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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fischaugenlinseneinheit.
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Fischaugenlinseneinheiten
weisen eine Mehrzahl von Linsen auf, die eine Fischaugenlinse bilden,
die in ruhenden Kameras und in Überwachungskameras
eingebaut sind und vielfältig
verwendet werden, um weite Räume
zu fotografieren.
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Bei
einer Fischaugenlinse handelt es sich um eine Linsenanordnung, die
einen Blickwinkel von 160° oder
mehr hat, normalerweise einen Blickwinkel von 180° oder mehr.
Die Fischau genlinse unterscheidet sich von einer Weitwinkellinse
darin, dass die erzeugte Verzerrung gewünscht ist.
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Ein
besonderes Produktionsverfahren wird für die Fischaugenlinse verwendet.
Beispielsweise sind die folgenden Arten von Projektionsverfahren
allgemein bekannt.
- (1) orthographisches Projektionsverfahren
y = f·sin θ
- (2) raumwinkelgleiches Projektionsverfahren y = 2·x f·sin (θ/2)
- (3) äquidistantes
Projektionsverfahren y = f·θ
- (4) winkeltreues Projektionsverfahren y = 2·f·D tan
(θ/2)
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f
ist dabei die Brennweite der Fischaugenlinse, B ist der Winkel,
unter dem das Licht auf die Fischaugenlinse auffällt und y ist die Höhe des Bildes,
das auf einer Bildfläche
abgebildet wird (Bildhöhe).
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1 zeigt eine Beziehung des
auftreffenden Winkels und der Bildhöhe entsprechend dem Projektionsverfahren.
Die horizontale Achse, die den Auftreffwinkel θ angibt (radian) und die vertikale
Achse geben die Bildhöhe
y (mm) an. Die Graphen C1 und C4 geben die Projektionsverfahren
(1) bis (4) wieder. In 1 ist
die Brennweite f jedoch auf ein mm festgelegt. Es ist zu beachten,
dass in 1 weiter die
Graphen CA und CZ (diese werden später beschrieben) wiedergegeben
sind.
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Aus
den Figuren ergibt sich, dass in der Nähe eines Auftreffwinkels von
90° eine Änderung
(Δy/Δθ) also eine
Vergrößerung der
Bildhöhe
y um ein Inkrement Δy
in Beziehung zu einem Inkrement Δθ des Auftragwinkels θ größer wird
von dem Projektionsverfahren (1) (Graph C1) zu dem Projektionsverfahren
(4) (Graph C4). Insbesondere wird das Verhältnis der Informationsmenge
für den
peripheren Teil innerhalb des Bildes zunehmen, wenn man von dem
Projektionsverfahren (1) (Graph C1) zu dem Projektionsverfahren
(4) (Graph C4) übergeht.
Wenn eine große
Informationsmenge für
den peripheren Teil erforderlich ist, ist es daher erwünscht, die
Projektionsverfahren (3) und (4), die oben beschrieben sind, zu
verwenden.
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Bei
einer Verwendung der Projektionsverfahren (3) und (4) war es bisher
erforderlich, etwa 10 Linsen zur Bildung der Fischaugenlinse zu
verwenden. Bei einer Verwendung der Projektionsverfahren (3) und
(4) war es relativ schwierig, die Anzahl der Linsen kleiner zu machen,
um die Fischaugenlinseneinheit zu bilden.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die genannten Probleme der bisher bekannten Technologie und es ist daher
erforderlich, eine Technik zu verwenden, um eine Fischaugenlinseneinheit
mit einer geringen Anzahl von Linsen auch dann zu schaffen, wenn
ein vorgegebenes Projektionsverfahren verwendet wird, für das eine Änderung,
die durch ein Inkrement einer Bildhöhe in Beziehung zu einem Inkrement
des Auftreffwinkels bei einem vorgegebenen Auftreffwinkel ausgedrückt wird,
die nicht geringer ist als die Änderung
bei einem raumwinkelgleichen Projektionsverfahren.
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Wenigstens
ein Teil der obigen und anderer Aufgaben wird durch die Vorrichtung
nach der Erfindung gelöst.
Die Vorrichtung ist eine Fischaugenlinseneinheit, die ein vorgegebenes
Projektionsverfahren verwendet, wobei eine Änderung für das vorgegebene Projektionsverfahren
nicht geringer ist als die Änderung
für ein raumwinkelgleiches
Projektionsverfahren, wobei die Änderung
durch ein Inkrement der Bildhöhe
in Bezug auf ein Inkrement des Auftreffwinkels bei einem vorgegebenen
Auftreffwinkel ausgedrückt
wird. Die Fischaugenlinseneinheit weist auf: eine erste Linsengruppe,
die auf der Objektseite angeordnet ist, eine zweite Linsengruppe,
die auf der Bildseite angeordnet ist und eine Apertureblende, die
zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe angeordnet
ist. Die erste Linsengruppe besteht aus drei oder vier Linsen, die zweite
Linsengruppe besteht aus zwei oder drei Linsen ein schließlich einer
Schlusslinse, die am weitesten hin zu der Bildseite der zweiten
Linsengruppe vorgesehen ist. Die Schlusslinse ist eine asphärische Linse,
die auf wenigstens einer ihrer beiden Flächen eine asphärische Form
hat.
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Bei
dieser Vorrichtung wird, obwohl ein vorgegebene Projektionsverfahren
verwendet wird, bei dem die oben genannte Änderung nicht geringer ist
als die Änderung
bei dem äquidistanten
Projektionsverfahren, die asphärische
Linse als Schlusslinse auf der am weitesten dem Bild zugewandten
Seite der zweiten Linsengruppe verwendet. Es ist daher möglich, die
Fischlinseneinheit mit einer relativ geringen Anzahl von Linsen
zu bilden.
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Bei
der obigen Vorrichtung kann die asphärische Linse auf jeder der
beiden Flächen
der asphärischen Linse
eine asphärische
Form haben.
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Alternativ
kann die asphärische
Linse eine asphärische
Form lediglich auf einer der beiden Flächen der asphärischen
Linse haben.
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Durch
Verwendung dieser Ausbildung ist es möglich, die asphärische Linse
relativ leicht zu schaffen, verglichen mit dem Fall, in dem die
asphärische
Linse auf beiden Flächen
eine asphärische
Form hat.
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Bei
der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass die Bedingung 1,5 < H1/2Y < 2,5 erfüllt ist.
wird. Dabei gibt H1 den effektiven Radius einer zu dem Objekt weisenden
Fläche
einer ersten Linse, die auf der am weitesten zu dem Objekt weisenden
Seite der ersten Linsengruppe angeordnet ist und 2Y ist der Durchmesser eines
Bildkreises, der auf der Bildfläche
durch die Fischaugenlinseneinheit gebildet wird.
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Durch
Verwendung dieser Ausbildung ist es möglich, die erste Linse im Durchmesser
kleiner zu machen. Es ist auch möglich,
eine Linseneinheit mit einer hohen Leistungsfähigkeit mit geringer Achsenversatzaberration
zu schaffen.
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Bei
der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass die Bedingung 0,25 < H1/R1 < 0,5 erfüllt wird.
H1 ist dabei der effektive Radius einer zu dem Objekt weisenden
Fläche
einer ersten Linse, die am weitesten zu dem Objekt weist, der ersten
Linsengruppe und R1 ist der Krümmungsradius
der zu dem Objekt weisenden Seite der ersten Linse.
