JP2012088708A - 広角リレーレンズ及びこれを用いる光学システム - Google Patents
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Abstract
【課題】広角リレーレンズ及びこれを用いる光学システムを提供する。
【解決手段】広角リレーレンズは、瞳面を有するメインレンズの物体側に設置され、物体側から像側に向かって順に配列される第１レンズ及び第２レンズを備え、第一レンズ及び第二レンズは、第一レンズ又は第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に別々に広角リレーレンズの像側及び物体側から入射した光線が屈折する平面である前方主面及び後方主面を備え、且つ以下の条件式を満足する。０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７、１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１、０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５。ｆ１及びｆ２は、第一レンズ及び第二レンズの有効焦点距離であり、ｖ１及びｖ２は、第一レンズ及び第二レンズのアッベ数であり、Ｄ１は第一レンズの後方主面と第二レンズの前方主面との距離であり、Ｄ２は第二レンズの後方主面とメインレンズの瞳面との距離である。
【選択図】図１
【解決手段】広角リレーレンズは、瞳面を有するメインレンズの物体側に設置され、物体側から像側に向かって順に配列される第１レンズ及び第２レンズを備え、第一レンズ及び第二レンズは、第一レンズ又は第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に別々に広角リレーレンズの像側及び物体側から入射した光線が屈折する平面である前方主面及び後方主面を備え、且つ以下の条件式を満足する。０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７、１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１、０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５。ｆ１及びｆ２は、第一レンズ及び第二レンズの有効焦点距離であり、ｖ１及びｖ２は、第一レンズ及び第二レンズのアッベ数であり、Ｄ１は第一レンズの後方主面と第二レンズの前方主面との距離であり、Ｄ２は第二レンズの後方主面とメインレンズの瞳面との距離である。
【選択図】図１
Description
本発明は、広角リレーレンズ及びこれを用いる光学システムに関するものである。
デジタルカメラ又はデジタルビデオの普及に伴い、人々の撮影品質に対する要求も次第に高くなり、広角画面を撮影するために、デジタルカメラ又はデジタルビデオにマッチングする広角レンズを必要とするが、広角レンズの値段が高いので、使用者に大きい経済的負担をもたらす。
本発明の目的は、広角画像を撮影することができる広角リレーレンズ及びこれを用いる光学システムを提供することである。
前記目的を達成するため、本発明に係る広角リレーレンズは、光線を入射させる窓口である瞳面を有するメインレンズの物体側に設置され、物体側から像側に向かって順に配列される負の屈折力を有する第１レンズ及び正の屈折力を有する第２レンズを備え、前記第一レンズ及び前記第二レンズは、全て前方主面及び後方主面を備え、前記前方主面は、前記第一レンズ又は前記第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズの像側から入射した光線が屈折する平面であり、前記後方主面は、前記第一レンズ又は前記第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズの物体側から入射した光線が屈折する平面であり、以下の条件式を満足する。
０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７
１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１
０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５
ただし、ｆ１は前記第一レンズの有効焦点距離であり、ｆ２は前記第二レンズの有効焦点距離であり、ｖ１は前記第一レンズのアッベ数であり、ｖ２は、前記第二レンズのアッベ数であり、Ｄ１は前記第一レンズの後方主面と前記第二レンズの前方主面との間の距離であり、Ｄ２は前記第二レンズの後方主面と前記メインレンズの瞳面との間の距離である。
０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７
１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１
０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５
ただし、ｆ１は前記第一レンズの有効焦点距離であり、ｆ２は前記第二レンズの有効焦点距離であり、ｖ１は前記第一レンズのアッベ数であり、ｖ２は、前記第二レンズのアッベ数であり、Ｄ１は前記第一レンズの後方主面と前記第二レンズの前方主面との間の距離であり、Ｄ２は前記第二レンズの後方主面と前記メインレンズの瞳面との間の距離である。
前記目的を達成するため、本発明に係る光学システムは、光線を入射させる窓口である瞳面を有するメインレンズと、前記メインレンズの物体側に設置される前記広角リレーレンズと、を備え、前記メインレンズの光軸と前記広角リレーレンズの光軸とは重なり合う。
