JPWO2013118467A1 - 超広角レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超広角レンズにおいて、小さなＦナンバー、高性能、フォーカス群の軽量化、フォーカシング時の収差変動や画角変動の抑制を実現する。
【解決手段】物体側から順に、正の第１レンズ群（Ｇ１）、正の第２レンズ群（Ｇ２）、負の第３レンズ群（Ｇ３）からなる。無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に第１レンズ群（Ｇ１）と第３レンズ群（Ｇ３）は固定され、第２レンズ群（Ｇ２）は物体側へ移動する。第１レンズ群（Ｇ１）は、物体側から順に、負の第１サブレンズ群（Ｇ１ａ）、正の第２サブレンズ群（Ｇ１ｂ）、絞り、正の第３サブレンズ群（Ｇ１ｃ）からなる。条件式（１）、（２）を満足する。
０．１５＜ｆ１／ｆ２＜０．６０ （１）
２．５＜ｆ２／ｆ＜７．０ （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群（Ｇ１）の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群（Ｇ２）の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離
【選択図】図１

Description

本発明は、超広角レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、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超広角レンズ、および該超広角レンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、上記分野のカメラにおいて、暗所での撮影も可能なようにＦナンバーが小さいこと、および最近の高精細な撮像素子に対応可能なように高性能であることが強く望まれるようになってきている。さらに、例えば映画撮影用カメラ等では、オートフォーカス機構等、フォーカス群（フォーカシング時に移動するレンズ群）のパワーフォーカス駆動の機構が付いているものがあり、移動中の被写体を撮像する機会が多くあるため、被写体の距離が変動したときのフォーカシングの応答性が良いように、フォーカス群が軽量であること、およびフォーカシング時の諸収差変動や画角変動が少ないことが望まれている。このような事情から、インナーフォーカス方式のレンズ系がしばしば採用されている。インナーフォーカス方式のレンズ系としては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものが知られている。

一方、映画撮影用カメラ等に用いられる広角系のレンズは、従来、光学性能の点から固定焦点タイプのものが多く、用途に応じて複数本のレンズを付け替えて使用することが多かった。広角レンズとしては例えば、下記特許文献３に記載された、物体側から順に、負の第１レンズ群、正の第２レンズ群、正の第３レンズ群が配列されたレトロフォーカス型のものが知られている。

特開２０１１−１８６２６９号公報 特開２０１１−０２８００９号公報 特開２０００−０５６２１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは、主に投写用レンズとして設計されたものであり、２つのレンズ群を異なる軌跡で移動させるフローティングフォーカス方式のため、フォーカス群の重量が重くなる虞があり、必ずしも映画撮影用カメラ用途に好適なものとはいえない。特許文献２に記載のものは、形状計測装置や写真測量装置に供される画像取得用レンズであり、フォーカシング時に第２レンズ群を移動させるインナーフォーカス方式を採っているが、フォーカシング時の収差変動や画角変動について特に考慮されていない。特許文献３に記載のものは、Ｆナンバーが２．８と大きい。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、フォーカス群の軽量化が図られ、フォーカシング時の収差変動や画角変動が少なく、小さなＦナンバーと高い光学性能を有する超広角レンズおよびこのような超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。

本発明の超広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とが配された実質的に３つのレンズ群からなり、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に、第１レンズ群および第３レンズ群は固定され、第２レンズ群は物体側へ移動するように構成されており、第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群と、正の屈折力を有する第２サブレンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群とからなり、下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
０．１５＜ｆ１／ｆ２＜０．６０ … （１）
２．５＜ｆ２／ｆ＜７．０ … （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

本発明の超広角レンズにおいては、下記条件式（１’）を満足することが好ましい。
０．２０＜ｆ１／ｆ２＜０．５０ … （１’）

本発明の超広角レンズにおいては、下記条件式（２’）を満足することが好ましい。
３．０＜ｆ２／ｆ＜６．０ … （２’）

本発明の超広角レンズにおいては、第２レンズ群が、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズからなることが好ましい。

