(57)【要約】【課題】低コストで、監視カメラや車載カメラに好適な広角レンズを提供する。【解決手段】負の屈折力を有する第１レンズ群Ｉ、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群ＩＩからなる広角レンズにおいて、第２レンズ群ＩＩを、正の屈折力を有する両凸レンズ２と、両凸レンズの像側の面に接合され，屈折率が２を超え，物体側に凹面及び像側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス凹レンズ３とにより構成する。これによれば、非球面を採用することなく、十分な明るさ及び結像特性を達成でき、１２０度以上の広い全画角が得られ、フレア光やゴーストが少なく、鮮明で歪みの少ない画像が得られ、低価格で、配置スペースの限られた領域に搭載するのに適した広角レンズが得られる。【選択図】図１
2011113024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に向けて順に配列された、
負の屈折力を有する第１レンズ群と、
所定の開口を有する開口絞りと、
正の屈折力を有する第２レンズ群と、からなる広角レンズであって、
前記第２レンズ群は、
正の屈折力を有する両凸レンズと、
前記両凸レンズの像側の面に接合され，屈折率が２を超え，物体側に凹面及び像側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス凹レンズと、を含む、
ことを特徴とする広角レンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群は、
前記両凸レンズと、
前記メニスカス凹レンズと、
前記両凸レンズの物体側の面に接合され，屈折率が２を超え，物体側に凸面及び像側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカス凸レンズと、からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
【請求項３】
前記メニスカス凹レンズ及び前記メニスカス凸レンズは、同一のガラス材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の広角レンズ。
【請求項４】
前記第１レンズ群は、物体側に凸面及び像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス凹レンズからなる、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の広角レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）等の撮像素子を備えた撮像カメラに用いられる広角レンズに関し、特に監視カメラや車載カメラ等に適用され、全画角が概ね１２０度を超える広角レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラや車載カメラ等に適用され得る広角レンズとしては、広い視野を確保しつつも、特に小型で低価格化を達成するべくレンズの構成枚数をできるだけ少なくした２群構成をなす種々のタイプのものが知られている。
例えば、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する両凹レンズ、開口絞り、正の屈折力を有し物体側よりも像側の面が強い曲率をなす両凸レンズからなり、両凹レンズ又は両凸レンズの少なくとも一面が非球面に形成された広角レンズが知られている（例えば、特許文献１）。
また、物体側から順に配列された、負の屈折力を有し物体側に凸面の及び像側に凹面を向けたメニスカス凹レンズ、開口絞り、正の屈折力を有する両凸レンズからなり、メニスカス凹レンズ又は両凸レンズの少なくとも一面が非球面に形成された広角レンズが知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。
また、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する両凹レンズ、正の屈折力を有する両凸レンズ、開口絞りからなり、両凹レンズ又は両凸レンズの少なくとも一面が非球面に形成された広角レンズが知られている（例えば、特許文献４）。
さらに、物体側から順に配列された、負の屈折力を有し物体側に凸面及び像側に凹面を向けたメニスカス凹レンズ、開口絞り、正の屈折力を有する両凸レンズからなり、両凸レンズの物体側及び像側の両面にコーティング膜を施して、少なくとも一方の面が非球面に形成された広角レンズが知られている（例えば、特許文献５）。
【０００３】
このように、従来の広角レンズでは、球面のみでは十分な明るさや結像特性を達成し難いことから、レンズの少なくとも一面を非球面に形成し、要求される画質及び大きさ等の条件を満たすように構成されている。
また、二次的な効果として、従来の広角レンズでは、空気に接するレンズの界面（空気界面）の数が４面だけであり、要求される解像力や光学特性が高い一般の写真撮影用のレンズに比べれば、その界面の数が少ない。
