JP5957990B2 - 広角レンズ、撮像レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、携帯情報端末等に撮影レンズとして組み込むことができ、特にインナーフォーカス方式の小型な広角レンズ並びにこの広角レンズを備えた撮影レンズユニット及び撮像装置に関するものである。また、この広角レンズは、スキャナー等の読み取り光学系にも利用可能なものである。

近年、銀塩フィルム方式のカメラに代わってデジタルカメラが普及し、ユーザーのデジタルカメラに対する要望が多岐にわたり、個性豊かなデジタルカメラが普及している。その中でも、携帯時の利便性の向上は、解決すべき技術的課題として優先順位が高く、小型な撮影光学系が求められている。

従来、広角レンズは、全体として負の屈折力を有する第１群と、全体として正の屈折力を有する第２群とに配置されるレトロフォーカス型のレンズ構成が多く発明されている。

一眼レフカメラは、レンズと像面の間にミラーが配置してあるため、バックフォーカスを長くしてミラーを配置するスペースを確保する必要がある。このため、レトロフォーカス型の広角系レンズはバックフォーカスが焦点距離よりも長くなり、レンズの小型化には不利となる。一方、近年はミラーレスのレンズ交換式のカメラが発売されており、これらはミラーを配置するスペースを確保する必要がないため、より小型の広角レンズが求められる。

小型単焦点レンズの構成が記載された文献として、特許文献１乃至３が知られている。特許文献１に記載された小型単焦点レンズは、小型ではあるが、全体繰り出しによるフォーカシング方式を採用するため、高速ＡＦには不利である。特許文献２及び特許文献３に記載された小型単焦点レンズは、リアフォーカスによるフォーカス群の小型化による光学系の小型化を図っているが、バックフォーカスが長いため、小型化の余地がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、インナーフォーカス方式の小型な広角レンズを提供することを目的とする。

本発明に係る広角レンズは、物体側から像側へ順に、全体として正の屈折力を持つ前群と、開口絞りと、全体として正の屈折力を持つ後群と、からなるインナーフォーカス広角レンズにおいて、前記前群は、物体側から像側へ順に、像側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を持つＧ２Ａ群と、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群からなり、前記Ｇ２Ａ群は、物体側から像側へ順に、１枚の両凹レンズと１枚の両凸レンズとからなる接合レンズと、正の屈折力を持つ単レンズとで構成され、前記Ｇ２Ｂ群は、２枚の負メニスカスレンズで構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、前記Ｇ２Ａ群が光軸方向に沿って物体側に移動することにより行い、後群の焦点距離をＦ２、前記Ｇ２Ａ群の焦点距離をＦ２Ａ、前記Ｇ２Ａ群内の接合レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ１、前記Ｇ２Ａ群内の正の単レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ２とした場合、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを主な特徴とする。
（１） ０．１＜Ｆ２Ａ／Ｆ２＜０．２
（２） ６．５＜ＦＧ２Ａ１／ＦＧ２Ａ２＜９．０

本発明によれば、小型な広角レンズを提供することができる。

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の光学配置図である。 本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の無限遠合焦状態における収差図である。 本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の最短撮影距離における収差図である。 本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の光学配置図である。 本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の無限遠合焦状態における収差図である。 本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の最短撮影距離における収差図である。

以下、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズ並びにこれを用いた撮影レンズユニット及び撮像装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜インナーフォーカス広角レンズ＞
●第１の実施形態
本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、全体として正の屈折力を持つ前群Ｇ1と、開口絞り６と、全体として正の屈折力を持つ後群Ｇ２と、からなる広角レンズにおいて、後述する条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする。

図１は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施形態の一例を示す図である。ここで、物体側とは、図１の紙面に向かって左側を、像面側は右側をいう。

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、図１に示すように、物体側から像側へ順に、全体として正の屈折力を持つ前群Ｇ１と、開口絞り６と、全体として正の屈折力を持つ後群Ｇ２と、からなる広角レンズである。前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、像側に凸の負メニスカスレンズ２０と、物体側に凸の負メニスカスレンズ２１と両凸レンズ２２との接合レンズからなる。後群Ｇ２は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を持つＧ２Ａ群と、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群から構成される。

