影レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォ
ーカスが長く、またテレセントリック性も良好なコンパ
クトで構成枚数の少ない撮影レンズを得る。 【解決手段】次の条件式を満足する撮影レンズ。 (1)2.8＜ＴL ／ｆ＜3.8 (2)0.8＜ｂf ／ｆ＜1.1 (3)0.9＜ｆ_1-2／ｆ＜1.4 (4)0.4＜｜ｆ3 ／ｆ｜＜0.7 （ｆ3 ＜0） (5)1.1＜ｆ5 ／ｆ4 ＜1.4 (6)1.65＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／3＜1.84 (7)20＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／3｝−ν3 ＜30 ＴL ：第１レンズ物体側面から像面までの距離（平行平
面ガラス部分は空気換算距離）、ｆ：レンズ全系の合成
焦点距離、ｂf ：無限遠物点のときのバックフォーカス
（平行平面ガラス部分は空気換算距離）、ｆ_1-2：第１
レンズ群合成焦点距離、ｆ3 ・ｆ4 ・ｆ5 ：第３〜５レ
ンズ焦点距離、ｎ2 ・ｎ4 ・ｎ5 ：第２・４・５レンズ
のｄ線屈折率、ν2 ・ν3 ・ν4 ・ν5 ：第２〜５レン
ズのアッベ数。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にデジタルスチ
ルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等
のイメージセンサを使用した小型の撮像装置に用いられ
る撮影レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来の銀塩フィルムを使用するカ
メラ、例えば３５ｍｍ判カメラに加え、付属する液晶モ
ニターをファインダーとして容易に撮影でき、またその
場で撮影した画像を見て楽しむ事ができ、加えて一般家
庭に普及が進んできたパーソナルコンピュータ等に静止
画像を入力するツールとして、デジタルスチルカメラが
急速に普及しつつある。デジタルスチルカメラは、撮影
レンズによって結像された静止画像をＣＣＤにより電気
的に取り込み、内蔵メモリやメモリカードなどに記録す
る撮像装置であるが、普及当初は、液晶モニターを撮影
の際のファインダーとして、また撮影した画像の再生用
モニターとして使用出来るため、銀塩カメラに較べて即
時性、利便性をアピールして普及してきたが、一方では
銀塩カメラに較べて撮影画像の解像度が低く、欠点と指
摘されてきた。しかし、最近では、急速な普及と共にＣ
ＣＤの画素数が多いものが安価に供給されるなどしてデ
ジタルスチルカメラは、解像力の点でも普及判のプリン
トサイズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力に迫
る勢いで改良され製品化されている。

【０００３】ＣＣＤの画素数を上げるには画素ピッチを
そのままに、画面寸法を大きくする方法と、画面寸法を
そのままに画素ピッチを小さくする方法とが考えられる
が、画面寸法を大きくする方法では、単位ウエハあたり
の取り数が小さくなりコストアップに繋がるため、一般
的には、画面寸法をそのままに画素ピッチを小さくする
方法で画素数を上げる方法が取られている。例えば、デ
ジタルスチルカメラ用として最近発表されている、有効
画素数が100万画素を越えるＣＣＤでは画素ピッチは
４．１μ〜４．２μ程度となっている。従って、最小錯
乱円径を画素ピッチの２倍とした場合８．２μであり、
３５ｍｍ判銀塩カメラの最小錯乱円径が約３３μと考え
られるので、デジタルスチルカメラの撮影レンズに要求
される解像力は銀塩カメラの約４倍ということが言え
る。

【０００４】一方、ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴ
Ｒカメラの撮影レンズがある。デジタルスチルカメラと
ＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、イ
メージサークルの大きさが等しいと考えてよく、また詳
しくは後述するようにテレセントリック性を要求される
などの点で、これらの必要がない銀塩カメラよりもＶＴ
Ｒカメラ用の撮影レンズのほうがデジタルスチルカメラ
の撮影レンズに類似している。従って、ＶＴＲカメラ用
の撮影レンズをデジタルスチルカメラに利用すること
は、普及の当初では行われていた。ＶＴＲカメラも開発
が進められ最近ではデジタル処理をして高画質を特徴と
するものも製品化されているが、再生画像をテレビジョ
ンあるいはモニターで見るという性質上要求される解像
度についてはデジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤ
より１桁小さい３５万画素クラスで十分とされている。
このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約５．６μ程度であ
る。従って、このようなＶＴＲカメラ用の撮影レンズを
100万画素を越えるＣＣＤを使用しているデジタルスチ
ルカメラに利用するには解像力不足で、改善の余地があ
り、撮影レンズの歪曲収差の量についても動画と静止画
の違いから要求されるレベルが異なり、デジタルスチル
カメラではさらに厳しく収差補正の必要がある。

