CN104820278A - 广角镜头 - Google Patents

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CN104820278A
CN104820278A CN201510041151.6A CN201510041151A CN104820278A CN 104820278 A CN104820278 A CN 104820278A CN 201510041151 A CN201510041151 A CN 201510041151A CN 104820278 A CN104820278 A CN 104820278A
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丸山晃一
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    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
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Abstract

本发明提供一种广角镜头，其确保制造容易性的同时以较少的构成个数实现光学性能的改善。该广角镜头从物体侧依次包括具有一个或两个负透镜的负透镜组、正玻璃透镜、以及将正树脂透镜和负树脂透镜接合而成的正接合透镜，该广角镜头是半视场角超过30°的广角镜头。接合透镜的接合面设计成与由接合面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比从光轴越靠向周边垂度量就越小的非球面。

Description

广角镜头
技术领域
本发明涉及搭载在监视摄像机等上的广角镜头。
背景技术
监视摄像机用镜头能够以电子方式校正拍摄的图像，因此，通常设计中镜片构成数少，其广角化和低价格化优先于以光学方式校正畸变。另外，监视摄像机用镜头例如为了补偿传感器的灵敏度不足，而采用光圈F值小于2的明亮的泛焦镜头，或者为了确保室外使用的耐久性或抑制因温度变化导致的聚焦位置变化，而采用玻璃透镜。
监视摄像机由于伴随着网络和LAN(Local Area Network：局域网)等数字通信设施的普及的数字化发展，变得能够处理高像素图像数据。因此，监视摄像机用镜头为了获得监视范围的放大和监视范围内的详细信息，正在由以往的VGA(Video Graphics Array：视频图形阵列)规格对应的装置向Hi‐Vision规格对应(例如，兆像素对应)的装置普及。但是，当兆像素对应的监视摄像机用镜头由较少的个数镜片构成时，难以校正轴上色像差。为了改善这种光学性能，可以考虑将兆像素对应的监视摄像机用镜头设计成非球面玻璃透镜。但是，如果将兆像素对应的监视摄像机用镜头设计成非球面玻璃透镜，当生产量少时，初期投资提高。在兆像素对应的监视摄像机用镜头中，由于要抑制初期投资，难以导入非球面玻璃透镜，而不得不选择追加球面镜头的个数。由于这种情形，兆像素对应的监视摄像机用镜头大部分是6个以上镜片结构的镜头。
监视摄像机用镜头的具体的结构例如记载在日本专利公开公报JPH05－264895号公报(以下，记作专利文献1)。专利文献1中记载的监视摄像机用镜头由4个玻璃透镜构成，以实现小型化。
发明内容
本发明所要解决的问题
玻璃透镜即使是大量生产的情况下，采取非球面设计时的制造成本也很高。因此，监视摄像机用镜头仅对一部分的高端产品和一部分的大量生产品采用非球面玻璃成型透镜，除此以外，采用球面玻璃透镜。在专利文献1中也采用球面玻璃透镜。
另外，在专利文献1中记载的监视摄像机用镜头中，通过并排设置分散特性不同的两个透镜(第3透镜和第4透镜)来校正色像差。但是，对于该结构被指出，由于与将2个透镜接合的接合透镜相比透镜面增大，因此存在因表面反射引起的光量损失增加的问题。另外，对置面的曲率越大，由面偏心引起的彗差的产生量和像面倾斜的量越多，且由透镜间隔误差引起的像差产生灵敏度提高。因此，可能难以同时校正倍率色像差和轴上色像差。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供确保制造容易性的同时以较少的构成个数实现光学性能改善的广角镜头。
用于解决问题的手段
本发明的实施方式的广角镜头是半视场角超过30°的广角镜头，并且从物体侧依次包括具有一个或两个负透镜的负透镜组、正玻璃透镜、以及将正树脂透镜和负树脂透镜接合而成的正接合透镜。接合透镜的接合面是与由接合面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比从光轴越靠向周边垂度(sag)量就越小的非球面。
接合透镜的成像侧的面可以是与由成像侧的面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比，从光轴越靠向周边垂度量就越向正方向变化的非球面。
本实施方式的广角镜头可以是将正树脂透镜的阿贝数定义为νpp，将负树脂透镜的阿贝数定义为νnp时满足下式的构成。
νpp－νnp＞28
本实施方式的广角镜头可以是将正树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为app(单位：1/℃)，将负树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为anp(单位：1/℃)时满足下式的构成。
|app－anp|＜0.00004
本实施方式的广角镜头可以是将正玻璃透镜的折射率的温度变化系数定义为apg(单位：1/℃)时满足下式的构成。
|apg|＜0.00001
本实施方式的广角镜头可以是将距离无限远物体的近轴入射光线高设为1以定义向各面入射的近轴入射光线高，将正玻璃透镜的折射力(焦度、power)定义为φ(单位：1/mm)，将向正玻璃透镜的物体侧面入射的近轴入射光线高定义为H时，满足下式的构成。
0.63＜φ×H＜1.60
当负透镜组由树脂透镜构成时，例如，满足下式。
0.63＜φ×H＜1.30
当负透镜组由玻璃透镜构成时，例如，满足下式。
0.80＜φ×H＜1.60
本实施方式的广角镜头可以是将距离光轴的高度定义为h(单位：mm)，将非球面的光轴上的曲率半径定义为r(单位：mm)，将垂度量定义为X(h)时，接合透镜的接合面在有效光束径内满足下式的构成，垂度量是非球面上的坐标点与非球面的光轴上的切面之间的距离。
