(57)【要約】  【課題】  水平画角が１８０度以上でも低コストで構成できる反射式超広角レンズを提供する。  【解決手段】  無限大の焦点距離を有する前群の鏡Ａは、回転対称な非球面凸面鏡１と回転対称な球面または非球面の凹面鏡２からなるとともに、正の焦点距離を有する後群のレンズＢは、メニスカス凸球面レンズ３と、両凹球面レンズ４と、メニスカス凸球面レンズ５と、メニスカス凸球面レンズ６の４枚のレンズからなる。各球面レンズ３から６は、レンズ有効半径（ｒ）とレンズ球面半径（Ｒ）との比（ｒ／Ｒ）が０．５５以下であり、メニスカス凸球面レンズ３と両凹球面レンズ４は、ｄ線の屈折率（ｎd）が１．７０以上であるとともに、一方のアッベ数（νd）が２４以下で他方のνdが５４以上であるものを用いる。【選択図】  図１
2006276450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りを挟んで光路の前後に前群の鏡と後群のレンズとを備えた反射式超広角レンズであって、
前記前群の鏡は、回転対称な非球面凸面鏡と、回転対称な球面凹面鏡または非球面凹面鏡との２枚の鏡からなるとともに、全体として無限大の焦点距離を有し、
前記後群のレンズは、第１のメニスカス凸球面レンズと、両凹球面レンズと、第２のメニスカス凸球面レンズと、第３のメニスカス凸球面レンズとの４枚のレンズからなるとともに、全体として正の焦点距離を有し、
前記各球面レンズは、いずれもレンズ有効半径（ｒ）とレンズ球面半径（Ｒ）との比（ｒ／Ｒ）が０．５５以下であり、
前記第１のメニスカス凸球面レンズと前記両凹球面レンズは、ｄ線の屈折率（ｎd）が１．７０以上であるとともに、一方のアッベ数（νd）が２４以下で他方のνdが５４以上である反射式超広角レンズ。
【請求項２】
前記非球面凸面鏡の曲率は、８．７５×有効像高×（１±０．２０）であり、
前記非球面凸面鏡の非球面４次係数は、−０．２６５６×有効像高×１０−５×（１±０．２０）であり、
前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡との間隔は、３３．９×有効像高×（１±０．２０）であり、
前記球面凹面鏡または非球面凹面鏡の曲率は、６５．６×有効像高×（１±０．２０）である請求項１に記載の反射式超広角レンズ。
【請求項３】
前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡は合成樹脂で形成されているとともに、前記第１から第３のメニスカス凸球面レンズはガラスで形成されている請求項１または２に記載の反射式超広角レンズ。
【請求項４】
前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡は、略半円形状に形成してあるとともに、平板状の支柱で一体に連結してあり、かつ、前記支柱内に撮像素子の画像処理を行う電子回路を内臓させてある請求項１から３のいずれか１項に記載の反射式超広角レンズ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の反射式超広角レンズを装着してある監視カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広角レンズ及びこれを使用した監視カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、監視カメラ用レンズ等として、例えばバリフォーカルレンズ（可変焦点レンズ）などが注目されている。このバリフォーカルレンズは、焦点距離を任意に替えることのできるレンズであって、しかも実際の設置現場の状況に合わせて画角等の調整を簡単に行なえることから、ハンドリングの良いレンズとして多用化されている。
【０００３】
しかしながら、従来のバリフォーカルレンズは、画角が狭いという問題点を有している。即ち、このようなバリフォーカルレンズでは、通常、広角端の水平画角は７５度であり、例えばエレベータ内や廊下などを監視するには、水平画角が不足する。
【０００４】
そこで、水平画角が大きな超広角レンズが提案されている(例えば、特許文献１参照)。即ち、従来の屈折式超広角レンズでは、一般に、例えば、図５に示すように、前群のレンズ１０を、全体として負の焦点距離を持つように、メニスカス凹球面レンズ１１と、メニスカス凹球面レンズ１２と、２枚を貼り合わせた両凸球面レンズ１３及び両凹球面レンズ１４と、２枚を貼り合わせた両凸球面レンズ１５及びメニスカス凹球面レンズ１６との都合６枚のレンズで構成している。一方、後群のレンズ２０は、全体として正の焦点距離を持つように、２枚を貼り合わせた両凹球面レンズ２１及び両凸球面レンズ２２と、２枚を貼り合わせたメニスカス凹球面レンズ２３及び両凸球面レンズ２４と、両凸の非球面レンズ２５との都合５枚のレンズで構成している。このような構成の従来の屈折式超広角レンズでは、水平画角が１８０度あり、監視カメラなどに使用するのに都合がよい超広角レンズになっている。
