JP2006209028A

JP2006209028A - 広角レンズ系

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Publication number: JP2006209028A
Application number: JP2005024517A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Hirose; 全利廣瀬; Masafumi Isono; 雅史磯野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: CN100389337C; JP4821121B2; US7304808B2; KR20060088033A; US20060171042A1; CN1821828A; KR100694720B1

Abstract

【課題】低コストかつコンパクトでありながら、光学性能が良好な、超広角の広角レンズ系を提供する。
【解決手段】物体側から順に、両面が球面であり、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、ガラスで構成された負の第１レンズＦＬ１と、像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、プラスチックで構成された正の第２レンズＦＬ２と、開口絞りＳＴと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、プラスチックで構成された正の第３レンズＦＬ３と、の３枚で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は小型の広角レンズ系に関するものである。更に詳しくは、テレビ電話、ドアホン、監視カメラ、車載カメラ等のデジタル撮像機器に適した、光学性能が良好で、低コストかつコンパクトな全画角１７０度程度の固体撮像素子用超広角レンズ系に関するものである。

固体撮像素子用の広角レンズ系は従来から知られている。例えば、下記の特許文献１や特許文献２には、３枚構成の広角レンズ系が記載されている。しかし、これら特許文献１及び２に記載の広角レンズ系は、全画角が１２０度程度であり、超広角領域を撮影するには画角が不十分である。

一方、下記の特許文献３には、全画角が１７０度程度の撮像領域を確保した超広角レンズ系が記載されている。しかしながら、特許文献３に記載の超広角レンズ系は、構成するレンズの枚数が８枚と非常に多く、構成も複雑で、レンズ全長も非常に長い。

特開平６−３４８７９号公報特開２００１−３３７２６８号公報特開２００４−１０２１６２号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、低コストかつコンパクトでありながら、光学性能が良好な、超広角の広角レンズ系を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の広角レンズ系は、物体側から順に、両面が球面であり、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、ガラスで構成された負の第１レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、正の第２レンズと、開口絞りと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、正の第３レンズと、の３枚で構成されたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の広角レンズ系は、物体側から順に、両面が球面であり、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、ガラスで構成された負の第１レンズと、少なくとも１面が非球面であり、プラスチックで構成された正の第２レンズと、開口絞りと、少なくとも１面が非球面であり、プラスチックで構成された正の第３レンズと、の３枚で構成されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の広角レンズ系は、請求項１または請求項２に記載の広角レンズ系において、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。

２Ｗ＞１５０度・・・（１）
但し、
２Ｗ：全画角、
である。

また、請求項４に記載の広角レンズ系は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の広角レンズ系において、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。

１＜Ｔ３／Ｆ＜３．５・・・（２）
但し、
Ｔ３：第２レンズの軸上厚み、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。

また、請求項５に記載の広角レンズ系は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の広角レンズ系において、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。

−０．５＜Ｆ／Ｆ１＜−０．１・・・（３）
但し、
Ｆ：全系の焦点距離、
Ｆ１：第１レンズの焦点距離、
である。

本発明によれば、低コストかつコンパクトでありながら、光学性能が良好な、超広角の広角レンズ系を提供することができる。

以下、本発明に係る広角レンズ系の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書において「パワー」とは、焦点距離の逆数で定義される量を表す。図１、図２に、第１及び第２実施形態の超広角レンズ系の構成をそれぞれ光学断面で示す。各実施形態はいずれも、固体撮像素子（例えばＣＣＤ）に対して光学像を形成する単焦点レンズであって、物体側から順に、負の第１レンズ（ＦＬ１）、正の第２レンズ（ＦＬ２）、開口絞り（ＳＴ）、及び負の第３レンズ（ＦＬ３）のレンズ３枚構成になっている。また第３レンズＦＬ３の像側には、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。

更に詳しくは、第１レンズ（ＦＬ１）は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状で、負のパワーを有するガラスレンズである。第１レンズ（ＦＬ１）は、両面が球面である。最も物体側のレンズ面を凸面にすることにより、負レンズで発生する歪曲収差の補正が可能になる。また、最も物体側の第１レンズ（ＦＬ１）をガラスレンズで構成することにより、温度変化などの環境変化による性能劣化を少なくできる。さらには、第１レンズ（ＦＬ１）をガラス球面レンズで構成することにより、ガラス非球面レンズで構成するよりも安価に提供できる。

