JP3943988B2 - レンズ系及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラやデジタルカメラ等に好適な全長の短いレトロフォーカス型のレンズ系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を有するビデオカメラやデジタルカメラが種々開発されている。ビデオカメラやデジタルカメラにおいては、撮影レンズ後端から撮像素子の間に、ローパスフィルターや色フィルター等の各種のガラス材を配置される場合が多い。この為、ビデオカメラやデジタルカメラでは、撮影レンズの焦点距離に比較して、バックフォーカスを長くする必要が生じる。
【０００３】
バックフォーカスが長いレンズタイプとしては、レトロフォーカス型レンズが従来より知られており、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスの第１レンズ、両凸の第２レンズ、両凹の第３レンズ、正屈折力の第４レンズ、両凸の第５レンズの５つのレンズにより構成したレトロフォーカス型レンズが、例えば特公昭４６−２４１９４号公報で提案されており、この公報における数値実施例においては、バックフォーカスが焦点距離の１．３倍程度となっている。
【０００４】
また近年、固体撮像素子の高画素化の流れにより、撮影レンズに要求される性能が非常に高くなって来ており、高い結像性能と長いバックフォーカスを両立した負・正・負・正・正の５枚構成のレトロフォーカス型レンズとして、例えば特開昭６３−８１４１４号公報、特開平３−６３６１３号公報、特開平１０−２１３７４２号公報、特開平１０−２９３２４６号公報、特開２００１−１０００９１号公報等が知られている。
【０００５】
ここで、負・正・負・正・正の５枚構成の場合、第１レンズと第２レンズの間隔は狭くすると、十分なバックフォーカスを得ることが困難になり、無理にバックフォーカスを延ばすと、第１レンズのパワーが強くなり収差補正が困難になるばかりか、第１レンズの平行及び傾き偏芯に対する性能劣化の敏感度が高くなってしまう。逆に間隔を広げると、第１レンズの外径が大型化し、バックフォーカスも長くなりすぎ、レンズ全体が大型化するという問題が発生する。
【０００６】
特開昭６３−８１４１４号公報や特開平１０−２９３２４６号公報は、第１レンズと第２レンズの間隔が比較的狭く、レンズの小型化には有利であるが、収差補正が難しい。
【０００７】
また、第２レンズと第３レンズの間隔に関しては、間隔を狭くすると、第２レンズと第３レンズの間に絞りを置く事が困難になり、十分な射出瞳を得ることができなくなる。逆に間隔を広げると、レンズ全体のレンズ径が大型化し、軸外光束が通る高さが相対的に高くなり、結果的に軸外収差の補正が困難になるという問題が発生する。
【０００８】
特開平１０−２１３７４２号公報や特開２００１−１０００９１号公報は、絞りのみを配置するには十分な間隔を維持しているが、第２レンズと第３レンズの間に、メカニカルなシャッター手段をも配置する事を考えた場合は、十分な間隔を有しているとは言えない。また、ビデオカメラやデジタルカメラの場合、バックフォーカスを長くする必要はあるが、必要以上に長いバックフォーカスは撮影レンズの全長が長くなり好ましく無い。
【０００９】
特開平３−６３６１３号公報では、バックフォーカスが焦点距離の１．２倍以上と長く、撮影レンズの全長に対して問題があった。また、負・正・負・正・正レンズの５枚構成のレトロフォーカス型レンズにおいて、非球面を用いてさらなる性能向上を図ったものが、例えば特開平９−１６６７４８号公報で提案されている。
【００１０】
特開平９−１６６７４８号公報では、最も像側に配置された第５レンズの片面を非球面とすることにより、特に軸外諸収差を良好に補正している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の欠点を改善し、十分なバックフォーカスを確保しつつ、また小型でローコストでありながら、光学性能の良好なレトロフォーカス型のレンズ系を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のレンズ系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズ、開口絞り、両レンズ面が凹面の負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズから成り、該第２レンズと第３レンズの間隔をＤＢ、該第２レンズの材質の屈折率をｎｄ２、バックフォーカスをｂｆ、全系の焦点距離をｆとした時に、
０．５２８≦ＤＢ／ｆ＜０．８ ‥‥‥（１）
ｎｄ２＜１．７ ‥‥‥（２）
０．８＜ｂｆ／ｆ＜１．０ ‥‥‥（３）
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズと第２レンズの間隔をＤＡ、前記第１レンズから第２レンズの合成焦点距離をｆＡ、前記第３レンズから第５レンズの合成焦点距離をｆＢ、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第５レンズの焦点距離をｆ５とした時に、
０．６＜ＤＡ／ｆ＜１．０ ・・・（４）
０．４５＜ｆＡ／ｆＢ＜０．７ ・・・（５）
１．４＜ｆ５／ｆ４＜２．０ ・・・（６）
なる条件を満足する事を特徴としている。
【００１４】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第２レンズの少なくとも一つの面を非球面としたことを特徴としている。
【００１５】
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において、前記第３レンズの少なくとも一つの面を非球面としたことを特徴としている。
【００１６】
