JP2004219782A

JP2004219782A - 撮像光学系

Info

Publication number: JP2004219782A
Application number: JP2003007784A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Nobe; 晋亮野辺
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】複屈折の小さいプラスチックレンズを効果的に配置することで、例えば高画素タイプのＣＣＤなどの撮像素子およびローパスフィルターを用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いるのに好適で低コストな撮影光学系を提供する。
【解決手段】光学的ローパスフィルターを有すると共に、固体撮像素子に光束を集光させる複数のレンズ群を備えた撮像光学系において、下記の条件式を満たすプラスチックレンズを少なくとも１枚は有するので、
νｄ＜４０（１）
｜δ｜＜６０° （２）
νｄ：プラスチックレンズのアッベ数
δ：白色光源（５５０ｎｍ）に対するセナルモン法で測定した複屈折量（°）
プラスチックレンズのアッベ数を規定する（１）式を満たすことで、プラスチックレンズのパワーを強めることなく十分に色収差を補正することが可能であり、条件式（２）満たすことで、十分にモアレや偽色信号等の性能劣化を抑えることが可能である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的ローパスフィルター及び固体撮像素子を備えたデジタルスチルカメラもしくはビデオカメラ等に用いられ、複屈折の小さなプラスチックレンズを効果的に用いることで低コスト化を図りつつ高解像力を達成できる撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、パソコンの普及が進み、またパソコンを用いて画像データを扱うことも多くなり、画像データを取り込むためのデジタルスチルカメラやＶＴＲ用及びデジタルビデオカメラの需要が増えている。これらのカメラにおいては、高性能且つコンパクトでありながら、低コスト化が強く要求されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来から光学系の低コスト化を図るため、プラスチックレンズを用いることが行われているが、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べ低コストで製造できる反面、屈折率が小さい、複屈折が大きい、温度変化による特性変化を無視できない等の問題点がある。この中でも複屈折の問題は解像力に大きく影響し、固体撮像素子及びローパスフィルターを用いる光学系では偽色、モアレ等が生じるという問題が指摘されている。複屈折の小さいプラスチックレンズ硝材としてＰＭＭＡ等のアクリル系樹脂等があげられるが、いずれも屈折率１．５、アッベ数５５程度であり、これを単独で使用すると、色収差の補正及び温度変化時の性能変化に対する補正を十分に行うことができないので、高分散硝材と組み合わせて用いることが必要になる。高分散プラスチックレンズの硝材の代表として、ポリカーボネート樹脂（以下ＰＣ）があるが、ＰＣは複屈折が大きいという問題がある。
【０００４】
プラスチックレンズを用いたズームレンズは数多く技術開示されており、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。しかしながら、これらの従来例では、プラスチックレンズの硝材にＰＣを用いていると思われるため、上記に示したような問題が発生しやすいといえる。
【特許文献１】
特開平９−２１９５０号公報
【特許文献２】
特開平７−２０９５８２公報
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複屈折の小さいプラスチックレンズを効果的に配置することで、例えば高画素タイプのＣＣＤなどの撮像素子およびローパスフィルターを用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いるのに好適で低コストな撮影光学系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の撮影光学系は、光学的ローパスフィルターを有すると共に、固体撮像素子に光束を集光させる複数のレンズ群を備えた撮像光学系において、下記の条件式を満たすプラスチックレンズを少なくとも１枚は有することを特徴とする。
νｄ＜４０（１）
｜δ｜＜６０° （２）
νｄ：プラスチックレンズのアッベ数
δ：白色光源（５５０ｎｍ）に対するセナルモン法で測定した複屈折量（°）
【０００７】
請求項２に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズは以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ｎｄ＞１．５５（３）
ｎｄ：常光線のｄ線（５８８ｎｍ）に対する屈折率
【０００８】
請求項３に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズは以下の条件式を満たすことを特徴とする。
νｄ＜２８（４）
｜δ｜＜４０° （５）
ｎｄ＞１．６０（６）
【０００９】
光学系の低コスト化を図るには、ガラスモールドレンズの代わりにプラスチックレンズを用いることが好ましい。しかるに、プラスチックレンズは、ガラスモールドレンズに比べ低コストで非球面を得ることが出来る反面、ガラスモールドレンズに比べ屈折率が低い、温度変化による性能変化及び形状変化が大きい、大径レンズが困難、複屈折の影響が大きい等の問題も数多く抱えている。そのため、プラスチックレンズを用いる時は、以上のことをふまえ、問題を回避するよう効果的に配置する必要がある。
【００１０】
通常、プラスチックレンズを用いる場合、温度変化時のピントズレや性能劣化を抑えるために屈折力を小さくした単レンズ、あるいは複数枚プラスチックレンズを用いる場合は、正プラスチックレンズと負プラスチックレンズの合成屈折力を小さくした形で用いられることが多い。色収差を補正するために、正レンズ群にはアッベ数の大きい正レンズとアッベ数の小さい負レンズを組み合わせることで、もしくは負レンズ群にはアッベ数の大きい負レンズとアッベ数の小さい正レンズを組み合わせることで効果的に補正を行える。プラスチックレンズに用いることができるアッベ数の比較的大きな硝材としては、ＰＭＭＡ等のアクリル系樹脂等が挙げられる。これらはいずれも屈折率１．５、アッベ数５５程度で、複屈折が比較的小さいことで知られている。一方、アッベ数の小さい硝材のＰＣは屈折率１．５、アッベ数３０程度の硝材である。しかしながら、ＰＣは複屈折が大きく、光学的ローパスフィルターおよび固体撮像素子を含む光学系、特に画素サイズの小さなＣＣＤを用いるときにおいて偽色やモアレ等の性能劣化を引き起こしやすいという問題がある。そこで、本発明者はＰＣの代わりに、複屈折のより小さな例えばポリエステル系樹脂を効果的に用いることで、以上の問題が回避できることを見出したのである。
【００１１】
ここで、上述した各条件式について説明する。条件式（１）〜（６）は、プラスチックレンズの特性を規定するものである。まず、（１）の条件式は、プラスチックレンズのアッベ数を規定するもので、この式を満たすことで、プラスチックレンズのパワーを強めることなく十分に色収差を補正することが可能であるが、さらに（４）の条件式を満たすと、より望ましい。
【００１２】
一般に、ナイキスト周波数以上の入力信号があるとエリアジング現象によりモアレ等が生じると考えられる。そのためＣＣＤ等の撮像素子に被写体像を結像するための撮影光学系においては、高周波をカットする光学的ローパスフィルターが必要になってくる。通常、ナイキスト周波数付近の信号をカットするように光学的ローパスフィルターを設計するが、撮影光学系を構成するレンズにおいて大きな複屈折を生じる硝材が含まれると、カットオフ周波数が変化し光学的ローパスフィルターの効果が小さくなってしまう。条件式（２）はプラスチック硝材をセナルモン法を用いて測定した複屈折の値である。この値が０に近いほど複屈折が小さく良い硝材といえるが、例えば画素ピッチ４から６μｍ程度のＣＣＤにおいて、条件式（２）満たすことで、十分にモアレや偽色信号等の性能劣化を抑えることが可能であるが、さらに（５）の条件式を満たすと、より望ましい。
【００１３】
条件式（３）はプレスチックレンズの屈折率を規定するもので、この式を満たすことでレンズ形状を緩やかなもとのすることができ、収差発生量を低く抑えることができ、またコンパクト化を図ることも可能になるが、さらに（６）の条件式を満たすと、より望ましい。
【００１４】
請求項４に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズの屈折力は、前記プラスチックレンズを含むレンズ群の屈折力と反対の符号を持つことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズを含む少なくとも２枚のプラスチックレンズを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の撮影光学系は、前記少なくとも２枚のプラスチックレンズは隣接あるいは接合することによってレンズ群を構成することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズを含む少なくとも２枚のプラスチックレンズを有し、前記少なくとも２枚のプラスチックレンズは隣接あるいは接合することによってレンズ群を構成することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の撮影光学系は、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
【数３】

