JP2008102493A - 広角対物レンズ系および広角カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】視野内での障害物の検出を低下させないような広角対物レンズ系と、広角レンズ系を備えたカメラシステムとを提供する。
【解決手段】広角対物レンズ系であって、１２０°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部４を備えた第１のレンズ群２と、前記第１のレンズ群２の後方に配列された光学アイリスと、前記光学アイリス６の後方に配列された第２のレンズ群８とを備え、前記第２のレンズ群８は、前記アイリス６を通った前記第１のレンズ群２からの光を、５％未満、好ましくは３％未満の像歪曲で、像面１０に当たるよう投射する広角対物レンズ系。
【選択図】図１

Description

本発明は、広角対物レンズ系、および、かかる広角レンズ系を備えた広角カメラシステムに関する。

今日、自動車（特に、商用車）において、自動車の周囲の領域を監視する目的で、ますます多くのカメラが取り付けられている。かかる目的を果たすいくつかの種類のパノラマカメラは、自動車に固定されているため、広い範囲の視界すなわち広角の視野を網羅する必要がある。そのため、通例は、比較的安価な広角レンズ系を備えた複数のカメラが取り付けられる。

これらの広角対物レンズは、１００°以上の非常に広い視野角を網羅する。しかしながら、この広い視野角（すなわち、広範囲の視野）を得るには、表示される像の外縁部において、かなりの歪曲の発生と、明るさの減少という代償を払うことになる。「歪曲」すなわち「像歪曲」とは、被写体の縁部領域における直線が、生成された像内で曲がって見えることを意味する。樽型歪曲と糸巻き型歪曲とを区別することが重要である。広角レンズ系は、通常、樽型歪曲（すなわち、正の数値で表される歪曲）を示す。正および負の像歪曲の例を示す図３を参照のこと。像歪曲は、（ｙ’−ｙ）／ｙ’と表される。ここで、ｙ’は、歪曲がない場合の像の高さを示し、ｙは、収差を伴う像の高さを示している。一般に、半径方向の歪曲（すなわち、半径方向距離に沿った長さの変化）のみが考慮される。本願では、歪曲の％値は、この半径方向の像歪曲を示す。

対物レンズ、特に、広角対物レンズを用いる場合には、生成された像において様々な誤差すなわち収差が生じるが、それらは、ザイデル誤差論における「ザイデルの７収差」として知られている。これら７つのザイデル収差は、次の３つの群に分類される。

Ｉ）焦点収差
ａ）球面収差（近軸光線と周辺光線との差）
ｂ）コマ収差（尾を引いた光斑の発生）
ｃ）非点収差（複数点における焦線の形成）
ＩＩ）位置収差
ｄ）像面湾曲収差（受像部の湾曲面の結果）
ｅ）歪曲収差（凸状または凹状の輪郭、すなわち、樽型または糸巻き型の輪郭）
ＩＩＩ）色収差
ｆ）縦色収差
ｇ）横色収差

対物レンズ系の各レンズは、ガラスの種類、２つのレンズ表面の半径で表される曲率、レンズの厚さなど、様々な特性を有する。対物系における複数のレンズの配列は、レンズ同士の分離距離、アイリスの位置、および、後部焦点（すなわち、最後のレンズ表面から、記録された像の面までの距離）によって特徴付けられる。これらの特徴は、パラメータすなわち自由度として表される。理論的に、これらの自由度の各々は、像収差を補正するために利用可能である。逆に、各自由度は、すべての像収差に関与する。従来の光学ソフトウェアを利用すれば、各レンズ表面に見合った像収差を算出できる。

以下では、適切な例を用いて、光学設計者の作業方法を説明する。この例は、光学設計者の作業の進め方の概念を示すため、非常に重要であり、光学設計者の創造性が未だに決定的なものであることを示している。最小限の８つの独立した系パラメータで、７つの収差を補正することができる。焦点距離も、かかるパラメータの１つである。この補正では、原理的には、トリプレット（すなわち、３枚構成の対物レンズ）で十分である。トリプレットは、通常、２つの外側収束部材（例えば、クラウンガラスで形成される）と、１つの内側の発散部材（例えば、フリントガラスで形成される）とを組み合わせたものである。この組み立て品は、６つの半径と、個々のレンズの間の２つの距離とを提供する。まず、光学設計者は、ガラスの種類、レンズの厚さ、レンズ間の分離距離、および、ガラス表面の曲率半径などの光学系パラメータを収集する。６つのレンズ表面があり、各々が、最終的な像における収差全体に対して、どの程度寄与するかを決定することができる。非常に簡略化すると、特定の場合に、第１のレンズの第２の表面の半径が、球面収差および色収差を引き起こし、第３のレンズの両面の半径が、コマ収差および非点収差を引き起こすと決定できる。

