JP2001337268A - 広角レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小型・軽量で廉価に製造可能な射出瞳の長い
広角レンズを提案すること。 【解決手段】 物体側より順に配置された第１レンズ、
第２レンズおよび第３レンズと、第２および第３レンズ
の間に配置した絞りとを有し、第１レンズは凹非球面レ
ンズであり、第２および第３レンズは凸非球面レンズで
ある。また、第１ないし第３レンズの各焦点距離をｆ
１、ｆ２、ｆ３、アッベ数をνｄ１、νｄ２、νｄ３と
し、第２および第３レンズの合成焦点距離をｆ２３とす
ると、以下の条件式（１）ないし（３）を満足してい
る。

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やＣＭＯＳ
等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、携
帯電話搭載カメラ等に用いられる小型で軽量な後側焦点
距離の長い広角レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車等の後方確認や、携帯電話
等に用いられる小型で高性能な画像取り込み角度が水平
方向で１００度を超すような超広角レンズが求められて
いる。ここで、これらの広角レンズを用いる小型カメラ
の受光素子にはほとんどＣＣＤやＣＭＯＳが用いられて
おり、これらの受光素子の特徴として、各画素に取り込
める光線角度に制約がある。この性能を無視するような
光学系が組み込まれたカメラでは周辺光量が急激に減少
し、いわゆる周辺部の暗いカメラとなってしまう。

【０００３】このような現象を補正するために、一般に
は電気的な補正回路（シェーディング補正回路）を組み
込む方式が採用されている。しかし、この方式では回路
基板が大型化し、小型・コンパクト化の要望に合致しな
いことがある。電気的な補正以外としては、受光素子と
一対をなすマイクロレンズを配置し、素子面への受光角
を拡大する方式も提案されている。しかし、この方式で
は大幅なコスト高になり、実用性に乏しい。

【０００４】このために、従来においては、レンズ系に
おいて対応することが多く、いわゆる射出瞳の長い広角
レンズが用いられることが一般化しており、多数枚の球
面ガラスレンズを用いて、広角でありながら高性能で射
出瞳の長いレンズを実現している。また、小型・軽量化
を目的とした２枚の非球面レンズからなる小型レンズも
提案されている。この小型レンズは、一般に、物体側よ
り順に配列された凹非球面レンズおよび凸非球面レンズ
から構成されている。さらには、当該凹非球面レンズお
よび凸非球面レンズの間に色補正のための接合レンズを
介在させた３枚のレンズから構成したものも提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多数枚
の球面ガラスレンズを用いて、広角でありながら高性能
で射出瞳の長いレンズを実現するレンズ光学系は、レン
ズコストが極めて高くなり、またレンズが大型化してし
まい、実用的でない。

【０００６】また、小型・軽量化を目的とした２枚の非
球面レンズからなる小型レンズでは、長い射出瞳を得る
ことができないばかりか、倍率の色収差を押さえること
が難しく、このために、用途に限界がある。

【０００７】さらに、色補正のための接合レンズを含む
３枚のレンズから構成されたものにおいては、長い射出
瞳を得ることができないという欠点がある。

【０００８】このように、従来の広角レンズとしては、
多数枚の球面レンズを用いて構成される高コストタイプ
のものと、２枚の非球面レンズからなる低コストタイプ
のもの、および色補正のための接合レンズを含む３枚の
レンズからなるタイプのもの等が提案されている。しか
し、いずれのタイプの広角レンズも、小型・軽量であ
り、低コストであり、倍率の色収差を抑えることがで
き、長い射出瞳を得ることができるという要求を同時に
満たすことが極めて困難である。

【０００９】そこで、本発明の課題は、小型・軽量で、
低コストであり、倍率の色収差補正が可能であり、しか
も射出瞳の長い超広角レンズを提案することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の超広角レンズは、物体側より順に配置さ
れた第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを有し、
前記第１レンズは凹非球面レンズとされ、前記第２およ
び第３レンズは凸非球面レンズとされている。また、物
体側に近い第２レンズのアッベ数を、結像側に配置され
ている第３レンズのアッベ数よりも小さくしてある。こ
れにより、本来補正が難しい倍率の色収差の補正を行な
い得るようにすると同時に、射出瞳の長い超広角レンズ
を実現可能としている。

