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JP5616540B2 - 撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置 - Google Patents
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JP5616540B2 - 撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラ等に用いられる小型で高性能な撮像レンズに関するものである。
従来より、遠方から至近までの各被写体距離にピントを合わせる(合焦させる)ために、レンズ系の全体を繰り出したり、そのレンズ系を構成する一部のレンズのみを移動させたりする方式が知られている(特許文献1,2,3参照)。また、合焦させるまでの時間を短縮するためには、フォーカス時に移動させるレンズ群(フォーカス群)の軽量化を図り合焦機構の負担を軽減することが求められるが、そのような場合には、レンズ系を構成する一部のレンズのみを動かして合焦させる方式が適している。このように一部のレンズのみを動かして合焦させる方式は、ズームレンズや、インナーフォーカス方式を採用した固定焦点レンズで用いられており、そのような方式を採用したものとしてフォーカス群を絞りの後に配置するように構成してなる大口径比を有する望遠レンズも知られている。
特開2011−232624公報 特開2006−53377公報 特許第3084810号公報
しかしながら、特許文献2及び3に記載の撮像レンズは、フォーカス群を構成するレンズの外径が大きくなったりレンズの厚みが厚くなったりするため、フォーカス群が重くなり移動させるときの負担が大きいという問題がある。
また、特許文献2及び3に記載の撮像レンズは、絞り付近の光線高が低い領域について色収差が十分に補正されておらず軸上色収差が生じている。撮像レンズに白色光を通したときに良好な光学性能を奏するためには、このような色収差を補正することが求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フォーカス群をより軽量化することができ、かつ、球面収差や非点収差などの諸収差とともに色収差をも良好に補正することができる撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の撮像レンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群を配置した実質的に4群からなり、第3レンズ群のみを光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うものであり、第1レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズそれぞれを少なくとも1枚以上含む複数のレンズからなり、第2レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズを少なくとも1以上含むものであり、第3レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する単レンズ、または、最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値よりも最も像側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値の方が小さくなるように構成された、全体として負の屈折力を有する複数のレンズからなり、第4レンズ群は、正の屈折力を有するレンズを少なくとも1枚以上含むものであり、条件式(1):0.7<|f3|/f<4.0を満足することを特徴とするものである。ただし、f3を第3レンズ群の焦点距離、fを無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離とする。
前記第3レンズ群は、無限遠物点から至近物点までインナーフォーカス方式で合焦させるために移動させるものである。
なお、第1レンズ群中の複数のレンズは、前記接合レンズと前記絞りとの間に配置されているものであり、この複数のレンズには、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとがそれぞれ1枚以上含まれている。
前記第3レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する単レンズであるか、または、この第3レンズ群は、全体として負の屈折力を有する複数のレンズからなり、この複数のレンズにおける最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値よりもその複数のレンズにおける最も像側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値の方が小さくなるように構成されたものである。
前記撮像レンズは、条件式(1′):1.0<|f3|/f<3.0を満足することが望ましく、条件式(1″):1.2<|f3|/f<2.0を満足することがより望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(2):0.6<|f1|/f<18.0を満足することが望ましく、条件式(2′):1.2<|f1|/f<10.0を満足することがより望ましく、条件式(2″):2.5<|f1|/f<4.5を満足することがさらに望ましい。
ただし、f1を第1レンズ群の焦点距離とする。
前記撮像レンズは、条件式(3):0.2<f2/f<5.0を満足することが望ましく、条件式(3′):0.5<f2/f<3.5を満足することがより望ましく、条件式(3″):0.8<f2/f<1.2を満足することがさらに望ましい。
ただし、f2を第2レンズ群の焦点距離とする。
前記撮像レンズは、条件式(4):0.8<f4/f<8.0を満足することが望ましく、条件式(4′):1.0<f4/f<4.0を満足することがより望ましく、条件式(4″):1.3<f4/f<1.8を満足することがさらに望ましい。
ただし、f4を第4レンズ群の焦点距離とする。
前記撮像レンズは、条件式(5):0.5<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<6.0を満足することが望ましく、条件式(5′):1.0<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<4.5を満足することがより望ましく、条件式(5″):1.3<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<2.5を満足することがさらに望ましい。
