(57)【要約】      （修正有）【課題】視野内での障害物の検出を低下させないような広角対物レンズ系と、広角レンズ系を備えたカメラシステムとを提供する。【解決手段】広角対物レンズ系であって、１２０°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部４を備えた第１のレンズ群２と、前記第１のレンズ群２の後方に配列された光学アイリスと、前記光学アイリス６の後方に配列された第２のレンズ群８とを備え、前記第２のレンズ群８は、前記アイリス６を通った前記第１のレンズ群２からの光を、５％未満、好ましくは３％未満の像歪曲で、像面１０に当たるよう投射する広角対物レンズ系。【選択図】図１
2008102493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広角対物レンズ系であって、
１２０°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部（４）を備えた第１のレンズ群（２）と、
前記第１のレンズ群（２）の後方に配列された光学アイリス（６）と、
前記光学アイリス（６）の後方に配列された第２のレンズ群（８）と、
を備え、
前記第２のレンズ群（８）は、前記アイリス（６）を通った前記第１のレンズ群（２）からの光を、５％未満、好ましくは３％未満の像歪曲で、像面（１０）に当たるよう投射する、広角対物レンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群（８）は、前記像歪曲を補正するための非球面レンズ（１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項３】
請求項２に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズ（１６−５）は、両非球面レンズである、広角対物レンズ系。
【請求項４】
請求項２または３に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズは、凹面と凸面とを有する、広角対物レンズ系。
【請求項５】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、最大５つのレンズ（１６−ｉ）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項６】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）は、最大３つのレンズ（１６−１、１６−２、１６−３）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項７】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群は、最大２つのレンズ（１６−４、１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項８】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記広角対物レンズ系の光学構成の長さ（ＯＢＬ）は、１８．０ｍｍ±５ｍｍである、広角対物レンズ系。
【請求項９】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、前記入射開口部（４）に対して、前記光学構成の長さ（ＯＢＬ）の６０％±１０％の位置に配置される、広角対物レンズ系。
【請求項１０】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、１．２６ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する、広角対物レンズ系。
【請求項１１】
請求項１に記載の広角対物レンズ系であって、
前記第１のレンズ群（２）は、第１のレンズ（１６−１）と第２のレンズ（１６−２）と第３のレンズ（１６−３）とを備え、
前記第２のレンズ群（８）は、第４のレンズ（１６−４）と第５のレンズ（１６−５）とを備え、
前記第１のレンズ（１６−１）は、１１．６ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ11）および−５．２ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ12）を有する凸凹形状であり、
前記第２のレンズ（１６−２）は、４５．２ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ21）および−６．１ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ22）を有する凸凹形状であり、
前記第３のレンズ（１６−３）は、４４．９ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ31）および１０．９ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ31）を有する両凸形状であり、
前記第４のレンズ（１６−４）は、４．３ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ41）および７．８ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ42）を有する両凸形状であり、
前記第５のレンズ（１６−５）は、凹凸両非球面形状であり、
前記δ％は、１％から１５％の範囲、好ましくは、１％から５％の範囲である、広角対物レンズ系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ（１６−１）の屈折率は１．７９である、広角対物レンズ系。
【請求項１３】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ（１６−２）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
【請求項１４】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第３のレンズ（１６−３）の屈折率は１．８４である、広角対物レンズ系。
【請求項１５】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
【請求項１６】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第５のレンズ（１６−５）の屈折率は１．５３である、広角対物レンズ系。
【請求項１７】
請求項１１に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）は、特に、収差による像の膨張又は湾曲を補正するよう設計されている、広角対物レンズ系。
【請求項１８】
広角対物レンズ系であって、
１４２°±１０°の対角視野角にわたって被写体からの光を収集するための入射開口部（４）を備えた第１のレンズ群（２）と、
前記第１のレンズ群（２）の後方に配列された光学アイリス（６）と、
前記光学アイリス（６）の後方に配列された第２のレンズ群（８）と、
を備え、
前記第２のレンズ群（８）は、前記アイリス（６）を通った前記第１のレンズ群（２）からの光を、１７％未満、好ましくは１５％未満の像歪曲で、像面（１０）に当たるよう投射する、広角対物レンズ系。
【請求項１９】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群（８）は、前記像歪曲を補正するための非球面レンズ（１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項２０】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズ（１６−５）は、両非球面レンズである、広角対物レンズ系。
【請求項２１】
請求項１９に記載の広角対物レンズ系であって、前記非球面レンズは、凹面と凸面とを有する、広角対物レンズ系。
【請求項２２】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、最大５つのレンズ（１６−ｉ）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項２３】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）は、最大３つのレンズ（１６−１、１６−２、１６−３）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項２４】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ群は、最大２つのレンズ（１６−４、１６−５）を備える、広角対物レンズ系。
