JP2005345577A - 超広角レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな画角が得られる超広角レンズを提供する。
【解決手段】 超広角レンズ１は、物体側から像側に、第１凹レンズ１１、第２凹レンズ１２、第３凹レンズ１３、両凸レンズ１４、平凹レンズ１５、両凹レンズ１６および平凸レンズ１７の７枚のレンズから構成され、これらのレンズのうち１枚は非球面レンズを用いる。第１凹レンズ１１、第２凹レンズ１２および第３凹レンズ１３が画角を高めることに寄与する。
【選択図】 図１

Description

本発明はレンズに関する。
特に本発明は、レトロフォーカス型で１８０度以上の画角を持つ超広角レンズに関する。

車載のモニター、防犯カメラなどにおいて、広い視野のレンズが要望されている。そのようなレンズとしては、魚眼レンズ、超広角レンズなどが用いられている。
特許文献１は、レンズの枚数を削減し、低価格で小型のＦナンバーの小さな超広角レンズを開示している。
特開２００３−３０７６７４

特許文献１に開示されている超広角レンズの画角は、１８０度であり、相当視野は広いが、レンズの面から前方を視野とするが、たとえば、車載のモニター、防犯カメラ用レンズなどとして使用する場合、超広角レンズの後ろ側まで見たい場合がある。すなわち、１８０度の画角でも死角を持つ。
そのような超広角レンズを車載のモニター、防犯カメラ用レンズなどに使用した場合、上記レンズを含む光学系を動かしたり、複数の光学系を設置するなどの対策が必要となった。

したがって、本発明は、簡単な構成で、１８０度以上の画角を持ち、明るい（Ｆナンバーの小さな）超広角レンズを提供することを目的とする。

本発明によれば、物体側から像側に向かって配設された、第１凹レンズ、第２凹レンズ、第３凹レンズからなる凹レンズユニットと、収束レンズユニットとを有し、前記凹レンズユニットと前記収束レンズユニット内の少なくとも１個のレンズが非球面を持つレンズであることを特徴とする、超広角レンズが提供される。

また好ましくは、前記第１凹レンズは物体側に凸面をもつメニスカス型凹レンズであり、前記第２凹レンズは物体側に凸面をもつメニスカス型凹レンズであり、前記第３凹レンズは、少なくとも像側に凹面を持つ凹レンズであることを特徴とする。

また好ましくは、前記第１凹レンズは高屈折ガラスであり、前記第２凹レンズ、前記第３凹レンズは低分解ガラスであって、
屈折率が、第１凹レンズ＞第２凹レンズ
第１凹レンズ＞第３凹レンズ の関係にあり、かつ、
アッベ数が、第１凹レンズ＜第２凹レンズ
第１凹レンズ＜第３凹レンズ の関係にあることを特徴とする。

さらに好ましくは、前記収束レンズユニットは、物体側から像側に向かった配設された、両凸型の第４レンズと、凹型の第５レンズと、両凸型の第６レンズと、凸型の第７レンズとを有し、前記両凸型の第４レンズが非球面を持つレンズであることを特徴とする。

また好ましくは、前記平凹型の第５レンズの凹面と、前記両凹型の第６レンズの凸面とが絶対値が同じ曲率を持ち、前記第５レンズの凹面と前記第６レンズの凸面とが接合されており、前記第５レンズの屈折率が前記第６レンズの屈折率より高く、かつ、前記第５レンズのアッベ数が前記第６レンズのアッベ数よりも低いことを特徴とする。
また好ましくは、前記第１凹レンズの先端面から像面までの距離が２０ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明の超広角レンズによれば、１８０度以上、好ましくは、２３０度以上の大きな画角が駆られる。大きな画角を得るために、第１凹レンズと第２凹レンズと第３凹レンズとの３枚の凹レンズユニットによる寄与が大きい。
本発明の超広角レンズは、上記３枚の凹レンズからなる凹レンズユニットの他、４枚のレンズからなる収束レンズユニットを設けており、合計で７枚のレンズで構成され、小型である。
本発明の超広角レンズは収差が許容範囲であり、希望するＦナンバーも得られる。特に、収束レンズユニット内の少なくとも１個のレンズが非球面を持つレンズとすることで希望するＦナンバーを得ることができる。

