JPH085908A

JPH085908A - 広角レンズ

Info

Publication number: JPH085908A
Application number: JP6142844A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【構成】物体側より順に、凹レンズと、大きな空気空間
をおいて凸レンズと凸レンズと凹レンズを備えたレンズ
系において、第１レンズ１と第２レンズ２をプラスチッ
クレンズとし、第３レンズ３と第４レンズ４を貼り合わ
せガラスレンズとすることによって、色収差及び諸収差
を良好に補正した広角レンズ。【効果】本発明によれば、レンズ枚数４枚で収差性能及
び色収差性能が良好な広角レンズを実現でき、レンズ系
の簡素化・小形化及び高解像度化を達成できる。また、
レンズ玉２枚をプラスチックレンズ玉にでき、低コスト
化も達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は広角レンズに関する。こ
の広角レンズは、ＣＣＤカメラに搭載することができ、
セキュリティ分野での監視カメラ、自動車の後部監視用
カメラ、鉄道・航空機・船舶等の乗り物類の内外監視用
カメラ、屋内・屋外での観察用カメラ、防犯カメラ等に
広く利用できる。更に、小形の広角レンズを搭載したボ
ードカメラは、テレビ電話機やデレビ会議システム、テ
レビドアホンといった画像転送が主目的のツールはもと
より、パソコン・ワークステーションへの内蔵といった
分野に広く利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より比較的広画角の撮影レンズには
負の屈折力の前群と正の屈折力の後群の２つのレンズ群
を配置したいわゆるレトロフォーカス型を採用したもの
が多い。レトロフォーカス型の撮影レンズはバックフォ
ーカスを長く採れる長所があり前群で発散させた光束を
後群で収束させるレンズ構成を採っている為に球面収差
や非点収差、歪曲収差等の軸外収差の発生量が多い。一
般にこれらの諸収差を良好に補正するのはレンズ構成が
非対称である為、対称に近いガウス型の撮影レンズに比
べると大変難しい。

【０００３】特にＦナンバーを小さくし大口径比化を図
ろうとすると高次の球面収差が多く発生し又像面湾曲が
大きくなり画面全体の像面の平坦性が崩れ更に歪曲収差
が負の方向へ著しく増大している。

【０００４】明るさ及び撮影画角を一定に保ちつつ良好
なる光学性能を得るには例えばレンズ枚数を増加させる
か、あるいは前群と後群の双方の屈折力を弱める方法が
ある。しかしながら、これらの方法はいずれもレンズ全
長が長くなりレンズ系全体が大型化してくる。又バック
フォーカスを十分長く採る為には前群と後群との距離を
増大させれば良いが、あまり増大させるとレンズ全長が
長くなり撮影レンズの小型化を図るのが困難になってく
る。

【０００５】Ｆナンバー２．８、撮影画角３７〜３８度
でレンズ枚数が比較的少ない５枚で構成したレトロフォ
ーカス型の撮影レンズが例えば特開昭５４−１２７２３
号公報、特開昭５７−１６３２１２号公報中に記載され
ている。

【０００６】しかしながら、これらの公報で提案されて
いる撮影レンズは、レンズ枚数を少なくした為に画面中
間にかけて色のコマ収差や非点収差が残存しており、又
画角が大きくなるにつれて倍率色収差が増大している。

【０００７】これらの問題点を非球面を用いることによ
って解決した広角レンズが特開昭６２−７８５２０号公
報中に記載されている。しかしながら、この特開昭６２
−７８５２０号公報で提案されている非球面を有した広
角レンズは、Ｆナンバーがいぜんとして２．８と大き
く、大口径比化は達成されていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】出願人は、前後群の焦
点距離の規定及び、非球面プラスチックレンズの導入に
よって、Ｆナンバー１．８を達成した広角レンズを特開
平２−２０８６１７号公報で提案している。この中で
は、凹レンズの前群と凸レンズ・凹レンズ・凸レンズの
後群で構成されたレンズ枚数４枚の実施例と、凹レンズ
の前群と凸レンズ（アッベ数７０）・凸レンズの後群で
構成されたレンズ枚数３枚の実施例を載せている。

