JP4683213B2

JP4683213B2 - 魚眼レンズ及び撮像装置

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Publication number: JP4683213B2
Application number: JP2005349082A
Authority: JP
Inventors: 孝一若宮
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Description

本発明は、魚眼レンズ及びそれを使用した撮像装置に関するものである。

中心窩（ちゅうしんか）光学系というのは、人の目の機能を模した光学系であって、視界が極めて広く、尚且つ視野中央部に着目すれば高い解像力が得られる光学系である。このような光学系については、例えば、特開２００４−３５４５７２号公報、特開２０００−２２１３９１号公報に記載されている。

特開２００４−３５４５７２号公報特開２０００−２２１３９１号公報特開２００３−１６７１９５号公報特開２００４−３５４５７２号公報

中心窩光学系の機能に類似する光学系にはさまざまな案が知られる。写角の狭い望遠レンズと広角レンズを組み合わせた複数光学系では、システムの煩雑性、大型化が決定的な欠点である。これを２眼光学系で実現させれば被写体とのパララックスも問題となる。

ズームレンズの使用も考えられるが、広視野と高解像力を同時に満たすことは困難である。必ずズーミングによる時間経過と、瞬時にはどちらか一方しか確認できないという特性を持ち、それが難点である。一般にレンズの長大化、大型化が避けられないのも大きな欠点である。

特開２００３−１６７１９５号公報には、反射屈折光学系も提案されている。しかしながら、反射屈折光学系においては視野の最重要地点である中央部が盲点になり、ドーナツ状しか観察できない。また、一般に、加工精度が難しく高い解像力が得られていない。反射屈折式光学系の中央部を透過式にして、中央部のみを拡大した像にする工夫も行われているが、広角と望遠の画像が不連続なためシステムを組む際に極めて使いづらい状況であった。

特開２００４−３５４５７２号公報には、１本の広角光学系で中心窩光学系を実現する方法が記載されている。この光学系は、視野中央部では画像の歪曲歪みを小さく、周縁になるに従って負の樽型の歪曲収差を発生させるレンズである。しかしながら、この中心窩レンズも視野を180度程度まで広角化するには至らず、また、歪曲歪みを優先する余り、部分的に解像度が不十分となったり、眼にとってのもう一つの重要な特性、すなわち視野の周辺まで極力均一若しくは一層高感度な感度を有する点の配慮がおろそかとなって周辺の暗い、従って実質的に視野が一層狭いレンズとなってしまうという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、1本の広角光学系で、極めて小型で広い視野を持ち、その上で視野全域に渡って高い解像力と、周辺まで照度が保たれた中心窩光学系を実現可能な魚眼レンズ、及びその魚眼レンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、物体側より、像側に凹面を向けた２枚の凹レンズ、像側に凹面を向けた、全体として凸または凹の屈折力を持つ接合レンズ、の合計３群より成る前群と、３群の凸レンズよりなる後群より構成される魚眼レンズであって、前群に少なくとも１組、後群に1組のみの接合レンズを含み、少なくとも前群の第一凹レンズの第一面は非球面であり、かつ以下の条件を満足することを特徴とする入射角６０度以上の魚眼レンズである。
（１）前記前群の第一凹レンズの第一面非球面を式

で表わした時、Ｙ_ｍａｘ＞Ｙ＞0.5ｆの範囲で、ｄｘ／ｄＹ＞０
ただし、非球面式は、Ｘは光軸方向、Ｙは光軸と垂直な方向の座標を示し、光軸と第一凹レンズの第一面頂点との交点を原点とし、光軸を回転中心とする回転非球面である。また、Ｙ_ｍａｘはレンズの有効半径の最大値、Ｒ１は第一凹レンズの第一面の曲率半径、ｆはレンズ系全体の焦点距離、κ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは定数である。
（２）レンズの投影関数を、ｈ=ｆ＊sinωを基準スケールに取ったとき、入射角ω＝60度のときの歪曲収差量Ｖが、−１０％≧Ｖ≧−１６％である。
ただし、Ｖ＝（Ｈ−ｈ）＊100／ｈ（％）であり、Ｈは入射角ω＝60度の時の光軸からの像の高さを表わす。
（３）前記前群の焦点距離をｆＦと置いたとき、−0.8ｆ＞ｆＦ＞−1.5ｆ
（４）後群の前側バックエフをＢＦｒと置いたとき、０＜ＢＦｒ＜0.2ｆ

