JP2003107344A

JP2003107344A - 広角レンズ

Info

Publication number: JP2003107344A
Application number: JP2001386082A
Authority: JP
Inventors: Akiko Honda; 亜紀子本田; Shinji Kirihata; 慎司桐畑; Takahiro Sugiyama; 孝浩杉山
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP4123771B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で安価である上に公差が緩くても可視光
及び近赤外光において良好な性能を発揮する。【解決手段】物体側から順に負のパワーを有する両凹
レンズである第１レンズ１１と、両凸レンズである第２
レンズ１２より構成され、１面以上のレンズ面が非球面
であり、第２レンズの物体側の曲率半径をｒ３、第２レ
ンズの像側の曲率半径をｒ４、第１レンズと第２レンズ
の面間距離をＤ２、全系の焦点距離をｆとする時、１＜
｜ｒ４｜／ｒ３＜３及びＤ２＜１．５ｆの条件を満足す
る。レンズ２枚で良い上にレンズ間の面間距離が小さ
く、小型である上に、第１レンズを両凹レンズとしてい
るために、像側の屈折パワーを物体側へ分配することに
なり、像側の曲率を弱くすることができて、組立公差に
強いものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は屋外や屋内に設置す
るドア監視用カメラ、防犯カメラ、監視用カメラあるい
はテレビ電話用カメラなどに用いる広角レンズ、殊に超
広角のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドア監視用カメラなどの監視カメラやテ
レビ電話用カメラなどに用いられる撮像レンズは、解像
力の他に撮像エリアが広い超広角タイプの広角レンズが
要求される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来このようなレンズ
はレンズ枚数が多く、小型化が困難である上に安価に製
作することができなかった。

【０００４】また、その用途上、周辺に照明光のない状
態で、例えばカメラ搭載の近赤外光によって照明して撮
影する場合があるが、可視光のみで設計されたものでは
近赤外光照明化での撮影ではぼけが生じる。

【０００５】また特許第２０１５３１７号などに２群２
枚レンズ構成のものが開示されているが、これらでは第
１レンズにメニスカスレンズを用いており、このために
小型化する場合、第１レンズの像側の曲率を非常にきつ
くする必要があって、軸ずれ公差に弱い、製造しにくい
などの問題がある。

【０００６】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、小型で安価である上に公差が緩くても可視光
及び近赤外光において良好な性能を発揮する広角レンズ
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するために、請求項１の発明は、物体側から順に負のパ
ワーを有する両凹レンズである第１レンズと、両凸レン
ズである第２レンズより構成され、１面以上のレンズ面
が非球面であり、第２レンズの物体側の曲率半径をｒ
３、第２レンズの像側の曲率半径をｒ４、第１レンズと
第２レンズの面間距離をＤ２、全系の焦点距離をｆとす
る時、次の条件１＜｜ｒ４｜／ｒ３＜３（ｉ）Ｄ２＜１．５ｆ（ｉｉ）を満足することに特徴を有している。

【０００８】第１レンズを両凹レンズとしているため
に、像側の屈折パワーを物体側へ分配することになり、
像側の曲率を弱くすることができるものであり、このた
めに組立公差、特に軸ずれに強いものとなるほか、製造
の面でも加工しやすいものである。ただし物体側を凹面
とすると、広画角光線の入射角が大きくなり入射パワー
の減少傾向があるが、緩い曲率、または平面とすること
や、非球面とすることで回避できる。

【０００９】条件式（ｉ）は面間距離Ｄ２を短くした場
合に第２レンズの屈折パワーを抑える条件式である。下
限を越えた場合について、面間距離Ｄ２が短くても充分
な補正をするためには、第２レンズの像側の曲率ｒ４を
非常に強くしなくてはならず、そして曲率を強くすると
軸ずれのような組立公差に弱くなってしまう。特に、絞
りを第２レンズの後ろに配する場合、レンズ有効径が小
さくなり、明るさを確保するために第２レンズを厚くせ
ざるを得なくなって、全長が大きくなることから、望ま
しくない。一方、上限を越えると第２レンズの物体側の
曲率が強くなり、組立公差、特に軸ずれに弱くなる。

