JP2007279632A - 超広角レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、少ないレンズ枚数で明るく、最大画角１７０度以上を確保可能な超広角レンズを提供することを目的とする。
【解決手段】物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面が形成された負のメニスカスレンズである第１レンズと、負の第２レンズと、正の第３レンズと、絞りと、互いに離間するか、または接合された正の第４レンズおよび負の第５レンズと、両凸形状の第６レンズとを備え、第３レンズまたは第６レンズの少なくとも１面に非球面が形成され、以下の条件を満足する。
（１）０．４＜｜ｆ₁₂｜／Ｈ＜１．１
（２）１．４＜｜ｆ₁｜／｜ｆ₂｜＜２．３
（３）０．２＜ｄ₄／Ｈ＜０．７
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ₁₂：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｆ₁：第１レンズの焦点距離
ｆ₂：第２レンズの焦点距離
ｄ₄：第２レンズ像側面と第３レンズ物体側面との中心間距離
Ｈ：最大像高
【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラ、車載カメラ用途に使用される、１７０度以上の画角を有し、明るい超広角レンズに関するものである。

監視カメラ、車載カメラ用途に求められるレンズ特性としては、広い撮影範囲、被写体の明暗差への対応、被写界深度が深いといったことが挙げられる。これらの条件を満たすためには超広角レンズ、特に大口径の明るいものが使用されている。

従来の超広角レンズとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

この特許文献１中のレンズ設計では負の前群、絞り、正の後群というレンズ配置を取り、負の前群は全て負レンズで構成されている。

さらに、通常の広角レンズとしても類似の構造を有するものとして、特許文献２に記載されたものが知られている。
特開２００４−２９２８２号公報 特開２００４−１７７４３５号公報

一方、近年の監視カメラ、車載用カメラなどの分野においては、より広範囲の撮影が求められている。この場合に求められる最大画角は１７０度以上のものが多い。前記特許文献１記載の超広角レンズ設計においては、発散性の前群最後面と収斂性の後群最前面の距離を大きく設定した設計となっているため、特に画角を広げた場合においては負群最後発散面から大きく発散した軸外光束を後群最前面で受けることができなくなる。すなわち、実現可能な画角範囲に制限が生じている。

また、前記特許文献２記載の設計での広角レンズでは物体側から負メニスカス形状の第１レンズ、負の第２レンズ、正の第３レンズ、正の第４レンズと負の第５レンズとの接合レンズ、正の第６レンズを配置して構成されているが、この場合も発散性の第２レンズと収斂性の第３レンズとの間隔が大きいこと、さらに発散性の第１、第２レンズの発散力が十分でなく、その屈折力配分も超広角レンズ用途には適していないため、最大画角は７０度程度に留まっている。

本発明は、上記問題点を解決するもので、少ないレンズ枚数で最大画角１７０度以上を確保できる明るい超広角レンズを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１記載の超広角レンズは、物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面が形成された負のメニスカスレンズである第１レンズと、負の第２レンズと、正の第３レンズと、絞りと、互いに離間するか、または接合された正の第４レンズおよび負の第５レンズと、両凸形状の第６レンズとを備え、第３レンズまたは第６レンズの少なくとも１面に非球面が形成され、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（１）０．４＜｜ｆ₁₂｜／Ｈ＜１．１
（２）１．４＜｜ｆ₁｜／｜ｆ₂｜＜２．３
（３）０．２＜ｄ₄／Ｈ＜０．７
ただし、ｆ₁₂は第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離、ｆ₂は第２レンズの焦点距離、ｄ₄は第２レンズ像側面と第３レンズ物体側面との中心間距離、Ｈは最大像高である。

本発明の請求項２に記載の超広角レンズは、請求項１に記載の発明において、第４レンズと第５レンズが接合され、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（４）｜ｆ₄₅｜／Ｈ＞２．５
ただし、ｆ₄₅は第４レンズと第５レンズの合成焦点距離である。