【請求項２５】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記広角対物レンズ系の光学構成の長さ（ＯＢＬ）は、２１．４ｍｍ±５ｍｍである、広角対物レンズ系。
【請求項２６】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、前記入射開口部（４）に対して、前記光学構成の長さ（ＯＢＬ）の７５％±１０％の位置に配置される、広角対物レンズ系。
【請求項２７】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、０．８５ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する、広角対物レンズ系。
【請求項２８】
請求項１８に記載の広角対物レンズ系であって、
前記第１のレンズ群（２）は、第１のレンズ（１６−１）と第２のレンズ（１６−２）と第３のレンズ（１６−３）とを備え、
前記第２のレンズ群（８）は、第４のレンズ（１６−４）と第５のレンズ（１６−５）とを備え、
前記第１のレンズ（１６−１）は、１３．７ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ11）および−４．７ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ12）を有する凸凹形状であり、
前記第２のレンズ（１６−２）は、１５３．４ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ21）および−６．０ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ22）を有する凸凹形状であり、
前記第３のレンズ（１６−３）は、∞の第１の半径（Ｒ31）および８．５ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ31）を有する平凸形状であり、
前記第４のレンズ（１６−４）は、６．８ｍｍ±δ％の第１の半径（Ｒ41）および４．２ｍｍ±δ％の第２の半径（Ｒ42）を有する両凸形状であり、
前記第５のレンズ（１６−５）は、凹凸両非球面形状であり、
前記δ％は、１％から１５％の範囲、好ましくは、１％から５％の範囲である、広角対物レンズ系。
【請求項２９】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ（１６−１）の屈折率は１．７７である、広角対物レンズ系。
【請求項３０】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第２のレンズ（１６−２）の屈折率は１．７９である、広角対物レンズ系。
【請求項３１】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第３のレンズ（１６−３）の屈折率は１．８５である、広角対物レンズ系。
【請求項３２】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）の屈折率は１．７５である、広角対物レンズ系。
【請求項３３】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第５のレンズ（１６−５）の屈折率は１．５３である、広角対物レンズ系。
【請求項３４】
請求項２８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第４のレンズ（１６−４）は、特に、収差による像の膨張又は湾曲を補正するよう設計されている、広角対物レンズ系。
【請求項３５】
請求項１または１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記第１のレンズ群（２）に含まれる前記レンズ（１６−１、１６−２、１６−３）、および／または、前記第２のレンズ群（８）に含まれる前記レンズ（１６−４、１６−５）は、間にスペーサ要素を挟むことなく、互いに直接的に接触している、広角対物レンズ系。
【請求項３６】
請求項１または１８に記載の広角対物レンズ系であって、前記光学アイリス（６）は、レンズホルダ（１８）における円筒形の穴（２０）が、前記円筒形の穴（２０）の底部にアイリス開口部を備えることによって構成されており、
前記円筒形の穴２０の直径は、前記アイリスの直径よりも大きい、広角対物レンズ系。
【請求項３７】
自動車および商用車の周囲環境を監視するための広角カメラであって、広角対物レンズ系を有する電子的な像取り込み部（１２）を備え、前記像取り込み部（１２）によって取り込まれた像における収差が、前記広角対物レンズ系によって補正される、広角カメラ。
【請求項３８】
請求項３７に記載の広角カメラであって、前記広角対物レンズ系は、請求項１ないし３７のいずれかに記載の広角対物レンズ系である、広角カメラ。
【請求項３９】
請求項３７または３８に記載の広角カメラであって、前記像取り込み部（１２）の前に、赤外線フィルタ（１４）が配置されている、広角カメラ。
【請求項４０】
請求項３７または３８に記載の広角カメラであって、前記入射開口部（４）の前に、透明保護プレート（３０）が配置されている、広角カメラ。
【請求項４１】
請求項４０に記載の広角カメラであって、前記保護プレートは、互いに平行な両面を有するプレートである、広角カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広角対物レンズ系、および、かかる広角レンズ系を備えた広角カメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、自動車（特に、商用車）において、自動車の周囲の領域を監視する目的で、ますます多くのカメラが取り付けられている。かかる目的を果たすいくつかの種類のパノラマカメラは、自動車に固定されているため、広い範囲の視界すなわち広角の視野を網羅する必要がある。そのため、通例は、比較的安価な広角レンズ系を備えた複数のカメラが取り付けられる。
【０００３】
これらの広角対物レンズは、１００°以上の非常に広い視野角を網羅する。しかしながら、この広い視野角（すなわち、広範囲の視野）を得るには、表示される像の外縁部において、かなりの歪曲の発生と、明るさの減少という代償を払うことになる。「歪曲」すなわち「像歪曲」とは、被写体の縁部領域における直線が、生成された像内で曲がって見えることを意味する。樽型歪曲と糸巻き型歪曲とを区別することが重要である。広角レンズ系は、通常、樽型歪曲（すなわち、正の数値で表される歪曲）を示す。正および負の像歪曲の例を示す図３を参照のこと。像歪曲は、（ｙ’−ｙ）／ｙ’と表される。ここで、ｙ’は、歪曲がない場合の像の高さを示し、ｙは、収差を伴う像の高さを示している。一般に、半径方向の歪曲（すなわち、半径方向距離に沿った長さの変化）のみが考慮される。本願では、歪曲の％値は、この半径方向の像歪曲を示す。
【０００４】
対物レンズ、特に、広角対物レンズを用いる場合には、生成された像において様々な誤差すなわち収差が生じるが、それらは、ザイデル誤差論における「ザイデルの７収差」として知られている。これら７つのザイデル収差は、次の３つの群に分類される。
【０００５】
Ｉ）焦点収差
ａ）球面収差（近軸光線と周辺光線との差）
ｂ）コマ収差（尾を引いた光斑の発生）
ｃ）非点収差（複数点における焦線の形成）
ＩＩ）位置収差
ｄ）像面湾曲収差（受像部の湾曲面の結果）
ｅ）歪曲収差（凸状または凹状の輪郭、すなわち、樽型または糸巻き型の輪郭）
ＩＩＩ）色収差
ｆ）縦色収差
ｇ）横色収差
【０００６】
対物レンズ系の各レンズは、ガラスの種類、２つのレンズ表面の半径で表される曲率、レンズの厚さなど、様々な特性を有する。対物系における複数のレンズの配列は、レンズ同士の分離距離、アイリスの位置、および、後部焦点（すなわち、最後のレンズ表面から、記録された像の面までの距離）によって特徴付けられる。これらの特徴は、パラメータすなわち自由度として表される。理論的に、これらの自由度の各々は、像収差を補正するために利用可能である。逆に、各自由度は、すべての像収差に関与する。従来の光学ソフトウェアを利用すれば、各レンズ表面に見合った像収差を算出できる。
【０００７】
以下では、適切な例を用いて、光学設計者の作業方法を説明する。この例は、光学設計者の作業の進め方の概念を示すため、非常に重要であり、光学設計者の創造性が未だに決定的なものであることを示している。最小限の８つの独立した系パラメータで、７つの収差を補正することができる。焦点距離も、かかるパラメータの１つである。この補正では、原理的には、トリプレット（すなわち、３枚構成の対物レンズ）で十分である。トリプレットは、通常、２つの外側収束部材（例えば、クラウンガラスで形成される）と、１つの内側の発散部材（例えば、フリントガラスで形成される）とを組み合わせたものである。この組み立て品は、６つの半径と、個々のレンズの間の２つの距離とを提供する。まず、光学設計者は、ガラスの種類、レンズの厚さ、レンズ間の分離距離、および、ガラス表面の曲率半径などの光学系パラメータを収集する。６つのレンズ表面があり、各々が、最終的な像における収差全体に対して、どの程度寄与するかを決定することができる。非常に簡略化すると、特定の場合に、第１のレンズの第２の表面の半径が、球面収差および色収差を引き起こし、第３のレンズの両面の半径が、コマ収差および非点収差を引き起こすと決定できる。