ここで、光学設計者は、これらの収差を補正する方法を決定する必要がある。設計者は、第１のレンズの曲率を変更することにより、球面収差を補正しようとしてよい。しかしながら、レンズの曲率は、焦点距離にも影響し、焦点距離は、変更されないことが好ましい。曲率の変更により、球面収差は低減しうるが、同時に、コマ収差が増大する。設計者は、さらに、誤差感度を改善するために、複数の系パラメータに対して補正を分配するよう、決定できる。特定のパラメータが、特定の収差の補正に対して非常に決定的である場合には、そのパラメータが、レンズ系の製造時の許容誤差または許容クリアランスの範囲外にあると、困難である。また、クリアランスが、あまりに細かく指定されていてレンズ系の製造時に観察できないと判断することもできる。

光学設計者は、残留光学収差が十分に小さくなるような点まで、系パラメータを変更する。さらなる工程で、設計者は、同時に様々な自由度で、各像収差を補正するよう試みる。次に、補正の負担は、様々なレンズ表面に対して分配できるため、系全体は、もはや重要でなくなる。ある制限内で、光学設計者は、ガラスの種類と屈折率とを指定する可能性がある。とは言え、選択された各組み合わせは、総補正の別の態様をもたらす。トリプレットが、所定の条件に近くなるように構成されると、設計者は、例えば、像の縁部における非点収差が、ほぼ無くなったが、視野内で重要な役割を果たしそうであると、判断できる。この時点で、新しい課題に突き当たる。上で概説したザイデルの７収差は、残念ながら、光学収差だけではない。ザイデル収差は、「三次の像収差」として表される。必然的に、より高次のより多くの収差が存在する。これらの内で最も重要なものは、五次および七次の収差である。これらの収差群は、一般に、第１の群すなわち「三次」収差が適切に補正された時のみ観察される。

理論的には、被写体に存在する非常に小さい点が、再び、非常に小さい点に写像される。実際上、これは、上述の光学収差のために成り立たない。点が、点として再現されず、様々な分布の明るさを有する小さいディスクとして再現される。これらのディスクが、ある特定の直径以下になるとすぐに、像の誤差が明らかになる。これは、非常に簡略化した説明である。実際には、これらの収差は、絶えず存在しているのだが、残留三次収差が小さくなった場合にのみ、目立つようになる。

上述の例、すなわち、「トリプレットの例」では、視野内の非点収差が未だ目立つが、より高次の像収差の影響が示されている。ザイデルの像収差の内、規定されて完全に制御された残留収差を用いて、五次および七次の誤差すなわち収差を相殺することができる。これは、当然、限定的な手段であり、トリプレットは、視野角および／またはアイリスの開口が小さい場合にのみ、許容可能な結像性能を有する。

レンズの数や構成などによって規定される光学系は、補正の可能性が制限されることに注意することが重要である。これは、換言すれば、高度な光学ソフトウェアやコンピュータの処理能力を用いても、「正しい」初期パラメータを選択できるのは、熟練した光学設計者だけであるということを意味する。

光学収差を低減するために、コンピュータ、ソフトウェア、および、数値法が利用される。この装置および手順を用いて、光学系を最適化する。この大量のデータは、特有の問題を引き起こしうる。結果として、専門家や光学設計者の作業は、簡単にならない。コンピュータを用いれば、光学設計者は、より多くのパラメータを考慮に入れて、より迅速かつ正確に計算を実行することができる。

