JP5638709B2 - 広角レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラ等に使用可能な広角レンズおよびこの広角レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、広角化を実現する様々なレンズが提案され、例えば、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラなど種々の用途の光学系として好適に用いられている。このようなレンズとして、例えば、特許文献１、２および３は、６０度を超えるような画角を有するレンズを開示している。

特開平１０−２６０３４６号公報 特開平０８−９４９２６号公報 特開２０１１−１８６２６９号公報

ここで、特に映画撮影用レンズとして、広角化を図りながらも、低照度の撮影条件下でも対応可能な小さいＦナンバーを有するものが要望されている。しかしながら、特許文献１および３に記載のものはＦナンバーをさらに小さくすることが求められ、特許文献２に記載のものはさらに広角化が求められる。

さらに、映画撮影用レンズとして、フォーカシング（合焦）スピードの速いものを望む声も高まってきており、フォーカシングを行うレンズ群の軽量化が要望されている。そして近年では、これら全ての要望を同時に満たす光学系の実現が望まれている。しかしながら、特許文献２に記載された光学系は、開口絞りより像側に位置するレンズ群全体を移動させてフォーカシングを行うため、移動するレンズ群の重量が重く、迅速なフォーカシングスピードを実現することは難しい。また、特許文献３に記載された光学系は、２つのレンズ群を、それぞれのレンズ群ごとに設定された移動方向にそれぞれに設定された移動量だけ同期させて移動させることによりフォーカシングを行うため、移動するレンズ群の重量をさらに軽量化し、フォーカシングスピードをより速くすることが求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、Ｆナンバーが小さく、広角化とフォーカシングを行うレンズ群の軽量化を達成するとともに高い光学性能を有する広角レンズおよび該広角レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の広角レンズは、物体側から順に、合焦時に光軸方向について固定とされ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、合焦時に光軸に沿って移動する第２レンズ群と、合焦時に光軸方向について固定とされた第３レンズ群との実質的に３つのレンズ群からなり、第１レンズ群が物体側から順に、正の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、負の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、負の屈折力を有し、かつ、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の凹面を向けた第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズとを備え、かつ、第４レンズより像側に配置され、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズと、該接合レンズに像側に隣接して配置された開口絞りとを少なくとも備えるものであり、第２レンズ群が実質的に２つ以下のレンズからなるものであり、第３レンズ群が少なくとも１つの正レンズを備えるものであり、さらに下記条件式（１）を満たすことを特徴とする。なお、本発明の広角レンズにおいて、下記条件式（１−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（１−２）を満たすことがよりさらに好ましい。
０．００＜ｆ／ｆ１＜２．００ （１）
０．４０＜ｆ／ｆ１＜１．６０ （１−１）
０．５０＜ｆ／ｆ１＜１．５０ （１−２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
とする。

また、本発明の広角レンズにおいて、下記条件式（２）をさらに満たすことが好ましく、条件式（２−１）を満たすことがさらに好ましい。
０．００＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．５０ （２）
０．０５＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．４０ （２−１）
ただし、
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。

また、本発明の広角レンズにおいて、第１レンズ群は第４レンズの像側に隣接して配置された、正の屈折力を有する第５レンズをさらに備えることが好ましい。

また、本発明の広角レンズにおいて、第２レンズ群は正の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなることが好ましく、あるいは、第２レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された実質的に１つの接合レンズからなるものであってもよい。

また、上記のように、第２レンズ群が正の屈折力を有する１つのレンズ、または、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された実質的に１つの接合レンズのいずれかからなる場合に、下記条件式（３）を満たすことが好ましく、条件式（３−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（３−２）を満たすことがよりさらに好ましい。
３５＜ν２ｐ （３）
４５＜ν２ｐ （３−１）
７０＜ν２ｐ （３−２）
ただし、
ν２ｐ：第２レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数
とする。

また、本発明の広角レンズにおいて、第２レンズ群が負の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなるものであってもよい。また、この場合に、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
３５＜ν２ｎ （４）
ただし、
ν２ｎ：第２レンズ群に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数
とする。

