JP2004258310A

JP2004258310A - Wide angle lens equipped with gradient index lens

Info

Publication number: JP2004258310A
Application number: JP2003048943A
Authority: JP
Inventors: Kenzaburo Suzuki; 憲三郎鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wide-angle lens equipped with a gradient index lens which has the high performance to make the lens usable for a camera for an electronic image, a camera for a film, etc., and makes good imaging performance obtainable even in a region of a relatively wide angle of view (≥80°). <P>SOLUTION: The wide-angle lens has a photographing angle of view of ≥80° and is equipped, successively from an object side, with a first lens group G1 having positive refractive power, an aperture-stop S, and a second lens group G2 having positive refractive power. The first lens group G1 includes a negative meniscus lens L2 which is the graded index lens GRIN of the refractive index changing continuously in an optical axis direction and a lens L5 having an aspherical surface ASP. The second lens group G2 includes at least cemented lenses (L11 and L12, L13 and L14, and L15 and L16). Equation 1.5<bf/f<5.0 is satisfied when the focal length of the entire lens system is defined as f and the back focus thereof as bf. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率分布型レンズを備えた広角レンズに関し、特に比較的画角が大きく、バックフォーカスの長い広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、広画角の撮影レンズを得ようとすると、歪曲収差や色収差の発生が甚大となって良好な結像性能を得ることが難しかった。そこで、屈折率分布型レンズを用いて、これらの収差を良好に補正した広角レンズが開示されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群からなり、第２レンズ群には少なくとも１枚の屈折率分布型レンズを有して構成されている。また、特許文献２に記載のレンズは、絞りを挟んで物体側の前群と像側の後群とからなり、後群中に少なくとも１枚の屈折率分布型レンズを有して構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４７３７２号公報
【特許文献２】
特開平５−１４２４６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示されたレンズは、最近ますます高性能が要求される電子画像用やフィルム用等の撮影レンズとして用いる場合には、歪曲収差や色収差の補正が十分ではなかった。特に、８０度以上の広画角領域では、これらの収差の補正不足は顕著であった。また、諸収差量を抑えるためにレンズ枚数を増やした結果、レンズ系全体が大型化するという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電子画像用カメラやフィルム用カメラ等に用いることのできる高性能で、比較的広画角な領域（８０度以上）においても良好な結像性能が得られる、屈折率分布型レンズを備えた広角レンズを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズは、撮影画角が８０度以上であって、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群、絞り、正屈折力の第２レンズ群を備え、第１レンズ群は、光軸方向に屈折率が連続的に変化する屈折率分布型レンズである負メニスカスレンズ及び非球面を有するレンズを含み、第２レンズ群は、少なくとも接合レンズを含み、レンズ全系の焦点距離をｆ、バックフォーカスをｂｆとしたとき、次式１．５＜ｂｆ／ｆ＜５．０の条件を満たすことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズにおいて、第１レンズ群は、非球面形状のレンズ面を有する負メニスカスレンズ、両凸レンズを含む接合正レンズを有し、第２レンズ群は、両凹レンズ及び両凸レンズからなる接合負レンズを有し、屈折率分布型レンズは、最も物体側に位置する面から最も像側に位置する面までの間において光軸上における屈折率の変化量をΔＮとしたとき、次式−０．５＜ΔＮ＜−０．００１の条件を満たすように構成することが好ましい。なお、後述する本実施例では、基準スペクトル線をｄ線としている。
【０００９】
また、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズにおいて、屈折率分布型レンズの物体側の有効径（直径）をＣとしたとき、次式０．５＜Ｃ／ｆ＜１０．０の条件を満たすように構成することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズにおいて、屈折率分布型レンズの焦点距離をｆｇとしたとき、次式−１０．０＜ｆｇ／ｆ＜−１．０の条件を満たすように構成することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズにおいて、屈折率分布型レンズは、光線の進行方向に屈折率が減少するものであるとともにアッベ数が増加するものであり、屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式０．０５＜Ｌｇ／ｆ＜１．０の条件を満たすように構成することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の屈折率分布型レンズを備えた広角レンズにおいて、第１レンズ群は、両凸レンズと両凹レンズを含む接合正レンズの物体側に、非球面レンズを有する負メニスカスレンズと屈折率分布型レンズを有し、第２レンズ群は、強い曲率を有するレンズ面を像側に向けた両凸レンズを有することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る広角レンズでは、物体側から順に、負メニスカスレンズ及び非球面を有するレンズを含んでなる正屈折力の第１レンズ群、開口絞り、少なくとも接合レンズを含んでなる正屈折力の第２レンズ群を備えて構成されている。すなわち、本発明の広角レンズは、物体側に強い凹パワーを配置し、像側に強い凸パワーを配置する、いわゆるレトロフォーカスタイプのレンズである。このような構成により、光学系全体の焦点距離が短く、撮影画角が大きい仕様であっても、十分なバックフォーカスが確保できるようになっている。
【００１４】
なお、収差構造を論じる場合は、絞りの前後のパワー及び構成するレンズの構造を見る方が都合のよい場合が多いため、本発明の広角レンズでは、開口絞りを挟んで、物体側のレンズ群を第１レンズ群、像側のレンズ群を第２レンズ群としている。
【００１５】
また、本発明に係る広角レンズは、第１レンズ群中に光軸方向に屈折率が連続的に変化する屈折率分布型レンズを配置することにより、諸収差（特に、歪曲収差及び倍率色収差）を十分に補正した広角領域、さらには超広角領域において、優れた結像性能が得られるようになっている。
【００１６】
ここで、屈折率分布型レンズについて説明する。一般に、光学ガラス材料には、無色、透明、均質なものが用いられているが、屈折率分布型レンズとは均質ではなく、屈折率が媒質中で連続的に変化しているものをいう。そして、基本的には、アキシャル型、ラディアル型があることが知られている。アキシャル型とは、光軸方向に屈折率が連続的に変化しているものをいい、ラディアル型とは、光軸と垂直な方向に屈折率が連続的に変化しているものをいう。また、これらの組み合わせもあり得る。図７（Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズ１を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と垂直な線は屈折率が等しいポイントを連ねている（すなわち屈折率の等高線を示している）。また、図７（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズ２を光軸と垂直な方向から見た断面図であり、光軸と平行な線は屈折率が等しいポイントを連ねている。そして、このアキシャル型の屈折率分布型レンズは、近年、大口径のものの製作が可能となったため、実用に供することが可能となった。
【００１７】
このアキシャル型の屈折率分布型レンズについてもう少し述べると、屈折面及び媒質内での局所的な屈折率変化によって、非球面レンズのような作用を有することや、ガラス分散値がレンズ内で連続的に変化することにより、貼り合わせレンズのような効果を有することから、単レンズでも良好な色収差補正能力を有している。このため、高価な非球面レンズや特殊低分散ガラスでしか達し得ない（通常のガラスでは達し得ない）良好な色収差補正が可能である。
【００１８】
そこで、本発明の広角レンズにおいて、このアキシャル型の屈折率分布型レンズを用いることにより、色収差補正が良好に補正されて、８０度以上の広画角においても優れた結像性能が得られる。また、収差補正に要するレンズ枚数を少なくすることができるので、安価かつ軽量コンパクトな構成にすることもできる。さらに、本発明の広角レンズにおいて、屈折率分布型レンズと非球面レンズとを組み合わせて用いることにより、より優れた結像性能を達成することができることを見出した。
【００１９】
以下、条件式の説明に沿って、本発明の広角レンズを詳細に説明する。本発明の広角レンズにおいては、レンズ全系の焦点距離をｆ、バックフォーカスをｂｆとしたとき、次式（１）を満たす。
【００２０】
【数１】
１．５＜ｂｆ／ｆ＜５．０（１）
【００２１】
上記条件式（１）は、広角レンズ全系の焦点距離に対するバックフォーカスの大きさの適切な範囲を規定するものである。ここで、条件式（１）の上限値を上回るとバックフォーカスが大きくなり過ぎ、広角レンズ全体の大型化を招くので不都合である。また、後玉径が大きくなり過ぎてしまい、これによっても広角レンズ全体の大型化を招き易いてしまう。さらに、歪曲収差が負側に大きくなり易く、結像性能の点からも不都合である。逆に、条件式（１）の下限値を下回るとバックフォーカスが小さくなり過ぎ、像面との間にフィルターやプリズム等を配置する空間スペースを確保することが困難になり不都合である。また、射出瞳が像面に近くなる傾向となり、シェーディングが発生し易くなり不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（１）の上限値を３．５とすることが好ましい。また、下限値については１．６とすることが好ましい。
【００２２】
ここで、本発明の広角レンズにおいて、フィルター等がレンズ後方に配置されている場合には、バックフォーカスは、最終レンズ面からフィルター等を除いた像面までの距離を指すものとする。
【００２３】
また、本発明に係る広角レンズにおいては、第１レンズ群中の屈折率分布型レンズは、最も物体側に位置する面から最も像側に位置する面までの間において、光軸上における（基準線をｄ線とした）屈折率の変化量をΔＮ（ｍｍ）としたとき、諸収差を良好に補正するために、次式（２）を満たすことが好ましい。
【００２４】
【数２】
−０．５＜ΔＮ＜−０．００１（２）
【００２５】
上記条件式（２）は、屈折率の変化量（屈折率分布の勾配）の適切な範囲を規定するものである。条件式（２）の上限値を上回ると、球面収差が正側に過大となって不都合である。逆に、条件式（２）の下限値を下回るとペッツバール和が正側に大きくなりやすく、これによって像面湾曲が甚大となり良好な画質を得ることが難しい。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（２）の上限値を−０．０１とすることが好ましい。また、下限値については、−０．０３とすることが好ましい。
【００２６】
ここで、屈折率分布型レンズにおける光軸方向の屈折率の分布は、光線の進行方向に屈折率が減少するものであることが好ましい。このようにすれば、光線が光軸より離れるに従ってその光線の屈折角は小さくなり、歪曲収差を減少させる補正を極めて有効に行うことができるからである。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、屈折率分布型レンズの光軸上における屈折率の変化量は、最も物体側に位置する面から最も像側に位置する面までの間において（すなわち基準線での屈折率の変化量が）０．０３以上であることが好ましい。これにより広角レンズ全体のサイズを小さくすることができ、より小型でかつ軽量な構成とすることができる。
【００２７】
また、屈折率分布型レンズにおけるアッベ数は、光線の進行方向に増加するものであることが好ましい。このような構成にあれば、この屈折率分布型レンズにおいて色収差の発生を抑えることができて、より優れた色収差の補正ができる。
【００２８】
本発明に係る広角レンズにおいては、屈折率分布型レンズの物体側の有効径（直径）をＣとしたときに、次式（３）を満たすことが好ましい。
【００２９】
【数３】
０．５＜Ｃ／ｆ＜１０．０（３）
【００３０】
上記条件式（３）は、屈折率分布型レンズの有効径の適切な範囲を広角レンズ全系の焦点距離との比で規定するものである。ここで、条件式（３）の上限値を上回ると屈折率分布型レンズの径が大きくなり過ぎ、屈折率分布型レンズの製作が困難となりコストアップに繋がる。また、屈折率分布型レンズの有効径内に外部からの有害光が入り易くなり、フレア等による画質の低下を招き易くなる。逆に、条件式（３）の下限値を下回ると、屈折率分布型レンズの適切な有効径が小さくなり過ぎて、周辺光量が不足してしまう傾向が強まり、画質の低下を招き易くなる。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（３）の上限値を４．０とすることが好ましい。また、下限値については２．０とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明に係る広角レンズにおいては、屈折率分布型レンズの焦点距離をｆｇとしたとき、次式（４）を満たすことが好ましい。
【００３２】
【数４】
−１０．０＜ｆｇ／ｆ＜−１．０（４）
【００３３】
上記条件式（４）は、屈折率分布型レンズの焦点距離の適切な範囲を規定する。ここで、条件式（４）の上限値を上回ると、屈折率分布型レンズが芯取り困難な形状となって、屈折率分布型レンズの製作が困難となる不都合が生じる。逆に、条件式（４）の下限値を下回ると、屈折率分布型レンズの焦点距離の大きさが小さくなり過ぎてしまい、その結果、各レンズ面の曲率半径が小さくなり過ぎてしまって屈折率分布型レンズが製造しづらくなる不都合があるばかりか、コマ収差や像面湾曲収差の発生が甚大となってしまい、良好な結像性能が得られなくなってしまう。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、条件式（４）の上限値を−２．５とすることが好ましい。また、下限値については−６．０とすることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係る広角レンズにおいて、屈折率分布型レンズの厚さをＬｇとしたとき、次式（５）を満たすことが好ましい。
【００３５】
【数５】
０．０５＜Ｌｇ／ｆ＜１．０（５）
【００３６】
上記条件式（５）は、開口絞りの前方に位置するレンズ群の焦点距離に対する、開口絞りの前後に位置するレンズ面の間隔の適切な範囲を定めている。ここで、上述したように、本発明においては、開口絞りを第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置することが好ましい。上記条件式（５）の上限値を上回ると、前玉径も後玉径もいずれも大きくなり過ぎて不都合となるばかりか、高次のコマ収差や非点収差が発生し易くなってしまう。逆に、条件式（５）の下限値を下回ると、全体の収差バランスが悪くなり、像面湾曲とコマ収差の補正が困難となってしまい不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（４）の上限値を０．３とすることが好ましい。また、下限値については０．０５とすることが好ましい。
【００３７】
さらに、本発明に係る広角レンズにおいては、レンズ全系の最も物体側に位置する負メニスカスレンズ（第１レンズ群中に設けられた上記負メニスカスレンズ）における物体側の面の半径をｒ１、像側の面の半径をｒ２としたときに、次式（６）を満たすことが好ましい。
【００３８】
【数６】
２．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜１０．０（６）
【００３９】
上記条件式（６）は、第１レンズ群中の最も物体側に位置する負メニスカスレンズの形状の適切な範囲を規定する。ここで、条件式（６）の上限値を上回ると、レンズの研磨や芯取りが困難となり、コストアップに繋がる。逆に、条件式（６）の下限値を下回ると、非点収差や倍率色収差などの軸収差の劣化が大きくなり好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（６）の上限値を６．０とすることが好ましい。また、第１レンズ群中の最も物体側に位置する負メニスカスレンズに非球面や回折光学面を設けるときには、上記ｒ１及びｒ２の値はそれぞれ、その負メニスカスレンズの近軸曲率半径を示すものとする。そして、負メニスカスレンズの物体側の面に回折光学面を配置するようにすれば、倍率色収差の補正に極めて有効であるため、特に好ましい。
【００４０】
また、本発明に係る広角レンズにおいては、第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたとき、次式（７）を満たすことが好ましい。
【００４１】
【数７】
１．０＜ｆ１／ｆ＜５．０（７）
【００４２】
上記条件式（７）は、レンズ全系の焦点距離に対する、第１レンズ群の焦点距離の適切な範囲を定めている。上述したように、本発明に係る広角レンズはいわゆるレトロフォーカスタイプを基本構成としており、物体側に位置する負の屈折力を有したレンズ群（すなわち第１レンズ群）のレンズ系全体に対する屈折力配分は、レンズ光学系全体の構成上極めて重要である。かかる屈折力配分は、バックフォーカスの大きさや、軸外収差の発生量等に大きく寄与し、最終的なレンズ光学系の具体的構成や達成性能に大きな影響を与えるためである。
【００４３】
本発明による広角レンズにおいては、先ず、第１レンズ群の焦点距離に関して、適切な範囲を定めた。この条件式（７）の上限値を上回ると、ペッツバール和が負側に変移し易くなるため、像面湾曲が正側に過大となり易く、また、十分な大きさのバックフォーカスが得られないので不都合である。さらに、歪曲収差が正側に大きくなり易く、良好な結像性能を得ることが困難となる。逆に、条件式（７）の下限値を下回ると、ペッツバール和が正側に変移し易くなるため、像面湾曲が負側に過大となり易く、不都合である。また、歪曲収差が負側に大きくなり易く、良好な結像性能を得ることが困難となる。さらには、レンズ光学系の全長が長くなる傾向になり、本発明の広角レンズの小型化を図ることが困難となる。なお、本発明の効果を十分に発揮させるには、上記条件式（７）の上限値を３．５とすることが好ましい。また、下限値については、２．５とすることが好ましい。
【００４４】
以上のように、本発明は、屈折率分布型レンズは非球面レンズの作用と相まって、撮影画角が８０度以上の場合に諸収差の補正に極めて効果的である。特に、像面湾曲と歪曲収差の補正に有効であるとともに、倍率色収差の補正をバランスよく行うことができる。
【００４５】
本発明に係る広角レンズを実際に構成する場合、第１レンズ群は、最も物体側に物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズが設けられることが好ましく、この負メニスカスレンズが屈折率分布型レンズであれば、色収差補正により効果的である。また、この負メニスカスレンズの像側に、両凸レンズを配置する構成とすれば、下方コマ収差をはじめとする諸収差の補正が十分に行うことができるため好ましい。
【００４６】
さらに、この両凸レンズと前記負メニスカスレンズの間に、非球面レンズを配置する構成とすれば、上記の最も物体側に設けられている負メニスカスレンズで発生する諸収差の補正が行うことができるため好ましい。このとき、上記（第１レンズ群中の最も物体側にある）負メニスカスレンズは、屈折率が１．６２以上であることが好ましい。また、物体側から順に、非球面レンズ、正メニスカスレンズ、屈折率分布型レンズを配置する構成としてもよい。この場合においても、先の構成とほぼ同様に、良好な収差補正を達成することができる。
【００４７】
また、上記の負メニスカスレンズ、非球面レンズの像側に、両凸レンズを含む接合正レンズを配置する構造とすることが望ましい。この両凸レンズにより、主光線より下側の光線のコマ収差を充分に補正することができる。さらに、この接合正レンズを両凹レンズと組み合わせて構成することにより、ペッツバール和を適正な範囲とすることができるとともに、像面湾曲を良好に補正することができるため好ましい。同時に、球面収差においても、上記（接合正レンズに配置されている）両凸レンズでは正側に、上記両凹レンズでは負側に大きくなりがちであったが、相互のレンズで打ち消しあうことにより、良好な補正が可能となる。
【００４８】
なお、上記のように、（接合正レンズと）両凹レンズ単独で組み合わせることにより、収差発生が大きくなり過ぎて光学系全体の収差バランスがとりにくくなる場合には、この両凹レンズの像側にもう１枚両凸レンズを配置してもよい。これにより、球面収差をより良好に補正することができる。
【００４９】
また、第１レンズ群は、弱い屈折力のメニスカスレンズを有することが好ましい。これは、微妙な収差補正において有効であり、特に球面収差及びコマ収差の補正バランスを取る際に有効である。この場合、上記メニスカスレンズにおける像側の面に対する物体側の面の曲率半径の比は、１．５〜０．３であることが好ましい。
【００５０】
第２レンズ群は、両凹レンズと両凸レンズからなる接合負レンズを有する構成とすることが好ましい。このような構成にあれば、十分にバックフォーカスを確保することができるとともに、軸上色収差及び倍率色収差の良好な補正を行うことができる。
【００５１】
また、第２レンズ群は、開口絞りの像側に隣接して、貼り合わせレンズを設けることが好ましい。この貼り合わせレンズは、色消しができれば正の屈折力を有していても負の屈折力を有していてもどちらでもかまわない。この貼り合わせレンズを、十分な色消しを達成するため、開口絞りの物体側すなわち第１レンズ群中に付加してもよい。ここで用いる貼り合わせレンズは、弱い負の屈折力を有することが好ましい。
【００５２】
また、第２レンズ群は、非球面レンズを少なくとも１枚有することが好ましい。このような構成にあれば、主光線の上側のコマ収差及び球面収差の補正を十分に行うことができる。
【００５３】
また、第２レンズ群は、主光線の上側のコマ収差と歪曲収差の補正に有効である、強い曲率を有するレンズ面を像側に設けた両凸レンズを設けることが好ましい。このような構成によれば、主光線上側のコマ収差及び歪曲収差の補正を十分に行うことができる。
【００５４】
さらに、第２レンズ群は、最も像側の位置に凸レンズを設けることが好ましい。この最も像側に位置する凸レンズは、ＣＣＤ等の撮像面とレンズ面との反射によるゴーストやフレアを軽減するため、像側の面の曲率半径が物体側の面の曲率半径よりも大きくなっていること、すなわち像側に凸面を向けていることが好ましい。
【００５５】
本発明に係る広角レンズにおいては、この広角レンズのブレを検出するブレ検出手段と、ブレ検出手段からの信号とカメラの作動のシーケンス制御を行う制御手段とに基づいて適正なブレ補正量を定めるブレ制御装置と、ブレ制御装置により定められたブレ補正量に基づいて防振レンズ群を移動させる駆動機構とを組み合わせて、防振レンズシステムを構成することもできる。
【００５６】
また、本発明に係る広角レンズにおいては、構成する各レンズに回折レンズ等を用いることにより、さらに良好な光学性能を得ることが可能である。
【００５７】
また、本発明に係る広角レンズにおいては、近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、レンズ系全体を物体側に繰り出す方式が最も機構的に簡単であるが、第１レンズ群を固定としたまま、第２レンズ群のみ又は一部のレンズを物体側に繰り出す方式としてもよい。この方式の方が全体繰り出し方式より、周辺での像が劣化しにくいので好ましい。また、第１レンズ群と第２レンズ群との互いの軸上空気間隔を変えながら物体側に繰り出す方式（いわゆるフローティングフォーカス方式）とすれば、より良い近距離性能が得られる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。なお、各実施例において、屈折率分布型レンズは、各色の波長の屈折率変化の係数を用いて、光軸方向に線形に変化するデータとして示している。
【００５９】
また、各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（８）とを用いて行う超高屈折法により計算した。超高屈折法とは、非球面形状と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例においては回折光学面は超高屈折法のデータとして、すなわち後述する非球面式（８）とその係数により示している。また、本実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線、ｇ線を選んでいる。ここで本実施例において用いた、ｄ線及びｇ線の波長と、これらスペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を以下の表１に示す。
【００６０】
【表１】