本発明の請求項３に記載の超広角レンズは、請求項２に記載の発明において、第４レンズと第５レンズが接合され、以下の式のいずれかを満足することを特徴とするものである。

（５）｜ｎｄ₄−ｎｄ_R｜≦０．０５
（６）｜ｎｄ₅−ｎｄ_R｜≦０．０５
ただし、ｎｄ₄は第４レンズ材料のｄ線での屈折率、ｎｄ₅は第５レンズ材料のｄ線での屈折率、ｎｄ_Rは第４レンズと第５レンズを接合する接着剤材料のｄ線での屈折率である。

本発明の請求項４に記載の超広角レンズは、請求項１に記載の発明において、第１レンズ材料はガラスであり、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（７）ｄ₁−｛ＳＡＧ₁＋（ＥＴ₁／２）｝＞０
ただし、ｄ₁は第１レンズの光軸方向の中心部の厚さ、ＳＡＧ₁は光軸上で物体側から像側を正に取った場合の光軸と平行な方向における第１レンズの物体側面中心から第１レンズ最周辺間の座標差、ＥＴ₁は第１レンズの光軸方向のエッジ部の厚さである。

本発明の請求項５に記載の超広角レンズは、請求項１に記載の発明において、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（８）１．１＜ｂ_f／Ｈ＜１．４
ただし、ｂ_fはバックフォーカスである。

本発明の請求項６に記載の超広角レンズは、請求項１に記載の発明において、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（９）ν₂−ν₃＞２５
（１０）ν₄−ν₅＞２５
（１１）ν₆＞４５
ただし、ν₂、ν₃、ν₄、ν₅、ν₆はそれぞれ第２、第３、第４、第５、第６レンズ材料のアッベ数である。

本発明の請求項７に記載の超広角レンズは、請求項１記載の発明において、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（１２）５．８＜ＴＬ／Ｈ＜８．６
ただし、ＴＬはレンズ全長である。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１記載の発明において、以下の条件を満足することを特徴とするものである。

（１３）１．５＜ｆ₄₅₆／Ｈ＜１．９
（１４）０．９＜ｆ₃／Ｈ＜３．１
（１５）１．０＜ｆ₆／Ｈ＜１．４
ただし、ｆ₄₅₆は第４レンズ、第５レンズおよび第６レンズの合成焦点距離、ｆ₃は第３レンズの焦点距離、ｆ₆は第６レンズの焦点距離である。

本発明の超広角レンズは物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面が形成された負のメニスカスレンズである第１レンズと、負の第２レンズと、正の第３レンズと、絞りと、互いに離間するか、または接合された正の第４レンズおよび負の第５レンズと、両凸形状の第６レンズとを備え、第３レンズまたは第６レンズの少なくとも１面に非球面が形成されたことを特徴とする超広角レンズであり、Ｆ値２．０以上かつ、最大画角１７０度以上を確保することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態における超広角レンズの概略配置を示す説明図である。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はそれぞれ第１、第２、第３、第４、第５、第６レンズ、Ｓは絞り、Ｃ１はカバーガラス、Ｉは像面である。物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面が形成された負のメニスカスレンズである第１レンズＬ１、両凹形状の第２レンズＬ２、両凸形状の第３レンズＬ３、絞りＳ、両凸形状の第４レンズＬ４、該第４レンズ像側面と接合された両凹形状の第５レンズＬ５、両凸形状の第６レンズＬ６とを備え、第６レンズＬ６の物体側面に非球面が形成されている。

また、本発明においては以下の条件式（１）、（２）、（３）を満足する。

（１）０．４＜｜ｆ₁₂｜／Ｈ＜１．１
（２）１．４＜｜ｆ₁｜／｜ｆ₂｜＜２．３
（３）０．２＜ｄ₄／Ｈ＜０．７
ただし、ｆ₁は第１レンズＬ１の焦点距離、ｆ₂は第２レンズＬ２の焦点距離、ｆ₁₂は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離、ｄ₄は第２レンズＬ２像側面と第３レンズＬ３物体側面との中心間距離、Ｈは最大像高である。

本発明のレンズ構成においては、発散性の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２によって大きな入射角からの光を取り込み、第３レンズＬ３で平行光に近い状態に整え、光学絞り以降の第４レンズＬ４、第５レンズＬ５で主に色収差補正、第６レンズＬ６の非球面で主に球面収差補正をそれぞれ行うことによって被写体像を像面に結合させている。また、射影方式としては以下の式で表される等距離射影方式を用いている。