【０００９】ところで、色収差補正の基本は各レンズ群
にアッベ数の異なる凹凸レンズを用いることであるが、
前群が１枚レンズである場合は、軸上色収差と倍率色収
差の補正を独立に行うことができない。例えば、特開平
２−２０８６１７号公報の第３実施例での軸上色収差
０．０４０mm、倍率色収差０．０１７mm（像高２．０m
m）である。一方、１／３インチＣＣＤセンサでも高画
素用では画素数が４０万個を超える現状では、低画素数
ＣＣＤセンサから高画素数ＣＣＤセンサまで撮影レンズ
が共通に使用できる為には、色収差を低減することが課
題となる。

【００１０】また、高画素数ＣＣＤセンサ対応とする為
には、画面最周辺部の収差についても改善することが課
題となる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、前群レンズ構成を凹プラスチックレンズ
とし、後群レンズ構成を物側に凹面を向けたメニスカス
形状の凸プラスチックレンズと凸・凹ガラス貼り合わせ
ガラスレンズとしたことである。更に、数１式で定義し
たベンディング係数Ｂをもとに、第２レンズの形状を数
２式の条件を満足するように特定したことである。

【００１２】

【数１】Ｂ＝（Ｒｂ＋Ｒａ）／（Ｒｂ−Ｒａ）但し、Ｒａはレンズ玉の物側の曲率半径、Ｒｂは像側の
曲率半径である。

【００１３】

【数２】−３＜Ｂ₂＜−１この他の本発明の特徴は作用において記載される。

【００１４】

【作用】本発明の作用を図１をもとに説明する。

【００１５】図１は、本発明を適用した広角レンズのレ
ンズ構成を表す図である。

【００１６】同図においては、１はプラスチックレンズ
で負の焦点距離を有する第１レンズ、２はプラスチック
レンズで正の焦点距離を有する第２レンズ、３はガラレ
ンズで正の焦点距離を有する第３レンズ、４はガラレン
ズで負の焦点距離を有する第４レンズ、５は絞り、６は
フィルター・フェイスプレート等を１つにまとめた平行
平面板である。物体側より順に、像面側に凹面を向けた
メニスカスレンズ形状の第１レンズ１、大きな空気空間
をおいて、物面側に凹面を向けたメニスカスレンズ形状
の第２レンズ２、第３レンズ３、第４レンズ４のレンズ
構成４枚であり、第３レンズ３と第４レンズ４を貼り合
わせガラスレンズとしている。

【００１７】本発明においては、前述のレンズ構成で広
角レンズを構成すると共に前述の条件を満足させること
によって、大口径比でしかもレンズ枚数４枚以下という
簡素化、更に、色収差性能・画面最周辺部の収差の改善
を図った広角レンズを達成している。

【００１８】実施例で数値を示すが、焦点距離が４．７
〜６．３mmと小さい広角レンズの場合、バックフォーカ
スを確保するために撮影レンズをレトロフォーカス型と
する必要がある。レトロフォーカス型の撮影レンズでは
絞りより前方の遠く離れたところに配置した負の第１レ
ンズ群での軸上光線の光線高さが小さく、逆に、主光線
の光線高さが大きくなっている。そして後方で絞りのす
ぐ後ろに配置した第２レンズ群での軸上光線の光線高さ
が大きく、逆に、主光線の光線高さが小さくなってい
る。従って、軸上光線の光線高さが大きい第２レンズ群
で主に軸上色収差が発生し、主光線の光線高さが大きい
第１レンズ群で主に倍率色収差が発生する。すなわち、
軸上色収差と倍率色収差を同時に補正するためには、第
１レンズ群と第２レンズ群に凹レンズと凸レンズを組み
合わせて用いることが必要となる。しかしながら、レン
ズ枚数が増えると、レンズ全体が大きく、長くなってし
まう。通常は、第１レンズ群を凹レンズ１枚で構成し、
この上で軸上色収差と倍率色収差のバランスを取ってい
る。例えば、凹レンズの第１レンズ群と、凸レンズ・凹
レンズ・凸レンズの第２レンズ群で構成された特開平２
−２０８６１７号公報の第３実施例では、軸上色収差
０．０４０mm、倍率色収差０．０１７mm（像高２．０m
m）である。

