JP2011242520A5

JP2011242520A5 - 結像光学系を用いた撮像装置

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Publication number: JP2011242520A5
Application number: JP2010113190A
Authority: JP
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2030-05-17

Description

本発明は、このような状況を鑑み発明されたものであって、広い画角を確保しながらも、小型化と周辺光量の確保、良好な結像性能の確保を行いやすいフォーカス時全長が一定の結像光学系を用いた撮像装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る一実施形態は、
結像光学系、
及び前記結像光学系の像側に配置され光学像を電気信号に変換する撮像面を持つ撮像素子
を有する撮像装置において、
前記結像光学系は、
明るさ絞りと、
前記明るさ絞りよりも物体側に配置された前側レンズ群（ＬＦ）と、
前記明るさ絞りよりも像側に配置された正屈折力の後側レンズ群（ＬＲ）とからなり、
前記前側レンズ群（ＬＦ）は物体側から像側に順に負屈折力の第１副レンズ群（Ｌ１）と正屈折力の第２副レンズ群（Ｌ２）とからなり、
前記後側レンズ群（ＬＲ）は物体側から像側に順に最も像側の面が凸面である第３副レンズ群（Ｌ３）と正屈折力の第４副レンズ群（Ｌ４）とからなり、
前記第１副レンズ群は位置が固定であることを基本構成としている。

本発明に係る結像光学系を用いた撮像装置は、このような基本構成とすることで、いわゆるレトロフォーカスタイプと呼ばれるレンズ配置となり、広い画角を確保しつつ射出瞳を像面から離しやすい結像光学系となる。このレンズ配置においては、負の方向のディストーションを許容することでバックフォーカスを適度に短くでき、このレンズ配置のタイプにおける更なる小型化と性能確保が可能になる。

また、本発明の一実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置では、
前記後側レンズ群はフォーカシング時に移動するフォーカシングレンズ群を有し、
前記第１副レンズ群（ＬＲ）は少なくとも１つの負レンズを含み、
前記第１副レンズ群中の負レンズで最も物体側に配置された負レンズを第１の負レンズ（ｎ１）としたときに、
前記第１の負レンズは、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、
以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
１．１ ≦ ＳＦｎ１ ≦ ５．０（４）
ただし、
ＳＦｎ１＝（Ｒｎ１ｆ＋Ｒｎ１ｒ）／（Ｒｎ１ｆ−Ｒｎ１ｒ）であり
Ｒｎ１ｆは、前記第１の負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒｎ１ｒは、前記第１の負レンズの像側面の近軸曲率半径
である。

また、本発明の一実施形態に係る結像光学系を用いた撮像装置では、
前記後側レンズ群（ＬＲ）がフォーカシング時に移動する正屈折力のフォーカシングレンズ群を有し、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
−１４０％＜ＤＴ＜ −４０％（８）
ただし、
ＤＴ＝（ＩＨω−ｆ・ｔａｎω）／（ｆ・ｔａｎω）×１００％であり、
ωは結像光学系の最大半画角、
ＩＨωは、最大半画角ωの主光線が像面と交わる点の光軸からの距離、
ｆは、結像光学系の全系の焦点距離、
Ｒ＿Ｌ１ｆは、第１副レンズ群の最も物体側のレンズ面の近軸曲率半径、
である。