それ故に、レンズ系での光の乱反射が抑制され、いわゆるフレア光やゴースト等が少なく、逆光でもコントラストの高い画像を得やすいという利点がある。
しかしながら、従来の広角レンズでは、非球面を採用しているため、金型に関わる製造コストが高くなり、特に小規模の生産量では製品コストが高くなって好ましくない。特に、生産台数の少ない監視カメラや車載カメラ等に用いられる広角レンズとしては、できるだけコストを抑えつつ、上記の要求を満たす広角レンズが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５９９１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１７００号公報
【特許文献３】特開２００３−１４００３８号公報
【特許文献４】特開２００３−１０７３４４号公報
【特許文献５】特開２００５−２４９９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、空気界面数を４面に抑えたレンズ構成において、低コスト化を図りつつ少量でも安価に生産することができ、全画角（２ω）が１２０度以上であり、フレア光やゴーストが少なく、監視カメラや車載カメラに適した広角レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の広角レンズは、物体側から像面側に向けて順に配列された、負の屈折力を有する第１レンズ群と、所定の開口を有する開口絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群と、からなる広角レンズであって、上記第２レンズ群は、正の屈折力を有する両凸レンズと、両凸レンズの像側の面に接合され，屈折率が２を超え，物体側に凹面及び像側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス凹レンズと、を含むことを特徴としている。
この構成によれば、非球面を採用することなく、十分な明るさ及び結像特性を達成でき、１２０度以上の広い全画角（２ω）が得られ、フレア光やゴーストが少なく、鮮明で歪みの少ない画像が得られ、低価格で、配置スペースの限られた領域に適用するのに適した広角レンズが得られる。
すなわち、第１レンズ群の負の屈折力によって、広い画角を確保することができ、第２レンズ群を構成する両凸レンズ及びメニスカス凹レンズによって、第１レンズ群で取り込んだ光線の進行方向を補正して入射可能な角度に修正すると同時に第１レンズ群で生じた諸収差を良好に補正しつつ、像面（ＣＣＤ面）上に鮮明で歪みの少ない画像を結像させることができる。具体的には、屈折率が２を超えるメニスカス凹レンズを採用し、このメニスカス凹レンズを両凸レンズに接合することにより、非球面を用いることなく、非点収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、良好な画質の画像を得ることができる。
【０００７】
上記構成において、第２レンズ群は、両凸レンズと、メニスカス凹レンズと、両凸レンズの物体側の面に接合され，屈折率が２を超え，物体側に凸面及び像側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカス凸レンズと、からなる、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ群の負の屈折力によって、広い画角を確保することができ、第２レンズ群を構成するメニスカス凸レンズ，両凸レンズ，及びメニスカス凹レンズによって、第１レンズ群で取り込んだ光線の進行方向を補正して入射可能な角度に修正すると同時に第１レンズ群で生じた諸収差を良好に補正しつつ、像面（ＣＣＤ面）上に鮮明で歪みの少ない画像を結像させることができる。具体的には、屈折率が２を超えるメニスカス凹レンズ及び屈折率が２を超えるメニスカス凸レンズを採用し、このメニスカス凸レンズとメニスカス凹レンズを両凸レンズの両面にそれぞれ接合することにより、非球面を用いることなく、非点収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、良好な画質の画像を得ることができる。
【０００８】
上記構成において、第２レンズ群のメニスカス凹レンズ及びメニスカス凸レンズは、同一のガラス材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、メニスカス凹レンズ及びメニスカス凸レンズとして、同一のガラス材料を使用することで、材料費用等を低減できる。
【０００９】
上記構成において、第１レンズ群は、物体側に凸面及び像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス凹レンズからなる、構成を採用することができる。
