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JP3281583B2 - レトロフォーカス型広角レンズ - Google Patents

レトロフォーカス型広角レンズ

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JP3281583B2
JP3281583B2 JP29356097A JP29356097A JP3281583B2 JP 3281583 B2 JP3281583 B2 JP 3281583B2 JP 29356097 A JP29356097 A JP 29356097A JP 29356097 A JP29356097 A JP 29356097A JP 3281583 B2 JP3281583 B2 JP 3281583B2
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JP
Japan
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lens
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curvature
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JPH11119093A (ja
Inventor
嚴達 藤陵
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株式会社マーク
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCCD等の撮像素子
を用いるデジタルカメラに好適なレトロフォーカス型高
性能レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】デジタルカメラに用いる撮影レンズはそ
の後部にローパスフィルタや赤外光カットフィルタ等を
設ける必要上、長いバックフォーカスを必要とし、加え
て撮像素子の性能を発揮するためには、射出瞳−像面、
間の距離を長くする必要もあり、レンズ系の複雑化や負
の歪曲収差が増大する等の欠点があるので設計上の困難
が多かった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さらに、近年撮像素子
であるCCDの高画素数化に伴い、画素ピッチが小さく
なり高解像力が要求されるようになった。この高解像力
への対応を満足するためには、基準波長の諸収差以外に
軸上,軸外の色収差はもちろん、色のコマ収差までも極
力小さくすることが重要課題となった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、構成を簡略化
するために物体側より順に物体側に凸面を向けた負メニ
スカスレンズの第1群,絞り,両凸正レンズである第2
群,および両凸正レンズとそれに接合される負レンズと
からなる正レンズ系の第3群よりなる3群構成のレンズ
であり、第1群レンズの像側の凹面および第2群レンズ
の像側の凸面は非球面であることを特徴とするものであ
る。バックフォーカスおよび射出瞳−像面、間の距離を
長くするためには、レトロフォーカス型とすることが必
要であるが、レトロフォーカス型では負の歪曲収差が増
大するので、デジタルカメラ用の広角レンズとしては不
適格といわざるを得ない。この欠点を補うために第1群
の負レンズを正レンズと負メニスカスの合成負レンズと
する形式も数多く見られるが、中間画角においては負レ
ンズによる負の歪曲収差による樽型の描写となり、高画
角の周辺部においては正レンズによる正への歪曲収差の
補正が強く作用するため、正の歪曲収差による糸巻型の
描写となる結果、陣笠タイプの歪曲収差となる。この形
式における合成負レンズでは色収差を補正でするには正
レンズに分散の多い材質,負レンズには分散の少ない材
質という正の合成レンズとは逆の配置をとるため、倍率
の色収差は中間画角で補正過剰,高画角の周辺部では補
正不足の現象となり、高解像力を要求される近年の高画
素数対応のデジタルカメラ用広角レンズには、倍率の色
収差と色のコマ収差が災いして良好な結果が得られな
い。
【0005】本発明においては、色収差の上記災いの原
因を作らないために第1群は物体側に凸面を向けた負の
メニスカスの単レンズとし、負の歪曲収差の補正に効果
の大きい像側の凹面に周辺へ行く程曲率の弱くなる非球
面を採用することにより、少なく、しかも癖のない歪曲
収差を得、倍率の色収差および色のコマ収差も全画角に
亘り、極めて良好とすることができた。第1群の負レン
ズの両面を非球面とすることは両面の非球面の相互偏心
による性能低下が大きくなるにも拘らず、歪曲収差の補
正効果は少ない。第1群の負メニスカスレンズは負の歪
曲収差の補正に顕著な効果があるが、球面収差の補正に
は効果がなく、第1群の周縁部を通る光線の軸外収差の
補正は過剰となる。この補正には第2群の正レンズの屈
折力を強くし、しかも球面収差と軸外光線の上記収差を
補正する必要がある。これはまた負の歪曲収差の増大を
も防ぐ働きがある。
【0006】第2群の正レンズの物体側の面に正の屈折
力を与えるときは、第2群(および第3群)の周縁部を
