JP2004258515A

JP2004258515A - 魚眼レンズ

Info

Publication number: JP2004258515A
Application number: JP2003051432A
Authority: JP
Inventors: Keiko Mizuguchi; 圭子水口
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP4432330B2

Abstract

【課題】充分なバックフォーカスを確保しながら画角が１８０°を有しつつＦナンバー２．８と明るくコンパクトな、デジタルカメラに適した、魚眼レンズを提供すること。
【解決手段】物体側より複数の負レンズ成分Ｌ１と、Ｌ２と、少なくとも１組の接合レンズ成分Ｌ３とを有し全体として負の屈折力の前群Ｇ１と、前記前群Ｇ１に対して軸上間隔をあけて配置され全体として正の屈折力の後群Ｇ２とから構成され、前記後群Ｇ２は少なくとも１組の接合レンズ成分Ｌ５を有し、かつ所定の条件を満足すること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型でありながらレンズ最終面から像面までの空気換算距離を充分に確保した一眼レフカメラ用魚眼レンズに関し、特にデジタル一眼レフカメラに最適な魚眼レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、魚眼レンズの殆どは３５ｍｍフィルム用の一眼レフカメラに対応したレンズである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−３２３１９号公報
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された３５ｍｍフイルム用の一眼レフカメラに対応した魚眼レンズをそのままデジタル一眼レフカメラに用いた場合、イメージサイズの違いによりレンズの焦点距離と画角の関係が従来の銀塩一眼レフカメラとは異なるため、１８０度の画角を保つことが出来ない。
【０００５】
また、一般的にデジタル一眼レフカメラに用いられる撮像素子の面積は、３５ｍｍフィルムのフルサイズよりも少し小さめのサイズである。その結果、「３５ｍｍフィルムイメージサイズの対角線」を「撮像素子のイメージサイズの対角線」で割った値をレンズの焦点距離に掛けた値がデジタル一眼レフカメラにおける焦点距離になってしまう。従って、銀塩一眼レフカメラで１８０度の画角を持っていた魚眼レンズをそのままデジタル一眼レフカメラに使用すると単なる超広角レンズの効果しか得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
撮影画面が３５ｍｍフィルムのフルサイズよりも少し小さいデジタル一眼レフカメラ用レンズの焦点距離は上述した理由から必然的に短くなる。その上、魚眼レンズのように広い範囲を写し込もうとすると焦点距離をより短く設定しなければならない。その結果、バックフォーカスは焦点距離の３倍以上必要になるため、物体側に極端に強い発散系を配置する必要が生じる。魚眼レンズにおいては主点を後方へ出すレトロフォーカスタイプが用いられるが、上記理由から物体側に強い発散系を配置することにより、像面湾曲および非点収差による性能劣化を招きやすい。さらにレトロフォーカスタイプは、前群の負レンズの外径が大きくなる傾向があり、魚眼レンズの大形化、重量化を伴うという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、バックフォーカスを充分に確保し、像面湾曲が良好に補正され優れた光学性能を有する明るくコンパクトなデジタルカメラに適した魚眼レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる魚眼レンズは、物体側より複数の負レンズ成分と一組の接合レンズ成分を有し全体として負の屈折力の前群と、軸上間隔をあけて配置され全体として正の屈折力の後群とから構成され、前記後群は一組の接合レンズ成分を有し、以下の条件（１）を満足することを特徴とする。
（１）Ｂｆ／ｆ ≧３．４５
但し、
Ｂｆ：前記魚眼レンズのバックフォーカス、
ｆ：前記魚眼レンズ全系の焦点距離、
また、本発明の魚眼レンズでは、以下の条件（２）を満足することが好ましい。
（２）４．０≦Σｄ／ｆ≦１０．０
但し、
Σｄ：前記魚眼レンズの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離である。
【０００９】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズと、負レンズと正レンズとの接合からなる第３レンズ成分とから構成されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の魚眼レンズ群では、前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズと、負レンズのみからなる第３レンズ成分と、正レンズと負レンズとの接合からなる第４レンズ成分とから構成されていることが望ましい。
【００１１】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ成分と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ成分と、正レンズのみからなる第３レンズ成分と、正レンズと負レンズとの接合からなる第４レンズ成分とから構成されていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記後群は、物体側から順に、正レンズと、負レンズと正レンズとから成る接合レンズ成分と、正レンズとから構成されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の魚眼レンズは、以下の条件（３）を満足することが望ましい。（３）１．５≦ｆ２／ｆ≦４．０
但し、
ｆ２：前記後群の焦点距離である。
【００１４】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記前群の最も像側のレンズ面から前記後群の最も物体側のレンズ面までの間隔ｄ１は、以下の条件（４）を満足する構成が望ましい。
（４）０．５＜ｄ１／ｆ＜２．０
また、本発明の魚眼レンズでは、前記後群中の前記接合レンズ成分は、以下の条件（５）を満足することが望ましい。
（５）３０≦νＲｐ−νＲｎ≦６０
但し、
νＲｐ：前記接合レンズ成分中の正レンズのアッベ数の平均値、
νＲｎ：前記接合レンズ成分中の負レンズのアッベ数の平均値である。
【００１５】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記後群中の前記接合レンズ成分は、以下の条件（６）を満足することが望ましい。
（６）０．２≦ｎＲｎ−ｎＲｐ≦０．４５
但し、
ｎＲｎ：前記接合レンズ成分中の負レンズのｄ線の屈折率の平均値、
ｎＲｐ：前記接合レンズ成分中の正レンズのｄ線の屈折率の平均値である。
【００１６】
また、本発明の魚眼レンズでは、前記前群および前記後群の各レンズ面は、球面のみ、または球面および平面のみで構成されていることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる魚眼レンズの実施の形態に付いて説明する。
【００１８】
本発明にかかる魚眼レンズは、物体側より複数の負レンズ成分と一組の接合レンズ成分を有し全体として負の屈折力の前群と、軸上間隔をあけて配置され全体として正の屈折力の後群とから構成されている。そして、後群は一組の接合レンズ成分を有し、前述の条件式（１）及び（２）を満足している。
【００１９】