ただし、R3fを第3レンズ群の最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径、R3rを第3レンズ群の最も像側に配されたレンズ面の曲率半径とする。
前記第1レンズ群に含まれる、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズのうち、少なくとも1つは、条件式(6):22.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足することが望ましく、条件式(6′):35.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足することがより望ましく、条件式(6″):50.0<|νd(1P)−νd(1N)|を満足することがさらに望ましい。
また、前記第1レンズ群に含まれる、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズのうち、少なくとも1つは、条件式(6):22.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足することが望ましく、条件式(6″′):νd(1P)−νd(1N)<−22.0を満足することがより望ましく、条件式(6″″):νd(1P)−νd(1N)<−35.0を満足することがさらに望ましい。
ただし、νd(1P)を接合レンズを構成する正の屈折力を有する方のレンズのアッベ数、νd(1N)を接合レンズを構成する負の屈折力を有する方のレンズのアッベ数とする。
前記撮像レンズは、第1レンズ群を、この第1レンズ群の最も像側に正の屈折力を有するレンズを配してなるものとしたときに、第2レンズ群に含まれる、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズのうち、互いに接合されている2枚のレンズ間のアッベ数の差の絶対値が最も大きい接合レンズが、以下の条件式(7):20.0 <|νd(2P)−νd(2N)|を満足し、かつ、第1レンズ群の最も像側に配された正の屈折力を有するレンズが以下の条件式(8):νd(1R)<35.0を満足することが望ましい。
ただし、νd(2P)を接合レンズを構成する正の屈折力を有するレンズのアッベ数、νd(2N)を接合レンズを構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数、νd(1R)を第1レンズ群の最も像側に配されたレンズのアッベ数とする。
前記撮像レンズは、条件式(7′):32.0<|νd(2P)−νd(2N)|を満足することがより望ましく、条件式(7″):48.0<|νd(2P)−νd(2N)|を満足することがさらに望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(8′):νd(1R)<30.0を満足することがより望ましい。
本発明の撮像装置は、前記撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。
なお、「実質的に4群からなる撮像レンズ」とは、4群以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つものも含む。このように、4群からなる撮像レンズは、4群のみで構成されたものであってもよいし、あるいは、4群以外に、パワーを有さないレンズやレンズ以外の光学要素等を持つものであってもよい。
レンズ面の曲率半径の符号は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
各レンズの焦点距離、組み合わされた複数のレンズの焦点距離(合成焦点距離)、レンズ群の焦点距離は、それぞれ正負を区別している。
本発明の撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置によれば、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群を配置した実質的に4群からなり、第3レンズ群のみを光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うものであり、第1レンズ群を、物体側から順に、両凸レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとを含む複数のレンズからなるものとし、第2レンズ群を、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズを含むものとし、第3レンズ群を、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する単レンズ、または、複数のレンズからなり、最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値よりも最も像側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値の方が小さく、負の屈折力を有するものとし、第4レンズ群を、正の屈折力を有するレンズを含むものとし、条件式(1):0.7<|f3|/f<4.0を満足するように構成したので、フォーカス群である第3レンズ群をより軽量化することができ、かつ、球面収差や非点収差などの諸収差とともに色収差をも良好に補正することができる。
なお、条件式(1)は、第3レンズ群の屈折力を規定するものであり、このようにフォーカス群の屈折力を適切に設定することにより、フォーカス群の移動量を適切に定めることができるとともに、フォーカス群の移動に伴う収差補正を的確に行うことができる。
条件式(1)の上限を上回るように撮像レンズを構成すると、屈折力が弱くなり、フォーカス調整を行うときの第3レンズ群の移動量が増大してしまう。一方、条件式(1)の下限を下回るように撮像レンズを構成すると、像面湾曲の収差がオーバー(補正過剰)となる傾向が高まる(補正過剰となる可能性が高くなる)。
