JP3752025B2 - 大口径超広角レンズ系 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、ＣＣＴＶカメラ等の小型テレビカメラに適用できる大口径超広角レンズに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
小型テレビカメラにおいて、撮像素子の小型化高解像度化に伴い、画面サイズが１／２”（インチ）から１／３”へ移行しつつある。このため、Ｆナンバーの小さい大口径の撮像レンズが要求されているが、従来はＦ１．０から１．２程度であった。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、撮像素子の画面サイズが１／３”程度の小型テレビカメラに用いることができる、Ｆ０．８〜０．９５程度と非常に大口径でかつ半画角６０°程度という超広角レンズを得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の大口径超広角レンズ系は、物体側から順に、負のパワーを有する前群レンズと；絞りと；正のパワーを有する後群レンズと；を備え、前記前群レンズは、レンズ間隔最大位置で、負のパワーを有する第１ａレンズ群と、負のパワーを有する第１ｂレンズ群とに分かれ、次の条件式（１）ないし（４）を満足することを特徴としている。
（１）-０．５＜ｆ／ｆ_F ＜-０．２
（２）-０．２＜ｆ／ｆ_1a＜-０．０７
（３）３＜ｄ_ab／ｆ＜７
（４）１２．２≦Σd_F+S／ｆ＜１５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆ_F ：前群レンズの焦点距離、
ｆ_1a：第１ａレンズ群の焦点距離、
ｄ_ab：第１ａレンズ群と第１ｂレンズ群の間隔、
Σd_F+S：前群レンズの厚みと前後群レンズ間隔の和、
である。
【０００５】
本発明の大口径超広角レンズ系の後群レンズは、具体的には、後群レンズは、物体側より順に、像面側に凸面を有する正レンズと、像面側に凹の貼り合わせ面を有する負レンズと正レンズの貼り合わせレンズと、物体側に凸面を有する正レンズの３群４枚から構成され、これらのレンズの少なくとも一面に発散性の非球面を設け、かつ、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
（５）５．０＜Σ d _R ／ｆ＜１０．０
但し、
Σ d _R ：後群レンズの厚み、
である。
【０００６】
【発明の実施の態様】
本発明の大口径広角レンズ系は、負レンズ群、絞、正レンズ群の２群構成を対象としている。この負、正の２群の広角レンズ系では、小型テレビカメラの撮像素子の画面サイズが１／２”から１／３”へと小型化されるのに伴って焦点距離が短くなると、１／２”のときと同じバックフォーカス（ｆ_B ）を確保するために、前群の負のパワーがより必要となる。また、前群の全系に対するパワー配置も工夫が必要となる。
条件式（１）は、前群レンズの負のパワーに関するもので、上限を越えるとバックフォーカスが小さくなり過ぎ、小型テレビカメラに装着できない。下限を越えると、前群レンズ内で発生する収差が大きくなり、収差補正が困難となる。
【０００７】
条件式（２）は、第１ａレンズ群のパワーに関する条件である。条件式（２）の上限を越えると、十分なバックフォーカスが得られなくなり、下限を越えると、第１ａレンズ群の負のパワーが大となり、凹面の曲率半径が小さくなって、レンズの径と曲率半径の比が大となり、製造が困難となる。
【０００８】
条件式（３）は、第１ａレンズ群と第１ｂレンズ群の間隔に関する条件である。条件式（３）に示すように、第１ａレンズ群と第１ｂレンズ群の間隔を大きく設定することにより、収差補正をさらに良好にし、バックフォーカスを大きくすることができる。条件式（３）の上限を越えると、前群レンズの径が増大し、下限を越えると、十分なバックフォーカスが得られなくなる。
【０００９】
また、本発明は、半画角６０°程度という超広角を包括するので、絞りより離れている第１ａレンズ群の径は、第１ｂレンズ群の径よりかなり大きくなってしまう。従って、下限を越えると、絞りと第１ａレンズ群の距離が小さくなり、第１ａレンズ群と絞り機構が干渉するという問題が発生する。絞り機構と干渉しないためにも、条件式（３）の下限が必要である。
【００１０】
なお、前群レンズ中の第１ａレンズ群のパワーは、前群レンズ全体のパワーに対して、０．３＜ｆ_F ／ｆ_1a＜０．５に設定するのが好ましい。下限を越えて第１ａレンズ群のパワーが小さいと、十分なバックフォーカスを得ることが難しくなり、上限を越えて第１ａレンズ群のパワーが大きいと（つまり第１ａレンズ群のパワーが前群レンズ全体のパワーの半分以上となると）、レンズの径と曲率半径の比が大きくなり製造が困難となる。
【００１１】
条件式（４）は、前群レンズのレンズ厚と、前後群レンズ間隔の和に関する条件である。条件式（４）の上限を越えると、レンズ全長が増大するだけでなく、前群レンズの径が大きくなり、下限を越えると、バックフォーカスを大きくすることが困難となり、あるいはバックフォーカスを大きくするためには前群レンズの負のパワーが増大し、収差補正が困難となる。
【００１３】
条件式（５）は、後群レンズのレンズ厚に関するもので、大口径化のための条件である。条件式（５）の上限を越えると、レンズ全長及び後群レンズの径が増大し、下限を越えると、レンズの周辺厚が小さくなり、Ｆ０．８〜０．９５程度という大口径の超広角レンズを得ることができない。
【００１５】
次に、具体的な実施例について本発明を説明する。図１、図３、図５はそれぞれ実施例１、２、３のレンズ構成図である。いずれの実施例も、物体側から順に、前群レンズ１１と、絞Ｓと、後群レンズ１２とからなっていて、前群レンズ１１は、レンズ間隔が最大の位置（レンズ間隔ｄ₂ ）で第１ａレンズ群１１ａと第１ｂレンズ群１１ｂに分けられている。第１ａレンズ群１１ａは物体側に凸面を向けたメニスカス単レンズ（面No. １、２）からなり、第１ｂレンズ群１１ｂは、２群３枚（面No. ３〜７）からなっている。後群レンズ１２は、両凸の正レンズ１２ａと、像面側に凹面を有する負レンズ１２ｂと、両凸の正レンズ１２ｃと、両凸の正レンズ１２ｄとからなり、負レンズ１２ｂと正レンズ１２ｃは貼り合わされている。両凸の正レンズ１２ａの像面側の面（面No.9) の曲率は物体側の面（面No.8) の曲率より大きく、負レンズ１２ｂと正レンズ１２ｃの貼り合わせレンズの貼り合わせ面（面No.11)の曲率は、他の面（面No.10、12) の曲率より大きい。両凸の正レンズ１２ｄの物体側の面（面No.13)の曲率は像面側の面（面No.14)の曲率より大きい。面No. １５、１６は、ＣＣＤのカバーガラス１３である。尚、カバーガラス１３は、カバーガラスとフィルターを１つにまとめたものであるが、以下、カバーガラスと略して表現する。
【００１６】
［実施例１］
図１は、本発明の大口径超広角レンズ系の実施例１のレンズ構成図である。このレンズ系の数値データを表１に示し、このレンズ系での諸収差を図２に示す。諸収差図中、ＳＡは球面収差、ＳＣは正弦条件、ｄ線、ｇ線、ｃ線は、それぞれの波長における、球面収差によって示される色収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００１７】
表および図面中、F_NO はF ナンバー、F は焦点距離、ωは半画角、f_Bはバックフォーカス（最終レンズの像側面からカバーガラス１３を含んでＣＣＤの撮像面迄の距離、実施例では、カバーガラスの第２面を撮像面としている）、ｒ_i はレンズ各面の曲率半径、ｄ_i はレンズ厚もしくはレンズ間隔、Ｎはｄ線の屈折率、νはｄ線のアッベ数を示す。
【００１８】
【表１】