前群は、１８０度という大きな角度から入射する光束を光軸と平行な方向へ大きく曲げる働きを行う強い発散作用の負レンズを有し、複数の負レンズで構成することにより、負レンズによって発生する収差を分散させることが可能になる。また前群に１組の接合レンズを有することにより、倍率色収差の発生を緩和することが可能になる。
【００２０】
以下、各条件式について説明する。
【００２１】
条件式（１）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、魚眼レンズ全系の焦点距離と魚眼レンズのバックフォーカスとの関係を定めた条件である。この条件を外れると一眼レフカメラに用いることが不可能になり好ましくない。
【００２２】
条件式（２）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、魚眼レンズのバックフォーカスを十分に保ちながら軸外収差を補正しつつ魚眼レンズ全系の大型化、重量化を抑えるための条件である。上限値を超えると魚眼レンズのバックフォーカスが短くなりすぎるため、一眼レフカメラ用に使用できない。さらに１８０度の光束を通すためには最も物体側に配置されたレンズの直径（前玉径）が極端に大形化してしまい魚眼レンズ全系の大型化、重量化を招いてしまう。より効果をあげるには上限値を８．０にするのが良い。下限値を超えると魚眼レンズのバックフォーカスは十分に取ることは可能になるが、１８０度の画角を保つことが不可能になるため好ましくない。本条件においてより効果をあげるには下限値を５．０にするのが良い。
【００２３】
条件式（３）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、魚眼レンズのバックフォーカスを十分に保ちながら軸外収差を補正するために、後群の焦点距離を規定した条件である。上限値を超えると非点収差及びコマ収差の補正が困難になるばかりか１８０度の画角を保つことも困難になり好ましくない。下限値を超えると魚眼レンズのバックフォーカスが短くなりすぎるため、一眼レフカメラ用に使用できない。
【００２４】
条件式（４）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、前群と後群との間隔を規定したものである。上限値を超えると倍率色収差が過大になりすぎて補正するのが難しくなる。また魚眼レンズのバックフォーカスが短くなりすぎるため一眼レフカメラ用に使用できない。下限値を超えると非点収差及びコマ収差の補正が困難になるばかりか１８０度の画角を保つことも困難になり好ましくない。より好ましくは下限値を０．６にすることが良い。
【００２５】
上記構成において、前群で補正しきれなかった倍率色収差を後群に１組の接合レンズを配することにより、倍率色収差の発生を緩和することが可能になる。そして、本発明にかかる魚眼レンズでは、条件式（５）を満足するのが良い。
【００２６】
条件式（５）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、前群で発生した倍率色収差及び軸上色収差を補正するため後群中に設けられた接合レンズ成分中の正レンズと負レンズのアッベ数の差を規定したものである。上限値を超えると軸上色収差の補正が困難になるばかりか実在する硝材での構成が困難になる。下限値を超えると前群の負レンズによる倍率色収差を後群で補正しきれなくなりｇ線（λ＝４８５．８ｎｍ）の倍率色収差がマイナス傾向になり好ましくない。
【００２７】
条件式（６）は、本発明にかかる魚眼レンズにおいて、像面湾曲及び非点収差を補正するための条件である。後群中に設けられた接合レンズ成分中の負レンズをできる限り高い屈折率、正レンズを低い屈折率とすることにより、魚眼レンズ全系のペッツバール和を小さくすることができ、像面湾曲及び非点収差を小さく抑えることが可能になる。上限値を超えると、負レンズと正レンズのアッベ数の差を大きく付けなければならなくなり、前群で発生する軸上の色収差の補正が困難になる。下限値を超えると魚眼レンズ全系のペッツバール和が大きくなり像面湾曲が大きく発生するため好ましくない。
【００２８】
上記構成において、前群および後群の各レンズ面は、非球面を使用しないで球面または平面で構成するのが良い。それによって、レンズ加工が容易になり、また組立て調整も容易になり、製造コストを低減できる。
【００２９】
「実施例」
以下に本発明にかかる魚眼レンズの各実施例を示す。
【００３０】
図１、図３、図５、および図７は、それぞれ本発明にかかる魚眼レンズの第１実施例から第４実施例のレンズ構成図を示している。レンズ構成図中の符号Ｓは開口絞りを、符号Ｐはフィルタを表している。フィルタは光学系中のどこに挿入しても性能に影響はない。また光学系中にフィルタの挿入がなくても基本的な性能に影響は及ばさない。
【００３１】
図２、図４、図６、および図８は、それぞれ本発明にかかる魚眼レンズの第１実施例から第４実施例の諸収差図を示している。各収差図中のｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における収差、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）における収差をそれぞれ表している。非点収差図において、実線はメリジオナル像面、破線はサジタル像面をそれぞれ表している。ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角（単位：度）をそれぞれ示している。非球面収差では最大口径に対応するＦナンバーの値を示し、非点収差図、歪曲収差図では画角２ωの最大値をそれぞれ示している。歪曲収差は等立体角射影ｙ＝２ｆｓｉｎ（ω／２）からのズレ量を示している。そして各収差図とも、収差が良好に補正されていることが分かる。
【００３２】
以下の表１から表４に、第１実施例から第４実施例の諸元の値をそれぞれ示す。各表中における、左端の数値は面番号、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率、νｄはアッベ数、ｆは魚眼レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）、ＦＮはＦナンバー、２ωは画角（単位：度）、Ｂｆはバックフォーカス（ｍｍ）、ＴＬは魚眼レンズの全長（ｍｍ）をそれぞれ表している。
【００３３】
なお、以下の全ての実施例の表において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さは、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大また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。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。
【００３４】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図を示す。
【００３５】
図１において、本第１実施例の魚眼レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、同じく物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、負レンズと正レンズとの接合からなり全体として正屈折力を有する第３レンズ成分Ｌ３とからなる全体として負屈折力を有する前群Ｇ１と、軸上間隔をあけて配置され像側により強い凸面を向けた両凸形状の第４レンズＬ４と、負レンズと正レンズとの接合からなり全体として正屈折力を有する第５レンズ成分Ｌ５と、両凸形状の正屈折力の第６レンズＬ６とからなる全体として正屈折力を有する後群Ｇ２とから構成されている。前群および後群の各レンズ面は全て球面で構成されている。
【００３６】
【表１】

