(57)【要約】【課題】  小型・軽量で廉価に製造可能な射出瞳の長い、水平画角が８０度以上の広角レンズを提案すること。【解決手段】  物体側より順に第１、２、３レンズ１、２、４が配列され、第１レンズ１は負のパワーを有し、その像面側レンズ面１ｂに凹面が形成され、第２レンズ２は正のパワーを有し、その物体側レンズ面２ａに凸面が形成され、第３レンズ４はその像面側レンズ面４ｂが凸面であり、第１レンズ１が光学ガラスレンズで、第２、３レンズ２、４が非球面レンズであり、０．５＜ｆ２／ｆ３＜３．０、νｄ３／νｄ２＞１．５、０．５＜｜ｆ１／ｆ２３｜＜３．０、｜Ｒ１／Ｆ｜＞１５を満足する。（全レンズ系の合成焦点距離Ｆ、第１〜第３レンズの焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３、それらのアッベ数νｄ１、νｄ２、νｄ３、第２および第３レンズの合成焦点距離ｆ２３、第１レンズの物体側レンズ面の曲率半径Ｒ１）【選択図】  図１
2005181596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に配列された第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを有し、
前記第１レンズは負のパワーを有し、その像面側レンズ面に凹面が形成されており、
前記第２レンズは正のパワーを有し、その物体側レンズ面に凸面が形成されており、
前記第３レンズはメニスカスレンズであって、その像面側レンズ面に凸面が形成されており、
全レンズ系の水平画角が８０度以上であり、
前記第１レンズは光学ガラスレンズであり、
前記第２レンズおよび前記第３レンズの各レンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であり、
全レンズ系の合成焦点距離をＦ、前記第１ないし第３レンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とし、そのアッベ数をνｄ１、νｄ２、νｄ３とし、前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離をｆ２３とし、前記第１レンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１としたとき、以下の条件式（１）ないし（４）を満足する広角レンズ。
０．５＜ｆ２／ｆ３＜３．０              （１）
νｄ３／νｄ２＞１．５                  （２）
０．５＜｜ｆ１／ｆ２３｜＜３．０        （３）
｜Ｒ１／Ｆ｜＞１５                      （４）
【請求項２】
請求項１において、
前記第２レンズおよび前記第３レンズは非球面レンズである広角レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、携帯電話機搭載カメラ等に用いられる高画質の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。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの後方確認や携帯電話機に搭載される小型で高性能な、しかも、画像取り込みが水平方向で８０度を超すような超広角レンズが求められている。こうした広角レンズを用いる小型カメラの受光素子には、ＣＣＤやＣＭＯＳが用いられている。これらの受光素子の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約があり、これ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減少し、周辺部の暗い画面となってしまう。
【０００３】
このような現象を補正するために、電気的補正回路や、受光素子と一対をなすマイクロレンズを配置して素子面への光量拡大を図るなどの対応策が採用されている。しかし、これらの方式はコスト高の要因となっているのが実状である。このような観点から、レンズ系によって対応するようになり、所謂、射出瞳の長い広角レンズが用いられるようになってきた。このことと相まって、高性能を実現するために多数枚の球面レンズを用いて実用化していたのが現実である。
【０００４】
しかし、こうした光学系ではレンズコストが極めて高いばかりかレンズが大型化してしまい実用的とは言い難い。そこで、本発明者は下記の特許文献において、小型、軽量、低コストでありながら、射出瞳が長く色収差が十分に補正された高性能な広角レンズを提案している。
【特許文献１】特開２００１−３３７２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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広角レンズを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の広角レンズは、
物体側より順に配列された第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを有し、
前記第１レンズは負のパワーを有し、その像面側レンズ面に凹面が形成されており、
前記第２レンズは正のパワーを有し、その物体側レンズ面に凸面が形成されており、
前記第３レンズはメニスカスレンズであり、その像面側レンズ面に凸面が形成されており、
全レンズ系の水平画角が８０度以上であり、
前記第１レンズは光学ガラスレンズであり、
前記第２レンズおよび前記第３レンズの各レンズ面のうち、少なくとも１面が非球面であり、
