特許 7100448 フルフレームセンサを有するカメラの最高撮像品質のコンパクトカメラレンズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-05

(45)【発行日】2022-07-13

(54)【発明の名称】フルフレームセンサを有するカメラの最高撮像品質のコンパクトカメラレンズ

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/02 20060101AFI20220706BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20220706BHJP

   G02B 15/10 20060101ALI20220706BHJP

【ＦＩ】

G02B13/02

G02B13/18

G02B15/10

【請求項の数】 26

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017241459

(22)【出願日】2017-12-18

(65)【公開番号】P2018106159

(43)【公開日】2018-07-05

【審査請求日】2020-12-15

(31)【優先権主張番号】10 2016 125 402.9

(32)【優先日】2016-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504318164

【氏名又は名称】カール・ツアイス・アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】マルコ・プレトリウス

【審査官】森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１７３２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０２６０７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－６１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０４７１１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平４－５５８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８２５８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平９－６１７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１１４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側に繋がる第１の複合レンズ（１０）、前記第１の複合レンズ（１０）に続く第２の複合レンズ（２０）、センサ側で終わり、前記第２の複合レンズ（２０）に続く第３の複合レンズ（３０）、及び前記第１の複合レンズ（１０）と前記第２の複合レンズ（２０）との間に配置される開口絞り（４０）を有するフルフレームカメラのカメラレンズ（１）であって、
前記第１の複合レンズ（１０）は光を収束させる凸屈折力有し、
前記第２の複合レンズ（２０）は、光軸（５０）に沿って移動可能に配置される少なくとも２つのレンズ要素を備え、
前記第３の複合レンズ（３０）は、前記光軸（５０）の長軸方向において固定して配置される少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）を有し、前記非球面レンズ要素は少なくとも２５ｍｍの直径を有し、
前記第２の複合レンズ（２０）は、前記光軸（５０）に沿って配置される１つの物体側部分複合レンズ（２１）及び１つの画像側部分複合レンズ（２２）を含み、前記物体側部分複合レンズ（２１）及び前記画像側部分複合レンズ（２２）は、別様に変位可能であり、前記物体側部分複合レンズ（２１）は凹屈折力を有し、前記画像側部分複合レンズ（２２）は凸屈折力を有する、カメラレンズ（１）。

【請求項2】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記非球面レンズ要素（３１）は、少なくとも光学的使用領域において変曲点を有さない、請求項１に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項3】

前記第２の複合レンズ（２０）は、凸屈折力を有する、請求項１又は２に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項4】

前記物体側部分複合レンズ（２１）及び前記画像側部分複合レンズ（２２）は、より短い物体距離（５１）で合焦する場合、同じ方向に移動するよう変位可能なように配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項5】

前記画像側部分複合レンズ（２２）の合焦移動は、前記物体側部分複合レンズ（２１）の合焦移動の２倍～３倍である、請求項１～４のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項6】

前記第２の複合レンズ（２０）は、少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項7】

前記第２の複合レンズ（２０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）は、少なくとも前記光学的使用領域において変曲点を有さない、請求項６に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項8】

前記画像側部分複合レンズ（２１）は、前記第２の複合レンズの変曲点を有さない前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）を含む、請求項７に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項9】

前記第２の複合レンズの前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）は、前記非球面レンズ要素（２３）の非球面に沿って６０°以下の傾斜角を有する、請求項６～８のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項10】

前記第２の複合レンズの前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）は、ブランクプレスに適する低遷移温度のガラスから形成される、請求項６～９のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項11】

前記第２の複合レンズの前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）は、周縁に向かうにつれて光学屈折力が大きくなる少なくとも１つの非球面を備える、請求項６～１０のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項12】

フィールド周縁でのビームの屈折力は、前記フィールド中心でのビームの屈折力の少なくとも５倍である、請求項１１に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項13】

前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（２３）は、双非球面レンズ要素である、請求項６～１２のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項14】

前記第１の複合レンズ（１０）の前記凸屈折力は、全体レンズ屈折力の少なくとも０．８倍である、請求項１～１３のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項15】

前記第１の複数の複合レンズ（１０）は、前記光軸（５０）に沿って１つの物体側部分複合レンズ（１１）及び１つの画像側部分複合レンズ（１２）を含み、前記物体側部分複合レンズ（１１）は凹屈折力を有し、前記画像側部分複合レンズ（１２）は凸屈折力を有する、請求項１～１４のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項16】

前記第１の複合レンズ（１０）は、前記光軸（５０）に沿って移動不可能なように配置される、請求項１～１５のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項17】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）は、前記非球面レンズ要素（３１）の非球面に沿って６０°以下の傾斜角を有する、請求項１～１６のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項18】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）は、ブランクプレスに適する低遷移温度のガラスから形成される、請求項１～１７のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項19】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）は、前記周縁に向かうにつれて光学屈折力が大きくなる少なくとも１つの非球面を備える、請求項１～１８のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項20】

前記フィールド周縁でのビームの前記屈折力は、前記フィールド中心でのビームの屈折力の少なくとも５倍である、請求項１９に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項21】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）は、ビーム方向において最後のレンズ要素（３１）として配置される、請求項１～２０のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項22】

前記第３の複合レンズ（３０）の前記少なくとも１つの非球面レンズ要素（３１）は、双非球面レンズ要素（３１）である、請求項１～２１のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項23】

前記第３の複合レンズ（３０）は、前記双非球面レンズ要素（３１）からなる、請求項２１に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項24】

前記カメラレンズ（１）の入射瞳は前記第１のレンズ要素に近く、前記第１のレンズ要素への前記入射瞳の近接性は、要件：
ｘ／Ｌ≦０．２
により与えられ、式中、
ｘは、前記第１のレンズ要素の頂点から前記入射瞳の中心までの距離を表し、Ｌは前記レンズの構造長を表す、請求項１～２３のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）。

【請求項25】

前に接続された光学アタッチメントを有する、請求項１～２４のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）の使用。

【請求項26】

請求項１～２４のいずれか一項に記載のカメラレンズ（１）を備えるスチルカメラ又はフィルムカメラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンパクトであり、最高撮像品質を有し、フルフレームセンサを有するカメラと併用されるように構成されるカメラレンズに関する。本発明は、スチルカメラ又はフィルムカメラに更に関する。

【背景技術】

【0002】

現在では、表面積２４ｍｍ×３６ｍｍで５，０００万ピクセルのピクセル密度及びその結果として辺長当たり約０．４μｍのピクセルサイズを有する写真カメラ及びフィルムカメラの進歩し続ける改良は、上流に接続されるカメラレンズに関する増え続ける要件に繋がる。カメラレンズ及びカメラからなるシステムの画質を決めるのに使用される光学伝達関数は現在、もはや主にセンサの変調伝達関数に依存せず、カメラレンズの変調伝達関数により多く依存している。変調伝達関数は、ここでは、異なる中間距離及び異なる線幅を有する線対の各コントラストを示す。カメラレンズは往々にして、１ｍｍ当たり８０線対での変調伝達関数のコントラスト値に従って評価される。１ｍｍ当たり８０線対において、少なくとも５０％の波長独立コントラストが達成される変調伝達関数及び１ｍｍ当たり８０線対において、ビームが８０％にトリミングされた場合、少なくとも７０％のコントラストが達成されるカメラレンズが、極めて高い画質を有するレンズと呼ばれる。この画質は通常、通常のカメラレンズによっては、通常のカメラレンズが典型的に大きくて重い場合であっても達成されない。