【０００５】前述のように、ＣＣＤ等のイメージセンサ
を用いた光学系ではテレセントリック性を良好に設計し
なければならない。テレセントリック性とは、各像点に
対する光線束の主光線が、光学系の最終面を射出した
後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面とはほぼ垂
直に交わることを言う。言い換えると、光学系の射出瞳
位置が像面から十分離れることが要求されるのである。
これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面からやや離れ
た位置にあるために、光線が、斜めから入射した場合、
実質的な開口効率が減少する（シェーディングという）
ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤでは、撮像面
の直前にマイクロレンズアレーを配しているものが多い
が、この場合も同様に、射出瞳が十分離れていないと、
周辺で開口効率がで低下してしまう。また、ＣＣＤの周
期構造に起因して発生するモアレ現象等を防止するため
に光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶フィルター（オ
プチカルローパスフィルター）やＣＣＤの赤外波長域で
の感度を低下させて人の目の比視感度に近づける目的
で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入される赤外吸収フ
ィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であまり変動しな
いことが求められ、この点でもデジタルスチルカメラ用
の撮影レンズにおいてはテレセントリック性を良好に設
計する必要が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、デジタル
スチルカメラ用の撮影レンズは、現在では、銀塩カメラ
の約４倍の解像力が求められていると同時にテレセント
ッリック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶フィル
ターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、
十分なバックフォーカスを得ることを要求される。

【０００７】本発明は、高解像で歪曲収差が小さく、バ
ックフォーカスが長くテレセントリック性も良好で、コ
ンパクトで構成枚数が少ない撮影レンズを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の撮影レンズは、
物体側より順に、像側に強い凹面を有するメニスカス負
レンズである第１レンズと、空気間隔をあけた後配置さ
れる両凸正レンズである第２レンズの２枚のレンズから
なる第１レンズ群と、空気間隔をあけた後配置される絞
りと、さらに続いて空気間隔をあけて配置される両凹負
レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズ、
及び両凸正レンズである第５レンズの３枚のレンズから
なる第２レンズ群とで構成され、次の条件式（１）ない
し（７）を満足する撮影レンズ。 （１）２．８＜ＴL ／ｆ＜３．８ （２）０．８＜ｂf ／ｆ＜１．１ （３）０．９＜ｆ_1-2／ｆ＜１．４ （４）０．４＜｜ｆ3 ／ｆ｜＜０．７（絶対値はｆ3 ＜
０のため） （５）１．１＜ｆ5 ／ｆ4 ＜１．４ （６）１．６５＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／３＜１．８４ （７）２０＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／３｝−ν3 ＜３
０ ただし、 ＴL ：第１レンズ物体側面から像面までの距離 （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ：レンズ全系の合成焦点距離 ｂf ：無限遠物点のときのバックフォーカス （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ_1-2：第１レンズ群の合成焦点距離 ｆ3 ：第３レンズの焦点距離 ｆ4 ：第４レンズの焦点距離 ｆ5 ：第５レンズの焦点距離 ｎ2 ：第２レンズのｄ線の屈折率 ｎ4 ：第４レンズのｄ線の屈折率 ｎ5 ：第５レンズのｄ線の屈折率 ν2 ：第２レンズのアッベ数 ν3 ：第３レンズのアッベ数 ν4 ：第４レンズのアッベ数 ν5 ：第５レンズのアッベ数 である。

【０００９】第１レンズ群を構成している第１レンズは
像側に強い凹面を有するメニスカス負レンズであること
が好ましく下記条件式（８）を、また第２レンズは両凸
正レンズであることが好ましく下記条件式（９）を満足
していることが好ましい。 （８）０．１＜ｒ2 ／ｒ1 ＜０．６ （９）１．０＜｜ｒ4 ／ｒ3 ｜＜３．５ （絶対値は
ｒ4 ＜０のため） ただし、 ｒ1 ：第１レンズの物体側の曲率半径 ｒ2 ：第１レンズの像側の曲率半径 ｒ3 ：第２レンズの物体側の曲率半径 ｒ4 ：第２レンズの像側の曲率半径 である。

【００１０】また、第２レンズ群を構成しているレンズ
で最も像側に位置する第５レンズは両凸レンズであるこ
とが好ましく下記条件式（１０）を満足していることが
好ましい。 （１０）０．４＜｜ｒ9 ／ｒ10｜＜１．６ （絶対値は
ｒ10＜０のため） ただし、 ｒ9 ：第５レンズの物体側の曲率半径 ｒ10：第５レンズの像側の曲率半径 である。

