JP2010276755A - 超広角アナモルフィックレンズ - Google Patents

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JP2010276755A JP2009127485A JP2009127485A JP2010276755A JP 2010276755 A JP2010276755 A JP 2010276755A JP 2009127485 A JP2009127485 A JP 2009127485A JP 2009127485 A JP2009127485 A JP 2009127485A JP 2010276755 A JP2010276755 A JP 2010276755A
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Abstract

【課題】少ないレンズ枚数で車載カメラ等で使用する場合に必要な部分の写り込みが少なく、レンズ性能が良好で低コスト且つコンパクトな超広角アナモルフィックレンズ。
【解決手段】水平方向の画角が１８０°以上の超広角アナモルフィックレンズにおいて、
物体側から順に、負のパワーを有しガラス球面から成る第１レンズと、負のパワーを有し少なくとも１面以上の非回転対称非球面を有する第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、正のパワーを有する第４レンズから構成され、
前記第３レンズ若しくは前記第４レンズの何れかに少なくとも１面以上の非回転対称非球面を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は小型の広角レンズ系に関するものであり、特に車載カメラ用等の固体撮像素子を用いたデジタル入力機器に好適で、光学性能が良好で低コスト且つコンパクトな用超広角アナモルフィックレンズに関するものである。
固体撮像素子を用いた監視カメラや車載カメラ等に利用され、画角が１８０°を超える超広角レンズが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１においては超広角であるがために、車載カメラ等で使用する場合に撮像素子の短辺方向即ち垂直方向に空や地面等の不要な部分が多く写りこんでしまうという問題があった。
また、特許文献２においては、６枚構成であり、レンズが大型化してしまうという問題があった。
特開２００８−２７６１８５号公報 特開２００８−２９２８００号公報
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、少ないレンズ枚数で車載カメラ等で使用する場合に不要な部分の写り込みが少なく、レンズ性能が良好で低コスト且つコンパクトな超広角アナモルフィックレンズを提案することを目的とする。
上記目的は下記に記載した発明により達成される。
１．水平方向の画角が１８０°以上の超広角アナモルフィックレンズにおいて、
物体側から順に、負のパワーを有しガラス球面から成る第１レンズと、負のパワーを有し少なくとも１面以上の非回転対称非球面を有する第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、正のパワーを有する第４レンズから構成され、
前記第３レンズ若しくは前記第４レンズの何れかに少なくとも１面以上の非回転対称非球面を設けたことを特徴とする超広角アナモルフィックレンズ。
２．前記第３レンズ若しくは前記第４レンズの何れかに少なくとも１面以上の非球面を設けたことを特徴とする前記１に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
３．以下の条件式を満足することを特徴とする前記１又は前記２に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
−０．８０＜ｆｘ１２／ｆｘ３４＜−０．３５
但し、
ｆｘ１２：水平方向の前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離
ｆｘ３４：水平方向の前記第３レンズと前記第４レンズの合成焦点距離
４．以下の条件式を満足することを特徴とする前記１〜３の何れか１項に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
９０°≦２ωｙ≦１３５°
但し、
２ωｙ：垂直方向の画角
本発明の超広角アナモルフィックレンズによれば、レンズ４枚構成で固体撮像素子用撮像レンズ系として不必要な部分の写り込みが少なく、レンズ性能が良好で、低コスト且つコンパクトになるという効果を奏する。
