JPH1078545A

JPH1078545A - 広角レンズ

Info

Publication number: JPH1078545A
Application number: JP8235010A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】画角確保のため、撮像素子の小型化でレンズ
の焦点距離が小さくなり、各レンズ面の曲率半径も小さ
くなる。プラスチックレンズ玉の曲率半径が小さくても
金型製作と面精度管理ができれば量産性で問題とはなら
ない。しかし、研磨加工を行うガラスレンズ玉の曲率半
径の大きさは、製造コストに直結する。小さい曲率半径
のガラスレンズ玉では、量産効果によるコスト低減があ
まり望めない。従って、小型の撮像素子に対応した広角
レンズの低コスト化を達成するため、ガラスレンズ玉の
曲率半径を大きくすることが課題である。【解決手段】物体側より順に、凸レンズと凹レンズ
と、大きな空気空間をおいて凸レンズと凹レンズと凸レ
ンズを備えたレンズ系において、第１レンズ〜第３レン
ズをプラスチックレンズとし、第４レンズと第５レンズ
を貼り合わせのガラスレンズとし、第３レンズの像面側
に設けた非球面の非球面量を規定することによって、諸
収差を良好に補正した広角レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は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広角レンズに関す
る。さらに、小型の広角レンズを搭載したボ−ドカメラ
は、テレビ電話機やテレビ会議システム、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広分野に利用でき
る広角レンズに関する。

【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。また、撮像素子サイズの小型化において
も、一定の画角を確保すると撮影レンズのバックフォー
カスが短くなるので、やはり、レトロフォーカス型を採
用する必要が生じる。この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第１の
レンズ群で発散させた光束を、第２のレンズ群で収束さ
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には、レトロフォーカス型
のレンズ構成が非対称であるため、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。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、さらに歪曲収差が負の方向へ著しく
増大した。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、あるいは第１のレンズ群と第２のレンズ群の双方の
屈折力を弱める方法がある。

【０００３】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する不都合が
発生した。又、バックフォーカスを十分長くとるために
は、第１のレンズ群と第２のレンズ群との距離を増大さ
せれば良いが、あまり増大させるとこの場合もレンズ全
長が長くなり、撮影レンズの小型化を図るのが困難にな
ってしまった。小型カメラ用のレンズとして、例えば、
特開昭５４−１２７２３号公報、特開昭５７−１６３２
１２号公報、特開昭６３−７５７１８号公報に開示され
ている。これらのレンズは、小型テレビカメラ用レンズ
であるが、５枚ものレンズ枚数を用いているにもかかわ
らず、画角が約４０°と狭く、監視カメラに用いるには
十分な画角とは言えなかった。また、十分な画角を実現
したものとして、例えば、特開平５−２６４８９５号公
報に開示されたレンズがある。このレンズは、４枚のレ
ンズ枚数で８０°以上の画角を実現しているが、カラー
用途としては十分なバックフォーカスを確保していると
は言えなかった。

【０００４】例えば、特開平５−２６４８９５号公報に
開示されたレンズは、焦点距離ｆを１０ｍｍで規格化し
レンズデータを表示しているが、バックフォーカスＢＦ
Ｌは１１．１８ｍｍしかない。ところで、このレンズの
画角は２ω＝８９°４５’と表示されているので、使用
する撮像素子を定めるとバックフォーカスＢＦＬが求め
られる。センササイズ、１／２インチと、１／３インチ
と、１／４インチサイズのＣＣＤセンサを用いた場合
の、焦点距離ｆ（ｆ＝ｈ／ｔａｎω）と、バックフォ
ーカスＢＦＬの見積もり結果を、以下に示す。

【０００５】センササイズ１／２１／３１／４センサ対角長２ｈ８．０ｍｍ６．０ｍｍ４．５ｍｍ焦点距離ｆ４．０ｍｍ３．０ｍｍ２．３ｍｍバックフォーカスＢＦＬ４．５ｍｍ３．４ｍｍ２．５ｍｍ

【０００６】この結果によると、バックフォーカスＢＦ
Ｌは、４．５ｍｍ（１／２インチ）から２．５ｍｍ（１
／４インチ）と小さく、カラー用ビデオカメラ等で必要
とするローパスフィルターをレンズと撮像素子の撮像面
の間に配置するための十分なバックフォーカスＢＦＬが
確保されていない。実際、開示されている公報記載のレ
ンズと像面の間には撮像面のカバーガラスのみが配置さ
れており、レンズは白黒用ビデオカメラ対応レンズとな
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、出願人は、特
開平８−５９０８号公報において、第１レンズと第２レ
ンズをプラスチックレンズとし、第３レンズと第４レン
ズをガラスレンズとした広角レンズを提案している。

