JPH09325272A

JPH09325272A - 撮影光学系

Info

Publication number: JPH09325272A
Application number: JP14606396A
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。 1.8＜｜ｂ／ａ｜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，図５
は、第１，第２，第３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，図５は、
ズームレンズである第２，第３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３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，第３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負メニ
スカスレンズ，両凸の正レンズ，絞りＳ，両凹の負レン
ズ，像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ，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、像側に凹面を向けた負メニス
カス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；絞りＳ，物体側に凸面を向
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２群Ｇｒ２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、２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、３群ズームの主要部となっ
ている。

【００１０】第３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、像側に凹面を向けた負メニス
カスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
との接合レンズ，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；像側に凹面を向けた
負メニスカスレンズ，両凹の負レンズ，両凸の正レン
ズ，及び像側に凹面を向けた負メニスカスレンズから成
る第２群Ｇｒ２と；絞りＳ，両凸の正レンズ，物体側に
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３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。

【００１１】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。

【００１２】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，
第３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。

【００１３】上記各実施の形態は、次の条件式(1)を満
たしている。図７に、条件式(1)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。 1.8＜｜ｂ／ａ｜ …(1) 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
離である。

【００１４】条件式(1)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(1)の範囲
を外れると、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すぎて、コンデンサーレンズＣ
Ｌを設けた効果が全くなくなる。また、撮影光学系自体
も大型化するため、撮影光学系の全長を短くすることが
できなくなる。

【００１５】本発明に係る撮影光学系は、更に次の条件
式(2)及び(3)を満たすことが望ましい。Ｙ’／ＬＢ＜1 …(2) 0.2＜φC・ａmin＜1.0 …(3) ここで、Ｙ’：最大像高、ＬＢ：主光学系ＭＬの最終面から像面Ｉまでの距離(た
だし、主光学系ＭＬがズームレンズの場合には、ズーミ
ングにおいて最も短くなる距離である。)、ａmin：主光学系ＭＬの射出瞳位置Ｐａから像面Ｉまで
の距離(ただし、主光学系ＭＬがズームレンズの場合に
は、ズーミングにおいて最も短くなる距離である。)、 φC：コンデンサーレンズＣＬの屈折力である。

【００１６】条件式(2)は、主光学系ＭＬの最終面から
像面Ｉまでの距離ＬＢと最大像高Ｙ’との比を規定する
条件式である。この条件式(2)により、固体撮像素子の
画面サイズに対する主光学系ＭＬの最終面から像面Ｉま
での距離ＬＢが決まる。条件式(2)の範囲を外れて、主
光学系ＭＬの最終面から像面Ｉまでの距離ＬＢが短くな
ると、主光学系ＭＬの最終面と像面Ｉとの間にローパス
フィルターＬＰやコンデンサーレンズＣＬを配置するこ
とが困難になる。

【００１７】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の射出瞳位置Ｐａとの関係を規定
している。この条件式(3)は、主光学系ＭＬの射出瞳位
置Ｐａが像面Ｉから遠ければコンデンサーレンズＣＬの
屈折力φCを弱くし、主光学系ＭＬの射出瞳位置Ｐａが
像面Ｉに近ければコンデンサーレンズＣＬの屈折力φC
を強くすることを意味している。従って、条件式(3)を
満たせば、撮影光学系の射出瞳位置Ｐｂを適切に保つこ
とができる。

【００１８】条件式(3)の下限を超えてコンデンサーレ
ンズＣＬの屈折力が弱くなると、射出位置を遠ざける作
用が弱くなる。従って、撮影光学系の射出瞳位置Ｐｂを
適切にするために、主光学系ＭＬの射出瞳位置Ｐａを遠
ざける必要が生じ、これが撮影光学系の大型化を招くこ
とになる。条件式(3)の上限を超えてコンデンサーレン
ズＣＬの屈折力が強くなると、射出瞳位置を遠ざける作
用が強くなりすぎてしまう。このため、撮影光学系の射
出瞳位置Ｐｂが必要以上に像面Ｉから遠くなってしまう
だけでなく、諸収差の補正(特に、像面湾曲及び歪曲収
差の補正)が困難になる。

【００１９】

【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，
２，３は、前述した第１，第２，第３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，図５)は、対応する実施例１，
２，３のレンズ構成をそれぞれ示している。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】

【数１】

【００２３】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。

【００２４】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２，３については、広角端[Ｗ]での対
応値を示す。距離ａ，ｂ，ＬＢはズーミングにおいて変
化するが、実施例２，３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２，３は、全ての
変倍域で条件式(1)〜(3)を満たしている。なお、距離ａ
がズーミングにおいて最も短くなる焦点距離状態は広角
端[Ｗ]であり、そのときの距離ａが距離ａminである。