本発明の超広角レンズにおいては、第１サブレンズ群が、正メニスカスレンズと、２枚の負メニスカスレンズとを有し、下記条件式（３）を満足することが好ましく、さらに条件式（３）に代えて下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
０．７０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜２．００ … （３）
０．８０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜１．８０ … （３’）
ただし、
ｆ１ａ：第１サブレンズ群の焦点距離

本発明の超広角レンズにおいては、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
−０．５０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．２０ … （４）
−０．４０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．１０ … （４’）
ただし、
ｆ１ａ＋ｂ：第１サブレンズ群と第２サブレンズ群の合成焦点距離

本発明の超広角レンズにおいては、第２サブレンズ群が、２枚の正レンズを有し、下記条件式（５）を満足することが好ましく、さらに条件式（５）に代えて下記条件式（５’）を満足することがより好ましい。
１．６０＜ｆ１ｂ／ｆ＜８．００ … （５）
１．８０＜ｆ１ｂ／ｆ＜７．５０ … （５’）
ただし、
ｆ１ｂ：第２サブレンズ群の焦点距離

本発明の超広角レンズにおいては、第３サブレンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、両凸レンズとからなり、下記条件式（６）を満足することが好ましく、さらに条件式（６）に代えて下記条件式（６’）を満足することがより好ましい。
１．７０＜ｆ１ｃ／ｆ＜５．００ … （６）
１．９０＜ｆ１ｃ／ｆ＜４．００ … （６’）
ただし、
ｆ１ｃ：第３サブレンズ群の焦点距離

本発明の超広角レンズにおいては、第３レンズ群が、物体側から順に、像側に凹面を向けるとともに像側の面の曲率半径の絶対値が物体側のものより小さい負レンズと、両凸レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとを有し、下記条件式（７）を満足することが好ましく、さらに条件式（７）に代えて下記条件式（７’）を満足することがより好ましい。
−１５．０＜ｆ３／ｆ＜−２．００ … （７）
−１２．０＜ｆ３／ｆ＜−３．００ … （７’）
ただし、
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離

本発明の撮像装置は、上記本発明の超広角レンズを備えたことを特徴とするものである。

なお、上記「レンズ群」は、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけではなく、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、上記の「〜実質的に３つのレンズ群からなり」の「実質的に」とは、挙げた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等の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、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、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。

本発明の超広角レンズは、物体側から順に、正の第１レンズ群と、正の第２レンズ群と、負の第３レンズ群とからなり、フォーカシング時に第２レンズ群を移動させるレンズ系において、第１レンズ群が、物体側から順に、負の第１サブレンズ群と、正の第２サブレンズ群と、絞りと、正の第３サブレンズ群とからなるように構成し、条件式（１）、（２）を満足するようにしているため、小さなＦナンバー、超広角、高性能を実現しながら、フォーカス群の軽量化を図り、さらにフォーカシング時の収差変動や画角変動を少なくすることができる。

また、本発明に係る撮像装置は、本発明の超広角レンズを備えているため、低照度の条件下でも撮影が可能であり、広い画角で良好な像を得ることができる上に、移動中の被写体に対しても迅速なフォーカシングが可能となり、さらにフォーカシング時の性能変化や画角変動を微小なものとすることができる。

本発明の実施例１に係る超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に係る超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に係る超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に係る超広角レンズのレンズ構成を示す断面図 図５（Ａ）〜図５（Ｅ）は本発明の実施例１に係る超広角レンズの各収差図 図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は本発明の実施例２に係る超広角レンズの各収差図 図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は本発明の実施例３に係る超広角レンズの各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｅ）は本発明の実施例４に係る超広角レンズの各収差図 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図

