JP2007164079A - 魚眼レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】少ない枚数で魚眼レンズユニットを構成することのできる技術を提供する。
【解決手段】魚眼レンズユニットは、所定の入射角における入射角の増加量に対する像高の増加量で表される変化量が等距離射影方式を採用する場合の変化量以上となる所定の射影方式を採用する。魚眼レンズユニットは、物体側に設けられた第１のレンズ群と、像側に設けられた第２のレンズ群と、第１のレンズ群と第２のレンズ群との間に設けられた絞りと、を備える。第１のレンズ群は、３枚または４枚のレンズで構成されており、第２のレンズ群は、２枚または３枚のレンズで構成されており、第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた最終レンズは、少なくとも一方の面に非球面形状を有する非球面レンズである。
【選択図】図２

Description

本発明は、魚眼レンズユニットに関する。

魚眼レンズを構成する複数のレンズを含む魚眼レンズユニットは、スチルカメラや監視カメラに搭載され、広範囲な空間を撮影するために多く用いられている。

ここで、魚眼レンズは、１６０度以上の画角を有するレンズであり、通常、１８０度以上の画角を有する。魚眼レンズは、歪曲収差を意図的に発生させている点で、広角レンズと異なる。

魚眼レンズでは、特定の射影方式が採用されている。例えば、以下のような射影方式が良く知られている。
（１）正射影方式 …ｙ＝ｆ・ｓｉｎθ
（２）等立体角射影方式…ｙ＝２・ｆ・ｓｉｎ（θ／２）
（３）等距離射影方式 …ｙ＝ｆ・θ
（４）立体射影方式 …ｙ＝２・ｆ・ｔａｎ（θ／２）

ここで、ｆは魚眼レンズの焦点距離であり，θは魚眼レンズに入射する光の入射角であり，ｙは像面に形成される像の高さ（像高）である。

図１は、射影方式に応じた入射角と像高との関係を示す説明図である。横軸は、入射角θ（ラジアン）を示しており、縦軸は、像高ｙ（ｍｍ）を示している。曲線Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれ（１）〜（４）の射影方式を表している。ただし、図１では、便宜上、焦点距離ｆは、１ｍｍに設定されている。なお、図１では、曲線ＣＡ，ＣＺ（後述する）も描かれている。

図示するように、入射角９０度付近において、入射角θの増加量Δθに対する像高ｙの増加量Δｙで表される変化量（Δｙ／Δθ）は、（１）の射影方式（曲線Ｃ１）から（４）の射影方式（曲線Ｃ４）に向かうに連れて、大きくなる。すなわち、（１）の射影方式（曲線Ｃ１）から（４）の射影方式（曲線Ｃ４）に向かうに連れて、像内における周辺部の情報量の割合が増大する。したがって、周辺部の情報量が多く必要な場合には、上記の（３）や（４）の射影方式を採用することが好ましい。

特開２００５−２２７４２６号公報 特開２００４−１０２１６２号公報

しかしながら、従来の技術では、（３）や（４）の射影方式を採用する場合には、魚眼レンズユニットを構成するレンズの枚数が１０枚程度必要となってしまっていた。すなわち、従来の技術では、（３）や（４）の射影方式を採用する場合に、魚眼レンズユニットを構成するレンズの枚数を比較的小さくするのは困難であった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、所定の入射角における入射角の増加量に対する像高の増加量で表される変化量が等距離射影方式における該変化量以上である所定の射影方式を採用する場合にも、少ない枚数で魚眼レンズユニットを構成することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、所定の入射角における入射角の増加量に対する像高の増加量で表される変化量が等距離射影方式を採用する場合の前記変化量以上となる所定の射影方式を採用した魚眼レンズユニットであって、
物体側に設けられた第１のレンズ群と、
像側に設けられた第２のレンズ群と、
前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間に設けられた絞りと、
を備え、
前記第１のレンズ群は、
３枚または４枚のレンズで構成されており、
前記第２のレンズ群は、
２枚または３枚のレンズで構成されており、
前記第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた最終レンズは、少なくとも一方の面に非球面形状を有する非球面レンズであることを特徴とする。

この装置では、上記の変化量が等距離射影方式を採用する場合の変化量以上となる所定の射影方式が採用されているが、第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた最終レンズとして非球面レンズが使用されているため、比較的少数のレンズで魚眼レンズユニットを構成することができる。

上記の装置において、
前記非球面レンズは、双方の面に非球面形状を有するようにしてもよい。

あるいは、上記の装置において、
前記非球面レンズは、一方の面のみに非球面形状を有するようにしてもよい。

こうすれば、非球面レンズが双方の面に非球面形状を有する場合と比較して、非球面レンズを比較的容易に作製することができる。

上記の装置において、
１．５＜Ｈ１／２Ｙ＜２．５を満足することが好ましい。
ここで、Ｈ１は、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面の有効半径であり、２Ｙは、前記魚眼レンズユニットによって像面上に形成されるイメージサークルの直径である。

こうすれば、第１レンズを小径化することができる。また、軸外収差の少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。