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Durch
eine Verwendung dieser Ausbildung ist es möglich, die erste Linse relativ
leicht herzustellen und relativ einfach zu verwenden. Es ist auch
möglich,
eine Linseneinheit mit einer hohen Leistungsfähigkeit mit geringer Achsenversatzaberration
zu schaffen.
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In
der obigen Vorrichtung ist es bevorzugt, dass die Bedingung 6,0 < ΣD/2Y < 8,0 erfüllt ist. ΣD ist dabei der
Abstand der optischen Achse zwischen der zu dem Objekt weisenden
Fläche
einer ersten Linse und einer Bildfläche und 2Y ist der Durchmesser
eines Bildkreises, der auf der Bildfläche durch die Fischaugenlinseneinheit
gebildet wird.
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Durch
Verwendung dieser Ausbildung ist es möglich, die Linseneinheit kompakter
auszubilden. Es ist weiter möglich,
eine Linseneinheit mit einer hohen Leistungsfähigkeit mit einer geringen
sphärischen
Aberration, Komaaberration, Astigmatismus und chromatischen Aberration
der Verstärkung
zu gewinnen.
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Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung durch eine
Vielzahl von Anwendungen wie einer Fischaugenlinseneinheit, einer
bildgebenden Vorrichtung unter Verwendung einer Fischaugenlinseneinheit
oder einer Projektionsvorrichtung unter Verwendung einer Fischaugenlinseneinheit
verwirklicht werden kann.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand beiliegender Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Beziehung des Auftreffwinkels und einer Bildhöhe entsprechend des verwendeten
Projektionsverfahrens,
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2 die
Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3(A)-3(C) Linsendaten
der Fischaugenlinseneinheit,
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4(A) und 4(B) die
Längsaberration
einer Fischaugenlinseneinheit,
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5(A) und 5(B) die
Verzerrung einer Fischaugenlinseneinheit,
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6(A)-6(D) die
Queraberration der Fischaugenlinseneinheit,
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7 die
Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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8(A) und 8(B) Linsendaten
der Fischaugenlinseneinheit,
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9(A) und 9(B) die
Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit,
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10(A) und 10(B) die
Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit,
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11(A)-11(D) die
Queraberration der Fischaugenlinseneinheit,
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12 die
Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung 50C nach
einem dritten Ausführungsbeispiel,
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13(A)-13(C) Linsendaten
der Fischaugenlinseneinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel,
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14(A) und 14(B) die
Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel,
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15(A und 16(B) die
Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel,
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16(A). 16(D) die
Queraberration der Fischaugenlinseneinheit nach dem dritten Ausführungsbeispiel,
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17 die
Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung nach einem vierten
Ausführungsbeispiel,
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18(A).-18(D) die
Linsendaten der Fischaugenlinseneinheit nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
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19(A) und 19(B) die
Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
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20(A) und 20(B) die
Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit nach dem vierten Ausführungsbeispiel,
und
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21(A)-21(D) die
Queraberration der Fischaugenlinseneinheit nach dem vierten Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Zugrundelegung von Beispielen in
der folgenden Reihenfolge diskutiert.
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A. Erstes Ausführungsbeispiel:
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- A-1. Ausbildung der Fischaugenlinseneinheit:
- A-2. Eigenschaften der Fischaugenlinseneinheit:
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B. Zweites Ausführungsbeispiel:
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- B-1. Ausbildung der Fischaugenlinseneinheit:
- B-2. Eigenschaften der Fischaugenlinseneinheit:
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C. Drittes Ausführungsbeispiel:
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- C-1. Ausbildung der Fischaugenlinseneinheit:
- C-2. Eigenschaften der Fischaugenlinseneinheit
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D. Viertes Ausführungsbeispiel:
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- D-1.. Ausbildung der Fischaugenlinseneinheit:
- D-2. Eigenschaften der Fischaugenlinseneinheit:
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E. Auswertung der Fischaugenlinseneinheit:
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A: Erstes Ausführungsbeispiel
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A-1. Ausbildung der Fischaugenlinseneinheit:
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2 zeigt
die grundlegende Ausbildung einer bildgebenden Vorrichtung 50 nach
einem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, weist die bildgebende Vorrichtung 50 eine
Fischaugenlinseneinheit 100, eine Festkörper-Bildgebungseinrichtung 200,
etwa ein CCD (charge coupling device), und ein optisches Element 150,
das zwischen der Fischaugenlinseneinheit 100 und der Festkörper-Bildgebungseinrichtung 200 angeordnet
ist, auf. Das optische Element weist, beispielsweise, ein optisches
Filter, ein Abdeckungsglas der Festkörper-Bildgebungseinrichtung
oder dergleichen, auf. Die Festkörper-Bildgebungseinrichtung 200 hat
eine Bildfläche
IS.
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Die
Fischaugenlinseneinheit (im Nachfolgenden einfach als „Linseneinheit" bezeichnet) 100 weist
eine Mehrzahl von Linsen auf, die die Fischaugenlinse bilden. Das äquidistante
Projektionsverfahren, das durch Y = f·θ (siehe Kurve C3 in 1)
repräsentiert
wird, wird bei diesem Ausführungsbeispiel
für die
Linseneinheit 100 verwendet.
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Die
Linseneinheit 100 weist eine erste Linsengruppe 110 auf,
die auf der Objektseite angeordnet ist, eine zweite Linsengruppe 120,
die auf der Bildseite angeordnet ist und eine Aperturblende 130,
die zwischen der ersten Linsengruppe 110 und der zweiten
Linsengruppe 120 angeordnet ist. Die Linseneinheit 100 weist weiter
einen (nicht dargestellten) Linsenhalter zum Halten der ersten Linsengruppe 110,
der zweiten Linsengruppe 120 und der Aperturblende 130 auf.
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Die
erste Linsengruppe 110 hat die Funktion des Beugens des
auftreffenden Bündels
von Lichtstrahlen stufenweise in eine Richtung parallel zu der optischen
Achse und des Führens
des Bündels
von Lichtstrahlen zu der zweiten Linsengruppe 120.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die erste Linsengruppe 110 durch drei Linsen gebildet.
Die erste Linsengruppe L1, die am weitesten zu der Objektseite angeordnet
ist, ist eine konkave Meniskuslinse, die auf der Objektseite eine
konvexe Fläche
und auf der Bildseite eine konkave Fläche hat. Die zweite Linse L2
ist eine plankonkave Linse, die eine ebene Fläche auf der Objektseite und
eine konkave Fläche
auf der Bildseite hat. Die dritte Linse L3, die am weitesten zu
der Objektseite hin angeordnet ist, ist eine konvexe Meniskuslinse,
die auf der Objektseite eine konkave Fläche und auf der Bildseite eine
konvexe Fläche
hat.
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Die
zweite Linsengruppe 120 hat die Funktion des Abbildens
des Bündels
von Lichtstrahlen, die durch die erste Linsengruppe 110 verlaufen,
auf der Bildfläche
IS derart, dass der Hauptstrahl so parallel wie möglich ist
in Beziehung zu der optischen Achse und der Hauptstrahl eine vorgegebene
Bildhöhenposition
entsprechend dem auftreffenden Winkels des Hauptstrahls hat.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Linsengruppe 120 durch drei Linsen gebildet.
