JP6204676B2

JP6204676B2 - 撮像レンズ及びそれを有する撮像装置

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Publication number: JP6204676B2
Application number: JP2013072747A
Authority: JP
Inventors: 大史安部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: US9116330B2; US20140293444A1; JP2014197131A

Description

本発明は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子上に被写体像を形成する撮像レンズに関するものであり、ビデオカメラ、監視カメラ、デジタルスチルカメラ等に好適な撮像レンズ及びそれを有する撮像装置に関するものである。

近年のデジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いる撮影光学系の中には、撮影画角が１６０度を越える広画角のビデオカメラが普及しつつある。このような広画角のビデオカメラは、コンパクトかつ高い光学性能を有することが要求されている。

上記のようなビデオカメラや監視カメラ等に利用される広角レンズは、従来より数多く提案されてきている。例えば特許文献１、２には、５群６枚のレンズで構成された広角レンズが提案されている。

特開２００５−２２１９２０号公報特開第２００４−１４５２５６号公報

特許文献１や特許文献２に記載の撮像レンズでは、画角は１６０度以上を達成しているが、最も物体側のレンズ面から結像面までの距離が焦点距離の１０倍程度と、レンズ全長が長いという課題がある。また、これらのような広角レンズは、負の歪曲を大きく発生させることにより、広角化を実現している。つまり、像面上において、被写体が圧縮されて光学像を形成している。しかし、倍率色収差量は圧縮されること無く像面上で反映されるため、広角化のために歪曲量を大きくすればするほど、倍率色収差の影響が目立つという課題がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであって、撮影画角１６０度以上の広画角を有し、コンパクトでありながら、倍率色収差が良好に補正された撮像レンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明の撮像レンズは、物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、正の屈折力の第２レンズ群から構成される撮像レンズであって、前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力のＧ１１レンズ、負の屈折力のＧ１２レンズ、正の屈折力のＧ１３レンズから構成され、前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力のＧ２１レンズ、正の屈折力のＧ２２レンズ及び負の屈折力のＧ２３レンズが接合された接合レンズから構成され、前記Ｇ１３レンズの材料のアッベ数をνｐ、前記撮像レンズに含まれる負レンズの中で最も像側に配置された負レンズの材料のアッベ数をνｎ、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、
２．３＜νｐ／νｎ＜４．０
−３．０＜ｆ１／ｆ２＜−１．０
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、撮影画角１６０度以上の広画角を有し、コンパクトでありながら、倍率色収差が良好に補正された撮像レンズ及びそれを有する撮像装置を得ることができる。

実施例１の撮像レンズの断面図実施例１の撮像レンズの収差図実施例２の撮像レンズの断面図実施例２の撮像レンズの収差図本発明の撮像レンズを搭載する光学機器（ビデオカメラ）の概略図

以下、本発明の撮像レンズを図面を参照しながら説明する。

本発明の撮像レンズは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を配している。さらに、前記第１レンズ群Ｌ１は物体側から順に、負の屈折力を有するＧ１１レンズ、負の屈折力を有するＧ１２レンズ、正の屈折力を有するＧ１３レンズを有している。また、前記第２レンズ群Ｌ２は物体側から順に、正の屈折力を有するＧ２１レンズ、正の屈折力を有するＧ２２レンズと負の屈折力を有するＧ２３レンズで構成される接合レンズを有し、Ｇ２１レンズは少なくとも１面以上の非球面を有する。

本発明の撮像レンズは以下の数値条件を満足する。
２．３＜νｐ／νｎ＜４．０（１）
ここで、νｐは全系で最も物体側に配置される正レンズのアッベ数、νｎは全系で最も像側に配置される負レンズのアッベ数である。

なお、ｎｄをｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、ｎＦをＦ線（４８６．１ｎｍ）に対する屈折率、ｎＣをＣ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率としたとき、アッベ数νｄは以下のように定義される。
νｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）

