JPH09325271A

JPH09325271A - 撮影光学系

Info

Publication number: JPH09325271A
Application number: JP14606196A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kono; 哲生河野; Naoshi Okada; 尚士岡田; Hideki Osada; 英喜長田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】射出瞳が略無限遠に位置し、かつ、全長が短
い撮影光学系を提供する。【解決手段】物体の像を固体撮像素子上に形成するた
めに用いられる撮影光学系であって、正の屈折力を有す
る主光学系ＭＬと、正の屈折力を有するコンデンサーレ
ンズＣＬとを備えている。コンデンサーレンズＣＬは、
主光学系ＭＬと固体撮像素子との間の像面近傍に設けら
れている。主光学系ＭＬの射出瞳位置と撮影光学系の射
出瞳位置との関係、主光学系ＭＬの射出瞳位置と最大像
高との関係を規定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影光学系に関す
るものである。更に詳しくは、固体撮像素子を備えたカ
メラに好適で、かつ、コンパクトな撮影光学系に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】撮影光学系から射出された光束を複数の
受光素子が配列された固体撮像素子{例えば、ＣＣＤ(Ch
arge Coupled Device)}で受光して被写体を撮影するカ
メラ(例えば、ビデオカメラ，テレビカメラ)には、各受
光素子の受光効率を上げるために、各受光素子の入射面
側に集光性のマイクロレンズが設けられている。このマ
イクロレンズによる集光性を上げるために、従来の撮影
光学系は、射出瞳が略無限遠に位置するように(すなわ
ち、像側に略テレセントリックとなるように)構成され
ている。射出瞳が略無限遠に位置すれば、各受光素子の
入射面に対して略垂直な方向から軸外光束がマイクロレ
ンズに入射することになるため、マイクロレンズによる
集光性が向上するのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、カメラの小型化
を図るために全長の短い撮影光学系が求められている
が、撮影光学系の全長を短くすると、撮影光学系の射出
瞳位置が像面に近づいてしまう。撮影光学系の射出瞳位
置が像面に近づくと、画像の周辺部に位置するマイクロ
レンズには、受光素子の入射面に対して斜め方向から軸
外光束が入射することになる。その結果、マイクロレン
ズによる集光性が画像の周辺部で低下して、固体撮像素
子で撮影される画像の中心部と周辺部とでは、画像の明
るさに違いが生じてしまう。以上のように、従来の撮影
光学系には、撮影光学系の射出瞳を略無限遠に位置させ
ることと、撮影光学系の全長を短くすることと、の両立
を図ることができないといった問題がある。

【０００４】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、射出瞳が略無限遠に位置し、かつ、全
長が短い撮影光学系を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の撮影光学系は、物体の像を固体撮像素子上
に形成するために用いられる撮影光学系であって、正の
屈折力を有する主光学系と、該主光学系と前記固体撮像
素子との間の像面近傍に設けられた正の屈折力を有する
レンズとを備え、次の条件を満足することを特徴とす
る。ａ／Ｙ’＜5.0 ｜ｂ／ａ｜＜2.0 ここで、ａ：主光学系の射出瞳位置から像面までの距離、ｂ：撮影光学系の射出瞳位置から像面までの距離、Ｙ’：最大像高である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した撮影光学
系を、図面を参照しつつ説明する。図１，図３は、第
１，第２の実施の形態に係る撮影光学系にそれぞれ対応
するレンズ構成図である。図３は、ズームレンズである
第２の実施の形態の広角端[Ｗ]でのレンズ配置を示して
おり、同図中の矢印ｍ１〜ｍ３は、広角端[Ｗ]から望遠
端[Ｔ]へのズーミングにおける各群Ｇｒ１〜Ｇｒ３の移
動を模式的に示している。また、各レンズ構成図中のri
(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲率半径
を示しており、ズームレンズの構成図中のdi(i=1,2,
3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔のうち、
ズーミングにおいて変化する可変間隔を示している。

【０００７】第１，第２の実施の形態は、物体の像を固
体撮像素子上に形成するために用いられる撮影光学系で
あって、物体側から順に、正の屈折力を有する主光学系
ＭＬと，ローパスフィルターＬＰと，正の屈折力を有す
るコンデンサーレンズＣＬとで構成されている。コンデ
ンサーレンズＣＬは、主光学系ＭＬと固体撮像素子との
間の像面近傍に設けられており、その正の屈折力によっ
て撮影光学系の射出瞳が略無限遠に位置するように作用
する。なお、第１の実施の形態は単焦点レンズであり、
第２の実施の形態はズームレンズである。

