(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズ、開口絞り、両レンズ面が凹面の負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズより成り、該第１レンズと該第２レンズの間隔をＤ1,2、該第２レンズと該第３レンズの間隔をＤ2,3、バックフォーカスをｂｆ、全系の焦点距離をｆ、該第４レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ９、該第５レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々ｒ１０、ｒ１１とするとき、
０．６５＜Ｄ1,2／ｆ＜０．９５
０．６＜Ｄ2,3／ｆ＜０．８２
０．９２＜ｂｆ／ｆ＜１．１
−０．７＜ｒ９／ｒ１０＜−０．５５
−１．７＜（ｒ１０−ｒ１１）／（ｒ１０＋ｒ１１）＜−０．９
なる条件の１以上を満足する事を特徴とするレンズ系。
【請求項２】
前記第５レンズは、１以上の非球面を有することを特徴とする請求項１のレンズ系。
【請求項３】
前記第５レンズの材料の屈折率をｎｄ５とするとき、
ｎｄ５＜１．６５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２のレンズ系。
【請求項４】
固体撮像素子上に像を形成する為の撮影レンズ系であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項のレンズ系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項のレンズ系と、該レンズ系によって形成される像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオカメラやデジタルカメラそしてフィルム用カメラ等に好適な全長の短いレトロフォーカス型のレンズ系及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子を有するビデオカメラやデジタルカメラが種々開発されている。
【０００３】
ビデオカメラやデジタルカメラは、撮影レンズの後端（最終レンズ面）から撮像素子の間に、ローパスフィルターや色フィルター等の各種のガラス材を配置され構成される場合が多い。
【０００４】
この為、ビデオカメラやデジタルカメラ用の撮影レンズは、焦点距離に比較して、長いバックフォーカスを有することが必要となっている。
【０００５】
バックフォーカスが長いレンズタイプとして、レトロフォーカス型レンズが従来より知られている。特公昭４６−２４１９４号公報では、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の第２レンズ、両レンズ面が凹面の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の第５レンズの５つのレンズにより構成したレトロフォーカス型レンズが、提案されている。この公報における数値実施例においては、バックフォーカスが焦点距離の１．３倍程度のレンズ系が開示されている。
【０００６】
また近年、固体撮像素子の高画素化の流れにより、撮影レンズに要求される光学性能が非常に高くなって来ている。高い結像性能を有することと長いバックフォーカスを有することの両立したレンズ系として、物体側より順に、負・正・負・正・正レンズの５枚構成のレトロフォーカス型レンズが、例えば特開昭６３−８１４１４号公報、特開平３−６３６１３号公報、特開平１０−２１３７４２号公報、特開平１０−２９３２４６号公報、特開２００１−１０００９１号公報等で提案されている。
【０００７】
ここで、物体側より順に、負・正・負・正・正レンズの５枚構成のレンズ系の場合、第１レンズと第２レンズの間隔を狭くすると、十分なバックフォーカスを得ることが困難になり、無理にバックフォーカスを延ばすと、第１レンズのパワー（屈折力（焦点距離の逆数））が強くなり収差補正が困難になるばかりか、第１レンズの平行及び傾き偏芯に対する性能劣化の敏感度が高くなってくる。逆に第１レンズと第２レンズの間隔を広げると、第１レンズの外径が大型化し、バックフォーカスが長くなりすぎ、レンズ全体が大型化するという問題が発生する。特開昭６３−８１４１４号公報や特開平１０−２９３２４６号公報で提案されているレトロフォーカス型レンズは、第１レンズと第２レンズの間隔が比較的狭く、レンズ系の小型化には有利であるが、収差補正が難しい
また、第２レンズと第３レンズの間隔を狭くすると、第２レンズと第３レンズの間に絞りを置く事が困難になり、十分な射出瞳を得ることができなくなる。
【０００８】
逆に第２レンズと第３レンズの間隔を広げると、レンズ系全体のレンズ径が大型化し、軸外光束が通る高さが相対的に高くなり、結果的に軸外収差の補正が困難になってくる。
【０００９】
特開平１０−２１３７４２号公報や特開２００１−１０００９１号公報で提案されているレトロフォーカス型レンズは第２レンズと第３レンズとの間に絞りを配置することができる程度の間隔を維持しているが、メカニカルなシャッター手段を配置するには十分な間隔となっていない。
【００１０】
また、ビデオカメラやデジタルカメラで用いる撮影レンズは、バックフォーカスを長くする必要はあるが、必要以上に長いバックフォーカスは撮影レンズの全長が長くなり好ましく無い。
【００１１】
特開平３−６３６１３号公報で提案されているレトロフォーカス型レンズは、バックフォーカスが焦点距離の１．２倍以上と長く、撮影レンズの全長が長くなる傾向がある。
【００１２】
また、負・正・負・正・正レンズの５枚構成のレトロフォーカス型レンズにおいて、非球面を用いてさらなる性能向上を図ったものが、例えば特開平９−１６６７４８号公報で提案されている。
【００１３】
