JP2004145256A - Wide angle lens - Google Patents

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JP2004145256A JP2003101877A JP2003101877A JP2004145256A JP 2004145256 A JP2004145256 A JP 2004145256A JP 2003101877 A JP2003101877 A JP 2003101877A JP 2003101877 A JP2003101877 A JP 2003101877A JP 2004145256 A JP2004145256 A JP 2004145256A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost and compact wide angle lens which is constituted of 4 to 6 lenses and has a favorable optical performance and a wide angle of view as a photographing lens system for a solid-state image pickup device. <P>SOLUTION: In order from an object side, the wide angle lens consists of a negative front group (GrF), an aperture diaphragm, and a positive rear group (GrR). The front group (GrF) consists of a negative 1st lens (L1) of which the concave plane faces the image plane side, and a group of weak power lenses (GrW) in order from the object side. The rear group (GrR) consists of a positive 4th lens (L4) of which the convex plane faces the image plane side, and a combined lens (GrD) of a positive 5th lens (L5) and a negative 6th lens in order from the object side. In the above constitution, the conditional formulae: ¾f/fW¾ < 0.27, 0.53 < f/fR < 0.81 äf: a focal distance of the whole system, fW: a focal distance of the weak power lens group (GrW) of the front group (GrF), fR: a focal distance of the rear group (GrR)} is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は広角レンズに関するものであり、例えば、TV電話用カメラ,ドアホーン用カメラ,監視カメラ,車載カメラ等として用いられるデジタル入力機器(デジタルスチルカメラ,デジタルビデオカメラ等)に適した、広い画角で小型の固体撮像素子用広角レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
監視カメラ,車載カメラ等に利用される固体撮像素子用の広角レンズは、従来より数多く提案されてきている。例えば、特許文献1〜3には5〜6枚構成の広角レンズが提案されており、特許文献4,5には4枚構成の広角レンズが提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−265216号公報
【特許文献2】
特開平10−20188号公報
【特許文献3】
特開平10−111454号公報
【特許文献4】
特開平8−5908号公報
【特許文献5】
特開平9−222557号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1や特許文献2に記載されている広角レンズは、全長が焦点距離の4〜6倍程度とコンパクトではあるが、画角がそれぞれ58度,86度程度であるため、広い範囲を撮像したい場合には画角が充分でない。また、特許文献3に記載されている広角レンズは、画角が130度程度で広画角ではあるが、レンズ全長が焦点距離の10倍程度もあり非常に大きい。
【0005】
特許文献4や特許文献5に記載されている広角レンズには、プラスチックレンズや非球面が用いられている。プラスチックレンズを使用すると、温度変化によるバックフォーカス変動が大きくなるため、広い温度範囲で性能を維持することが困難になる。非球面の使用はコストアップを招くので、低コストが要求される機器には適していない。また、特許文献4や特許文献5に記載されている広角レンズは、画角が82度程度であるため、広い範囲を撮像したい場合には画角が充分でない。
【0006】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、レンズ4〜6枚構成で固体撮像素子用撮影レンズ系として良好な光学性能と広い画角を有する、低コストかつコンパクトな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】
上記目的を達成するために、第1の発明の広角レンズは、物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成る広角レンズであって、前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、以下の条件式(A1)及び(A2)を満足することを特徴とする。
|f/fW|<0.27 …(A1)
0.53<f/fR<0.81 …(A2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fW:前群のパワーの弱いレンズ群の焦点距離、
fR:後群の焦点距離、
である。
【0008】
第2の発明の広角レンズは、物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成る広角レンズであって、前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、以下の条件式(A1)及び(A3)を満足することを特徴とする。
|f/fW|<0.27 …(A1)
2<dR/f<4.5  …(A3)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fW:前群のパワーの弱いレンズ群の焦点距離、
dR:前群の最も像面側の面から後群の最も像面側の面までの光軸厚み、
である。
【0009】
第3の発明の広角レンズは、物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B2)を満足することを特徴とする。
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
0.45<f/f24<0.82 …(B2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
f24:第2レンズから第4レンズまでの合成焦点距離、
である。
【0010】
第4の発明の広角レンズは、物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B3)を満足することを特徴とする。
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
−1.5<f1/f24<−0.7 …(B3)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
f1:第1レンズの焦点距離、
f24:第2レンズから第4レンズまでの合成焦点距離、
である。
【0011】
第5の発明の広角レンズは、物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B4)を満足することを特徴とする。
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
1.05<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5  …(B4)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
r1:第1レンズの物体側の面の曲率半径、
r2:第1レンズの像面側の面の曲率半径、
である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る広角レンズの実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1〜図7,図15に、第1〜第8の実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。各実施の形態の広角レンズはいずれも、固体撮像素子(例えばCCD:Charge Coupled Device)に対して光学像を形成する撮像用(例えばデジタルカメラ用)の単焦点広角レンズであり、その像面側には光学的ローパスフィルター等に相当する平行平面板状のガラスフィルター(GF)が配置されている。
【0013】
いずれの広角レンズもパワー(焦点距離の逆数で定義される量)の配置は負・正のレンズタイプになっているが、第1〜第3の実施の形態(図1〜図3)ではガラス球面レンズ5〜6枚構成になっており、第4〜第7の実施の形態(図4〜図7)ではガラス球面レンズ4枚構成になっている。また、第8の実施の形態(図15)では、ガラス球面レンズ5枚、ガラス非球面レンズ1枚の構成になっている。そこで、第1〜第3,第8の実施の形態で採用しているレンズ5〜6枚構成をレンズタイプAとし、第4〜第7の実施の形態で採用しているレンズ4枚構成をレンズタイプBとして、各実施の形態の特徴を以下に説明する。
【0014】
〈レンズタイプA…レンズ5〜6枚構成〉
第1〜第3,第8の実施の形態(図1〜図3,図15)の広角レンズは、物体側から順に、負の前群(GrF)と、開口絞り(ST)と、正の後群(GrR)とから成っている。前群(GrF)は像面側に凹面を向けた負パワーの第1レンズ(L1)とパワーの弱いレンズ群(GrW)とで構成されており、後群(GrR)は物体側から順に正・正・負のレンズ3枚で構成されている。後群(GrR)のレンズ3枚のうち、物体側の正レンズは像面側に凸面を向けており、その像面側に位置する正レンズと負レンズとで貼り合わせレンズ(GrD)を構成している。
【0015】
第1の実施の形態(図1)はガラス球面レンズ6枚構成になっている。その前群(GrF)は、像面側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズ(L1)と、パワーの弱い正のレンズ群(GrW)と、で構成されており、そのレンズ群(GrW)は、両凸形状の正パワーの第2レンズ(L2)と物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第3レンズ(L3)との貼り合わせレンズから成っている。後群(GrR)は、像面側に凸面を向けた正メニスカス形状の第4レンズ(L4)と、両凸形状の正パワーの第5レンズ(L5)と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第6レンズ(L6)と、で構成されており、第5レンズ(L5)と第6レンズ(L6)とで貼り合わせレンズ(GrD)を構成している。
【0016】
