WO2009139114A1 - 広角レンズ - Google Patents

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WO2009139114A1
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wide
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object side
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Inventor
今岡卓也
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パナソニック株式会社
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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    • G—PHYSICS
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    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/12—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only

Definitions

  • the present invention relates to a wide-angle lens used in a small camera such as an in-vehicle camera, a mobile phone camera, a PC camera, and a surveillance camera using an image sensor such as a CCD (Charge® Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor). .
  • a small camera such as an in-vehicle camera, a mobile phone camera, a PC camera, and a surveillance camera using an image sensor such as a CCD (Charge® Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor).
  • CCD Charge® Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Metal Oxide Semiconductor
  • a wide-angle lens that is small and inexpensive and has an angle of view of 150 degrees or more is demanded.
  • a plurality of lenses are used for such a wide-angle lens.
  • JP-A-2005-181596, JP-A-2006-209028, and JP-A-2007-114546 disclose lenses that achieve a wide angle of view using three lenses. .
  • the first lens has a negative power and the second lens has a positive power.
  • the first lens disposed at a position closest to the object side is a lens having a small radius of curvature of 2.20 to 2.88 mm on the image side surface of the lens (Table 1A in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-181596, Table 2A, Table 3A).
  • the first lens is a spherical lens, there is a problem that processing becomes difficult.
  • a wide angle is achieved by increasing the distortion.
  • the present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a wide-angle lens capable of easily manufacturing a lens and reducing distortion even when a small number of lenses are used. To do.
  • the wide-angle lens according to the present invention is a lens system having a first lens, a second lens, and a third lens arranged in order from the object side, and a diaphragm provided between the second lens and the third lens.
  • a wide-angle lens wherein the first lens has a negative power and is a spherical meniscus lens having a convex surface directed toward an object, and the second lens has a negative power on an optical axis, It is an aspherical meniscus lens having a positive power as it moves away from the optical axis and having a convex surface directed toward the object side, the third lens is a lens having a positive power, and the second lens has an Abbe number of 30.
  • the ratio of the diagonal length D of the image sensor disposed on the imaging plane of the lens system and the focal length f of the entire lens system is f / D ⁇ 0.26, and the third The focal length f3 of the lens and the entire lens system
  • the ratio between the focal length f of has a structure which is f3 / f ⁇ 1.5.
  • the second lens is an aspheric meniscus lens having a convex surface facing the object side, and the convex surface on the object side of the second lens has an aspheric surface having negative power on the optical axis and having positive power as the distance from the optical axis increases.
  • the mold processing of the second lens can be easily performed.
  • the ratio between the diagonal length D of the image sensor and the focal length f of the entire lens system is f / D ⁇ 0.26, and the ratio of the focal length f3 of the third lens to the focal length f of the entire lens system. Since f3 / f ⁇ 1.5, it is possible to provide a wide-angle lens with a small distortion. By satisfying f3 / f ⁇ 1.5 even if the focal length f of the entire lens system is short, The back focus can be lengthened. When f / D> 0.26, the focal length f of the entire lens system becomes long. Therefore, a wide angle of view cannot be obtained unless the distortion is increased.
  • the back focus becomes too short, and the third lens is provided between the image sensor and the third lens when the third lens is moved, for example, by focus adjustment. May come into contact with glass and be damaged.
  • the lenses can be easily manufactured and the distortion can be reduced.
  • the third lens may be an aspheric lens. Therefore, it is possible to correct the incident angle of light at the periphery of the image sensor in parallel and improve the performance.
  • the material of the second lens may be a resin.
  • the shape of the second lens can be easily formed.
  • the material of the third lens may be a resin.
  • the shape of the third lens can be easily formed.
  • an aspherical surface can be easily formed on the third lens, and the cost can be reduced.
  • the material of the first lens may be glass.
  • the present invention includes a first lens that is a spherical meniscus lens having a negative power and a convex surface formed on the object side lens surface, a negative power on the optical axis, and a positive power as the distance from the optical axis increases.
  • a second lens that is an aspherical meniscus lens having a convex surface formed on the object side lens surface and a third lens that is a lens having a positive power are arranged in order from the object side, and an Abbe of the second lens
  • the number is 30 or less
  • the ratio of the diagonal length D of the image sensor to the focal length f of the entire lens system is f / D ⁇ 0.26
  • the focal length f3 of the third lens and the focal length f of the entire lens system By setting the ratio of f3 / f ⁇ 1.5, it is possible to provide a wide-angle lens capable of easily manufacturing a lens and reducing distortion even when a small number of lenses are used. .
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wide-angle lens according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a spherical aberration diagram of a wide-angle lens having the lens data of Example 1.
  • FIG. 2B is an astigmatism diagram of the wide-angle lens having the lens data of Example 1.
  • FIG. 2C is a distortion aberration diagram of the wide-angle lens having the lens data of Example 1.
  • FIG. 3A is a spherical aberration diagram of a wide-angle lens having lens data of Example 2.
  • FIG. FIG. 3B is an astigmatism diagram of a wide-angle lens having the lens data of Example 2.