以下、本発明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〜図４は、本発明の実施形態にかかる超広角レンズの構成を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜４に対応している。図１〜図４においては、左側が物体側、右側が像側であり、無限遠物体に合焦した状態を示している。なお、図１〜図４で用いている符号Ｌ１１〜Ｌ２２、Ｌ３１〜Ｌ３３は符号の桁数の増大による説明の煩雑化を避けるため、各図毎に独立に用いており、そのため他の図のものと共通の符号を付していても、それらは必ずしも共通の構成とは限らない。

本実施形態の超広角レンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とが配された実質的に３つのレンズ群からなる。開口絞りＳｔは第１レンズ群Ｇ１の内部に配置されている。なお、図１〜図４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。

この超広角レンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを第３レンズ群Ｇ３と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。

無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とは固定されており、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ移動するように構成されている。このようなインナーフォーカス方式を採ることで、全体繰り出し方式のものに比べてフォーカシング時に移動するレンズ群の軽量化と、フォーカシング時の収差変動を小さくすることができる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群Ｇ１ａと、正の屈折力を有する第２サブレンズＧ１ｂ群と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群Ｇ１ｃとからなる。第１レンズ群Ｇ１を、物体側から順に、負、正、正の３つのサブレンズ群で構成することで、後続の正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とで開口絞りＳｔに対して対称的な構成となり、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差等を良好に補正でき超広角化に有利となる。

また、開口絞りＳｔの像側直後の第３サブレンズ群Ｇ１ｃを正レンズ群とすることで、開口絞りＳｔから射出した軸外光線に収束作用を施しこれら軸外光線と光軸Ｚとのなす角をより小さくした状態でフォーカス群である第２レンズ群Ｇ２に入射させることができるので、フォーカシング時の画角変動を抑制することができる。また、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に第２レンズ群Ｇ２が第１レンズ群Ｇ１に近づくよう構成されているため、第１、２レンズ群Ｇ１、Ｇ２の合成焦点距離が適度に小さくなり、有限距離物体に合焦時の第１レンズ群Ｇ１による入射角度が緩くなる分を相殺でき、フォーカシング時の画角変動を抑制することができる。

この超広角レンズは、下記条件式（１）、（２）を満足するように構成されている。
０．１５＜ｆ１／ｆ２＜０．６０ … （１）
２．５＜ｆ２／ｆ＜７．０ … （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（１）の下限以下になっても、上限以上になっても、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の屈折力のバランスが悪くなり、物体距離が変化したときの物体から入射瞳に入射する光線の角度変化が大きくなる、すなわち、フォーカシング時の画角変動が大きくなる。条件式（１）を満足することで、フォーカシング時の画角変動を抑制して、許容範囲内に収めることができる。

条件式（２）の下限以下になると、フォーカス群である第２レンズ群Ｇ２の屈折力が強くなりすぎて、フォーカシング時の球面収差の変動が大きくなる。これを回避するためには、第２レンズ群Ｇ２のレンズ枚数を増加しなければならず、そうするとフォーカス群の重量が重くなる。

条件式（２）の上限以上になると、フォーカス群である第２レンズ群Ｇ２の屈折力が弱くなり、フォーカシング時の第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔を広げなければならず、そうすると開口絞りＳｔから第２レンズ群Ｇ２までの距離が長くなるため、第２レンズ群Ｇ２のレンズ径が大きくなり、フォーカス群の重量が重くなる。

この超広角レンズは、以下に述べる構成のいずれか１つ、または任意の組合せを満足することが好ましい。超広角レンズに要求される事項に応じて、以下に述べる構成を適宜選択的に有することが好ましい。

第１サブレンズ群Ｇ１ａは、１枚の正メニスカスレンズと２枚の負メニスカスレンズを有することが好ましい。これら３枚のメニスカスレンズを有することで、広い画角から入射した光線を徐々に屈折させて収差発生量を極力抑えながら後続のレンズ群へ導くことが容易になる。軸外光線の高さが光軸Ｚから最も離れた最も物体側に正レンズを配設して、負屈折力を有する第１サブレンズ群Ｇ１ａの中で収斂性を確保し、像面湾曲や歪曲収差の発生を抑えるために、これら３枚のメニスカスレンズは物体側から上記順に配置されていることが好ましい。また、このためにはこれら３枚のメニスカスレンズ全て物体側に凸面を向けた形状であることが好ましい。