（１６）Ｙ＝ｆθ
ただし、Ｙは像高、ｆは焦点距離、θは入射角である。Ｙ＝ｆ・ｔａｎθで記述される一般的な中心射影方式では、本発明のように入射角θが９０度に近い場合にｔａｎθの値が無限大に近づき、ｆの値が非常に小さくなる。このため設計には多くのレンズ枚数を要し、レンズのサイズも大型化するため実用的ではない。

前記条件式（１）では発散性のレンズ群を構成する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の合成焦点距離範囲を定めている。条件式（１）の下限を超える場合には合成焦点距離が小さく、発散性レンズ群の屈折力が強すぎることになる。この場合特に、軸外で発生するコマ収差の補正を第３レンズＬ３以降のレンズ群で補正することが困難になる。さらに、像面周辺部でのタンジェンシャル像面が正側へ大きく湾曲し、解像度の劣化を招く。また、条件式（１）の上限を超える場合には発散群の屈折力が小さすぎることになるが、この場合、十分な最大画角および像面周辺部での照度を確保することが困難となる。

前記条件式（２）では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の屈折力配分を定めている。両レンズとも強い負の屈折力を有するが、特に第１レンズは大きな入射角からの軸外光束を取り込み、第２レンズＬ２は該軸外光束を強く屈折させて軸上光束から軸外光束まで第３レンズＬ３物体側面に小さな入射角で入射させるという役割を担っている。すなわち、第２レンズＬ２の屈折力のほうが第１レンズＬ１の屈折力よりも大きくなるように屈折力配分を行うことにより、第３レンズＬ３以降のレンズ面での光束の入射角を抑え、収差発生を抑制しつつ像面への結像を行っている。条件式（２）の下限を超える場合には第１レンズＬ１の屈折力が強すぎることになり、上限を超える場合には第２レンズＬ２の屈折力が強すぎることになるが、いずれの場合にも大きな入射角からの軸外光束の取り込みが困難となる。特に条件式（２）の下限を超える場合には負メニスカスレンズである第１レンズＬ１像側凹面の曲率を増加させる必要があり、該レンズの製造が困難となる。また、一方に強い屈折力が集中しすぎると軸外光束に発生するコマ収差が極端に増大するが、条件式（２）の上限を超える場合には元々大きな屈折力を有する第２レンズＬ２の屈折力がさらに増加することを意味し、第２レンズＬ２を通過することで軸外光束に発生する大きなコマ収差の補正を第３レンズＬ３以降のレンズ群で行うことが特に困難となる。

前記条件式（３）では第２レンズＬ２と第３レンズＬ３間の距離範囲を定めている。第２群像側面を通過した軸上光束、軸外光束ともに、できるだけ発散していない状態で、かつ、それぞれの光束の端点ができるだけ接近するように第３レンズＬ３物体側面に入射することが望ましい。特に大口径の明るいレンズの場合には望ましい。その理由は光束が発散しすぎると第３レンズＬ３物体側面で前記光束を受けるためには該レンズ面の曲率を小さくせざるを得ず、十分な屈折力を得ることが困難になるためである。また、一般に光束がレンズ面の周辺部を通過する場合には球面収差、コマ収差などの収差発生量が増大する。前記のいずれかの光束、特に軸外光束の端点が軸上光束の端点より大きく離れて第３レンズＬ３物体側面周辺部を通過すると、軸外光束での収差発生量が大きくなり、撮影画像での周辺光学性能低下を招き、特に大口径レンズの場合には前記の現象が顕著に現れる。条件式（３）は以上の現象を防ぐための適切な範囲を示したものである。特に条件式（３）の下限を超える場合には第２レンズと第３レンズとの間隔が小さすぎるため、両者が物理的に干渉する可能性もあり、好ましくない。

すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の屈折力の総和およびその配分を適切に設定し、第３レンズＬ３物体側面での収差発生をできるだけ抑制するように第２レンズＬ２と第３レンズＬ３間の距離を設定することで、大口径であっても収差発生量が第３レンズＬ３以降のレンズで補正可能な範囲となっている。したがって本発明の構成により、明るく、全画角１７０度以上を確保した超広角レンズが実現可能となる。

絞りＳについては、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間に設けているが、これは光学設計上の利点のみならず、結像に不要な迷光を遮断する効果も有している。

