JP2006003569A - 大口径広角レンズおよびこれを備えたカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ枚数が少なく、レンズ径が小さく、バックフォーカスが短いコンパクトな構成でありながら、従来のものよりも、より広角で大幅に明るく高性能な、人間の目と同様の自然な写真を得ることが可能な大口径広角レンズおよびカメラを提供する。
【解決手段】絞り２の像面側に配される第２レンズ群IIの、絞り２の直後に配された３つのレンズＬ_４〜Ｌ_６において、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第５レンズＬ_５を、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成された２枚の非球面レンズである第４レンズＬ_４と第６レンズＬ_６とにより挟むように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カメラの撮影レンズ、特に銀塩フィルム用カメラの撮影レンズとして好適な小型の大口径広角レンズに関する。

近年、コンパクトカメラとしては、ＣＣＤ等の撮像素子を用いたカメラが主流となっており、それに応じて撮像レンズとしても非球面レンズを用いたレンズ枚数の少ないコンパクトなものが種々開発されている。

ところで、人間の目でみたままの画像を簡易に撮影したいという願望に応えることは、カメラ開発における究極の目的であるともいえるが、ＣＣＤ等の撮像素子を用いたコンパクトなカメラによっては、高性能なものであっても、人間の目でみたままの明るい画像を撮影することは困難であり、このような願望に応えることはできていない。

ストロボ等を用いることにより、近距離の被写体を明るく撮影することは可能であるが、ストロボ等による補助光が届かない遠距離の被写体を人間の目と同様の明るさで撮影することはできない。このことは、美しい夜景を撮影することができずにもどかしい思いをしている多くの撮影者によって実証されているところでもある。
なお、ストロボ等を用いた場合には、ストロボ充電に要する時間を確保するため、連続的な撮影が困難という問題も有している。

一方、近年の銀塩フィルムの感度は急速に進歩しており、ISO400、ISO800、ISO1600等の高感度から超高感度のフィルムが一般に市販されるに至っており、この後、さらに感度の高いフィルムが一般に市販されることになれば、一般の銀塩フィルムを用いたカメラによって、人間の目でみたままの明るい画像を得ることが可能になることが予想される。

ところで、このような銀塩フィルムを用いたコンパクトカメラとしては、例えば、下記特許文献１〜４に記載された一般のコンパクトな撮像レンズを搭載すればよいと考えられる。
これらの特許文献に記載のものは、バックフォーカスが短く、沈胴時の厚みが小さく、またレンズ径が小さいという条件がある程度満たされており、例えば、特許文献１記載のものは、物体側より順に、負、正、正、負の４成分よりなり、Ｆ２．８／２８ｍｍ仕様で性能の良好な小型の広角レンズとされている。

特開平９−２３６７４６号公報 特開平１１−３２６７５６号公報 特開２０００−３２１４９０号公報 特開２００１−１２４９８５号公報

しかしながら、銀塩フィルムの感度の向上と粒状性の滑らかさとが、いわば反比例の関係にあることはよく知られているところであり、単にフィルムの感度を高くするだけでは、明るさはよいがざらついた感じの、画質に難のある写真となってしまい、さらにシャープネスや色再現の点でも問題が生じ、上述した人間の目でみたままの画像を簡易に撮影したいという願望に応えることは難しい。

本発明者等は、このような問題について多くの検討を重ねた結果、フィルムの感度は、粒状性等の点で問題が生じない程度まで高くし、これとともに、銀塩フィルム用カメラの撮影レンズの明るさを大幅に明るくすることにより、上記願望に応えることが可能であるという結論に至った。

具体的には、現在、一般に市販されている高感度から超高感度のフィルムを使用し、画角８３度程度以上で、Ｆ値が２．０程度の銀塩フィルム用カメラの撮影レンズとすることにより、人間の目でみたままの画像を簡易に再現することが可能である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、レンズ枚数が少なく、またレンズ径が小さく、バックフォーカスが短いコンパクトな構成でありながら、従来のものよりも、より広角で大幅に明るい高性能な大口径広角レンズおよびこれを備えたカメラを提供することを目的とするものである。

