JP3799913B2 - 超広角レンズ及び該レンズを備える撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広角レンズ、特に大画角を有する大口径超広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通常の射影方式では、像高をｙ、レンズの焦点距離をｆ、光軸から測った物体を見込む角度をθとそれぞれしたとき、ｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立する。そして、この方式で包括角（画角）２ω＝１１０°を越える超広角レンズの提案は少なく、更にＦ３．５を上回る大口径超広角レンズの提案は極少数であるが、例えば、本出願と同一出願人による特開平９−１１３７９８号公報、又は特開平９−１１３８００号公報に開示されたレンズが知られている。
【０００３】
また、同様にｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立する通常の射影方式で包括角２ω＝１１５°を越え、更にＦ３．５を上回る大口径超広角レンズは殆ど提案されていないが、例えば、本出願と同一出願人による特開平１０−３２５９２３号公報に、包括角２ω＝１１５°を越え、Ｆ３．５を上回る大口径超広角ズームレンズが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立する通常の射影方式で包括角２ω＝１１５°を越え、更にＦ２．８程度の口径を有し、小型で高性能で、近距離収差変動の少ない大口径超広角レンズは現在までに殆ど提案されておらず、また、商品化もされていない状況である。かかる状況において、本願発明者は、鋭意研究・開発の後、従来存在しない包括角（画角）２ω＝１１８゜以上という通常の射影方式では限界に近い大画角を有し、かつＦ２．８の大口径を有する光学系を得ることができた。
【０００５】
かかる光学系を開発する上での主な課題は、常用可能な程度の小型化、高い光学性能、周辺光量の確保、非球面の量産性である。特に、使用する非球面レンズが現代の量産技術を用いて十分生産できる事が重要となる。製造方法を考慮すると、生産性の悪い精研削非球面ではなく、量産性の高いガラスモールドで製造可能であることがコストダウンにつながり、かつユーザーメリットも大きい。このような観点から考察した場合、前記特開平９−１１３７９８号公報又は特開平９−１１３８００号公報では、画角２ω＝１０５．６゜、口径Ｆ２．８７を有する光学系を提案したが、これらの光学系においては、非球面レンズの製造が精研削方式とガラスモールド方式との何れの方式でも困難であり、量産性が低かった。しかも、画角が１０５゜程度であり、充分なものではなかった。そして、このまま大画角化すれば、非球面レンズはさらに製作困難になってしまう。
【０００６】
また、特開平１０−３２５９２３号公報においては画角２ω＝１１８°、口径Ｆ２．９の大口径超広角ズームレンズを提案した。しかし、このレンズ系の物体側の非球面レンズは、上述のレンズ系よりも更に非球面レンズの製造が困難であり、量産性が低かった。また、性能的に見ても十分とは言えず、合焦方式にも不都合があり、大きさも大型であった。
【０００７】
本発明は上記問題にかんがみてなされたものであり、ｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立する通常の射影方式で包括角２ω＝１１５°を越え、更にＦ２．８程度の口径を有し、小型で高性能で、近距離収差変動の少ない大口径超広角レンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、前記発散性レンズ群は少なくとも１枚の非球面凹レンズを有し、前記非球面凹レンズは以下の条件を満足し、物体側から２枚目以降に配置されることを特徴とする超広角レンズ。
（１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
（２） −１５ ＜ ｆ _ａｓｐ ／ｆ _０ ＜ −１．７
ここで、
ｄ _０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
ｄ _φｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
ｄ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
ｈ _ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
ｈ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径，
f _ａｓｐ ：前記非球面レンズの近軸焦点距離，
ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
【０００９】
また、本発明は、物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、
前記発散性レンズ群は少なくとも１枚の非球面凹レンズを有し、前記非球面凹レンズは
少なくとも１面の非球面に加えて他の１面も非球面であり、以下の条件を満足することを特徴とする超広角レンズを提供する。