【００１１】空気間隔については、第１レンズ群を構成
している第１レンズと第２レンズの空気間隔が、下記条
件式（１１）を、第１レンズ群を構成している第２レン
ズと第２レンズ群を構成している第３レンズとの空気間
隔が下記条件式（１２）をそれぞれ満足していることが
好ましい。 （１１）０．５＜ｄ2 ／ｆ＜１．３ （１２）０．３＜ｄ4 ／ｆ＜０．６ ただし、 ｄ2 ：第１レンズと第２レンズの空気間隔 ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔 である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の撮影レンズは、物体側よ
り順に、像側に強い凹面を有するメニスカス負レンズで
ある第１レンズと、空気間隔をあけた後配置される両凸
正レンズである第２レンズの２枚のレンズからなる第１
レンズ群と、空気間隔をあけた後配置される絞りと、さ
らに続いて空気間隔をあけて配置される両凹負レンズで
ある第３レンズ、正レンズである第４レンズ、及び両凸
正レンズである第５レンズの３枚のレンズからなる第２
レンズ群とで構成されるものとする。

【００１３】条件式（１）は、全長に関するものであ
る。上限を越えると、光学系が大型化していることとな
り、コンパクトなデジタルスチルカメラの用途に適しな
い。また、下限をこえると、各レンズのパワーを大きく
しなければならないので諸収差が増加し、性能が低下す
ることとなる。

【００１４】条件式（２）は、バックフォーカスに関す
る条件である。前述のようにデジタルスチルカメラの光
学系では水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入
しなければならないが、条件式（２）の下限値を越える
と水晶フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入するこ
とが困難となる。また上限を越えると第１レンズ群の負
レンズのパワー、および第２レンズ群の正レンズのパワ
ーともに大きくなり諸収差が増加してしまう。

【００１５】条件式（３）は、第１レンズ群のパワーに
関するものである。条件式（３）の下限をこえると、第
２レンズのパワーが大きくなり、バックフォーカスが小
さくなる。逆に上限を越えると、第２レンズのパワーが
小さくなり、これにより第２レンズ群の正レンズのパワ
ーが大きくなり、色収差や像面のバランスが悪化するこ
ととなる。

【００１６】条件式（４）は、第３レンズのパワーに関
するものである。ペッツバール和すなわち像面湾曲及び
色収差に対して重要な意味を持っている。下限を越える
と、すなわち第３レンズのパワーが大きいと像面湾曲及
び色収差に対しては有利な条件となるが、球面収差及び
コマ収差に対しては不利な条件となる。逆に上限をこえ
ると、すなわち第３レンズのパワーが小さいと球面収差
やコマ収差に対しては有利となるが、像面湾曲及び色収
差に対しては不利な条件となる。

【００１７】条件式（５）は、第２レンズ群を構成する
２枚の正レンズに対するパワー配分に関するものであ
る。これらの正レンズに適切にパワーを分割することに
よって、球面収差、コマ収差および歪曲収差を良好に補
正することができる。条件式（５）は上限を越えても下
限をこえても、歪曲収差を補正すると、球面収差やコマ
収差を良好に補正することが困難となる。

【００１８】条件式（６）は、全系を構成するレンズの
内、正レンズの屈折率に関しての条件で、ペッツバール
和を小さくおさえて、像面湾曲、非点収差を良好に補正
するための条件である。上限を越えた場合、諸収差補正
に対しては有利であるが、コストが高くなりやすい。ま
た、一般的には使用できる硝材が限定されることが多
く、この場合には色収差の補正が困難となる。逆に下限
を越えた場合には、ペッツバール和が大きくなってしま
い像面湾曲の補正が困難となる。

【００１９】条件式（７）は、全系に使用されている正
レンズと負レンズのアッベ数の配分に関するものであ
る。上限を越えると、すなわち全系の各正レンズのアッ
ベ数が大きくなった場合には、それぞれの屈折率は逆に
低くなりペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲
の補正が困難となる。また、下限をこえると、色収差の
補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差お
よびコマ収差の補正に不利となる。

【００２０】条件式（８）は、第１レンズの形状に関す
る条件である。第１レンズの形状の特徴は、像側の面の
曲率半径が小さく、強い凹面をもった負のメニスカス形
状をしている。この像側の面の曲率半径は加工コストを
考慮しなければ、例えば実施例に示している値より小さ
い方が諸収差の補正には有利となるが、デジタルスチル
カメラのような工業生産物では、加工コストを考えた範
囲で決定される事が多い。従って、条件式（８）の範囲
内でレンズ形状を定めることにより加工コストも考慮し
て諸収差を良好に補正することが可能となる。条件式
（８）の下限を越えると加工が困難あるいは加工できた
としてもコストがかかり過ぎてしまうこととなり、上限
を越えると第１面での歪曲収差が大きくなりすぎてしま
い、これを良好に補正することが困難となる。

