JP2007279555A - 魚眼レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】魚眼レンズの小型化を図る。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ１、負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズ２、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に第２レンズ２に接合された両凸形状の第３レンズ３、所定の口径を有する開口絞りＳＤ、負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズ４、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に第４レンズ４に接合された両凸形状の第５レンズ５、正の屈折力を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第６レンズ６を含む。これによれば、レンズの枚数が６枚と少なく、レンズの外径を小径化でき、レンズ系全長を短くでき、諸収差が良好に補正された光学性能の高い魚眼レンズを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、略１８０度の画角をもつ魚眼レンズに関し、特に、監視用カメラあるいは車載用カメラ等の小型の電子映像システムに適用される魚眼レンズに関する。

従来の魚眼レンズとしては、物体側から順に配列された、負の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズ、負の屈折力を有するメニスカス形状の第２レンズ、負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズ、第３レンズに接合されると共に正の屈折力を有する両凸形状の第４レンズ、正の屈折力を有する両凸形状の第５レンズ、負の屈折力を有するメニスカス形状の第６レンズ、第６レンズに接合されると共に正の屈折力を有する両凸形状の第７レンズ、正の屈折力を有する両凸形状の第８レンズを備えた８枚のレンズ構成からなるもの、あるいは、一部だけレンズの形状が異なるが同様に８枚のレンズ構成からなるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、この魚眼レンズにおいては、１８０度という角度で入射してくる光線束を取り込むために最も物体側に配置される第１レンズの外径寸法が大きくなり、全体の小型化を困難にしていた。また、画角１８０度を確保するべく、物体側に強い発散系のレンズを配置するため、像面歪曲、非点収差等の収差特性の悪化を招きやすい。

また、この魚眼レンズにおいて、レンズ全長を短くして小型化を図ろうとしても、８枚のレンズを含むため、全長の短縮化には限界がある。
さらに、この魚眼レンズが、温度変化の激しい環境において使用される場合、プラスチックレンズでは光学性能が安定しないため好ましくない。

特開２００４−２５８５１５号公報 特開２０００−３５６７３９号公報

本発明は、上記従来技術の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、略１８０度の画角を確保しつつも、レンズ系の小径化及びレンズ全長の短縮化、全体としての小型化を図れ、高い光学性能を確保できる魚眼レンズを提供することにあり、特に、１／４インチのＣＣＤ（撮像素子）等を用いる電子映像システム（例えば、監視用カメラ、車載用カメラ等）に適用でき、Ｆナンバーが２．５程度と明るく、最大レンズの外径がφ１０ｍｍ以下で、レンズ系全長が２５ｍｍ以下の小型で光学性能の高い魚眼レンズを提供することにある。

本発明の魚眼レンズは、物体側から像面側に向けて順に配列された、負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に第２レンズに接合された両凸形状の第３レンズと、所定の口径を有する開口絞りと、負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズと、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に第４レンズに接合された両凸形状の第５レンズと、正の屈折力を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第６レンズと、を含むことを特徴としている。
この構成によれば、従来に比べてレンズの枚数が６枚と少なく、かつ、第１レンズの外径を小径化することができ、全体として、小径でレンズ系全長が短く、諸収差が良好に補正された光学性能の高い魚眼レンズを得ることができる。

上記構成において、第１レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１及び像面側の面の曲率半径をＲ２、第３レンズの物体側の面の曲率半径をＲ４及び像面側の面の曲率半径をＲ５、第４レンズの物体側の面の曲率半径をＲ７及び像面側の面の曲率半径をＲ８、第５レンズの像面側の面の曲率半径をＲ９、第６レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１０及び像面側の面の曲率半径をＲ１１とするとき、条件式（１），（２），（３），（４）、
（１） Ｒ１＝│Ｒ１１│
（２） Ｒ２＝Ｒ８
（３） Ｒ４＝Ｒ１０
（４） │Ｒ５│＝Ｒ７＝│Ｒ９│
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズの物体側の面及び第６レンズの像面側の面を仕上げる際に共通の工具を用いることができ、第１レンズの像面側の面及び第４レンズの像面側の面を仕上げる際に共通の工具を用いることができ、第３レンズの物体側の面及び第６レンズの物体側の面を仕上げる際に共通の工具を用いることができ、第３レンズの像面側の面及び第４レンズの物体側の面並びに第５レンズの像面側の面を仕上げる際に共通の工具を用いることができる。したがって、魚眼レンズを製造する際のコストを低減することができる。