通る光線の発散収差を抑え、第2群の像側の凸面の非球
面頂点曲率半径を過小とすることなく正の屈折力を強く
することができる。第2群の両凸正レンズの像側の凸面
を周縁に行く程曲率の小さくなる非球面とすることは球
面収差を見事に補正することができる。
【0007】像面に近い第3群の正の両凸レンズと負レ
ンズの接合レンズ系に強い正の屈折力を与えると負の歪
曲収差が増加するので、あまり強い正の屈折力は避けた
方がよい。これにより第1群の物体側に凸面を向けた負
メニスカスレンズの像側の非球面係数を過大にすること
が避けられる。第3群の接合正レンズは軸上の色収差と
倍率の色収差および色のコマ収差を良好とする働きをし
ている。
【0008】なお、第3群の後方にローパスフィルタ,
赤外光カットフィルタおよびCCDのカバーガラス等の
合成した平行平面を配してある。以上のレンズ構成上の
特徴のもとに本発明は、 1.3<fG2/f<1.6 ・・・(1) 3<fG3/fG2<4.6 ・・・(2) 5<rG2F /|rG2R |<50 ・・・(3) ただし、 f :全系の焦点距離 fG2:第2群レンズの焦点距離 fG3:第3群の接合レンズの焦点距離 rG2F :第2群レンズの物体側の球面の曲率半径 rG2R :第2群レンズの像側の非球面の頂点曲率半径な
る条件式を満足するものである。
【0009】条件式(1)は第2群のレンズの正の屈折
力の範囲を定めるもので第2群の正の屈折力は強くした
方が負の歪曲収差を抑える上では有利であるが、下限を
超えて強くなるときはバックフォーカスが短くなり、本
発明の目的から外れてしまう。上限を超えるときはバッ
クフォーカスを長くするには有利であるが、第3群の正
の屈折力分担が大きくなり、負の歪曲収差の増大を招い
てしまう。
【0010】条件式(2)は、第2群と第3群の正の屈
折力の分担範囲を定めるものである。本発明の特徴は第
2群に強い正の屈折力を分担させ、像面に近い第3群の
接合レンズ系の正の屈折力分担量を軽減させることによ
り負の歪曲収差の増大を防いでいるものであるが、下限
を超えるときは第3群の接合レンズの正の屈折力が強く
なり、この目的を達せられず、負の歪曲収差が増大す
る。上限を超えるときは第3群の接合レンズの正の屈折
力が弱くなり、バックフォーカスが短くなり、本発明の
目的を達せられない。
【0011】条件式(3)は第2群の正レンズの物体側
の球面の曲率半径と像側の非球面の頂点曲率半径の屈折
力分担を定めるものである。下限を超えるときは物体側
の球面の屈折力分担が強くなり、バックフォーカスが短
くなるので、本発明の目的を達せられない。上限を超え
るときは第2群の物体側の球面の屈折力が弱くなり、後
続の第3群のレンズ径が大きくなり、レンズが大型にな
ってしまう。次に第1群の物体側に凸面を向けた負メニ
スカスレンズの像側の凹面および第2群の両凸レンズの
像側の凸面はガラス球面レンズの外側に透明材料製の非
球面層を接合することにより構成することも可能であ
る。第1群の負メニスカスのガラス球面レンズの像側の
凹面に透明材料製の非球面層を接合する場合、周縁に行
く程曲率の弱くなる非球面を採用する。この場合、接合
面の曲率半径は非球面の頂点曲率半径に等しいか、若干
大きい方が望ましい。これにより非球面層の厚みも中心
と周縁部で大差なく、負の歪曲収差の補正効果も得られ
る。
【0012】第2群の両凸ガラス球面レンズの像側の凸
面に透明材料製の非球面層を接合する場合、接合面の曲
率半径は非球面層の頂点曲率半径の近傍であれば良い。
この場合の非球面も周縁に行く程曲率の弱くなるものを
採用する。非球面係数も第1群より弱いので非球面層の
厚みも中心と周縁部の差も少なく、球面収差の補正効果
は大きい。以上の構成において、次の条件式を満足する
ものである。 1.3<fG2/f<1.6 ・・・(4) 3<fG3/fG2<4.6 ・・・(5) 5<rG2F /|rG2R |<50 ・・・(6) ただし、 f :全系の焦点距離 fG2:第2群において両凸ガラス球面レンズの像側の凸
面に接合された透明材料製の非球面層を含む合成レンズ
の焦点距離 fG3:第3群の接合レンズの焦点距離 rG2F :第2群レンズの物体側の球面の曲率半径 rG2R :第2群レンズの像側に接合された透明材料製の
非球面層の頂点曲率半径
【0013】条件式(4)は第2群の正の屈折力の範囲
を定めるものである。負の歪曲収差を抑えるためには第
2群の正の屈折力を強くした方が有利であるが、下限を
超えて強くなるとバックフォーカスが短くなり、本発明
の目的から外れてしまう。上限を超えるときはバックフ
ォーカスは長くなるが、第3群の正の屈折力分担が大き
くなり、負の歪曲収差の増大を招いてしまう。
【0014】条件式(5)は第2群と第3群の正の屈折
力の分担範囲を定めるものである。本発明の特徴は第2
群に強い正の屈折力を分担させ、像面に近い第3群の接
合レンズの正の屈折力分担を軽減させ、それによって負
の歪曲収差の増大を防ぐことができるものである。下限
を超えるときは第3群の接合レンズの正の屈折力が強く
なり、負の歪曲収差が増大する。上限を超えるときは第
3群の正の屈折力が弱くなり過ぎてバックフォーカスが
短くなり、本発明の目的を達せられない。
【0015】条件式(6)は第2群の正レンズの物体側
の球面の曲率半径と像側に接合された透明材料製の非球
