JP4618471B2

JP4618471B2 - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP4618471B2
Application number: JP2001046912A
Authority: JP
Inventors: 雄介南條
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP2002250862A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、主として、民生用のビデオカメラ及び静止画ビデオカメラに用いる小型で高性能な撮像レンズを提供するための技術の関する。
するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画角が５５度を越える広角レンズで、明るさがＦ２．８程度のビデオカメラ用撮像レンズでは、レトロフォーカスタイプが主流であった。
【０００３】
即ち、上記撮像レンズにレトロフォーカスタイプが多く採用されているのは、最も像側のレンズと撮像素子との間に赤外線カットフィルタや光学ローパスフィルタ等を配置しなければならないために長いバックフォーカスが必要なことと、撮像素子には集光効果を高めるためにオンチップレンズと称されるマイクロレンズが画素毎に配置され、このオンチップレンズの効果を適正に発揮させるために射出瞳を適度に長くする必要があるためである。
【０００４】
尚、上記従来の撮像レンズとして使用されているレトロフォーカスレンズの例としては、特開平９−１１３７９９号公報、特開平９−２８１３８７号公報、特開平１０−７８５４５号公報、特開平１０−３０１０２５号公報、特開平８−５９０８号公報及び特開平１１−１４２７３０号公報等に記載されているものがある。
【０００５】
また、パーソナルコンピュータに組み込まれる画像取り込み用のカメラやレンズ付きフィルム等で使用されている小型で安価なレトロフォーカスタイプの撮像レンズとしては、特開平１０−１０４５１１号公報、特開２０００−２３１１３２号公報、特開平１１−３３７８２０号公報及び特開平９−３０４６９５号公報等に記載されたものがある。
【０００６】
ところで、上記レトロフォーカスタイプの撮像レンズにあっては、フリント系の凹レンズを後群のレンズ構成に入れることで、色収差を良好に補正することができ、高性能が実現できるようになるという特徴があるが、全長が長くなってしまうという欠点があった。
【０００７】
また、プラスチック製レンズによる２枚構成では、単色の収差は良好に補正できても、原理的に色収差は補正できないという欠点があって、１０万画素程度の撮像素子には対応できても、高画素タイプの撮像素子、例えば、１００万画素以上の撮像素子には対応できないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、プラスチックレンズの２枚構成に匹敵する小型化を達成しながら、射出瞳距離が焦点距離の２倍程度になって撮像素子に対する適合性が良く、色収差を含む諸収差が極めて良好に補正された、民生用のビデオカメラ及び静止画ビデオカメラに適した高画質の撮像レンズを安価に提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明撮像レンズは上記課題を解決するために、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズと、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズと、凹レンズの第３レンズと凸レンズの第４レンズとの接合レンズから構成すると共に、第２レンズの少なくとも１面と第４レンズの像側の面を非球面によって構成し、νｉ（ｉ＝１，２，３，４）を第ｉレンズのアッベ数、ｒｉを物体側から数えてｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径（ｉ＝１，２，…）、ｆをレンズ全系の焦点距離とすると、ν１＜ν２、ν３＜ν４、０．２＜ｒ４／ｆ＜０．３及び０．４＜｜ｒ７／ｆ｜＜０．５の各条件を満足するようにしたものである。
【００１０】
従って、小型で安価な民生用のビデオカメラ及び静止画ビデオカメラに適した撮像レンズを構成することが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明撮像レンズの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
