JP2005321742A - 超広角高解像度レンズ - Google Patents
超広角高解像度レンズ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005321742A JP2005321742A JP2004166394A JP2004166394A JP2005321742A JP 2005321742 A JP2005321742 A JP 2005321742A JP 2004166394 A JP2004166394 A JP 2004166394A JP 2004166394 A JP2004166394 A JP 2004166394A JP 2005321742 A JP2005321742 A JP 2005321742A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- angle
- wide
- super
- focal length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
【課題】小型・軽量で高解像度の広角レンズを製作する。
【解決手段】
物体側より順におかれた第1レンズ、第2レンズおよび第3レンズの三枚構成のレンズからなる光学系において、第2レンズはメニスカス形状の非球面でありその凹面を第1レンズ方向に向け、絞りを第3レンズの直前に配置した機構により広角高解像度を達成する。第1、第2及び第3レンズの各焦点距離をf1、f2、f3、全系の焦点距離をf、第1および第2レンズの合成焦点距離をf12、第1レンズの先端から結像面までの全長をTTL、第2レンズと絞りとの距離をd4、絞りと第3レンズとの距離をd5とすると次の条件を満足する。
−199<f2/f<292の条件、TTL<13.6mmにあっては1.0mm≦f12≦5.0mm、TTL≧13.6mmにあっては−30.0mm≦f12≦−6.0mmの条件、−0.03<d5/d4<0.2の条件、−5.5<f1/f<−0.8の条件及び、1.1<f3/f<3.8の条件である。
【選択図】図1
【解決手段】
物体側より順におかれた第1レンズ、第2レンズおよび第3レンズの三枚構成のレンズからなる光学系において、第2レンズはメニスカス形状の非球面でありその凹面を第1レンズ方向に向け、絞りを第3レンズの直前に配置した機構により広角高解像度を達成する。第1、第2及び第3レンズの各焦点距離をf1、f2、f3、全系の焦点距離をf、第1および第2レンズの合成焦点距離をf12、第1レンズの先端から結像面までの全長をTTL、第2レンズと絞りとの距離をd4、絞りと第3レンズとの距離をd5とすると次の条件を満足する。
−199<f2/f<292の条件、TTL<13.6mmにあっては1.0mm≦f12≦5.0mm、TTL≧13.6mmにあっては−30.0mm≦f12≦−6.0mmの条件、−0.03<d5/d4<0.2の条件、−5.5<f1/f<−0.8の条件及び、1.1<f3/f<3.8の条件である。
【選択図】図1
Description
本発明は、CCDやCMOS等の受光素子を用いた車載用、携帯電話用、盗難防止用などのあらゆる監視目的に使われる小型、軽量で、非常に広角な水平視野角を有するレンズに関する物である。
従来の技術として、小型、軽量化、低価格化のために、2〜3枚構成の球面あるいは非球面形状ので、ガラス又はプラスチックレンズ素材を用いた構成からなる超広角レンズが知られている。しかし、このレンズは超広角において極めてコマ収差などの点から解像度が悪く、いわゆる魚眼レンズとしての樽型の歪曲収差が大きかった。
特願平7−195923 特開2003−195161 特開平7−72382 特開2002−244031 特願2002−242231 特願2001−390233 特許第3409248号 特開平6−34878
従来の高性能魚眼レンズは、収差を除去するためレンズ枚数を非常に多くし(例えば、8枚から10枚以上の球面ガラスレンズ構成からなる)、明るさを確保するための大きな口径の大型レンズ系が用いられていた。しかしながら、特に最近、CCDを含めた光学センサーによる読取り用に、小型軽量化のため球面を含む非球面レンズを用いた2〜3枚のレンズ枚数からなる光学系が用いられるようになった。本発明ではこれら少数枚のレンズ構成からなる超広角レンズの性能を向上させるため、収差を改善し高解像度なMTF(光学的変調伝達関数)の特性を持つ安価な超広角レンズを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明の超広角レンズは、物体側から像側方向へと、負のパワーを有する第1レンズと、第2レンズ、及び正のパワーを有する第3レンズの三枚レンズにより構成される。ここで第2レンズは、従来見受けられる結像光学系においては、像面側に凹面を向けたメニスカス形状を有する光学設計がなされているが、本発明ではこれとは逆に、第2レンズを第1レンズと向き合う方向すなわち物体面側に凹面を向けることにより、超広視野角における光学的性能の改善を実現した。また、像面のセンサーに入射する光線の入射角度、即ち、第3レンズを射出する光線の角度を低角度に押さえることの必要性から、前記条件と合わせ、絞りの位置を調整し第3レンズのほぼ直前に配位する新規な設計を行った。これらの詳細な数値的条件を下記に示す。