【００６１】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｘとし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐定数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、次式（８）で表される。
【００６２】
【数８】
ｘ＝（ｙ^２／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ^２／ｒ^２）^１／２｝＋Ｃ_４ｙ^４＋Ｃ_６ｙ^６＋Ｃ_８ｙ^８＋Ｃ_１０ｙ^１０＋Ｃ_１２ｙ^１２＋Ｃ_１４ｙ^１４＋Ｃ_１６ｙ^１６（８）
【００６３】
なお、本実施例において用いた超高屈折法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修」に詳しい。
【００６４】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係る屈折率分布型レンズを備えた広角レンズＷＬ１のレンズ構成を示す図である。第１実施例に用いた広角レンズＷＬ１では、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、第２レンズ群Ｇ２から構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向け像側の面に非球面を有する負メニスカスレンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合正レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７と、両凹レンズＬ８と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ９と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０との接合レンズから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ１１と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２との接合レンズ、両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４との接合負レンズ、両凸レンズＬ１５と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６との接合レンズから構成されている。
【００６５】
なお、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ４が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなり、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ２における像側の面が非球面ＡＳＰである。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ１５において、像側の面は、物体側の面よりも強い曲率を持っている。
【００６６】
下の表２に、第１実施例における各レンズの諸元を示す。表２における面番号１〜２９は、図１における符号１〜２９に対応している。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合には基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率をそれぞれ示している。また、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右に＊印を付し、これらの面の諸元は上記の超高屈折法を用いて示している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。
【００６７】
表２において、面番号４が非球面ＡＳＰに相当する面を示す。また、面番号１０が開口絞りＳを示す。また、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ２．００００００を掛けた量となる。
【００６８】
なお、諸元の表中に記載されている長さの単位は全てｍｍであるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。以上、表の説明は、他の実施例においても同様である。
【００６９】
【表２】

