JP2003195163A - レトロフォーカス型レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型のデジタルスチルカメラに適したレトロ
フォーカス型レンズを提供する。 【解決手段】 物体側に凸面を向けた負メニスカスレン
ズである第１レンズＬ1と、正レンズである第２レンズ
Ｌ2と、両凹レンズである第３レンズＬ3と、像側の面を
非球面とした正レンズである第４レンズＬ4との４枚の
レンズを備え、レトロフォーカス型広角レンズを構成す
る。レンズ系全系の焦点距離をｆとし、第１レンズＬ1
の焦点距離をｆ1としたとき、−１．５＜ｆ1／ｆ＜−
１．０５、０．４＜ｄ2／ｆ＜１、０．０５＜ｄ4／ｆ＜
０．１０、０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７、の条件を満
たすレンズ系１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、デジタル
スチルカメラに用いられるレトロフォーカス型レンズに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタルスチルカメラに用いられ
る撮像素子には、小型で画素ピッチが３μｍ前後のＣＣ
Ｄ(電荷結合素子、charge coupled device)イメージセ
ンサであるいわゆるＣＣＤなどが用いられており、この
ようなＣＣＤに組み合わせて用いられる撮像レンズに
は、高い結像能力とテレセントリック性が良好であるこ
とが必要になる。さらに、ＣＣＤなどの周期構造に起因
する色モアレ現象を低減するための光学ローパスフィル
タを配置するため、撮像レンズには、十分なバックフォ
ーカス(バックフォーカルディスタンス)が必要になる。

【０００３】そして、このような性能を満足するレンズ
構成として、従来より、５〜６枚構成のレンズ系が採用
され、製品化されている。

【０００４】一方、近年急速に普及してきた小型のデジ
タルスチルカメラについては、小型、薄型、安価である
ことが市場での優位性につながり、従って、このような
デジタルスチルカメラに用いられる撮像レンズについて
は、低コストで、全長(第１レンズ−像面間距離)が短い
撮像レンズが要求されている。そして、このような撮像
レンズを実現するためには、レンズ枚数を少なくするこ
とと、球面レンズと比較してコストの高い非球面レンズ
の枚数をできるだけ少なくすることが重要になる。

【０００５】この点、バックフォーカスが十分に長く、
レンズ枚数を少なくできる撮像レンズとして、例えば、
特公平５−３７２８８号公報、あるいは、特開昭６４−
６１７１４号公報に示されるように、レンズ枚数が４枚
のレトロフォーカス型広角レンズが知られている。そし
て、これらの構成では、第１レンズとして負メニスカス
レンズ、第２レンズとして正レンズ、第３レンズとして
両凹レンズ、第４レンズとして正レンズを用いた４群４
枚構成であり、第１、第４レンズには、非球面レンズが
用いられている。

【０００６】しかしながら、特公平５−３７２８８号公
報記載の構成の４群４枚レンズは、バックフォーカスが
全系の焦点距離ｆの１〜１．５倍と十分に長いととも
に、全長が短く小型化が可能であるものの、像面から射
出瞳の距離が短いため、テレセントリック性が重要にな
るＣＣＤなどの小型で高精細の撮像素子には必ずしも適
さない。

【０００７】一方、特開昭６４−６１７１４号公報の構
成では、バックフォーカスが全系の焦点距離ｆの２．５
倍と十分に長く、テレセントリック性に優れるものの、
全長が長くなるため、携帯性が要求される小型のデジタ
ルスチルカメラには必ずしも適していない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のように、今
日において、デジタルスチルカメラなど高精細の撮像素
子に適した広角レンズ、すなわち、バックフォーカスが
十分に長く、テレセントリック性に優れ、全長が短く小
型化できるとともに、安価な製造が可能なレンズ系が求
められている。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、十分なバックフォーカスを得ることができるとと
もに、全長を短くできるレトロフォーカス型レンズを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のレトロフ
ォーカス型レンズは、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である第１レンズと、正レン
ズである第２レンズと、両凹レンズである第３レンズ
と、正レンズである第４レンズとを備え、レンズ系全系
の焦点距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆ1、第１及
び第２レンズの軸上レンズ間距離をｄ2、第２及び第３
レンズの軸上レンズ間距離をｄ4、第２レンズの像側面
の曲率半径をｒ4、第３レンズの物体側の曲率半径をｒ5
としたとき、 数式１ −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５ 数式２ ０．４＜ｄ2／ｆ＜１ 数式３ ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０ 数式４ ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７ を満たすレンズ系であるものである。