【００１０】条件式（ｉｉ）は各収差を良好に保ちつ
つ、小型化を実現する。下限は０．５ｆ＜Ｄ２程度が良
好である。上限を越えると全長が長くなり、望ましくな
い。

【００１１】そして請求項２の発明は、上記請求項１に
加えて、第２レンズの焦点距離をｆ２とする時、０．７ｆ＜ｆ２＜１．５ｆ（ｉｉｉ）を満足することに特徴を有している。

【００１２】ここでの上記条件（ｉｉｉ）は、全系のパ
ワー配分を決めるもので、第１レンズと第２レンズの面
間距離Ｄ２を条件式（ｉｉ）の範囲に保つ条件である。
特に全系の焦点距離ｆが小さい場合は、各レンズのパワ
ー増大を抑えるために、ｆ＜ｆ２の範囲が良好である。
しかし全系の焦点距離ｆが比較的長い場合、小型化を可
能にし、かつ収差補正を適切に行うことができる範囲が
ｆ２≦ｆである。下限を越えると第２レンズの屈折パワ
ーが増大し、収差補正が困難になる。一方上限を越える
と面間距離Ｄ２を長くせざるを得ず、全長が長くなり望
ましくない。

【００１３】また、請求項３の発明は、物体側から順に
負のパワーを有する両凹レンズである第１レンズと、両
凸レンズである第２レンズより構成され、少なくとも第
１レンズの像側のレンズ面が非球面であり、全系の焦点
距離をｆ、第１レンズの焦点距離をｆ１、第２レンズの
焦点距離をｆ２、第１レンズの像側の面の曲率半径をｒ
２、第１レンズの像側の面における有効半径をｈ２、第
１レンズと第２レンズの面間距離をＤ２とする時、次の条件０．６Ｄ２／ｆ≦｜ｆ２／ｆ１｜≦２．３Ｄ２／ｆ（ｉｖ）０．６ｈ２≦ｒ２≦１．０ｈ２（ｖ）を満足することに特徴を有している。

【００１４】ここでの条件（ｉｖ）は、近赤外光を照射
した時の性能を良好にするためのものである。一般的に
可視光域だけの球面収差補正をしたレンズにおいては、
近赤外光についての球面収差が可視光の像点よりもプラ
ス側に大きくずれるが、可視光の像点とのバランスを取
るために、可視光の球面収差をやや補正過剰とすること
により、目的の性能を得ている。ここにおいて、凹レン
ズでは球面収差がオーバーとなり、凸レンズでは球面収
差がアンダーになることは周知のことであるが、本発明
では第１レンズと第２レンズとの間隔Ｄ２が大きくなれ
ばなるほど凹レンズで発生した球面収差のオーバー量が
強調される。

【００１５】そして、上記条件（ｉｖ）において、｜ｆ
２／ｆ１｜の値が０．６Ｄ２／ｆの値よりも小さい時に
は、球面収差のオーバー量が小さすぎて、可視光域での
球面収差は良好であるものの近赤外光での球面収差が大
きすぎて著しい性能の低下を招く。逆に｜ｆ２／ｆ１｜
の値が２．３Ｄ２／ｆの値よりも大きい時には、球面収
差が補正過剰になりすぎ、結果として性能が悪くなって
しまう。

【００１６】さらに条件（ｖ）は、条件（ｉｖ）と関連
して、球面収差を良好に補正するための条件であって、
上述のように球面収差をやや補正過剰とする時、球面収
差の中間部と周縁部とのバランスを考えると、球面収差
の周縁部が急激に補正過剰になってしまう。この点を良
好に保つために、第１レンズの像側の面（第２面）を非
球面形状として球面収差の高次の項を閉じ、周縁部の球
面収差が急激に補正過剰となることがないようにしてい
る。

