JP2007322655A - レトロフォーカスレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】十分にコンパクトな構成でありながら高い結像性能を発現する広角のレトロフォーカスレンズを提供する。
【解決手段】このレトロフォーカスレンズは、レンズＬ１〜Ｌ３からなると共に全体として負の屈折力を有する前群Ｇ１と、絞りＳｔと、絞りＳｔの像側に配置された接合レンズＬ５６と、最も像側に配置された正のレンズＬ７とを含むと共に全体として正の屈折力を有する後群Ｇ２とを物体側から順に備える。さらに以下の条件式（１）を満足する。Ｎｄ_G2__LASTはレンズＬ７のｄ線に対する屈折率である。
２．００≦Ｎｄ_G2__LAST≦２．５０ ……（１）
これにより、画角に依存する収差である非点収差、像面湾曲および歪曲収差の発生が抑制されるうえ、全系のペッツバール和の調整（低減）が比較的容易となる。さらに、コンパクト化にも有利となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、広画角のレトロフォーカスレンズに関する。

一般に、ＦＡ（Factory Automation）用監視カメラや書画カメラ、あるいは一眼レフカメラなどに搭載される撮像用の広角レンズにおいては、バックフォーカスを十分に確保する必要があるため、物体側から順に、負の屈折力を有する群と正の屈折力を有する群とを配置し、絞りに対して前後非対称なレトロフォーカス型のレンズ構成を採用している。このようなレトロフォーカスレンズとしては、例えば以下の公報記載のものがある。

特開昭５９−１５５８１７号公報 特開平９−２１１３２１号公報 特開２００１−３５６２６２号公報

しかしながらレトロフォーカスレンズは、バックフォーカスを確保することには適しているものの、前述のように絞りに対して非対称な構成であると共に広画角であることから、一般的には歪曲収差や倍率色収差の補正を行うのに不利である。上記各特許文献記載のレトロフォーカスレンズにおいても、特に歪曲収差の補正の点で不十分なところがあり、いずれも高性能なレンズとは言い難い。さらに最近では、結像性能の向上に加え、小型化についての要求も高まってきている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、十分にコンパクトな構成でありながら高い結像性能を発現する広角のレトロフォーカスレンズを提供することにある。

本発明のレトロフォーカスレンズは、複数のレンズからなると共に全体として負の屈折力を有する前群と、絞りと、この絞りの像側に配置された接合レンズと、最も像側に配置された正レンズとを含むと共に全体として正の屈折力を有する後群とを物体側から順に備え、かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成したものである。但し、Ｎｄ_G2#LASTは後群における最も像側に配置された正レンズのｄ線に対する屈折率である。
２．００≦Ｎｄ_G2__LAST≦２．５０ ……（１）

本発明のレトロフォーカスレンズでは、条件式（１）を満足するような高屈折率材料によって後群における最も像側の正レンズ（以下、最終レンズという。）を構成したので、ある大きさの屈折力を得るにあたって最終レンズの両面における曲率をより小さくすることができる。このため、比較的大きな画角の光線であっても、最終レンズの両面において面法線に対する入射光線の角度が小さくなり、画角の増大に伴って大きくなる傾向にある収差が低減される。すなわち、画角に依存する収差である非点収差、像面湾曲および歪曲収差の発生が抑制されることとなる。これにより、上記した各収差以外の収差について、用途に応じてバランスよく補正し易くなる。さらに、このレトロフォーカスレンズでは、条件式（１）を満足する最終レンズの存在により、全系のペッツバール和を低減するための調整が比較的容易であるうえ、コンパクト化にも有利となっている。

本発明のレトロフォーカスレンズでは、さらに、以下の条件式（２）および（３）をそれぞれ満足するように構成されていることが望ましい。
０．６３≦｜ｆ_G2／ｆ｜≦３．５０ ……（２）
｜ｆ_G2__LAST／ｆ｜≧０．５８ ……（３）
ここで、ｆ_G2は後群の焦点距離であり、ｆは全系の焦点距離であり、ｆ_G2#LASTは後群の最終レンズの焦点距離である。これらの各条件式を満足することにより、歪曲収差、軸上色収差および倍率色収差をはじめとする諸収差が低減され、かつ、それらの諸収差のバランスが良好に保たれることとなる。

