JP4345050B2

JP4345050B2 - 超広角レンズ

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Publication number: JP4345050B2
Application number: JP2003041764A
Authority: JP
Inventors: 憲三郎鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP2004252101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いた電子画像用の超広角レンズ、特に、画角が９０度以上でバックフォーカスの長い超広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に広角レンズは物体側より負の屈折力を有する第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群を備えた構成を有しており、例えば下記の特許文献に開示されたものが知られている。また、近年の撮影装置（例えばカメラ）に用いられる広角レンズでは、撮像素子との間にフィルターやプリズム等を配置する必要があるため、十分に大きいバックフォーカスが必要となるものが多い。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６６０９２号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７０８１８号公報
【０００４】
【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比較的画角の広い広角レンズにおいては、十分なバックフォーカスを確保できない上、色収差（特に倍率色収差）の補正が不充分となって結像性能が低下していた。このため電子画像用カメラ、例えばビデオカメラやディジタルカメラ用の超広角レンズとして用いることは難しかった。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、十分な大きさのバックフォーカスを確保しつつ軽量化でき、良好な結像性能が得られる構成の超広角レンズを提供することを目的としている。
【０００６】
【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、本発明に係る超広角レンズでは、撮影画角が９０度以上の超広角レンズにおいて、物体側から順に、少なくとも負メニスカスレンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第１レンズ群、絞り、少なくとも接合レンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第２レンズ群を備えるとともに、第１レンズ群及び第２レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を有し、レンズ光学系全体の焦点距離をｆ、バックフォーカスをｂｆとしたときに、１．７＜ｂｆ／ｆ＜４．０の条件を満たす構成とする。
本発明に係る超広角レンズでは、物体側から順に、正の屈折力を有した第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有した第２レンズ群を備え、像面に対して射出瞳が十分に遠いレトロフォーカスタイプの撮影レンズ系を構成することにより、電子画像機器に好適な大きいバックフォーカスを確保できる。また、第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けており、これにより構成レンズ数を少なくして軽量化することができる。また、前記第２レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズと、負レンズと、両凸レンズとからなる構成とする。そして更に、上記条件式を満足することにより、レンズ系全体の大型化を防いで回折光学面から入る有害光を低減させ、良好な結像性能を発揮させることができる。
さらに、前記第１レンズ群の最も物体側の位置に上記負メニスカスレンズが位置するとともに、この負メニスカスレンズの像側に隣接して接合負レンズが設けられており、前記負メニスカスレンズの最も物体側に位置するレンズ面は非球面形状に形成され、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記絞りの前後に位置するレンズ面同士の光軸上での間隔をｄとしたときに、０．１＜ｄ／ｆ１＜０．３の条件を満たす構成とする。
また、前記第１レンズ群の最も物体側の負メニスカスレンズは、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、１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）≦１．７８０９６の条件を満たす構成とする。
【０００７】
また、本発明に係る超広角レンズでは、回折光学面が第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に設けるとともに、回折光学面の有効径をＣとしたときに、１．０＜Ｃ／ｆ＜７．０の条件を満たすようにすることが好ましい。このような構成であれば、回折光学面の製作が困難になるのを防止しつつ、フレア等による画質の低下を防ぐことができる。
また、本発明に係る超広角レンズでは、回折光学面を有するレンズの焦点距離をｆａとしたときに、１．０＜｜ｆａ／ｆ｜＜５．０の条件を満たすことが好ましい。このような構成であれば、回折光学面の製作が困難になるのを防止しつつ、コマ収差や像面湾曲収差の発生が甚大となるのを防いで結像性能を向上させることができる。
また、本発明に係る超広角レンズでは、上記回折光学面が上記負メニスカスレンズ（第１レンズ群中に設けられた負メニスカスレンズ）のレンズ面に形成されていることが好ましい。このような構成であれば、回折光学面を通過する光線角度をできるだけ小さくすることができる。
【０００８】
なお、前記第1レンズ群の前記接合負レンズは、物体側に位置する両凹レンズとその像側に位置する両凸レンズとの貼り合わせで構成されるのが好ましい。
【０００９】
また、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１としたときに、１．０＜ｆ１／ｆ＜２０．０という条件を満足する構成であることが好ましい。
さらに、前記最も像側の前記両凸レンズは、像側の面が物体側の面より曲率半径が小さい構成であることが好ましい。
【００１０】
