JP2003149546A - 撮影レンズ - Google Patents

撮影レンズ

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JP2003149546A
JP2003149546A JP2001349951A JP2001349951A JP2003149546A JP 2003149546 A JP2003149546 A JP 2003149546A JP 2001349951 A JP2001349951 A JP 2001349951A JP 2001349951 A JP2001349951 A JP 2001349951A JP 2003149546 A JP2003149546 A JP 2003149546A
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JP
Japan
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lens
refractive index
image
pass filter
ccd
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JP2001349951A
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Etsuro Kawakami
悦郎 川上
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高解像でかつ構成枚数が少なく、コンパクト
な撮影レンズを得る。 【解決手段】 レンズの構成は、最も物体側より負レン
ズである第1レンズL1、空気間隔をおいて開口絞りS
1及びS2、やや空気間隔をおいて正レンズである第2
レンズL2、また空気間隔をおいて負レンズである第3
レンズL3、正レンズである第4レンズL4、最後にや
や空気間隔をおいて正レンズである第5レンズL5を配
して構成される。第1レンズL1に発散作用、開口絞り
Sより後ろの第2レンズL2から第5レンズL5までに
集光作用をもたせたレトロフォーカス型を構成してい
る。この撮影レンズが配置される撮影光学系において、
オプティカルローパスフィルターに高屈折率(nd>
2.0)の材料であるニオブ酸リチウムを使用し、バッ
クフォーカスを短くする。

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
ルカメラをはじめ監視カメラ、PCカメラ(パーソナル
コンピュータに付属の撮像装置)のようなCCD(char
ged coupled device)等の撮像素子を使用した小型の撮
像装置に用いられる高性能でコンパクトな撮影レンズに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年の一般向けデジタルスチルカメラ
(以下、DSC)の急速な普及には目を見張るものがあ
る。DSCは、構造的には、撮影レンズによって結像さ
れた静止画像をCCD他の撮像素子(以下CCD)によ
り画像を電気的に取り込み、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り、普及の当初は、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
ラに比べて即時性、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。しかしながら、その点でも
急速な普及と共にCCDの画素数が多いものが安価に供
給されるなどしてDSC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るようになった。
【0003】ここで従来のDSCの撮影レンズに目を向
けると、高画素ながら画像の取り込みをCCDを用いて
いることから、構成的にはVTR用撮影レンズに類似し
ていることがわかる。しかし、求められる解像力や画像
の品位の面で、さらに高い性能を要求されるため、構成
的には複雑化している場合が多く、光学系の大きさにつ
いても、CCDの画面サイズを同じとしてもVTR用撮
影レンズよりDSC用撮影レンズの方が大型化してしま
う。以下に、従来のDSC用の撮影レンズについて特徴
の概略を列挙してみる。
【0004】1.高画質である 最近では、CCDの画素数では、300万画素〜400
万画素が、一般向けのDSCでも発表されている。VT
Rに使用されている、35万画素クラスの撮像素子と
は、画面寸法が違うため、直接比較することはあまり意
味を成さないが、画面寸法を無視すれば、約10倍の差
がある事になる。すなわち、撮影レンズに要求される、
収差補正の精度(難易度)も、この差程度の違いがある
と考えられる。CCDの画素数を上げるには、現在一般
的には、画面寸法をなるべく大きくせずに、画素ピッチ
を小さくする方法で画素数を上げる方法がとられてお
り、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130万画素クラスのCCDでは
画素ピッチは4.2μm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倍と仮定しても8.4μm
であり、35mm判銀塩カメラの最小錯乱円径が約33
μm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。
