JP3753842B2 - 超広角レンズ系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視用カメラなどに用いられる、大口径でかつ歪曲収差の比較的小さい超広角レンズ系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
監視用カメラなどに用いられるレンズは、主に室内で使用されることが多いため、明るい大口径レンズが求められる。さらに、１つのカメラでより広い範囲を観察しあるいは撮影するために、より画角の大きい、超広角なレンズ系が要求される。
【０００３】
通常、広角レンズは、負の歪曲収差を発生させ、この歪曲による画角周辺部の像の縮小効果を利用している。しかし、より画角の大きい超広角レンズ系になると、歪曲収差の発生も非常に大きくなり実用上問題となることもあるため、歪曲収差を比較的小さく抑え、かつ有効画面全体の結像収差特性が補正された超広角レンズ系が求められている。
このような超広角レンズ系としては、例えば、特開平９−８０３０３号公報に記載されたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の超広角レンズ系においては、収差補正の点で改良の要望がある。特に、監視カメラにおいては低価格化の要請からレンズの低価格化が図られている場合も多く、この場合には色収差等が補正不足で画像に色のにじみが発生するおそれがある。
さらに、広画角化のために、前側の凹レンズの凹面の曲率半径がレンズの内径に対し小さく、レンズ面が半球に近い形状になる傾向があり、レンズ研磨等の加工が非常に困難になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、画角が１２０度程度でＦ値が１．２程度と明るい超広角レンズ系でありながら、加工し易い形状のレンズから構成され、歪曲収差や色収差を比較的小さく抑え、かつ良好な光学性能を有する超広角レンズ系を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超広角レンズ系は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群がこの順に配列されてなり、前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズとを物体側からこの順に配列し、前記第２レンズ群は、両凹レンズからなる第３レンズと両凸レンズからなる第４レンズを物体側からこの順に配列した接合レンズにより構成され、前記第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第５レンズと両凸レンズからなる第６レンズよりなる接合レンズ、および物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズと両凸レンズからなる第８レンズよりなる接合レンズを物体側からこの順に配列して構成されるとともに、以下の条件式（１）〜（７）を満足するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
ＢＦ／Ｆ ＞ ２．７ ………（１）
−２．３ ＜ Ｆ_G1／Ｆ ＜ −１．８ ………（２）
−１２．０ ＜ Ｆ_G1,2／Ｆ ＜ −４．５ ………（３）
Ｎ₁ ＝ Ｎ₂ ＞ １．７５ ………（４）
ν_5,7 ＜ ３０ ………（５）
２．３ ＜ Ｒ₂／Ｆ ＜ ３．０ ………（６）
１．６ ＜ Ｒ₄／Ｆ ＜ ２．２ ………（７）
ただし、
ＢＦ ：レンズ全系のバックフォーカス
Ｆ ：レンズ全系の焦点距離
Ｆ_G1 ：第１レンズ群の焦点距離
Ｆ_G1,2：第１レンズ群と第２レンズ群の合成の焦点距離
Ｎ₁ ：第１レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ₂ ：第２レンズのｄ線に対する屈折率
ν_5,7 ：第５レンズと第７レンズのｄ線に対するアッベ数の平均
Ｒ₂ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｒ₄ ：第２レンズの像側の面の曲率半径
【０００８】
また、以下の条件式（８）、（９）を満足するように構成されていることが望ましい。
Ｐ₂／Ｒ₂ ＜ １．７６ ………（８）
Ｐ₄／Ｒ₄ ＜ １．７６ ………（９）
ただし、
Ｐ₂ ：第１レンズの像側の面の内径
Ｐ₄ ：第２レンズの像側の面の内径
なお、内径とはレンズ面において曲面の始端から終端の光軸に対して垂直方向の距離である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施例１に係る超広角レンズ系の構成を示す図である。
