JP2008089997A - 撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で広画角、大口径でかつ被写体距離によらず高性能、さらには低価格の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置を提供する。
【解決手段】物体側から順に、前記物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、第６レンズはプラスチックにて構成され、第６レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₆とし、第６レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₆とした場合、下記条件式（１）および（２）を満たすよう構成する。
Ｎｄ₆＜１．５５・・・（１）
νｄ₆＞５５・・・（２）
【選択図】図１

Description

本発明は、物体距離が無限遠から近距離に移動した場合に良好な収差性能を有し、かつ低価格で提供可能な撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置に関する。

従来、デジタルカメラなどに用いられるＣＣＤ等の撮像素子を受光素子として用いた光学系では、撮像素子へ略垂直に光線を入射させる必要があることや、光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等のフィルタ類を配置する必要があることなどから、長いバックフォーカスを確保する必要がある。

また、バックフォーカスを長くした光学系に対して、画角を広げ大口径化することは、諸収差の補正が困難である。また画角が広くなると、近距離被写体に対して焦点合わせを行うことによる、像面の平面性の悪化（像面湾曲の変化）が大きくなり、無限遠から近距までの被写体に対する結像性能の維持が困難になる。

このような課題を解決する従来の技術として、特許文献１，２に開示された発明が高知である。特許文献１には、小型で広画角の光学系に係る技術が開示されており、小型で諸収差が良好に補正されて高性能であり、特に画角が７０度程度でバックフォーカスが長い広角レンズの発明が記載されている。

特許文献２には、複数の群の異なる移動量による合焦を行うことにより、無限遠から近距離の被写体に対して良好な性能を維持する技術が開示されており、合焦作用を有する光学配置を工夫することで、物体距離が無限遠から近距離にシフトした時、軸外収差において変動の少ない良好な収差補正をなし、かつ画角の変動が小さい短焦点レンズのフォーカス方式に関する発明が記載されている。
特開２００４−１７７４３５号公報 特開２００４−０２９６４１号公報

しかし、特許文献１の発明は、小型で広画角の光学系ではあるが、第１群の非球面が合焦による性能の変化が大きい。

特許文献２の発明は、合焦による性能の変化を、複数の群の異なる移動量による合焦を行うことで防止しているが、この方式では合焦動作のための機構が複雑になるとともにその制御も複雑化してしまう。また部品点数の増加や、光学ユニットとしての大型化につながり、結局コストアップしてしまう。

さらに、光学系の小型化のためにはレンズ枚数の少枚数化が有効であるが、少ないレンズ枚数で高性能を得るためには、レンズ面を非球面とすることが必須になる。しかし、ガラス材料からなるレンズ面の非球面化はコストアップの要因となっている。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、物体側から順に、物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、第６レンズはプラスチックにて構成され、第６レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₆とし、第６レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₆とした場合、下記条件式（１）および（２）を満たす撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置を提供することを目的としている。
Ｎｄ₆＜１．５５・・・（１）
νｄ₆＞５５・・・（２）

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、物体側から順に、物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、第６レンズはプラスチックにて構成され、第６レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₆とし、第６レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₆とした場合、下記条件式（１）および（２）を満たす撮影光学系であることを特徴とする。
Ｎｄ₆＜１．５５・・・（１）
νｄ₆＞５５・・・（２）

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の撮影光学系において、第６レンズは、物体側の面および像側の面が非球面にて構成され、第６レンズの焦点距離をｆ₆とし、撮影光学系の全系の焦点距離をｆとした場合、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする。
２．２＜ｆ₆／ｆ＜２．８・・・（３）

請求項３に記載の発明は、物体側から順に、物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、第２レンズはプラスチックにて構成され、第２レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₂とし、第２レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₂とした場合、下記条件式（４）および（５）を満たす撮影光学系であることを特徴とする。
Ｎｄ₂＜１．５５・・・（４）
νｄ₂＞５５・・・（５）

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の撮影光学系において、第２レンズは、像側の面が非球面にて構成され、第２レンズの焦点距離をｆ₂とし、撮影光学系の全系の焦点距離をｆとした場合、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする。
−３．１＜ｆ₂／ｆ＜−３．７・・・（６）

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の撮影光学系において、後群は光軸上を移動可能に設けられ、ｆ_Rを後群の焦点距離とし、ｆを撮影光学系の前傾の焦点距離とした場合、下記条件式（７）を満たすことを特徴とする。
２．１＜ｆ_R／ｆ＜２．４・・・（７）

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の撮影光学系を有する撮影レンズユニットであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６記載の撮影レンズユニットを有する撮影装置であることを特徴とする。

本発明の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置によれば、小型で広画角、大口径でかつ被写体距離によらず高性能な撮影光学系を低価格で提供することができる。