【０００８】以下この提案したレンズについて説明す
る。焦点距離が３．３〜４．４ｍｍと小さい広角で、撮
像素子サイズの小さな単焦点レンズの場合は、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。即ち、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
う不都合が発生する。

【０００９】そこで、第１レンズ群は通常凹レンズ１枚
で構成され、倍率色収差の発生量を抑える理由からアッ
ベ数の大きなレンズ材料が選ばれる。また、第２レンズ
群は、第１レンズで発散した光束を収束させる作用を行
っているので、第２レンズ群はその屈折力（焦点距離の
逆数）を２分した２つの凸レンズ成分（第２のレンズと
第３のレンズ）に分ける必要がある。さらに、軸上色収
差の発生量を抑えるために、第２レンズ群にも凹レンズ
（第４のレンズ）玉を用いているが、第１レンズ群で発
生する倍率色収差量の補正も同時に行わなければならな
いので、第２レンズ群の中の凹レンズ（第４のレンズ）
の位置は、絞りから離れ主光線の光線高さが大きくなる
一番後ろに配置することが必要となる。これにより、倍
率色収差を小さく補正しても軸上色収差が大きな負の値
になることを防いでいる。また、色収差補正のために屈
折力が大きくなった凹レンズ（第４のレンズ）をＦ値の
光線が通過するために、隣設する凸レンズ（第３のレン
ズ）と凹レンズ（第４のレンズ）は貼り合わせ構造とす
ることが不可欠となる。

【００１０】以下、このレンズにおける第２レンズの焦
点距離ｆ２と、第３・第４レンズ全体の焦点距離ｆ３４
を変更した場合の、軸上色収差と、倍率色収差の数値を
参考に示す。ｆ2(mm) ｆ34(mm) 軸上色収差(mm) 倍率色収差(mm) 数値実施例１１０．７１０．６ −０．０１７０．０１３(像高2.2mm) 数値実施例２１０．７１２．１０．０１８０．０１３(像高2.3mm) 数値実施例３１３．０１１．９ −０．０２６０．００３(像高2.3mm) 数値実施例４１０．０１０．２０．０１９０．０１４(像高2.3mm)

【００１１】このレンズ構成は、第１レンズ群が凹レン
ズ玉１枚、第２レンズ群が凸凸凹のレンズ玉３枚で、第
３と第４レンズが貼り合わせレンズとした。また、レン
ズ玉自体の製造コスト及び、収差補正上で効果的な非球
面を低コストで得るために、残りの第１レンズと第２レ
ンズは非球面プラスチックレンズとした。

【００１２】以上の、レンズ玉４枚構成の場合での基本
レンズ構成を用いた広角レンズは、実施例での第３レン
ズと第４レンズの貼り合わせガラス面の曲率半径は−
４．９０ｍｍ〜−４．２０ｍｍと十分な大きさを有して
いるが、この広角レンズを１／４インチＣＣＤセンサ対
応として単純に置換した場合、曲率半径が−３．６８ｍ
ｍ〜−３．１５ｍｍと小さくなる。しかし、４Ｒ以下の
曲率半径のガラスレンズ玉は、量産加工技術が確立され
ているとは言えず、量産効果によるコストの低減があま
り望めない。

【００１３】このレンズのバックフォーカスは８ｍｍを
確保している。例えば、１／３インチＣＣＤセンサに、
この広角レンズを用いた場合、画角６２°〜４５°が得
られる。一方で、広角なレンズ（１／３インチＣＣＤセ
ンサで画角６２°）を１／４インチＣＣＤセンサに用い
た場合でも、画角４５°が得られる。ところで、１／４
インチＣＣＤセンサでも画角６０°を得るために、単純
にセンササイズの比率（４．５／６．０）でレンズデー
タを変換した場合、バックフォーカスは６ｍｍとなり十
分な値を確保している。ところで、第３レンズと第４レ
ンズの貼り合せのガラスレンズ玉は、その貼り合わせ面
の曲率半径−４．９０ｍｍ〜−４．２０ｍｍも小さくな
る。そこで、上記と同じ見積もりの結果、曲率半径も−
３．６８ｍｍ〜−３．１５ｍｍと小さくなる。

【００１４】プラスチックレンズ玉の場合は、金型が製
作できれば、曲率半径の小ささ自体は問題とはならな
い。しかし、ガラスレンズ玉の場合は、曲率半径の大き
さが直接、製造コストを左右する。例えば、上記したよ
うに４Ｒ以下の曲率半径のガラスレンズ玉は、量産加工
技術が確立されているとは言えず、量産効果によるコス
トの低減は望めなかった。

