(57)【要約】【課題】  少ない構成枚数で超広角を可能とする魚眼レンズを提供する。【解決手段】  ２枚構成のレンズ系からなり、凹の第１レンズ、絞り、凸の第２レンズと順に配置する。最も物体側に位置する第１レンズは、高屈折率のガラスレンズで、両面が球面である。第２レンズは、樹脂レンズ又はモールドガラスレンズで、非球面形状を有している。撮像素子に比べて全長が短く、近赤外域のある単一の波長に対して諸収差が補正されている。【選択図】図１
2008134535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚構成のレンズ系からなり、最も物体側に位置する第１レンズは、高屈折率のガラス製レンズで、両面が球面であり、第２レンズは、樹脂製レンズ又はモールドガラス製レンズで、非球面形状を有しており、超広角を有することを特徴とする魚眼レンズ。
【請求項２】
順に凹の第１レンズ、絞り、凸の第２レンズと配置することを特徴とする請求項１に記載の魚眼レンズ。
【請求項３】
撮像素子に比べて全長が短く、全長≦６ｆ（ｆは焦点距離）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の魚眼レンズ。
【請求項４】
近赤外域のある単一の波長に対して諸収差が補正されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の魚眼レンズ。
【請求項５】
第１レンズが、群全体として屈折力が負である第一群（Ｇ１）を構成し、第２レンズが、絞りをはさんで、像側に、両凸単レンズよりなる第二群（Ｇ２）を構成し、第二群（Ｇ２）のサグ量が像側で大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の魚眼レンズ。
【請求項６】
第１レンズが負のメニスカスレンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の魚眼レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広角の魚眼レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、気象観測、写真等の分野に加え、監視カメラ、車載カメラ等の分野でも、超広角レンズの需要が高まってきている。
【０００３】
このような用途において、レンズはできるだけ小さく、かつ明るいことが望まれる。
【０００４】
従来、魚眼レンズを含む超広角レンズは、その特徴的な射影方式により、気象撮影などの科学的用途に多く供されてきた。
【０００５】
この分野においては、一般に色補正の必要がある。しかも、非球面形状を持つレンズの製造技術が未熟だった。そのため、レンズがどうしても大型化する傾向にあった。
【０００６】
特許文献１、２は、前絞り型の２枚レンズの構成を示している。画角は１３０°であり、レンズの配列は、凹凸|（つまり凹レンズ、凸レンズ、絞り）である。
【０００７】
特許文献３も、２枚レンズの構成を示している。画角は不明であるが、レンズの配列は、凹|凸（つまり凹レンズ、絞り、凸レンズ）である。
【特許文献１】特開２００３−１０７３４４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３０５２号公報
【特許文献３】特許２０１５３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＣＤ等の撮像素子に対応するためには、その特性により、主光線が光軸に対しできるだけ垂直であること（すなわち、テレセン性であること）が望ましい。言い換えれば、出射瞳ができるだけ遠い位置にあることが望ましい。しかし、これを達成するためには、絞りより像側に正の屈折力のレンズを配置しなければならない。特許文献１及び特許文献２に記載の配置にあっては、絞りより像側にレンズが存在しないので、絞りすなわち出射瞳となり、テレセン性の確保が難しい。
【０００９】
また、収差補正の観点から言えば、この構成では、レンズ上では常に近軸主光線高が同じ符号であり、このことはコマ収差や歪曲といった非対称収差の補正が難しいことを意味する。これら非対称収差を補正しようとするならば、他の収差補正にたいして悪影響を及ぼさざるを得ない。特許文献１および２に記載の各実施例において、最大画角近辺でメリディオナル像とサジタル像が大きく開いているのはその証左である。
【００１０】