【0003】

画質に加えて、レンズサイズも光学設計の改良において重要な役割を果たす。特に軽量且つコンパクトなカメラレンズは通常、イメージサークル直径の１．５倍以下の構造長を有する。

【0004】

近代のカメラレンズは現在、通常、１００ｍｓ以下の合焦時間を有する高速内部合焦を有する。そのようなカメラレンズは、大きな物体距離範囲を更に有する。中心からの最小物体距離は通常、ここでは、レンズ焦点距離の１０倍以下である。ここでは、通常、高画質を近接設定範囲に維持することも求められる。近代のカメラレンズにおいて、非常に短い合焦時間に適合されたアクチュエータモジュールの使用を可能にするためには、移動すべきレンズ要素の質量は、好ましくは、合計で最大２０ｇ～３０ｇになるはずである。より大きな質量のレンズ要素を移動させる場合、その結果として、加速力は典型的なアクチュエータモジュールを押し切り得る。

【0005】

スチルカメラ又はフィルムカメラの近代センサのセットアップは、フィールド縁部でのピクセルの望ましくない陰影が生じないように、センサへの主光線の入射角が３０°以下であることを必要とする。センサへの主光線の入射角は、好ましくは、２６°以下である。

【0006】

光学アタッチメントと一緒に使用されるカメラレンズは、画質が、有意な劣化なしで物体距離範囲全体にわたり画質が完全なままであるという小さくない需要に準拠すべきである。

【0007】

上述した条件の幾つかは、スマートフォンカメラのレンズ設計により既に満たされている。例として、（特許文献１）には、構造長に関する上記基準及び画像センサへの入射角に関する基準を満たすモバイルフォンカメラ光学ユニットの極めてコンパクトな構築を記載している。既知のモバイルフォンカメラレンズでは、開口絞りが往々にして、第１のレンズ要素それ自体の周囲のエンクロージャにより与えられるため、入射瞳の位置についての基準も満たされる。この場合、入射瞳は、開口絞り、ひいては定数に等しい。

【0008】

（特許文献１）、（特許文献２）、及び（特許文献３）はそれぞれ、モバイルフォンカメラの異なるレンズ設計を開示している。各カメラレンズのレンズ要素の開示される構成は、光学的使用表面の領域に変曲点を有する非球面レンズ要素を含む。変曲点を有する非球面レンズ要素は、非球面レンズ要素を通過するビームの異なる領域で屈折力の符号を変える。例えば、変曲点を有する非球面レンズ要素は、光軸に沿ったビームの発散効果及び周縁に沿ったビームの集光効果を有することができる。変曲点を有するそのような非球面レンズ要素の使用は、大半のモバイルフォンカメラレンズで典型的である。

【0009】

変曲点を有する非球面レンズ要素を有するカメラレンズの光学設計は、（特許文献４）、（特許文献５）、（特許文献６）、（特許文献７）、（特許文献８）、（特許文献９）、（特許文献１０）、（特許文献１１）、（特許文献１２）、（特許文献１３）、及び（特許文献１４）に開示されている。

【0010】

（特許文献１５）には、カラーフィルムカメラのカメラレンズが開示されている。カメラレンズは、複数の可動式レンズ要素構成要素及び少なくとも１つの静止レンズ要素構成要素群を備える。構成要素のうちの少なくとも２つは、非球面を有する。可動式構成要素は個々のレンズ要素からなり、レンズ要素のうちの少なくとも１つのレンズ要素は非球面を有し、一方、位置固定されるレンズ要素構成要素群は、少なくとも１つの非球面を有することができる。

【0011】

２つの可動式複合レンズを有するズームレンズは、（特許文献１６）に開示されている。３つの複合レンズと、移動可能に配置される内部両凸レンズ要素とを有するカメラレンズは、（特許文献１７）に開示されている。

【0012】

しかし、モバイルフォンカメラレンズの全ての既知のセットアップでは、画質は、イメージサークル直径がフルフレームに対応するように光学設計がスケーリングされる場合、変調伝達関数において１ｍｍ当たり８０線対で求められる５０％を超えるコントラストに近づかない。特に、既知のように、あらゆる固着要素の回避に起因して、モバイルフォンカメラレンズでは、色収差の補正は全体的に不十分である。さらに、レンズ全体の変位による合焦のみが、モバイルフォンカメラレンズにおいて提供される。それでもなお、画質は既に、レンズ焦点距離の２０倍～３０倍において急降下する。加えて、結果として、近接設定での画質に関する高要件を満たすことができないことは更に顕著になる。

【0013】

フルフレームセンサに変曲点を有する非球面レンズ要素の製造は、製造業者に大きな問題を課す。そのような非球面は、ブランクプレスにより数ｍｍ（通常、８ｍｍ未満）の非常に小さな直径の場合、費用効率的に製造することが可能であり得るが、フルフレームセンサを有するカメラで必要とされるはるかに大きなレンズ直径（通常、少なくとも２５ｍｍ～３０ｍｍ）の場合、費用効率的に製造することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９８７９０ Ａ１号明細書

【文献】米国特許第８，３６９，０２９ Ｂ２号明細書

【文献】独国特許出願公開第１０ ２００４ ０６０ ７８６ Ａ１号明細書

【文献】米国特許第９，３１０，５９０ Ｂ１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１１３９９ Ａ１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２１２３８９ Ａ１号明細書

【文献】米国特許第８，９６４，３０７ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第８，３７３，９３２ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第９，１１６，３２８ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第９，０２５，２５８ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第９，０３６，２７６ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第９，２１７，８４３ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許第９，２３５，０３０ Ｂ２号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１７７４９２ Ａ１号明細書

【文献】米国特許第４，４１６，５１８号明細書

【文献】米国特許第５，９８６，８２１号明細書

【文献】米国特許第４，４５６，３４５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

したがって、本発明の目的は、コンパクトであり、最高画質を提供するフルフレームセンサを有するスチルカメラ又はフィルムカメラの有利なカメラレンズを提供することである。

【0016】

本発明の更なる目的は、有利なスチルカメラ又はフィルムカメラを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

第１の目的は、請求項１に記載のカメラレンズにより達成される。第２の目的は、請求項２８に記載のスチルカメラ又はフィルムカメラにより達成される。従属クレームは、本発明の有利な構成を含む。

【0018】

本発明は、物体側に繋がる第１の複合レンズ、第１の複合レンズに続く第２の複合レンズ、センサ側で終わり、第２の複合レンズに続く第３の複合レンズ、及び第１の複合レンズと第２の複合レンズとの間に配置される開口絞りを有するフルフレームカメラのカメラレンズを開示する。ここでは、第１の複合レンズは凸屈折力を有する。第２の複合レンズは、同様に凸屈折力を有することができ、光軸に沿って移動可能に配置される少なくとも２つのレンズ要素を備える。第３の複合レンズは、光軸の長軸方向において固定して配置され、好ましくは、少なくとも光学使用領域に変曲点を有さない、少なくとも２５ｍｍの直径を有する少なくとも１つの非球面レンズ要素を有する。非球面レンズ要素は、ここでは、レンズ表面の少なくとも１つの光学的使用領域に非球面設計を有するレンズ要素と見なされる。しかし、特に、光学的使用領域を超えて延び、レンズ表面全体を構成する非球面設計を有するレンズ表面も可能である。