  • FIG. 3C is a distortion diagram of a wide-angle lens having the lens data of Example 2.
  • FIG. 4A is a spherical aberration diagram of a wide-angle lens having lens data of Example 3.
  • FIG. 4B is an astigmatism diagram of a wide-angle lens having the lens data of Example 3.
  • FIG. 4C is a distortion diagram of the wide-angle lens having the lens data of Example 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wide-angle lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cut surface when each component of the wide-angle lens is cut by a plane including the optical axis Z.
  • the left side of the drawing is the object side and the right side of the drawing is the image side.
  • the wide-angle lens 100 includes an optical system including a first lens 1, a second lens 2, a third lens 3, and a diaphragm 4.
  • the first lens 1, the second lens 2, and the third lens 3 are arranged in order from the object side along the optical axis Z.
  • the diaphragm 4 is disposed between the second lens 2 and the third lens 3.
  • the cover glass 5 and the image sensor 6 are disposed on the image plane side of the wide-angle lens 100.
  • the first lens 1 is a spherical lens having negative power and having a meniscus shape with a convex surface facing the object side.
  • the first lens 1 preferably has an Abbe number of 40 or more and a refractive index of 1.7 or more.
  • the material of the first lens 1 is glass. Accordingly, the inside of the wide-angle lens can be protected from various harmful effects, and the lens can be made strong against various environments.
  • the material of the first lens 1 is glass, but the material of the first lens 1 may be resin.
  • the second lens 2 is an aspheric lens having a meniscus shape with a convex surface facing the object side.
  • the convex aspherical surface has a negative power on the optical axis and is formed to have a positive power as the distance from the optical axis increases. Thereby, the lateral chromatic aberration of the light beam off the optical axis can be corrected.
  • both surfaces (the object-side surface and the image-side surface) of the second lens 2 are aspherical surfaces.
  • the Abbe number of the second lens 2 is 30 or less. Thereby, the 2nd lens 2 can correct
  • the material of the second lens 2 is resin. Thereby, the shape of the second lens 2 can be easily formed. In particular, it is easy to form an aspherical surface on the second lens 2 and the cost can be reduced.
  • the material of the second lens 2 may be resin or glass.
  • the third lens 3 is an aspheric lens having a positive power. Thereby, the 3rd lens 3 can correct
  • the Abbe number of the third lens 3 is 50 or more. Thereby, the 3rd lens 3 can correct
  • the third lens 3 is preferably an aspheric lens, but may be a spherical surface.
  • the material of the third lens 3 is resin. Thereby, the shape of the third lens 3 can be easily formed. In particular, it is easy to form an aspherical surface on the third lens 3 and the cost can be reduced.
  • the material of the third lens 3 may be resin or glass.
  • the diaphragm 4 is disposed between the second lens 2 and the third lens 3 and adjusts the amount of light incident on the third lens 3 from the second lens 2.
  • the cover glass 5 may have a role of sealing the image sensor 6.
  • the cover glass 5 may have the characteristics of a filter that transmits light in a certain wavelength region or a low-pass filter.
  • the image sensor 6 is disposed on the imaging surface of the lens system and captures an image formed by the lens system.
  • the wide-angle lens 100 of the present embodiment has optical characteristics that satisfy the conditions of the following expressions (1) and (2).
  • both the first lens 1 and the second lens 2 have negative power, the negative power can be distributed to the two lenses.
  • the radius of curvature of the image side surface of the first lens 1 can be increased, and the processing of the first lens 1 can be facilitated.
  • the incident angle of light to the first lens 1 can be made close to vertical. For example, it is possible to suppress the angle dependency when an antireflection film is deposited on the object-side surface of the first lens 1.
  • the second lens 2 is an aspheric meniscus lens having a convex surface facing the object side, and the convex surface on the object side of the second lens 2 has a negative power on the optical axis, and a positive power as the distance from the optical axis increases. Since the inflection point cannot be formed in the convex aspherical shape, the second lens 2 can be easily machined.
  • the second lens 2 has an Abbe number of 30 or less, and has a positive power as the aspherical convex surface on the object side of the second lens 2 moves away from the optical axis, and the first lens 1 has a negative power.
  • the second lens 2 has an Abbe number of 30 or less, and has a positive power as the aspherical convex surface on the object side of the second lens 2 moves away from the optical axis, and the first lens 1 has a negative power.
  • the ratio between the diagonal length D of the image sensor and the focal length f of the entire lens system is f / D ⁇ 0.26
  • the ratio of the focal length f3 of the third lens 3 and the focal length f of the entire lens system is Since f3 / f ⁇ 1.5, a lens with a small distortion and a wide angle can be provided. Even if the focal length f of the entire lens system is short, f3 / f ⁇ 1.5 is satisfied, Focus can be lengthened. When f / D> 0.26, the focal length f of the entire lens system becomes long. Therefore, a wide angle of view cannot be obtained unless the distortion is increased. Further, when f3 / f ⁇ 1.5, the back focus becomes too short. For example, when the third lens 3 moves due to focus adjustment or the like, the third lens 3 is located between the imaging element 6 and the third lens 3. The third lens 3 may be damaged in contact with the cover glass provided on the lens.
