JP5844496B2 - 広角レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、広角レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、デジタルカメラ等に好適に使用可能な広角レンズ、および該広角レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、一眼レフカメラ用の広角レンズでは、十分な長さのバックフォーカスを確保する必要があるため、レトロフォーカス型のレンズ系が多用されていた。レトロフォーカス型のレンズ系は一般に、バックフォーカスが長く、物体側から順に、負のレンズ群、絞り、正のレンズ群を配置し、絞りに対して非対称な構成を有する。一方、近年では撮像レンズとその像面との間にミラーが配置されていない、いわゆるミラーレスカメラが小型・軽量という長所から人気を博すようになっており、これに伴い、このような小型のカメラ用のレンズ系の開発が進められている。ミラーレスカメラ用の広角レンズでは、長いバックフォーカスは必要とされないが、良好な像を得るために像面へ入射する光線の角度を比較的小さくすることが必要とされるため、負先行のレンズタイプが採用されることが多い。このような負先行のレンズ系としては、例えば特許文献１および特許文献２に記載のものが挙げられる。

特開２０１１−１０２８７１号公報 特開２０１１−２０９３７７号公報

近年要望されているカメラの小型化、特に光軸方向の厚みの薄型化に対応するためにはレンズ系の全長を短縮することが望まれる。また、近年広く普及しているデジタルカメラに対応するためには良好な倍率色収差の補正が要求され、最近では撮像素子の高画素化とともにその要求レベルも高いものとなってきている。

しかしながら、従来の一眼レフカメラ用のレトロフォーカス型の広角レンズは、一般的にバックフォーカスが長いためレンズ系が大型化しやすく、また、絞りに対する対称性が低いため倍率色収差を良好に補正することが困難となる傾向にあり、例えば特許文献１に記載されたレンズ系は、バックフォーカスが長いためレンズ系が大型化しやすく、また、特許文献２に記載されたレンズ系は、倍率色収差の補正が十分とは言えない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で、倍率色収差が良好に補正された広角レンズおよび該広角レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の広角レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する前群、絞り、正の屈折力を有する後群からなり、前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１メニスカスレンズ、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズを備え、後群は、最も像側に物体側から順に負レンズと正レンズからなる第１接合レンズを備え、第１接合レンズの物体側に隣接して、少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズを備え、下記条件式を満足することを特徴とする。
−１５．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜−５．０ …（２−１）
ただし、ｒ１：少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズの物体側の面の近軸曲率半径、ｒ２：少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズの像側の面の近軸曲率半径とする。

本発明の広角レンズにおいては、下記条件式（１）を満足することが好ましい。

８０＜ｖｄ１ …（１）
ただし、νｄ１：第１接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数とする。

また、第２メニスカスレンズは、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。

また、前群の最も像側に物体側から順に正レンズと負レンズからなる第２接合レンズを備え、下記条件式（３）を満足することが好ましい。

ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３）
ただし、νｄ２：第２接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数、νｄ３：第２接合レンズを構成する負レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数とする。

また、後群の最も物体側に物体側から順に負レンズと正レンズからなる第３接合レンズを備えることが好ましい。

また、後群を光軸方向に移動させることで合焦を行うことが好ましい。

また、前群の最も像側に物体側から順に正レンズと負レンズからなる第２接合レンズを備え、下記条件式（３−１）を満足することが好ましく、下記条件式（３−２）を満足すればさらに好ましい。

０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３−１）
０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜４ …（３−２）
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の広角レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の広角レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する前群、絞り、正の屈折力を有する後群からなり、前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１メニスカスレンズ、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズを備え、後群は、最も像側に物体側から順に負レンズと正レンズからなる第１接合レンズを備え、第１接合レンズの物体側に隣接して、少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズを備えたものとしたので、小型で、倍率色収差が良好に補正された広角レンズとすることが可能となる。

また、本発明の撮像装置は、本発明の広角レンズを備えているため、装置を小型化できるとともに、高画質の映像を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる広角レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１の広角レンズの各収差図（Ａ〜Ｄ） 本発明の実施例２の広角レンズの各収差図（Ａ〜Ｄ） 本発明の実施例３の広角レンズの各収差図（Ａ〜Ｄ） 本発明の一実施形態に係る撮像装置としてのミラーレス一眼カメラの一構成例を示す外観図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる広角レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の広角レンズの構成と共通である。図１においては、左側が物体側、右側が像側である。

この広角レンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、負の屈折力を有する前群Ｇ１、開口絞りＳｔ、正の屈折力を有する後群Ｇ２からなる。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

この広角レンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平面板状の光学部材ＰＰを後群Ｇ２と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