第１実施の形態
図１を参照して本発明の超広角レンズの第１実施の形態を述べる。
図１に断面を図解した本発明の実施の形態の超広角レンズはレトロフォーカス型超広角レンズ１である。
本発明の超広角レンズ１は、凹レンズユニットは、収束レンズユニットとから構成される。
超広角レンズ１の凹レンズユニットは、物体側に凸面を有し像側に凹面を有するメニスカス型の第１凹レンズ１１と、物体側に凸面を有し像側に凹面を有するメニスカス型の第２凹レンズ１２と、物体側に僅かな凹面を有し像側に凹面を有する両凹型の第３凹レンズ１３とを有する。
超広角レンズ１はさらに、収束レンズユニットを構成する、物体側および像側に凸面を持つ両凸型第４レンズ１４と、物体側が平面で像側に凹面を持つ平凹型第５レンズ１５と、物体側および像側に凸面を持つ両凸型第６レンズ１６と、物体側に凸面を持ち像側が平面の平凸型第７レンズ１７を有する。ここで、第７レンズは正のパワーがあれば、物体側は凸凹いずれでも良い。
このように超広角レンズ１は７枚のレンズ１１〜１７で構成されている。
なお、本実施の形態において、第１凹レンズ１１の先端面から像面までの距離は２０ｍｍ以下であり、小型である。

超広角レンズ１の像位置にＣＣＤ素子２１などの撮像素子が配設され得る。
また、平凸レンズ１７とＣＣＤ素子２１との間に、透明ガラス基板１９が配設され得る。
さらに、両凸レンズ１４と平凹レンズ１５との間に、絞り２５が配設され得る。
超広角レンズ１の使用に際して、絞り２５、ＣＣＤ素子２１などが必要となることがあるが、これら超広角レンズ１の構成に必須のものではない。

メニスカス型の第１凹レンズ１１の口径Ｄ１１、メニスカス型の第２凹レンズ１２の口径Ｄ１２、両凹型の第３凹レンズ１３の口径Ｄ１３は、Ｄ１１＞Ｄ１２＞Ｄ１３の関係にある。
第１凹レンズ１１、第２凹レンズ１２、第３凹レンズ１３は密着して配設されている。すなわち、第２凹レンズ１２の外縁が第１凹レンズ１１の像側の凹面に接しており、第２凹レンズ１２の像側の凸面と第１凹レンズ１１の像側の凹面との間の空間は空気Ａが占めている。第３凹レンズ１３の外縁が第２凹レンズ１２の像側の凹面に接しており、第３凹レンズ１３の像側の凸面と第２凹レンズ１２の像側の凹面との間の空間も空気Ａが占めている。
ここで、本実施の形態において、第１〜第３レンズは密着しているが、本発明の効果を得るために第１〜第３レンズは必ずしも密着する必要はない。

凹型第５レンズ１５の像側の凹面と、両凹型第６レンズ１６の物体側の凸面とは正負逆で絶対値が同じ曲率を持ち、図解のごとく、凹型第５レンズ１５と両凹型第６レンズ１６とは一体的に結合されている。すなわち、凹型第５レンズ１５と両凹型第６レンズ１６とは接合レンズを構成している。
平凹型第５レンズ１５の屈折率Ｎ15と、両凹型第６レンズ１６の屈折率Ｎ16とは、Ｎ15＞Ｎ16の関係になっており、平凹型第５レンズ１５のアッベ数ν15と、両凹型第６レンズ１６のアッベ数ν16とは、ν15＜ν16の関係になっている。

図１には破線で光線軌跡を示している。
図１に図解した光線軌跡は概念的で定性的であるが、画角が１８０度を大きく越え、２３０度程度まで拡大している。
超広角レンズ１において、メニスカス型の第１凹レンズ１１、メニスカス型の第２凹レンズ１２および両凹型の第３凹レンズ１３を用い、これらを上記のごとく配置させ、収束レンズユニット中に非球面を用いることで大きな画角を得ることができた。