|X(h)|＜|(h2/r)/(1+SQRT(1－(1－0.8×(h/r)2))|
接合透镜的接合面例如可以是将有效光束半径定义为hMAX(单位：mm)，将有效光束半径hMAX时非球面的倾斜度定义为dX(hMAX)/dh时满足下式的构成。
0.5＜|dX(hMAX)/dh|＜1.30
接合透镜的接合面例如可以是将垂度量X(h)的2阶微分值定义为d2X(h)/dh2时满足下式的构成。
d2X(h)/dh2≠0
(其中，0＜h＜hMAX)
本实施方式的广角镜头可以是当负透镜组为一个负透镜的结构且光圈被配置在比正玻璃透镜靠成像侧的位置上，将负透镜组具有的负透镜的阿贝数定义为νn，将正玻璃透镜的阿贝数定义为νp时，满足下式的构成。
0≤νn－νp＜18
本实施方式的广角镜头可以是当负透镜组由树脂透镜构成时，将广角镜头的焦点距离定义为f(单位：mm)，将接合透镜的物体侧面的曲率半径定义为r’(单位：mm)时满足下式的构成。
0.50＜f/r’＜1.33
本实施方式的广角镜头可以是当负透镜组由玻璃透镜构成时，将广角镜头的焦点距离定义为f(单位：mm)，将接合透镜的物体侧面的曲率半径定义为r’(单位：mm)时满足下式的构成。
－0.28＜f/r’＜0.63
发明效果
根据本实施方式，提供确保制造容易性的同时以较少的构成镜片个数实现光学性能的改善的广角镜头。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式(实施例1)的广角镜头的结构的镜头配置图。
图2是本发明的实施例1的广角镜头的各种像差图。
图3是表示本发明的实施例2的广角镜头的结构的镜头配置图。
图4是本发明的实施例2的广角镜头的各种像差图。
图5是表示本发明的实施例3的广角镜头的结构的镜头配置图。
图6是本发明的实施例3的广角镜头的各种像差图。
图7是表示本发明的实施例4的广角镜头的结构的镜头配置图。
图8是本发明的实施例4的广角镜头的各种像差图。
图9是表示本发明的实施例5的广角镜头的结构的镜头配置图。
图10是本发明的实施例5的广角镜头的各种像差图。
图11是表示本发明的实施例6的广角镜头的结构的镜头配置图。
图12是本发明的实施例6的广角镜头的各种像差图。
图13是表示本发明的实施例7的广角镜头的结构的镜头配置图。
图14是本发明的实施例7的广角镜头的各种像差图。
图15是表示本发明的实施例8的广角镜头的结构的镜头配置图。
图16是本发明的实施例8的广角镜头的各种像差图。
图17是表示本发明的实施例9的广角镜头的结构的镜头配置图。
图18是本发明的实施例9的广角镜头的各种像差图。
图19是表示本发明的实施例10的广角镜头的结构的镜头配置图。
图20是本发明的实施例10的广角镜头的各种像差图。
图21是表示本发明的实施例11的广角镜头的结构的镜头配置图。
图22是本发明的实施例11的广角镜头的各种像差图。
图23是表示本发明的实施例12的广角镜头的结构的镜头配置图。
图24是本发明的实施例12的广角镜头的各种像差图。
图25是表示本发明的实施例13的广角镜头的结构的镜头配置图。
图26是本发明的实施例13的广角镜头的各种像差图。
图27是表示本发明的实施例14的广角镜头的结构的镜头配置图。
图28是本发明的实施例14的广角镜头的各种像差图。
图29是表示本发明的实施例15的广角镜头的结构的镜头配置图。
图30是本发明的实施例15的广角镜头的各种像差图。
图31是表示本发明的实施例16的广角镜头的结构的镜头配置图。
图32是本发明的实施例16的广角镜头的各种像差图。
图33是表示本发明的实施例17的广角镜头的结构的镜头配置图。
图34是本发明的实施例17的广角镜头的各种像差图。
图35是表示本发明的实施例18的广角镜头的结构的镜头配置图。
图36是本发明的实施例18的广角镜头的各种像差图。
图37是表示本发明的实施例19的广角镜头的结构的镜头配置图。
图38是本发明的实施例19的广角镜头的各种像差图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的广角镜头进行说明。以下，作为本发明的一个实施方式，对搭载在高像素类型的监视摄像机上的广角镜头进行说明。此外，与监视摄像机相同要求小型化和低价格化的其他的设备上搭载的广角镜头也在本发明的范畴。作为搭载有广角镜头的其他设备的一例，可列举出车载摄像机。
本实施方式的广角镜头例如用于1～2兆像素的监视摄像机，其半视场角超过30°。例如，当是2兆像素时，与至今是主流的VGA的情况相比，像素数大约增加6倍，并且需要2.5倍的分辨率。
通常，广角的监视摄像机搭载广角的逆望远型镜头(retrofocuslens)，该镜头在比光圈靠物体侧的位置配置负透镜，在光圈的后段配置正透镜组。在这种逆望远型镜头中，通过对最靠物体侧的负透镜使用低分散材料而抑制倍率色像差，并利用与后群的平衡消除色像差。另一方面，基本上，为了抑制轴上色像差，对正透镜使用低分散材料且对负透镜使用高分散材料，残留正的能量以校正轴上色像差。但是，如上所述，由于为了校正倍率色像差而对最靠物体侧的负透镜使用低分散材料，因此，如果还考虑轴上色像差的校正，则构成个数少的光学透镜难以应对2兆像素等的高像素类型。
因此，本实施方式的广角镜头概括叙述，从物体侧依次配置有具有一个或两个负透镜的负透镜组、配置在光圈附近的正的玻璃透镜、以及将正负一对的树脂透镜的非球面彼此接合得到的接合透镜。通过这种结构，本实施方式的广角镜头具有较少的构成个数，同时还能够应对2兆像素等的高像素类型。
图1是表示本发明的实施方式的广角镜头10的结构的镜头配置图。在此，作为镜片配置图，援用本发明的实施例1(后述)的图。此外，在以图1为代表的广角镜头10的各配置图中，图中左侧是物体侧，图中右侧是成像侧(搭载在监视摄像机上的图像传感器侧)。
如图1所示，本实施方式的广角镜头10至少从物体侧依次具有负透镜L1、正透镜L2、光圈S、以及接合透镜L3。构成广角镜头10的各光学透镜具有以广角镜头10的光轴AX为中心的旋转对称形状。此外，上面记述为“至少具有……”是因为在本发明的技术思想的范围内还有追加其他的光学元件的构成例。例如，可以构想到对本发明的广角镜头追加对像差校正实质上不起作用的平行平板和ND滤波器、低通滤波器、IR截止滤波器等的构成例、维持本发明的广角镜头的结构和效果的同时附加其他的光学元件的构成例。
在本实施方式中，负透镜组是一个负透镜L1的结构，但在其他的实施方式中也可以是追加负透镜L1’的两个负透镜的结构。负透镜L1和负透镜L1’具有以下的变型。