前群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１メニスカスレンズＬ１１、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズＬ１２を備える。

後群Ｇ２は、最も像側に物体側から順に負レンズＬ２４と正レンズＬ２５からなる第１接合レンズを備え、この第１接合レンズの物体側に隣接して、少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズＬ２３を備える。

本発明の広角レンズにおいては、前群Ｇ１に、物体側から順に、負の屈折力を有する第１メニスカスレンズＬ１１、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズＬ１２を備えたことで、広角化に有利としている。

また、倍率色収差の良好な補正のためには、できるだけ開口絞りＳｔから遠い位置に正レンズと負レンズを含む接合レンズを配置することが有効となるため、本発明の広角レンズにおいては、後群Ｇ２の最も像側に物体側から順に負レンズＬ２４と正レンズＬ２５からなる接合レンズを備えたことで、倍率色収差の補正に有利となり良好な光学性能を得ることが可能となる。

さらに、上記接合レンズの物体側に隣接して、少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズＬ２３を備えたことで、開口絞りＳｔに対して負の屈折力を有する第１メニスカスレンズＬ１１、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズＬ１２との対称性を高めることができるため、像面湾曲の良好な補正が可能となる。

なお、上記接合レンズの物体側に隣接するレンズについて、正の屈折力を有するレンズとしたり球面レンズとした場合よりも、球面収差と非点収差のバランスを良好に維持することができ、像面湾曲を良好に補正するためレンズ枚数を増やす必要がないため好ましい。

本発明の広角レンズにおいては、下記条件式（１）を満足することが好ましい。この条件式（１）を満足することで、倍率色収差の補正、特に高次の倍率色収差補正の点で有利となる。

８０＜ｖｄ１ …（１）
ただし、νｄ１：第１接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数とする。

また、下記条件式（２）を満足することが好ましい。この条件式（２）の下限を超えないようにすることで、レンズの負のパワーが強くなりすぎるのを抑え、非点収差を小さく保つことができる。また、条件式（２）の上限を超えないようにすることで、像面湾曲の補正を適切な範囲に維持することができる。なお、下記条件式（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

−２０．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜０．０ …（２）
−１５．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜−５．０ …（２−１）
ただし、ｒ１：レンズＬ２３の物体側の面の近軸曲率半径、ｒ２：レンズＬ２３の像側の面の近軸曲率半径とする。

また、第２メニスカスレンズＬ１２は、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。これにより、歪曲収差を良好に補正することができる。また、第１メニスカスレンズＬ１１が非球面を有している場合と比べ、より小さな外径での製造となるため、コストや製造難度の点でも有利となる。また、第２メニスカスレンズＬ１２が非球面を有していない場合よりも、少ない負のレンズで光線を大きく曲げても、歪曲収差や像面湾曲を良好に補正でき、少ないレンズ枚数でレンズ系をコンパクト化することができる。

また、前群Ｇ１の最も像側に物体側から順に正レンズＬ１６と負レンズＬ１７からなる第２接合レンズを備え、下記条件式（３）を満足することが好ましい。このような接合レンズを備えることで軸上色収差の補正に有利となるが、この条件式（１）を満足することで、軸上色収差の補正を適切な範囲に維持することができる。なお、下記条件式（３−１）、より好ましくは条件式（３−２）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。

ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３）
０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３−１）
０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜４ …（３−２）
ただし、νｄ２：第２接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数、νｄ３：第２接合レンズを構成する負レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数とする。

また、後群Ｇ２の最も物体側に物体側から順に負レンズＬ２１と正レンズＬ２２からなる第３接合レンズを備えることが好ましい。これにより軸上色収差の補正に有利となる。

また、後群を光軸方向に移動させることで合焦を行うことが好ましい。これにより近距離物体に合焦したときの像面湾曲の変動を小さくすることができる。

また、広角端の半画角を４５°より大きくすることで、十分に広角とすることができる。

本広角レンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。

また、本広角レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等をレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の広角レンズの数値実施例について説明する。

まず、実施例１の広角レンズについて説明する。実施例１の広角レンズのレンズ構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２，３に対応した図２，３においては、光学部材ＰＰも合わせて示しており、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

実施例１の広角レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２，３についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の面を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、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｄｊの欄に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の欄には同じくｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

表２の諸元に関するデータに、焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢＦ´、Ｆ値ＦＮｏ．および全画角２ωの値を示す。

基本レンズデータおよび諸元に関するデータに関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号Ｓｉと、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ …（Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