本発明の大口径広角レンズは、絞りの物体側に配される複数枚のレンズからなる第１レンズ群と、絞りの像面側に配される複数枚のレンズからなる第２レンズ群とからなり、
前記第２レンズ群は、最も物体側の３つのレンズが、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第２-２レンズと、この第２-２レンズを挟む位置に配された、物体側の第２-１レンズと像面側の第２-３レンズとからなり、
前記第２-１レンズおよび前記第２-３レンズは、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成された非球面レンズであることを特徴とするものである。

また、前記第２-２レンズは、像面側の面が物体側の面よりも曲率の絶対値が大となるように構成されていることが好ましい。

また、前記第２レンズ群は、前記第２-３レンズの像面側に、物体側に凹面を向けた負の第２-４レンズを備えていることが好ましい。

また、前記第２-１レンズが負レンズからなり、前記第２-３レンズが像面側に凸面を向けた正または負のレンズからなることが好ましい。

また、前記第１レンズ群は、物体側から順に、両凹レンズからなる第１-１レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第１-２レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第１-３レンズとを配列してなることが好ましい。

また、下記条件式（１）および（２）を満足するように構成されていることが好ましい。
１．７ ＜ Ｆ_ＮＯ ＜ ２．８ ・・・（１）
０．７７ ＜ Ｙ／ｆ ＜ １．１ ・・・（２）
但し、
Ｆ_ＮＯ は Ｆナンバ
Ｙ は 結像面の最大像高
ｆ は 全系の焦点距離

さらに、下記条件式（３）を満足するように構成されていることが好ましい。
Ｎｄ_２−１ ＞ １．６５ ・・・（３）
但し、Ｎｄ_２−１は第２-１レンズのｄ線における屈折率

また、本発明の大口径広角レンズを用いたカメラにおいては、上述したいずれかの大口径広角レンズを備えたことを特徴とするものである。

絞りの像面側に配される複数枚のレンズからなる第２レンズ群において、最も物体側の３つのレンズを、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第２-２レンズと、この第２-２レンズを挟む位置に配された、物体側の非球面レンズである第２-１レンズと像面側の非球面レンズである第２-３レンズとにより構成し、前記第２-１レンズおよび前記第２-３レンズは、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成することにより、レンズ枚数が少なく、レンズ径が小さく、バックフォーカスが短いコンパクトな構成でありながら、Ｆナンバが２．０程度の大口径で、画角が８３度程度以上の広角なレンズにおいて、高性能を得ることができる。

また、本発明のカメラによれば本発明の大口径広角レンズを備えることにより、大口径かつ広角な仕様であっても、コンパクトな構成で高性能を得ることができる。特に、銀塩フィルム用カメラの撮影レンズとして用いれば、人間の目と同様の明るさで画質も良好な写真を撮ることが可能となる。

以下、本発明の大口径広角レンズの実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る大口径広角レンズのレンズ構成を示すもので、代表としてこの図を用いて説明する。

本発明の大口径広角レンズは、図１に示すように、物体側から順に、３枚のレンズからなる第１レンズ群I、絞り２、および４枚のレンズからなる第２レンズ群IIで構成されている。第１レンズ群Iは、物体側から順に、両凹レンズからなる第１レンズＬ_１と、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第２レンズＬ_２と、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第３レンズＬ_３とからなり、第２レンズ群IIは、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成されている非球面の負レンズからなる第４レンズＬ_４と、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第５レンズＬ_５と、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成されている非球面の正または負のレンズからなる第６レンズＬ_６と、物体側に凹面を向けた負レンズからなる第７レンズＬ_７とからなる。