（第２実施例）図３は、本発明の第２実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図を示す。
【００３７】
図３において、本第２実施例の魚眼レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、同じく物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、両凹形状の第３レンズＬ３と、正レンズと負レンズとの接合からなり全体として正屈折力を有する第４レンズ成分Ｌ４とからなり全体として負屈折力を有する前群Ｇ１と、軸上間隔をあけて配置され像側により強い凸面を向けた正メニスカス形状の第５レンズＬ５と、負レンズと正レンズとの接合からなり全体として負屈折力を有する第６レンズ成分Ｌ６と、両凸形状の正屈折力の第７レンズＬ７とからなる全体として正屈折力を有する後群Ｇ２とから構成されている。前群および後群の各レンズ面は全て球面で構成されている。
【００３８】
【表２】

（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図を示す。
【００３９】
図５において、本第３実施例の魚眼レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、同じく物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、両凸形状の正屈折力の第３レンズＬ３と、正レンズと負レンズとの接合からなり全体として負屈折力を有する第４レンズ成分Ｌ４とからなり全体として負屈折力を有する前群Ｇ１と、軸上間隔をあけて配置され両凸形状の正屈折力の第５レンズＬ５と、負レンズと正レンズとの接合からなり全体として負屈折力を有する第６レンズ成分Ｌ６と、両凸形状の正屈折力の第７レンズＬ７とからなる全体として正屈折力を有する後群Ｇ２とから構成されている。前群および後群の各レンズ面は全て球面で構成されている。
【００４０】
【表３】