条件式（１）は、撮像レンズの色収差に関する条件式である。条件式（１）が数値範囲内となるようにアッベ数νｐとアッベ数νｎを設定することで、第１レンズ群内で発生する色収差の分散量を抑制するとともに、第２レンズ群内の接合レンズで色収差を補正することで、全系での色収差発生量の抑制に有利となる。条件式（１）の上限を上回ると、全系での倍率色収差が補正不足となり、好ましくない。条件式（１）の下限を下回ると、第１レンズ群内で発生する色収差の分散量が大きくなり、倍率色収差補正後の残存量が大きくなるため、好ましくない。

さらに本発明の撮像レンズは以下の数値条件を満足する。
−３．０＜ｆ１／ｆ２＜−１．０（２）
ここで、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離である。

条件式（２）は、光学系内のパワー配置に関する条件式である。上述したように、本発明のレンズは２群で構成される。少ないレンズ群での構成で、広角且つ小型化に有利なネガティブリードタイプとしている。条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズ群のパワーが弱くなりすぎてしまうことで、光学系の全長が大きくなるため、レンズの小型化の観点から好ましくない。条件式（２）の下限を下回ると、第２レンズ群のパワーが強くなりすぎてしまうことで、コマ収差や球面収差の補正が困難となり、好ましくない。
条件式（１）、（２）の上下限を以下の如く限定するとより好ましい。
２．３＜νｐ／νｎ＜３．５（１ａ）
−２．５＜ｆ１／ｆ２＜−１．１（２ａ）

さらに、条件式（１）、（２）の上下限を以下の如く設定することがより好ましい。
２．４＜νｐ／νｎ＜３．０（１ｂ）
−２．１＜ｆ１／ｆ２＜−１．２（２ｂ）

本発明の目的とする撮像レンズ及びそれを有する撮像装置は、以上のような構成を満足することにより実現される。

さらに広画角を有し、コンパクトでありながら、倍率色収差を良好に補正するためには、本発明の撮像レンズ及びそれを有する撮像装置は、以下の特徴のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。
３．０＜νｃｐ／νｃｎ＜５．０（３）
なお、νｃｐは第２レンズ群内にある接合レンズの正レンズのアッベ数を、νｃｎは第２レンズ群内にある接合レンズの負レンズのアッベ数を表す。

条件式（３）は、第２レンズ群内にある接合レンズの、正レンズと負レンズのアッベ数の比を規定することにより、効果的に色収差を補正するための条件を規定している。条件式（３）の上限を上回ると、軸上色収差が過剰補正となり、好ましくない。条件式（３）の下限を下回ると、軸上色収差が補正不足となり、好ましくない。条件式（３）の上下限を以下の如く限定するとより好ましい。
３．２＜νｃｐ／νｃｎ＜４．５（３ａ）

さらに、以下の如く設定することがより好ましい。
３．５＜νｃｐ／νｃｎ＜４．１（３ｂ）

また、本発明の撮像レンズ及びそれを有する撮像装置は、条件式（４）を満足する。
０．８＜ν１ｎ／ν１ｐ＜１．５（４）
なお、ν１ｎは第１レンズ群内のＧ１２レンズのアッベ数を、ν１ｐは第１レンズ群内のＧ１３レンズのアッベ数を表す。

条件式（４）は、撮像レンズの第１レンズ群内で発生する色収差に関する条件を規定している。条件式（４）の上限を上回ると、第１レンズ群内で発生する色収差の分散量が大きくなり、倍率色収差補正後の残存量が大きくなるため、好ましくない。条件式（４）の下限を下回ると、第１レンズ群内で発生する色収差量そのものが大きくなりすぎてしまうため、全系での倍率色収差補正が困難となり、好ましくない。条件式（４）の上下限を以下の如く限定するとより好ましい。
０．９＜ν１ｎ／ν１ｐ＜１．４（４ａ）