  • the lens can be easily manufactured and the distortion can be reduced.
  • the third lens 3 is an aspherical lens, it is possible to correct the incident angle of light at the periphery of the image sensor in parallel and improve the performance.
  • the material of the second lens 2 is resin
  • the shape of the second lens 2 can be easily formed.
  • the material of the third lens 3 is resin
  • the shape of the third lens 3 can be easily formed.
  • the material of the first lens 1 is glass, the inside of the wide-angle lens can be protected from various harmful effects, and the wide-angle lens is strong against various environments. Can do.
  • Examples 1 to 3 listed here correspond to this embodiment, and the configuration of the lenses of Examples 1 to 3 is the same as the configuration shown in FIG.
  • the object side surface of the first lens 1 is the S1 surface
  • the image surface side surface is the S2 surface
  • the object side surface of the second lens 2 is the S3 surface
  • the image surface side surface Is the S4 surface
  • the aperture is the S5 surface
  • the object side surface of the third lens 3 is the S6 surface
  • the image side surface is the S7 surface
  • the object side surface of the cover glass is the S8 surface
  • the image side surface is the S9 surface.
  • the S3 surface, the S4 surface, the S6 surface, and the S7 surface are aspherical refractive optical surfaces.
  • the aspherical surface shape is expressed by the following equation (3), where the X axis is coaxial with the optical axis, the Y axis is perpendicular to the optical axis, and the traveling direction of the light beam is positive.
  • Table 1 shows lens data of the wide-angle lens of Example 1.
  • F-no is the F number
  • the focal length (f) is the focal length of the entire optical system of the wide-angle lens 100 shown in FIG. 1
  • the sensor diagonal length (D) is the diagonal of the image sensor 6 (sensor).
  • the distance between the ends, the angle of view (2 ⁇ ) is the angle of view at the diagonal end of the image sensor 6,
  • the focal length (f3) of the third lens 3 is the focal length of the third lens 3 alone
  • f3 / f is the third lens 3 Is the ratio between the focal length of the entire lens system and the focal length of the entire lens system
  • f / D is the ratio of the focal length of the entire lens system and the diagonal length of the sensor
  • the back focus (in glass) is the image plane that is the second surface of the third lens 3
  • the distance from the side surface (S7 surface) to the object side surface (imaging surface, sensor surface) of the image sensor 6 is shown.
  • the surface type represents the shape of each surface of S1 to S9.
  • the radius of curvature is the radius of the surface.
  • the surface interval is an interval on the optical axis from a specified surface to the next surface in order from the object side.
  • d1 is the distance between the S1 and S2 faces
  • d2 is the distance between the S2 and S3 faces
  • d3 is the distance between the S3 and S4 faces,.
  • interval between S9 surface and the object side surface (imaging surface) of the image pick-up element 6 is shown.
  • the refractive index nd is a refractive index with respect to d-line (587.56 nm) between a specified surface and the next surface in order from the object side.
  • the Abbe number ⁇ d is an Abbe number with respect to the d-line between the specified surface and the next surface in order from the object side.
  • Table 2 shows constants and coefficients for specifying the aspherical shape of the lens surface that is aspherical in Example 1.
  • the conic constant (K) is the same as the conical coefficient (k) in the expression (3)
  • the aspheric coefficients A, B, C, and D are A 1 , A 2 , A 3 in the expression (3). , corresponding respectively to a 4.
  • FIG. 2A to 2C are aberration diagrams of the wide-angle lens having the lens data of Example 1.
  • FIG. 2A is a spherical aberration diagram
  • FIG. 2B is an astigmatism diagram
  • FIG. 2C is a distortion diagram.
  • an aberration with the e-line as a reference wavelength is shown.
  • the spherical aberration diagram (FIG. 2A) also shows C-line and F-line aberrations.
  • the solid line indicates the sagittal direction and the broken line indicates the tangential aberration.
  • FIG. 2B the spherical aberration diagram
  • the vertical axis represents the F number (F-no), and the horizontal axis represents the aberration amount (mm).
  • the vertical axis represents the image height (mm)
  • the horizontal axis represents the aberration amount (mm).
  • the vertical axis represents the image height (mm)
  • the horizontal axis represents the distortion (%) with respect to the e-line.
  • distortion (Di), lateral chromatic aberration (60%) Ce, and lateral chromatic aberration (60%) Fe are as follows.
  • distortion (Di) is distortion (distortion aberration) at the diagonal end of the image sensor.
  • the chromatic aberration of magnification (60%) Ce is the main C-line (wavelength 656.27 nm) on the image plane with reference to the e-line (wavelength 546.07 nm) at 60% of the diagonal end of the image sensor.
  • the difference in the direction perpendicular to the optical axis of the light beam is shown.
  • the chromatic aberration of magnification (60%) Fe is perpendicular to the optical axis of the principal ray on the image surface of the F line (wavelength 486.13 nm) with reference to the e line at 60% of the diagonal end of the image sensor. Shows the difference in different directions.