図２を参照して画角の説明を行う。
図２（Ａ）〜（Ｄ）は像位置に配設されたＣＣＤ素子２１の受光面（像面）Ｉを示しており、図２（Ａ）は正面、図２（Ｂ）、（Ｃ）は側面、図２（Ｄ）は図２（Ａ）に図示した正面の対角面を表している。
たとえば、図２（Ｂ）、（Ｃ）に図示した側面において、画角α１、α２がそれぞ１８０度であるとき、対角面の画角α３は、ほぼ２３０度となる。
図１に図解したレンズの構成と、下記に述べる光学条件のもとで、本発明の実施の形態の超広角レンズ１の対角面の画角α３は、２３０度以上となった。

以下、光学条件を例示し、本発明の実施の形態の超広角レンズ１の特性を述べる。
すなわち、本願発明者は、画角を高めるため、メニスカス型の第１凹レンズ１１、メニスカス型の第２凹レンズ１２および両凹型の第３凹レンズ１３からるな凹レンズユニットを構成しつつ、非球面を持つ第４のレンズを備えることで所定のＦナンバーを実現し、収差を許容範囲に納まるような光学条件を種々試みた。その数例を例示する。

第１例
第１例の光学条件を下記表１に示す。

〔表１〕
Ｒ Ｄ 屈折率 アッベ数ν
第１凹レンズ１１ 16.4368 0.9000 1.81600 46.5
7.0294 3.1929
第２凹レンズ１２ 23.3915 0.8500 1.48749 70.4
3.8259 2.3910
第３凹レンズ１３ -27.2781 0.8000 1.48749 70.4
2.7797 1.9006
両凸レンズ１４ 8.6099 1.7658 1.82027 29.7
-5.8708 1.0562
（非球面）
非球面係数 Ａ＝ 0.24274825D-02
Ｂ＝-0.277921173D-03
絞り 0.0 0.8000
平凹レンズ１５ -265.3993 0.8000 1.92286 20.9
両凹レンズ１６ 2.1289 2.0000 1.79250 47.0
-4.5677 0.1000
平凸レンズ１７ 5.4605 1.6000 1.80000 47.9
0.0 0.2852

透明ガラス基板１９ 0.0 1.7000 1.51633 64.1
0.0

上記第１例の光学条件のもとで、図１に図解した超広角レンズ１の画角α３は、約２３０度であった。そのときの収差を図３に図示する。収差は実用的な面で十分抑制されている。
Ｆナンバーは、約２．０〜２．８であった。

第２例
第２例の光学条件を下記表２に示す。
表２において、対比を容易にするため、参考までに、表１に例示した条件と異なる部分にアンダーラインを付している。

〔表２〕
Ｒ Ｄ 屈折率 アッベ数ν
第１凹レンズ１１ 14.8604 0.9000 1.81600 46.5
6.4333 2.7340
第２凹レンズ１２ 18.9366 0.8500 1.51633 64.1
3.5565 2.1354
第３凹レンズ１３ -44.8122 0.8000 1.51633 64.1
2.9652 1.9865
両凸レンズ１４ 6.8930 2.0000 1.82027 29.7
-6.1716 0.8000
（非球面）
非球面係数 Ａ＝ 0.35302860D-02
Ｂ＝-0.89153600D-03
Ｃ＝ 0.26484730D-03
Ｄ＝-0.37336908D-04
絞り 0.0 0.8000
平凹レンズ１５ 41.6824 0.8000 1.92286 20.9
両凹レンズ１６ 1.9643 2.0000 1.78743 48.9
-4.3407 0.1000
平凸レンズ１７ 5.6008 1.6000 1.81600 46.5
0.0 0.2941

透明ガラス基板１９ 0.0 1.7000 1.51633 64.1
0.0

上記第２例の光学条件のもとで、図１に図解した超広角レンズ１の画角α３は、約２３０度であった。そのときの収差を図４に図示する。収差は実用的な面で十分抑制されている。
Ｆナンバーは、約２．０〜２．８であった。