更に、Ｇ２Ａ群は、１枚の負メニスカスレンズ２３と１枚の正メニスカスレンズ２４とからなる接合レンズと正の屈折力を持つ単レンズ２５とで構成される。Ｇ２Ｂ群は、２枚の負メニスカスレンズ２６、２７とで構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、Ｇ２Ａ群が光軸方向に沿って物体側に移動することにより行なわれる。

Ｇ２Ａ群の像面側に配設される透明の平行平板からなる光学要素１６，１７，１８，１９は、光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等の各種光学フィルタやＣＣＤセンサ等の受光素子のカバーガラス（シールガラス）を想定したものである。

更に、後群Ｇ２の焦点距離をＦ２、Ｇ２Ａ群の焦点距離をＦ２Ａ、Ｇ２Ａ群内の接合レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ１、Ｇ２Ａ群内の正の単レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ２とした場合、以下の条件式（１）及び（２）を満足する。

＜＜条件式（１）＞＞
０．１＜Ｆ２Ａ／Ｆ２＜０．２

＜＜条件式（２）＞＞
６．５＜ＦＧ２Ａ１／ＦＧ２Ａ２＜９．０

前群Ｇ１は、像側に凸の負メニスカスレンズ２０と、物体側に凸の負メニスカスレンズ２１と両凸レンズ２２の接合レンズで構成することにより、コマ収差、倍率色収差又は軸上色収差を効果的に補正することができる。

更に、フォーカス群である正の屈折力を持つＧ２Ａ群を接合レンズ２３、２４と１枚の正メニスカスレンズ２５で構成することで、正の屈折力をそれぞれで分担させることにより、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に発生する収差変動を少なくすることができる。また、少なくとも１枚の非球面を用いることにより、収差補正を効果的に行うことができる。

更に、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群を２枚の負メニスカスレンズ２６、２７で構成することにより、負の屈折力を分担させ、収差補正を分担させている。また、最も像面側に対して、像面に凸の負メニスカスレンズ２７を配置することにより、後側主点を前方に出し全長を短くしている。

条件式（１）の上限を超えてフォーカス群の正の屈折力が弱くなると、後群Ｇ２のパワーを保つためのＧ２Ｂ群の負の屈折力が弱くなるため、Ｇ２Ｂ群より物体側の正メニスカスレンズで発生した球面収差を補正することが難しい。また、フォーカス群の移動量が大きくなるので、フォーカスに時間がかかってしまう。条件式（１）の下限を超えると、フォーカス群の正の屈折力が強くなり過ぎ、球面収差の発生が大きくなるため、Ｇ２Ｂ群で球面収差を補正しきれなくなる。

条件式（２）は、Ｇ２Ａ群における接合レンズ２３、２４と単レンズ２５の焦点距離の比を表す。正の接合レンズ２３、２４と正の単レンズ２５により、正の屈折力を持つフォーカス群のパワーを分担している。条件式（２）の上限を超えると、単レンズの屈折力が強くなり、球面収差がアンダー側に大きくなる。

また、条件式（２）の下限を超えると単レンズの屈折力が弱くなるため、接合レンズと正の屈折力を上手く分担できなくなり、球面収差がオーバー側に大きくなる。

以上説明したインナーフォーカス広角レンズの実施形態によれば、全体として正の屈折力を持つ前群Ｇ１と、開口絞り６と、全体として正の屈折力を持つ後群Ｇ２と、からなる広角レンズにおいて、条件式（１）及び（２）を満足することにより、小型な広角レンズを提供することができる。

＜インナーフォーカス広角レンズ＞
●第２の実施形態
次に、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの別の実施形態について、先に説明した実施形態と異なる部分を中心に説明する。具体的には、前記第１の実施形態において、更に、次の条件式（３）を満足することを特徴とする。

＜＜条件式（３）＞＞
１９＜Ｆ／ΔＸＧ２Ａ＜２３．５

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、前記第１の実施形態でおいて、レンズ系全体の焦点距離をＦ、及びＧ２Ａ群の無限遠撮影位置から撮影倍率が−０．１１倍である最短撮影位置に合焦する位置までの移動量をΔＸＧ２Ａとした場合、条件式（３）を満足することにより、小型な広角レンズを提供することができる。

条件式（３）の上限を超えると、フォーカス群の移動量が小さくなるため光学系の小型化には有利であるが、製造誤差感度が高くなる点で不利となる。また、フォーカスの移動量が小さくなるためフォーカス群の屈折力が強くなり、フォーカス群の移動による球面収差の変動が大きくなる点で不利となる。