なお、上記の「実質的に３つのレンズ群からなり」、「実質的に２つ以下のレンズからなる」、「実質的に１つのレンズからなる」、「実質的に１つの接合レンズからなり」の「実質的に〜」とは、構成要件として挙げたレンズ群やレンズ以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、上記本発明の広角レンズにおけるレンズの面形状、屈折力の符号は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。また、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。

なお、上記本発明の広角レンズにおいて、「負の屈折力を有する第４レンズとを備え、かつ、第４レンズより像側に配置され、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズと、」とは、第４レンズより像側に上記接合レンズが隣接して配置される場合だけでなく、第４レンズと接合レンズの間に１つ以上のさらなるレンズが配置される場合も含む。

なお、上記本発明の広角レンズにおいて、「正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズ」とは、物体側から順に正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズと、物体側から順に負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズの両方を含む。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の広角レンズと、この広角レンズによって形成された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の広角レンズは、合焦時に固定の正の第１レンズ群と、合焦時に光軸に沿って移動する第２レンズ群と、合焦時に固定の第３レンズ群とからなるレンズ系において、特に第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ構成を好適に設定しているため、Ｆナンバーが小さく、広角化およびフォーカシングを行うレンズ群の軽量化を達成しつつ、高い光学性能を実現することができる。

本発明の撮像装置は、本発明の広角レンズを備えているため、フォーカシングスピードが速く、明るく高画質の映像を取得することができる。

本発明の実施例１の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５の広角レンズのレンズ構成を示す断面図 図６（Ａ）〜図６（Ｊ）は本発明の実施例１の広角レンズの各収差図 図７（Ａ）〜図７（Ｊ）は本発明の実施例２の広角レンズの各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｊ）は本発明の実施例３の広角レンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｊ）は本発明の実施例４の広角レンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｊ）は本発明の実施例５の広角レンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる広角レンズの構成例を示す断面図であり、後述の実施例１の広角レンズに対応している。また、図２〜図５は、本発明の実施形態にかかる第２〜第５の実施形態にかかる広角レンズの構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例２〜５の広角レンズに対応している。図１〜図５に示す例の基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、ここでは主に図１を参照しながら、本発明の実施形態にかかる広角レンズについて説明し、図２〜図５に示す例については、図１と共通する説明は適宜省略し、共通する図示方法についても省略する。

第１の実施形態における広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、合焦時に移動する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３との実質的に３つのレンズ群からなる。合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定され、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って移動させることによりフォーカシングを行うように構成されている。

図１に示すレンズ構成は無限遠物体に合焦している時（無限遠合焦状態）のレンズ配置を示したものである。図１では左側が物体側、右側が像側である。

図１に示す例では、開口絞りＳｔは第１レンズ群Ｇ１の中に配置されている。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

なお、広角レンズが撮像装置に搭載される際には、撮像素子の撮像面を保護するカバーガラスや、撮像装置の仕様に応じて色分解プリズム等のプリズム、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタを適宜備えるように撮像装置を構成することが好ましい。図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを最も像側のレンズ群と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

第１レンズ群Ｇ１は、図１に示すように、最も物体側に、正の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズＬ１を備える。これにより、ディストーションおよび／または倍率色収差を良好に補正することができる。

次いで、第１レンズ群Ｇ１は物体側から２番目に、負の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズＬ２を備える。これにより、第２レンズ群Ｇ２を通過した光線が第３レンズ群Ｇ３に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、非点収差の発生を良好に軽減することができる。

さらに、第１レンズ群Ｇ１は物体側から３番目に、負の屈折力を有し、かつ、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の凹面を向けた第３レンズＬ３を備える。これにより、第２レンズ群Ｇ２を通過した光線が第３レンズ群Ｇ３に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、非点収差の発生を良好に軽減することができる。なお、第３レンズＬ３を物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズとした場合には、より良好に同効果を得ることができる。

続いて、第１レンズ群Ｇ１は物体側から４番目に、負の屈折力を有する第４レンズＬ４を備える。これにより、第２レンズ群Ｇ２を通過した光線が第３レンズ群Ｇ３に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、非点収差の発生を良好に軽減することができる。なお、第４レンズＬ４を両凹レンズとした場合には、より良好に同効果を得ることができる。

