JP4378960B2

JP4378960B2 - Wide angle lens

Info

Publication number: JP4378960B2
Application number: JP2003015161A
Authority: JP
Inventors: 治夫佐藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004226740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大画角を有する広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通常の射影方式（ｙ＝ｆ・ｔａｎθ）で包括角２ω＝１０５°を越える超広角レンズの提案は少なく、口径Ｆ３．５を上回る大口径超広角レンズの提案は極めて少ない。このような超広角レンズは、例えば本願出願人によって提案されている（特許文献１，２，３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１１３７９８号公報
【特許文献２】
特開平９−１１３８００号公報
【特許文献３】
特開２００１−１５９７３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１，２には、画角２ω＝１０５．６゜、口径Ｆ２．８７の超広角レンズが開示されている。しかしこれらの超広角レンズでは、非球面レンズの製造が精研削方式でもガラスモールドによる方法でも困難であり、量産性が低い。しかも画角２ω＝１０５゜程度であり、更なる大画角化を図れば、非球面レンズの製造が更に困難となってしまう。
上記特許文献３には、画角２ω＝１１８．３°、口径Ｆ２．８９の大口径超広角レンズが開示されている。しかしこの大口径超広角レンズでは、いわゆる光学フィルターを装着することができず、ユーザーメリット上の問題がある。また、コマ収差の波長による残差や像面湾曲などの収差補正上の更なる改善も望まれている。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、通常の射影方式（ｙ＝ｆ・ｔａｎθ）で包括角２ω＝１０７°を越え、更に口径Ｆ２．８程度であり、組込み式のフィルターを使用することができ、高性能で近距離収差変動の少ない広角レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、フロントコンバーターとしての作用を持つ前群Ｇｆと、合焦時に移動し正の屈折力を持つ後群Ｇｒとからなり、
前記前群Ｇｆは、物体側から順に、発散性レンズ群Ｇｎと、光学フィルターと、収斂性レンズ群Ｇｐとからなり、
前記後群Ｇｒは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正レンズＬｒｐと、２つの接合レンズとからなり、
近距離物点への合焦は、前記後群Ｇｒのみを物体側に移動させることによって行い、
前記発散性レンズ群Ｇｎは、少なくとも２枚の負（凹）レンズと１枚の正（凸）レンズとを有し、
前記収斂性レンズ群Ｇｐは、負（凹）レンズと正（凸）レンズとの接合レンズを少なくとも１つ有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする広角レンズを提供する。
（１）０．９＜Ｄ_Ｆ／ｆ_０＜６．０
（２）０＜｜ｆ_Ｆ ^−１／ｆ_０ ^−１｜＜０．２０
（３）−３．０＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜０
Ｄ_Ｆ：前記光学フィルターの厚みを含む、前記発散性レンズ群Ｇｎの最も像側のレンズ面から前記収斂性レンズ群Ｇｐの最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離，
ｆ_Ｆ：前記前群Ｇｆの焦点距離，
ｆ_０：前記広角レンズ全系の焦点距離．
ｒ１：前記正レンズＬｒｐの物体側のレンズ面の曲率半径，
ｒ２：前記正レンズＬｒｐの像側のレンズ面の曲率半径．
【０００８】
また、さらに望ましくは、
前記前群Ｇｆにおける前記光学フィルターは、外部から交換可能な組込み式のフィルターであることが望ましい。
【０００９】
また、さらに望ましくは、
前記前群Ｇｆにおける前記光学フィルターは、外部から回転可能であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
写真レンズを含む対物光学系の設計において最も困難なことは、著しい大画角化と同時に大口径化を図ることである。このことは、ザイデル収差を余すところなく補正することに他ならない。このような設計における困難性のため、上述のように通常の射影方式では限界に近い包括角（画角）２ω＝１０７°を越え、口径Ｆ２．８に達するレンズの発明提案は非常に少ない。
【００１１】
本発明は、上記特許文献３で開示されている基本的な超広角レンズを改良して発展させ、包括角（画角）２ω＝１０７゜以上の大画角を有し、かつ口径Ｆ２．８の大口径を有する大口径超広角レンズを実現するものである。そして更に本発明は、常用可能なほど小型で、十分な周辺光量を確保し、かつ高い光学性能を有し、ユーザーメリットを考慮して性能が劣化することなしにフィルターを組み込むための光学的スペースを確保した大口径超広角レンズ、即ち組込み式のフィルターを使用できる大口径超広角レンズを実現するものである。
【００１２】
超広角レンズの場合、前玉のレンズ径が巨大になるため、実質上レンズの前方にフィルターを装着することは不可能である。したがって、従来、ターレット型のフィルターを配設する方式か、またはレンズの最も後方にバヨネット方式のフィルターを取り付ける方式が主流であった。しかしながら、これらの方式では、超広角レンズによる撮影において最も効果的な円偏光フィルターおよび偏光フィルターを使用することが不可能である。いわゆる偏光フィルターは、撮影時にフィルターを回転する必要があるため、組み込むことは難しい。これは、超広角レンズが、超望遠レンズなどと異なり、フィルターと該フィルターに付随する金物枠をレンズ外部から抜き差しするためのスペースを確保することが困難であるためである。したがって、超広角レンズにおいて、組込み式のフィルターの使用を実現することは、ユーザーメリットが非常に大きく、望まれている。
【００１３】