面層の頂点曲率半径の屈折力分担を定めるものである。
下限を超えるときは物体側の球面の屈折力分担が強くな
り、バックフォーカスが短くなるので本発明の目的を達
せられない。上限を超えるときは第2群の物体側の球面
の屈折力が弱くなり、後群の第3群のレンズ径が大きく
なり、レンズが大型になってしまう。
【0016】
【実施例】以下に本発明のレトロフォーカス型広角レン
ズの実施例1から実施例4までを第1表から第4表まで
に示す。この説明に用いる記号等の意味は次の通りであ
る。 f:全系の焦点距離 ri :順次に球面または平行平面の曲率半径または非球
面の頂点曲率半径 rip:球面ガラスレンズの像側に透明材料製の非球面層
i を接合するときの接合球面の曲率半径 di :順次にレンズまたは平行平面の軸上厚みまたは空
気間隔 dip:球面ガラスレンズの像側に透明材料製の非球面層
(ri )を接合するときの非球面層の軸上厚み ni :順次にレンズまたは平行平面の材質のd線に対す
る屈折率 nip:球面ガラスレンズ(屈折率ni )の像側に透明材
料製の非球面層を接合するときの非球面層の材質のd線
に対する屈折率 νi :順次にレンズまたは平行平面の材質のアッベ数 νip:球面ガラスレンズ(アッベ数νi ) の像側に透明
材料製の非球面層を接合するときの非球面層の材質のア
ッベ数 次に非球面の形状の式は、 X:非球面上の点のレンズ面頂点における接平面からの
距離 h:光軸からの高さ C:非球面頂点の曲率(C=1/r) K:円錐定数 A2i:非球面係数 とするとき
【式1】 で表される。図1および図4は本発明によるレトロフォ
ーカス型広角レンズの実施例1および実施例3の構成断
面図兼光路図である。 (以下、余白とする。)
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【0017】図2,図3,図5および図6は本発明によ
るレトロフォーカス型広角レンズの第1乃至第4実施例
の収差曲線図である。負の歪曲収差も少なく、しかも素
直であり、球面収差,非点収差,コマ収差はもちろん、
軸上,軸外の色収差,倍率の色収差および色のコマとも
極めて良好に補正されており、高画素数で画素ピッチの
小さいデジタルカメラにも充分対応し得ることを示して
いる。
【0018】
【発明の効果】レンズ枚数が4枚と少ない構成でバック
フォーカスも長く、射出瞳−像面、間の距離も大きく、
F/2.4の口径比において良好な収差を得ることがで
きた。非球面を前群と後群に各1面を最も効果のあると
ころに使用し、その効果がはっきり表れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレトロフォーカス型広角レンズの
実施例1の構成断面図兼光路図である。
【図2】実施例1の収差曲線図である。
【図3】実施例2の収差曲線図である。
【図4】本発明によるレトロフォーカス型広角レンズの
実施例3の構成断面図兼光路図である。
【図5】実施例3の収差曲線図である。
【図6】実施例4の収差曲線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側より順に物体側に凸面を向けた負
    メニスカスレンズの第1群,絞り,両凸正レンズである
    第2群および両凸正レンズとそれに接合される負レンズ
    とからなる正レンズ系の第3群よりなる3群構成のレン
    ズにおいて、第1群レンズの像側の凹面および第2群レンズの像側の
    凸面は非球面であり、下記の条件を満足することを特徴
    とするレトロフォーカス型広角レンズ。 1.3<f G2 /f<1.6 ・・・(1) 3<f G3 /f G2 <4.6 ・・・(2) 5<r G2F /|r G2R |<50 ・・・(3) ただし、 f :全系の焦点距離 G2 :第2群レンズの焦点距離 G3 :第3群の接合レンズの焦点距離 G2F :第2群レンズの物体側の球面の曲率半径 G2R :第2群レンズの像側の非球面の頂点曲率半径
  2. 【請求項2】 物体側より順に物体側に凸面を向けた負
    メニスカスレンズの第1群,絞り,両凸正レンズである
    第2群および両凸正レンズとそれに接合される負レンズ
    とからなる正レンズ系の第3群よりなる3群構成のレン
    ズにおいて、 第1群レンズの像側の凹面および第2群レンズの像側の
    凸面は非球面であり、第1群の物体側に凸面を向けた負
    メニスカスレンズの像側の凹面および第2群の両凸レン
    ズの像側の凸面はガラス球面レンズの外側に透明材料製
    の非球面層を接合し、下記の条件を満足することを特徴
    とするレトロフォーカス型広角レンズ。 1.3<f G2 /f<1.6 ・・・(4) 3<f G3 /f G2 <4.6 ・・・(5) 5<r G2F /|r G2R |<50 ・・・(6) ただし、 f :全系の焦点距離 G2 :第2群において両凸ガラス球面レンズの像側の凸
    面に接合された透明材料製の非球面層を含む合成レンズ
    の焦点距離 G3 :第3群の接合レンズの焦点距離 G2F :第2群レンズの物体側の球面の曲率半径 G2R :第2群レンズの像側に接合された透明材料製の
    非球面層の頂点曲率半径
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