この構成によれば、空気界面数を４面に抑えつつも、全画角（２ω）が１２０度以上であり、フレア光やゴーストが少なく、監視カメラや車載カメラに適した広角レンズを得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の広角レンズによれば、空気界面数を４面に抑えたレンズ構成において、低コスト化を達成しつつ少量でも安価に生産することができ、全画角（２ω）が１２０度以上であり、諸収差が良好に補正されて、フレア光やゴーストが少なく、監視カメラや車載カメラに適した広角レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る広角レンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す広角レンズの光路図である。
【図３】実施例１に係る広角レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【図４】本発明に係る広角レンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図５】図４に示す広角レンズの光路図である。
【図６】実施例２に係る広角レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
この実施形態に係る広角レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、第１レンズ群Ｉ、開口絞りＳＤ、第２レンズ群ＩＩにより構成されている。
第１レンズ群Ｉは、第１レンズ１のみからなる。
第２レンズ群ＩＩは、第２レンズ２と、第２レンズ２の像側の面に接合された第３レンズ３とからなる。
【００１３】
ここで、第１レンズ１、開口絞りＳＤ、第２レンズ２、第３レンズ３、像面Ｐの配列構成においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜６）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜６）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜３）で表す。また、第１レンズ１〜像面Ｐまでのそれぞれの光軸Ｌ方向における間隔（厚さ、空気間隔）を、図１に示すように、Ｄｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
【００１４】
第１レンズ１は、ガラス材料により形成され、図１及び図２に示すように、負の屈折力をもつように、物体側に凸面Ｓ１及び像側に凹面Ｓ２を向けるメニスカス状で中央部が周辺部よりも薄肉をなすメニスカス凹レンズである。そして、凸面Ｓ１及び凹面Ｓ２は、球面として形成されている。
ここでは、第１レンズ群Ｉが、メニスカス凹レンズをなす第１レンズ１からなる場合を示したが、これに限定されるものではなく、負の屈折力をなすものであればその他のレンズであってもよい。
【００１５】
第２レンズ２は、ガラス材料により形成され、図１及び図２に示すように、正の屈折力をもつように、物体側に凸面Ｓ４及び像側に凸面Ｓ５を向ける両凸レンズである。そして、凸面Ｓ４及び凸面Ｓ５は、球面として形成されている。
【００１６】
第３レンズ３は、ガラス材料により形成され、図１及び図２に示すように、第２レンズ２（両凸レンズ）の像側の凸面Ｓ５に接合され、負の屈折力をもつように、物体側に凹面Ｓ５及び像側に凸面Ｓ６を向けるメニスカス状で中央部が周辺部よりも薄肉をなすメニスカス凹レンズである。そして、凹面Ｓ５及び凸面Ｓ６は、球面として形成されている。また、第３レンズ３は、屈折率Ｎ３が２を超える超高屈折率をなすガラス材料により形成されている。
【００１７】
一般に、一定の焦点距離を有する単一レンズにおいては、屈折率が大きくなるほど曲率半径が大きくなり、曲率半径が大きいほど収差が小さくなるという性質があり、これらの性質を利用すれば、非球面レンズと同等の性質を球面レンズで達成することができる。
一方、屈折率が大きい（２を超えるような）市販の材料では、色分散が極めて大きくなる（アッベ数が小さくなる）ため、単に屈折率の大きい材料を用いるだけでは、色収差が増大し、画質が低下してしまうという問題が生じる。
【００１８】
そこで、この広角レンズにおいては、非球面に代わる手段として、第３レンズ３としてのメニスカス凹レンズを、屈折率Ｎ３が２を超える超高屈折率のガラス材料で形成すると共に、このメニスカス凹レンズ（第３レンズ３）を両凸レンズ（第２レンズ２）と貼り合わせる（接合する）ことにより、歪曲収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、光学特性を改善している。
尚、貼り合わせ面において光の反射を生じる場合は、適切な多層膜コーティングを施すことにより、使用上差し支えない程度まで光の反射を低減させることができる。
このように、屈折率が２を超える超高屈折率材料を採用し、かつ、レンズの貼り合わせ（接合）を行うことにより、非球面を用いることなく、低コスト化を達成しつつ、従来の広角レンズと同等以上の光学性能を有する広角レンズを得ることができる。