【００７０】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）が、全て満たされていることが分かる。
【００７１】
図２、３は、第１実施例における光学系の無限遠合焦点状態での諸収差を示す図である。各収差図において、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。なお、球面収差図におけるＨは最大の入射高を１に規格化した入射高を、非点収差図及び歪曲収差図におけるＹは像高の最大値をそれぞれ示している（図２参照）。さらに、非点収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。また、コマ収差図におけるＹは各像高の値を示している（図３参照）。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
【００７２】
各収差図より明らかであるように、本発明の第１実施例における広角レンズＷＬ１では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。なお、この実施例における画角は、およそ１１６．４度であった。
【００７３】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例に係る屈折率分布型レンズを備えた広角レンズＷＬ２のレンズ構成を示す図である。第２実施例に用いた広角レンズＷＬ２では、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、第２レンズ群Ｇ２から構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と物体側に凸面を向け像側の面に非球面を有する負メニスカスレンズＬ４との接合レンズと、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６との接合正レンズ、両凸レンズＬ７、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０との接合負レンズ、両凸レンズＬ１１、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２との接合レンズから構成されている。
【００７４】
なお、本実施例では、第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ１が屈折率分布型レンズＧＲＩＮからなっており、その屈折率分布は光線の進行方向に屈折率が減少するものとなるように構成した。第１レンズ群Ｇ１の負メニスカスレンズＬ４における像側の面が非球面ＡＳＰである。また、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ１１において、像側の面は、物体側の面よりも強い曲率を持っている。
【００７５】
下の表３に、第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜２３は、図４における符号１〜２３に対応している。また、前述の条件式（１）〜（７）に対応する値、すなわち条件対応値も以下に示している。なお、表３において、面番号８が非球面ＡＳＰに相当する面を示す。また、面番号１６が開口絞りＳを示す。そして、屈折率分布型レンズにおいて、光軸方向の屈折率の変化量は、表中の「１ｍｍ当たりの屈折率の変化量」にレンズ厚さ２．５０００００を掛けた量となる。
【００７６】
【表３】