また、前記第２レンズ群は、非球面レンズを有する構成であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、光軸に対して回転対称な構造であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、ガラスモールドで形成されていることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、レンズ表面に薄い樹脂層を形成し、この樹脂層に回折格子構造を設けた構成であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、複数の回折格子構造を重ねた複層構造であることが好ましい。
さらに、前記回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスのレンズ面上に形成されることが好ましい。
【００１１】
さらに、近距離物体への合焦は、前記第２レンズ群のみを移動させて行う構成であることが好ましい。
または、近距離物体への合焦は、前記第２レンズ群を二つの正屈折力を有する部分群に分割して、相互の間隔を変えながら移動させて行う構成であることが好ましい。
【００１２】
【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。本発明に係る超広角レンズでは、物体側から順に、少なくとも負メニスカスレンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第１レンズ群、開口絞り、少なくとも接合レンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第２レンズ群を備えていわゆるレトロフォーカスタイプの（バックフォーカスが焦点距離よりも長いタイプの）レンズを構成している。このため光学系全体の焦点距離に比較して十分なバックフォーカスが確保でき、像面との間にフィルターやプリズム等の光学部材を配置し得るようになっている。このため本超広角レンズは例えばＣＣＤを撮像素子とする電子画像機器等に用いるのに好適である。
【００１３】
ここで、第１レンズ群と第２レンズ群との間に開口絞りが設けられているのは、像面に対して十分に射出瞳を遠くするためである。本超広角レンズと像面との間に色分解プリズムやダイクロイックミラー等の分解光学系が設置される場合には、画面の上部に至る光束と画面の下部に至る光束とがダイクロイックミラー等となす角度は同じになってしまい、画面の上下で色ムラが生じてしまうが、本発明の超広角レンズのように像面に対して十分に射出瞳を遠くする構成とすれば、このような色ムラは防ぐことができる。また、第２レンズ群は接合レンズを有しているため、本超広角レンズのように広画角なレンズ系で問題となる倍率色収差を良好に補正できるようになっている。
【００１４】
また、本発明に係る超広角レンズにおいては、いずれかのレンズ面に回折光学面を有する。一般に、光線を曲げる方法としては屈折と反射とが知られているが、第３番目の方法として回折が知られている。回折光学面とは、このように光の回折作用を行う光学面であり、回折光学素子とは、このような回折光学面を備えた光学素子をいう。回折光学素子には、従来知られた回折格子やフレネルゾーンプレートなどがある。このような回折光学素子は屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られており、その具体的な例としては、負の分散値を有することが挙げられる。この性質は色収差補正に極めて有効であり、高価な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となる。なお、このような回折光学素子については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００１５】
本発明に係る超広角レンズでは、上記回折光学面は、ガラスやプラスチック等の光学部材の表面に回折格子を設けるか、フレネルゾーンプレートのように光線を曲げて回折現象を生ずる面を上記光学部材の表面に形成するなどして生成するとよい。図５はフレネルゾーンプレートの一例を示すものであり、図５（Ａ）は光軸方向から見たフレネルゾーンプレート１の正面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見たフレネルゾーンプレート１の断面図である。この図５に示すフレネルゾーンプレート１は回折光学面を構成する回折格子溝の１ピッチが連続した曲線であるキノフォーム型であるが、その他、周期構造が階段状のものや三角形状等のものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明に係る超広角レンズでは、上記構成に加え、レンズ光学系全体の焦点距離をｆ、バックフォーカスをｂｆとしたときに、下の条件式（１）を満たすようにしている。
【００１７】
【数１】
１．７＜ｂｆ／ｆ＜４．０ … （１）
【００１８】
上記条件式（１）は、光学系全体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定めたものである。ここで、ｂｆ／ｆの値が条件式（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、レンズ光学系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、これによってもレンズ光学系全体の大型化を招き易いてしまう。更に、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。
【００１９】
逆に、ｂｆ／ｆの値が条件式（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。ここで、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ｂｆ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。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３．０とすることが好ましい。また、下限値については１．８とすることが好ましい。
【００２０】