【０００８】
ここで、光学設計者は、これらの収差を補正する方法を決定する必要がある。設計者は、第１のレンズの曲率を変更することにより、球面収差を補正しようとしてよい。しかしながら、レンズの曲率は、焦点距離にも影響し、焦点距離は、変更されないことが好ましい。曲率の変更により、球面収差は低減しうるが、同時に、コマ収差が増大する。設計者は、さらに、誤差感度を改善するために、複数の系パラメータに対して補正を分配するよう、決定できる。特定のパラメータが、特定の収差の補正に対して非常に決定的である場合には、そのパラメータが、レンズ系の製造時の許容誤差または許容クリアランスの範囲外にあると、困難である。また、クリアランスが、あまりに細かく指定されていてレンズ系の製造時に観察できないと判断することもできる。
【０００９】
光学設計者は、残留光学収差が十分に小さくなるような点まで、系パラメータを変更する。さらなる工程で、設計者は、同時に様々な自由度で、各像収差を補正するよう試みる。次に、補正の負担は、様々なレンズ表面に対して分配できるため、系全体は、もはや重要でなくなる。ある制限内で、光学設計者は、ガラスの種類と屈折率とを指定する可能性がある。とは言え、選択された各組み合わせは、総補正の別の態様をもたらす。トリプレットが、所定の条件に近くなるように構成されると、設計者は、例えば、像の縁部における非点収差が、ほぼ無くなったが、視野内で重要な役割を果たしそうであると、判断できる。この時点で、新しい課題に突き当たる。上で概説したザイデルの７収差は、残念ながら、光学収差だけではない。ザイデル収差は、「三次の像収差」として表される。必然的に、より高次のより多くの収差が存在する。これらの内で最も重要なものは、五次および七次の収差である。これらの収差群は、一般に、第１の群すなわち「三次」収差が適切に補正された時のみ観察される。
【００１０】
理論的には、被写体に存在する非常に小さい点が、再び、非常に小さい点に写像される。実際上、これは、上述の光学収差のために成り立たない。点が、点として再現されず、様々な分布の明るさを有する小さいディスクとして再現される。これらのディスクが、ある特定の直径以下になるとすぐに、像の誤差が明らかになる。これは、非常に簡略化した説明である。実際には、これらの収差は、絶えず存在しているのだが、残留三次収差が小さくなった場合にのみ、目立つようになる。
【００１１】
上述の例、すなわち、「トリプレットの例」では、視野内の非点収差が未だ目立つが、より高次の像収差の影響が示されている。ザイデルの像収差の内、規定されて完全に制御された残留収差を用いて、五次および七次の誤差すなわち収差を相殺することができる。これは、当然、限定的な手段であり、トリプレットは、視野角および／またはアイリスの開口が小さい場合にのみ、許容可能な結像性能を有する。
【００１２】
レンズの数や構成などによって規定される光学系は、補正の可能性が制限されることに注意することが重要である。これは、換言すれば、高度な光学ソフトウェアやコンピュータの処理能力を用いても、「正しい」初期パラメータを選択できるのは、熟練した光学設計者だけであるということを意味する。
【００１３】
光学収差を低減するために、コンピュータ、ソフトウェア、および、数値法が利用される。この装置および手順を用いて、光学系を最適化する。この大量のデータは、特有の問題を引き起こしうる。結果として、専門家や光学設計者の作業は、簡単にならない。コンピュータを用いれば、光学設計者は、より多くのパラメータを考慮に入れて、より迅速かつ正確に計算を実行することができる。
【００１４】
光学系の設計パラメータ（レンズの曲率、レンズの厚さ、分離の距離、屈折率など）の数と、上述の光学収差の補正度との間には、ある関係が存在する。自由度が大きくなる程、および、設計パラメータが多くなる程、それぞれ、それに応じて、光学設計者が、系を補正できる可能性が大きくなる。光学設計者が、より多くの数の光学素子を適用すれば、より良好な補正度を実現できる。しかしながら、これにより、コストが大幅に増大し、さらに、かかる系は、製造時のクリアランスの一部や重量の増大に対して強い影響を及ぼしうる。
【００１５】
光学系の設計者は、次に、与えられた構造の基本となる光学的な実現性を非常によく理解する必要がある。構造や設計はすべて、最初の概略図に従った最適化システムまたは計画を必要とする。構造が、収差の精密な補正に適さない場合には、光学設計者は、低い品質の製品しか実現できない。
【００１６】
６レンズ対物系は、１０の自由なレンズ表面（半径）と、６のレンズ厚（レンズごとに１つ）と、レンズ間の４つの分離距離とを有する。さらに、各種のガラスは、考慮すべき特有の屈折率および分散率を有する。また、アイリスの正確な位置が決定される必要がある。これら３６のパラメータすなわち自由度を用いて、光学設計者は、６０を超える異なる像収差を補正する必要がある。各パラメータは、約１０，０００の個々の値を提供することが可能であり、設計者は、各パラメータの変化について、約６，０００の異なる光線経路を算出する必要がある。
【００１７】
また、これら３６の自由度すなわちパラメータは、完全には独立していない。一部は、組み合わされる必要があり、一部は、他のパラメータによって強く制限される。したがって、３６の自由度は、約２０に低減され、それにより、作業が、さらに複雑になる。所定の条件および考慮事項に照らして、数千とまではいかなくとも数百の設計が生じうることは当然のことであり、そのすべてが、所望の解決法すなわち設計に非常に近いもしくは似ている。毎秒１０，０００のレンズ表面を算出できる高速のコンピュータおよびソフトウェアを用いても、６レンズ対物系の評価を完了するには、およそ１０年掛かる。
【００１８】
明らかに、かかる手順は、実行可能なものではない。この終わりのない選択の連続に対する最良の解決法を見つけるために、光学設計者は、表示された像の最終的な結像性能に対する像収差の影響すべてを本質的に認識する必要がある。さらに、設計者は、結像性能の要因を知ることができる必要があり、それにより、光学系の所望の特徴を実現できるようになる。
【００１９】
自動車の周囲環境を一望するために広角対物レンズを適用する場合には、第一に、通常は、カメラが自動車に固定されているため、最大の視野を網羅することができることが好ましく、第二に、必然的に現れる像収差が、かかる広角レンズ系の視野内における障害物の認識を低下させないことが好ましい。さらに、広角対物レンズ系を、あまりに複雑な方法で設計することはできない。何故なら、自動車で用いるには高価になりすぎるためである。
【００２０】
したがって、本発明の目的は、視野内の妨害物すなわち障害物の検出を低下させないような像収差すなわち誤差を有する経済的な広角対物レンズを利用可能にすることである。本発明のさらなる目的は、かかる広角レンズ系を備えたカメラを提供することである。
【発明の開示】
【００２１】
上述の目的は、請求項１、１８、および、３７に記載の広角対物レンズ系および広角カメラによって解決される。
【００２２】
自動車の用途で広角対物レンズの取り付けに伴って起きる主要な問題は、かかるレンズに特有の像歪曲であると、発明者は認識した。すなわち、像歪曲が、視野内の妨害物に対する迅速かつ容易な認識を妨げる。したがって、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系を備えた本発明によると、歪曲が、その対角レンズ系自体によって、１０％未満、好ましくは、５％未満にまで低減される。１４２°の対角視野を有する広角レンズ系では、歪曲が、その対角レンズ系自体によって、１７％未満、好ましくは、１５％未満にまで低減される。本発明の自動車への取り付け範囲には、コストの点から、複雑で精密な広角レンズ系の取り付けは含まれないが、歪曲の補正は、取り込まれた像の電子的なデータ処理を利用せずに、適切な設計のレンズ系によって実行される。驚いたことに、許容可能なほど低いコストで、これを実行できることが示された。
【００２３】
本発明の一態様によると、主に、非球面レンズを用いて、像歪曲が低減される。この非球面レンズは、凹凸両非球面レンズの設計であることが好ましく、画像センサに隣接する広角対物系の最後のレンズとして、つまり、画像センサの焦点面すなわち受像面の直前に、配置される。
【００２４】
本発明のさらなる態様によると、光学アセンブリの長さすなわち対物系の幾何学的長さは、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系については、１８ｍｍ±５ｍｍであり、１４２°の対角視野を有する広角レンズ系については、２１ｍｍ±５ｍｍである。これには、必然的に、まず、単純な設計が必要であり、そうすれば、自動車に取り付けるのに十分なほど小型な広角対物レンズ系を提供できる。