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、レンズの番号、面の番号は、物体側から順に数えるものとする。

前群の３群のレンズは広い入射角からの入射光線を少しずつ光軸に沿った小さい角度に変換して絞り位置を通過させる働きを持っている。そして大きい入射角からの光線ほどレンズの端を通るので、正に発生してしまう子午像面湾曲を極力少なくするためにはどのレンズも像側に凹面を向けていることが必要であり、更には少なくとも最も物体側に位置する１枚のレンズについては特に入射角が大きいのでメニスカス形状であることが望ましい。

前群に３群のレンズを用いるのは、子午像面湾曲の急激な発生を防ぎ像高に対する像面湾曲の場所むらを発生させないために必要である。枚数が少ないと場所むらが大きくなり、枚数が多いと寸法が大きくなりすぎる。前群に少なくとも１組の接合レンズを置くのは、後群の接合レンズと組み合わせて軸上の色収差と倍率の色収差を共に補正するために必要不可欠だからである。

単レンズは全て色の分散を持っているので、前群の凹レンズについてはより短い波長の光に関して正の軸上色収差と負の倍率色収差を生ずる。一方後群に凸の単レンズだけが配置されている場合には、後群だけの作用としてより短い波長の光に関して負の軸上色収差と負の倍率色収差を生ずる。したがって前群と後群が単レンズだけで構成されると仮定したら軸上色収差は符号が互いに逆なのでキャンセルして補正可能であるが、倍率色収差は負になって補正できない。後群に分散の比較的大きな負の屈折力成分を持つことは色収差の補正には有効であり、必要な条件であるが、それだけでは軸上色収差と倍率色収差をバランス良く補正し切れず、前群にも分散の比較的大きな正の屈折力を持つ成分が必ず必要である。第１群レンズ、第２群レンズは、波長毎にレンズの縁端を通る光線の入射角がわずかに異なる理由により像面の視野外周が色づくのを嫌って極力低い分散にしたいので接合型の色消しレンズにすることも有効である。具体的には第１群レンズ、第２群レンズ共にアッベ数νｄ＞５５が望ましい。

非球面は主に中心窩レンズの負の歪曲収差特性を得るために用いられているが、球面収差への影響が最も少ないのは絞りから一番離れた場所、即ち第一凹レンズの第一面である。複数面に非球面を用いることは可能であるが、少なくとも第一凹レンズの第一面を非球面化しないと球面収差と子午像面湾曲と歪曲収差のバランスを良好に補正し得ない。

後群について３群の正レンズを並べたのは、２枚以下では、各レンズの屈折力の負担が強すぎることに起因する高次の諸収差、とりわけ負の球面収差と視野周辺で急増する像面湾曲収差を補正し得ないためである。更に重要なのは、テレセントリック光学系を満足するためには、後群だけに関して、像側から逆に光線追跡した際の焦点位置付近が絞り位置となるが、その球面収差が過大でない必要がある。本レンズの場合、後群３群の合成焦点距離をｆＢとすると、１．２ｆ＜ｆＢ＜１．５ｆ程度が望ましい。しかし、この場合、合成焦点距離範囲では、逆光線追跡した場合のＦナンバーが０．７程度と非常に明るくなり、球面収差を極力小さくする点からも少なくとも３群の凸レンズが必要だからである。４群以上のレンズを並べれば、球面収差は減るが、レンズの厚さが厚くなり過ぎて後群の前側バックエフが負になり、テレセントリック光学系に成り得ないので結局後群は３群の正レンズとする。