以下に、本実施形態の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置について図面を参照しながら説明する。なお本実施形態は以下に述べるものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
図１は、本実施形態の撮影光学系の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の撮影光学系は前群と後群とを備えている。前群は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負レンズである第２レンズＬ２と、正レンズである第３レンズＬ３とが物体側（像面側）より順に設けられている。また後群は、正レンズである第４レンズＬ４と負レンズである第５レンズＬ５とを一体化した接合レンズと、正レンズである第６レンズＬ６とが、前群同様物体側より順に設けられている。また、前群と後群との間には絞りＦＡ１が設けられている。

前群の最も像側の負レンズ（本実施形態では第２レンズＬ２）と後群の最も像側の正レンズ（本実施形態では第６レンズＬ６）とのうち、いずれか一方（または両方）をプラスチック材料からなるレンズとして構成する。また後群は、被写体との距離の変化による焦点位置の補償のため、光軸上を移動可能に設けられている。この構成にて後群を移動させることにより、被写体となる物体距離の変化による焦点位置の補償（合焦）を行う。

また、後群の最も像側の正レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₆とし、後群の最も像側の正レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₆とした場合、下記条件式（１），（２）を満足するよう構成する。

Ｎｄ₆＜１．５５・・・（１）
νｄ₆＜５５・・・（２）

また、前群の最も像側の負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₂とし、前群の最も像側の負レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₂とした場合、下記条件式（４），（５）を満足するよう構成する。

Ｎｄ₂＜１．５５・・・（４）
νｄ₂＜５５・・・（５）

このような構成をとることで、大口径で広角、かつ小型の撮影光学系を低コストで実現することができる。

被写体が無限遠から近距離へと近づくと、周辺像の最良面は画面中心に対して光軸方向プラス側（ここでは、被写体から像面へ向かう方向をプラスの方向、像面から被写体へ向かう方向をマイナスの方向として説明する）へと変化する。これに対して、前群と後群との間隔が狭くなるように変化すると、周辺像の最良面は光軸方向マイナス側へと変化する。

ここで後群を移動させる際に、ｆ_Rを後群の焦点距離とし、ｆを撮影光学系の前傾の焦点距離とした場合、下記条件式（７）を満足するよう構成する。

２．１＜ｆ_R／ｆ＜２．４・・・（７）

無限遠被写体に合焦している状態か被写体が近距離へ変化した場合、焦点位置の補償（合焦）のために後群を移動させると、後群は被写体側へ移動することになる。すなわち、前群と後群との間隔が狭くなる。したがって、被写体距離の変化による周辺像最良面の変化を、焦点位置補償動作による前群と後群との間隔変化による周辺像最良面の移動が相殺することになる。この結果、被写体距離が変化しても周辺像最良面の位置が略一定に保たれ、被写体距離の変化による性能劣化を防止することができる。

さらに本実施形態では、下記条件式（３）を満足することにより、前述の周辺像最良面の変化が小さく、小型の撮影光学系を提供することを可能としている。

２．２＜ｆ₆／ｆ＜２．８・・・（３）
（ただし、ｆ₆は後群の最も像側の正レンズの焦点距離を表し、ｆは撮影光学系全系の焦点距離を表す。）

上記条件式（３）の上限を超えると、後群の最も像側の正レンズの焦点距離が長くなり、撮影光学系のバックフォーカスの長大化につながり、したがって撮影光学系が大きくなってしまう。一方、上記条件式（３）の下限を超えると、後群の最も像側の正レンズの焦点距離が短くなり、最良像面の変化を小さく保つことが困難になる。また、後群の最も像側の正レンズが光軸からずれた場合における性能の劣化が大きくなってしまい、撮影光学系の組立性が悪化することとなる。

また本実施形態では、下記の条件式（６）および条件式（７）を満足することによっても、周辺像最良面の変化が小さく小型で、かつ広角で大口径の撮影光学系を実現するには有効である。

−３．１＜ｆ₂／ｆ＜−３．７・・・（６）
（ただし、ｆ₂は前群の最も像側の負レンズの焦点距離を表し、ｆは撮影光学系全系の焦点距離を表す。）

２．１＜ｆ_R／ｆ＜２．４・・・（７）
（ただし、ｆ_Rは後群の焦点距離を表し、ｆは撮影光学系全系の焦点距離を表す。）

上記条件式（６）の上限を超えると、前群の最も像側の負レンズの焦点距離が長くなり、撮影光学系全長が長くなってしまう。一方、上記条件式（６）の下限を超えると、前群の最も像側の負レンズの焦点距離が短くなり、負の歪曲収差が大きくなってしまう。