尚、以下の説明において、「ｒｉ」は物体側から数えてレンズｉ番目のレンズ面(第ｉ面)及びその曲率半径、「ｄｉ」はレンズ第ｉ面から第ｉ＋１面までの面間隔、［ｎｉ］は第ｉレンズＬｉを構成する材質のｄ線における屈折率、「νｉ」は第ｉレンズＬｉを構成する材質のアッベ数とする（上記ｄｉ、ｎｉ及びνｉにおいてｉがＦＬとなっているものは、それぞれフィルタに関する面間隔、屈折率及びアッベ数である）。
【００１３】
また、非球面の定義は、「ｘｉ」を非球面の深さ、「Ｈ」を光軸からの高さ、「Ａｊ」をｊ次の非球面係数とすると、
ｘｉ＝Ｈ²／ｒｉ｛１＋（１−Ｈ²／ｒｉ²）^1/2｝＋ΣＡｊＨ^j
で表されるものとする。
【００１４】
最初に撮像レンズの概要について説明する。
【００１５】
撮像レンズ１及び２は、図１及び図３に示すように３群４枚構成のものであり、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１と、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズＬ２と、凹レンズの第３レンズＬ３と凸レンズの第４レンズＬ４との接合レンズから構成されると共に、第２レンズＬ２の少なくとも１面と第４レンズＬ４の像側の面を非球面によって構成されている。尚、第１レンズによって第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズＬ２によって第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４によって第３レンズ群ＧＲ３が構成される。
【００１６】
そして、νｉ（ｉ＝１，２，３，４）を第ｉレンズのアッベ数とすると、
ν１＜ν２（条件式１）、
ν３＜ν４（条件式２）
の各条件を満足するようにされている。
【００１７】
また、上記第２レンズＬ２は、両面が非球面のプラスチックレンズによって構成することが望ましい。
【００１８】
更に、撮像レンズ１及び２は、ｉを物体側から数えてｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径（ｉ＝１，２，…）、ｆをレンズ全系の焦点距離とすると、
０．２＜ｒ４／ｆ＜０．３（条件式３）
０．４＜｜ｒ７／ｆ｜＜０．５（条件式４）
の各条件を満足するようにされている。
【００１９】
ところで、小型撮像レンズにおける効果的な収差補正手段は非球面の導入である。非球面の導入は、球面収差、非点収差及び歪曲収差の補正に対しては絶大な効果がある。しかし、非球面によって影響を受けないものとしては、ペッツバール和(ΣＰ)と色収差とがある。従って、レンズ系の小型化を阻害しないで、如何にペッツバール和と色収差とを補正するかが、小型撮像レンズにおいて、小型化と高性能とを両立させるポイントとなる。
【００２０】
本発明は、例えば、特開平１０−１０４５１１号公報に記載されているように、負レンズと正レンズから成る２枚構成のレンズ系を発展させて、従来の２枚構成では補正できない軸上色収差、倍率色収差を効果的に補正することができる手段を提供するものである。
【００２１】
前記従来例の前群に当たる負レンズは、前後の面の曲率半径の違いと適度の厚みの効果で、ペッツバール和を小さくするのに効果を発揮している。しかし、主光線は、後群凸レンズの中で光軸と交差しているため、前群凸レンズを通る主光線の光線高は高くなって、これが倍率色収差の発生原因となっている。
【００２２】
従って、ペッツバール和の補正効果はそのままで倍率色収差を補正するために、本発明では、前群の負レンズを凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１と凹メニスカスレンズの第２レンズＬ２の２枚に分離して構成し、上記条件式１を満足するようにすることで、倍率色収差を効果的に補正するようにしたものである。
【００２３】
また、主光線高が高い第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、非点収差の補正に効果を発揮し易いレンズであり、前述のように、その補正手段としては非球面が効果的である。ここで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のどの面を非球面にするかが問題となるが、これには、レンズの製法とコストとを考慮する必要がある。非球面レンズの製造方法としては、ガラスモールド、複合非球面及びプラスチック射出成形の３通りの方法がある。
【００２４】