また、非球面については、超広角を実現するために発生した収差を低減するために、第６レンズＬ６の物体側の面に非球面が設けられた例を示しているが、第３レンズＬ３あるいは第６レンズＬ６の少なくともいずれかの面に非球面が設けられることで収差の低減を図る効果がある。

また、本発明においては第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とが接合され、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。

（４）｜ｆ₄₅｜／Ｈ＞２．５
ただし、ｆ₄₅は前記接合レンズの合成焦点距離である。

第４レンズＬ４と第５レンズＬ５が接合されている場合には両者間の組立偏芯誤差は接合工程によって十分に抑制することが可能となる。その条件下で接合レンズとしての屈折力を十分に小さくし、その合成焦点距離を条件式（４）で定められる範囲に設定することにより、超広角レンズ組立工程において前記接合レンズを組み込む際に発生する偏芯、チルトによる光学性能の誤差敏感度を鈍化させ、誤差による光学性能の変動を抑制することが可能になる。条件式（４）の下限を超えると屈折力が強くなりすぎるため、前記製造誤差による光学性能変動が増大する。

また、第４レンズと第５レンズが接合されている場合、以下の条件式（５）、（６）のいずれかを満足することが望ましい。

（５）｜ｎｄ₄−ｎｄ_R｜≦０．０５
（６）｜ｎｄ₅−ｎｄ_R｜≦０．０５
ただし、ｎｄ₄は第４レンズＬ４の材料のｄ線での屈折率、ｎｄ₅は第５レンズＬ５の材料のｄ線での屈折率、ｎｄ_Rは第４レンズＬ４と第５レンズＬ５を接合する接着剤材料のｄ線での屈折率である。

第４レンズＬ４と第５レンズＬ５が接合され、かつ、それぞれのレンズ材料の屈折率が接合に用いられている接着剤材料の屈折率と大きく乖離している場合、接着剤層の厚さのばらつきにより光学性能が変動し、画面中心に合焦させた場合に周辺解像度の劣化を招く。いずれかのレンズ材料の屈折率が前記接着剤材料の屈折率と近い場合には前記の光学性能変動を抑制することが可能となり、第４レンズと第５レンズ接合工程における接着層厚の公差を緩和することが可能となる。

また、本発明においては第１レンズＬ１、第２レンズＬ２でガラスレンズを使用することが望ましい。その理由として、前記両レンズともに低分散の材料を使用することが色収差の低減には効果的であり、したがってプラスチック材料よりも低分散材料を選択可能なガラス材料を使用することが光学性能向上には効果的であるためである。特に、第１レンズＬ１にはガラス材料を使用し、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。

（７）ｄ₁−｛ＳＡＧ₁＋（ＥＴ₁／２）｝＞０
ただし、ｄ₁は第１レンズＬ１の光軸方向の中心部の厚さ、ＳＡＧ₁は光軸上で物体側から像側を正に取った場合の光軸と平行な方向における第１レンズＬ１の物体側面中心から第１レンズＬ１最周辺間の座標差、ＥＴ₁は第１レンズＬ１の光軸方向のエッジ部の厚さである。

前記の色収差補正のための材料特性に加え、第１レンズＬ１は外気と直接接するため耐水、対候性にすぐれた材料が望ましく、その点でもプラスチック材料よりガラス材料の方が有利である。さらにその形状を条件式（７）の範囲に定めることにより、その製造、特にモールド成型によるレンズ製造が容易となる。条件式（７）が成立しない場合には、第１レンズＬ１の光軸方向のエッジ部の厚さに対する光軸方向の中心部の厚さの割合が低下してくるため、レンズ成型時のクラックあるいはレンズの一部破損が発生しやすくなり、レンズ成型が困難になる。

また、本発明においては以下の条件式（８）を満足することが望ましい。

（８）１．１＜ｂ_f／Ｈ＜１．４
ただし、ｂ_fはバックフォーカスである。

上記条件式（８）の上限を超えると、バックフォーカスを大きくとりすぎることになる。その場合、レンズで占有される空間が短縮され、その中で光束の屈折が行われなければならなくなる。そのため、特に発散群である第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の屈折力を強くしすぎる必要が生じ、第３レンズＬ３以降での収差補正が困難になる。また、条件式（８）の下限を超えると、バックフォーカスが短くなることから、ローパスフィルタなどのフィルタ類を入れるスペースを確保することが困難になる。