【００７７】
このように本実施例では、上記条件式（１）〜（７）が、全て満たされていることが分かる。
【００７８】
図５、６は、第２実施例における光学系の無限遠合焦点状態での諸収差を示す図である。各収差図より明らかであるように、本発明の第２実施例における広角レンズＷＬ２では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。なお、この実施例における画角は、およそ８９．２度であった。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、屈折率分布型レンズを利用したフィルム用カメラ、高性能な電子画像用カメラ（例えば、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等）に好適で、充分なバックフォーカスを有し、諸収差の補正（特に歪曲収差）が良好に補正された撮影レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る屈折率分布型レンズを備えた広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】第１実施例における屈折率分布型レンズを備えた広角レンズの諸収差図である。
【図３】第１実施例における屈折率分布型レンズを備えた広角レンズの諸収差図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る屈折率分布型レンズを備えた広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図５】第２実施例における屈折率分布型レンズを備えた広角レンズの諸収差図である。
【図６】第２実施例における屈折率分布型レンズを備えた広角レンズの諸収差図である。
【図７】（Ａ）はアキシャル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図であり、（Ｂ）はラディアル型の屈折率分布型レンズを光軸と垂直な方向から見た断面図である。
【符号の説明】
ＷＬ１、ＷＬ２広角レンズ
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
ＧＲＩＮ屈折率分布型レンズ
ＡＳＰ非球面
Ｉ像面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wide-angle lens having a gradient index lens, and more particularly to a wide-angle lens having a relatively large angle of view and a long back focus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, when a photographing lens having a wide angle of view is obtained, distortion and chromatic aberration are greatly generated, and it is difficult to obtain good imaging performance. Therefore, a wide-angle lens in which these aberrations are satisfactorily corrected using a refractive index distribution type lens is disclosed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0003]
For example, the lens described in Patent Document 1 includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a positive lens group. The second lens group includes at least one gradient index lens. Further, the lens described in Patent Document 2 includes a front group on the object side and a rear group on the image side with a diaphragm interposed therebetween, and is configured to have at least one gradient index lens in the rear group. I have.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-147372 A
[Patent Document 2]
JP-A-5-142469
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the lens disclosed in the above publication is used as a photographing lens for electronic images, films, and the like, for which higher performance is required more and more recently, distortion and chromatic aberration are not sufficiently corrected. In particular, in the wide angle of view region of 80 degrees or more, insufficient correction of these aberrations was remarkable. Further, as a result of increasing the number of lenses in order to suppress the amount of various aberrations, there is a problem that the entire lens system becomes large.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and has a high performance that can be used for an electronic image camera, a film camera, and the like, and is excellent even in a region with a relatively wide angle of view (80 degrees or more). It is an object of the present invention to provide a wide-angle lens provided with a gradient-index lens that can provide imaging performance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a wide-angle lens provided with a gradient index lens according to the present invention has a shooting angle of view of 80 degrees or more, and a first lens unit having a positive refractive power and an aperture in order from the object side. A second lens group having a positive refractive power, the first lens group includes a negative meniscus lens which is a refractive index distributed lens whose refractive index continuously changes in the optical axis direction, and a lens having an aspheric surface. The two-lens group includes at least a cemented lens, and satisfies the following condition: 1.5 <bf / f <5.0 when the focal length of the entire lens system is f and the back focus is bf. .
[0008]
In the wide-angle lens including the gradient index lens according to the present invention, the first lens group includes a negative meniscus lens having an aspheric lens surface, a cemented positive lens including a biconvex lens, and a second lens group. Has a cemented negative lens composed of a biconcave lens and a biconvex lens, and the gradient index lens has a refractive index change on the optical axis between a surface located closest to the object side and a surface located closest to the image side. Assuming that the amount is ΔN, it is preferable to configure so as to satisfy the following condition: −0.5 <ΔN <−0.001. In this embodiment, which will be described later, the reference spectral line is a d-line.
[0009]
In the wide-angle lens provided with the gradient index lens according to the present invention, when the effective diameter (diameter) on the object side of the gradient index lens is C, the following equation is satisfied: 0.5 <C / f <10.0 It is preferable to satisfy the above condition.
[0010]
In the wide-angle lens provided with the gradient index lens according to the present invention, when the focal length of the gradient index lens is fg, a condition of the following expression -10.0 <fg / f <-1.0 is satisfied. It is preferable to configure as follows.
[0011]
In the wide-angle lens provided with the gradient index lens according to the present invention, the gradient index lens has a refractive index that decreases in the traveling direction of the light beam and an Abbe number that increases, and the refractive index distribution increases. Assuming that the thickness of the mold lens is Lg, it is preferable that the lens satisfies the following condition: 0.05 <Lg / f <1.0.
[0012]
In the wide-angle lens provided with the gradient index lens according to the present invention, the first lens group includes a negative meniscus lens having an aspheric lens on the object side of a cemented positive lens including a biconvex lens and a biconcave lens, and a refractive index distribution. Preferably, the second lens group includes a biconvex lens having a lens surface having a strong curvature facing the image side.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the wide-angle lens according to the present invention, in order from the object side, a first lens unit having a positive refractive power including a negative meniscus lens and a lens having an aspheric surface, an aperture stop, and a positive lens having a positive refractive power including at least a cemented lens. It is configured with two lens groups. That is, the wide-angle lens of the present invention is a so-called retrofocus type lens in which a strong concave power is arranged on the object side and a strong convex power is arranged on the image side. With such a configuration, a sufficient back focus can be ensured even if the focal length of the entire optical system is short and the shooting angle of view is large.
[0014]
When discussing the aberration structure, it is often convenient to look at the power before and after the stop and the structure of the constituent lenses. Therefore, in the wide-angle lens of the present invention, the lens group on the object side is sandwiched by the aperture stop. Are the first lens group, and the lens group on the image side is the second lens group.
[0015]
In the wide-angle lens according to the present invention, various aberrations (particularly, distortion and chromatic aberration of magnification) are provided by disposing a refractive index distribution type lens whose refractive index continuously changes in the optical axis direction in the first lens group. In a wide-angle region in which is sufficiently corrected, and further in a super-wide-angle region, excellent imaging performance can be obtained.
[0016]
Here, the gradient index lens will be described. Generally, a colorless, transparent, and homogeneous optical glass material is used. However, a graded index lens is not homogeneous, and a refractive index continuously changes in a medium. It is basically known that there are an axial type and a radial type. The axial type refers to the one in which the refractive index continuously changes in the optical axis direction, and the radial type refers to the one in which the refractive index continuously changes in the direction perpendicular to the optical axis. Also, there may be a combination of these. FIG. 7A is a cross-sectional view of the axial type gradient index lens 1 viewed from a direction perpendicular to the optical axis. Lines perpendicular to the optical axis connect points having the same refractive index (that is, the refractive index). Are shown). FIG. 7B is a cross-sectional view of the radial type gradient index lens 2 viewed from a direction perpendicular to the optical axis. Lines parallel to the optical axis are connected to points having the same refractive index. In recent years, it has become possible to manufacture this axial type gradient index lens element with a large diameter, so that it can be put to practical use.
[0017]
To describe this axial type gradient index lens a little more, it has the effect of an aspheric lens due to local refractive index changes in the refractive surface and the medium, and the glass dispersion value is continuous in the lens. , It has an effect like a cemented lens, so that even a single lens has good chromatic aberration correcting ability. Therefore, good chromatic aberration correction that can be achieved only with an expensive aspheric lens or special low dispersion glass (which cannot be achieved with ordinary glass) can be performed.
[0018]
Therefore, in the wide-angle lens according to the present invention, by using the axial type gradient index lens element, chromatic aberration correction is satisfactorily corrected, and excellent imaging performance can be obtained even at a wide angle of view of 80 degrees or more. Further, since the number of lenses required for aberration correction can be reduced, a low-cost, lightweight, and compact configuration can be achieved. Furthermore, in the wide-angle lens of the present invention, it has been found that more excellent imaging performance can be achieved by using a combination of a gradient index lens and an aspheric lens.
[0019]
Hereinafter, the wide-angle lens of the present invention will be described in detail along with the description of the conditional expressions. In the wide-angle lens of the present invention, when the focal length of the entire lens system is f and the back focus is bf, the following expression (1) is satisfied.
[0020]
(Equation 1)
1.5 <bf / f <5.0 (1)
[0021]
The conditional expression (1) defines an appropriate range of the magnitude of the back focus with respect to the focal length of the whole wide-angle lens system. Here, if the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), the back focus becomes too large, which leads to an increase in the size of the wide-angle lens, which is inconvenient. Also, the diameter of the rear lens becomes too large, which also tends to increase the size of the entire wide-angle lens. Furthermore, distortion tends to be large on the negative side, which is inconvenient in terms of imaging performance. Conversely, when the value goes below the lower limit of conditional expression (1), the back focus becomes too small, and it is difficult to secure a space for disposing a filter, a prism, and the like between the image plane and the lens. In addition, the exit pupil tends to be closer to the image plane, and shading is likely to occur, which is inconvenient. In order to sufficiently exhibit the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (1) to 3.5. The lower limit is preferably set to 1.6.
[0022]
Here, in the wide-angle lens of the present invention, when a filter or the like is arranged behind the lens, the back focus indicates the distance from the final lens surface to the image plane excluding the filter and the like.
[0023]
In the wide-angle lens according to the present invention, the gradient index lens in the first lens group is disposed on the optical axis between the surface closest to the object side and the surface closest to the image side. When the amount of change in the refractive index is ΔN (mm) (where the line is the d-line), it is preferable that the following expression (2) is satisfied in order to favorably correct various aberrations.
[0024]
(Equation 2)
−0.5 <ΔN <−0.001 (2)
[0025]
Conditional expression (2) defines an appropriate range of the amount of change in the refractive index (gradient of the refractive index distribution). When the value exceeds the upper limit of conditional expression (2), spherical aberration becomes excessively large on the positive side, which is inconvenient. Conversely, when the value goes below the lower limit value of the conditional expression (2), the Petzval sum tends to increase toward the positive side, whereby the curvature of field becomes so large that it is difficult to obtain good image quality. In order to sufficiently exert the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (2) to -0.01. Further, the lower limit is preferably set to -0.03.
[0026]
Here, it is preferable that the distribution of the refractive index in the optical axis direction in the refractive index distribution type lens is such that the refractive index decreases in the traveling direction of the light beam. By doing so, the refraction angle of the light beam becomes smaller as the light beam becomes farther from the optical axis, and the correction for reducing the distortion can be performed very effectively. In order to sufficiently exert the effects of the present invention, the amount of change in the refractive index on the optical axis of the gradient index lens is from the surface closest to the object side to the surface closest to the image side. (That is, the amount of change in the refractive index at the reference line) is preferably 0.03 or more. As a result, the size of the entire wide-angle lens can be reduced, and a smaller and lighter configuration can be achieved.
[0027]
Further, it is preferable that the Abbe number in the gradient index lens increases in the traveling direction of the light beam. With such a configuration, generation of chromatic aberration can be suppressed in the refractive index distribution type lens, and more excellent correction of chromatic aberration can be performed.
[0028]
In the wide-angle lens according to the present invention, when the effective diameter (diameter) on the object side of the gradient index lens is C, it is preferable that the following expression (3) is satisfied.
[0029]
(Equation 3)
0.5 <C / f <10.0 (3)
[0030]