後群について、色収差を補正するために後群に凹レンズが必要なのは先に述べたが、接合レンズが厚肉化することで後群の前側バックエフが負になってテレセントリック性が損なわれるのを嫌い凹レンズを１枚使う検討を進めた。凹レンズを接合レンズにしたのは、空気との界面でのゴーストの発生を嫌ったのと空気間隔を設けるための後群の厚肉化によって絞り位置が後群のレンズに近づきすぎて干渉するのを嫌ったためである。この結果、本中心窩特性を有する限りにおいて、後群には接合レンズを１群のみ用いることで良好な収差補正が可能なことがわかった。

本手段においては、前群は凹の屈折力を有し、後群は凸の屈折力を有する、所謂レトロフォーカス型に属する。レトロフォーカス型レンズは、一般的に周辺光量の維持に期待が持て、且つ広い視野の割に像面の湾曲が大きくならない傾向がある。物体側（前群と称する）に負のレンズを、像側（後群と称する）に正のレンズを配置し、前群と後群の間で主光線が光軸をよぎる構造とすることで、前群も後群も共に負の歪曲収差を生じる。この結果、レンズの全系で強い負の歪曲収差が得られる。

ところが、こうして得られる歪曲収差量は、ｙ＝ｆ＊ωに近い投影関数を持つのが経験的にみて一般的である。要求仕様は入射角の小さい範囲では負の歪曲収差が少なく、入射角の大きな範囲では負の歪曲収差が極めて大きな歪特性である。それを実現させるためには、負の歪曲収差が未だ不十分な光学配置を基本データとし、レンズの周縁部を主に通過する、入射角の大きな光線の歪曲歪みの傾向を一層強める様に工夫しなくてはならない。

具体的には、前群、後群に非球面レンズを使うのがひとつの手段である。前群ではレンズ周縁で入射角の大きな光線をレンズ内に導くように、凹レンズの屈折作用が強まる効果を持つ非球面を使い、後群では逆に、絞り位置を通過した後、ある像高に集まる光線の像高を下げるために、レンズ周辺でできるだけ収斂作用が強まる非球面を使う。色々と実際に光線追跡をしてみると複数の副作用が発生した。

第１の副作用は、レンズのテレセントリック性が崩れてしまうことである。特に後群レンズの周縁で正の屈折力を増した場合は画面の周辺に結像する光線が収斂するようになる。その結果として画面内の内寄りに集まる光線の主光線をたとえ発散気味に配置したとしても、画面内の外寄りに集まる光線の主光線は収斂する様にして像が形成されることになる。

すなわちテレセン性が崩れて、場所によって主光線の進む方向が収斂であったり発散であったりすることになる。この結果２つの問題が生じる。１つは、電子撮像素子との相性が悪くなり感度ムラを生じることである。電子撮像素子は、垂直入射する光線に対してk高い感度を有し、斜め入射する光線に対しては感度が低下するので、テレセン性が崩れると、感度ムラを生じることになる。

２つ目の問題は、実際にレンズを使用してフォーカシングエラーがあった場合に画像の歪が複雑に変化する可能性が生じることである。これは、画像の目視には大した影響が無くても、画像内での位置計測の結果から物体側の情報を得る場合に不都合を生ずる可能性が大である。

以上の検討の結果、後群の歪曲歪みを増大させるための非球面化は行わない。但し、球面収差やコマ収差などの他の収差の補正や枚数削減のための非球面の採用を排除するものではない。

第２の副作用は、周辺光の開口比が悪化し、周辺減光を生ずることである。ことに前群において、魚眼レンズに入射する入射角の大きな光線の主光線は、くさび角を持った複数のレンズの縁端付近を通過して進むが、ちょうどプリズム分光器を通過するように、細い平行光が徐々に入射角を小さく減らしながら進み、絞り位置で光軸を通過する。入射角の大きな光線の負の歪曲を特に強くするためにはそのプリズムの頂角を一層大きくする必要があるが、やがてレンズの第１面表面が入射光線と接するようになり、光学配置上の限界が来る。第１面に光線が接した場合には、絞りを通過し得る入射光束の断面積が０になり、従ってレンズに入射する周辺光量が理論的に無くなるからである。

