(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、正レンズである第２レンズと、両凹レンズである第３レンズと、正レンズである第４レンズとを備え、
レンズ系全系の焦点距離をｆ、
第１レンズの焦点距離をｆ1、
第１及び第２レンズの軸上レンズ間距離をｄ2、
第２及び第３レンズの軸上レンズ間距離をｄ4、
第２レンズの像側面の曲率半径をｒ4、
第３レンズの物体側の曲率半径をｒ5としたとき、
数式１  −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５
数式２  ０．４＜ｄ2／ｆ＜１
数式３  ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０
数式４  ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７
を満たすレンズ系である
ことを特徴とするレトロフォーカス型レンズ。
【請求項２】
第４レンズは、少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面である
ことを特徴とする請求項１記載のレトロフォーカス型レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、デジタルスチルカメラに用いられるレトロフォーカス型レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタルスチルカメラに用いられる撮像素子には、小型で画素ピッチが３μｍ前後のＣＣＤ(電荷結合素子、charge coupled device)イメージセンサであるいわゆるＣＣＤなどが用いられており、このようなＣＣＤに組み合わせて用いられる撮像レンズには、高い結像能力とテレセントリック性が良好であることが必要になる。さらに、ＣＣＤなどの周期構造に起因する色モアレ現象を低減するための光学ローパスフィルタを配置するため、撮像レンズには、十分なバックフォーカス(バックフォーカルディスタンス)が必要になる。
【０００３】
そして、このような性能を満足するレンズ構成として、従来より、５〜６枚構成のレンズ系が採用され、製品化されている。
【０００４】
一方、近年急速に普及してきた小型のデジタルスチルカメラについては、小型、薄型、安価であることが市場での優位性につながり、従って、このようなデジタルスチルカメラに用いられる撮像レンズについては、低コストで、全長(第１レンズ−像面間距離)が短い撮像レンズが要求されている。そして、このような撮像レンズを実現するためには、レンズ枚数を少なくすることと、球面レンズと比較してコストの高い非球面レンズの枚数をできるだけ少なくすることが重要になる。
【０００５】
この点、バックフォーカスが十分に長く、レンズ枚数を少なくできる撮像レンズとして、例えば、特公平５−３７２８８号公報、あるいは、特開昭６４−６１７１４号公報に示されるように、レンズ枚数が４枚のレトロフォーカス型広角レンズが知られている。そして、これらの構成では、第１レンズとして負メニスカスレンズ、第２レンズとして正レンズ、第３レンズとして両凹レンズ、第４レンズとして正レンズを用いた４群４枚構成であり、第１、第４レンズには、非球面レンズが用いられている。
【０００６】
しかしながら、特公平５−３７２８８号公報記載の構成の４群４枚レンズは、バックフォーカスが全系の焦点距離ｆの１〜１．５倍と十分に長いとともに、全長が短く小型化が可能であるものの、像面から射出瞳の距離が短いため、テレセントリック性が重要になるＣＣＤなどの小型で高精細の撮像素子には必ずしも適さない。
【０００７】
一方、特開昭６４−６１７１４号公報の構成では、バックフォーカスが全系の焦点距離ｆの２．５倍と十分に長く、テレセントリック性に優れるものの、全長が長くなるため、携帯性が要求される小型のデジタルスチルカメラには必ずしも適していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のように、今日において、デジタルスチルカメラなど高精細の撮像素子に適した広角レンズ、すなわち、バックフォーカスが十分に長く、テレセントリック性に優れ、全長が短く小型化できるとともに、安価な製造が可能なレンズ系が求められている。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、十分なバックフォーカスを得ることができるとともに、全長を短くできるレトロフォーカス型レンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のレトロフォーカス型レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズと、正レンズである第２レンズと、両凹レンズである第３レンズと、正レンズである第４レンズとを備え、
レンズ系全系の焦点距離をｆ、
第１レンズの焦点距離をｆ1、
第１及び第２レンズの軸上レンズ間距離をｄ2、
第２及び第３レンズの軸上レンズ間距離をｄ4、
第２レンズの像側面の曲率半径をｒ4、
第３レンズの物体側の曲率半径をｒ5としたとき、