さらに、図１に示すように、第４レンズの像側に隣接して配置された、正の屈折力を有する第５レンズをさらに備えることが好ましい。この場合には、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４を光束が通過する際に発生した非点収差を良好に補正することができる。また、第５レンズＬ５を両凸レンズとした場合には、より良好に同効果を得ることができる。

さらに、第１レンズ群Ｇ１は、第５レンズＬ５の像側に、両凸形状の第６レンズＬ６を備えることが好ましい。これにより、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４を光束が通過する際に発生した非点収差をさらに良好に補正することができる。

また、第１レンズ群Ｇ１は、少なくとも第４レンズＬ４より像側に、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズを備え、かつ、この接合レンズに像側に隣接して開口絞りＳｔを配置するように構成されている。このように、少なくとも第４レンズＬ４より像側であるとともに、開口絞りＳｔの物体側に隣接する位置に、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズを配置することにより、軸上色収差および／または倍率色収差を良好に補正することができる。図１に示すように、像側に凹面を向けたメニスカス形状の第７レンズＬ７と両凸形状の第８レンズＬ８とからなる接合レンズを構成した場合には、好適に同効果を得ることができる。なお、各実施例において、このように開口絞りの物体側に隣接され、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズは、接合レンズを構成する２つのレンズの屈折力が物体側から順に正、負となるように構成されたものでもよく、物体側から順に負、正となるように構成されたものでもよい。

なお、第４レンズＬ４と開口絞りＳｔに隣接して物体側に配置された接合レンズとの間に配置するレンズ構成は、本広角レンズの性能を維持する範囲で改変が可能であり、例えば、後述する第２〜第５の実施形態のように、１つ以上のレンズを配置することができる。

第１の実施例における第１レンズ群Ｇ１において、開口絞りＳｔより像側に配置されたレンズの構成は、物体側から順に、両凸形状の第９レンズＬ９と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１０レンズＬ１０と、両凸形状の第１１レンズＬ１１と両凹形状の第１２レンズＬ１２とを接合した接合レンズからなる。第１の実施形態における第１レンズ群Ｇ１において、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１の３枚の正の屈折力を有するレンズが全系の正の屈折力を主として担うものであり、これら３つのレンズＬ９、Ｌ１０、Ｌ１１を開口絞りＳｔの像面側に配置することにより、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。また、第１２レンズＬ１２を両凹形状とすることにより、球面収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。

また、第１レンズ群Ｇ１の開口絞りＳｔと第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズとの間に配置するレンズ構成は、本広角レンズの性能を維持する範囲で改変が可能であり、例えば、後述する第２〜第５の実施形態のように、１つ以上のレンズを配置することができる。

また、第１レンズ群Ｇ１は下記条件式（１）を満たしている。
０．００＜ｆ／ｆ１＜２．００ （１）
０．４０＜ｆ／ｆ１＜１．６０ （１−１）
０．５０＜ｆ／ｆ１＜１．５０ （１−２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
とする。

条件式（１）に対応する値は必ず正の値であり０より大きい。また、条件式（１−１）の下限を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の径を大きくする必要が生じ、第２レンズ群Ｇ２の重量の増大を招いてしまうため、合焦時に移動する第２レンズ群Ｇ２の軽量化を図ることが難しい。また、条件式（１）の上限を上回ると、合焦時の画角の変動の増大を招いてしまう。条件式（１）を満たすことで、合焦時の画角の変動を維持しつつ好適に第２レンズ群Ｇ２の軽量化を図ることができる。条件式（１）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（１−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（１−２）を満たすことがよりさらに好ましい。

また、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に第１Ａレンズ群と第１Ｂレンズ群により構成される。第１Ａレンズ群は、第１レンズ群Ｇ１のうち開口絞りＳｔより物体側に配置された全てのレンズからなる第１レンズ群Ｇ１の部分レンズ群であり、第１Ｂレンズ群は、第１レンズ群Ｇ１のうち開口絞りＳｔより像側に配置された全てのレンズからなる、第１レンズ群Ｇ１の部分レンズ群である。これらの第１Ａレンズ群と第１Ｂレンズ群のそれぞれの焦点距離ｆ１ａ、ｆ１ｂは、下記条件式（５）および（６）を同時に満たすことが好ましい。
ｆ１ａ＜０ （５）
０＜ｆ１ｂ （６）
ただし、
ｆ１ａ：第１レンズ群のうち、開口絞りより物体側に配置された全てのレンズからなる第１Ａレンズ群の焦点距離
ｆ１ｂ：第１レンズ群のうち、開口絞りより像側に配置された全てのレンズからなる第１Ｂレンズ群の焦点距離
とする。