【００１１】すなわち、本発明の超広角レンズでは、前
記第１ないし第３レンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ
３、アッベ数をνｄ１、νｄ２、νｄ３とし、前記第２
および第３レンズの合成焦点距離をｆ２３とすると、以
下の（１）ないし（３）の条件式を満足することを特徴
としている。

【００１２】

【数６】

【００１３】

【数７】

【００１４】

【数８】

【００１５】ここで条件式（１）は倍率の色収差および
射出瞳を制限するものである。上限値３．０を超えると
倍率の色収差のうち、短波長の倍率が一方向へ増加し、
画面周辺部での青色の色ずれが発生すると共に、軸外の
サジタル像が＋方向に増大し、画面の周辺部で非点収差
が発生する。また、下限値０．５を下回ると、射出瞳の
距離が短くなり、軸外光のＣＣＤ素子への入射角が増大
し、この結果、周辺光量の現象を招くことになると共
に、後側焦点距離が短くなり、本来の目的を達成できな
い。また、軸外の短波長像面が一方向に増大し、結像性
能を阻害し、高性能な画像を得ることができない。

【００１６】条件式（２）は色収差の補正に関するもの
である。この条件を満たさない範囲では、倍率の色収差
のうち、短波長の軸外色収差が増大し、その結果、周辺
部に青色の色ずれが発生し、本来の性能を満たすことが
できない。特に、軸上の色収差および軸外の色収差は短
波長に関して相反方向にあるので、設計上十分な注意が
必要である。

【００１７】条件式（３）は後側焦点距離の制約と光学
特性を制限するものである。上限値３．０を超えると、
後側焦点距離が小さくなり、また、長い後側焦点距離を
持った短焦点レンズを作ることができないと共に、像面
の湾曲が増大するばかりでなく、当初の目的である画像
取り込み角度の大幅な減少を招くことになる。次に、下
限値０．５を下回ると、後側焦点距離は長くできるが、
光学系全体の小型化を達成することができない。また、
軸外の非点収差が増大し、結像性能を劣化させることに
なると共に、各レンズの曲率半径が極端に小さくなり、
加工上の制約もあって安定的な性能を保つことができな
い。

【００１８】ここで、レンズ系全体の大きさに関する問
題として次に示すような条件を満たすことが重要であ
る。即ち、全レンズ系の水平画角が１００度以上の超広
角レンズの場合には、当該全レンズ系の焦点距離をｆ
０、第１レンズの物体側第１面の曲率半径をＲ１とする
と、条件式（４）を満たすことが望ましい。Ｒ１／ｆ０
が正の範囲で１５より小さくなると、コマ収差の補正が
困難になるばかりでなく、Ｒ２が小さくなりすぎて加工
性の悪いレンズとなる。また、Ｒ１／ｆ０が負の範囲で
−１５より大きくなると、ディストーションが増大し、
非点収差およびコマ収差の補正が困難になり、安定した
性能を得ることができない。

【００１９】

【数９】

【００２０】これに対して、全レンズ系の水平画角が１
００度未満の広角レンズの場合には、同様な理由から、
条件式（４）の代わりに、条件式（５）を満たすことが
望ましい。

【００２１】

【数１０】

【００２２】上記のように構成した本発明の広角レンズ
によれば、ＣＣＤ等への入射角度を小さく抑えることが
できると共に、プラスチックレンズやガラスモールドレ
ンズ等の非球面レンズを使用して小型・軽量で廉価な広
角レンズを提供できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した広角レンズの実施例を説明する。

【００２４】各実施例の説明に先立って、図１を参照し
て、本発明による広角レンズの典型的な構成を説明す
る。この図に示す広角レンズは後述の実施例３における
ものであり、当該広角レンズ１は、物体側から順に配列
した第１レンズである凹非球面レンズ１と、第２レンズ
である凸非球面レンズ２と、第３レンズである凸非球面
レンズ４とを有し、凸非球面レンズ２、４の間には絞り
３が配置されている。また、非球面レンズ４と結像面７
（受光素子の受光面）との間には、ローパスフィルタ５
およびカバーガラス６が配列されている。これらローパ
スフィルタ５およびカバーガラス６は省略することも可
能である。