まず、本発明の広角レンズについて基本的な構造を説明する。本発明の広角レンズは、光学的にはワイドコンバーター＋対物レンズという設計思想の下で構成されている。以下の各実施例に係る広角レンズにおいて、コンバーター部分である前群Ｇｆは、略アフォーカルで構成されている。したがって、前群Ｇｆは光学的にはいわゆるアフォーカル・ワイドコンバーターとしての作用を持っている。
【００１４】
斯かる前群Ｇｆは、凹群（発散性レンズ群Ｇｎに相当）と凸群（収斂性レンズ群Ｇｐに相当）とに分離され、これら凹群と凸群との間に光学フィルターを挿入するための空間が設けられている。
この構成により、光学フィルターに対する斜光線の入射角度は比較的緩くなる。これにより、光学フィルターとして円偏光フィルターを使用した場合の入射角度誤差（入射角度の違いによる偏光効果の差）の発生を抑えることができる。また、この位置（凹群と凸群との間）は光学フィルターの有効径を最も小さくすることが可能になる。これにより、光学フィルターを挿入するためのスペースを極力小さくすることができる。
【００１５】
また後群Ｇｒは、光学的にはマスターレンズとしての機能を持つことが可能になり、近距離物点への合焦をこの後群Ｇｒによって行うことは近距離収差変動を抑えることにも有利である。
更に、収斂性レンズ群Ｇｐは、基本的に凸凹凸（正・負・正群構成）または凸凸凹（正・正・負群構成）のパワー配置を含むレンズ群を有することが望ましい。また、収斂性レンズ群Ｇｐは、ペッツバール和の適切な設定と、球面収差および倍率色収差の良好な補正を行うため、複数の接合レンズを有することが望ましい。
尚、組込み式フィルターは、いわゆる色フィルターや回転式円偏光フィルターを含む。本発明は、使用者が自在に出し入れ可能な、いわゆる差し込みフィルターの機能を有していることは言うまでもない。
【００１６】
次に、本発明の広角レンズの各条件式について説明する。
上記条件式（１）は、発散性レンズ群Ｇｎと収斂性レンズ群Ｇｐとの間に存在する光学フィルターの厚さと、該光学フィルター前後の空気間隔を規定する条件式である。
条件式（１）の上限値を上回ると、広角レンズ全体が大型化してしまうため好ましくない。尚、条件式（１）の上限値を５．０に設定すれば、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
また、条件式（１）の下限値を下回ると、フィルターおよび金物枠を、発散性レンズ群Ｇｎと収斂性レンズ群Ｇｐとの間に挿入できず、レンズ外部から抜き差しすることが安易にできなくなる。このため、本発明の広角レンズにおいて円偏光フィルターの回転機構を組み込むことができなくなり、ユーザーメリットを著しく損なうこととなってしまう。尚、条件式（１）の下限値を１．０以上に設定すれば、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００１７】
上記条件式（２）は、ワイドコンバーター部分のパワーをレンズ全系のパワーで規格化するための条件式である。本発明のような極限的な光学系において、理論的な裏づけに基づいてパワー配置を行うことは、無理および無駄なく光学系の高性能化や小型化を図ることを可能にする。このため本発明の広角レンズは、上述のように当初の光学的な骨組み（パワー配置）を構成した時点で、いわゆるレトロフォーカスの前方部分をアフォーカルで構成することにより、アフォーカルコンバータ＋マスターレンズとして役割分担を明確にしている。そして、この構成の特徴を生かし、組込み式のフィルターのためのスペースの確保や合焦時の性能の保証を行っている。
したがって、条件式（２）を満足しないということは、即ちワイドコンバーター部分がアフォーカルの条件から著しく逸脱することを意味する。この場合、収差補正のバランスが崩れ、特に近距離収差変動が増加してしまうため好ましくない。尚、条件式（２）の上限値を０．１５に設定すれば、良好に収差の補正を行うことができる。また、条件式（２）の上限値を０．１に設定すれば、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００１８】
上記条件式（３）は、後群Ｇｒ中の正レンズＬ_rpのｑファクター（形状因子）に関する条件式である。この正レンズＬ_rpは、アフォーカルコンバータから射出された光線を受光することに適した形状を有する必要がある。マスターレンズに入射する光線の見かけ上の画角は小さい。このため、正レンズＬ_rpにおける物体側のレンズ面は、主にレンズ系の口径を満たすための光線に対する収差補正が重要になる。また、少ない枚数のレンズでマスターレンズを構成するため、特に口径に対する収差を補正する必要がある。以上から、条件式（３）に示すように、正レンズＬ_rpは、像側に凸面を向けたメニスカス形状から像側のレンズ面の曲率半径が小さい両凸形状の正レンズまでの間の形状を有することが望ましい。
【００１９】
条件式（３）の上限値を上回ると、正レンズＬ_rpは、物体側のレンズ面の曲率半径が像側のレンズ面の曲率半径よりも小さい正レンズとなる。このため、主に球面収差の補正を悪化させることとなってしまうため好ましくない。
また、条件式（３）の下限値を下回ると、正レンズＬ_rpは、像側に凸面を向けた強いメニスカスレンズとなる。このため、球面収差の悪化や近距離収差変動の悪化を招くこととなるため好ましくない。
【００２０】
【実施例】
以下、添付図面に基づいて本発明の各実施例に係る広角レンズについて説明する。
（実施例１）
図１は、実施例１に係る広角レンズの構成、および各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
実施例１に係る広角レンズは、物体側から順に、フロントコンバーターとしての作用を持つ前群Ｇｆと、全体で正の屈折力を有し合焦時に移動する後群Ｇｒとから構成されている。
【００２１】
前群Ｇｆは、物体側から順に、発散性レンズ群Ｇｎと、光学フィルターＦ（回転式円偏光フィルター）と、収斂性レンズ群Ｇｐとを有する。
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レンズ面が非球面である負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、両凹形状の負レンズＬ４とを有する。この両凹形状の負レンズＬ４は、樹脂とガラスの複合からなる複合レンズであり、像側のレンズ面に樹脂が配置されており、この樹脂の像側の面が非球面である。