第2,第3の実施の形態(図2,図3)はガラス球面レンズ5枚構成になっている。第2の実施の形態(図2)の場合、前群(GrF)は、像面側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズ(L1)と、パワーの弱い像面側に凹面を向けた負メニスカス形状の第2レンズ(L2)と、で構成されている。後群(GrR)は、両凸形状の正パワーの第3レンズ(L3)と、両凸形状の正パワーの第4レンズ(L4)と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第5レンズ(L5)と、で構成されている。第3の実施の形態(図3)の場合、前群(GrF)は、像面側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズ(L1)と、パワーの弱い両凸形状の正パワーの第2レンズ(L2)と、で構成されている。後群(GrR)は、像面側に凸面を向けた正メニスカス形状の第3レンズ(L3)と、両凸形状の正パワーの第4レンズ(L4)と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第5レンズ(L5)と、で構成されている。そして第2,第3の実施の形態とも、第4レンズ(L4)と第5レンズ(L5)とで貼り合わせレンズ(GrD)を構成している。
【0017】
第8の実施の形態(図15)は、非球面レンズ1枚を含むガラスレンズ6枚構成になっている。その前群(GrF)は、像面側に凹面を向けた負メニスカス形状の第1レンズ(L1)と、パワーの弱い負のレンズ群(GrW)と、で構成されており、そのレンズ群(GrW)は、両凸形状の正パワーの第2レンズ(L2)と両凹形状の負パワーの第3レンズ(L3)との貼り合わせレンズから成っている。後群(GrR)は、両凸形状の正パワーの第4レンズ(L4)と、両凸形状の正パワーの第5レンズ(L5)と、物体側に凹面を向けた負メニスカス形状の第6レンズ(L6)と、で構成されており、第5レンズ(L5)と第6レンズ(L6)とで貼り合わせレンズ(GrD)を構成している。
【0018】
第1〜第3,第8の実施の形態のように、物体側から順に、負の前群(GrF)と、開口絞り(ST)と、正の後群(GrR)とから成る広角レンズにおいて、前群(GrF)を物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群(GrW)とで構成し、後群(GrR)を物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズ(GrD)と、で構成することにより、レンズ5〜6枚構成(レンズタイプA)で、固体撮像素子用の撮影レンズ系として良好な光学性能を有し、低コストかつコンパクトな画角120度程度の広角レンズを実現することが可能となる。それを効果的に達成するための条件を以下に説明する。
【0019】
第1〜第3,第8の実施の形態の広角レンズが満足すべき条件式、つまりレンズタイプAの広角レンズにおいて満たすことが望ましい条件式を説明する。ただし、以下に説明する全ての条件式を同時に満たす必要はなく、個々の条件式を光学構成に応じてそれぞれ単独に満足すれば、対応する作用・効果を達成することは可能である。もちろん、複数の条件式を満足する方が、光学性能,小型化,組立等の観点からより望ましいことはいうまでもない。
【0020】
以下の条件式(A1)を満足することが望ましい。
|f/fW|<0.27 …(A1)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fW:前群(GrF)のパワーの弱いレンズ群(GrW)の焦点距離、
である。
【0021】
条件式(A1)は、パワーの弱いレンズ群(GrW)のパワーに関する条件範囲を規定している。条件式(A1)の範囲を外れると、広角化に伴う歪曲収差,コマ収差,倍率色収差が著しく大きくなって性能が低下する。
【0022】
以下の条件式(A1a)を満たすことが更に望ましい。条件式(A1a)は、上記条件式(A1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等からより一層好ましい条件範囲を規定している。
|f/fW|<0.25 …(A1a)
【0023】
以下の条件式(A2)を満足することが望ましく、前記条件式(A1)又は(A1a)とともに満足することが更に望ましい。
0.53<f/fR<0.81 …(A2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fR:後群(GrR)の焦点距離、
である。
【0024】
条件式(A2)は、後群(GrR)のパワーに関する条件範囲を規定している。条件式(A2)の下限を越えると、光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。逆に、条件式(A2)の上限を越えると、光学系の全長は小さくなるが、球面収差,コマ収差,倍率色収差が著しく大きくなって性能が低下する。
【0025】
以下の条件式(A3)を満足することが望ましく、前記条件式(A1)又は(A1a)とともに満足することが更に望ましい。
2<dR/f<4.5  …(A3)
ただし、
dR:前群(GrF)の最も像面側の面から後群(GrR)の最も像面側の面までの光軸(AX)厚み、
f:全系の焦点距離、
である。
【0026】
条件式(A3)は、レンズ全長と前玉径とをバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式(A3)の下限を越えると、前群(GrF)と後群(GrR)のパワーが大きくなり、光学系の全長は小さくなるが、球面収差,コマ収差,倍率色収差が著しく大きくなって性能が低下する。逆に、条件式(A3)の上限を越えると、光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。
【0027】
以下の条件式(A3a)を満たすことが更に望ましい。条件式(A3a)は、上記条件式(A3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等からより一層好ましい条件範囲を規定している。
2<dR/f<4  …(A3a)
【0028】
〈レンズタイプB…レンズ4枚構成〉
第4〜第7の実施の形態(図4〜図7)の広角レンズは、物体側から順に、負の第1レンズ(L1)と、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズ(L2)と、正の第3レンズ(L3)と、負の第4レンズ(L4)とから成っている。第1,第2レンズ(L1,L2)間の大きな空気間隔には開口絞り(ST)が配置されており、第3レンズ(L3)と第4レンズ(L4)とは貼り合わされた構成{すなわち貼り合わせレンズ(GrD)}になっている。第1レンズ(L1)は像面側に凹面を向けた負メニスカス形状を有しており、第2レンズ(L2)は像面側に凸面を向けたメニスカス形状又は両凸形状を有しており、第3レンズ(L3)は両凸形状を有しており、第4レンズ(L4)は物体側に凹面を向けた負メニスカス形状を有している。
【0029】
第4〜第7の実施の形態のように、物体側から順に、負の第1レンズ(L1)と、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズ(L2)と、正の第3レンズ(L3)と、負の第4レンズ(L4)とから成る広角レンズにおいて、第3レンズ(L3)と第4レンズ(L4)とを貼り合わせて構成することにより、レンズ4枚構成(レンズタイプB)で、固体撮像素子用の撮影レンズ系として良好な光学性能を有し、低コストかつコンパクトな画角100度以上の広角レンズを実現することが可能となる。それを効果的に達成するための条件を以下に説明する。
【0030】
第4〜第7の実施の形態の広角レンズが満足すべき条件式、つまりレンズタイプBの広角レンズにおいて満たすことが望ましい条件式を説明する。ただし、以下に説明する全ての条件式を同時に満たす必要はなく、個々の条件式を光学構成に応じてそれぞれ単独に満足すれば、対応する作用・効果を達成することは可能である。もちろん、複数の条件式を満足する方が、光学性能,小型化,組立等の観点からより望ましいことはいうまでもない。
【0031】
以下の条件式(B1)を満足することが望ましい。
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
である。
【0032】
条件式(B1)は、レンズ全長と前玉径とをバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式(B1)の下限を越えると、前玉径が大きくなり、撮像レンズ装置の径方向の大型化を招くとともに歪曲収差の補正が困難になる。逆に、条件式(B1)の上限を越えると、光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。
【0033】
以下の条件式(B2)を満足することが望ましく、前記条件式(B1)とともに満足することが更に望ましい。
0.45<f/f24<0.82 …(B2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
f24:第2レンズ(L2)から第4レンズ(L4)までの合成焦点距離、
である。
【0034】
条件式(B2)は、第2レンズ(L2)から第4レンズ(L4)までのレンズ系のパワーに関する条件範囲を規定している。条件式(B2)の下限を越えると、光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。逆に、条件式(B2)の上限を越えると、光学系の全長は小さくなるが、球面収差,コマ収差,倍率色収差が著しく大きくなって性能が低下する。
【0035】
以下の条件式(B3)を満足することが望ましく、前記条件式(B1)とともに満足することが更に望ましい。
−1.5<f1/f24<−0.7 …(B3)
ただし、
f1:第1レンズ(L1)の焦点距離、
f24:第2レンズ(L2)から第4レンズ(L4)までの合成焦点距離、
である。
【0036】
条件式(B3)は、大きな空気間隔の前後のレンズ系のパワーに関する条件範囲を規定している。条件式(B3)の下限を越えると、第1レンズ(L1)のパワーが弱くなって前玉径が大きくなり、撮像レンズ装置の径方向の大型化を招いてしまう。逆に、条件式(B3)の上限を越えると、第2レンズ(L2)から第4レンズ(L4)までのパワーが弱くなって光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。
【0037】
以下の条件式(B4)を満足することが望ましく、前記条件式(B1)とともに満足することが更に望ましい。
1.05<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5  …(B4)
ただし、
r1:第1レンズ(L1)の物体側の面の曲率半径、
r2:第1レンズ(L1)の像面側の面の曲率半径、
である。
【0038】
条件式(B4)は、第1レンズ(L1)に関して主にコマ収差をバランスさせるための条件範囲を規定している。条件式(B4)の下限を越えると、コマ収差が悪化し倍率色収差への悪影響が大きくなる。逆に、条件式(B4)の上限を越えると、コマ収差が悪化し非点収差への悪影響が大きくなる。
【0039】
以下の条件式(B5)を満足することが望ましく、前記条件式(B1)〜(B4)のうちの少なくとも1つとともに満足することが更に望ましい。なかでも、条件式(B1),(B2),(B5)の組み合わせ、条件式(B1),(B3),(B5)の組み合わせ、条件式(B1),(B4),(B5)の組み合わせで満足することが望ましい。
1.3<dA/f<2.9  …(B5)
ただし、
dA:第1レンズ(L1)の像面側の面から第2レンズ(L2)の物体側の面までの光軸(AX)厚み、
f:全系の焦点距離、
である。
【0040】
条件式(B5)は、大きな空気間隔に関する条件範囲を規定している。条件式(B5)の下限を越えると、大きな空気間隔の前後のレンズ系のパワーが強くなり、光学系の全長は小さくなるが、球面収差,コマ収差,倍率色収差が著しく大きくなって性能が低下する。逆に、条件式(B5)の上限を越えると、光学系の全長が大きくなり、撮像レンズ装置の光軸(AX)方向の大型化を招いてしまう。
