JP2007072124A - 撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径の撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラを提供する。
【解決手段】 肉厚の厚いレンズにより広い画角実現の為に周辺光速の為の十分な長さの光路長を確保し、物体側の正レンズにより大口径化に伴う球面収差の補正を分担させるので、長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラに関する。

従来、デジタルカメラなどの電子光学機器にはCCD等の撮像素子が受光素子として用いられていた。その受光素子を用いた光学系にはデジタルカメラ出現以前のスチールカメラに用いられていた光学系をそのまま流用することができるので、多用されていた（例えば、特許文献１〜５参照）。
特開平１１−２０２１９５号公報 特開平５−４０２２０号公報 特開平５−１８８２８４号公報 特開２００１−１０００９２号公報 特開平２−１３９５１３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、その受光素子を用いた光学系では撮像素子の受光面に対して略垂直に光線を入射させる必要があること、光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のフィルター類を配置する必要があること等から、長いバックフォーカスを確保する必要があった。
またバックフォーカスを長くした光学系に対して画角を広げたり、大口径化したりすることは諸収差の補正が困難であった。
そこで、本発明は以上の問題を解決する為のものであり、長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径の撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、前記絞りの物体側に焦点距離が所定の長さより長い正レンズを配置し、該正レンズの物体側に前記前群のうちの肉厚が所定の厚さよりも厚いレンズを配置したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、肉厚の厚いレンズにより広い画角実現の為に周辺光速の為の十分な長さの光路長を確保し、物体側の正レンズにより大口径化に伴う球面収差の補正を分担させるので、長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径を実現することができる。

請求項２記載の発明は、絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、前記絞りの物体側に隣接して正レンズが配置され、以下の条件式(1)、(2)
8 < fs/f < 15 …(1)
0.7 < dmax/f < 1.7 …(2)
（ただし、fは撮影光学系全系の焦点距離、fsは前記正レンズの焦点距離、dmaxは前記正レンズより物体側に隣接して配置されたレンズの光軸上の最も厚い厚さをあらわす。）
を満足することを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、肉厚の厚いレンズにより広い画角実現の為に周辺光速の為の十分な長さの光路長を確保し、物体側の正レンズにより大口径化に伴う球面収差の補正を分担させるので、長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径を実現することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の撮影光学系であって、絞りの像面側に位置するレンズの物体側面が非球面であることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、絞りの像面側に位置するレンズの物体側面が非球面であることにより、収差補正の効果が増大し、特に歪曲収差を効果的に抑えることができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の撮影光学系であって、前記非球面が以下の条件式(3)
0.04 < |D-Do|/f < 0.02 …(3)
（ただし、Dは該非球面の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、Doは該非球面の非球面係数を全て0(ゼロ)とした時の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、fは撮影光学系全系の焦点距離をあらわす。）
を満足することを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、、絞りの像面側に位置するレンズの物体側面が非球面であることにより、収差補正の効果が増大し、特に歪曲収差を効果的に抑えることができる。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の撮影光学系と、該撮影光学系を収納し光軸に沿って伸縮自在な二重の筒状部材とを備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、撮影光学系を光軸に沿って伸縮させても歪みの少ない良好な画像が得られる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の撮影レンズユニットを備えたことを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、撮影レンズユニットを備えることにより、歪みの少ない良好な画像が得られる。

本発明によれば、肉厚の厚いレンズにより広い画角実現の為に周辺光速の為の十分な長さの光路長を確保し、物体側の正レンズにより大口径化に伴う球面収差の補正を分担させるので、長いバックフォーカスを確保しつつも全体としてはコンパクトで広画角で大口径を実現することができる。

〔本発明の特徴〕
本発明の特徴は、絞りの直前(物体側)に比較的焦点距離の長い正レンズを配置し、更に該正レンズの直前(物体側)に肉厚の厚いレンズを配置することにより、高画角かつ大口径な撮影光学系を構成可能とするものである。すなわち、本発明に係る撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラは、肉厚の厚いレンズにより広い画角実現の為に周辺光束の為の十分な長さの光路長を確保し、絞り直前の正レンズにより大口径化に伴なう球面収差の増大を良好に補正するものである。また、本発明に係る撮影光学系、撮影レンズユニット、及びカメラは、絞り直後(像面側)に配置されたレンズの像面側の面を非球面化し球面収差の補正を分担させることで、更に良好な球面収差の補正を可能にし、より高性能な高画角で大口径、かつコンパクトな撮影レンズ系を可能にするものである。

本発明に係る撮影光学系の一実施形態は、絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、絞りの物体側に焦点距離が所定の長さより長い正レンズを配置し、正レンズの物体側に前群のうちの肉厚が所定の厚さよりも厚いレンズを配置したものである。