収斂性レンズ群Ｇｐ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Ｌ５と厚肉の両凸形状の正レンズＬ６との接合からなる接合正レンズと、両凸形状の正レンズＬ７と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合からなる接合正レンズと、厚肉の両凸形状の正レンズＬ９と、両凸形状の正レンズＬ１０と両凹形状の負レンズＬ１１との接合からなる接合負レンズと、開口絞りＳとを有する。
【００２２】
合焦時に移動する後群Ｇｒは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ_rpと、両凹形状の負レンズＬ１２と両凸形状の正レンズＬ１３との接合からなる接合正レンズと、両凸形状の正レンズＬ１４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５との接合からなる接合負レンズとを有する。
【００２３】
本実施例に係る広角レンズにおいて、近距離合焦は、合焦群即ち後群Ｇｒのみを物体側へ移動させることによって行われ、撮影距離０．２５ｍ（撮影倍率−０．１４３７倍）まで合焦が可能である。
また本実施例に係る広角レンズは、開口絞りＳよりも像側のレンズ群によって合焦を行うことができるため、いわゆるレンズ内モーターによる合焦方式に適する。また、前群Ｇｆをアフォーカルコンバータとして機能させることによって、合焦群Ｇｒは独立して収差の補正を行う。したがって、合焦群Ｇｒはいわゆる防振レンズ群として使用することができる。またこの他、合焦群Ｇｒのみを光軸から外すことで、いわゆるシフトレンズ光学系として使用することもできる。
また、本実施例に係る広角レンズは、イメージサークルを５２ｍｍφまで確保することができる。したがって、レンズ全系をシフトやティルトさせることによってシフトレンズ光学系として使用することができる。
【００２４】
以下の表１に、本発明の実施例１に係る広角レンズの諸元の値を掲げる。
（全体諸元）において、ｆ₀は焦点距離、２ωは画角（包括角）の最大値、ＦＮＯはＦナンバーをそれぞれ示す。
（レンズデータ）において、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番、ｒiは物体側からｉ番目のレンズ面Ｒiの曲率半径、ｄi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との間の媒質のアッベ数、ｎiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との間の媒質のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示す。さらに、レンズデータ中の非球面には、面番号に星印（★）を付して曲率半径ｒの欄に後述の近軸曲率半径を示し、κおよび各非球面係数は非球面データ欄に掲載する。また、曲率半径0.0000は平面を示し、BFはバックフォーカスを示す。
【００２５】
（非球面データ）において、「E-n」は「×１０^-n」を示す。諸元表に示す非球面は、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）をＳ（ｙ）、基準の曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＣnとするとき、以下の非球面式で表され、０（ゼロ）となる非球面係数は記載を省略してある。
【００２６】
【数１】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ²／Ｒ）／［１＋（１−κ・ｙ²／Ｒ²）^1/2］
＋Ｃ3・|ｙ|³＋Ｃ4・ｙ⁴＋Ｃ6・ｙ⁶＋Ｃ8・ｙ⁸
＋Ｃ10・ｙ¹⁰＋Ｃ12・ｙ¹²＋Ｃ14・ｙ¹⁴＋Ｃ16・ｙ¹⁶
【００２７】
（レンズ間隔データ）において、βは物体と像間の撮影倍率を示し、1-POSは無限遠合焦時を、2-POSはβ＝-0.02500(＝-1/40)での合焦時を、3-POSはβ＝-0.10000での合焦時を、4-POSはβ＝-0.14365での合焦時をそれぞれ示し、D0は最も物体側の面から物体までの距離、D23は開口絞りＳから合焦レンズ群Ｇｒまでの距離、BFはバックフォーカスをそれぞれ示す。
【００２８】
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われる。しかし光学系は、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ため、これに限られるものではない。
尚、以下の実施例２の諸元値においても、本実施例と同様の符号を用いる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、実施例１に係る広角レンズの無限遠合焦時、撮影倍率−１／４０倍時の諸収差図を示す。
各収差図において、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは前述のωと同じ半画角、ＮＡは開口数、Ｈ０は像高をそれぞれ示す。尚、非点収差図および歪曲収差図においては、半画角Ａまたは像高Ｈ０の最大値を示す。また、ｄ，ｇはそれぞれ、ｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ），ｇ線（λ＝４３５．８４ｎｍ）の収差曲線を示す。さらに、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリジオナル像面をそれぞれ示す。
尚、以下に示す実施例２の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００３１】
各収差図より本実施例に係る広角レンズは、無限遠合焦時において諸収差を良好に補正し、撮影倍率−１／４０倍時において近距離収差変動を良好に補正していることがわかる。
【００３２】
（実施例２）
図３は、実施例２に係る広角レンズの構成、および各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
実施例２に係る広角レンズは、物体側から順に、フロントコンバーターとしての作用を持つ前群Ｇｆと、全体で正の屈折力を有し合焦時に移動する後群Ｇｒとから構成されている。
【００３３】
前群Ｇｆは、物体側から順に、発散性レンズ群Ｇｎと、光学フィルターＦ（回転式円偏光フィルター）と、収斂性レンズ群Ｇｐとを有する。
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レンズ面が非球面である負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、両凹形状の負レンズＬ４とを有する。この両凹形状の負レンズＬ４は、樹脂とガラスの複合からなる複合レンズであり、像側のレンズ面に樹脂が配置されており、この樹脂の像側の面が非球面である。