第３例
第３例の光学条件を下記表１に示す。
表３おいて、表１に例示した条件と異なる部分にアンダーラインを付している。

〔表３〕
Ｒ Ｄ 屈折率 アッベ数ν
第１凹レンズ１１ 14.7939 0.9000 1.81600 46.5
6.2248 2.3093
第２凹レンズ１２ 21.8250 0.8500 1.48749 70.4
3.6143 1.9014
第３凹レンズ１３ -27.1818 0.8000 1.48749 70.4
2.4333 1.5758
両凸レンズ１４ 7.7183 2.0000 1.82027 29.7
-5.3072 0.8000
（非球面）
非球面係数 Ａ＝ 0.28194931D-02
Ｂ＝-0.53009017D-03
絞り 0.0 0.8000
平凸レンズ１５ -852.8806 0.8000 1.92286 20.9
両凹レンズ１６ 2.1479 2.0000 1.77207 49.0
-4.1987 0.1000
平凸レンズ１７ 5.4696 1.6000 1.80000 47.9
0.0 0.6588

透明ガラス基板１９ 0.0 1.7000 1.51633 64.1
0.0

上記第３例の光学条件のもとで、図１に図解した超広角レンズ１の画角α３は、約２３０度であった。そのときの収差を図５に図示する。収差は実用的な面で十分抑制されている。
Ｆナンバーは、約２．０〜２．８であった。

以上述べた通り、図１に図解した７枚のレンズを組み合わせた構成を持つ超広角レンズ１によれば、光学条件を上記例のごとく設定することにより、画角が２３０度以上で、Ｆナンバーが２．０〜２．８程度と明るく、収差を実用的には問題がない範囲に抑制されるレトロフォーカス型の超広角レンズを実現できた。また、本実施の形態の超広角レンズ１は、第１凹レンズ１１から像面まで約２０ｍｍ程度であり小型である。
本実施の形態においては、特に、第１凹レンズ１１、第２凹レンズ１２および第３凹レンズ１３の３枚の凹レンズを組み合わせることにより、画角を大きくすることができた。
また本実施の形態において、非球面の両凸レンズ１４を配設したが、両凸レンズ１４に限らず、他の非球面レンズを配設することができる。ただし、超広角レンズ１のどこかに非球面レンズを配設する。

超広角レンズ１のように、１８０度を越え、２３０度程度まで画角が大きくなると、たとえば、車載のモニターに使用すると、死角が少なくなり、視野が広がり、有用性が高まる。もちろん、本実施の形態の超広角レンズ１を魚眼レンズとして種々の用途に適用できる。

第２実施の形態
図６は図１に図解した超広角レンズ１と異なる第２実施の形態のレトロフォーカス型超広角レンズの構成を示す。
図５に図解した超広角レンズ１Ａと、図１に図解した構成の超広角レンズ１との相違は、図１に図解した物体側に僅かな凹面を有し像側に凹面を有する両凹型の第３凹レンズ１３に代えて、メニスカス型の第３凹レンズ１３Ａを用いたことである。メニスカス型の第３凹レンズ１３Ａは、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有している。
ただし、図１に超広角レンズ１と図５に図解した超広角レンズ１Ａとにおいて共通している点は、第１凹レンズ１１と、第２凹レンズ１２と、第３凹レンズ１３Ａまたは第３凹レンズ１３を用いて画角を高めていることであり、かつ、第３凹レンズ１３も第３凹レンズ１３Ａも、像側に凹面を持つ凹レンズである。
光学条件は、上記例示とは異なるが、第２実施の形態の超広角レンズ１Ａによっても、第１実施の形態の超広角レンズ１による結果と同様の結果、すなわち、２３０度以上の大きな画角、Ｆナンバーが２．０〜２．８程度、小型、収差が許容範囲であるなどの結果が得られた。

第３実施の形態
図７は図１に図解した超広角レンズ１と異なる第３実施の形態のレトロフォーカス型超広角レンズの構成を示す。
図６に図解した超広角レンズ１Ｂと、図１に図解した構成の超広角レンズ１との相違は、図１に図解した物体側に僅かな凹面を有し像側に凹面を有する両凹型の第３凹レンズ１３に代えて、第３凹レンズ１３Ｂを用いたことである。
第３凹レンズ１３Ｂは、物体側および像側に凹面を持つ両凹型のレンズである。
図１に超広角レンズ１と図５に図解した超広角レンズ１Ｂとにおいて共通している点は、第１凹レンズ１１と、第２凹レンズ１２と、第３凹レンズ１３Ａまたは第３凹レンズ１３Ｂを用いて画角を高めていることであり、かつ、第３凹レンズ１３も第３凹レンズ１３Ｂも、像側に凹面を持つ凹レンズである。
光学条件は上記例示とは異なるが、第３実施の形態の超広角レンズ１Ｂによっても、第１実施の形態の超広角レンズ１による結果と同様の結果、すなわち、２３０度以上の大きな画角、Ｆナンバーが２．０〜２．８程度、小型、収差が許容範囲であるなどの結果が得られた。

