JP4855042B2 - 撮影光学系，撮影レンズユニットおよびカメラ - Google Patents

Description

本発明は，伝統的な銀塩写真方式カメラ，デジタルカメラ，ビデオカメラ，カメラ付き携帯情報端末などに適用可能な撮影光学系，この撮影光学系を用いた撮影光学系ユニット，およびこの撮影光学系ユニットを用いたカメラに関するものである。

従来，ＣＣＤ等の撮像素子を受光素子として用いたデジタルカメラなどの撮影光学系では，撮像素子の受光面に対し略垂直に光線を入射させる必要があること，光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のフィルター類を配置する必要があることなどの理由から，長いバックフォーカスを確保する必要がある。しかしながら，バックフォーカスを長くした撮影光学系において，撮影画角を広げ，大口径化すると，諸収差の補正が困難になる。

広角でかつ大口径の撮影光学系を実現するために，物体側から順に，負メニスカスレンズと正レンズを配置することが提案されている（例えば，特許文献１参照）。しかしながら，特許文献１記載の発明に見られるようなレンズ配列は，本来透過するはずの光線の一部がレンズ面で反射することによって，ゴースト光が撮像面内に到達しやすいという欠点がある。

上記のようなゴースト光の発生を抑制するために，レンズ面には反射防止膜が施されるが，レンズの曲率半径が小さくなるとレンズ全面にわたって均一な厚さの膜を形成することが難しくなる。そのため従来は，反射防止膜の厚さが不均一になった場合でも，所望の波長域に対して十分な効果が得られるように，余裕を持った波長帯域すなわち十分に広い波長帯域に対して反射率が低くなるような多層膜を施すことにより，ゴーストの原因となる反射光を低減している。しかし，この方法では，多層膜の層数が増え，コストアップになるという難点がある。

特開２００４−１７７４３５号公報

本発明は，以上の従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり，小型で高画角，大口径で，かつ，ゴーストの発生のない低コストの撮影光学系，撮影レンズユニットおよびカメラを実現することを目的とする。

本発明にかかる撮影光学系は、以上の課題を解決するために、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レンズ，像側に凹面を向けた負レンズ，正レンズからなる前群と，正レンズ，負レンズ，正レンズからなる後群からなり，上記前群の負レンズのいずれも次の（１）から（５）の条件式を満足することを特徴とする。
１０％＜Ｒ＜３０％（λ＝４２０ｎｍ） （１）
１％＜Ｒ＜１０％（λ＝４７０ｎｍ） （２）
Ｒ＜１％（５２０ｎｍ＜λ＜６８０ｎｍ） （３）
Ｒ＜０．５％（６８０ｎｍ＜λ） （４）
１＜｜ｆＮ／ＲＮ｜＜４ （５）
ただし、λ；波長、Ｒ；上記負レンズの像面側における指定波長域での反射率、ＲＮ；上記負レンズの像面側の反射率、ｆＮ；上記負レンズの焦点距離とする。

本発明にかかる撮影光学系ユニットは，上記の撮影光学系と，この撮影光学系による結像面に配置された撮像素子を備えたものであり，本発明にかかるカメラは，上記撮影光学系ユニットによって結像面に形成される画像を取り込んで撮影画像を得ることを特徴とするカメラである。

前群レンズの負レンズの像側面に，上記の条件式を満足するように薄膜を施すことにより，上記負レンズの像側面で，ゴーストの原因となる反射光を低減することができる。また，広画角で大口径の撮影光学系において解決すべき課題とされていた諸収差を，良好に補正することができる撮影光学系を実現することができる。かかる撮影光学系を用いて撮影光学系ユニットを構成し，さらに，この撮影光学系ユニットを用いてカメラを構成することにより，結果として，ゴーストのない良好な画像を得ることが可能となる。