上述したように、本実施形態の主たるポイントは、絞り２の像面側に配される第２レンズ群IIの、絞り２の直後に配された３つのレンズＬ_４〜Ｌ_６において、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第５レンズＬ_５を、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成された２枚の非球面レンズである第４レンズＬ_４と第６レンズＬ_６とにより挟むような構成としたことにある。このような構成とすることにより、像面湾曲およびコマ収差を始めとする諸収差を良好なものとすることができ、レンズ枚数が少なく、レンズ径が小さく、バックフォーカスが短いコンパクトな構成でありながら、Ｆナンバが２．０程度の大口径で、画角が８３度程度以上の広角なレンズにおいて、高性能を得ることができる。

ここで、上記第５レンズＬ_５は、像面側の面が物体側の面よりも曲率の絶対値が大となるように構成されていることが好ましい。これによって、上記作用効果をより良好なものとすることができる。

また、上記第４レンズＬ_４と上記第６レンズＬ_６とは、各々両面が非球面であることが好ましいが、各々少なくとも１面が非球面であることが必要である。

さらに、この非球面を有する第６レンズＬ_６はプラスチックレンズであることが好ましい。非球面を低コストで形成可能であることに加え、第６レンズＬ_６はこのレンズ系中で比較的径の大きなレンズとなるとともに、パワーの弱いレンズとされているので、プラスチックレンズが有する温度特性等が問題とならず、軽量化とコスト低減に効果的である。

なお、第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２とは、図示するように、互いに接合されていることが好ましい。本発明のように広角なレンズにおいては、画角周辺部からの入射角の大きい光束が、レンズ面で全反射すると性能に悪影響を及ぼす虞がある。接合レンズを用いることにより全反射を防止することができる。

また、本実施形態の大口径広角レンズにおいては、下記条件式（１）、（２）を満足することが好ましい。
１．７ ＜ Ｆ_ＮＯ ＜ ２．８ ・・・（１）
０．７７ ＜ Ｙ／ｆ ＜ １．１ ・・・（２）
但し、
Ｆ_ＮＯ は 本実施形態レンズのＦナンバ
Ｙ は 結像面の最大像高
ｆ は 本実施形態レンズ全系の焦点距離

上記条件式（１）および（２）は、各々この大口径広角レンズのＦナンバと焦点距離に対する最大像高とを規定するものである。すなわち、条件式（１）の数値範囲は、大口径レンズであることを具体的数値により示すものである。この上限値を越えると、目的である大口径レンズを満足しなくなり、この下限値を下回ると、大口径になりすぎて球面収差の補正が困難となる。また、条件式（２）の数値範囲は、広角レンズであることを具体的数値により示すものである。この上限値を越えると、画角が広すぎ、像面湾曲やコマ収差が補正しきれなくなり、この下限値を下回ると、目的である広角レンズを満足しなくなる。

さらに、本実施形態の大口径広角レンズにおいては、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
Ｎｄ_２−１ ＞ １．６５ ・・・（３）
但し、
Ｎｄ_２−１ は 第４レンズＬ_４のｄ線における屈折率

上記条件式（３）は、第４レンズＬ_４の屈折率を規定するものであり、下限値を下回ると、像面湾曲の補正が困難となる。

なお、上記条件式（３）に替えて、下記条件式（３´）を満足するようにすれば、像面湾曲の補正の点でさらに好ましい。
Ｎｄ_２−１ ＞ １．７５ ・・・（３´）

つぎに、本発明の大口径広角レンズの３つの実施例について具体的に説明する。各実施例の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。

＜実施例１＞
実施例１に係る大口径広角レンズを図１に示す。この大口径広角レンズは、図１に示すように、物体側から順に、３枚のレンズからなる第１レンズ群I、絞り２、および４枚のレンズからなる第２レンズ群IIからなり、物体側から入射した光束を、結像面であるフィルム面１上に効率良く集束させるものである。

第１レンズ群Iは、物体側から順に、像面側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる第１レンズＬ_１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第２レンズＬ_２と、物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＬ_３とからなり、
第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２とは互いに接合されている。