【0019】

本発明によるカメラレンズは、フルフレームセンサであってもさえも十分な画質を有する、すなわち、１ｍｍ当たり８０線対で５０％を超えるコントラストが達成される多色変調伝達関数を有するカメラレンズの提供を可能にする。多色変調伝達関数は、ここでは、異なる波長での変調伝達関数にわたる加重平均である。加えて、特に非球面レンズ要素が変曲点を有さない場合、専ら、非球面レンズ要素から又はブランクプレスにより製造可能な非球面レンズ要素から本発明によるレンズを生成することが可能であり、これは費用効率的な製造を提供する。さらに、光学ユニットの入射瞳の位置に関連する特定の要件を満たすことができ、その結果として、最高画質を有するコンパクトカメラレンズの境界条件を、フルフレームセンサを有するカメラで満たすことが可能である。

【0020】

第２の複合レンズは、光軸に沿って少なくとも１つの物体側部分複合レンズ及び少なくとも１つの画像側部分複合レンズを備えることができる。物体側部分複合レンズは凹屈折力を有し、画像側部分複合レンズは凸屈折力を有する。

【0021】

加えて、物体側部分複合レンズ及び画像側部分複合レンズは、光軸に沿って別様に変位可能であることができる。特に、物体側部分複合レンズ及び画像側部分複合レンズは、より短い物体距離で合焦する場合、同じ方向に移動するよう変位可能なように配置することができる。一般に、両複合レンズは、より短い物体距離で合焦する場合、同じ方向（物体側に向かう）に移動する。変更された物体距離で合焦する場合、光軸に沿った物体側部分複合レンズ及び画像側部分複合レンズの変位経路は、異なり得る。特に、画像側部分複合レンズの合焦移動は、物体側部分複合レンズの合焦移動の２倍～３倍であることができる。

【0022】

本発明によるカメラレンズの構成によれば、第２の複合レンズ、特に幾つかの複合レンズの画像側部分複合レンズは、少なくとも光学的使用領域で非球面であり、特に少なくとも光学使用領域で変曲点を有さないことができる少なくとも１つのレンズ要素を備える。非球面レンズ要素は、少なくとも光学的使用領域において変曲点を有さない場合、１つのみの凸すなわち正屈折力又は凹すなわち負屈折力を有する。変曲点を有さない非球面レンズ要素を通過するビームの異なる領域で屈折力の符号を変えることは、非球面の少なくとも光学的使用領域に変曲点を有さない非球面レンズ要素では生じない。特に、変曲点を有さない第２の複合レンズの非球面レンズ要素は、変曲点を有さず、光学的使用領域外、特に各表面全体にわたりで非球面であるように、変曲点を有さない第３の複合レンズの非球面レンズ要素のように構成することができる。

【0023】

本発明によるカメラレンズの一構成によれば、第２の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、双非球面レンズ要素、すなわち、両面で非球面形状の表面を有するレンズである。双非球面レンズ要素は、単純な非球面レンズ要素と比較して、特に球面レンズ要素と比較してより多くの自由度を有する。したがって、通常、複数のレンズ要素にわたり分布する補正を単一のレンズ要素により実行することができる。したがって、単純な非球面レンズ要素又は第２の複合レンズでの非球面レンズ要素と比較して、双非球面レンズ要素の使用は、第２の複合レンズの質量の顕著に低い質量に繋がり、ひいては、通常、１００ｍｓ以下の合焦時間での高速内部合焦に繋がる。第２の複合レンズの移動すべきレンズ要素の質量は、好ましくは、最大でも３０ｇであり、特に好ましくは最大でも２０ｇである。そうして生じる関連する加速力により、短い合焦時間での市販のアクチュエータモジュールの使用を可能にする。

【0024】

少なくとも１つの非球面レンズ要素は、好ましくは、１つの非球面に沿って又は双非球面レンズの場合、２つの非球面に沿って６０°以下の傾斜角を有する。そのような非球面レンズ要素は、ブランクプレス（成形）のカスタム製造方法により製造することができる。したがって、少なくとも１つの非球面レンズ要素は、ブランクプレスに適する低遷移温度を有するガラスから形成することができる。したがって、「低Ｔｇガラス」として既知のガラスを使用することが可能である。

【0025】

本発明によるカメラレンズの一構成によれば、第２の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、周縁に向かって強い進展性を有する光学屈折力を有する少なくとも１つの非球面を備える。ここで、フィールド周縁でのビームの屈折力は、フィールド中心でのビームの屈折力の少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍であることができる。この形態の少なくとも１つの非球面レンズ要素は主に、センサへの最も外側のビームの入射角が２６°という制限値未満に保つという要件から生じる。したがって、この非球面は、従来の撮像誤差の補正にはあまり役に立たず、レンズの所望の射出瞳位置の生成には大いに役に立つ。

【0026】

本発明によるカメラレンズの更なる構成では、第１の複合レンズの凸屈折力Ｐｖは、合計レンズ屈折力Ｐ_ｔｏｔの少なくとも０．８倍（Ｐｖ≧０．８^＊Ｐ_ｔｏｔ）、好ましくは合計レンズ屈折力Ｐ_ｔｏｔの少なくとも１．４倍（Ｐｖ≧１．４^＊Ｐ_ｔｏｔ）を有する。合計レンズ屈折力は、ここでは、レンズ焦点距離の逆数に等しい。

【0027】

開口絞りの前の強力複合凸レンズ及び開口絞りの後の全体的な複合凹レンズは、指定された焦点距離を維持しながら短い構造長に寄与する。

【0028】

本発明によるカメラレンズでは、第１の複合レンズは、光軸に沿った少なくとも１つの及び少なくとも１つの画像側部分複合レンズ物体側部分複合レンズを備えることができ、物体側部分複合レンズは凹屈折力すなわち負屈折力を有し、画像側部分複合レンズは凸屈折力すなわち正屈折力を有する。この構成の部分複合レンズは、第１のレンズ要素頂点から入射瞳の中心（物体側でカメラレンズに入るビームの重複の程度が最大であるビーム路内の位置）までの距離を有する分子及びカメラレンズの構造長を有する分母からなる商が小さくなるという結果を有する。分子を１に正規化する場合、商の値は０．２未満、好ましくは０．１未満である。これは、カメラレンズの入射瞳が第１のレンズ要素の近傍に配置されることを意味する。この場合、ビネットなしで全てのビームにレンズを透過させるために必要な直径は、入射瞳それ自体の直径、ひいては可能な値のうちの可能な限り最小の値に対応する。逆に、仮に入射瞳がシステム内に配置される場合、ビネットなしで全てのフィールドビームを透過させるために必要な第１のレンズ要素の直径はより大きい。仮に入射瞳が第１のレンズ要素から離れて配置される場合、光学アタッチメントはそれに対応して、より大きく且つより重くなる必要がある。したがって、前部レンズ要素の近傍にある入射瞳は、カメラレンズへのコンパクトな光学アタッチメント（広角光学系及び遠隔光学アタッチメント）が使用可能であるという結果を有する。