The conditional expression (3) defines an appropriate range of the effective diameter of the gradient index lens by the ratio to the focal length of the wide-angle lens system. Here, when the value exceeds the upper limit of conditional expression (3), the diameter of the gradient index lens becomes too large, and it becomes difficult to manufacture the gradient index lens, which leads to an increase in cost. In addition, harmful light from the outside easily enters the effective diameter of the gradient index lens, and the image quality tends to deteriorate due to flare or the like. Conversely, when the value goes below the lower limit of conditional expression (3), the appropriate effective diameter of the gradient index lens becomes too small, and the tendency for the peripheral light quantity to be insufficient increases, and the image quality is likely to deteriorate. In order to sufficiently exert the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (3) to 4.0. The lower limit is preferably set to 2.0.
[0031]
In the wide-angle lens according to the present invention, when the focal length of the gradient index lens is fg, it is preferable that the following expression (4) is satisfied.
[0032]
(Equation 4)
-10.0 <fg / f <-1.0 (4)
[0033]
The conditional expression (4) defines an appropriate range of the focal length of the gradient index lens. Here, when the value exceeds the upper limit of conditional expression (4), the refractive index distribution type lens has a shape that is difficult to be centered, and there is a problem that it is difficult to manufacture the refractive index distribution type lens. Conversely, when the value goes below the lower limit of conditional expression (4), the magnitude of the focal length of the gradient index lens becomes too small, and as a result, the radius of curvature of each lens surface becomes too small, resulting in refraction. Not only is there a problem that the rate distribution type lens is difficult to manufacture, but also coma aberration and field curvature aberration become enormous, so that good imaging performance cannot be obtained. In order to sufficiently exhibit the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (4) to -2.5. The lower limit is preferably set to -6.0.
[0034]
In the wide-angle lens according to the present invention, when the thickness of the gradient index lens is Lg, it is preferable that the following expression (5) is satisfied.
[0035]
(Equation 5)
0.05 <Lg / f <1.0 (5)
[0036]
The conditional expression (5) defines an appropriate range of the distance between the lens surfaces located before and after the aperture stop with respect to the focal length of the lens group located in front of the aperture stop. Here, as described above, in the present invention, it is preferable to arrange the aperture stop between the first lens group and the second lens group. When the value exceeds the upper limit of conditional expression (5), both the front lens diameter and the rear lens diameter become too large, which is not only inconvenient, but also causes higher-order coma and astigmatism. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the overall aberration balance will be poor, making it difficult to correct the curvature of field and coma, which is inconvenient. In order to sufficiently exhibit the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (4) to 0.3. The lower limit is preferably set to 0.05.
[0037]
Further, in the wide-angle lens according to the present invention, the radius of the object-side surface of the negative meniscus lens (the negative meniscus lens provided in the first lens group) located closest to the object in the entire lens system is represented by r1, and When the radius of the side surface is r2, it is preferable that the following expression (6) is satisfied.
[0038]
(Equation 6)
2.0 <(r1 + r2) / (r1-r2) <10.0 (6)
[0039]
The conditional expression (6) defines an appropriate range of the shape of the negative meniscus lens located closest to the object side in the first lens group. Here, if the value exceeds the upper limit of conditional expression (6), it becomes difficult to polish and center the lens, which leads to an increase in cost. On the other hand, when the value goes below the lower limit of conditional expression (6), deterioration of axial aberration such as astigmatism and lateral chromatic aberration increases, which is not preferable. In order to sufficiently exhibit the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (6) to 6.0. When an aspheric surface or a diffractive optical surface is provided on the negative meniscus lens located closest to the object side in the first lens group, the values of r1 and r2 indicate the paraxial radius of curvature of the negative meniscus lens, respectively. I do. It is particularly preferable to dispose a diffractive optical surface on the object-side surface of the negative meniscus lens because it is extremely effective for correcting lateral chromatic aberration.
[0040]
In the wide-angle lens according to the present invention, when the focal length of the first lens group is f1, it is preferable that the following expression (7) is satisfied.
[0041]
(Equation 7)
1.0 <f1 / f <5.0 (7)
[0042]
The conditional expression (7) defines an appropriate range of the focal length of the first lens group with respect to the focal length of the entire lens system. As described above, the wide-angle lens according to the present invention basically has a so-called retrofocus type, and the refractive power of the lens group having negative refractive power (that is, the first lens group) located on the object side with respect to the entire lens system. The distribution is extremely important in the configuration of the entire lens optical system. This is because the refractive power distribution greatly contributes to the magnitude of the back focus, the amount of off-axis aberrations, and the like, and greatly affects the specific configuration and achievement performance of the final lens optical system.
[0043]
In the wide-angle lens according to the present invention, first, an appropriate range is determined for the focal length of the first lens group. When the value exceeds the upper limit value of the conditional expression (7), the Petzval sum tends to shift to the negative side, so that the curvature of field tends to be excessive to the positive side, and a sufficient back focus cannot be obtained. It is inconvenient. Furthermore, distortion tends to be large on the positive side, and it is difficult to obtain good imaging performance. Conversely, if the value falls below the lower limit of conditional expression (7), the Petzval sum tends to shift to the positive side, so that the curvature of field tends to be excessive to the negative side, which is inconvenient. In addition, distortion tends to be large on the negative side, and it is difficult to obtain good imaging performance. Further, the overall length of the lens optical system tends to be long, and it is difficult to reduce the size of the wide-angle lens of the present invention. In order to sufficiently exhibit the effects of the present invention, it is preferable to set the upper limit of conditional expression (7) to 3.5. The lower limit is preferably set to 2.5.
[0044]
As described above, in the present invention, the gradient index lens is extremely effective in correcting various aberrations when the angle of view is 80 degrees or more, in combination with the function of the aspherical lens. In particular, it is effective for correcting the curvature of field and the distortion, and can correct the chromatic aberration of magnification in a well-balanced manner.
[0045]
When the wide-angle lens according to the present invention is actually configured, the first lens group is preferably provided with a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side closest to the object side, and the negative meniscus lens is a gradient index lens. If so, it is more effective for chromatic aberration correction. It is preferable to arrange a biconvex lens on the image side of the negative meniscus lens because various aberrations including downward coma can be sufficiently corrected.
[0046]
Further, if an aspheric lens is arranged between the biconvex lens and the negative meniscus lens, it is possible to correct various aberrations generated in the negative meniscus lens provided closest to the object. Therefore, it is preferable. At this time, the negative meniscus lens (closest to the object side in the first lens group) preferably has a refractive index of 1.62 or more. Further, a configuration in which an aspheric lens, a positive meniscus lens, and a gradient index lens are arranged in this order from the object side may be adopted. Also in this case, good aberration correction can be achieved almost in the same manner as in the above configuration.
[0047]
In addition, it is preferable that a cemented positive lens including a biconvex lens is arranged on the image side of the negative meniscus lens and the aspherical lens. With this biconvex lens, it is possible to sufficiently correct the coma aberration of the light beam below the principal light beam. Further, it is preferable to form the cemented positive lens in combination with a biconcave lens, since the Petzval sum can be set in an appropriate range and the curvature of field can be favorably corrected. At the same time, with respect to spherical aberration, the biconvex lens (disposed on the cemented positive lens) tends to be large on the positive side and the biconcave lens tends to be large on the negative side. Correction is possible.
[0048]
As described above, when combining the biconcave lens alone (with the cemented positive lens) causes excessive aberrations and makes it difficult to balance the aberration of the entire optical system, the biconcave lens should be placed on the image side. One biconvex lens may be arranged. Thereby, spherical aberration can be corrected more favorably.
[0049]
It is preferable that the first lens group includes a meniscus lens having a low refractive power. This is effective in delicate aberration correction, and is particularly effective in balancing spherical aberration and coma. In this case, the ratio of the radius of curvature of the object-side surface to the image-side surface of the meniscus lens is preferably 1.5 to 0.3.
[0050]
It is preferable that the second lens group has a configuration having a cemented negative lens composed of a biconcave lens and a biconvex lens. With such a configuration, a sufficient back focus can be ensured, and good correction of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration can be performed.
[0051]
Further, it is preferable that the second lens group is provided with a cemented lens adjacent to the image side of the aperture stop. This laminated lens may have either a positive refractive power or a negative refractive power as long as it can achromatize. This cemented lens may be added to the object side of the aperture stop, that is, in the first lens group, in order to achieve sufficient achromatism. The laminated lens used here preferably has a weak negative refractive power.
[0052]
It is preferable that the second lens group has at least one aspheric lens. With such a configuration, it is possible to sufficiently correct coma aberration and spherical aberration above the principal ray.
[0053]
It is preferable that the second lens group includes a biconvex lens having a lens surface having a strong curvature on the image side, which is effective for correcting coma and distortion on the upper side of the principal ray. According to such a configuration, it is possible to sufficiently correct the coma aberration and the distortion on the upper side of the principal ray.
[0054]
Further, it is preferable that the second lens group includes a convex lens at a position closest to the image. The convex lens located closest to the image side has a curvature radius of the image side surface larger than a curvature radius of the object side surface in order to reduce ghost and flare due to reflection between the imaging surface of the CCD or the like and the lens surface. That is, it is preferable that the convex surface is directed to the image side.
[0055]
In the wide-angle lens according to the present invention, an appropriate shake correction amount is determined based on a shake detection means for detecting the shake of the wide-angle lens, and a control means for performing a sequence control of a camera operation and a signal from the shake detection means. The image stabilizing lens system may be configured by combining the image stabilizing device and a drive mechanism that moves the image stabilizing lens group based on the image stabilizing amount determined by the image stabilizing device.
[0056]
Further, in the wide-angle lens according to the present invention, it is possible to obtain better optical performance by using a diffractive lens or the like for each constituent lens.
[0057]
In the wide-angle lens according to the present invention, focusing on a short-distance object is most mechanically simple by extending the entire lens system toward the object side, but the first lens group is fixed. As it is, only the second lens group or a part of the lenses may be extended to the object side. This method is more preferable than the whole feeding method, because the image in the periphery is hardly deteriorated. Further, if a system in which the first lens unit and the second lens unit extend toward the object side while changing the axial air gap between each other (so-called floating focus system), better short distance performance can be obtained.
[0058]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each embodiment, the gradient index lens is shown as data that changes linearly in the optical axis direction using a coefficient of change in the refractive index of each color wavelength.
[0059]
In each example, the phase difference of the diffractive optical surface was calculated by an ultra-high refractive index method using a normal refractive index and an aspherical expression (8) described later. The ultra-high refraction method utilizes a certain equivalent relation between the aspherical shape and the grating pitch of the diffractive optical surface, and in this embodiment, the diffractive optical surface is used as data of the ultra-high refraction method, This is represented by an aspherical expression (8) described later and its coefficient. In this embodiment, the d-line and the g-line are selected as the calculation targets of the aberration characteristics. Here, Table 1 below shows the wavelengths of the d-line and the g-line used in this example, and specific refractive index values set for these spectral lines.
[0060]
[Table 1]