上記の装置において、
０．２５＜Ｈ１／Ｒ１＜０．５を満足することが好ましい。
ここで、Ｈ１は、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面の有効半径であり、Ｒ１は、前記第１レンズの物体側の面の曲率半径である。

こうすれば、第１レンズを比較的容易に作製することができると共に比較的容易に取り扱うことができる。また、軸外収差の少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。

上記の装置において、
６．０＜ΣＤ／２Ｙ＜８．０を満足することが好ましい。
ここで、ΣＤは、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面と、像面と、の間の光軸上の距離であり、２Ｙは、前記魚眼レンズユニットによって像面上に形成されるイメージサークルの直径である。

こうすれば、レンズユニットを小型化することができる。また、球面収差、コマ収差、非点収差、倍率色収差などの少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。

この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、魚眼レンズユニットや、該魚眼レンズユニットを備える撮像装置、該魚眼レンズユニットを備える投影装置等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．魚眼レンズユニットの構成：
Ａ−２．魚眼レンズユニットの特性：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．魚眼レンズユニットの構成：
Ｂ−２．魚眼レンズユニットの特性：
Ｃ．第３実施例：
Ｃ−１．魚眼レンズユニットの構成：
Ｃ−２．魚眼レンズユニットの特性：
Ｄ．第４実施例：
Ｄ−１．魚眼レンズユニットの構成：
Ｄ−２．魚眼レンズユニットの特性：
Ｅ．魚眼レンズユニットの評価値：

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．魚眼レンズユニットの構成：
図２は、第１実施例における撮像装置５０の要部を示す説明図である。図示するように、撮像装置５０は、魚眼レンズユニット１００と、ＣＣＤ（電荷結合素子）などの固体撮像素子２００と、魚眼レンズユニット１００と固体撮像素子２００との間に設けられた光学要素１５０と、を備えている。光学要素１５０は、例えば、光学フィルタや固体撮像素子のカバーガラスなどを含んでいる。固体撮像素子２００は、像面（撮像面）ＩＳを有している。

魚眼レンズユニット（以下、単に「レンズユニット」とも呼ぶ）１００は、魚眼レンズを構成する複数のレンズを含んでいる。本実施例のレンズユニット１００では、ｙ＝ｆ・θ（図１の曲線Ｃ３参照）で表される等距離射影方式が採用されている。

レンズユニット１００は、物体側に配置された第１のレンズ群１１０と、像側に配置された第２のレンズ群１２０と、第１のレンズ群１１０と第２のレンズ群１２０との間に配置された絞り１３０と、を備えている。また、レンズユニット１００は、第１のレンズ群１１０と第２のレンズ群１２０と絞り１３０とを保持するための図示しないレンズホルダを備えている。

第１のレンズ群１１０は、入射した光線束を段階的に光軸に平行な方向へ曲げて、該光線束を第２のレンズ群１２０に導く機能を有している。

本実施例では、第１のレンズ群１１０は、３枚のレンズで構成されている。最も物体側に配置された第１レンズＬ１は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凹メニスカスレンズである。第２レンズＬ２は、物体側に平面を有し、像側に凹面を有する平凹レンズである。最も物体側に配置された第３レンズＬ３は、物体側に凹面を有し、像側に凸面を有する凸メニスカスレンズである。

第２のレンズ群１２０は、第１のレンズ群１１０を通過した光線束を、その主光線が光軸に対して極力平行になり、かつ、その主光線が入射角に応じた所定の像高位置に入射するように、像面ＩＳ上に結像させる機能を有する。

本実施例では、第２のレンズ群１２０は、３枚のレンズで構成されている。最も物体側に配置された第４レンズＬ４は、物体側および像側に凸面を有する両凸レンズである。第５レンズＬ５は、物体側および像側に凹面を有する両凹レンズである。第６レンズＬ６は、物体側および像側に非球面形状の凸面を有する非球面レンズである。

なお、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、接合されている。具体的には、第４レンズＬ４の像側の面の曲率半径は、第５レンズＬ５の物体側の面の曲率半径と一致している。ただし、２つのレンズＬ４，Ｌ５の屈折率は互いに異なっている。

図３は、魚眼レンズユニット１００のレンズデータを示す説明図である。図３（Ａ）は、魚眼レンズユニット１００を構成する各レンズの面データを示している。

面番号ｉは、レンズユニット１００を構成する各レンズの面の番号を示している。ただし、面番号７，１３に示すように、絞り１３０や光学要素１５０にも面番号が付与されている。なお、図２では、面番号ｉの面が符号Ｓｉで示されている。

曲率半径Ｒｉは、面Ｓｉの曲率半径（ｍｍ）を示している。物体側に凸の面の曲率半径は正の値で表されており、物体側に凹の面の曲率半径は負の値で表されている。

面間隔Ｄｉは、面Ｓｉと面Ｓｉ＋１との間の光軸上の距離（ｍｍ）を示している。すなわち、面番号ｉがレンズの物体側の面を示す場合には、面間隔Ｄｉは、該レンズの光軸上の厚みを表しており、面番号ｉがレンズの像側の面を示す場合には、面間隔Ｄｉは、該レンズの像側の面と後段の光学素子（例えばレンズ）の物体側の面との間の光軸上の距離を表している。

