JP2014109763A - 撮像レンズ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像レンズは、物体側より順に、物体側の面が凸形状の正の第1レンズと、像面側に変曲点を持たない凸面を向けた負の第2レンズと、像面側に凹面を向けた正のメニスカス形状の第3レンズと、像面側に凸形状を向けたメニスカス形状の正の第4レンズと、光軸近傍において像面側に凹面を向け、光軸との交点以外の位置に変曲点を有した負の第5レンズと、からなり、さらに、次の条件を満たす。−3.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−1.0・・・(条件式1)、−10.0<(r31+r32)/(r31−r32)<−1.5 ・・・(条件式2)
【選択図】図1
Description
例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機や情報携帯端末等に使用される、5枚のレンズから構成される撮像レンズに関する。
この構成は、特にコマ収差の補正には有効であるが、偏心などの製造誤差に弱く、製造時に安定した性能の確保が困難となる。
また、特許文献1(WO2010−024198)、特許文献2(特開2012−08164)および特許文献3(特開2012−37763)では、正の第3レンズの像面側が凸形状となっている。
この構成は、隣接する正の第4レンズとの間に発生する空気レンズのパワーが確保できず、高い結像性能の確保が困難となる。
物体側より順に、
物体側の面が凸形状の正の第1レンズと、
像面側に変曲点を持たない凸面を向けた負の第2レンズと、
像面側に凹面を向けた正のメニスカス形状の第3レンズと、
像面側に凸形状を向けたメニスカス形状の正の第4レンズと、
光軸近傍において像面側に凹面を向け、光軸との交点以外の位置に変曲点を有した負の第5レンズと、からなり、
さらに、次の条件を満たす
ことを特徴とする。
−3.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−1.0 ・・・(条件式1)
−10.0<(r31+r32)/(r31−r32)<−1.5 ・・・(条件式2)
ここで、
r21は、前記第2レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r22は、前記第2レンズの像面側の面の近軸曲率半径、
r31は、前記第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r32は、前記第3レンズの像面側の面の近軸曲率半径である。
図1は、本発明に係る撮像レンズを示す図である。
(なお、図1は実施例1に従って設計したものである。実施例1の詳細な設計値は後記を参照されたい。)
撮像レンズは、物体側より順に、
第1レンズG1と、
第2レンズG2と、
第3レンズG3と、
第4レンズG4と、
第5レンズG5と、を備えている。
例えば撮像面保護用のカバーガラスや赤外線カットフィルターなどの平板状の光学部材が配置されている。
IPは像面である。
撮像レンズを、交換レンズシステムカメラ、監視カメラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際には、IPは、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当する。
撮像レンズを、銀塩フィルム用カメラに使用する場合、IPはフィルム面に相当する。
第1レンズG1は、物体側の面が凸形状の正レンズとし、さらに、本例では第1レンズG1は像側面も凸形状の両凸形状の正レンズである。
第1レンズG1の物体側の面を凸形状とすることで、撮像レンズに入射される光を集光し、第1レンズG1より後方のレンズの小型化を図りつつ、高い結像性能を確保することが可能である。
第2レンズG2は、像側の面が凸形状の負レンズとしている。更には像側の面には光軸以外の箇所で変曲点を設けない構成とした負のメニスカス形状のレンズとしている。第2レンズG2の像面側を、変曲点を持たない凸面を向けた負のレンズとすることで、製造時に発生する組込ばらつき、特に性能劣化に大きく影響を与える偏心への影響を軽減することが可能である。
第3レンズG3は、像側の面が凹形状の正のメニスカス形状のレンズとしている。第3レンズG3を、像面側に凹面を向けた正のメニスカスレンズとすることで、高い結像性能を得ることができる。