超広角アナモルフィックレンズの実施例１のレンズ構成図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例２のレンズ構成図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例３のレンズ構成図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例４のレンズ構成図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例５のレンズ構成図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例６のスポット図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例７のスポット図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例８のスポット図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例９のスポット図である。 超広角アナモルフィックレンズの実施例１０のスポット図である。 評価ポイントの位置を示す図である。
以下、図を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１〜５は、本発明の超広角アナモルフィックレンズレンズ構成図であって、実施例１乃至実施例５に対応する。なお、各図において、（Ａ）は水平方向の断面図、（Ｂ）は垂直方向の断面図である。
また、本明細書において「パワー」とは、焦点距離の逆数で定義される量を表す。
図１〜５における超広角アナモルフィックレンズは、物体側から順に負のパワーを有する第１レンズＬ１と、負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正のパワーを有する第３レンズＬ３と、開口絞りＳと、正のパワーを有する第４レンズＬ４と、ガラスフィルタＧＦとから構成される。
詳しくは、第１レンズＬ１はガラスレンズで両面が球面で構成され、第２レンズＬ２は少なくとも１面以上が非回転対称非球面を有するプラスチックレンズで構成され、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４のいずれかに１面以上の非回転対称非球面を設けている。
このように構成することにより、不要な範囲が写り込まず良好な性能を有するアナモルフィックレンズを得ることができる。
更に、第１レンズＬ１をガラス球面レンズで構成することにより、例えば車載レンズ等に使用する場合に前面に保護カバーなどを設ける必要がなくなる。
更に、第２レンズＬ２レンズに少なくとも１面以上の非回転対称非球面を用いることにより、水平方向及び垂直方向の画角を所望の値にコントロールすることができ、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４に少なくとも１面の非回転対称非球面を有するプラスチックレンズレンズを配置することにより、第２レンズＬ２で生じる水平方向及び垂直方向でのピント位置のズレを補正することができる。
次に、各実施例の超広角アナモルフィックレンズが満足すべき条件を説明する。
先ず、水平方向の画角は１８０°以上である。
次に、下記の条件式（１）を満足する。
−０．８０＜ｆｘ１２／ｆｘ３４＜−０．３５・・・（１）
但し、
ｆｘ１２：水平方向の第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の合成焦点距離
ｆｘ３４：水平方向の第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の合成焦点距離
条件式（１）はレンズ全長、レンズバック及び光学性能を最適にするための条件式であり、条件式（１）を下回ると十分なレンズバックを確保することが困難になり、上回るとレンズバックが長くなって大型化し、更には像面湾曲の悪化を招くことになる。
なお、水平方向とは撮像素子における長辺方向であってＸ方向とし、垂直方向とは撮像素子における短辺方向であってＹ方向とする。
また、下記の条件式（２）を満足する。
９０°≦２ωｙ≦１３５°・・・（２）
但し、
２ωｙ：垂直方向の画角
条件式（２）は垂直方向の画角を最適にするための条件式である。条件式（２）を下回ると必要な部分が写り込まなくなり、上限を上回ると撮像素子に写り込む不要な範囲が大きくなり、またアナモルフィックにするメリットが小さくなる。
以下、本発明に係る超広角アナモルフィックレンズの実施例を図を参照して説明する。
非球面（ＡＳＰ）と記した面は、非球面の面形状を表す以下の式で定義するものとする。
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ・Ｈ２／｛１＋（１−ε・Ｃ２・Ｈ２）１／２｝＋ΣＡｉ・Ｈｉ
但し、
Ｈ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）
Ｃ：近軸曲率
ε：２次曲面パラメータ
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｈｉ：Ｈのｉ乗を表す記号
アナモルフィック面（ＡＡＳ）と記した面は、非回転対称非球面の面形状を表す以下の式で定義するものとする。
ｚ＝（ＣＸ・ｘ２＋ＣＹ・ｙ２）／［１＋｛１−（１＋ＫＸ）・ＣＸ２・ｘ２−（１＋ＫＹ）・ＣＹ２・ｙ２｝１／２］
＋ＡＲ・［（１−ＡＰ）・ｘ２＋（１＋ＡＰ）・ｙ２］２＋ＢＲ・［（１−ＢＰ）・ｘ２＋（１＋ＢＰ）・ｙ２］３
＋ＣＲ・［（１−ＣＰ）・ｘ２＋（１＋ＣＰ）・ｙ２］４＋ＤＲ・［（１−ＤＰ）・ｘ２＋（１＋ＤＰ）・ｙ２］５