しかし、ガラスモールドは、凹レンズの成形が困難であり、また、成形に適したガラスの種類にも制約が多いという欠点がある。複合非球面は、球面研磨レンズの表面にプラスチック製の非球面の膜を形成するものであるが、有効径に比べて研磨レンズの外形がかなり大きくなってしまうという欠点があって、小型レンズには適していない。プラスチック射出成形は、低コストであり、凹レンズの成形も容易に行えるという利点があるが、屈折率とアッベ数の自由度はほとんど無いという欠点がある。
【００２５】
ペッツバール和を小さくするには、第ｉレンズＬｉの屈折率をｎｉとして、ｎ１＞ｎ２とすると都合がよく、また、倍率色収差の補正には、上記条件式１を満足させる必要があるため、凹レンズの第２レンズＬ２をプラスチック非球面として、極小曲率や非球面を低いコストで製造し、凸レンズの第１レンズＬ１を第２レンズＬ２よりも高屈折率、高分散なガラス製の球面研磨レンズとして、設計の自由度を大きくすると共に、ガラスモールド化によるコストの増加を避けるようにする。このような方法によって、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２を構成することによって、前群におけるペッツバール和、倍率色収差、非点収差、歪曲収差を重点的に補正することができるようになる。
【００２６】
ペッツバール和の補正について更に詳しく説明すると、撮像レンズ１及び２において、第１面ｒ１乃至第７面ｒ７の中で最も曲率半径が小さくなるのが第４面ｒ４であることから、該第４面ｒ４の曲率半径を規定する必要がある。第４面ｒ４の曲率半径を規定する条件式３において、ｒ４／ｆの値が上限を越えると、ペッツバール和を十分小さくすることができなくなり、また、下限を越えると、バックフォーカスが長くなって小型化を達成できなくなると共に、第４面ｒ４から発生する歪曲収差、非点収差及びコマ収差の補正が困難になってしまう。
【００２７】
後群の構成についてであるが、この後群の構成において、前記条件式１を満足させることは軸上色収差を悪化させる方向であり、この悪化した軸上色収差を後群で十分補正する必要がある。また、色消しのために、条件式２を満足させる必要があり、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４とは、アッベ数の数値ができるだけ離れた材質で、しかも、第４レンズＬ４はガラスモールドとしての加工が容易な材質を選ぶ必要がある。
【００２８】
このように、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との材質が決まると、色収差補正のための接合面の曲率半径が決まってくる。
【００２９】
後群の正の屈折力は第７面ｒ７に集中している。従って、｜ｒ７／ｆ｜の値が条件式４の下限を越えると、レンズ全系の焦点距離を保つために第４レンズＬ４を薄くしなければならなくなり、必然的に接合面の曲率半径を小さくできなくなって、色収差の補正が不十分となってしまう。また、逆に、｜ｒ７／ｆ｜の値が上限を超えると、第４面ｒ４から第７面ｒ７迄の距離が離れてしまうために、バックフォーカスが長くなって、小型化に不利となってしまう。
【００３０】
次に、本発明撮像レンズを具体的に示す数値実施例１及び２を示す。
【００３１】
数値実施例１に係わる撮像レンズ１は、図１に構成を示すように３群４枚構成のものであり、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１と、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズＬ２と、凹レンズの第３レンズＬ３と凸レンズの第４レンズＬ４との接合レンズから構成される。そして、第２レンズＬ２の物体側の面ｒ３及び像側の面ｒ４、第４レンズＬ４の像側の面ｒ７は非球面によって構成されている。尚、第４レンズＬ４と像面ＩＭＧとの間には、赤外線カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の適宜なフィルタＦＬが配置されている。
【００３２】
以下の表１に上記撮像レンズ１の各数値を示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
表２に撮像レンズ１の各光学特性を示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
表３に非球面によって構成されている面ｒ３、ｒ４及びｒ７の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数を示す。尚、表中の「ｅ」は、１０を底とする指数表現を表すものであり、例えば、「ｅ−３」は「×１０^-3」である（後述の表６においても同様）。
【００３７】
【表３】