さらに、以下の如く設定することがより好ましい。
１．０＜ν１ｎ／ν１ｐ＜１．２（４ｂ）

また、本発明の撮像レンズ及びそれを有する撮像装置は、ｆを撮像レンズ全系の焦点距離としたとき、条件式（５）を満足する。
−６．０＜ｆ１／ｆ＜−２．０（５）

条件式（５）は、第１レンズ群のパワー配置に関する条件式である。条件式（５）の上限を上回ると、第１レンズ群のパワーが強くなりすぎてしまい、像面湾曲やコマ収差等の諸収差の補正が困難となり、好ましくない。条件式（５）の下限を下回ると、広画角化のために必要な第１レンズ群の負の屈折力が不足するとともに、第１レンズ群の径の大型化を招くため、広角化と小型化の観点から好ましくない。条件式（５）の上下限を以下の如く限定するとより好ましい。
−５．５＜ｆ１／ｆ＜−２．２（５ａ）

さらに、以下の如く設定することがより好ましい。
−５．０＜ｆ１／ｆ＜−２．５（５ｂ）

本発明の撮像レンズは、第１レンズ群が、物体側から順に、像側が凹面でメニスカス形状のＧ１１レンズ、像側が凹面でメニスカス形状のＧ１２レンズ、像側が凸面のＧ１３レンズで構成されている。このレンズ構成により、第１レンズ群において広角化を実現しつつ像面湾曲や非点収差を好適に補正している。第１レンズ群内の物体側に負のパワーを配置することで広画角の光束を像面側に曲げつつ、像側に正のパワーを配置することで像面湾曲や非点収差を補正している。

本発明の撮像レンズは、第２レンズ群が、物体側から順に、両面が凸面で両面に非球面を有するＧ２１レンズと、両面が凸面の正の屈折力を有するＧ２２レンズと物体側が凹面の負の屈折力を有するＧ２３レンズとで成された接合レンズで構成されている。このレンズ構成により、全系の色収差を抑制しつつ、球面収差やコマ収差を良好に補正する。Ｇ２１レンズは、物体側面の非球面形状で球面収差を補正するとともに、像側面の非球面形状でコマ収差を補正している。第２レンズ群の接合レンズは、その接合面が像側に凸面形状となることで、色収差を効果的に補正している。

次に各実施例のレンズ構成について説明する。以下、レンズ構成は特に断りがない限り、物体側から像側へ順に配置されているものとする。各実施例の撮像レンズは、ビデオカメラや監視カメラ、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられている撮像レンズ系である。レンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。

図１は本発明の実施例１（数値実施例１）の撮像レンズの断面図である。

本発明の実施例１（数値実施例１）の撮像レンズは、物体側から順に負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を有する。なお、図１に示した本発明の撮像レンズの像側には、光学フィルター等に相当する光学ブロックＧＢ、像面ＩＰが配置される。像面ＩＰは、ビデオカメラやデジタルカメラの撮影光学系として使用する際には固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際にはフィルム面に、相当する。

第１レンズ群Ｌ１は物体側から順にＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３の３つのレンズから構成され、第２レンズ群Ｌ２は物体側から順にＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３から構成される。レンズＧ１１，Ｇ１２は像側が凹面のメニスカス形状の負レンズ、レンズＧ１３は像側が凸面の正レンズである。正レンズＧ１３には比較的低分散のガラスを使用し、全系で発生する色収差の２次スペクトル量を抑制している。レンズＧ２１は両面が凸面で、両面とも非球面形状を有する正レンズである。レンズＧ２２は両面が凸面の正レンズであり、レンズＧ２３は物体側面が凹面の負レンズであり、レンズＧ２２とＧ２３は互いに接合され接合レンズを構成している。