·非球面玻璃透镜
·球面玻璃透镜
·非球面树脂透镜
·球面树脂透镜
在此，作为决定使用玻璃透镜或树脂透镜构成负透镜组的一个原因，可考虑负透镜组所要求的透镜表面硬度。当所要求的透镜表面硬度高时，负透镜组例如由玻璃透镜构成。在具备镜头圆顶(lens dome)等的摄像机中，通常，由于所要求的透镜表面硬度低，因此可以使用树脂透镜构成负透镜组。另外，通过将负透镜组的透镜面形成为非球面，能够抑制畸变像差。
正透镜L2具有以下的变型。
·非球面玻璃透镜
·球面玻璃透镜
当正透镜L2是非球面玻璃透镜时，对抑制由组装时的偏心引起的像差的发生是有利的。另外，如下所述，接合透镜L3是树脂透镜。通常，树脂透镜由于温度上升时的线膨胀，折射力(power)降低，并且由于折射率的降低，折射力降低，后焦点的变化和由非点像差引起的场曲容易发生变化。如果是具备AF功能的系统，则后焦点的变化不构成实质性的问题。但是，在畸变大的广角镜头中，当发生场曲时，存在物体侧解像力原本低的周边部的解像力进一步降低这样的问题。因此，无论有无AF功能，都期望尽力抑制场曲的发生。在本实施方式中，通过使用线膨胀率低的玻璃材料形成正透镜L2，有助于抑制场曲。
对于光圈S的配置型式，具有与正透镜L2相邻且配置在比正透镜L2靠物体侧的位置的型式、以及与正透镜L2相邻且配置在比正透镜L2靠成像侧的位置的に配置型式。
接合透镜L3是将分散特性不同的正负一对树脂透镜接合得到的透镜，整体上拥有正的折射力，且接合面为非球面。接合透镜L3例如物体侧透镜是正透镜，成像侧透镜是负透镜。另外，也可以物体侧透镜是负透镜，成像侧透镜是正透镜。
如此，在本实施方式的广角镜头10中具备将正负一对的透镜接合得到的接合透镜L3。更具体而言，接合透镜L3的正负一对的透镜使用具有与透镜材料接近的折射率的接合剂被接合。所接合的面彼此之间的距离的误差被抑制到接合层厚的偏差程度。因此，在正负一对透镜之间实质上未发生垂直于光轴的方向的偏心。另外，即使是从物体侧按照负正的顺序配置的结构，在接合面也不会发生全反射。
相对于此，如果是不具备接合透镜的结构，由于在正负一对的透镜之间光束射出到空气中，因此必须考虑：对置的各透镜面上的折射率差(透镜与空气之间的折射率差)大因而产生大的像差、以及必须起到消除轴上色像差作用等问题。因此，不得不严格设定对正负一对透镜的能够允许的制造误差。另外，如果是从物体侧按照负正的顺序配置的结构，则在非轴线上的光有可能发生全反射。
接合透镜L3的接合面是非球面，其与由接合面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比，垂度量(sag)X(h)从光轴AX越靠向周边越小。此外，垂度量X(h)是非球面上的坐标点与非球面的光轴上的切面之间的距离。当将距离光轴AX的高度定义为h(单位：mm)，将非球面的光轴AX上的曲率半径定义为r(单位：mm)，将圆锥系数定义为κ，将非球面系数定义为An时，垂度量X(h)由下式表示。
X(h)＝(h2/r)/(1+SQRT(1－(1+κ)×(h/r)2))+ΣAn×hn
如果整体上将持有正折射力的透镜系统设计成较少个数的球面透镜，通常，由于具有对色像差进行校正的作用的发散面具有大曲率，因此，从光轴越靠向周边，色像差越被过度校正。由此，产生球面像差的色像差。为了抑制这种色像差，正负一对的透镜的折射率差增大的短波长侧的球面像差具有被过度校正的倾向。为了避免这样的问题，接合透镜L3的接合面为从光轴靠向周边折射力单调减小的非球面。
构成接合透镜L3的正负一对的透镜是通过注射成型而制造的树脂透镜。正负一对的树脂透镜分别通过利用从光学面至凸缘部的形状被一体加工而成的模具向规定的腔室内注射注入熔融树脂而成形。如此成形的正负一对的树脂透镜以极小的偏心量被接合。根据本实施方式，具有优良的色像差校正功能的非球面与正负一对透镜为玻璃制的情况相比，能够更加容易且低成本地高精度接合。
接合透镜L3是与玻璃相比折射率更低的树脂制的透镜，因此决定场曲的基本特性的匹兹伐(Petzval)和容易向正方向偏斜。因此，接合透镜L3其成像侧的面为将像散作为过度的方向的非球面，并附加了使像面接近平坦的功能。具体而言，接合透镜L3的成像侧的面具有与由接合透镜L3的成像侧的面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比，从光轴AX越靠向周边垂度量X(h)就越向正方向变化的面形状。此外，垂度量X(h)的符号设物体侧为负，设成像侧为正。另外，接合透镜L3的物体侧面也通过非球面化，能够实现每个视角的场曲的调整。
例如，将正树脂透镜的阿贝数定义为νpp，负树脂透镜的阿贝数定义为νnp时，接合透镜L3满足下式(1)
νpp－νnp＞28…(1)。
在本实施方式中，由于采用通过对负透镜L1(以及L1’)使用低分散的材料来抑制倍率色像差发生的结构，因此需要在接合透镜L3上校正轴上色像差。因此，为了满足条件式(1)，期望对构成接合透镜L3的正负一对的树脂透镜选择阿贝数差大的材料。但是，由于高分散的树脂透镜材料具有比低分散的树脂透镜材料高的折射率，因此在接合透镜L3的接合面上必然产生折射率差。因此，有可能在校正轴上色像差的同时产生单色像差。在本实施方式中，为了抑制这种单色像差，也将接合透镜L3的物体侧面非球面化。此外，如果不满足条件式(1)(如果阿贝数差小)，为了校正色像差，透镜周边的面的倾斜度过大，负树脂透镜的注射成型形状变得不稳定，导致不利于与正树脂透镜的接合。
作为接合透镜L3使用的树脂材料，例如，可考虑聚碳酸酯类或聚酯类等折射率为1.6左右且阿贝数为20的材料。为了使与这样的高分散的材料之间折射率差不是很大，作为低分散且较高的高折射率的树脂材料，可考虑环烯烃聚合物和环状烯烃共聚物等。通过将前者和后者的材料组合，阿贝数差增大并且折射率差减小，由此对轴上色像差的校正和单色像差的抑制更有利。此外，例如，当将接合透镜L3构成为树脂透镜和超低分散玻璃成型透镜的接合透镜时，能够使阿贝数差增大，取得良好的像差校正。但是，由于在树脂透镜和玻璃透镜中线膨胀率之差较大，因此接合面的粘结可能在温度变化时剥离。因此，不适于应用于对温度环境要求严格的监视摄像机和车载摄像机。基于这样的理由，如本实施方式那样，期望将树脂透镜彼此接合。
例如，将正树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为app(单位：1/℃)，将负树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为anp(单位：1/℃)时，接合透镜L3满足下式(2)