  • Table 3 shows lens data of the wide-angle lens of Example 2. Each symbol in Table 3 is the same as that described in Table 1.
  • Table 4 shows constants and coefficients for specifying the aspherical shape of the lens surface that is aspherical in Example 2. Each symbol in Table 4 is the same as that described in Table 2.
  • FIG. 3A to 3C are aberration diagrams of the wide-angle lens having the lens data of Example 2.
  • FIG. 3A is a spherical aberration diagram
  • FIG. 3B is an astigmatism diagram
  • FIG. 3C is a distortion diagram.
  • an aberration with the e-line as a reference wavelength is shown.
  • the spherical aberration diagram (FIG. 3A) also shows C-line and F-line aberrations.
  • the solid line indicates the sagittal direction
  • the broken line indicates the tangential aberration.
  • the description of the vertical axis and the horizontal axis of each aberration diagram is the same as the description of FIG.
  • distortion (Di), lateral chromatic aberration (60%) Ce, and lateral chromatic aberration (60%) Fe are as follows.
  • Table 5 shows lens data of the wide-angle lens of Example 3. Each symbol in Table 5 is the same as that described in Table 1.
  • Table 6 shows constants and coefficients for specifying the aspherical shape of the lens surface that is aspherical in Example 3. Each symbol in Table 6 is the same as that described in Table 2.
  • FIG. 4A to 4C are aberration diagrams of the wide-angle lens having the lens data of Example 3.
  • FIG. 4A is a spherical aberration diagram
  • FIG. 4B is an astigmatism diagram
  • FIG. 4C is a distortion diagram.
  • the spherical aberration diagram (FIG. 4A) also shows C-line and F-line aberrations.
  • the solid line indicates the sagittal direction and the broken line indicates the tangential aberration.
  • the description of the vertical axis and the horizontal axis of each aberration diagram is the same as the description of FIG. Distortion (D): -52.0% Chromatic Aberration (60%) Ce: 9.3um Chromatic Aberration (60%) Fe: -7.0um
  • the present invention has the effect of using a small number of lenses and reducing the chromatic aberration of magnification while facilitating the manufacture of the lens and reducing the distortion.
  • This is useful for a wide-angle lens used in a small camera represented by an in-vehicle camera, a mobile phone camera, a PC camera, a surveillance camera and the like using an image sensor.

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Abstract