第２レンズ（ＦＬ２）及び第３レンズ（ＦＬ３）は、共に像側に凸面を向けたメニスカス形状で、正のパワーを有するプラスチックレンズである。第２レンズ（ＦＬ２）及び第３レンズ（ＦＬ３）の両面は非球面である。第２レンズ（ＦＬ２）や第３レンズ（ＦＬ３）を像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズで構成することにより、負の第１レンズ（ＦＬ１）で生じた諸収差を良好に補正することができる。また、第２レンズ（ＦＬ２）や第３レンズ（ＦＬ３）を少なくとも１面が非球面のプラスチックレンズとすることにより、球面のガラスレンズで構成するよりも大幅にレンズ枚数を少なくすることができる。そのため、レンズ全長を短くすることができるとともに、安価に提供することができる。

次に、各実施形態の広角レンズ系が満足すべき条件式範囲について説明する。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。
（条件式１）
２Ｗ＞１５０度・・・（１）
但し、
２Ｗ：全画角、
である。

条件式（１）は、全画角に関する条件である。条件式（１）の範囲を越えると、広い範囲を撮像することができないため、超広角レンズ系として適さなくなる。
（条件式２）
１＜Ｔ３／Ｆ＜３．５・・・（２）
但し、
Ｔ３：第２レンズの軸上厚み、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。

条件式（２）は、第２レンズ（ＦＬ２）に関して、レンズ系の全長と収差補正をバランスさせるための条件である。条件式（２）の下限を下回ると、レンズ系の全長を短くするためには有利になるが、収差（特に歪曲収差）と湾曲収差）の劣化が著しくなる。逆に、条件式（２）の上限を超えると、光学性能には有利であるが、レンズ系の全長が長くなってしまう。なお、次の条件式（２ａ）を満足すれば、更に望ましい。

１．５＜Ｔ３／Ｆ＜３・・・（２ａ）
（条件式３）
−０．５＜Ｆ／Ｆ１＜−０．１・・・（３）
但し、
Ｆ：全系の焦点距離、
Ｆ１：第１レンズの焦点距離、
である。

条件式（３）は、第１レンズ（ＦＬ１）に関して、レンズ系の全長と収差の補正とをバランスさせるための条件である。条件式（３）の下限を下回ると、レンズ系の全長を短くするためには有利になるが、歪曲収差の劣化が著しくなる。逆に、条件式（３）の上限を超えると、歪曲収差を補正するには有利であるが、レンズ系の全長が長くなってしまう。なお、次の条件式（３ａ）を満足すれば、更に望ましい。

−０．３＜Ｆ／Ｆ１＜−０．２・・・（３ａ）

以下、本発明を実施した撮像レンズを、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１〜２は、前述した第１及び第２実施形態にそれぞれ対応しており、第１及び第２実施形態を表すレンズ構成図（図１、図２）は、対応する実施例１〜２のレンズ構成をそれぞれ示している。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、Σdは光学系の全長(mm)を示している。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。全系の焦点距離(f,mm)及びＦナンバー(FNO)を他のデータとあわせて示し、また、各条件式の対応値を表１に示す。

さらに、各実施例中、曲率半径riに*印が付された面は、非球面形状の屈折光学面であることを示し、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各実施例の非球面データを他のデータとあわせて示す。
X(H)＝(C・H²)／[1+√(1-ε・C²・H²)]＋Σ(Ai・Hi) ・・・(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、C：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、である。