【0041】
〈レンズタイプA,Bに共通の望ましい構成〉
前述したレンズタイプAの特徴的構成によれば、第1〜第3の実施の形態のようにガラス球面レンズ5〜6枚構成でありながら、固体撮像素子用の撮影レンズ系として良好な光学性能を有し、低コストかつコンパクトな画角120度程度の広角レンズを実現することが可能となる。また、前述したレンズタイプBの特徴的構成によれば、第4〜第7の実施の形態のようにガラス球面レンズ4枚構成でありながら、固体撮像素子用の撮影レンズ系として良好な光学性能を有し、低コストかつコンパクトな画角100度以上の広角レンズを実現することが可能となる。したがって、前述した各レンズタイプの特徴的構成によれば、第1〜第7の実施の形態のようにガラス球面レンズ4〜6枚構成でありながら、固体撮像素子用撮影レンズ系として良好な光学性能と広い画角を有する、低コストかつコンパクトな広角レンズを実現することができる。このようにガラス球面レンズで広角レンズを構成することには、以下に説明するようなメリットがある。ただし、前述した各レンズタイプの特徴的構成によれば、用いるレンズはガラス球面レンズに限らず、ガラス非球面レンズ,プラスチック球面レンズ,プラスチック非球面レンズ等を用いることも可能である。
【0042】
先に述べたように、第1〜第7の実施の形態に用いられている全てのレンズ(L1,...)はガラスレンズであり、第1〜第7の実施の形態に用いられている全てのレンズ面(r1,...)は球面である。一方、第8の実施の形態に用いられている全てのレンズ(L1,...)はガラスレンズであり、第8の実施の形態において第9面(r9)は非球面であり、それ以外のレンズ面(r1,...)は球面である。レンズ面を非球面で構成するとコストが高くなってしまい、低コスト化の要望に応えることが困難になる。したがって、低コスト化を達成するためには、全てのレンズ面を球面で構成することが望ましい。ただし、良好な収差補正により更に高い光学性能を得るには、非球面を少なくとも1面用いることが望ましい。そして、第8の実施の形態のように、後群(GrR)の少なくとも1面が非球面であることが更に望ましい。後群(GrR)の少なくとも1面を非球面で構成することにより、コマ収差,歪曲収差の補正に大きな効果を得ることができる。また、ガラスレンズを用いると、温度変化によるバックフォーカス変動を小さくすることができ、広い温度範囲で性能を維持することができる。したがって、広い温度範囲で性能を維持するためには、全てのレンズをガラスレンズで構成することが望ましい。ただし、広角レンズの軽量化等を達成するためには、プラスチックレンズを用いることが望ましい。
【0043】
各実施の形態の広角レンズは、入射光線を屈折により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)のみで構成されているが、これに限らない。例えば、回折により入射光線を偏向させる回折型レンズ,回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ,入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。ただし、これらのレンズは、その複雑な製法等がコストアップを招くため、本発明に係る広角レンズでは均質素材のレンズ(ガラス球面レンズ等)を用いることが望ましい。
【0044】
また各実施の形態において、光学的なパワー(焦点距離の逆数で定義される量)を有しない面(例えば、反射面,屈折面,回折面)を光路中に配置することにより、広角レンズの前,後又は途中で光路を折り曲げてもよい。折り曲げ位置は必要に応じて設定すればよく、光路の適正な折り曲げにより、広角レンズが搭載されるデジタル入力機器(デジタルカメラ等)の見かけ上の薄型化やコンパクト化を達成することが可能である。
【0045】
各実施の形態の広角レンズは、デジタル入力機器用の小型撮影レンズ系としての使用に適しており、これを光学的ローパスフィルターや固体撮像素子と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像レンズ装置を構成することができる。撮像レンズ装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラ{例えば、デジタルカメラ;ビデオカメラ;監視カメラ;車載カメラ;デジタルビデオユニット,パーソナルコンピュータ,モバイルコンピュータ,携帯電話,TV電話,ドアホーン,携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant),これらの周辺機器(マウス,スキャナー,プリンター,その他のデジタル入出力装置)等に内蔵又は外付けされるカメラ}の主たる構成要素であり、例えば、物体(被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮影レンズ系と、光学的ローパスフィルターと、撮影レンズ系により形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子と、で構成される。
【0046】
したがって、上述した各実施の形態には以下の構成を有する発明▲1▼,▲2▼が含まれており、その構成により、良好な光学性能を有し低コスト・コンパクトで画角の広い撮像レンズ装置を実現することができる。そして、これをデジタルカメラ等に適用すれば、当該カメラの高性能化,高機能化,低コスト化及びコンパクト化に寄与することができる。
▲1▼ 光学像を形成する撮像用の広角レンズと、その広角レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記広角レンズが、物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成り、前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、前記条件式(A1),(A1a),(A2),(A3),(A3a)のうちの少なくとも1つを満足することを特徴とする撮像レンズ装置。
▲2▼ 光学像を形成する撮像用の広角レンズと、その広角レンズにより形成された光学像を電気的な信号に変換する固体撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記広角レンズが、物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成り、前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、前記条件式(B1),(B2),(B3),(B4),(B5)のうちの少なくとも1つを満足することを特徴とする撮像レンズ装置。
【0047】
固体撮像素子としては、例えば複数の画素から成るCCDやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等が用いられ、広角レンズにより形成された光学像は固体撮像素子により電気的な信号に変換される。広角レンズで形成されるべき光学像は、固体撮像素子の画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルターを通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。固体撮像素子で生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。
【0048】
なお、広角レンズの最終面と固体撮像素子との間に配置される光学的ローパスフィルターは、各実施の形態ではガラスフィルター(GF)で構成されているが、使用されるデジタル入力機器に応じたものであればよい。例えば、所定の結晶軸方向が調整された水晶等を材料とする複屈折型ローパスフィルターや、必要とされる光学的な遮断周波数の特性を回折効果により達成する位相型ローパスフィルター等が適用可能である。
【0049】
【実施例】
以下、本発明を実施した広角レンズを、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1〜8は、前述した第1〜第8の実施の形態にそれぞれ対応しており、第1〜第8の実施の形態を表すレンズ構成図(図1〜図7,図15)は、対応する実施例1〜8のレンズ構成をそれぞれ示している。
【0050】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の光学要素のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示している。また、fは全系の焦点距離(mm)、ωは半画角(°)、FNOはFナンバーである。表1に、各条件式で規定されるパラメータに対応する値を各実施例について示す。
【0051】
曲率半径riに*印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。非球面データを他のデータとあわせて示す。
X(H)=(C0・H)/{1+√(1−ε・C0・H)}+Σ(Ai・H) …(AS)
ただし、式(AS)中、
X(H):高さHの位置での光軸(AX)方向の変位量(面頂点基準)、
H:光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、
C0:近軸曲率(=1/曲率半径)、
ε:2次曲面パラメータ、
Ai:i次の非球面係数(Ai=0の場合のデータは省略する。)、
である。
【0052】
図8〜図14,図16は、実施例1〜実施例8に対応する収差図である。図8〜図14,図16中、(A)は球面収差等,(B)は非点収差,(C)は歪曲収差を示している{FNO:Fナンバー,Y’:最大像高(mm)}。球面収差図において、実線(d)はd線、一点鎖線(g)はg線、二点鎖線(c)はc線に対する各球面収差量を表しており、破線(SC)は正弦条件不満足量を表している。非点収差図において、破線(DM)はメリディオナル面でのd線に対する非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面でのd線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差図において実線はd線に対する歪曲%を表している。
【0053】

Figure 2004145256
【0054】
Figure 2004145256
【0055】
Figure 2004145256
【0056】
Figure 2004145256
【0057】
Figure 2004145256
【0058】
Figure 2004145256
【0059】
Figure 2004145256
【0060】
Figure 2004145256
【0061】
[第9面(r9)の非球面データ]
ε= 0.10000×10,A4=−0.12589×10−2,A6=−0.50543×10−3,A8= 0.16142×10−3,A10=−0.17609×10−4
【0062】
【表1】
Figure 2004145256
【0063】
なお、前述した各実施の形態や各実施例には、以下の構成を有する発明が含まれている。
(i)  物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成る広角レンズであって、前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、前記条件式(A1)を満足し、かつ、前記条件式(A2)又は(A3)を満足することを特徴とする広角レンズ。
(ii) 全てのレンズがガラスレンズで構成されており、全てのレンズ面が球面で構成されていることを特徴とする上記(i)記載の広角レンズ。
(iii)  固体撮像素子に像を形成するように構成されていることを特徴とする上記(i)又は(ii)記載の広角レンズ。
(iv) さらに前記条件式(A1a)を満足することを特徴とする上記(i),(ii)又は(iii)記載の広角レンズ。
(v)  さらに前記条件式(A3a)を満足することを特徴とする上記(i),(ii),(iii)又は(iv)記載の広角レンズ。
