JPS62278519A - レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術 り発明が解決しようとする問題点 Ｅ問題点を解決するための手段（第１図）Ｆ作用（第１
図） Ｇ実施例 （Ｇｌ）レンズの原理的構成（第１図）（Ｇ２）具体的
実施例（第１図〜第５図）Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明はレンズに関し、特に小型テレビジョンカメラ等
において用いられる短焦点レンズに通用して好適なもの
である。

Ｂ発明の概要 本発明は、被写体側から順次第１、第２、第３、第４、
第５レンズを配列してなるレンズ系を有するレンズにお
いて、第１レンズを除去して焦点調整をした後、第１レ
ンズを装着してレンズ系を構成したとき、合焦状態に影
響を与えないようにしたことにより、容易にレンズ系に
ローパスフィルタを挿入することができる。

Ｃ従来の技術 小型テレビジョンカメラにおいては、短焦点レンズを用
いることによって、レンズの長さを短くすると共に、当
該レンズを通して得られる画像を映像信号に変換するた
めの撮像デバイスとして、例えばＣＣＤ　（ｃｈａｒｇ
ｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）などでなるセルを
マトリクス状に配列した構成を有する固体撮像素子を用
いることによって、全体としての構成をできるだけ小型
化し得るようになされている。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところでこのような固体１像素子を用いて撮像デバイス
を構成した場合、レンズを通して撮像デバイス上の像面
に被写体の像を結像させて得られる画像のうち、撮像デ
バイスのセルの配列ピッチに相当する細かさのコントラ
ストを有する画像成分（これを微細画像成分と呼ぶ）が
あると、徹像デバイスから送出されるラスク映像信号を
再生したときに、再生画像にモアレを発生させる原因と
なるおそれがある。

この問題を解決する方法として、レンズの前に光学的ロ
ーパスフィルタを介挿して当該微細画像成分を光学的に
除去することが考えられる。

ところが短焦点レンズでなるレンズ系の前に光学的ロー
パスフィルタを設けた場合、レンズ系の光学的特性に悪
影響を与える次の問題がある。

第１に、ローパスフィルタに入射する主光線の傾角が大
きくなると、画面の中心部を通過する光の行路長が、周
辺部を通過する光の行路長と異なるため、レンズ全体と
してのＭＴＦ（コントラスト伝達関数）の特性の差が著
しくなる。その影響を軽減する手段として、レンズ系に
対する入射光の画角を制限することが考えられるが、こ
のようにすると、短焦点レンズが有する広い画角を利用
できなくなる不都合がある。

実際上、ローパスフィルタとして位相型フィルタを用い
た場合、入射光の画角をＧ５゛程度に制限すれば実用上
ローパスフィルタを挿入したことによる悪影響を無視し
得るが、５０°程度の画角を必要とするレンズにはこの
種のローパスフィルタを適用することは困難である。

また第２の問題として、テレビジョンカメラの製造工程
において、レンズ系にローパスフィルタを介挿すると、
レンズ系と撮像デバイスとの間の焦点調整をする際に、
合焦状態が得られたか否かを判断し難くなる問題がある
。因にこの場合の焦点調整は、測定装置例えばオートコ
リメータを用いてその光源から射出される光をフィルタ
及びレンズ系を介してスクリーン上に結像させ、結像さ
れた像が所定の合焦状態にあるか否かを目視確認する方
法によってレンズ系を合焦状態に調整すると共に、実際
に被写体から到来する光をフィルタ及びレンズ系を介し
て像面に結像させることにより、ラスク映像信号を発生
させてその再生画像について、適正に焦点調整がなされ
ていることを確認するような作業を行うようになされて
いる。