【０００８】第１の実施の形態を構成している主光学系
ＭＬは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた２枚の
正メニスカスレンズ，像側に凹面を向けた負メニスカス
レンズ，絞りＳ，物体側に凹面を向けた負メニスカスレ
ンズ，及び両凸の正レンズから成っている。また、第１
の実施の形態を構成しているコンデンサーレンズＣＬ
は、像側に凸面を向けた平凸レンズである。

【０００９】第２の実施の形態を構成している主光学系
ＭＬは、物体側から順に、両凹の負レンズ及び物体側に
凸面を向けた正メニスカスレンズから成る第１群Ｇｒ１
と；両凸の正レンズ，像側に凹面を向けた負メニスカス
レンズ，両凸の正レンズ，及び絞りＳから成る第２群Ｇ
ｒ２と；像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ及び物
体側に凹面を向けた負メニスカスレンズから成る第３群
Ｇｒ３とで構成されている。また、第２の実施の形態を
構成しているコンデンサーレンズＣＬは、像側に凸面を
向けた平凸レンズである。主光学系ＭＬは、３群ズーム
として単独の光学性能を有しているが、ズーミングにお
いて固定のローパスフィルターＬＰ及びコンデンサーレ
ンズＣＬを最終群とする撮影光学系全体としては、４群
ズームの主要部となっている。

【００１０】上記各実施の形態において、主光学系ＭＬ
と固体撮像素子との間の像面近傍に配置されているコン
デンサーレンズＣＬは、前述したように、その正の屈折
力によって撮影光学系の射出瞳が略無限遠に位置するよ
うに作用する。このコンデンサーレンズＣＬの作用によ
って撮影光学系の射出瞳位置を像面から遠ざけることが
できるため、撮影光学系の全長を短くすることができ
る。しかも、コンデンサーレンズＣＬが配置されていな
い場合よりも、主光学系ＭＬの結像性能をほとんど損な
うことなく撮影光学系の射出瞳位置を像面から遠ざける
ことができる。

【００１１】コンデンサーレンズＣＬの屈折力は、主光
学系ＭＬの射出瞳位置に合わせて適宜設定すればよい。
コンデンサーレンズＣＬの屈折力を強くするほど、撮影
光学系の射出瞳位置を遠ざける作用は強くなるので、主
光学系ＭＬの射出瞳位置が像面に近いほど、コンデンサ
ーレンズＣＬの屈折力を強くすればよい。また、第２の
実施の形態のように主光学系ＭＬがズームレンズである
場合、ズーミングに伴って射出瞳位置が光軸ＡＸ方向に
移動する。従って、広角端[Ｗ]での射出瞳位置と望遠端
[Ｔ]での射出瞳位置とをバランスさせることが望まし
い。

【００１２】上記各実施の形態は、次の条件式(1)及び
(2)を満たしている。図５に、条件式(1),(2)で規定され
る距離等を示す。なお、同図中、ＰＲは最軸外光束の主
光線である。ａ／Ｙ’＜5.0 …(1) ｜ｂ／ａ｜＜2.0 …(2) ここで、ａ：主光学系ＭＬの射出瞳位置Ｐａから像面Ｉまでの
距離、ｂ：撮影光学系の射出瞳位置Ｐｂから像面Ｉまでの距
離、Ｙ’：最大像高である。

【００１３】条件式(1)は、主光学系ＭＬの射出瞳位置
Ｐａと最大像高Ｙ’との関係を規定する条件式である。
この条件式(1)により、固体撮像素子の画面サイズに対
する主光学系ＭＬの射出瞳位置Ｐａが決まる。主光学系
ＭＬの射出瞳位置Ｐａは、主光学系ＭＬの大きさと関係
しており、射出瞳位置Ｐａが像面Ｉから遠いということ
は、撮影光学系の全長が長いということを意味してい
る。条件式(1)の範囲を外れて主光学系ＭＬの射出瞳位
置Ｐａが像面Ｉから遠くなると、主光学系ＭＬの全長が
大きくなるため、コンデンサーレンズＣＬを設けてもそ
の全長は変わらなくなり、撮影光学系の小型化を達成す
ることができなくなる。