数式１  −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５
数式２  ０．４＜ｄ2／ｆ＜１
数式３  ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０
数式４  ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７
を満たすレンズ系であるものである。
【００１１】
そして、この構成では、収差を補正して必要な結像性能を維持しつつ、焦点距離の１倍程度の十分なバックフォーカスを得るとともに、全長が短くなる。
【００１２】
すなわち、ｆ1／ｆについて、数式１の下限値より大きくすることにより、第１レンズの負の屈折率を大きくして、十分なバックフォーカスが得られるとともに、上限値より小さくすることにより、非点収差や歪曲収差などの軸外収差が抑制される。
【００１３】
また、ｄ2／ｆについて、数式２の下限値より大きくすることにより、焦点距離の１倍程度の十分なバックフォーカスが確保されるとともに、上限値より小さくすることにより、レンズ系全体の長さが抑制され、全長が短くなる。
【００１４】
また、ｄ4／ｆについて、数式３の範囲内とすることにより、球面収差、コマ収差などの補正が十分になり、必要な結像性能が維持される。
【００１５】
さらに、ｒ5／ｒ4ついて、数式４の範囲内とすることにより、球面収差、コマ収差などの補正が十分になり、必要な結像性能が維持される。
【００１６】
請求項２記載のレトロフォーカス型レンズは、請求項１記載のレトロフォーカス型レンズにおいて、第４レンズは、少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面であるものである。
【００１７】
そして、この構成では、良好な収差補正が可能になる。さらに、像側の面を非球面とすることにより、良好な収差補正が可能になる。また、周辺すなわち軸外へいくに従って、正の屈折率が弱まる形状とすることにより、負の歪曲収差が補正される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレトロフォーカス型レンズの一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１において、１はレトロフォーカス型レンズのレンズ系であり、このレンズ系１は、逆望遠写真対物レンズとも呼ばれるいわゆるレトロフォーカス型広角レンズを構成し、例えば、像面となる撮像素子としての２００万画素(２メガピクセル)クラスのＣＣＤイメージセンサ２を備えたデジタルスチルカメラに固定焦点の撮像レンズとして備えられている。
【００２０】
そして、このレンズ系１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズＬ1と、正レンズである第２レンズＬ2と、両凹レンズである第３レンズＬ3と、正レンズである第４レンズＬ4とから構成されている。
【００２１】
また、第４レンズＬ4は、少なくとも一つの面、より好ましくは像側の面が、周辺にいくに従って正の屈折率が弱まる形状の非球面となっている。
【００２２】
また、このレンズ系１では、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2との間に絞りが配置され、すなわち、絞りを挟んで非対称なレンズ構成となっている。
【００２３】
さらに、このレンズ系１の第４レンズＬ4の像側には、光学ローパスフィルタや赤外線カットガラスなどの光学部材を想定したガラスブロックＬ5が配置されている。
【００２４】
そして、以下に示す表１は、第１の実施の形態の諸数値を示し、図２は、諸収差図を示している。
【００２５】
なお、以下、各表などにおいて、物体側より順に、ｒ1，ｒ2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5の各面の曲率半径を示し、ｄ1，ｄ2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5の肉厚すなわち軸上での厚さ寸法あるいは空気間隔すなわち軸上でのレンズ間距離を示し、ｎ1，ｎ2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5の屈折率を示し、ν1，ν2，…は、各レンズＬ1〜Ｌ4及びガラスブロックＬ5のアッベ数を示している。従って、例えば、第１及び第２レンズの軸上レンズ間距離はｄ2、第２及び第３レンズＬ2，Ｌ3の軸上レンズ間距離はｄ4、第２レンズの像側面の曲率半径はｒ4、第３レンズＬ3の物体側の曲率半径はｒ5となる。また、長さの単位は〔ｍｍ〕である。
【００２６】
さらに、ｆはレンズ系全系の焦点距離、ｆ1は第１レンズＬ1の焦点距離を示している。また、Ｆ／はＦナンバーを示し、２ωは画角を示している。また、*は非球面を示し、ＩＮＦは無限大を示している。
【００２７】
また、非球面の形状は、光軸方向にＸ座標、このＸ座標と垂直な方向にＹ座標をとり、次の式で表される。
【００２８】