【００３８】
図２に撮像レンズ１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。尚、球面収差曲線図において、実線はｄ線、破線はｇ線、一点鎖線はＣ線における数値を示すものであり、また、非点収差曲線図において、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲の数値を示すものである（後述の図４においても同様）。
【００３９】
数値実施例２に係わる撮像レンズ２は、図３に構成を示すように３群４枚構成のものであり、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズＬ１と、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズＬ２と、凹レンズの第３レンズＬ３と凸レンズの第４レンズＬ４との接合レンズから構成される。そして、第２レンズＬ２の物体側の面ｒ３、第４レンズＬ４の像側の面ｒ７は非球面によって構成されている。尚、第４レンズＬ４と像面ＩＭＧとの間には、赤外線カットフィルタや光学ローパスフィルタ等の適宜なフィルタＦＬが配置されている。
【００４０】
以下の表４に上記撮像レンズ２の各数値を示す。
【００４１】
【表４】

【００４２】
表５に撮像レンズ２の各光学特性を示す。
【００４３】
【表５】

【００４４】
表６に非球面によって構成されている面ｒ３及びｒ７の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数を示す。
【００４５】
【表６】

【００４６】
図４に撮像レンズ１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
【００４７】
以上に説明したように、本発明の３群４枚構成の撮像レンズは、全長が焦点距離の約２．６倍程度となる小型化が可能であると共に、赤外線カットフィルタや光学ローパスフィルタ等を配置するのに十分なバックフォーカスを確保することが可能である。
【００４８】
また、本発明撮像レンズは、ペッツバール和を０．２５以下にできることから、像面湾曲を良好に補正することが可能となり、更に、前群である第１レンズと第２レンズで倍率色収差を補正することが可能で、後群である第３レンズと第４レンズで軸上色収差を補正することが可能で、非球面の効果によって球面収差及びコマ収差を良好に補正することが可能である。
【００４９】
更に、前述した従来のプラスチックレンズによる２枚構成のものでは、１０万画素程度の撮像素子にしか適合できないのに対して、本発明撮像レンズは、１００万画素以上の撮像素子に対しても必要十分な画質を得ることが可能である。
【００５０】
尚、前記実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズと、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズと、凹レンズの第３レンズと凸レンズの第４レンズとの接合レンズとによって構成すると共に、第２レンズの少なくとも１面と第４レンズの像側の面を非球面によって構成し、νｉ（ｉ＝１，２，３，４）を第ｉレンズのアッベ数とすると、ν１＜ν２、ν３＜ν４の各条件を満足するようにしたので、十分なバックフォーカスが確保できると共に、光学特性が良好なコンパクトな撮像レンズを提供することができる。また、ｒｉを物体側から数えてｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径（ｉ＝１，２，…）、ｆをレンズ全系の焦点距離とすると、０．２＜ｒ４／ｆ＜０．３、０．４＜｜ｒ７／ｆ｜＜０．５の各条件を満足するようしたので、より光学特性を高めることができ、１００万画素以上の撮像素子に対応できる高画質の撮像レンズを提供することができる。
【００５２】
請求項２に記載した発明にあっては、第２レンズは、両面が非球面によって構成されたプラスチック製レンズであるので、撮像レンズを安価に製造することかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２と共に本発明撮像レンズの実施の形態における数値実施例１を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図２】球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【図３】図４と共に本発明撮像レンズの実施の形態における数値実施例２を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。
【図４】球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。
【符号の説明】
１…撮像レンズ、２…撮像レンズ、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ

Claims

物体側より順に、物体側に凸面を向けた凸メニスカスレンズの第１レンズと、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズの第２レンズと、凹レンズの第３レンズと凸レンズの第４レンズとの接合レンズとによって構成されると共に、
上記第２レンズの少なくとも１面と第４レンズの像側の面が非球面によって構成され、
以下の各条件を満足するようにされた
ことを特徴とする撮像レンズ。
ν１＜ν２
ν３＜ν４
０．２＜ｒ４／ｆ＜０．３
０．４＜｜ｒ７／ｆ｜＜０．５
但し、
νｉ（ｉ＝１，２，３，４）：第ｉレンズのアッベ数
ｒｉ：物体側から数えてｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径（ｉ＝１，２，…）
ｆ：レンズ全系の焦点距離とする。
第２レンズは、両面が非球面によって構成されたプラスチック製レンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。