条件式（５）および（６）を満たす場合には、第１レンズ群Ｇ１のうち、第１Ａレンズ群が負の屈折力を有し、第１Ｂレンズ群が正の屈折力を有するものとなるため、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。なお、本明細書の第１〜第５の全実施形態は、条件式（５）および（６）を満たす。

第２レンズ群Ｇ２は、実質的に２つ以下のレンズからなる。第１の実施形態に示すように、物体側から順に、第２レンズ群Ｇ２は正の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなるものとして構成することが好ましい。このように第２レンズ群Ｇ２を１つのレンズにより構成した場合には、フォーカシングを行う第２レンズ群Ｇ２の軽量化を好適に実現することができる。また、第２レンズ群Ｇ２は正の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなるものとして構成する場合に、第２レンズ群Ｇ２を構成する第２１レンズＬ２１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとすることが好ましい。これにより、合焦時の球面収差の変動を良好に抑制できる。

また、第２レンズ群Ｇ２は、下記条件式（２）をさらに満たすことが好ましい。
０．００＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．５０ （２）
０．０５＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．４０ （２−１）
ただし、
ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
とする。

条件式（２）に対応する値は必ず正の値であり０より大きい。また、条件式（２−１）の下限を下まわると、合焦時の移動量が大きくなるため、合焦時の画角の変動が大きくなりやすい。また、条件式（２）の上限を上まわると、フォーカシングを行う第２レンズ群Ｇ２の屈折力が過大なものとなるため、合焦時の画角の変動を招いてしまう。このため、条件式（２）を満たすことにより、合焦時の画角の変動を好適に抑制することができる。条件式（２）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（２−１）を満たすことがさらに好ましい。

また、上記のように、第２レンズ群Ｇ２が正の屈折力を有する１つのレンズとした場合に、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
３５＜ν２ｐ （３）
４５＜ν２ｐ （３−１）
７０＜ν２ｐ （３−２）
ただし、
ν２ｐ：第２レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数
とする。

上記式（３）を満たす場合には、合焦時の色収差の変動をより好適に抑制することができる。また、条件式（３）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（３−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（３−２）を満たすことがよりさらに好ましい。第１の実施形態では、ν２ｐが８０を超える十分大きい値に設定されているため、合焦時の色収差の変動をより良好に抑制することができる。

第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１つの正の屈折力を有するレンズを備えるものである。これにより、好適に軸上色収差と倍率色収差（倍率の色収差）のバランスをとることができる。なお、第３レンズ群Ｇ３のレンズ構成は、本広角レンズの性能を維持する範囲で改変が可能であり、例えば、後述する第２〜第５の実施形態のように、少なくとも１つの正の屈折力を有するとともに１つ以上のさらなるレンズを配置することができる。

第１の実施例に係る第３レンズ群Ｇ３は、物体側から、像側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３１レンズＬ３１と、両凸形状の第３２レンズＬ３２と物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３３レンズＬ３３を接合した接合レンズからなる。このように第３レンズ群Ｇ３を構成することにより、良好に軸上色収差と倍率色収差のバランスをとることができる。

この広角レンズは、７０度以上の画角を達成できるように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の各レンズ構成を設定することが好ましい。第１〜第５の各実施形態では、それぞれ７０度を超える十分広い画角を達成するように、上記各レンズ構成を設定している。

次に、図２を参照しながら、本発明の第２の実施形態にかかる広角レンズについて説明する。図２は、本発明の第２の実施形態にかかる広角レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例２の広角レンズに対応している。

なお、本発明の第２から第５の実施形態にかかる広角レンズは、第１の実施例と同様に、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、合焦時に移動する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３との実質的に３つのレンズ群からなる。合焦の際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は光軸方向について固定され、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って移動させることによりフォーカシングを行うように構成されている。このため、以下の第２から第５の実施形態においては、各レンズ群を構成する各レンズの詳細な構成についてのみ説明する。以下、第１から第５の実施形態で共通のする構成の作用効果は、第１の実施形態の説明において述べたものと同じものであるため、ここでは第１の実施形態と異なる部分を中心に説明し、重複説明は省略する。