図２に、本実施例の撮像レンズにおける、ｇ線（破線）及びｄ線（実線）に対する球面収差、メリディオナル像面（ΔＭ：破線）及びサジタル像面（ΔＳ：実線）における非点収差、歪曲、ｇ線に対する倍率色収差を示す。収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面、サジタル像面を表す。ＦはＦナンバー、ωは半画角である。正レンズＧ２１の両面を非球面形状とすることで、球面収差とコマ収差を良好に補正している。（物体側のＧ２２レンズ及び像側のＧ２３レンズで構成された）接合レンズは、アッベ数差を大きく取ると共に、像側に凸面形状となる接合面で構成することで良好に色収差を補正している。

各条件式（１）〜（５）について、実施例１の対応値を表１に示す。数値実施例１はいずれの条件式も満足しており、広画角（半画角８４．６３°）を有し、コンパクトで、諸収差が良好に補正された撮像レンズを実現している。

図３は本発明の実施例２（数値実施例２）の撮像レンズの断面図である。レンズ構成の概略は実施例１の撮像レンズと同様であるので、重複する構成についての説明は省略する。

図４に、本実施例の撮像レンズにおける、ｇ線（破線）及びｄ線（実線）に対する球面収差、メリディオナル像面（ΔＭ：破線）及びサジタル像面（ΔＳ：実線）における非点収差、歪曲、ｇ線に対する倍率色収差を示す。収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳは各々メリディオナル像面、サジタル像面を表す。ＦはＦナンバー、ωは半画角である。正レンズＧ２１の両面を非球面形状とすることで、球面収差とコマ収差を良好に補正している。接合レンズ（Ｇ２２、Ｇ２３）は、アッベ数差を大きく取ると共に、像側に凸面形状となる接合面で構成することで良好に色収差を補正している。

各条件式（１）〜（５）について、実施例２の対応値を表１に示す。数値実施例２はいずれの条件式も満足しており、広画角（半画角８４．９５°）を有し、コンパクトで、諸収差が良好に補正された撮像レンズを実現している。

次に本発明の撮像レンズを用いた光学機器（ビデオカメラ）の実施例を、図５を用いて説明する。

図５は、撮像装置１０の要部概略図である。撮像装置１０は、実施例１または２の構成を有する撮像レンズ１１と、撮像レンズ１１からの被写体光を受光（撮像レンズ１１によって形成された被写体像を撮像）するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子１２と、固体撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ１３と、被写体像を観察するための電子ビューファインダー１４と、を有する。

このように本発明の撮像レンズを撮像カメラ等に適用することにより、撮影画角１６０度以上の広画角を有し、コンパクトで且つ高い光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

次に、実施例１、２に対応する数値実施例１、２を示す。
各数値実施例において、物体側から面番号を順に示し、ｒは面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄ、νｄはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。また、各数値実施例において最も像側の２面は光学ブロックＧＢに相当する平面である。また、ｋは円錐定数、Ａ４〜Ａ１０は各々非球面係数である。

非球面形状は、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、
ｘ＝(ｈ²／Ｒ)／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋Ａ４ｈ⁴＋Ａ５ｈ⁵＋Ａ６ｈ⁶＋Ａ７ｈ⁷＋Ａ８ｈ⁸＋Ａ９ｈ⁹＋Ａ１０ｈ¹⁰
で表される。ただし、Ｒは近軸曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「×１０^-Z」を意味する。尚、非球面は各表中の面番号の右側に*印を付している。

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 18.739 0.80 1.60311 60.6
2 4.728 1.86
3 13.942 0.70 1.77250 49.6
4 3.124 2.76
5 -98.764 1.20 1.83481 42.7
6 -9.580 1.10
7(絞り) ∞ 1.61
8* 16.812 3.50 1.55332 71.7
9* -4.775 0.15
10 6.702 4.50 1.48749 70.2
11 -3.925 1.75 1.95906 17.5
12 -18.324 0.96
13 ∞ 1.30 1.51633 64.1
14 ∞

非球面データ
第8面
K = 1.71328e+000 A 4=-1.26407e-003 A 6= 1.23226e-004 A 8=-3.95832e-005 A10=-2.55499e-007

第9面
K = 1.14870e+000 A 4= 1.84035e-003 A 6= 1.00735e-004 A 8=-8.49931e-006 A10= 2.47077e-006 A12=-9.08194e-008