本発明の実施の形態による撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例1の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例2の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例3の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例4の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例5の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例6の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例7の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例1の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例1の撮像レンズの収差図(基準) 実施例1の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例2の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例2の撮像レンズの収差図(基準) 実施例2の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例3の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例3の撮像レンズの収差図(基準) 実施例3の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例4の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例4の撮像レンズの収差図(基準) 実施例4の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例5の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例5の撮像レンズの収差図(基準) 実施例5の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例6の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例6の撮像レンズの収差図(基準) 実施例6の撮像レンズの収差図(MOD) 実施例7の撮像レンズの収差図(IFN) 実施例7の撮像レンズの収差図(基準) 実施例7の撮像レンズの収差図(MOD) 本発明の撮像レンズを搭載した撮像装置を示す図
以下、本発明の撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。なお、図1中の矢印X、Y、Zは、後述する図中の矢印X、Y、Zと同様に、互いに直交する3方向を示すものであり、矢印Z方向は光軸Z1と同じ方向を示している。
なお、以下の説明においては、正の屈折力を有するレンズを正レンズ、負の屈折力を有するレンズを負レンズと称し、正の屈折力を有するレンズ群を正のレンズ群、負の屈折力を有するレンズ群を負のレンズ群と称する。
図1に示す撮像レンズ100は、4つの群からなるものであり、物体側より順に、負の第1レンズ群G1、開口絞りSt、正の第2レンズ群G2、負の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配置してなるものである。この撮像レンズ100は、第3レンズ群G3のみを光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うものであり、無限遠物点から至近物点までの合焦をインナーフォーカス方式で行なうものである。
また、図1に示す撮像素子210は、撮像レンズ100を通してこの撮像素子210の受光面210j上に結像された被写体1を表す光学像Imを電気信号に変換して、この光学像Imを示す画像信号Gsを出力するものである。
なお、撮像レンズ100と撮像素子210との間には、カバーガラスやローパスフィルタ、あるいは赤外線カットフィルタ等の、屈折力を有さない光学要素LLが配置されている。
第1レンズ群G1は、両凸レンズからなる第1群第1レンズL11と、正レンズL12aと負レンズL12bからなる接合レンズである第1群第2レンズL12と、正レンズと負レンズをそれぞれ1枚以上含む複数のレンズとを物体側からこの順に配置してなるものである。なお、上記複数のレンズを符号E1で示し、複数のレンズE1に含まれる負レンズを符号L1αで示し、複数のレンズE1に含まれる正レンズを符号L1βで示す。
第2レンズ群G2は、少なくとも、正レンズL2γaと負レンズL2γbとからなる接合レンズL2γを含むように構成されたものである。
第3レンズ群G3は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する単レンズ(図中符号L3εで示す)であるか、または、この第3レンズ群G3は、複数のレンズ(図中符号E3で示す)からなり、最も物体側に配されたレンズ面Spの曲率半径の絶対値よりも最も像側に配されたレンズ面Sqの曲率半径の絶対値の方が小さく、全体として負の屈折力を有するように構成されたものである。
第4レンズ群G4は、少なくとも正レンズL4δを含むものである。
さらに、この撮像レンズ100は、条件式(1):0.7<|f3|/f<4.0を満足するものである。ただし、f3を第3レンズ群G3の焦点距離、fを無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離とする。
この撮像レンズ100は、条件式(1′):1.0<|f3|/f<3.0を満足することが望ましく、条件式(1″):1.2<|f3|/f<2.0を満足することがより望ましい。
また、撮像レンズ100は、条件式(2):0.6<|f1|/f<18.0を満足することが望ましく、条件式(2′):1.2<|f1|/f<10.0を満足することがより望ましく、条件式(2″):2.5<|f1|/f<4.5を満足することがさらに望ましい。ただし、f1を第1レンズ群G1の焦点距離とする。
この条件式(2)は、第1レンズ群G1の屈折力を規定する式であり、このように屈折力の範囲を設定することで、像面湾曲収差およびコマ収差などの諸収差を補正することができる。
条件式(2)の上限を上回るように撮像レンズ100を構成すると、像面湾曲収差がオーバー(補正過剰)となる傾向が高まる。また、最も物体側のレンズ径が大きくなり、そのレンズの重量も大きくなる。一方、条件式(2)の下限を下回るように撮像レンズ100を構成すると、像面湾曲収差がアンダー(補正不足)となる傾向が高まる。またコマ収差が十分に抑えられなくなる。
また、撮像レンズ100は、条件式(3):0.2<f2/f<5.0を満足することが望ましく、条件式(3′):0.5<f2/f<3.5を満足することがより望ましく、条件式(3″):0.8<f2/f<1.2を満足することがさらに望ましい。ただし、f2を第2レンズ群G2の焦点距離とする。
条件式(3)は第2レンズ群G2の屈折力を規定する式であり、このように屈折力の範囲を設定することで、球面収差および色収差を補正することができ、良好な光学性能を確保することができる。