|app－anp|＜0.00004…(2)。
如果是树脂透镜，由温度变化引起的透镜的线膨胀以及由折射率变化引起的焦点位置变化和像差变化成为问题。在可进行AF(AutoFocus：自动聚焦)时，能够在实际使用时消除焦点位置偏差，但是期望在设计阶段抑制由像散的变化引起的画面周边的焦点位置偏差。另外，对于接合透镜L3，正树脂透镜具有使周边像面向欠方向(underside：アンダー方向)变化的作用，负树脂透镜具有使周边像面向过方向(over saide：オーバー方向)变化的作用。例如，由于当温度上升时透镜膨胀，因此镜面的曲率变缓和，并且密度降低。因镜面的曲率变缓和以及树脂透镜的密度降低致使折射率下降，因此，对于正负一对树脂透镜的任一者，作为透镜的作用都实质上变弱。当正负一对的树脂透镜的线膨胀率相等时，原折射率高的透镜具有因温度变化引起的折射率的变化量变大的倾向。在本实施方式中，高分散高折射率的负树脂透镜材料其折射率的温度变化系数更高。因此，当温度上升时，接合面的作用减弱，由此后焦点缩短，场曲向欠方向变化。
为了避免上述的问题，考虑因在接合透镜L3的前后面上的折射引起的像差，以及与负透镜L1和正透镜L2上的折射率变化取消来设计接合透镜L3。若正负一对树脂透镜彼此温度变化系数之差大，则不得不使正负一对的树脂透镜的折射力平衡失调，而得到场曲的变化和后焦点的变化之间的平衡。接合透镜L3的负透镜的折射率的温度变化系数的负值越大，接合透镜L3的正透镜的折射力越大，但是，该情况下，难以确保接合透镜L3的正透镜的端面，难以制造其形状。另一方面，接合透镜L3的正透镜的折射率的温度变化系数的负值越大，接合透镜L3的负透镜的折射力越大。但是，该情况下，由于接合透镜L3整体的正的折射力减小，轴外主光线向像面的入射角度变大，产生光利用效率降低或者后焦点缩短这样的弊端。因此，为了满足条件式(2)，期望组合温度变化系数之差小的树脂透镜。
例如，将正透镜L2的折射率的温度变化系数定义为apg(单位：1/℃)时，正透镜L2满足下式(3)
|apg|＜0.00001…(3)。
通过满足条件式(3)，正透镜L2对温度变化时广角镜头10的性能变化所起的作用被抑制在例如性能变化整体的1/10左右。
例如，将距离无限远物体的近轴入射光线高设为1来定义向各面入射的近轴入射光线高，将正透镜L2的折射力定义为φ(单位：1/mm)，将向正透镜L2的物体侧面入射的近轴入射光线高定义为H时，正透镜L2满足下式(4)
0.63＜φ×H＜1.60…(4)。
另外，当负透镜L1(以及L1’)是树脂透镜时，正透镜L2可以还满足下式(5)
0.63＜φ×H＜1.30…(5)。
另外，当负透镜L1(以及L1’)是玻璃透镜时，正透镜L2可以还满足下式(6)
0.80＜φ×H＜1.60…(6)。
条件式(4)～(6)规定在负透镜L1(以及L1’)的作用下入射光线高正在升高的正透镜L2大致负担整体的折射力。当负透镜L1(以及L1’)是树脂透镜时，为了满足条件式(5)，期望正透镜L2具有接近于1的折射力。当负透镜L1(以及L1’)是玻璃透镜时，由于正透镜L2的折射力越大因温度变化引起的影响越受到抑制，因此期望满足条件式(6)。
若低于条件式(4)～(6)的各下限，则为了补偿正透镜L2的折射力不足，需要提高构成接合透镜L3的正树脂透镜的折射力。因此，构成接合透镜L3的负树脂透镜要形成为与空气接触的面为凸的凹凸透镜，但是除了必须利用分散大的凸透镜校正色像差，还要减小接合面的曲率半径。其结果，构成接合透镜L3的正负一对的树脂透镜都难以注射成型。基于这样的理由，不期望低于条件式(4)～(6)的各下限。
当高于条件式(4)～(6)的各上限时，由于温度上升，向后焦点缩短的方向变化，并且法兰焦距长伸长，因此必须使得用于调焦的空间具有余裕。另外，如果是不能进行AF动作的结构，则由于后焦点的偏移和场曲的变化向相同方向发生，因此画面周边部合焦状况难以接受。基于这样的理由，不期望高于条件式(4)～(6)的各上限。
另外，在本实施方式中，接合透镜L3的接合面在有效光束径内垂度量X(h)满足下式(7)
|X(h)|＜|(h2/r)/(1+SQRT(1－(1－0.8)×(h/r)2))|…(7)。在式(7)中，r表示接合透镜L3的接合面的近轴曲率半径。
条件式(7)规定接合透镜L3的接合面在有效光束径内与κ＝－0.8的旋转椭圆面(近轴曲率半径与接合面的近轴曲率半径相同的面)相比，垂度量小。
为了抑制倍率色像差的发生，对负透镜L1(以及L1’)使用低分散材料。因此，不能由负透镜L1(以及L1’)和正透镜L2校正轴上色像差。要利用接合透镜L3校正轴上色像差，需要具有强的色校正面。当将强的色校正面直接设为轴上色像差校正所需的曲率半径的球面时，有效半径不会大于曲率半径，因此不能使透镜变得明亮。在本实施方式中，接合面为球面时在周边部上球面像差的色像差将过度校正，因此使接合面形成为非球面，以使垂度量X(h)与近轴曲率半径相同的近轴球面相比，从光轴AX向周边减小。为了满足条件式(7)，对于非球面的状况，通过使垂度量在有效光束径内比κ＝－0.8的旋转椭圆面减少，由此能够校正轴上色像差，并避免开口变小的问题。通过满足条件式(7)，广角镜头10能够比例如F2.8更明亮。
接合透镜L3的接合面例如当将有效光束半径定义为hMAX(单位：mm)，将有效光束半径hMAX时非球面的倾斜度定义为dX(hMAX)/dh时，满足下式(8)
0.5＜|dX(hMAX)/dh|＜1.30…(8)
当低于条件式(8)的下限时，接合透镜L3的接合面的倾斜度减小，由偏心引起的光学性能劣化减少，因此实质上失去将正负一对树脂透镜接合的技术意义。当高于条件式(8)的上限时，接合面的倾斜度过大，因此容易使透镜周边部形状测量精度和成型精度不足，而且，在凹透镜中产生熔合线诸如此类，制造困难。因此，期望满足条件式(8)。
例如，将垂度量X(h)的2阶微分值定义为d2X(h)/dh2时，接合透镜L3的接合面满足下式(9)
d2X(h)/dh2≠0…(9)
(其中，其中，0＜h＜hMAX)。
例如，考虑使球面彼此接合的情况。该情况下，相互的透镜面(凹面和凸面)无论以怎样的倾斜度接触，位置上也会不呈现稳定状况，因而会借助薄的接合层滑动。因此，作业人员能够通过透过光和反射光观察非接合面的状态的同时，调节接合面的接合状态。相对于此，当使非球面彼此接合时，相互的透镜面(凹面和凸面)如果具有2阶微分值为零的局部区域，则在3点接触的位置上变得稳定，滑动性有可能变差。换言之，相互的透镜面(凹面和凸面)通过回避2阶微分值为零的区域的设计(即，设计为非球面的倾斜度总是变化)，由此，除了例如在正确的位置以外，无论以怎样的倾斜度接触，位置上也不会呈现稳定而容易滑动。由此，容易避免非球面彼此在错误的位置上被接合的问题。基于这样的理由，期望满足条件式(9)。