【００２５】
本発明のさらなる態様によると、広角対物系は、最大５つのレンズで構成されており、第１のレンズ群は、最大３つのレンズからなり、第２のレンズ群は、最大２つのレンズからなる。このレンズの数は、対物レンズの複雑さ、ひいては、価格と、像収差を補正する十分な可能性との間の申し分のない妥協点を提供するものである。
【００２６】
本発明のさらなる態様によると、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系について、アイリスは、入射開口部から測って、レンズ系の光学的取り付け長さ全体の６０％±１０％の位置に配置される。１４２°の対角視野を有する広角レンズ系について、アイリスは、レンズ系の光学的取り付け長さ全体の７５％±１０％の位置に配置される。備えられたレンズの数が少ないことを考慮すれば、このアイリスの位置は、発生した収差の低減、特に像歪曲の低減に対して、特に有利であることが示された。
【００２７】
本発明のさらなる態様によると、第１および第２のレンズ群のレンズは、スペーサ要素などを挟まずに、互いに直接的に接触して配置される。このように、特に申し分ないアセンブリの長さが実現される。すなわち、レンズ系全体の寸法が低減される。また、分離距離が存在しないため、クリアランスが、より良好に維持される。
【００２８】
本発明のさらなる態様によると、光学アイリスは、１２０°の対角視野を有する広角レンズ系においては、１．２６ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有し、１４２°の対角視野を有する広角レンズ系においては、０．８５ｍｍ±０．５ｍｍの直径を有する。この寸法によると、像歪曲が、さらに低減される。
【００２９】
本発明のさらなる態様によると、第１のレンズ群は３つのレンズを備え、第２のレンズ群は、２つのレンズを備える。個々のレンズに関するこの組み合わせ、それらの配置、および、寸法により、非常に大きい視野を実現すると共に、歪曲を大幅に低減できる。他の像収差はすべて、許容限度に収まる。
【００３０】
本発明のさらなる態様によると、請求項１１および２８に記載の５つのレンズの寸法は、それぞれ、本発明の広角対物レンズ系の歪曲およびその他の光学特性の低減に関して、申し分ない結果をもたらす。
【００３１】
本発明のさらなる態様によると、アイリスは、円筒形の穴の中に円形の開口部を備えるよう形成される。これにより、円錐形に開けられたアイリス開口部にすれすれで光が入射することによる望ましくない反射を防止できる。
【００３２】
本発明のさらなる態様によると、対物レンズには、従来の球面またはドーム形の前面カバーの代わりに、平らで透明な前面保護プレートが備えられている。この場合、広角対物レンズ系の計算において、プレートの光学特性を考慮する必要がある。それに関連してコストが増大するものの、上述の球面またはドーム形のレンズカバーに比べて安価である平らなプレートを用いることで、むしろコストを抑えることができる。
【００３３】
本発明のさらなる態様によると、第１のレンズ群の第１のレンズは、像面湾曲収差や像の膨張を補正するよう、特に設計されている。これらの補正により、広角対物レンズの空間的に湾曲した像面が、画像センサの平面に適合される。換言すると、それによって、像収差が補正されて最小限に抑えられる。
【００３４】
さらなる下位の請求項により、本発明のさらなる有利な態様が規定されている。
【００３５】
本発明のさらなる詳細、特徴、および、利点については、図面（すなわち、図１および２）を参照した本発明の好ましい実施形態に関する以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１および図２は、本発明の代表的な実施形態を示す。図１は、本発明に従った広角対物レンズ系を備えた広角カメラについて、対物レンズの光軸に沿った縦断面を示す図である。図２は、図１の広角対物系を通る光線の経路を示す図であり、それらの経路が、様々な視野角を包含する様子が示されている。それらの視野角は、それぞれ、αおよびα／２に指定されている。
【００３７】
被写体（図１および２の右側に配置されるが図示されていない）からの光は、画角αから収束して、第１のレンズ群２に入る。第１のレンズ群２は、入射開口部４を有する。取得（例えば、撮影）される被写体からの入射光の方向に沿って、第１のレンズ群２の後方に、光学アイリス６が配置されている。そして、光学アイリス６の後方には、第２のレンズ群８が配置されている。第２のレンズ群８に続いて、平らな像面１０すなわち焦点面１０の位置に、複数の画素を備えたＣＣＤセンサ１２の形態の電子的な像取り込み部が配置されている。ＣＣＤセンサ１２と第２のレンズ群８との間には、ＩＲカットフィルタ１４（ＩＲ＝赤外線）が配置されている。赤外線は、結像性能の低下につながるため、ＩＲカットフィルタ１４によって除去される。これは、カラーカメラの場合の色の表示について特に当てはまり、存在する赤外線の比率が高いと、色彩効果の質が低下する。
【００３８】
第１のレンズ群２は、第１のレンズ１６−１と、第２のレンズ１６−２と、第３のレンズ１６−３とを備える。第２のレンズ群８は、第４のレンズ１６−４と、第５のレンズ１６−５とからなる。第１のレンズ群２のレンズ１６−１、１６−２、および、１６−３は、互いに接触するように配置されている。つまり、それらのレンズの間には、分離距離すなわちスペーサ要素が設けられていない。同様に、第４のレンズ１６−４および第５のレンズ１６−５も、接触して配置されている。この場合、比較的大きい第５のレンズ１６−５は、比較的小さい第４のレンズ１６−４のホルダとして機能する。５つのレンズ１６−１ないし１６−５はすべて、レンズ保持手段１８によって所定の位置に保持されている。保持手段１８は、５つのレンズ１６−１ないし１６−５の周縁部を把持、すなわち、周縁部に接している。また、レンズ保持手段１８の左側の開口は、入射開口部４のサイズを規定している。
【００３９】
光学アイリス６は、第４のレンズ１６−４の直前に配置されている。アイリス６は、第３のレンズ１６−３と第４のレンズ１６−４との間の空間で、レンズ保持手段１８の形状によって形成される。アイリス６は、光軸ＯＡに沿ったレンズ保持手段１８の一部分に形成される。レンズ保持手段１８のその部分は、アイリス６の入射開口部２２を形成する円筒形の止まり穴２０を備える。円筒形の止まり穴２３の底部には、光がアイリス構成を通過することを可能にする出射口２４を形成する第２の穴２３が設けられている。止まり穴２０の直径は、第２の穴２３の直径よりも大きい。止まり穴２０および第２の穴２３は、レンズ保持手段１８内の対物レンズ系の光軸ＯＡを対称的に取り囲むよう設計されている。出射口２４は、第４のレンズ１６−４の直前に配置されており、その直径は、アイリス６のサイズすなわち直径を決定する。穴２０が、一般的な円錐形状ではなく円筒形状を有することにより、光がすれすれでアイリス６を透過すること（望ましくない反射につながる）を防止できる。
【００４０】
以下では、本発明の２つの実施形態について、具体的なデータと、決定的な光学パラメータとを提示する。これら２つの実施形態の構造は、図１および２が両実施形態の例示となるように、非常に類似している。
【００４１】
第１の実施形態では、第１のレンズ１６−１は、凸凹の形状であり、以下の表１からわかるように、それぞれのレンズ表面の曲率に対してＲ11およびＲ12の半径を有する。第２のレンズ１６−２も、同様の凸凹形状であり、第１の半径Ｒ21および第２の半径Ｒ22を有する。第３のレンズは、両凸形状であり、第１の半径Ｒ31および第２の半径Ｒ32を有する。第４のレンズも、両凸形状であり、それぞれの半径は、Ｒ41およびＲ42となっている。第５のレンズは、凹凸非球面レンズである。５つのレンズ１６−１ないし１６−５の厚さ、直径、および、屈折率と、それらの分離距離とを、以下の表１に示す。
【００４２】
【表１】
2008102493.tif 000003
【００４３】
表３に示した第５のレンズ１６−５の直径は、有効光学径である。
【００４４】
第１の実施形態の第５のレンズ１６−５の非球面係数ｃおよび円錐定数Ｋを、以下の表２に示す。
【００４５】
【表２】
2008102493.tif 000004
【００４６】
円形の入射開口部４は１４ｍｍの直径を有し、アイリス６は１．２６ｍｍの直径を有する。
【００４７】
第２の実施形態では、第１のレンズ１６−１は、凸凹の形状であり、以下の表３からわかるように、それぞれのレンズ表面の曲率に対してＲ11およびＲ12の半径を有する。第２のレンズ１６−２も、同様の凸凹形状であり、第１の半径Ｒ21および第２の半径Ｒ22を有する。第３のレンズは、平凸形状であり、第１の半径Ｒ31および第２の半径Ｒ32を有する。また、第４のレンズは、両凸形状であり、それぞれの半径は、Ｒ41およびＲ42となっている。第５のレンズは、凹凸非球面レンズである。５つのレンズ１６−Ｉの厚さ、直径、および、屈折率と、それらの分離距離とを、以下の表３に示す。