【００１９】従って、高画素数センサと組み合わせて用
いる場合は、色収差性能の改善が必要となる。しかし、
凸レンズ・凹レンズ・凸レンズという第２レンズ群構成
で色収差補正を行うと、第２レンズ群の各レンズ玉の屈
折力が強くなり過ぎ、単色の収差自体が劣化してしま
う。また、仮に軸上色収差が低減できても、主光線高さ
が小さい第２レンズ群では倍率色収差がなかなか低減で
きない。そこで、第２レンズ群の中でも少しでも主光線
の光線高さが大きい、絞りから離れたレンズを凹レンズ
とする為に、第２レンズ群のレンズ構成を凸レンズ・凸
レンズ・凹レンズとすることが必要となる。このとき逆
に、この凹レンズでの軸上光線の光線高さが小さくなる
ので、軸上色収差の補正効果は小さくなる。従って、色
収差補正の為に第２レンズ群内の各レンズ玉の屈折力を
大きくすることが必要となる。このとき、凸レンズと凹
レンズをガラスの貼り合わせレンズとすることによっ
て、この凸レンズでの光線の全反射を防止することが必
要となる。例えば、実施例１に以下示すレンズデータで
凸レンズ（第３レンズ）と凹レンズ（第４レンズ）の間
に間隔０の空気層を挿入すると、Ｆ１．８の軸上光線が
凸レンズの像側のレンズ面で全反射を起こしてしまう。
また、実施例４に示したＦ２／８のレンズデータで同様
に凸レンズ（第３レンズ）と凹レンズ（第４レンズ）の
間に間隔０の空気層を挿入すると、今度は周辺に向かう
光束で凸レンズの像側のレンズ面で全反射を起こす光線
が生じた。

【００２０】また、小形の広角レンズではレンズ玉径が
小さくなるので、ガラスレンズ玉の研磨加工が困難とな
りコストが上昇する。当初の目的は、このレンズ径の小
さなガラスレンズ玉をプラスチック化し、低コスト化及
びプラスチックレンズ面上の非球面効果によってレンズ
枚数自体も少なくすることであった。特に曲率半径が小
さい第１レンズ１のプラスチック化が最大の目的であっ
た。

【００２１】しかし、プラスチックレンズを使用する場
合は、凹と凸のプラスチックレンズを組み合わせて用い
る温度補償が必要となるので、残りの第２レンズ２がプ
ラスチックレンズと定まる。

【００２２】以上が本発明の基本レンズ構成についての
説明である。次に、プラスチックレンズである第２レン
ズ２の形状についての説明を行う。

【００２３】温度補償を第１レンズ１と第２レンズ２で
行う為には、軸上光線の光線高さが小さい第１レンズ１
の屈折力を大きくし、軸上光線の光線高さが大きい第２
レンズ２の屈折力を小さくする必要がある。しかしなが
ら、第１レンズ１の屈折力を大きくすると必然的に第２
レンズ２での軸上光線の光線高さが大きくなるので、逆
に、温度補償の為には第１レンズ１の屈折力を小さくす
ることが望ましい。一方、一定量のバックフォーカスを
確保する為に、第１レンズ１の屈折力はあまり小さく出
来ない。そこで、第２レンズ２の屈折力を小さくし温度
補償を行う必要がある。

【００２４】また、第２レンズ群は見かけ上、凸レンズ
２枚の基本構成となるので、収差補正の点で第２レンズ
群の屈折力を約２等分することが望ましい。また、特開
平２−２０８６１７号公報の第３実施例を例に取ると、
第２レンズ群の横倍率が０．８倍なので、第２レンズ２
の形状は物側に凹面を向けたメニスカス形状の凸レンズ
とすることが必要となる。具体的には、数２式の条件を
満足するように第２レンズ２のベンディング係数Ｂ₂を
規定することによって、良好な収差補正が可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例として、Ｆ１．８で画
角５６°〜８２°の広角レンズの数値実施例と、画角７
６°で歪曲収差を良好に補正したＦ２．８の広角レンズ
の数値実施例を示す。数値実施例においてｒ_iは物体側
より順に第ｉ番目のレンズ面Ｓ_iの曲率半径、ｄ_iはレン
ズ面Ｓ_iからレンズ面Ｓ_i+1の間の光軸上の距離、Ｎ_jと
ν_jはそれぞれ物体側より順に第ｊ番目のレンズの屈折
力とアッベ数である。画角は実光線で表した。また、非
球面形状は、光軸方向のサグ量Ｚで表され、光軸からの
高さｙ、近軸の曲率半径ｒ、円錐定数Ｋ、４次、６次、
８次、１０次の非球面項の係数を用い、数３式で定義さ
れる。

