JP3725284B2

JP3725284B2 - コンパクトな広角レンズ

Info

Publication number: JP3725284B2
Application number: JP06922797A
Authority: JP
Inventors: 和則大野
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: JPH10246854A; US5999332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンパクトな広角レンズに関し、特に、コンパクトなカメラ用として好適な写真レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レンズシャッターカメラにおいて、小型軽量で携帯性が良く操作性の良いカメラに対する要求が高まるのに伴い、レンズも小型化、広角化が求められるようになってきている。
【０００３】
広角レンズとしては、従来よりレトロフォーカスタイプの一眼レフ用交換レンズが知られており、また、近年では特開平５−１７３０６２号公報に開示されたもののようにレンズシャッターカメラ用のものも知られてきている。いずれも負の屈折力が先行し望遠比（レンズ全長／ｆ）が１．０よりかなり大きくなっているため、近年要請されているレンズ全長の短いレンズとは必ずしもなっていない。
【０００４】
一方、レンズ全長の短い写真レンズとしても、例えば、特公平５−２２０４号公報等に開示されているように望遠タイプと呼ばれる正の屈折力を先行させたレンズも数多く開発されているが、正の屈折力が強過ぎるため非対称性が強く、広角化を図ると像面湾曲が大きくなり周辺性能が劣化するので、あまり広角化できないのが実情であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このためレンズ全長が短いレンズにおいて、より広角化を図るためには、前述した正の屈折力を先行させた望遠タイプを基本として、周辺性能を向上させながら、より広角化を図っていく必要がある。
すなわち、望遠タイプの特徴である正の前群と負の後群との強い非対称性から生じる像面湾曲、コマ収差、歪曲収差、倍率色収差を良好とする必要がある。
【０００６】
一方、負レンズ群が先行し全系に対称性を持たせた広角レンズに特徴的な構成を有するレンズ系では、周辺性能は良いがレンズ全長が長くなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり周辺画角まで結像性能の良好な広角レンズであって、レンズ全長の短い構成簡易なコンパクトな広角レンズを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンパクトな広角レンズは、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ_１、物体側に強い曲率の凸面を向けた屈折力の弱いメニスカスレンズＬ_２、および両凸レンズＬ_３を物体側からこの順に配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ_４からなる負の屈折力を有する後群を、物体側からこの順に配設してなり、最も物体側に位置するレンズ面の光軸中心から全レンズ系の像点までの長さをＬ、全レンズ系の焦点距離をｆとしたとき、Ｌ／ｆで定義される望遠比が、
０．９５＜Ｌ／ｆ＜１．０５……（１）
なる条件式を満たすとともに、
前記メニスカスレンズＬ_２の物体側の面が非球面であり、かつ該メニスカスレンズＬ_２の結像側の面の曲率半径をＲ_４としたとき、
０．１＜Ｒ_４／ｆ＜０．２……（２）
なる条件式を満たすように構成されてなることを特徴とするものである。
また、前記メニスカスレンズＬ_２が、有機材料からなることが好ましい。
さらに、前記前群を光軸方向に移動させることによりフォーカシング操作がなされるように構成することが好ましい。
【０００８】
本発明のコンパクトな広角レンズではレンズ系全体を前、後群の二つに分け、前群は正の屈折力を持たせ、後群は負の屈折力を持たせ、全体として望遠タイプとすることでレンズ全長を短くするようにしている。また、前群の最も物体よりに負のメニスカスレンズＬ₁を配置することで負の後群に対してパワー的なバランスをとるようにし、かつ負のメニスカスレンズＬ₁の後に曲率の強い凸面を持ったメニスカスレンズＬ₂を配設することで、全系のバックフォーカスが短くなると共に負のメニスカスレンズＬ₁の発散作用を打ち消す役割を持たせている。さらに、周辺画角の光束に対して収斂作用が強くなり過ぎて性能劣化につながらないようメニスカスレンズＬ₂への入射角とメニスカスレンズＬ₂からの射出角との差があまり生じないようにする必要があり、このためメニスカスレンズＬ₂を凸形状とし、中心光束に対して周辺光束の入射光線高さがあまり高くならないように両凸レンズＬ₃で前群全体が正の屈折力を有するようにし、後群の負レンズＬ₄と合わせた状態で全系の対称性を確保している。また、これにより望遠タイプの特性と広角レンズの特性とを融合させたレンズ構成としている。
【０００９】
上記請求項１に対応するレンズ構成により、レンズ全長の短い、かつ画角が、例えば、７０度前後の広角で周辺性能の良いレンズとすることができる。
また、条件式（１）は、上記レンズ構成において、周辺画角での結像性能とレンズ系全体のコンパクト性とをバランス良く両立出来る範囲を示すものである。
【００１０】