光学系の設計パラメータ（レンズの曲率、レンズの厚さ、分離の距離、屈折率など）の数と、上述の光学収差の補正度との間には、ある関係が存在する。自由度が大きくなる程、および、設計パラメータが多くなる程、それぞれ、それに応じて、光学設計者が、系を補正できる可能性が大きくなる。光学設計者が、より多くの数の光学素子を適用すれば、より良好な補正度を実現できる。しかしながら、これにより、コストが大幅に増大し、さらに、かかる系は、製造時のクリアランスの一部や重量の増大に対して強い影響を及ぼしうる。

光学系の設計者は、次に、与えられた構造の基本となる光学的な実現性を非常によく理解する必要がある。構造や設計はすべて、最初の概略図に従った最適化システムまたは計画を必要とする。構造が、収差の精密な補正に適さない場合には、光学設計者は、低い品質の製品しか実現できない。

６レンズ対物系は、１０の自由なレンズ表面（半径）と、６のレンズ厚（レンズごとに１つ）と、レンズ間の４つの分離距離とを有する。さらに、各種のガラスは、考慮すべき特有の屈折率および分散率を有する。また、アイリスの正確な位置が決定される必要がある。これら３６のパラメータすなわち自由度を用いて、光学設計者は、６０を超える異なる像収差を補正する必要がある。各パラメータは、約１０，０００の個々の値を提供することが可能であり、設計者は、各パラメータの変化について、約６，０００の異なる光線経路を算出する必要がある。

また、これら３６の自由度すなわちパラメータは、完全には独立していない。一部は、組み合わされる必要があり、一部は、他のパラメータによって強く制限される。したがって、３６の自由度は、約２０に低減され、それにより、作業が、さらに複雑になる。所定の条件および考慮事項に照らして、数千とまではいかなくとも数百の設計が生じうることは当然のことであり、そのすべてが、所望の解決法すなわち設計に非常に近いもしくは似ている。毎秒１０，０００のレンズ表面を算出できる高速のコンピュータおよびソフトウェアを用いても、６レンズ対物系の評価を完了するには、およそ１０年掛かる。

明らかに、かかる手順は、実行可能なものではない。この終わりのない選択の連続に対する最良の解決法を見つけるために、光学設計者は、表示された像の最終的な結像性能に対する像収差の影響すべてを本質的に認識する必要がある。さらに、設計者は、結像性能の要因を知ることができる必要があり、それにより、光学系の所望の特徴を実現できるようになる。

自動車の周囲環境を一望するために広角対物レンズを適用する場合には、第一に、通常は、カメラが自動車に固定されているため、最大の視野を網羅することができることが好ましく、第二に、必然的に現れる像収差が、かかる広角レンズ系の視野内における障害物の認識を低下させないことが好ましい。さらに、広角対物レンズ系を、あまりに複雑な方法で設計することはできない。何故なら、自動車で用いるには高価になりすぎるためである。

したがって、本発明の目的は、視野内の妨害物すなわち障害物の検出を低下させないような像収差すなわち誤差を有する経済的な広角対物レンズを利用可能にすることである。本発明のさらなる目的は、かかる広角レンズ系を備えたカメラを提供することである。

上述の目的は、請求項１、１８、および、３７に記載の広角対物レンズ系および広角カメラによって解決される。

自動車の用途で広角対物レンズの取り付けに伴って起きる主要な問題は、かかるレンズに特有の像歪曲であると、発明者は認識した。すなわち、像歪曲が、視野内の妨害物に対する迅速かつ容易な認識を妨げる。したがって、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系を備えた本発明によると、歪曲が、その対角レンズ系自体によって、１０％未満、好ましくは、５％未満にまで低減される。１４２°の対角視野を有する広角レンズ系では、歪曲が、その対角レンズ系自体によって、１７％未満、好ましくは、１５％未満にまで低減される。本発明の自動車への取り付け範囲には、コストの点から、複雑で精密な広角レンズ系の取り付けは含まれないが、歪曲の補正は、取り込まれた像の電子的なデータ処理を利用せずに、適切な設計のレンズ系によって実行される。驚いたことに、許容可能なほど低いコストで、これを実行できることが示された。

本発明の一態様によると、主に、非球面レンズを用いて、像歪曲が低減される。この非球面レンズは、凹凸両非球面レンズの設計であることが好ましく、画像センサに隣接する広角対物系の最後のレンズとして、つまり、画像センサの焦点面すなわち受像面の直前に、配置される。