【0029】

本発明によるカメラレンズの一構成によれば、第１の複合レンズは、光軸に沿って移動不可能なように配置される。第１の複合レンズと第２の複合レンズとの間に配置される開口絞りは、移動不可能な第１の複合レンズにより物体側で撮像される。この画像は入射瞳を表し、入射瞳の位置は、異なる合焦設定で光軸に対して一定のままである。入射瞳の位置は、合焦中、一定のままであるため、そうして前部に接続される光学アタッチメントは、合焦設定に強く依存する誤差成分を生成しない。

【0030】

本発明によるカメラレンズの更なる構成によれば、第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、非球面レンズ要素の非球面に沿って６０°以下の傾斜角を有する。ここで、傾斜角は、光軸に対する表面要素の表面接線の角度を指す。非球面への入射角を＜６０°に制限することにより、第２の複合レンズの非球面レンズ要素を参照して説明したように、ブランクプレスの一般的な製造方法を使用して、非球面レンズ要素を製造することができる。したがって、第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、特に、ブランクプレスに適する低遷移温度を有するガラスから形成することができる。したがって、「低Ｔｇガラス」として既知のガラスを使用することが可能である。

【0031】

第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、周縁に向かって強い進展性を有する光学屈折力を有する少なくとも１つの非球面を更に備えることができる。ここで、第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素のフィールド周縁でのビームの屈折力は、フィールド中心でのビームの屈折力の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍であることができる。第２の複合レンズの非球面レンズ要素の場合と同様に、この携帯の少なくとも１つの非球面レンズ要素は主に、センサへの最も外側のビームの入射角を制限値２６°未満に保つという要件から生じる。

【0032】

第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素をビーム方向に沿ったカメラレンズの画像側の最後のレンズ要素として配置することが更に可能である。統合カメラレンズを有するコンパクトカメラでは、この非球面レンズ要素は通常、センサの前に直接、固定して設置される。相互交換可能なレンズを使用する場合、前記非球面レンズ要素は、カメラレンズの構成要素のままである。

【0033】

本発明によるカメラレンズの構成によれば、第３の複合レンズの少なくとも１つの非球面レンズ要素は、双非球面レンズ要素であることができ、第３の複合レンズは、特に、専ら双非球面レンズ要素からなることができる。第３の複合レンズに１つのみのレンズ要素を使用することにより、カメラレンズの質量及び長さが低減される。

【0034】

本発明によるカメラレンズの一構成によれば、第１のレンズ要素での入射瞳の位置は、ｘ／Ｌ≦０．２により与えられ、式中、ｘは、第１のレンズ要素の頂点から入射瞳の中心までの距離を表し、Ｌはカメラレンズの構造長を表す。商ｘ／Ｌは、好ましくは、多くとも０．２であり、特に好ましくは多くとも０．１である。この構成は、特に、更に上記で既に説明したように、光学アタッチメントと一緒のカメラレンズの使用に関して有利である。

【0035】

本発明によるカメラレンズは、特に、光学アタッチメントと一緒に使用するように設計される。光学アタッチメントは、ここでは、広角光学又は遠隔光学アタッチメントである。光学アタッチメントと併せた使用可能性は、本発明によるカメラレンズの２つの特徴により保証される。第１に、内部合焦は、開口絞りの背後のレンズ要素移動により実行され、その理由は、その場合、入射瞳の位置が、合焦中、一定のままであり、したがって、光学アタッチメントが、合焦設定に強く依存する誤差成分を生成しないためである。第２に、主レンズの入射瞳は第１のレンズ要素のかなり近傍に配置される。その結果、光学アタッチメントの所要直径は、光学アタッチメントが撮像ビームを更にトリミングさせずに最小化することができる。追加のトリミングは、ビネットとも呼ばれる。追加のトリミングは、センサによりなお検出可能な周辺光線が、カメラレンズの前の追加の光学ユニットによりブロックされる場合、生じる。したがって、本発明は、前に接続される光学アタッチメントと一緒の本発明によるカメラレンズの使用にも関する。

【0036】

本発明は、本発明によるカメラレンズを有するスチル又はフィルムカメラに更に関する。本発明によるスチル又はフィルムカメラにより得られる利点は、上述した本発明によるカメラレンズの利点から導出することができる。

【0037】

本発明の更なる特徴、特性、及び利点は、添付図を参照して以下の例示的な実施形態から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】無限への合焦設定を有する第１の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１を示す。

【図2】近接設定限度３０ｃｍへの合焦設定を有する第１の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１を示す。

【図3】第１の例示的な実施形態のカメラレンズ１の画像高さに依存する変調伝達関数を示す。

【図4】第１の例示的な実施形態のカメラレンズ１の球面収差、非点収差、及び歪みを示す。

【図5】第１の例示的な実施形態のカメラレンズ１の横色収差図を示す。

【図6】第１の例示的な実施形態のカメラレンズ１の横色収差図を示す。

【図7】無限への合焦位置での第２の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１を示す。

【図8】近接設定限度２３ｃｍへの合焦を有する第２の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１を示す。

【図9】画像高さに依存する第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の変調伝達関数を示す。

【図10】第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の球面収差、非点収差、及び歪みを示す。

【図11】第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の横色収差図を示す。

【図12】第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の横色収差図を示す。

【図13】レンズ及び任意選択的なレンズアタッチメントを有するカメラの概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0039】

フルフレームセンサを有するカメラで最高画質を有するコンパクトカメラレンズ１の２つの例示的な実施形態について、図を参照して以下に説明する。

【0040】

本発明は、フルフレームセンサ１０２を有するカメラ１００のカメラレンズ１を提供する。カメラレンズ１及び任意選択的な光学アタッチメント１０４を有するカメラ１００は、図１３に概略的に示されている。任意選択的な光学アタッチメント１０４は、ここでは、広角光学アタッチメント又は遠隔光学アタッチメントであることができる。カメラレンズ１は、かなりコンパクトであり、最高画質を有する。フルフレームセンサと呼ばれるセンサは、イメージサークル直径４３．２ｍｍを有するセンサ１０２である。

【0041】

カメラレンズ１は３つの複合レンズ１０、２０、３０を有し、そのうちの第１の複合レンズ１０は、物体側に繋がり、１つ又は複数のレンズ要素を備え、凸屈折力を有する。第１の複合レンズ１０は、画像側で、第２の複合レンズ２０に続く。第２の複合レンズ２０は少なくとも２つのレンズ要素２１、２２を備え、レンズ要素２１、２２は、両方向矢印により図１３に示されるように、光軸５０に沿って移動可能に配置される。第３の複合レンズ３０が、画像側で第２の複合レンズ２０に続き、センサ側で終わるカメラレンズ１の複合レンズを表す。第３の複合レンズ３０は、少なくとも２５ｍｍの直径を有し、光軸５０の長手方向に固定して配置される少なくとも１つの非球面レンズ要素３１を備える。開口絞り４０が、第１の複合レンズ１０と第２の複合レンズ２０との間に配置される。