Ｐｉ：ｉ番目のプラスチックレンズの屈折力
ｎ：プラスチックレンズの数
Ｐｗ：撮影光学系の全系の屈折力
【００１９】
（７）の条件式はプラスチックレンズの屈折力を規定するものである。プラスチックレンズを用いる場合、温度変化によるピント移動を考慮しなければならないが、これは、各群ごとに正レンズと負レンズを一対とし合成パワーを小さくすることが好ましいのであるが、プラスチックレンズにもパワーを持たせるほうが収差補正のためにも、コンパクト化を進める上でも有利であるときがある。即ち、（７）の条件式に示すように、群同士でのパワー配分を考慮することで、収差補正及びコンパクト化を達成出来る。
【００２０】
請求項９に記載の撮影光学系は、前記プラスチックレンズを含んでおり、変倍時にいずれかが固定され又は移動する複数のレンズ群を有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の撮影光学系は、物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の撮影光学系は、前記第２レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力のガラスレンズ、負の屈折力のプラスチックレンズ、正の屈折力のプラスチックレンズを有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の撮影光学系は、前記第４レンズ群は、物体側より順に、正の屈折力のプラスチックレンズ、負の屈折力のプラスチックレンズ、正の屈折力のガラスレンズを有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の撮影光学系は、前記第１レンズ群と前記第３レンズ群は、変倍時に固定され、前記第２レンズ群は変倍時に、第４レンズ群は変倍時および物体位置変化によるピント補正のためにそれぞれ移動することを特徴とする。
【００２５】
請求項１４に記載の撮影光学系は、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項１５に記載の撮影光学系は、最も大きな空気間隔の部分により分けられた２つのレンズ群を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項１６に記載の撮影光学系は、最も大きな空気間隔の部分と、２番目に大きな空気間隔の部分とで分けられた３つのレンズ群を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に記載の撮影光学系は、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
【数４】

