JP4815304B2 - 広角レンズ - Google Patents

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本発明は、デジタルカメラやビデオカメラなどに用いられる広角レンズに関するものである。
デジタルカメラやビデオカメラに用いられる広角レンズは、例えば、小型、多画素化が進んだ撮像素子に対応できる優れた光学性能を備え、十分なコンパクト化を達成するものとして特開２００４−２４５８９３公報が、良好なテレセントリック性を有し、十分でかつ大きくなり過ぎないバックフォーカスを有し、広角化を十分に図り、高い結像性能と低価格化を実現するものとして特開２００２−２２８９２５公報等が知られている。
特開２００４−２４５８９３号公報 特開２００２−２２８９２５号公報
上記特開２００４−２４５８９３号公報に記載されている広角レンズは小型、多画素化が進んだ撮像素子に対応できる光学性能を備えているが、大型の撮像素子が搭載されたデジタルカメラに用いる場合は、該撮像素子の性能を引き出すための光学性能が得られない。また、上記特開２００２−２２８９２５号公報に記載されている広角レンズは、良好なテレセントリック性を有しているが、大型の撮像素子が搭載されたデジタルカメラに用いる場合は、良好なテレセントリック性を維持することが困難になる。
本発明は、大型の撮像素子に対応可能な光学性能を備えると共に、撮像素子に入射する光線の角度を抑えることができ、コンパクトな広角レンズを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の広角レンズでは、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の両凹レンズと正の屈折力の両凸レンズとが接合された接合レンズから構成され全体として負の屈折力の第４レンズ群、及び光軸方向に移動する事により焦点調節を行う正の屈折力の第５レンズで構成され、前記接合レンズは凸レンズ面に非球面を有している。
第５レンズの結像倍率をβ５とするとき、以下の条件を満足させる。
（１）０．７＜β５＜０．９
但し、β５：第５レンズの結像倍率
本発明の好ましい態様によれば、第１レンズの物体側の曲率半径をｒ１ｆ、像面側の曲率半径をｒ１ｂ、前記第２レンズの物体側の曲率半径をｒ２ｆ、像面側の曲率半径をｒ２ｂとするとき、以下の条件を満足させる。
（２）１．５＜ｒ１ｆ／ｒ１ｂ＜２．０
（３）１．８＜ｒ２ｆ／ｒ２ｂ＜２．３
但し、ｒ１ｆ：第１レンズの物体側の曲率半径
ｒ１ｂ：第１レンズの像面側の曲率半径
ｒ２ｆ：第２レンズの物体側の曲率半径
ｒ２ｂ：第２レンズの像面側の曲率半径
また、第４レンズ群の中肉厚をＤ４、第５レンズの像面側の面の最大主光線高をｈ５ｂ、全撮影領域での第５レンズから像面までの空気間隔をＢｆ、像面の対角長をＩｓとするとき、以下の条件を満足させる。
（４）（Ｉｓ−ｈ５ｂ）／Ｂｆ≦０．３９
（５）２．０＜Ｉｓ／Ｄ４＜２．５
但し、Ｄ４：第４レンズ群の中肉厚
ｈ５ｂ：第５レンズの像面側の面の最大主光線高
Ｂｆ：全撮影領域での第５レンズから像面までの空気間隔
Ｉｓ：像面の対角長
本発明によれば、物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の両凹レンズと正の屈折力の両凸レンズとが接合された接合レンズから構成され全体として負の屈折力の第４レンズ群、及び光軸方向に移動する事により焦点調節を行う正の屈折力の第５レンズで構成され、前記接合レンズは凸レンズ面に非球面を有することで、大型の撮像素子に対応可能な光学性能を備えると共に、撮像素子に入射する光線の角度を抑えることができ、コンパクトな広角レンズを達成することができる。
条件式（１）は、第５レンズＧ５の結像倍率を規定するものである。条件式（１）の下限を超えると、フォーカシング時の収差変動が大きくなり良好な光学性能が維持できなくなる。条件式（１）の上限を超えると、フォーカシング時の収差変動は小さくなり良好な光学性能を維持することができるが、フォーカシング移動量が大きくなり、コンパクト化が達成できなくなる。