本発明のさらなる態様によると、光学アセンブリの長さすなわち対物系の幾何学的長さは、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系については、１８ｍｍ±５ｍｍであり、１４２°の対角視野を有する広角レンズ系については、２１ｍｍ±５ｍｍである。これには、必然的に、まず、単純な設計が必要であり、そうすれば、自動車に取り付けるのに十分なほど小型な広角対物レンズ系を提供できる。

本発明のさらなる態様によると、広角対物系は、最大５つのレンズで構成されており、第１のレンズ群は、最大３つのレンズからなり、第２のレンズ群は、最大２つのレンズからなる。このレンズの数は、対物レンズの複雑さ、ひいては、価格と、像収差を補正する十分な可能性との間の申し分のない妥協点を提供するものである。

本発明のさらなる態様によると、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系について、アイリスは、入射開口部から測って、レンズ系の光学的取り付け長さ全体の６０％±１０％の位置に配置される。１４２°の対角視野を有する広角レンズ系について、アイリスは、レンズ系の光学的取り付け長さ全体の７５％±１０％の位置に配置される。備えられたレンズの数が少ないことを考慮すれば、このアイリスの位置は、発生した収差の低減、特に像歪曲の低減に対して、特に有利であることが示された。

本発明のさらなる態様によると、第１および第２のレンズ群のレンズは、スペーサ要素などを挟まずに、互いに直接的に接触して配置される。このように、特に申し分ないアセンブリの長さが実現される。すなわち、レンズ系全体の寸法が低減される。また、分離距離が存在しないため、クリアランスが、より良好に維持される。

本発明のさらなる態様によると、光学アイリスは、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系においては、１．２６ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有し、１４２°の対角視野を有する広角レンズ系においては、０．８５ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する。この寸法によると、像歪曲が、さらに低減される。

本発明のさらなる態様によると、第１のレンズ群は３つのレンズを備え、第２のレンズ群は、２つのレンズを備える。個々のレンズに関するこの組み合わせ、それらの配置、および、寸法により、非常に大きい視野を実現すると共に、歪曲を大幅に低減できる。他の像収差はすべて、許容限度に収まる。

本発明のさらなる態様によると、請求項１１および２８に記載の５つのレンズの寸法は、それぞれ、本発明の広角対物レンズ系の歪曲およびその他の光学特性の低減に関して、申し分ない結果をもたらす。

本発明のさらなる態様によると、アイリスは、円筒形の穴の中に円形の開口部を備えるよう形成される。これにより、円錐形に開けられたアイリス開口部にすれすれで光が入射することによる望ましくない反射を防止できる。

本発明のさらなる態様によると、対物レンズには、従来の球面またはドーム形の前面カバーの代わりに、平らで透明な前面保護プレートが備えられている。この場合、広角対物レンズ系の計算において、プレートの光学特性を考慮する必要がある。それに関連してコストが増大するものの、上述の球面またはドーム形のレンズカバーに比べて安価である平らなプレートを用いることで、むしろコストを抑えることができる。

本発明のさらなる態様によると、第１のレンズ群の第１のレンズは、像面湾曲収差や像の膨張を補正するよう、特に設計されている。これらの補正により、広角対物レンズの空間的に湾曲した像面が、画像センサの平面に適合される。換言すると、それによって、像収差が補正されて最小限に抑えられる。

さらなる下位の請求項により、本発明のさらなる有利な態様が規定されている。

本発明のさらなる詳細、特徴、および、利点については、図面（すなわち、図１および２）を参照した本発明の好ましい実施形態に関する以下の説明から明らかになる。

図１および図２は、本発明の代表的な実施形態を示す。図１は、本発明に従った広角対物レンズ系を備えた広角カメラについて、対物レンズの光軸に沿った縦断面を示す図である。図２は、図１の広角対物系を通る光線の経路を示す図であり、それらの経路が、様々な視野角を包含する様子が示されている。それらの視野角は、それぞれ、αおよびα／２に指定されている。