第4レンズG4は、像側の面が凸形状の正のメニスカス形状のレンズとしている。第4レンズG4を、像側に凸形状を向けた正のメニスカスレンズとすることで、画面周辺部まで諸収差を良好に補正することが可能である。
第5レンズG5は、光軸近傍において像側の面が凹形状となっている。第5レンズG5を、光軸近傍において像面側に凹面を向け、光軸との交点以外の位置に変曲点を有する負レンズとすることで、画面周辺部での諸収差を良好に補正でき、像面に入射する光線の入射角度特性が確保しやすくなる。
なお、一部のレンズを移動することで合焦作用を行っても良いが、無限遠物体から近距離物体における良好な性能確保、小型化においては、全体を移動することが好ましい。
r21は第2レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r22は第2レンズの像面側の面の近軸曲率半径、
r31は第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r32は第3レンズの像面側の面の近軸曲率半径を表している。
これは、製造誤差を低減させるための条件式である。
条件式(1)の上限を超えると、像側面の曲率は、変曲点を持たない像側に凸面を向けた形状を維持することができず、製造時に発生する組込ばらつきを抑えることが困難であり、好ましくない。
一方、物体側の曲率は、第2レンズの負の屈折力が維持できなくなり、特に画面周辺での性能確保が困難となり好ましくない。
条件式(1)の下限を下回ると、像側面の曲率がきつくなり、発散作用が強くなることで特に画面周辺での性能確保が困難となり好ましくない。
また、このときの物体側の曲率では、第2レンズの負の屈折力が弱くなり、発散作用をもたらす面が減ることでペッツバール和の補正が困難となり好ましくない。
これは、性能確保に最適な第3レンズを規定するための条件式である。
条件式(2)の上限を超えると、物体側の面の曲率はきつくなり、一方で像側面の曲率は緩くなる。
その結果、第3レンズの物体側面への光線入射角度はきつくなり、コマ収差の補正が困難となり好ましくない。
条件式(2)の下限を下回ると、物体側の面の曲率が緩くなり、一方で像側面の曲率はきつくなる。
その結果、球面収差が増大し収差補正が困難となるので好ましくない。
f1は第1レンズG1の焦点距離、
f2は第2レンズG2の焦点距離、
f3は第3レンズG3の焦点距離、
f4は第4レンズG4の焦点距離、
f5は第5レンズG5の焦点距離、
fは全系の焦点距離、を表している。
条件式(3)の上限値を超えて第1レンズG1の屈折力が弱くなると、第1レンズG1の径が大きくなり、大型化してしまうため好ましくない。
条件式(3)の下限値を下回って第1レンズG1の屈折力が強くなると、諸収差を補正することが困難となり、高性能化が図れなくなり好ましくない。
条件式(4)の上限値を超えて第2レンズG2の屈折力が強くなると、発散効果が強くなりすぎ、特に画面周辺部の収差を補正することが困難となるため好ましくない。
条件式(4)の下限値を下回って第2レンズG2の屈折力が弱くなると、発散効果が弱くなり、軸外光線の入射角度を高めることが困難となるため小型化が図れなくなり、好ましくない。
条件式(5)の上限値を超えて第3レンズG3の屈折力が弱くなると、第2レンズG2で発散させた軸外光線の補正が十分でなく、特に画面周辺部の収差を補正することが困難となり、好ましくない。
条件式(5)の下限値を下回って第3レンズG3の屈折力が強くなると、収斂作用が強くなりすぎて所望の像高を確保する際に、全長を伸ばす必要が発生するため、好ましくない。
条件式(6)の上限値を超えて第4レンズG4の屈折力が弱くなると、第4レンズG4で十分な収斂が行うことができず、第5レンズG5で行う像面への光線入射角度特性の確保が困難となり好ましくない。
条件式(6)の下限値を下回って第4レンズG4の屈折力が強くなると、収斂作用が強くなりすぎて、特に非点収差などの補正が困難となり好ましくない。
条件式(7)の上限値を超えて第5レンズG5の屈折力が強くなると、発散効果が強くなりすぎ、特に像面への入射角度特性の確保が困難となり好ましくない。
条件式(7)の下限値を下回って第5レンズG5の屈折力が弱くなると、発散効果が弱くなり、特に画面中心部近傍での非点収差の補正が困難となるため好ましくない。
0.80<f1/f<1.1・・・(条件式3a)
−1.7<f2/f<−1.0・・・(条件式4a)
1.5<f3/f<3.3・・・(条件式5a)
0.5<f4/f<0.8・・・(条件式6a)