請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項の発明において、撮像素子上に像を形成する為の撮影レンズ系であることを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明の光学機器は、請求項１から５のいずれか１項のレンズ系と該レンズ系によって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１、３、５、７、９、１１は、本発明の数値実施例１〜６のレンズ断面図である。図２、図４、図６、図８、図１０、図１２は、各数値実施例の諸収差図を示す。
【００１９】
尚、レンズ断面図において左方が、被写体側で、右方は像面側である。本実施例では、５群５枚のレンズ構成で前述の如く各レンズを設定することにより、良好な光学性能を有し小型で簡易な構成のローコストのレトロフォーカス型のレンズ系を達成している。
【００２０】
本実施例におけるレンズ系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズ、開口絞り、両レンズ面が凹の負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズの５つのレンズにより構成している。第４レンズは、数値実施例１、４及び６では像側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力のレンズ、数値実施例２、３及び５では両レンズ面が凸面の正の屈折力のレンズとなっている。
【００２１】
第２レンズは、数値実施例１〜３では像側に非球面を配置し、数値実施例４では物体側に非球面を配置している。絞りの近傍に非球面を配置することにより、画面全域に影響を与える球面収差やコマ収差を良好に補正することが可能となる。
また、数値実施例４における第２レンズの材質はプラスチックであり、比較的安価なコストでの製造が可能である。
【００２２】
第３レンズは、数値実施例５〜６では物体側に非球面を配置している。第２レンズと同様に絞りの近傍に非球面を配置することにより、画面全域に影響を与える球面収差やコマ収差を良好に補正することが可能となる。さらに、絞りを第２レンズと第３レンズの間に配置することで、近年の撮像素子に適した射出瞳距離を得ている。
【００２３】
次に前述の各条件式の技術的な意味について説明する。
【００２４】
条件式（１）は第２レンズと第３レンズの間隔に関する条件式であり、下限を超えて間隔を狭くすると、間に絞りを置く事が困難になり、十分な射出瞳を得ることができなくなる。逆に上限を超えて間隔を広げると、レンズ全体のレンズ径が大型化し、軸外光束が通る高さが相対的に高くなり、結果的に軸外収差の補正が困難になるという問題が発生する。
【００２５】
条件式（２）は第２レンズの材料の屈折率に関する条件式で、製造コストの安い屈折率の低いガラス材料の、特に像面彎曲の補正の観点から使用可能な上限値を示すものである。
【００２６】
条件式（３）はバックフォーカスに関する条件式で、条件式の上限を超えてバックフォーカスが長くなると全長が長くなり大型化し、第１レンズのパワーが強くなり、歪曲収差の補正が困難になる。逆に下限を超えてバックフォーカスが短くなると、ローパスフィルターや、色フィルターを入れることが困難になる。
【００２７】
条件式（４）は第１レンズと第２レンズの間隔に関する条件式であり、下限を超えて間隔を狭くすると、十分なバックフォーカスを得ることが困難になり、無理にバックフォーカスを延ばすと、第１レンズのパワーが強くなり収差補正が困難になるばかりか、第１レンズの平行及び傾き偏芯に対する性能劣化の敏感度が高くなってしまう。逆に上限を超えて間隔を広げると、第１レンズの外径が大型化し、バックフォーカスも長くなりすぎ、レンズ全体が大型化するという問題が発生する。
【００２８】
条件式（５）は絞りを挟んで前後するレンズ群の焦点距離の比に関する条件式で、下限を超えると像面彎曲が補正過剰となり好ましくない。また、上限値を超えると全長が増大する方向となり好ましくない。
【００２９】
条件式（６）は第４レンズと第５レンズの焦点距離の比に関する条件式で、下限を超えると歪曲収差が補正不足となり好ましくない。また、上限値を超えると像面彎曲が補正不足となり好ましくない。
【００３０】
次に本発明のレンズ系を撮影光学系として用いたデジタルカメラ（光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。図１３において、１０はカメラ本体、１１は本発明のレンズ系によって構成された撮影光学系、１２は被写体像を観察するためのファインダーである。１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチである。
【００３１】
次に実施形態１〜６に対応する数値実施例１〜６を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ面＋１面との間の間隔、ｎｉとｖｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。
【００３２】
また、最も像側の２つの面は光学フィルター、フェースプレート等のガラスブロックＧを構成する面である。ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ｗは半画角を示す。またＫを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・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、
ｘ＝（ｈ²／ｒ）／［１＋［１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）²］^1/2］＋Ｂｈ⁴＋
Ｃｈ⁶＋Ｄｈ⁸＋Ｅｈ¹⁰
で表示される。但しｒは曲率半径である。また、例えば「Ｄ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。また各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００３３】
【外１】