【0064】
(vi) 物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、前記条件式(B1)を満足し、かつ、前記条件式(B2),(B3)又は(B4)を満足することを特徴とする広角レンズ。
(vii)  さらに前記条件式(B5)を満足することを特徴とする上記(vi)記載の広角レンズ。
(viii) 物体側から順に、像面側凹の負のメニスカス形状の第1レンズと、開口絞りと、像面側凸の正の第2レンズと、両凸の第3レンズと、物体側凹の負のメニスカス形状の第4レンズと、から成ることを特徴とする上記(vi)又は(vii)記載の広角レンズ。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レンズ4〜6枚構成で固体撮像素子用撮影レンズ系として良好な光学性能と広い画角を有する、低コストかつコンパクトな広角レンズを実現することができる。そして、本発明に係る広角レンズをTV電話用カメラ,ドアホーン用カメラ,監視カメラ,車載カメラ等として用いられるデジタル入力機器(デジタルスチルカメラ,デジタルビデオカメラ等)に撮影レンズ系として用いれば、当該デジタル入力機器の広角化,高性能化,高機能化,低コスト化及びコンパクト化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態(実施例1)のレンズ構成図。
【図2】第2の実施の形態(実施例2)のレンズ構成図。
【図3】第3の実施の形態(実施例3)のレンズ構成図。
【図4】第4の実施の形態(実施例4)のレンズ構成図。
【図5】第5の実施の形態(実施例5)のレンズ構成図。
【図6】第6の実施の形態(実施例6)のレンズ構成図。
【図7】第7の実施の形態(実施例7)のレンズ構成図。
【図8】実施例1の収差図。
【図9】実施例2の収差図。
【図10】実施例3の収差図。
【図11】実施例4の収差図。
【図12】実施例5の収差図。
【図13】実施例6の収差図。
【図14】実施例7の収差図。
【図15】第8の実施の形態(実施例8)のレンズ構成図。
【図16】実施例8の収差図。
【符号の説明】
GrF  …前群
GrR  …後群
GrW  …前群のパワーの弱いレンズ群
GrD  …貼り合わせレンズ
L1〜L6 …第1〜第6レンズ
GF …ガラスフィルター
ST …開口絞り
AX …光軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wide-angle lens, for example, a wide angle of view suitable for a digital input device (digital still camera, digital video camera, etc.) used as a camera for a TV phone, a camera for a door phone, a surveillance camera, a vehicle-mounted camera, and the like. And to a small and wide-angle lens for a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
Many wide-angle lenses for solid-state imaging devices used for surveillance cameras, in-vehicle cameras, and the like have been conventionally proposed. For example, Patent Documents 1 to 3 propose 5 to 6 wide-angle lenses, and Patent Documents 4 and 5 propose 4 wide-angle lenses.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-1-265216
[Patent Document 2]
JP-A-10-20188
[Patent Document 3]
JP-A-10-111454
[Patent Document 4]
JP-A-8-5908
[Patent Document 5]
JP-A-9-222557
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The wide-angle lenses described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have a compact overall length of about 4 to 6 times the focal length, but have an angle of view of about 58 degrees and 86 degrees, respectively, so that a wide range is imaged. If you want to do so, the angle of view is not enough. Further, the wide-angle lens described in Patent Document 3 has a wide angle of view of about 130 degrees, but the entire lens length is as large as about 10 times the focal length.
[0005]
Plastic lenses and aspherical surfaces are used for the wide-angle lenses described in Patent Documents 4 and 5. When a plastic lens is used, the back focus fluctuation due to a temperature change becomes large, and it becomes difficult to maintain the performance in a wide temperature range. The use of an aspherical surface increases costs, and is not suitable for equipment requiring low cost. Further, the wide-angle lenses described in Patent Literature 4 and Patent Literature 5 have an angle of view of about 82 degrees, and thus have an insufficient angle of view when imaging a wide range.
[0006]
The present invention has been made in view of such a situation, and is a low-cost and compact wide-angle lens having good optical performance and a wide angle of view as a photographic lens system for a solid-state imaging device with a configuration of 4 to 6 lenses. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a wide-angle lens according to a first aspect of the present invention is a wide-angle lens including, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group, wherein the front group includes: In order from the object side, a negative lens having a concave surface facing the image surface side, and a lens group having low power, the rear group is a positive lens having a convex surface facing the image surface side in order from the object side, and a positive lens It is composed of a lens and a cemented lens of a negative lens, and satisfies the following conditional expressions (A1) and (A2).
| F / fW | <0.27 (A1)
0.53 <f / fR <0.81 (A2)
However,
f: focal length of the whole system,
fW: focal length of the weak lens group of the front group,
fR: focal length of the rear group,
It is.
[0008]
A wide-angle lens according to a second aspect of the present invention is a wide-angle lens including, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group. The rear group is composed of a positive lens having a convex surface facing the image surface side, and a cemented lens of a positive lens and a negative lens, in order from the object side. And satisfies the following conditional expressions (A1) and (A3).
| F / fW | <0.27 (A1)
2 <dR / f <4.5 (A3)
However,
f: focal length of the whole system,
fW: focal length of the weak lens group of the front group,
dR: optical axis thickness from the most image side surface of the front group to the most image side surface of the rear group,
It is.
[0009]
The wide-angle lens according to a third aspect of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap. A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other, and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B2).
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
0.45 <f / f24 <0.82 (B2)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
f24: composite focal length from the second lens to the fourth lens,
It is.