本発明に係る撮影光学系の他の実施形態は、絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、絞りの物体側に隣接して正レンズが配置され、以下の条件式(1)、(2)
8 < fs/f < 15 …(1)
0.7 < dmax/f < 1.7 …(2)
（ただし、fは撮影光学系全系の焦点距離、fsは正レンズの焦点距離、dmaxは正レンズより物体側に隣接して配置されたレンズの光軸上の最も厚い厚さをあらわす。）
を満足するものである。

ここで、条件式(1)におけるfs/fの上限及び下限の根拠について述べる。
fs/fが下限値8を下回るとレンズ全長が長くなり、光学系の小型化が困難になり、fs/fが上限値15を上回ると長いバックフォーカスを確保することが困難になるためである。
また、条件式(2)におけるdmax/fの上限及び下限の根拠について述べる。
dmax/fが下限値0.7及び上限値1.7を超えると中心部と周辺部との最良像面の位置が大きく異なり、全像面にわたって良好な結像性能を得ることが難しくなるためである。

本発明に係る撮影光学系の他の実施形態は、上記構成に加え、絞りの像面側に位置するレンズの物体側面が非球面であってもよく、非球面が以下の条件式(3)
0.04 < |D-Do|/f < 0.02 …(3)
（ただし、Dは非球面の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、Doは非球面の非球面係数を全て0(ゼロ)とした時の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、fは撮影光学系全系の焦点距離をあらわす。）を満足するようにしてもよい。

ここで、条件式(3)における|D-Do|/fの上限及び下限の根拠について述べる。
|D-Do|/fが下限値0.04を下回ると非球面の効果が小さくなり良好な収差補正、特に歪曲収差の補正が困難になり、|D-Do|/fが上限値0.02を上回ると非球面量が大きくなり生産性が低下するためである。

本発明に係る撮影レンズユニットの一実施形態は、上記構成に加え、撮影光学系を収納し光軸に沿って伸縮自在な二重の筒状部材とを備えたものである。

本発明に係るカメラの一実施形態は、上記構成の撮影レンズユニットを備えたものである。

次に本発明の実施例について説明する。
各実施例において、最も像面側の屈折力を有するレンズと像面との間にある平行平板は水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のフィルター類、または例えばCCD等の撮像素子を保護する保護ガラス等が挙げられる。

図１は本発明に係る撮影光学系の一実施例を示すレンズ構成図である。
同図に示す撮影光学系100は、物体側（図では左側）より順に、前群100aと、絞り106と、後群100bと、フィルター111とで構成されており、全体として正のパワーを有している。
前群100aは、物体側に凸の凸メニスカスレンズ101、物体側に凸の凹メニスカスレンズ102、凹メニスカスレンズ103、物体側に凸の凸メニスカスレンズ105、及び像面側に凸のメニスカスレンズ104-1で構成されている。
後群100bは、像面側に凸で物体側に非球面が施された凸メニスカスレンズ107、凹メニスカスレンズ108、像面側に凸の両凸レンズ109、及び物体側に凸の両凸レンズ110で構成されている。以下に撮影光学系100の前群100a及び後群100bのレンズ構成について詳述する。

表１において、各レンズ、絞り、及びフィルターの面の番号Sur.を物体側から順に1、2、3、…、22とする。ｆは焦点距離、FnoはＦナンバー、Rは曲率半径、Dは面間隔、Ndは屈折率、Vdはアッベ数をそれぞれ示す。表２において、Kは非球面の円錐定数、A4は4次の非球面係数、A6は6次の非球面係数、A8は8次の非球面係数、A10は10次の非球面係数をそれぞれ示す。

条件式(1):9.1
条件式(2):0.86
条件式(3):0.024

図２（ａ）は図１に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、図２（ｂ）は図１に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、図２（ｃ）は図１に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。

図３は本発明に係る撮影光学系の他の実施例を示すレンズ構成図である。以下、図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
図３に示した撮像光学系200の図１に示した撮像光学系100との相違点は、前群200aのレンズ104-2が肉厚であり、かつレンズ104-2と凸メニスカスレンズ105とが離れている点である。
表３において、各レンズ、絞り、及びフィルターの面の番号Sur.を物体側から順に1、2、3、…、22とする。ｆは焦点距離、FnoはＦナンバー、Rは曲率半径、Dは面間隔、Ndは屈折率、Vdはアッベ数をそれぞれ示す。表４において、Kは非球面の円錐定数、A4は4次の非球面係数、A6は6次の非球面係数、A8は8次の非球面係数、A10は10次の非球面係数をそれぞれ示す。

条件式(1):14.3
条件式(2):1.22
条件式(3):0.034

図４（ａ）は図３に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、図４（ｂ）は図３に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、図４（ｃ）は図３に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。