以上に加え、特許文献１では、第１レンズを両凹面形状としている。このように両凹面形状では、画角を大きくとることが難しい。
【００１１】
また、特許文献３に示されたパワー範囲、つまり１＜ｆ２／ｆ＜２では、後群の屈折力が弱く、絞りを出射する主光線を十分に曲げることができない。その結果、画角を広く取ることができない。また、テレセン性が悪い。
【００１２】
従来の魚眼レンズでは、一方で、簡単な構成では暗くなる欠点があり、他方で、明るくするには構成が複雑となり、大型化が避けられない欠点があった。
【００１３】
その主な原因として、現実的に精密な非球面加工技術がなかったことをあげることができる。そのため、明るくするためには、球面のみで超広角レンズを構成せざるをえないが、そうすると、多くのレンズ枚数が必要になるのである。
【００１４】
本発明の目的は、少ないレンズ構成枚数で明るくかつ超広角とすることを可能にする魚眼レンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【００１６】
（１）２枚構成のレンズ系からなり、最も物体側に位置する第１レンズは、高屈折率のガラス製レンズで、両面が球面であり、第２レンズは、樹脂製レンズ又はモールドガラス製レンズで、非球面形状を有しており、超広角を有することを特徴とする魚眼レンズ。
【００１７】
（２）順に凹の第１レンズ、絞り、凸の第２レンズと配置することを特徴とする前述の魚眼レンズ。
【００１８】
（３）撮像素子に比べて全長が短く、全長≦６ｆ（ｆは焦点距離）であることを特徴とする前述の魚眼レンズ。
【００１９】
（４）近赤外域のある単一の波長に対して諸収差が補正されていることを特徴とする前述の魚眼レンズ。
【００２０】
（５）第１レンズが、群全体として屈折力が負である第一群（Ｇ１）を構成し、第２レンズが、絞りをはさんで、像側に、両凸単レンズよりなる第二群（Ｇ２）を構成し、第二群（Ｇ２）のサグ量が像側で大きいことを特徴とする前述の魚眼レンズ。
【００２１】
（６）第１レンズが負のメニスカスレンズであることを特徴とする前述の魚眼レンズ。
【発明を実施するための最良の態様】
【００２２】
両面が球面である高屈折率のガラス製レンズと、樹脂製レンズ又はモールドガラス製レンズとを組み合わせることにより、樹脂製レンズ又はモールドガラス製レンズについて非球面創成の自由度を飛躍的に向上させることができる。そのようにして得る非球面創成の大きな自由度と、焦点距離が短いことによる色補正の必要が無いことを巧みに活用して、明るく、非常に簡単な構成の超広角レンズを実現することができる。
【００２３】
また、特許文献３の欠点を克服するため、絞りの後の正の単レンズを所望の形状に設定すれば、画角を大幅に拡大するとともに、テレセン性を改良することが可能となる。
【００２４】
本発明の最良の態様においては、色補正の必要が無いことから、明るく、非常に簡単な構成の超広角レンズとすることができる。しかも、画角を大幅に拡大するとともに、テレセン性を改良することができる。
【００２５】
本発明の最良の態様による魚眼レンズは、２枚のレンズよりなり、非常に簡単な構成で、かつ明るく、特に２枚構成のレンズ系は、２ω＞１６０°超広角のを有し、かつ明るい（Ｆ／３以下）。
【００２６】
また、撮像素子に比べて全長が短く、例えば、全長≦６ｆ程度であり、近赤外域のある単一の波長にたいして諸収差が補正されている。
【００２７】
また、絞りをはさんで、物体側に、第１レンズが、負のメニスカスレンズよりなり、群全体として屈折力は負である第一群Ｇ１を構成する。かつ、絞りをはさんで、像側に、第２レンズが、両凸単レンズよりなる第二群Ｇ２を構成する。第二群Ｇ２のサグ量は像側で大きくなるように構成する。
【００２８】
ここで、正のレンズの非球面形状については、コーニック定数ｋ＜０、テレセン性に関する|最大画角の主光線傾角|＜１２°で、パワー配分や面間隔の条件が与えられる。特許文献３では、１＜ｆ２／ｆ＜２だが、本発明では、２＜ｆ２／ｆ＜５を実現できる。
【００２９】
また、好ましい「非球面形状」については、第二群を構成する正の単レンズは、両面ともコーニック定数が負の面であり、弱い面が絞りを向く。このレンズの作用は、上述のように、前群によって有限の距離に作られた虚像を撮像面上の実像として結像する役割を持つ。また、瞳結像に着目すると、これは絞りの像を出射瞳として結像する役割を持つ。特に、このときは出射瞳は∞にあることが望ましい。この形状は、３つの瞳結像についていえば、光ディスクのピックアップレンズと同様、アプラナティック単レンズ（アプラナティック＝球面収差とコマ収差の補正されたレンズ）の構成である。