本発明の光学システムにおいて、メインレンズの物体側に広角リレーレンズを設置することにより、広角倍率を高めて、広角画像を撮影することができ、使用者の経済的負担を下げる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１を参照すると、本発明の実施例に係る光学システム３００は、広角リレーレンズ１００と、前記広角リレーレンズ１００の像側に設置されるメインレンズ２００と、を備える。前記メインレンズ２００の光軸と前記広角リレーレンズ１００の光軸とは重なり合う。前記メインレンズ２００は、瞳面（ｐｕｐｉｌ ｐｌａｎｅ）２２０と、結像面２３１を有するイメージセンサー２３０と、を備える。前記瞳面２２０は、光線が前記メインレンズ２００に入射する窓口であり、即ち絞りが所在する平面に相当する。
前記広角リレーレンズ１００は、物体側から像側に向かって順に配列される負の屈折力を有する第１レンズ１０及び正の屈折力を有する第２レンズ２０を備える。前記第１レンズ１０は、物体側に対向する第一物体側表面１１及び像側に対向する第一像側表面１２を備える。前記第一物体側表面１１は平面であり、前記第一像側表面１２は凹面である。前記第二レンズ２０は、物体側に対向する第二物体側表面２１及び像側に対向する第二像側表面２２を備える。前記第二物体側表面２１及び前記第二像側表面２２は、全て凸面である。前記第一レンズ１０及び前記第二レンズ２０は、全て前方主面及び後方主面を備える。前記前方主面は、前記第一レンズ１０又は前記第二レンズ２０を厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズ１００の像側から入射した光線が屈折する平面であり、前記後方主面は、前記第一レンズ１０又は前記第二レンズ２０を厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズ１００の物体側から入射した光線が屈折する平面である。
前記広角リレーレンズ１００は、以下の条件式を満足している。
０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７ ……（１）
ｆ１は、前記第一レンズ１０の有効焦点距離であり、ｆ２は、前記第二レンズ２０の有効焦点距離である。前記第一レンズ１０の有効焦点距離が大きすぎると、前記第一レンズ１０と前記第二レンズ２０との間の距離を増大させることが必要とされて、前記広角リレーレンズ１００の厚さが増加する。前記第一レンズ１０の有効焦点距離が小さすぎると、前記第一レンズ１０と前記第二レンズ２０との間の距離が減少し、前記光学システム３００のコマ収差及び横色収差を修正し難い。
ｆ１は、前記第一レンズ１０の有効焦点距離であり、ｆ２は、前記第二レンズ２０の有効焦点距離である。前記第一レンズ１０の有効焦点距離が大きすぎると、前記第一レンズ１０と前記第二レンズ２０との間の距離を増大させることが必要とされて、前記広角リレーレンズ１００の厚さが増加する。前記第一レンズ１０の有効焦点距離が小さすぎると、前記第一レンズ１０と前記第二レンズ２０との間の距離が減少し、前記光学システム３００のコマ収差及び横色収差を修正し難い。
１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１ ……（２）
ｖ１は、前記第一レンズ１０のアッベ数であり、ｖ２は、前記第二レンズ２０のアッベ数である。ｖ１が大きすぎると、前記光学システム３００の非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）を修正し難い。ｖ１が小さすぎると、前記光学システム３００の横色収差が過大となる。
ｖ１は、前記第一レンズ１０のアッベ数であり、ｖ２は、前記第二レンズ２０のアッベ数である。ｖ１が大きすぎると、前記光学システム３００の非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ）を修正し難い。ｖ１が小さすぎると、前記光学システム３００の横色収差が過大となる。
０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５ ……（３）
Ｄ１は、前記第一レンズ１０の後方主面と前記第二レンズ２０の前方主面との間の距離であり、Ｄ２は、前記第二レンズ２０の後方主面と前記メインレンズ２００の瞳面２２０との間の距離である。Ｄ１が小さすぎると、前記光学システム３００のコマ収差を修正し難い。Ｄ１が大きすぎると、前記光学システム３００の非点収差は過大となる。
Ｄ１は、前記第一レンズ１０の後方主面と前記第二レンズ２０の前方主面との間の距離であり、Ｄ２は、前記第二レンズ２０の後方主面と前記メインレンズ２００の瞳面２２０との間の距離である。Ｄ１が小さすぎると、前記光学システム３００のコマ収差を修正し難い。Ｄ１が大きすぎると、前記光学システム３００の非点収差は過大となる。
前記広角リレーレンズ１００は、以下の条件式を満足することが好ましい。
−１．１８＜（Ｒ２１＋Ｒ２２）／（Ｒ２１−Ｒ２２）＜０．６２ ……（４）
Ｒ２１は、前記第二物体側表面２１の曲率半径であり、Ｒ２２は、前記第二像側表面２２の曲率半径である。前記条件式が上限より高いと、前記光学システム３００の非点収差は大きすぎて修正し難い。前記条件式が下限より低いと、前記光学システム３００の横色収差は悪くなる。
−１．１８＜（Ｒ２１＋Ｒ２２）／（Ｒ２１−Ｒ２２）＜０．６２ ……（４）
Ｒ２１は、前記第二物体側表面２１の曲率半径であり、Ｒ２２は、前記第二像側表面２２の曲率半径である。前記条件式が上限より高いと、前記光学システム３００の非点収差は大きすぎて修正し難い。前記条件式が下限より低いと、前記光学システム３００の横色収差は悪くなる。
以下、３つの実施形態を挙げて本発明の光学システム３００に対して説明する。
（第一実施形態）