また、本発明においては以下の条件式（９）、（１０）、（１１）を満足することが望ましい。

（９）ν₂−ν₃＞２５
（１０）ν₄−ν₅＞２５
（１１）ν₆＞４５
ただし、ν₂、ν₃、ν₄、ν₅、ν₆はそれぞれ第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６材料のアッベ数である。

上記の条件式（９）、（１０）、（１１）の範囲に定めることにより、特に良好に色収差を抑制することが可能となる。その理由は、レンズ群が複数のレンズで構成されている場合、凹レンズ材料と凸レンズ材料間でのアッベ数差を確保することが必要であるためである。第２および第３レンズ間での色収差補正を良好に行うためには条件式（９）を満足することが望ましく、第４レンズと第５レンズでの色収差補正を良好に行うためには条件式（１０）を満足することが望ましい。また、第５レンズＬ５像側面では軸外光束が光軸から離れる方向に屈折され、第６レンズＬ６で収斂されて像面に結像する。すなわち、第６レンズＬ６は単レンズから構成される収斂群となっているため、光束が該レンズを通過する際の色収差発生を十分に抑制するため、該レンズ材料は十分に低分散の材料である必要がある。したがって、第６レンズＬ６での色収差発生を抑制するためには条件式（１１）を満足することが望ましい。

また、本発明においては、以下の条件式（１２）を満足することが望ましい。

（１２）５．８＜ＴＬ／Ｈ＜８．６
ただし、ＴＬはレンズ全長である。

条件式（１２）の範囲に定めることにより、撮像素子サイズに対し、光学性能を確保した上でレンズの小型化が可能となる。車載用途や監視用途のカメラではレンズを小型化して目立たないようにすることも重要であるが、条件式（１２）の上限を超えると撮像素子サイズに対してレンズの十分な小型化が図れなくなり好ましくない。条件式（１２）の下限を超えるとレンズは小型化するが、広画角を確保しようとすると、発散レンズ群である第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の焦点距離を極端に小さくしなければならない。その結果、主にコマ収差などの収差発生量が増大し、第３レンズＬ３以降のレンズでの収差補正が困難になる。したがって性能と小型化のバランスをとるために条件式（１２）を満足することが望ましい。

また、本発明においては以下の条件式（１３）、（１４）、（１５）を満足することが望ましい。

（１３）１．５＜ｆ₄₅₆／Ｈ＜１．９
（１４）０．９＜ｆ₃／Ｈ＜３．１
（１５）１．０＜ｆ₆／Ｈ＜１．４
ただし、ｆ₄₅₆は第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６の合成焦点距離、ｆ₃は第３レンズＬ３の焦点距離、ｆ₆は第６レンズＬ６の焦点距離である。

第３レンズＬ３および絞りＳ以降の第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成されるレンズ群はそれぞれ共通して、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２で発生する像面湾曲を補正する役割を有している。

条件式（１３）の範囲に定めることにより、絞りＳから像面までの光軸間距離を短く保ちながら、球面収差および像面湾曲が抑制された像を得ることが可能となる。条件式（１３）の上限を超えると、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成されるレンズ群の屈折力が弱くなるため、レンズ全長が増大し、小型化に対して不利である。さらに、前記レンズ群の屈折力が弱くなるので、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２から構成されるレンズ群で大きく発生するタンジェンシャル像面が正側に大きく湾曲する像面湾曲を補正できず、画面周辺の解像度低下を招く。条件式（１３）の下限を超えると、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成されるレンズ群の屈折力が強くなりすぎるため、前記レンズ群で発生する各収差、特に球面収差が大きくなり、光学性能確保が困難となる。さらに、第４レンズＬ４から第６レンズＬ６のいずれかのレンズ面において、レンズの製造が困難となる大きな曲率が必要となる。