条件式（２）は、第１レンズＧ１の曲率半径比を規定するものである。条件式（２）の下限値を超えると非点収差が補正過剰となる。また、第１レンズＧ１の屈折力が小さくなるためバックフォーカスの確保が困難になる。更に、全系の焦点距離、バックフォーカスの条件を維持するには相対的に第２レンズＧ２の屈折力を大きくする必要があるため、負の歪曲収差の補正が困難になる。条件式（２）の上限を超えると第１レンズＧ１のサグ量が大きくなり、コンパクト化が達成できなくなる。
条件式（３）は、第２レンズＧ２の曲率半径比を規定するものである。条件式（３）の下限値を超えると非点収差が補正過剰となる。また、第２レンズＧ２の屈折力が小さくなるためバックフォーカスの確保が困難になる。更に、全系の焦点距離、バックフォーカスの条件を維持するには相対的に第１レンズＧ１の屈折力を大きくする必要があるため、負の歪曲収差の補正が困難になる。条件式（３）の上限を超えると第２レンズＧ２のサグ量が大きくなり、コンパクト化が達成できなくなる。
また、近年では、撮像素子にＣＣＤ、ＣＭＯＳを用いたデジタルカメラが主流となり、撮像素子への入射角が大きくなると、シェーディングが問題となってくるので、周辺光束の射出角が小さくなる光学系が求められている。
条件式（４）は、第５レンズＧ５の像面側の面の最大主光線高と射出角を規定するものである。条件式（４）の範囲を超えると第５レンズＧ５の像面側の面の最大主光線の射出角が大きくなり、デジタルカメラに用いられる撮像素子への光線の入射角が大きくなるため、シェーディングが問題となる。
条件式（５）は、第４レンズ群Ｇ４の中肉厚を規定するものである。条件式（５）の下限を超えると第４レンズ群Ｇ４を構成する両凹レンズＬ１、両凸レンズＬ２の屈折力が小さくなり充分な色消し効果が得られなくなるため倍率色収差の補正が困難になる。条件式（５）の上限を超えると、第４レンズ群Ｇ４の中肉厚が増え、コンパクト化が達成できなくなる。
また、本発明の接合レンズである第４レンズ群Ｇ４において、凸レンズ側を非球面化する方が望ましいが、凹レンズ側でも同様の効果が得られる。
以下に、本発明の広角レンズの実施例１及び実施例２を示す。ここで（全体諸元）中、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角を示す。（レンズ諸元）中、番号は物体側から順にレンズの面番号、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄはレンズ面間隔、ｎはｄ線の屈折率、νはアッベ数を示す。また、Ｂｆはバックフォーカス、Ｏｂｊは被写体からレンズ第１面までの距離を示す。条件式中のＤ４はレンズ面間隔ｄ８とｄ９の加算値を示す。
また、非球面の形状は以下の式により表すものとする。ここで、レンズ面の中心部の曲率半径をｒとし、光軸からの高さをｈ、円錐係数をＡとし、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を各非球面係数とする。
Figure 0004815304
（全体諸元）
ｆ＝１６．６７ｍｍ
Ｆｎｏ＝４．０２
２ω＝７３．７°
（レンズ諸元）
番号 ｒ ｄ ｎ ν
［１］ ２２．０５００ １．３５００ １．５８１４４ ４０．９
［２］ １１．６５００ ３．０９００
［３］ ２４．００００ １．００００ １．４８７４９ ７０．４
［４］ １１．６５００ １４．８８００
［５］ １３．５２００ ２．８０００ １．７４１００ ５２．６
［６］ −５４．１４００ １．２０００
［７］ 絞り ５．２０００
［８］ −１３．０８００ １．３０００ １．７６１８２ ２６．６
［９］ １６．１５００ ４．３０００ １．７７２２７ ４７．１
［１０］ −１８．９７００ ｄ１０
［１１］ ６４．６４００ ２．３９００ １．５８９１３ ６１．２
［１２］−１０００．００００ Ｂｆ
（１０面の非球面係数）
Ａ ＝２．５９１９
Ａ２ ＝０．０
Ａ４ ＝０．１６１１０Ｄ−０３
Ａ６ ＝０．１０９３５Ｄ−０５
Ａ８ ＝０．１７６９０Ｄ−０７
Ａ１０＝０．１０３４０Ｄ−０９
（可変間隔）
Ｏｂｊ ∞ ２４３．７４９７
ｄ１０ ５．００００ １．４１０４
Ｂｆ １３．７４０３ １７．３２９９
（条件値）
（１）β５＝０．８５３
（２）ｒ１ｆ／ｒ１ｂ＝１．８９
（３）ｒ２ｆ／ｒ２ｂ＝２．０６