焦点距離 2.76
Fナンバー 2.88
半画角 84.63
BF 2.84

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 19.846 0.60 1.69680 55.5
2 4.609 1.91
3 16.690 0.50 1.72000 50.2
4 3.743 3.24
5 34.095 1.00 1.80400 46.6
6 -11.487 1.10
7(絞り) ∞ 2.33
8* 40.117 2.83 1.55332 71.7
9* -4.300 0.40
10 9.893 4.34 1.59522 67.7
11 -4.280 1.64 1.92286 18.9
12 -84.663 0.97
13 ∞ 1.30 1.51633 64.1
14 ∞

非球面データ
第8面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.20074e-003 A 6=-1.51450e-005 A 8=-4.26332e-005 A10=-1.10920e-006

第9面
K = 1.75006e-001 A 4= 2.74220e-004 A 6=-8.78096e-005 A 8= 8.80016e-006 A10=-1.50273e-006

焦点距離 2.75
Fナンバー 2.88
半画角 84.95
BF 2.86

上記の実施例においては可動なレンズを含まない構成の撮像レンズを例示したが、本発明はこの構成に限定されることはなく、撮影時に、撮像レンズ全系または一部を光軸に対して垂直方向に移動可能とし、撮影画像のブレを補正する機能、所謂、像ぶれ補正機能、を持つように構成してもよい。

また、本発明の撮像レンズは各実施例の構成によって諸収差を適切に補正した高い光学性能を有するが、本発明の撮像レンズからの被写体光を撮像素子で受光し取得された画像信号に対し電気的な補正処理をすることにより、歪曲収差や色収差などを補正するようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態や光学仕様（画角やＦナンバー）に限定されることはなく、その要旨の範囲内でレンズの形状、枚数等、種々の変形が可能である。

Ｌ１第１レンズ群
Ｌ２第２レンズ群
Ｇ１１第１レンズ群内のＧ１１レンズ
Ｇ１２第１レンズ群内のＧ１２レンズ
Ｇ１３第１レンズ群内のＧ１３レンズ
Ｇ２１第２レンズ群内のＧ２１レンズ
Ｇ２２第２レンズ群内の接合レンズを構成するＧ２２レンズ
Ｇ２３第２レンズ群内の接合レンズを構成するＧ２３レンズ
ＳＰ絞り

Claims

物体側より像側へ順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群、絞り、正の屈折力の第２レンズ群から構成される撮像レンズであって、
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力のＧ１１レンズ、負の屈折力のＧ１２レンズ、正の屈折力のＧ１３レンズから構成され、
前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力のＧ２１レンズ、正の屈折力のＧ２２レンズ及び負の屈折力のＧ２３レンズが接合された接合レンズから構成され、
前記Ｇ１３レンズの材料のアッベ数をνｐ、前記撮像レンズに含まれる負レンズの中で最も像側に配置された負レンズの材料のアッベ数をνｎ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２としたとき、
２．３＜νｐ／νｎ＜４．０
−３．０＜ｆ１／ｆ２＜−１．０
なる条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
前記Ｇ２２レンズの材料のアッベ数をνｃｐ、前記Ｇ２３レンズの材料のアッベ数をνｃｎとしたとき、
３．０＜νｃｐ／νｃｎ＜５．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
前記Ｇ１２レンズの材料のアッベ数をν１ｎ、前記Ｇ１３レンズの材料のアッベ数をν１ｐとしたとき、
０．８＜ν１ｎ／ν１ｐ＜１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
全系の焦点距離をｆとしたとき、
−６．０＜ｆ１／ｆ＜−２．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記第１レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、像側に凹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メニスカス形状の負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズから構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
前記第２レンズ群は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ及び物体側に凹面を向けた負レンズが接合された接合レンズから構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
請求項１及至６のいずれか１項に記載の撮像レンズと、該撮像レンズによって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。