まず本発明による第1レンズの焦点距離f1は、−5.5<f1/f<−0.8の範囲にある。第2レンズは物体面側に凹面を向けた方向に配位し、その焦点距離f2はレンズ全系の焦点距離をfとした時、−199<f2/f<292の範囲にある。第1レンズと第2レンズを一つの合成レンズ系と考えたときにこの合成焦点距離をf12とすし、第1レンズの先端から結像面までの全長をTTLする。超広角を特色とするレンズ系では全焦点距離fが短くその範囲は設計によって著しく変わらないため、TTLが長くなるとf12は負のパワーを持ち、TTLが短くなるとf12は正のパワーを持ち第3レンズと併せて結像を調製すると考える。本発明によるこの条件は、TTL<13.6mmの範囲のレンズ系にあっては1.0mm≦f12≦5.0mmの範囲にあり、TTL≧13.6mmの範囲のレンズ系にあっては−30.0mm≦f12≦−6.0mm範囲となる。
本発明では、上記f12の合成光学系にあわせ、絞りを第3レンズの手前の近い位置に設けた。この条件は第2レンズと絞りとの距離をd4、絞りと第3レンズとの距離をd5とすると−0.03<d5/d4<0.2を満足することを特徴とするものである。焦点距離f3はf12に関連し、1.1<f3/f<3.8の範囲になる。これにより、通常の広角レンズでは見られない高解像度観察が、視野角が約150度近辺まで可能となった。
以上説明したように本発明によれば、僅か3枚のレンズ構成でありながら超広角の視野を有し、諸収差が良好に補正され超高解像度の広角レンズを実現することができる。また本発明の超広角レンズは、被写界深度が深くおよそ400mmから無限遠までレンズ全体焦点を調節することなく高解像度な映像を撮ることができるが、それ以下の撮像距離においても第2レンズと第3レンズ間距離を調節するか、全体を繰り出すことによりピント合わせをすることができる。
本発明に係る超広角レンズは高解像度を実現するため、第2レンズをメニスカス非球面レンズ形状とし、その凹面を物体方向に向ける機構、及び第3レンズの直前に絞りを設ける機構により、光学的性能の著しい改善を実現した。その実施例を下記に示す。
本発明による具体的な実施例について説明する。 図1(a)に示す当該広角レンズ系は、物体側から順に配列した第1面が球面、第2面が非球面である第1レンズ1と、両面とも非球面でメニスカス凹面形状である第2レンズ2と、両面とも非球面であり凸面形状の第3レンズ4とを有し、第3レンズの物体側に向け直前に絞り3が配置されている。また、図のセンサー6は受光センサーを用いた結像面であり、これと4との間には、受光センサーに付帯する保護ガラス5が配置されている。カメラの仕様によっては、これら間に赤外カットフィルタなどの光学部品を配置した設計がなされる。各面の光軸中心に対する面間距離は、第1レンズ1の中心厚をd1、第1レンズ1と第2レンズ2の間隔をd2、第2レンズ2の中心厚をd3、第2レンズ2と絞り3の間隔をd4、絞り3と第3レンズ4の間隔をd5,第3レンズ4の中心厚をd6,第3レンズ4と保護ガラス5の間隔をd7,保護ガラス5の中心厚をd8、5とセンサー6の間隔をd9と記している。図の光線追跡は、いわゆるB,G,Rの波長λB=0.486μm、λG=0.588μm、λR=0.656μmに対しなされたもので、CCDの対角長に相当するセンサー6に結像し、レンズ1への入射角が10°、20°、30°、40°、50°、60°、75°の光線の追跡を示したものである。全視野角が150°の超広角な結像が示される。
図1に示す実施例について、レンズ形状を含めたレンズ系の諸パラメーターを、次の表(1)に示す。
ここでRはレンズ半径を示し曲率の逆数であり、Kは円錐係数、非球面係数A,B,C,Dはそれぞれ4次、6次、8次、10次の高次項である。非球面形状の光軸方向をZ、光軸と垂直方向の高さをhとすると、上記の係数は次式に基づく。
Z=ch2/[1+{1−(1+K)c2h2}1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