数式５  Ｘ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛（ｋ＋１）（ｙ／ｒ）２｝１／２］＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋Ｃｙ８＋Ｄｙ１０
但し、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは非球面係数である。
【００２９】
また、諸収差図において、ｄはｄ線(587.6nm)、ＣはＣ線(656.3nm)、ＦはＦ線(486.1nm)、Ｓはサジタル、Ｔはメリジオナルである。
【００３０】
［表１］
ｆ＝６．０
Ｆ／３．５
２ω＝６０°
ｒ1＝7.368    ｄ1＝1.00  ｎ1＝1.58913  ν1＝61.25
ｒ2＝2.516    ｄ2＝2.45
ｒ3＝4.898    ｄ3＝3.19  ｎ2＝1.88300  ν2＝40.80
ｒ4＝-3.932   ｄ4＝0.36
ｒ5＝-2.969   ｄ5＝0.70  ｎ3＝1.78472  ν3＝25.70
ｒ6＝5.079    ｄ6＝0.28
ｒ7＝8.195    ｄ7＝2.00  ｎ4＝1.66547  ν4＝55.20
ｒ8＝-4.199*  ｄ8＝2.00
ｒ9＝ＩＮＦ    ｄ9＝2.00  ｎ5＝1.51680  ν5＝64.12
ｒ10＝ＩＮＦ
絞り位置    ｒ3面の物体側0.5
*非球面(ｒ8)  ｋ＝-1.0967
Ａ＝0  Ｂ＝0  Ｃ＝5.3273×10−６  Ｄ＝-5.5963×10−７
ｆ1／ｆ＝-1.171  ｄ2／ｆ＝0.40  ｄ4／ｆ＝0.060  ｒ5／ｒ4＝0.755
【００３１】
ここで、レンズ系１は、
数式１  −１．５＜ｆ1／ｆ＜−１．０５
数式２  ０．４＜ｄ2／ｆ＜１
数式３  ０．０５＜ｄ4／ｆ＜０．１０
数式４  ０．７２＜ｒ5／ｒ4＜０．７７
の条件を満たしている。
【００３２】
さらに、レンズ系１の第４レンズＬ4は、少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面とされている。
【００３３】
そして、これら条件を満たすことにより、４枚という少ないレンズ枚数のレンズ系１で、全長を短縮化できるとともに、２００万画素(２メガピクセル)クラスのＣＣＤを用いた固定焦点のデジタルスチルカメラ用のレンズとして必要な諸条件と結像性能を満足できる。
【００３４】
すなわち、画角(２ω)が６０°程度、Ｆナンバーが３．５程度で、バックフォーカスが焦点距離ｆの約１倍と十分に長く、レンズ枚数を４枚(うち、非球面を１枚)として小型、低コストであり、諸収差を良好に補正でき、例えば、１／２．７型、２００万画素(２メガピクセル)クラスの高精細撮像素子を備えるとともにコンパクトで低コストなデジタルスチルカメラなどに最適な広角レンズである撮像レンズを提供できる。
【００３５】
さらに、レンズ系１の第４レンズＬ4は、少なくとも一つの面が、周辺にいくに従って、正の屈折率が弱まる形状の非球面としたため良好な収差補正が可能になる。さらに、像側の面ｒ8を非球面とすることにより、良好な収差補正が可能になる。また、非球面は、周辺すなわち軸外へいくに従って、正の屈折率が弱まる形状とすることにより、負の歪曲収差を補正できる。
【００３６】
次に、各数式の条件について説明する。
【００３７】
数式１は、第１レンズＬ1の焦点距離ｆ1を規定したものである。すなわち、レンズ系１全系の焦点距離ｆの１倍程度のバックフォーカスを得るためには、第１レンズＬ1に適切な大きさの負のパワーを配置する必要がある。そして、ｆ1／ｆが数式１の条件の下限値−１．５よりも小さくなると、第１レンズＬ1の負の屈折率が弱くなり、十分なバックフォーカスを確保することができなくなる。一方、本発明のレンズ系１は絞りを挟んで非対称なレンズ構成であるため、第１レンズＬ1で、非点収差、歪曲収差などの軸外収差が発生しやすい。そのため、数式１の条件の上限値−１．０５を超えると、軸外収差が悪化し、補正が困難になる。
【００３８】
数式２は、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2との間の空気間隔である軸上レンズ間距離ｄ2を規定したものである。焦点距離ｆの１倍程度のバックフォーカスを得ながら、全長を短くするためには、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2との間の空気間隔を適切な範囲に設定する必要がある。そして、ｄ2／ｆが数式２の条件の下限値０．４より小さくなると、十分なバックフォーカスを確保することができなくなる。また、ｄ2／ｆが数式２の条件の上限値１よりも大きくなると、レンズ系１の全長が長くなり、レトロフォーカス型レンズをコンパクトに構成する点から好ましくない。
【００３９】