上記構成において、第１レンズ及び第２レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ及び第２レンズの材料として同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）を低減することができ、又、第１レンズ及び第２レンズとして、ある程度屈折率の高いガラス材料を用いることにより、曲率半径を小さくすることなく略１８０度の画角を確保することができるため、製造上の歩留まりが向上し、コストをさらに低減することができる。

上記構成において、第３レンズ及び第４レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第３レンズ及び第４レンズの材料として同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）を低減することができる。

上記構成において、第５レンズ及び第６レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第５レンズ及び第６レンズの材料として同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）を低減することができる。

上記構成において、第１レンズ〜第６レンズの物体側及び像面側の面は、全て球面により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、全て球面であるため、面仕上げを容易に行うことができ、全体として製造コストを低減することができる。

上記構成において、第１レンズ〜前記第６レンズからなるレンズ系の焦点距離をｆ、第１レンズの物体側の面から像面までのレンズ系全長をＬＴ、第６レンズの像面側の面から像面までのバックフォーカスをＢＦとするとき、条件式（５），（６）、
（５） ＬＴ＜２５ｍｍ
（６） ＢＦ／ｆ＝１．２
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、条件式（５），（６）を満たすことにより、特に、Ｆナンバーが２．５程度と明るく、レンズ系全長の短い小型の魚眼レンズを得ることができる。

上記構成をなす魚眼レンズによれば、略１８０度の画角を確保しつつ、レンズ系の小径化及びレンズ全長の短縮化、全体としての小型化を達成でき、特に、Ｆナンバーが２．５程度と明るく、最大レンズの外径がφ１０ｍｍ以下で、レンズ系全長が２５ｍｍ以下の小型で光学性能の高い魚眼レンズを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図３は、本発明に係る魚眼レンズの一実施形態を示すものであり、図１はレンズ系の構成図、図２はレンズ系の光路図、図３収差図である。
この魚眼ンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、負の屈折率を有する第１レンズ１、負の屈折率を有する第２レンズ２、第２レンズ２に接合されると共に正の屈折率を有する第３レンズ３、負の屈折率を有する第４レンズ４、第４レンズ４に接合されると共に正の屈折力を有する第５レンズ５、正の屈折力を有する第６レンズ６を備え、第３レンズ３と第４レンズ４の間において所定の口径を有する開口絞りＳＤを備えた、６枚のレンズ構成となっている。そして、第６レンズ６の後方において、ＣＣＤ等の撮像素子の結像面Ｐが配置されるようになっている。

尚、第１レンズ１〜第３レンズ３、開口絞りＳＤ、第４レンズ４〜第６レンズ６においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１１）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１１）、ｄ線に対する第１レンズ１〜第６レンズ６の屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜６）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。
また、第１レンズ１から第６レンズ６までの光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１０）、第６レンズ６の後面Ｓ１１から像面Ｐまでの空気換算距離すなわちバックフォーカスをＢＦ、第１レンズ１の前面Ｓ１から像面Ｐまでのレンズ系の全長をＬＴ、レンズ系の焦点距離をｆで表す。