図２に示すように、第２の実施形態にかかる第１レンズ群Ｇ１は、第１〜第５レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５および第７、８レンズＬ７、Ｌ８については、第１の実施形態と基本的なレンズ構成を共通としており、その作用効果も第１の実施形態に記載したものと同じである。以下、第２の実施形態の第１レンズ群Ｇ１のうち、第１の実施例と異なる部分について説明する。

図２に示すように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から６番目の第６レンズＬ６を両凹形状のレンズとして構成してもよい。第５レンズＬ５が両凸レンズの場合、第６レンズＬ６を両凹形状とすることで、より非点収差を良好に補正することができる。この場合、第５レンズＬ５より第６レンズＬ６の屈折率を低いものとし、かつ、第５レンズＬ５より第６レンズＬ６のアッベ数を大きいものとすることが好ましい。これにより、倍率の色収差、非点収差をより良好に補正することが出来る。

また、第２の実施形態のように、第１レンズ群Ｇ１のうち、開口絞りＳｔから像側に配置されたレンズ構成は、物体側から順に、両凸形状の第９レンズＬ９と、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１０レンズＬ１０とすることが好適である。第２の実施形態において、両凸形状の第９レンズＬ９は全系の主たる正の屈折力を担うものであり、これが開口絞りＳｔの像面側に配置されることにより、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。また、第１０レンズＬ１０を物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状とすることにより、球面収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。

図２に示すように、第２レンズ群Ｇ２を、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された実質的に１つの接合レンズからなるものとして構成することが好適である。この場合には、第２レンズ群Ｇ２を１つのレンズにより構成した場合よりは、フォーカシングを行う第２レンズ群Ｇ２の重量が増加するものの、合焦時の色収差の変動を好適に抑制することができる。なお、この正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズは、接合レンズを構成する２つのレンズの屈折力が物体側から順に正、負となるように構成されたものでもよく、物体側から順に負、正となるように構成されたものでもよい。

また、上記のように、第２レンズ群Ｇ２が、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された実質的に１つの接合レンズからなる場合に、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
３５＜ν２ｐ （３）
４５＜ν２ｐ （３−１）
７０＜ν２ｐ （３−２）
ただし、
ν２ｐ：第２レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数
とする。

上記式（３）を満たす場合には、合焦時の色収差の変動をより好適に抑制することができる。また、条件式（３）を満たすことにより得られる効果をさらに高めるためには、条件式（３−１）を満たすことがさらに好ましく、条件式（３−２）を満たすことがよりさらに好ましい。第２の実施形態では、ν２ｐが８０を超える値と十分大きく設定されているため、条件式（３−２）を満足し、好適に合焦時の色収差の変動を抑制することができる。

第２の実施形態において、第３レンズ群Ｇ３の各基本的なレンズ構成は第１の実施形態と共通し、これにより第１の実施形態の同構成から得られる効果と同様の好適な効果を得ることができる。

次に、図３を参照しながら、本発明の第３の実施形態にかかる広角レンズについて説明する。図３は、本発明の第３の実施形態にかかる広角レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例３の広角レンズに対応している。

図３に示すように、第３の実施形態にかかる第１レンズ群Ｇ１は、第１〜第４レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、第６レンズＬ６、第１０レンズＬ１０については、第１の実施形態と基本的なレンズ構成を共通としており、その作用効果も第１の実施形態に記載したものと同じである。以下、第３の実施形態の第１レンズ群Ｇ１のうち、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から５番目の第５レンズＬ５を、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状に構成してもよい。これにより、この場合にも、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４を光束が通過する際に発生した非点収差を良好に補正することができる。

また、図３に示すように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から７番目に、物体側に凸面を向けた第７レンズＬ７を備えてもよい。これにより、良好に球面収差と非点収差のバランスを取ることができる。