数式３、数式４は、第２レンズＬ2と第３レンズＬ3との軸上から軸外への空気間隔の変化に関して規定したものである。すなわち、本発明のレンズ系１では、レンズ枚数を少なくしてレンズ全長を短くしたため、第２レンズＬ2及び第３レンズＬ3のパワーが大きく、第２レンズＬ2の物体側の面ｒ3より発生する球面収差、コマ収差、非点収差、第２レンズＬ2の像面側の面ｒ4より発生する球面収差、第３レンズＬ3の物体側の面ｒ5より発生する球面収差、コマ収差、第３レンズＬ3の像面側の面ｒ6より発生するコマ収差、非点収差が非常に大きい。そして、これら数式３及び数式４の条件を満たすことにより、第１レンズＬ1より発生する軸外収差を含めて、これら諸収差をキャンセルできる。一方、数式３及び数式４の条件の範囲を超えると、球面収差、コマ収差の補正が十分ではなくなり、必要な結像性能を維持することが困難となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態の構成を以下の表２示す。また、この表２に示す構成の諸収差図を図３に示す。
【００４１】
［表２］
ｆ＝６．０
Ｆ／３．５
２ω＝６０°
ｒ1＝7.200    ｄ1＝0.82  ｎ1＝1.58913  ν1＝61.25
ｒ2＝2.620    ｄ2＝2.70
ｒ3＝4.875    ｄ3＝3.00  ｎ2＝1.88300  ν2＝40.80
ｒ4＝-4.36    ｄ4＝0.40
ｒ5＝-3.147   ｄ5＝0.70  ｎ3＝1.78472  ν3＝25.70
ｒ6＝4.777    ｄ6＝0.29
ｒ7＝8.054    ｄ7＝2.00  ｎ4＝1.66547  ν4＝55.20
ｒ8＝-4.143*  ｄ8＝2.00
ｒ9＝ＩＮＦ    ｄ9＝2.00  ｎ5＝1.51680  ν5＝64.12
ｒ10＝ＩＮＦ
絞り位置    ｒ3面の物体側0.5
*非球面(ｒ8)  ｋ＝-1.049339
Ａ＝0  Ｂ＝0  Ｃ＝-1.3533×10−６  Ｄ＝-2.2987×10−７
ｆ1／ｆ＝-1.250  ｄ2／ｆ＝0.45  ｄ4／ｆ＝0.067  ｒ5／ｒ4＝0.722
【００４２】
次に、本発明の第３の実施の形態の構成を以下の表３に示す。また、この表３に示す構成の諸収差図を図４に示す。
【００４３】
［表３］
ｆ＝６．０
Ｆ／３．５
２ω＝６０°
ｒ1＝10.000   ｄ1＝0.80  ｎ1＝1.58913  ν1＝61.25
ｒ2＝2.647    ｄ2＝2.75
ｒ3＝5.417    ｄ3＝3.00  ｎ2＝1.88300  ν2＝40.80
ｒ4＝-5.074   ｄ4＝0.52
ｒ5＝-3.662   ｄ5＝0.70  ｎ3＝1.80518  ν3＝25.46
ｒ6＝5.850    ｄ6＝0.15
ｒ7＝8.370    ｄ7＝2.00  ｎ4＝1.66547  ν4＝55.20
ｒ8＝-4.171*  ｄ8＝2.00
ｒ9＝ＩＮＦ    ｄ9＝2.00  ｎ5＝1.51680  ν5＝64.12
ｒ10＝ＩＮＦ
絞り位置    ｒ3面の物体側0.5
*非球面(ｒ8)  ｋ＝-1.159534
Ａ＝0  Ｂ＝0  Ｃ＝-1.8579×10−５  Ｄ＝-1.2685×10−６
ｆ1／ｆ＝-1.05  ｄ2／ｆ＝0.46  ｄ4／ｆ＝0.087  ｒ5／ｒ4＝0.722
【００４４】
なお、上記の各実施の形態では、１／２．７型、２００万画素(２メガピクセル)クラスのＣＣＤを備えたデジタルスチルカメラの光学系として説明したが、この光学系は、その他のデジタルスチルカメラなどの撮像装置に用いることができる。例えば、デジタルスチルカメラについては、１／２．７型、３００万画素(３メガピクセル)クラスのＣＣＤ、１／１．８型、３００万画素(３メガピクセル)クラスのＣＣＤ、あるいは、１／１．８型、４００万画素(４メガピクセル)クラスのＣＣＤを搭載したデジタルスチルカメラに適用した場合にも十分な性能を有する。
【００４５】
また、この光学系のフォーカシングは、第１ないし第４レンズを一体として繰り出す全群繰り出し機構を設けることにより、良好な近距離性能を得ることができ、例えば、８０〜１００ｍｍ程度の近接撮影距離での撮影を可能にできる。
【００４６】
さらに、第１レンズＬ1については、樹脂モールド非球面レンズを用いることにより、さらなるコストダウンを図ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載のレトロフォーカス型レンズによれば、収差を補正して必要な結像性能を維持しつつ、焦点距離の１倍程度の十分なバックフォーカスを得ることができるとともに、全長を短くできる。
【００４８】
請求項２記載のレトロフォーカス型レンズによれば、良好に収差を補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレトロフォーカス型レンズの一実施の形態を示す第１の実施の形態の断面図である。
【図２】同上レトロフォーカス型レンズの諸収差図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の諸収差図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の諸収差図である。
【符号の説明】
１    レンズ系
Ｌ1   第１レンズ
Ｌ2   第２レンズ
Ｌ3   第３レンズ
Ｌ4   第４レンズ
【図１】
0003756114.tif 000002
【図２】
0003756114.tif 000003
【図３】
0003756114.tif 000004
【図４】
0003756114.tif 000005