【0005】2.像側テレセントリック性が良好である
こと 像側の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。
【0006】3.大きなバックフォーカスが必要 CCDの構造に起因する保護用のガラス板や、その後の
空間はもとより、撮影レンズの光学系とCCDの間には
一般的には幾つかの光学素子を挿入する空間が必要とさ
れる。CCDの周期構造に起因して発生するモアレ現象
等を防止する目的で挿入されるオプチカルローパスフィ
ルター(以下、OLPF)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
ーがそれである。
【0007】以下、従来例について具体的な数値を示す
ことにより具体的に説明する。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、2ωはレンズの
全画角、TLは最も物体側に配されるレンズの物体側面
から像面までの光軸上の距離、bはバックフォーカス
を表す。バックフォーカスbは各々最も像面に近いレ
ンズの像側面から像面までの空気換算距離である。ま
た、Rは曲率半径、Dはレンズ厚またはレンズ間隔、N
はd線の屈折率、νはd線のアッベ数を示す。ま
た、球面収差図中のd、g、Cはそれぞれの波長におけ
る収差曲線であり、非点収差図中のSはサジタル、Mは
メリディオナルを示している。
【0008】従来例において最も像面に近いレンズと像
面の間にはオプティカルローパスフィルターLP、赤外
吸収ガラスIR、CCDのカバーガラスCGが配されて
いる。従来例において使用している非球面については、
周知のごとく、光軸方向にZ軸、光軸と直交する方向に
Y軸をとるとき、非球面式: Z=(Y2/r)〔1+√{1−(1+K)(Y/
r)2}〕+A・Y4+B・Y6+C・Y8+D・Y10+‥
‥ で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面
で、近軸曲率半径:r、円錐定数:K、高次の非球面係
数:A、B、C、Dを与えて形状を定義する。尚表中の
円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Eとそ
れに続く数字」は「10の累乗」を表している。例え
ば、「E−4」は10-4を意味し、この数値が直前の数
値に掛かるのである。
【0009】従来例についての数値例を表1に示す。ま
た図3は、そのレンズ構成図、図4はその諸収差図であ
る。レンズの構成は、最も物体側より負レンズである第
1レンズL1、空気間隔をおいて開口絞りS1及びS
2、やや空気間隔をおいて正レンズである第2レンズL
2、また空気間隔をおいて負レンズである第3レンズL
3、正レンズである第4レンズL4、最後にやや空気間
隔をおいて正レンズである第5レンズL5を配して構成
される。第1レンズL1に発散作用、開口絞りSより後
ろの第2レンズL2から第5レンズL5までに集光作用
をもたせたレトロフォーカス型を構成している。
【0010】
【表 1】
【0011】
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来のDS
Cの撮影レンズには概略、3つの特徴(条件)がある
が、とりわけ2.及び3.の項目を実現するために、標
準レンズでさえもレトロフォーカス型を選択せざるを得
ないのが現状である。このことは前群に発散系を配置す
ることになるため、コンパクト化に不利と考えられる。
それが、最近になって2.の項目については、CCDの
色フィルターやマイクロレンズアレーの配列の見直しに
よって、また、3.の項目についてはCCDの構造を根
本的な所から見直すことで改善の兆しが見えてきてお
り、これらの改善によって条件的に緩和された分につい
て、よりコンパクト性やコスト性を意識することによっ
て、特徴を生かした撮影レンズの開発を行うための環境
が出来つつある状況となっている。
【0012】本発明は、前述した事情に鑑み、バックフ
ォーカスを短く設定することを踏まえた上で、高解像で
かつ構成枚数が少なく、コンパクトな撮影レンズを得る
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の撮影レンズは、
撮像素子を使用した撮影光学系において、オプティカル
ローパスフィルターに高屈折率の材料を使用し、バック
フォーカスを短くすることによってコンパクト化された
ことを特徴とする。また、前記オプティカルローパスフ
ィルターに水晶よりも高い屈折率の材料を使用してもよ
い。また、前記オプティカルローパスフィルターに屈折
率nd>2.0の材料を使用してもよい。また、前記高
屈折率の材料はニオブ酸リチウムでもよい。
【0014】一般的にオプティカルローパスフィルター
使用されている水晶光学フィルターであるが、分離幅を
一定としたときに水晶光学フィルターよりも厚みがすく
なくても、目的を達成できるものの1つにニオブ酸リチ
ウムがある。表2にオプティカルローパスフィルターと
しての両者の物性値と特性を示す。必要とする板厚は下
記関係式(1)で示される。 (1) t=d*(n 2+n 2)/(n 2−n 2) ただし、 t:板厚 d:分離幅 n:異常光屈折率 n:常光屈折率
【0015】ここで、水晶光学フィルターを使用して、
分離幅を4.76μmとしたときの板厚を関係式(1)
を用いて計算すると、板厚t=0.735mmとなる。
この場合のOLPFの構成の1例は前述した従来例にて
示したとおりである。この場合OLPFの全厚さは1.