非球面化はこれらの副作用が要求仕様の限度を超えない範囲で、第１レンズの第１面に実施する。複数の面を非球面にする試みも行ったが、結局入射角の大きな光線の入射光量がより小さい角度から減り始める一方であり、広い入射角を維持できなくなることがわかったので結局１面だけに留めることにする。そして、第一レンズの第一面を、非球面レンズの一般的な形状である（１）式に従って形成するようにする。

条件式（１）の制約は極めて有用な条件である。Ｙ_ｍａｘ＞Ｙ＞0.5ｆの範囲でｄｘ／ｄＹ＞０が満たせない場合、入射角60度以上の画角でのレンズへの入射光量が激しく低下し、その結果いかなる射影方式のレンズであっても周辺の照度が不足する。Ｙが0.5ｆ以下となった場合には、入射角が相対的に小さい光線しか寄与しないので、この理由による照度の過不足にはほとんど寄与せず、従って、ｄｘ／ｄＹ＞０という制約は不要である。

第２の条件式（２）について説明する。照度均一性を有するレンズとして、Ｈ＝ｆ＊sinωの射影方式が知られている。この式は、レンズの各表面の反射やレンズ内部透過率による光量ロス、入射する光束の断面積のロスを含まない場合の理想状態の場合に当てはまる。実際にはこれらの影響で周辺減光が伴う。

この影響を最小限に留めるためには、Ｈ＝ｆ＊sinωの射影方式に対して更なる負の歪曲収差を持つ事が望ましく、照度維持のためには条件（２）の範囲を保つことが必要である。Ｖの値が−１０％を超えた場合には、確かに０％に向かって入射角ω＝６０°での投影関数特性に周辺光量の減少は悪い傾向ではないが、中心窩特性を得るためにω＞６０°においては、一層の負の歪曲特性を持たせることによって入射する光束が急激に細くなって周辺光量が不足する。すなわち、周辺光量が不足気味という傾向が除去できない。

Ｖの値が−１６％より小さくなった場合には、投影関数は周辺光量の一層の増加の方向ではあるが、レンズに入射する光束が急激に細くなるので周辺の像面照度はやはり不足する。結局周辺の像面照度が不足しないのはω＝60度のときの歪曲収差量Ｖが、−１０％≧Ｖ≧−１６％の場合である。

（３）の条件において、ｆＦの値が−0.8ｆ以上となると凹のパワーが強くなりすぎてペツバール和が負になりすぎ、像面湾曲がプラスになって周辺の像がぼける。又、ｆＦの値が−1.5ｆ以下となると、バックエフが短くなりすぎ、寸法の制約のために、実際に光学系を実現することが困難になる。

（４）の条件は、良好なるテレセントリック光学系を実現させるために必要な条件である。後群の前側バックフォーカス位置を発した光線は当然平行光になる。前群と後群の中間に絞りを置くか、若しくは周辺光の主光線が光軸を通過する場合、ＢＦｒ＞０が必須である。ＢＦｒが０以下となる場合にはテレセントリック光学系にならずに発散系になる。ＢＦｒが0.2ｆを超える場合には、前群と後群の中間の空間の制約上テレセントリック光学系にならずに収斂系になる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、中央の接合凹レンズが像側の接合凸レンズより高屈折率、高分散の透過部材によるレンズであることを特徴とするものである。

これは、後群に発散作用がある凹レンズの働きをもたらせるためであって、それゆえに凹レンズの屈折率を凸レンズより高く設定することで、後群の負の球面収差を補正している。後群の球面収差を補正すると、（開口）絞りを通過する主光線が平行になって像面に達するようになり、像側のテレセントリック性が向上する。凹レンズの屈折率が凸レンズよりも低い場合は像側のテレセントリック性が維持できない。凸レンズの部材を高分散の部材にするのは、色収差、特に倍率色収差を改善させるためである。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記後群の第２凸レンズが物体側から順に凸凹凸の３枚レンズの張り合わせレンズであって、凹レンズの焦点距離をｆouとしたとき、
（５）−1.2ｆ＜ｆou＜−0.9ｆ
であることを特徴とするものである。

