JPH0540220A - 撮像用結像レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バックフォーカスが長く、射出瞳から像面まで
の距離が大きく、広角で明るい撮像用結像レンズを提供
する。 【構成】物体側から像側へ向かって第１群１ないし第４
群４を順次配し、第１群１の物体側に絞り５を配して成
り、第１群１は両凸レンズ、第２群２は両凹レンズ、第
３群３は像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、第４
群４は両凸レンズである４群４枚構成であり、全系の焦
点距離をｆ、第ｊ群の焦点距離をｆ_j（ｊ＝１〜４）、
第３群と第４群との合成焦点距離をｆ₃₄、第１群の像側
レンズ面の曲率半径をｒ₃とするとき、これらが、条件 （１−Ｉ） −０．４３＜ｆ₂／ｆ＜−０．３４ （１−ＩＩ） ０．７３＜ｆ₁／ｆ₃₄＜０．８３ （１−ＩＩＩ） １．５ ＜ｆ₃／ｆ₄ ＜２．９ （１−ＩＶ） −３．２ ＜ｒ₃／ｆ₁＜−２．３ を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は撮像用結像レンズ、よ
り詳細にはＣＣＤ等の固体撮像素子を用いる撮像装置の
結像レンズに好適な撮像用結像レンズに関する。この撮
像用結像レンズは、ビデオカメラやスチルビデオカメラ
に良好に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は撮像面が小さく、このた
め固体撮像素子上に被写体像を結像させる撮像用結像レ
ンズは焦点距離が短く、それに応じてバックフォーカス
も短くなる傾向がある。しかし一般に、固体撮像素子と
撮像用結像レンズの間には、色モアレを防止するための
ローパスフィルターや赤外光カットフィルター等を配置
する必要があり、これらを配備できるだけのバックフォ
ーカス長を確保する必要がある。

【０００３】また近来、固体撮像素子の各受光エレメン
トへの入射光量を増大させるため、各受光エレメント上
に凸のマイクロレンズを形成することが行なわれている
が、このような固体撮像素子とともに用いられる撮像用
結像レンズでは、射出瞳ができるだけ像面から離れてい
ることが望ましい。光軸に対して大きな角度をもって撮
像面に入射する光は、上記マイクロレンズの開口により
「ケラれ」、撮像面中心部に対し周辺部での光量不足を
助長するので、軸外光束をなるべく撮像面に直交に近い
状態で入射させるためである。

【０００４】撮像用結像レンズで、上記ローパスフィル
ターや赤外光カットフィルターを配備させるためのバッ
クフォーカスを確保したものとしては、特開昭６３−１
９９３１２号公報開示のものや、特開平１−１２８０２
５号公報開示のものが、従来から知られている。

【０００５】しかし前者は、レンズ系内に絞りを有する
ため、射出瞳から像面までの距離が必ずしも十分でな
く、上記のマイクロレンズ付き受光エレメントにより構
成される固体撮像素子との共用に問題なしとしない。ま
た、後者は半画角が１９．５度と小さい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の如き
事情に鑑みてなされたものであって、バックフォーカス
が十分に長く確保され、射出瞳が像面から十分に離れて
おり、半画角：２５度程度と広角で、Ｆ／Ｎｏが２．８
と明るく、小型かつ高性能な撮像用結像レンズの提供を
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の撮像用結像レ
ンズは、図１に示すように「物体側から像側へ向かって
第１群１ないし第４群４を配し、第１群１の物体側に絞
り５を配して」成る。第１群１は両凸レンズ、第２群２
は両凹レンズ、第３群３は像側に凸面を向けた正メニス
カスレンズ、第４群４は両凸レンズであり、従って、４
群４枚構成である。

【０００８】請求項１の撮像用結像レンズでは、全系の
焦点距離をｆ、第ｊ群の焦点距離をｆ_j（ｊ＝１〜
４）、第３群と第４群との合成焦点距離をｆ₃₄、第１群
１の像側レンズ面の曲率半径をｒ₃とするとき、これら
が、条件 （１−Ｉ） −０．４３＜ｆ₂／ｆ＜−０．３４ （１−ＩＩ） ０．７３＜ｆ₁／ｆ₃₄＜０．８３ （１−ＩＩＩ） １．５ ＜ｆ₃／ｆ₄ ＜２．９ （１−ＩＶ） −３．２ ＜ｒ₃／ｆ₁＜−２．３ を満足する。

【０００９】請求項２の撮像用結像レンズは、上記請求
項１の各条件に加えて、第１群１の屈折率：ｎ₁が、条
件 （２−Ｉ） １．８５＜ｎ_１ を満足する。

【００１０】請求項３の撮像用結像レンズは、上記請求
項１の各条件に加え、あるいは請求項１，２の各条件に
加えて、第１群，第２群のアッベ数：ν_１，ν₂が条件 （３−Ｉ） ３０＜ν₁＜４５ （３−ＩＩ） ν₂＜３０ を満足する。