广角镜头10例如是负透镜组为一个L1的结构且光圈S被配置在比正透镜L2靠成像侧的位置上的结构时，如果将负透镜L1的阿贝数定义为νn，将正透镜L2的阿贝数定义为νp，则满足下式(10)
0≤νn－νp＜18…(10)。
为了抑制倍率色像差的发生，期望对负透镜L1使用低分散的材料，对正透镜L2使用略高分散的材料，以满足条件式(10)。另一方面，若为了校正轴上色像差而对正透镜L2使用低分散的材料(低于条件式(8)的下限时)，由于用正透镜L2消除负透镜L1上发生倍率色像差的效果不足，因此需要扩大光圈S与接合透镜L3之间的间隔以取消倍率色像差。该情况下，透镜的全长变长并且外径尺寸增大，而且，后焦点长缩短。另外，若对正透镜L2使用高分散的材料(高于条件式(8)的上限时)，由于接合透镜L3的接合面的弯曲半径过小，因而难以注射成型。
广角镜头10例如在负透镜L1(以及L1’)由树脂透镜构成时，如果将广角镜头10的焦点距离(全系的焦点距离)定义为f(单位：mm)，将接合透镜L3的物体侧面的曲率半径定义为r’(单位：mm)，则满足下式(11)
0.50＜f/r’＜1.33…(11)。
条件式(11)是以不具有AF功能的情况为前提所规定的条件式。为了取消温度变化时由负透镜L1(以及L1’)引起的后焦点变化，期望接合透镜L3的物体侧面为凸面，以满足条件式(11)。若低于条件式(11)的下限，温度上升时后焦点过短，因此必须具备AF功能。若将接合透镜L3的物体侧面设为强凸面，而高于条件式(11)的上限，则除了要适当针对伴随着温度变化的后焦点变化进行设定，还要将接合透镜L3的成像侧的面设计成凹面。但是，在这样做时在折射力平衡上出射光瞳过于靠近成像侧，因此难以满足图像传感器的光瞳条件，导致光量损失增加。
广角镜头10例如在负透镜L1(以及L1’)由玻璃透镜构成时，满足下式(12)
－0.28＜f/r’＜0.63…(12)。
为了避免伴随着温度变化的后焦点的过度变化，期望将接合透镜L3的物体侧面由缓和的凸面形状设计成缓和的凹面形状，以满足条件式(12)。
接下来，对至此说明的广角镜头10的具体的数值实施例用19个例子进行说明。此外，在各实施例中，作为图像传感器的盖板玻璃，假定折射率1.51680、阿贝数(d线)64.20、厚度0.250(单位：mm)的盖板玻璃。
【实施例1】
如上所述，本发明的实施例1的广角镜头10的结构如图1所示。在本实施例1中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。
本实施例1的广角镜头10的具体的数值(面数据、非球面数据、各种数据)在表1中示出。表1(面数据和非球面数据)所示的编号NO与图1中的面符号rn(n是自然数)以及光圈符号sn相对应。对表1(面数据)的编号NO附加的“*”表示与该编号NO相对应的面是非球面。在表1(面数据)中，R(单位：mm)表示光学部件的各面的曲率半径，D(单位：mm)表示光轴AX上的光学部件厚或光学部件间隔，N(D)表示d线(波长588nm)的折射率，ν(D)表示d线的阿贝数，α(单位：1/K)表示线膨胀率，dN/dT(单位：1/℃)表示折射率的温度变化系数，hMAX(单位：mm)表示有效光束半径。表1
(面数据和非球面数据)中的标记E表示以10为底数，以E右侧的数字为指数的乘方。
【表1】
实施例1
图2(a)～(e)是本实施例1的广角镜头10的各种像差图。具体而言，图2(a)表示d线(588nm)、g线(436nm)、C线(656nm)、F线(486nm)、e线(546nm)上的球面像差以及轴上色像差。图2(b)表示d线、g线、C线、F线、e线上的倍率色像差。图2(c)表示非点像差(S：弧矢分量、M：子午线分量)。图2(d)表示畸变像差。图2(a)～(c)的各图的纵轴表示像高，横轴表示像差量。图2(d)的纵轴表示像高，横轴表示畸变率。图2(e)是本实施例1的广角镜头10的各像高中的d线的横像差图。图2(e)的各图的纵轴表示横像差量，横轴表示入射瞳坐标。图2(e)的各图中，横轴的左侧表示下光线，右侧表示上光线。此外，针对本实施例1的表和各图的说明在以后的各实施例中提及的表和各图中也适用。
【实施例2】
图3是表示本发明的实施例2的广角镜头10的结构的配置图。在本实施例2中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图4(a)～(e)是本实施例2的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表2表示本实施例2的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表2】
实施例2
【实施例3】
图5是表示本发明的实施例3的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例3中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图6(a)～(e)是本实施例3的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表3表示本实施例3的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表3】
实施例3
【实施例4】
图7是表示本发明的实施例4的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例4中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图8(a)～(e)是本实施例4的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表4表示本实施例4的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表4】
实施例4
【实施例5】