Die vierte Linse L4, die am weitesten zu der Objektseite angeordnet
ist, ist eine bikonvexe Linse, die konvexe Flächen auf der Objektseite und
auf der Bildseite hat. Die fünfte
Linse L5 ist eine bikonkave Linse, die konkave Flächen sowohl
auf der Objektseite als auch auf der Bildseite hat. Die sechste
Linse L6 ist eine asphärische
Linse, die eine asphärisch
geformte konvexe Fläche
auf der Objektseite und auf der Bildseite hat.
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Es
ist zu beachten, dass die vierte Linse L4 und die fünfte Linse
L5 miteinander verbunden sind. Insbesondere stimmen der Krümmungsradius
der Bildseitenfläche
der vierten Linse L4 und der Krümmungsradius der
Fläche
der Objektseite der fünften
Linse L5 überein.
Die Refraktionsindices der beiden Linsen L4 und L5 sind jedoch voneinander
unterschiedlich.
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Die 3(A)-3(C) zeigen
die Linsendaten für
die Fischaugenlinseneinheit 100. 3(A) zeigt
die Flächendaten
für jede
Linse, die die Fischaugenlinseneinheit 100 bildet.
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Die
Flächenzahl
i gibt die Anzahl der Fläche
jeder Linse an, die die Linseneinheit 100 bildet. Die Flächenzahlen
sind jedoch, wie bei den Flächenzahlen
7 und 13 angegeben, der Aperturblende 130 und dem optischen
Element 150 zugeordnet. Es ist zu beachten, dass in 2 die
Flächenzahl
i durch das Symbol Si angegeben ist.
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Der
Krümmungsradius
Ri gibt einen Krümmungsradius (mm) einer Fläche Si an. Der Krümmungsradius einer konvexen
Fläche
auf der Objektseite wird als eine positive Zahl an gegeben, der Krümmungsradius einer
konkaven Fläche
auf der Objektseite ist durch eine negative Zahl angegeben.
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Die
Flächentrennung
Di gibt einen Abstand (mm) auf der optischen
Achse zwischen einer Fläche
Si und einer Fläche Si +
1 an. Die Flächenzahl
i gibt eine Objektseitenfläche
einer Linse, die Flächenseparation Di gibt die Dicke auf der Linse der optischen
Achse an und, da die Flächenzahl
i eine Bildseitenfläche
einer Linse angibt, gibt die Oberflächenseparation Di den
Abstand auf der optischen Achse zwischen der Bildseitenfläche der
Linse und einer Objektseitenfläche
eines optischen Geräts
(beispielsweise einer Linse) an, die in einer nachfolgenden Stufe
vorgesehen ist.
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Der
Refraktionsindex Ndi gibt den Refraktionsindex für die D-Linie (Wellenlänge 587,6
nm) einer Linse mit einer Fläche
Si an.
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Die
Abbezahl vdi gibt eine Abbezahl einer Linse an mit einer Fläche Si.
Es ist zu beachten, dass die Abbezahl vdi ein Wert ist, der die
Eigenschaften in Bezug auf die Streuung der Linse oder dergleichen
angibt. Die Abbezahl vdi ist gegeben durch (nd-1) (nF-nC). Hierbei
stellen nd, nC und nF die
Refraktionsindixes für
die d-linie, die C-Linie (Wellenlänge 656,3 mm) und die F-Linie
(Wellenläne
486,1 nm) an.
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In 3(A) haben die Fläche, für die „*" ist zu der Flächenzahl i zugegeben ist, eine
asphärischen Form.
Wie vorangehend beschrieben, haben bei diesem Ausführungsbeispiel
sowohl die Objektseitenfläche S11
und die Bildseitenfläche
S12 der sechsten Linse L6 eine asphärische Form. Die asphärische Form
wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben.
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Der
Schnitt der asphärischen
Fläche
und der optischen Achse wird als Ursprungspunkt gesetzt. H repräsentiert
den Abstand von dem Ursprungspunkt in der Richtung vertikal zu der
optischen Achse (d. h. die Höhe
gegenüber
der optischen Achse). X repräsentiert
eine Richtung auf der optischen Achse von dem Ursprung. R repräsentiert
einen Krümmungsradius,
K repräsentiert
eine konische Konstante und A4, A6 und A8 repräsentieren die asphärischen
Koeffizienten höherer
Ordnung. Es ist zu beachten, dass als Krümmungsradius R die Werte, die
in 3(A) gezeigt sind, verwendet
werden.
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Die 3(B) zeigt den asphärischen Koeffizienten der Fläche S11.
In 3(B) sind der Wert der konischen
Konstante K und der Wert der asphärischen Komponente höherer Ordnung
A4, A6 und A8 für
die Fläche
S11 gezeigt. In ähnlicher
Weise zeigt 3(C) die asphärischen
Koeffizienten der Fläche
S12.
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Bei
der Linseneinheit 100 nach diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Brennweite
f 1,15 mm, die F-Zahl ist 2,8 und der Blickwinkel 2ω beträgt 180°.
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Weiter
beträgt
bei der Linseneinheit 100 nach diesem Ausführungsbeispiel
der erste Evaluationswert H1/2Y 1,76, der zweite Evaluationswert
H1/R1 ist 0,43 und der dritte Evaluationswert ΣD/2Y beträgt 7,51.
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H1
ist hier der effektive Radius einer objektseitigen Fläche der
ersten Linse L1, die am weitesten auf der Objektseite von der ersten
Linsengruppe 110 ist (siehe 2). Es ist
zu beachten, dass der effektive Radius bestimmt wird unter Berücksichtigung
der Dimensionen des Teils, der aufgrund des Vorhandenseins des Linsenhalters
nicht verwendet werden kann. 2Y ist der Durchmesser des Bildkreises,
der durch eine Bildfläche IS
mittels der Linseneinheit 100 (siehe 2)
gebildet wird. R1 ist ein Krümmungsradius
der objektseitigen Fläche
S1 der ersten Linse L1 (siehe 3(A)). ΣD ist der
Abstand auf der optischen Achse zwischen der objektseitigen Fläche S1 der
ersten Linse L1 der ersten Linsengruppe 110, der am weitesten
objektseitig ist, und der Bildfläche
IS (siehe 2).
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Es
ist zu beachten, dass die drei Evaluationswerte, die oben genannt
worden sind, weiter unten beschrieben werden.
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A-2. Eigenschaften der
Fischaugenlinseneinheit:
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Die 4(A) und 4(B) zeigen
die Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit 100. Es ist zu beachten, dass
die 4(A) und 4(B) die
Ergebnisse einer Simulation sind.
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4(A) zeigt die sphärische Aberration. Es ist bekannt,
dass die sphärische
Aberration ein Phänomen
der Lichtstrahlen ist, die nicht einen Punkt auf der optischen Achse
erreichen. In der Zeichnung gibt die horizontale Achse den Abstand
(mm) von der Bildfläche
IS auf der optischen Achse und dem Ursprung, der einen Mittelpunkt
O der bildseitigen Bildfläche
IS an (siehe 2). Diese vertikale Achse gibt
eine Auftreffhöhe an.
Die Auftreffhöhe „0.0" (Ursprung), gibt
beispielsweise den Hauptstrahl an, der das Zentrum des Bündels der
Lichtstrahlen ist und die Auftreffhöhe „1.00" gibt den am weitesten außen liegenden
Lichtstrahl des Bündels von
Lichtstrahlen an.