Claims

結像光学系、
及び前記結像光学系の像側に配置され光学像を電気信号に変換する撮像面を持つ撮像素子
を有する撮像装置において、
前記結像光学系は、
明るさ絞りと、
前記明るさ絞りよりも物体側に配置された前側レンズ群と、
前記明るさ絞りよりも像側に配置された正屈折力の後側レンズ群とからなり、
前記前側レンズ群は物体側から像側に順に負屈折力の第１副レンズ群と正屈折力の第２副レンズ群とからなり、
前記後側レンズ群は物体側から像側に順に最も像側の面が凸面である第３副レンズ群と正屈折力の第４副レンズ群とからなり、
前記第１副レンズ群は位置が固定であり
前記第１副レンズ群は物体側に凸の最も物体側のレンズ面を有し、
前記第３副レンズ群は物体側に凹の最も物体側のレンズ面を有し、
以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする結像光学系を用いた撮像装置。
−１４０％ ≦ ＤＴ ≦ −７％（１）
−２．２ ≦ Ｒ＿Ｌ３ｆ／ｆ ≦ −０．２５（２）
０．８ ≦ Ｒ＿Ｌ１ｆ／ｆ ≦ ５．５（３）
ただし、
ＤＴ＝（ＩＨω−ｆ・ｔａｎω）／（ｆ・ｔａｎω）×１００％であり、
ωは結像光学系の最大半画角、
ＩＨωは、最大半画角ωの主光線が像面と交わる点の光軸からの距離、
ｆは、結像光学系の全系の焦点距離、
Ｒ＿Ｌ３ｆは、第３副レンズ群の最も物体側のレンズ面の近軸曲率半径、
Ｒ＿Ｌ１ｆは、第１副レンズ群の最も物体側のレンズ面の近軸曲率半径、
ｆＬＦは、前側レンズ群の焦点距離
である。
前記後側レンズ群はフォーカシング時に移動するフォーカシングレンズ群を有し、
前記第１副レンズ群は少なくとも１つの負レンズを含み、
前記第１副レンズ群中の負レンズで最も物体側に配置された負レンズを第１の負レンズとしたときに、
前記第１の負レンズは、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系を用いた撮像装置。
１．１ ≦ ＳＦｎ１ ≦ ５．０（４）
ただし、
ＳＦｎ１＝（Ｒｎ１ｆ＋Ｒｎ１ｒ）／（Ｒｎ１ｆ−Ｒｎ１ｒ）であり
Ｒｎ１ｆは、前記第１の負レンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒｎ１ｒは、前記第１の負レンズの像側面の近軸曲率半径
である。
前記後側レンズ群がフォーカシング時に移動する正屈折力のフォーカシングレンズ群を有し、
前記第１副レンズ群は少なくとも負レンズを含み、
前記第１副レンズ群中の負レンズで最も物体側に配置された負レンズを第１の負レンズとしたとき、
前記第１の負レンズは、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、
以下の条件式（５）、（６）、（７）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−３ ≦ ｆｎ１／ｆＬＲ ≦ −０．５（５）
−２ ≦ ｆｎ１１／ｆＬＲ ≦ −０．１（６）
Ｔｍａｘ／ＩＨω３０ ≦ １．２（７）
ただし、
ｆｎ１は、前記第１の負レンズの焦点距離、
ｆｎ１１は、前記第１の負レンズとその負レンズの像側直後に配置されたレンズとの合成焦点距離、
ｆＬＲは、前記後側レンズ群の焦点距離、
Ｔｍａｘは、前記第１の負レンズに接する像側の空間を除く結像光学系中の複数のレンズに挟まれる空間の距離のうちの最大値、
ＩＨω３０は、半画角３０度の主光線が像面と交わる点の光軸からの距離
である。
前記後側レンズ群がフォーカシング時に移動する正屈折力のフォーカシングレンズ群を有し、
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−１４０％＜ＤＴ＜ −４０％（８）
フォーカシングを行うフォーカシングレンズ群を後側レンズ群中に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
フォーカシングを行う前記フォーカシングレンズ群を正の屈折力としたことを特徴とする請求項５に記載の結像光学系を用いた撮像装置。
前記第４副レンズ群が前記フォーカシングレンズ群であることを特徴とする請求項６に記載の結像光学系を用いた撮像装置。
フォーカシングに際して一つのレンズ群のみが一体で移動することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
０．８ ≦ ｆｂ／ｆ ≦ ２．７（９）
ただし、
ｆｂは、結像光学系の最も像側のレンズ面から像面までの空気換算距離、
ｆは、結像光学系の全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
０．８ ≦ ｆｂ／ＩＨω ≦ ２．４（１０）
ただし、
ｆｂは、結像光学系の最も像側のレンズ面から像面までの空気換算距離
ＩＨωは、最大半画角ωの主光線が像面と交わる点の光軸からの距離、
である。
前記結像光学系は単焦点レンズであり、前記結像光学系中の移動可能なレンズ群は、１つのフォーカシングレンズ群のみであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
前記フォーカシングレンズ群中のレンズの総数が２以下であることを特徴とする請求項１１記載の結像光学系を用いた撮像装置。
前記第４副レンズ群がフォーカシング時に移動する唯一のレンズ群であり、且つ前記第４副レンズ群に含まれるレンズの総数が２以下であることを特徴とする請求項１２記載の結像光学系を用いた撮像装置。
以下の条件式（１１）を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−１ ≦ Ｒ＿Ｌ３ｆ／ｆＬＲ ≦ −０．２（１１）
ただし、
Ｒ＿Ｌ３ｆは、第３副レンズ群の最も物体側のレンズ面の近軸曲率半径、
ｆＬＲは、前記後側レンズ群の焦点距離、
である。
前記第４副レンズ群が最も像側に配置されたレンズ群であることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
以下の条件式（１２）を満足することを特徴とする請求項１５記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−１．１ ≦ ＳＦ＿Ｌ４ ≦ ４．０（１２）