第１レンズ１は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ１及び像面側に凹面Ｓ２を向けたメニスカス形状の負レンズである。ここで、凸面Ｓ１及び凹面Ｓ２は、共に球面に形成されている。
第２レンズ２は、ガラス材料により形成されて、物体側に凹面Ｓ３及び像面側に凹面Ｓ４を向けた両凹形状の負レンズである。ここで、凹面Ｓ３及び凹面Ｓ４は、共に球面に形成されている。
第３レンズ３は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ４及び像面側に凸面Ｓ５を向けた両凸形状の正レンズである。そして、第３レンズ３の物体側の凸面Ｓ４が第２レンズ２の像面側の凹面Ｓ４に接合されている。ここで、凸面Ｓ４及び凸面Ｓ５は、共に球面に形成されている。
第４レンズ４は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ７及び像面側に凹面Ｓ８を向けたメニスカス形状の負レンズである。ここで、凸面Ｓ７及び凹面Ｓ８は、共に球面に形成されている。
第５レンズ５は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ８及び像面側に凸面Ｓ９を向けた両凸形状の正レンズである。そして、第５レンズ５は、物体側の凸面Ｓ８が第４レンズ４の像面側の凹面Ｓ８に接合されている。ここで、凸面Ｓ８及び凸面Ｓ９は、共に球面に形成されている。
第６レンズ６は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ１０及び像面側に凸面Ｓ１１を向けた両凸形状の正レンズである。ここで、凸面Ｓ１０及び凸面Ｓ１１は、共に球面に形成されている。

上記構成の魚眼レンズによれば、レンズの枚数が６枚で、かつ、第１レンズ１の外径を小さく抑えることができるため、略１８０度の画角を確保しつつも、全体の小型化、すなわち、レンズの小径化、及びレンズ系全長の短縮化を達成することができる。
また、第１レンズ１〜第６レンズ６を全てガラス材料により形成するため、温度変化の激しい環境下においても、安定した光学性能を確保することができる。
また、第１レンズ１〜第６レンズ６の物体側及び像面側の面Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１１は、全て球面により形成されているため、面仕上げを容易に行うことができ、全体として製造コストを低減することができる。
さらに、第２レンズ２及び第３レンズ３を接合レンズとし、又、第４レンズ４及び第５レンズ５を接合レンズとしたことにより、色収差を良好に補正することができる。

ここで、上記構成の魚眼レンズにおいては、第１レンズ１の物体側の凸面Ｓ１の曲率半径Ｒ１及び像面側の凹面Ｓ２の曲率半径Ｒ２、第３レンズ３の物体側の凸面Ｓ４の曲率半径Ｒ４及び像面側の凸面Ｓ５の曲率半径Ｒ５、第４レンズ４の物体側の凸面Ｓ７の曲率半径Ｒ７及び像面側の凹面Ｓ８の曲率半径Ｒ８、第５レンズ５の像面側の凸面Ｓ９の曲率半径Ｒ９、第６レンズ６の物体側の凸面Ｓ１０の曲率半径Ｒ１０及び像面側の凸面Ｓ１１の曲率半径Ｒ１１が、次の条件式（１），（２），（３），（４）、
（１） Ｒ１＝│Ｒ１１│
（２） Ｒ２＝Ｒ８
（３） Ｒ４＝Ｒ１０
（４） │Ｒ５│＝Ｒ７＝│Ｒ９│
を満足するように形成されてもよい。

これによれば、第１レンズ１の物体側の凸面Ｓ１及び第６レンズ６の像面側の凸面Ｓ１１を仕上げる際に共通の工具を用いることができる。また、第１レンズ１の像面側の凹面Ｓ２及び第４レンズ４の像面側の凹面Ｓ８を仕上げる際に共通の工具を用いることができる。また、第３レンズ３の物体側の凸面Ｓ４及び第６レンズ６の物体側の凸面Ｓ１０を仕上げる際に共通の工具を用いることができる。さらに、第３レンズ３の像面側の凸面Ｓ５及び第４レンズ４の物体側の凸面Ｓ７並びに第５レンズ５の像面側の凸面Ｓ９を仕上げる際に共通の工具を用いることができる。
したがって、全体として、魚眼レンズを製造する際のコストを低減することができる。

また、上記構成の魚眼レンズにおいては、第１レンズ１及び第２レンズ２を同一のガラス硝材により形成してもよい。
これによれば、同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）を低減することができる。また、第１レンズ１及び第２レンズ２として、ある程度屈折率の高いガラス材料を用いることにより、曲率半径を小さくすることなく略１８０度の画角を確保することができるため、製造上の歩留まりが向上し、コストをさらに低減することができる。