また、第２レンズ群IIは、物体側から順に、両面を非球面とされ、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成されている非球面の負レンズからなる第４レンズＬ_４と、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第５レンズＬ_５と、両面を非球面とされ、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成されている非球面の負レンズからなる第６レンズＬ_６と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズからなる第７レンズＬ_７とからなる。

なお、各非球面は、下記非球面式により表される。本実施例の非球面では、近年の光学系に対する高解像力化の要請およびコンピュータ性能の向上等の社会的事情を背景として、従来の偶数次項のみならず、奇数次項をも用いて１０次までの係数により非球面形状を規定している。このように、奇数次項を含む非球面係数を用いることにより、非球面形状を決定するパラメータが増加するため、この非球面の光軸を含む中央領域と、周辺領域との各形状をそれぞれ独立して決定することが可能となり、中央領域および周辺領域共に、良好に収差補正を行うことが可能な形状に形成することが可能となる。

このような非球面式により規定された非球面を有することで、第４レンズＬ_４および第６レンズＬ_６は、周辺に向かうに従って負のパワーが強くなる非球面レンズとされる。

表１に、この大口径広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。なお、表１および以下の表３、表５において、表中の数字は物体側からの順番を表すものである。また、表１の最上段に、この大口径広角レンズの焦点距離ｆ´（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯ、および半画角ωの値を示す。
また、実施例1の大口径広角レンズにおいて、絞り２は、第１レンズ群Iと第２レンズ群IIとの間で周辺光束の主光線が光軸に近づく位置の近傍に配されており、第４レンズＬ_４の物体側の面から物体側に1.148ｍｍの位置にある。

また、表１の下段に、本実施例における、前述した各条件式（１）〜（３）に対応する値を示す。本実施例において、前述した各条件式（１）〜（３）は全て満足されている。

また、表２に、上記各非球面について、上記非球面式の各定数Ｋ、Ｂ３〜Ｂ１０の値を示す。

＜実施例２＞
実施例２に係る大口径広角レンズを図２に示す。この大口径広角レンズは、図２に示すように、実施例１のものと略同様の構成とされているが、第３レンズＬ_３が物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる点、および第１レンズＬ_１と第２レンズＬ_２とが各々単独のレンズとされている点で異なっている。

表３に、この大口径広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。また、表３の最上段に、この大口径広角レンズの焦点距離ｆ´（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯ、および半画角ωの値を示す。また、実施例２の大口径広角レンズにおいて、絞り２は第４レンズＬ_４の物体側の面から物体側に0.952ｍｍの位置にある。

また、表３の下段に、本実施例における、前述した各条件式（１）〜（３）に対応する値を示す。本実施例において、前述した各条件式（１）〜（３）は全て満足され、さらに条件式（３´）も満足されている。

また、表４に、上記各非球面について、上記非球面式の各定数Ｋ、Ｂ３〜Ｂ１０の値を示す。

＜実施例３＞
実施例３に係る大口径広角レンズを図３に示す。この大口径広角レンズは、図３に示すように、実施例１のものと略同様の構成とされているが、第３レンズＬ_３が物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる点、第５レンズＬ_５が像面側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズからなる点、および第７レンズＬ_７が物体側に曲率の大きい面を向けた両凹レンズからなる点で異なっている。なお、第４レンズＬ_４の物体側の面が、光軸Ｘ上で物体側に凸となっている点においても異なっている。

表５に、この大口径広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。また、表５の最上段に、この大口径広角レンズの焦点距離ｆ´（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯ、および半画角ωの値を示す。また、実施例３の大口径広角レンズにおいて、絞り２は第４レンズＬ_４の物体側の面から物体側に０.575ｍｍの位置にある。