さらに、図３に示すように、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から８番目に、負の屈折力を有する両凹形状の第８レンズＬ８と両凸形状の第９レンズＬ９とからなる接合レンズと、この接合レンズに像側に隣接して配置された開口絞りＳｔを備える構成としてもよい。第４レンズＬ４より像側であるとともに、開口絞りＳｔの物体側に隣接する位置に、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズを配置し、さらに接合レンズを図３のようなレンズ構成とすることにより軸上色収差および／または倍率色収差をさらに良好に補正することができる。

さらに、図３に示すように、第１レンズ群Ｇ１における開口絞りＳｔから像側に配置されたレンズの構成を、物体側から順に、両凸形状の第１０レンズＬ１０と、両凸形状の第１１レンズＬ１１と両凸形状の第１２レンズＬ１２と両凹形状の第１３レンズＬ１３を接合した接合レンズとしてもよい。第３の実施形態において、この第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１、第１２レンズＬ１２が全系の主たる正の屈折力を担うものであり、これが開口絞りＳｔの像面側に配置されることにより、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。また、第１３レンズＬ１３を両凹形状とすることにより、球面収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。

さらに、図３に示すように、第２レンズ群Ｇ２を負の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなるものとしてもよい。このように第２レンズ群Ｇ２を１つのレンズにより構成した場合には、フォーカシングを行う第２レンズ群Ｇ２の軽量化を好適に実現することができる。なお、第３の実施形態において、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第２１レンズＬ２１からなる。このように、第２１レンズＬ２１を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとして構成することにより、より良好に合焦時の球面収差の変動を抑制することができる。

また、上記のように、第２レンズ群Ｇ２が負の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなるものである場合に、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
３５＜ν２ｎ （４）
ただし、
ν２ｎ：第２レンズ群に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数
とする。

式（４）を満たす場合には、合焦時の色収差の変動をより好適に抑制することができる。条件式（４）に関し、第３の実施形態では、ν２ｎが４０を越える十分大きな値に設定されているため、条件式（４）を満たし、合焦時の色収差の変動をより良好に抑制することができる。

第３の実施形態に示すように、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から、両凸形状の第３１レンズＬ３１と物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第３２レンズＬ３２とを接合した接合レンズからなるものとしてもよい。この場合にも、良好に軸上色収差と倍率色収差のバランスをとることができる。

次に、図４を参照しながら、本発明の第４の実施形態にかかる広角レンズについて説明する。図４は、本発明の第４の実施形態にかかる広角レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例４の広角レンズに対応している。

図４に示すように、第４の実施形態にかかる第１レンズ群Ｇ１は、第１、２レンズＬ１、Ｌ２および第４〜９レンズＬ４〜Ｌ９については、第１の実施形態と基本的なレンズ構成を共通としており、その作用効果も第１の実施形態に記載したものと同じである。以下、第４の実施形態の第１レンズ群Ｇ１のうち、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、第４の実施形態においては、第１レンズ群Ｇ１における物体側から３番目の第３レンズＬ３を像側に曲率半径の絶対値の小さい方を向けた両凹レンズとして構成している。このように第３レンズＬ３の形状を構成した場合にも、第２レンズ群Ｇ２を通過した光線が第３レンズ群Ｇ３に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、非点収差の発生を良好に軽減することができる。

図４に示すように、第１レンズ群Ｇ１は、開口絞りＳｔから像側に配置されたレンズ構成として、物体側から順に、両凸形状の第９レンズＬ９と、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１０レンズＬ１０と、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１１レンズＬ１１と両凹形状の第１２レンズＬ１２を接合した接合レンズを備えてなる。第４の実施形態において、この第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１が全系の主たる正の屈折力を担うものであり、これが開口絞りＳｔの像面側に配置されることにより、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。また、第１２レンズＬ１２を両凹形状とすることにより、球面収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。

第４の実施形態における、第１レンズ群Ｇ１の上記以外の構成および第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３の基本的なレンズ構成は、いずれも第１の実施形態と共通であり、第１の実施形態と共通する構成の説明及び作用効果については、第１の実施形態と同様である。

次に、図５を参照しながら、本発明の第５の実施形態にかかる広角レンズについて説明する。図５は、本発明の第５の実施形態にかかる広角レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例５の広角レンズに対応している。