【００１５】そこで本発明は、小型の撮像素子に対応し
た広角レンズの低コスト化を達成するために、基本構成
を決める際に最初に定めた第１レンズ群の構成を凹レン
ズ１枚から、凹と凸のレンズ２枚に変更し、第１レンズ
群でも色収差補正を行うこととし、貼り合わせのガラス
レンズ玉の貼り合わせ面の曲率半径を大きくして、量産
効果によるコストの低減が図れる広角レンズを提供する
ものである。

【００１６】

【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、プラスチックレンズ玉３枚を含む５枚構
成の各レンズ玉の形状を特定したことである。さらに、
良好な収差補正を実現するために、非球面の配置箇所を
特定し、特に、第２のレンズ群の第３レンズの像面側の
非球面量Ψを負の値とし、好ましくは、−０．００３＜
Ψ＜０の条件を満足するように特定したことである。但
し、非球面量Ψは、非球面式の円錐定数Ｋと４次の係数
Ａ₄、及び、レンズ面の曲率半径ｒとレンズ面前後の屈
折率差ΔＮを用いて、 Ψ＝（Ｋ／８／ｒ³＋Ａ₄）・ΔＮで定義する。

【００１７】また、良好な収差補正を実現するために、
第２のレンズ群の第３レンズのベンディング係数Ｂ
₃と、第１のレンズ群の第１レンズと第２レンズ全体の
ベンディング係数Ｂ₁₂ついて、 −１．５＜Ｂ₃ ＜−１．０ −１．４＜Ｂ₁₂ ＜−１．１を満足するように特定した。但し、ベンディング係数Ｂ
₃は、第３レンズの物面側の曲率半径ｒ_3aと像面側の曲
率半径ｒ_3bを用いて、ベンディング係数Ｂ１２は、第１
レンズの物面側の曲率半径ｒ_1aと第２レンズの像面側の
曲率半径ｒ_2bを用いて、Ｂ₃ ＝（ｒ_3b＋ｒ_3a）／（ｒ_3b−ｒ_3a）Ｂ₁₂ ＝（ｒ_2b＋ｒ_1a）／（ｒ₂ｂ−ｒ_1a）で定義する。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態によ
る広角レンズの構成について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による広角レンズのレン
ズ構成図である。広角レンズの構成は、プラスチックレ
ンズで正の焦点距離を有する第１レンズ１５、プラスチ
ックレンズで負の焦点距離を有する第２レンズ２０とに
よる第１のレンズ群Ａ、プラスチックレンズで正の焦点
距離を有する第３レンズ３０、ガラスレンズで負の焦点
距離を有する第４レンズ４０、ガラスレンズで正の焦点
距離を有する第５レンズ５０よりなる第２のレンズ群Ｂ
を有し、第１のレンズ群Ａと第２のレンズ群Ｂは、絞り
（又は固定の開放絞り）６０を隔て間隔を有して配設す
る。さらにローパス作用を行う水晶フィルターやＩＲカ
ットフィルターを１つにまとめたフィルター７０、カバ
ーガラス８０、撮像素子９０を備えている。各レンズの
配列は、物体側より撮像素子９０方向に、第１のレンズ
群Ａ、第２のレンズ群Ｂの順とする。

【００１９】第１のレンズ群Ａの第１レンズ１５は両凸
のレンズ形状で正の焦点距離を有し、第２レンズ２０は
像面側に凹面を向けたレンズ形状で負の焦点距離を有す
る。第２のレンズ群Ｂの第３レンズ３０は、像面側に凸
面を向けたレンズ形状で像面側に非球面を設けた正の焦
点距離を有し、第４レンズ４０は物面側に凸面を向けた
メニスカスレンズ形状で負の焦点距離を有し、第５レン
ズ５０は両凸のレンズ形状で正の焦点距離を有する。そ
して、第４レンズ４０と第５レンズ５０は貼り合わせ構
造としている。

【００２０】第１のレンズ群Ａのレンズ構成について、
図６を用いて説明する。前述の出願人が提案した特開平
８−５９０８号記載の第１のレンズ群は、像面側に凹面
を向けたメニスカス形状の凹レンズ１枚構成となってい
たが、この実施の形態における第１のレンズ群Ａは色収
差を補正するために、凸レンズを付加している。以下、
このレンズ構成である凸レンズ１０を物体側に配置した
第１のレンズ群Ａの特徴について説明する。なお、図６
の模式図では、比較のために凸レンズを像面側に配置し
たレンズ構成も（４）に示している。