屈折率Ｎｄｉは、面Ｓｉを有するレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。

アッベ数νｄｉは、面Ｓｉを有するレンズのアッベ数を示している。なお、アッベ数νｄｉは、レンズなどの光の分散に関する性質を表す値であり、ｄ線，Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ），Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に対する屈折率をｎｄ，ｎ_C，ｎ_Fとすると、（ｎｄ−１）／（ｎ_F−ｎ_C）で表される。

図３（Ａ）において、面番号ｉに「＊」が付された面は、非球面形状を有する。前述したように、本実施例では、第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１１および像側の面Ｓ１２が非球面形状を有している。非球面形状は、次式によって表される。

ここで、Ｈは、非球面と光軸との交点を原点とすると、原点からの光軸と垂直な方向への距離（光軸からの高さ）を表す。Ｘは、該原点からの光軸上の距離を表す。Ｒは、曲率半径を表し、Ｋは円錐係数を表し、Ａ４，Ａ６，Ａ８は、高次非球面係数を表す。なお、曲率半径Ｒとしては、図３（Ａ）に示す値が利用される。

図３（Ｂ）は、面Ｓ１１の非球面係数を示している。図３（Ｂ）では、面Ｓ１１の円錐係数Ｋの値および高次非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８の値が示されている。同様に、図３（Ｃ）は、面Ｓ１２の非球面係数を示している。

本実施例のレンズユニット１００では、焦点距離ｆは１．１５ｍｍであり、Ｆナンバは２．８であり、画角２ωは１８０度である。

また、本実施例のレンズユニット１００では、第１の評価値Ｈ１／２Ｙは１．７６であり、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１は０．４３であり、第３の評価値ΣＤ／２Ｙは７．５１である。

ここで、Ｈ１は、第１のレンズ群１１０のうちの最も物体側に設けられた第１レンズＬ１の物体側の面の有効半径である（図２参照）。なお、有効半径は、レンズホルダの存在に起因してレンズとして使用できない部分の寸法を考慮して決定される。２Ｙは、レンズユニット１００によって像面ＩＳに形成されるイメージサークルの直径２Ｙである（図２参照）。Ｒ１は、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１の曲率半径である（図３（Ａ）参照）。ΣＤは、第１のレンズ群１１０のうちの最も物体側に設けられた第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１と、像面ＩＳと、の間の光軸上の距離である（図２参照）。

なお、上記の３つの評価値については後述する。

Ａ−２．魚眼レンズユニットの特性：
図４は、魚眼レンズユニット１００の縦収差を示す説明図である。なお、図４（Ａ），（Ｂ）は、シミュレーション結果である。

図４（Ａ）は、球面収差を示す。周知のように、球面収差は、光軸上で光線が一点に集まらない現象である。図中、横軸は、光軸上における像面ＩＳからの距離（ｍｍ）を示しており、原点は像面ＩＳの中心点Ｏ（図２参照）を示している。縦軸は、入射高さを示している。例えば、入射高さ「０．０」（原点）は、光線束の中心である主光線を示しており、入射高さ「１．００」は、光線束の最も外側の光線を示している。

実線のグラフは、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときの球面収差を示している。破線のグラフは、波長４６０．００ｎｍの光を用いたときの球面収差を示している。一点鎖線のグラフは、波長６５６．２７ｎｍの光を用いたときの球面収差を示している。

本実施例では、波長５４６．０７ｎｍを基準としてレンズユニット１００が設計されている。このため、図４（Ａ）に示す実線のグラフでは、入射高さ「０．０」の光線は、像面ＩＳの中心点Ｏで光軸と交わっている。図示するように、各波長の光を用いたときの中心点Ｏからのズレ量は、約０．０３ｍｍ以下となっている。

図４（Ｂ）は、非点収差を示す。周知のように、非点収差は、サジタル像点とタンゼンシャル（メリジオナル）像点とが一致しない現象である。ここで、タンゼンシャル像点は、主光線と光軸とを含むタンゼンシャル平面内での光線束の結像位置を意味する。また、サジタル像点は、主光線を含み、タンゼンシャル平面に垂直なサジタル平面内での光線束の結像位置を意味する。図中、横軸は、光軸と平行な方向に沿った距離（ｍｍ）を示しており、原点は像面ＩＳ上の点を示している。なお、サジタル像点とタンゼンシャル像点との位置は、レンズユニット１００に入射する光の入射角に依存する。縦軸は、レンズユニット１００に入射する光の入射角を示している。符号Ｓが付された破線のグラフは、サジタル像点を示し、符号Ｔが付された二点鎖線のグラフは、タンゼンシャル像点を示す。

２つのグラフＳ，Ｔは、共に、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときに得られる。例えば、入射角が０度のときには、サジタル像点とタンゼンシャル像点とは、一致しており、該２つの像点は、像面ＩＳの中心点Ｏに形成される。入射角が９０度のときには、サジタル像点とタンゼンシャル像点とは、像面ＩＳから離れた位置に形成され、タンゼンシャル像点は、サジタル像点よりも像面ＩＳから離れた位置に形成される。なお、非点収差は、タンゼンシャル像点とサジタル像点との間のズレ量で評価される。図示するように、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときのズレ量は、約０．０２ｍｍ以下となっている。