Ｐｉ：ｉ番目のプラスチックレンズの屈折力
ｎ：プラスチックレンズの数
Ｐｗ：光学系の広角端での屈折力
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に関わる実施の形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施に形態にかかる撮影光学系（ここではズームレンズ）のレンズ群の構成を示す図である。
【００３０】
図１に示すように、撮影光学系は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群ＧＬ１、絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＬ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＬ３、及びカバーガラス（光学的ローパスフィルター、ＩＲカットフィルター、ＣＣＤ面を保護するカバーガラス等、以下同じ）ＣＧから構成されている。
【００３１】
図１の実施の形態に好適な実施例１にかかるレンズデータを表１に示す。尚、本明細書中の実施例における記号は下記の通りであり、本発明にいうプラスチックレンズには、表中「＊」の符号を付している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０^−３）を、Ｄ（例えば２．５×Ｄ―３）を用いて表すものとする。
ｆ：焦点距離
Ｆ：Ｆナンバー
ω：半画角
ｒ：レンズ各面の曲率半径
ｄ：レンズ厚、又はレンズ間隔
ｎｄ：レンズ材料のｄ線での屈折率
νｄ：レンズ材料のアッベ数
【表１】

【００３２】
また、非球面の形状は光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとすると、次の式で表される。
【数５】

上式でκは非球面の円錐定数、Ａｉは非球面係数（ｉ＝４、６、８、１０、１２）を示し、ｒは近軸曲率半径を示す。
【００３３】
図２は、実施例１における広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【００３４】
図３は第２の実施に形態にかかる撮影光学系（ここではズームレンズ）のレンズ群の構成を示す図である。
【００３５】
図３に示すように、撮影光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＬ１、負の屈折力を有し変倍のために移動する第２レンズ群ＧＬ２、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＬ３、正の屈折力を有し変倍時における像面の位置変化を補正するために移動する第４レンズ群ＧＬ４、及びカバーガラスＣＧにより構成されている。
【００３６】
図３の実施の形態に好適な実施例２にかかるレンズデータを表２に示す。
【表２】

【００３７】
図４は、実施例２における広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【００３８】
図５は第３の実施に形態にかかる撮影光学系（ここではズームレンズ）のレンズ群の構成を示す図である。
【００３９】
図５に示すように、撮影光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＬ１、負の屈折力を有し変倍のために移動する第２レンズ群ＧＬ２、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＬ３、正の屈折力を有し変倍時における像面の位置変化を補正するために移動する第４レンズ群ＧＬ４、及びカバーガラスＣＧにより構成されている。
【００４０】
図５の実施の形態に好適な実施例３にかかるレンズデータを表３に示す。
【表３】

【００４１】
図６は、実施例３における広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【００４２】
図７は第４の実施に形態にかかる撮影光学系（ここでは固定焦点レンズ）のレンズ群の構成を示す図である。
【００４３】
図７に示すように、撮影光学系は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群ＧＬ１、絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＬ２、及びカバーガラスＣＧとから構成されている（最大の空気間隔はレンズ群ＧＬ１，ＧＬ２の間）が、これを負の屈折力を有する第１レンズ群ＧＬ１’、正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＬ２’、絞りＳ、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＬ３’、及びカバーガラスＣＧとから構成されている（最大の空気間隔はレンズ群ＧＬ１’，ＧＬ２’の間で、２番目に大きい空気間隔はレンズ群ＧＬ２’，ＧＬ３’の間）と見ることもできる。
【００４４】
図７の実施の形態に好適な実施例４にかかるレンズデータを表４に示す。
【表４】