【００２１】第１のレンズ群Ａのレンズ構成は物体側よ
り順に第１の凸プラスチックレンズ１０と第２の凹プラ
スチックレンズ２０とする。……（３）参照。メニスカ
スレンズ形状の凹レンズ１５０を、凹凸２枚のレンズに
分割した場合、凸レンズ１０を物体側に配置した方が、
各レンズ玉の曲率半径は小さくなり過ぎない。また、倍
率の色収差補正にとっても、凸レンズ１０を絞り６０か
ら離した方が、主光線の光線高さが大きくなり効果的で
ある。

【００２２】具体的な、レンズ面の曲率半径の見積もり
結果を、下記の式をもとに説明する。１／ｆ₀＝(１−Ｎ)／Ｒ₀ １／ｆ₁＝(１−Ｎ)／Ｒ₁ １／ｆ₂＝(Ｎ−１)／Ｒ₂ ＋(１−Ｎ)／Ｒ₀−ｔ／Ｎ・
(Ｎ−１)／Ｒ₂・(１−Ｎ)／Ｒ₀ 図６（１）焦点距離ｆ₀＝６．０ｍｍとした元の第１
レンズ１５０である。（２）〜（４）に示すレンズ群
は、見積もりを単純にするために片面を平面として曲率
半径を∞、屈折率Ｎを１．５としている。図６（２）示
すレンズ１５０は、（１）に示すレンズと同じ焦点距離
ｆ₀を持たせるために、曲率半径Ｒ₀＝３．０ｍｍとして
いる。図６（３）に示すレンズＡは、凸レンズ（焦点距
離ｆ１）１０を物体側に設けている。像面側のレンズ２
０の曲率半径Ｒ₁＝−１０．０ｍｍとした。図６（４）
に示すレンズは、像面側を凹面としたレンズ１０に対し
て凸レンズ（焦点距離ｆ２）２０ａを像面側に設けた比
較例である。物体側の曲率半径をＲ₂、像面側の曲率半
径をレンズ１５０と同じＲ₀とした。

【００２３】ここで、ｆ₁＝ｆ₂としてＲ₂＝２．６ｍ
ｍが求まったが、レンズ１００，レンズ１５０のＲ₀＝
３．０ｍｍに比べ比較例のレンズの極率半径は、ｔ＝１
３％も小さい曲率半径となった。以上の結果より第１の
レンズ群Ａにおいて、第１レンズ１５は両凸のレンズ形
状で正の焦点距離を有し、第２レンズ２０は像面側に凹
面を向けたレンズ形状で負の焦点距離を有する構成とす
ると曲率半径は小さくなり過ぎないことが判明した。次
に、第２レンズ群のレンズ構成について説明する。……
図７参照第１のレンズ群Ａ自体でも色収差補正を行うことによ
り、軸上色収差の値が正側にズレ、倍率色収差の値が負
側にズレる。その結果、第２のレンズ群Ｂの中の凹レン
ズ４０は主に軸上色収差の補正を行えば良くなる。従っ
て、軸上光線の光線高さが大きい箇所に凹レンズ４０を
配置し、第２レンズ群Ｂのレンズ構成は凸レンズ３０、
凹レンズ４０、凸レンズ５０となる。仮に、凹レンズを
先頭とする凹凸凸タイプの構成とすると、第１のレンズ
群Ａで発散された光束を第２レンズ群で収束させる上で
適さない。

【００２４】そこで、第２のレンズ群Ｂの中の凹レンズ
４０はＦ値の確保のために、ガラスレンズとし，かつ凸
ガラスレンズ５０との貼り合わせを行う必要がある。ま
た、収差補正にとっては、第２のレンズ群Ｂの先頭は、
非球面を低コストで設けられるプラスチックレンズとす
ることが必要である。この要望を満足するレンズ構成が
可能なのは、凸・凸凹タイプと凸・凹凸タイプの２タイ
プのみである。従って、第２のレンズ群Ｂのレンズ構成
は、図７に示した凸プラスチックレンズ３０と凹ガラス
４０、凸ガラス５０の貼り合わせレンズの４タイプに限
定される。ここで、凸・凹凸タイプのレンズ構成は、凹
レンズ４０での軸上光線の光線高さが、凸・凸凹に比べ
て大きくなるでの、その分、凹レンズ自体の屈折力を小
さくでき、ガラスレンズの貼り合わせ面の曲率半径をよ
り大きくすることが可能となる。