[0061]
In each embodiment, the height of the aspheric surface in the direction perpendicular to the optical axis (incident height) is y, and the distance along the optical axis from the tangent plane at the vertex of the aspheric surface to a position on the aspheric surface at height y. When the (sag amount) is x, the radius of curvature (paraxial radius of curvature) of the reference spherical surface is r, the conic constant is κ, and the nth-order aspherical surface coefficient is Cn, the following equation (8) is used. .
[0062]
(Equation 8)
x = (y²/ R) / ｛1+ (1-κ · y²/ R²)^1/2｝ + C₄y⁴+ C₆y⁶ + C₈y⁸+ C₁₀y¹⁰+ C₁₂y¹²+ C₁₄y¹⁴+ C₁₆y¹⁶ (8)
[0063]
The ultra-high refraction method used in this example is described in detail in the above-mentioned “Introduction to Diffractive Optical Elements”, supervised by the Society of Applied Physics, Japan Optical Society.
[0064]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a lens configuration of a wide-angle lens WL1 including a gradient index lens according to Example 1 of the present invention. The wide-angle lens WL1 used in the first embodiment includes, in order from the object side, a first lens group G1, an aperture stop S, and a second lens group G2. The first lens group G1 includes a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side and an aspheric surface on the image side, and a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side. A negative meniscus lens L4 having a convex surface facing the object side, a positive lens cemented with a biconvex lens L5 and a biconcave lens L6, a negative meniscus lens L7 having a convex surface facing the object side, a biconcave lens L8, and a convex surface facing the image side. And a cemented lens of a positive meniscus lens L9 and a negative meniscus lens L10 having a convex surface facing the image side. The second lens group G2 includes a cemented lens composed of a biconcave lens L11 and a negative meniscus lens L12 having a convex surface facing the image side, a cemented negative lens composed of a biconcave lens L13 and a biconvex lens L14, and a convex surface facing the biconvex lens L15 and the image side. And a cemented lens with the negative meniscus lens L16.
[0065]
In the present embodiment, the negative meniscus lens L4 of the first lens group G1 is composed of a gradient index lens GRIN, and the refractive index distribution is configured so that the refractive index decreases in the traveling direction of the light beam. The image-side surface of the negative meniscus lens L2 of the first lens group G1 is an aspheric ASP. In the biconvex lens L15 of the second lens group G2, the image-side surface has a stronger curvature than the object-side surface.
[0066]
Table 2 below shows the data of each lens in the first example. The surface numbers 1 to 29 in Table 2 correspond to the reference numerals 1 to 29 in FIG. In Table 2, r is the radius of curvature of the lens surface (the radius of curvature of the reference spherical surface in the case of an aspheric surface), d is the distance between the lens surfaces, n (d) is the d line, and n (g) is the g line. , Respectively. Also, * marks are given to the right of the surface numbers on the lens surfaces formed in the aspherical shape, and the specifications of these surfaces are shown by using the above-described ultra-high refraction method. In addition, values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (7), that is, conditional corresponding values are also shown below.
[0067]
In Table 2, surface number 4 indicates a surface corresponding to the aspherical ASP. The surface number 10 indicates the aperture stop S. Further, in the refractive index distribution type lens, the amount of change in the refractive index in the optical axis direction is an amount obtained by multiplying “the amount of change in the refractive index per 1 mm” in the table by the lens thickness of 2.000000.
[0068]
The units of length described in the specifications table are all mm, but the optical system is not limited to this, since the same optical performance can be obtained even if it is proportionally enlarged or proportionally reduced. . The description of the table is the same for the other embodiments.
[0069]
[Table 2]