条件式(3)の上限を上回ると、球面収差がオーバーとなる傾向が高まり、色収差は補正不足となる。一方、条件式(3)の下限を下回ると、球面収差がアンダーとなる傾向が高まり、色収差は補正過剰となる。
また、撮像レンズ100は、条件式(4):0.8<f4/f<8.0を満足することが望ましく、条件式(4′):1.0<f4/f<4.0を満足することがより望ましく、条件式(4″):1.3<f4/f<1.8を満足することがさらに望ましい。
ただし、f4を第4レンズ群G4の焦点距離とする。
条件式(4)は、第4レンズ群G4の屈折力を規定する式であり、このように屈折力の範囲を設定することで、球面収差の発生を抑えることができる。
条件式(4)の上限を上回ると球面収差がオーバーとなる傾向が高まる。一方、条件式(4)の下限を下回ると球面収差がアンダーとなる傾向が高まる。
また、撮像レンズ100は、条件式(5):0.5<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<6.0を満足することが望ましく、条件式(5′):1.0<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<4.5を満足することがより望ましく、条件式(5″):1.3<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<2.5を満足することがさらに望ましい。ただし、R3fを第3レンズ群G3の最も物体側に配されたレンズ面Spの曲率半径、R3rを第3レンズ群G3の最も像側に配されたレンズ面Sqの曲率半径とする。
条件式(5)は、フォーカス群のレンズ形状を適切に定めるためのものであり、この範囲内でないと像面湾曲収差の補正が困難になる。
すなわち、条件式(5)の上限を上回るように撮像レンズ100を構成すると像面湾曲収差が十分に補正されず像面湾曲がアンダー(補正不足)となる傾向が高まる。一方、条件式(5)の下限を下回るように撮像レンズ100を構成すると像面湾曲収差が過剰に補正されて像面湾曲がオーバー(補正過剰)となる傾向が高まる。
また、第1レンズ群G1に含まれる、正レンズと負レンズとからなる接合レンズのうちの少なくとも1つは、条件式(6):22.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足することが望ましい。ここで、撮像レンズ100は、条件式(6′):35.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足することがより望ましく、条件式(6″):50.0<|νd(1P)−νd(1N)|を満足することがさらに望ましい。また、撮像レンズ100は、条件式(6):22.0 <|νd(1P)−νd(1N)|を満足する場合よりも、条件式(6″′):νd(1P)−νd(1N)<−22.0を満足することがより望ましく、条件式(6″″):νd(1P)−νd(1N)<−35.0を満足することがさらに望ましい。
ただし、νd(1P)を、接合レンズを構成する正レンズのアッベ数、νd(1N)を、上記接合レンズを構成する負レンズのアッベ数とする。
条件式(6)は、第1レンズ群G1における、正レンズおよび負レンズからなる接合レンズのアッベ数を規定するものである。この条件式(6)は、倍率色収差の補正に関し、白色光を通したときに良好な光学性能を得るための条件式である。
条件式(6)の下限を下回ると、倍率色収差の補正が十分になされず、像高の大きい領域において、波長の短い光に関する倍率色収差がオーバー(補正過剰)となる傾向が高まる。
また、第1レンズ群G1中の最も像側に正レンズを配置したときに(例えば、この正レンズを正レンズL1βとする)、第2レンズ群G2に含まれる正レンズと負レンズとからなる接合レンズのうちの、上記正レンズと負レンズとの間のアッベ数の差の絶対値が最も大きい接合レンズが、条件式(7):20.0 <|νd(2P)−νd(2N)|を満足し、かつ、第1レンズ群G1中の最も像側に配置された正レンズL1βが条件式(8):νd(1R)<35.0を満足するように撮像レンズ100を構成することが望ましい。
なお、「正レンズと負レンズとの間のアッベ数の差が最も大きい接合レンズ」は、「物体側に配されたレンズのアッベ数と像側に配されたレンズのアッベ数との差の絶対値が最も大きい接合レンズ」と同意である。
さらに、撮像レンズ100は、条件式(7′):32.0<|νd(2P)−νd(2N)|を満足することがより望ましく、条件式(7″):48.0<|νd(2P)−νd(2N)|を満足することがさらに望ましい。
また、この撮像レンズ100は、条件式(8′):νd(1R)<30.0を満足することがより望ましい。
条件式(7)および条件式(8)は、軸上色収差の補正に関し、撮像レンズ100へ白色光を通すときに良好な光学性能を得るためのものである。
条件式(7)の下限を下回ると、軸上色収差の補正が十分になされず、波長の長い光に関する軸上色収差がオーバー(補正過剰)となる傾向が高まる。また、条件式(8)の上限を上回ると、2次色収差が発生する。
次に、本発明による撮像レンズの具体的な数値データを示す実施例1〜7について、図2〜図8、図9A、9B、9C〜図15A、15B、15C、図16、表1A、1B〜表7A、7B、および表8を参照し、まとめて説明する。なお、上述の撮像レンズ100を示す図1中の符号と一致する図2〜図8中の符号は互に対応する構成要素を示している。
なお、図2〜図8に示すレンズ系の構成は、無限遠物体に合焦させた時の状態を示すものである。
<実施例1>
図2は、実施例1の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
なお、実施例1の撮像レンズは、上記条件式の全てを満足するように構成されたものである。
表1Aは、実施例1の撮像レンズのレンズデータを示すものである。表1Aに示すレンズデータにおいて、面番号iは最も物体側に配置された面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、…)の面Siの面番号を示す。なお、表1Aのレンズデータには開口絞りSt、屈折力を持たない光学要素LL、および光学像Imが形成される結像面も含めて面番号を付している。
表1A中の記号Riはi番目(i=1、2、3、…)の面の曲率半径を示し、記号Diはi(i=1、2、3、…)番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。記号Riおよび記号Diにおける番号iは、レンズ面や開口絞り等を示す記号Si(i=1、2、3、・・・)における番号iと対応している。