−0.65<f5/f<−0.4・・・(条件式7a)
すなわち、第1レンズG1、第3レンズG3、第4レンズG4および第5レンズは同一硝材を使用して形成し、さらに、次の条件を満たすようにする。
νd1345>50.0・・・(条件式8)
νd2<25.0・・・(条件式9)
νd1345は、第1レンズG1、第3レンズG3、第4レンズG4、第5レンズG5のd線に関するアッべ数を表し、
νd2は、第2レンズG2のd線に関するアッベ数を表している。
例えば、第1レンズから第5レンズの全てをプラスチックレンズとし、さらに、第1レンズG1、第3レンズG3、第4レンズG4および第5レンズG5を同じプラスチック材料で形成することにより、温度変化による屈折率、形状の変化を各レンズで互いに相殺するようにし、性能劣化を軽減した構成にできる。
条件式(8)の下限を下回ると、軸上及び倍率色収差の補正が困難となり好ましくない。
条件式(9)は、第2レンズG2のアッベ数を規定する式である。
条件式(9)の上限を超えると、負レンズとして分散が十分でなくなり、軸上色収差及び倍率色収差の補正が困難となるので好ましくない。
νd1345>53.0・・・(条件式8a)
νd2<23.0・・・(条件式9a)
すなわち、
D34t<D3t・・・(条件式10)
1.0<(r41+r42)/(r41−r42)<3.0・・・(条件式11)
−0.8<(r51+r52)/(r51−r52)<3.0・・・(条件式12)
D34tは第3レンズG3と第4レンズG4との光軸上の空気間隔、
D3tは第3レンズG3の光軸上の厚み、
r41は第4レンズG4の物体側の面の近軸曲率半径、
r42は第4レンズG4の像面側の面の近軸曲率半径、
r51は第5レンズG5の物体側の面の近軸曲率半径、
r52は第5レンズG5の像面側の面の近軸曲率半径を表している。
条件式(10)の上限を超えて第3レンズG3と第4レンズG4との光軸上の空気間隔が広くなると、光軸上の厚みが増し、小型化が困難となるため好ましくない。
条件式(11)の上限を超えると、物体側の面の曲率がきつくなり、一方で像側面の曲率は緩くなる。
その結果、第5レンズG5の物体側面への光線入射角度は緩くなりすぎてしまい、所望の像高を確保する際に、全長を伸ばす必要が発生するため、好ましくない。
条件式(11)の下限を下回ると、物体面の曲率を反転させた両凸形状になり、収斂作用が強くなりすぎて、球面収差が増大し収差補正が困難となるので好ましくない。
条件式(12)の上限を超えると、物体面の曲率を反転させた凸形状になり、第5レンズG5の負の屈折力を分散することができず、像側面の曲率への負荷が大きくなるため、偏心感度が高くなり、結果製造時のばらつきによる性能劣化が大きく発生するため、好ましくない。
条件式(12)の下限を下回ると、物体側の面の曲率がきつくなり、一方で像側面の曲率は緩くなる。
その結果、像面への光線入射角度特性の確保が困難となり好ましくない。
1.15<(r41+r42)/(r41−r42)<2.5・・・(条件式11a)
−0.5<(r51+r52)/(r51−r52)<1.5・・・(条件式12a)
表1に各実施例と各条件式との対応を示した。
バックフォーカス(BF)は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算した値である。レンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカス(BF)を加えた値である。
長さの単位は、mmである。
またKをコーニック定数、A4、A6、A8、A10、A12を非球面係数、光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき、非球面形状は、
で表示される。
但しRは曲率半径である。また例えば「E-Z」の表示は「10-Z」を意味する。
fは焦点距離、FnoはFナンバー、ωは半画角を示す。
表2に実施例1を示す。
また、図1は、実施例1のレンズ断面図である。
図2は、実施例1の収差図である。
実施例2を表3に示す。
また、図3は、実施例2のレンズ断面図である。
図4は、実施例2の収差図である。
実施例3を表4に示す。
また、図5は、実施例3のレンズ断面図である。
図6は、実施例3の収差図である。
実施例4を表5に示す。
また、図7は、実施例4のレンズ断面図である。
図8は、実施例4の収差図である。
実施例5を表6に示す。
また、図9は、実施例5のレンズ断面図である。
図10は、実施例5の収差図である。