第１サブレンズ群Ｇ１ａは、図３に示す例のように、これら３枚のレンズのみで構成してもよい。あるいは第１サブレンズ群Ｇ１ａは、図１に示す例のようにこれら３枚のレンズの像側にさらに両凹レンズを配置した４枚のレンズからなるように構成してもよい。

より詳しくは、図３に示す例の第１サブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１３とからなる。図１に示す例の第１サブレンズ群Ｇ１ａは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ１３と、両凹レンズであるレンズＬ１４とからなる。

第１サブレンズ群Ｇ１ａについて下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０．７０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜２．００ … （３）
ただし、
ｆ１ａ：第１サブレンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（３）の下限以下になると、第１サブレンズ群Ｇ１ａの負の屈折力が過剰になり、負の歪曲収差が大きくなりすぎる。条件式（３）の上限以上になると、像面湾曲が大きくなり結像領域全体の結像性能が悪化する。

第１サブレンズ群Ｇ１ａと第２サブレンズ群Ｇ１ｂは併せて略アフォーカルな光学系を形成していることが好ましい。そのようにした場合は、これら第１、２サブレンズ群Ｇ１ａ、Ｇ１ｂは、ワイドコンバーター的な役割を担い、後続の第３サブレンズ群Ｇ１ｃの正屈折力をそれほど強くしなくても第１レンズ群Ｇ１として所望の強さの正屈折力を得ることができる。また、開口絞りＳｔを第２サブレンズ群Ｇ１ｂと第３サブレンズ群Ｇ１ｃの間に配置することが容易になり、超広角のレンズ系において開口絞りＳｔに対して対称性のよい屈折力配置を実現でき、軸外収差を良好に抑制することが容易となる。

第１サブレンズ群Ｇ１ａと第２サブレンズ群Ｇ１ｂについて下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−０．５０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．２０ … （４）
ただし、
ｆ１ａ＋ｂ：第１サブレンズ群と第２サブレンズ群の合成焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（４）の下限以下になると、負の歪曲収差が大きくなりすぎる。また、第１サブレンズ群Ｇ１ａと第２サブレンズ群Ｇ１ｂを合成した光学系が必要以上に強い負の屈折力を持つことになり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃの正の屈折力を強くしなければならなくなり、そうすると球面収差が大きくなる。

条件式（４）の上限以上になると、第１サブレンズ群Ｇ１ａと第２サブレンズ群Ｇ１ｂを合成した光学系が必要以上に強い正の屈折力を持つことになり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃの構成要素が有する負の屈折力を強くすること、例えば凹面の曲率半径の絶対値を小さくすること、等が必要になり、その場合も球面収差が大きくなる。

第２サブレンズ群Ｇ１ｂは、２枚の正レンズを有することが好ましい。第２サブレンズ群Ｇ１ｂが２枚の正レンズを有することで、軸上光線の高さが大きく、球面収差の発生し易い第２サブレンズ群Ｇ１ｂに必要な正の屈折力を少なくとも２枚の正レンズに分担させることができ、良好な球面収差の補正に有利となる。

第２サブレンズ群Ｇ１ｂは、図２に示す例のように、２枚の正レンズのみで構成してもよく、あるいは図１に示す例のように３枚の正レンズからなるように構成してもよく、または図３、図４に示す例のように２枚の正レンズの間に負レンズが配置された３枚構成としてもよい。

より詳しくは、図２に示す例の第２サブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、両凸レンズであるレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ２２とからなる。図１に示す例の第２サブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、両凸レンズであるレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ２３とからなる。図３、図４に示す例の第２サブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであるレンズＬ２３とからなる。