また、表1A中の記号ndjは最も物体側の光学要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示す。
また、表1Bに記載されている諸元は、レンズ全系の焦点距離:f′、Fナンバー:FNo.、全画角:2ωそれぞれについての値を示している。
なお、表1A、1B〜表7A、7B中に記載されている数値は、無限遠物点に合焦させた時のレンズ全系の焦点距離が1.0となるように規格化したときの値を示したものである。また、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
図9A,9B、9Cに、実施例1の撮像レンズの収差図を示す。図9Aは、この撮像レンズを無限遠物点に合焦させた時の諸収差を示す図、図9Bは、この撮像レンズを基準撮影距離である33.28mmに位置する物点に合焦させた時の諸収差を示す図、図9Cは、この撮像レンズを最短撮影距離(最至近距離、MOD:Minimum Object Distance)である7.49mmに位置する物点に合焦させた時の諸収差を示す図である。また、図9A,9B、9Cそれぞれにおいて、記号(a)で示す図が球面収差を、記号(b)で示す図が正弦条件違反量を、記号(c)で示す図が非点収差を、記号(d)で示す図が歪曲収差を、記号(e)で示す図が倍率色収差を表している。
なお、図9A,9B、9C中には、d線、C線、F線、g線の各波長を持つ光に関する諸収差が示されている。
また、非点収差図の実線はサジタル方向の収差、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。また、球面収差図および正弦条件図の上部に記載の数値はFナンバーを意味し、その他の収差図の上部に記載の数値は半画角ωを示している。
さらに、実施例1〜7の各撮像レンズについて、上記条件式中の各数式に対応する値を表8に示す。表8中の数式の値は、表1から表7に示す各実施例のレンズデータ等から求めることができる。なお、表8は実施例の説明の最後に示す。
上記実施例1の撮像レンズの構成を示す図2、収差を示す図9A、9B、9C、レンズデータを示す表1A、および諸元を示す表1B、および条件式中の各数式に関する値を示す表8の読取り方等は、後述する実施例2〜7に関する図、表についても同様なので、後述の実施例についてはそれらの説明を省略する。
<実施例2>
図3は、実施例2の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例2の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図10A、10B、10Cは、実施例2の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表2Aには実施例2の撮像レンズのレンズデータを、表2Bには実施例2の撮像レンズの諸元を示す。
<実施例3>
図4は、実施例3の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例3の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図11A、11B、11Cは、実施例3の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表3Aには実施例3の撮像レンズのレンズデータを、表3Bには実施例3の撮像レンズの諸元を示す。
<実施例4>
図5は、実施例4の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例4の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図12A、12B、12Cは、実施例4の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表4Aには実施例4の撮像レンズのレンズデータを、表4Bには実施例4の撮像レンズの諸元を示す。
<実施例5>
図6は、実施例5の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例5の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図13A、13B、13Cは、実施例5の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表5Aには実施例5の撮像レンズのレンズデータを、表5Bには実施例5の撮像レンズの諸元を示す。
<実施例6>
図7は、実施例6の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例6の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図14A、14B、14Cは、実施例6の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表6Aには実施例6の撮像レンズのレンズデータを、表6Bには実施例6の撮像レンズの諸元を示す。
<実施例7>
図8は、実施例7の撮像レンズについて、無限遠物点に合焦させた状態における概略構成を示す断面図である。
この実施例7の撮像レンズも、上記条件式の全てを満足するように構成されている。
また、図15A、15B、15Cは、実施例7の撮像レンズの収差を示す図である。
下記表7Aには実施例7の撮像レンズのレンズデータを、表7Bには実施例7の撮像レンズの諸元を示す。
下記表8は、上述のように各条件式に関する値を示すものである。
以下、実施例1から実施例7について、特に実施例1を代表例として詳しく説明する。
はじめに、実施例1の撮像レンズについて図2を参照して説明する。
図2に示すように、実施例1の撮像レンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1、開口絞りSt、正の屈折力を有する第2レンズ群G2、負の屈折力を有する第3レンズ群G3、正の屈折力を有する第4レンズ群G4を配した実質的に4群からなり、第3レンズ群G3のみを光軸方向に移動させてフォーカシングを行うものである。
第1レンズ群G1は、両凸レンズL11、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12aと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL12bとからなる接合レンズL12、両凹レンズL13、両凸レンズL14、両凹レンズL15、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた両凸レンズL16を物体側からこの順に配置してなり、全体として負の屈折力を有するものである。