実施例１の広角レンズの各収差図を図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。

球面収差、非点収差、歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ実線、破線、点線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と点線で示す。倍率色収差図にはＣ線(波長６５６．３ｎｍ)、Ｆ線(波長４８６．１ｎｍ)についての収差をそれぞれ破線、点線で示す。なお、球面収差図のＦｎｏ．はＦ値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

次に、実施例２の広角レンズについて説明する。実施例２の広角レンズのレンズ構成を示す断面図を図２に示す。

また、実施例２の広角レンズの基本レンズデータを表４に、諸元に関するデータを表５に、非球面係数に関するデータを表６に、各収差図を図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

次に、実施例３の広角レンズについて説明する。実施例３の広角レンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。

また、実施例３の広角レンズの基本レンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に、非球面係数に関するデータを表９に、各収差図を図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

実施例１〜３の広角レンズの条件式（１）〜（３）に対応する値を表１０に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表１０に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜３の広角レンズは全て、条件式（１）〜（３）を満たしており、小型で、倍率色収差が良好に補正された広角レンズであることが分かる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図７に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態の広角レンズを用いたミラーレス一眼カメラの一構成例を示す外観図を示している。

特に図７（Ａ）は、このカメラを前側から見た外観を示し、図７（Ｂ）は、このカメラを背面側から見た外観を示している。このカメラは、カメラ本体１０を備え、そのカメラ本体１０の上面側には、レリーズボタン３２と電源ボタン３３とが設けられている。カメラ本体１０の背面側には、表示部３６と操作部３４，３５とが設けられている。表示部３６は、撮像された画像を表示するためのものである。

カメラ本体１０の前面側中央部には、撮影対象からの光が入射する撮影開口が設けられ、その撮影開口に対応する位置にマウント３７が設けられ、マウント３７により交換レンズ２０がカメラ本体１０に装着されるようになっている。交換レンズ２０は、鏡筒内にレンズ部材を収納したものである。カメラ本体１０内には、交換レンズ２０によって形成された被写体像に応じた撮像信号を出力するＣＣＤ等の撮像素子、その撮像素子から出力された撮像信号を処理して画像を生成する信号処理回路、およびその生成された画像を記録するための記録媒体等が設けられている。このカメラでは、レリーズボタン３２を押圧操作することにより、１フレーム分の静止画の撮影が行われ、この撮影で得られる画像データがカメラ本体１０内の記録媒体（図示せず）に記録される。

このようなミラーレス一眼カメラにおける交換レンズ２０として、本実施形態による広角レンズを用いることで、カメラ全体を小型化できるとともに、倍率色収差が良好に補正された高画質の映像を得ることができる。

以上、実施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、各レンズ成分の曲率半径、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 (9)

1. 物体側から順に、負の屈折力を有する前群、絞り、正の屈折力を有する後群からなり、
   前記前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１メニスカスレンズ、負の屈折力を有する第２メニスカスレンズを備え、
   前記後群は、最も像側に物体側から順に負レンズと正レンズからなる第１接合レンズを備え、該第１接合レンズの物体側に隣接して、少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズを備え、
   下記条件式を満足する
   ことを特徴とする広角レンズ。
   −１５．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜−５．０ …（２−１）
   ただし、
   ｒ１：前記少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズの物体側の面の近軸曲率半径。
   ｒ２：前記少なくとも一面が非球面であり負の屈折力を有するレンズの像側の面の近軸曲率半径。
   とする。
2. 下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
   ８０＜ｖｄ１ …（１）
   ただし、
   νｄ１：前記第１接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   とする。
3. 前記第２メニスカスレンズは、少なくとも１面が非球面である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の広角レンズ。
4. 前記前群の最も像側に物体側から順に正レンズと負レンズからなる第２接合レンズを備え、
   下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３）
   ただし、
   νｄ２：前記第２接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   νｄ３：前記第２接合レンズを構成する負レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   とする。
5. 前記後群の最も物体側に物体側から順に負レンズと正レンズからなる第３接合レンズを備える
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の広角レンズ。
6. 前記後群を光軸方向に移動させることで合焦を行う
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の広角レンズ。
7. 前記前群の最も像側に物体側から順に正レンズと負レンズからなる第２接合レンズを備え、
   下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜５ …（３−１）
   ただし、
   νｄ２：前記第２接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   νｄ３：前記第２接合レンズを構成する負レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   とする。
8. 前記前群の最も像側に物体側から順に正レンズと負レンズからなる第２接合レンズを備え、
   下記条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ０＜ｖｄ２−ｖｄ３＜４ …（３−２）
   ただし、
   νｄ２：前記第２接合レンズを構成する正レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   νｄ３：前記第２接合レンズを構成する負レンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のアッベ数
   とする。
9. 請求項１記載の広角レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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