【００３０】
非球面に対するベース曲率について言えば、瞳球面収差を少なくするためには瞳共役距離の遠い側に強い面を向ける。
【００３１】
また、より正確に、面形状の光軸方向へのサグ量についていえば、像側の面のサグ量が絞り側の面のサグ量より大である。
【００３２】
一般に球面収差は、面の周辺部に行くに従い平行光を一点に集めるために必要な曲率より強くなることによって発生することが知られている。
【００３３】
そこで、各面のコーニック定数k を負に設定することによって、中心曲率をそのまま保ち、周辺曲率を小さくすることは瞳球面収差を小さく抑えることが有効である。
【００３４】
また、「ある単一の波長に対して諸収差が補正されている」ことについては、監視カメラ、車載カメラといった用途では、非常に大きな画角（２ω＞１６０°）をもち、かつ動画を記録する必要から、できるだけ明るいレンズが必要とされている。
【００３５】
このような用途にあっては、夜間撮影を可能にするため、近赤外域に好感度を持つ撮像素子が多く使用される。
【００３６】
その結果、レンズの仕様としては、科学観測の分野や写真等の芸術分野とは異なり、可視域全体での色補正の必要は少ない。
【００３７】
また、レンズ材料の屈折率は、一般に、紫外域に近づくにつれ急激に上昇するが、赤色〜近赤外域においては、緩やかに低下するという特徴がある。
【００３８】
したがって、撮像素子の特性に対応した近赤外域のある単一の波長に対し球面収差が補正されていれば、赤色〜近赤外域においては、それほど急激な軸上収差の崩れは無い。
【００３９】
同様の理由により、倍率の色収差を含む軸外諸収差も、赤色〜近赤外域において、それほど大きな崩れ（像が色づくこと）は示さない。
【００４０】
以上を鑑みると、「近赤外域のある単一の波長に対して諸収差が補正されている」レンズで課題を満たす。
【００４１】
２枚のレンズの配置は、凹|凸（つまり、凹レンズ、絞り、凸レンズ）とするのが好ましい。
【００４２】
以上のように構成すれば、明るく、非常に簡単な構成の超広角レンズを実現することができる。
【００４３】
また、特許文献３に記載のレンズの欠点を克服するため、絞りの後の正の単レンズを前述のような形状に設定することにより、画角を大幅に拡大するとともに、テレセン性を数段改良することができる。
【００４４】
また、色補正の必要が無いことから、明るく、非常に簡単な構成の超広角レンズを実現し、画角を大幅に拡大するとともに、テレセン性を改良することで、上記従来技術の欠点を克服した２枚構成の魚眼レンズを提供することができる。
【００４５】
非球面係数の定義について説明する。
【数１】
2008134535.tif 000003
【００４６】
ここで、ｘは、面の光軸方向へのサグ量であり、Ｒは、曲率半径であり、また、Ｈ＝ｙ^２＋ｚ^２であり、これは面形状が回転対称形状であることを示す。Ｋはコーニック係数であり、−（離心率）^２である。Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ４次、６次、８次の非球面係数であり、面形状の円錐曲線からの隔たりを表す。
【００４７】
なお、本発明の魚眼レンズにおいては、レンズ形状は必ずしも回転対称でなくてもよい。というのは、車載カメラや監視カメラといった分野では、いわゆるアナモルフィック面を導入し、光軸（ｘ軸）に垂直なｙｚ軸のそれぞれの結像倍率を変えることで、被写体を所望のイメージサークル内に収めるといったことが行われているためである。このような構成によっても、決して結像性能は劣化しない。
【実施例】
【００４８】
本発明の第１〜第３実施例を説明する。
【００４９】
表１は、第１〜第３実施例における魚眼レンズの半画角、イメージサークル、全長、Ｆ／ｎｏ、焦点距離、出射瞳、ｆＢ、ｆ１〜ｆ２、直径／全長を示す。
【表１】
2008134535.tif 000004
【００５０】
＜第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例による魚眼レンズの概略を示す。物体側から順に第１レンズＬ１、絞り、第２レンズＬ２が配置されている。
【００５１】
図２は、図１に示す魚眼レンズの球面収差を示す。
【００５２】
図３は、図１に示す魚眼レンズの非球面収差を示す。