第５の実施形態は、第１レンズ群Ｇ１のうち、開口絞りＳｔより像側に配置されたレンズの構成のみが第１の実施形態のみと異なる。第１レンズ群Ｇ１のそれ以外のレンズ構成および第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３の基本的なレンズ構成は、いずれも第１の実施形態と共通であり、第１の実施形態と共通する構成の説明及び作用効果については、第１の実施形態と同様である。

第５の実施形態において、第１レンズ群Ｇ１のうち、開口絞りＳｔより像側に配置されたレンズの構成は、物体から順に、両凸形状の第９レンズＬ９、両凸形状の第１０レンズＬ１０、像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１１レンズＬ１１と物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１２レンズＬ１２とを接合した接合レンズからなる。第５の実施形態においては、第９レンズＬ９、第１０レンズＬ１０、第１１レンズＬ１１の３枚の正の屈折力を有するレンズが全系の正の屈折力を主として担うものであり、これら３つのレンズＬ９、Ｌ１０、Ｌ１１を開口絞りＳｔの像面側に配置することにより、第１レンズ群Ｇ１の周辺部（像高の大きい部分）を通過した光線が第２レンズ群Ｇ２に対して入射する入射角を小さく維持することができるため、合焦時の画角の変動を小さく抑制することができる。また、第１２レンズＬ１２を両凹形状とすることにより、球面収差、倍率の色収差を良好に補正することができる。

本発明の第１から第５の実施形態にかかる広角レンズは、上述した本実施形態の基本構成と矛盾しない範囲で、第１から第５の実施形態にかかる広角レンズにおいて説明した好ましい構成や採りうる構成の１つ、あるいは任意の組合せを採用することができる。

なお、本広角レンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、堅く、割れにくい材質を用いることが好ましい。これらの要望を満たすことが重視される場合は最も物体側に配置されるレンズの材質はガラスとすることが好ましく、または透明なセラミックスを用いてもよい。

また、本広角レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。

なお、第１から第５の実施形態では、最も像側のレンズのさらに像側に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、各種フィルタを各レンズの間に配置することも可能であり、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の広角レンズの数値実施例について説明する。実施例１〜５の広角レンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図５に示したものである。

実施例１〜５の広角レンズの各種データを後掲の表１〜表１０に示す。以下では主に実施例１のものを例にとり説明するが、記載方法、記号の意味等はその他の実施例についても基本的に同様であるため重複説明を省略する。

表１に、無限遠物体に合焦時の実施例１の広角レンズの基本レンズデータを示す。表１において、Ｓｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。ただし、Ｄｉの最下欄の数値は表中の最終面と像面Ｓｉｍとの面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊの欄には最も物体側の構成要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線に対するアッベ数を示している。

なお、基本レンズデータの表には、開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には（Ｓｔ）という語句も合わせて記載している。

基本レンズデータの表において、合焦時に間隔が変化する面間隔の欄には可変１、可変２と記載している。可変１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔であり、可変２は第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔である。

表２に実施例１の広角レンズの無限遠合焦状態と、最短撮影距離（８．３１４５８）合焦状態のそれぞれにおける、諸元と可変間隔を示す。諸元の表には、無限遠合焦状態と最短撮影距離（８．３１４５８）合焦状態のそれぞれにおける全系の焦点距離ｆ、バックフォーカスＢｆ（空気換算距離）、ＦナンバーＦｎｏ．、全画角２ωの値を示す。諸元の表の値はｄ線に関するものである。可変間隔の表には、上記の可変１、可変２の各面間隔の値を示す。なお、実施例１〜５においては、データとしての数値が無限遠合焦状態におけるレンズ全系の焦点距離ｆを１として規格化されている。また、本明細書に記載する各表に示す数値は、所定の桁でまるめたものである。

上記実施例１〜５は全て、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、合焦時に光軸に沿って移動する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とからなるように構成されている。