【００３４】
【外２】

【００３５】
【外３】

【００３６】
【外４】

【００３７】
【外５】

【００３８】
【外６】

【００３９】
【表１】

【００４０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のごとく構成をとることにより、デジタルカメラに好適なバックフォーカスの長い、小型でローコストで良好な性能を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関する数値実施例１のレンズ断面図
【図２】 本発明に関する数値実施例１の諸収差図
【図３】 本発明に関する数値実施例２のレンズ断面図
【図４】 本発明に関する数値実施例２の諸収差図
【図５】 本発明に関する数値実施例３のレンズ断面図
【図６】 本発明に関する数値実施例３の諸収差図
【図７】 本発明に関する数値実施例４のレンズ断面図
【図８】 本発明に関する数値実施例４の諸収差図
【図９】 本発明に関する数値実施例５のレンズ断面図
【図１０】 本発明に関する数値実施例５の諸収差図
【図１１】 本発明に関する数値実施例６のレンズ断面図
【図１２】 本発明に関する数値実施例６の諸収差図
【図１３】 本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
ω 画角
ｆｎｏ Ｆナンバー

Claims (6)

1. 物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズ、開口絞り、両レンズ面が凹面の負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズから成り、該第２レンズと第３レンズの間隔をＤＢ、該第２レンズの材質の屈折率をｎｄ２、バックフォーカスをｂｆ、全系の焦点距離をｆとした時に、
   ０．５２８≦ＤＢ／ｆ＜０．８
   ｎｄ２＜１．７
   ０．８＜ｂｆ／ｆ＜１．０
   なる条件を満足する事を特徴とするレンズ系。
2. 前記第１レンズと第２レンズの間隔をＤＡ、前記第１レンズから第２レンズの合成焦点距離をｆＡ、前記第３レンズから第５レンズの合成焦点距離をｆＢ、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、前記第５レンズの焦点距離をｆ５とした時に、
   ０．６＜ＤＡ／ｆ＜１．０
   ０．４５＜ｆＡ／ｆＢ＜０．７
   １．４＜ｆ５／ｆ４＜２．０
   なる条件を満足する事を特徴とする請求項１のレンズ系。
3. 前記第２レンズの少なくとも一つの面を非球面としたことを特徴とする請求項１又は２のレンズ系。
4. 前記第３レンズの少なくとも一つの面を非球面としたことを特徴とする請求項１又は２のレンズ系。
5. 撮像素子上に像を形成する為の撮影レンズ系であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のレンズ系。
6. 請求項１から５のいずれか１項のレンズ系と、該レンズ系によって形成される像を受光する撮像素子を有することを特徴とする光学機器。

Images