97mmとなる。一方同じ分離幅4.76μmをニオブ
酸リチウムを使用して構成すると、ニオブ酸リチウムの
厚さはt=0.127mmとなり、OLPFとしての構
成の1例を実施例中で示しており板厚t=0.754m
mとなり、水晶を使用したときに比べて1.22mmの
バックフォーカスの自由度を生む事が可能となる。
【0016】従来例の場合の最も物体側のレンズ面から
像面までの距離はTL=16.59mmである。この光
学系の水晶光学フィルターの部分をニオブ酸リチウムに
替えると光路長の変化により、TL=16.20mmと
減少する。本発明の撮影レンズでは、さらに前記バック
フォーカスの増加分を設計自由度として利用することに
より、以下の実施例の場合では、TL=14.57mm
と小型化を実現している。
【表 2】 ただし、常光屈折率(n)、異常光屈折率(n)は
λ=632nmに対する値
【0017】
【発明の実施の形態】以下、実施例について具体的な数
値を示すことにより、本発明の説明を補足する。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、2ωはレンズの全画角、TLは最も物体側に配され
るレンズの物体側面から像面までの光軸上の距離、b
はバックフォーカスを表す。バックフォーカスbは各
々最も像面に近いレンズの像側面から像面までの空気換
算距離である。また、Rは曲率半径、Dはレンズ厚また
はレンズ間隔、Nはd線の屈折率、νはd線のアッ
ベ数を示す。また、球面収差図中のd、g、Cはそれぞ
れの波長における収差曲線であり、非点収差図中のSは
サジタル、Mはメリディオナルを示している。実施例に
おいて最も像面に近いレンズと像面の間にはオプティカ
ルローパスフィルターLP、赤外吸収ガラスIR、CC
DのカバーガラスCGが配されている。
【0018】実施例において使用している非球面につい
ては、周知のごとく、光軸方向にZ軸、光軸と直交する
方向にY軸をとるとき、非球面式: Z=(Y2/r)〔1+√{1−(1+K)(Y/
r)2}〕+A・Y4+B・Y6+C・Y8+D・Y10+‥
‥ で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面
で、近軸曲率半径:r、円錐定数:K、高次の非球面係
数:A、B、C、Dを与えて形状を定義する。尚表中の
円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Eとそ
れに続く数字」は「10の累乗」を表している。例え
ば、「E−4」は10-4を意味し、この数値が直前の数
値に掛かるのである。
【0019】本発明の撮影レンズの実施例について数値
例を表3に示す。また、図1はそのレンズ構成図、図2
はその諸収差図である。レンズ構成は従来例と同様であ
るが、
【表 3】 このように従来例と実施例のデータの比較をすること
で、本発明の撮影レンズが、性能的には従来例とほとん
ど変わることなく、より一層の小型化が達成されている
ことがわかる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、高解像でかつ構成枚数
が少なく、コンパクトな撮影レンズを提供することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による撮影レンズの実施例のレンズ構成
【図2】実施例の撮影レンズの諸収差図
【図3】従来例である撮影レンズのレンズ構成図
【図4】従来例である撮影レンズの諸収差図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮像素子を使用した撮影光学系におい
    て、オプティカルローパスフィルターに高屈折率の材料
    を使用し、バックフォーカスを短くすることによってコ
    ンパクト化されたことを特徴とする撮影レンズ。
  2. 【請求項2】 前記オプティカルローパスフィルターに
    水晶よりも高い屈折率の材料を使用することを特徴とす
    る請求項1記載の撮影レンズ。
  3. 【請求項3】 前記オプティカルローパスフィルターに
    屈折率nd>2.0の材料を使用することを特徴とする
    請求項1又は2記載の撮影レンズ。
  4. 【請求項4】 前記高屈折率の材料はニオブ酸リチウム
    であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載
    の撮影レンズ。
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