本発明のレトロフォーカスレンズでは、接合レンズが、後群の最終レンズと隣接すると共に物体側から順に配置された正レンズと負レンズとを含み、さらに、以下の条件式（４）および（５）をそれぞれ満足するように構成されていることが望ましい。
５．５＜νｄ_G2__LAST＜２８．５ ……（４）
１４．０＜νｄ_G2__BN＜２８．５ ……（５）
但し、νｄ_G2__LASTは後群における最終レンズのｄ線に対するアッベ数であり、νｄ_G2#BNは後群における像側から２番目のレンズのｄ線に対するアッベ数である。こうすることにより、色収差の補正が容易となる。

さらに、本発明のレトロフォーカスレンズでは、前群を３枚のレンズによって構成し、後群を４枚のレンズによって構成すると、コンパクト化と収差性能の向上との両立が容易である。

本発明のレトロフォーカスレンズによれば、後群の最終レンズの構成材料として所定の条件式（１）を満足する高屈折率の光学材料を用いるようにしたので、広画角であり、かつ、十分にコンパクトな構成でありながら高い結像性能を発現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明における一実施の形態としてのレトロフォーカスレンズの一構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図２）のレンズ構成に対応している。図１において、符号Ｓｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面を示す。符号Ｒｉは、面Ｓｉの曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。

このレトロフォーカスレンズは、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を用いたデジタルカメラ、例えばプロジェクタ用の書画カメラや監視用のＦＡカメラ等に搭載されて使用されるものである。このレトロフォーカスレンズは、光軸Ｚ１に沿って、複数のレンズからなり全体として負の屈折力を有する前群Ｇ１と、一の接合レンズＬ５６（後出）を含む複数のレンズからなり全体として正の屈折力を有する後群Ｇ２とが物体側から順に配設された構成となっている。接合レンズＬ５６の物体側には、開口絞りＳｔが配置されている。このレトロフォーカスレンズの結像面（撮像面）Ｓimgには、ＣＣＤなどの撮像素子（図示せず）が配置される。後群Ｇ２と結像面Ｓimgとの間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、各種光学部材ＧＣが配置されてもよい。例えば撮像素子の撮像面を保護するためのカバーガラスのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどを配置することができる。

前群Ｇ１は例えば３枚構成であり、物体側から順に配置されたレンズＬ１〜Ｌ３を有している。レンズＬ１は、例えば物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。レンズＬ２は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。レンズＬ３は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ（後述の実施例１，２，４，５）である。あるいは両凹レンズ（後述の実施例３）としてもよい。

後群Ｇ２は例えば４枚構成であり、物体側から順に配置されたレンズＬ４〜Ｌ７を有している。後群Ｇ２のうち、最も物体側に位置するレンズＬ４は例えば両凸レンズである。レンズＬ４の像側に開口絞りＳｔを挟むようにして配置されたレンズＬ５は例えば両凸レンズである。レンズＬ５は、その像側に配置されたレンズＬ６と共に接合レンズＬ５６を構成している。レンズＬ６は、例えば、両凹レンズ（後述の実施例１，２，３，５）、または像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ（後述の実施例４）である。レンズＬ７は、例えば、両凸レンズ（後述の実施例１，２，３，５）、または像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ（後述の実施例４）である。

後群Ｇ２のレンズＬ７は、そのｄ線を基準波長とした場合の屈折率をＮｄ_G2__LASTと表したとき、以下の条件式（１）を満足する光学材料によって構成されている。
２．００≦Ｎｄ_G2__LAST≦２．５０ ……（１）

このレトロフォーカスレンズは、さらに以下の条件式（２）を満足するように構成されていることが望ましい。ここで、後群Ｇ２の焦点距離をｆ_G2とし、全系の焦点距離をｆとする。
０．６３≦｜ｆ_G2／ｆ｜≦３．５０ ……（２）

さらに、レンズＬ７の焦点距離をｆ_G2__LASTとしたとき、以下の条件式（３）を満足するように構成されていることが望ましい。ただし、レンズＬ７が平行平面板である場合を含むものではない。
｜ｆ_G2__LAST／ｆ｜≧０．５８ ……（３）

なお、レンズＬ７の曲率半径Ｒ１３，Ｒ１４の絶対値を大きくする（面Ｓ１３，Ｓ１４の曲率の絶対値を小さくする）ことで、条件式（３）を満足しつつ自らのペッツバール和を小さくすることができる。この場合には、レトロフォーカスレンズ全体のペッツバール和に与える影響を低減することができる。