（第４実施例）図７は、本発明の第４実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図を示す。
【００４１】
図７において、本第４実施例の魚眼レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズＬ１と、同じく物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズＬ２と、両凸形状の正屈折力の第３レンズＬ３と、正レンズと負レンズとの接合からなり全体として負屈折力を有する第４レンズ成分Ｌ４とからなり全体として負屈折力を有する前群Ｇ１と、軸上間隔をあけて配置され両凸形状の第５レンズＬ５と、負レンズと正レンズとの接合からなり全体として負屈折力を有する第６レンズ成分Ｌ６と、両凸形状の正屈折力の第７レンズＬ７とからなる全体として正屈折力を有する後群Ｇ２とから構成されている。前群および後群の各レンズ面は全て球面で構成されている。なお、以上の各実施例において、任意のレンズ面を平面としても構わない。
【００４２】
【表４】

本発明の第１実施例から第４実施例にかかる魚眼レンズにおける条件式対応値を表５に掲げる。
【００４３】
【表５】

【００４４】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、充分なバックフォーカスを確保しながら画角が１８０°を有しつつＦナンバー２．８と明るくコンパクトなデジタルカメラに適した魚眼レンズを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図である。
【図２】本発明の第１実施例にかかる魚眼レンズの諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図である。
【図４】本発明の第２実施例にかかる魚眼レンズの諸収差図である。
【図５】本発明の第３実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図である。
【図６】本発明の第３実施例にかかる魚眼レンズの諸収差図である。
【図７】本発明の第４実施例にかかる魚眼レンズのレンズ構成図である。
【図８】本発明の第４実施例にかかる魚眼レンズの諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１前群
Ｇ２後群
Ｓ開口絞り
Ｐフィルタ
Ｉ像面

Claims

物体側より複数の負レンズ成分と、一組の接合レンズ成分とを有し全体として負の屈折力の前群と、軸上間隔をあけて配置され全体として正の屈折力の後群とから構成され、前記後群は一組の接合レンズ成分を有し、以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（１）Ｂｆ／ｆ ≧３．４５
但し、
Ｂｆ：前記魚眼レンズのバックフォーカス，
ｆ：前記魚眼レンズ全系の焦点距離．
請求項１に記載の魚眼レンズにおいて、
以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（２）４．０≦Σｄ／ｆ≦１０．０
但し、
Σｄ：前記魚眼レンズの最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離．
請求項１または２に記載の魚眼レンズにおいて、
前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズと、負レンズと正レンズとの接合からなる第３レンズ成分とからなることを特徴とする魚眼レンズ。
請求項１または２に記載の魚眼レンズにおいて、
前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズと、負レンズのみからなる第３レンズ成分と、正レンズと負レンズとの接合からなる第４レンズ成分とからなることを特徴とする魚眼レンズ。
請求項１または２に記載の魚眼レンズにおいて、
前記前群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第１レンズ成分と、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状の第２レンズ成分と、正レンズのみからなる第３レンズ成分と、正レンズと負レンズとの接合からなる第４レンズ成分とからなることを特徴とする魚眼レンズ。
請求項１または２に記載の魚眼レンズにおいて、
前記後群は、物体側から順に、正レンズと、負レンズと正レンズとから成る接合レンズ成分と、正レンズとからなることを特徴とする魚眼レンズ。
請求項６に記載の魚眼レンズにおいて、
以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（３）１．５≦ｆ２／ｆ≦４．０
但し、
ｆ２：前記後群の焦点距離．
請求項１または２に記載の魚眼レンズにおいて、
前記前群の最も像側のレンズ面から前記後群最も物体側のレンズ面までの間隔ｄ１は、以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（４）０．５＜ｄ１／ｆ＜２．０
請求項６に記載の魚眼レンズにおいて、
前記後群中の前記接合レンズ成分は、以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（５）３０≦νＲｐ−νＲｎ≦６０
但し、
νＲｐ：前記接合レンズ成分中の正レンズのアッベ数の平均値，
νＲｎ：前記接合レンズ成分中の負レンズのアッベ数の平均値．
請求項６に記載の魚眼レンズにおいて、
前記後群中の前記接合レンズ成分は、以下の条件を満足することを特徴とする魚眼レンズ。
（６）０．２≦ｎＲｎ−ｎＲｐ≦０．４５
但し、
ｎＲｎ：前記接合レンズ成分中の負レンズのｄ線の屈折率の平均値，
ｎＲｐ：前記接合レンズ成分中の正レンズのｄ線の屈折率の平均値．
前記前群および前記後群の各レンズ面は、球面のみ、または球面および平面のみで構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の魚眼レンズ。