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表１の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２５ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５５Ｘであり、ｆ１＝−１８．９１ｍｍであり、ｆ２＝３４．０５１ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５５５であり、Ｄ１＝１５．５ｍｍであり、Ｄ２＝３．３３ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．２１５であり、ｖ１/ｖ２＝３．１１であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝０．６１８である。
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表１の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２５ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５５Ｘであり、ｆ１＝−１８．９１ｍｍであり、ｆ２＝３４．０５１ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５５５であり、Ｄ１＝１５．５ｍｍであり、Ｄ２＝３．３３ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．２１５であり、ｖ１/ｖ２＝３．１１であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝０．６１８である。
本実施形態に係る光学システム３００において、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図２乃至図４に示した。図２は、ｇ線（波長が４３６ｎｍである）、Ｆ線（波長が４８６ｎｍである）、ｅ線（波長が５４６ｎｍである）、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）、Ｃ線（波長が６５６ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係る光学システム３００の可視光線（波長範囲は、４００ｎｍ〜７００ｎｍである）に対する球面収差値は−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲である。図３に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図４に示したように、歪曲収差は、−５０％〜５０％の範囲内に制御される。前記光学システム３００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、よく校正することができる。
（第二実施形態）
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表２の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２３ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５４Ｘであり、ｆ１＝−１３．５５９ｍｍであり、ｆ２＝２４．８８２ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５４５であり、Ｄ１＝１１．３８７ｍｍであり、Ｄ２＝７．４３６ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．６５３であり、ｖ１/ｖ２＝１．５４８であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝−０．０７である。
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表２の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２３ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５４Ｘであり、ｆ１＝−１３．５５９ｍｍであり、ｆ２＝２４．８８２ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５４５であり、Ｄ１＝１１．３８７ｍｍであり、Ｄ２＝７．４３６ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．６５３であり、ｖ１/ｖ２＝１．５４８であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝−０．０７である。
本実施形態に係る光学システム３００において、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図５乃至図７に示した。図５は、ｇ線（波長が４３６ｎｍである）、Ｆ線（波長が４８６ｎｍである）、ｅ線（波長が５４６ｎｍである）、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）、Ｃ線（波長が６５６ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係る光学システム３００の可視光線（波長範囲は、４００ｎｍ〜７００ｎｍである）に対する球面収差値は−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲である。図６に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図７に示したように、歪曲収差は、−５０％〜５０％の範囲内に制御される。前記光学システム３００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、よく校正することができる。