さらに、以下の条件式（４）および（５）を共に満足するように構成されていることが望ましい。但し、レンズＬ７のｄ線に対するアッベ数をνｄ_G2__LASTとし、レンズＬ６のｄ線に対するアッベ数をνｄ_G2__BNとする。
５．５＜νｄ_G2__LAST＜２８．５ ……（４）
１４．０＜νｄ_G2__BN＜２８．５ ……（５）

次に、以上のように構成された本実施の形態のレトロフォーカスレンズの作用および効果を説明する。

このレトロフォーカスレンズでは、後群Ｇ２の最も像側に位置するレンズＬ７を、上記の条件式（１）を満足する高屈折率の光学材料によって構成するようにしたので、コンパクト性が担保されると共に諸収差、特に歪曲収差、軸上色収差および倍率色収差が低減される。したがって、広画角であり、かつ、十分にコンパクトな構成でありながら高い結像性能が実現される。各条件式の作用については以下の通りである。

条件式（１）は、諸収差をバランス良く補正するための条件であり、後群Ｇ２におけるレンズＬ７の適切な構成材料を規定している。条件式（１）の下限値を下回ると、特に軸上色収差および歪曲収差が劣化し、条件式（１）の上限値を上回ると、特に倍率色収差および歪曲収差が劣化する傾向にある。

条件式（２）は、光学系全体のパワーに対する後群Ｇ２のパワー配分を規定している。条件式（２）の下限値を下回ると、特に倍率色収差および歪曲収差が劣化し、条件式（２）の上限値を上回ると、特に軸上色収差、倍率色収差および歪曲収差が劣化する傾向にあり、いずれの場合も全体としてバランスの良い収差補正が困難となるので好ましくない。

条件式（３）は、光学系全体のパワーに対するレンズＬ７のパワーの割合を規定している。条件式（３）の下限値を下回ると、特に倍率色収差および歪曲収差が劣化する傾向にあり、全体としてバランスの良い収差補正が困難となるので好ましくない。

条件式（４）および（５）は、それぞれレンズＬ７およびレンズＬ６における色収差の発生を低減するための条件であり、レンズＬ７およびレンズＬ６の適切な構成材料を規定している。現状では、条件式（１）を満たす光学材料のうち、条件式（４）の上下限を外れるようなものは存在しない。したがって、正のレンズＬ７は、条件式（４）で規定されるような高分散を示すことに起因して、絞りＳｔよりも像側に配置されることで「青色」についての軸上色収差および倍率色収差の双方がアンダーの方向へ動き、「赤色」についての軸上色収差および倍率色収差の双方がオーバーの方向へ動く。一方、条件式（５）で規定されるような高分散をしめす光学材料によって構成された負のレンズＬ６は、絞りＳｔよりも像側に配置されることで「青色」についての軸上色収差および倍率色収差の双方がオーバーの方向へ動き、「赤色」についての軸上色収差および倍率色収差の双方がアンダーの方向へ動く。結果として、これらの作用が相殺しあうこととなり、レンズＬ７によって生じてしまう色収差をレンズＬ６によって補正することができる。

次に、本実施の形態に係るレトロフォーカスレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、５つの数値実施例をまとめて説明する。

図２は、図１に示した第１の構成例としてのレトロフォーカスレンズに対応する具体的な基本レンズデータ（実施例１）を示している。なお、カバーガラス等の光学部材ＧＣに関するデータについては省略している。

図２に示した基本レンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、図１に示した符号Ｓｉに対応させて、絞りＳｔを含め、最も物体側にある構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜１４）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１で示した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜７）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値をそれぞれ示す。

以上の実施例１と同様にして、実施例２〜実施例５としてのレトロフォーカスレンズの基本レンズデータをそれぞれ図３〜図６に示す。なお、実施例２〜実施例５としてのレトロフォーカスレンズの基本構成は、実施例１のレトロフォーカスレンズとほぼ同等である。但し、実施例３では、レンズＬ３が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズではなく、両凹レンズとなっている。また、実施例４では、レンズＬ６が両凹レンズではなく像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズであり、レンズＬ７が両凸レンズではなく像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとなっている。

図７は、各実施例についてのその他のデータをまとめて示したものである。具体的には、画角、レンズＬ７のｄ線に対する屈折率Ｎｄ_G2__LASTおよびアッベ数νｄ_G2__LAST、レンズＬ６のｄ線に対するアッベ数νｄ_G2__BN、全系の焦点距離ｆ、後群Ｇ２の焦点距離ｆ_G2、レンズＬ７の焦点距離ｆ_G2__LASTを各実施例について示している。