図５は、魚眼レンズユニット１００の歪曲収差を示す説明図である。なお、図５（Ａ），（Ｂ）は、シミュレーション結果である。

周知のように、歪曲収差は、物体と像とが相似形にならない現象である。図５（Ａ），（Ｂ）の横軸は、像高の歪み（％）を示している。像高の歪みは、実際の像高をｙ，理想の像高をｙ０とすると、（ｙ−ｙ０）／ｙ０×１００で表される。ただし、図５（Ａ）では、理想像高ｙ０の値として、通常の値、すなわち、歪曲収差を許容しないｙ＝ｆ・ｔａｎθ（図１の曲線ＣＺ参照）で表される射影方式に従った値が利用されている。一方、図５（Ｂ）では、理想像高ｙ０の値として、歪曲収差を許容するｙ＝ｆ・θ（図１の曲線Ｃ３参照）で表される等距離射影方式に従った値が利用されている。縦軸は、レンズユニット１００に入射する光の入射角を示している。図５（Ａ），（Ｂ）のグラフは、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときの歪曲収差を示している。

前述したように、魚眼レンズでは、歪曲収差を意図的に発生させている。このため、図５（Ａ）では、入射角が大きくなる程、歪曲収差が大きくなっている。本実施例のレンズユニット１００では、等距離射影方式が採用されている。このため、図５（Ｂ）では、等距離射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みが示されている。図５（Ｂ）から分かるように、像高の歪みは、約１．５％以内となっている。

図６は、魚眼レンズユニット１００の横収差を示す説明図である。なお、図６は、シミュレーション結果である。

周知のように、横収差は、像面上の収差であり、コマ収差、倍率色収差などを含む。コマ収差は、光軸外において点像が尾を引く現象であり、倍率色収差は、光の波長に応じて倍率が異なる現象である。

図６（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、レンズユニット１００に入射する光の入射角が９０度，６０度，３０度，０度のときの横収差を示す。

図６（Ａ）〜（Ｄ）の左側の図は、タンゼンシャル平面における横収差を示しており、右側の図は、サジタル平面における横収差を示している。なお、サジタル平面における横収差は縦軸に対して対称であるため、図示が簡略化されている。

横軸は、光線束を構成する各光線の入射瞳面上における位置を示している。例えば、原点は、主光線を示しており、原点から最も離れた点は、入射瞳面上における光線束の最も外側の光線を示している。縦軸は、像面ＩＳ上の基準点と、光線束を構成する各光線と像面ＩＳとが交わる交点と、の間の距離（ｍｍ）を示している。ここで、基準点は、波長５４６．０７ｎｍの主光線が像面ＩＳと交わる点である。なお、図６（Ａ）〜（Ｄ）では、波長５４６．０７ｎｍの主光線の入射角が互いに異なるため、像面ＩＳ上の基準点は互いに異なる位置である。

実線のグラフは、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときの横収差を示している。破線のグラフは、波長４６０．００ｎｍの光を用いたときの横収差を示している。一点鎖線のグラフは、波長６５６．２７ｎｍの光を用いたときの横収差を示している。

上記のように、波長５４６．０７ｎｍの主光線が像面ＩＳと交わる点が基準点に設定されているため、図６（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれにおいて、実線のグラフは、原点を通っている。図示するように、各波長の光を用いたときの基準点からのズレ量は、約０．０１２５ｍｍ以下となっている。

以上説明したように、本実施例のレンズユニット１００では、第２のレンズ群１２０の最も像側に配置された第６レンズＬ６の双方の面Ｓ１１，Ｓ１２が非球面形状を有している。このため、比較的少数のレンズ（具体的には６枚のレンズ）を用いて、等距離射影方式（ｙ＝ｆ・θ）を採用したレンズユニット１００を構成することができる。また、収差が小さく、かつ、採用された射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みが小さいレンズユニット１００を得ることができる。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ−１．魚眼レンズユニットの構成：
図７は、第２実施例における撮像装置５０Ｂの要部を示す説明図である。図７は、図２とほぼ同じであるが、レンズユニット１００Ｂが変更されている。本実施例のレンズユニット１００Ｂでは、第１実施例と同様に、ｙ＝ｆ・θ（図１の曲線Ｃ３参照）で表される等距離射影方式が採用されている。

レンズユニット１００Ｂは、第１実施例と同様に、物体側に配置された第１のレンズ群１１０Ｂと、像側に配置された第２のレンズ群１２０Ｂと、第１のレンズ群１１０Ｂと第２のレンズ群１２０Ｂとの間に配置された絞り１３０Ｂと、を備えている。

第１のレンズ群１１０Ｂは、３枚のレンズで構成されている。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凹メニスカスレンズである。第２レンズＬ２は、物体側および像側に凹面を有する両凹レンズである。第３レンズＬ３は、物体側に凹面を有し、像側に凸面を有する凸メニスカスレンズである。