【００４８】
【表３】
2008102493.tif 000005
【００４９】
表３に示した第５のレンズ１６−５の直径は、有効光学径である。三次元物体としての第５のレンズ１６−５の直径は、７ｍｍである。
【００５０】
第２の実施形態の第５のレンズ１６−５の非球面係数ｃおよび円錐定数Ｋを、以下の表４に示す。
【００５１】
【表４】
2008102493.tif 000006
【００５２】
第２の実施形態では、円形の入射開口部４は１５．６ｍｍの直径を有し、アイリス６は０．８５ｍｍの直径を有する。
【００５３】
第５のレンズ１６−５の非球面の数学的表現については、両方の実施形態に対して、以下のテキストを参照している：Ｎａｕｍａｎｎ／Ｓｃｈｒoｄｅｒ，Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔ  ｄｅｒ  Ｏｐｔｉｋ，Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ  ｆｏｒ  Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｏｐｔｉｋ，Ｖｏｌ．５、１９８７年発行、１４５ページ以下を参照。
【００５４】
両方の実施形態において、第５のレンズ１６−５は、プラスチックからなり、１つの部材として形成される。第５のレンズ１６−５は、レンズ要素２６と保持手段２８とを備える。レンズ要素２６は、非球面凹凸レンズを備えており、それにより、第５のレンズ１６−５の光学機能が実現される。保持手段２８は、レンズ要素２６から環状に伸びており、断面図（図１参照）では、保持手段２８は、レンズ要素２６の縁部から上下両方向に伸びる（図１参照）２つのＴ字形の要素からなる。したがって、保持手段２８は、円環形状の第１の部分２８−１を長方形の断面で取り囲んでおり、長方形の断面を有する部分が、レンズ要素２６の縁部に直接結合している。第１の部分２８−１の外側には、長方形の断面を有する円筒形の第２の部分２８−２が取り付けられている。第２の部分２８−２は、第１の部分２８−１に対して横方向に配列されている。保持手段２８の第２の部分２８−２は、その終端がレンズ支持構造１８に接している。円環状の第１の部分２８−１は、第４のレンズ１６−４のための支持面として機能する。したがって、第４のレンズ１６−４は、間にスペーサ要素を挟むことなく、第５のレンズ１６−５と直接的に接触しており、第４のレンズ１６−４は、その終端が第５のレンズ１６−５の第１の円環状の部分２８−１に接している。アイリス６の出射口２４を取り囲むレンズ保持手段１８の部分は、第４のレンズ１６−４を保持および支持している。さらに、第１、第２、および、第３のレンズ１６−１、１６−２、および１６−３は、周縁部で互いに支持し合っており、さらに、半径方向においては、レンズホルダすなわちレンズ保持手段１８によって支持されている。
【００５５】
第１のレンズ１６−１の直前には、互いに平行な両面を有するプレート３０の形態の透明保護カバーが配置されている。このプレート３０は、環境の影響から広角対物レンズを保護する。従来のカメラにとって通例の手段、すなわち、球面またはドーム形の前面カバーの代わりに、両面が平行で透明なプレート３０を備えることにより、広角レンズの計算において、プレート３０の光学特性を考慮する必要があるという条件が加わる。しかしながら、この追加の費用は、上述の球面保護透明カバーと比べて基本的にコストの低い平行面のプレート３０を用いることで完全に相殺される。
【００５６】
図２は、図１に示した実施形態の光学機能を示す図であり、本発明に従って、広角対物レンズ系の光軸ＯＡに沿った５つのレンズ１６−１ないし１６−５の配列を示している。図２では、広角レンズ系の光学構成の長さ、すなわち、第１のレンズ１６−１の前縁と、画像センサ１２の像面（すなわち、焦点面１０）との間の距離が示されている。本発明の第１の実施形態では、光学構成の長さは１８ｍｍであり、第２の実施形態では、光学構成の長さは２１．４ｍｍである。
【００５７】
図２には、５つの異なる視野角αに対する光線経路３２−１ないし３２−５が図示されている。最大の視野角αは、光線経路３２−１によって表される。簡単のため、図２では、α／２の符号のみを示しており、α／２とは、光軸ＯＡと、それぞれの入射光線経路３２−ｉとの間の角度である。さらに、図２では、個々のレンズ１６−１ないし１６−５の厚さおよび半径が示されている。
【００５８】
【表５】
2008102493.tif 000007
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に従って、電子的な像取得装置システムを備えた広角カメラの実施形態を示す断面図。
【図２】様々な視野角の露光からの光線経路を示した図１の実施形態の光学的機能図。
【図３】ザイデル収差の１つである歪曲を示す説明図。
【図１】
2008102493.tif 000008
【図２】
2008102493.tif 000009
【図３】
2008102493.tif 000010
【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
Wide-angle Objective Lens System and Camera
2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention concerns a wide-angle objective lens system a wide-angle camera system with such a wide-angle lens system.
Today, in the case of motor vehicles, especially in regard to commercial vehicles, more and more cameras are being installed for the purpose of monitoring the area surrounding the vehicle.  Panoramic cameras of types to serve such a purpose are rigidly affixed to a vehicle, so that the camera has to encompass a wide area of sight or a wide-angled field of view. For this purpose cameras with comparatively inexpensive wide-angle lens systems are customarily installed.
These wide-angle objective lenses encompass a very wide field angle of 100° or more.  However, this large field angle, i.e., this extensive extent of view, must be bought at the price of considerable distortion and reduced brightness in the outer edges of the displayed image.  "Distortion" or "image distortion", means that straight lines in the edge areas of the object show themselves as curved in the produced image.  It is important to distinguish a barrel-shaped distortion and a cushion-shaped distortion. Wide-angle lens system usually show a barrel-shaped distortion, i. e. expressed as positive figure. See Fig. 3 for examples of positive and negative image distortions.  Image distortion is expressed as (y' - y)/y', where y' represents the height of the image without distortion and y designates the height of the image with aberration.  As a general rule, only the radial distortion, i.e the change in lengths along radial distances, are considered. In the present application ％-values for distortion designate this radial image distortion.