【００１４】条件式(2)は、主光学系ＭＬの射出瞳位置
Ｐａと撮影光学系の射出瞳位置Ｐｂとの関係を規定する
条件式であり、射出瞳位置を遠ざけるコンデンサーレン
ズＣＬの作用の度合いを表している。条件式(2)の範囲
を外れると、射出瞳位置を遠ざける度合いが強くなりす
ぎてしまう。これは、コンデンサーレンズＣＬの屈折力
が強くなりすぎることを意味する。従って、コンデンサ
ーレンズＣＬの屈折力が強くなることによって生じる像
面湾曲及び歪曲収差の補正が困難になる。

【００１５】本発明に係る撮影光学系は、更に次の条件
式(3)を満たすことが望ましい。 0.15＜φC／φM＜1.00 …(3) ここで、 φC：コンデンサーレンズＣＬの屈折力、 φM：主光学系ＭＬの屈折力である。

【００１６】条件式(3)は、コンデンサーレンズＣＬの
屈折力と主光学系ＭＬの屈折力との比を規定する条件式
である。この条件式(3)を満たせば、撮影光学系の射出
瞳位置Ｐｂと諸収差の補正とのバランスをとることがで
きる。条件式(3)の下限を超えると、コンデンサーレン
ズＣＬの屈折力が相対的に弱くなるため、射出瞳位置を
遠ざけるコンデンサーレンズＣＬの作用の度合いが弱く
なる。従って、撮影光学系の射出瞳位置Ｐｂを略無限遠
にまで遠ざけることが困難になる。条件式(3)の上限を
超えると、コンデンサーレンズＣＬの屈折力が強くなり
すぎて、像面湾曲の補正が困難になる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を実施した撮影光学系の構成
を、コンストラクションデータ，収差図等を挙げて、更
に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例１，２
は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応し
ており、第１，第２の実施の形態を表すレンズ構成図
(図１，図３)は、対応する実施例１，２のレンズ構成を
それぞれ示している。

【００１８】以下に挙げる各実施例のコンストラクショ
ンデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数え
てi番目の面の曲率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から
数えてi番目の軸上面間隔を示しており、Ni(i=1,2,
3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目のレ
ンズのｄ線に対する屈折率(Ｎｄ),アッベ数(νｄ)を示
している。また、ｆ，FNOは、全系の焦点距離，Ｆナン
バーをそれぞれ示している。なお、コンストラクション
データ中、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔(可
変間隔)は、広角端[Ｗ]〜ミドル(中間焦点距離状態)
[Ｍ]〜望遠端[Ｔ]での各群間の面間隔であり、全系の焦
点距離ｆ及びＦナンバーFNOは各焦点距離状態に対応す
るものである。

【００１９】また、曲率半径riに*印が付された面は、
非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形
状を表わす次の式(AS)で定義されるものとする。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここで、式(AS)中、 X :光軸方向の基準面からの変位量、 Y :光軸に対して垂直な方向の高さ、 C :近軸曲率、 ε:２次曲面パラメータ、 Ai:i次の非球面係数である。

【００２２】表１に、各実施例における条件式(1)〜(3)
に対応する値を示す。ただし、主光学系ＭＬがズームレ
ンズである実施例２については、広角端[Ｗ]での対応値
を示す。距離ａ，ｂや屈折力φMはズーミングにおいて
変化するが、実施例２のズームレンズは、広角端[Ｗ]か
ら望遠端[Ｔ]へのズーミングにおいて絞りＳが物体側へ
単調に移動するタイプであるため、条件式(1)〜(3)は広
角端[Ｗ]で最も厳しい条件となる。従って、広角端[Ｗ]
で条件式(1)〜(3)を満たす実施例２は、全ての変倍域で
条件式(1)〜(3)を満たしている。

【００２３】《実施例１》ｆ=6.2 FNO=4.5 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1= 3.220 d1= 0.800 N1= 1.79952 ν1= 42.24 r2= 23.087 d2= 0.100 r3= 2.476 d3= 0.400 N2= 1.77250 ν2= 49.62 r4= 2.961 d4= 0.250 r5= 15.216 d5= 0.150 N3= 1.80518 ν3= 25.43 r6= 1.868 d6= 0.500 r7= ∞(絞りＳ) d7= 0.700 r8= -1.515 d8= 0.250 N4= 1.58340 ν4= 30.23 r9= -1.665 d9= 0.100 r10= 13.547 d10= 0.650 N5= 1.69680 ν5= 55.53 r11= -4.548 d11= 0.500 r12= ∞ d12= 3.600 N6= 1.51680 ν6= 64.20 …ＬＰ r13= ∞ d13= 0.200 r14= ∞ d14= 0.800 N7= 1.75450 ν7= 51.57 …ＣＬ r15= -10.870