第２のレンズ群１２０Ｂは、２枚のレンズで構成されている。第４レンズＬ４は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凸メニスカスレンズである。第５レンズＬ５は、物体側に非球面形状の凹面を有し、像側に球面形状の凸面を有する非球面レンズである。

図８は、魚眼レンズユニット１００Ｂのレンズデータを示す説明図である。図８（Ａ）は、図３（Ａ）に対応する。本実施例では、第５レンズＬ５の物体側の面Ｓ１０が非球面形状を有している。図８（Ｂ）は、図３（Ｂ），（Ｃ）と同様に、面Ｓ１０の非球面係数を示している。

本実施例のレンズユニット１００Ｂでは、焦点距離ｆは１．１５ｍｍであり、Ｆナンバは２．８であり、画角２ωは１８０度である。

また、本実施例のレンズユニット１００Ｂでは、第１の評価値Ｈ１／２Ｙは１．７３であり、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１は０．３６であり、第３の評価値ΣＤ／２Ｙは６．３５である。なお、３つの評価値については後述する。

Ｂ−２．魚眼レンズユニットの特性：
図９は、魚眼レンズユニット１００Ｂの縦収差を示す説明図である。図９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ），（Ｂ）に対応する。図９（Ａ）に示すように、各波長の光を用いたときの中心点Ｏからのズレ量は、約０．０３ｍｍ以下となっている。また、図９（Ｂ）に示すように、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときのズレ量は、約０．０５ｍｍ以下となっている。

図１０は、魚眼レンズユニット１００Ｂの歪曲収差を示す説明図である。図１０（Ａ），（Ｂ）は、ぞれぞれ図５（Ａ），（Ｂ）に対応する。図１０（Ｂ）から分かるように、等距離射影方式（ｙ＝ｆ・θ）に従った理想像高を基準とする像高の歪みは、約１．５％以内となっている。

図１１は、魚眼レンズユニット１００Ｂの横収差を示す説明図である。図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図６（Ａ）〜（Ｄ）に対応する。図示するように、各波長の光を用いたときの基準点からのズレ量は、約０．０３ｍｍ以下となっている。

以上説明したように、本実施例のレンズユニット１００Ｂでは、第２のレンズ群１２０Ｂの最も像側に配置された第５レンズＬ５の物体側の面Ｓ１０が非球面形状を有している。このため、比較的少数のレンズ（具体的には５枚のレンズ）を用いて、等距離射影方式（ｙ＝ｆ・θ）を採用したレンズユニット１００Ｂを構成することができる。また、収差が小さく、かつ、採用された射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みが小さいレンズユニット１００Ｂを得ることができる。

Ｃ．第３実施例：
Ｃ−１．魚眼レンズユニットの構成：
図１２は、第３実施例における撮像装置５０Ｃの要部を示す説明図である。図１２は、図２とほぼ同じであるが、レンズユニット１００Ｃが変更されている。本実施例のレンズユニット１００Ｃでは、第１および第２実施例と異なり、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）（図１の曲線ＣＡ参照）で表される射影方式が採用されている。

レンズユニット１００Ｃは、第１実施例と同様に、物体側に配置された第１のレンズ群１１０Ｃと、像側に配置された第２のレンズ群１２０Ｃと、第１のレンズ群１１０Ｃと第２のレンズ群１２０Ｃとの間に配置された絞り１３０Ｃと、を備えている。

第１のレンズ群１１０Ｃは、４枚のレンズで構成されている。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凹メニスカスレンズである。第２レンズＬ２は、物体側に平面を有し、像側に凹面を有する平凹レンズである。第３レンズＬ３は、物体側に凹面を有し、像側に凸面を有する凹メニスカスレンズである。第４レンズＬ４は、物体側に凹面を有し、像側に凸面を有する凸メニスカスレンズである。

第２のレンズ群１２０Ｃは、３枚のレンズで構成されている。第５レンズＬ５は、物体側および像側に凸面を有する両凸レンズである。第６レンズＬ６は、物体側および像側に凹面を有する両凹レンズである。第７レンズＬ７は、物体側および像側に非球面形状の凸面を有する非球面レンズである。なお、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とは、接合されている。

図１３は、魚眼レンズユニット１００Ｃのレンズデータを示す説明図である。図１３（Ａ）は、図３（Ａ）に対応する。本実施例では、第７レンズＬ７の物体側の面Ｓ１３および像側の面Ｓ１４が非球面形状を有している。図１３（Ｂ），（Ｃ）は、図３（Ｂ），（Ｃ）と同様に、それぞれ、面Ｓ１３および面Ｓ１４の非球面係数を示している。

本実施例のレンズユニット１００Ｃでは、焦点距離ｆは１．０４ｍｍであり、Ｆナンバは２．８であり、画角２ωは１８０度である。

また、本実施例のレンズユニット１００Ｃでは、第１の評価値Ｈ１／２Ｙは１．７５であり、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１は０．４６であり、第３の評価値ΣＤ／２Ｙは７．５７である。なお、３つの評価値については後述する。