このように本発明に係る超広角レンズでは、物体側から順に、正の屈折力を有した第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有した第２レンズ群を備え、像面に対して射出瞳が十分に遠いレトロフォーカスタイプの撮影レンズ系を構成することにより、電子画像機器に好適な大きいバックフォーカスを確保できる。また、第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けており、これにより構成レンズ数を少なくして軽量化することができる。そして更に、上記条件式（１）を満足することにより、レンズ系全体の大型化を防いで回折光学面から入る有害光を低減させ、良好な結像性能を発揮させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る超広角レンズでは、上述の構成に加え、上記回折光学面が第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に設けられており、回折光学面の有効径（直径）をＣとしたときに、下の条件式（２）を満たす構成となっていることが好ましい。
【００２２】
【数２】
１．０＜Ｃ／ｆ＜７．０ … （２）
【００２３】
上記条件式（２）は、回折光学面の有効径の適切な範囲を規定するものである。ここで、Ｃ／ｆの値が上記条件式（２）の上限値を上回ると回折光学面の径が大きくなり過ぎ、回折光学面の製作が困難となりコストアップに繋がる。また、回折光学面から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。反対に、Ｃ／ｆの値が上記条件式（２）の下限値を下回ると、回折光学面を有するレンズ（回折光学素子）の適切な有効径が小さくなり過ぎて、回折光学面の格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面の製作が困難となりコストアップに繋がるばかりか、回折光学面の格子によるフレア発生が大きくなり、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（２）の上限値を５．０とすることが好ましい。また、下限値については３．０とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る超広角レンズにおいては、回折光学面を有するレンズ（回折光学素子）の焦点距離をｆａとしたときに、下の条件式（３）を満たす構成であることが好ましい。
【００２５】
【数３】
１．０＜｜ｆａ／ｆ｜＜５．０ … （３）
【００２６】
上記条件式（３）は、回折光学面を有するレンズ、すなわち回折光学素子の焦点距離の適切な範囲を規定する。｜ｆａ／ｆ｜の値が上記条件式（３）の上限値を上回ると、回折光学面が芯取り困難な形状となって、回折光学面の製作が困難となる不都合が生じる。また、｜ｆａ／ｆ｜の値が上記条件式（３）の下限値を下回ると、回折光学面を有する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い、回折光学素子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、ｆａが負の値になるようにした（すなわち、回折光学面を負レンズのレンズ面に形成した）うえで、上記条件式（３）の上限値を３．０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。
【００２７】
ところで、回折光学面を有する光学系では一般に、回折光学面を通過する光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度は、できるだけ小さいことが好ましい。これは、上記角度が大きくなると回折光学面によるフレアが発生し易くなり、画質を損ねてしまうからである。したがって、本発明に係る超広角レンズでは９０度以上の画角領域においてフレアが及ぼす影響を小さくして良好な画質を得るためには、最大像高に至る主光線（開口絞りの中心を通る光線）が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が常に１０度以下となるようにする、換言すると、回折光学面は、最大像高に至る主光線がレンズ面を通過するときに、そのレンズ面の法線となす角度が常に１０度以下となるもの（レンズ面）に設けるようにする。
【００２８】
このような条件が満たされるのであれば、回折光学面は本超広角レンズを構成するどのレンズ面上に配置してもよいが、物体側に凸となるレンズ面のいずれかに形成するようにすれば、上記条件（回折光学面を通過する主光線が回折光学面を通過するときに回折光学面の法線となす角度が１０度以下になるようにするという条件）を満足させることが容易になる。これは特に、第１レンズ群中の上記負メニスカスレンズのレンズ面に形成されていることが好ましい。なお、更に良好な画質を得られるようにするには、上記角度は５度以下であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る超広角レンズにおいては、収差の補正上、上記第１レンズ群中の負メニスカスレンズは第１レンズ群の最も物体側の位置に、物体側に凸面を向けて設けられていることが好ましく、更には、この負メニスカスレンズの像側に隣接して接合負レンズが設けられていることが好ましい。そして更に、負メニスカスレンズの最も物体側に位置するレンズ面が非球面形状に形成されており、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、開口絞りの前後に位置するレンズ面同士の光軸上での間隔をｄ（図１及び図３参照）としたときに、下の条件式（４）を満たす構成であることが好ましい。
【００３０】
【数４】
０．０３＜ｄ／ｆ１＜１．０ … （４）
【００３１】
上記条件式（４）は、開口絞りの前方に位置するレンズ群、すなわち第１レンズ群の焦点距離ｆ１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。ｄ／ｆ１の値が上記条件式（４）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、非点収差や高次のコマ収差が発生し易くなってしまう。逆に、ｄ／ｆ１の値が上記条件式（４）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０．１とすることが好ましい。
【００３２】
また、本発明に係る超広角レンズにおいては、レンズ光学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、下の条件式（５）を満たすことが好ましい。
【００３３】
【数５】
１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）＜５．０ … （５）
【００３４】