表の左欄下段のNO.10は結像面を示し、センサーの対角長4.5mmの領域に相当する外径である。NO.8、NO.9の欄はそれぞれ、一般的なCCDセンサーに使われる保護ガラス5の厚みと、受光面に対する距離を想定したものである。また、表のレンズ材質PLA1は、d線に対する屈折率Nd=1.52、アッペ数νd=58.25のプラスティック材料であり、BK7はNd=1.517、νd=64.17のガラス材料用いた例である。又、第1レンズ1の第1面から結像面までの全長TTLは、表の中心厚の合計から、18.7mmとなる。
ここでRはレンズ半径を示し曲率の逆数であり、Kは円錐係数、非球面係数A,B,C,Dはそれぞれ4次、6次、8次、10次の高次項である。非球面形状の光軸方向をZ、光軸と垂直方向の高さをhとすると、上記の係数は次式に基づく。
Z=ch2/[1+{1−(1+K)c2h2}1/2]+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10
表の左欄下段のNO.10は結像面を示し、センサーの対角長4.5mmの領域に相当する外径である。NO.8、NO.9の欄はそれぞれ、一般的なCCDセンサーに使われる保護ガラス5の厚みと、受光面に対する距離を想定したものである。また、表のレンズ材質PLA1は、d線に対する屈折率Nd=1.52、アッペ数νd=58.25のプラスティック材料であり、BK7はNd=1.517、νd=64.17のガラス材料用いた例である。又、第1レンズ1の第1面から結像面までの全長TTLは、表の中心厚の合計から、18.7mmとなる。
図1(b)は実施レンズの光学的性能を示すMTF曲線1を示し、特に入射角が10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、75°の場合の解像度特性を示す。図で記号Tは子午面の光線追跡、記号Sは球欠面の光線追跡によって得られたMTF曲線を示す。従来の3枚程度のレンズ構成を使ったレンズ設計の手法では、入射角が75°に至る超広角において、図のような高解像度特性を得ることは難しいと思われる。このような高角度入射角の場合、通常MTFの値がゼロになるカットオフ周波数は高々40〜50本/mmでしかなく、入射角度の増加とともに解像度は急激に悪くなり著しい周辺ボケが生ずる。これは従来、盗難防止対策の例においても映像が極めて不鮮明で、画像処理を施しても対処が困難となっている。
1/4インチCCD結像面の半対角長は、2.25mmであり、特にMTFの急激に低下する入射角が60度のときの像高は、2.15mmとなる。従って入射角が60度以上に対応する領域は高さ方向で全体の95.5%であり、これ以上の高さは対角方向の隅の微小領域にしか相当しない。したがって監視で重要な水平方向にも特に影響を与えないと考え、入射角が60度までのMTF曲線を求めた結果を図2(a)に示す。この領域での解像度は、入射角が60度に至っても空間周波数が200本/mmの高解像度が得られ、本発明によるレンズ系は100〜200万画素以上の高画素のカメラに対応できるものと考える。図2(b)は、光線追跡により像面に結像したスポット像を示したもので、左端の列と右端の列には書かれてないが、図上の数値は主光線の入射角度を示す。広角ではコマ収差及び多少の色収差が見られるが、スポットの外径は高角度入射でも40〜50μmに収まる。上記は主として分解能に関連する収差であるが、その他の像面湾曲、色収差、歪曲収差の光学特性を、図3(a)に示す。像面湾曲の収差曲線で、図のTは子午面、Sは球欠面の成分を示し、その右に併記された1、2、3の数値は、それぞれ波長0.656μm、0.588μm、0.486μm、に対し、計算した収差であることを示す。像面湾曲は補正されており、色収差による焦点のずれは超広角においては、0.2mm程度である。図で右側の歪曲収差曲線では、最大−80度%である。図3(b)入射角度による結像面における照度の相対的変化を示した曲線で、いわゆる周辺光量比と呼ばれる画面周辺での光量の減衰を示す。周辺光量も中心部の85%程度であり、超広角にもかかわらず周辺も明るいレンズ系である。又、表.1による絞り外径は0.85mmであり、これによる明るさF値は2.96となる。