Where objective lenses are involved, and especially wide-angle objective lenses, a multiplicity of errors or aberrations in the produced images occur, which are known as the "Seven Seidel Aberrations" referring to the Seidel Error Theory.  These seven Seidel Aberrations can be combined into three groups:
I)  focus aberrations
a)  Spherical aberration, (differences in paraxial rays and marginal rays),
b)  coma, (light patching, with stringed tails),
c)  astigmatism, (formation of focal lines at points),
II)  positional aberrations
d)  field curvature, (result of curved surface of image receiver),
e)  distortion, (convex or concave forms of outlines or barrel-shaped or cushion shaped outlines),
III)  color aberration
f)  longitudinal color aberration
g)  transverse color aberration
Each lens of an objective lens system possesses various properties such as the kind of glass, curvature expressed by the radii of the two lens surfaces) and the thickness of the lens.  The arrangement of a plurality of lenses in an objective system becomes characterized by the separation distance of one lens from another, the position of an iris, and the back focus, i.e. the distance of the last lens surface to the plane of the recorded image.  These characteristics become known as parameters or degrees of freedom.  Theoretically, each of these degrees of freedom can be put to use to correct image aberrations.  Contrary thereto, each degree of freedom takes part in all image aberrations.  By customary use of optics software the proportionate image aberration for each single lens surface can be calculated.
In the following the work method of an optics designer will be explained by the aid of a pertinent example.  This example is very important, since it presents the concept, of how an optics-designer proceeds and it shows decisive the creativity of the optics designer still is. It is possible to correct the seven aberrations with a minimum of eight independent system parameters. Focal length is also such a parameter. A triplet, i.e., a three-lens objective, could, as far as principle is concerned, suffice in this correction.  A triplet is normally built-up from two converging outside members, e. g. made of crown glass, 
and one inner diverging member, e. g. made of flint glass.  This assembly provides six radii and two distances between the individual lenses.  To start with, the optics designer brings together optical system parameters such as the type of the glass, the thickness of the lenses, the separating distance between the lenses and also the radius of curvature of the glass surfaces.  We have six lens surfaces and it is now possible to determine to what extent each contributes to the overall aberration in the final image.  Very simplified, we could determine, that in a given case the radius of the second surface of the first lens produces a spherical and chromatic aberration, and the radii of the third lens surfaces produce coma and astigmatism. 
The optics designer must now make a decision, as to how these aberrations are to be corrected.  He may try to change the curvature of the first lens in order to correct for the spherical aberration. However, the curvature of the lens is also decisive for the focal length and said focal length should not be changed. The change of the curvature may reduce the spherical aberration but at the same time coma would be increased. The designer can also decide, that the correction is to be distributed over a plurality of system parameters, in order to ameliorate the erroneous sensitivity.  If a specific parameter is very decisive in order to correct for a certain aberration, one is in trouble, if said parameter is outside the allowed tolerance or clearance range during the production of the lens system. Or, one can also determine, that the clearance is too finely specified, and cannot be observed in the production of the lens system.