（１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
（２） −１５ ＜ ｆ _ａｓｐ ／ｆ _０ ＜ −１．７
ここで、
ｄ _０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
ｄ _φｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
ｄ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
ｈ _ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
ｈ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径，
f _ａｓｐ ：前記非球面レンズの近軸焦点距離，
ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
【００１０】
また、本発明では、前記発散性レンズ群には少なくとも２面の非球面を有し、該非球面のうち最も物体側に位置し、かつ凹面に設けられた非球面を下記非球面（Ａ）で表現した場合、以下の条件式（３）を満足する３次項を有することが望ましい。
【数２】

ここで、
Ｘ（ｙ）：光軸から垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離（サグ量），
ｒ ：基準の曲率半径，
κ ：円錐係数，
Ｃｎ ：ｎ次の非球面係数，
をそれぞれ示している。
【００１１】
また、本発明は、全系の包括角２ω＝１１０度を越える超広角レンズにおいて、
物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、
前記発散性レンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光軸中心から周辺部分へいくに応じて曲率が緩くなる形状を有する非球面を少なくとも像面側に設けた非球面凹レンズを有し、前記非球面レンズは以下の条件を満足し、物体から２枚目以降に配置されることを特徴とする超広角レンズを提供する。
（１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
（５） １．９ ＜ ＢＦ _∞ ／ｆ _０ ＜ ４
ここで、
ｄ _０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
ｄ _φｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
ｄ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
ｈ _ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
ｈ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径、
ＢＦ _∞ ：無限遠合焦時のバックフォーカス、
ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
【００１２】
また、本発明にかかる超広角レンズでは、前記非球面凹レンズは、少なくとも１面尾非球面に加えて他の１面も非球面であることが望ましい。
また、本発明にかかる超広角レンズでは、以下の条件を満足することが望ましい。
（５） １．９ ＜ ＢＦ _∞ ／ｆ _０ ＜ ４
ここで、
ＢＦ _∞ ：無限遠合焦時のバックフォーカス、
ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
また、本発明に係る超広角レンズでは、前記正の屈折力を有する収斂性レンズ群中に近距離合焦時に移動する合焦群を少なくとも１群有し、以下の条件を満足することが望ましい。
（４） ３ ＜ ｆ x ／ ｆ 0 ＜ １２
ここで、
ｆ x ：前記合焦群の焦点距離。ただし、複数群存在する場合、最も焦点距離の短い群の焦点距離，
ｆ 0 ：前記超広角レンズ全系の焦点距離である。
また、本発明に係る超広角レンズでは、前記非球面凹レンズは、ガラスモールド方式の非球面レンズであることが望ましい。
また、本発明に係る超広角レンズでは、前記非球面凹レンズは、樹脂とガラスとの複合からなる複合方式の非球面レンズであることが望ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記超広角レンズを備えることを特徴とする撮影装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。写真レンズを含む、対物光学系の設計で最も困難なことは、著しい大画角化と同時に大口径化を行うことである。これはすなわちザイデル収差を余すところ無く補正することに他ならない。このような光学設計の難易度が非常に高いが故に、通常の射影方式では限界に近い包括角（画角）２ω＝１１８゜を越えて口径Ｆ２．８に達するレンズ系の発明提案殆どはなく、商品化も達成されていない。
【００１５】
本発明は、上述したように、今までにない仕様のレンズ系であって、常用可能なほどの小型化で、十分な周辺光量を確保し、かつ高い光学性能を有し、現代の量産技術で十分生産できる非球面レンズを備える光学系を開発したものである。