【００１９】
上記構成からなる広角レンズの具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。
【実施例１】
【００２０】
実施例１における第１レンズ１〜第３レンズ３の主な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）は以下の通りである。
＜仕様諸元＞
波長１＝６５６．３ｎｍ、波長２（主波長）＝５８７．６ｎｍ、波長３＝４８６．１ｎｍ、レンズ系の焦点距離＝３．０ｍｍ、Ｆ値＝３．５、全画角（２ω）＝１４０．０°、第１レンズ１の外形寸法φ１＝１６．００ｍｍ、第２レンズ２の外形寸法φ２＝４．２０ｍｍ、第３レンズ３の外形寸法φ３＝６．００ｍｍ、開口絞りＳＤの絞り口径φ＝１．７２ｍｍ
【００２１】
＜曲率半径＞
Ｒ１＝２９．９１１ｍｍ、Ｒ２＝３．６３７ｍｍ、Ｒ３（開口絞り）＝∞、Ｒ４＝１０．２９７ｍｍ、Ｒ５＝−２．４０４ｍｍ、Ｒ６＝−５．１２０ｍｍ
【００２２】
＜光軸上の間隔＞
Ｄ１＝０．９０ｍｍ、Ｄ２＝８．６１ｍｍ、Ｄ３＝１．９２ｍｍ、Ｄ４＝２．５６ｍｍ、Ｄ５＝１．０２ｍｍ、Ｄ６＝６．５８ｍｍ
【００２３】
＜屈折率（Ｎｄ：ｄ線）＞
Ｎ１＝１．４８７４９、Ｎ２＝１．８８３００、Ｎ３＝２．１４３５２
＜アッベ数（νｄ：ｄ線）＞
ν１＝７０．２、ν２＝４０．８、ν３＝１７．８
【００２４】
この実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差図は、図３に示されるような結果となる。尚、図３の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
この実施例１においては、空気界面数を４面に抑えたレンズ構成において、全画角（２ω）が１４０度であり、非球面を用いることなく、非点収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、フレア光やゴーストが少なく、良好な画質の画像を得ることができ、監視カメラや車載カメラに適した広角レンズが得られる。
【００２５】
図４及び図５は、本発明に係る広角レンズの他の実施形態を示すものであり、図４は基本構成図、図５は光路図、図６は収差図である。
この実施形態に係る広角レンズは、図４に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、第１レンズ群Ｉ、開口絞りＳＤ、第２レンズ群ＩＩにより構成されている。
第１レンズ群Ｉは、第１レンズ１０のみからなる。
第２レンズ群ＩＩは、第２レンズ２０と、第２レンズ２０の像側の面に接合された第３レンズ３０と、第３レンズ３０の像側の面に接合された第４レンズ４０とからなる。
【００２６】
ここで、第１レンズ１０、開口絞りＳＤ、第２レンズ２０、第３レンズ３０、第４レンズ４０、像面Ｐの配列構成においては、図４に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜７）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜７）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜４）で表す。また、第１レンズ１０〜像面Ｐまでのそれぞれの光軸Ｌ方向における間隔（厚さ、空気間隔）を、図４に示すように、Ｄｉ（ｉ＝１〜７）で表す。
【００２７】
第１レンズ１０は、ガラス材料により形成され、図４及び図５に示すように、負の屈折力をもつように、物体側に凸面Ｓ１及び像側に凹面Ｓ２を向けるメニスカス状で中央部が周辺部よりも薄肉をなすメニスカス凹レンズである。そして、凸面Ｓ１及び凹面Ｓ２は、球面として形成されている。
ここでは、第１レンズ群Ｉが、メニスカス凹レンズをなす第１レンズ１からなる場合を示したが、これに限定されるものではなく、負の屈折力をなすものであればその他のレンズであってもよい。
【００２８】
第２レンズ２０は、ガラス材料により形成され、図４及び図５に示すように、正の屈折力をもつように、物体側に凸面Ｓ４及び像側に凹面Ｓ５を向けるメニスカス状で中央部が周辺部よりも厚肉をなすメニスカス凸レンズである。そして、凸面Ｓ４及び凹面Ｓ５は、球面として形成されている。また、第２レンズ２０は、屈折率Ｎ２が２を超える超高屈折率をなすガラス材料により形成されている。
【００２９】
第３レンズ３０は、ガラス材料により形成され、図４及び図５に示すように、第２レンズ２０の像側の凹面Ｓ５に接合され（すなわち、第２レンズ２０が第３レンズ３０の物体側の凸面Ｓ５に接合され）、正の屈折力をもつように、物体側に凸面Ｓ５及び像側に凸面Ｓ６を向ける両凸レンズである。そして、凸面Ｓ５及び凸面Ｓ６は、球面として形成されている。
【００３０】
第４レンズ４０は、ガラス材料により形成され、図４及び図５に示すように、第３レンズ３０（両凸レンズ）の像側の凸面Ｓ６に接合され、負の屈折力をもつように、物体側に凹面Ｓ６及び像側に凸面Ｓ７を向けるメニスカス状で中央部が周辺部よりも薄肉をなすメニスカス凹レンズである。そして、凹面Ｓ６及び凸面Ｓ７は、球面として形成されている。また、第４レンズ４０は、屈折率Ｎ４が２を超える超高屈折率をなすガラス材料により形成されている。