また、第２サブレンズ群Ｇ１ｂにおいて最も物体側、最も像側に配置されるレンズはそれぞれ、全系のレンズのうち中心厚が１番目、２番目に厚いレンズであることが好ましい。このようにした場合は、コマ収差の補正に有利となる。

第２サブレンズ群Ｇ１ｂについて下記条件式（５）を満足することが好ましい。
１．６０＜ｆ１ｂ／ｆ＜８．００ … （５）
ただし、
ｆ１ｂ：第２サブレンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（５）の下限以下になると、第２サブレンズ群Ｇ１ｂの正の屈折力が過剰に強くなり、補正不足（アンダー）傾向の球面収差の発生分を打ち消すために第１サブレンズ群Ｇ１ａの負の屈折力を強くしなければならず、そうすると歪曲収差が大きくなる。

条件式（５）の上限以上になると、第２サブレンズ群Ｇ１ｂの正の屈折力が弱くなり、球面収差の発生量が小さくなる分、第１サブレンズ群Ｇ１ａで発生する補正過剰（オーバー）傾向の球面収差を打ち消すことができなくなり、これを回避するためには第１サブレンズ群Ｇ１ａの負屈折力も小さくしなければならず、そうすると像面湾曲が大きくなる。

第３サブレンズ群Ｇ１ｃは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、両凸レンズとからなることが好ましい。第３サブレンズ群Ｇ１ｃの最も物体側のレンズ面を凹面とすることで、一旦光線高を高くすることができ適切な長さのバックフォーカスの確保に貢献できる。また、接合レンズを構成する正レンズと両凸レンズにより軸外光線に収束作用を施し軸外光線と光軸Ｚとのなす角をより小さくして第２レンズ群Ｇ２に入射させて、フォーカシング時の画角変動を抑制することができる。さらに、開口絞りＳｔの像側直後に接合レンズを配置することで軸上色収差を良好に補正することができる。

例えば図１に示す例の第３サブレンズ群Ｇ１ｂは、物体側から順に、両凹レンズであるレンズＬ８および両凸レンズであるレンズＬ９が接合された接合レンズと、両凸レンズであるレンズＬ１０とからなる。

第３サブレンズ群Ｇ１ｃについて下記条件式（６）を満足することが好ましい。
１．７０＜ｆ１ｃ／ｆ＜５．００ … （６）
ただし、
ｆ１ｃ：第３サブレンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（６）の下限以下になると、球面収差が補正不足となる。これを解消するためには第３サブレンズ群Ｇ１ｃの構成要素を増やす必要があり、そうするとフォーカス群である第２レンズ群Ｇ２が開口絞りＳｔから遠ざかり、第２レンズ群Ｇ２の有効径の径大化による重量増加が避けられない。

条件式（６）の上限以上になると、第３サブレンズ群Ｇ１ｃの正の屈折力が弱くなり、第１レンズ群Ｇ１全体の屈折力を所定量維持するために、ワイドコンバーターの役目を担う第１サブレンズ群Ｇ１ａおよび第２サブレンズ群Ｇ１ｂの屈折力を強くしなくてはならず、そうすると歪曲収差等が劣化し、結像性能が低下する。

第２レンズ群Ｇ２は、正レンズおよび負レンズが接合された１組の接合レンズからなることが好ましい。フォーカス群をこのような構成とすることで、軽量化できるとともにフォーカシング時の収差変動の抑制に有利となる。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、像側に凹面を向けるとともに像側の面の曲率半径の絶対値が物体側のものより小さい負レンズと、両凸レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとを有することが好ましい。第３レンズ群Ｇ３が像側に凹面を向けるとともに像側の面の曲率半径の絶対値が物体側のものより小さい負レンズを有することで、大きな発散性を持たせて像面湾曲の良好な補正に有利となる。この負レンズは負メニスカスレンズでも両凹レンズでもよい。また、像面Ｓｉｍ近傍に接合レンズを配置することで倍率の色収差の補正に有利となる。この接合レンズを構成する負レンズは両凹レンズでもよく、負メニスカスレンズでもよい。