本発明の実施形態の超広角レンズ系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ₁、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ₂および正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ₃がこの順に配列されるレトロフォーカスタイプのレンズである。
【００１０】
第１レンズ群Ｇ₁は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズＬ₁と、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズＬ₂とで構成され、第２レンズ群Ｇ₂は、両凹レンズからなる第３レンズＬ₃と両凸レンズからなる第４レンズＬ₄よりなる接合レンズで構成され、第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第５レンズＬ₅と両凸レンズからなる第６レンズＬ₆よりなる接合レンズ、および物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズＬ₇と両凸レンズからなる第８レンズＬ₈よりなる接合レンズで構成されている。
【００１１】
本実施形態のレンズは、以下の条件式（１）〜（９）を満足するように構成されている。
ＢＦ／Ｆ ＞ ２．７ ………（１）
−２．３ ＜ Ｆ_G1／Ｆ ＜ −１．８ ………（２）
−１２．０ ＜ Ｆ_G1,2／Ｆ ＜ −４．５ ………（３）
Ｎ₁ ＝ Ｎ₂ ＞ １．７５ ………（４）
ν_5,7 ＜ ３０ ………（５）
２．３ ＜ Ｒ₂／Ｆ ＜ ３．０ ………（６）
１．６ ＜ Ｒ₄／Ｆ ＜ ２．２ ………（７）
Ｐ₂／Ｒ₂ ＜ １．７６ ………（８）
Ｐ₄／Ｒ₄ ＜ １．７６ ………（９）
ただし、
ＢＦ ：レンズ全系のバックフォーカス
Ｆ ：レンズ全系の焦点距離
Ｆ_G1 ：第１レンズ群Ｇ₁の焦点距離
Ｆ_G1,2：第１レンズ群Ｇ₁と第２レンズ群Ｇ₂の合成の焦点距離
Ｎ₁ ：第１レンズＬ₁のｄ線に対する屈折率
Ｎ₂ ：第２レンズＬ₂のｄ線に対する屈折率
ν_5,7 ：第５レンズＬ₅と第７レンズＬ₇のｄ線に対するアッベ数の平均
Ｒ₂ ：第１レンズＬ₁の像側の面の曲率半径
Ｒ₄ ：第２レンズＬ₂の像側の面の曲率半径
Ｐ₂ ：第１レンズＬ₁の像側の面の内径
Ｐ₄ ：第２レンズＬ₂の像側の面の内径
【００１２】
以下に、各レンズ群および各レンズの作用を示す。
第１レンズ群Ｇ₁は、各々が物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる、第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂で構成されている。この第１レンズ群Ｇ₁は、強い負の屈折力を有し、バックフォーカスの確保とレンズ系の広角化を図っている。第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂は、広角化に伴う過度の歪曲収差を補正するために、その形状をメニスカスレンズとしレンズ材料は屈折率の高い硝材を用いている。
【００１３】
第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂に屈折率の高い硝材を用いているため、歪曲収差の補正だけでなく、レンズの加工性を高める効果もある。製造工程においては、凹レンズ面の形状が平面から半球に近くなるほど、いわば深い面ほどレンズを研磨し難くなるが、第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂に屈折率の高い硝材を用いれば、第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂の像側の凹面の曲率半径を小さくしすぎることなく負の屈折力を確保することが可能になる。
【００１４】
第２レンズ群Ｇ₂は、両凹レンズからなる第３レンズＬ₃と両凸レンズからなる第４レンズＬ₄よりなる接合レンズで構成されている。第２レンズ群Ｇ₂は正の屈折力を有するが、第３レンズＬ₃は両凹レンズとされ、歪曲収差以外の収差、とくに第４レンズＬ₄以後のレンズで発生する負の球面収差を補正する。第４レンズＬ₄は両凸レンズで、レンズ系全体として負に発生する歪曲収差を補正する。さらに、この第３レンズＬ₃と第４レンズＬ₄が接合レンズとされていることで、色収差のうち、特に倍率色収差を効果的に補正することが可能となる。
【００１５】