ところがオートコリメータによる合焦作業をする際に、
像面上に得られる画像には微細画像成分が含まれていな
いために、細かい画像について鮮明な画像を結像させる
ことができず、従って最適な合焦条件を満足させるよう
な調整をすることが実際上極めて困難になる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、短焦点の
レンズを得るにつき、レンズ系にフィルタを設けること
によって画角が小さくなるような問題を生じさせないよ
うにすると共に、オートコリメータを用いた合焦調整の
際に、フィルタを外して合焦調整をなし得るようにする
ことによって、格段的に正確に焦点調整をなし得るよう
にしたレンズを提案しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 被写体３側から順次被写体３に凹面を向けるように設け
られた焦点距離の絶対値が大きい第１レンズＬ、と、凸
レンズでなる第２レンズＬ２と、凸レンズでなる第３レ
ンズＬ３及び凹レンズでなる第４レンズＬ４の接合凹レ
ンズＬ、４と、凸レンズでなる第５レンズＬ、とを配列
してなるレンズ系２を有し、次の条件式を満足するよう
にする。

４ｆ　　　　ｆ、　　　　　４ｆ （ｂｌ　　　　　０．４ｆ＜ｄ、＜２．０ｆ（ｃｌ　　
　　　Ｏ，４５−ｆ　＜　ｒ　、　　＜０．６５　ｆｆ
ｄ）　　　　　　　Ｏ＜　ｎ、　　−ｎ＝　＜０．また
だし、ｒはレンズ系２の焦点距離、ｆ１は第１レンズＬ
１の焦点距離、ｄｌは第１レンズＬ１の面間距離、ｒ、
は第４レンズＬ４の後側のレンズ面の曲率半径、ｎ３は
第３レンズＬ３の構成ガラスの屈折率、ｎ４は第４レン
ズＬ４の構成ガラスの屈折率である。

Ｆ作用 レンズ系２から第１レンズＬ１を取り外して焦点調整作
業をした後、第１レンズＬ１を装着してレンズ系２を構
成させたとき、レンズ系２全体としての焦点位置は第１
レンズＬ、を装着しても影響を受けないように構成され
ている。

かくしてレンズ系２の内部にローパスフィルタ７を挿入
することによって、画角が小さくならないようなレンズ
を容易に得るこができる。

Ｇ実施例 以下図面について本発明の一実施例を詳述する。

（Ｇｌ）レンズの原理的構成 第１図において、■は全体として層像装置を示し、レン
ズ系２に被写体３から入射した光を例えばＣＯＤアレー
で構成された層像デバイス４に写映することにより、そ
の像面４Ａ上に被写体３の像を結像させる。

レンズ系２は、被写体３側から順次、被写体３側に凹面
を向けて光軸５上に配設されかつ焦点距離の絶対値が大
きいアフォーカルレンズでなる第２レンズＬｌ、凸レン
ズでなる第２レンズＬ２、凸レンズでなる第３レンズＬ
、及び凹レンズでなる第４レンズＬ４の接合凹レンズＬ
３４と、凸レンズでなる第５レンズＬ、とで構成され、
レンズ系２を射出した光は描像デバイス４のシールガラ
ス等を表す平行平面ガラス６を透過して層像デバイス４
の像面４Ａに縫像される。

レンズ系２の第１及び第２レンズＬ、及びＬ２間には、
例えば位相型フィルタ構成の光学的ローパスフィルタ７
が挿入されている。

ここで、第１レンズＬ、の焦点距離ｒ１は、実用上十分
に大きな値を有し、次 式で表されるように、レンズ系４全体としての焦点距離
ｆに対して４ｒより大きい範囲、又は−４ｒより小さい
範囲に選定されている。

この（１）式の条件は、像面湾曲と歪曲収差のバランス
をとるための条件で、１／ｒ１が上限１／４ｆを越える
と、メリジオナル像面湾曲がレンズ側に倒れる。この現
象が生ずると、第２レンズＬ２の屈折力が弱くなる現象
を生じ、この現象を補正しようとすると、ペッツバール
の和が増大することを避は得す、かくして実際上補正が
困難な状態になる。

これに対して１／「１の値が下限値−１／４ｆを越える
と、歪曲収差が増大すると共に、メリジオナル像面湾曲
の曲がりが増大する現象が生じ、実際上この現象を補正
することが困難になる。

かくして（１）式の条件を満足するように第１レンズＬ
、の焦点距離を選定すれば、実用上十分な程度のメリジ
オナル像面湾曲及び曲面収差をもったレンズ系２を得る
ことができる。