【００１６】
特に非球面においては、製造方法を考慮すると、生産性の悪い精研削非球面ではなく、量産性の高いガラスモールドで製造可能である事が望ましく、著しいコストダウンにつながりユーザーメリットも大きい。
【００１７】
まず、本発明の基本的な構造から説明する。本発明は、基本的に発散性の凹（負）レンズ群と、収斂性の凸（正）レンズ群とで構成した所謂レトロフォーカスタイプである。発散性の凹（負）レンズ群は負メニスカスレンズを先頭に、数枚の負レンズと正レンズとによって構成されている。また、軸上、軸外収差共に良好な補正を行うために、厚肉の接合レンズを含むことが望ましい。さらに、後述する条件式の説明で述べるように、特徴的な非球面レンズによって軸外収差を中心とした良好な収差補正が行われている。
【００１８】
また、収斂性の凸（正）レンズ群は、光学系全体のマスターレンズ的性格を持ち、基本的に凸・凹・凸（正・負・正）のパワー配置を含むレンズ群を有している。また、近距離合焦は、この収斂性の凸（正）レンズ群全体、または１部を移動することによって行う。さらに、合焦のために移動するレンズ群は、少なくとも凸（正）レンズ群・凹（負）レンズ群・凸（正）レンズ群を有している事が望ましい。加えて、収斂性の凸群中には、ペッツバールサムの適切な設定と球面収差、倍率色収差の良好な補正を行うために、複数の接合レンズを有することが望ましい。
【００１９】
本発明において、上述の通り今までに無い仕様の大口径超広角レンズの光学設計の解を得られたのは、製造が容易で適切な補正効果を有する非球面レンズが開発されたからである。非球面の特徴的な設計技術として挙げることができるのは、非球面形状を前記した非球面式で表現した時、非球面係数における奇数次項（特に３次項）、高次項（１２次項、１４次項、１６次項）、及び円錐係数κの緻密な使い方によるきめ細かな収差補正技術である。
【００２０】
ここで、非球面、特に奇数次項の非球面係数と収差補正との関係を簡単に説明する。一般に、非球面は光学系が光軸を中心とした回転対称なので、偶数次項の級数の和で表現されている。しかしながら、本発明ではこの級数に奇数次項を導入することで、収差補正を行う際に、より有効的に活用したのである。非球面をメリジオナル面内で考えると、奇数次項では像高Ｙの符号によってサグ量Ｘの値が異なり対称性が成立しないように思える。しかし、光軸をＸ軸とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、ρ＝（Ｙ²＋Ｚ²）^1/2で考えれば符号が一致して対称性が成立する。３次収差は球面系においても、偶数次項の非球面係数を有する非球面においても、屈折面が以下のようにρの偶数次項であることがゆえに発生するので、屈折面が奇数次項を含むということは、今までに存在しない２次収差、４次収差等の偶数次の収差が発生する事になる。また、単一曲面であり、かつ非球面の場合を想定すると、球面収差はまさに非球面係数に対応する。したがって、奇数次項の非球面係数を導入することにより、球面系では得られない収差補正効果を得ることができる。
（Ｂ） Ｘ＝Ｃ2・ρ²＋Ｃ4・ρ⁴＋Ｃ6・ρ⁶＋…
また、一般的には、
（Ｃ） Ｘ＝ρ²・１／２ｒ＋Ｃ4・ρ⁴＋Ｃ6・ρ⁶＋…
となり、これに３次項Ｃ３と５次項Ｃ５とを加えると、
（Ｄ） Ｘ＝ρ²・１／２ｒ＋Ｃ3・ρ³＋Ｃ4・ρ⁴＋Ｃ5・ρ⁵＋Ｃ6・ρ⁶＋…
となる。
【００２１】
例えば２次の球面収差を導出すると、以下のようになる

【００２２】
ここで、ｎは屈折率、ｕは光軸とのなす角、Ｃ3iは各面における非球面係数の３次項、ｈは入射高、Ｒは入射瞳半径をそれぞれ示している。したがって、３次の球面収差が入射高の４乗に比例し、瞳半径の３乗に比例するところ、２次の球面収差は入射高の３乗に比例し、瞳半径の２乗に比例する。したがって、従来、補正しきれなかった低次の収差を、非球係数の３次項を導入することにより補正することができる。そのため、さらなるスペックアップと高性能化が可能になる。このことは、歪曲収差やコマ収差等の他の収差についても同様である。特に、本発明のような大口径超広角レンズにおいて、発散性レンズ群中の比較的物体側に非球面を導入した場合、低次部分の歪曲収差の補正能力が高い。
【００２３】
また、従来では歪曲収差の像高に対する傾き（微分値）が大きく、所謂陣笠形状をしていたが、３次項を導入することにより当該収差を格段に改善することができる。また、コマ収差と球面収差も同様に、低次の収差をより補正できるため、例えば口径を大きくすることによって生じる入射高の比較的低い部分の負の収差を補正し、最小錯乱円を小さくする事が可能になる。また、本発明では大口径化を有利にする意味において、軸上平行光線（軸上無限遠物点から射出された最も開口数の大きい光線）に対する偏角αが大きい面に導入するほど効果が大きいため、像面側に凹面を向けた面に上述のような非球面を導入することが望ましい。
【００２４】
また、高次項と円錐係数κとを適切に使用することにも大きな意味がある。まず、円錐係数κを説明する。
【００２５】
前記前記非球面式の第１項をべき級数展開し、κに関係する非球面項のみを示すと以下の様になる。

【００２６】