图9是表示本发明的实施例5的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例5中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图10(a)～(e)是本实施例5的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表5表示本实施例5的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表5】
实施例5
【实施例6】
图11是表示本发明的实施例6的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例6中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图12(a)～(e)是本实施例6的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表6表示本实施例6的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表6】
实施例6
【实施例7】
图13是表示本发明的实施例7的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例7中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图14(a)～(e)是本实施例7的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表7表示本实施例7的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表7】
实施例7
【实施例8】
图15是表示本发明的实施例8的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例8中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图16(a)～(e)是本实施例8的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表8表示本实施例8的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表8】
实施例8
【实施例9】
图17是表示本发明的实施例9的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例9中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图18(a)～(e)是本实施例9的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表9表示本实施例9的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表9】
实施例9
【实施例10】
图19是表示本发明的实施例10的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例10中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图20(a)～(e)是本实施例10的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表10表示本实施例10的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表10】
实施例10
【实施例11】
图21是表示本发明的实施例11的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例11中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图22(a)～(e)是本实施例11的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表11表示本实施例11的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表11】
实施例11
【实施例12】
图23是表示本发明的实施例12的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例12中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图24(a)～(e)是本实施例12的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表12表示本实施例12的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表12】
实施例12
【实施例13】
图25是表示本发明的实施例13的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例13中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图26(a)～(e)是本实施例13的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表13表示本实施例13的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表13】
实施例13
【实施例14】
图27是表示本发明的实施例14的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例14中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图28(a)～(e)是本实施例14的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表14表示本实施例14的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表14】
实施例14
【实施例15】