次に第１レンズＬ、の面間路Ｍ　ｄ＋　は次式、０．４
　　（＜　ｄ＋　＜２．Ｏｆ　　　　　　−・＝　（２
）で表されるように、レンズ系２全体の焦点距離ｆに対
して０．４倍〜２．０倍の範囲に選定する。この条件は
第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２間に挿入したローパ
スフィルタフに入射する光の画角を小さくしながら像面
湾曲及び歪曲収差のバランスをとるための条件を表して
いる。

ここで第１レンズし、の面間距離ｄ、が（２）式の上限
値２．Ｏｆを越えると、レンズ系２の長さが長くなり、
その分レンズ系２が大型化すると共に、レンズ系２のコ
ストが高くなることを避は得ない結果になる。因に第１
レンズＬ１の面間距離が長くなれば、その分高価なガラ
ス材料が増加するからである。

これに対して面間距離ｄ、が（２）式の下限値０．４ｆ
を越えると、第１レンズＬ、の被写体３側の面の曲率ｒ
１を強くしなければならない結果になり、このようにす
れば、レンズ系２全体としての歪曲収差が増大すると共
に、メリジオナル像面曲面の曲がりが増大する現象を生
じ、その結果レンズ系２の歪曲収差及びメリジオナル像
面湾曲を補正することが困難になる。

さらに第３の条件として、第４レンズＬ４の撮像デバイ
ス４側のレンズ面についての曲率ｒ、の値を次式 ％式％（３） で表すように、レンズ系２の焦点距離ｆに対してその０
．４５倍から０．６５倍の範囲に選定する。この条件は
、像面湾曲及び歪曲収差の補正に関するもので、（３）
式において曲率ｒ、が上限０．６５　ｆを越える値にな
ると、レンズ系２の歪曲収差が増大するためにその補正
が困難になり、また下限値０．４５ｆを越えるとレンズ
系２のメリジオナル像面曲面曲がりが増大するために、
その補正が困難となる。

第４の条件として、接合凹レンズＬ３４を構成するガラ
ス材料の屈折率ｎ、及びｎ４の値を次式０式％（４） で表されるように、その段差ｎ、−ｎ、を０から０．１
の間の値に選定する。

この条件は、レンズ系２の球面収差及びペッツバールの
和の補正に関するもので、　段差ｎ４−０３の値が（４
）式の上限値０．１を越えると、レンズ系２のペッツバ
ールの和が増大し、その補正が困難となる。また段差ｎ
４−ｎ３が（４）式の下限値Ｏを越えると、輸体球面収
差が補正不足となって実用上十分な補正ができなくなる
。

このようにして第１図のレンズ系２の構成において、（
１）弐〜（４）式の条件を満足するように各部の定数を
選定すれば、第１レンズＬ、に対して被写体３の光が画
角５０°で入射したとき、アフォーカルレンズでなる第
１レンズＬ１が、その入射光の画角を、ローパスフィル
タ７がその各部の特性が実用上はぼ一様になる程度の画
角（例えハ３５°程度）に狭めてローパスフィルタ７に
射出させることができ、かくしてローパスフィルタ７を
第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２間に挿入したことに
よってレンズ系２に与えた光学的な影響をできるだけ小
さくしながら、撮像デバイス４から得られるラスク映像
信号として、モアレの原因となる微細画像成分を除去し
た信号を得ることができる。

また上述の構成によれば、レンズ系２の球面収差曲線と
、レンズ系２から第１レンズＬ、及びローパスフィルタ
７を取り外したときの球面収差曲線とをほぼ一致させる
ことができる。かくしてローパスフィルタ７を第１レン
ズＬ１と共に取り外した状態で、オートコリメータを用
いて微細画像部分を含んだ画像を用いて焦点調整を正確
に行うことができる。そしてこの調整をした後に、第１
レンズＬ１及びローパスフィルタ７を装着した状態で被
写体３を擾像することにより、微細画像成分を除去した
状態において得られるラスク映像信号に基づく再生画像
を用いて、レンズ系２の合焦状態の確認作業を正確に行
うことができる。