【0042】

本発明によるカメラレンズ１の第１の具体的で例示的な実施形態を図１に示す。図１でのカメラレンズ１は、ｆ値２．０及び焦点距離３５ｍｍを有する８つのレンズ要素を有する変形を有する。第１の例示的な実施形態のカメラレンズ１の構造長は、単に５７ｍｍであり、第１のレンズ要素から画像センサまで光軸５０上のレンズ要素の頂点に沿って測定される。フルフレームセンサを有するカメラのカメラレンズ１についてここで測定される５７ｍｍは、フルフレームセンサ及び同様の画質を有するカメラのカメラレンズと比較して、極めてコンパクトである。第１の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１は、構造長がイメージサークル直径の１．５倍以下に制限されるという、導入部で言及した要件を満たす。イメージサークル直径は４３．２ｍｍであるため、特にコンパクトなカメラレンズ１は、構造長６４．８ｍｍを超えるべきではない。第１の例示的な実施形態の本発明によるカメラレンズ１は、構造長５７．００ｍｍを有する。

【0043】

図１に示されるカメラレンズ１は、８つのレンズ要素を有する。前記８つのレンズ要素は、３つの複合レンズ１０、２０、３０に分けられる。第１の複合レンズ１０は３つのレンズ要素を有し、一方、第２の複合レンズ２０は４つのレンズ要素を有し、第３の複合レンズ３０は、１つのみのレンズ要素を有する。開口絞り４０が、第１の複合レンズ１０と第２の複合レンズ２０との間に配置される。第１の複合レンズ１０及び第３の複合レンズ３０の１つのレンズ要素は両方とも、光軸５０に対して移動不可能に配置される。他方、第２の複合レンズ２０は、光軸５０に対して移動可能に配置される。

【0044】

第１の複合レンズ１０は、３つのレンズ要素からなり、画像側部分複合レンズ１２及び物体側部分複合レンズ１１と呼ばれる２つの部分複合レンズに細分される。物体側部分複合レンズ１１は、２つのレンズ要素、特に物体側両凹レンズ要素及び画像側両凸レンズ要素を備える。両レンズ要素は一緒に接着される。第１の複合レンズ１０の物体側部分複合レンズ１１の２つの接着されたレンズ要素は、凹すなわち負の合計屈折力を有する。

【0045】

第１の複合レンズ１０の画像側部分複合レンズ１２は、第１の例示的な実施形態では、１つのみの凸レンズを備える。前記１つの凸レンズは両凹レンズ要素であり、画像側曲率半径は、物体側曲率半径の数倍である。

【0046】

第１の複合レンズ１０は、開口絞り４０を物体側に撮像する。第１の複合レンズの屈折力は、ここでは、カメラレンズの合計屈折力の１．４１５倍である。第１の複合レンズ１０が光軸５０に対して移動不可能に配置されることに起因して、入射瞳と呼ばれる開口絞り４０の物体側撮像は、位置及びサイズに関して光軸５０に対して一定である。光学アタッチメントを使用する場合、それにより、物体距離に伴って変化する画像収差が回避される。仮に入射瞳の位置が変わる場合、光学アタッチメントの合焦設定依存画像収差は、この状況で発生し、入射瞳の位置により「誘導される撮像誤差」も参照され、その理由は、入射瞳の位置を変えることにより、画像に寄与するビーム路の経路が、光学アタッチメントに起因して変化するためである。可動式光学要素が光学アタッチメントに提供されていないため、前記画像収差の補償は不可能である。

【0047】

カメラレンズ１の入射瞳は、第１の複合レンズ１０の物体側部分複合レンズ１１の物体側両凹レンズ要素近傍の物体側に配置される。したがって、光学アタッチメントの所要直径は、撮像ビームが、ビネットと呼ばれる光学アタッチメントによる追加のトリミングを受けずに最小化することができる。

【0048】

この例示的な実施形態では、開口絞り４０は光軸５０に対して固定して配置され、その結果、開口絞り４０により入射瞳の位置及びサイズのいずれの変更も生じない。

【0049】

この例示的な実施形態では、第２の複合レンズ２０は、既に述べたように、４つのレンズ要素を有する。そして、前記第２の複合レンズ２０は、２つの部分複合レンズ、特に物体側部分複合レンズ２１及び画像側部分複合レンズ２２に分けることができる。物体側部分複合レンズ２１は２つのレンズ要素を備える。２つのレンズ要素のうちの物体側レンズ要素は、両凹レンズ要素であり、一方、２つのレンズ要素のうちの画像側レンズ要素は、メニスカスレンズ要素としても知られる凹－凸レンズ要素である。本第１の例示的な実施形態では、凹－凸レンズ要素は、正メニスカスレンズ要素である。正メニスカスレンズ要素のより小さな曲率半径を有する面は、物体に面する。両凹レンズ要素及び正メニスカスレンズ要素は一緒に接着される。２つの接着されたレンズ要素の合計屈折力は、負又は凹である。

【0050】

第２の複合レンズ２０の画像側部分複合レンズ２２も、２つのレンズ要素を備える。部分複合レンズ２２のうちの物体側レンズ要素は、両凸レンズ要素であり、そのうちの曲率が強いほうは、物体の方向に面する。前記部分複合レンズ２２のうちの画像側レンズ要素は、ここでも、正メニスカスレンズ要素である。画像側部分複合レンズ２２の両レンズ要素は、間に比較的大きな距離を有し、一緒に接着されない。合焦中、２つのレンズ要素間の距離は一定に保たれる。画像側部分複合レンズの合計屈折力は、正又は凸である。

【0051】

第３の複合レンズ３０は、第１の例示的な実施形態では、１つのみのレンズ要素を備える。前記１つの凹－凸レンズ要素は特別な負メニスカスレンズ要素である。負メニスカスレンズ要素は更に、凸面に平坦エリアを有し、その平坦凸面はセンサに面する。この例示的な実施形態では、１つのメニスカスレンズ要素は、レンズが相互交換可能レンズではない限り、センサの前に固定して設置することができる。このメニスカスレンズ要素は、センサ２において望まれる射出瞳位置を設定するように機能する。

【0052】

第２及び第３の複合レンズ、すなわち、開口絞り後の全てのレンズ要素の合計屈折力は、カメラレンズの合計屈折力の－１．０５５倍である。

【0053】

第１の例示的な実施形態では、２つの双非球面レンズ要素２３、３１が使用される。双非球面レンズ要素２３は、第２の複合レンズ２０の画像側部分複合レンズ２２に使用される。この複合レンズ２２の画像側レンズ要素２３は、上述した正メニスカスレンズ要素２３の携帯の双非球面レンズ要素２３である。更なる双非球面レンズ要素３１が第３の複合レンズ３０に使用される。この１つのレンズ要素３１は、負メニスカスレンズ要素３１の形態の双非球面レンズ要素３１である。

【0054】

本例示的な実施形態での２つの非球面レンズ要素２３、３１は、非球面ＡＦ１３、ＡＦ１４、ＡＦ１５、及びＡＦ１６において、表面の少なくとも光学的使用領域に変曲点を有さず、特に表面全体に変曲点を有さない形状を有する。非球面の入射角は、各表面のどこでも６０°未満である。したがって、非球面レンズ要素２３、３１は、ブランクプレスのカスタム製造方法により製造することができる。前記ブランクプレスは「成形」と呼ばれることもある。さらに、非球面レンズ要素２３、３１は、ブランクプレスに適する低遷移温度を有するガラスから形成される。「低Ｔｇガラス」は、ここでは、前記非球面レンズ要素２３、３１に使用される。