例えば、図１に示す例の第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ３１と、両凸レンズであるレンズＬ３２および両凹レンズであるレンズＬ３３が接合された接合レンズとからなる。図４に示す例の第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズであるレンズＬ３１と、両凸レンズであるレンズＬ３２および像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであるレンズＬ３３が接合された接合レンズとからなる。

第３レンズ群Ｇ３について下記条件式（７）を満足することが好ましい。
−１５．０＜ｆ３／ｆ＜−２．００ … （７）
ｆ３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（７）の下限以下になると、第３レンズ群Ｇ３の負の屈折力が不足し、歪曲収差や像面湾曲が悪化する。条件式（７）の上限以上になると、第３レンズ群Ｇ３の負の屈折力が過剰になり、像面湾曲を良好に維持することが困難になる。

上記事情から、条件式（１）〜（７）それぞれに代わり、下記条件式（１’）〜（７’）それぞれを満足することがより好ましい。
０．２０＜ｆ１／ｆ２＜０．５０ … （１’）
３．０＜ｆ２／ｆ＜６．０ … （２’）
０．８０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜１．８０ … （３’）
−０．４０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．１０ … （４’）
１．８０＜ｆ１ｂ／ｆ＜７．５０ … （５’）
１．９０＜ｆ１ｃ／ｆ＜４．００ … （６’）
−１２．０＜ｆ３／ｆ＜−３．００ … （７’）

本実施形態の超広角レンズは、全画角が８０度以上であることが好ましい。本実施形態の超広角レンズによれば、上記構成を適宜採用することにより、全画角が８０度以上の超広角のレンズ系において、小さなＦナンバーと高性能を実現しながら、フォーカス群の軽量化を図り、フォーカシング時の収差変動や画角変動を少なくすることができる。

次に、本発明の超広角レンズの具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１の超広角レンズのレンズ構成図は図１に示したものである。その図示方法については上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。

実施例１の超広角レンズの概略構成は以下のようになっている。すなわち、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、負の屈折力を有する第３レンズＧ３とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群Ｇ１ａと、正の屈折力を有する第２サブレンズ群Ｇ１ｂと、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群Ｇ１ｃとからなり、フォーカシング時には、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とは固定されており、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に第２レンズ群Ｇ２は物体側へ移動するように構成されている。

各レンズ群が有するレンズについては、以下のように構成されている。第１サブレンズ群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜Ｌ１４からなり、第２サブレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１５〜Ｌ１７からなり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１８〜Ｌ２０からなる。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１、Ｌ２２からなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜Ｌ３３からなる。

表１に実施例１の超広角レンズのレンズデータを示す。表のＳｉの欄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の欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄は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。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、Ｎｄｊの欄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、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔと光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。像面に相当する面の面番号の欄には面番号と（ＩＭＧ）という語句を記載している。

表１の「実施例１」という語句の下に示すｆは無限遠物体合焦時の全系の焦点距離であり、ＦＮｏ．はＦナンバーであり、２ωは全画角である。表１に示す値は、無限遠物体合焦時のものであり、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離が１．０００となるように規格化されたときのｄ線に関するものである。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図５（Ａ）〜図５（Ｅ）にそれぞれ実施例１の超広角レンズの無限遠物体合焦時の球面収差、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）の各収差図を示す。これらの収差図は、無限遠物体合焦時のものであり、無限遠物体合焦時の全系の焦点距離が１．０００となるように規格化されたときのものである。

各収差図には、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示し、倍率色収差図ではＦ線、Ｃ線についての収差を示している。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。球面収差図と正弦条件違反量の図の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。

また、後掲の表５に実施例１の超広角レンズの条件式（１）〜（７）の対応値を他の実施例のものと合わせて示す。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法、各データが無限遠物体に合焦しているときのものであり、そのときの全系の焦点距離が１．０００となるように規格化されたときのものである点は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