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Der
Graph mit fester Linie zeigt die sphärische Aberration, wenn Licht
mit einer Wellenlänge
von 546,07 nm verwendet wird. Der Graph mit gepunkteter Linie zeigt
die sphärische
Aberration, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 460,00 nm verwendet
wird. Der Graph mit gestrichelter Linie zeigt die sphärische Aberration,
wenn Licht mit einer Wellenlänge
von 656,27 nm verwendet wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Linseneinheit 100 mit einer Wellenlänge von
546,07 nm als Standard ausgebildet. Auf Grund dessen kreuzt in dem
Graph mit durchgezogener Linie, der in 4(A) gezeigt
ist, der Lichtstrahl der auftreffenden Höhe „0.0" die optische Achse an dem Mittelpunkt
O in der Bildfläche IS.
In der Zeichnung ist dargestellt, dass die Verlagerung von dem Mittelpunkt
O bei Verwendung von Licht jeder Wellenlänge etwa 0,03 nun oder weniger
beträgt.
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4(B) zeigt den Astigmatismus. Es ist bekannt,
dass der Astigmatismus ein Phänomen
ist, bei dem der sagittale Bildpunkts und der tangentiale (meridionale)
Bildpunkte nicht übereinstimmen.
Hier bedeutet der tangentiale Bildpunkt eine Bildbildungsposition
des Bündels
von Lichtstrahlen in der tangentialen Ebene, die den Hauptstrahl
und die optische Achse beinhaltet. Der sagittale Bildpunkt bedeutet
eine Bildbildungsposition des Bündels
von Lichtstrahlen in einer sagittalen planen Ebene, die vertikal
zu der tangentialen Ebene liegt. In der Zeichnung gibt die horizontale
Achse einen Abstand (mm) entlang der Richtung parallel zu der optischen Achse
an und der Ursprungspunkt gibt einen Punkt auf der Bildfläche IS an.
Es ist zu beachten, dass die Positionen des sagittalen Bildpunkts
und des tangentialen Bildpunkts von dem Auftreffwinkel des Lichts,
das die Linseneinheit 100 erreicht, abhängt. Die vertikale Achse gibt
einen Auftreffwinkel des Lichts, das die Linseneinheit 100 erreicht,
an. Der Graph mit einer gepunkteten Linie, der durch das Symbol
S angegeben ist, gibt die sagittalen Bildpunkte an und der Graph
mit Doppelstrichen, der durch das Symbol T markiert ist, gibt die tangentialen
Bildpunkte an.
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Die
beiden Graphen S und T werden gewonnen, wenn Licht der Wellenlänge 546,07
nm verwendet wird. Wenn der Auftreffwinkel beispielsweise 0° beträgt, stimmen
der sagittale Bildpunkt und der tangentiale Bildpunkt überein und
diese beiden Bildpunkte werden an dem Mittelpunkt O der Bildfläche IS gebildet.
Wenn der Auftreffwinkel 90° beträgt, werden
der sagittale Bildpunkt und der tangentiale Bildpunkt an Positionen
gebildet, die von der Bildfläche
IS entfernt sind und der tangentiale Bildpunkt wird an einer Position
gebildet, der weiter als der sagittale Bildpunkt von der Bildfläche IS getrennt
ist. Es ist zu beachten, dass der Astigmatismus durch eine Verlagerung
zwischen dem tangentialen Bildpunkt und dem sagittalen Bildpunkt
beurteilt wird. In den Zeichnungen ist gezeigt, dass die Verlagerung
dann, wenn Licht einer Wellenlänge
von 546,07 nm verwendet wird, etwa 0,02 mm oder weniger ist.
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Die 5(A) und 5(B) zeigen
die Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit 100. Es ist
zu beachten, dass die 5(A) und 5(B) die Ergebnisse einer Simulation sind.
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Es
ist bekannt, dass die Verzerrung ein Phänomen ist, bei dem das Objekt
und das Bild einander nicht ähnlich
sind. Die horizontale Achse, die in den 5(A) und 5(B) gezeigt ist, gibt eine Verzerrung (%) einer
Bildhöhe
an. Die Verzerrung der Bildhöhe
wird durch (y – y0)/y0) × 100 gebildet,
wobei y die aktuelle Bildhöhe
ist und y0 die ideale Bildhöhe
ist. In 5(A) ist, da der Wert der idealen
Bildhöhe
y0 als Normalwert verwendet wird, nämlich einem Wert entsprechend
dem Projektionsverfahren durch y = f·tan θ (siehe Kurve CZ in 1)
wiedergegeben, für
den eine Verzerrung nicht erlaubt ist. Auf der anderen Seite ist
in 5(B), da der Wert der idealen
Bildhöhe
y0 ist, ein Wert, der entsprechend einem äquidistanten Projektionsverfahren durch
y = f·θ (siehe
Kurve C3 in 1) angegeben wird, für den eine
Verzerrung erlaubt ist. Die vertikale Achse gibt einen Auftreffwinkel
des Lichts, das die Linseneinheit 100 erreicht, an. Die
Graphen nach den 5(A) und 5(B) geben
die Verzerrung an, wenn Licht von einer Wellenlänge 546,07 nm verwendet wird.
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Es
wurde beschrieben, dass eine Fischaugenlinse eine Verzerrung bewirken
soll. Entsprechend ist die Verzerrung um so größer, um so größer der
Auftreffwinkel ist (5(A)).
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das äquidistante
Projektionsverfahren für
die Linseneinheit 100 verwendet. Aufgrund dessen wird in 5(B) die Verzerrung der Bildhöhe gezeigt, für die die
ideale Bildhöhe
entsprechend dem äquidistanten
Projektionsverfahren als Standard verwendet wird. Es ergibt sich
aus 5(B), dass die Verzerrung der
Bildhöhe
im Bereich von etwa 1,5 % liegt.
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Die 6(A) und 6(D) zeigen
die Queraberration der Fischaugenlinseneinheit 100. Es
ist zu beachten, dass die 6(A)-6(D) das Ergebnis von Simulationen sind.
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Es
ist bekannt, dass die Queraberration eine Aberration auf der Bildfläche ist
und eine Komaaberration und eine chromatische Aberration der Verstärkung und
dergleichen einschließt.
Die Komaaberration ist ein Phänomen
des Ziehens eines Schwanzes des Bildpunktes außerhalb der optischen Achse
und die chromatische Aberration der Verstärkung ist ein Phänomen der
unterschiedlichen Verstärkung
entsprechend einer Lichtwellenlänge.
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Die 6(A) bzw. 6(D) zeigen
die Queraberration, wenn der auftreffende Winkel des Lichts, das auf
die Linseneinheit 100 auftrifft, 90 Winkelgrad, 60 Winkelgrad,
30 Winkelgrad bzw. 0 Winkelgrad beträgt.
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Jede
Figur auf der linken Seite der 6(A)-6(D) zeigen die Queraberration der tangentialen Ebene
und jede Fig. auf der rechten Seite zeigt die Queraberration an
der sagittalen Eben. Es ist zu beachten, dass die Queraberration
an der sagittalen Ebene symmetrisch in Bezug auf die vertikale Achse
ist, die Darstellung ist vereinfacht.