ｆouが−1.2ｆ以下となった場合には、凹レンズの作用が少なくなりすぎて全系の球面収差が負になり補正できない。ｆouが−0.9ｆ以上となった場合には、発散作用が強すぎることから子午像面湾曲が正になり、更に特に上側のコマ収差が大きくなって、収差バランスを悪化させる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの魚眼レンズを有すると共に、電子式撮像装置により画像を取得する機能を有し、更にパン機構、チルト機構、回転機構の内の少なくとも一つの機構を有し、電気信号により、又は力学的に操作することが可能なことを特徴とする撮像装置である。

中心窩光学系では、被写体を細かく観察する能力に分布を持ち、視野中央が分解能力が高いから、必要に応じてパン機構、チルト機構、回転機構を駆使して目標物を視野中央に捕らえることが望まれる場合がある。本レンズは、極めて広角であり、周辺まで明るく且つ高解像力を有するので、パン機構、チルト機構、回転機構との組み合わせは従来の光学系以上に有効である。なお、パン機構、チルト機構、回転機構との組み合わせは、周知の技術を適宜適用することにより実現できる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの魚眼レンズを有すると共に、電子式撮像装置を備え、更に捉えた画像、時刻、方向、自己の座標のうち少なくとも1つを記録または記憶する機能と、被写体を識別する機能と、自己信号または外部信号に応じてターゲットを視野の中央付近に向ける機能を有することを特徴とする撮像装置である。

本レンズの、極めて広角な中心窩光学系では、被写体を細かく観察する能力に分布を持ち、視野中央が分解能力が高いから、必要に応じてパン機構、チルト機構、回転機構を駆使して目標物を視野中央に捕らえる場合、被写体を識別する可能性は周辺から中央まで一層高まっている。その撮影レンズの適合性を生かして、ターゲットを視野の中央付近に向けることが一層完璧に実現できる。なお、捉えた画像、時刻、方向、自己の座標のうち少なくとも1つを記録または記憶する機能と、被写体を識別する機能と、自己信号または外部信号に応じてターゲットを視野の中央付近に向ける機能は、それぞれ周知の技術を適宜適用することにより実現できる。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第３の手段のうちいずれかの魚眼レンズであって同一仕様の魚眼レンズを複数用い、視差を利用して少なくとも特定の場所の距離情報を取得可能なことを特徴とする撮像装置である。

広角レンズは視差を捉えにくい傾向が一般的であるが、中心窩光学系は中央部の焦点距離が比較的長いから、視差を捉えるには優位である。本発明レンズを用いることで、視差を利用して少なくとも特定の場所の距離情報を取得することは、特に有利である。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第３の手段のうちいずれかの魚眼レンズを複数用い、多眼が輻輳機構を有することを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、1本の広角光学系で、極めて小型で広い視野を持ち、その上で視野全域に渡って高い解像力と、周辺まで照度が保たれた中心窩光学系を実現可能な魚眼レンズ、及びその魚眼レンズを使用した撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の魚眼レンズの実施例を示す。各表において、menは面番号で物体側から数えたもの、ｒは半径、ｄは面間距離、Abbe NOはアッベ数、ｎｄはｄ線の波長の屈折率を示す。又、ｆは全体の焦点距離、Ｒ１は第１面の曲率半径、ωは最大入射角を示す。又、Ｋは（１）式のκ、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ１０は、それぞれ（１）式のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを示す。各実施例において、（１）式のＥとＦは０である。

又、収差図において、球面収差（Spherical Aberration）の縦軸の最高値はＨ（入射光線の高さ）、像面湾曲（Field Curves）、歪曲収差（Distortion）の縦軸の最高値はω、コマ収差（Ray Aberration）の横軸の最大値はＨである。像面湾曲において、太線はサジタル、細線はタンデンシャルを示す。なお、寸法の単位はmmである。