ここで、第４レンズ４０（メニスカス凹レンズ）と第２レンズ２０（メニスカス凸レンズ）とは、同一のガラス材料により形成されてもよい。このように、同一のガラス材料を使用することで、材料費用等を低減できる。
【００３１】
この広角レンズにおいては、非球面に代わる手段として、第２レンズ２０（メニスカス凸レンズ）及び第４レンズ４０（メニスカス凹レンズ）を、屈折率    Ｎ２，Ｎ３が２を超える超高屈折率のガラス材料で形成すると共に、これらのメニスカス凸レンズ（第２レンズ２０）及びメニスカス凹レンズ（第４レンズ４０）を両凸レンズ（第３レンズ３０）の両面Ｓ５，Ｓ６に貼り合わせる（接合する）ことにより、非点収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、光学特性を改善している。
尚、貼り合わせ面において光の反射を生じる場合は、適切な多層膜コーティングを施すことにより、使用上差し支えない程度まで光の反射を低減させることができる。
このように、屈折率が２を超える超高屈折率材料を採用し、かつ、レンズの貼り合わせ（接合）を行うことにより、非球面を用いることなく、低コスト化を達成しつつ、従来の広角レンズと同等以上の光学性能を有する広角レンズを得ることができる。
【００３２】
上記構成からなる広角レンズの具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。
【実施例２】
【００３３】
実施例２における第１レンズ１０〜第４レンズ４０の主な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）は以下の通りである。
＜仕様諸元＞
波長１＝６５６．３ｎｍ、波長２（主波長）＝５８７．６ｎｍ、波長３＝４８６．１ｎｍ、レンズ系の焦点距離＝３．８ｍｍ、Ｆ値＝２．８、全画角（２ω）＝１４０．０°、第１レンズ１０の外形寸法φ１＝１８．００ｍｍ、第２レンズ２０の外形寸法φ２＝５．２０ｍｍ、第３レンズ３０の外形寸法φ３＝５．２０ｍｍ、第４レンズ４０の外形寸法φ４＝５．２０ｍｍ、開口絞りＳＤの絞り口径φ＝３．１０ｍｍ
【００３４】
＜曲率半径＞
Ｒ１＝２８．４１４ｍｍ、Ｒ２＝４．２８５ｍｍ、Ｒ３（開口絞り）＝∞、Ｒ４＝１２．５６３ｍｍ、Ｒ５＝３２．８４４ｍｍ、Ｒ６＝−２．９７６ｍｍ、Ｒ７＝−６．４７３ｍｍ
【００３５】
＜光軸上の間隔＞
Ｄ１＝０．９０ｍｍ、Ｄ２＝１０．５５ｍｍ、Ｄ３＝０．３７ｍｍ、Ｄ４＝２．２８ｍｍ、Ｄ５＝３．５０ｍｍ、Ｄ６＝０．９０ｍｍ、Ｄ７＝８．００ｍｍ
【００３６】
＜屈折率（Ｎｄ：ｄ線）＞
Ｎ１＝１．６０７３８、Ｎ２＝２．１４３５２、Ｎ３＝１．８８３００、Ｎ４＝２．１４３５２
＜アッベ数（νｄ：ｄ線）＞
ν１＝５６．８、ν２＝１７．８、ν３＝４０．８、ν４＝１７．８
【００３７】
この実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差図は、図６に示されるような結果となる。尚、図６の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
この実施例２においては、空気界面数を４面に抑えたレンズ構成において、全画角（２ω）が１４０度であり、非球面を用いることなく、非点収差、色収差等の諸収差を良好に補正して、フレア光やゴーストが少なく、良好な画質の画像を得ることができ、監視カメラや車載カメラに適した広角レンズが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上述べたように、本発明の広角レンズは、広い画角を有し、鮮明で歪みの少ない画像を得ることができるため、監視カメラや車載カメラ等の撮影用のレンズに適用できるのは勿論のこと、広い画角を必要とし配置スペースの限られた光学機器に搭載される撮像カメラの広角レンズとしても有用である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｌ  光軸
Ｐ  像面
ＳＤ  開口絞り
１  第１レンズ（メニスカス凹レンズ）
２  第２レンズ（両凸レンズ）
３  第３レンズ（メニスカス凹レンズ）
Ｄ１〜Ｄ６  光軸上の間隔
Ｒ１〜Ｒ６  曲率半径
Ｓ１〜Ｓ６  面
１０  第１レンズ（メニスカス凹レンズ）
２０  第２レンズ（メニスカス凸レンズ）
３０  第３レンズ（両凸レンズ）
４０  第４レンズ（メニスカス凹レンズ）
Ｄ１〜Ｄ７  光軸上の間隔
Ｒ１〜Ｒ７  曲率半径
Ｓ１〜Ｓ７  面
【図１】
2011113024.tif 000003
【図２】
2011113024.tif 000004
【図３】
2011113024.tif 000005
【図４】
2011113024.tif 000006
【図５】
2011113024.tif 000007
【図６】
2011113024.tif 000008