図８は、図７のデータを利用して、条件式（１）〜（５）に対応する値を各実施例についてまとめて示したものである。図８に示したように、各実施例の値が、全て条件式（１）〜（５）の数値範囲内となっている。

図９（Ａ）〜９（Ｄ）は、実施例１のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、および倍率色収差を示している。ここでは、物体距離を３００ｍｍとした場合の収差をそれぞれ示している。また、各収差図にはｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図にはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角を示す。

同様に、実施例２における諸収差を図１０（Ａ）〜１０（Ｄ）に示し、実施例３における諸収差を図１１（Ａ）〜１１（Ｄ）に示し、実施例４における諸収差を図１２（Ａ）〜１２（Ｄ）に示し、実施例５における諸収差を図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）に示す。なお、いずれについても、物体距離を３００ｍｍとした場合の収差を示している。

一般的な広角のレトロフォーカスレンズでは、全長を短くすると歪曲収差や倍率色収差が大きくなる傾向にある。これに対し、本発明の上記各実施例では、各レンズデータおよび各収差図から明らかなように、全長が短くコンパクトな構成でありながら極めて良好な収差性能が発揮されている。具体的には、歪曲収差が±１％以下、倍率色収差が±１０μｍ以下にそれぞれ収まっている。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、上記実施の形態および各実施例では全体として７枚構成としたが、本発明のレトロフォーカスレンズはこれに限定されるものではない。例えば、色収差をより良好に補正するために後群の接合レンズを（例えば負レンズ、正レンズ、負レンズの順に接合した）３枚構成とすることで全体として８枚構成としてもよい。あるいは、簡素化や軽量化のため、前群を例えば物体側から順に配置された正レンズと負レンズとの２枚によって構成することで全体として６枚構成としてもよい。

本発明の一実施の形態としてのレトロフォーカスレンズにおける一構成例を示すものであり、実施例１に対応する断面図である。 実施例１のレトロフォーカスレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例２のレトロフォーカスレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例３のレトロフォーカスレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例４のレトロフォーカスレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例５のレトロフォーカスレンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。 実施例１〜５の各レトロフォーカスレンズにおけるその他のデータを示す説明図である。 実施例１〜５の各レトロフォーカスレンズにおける条件式（１）〜（５）に対応する数値を示す説明図である。 実施例１のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例２のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例３のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例４のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差を示す収差図である。 実施例５のレトロフォーカスレンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション、および倍率色収差を示す収差図である。

符号の説明

Ｇ１…前群，Ｇ２…後群、Ｌ１〜Ｌ７…レンズ、Ｓｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目のレンズ面との面間隔、Ｓimg…結像面、Ｚ１…光軸。

Claims (5)

1. 複数のレンズからなると共に全体として負の屈折力を有する前群と、
   絞りと、前記絞りの像側に配置された接合レンズと、最も像側に配置された正レンズとを含むと共に全体として正の屈折力を有する後群と
   を物体側から順に備え、かつ、以下の条件式（１）を満足するように構成されている
   ことを特徴とするレトロフォーカスレンズ。
   ２．００≦Ｎｄ_G2__LAST≦２．５０ ……（１）
   但し、
   Ｎｄ_G2__LAST：後群における最も像側に配置された正レンズのｄ線に対する屈折率
2. さらに、以下の条件式（２）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレトロフォーカスレンズ。
   ０．６３≦｜ｆ_G2／ｆ｜≦３．５０ ……（２）
   但し、
   ｆ_G2：後群の焦点距離
   ｆ：全系の焦点距離
3. さらに、以下の条件式（３）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレトロフォーカスレンズ。
   ｜ｆ_G2__LAST／ｆ｜≧０．５８ ……（３）
   但し、
   ｆ_G2__LAST：後群における最も像側に配置された正レンズの焦点距離
4. 前記接合レンズは、前記後群の最も像側に配置された正レンズと隣接すると共に物体側から順に配置された正レンズと負レンズとを含み、
   さらに、以下の条件式（４）および条件式（５）を共に満足するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
   ５．５＜νｄ_G2__LAST＜２８．５ ……（４）
   １４．０＜νｄ_G2__BN＜２８．５ ……（５）
   但し、
   νｄ_G2__LAST：後群における最も像側に配置された正レンズのｄ線に対するアッベ数
   νｄ_G2__BN：後群における像側から２番目のレンズのｄ線に対するアッベ数
5. 前記前群のレンズ枚数は３枚であり、前記後群のレンズ枚数は４枚である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレトロフォーカスレンズ。
   

Images