また、上記条件式（７）の上限を超えると、後群の焦点距離が長くなり、無限遠の被写体から近距離の物体へと焦点を合わせた時の後群の移動量が大きくなり、後群の移動量を確保するために撮影光学系が大きくなる。一方、上記条件式（７）の下限を超えると、後群の焦点距離が短くなり、負の歪曲収差が大きくなってしまい良好な性能を得ることができない。

以上のように、本実施形態の撮影光学系を用いれば、小型、広角、大口径で物体距離によらず高性能な撮影レンズを低コストで実現することができる。

以下に、本実施形態の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置の実施例を説明する。
各実施例中、最も像面側の屈折力を有するレンズ（本実施形態では第６レンズ）と像面との間にある平行平板には、水晶ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等のフィルタ類、または例えばＣＣＤなどの撮像素子を保護する保護ガラスなどが用いられる。

非球面は、光軸からの高さをＨとしたとき、面頂点からの光軸方向の変位量をＳとして下記式（８）で表される。ただし、Ｒは曲率半径、Ａ_2iは非球面係数である。

なお、以下の各実施例中では、レンズ等の各光学系の符号や各光学面に付した面番号などを、説明の簡略化のため同じ番号で説明している。しかしこの符号や面番号は実施例ごとにそれぞれ異なるものであり、同じ符号や面番号を使用していても、実施例ごとにそれぞれ独立である。

図１は、実施例１の撮影光学系を模式的に示す図である。本実施例の撮影光学系は前群と後群とを備えており、物体側から順に、前群は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負レンズである第２レンズＬ２と、正レンズである第３レンズＬ３とが物体側（像面側）より順に設けられている。また後群は、正レンズである第４レンズＬ４と負レンズである第５レンズＬ５とを一体化した接合レンズと、正レンズである第６レンズＬ６とが、前群同様物体側より順に設けられている。また、前群と後群との間には絞りＦＡ１が設けられている。

ここで、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、ＦＮＯ＝２．４、半画角ω＝３９°とした場合、本実施例のレンズデータは表１のようになる。

また、符号２，４，１１，１２の各光学面は非球面であり、そのパラメータを表２に示す。

そして、本実施例における上記条件式（３），（６），（７）の数値は以下の通りであり、いずれも各条件式を満足するものである。
・条件式（３）＝２．７４
・条件式（６）＝−３．７７
・条件式（７）＝２．２６

図２は、本実施例の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図である。図２（ａ）は球面収差を示し、図２（ｂ）は非点収差を示し、図２（ｃ）は歪曲収差を示す。このように本実施例では、いずれも収差は良好に補正、抑制されている。

図３は、実施例２の撮影光学系を模式的に示す図である。本実施例の撮影光学系は前群と後群とを備えており、物体側から順に、前群は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負レンズである第２レンズＬ２と、正レンズである第３レンズＬ３とが物体側（像面側）より順に設けられている。また後群は、正レンズである第４レンズＬ４と負レンズである第５レンズＬ５とを一体化した接合レンズと、正レンズである第６レンズＬ６とが、前群同様物体側より順に設けられている。また、前群と後群との間には絞りＦＡ１が設けられている。

ここで、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、ＦＮＯ＝２．５、半画角ω＝３９°とした場合、本実施例のレンズデータは表３のようになる。

また、符号４，１１，１２の各光学面は非球面であり、そのパラメータを表４に示す。

そして、本実施例における上記条件式（３），（６），（７）の数値は以下の通りであり、いずれも各条件式を満足するものである。
・条件式（３）＝２．４３
・条件式（６）＝−３．５７
・条件式（７）＝２．３６

図４は、本実施例の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図である。図４（ａ）は球面収差を示し、図４（ｂ）は非点収差を示し、図４（ｃ）は歪曲収差を示す。このように本実施例においても、いずれも収差は良好に補正、抑制されている。

図５は、実施例３の撮影光学系を模式的に示す図である。本実施例の撮影光学系は前群と後群とを備えており、物体側から順に、前群は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負レンズである第２レンズＬ２と、正レンズである第３レンズＬ３とが物体側（像面側）より順に設けられている。また後群は、正レンズである第４レンズＬ４と負レンズである第５レンズＬ５とを一体化した接合レンズと、正レンズである第６レンズＬ６とが、前群同様物体側より順に設けられている。また、前群と後群との間には絞りＦＡ１が設けられている。

ここで、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、ＦＮＯ＝２．５、半画角ω＝３９°とした場合、本実施例のレンズデータは表５のようになる。

また、符号４，１１，１２の各光学面は非球面であり、そのパラメータを表６に示す。

そして、本実施例における上記条件式（３），（６），（７）の数値は以下の通りであり、いずれも各条件式を満足するものである。
・条件式（３）＝２．７４
・条件式（６）＝−３．７７
・条件式（７）＝２．２６