上記条件式（５）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、（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）の値が上記条件式（５）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。反対に、（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）の値が上記条件式（５）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（５）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１．５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。
【００３５】
更に、本発明に係る超広角レンズにおいては、下の条件式（６）を満たす構成であることが好ましい。
【００３６】
【数６】
１．０＜ｆ１／ｆ＜２０．０ … （６）
【００３７】
上記条件式（６）は、レンズ光学系全体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、本発明に係る超広角レンズは、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、開口絞りの前後のレンズ群の屈折力配分は、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。
【００３８】
本発明による超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。ｆ１／ｆの値が上記条件式（６）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。更に、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、ｆ１／ｆの値が上記条件式（６）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。更に、レンズ光学系の全長が長くなる傾向になり、本超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（６）の上限値を１２．０とすることが好ましい。また、下限値については１．５とすることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る超広角レンズを実際に構成する場合、第１レンズ群の最も物体側の位置には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とともに、その像側に隣接して接合負レンズが設けられることが好ましいことは前述したが、この際、上記接合負レンズは、物体側に位置する両凹レンズ及びその像側に位置する両凸レンズとの貼り合わせからなることが好ましい。このような構成であれば、上方コマ収差をはじめとする諸収差の補正を十分に行うことができる。なお、このとき両凸レンズの厚さ（光軸上の厚さ）は、その物体側に位置する両凹レンズの厚さ（光軸上の厚さ）の３倍以上であることが好ましい。更には、上記両凸レンズは屈折率が１．６２以下であることが好ましい。これらは画角９０度以上（特に１００度以上）を達成するためには重要である。
【００４０】
また、第２レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズ、負レンズ、両凸レンズとなる構成であることが望ましい。ここで、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、最も像側に位置する上記両凸レンズは、像側の面が物体側の面より曲率半径が小さくなっていることが望ましい。そして、最も像側に位置するレンズの屈折率は１．５５以上とすることが望ましい。更には、第２レンズ群中に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。これにより、上側のコマ収差の補正を良好に行うことができる。
【００４１】
また、実際に回折光学面をレンズ上に形成する場合、フレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な構造（格子構造）とすれば、製造が容易になる点で好ましい。このような回転対称な格子構造は、通常の非球面レンズを製作するのと同じく、精研削でも、ガラスモールドでも形成可能である。また、レンズ表面に薄い樹脂層を形成し、この樹脂層に格子構造を設けるようにしてもよい。また、回折格子はキノフォーム等の単純な単層構造に限らず、複数の格子構造を重ねて複層構造にしてもよい。このように複層構造の回折格子によれば、回折効率の波長特性や画角特性をより一層向上させることができる。
【００４２】
また、回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスレンズのレンズ面上に形成することが好ましい。これは、回折格子の形成が容易で、しかも良好な光学性能が得られるからである。更に、本発明に係る超広角レンズは、本発明に係る超広角レンズを構成する各レンズに加えて、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ等を用いることにより、更に良好な光学性能が得られることはいうまでもない。
【００４３】
また、本発明に係る超広角レンズは、撮影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。
【００４４】
また、本発明に係る超広角レンズでは、近距離物体へのフォーカシング（合焦）は、レンズ光学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レンズ群のみを物体側に繰り出す方式（いわゆるリアフォーカス方式）の方が、近距離結像性能が良いので好ましい。更に、リアフォーカス方式の方が、フォーカス群の重量を小さくできるのでオートフォーカス等には好適である。かかるリアフォーカス方式においては、このとき、第１レンズ群と第２レンズ群の間の光線は平行系に近いことが望ましい。また、本発明に係る超広角レンズでは、第２レンズ群を二つの正の屈折力を有するレンズ群を分割して、その相互の間隔を変えながら繰り出す方式（いわゆるフローティング方式）であれば、画面周辺の結像性能を十分に良好に保ったまま合焦が可能である。かかる方式の場合でも、第１レンズ群と第２レンズ群との間は平行系であることが望ましい。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明に係る超広角レンズの具体的な実施例について説明する。下に示す２つの実施例では、図１及び図３に示すように、本発明の超広角レンズそれぞれが、物体側から順に、負メニスカスレンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、接合レンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第２レンズ群Ｇ２を備えるとともに、上記負メニスカスレンズの物体側のレンズ面に回折光学面を設けた構成とした。