The optics designer will alter the system parameters up to such a point, that the remaining optical aberrations are small enough. In additional steps, he will attempt to correct each image aberration with different degrees of freedom simultaneously.  The burden of the correction can then be distributed over the various lens surfaces and the entire system is no longer as critical.  Within certain limitations, the optics designer has the possibility of specifying the types of glass and the degrees of curvature, although each chosen combination brings forth another aspect of the total correction.  If the triplet has been so configured, that it approximates the pre-defined requirements, then the designer can, for example, determine that the astigmatism at the edge of the image has nearly vanished, but appears to play an important role in the inner field of view.  At this point, we collide with a new problem.  The seven Seidel aberrations, outlined above, are, unfortunately, not the only optical aberrations.  One designates the Aberrations of Seidel as "Image aberrations of the Third Order".  Logically, there are more aberrations of a higher order.  The most important of these are the aberrations of the fifth and seventh order.  These aberration groups are generally only to be encountered when the first group, the "third order" aberrations is properly corrected.
Theoretically, a very small point existing in the object is mapped into a very small point again.  As a matter of practice, this does not occur because of said optical aberrations. A point will not reproduce as a point, but rather as a small disk with a varying distribution of  brightness.  As soon as these disks under-step a certain diameter, then the image errors become evident.  That is a very simplified explanation.  In reality, these aberrations are continually in force, but come to attention only if the residual aberrations of the third order are small.  
The example given, i.e. the "Triplet Example", wherein the astigmatism in the field is still visible, shows the effect of these image aberrations of higher orders.  One can make use of a defined and entirely controlled residue of the Seidel image aberrations in order to compensate for errors or aberrations of the fifth and seventh order.  This is naturally, a limited measure and a triplet will have only an acceptable image quality, if the field angle and/or the iris opening is small.  
It is important to note that a defined optical system, defined by the number and the configuration of the lenses etc., provides for limited correction possibilities That means, in other words, even with sophisticated optics software and computer power only an experienced optics designer will choose the "right" starting parameters.  
Computers, software and numerical methods are used in order to reduce optical aberrations.  This equipment and procedures are be employed in order to optimize an optical system. This huge amount of data may cause its own problems. As a result, the task of the experts or optics designers has not become easier. Rather with the aid of computers an optics designer can consider more parameters and carry out the computations quicker and with greater accuracy.  
A certain relationship exists between the number of design parameters of an optical system (lens curvature, lens thickness, distance of separation, refractive index etc.) and the degree of correction of said optical aberrations. With a greater degree of freedom and more design parameters, respectively, the optics designer has correspondingly more possibilities of correcting a system.  If an optics designer applies a greater number of optical elements, then a better degree of correction can be attained.  This, however, results in a considerable increase in costs, and further, the system may react strongly on the part of manufacturing clearances or increases in weight.
The designer of an optical system must then acquire a very good understanding of the fundamental optical possibilities of a given construction.  All constructions or designs require an optimization system or plan in accord with a initial sketch. If the construction is not suitable for a fine compensation of aberrations, then the optics designer will attain only a product of lower quality.
A six lens objective system has 10 free lens surfaces (radii), six lens thicknesses (one per lens) with four separation-distances between the lenses.  Additionally, each kind of glass has its own refractive index and dispersion number to consider.  Further, it is necessary, that the exact position of the iris is to be determined.  With these 36 parameters, i.e., degrees of freedom, the optics designer must correct more than 60 different image aberrations.  Each parameter can present something like 10,000 individual values and one must calculate some 6,000 different ray paths for each parameter change.
These 36 degrees of freedom or parameters are also not entirely independent.  Some must be combined; others are strongly limited by other parameters.  Accordingly, the 36 degrees of freedom are reduced to something like 20, whereby the task becomes even more complex.  In view of the given conditions and considerations, it is not surprising, that hundreds, if not thousands of designs may result, all of which very close or similar to the desired solution or design.  The complete evaluation of a six lens objective system with the aid of fast computers and software that are able to calculate 10.000 lens surfaces per second approximately takes ten years.
Obviously, such a procedure is not feasible.  In order to seek out the best solution to this unending succession of choices, the optics designer must have an inherent recognition of all the effects of the image aberrations on the final image quality of the displayed image.  In addition, he must have the capability, to know those factors of image quality, which can produce the desired features of the optical system.
In a case of the application of wide angle objective lenses for the panoramic viewing of the immediate environment about a vehicle, there should be, first, the ability to encompass the greatest possible field of view, since the cameras are normally affixed rigidly to the vehicle, and second, the image aberrations, which will necessarily appear, must not deteriorate the recognition of obstacles within the field of view of such a wide-angle lens system. Moreover, a wide-angle objective lens system cannot be designed in too complex a manner, since then it would be too expensive for use in a motor vehicle.
Thus it is an object of the present invention to make available an economical, wide-angle objective lens having image aberrations or errors that do not deteriorate the detection of obstructions or obstacles in its field of view. It is a further object o the present invention to provide a camera with such a wide-angle lens system.
These objects are solved with a wide-angle objective lens system and camera in accordance with claims 1, 18 and 37.
It has been recognized by the inventor that an essential problem, which arises with the installation of wide-angle objective lenses in motor vehicle applications, are the image distortions which are inherent in such lenses.  I. e. image distortions deteriorate a quick and easy recognition of obstructions within the field of view. Thus, according to the invention with a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 120° the distortion is reduced by the wide-angle lens system itself to < 10 ％ and preferably < 5 ％.  With a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 142° the distortion is reduced by the wide-angle lens system itself to < 17 ％ and preferably < 15 ％. Although the automotive installation scope of the present invention excludes, because of costs, the installation of complex and refined wide-angle lens systems, nevertheless, the correction of the said distortion is carried out by means of appropriate design of the lens system and not through electronic data processing of the captured images.  Surprisingly, experience has shown that achieving this is possible at acceptable low costs.  
According to an aspect of the invention, a reduction of image distortion is mainly achieved by means of using an aspherical lens.  Preferably said aspherical lens is concave-convex bi-aspherical in design, and the said lens is positioned as the last lens in the wide-angle objective system adjacent to the image sensor, that is to say, just before the focal plane or image receiving  plane of the image sensor.
According to a further aspect of the invention the optical assembly length or geometric length of the objective system is limited to 18 mm ± 5 mm for a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 120° and to 21 mm ± 5 mm for a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 142°.  This forcibly requires first, a simple design and second, yields a wide-angle objective lens system, which is compact enough for installation in a motor vehicle.  
According to a further aspect of the invention the wide-angle objective system is comprised of five lenses at the most, whereby the first lens-group consists of three lenses at the most and the second lens-group consists of two lenses at the most.  This number of lenses offers a satisfactory compromise between complexity of the objective lens and thus its price and adequate possibilities to correct image aberrations.