但し、回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy²/{1+[1-(1+K)c²y²]^1/2}+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+・・・
（c は曲率(1/r)、y は光軸からの高さ、Ｋは円錐係数)
【００１９】
［実施例２］
図３は、本発明の大口径超広角レンズ系の実施例２のレンズ構成図である。このレンズ系の数値データを表２に示し、その諸収差を図４に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
［実施例３］
図５は、本発明の大口径超広角レンズ系の実施例３のレンズ構成図である。このレンズ系の数値データを表３に示し、その諸収差を図６に示す。
【００２２】
【表３】

【００２３】
次に、実施例１ないし３の各条件式に対応する値を表４に示す。
【表４】
実施例１ 実施例２ 実施例３
条件式（１） -0.28 -0.28 -0.29
条件式（２） -0.13 -0.13 -0.13
条件式（３） 4.83 4.99 5.24
条件式（４） 12.3 12.7 12.2
条件式（５） 7.22 6.61 6.59
ｆ_F／ｆ_1a 0.46 0.45 0.44
【００２４】
表４から明かなように、実施例１から実施例３は、いずれも条件式（１）ないし（５）を満足している。さらに、各実施例はｆ_F／ｆ_1aの値が示すように、第１ａレンズ群のパワーが前群レンズ全体のパワーに対して半分以下である。各収差図に示すように諸収差もよく補正されている。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の大口径超広角レンズ系によれば、小型テレビカメラ用のＦ０．８〜０．９５程度の非常に大口径でかつ半画角６０°程度という高性能な超広角なレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による大口径超広角レンズ系の第１の実施例を示すレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ系の諸収差図である。
【図３】本発明による大口径超広角レンズ系の第２の実施例を示すレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ系の諸収差図である。
【図５】本発明による大口径超広角レンズ系の第３の実施例を示すレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ系の諸収差図である。

Claims (2)

1. 物体側から順に、負のパワーを有する前群レンズと；絞りと；正のパワーを有する後群レンズと；を備え、
   前記前群レンズは、レンズ間隔最大位置で、負のパワーを有する第１ａレンズ群と、負のパワーを有する第１ｂレンズ群とに分かれ、
   下記の条件式（１）ないし（４）を満足する大口径超広角レンズ系。
   （１）-０．５＜ｆ／ｆ_F ＜-０．２
   （２）-０．２＜ｆ／ｆ_1a＜-０．０７
   （３）３＜ｄ_ab／ｆ＜７
   （４）１２．２≦Σd_F+S／ｆ＜１５
   但し、
   ｆ：全系の焦点距離、
   ｆ_F ：前群レンズの焦点距離、
   ｆ_1a：第１ａレンズ群の焦点距離、
   ｄ_ab：第１ａレンズ群と第１ｂレンズ群の間隔、
   Σd_F+S：前群レンズの厚みと前後群レンズ間隔の和。
2. 請求項１記載の大口径超広角レンズ系において、後群レンズは、物体側より順に、像面側に凸面を有する正レンズと、像面側に凹の貼り合わせ面を有する負レンズと正レンズの貼り合わせレンズと、物体側に凸面を有する正レンズの３群４枚から構成され、これらのレンズの少なくとも一面に発散性の非球面を有し、かつ、下記の条件式（５）を満足する大口径超広角レンズ系。
   （５）５．０＜Σd_R／ｆ＜１０．０
   但し、
   Σd_R：後群レンズの厚み。

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