第2レンズ群G2は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL21aと両凸レンズL21bとからなり全体として正の屈折力を有する接合レンズL21、両凸レンズL22aと物体側に凹面を向けたメニスカスレンズL22bとからなり全体として正の屈折力を有する接合レンズL22を物体側からこの順に配置してなる全体として正の屈折力を有するものである。
第3レンズ群G3は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL31のみからなるものである。
第4レンズ群G4は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた両凸レンズL41、物体側に凹面を向けた正の屈折力(弱い正の屈折力)を有するメニスカスレンズL42を物体側からこの順に配置してなる全体として正の屈折力を有するものである。
第1レンズ群G1中の最も物体側から配置された3枚のレンズL11,L12a,L12bは、それらの形状からすると、ガウス型レンズ系中の絞りよりも物体側に配されたレンズ構成と酷似している。しかしながら、3枚のレンズL11,L12a,L12bは、アッベ数が大−小−大の関係となるように定められており、これに対応するガウス型レンズ系中の3枚のレンズのアッベ数が大−大−小の関係となるように定められている点において設計思想が異なっている。
ガウス型のレンズ系では、絞りよりも物体側に配されたレンズにより、球面収差、像面湾曲、非点収差をある程度補正し、絞りを間に挟んで各レンズを対称に配置することにより、コマ収差、歪曲収差を補正している。
本発明による実施例1の撮像レンズにおける最も物体側から3枚目までのレンズ構成においては、2枚目の正メニスカスレンズL12aに高屈折率高分散の異常分散ガラス、3枚目の負メニスカスレンズL12bに低屈折率低分散の異常分散ガラスを用いている。これらの構成により、後続群で発生する倍率色収差、2次色収差を打ち消すことができ、コマ収差を第1レンズ群G1が単独で補正している点でガウス型と異る。
4枚目の凹レンズL13、5枚目の凸レンズL14は、ガウス型レンズ系の4枚目と5枚目とからなる接合レンズを分離した形であるが、上記凹レンズL13、凸レンズL14それぞれの屈折力が一般的なガウス型レンズ系の場合より強く(大きく)、また、これらのレンズが絞りの物体側にあるため、一般的なガウス型レンズ系の4枚目、5枚目のレンズとは若干役割が異なる。上記4枚目のレンズL13に高分散ガラス、5枚目のレンズL14に超低分散ガラスを用い、この部分での色収差を補正過剰としている。後方の6枚目、7枚目では、その6枚目の負レンズL15に中程度の分散ガラス、7枚目の正レンズL16には高分散ガラスを用いており、色収差を発生させるような構成となっている。第1レンズ群G1全体(単独)としては軸上色収差は補正不足、倍率色収差は略補正された状態となる。
球面収差は3枚目のレンズL12bの像側面S5と4枚目のレンズL13、6枚目のレンズL15が主として収差補正の役割を担っている。しかしながら、像面湾曲については、それらのレンズの作用で補正過剰になっている。
第2レンズ群G2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L21aと両凸レンズL21bからなる接合レンズL21、両凸レンズL22aと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL22bの接合レンズL22からなる。
接合レンズL21、接合レンズL22は、負メニスカスレンズL21a、L22bそれぞれに高屈折率高分散ガラス、両凸レンズL21b、L22aそれぞれに低屈折率低分散ガラスを用いることで、軸上色収差、球面収差を補正している。
第2レンズ群G2に関し、第2レンズ群G2で生じる軸上色収差を補正過剰にして、第1レンズ群G1との関係でそれを相殺している。倍率色収差は、第2レンズ群G2が単独で補正している。像面湾曲は、第2レンズ群G2単独では補正不足であるが、第1レンズ群G1との関係でそれを相殺している。
第3レンズ群G3は、物体側に凸面を向けた1枚の負メニスカスレンズL31からなり、無限遠から近距離へのフォーカシング時に像側に移動する。第3レンズ群G3を、このようなメニスカス形状のレンズからなるものとすることで、フォーカシング時の球面収差の変動を抑えることができる。この第3レンズ群G3では、球面収差、像面湾曲が両方ともに補正過剰である。
条件式(1)中の数式〔|f3|/f〕の値は1.37である。このように屈折力を適切に定めることにより、無限遠から近距離へフォーカシングするときの第3レンズ群G3の移動量が適切な範囲に収まっている。また、フォーカシングの際に移動させるレンズが1枚であるから軽量である。
第4レンズ群G4は、物体側に曲率半径の絶対値の小さい凸面を向けた両凸レンズL41、物体側に凹面を向けた正の屈折力(ごく弱い正の屈折力)を持つメニスカスレンズL42を物体側からこの順に配置してなるものである。
両凸レンズL41はレンズ全系の屈折力を増し、明るいレンズ(小さいFNo.)を実現する上で効果を有する。第4レンズ群G4は球面収差を発生するが、第3レンズ群G3との間でそれを相殺している。
正の屈折力(弱い正の屈折力)を持つメニスカスレンズL42は球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差の補正に効果がある。
また、絞りStを間に挟んで、第1レンズ群G1が負、第2レンズ群G2が正という構成が、第3レンズ群G3に入射する周辺光線の角度を小さくする効果を奏し、フォーカシングによる画角の変動を小さく抑えることが出来る。
以上のように、本発明の実施例1の撮像レンズによれば、高性能でありながらフォーカス群が軽量であり、さらに、フォーカシングによる画角変動の少ない撮像レンズを実現できる。
次に、実施例2の撮像レンズについて図3を参照して説明する。
実施例2の撮像レンズの構成は、実施例1の撮像レンズにおける5番目の両凸レンズL14(図2参照)を、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL14aと両凸レンズL14bの貼り合わせに変更したこと以外はこの実施例1の撮像レンズの構成と共通(同等)である。ここで、強い凸面を持つレンズに対して屈折率の高い硝材を用いることにより像面湾曲の補正に対して効果を有する。
次に、実施例3の撮像レンズについて図4を参照して説明する。
実施例3の撮像レンズの構成は、実施例1の撮像レンズにおける5番目のレンズL14(図2参照)の後方に、物体側に凹面を向けた(屈折力の弱い)正メニスカスレンズL15を追加したこと以外はこの実施例1の撮像レンズの構成と共通(同等)である。この追加した正メニスカスレンズL15は、球面収差、コマ収差、像面湾曲等の微修正に対して効果がある。