全レンズ系の合成焦点距離をＦ、前記第１ないし第３レンズの各焦点距離をｆ１、ｆ２、ｆ３とし、そのアッベ数をνｄ１、νｄ２、νｄ３とし、前記第２レンズと第３レンズの合成焦点距離をｆ２３とし、前記第１レンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１としたとき、以下の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴としている。
【０００７】
０．５＜ｆ２／ｆ３＜３．０              （１）
νｄ３／νｄ２＞１．５                  （２）
０．５＜｜ｆ１／ｆ２３｜＜３．０        （３）
｜Ｒ１／Ｆ｜＞１５                      （４）
【０００８】
条件式（１）は倍率の色収差および射出瞳を制限するためのものである。上限を超えると倍率の色収差のうち、短波長の倍率が（−）方向へ増加し、画面周辺で青色の色ずれが生じると共に、軸外のサジタル像が（＋）方向に増大し、画面周辺部で非点収差が発生する。また、下限を下回るとバックフォーカスが短くなると同時に、射出瞳の距離も短くなり、軸外光線の受光素子に対する入射角が増大し、この結果、周辺光量の減少を招くこととなる。
【０００９】
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加し、画面周辺部において青の色ずれが生じてしまう。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するので、注意が必要である。
【００１０】
条件式(３)はバックフォーカスと光学特性を制限するものである。上限を超えると像面湾曲が増大すると同時に、バックフォーカスが小さくなり、画面周辺部への光線取り込みが大幅に減少することになる。下限を下回るとバックフォーカスは長くできるが、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、満足な結像性能を得ることができないばかりか、各レンズの曲率半径が小さくなって加工上の制約も生じてくる。
【００１１】
条件式(４)は全レンズ系の水平画角を８０度以上とする場合に必要なものである。水平画角が８０度以上の広角レンズの場合、Ｒ１／Ｆが正の範囲で１５より小さくなるとコマ収差の補正が困難となる。また、第１レンズの像面側レンズ面の曲率半径が小さくなってしまい、第１レンズが加工性の悪いレンズとなってしまう。逆に、Ｒ１／Ｆが負の範囲において、条件式の範囲を超えるとディストーションが大きくなり、併せて非点収差およびコマ収差の補正ができなくなる。
【００１２】
次に、本発明の広角レンズでは、前記第１レンズを光学ガラスレンズとしたことを特徴としている。第１レンズを光学ガラスレンズとすることにより、自然環境による諸弊害から内部のレンズ光学系を保護することができる。
【００１３】
また、本発明では、前記第２レンズおよび前記第３レンズの各レンズ面のうち、少なくとも１面を非球面としたことを特徴としている。双方のレンズを非球面レンズとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＣＣＤなどへの最大射出角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などの非球面レンズを使用して高性能な、小型で安価な水平画角が８０度以上の広角レンズを実現できる。
【００１５】
特に、本発明によれば、物体側に配置されている第１レンズをガラスレンズとすることによって、第１レンズ以降の内部部品に対する環境保護が施された、メガオーダの高画素に対応した小型でコンパクトな広角レンズを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した広角レンズの各実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１の広角レンズの光学系を示す概略構成図である。なお、実施例１の広角レンズの構成は後述の実施例２についても基本的に同一である。広角レンズ１０は、物体側より順に結像面６に向けて、光学ガラスからなる物体側レンズ面に凸面１ｂが形成されている負のパワーを有するメニスカスの第１レンズ１と、正のパワーを有する第２レンズ２と、絞り３を介して像面側レンズ面４ｂが凸面とされているメニスカスの正のパワーを有する第３レンズ４が配列された構成となっている。第３レンズ４と結像面６との間には、カバーガラス５や不図示のローパスフィルタなどが配置されているが、これらを省略することもある。
【００１８】
広角レンズ１０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：２．６
Ｆ：１．１９ｍｍ
ｆ１：−３．１６７ｍｍ
ｆ２：３．９８９ｍｍ
ｆ３：２．５８９ｍｍ
ｆ２３：２．６９９ｍｍ
【００１９】
表１Ａには広角レンズ１０の各レンズ面のレンズデータを示し、表１Ｂには、非球面とされるレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。
【００２０】
表１Ａにおいて、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の曲率半径を表し、ｄはレンズ面間の距離を表し、Ｎｄは各レンズの屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。また、番号ｉに星印が付してあるレンズ面は非球面であることを示す。本例では、第２レンズ２の両レンズ面２ａ、２ｂおよび第３レンズ４の両レンズ面４ａ、４ｂが共に非球面となっている。
【００２１】
【表１Ａ】
2005181596.tif 000003
【００２２】
【表１Ｂ】
2005181596.tif 000004
【００２３】