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Die
horizontale Achse gibt eine Position jeden Lichtstrahls an, die
das Bündel
von Lichtstrahlen auf der Fläche
der Eintrittspupille bildet. Der Ursprung beispielsweise stellt
den Hauptstrahl dar und der Punkt, der am weitesten von dem Ursprung
entfernt ist, gibt den Lichtstrahl an, der am weitesten außerhalb
des Bündels
von Lichtstrahlen an dem Eingang der Fläche der Eintrittspupille. Die
vertikale Achse gibt einen Abstand (mm) zwischen einem Referenzpunkt
auf der Ebene IS und einem Schnittpunkt an, an dem jeder Lichtstrahl
das Bündel von
Lichtstrahlen bildet, der die Bildfläche IS kreuzt. Der Referenzpunkt
ist hier ein Punkt, an dem der Hauptstrahl der Wellenlänge 546,007
nm die Bildfläche
IS kreuzt. Es ist zu beachten, dass in den 6(A) 6(D) aufgrund des Umstands, dass der Auftreffwinkel
des Hauptstrahls der Wellenlänge
546,07 nm voneinander unterschiedlich sind, die Bezugspunkte auf
der Bildfläche
IS an voneinander unterschiedlichen Positionen liegen.
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Der
Graph mit durchgezogener Linie zeigt die Queraberrationen bei Verwendung
von Licht der Wellenlänge
546,07 nm. Der Graph mit gepunkteter Linie zeigt die Queraberration,
wenn Licht in einer Wellenlänge von
460,00 nm verwendet wird. Der Graph mit einer Kettenlinie zeigt
die Queraberration, wenn Licht mit einer Wellenlänge von 656,27 nm verwendet
wird.
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Der
Punkt, an dem der Hauptstrahl mit der Wellenlänge 546,07 nm die Bildfläche IS kreuzt,
ist, wie oben erwähnt,
als Bezugspunkt bestimmt, sodass für jede der 6(A)-6(D) der
Graph mit durchgezogener Linie durch den Ursprung verläuft. In
den Zeichnungen ist wiedergegeben, dass die Verlagerung von dem Bezugspunkt
bei Verwendung eines Lichts mit Licht jeder Wellenlänge von
etwa 0,0125 mm oder weniger beträgt.
-
Es
wurde oben beschrieben, dass bei der Linseneinheit 100 nach
diesem Ausführungsbeispiel
sowohl die Fläche
S11 als auch die Fläche
S12 der sechsten Linse L6 der zweiten Linsengruppe 120,
die am weitesten bildseitig ist, asphärische Formen haben. Entsprechend
ist es möglich,
die Einheit 100 so auszubilden, dass bei einer Verwendung
des äquidistanten
Projektionsverfahren (y = f·θ) relativ
wenig Linsen, insbesondere sechs Linsen, benötigt werden.. Es ist auch möglich, die
Linseneinheit 100 mit geringer Aberration und mit geringer
Verzerrung der Bildhöhe
zu erzeugen, was als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend dem verwendeten
Projektionsverfahrens bildet.
-
B. Zweites Ausführungsbeispiel:
-
B1: Ausbildung der Fischaugeneinheit:
-
7 zeigt
die Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung 50B nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 ist 2 ähnlich,
die Linseneinheit 100B ist jedoch modifiziert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird, ähnlich dem
ersten Ausführungsbeispiel,
das äquidistante
Projektionsverfahren, das durch den Ausdruck y = f·θ (siehe
Kurve C3 in 1) für die Linseneinheit 100B verwendet.
-
Die
Linseneinheit 100B weist, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel,
eine erste Linsengruppe 100B auf, die auf der Objektseite
angeordnet ist, eine zweite Linsengruppe 120B, die auf
der Bildseite angeordnet ist und eine Aperturblende 130B,
die zwischen der ersten Linsengruppe 110B und der zweiten
Linsengruppe 120B angeordnet ist, auf.
-
Die
erste Linsengruppe 110B wird durch drei Linsen gebildet.
Die erste Linse L1 ist eine konkave Meniskuslinse, die eine konvexe
Fläche
auf der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die zweite Linse L2 ist eine bikonkave Linse, die konkave Flächen sowohl
auf der Objektseite als auch auf der Bildseite hat. Die dritte Linse
L3 ist eine konvexe Meniskuslinse, die eine konkave Fläche auf
der Objektseite und eine konvexe Fläche auf der Bildseite hat.
-
Die
zweite Linsengruppe 120B ist durch zwei Linen gebildet.
Die vierte Linse L4 ist eine konvexe Meniskuslinse, die eine konvexe
Fläche
auf der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die fünfte
Linse L5 ist eine asphärische
Linse, die eine asphärisch
geformte konkave Fläche
auf der Objektseite und eine sphärisch
geformte konvexe Fläche
auf der Bildseite hat.
-
Die 8(A) und 8(B) zeigen
die Linsendaten der Fischaugenlinseneinheit 100B. 8(A) entspricht 3(A).
Bei diesem Ausführungsbeispiel
hat die objektseitige Fläche
S10 der fünften
Linse L5 eine asphärische
Form. 8(B), die den 3(B) und 3(C) ähnlich ist,
zeigt den asphärischen
Koeffizienten der Fläche
S10.
-
Bei
der Linseneinheit 100B nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennweite
f 1,15 mm, die F-Zahl beträgt
2,8 und der Blickwinkel 2ω beträgt 180°.
-
Auch
bei der Linseneinheit 100B nach diesem Ausführungsbeispiel
ist der erste Evaluationswert H1/2Y gleich 1,73, der zweite Evaluationswert
H1/R1 ist 0,36 und der dritte Evaluationswert ΣD/2Y ist 6,35. Dies Evaluationswerte
werden später
erläutert.
-
B-2. Eigenschaften der
Fischaugenlinse:
-
Die 9(A) und 9(B) zeigen
die Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit 100B. Die 9(A) bzw. 9(B) entsprechen
den 4(A) bzw. 4(B).
Die Verschiebung von dem Mittelpunkt O bei Verwendung einer beliebigen
Wellenlänge
beträgt,
wie in 9(A) erkennbar, ungefähr 0,03mm
oder weniger. Die Verschiebung bei Verwendung von Licht mit einer
Wellenlänge
von 546,07 nm ist, wie in 9(B) gezeigt,
etwa 0,005 mm oder weniger.
-
Die 10(A) und 10(B) zeigen
die Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit 100B. Die 10(A) bzw. 10(B) entsprechen
den 5(A) bzw. 5(B).
Die Verzerrung der Bildhöhe,
die als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend dem äquidistalen
Projektionsverfahren (y = f θ)
verwendet, beträgt etwa
1,5%.
-
Die 11(A) und 11(B) zeigen
die Queraberration der Fischaugenlinseneinheit 100B. Die 11(A) bzw. 11(B) entsprechen
den 6(A) bzw. 6(B).
Die Verschiebung von dem Bezugspunkt bei Verwendung von Licht einer
beliebigen Wellenlänge
ist 0,03mm oder weniger.
-
Es
wurde oben beschrieben, dass bei der Linseneinheit 100B nach
diesem Ausführungsbeispiel
die objektseitige Fläche
S10 der fünften
Linse L5 der zweiten Linsengruppe 120B, die am weitesten
bildseitig ist, eine asphärische
Form hat. Entsprechend ist es möglich,
die Einheit 100B so auszubilden, dass bei einer Verwendung
des äquidistanten
Projektionsverfahren (y = f·θ) relativ
wenig Linsen, insbesondere fünf
Linsen, benötigt
werden. Es ist auch möglich,
die Linseneinheit 100B mit geringer Aberration und mit
geringer Verzerrung der Bildhöhe
zu erzeugen, was als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend dem verwendeten
Projektionsverfahrens bildet.
