(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群と正のパワーを持つ第２レンズ群と正のパワーを持つ第３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群が物体側から順に、正レンズの第１レンズと物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面の方がパワーが強い負レンズの第３レンズからなり、前記第２レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズと、少なくとも１枚の正レンズと、単レンズもしくは接合レンズからなる像側に凹面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第３レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと少なくとも１枚の正レンズからなり、以下の条件（１），（２），（３），（４），（５）を満足することを特徴とする広角レンズ。
（１）    １．３＜｜ｆ1 ／ｆ｜＜２．２  、ｆ1 ＜０
（２）    １．８＜ｆ2 ／ｆ＜４．５
（３）    ０．３＜ｆ23／ｆ2 ＜１．０
（４）    ｜ｆ／ｆ12｜＜０．３
（５）    ０．９＜｜ｆ1N／ｆ｜＜１．７
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆi は第ｉレンズ群の焦点距離、ｆ12は第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、ｆ23は第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離、ｆ1Nは第１レンズ群の第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
【請求項２】
物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群と正のパワーを持つ第２レンズ群と正のパワーを持つ第３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群が物体側から順に、正レンズの第１レンズと物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面の方がパワーが強い負レンズの第３レンズからなり、前記第２レンズ群が最も像側のレンズ成分として像側に凹面を向けた単レンズもしくは接合レンズからなるメニスカスレンズを含み、前記第３レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと少なくとも１枚の正レンズからなり、以下の条件（１），（２），（３），（４），（５−１）を満足することを特徴とする広角レンズ。
（１）    １．３＜｜ｆ1 ／ｆ｜＜２．２  、ｆ1 ＜０
（２）    １．８＜ｆ2 ／ｆ＜４．５
（３）    ０．３＜ｆ23／ｆ2 ＜１．０
（４）    ｜ｆ／ｆ12｜＜０．３
（５−１）１．０５＜｜ｆ1N／ｆ｜＜１．７
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆi は第ｉレンズ群の焦点距離、ｆ12は第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離、ｆ23は第２レンズ群と第３レンズ群の合成焦点距離、ｆ1Nは第１レンズ群の第２レンズと第３レンズの合成焦点距離である。
【請求項３】
前記第１レンズ群が物体側から順に、正レンズの第１レンズと物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面の方がパワーが強い負レンズの第３レンズのみからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の広角レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、固体撮像素子を用いたビデオカメラやスチルビデオカメラに適したバックフォーカスの長い広角レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に固体撮像素子を用いたカメラではイメージサークルが比較的小さい反面、レンズと撮像素子の間にローパスフィルタや赤外カットフィルタ等を配置する空間が必要となるため、焦点距離に対して長いバックフォーカスを必要とする。
【０００３】
そのためこの種の広角レンズのレンズタイプとしては、物体側から順に、負正のいわゆるレトロフォーカスタイプを採用することが一般的であるが、このタイプのレンズ系は、絞りに対して非対称な配置になるため、歪曲収差や非点収差など軸外収差の補正が困難であり、長いバックフォーカスを確保しようとするほどその傾向が著しくなる。さらに固体撮像素子を用いるとイメージサークルが小さいために明るいレンズ系が必要となるため、幅広い光束に対する収差特にコマ収差の補正が困難になる。
【０００４】
固体撮像素子を用いたカメラ等に使用できるバックフォーカスの長い広角レンズの従来例として、特開昭５９−２３２３１０号、特開昭６１−１８８５１２号、特開昭６３−８１３１０号や特開昭６３−１４９６１８号公報等に記載されたレンズ系が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし最近は製造技術の発展により固体撮像素子の各ピクセルの大きさが小さくなり、非常に画素数の多い撮像素子が利用できるようになってきた。そのため固体撮像素子を用いたカメラ用のレンズ系は、極めて高い結像性能が要求され、球面収差やコマ収差を高度に補正する必要が出てきた。さらに球面収差が補正されると近軸的ガウス像面位置と球面収差を加味したベスト像面位置とのずれが少なくなるため、同時に像面湾曲や非点収差も高度に補正しないと画面中心と周辺とで像面位置がずれる問題が生じる。