　広角レンズ（１００）は、物体側から順に配置された第１レンズ（１）、第２レンズ（２）、第３レンズ（３）と、絞り（４）とを有する。第１レンズ（１）は負のパワーを有し、物体に凸面を向けた球面メニスカスレンズで、第２レンズ（２）は光軸上に負のパワーを有し、光軸から離れるにつれて正のパワーを有し、物体側に凸面を向けた非球面メニスカスレンズで、第３レンズ（３）は正のパワーを有するレンズである。また、第２レンズ（２）はアッベ数が３０以下で、レンズ系の結像面に配置される撮像素子の対角長Ｄとレンズ系全体の焦点距離ｆとの比がｆ／Ｄ≦０．２６であり、第３レンズ（３）の焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆとの比がｆ３／ｆ＜１．５である。これにより、少ない枚数のレンズを用いた場合であっても、レンズを製造し易くでき、ディストーションを小さくすることができる広角レンズを提供する。

Description

広角レンズ 関連する出願
　本出願では、２００８年５月１６日に日本国に出願された特許出願番号２００８－１２９６２５の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
　本発明は、ＣＣＤ（Charge 　Coupled 　Device）やＣＭＯＳ（Complementary 　Metal 　Oxide 　Semiconductor）等の撮像素子を用いた車載カメラ、携帯電話機用カメラ、ＰＣ用カメラ、監視用カメラ等の小型カメラに用いられる広角レンズに関する。
　近年、車載用カメラ等の小型カメラに用いられるレンズとして、小型かつ安価で、画角１５０度以上の広角レンズが求められている。このような広角レンズには、複数枚のレンズが用いられている。
　以下の特開２００５－１８１５９６号公報、特開２００６－２０９０２８号公報および特開２００７－１１４５４６号公報には、３枚のレンズを用いて、広い画角を達成しているレンズが開示されている。
　特開２００５－１８１５９６号公報に記載された広角レンズでは、第１レンズが負のパワーを有し、第２レンズが正のパワーを有している。物体側に最も近い位置に配置された第１レンズは、レンズの像面側の面の曲率半径が２．２０～２．８８ｍｍと小さいレンズである（特開２００５－１８１５９６号公報の表１Ａ、表２Ａ、表３Ａ参照）。このため、第１レンズは球面レンズであるにもかかわらず、加工が困難になるという問題があった。特開２００６－２０９０２８号公報および特開２００７－１１４５４６号公報に記載された広角レンズでは、ディストーションを大きくして広角を達成している。これらの広角レンズでは、撮像素子の対角端でのディストーション（絶対値）が５０％を大きく超えている（特開２００６－２０９０２８号公報の図３、図４、特開２００７－１１４５４６号公報の図３８～図４９参照）。このため、周辺部の画像が小さくなり、見にくくなってしまうという問題があった。
　本発明は、上記背景に鑑みてなされたもので、少ない枚数のレンズを用いた場合であっても、レンズを簡単に製造でき、ディストーションを小さくすることができる広角レンズを提供することを目的とする。
　本発明に係る広角レンズは、物体側から順に配置された第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズと、前記第２レンズおよび前記第３レンズの間に設けられた絞りとを有するレンズ系である広角レンズであって、前記第１レンズは、負のパワーを有し、物体に凸面を向けた球面メニスカスレンズであり、前記第２レンズは、光軸上に負のパワーを有し、前記光軸から離れるにつれて正のパワーを有し、物体側に凸面を向けた非球面メニスカスレンズであり、前記第３レンズは、正のパワーを有するレンズであり、前記第２レンズはアッベ数が３０以下であり、前記レンズ系の結像面に配置される撮像素子の対角長Ｄと、前記レンズ系全体の焦点距離ｆとの比が、ｆ／Ｄ≦０．２６であり、前記第３レンズの焦点距離ｆ３と、前記レンズ系全体の焦点距離ｆとの比が、ｆ３／ｆ＜１．５である構成を有している。
　この構成により、第１レンズおよび第２レンズの双方が負のパワーを有するので、負のパワーを２つのレンズに分散することができる。この結果、第１レンズの像面側の面の曲率半径を大きくすることができ、第１レンズの加工を容易にすることができる。第２レンズを物体側に凸面を向けた非球面メニスカスレンズとし、第２レンズの物体側の凸面を、光軸上において負のパワーを有し、光軸から離れるにつれて正のパワーを有する非球面としたことにより、凸面の非球面形状に変曲点ができないので、当該第２レンズの金型加工を簡単に行うことができる。また、撮像素子の対角長Ｄと、レンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ／Ｄ≦０．２６とし、第３レンズの焦点距離ｆ３と、レンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ３／ｆ＜１．５としたので、ディストーションが小さくて広角なレンズを提供することができ、レンズ系全体の焦点距離ｆが短くてもｆ３／ｆ＜１．５を充足することで、バックフォーカスを長くすることができる。ｆ／Ｄ＞０．２６となると、レンズ系全体の焦点距離ｆが長くなってしまうため、ディストーションを大きくしないと広い画角とすることができない。また、ｆ３／ｆ≧１．５となるとバックフォーカスが短くなりすぎて、例えばフォーカス調整などで第３レンズが移動する際に、第３レンズが撮像素子と第３レンズとの間に設けられるカバーガラスと接触して傷付く可能性がある。以上の通り、本発明により、少ない枚数のレンズを用いた場合であっても、レンズを簡単に製造でき、ディストーションを小さくすることができる。
　本発明に係る広角レンズにおいて、前記第３レンズは非球面レンズでもよい。これにより、撮像素子の周辺部の光線入射角を平行に補正し、かつ、性能を上げることができる。
　本発明に係る広角レンズにおいて、前記第２レンズの材質が樹脂であってもよい。これにより、第２レンズの形状を形成し易くすることができる。特に、第２レンズに非球面を形成し易く、安価にできる。
　本発明に係る広角レンズにおいて、前記第３レンズの材質が樹脂であってもよい。これにより、第３レンズの形状を形成し易くすることができる。特に、第３レンズに非球面を形成し易く、安価にできる。
　また、本発明に係る広角レンズにおいて、前記第１レンズの材質がガラスであってもよい。これにより、広角レンズ内部を様々な弊害から保護することができ、様々な環境に対して強い広角レンズとすることができる。