[実施例１]
図１に示すような魚眼レンズを設計した。図１において、１は第１レンズであり、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ、２は第２レンズであり、像側に凹面を向けた凹メニスカスレンズ、３は第３レンズであり、全体として凸または凹の屈折力を持つ接合レンズであって、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３で前群を構成している。４は第４レンズであり凸レンズ、５は第５レンズであり、接合レンズからなる凸レンズ、６は第６レンズであり凸レンズであって、第４レンズ４、第５レンズ５、第６レンズ６で後群を構成している。７はフィルタ、８は像面である。光線は、入射角が０のものと最大のものを示す（以下のレンズ図においても同じ）。

この魚眼レンズの設計データを表１に、収差図を図２に示す。なお、この魚眼レンズにおいて、前述の条件（１）〜（５）は以下の通りであった。なお、各表において、面番号８は開講絞り（図示せず）である。又、ｒ＝０は平面を示す。
ｄｘ／ｄＹ＝0.070
Ｖ＝-12.388％
ｆＦ＝-0.974ｆ
ＢＦｒ＝0.096ｆ
ｆou＜-1.057ｆ
図２を見ると、歪曲収差を除く収差はいずれも微小な範囲に収まっており、歪曲収差は、入射角が増大すると共に、急激に負側に大きくなっていて、魚眼レンズとして良好な性能を有していることが分かる。
（表１）

[実施例２]
図３に示すような魚眼レンズを設計した。以下のレンズ系を示す図において、各符号は図１に示すものと同じものを示すので、図の説明を省略する。この魚眼レンズの設計データを表２に、収差図を図４に示す。なお、この魚眼レンズにおいて、前述の条件（１）〜（５）は以下の通りであった。
ｄｘ／ｄＹ＝0.190
Ｖ≧-13.195％
ｆＦ＝-1.313ｆ
ＢＦｒ＝0.112ｆ
ｆou＝-0.985ｆ
図４を見ると、歪曲収差を除く収差はいずれも微小な範囲に収まっており、歪曲収差は、入射角が増大すると共に、急激に負側に大きくなっていて、魚眼レンズとして良好な性能を有していることが分かる。
（表２）

[実施例３]
図５に示すような魚眼レンズを設計した。この魚眼レンズの設計データを表３に、収差図を図６に示す。なお、この魚眼レンズにおいて、前述の条件（１）〜（５）は以下の通りであった。
ｄｘ／ｄＹ＝0.081
V=-13.301％

ｆＦ＝-1.150ｆ
ＢＦｒ＝0.190ｆ
ｆou＝-1.085ｆ
図６を見ると、歪曲収差を除く収差はいずれも微小な範囲に収まっており、歪曲収差は、入射角が増大すると共に、急激に負側に大きくなっていて、魚眼レンズとして良好な性能を有していることが分かる。
（表３）

[実施例４]
図７に示すような魚眼レンズを設計した。この魚眼レンズの設計データを表４に、収差図を図８に示す。なお、この魚眼レンズにおいて、前述の条件（１）〜（５）は以下の通りであった。
ｄｘ／ｄＹ=0.192
Ｖ＝-13.053％
ｆＦ＝-0.997ｆ
ＢＦｒ＝0.086ｆ
ｆou＝-0.984ｆ
図８を見ると、歪曲収差を除く収差はいずれも微小な範囲に収まっており、歪曲収差は、入射角が増大すると共に、急激に負側に大きくなっていて、魚眼レンズとして良好な性能を有していることが分かる。
（表４）

[実施例５]
図９に示すような魚眼レンズを設計した。この魚眼レンズの設計データを表５に、収差図を図１０に示す。なお、この魚眼レンズにおいて、前述の条件（１）〜（５）は以下の通りであった。
ｄｘ／ｄＹ＝0.150
Ｖ＝-12.898％
ｆＦ=-1.117ｆ
ＢＦｒ＝0.146ｆ
ｆou＜-1.078ｆ
図１０を見ると、歪曲収差を除く収差はいずれも微小な範囲に収まっており、歪曲収差は、入射角が増大すると共に、急激に負側に大きくなっていて、魚眼レンズとして良好な性能を有していることが分かる。
（表５）

