JP2002244031A - 広角レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・軽量で廉価に製造可能な射出瞳の長い
広角レンズを提案すること。 【解決手段】 広角レンズのレンズ光学系１００は、物
体側より順に配置した負のパワーを持った１群レンズ１
０および正のパワーを持った２群レンズ２０を有し、２
群レンズ２０は、絞り５を挟み、物体側に配置されてい
る前群レンズ３０と、反対側に配置されている後群レン
ズ４０とを備え、全レンズ系を構成しているレンズ群の
レンズ面のうち少なくとも３面が非球面とされ、１群レ
ンズ１０の焦点距離をＦ１、２群レンズ２０の焦点距離
をＦ２、前群レンズ３０の焦点距離をｆｍ、後群レンズ
４０の焦点距離をｆＲ，全レンズ系の焦点距離をＦｏと
し、前群レンズ３０のアッベ数をνｄｍとしたとき、次
の条件式（１）、（２）および（３）を満足している。 ０．５ ＜ｆｍ／ｆＲ＜ ３．０ （１） νｄｍ ＜ ４５ （２） ０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０ （３）

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やＣＭＯＳ
等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、携
帯電話搭載カメラ等に用いられる小型で軽量な後側焦点
距離の長い広角レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車等の後方確認や、携帯電話
等に用いられる小型で高性能な画像取り込み角度が水平
方向で１００度を超すような超広角レンズが求められて
いる。ここで、これらの広角レンズを用いる小型カメラ
の受光素子にはほとんどＣＣＤやＣＭＯＳが用いられて
おり、これらの受光素子の特徴として、各画素に取り込
める光線角度に制約がある。この性能を無視するような
光学系が組み込まれたカメラでは周辺光量が急激に減少
し、いわゆる周辺部の暗いカメラとなってしまう。

【０００３】このような現象を補正するために、一般に
は電気的な補正回路（シェーディング補正回路）を組み
込む方式が採用されている。ところが、この方式では回
路基板が大型化し、小型・コンパクト化の要望に合致し
ないことがある。電気的な補正以外としては、受光素子
と一対をなすマイクロレンズを配置し、素子面への受光
角を拡大する方式も提案されている。しかし、この方式
では大幅なコスト高になり、実用性に乏しい。

【０００４】そこで、近年においては、これらの課題を
レンズ系によって対応しようとする試みが一般化され、
多くの枚数の球面レンズを使用して性能を整え、射出瞳
の長いレンズを実現している。この他にも、小型、軽量
化を目的とした物体側より順に凹非球面レンズと、凸非
球面レンズの２枚の非球面レンズを用いた提案もある。
さらに、このレンズ系における凹非球面レンズと凸非球
面レンズの間に色補正のための接合レンズを介在させた
構成としたものも提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多数枚
の球面ガラスレンズを用いて、高性能で射出瞳の長い広
角レンズを実現しようとすると、レンズ光学系のトータ
ルコストが極めて高くなるばかりか、レンズが大型化し
てしまい、実用的でない。

【０００６】また、小型・軽量化を目的とした凹レンズ
と凸レンズの２枚の非球面レンズを用いた方法では、長
い射出瞳を得ることが難しいばかりか、倍率の色収差を
押さえることも困難であり、結果的におのずとその用途
に限界が生ずる。

【０００７】さらに、色補正のための接合レンズを凹レ
ンズと凸レンズの２枚の非球面レンズの間に挿入した構
成のものでは、長い射出瞳を得ることができないという
欠点がある。

【０００８】以上のように、これらいずれのタイプの広
角レンズにおいても、小型、軽量で低コストで、しかも
倍率の色収差を抑えることができ、さらには長い射出瞳
を得ようとする要求を同時に満たすことが極めて困難で
ある。

【０００９】そこで、本発明の課題は、小型・軽量で、
低コストであり、倍率の色収差補正が可能であり、しか
も射出瞳の長い超広角レンズを提案することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の広角レンズは、物体側より順に配置した
負のパワーを持った１群レンズおよび正のパワーを持っ
た２群レンズを有し、前記２群レンズは、絞りを挟み、
物体側に配置されている前群レンズと、反対側に配置さ
れている後群レンズとを備えており、全レンズ系を構成
しているレンズ群のレンズ面のうち３面は非球面とされ
ており；前記前群レンズには、アッベ数の小さいレンズ
を用いて、本来補正が難しい倍率の色収差を補正し、同
時に、射出瞳の長い超広角レンズとなるように配慮した
ことを特徴としている。