また、条件式（３）の下限を超えると、フォーカス群の移動量が大きくなり、光学系の小型化に不利となる。

以上説明したインナーフォーカス広角レンズの実施形態によれば、更に条件式（３）を満足することにより、小型な広角レンズを提供することができる。

＜インナーフォーカス広角レンズ＞
●第３の実施形態
次に、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの別の実施形態について、先に説明した実施形態と異なる部分を中心に説明する。具体的には、前記第１又は２の実施形態において、更に、次の条件式（４）を満足することを特徴とする。

＜＜条件式（４）＞＞
０．６＜Ｆ１／ＴＬ＜０．８

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、前記第１又は第２の実施形態でおいて、前群Ｇ１の焦点距離をＦ１及び最も物体側のレンズ面から像面までの距離をＴＬとした場合、条件式（４）を満足することにより、小型な広角レンズを提供することができる。

条件式（４）は、全長に対する前群Ｇ１の焦点距離の比を表す。条件式（４）の上限を超えると前群Ｇ１の焦点距離が大きくなり、全体の焦点距離を保つにはフォーカス群の焦点距離を小さくなる点で不利となる。その結果、球面収差がアンダー側に大きくなり、コマ収差の悪化にもつながる。

また、条件式（４）の下限を超えると前群Ｇ１の焦点距離が小さくなり、前群Ｇ１で発生したコマ収差などを後群Ｇ２で補正しきれなくなるという点で不利となる。

以上説明したインナーフォーカス広角レンズの実施形態によれば、更に条件式（４）を満足することにより、小型な広角レンズを提供することができる。

●撮影レンズユニットの実施形態
また、上述した本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、撮影レンズユニットに応用することもできる。これによれば、小型で高速ＡＦが可能な広角レンズを撮影光学系として利用した撮影レンズユニットを提供することができる。

●撮像装置の実施形態
また、上述した本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、撮像装置に応用することもできる。これによれば、小型で高速ＡＦが可能な広角レンズを撮影光学系として利用した撮像装置を提供することができる。

●その他の実施形態
また、上述した本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、スキャナー等の読み取り光学系に応用することもできる。これによれば、小型で高速ＡＦが可能な広角レンズを読み取り光学系として利用したスキャナー等の読み取り光学系又はこの読み取り光学系用いたスキャナーを提供することができる。

＜本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例＞
次に、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの具体的な２つの実施例（実施例１及び２）について説明する。

この実施例における記号の意味は以下の通りである。
ｆ：全系の焦点距離
Ｆ：Ｆナンバ
ω：半画角
Ｒ：曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）
Ｄ：面間隔
Ｎｄ：屈折率
νｄ：アッベ数
Ｋ：非球面の円錐定数
Ａ４：４次の非球面定数
Ａ６：６次の非球面定数
Ａ８：８次の非球面定数
Ａ１０：１０次の非球面定数
β：結像倍率
非球面形状は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐定数：Ｋ、上記各次数の非球面係数を用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２
Ｘ１＝ＣＨ^２／[１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２｝]
Ｘ２＝Ａ４・Ｈ^４＋Ａ６・Ｈ^６＋Ａ８・Ｈ^８＋Ａ１０・Ｈ^１０
で表されるものであり、近軸曲率半径と円錐定数、非球面係数を与えて形状が特定される。

実施例１を表す図１又は実施例２を表す図２に例示するように、各実施例において、後群Ｇ２の像面側に配設される平行平板ＦＴは、光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の各種フィルタやＣＣＤセンサ等の受光素子のカバーガラス（シールガラス）を想定して、これらに等価な透明平行平板を示したものである。

●実施例１
次に、実施例１について、図１乃至３に基づいて説明する。図１は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の光学配置図である。光軸に沿って物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１と、開口絞り６と、正の屈折力を有する後群Ｇ２からなり、さらに後群Ｇ２は物体側から像側へ順に正の屈折力を持つＧ２Ａ群、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群で構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングはＧ２Ａ群が光軸方向に沿って物体側に移動する。

前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、凸形状の負メニスカスレンズ２０と、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ２１と両凸レンズ２２の接合レンズからなる。Ｇ２Ａ群は、物体側により強い凹面を向けた両凹レンズ２３と両凸レンズ２４の接合レンズと、両凸レンズ２５からなる。Ｇ２Ｂ群は、両凹レンズ２６と、物体側により強い凹面を向けた負メニスカスレンズ２７からなる。