実施例1のセンサーでは縦横の寸法比が3:4であり、水平方向の半外径は1.8mmとなる。この高さに対応する入射視野角は90°であり、歪曲収差は−39%になる。これは、車載用も含め一般的にみられる超広角レンズの−70〜80%程度の歪曲収差に比べて形状の判別がかなり容易となる。詳細は特に記さないが、本発明における各請求項の条件により水平視野角が140°のレンズ系も設計が可能である。この場合、実施例1と同程度の高解像度が超広角まで得られるが、歪曲収差は−69.5°であり視野角に比例して歪曲収差が増大する。図4は上記の水平領域における、物体距離によるMTF特性の変化を示す。正確には、で物体距離はレンズ先端から物体位置までの作動距離のことであり、記号d0で表示した。図4(a)はd0=無限遠の時、図4(b)はd0=400mmの時、図4(c)はd0=50mmの時のMTF曲線で、参照ラインとして回折限界の曲線を示す。この様に、本発明によるレンズ系は3枚の少数枚レンズ構成にもかかわらず、水平視野において、およそ300本/mmの超高解像度特性を提供するものである。図4の(a),(b)に示す様に、レンズの焦点位置を固定したままd0が無限遠から約400mmまで、ほぼ同じ解像度の画像を得ることができる。近接距離、例えばd0=50mmの場合には(c)に示すMTF曲線から、中心付近の低角度における解像度が減少しており、再度、焦点位置合わせをする必要がある。
次に、本発明の条件式について説明する。本発明では、図1(a)に示す当該広角レンズ系の第1レンズ1の第1面が球面であるが、この両面とも非球面であってもよい。第2レンズ2は両面とも非球面でメニスカス凹面形状であり、その凹面をレンズ1と向き合わせることを超高性能超広角レンズの特色としている。又、レンズ1の第1面から結像面までの全長をTTLは、18.7mmである。レンズ2の焦点距離をf2、レンズ1とレンズ2の合成焦点をf12、レンズ全系の焦点距離をfとすると、表(1)から、f2=24.9mm、f12=−25.9mm、f=2.96mm,f2/f=8.41となる。次に本実施例では、第3レンズ4の前に設けた絞り位置を特に工夫した設計を行った。レンズ2と絞り3との距離をd4、絞りとレンズ4との距離をd5とすると、d5/d4=0でありさらに、レンズ4の焦点距離はf3=5.04mmであり、全焦点を示すfと対比しf3/f=1.7となる。f1=−9.0mmでありf1/f=−3.04となる。
本発明による超広角レンズは、CCD、C−MOSなどの画像センサーを使ったカメラの分野で、その高解像度特性を利点とする監視目的に広く用いられる。例えば自動車用広角カメラ(車載カメラ)用レンズ、携帯電話用広角レンズ、細孔管内の側壁の傷、汚れを観察するための広視野角で高被写界深度を必要とする対物レンズ、あるいは非常に狭い物体空間で視野の広い高解像度観察が要求される計測用広角レンズなどを含め、非常に多岐の分野に渡って有効実用いられる。
1 第1レンズ
2 第2レンズ
3 絞り
4 第3レンズ
5 保護ガラス
6 センサー
2 第2レンズ
3 絞り
4 第3レンズ
5 保護ガラス
6 センサー
Claims (4)
- 物体側から像側方向へと、負のパワーを有する第1レンズと、第2レンズ及び正のパワーを有する第3レンズの三枚レンズにより構成される結像光学系において、前記第2レンズは両面が凹面であるメニスカス形状を有し、これを物体側に凹面を向け配位したもので、第2レンズと第3レンズのレンズ面の少なくとも各々1面以上の面が非球面であることを特徴とする次の条件を満たす超広角レンズ。前記第2レンズの焦点距離をf2、レンズ全系の焦点距離をfとした時、−199<f2/f<292の範囲にあること。
- 第1レンズの先端から、結像面までの全長をTTLとし、第1レンズと第2レンズの合成焦点距離をf12としたとき、TTL<13.6mmのレンズ系にあっては 1.0mm≦f12≦5.0mmの範囲にあり、TTL≧13.6mmのレンズ系にあっては−30.0mm≦f12≦−6.0mmの範囲にある請求項1に記載の超広角レンズ。
- 第2レンズと第3レンズの中間位置のきわめて第3レンズに近い位置に絞りを設け、第2レンズと絞りとの距離をd4、絞りと第3レンズとの距離をd5とすると、絞り位置が−0.03<d5/d4<0.2の条件であることを特徴とする請求項1または2に記載の超広角レンズ。
- 前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3とする時、−5.5<f1/f<−0.8、1.1<f3/f<3.8の条件であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の超広角レンズ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004166394A JP2005321742A (ja) | 2004-05-10 | 2004-05-10 | 超広角高解像度レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004166394A JP2005321742A (ja) | 2004-05-10 | 2004-05-10 | 超広角高解像度レンズ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005321742A true JP2005321742A (ja) | 2005-11-17 |