[0070]
As described above, in the present embodiment, it is understood that all of the conditional expressions (1) to (7) are satisfied.
[0071]
2 and 3 are diagrams illustrating various aberrations of the optical system in the first example in a state of focusing on infinity. In each aberration diagram, d indicates the d line, and g indicates the g line. Note that H in the spherical aberration diagram indicates the incident height with the maximum incident height normalized to 1, and Y in the astigmatism diagram and the distortion diagram indicates the maximum value of the image height, respectively (see FIG. 2). Further, in the astigmatism diagram, a solid line indicates a sagittal image plane, and a broken line indicates a meridional image plane. Further, Y in the coma aberration diagram indicates the value of each image height (see FIG. 3). The above description of the aberration diagrams is the same in the other embodiments.
[0072]
As is clear from the aberration diagrams, in the wide-angle lens WL1 according to the first embodiment of the present invention, various aberrations are favorably corrected, and excellent imaging performance is secured. Note that the angle of view in this example was approximately 116.4 degrees.
[0073]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a lens configuration of a wide-angle lens WL2 including a gradient index lens according to a second example of the present invention. The wide-angle lens WL2 used in the second example includes, in order from the object side, a first lens group G1, an aperture stop S, and a second lens group G2. The first lens group G1 includes a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side, and an image having the convex surface facing the object side. It is composed of a cemented lens with a negative meniscus lens L4 having an aspheric surface on the side surface, a cemented positive lens with a biconvex lens L5 and a biconcave lens L6, a biconvex lens L7, and a negative meniscus lens L8 having a convex surface facing the object side. ing. The second lens group G2 is composed of a cemented negative lens of a biconcave lens L9 and a biconvex lens L10, a biconvex lens L11, and a cemented lens of a negative meniscus lens L12 having a convex surface facing the image side.
[0074]
In the present embodiment, the negative meniscus lens L1 of the first lens group G1 is composed of a gradient index lens GRIN, and the refractive index distribution is configured so that the refractive index decreases in the traveling direction of the light beam. did. The image-side surface of the negative meniscus lens L4 of the first lens group G1 is an aspheric ASP. In the biconvex lens L11 of the second lens group G2, the image-side surface has a stronger curvature than the object-side surface.
[0075]
Table 3 below shows the data of each lens in the second example. Surface numbers 1 to 23 in Table 3 correspond to reference numerals 1 to 23 in FIG. In addition, values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (7), that is, conditional corresponding values are also shown below. In Table 3, the surface number 8 indicates a surface corresponding to the aspheric ASP. The surface number 16 indicates the aperture stop S. In the refractive index distribution type lens, the amount of change in the refractive index in the optical axis direction is an amount obtained by multiplying “the amount of change in the refractive index per 1 mm” in the table by the lens thickness 2.500000.
[0076]
[Table 3]