以上の各実施例においては、１本の広角光学系で、極めて小型で180度を超える程度までの広い視野を持ち、その上で視野全域に渡って高い解像力と、周辺まで照度が保たれたF2.8程度の明るさを持つ中心窩光学系に適するレンズが実現された。

本発明の第１実施例であるレンズ系の断面図である。本発明の第１実施例の収差図である。本発明の第２実施例であるレンズ系の断面図である。本発明の第２実施例の収差図である。本発明の第３実施例であるレンズ系の断面図である。本発明の第３実施例の収差図である。本発明の第４実施例であるレンズ系の断面図である。本発明の第４実施例の収差図である。本発明の第５実施例であるレンズ系の断面図である。本発明の第５実施例の収差図である。

符号の説明

１…第１レンズ、２…第２レンズ、３…第３レンズ、４…第４レンズ、５…第５レンズ、６…第６レンズ、７…フィルタ、８…像面

Claims

物体側より、像側に凹面を向けた２枚の凹レンズ、像側に凹面を向けた、全体として凸または凹の屈折力を持つ接合レンズ、の合計３群より成る前群と、３群の凸レンズよりなる後群より構成される魚眼レンズであって、前群に少なくとも１組、後群に1組のみの接合レンズを含み、少なくとも前群の第一凹レンズの第一面は非球面であり、かつ以下の条件を満足することを特徴とする入射角６０度以上の魚眼レンズ。
（１）前記前群の第一凹レンズの第一面非球面を式

で表わした時、Ｙ_ｍａｘ＞Ｙ＞0.5ｆの範囲で、ｄｘ／ｄＹ＞０
ただし、非球面式は、Ｘは光軸方向、Ｙは光軸と垂直な方向の座標を示し、光軸と第一凹レンズの第一面頂点との交点を原点とし、光軸を回転中心とする回転非球面である。また、Ｙ_ｍａｘはレンズの有効半径の最大値、Ｒ１は第一凹レンズの第一面の曲率半径、ｆはレンズ系全体の焦点距離、κ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは定数である。
（２）レンズの投影関数を、ｈ=ｆ＊sinωを基準スケールに取ったとき、入射角ω＝60度のときの歪曲収差量Ｖが、−１０％≧Ｖ≧−１６％である。
ただし、Ｖ＝（Ｈ−ｈ）＊100／ｈ（％）であり、Ｈは入射角ω＝60度の時の光軸からの像の高さを表わす。
（３）前記前群の焦点距離をｆＦと置いたとき、−0.8ｆ＞ｆＦ＞−1.5ｆ
（４）後群の前側バックエフをＢＦｒと置いたとき、０＜ＢＦｒ＜0.2ｆ
前記後群の第２凸レンズが物体側から順に凸凹凸の３枚レンズの張り合わせレンズであって、中央の接合凹レンズが像側の接合凸レンズより高屈折率、高分散の透過部材によるレンズであることを特徴とする請求項１に記載の魚眼レンズ。
前記後群の第２凸レンズが物体側から順に凸凹凸の３枚レンズの張り合わせレンズであって、凹レンズの焦点距離をｆouとしたとき、
（５）−1.2ｆ＜ｆou＜−0.9ｆ
であることを特徴とする請求項２記載の魚眼レンズ。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の魚眼レンズを有すると共に、電子式撮像装置により画像を取得する機能を有し、更にパン機構、チルト機構、回転機構の内の少なくとも一つの機構を有し、電気信号により、又は力学的に操作することが可能なことを特徴とする撮像装置。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の魚眼レンズを有すると共に、電子式撮像装置を備え、更に捉えた画像、時刻、方向、自己の座標のうち少なくとも1つを記録または記憶する機能と、被写体を識別する機能と、自己信号または外部信号に応じてターゲットを視野の中央付近に向ける機能を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の魚眼レンズであって同一仕様の魚眼レンズを複数用い、視差を利用して少なくとも特定の場所の距離情報を取得可能なことを特徴とする撮像装置。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の魚眼レンズを複数用い、多眼が輻輳機構を有することを特徴とする撮像装置。