Family
ID=35469058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004166394A Pending JP2005321742A (ja) | 2004-05-10 | 2004-05-10 | 超広角高解像度レンズ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005321742A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007114546A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Fujinon Corp | 広角撮像レンズ |
EP1903369A1 (en) | 2006-09-19 | 2008-03-26 | Fujinon Corporation | Imaging lens and camera system including the same lens |
EP1906223A2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | Fujinon Corporation | Wide-angle compact imaging lens with three single lenses |
JP2008180887A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Topcon Corp | 広角レンズ系 |
US7495845B2 (en) | 2005-10-21 | 2009-02-24 | Fujinon Corporation | Wide-angle imaging lens |
US7751128B2 (en) | 2007-09-20 | 2010-07-06 | Konica Minolta Opto, Inc. | Wide-angle lens |
WO2010089811A1 (ja) | 2009-02-03 | 2010-08-12 | パナソニック株式会社 | 広角レンズ |
JP2014197128A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | キヤノン株式会社 | レンズ装置及びそれを有する撮像装置 |
CN107643585A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 日本电产三协株式会社 | 广角透镜 |
KR20190030336A (ko) * | 2017-09-14 | 2019-03-22 | 주식회사 나오텍 | Tof용 렌즈조립체 |
WO2020125383A1 (zh) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 华为技术有限公司 | 一种镜头及终端设备 |
-
2004
- 2004-05-10 JP JP2004166394A patent/JP2005321742A/ja active Pending
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7843652B2 (en) | 2005-10-21 | 2010-11-30 | Fujinon Corporation | Wide-angle imaging lens |
US7495845B2 (en) | 2005-10-21 | 2009-02-24 | Fujinon Corporation | Wide-angle imaging lens |
JP2007114546A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Fujinon Corp | 広角撮像レンズ |
EP1903369A1 (en) | 2006-09-19 | 2008-03-26 | Fujinon Corporation | Imaging lens and camera system including the same lens |
US7813056B2 (en) | 2006-09-19 | 2010-10-12 | Fujinon Corporation | Imaging lens and camera system including the same lens |