【０００６】
先に挙げた従来例のレンズ系は、焦点距離に比べ充分長いバックフォーカスを確保しているが、正弦条件や色の球面収差、像面湾曲、非点収差などの補正が充分でなく、最近の高密度な固体撮像素子を用いたカメラ用のレンズ系として用いることができない。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、バックフォーカスが長く、しかも最近の高密度な固体撮像素子を用いたカメラに最適な、極めて高い光学性能を有する広角レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の広角レンズは上記の課題を解決するために、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群と正のパワーを持つ第２レンズ群と正のパワーを持つ第３レンズ群とを備え、前記第１レンズ群が物体側から順に、正レンズの第１レンズと物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面の方がパワーが強い負レンズの第３レンズからなり、前記第２レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズと、少なくとも１枚の正レンズと、単レンズもしくは接合レンズからなる像側に凹面を向けたメニスカスレンズとからなり、前記第３レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと少なくとも１枚の正レンズからなり、以下の条件（１），（２），（３），（４），（５）を満足することを特徴としている。
【０００９】
（１）    １．３＜｜ｆ1／ｆ｜＜２．２  、ｆ1 ＜０
（２）    １．８＜ｆ2 ／ｆ＜４．５
（３）    ０．３＜ｆ23／ｆ2 ＜１．０
（４）    ｜ｆ／ｆ12｜＜０．３
（５）    ０．９＜｜ｆ1N／ｆ｜＜１．７
レンズ系のバックフォーカスを長くとるためには負正のいわゆるレトロフォーカスタイプにすることが一般的であるが、特にイメージサークルの小さな固体撮像素子を用いたカメラ用のレンズ系は、焦点距離が短いために、負正共に強いパワーを必要とし、そのため負正の各レンズ群において諸収差の発生量が大きく、適当にキャンセルさせるなどの方法により補正をすることが難しい。従って負正の各レンズ群において諸収差の発生そのものを抑制することが必要となる。特にレトロフォーカスタイプのレンズ系は、負のレンズ群での軸外光線高が高くなるため歪曲収差や非点収差、コマ収差などの軸外収差を又正のレンズ群での軸上光線高が高くなるため球面収差の発生を夫々抑制する必要があり、適切なレンズ構成を選択しなければならない。
【００１０】
そのために本発明では負のパワーを持つ第１レンズ群として、物体側から順に、正レンズの第１レンズと、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面がパワーが強い負レンズの第３レンズからなる構成を採用した。このように負のレンズ群の負のパワーを２つに分けることによって、収差特に負の歪曲収差の発生を極力抑制し、さらにその物体側に正のパワーを配置して正の歪曲収差を発生させて第１レンズ群での歪曲収差の発生を小さくしている。通常広画角なレンズに対しては負レンズを先行させる方が入射瞳位置を物体側に出すことが容易になるため、第１レンズの有効径が比較的小さくなり小型化に有利であるが、明るいレンズ系では負レンズを先行させると第１レンズ群内において軸上光線の光線高が高くなるために球面収差の補正が困難になるので、本発明のように高い光学性能を達成するためには正レンズを先行させることが望ましい。
【００１１】
次に正のレンズ群の構成を考えると、球面収差の発生を抑制するためには、負の第１レンズ群により光線高の高くなった軸上光線を滑らかに屈折させて発散光束を徐々に集光光束へと変えていくことが望ましい。しかし軸上光線を滑らかに屈折させるためには、正のパワーを多くの小さな正のパワーに分割する必要からペッツバール和が悪化し、大きな像面湾曲が発生し好ましくない。
【００１２】
そこで本発明では大口径レンズの球面収差とペッツバール和を両立させて補正するために、正レンズの群としてガウス型レンズの構成を採用した。すなわち正のレンズ群を正負正のパワー配置としさらに前記の負のパワーを２つに分けて正負負正とし、そのうちの物体側の正負のパワー配置の第２レンズ群と、像側の負正のパワー配置の第３レンズ群に分割した。具体的には第２レンズ群の最も像側のレンズ成分を像側に凹面を向けた単レンズもしくは接合レンズからなるメニスカスレンズで構成し、第３レンズ群は物体側から順に物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと少なくとも１枚の正レンズとから構成すると良い。
【００１３】
このような構成にすることによって第２レンズ群および第３レンズ群の凹面近傍で軸上光線高を低くし、これらの凹面を強い面としながらも過剰な正の球面収差を発生させずに効果的にペッツバール和を補正することを可能にした。
【００１４】
さらに第３レンズ群は物体側から物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズとすることにより軸上、倍率色収差を補正するようにすることが望ましい。
【００１５】