【００１７】そして条件（ｖ）において、第２面の曲率
半径ｒ２が有効半径ｈ２よりも大きい時には、高次の項
の影響が小さすぎて周縁部での球面収差が補正過剰にな
りすぎるのを補正することが困難となる。また、有効半
径ｈ２の０．６倍より小さい時には、周縁部の球面収差
の補正には有利であるものの、第２面の曲率半径ｒ２が
小さくなりすぎてレンズ加工が困難となってしまう。

【００１８】さらに請求項４の発明は、上記請求項３に
加えて、１．０≦Ｄ２／ｆ≦１．５（ｖｉ）を満足することに特徴を有している。この条件は、上記
条件（ｉｖ）と関連して球面収差の補正を良好にすると
ともに所要のバックフォーカスを得るためのものであ
る。超広角レンズでは、焦点距離が小さく設定されるた
めに、レンズのバックフォーカスも小さくなってしまう
が、このバックフォーカスはある程度の大きさがない
と、レンズと結像面との間にフィルターなどを挿入でき
なくなってしまうほか、結像面の出射角度が大きくなっ
て周辺光量の低下も招いてしまう。

【００１９】そして条件（ｖｉ）において、Ｄ２／ｆの
値を下限１．０よりも小さくすると、所要のバックフォ
ーカスを得ることができなくなり、上限１．５より大き
くするとバックフォーカスを得るためには有利となるも
のレンズ系が大きくなりすぎて好ましくない。

【００２０】

【発明の実施の形態】ＣＣＤなどの撮像素子カメラ用の
具体的な実施例を図１に示す。図中１１は物体側の第１
レンズ、１２は像側の第２レンズ、１３は第２レンズ２
の像側に配置した絞りであり、１４はＣＣＤなどの撮像
素子のカバーガラス、１５はＣＣＤなどの撮像素子の撮
像面であり、この広角レンズは図からも明らかなよう
に、両凹レンズである第１レンズ１１と、正のパワーを
有する両凸レンズである第２レンズ１２より構成されて
いる。

【００２１】また図１の例の光学配置について表１に示
す。物体側から第ｉ番目の面の曲率半径をＲｉ（ｉ＝１
〜７）、面間隔をＤｉ（ｉ＝１〜７）としており（ただ
し第５面は絞りの位置）、また、ｊ＝１、２はそれぞれ
第１レンズ、第２レンズ、ｊ＝３はカバーガラス１４と
し、それぞれの材質のｄ線の屈折率をＮｊ（ｊ＝１〜
３）としている。また＃印を付した面は非球面であり、
その円錐係数Ｋ、及び非球面係数Ａを表２に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】上記非球面は、光軸との交点を原点として
光軸方向の座標をＸ、上記原点を通り光軸に直行する方
向の座標をＹとするとき、以下の公知の非球面式で表さ
れる。

【００２５】Ｘ＝[ＣＹ²／{1+(1-(Ｋ+1)(ＣＹ)²)^1/2}] + ＡＹ⁴ + … ただし、Ｃ＝１／Ｒｉこの広角レンズは｜ｒ４｜／ｒ３＝１．７５、Ｄ２＝
１．４ｆ、ｆ２＝１．３３ｆであり、前記条件式
（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）を全て満足している。

【００２６】そして上記広角レンズの光学特性における
可視光の球面収差、非点収差、歪曲収差を図２に、横収
差を図３に示す。図中ＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線で
の特性、ｍはメリジオナル面、ｓはサジッタル面での特
性を示す。

【００２７】図４に他例を示す。基本構成は前記のもの
と同じであり、両凹レンズである第１レンズ１１と、正
のパワーを有する両凸レンズである第２レンズ１２より
構成されている。このものにおける光学配置を表３に、
＃印を付した非球面の円錐係数Ｋ及び非球面係数Ａを表
４に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】この広角レンズも｜ｒ４｜／ｒ３＝１．
１、Ｄ２＝０．６３ｆ、ｆ２＝０．９５ｆであることか
ら、前記条件式（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）を全て満
足している。また、その光学特性における可視光の球面
収差、非点収差、歪曲収差を図５に、横収差を図６に示
す。図中ＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線での特性、ｍは
メリジオナル面、ｓはサジッタル面での特性を示す。