（４）（Ｉｓ−ｈ５ｂ）／Ｂｆ＝０．３８（有限距離時）
（５）Ｉｓ／Ｄ４＝２．２３
（全体諸元）
ｆ＝１５．６４１４ｍｍ
Ｆｎｏ＝３．７８
２ω＝７７．３°
（レンズ諸元）
番号 ｒ ｄ ｎ ν
［１］ １８．４７００ １．０４００ １．８０４５０ ３９．６
［２］ １１．７０００ ２．８６００
［３］ ２３．８７００ ０．８２００ １．５１６８０ ６４．２
［４］ １１．７０００ １５．０２００
［５］ １３．１８００ ２．５３００ １．７７２５０ ４９．６
［６］ −６５．００００ １．５２００
［７］ 絞り ４．９５００
［８］ −１２．０５００ ０．８０００ １．７６１８２ ２６．６
［９］ １２．９３００ ４．７０００ １．７７３７７ ４７．２
［１０］ −１８．５６００ ｄ１０
［１１］ ６５．９６００ １．９７００ １．８０４２０ ４６．５
［１２］ −５９７．７１００ Ｂｆ
（１０面の非球面係数）
Ａ ＝３．５３６９
Ａ２ ＝０．０
Ａ４ ＝０．１９０００Ｄ−０３
Ａ６ ＝０．１５８３０Ｄ−０５
Ａ８ ＝０．１４４５０Ｄ−０７
Ａ１０＝０．１３３７０Ｄ−０９
（可変間隔）
Ｏｂｊ ∞ ２４５．６５５７
ｄ１０ ３．８９００ １．４８６８
Ｂｆ １４．２４４３ １６．６４７５
（条件値）
（１）β５＝０．７９４
（２）ｒ１ｆ／ｒ１ｂ＝１．５８
（３）ｒ２ｆ／ｒ２ｂ＝２．０４
（４）（Ｉｓ−ｈ５ｂ）／Ｂｆ＝０．３９（有限距離時）
（５）Ｉｓ／Ｄ４＝２．２７
撮像素子に入射する光線の角度を抑えることができ、大型の撮像素子に対応可能な光学性能を備えているので、 撮像素子に大型のＣＣＤ、ＣＭＯＳを用いたデジタルカメラに適用できる。
実施例１のレンズ断面図である。 実施例１の無限遠撮影時の諸収差図である。 実施例１の有限物体距離撮影時の諸収差図である。 実施例２のレンズ断面図である。 実施例２の無限遠撮影時の諸収差図である。 実施例２の有限物体距離撮影時の諸収差図である。
Ｇ１ 第１レンズ
Ｇ２ 第２レンズ
Ｇ３ 第３レンズ
Ｇ４ 第４レンズ
Ｇ５ 第５レンズ
Ｌ１ 両凹レンズ
Ｌ２ 両凸レンズ

Claims (3)

  1. 物体側より順に、負の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズ、負の屈折力の両凹レンズと正の屈折力の両凸レンズとが接合された接合レンズから構成され全体として負の屈折力の第４レンズ群、及び光軸方向に移動する事により焦点調節を行う正の屈折力の第５レンズで構成され、前記接合レンズは凸レンズ面に非球面を有しており、前記第５レンズの結像倍率をβ５とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とする広角レンズ。
    （１）０．７＜β５＜０．９
    但し、β５：第５レンズの結像倍率
  2. 前記第１レンズの物体側の曲率半径をｒ１ｆ、像面側の曲率半径をｒ１ｂ、前記第２レンズの物体側の曲率半径をｒ２ｆ、像面側の曲率半径をｒ２ｂとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
    （２）１．５＜ｒ１ｆ／ｒ１ｂ＜２．０
    （３）１．８＜ｒ２ｆ／ｒ２ｂ＜２．３
    但し、ｒ１ｆ：第１レンズの物体側の曲率半径
    ｒ１ｂ：第１レンズの像面側の曲率半径
    ｒ２ｆ：第２レンズの物体側の曲率半径
    ｒ２ｂ：第２レンズの像面側の曲率半径
  3. 前記第４レンズ群の中肉厚をＤ４、第５レンズの像面側の面の最大主光線高をｈ５ｂ、全撮影領域での第５レンズから像面までの空気間隔をＢｆ、像面の対角長をＩｓとするとき、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記載の広角レンズ。
    （４）（Ｉｓ-ｈ５ｂ）／Ｂｆ≦０．３９
    （５）２．０＜Ｉｓ／Ｄ４＜２．５
    但し、Ｄ４：第４レンズ群の中肉厚
    ｈ５ｂ：第５レンズの像面側の面の最大主光線高
    Ｂｆ：全撮影領域での第５レンズから像面までの空気間隔
    Ｉｓ：像面の対角長
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