したがって、円錐係数κは４次以降の非球面係数に影響を与える事が分かる。また、κを積極的に収差補正に使用することにより、κ単独の項で低次項から非常に高次項の非球面係数まで使用することにほぼ等しい収差補正効果が得られる。特に、本発明のように、低次部分（比較的光軸近傍部分に相当）の曲率（＝パワー）を強め、高次部分（光軸から離れ、最大有効径近傍部分に相当）の曲率（＝パワー）を著しく弱めたい場合、κ＝−１から＋１未満までの間の値、すなわち、楕円面から双曲面までを基準にした非球面とすることが望ましい。この円錐係数κを適切に設定することで、歪曲収差、下方コマ収差、非点収差の良好な補正を補うことができる。
【００２７】
また、１２次以降の高次項は本発明の様に著しい大画角を有する光学系を実現する場合に重要な効果をもたらす。本発明の場合、軸外収差の補正効果の高いより物体側の面に非球面を導入している。

【００２８】
このため、従来は良好に補正できなかった周辺光束に対する収差を、非球面係数の高次項を有効に使用して良好に補正することが可能となる。特に、高次項の適切な設定は周辺性能改善に効果があり、ごく周辺の歪曲収差、下方コマ収差、非点収差を良好に保つことが出来る。

【００２９】
また、一般に、設計的に可能であっても実際の製造が困難な設計解になることが多い。本発明では、非球面レンズを適切に配置し、かつ円錐係数κと高次項とをコントロールすることで、製造容易な形状制御を行っている。このため、今まで精研削方式、又はガラスモールド方式で製造困難であった凹面非球面レンズを、ガラスモールド方式によって製造可能な形状にし、かつ光学性能を向上させ、枚数軽減および発散群中の凸レンズ使用の軽減による小型化を達成できている。
【００３０】
以下に、本発明の各条件式について説明する。条件式（１）は前記負の屈折力を有する発散性レンズ群中の非球面凹レンズの面形状を適切に設定する条件を規定している。上述したように、条件式（１）は、非球面係数の種々のパラメーターを駆使し、性能向上と生産性との両者の向上を共存させたものである。条件式（１）は、非球面レンズの軸外光線が通る最大の高さ部分の厚みと、有効径（最大値を１０割とする）の３割の高さにおける厚みとの比によって、中心部分と周辺部分との非球面の擬似的な傾きとレンズ部品としての厚さの変化を表している。
【００３１】
非球面レンズの軸外光線が通る最大の高さでは主に非球面高次項と円錐係数κのコントロールが支配的であり、有効径の３割近傍ではκ、３次項、４次項をコントロールすることが重要である。上述したように、収差補正上では有効径の３割近傍では球面収差、低画角の下方コマ収差、歪曲収差を良好に補正し、最大有効径近傍では周辺部分の歪曲収差、下方コマ収差、非点収差を良好に補正できる。
【００３２】
また、現在におけるレンズ製造上の問題として、ガラスモールド方式の場合にメニスカス形状で厚肉差が数十倍のとき、レンズ量産の難易度が極端に高くなる。そして、凹面側の接線角が４０゜を越えると高精度な面形状を成形できなくなり、さらに接線角が増加し、曲面が半球に近づくとモールド自体が不可能になる。
【００３３】
条件式（１）の上限を上回る場合、該非球面レンズが周辺で著しく厚くなり、製造困難になる。収差補正上は非球面の極小的な補正バランスが崩れ、上述のように、歪曲収差、非点収差、球面収差等の補正が悪化してしまう。なお、条件式（１）の上限値を２．８に設定すると、より製造上の難易度が緩和されるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（１）の上限値を２．６に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３４】
逆に、条件式（１）の下限を下回る場合、非球面レンズ周辺部分の曲率が著しく弱くなり、逆転してしまう。したがって、周辺部分における収差の変化も極端に大きくなり、かえって性能劣化を招くこととなる。また、遂には周辺光束が結像しなくなってしまう。なお、条件式１の下限値を０．３に設定するとより良い収差補正が設定できるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（１）の下限値を０．８以上に設定するとより本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３５】
ここで、該当する非球面レンズが接合レンズの場合は、製造時には各レンズがそれぞれ分離して製造されるため、単体の厚み（ｄ₀ 、ｄ_{φ max}、ｄ₃₀ 等）によって条件式を計算する。さらに、ガラスと樹脂との複合型非球面の場合、各レンズ成分が独立して製造されないため、ガラスと樹脂合成との厚さ（ｄ₀ 、ｄ_{φ max}、ｄ₃₀ 等）によって条件式の計算をするものとする。
【００３６】
また、前記発散性凹レンズ群中に複数枚の非球面レンズが存在している場合、その中で少なくとも１つの非球面レンズが条件式（１）を満たしていれば良い。そして、条件式（１）を満たす非球面レンズは、複数枚存在する非球面の中で最も物体側に設けられていることが、小型化と収差補正上からみて望ましい。さらに好ましくは、該非球面レンズは、非球面製造上の理由と、小型化と前記収差補正上の理由から、物体側から２枚目以降に導入することが望ましく、かかる配置により本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３７】