すなわち、条件式（１）の下限より小さくなればレンズ全長は短くなりレンズの小型化には有効であるが、前、後群の屈折力が各々強くなって非対称性が強くなり周辺性能の劣化につながってしまう。前、後群間の間隔を大きくして前、後群の屈折力を弱くすれば周辺性能をある程度良化できるが、物体側のレンズや像側のレンズの径が大きくなりコンパクト化が困難となる。
一方、条件式（１）の上限より大きくなればレンズ系全体の対称性はよくなり周辺性能には有利であるがレンズ全長が長くなってしまう。
【００１１】
上記請求項２に対応する構成は、さらに結像性能を維持するための範囲を規定するものである。
すなわち、望遠タイプのレンズ構成で広角化を図るためには、負のメニスカスレンズＬ₁の後段に曲率の強い凸面を持ったメニスカスレンズＬ₂を配設することが必要であるが、メニスカスレンズＬ₂の前面は物体側に凸の強い曲率を有するため、球面収差が劣化し画面全体の結像性能が劣化する。このためこの前面での非球面化が必要となる。球面のままで球面収差を取ろうとすると前面の曲率が小さくなり負のメニスカスレンズＬ₁で発生する強い発散作用を打ち消すことができず、後続のレンズ配分を良好としても周辺性能の良化が困難となる。一方、メニスカスレンズＬ₂を分割して収差補正を行うようにすると、構成枚数が多くなり、さらには負のメニスカスレンズＬ₁の外径が大きくなったりしてレンズ系の小型化に反する。
このため、メニスカスレンズＬ₂の物体側の面を非球面化することが極めて望ましい。
【００１２】
次に、条件式（２）は、メニスカスレンズＬ₂の後面の曲率半径Ｒ₄の範囲を規定するものである。すなわち、条件式（２）の下限より小さくなれば、メニスカスレンズＬ₂の後面の曲率半径Ｒ₄が小さくなってメニスカスレンズＬ₂の正の屈折力が弱くなりレンズ全長が大きくなったり、球面収差が補正過剰になってしまう。これを改良するためには、メニスカスレンズＬ₂の前面の曲率を大きくするか非球面の収斂性を持たせねばならず周辺性能の劣化につながり、さらには、これを負のメニスカスレンズＬ₁で補正してもレンズ全長が大きくなる等の問題が生じてレンズ系としてまとまらなくなってしまう。
【００１３】
一方、条件式（２）の上限を越えると、逆にメニスカスレンズＬ₂の正の屈折力が強くなり、レンズ全長が短くはなるものの、球面収差が補正不足になり、これを補正するためにメニスカスレンズＬ₂の前面の曲率を小さくしたり、非球面に相当する発散性を追加すると像面湾曲等の周辺画質の劣化につながる等の問題が生じる。
【００１４】
上記請求項３に対応する構成は、メニスカスレンズＬ₂の非球面化を図った場合に、このメニスカスレンズＬ₂の材料として有機材料を使用すれば製造コストの面で非常に有利であり、さらに量産適性が大きいといった作用効果を奏するものである。ガラス材料でも非球面化は可能であるが製造コストが高く問題である。ただし、温度や湿度変化によって屈折率が変化し、全系の結像位置が変化するといった弱点もあるが、上記構成においては、メニスカスレンズＬ₂の屈折力は弱くて全系の結像位置の変化は極めて小さく無視できる。
【００１５】
上記請求項４に対応する構成は、本発明のレンズとこれが使用されるカメラの機構上において、有効となる条件である。
すなわち、負のメニスカスレンズＬ₁から両凸レンズＬ₃までの前群の移動により、物体距離が変化したときのフォーカシングを行なわせるようにすれば、レンズ全体でフォーカシングするよりもトータルとしてのレンズ移動量が少なくて済み、かつ移動群の重量も軽くて済み、レンズシャッタ部材も前群と後群との間の前群よりに配設すれば、カメラの小型化に有利であり、好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す実施形態のコンパクトな広角レンズは、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₁、物体側に強い曲率の凸面を向けた屈折力の弱い正のメニスカスレンズＬ₂、および両凸レンズＬ₃を物体側からこの順に配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₄からなる負の屈折力を有する後群を、物体側からこの順に配設するように構成されている。また、前群と後群の間にはシャッタ絞り１が配設されている。
【００１７】
また、最も物体側に位置するレンズ面の光軸中心から全レンズ系の像点までの長さをＬ、全レンズ系の焦点距離をｆとしたとき、Ｌ／ｆで定義される望遠比が、
０．９５＜Ｌ／ｆ＜１．０５……（１）
なる条件式を満たすように構成されている。
また、前記メニスカスレンズＬ₂の物体側の面が非球面であり、かつ該メニスカスレンズＬ₂の結像側の面の曲率半径をＲ₄としたとき、
０．１＜Ｒ₄／ｆ＜０．２……（２）
なる条件式を満たすように構成されている。
【００１８】
また、前記メニスカスレンズＬ_２は有機材料から構成されている。
さらに、フォーカス時に前記前群を光軸Ｘに沿って移動させることによりフォーカシング操作がなされるように構成されている。
【００１９】
以下、具体的な実施例を用いて説明する。
【実施例】
＜実施例１＞
実施例１にかかる広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄの値を表１に示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである。
また、表１中のＲの右側に＊が付された面は非球面とされており、下記式（Ａ）で表される非球面形状であることを意味するものである（表３、５、７、９において同じ）。
【００２０】
【数１】