被写体（図１および２の右側に配置されるが図示されていない）からの光は、画角αから収束して、第１のレンズ群２に入る。第１のレンズ群２は、入射開口部４を有する。取得（例えば、撮影）される被写体からの入射光の方向に沿って、第１のレンズ群２の後方に、光学アイリス６が配置されている。そして、光学アイリス６の後方には、第２のレンズ群８が配置されている。第２のレンズ群８に続いて、平らな像面１０すなわち焦点面１０の位置に、複数の画素を備えたＣＣＤセンサ１２の形態の電子的な像取り込み部が配置されている。ＣＣＤセンサ１２と第２のレンズ群８との間には、ＩＲカットフィルタ１４（ＩＲ＝赤外線）が配置されている。赤外線は、結像性能の低下につながるため、ＩＲカットフィルタ１４によって除去される。これは、カラーカメラの場合の色の表示について特に当てはまり、存在する赤外線の比率が高いと、色彩効果の質が低下する。

第１のレンズ群２は、第１のレンズ１６−１と、第２のレンズ１６−２と、第３のレンズ１６−３とを備える。第２のレンズ群８は、第４のレンズ１６−４と、第５のレンズ１６−５とからなる。第１のレンズ群２のレンズ１６−１、１６−２、および、１６−３は、互いに接触するように配置されている。つまり、それらのレンズの間には、分離距離すなわちスペーサ要素が設けられていない。同様に、第４のレンズ１６−４および第５のレンズ１６−５も、接触して配置されている。この場合、比較的大きい第５のレンズ１６−５は、比較的小さい第４のレンズ１６−４のホルダとして機能する。５つのレンズ１６−１ないし１６−５はすべて、レンズ保持手段１８によって所定の位置に保持されている。保持手段１８は、５つのレンズ１６−１ないし１６−５の周縁部を把持、すなわち、周縁部に接している。また、レンズ保持手段１８の左側の開口は、入射開口部４のサイズを規定している。

光学アイリス６は、第４のレンズ１６−４の直前に配置されている。アイリス６は、第３のレンズ１６−３と第４のレンズ１６−４との間の空間で、レンズ保持手段１８の形状によって形成される。アイリス６は、光軸ＯＡに沿ったレンズ保持手段１８の一部分に形成される。レンズ保持手段１８のその部分は、アイリス６の入射開口部２２を形成する円筒形の止まり穴２０を備える。円筒形の止まり穴２３の底部には、光がアイリス構成を通過することを可能にする出射口２４を形成する第２の穴２３が設けられている。止まり穴２０の直径は、第２の穴２３の直径よりも大きい。止まり穴２０および第２の穴２３は、レンズ保持手段１８内の対物レンズ系の光軸ＯＡを対称的に取り囲むよう設計されている。出射口２４は、第４のレンズ１６−４の直前に配置されており、その直径は、アイリス６のサイズすなわち直径を決定する。穴２０が、一般的な円錐形状ではなく円筒形状を有することにより、光がすれすれでアイリス６を透過すること（望ましくない反射につながる）を防止できる。

以下では、本発明の２つの実施形態について、具体的なデータと、決定的な光学パラメータとを提示する。これら２つの実施形態の構造は、図１および２が両実施形態の例示となるように、非常に類似している。

第１の実施形態では、第１のレンズ１６−１は、凸凹の形状であり、以下の表１からわかるように、それぞれのレンズ表面の曲率に対してＲ₁₁およびＲ₁₂の半径を有する。第２のレンズ１６−２も、同様の凸凹形状であり、第１の半径Ｒ₂₁および第２の半径Ｒ₂₂を有する。第３のレンズは、両凸形状であり、第１の半径Ｒ₃₁および第２の半径Ｒ₃₂を有する。第４のレンズも、両凸形状であり、それぞれの半径は、Ｒ₄₁およびＲ₄₂となっている。第５のレンズは、凹凸非球面レンズである。５つのレンズ１６−１ないし１６−５の厚さ、直径、および、屈折率と、それらの分離距離とを、以下の表１に示す。