さらに、本発明の効果を最大限に発揮し、かつ高性能化を図るためには、少なくとも該非球面に加えてさらに他の１面の非球面を設定し、軸外収差、特に下方コマ収差、球面収差の補正を補うことが望ましい。そして、その非球面レンズは、生産性を考慮するとガラスモールド方式又は樹脂とガラスとの複合からなる複合型方式の非球面レンズであることが望ましい。
【００３８】
条件式（２）は、前記非球面レンズの近軸パワーに関する条件を規定している。前記非球面式で表現された非球面の場合、焦点距離等の近軸量は数式（Ｆ）の第１項に示すように近軸曲率半径のみではなく、２次の非球面項も含まれている。条件式（２）の上限を上回る場合、該非球面レンズの負の近軸パワーが極端に大きくなり、条件式（１）の範囲で決定する形状を維持するためには非球面曲線の極小的な変化量が大きくなり過ぎ、上述した各収差が悪化し好ましくない。
【００３９】
なお、条件式（２）の上限値を−１．８５にするとより良い収差補正ができるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（２）の上限値を−２に設定すると本発明の効果最大限に発揮できる。
【００４０】
逆に、条件式（２）の下限を下回る場合、本発明のような大口径超広角レンズの場合、条件式（１）の範囲にある非球面形状においても、非球面変位量自身が極端に少なくなるので、非球面の補正効果が薄れてしまい、良好な収差補正が出来なくなる。また、本発明の様な大口径超広角レンズの場合、バックフォーカスを十分確保する必要からも、構成する各凹レンズエレメントには十分な負のパワーが必要なのである。
【００４１】
なお、条件式（２）の下限値を−１０に設定するとより良い収差補正ができるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（２）の下限値を−８以上に設定するとより本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００４２】
また、条件式（３）は、前記発散性レンズ群に導入したの非球面のうち、最も物体側に位置し、かつ凹面に設けられた非球面の３次項の非球面係数の適切な範囲を規定している。本発明で用いている非球面が上記非球面式で表現されたとき、上述したように、該非球面の３次項の適切な条件設定は歪曲収差とコマ収差、球面収差の補正を良好に行なうために必要である。
【００４３】
条件式（３）の上限を上回る場合、非球面係数の３次項が非常に大きくなることを意味し、特に２次の球面収差の影響で入射高の比較的低い位置の球面収差、歪曲収差が大きく正の方向に変位する。この結果、球面収差の傾き（微分値）が大きくなり、所謂うねりが顕著になり性能が低下してしまい好ましくない。また、上述のようにコマ収差、歪曲収差等の諸収差も補正過多となり、逆に悪化する結果になる。
【００４４】
なお、条件式（３）の上限値を５×10^-3以下に設定するとより良い収差補正を設定できるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（３）の上限値を１×10^-3以下に設定すると本発明の効果最大限に発揮できる。
【００４５】
逆に、条件式（３）の下限を下回る場合、前記のような各収差の補正効果が薄れ、本発明の効果を十分に生かすことができない。なお、条件式（３）の下限値を５×10^-6以上に設定するとより良い収差補正が設定できるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（３）の下限値を１×10^-5以上に設定すると、より本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００４６】
また、本発明にかかる光学系は、非常に強いレトロ比を有しているにもかかわらず、近距離収差変動が非常に少ない合焦方式を採用している。合焦群、又は合焦のために移動する群全体の何れかは、少なくとも正・負・正のトリプレット及びガウスタイプの基本的構造を有している。これは近距離収差変動を極力抑えるために、合焦群内部で十分な収差補正を行い、かつマスターレンズ的な構造を持たせるためである。ここで、合焦群のパワーが重要なファクターとなる。
【００４７】
条件式（４）の上限を上回る場合、合焦群のパワーが小さくなるため、合焦群の移動量が増加し、至近距離を短くすることが困難になる。なお、条件式（４）の上限値を８に設定するとより短い至近距離を設定できるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（３）の上限値を５に設定すると本発明の効果最大限に発揮できる。
【００４８】
逆に、条件式（４）の下限を下回る場合、合焦群のパワーが著しく大きくなり、近距離収差変動が増加するので、好ましくない。特に像面湾曲及び非点収差の変動が顕著になり好ましくない。なお、条件式（４）の下限値を３．１に設定するとより良い収差補正が設定できるので望ましい。さらに好ましくは、条件式（４）の下限値を３．２に設定するとより本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００４９】
また、合焦群が複数群存在しても良く、所謂フローティング効果も利用しても良い。但しこの場合、主に合焦機能としてはよりパワーの強い群の効果が大きいため、条件式（４）のｆ_xは最も焦点距離の短い群で計算するものとする。
【００５０】
また、本発明は、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）１．９ ＜ BF_∞／ｆ₀ ＜ ４