【００２１】
ただし、Ｘ：光軸からの高さｈの非球面上の点より、非球面頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
Ｃ：非球面の近軸曲率
ｈ：光軸からの高さ（ｍｍ）
Ｋ：離心率
ａ₂〜ａ₅：第４，６，８，１０次の非球面係数
また、表２の上段に、上式(Ａ)に示される非球面の各定数Ｃ，Ｋ，ａ₂〜ａ₅の値を示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
また、上記表２の下段には実施例１のレンズの焦点距離ｆ、バックフォーカスｌ′、レンズ全長Ｌ、前群の焦点距離ｆ_F、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離Ｒ₄／ｆの値が示されている。この表２に示されるように、実施例１における、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値は各々０．９８８および０．１４７であり、前述した条件式（１）、（２）を満足している。
【００２５】
＜実施例２＞
次に、実施例２にかかる広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄの値を表３に示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである。
また、表３中のＲの右側に＊が付された面は非球面とされている。
また、表４の上段に、上式(Ａ)に示される非球面の各定数Ｃ，Ｋ，ａ_２〜ａ_５の値を示す。
【００２６】
【表３】

【００２７】
【表４】

【００２８】
また、上記表４の下段には実施例２のレンズの焦点距離ｆ、バックフォーカスｌ′、レンズ全長Ｌ、前群の焦点距離ｆ_F、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離Ｒ₄／ｆの値が示されている。この表２に示されるように、実施例２における、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値は各々１．００１および０．１３８であり、前述した条件式（１）、（２）を満足している。
【００２９】
＜実施例３＞
次に、実施例３にかかる広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄの値を表５に示す。
なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。
また、表５中のＲの右側に＊が付された面は非球面とされている。
また、表６の上段に、上式(Ａ)に示される非球面の各定数Ｃ，Ｋ，ａ_２〜ａ_５の値を示す。
【００３０】
【表５】

【００３１】
【表６】

【００３２】
また、上記表６の下段には実施例３のレンズの焦点距離ｆ、バックフォーカスｌ′、レンズ全長Ｌ、前群の焦点距離ｆ_F、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離Ｒ₄／ｆの値が示されている。この表６に示されるように、実施例３における、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値は各々０．９８７および０．１６９であり、前述した条件式（１）、（２）を満足している。
【００３３】
＜実施例４＞
次に、実施例４にかかる広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄの値を表７に示す。
なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。
また、表７中のＲの右側に＊が付された面は非球面とされている。
また、表８の上段に、上式(Ａ)に示される非球面の各定数Ｃ，Ｋ，ａ_２〜ａ_５の値を示す。
【００３４】
【表７】

【００３５】
【表８】

【００３６】
また、上記表８の下段には実施例４のレンズの焦点距離ｆ、バックフォーカスｌ′、レンズ全長Ｌ、前群の焦点距離ｆ_F、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値が示されている。この表８に示されるように、実施例４における、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離Ｒ₄／ｆの値は各々１．００５および０．１７６であり、前述した条件式（１）、（２）を満足している。
【００３７】
＜実施例５＞
次に、実施例５にかかる広角レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率ｎ_ｄおよびアッベ数ν_ｄの値を表９に示す。
なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。
また、表９中のＲの右側に＊が付された面は非球面とされている。
また、表１０の上段に、上式(Ａ)に示される非球面の各定数Ｃ，Ｋ，ａ_２〜ａ_５の値を示す。
【００３８】
【表９】