【0055】

さらに、非球面レンズ要素２３、３１の表面ＡＦ１３及びＡＦ１６はそれぞれ、周縁に向けて強い進展性を有する光学屈折力を有する。フィールド周縁での光学ビームについて非球面レンズ要素２３、３１の周縁に向けて強い進展性を有する各非球面の屈折力は、フィールドの中心でのビームの少なくとも５倍、好ましくは１０倍である。

【0056】

図２は、第１の例示的な実施形態と同じカメラレンズ１を示す。図１では、カメラレンズ１は無限に合焦しており、一方、図２のカメラレンズ１は３０ｃｍという近接設定限度に設定されている。近接設定限度は、物体とセンサとの間の距離として与えられる。第１の複合レンズ１０、第３の複合レンズ３０、及び開口絞り４０が、光軸５０に対して移動不可能に配置されるということに起因して、第２の複合レンズ２０に関してのみ、カメラレンズ１において相違を見ることができる。第２の複合レンズ２０の物体側部分複合レンズ２１及び画像側部分複合レンズ２２は両方とも、物体の方向に移動された。しかし、２つの部分複合レンズ２１、２２の各変位路は異なる。本例示的な実施形態では、画像側部分複合レンズ２２の変位路は、物体側部分複合レンズ２１の変位路よりも大きい。カメラレンズ１を近接設定限度３０ｃｍに合焦する場合、両部分複合レンズ２１、２２は、無限に合焦する場合よりも一緒により近い。

【0057】

第２の複合レンズ２０の物体側部分複合レンズ２１及び画像側部分複合レンズ２２の構成は、高速合焦を可能にする。この場合、１００ｍｓ未満の合焦時間が達成される。したがって、カメラレンズ１は、大きな物体距離範囲にわたり高速内部合焦を有する。加えて、高画質が近接設定範囲で保持される。本例示的な実施形態で移動されるべきレンズ要素の質量は、最大重量２０ｇ～３０ｇを有する。

【0058】

加えて、図１及び図２は、カメラレンズ１とセンサ２との間の２つのフィルタ６０を示す。前記フィルタ６０は、カメラレンズ１の部分ではなく、レンズの設計での厚さ及び屈折率に関して考慮される。

【0059】

図３は、画像高さにわたる変調伝達関数（ＭＴＦ）をプロットした図を示す。図３のこの図は、パラメータ「１ｍｍ当たりの線対数」に依存する変調伝達関数の３つの曲線対を示す。パラメータ「１ｍｍ当たりの線対数」は、各曲線対の特定の値で一定に維持される。第１の曲線対は、１ｍｍ当たり２０線対の場合の変調伝達関数をプロットし、第２の曲線対は、１ｍｍ当たり４０線対の場合の変調伝達関数をプロットし、一方、第３の曲線対は、１ｍｍ当たり８０線対の場合の変調伝達関数をプロットする。個々の各曲線対は２つの更なる曲線からなる。２つの曲線のうちの第１の曲線は、入射光のサジタル成分を示し、一方、第２の曲線は入射光の接線成分を示す。

【0060】

ＭＴＦ曲線は、１ｍｍ当たり８０線対において、ひいてはより低い全ての空間周波数において、画像高さ１２ｍｍまで（垂直フレームエッジ）又は１８ｍｍ（水平フレームエッジ）まで、各事例で、通常少なくとも５０％の高コントラストが存在し、これが、最も外側の画像隅（画像高さ＞１８ｍｍ）に向かってのみ低下することを示す。接線成分のみが、約５ｍｍ画像高さ～１０ｍｍ画像高さの領域内でわずかに低下する値を有する。そのようなコントラストの低下は、１８ｍｍを超える画像高さは、センサ表面の極めて小さな部分のみ、特に最も外側の画像の隅のみを表すため、実際には許容可能である。

【0061】

１ｍｍ当たり２０線対を有する曲線対は、０ｍｍ～約１６ｍｍの画像高さ領域で約９０％のコントラストを有する。入射光のサジタル成分及び接線成分の違いはごく僅かである。

【0062】

サジタル成分及び接線成分のいくらかより大きな隔たりが、１ｍｍ当たり４０線対を有する曲線対で見出すことができる。ここで、サジタル成分は８０％をわずかに超えるコントラストを有し、接線成分は８０％をわずかに下回るコントラストを有する。これは特に、０ｍｍ～１１ｍｍの画像高さに該当する。両成分は、１１ｍｍ～１６ｍｍ画像高さで同様のコントラストを有する。ここで、曲線は８０％線に非常に近い。

【0063】

画像高さ０ｍｍ～１０ｍｍの領域での１ｍｍ当たりの８０線対での曲線対の場合でのコントラスト差は、その他の曲線対と比較して最大であるが、１１ｍｍと１６ｍｍの画像高さ間のサジタル成分及び接線成分のコントラストは略同一である。両曲線はここでは、約５５％のコントラストを有する。

【0064】

その結果、カメラレンズ１は、画質が、開口絞り４０でのフルレンズ開口２．０で極めて高レベルであるという導入部で述べた要件を満たす。カメラレンズ１又は開口絞り４０を４．０に絞る場合、コントラストは更に増大し、その結果、その場合、カメラレンズ１は略回折制限で撮像する。

【0065】

図４は、典型的な画像収差表現を示す。球面収差が、図４の左側の図に示されている。球面収差を説明するために、入射の高さは、背面焦点距離差又は焦点の関数として与えられる。この図では、球面収差は、可視光の様々な波長について表された。この場合、４０４．６５６１ｎｍ～６５６．２７２５ｎｍの可視光範囲で充分である。図４の左側の図での球面収差の良好は補正が当業者には分かる。より小さな波長の領域を除き、球面収差は極めて良好に補正された。

【0066】

非点収差は、図４の中央の図に示されている。非点収差を低減するために、画像高さは、背面焦点距離差又は焦点の関数としてプロットされている。非点収差がより大きな波長の可視光で極めて良好に補正されたことが分かる。非点収差は、より小さな波長の可視光でのみより顕著である。可視光の使用される波長範囲は、左側の図と同一である。

【0067】

図４の右側の図は、画像高さにわたる歪みのプロファイルをプロットしている。この図で、歪みの良好な補正を見て取ることができる。歪みの波長依存変化は、倍率色収差ＣＤＭに対応し、これは多くの場合、「横色収差」と呼ばれる。したがって、見て取ることができるのは、０．５％（あらゆる波長で）という極めて低い歪みに加えて、レンズが極めて低いＣＤＭのみを有することである。ＣＤＭが大きいほど、高コントラストエッジでの目障りな色縁により画像で目立つようになる。可視光の使用される波長範囲は、左側の図と同一である。

【0068】

典型的な横色収差図の関連図を図５及び図６に示す。図５及び図６の図は、入射光の接線成分及びサジタル成分を示す。ここで使用される波長は、４０４．６５６１ｎｍ～６５６．２７２５ｎｍの範囲である。光学分野の当業者はここから、アパーチャ及びフィールドにわたる画像収差のプロファイルを読み取ることができる。図５及び図６は、色画像収差の特に良好な補正を示す。