表３に示した第５のレンズ１６−５の直径は、有効光学径である。

第１の実施形態の第５のレンズ１６−５の非球面係数ｃおよび円錐定数Ｋを、以下の表２に示す。

円形の入射開口部４は１４ｍｍの直径を有し、アイリス６は１．２６ｍｍの直径を有する。

第２の実施形態では、第１のレンズ１６−１は、凸凹の形状であり、以下の表３からわかるように、それぞれのレンズ表面の曲率に対してＲ₁₁およびＲ₁₂の半径を有する。第２のレンズ１６−２も、同様の凸凹形状であり、第１の半径Ｒ₂₁および第２の半径Ｒ₂₂を有する。第３のレンズは、平凸形状であり、第１の半径Ｒ₃₁および第２の半径Ｒ₃₂を有する。また、第４のレンズは、両凸形状であり、それぞれの半径は、Ｒ₄₁およびＲ₄₂となっている。第５のレンズは、凹凸非球面レンズである。５つのレンズ１６−Ｉの厚さ、直径、および、屈折率と、それらの分離距離とを、以下の表３に示す。

表３に示した第５のレンズ１６−５の直径は、有効光学径である。三次元物体としての第５のレンズ１６−５の直径は、７ｍｍである。

第２の実施形態の第５のレンズ１６−５の非球面係数ｃおよび円錐定数Ｋを、以下の表４に示す。

第２の実施形態では、円形の入射開口部４は１５．６ｍｍの直径を有し、アイリス６は０．８５ｍｍの直径を有する。

第５のレンズ１６−５の非球面の数学的表現については、両方の実施形態に対して、以下のテキストを参照している：Ｎａｕｍａｎｎ／Ｓｃｈｒoｄｅｒ，Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔ ｄｅｒ Ｏｐｔｉｋ，Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ ｆｏｒ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｏｐｔｉｋ，Ｖｏｌ．５、１９８７年発行、１４５ページ以下を参照。

両方の実施形態において、第５のレンズ１６−５は、プラスチックからなり、１つの部材として形成される。第５のレンズ１６−５は、レンズ要素２６と保持手段２８とを備える。レンズ要素２６は、非球面凹凸レンズを備えており、それにより、第５のレンズ１６−５の光学機能が実現される。保持手段２８は、レンズ要素２６から環状に伸びており、断面図（図１参照）では、保持手段２８は、レンズ要素２６の縁部から上下両方向に伸びる（図１参照）２つのＴ字形の要素からなる。したがって、保持手段２８は、円環形状の第１の部分２８−１を長方形の断面で取り囲んでおり、長方形の断面を有する部分が、レンズ要素２６の縁部に直接結合している。第１の部分２８−１の外側には、長方形の断面を有する円筒形の第２の部分２８−２が取り付けられている。第２の部分２８−２は、第１の部分２８−１に対して横方向に配列されている。保持手段２８の第２の部分２８−２は、その終端がレンズ支持構造１８に接している。円環状の第１の部分２８−１は、第４のレンズ１６−４のための支持面として機能する。したがって、第４のレンズ１６−４は、間にスペーサ要素を挟むことなく、第５のレンズ１６−５と直接的に接触しており、第４のレンズ１６−４は、その終端が第５のレンズ１６−５の第１の円環状の部分２８−１に接している。アイリス６の出射口２４を取り囲むレンズ保持手段１８の部分は、第４のレンズ１６−４を保持および支持している。さらに、第１、第２、および、第３のレンズ１６−１、１６−２、および１６−３は、周縁部で互いに支持し合っており、さらに、半径方向においては、レンズホルダすなわちレンズ保持手段１８によって支持されている。

第１のレンズ１６−１の直前には、互いに平行な両面を有するプレート３０の形態の透明保護カバーが配置されている。このプレート３０は、環境の影響から広角対物レンズを保護する。従来のカメラにとって通例の手段、すなわち、球面またはドーム形の前面カバーの代わりに、両面が平行で透明なプレート３０を備えることにより、広角レンズの計算において、プレート３０の光学特性を考慮する必要があるという条件が加わる。しかしながら、この追加の費用は、上述の球面保護透明カバーと比べて基本的にコストの低い平行面のプレート３０を用いることで完全に相殺される。