【００２６】

【数３】Ｚ＝（ｙ²／ｒ）／｛１＋√〔｛１−（Ｋ＋
１）ｙ²／ｒ²〕｝＋Ａ₄ｙ⁴＋Ａ₆ｙ⁶＋Ａ₈ｙ⁸＋Ａ₁₀ｙ¹⁰ （記号：√〔〕は、〔〕内の量に就き平方根を取る
ことを意味する）〔数値実施例１〕ｆ＝４．７０Ｆ_No＝１：１．９３２Ｗ＝８１．７° ＳｒｄＮ ν １１９．３９３０．９８０１．４９２００５７．９２２．５２５２．６２１３（絞り）１．７８０４ −１７．３６０２．２３０１．４９２００５７．９５ −４．２０３０．９００６１０．５２５２．２０５１．７１３００５３．９７ −４．３８９０．５００１．８４６６６２３．９８ −１３．９６６３．０００９ ∞ ４．５００１．５２３０７５８．５１０ ∞ 第１面は非球面であり、数３式の係数は以下の通りであ
る。

【００２７】Ｋ＝４５．９９Ａ₄＝−１．９８２×１
０~³ Ａ₆＝−２．６７７×１０~⁴ Ａ₈＝６．０２１×１０~⁵ Ａ₁₀＝−６．１１０×１
０~⁶ 〔数値実施例２〕ｆ＝６．３３Ｆ_No＝１：１．９４２Ｗ＝５６．２° ＳｒｄＮ ν １６．３５６１．２００１．４９２００５７．９２２．６９５１．９００３（絞り）１．７８０４ −１７．３６０２．２３０１．４９２００５７．９５ −４．２０３０．９００６２６．１９２２．２３５１．７１３００５３．９７ −４．５０００．５００１．８４６６６２３．９８ −９．６８１３．０００９ ∞ ４．５００１．５２３０７５８．５１０ ∞ 第１面は非球面であり、数３式の係数は以下の通りであ
る。

【００２８】Ｋ＝２．９７３Ａ₄＝−４．８０１×１
０~³ Ａ₆＝１．１７８×１０~³ A₈＝−２．７７２×１０~⁴ Ａ₁₀＝２．０２１×１０~⁵ 〔数値実施例３〕ｆ＝６．３２Ｆ_No＝１：１．９３２Ｗ＝５６．１° ＳｒｄＮ ν １４．８６８０．９８０１．４９２００５７．９２２．４４３２．５９０３（絞り）２．０００４ −９．１７７２．２５０１．４９２００５７．９５ −４．０７０１．５００６１０．４４９２．３０５１．７１３００５３．９７ −４．９０００．５００１．８４６６６２３．９８ −１８．７７８５．０００９ ∞ ４．５００１．５２３０７５８．５１０ ∞ 〔数値実施例４〕ｆ＝４．１６Ｆ_No＝１：２．８７２Ｗ＝７５．６° ＳｒｄＮ ν １４．６１８０．９８０１．４９２００５７．９２１．７６３２．５５０３（絞り）１．８５０４ −７．６７９２．４８０１．４９２００５７．９５ −３．３０８０．２００６１１．６８１２．９６０１．７１３００５３．９７ −４．２０００．５００１．８４６６６２３．９８ −１１．３９２３．０００９ ∞ ４．５００１．５２３０７５８．５１０ ∞ 第１面は非球面であり、数３式の係数は以下の通りであ
る。

【００２９】Ｋ＝０．６７８６Ａ₄＝３．８０７×１
０~³ Ａ₆＝−５．４５２×１０~⁴ Ａ₈＝１．２０１×１０~⁴ Ａ₁₀＝−５．９１６×１０~
⁶ 第５面も非球面であり、数３式の係数は以下の通りであ
る。

【００３０】Ｋ＝−０．１７３９Ａ₄＝−３．１４４
×１０~⁵ Ａ₆＝３．１６４×１０~⁴ Ａ₈＝−５．５９８×１０~⁵ Ａ₁₀＝３．４５４×１０~
⁶ また、数２式の条件に対する本発明の数値実施例との関
係は、以下の通りである。

【００３１】実施例Ｎｏ．Ｂ₂ １ −１．６４２ −１．６４３ −２．５９４ −２．５１一方、第２レンズの焦点距離ｆ₂と第３・４貼り合わせ
レンズの焦点距離ｆ₃．₄の各数値実施例での値は以下の
通りであるが、第２レンズ群の屈折力を約２等分してい
ることが分かる。

【００３２】実施例Ｎｏ．ｆ₂（ｍｍ）ｆ₃.₄（ｍｍ）１１０．７１０．６２１０．７１２．１３１３．０１１．９４１０．０１０．２また、本発明の改善点である色収差補正効果について
も、以下に示す。