【００１１】すなわち、本発明の広角レンズでは、前記
１群レンズの焦点距離をＦ１、前記２群レンズの焦点距
離をＦ２、前記前群レンズの焦点距離をｆｍ、前記後群
レンズの焦点距離をｆＲ，全レンズ系の焦点距離をＦｏ
とし、前記前群レンズのアッベ数をνｄｍとしたとき、
次の条件式（１）、（２）および（３）を満足すること
を特徴とするものである。

【００１２】 ０．５ ＜ｆｍ／ｆＲ＜ ３．０ （１） νｄｍ ＜ ４５ （２） ０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０ （３） ここで、条件式（１）は倍率の色収差および射出瞳を制
限するものである。上限値３．０を超えると倍率の色収
差のうち、短波長の倍率が一方向へ増加し、画面周辺部
での青色の色ずれが発生すると共に、軸外のサジタル像
が＋方向に増大し、画面の周辺部で非点収差が発生す
る。また、下限値０．５を下回ると、射出瞳の距離が短
くなり、軸外光のＣＣＤ素子などへの入射角が増大し、
この結果、周辺光量の減少を招くことになるばかりか、
後側焦点距離が短くなり、本来の目的を達成できない。
また、軸外の短波長像面が一方向に増大し、結像性能を
阻害し、高性能な画像を得ることができない。

【００１３】条件式（２）は色収差の補正に関するもの
である。この条件を満たさない範囲では、倍率の色収差
のうち、短波長の軸外色収差が増大し、その結果、周辺
部に青色の色ずれが発生し、本来の性能を満たすことが
できない。特に、軸上の色収差および軸外の色収差は短
波長に関して相反方向にあるので、設計上十分な注意が
必要である。

【００１４】条件式（３）は後側焦点距離の制約と光学
特性を制限するものである。上限値３．０を超えると、
後側焦点距離が小さくなり、また、長い後側焦点距離を
持った短焦点レンズを作ることができないと共に、像面
の湾曲が増大するばかりでなく、当初の目的である画像
取り込み角度の大幅な減少を招くことになる。次に、下
限値０．５を下回ると、後側焦点距離は長くできるが、
光学系全体の小型化を達成することができない。また、
軸外の非点収差が増大し、結像性能を劣化させることに
なると共に、各レンズの曲率半径が極端に小さくなり、
加工上の制約もあって安定的な性能を保つことができな
い。

【００１５】本発明の広角レンズによれば、ＣＣＤ等へ
の入射角度を小さく抑えることができると共に、プラス
チックレンズやガラスモールドレンズ等の非球面レンズ
を使用して、小型・軽量で廉価な超広角レンズを提供で
きる。

【００１６】ここで、前記１群レンズを、負のパワーを
持った１枚のレンズ、または負のパワーを持った複数枚
のレンズによって構成することができる。

【００１７】また、前記２群レンズを２枚または３枚の
レンズで構成することができ、当該２群レンズの前記後
群レンズを、１枚のレンズ、２枚の接合レンズ、または
２枚の分離したレンズで構成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した広角レンズの実施例を説明する。

【００１９】各実施例の説明に先立って、図１を参照し
て、本発明による広角レンズの典型的な構成を説明す
る。この図に示す広角レンズは後述の実施例１における
ものであり、当該広角レンズ１００は、物体側より順に
配置した負のパワーをもった１群レンズ１０および２群
レンズ２０を有している。２群レンズ２０は、絞り５を
挟み、物体側に配置されている前群レンズ３０と、反対
側に配置されている後群レンズ４０とを備えている。

【００２０】本例の１群レンズ１０は１枚の凹の非球面
レンズ１からなり、２群レンズ２０の前群レンズ３０は
凸の非球面レンズ２からなり、後群レンズ４０は分離さ
れた２枚のレンズ３からなり、当該分離されたレンズ３
は、凹の球面レンズ３１と凸の非球面レンズ３２から構
成されている。

【００２１】尚、本発明の実施例においては、後群レン
ズ４０については、凹レンズと凸レンズとが接合された
もの、分離されたもの、及び１枚の凸レンズにて説明し
ているが、勿論、凸レンズと凹レンズに分離したもので
あっても差し支えないことを付記しておく。

【００２２】また、後群レンズ４０を構成している凸の
非球面レンズ３２と結像面８（受光素子の受光面）との
間には、ローパスフィルタ６とカバーガラス７が配置さ
れている。これらローパスフィルタ６およびカバーガラ
ス７は省略することも可能である。