【００４５】
図８は、実施例３における球面収差図（ａ）、非点収差図（ｂ）、及び歪曲収差図（ｃ）である。
【００４６】
尚、いずれの実施例においても、白色光源（５５０ｎｍ）に対するセナルモン法で測定した複屈折量δの絶対値は３５°であり、４０°未満という条件を満たしている。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、複屈折の小さいプラスチックレンズを効果的に配置することで、例えば高画素タイプのＣＣＤなどの撮像素子およびローパスフィルターを用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に用いるのに好適で低コストな撮影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１を含む第１の実施の形態のレンズ断面図である。
【図２】実施例１の広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【図３】実施例２を含む第２の実施の形態のレンズ断面図である。
【図４】実施例２の広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【図５】実施例３を含む第３の実施の形態のレンズ断面図である。
【図６】実施例３の広角端の収差図（ａ）、中間域の収差図（ｂ）、及び、望遠端の収差図（ｃ）である。
【図７】実施例４を含む第４の実施の形態のレンズ断面図である。
【図８】実施例４の収差図である。
【符号の説明】
ＧＬ１第１レンズ群
ＧＬ２第２レンズ群
ＧＬ３第３レンズ群
ＧＬ４第４レンズ群
Ｓ絞り
ＣＧカバーガラス

Claims

光学的ローパスフィルターを有すると共に、固体撮像素子に光束を集光させる複数のレンズ群を備えた撮像光学系において、下記の条件式を満たすプラスチックレンズを少なくとも１枚は有することを特徴とする撮影光学系。
νｄ＜４０（１）
｜δ｜＜６０° （２）
νｄ：プラスチックレンズのアッベ数
δ：白色光源（５５０ｎｍ）に対するセナルモン法で測定した複屈折量（°）
前記プラスチックレンズは以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮影光学系。
ｎｄ＞１．５５（３）
ｎｄ：常光線のｄ線（５８８ｎｍ）に対する屈折率
前記プラスチックレンズは以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影光学系。
νｄ＜２８（４）
｜δ｜＜４０° （５）
ｎｄ＞１．６０（６）
前記プラスチックレンズの屈折力は、前記プラスチックレンズを含むレンズ群の屈折力と反対の符号を持つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮影光学系。
前記撮像光学系は、前記プラスチックレンズを含む少なくとも２枚のプラスチックレンズを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮影光学系。
前記少なくとも２枚のプラスチックレンズは隣接あるいは接合することによってレンズ群を構成することを特徴とする請求項５に記載の撮影光学系。
前記プラスチックレンズを含む少なくとも２枚のプラスチックレンズを有し、前記少なくとも２枚のプラスチックレンズは隣接あるいは接合することによってレンズ群を構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮影光学系。
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮影光学系。

Ｐｉ：ｉ番目のプラスチックレンズの屈折力
ｎ：プラスチックレンズの数
Ｐｗ：撮影光学系の全系の屈折力
前記プラスチックレンズを含んでおり、変倍時にいずれかが固定され又は移動する複数のレンズ群を有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮影光学系。
物体側より順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有することを特徴とする請求項９に記載の撮影光学系。
前記第２レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力のガラスレンズ、負の屈折力のプラスチックレンズ、正の屈折力のプラスチックレンズを有することを特徴とする請求項１０に記載の撮影光学系。
前記第４レンズ群は、物体側より順に、正の屈折力のプラスチックレンズ、負の屈折力のプラスチックレンズ、正の屈折力のガラスレンズを有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の撮影光学系。
前記第１レンズ群と前記第３レンズ群は、変倍時に固定され、前記第２レンズ群は変倍時に、第４レンズ群は変倍時および物体位置変化によるピント補正のためにそれぞれ移動することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の撮影光学系。
物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群を有することを特徴とする請求項９に記載の撮影光学系。
最も大きな空気間隔の部分により分けられた２つのレンズ群を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の撮影光学系。
最も大きな空気間隔の部分と、２番目に大きな空気間隔の部分とで分けられた３つのレンズ群を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の撮影光学系。
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の光学系。

Ｐｉ：ｉ番目のプラスチックレンズの屈折力
ｎ：プラスチックレンズの数
Ｐｗ：光学系の広角端での屈折力