（第三実施形態）
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表３の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２６ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５５Ｘであり、ｆ１＝−１７．４１ｍｍであり、ｆ２＝３１．３４８ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５５５であり、Ｄ１＝１４．１２５ｍｍであり、Ｄ２＝４．６９ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．３３２であり、ｖ１/ｖ２＝２．２１であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝−１．１８である。
前記光学システム３００の各々の光学素子は、表３の条件を満足し、前記メインレンズ２００の有効焦点距離ｆ３＝４．１ｍｍであり、前記光学システム３００の合成焦点距離ｆ４＝２．２６ｍｍであり、前記広角リレー倍率ｆ４/ｆ３＝０．５５Ｘであり、ｆ１＝−１７．４１ｍｍであり、ｆ２＝３１．３４８ｍｍであり、｜ｆ１／ｆ２｜＝０．５５５であり、Ｄ１＝１４．１２５ｍｍであり、Ｄ２＝４．６９ｍｍであり、Ｄ２/Ｄ１＝０．３３２であり、ｖ１/ｖ２＝２．２１であり、（Ｒ２１＋Ｒ２２）/（Ｒ２１−Ｒ２２）＝−１．１８である。
本実施形態に係る光学システム３００において、球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、図８乃至図１０に示した。図８は、ｇ線（波長が４３６ｎｍである）、Ｆ線（波長が４８６ｎｍである）、ｅ線（波長が５４６ｎｍである）、ｄ線（波長が５８８ｎｍである）、Ｃ線（波長が６５６ｎｍである）の球面収差値を示す。本実施形態に係る光学システム３００の可視光線（波長範囲は、４００ｎｍ〜７００ｎｍである）に対する球面収差値は−０．０５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲である。図９に示したように、Ｓ（Ｓａｇｉｔｔａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）及びＴ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｕｒｖｅ）は、全て−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲内に制御される。図１０に示したように、歪曲収差は、−５０％〜５０％の範囲内に制御される。前記光学システム３００の球面収差、像面湾曲及び歪曲収差は、よく校正することができる。
本発明の光学システムにおいて、メインレンズの物体側に広角リレーレンズを設置することにより、広角倍率を高めて、広角画像を撮影することができ、使用者の経済的負担を下げる。
以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まる。
１０ 第一レンズ
１１ 第一物体側表面
１２ 第一像側表面
２０ 第二レンズ
２１ 第二物体側表面
２２ 第二像側表面
１００ 広角リレーレンズ
２００ メインレンズ
２２０ 瞳面
２３０ イメージセンサー
２３１ 結像面
３００ 光学システム
１１ 第一物体側表面
１２ 第一像側表面
２０ 第二レンズ
２１ 第二物体側表面
２２ 第二像側表面
１００ 広角リレーレンズ
２００ メインレンズ
２２０ 瞳面
２３０ イメージセンサー
２３１ 結像面
３００ 光学システム
Claims (3)
- 光線を入射させる窓口である瞳面を有するメインレンズの物体側に設置される広角リレーレンズであって、
物体側から像側に向かって順に配列される負の屈折力を有する第１レンズ及び正の屈折力を有する第２レンズを備え、
前記第一レンズ及び前記第二レンズは、全て前方主面及び後方主面を備え、前記前方主面は、前記第一レンズ又は前記第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズの像側から入射した光線が屈折する平面であり、前記後方主面は、前記第一レンズ又は前記第二レンズを厚さがない平面に等価した場合に前記広角リレーレンズの物体側から入射した光線が屈折する平面であり、
以下の条件式を満足することを特徴とする広角リレーレンズ。
０．５３＜｜ｆ１／ｆ２｜＜０．５７
１．５４＜ｖ１／ｖ２＜３．１１
０．２２＜Ｄ２／Ｄ１＜０．６５
ただし、ｆ１は前記第一レンズの有効焦点距離であり、ｆ２は前記第二レンズの有効焦点距離であり、ｖ１は前記第一レンズのアッベ数であり、ｖ２は、前記第二レンズのアッベ数であり、Ｄ１は前記第一レンズの後方主面と前記第二レンズの前方主面との間の距離であり、Ｄ２は前記第二レンズの後方主面と前記メインレンズの瞳面との間の距離である。 - 前記第一レンズは、物体側に対向する平面である第一物体側表面及び像側に対向する凹面である第一像側表面を備え、前記第二レンズは、物体側に対向する第二物体側表面及び像側に対向する第二像側表面を備えることを特徴とする請求項１に記載の広角リレーレンズ。
- 前記広角リレーレンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の広角リレーレンズ。
−１．１８＜（Ｒ２１＋Ｒ２２）／（Ｒ２１−Ｒ２２）＜０．６２
ただし、Ｒ２１は前記第二物体側表面の曲率半径であり、Ｒ２２は前記第二像側表面の曲率半径である。
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