また、条件式（１４）の範囲に定めることにより、コマ収差および像面湾曲が抑制され、撮像素子の有効画面全体で一様な照度の像を得ることが可能となる。条件式（１４）の上限を超えると、第３レンズＬ３の屈折力が弱くなりすぎるため、第１レンズ、第２レンズから構成されるレンズ群で大きく発生するタンジェンシャル像面が正側に大きく湾曲する像面湾曲を補正できず、解像度の低下を招くため、好ましくない。条件式（１４）の下限を超えると、第３レンズＬ３の屈折力が強くなりすぎるため、第３レンズＬ３を通過した軸外光束に発生するコマ収差が増大する。

また、条件式（１５）の範囲に定めることにより、撮像素子の有効画面の中心部から周辺部に至るまで、撮像素子への入射角度が抑制され、撮像素子の有効画面全体で一様な照度の像を得ることが可能となる。条件式（１５）の上限を超えると、第６レンズＬ６の屈折力が弱くなりすぎる。この場合、第５レンズＬ５の像面側を通過した軸外光束は第６レンズ物体側面まで光軸から離れる方向に持ち上げられるが、第６レンズで前記軸外光束を十分に屈折させることができず、その結果、撮像素子の有効画面の周辺部に入射する光線の入射角度が増大する。固体撮像素子を使用する場合の撮像素子感度は入射角度が増大するに従って低下すること、および、像面照度は像面への入射角をθとした場合ｃｏｓ⁴θに比例して減少することから、前記の場合には撮像素子で感知する光量が減少し、画面中心の照度に対する画面周辺部の照度が低下するため好ましくない。条件式（１５）の下限を超えると、第６レンズの屈折力が強くなりすぎ、撮画面周辺部ではタンジェンシャル像面が負側へ大きく湾曲する像面湾曲が発生する。非球面を使用した場合でも像面湾曲が大きすぎる場合には補正が困難であるか、あるいは補正可能であってもレンズ中心部が凸形状であり、周辺部が凹形状になるような、レンズ製造が困難な形状になるため好ましくない。

次に、超広角レンズの設計例について、実施の形態１〜実施の形態８に基づいて説明する。ここで、各実施の形態に使用する記号は下記の通りである。

ｒ：近軸曲率半径
ｄ：光軸におけるレンズ厚またはレンズ間隔
ｎ_d：ｄ線の屈折率
ν_d：ｄ線のアッベ数
また、各実施の形態において、レンズの非球面の形状は、光軸方向にｚ軸、光軸と直交する方向にｘ軸、ｙ軸をそれぞれとる直交座標系を用いると、以下の式で表される。

ｚ＝（ｈ²／ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）²｝］＋Ａ₄・ｈ⁴＋Ａ₆・ｈ⁶＋Ａ₈・ｈ⁸＋Ａ₁₀・ｈ¹⁰
ただし、ｈ＝√（ｘ²＋ｙ²）
ｒ：近軸曲率半径、Ｋ：コニカル定数、
Ａ_p（ｐ＝４、６、８、１０）：高次の非球面係数
なお、表中のＫおよびＡ_pの表記は、以下のように定義する。

例えば、「６．０２３４５６Ｅ−４」は、６．０２３４５６×１０^-4を表す。

また、各実施の形態においては、像面のＩの物体側にカバーガラスが１枚ないし２枚設置されているが、これらのカバーガラスは単なる平板ガラスではなく、ＩＲカットフィルタなどのフィルタに置換することも可能である。

（実施の形態１）
次に、前記の構成を反映した本発明における超広角レンズの具体的な設計例について以下に示す。

超広角レンズの設計例１について（表１）および（表２）にその数値例、（表３）に光学性能、図１にそのレンズ構成図、図２にその諸収差図をそれぞれ示す。

実施の形態１の広角レンズの概略配置を示す説明図は、前述の図１に示したものと同一であるため詳細な説明は省略する。図２は、図１の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。歪曲収差については、等距離射影方式に基づいた歪曲もあわせて示す。等距離射影方式では、歪曲がない場合、像高Ｙは焦点距離ｆと画角θを用いて以下の式（１６）で表される。

（１６）Ｙ＝ｆθ
したがって、歪曲Ｄｉｓｔは実際の像高をＹ’とすると以下の式（１７）で表される。

（１７）Ｄｉｓｔ＝（Ｙ’−Ｙ）／Ｙ×１００（％）
本実施の形態では非球面は第６レンズＬ６の物体側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合されている。各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態２）
超広角レンズの設計例２について（表４）、（表５）にその数値例、（表６）に光学性能、図３にそのレンズ構成図、図４にその諸収差図をそれぞれ示す。