ここで、
BF_∞：無限遠合焦時のバックフォーカス，
ｆ₀：全系の焦点距離をそれぞれ示している。
【００５１】
上記条件式（５）は所謂レトロ比の適切な範囲を規定した条件である。条件式（５）を満足する最適なレトロ比により、全系の大きさ、軸外収差の良好な補正、ミラー等に対する機械的な干渉等の問題を解決することができる。
【００５２】
条件式（５）の上限を上回る場合、レトロ比が著しく大きくなるために、本発明の様な超広角レンズにおいては、光学系全体が巨大化するばかりか、軸外収差の補正、サジタル方向のコマ・フレアー等の補正が悪化し好ましくない。
【００５３】
また、条件式（５）の下限を下回る場合、レトロ比が著しく小さくなるために、本発明の様な超広角レンズにおいては、ミラー等に対する機械的な干渉を生じてしまい、１眼レフカメラに使用できない不都合が生じる。
【００５４】
【実施例】
以下、添付図面に基づいて本発明にかかる超広角レンズの数値実施例を説明する。
（第１実施例）
図１は、第１実施例にかかる超広角レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群Ｇｎと、正の屈折力を有する収斂性レンズ群Ｇｐとの負・正２つの群から構成されている。発散性レンズ群Ｇｎは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１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非球面レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側の面に樹脂面に非球面を有する樹脂とガラスの複合からなる複合型非球面両凹レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と厚肉両凸レンズＬ６との接合からなる接合正レンズとから構成されている。
【００５５】
また、収斂性レンズ群Ｇｐは、物体側から順に、２枚の厚肉両凸レンズＬ７，Ｌ８と、両凸レンズＬ９と両凹レンズＬ１０の接合よりなる接合負レンズと、開口絞りＳと、合焦のために移動する合焦群Ｇｆによって構成される。合焦群Ｇｆは物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ１２の接合よりなる接合正レンズ、両凹レンズＬ１３と両凸レンズＬ１４との接合よりなる接合負レンズ、両凸レンズＬ１５と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６との接合よりなる接合正レンズとから構成されている。
【００５６】
近距離合焦は合焦群Ｇｆのみを物体方向に移動することによって行い、撮影距離０．２ｍ（撮影倍率−０．１７３倍）まで合焦が可能である。開口絞りＳ以降で合焦が可能なため、所謂レンズ内モーターによる合焦方式に適している。また、合焦群Ｇｆは１つの光学系として機能しているので、所謂防振レンズ群として使用できる他、合焦群Ｇｆのみを光軸外しすることで、所謂シフトレンズ光学系として使用可能である。
【００５７】
以下の表１に本実施例の諸元値を掲げる。表において、左端の数字は物体側から数えたレンズ面の順番、ｒiはｉ番目のレンズ面Ｒｉの曲率半径、ｄ iはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との光軸上の面間隔、νiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との間のアッベ数、ｎiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との間のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）の屈折率をそれぞれ示している。また、非球面には星印を付し、曲率半径の欄には近軸曲率半径を掲載し、κ及び各係数は非球面データ欄に掲げる。
【００５８】
また、全体諸元において、ｆは焦点距離、βは撮影倍率、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角（包括角）をそれぞれ示す。なお、長さ、曲率半径などの単位はｍｍである。
【００５９】
【表１】

（各条件対応値）

【００６０】
図２は、本実施例の無限遠合焦時の諸収差図である。良好に収差補正が成されていることがわかる。また、図３は、本実施例の撮影倍率−１／４０倍時の諸収差図である。図から明らかなように、近距離収差変動が良好に補正が成されていることがわかる。なお、諸収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ｙは像高、ｄ，ｇはそれぞれｄ線，ｇ線の収差曲線であることを示している。また非点収差において、実線はサジタル像面、点線はメリジオナル像面を示している。以下全ての実施例の諸収差図において本実施例と同様の符号を用いる。
（第２実施例）