　本発明は、負のパワーを有し、物体側レンズ面に凸面が形成された球面メニスカスレンズである第１レンズと、光軸上において負のパワーを有し、光軸から離れるにつれて正のパワーを有し、物体側レンズ面に凸面が形成された非球面メニスカスレンズである第２レンズと、正のパワーを有するレンズである第３レンズとを物体側から順に配列し、第２レンズのアッベ数を３０以下とし、撮像素子の対角長Ｄとレンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ／Ｄ≦０．２６とし、第３レンズの焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ３／ｆ＜１．５としたことにより、少ない枚数のレンズを用いた場合であっても、レンズを簡単に製造でき、ディストーションを小さくすることができる広角レンズを提供することができる。
　以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
図１は、本発明の実施の形態の広角レンズの構成を示す図 図２Ａは、実施例１のレンズデータを有する広角レンズの球面収差図 図２Ｂは、実施例１のレンズデータを有する広角レンズの非点収差図 図２Ｃは、実施例１のレンズデータを有する広角レンズの歪曲収差図 図３Ａは、実施例２のレンズデータを有する広角レンズの球面収差図 図３Ｂは、実施例２のレンズデータを有する広角レンズの非点収差図 図３Ｃは、実施例２のレンズデータを有する広角レンズの歪曲収差図 図４Ａは、実施例３のレンズデータを有する広角レンズの球面収差図 図４Ｂは、実施例３のレンズデータを有する広角レンズの非点収差図 図４Ｃは、実施例３のレンズデータを有する広角レンズの歪曲収差図
　以下に、本発明の詳細な説明を述べる。以下に説明する実施の形態は本発明の単なる例であることが理解され、本発明は様々な態様に変形することができる。従って、以下に開示する特定の構成および機能は、請求の範囲を限定するものではない。
　本発明の実施の形態に係る広角レンズについて、図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態の広角レンズの構成を示す図である。図１では、光軸Ｚを含む面で広角レンズの各構成部品を切断したときの切断面を表しており、紙面左側が物体側、紙面右側が像面側である。図１に示されるように、広角レンズ１００は、第１レンズ１と、第２レンズ２と、第３レンズ３と、絞り４とを備えた光学系により構成される。第１レンズ１、第２レンズ２および第３レンズ３は、光軸Ｚに沿って物体側から順に配列されている。絞り４は、第２レンズ２および第３レンズ３の間に配置される。広角レンズ１００の像面側には、カバーガラス５および撮像素子６が配置される。
　第１レンズ１は、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する球面レンズである。第１レンズ１は、アッベ数４０以上、屈折率１．７以上であることが好ましい。アッベ数を４０以上にすることにより色収差を補正し易くすることができ、屈折率を高くすることによりレンズの曲率半径を大きくすることができ、レンズを加工し易くすることができる。第１レンズ１の材質は、ガラスである。これにより、広角レンズ内部を様々な弊害から保護することができ、様々な環境に対して強いレンズとすることができる。本実施の形態では、第１レンズ１の材質はガラスであるが、第１レンズ１の材質は樹脂であってもよい。
　第２レンズ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する非球面レンズである。凸面の非球面は、光軸上において負のパワーを有し、光軸から離れるにつれて正のパワーを有するように形成されている。これにより、光軸外の光線の倍率色収差を補正することができる。また、色収差をよりよく補正するために、第２レンズ２の両方の面（物体側の面と像面側の面）を非球面とすることが好ましい。第２レンズ２のアッベ数は３０以下である。これにより、第２レンズ２は、色収差を効果的に補正できる。第２レンズ２の材質は、樹脂である。これにより、第２レンズ２の形状を形成し易くすることができる。特に、第２レンズ２に非球面を形成し易く、安価にできる。なお、第２レンズ２の材質は、樹脂であってもよいし、ガラスであってもよい。
　第３レンズ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。これにより、第３レンズ３は、色収差を効果的に補正でき、撮像素子の周辺部の光線入射角を平行に補正し、かつ、性能を上げることができる。第３レンズ３のアッベ数は、５０以上である。これにより、第３レンズ３は、色収差を効果的に補正できる。なお、第３レンズ３は非球面レンズであるのが好ましいが、球面であってもよい。第３レンズ３の材質は、樹脂である。これにより、第３レンズ３の形状を形成し易くすることができる。特に、第３レンズ３に非球面を形成し易く、安価にできる。なお、第３レンズ３の材質は、樹脂であってもよいし、ガラスであってもよい。
　絞り４は、第２レンズ２および第３レンズ３の間に配置されており、第２レンズ２から第３レンズ３へ入射する光の量を調整する。カバーガラス５は、撮像素子６を密封する役割を有していてもよい。カバーガラス５は、ある波長域の光を透過するフィルタや、ローパスフィルタの特性を有していてもよい。撮像素子６は、レンズ系の結像面に配置されており、レンズ系により結像された像を撮像する。
　本実施の形態の広角レンズ１００においては、以下の式（１）および式（２）の条件を満たす光学特性を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本実施の形態に係る広角レンズは、第１レンズ１および第２レンズ２の双方が負のパワーを有するので、負のパワーを２つのレンズに分散することができる。この結果、第１レンズ１の像面側の面の曲率半径を大きくすることができ、第１レンズ１の加工を容易にすることができる。第１レンズ１の物体側を凸面とすることにより、第１レンズ１への光の入射角を垂直に近づけることができる。例えば、反射防止膜を第１レンズ１の物体側の面に蒸着した場合等の角度依存性を抑えることができる。また、第２レンズ２を物体側に凸面を向けた非球面メニスカスレンズとし、第２レンズ２の物体側の凸面を、光軸上において負のパワーを有し、光軸から離れるにつれて正のパワーを有する非球面としたことにより、凸面の非球面形状に変曲点ができないので、第２レンズ２の金型加工を簡単に行うことができる。