【００２１】条件式（９）は、第２レンズの形状に関す
る条件であり、球面収差、コマ収差を良好に補正し、か
つ歪曲収差を良好に補正するための条件である。上限を
越えても下限をこえても、球面収差やコマ収差をバラン
ス良好に補正すると歪曲収差を補正することができなく
なる。

【００２２】条件式（１０）は、第５レンズの形状に関
する条件であり、歪曲収差を良好に補正し、かつテレセ
ントリック性を良好にする事ができる。上限を越える
と、球面収差補正過剰となり、また歪曲収差は補正不足
となる。

【００２３】下限をこえると、逆の状態となり、すなわ
ち球面収差が補正不足で残り、歪曲収差は補正過剰とな
る。

【００２４】条件式（１１）は、第１レンズと第２レン
ズの空気間隔に関するものである。第１レンズと第２レ
ンズをこの条件式（１１）で規定する適切な空気間隔を
開けて配置することにより良好な収差補正が可能とな
る。条件式（１１）の下限を越えた場合には、バックフ
ォーカスが小さくなるか、または、第１レンズのパワー
が大きくすることにより、すなわち負レンズの像側の面
の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、諸収差のバラン
スの悪化を招き、加工コストが高くなってしまう。逆
に、上限を越えた場合には諸収差の補正状態や加工性は
良好であるが、全長が長くなりコンパクトなデジタルス
チルカメラ用の光学系として好ましくない。

【００２５】条件式（１２）は、第１レンズ群と第２レ
ンズ群の空気間隔に関する条件であり、この空気間隔を
利用して絞りが配置される。したがって、上限を越えて
も絞りを配置する条件としては問題なく、諸収差の補正
にも有利であり、テレセントリック性も良好であるが、
全長を長くする方向であるから好ましくない。逆に、下
限をこえた場合には、諸収差のバランスが悪化し、加え
て絞りの機構を設計するのが困難となる。

【００２６】以下、具体的な数値実施例について、本発
明を説明する。以下の実施例１ないし４では、いずれも
物体側より順に、像側に強い凹面を有するメニスカス負
レンズＬ１と、空気間隔をあけた後配置される両凸正レ
ンズＬ２の２枚のレンズからなる第１レンズ群ＬＧ１
と、空気間隔をあけた後配置される絞りＳと、さらに続
いて空気間隔をあけて配置される両凹負レンズＬ３、正
レンズＬ４、及び両凸正レンズＬ５の３枚のレンズから
なる第２レンズ群ＬＧ２、及び平行平面ガラスＬＰを基
本構成とする。平行平面ガラスＬＰはＣＣＤのカバーガ
ラス、水晶フィルター、及び赤外吸収フィルターから構
成されるのであるが、光学的には何ら問題はないのでこ
れらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現してい
る。

【００２７】［実施例１］ 図１及び図２は、本発明の
撮影レンズの第１実施例を示すものであり、図１は、そ
のレンズ構成図、図２はその諸収差図である。このレン
ズの具体的数値データを表１に示す。

【００２８】諸収差図中ｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの
波長における収差曲線である。またＳはサジタル、Ｍは
メリディオナルを示している。

【００２９】表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距
離、ＦＮＯはＦナンバー、ｗはレンズの半画角、ｂf は
バックフォーカスを表す。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレ
ンズ厚またはレンズ間隔、Ｎd はｄ線の屈折率、νd は
ｄ線のアッベ数を示す。バックフォーカスｂf は第５レ
ンズの像側面から像面までの距離の空気換算距離であ
る。

【００３０】

【表１】

【００３１】［実施例２］ 図３及び図４は、本発明の
撮影レンズの第２実施例を示すものであり、図３は、そ
のレンズ構成図、図４はその諸収差図である。表２は具
体的な数値データである。

【００３２】

【表２】

【００３３】［実施例３］ 図５及び図６は、本発明の
撮影レンズの第３実施例を示すものであり、図５は、そ
のレンズ構成図、図６はその諸収差図である。表３は具
体的な数値データである。

【００３４】

【表３】

【００３５】［実施例４］ 図７及び図８は、本発明の
撮影レンズの第４実施例を示すものであり、図７は、そ
のレンズ構成図、図８はその諸収差図である。表４は具
体的な数値データである。