【００５３】
図４は、図１に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【００５４】
表２は、図１に示す魚眼レンズの面データを示す。
【表２】
2008134535.tif 000005
【００５５】
＜第２実施例＞
図５は、本発明の第２実施例による魚眼レンズの概略を示す。物体側から順に第１レンズＬ１、絞り、第２レンズＬ２が配置されている。
【００５６】
図６は、図５に示す魚眼レンズの球面収差と正弦条件を示す。
【００５７】
図７は、図５に示す魚眼レンズの非点収差を示す。
【００５８】
図８は、図５に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【００５９】
表３は、図５に示す魚眼レンズの面データを示す。
【表３】
2008134535.tif 000006
【００６０】
＜第３実施例＞
図９は、本発明の第３実施例による魚眼レンズの概略を示す。物体側から順に第１レンズＬ１、絞り、第２レンズＬ２が配置されている。
【００６１】
図１０は、図９に示す魚眼レンズの球面収差と正弦条件を示す。
【００６２】
図１１は、図９に示す魚眼レンズの非点収差を示す。
【００６３】
図１２は、図９に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【００６４】
表４は、図９に示す魚眼レンズの面データを示す。
【表４】
2008134535.tif 000007
【００６５】
表２〜４において、Ｒは、曲率半径である。Ｋは、コーニック係数であり、−（離心率）^２である。Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ４次、６次、８次の非球面係数であり、面形状の円錐曲線からの隔たりを表す。
【００６６】
第１〜第３実施例に示すレンズは、魚眼レンズである。
【００６７】
＜レンズ面の成形方法＞
第１レンズ（Ｌ１）および第２レンズ（Ｌ２）の球面及び非球面は、以下の方法で精密に測定して所望の形状に形成するのが好ましい。
【００６８】
図１３は、本発明によるレンズの凸面の形状測定装置の１例を示す。
【００６９】
図１３において、回動部材２３は、レンズ１０の非球面の第２面１０ｂに接触してその非球面レンズ１０を精密に測定するための第１接触子２２、好ましくは球状接触部材を有する。非球面のレンズ１０の第２面１０ｂに第１接触子２２を接触させ、リニア測長器２６側の第２接触子２４ａが四角柱状の回動部材２３の接触面２３ｂに接触していて、レンズ表面からの反力をリニア測長器２６で測定する。
【００７０】
リニア測長器２４の基部２６ａの先端に取り付けられた板ばね２３ｃに回動部材２３が設けられている。
【００７１】
第２接触子２４ａ（球状接触部材）が非球面のレンズ１０の第２面１０ｂから受ける反力に伴い旋回運動する軌跡（図１３の点線）上に第１接触子２２の接触点（球状接触部材）を配置して、レンズ１０を的確に測定する。
【００７２】
この場合、第１接触子２２（球状接触部材）は非球面のレンズ１０の第２接触面１０ｂに接触するときに点接触し、かつ、支点２３ａを中心に弧を描くように支点２３ａから矩形状の回動部材２３に設けられた第２接触子２２（球状接触部材）の配置位置までの距離を半径として第２接触子２４ａ（球状接触部材）は旋回運動し、非球面のレンズ１０の第２面１０ｂに対して法線方向から接触すると共に、支点２３ａを中心とした第１接触子２２の旋回運動の軌跡上に第２接触子２４ａが配置されているため、第１球状接触部材２２の旋回運動が第２球状接触部材２４ａの進退直線運動に伝達され、非球面のレンズ１０の第２面１０ｂからの押圧力を正確に伝え、非球面のレンズ１０を精密に測定することができる。そして、第１接触子２２と第２接触子２４ａは、四角柱状の回動部材２３を支持する板バネ等の板状部材２３ｃなどにより非球面のレンズ１０の第２面１０ｂに正確に追従して接触し、非球面形状を精密に測定することができる。
【００７３】
図１４は、レンズの凹面の形状測定装置の一例を示す。凹面５１を有するレンズ５０の場合、従来の形状測定装置では接触子自体がレンズ５０の凹面５１にうまく入らず、レンズ５０の形状や凹凸の傾斜を正確に測定できない。しかし、図１４の測定装置は、第１接触子５３として針状接触子を用い、その針状の第１接触子５３を支持する支持部材が基部５８に対して支点５５を中心として回動可能な回動部材５４として構成されている。第１接触子５３をレンズ５０の凹面５１に接触させる。針状の第１接触子５３の裏側の対応するところに、回動部材５４を介在する形で、球状の第２接触子５６を配置している。そして、針状の第１接触子５３の移動（円弧状運動）を球状の第２接触子５６に伝達することで、レンズ５０の凹面５１を正確に測定する。５７はリニア側長器の棒状部材の一部を示す。