图29是表示本发明的实施例15的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例15中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图30(a)～(e)是本实施例15的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表15表示本实施例15的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表15】
实施例15
【实施例16】
图31是表示本发明的实施例16的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例16中，负透镜组由树脂制的负透镜L1构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图32(a)～(e)是本实施例16的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表16表示本实施例16的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表16】
实施例16
【实施例17】
图33是表示本发明的实施例17的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例17中，负透镜组由树脂制的负透镜L1和L1’构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图34(a)～(e)是本实施例17的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表17表示本实施例17的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表17】
实施例17
【实施例18】
图35是表示本发明的实施例18的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例18中，负透镜组由玻璃制的负透镜L1和树脂制的负透镜L1’构成。接合透镜L3为从物体侧排列正透镜、负透镜的结构。图36(a)～(e)是本实施例18的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表18表示本实施例18的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表18】
实施例18
【实施例19】
图37是表示本发明的实施例19的广角镜头10的结构的镜头配置图。在本实施例19中，负透镜组由树脂制的负透镜L1和L1’构成。接合透镜L3为从物体侧排列负透镜、正透镜的结构。图38(a)～(e)是本实施例19的广角镜头10的各种像差(球面像差、轴上色像差、倍率色像差、非点像差、畸变像差、横像差)图。表19表示本实施例19的广角镜头10的具体的数值构成(面数据、非球面数据、各种数据)。
【表19】
实施例19
(各实施例的数值验证)
表20是在本实施例1～19中分别应用条件式(1)～(12)时计算的值的一览表。在表20中，对于条件式(7)的右边和左边以及条件式(9)，为了方便，设为高度hMAX(＝有效光束半径)时的数值。此外，在距离光轴AX的各高度h中，条件式(7)以及(9)得到满足是通过各实施例1～19的表的非球面数据求出的(其中，仅实施例11在某一高度h不满足条件式(9))。
【表20】
(数值验证表)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
式(1) 29.07 29.13 29.13 29.13 29.13 29.13 29.13 29.13 29.07 29.07
式(2) 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.000003 0.00003
式(3) 4.0E-06 5.9E-06 5.9E-06 5.9E-06 5.9E-06 4.7E-06 4.2E-06 8.1E-06 7.2E-06 7.2E-06
式(4)(5)(6) 1.546255 1.160769 1.22333 1.026959 1.096935 0.654636 1.268484 0.897876 1.297026 1.227761
式(7)左边 0.81862 0.299041 0.877978 1.829192 1.955268 1.487092 1.208003 1.168124 1.046389 1.760135
式(7)右边 0.954337 0.406138 1.100355 2.330874 2.862503 1.604076 1.214331 1.244003 1.491014 2.316168
式(8) 0.645673 -0.23308 -0.70742 -1.14661 -1.15866 1.233846 1.212454 1.293785 0.69465 1.111356
式(9) 0.56 0.19 0.37 0.59 0.58 0.79 0.51 0.55 0.67 0.87
式(10) 16.89 - - - - 3.14 2.3 14.98 14.27 7
式(11)(12) -0.25022 1.32626 0.801887 0.6218 0.567234 0.485876 0.23863 0.341339 -0.08326 0.452987
实施例 11 12 13 14 15 16 17 18 19
式(1) 29.07 29.07 29.07 29.07 29.13 33.83 33.26 33.83 33.83
式(2) 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00003 0.00002 0.00002 0.00002 0.00002
式(3) 3.9E.-06 7.2E-06 4.2E-06 4.2E-06 4.7E-06 4.5E-06 4.5E-06 6.9E-06 7.2E-06
式(4)(5)(6) 0.840594 1.021608 0.928138 1.085604 0.94497 1.029665 1.084815 1.197709 1.095329
式(7)左边 1.79679 1.693567 1.530885 1.431401 1.344523 1.367698 1.367141 0.95267 1.382879