[0010]
A wide-angle lens according to a fourth aspect of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap. A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other, and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B3).
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
−1.5 <f1 / f24 <−0.7 (B3)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
f1: focal length of the first lens,
f24: composite focal length from the second lens to the fourth lens,
It is.
[0011]
A wide-angle lens according to a fifth aspect of the present invention includes, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap. A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other, and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B4).
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
1.05 <(r1 + r2) / (r1-r2) <1.5 (B4)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
r1: radius of curvature of the object-side surface of the first lens,
r2: radius of curvature of the image-side surface of the first lens,
It is.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a wide-angle lens according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 7 and FIG. 15 show the lens configurations of the first to eighth embodiments in optical cross sections, respectively. Each of the wide-angle lenses according to the embodiments is a single-focal wide-angle lens for imaging (for example, for a digital camera) for forming an optical image with respect to a solid-state imaging device (for example, CCD: Charge Coupled Device). A glass filter (GF) in the form of a plane-parallel plate, which corresponds to an optical low-pass filter or the like, is disposed in the glass plate.
[0013]
In any of the wide-angle lenses, the arrangement of the power (the amount defined by the reciprocal of the focal length) is a negative / positive lens type. However, in the first to third embodiments (FIGS. 1 to 3), the glass is glass. It has five to six spherical lenses, and the fourth to seventh embodiments (FIGS. 4 to 7) have four glass spherical lenses. In the eighth embodiment (FIG. 15), the configuration has five glass spherical lenses and one glass aspherical lens. Therefore, the configuration of five to six lenses employed in the first to third and eighth embodiments is referred to as a lens type A, and the four-lens configuration employed in the fourth to seventh embodiments is referred to as a lens type A. The features of each embodiment as lens type B will be described below.
[0014]
<Lens type A: 5 to 6 lenses>
The wide-angle lens according to the first to third and eighth embodiments (FIGS. 1 to 3 and 15) includes, in order from the object side, a negative front unit (GrF), an aperture stop (ST), and a positive lens. And a rear group (GrR). The front unit (GrF) includes a first lens (L1) having a negative power and a concave surface facing the image surface side, and a lens unit (GrW) having a low power. The rear unit (GrR) is positive in order from the object side. -Consists of three positive and negative lenses. Of the three lenses of the rear group (GrR), the positive lens on the object side has a convex surface facing the image plane side, and the positive lens and the negative lens located on the image plane side constitute a cemented lens (GrD). are doing.
[0015]
The first embodiment (FIG. 1) has six glass spherical lenses. The front group (GrF) includes a negative meniscus first lens (L1) having a concave surface facing the image plane side, and a positive lens group (GrW) having weak power. GrW) is composed of a cemented lens of a biconvex positive power second lens (L2) and a negative meniscus third lens (L3) having a concave surface facing the object side. The rear group (GrR) includes a positive meniscus fourth lens (L4) having a convex surface facing the image surface side, a biconvex fifth lens (L5) having a positive power, and a negative lens having a concave surface facing the object side. A sixth lens (L6) having a meniscus shape, and a fifth lens (L5) and a sixth lens (L6) constitute a cemented lens (GrD).
[0016]
The second and third embodiments (FIGS. 2 and 3) have five glass spherical lenses. In the case of the second embodiment (FIG. 2), the front unit (GrF) includes a negative meniscus first lens (L1) having a concave surface facing the image surface side, and a concave surface facing the weak image surface side. And a second lens (L2) having a negative meniscus shape. The rear group (GrR) includes a biconvex positive power third lens (L3), a biconvex positive power fourth lens (L4), and a negative meniscus fifth lens with a concave surface facing the object side. A lens (L5). In the case of the third embodiment (FIG. 3), the front unit (GrF) includes a negative meniscus first lens (L1) having a concave surface facing the image surface side, and a biconvex positive power having a weak power. And a second lens (L2). The rear unit (GrR) includes a positive meniscus third lens (L3) having a convex surface facing the image surface side, a biconvex fourth lens (L4) having a positive power, and a negative lens having a concave surface facing the object side. And a fifth lens (L5) having a meniscus shape. In both the second and third embodiments, the fourth lens (L4) and the fifth lens (L5) form a cemented lens (GrD).
[0017]
The eighth embodiment (FIG. 15) has a configuration of six glass lenses including one aspheric lens. The front group (GrF) includes a negative meniscus first lens (L1) having a concave surface facing the image plane side, and a negative lens group (GrW) having weak power. GrW) is composed of a cemented lens of a biconvex positive power second lens (L2) and a biconcave negative power third lens (L3). The rear group (GrR) includes a biconvex positive power fourth lens (L4), a biconvex positive power fifth lens (L5), and a negative meniscus sixth lens with a concave surface facing the object side. And a fifth lens (L5) and a sixth lens (L6) to form a cemented lens (GrD).
[0018]
As in the first to third and eighth embodiments, in a wide-angle lens including a negative front group (GrF), an aperture stop (ST), and a positive rear group (GrR) in order from the object side. , The front unit (GrF) in order from the object side, a negative lens having a concave surface facing the image surface side, and a lens unit (GrW) with low power, and the rear unit (GrR) in order from the object side. By forming a positive lens having a convex surface on the side and a cemented lens (GrD) of a positive lens and a negative lens, a photographic lens for a solid-state imaging device with a configuration of 5 to 6 lenses (lens type A) It is possible to realize a low-cost and compact wide-angle lens having an angle of view of about 120 degrees having good optical performance as a system. The conditions for achieving this effectively will be described below.
[0019]
Conditional expressions that the wide-angle lenses according to the first to third and eighth embodiments should satisfy, that is, conditional expressions that should be satisfied by the wide-angle lens of the lens type A, will be described. However, it is not necessary to satisfy all the conditional expressions described below at the same time, and if the individual conditional expressions are individually satisfied according to the optical configuration, it is possible to achieve the corresponding operation and effect. Of course, it is needless to say that satisfying a plurality of conditional expressions is more desirable from the viewpoint of optical performance, miniaturization, assembly, and the like.
[0020]
It is desirable to satisfy the following conditional expressions (A1).
| F / fW | <0.27 (A1)
However,
f: focal length of the whole system,
fW: focal length of the lens group (GrW) of the front group (GrF) having weak power;
It is.
[0021]
Conditional expression (A1) defines a condition range relating to the power of the lens unit (GrW) having a weak power. If the value falls outside the range of the conditional expression (A1), the distortion, coma, and chromatic aberration of magnification accompanying the widening of the angle become extremely large, and the performance is reduced.
[0022]
It is more desirable to satisfy the following conditional expressions (A1a). The conditional expression (A1a) defines an even more preferable condition range from the above viewpoints among the conditional ranges defined by the conditional expression (A1).
| F / fW | <0.25 (A1a)
[0023]
It is preferable to satisfy the following conditional expression (A2), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (A1) or (A1a).
0.53 <f / fR <0.81 (A2)
However,
f: focal length of the whole system,
fR: focal length of the rear group (GrR)
It is.
[0024]
Conditional expression (A2) defines a condition range regarding the power of the rear group (GrR). If the lower limit of conditional expression (A2) is exceeded, the overall length of the optical system will be large, and the size of the imaging lens device in the optical axis (AX) direction will be increased. Conversely, if the upper limit of condition (A2) is exceeded, the overall length of the optical system will be small, but the spherical aberration, coma and chromatic aberration of magnification will be significantly increased, and the performance will be reduced.
[0025]
It is preferable to satisfy the following conditional expression (A3), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (A1) or (A1a).
2 <dR / f <4.5 (A3)
However,
dR: thickness of the optical axis (AX) from the most image side surface of the front group (GrF) to the most image side surface of the rear group (GrR);
f: focal length of the whole system,
It is.