　また、第２レンズ２は、アッベ数を３０以下とし、第２レンズ２の物体側の非球面形状の凸面が光軸から離れるにつれて正のパワーを有し、第１レンズ１が負のパワーを有することにより、光軸外の光線の倍率色収差を補正することができる。この結果、レンズ系全体の倍率色収差を小さくすることができる。第２レンズ２のアッベ数が３０を超えてしまうと、レンズ系全体の倍率色収差が大きくなり、撮像素子の周辺部で良好な画像を得ることができない。
　また、撮像素子の対角長Ｄとレンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ／Ｄ≦０．２６とし、第３レンズ３の焦点距離ｆ３とレンズ系全体の焦点距離ｆとの比をｆ３／ｆ＜１．５としたので、ディストーションが小さくて広角なレンズを提供することができ、レンズ系全体の焦点距離ｆが短くてもｆ３／ｆ＜１．５を充足することで、バックフォーカスを長くすることができる。ｆ／Ｄ＞０．２６となると、レンズ系全体の焦点距離ｆが長くなってしまうため、ディストーションを大きくしないと広い画角とすることができない。また、ｆ３／ｆ≧１．５となるとバックフォーカスが短くなりすぎて、例えばフォーカス調整などで第３レンズ３が移動する際に、第３レンズ３が撮像素子６と第３レンズ３との間に設けられるカバーガラスと接触して、第３レンズ３が傷付く可能性がある。
　以上の通り、本実施の形態により、３枚という少ない枚数のレンズを用いた場合であっても、レンズを簡単に製造でき、ディストーションを小さくすることができる。
　また、本実施の形態に係る広角レンズによれば、第３レンズ３は非球面レンズなので、撮像素子の周辺部の光線入射角を平行に補正し、かつ、性能を上げることができる。
　また、本実施の形態に係る広角レンズによれば、第２レンズ２の材質が樹脂なので、第２レンズ２の形状を形成し易くすることができる。特に、第２レンズ２に非球面を形成し易く、安価にできる。
　また、本実施の形態に係る広角レンズによれば、第３レンズ３の材質が樹脂なので、第３レンズ３の形状を形成し易くすることができる。特に、第３レンズ３に非球面を形成し易く、安価にできる。
　また、本実施の形態に係る広角レンズによれば、第１レンズ１の材質がガラスなので、広角レンズ内部を様々な弊害から保護することができ、様々な環境に対して強い広角レンズとすることができる。
　次に、本実施の形態に係る広角レンズの具体的な数値実施例について説明する。ここで挙げる実施例１～３は、本実施の形態に対応しており、実施例１～３のレンズの構成は図１に示された構成と同一である。
　以下の説明では、物体側から順に、第１レンズ１の物体側の面をＳ１面、像面側の面をＳ２面、第２レンズ２の物体側の面をＳ３面、像面側の面をＳ４面、絞りをＳ５面、第３レンズ３の物体側の面をＳ６面、像面側の面をＳ７面、カバーガラスの物体側の面をＳ８面、像面側の面をＳ９面とする。
　また、Ｓ３面、Ｓ４面、Ｓ６面およびＳ７面は非球面形状の屈折光学面である。非球面の面形状は、光軸と同軸にＸ軸、光軸に垂直にＹ軸をとり、光線の進行方向を正とした場合、次の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　表１は、実施例１の広角レンズのレンズデータである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、Ｆ－ｎｏはＦナンバー、焦点距離（ｆ）は図１に示される広角レンズ１００の光学系全体の焦点距離、センサー対角長（Ｄ）は撮像素子６（センサー）の対角端間の距離、画角（２ω）は撮像素子６の対角端における画角、第３レンズ３の焦点距離（ｆ３）は第３レンズ３単体の焦点距離、ｆ３／ｆは第３レンズ３の焦点距離とレンズ系全体の焦点距離の比、ｆ／Ｄはレンズ系全体の焦点距離とセンサー対角長の比、バックフォーカス（in 　glass）は第３レンズ３の第２面である像面側の面（Ｓ７面）から撮像素子６の物体側の面（撮像面、センサー面）までの距離を示している。
　また、表１において、面タイプはＳ１～Ｓ９の各面の形状を表している。曲率半径は面の半径であり、面タイプが平面の場合には値を記載してしない。面間隔は、物体側から順に指定した面から次の面までの光軸上の間隔である。図１に示されるように、ｄ１はＳ１面およびＳ２面の間の間隔、ｄ２はＳ２面およびＳ３面の間の間隔、ｄ３はＳ３面およびＳ４面の間の間隔、・・・、ｄ９はＳ９面および撮像素子６の物体側の面（撮像面）の間の間隔を示す。屈折率ｎｄは、物体側から順に指定した面から次の面までの間のｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率である。アッベ数νｄは、物体側から順に指定した面から次の面までの間のｄ線に対するアッベ数である。
　表２は、実施例１で非球面とされるレンズ面の非球面形状を特定するための定数や係数を示す。表２において、コーニック定数（Ｋ）は式（３）中の円錐係数（ｋ）と同一であり、非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは式（３）のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４にそれぞれ対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図２Ａ～図２Ｃは、実施例１のレンズデータを有する広角レンズの収差図である。図２Ａは球面収差図、図２Ｂは非点収差図、図２Ｃは歪曲収差図である。各収差図において、ｅ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図（図２Ａ）にはＣ線およびＦ線の収差も示している。非点収差図（図２Ｂ）において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。球面収差図（図２Ａ）において、縦軸はＦナンバー（Ｆ－ｎｏ）、横軸は収差量（ｍｍ）を表す。非点収差図（図２Ｂ）において、縦軸は像高（ｍｍ）、横軸は収差量（ｍｍ）を表す。歪曲収差図（図２Ｃ）において、縦軸は像高（ｍｍ）、横軸はｅ線に対する歪曲（％）を表す。