（Ｇ２）具体的実施例 上述の（１）弐〜（４）弐を満足する以下に述べる条件
のもとにレンズ系２を構成したところ、有効な結果を得
ることができた。

この実施例の場合、レンズ系２全体としての焦点距離ｆ
をｆ　＝１．０　、口径比を１　：　１．５　、画角２
ωを２ω＝５１．１°に選定した。

さらに第１〜第５レンズＬ＋−Ｌ、におけるレンズ面の
曲率半径ｒ１〜「９、各レンズ面間の面間距離ｄ＋　−
ｄｓ　、第１〜第５レンズＬ、〜Ｌ。

の屈折率ｎ１〜ｎ、及びアツベ数ν１〜ν、を次表のよ
うに選定した。ここで第１及び第２レンズＬ１及びＬ２
間の面間距離ｄ２は、介挿されているローパスフィルタ
７を空気換算した値として表されている。また平行平面
ガラス６（第１図）の厚さを０．２４２７に選定した。

これに加えて第１レンズＬ、の焦点距離ｒｌの条件とし
てｔ／ｆ＋　＝ｏに選定した。

なお、焦点距離及び面間距離は、レンズ系２の焦点距離
に基づいてトマライズして示す。

曲率半径　　面間距離　　屈折率　　　アツベ数ｒｌ　
　−１，４５６３ ｄ＋　１．２１３６　　ｎｔ　１．７７２５０　１７．
４９．６ｒ＝　　−１，９８５２ ｄｚ　Ｏ，４８５４ ｒ３　１．８９３２ ｄｚ　Ｏ，２０２３ｎｔ　１．８０６１０−１／ｇ　４
０．７ｒ、−３２，３６２５ ｄ４０．０１６２ ｒ５　０．９２６４ ｄｓ　Ｏ，３２３６ｎ３１．６７７９０　１／、　５５
．５ｒ、　　−０，９２６４ ｄｈ　Ｏ，３６８１ｎ−１，７１７３６ｖ　ａ　２９．
５ｒｔ　　Ｏ，５５９１ ｄ、０．２８３２ ｒ−１，２６５３ ｄａ　Ｏ，１８６１ｎｓ　　１．７７２５０　１／、　
４９．６ｒ４　−６．１２４１ 第１表 このように定数を設定して得られたレンズ系２０球面収
差、非点収差、歪曲収差はそれぞれ第２図（ｄ線及びｇ
線について示す）、第３図（メリジオナル断面Ｍ及びサ
ジタル断面について示す）、第４図に示すように、実用
上良好な曲線を描くことが６１！認できた。

これに加えてレンズ系２のうち第１レンズＬ。

及びローパスフィルタ７を取り外して残る光学系につい
て球面収差を求めたところ、第５図にｄ　’Ｉｔ、１に
ついて示すように、第１レンズＬ、及びローパスフィル
タ７を取り外す前のレンズ系２の球面収差（第２図）と
ほぼ同様の曲線を描くことが確認された。

このことは第２レンズＬ１及びローパスフィルタ７が、
レンズ系２全体の球面収差にはほとんど影響を与えない
良好な球面収差特性をもっていることを表しており、従
って第２レンズＬ１及びローパスフィルタ７を除去した
状態で例えばオートコリメータによって無限遠物点に対
して焦点調整をした後、第１レンズＬ、およびローパス
フィルタ７を装着しても当該焦点調整によって決めた焦
点位置を変化させることがないことを表している。

従って上述の具体的実施例によれば、レンズ系２の焦点
位置をローパスフィルタ７を用いることなく、従って微
細画像部分を有する鮮明な画像に基づいて調整作業をな
し得ると共に、この調整作業の後に、第１レンズＬ、及
びローパスフィルタ７を装着して描像装置１の機能を全
体として確認する際に、ローパスフィルタ７を挿入した
ことによって再生画像にモアレが発生しないことを正６
童に確認し得る。かくするにつき、焦点調整作業におけ
る合焦状態に悪影響を与えないようにし得る。