【0069】

以下の表１は、レンズに関連する基本構造データを列挙する。レンズ要素ＡＦ２～ＡＦ２０の表面は図１及び図２に示されている。

【0070】

【表1】

【0071】

行は、上から下に、図１又は図２に対応するレンズ要素の表面番号を示す。列は、左から右に、表面タイプ（球面又は非球面）、表面曲率の頂点半径、続く表面からの距離（エアギャップ又はレンズ要素厚）、製造業者情報と共に使用される光学ガラスの商標名、及び光学的使用表面の半径を示す。

【0072】

光学ユニットの焦点距離は、無限に等しい物体距離において厳密に３５．００ｍｍである。他の物体距離への合焦中、表面ＡＦ７、ＡＦ１０、及びＡＦ１４間のエアギャップは、表２に従って変化する（補間は、それに従って、明示的に記載される距離間で実行されるべきである）。以下の表中の表面０は、物体平面である。

【0073】

【表2】

【0074】

４つの表３、表４、表５、表６は、頂点形態の定義式に従った非球面の係数を与える。ここで、表３は、第１の例示的な実施形態の表面ＡＦ１３の非球面係数を示し、表４は、第１の例示的な実施形態の表面ＡＦ１４の非球面係数を示し、表５は、第１の例示的な実施形態の表面ＡＦ１５の非球面係数を示し、表６は、第１の例示的な実施形態の表面ＡＦ１６の非球面係数を示す。

【0075】

頂点形態は、式：

【数1】

により記述され、式中、ｚはサグであり、Ｒはレンズ要素の頂点曲率半径であり、ｒは、

【数2】

である半径距離であり、ｋは円錐曲線であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊは、各次数の変形係数である。球面レンズでは、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝Ｆ＝Ｇ＝Ｈ＝Ｊ＝０であり、ｋ＝０である。

【0076】

【表3】

【0077】

【表4】

【0078】

【表5】

【0079】

【表6】

【0080】

図７は、本発明によるカメラレンズ１の第２の具体的で例示的な実施形態を示す。第２の例示的な実施形態は、同様にｆ値２．０及び焦点距離３５ｍｍを有する９つのレンズ要素を有する変形を示す。定義、名称、及び画像は、第１の例示的な実施形態と同様である。９つのレンズ要素を有する構造は、第１の例示的な実施形態の構造よりもわずかに大きな構造長６０ｃｍを有する。その結果、第２の例示的な実施形態も、構造長がイメージサークル直径の１．５倍以下に制限される、フルフレームセンサを有するカメラのコンパクトカメラレンズ１に関する、導入部に記載したような条件を満たす。第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１は、第１の例示的な実施形態とは異なる屈折力分布を前部対物レンズ群において有する。これは、許容差により誘導される画質低下の低減を可能にすることができる。

【0081】

第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１は、９つのレンズ要素を備え、９つのレンズ要素は３つの複合レンズ１０、２０、３０に分けられる。第２の例示的な実施形態での第１の複合レンズ１０は、４つのレンズ要素を備える。前記複合レンズは、第１の例示的な実施形態と同様に、２つの部分複合レンズ１１、１２に分けられる。物体側部分複合レンズ１１は、２つのレンズ要素を備える。２つのレンズ要素のうちの物体側レンズ要素は、両凹レンズ要素であり、一方、２つのレンズ要素のうちの画像側レンズ要素は、両凸レンズ要素である。両レンズ要素は、一緒に接着され、負屈折力、すなわち凹屈折力を有する。第１の複合レンズ１０の画像側部分複合レンズ１２も２つのレンズ要素を備える。２つのレンズ要素のうちの物体側レンズ要素は、両凹レンズ要素である。曲率半径が小さいほうの両凹レンズ要素の光学表面は、物体に面する。２つのレンズ要素のうちの画像側レンズ要素は、両凸レンズ要素である。画像側部分複合レンズ１２の２つのレンズ要素は、一緒に接着されず、接着に必要な２つのレンズ要素の表面は、異なる曲率半径を有する。第１の複合レンズの屈折力は、カメラレンズの合計屈折力の０．８９６倍である。

【0082】

第１の例示的な実施形態と同様に、第２の例示的な実施形態での第２の複合レンズ２０も４つのレンズ要素を有する。そして、前記４つのレンズ要素は、２つの部分複合レンズ２１、２２に分けられる。第２の例示的な実施形態での物体側部分複合レンズ２１は、２つのレンズ要素を備える。２つのレンズ要素のうちの物体側レンズ要素は、両凹レンズ要素であり、一方、２つのレンズ要素のうちの画像側レンズ要素は、両凸レンズ要素である。両レンズ要素は、一緒に接着され、負すなわち凹の合計屈折力を有する。

【0083】

第２の複合レンズ２０の画像側部分複合レンズ２２も２つのレンズ要素を備える。２つのレンズ要素のうちの物体側レンズ要素は、凸レンズ要素であり、曲率半径が小さいほうの光学表面は、物体に面する。２つのレンズ要素のうちの画像側レンズ要素は、正メニスカスレンズ要素であり、その凹光学面は物体に面する。第２の複合レンズ２０の画像側部分複合レンズ２２の２つのレンズ要素は、有限距離を有する。カメラレンズ１が合焦中のレンズ要素の移動中、この距離は一定のままである。

【0084】

第３の複合レンズ３０は、第１の例示的な実施形態と同様に、１つの負メニスカスレンズ要素を備える。負メニスカスレンズ要素の凹光学面は、物体に面する。この例示的な実施形態でも、１つのメニスカスレンズ要素は、レンズが相互交換可能レンズではない限り、センサ２の前に固定して設置することができる。このメニスカスレンズ要素は、センサ２において望まれる射出瞳位置を設定するように機能する。

【0085】

第２及び第３の複合レンズの合計屈折力は、カメラレンズの合計屈折力の－０．１７６倍である。

【0086】

第１の複合レンズ１０のレンズ要素及び第３の複合レンズ３０の１つのレンズ要素は、光軸５０に対して移動不可能に配置される。さらに、開口絞り４０は、第１の複合レンズ１０と第２の複合レンズ２０との間に配置される。この開口絞り４０も光軸５０に対して移動不可能に配置される。

【0087】

第１の例示的な実施形態と同様に、２つの双非球面レンズ２３、３１ ＢＦ１５、ＢＦ１６、ＢＦ１７、ＢＦ１８も第２の例示的な実施形態において使用される。双非球面レンズ要素２３はここでは、第２の複合レンズ２０の画像側部分複合レンズ２２に使用され、他の双非球面レンズ要素３１は第３の複合レンズ３０に使用される。

【0088】

本例示的な実施形態での２つの非球面レンズ要素２３、３１は、非球面において、表面の少なくとも光学的使用領域に変曲点を有さず、特に表面全体に変曲点を有さない形状を有する。非球面の入射角は、各表面のどこでも６０°未満である。したがって、非球面レンズ要素２３、３１は、ブランクプレスのカスタム製造方法により製造することができる。さらに、非球面レンズ要素２３、３１は、ブランクプレスに適する低遷移温度を有するガラスから形成される。「低Ｔｇガラス」は、ここでは、前記非球面レンズ要素２３、３１に使用される。