特開平９−１６６７４８号公報では、最も像側に配置された第５レンズの片面を非球面とすることにより、諸収差を良好に補正している。このときの第５レンズの材料の屈折率は１．６９３５と比較的高い。
【００１４】
一般的に屈折率が高いガラス程、ガラス材料自体のコストが高く、また非球面加工の難易度も高い傾向にある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、十分な長さのバックフォーカスを有しつつ、また小型で高い光学性能を有したレンズ系及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【００１６】
請求項１の発明のレンズ系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズ、開口絞り、両レンズ面が凹面の負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズ、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズより成り、該第１レンズと該第２レンズの間隔をＤ1,2、該第２レンズと該第３レンズの間隔をＤ2,3、バックフォーカスをｂｆ、全系の焦点距離をｆ、該第４レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ９、該第５レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々ｒ１０、ｒ１１とするとき、
０．６５＜Ｄ1,2／ｆ＜０．９５      ・・・・・（１ａ）
０．６＜Ｄ2,3／ｆ＜０．８２      ・・・・・（２ａ）
０．９２＜ｂｆ／ｆ＜１．１      ・・・・・（３ａ）
−０．７＜ｒ９／ｒ１０＜−０．５５      ・・・・・（５ａ）
−１．７＜（ｒ１０−ｒ１１）／（ｒ１０＋ｒ１１）＜−０．９      ・・・（６）
なる条件の１以上を満足する事を特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第５レンズは、１以上の非球面を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第５レンズの材料の屈折率をｎｄ５とするとき、
ｎｄ５＜１．６５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項の発明において、固体撮像素子上に像を形成する為の撮影レンズ系であることを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明の光学機器は、請求項１から４のいずれか１項のレンズ系と、該レンズ系によって形成される像を受光する固体撮像素子を有することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１、図３、図５は、本発明のレンズ系の実施形態１〜３に相当する数値実施例１〜３のレンズ断面図である。
【００２４】
図２、図４、図６は、本発明のレンズ系の実施形態１〜３に相当する数値実施例１〜３の諸収差図である。
【００２５】
尚、レンズ断面図において左方が被写体側で、右方が像面側である。
ＬＧはレンズ系である。
【００２６】
レンズ系ＬＧは物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第１レンズＬ１、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第２レンズＬ２、開口絞りＳＰ、両レンズ面が凹面の負の屈折力の第３レンズＬ３、像面側に凸面を向けたメニスカス状、又は両レンズ面が凸面より成る正の屈折力の第４レンズＬ４、両レンズ面が凸面の正の屈折力の第５レンズＬ５を有している。
Ｇは光学フィルタやフェースプレート等に相当するガラスブロック、ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子Ｐａが配置されている。
【００２７】
以下、簡単の為に「第ｉレンズＬｉ」を「第ｉレンズ」と記す。
【００２８】
各実施形態においては、該第１レンズと該第２レンズの間隔をＤ１，２、該第２レンズと該第３レンズの間隔をＤ２，３、バックフォーカスをｂｆ、全系の焦点距離をｆ、該第４レンズの像側のレンズ面の曲率半径をｒ９、該第５レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々ｒ１０、ｒ１１、第５レンズの材料の屈折率をｎｄ５とするとき、
０．６＜Ｄ１，２／ｆ＜１．０      ・・・（１）
０．５５＜Ｄ２，３／ｆ＜０．８５  ・・・（２）
０．９＜ｂｆ／ｆ＜１．１          ・・・（３）
ｎｄ５＜１．６５                  ・・・（４）
−０．７５＜ｒ９／ｒ１０＜−０．５  ・・・（５）
−１．７＜（ｒ１０−ｒ１１）／（ｒ１０＋ｒ１１）＜−０．９・・・（６）
なる条件を満足している。
【００２９】
請求項１の発明は前述した第１〜第５レンズの５つのレンズを有する構成において条件式（１）〜（３）を同時に満足することを特徴としている。
【００３０】
又、請求項２の発明は前述した第１〜第５レンズの５つのレンズを有する構成において条件式（５）、（６）を同時に満足していることを特徴としている。
【００３１】
又、請求項１、２の発明において、前述した条件式のうちの該当する条件式を満足するようにすれば、更なる光学性能の向上が図れる。各実施形態においては各々の条件式を満足することにより、以下に説明するような効果が得られる。
【００３２】
次に前述の各条件式の技術的な意味について説明する。
【００３３】
条件式（１）は第１レンズと第２レンズの間隔（レンズ面間隔）と全系の焦点距離との比に関する条件式であり、下限値を超えて間隔を狭くすると、十分なバックフォーカスを得ることが困難になり、無理にバックフォーカスを延ばすと、第１レンズのパワーが強くなり収差補正が困難になるばかりか、第１レンズの平行及び傾き偏芯に対する光学性能の劣化の敏感度が高くなってしまう。