図４は、第２実施例にかかる超広角レンズのレンズ構成を示す図である。物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群Ｇｎと、正の屈折力を有する収斂性レンズ群Ｇｐとの負・正２つの群から構成されている。発散性レンズ群Ｇｎは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向け物体側と像側との両面に非球面を有する負メニスカス非球面レンズＬ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、厚肉両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５と厚肉両凸レンズＬ６との３枚のレンズの接合からなる接合正レンズと、両凸レンズＬ７とから構成されている。また、収斂性レンズ群Ｇｐは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンンズＬ８と、両凸レンズＬ９と厚肉両凹レンズＬ１０との接合よりなる接合正レンズと、開口絞りＳと、物体側に凸面を向けた厚肉凹メニスカスレンズＬ１１と両凸レンズＬ１２との接合よりなる接合正レンズと、両凸レンズＬ１３と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１４との接合よりなる接合正レンズとから構成されている。
【００６１】
合焦動作は収斂性レンズ群Ｇｐ全体の移動により行われ、開口絞りＳを境に物体側のレンズ群Ｇｃ（レンズＬ８〜Ｌ１０）が補正群、開口絞りＳを含んで像側の群Ｇｆ（レンズＬ１１〜Ｌ１４）が合焦群を構成している。合焦の際は合焦群Ｇｆと補正群Ｇｃのみを物体方向に移動することによって行い、補正群Ｇｃよりも合焦群Ｇｆの移動量が多く、撮影距離に対してノンリニアに移動する。撮影距離は０．１８ｍ（撮影倍率−０．２３２倍）まで合焦が可能である。合焦群Ｇｆと補正群Ｇｃは合わせて１つの光学系として機能しているので、所謂防振レンズ群として使用できる他、合焦群Ｇｆと補正群Ｇｃとを合わせて１つの群とし、光軸外しを行って、所謂シフトレンズ光学系として使用可能である。
【００６２】
表２に第２実施例の諸元値を掲げる。表における符号、非球面式等は上記第１実施例と同様である。
【００６３】
【表２】

（条件式対応値）

【００６４】
図５は、第２実施例の無限遠合焦時の諸収差図である。良好に収差補正が成されていることがわかる。また、図６は、第２実施例の撮影倍率−１／３０倍時の諸収差図である。近距離収差変動が良好に補正が成されていることがわかる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、通常の射影方式（ｙ＝ｆ・ｔａｎθ）で包括角２ω＝１１５°を越え、更にＦ２．８程度の口径を有し、小型で高性能で、近距離収差変動の少ない大口径超広角レンズ及び該レンズを備える撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のレンズ構成を示した図である。
【図２】第１実施例の無限遠合焦時の諸収差図である。
【図３】第１実施例の近距離合焦時の諸収差図である。
【図４】第２実施例のレンズ構成を示した図である。
【図５】第２実施例の無限遠合焦時の諸収差図である。
【図６】第２実施例の近距離合焦時の諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇｎ 発散性レンズ群
Ｇｐ 収斂性レンズ群
Ｇｆ 合焦群
Ｇｃ 補正群
Ｓ 開口絞り
Ｌ１〜Ｌ１９ 各レンズ成分

Claims (10)

1. 物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、
   前記発散性レンズ群は少なくとも１枚の非球面凹レンズを有し、当該非球面凹レンズは以下の条件を満足し、物体側から２枚目以降に配置されることを特徴とする超広角レンズ。
   （１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
   （２） −１５ ＜ ｆ_ａｓｐ／ｆ_０ ＜ −１．７
   ここで、
   ｄ_０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
   ｄ_φｍａｘ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
   ｄ_３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
   ｈ_ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
   ｈ_３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径，
   f_ａｓｐ：前記非球面レンズの近軸焦点距離，
   ｆ_０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
2. 物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、
   前記発散性レンズ群は少なくとも１枚の非球面凹レンズを有し、前記非球面凹レンズは
   少なくとも１面の非球面に加えて他の１面も非球面であり、以下の条件を満足することを特徴とする超広角レンズ。
   （１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
   （２） −１５ ＜ ｆ _ａｓｐ ／ｆ _０ ＜ −１．７
   ここで、