　図２Ａ～図２Ｃの収差図から、ディストーション（Ｄｉ）、倍率色収差（６割）Ｃ－ｅおよび倍率色収差（６割）Ｆ－ｅは、以下の通りとなった。
　ディストーション（Ｄ）：－５２．０％
　倍率色収差（６割）Ｃ－ｅ：９．５ｕｍ
　倍率色収差（６割）Ｆ－ｅ：－７．０ｕｍ
　ここで、ディストーション（Ｄｉ）は撮像素子の対角端におけるディストーション（歪曲収差）である。倍率色収差（６割）Ｃ－ｅは、撮像素子の対角端の６割の位置でのｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）を基準として、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）の像面上における主光線の光軸に垂直な方向での差を示す。倍率色収差（６割）Ｆ－ｅは、撮像素子の対角端の６割の位置でのｅ線を基準として、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）の像面上における主光線の光軸に垂直な方向での差を示す。
　表３は実施例２の広角レンズのレンズデータである。表３中の各記号は、表１の説明と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表４は実施例２で非球面とされるレンズ面の非球面形状を特定するための定数や係数を示す。表４中の各記号は、表２の説明と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図３Ａ～図３Ｃは、実施例２のレンズデータを有する広角レンズの収差図である。図３Ａは球面収差図、図３Ｂは非点収差図、図３Ｃは歪曲収差図である。各収差図において、ｅ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図（図３Ａ）にはＣ線およびＦ線の収差も示す。非点収差図（図３Ｂ）において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。各収差図の縦軸および横軸の説明は、図２の説明と同様である。
　図３Ａ～図３Ｃの収差図から、ディストーション（Ｄｉ）、倍率色収差（６割）Ｃ－ｅおよび倍率色収差（６割）Ｆ－ｅは、以下の通りとなった。
　ディストーション（Ｄ）：－５２．２％
　倍率色収差（６割）Ｃ－ｅ：１５．６ｕｍ
　倍率色収差（６割）Ｆ－ｅ：－１２．５ｕｍ
　表５は実施例３の広角レンズのレンズデータである。表５中の各記号は、表１の説明と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表６は実施例３で非球面とされるレンズ面の非球面形状を特定するための定数や係数を示す。表６中の各記号は、表２の説明と同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　図４Ａ～図４Ｃは、実施例３のレンズデータを有する広角レンズの収差図である。図４Ａは球面収差図、図４Ｂは非点収差図、図４Ｃは歪曲収差図である。各収差図において、ｅ線を基準波長とした収差を示す。球面収差図（図４Ａ）にはＣ線およびＦ線の収差も示す。非点収差図（図４Ｂ）において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。各収差図の縦軸および横軸の説明は、図２の説明と同様である。
　ディストーション（Ｄ）：－５２．０％
　倍率色収差（６割）Ｃ－ｅ：９．３ｕｍ
　倍率色収差（６割）Ｆ－ｅ：－７．０ｕｍ
　以上、本発明の広角レンズについて実施の形態を例示して詳細に説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
　以上説明したように、本発明は、少ない枚数のレンズを用いて、倍率色収差を少なくしつつ、レンズを製造し易くでき、ディストーションを小さくすることができるという効果を有し、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた車載カメラ、携帯電話機用カメラ、ＰＣ用カメラ、監視用カメラ等に代表される小型カメラに用いる広角レンズに有用である。

Claims (5)

  1. 　物体側から順に配置された第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズと、前記第２レンズおよび前記第３レンズの間に設けられた絞りとを有するレンズ系からなる広角レンズであって、
    　前記第１レンズは、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けた球面メニスカスレンズであり、
    　前記第２レンズは、光軸上において負のパワーを有し、前記光軸から離れるにつれて正のパワーを有し、物体側に凸面を向けた非球面メニスカスレンズであり、
    　前記第３レンズは、正のパワーを有するレンズであり、
    　前記第２レンズはアッベ数が３０以下であり、
    　前記レンズ系の結像面に配置される撮像素子の対角長Ｄと、前記レンズ系全体の焦点距離ｆとの比が、ｆ／Ｄ≦０．２６であり、
    　前記第３レンズの焦点距離ｆ３と、前記レンズ系全体の焦点距離ｆとの比が、ｆ３／ｆ＜１．５である広角レンズ。
  2. 　前記第３レンズは非球面レンズである請求項１に記載の広角レンズ。
  3. 　前記第２レンズの材質が樹脂である請求項１または２に記載の広角レンズ。
  4. 　前記第３レンズの材質が樹脂である請求項１ないし３のいずれかに記載の広角レンズ。
  5. 　前記第１レンズの材質がガラスである請求項１ないし４のいずれかに記載の広角レンズ。
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