【００２５】本発明においては、このレンズ構成で広角
レンズを構成し、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５枚により簡素化さ
れ、さらに、諸収差性能の改善を図った広角レンズを達
成する。次に、諸収差を補正するための非球面の配置、
及び下記式１に示す非球面量Ψの条件と、式３で示す第
３レンズ３０のベンディング係数Ｂ₃と、式５で示す第
１レンズ１５と第２レンズ２０全体のベンディング係数
Ｂ₁₂の条件について説明する。具体的な値は、後述の実
施例の中で改めて示す。

【００２６】まず、非球面の配置について説明する。こ
の実施の形態において、非球面を第３のレンズ３０の像
面側に形成する。式１は、第３レンズ３０の像面側に設
けた非球面の非球面量Ψを規定した条件である。 −０．００３＜Ψ＜０・・・式１非球面量Ψは、非球面式の円錐定数Ｋと４次の係数
Ａ₄、及び、レンズ面の曲率半径ｒとレンズ面前後の屈
折率差ΔＮを用いて、式２で定義する値とする。 Ψ＝（Ｋ／８／ｒ³＋Ａ₄）・ΔＮ・・・式２ところで、第１のレンズ群Ａで発散された光束を第２の
レンズ群Ｂで収束させるため、第２のレンズ群Ｂの先頭
のレンズ玉である第３レンズ３０には大きな正の球面収
差が生じる。また、絞り６０のそばで、主光線の光線高
さが小さい第３レンズ３０の非球面は、主に球面収差の
補正作用を有するので、非球面量Ψは負の値となる。

【００２７】以上のことより非球面量Ψについて検討
し、好ましくは、式１の範囲としている。即ち、第３レ
ンズ３０の像面側の非球面量Ψが、−０．００３より小
さいと、オーバーコレクションとなるため、式１の範囲
とすることが望ましい。次に、第３レンズ３０の形状に
ついて説明する。式３は、第３レンズ３０のベンディン
グ係数Ｂ₃について規定した条件である。 −１．５＜Ｂ₃ ＜−１．０・・・式３但し、ベンディング係数Ｂ₃は、第３レンズ３０の物面
側の曲率半径ｒ_3aと像面側の曲率半径ｒ_3bを用いて、式
４で定義する値である。Ｂ₃ ＝（ｒ_3b＋ｒ_3a）／（ｒ_3b−ｒ_3a）・・・式４第２のレンズ群Ｂは見かけ上、凸レンズ２枚の構成とな
るので、収差補正の点で第２のレンズ群Ｂの屈折力を約
２等分することが望ましい。また、第１のレンズ群Ａで
発散した光束を第２のレンズ群Ｂで収束させるので、第
２のレンズ群Ｂの横倍率は１より小さな値（後述の数値
実施例においては０．７１〜０．７４）となる。

【００２８】従って、第２のレンズ群Ｂの先頭にある第
３レンズ３０の形状は、物体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、式３の条件を満足するように、第３レンズ３０のベ
ンディング係数Ｂ₃を規定することによって、良好な収
差補正が可能となる。即ち、第３レンズ３０のベンディ
ング係数Ｂ₃が、−１．５より小さいと、アンダーコレ
クションとなり、−１．０より大きい（メニスカス形状
両面凸）とオーバーコレクションとなるため、式３の範
囲とすることが望ましい。

【００２９】ここで、非球面と収差補正との関係につい
て説明する。非球面の収差補正作用は、球面収差（像面
の全体に発生）とコマ収差・非点収差（像面の中央以外
に発生）に対して一定の比率（軸上光線と主光線の光線
高さに依存）の補正量となる。そこで、式３の条件で、
球面レンズ系での球面収差とコマ収差・非点収差のバラ
ンスを取り、残りの収差を非球面で補正することが重要
となる。

【００３０】次に、第１レンズ１５と第２レンズ２０全
体の形状について説明する。式５は、第１レンズ１５と
第２レンズ２０全体のベンディング係数Ｂ₁₂について規
定した条件である。 −１．４＜Ｂ₁₂＜−１．１・・・式５但し、ベンディング係数Ｂ₁₂は、第１レンズ１５の物面
側の曲率半径ｒ_1aと第２レンズ２０の像面側の曲率半径
ｒ_2bを用いて、式６で定義する値である。Ｂ₁₂＝（ｒ_2b＋ｒ_1a）／（ｒ_2b−ｒ_1a）・・・式６