次に、実施例4の撮像レンズについて図5を参照して説明する。
実施例4の撮像レンズの構成は、実施例1の撮像レンズの最も像側に配置されたメニスカスレンズL42を省いたこと以外はこの実施例1の撮像レンズの構成と共通(同等)である。このメニスカスレンズL42を省いたことに伴い、その他のレンズに対して曲率半径の修正等を施している。球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収差等が、実施例1の撮像レンズの性能に対してわずかに及ばないものの十分に目的を満たす性能を有している。
次に、実施例5の撮像レンズについて図6を参照して説明する。
実施例5の撮像レンズの構成は、実施例4の撮像レンズの第2レンズ群G2の物体側の接合レンズL21(図5参照)を、像側に曲率半径の絶対値の小さい正の屈折力を有する単レンズL21(図6参照)に変更したこと以外は実施例4の撮像レンズの構成と共通(同等)である。実施例5の撮像レンズでは、第2レンズ群G2の像側の接合レンズL22に倍率色収差補正の負担が大きくなることを緩和するために、第2レンズ群G2の物体側の単レンズL21と像側の接合レンズL22の間隔を広めに取り、接合レンズL22の接合面への周辺画角光線の入射高を高くしている。
次に、実施例6の撮像レンズについて図7を参照して説明する。
実施例6の撮像レンズの構成は、実施例1の撮像レンズの第3レンズ群G3を構成する単レンズL31(図2参照)を、正レンズL31aと負レンズL31bの接合レンズL31とし(図7参照)、フォーカシング時の色収差の変動を軽減した点以外は実施例1の撮像レンズの構成と共通(同等)である。
次に、実施例7の撮像レンズについて図8を参照して説明する。
実施例7の撮像レンズの構成は、実施例5の撮像レンズの第3レンズ群G3を負レンズ同士(負レンズL31a、負レンズL31b)からなる接合レンズL31とした点以外は、この実施例5の撮像レンズの構成と共通(同等)である。
なお、いずれの実施例に係るレンズデータ(表1A〜表7A)もレンズ全系の焦点距離が1になるように規格化しているが、撮像レンズを通った光を受光する受光面のサイズに合わせ、上記レンズデータに対し任意の倍率をかけて比例拡大、比例縮小して各撮像レンズを構成することが出来ることは言うまでもない。
図16に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例として、本発明の実施の形態による撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。このような小型で高性能な撮像レンズを用いた撮像装置の例としては、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラ等を挙げることができる。
図16に示す撮像装置200は、撮像レンズ100と、撮像レンズ100によって結像される被写体の光学像Imを撮像する撮像素子210と、撮像素子210からの光学像Imを示す出力信号である画像信号Gsを演算処理する信号処理部4を備えている。撮像レンズ100は、フォーカシング時に移動させるレンズ群を第3レンズ群G3として各レンズ群を概念的に示している。撮像素子210の受光面210jは撮像レンズ100の結像面に一致するように配置される。撮像素子210としては例えばCCD素子やCMOS素子等を用いることができる。なお、撮像レンズ100と撮像素子210との間にはフィルタLLが配置されている。
また、撮像装置200は、撮像レンズ100の第3レンズ群G3を移動させてフォーカス調整する(合焦させる)ためのフォーカス制御部6を備えている。なお、図16には図示されていないが、撮像装置200には、開口絞りStの絞り径を変更するための絞り制御部を備えるようにしてもよい。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

Claims (25)

  1. 物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第2レンズ群、負の屈折力を有する第3レンズ群、正の屈折力を有する第4レンズ群を配置した実質的に4群からなり、
    前記第3レンズ群のみを光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うものであり、
    前記第1レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズ、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとを含む複数のレンズからなり、
    前記第2レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズを含むものであり、
    前記第3レンズ群は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす負の屈折力を有する単レンズ、または、複数のレンズからなり、最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値よりも最も像側に配されたレンズ面の曲率半径の絶対値の方が小さく、負の屈折力を有するものであり、
    前記第4レンズ群は、正の屈折力を有するレンズを含むものであり、
    以下の条件式を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    0.7<|f3|/f<4.0 ・・・(1)
    ただし、
    f3:第3レンズ群の焦点距離
    f:無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離
  2. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
    1.0<|f3|/f<3.0 ・・・(1′)
  3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
    1.2<|f3|/f<2.0 ・・・(1″)
  4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.6<|f1|/f<18.0 ・・・(2)
    ただし、
    f1:第1レンズ群の焦点距離
    f:無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離
  5. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項4記載の撮像レンズ。