【００２３】ここで、各光学素子１ないし７において、
図１に示すように、それらの表面の曲率半径を物体側か
らＲ１ないしＲｎ、面間距離をｄ１ないしｄｎとし、屈
折率をＮｄ１ないしＮｄｎとし、アッベ数をνｄ１ない
しνｄｎとする。また、非球面形状は光軸方向の軸を
Ｘ、光軸と垂直方向の高さをＨ、円錐係数をｋ、非球面
係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとするとき、次の式（４）により
表わされる。

【００２４】

【数１】

【００２５】

【実施例１】実施例１に係るレンズ系は、図１に示すよ
うに、２群レンズ２０の後群レンズ４０を構成している
負のパワーを持った凹の球面レンズ３１と正のパワーを
持った凸の非球面レンズ３２を分離した形式のものであ
る。本例では、１群レンズ１０の凹レンズ１の片面と２
群レンズ２０を構成している非球面レンズ２の両面、凸
の非球面レンズ３２の両面の合計５面が非球面とされて
いる。本例のレンズ系のデータを表１に示し、図２には
その収差図を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【実施例２】実施例２に係るレンズ系は、図３に示すよ
うに、２群レンズ２０の後群レンズ４０を構成している
負のパワーを持った凹の球面レンズ３１と正のパワーを
持った凸の球面レンズ３２を接合した形式のものであ
る。そのデータを表２に示し、図４にはその収差図を示
す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【実施例３】実施例３に係るレンズ系は、図５に示すよ
うに、負のパワーを持った１群レンズ１０を第１レンズ
１１と第２レンズ１２に分割し、１群レンズ１０のレン
ズ１２の片面を非球面とし、２群レンズ２０の前群レン
ズ３０と後群レンズ４０をそれぞれ１枚の非球面レンズ
２、３とした形式のもので、そのデータを表３に示し、
図６にはその収差図を示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に従って構
成した広角レンズは、小型・軽量で、廉価に製造するこ
とができ、しかも、倍率の色収差が補正され、射出瞳も
十分に長いことが確認された。よって、本発明によれ
ば、小型・軽量で射出瞳の長い高性能な広角レンズを廉
価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した広角レンズの典型的な構成例
を示す図である。

【図２】本発明の実施例１に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図３】本発明を適用した広角レンズの実施例２の構成
図である。

【図４】本発明の実施例２に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【図５】本発明を適用した広角レンズの実施例３の構成
図である。

【図６】本発明の実施例３に係るレンズ光学系の諸収差
を示すグラフである。

【符号の説明】

１００ 広角レンズのレンズ光学系 １０ １群レンズ １ 凹の非球面レンズ １１、１２ １群レンズを構成しているレンズ ２０ ２群レンズ ３０ 前群レンズ ２ 凸の非球面レンズ ４０ 後群レンズ ３ 接合レンズ ３１ 凹の球面レンズ ３２ 凸の非球面レンズ ５ 絞り ６ ローパスフィルタ ７ カバーガラス ８ 結像面（受光素子の受光面）

【手続補正書】

【提出日】平成１３年３月１３日（２００１．３．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】尚、本発明の実施例においては、後群レン
ズ４０については、凹レンズと凸レンズとが接合された
もの、分離されたもの、及び１枚の凸レンズにて説明し
ているが、勿論、凸レンズと凸レンズに分離したもので
あっても差し支えないことを付記しておく。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より順に配置した負のパワーを持
   った１群レンズおよび正のパワーを持った２群レンズを
   有し、 前記２群レンズは、絞りを挟み、物体側に配置されてい
   る前群レンズと、反対側に配置されている後群レンズと
   を備えており、全レンズ系を構成しているレンズ群のレ
   ンズ面のうち３面は非球面とされており、 前記１群レンズの焦点距離をＦ１、前記２群レンズの焦
   点距離をＦ２、前記前群レンズの焦点距離をｆｍ、前記
   後群レンズの焦点距離をｆＲ，全レンズ系の焦点距離を
   Ｆｏとし、前記前群レンズのアッベ数をνｄｍとしたと
   き、次の条件式（１）、（２）および（３）を満足する
   ことを特徴とする広角レンズ。 ０．５ ＜ｆｍ／ｆＲ＜ ３．０ （１） νｄｍ ＜ ４５ （２） ０．５＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．０ （３）
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記１群レンズは、負のパワーを持った１枚のレンズ、
   または負のパワーを持った複数枚のレンズによって構成
   されていることを特徴とする広角レンズ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記２群レンズは２枚または３枚のレンズで構成されて
   おり、 当該２群レンズの前記後群レンズは、１枚のレンズ、２
   枚の接合レンズ、または２枚の分離したレンズで構成さ
   れていることを特徴とする広角レンズ。