＜実施例２＞
実施例２の超広角レンズのレンズ構成図は図２に示したものである。実施例２の超広角レンズの概略構成は実施例１のものと同様である。

ただし、実施例２の超広角レンズでは、第１サブレンズ群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜Ｌ１４からなり、第２サブレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１５、Ｌ１６からなり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１７〜Ｌ１９からなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１、Ｌ２２からなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜Ｌ３３からなる。

表２に実施例２の超広角レンズのレンズデータを示す。図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に実施例２の超広角レンズの各収差図を示す。

＜実施例３＞
実施例３の超広角レンズのレンズ構成図は図３に示したものである。実施例３の超広角レンズの概略構成は実施例１のものと同様である。

ただし、実施例３の超広角レンズでは、第１サブレンズ群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第２サブレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１４〜Ｌ１６からなり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１７〜Ｌ１９からなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１、Ｌ２２からなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜Ｌ３３からなる。

表３に実施例３の超広角レンズのレンズデータを示す。図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に実施例３の超広角レンズの各収差図を示す。

＜実施例４＞
実施例４の超広角レンズのレンズ構成図は図４に示したものである。実施例４の超広角レンズの概略構成は実施例１のものと同様である。

ただし、実施例４の超広角レンズでは、第１サブレンズ群Ｇ１ａはレンズＬ１１〜Ｌ１３からなり、第２サブレンズ群Ｇ１ｂはレンズＬ１４〜Ｌ１６からなり、第３サブレンズ群Ｇ１ｃはレンズＬ１７〜Ｌ１９からなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１、Ｌ２２からなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１〜Ｌ３３からなる。

表４に実施例４の超広角レンズのレンズデータを示す。図８（Ａ）〜図８（Ｅ）に実施例４の超広角レンズの各収差図を示す。

表５に、上記実施例１〜４の条件式（１）〜（７）の対応値を示す。なお、表５に示す値はｄ線におけるものである。

次に、図９を参照しながら、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図９に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかる超広角レンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置としては、例えば、フイルムカメラ、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、例えば、このようなカメラの交換レンズとして本実施形態にかかる超広角レンズを適用することができる。

図９に示す撮像装置１０は、超広角レンズ１と、超広角レンズ１の像側に配置されたフィルタ２と、超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と、フォーカス制御部５とを備える。超広角レンズ１は、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とを有し、第１レンズ群Ｇ１は第１サブレンズ群Ｇ１ａと、第２サブレンズ群Ｇ１ｂと、開口絞りＳｔと、第３サブレンズ群Ｇ１ｃとからなる。なお、図９では各レンズ群を概念的に示している。

撮像素子３は、超広角レンズ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、その撮像面は超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（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像装置１０では、物体距離が変化したとき、フォーカス制御部５により第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に移動させてフォーカシングを行うよう構成されている。

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。

本発明の超広角レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とが配された実質的に３つのレンズ群からなり、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に、第１レンズ群および第３レンズ群は固定され、第２レンズ群は物体側へ移動するように構成されており、第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群と、正の屈折力を有する第２サブレンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群とからなり、第２レンズ群が、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズからなり、下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とするものである。
０．１５＜ｆ１／ｆ２＜０．６０ … （１）
２．５＜ｆ２／ｆ＜７．０ … （２）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離

条件式（５）の上限以上になると、第２サブレンズ群Ｇ１ｂの正の屈折力が弱くなり、球面収差の発生量が小さくなる分、第１サブレンズ群Ｇ１ａで発生する補正過剰（オーバー）傾向の球面収差を打ち消すことができなくなり、これを回避するためには第１サブレンズ群Ｇ１ａの負屈折力も弱くしなければならず、そうすると像面湾曲が大きくなる。

実施例１の超広角レンズの概略構成は以下のようになっている。すなわち、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群Ｇ１ａと、正の屈折力を有する第２サブレンズ群Ｇ１ｂと、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群Ｇ１ｃとからなり、フォーカシング時には、第１レンズ群Ｇ１と第３レンズ群Ｇ３とは固定されており、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に第２レンズ群Ｇ２は物体側へ移動するように構成されている。