収斂性レンズ群Ｇｐ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Ｌ５と厚肉の両凸形状の正レンズＬ６との接合からなる接合正レンズと、両凸形状の正レンズＬ７と像面に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合からなる接合正レンズと、厚肉の両凸形状の正レンズＬ９と、両凸形状の正レンズＬ１０と両凹形状の負レンズＬ１１との接合からなる接合負レンズと、開口絞りＳとを有する。
【００３４】
合焦時に移動する後群Ｇｒは、物体側から順に、両凸形状の正レンズＬ_rpと、両凹レ形状の負レンズＬ１２と両凸形状の正レンズＬ１３との接合からなる接合負レンズと、両凸形状の正レンズＬ１４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５との接合からなる接合正レンズとを有する。
【００３５】
本実施例に係る広角レンズにおいて、近距離合焦は、合焦群即ち後群Ｇｒのみを物体側へ移動させることによって行われ、撮影距離０．２５ｍ（撮影倍率−０．１４３７倍）まで合焦が可能である。
また本実施例に係る広角レンズは、開口絞りＳよりも像側のレンズ群によって合焦を行うことができるため、いわゆるレンズ内モーターによる合焦方式に適している。また、前群Ｇｆをアフォーカルコンバータとして機能させることによって、合焦群Ｇｒは独立して収差の補正を行う。したがって、合焦群Ｇｒはいわゆる防振レンズ群として使用できる。またこの他、合焦群Ｇｒのみを光軸から外すことで、いわゆるシフトレンズ光学系として使用することもできる。
また、本実施例に係る広角レンズは、イメージサークルを５２ｍｍφまで確保することができる。したがって、レンズ全系をシフトやティルトさせることによってシフトレンズ光学系として使用することができる。
以下の表２に、本発明の実施例２に係る広角レンズの諸元の値を掲げる。
【００３６】
【表２】

【００３７】
図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、実施例２に係る広角レンズの無限遠合焦時、撮影倍率−１／４０倍時の諸収差図を示す。
各収差図より本実施例に係る広角レンズは、無限遠合焦時において諸収差を良好に補正し、撮影倍率−１／４０倍時において近距離収差変動を良好に補正していることがわかる。
【００３８】
尚、上記実施例に係る広角レンズにおいて、光学フィルターＦは回転式円偏光フィルターに限られず、色フィルターなどの各種フィルターを組み込んで使用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の射影方式（ｙ＝ｆ・ｔａｎθ）で包括角２ω＝１０７°を越え、更に口径Ｆ２．８程度であり、組込み式のフィルターを使用することができ、高性能で近距離収差変動の少ない広角レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る広角レンズの構成、および各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施例１に係る広角レンズの無限遠合焦時、撮影倍率−１／４０倍時の諸収差図である。
【図３】本発明の実施例２に係る広角レンズの構成、および各レンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施例２に係る広角レンズの無限遠合焦時、撮影倍率−１／４０倍時の諸収差図である。
【符号の説明】
Ｇｆ前群
Ｇｒ後群
Ｇｎ発散性レンズ群
Ｇｐ収斂性レンズ群
Ｆ光学フィルター
Ｓ開口絞り
Ｉ像面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wide-angle lens having a large angle of view.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are few proposals of super wide-angle lenses exceeding the inclusion angle 2ω = 105 ° by the normal projection method (y = f · tan θ), and very few proposals of large-diameter super wide-angle lenses exceeding the aperture F3.5. Such an ultra-wide-angle lens has been proposed by, for example, the applicant of the present application (see

Patent Documents

1, 2, and 3).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-113798 [Patent Document 2]
JP-A-9-113800 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-159732 [0004]
[Problems to be solved by the invention]

Patent Documents

1 and 2 disclose super wide-angle lenses having an angle of view of 2ω = 105.6 ° and an aperture of F2.87. However, in these super-wide-angle lenses, it is difficult to manufacture an aspheric lens by either a precision grinding method or a glass mold method, and the mass productivity is low. Moreover, the angle of view is 2ω = 105 °, and if the angle of view is further increased, it becomes more difficult to manufacture an aspheric lens.