また、上記構成の魚眼レンズにおいては、第３レンズ３及び第４レンズ４を同一のガラス硝材により形成してもよい。
これによれば、同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）をさらに低減することができる。

また、上記構成の魚眼レンズにおいては、第５レンズ５及び第６レンズ６を同一のガラス硝材により形成してもよい。
これによれば、同一のガラス材料を用いることにより、材料費（コスト）を一層低減することができる。

さらに、上記構成の魚眼レンズにおいては、第１レンズ１〜第６レンズ６からなるレンズ系の焦点距離ｆ、第１レンズ１の物体側の凸面Ｓ１から像面Ｐまでのレンズ系全長ＬＴ、第６レンズ６の像面側の凸面Ｓ１１から像面ＰまでのバックフォーカスＢＦが、次の条件式（５），（６）、
（５） ＬＴ＜２５ｍｍ
（６） ＢＦ／ｆ＝１．２
を満足するように形成されてもよい。
これによれば、条件式（５），（６）を満たすことにより、特に、Ｆナンバーが２．５程度と明るく、レンズ系全長がより一層短い小型の魚眼レンズを得ることができる。

上記構成からなる魚眼レンズの具体的な実施例を以下に示す。ここで、この実施例における主な仕様緒元、種々の数値データ（設定値）、条件式（１）〜（６）の値は以下の通りである。また、球面収差、非点収差、歪曲収差、軸上色収差は図３に示すような結果となる。尚、図３中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

＜仕様緒元＞
使用波長＝５４６ｎｍ、焦点距離＝２．０５ｍｍ、撮像範囲＝φ４．６ｍｍ、開口絞りＳＤの口径＝φ５．２ｍｍ、明るさ（Ｆナンバー）＝２．５、共役長（物体〜像面）＝∞、レンズ系全長（ＬＴ）＝２４．７３ｍｍ、第１レンズ１の外径寸法＝φ１０ｍｍ、第２レンズ２の外径寸法＝φ５ｍｍ、第３レンズ３の外径寸法＝φ５ｍｍ、第４レンズ４の外径寸法＝φ５ｍｍ、第５レンズ５の外径寸法＝φ５ｍｍ、第６レンズ６の外径寸法＝φ７ｍｍ、バックフォーカス（ＢＦ）＝２．５０ｍｍ

＜第１レンズ１〜第６レンズ６の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝１９．９１０ｍｍ、Ｒ２＝３．００８ｍｍ、Ｒ３＝−３．８８０ｍｍ、Ｒ４＝８．６２８ｍｍ、Ｒ５＝−７．４１４ｍｍ、Ｒ６＝∞、Ｒ７＝７．４１４ｍｍ、Ｒ８＝３．００８ｍｍ、Ｒ９＝−７．４１４ｍｍ、Ｒ１０＝８．６２８ｍｍ、Ｒ１１＝−１９．９１０ｍｍ

＜面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ１＝１．００ｍｍ、Ｄ２＝２．８０ｍｍ、Ｄ３＝１．００ｍｍ、Ｄ４＝２．００ｍｍ、Ｄ５＝３．４０ｍｍ、Ｄ６＝０．３３ｍｍ、Ｄ７＝１．００ｍｍ、Ｄ８＝３．００ｍｍ、Ｄ９＝４．７０ｍｍ、Ｄ１０＝３．００ｍｍ
＜第１レンズ１〜第６レンズ６の屈折率Ｎｉ（ｄ線）＞
Ｎ１＝１．７７２５０、Ｎ２＝１．７７２５０、Ｎ３＝１．８４６６６、Ｎ４＝１．８４６６６、Ｎ５＝１．６９６８０、Ｎ６＝１．６９６８０
＜第１レンズ１〜第６レンズ６のアッベ数νｉ＞
ν１＝４９．６、ν２＝４９．６、ν３＝２３．８、ν４＝２３．８、ν５＝５５．５、ν６＝５５．５