    1.2<|f1|/f<10.0 ・・・(2′)
  6. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項4記載の撮像レンズ。
    2.5<|f1|/f<4.5 ・・・(2″)
  7. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.2<f2/f<5.0 ・・・(3)
    ただし、
    f2:第2レンズ群の焦点距離
    f:無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離
  8. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項7記載の撮像レンズ。
    0.5<f2/f<3.5 ・・・(3′)
  9. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項7記載の撮像レンズ。
    0.8<f2/f<1.2 ・・・(3″)
  10. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.8<f4/f<8.0 ・・・(4)
    ただし、
    f4:第4レンズ群の焦点距離
    f:無限遠物点に合焦させた状態でのレンズ全系の焦点距離
  11. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項10記載の撮像レンズ。
    1.0<f4/f<4.0 ・・・(4′)
  12. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項10記載の撮像レンズ。
    1.3<f4/f<1.8 ・・・(4″)
  13. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.5<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<6.0 ・・・(5)
    ただし、
    R3f:第3レンズ群の最も物体側に配されたレンズ面の曲率半径
    R3r:第3レンズ群の最も像側に配されたレンズ面の曲率半径
  14. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項13記載の撮像レンズ。
    1.0<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<4.5 ・・・(5′)
  15. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項13記載の撮像レンズ。
    1.3<(R3f+R3r)/(R3f−R3r)<2.5 ・・・(5″)
  16. 前記第1レンズ群に含まれる、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズのうち、少なくとも1つが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から15のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    22.0 <|νd(1P)−νd(1N)| ・・・(6)
    ただし、
    νd(1P):接合レンズを構成する正の屈折力を有するレンズのアッベ数
    νd(1N):接合レンズを構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数
  17. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項16記載の撮像レンズ。
    35.0 <|νd(1P)−νd(1N)| ・・・(6′)
  18. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項16記載の撮像レンズ。
    50.0<|νd(1P)−νd(1N)| ・・・(6″)
  19. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項16記載の撮像レンズ。
    νd(1P)−νd(1N)<−22.0 ・・・(6″′)
  20. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項16記載の撮像レンズ。
    νd(1P)−νd(1N)<−35.0 ・・・(6″″)
  21. 前記第1レンズ群が、該第1レンズ群の最も像側に正の屈折力を有するレンズを配してなるものであり、
    前記第2レンズ群に含まれる、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとからなる接合レンズのうち、互いに接合されている2枚のレンズ間のアッベ数の差の絶対値が最も大きい接合レンズが、以下の条件式(7)を満足し、かつ、前記第1レンズ群の最も像側に配された前記正の屈折力を有するレンズが以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求項1から20のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    20.0 <|νd(2P)−νd(2N)| ・・・(7)
    νd(1R)<35.0・・・(8)
    ただし、
    νd(2P):接合レンズを構成する正の屈折力を有するレンズのアッベ数
    νd(2N):接合レンズを構成する負の屈折力を有するレンズのアッベ数
    νd(1R):第1レンズ群の最も像側に配されたレンズのアッベ数。
  22. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項21記載の撮像レンズ。
    32.0<|νd(2P)−νd(2N)| ・・・(7′)
  23. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項21記載の撮像レンズ。
    48.0<|νd(2P)−νd(2N)| ・・・(7″)
  24. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項21記載の撮像レンズ。
    νd(1R)<30.0 ・・・(8′)
  25. 請求項1から24のいずれか1項記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
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