ただし、
ＳＦ＿Ｌ４＝（ＲＬ４ｆ＋ＲＬ４ｒ）／（ＲＬ４ｆ−ＲＬ４ｒ）であり
ＲＬ４ｆは、前記第４副レンズ群の物体側面の近軸曲率半径、
ＲＬ４ｒは、前記第４副レンズ群の像側面の近軸曲率半径
である。
以下の条件式（１３）を満足することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
０．８９５ ≦ ＩＨω３０／（ｆ・tan３０°） ≦ ０．９９（１３）
ＩＨω３０は、半画角３０度の主光線が像面と交わる点の光軸からの距離、
ｆは、結像光学系の全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（１４）を満足することを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
１．５≦ Σｄ／ＩＨω ≦ ６．０（１４）
ただし、
Σｄは、結像光学系の最も物体側レンズ面から最も像側レンズ面までの長さ、
ＩＨωは、最大半画角ωの主光線が像面と交わる点の光軸からの距離、
である。
フォーカシングの際に移動するフォーカシングレンズ群が１枚の正レンズであることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
フォーカシングの際に移動する前記１枚の正レンズの比重が以下の条件式（１５）を満足することを特徴とする請求項１９記載の結像光学系を用いた撮像装置。
０．８ ≦ Ｄｆｏ ≦ １．５（１５）
ただし、
Ｄｆｏは、フォーカシングの際に移動する前記１枚の正レンズの比重であり、単位はｇ／ｃｍ³
である。
フォーカシングの際に少なくとも１枚の正レンズが移動し、
以下の条件式（１６）を満足することを特徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
νｄ＿ｆｏ＞５０（１６）
ただし、
νｄ＿ｆｏは、フォーカシングの際に移動する正レンズのアッベ数の内の最大値
である。
前記第１副レンズ群は物体側から順に、負屈折力の第１の負レンズとその像側に配置された第２のレンズの２枚のみのレンズからなり、
前記第１の負レンズは像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、
前記第２のレンズは物体側の面よりも曲率の絶対値が大きい凹面の像側面をもち、
以下の条件式（１７）を満足することを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
０．４ ≦ＳＦ２≦６．０（１７）
ただし、
ＳＦ２＝（Ｒ２ｆ＋Ｒ２ｒ）／（Ｒ２ｆ−Ｒ２ｒ）であり
Ｒ２ｆは、前記第２のレンズの物体側面の近軸曲率半径、
Ｒ２ｒは、前記第２のレンズの像側面の近軸曲率半径
である。
前記第１副レンズ群は少なくとも負レンズを含み、
前記第１副レンズ群中の負レンズで最も物体側に配置された負レンズを第１の負レンズとしたとき、
前記第１の負レンズは、像側に凹面を向けた負レンズであり、
以下の条件（１８）を満足することを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
Ｔｍａｘ／Σｄ ≦ ０．２７（１８）
ただし、
Ｔｍａｘは、前記第１の負レンズに接する像側の空間を除く結像光学系中の複数のレンズに挟まれる空間の距離うちの最大値、
Σｄは、結像光学系の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の長さ、
である。
前記第１副レンズ群は少なくとも負レンズを含み、
前記第１副レンズ群中の負レンズで最も物体側に配置された負レンズを第１の負レンズとしたとき、
前記第１の負レンズは、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、
前記第１の負レンズは、前記第１副レンズ群中で最も物体側に配置されたレンズであることを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
以下の条件式（１９）を満足することを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−１ ≦ｆ／ｆＬＦ ≦ １．５（１９）
ｆは、結像光学系の全系の焦点距離、
ｆＬＦは、前側レンズ群の焦点距離
である。
レンズ成分を入射側の屈折面と像側の屈折面の２つのみの屈折面が光軸上にて空気に接するレンズ体とするとき、
前記第１副レンズ群が像側に凹面を向けた２つの負レンズ成分からなり、
前記２つの負レンズ成分の像側面の近軸曲率の絶対値は物体側面の近軸曲率の絶対値よりも小さく、
前記第２副レンズ群が正レンズを含む２枚から４枚のレンズからなり、
前記第３副レンズ群が１枚の負レンズと該１枚の負レンズの像側に配置された２枚以下の正レンズからなり、
前記第４副レンズ群が１つの正レンズ成分からなることを特徴とする請求項１から２５のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から２６のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−３ ≦ ｆｎ１／ｆＬＲ ≦ −０．５（５）
ただし、
ｆｎ１は、前記第１の負レンズの焦点距離、
ｆＬＲは、前記後側レンズ群の焦点距離、
である。
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から２７のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
−２ ≦ ｆｎ１１／ｆＬＲ ≦ −０．１（６）
ただし、
ｆｎ１１は、前記第１の負レンズとその負レンズの像側直後に配置されたレンズとの合成焦点距離、
ｆＬＲは、前記後側レンズ群の焦点距離、
である。
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載の結像光学系を用いた撮像装置。
Ｔｍａｘ／ＩＨω３０ ≦ １．２（７）
ただし、
Ｔｍａｘは、前記第１の負レンズに接する像側の空間を除く結像光学系中の複数のレンズに挟まれる空間の距離うちの最大値、
ＩＨω３０は、半画角３０度の主光線が像面と交わる点の光軸からの距離
である。