但し、
ｚ：座標（ｘ，ｙ）の位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準のサグ量）
ＣＸ，ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ，ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数 ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ，ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
（実施例１）
・全体諸元を以下に示す。
ｆ：０．８９４ｍｍ（Ｘ方向）、１．２４４（Ｙ方向）
Ｆ：２．８
・面データを以下に示す。
面番号 Ｙ曲率半径 Ｘ曲率半径 間隔 屈折率 分散
１ Ｌ１ 16.464 − 0.800 1.88300 40.99
２ Ｌ１ 5.145 − 3.604
３(AAS) Ｌ２ -3.772 -5.1485 0.800 1.53048 55.72
４(AAS) Ｌ２ 5.291 2.0015 1.467
５(ASP) Ｌ３ 3.473 − 2.018 1.63200 23.41
６(ASP) Ｌ３ -6.028 − 0.973
７ 絞り ∞ − 0.580
８(ASP) Ｌ４ 4.871 − 1.458 1.53048 55.72
９(AAS) Ｌ４ -2.167 -1.6044 1.339
10 ＣＧ ∞ − 0.300 1.52550 64.17
11 ∞ − 0.500
12 像面
・ＡＡＳ面データを以下に示す。
面番号 ３ ４ ９
ＫＹ -0.5563 5.8767 -2.0541
ＡＲ 3.23359E-02 2.34938E-02 -3.01557E-09
ＢＲ -3.55814E-03 1.32908E-02 1.65168E-06
ＣＲ 2.07973E-04 -2.75989E-03 4.82074E-03
ＤＲ -5.00855E-06 7.56389E-05 1.43798E-04
ＫＸ 0.5076 -0.6926 -2.3176
ＡＰ 1.24310E-01 1.04531E-01 -1.13013E+03
ＢＰ 9.88335E-02 2.45036E-02 1.23269E+01
ＣＰ 9.34806E-02 7.26617E-03 -9.23373E-02
ＤＰ 1.13389E-01 -4.39409E-02 3.88351E-01
・ＡＳＰ面データを以下に示す。
面番号 ５ ６ ８
Ｋ 0.8981 -17.2576 0.0000
Ａ１ -6.69416E-04 6.87062E-03 -9.99425E-04
Ａ２ 1.79921E-03 2.91147E-03 -5.86726E-02
Ａ３ 3.88077E-04 4.74670E-04 1.20083E-01
Ａ４ -6.28225E-06 2.51092E-04 -6.34146E-02
Ａ５ -7.83884E-06 -1.80108E-04 0.00000E+00
・条件式に対応する値を以下に示す。
条件式（１） -0.498
条件式（２） 114.2°
なお、実施例１のスポット図を図６に示し、評価ポイントの位置を図１１に示す。
（実施例２）
・全体諸元を以下に示す。
ｆ：０．８８５ｍｍ（Ｘ方向）、１．３５８（Ｙ方向）
Ｆ：２．８
・面データを以下に示す。
面番号 Ｙ曲率半径 Ｘ曲率半径 間隔 屈折率 分散
１ Ｌ１ 20.424 − 0.800 1.88300 40.99
２ Ｌ１ 4.905 − 3.467
３(AAS) Ｌ２ -4.380 -5.0754 0.800 1.53048 55.72
４(AAS) Ｌ２ 5.762 2.0747 1.133
５(ASP) Ｌ３ 2.723 − 2.454 1.63200 23.41
６(ASP) Ｌ３ -14.289 − 0.997
７ 絞り ∞ − 0.565
８(ASP) Ｌ４ 3.811 − 1.484 1.53048 55.72
９(AAS) Ｌ４ -2.271 -1.5444 1.329
10 ＣＧ ∞ − 0.300 1.52550 64.17
11 ＣＧ ∞ − 0.500
12 像面
・ＡＡＳ面データを以下に示す。
面番号 ３ ４ ９
ＫＹ -0.2651 6.4516 -4.4230
ＡＲ 3.25615E-02 2.37774E-02 -1.04352E-09
ＢＲ -3.49922E-03 1.22973E-02 5.11842E-07
ＣＲ 2.01802E-04 -2.74017E-03 6.83300E-03
ＤＲ -4.59923E-06 4.29457E-05 -2.80140E-06
ＫＸ 0.7623 -0.5752 -2.9048
ＡＰ 1.13847E-01 1.64547E-01 -1.98555E+03
ＢＰ 9.96449E-02 2.98113E-02 2.04237E+01
ＣＰ 8.87126E-02 3.93205E-02 -1.19990E-01
ＤＰ 1.16625E-01 1.37833E-01 2.66487E+00
・ＡＳＰ面データを以下に示す。