また、Ｎｄｊの欄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、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔと光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。像面に相当する面の面番号の欄には面番号と（ＩＭＧ）という語句を記載している。

各収差図には、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示し、倍率色収差図ではＦ線、Ｃ線についての収差を示している。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。球面収差図と正弦条件違反量の図の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。

Claims (15)

1. 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とが配された実質的に３つのレンズ群からなり、
   無限遠物体から最至近物体へのフォーカシング時に、前記第１レンズ群および前記第３レンズ群は固定され、前記第２レンズ群は物体側へ移動するように構成されており、
   前記第１レンズ群が、物体側から順に、負の屈折力を有する第１サブレンズ群と、正の屈折力を有する第２サブレンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第３サブレンズ群とからなり、
   下記条件式（１）、（２）を満足することを特徴とする超広角レンズ。
   ０．１５＜ｆ１／ｆ２＜０．６０ … （１）
   ２．５＜ｆ２／ｆ＜７．０ … （２）
   ただし、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
   ｆ：無限遠物体に合焦時の全系の焦点距離
2. 下記条件式（１’）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。
   ０．２０＜ｆ１／ｆ２＜０．５０ … （１’）
3. 下記条件式（２’）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の超広角レンズ。
   ３．０＜ｆ２／ｆ＜６．０ … （２’）
4. 前記第２レンズ群が、正レンズおよび負レンズが接合された接合レンズからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の超広角レンズ。
5. 前記第１サブレンズ群が、正メニスカスレンズと、２枚の負メニスカスレンズとを有し、
   下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の超広角レンズ。
   ０．７０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜２．００ … （３）
   ただし、
   ｆ１ａ：前記第１サブレンズ群の焦点距離
6. 下記条件式（３’）を満足することを特徴とする請求項５記載の超広角レンズ。
   ０．８０＜｜ｆ１ａ／ｆ｜＜１．８０ … （３’）
7. 下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の超広角レンズ。
   −０．５０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．２０ … （４）
   ただし、
   ｆ１ａ＋ｂ：前記第１サブレンズ群と前記第２サブレンズ群の合成焦点距離
8. 下記条件式（４’）を満足することを特徴とする請求項７記載の超広角レンズ。
   −０．４０＜ｆ／ｆ１ａ＋ｂ＜０．１０ … （４’）
9. 前記第２サブレンズ群が、２枚の正レンズを有し、
   下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の超広角レンズ。
   １．６０＜ｆ１ｂ／ｆ＜８．００ … （５）
   ただし、
   ｆ１ｂ：前記第２サブレンズ群の焦点距離
10. 下記条件式（５’）を満足することを特徴とする請求項９記載の超広角レンズ。
    １．８０＜ｆ１ｂ／ｆ＜７．５０ … （５’）
11. 前記第３サブレンズ群が、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズと、両凸レンズとからなり、
    下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の超広角レンズ。
    １．７０＜ｆ１ｃ／ｆ＜５．００ … （６）
    ただし、
    ｆ１ｃ：前記第３サブレンズ群の焦点距離
12. 下記条件式（６’）を満足することを特徴とする請求項１１記載の超広角レンズ。
    １．９０＜ｆ１ｃ／ｆ＜４．００ … （６’）
13. 前記第３レンズ群が、物体側から順に、像側に凹面を向けるとともに像側の面の曲率半径の絶対値が物体側のものより小さい負レンズと、両凸レンズおよび負レンズが接合された接合レンズとを有し、
    下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の超広角レンズ。
    −１５．０＜ｆ３／ｆ＜−２．００ … （７）
    ただし、
    ｆ３：前記第３レンズ群の焦点距離
14. 下記条件式（７’）を満足することを特徴とする請求項１３記載の超広角レンズ。
    −１２．０＜ｆ３／ｆ＜−３．００ … （７’）
15. 請求項１から１４のいずれか１項記載の超広角レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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