【特許文献１】特開２００２−７２０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の屈折式超広角レンズは、一般に、構成するレンズの枚数が多くなるので、その分、コストが高いという問題点を有している。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、水平画角が１８０度以上でも低コストの反射式超広角レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の反射式超広角レンズは、絞りを挟んで光路の前後に前群の鏡と後群のレンズとを備えた反射式超広角レンズであって、前記前群の鏡は、回転対称な非球面凸面鏡と、回転対称な球面凹面鏡または非球面凹面鏡との２枚の鏡からなるとともに、全体として無限大の焦点距離を有し、前記後群のレンズは、第１のメニスカス凸球面レンズと、両凹球面レンズと、第２のメニスカス凸球面レンズと、第３のメニスカス凸球面レンズとの４枚のレンズからなるとともに、全体として正の焦点距離を有し、前記各球面レンズは、いずれもレンズ有効半径（ｒ）とレンズ球面半径（Ｒ）との比（ｒ／Ｒ）が０．５５以下であり、前記第１のメニスカス凸球面レンズと前記両凹球面レンズは、ｄ線の屈折率（ｎd）が１．７０以上であるとともに、一方のアッベ数（νd）が２４以下で他方のνdが５４以上であることを特徴とするものである。なお、ここで、「ｄ線」とは、ナトリウム原子が、基底状態と第１励起状態との間のエネルギー状態の遷移によって生じる共鳴線であって、ｄ＝５８９．３ｎｍ、ｄ１＝５８９．６ｎｍ、ｄ２＝５８９．０ｎｍの波長に相当する。この構成によれば、水平画角が１８０度以上でも、従来に比べて必要とするレンズの個数が大幅に少なくて済むので、低コストの反射式超広角レンズを提供することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の反射式超広角レンズは、前記非球面凸面鏡の曲率は、８．７５×有効像高×（１±０．２０）であり、前記非球面凸面鏡の非球面４次係数は、−０．２６５６×有効像高×１０−５×（１±０．２０）であり、前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡との間隔は、３３．９×有効像高×（１±０．２０）であり、前記球面凹面鏡または非球面凹面鏡の曲率は、６５．６×有効像高×（１±０．２０）であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の反射式超広角レンズは、前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡は合成樹脂で形成されているとともに、前記第１から第３のメニスカス凸球面レンズはガラスで形成されていることを特徴とするものである。この構成によれば、製作コストの引き下げが一層可能になる。
【００１０】
また、本発明の反射式超広角レンズは、前記非球面凸面鏡と球面凹面鏡または非球面凹面鏡は、略半円形状に形成してあるとともに、平板状の支柱で一体に連結してあり、かつ、前記支柱内に撮像素子の画像処理を行う電子回路を内臓させてあることを特徴とするものである。この構成によれば、監視カメラなどとして適用する場合、カメラ全体の製作コストの引き下げが可能になる。
【００１１】
また、本発明の監視カメラは、上記のいずれかに記載の反射式超広角レンズを装着してあることを特徴とするものである。この構成によれば、水平画角が１８０度以上でも、低コストの反射式超広角レンズを備えた監視カメラが提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反射式超広角レンズを少ない枚数のレンズで構成することができ、水平画角を１８０度以上に広くできるとともに、レンズ枚数を減らすことにより、レンズの製作や組み立てに要する作業量や作業時間の削減を図ることができ、延いては製作コストの引き下げが可能な反射式超広角レンズを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る反射式超広角レンズを示すものであり、絞り７を挟み、前群の鏡Ａと後群のレンズＢからなる。なお、図１において、符号８はフィルタ、９はＣＣＤを示している。
【００１４】