【００３６】

【表４】

【００３７】次に実施例１ないし４の各条件式に対する
値を、まとめて表５に示す。

【００３８】

【表５】

【００３９】表５から明らかなように、実施例１ないし
４の数値は条件式（１）ないし（１２）を満足してお
り、収差図から明らかなように、各収差とも良好に補正
されている。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、十分なバックフォーカ
スを有し、テレセントリック性も良好で、高解像度で、
かつコンパクトで構成枚数の少ない撮影レンズを得る事
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による撮影レンズの第１実施例のレンズ
構成図

【図２】第１実施例のレンズの諸収差図

【図３】本発明による撮影レンズの第２実施例のレンズ
構成図

【図４】第２実施例のレンズの諸収差図

【図５】本発明による撮影レンズの第３実施例のレンズ
構成図

【図６】第３実施例のレンズの諸収差図

【図７】本発明による撮影レンズの第４実施例のレンズ
構成図

【図８】第４実施例のレンズの諸収差図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に、第１レンズ群、開口絞
   り、第２レンズ群からなり、第１レンズ群は、像側に強
   い凹面を有するメニスカス負レンズである第１レンズ、
   両凸正レンズである第２レンズの２枚で構成され、第２
   レンズ群は物体側から両凹負レンズである第３レンズ、
   正レンズである第４レンズ、及び両凸正レンズである第
   ５レンズの３枚で構成され、次の条件式（１）ないし
   （７）を満足する撮影レンズ。 （１）２．８＜ＴL ／ｆ＜３．８ （２）０．８＜ｂf ／ｆ＜１．１ （３）０．９＜ｆ_1-2／ｆ＜１．４ （４）０．４＜｜ｆ3 ／ｆ｜＜０．７ （絶対値はｆ
   3 ＜０のため） （５）１．１＜ｆ5 ／ｆ4 ＜１．４ （６）１．６５＜（ｎ2 ＋ｎ4 ＋ｎ5 ）／３＜１．８４ （７）２０＜｛（ν2 ＋ν4 ＋ν5 ）／３｝−ν3 ＜３
   ０ ただし、 ＴL ：第１レンズ物体側面から像面までの距離 （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ：レンズ全系の合成焦点距離 ｂf ：無限遠物点のときのバックフォーカス （ただし、平行平面ガラス部分は空気換算距離） ｆ_1-2：第１レンズ群の合成焦点距離 ｆ3 ：第３レンズの焦点距離 ｆ4 ：第４レンズの焦点距離 ｆ5 ：第５レンズの焦点距離 ｎ2 ：第２レンズのｄ線の屈折率 ｎ4 ：第４レンズのｄ線の屈折率 ｎ5 ：第５レンズのｄ線の屈折率 ν2 ：第２レンズのアッベ数 ν3 ：第３レンズのアッベ数 ν4 ：第４レンズのアッベ数 ν5 ：第５レンズのアッベ数
2. 【請求項２】 請求項１においてさらに、第１レンズ群
   を構成している第１レンズは像側に強い凹面を有するメ
   ニスカス負レンズで下記条件式（８）を満足しており、
   第２レンズは両凸正レンズであり下記条件式（９）を満
   足しており、また、第２レンズ群を構成しているレンズ
   で最も像側に位置する第５レンズは両凸正レンズであり
   下記条件式（１０）を満足しており、第１レンズ群を構
   成している第１レンズと第２レンズの空気間隔が、下記
   条件式（１１）を満足しており、第１レンズ群を構成し
   ている第２レンズと第２レンズ群を構成している第３レ
   ンズとの空気間隔が下記条件式（１２）を満足する撮影
   レンズ。 （８）０．１＜ｒ2 ／ｒ1 ＜０．６ （９）１．０＜｜ｒ4 ／ｒ3 ｜＜３．５ （絶対値は
   ｒ4 ＜０のため） （１０）０．４＜｜ｒ9 ／ｒ10｜＜１．６ （絶対値は
   ｒ10＜０のため） （１１）０．５＜ｄ2 ／ｆ＜１．３ （１２）０．３＜ｄ4 ／ｆ＜０．６ ただし、 ｒ1 ：第１レンズの物体側の曲率半径 ｒ2 ：第１レンズの像側の曲率半径 ｒ3 ：第２レンズの物体側の曲率半径 ｒ4 ：第２レンズの像側の曲率半径 ｒ9 ：第５レンズの物体側の曲率半径 ｒ10：第５レンズの像側の曲率半径 ｄ2 ：第１レンズと第２レンズの空気間隔 ｄ4 ：第２レンズと第３レンズの空気間隔