【００３１】レトロフォーカス型の広角レンズの第１の
レンズ群Ａの作用は、光束を発散させることにある。像
面側に凹面を向けたメニスカス形状の凹レンズ１枚とな
っている従来例に比較し、第１のレンズ群Ａを色収差補
正のために凸レンズと凹レンズのレンズ２枚構成とした
この実施の形態でも、第１レンズ１５の物体側の曲率半
径ｒ_1aと第２レンズ２０の像面側の曲率半径ｒ_2bで定義
できるベンディング係数Ｂ₁₂を規定することが重要であ
る。

【００３２】即ち、ベンディング係数Ｂ₁₂が−１．４よ
り小さいと、第２レンズ２０の像面側の曲率半径が小さ
くなり過ぎてしまう。その結果、レンズ面の傾きθが大
きくなり、非球面プラスチックレンズの形状測定が困難
になってくる。逆にベンディング係数Ｂ₁₂が、−１．１
より大きいと第１レンズ１５の物体側の曲率半径が平面
に近づき周辺光線の法線に対する入射角が大きくなり、
周辺の収差補正が困難となる。

【００３３】以上の理由により、ベンディング係数Ｂ₁₂
は式５の範囲とすることが望ましい。以下、本発明の具
体的な数値による実施例として、Ｆ２．４で水平画角６
０度の広角レンズでの１／４インチＣＣＤセンサ用の実
施例５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率とアッベ数であ
る。また、レンズ面は第１レンズ１５の物体側をレンズ
面１、像面側をレンズ面２、第２レンズ２０の物体側を
レンズ面３、像面側をレンズ面４、絞り面５、第３レン
ズ３０の物体側をレンズ面６、像面側をレンズ面７、第
４レンズ４０の物体側をレンズ面８、像面側をレンズ面
９、第５レンズ５０の像面側をレンズ面１０、同様にフ
イルター７０面１１，１２、カバーガラス８０面１３，
１４としている。この実施例においては、全ての数値実
施例で第３レンズ３０の像面側に共通に非球面を設けて
いる。その他の非球面は、数値実施例１と数値実施例２
においては第１レンズ１５の物面側面２と第２レンズ２
０の像面側面４に設けている。数値実施例３は第１レン
ズ１５の物面側面１に設けている。また、数値実施例４
は第２レンズ２０の像面側面４に設けている。画角は実
光線で水平画角と対角画角を表した。

【００３４】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ｈ、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Ａ₄・
Ａ₆・Ａ₈・Ａ₁₀を用い、式７で定義される。

【数１】

【００３５】〔数値による実施例 ……図１参照〕レン
ズ構成は図１に示す配列による構成とする。ｆ＝３．２９ＦＮＯ．＝１：２．４９水平画角＝６０．１°（対角画角７２．５°）ＳｒｄＮ ν １１９．６７２１．６９０１．５８３９０３０．３２ −４２．６１５０．２４０３ −９．２４４０．９００１．４９２００５７．９４２．２９２２．０８５５（絞り）１．４００６ −８１．２６３１．７００１．４９２００５７．９７ −３．１７３０．２００８１５．００００．５００１．８４６６６２３．９９４．０００２．４２０１．７１３００５３．５１０ −６．９３３０．７２３１１フィルター ∞ ３．０３０１．５２３０７５８．５１２フィルター ∞ １．２６０１３カバーガラス ∞ ０．７７５１．５１６８０６４．２１４カバーガラス ∞ 第１レンズ１５の物体側面１は非球面とし、式７の係数
は以下の通りである。

【００３６】

【数２】第１レンズ１５の物体側面１、第２レンズ２０の像面側
面４も非球面であり、式７の係数は以下の通りである。

【数３】第１レンズ１５の物体側面１、第３レンズ３０の面７も
非球面であり、式７の係数は以下の通りである。

【数４】

【００３７】〔数値実施例２……図２参照〕レンズ構
成は図２に示す配列による構成とする。ｆ＝３．３０ＦＮＯ．＝１：２．４９水平画角＝６０．１°（対角画角７２．６°）ＳｒｄＮ ν １２１．４７２１．６４５１．５８３９０３０．３２ −４９．１３３０．２６０３ −９．０３９０．９００１．４９２００５７．９４２．３０９２．０８５５（絞り）１．４００６ −２２．１４６１．６７５１．４９２００５７．９７ −３．０１４１．０００８１５．００００．５００１．８４６６６２３．９９４．０００２．７３０１．７１３００５３．５１０ −６．６５６０．７２５１１フィルター ∞ ３．０３０１．５２３０７５８．５１２フィルター ∞ １．２６０１３カバーガラス ∞ ０．７７５１．５１６８０６４．２１４カバーガラス ∞ 第１レンズ１５の面１は非球面であり、式７の係数は以
下の通りである。