[0026]
Conditional expression (A3) defines a condition range for balancing the total lens length and the front lens diameter. If the lower limit of conditional expression (A3) is exceeded, the power of the front unit (GrF) and the rear unit (GrR) will increase, and the overall length of the optical system will decrease, but spherical aberration, coma, and chromatic aberration of magnification will increase significantly. Performance decreases. Conversely, if the upper limit of conditional expression (A3) is exceeded, the overall length of the optical system will increase, which will lead to an increase in the size of the imaging lens device in the optical axis (AX) direction.
[0027]
It is more desirable to satisfy the following conditional expressions (A3a). Conditional expression (A3a) defines an even more preferable condition range from the above viewpoints among the condition ranges defined by the above conditional expression (A3).
2 <dR / f <4 (A3a)
[0028]
<Lens type B: 4 lenses configuration>
The wide-angle lens according to the fourth to seventh embodiments (FIGS. 4 to 7) includes, in order from the object side, a negative first lens (L1) and a positive second lens (L2) with a large air gap. ), A third positive lens (L3), and a fourth negative lens (L4). An aperture stop (ST) is arranged at a large air gap between the first and second lenses (L1, L2), and the third lens (L3) and the fourth lens (L4) are bonded together. It is a laminated lens (GrD). The first lens (L1) has a negative meniscus shape with a concave surface facing the image surface side, and the second lens (L2) has a meniscus shape or a biconvex shape with a convex surface facing the image surface side. The third lens (L3) has a biconvex shape, and the fourth lens (L4) has a negative meniscus shape with the concave surface facing the object side.
[0029]
As in the fourth to seventh embodiments, in order from the object side, a negative first lens (L1), a positive second lens (L2) with a large air gap, and a positive third lens In the wide-angle lens composed of (L3) and the negative fourth lens (L4), the third lens (L3) and the fourth lens (L4) are bonded together to form a four-lens configuration (lens type). In B), it is possible to realize a low-cost and compact wide-angle lens having an angle of view of 100 degrees or more having good optical performance as a photographic lens system for a solid-state imaging device. The conditions for achieving this effectively will be described below.
[0030]
The conditional expressions that the wide-angle lenses of the fourth to seventh embodiments should satisfy, that is, the conditional expressions that it is desirable to satisfy in the wide-angle lens of the lens type B, will be described. However, it is not necessary to satisfy all the conditional expressions described below at the same time, and if the individual conditional expressions are individually satisfied according to the optical configuration, it is possible to achieve the corresponding operation and effect. Of course, it is needless to say that satisfying a plurality of conditional expressions is more desirable from the viewpoint of optical performance, miniaturization, assembly, and the like.
[0031]
It is desirable to satisfy the following conditional expressions (B1).
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
It is.
[0032]
Conditional expression (B1) defines a condition range for balancing the total lens length and the front lens diameter. If the lower limit of conditional expression (B1) is exceeded, the front lens diameter will become large, causing an increase in the diameter of the imaging lens device in the radial direction and making it difficult to correct distortion. Conversely, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (B1), the overall length of the optical system increases, which causes an increase in the size of the imaging lens device in the optical axis (AX) direction.
[0033]
It is preferable to satisfy the following conditional expression (B2), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (B1).
0.45 <f / f24 <0.82 (B2)
However,
f: focal length of the whole system,
f24: composite focal length from the second lens (L2) to the fourth lens (L4);
It is.
[0034]
Conditional expression (B2) defines a condition range regarding the power of the lens system from the second lens (L2) to the fourth lens (L4). If the lower limit of conditional expression (B2) is exceeded, the overall length of the optical system will increase, which will lead to an increase in the size of the imaging lens device in the optical axis (AX) direction. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (B2), the overall length of the optical system is reduced, but the spherical aberration, coma aberration and chromatic aberration of magnification are significantly increased, and the performance is reduced.
[0035]
It is preferable to satisfy the following conditional expression (B3), and it is more preferable to satisfy the following conditional expression (B1).
−1.5 <f1 / f24 <−0.7 (B3)
However,
f1: focal length of the first lens (L1),
f24: composite focal length from the second lens (L2) to the fourth lens (L4);
It is.
[0036]
Conditional expression (B3) defines a condition range regarding the power of the lens system before and after the large air gap. If the lower limit of conditional expression (B3) is exceeded, the power of the first lens (L1) is weakened and the diameter of the front lens is increased, resulting in an increase in the size of the imaging lens device in the radial direction. Conversely, if the upper limit of conditional expression (B3) is exceeded, the power from the second lens (L2) to the fourth lens (L4) is weakened, the overall length of the optical system is increased, and the optical axis (AX) of the imaging lens device is increased. ) Causes an increase in the direction.
[0037]
It is desirable to satisfy the following conditional expression (B4), and it is more desirable to satisfy the following conditional expression (B1).
1.05 <(r1 + r2) / (r1-r2) <1.5 (B4)
However,
r1: radius of curvature of the object-side surface of the first lens (L1)
r2: radius of curvature of the image-side surface of the first lens (L1)
It is.
[0038]
Conditional expression (B4) defines a condition range for mainly balancing the coma with respect to the first lens (L1). If the lower limit of conditional expression (B4) is exceeded, coma will deteriorate and the adverse effect on lateral chromatic aberration will increase. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (B4), coma aberration worsens and adverse effects on astigmatism increase.
[0039]
It is desirable to satisfy the following conditional expressions (B5), and it is more desirable to satisfy at least one of the conditional expressions (B1) to (B4). Above all, a combination of conditional expressions (B1), (B2) and (B5), a combination of conditional expressions (B1), (B3) and (B5), and a combination of conditional expressions (B1), (B4) and (B5) It is desirable to be satisfied.
1.3 <dA / f <2.9 (B5)
However,
dA: optical axis (AX) thickness from the image-side surface of the first lens (L1) to the object-side surface of the second lens (L2);
f: focal length of the whole system,
It is.
[0040]
Conditional expression (B5) defines a condition range for a large air gap. If the lower limit of conditional expression (B5) is exceeded, the power of the lens system before and after the large air gap becomes strong, and the overall length of the optical system becomes small, but the spherical aberration, coma and chromatic aberration of magnification are significantly increased, and the performance is reduced. I do. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of the conditional expression (B5), the overall length of the optical system becomes large, and the size of the imaging lens device in the optical axis (AX) direction is increased.
[0041]
<Preferable configuration common to lens types A and B>
According to the characteristic configuration of the lens type A described above, although having a configuration of 5 to 6 glass spherical lenses as in the first to third embodiments, good optical performance as a photographic lens system for a solid-state imaging device is obtained. And a low-cost and compact wide-angle lens having an angle of view of about 120 degrees can be realized. Further, according to the characteristic configuration of the lens type B described above, despite having a configuration of four glass spherical lenses as in the fourth to seventh embodiments, good optical performance as a photographic lens system for a solid-state imaging device. It is possible to realize a low-cost and compact wide-angle lens with an angle of view of 100 degrees or more. Therefore, according to the characteristic configuration of each lens type described above, a good optical system as a photographic lens system for a solid-state image pickup device is provided, although the glass spherical lens configuration is 4 to 6 as in the first to seventh embodiments. A low-cost and compact wide-angle lens having high performance and a wide angle of view can be realized. Constituting a wide-angle lens with a glass spherical lens in this way has the following advantages. However, according to the characteristic configuration of each lens type described above, the lens to be used is not limited to a glass spherical lens, and it is also possible to use a glass aspherical lens, a plastic spherical lens, a plastic aspherical lens, and the like.