即ち、前群の鏡Ａは、プラスチックで成形した回転対称な非球面凸面鏡１と、回転対称な球面凹面鏡または非球面凹面鏡２（以下、これを「球面または非球面凹面鏡２」とよぶ）との２面の鏡で構成されている。その前群の鏡である２面の鏡１，２の間隔が有効像高の３４倍±２０％になるように保持してあり、全体として無限大の焦点距離を有している。また、プラスチックで成形した非球面凸面鏡１と、球面または非球面凹面鏡２には、アルミニューム等の金属コーティングがなされている。
【００１５】
一方、後群のレンズＢは、メニスカス凸球面レンズ３（これが、「第１のメニスカス凸球面レンズ」を構成する）と、両凹球面レンズ４と、メニスカス凸球面レンズ（これが、「第２のメニスカス凸球面レンズ」を構成する）５と、メニスカス凸球面レンズ（これが、「第３のメニスカス凸球面レンズ」を構成する）６の４枚のレンズで構成されており、全体として正の焦点距離を有している。このうち、メニスカス凸球面レンズ３の素材には、ｎｄ（ｄ線の屈折率）が１．７０以上、νd（アッベ数）が５４以上の低分散ガラスを用いる一方、両凹球面レンズ４の素材には、ｎｄ（ｄ線の屈折率）が１．７０以上、νd（アッベ数）が２４以下の高分散ガラスを用いている。一方、メニスカス凸球面レンズ５およびメニスカス凸球面レンズ６の素材には、ｎｄ（ｄ線の屈折率）が１．８０以上、νd（アッベ数）が４０以上の高屈折率ガラスを用いている。なお、「アッベ数」とは、分散に対する屈折率の比で示した光学媒質の定数であり、このアッベ数が大きいほど色収差が少ない。
【００１６】
以下に、本実施形態に係る反射式超広角レンズについて、具体的な設計数値を示す。
ｆ＝１．７５、Ｆナンバー＝２．８、像高＝３．２、物体距離＝∞
（１）非球面凸面鏡１について；
ｒ１＝２８．０（非球面）、ｄ１＝−１０８．６４  反射面
Ａ〜Ｄはその定義を後述するが、Ａ＝−０．８４７×１０−５、Ｂ＝０．３４４×１０−７、Ｃ＝−０．３７２×１０−１０、Ｄ＝−０．９４４×１０−１４
（２）非球面凹面鏡２について；
ｒ２＝２１０（非球面）、ｄ２＝１１３．６４  反射面
Ａ＝０．１６１×１０−８、Ｂ＝０．１８５×１０−１０、Ｃ＝−０．６３６×１０−１３、Ｄ＝０．１６５×１０−１６
（３）絞り７について；
ｒ３＝∞（絞り）、ｄ３＝０．００
（４）メニスカス凸球面レンズ３について；
ｒ４＝４．９０、ｄ４＝３．００、ｎ４＝１．７２９、ν４＝５４．６７、
ｒ５＝２７．０、ｄ５＝１．８４
（５）両凹球面レンズ４について；
ｒ６＝−６．００、ｄ６＝０．８０、ｎ６＝１．８４７、ν６＝２３．７８
ｒ７＝５．００、ｄ７＝０．６０
（６）メニスカス凸球面レンズ５について；
ｒ８＝−１０．５、ｄ８＝２．８、ｎ８＝１．８８３、ν８＝４０．８０
ｒ９＝−５．９０、ｄ９＝０．１０
（７）メニスカス凸球面レンズ６について；
ｒ１０＝７．５、ｄ１０＝３．００、ｎ１０＝１．８３５、ν１０＝４２．９８
ｒ１１＝３０．０
【００１７】
但し、ここで、
ｒ１、ｒ２、・・は、各レンズ面または鏡面の曲率半径（図１）、
ｄ１、ｄ２、・・は、各レンズの肉厚およびレンズまたは鏡間隔（図１）、
ｎ１、ｎ２、・・は、各レンズの屈折率、
ν１、ν２、・・は、各レンズのアッベ数である。
なお、各レンズに対応する屈折率およびアッベ数は、次の通りである。
メニスカス凸球面レンズ３・・ｎ４、ν４
両凹球面レンズ４・・ｎ６、ν６
メニスカス凸球面レンズ５・・ｎ８、ν８
メニスカス凸球面レンズ６・・ｎ１０、ν１０
また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、次の非球面定義式の定数である。
Ｚ＝［ｃｈ２／｛１+√（１−ｃ２ｈ２）｝］+Ａｈ４+Ｂｈ６+Ｃｈ８+Ｄｈ１０
但し、ｃ＝１／ｒ
ｈ＝面高さ（半径方向）
【００１８】
図２は、本発明に係る反射式超広角レンズの球面収差、非点収差および歪曲収差を示し、図３はタンジェンシャルおよびサジタル方向の横収差を示している。
この特性から明らかなように、本発明の反射式超広角レンズは、従来の屈折式超広角レンズの特性と比べて、球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差は、遜色がない。
一方、水平画角は、従来の屈折式超広角レンズが１８０度に対して、本発明の反射式超広角レンズが１８０度以上と広くなっている。
【００１９】
ここで、本発明に係る反射式超広角レンズの設計条件を数式で示すと、次の通りである。
前群の鏡Ａの焦点距離；      ｆ１＝∞
後群のレンズＢの焦点距離；  ｆ２＞０
非球面凸面鏡１の曲率；
ｒ１＝８．７５×有効像高×（１±０．２０）
球面または非球面凹面鏡２の曲率；
ｒ２＝６５．６×有効像高×（１±０．２０）
非球面凸面鏡１と球面または非球面凹面鏡２の間隔；