図３は実施の形態２の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図３において、図１と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図４は、図３の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６の物体側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された上で、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成屈折力および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５および第６レンズＬ６の合成屈折力を増加させた例であるが、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態３）
超広角レンズの設計例３について（表７）、（表８）にその数値例、（表９）に光学性能、図５にそのレンズ構成図、図６にその諸収差図をそれぞれ示す。

図５は実施の形態３の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図５において、図１と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図６は、図５の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６の物体側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合された上で、第２レンズＬ２像側面と第３レンズＬ３物体側面を最も接近させた例であるが、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態４）
超広角レンズの設計例４について（表１０）、（表１１）にその数値例、（表１２）に光学性能、図７にそのレンズ構成図、図８にその諸収差図をそれぞれ示す。

図７は実施の形態４の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図７において、図１と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図８は、図７の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第３レンズＬ３物体側面及び第６レンズＬ６物体側面に使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合されている例であるが、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態５）
超広角レンズの設計例５について（表１３）、（表１４）にその数値例、（表１５）に光学性能、図９にそのレンズ構成図、図１０にその諸収差図をそれぞれ示す。

図９は実施の形態５の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図９において、図１と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。本実施の形態以降ではカバーガラスを２枚挿入した設計になっており、物体側面からそれぞれＣ１、Ｃ２としている。これらはいずれかあるいは両方ともフィルタに置換することも可能であり、また、１枚に置換することも可能である。図１０は、図９の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６像側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は離間している例であるが、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態６）
超広角レンズの設計例６について（表１６）、（表１７）にその数値例、（表１８）に光学性能、図１１にそのレンズ構成図、図１２にその諸収差図をそれぞれ示す。

図１１は実施の形態６の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図１１において、図９と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図１２は、図１１の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６像側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は離間し、実施の形態６と比較してレンズ全長を短縮した例であるが、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態７）
超広角レンズの設計例７について（表１９）、（表２０）にその数値例、（表２１）に光学性能、図１３にそのレンズ構成図、図１４にその諸収差図をそれぞれ示す。

図１３は実施の形態７の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図１３において、図９と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図１４は、図１３の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６像側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合され、第４レンズＬ４の材料の屈折率が接合接着剤の屈折率と略等しくなっており、かつ、第１レンズＬ１に耐水、耐候性に優れたガラス（ＢＫ７）を用いた例である。以上のことから耐水、耐候性および製造公差緩和も考慮した設計になっている一方で、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

（実施の形態８）
超広角レンズの設計例８について（表２２）、（表２３）にその数値例、（表２４）に光学性能、図１５にそのレンズ構成図、図１６にその諸収差図をそれぞれ示す。

図１５は実施の形態８の広角レンズの概略配置を示す説明図である。図１５において、図９と同一の構成部分には同一番号を付して詳細な説明は省略する。図１６は、図１５の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図である。本実施の形態は非球面を第６レンズＬ６像側面のみに使用し、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は接合され、第４レンズＬ４の材料の屈折率が接合接着剤の屈折率と略等しくなっている。したがって、製造公差緩和も考慮されている一方で、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の材料に非常に高い屈折率の材料を使用し、かつ、第２レンズＬ２の屈折力を強く設定し、かつ、その他のレンズ材料にも非常に高い屈折率の材料を使用することで、最大画角２００度を実現しつつ、各収差ともに超広角レンズとしては良好に補正されている。

以上の実施の形態１から実施の形態８の設計における、条件式（１）から条件式（１５）に対応する光学性能パラメータの計算結果をまとめて（表２５）に示す。

各実施の形態において、請求項１の条件式（１）から条件式（３）を満足し、これにより超広角レンズとしての光学性能を実現していることがわかる。色収差補正、製造公差緩和、耐水、耐候性を満足するために必要な条件も満たすことが可能であり、要求仕様に応じて所望の性能を実現することが可能である。