以上述べたように、本発明のレトロフォーカス型超広角レンズにおいては、物体側に３個の凹レンズを配設し、超広角レンズ内に少なくとも１個の非球面レンズを配設し、合計で、たとえば、７枚のレンズを用いていることを特徴とする。 その結果、１８０度以上、好ましくは、２３０度以上もの大きな画角が得られた。

本発明の実施に際しては上述した実施の形態および例示には限定されず、本発明の技術思想を踏まえた種々の変形態様をとることができる。したがって、本発明は上述した例示および実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明の超広角レンズの第１実施の形態の構成図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は超広角レンズにおける画角を説明する図である。 図３は図１に図解した超広角レンズについて第１例の光学条件を適用したとき得られる収差を示す図である。 図４は図１に図解した超広角レンズについて第２例の光学条件を適用したとき得られる収差を示す図である。 図５は図１に図解した超広角レンズについて第３例の光学条件を適用したとき得られる収差を示す図である。 図６は本発明の超広角レンズの第２実施の形態の構成図である。 図７は本発明の超広角レンズの第３実施の形態の構成図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ…超広角レンズ
１１…第１凹レンズ、１２…第２凹レンズ、
１３、１３Ａ、１３Ｂ…第３凹レンズ
１４…両凸レンズ、１５…平凹レンズ、１６…両凹レンズ
１７…平凸レンズ
１９…透明ガラス基板、２１…ＣＣＤ素子、２５…絞り

Claims (6)

1. 物体側から像側に向かって配設された、
   第１凹レンズ、第２凹レンズ、第３凹レンズからなる凹レンズユニットと、
   収束レンズユニットと
   を有し、
   前記凹レンズユニットと前記収束レンズユニット内の少なくとも１個のレンズが非球面を持つレンズであることを特徴とする、
   超広角レンズ。
2. 前記第１凹レンズは物体側に凸面を持つメニスカス型凹レンズであり、
   前記第２凹レンズは物体側に凸面を持つメニスカス型凹レンズであり、
   前記第３凹レンズは、少なくとも像側に凹面を持つ凹レンズであることを特徴とする、
   請求項１に記載の超広角レンズ。
3. 前記第１凹レンズは高屈折ガラスであり、
   前記第２凹レンズ、前記第３凹レンズは低分解ガラスであって、
   屈折率が、第１凹レンズ＞第２凹レンズ
   第１凹レンズ＞第３凹レンズ の関係にあり、かつ、
   アッベ数が、第１凹レンズ＜第２凹レンズ
   第１凹レンズ＜第３凹レンズ の関係に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。
4. 前記収束レンズユニットは、
   物体側から像側に向かった配設された、
   両凸型の第４レンズと、
   凹型の第５レンズと、
   両凸型の第６レンズと、
   凸型の第７レンズと
   を有し、
   前記両凸型の第４レンズが非球面を持つレンズである
   ことを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれかに記載の超広角レンズ。
5. 前記平凹型の第５レンズの凹面と、前記両凹型の第６レンズの凸面とが絶対値が同じ曲率を持ち、前記第５レンズの凹面と前記第６レンズの凸面とが接合されており、
   前記第５レンズの屈折率が前記第６レンズの屈折率より高く、かつ、前記第５レンズのアッベ数が前記第６レンズのアッベ数よりも低い
   ことを特徴とする、
   請求項４に記載の超広角レンズ。
6. 前記第１凹レンズの先端面から像面までの距離が２０ｍｍ以下であることを特徴とする、
   請求項１〜５のいずれかに記載の超広角レンズ。
   

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