【0089】

さらに、各事例での本例示的な実施形態での双非球面レンズ要素２３、３１は、表面ＢＦ１５及びＢＦ１８を有し、これらの表面は、周縁に向かって強い進展性を有する光学屈折力を示す。フィールド周縁での光学ビームに使用される非球面レンズ要素２３、３１の周縁に向けての強い進展性を有する非球面の屈折力は、フィールド中心でのビームの５倍である。

【0090】

図８は、図７と同様の第２の例示的な実施形態の同じカメラレンズ１を示す。図７では、カメラレンズ１は無限に合焦されるが、一方、図８のカメラレンズ１は３０ｃｍの焦点に設定される。

【0091】

図８では、第２の複合レンズ２０のみが、図７と比較して移動した。第１の例示的な実施形態と全く同じように、第２の複合レンズ２０の２つの部分複合レンズ２１、２２の変位路は、大きさが異なる。画像側部分複合レンズ２２の変位路は、物体側部分複合レンズ２１の変位路よりも大きい。無限から２３ｃｍへの合焦中、両部分複合レンズ２１、２２は同じ方向に移動する。第１の例示的な実施形態と同様に、２つの部分複合レンズ２１，２２は、無限への合焦中よりも、カメラレンズ１の３０ｃｍへの合焦中、一緒により近くに配置される。

【0092】

加えて、図７及び図８は、カメラレンズ１とセンサ２との間の２つのフィルタ６０を示す。しかし、前記フィルタ６０はカメラレンズ１の部分ではない。

【0093】

図９は、第２の例示的な実施形態での画像高さにわたる変調伝達関数を示す。ここでも、この図は、異なる「１ｍｍ当たりの線対」数での３つの曲線対を示す。第１の曲線対は、１ｍｍ当たり２０線対での変調伝達関数の依存性を示す。第２の曲線対は、１ｍｍ当たり４０線対での変調伝達関数の依存性を示す。第３の曲線対は、１ｍｍ当たり８０線対での変調伝達関数の依存性を示す。図３と同様に、曲線対のうちの一方の曲線は、入力素は高のサジタル成分を示し、第２の曲線は入射光の接線成分を示す。画像高さの大きな個々の曲線での降下の顕著さは、第１の例示的な実施形態よりも第２の例示的な実施形態において低い。

【0094】

特に１ｍｍ当たり２０線対での曲線対は、０ｍｍ～１５ｍｍの画像高さ領域で一定値９０％を有する。ここでのサジタル成分及び接線成分は略同じ値を有する。

【0095】

１ｍｍ当たり４０線対及び１ｍｍ当たり８０線対を有する他の曲線対では、サジタル成分は常により高いコントラストを示す。サジタル成分及び接線成分間の値は大半は同様である。

【0096】

１ｍｍ当たり２０線対を有する曲線対は、約９０％のコントラストを示す。１ｍｍ当たり４０線対を有する曲線対は、０ｍｍ～１５ｍｍの画像高さ領域で７７％の平均コントラストを示す。１ｍｍ当たり８０線対を有する曲線対は、０ｍｍ～１６ｍｍの画像高さ領域で少なくとも５０％のコントラストを有する。

【0097】

その結果、カメラレンズ１は、画質が、開口絞り４０でのフルレンズ開口２．０で極めて高レベルであるという導入部で述べた要件を満たす。

【0098】

図１０の左側の図は、第２の例示的な実施形態でのカメラレンズ１での球面収差を示す。球面収差を説明するために、入射の高さは背面焦点距離差又は焦点の関数として与えられる。さらに、球面収差は、可視光の様々な波長に依存して示される。ここで、波長は４０４．６５６１ｎｍ～６５６．２７２５ｎｍである。第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の球面収差は、可視光のより長い波長で極めて良好に補正される。

【0099】

第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の非点収差は、図１０の中央の図においてよく見ることができる。可視光の異なる波長では、非点収差が可視光のより大きな波長と比較して非常に良好に補正されたことが分かる。使用された波長の範囲は、左側の図と同一である。

【0100】

第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の歪みは、図１０の右側の図での画像高さにわたりプロットされる。第１の例示的な実施形態と比較してここで分かることは、この例示的な実施形態では、歪みがより低く、極めて良好に補正されることである。第１の例示的な実施形態と比較して、第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１は、歪みの補正において、可視光の波長にわずかにより多く依存する。使用される波長の範囲は、左側の図と同一である。

【0101】

図１１及び図１２は、第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１の典型的な横色収差図を示す。

【0102】

表７は、第２の例示的な実施形態のカメラレンズ１に関する基本構築データを与える。表のセットアップは、第１の例示的な実施形態からの表のセットアップに対応する。レンズ要素ＢＦ２～ＢＦ２２の表面が図７及び図８に示される。

【0103】

【表7】

【0104】

光学ユニットの焦点距離は、無限に等しい物体距離において厳密に３５．００ｍｍである。他の物体距離への合焦中、表面ＢＦ９、ＢＦ１２、及びＢＦ１６間のエアギャップは、表７に従って変化する（補間は、それに従って、明示的に記載される距離間で実行されるべきである）。以下の表８中の表面０は、物体平面である。

【0105】

【表8】

【0106】

非球面の関連する係数が、頂点形態の定義式に従って表９、表１０、表１１、表１２に与えられる。ここで、表９は、第２の例示的な実施形態の表面ＢＦ１５の非球面係数を示し、表１０は、第２の例示的な実施形態の表面ＢＦ１６の非球面係数を示し、表１１は、第２の例示的な実施形態の表面ＢＦ１７の非球面係数を示し、表１２は、第２の例示的な実施形態の表面ＢＦ１８の非球面係数を示す。

【0107】

【表9】

【0108】

【表10】

【0109】

【表11】

【0110】

【表12】

【0111】

本発明について、説明を目的として例示的な実施形態に基づいて詳細に説明した。ここで、異なる例示的な実施形態の個々の特徴を互いに組み合わせることも可能であり、したがって、本発明は、特定の例示的な実施形態で開示された特徴の組合せに限定されるべきではない。加えて、例示的な実施形態から逸脱することが可能である。例えば、各事例で、少なくとも１つのレンズ要素が第１の複合レンズ及び第３の複合レンズに存在し、少なくとも２つのレンズ要素が第２の複合レンズに存在する限り、８未満又は９未満のレンズ要素が存在し得る。したがって、本発明は、例示的な実施形態に限定されることは意図されず、むしろ、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。

【符号の説明】

【0112】

１ カメラレンズ
２ センサ
１０ 第１の複合レンズ
２０ 第２の複合レンズ
３０ 第３の複合レンズ
４０ 開口絞り
５０ 光軸
６０ フィルタ
１１ 第１の複合レンズの物体側部分複合レンズ
１２ 第１の複合レンズの画像側部分複合レンズ
２１ 第２の複合レンズの物体側部分複合レンズ
２２ 第２の複合レンズの画像側部分複合レンズ
２３ 第２の複合レンズの非球面レンズ要素
３１ 第３の複合レンズの非球面レンズ要素
ＡＦ２～ＡＦ２０ 第１の例示的な実施形態でのレンズ要素表面
ＢＦ２～ＢＦ２２ 第２の例示的な実施形態でのレンズ要素表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】