図２は、図１に示した実施形態の光学機能を示す図であり、本発明に従って、広角対物レンズ系の光軸ＯＡに沿った５つのレンズ１６−１ないし１６−５の配列を示している。図２では、広角レンズ系の光学構成の長さ、すなわち、第１のレンズ１６−１の前縁と、画像センサ１２の像面（すなわち、焦点面１０）との間の距離が示されている。本発明の第１の実施形態では、光学構成の長さは１８ｍｍであり、第２の実施形態では、光学構成の長さは２１．４ｍｍである。

図２には、５つの異なる視野角αに対する光線経路３２−１ないし３２−５が図示されている。最大の視野角αは、光線経路３２−１によって表される。簡単のため、図２では、α／２の符号のみを示しており、α／２とは、光軸ＯＡと、それぞれの入射光線経路３２−ｉとの間の角度である。さらに、図２では、個々のレンズ１６−１ないし１６−５の厚さおよび半径が示されている。

本発明に従って、電子的な像取得装置システムを備えた広角カメラの実施形態を示す断面図。 様々な視野角の露光からの光線経路を示した図１の実施形態の光学的機能図。 ザイデル収差の１つである歪曲を示す説明図。

Claims (41)

1. 広角対物レンズ系であって、
   １２０°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部（４）を備えた第１のレンズ群（２）と、
   前記第１のレンズ群（２）の後方に配列された光学アイリス（６）と、
   前記光学アイリス（６）の後方に配列された第２のレンズ群（８）と、
   を備え、
   前記第２のレンズ群（８）は、前記アイリス（６）を通った前記第１のレンズ群（２）からの光を、５％未満、好ましくは３％未満の像歪曲で、像面（１０）に当たるよう投射する、広角対物レンズ系。
2. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群（８）は、前記像歪曲を補正するための非球面レンズ（１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
3. 請求項２に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズ（１６−５）は、両非球面レンズである、広角対物レンズ系。
4. 請求項２または３に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズは、凹面と凸面とを有する、広角対物レンズ系。
5. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、最大５つのレンズ（１６−ｉ）を備える、広角対物レンズ系。
6. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）は、最大３つのレンズ（１６−１、１６−２、１６−３）を備える、広角対物レンズ系。
7. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群は、最大２つのレンズ（１６−４、１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
8. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記広角対物レンズ系の光学構成の長さ（ＯＢＬ）は、１８．０ｍｍ±５ｍｍである、広角対物レンズ系。
9. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、前記入射開口部（４）に対して、前記光学構成の長さ（ＯＢＬ）の６０％±１０％の位置に配置される、広角対物レンズ系。
10. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、１．２６ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する、広角対物レンズ系。
11. 請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、
    前記第１のレンズ群（２）は、第１のレンズ（１６−１）と第２のレンズ（１６−２）と第３のレンズ（１６−３）とを備え、
    前記第２のレンズ群（８）は、第４のレンズ（１６−４）と第５のレンズ（１６−５）とを備え、
    前記第１のレンズ（１６−１）は、１１．６ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₁₁）および−５．２ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₁₂）を有する凸凹形状であり、
    前記第２のレンズ（１６−２）は、４５．２ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₂₁）および−６．１ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₂₂）を有する凸凹形状であり、
    前記第３のレンズ（１６−３）は、４４．９ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₃₁）および１０．９ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₃₁）を有する両凸形状であり、
    前記第４のレンズ（１６−４）は、４．３ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₄₁）および７．８ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₄₂）を有する両凸形状であり、
    前記第５のレンズ（１６−５）は、凹凸両非球面形状であり、
    前記δ％は、１％から１５％の範囲、好ましくは、１％から５％の範囲である、広角対物レンズ系。
12. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ（１６−１）の屈折率は１．７９である、広角対物レンズ系。
13. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ（１６−２）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
14. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第３のレンズ（１６−３）の屈折率は１．８４である、広角対物レンズ系。
15. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
16. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第５のレンズ（１６−５）の屈折率は１．５３である、広角対物レンズ系。
17. 請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）は、特に、収差による像の膨張又は湾曲を補正するよう設計されている、広角対物レンズ系。
18. 広角対物レンズ系であって、
    １４２°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部（４）を備えた第１のレンズ群（２）と、