式(7)右边 2.366147 2.349641 1.671473 1.548964 1.390569 1.614866 1.720809 1.209716 1.636808
式(8) -0.8138 0.993929 1.081997 0.984622 1.125381 -1.0343 -1.09786 0.689393 1.074844
式(9) 0.94 0.86 0.60 0.70 0.56 0.72 0.46 0.61 0.64
式(10) 7.93 10.02 1.49 14.58 10.51 - - - -
式(11)(12) 0.585907 0.350944 0.191096 0.300722 0.171847 0.480305 0.370597 0.058206 0.221217
从各实施例的表和表20可知，本实施例1的广角镜头10满足条件式(1)～(4)、(6)～(10)以及(12)。本实施例2的广角镜头10满足条件式(1)～(5)、(7)、(9)以及(11)。本实施例3～5的广角镜头10满足条件式(1)～(5)、(7)～(9)以及(11)。本实施例6～8的广角镜头10满足条件式(1)～(5)以及(7)～(10)。本实施例9、10的广角镜头10满足条件式(1)～(4)以及(6)～(10)、(12)。本实施例11的广角镜头10满足条件式(1)～(4)、(6)～(8)、(10)以及(12)。本实施例12～15的广角镜头10满足条件式(1)～(4)以及(6)～(10)、(12)。本实施例16、17、19的广角镜头10满足条件式(1)～(5)、(7)～(9)。本实施例18的广角镜头10满足条件式(1)～(4)、(6)～(9)。在各实施例1～19中，达到了满足各条件式所带来的效果。
以上是本发明的示例性实施方式的说明。本发明的实施方式不限于上面说明的内容，在本发明的技术思想的范围内能够进行各种变形。例如，将说明书中示例性表示的实施例等或明显的实施例等适当组合得到的内容也包含在本申请的实施方式中。

Claims (14)

1.一种广角镜头，其是半视场角超过30°的广角镜头，其特征在于，
从物体侧依次具有：
具有一个或两个负透镜的负透镜组；
正玻璃透镜；以及
由正树脂透镜和负树脂透镜接合而成的正接合透镜，
所述接合透镜的接合面是，与由所述接合面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比，垂度量从光轴到周边单调减小的非球面。
2.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
所述接合透镜的成像侧的面是，与由所述成像侧的面的近轴曲率半径定义的近轴球面相比，垂度量从光轴到周边单调向正方向变化的非球面。
3.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
将所述正树脂透镜的阿贝数定义为νpp，将所述负树脂透镜的阿贝数定义为νnp时，满足下式，
νpp－νnp＞28。
4.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
将所述正树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为app，单位为1/℃，将所述负树脂透镜的折射率的温度变化系数定义为anp，单位为1/℃时，满足下式
|app－anp|＜0.00004。
5.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
将所述正玻璃透镜的折射率的温度变化系数定义为apg，单位为1/℃时，满足下式
|apg|＜0.00001。
6.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
以距离无限远物体的近轴入射光线高为1而定义各面上的近轴入射光线高，将所述正玻璃透镜的折射力定义为φ，单位为1/mm，将该正玻璃透镜的物体侧面上的近轴入射光线高定义为H时，满足下式
0.63＜φ×H＜1.60。
7.根据权利要求6所述的广角镜头，其特征在于，
当所述负透镜组由树脂透镜构成时，满足下式
0.63＜φ×H＜1.30。
8.根据权利要求6所述的广角镜头，其特征在于，
当所述负透镜组由玻璃透镜构成时，满足下式
0.80＜φ×H＜1.60。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的广角镜头，其特征在于，
将距离光轴的高度定义为h，单位为mm，将非球面的光轴上的曲率半径定义为r，单位为mm，将表示该非球面上的坐标点与该非球面的在光轴上的切面之间的距离的垂度量定义为X(h)时，所述接合面在有效光束径内满足下式，
|X(h)|＜|(h2/r)/(1+SQRT(1－(1－0.8×(h/r)2))|。
10.根据权利要求9所述的广角镜头，其特征在于，
将有效光束半径定义为hMAX，单位为mm，将该有效光束半径hMAX处非球面的倾斜度定义为dX(hMAX)/dh时，所述接合面满足下式
0.5＜|dX(hMAX)/dh|＜1.30。
11.根据权利要求10所述的广角镜头，其特征在于，
将所述垂度量X(h)的2阶微分值定义为d2X(h)/dh2时，所述接合面满足下式
d2X(h)/dh2≠0，
其中，0＜h＜hMAX。
12.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
所述负透镜组为一个负透镜，且光圈配置在比所述正玻璃透镜靠成像侧的位置，将该负透镜组中的负透镜的阿贝数定义为νn，将所述正玻璃透镜的阿贝数定义为νp时，满足下式
0≤νn－νp＜18。
13.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
当所述负透镜组由树脂透镜构成时，将所述广角镜头的焦点距离定义为f，单位为mm，将所述接合透镜的物体侧面的曲率半径定义为r’，单位为mm时，满足下式
0.50＜f/r’＜1.33。
14.根据权利要求1所述的广角镜头，其特征在于，
当所述负透镜组由玻璃透镜构成时，将所述广角镜头的焦点距离定义为f，单位为mm，将所述接合透镜的物体侧面的曲率半径定义为r’，单位为mm时，满足下式
－0.28＜f/r’＜0.63。
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