【００１１】そして、この構成では、収差を補正して必
要な結像性能を維持しつつ、焦点距離の１倍程度の十分
なバックフォーカスを得るとともに、全長が短くなる。

【００１２】すなわち、ｆ1／ｆについて、数式１の下
限値より大きくすることにより、第１レンズの負の屈折
率を大きくして、十分なバックフォーカスが得られると
ともに、上限値より小さくすることにより、非点収差や
歪曲収差などの軸外収差が抑制される。

【００１３】また、ｄ2／ｆについて、数式２の下限値
より大きくすることにより、焦点距離の１倍程度の十分
なバックフォーカスが確保されるとともに、上限値より
小さくすることにより、レンズ系全体の長さが抑制さ
れ、全長が短くなる。

【００１４】また、ｄ4／ｆについて、数式３の範囲内
とすることにより、球面収差、コマ収差などの補正が十
分になり、必要な結像性能が維持される。

【００１５】さらに、ｒ5／ｒ4ついて、数式４の範囲内
とすることにより、球面収差、コマ収差などの補正が十
分になり、必要な結像性能が維持される。

【００１６】請求項２記載のレトロフォーカス型レンズ
は、請求項１記載のレトロフォーカス型レンズにおい
て、第４レンズは、少なくとも一つの面が、周辺にいく
に従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面であるもの
である。

【００１７】そして、この構成では、良好な収差補正が
可能になる。さらに、像側の面を非球面とすることによ
り、良好な収差補正が可能になる。また、周辺すなわち
軸外へいくに従って、正の屈折率が弱まる形状とするこ
とにより、負の歪曲収差が補正される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレトロフォーカス
型レンズの一実施の形態を図面を参照して説明する。

【００１９】図１において、１はレトロフォーカス型レ
ンズのレンズ系であり、このレンズ系１は、逆望遠写真
対物レンズとも呼ばれるいわゆるレトロフォーカス型広
角レンズを構成し、例えば、像面となる撮像素子として
の２００万画素(２メガピクセル)クラスのＣＣＤイメー
ジセンサ２を備えたデジタルスチルカメラに固定焦点の
撮像レンズとして備えられている。

【００２０】そして、このレンズ系１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である第
１レンズＬ1と、正レンズである第２レンズＬ2と、両凹
レンズである第３レンズＬ3と、正レンズである第４レ
ンズＬ4とから構成されている。

【００２１】また、第４レンズＬ4は、少なくとも一つ
の面、より好ましくは像側の面が、周辺にいくに従って
正の屈折率が弱まる形状の非球面となっている。

【００２２】また、このレンズ系１では、第１レンズＬ
1と第２レンズＬ2との間に絞りが配置され、すなわち、
絞りを挟んで非対称なレンズ構成となっている。

【００２３】さらに、このレンズ系１の第４レンズＬ4
の像側には、光学ローパスフィルタや赤外線カットガラ
スなどの光学部材を想定したガラスブロックＬ5が配置
されている。

【００２４】そして、以下に示す表１は、第１の実施の
形態の諸数値を示し、図２は、諸収差図を示している。

【００２５】なお、以下、各表などにおいて、物体側よ
り順に、ｒ1，ｒ2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラス
ブロックＬ5の各面の曲率半径を示し、ｄ1，ｄ2，…
は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5の肉厚す
なわち軸上での厚さ寸法あるいは空気間隔すなわち軸上
でのレンズ間距離を示し、ｎ1，ｎ2，…は、各レンズＬ
1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5の屈折率を示し、ν1，ν
2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5のア
ッベ数を示している。従って、例えば、第１及び第２レ
ンズの軸上レンズ間距離はｄ2、第２及び第３レンズＬ
2，Ｌ3の軸上レンズ間距離はｄ4、第２レンズの像側面
の曲率半径はｒ4、第３レンズＬ3の物体側の曲率半径は
ｒ5となる。また、長さの単位は〔ｍｍ〕である。