【００３１】なお、上記の２例で示したものは、近赤外
光照明波長を９４０ｎｍとした際の各収差も同焦点位置
でいずれも良く補正されており、近赤外光も併せて良好
な特性を示すものとなっていた。

【００３２】図５に別の例を示す。これも基本構成は前
記のものと同じで両凹レンズである第１レンズ１１と、
正のパワーを有する両凸レンズである第２レンズ１２よ
り構成された最大画角１３０°のもので、ここでは第１
レンズ１１の第１面及び第２面、第２レンズ１２の第１
面と第２面の４面を非球面としている。

【００３３】光学配置を表５に示す。物体側から第ｉ番
目の面の曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜７）、面間隔をＤｉ
（ｉ＝１〜７）、有効半径をｈｉ（ｉ＝１〜５）として
おり（ただし第５面は絞りの位置）、また、ｊ＝１，２
はそれぞれ第１レンズと第２レンズ、ｊ＝３はＣＣＤの
カバーガラス１４とし、それぞれの材質のｄ線の屈折率
をＮｊ（ｊ＝１〜３）としている。また＃を付した面は
非球面であり、その円錐係数Ｋ、及びｋ乗の非球面係数
ＡＲｋ（ｋ＝３、４、６、８、１０）を表６に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】上記非球面は、光軸との交点を原点として
光軸方向の座標をＸ、上記原点を通り光軸に直交する方
向の座標をＹとするとき、以下の公知の非球面式で表さ
れる。

【００３７】Ｘ＝[ＣＹ²／{1+(1-(Ｋ+1)(ＣＹ)²)^1/2}] +ΣＡＲＹ^k ただし、Ｃ＝１／Ｒｉこの広角レンズ（超広角レンズ）は、|ｆ２/ｆ１|＝
０．７８８(ｄ２/ｆ)、ｒ２＝０．９８４ｈｉ、（ｄ２/
ｆ）＝１．２５５であり、前記条件式（ｉｖ）、
（ｖ）、（ｖｉ）を全て満足している。

【００３８】そして上記広角レンズの光学特性における
可視光の球面収差、非点収差、歪曲収差を図８、横収差
を図９に、また波長を９４０ｎｍとした近赤外照明光で
の球面収差、非点収差、歪曲収差を図１０、横収差を図
１１に示す。図中ＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ線での特
性、ｍはメリジオナル面、ｓはサジッタル面での特性を
示す。

【００３９】図１２に他例を示す。基本構成は前記のも
のと同じであり、両凹レンズである第１レンズ１１と正
のパワーを有する両凸レンズである第２レンズ１２より
構成されており、最大画角は１３０°である。このもの
における光学配置を表７に、＃印を付した非球面の円錐
係数Ｋ及びｋ乗の非球面係数ＡＲｋ（ｋ＝３、４、６、
８）を表８に示す。

【００４０】

【表７】

【００４１】

【表８】

【００４２】この超広角レンズも、|ｆ２/ｆ１|＝０．
７２２(ｄ２/ｆ)、ｒ２＝０．７８９ｈｉ、（ｄ２/ｆ）
＝１．４５９であり、前記条件式（ｉｖ）、（ｖ）、
（ｖｉ）を全て満足している。また、その光学特性にお
ける可視光の球面収差、非点収差、歪曲収差を図１３、
横収差を図１４に、また波長を９４０ｎｍとした近赤外
照明光での球面収差、非点収差、歪曲収差を図１５、横
収差を図１６に示す。図中ＣはＣ線、ｄはｄ線、ＦはＦ
線での特性、ｍはメリジオナル面、ｓはサジッタル面で
の特性を示す。