【００２５】《実施例１》ｆ=6.2 FNO=3.5 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1= 9.168 d1= 0.434 N1= 1.58313 ν1= 59.38 r2*= 221.093 d2= 4.156 r3= 6.633 d3= 1.427 N2= 1.78590 ν2= 44.19 r4= -28.421 d4= 1.613 r5= ∞(絞りＳ) d5= 1.117 r6= -4.272 d6= 0.434 N3= 1.84666 ν3= 23.89 r7= 12.396 d7= 0.124 r8= -81.560 d8= 1.000 N4= 1.79952 ν4= 42.24 r9= -4.425 d9= 0.0 r10= 121.374 d10= 1.000 N5= 1.78590 ν5= 44.19 r11= -8.077 d11= 2.000 r12= ∞ d12= 4.300 N6= 1.51680 ν6= 64.20 …ＬＰ r13= ∞ d13= 2.000 r14= ∞ d14= 1.100 N7= 1.51680 ν7= 64.20 …ＣＬ r15= -10.767

【００２６】[非球面係数] r2 : ε= 1.0000 A2= 0.15479 A4= 0.25578×10^-2 A6= 0.65957×10^-4 A8= 0.30586×10^-5 A10= 0.15978×10^-6

【００２７】《実施例２》ｆ=6.2〜9.7〜17.5 FNO=4.1〜4.9〜5.8 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1= 65.392 d1= 1.000 N1= 1.61293 ν1= 36.96 r2= 6.877 d2= 3.000 r3*= 29.403 d3= 2.400 N2= 1.84666 ν2= 23.82 r4*= 208.263 d4= 27.096〜12.747〜1.667 r5= ∞(絞りＳ) d5= 1.800 r6= 4.249 d6= 2.900 N3= 1.61800 ν3= 63.39 r7= 50.171 d7= 1.500 r8*= -4.854 d8= 1.000 N4= 1.84666 ν4= 23.82 r9*= -11.465 d9= 3.000〜5.253〜10.203 r10= ∞ d10= 4.300 N5= 1.51680 ν5= 64.20 …ＬＰ r11= ∞ d11= 2.500 r12= ∞ d12= 1.200 N6= 1.58913 ν6= 61.11 …ＣＬ r13= -14.286

【００２８】[非球面係数] r3 : ε= 1.0000 A4=-0.19608×10^-4 A6= 0.21880×10^-5 A8=-0.80228×10^-8 A10=-0.76205×10^-9 A12= 0.43686×10^-11 r4 : ε= 1.0000 A4=-0.15833×10^-3 A6=-0.65843×10^-6 A8= 0.19636×10^-7 A10=-0.17223×10^-8 A12=-0.90220×10^-11 r8 : ε= 1.0000 A4= 0.40439×10^-2 A6= 0.47048×10^-4 A8= 0.13896×10^-5 A10= 0.85541×10^-9 A12= 0.65927×10^-11 r9 : ε= 1.0000 A4= 0.56004×10^-2 A6= 0.27703×10^-3 A8= 0.38550×10^-5 A10= 0.15857×10^-8 A12= 0.67739×10^-11

【００２９】《実施例３》ｆ=4.1〜7.3〜14.1 FNO=4.1〜5.2〜5.7 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1= 20.833 d1= 0.800 N1= 1.84666 ν1= 23.82 r2= 14.925 d2= 2.700 N2= 1.58913 ν2= 61.11 r3= 186.013 d3= 0.100 r4= 23.993 d4= 1.700 N3= 1.62280 ν3= 56.88 r5= 68.710 d5= 0.800〜2.143〜8.690 r6*= 41.212 d6= 0.800 N4= 1.78831 ν4= 47.32 r7= 2.719 d7= 1.350 r8= -20.759 d8= 0.800 N5= 1.78831 ν5= 47.32 r9= 8.362 d9= 0.050 r10= 5.009 d10= 1.500 N6= 1.75000 ν6= 25.14 r11=-128.660 d11= 0.050 r12= 82.283 d12= 0.800 N7= 1.80741 ν7= 31.59 r13= 26.630 d13= 4.358〜1.606〜0.350 r14= ∞(絞りＳ) d14= 0.350 r15= 3.483 d15= 2.200 N8= 1.67790 ν8= 55.38 r16= -4.170 d16= 0.150 r17= -3.558 d17= 0.800 N9= 1.80518 ν9= 25.43 r18= -63.536 d18= 0.100 r19= 13.447 d19= 1.000 N10=1.58144 ν10=40.89 r20= -11.678 d20= 0.250 r21*= -7.226 d21= 1.150 N11=1.78831 ν11=47.32 r22= -18.720 d22= 1.000〜3.852〜5.508 r23= ∞ d23= 4.300 N12=1.51680 ν12=64.20 …ＬＰ r24= ∞ d24= 0.400 r25= ∞ d25= 1.500 N13=1.51680 ν13=64.20 …ＣＬ r26= -7.521

【００３０】[非球面係数] r6 : ε= 1.0000 A4=-0.14369×10^-3 A6= 0.19790×10^-4 A8=-0.15019×10^-6 A10= 0.40488×10^-8 A12=-0.16614×10^-8 r21: ε= 1.0000 A4=-0.74934×10^-2 A6= 0.18143×10^-2 A8=-0.23089×10^-2 A10= 0.92684×10^-3 A12=-0.14570×10^-3

【００３１】

【表１】

【００３２】図２は実施例１の収差図であり、図４は実
施例２の収差図であり、図６は実施例３の収差図であ
る。ただし、実施例２，３はズームレンズであるので、
図４，図６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。

【００３３】

【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】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。

【図６】実施例３の収差図。

【図７】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； 1.8＜｜ｂ／ａ｜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である。