【００２６】さらに、ｆはレンズ系全系の焦点距離、ｆ
1は第１レンズＬ1の焦点距離を示している。また、Ｆ／
はＦナンバーを示し、２ωは画角を示している。また、
*は非球面を示し、ＩＮＦは無限大を示している。

【００２７】また、非球面の形状は、光軸方向にＸ座
標、このＸ座標と垂直な方向にＹ座標をとり、次の式で
表される。

【００２８】数式５ Ｘ＝（ｙ^２／ｒ）／［１＋｛（ｋ
＋１）（ｙ／ｒ）^２｝^１／２］＋Ａｙ ^４＋Ｂｙ^６＋Ｃｙ
^８＋Ｄｙ^１０ 但し、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄは非球面係数である。

【００２９】また、諸収差図において、ｄはｄ線(587.6
nm)、ＣはＣ線(656.3nm)、ＦはＦ線(486.1nm)、Ｓはサ
ジタル、Ｔはメリジオナルである。

【００３０】 ［表１］ ｆ＝６．０ Ｆ／３．５ ２ω＝６０° ｒ1＝7.368 ｄ1＝1.00 ｎ1＝1.58913 ν1＝61.25 ｒ2＝2.516 ｄ2＝2.45 ｒ3＝4.898 ｄ3＝3.19 ｎ2＝1.88300 ν2＝40.80 ｒ4＝-3.932 ｄ4＝0.36 ｒ5＝-2.969 ｄ5＝0.70 ｎ3＝1.78472 ν3＝25.70 ｒ6＝5.079 ｄ6＝0.28 ｒ7＝8.195 ｄ7＝2.00 ｎ4＝1.66547 ν4＝55.20 ｒ8＝-4.199* ｄ8＝2.00 ｒ9＝ＩＮＦ ｄ9＝2.00 ｎ5＝1.51680 ν5＝64.12 ｒ10＝ＩＮＦ 絞り位置 ｒ3面の物体側0.5 *非球面(ｒ8) ｋ＝-1.0967 Ａ＝0 Ｂ＝0 Ｃ＝5.3273×10^−６ Ｄ＝-5.5963×10^−７ ｆ1／ｆ＝-1.171 ｄ2／ｆ＝0.40 ｄ4／ｆ＝0.060 ｒ5／ｒ4＝0.755

【００３１】ここで、レンズ系１は、 数式１ −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５ 数式２ ０．４＜ｄ2／ｆ＜１ 数式３ ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０ 数式４ ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７ の条件を満たしている。

【００３２】さらに、レンズ系１の第４レンズＬ4は、
少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折
率が弱まる形状の非球面とされている。

【００３３】そして、これら条件を満たすことにより、
４枚という少ないレンズ枚数のレンズ系１で、全長を短
縮化できるとともに、２００万画素(２メガピクセル)ク
ラスのＣＣＤを用いた固定焦点のデジタルスチルカメラ
用のレンズとして必要な諸条件と結像性能を満足でき
る。

【００３４】すなわち、画角(２ω)が６０°程度、Ｆナ
ンバーが３．５程度で、バックフォーカスが焦点距離ｆ
の約１倍と十分に長く、レンズ枚数を４枚(うち、非球
面を１枚)として小型、低コストであり、諸収差を良好
に補正でき、例えば、１／２．７型、２００万画素(２
メガピクセル)クラスの高精細撮像素子を備えるととも
にコンパクトで低コストなデジタルスチルカメラなどに
最適な広角レンズである撮像レンズを提供できる。

【００３５】さらに、レンズ系１の第４レンズＬ4は、
少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折
率が弱まる形状の非球面としたため良好な収差補正が可
能になる。さらに、像側の面ｒ8を非球面とすることに
より、良好な収差補正が可能になる。また、非球面は、
周辺すなわち軸外へいくに従って、正の屈折率が弱まる
形状とすることにより、負の歪曲収差を補正できる。