以上の理由により、本発明の広角レンズは、前述のように、物体側から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群と、正のパワーを持つ第２レンズ群と、正のパワーを持つ第３レンズ群より構成し、第１レンズ群は、物体側から順に、正レンズの第１レンズと物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズと、像側に凹面を有し物体側の面よりも像側の面がパワーが強い負レンズの第３レンズにて構成し、第２レンズ群は最も像側のレンズ成分として像側に凹面を向けたメニスカスレンズを含むようにし、第３レンズ群は物体側から順に物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと少なくとも１枚の正レンズにて構成した。又高い光学性能を達成するためには上記の構成をとったうえに適切なパワー配置をすることが必要であり、そのためには前記の条件（１）乃至条件（５）を満足することが必要である。
【００１６】
条件（１）は第１レンズ群のパワーを規定したものであり、下限の１．３を越えると第１レンズ群の負のパワーが強くなりバックフォーカスを長くするためには有利であるが、ペッツバール和が過剰補正になり像面が正方向に倒れるとともに、負の歪曲収差の発生が大となって補正できなくなる。さらに第２レンズ群以降での軸上光線の光線高が高くなるため球面収差が悪化する。また上限の２．２を越えると第１レンズ群の負のパワーが弱くなりバックフォーカスが短くなるため固体撮像素子を用いたカメラ用としては適さない。
【００１７】
条件（２）は第２レンズ群のパワーを規定したものであり、下限の１．８を越えると第２レンズ群の正のパワーが強くなりバックフォーカスが短くなるため固体撮像素子を用いたカメラ用としては適さない。バックフォーカスを長くとるためには第１レンズ群の負のパワーを強くするか、第２レンズ群の最も像側の凹面の曲率を強くする必要が生じ、歪曲収差の悪化やペッツバール和の過剰補正を招く。また上限の４．５を越えると第２レンズ群の正のパワーが弱くなり、バックフォーカスの確保は容易になるが、レンズ系全系の正のパワーを確保するために第３レンズ群のパワーを強める必要が生じ、ペッツバール和が悪化するとともに、コマ収差の補正が困難になる。
【００１８】
条件（３）は正のパワーの配分を規定したものであり、下限の０．３を越えると正のパワーが第３レンズ群に偏るためペッツバール和が悪化する。また上限の１．０を越えると正のパワーが第２レンズ群に偏るためバックフォーカスの確保が困難になると共にコマ収差が悪化する。
【００１９】
条件（４）は第１レンズ群と第２レンズ群のパワーバランスを規定したものであり、正の値で上限の０．３を越えると、負のパワーと比較して正のパワーが強くなるためバックフォーカスの確保が困難になるとともに、ペッツバール和が悪化する。また負の値で上限の０．３を越えると、正のパワーと比較して負のパワーが強くなるため歪曲収差が悪化するとともに、第２レンズ群以降での軸上光線の光線高が高くなるために球面収差が悪化する一方、ペッツバール和が過剰補正となるために像面が正方向に倒れるために画面中心と周辺での像面のずれを生じる。
【００２０】
条件（５）の負の第１レンズ群における負のパワーを規定したものであり、下限の０．９を越えると負のパワーが強くなりすぎ、第１レンズとして正レンズを配置していても歪曲収差の補正が困難となる。また上限の１．７を越えると負のパワーが弱くなるためバックフォーカスの確保が困難となり好ましくない。
【００２１】
本発明のレンズ系は、以上の構成および条件を満足することにより初期の目的を達成することができるが、さらに高い光学性能を達成するためには、第２レンズ群の正のパワーを複数の屈折面に分担させることが望ましい。具体的には第２レンズ群を、物体側から少なくとも１枚のレンズと単レンズもしくは接合レンズからなる像側に凹面を向けたメニスカスレンズで構成し、球面収差の発生を更に抑制することが望ましい。
【００２２】
本発明のレンズ系においてさらに良好に球面収差を補正するためには第２レンズ群を物体側から順に、物体側に凹面を向けた弱い正のパワーを持つメニスカスレンズと、少なくとも１枚の正レンズと、単レンズもしくは接合レンズからなる像側に凹面を向けたメニスカスレンズで構成することが望ましい。このとき第２レンズ群の最も物体側のメニスカスレンズは、第１レンズを射出した発散する軸上光線に対してアプラナティックに近い構成をとることにより、諸収差の発生を抑制しかつ適度に正のパワーを負担することが可能である。この構成により第２レンズ群で発生する球面収差を極力抑えかつ十分な大きさの正のパワーを確保することができる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明の広角レンズの各実施例を示す。
0003540349.tif 000002
【００２４】
0003540349.tif 000003
【００２５】
0003540349.tif 000004
【００２６】
0003540349.tif 000005
【００２７】
0003540349.tif 000006
【００２８】
0003540349.tif 000007
【００２９】
0003540349.tif 000008
【００３０】
0003540349.tif 000009
【００３１】
0003540349.tif 000010
ただしｒ1 ，ｒ2 ，・・・ はレンズ各面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・ は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・ は各レンズのｅ線の屈折率、ν1 ，ν2 ，・・・ は各レンズのｄ線のアッベ数である。
【００３２】