Patent Document 3 discloses a large-aperture super-wide-angle lens having an angle of view of 2ω = 18.3 ° and an aperture of F2.89. However, this large-aperture ultra-wide-angle lens cannot be equipped with a so-called optical filter, and has a problem in terms of user merit. Further improvement in aberration correction such as residual due to coma aberration wavelength and curvature of field is also desired.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and in a normal projection method (y = f · tan θ), the inclusion angle exceeds 2ω = 107 °, and the aperture is about F2.8. It is an object of the present invention to provide a wide-angle lens with high performance and low near-field aberration fluctuation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention
In order from the object side, it consists of a front group Gf that acts as a front converter, and a rear group Gr that moves at the time of focusing and has a positive refractive power,
The front group Gf includes, in order from the object side, a divergent lens group Gn, an optical filter, and a convergent lens group Gp.
The rear group Gr includes, in order from the object side and a positive lens Lrp with its convex surface on the image side, and two cemented lenses,
Focusing on a short-distance object point is performed by moving only the rear group Gr to the object side,
The divergent lens group Gn has at least two negative (concave) lenses and one positive (convex) lens,
The convergent lens group Gp has at least one cemented lens of a negative (concave) lens and a positive (convex) lens,
Provided is a wide-angle lens that satisfies the following conditional expression.
(1) 0.9 <D _F / f ₀ <6.0
(2) 0 <| f _F ⁻¹ / f ₀ ⁻¹ | <0.20
(3) -3.0 <(r2 + r1) / (r2-r1) <0
_DF The distance on the optical axis from the most image side lens surface of the divergent lens group Gn to the most object side lens surface of the convergent lens group Gp, including the thickness of the optical filter;
f _F : Focal length of the front group Gf,
f ₀ : Focal length of the entire wide-angle lens system.
r1: radius of curvature of the object side lens surface of the positive lens Lrp;
r2: radius of curvature of the image side lens surface of the positive lens Lrp.
[0008]
More preferably,
The optical filter in the front group Gf is preferably a built-in filter that can be exchanged from the outside.
[0009]
More preferably,
The optical filter in the front group Gf is not to want to be rotatable from the outside.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The most difficult thing in designing an objective optical system including a photographic lens is to achieve a large aperture at the same time as remarkably large angle of view. This is nothing but correction of Seidel aberrations. Due to the difficulty in designing as described above, there are very few invention proposals for a lens that exceeds the limit of the inclusive angle (viewing angle) 2ω = 107 ° and reaches the aperture F2.8 in the normal projection method as described above.
[0011]
The present invention has been developed by improving the basic super-wide-angle lens disclosed in the above-mentioned Patent Document 3, has a large angle of view (angle of view) 2ω = 107 ° or more, and has an aperture F2.8. A large-aperture ultra-wide-angle lens having a large aperture is realized. Furthermore, the present invention is an optical space for incorporating a filter that is small enough for regular use, has sufficient peripheral light intensity, has high optical performance, and does not deteriorate in consideration of user merit. Large-aperture ultra-wide-angle lens that secures a large aperture, that is, a large-aperture ultra-wide-angle lens that can use a built-in filter.
[0012]
In the case of an ultra-wide-angle lens, the lens diameter of the front lens becomes enormous, so it is virtually impossible to mount a filter in front of the lens. Therefore, conventionally, a method of disposing a turret type filter or a method of attaching a bayonet type filter to the rearmost of the lens has been the mainstream. However, in these methods, it is impossible to use the circularly polarizing filter and the polarizing filter that are most effective in photographing with an ultra-wide angle lens. A so-called polarizing filter is difficult to incorporate because it is necessary to rotate the filter during photographing. This is because, unlike a super-telephoto lens or the like, it is difficult for an ultra-wide-angle lens to secure a space for inserting and removing a filter and a hardware frame attached to the filter from the outside of the lens. Therefore, realizing the use of a built-in filter in an ultra-wide-angle lens has a great user merit and is desired.
[0013]
First, the basic structure of the wide-angle lens of the present invention will be described. The wide-angle lens of the present invention is optically configured under the design concept of a wide converter + objective lens. In the wide-angle lens according to each of the following examples, the front group Gf that is the converter portion is configured to be substantially afocal. Accordingly, the front group Gf optically functions as a so-called afocal wide converter.
[0014]
The front group Gf is separated into a concave group (corresponding to the divergent lens group Gn) and a convex group (corresponding to the convergent lens group Gp), and an optical filter is inserted between the concave group and the convex group. A space is provided for this purpose.
With this configuration, the incident angle of oblique rays with respect to the optical filter becomes relatively gentle. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of an incident angle error (difference in polarization effect due to a difference in incident angle) when a circular polarizing filter is used as the optical filter. In addition, this position (between the concave group and the convex group) can minimize the effective diameter of the optical filter. Thereby, the space for inserting an optical filter can be made as small as possible.