＜条件式（１）〜（６）＞
（１）Ｒ１＝│Ｒ１１│＝１９．９１０ｍｍ
（２）Ｒ２＝Ｒ８＝３．００８ｍｍ
（３）Ｒ４＝Ｒ１０＝８．６２８ｍｍ
（４）│Ｒ５│＝Ｒ７＝│Ｒ９│＝７．４１４ｍｍ
（５）ＬＴ＝２４．７３ｍｍ＜２５ｍｍ
（６）ＢＦ／ｆ＝２．５０／２．０５＝１．２

上記実施例においては、画角が略１８０度で、Ｆナンバーが２．５程度と明るく、レンズ系全長ＬＴが２４．７３ｍｍと短く、第１レンズ１の外径がφ１０ｍｍと小径で、諸収差が良好に補正された、小型で光学性能の高い魚眼レンズが得られた。

以上述べたように、本発明の魚眼レンズは、略１８０度の画角を確保しつつ、レンズ系の小径化及びレンズ全長の短縮化、全体としての小型化を達成できるため、監視用カメラあるいは車載用カメラのレンズ系として適用できるのは勿論のこと、その他の認識あるいは撮像を行うレンズ光学系、あるいは、小型化が要求されかつ温度変化の激しい環境下で使用されるレンズ光学系においても有用である。

本発明に係る魚眼レンズの概略構成図である。 図１に示す魚眼レンズの光路図である。 図１に示す魚眼レンズの実施例における球面収差、非点収差、歪曲収差、軸上色収差を示す収差図である。

符号の説明

１ 第１レンズ
２ 第２レンズ
３ 第３レンズ
４ 第４レンズ
５ 第５レンズ
６ 第６レンズ
Ｌ 光軸
ＬＴ レンズ系全長
ｆ レンズ系の焦点距離
ＢＦ バックフォーカス
Ｒ１ 第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ２ 第１レンズの像面側の面の曲率半径
Ｒ４ 第３レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ５ 第３レンズの像面側の面の曲率半径
Ｒ７ 第４レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ８ 第４レンズの像面側の面の曲率半径
Ｒ９ 第５レンズの像面側の面の曲率半径
Ｒ１０ 第６レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ１１ 第６レンズの像面側の面の曲率半径

Claims (7)

1. 物体側から像面側に向けて順に配列された、
   負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、
   負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、
   正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に前記第２レンズに接合された両凸形状の第３レンズと、
   所定の口径を有する開口絞りと、
   負の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第４レンズと、
   正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けると共に前記第４レンズに接合された両凸形状の第５レンズと、
   正の屈折力を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第６レンズと、
   を含む、ことを特徴とする魚眼レンズ。
2. 前記第１レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１及び像面側の面の曲率半径をＲ２、前記第３レンズの物体側の面の曲率半径をＲ４及び像面側の面の曲率半径をＲ５、前記第４レンズの物体側の面の曲率半径をＲ７及び像面側の面の曲率半径をＲ８、前記第５レンズの像面側の面の曲率半径をＲ９、前記第６レンズの物体側の面の曲率半径をＲ１０及び像面側の面の曲率半径をＲ１１とするとき、条件式（１），（２），（３），（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の魚眼レンズ。
   （１） Ｒ１＝│Ｒ１１│
   （２） Ｒ２＝Ｒ８
   （３） Ｒ４＝Ｒ１０
   （４） │Ｒ５│＝Ｒ７＝│Ｒ９│
3. 前記第１レンズ及び第２レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の魚眼レンズ。
4. 前記第３レンズ及び第４レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の魚眼レンズ。
5. 前記第５レンズ及び第６レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の魚眼レンズ。
6. 前記第１レンズ〜前記第６レンズの物体側及び像面側の面は、全て球面により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の魚眼レンズ。
7. 前記第１レンズ〜前記第６レンズからなるレンズ系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの物体側の面から像面までのレンズ系全長をＬＴ、前記第６レンズの像面側の面から像面までのバックフォーカスをＢＦとするとき、条件式（５），（６）を満足することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の魚眼レンズ。
   （５） ＬＴ＜２５ｍｍ
   （６） ＢＦ／ｆ＝１．２
   
   

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