【００３６】次に、各数式の条件について説明する。

【００３７】数式１は、第１レンズＬ1の焦点距離ｆ1を
規定したものである。すなわち、レンズ系１全系の焦点
距離ｆの１倍程度のバックフォーカスを得るためには、
第１レンズＬ1に適切な大きさの負のパワーを配置する
必要がある。そして、ｆ1／ｆが数式１の条件の下限値
−１．５よりも小さくなると、第１レンズＬ1の負の屈
折率が弱くなり、十分なバックフォーカスを確保するこ
とができなくなる。一方、本発明のレンズ系１は絞りを
挟んで非対称なレンズ構成であるため、第１レンズＬ1
で、非点収差、歪曲収差などの軸外収差が発生しやす
い。そのため、数式１の条件の上限値−１．０５を超え
ると、軸外収差が悪化し、補正が困難になる。

【００３８】数式２は、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2
との間の空気間隔である軸上レンズ間距離ｄ2を規定し
たものである。焦点距離ｆの１倍程度のバックフォーカ
スを得ながら、全長を短くするためには、第１レンズＬ
1と第２レンズＬ2との間の空気間隔を適切な範囲に設定
する必要がある。そして、ｄ2／ｆが数式２の条件の下
限値０．４より小さくなると、十分なバックフォーカス
を確保することができなくなる。また、ｄ2／ｆが数式
２の条件の上限値１よりも大きくなると、レンズ系１の
全長が長くなり、レトロフォーカス型レンズをコンパク
トに構成する点から好ましくない。

【００３９】数式３、数式４は、第２レンズＬ2と第３
レンズＬ3との軸上から軸外への空気間隔の変化に関し
て規定したものである。すなわち、本発明のレンズ系１
では、レンズ枚数を少なくしてレンズ全長を短くしたた
め、第２レンズＬ2及び第３レンズＬ3のパワーが大き
く、第２レンズＬ2の物体側の面ｒ3より発生する球面収
差、コマ収差、非点収差、第２レンズＬ2の像面側の面
ｒ4より発生する球面収差、第３レンズＬ3の物体側の面
ｒ5より発生する球面収差、コマ収差、第３レンズＬ3の
像面側の面ｒ6より発生するコマ収差、非点収差が非常
に大きい。そして、これら数式３及び数式４の条件を満
たすことにより、第１レンズＬ1より発生する軸外収差
を含めて、これら諸収差をキャンセルできる。一方、数
式３及び数式４の条件の範囲を超えると、球面収差、コ
マ収差の補正が十分ではなくなり、必要な結像性能を維
持することが困難となる。

【００４０】次に、本発明の第２の実施の形態の構成を
以下の表２示す。また、この表２に示す構成の諸収差図
を図３に示す。

【００４１】 ［表２］ ｆ＝６．０ Ｆ／３．５ ２ω＝６０° ｒ1＝7.200 ｄ1＝0.82 ｎ1＝1.58913 ν1＝61.25 ｒ2＝2.620 ｄ2＝2.70 ｒ3＝4.875 ｄ3＝3.00 ｎ2＝1.88300 ν2＝40.80 ｒ4＝-4.36 ｄ4＝0.40 ｒ5＝-3.147 ｄ5＝0.70 ｎ3＝1.78472 ν3＝25.70 ｒ6＝4.777 ｄ6＝0.29 ｒ7＝8.054 ｄ7＝2.00 ｎ4＝1.66547 ν4＝55.20 ｒ8＝-4.143* ｄ8＝2.00 ｒ9＝ＩＮＦ ｄ9＝2.00 ｎ5＝1.51680 ν5＝64.12 ｒ10＝ＩＮＦ 絞り位置 ｒ3面の物体側0.5 *非球面(ｒ8) ｋ＝-1.049339 Ａ＝0 Ｂ＝0 Ｃ＝-1.3533×10^−６ Ｄ＝-2.2987×10^−７ ｆ1／ｆ＝-1.250 ｄ2／ｆ＝0.45 ｄ4／ｆ＝0.067 ｒ5／ｒ4＝0.722