【００４６】
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（７）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式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、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータを、後述する非球面式（７）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線及びｇ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線及びｇ線の波長と、各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
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Ｓ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒ、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣ_nとしたとき、下の式（７）で表されるものとした。
【００４９】
【数７】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋（１−κ・ｙ²／ｒ²）^1/2｝
＋Ｃ₄・ｙ⁴＋Ｃ₆・ｙ⁶＋Ｃ₈・ｙ⁸＋Ｃ₁₀・ｙ¹⁰ …（７）
【００５０】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００５１】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例に係る超広角レンズのレンズ構成を示す。本第１実施例に用いた超広角レンズＷＬ１では、図１に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、両凹レンズＬ２と両凸レンズＬ３との貼り合わせからなる接合レンズ及び両凸レンズＬ４を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には両凸レンズＬ５と像側に凸面を向けた（物体側に凹面を向けた）負メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７及び両凸レンズＬ８を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には絞りＳを配置し、第２レンズ群Ｇ２の像面Ｉ側にはフィルターＦを配置した。
【００５２】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す（長さの単位は全てｍｍ。他の実施例についても同じ）。表２における面番号１〜１８は図１における符号１〜１８に対応する。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線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃ_ｎ（ｎ＝４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０^-09」等を示す。なお、これら表２の記号の説明は、他の実施例の表においても同様である。
【００５３】
図１に示すように、本第１実施例では、第１レンズ群Ｇ１を構成する負メニスカスレンズＬ１の物体側の面（面番号は１及び２）に回折光学面Ｇｆを形成した。したがって、本実施例に係る超広角レンズＷＬ１では、面番号１に相当する面が回折光学面に相当する。また、レンズＬ１が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００５４】
【表２】

【００５５】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、図２は第２実施例に係る超広角レンズＷＬ１のｄ線、ｇ線に対する無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。収差図におけるＦＮＯの値はＦナンバーであって最大口径に対応する値を示し、非点収差図及び歪曲収差図におけるＡの値は半画角の最大値である。また、コマ収差図におけるＡの値は半画角のそれぞれの値である。また、非点収差図において、実線はサジタル像面を示しており、破線はメリディオナル像面を示している（これら収差図の説明は、他の実施例についても同じ）。図２に示す各収差図から明らかなように、本第１実施例に係る超広角レンズＷＬ１では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００５６】
（第２実施例）
図３に、本発明の第２実施例に係る超広角レンズのレンズ構成を示す。本第２実施例に用いた超広角レンズＷＬ２では、図２に示すように、第１レンズ群Ｇ１には物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、両凹レンズＬ２と両凸レンズＬ３との貼り合わせからなる接合レンズ及び両凸レンズＬ４を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成し、第２レンズ群Ｇ２には両凸レンズＬ５と像側に凸面を向けた（物体側に凹面を向けた）負メニスカスレンズＬ６との貼り合わせからなる接合レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ７及び両凸レンズＬ８を配置して正の屈折力を有するレンズ群を構成した。また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間には開口絞りＳを配置し、第２レンズ群Ｇ２の像面Ｉ側にはフィルターＦを配置した。
【００５７】
下の表３に、本第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１〜１８は図３における符号１〜１８に対応する。
【００５８】