[0015]
Further, the rear group Gr can optically function as a master lens, and focusing on a short-distance object point by the rear group Gr is advantageous in suppressing near-field aberration fluctuations. It is.
Further, it is desirable that the convergent lens group Gp basically has a lens group that includes a convex / concave (positive / negative / positive group configuration) or convex / concave (positive / positive / negative group configuration) power arrangement. In addition, the convergent lens group Gp preferably includes a plurality of cemented lenses in order to appropriately set the Petzval sum and to satisfactorily correct spherical aberration and lateral chromatic aberration.
The built-in filter includes a so-called color filter and a rotary circular polarization filter. It goes without saying that the present invention has a function of a so-called insertion filter that can be freely inserted and removed by the user.
[0016]
Next, each conditional expression of the wide-angle lens of the present invention will be described.
The conditional expression (1) is a conditional expression that regulates the thickness of the optical filter existing between the divergent lens group Gn and the convergent lens group Gp and the air space before and after the optical filter.
Exceeding the upper limit of conditional expression (1) is not preferable because the entire wide-angle lens becomes large. If the upper limit of conditional expression (1) is set to 5.0, the effect of the present invention can be exhibited to the maximum.
If the lower limit value of conditional expression (1) is not reached, the filter and the metal frame cannot be inserted between the divergent lens group Gn and the convergent lens group Gp, and cannot be easily inserted and removed from the outside of the lens. . For this reason, the rotation mechanism of the circularly polarizing filter cannot be incorporated in the wide-angle lens of the present invention, and the user merit is significantly impaired. In addition, if the lower limit of conditional expression (1) is set to 1.0 or more, the effect of the present invention can be exhibited to the maximum.
[0017]
The conditional expression (2) is a conditional expression for normalizing the power of the wide converter portion with the power of the entire lens system. In an extreme optical system such as the present invention, performing power arrangement based on theoretical support makes it possible to improve the performance and size of the optical system without undue and wastefulness. For this reason, the wide-angle lens of the present invention comprises an afocal converter + master lens by constructing the front part of the so-called retrofocus with afocal at the time when the initial optical framework (power arrangement) is constructed as described above. As such, the division of roles is clarified. Taking advantage of the characteristics of this configuration, space is secured for built-in filters and performance during focusing is guaranteed.
Therefore, not satisfying conditional expression (2) means that the wide converter portion deviates significantly from the afocal condition. In this case, the balance of aberration correction is lost, and particularly near-field aberration fluctuations increase, which is not preferable. If the upper limit value of conditional expression (2) is set to 0.15, aberrations can be corrected satisfactorily. If the upper limit value of conditional expression (2) is set to 0.1, the effects of the present invention can be maximized.
[0018]
The conditional expression (3) is a conditional expression related to the q factor (shape factor) of the positive lens L _rp in the rear group Gr. The positive lens L _rp needs to have a shape suitable for receiving the light beam emitted from the afocal converter. The apparent angle of view of light incident on the master lens is small. For this reason, it is important for the lens surface on the object side in the positive lens L _rp to correct aberrations with respect to light rays mainly for satisfying the aperture of the lens system. In addition, since the master lens is composed of a small number of lenses, it is necessary to correct aberration particularly with respect to the aperture. From the above, as shown in the conditional expression (3), the positive lens L _rp has a shape from a meniscus shape having a convex surface facing the image side to a biconvex positive lens having a small radius of curvature of the image side lens surface. It is desirable to have
[0019]
When the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the positive lens L _rp becomes a positive lens in which the radius of curvature of the object-side lens surface is smaller than the radius of curvature of the image-side lens surface. For this reason, the correction of spherical aberration is mainly deteriorated, which is not preferable.
If the lower limit value of conditional expression (3) is not reached, the positive lens L _rp becomes a strong meniscus lens having a convex surface facing the image side. This is not preferable because it causes deterioration of spherical aberration and near-field aberration fluctuation.
[0020]
【Example】
Hereinafter, a wide angle lens according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Example 1
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the wide-angle lens according to Example 1 and the movement locus of each lens group.
The wide-angle lens according to Example 1 includes, in order from the object side, a front group Gf that functions as a front converter and a rear group Gr that has a positive refractive power as a whole and moves during focusing.
[0021]
The front group Gf includes, in order from the object side, a divergent lens group Gn, an optical filter F (rotary circular polarization filter), and a convergent lens group Gp.
The divergent lens group Gn includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side and an image-side lens surface being aspheric, and the object side. It has a positive meniscus lens L3 having a convex surface and a biconcave negative lens L4. The biconcave negative lens L4 is a compound lens made of a composite of resin and glass. The resin is disposed on the image-side lens surface, and the image-side surface of the resin is aspheric.
The convergent lens group Gp includes, in order from the object side, a cemented positive lens formed by cementing a negative meniscus lens L5 having a convex surface toward the object side and a thick biconvex positive lens L6, and a biconvex positive lens. A cemented positive lens formed by cementing L7 and a negative meniscus lens L8 having a convex surface facing the image side, a thick biconvex positive lens L9, a biconvex positive lens L10, and a biconcave negative lens L11 A cemented negative lens composed of a lens and an aperture stop S.