【００４３】上記２例において球面収差を始めとする各
収差が可視光域はもちろん近赤外域においても良好に補
正されていることが分かる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明にかかる広角レンズ
は、２枚組という少ないレンズ枚数である上に第１レン
ズと第２レンズの面間距離が小さいために、安価で小型
なものであり、しかも各レンズの屈折パワーが抑えられ
ているために、加工が容易であるとともに組立公差に強
いものである。また、固定焦点で可視光だけでなく近赤
外光においても良好な結像を得ることができる。

【００４５】また、請求項３の発明においては、固定焦
点で可視光だけでなく、近赤外光においても非常に良好
な結像を得ることができ、照度不足の際の照明光を被写
体にまぶしさを感じさせることがない近赤外光とするこ
とができる。

【００４６】また請求項４の発明において、２枚組とい
う少ないレンズ枚数である上に第１レンズと第２レンズ
の面間隔が小さいために、安価で小型であるばかりか、
所要のバックフォーカスを確保できており、色補正のた
めのフィルタ挿入も可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の光路を同時に示し
た光学配置図である。

【図２】同上の球面収差、非点収差、歪曲収差図であ
る。

【図３】同上の横収差図である。

【図４】同上の他例における光路を同時に示した光学配
置図である。

【図５】同上の球面収差、非点収差、歪曲収差図であ
る。

【図６】同上の横収差図である。

【図７】本発明の実施形態の他例の光路を同時に示した
光学配置図である。

【図８】同上の可視光での球面収差、非点収差、歪曲収
差図である。

【図９】同上の可視光での横収差図である。

【図１０】同上の近赤外光での球面収差、非点収差、歪
曲収差図である。

【図１１】同上の近赤外光での横収差図である。

【図１２】同上の他例における光路を同時に示した光学
配置図である。

【図１３】同上の可視光での球面収差、非点収差、歪曲
収差図である。

【図１４】同上の可視光での横収差図である。

【図１５】同上の近赤外光での球面収差、非点収差、歪
曲収差図である。

【図１６】同上の近赤外光での横収差図である。

【符号の説明】

１１第１レンズ１２第２レンズ

フロントページの続き (72)発明者杉山孝浩埼玉県比企郡鳩山町鳩ケ丘１−４−13 Ｆターム(参考） 2H087 KA03 LA03 PA02 PA17 PB02 QA03 QA07 QA19 QA21 QA34 QA42 RA05 RA12 RA13 RA35 RA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に負のパワーを有する両凹
レンズである第１レンズと、両凸レンズである第２レン
ズより構成され、１面以上のレンズ面が非球面であり、
次の条件１＜｜ｒ４｜／ｒ３＜３Ｄ２＜１．５ｆただしｒ３：第２レンズの物体側の曲率半径ｒ４：第２レンズの像側の曲率半径Ｄ２：第１レンズと第２レンズの面間距離ｆ：全系の焦点距離を満足することを特徴とする広角レンズ。
【請求項２】次の条件０．７ｆ＜ｆ２＜１．５ｆただしｆ２：第２レンズの焦点距離を満足することを特徴とする請求項１に記載の広角レン
ズ。
【請求項３】物体側から順に負のパワーを有する両凹
レンズである第１レンズと、両凸レンズである第２レン
ズより構成され、少なくとも第１レンズの像側のレンズ
面が非球面であり、次の条件０．６Ｄ２／ｆ≦｜ｆ２／ｆ１｜／≦２．３Ｄ２／ｆ０．６ｈ２≦ｒ２≦１．０ｈ２ただしｆ：全系の焦点距離ｆ１：第１レンズの焦点距離ｆ２：第２レンズの焦点距離ｒ２：第１レンズの像側の面の曲率半径ｈ２：第１レンズの像側の面における有効半径Ｄ２：第１レンズと第２レンズの面間距離を満足することを特徴とする広角レンズ。
【請求項４】次の条件１．０≦Ｄ２／ｆ≦１．５を満足することを特徴とする請求項３に記載の広角レン
ズ。