実施例6を表7に示す。
また、図11は、実施例6のレンズ断面図である。
図12は、実施例6の収差図である。
実施例7を表8に示す。
また、図13は、実施例7のレンズ断面図である。
図14は、実施例7の収差図である。
実施例8を表9に示す。
また、図15は、実施例8のレンズ断面図である。
図16は、実施例8の収差図である。
Claims (6)
- 物体側より順に、
物体側の面が凸形状の正の第1レンズと、
像面側に変曲点を持たない凸面を向けた負の第2レンズと、
像面側に凹面を向けた正のメニスカス形状の第3レンズと、
像面側に凸形状を向けたメニスカス形状の正の第4レンズと、
光軸近傍において像面側に凹面を向け、光軸との交点以外の位置に変曲点を有した負の第5レンズと、からなり、
さらに、次の条件を満たす
ことを特徴とする撮像レンズ。
−3.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−1.0 ・・・(条件式1)
−10.0<(r31+r32)/(r31−r32)<−1.5 ・・・(条件式2)
ここで、
r21は、前記第2レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r22は、前記第2レンズの像面側の面の近軸曲率半径、
r31は、前記第3レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r32は、前記第3レンズの像面側の面の近軸曲率半径である。 - 請求項1に記載の撮像レンズにおいて、
前記第5レンズは光軸近傍において、両凹形状であり、かつ、次の条件を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。
0.75<f1/f<1.4 ・・・(条件式3)
−2.0<f2/f<−0.7 ・・・(条件式4)
1.2<f3/f<3.8 ・・・(条件式5)
0.4<f4/f<1.0 ・・・(条件式6)
−0.85<f5/f<−0.3 ・・・(条件式7)
ここで、
f1は、前記第1レンズの焦点距離、
f2は、前記第2レンズの焦点距離、
f3は、前記第3レンズの焦点距離、
f4は、前記第4レンズの焦点距離、
f5は、前記第5レンズの焦点距離、
fは、全系の焦点距離である。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像レンズにおいて、
前記第1レンズ、前記第3レンズ、前記第4レンズおよび前記第5レンズは同じ材料で形成され、
さらに、次の条件を満たす
ことを特徴とする撮像レンズ。
νd1345>50.0 ・・・(条件式8)
νd2<25.0 ・・・(条件式9)
ここで、
νd1345は、前記第1レンズ、前記第3レンズ、前記第4レンズ、前記第5レンズのd線に関するアッべ数、
νd2は、前記第2レンズのd線に関するアッべ数である。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の撮像レンズにおいて、
さらに、次の条件を満たす
ことを特徴とする撮像レンズ。
D34t<D3t・・・(条件式10)
1.0<(r41+r42)/(r41−r42)<3.0 ・・・(条件式11)
−0.8<(r51+r52)/(r51−r52)<3.0 ・・・(条件式12)
ここで、
D34tは、前記第3レンズと前記第4レンズとの光軸上の空気間隔、
D3tは、前記第3レンズの光軸上の厚み、
r41は、前記第4レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r42は、前記第4レンズの像面側の面の近軸曲率半径、
r51は、前記第5レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
r52は、前記第5レンズの像面側の面の近軸曲率半径である。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像レンズと、
前記撮像レンズが形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像レンズを交換レンズとして着脱できる筐体を有し、
前記筐体内に、前記撮像レンズが形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子を収納したカメラ。
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