本発明は、最大画角１７０度以上を確保できる超広角レンズとして有用である。

本発明の実施の形態１の広角レンズの概略配置を示す説明図 実施の形態１の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態２の広角レンズの概略配置を示す説明図 図３の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態３の広角レンズの概略配置を示す説明図 図５の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態４の広角レンズの概略配置を示す説明図 図７の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態５の広角レンズの概略配置を示す説明図 図９の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態６の広角レンズの概略配置を示す説明図 図１１の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態７の広角レンズの概略配置を示す説明図 図１３の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図 実施の形態８の広角レンズの概略配置を示す説明図 図１５の広角レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｓ 絞り
Ｃ１ 第１カバーガラス
Ｃ２ 第２カバーガラス
Ｉ 像面

Claims (8)

1. 物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面が形成された負のメニスカスレンズである第１レンズと、負の第２レンズと、正の第３レンズと、絞りと、互いに離間するか、または接合された正の第４レンズおよび負の第５レンズと、両凸形状の第６レンズとを備え、第３レンズまたは第６レンズの少なくとも１面に非球面が形成され、以下の条件を満足することを特徴とする超広角レンズ。
   （１）０．４＜｜ｆ₁₂｜／Ｈ＜１．１
   （２）１．４＜｜ｆ₁｜／｜ｆ₂｜＜２．３
   （３）０．２＜ｄ₄／Ｈ＜０．７
   ただし、
   ｆ₁₂：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
   ｆ₁：第１レンズの焦点距離
   ｆ₂：第２レンズの焦点距離
   ｄ₄：第２レンズ像側面と第３レンズ物体側面との中心間距離
   Ｈ：最大像高
2. 第４レンズと第５レンズが接合され、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１記載の超広角レンズ。
   （４）｜ｆ₄₅｜／Ｈ＞２．５
   ただし、
   ｆ₄₅：第４レンズと第５レンズの合成焦点距離
3. 以下の式のいずれかを満足することを特徴とする請求項２記載の超広角レンズ。
   （５）｜ｎｄ₄−ｎｄ_R｜≦０．０５
   （６）｜ｎｄ₅−ｎｄ_R｜≦０．０５
   ただし、
   ｎｄ₄：第４レンズ材料のｄ線での屈折率
   ｎｄ₅：第５レンズ材料のｄ線での屈折率
   ｎｄ_R：第４レンズと第５レンズを接合する接着剤材料のｄ線での屈折率
4. 第１レンズ材料はガラスであり、以下の条件を満足する請求項１に記載の超広角レンズ。
   （７）ｄ₁−｛ＳＡＧ₁＋（ＥＴ₁／２）｝＞０
   ただし、
   ｄ₁：第１レンズの光軸方向の中心部の厚さ
   ＳＡＧ₁：光軸上で物体側から像側を正に取った場合の光軸と平行な方向における第１レンズの物体側面中心から第１レンズ最周辺間の座標差
   ＥＴ₁：第１レンズの光軸方向のエッジ部の厚さ
5. 以下の条件を満足する請求項１に記載の超広角レンズ。
   （８）１．１＜ｂ_f／Ｈ＜１．４
   ただし、
   ｂ_f：バックフォーカス
6. 以下の条件を満足する請求項１に記載の超広角レンズ。
   （９）ν₂−ν₃＞２５
   （１０）ν₄−ν₅＞２５
   （１１）ν₆＞４５
   ν₂：第２レンズ材料のアッベ数
   ν₃：第３レンズ材料のアッベ数
   ν₄：第４レンズ材料のアッベ数
   ν₅：第５レンズ材料のアッベ数
   ν₆：第６レンズ材料のアッベ数
7. 以下の条件を満足する請求項１に記載の超広角レンズ。
   （１２）５．８＜ＴＬ／Ｈ＜８．６
   ただし、
   ＴＬ：レンズ全長
8. 以下の条件を満足する請求項１に記載の超広角レンズ。
   （１３）１．５＜ｆ₄₅₆／Ｈ＜１．９
   （１４）０．９＜ｆ₃／Ｈ＜３．１
   （１５）１．０＜ｆ₆／Ｈ＜１．４
   ただし、
   ｆ₄₅₆：第４レンズ、第５レンズ、第６レンズの合成焦点距離
   ｆ₃：第３レンズの焦点距離
   ｆ₆：第６レンズの焦点距離

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