表１１に、実施例１〜５の広角レンズの条件式（１）〜（６）に対応する値を示す。

実施例１の広角レンズの無限遠合焦状態における球面収差、正弦条件違反量、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に示し、広角レンズの最短撮影距離（８．３１４５８）合焦状態における球面収差、正弦条件違反量、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）をそれぞれ図６（Ｆ）〜図６（Ｊ）に示す。各球面収差、正弦条件違反量、非点収差、ディストーション（歪曲収差）はｄ線を基準としたものであるが、球面収差図ではｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差も示す。また、倍率色収差図においても、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差も示す。非点収差図では、サジタル方向については実線で、タンジェンシャル方向については点線で示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、実施例２〜５の広角レンズ距離が、無限遠合焦状態、最短撮影距離（８．３１４５８）合焦状態の場合における各収差図を図７（Ａ）〜図７（Ｊ）、図８（Ａ）〜図８（Ｊ）、図９（Ａ）〜図９（Ｊ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｊ）に示す。

図１１に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態の広角レンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、デジタルカメラ、放送用カメラ、映画撮影用カメラ等を挙げることができる。

図１１に示す撮像装置１０は、広角レンズ１と、広角レンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、広角レンズによって結像される被写体の像を撮像する撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４を備える。広角レンズ１は、開口絞りＳｔを備えた正の第１レンズ群Ｇ１と、合焦時に光軸に沿って移動する第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを有するものであり、図１１では各レンズ群を概念的に示している。撮像素子３は、広角レンズ１により形成される被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面は広角レンズの像面に一致するように配置される。撮像素子３としては例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

また、撮像装置１０は、広角レンズ１のフォーカスを調整するためのフォーカス制御部５を備える。なお、図１１には図示されていないが、この他に開口絞りＳｔの絞り径を変更するための絞り制御部を備えるようにしてもよい。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

Claims (14)

1. 物体側から順に、合焦時に光軸方向について固定とされ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、合焦時に光軸に沿って移動する第２レンズ群と、合焦時に光軸方向について固定とされた第３レンズ群との実質的に３つのレンズ群からなり、
   前記第１レンズ群が物体側から順に、
   正の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、
   負の屈折力を有し、かつ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、
   負の屈折力を有し、かつ、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の凹面を向けた第３レンズと、
   負の屈折力を有する第４レンズとを備え、かつ、
   該第４レンズより像側に配置され、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された接合レンズと、該接合レンズに像側に隣接して配置された開口絞りとを少なくとも備えるものであり、
   前記第２レンズ群が実質的に２つ以下のレンズからなるものであり、
   前記第３レンズ群が少なくとも１つの正レンズを備えるものであり、
   さらに下記条件式を満たすことを特徴とする広角レンズ。
   ０．００＜ｆ／ｆ１＜２．００ （１）
   ただし、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆ：無限遠合焦状態における全系の焦点距離
   とする。
2. 下記条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
   ０．４０＜ｆ／ｆ１＜１．６０ （１−１）
3. 下記条件式を満たすことを特徴とする請求項２記載の広角レンズ。
   ０．５０＜ｆ／ｆ１＜１．５０ （１−２）
4. 下記条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の広角レンズ。
   ０．００＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．５０ （２）
   ただし、
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   とする。
5. 下記条件式をさらに満たすことを特徴とする請求項４記載の広角レンズ。
   ０．０５＜ｆ／｜ｆ２｜＜０．４０ （２−１）
6. 前記第1レンズ群が前記第４レンズの像側に隣接して配置された、正の屈折力を有する第５レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の広角レンズ。
7. 前記第２レンズ群は、正の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の広角レンズ。
8. 前記第２レンズ群は、正の屈折力を有するレンズと負の屈折力を有するレンズとが接合された実質的に一つの接合レンズからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の広角レンズ。
9. 下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項７または８に記載の広角レンズ。
   ３５＜ν２ｐ （３）
   ただし、
   ν２ｐ：前記第２レンズ群に含まれる正レンズのｄ線に対するアッベ数
   とする。
10. 下記条件式（３−１）を満たすことを特徴とする請求項９に記載の広角レンズ。
    ４５＜ν２ｐ （３−１）
11. 下記条件式（３−２）を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の広角レンズ。
    ７０＜ν２ｐ （３−２）
12. 前記第２レンズ群は、負の屈折力を有する実質的に１つのレンズからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の広角レンズ。
13. 下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の広角レンズ。
    ３５＜ν２ｎ （４）
    ただし、
    ν２ｎ：前記第２レンズ群に含まれる負レンズのｄ線に対するアッベ数
    とする。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の広角レンズと、
    該広角レンズによって形成された被写体の像を撮像する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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