図６は、本実施例の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図である。図６（ａ）は球面収差を示し、図６（ｂ）は非点収差を示し、図６（ｃ）は歪曲収差を示す。このように本実施例においても、いずれも収差は良好に補正、抑制されている。

図７は、本実施形態のデジタルカメラを模式的に示す図である。このデジタルカメラは、前述した本実施形態の撮像光学系、および当該撮像光学系を有する撮影レンズユニットを備えている。

本実施形態のデジタルカメラは、図７に示すように、光学ファインダ２１と、撮影レンズユニット２２と、ＬＣＤ表示部２３と、メインスイッチ２４と、レリーズ釦２５と、ＬＣＤモニタ２６とを備えている。

ユーザはメインスイッチ２４をＯＮすることでデジタルカメラを起動する。光学ファインダ２１によりユーザは被写体画像のピントを合わせることになる。実際には、撮影レンズユニット２２を制御することで合焦を行う。この撮影レンズユニット２２を介して被写体の光学画像が入力され、デジタルカメラ内部の各種制御部や画像処理部などにて被写体画像に処理が施される。そして、レリーズ釦２５を押下することで被写体画像が撮影される。この撮像画像はＬＣＤモニタ２６に表示される。また、ＬＣＤ表示部２３には各種のパラメータが表示され、ユーザは、撮影時などにもこのパラメータを利用する。

このように、本実施形態の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置によれば、大口径で広角、かつ小型の撮影光学系を低コストで実現することができる。

本実施形態の撮影光学系、撮影レンズユニットおよび撮影装置は、デジタルカメラのみならずビデオカメラや携帯情報端末などにも応用が可能である。

本実施形態の撮影光学系の構成を示す図である。 実施例１の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図であり、（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差を示す。 実施例２の撮影光学系の構成を示す図である。 実施例２の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図であり、（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差を示す。 実施例３の撮影光学系の構成を示す図である。 実施例３の撮影光学系における物体距離が無限遠の場合の収差図であり、（ａ）は球面収差を示し、（ｂ）は非点収差を示し、（ｃ）は歪曲収差を示す。 本実施形態のデジタルカメラの構成を示す図である。

符号の説明

２１ 光学ファインダ
２２ 撮影レンズユニット
２３ ＬＣＤ表示部
２４ メインスイッチ
２５ レリーズ釦
２６ ＬＣＤモニタ
Ｌ１〜Ｌ６ 第１〜第６レンズ
ＦＡ１ 絞り

Claims (7)

1. 物体側から順に、前記物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、
   物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、
   前記第６レンズはプラスチックにて構成され、当該第６レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₆とし、当該第６レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₆とした場合、下記条件式（１）および（２）を満たすことを特徴とする撮影光学系。
   Ｎｄ₆＜１．５５・・・（１）
   νｄ₆＞５５・・・（２）
2. 前記第６レンズは、前記物体側の面および像側の面が非球面にて構成され、前記第６レンズの焦点距離をｆ₆とし、前記撮影光学系の全系の焦点距離をｆとした場合、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮影光学系。
   ２．２＜ｆ₆／ｆ＜２．８・・・（３）
3. 物体側から順に、前記物体側に凸面を負メニスカスレンズにて構成される第１レンズと、負レンズにて構成される第２レンズと、正レンズにて構成される第３レンズとを備える前群と、
   物体側から順に、正レンズにて構成される第４レンズと、負レンズにて構成される第５レンズと、正レンズにて構成される第６レンズとを備える後群とを有し、
   前記第２レンズはプラスチックにて構成され、当該第２レンズのｄ線に対する屈折率をＮｄ₂とし、当該第２レンズのｄ線に対するアッベ数をνｄ₂とした場合、下記条件式（４）および（５）を満たすことを特徴とする撮影光学系。
   Ｎｄ₂＜１．５５・・・（４）
   νｄ₂＞５５・・・（５）
4. 前記第２レンズは、像側の面が非球面にて構成され、前記第２レンズの焦点距離をｆ₂とし、前記撮影光学系の全系の焦点距離をｆとした場合、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項３記載の撮影光学系。
   −３．１＜ｆ₂／ｆ＜−３．７・・・（６）
5. 前記後群は光軸上を移動可能に設けられ、ｆ_Rを前記後群の焦点距離とし、ｆを前記撮影光学系の前傾の焦点距離とした場合、下記条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮影光学系。
   ２．１＜ｆ_R／ｆ＜２．４・・・（７）
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の撮影光学系を有する撮影レンズユニット。
7. 請求項６記載の撮影レンズユニットを有する撮影装置。

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