本来の結像光線に比べて，前群レンズを構成するレンズのうち，負レンズの像側面で反射されるゴースト光線は，負レンズの像側面への入射角が大きくなる。そこで，上記負レンズの像側面の薄膜を，本来の結像光線の入射光に対して最適化すると，結像光線の透過率は高くなるものの，ゴースト光線に対する反射防止の効果が低くなる。さらに，上記負レンズの像側面の曲率半径が小さくなると，面全体にわたって均一な厚さの薄膜を形成することが困難になる。そこで，（１）から（５）に示す条件式を満足する特性の多層膜をレンズ中心部で形成しておけば，レンズ周辺部での薄膜厚が薄くなった場合でも，ゴーストを発生させる要因となる波長の光の反射率を低く抑えることができる。条件式（５）の下限値を越えると，その負レンズの像側面の曲率半径がその負レンズの焦点距離に比べて小さくなり，その負レンズの組付け誤差による像性能の劣化が大きくなって，撮影光学系の組立性が悪くなる。逆に，条件式（５）の上限値を越えると，その負レンズの像側面の曲率半径がその負レンズの焦点距離に比べて大きくなり，レンズが大型化してしまう。

以上のように，本発明にかかる撮影光学系によれば，小型，広角，大口径で，逆光時にもゴーストが出難い撮影光学系を実現することができる。

以下，本発明にかかる撮影光学系，撮影レンズユニットおよびカメラの実施例を，図面を参照しながら説明する。
図１，図３，図５，図７はいずれも本発明にかかる撮影光学系の実施例を示す。これらの実施例はいずれも，前群レンズと後群レンズを有してなる。前群レンズは，物体側から順に，物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１，負レンズである第２レンズＬ２，両凸の正レンズである第３レンズＬ３の３枚のレンズからなる。後群レンズは，両凸の正レンズである第４レンズＬ４，両凹の負レンズである第５レンズＬ５，両凸の正レンズである第６レンズＬ６の３枚のレンズからなる。前群レンズと後群レンズの間には絞り１２が配置されている。各実施例において，後群レンズの後方の，撮影光学系による結像面には，ＣＣＤなどの撮像素子１０が，その受光面が撮影光学系の光軸に対し直角になるように配置され，この撮像素子１０と上記撮影光学系によって撮影光学系ユニットが構成されている。各実施例において，像面側すなわち撮像素子１０に最も近い位置に配置された，屈折力を有するレンズＬ６と像面との間には，平行平板１４が配置されている。この平行平板１４は，水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等のフィルター類，または，例えばＣＣＤなどの撮像素子１０を保護する保護ガラスなどである。図５に示す実施例３を除き，後群レンズを構成する前側の凸レンズＬ４とその後の凹レンズＬ５は張り合わせられている。したがって，光学素子の面数は，実施例３の場合，他の実施例より１面だけ多くなっている。

各実施例の撮影光学系を構成する一部のレンズ面には非球面が採り入れられている。実施例１，２では，物体側から数えて，第２面，第１１面，第１２面，実施例３では，第２面，第１２面，第１３面，実施例４では，第２面第８面，第１１面，第１２面，実施例５では，第４面，第８面，第１１面，第１２面が非球面である。非球面は光軸からの高さをＨとしたとき，面頂点からの光軸方向の変位量をＳとして次に式で表される。ただし，Ｒは曲率半径，Ａ_２ｉは非球面係数である。