[0042]
As described above, all the lenses (L1,...) Used in the first to seventh embodiments are glass lenses, and are used in the first to seventh embodiments. All of the lens surfaces (r1,...) Are spherical. On the other hand, all lenses (L1,...) Used in the eighth embodiment are glass lenses, and in the eighth embodiment, the ninth surface (r9) is an aspheric surface. Are spherical surfaces (r1,...). If the lens surface is formed as an aspherical surface, the cost increases, and it becomes difficult to meet the demand for cost reduction. Therefore, in order to achieve cost reduction, it is desirable that all lens surfaces be spherical. However, in order to obtain higher optical performance by good aberration correction, it is desirable to use at least one aspheric surface. Further, as in the eighth embodiment, it is more desirable that at least one surface of the rear group (GrR) is an aspheric surface. By configuring at least one surface of the rear group (GrR) with an aspherical surface, a great effect can be obtained in correcting coma and distortion. In addition, when a glass lens is used, fluctuations in back focus due to temperature changes can be reduced, and performance can be maintained over a wide temperature range. Therefore, in order to maintain performance over a wide temperature range, it is desirable that all lenses are made of glass lenses. However, it is desirable to use a plastic lens in order to reduce the weight of the wide-angle lens.
[0043]
The wide-angle lens according to each of the embodiments includes only a refraction lens that deflects an incident light ray by refraction (that is, a lens that deflects light at an interface between media having different refractive indices). Not exclusively. For example, a diffractive lens that deflects an incident light beam by diffraction, a hybrid refractive / diffractive lens that deflects an incident light beam by a combination of diffraction and refraction, and a refractive index distribution type that deflects an incident light beam according to a refractive index distribution in a medium. A lens or the like may be used. However, since a complicated manufacturing method or the like of these lenses leads to an increase in cost, it is desirable to use a homogeneous material lens (such as a glass spherical lens) in the wide-angle lens according to the present invention.
[0044]
Further, in each embodiment, a surface (for example, a reflecting surface, a refracting surface, and a diffracting surface) having no optical power (an amount defined by the reciprocal of the focal length) is arranged in the optical path, so that a wide-angle lens The optical path may be bent before, after or in the middle. The bending position may be set as required, and by appropriately bending the optical path, it is possible to achieve an apparently thinner and more compact digital input device (such as a digital camera) equipped with a wide-angle lens. .
[0045]
The wide-angle lens of each embodiment is suitable for use as a small photographing lens system for a digital input device. By combining this with an optical low-pass filter or a solid-state imaging device, an image of a subject is optically captured. An imaging lens device that outputs an electric signal can be configured. The imaging lens device is a camera used for capturing a still image or a moving image of a subject. For example, a digital camera; a video camera; a surveillance camera; a vehicle-mounted camera; a digital video unit, a personal computer, a mobile computer, a mobile phone, a TV phone, a door phone, It is a main component of a camera that is built in or external to a personal digital assistant (PDA: Personal Digital Assistant), a peripheral device (mouse, scanner, printer, other digital input / output device), or the like. In order from the (subject) side, a photographing lens system that forms an optical image of the object, an optical low-pass filter, and a solid-state imaging device that converts an optical image formed by the photographing lens system into an electric signal are configured. .
[0046]
Therefore, each of the above-described embodiments includes the inventions (1) and (2) having the following configuration. With this configuration, imaging with good optical performance, low cost, compactness, and a wide angle of view is achieved. A lens device can be realized. When this is applied to a digital camera or the like, it is possible to contribute to higher performance, higher function, lower cost and compactness of the camera.
{Circle around (1)} An imaging lens device comprising: an imaging wide-angle lens for forming an optical image; and a solid-state imaging device for converting an optical image formed by the wide-angle lens into an electric signal. Comprises, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group, and the front group includes, in order from the object side, a negative lens having a concave surface facing the image plane side, and a weak power. The rear unit includes, in order from the object side, a positive lens having a convex surface facing the image surface side, and a cemented lens of a positive lens and a negative lens, and the conditional expression (A1) An imaging lens device characterized by satisfying at least one of (A1a), (A2), (A3), and (A3a).
{Circle around (2)} An imaging lens device comprising: an imaging wide-angle lens for forming an optical image; and a solid-state imaging device for converting an optical image formed by the wide-angle lens into an electric signal. Comprises, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap, and the third lens and the negative lens An imaging lens device, wherein a fourth lens is adhered and satisfies at least one of the conditional expressions (B1), (B2), (B3), (B4), and (B5).
[0047]
As the solid-state imaging device, for example, a CCD composed of a plurality of pixels, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, or the like is used, and an optical image formed by a wide-angle lens is converted into an electric signal by the solid-state imaging device. An optical image to be formed by a wide-angle lens is generated when it is converted into an electric signal by passing through an optical low-pass filter having a predetermined cutoff frequency characteristic determined by a pixel pitch of a solid-state imaging device. The spatial frequency characteristics are adjusted so that so-called aliasing noise is minimized. The signal generated by the solid-state image sensor is subjected to predetermined digital image processing and image compression processing as necessary, and is recorded as a digital video signal in a memory (semiconductor memory, optical disk, etc.). The signal is transmitted to another device through the device or converted into an infrared signal.
[0048]
Note that the optical low-pass filter disposed between the final surface of the wide-angle lens and the solid-state imaging device is formed of a glass filter (GF) in each of the embodiments, but corresponds to the digital input device used. Anything should do. For example, a birefringent low-pass filter made of quartz or the like in which a predetermined crystal axis direction is adjusted, or a phase-type low-pass filter that achieves required optical cutoff frequency characteristics by a diffraction effect can be applied. is there.
[0049]
【Example】
Hereinafter, the wide-angle lens embodying the present invention will be described more specifically with reference to construction data and the like. Examples 1 to 8 described here respectively correspond to the above-described first to eighth embodiments, and are lens configuration diagrams (FIGS. 1 to 7 and FIG. 7) showing the first to eighth embodiments. 15) shows the corresponding lens configurations of Examples 1 to 8, respectively.
[0050]
In the construction data of each embodiment, ri (i = 1, 2, 3,...) Is the radius of curvature (mm) of the i-th surface counted from the object side, and di (i = 1, 2, 3,. ...) indicate the i-th axial top surface interval (mm) counted from the object side, and Ni (i = 1, 2, 3,...), Νi (i = 1, 2, 3,. .) Indicate the refractive index (Nd) and Abbe number (νd) of the i-th optical element counted from the object side with respect to the d-line. F is the focal length (mm) of the entire system, ω is the half angle of view (°), and FNO is the F number. Table 1 shows values corresponding to the parameters defined by the conditional expressions for each example.
[0051]
Surfaces marked with an asterisk (*) in the radius of curvature ri are aspherical surfaces (refracting optical surfaces having an aspherical shape, surfaces having a refracting action equivalent to an aspherical surface, and the like), and the following expression representing the aspherical surface shape ( AS). The aspherical data is shown together with other data.
X (H) = (C0 · H2) / {1 +} (1-ε · C02・ H2)} + Σ (Ai ・ Hi)… (AS)
However, in the expression (AS),
X (H): displacement amount in the optical axis (AX) direction at the position of height H (based on the surface vertex),
H: height in a direction perpendicular to the optical axis (AX),
C0: paraxial curvature (= 1 / radius of curvature),
ε: quadratic surface parameter,
Ai: i-th order aspherical coefficient (data in case of Ai = 0 is omitted),
It is.
[0052]
8 to 14 and 16 are aberration diagrams corresponding to the first to eighth embodiments. 8A to 14 and 16, (A) shows spherical aberration and the like, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion. {FNO: F number, Y ′: maximum image height (mm) )}. In the spherical aberration diagram, the solid line (d) indicates the amount of spherical aberration with respect to the d-line, the one-dot chain line (g) indicates the g-line, and the two-dot chain line (c) indicates the amount of spherical aberration with respect to the c-line. Is represented. In the astigmatism diagram, a broken line (DM) indicates astigmatism with respect to the d-line on the meridional surface, and a solid line (DS) indicates astigmatism with respect to the d-line on the sagittal surface. In the distortion diagram, the solid line represents the distortion% with respect to the d-line.
[0053]
Figure 2004145256
[0054]
Figure 2004145256
[0055]
Figure 2004145256
[0056]
Figure 2004145256
[0057]
Figure 2004145256
[0058]
Figure 2004145256
[0059]
Figure 2004145256
[0060]
Figure 2004145256
[0061]
[Aspherical surface data of ninth surface (r9)]
ε = 0.10000 × 10, A4 = −0.12589 × 10-2, A6 = −0.50543 × 10-3, A8 = 0.16142 × 10-3, A10 = −0.17609 × 10-4
[0062]
[Table 1]
Figure 2004145256
[0063]
The embodiments and examples described above include inventions having the following configurations.