   ｄ _０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
   ｄ _φｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
   ｄ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
   ｈ _ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
   ｈ _３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径，
   f _ａｓｐ ：前記非球面レンズの近軸焦点距離，
   ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
3. 全系の包括角２ω＝１１０度を越える超広角レンズにおいて、
   物体側から順に、負の屈折力を有する発散性レンズ群と、正の屈折力を有する収斂性レンズ群とからなり、
   前記発散性レンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、光軸中心から周辺部分へいくに応じて曲率が緩くなる形状を有する非球面を少なくとも像面側に設けた非球面凹レンズを有し、前記非球面レンズは以下の条件を満足し、物体から２枚目以降に配置されることを特徴とする超広角レンズ。
   （１） ０ ＜ （（ｄ _φｍａｘ −ｄ _０ ）／ｈ _ｍａｘ ）／（（ｄ _３０ −ｄ _０ ）／ｈ _３０ ） ＜ ２．８
   （５） １．９ ＜ ＢＦ _∞ ／ｆ _０ ＜ ４
   ここで、
   ｄ_０ ：前記非球面レンズの光軸上の厚さ（中心厚），
   ｄ_φｍａｘ：前記非球面レンズの像側の面の最大有効径位置における光軸と平行な厚さ，
   ｄ_３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における光軸と平行な厚さ，
   ｈ_ｍａｘ ：前記非球面レンズの像側の面における最大有効半径，
   ｈ_３０ ：前記非球面レンズの像側の面の全有効径を１０割としたときの３割の位置における有効半径、
   ＢＦ _∞ ：無限遠合焦時のバックフォーカス、
   ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
4. 前記非球面凹レンズは、少なくとも１面の非球面に加えて他の１面も非球面であることを特徴とする請求項１または３に記載の超広角レンズ。
5. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または２または４に記載の超広角レンズ。
   （５） １．９ ＜ ＢＦ _∞ ／ｆ _０ ＜ ４
   ここで、
   ＢＦ _∞ ：無限遠合焦時のバックフォーカス、
   ｆ _０ ：前記広角レンズ全系の焦点距離である。
6. 前記発散性レンズ群は少なくとも２面の非球面を有し、該２面の非球面のうち最も物体側に位置し、かつ凹面に設けられた非球面は、以下の非球面式（Ａ）で表現した場合に３次項を有し、さらに以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の超広角レンズ。
   （Ａ） Ｘ（ｙ）＝（ｙ ² ／ｒ）／〔１＋（１−κ・ｙ ² ／ｒ ² ） ^1/2 〕＋Ｃ２・ｙ ² ＋Ｃ 3 ・｜ｙ｜ ³ ＋Ｃ 4 ・ｙ ⁴ ＋Ｃ 6 ・ｙ ⁶ ＋Ｃ 8 ・ｙ ⁸ ＋Ｃ 10 ・ｙ ¹⁰ ＋Ｃ 12 ・ｙ ¹² ＋Ｃ 14 ・ｙ ¹⁴ ＋Ｃ 16 ・ｙ ¹⁶
   ここで、
   Ｘ（ｙ）：光軸から垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離（サグ量），
   ｒ ：基準の曲率半径，
   κ ：円錐係数，
   Ｃｎ ：ｎ次の非球面係数，
   （３） １×１０ ^-6 ＜ ｜Ｃ 3 ｜ ＜ １×１０ ^{- ２}
   ここで、Ｃ３は、前記非球面を前記非球面式（Ａ）で表現した場合の３次係数である。
7. 前記正の屈折力を有する収斂性レンズ群中に近距離合焦時に移動する合焦群を少なくとも１群有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の超広角レンズ。
   （４） ３ ＜ ｆ x ／ ｆ 0 ＜ １２
   ここで、
   ｆ x ：前記合焦群の焦点距離。ただし、複数群存在する場合、最も焦点距離の短い群の焦点距離，
   ｆ 0 ：前記超広角レンズ全系の焦点距離である。
8. 前記非球面凹レンズは、ガラスモールド方式の非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の超広角レンズ。
9. 前記非球面凹レンズは、樹脂とガラスとの複合からなる複合方式の非球面レンズである ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の超広角レンズ。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の超広角レンズを備えることを特徴とする撮影装置。

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