面番号 ５ ６ ８
Ｋ -0.4233 -45.0628 0.0000
Ａ１ 9.59835E-03 2.66452E-02 1.19622E-02
Ａ２ 1.57182E-03 4.66365E-03 -5.19800E-02
Ａ３ 3.36003E-04 1.18103E-03 9.30393E-02
Ａ４ 3.67409E-05 1.26530E-03 -4.39054E-02
Ａ５ -9.00242E-06 -8.20997E-04 0.00000E+00
・条件式に対応する値を以下に示す。
条件式（１） -0.405
条件式（２） 105.3°
なお、実施例２のスポット図を図７に示し、評価ポイントの位置を図１１に示す。
（実施例３）
・全体諸元を以下に示す。
ｆ：０．８８９ｍｍ（Ｘ方向）、１．３７６（Ｙ方向）
Ｆ：２．８
・面データを以下に示す。
面番号 Ｙ曲率半径 Ｘ曲率半径 間隔 屈折率 分散
１ Ｌ１ 18.876 − 0.800 1.88300 40.99
２ Ｌ１ 5.529 − 3.458
３(AAS) Ｌ２ -4.688 -5.0826 0.800 1.53048 55.72
４(AAS) Ｌ２ 5.238 1.9446 1.398
５(ASP) Ｌ３ 3.275 − 2.179 1.63200 23.41
６(ASP) Ｌ３ -7.785 − 1.022
７ 絞り ∞ − 0.576
８(ASP) Ｌ４ 4.202 − 1.467 1.53048 55.72
９(AAS) Ｌ４ -2.315 -1.5795 1.332
10 ＣＧ ∞ − 0.300 1.52550 64.17
11 ＣＧ ∞ − 0.500
12 像面
・ＡＡＳ面データを以下に示す。
面番号 ３ ４ ９
ＫＹ 0.3202 6.2968 -5.6782
ＡＲ 3.27486E-02 1.77863E-02 -1.29422E-08
ＢＲ -3.53310E-03 1.30919E-02 2.00762E-06
ＣＲ 2.09502E-04 -2.78898E-03 6.17607E-03
ＤＲ -4.97098E-06 6.16216E-05 1.22144E-03
ＫＸ 0.5462 -0.6570 -2.5007
ＡＰ 1.34612E-01 1.38020E-01 -4.73378E+02
ＢＰ 1.02707E-01 7.87749E-03 1.41622E+01
ＣＰ 9.25191E-02 1.72893E-02 -1.33233E-01
ＤＰ 1.04654E-01 -1.38893E-03 5.23389E-02
・ＡＳＰ面データを以下に示す。
面番号 ５ ６ ８
Ｋ 0.7989 -25.1917 0.0000
Ａ１ 7.11809E-04 1.25232E-02 1.07424E-02
Ａ２ 1.80067E-03 6.63945E-03 -5.87009E-02
Ａ３ 4.08395E-04 9.96173E-04 1.05559E-01
Ａ４ -4.62927E-06 2.97866E-04 -4.80929E-02
Ａ５ -6.07015E-06 -3.48871E-04 0.00000E+00
・条件式に対応する値を以下に示す。
条件式（１） -0.477
条件式（２） 95.6°
なお、実施例３のスポット図を図８に示し、評価ポイントの位置を図１１に示す。
（実施例４）
・全体諸元を以下に示す。
ｆ：０．８９７ｍｍ（Ｘ方向）、１．１８４（Ｙ方向）
Ｆ：２．８
・面データを以下に示す。
面番号 Ｙ曲率半径 Ｘ曲率半径 間隔 屈折率 分散
１ Ｌ１ 18.013 − 0.800 1.88300 40.99
２ Ｌ１ 5.105 − 3.574
３(AAS) Ｌ２ -3.812 -5.3990 0.782 1.53048 55.72
４(AAS) Ｌ２ 5.291 2.1503 1.530
５(ASP) Ｌ３ 3.657 − 2.351 1.63200 23.41
６(ASP) Ｌ３ -5.673 − 0.962
７ 絞り ∞ − 0.603
８(ASP) Ｌ４ 5.118 − 1.462 1.53048 55.72
９(AAS) Ｌ４ -2.091 -1.6495 1.335
10 ＣＧ ∞ − 0.300 1.52550 64.17
11 ＣＧ ∞ − 0.500
12 像面
・ＡＡＳ面データを以下に示す。
面番号 ３ ４ ９
ＫＹ -0.4271 5.3623 -0.9995
ＡＲ 3.19124E-02 2.53121E-02 -1.72254E-09
ＢＲ -3.58597E-03 1.35493E-02 -6.61578E-07
ＣＲ 2.07543E-04 -2.87881E-03 6.50075E-03
ＤＲ -4.85217E-06 7.50552E-05 1.82829E-05
ＫＸ 0.3916 -0.7267 -1.4000
ＡＰ 1.19039E-01 1.44536E-01 -1.26481E+03
ＢＰ 9.96096E-02 3.22441E-02 8.00968E+00
ＣＰ 9.57837E-02 1.89816E-02 -1.12148E-01
ＤＰ 1.04476E-01 -7.01281E-02 8.75480E-02