【００３８】

【数５】第１レンズ１５の面１、第２レンズ２０面４が非球面で
あり、式７の係数は以下の通りである。

【数６】第１レンズ１５の面１、第３レンズ３０の７面も非球面
であり、式７の係数は以下の通りである。

【数７】

【００３９】〔数値実施例３……図３参照〕レンズ構
成は図３に示す配列による構成とする。ｆ＝３．３３ＦＮＯ．＝１：２．４９水平画角＝６０．１°（対角画角７３．４°）ＳｒｄＮ ν １１２．１６１１．７２０１．５８３９０３０．３２ −１６．５０２０．０３０３ −１４．７１９０．９００１．４９２００５７．９４１．６５７２．０８５５（絞り）１．４００６ −１８．０６６１．６３５１．４９２００５７．９７ −２．８６５１．０００８１６．００００．５００１．８４６６６２３．９９４．０００２．４７０１．７１３００５３．５１０ −６．４２３０．７２４１１フィルター ∞ ３．０３０１．５２３０７５８．５１２フィルター ∞ １．２６０１３カバーガラス ∞ ０．７７５１．５１６８０６４．２１４カバーガラス ∞ 第１面は非球面であり、式７の係数は以下の通りであ
る。

【００４０】

【数８】第７面も非球面であり、式７の係数は以下の通りであ
る。

【数９】

【００４１】〔数値実施例４……図４参照〕レンズ構
成は図４に示す配列による構成とする。ｆ＝３．３９ＦＮＯ．＝１：２．４９水平画角＝６０．１°（対角画角７３．７°）ＳｒｄＮ ν １１９．１５６１．４５０１．５８３９０３０．３２ −２７．１７００．２００３ −３０１．０８０．９００１．４９２００５７．９４１．７１６２．０８５５（絞り）１．４００６ −２５．４４７１．５５０１．４９２００５７．９７ −２．９５８１．０００８１６．００００．５００１．８４６６６２３．９９４．０００２．３５０１．７１３００５３．５１０ −６．５２６０．７２６１１フィルター ∞ ３．０３０１．５２３０７５８．５１２フィルター ∞ １．２６０１３カバーガラス ∞ ０．７７５１．５１６８０６４．２１４カバーガラス ∞ 第２レンズ２０面４は非球面であり、式７の係数は以下
の通りである。

【数１０】第２レンズ２０面４、第３レンズ３０面７も非球面であ
り、式７の係数は以下の通りである。

【数１１】

【００４２】〔数値実施例５……図５参照〕レンズ構
成は図５に示す配列による構成とする。ｆ＝３．４３ＦＮＯ．＝１：２．４９水平画角＝６０．１°（対角画角７４．２°）ＳｒｄＮ ν １１９．７９１１．５００１．５８３９０３０．３２ −１７．００２０．２００３ −１７．５８６０．９００１．４９２００５７．９４１．８３９２．０８５５（絞り）１．４００６ −４４．３６４１．５５０１．４９２００５７．９７ −３．０７３１．２００８１８．００００．５００１．８４６６６２３．９９４．０００２．３５０１．７１３００５３．５１０ −６．２１５０．７３０１１フィルター ∞ ３．０３０１．５２３０７５８．５１２フィルター ∞ １．２６０１３カバーガラス ∞ ０．７７５１．５１６８０６４．２１４カバーガラス ∞ 第３レンズ３０の面７は非球面であり、式７の係数は以
下の通りである。

【数１２】

【００４３】また、式７の条件に対する本発明の数値に
よる実施例との関係は、以下の通りである。いずれの実施例も式７を満足している。

【００４４】式３と式５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。

【００４５】各実施例において第１レンズ１５と第２レ
ンズ２０全体のベンディング係数Ｂ₁₂を上記の値とする
ことにより、第２レンズ２０の像面側のレンズ面での最
大傾きθを以下の通りの値としている。実施例Ｎｏ． θ 光軸からの高さ（ｍｍ）１５１．１° １．４００２４９．２° １．４００３５１．７° １．３００４５０．９° １．３４５５４７．５° １．３５５

【００４６】また、色収差補正が関係しているので、色
収差量も合わせて示す。倍率色収差の評価像高は、歪曲
収差の違いで各数値実施例で多少異なる。実施例Ｎｏ．軸上色収差（ｍｍ）倍率色収差（ｍｍ）１ −０．００２０．００８（像高１．７４ｍｍ）２０．００００．００７（像高１．７４ｍｍ）３０．００９０．００４（像高１．７３ｍｍ）４０．００４０．００７（像高１．７０ｍｍ）５０．００１０．００５（像高１．６９ｍｍ）