(I) A wide-angle lens composed of, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group, wherein the front group has, in order from the object side, a negative surface with a concave surface facing the image plane side. The rear group, in order from the object side, a positive lens having a convex surface facing the image surface side, and a cemented lens of a positive lens and a negative lens, A wide-angle lens that satisfies conditional expression (A1) and satisfies conditional expression (A2) or (A3).
(Ii) The wide-angle lens according to (i), wherein all the lenses are formed of glass lenses, and all lens surfaces are formed of spherical surfaces.
(Iii) The wide-angle lens according to (i) or (ii), wherein the wide-angle lens is configured to form an image on a solid-state imaging device.
(Iv) The wide-angle lens according to (i), (ii) or (iii), further satisfying the conditional expression (A1a).
(V) The wide-angle lens according to the above (i), (ii), (iii) or (iv), further satisfying the conditional expression (A3a).
[0064]
(Vi) a wide-angle lens composed of, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap therebetween; The third lens and the fourth lens are bonded to each other, satisfying the conditional expression (B1), and satisfying the conditional expression (B2), (B3), or (B4). Wide-angle lens.
(Vii) The wide-angle lens according to (vi), further satisfying the conditional expression (B5).
(Viii) In order from the object side, a negative meniscus first lens having a concave surface on the image side, an aperture stop, a second positive lens having a convex surface on the image side, a third lens having a biconvex surface, and a concave lens having an object side (Vii) or (vii), wherein the fourth lens has a negative meniscus shape.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a low-cost and compact wide-angle lens having good optical performance and a wide angle of view as an imaging lens system for a solid-state imaging device with a configuration of 4 to 6 lenses. . If the wide-angle lens according to the present invention is used as a photographing lens system in a digital input device (digital still camera, digital video camera, etc.) used as a camera for a TV phone, a camera for a door horn, a surveillance camera, an in-vehicle camera, and the like, This can contribute to wide-angle, high-performance, high-performance, low-cost and compact input devices.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a lens configuration diagram of a first embodiment (Example 1).
FIG. 2 is a lens configuration diagram of a second embodiment (Example 2).
FIG. 3 is a lens configuration diagram of a third embodiment (Example 3).
FIG. 4 is a lens configuration diagram of a fourth embodiment (Example 4).
FIG. 5 is a lens configuration diagram of a fifth embodiment (Example 5).
FIG. 6 is a lens configuration diagram of a sixth embodiment (Example 6).
FIG. 7 is a lens configuration diagram of a seventh embodiment (Example 7).
FIG. 8 is an aberration diagram of the first embodiment.
FIG. 9 is an aberration diagram of the second embodiment.
FIG. 10 is an aberration diagram of the third embodiment.
FIG. 11 is an aberration diagram of the fourth embodiment.
FIG. 12 is an aberration diagram of the fifth embodiment.
FIG. 13 is an aberration diagram of the sixth embodiment.
FIG. 14 is an aberration diagram of the seventh embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a lens configuration according to an eighth embodiment (Example 8).
FIG. 16 is an aberration diagram of the eighth embodiment.
[Explanation of symbols]
GrF ... front group
GrR: Rear group
GrW: The lens group with weak power of the front group
GrD… Laminated lens
L1 to L6 ... First to sixth lenses
GF ... Glass filter
ST ... Aperture stop
AX ... Optical axis

Claims (5)

物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成る広角レンズであって、
前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、以下の条件式(A1)及び(A2)を満足することを特徴とする広角レンズ;
|f/fW|<0.27 …(A1)
0.53<f/fR<0.81 …(A2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fW:前群のパワーの弱いレンズ群の焦点距離、
fR:後群の焦点距離、
である。
A wide-angle lens composed of, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group,
The front group includes, in order from the object side, a negative lens having a concave surface facing the image plane side, and a lens group having low power, and the rear group has, in order from the object side, a convex surface facing the image surface side. A wide-angle lens composed of a positive lens and a cemented lens of a positive lens and a negative lens, and satisfying the following conditional expressions (A1) and (A2);
| F / fW | <0.27 (A1)
0.53 <f / fR <0.81 (A2)
However,
f: focal length of the whole system,
fW: focal length of the weak lens group of the front group,
fR: focal length of the rear group,
It is.
物体側から順に、負の前群と、開口絞りと、正の後群とから成る広角レンズであって、
前記前群が、物体側から順に、像面側に凹面を向けた負レンズと、パワーの弱いレンズ群とで構成され、前記後群が、物体側から順に、像面側に凸面を向けた正レンズと、正レンズと負レンズの貼り合わせレンズとで構成され、以下の条件式(A1)及び(A3)を満足することを特徴とする広角レンズ;
|f/fW|<0.27 …(A1)
2<dR/f<4.5  …(A3)
ただし、
f:全系の焦点距離、
fW:前群のパワーの弱いレンズ群の焦点距離、
dR:前群の最も像面側の面から後群の最も像面側の面までの光軸厚み、
である。
A wide-angle lens composed of, in order from the object side, a negative front group, an aperture stop, and a positive rear group,
The front group includes, in order from the object side, a negative lens having a concave surface facing the image plane side, and a lens group having low power, and the rear group has, in order from the object side, a convex surface facing the image surface side. A wide-angle lens composed of a positive lens and a cemented lens of a positive lens and a negative lens, and satisfying the following conditional expressions (A1) and (A3);
| F / fW | <0.27 (A1)
2 <dR / f <4.5 (A3)
However,
f: focal length of the whole system,
fW: focal length of the weak lens group of the front group,
dR: optical axis thickness from the most image side surface of the front group to the most image side surface of the rear group,
It is.
物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、
前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B2)を満足することを特徴とする広角レンズ;
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
0.45<f/f24<0.82 …(B2)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
f24:第2レンズから第4レンズまでの合成焦点距離、
である。
A wide-angle lens including, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap therebetween;
A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B2);
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
0.45 <f / f24 <0.82 (B2)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
f24: composite focal length from the second lens to the fourth lens,
It is.
物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、
前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B3)を満足することを特徴とする広角レンズ;
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
−1.5<f1/f24<−0.7 …(B3)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
f1:第1レンズの焦点距離、
f24:第2レンズから第4レンズまでの合成焦点距離、
である。
A wide-angle lens including, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap therebetween;
A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B3);
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
−1.5 <f1 / f24 <−0.7 (B3)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
f1: focal length of the first lens,
f24: composite focal length from the second lens to the fourth lens,
It is.
物体側から順に、負の第1レンズと、大きな空気間隔をおいて、正の第2レンズと、正の第3レンズと、負の第4レンズとから成る広角レンズであって、
前記第3レンズと前記第4レンズとが貼り合わされており、以下の条件式(B1)及び(B4)を満足することを特徴とする広角レンズ;
0.7<f/Y’<1.24 …(B1)
1.05<(r1+r2)/(r1−r2)<1.5  …(B4)
ただし、
f:全系の焦点距離、
Y’:最大像高、
r1:第1レンズの物体側の面の曲率半径、
r2:第1レンズの像面側の面の曲率半径、
である。
A wide-angle lens including, in order from the object side, a negative first lens, a positive second lens, a positive third lens, and a negative fourth lens with a large air gap therebetween;
A wide-angle lens, wherein the third lens and the fourth lens are bonded to each other and satisfy the following conditional expressions (B1) and (B4);
0.7 <f / Y '<1.24 (B1)
1.05 <(r1 + r2) / (r1-r2) <1.5 (B4)
However,
f: focal length of the whole system,
Y ': maximum image height,
r1: radius of curvature of the object-side surface of the first lens,
r2: radius of curvature of the image-side surface of the first lens,
It is.
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