-
C. Drittes Ausführungsbeispiel
-
C-1 Ausbildung der Fischaugeneinheit:
-
12 zeigt
die Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung 50C nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 ist 2 ähnlich,
die Linseneinheit 100C ist jedoch modifiziert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
wird, anders als bei dem ersten und den zweiten Ausführungsbeispiel,
das Projektionsverfahren durch den Ausdruck y = 3·f·tan(θ/3) (siehe
Kurve CA in 1) für die Linseneinheit 100C verwendet.
-
Die
Linseneinheit 100C weist, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel,
eine erste Linsengruppe 110C auf, die auf der Objektseite
angeordnet ist, eine zweite Linsengruppe 120C, die auf
der Bildseite angeordnet ist und eine Aperturblende 130C,
die zwischen der ersten Linsengruppe 110C und der zweiten
Linsengruppe 120C angeordnet ist, auf.
-
Die
erste Linsengruppe 110C wird durch vier Linsen gebildet.
Die erste Linse L1 ist eine konkave Meniskuslinse, die eine konvexe
Fläche
auf der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die zweite Linse L2 ist eine plankonkave Linse, die eine plane Fläche auf
der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die dritte Linse L3 ist eine konkave Meniskuslinse, die eine konkave
Fläche
auf der Objektseite und eine konvexe Fläche auf der Bildseite hat.
Die vierte Linse ist eine konvexe Meniskuslinse, die auf der Objektseite
eine konkave Fläche
und auf der Bildseite eine konvexe Fläche hat.
-
Die
zweite Linsengruppe 120C ist durch drei Linen gebildet.
Die fünfte
Linse L5 ist eine bikonvexe Linse, die sowohl auf der Bildseite
als auch auf der Objektseite eine konvexe Fläche hat. Die sechste Linse
L6 ist eine bikonkave Linse, die sowohl auf der Bildseite als auch
auf der Objektseite eine konkave Fläche hat. Die siebte Linse L7
ist eine asphärische
Linse, die eine asphärisch
geformte konvexe Fläche
auf der Objektseite und auf der Bildseite hat.
-
Die 13(A) und 13(B) zeigen
die Linsendaten der Fischaugenlinseneinheit 100C. 11(A) entspricht 3(A).
Bei diesem Ausführungsbeispiel
haben die objektseitige Fläche
S13 und die bildseitige Fläche
S14 der siebten Linse L7 eine asphärische Form. Die 13(B) und 13(C),
die den 3(B) und 3(C) ähnlich ist,
zeigen den asphärischen
Koeffizienten der Fläche
S13 und der Fläche
S14.
-
Bei
der Linseneinheit 100C nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennweite
f 1,04 mm, die F-Zahl beträgt
2,8 und der Blickwinkel 2ω beträgt 180°.
-
Weiter
ist bei der Linseneinheit 100C nach diesem Ausführungsbeispiel
der erste Evaluationswert H1/2Y gleich 1,75, der zweite Evaluationswert
H1/R1 ist 0,46 und der dritte Evaluationswert ΣD/2Y ist 7,57. Dies Evaluationswerte
werden später
erläutert.
-
C-2. Eigenschaften der
Fischaugenlinse:
-
Die 14(A) und 14(B) zeigen
die Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit 100C. Die 14(A) bzw. 14(B) entsprechen
den 4(A) bzw. 4(B).
Die Verschiebung von dem Mittelpunkt O bei Verwendung einer beliebigen
Wellenlänge
beträgt,
wie in 14(A) erkennbar, ungefähr 0,01
mm oder weniger. Die Verschiebung bei Verwendung von Licht mit einer
Wellenlänge
von 546,07 nm ist, wie in 9(B) gezeigt,
etwa 0,009 mm oder weniger.
-
Die 15(A) und 15(B) zeigen
die Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit 100C. Die 15(A) bzw. 15(B) entsprechen
den 5(A) bzw. 5(B).
Die Verzerrung der Bildhöhe,
die als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend einem Projektionsverfahren,
das durch (y = 3 f·tan
(θ/3) wiedergegeben
ist, verwendet, beträgt,
wie sich aus 15(B) ergibt, etwa 0,3%.
-
Die 16(A) und 16(B) zeigen
die Queraberration der Fischaugenlinseneinheit 100C. Die 16(A) bzw. 16(B) entsprechen
den 6(A) bzw. 6(B).
Die Verschiebung von dem Bezugspunkt bei Verwendung von Licht einer
beliebigen Wellenlänge
ist 0,02mm oder weniger.
-
Es
wurde oben beschrieben, dass bei der Linseneinheit 100C nach
diesem Ausführungsbeispiel
die Flächen
S13 und S14 der siebten Linse L7 der zweiten Linsengruppe 120C,
die am weitesten bildseitig ist, eine asphärische Form haben. Entsprechend
ist es möglich,
die Einheit 100C so auszubilden, dass bei einer Verwendung
des Projektionsverfahrens, das durch (y = 3·f·tan (θ/3) wiedergegeben ist relativ
wenig Linsen, insbesondere sieben Linsen, benötigt werden.. Es ist auch möglich, die
Linseneinheit 100C mit geringer Aberration und mit geringer
Verzerrung der Bildhöhe
zu erzeugen, was als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend dem verwendeten
Projektionsverfahrens bildet.
-
D. Viertes Ausführungsbeispiel
-
D-1 Ausbildung der Fischaugeneinheit:
-
17 zeigt
die Grundausbildung einer bildgebenden Vorrichtung 50D nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel. 17 ist 2 ähnlich,
die Linseneinheit 100D ist jedoch modifiziert. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
wird, ähnlich
dem dritten Ausführungsbeispiel,
das Projektionsverfahren durch den Ausdruck y = 3·f·tan(θ/3) (siehe
Kurve CA in 1) für die Linseneinheit 100D verwendet.
-
Die
Linseneinheit 100D weist, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel,
eine erste Linsengruppe 110D auf, die auf der Objektseite
angeordnet ist, eine zweite Linsengruppe 120D, die auf
der Bildseite angeordnet ist und eine Aperturblende 130D,
die zwischen der ersten Linsengruppe 110D und der zweiten
Linsengruppe 120D angeordnet ist, auf.
-
Die
erste Linsengruppe 110D wird durch drei Linsen gebildet.
Die erste Linse L1 ist eine konkave Meniskuslinse, die eine konvexe
Fläche
auf der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die zweite Linse L2 ist eine konkave Meniskuslinse, die eine konvexe
Fläche
auf der Objektseite und eine konkave Fläche auf der Bildseite hat.
Die dritte Linse L3 ist eine asphärische Linse, die eine asphärische geformte
konkave Fläche
auf der Objektseite und eine asphärisch geformte konvexe Fläche auf
der Bildseite hat.
-
Die
zweite Linsengruppe 120D ist durch drei Linen gebildet.
Die vierte Linse L4 ist eine bikonvexe Linse, die sowohl auf der
Bildseite als auch auf der Objektseite eine konvexe Fläche hat.
Die fünfte
Linse L5 ist eine bikonkave Linse, die sowohl auf der Bildseite
als auch auf der Objektseite eine konkave Fläche hat. Die sechste Linse
L6 ist eine asphärische
Linse, die eine asphärisch
geformte konvexe Fläche
auf der Objektseite und auf der Bildseite hat. Es ist zu beachten,
dass die vierte Linse L4 und die fünfte Linse L5 miteinander verbunden
sind.