Ｃ−２．魚眼レンズユニットの特性：
図１４は、魚眼レンズユニット１００Ｃの縦収差を示す説明図である。図１４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ），（Ｂ）に対応する。図１４（Ａ）に示すように、各波長の光を用いたときの中心点Ｏからのズレ量は、約０．０１ｍｍ以下となっている。また、図１４（Ｂ）に示すように、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときのズレ量は、約０．０９ｍｍ以下となっている。

図１５は、魚眼レンズユニット１００Ｃの歪曲収差を示す説明図である。図１５（Ａ）は、図５（Ａ）に対応する。図１５（Ｂ）は、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）で表される射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みを示している。図１５（Ｂ）から分かるように、像高の歪みは、約０．３％以内となっている。

図１６は、魚眼レンズユニット１００Ｃの横収差を示す説明図である。図１６（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図６（Ａ）〜（Ｄ）に対応する。図示するように、各波長の光を用いたときの基準点からのズレ量は、約０．０２ｍｍ以下となっている。

以上説明したように、本実施例のレンズユニット１００Ｃは、第２のレンズ群１２０Ｃの最も像側に配置された第７レンズＬ７の双方の面Ｓ１３，Ｓ１４が非球面形状を有している。このため、比較的少数のレンズ（具体的には７枚のレンズ）を用いて、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）で表される射影方式を採用したレンズユニット１００Ｃを構成することができる。また、収差が小さく、かつ、採用された射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みが小さいレンズユニット１００Ｃを得ることができる。

Ｄ．第４実施例：
Ｄ−１．魚眼レンズユニットの構成：
図１７は、第４実施例における撮像装置５０Ｄの要部を示す説明図である。図１７は、図２とほぼ同じであるが、レンズユニット１００Ｄが変更されている。本実施例のレンズユニット１００Ｄでは、第３実施例と同様に、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）（図１の曲線ＣＡ参照）で表される射影方式が採用されている。

レンズユニット１００Ｄは、第１実施例と同様に、物体側に配置された第１のレンズ群１１０Ｄと、像側に配置された第２のレンズ群１２０Ｄと、第１のレンズ群１１０Ｄと第２のレンズ群１２０Ｄとの間に配置された絞り１３０Ｄと、を備えている。

第１のレンズ群１１０Ｄは、３枚のレンズで構成されている。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凹メニスカスレンズである。第２レンズＬ２は、物体側に凸面を有し、像側に凹面を有する凹メニスカスレンズである。第３レンズＬ３は、物体側に球面形状の凹面を有し、像側に非球面形状の凸面を有する非球面レンズである。

第２のレンズ群１２０Ｄは、３枚のレンズで構成されている。第４レンズＬ４は、物体側および像側に凸面を有する両凸レンズである。第５レンズＬ５は、物体側および像側に凹面を有する両凹レンズである。第６レンズＬ６は、物体側および像側に非球面形状の凸面を有する非球面レンズである。なお、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、接合されている。

図１８は、魚眼レンズユニット１００Ｄのレンズデータを示す説明図である。図１８（Ａ）は、図３（Ａ）に対応する。本実施例では、第３レンズＬ３の像側の面Ｓ６が非球面形状を有している。また、第６レンズＬ６の物体側の面Ｓ１１および像側の面Ｓ１２が非球面形状を有している。図３（Ｂ），（Ｃ）と同様に、図１８（Ｂ）は、第３レンズＬ３の面Ｓ６の非球面係数を示しており、図１８（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれ第６レンズＬ６の面Ｓ１１および面Ｓ１２の非球面係数を示している。

本実施例のレンズユニット１００Ｄでは、焦点距離ｆは１．０５ｍｍであり、Ｆナンバは２．８であり、画角２ωは１８０度である。

また、本実施例のレンズユニット１００Ｃでは、第１の評価値Ｈ１／２Ｙは２．１３であり、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１は０．４５であり、第３の評価値ΣＤ／２Ｙは７．８９である。なお、３つの評価値については後述する。

Ｄ−２．魚眼レンズユニットの特性：
図１９は、魚眼レンズユニット１００Ｄの縦収差を示す説明図である。図１９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図４（Ａ），（Ｂ）に対応する。図１９（Ａ）に示すように、各波長の光を用いたときの中心点Ｏからのズレ量は、約０．０１５ｍｍ以下となっている。また、図１９（Ｂ）に示すように、波長５４６．０７ｎｍの光を用いたときのズレ量は、約０．０４ｍｍ以下となっている。

図２０は、魚眼レンズユニット１００Ｄの歪曲収差を示す説明図である。図２０（Ａ）は、図５（Ａ）に対応する。図２０（Ｂ）は、図１５（Ｂ）と同様に、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）で表される射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みを示している。図２０（Ｂ）から分かるように、像高の歪みは、約０．１％以内となっている。

図２１は、魚眼レンズユニット１００Ｄの横収差を示す説明図である。図２１（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図６（Ａ）〜（Ｄ）に対応する。図示するように、各波長の光を用いたときの基準点からのズレ量は、約０．０１ｍｍ以下となっている。