また、表５の下段に、本実施例における、前述した各条件式（１）〜（３）に対応する値を示す。本実施例において、前述した各条件式（１）〜（３）は全て満足されている。

また、表６に、上記各非球面について、上記非球面式の各定数Ｋ、Ｂ３〜Ｂ１３の値を示す。なお、本実施例においては、非球面係数を１３次の高次項まで用いるようにしている。

図４〜６は上記実施例１〜３に係る大口径広角レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよびコマ収差）を示す収差図である。なお、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。この図４〜６から明らかなように、実施例１〜３に係る大口径広角レンズによれば、Ｆ１．９９４〜２．０６８／２４ｍｍ仕様の大口径で広角なレンズでありながら、全画角領域に亘って良好な収差補正がなされている。

なお、本発明の大口径広角レンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば各レンズ群を構成するレンズの枚数や形状は適宜選択し得る。例えば、上記第６レンズＬ_６が、光軸Ｘの近傍において正のパワーを有し、周辺に向かうに従って、負のパワーとなり、さらにその負のパワーが強まっていくように構成してもよい。

また、本発明に係る大口径広角レンズを備えたカメラによれば、この大口径広角レンズと同様の作用効果を得ることができる。この大口径広角レンズはバックフォーカスが短く、沈胴時の大きさが小さく、またレンズ径が小さいので、コンパクトカメラ用のレンズとして好適である。

なお、上記実施例のものは結像面をフィルム面として示したが、例えばＣＣＤに結像させるカメラに適用することも可能である。

本発明の実施例１に係る大口径広角レンズの構成を表す図 本発明の実施例２に係る大口径広角レンズの構成を表す図 本発明の実施例３に係る大口径広角レンズの構成を表す図 実施例１の大口径広角レンズの諸収差を示す収差図 実施例２の大口径広角レンズの諸収差を示す収差図 実施例３の大口径広角レンズの諸収差を示す収差図

符号の説明

１ フィルム面
２ 絞り
I、II レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_７ レンズ
Ｘ 光軸

Claims (8)

1. 絞りの物体側に配される複数枚のレンズからなる第１レンズ群と、絞りの像面側に配される複数枚のレンズからなる第２レンズ群とからなり、
   前記第２レンズ群は、最も物体側の３つのレンズが、像面側に凸面を向けた正レンズからなる第２-２レンズと、この第２-２レンズを挟む位置に配された、物体側の第２-１レンズと像面側の第２-３レンズとからなり、
   前記第２-１レンズおよび前記第２-３レンズは、周辺に向かうにしたがい、負のパワーが強くなるように構成された非球面レンズであることを特徴とする大口径広角レンズ。
2. 前記第２-２レンズは、像面側の面が物体側の面よりも曲率の絶対値が大となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の大口径広角レンズ。
3. 前記第２レンズ群は、前記第２-３レンズの像面側に、物体側に凹面を向けた負の第２-４レンズを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の大口径広角レンズ。
4. 前記第２-１レンズが負レンズからなり、前記第２-３レンズが像面側に凸面を向けた正または負のレンズからなることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の大口径広角レンズ。
5. 前記第１レンズ群は、物体側から順に、両凹レンズからなる第１-１レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第１-２レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズからなる第１-３レンズとを配列してなることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の大口径広角レンズ。
6. 下記条件式（１）および（２）を満足するように構成されたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の大口径広角レンズ。
   １．７ ＜ Ｆ_ＮＯ ＜ ２．８ ・・・（１）
   ０．７７ ＜ Ｙ／ｆ ＜ １．１ ・・・（２）
   但し、
   Ｆ_ＮＯ は Ｆナンバ
   Ｙ は 結像面の最大像高
   ｆ は 全系の焦点距離
7. 下記条件式（３）を満足するように構成されたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の大口径広角レンズ。
   Ｎｄ_２−１ ＞ １．６５ ・・・（３）
   但し、
   Ｎｄ_２−１ は 第２-１レンズのｄ線における屈折率
8. 請求項１〜７のうちいずれか１項記載の大口径広角レンズを備えたことを特徴とするカメラ。

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