図３に示すように、本第２実施例では、第１レンズ群Ｇ１を構成する負メニスカスレンズＬ１の物体側の面（面番号は１及び２）に回折光学面Ｇｆを形成した。したがって、本実施例に係る超広角レンズＷＬ２では、面番号１に相当する面が回折光学面に相当する。また、レンズＬ１が回折光学面を有するレンズ素子（回折光学素子）に相当する。
【００５９】
【表３】

【００６０】
このように本実施例では、前述の条件式（１）〜（６）は全て満たされることが分かる。また、図４は第２実施例に係る超広角レンズＷＬ２のｄ線、ｇ線に対する無限遠合焦点状態での諸収差図を示している。図４に示す各収差図から明らかなように、本第２実施例に係る超広角レンズＷＬ２では諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが分かる。
【００６１】
【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では、物体側から順に、正の屈折力を有した第１レンズ群、絞り、正の屈折力を有した第２レンズ群を備え、像面に対して射出瞳が十分に遠いレトロフォーカスタイプの撮影レンズ系を構成することにより、電子画像機器に好適な大きいバックフォーカスを確保できる。また、第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を設けており、これにより構成レンズ数を少なくして軽量化することができる。そして更に、上記条件式を満足することにより、レンズ系全体の大型化を防いで回折光学面から入る有害光を低減させ、良好な結像性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】上記第１実施例に係る超広角レンズの無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図４】上記第２実施例に係る超広角レンズの無限遠合焦状態での諸収差図である。
【図５】フレネルゾーンプレートの一例を示しており、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【符号の説明】
１超広角レンズ
Ｇ１第１レンズ群
Ｇ２第２レンズ群
Ｓ開口絞り
Ｇｆ回折光学面
Ｉ像面

Claims

撮影画角が９０度以上の超広角レンズにおいて、
物体側から順に、少なくとも負メニスカスレンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第１レンズ群、絞り、少なくとも接合レンズ及び正レンズを含んで正の屈折力を有した第２レンズ群を備えるとともに、前記第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に回折光学面を有し、
前記第２レンズ群は、物体側から順に、両凸レンズと凹レンズとの貼り合わせからなる接合レンズと、負レンズと、両凸レンズとからなり、
レンズ光学系全体の焦点距離をｆ、バックフォーカスをｂｆとしたときに、
１．７＜ｂｆ／ｆ＜４．０
の条件を満たし、
前記第１レンズ群の最も物体側の位置に前記負メニスカスレンズが位置するとともに、この負メニスカスレンズの像側に隣接して接合負レンズが設けられており、前記負メニスカスレンズの最も物体側に位置するレンズ面は非球面形状に形成され、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記絞りの前後に位置するレンズ面同士の光軸上での間隔をｄとしたときに、
０．１＜ｄ／ｆ１＜０．３
の条件を満たし、
前記第1レンズ群の最も物体側の負メニスカスレンズは、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、
１．０＜（ｒ１＋ｒ２）／（ｒ１−ｒ２）≦１．７８０９６
の条件を満たすことを特徴とする超広角レンズ。
前記回折光学面が前記第１レンズ群中のいずれかのレンズ面に設けられており、前記回折光学面の有効径をＣとしたときに、
１．０＜Ｃ／ｆ＜７．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の超広角レンズ。
前記回折光学面を有するレンズの焦点距離をｆａとしたときに、
１．０＜｜ｆａ／ｆ｜＜５．０
の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の超広角レンズ。
前記回折光学面が前記負メニスカスレンズのレンズ面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記第１レンズ群の前記接合負レンズは、物体側に位置する両凹レンズとその像側に位置する両凸レンズとの貼り合わせで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記第1レンズ群の焦点距離をｆ１としたときに、
１．０＜ｆ１／ｆ＜２０．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記最も像側の前記両凸レンズは、像側の面が物体側の面より曲率半径が小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記第２レンズ群は、非球面レンズを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記回折光学面は、光軸に対して回転対称な構造であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記回折光学面は、ガラスモールドで形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記回折光学面は、レンズ表面に薄い樹脂層を形成し、この樹脂層に回折格子構造を設けたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記回折光学面は、複数の回折格子構造を重ねた複層構造であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
前記回折光学面は、アッベ数が６５以下の光学ガラスのレンズ面上に形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
近距離物体への合焦は、前記第２レンズ群のみを移動させて行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超広角レンズ。
近距離物体への合焦は、前記第２レンズ群を二つの正屈折力を有する部分群に分割して、相互の間隔を変えながら移動させて行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超広角レンズ。