【００１１】

【作用】この発明の撮像用結像レンズは、射出瞳を像面
から遠ざけるために、上記のように絞りを第１群の物体
側に配置した所謂「前絞り」の構造を採用した。また、
小型で高性能性を実現するために、トリプレット系の第
３レンズを２枚に分離した「４群４枚構成」とした。

【００１２】バックフォーカスを確保する上でも、射出
瞳を像面から遠ざける上でも、像面に近いレンズに強い
正のパワーが必要になるため、唯一の負レンズである第
２群も、それに応じたパワーを持つ必要がある。また、
ペッツバール和を減少させ、非点格差を抑えて像面を立
てるには、第１群の正のパワーを強め、それに応じて第
２群の負のパワーを強めることが有効である。このよう
な理由から、第２群の両凹レンズには強い負のパワーが
必要とされる。

【００１３】条件（１−Ｉ）は、第２群のパワーを規定
する条件である。この条件の下限を超えると、バックフ
ォーカスの確保および射出瞳の像面からの遠距離化と、
ペッツバール和の減少の条件を両立させることが出来な
くなる。また上限を超えて大きな負のパワーを第２群に
与えることはレンズ加工上から望ましくない。無理にこ
のような強いパワーを第２群に与えても、球面収差が過
剰補正になるし、コマ収差も増大する。

【００１４】上記条件（１−Ｉ）が満足された状態にお
いて、バックフォーカスの確保および射出瞳の像面から
の遠距離化と、ペッツバール和の減少の条件を両立させ
るには、さらに第１群と第３，第４群に正のパワーをバ
ランス良く配分する必要がある。

【００１５】条件（１−ＩＩ）は、第１群のパワーと第
３，第４群の合成パワーとの比を規定するものであり、
条件（１−ＩＩ）の下限をを超えると、バックフォーカ
スの確保が困難になり、射出瞳を像面から十分に遠ざけ
ることも難しい。また上限を超えるとペッツバール和が
増大して像面が負の側へ倒れ、非点隔差が増大する。

【００１６】条件（１−ＩＩＩ）は、第３群と第４群と
のパワーの比を規定するもので、下限を超えると、バッ
クフォーカスの確保・射出面の像面からの遠距離化とも
に不利になる。また上限を超えると、ペッツバール和が
増大するほか、第４群のレンズ径の増大を招来して、レ
ンズ系の小型化を妨げる。

【００１７】条件（１−ＩＶ）は、第１群のパワーの第
２レンズ面への配分を規定するもので、下限を超える
と、球面収差が補正過剰となり軸上・軸外の像面が一致
しなくなる。上限を超えると、コマ収差が大きくなって
軸外性能が悪化する。

【００１８】上記条件（１−Ｉ）〜（１−ＩＶ）の充足
に加えて、条件（２−Ｉ）を満足すると、ペッツバール
和は更に減少し、像面の補正がより容易になる。さら
に、条件（３−Ｉ）（３−ＩＩ）を満足すると、色収差
をより良好に補正することができる。

【００１９】

【実施例】以下、具体的な実施例を３例挙げる。各実施
例とも、図１に示す構成である。図１中において符号Ａ
は透明な平行平板ガラス板を示す。この平行平板ガラス
Ａは、前述のローパスフィルター・赤外線カットフィル
ター・固体撮像素子のカバーガラス等を置き換えたもの
で、これらと等価なものである。

【００２０】各実施例において、図１に示すように、物
体側から数えて第ｉ番目の面（絞り５および平行平板ガ
ラスＡの各面を含む）の曲率半径をｒ_i（ｉ＝１〜１
１）、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との光軸上の面
間隔をｄ_i、第ｊ群のレンズの屈折率およびアッベ数を
それぞれｎ_j，ν_j（ｊ＝１〜４）、平行平板の屈折率お
よびアッベ数をｎ₅，ν₅で表す。

【００２１】また、全系の焦点距離をｆ、第ｊ群のレン
ズの焦点距離をｆ_j（ｊ＝１〜４）、第３群と第４群と
の合成焦点距離をｆ₃₄、明るさをＦ／Ｎｏ、半画角を
ω、平行平板ガラスＡを含まないバックフォーカスをＢ
ｆ、射出瞳から像面に到る距離をＡＰで表す。

【００２２】実施例１ ｆ＝９．２６７ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝２．８，ω＝２５．１
度，ｆ₂／ｆ＝−０．４１５，ｆ₁／ｆ₃₄＝０．８１５，
ｆ₃／ｆ₄＝１．５５２，ｒ₃／ｆ₁＝−３．０６４，Ｂｆ
＝０．６０４ｆ，ＡＰ＝４．８２７ｆ ｉ ｒ_i ｄ_i ｊ ｎ_j ν_j １ ∞（絞り） ２．００ ２ ６．６５６ ２．０８ １ １．９２２５０ ３５．９５ ３ −１６．４４８ ０．７２ ４ −８．１６３ ０．８０ ２ １．９１５３６ ２１．１７ ５ ６．４９２ １．２４ ６ −９．７７５ １．７５ ３ １．８８３００ ４０．７８ ７ −６．４３２ ０．１０ ８ ２１．３９２ ２．３６ ４ １．７７２５０ ４９．６０ ９ −１３．４５９ ２．３０ １０ ∞ ２．７３ ５ １．５１６３３ ６４．１５ １１ ∞ 。