図３、図４は、実施例１〜２に対応する収差図であり、各収差図中、（Ａ）は球面収差図，（Ｂ）は非点収差図，（Ｃ）は歪曲収差図である。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(mm)を表しており、破線(SC)は正弦条件不満足量(mm)を表している。また、球面収差図（Ａ）の縦軸はＦナンバー(FNO)，非点収差図（Ｂ）及び歪曲収差図（Ｃ）の縦軸は最大像高Y' (mm)を表す。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(mm)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(mm)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。
＜実施例１＞
f=2.097
FNO=2.8
［曲率半径］［軸上面間隔］［屈折率］［アッベ数］
r1=66.638
d1=1.053 N1=1.58913 ν1=61.25(FL1)
r2=4.898
d2=3.592
r3*=-6.435
d3=4.212 N2=1.52510 ν2=56.38(FL2)
r4*=-3.405
d4=1.169
r5=∞(ST)
d5=1.091
r6*=-21.168
d6=1.976 N3=1.52510 ν3=56.38(FL3)
r7*=-2.124
d7=1.000
r8=∞
d8=0.500 N4=1.51680 ν4=64.20(GF)
r9=∞
Σd=14.593
［第３面（r3）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.15045×10^-2
A6=0.16607×10^-3
A8=-0.40815×10^-4
A10=0.21958×10^-5
［第４面（r4）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.13444×10^-1
A6=-0.16674×10^-2
A8=0.18304×10^-3
A10=-0.45788×10^-6
［第６面（r6）の非球面データ］
ε=1.0
A4=-0.10863×10^-1
A6=-0.16249×10^-2
A8=0.88957×10^-2
A10=-0.20908×10^-2
［第７面（r7）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.12301×10^-1
A6=0.24208×10^-2
A8=-0.96666×10^-3
A10=0.53821×10^-3
＜実施例２＞
f=1.875
FNO=2.8
［曲率半径］［軸上面間隔］［屈折率］［アッベ数］
r1=30.486
d1=1.327 N1=1.72916 ν1=54.67(FL1)
r2=4.779
d2=3.677
r3*=-6.646
d3=4.633 N2=1.52510 ν2=56.38(FL2)
r4*=-3.158
d4=0.810
r5=∞(ST)
d5=1.195
r6*=-11.029
d6=1.978 N3=1.52510 ν3=56.38(FL3)
r7*=-1.971
d7=1.000
r8=∞
d8=0.400 N4=1.51680 ν4=64.20(GF)
r9=∞
Σd=15.019
［第３面（r3）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.54002×10^-2
A6=-0.85537×10^-3
A8=0.72417×10^-4
A10=-0.27045×10^-5
［第４面（r4）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.20553×10^-1
A6=-0.57032×10^-2
A8=0.13338×10^-2
A10=-0.71240×10^-4
［第６面（r6）の非球面データ］
ε=1.0
A4=-0.39253×10^-2
A6=-0.57908×10^-2
A8=0.13485×10^-1
A10=-0.36536×10^-2
［第７面（r7）の非球面データ］
ε=1.0
A4=0.15550×10^-1
A6=0.64826×10^-2
A8=-0.23296×10^-2
A10=0.90055×10^-3
また、各実施例の各条件式で規定されるパラメータに対応する値を次に示す。

以上の実施例では、全ての光学機能面を屈折光学面で構成しているが、屈折光学面以外の面（例えば反射面や回折面）を用いても良い。

以上説明したように、本発明によれば、レンズ３枚構成で固体撮像素子用撮像レンズ系として良好な光学性能と、広い全画角を有し、低コストかつコンパクトな超広角レンズ系である。従って、テレビ電話、ドアホン、監視カメラ、車載カメラ等のデジタル撮像機器の撮影レンズ系に適用した場合、当該デジタル撮影機器の超広角化、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。

第１実施形態(実施例１)のレンズ系のレンズ構成図。第２実施形態(実施例２)のレンズ系のレンズ構成図。実施例１のレンズ系の収差図。実施例２のレンズ系の収差図。

符号の説明

FL1 ・・・第１レンズ
FL2 ・・・第２レンズ
ST ・・・開口絞り
FL3 ・・・第３レンズ
GF ・・・ガラスフィルター
AX ・・・光軸

Claims

物体側から順に、
両面が球面であり、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、ガラスで構成された負の第１レンズと、
像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、正の第２レンズと、
開口絞りと、
像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、正の第３レンズと、
の３枚で構成されたことを特徴とする広角レンズ系。
物体側から順に、
両面が球面であり、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である、ガラスで構成された負の第１レンズと、
少なくとも１面が非球面であり、プラスチックで構成された正の第２レンズと、
開口絞りと、
少なくとも１面が非球面であり、プラスチックで構成された正の第３レンズと、
の３枚で構成されたことを特徴とする広角レンズ系。
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の広角レンズ系、
２Ｗ＞１５０度・・・（１）
但し、
２Ｗ：全画角、
である。
以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の広角レンズ系、
１＜Ｔ３／Ｆ＜３．５・・・（２）
但し、
Ｔ３：第２レンズの軸上厚み、
Ｆ：全系の焦点距離、
である。
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の広角レンズ系、
−０．５＜Ｆ／Ｆ１＜−０．１・・・（３）
但し、
Ｆ：全系の焦点距離、
Ｆ１：第１レンズの焦点距離、
である。