また、レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次式により表すことができる。
【００２４】
【数１】
2005181596.tif 000005
【００２５】
なお、各記号の意味および非球面形状を表す式は、後述の実施例２、３においても同様である。
【００２６】
図３（Ａ）には、実施例１に係る広角レンズ１０の諸収差を示してある。
【００２７】
図の中に記してあるＳＡは球面収差を表し、ＡＳは非点収差を表し、ＤＩＳＴはディストーションを表す。これらの記号の意味は後述の収差図においても同様である。
【００２８】
本実施例に係る広角レンズ１０は、次の条件式(１)〜(４)を満足している。
０．５＜ｆ２／ｆ３＜３．０          （１）
νｄ３／νｄ２＞１．５              （２）
０．５＜｜ｆ１／ｆ２３｜＜３．０    （３）
｜Ｒ１／Ｆ｜＞１５                  （４）
ただし、
Ｆ：全光学系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｆ２３：第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
Ｒ１：第１レンズの物体側第１レンズ面
νｄ２：第２レンズのアッベ数
νｄ３：第３レンズのアッベ数
【００２９】
即ち、ｆ２／ｆ３＝１．５４、νｄ３／νｄ２＝１．８８、｜ｆ１／ｆ２３｜＝１．１７、｜Ｒ１／Ｆ｜＝２２．６３であり、条件式を満足している。
【実施例２】
【００３０】
本発明の実施例２に係る広角レンズ２０の構成は前述のように図１に示す実施例１の場合と同様であり、その全光学系のレンズデータは次の通りである。
Ｆナンバー：２．６
Ｆ：１．１９ｍｍ
ｆ１：−３．３６６ｍｍ
ｆ２：４．２０ｍｍ
ｆ３：２．４５ｍｍ
ｆ２３：２．６４ｍｍ
【００３１】
表２Ａは、広角レンズ２０の各レンズ面のレンズデータを示し、表２Ｂは、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。本例では、第２レンズ２および第３レンズ４の両側のレンズ面２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂが共に非球面とされている。
【００３２】
【表２Ａ】
2005181596.tif 000006
【００３３】
【表２Ｂ】
2005181596.tif 000007
【００３４】
また、図３（Ｂ）には、実施例２に係る広角レンズ２０の諸収差を示す。
【００３５】
広角レンズ２０は、各条件式を満足している。即ち、ｆ２／ｆ３＝１．７１、νｄ３／νｄ２＝１．８８、｜ｆ１／ｆ２３｜＝１．２７５、｜Ｒ１／Ｆ｜＝３８．８９であり、条件式を満足している。
【実施例３】
【００３６】
図２は、実施例３に係る広角レンズ３０の概略構成図である。広角レンズ３０は、物体側より順に結像面１６に向かって、物体側レンズ面１１ｂに大きな曲率の凹面が形成された光学ガラスよりなる負のパワーを有する両凹の第１レンズ１１、物体側レンズ面１２ａが強い凸面とされている正のパワーを有する第２レンズ１２と、絞り１３を介して、像面側レンズ面１４ｂが凸面とされている正のパワーを有するメニスカスの第３レンズ１４が配列された構成となっている。第２レンズ１２と第３レンズ１４の両方のレンズ面１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂには非球面が施されている。また、第３レンズ１４と結像面１６との間には、カバーガラス１５などが介在している。
【００３７】
広角レンズ３０の全光学系のレンズデータは、次の通りである。
Ｆナンバー：２．６
Ｆ：２．０９ｍｍ
ｆ１：−４．７５ｍｍ
ｆ２：５．２４ｍｍ
ｆ３：３．４２ｍｍ
ｆ２３：３．６０ｍｍ
【００３８】
表３Ａは、広角レンズ３０の各レンズデータを示し、表３Ｂは、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。
【００３９】
【表３Ａ】
2005181596.tif 000008
【００４０】
【表３Ｂ】
2005181596.tif 000009
【００４１】
また、図３（Ｃ）は、実施例３に係る広角レンズ３０の諸収差を示す。
【００４２】
広角レンズ３０は、各条件式を満足している。即ち、ｆ２／ｆ３＝１．５３、νｄ３／νｄ２＝１．８８、｜ｆ１／ｆ２３｜＝１．３２、｜Ｒ１／Ｆ｜＝５２．６であり、条件式を満足している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１および２の広角レンズの概略構成図である。
【図２】本発明の実施例３の広角レンズの概略構成図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施例１の広角レンズの収差図であり、（Ｂ）は実施例２の広角レンズの収差図であり、（Ｃ）は実施例３の広角レンズの収差図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１  第１レンズ
１ｂ、１１ｂ  第１レンズの像面側レンズ面
２、１２  第２レンズ
２ａ、１２ａ  第２レンズの物体側レンズ面
２ｂ、１２ｂ  第２レンズの像面側レンズ面
３、１３    絞り
４、１４  第３レンズ
４ａ、１４ａ  第３レンズの物体側レンズ面
４ｂ、１４ｂ  第３レンズの像面側レンズ面
５、１５    カバーガラス
６、１６    結像面
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ７    レンズ面の曲率半径
【図１】
2005181596.tif 000010
【図２】
2005181596.tif 000011
【図３】
2005181596.tif 000012