【００２４】《実施例２》ｆ=8.2〜15.0〜27.0 FNO=4.1〜6.1〜8.24 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1= -47.224 d1= 0.500 N1= 1.80100 ν1= 46.54 r2= 5.757 d2= 0.700 r3= 6.528 d3= 1.450 N2= 1.83350 ν2= 21.00 r4= 14.092 d4= 7.139〜4.470〜1.735 r5*= 3.715 d5= 1.250 N3= 1.57885 ν3= 69.57 r6*= -63.854 d6= 0.100 r7= 308.501 d7= 0.981 N4= 1.84666 ν4= 23.82 r8= 4.385 d8= 0.435 r9= 8.637 d9= 1.095 N5= 1.65446 ν5= 33.86 r10= -7.370 d10= 0.569 r11= ∞(絞りＳ) d11= 3.351〜1.809〜1.784 r12*=-18.214 d12= 1.000 N6= 1.58340 ν6= 30.23 r13= -6.471 d13= 1.000 r14= -3.812 d14= 0.310 N7= 1.78831 ν7= 47.32 r15= -21.539 d15= 0.200〜7.111〜15.172 r16= ∞ d16= 4.000 N8= 1.51680 ν8= 64.20 …ＬＰ r17= ∞ d17= 0.200 r18= ∞ d18= 0.800 N9= 1.77250 ν9= 49.77 …ＣＬ r19= -11.111

【００２５】[非球面係数] r5 : ε= 1.0000 A4=-0.81615×10^-3 A6= 0.84500×10^-4 A8=-0.77756×10^-4 A10= 0.13292×10^-4 A12=-0.12185×10^-5 r6 : ε= 1.0000 A4= 0.18470×10^-2 A6=-0.10277×10^-4 A8=-0.47766×10^-4 A10= 0.82440×10^-5 A12=-0.84956×10^-6 r12: ε= 1.0000 A4= 0.12450×10^-2 A6=-0.17142×10^-3 A8= 0.58540×10^-4 A10=-0.64512×10^-5 A12= 0.35323×１０^−６

【００２６】

【表１】

【００２７】図２は実施例１の収差図であり、図４は実
施例２の収差図である。ただし、実施例２はズームレン
ズであるので、図４は、広角端［Ｗ]，ミドル[Ｍ]，望
遠端[Ｔ]のそれぞれについて諸収差を示している。ま
た、各収差図中、実線(ｄ)はｄ線に対する収差、破線
(ＳＣ)は正弦条件を表わしており、破線(ＤＭ)と実線
(ＤＳ)はメリディオナル面とサジタル面での非点収差を
それぞれ表わしている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
影光学系を小型化しても射出瞳位置を像面から遠ざける
ことができる。従って、射出瞳が略無限遠に位置し、か
つ、全長が短い撮影光学系を実現することができる。こ
の撮影光学系を用いれば、固体撮像素子で撮影される画
像の中心部から周辺部にかけての照度低下を抑えること
ができるため、均一な明るさの画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。

【図２】実施例１の収差図。

【図３】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。

【図４】実施例２の収差図。

【図５】条件式を説明するための撮影光学系の模式図。

【符号の説明】

ＭＬ …主光学系Ｇｒ１…第１群Ｇｒ２…第２群Ｇｒ３…第３群ＬＰ …ローパスフィルターＣＬ …コンデンサーレンズＳ …絞りＡＸ …光軸Ｐａ …主光学系の射出瞳位置Ｐｂ …撮影光学系の射出瞳位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の像を固体撮像素子上に形成するた
めに用いられる撮影光学系であって、正の屈折力を有す
る主光学系と、該主光学系と前記固体撮像素子との間の
像面近傍に設けられた正の屈折力を有するレンズとを備
え、次の条件を満足することを特徴とする撮影光学系；ａ／Ｙ’＜5.0 ｜ｂ／ａ｜＜2.0 ここで、ａ：主光学系の射出瞳位置から像面までの距離、ｂ：撮影光学系の射出瞳位置から像面までの距離、Ｙ’：最大像高である。