【００３３】実施例Ｎｏ．軸上色収差（ｍｍ）倍率色収差（ｍｍ）１ −０．０１７０．０１３（像高２．２ｍｍ）２０．００８０．０１３（像高２．３ｍｍ）３ −０．０２６０．００３（像高２．３ｍｍ）４０．０１９０．０１４（像高２．３ｍｍ）撮影距離２ｍでの各数値実施例に関する収差図を図２、
図４、図６に示す。左側の２列がコマ収差図であり、下
から順に相対像高０，０．３，０．６，０．９，１の各
５ポイントでのコマ収差を表す。残りは球面収差、正弦
条件、非点収差そして、歪曲収差をそれぞれ表してい
る。収差図座標の最大値は、コマ収差・球面収差・正弦
条件が±０．１mm、非点収差が±０．２mm、歪曲収差が
±１０％である。これらの収差図から明らかなように、
各実施例のレンズは性能良好であることが分かる。

【００３４】また、各数値実施例では、カラー用ビデオ
カメラ対応のレンズ構成図及び収差図を示したが、白黒
用ビデオカメラ対応でも良好な性能を実現できることは
当然である。例として、数値実施例１の平行平面板６を
フェースプレート７（ＢＫ７７厚さ０．８mm）に置換し
た白黒用ビデオカメラ対応でのレンズ構成図及び収差図
を図９、図１０に示す。

【００３５】以上、プラスチックレンズを第１レンズ１
と第２レンズ２に使用した本発明について説明したが、
当然、プラスチックレンズをガラスレンズとしても、良
好な性能が得られることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、Ｆナンバー１．
８〜２．８、画角５６〜８２°程度の良好に収差補正を
行った写真用やビデオカメラ等に好適な広角レンズを達
成することができる。特に、色収差性能も改善できるの
で高解像度用の高画素数センサに対応可能な広角レンズ
を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の数値実施例１のレンズ構成図である。

【図２】本発明の数値実施例１のｄ線に対するコマ収
差、球面収差、正弦条件、非点収差、歪曲収差を表す収
差図である。

【図３】本発明の数値実施例２のレンズ構成図である。

【図４】本発明の数値実施例２のｄ線に対するコマ収
差、球面収差、正弦条件、非点収差、歪曲収差を表す収
差図である。

【図５】本発明の数値実施例３のレンズ構成図である。

【図６】本発明の数値実施例３のｄ線に対するコマ収
差、球面収差、正弦条件、非点収差、歪曲収差を表す収
差図である。

【図７】本発明の数値実施例４のレンズ構成図である。

【図８】本発明の数値実施例４のｄ線に対するコマ収
差、球面収差、正弦条件、非点収差、歪曲収差を表す収
差図である。

【図９】本発明の数値実施例１を白黒ビデオカメラ対応
としたレンズ構成図である。

【図１０】本発明の数値実施例１を白黒ビデオカメラ対
応レンズと下場合のｄ線に対するコマ収差、球面収差、
正弦条件、非点収差、歪曲収差を表す収差図である。

【符号の説明】

１…第１レンズ、２…第２レンズ、３…第３レンズ、４…第４レンズ、５…絞り、６…平行平面板、７…フェースプレート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側より順に、負の焦点距離を有する第
１レンズ（１）と、大きな空気空間をおいて、正の焦点
距離を有する第２レンズ（２）と、正の焦点距離を有す
る第３レンズ（３）と、負の焦点距離を有する第４レン
ズ（４）を備えたレンズ系において、上記第１レンズ（１）及び、第２レンズ（２）をプラス
チックレンズとし、第３レンズ（２）と第４レンズ
（４）を貼り合わせガラスレンズとしたことを特徴とす
る広角レンズ。
【請求項２】前記第１レンズ（１）が像面側に凹面を向
けたメニスカスレンズ形状の負の焦点距離を有するレン
ズ、前記第２レンズ（２）が物面側に凹面を向けたメニ
スカスレンズ形状の正の焦点距離を有するレンズである
ことを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
【請求項３】前記第２レンズ（２）のベンディング係数
をＢ₂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。 −３＜Ｂ₂＜−１但し、ベンディング係数Ｂは、レンズ玉の物側の曲率半
径Ｒａと像側の曲率半径Ｒｂを用いて、Ｂ＝（Ｒｂ＋Ｒ
ａ）／（Ｒｂ−Ｒａ）で定義する。