[0077]
As described above, in the present embodiment, it is understood that all of the conditional expressions (1) to (7) are satisfied.
[0078]
FIGS. 5 and 6 are diagrams showing various aberrations of the optical system in the second example in a state of focusing on infinity. As is clear from the aberration diagrams, in the wide-angle lens WL2 according to the second embodiment of the present invention, various aberrations are satisfactorily corrected, and excellent imaging performance is secured. The angle of view in this example was approximately 89.2 degrees.
[0079]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention is suitable for a film camera and a high-performance electronic image camera (for example, a video camera and a digital still camera) using a gradient index lens, and has a sufficient back focus. Thus, it is possible to obtain a photographic lens in which various aberrations are corrected satisfactorily (particularly, distortion).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a lens configuration of a wide-angle lens including a gradient index lens according to a first example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating various aberrations of the wide-angle lens including the gradient index lens according to the first example.
FIG. 3 is a diagram illustrating various aberrations of the wide-angle lens including the gradient index lens according to the first example.
FIG. 4 is a diagram illustrating a lens configuration of a wide-angle lens including a gradient index lens according to a second example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating various aberrations of the wide-angle lens including the gradient index lens according to the second example.
FIG. 6 is a diagram illustrating various aberrations of the wide-angle lens including the gradient index lens according to the second example.
FIG. 7A is a cross-sectional view of an axial type gradient index lens as viewed from a direction perpendicular to the optical axis, and FIG. 7B is a sectional view of the radial type gradient index lens in a direction perpendicular to the optical axis. It is sectional drawing seen from.
[Explanation of symbols]
WL1, WL2 Wide-angle lens
G1 First lens group
G2 Second lens group
GRIN graded index lens
ASP aspherical surface
I Image plane

Claims

An imaging angle of view of 80 degrees or more, a first lens unit having a positive refractive power, an aperture, and a second lens unit having a positive refractive power in order from the object side;
The first lens group includes a negative meniscus lens which is a gradient index lens whose refractive index continuously changes in the optical axis direction and a lens having an aspheric surface,
The second lens group includes at least a cemented lens,
Assuming that the focal length of the entire lens system is f and the back focus is bf, the following equation 1.5 <bf / f <5.0
A wide-angle lens provided with a gradient index lens, characterized by satisfying the following conditions:

The first lens group includes a negative meniscus lens having an aspheric lens surface, a cemented positive lens including a biconvex lens,
The second lens group has a cemented negative lens composed of a biconcave lens and a biconvex lens,
The refractive index distribution type lens has the following equation, -0.5 <ΔN, where ΔN is the amount of change in the refractive index on the optical axis from the surface closest to the object side to the surface closest to the image side. <-0.001
2. A wide-angle lens comprising the gradient index lens according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

When the effective diameter (diameter) on the object side of the refractive index distribution type lens is C, the following equation is satisfied: 0.5 <C / f <10.0
3. A wide-angle lens provided with the gradient index lens according to claim 1 or 2, wherein the following condition is satisfied.

Assuming that the focal length of the gradient index lens is fg, the following equation: -10.0 <fg / f <-1.0
A wide-angle lens provided with the gradient index lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the following condition is satisfied.

In the refractive index distribution type lens, the Abbe number increases while the refractive index decreases in the traveling direction of the light beam,
Assuming that the thickness of the gradient index lens is Lg, the following equation 0.05 <Lg / f <1.0
A wide-angle lens provided with the gradient index lens according to any one of claims 1 to 4, wherein the following condition is satisfied.

The first lens group has a negative meniscus lens having an aspheric lens and a gradient index lens on the object side of a cemented positive lens including a biconvex lens and a biconcave lens,
The wide-angle lens according to claim 1, wherein the second lens group includes a biconvex lens having a lens surface having a strong curvature facing an image side.