    前記第１のレンズ群（２）の後方に配列された光学アイリス（６）と、
    前記光学アイリス（６）の後方に配列された第２のレンズ群（８）と、
    を備え、
    前記第２のレンズ群（８）は、前記アイリス（６）を通った前記第１のレンズ群（２）からの光を、１７％未満、好ましくは１５％未満の像歪曲で、像面（１０）に当たるよう投射する、広角対物レンズ系。
19. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群（８）は、前記像歪曲を補正するための非球面レンズ（１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
20. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズ（１６−５）は、両非球面レンズである、広角対物レンズ系。
21. 請求項１９に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズは、凹面と凸面とを有する、広角対物レンズ系。
22. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、最大５つのレンズ（１６−ｉ）を備える、広角対物レンズ系。
23. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）は、最大３つのレンズ（１６−１、１６−２、１６−３）を備える、広角対物レンズ系。
24. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群は、最大２つのレンズ（１６−４、１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
25. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記広角対物レンズ系の光学構成の長さ（ＯＢＬ）は、２１．４ｍｍ±５ｍｍである、広角対物レンズ系。
26. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、前記入射開口部（４）に対して、前記光学構成の長さ（ＯＢＬ）の７５％±１０％の位置に配置される、広角対物レンズ系。
27. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、０．８５ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する、広角対物レンズ系。
28. 請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、
    前記第１のレンズ群（２）は、第１のレンズ（１６−１）と第２のレンズ（１６−２）と第３のレンズ（１６−３）とを備え、
    前記第２のレンズ群（８）は、第４のレンズ（１６−４）と第５のレンズ（１６−５）とを備え、
    前記第１のレンズ（１６−１）は、１３．７ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₁₁）および−４．７ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₁₂）を有する凸凹形状であり、
    前記第２のレンズ（１６−２）は、１５３．４ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₂₁）および−６．０ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₂₂）を有する凸凹形状であり、
    前記第３のレンズ（１６−３）は、∞の第１の半径（Ｒ₃₁）および８．５ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₃₁）を有する平凸形状であり、
    前記第４のレンズ（１６−４）は、６．８ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ₄₁）および４．２ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ₄₂）を有する両凸形状であり、
    前記第５のレンズ（１６−５）は、凹凸両非球面形状であり、
    前記δ％は、１％から１５％の範囲、好ましくは、１％から５％の範囲である、広角対物レンズ系。
29. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ（１６−１）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
30. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ（１６−２）の屈折率は１．７９である、広角対物レンズ系。
31. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第３のレンズ（１６−３）の屈折率は１．８５である、広角対物レンズ系。
32. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）の屈折率は１．７５である、広角対物レンズ系。
33. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第５のレンズ（１６−５）の屈折率は１．５３である、広角対物レンズ系。
34. 請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）は、特に、収差による像の膨張又は湾曲を補正するよう設計されている、広角対物レンズ系。
35. 請求項１または１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）に含まれる前記レンズ（１６−１、１６−２、１６−３）、および／または、前記第２のレンズ群（８）に含まれる前記レンズ（１６−４、１６−５）は、間にスペーサ要素を挟むことなく、互いに直接的に接触している、広角対物レンズ系。
36. 請求項１または１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、レンズホルダ（１８）における円筒形の穴（２０）が、前記円筒形の穴（２０）の底部にアイリス開口部を備えることによって構成されており、
    前記円筒形の穴２０の直径は、前記アイリスの直径よりも大きい、広角対物レンズ系。
37. 自動車および商用車の周囲環境を監視するための広角カメラであって、広角対物レンズ系を有する電子的な像取り込み部（１２）を備え、前記像取り込み部（１２）によって取り込まれた像における収差が、前記広角対物レンズ系によって補正される、広角カメラ。
38. 請求項３７に記載の広角カメラであって、前記広角対物レンズ系は、請求項１ないし３７のいずれかに記載の広角対物レンズ系である、広角カメラ。
39. 請求項３７または３８に記載の広角カメラであって、前記像取り込み部（１２）の前に、赤外線フィルタ（１４）が配置されている、広角カメラ。
40. 請求項３７または３８に記載の広角カメラであって、前記入射開口部（４）の前に、透明保護プレート（３０）が配置されている、広角カメラ。
41. 請求項４０に記載の広角カメラであって、前記保護プレートは、互いに平行な両面を有するプレートである、広角カメラ。

Images