（Ｇ３）他の具体的実施例 上述の第１の実施例においては、　第１レンズＬ１の焦
点距離ｆ１をｌ／ｆ、＝Ｏに設定するように構成した場
合について述べたが、第１レンズの焦点距離ｆ１が１／
ｆ１　≠Ｏのように設定しても上述の（１）式の条件を
満足する範囲においては実用上、上述の場合とほぼ同様
の効果を得ることができる。

因に１／ｆｌ　＝Ｏ以外の条件を選定した場合にも、第
２図及び第４図について上述したと同様に、第１レンズ
Ｌ１及びローパスフィルタ７を除去した場合と、装着し
た場合とで、はぼ同様の球面収差特性を得ることができ
るからである。

従って第１レンズＬ１及びローパスフィルタ７を除去又
は装着した場合に、両者間に焦点位置の変化があれば、
その焦点移動量を予め近軸的に計算しておき、レンズ２
及びローパスフィルタ７を除去したときの焦点調整作業
の際に当該焦点移動量を見込んで焦点位置を調整してお
くようにすれば、その焦点調整作業の後に第１レンズＬ
、及び、ローパスフィルタ７を装着しても焦点位置を移
動させないようにし得る。

（Ｇ４）他の実施例 なお上述においては、第１レンズＬ１を１枚のレンズで
構成した場合について述べたが、これに代え、接合レン
ズを用いても上述の場合と同様の効果を得ることができ
、要は上述の（１）式及び（２）式の条件を満足するよ
うに第１レンズＬ１を構成すれば良い。

Ｈ発明の効果 以上のように本発明によれば、撮像デバイスがセルの繰
り返し配列構造をもっていることに基づいて生ずるおそ
れがあるモアレを回避するために、レンズ系にローパス
フィルタを用いるにつき、このローパスフィルタをレン
ズ系の内部に組み込んでも、被写体の光に対する画角を
狭く制限するおそれを有効に回避し得ると共に、全体と
しての焦点調整作業が容易なレンズを得ることができる
。

かくして、ラスク映像信号を得るような撮像装置に適用
して好適な短焦点レンズで構成されたレンズを容易に実
現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレンズの一実施例を示す路線的側
面図、第２図、第３図、第４図は第１図のレンズ系２の
球面収差、非点収差、歪曲収差を示す特性曲線図、第５
図は第１図のレンズ系２から第１レンズＬ＋及びローパ
スフィルタ７を除去したとき残る光学系の球面収差を示
す特性曲線図である。 ■・・・・・・撮像装置、２・・・・・・レンズ系、３
・・・・・・被写体、４・・・・・・撮像デバイス、６
・・・・・・平行平面ガラス、７・・・・・・ローパス
フィルタ、Ｌｌ〜Ｌ　ｓ　−−？Ｊ　１〜第５レンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被写体側から順次、上記被写体に凹面を向けるよ
   うに設けられた焦点距離の絶対値が大きい第１レンズと
   、凸レンズでなる第２レンズと、凸レンズでなる第３レ
   ンズ及び凹レンズでなる第４レンズの接合凹レンズと、
   凸レンズでなる第５レンズとを配列してなるレンズ系を
   有し、次の条件式を満足することを特徴とするレンズ。 （ａ）−（１／４ｆ）−＜１／ｆ＿１＜１／４ｆ（ｂ）
   ０．４ｆ＜ｄ＿１＜２．０ｆ （ｃ）０．４５ｆ＜ｒ＿７＜０．６５ｆ （ｄ）０＜ｎ＿４−ｎ＿３＜０．１ ただし、ｆは上記レンズ系の焦点距離、ｆ＿１は上記第
   １レンズの焦点距離、ｄ＿１は上記第１レンズの面間距
   離、ｒ＿７は上記第４レンズの後側のレンズ面の曲率半
   径、ｎ＿３は上記第３レンズの構成ガラスの屈折率、ｎ
   ＿４は上記第４レンズの構成ガラスの屈折率である。
2. （２）上記第１レンズ及び第２レンズ間に光学的ローパ
   スフィルタを介挿してなる特許請求の範囲第１項に記載
   のレンズ。