第３レンズ群Ｇ₃は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第５レンズＬ₅と両凸レンズからなる第６レンズＬ₆よりなる接合レンズ、および、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズＬ₇と両凸レンズからなる第８レンズＬ₈よりなる接合レンズで構成されている。この二組の接合レンズが、接合状態とされていることと、各々の物体側の凹メニスカスレンズに適正なν値の硝材を用いることにより、第１レンズＬ₁から第３レンズＬ₃までの３枚の凹レンズで発生した色収差のうち、特に軸上色収差を効果的に補正することが可能となる。
【００１６】
各条件式（１）〜（９）を満足するように構成することが望ましいのは、以下の理由によるものである。
条件式（１）により、レンズをカメラに取付ける際に必要となるバックフォーカスを確保する。この下限値を下回った場合はバックフォーカスが不足となる。
【００１７】
条件式（２）により、所定のバックフォーカスを確保し、歪曲収差の補正を行うことが可能になる。この下限値を下回った場合は、バックフォーカスの確保が困難となり、この上限値を上回った場合は、歪曲収差の発生が大きくなりすぎ、また像面湾曲も大きくなるため、広角で周辺視野まで高解像なレンズが得られない。
【００１８】
条件式（３）により、所定のバックフォーカスを確保し、収差補正を行うことが可能になる。この下限値を下回った場合は、バックフォーカスの確保が困難となり、この上限値を上回った場合は、歪曲収差の発生が大きくなりすぎ、また球面収差の補正が困難となるため、広角で周辺視野まで高解像なレンズが得られない。
【００１９】
条件式（４）は、第１レンズＬ₁と第２レンズＬ₂のレンズに用いる硝材の屈折率に関する条件式であり、レンズの加工性を良くするための条件を示している。この下限値を下回った場合は、必要な負の屈折力を得るために第１レンズＬ₁および第２レンズＬ₂の像側の凹面の曲率半径を小さくする必要が生じ、レンズ面の形状が半球に近づいて加工性が悪くなる。
条件式（５）により、軸上色収差の補正が可能となる。この上限値を上回った場合は、軸上色収差が困難となる。
【００２０】
条件式（６）および（７）は、各々、第１レンズＬ₁の像側の面と第２レンズＬ₂の像側の面に関する条件を示している。曲率半径がこの下限値を下回った場合はレンズ面の形状が半球に近づいて加工性が悪くなり、この上限値を上回った場合は、凹レンズとしてのパワーが小さくなり、そのままでは第１レンズ群Ｇ₁の発散力が弱くなってしまうため、必要な画角が確保できなくなる。必要な発散力を求めるために第１レンズ群Ｇ₁をより物体側に配することは可能であるが、レンズ系全体のコンパクト化を阻害することになりかねない。
【００２１】
条件式（８）および（９）は、各々、第１レンズＬ₁の像側の面と第２レンズＬ₂の像側の面に関する条件を示している。レンズ研磨に関する加工性を規定するために、条件式（６）、（７）において曲率半径の下限値を規定しているが、凹レンズ面の曲率半径が適正であってもレンズの径が大きくなってしまうと、レンズ形状がいわば深い凹面になるため研磨しにくくなってしまう。そのため、条件式（８）、（９）では、凹レンズ面の内径と曲率半径の比率によって加工性を示す指標としている。この上限値を上回った場合は凹レンズ面の形状が半球に近くなり、レンズの加工性が悪くなる。
【００２２】
以下、具体的なデータを用いて実施例１および２について説明する。
〈実施例１〉
図１に、実施例１に係る超広角レンズ系の構成を示す。
本実施例においては、第４レンズＬ₄と第５レンズＬ₅の間に絞り１が配され、その開口部を通った外部からの光は第３レンズ群Ｇ₃により収束されて、第３レンズ群Ｇ₃の像面側に配されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタを含むフィルタ部２を介して、固体撮像素子（ＣＣＤ）の撮像面３上で結像する。
【００２３】
表１に、本実施例の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。なお、表１および以下の他の表において、各記号に対応させた数字は物体側から順次増加するようになっており、また、ＲおよびＤの各数値は、全系の焦点距離が１ｍｍの場合に規格化してある。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表２には、本実施例の超広角レンズ系のＦ_no.、画角２ω、および各条件式に対する値を示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２により、実施例１は条件式（１）〜（９）を全て満足しており、画角が１２１．８度と広画角でＦ値が１．２４と明るい超広角レンズ系であることが明らかである。
図３は、実施例１に係る超広角レンズ系の諸収差を示す収差図であり、この図から明らかなように、本実施例によれば、画角周辺部まで良好な結像性能を有する超広角レンズ系を得ることができる。