以上説明したように、本実施例のレンズユニット１００Ｄは、第２のレンズ群１２０Ｄの最も像側に配置された第６レンズＬ６の双方の面Ｓ１１，Ｓ１２が非球面形状を有している。さらに、本実施例では、第１のレンズ群１１０Ｄの最も像側に配置された第３レンズＬ６の像側の面Ｓ６も非球面形状を有している。このため、比較的少数のレンズ（具体的には６枚のレンズ）を用いて、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）で表される射影方式を採用したレンズユニット１００Ｄを構成することができる。また、収差が小さく、かつ、採用された射影方式に従った理想像高を基準とする像高の歪みが小さいレンズユニット１００Ｄを得ることができる。

Ｅ．魚眼レンズユニットの評価値：
第１ないし第４実施例で説明したように、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、第１の評価値Ｈ１／２Ｙは、それぞれ、１．７６，１．７３，１．７５，２．１３であり、以下の条件（ａ）を満足している。

条件（ａ）：１．５＜Ｈ１／２Ｙ＜２．５

第１の評価値Ｈ１／２Ｙが上限値（２．５）以上である場合には、第１レンズＬ１が大口径となってしまう。また、第１の評価値Ｈ１／２Ｙが下限値（１．５）以下である場合には、非点収差やコマ収差などの軸外収差の補正が困難である。

しかしながら、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、条件（ａ）が満足されているため、第１レンズＬ１を小径化することができる。また、軸外収差を比較的容易に補正することができ、この結果、軸外収差の少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。

また、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１は、それぞれ、０．４３，０．３６，０．４６，０．４５であり、以下の条件（ｂ）を満足している。

条件（ｂ）：０．２５＜Ｈ１／Ｒ１＜０．５

第２の評価値Ｈ１／Ｒ１が上限値（０．５）以上である場合には、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１が物体側に大きく突出するため、第１レンズＬ１の作製が非常に困難となってしまうと共に、第１レンズＬ１の取り扱いも不便となる。さらに、第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１が物体側に大きく突出していると、迷光に起因するゴーストやフレアが発生し易くなる。また、第２の評価値Ｈ１／Ｒ１が下限値（０．２５）以下である場合には、入射角９０度近傍の光線束は、非常に急峻な角度で第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１に入射し、大きく屈折する。このため、この屈折に起因して発生する非点収差や倍率色収差などの軸外収差を補正することが困難となってしまうと共に、充分な周辺光量を確保することが困難となってしまう。

しかしながら、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、条件（ｂ）が満足されているため、第１レンズＬ１を比較的容易に作製することができると共に比較的容易に取り扱うことができる。また、ゴーストやフレアの発生を低減することができる。さらに、入射角９０度近傍の光線束は、比較的緩やかな角度で第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１に入射する。このため、軸外収差を比較的容易に低減することができ、この結果、軸外収差の少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。また、充分な周辺光量を確保することができる。

さらに、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、第３の評価値ΣＤ／２Ｙは、それぞれ、７．５１，６．３５，７．５７，７．８９であり、以下の条件（ｃ）を満足している。

条件（ｃ）：６．０＜ΣＤ／２Ｙ＜８．０

第３の評価値ΣＤ／２Ｙが上限値（８．０）以上である場合には、レンズユニットが大型化してしまう。また、第３の評価値ΣＤ／２Ｙが下限値（６．０）以下である場合には、個々のレンズのパワーが大きくなって、球面収差、コマ収差、非点収差、倍率色収差などの補正が困難となる。また、ｙ＝ｆ・θやｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）などで表される射影方式を採用しつつ、充分な画角（例えば１８０度）を得ることも困難となる。

しかしながら、各レンズユニット１００，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄでは、条件（ｃ）が満足されているため、レンズユニットを小型化することができる。また、球面収差、コマ収差、非点収差、倍率色収差などを比較的容易に補正することができ、この結果、各収差の少ない高性能なレンズユニットを得ることができる。さらに、ｙ＝ｆ・θやｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）などで表される射影方式を採用しつつ、容易に充分な画角を得ることができる。

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）第１および第２実施例の魚眼レンズユニットでは、ｙ＝ｆ・θで表される等距離射影方式が採用されており、第３および第４実施例の魚眼レンズユニットでは、ｙ＝３・ｆ・ｔａｎ（θ／３）で表される射影方式が採用されているが、他の射影方式も採用可能である。例えば、立体射影方式（ｙ＝２・ｆ・ｔａｎ（θ／２））などのｙ＝α・ｆ・ｔａｎ（θ／β）で表される射影方式を採用可能である。なお、βの値としては、１より大きな任意の正の値（例えば、２以上の正の値）を採用可能である。ただし、βの値としては、通常、１．５より大きな任意の正の値が採用される。また、αの値としては、例えば、０．９β≦α≦１．１βを満足する値を採用可能である。

すなわち、本発明における魚眼レンズユニットは、上記のｙ＝ｆ・θまたはｙ＝α・ｆ・ｔａｎ（θ／β）で表される所定の射影方式を採用していればよい。換言すれば、本発明における魚眼レンズユニットは、所定の入射角（例えば８０度）における入射角の増加量に対する像高の増加量で表される変化量（Δｙ／Δθ）が等距離射影方式を採用する場合の変化量以上となる所定の射影方式を採用していればよい。