【００３４】
逆に上限値を超えて間隔を広げると、第１レンズの有効外径が増大し、バックフォーカスも長くなりすぎ、レンズ全体が大型化するので良くない。
【００３５】
条件式（２）は第２レンズと第３レンズの間隔と全系の焦点距離との比に関する条件式であり、下限値を超えて間隔を狭くすると、この間に絞りを置く事が困難になり、射出瞳の位置を十分長くすることができなくなる。
【００３６】
逆に上限値を超えて間隔を広げると、レンズ全体のレンズ有効径が増大し、軸外光束が通る高さが相対的に高くなり、結果的に軸外収差の補正が困難になってくる。
【００３７】
条件式（３）はバックフォーカスと全系の焦点距離との比に関する条件式で、上限値を超えてバックフォーカスが長くなるとレンズ全長が長くなりすぎ、全系が大型化してくる。又、第１レンズのパワーが強くなり、歪曲収差の補正が困難になる。逆に下限値を超えてバックフォーカスが短くなると、ローパスフィルターや、色フィルターを入れることが困難になる。
【００３８】
条件式（４）は第５レンズの材料の屈折率に関する条件式で、製造コストが安く、製作しやすい屈折率の低いガラス材料を用い、特に像面彎曲の補正を良好に行う為のものである。
【００３９】
条件式（５）は第４レンズと第５レンズの間の空気レンズに関する条件式で、下限値を超えると球面収差及びコマ収差が補正不足となり好ましくない。また、上限値を超えると像面彎曲が補正過剰となり好ましくない。
【００４０】
条件式（６）は第５レンズのレンズ形状に関する条件式で、条件式（５）と同じく、下限値を超えると球面収差及びコマ収差が補正不足となり好ましくない。また、上限値を超えると像面彎曲及び歪曲収差が補正過剰となり好ましくない。
【００４１】
更に好ましくは、前述の各条件式の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００４２】
０．６５＜Ｄ１，２／ｆ＜０．９５・・・（１ａ）
０．６＜Ｄ２，３／ｆ＜０．８２  ・・・（２ａ）
０．９２＜ｂｆ／ｆ＜１．１・・・（３ａ）
ｎｄ５＜１．６３          ・・・（４ａ）
−０．７＜ｒ９／ｒ１０＜−０．５５・・・（５ａ）
−１．６＜（ｒ１０−ｒ１１）／（ｒ１０＋ｒ１１）＜−０．９５・・・（６ａ）
各実施形態において、第５レンズは、１以上の非球面を有している。
特に第５レンズの像側に参照球面に対して曲率半径が小さい形状の非球面を配置している。
これによって画面全体にわたり良好なる光学性能を得ている。
【００４３】
また、絞りを第２レンズと第３レンズの間に配置することで、撮像素子を用いた光学機器に適した射出瞳距離の長いレンズ系を得ている。
【００４４】
次に本発明のレンズ系を撮影光学系として用いたデジタルカメラ（光学機器）の実施形態を図７を用いて説明する。
【００４５】
図７において、１０はカメラ本体、１１は本発明のレンズ系によって構成された撮影光学系、１２は被写体像を観察するためのファインダーである。
【００４６】
１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチである。
【００４７】
次に実施形態１〜３に対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２つの面はガラスブロックＧを構成する面である。ｆは焦点距離、ｆｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ・・・を非球面係数、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、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］＋Ｂｈ４＋Ｃｈ６＋Ｄｈ８＋Ｅｈ１０
で表示される。但しｒは曲率半径である。また、例えば「Ｄ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００４８】
【外１】
0003572037.tif 000002
【００４９】
【外２】
0003572037.tif 000003
【００５０】
【外３】
0003572037.tif 000004
【００５１】
【表１】
0003572037.tif 000005
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば十分な長さのバックフォーカスを有しつつ、また小型で高い光学性能を有したレンズ系及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１の収差図
【図３】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図４】本発明の数値実施例２の収差図
【図５】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例３の収差図
【図７】本発明の光学機器の要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ
Ｌ４  第４レンズ
Ｌ５  第５レンズ
ＳＰ  開口絞り
ＩＰ  像面
ｄ  ｄ線
ｇ  ｇ線
ΔＳ  サジタル像面
ΔＭ  メリディオナル像面
ω  画角
ｆｎｏ  Ｆナンバー
【図１】
0003572037.tif 000006
【図２】
0003572037.tif 000007
【図３】
0003572037.tif 000008
【図４】
0003572037.tif 000009
【図５】
0003572037.tif 000010
【図６】
0003572037.tif 000011
【図７】
0003572037.tif 000012