【００２８】
〈実施例２〉
図２は実施例２に係る超広角レンズ系の構成を示す図である。
表３に、本実施例の各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ、各レンズのｄ線における屈折率ｎ_dおよびアッベ数ν_dを示す。
【００２９】
【表３】

【００３０】
表４には、本実施例の超広角レンズ系のＦ_no.、画角２ω、および各条件式に対する値を示す。
【００３１】
【表４】

【００３２】
表４により、実施例２は条件式（１）〜（９）を全て満足しており、画角が１２２．８度と広画角でＦ値が１．２４と明るい超広角レンズ系であることが明らかである。
図４は、実施例２に係る超広角レンズ系の諸収差を示す収差図であり、この図から明らかなように、本実施例によれば、画角周辺部まで良好な結像性能を有する超広角レンズ系を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る超広角レンズ系によれば、画角が１２０度程度でＦ値が１．２程度と明るい超広角レンズ系でありながら、歪曲収差や色収差を比較的小さく抑え、かつ良好な光学性能を有する超広角レンズ系を得ることができる。また、第１レンズおよび第２レンズの屈折率を等しく所定値以上としていることにより、加工し易い形状のレンズを用いて超広角レンズ系を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る超広角レンズ系の構成を示す図
【図２】実施例２に係る超広角レンズ系の構成を示す図
【図３】実施例１に係る超広角レンズ系の収差図
【図４】実施例２に係る超広角レンズ系の収差図
【符号の説明】
Ｌ₁〜Ｌ₈ レンズ
Ｇ₁〜Ｇ₃ レンズ群
Ｒ₁〜Ｒ₁₆ 曲率半径
Ｄ₁〜Ｄ₁₅ 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ 絞り
２ フィルタ部
３ 固体撮像素子（ＣＣＤ）撮像面

Claims (2)

1. 物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群、正の屈折力を有する第２レンズ群および正の屈折力を有する第３レンズ群がこの順に配列されてなり、
   前記第１レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第１レンズと、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第２レンズを物体側からこの順に配列され、
   前記第２レンズ群は、両凹レンズからなる第３レンズと両凸レンズからなる第４レンズを物体側からこの順に配列した接合レンズで構成され、
   前記第３レンズ群は、物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第５レンズと両凸レンズからなる第６レンズよりなる接合レンズ、および物体側に凸面を向けた凹メニスカスレンズからなる第７レンズと両凸レンズからなる第８レンズよりなる接合レンズを物体側からこの順に配列して構成されるとともに、
   以下の条件式（１）〜（７）を満足するように構成されていることを特徴とする超広角レンズ系。
   ＢＦ／Ｆ ＞ ２．７ ………（１）
   −２．３ ＜ Ｆ_G1／Ｆ ＜ −１．８ ………（２）
   −１２．０ ＜ Ｆ_G1,2／Ｆ ＜ −４．５ ………（３）
   Ｎ₁ ＝ Ｎ₂ ＞ １．７５ ………（４）
   ν_5,7 ＜ ３０ ………（５）
   ２．３ ＜ Ｒ₂／Ｆ ＜ ３．０ ………（６）
   １．６ ＜ Ｒ₄／Ｆ ＜ ２．２ ………（７）
   ただし、
   ＢＦ ：レンズ全系のバックフォーカス
   Ｆ ：レンズ全系の焦点距離
   Ｆ_G1 ：第１レンズ群の焦点距離
   Ｆ_G1,2：第１レンズ群と第２レンズ群の合成の焦点距離
   Ｎ₁ ：第１レンズのｄ線に対する屈折率
   Ｎ₂ ：第２レンズのｄ線に対する屈折率
   ν_5,7 ：第５レンズと第７レンズのｄ線に対するアッベ数の平均
   Ｒ₂ ：第１レンズの像側の面の曲率半径
   Ｒ₄ ：第２レンズの像側の面の曲率半径
2. 以下の条件式（８）、（９）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の超広角レンズ系。
   Ｐ₂／Ｒ₂ ＜ １．７６ ………（８）
   Ｐ₄／Ｒ₄ ＜ １．７６ ………（９）
   ただし、
   Ｐ₂ ：第１レンズの像側の面の内径
   Ｐ₄ ：第２レンズの像側の面の内径

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