ｄ１＝−３３．９×有効像高×（１±０．２０）
非球面凸面鏡１の非球面係数；
Ａ１＝−０．２６５６×有効像高×１０−５×（１±０．２０）
メニスカス凸球面レンズ３、両凹球面レンズ４、メニスカス凸球面レンズ５、メニスカス凸球面レンズ６の曲率；
ｒ４＞０、ｒ６＜０、ｒ７＞０、ｒ９＜０、ｒ１０＞０
メニスカス凸球面レンズ３、両凹球面レンズ４の分散；
ν４＞５４．０、ν６＜２４．０
メニスカス凸球面レンズ５、メニスカス凸球面レンズ６の屈折率；
ｎ８、ｎ１０＞１．８０
各球面レンズ３、４、５、６のｒ／Ｒ；
｜ｒ４／Ｒ４｜、｜ｒ５／Ｒ５｜、｜ｒ６／Ｒ６｜＜０．５５
｜ｒ７／Ｒ７｜、｜ｒ８／Ｒ８｜、｜ｒ９／Ｒ９｜＜０．５５
｜ｒ１０／Ｒ１０｜、｜ｒ１１／Ｒ１１｜＜０．５５
但し、ｒ；各レンズ面または鏡面の曲率半径
Ｒ；各レンズ面の有効半径
【００２０】
このように、本実施形態によれば、球面レンズ３、４、５及び６の屈折率を１．７０以上に設定することにより、反射式超広角レンズにおけるレンズ使用枚数を、例えば、図５に示す従来の超広角レンズに必要なレンズ１１個から、レンズ４個（この他に、反射鏡２枚が必要である）に、レンズの枚数を大幅に減らすことができる。また、各球面レンズ３、４、５及び６のｒ／Ｒを０．５５以下に設定することにより、レンズの加工性を高めることができる。また、メニスカス凸球面レンズ３のνを５４以上、両凹球面レンズ４のνを２４以下に設定することにより、色収差を補正することができる。なお、非球面凸面鏡１と球面または非球面凹面鏡２は、プラスチックで形成することにより、安価に製造することができる。しかし、この非球面凸面鏡１と球面または非球面凹面鏡２は、ガラスを用いて形成しても良い。
【００２１】
図４は、本発明の反射式超広角レンズを用いた監視カメラの断面図を示している。
この監視カメラは、同図から明らかなように、非球面凸面鏡１と球面または非球面凹面鏡２を略半円形状に形成しており、これらの鏡は平板状の支柱３０で一体に連結してあるとともに、後群のレンズＢを非球面凸面鏡１と支柱３０との間に設置している。また、この支柱３０には、ＣＣＤ９を設置するとともに、撮像素子の画像処理を行う図示外の電子回路を内蔵する構成となっている。これにより、反射式超広角レンズを用いた監視カメラを安価に製造することができる。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の反射式超広角レンズは、この反射式超広角レンズを少ないレンズ枚数で構成することができ、水平画角を１８０度以上と広くできるとともに、レンズ枚数を減らすことにより、レンズの製作や組み立てに要する作業量や作業時間の削減を図ることができ、製作コストの引き下げが可能となる効果を有し、監視カメラ用の超広角レンズ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る反射式超広角レンズの構成を示す断面図
【図２】同実施形態の反射式超広角レンズの光学特性図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示す
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ、同実施形態の反射式超広角レンズでの有効像高比が、１．００、０．８４、０．６３、０．４２、０．２１のときの光学特性図（横収差）
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、同実施形態の反射式超広角レンズを備えた監視カメラの正面図及び断面図
【図５】従来の超広角レンズの構成を示す断面図
【図６】従来の超広角レンズの光学特性図あり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を示す
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、従来の超広角レンズでの有効像高比が、１．００、０．８７、０．７２、０．００のときの光学特性図（横収差）
【符号の説明】
【００２５】
Ａ  前群の鏡
１  非球面凸面鏡
２  球面または非球面凹面鏡
Ｂ  後群のレンズ
３  （第１の）メニスカス凸球面レンズ
４  両凹球面レンズ
５  （第２の）メニスカス凸球面レンズ
６  （第３の）メニスカス凸球面レンズ
７  絞り
８  フィルタ
９  ＣＣＤ
３０  支柱
【図１】
2006276450.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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