（２）第１，第２，第４実施例では、物体側に設けられた第１のレンズ群は、３枚のレンズで構成されており、第３実施例では、第１のレンズ群は、４枚のレンズで構成されている。

また、第１，第３，第４実施例では、像側に設けられた第２のレンズ群は、３枚のレンズで構成されており、第２実施例では、第２のレンズ群は、２枚のレンズで構成されている。

一般には、物体側に設けられた第１のレンズ群は、３枚または４枚のレンズで構成されていればよい。また、像側に設けられた第２のレンズ群は、２枚または３枚のレンズで構成されていればよい。

（３）第１，第３，第４実施例では、第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた非球面レンズは、双方の面に非球面形状を有している。また、第２実施例では、非球面レンズは、物体側の面のみに非球面形状を有している。これに代えて、非球面レンズは、像側の面のみに非球面形状を有していてもよい。なお、非球面レンズが一方の面のみに非球面形状を有する場合には、双方の面に非球面形状を有する場合と比較して、非球面レンズを比較的容易に作製することができるという利点がある。

一般には、第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた最終レンズは、少なくとも一方の面に非球面形状を有する非球面レンズであればよい。

（４）上記実施例では、魚眼レンズユニットを備える撮像装置について説明した。撮像装置は、例えば、スチルカメラや監視カメラに適用可能である。

また、上記実施例では、撮像装置の固体撮像素子２００の像面ＩＳには、歪曲収差を有する略円形の画像が形成されるが、撮像装置は、さらに、固体撮像素子２００によって得られた略円形の画像を処理するための処理回路を備えていてもよい。処理回路は、例えば、略円形の画像を、魚眼レンズユニットの射影方式に基づいて補正するようにしてもよい。こうすれば、歪みのない画像を得ることができる。

（５）上記実施例では、魚眼レンズユニットは、撮像装置に適用されているが、これに代えて、プロジェクタなどの投影装置に適用されてもよい。

射影方式に応じた入射角と像高との関係を示す説明図である。 第１実施例における撮像装置５０の要部を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００のレンズデータを示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００の縦収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００の歪曲収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００の横収差を示す説明図である。 第２実施例における撮像装置５０Ｂの要部を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｂのレンズデータを示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｂの縦収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｂの歪曲収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｂの横収差を示す説明図である。 第３実施例における撮像装置５０Ｃの要部を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｃのレンズデータを示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｃの縦収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｃの歪曲収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｃの横収差を示す説明図である。 第４実施例における撮像装置５０Ｄの要部を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｄのレンズデータを示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｄの縦収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｄの歪曲収差を示す説明図である。 魚眼レンズユニット１００Ｄの横収差を示す説明図である。

符号の説明

５０，Ｂ〜Ｄ…撮像装置
１００，Ｂ〜Ｄ…魚眼レンズユニット
１１０，Ｂ〜Ｄ…第１のレンズ群
１２０，Ｂ〜Ｄ…第２のレンズ群
１３０，Ｂ〜Ｄ…絞り
１５０…光学要素
２００…固体撮像素子

Claims (7)

1. 所定の入射角における入射角の増加量に対する像高の増加量で表される変化量が等距離射影方式を採用する場合の前記変化量以上となる所定の射影方式を採用した魚眼レンズユニットであって、
   物体側に設けられた第１のレンズ群と、
   像側に設けられた第２のレンズ群と、
   前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との間に設けられた絞りと、
   を備え、
   前記第１のレンズ群は、
   ３枚または４枚のレンズで構成されており、
   前記第２のレンズ群は、
   ２枚または３枚のレンズで構成されており、
   前記第２のレンズ群のうちの最も像側に設けられた最終レンズは、少なくとも一方の面に非球面形状を有する非球面レンズであることを特徴とする魚眼レンズユニット。
2. 請求項１記載の魚眼レンズユニットであって、
   前記非球面レンズは、双方の面に非球面形状を有する、魚眼レンズユニット。
3. 請求項１記載の魚眼レンズユニットであって、
   前記非球面レンズは、一方の面のみに非球面形状を有する、魚眼レンズユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の魚眼レンズユニットであって、
   １．５＜Ｈ１／２Ｙ＜２．５を満足する、魚眼レンズユニット。
   ここで、Ｈ１は、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面の有効半径であり、２Ｙは、前記魚眼レンズユニットによって像面上に形成されるイメージサークルの直径である。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の魚眼レンズユニットであって、
   ０．２５＜Ｈ１／Ｒ１＜０．５を満足する、魚眼レンズユニット。
   ここで、Ｈ１は、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面の有効半径であり、Ｒ１は、前記第１レンズの物体側の面の曲率半径である。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の魚眼レンズユニットであって、
   ６．０＜ΣＤ／２Ｙ＜８．０を満足する、魚眼レンズユニット。
   ここで、ΣＤは、前記第１のレンズ群のうちの最も物体側に設けられた第１レンズの物体側の面と、像面と、の間の光軸上の距離であり、２Ｙは、前記魚眼レンズユニットによって像面上に形成されるイメージサークルの直径である。
7. 撮像装置であって、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の前記魚眼レンズユニットと、
   撮像素子と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。

Images