【００３９】
【表１０】

【００４０】
また、上記表１０の下段には実施例５のレンズの焦点距離ｆ、バックフォーカスｌ′、レンズ全長Ｌ、前群の焦点距離ｆ_F、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値が示されている。この表１０に示されるように、実施例５における、望遠比Ｌ／ｆ、レンズＬ₂の結像側の面の曲率半径と全系の焦点距離の比Ｒ₄／ｆの値は各々０．９９６および０．１７６であり、前述した条件式（１）、（２）を満足している。
【００４１】
また、図２〜図６は各々上記実施例１〜５における諸収差（球面収差、像面湾曲および歪曲収差）を示す収差図である。なお、球面収差図中には正弦条件も示されている。また、各像面湾曲図には、サジタル（Ｓ）像面およびタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する湾曲量が示されている。
【００４２】
このように、これらの収差図から明らかなように、各実施例のコンパクトな広角レンズによれば、簡単な構成でありながら各収差を良好なものとすることができる。
なお、本発明の広角レンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、例えばレンズの形状は適宜選択し得る。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のコンパクトな広角レンズによれば、レンズ系全体を前、後群の二つに分け、前群は正の屈折力を持たせ、後群は負の屈折力を持たせ、全体として望遠タイプとすることでレンズ全長を短くするようにしている。また、前群の最も物体よりに負のメニスカスレンズＬ₁を配置することで負の後群に対してパワー的なバランスをとるようにし、かつ負のメニスカスレンズＬ₁の後に曲率の強い凸面を持ったメニスカスレンズＬ₂を配設することで、全系のバックフォーカスが短くなるように負のメニスカスレンズＬ₁の発散作用を打ち消すようにしている。さらに、周辺画角の光束に対して収斂作用が強くなり過ぎて性能劣化につながらないようメニスカスレンズＬ₂への入射角とメニスカスレンズＬ₂からの射出角との角度差があまり生じないようにメニスカスレンズＬ₂を凸形状とし、中心光束に対して周辺光束の入射光線高さがあまり高くならないように両凸レンズＬ₃で前群全体が正の屈折力を有するようにしており、このため後群の負レンズＬ₄と合わせた状態で全系の対称性を確保している。
上記レンズ構成により、レンズ全長の短い、かつ画角が、例えば、７０度前後の広角で周辺性能の良いレンズとすることができる。
また、条件式（１）により望遠比を所定の範囲に設定することで、上記レンズ構成において、周辺画角での結像性能とレンズ系全体のコンパクト性とをバランス良く両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図２】実施例１に係るコンパクトな広角レンズにおける収差図
【図３】実施例２に係るコンパクトな広角レンズにおける収差図
【図４】実施例３に係るコンパクトな広角レンズにおける収差図
【図５】実施例４に係るコンパクトな広角レンズにおける収差図
【図６】実施例５に係るコンパクトな広角レンズにおける収差図
【符号の説明】
Ｌ₁ 〜Ｌ₄ レンズ
Ｒ₁ 〜Ｒ₈ レンズ面の曲率半径
ｄ₁ 〜ｄ₇ レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ光軸
１シャッタ絞り

Claims

物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ_１、物体側に強い曲率の凸面を向けた屈折力の弱いメニスカスレンズＬ_２、および両凸レンズＬ_３を物体側からこの順に配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ_４からなる負の屈折力を有する後群を、物体側からこの順に配設してなり、最も物体側に位置するレンズ面の光軸中心から全レンズ系の像点までの長さをＬ、全レンズ系の焦点距離をｆとしたとき、Ｌ／ｆで定義される望遠比が、
０．９５＜Ｌ／ｆ＜１．０５……（１）
なる条件式を満たすとともに、
前記メニスカスレンズＬ_２の物体側の面が非球面であり、かつ該メニスカスレンズＬ_２の結像側の面の曲率半径をＲ_４としたとき、
０．１＜Ｒ_４／ｆ＜０．２……（２）
なる条件式を満たすように構成されてなることを特徴とするコンパクトな広角レンズ。
前記メニスカスレンズＬ_２が、有機材料からなることを特徴とする請求項１記載のコンパクトな広角レンズ。
前記前群を光軸方向に移動させることによりフォーカシング操作がなされることを特徴とする請求項１または２記載のコンパクトな広角レンズ。