・ＡＳＰ面データを以下に示す。
面番号 ５ ６ ８
Ｋ 1.0923 -15.4404 0.0000
Ａ１ -2.29057E-04 8.65239E-03 -4.42387E-03
Ａ２ 1.64168E-03 3.48047E-03 -6.45804E-02
Ａ３ 3.24556E-04 9.22530E-04 1.15013E-01
Ａ４ -7.80437E-06 2.23599E-04 -4.87627E-02
Ａ５ -7.64473E-06 -2.45255E-04 0.00000E+00
・条件式に対応する値を以下に示す。
条件式（１） -0.493
条件式（２） 129°
なお、実施例４のスポット図を図９に示し、評価ポイントの位置を図１１に示す。
（実施例５）
・全体諸元を以下に示す。
ｆ：０．８８９ｍｍ（Ｘ方向）、１．０９０（Ｙ方向）
Ｆ：２．８
・面データを以下に示す。
面番号 Ｙ曲率半径 Ｘ曲率半径 間隔 屈折率 分散
１ Ｌ１ 13.831 − 0.800 1.88300 40.99
２ Ｌ１ 5.832 − 4.006
３(AAS) Ｌ２ -4.655 -5.2392 0.800 1.53048 55.72
４(AAS) Ｌ２ 8.679 2.5413 1.395
５(ASP) Ｌ３ 8.888 − 2.011 1.63200 23.41
６(AAS) Ｌ３ -7.679 -4.7672 1.075
７ 絞り ∞ − 0.537
８(ASP) Ｌ４ 3.841 − 1.469 1.53048 55.72
９(ASP) Ｌ４ -1.546 − 1.327
10 ＣＧ ∞ − 0.300 1.52550 64.17
11 ＣＧ ∞ − 0.500
12 像面
・ＡＡＳ面データを以下に示す。
面番号 ３ ４ ６
ＫＹ 0.1801 17.1672 -34.0603
ＡＲ 3.20002E-02 2.77317E-02 2.97326E-02
ＢＲ -3.49864E-03 1.33204E-02 3.56388E-03
ＣＲ 1.96694E-04 -1.92605E-03 6.72755E-04
ＤＲ -4.10978E-06 -5.53166E-05 -5.38284E-04
ＫＸ 0.8342 -0.8237 2.5883
ＡＰ 1.37487E-01 5.37835E-02 -1.02351E-01
ＢＰ 1.02097E-01 -1.72304E-02 6.31736E-01
ＣＰ 8.89248E-02 6.78484E-02 -9.49645E-02
ＤＰ 1.16655E-01 -2.76747E-01 2.82253E-01
・ＡＳＰ面データを以下に示す。
面番号 ５ ８ ９
Ｋ 11.1669 0.0000 -1.7327
Ａ１ 1.68445E-02 -1.47886E-02 -1.23974E-03
Ａ２ 2.28299E-03 -2.22380E-02 6.17933E-03
Ａ３ 2.80033E-04 5.58483E-02 8.70962E-03
Ａ４ -5.59305E-05 -2.86024E-02 -5.14093E-03
Ａ５ 5.46074E-06 0.00000E+00 1.43961E-03
・条件式に対応する値を以下に示す。
条件式（１） -0.764
条件式（２） 111.1°
なお、実施例５のスポット図を図１０に示し、評価ポイントの位置を図１１に示す。
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｓ 開口絞り
ＧＦ ガラスフィルタ

Claims (4)

  1. 水平方向の画角が１８０°以上の超広角アナモルフィックレンズにおいて、
    物体側から順に、負のパワーを有しガラス球面から成る第１レンズと、負のパワーを有し少なくとも１面以上の非回転対称非球面を有する第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、正のパワーを有する第４レンズから構成され、
    前記第３レンズ若しくは前記第４レンズの何れかに少なくとも１面以上の非回転対称非球面を設けたことを特徴とする超広角アナモルフィックレンズ。
  2. 前記第３レンズ若しくは前記第４レンズの何れかに少なくとも１面以上の非球面を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
  3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
    −０．８０＜ｆｘ１２／ｆｘ３４＜−０．３５
    但し、
    ｆｘ１２：水平方向の前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離
    ｆｘ３４：水平方向の前記第３レンズと前記第４レンズの合成焦点距離
  4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超広角アナモルフィックレンズ。
    ９０°≦２ωｙ≦１３５°
    但し、
    ２ωｙ：垂直方向の画角
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