実施例１における各パラメータ（Ｒ、Ｄ、Ｎｄ、Ｖｄ）を表１に示す。表１において面番号にアスタリスク「＊」がついた面は非球面を表す。
（表１）
ｆ＝２２．９ Ｆ＝２．５６ ω＝３２

非球面
第２面
Ｋ＝０
Ａ４＝４．７６６０６ｅ−００５
Ａ６＝３．６３０７６ｅ−００７
第１１面
Ｋ＝０
Ａ４＝１．６３８０７ｅ−００４
Ａ６＝７．８１３１２ｅ−００７
Ａ８＝７．２１５１１ｅ−００９
Ａ１０＝４．８４７４０ｅ−０１１
第１３面
Ｋ＝０
Ａ４＝１．０７７４２ｅ−００４
Ａ６＝１．１１８５６ｅ−００６
Ａ８＝９．４４６１０ｅ−００９
ここで、ｅ−ｎは、１０のべき乗を表す

実施例１で用いた無限遠合焦時と最短撮影距離β＝−０．１１の場合の可変間隔（Ｄ６、Ｄ１１、ＢＦ）を表２に示す。
（表２）

実施例１に係る条件式の係数は、以下の通りである。
Ｆ２Ａ／Ｆ２＝０．１４
ＦＧ２Ａ１／ＦＧ２Ａ２＝８．５９
Ｆ／ΔＸＧ２Ａ＝２３．０２
Ｆ１／ＴＬ＝０．７１

図２は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の無限遠合焦状態における収差図を示すグラフである。また、図３は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例１の最短撮影距離における収差図を示すグラフである。なお、球面収差の図中の破線は正弦条件、非点収差の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルをそれぞれ表す。また、「ｇ」、「ｄ」はそれぞれ、ｇ線およびｄ線を表す。

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、図２に示す無限遠合焦時の可変間隔と図３に示す最短撮影距離における可変間隔における収差特性から、小型化ができることを示している。

●実施例２
次に、実施例２について、図４乃至６に基づいて説明する。図４は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の光学配置図である。光軸に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ１と、開口絞り６と、正の屈折力を有する後群Ｇ２からなる。後群Ｇ２は、物体側より順に正の屈折力を持つＧ２Ａ群、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群で構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングはＧ２Ａ群が光軸方向に沿って物体側に移動する。

前群Ｇ１は、物体側から順に像側に、凸形状の負メニスカスレンズ２０と、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ２１と両凸レンズ２２の接合レンズからなる。Ｇ２Ａ群は、物体側により強い凹面を向けた両凹レンズ２３と両凸レンズ２４の接合レンズと、両凸レンズ２５からなり、Ｇ２Ｂ群は物体側により強い凹面を向けた負メニスカスレンズ２６と、物体側により強い凹面を向けた負メニスカスレンズ２７からなる。

実施例２のＲ、Ｄ、Ｎｄ、Ｖｄに関しては表３の通りであり、表３において面番号にアスタリスク「＊」がついた面は非球面を表す。

実施例２における各パラメータ（Ｒ、Ｄ、Ｎｄ、Ｖｄ）を表３に示す。表３において面番号にアスタリスク「＊」がついた面は非球面を表す。
（表３）
ｆ＝２２．９ Ｆ＝２．５６ ω＝３２

非球面
第２面
Ｋ＝０
Ａ４＝２．８６２５１ｅ−００５
Ａ６＝２．３２３０５ｅ−００７
第１０面
Ｋ＝０
Ａ４＝−１．１７４００ｅ−００４
Ａ６＝−７．３５８６１ｅ−００７
Ａ８＝−１．５２６９１ｅ−００９
Ａ１０＝−６．８６２０５ｅ−０１１
第１３面
Ｋ＝０
Ａ４＝−２．５９０６３ｅ−００５
Ａ６＝−８．０６３８０ｅ−００７
Ａ８＝１．６３７２２ｅ−００９
ここで、ｅ−ｎは、１０のべき乗を表す