非球面係数

Ｌ１の条件式（５）＝２．８
Ｌ２の条件式（５）＝２．１

図２は，実施例１にかかる撮影光学系の球面収差，非点収差，歪曲収差を示す。これらの収差曲線からわかるように，各収差が良好に補正されている。

非球面係数

Ｌ１の条件式（５）＝３．１
Ｌ２の条件式（５）＝１．６

図４は，実施例２にかかる撮影光学系の球面収差，非点収差，歪曲収差を示す。これらの収差曲線からわかるように，各収差が良好に補正されている。

非球面係数

Ｌ１の条件式（５）＝３．４
Ｌ２の条件式（５）＝１．７

図６は，実施例３にかかる撮影光学系の球面収差，非点収差，歪曲収差を示す。これらの収差曲線からわかるように，各収差が良好に補正されている。

非球面係数

Ｌ１の条件式（５）＝２．８
Ｌ２の条件式（５）＝３．０

図８は，実施例４にかかる撮影光学系の球面収差，非点収差，歪曲収差を示す。これらの収差曲線からわかるように，各収差が良好に補正されている。

非球面係数

Ｌ１の条件式（５）＝３．０
Ｌ２の条件式（５）＝３．４

図１０は，実施例５にかかる撮影光学系の球面収差，非点収差，歪曲収差を示す。これらの収差曲線からわかるように，各収差が良好に補正されている。

図１２は，本発明にかかる撮影光学系の，レンズ中心部での波長λ［ｎｍ］に対する反射率Ｒの測定値，図１３はレンズ周辺部での波長λ［ｎｍ］に対する反射率Ｒの測定値をそれぞれ示す。レンズの中心で、図１２に示すような短波長側で反射率が高くなるコーティングを施すと、レンズの周辺部で、図１３に示すように広い波長域において反射率が抑制されるコーティングを実現することができる。

図１１は，本発明にかかる撮影光学系ユニットを備えたカメラの例を示す。図１１において，カメラ本体の前面側には撮影光学系ユニット２０が取り付けられている。撮影光学系ユニット２０は，これまで説明してきた撮影光学系，撮像素子１０などを含む光学素子が鏡筒に収納されることによって構成されている。カメラ本体の上面には，撮影に関連する各種情報を表示するための液晶表示パネル２２，メインスイッチ２３，レリーズボタン２４が設けられている。カメラ本体の背面側には，光学ファインダ２１，液晶パネルからなる画像モニタ２５が設けられている。本発明にかかる撮影光学系ユニットを備えることにより，ゴースト光が抑制されて高画質の撮影画像を得ることができる。

本発明にかかる撮影光学系の実施例１を示す光学配置図である。 上記実施例１の各種収差曲線図である。 本発明にかかる撮影光学系の実施例２を示す光学配置図である。 上記実施例２の各種収差曲線図である。 本発明にかかる撮影光学系の実施例３を示す光学配置図である。 上記実施例３の各種収差曲線図である。 本発明にかかる撮影光学系の実施例４を示す光学配置図である。 上記実施例４の各種収差曲線図である。 本発明にかかる撮影光学系の実施例５を示す光学配置図である。 上記実施例５の各種収差曲線図である。 本発明にかかる撮影光学系ユニットを備えたカメラの実施例を背面側斜め上方から示す斜視図である。 本発明にかかる撮影光学系の波長に対する反射率をレンズ中心部で測定した結果を示すグラフである。 本発明にかかる撮影光学系の波長に対する反射率をレンズ周辺部で測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
１０ 撮像素子
１２ 絞り
１４ 平行平板

Claims (4)

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レンズ，像側に凹面を向けた負レンズ，正レンズからなる前群と，正レンズ，負レンズ，正レンズからなる後群からなり，
   上記前群の負レンズのいずれも次の（１）から（５）の条件式を満足することを特徴とする撮影光学系。
   １０％＜Ｒ＜３０％（λ＝４２０ｎｍ） （１）
   １％＜Ｒ＜１０％（λ＝４７０ｎｍ） （２）
   Ｒ＜１％（５２０ｎｍ＜λ＜６８０ｎｍ） （３）
   Ｒ＜０．５％（６８０ｎｍ＜λ） （４）
   １＜｜ｆＮ／ＲＮ｜＜４ （５）
   ただし、λ；波長、Ｒ；上記負レンズの像面側における指定波長域での反射率、ＲＮ；上記負レンズの像面側の反射率、ｆＮ；上記負レンズの焦点距離。
2. 撮影光学系と、この撮影光学系による結像面に配置された撮像素子を備えた撮影光学系ユニットであって、上記撮影光学系は請求項１記載の撮影光学系であることを特徴とする撮影光学系ユニット。
3. 撮影光学系と像面との間に平行平板が配置されている請求項２記載の撮影光学系ユニット。
4. 撮影光学系ユニットによって結像面に形成される画像を取り込んで撮影画像を得るカメラであって、上記撮影光学系ユニットは請求項２または３記載の撮影光学系ユニットであることを特徴とするカメラ。

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