[0022]
The rear group Gr that moves at the time of focusing is a joint formed by joining, in order from the object side, a positive meniscus lens _Lrp having a convex surface toward the image side, a biconcave negative lens L12, and a biconvex positive lens L13. A positive lens, and a cemented negative lens formed by cementing a biconvex positive lens L14 and a negative meniscus lens L15 having a concave surface facing the object side.
[0023]
In the wide-angle lens according to the present embodiment, the short-distance focusing is performed by moving only the focusing group, that is, the rear group Gr to the object side, and the focusing distance is 0.25 m (shooting magnification −0.1437 times). Can be burnt.
The wide-angle lens according to the present embodiment can be focused by a lens group on the image side of the aperture stop S, and thus is suitable for a focusing method using a so-called in-lens motor. Further, by making the front group Gf function as an afocal converter, the focusing group Gr independently corrects aberrations. Therefore, the focusing group Gr can be used as a so-called anti-vibration lens group. In addition, by removing only the focusing group Gr from the optical axis, it can be used as a so-called shift lens optical system.
Further, the wide-angle lens according to the present embodiment can secure an image circle up to 52 mmφ. Therefore, it can be used as a shift lens optical system by shifting or tilting the entire lens system.
[0024]
Table 1 below lists values of specifications of the wide-angle lens according to Example 1 of the present invention.
In (Overall specifications), f ₀ is the focal length, 2ω is the maximum value of the angle of view (inclusive angle), and FNO is the F number.
In (lens data), the surface number is the order of the lens surfaces counted from the object side, ri is the radius of curvature of the i-th lens surface Ri from the object side, and di is on the optical axis between the lens surface Ri and the lens surface Ri + 1. Νi is the Abbe number of the medium between the lens surface Ri and the lens surface Ri + 1, ni is the d line of the medium between the lens surface Ri and the lens surface Ri + 1 (λ = 587.56 nm) Refractive index for each is shown. Furthermore, the aspherical surface in the lens data is marked with an asterisk (*) on the surface number, and the paraxial radius of curvature described later is shown in the column of curvature radius r, and κ and each aspherical coefficient are shown in the aspherical data column. Post. A curvature radius of 0.0000 indicates a plane, and BF indicates a back focus.
[0025]
In (aspherical surface data), “En” indicates “× 10 ⁻ⁿ ”. The aspherical surface shown in the specification table is the distance (sag amount) along the optical axis direction from the tangent plane of each aspherical surface at a height y in the vertical direction from the optical axis, S (y), and the reference radius of curvature. When R, the cone coefficient is κ, and the n-th order aspheric coefficient is C n, the aspheric coefficient represented by the following aspheric expression and 0 (zero) is omitted.
[0026]
[Expression 1]
S (y) = (y ² / R) / [1+ (1−κ · y ² / R ² ) ^1/2 ]
+ C3 · | y | ³ + C4 · y ⁴ + C6 · y ⁶ + C8 · y ⁸
+ C10 · y ¹⁰ + C12 · y ¹² + C14 · y ¹⁴ + C16 · y ¹⁶
[0027]
In (lens interval data), β indicates the magnification between the object and the image, 1-POS is when focusing at infinity, and 2-POS is when focusing at β = -0.02500 (= -1 / 40) , 3-POS indicates the focus when β = -0.10000, 4-POS indicates the focus when β = -0.14365, D0 is the distance from the object side surface to the object, D23 is the aperture The distance from the stop S to the focusing lens group Gr, BF, indicates the back focus.
[0028]
Here, the unit of the focal length f, the radius of curvature r, and other lengths listed in all the following specification values is generally “mm”. However, the optical system is not limited to this because an equivalent optical performance can be obtained even when proportionally enlarged or proportionally reduced.
In addition, also in the specification value of the following Example 2, the same code | symbol as this Example is used.
[0029]
[Table 1]

[0030]
FIGS. 2A and 2B are graphs showing various aberrations when the wide-angle lens according to Example 1 is focused at infinity and the photographing magnification is −1/40.
In each aberration diagram, FNO is the F number, A is the same half angle of view as ω described above, NA is the numerical aperture, and H0 is the image height. In the astigmatism diagram and the distortion diagram, the half field angle A or the maximum value of the image height H0 is shown. D and g indicate aberration curves of the d-line (λ = 587.56 nm) and the g-line (λ = 435.84 nm), respectively. Further, in the astigmatism diagram, the solid line indicates the sagittal image plane, and the broken line indicates the meridional image plane.
In the aberration diagrams of Example 2 shown below, the same symbols as in this example are used.
[0031]
From the respective aberration diagrams, it can be seen that the wide-angle lens according to the present embodiment corrects various aberrations well at the time of focusing on infinity, and corrects near-field aberration fluctuations well at a photographing magnification of −1/40. .
[0032]
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the wide-angle lens according to the second embodiment and the movement locus of each lens group.
The wide-angle lens according to Example 2 includes, in order from the object side, a front group Gf that functions as a front converter, and a rear group Gr that has a positive refractive power as a whole and moves during focusing.
[0033]
The front group Gf includes, in order from the object side, a divergent lens group Gn, an optical filter F (rotary circular polarization filter), and a convergent lens group Gp.