EP1906223A2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | Fujinon Corporation | Wide-angle compact imaging lens with three single lenses |
EP1906223A3 (en) * | 2006-09-29 | 2008-05-07 | Fujinon Corporation | Wide-angle compact imaging lens with three single lenses |
US7436605B2 (en) | 2006-09-29 | 2008-10-14 | Fujinon Corporation | Imaging lens and camera apparatus |
JP2008180887A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Topcon Corp | 広角レンズ系 |
US7751128B2 (en) | 2007-09-20 | 2010-07-06 | Konica Minolta Opto, Inc. | Wide-angle lens |
WO2010089811A1 (ja) | 2009-02-03 | 2010-08-12 | パナソニック株式会社 | 広角レンズ |
JP2014197128A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | キヤノン株式会社 | レンズ装置及びそれを有する撮像装置 |
CN107643585A (zh) * | 2016-07-22 | 2018-01-30 | 日本电产三协株式会社 | 广角透镜 |
KR20190030336A (ko) * | 2017-09-14 | 2019-03-22 | 주식회사 나오텍 | Tof용 렌즈조립체 |
KR101988602B1 (ko) | 2017-09-14 | 2019-06-13 | 주식회사 나오텍 | Tof용 렌즈조립체 |
WO2020125383A1 (zh) * | 2018-12-21 | 2020-06-25 | 华为技术有限公司 | 一种镜头及终端设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10073252B2 (en) | Optical system and image pickup apparatus including the same | |
JP6680445B2 (ja) | 撮像レンズ | |
KR101412627B1 (ko) | 왜곡이 보정된 광각 촬영 렌즈 시스템 | |
JP6684033B2 (ja) | 撮像レンズ | |
KR101535086B1 (ko) | 왜곡이 보정된 광각 촬영 렌즈 시스템 | |
US6940662B2 (en) | Lens system and camera having the same | |
JP2005284153A (ja) | 撮像レンズ | |
JP2018141825A (ja) | 撮像レンズ | |
US7538958B2 (en) | Wide-angle lens | |
WO2021027287A1 (zh) | 一种大光圈镜头和终端设备 | |
JP6711361B2 (ja) | 撮像レンズ | |
TWI788621B (zh) | 光學成像系統 | |
JP2019045665A (ja) | 撮像レンズ | |
JP2007322844A (ja) | 撮像レンズ | |
KR102149983B1 (ko) | 초고화소 모바일 카메라 광학계 | |
JP2010217506A (ja) | 撮像光学系、カメラ装置および携帯情報端末装置 | |
JP2012008347A (ja) | 結像レンズ、撮像装置および情報装置 | |
JP2005316010A (ja) | 撮像レンズ | |
US9995907B2 (en) | Optical image capturing system | |
JP2005321742A (ja) | 超広角高解像度レンズ | |
JP6711360B2 (ja) | 撮像レンズ | |
CN112649943A (zh) | 光学成像系统、模组和电子设备 | |
JP2020201333A (ja) | 光学レンズ系及び撮像装置 | |
CN213986994U (zh) | 光学成像系统、模组和电子设备 | |
TWI810449B (zh) | 光學成像系統 |