【００４２】次に、本発明の第３の実施の形態の構成を
以下の表３に示す。また、この表３に示す構成の諸収差
図を図４に示す。

【００４３】 ［表３］ ｆ＝６．０ Ｆ／３．５ ２ω＝６０° ｒ1＝10.000 ｄ1＝0.80 ｎ1＝1.58913 ν1＝61.25 ｒ2＝2.647 ｄ2＝2.75 ｒ3＝5.417 ｄ3＝3.00 ｎ2＝1.88300 ν2＝40.80 ｒ4＝-5.074 ｄ4＝0.52 ｒ5＝-3.662 ｄ5＝0.70 ｎ3＝1.80518 ν3＝25.46 ｒ6＝5.850 ｄ6＝0.15 ｒ7＝8.370 ｄ7＝2.00 ｎ4＝1.66547 ν4＝55.20 ｒ8＝-4.171* ｄ8＝2.00 ｒ9＝ＩＮＦ ｄ9＝2.00 ｎ5＝1.51680 ν5＝64.12 ｒ10＝ＩＮＦ 絞り位置 ｒ3面の物体側0.5 *非球面(ｒ8) ｋ＝-1.159534 Ａ＝0 Ｂ＝0 Ｃ＝-1.8579×10^−５ Ｄ＝-1.2685×10^−６ ｆ1／ｆ＝-1.05 ｄ2／ｆ＝0.46 ｄ4／ｆ＝0.087 ｒ5／ｒ4＝0.722

【００４４】なお、上記の各実施の形態では、１／２．
７型、２００万画素(２メガピクセル)クラスのＣＣＤを
備えたデジタルスチルカメラの光学系として説明した
が、この光学系は、その他のデジタルスチルカメラなど
の撮像装置に用いることができる。例えば、デジタルス
チルカメラについては、１／２．７型、３００万画素
(３メガピクセル)クラスのＣＣＤ、１／１．８型、３０
０万画素(３メガピクセル)クラスのＣＣＤ、あるいは、
１／１．８型、４００万画素(４メガピクセル)クラスの
ＣＣＤを搭載したデジタルスチルカメラに適用した場合
にも十分な性能を有する。

【００４５】また、この光学系のフォーカシングは、第
１ないし第４レンズを一体として繰り出す全群繰り出し
機構を設けることにより、良好な近距離性能を得ること
ができ、例えば、８０〜１００ｍｍ程度の近接撮影距離
での撮影を可能にできる。

【００４６】さらに、第１レンズＬ1については、樹脂
モールド非球面レンズを用いることにより、さらなるコ
ストダウンを図ることができる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載のレトロフォーカス型レン
ズによれば、収差を補正して必要な結像性能を維持しつ
つ、焦点距離の１倍程度の十分なバックフォーカスを得
ることができるとともに、全長を短くできる。

【００４８】請求項２記載のレトロフォーカス型レンズ
によれば、良好に収差を補正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレトロフォーカス型レンズの一実施の
形態を示す第１の実施の形態の断面図である。

【図２】同上レトロフォーカス型レンズの諸収差図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施の形態の諸収差図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の諸収差図である。

【符号の説明】

１ レンズ系 Ｌ1 第１レンズ Ｌ2 第２レンズ Ｌ3 第３レンズ Ｌ4 第４レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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である第１レンズと、正レンズであ
   る第２レンズと、両凹レンズである第３レンズと、正レ
   ンズである第４レンズとを備え、 レンズ系全系の焦点距離をｆ、 第１レンズの焦点距離をｆ1、 第１及び第２レンズの軸上レンズ間距離をｄ2、 第２及び第３レンズの軸上レンズ間距離をｄ4、 第２レンズの像側面の曲率半径をｒ4、 第３レンズの物体側の曲率半径をｒ5としたとき、 数式１ −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５ 数式２ ０．４＜ｄ2／ｆ＜１ 数式３ ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０ 数式４ ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７ を満たすレンズ系であることを特徴とするレトロフォー
   カス型レンズ。
2. 【請求項２】 第４レンズは、少なくとも一つの面が、
   周辺にいくに従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面
   であることを特徴とする請求項１記載のレトロフォーカ
   ス型レンズ。