実施例１は、図１に示すレンズ構成であり、第１レンズ群は物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズからなり、第２レンズ群は物体側から順に、両凸レンズと、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズにて構成され像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなり、第３レンズ群は物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズにて構成された物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間に絞りを配置してある。
【００３３】
実施例２は、図２に示すレンズ構成であり、実施例１と比較して第２レンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、両凸レンズと、像側に凹面を向けたメニスカス単レンズからなる点と、第３レンズ群が物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズにて構成され物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた２枚の正のメニスカスレンズからなる点で異なっている。
【００３４】
実施例３は、図３に示すレンズ構成であり、実施例２と比較して第３レンズ群が、物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズから構成され物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、２枚の両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとからなる点で異なっている。
【００３５】
実施例４と実施例６は、図４に示すレンズ構成であり、実施例３と比較して、第１レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと、負のパワーの強い方の面を像側に向けた両凹レンズからなる点と、第２レンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、両凸レンズと、正のメニスカスレンズと負のメニスカスレンズにて構成され像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる点で異なっている。
【００３６】
実施例５は、図５に示すレンズ構成であり、実施例４と比較して、第２レンズ群が物体側から順に、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズと、両凸レンズと、絞りと、両凸レンズと両凹レンズにて構成され像側に凹面を向けた接合メニスカスレンズからなる点と、第３レンズ群が、物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズにて構成され物体側に凹面を向けた接合メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる点が異なっている。
【００３７】
実施例７と実施例８と実施例９は、図６に示すレンズ構成であり、実施例４と比較して第１レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズからなる点で異なっている。
【００３８】
なお、各実施例では第３レンズを負のメニスカスレンズ又は両凹レンズで構成しているが、このレンズの物体側の面はパワーが弱いため、第３レンズを平凹レンズとしても良い。又、各実施例の断面図中、Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3は夫々第１レンズ群，第２レンズ群，第３レンズ群を表わしている。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バックフォーカスの長い、しかも最近の高密度な撮像素子を使用したカメラに最適な、高い光学性能を持つ広角レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のレンズ構成を示す図
【図２】本発明の実施例２のレンズ構成を示す図
【図３】本発明の実施例３のレンズ構成を示す図
【図４】本発明の実施例４および実施例６のレンズ構成を示す図
【図５】本発明の実施例５のレンズ構成を示す図
【図６】本発明の実施例７ないし実施例９のレンズ構成を示す図
【図７】本発明の実施例１の収差曲線図
【図８】本発明の実施例２の収差曲線図
【図９】本発明の実施例３の収差曲線図
【図１０】本発明の実施例４の収差曲線図
【図１１】本発明の実施例５の収差曲線図
【図１２】本発明の実施例６の収差曲線図
【図１３】本発明の実施例７の収差曲線図
【図１４】本発明の実施例８の収差曲線図
【図１５】本発明の実施例９の収差曲線図
【図１】
0003540349.tif 000011
【図２】
0003540349.tif 000012
【図３】
0003540349.tif 000013
【図４】
0003540349.tif 000014
【図５】
0003540349.tif 000015
【図６】
0003540349.tif 000016
【図７】
0003540349.tif 000017
【図８】
0003540349.tif 000018
【図９】
0003540349.tif 000019
【図１０】
0003540349.tif 000020
【図１１】
0003540349.tif 000021
【図１２】
0003540349.tif 000022
【図１３】
0003540349.tif 000023
【図１４】
0003540349.tif 000024
【図１５】
0003540349.tif 000025