実施例２で用いた無限遠合焦時と最短撮影距離β＝−０．１１の場合の可変間隔（Ｄ６、Ｄ１１、ＢＦ）を表４に示す。
（表４）

実施例３に係る条件式の係数は、以下の通りである。
Ｆ２Ａ／Ｆ２＝０．１７
ＦＧ２Ａ１／ＦＧ２Ａ２＝６．７３
Ｆ／ΔＸＧ２Ａ＝１９．１５
Ｆ１／ＴＬ＝０．７０

図５は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の無限遠合焦状態における収差図を示すグラフである。また、図６は、本発明に係るインナーフォーカス広角レンズの実施例２の最短撮影距離における収差図を示すグラフである。なお、球面収差の図中の破線は正弦条件、非点収差の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルをそれぞれ表す。また、「ｇ」、「ｄ」はそれぞれ、ｇ線およびｄ線を表す。

本発明に係るインナーフォーカス広角レンズは、図５に示す無限遠合焦時の可変間隔と図６に示す最短撮影距離における可変間隔における収差特性から、小型化ができることを示している。

１ 前群の像側に凸の負メニスカスレンズの物体側面
２ 前群の像側に凸の負メニスカスレンズの像面側面
３ 前群の物体側に凸の負メニスカスレンズの物体側面
４ 前群の物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸レンズとの結合面
５ 前群の両凸レンズの物体側面
６ 開口絞り
７ 後群の負メニスカスレンズの物体側面
８ 後群の負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの結合面
９ 後群の正メニスカスレンズの像面側面
１０ 後群の正の屈折力を持つ単レンズの物体側面
１１ 後群の正の屈折力を持つ単レンズの像面側面
１２ 後群の物体側の負メニスカスレンズの物体側面
１３ 後群の物体側の負メニスカスレンズの像面側面
１４ 後群の像側の負メニスカスレンズの物体側面
１５ 後群の像側の負メニスカスレンズの像面側面
２０ 像側に凸の負メニスカスレンズ
２１ 物体側に凸の負メニスカスレンズ
２２ 両凸レンズ
２３ 負メニスカスレンズ
２４ 正メニスカスレンズ
２５ 正の屈折力を持つ単レンズ
２６ 負メニスカスレンズ
２７ 負メニスカスレンズ

特開平０９−２５８０９８号公報 特開２００９−２５８１５８号公報 特開２００９−２３７５４２号公報

Claims (5)

1. 物体側から像側へ順に、全体として正の屈折力を持つ前群と、開口絞りと、全体として正の屈折力を持つ後群と、からなるインナーフォーカス広角レンズにおいて、
   前記前群は、物体側から像側へ順に、像側に凸の負メニスカスレンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、
   前記後群は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を持つＧ２Ａ群と、負の屈折力を持つＧ２Ｂ群からなり、
   前記Ｇ２Ａ群は、物体側から像側へ順に、１枚の両凹レンズと１枚の両凸レンズとからなる接合レンズと、正の屈折力を持つ単レンズとで構成され、
   前記Ｇ２Ｂ群は、２枚の負メニスカスレンズで構成され、
   無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、前記Ｇ２Ａ群が光軸方向に沿って物体側に移動することにより行い、
   後群の焦点距離をＦ２、前記Ｇ２Ａ群の焦点距離をＦ２Ａ、前記Ｇ２Ａ群内の接合レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ１、前記Ｇ２Ａ群内の正の単レンズの焦点距離をＦＧ２Ａ２とした場合、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする、
   インナーフォーカス広角レンズ。
   （１） ０．１＜Ｆ２Ａ／Ｆ２＜０．２
   （２） ６．５＜ＦＧ２Ａ１／ＦＧ２Ａ２＜９．０
2. レンズ系全体の焦点距離をＦ、前記Ｇ２Ａ群の無限遠撮影位置から撮影倍率が−０．１１倍である最短撮影位置に合焦する位置までの移動量をΔＸＧ２Ａとした場合、条件式（３）を満足することを特徴とする、
   請求項１に記載のインナーフォーカス広角レンズ。
   （３） １９．０＜Ｆ／ΔＸＧ２Ａ＜２３．５
3. 前記前群の焦点距離をＦ１、物体側に最も近いレンズ面から像面までの実距離をＴＬとした場合、条件式（４）を満足することを特徴とする、
   請求項１又は２に記載のインナーフォーカス広角レンズ。
   （４） ０．６＜Ｆ１／ＴＬ＜０．８
4. 撮影レンズユニットであって、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のインナーフォーカス広角レンズであることを特徴とする撮影レンズユニット。
5. 撮像装置であって、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のインナーフォーカス広角レンズを備えることを特徴とする撮像装置。
   

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