-
Die 18(A) und 18(B) zeigen
die Linsendaten der Fischaugenlinseneinheit 100D. 18(A) entspricht 3(A).
Bei diesem Ausführungsbeispiel
haben die objektseitige Fläche
S6 der dritten Linse L3 eine asphärische Form. Auch haben die
objektseitige Fläche
S11 und die bildseitige Fläche
S12 der sechsten Linse eine asphärische
Form. 18(B) die den 3(B) und 3(C) ähnlich ist,
zeigen den asphärischen Koeffizienten
der Fläche
S6 der dritten Linse L3 und die 18(C) und 18(D) zeigen die asphärischen Koeffizienten der Flächen S11
und S12 der sechsten Linse L6.
-
Bei
der Linseneinheit 100D nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennweite
f 1,05 mm, die F-Zahl beträgt
2,8 und der Blickwinkel 2ω beträgt 180°.
-
Weiter
ist bei der Linseneinheit 100D nach diesem Ausführungsbeispiel
der erste Evaluationswert H1/2Y gleich 2,13, der zweite Evaluationswert
H1/R1 ist 0,45 und der dritte Evaluationswert ΣD/2Y ist 7,89. Diese drei Evaluationswerte
werden später
erläutert.
-
C-2. Eigenschaften der
Fischaugenlinse:
-
Die 19(A) und 19(B) zeigen
die Längsaberration
der Fischaugenlinseneinheit 100C. Die 19(A) bzw. 19(B) entsprechen
den 4(A) bzw. 4(B).
Die Verschiebung von dem Mittelpunkt O bei Verwendung einer beliebigen
Wellenlänge
beträgt,
wie in 14(A) erkennbar, ungefähr 0,015
mm oder weniger. Die Verschiebung bei Verwendung von Licht mit einer
Wellenlänge
von 546,07 nm ist, wie in 19(B) gezeigt,
etwa 0,04 mm oder weniger.
-
Die 20(A) und 20(B) zeigen
die Verzerrung der Fischaugenlinseneinheit 100D. Die 20(A) entspricht 5(A). 20(B) ist 15(B) ähnlich und
zeigt die Verzerrung der Bildhöhe,
die als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend einem Projektionsverfahren,
das durch y = 3·f·tan (θ/3) wiedergegeben
ist, verwendet wird. Die Verzerrung beträgt, wie sich aus 15(B) ergibt, etwa 0,1 %.
-
Die 21(A) bis 21(D) zeigen
die Queraberration der Fischaugenlinseneinheit 100D. Die 21(A) bis 21(D) entsprechen
den 6(A) bzw. 6(D).
Die Verschiebung von dem Bezugspunkt bei Verwendung von Licht einer
beliebigen Wellenlänge
beträgt,
wie die Figuren verdeutlichen, 0,01mm oder weniger.
-
Es
wurde oben beschrieben, dass bei der Linseneinheit 100D nach
diesem Ausführungsbeispiel
die Flächen
S11 und S12 der sechsten Linse L6 der zweiten Linsengruppe 120,
die am weitesten bildseitig ist, eine asphärische Form haben. Weiter hat
bei der Linseneinheit 100D nach diesem Ausführungsbeispiel
die Fläche 6
der dritten Linse L3 der ersten Linsengruppe 110D, die
am weitesten bildseitig ist, eine asphärische Form. Entsprechend ist
es möglich,
die Einheit 100D so auszubilden, dass bei einer Verwendung
des Projektionsverfahrens, das durch y = 3·f·tan (θ/3) wiedergegeben ist relativ
wenig Linsen, insbesondere sechs Linsen, benötigt werden.. Es ist auch möglich, die
Linseneinheit 100D mit geringer Aberration und mit geringer
Verzerrung der Bildhöhe
zu erzeugen, was als Standard die ideale Bildhöhe entsprechend dem verwendeten
Projektionsverfahrens bildet.
-
E. Evaluationswerte der
Fischaugenlinseneinheit
-
Die
ersten Evaluationswert H1/2Y für
die Linseneinheiten 100, 100B, 100C und 100D betragen,
wie anhand des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels beschrieben
1,76; 1,73; 1,75 bzw. 2,13 und genügen der folgenden Bedingung
(a).
Bedingung (a): 1,5 < H1/2Y < 2,5.
-
Wenn
der erste Evaluationswert H1/2Y gleich oder größer als der obere Grenzwert
(2,5) ist, wird der Durchmesser der ersten Linse L1 groß. Wenn
der erste Evaluationswert H1/2Y den unteren Grenzwert mit 1,5 oder
weniger erreicht, wird die Korrektur der Versatz-Aberration wie
eines Astigmatismus oder einer Koma-Aberration schwierig.
-
Wenn
bei den Linseneinheiten 100, 100B; 100C und 100D die
Bedingung (a) erfüllt
ist, ist es möglich, die
erste Linse L1 im Durchmesser kleiner zu machen. Es ist weiter möglich, die
Achsenversatz-Aberration lediglich leicht zu korrigieren und infolgedessen
ist es möglich,
eine sehr leistungsfähige
Linseneinheit mit einer geringen Achsenversatz-Aberration herzustellen.
-
Die
zweiten Evaluationswerte H1/R1 für
die Linseneinheite 100, 100B, 100C und 100D betragen
0,43; 0,36; 0,46 bzw. 0,45 und genügen der folgenden Bedingung
(b):
Bedingung (b): 0,25 < HR1 < 0,5
-
Wenn
der zweite Evaluationswert H1/R1 den oberen Grenzwert (0,5) erreicht
oder größer ist,
ragt die objektseitige Fläche
S1 der ersten Linse L1 erheblich zu der Objektseite, so dass es
sehr schwierig ist, die erste Linse L1 herzustellen und diese auf
bequeme Weise zu handhaben. Wenn die objektseitige Fläche S1 der ersten
Linse L1 erheblich zu der Objektseite ragt, entsteht leicht Unschärfe und
Flimmern aufgrund von Streulicht. Wenn der zweite Evaluationswert
H1/R1 den unteren Grenzwert (0,25) oder weniger erreicht, erreicht
das Bündel
von Lichtstrahlen in der Nähe
des Auftrittwinkel von 90° die
objektseitige Fläche
S1 der ersten Linse L1 unter einem sehr steilen Winkel, so dass
eine erhebliche Refraktion auftritt. Dies beruht darauf, dass es schwierig
ist, eine Achsenversatz-Aberration wie einen Astigmatismus und eine
chromatische Aberration der Verstärkung zu korrigieren, die aufgrund
dieser Refraktion entsteht. Es ist weiter schwierig, einen ausreichenden
Betrag an peripherem Licht sicherzustellen.
-
Bei
jeder der Linseneinheit 100, 100B, 100C und 100D ist
es jedoch möglich,
eine erste Linse L1 relativ leicht zu fertigen, da die Bedingung
(b) erfüllt
ist und diese auch relativ leicht zu handhaben ist. Es ist auch möglich das
Auftreten von Unschärfe
und Flimmern zu reduzieren. Weiter erreicht das Bündel von
Lichtstrahlen nahe dem Auftreffwinkel von 90 Winkelgrad die objektseitige
Fläche
S1 der ersten Linsen L1 unter einem relativ problemlosen Winkel.