【００２３】実施例２ ｆ＝９．２７１ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝２．８，ω＝２５．１
度，ｆ₂／ｆ＝−０．３６０，ｆ₁／ｆ₃₄＝０．７４９，
ｆ₃／ｆ₄＝２．７４１，ｒ₃／ｆ₁＝−２．６４７，Ｂｆ
＝０．５９０ｆ，ＡＰ＝５．０３６ｆ ｉ ｒ_i ｄ_i ｊ ｎ_j ν_j １ ∞（絞り） ２．００ ２ ６．２１２ ２．２９ １ １．９２２５０ ３５．９５ ３ −１２．７０９ ０．６２ ４ −７．１８５ ０．８０ ２ １．９１５３６ ２１．１７ ５ ５．６００ １．０３ ６ −７．１５４ １．７２ ３ １．８８３００ ４０．７８ ７ −６．０２６ ０．１０ ８ １８．８８５ ２．６３ ４ １．８０３００ ４６．６６ ９ −１１．３９０ ２．１７ １０ ∞ ２．７３ ５ １．５１６３３ ６４．１５ １１ ∞ 。

【００２４】実施例３ ｆ＝９．２５３ｍｍ，Ｆ／Ｎｏ＝２．８，ω＝２５．２
度，ｆ₂／ｆ＝−０．３８５，ｆ₁／ｆ₃₄＝０．７４２，
ｆ₃／ｆ₄＝１．９９６，ｒ₃／ｆ₁＝−２．４７７，Ｂｆ
＝０．６１２ｆ，ＡＰ＝３．９３４ｆ ｉ ｒ_i ｄ_i ｊ ｎ_j ν_j １ ∞（絞り） ２．００ ２ ６．６２７ ２．２５ １ １．９２２５０ ３５．９５ ３ −１２．２５０ ０．６４ ４ −７．１４５ ０．８０ ２ １．９１５３６ ２１．１７ ５ ６．３３６ ０．９７ ６ −７．５６８ １．６９ ３ １．８８３００ ４０．７８ ７ −５．９１４ ０．１０ ８ ２４．９０２ ２．３３ ４ １．８１６００ ４６．６２ ９ −１２．３０６ ２．３６ １０ ∞ ２．７３ ５ １．５１６３３ ６４．１５ １１ ∞ 。

【００２５】実施例１〜３に関する収差図を図２〜４に
それぞれ示す。各収差図において、はそれぞれ、
ｄ，Ｃ，Ｆ線に関するものであることを示し、球面収差
の図において破線は正弦条件、非点収差の図において実
線はサジタル、破線はメリディオナルを示す。各実施例
とも、収差は良好に補正され、性能良好である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
撮像用結像レンズを提供できる。この撮像用結像レンズ
は上記の如く構成されているから、全系の焦点距離をｆ
としてバックフォーカスが０．５８ｆ以上に確保され、
従ってローパスフィルター等の設置に無理が無く、射出
瞳から像面に到る距離が３．８ｆ以上と大きいからマイ
クロレンズ装荷受光エレメントで構成した固体撮像素子
に用いることができ、しかも半画角２５度程度と広角
で、Ｆ／Ｎｏ＝２．８と明るい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の撮像用結像レンズのレンズ構成を説
明する図である。

【図２】実施例１に関する収差図である。

【図３】実施例２に関する収差図である。

【図４】実施例３に関する収差図である。

【符号の説明】

１ 第１群 ２ 第２群 ３ 第３群 ４ 第４群 ５ 絞り

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側から像側へ向かって第１ないし第４
   群を順次配し、第１群の物体側に絞りを配して成り、 第１群は両凸レンズ、第２群は両凹レンズ、第３群は像
   側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、第４群は両凸レ
   ンズである４群４枚構成であり、 全系の焦点距離をｆ、第ｊ群の焦点距離をｆ_j（ｊ＝１
   〜４）、第３群と第４群との合成焦点距離をｆ₃₄、第１
   群の像側レンズ面の曲率半径をｒ₃とするとき、これら
   が、条件 （１−Ｉ） −０．４３＜ｆ₂／ｆ＜−０．３４ （１−ＩＩ） ０．７３＜ｆ₁／ｆ₃₄＜０．８３ （１−ＩＩＩ） １．５ ＜ｆ₃／ｆ₄ ＜２．９ （１−ＩＶ） −３．２ ＜ｒ₃／ｆ₁＜−２．３ を満足することを特徴とする、撮像用結像レンズ。
2. 【請求項２】請求項１において、 第１群の屈折率：ｎ₁が、条件 （２−Ｉ） １．８５＜ｎ₁ を満足することを特徴とする、撮像用結像レンズ。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 第１群，第２群のアッベ数をそれぞれν₁，ν₂とすると
   き、これらが条件 （３−Ｉ） ３０＜ν₁＜４５ （３−ＩＩ） ν₂＜３０ を満足することを特徴とする、撮像用結像レンズ。