【００２５】ここで、各光学素子１ないし６において、
それらの表面の曲率半径を物体側からＲ１ないしＲｎ、
面間距離をｄ１ないしｄｎとし、屈折率をＮｄ１ないし
Ｎｄｎとし、アッベ数をνｄ１ないしνｄｎとする。ま
た、非球面形状は光軸方向の軸をＸ、光軸と垂直方向の
高さをＨ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
とするとき、次の式（６）により表わされる。

【００２６】

【数１１】

【００２７】

【実施例１】実施例１に係るレンズ系のデータを表１に
示し、図２にはその収差図を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【実施例２】実施例２に係るレンズ系のデータを表２に
示し、図３にはその収差図を示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【実施例３】実施例３に係るレンズ系のデータを表３に
示し、図４にはその収差図を示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【実施例４】実施例４に係るレンズ系のデータを表４に
示し、図５にはその収差図を示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【実施例５】実施例５に係るレンズ系のデータを表５に
示し、図６にはその収差図を示す。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【実施例６】実施例６に係るレンズ系のデータを表６に
表わし、図７にはその収差図を示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】

【実施例７】実施例７に係るレンズ系のデータを表７に
表わし、図８にはその収差図を示す。

【００４０】

【表７】

【００４１】

【実施例８】上記の実施例１ないし７は、レンズ系の水
平方向取込画角が１００度以上の場合である。これに対
して、以下に述べる実施例８、９、１０は、水平取込画
角が１００度未満の例であり、実施例８では９０度であ
り、実施例９では９０度であり、実施例１０では８７．
４度である。

【００４２】実施例８に係るレンズ系のデータを表８に
表わし、図９にはその収差図を示す。

【００４３】

【表８】

【００４４】

【実施例９】実施例９に係るレンズ系のデータを表９に
表わし、図１０にはその収差図を示す。

【００４５】

【表９】

【００４６】

【実施例１０】実施例１０に係るレンズ系のデータを表
１０に表わし、図１１にはその収差図を示す。

【００４７】

【表１０】

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に従って構
成した広角レンズは、小型・軽量で、廉価に製造するこ
とができ、しかも、倍率の色収差が補正され、射出瞳も
十分に長いことが確認された。よって、本発明によれ
ば、小型・軽量で射出瞳の長い高性能な広角レンズを廉
価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した広角レンズの典型的な構成例
を示す図である。

【図２】本発明の実施例１に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例２に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例３に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例４に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例５に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例６に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例７に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例８に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図１０】本発明の実施例９に係るレンズ光学系の諸収
差を示すグラフである。

【図１１】本発明の実施例１０に係るレンズ光学系の諸
収差を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 第１レンズ（凹非球面レンズ） ２ 第２レンズ（凸非球面レンズ） ３ 絞り ４ 第３レンズ（凸非球面レンズ） ５ ローパスフィルタ ６ カバーガラス ７ 結像面（受光素子の受光面）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に配置された第１レンズ、
   第２レンズおよび第３レンズを有し、 前記第１レンズは凹非球面レンズであり、前記第２およ
   び第３レンズは凸非球面レンズであり、 前記第１ないし第３レンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２、
   ｆ３、アッベ数をνｄ１、νｄ２、νｄ３とし、前記第
   ２および第３レンズの合成焦点距離をｆ２３とすると、
   以下の（１）ないし（３）の条件式を満足することを特
   徴とする広角レンズ。 【数１】 【数２】 【数３】
2. 【請求項２】 請求項１において、 全レンズ系の水平画角が１００度以上であり、 当該全レンズ系の焦点距離をｆ０、第１レンズの物体側
   第１面の曲率半径をＲ１とすると、次の条件式（４）を
   満足することを特徴とする広角レンズ。 【数４】
3. 【請求項３】 請求項１において、 全レンズ系の水平画角が１００度未満であり、 当該全レンズ系の焦点距離をｆ０、第１レンズの物体側
   第１面の曲率半径をＲ１とすると、次の条件式（５）を
   満足することを特徴とする広角レンズ。 【数５】