【００７４】
また、図１５では、針状の第１接触子５３をレンズ６０の凸面６１に接触させ、針状の第１接触子５３の移動（円弧状運動）を球状の第２接触子５６に伝達することで、レンズ６０の凸面６１の形状や凹凸の傾斜などを精密測定する。この場合、凸面６１と平坦面６３の境界付近にも針状の第１接触子５３を的確に接触させることができるので、凸面６１と平坦面６３の境界及び凹凸の傾斜が例えば６０度以上の高接触角の非球面形状をきわめて高精度に測定することができる。
【００７５】
好ましくは、レンズの研削加工装置に前述の測定装置を備える。レンズを研削砥石で研削加工しながら、レンズの振れ、形状を測定し、再度レンズを研削し修正する。
【００７６】
また、レンズの研磨装置にも、前述の測定装置を備える。レンズを研磨しながら、レンズの振れ、形状を測定し、再度レンズを研磨し修正する。
【００７７】
また、前述の測定装置は、モールドでレンズを製造するための金型の凹面や凸面を測定するためにも適用できる。
【００７８】
このような測定装置の詳細は、特願２００６−２７０５７２号明細書及び図面に記載されている。その記載内容を本願明細書及び図面の記載内容の一部とする。
【００７９】
レンズの研削方法や研磨方法は、従来の種々のものを採用できる。その一例として、特許第３７５６１３０号公報に記載の非球面レンズ研磨方法をあげることができる。
【００８０】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されない。例えば、より画角を制限したレンズも、前述の条件に基づき容易に設計することができる。
【００８１】
また、前述の実施例では、魚眼レンズを監視カメラや車載カメラに適用したものであるが、本発明は、これに限定されず、デジタルカメラ等の光学装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施例による魚眼レンズを示す。
【図２】図１に示す魚眼レンズの球面収差と正弦条件を示す。
【図３】図１に示す魚眼レンズの非点収差を示す。
【図４】図１に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【図５】本発明の第２実施例による魚眼レンズを示す。
【図６】図５に示す魚眼レンズの球面収差と正弦条件を示す。
【図７】図５に示す魚眼レンズの非点収差を示す。
【図８】図５に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【図９】本発明の第３実施例による魚眼レンズを示す。
【図１０】図９に示す魚眼レンズの球面収差と正弦条件を示す。
【図１１】図９に示す魚眼レンズの非点収差を示す。
【図１２】図９に示す魚眼レンズの歪曲収差を示す。
【図１３】本発明の魚眼レンズを製造する際に使用するレンズ面の形状測定装置の一例を示す。
【図１４】本発明の魚眼レンズの製造の際に使用するレンズ面の形状測定装置の他の例を示す。
【図１５】本発明の魚眼レンズの製造の際に使用するレンズ面の形状測定装置の更に他の例を示す。
【符号の説明】
【００８３】
Ｌ１  第１レンズ
Ｌ２  第２レンズ
【図１】
2008134535.tif 000008
【図２】
2008134535.tif 000009
【図３】
2008134535.tif 000010
【図４】
2008134535.tif 000011
【図５】
2008134535.tif 000012
【図６】
2008134535.tif 000013
【図７】
2008134535.tif 000014
【図８】
2008134535.tif 000015
【図９】
2008134535.tif 000016
【図１０】
2008134535.tif 000017
【図１１】
2008134535.tif 000018
【図１２】
2008134535.tif 000019
【図１３】
2008134535.tif 000020
【図１４】
2008134535.tif 000021
【図１５】
2008134535.tif 000022