The divergent lens group Gn includes, in order from the object side, a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the object side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the object side and an image-side lens surface being aspheric, and the object side. It has a positive meniscus lens L3 having a convex surface and a biconcave negative lens L4. The biconcave negative lens L4 is a compound lens made of a composite of resin and glass. The resin is disposed on the image-side lens surface, and the image-side surface of the resin is aspheric.
The convergent lens group Gp includes, in order from the object side, a cemented positive lens formed by cementing a negative meniscus lens L5 having a convex surface toward the object side and a thick biconvex positive lens L6, and a biconvex positive lens. A cemented positive lens composed of a cemented lens L7 and a negative meniscus lens L8 having a convex surface facing the image surface, a thick biconvex positive lens L9, a biconvex positive lens L10, and a biconcave negative lens L11. A cemented negative lens composed of a lens and an aperture stop S.
[0034]
Group Gr After moving when focusing, in order from the object side, a positive lens L _rp double convex, a cemented negative lens consisting of a junction between the positive lens L13 of a negative lens L12 cemented with a double convex of Ryo凹Re shape A positive lens L14 having a biconvex shape and a positive cemented lens composed of a negative meniscus lens L15 having a concave surface facing the object side.
[0035]
In the wide-angle lens according to the present embodiment, the short-distance focusing is performed by moving only the focusing group, that is, the rear group Gr to the object side, and the focusing distance is 0.25 m (shooting magnification −0.1437 times). Can be burnt.
In addition, the wide-angle lens according to the present embodiment can be focused by the lens group on the image side of the aperture stop S, and thus is suitable for a focusing method using a so-called in-lens motor. Further, by making the front group Gf function as an afocal converter, the focusing group Gr independently corrects aberrations. Therefore, the focusing group Gr can be used as a so-called anti-vibration lens group. In addition, by removing only the focusing group Gr from the optical axis, it can be used as a so-called shift lens optical system.
Further, the wide-angle lens according to the present embodiment can secure an image circle up to 52 mmφ. Therefore, it can be used as a shift lens optical system by shifting or tilting the entire lens system.
Table 2 below lists values of specifications of the wide-angle lens according to Example 2 of the present invention.
[0036]
[Table 2]

[0037]
FIGS. 4A and 4B are graphs showing various aberrations when the wide-angle lens according to Example 2 is focused at infinity and the photographing magnification is −1/40.
From the respective aberration diagrams, it can be seen that the wide-angle lens according to the present embodiment corrects various aberrations well at the time of focusing on infinity, and corrects near-field aberration fluctuations well at a photographing magnification of −1/40. .
[0038]
In the wide-angle lens according to the above embodiment, the optical filter F is not limited to the rotary circular polarization filter, and various filters such as a color filter can be incorporated and used.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, the normal projection method (y = f · tan θ) exceeds the inclusive angle 2ω = 107 °, and the aperture is about F2.8. It is possible to provide a wide-angle lens with little near-field aberration fluctuation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wide-angle lens according to Example 1 of the present invention and a movement locus of each lens group.
FIGS. 2A and 2B are graphs showing various aberrations when the wide-angle lens according to Example 1 of the present invention is in focus at infinity and when the photographing magnification is −1/40. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a wide-angle lens according to Example 2 of the present invention and a movement locus of each lens group.
FIGS. 4A and 4B are graphs showing various aberrations when the wide-angle lens according to Example 2 of the present invention is in focus at infinity and when the photographing magnification is −1/40. FIG.
[Explanation of symbols]
Gf Front group Gr Rear group Gn Divergent lens group Gp Convergent lens group F Optical filter S Aperture stop I Image surface

Claims

In order from the object side, it consists of a front group Gf that acts as a front converter, and a rear group Gr that moves at the time of focusing and has a positive refractive power,
The front group Gf includes, in order from the object side, a divergent lens group Gn, an optical filter, and a convergent lens group Gp.
The rear group Gr includes, in order from the object side and a positive lens Lrp with its convex surface on the image side, and two cemented lenses,
Focusing on a short-distance object point is performed by moving only the rear group Gr to the object side,
The divergent lens group Gn has at least two negative lenses and one positive lens,
The convergent lens group Gp has at least one cemented lens of a negative lens and a positive lens,
A wide-angle lens satisfying the following conditional expression:
(1) 0.9 <D _F / f ₀ <6.0
(2) 0 <| f _F ⁻¹ / f ₀ ⁻¹ | <0.20
(3) -3.0 <(r2 + r1) / (r2-r1) <0
D _F : Distance on the optical axis from the most image side lens surface of the divergent lens group Gn to the most object side lens surface of the convergent lens group Gp, including the thickness of the optical filter,
f _F : focal length of the front group Gf,
f ₀ : focal length of the entire wide-angle lens system,
r1: radius of curvature of the object side lens surface of the positive lens Lrp;
r2: radius of curvature of the image side lens surface of the positive lens Lrp.

The wide-angle lens according to claim 1, wherein the optical filter in the front group Gf is a built-in filter that can be exchanged from the outside.

The wide-angle lens according to claim 1, wherein the optical filter in the front group Gf is rotatable from the outside.