図５は本発明に係る撮影光学系の他の実施例を示すレンズ構成図である。
図５に示した撮像光学系300の図３に示した撮像光学系200との相違点は、前群300aのレンズ104-3がさらに肉厚である点である。
表５において、各レンズ、絞り、及びフィルターの面の番号Sur.を物体側から順に1、2、3、…、22とする。ｆは焦点距離、FnoはＦナンバー、Rは曲率半径、Dは面間隔、Ndは屈折率、Vdはアッベ数をそれぞれ示す。表６において、Kは非球面の円錐定数、A4は4次の非球面係数、A6は6次の非球面係数、A8は8次の非球面係数、A10は10次の非球面係数をそれぞれ示す。

条件式(1):12.4
条件式(2):1.52
条件式(3):0.036

図６（ａ）は図５に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、図６（ｂ）は図５に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、図６（ｃ）は図５に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。

図７は本発明の撮影光学系を適用した撮影レンズユニットを用いたデジタルカメラの一実施例を示す外観斜視図である。
同図に示すデジタルカメラ700は、カメラ本体701と、撮影レンズユニット703とで構成されている。
撮影レンズユニット703は、例えば図１に示した撮影光学系100と、撮影光学系100を収納し光軸L1に沿って伸縮自在な二重の筒状部材Tとを備えている。筒状部材Tは図示しないモータ及びギヤ等により光軸L1に沿って伸縮できるようになっている。
カメラ本体701は、撮影レンズユニット100からの像を直接見るための光学ファインダー702、撮影可能枚数、電池電圧、日付、撮影モード等を表示するLCD表示部704、メインスイッチ705、レリーズ釦706、及び撮影レンズユニット100からの像を電気信号に変換した後の像を表示するLCDモニター707を備えている。
このデジタルカメラ700によれば、小型で諸収差の良好に補正された画角の広い明るい撮影レンズ系を用いているので、良好な画像を実現できる。

本発明は、撮影光学系、撮影レンズユニット、スチールカメラ及びデジタルカメラに利用することができる。

本発明に係る撮影光学系の一実施例を示すレンズ構成図である。 （ａ）は図１に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、（ｂ）は図１に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、（ｃ）は図１に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。 本発明に係る撮影光学系の他の実施例を示すレンズ構成図である。 （ａ）は図３に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、（ｂ）は図３に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、（ｃ）は図３に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。 本発明に係る撮影光学系の他の実施例を示すレンズ構成図である。 （ａ）は図５に示した撮影光学系の球面収差を示す図であり、（ｂ）は図５に示した撮影光学系の非点収差を示す図であり、（ｃ）は図５に示した撮影光学系の歪曲収差を示す図である。 本発明の撮影光学系を適用した撮影レンズユニットを用いたデジタルカメラの一実施例を示す外観斜視図である。

符号の説明

１００ 撮影光学系
１００ａ 前群
１００ｂ 後群
１０１、１０５、１０７ 凸メニスカスレンズ
１０２、１０３、１０８ 凹メニスカスレンズ
１０６ 絞り
１０９、１１０ 両凸レンズ
１１１ フィルター

Claims (6)

1. 絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、
   前記絞りの物体側に焦点距離が所定の長さより長い正レンズを配置し、該正レンズの物体側に前記前群のうちの肉厚が所定の厚さよりも厚いレンズを配置したことを特徴とする撮影光学系。
2. 絞りを挟んで物体側の前群と像面側の後群とからなる撮影光学系であって、前記絞りの物体側に隣接して正レンズが配置され、以下の条件式(1)、(2)
   8< fs/f < 15 …(1)
   0.7< dmax/f < 1.7 …(2)
   （ただし、fは撮影光学系全系の焦点距離、fsは前記正レンズの焦点距離、dmaxは前記正レンズより物体側に隣接して配置されたレンズの光軸上の最も厚い厚さをあらわす。）
   を満足することを特徴とする撮影光学系。
3. 請求項１または２記載の撮影光学系であって、
   絞りの像面側に位置するレンズの物体側面が非球面であることを特徴とする撮影光学系。
4. 請求項３記載の撮影光学系であって、
   前記非球面が以下の条件式(3)
   0.04 < |D-Do|/f < 0.02 …(3)
   （ただし、Dは該非球面の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、Doは該非球面の非球面係数を全て0(ゼロ)とした時の有効径部での光軸上面頂点からの光軸方向の距離、fは撮影光学系全系の焦点距離をあらわす。）
   を満足することを特徴とする撮影光学系。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の撮影光学系と、該撮影光学系を収納し光軸に沿って伸縮自在な二重の筒状部材とを備えたことを特徴とする撮影レンズユニット。
6. 請求項５記載の撮影レンズユニットを備えたことを特徴とするカメラ。

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