Infolgedessen ist es möglich,
die Achsenversatz-Aberration relativ leicht zu reduzieren und es
ist infolgedessen möglich,
eine Hochleistungslinse mit einer geringen Achsenversatz-Aberration herzustellen.
Es ist weiter möglich,
einen ausreichenden Betrag an peripherem Licht sicherzustellen.
-
Weiter
sind die dritten Evaluationswerte ΣD/2Y für die Linseneinheiten 100, 100B, 100C bzw. 100D 7,51;
6,35; 7,57 und 7,85 und genügen
der folgenden Bedingung (c):
Bedingung (c): 6.0 < ΣD/2Y < 8,0.
-
Wenn
der dritte Evalutionswert ΣD/2Y
den oberen Grenzwert (8,0) erreicht oder größer ist, wird die Linseneinheit
größer. Auch
wenn der dritte Evaluationswert ΣD/2Y
gleich dem unteren Grenzwert (6,0) oder geringer ist, wird die Leistung
jeder Linse größer und
die Korrektur der sphärischen
Aberration, der Koma-Aberration, des Astigmatismus, der chromatischen
Aberration der Vergrößerung und
dergleichen schwierig. Es ist weiter möglich, einen ausreichenden
Blickwinkel (d.h. 180°)
zu erreichen unter Verwendung des Projektionsverfahrens, das gegeben
ist durch y = f·θ, y = 3·f·tan (θ/3) oder
dergleichen.
-
Jede
Linseneinheit 100, 100B, 100C und 100D kann
die Linse kompakter ausbilden, da die Bedingung (c) erfüllt ist.
Es ist auch möglich,
die sphärische
Aberration, die Coma-Aberration, den Astigmatismus, die chromatische
Aberration der Verstärkung
und dergleichen relativ leicht zu korrigieren und infolgedessen
ist es möglich,
eine Hochleistungslinseneinheit mit wenig oder keinen Aberrationen
zu gewinnen. Weiter ist es möglich,
einen ausreichenden Blickwinkel unter Verwendung des Projektionsverfahrens,
das durch y = f·θ, y = 3·f·tan (θ/3) gegeben
ist, einfach zu halten.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele und Ausführungsbeispiele,
die oben angegeben sind, beschränkt,
es kann in der Praxis auf verschiedene Weise gelöst werden, ohne sich von dem
Grundgedanken zu lösen,
beispielsweise durch die folgenden Abweichungen.
- (1)
Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiels
verwenden die Fischaugenlinseneinheiten das äquidistante Projektionsverfahren,
das gegeben ist durch y = f·θ und in
dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel
verwendet die Fischaugenlinseneinheit das Projektionsverfahren,
das gegeben ist durch y = 3·f·tan (θ/3), aber
es ist auch möglich,
andere Projektionsverfahren anzuwenden.
Beispielsweise ist
es möglich,
ein Projektionsverfahren anzuwenden, das gegeben ist durch y = α·f·tan (θ/β), wie etwa
dem stereographischen Projektionsverfahren (y = 2·f tan
(θ/β). Es ist
zu beachten, dass als β-Wert
jeder positiven Wert größer als
1 gewählt
werden kann (beispielsweise einen positiven Wert von 2 oder mehr).
Es wird jedoch typischerweise als β-Wert ein positiver Wert größer als
1,5 verwendet. Auch als α-Wert
ist es möglich,
einen Wert zu verwenden, der die Ungleichung 0,9β ≤ α ≤ 1,1β zu verwenden.
Die Fischaugenlinseneinheit
nach der vorliegenden Erfindung wird ein vorgegebenes Projektionsverfahren verwenden,
das durch die vorerwähnte
Formel y = f·θ oder y
= α·f·tan (θ/β), dargestellt
wird. Mit anderen Worten wird die Fischaugenlinseneinheit nach der
vorliegenden Erfindung ein vorgegebenes Projektionsverfahren verwenden,
für das
eine Änderung (Δy/Δθ) ausgedrückt wird
durch ein Inkrement der Bildhöhe im
Verhältnis
zu einem Inkrement des auftreffenden Winkels bei einem vorgegebenen
Auftreffwinkel (beispielsweise 80°)
nicht geringer als die Änderung
für ein äquidistantes
Projektionsverfahren ist.
- (2) Bei dem ersten, dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel
ist die Linsengruppe, die auf der Objektseite vorgesehen ist, durch
drei Linsen gebildet, in dem dritten Ausführungsbeispiel ist die erste
Linsengruppe durch vier Linsen gebildet.
In dem ersten, dem
dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel
ist die Linsengruppe auf der Bildseite durch drei Linsen gebildet,
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist die zweite Linsengruppe durch zwei Linsen gebildet.
Im
allgemeinen wird die Linsengruppe, die auf der Objektseite angeordnet
ist, durch drei oder vier Linsen gebildet. Auch die zweite Linsengruppe,
die auf der Bildseite angeordnet ist, wird durch zwei oder drei
Linsen gebildet.
- (3) Bei dem ersten, dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel
hat die asphärische
Linse der zweiten Linsengruppe, die am weitesten bildseitig angeordnet
ist, auf beiden Flächen
eine asphärische
Form. Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
hat die asphärische
Linse auf der objektseitigen Fläche
eine asphärische Form.
Stattdessen kann die asphärische
Linse eine asphärische
Form nur auf der bildseitigen Fläche
habe. In dem Fall, in dem die asphärische Linse lediglich auf
einer Seite eine asphärische
Form hat, kann die asphärische
Linse relativ leicht hergestellt werden, verglichen mit dem Fall,
wo die asphärische
Linse auf beiden Flächen
eine asphärische
Form hat.
Im allgemeinen wird die Schlusslinse der zweiten
Linsengruppe, die am weitesten bildseitig ist, eine asphärische Linse
sein, die wenigstens auf einer der beiden Flächen der asphärischen
Linse eine asphärische Form
hat.
- (4) Bei den obigen Ausführungsbeispielen
ist eine bildgebende Vorrichtung gezeigt mit einer Fischaugenlinseneinheit.
Die bildgebende Vorrichtung kann verwendet werden bei einer Einzelbildkamera
oder beispielsweise bei einer Beobachtungskamera.
Bei den obigen
Ausführungsbeispielen
wird ein im wesentlichen kreisförmiges
Bild mit einer Verzerrung auf der Bildfläche IS der Festkörpereinrichtung 200 der
bildgebenden Vorrichtung gebildet.
Die bildgebende Vorrichtung
kann weiter eine Recheneinheit zum Verarbeiten des im wesentlichen
kreisförmigen
Bildes, das durch die Festkörpereinrichtung 200 gewonnen
worden ist, aufweisen. Die Recheneinheit kann das im wesentlichen
kreisförmige
Bild basierend auf dem Projektionsverfahren der Fischaugenlinseneinheit
verarbeiten. Auf diese Weise ist es möglich, ein Bild ohne Verzerrung
zu gewinnen.
- (5) Bei den obigen Ausführungsbeispielen
kann die Fischlinseneinheit bei einer bildgebenden Vorrichtung verwendet
werden, stattdessen, kann diese auch bei einer Projektionsvorrichtung
wie einem Projektor angewendet werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung ist in ihren Einzelheiten beschrieben
und dargestellt worden, versteht es sich, dass diese lediglich der
Illustration dienen und beispielhaft sind und die Erfindung in keiner
Weise einschränken.
Der Grundgedanke und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus den beiliegenden Ansprüchen.