【００４７】ここで、撮影距離２ｍでの各数値実施例に
関する収差図を、図８、図９、図１０、図１１、図１２
に示す。図８は実施例１、図９は実施例２、図１０は実
施例３、図１１は実施例４、図１２は実施例５をそれぞ
れ示している。各図ともに、左側の２列がコマ収差図で
あり、下から順に最大像高２．２５ｍｍに対する相対像
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。右側には球面収差、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。収差図の
座標の最大値は、コマ収差が±２０μｍ、球面収差と正
弦条件が±５０μｍ、非点収差が±１００μｍ、歪曲
収差が±１０％である。

【００４８】

【発明の効果】本発明の広角レンズは、Ｆナンバー２．
４、水平画角６０度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。特
に、ガラスレンズ玉の曲率半径が量産に適した大きさを
有しているので、広角レンズ全体の製造コストの低減を
実現しており、低コスト化の効果が大きい。

【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。

【図２】本発明の数値実施例２のレンズ構成図。

【図３】本発明の数値実施例３のレンズ構成図。

【図４】本発明の数値実施例４のレンズ構成図。

【図５】本発明の数値実施例５のレンズ構成図。

【図６】本発明の第１レンズ群での、凸レンズと凹レン
ズの基本構成を説明した図。

【図７】本発明の第２レンズ群での、凹レンズの基本配
置を説明した図。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】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。

【図１２】本発明の数値実施例５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。

【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第５レンズ６絞り７フィルター８カバーガラス９撮像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の焦点距離を有する第１レンズと、負
の焦点距離を有する第２レンズとよりなる第１のレンズ
群を物体側に、正の焦点距離を有する第３レンズと、負
の焦点距離を有する第４レンズと、正の焦点距離を有す
る第５レンズとよりなる第２のレンズ群を像面側に配設
し、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間には間隔を
形成してなる広角レンズにおいて、第１のレンズ群は、第１レンズを両凸のレンズ形状のプ
ラスチックレンズ、第２レンズを像面側に凹面を向けた
レンズ形状のプラスチックレンズとし、第２のレンズ群
は、第３レンズを像面側に凸面を向けたレンズ形状で像
面側に非球面を設けたプラスチックレンズ、第４レンズ
を物面側に凸面を向けたメニスカスレンズ形状のガラス
レンズ、第５レンズを両凸のレンズ形状のガラスレンズ
とすると共に、第２のレンズ群の第４レンズと第５レンズは貼り合わせ
構造としたことを特徴とする広角レンズ。
【請求項２】第２のレンズ群の第３レンズは像面側の
レンズ面の非球面量をΨとするとき、Ψが負の値である
請求項１記載の広角レンズ。但し、非球面量Ψは、非球
面式の円錐定数Ｋと４次の係数Ａ₄、及び、レンズ面の
曲率半径ｒとレンズ面前後の屈折率差ΔＮを用いて、次
式で定義する。 Ψ＝（Ｋ／８／ｒ³＋Ａ₄）・ΔＮ
【請求項３】第２のレンズ群の第３レンズは像面側の
レンズ面の非球面量Ψが、以下の条件を満足するよう構
成されてなる請求項２記載の広角レンズ。 −０．００３＜Ψ＜０
【請求項４】第２のレンズ群の第３レンズはベンディ
ング係数をＢ₃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２記載の広角レンズ。 −１．５＜Ｂ₃＜−１．０但し、ベンディング係数Ｂ₃は、第３レンズの物面側の
曲率半径ｒ_3aと像面側の曲率半径ｒ_3bを用いて、次式で
定義する。Ｂ₃＝（ｒ_3b＋ｒ_3a）／（ｒ_3b−ｒ_3a）
【請求項５】第１のレンズ群の第１レンズと第２レン
ズを合せた全体のベンディング係数をＢ₁₂とするとき、
以下の条件を満足するよう構成してなる請求項２記載の
広角レンズ。 −１．４＜Ｂ₁₂＜−１．１但し、ベンディング係数Ｂ₁₂は、第１レンズの物面側の
曲率半径ｒ_1aと第２レンズの像面側の曲率半径ｒ_2bを用
いて、次式で定義する。Ｂ₁₂＝（ｒ_2b＋ｒ_1a）／（ｒ_2b−ｒ_1a）
【請求項６】第１のレンズ群の第１レンズは少なくと
も１つのレンズ面を非球面としてなる請求項１乃至２記
載の広角レンズ。
【請求項７】第１のレンズ群の第２レンズは少なくと
も１つのレンズ面を非球面としてなる請求項１乃至２記
載の広角レンズ。