According to a further aspect of the invention, with a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 120° the iris, measured from the entrance aperture is positioned at 60 ％ ± 10 ％ of the overall optical installation length of the lens system.  With a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 142° the iris is positioned at 75 ％ ± 10 ％ of the overall optical installation length of the lens system. Experience has shown that this location for the iris is particularly advantageous in reducing evolved aberrations and particularly diminishing image distortions, considering the small number of the lenses which are present.
According to a further aspect of the invention, the lenses of the first and the second lens-group are placed in direct contact with one another, without any spacer element or the like.  In this way, an especially satisfactory length of assembly is gained, i. e. the overall dimensions of the lens system are reduced.  Also clearances are maintained in a better manner, since the said separating distances do not exist.
According to a further aspect of the invention, the optical iris has a diameter of 1.26 mm ± 0.5 mm in a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 120° and a diameter of 0.85 mm ± 0.5 mm with a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 142°. The reduction of image distortion is particularly enhanced by this dimensioning.  
According to a further aspect of the invention, the first lens-group comprises three lenses and the second lens-group encompasses two lenses.  This combination of individual lenses, their positioning, and dimensioning has the effect of bringing about a very large field of view and at the same time creates a very small degree of distortion.  All the rest of the image aberrations hold themselves within tolerable limits. 
According to a further aspect of the invention, the dimensioning of said five lenses in accord with claims 11 and 28, respectively, provides satisfactory results in regard to the reduction of distortion and other optical characteristics of the wide-angle objective lens system in accord with the present invention.  
According to a further aspect of the invention, the iris is created with a circular opening in a cylindrical boring.  By means of this measure, disturbing reflections due to grazing incident light in conically bored iris openings are avoided.
According to a further aspect of the invention, a flat, transparent, front protective plate is provided for the objective lens, instead of a conventional spherical or domed front cover. This creates the necessity, that the optical characteristics of the said plate must be given consideration in the computation of the wide-angle objective lens system.  The increased costs associated therewith, however, are more than compensated for by the lesser expense of the flat plate in comparison to costs of the mentioned spherical or domed lens cover.
According to a further aspect of the invention, the first lens of the second lens-group is especially designed for the correction of field curvature or image bulging. By means of these corrections the spatially curved image surface of the wide-angle objective lens is adapted to that the plane surface of the image sensor.  In other words, image aberrations are thereby corrected and minimized.
Additional subordinate claims are directed to further advantageous aspects of the invention.
Additional details, features and advantages of the invention become evident in the following description of preferred embodiment of the invention, with the aid of the drawing, i.e. Figs 1 and 2.
Figs. 1, 2 show an exemplary embodiment of the invention.  Fig. 1 illustrates a wide-angle camera with a wide-angle objective lens system in accord with the present invention, this being shown as a longitudinal section along the optical axis of the objective.  Fig. 2 presents the path of rays through the wide-angle objective system in accord with Fig. 1, these being shown embracing various view angles, the said angles being designated as α and α/2, respectively.  
Light from a target object (on the right side of Figs. 1 and 2, not shown) converges from a field angle α to enter a first lens-group 2, which has an entrance aperture 4.  Following the direction of incident light from the object to be taken, i.e. for example, to be photographed, behind the first lens-group 2 is located an optical iris 6. In turn, behind the optical iris 6 is provided a second lens-group 8.  Following the second lens-group 8 at a flat image surface 10 or focal plane 10 an electronic image capture unit in the form of a CCD-sensor 12 with a plurality of pixels is placed.  Between the CCD-sensor 12 and the second lens-group 8 is located an IR-cut filter 14 (IR = Infra Red).  IR rays are filtered-out through the said IR-cut filter 14, as these would lead to a degradation of the quality of the image.  This is especially true for the presentation of color in the case of color cameras, since where a high proportion of IR rays are present, the color effect is diminished in quality.  
The first lens-group 2 includes a first lens 16-1, a second lens 16-2 and a third lens 16-3.  The second lens-group 8 consists of a fourth lens 16-4 and a fifth lens 16-5.  The lenses 16-1, 16-2 and 16-3 of the first lens-group 2 are placed in contact with one another, i.e., no separating distance or spacer element is provided between them.  Likewise, the forth lens 16-4 and the fifth lens 16-5 are also contiguous in the same manner. In this case, the larger fifth lens 16-5 acts as a holder for the smaller fourth lens 16-4. All five lenses 16-1 to 16-5 are retained in place by a lens retainer 18.  Retainer 18 grips or contacts said five lenses 16-1 to 16-5 at their radial rims. The left side opening of the lens retainer 18 also defines the size of the entrance aperture 4.  
The optical iris 6 is positioned immediately in front of the fourth lens 16-4. The iris 6 is formed by the shape of the lens retainer 18 in the space between the third and the fourth lenses 16-3, 16-4.  The iris 6 is formed in a part of the lens retainer 18 extending across the optical axis OA. Said part of the lens retainer 18 comprises a blind boring 20 having a cylindrical shape forming an entrance aperture 22 of the iris 6. At the bottom of said cylindrical blind boring 20 a second boring 23 is provided forming an exit port 24 allowing light to pass through the iris arrangement. The diameter of the blind boring 20 is larger than the diameter of the second boring 23. Blind boring 20 and second boring 23 is designed to symmetrically encircle the optical axis OA of the objective lens system in said lens retainer 18.  This exit port 24 is placed immediately in front of the fourth lens 16-4 and its diameter determines the size or diameter of the iris 6.  By means of the cylindrical shape of the said boring 20 instead of the common cone shape, the transmission of grazing light through the iris 6, which would lead to undesirable reflections, is avoided.
In the following the specific data and decisive optical parameters for two embodiments of the invention are given. The structure of said two embodiments is very similar so that Figs. 1 and 2 are representations of both embodiments. 
In the first embodiment the first lens 16-1 is convex-concave in shape and possesses radii of R11 and R12 for the curvatures of the respective lens surfaces, as may be seen in Table 1 which follows.  The second lens 16-2 is likewise convex-concave with a first radius R21 and a second radius R22. The third lens is biconvex with a first radius R31 and a second radius R32. The fourth lens is also biconvex shaped with respective radii designated R41, R42.  The fifth lens is a concave-convex, aspherical lens.  The thicknesses, diameters, and refractive indices of the five lenses 16-1, -2, -3, -4, -5 as well as their separation distances are shown in the following table 1:
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The diameter for the fifth lens 16-5 given in table 3 is the effective optical diameter.
The aspheric coefficients "c" and the conical constants K of the fifth lens 16-5 of the first embodiment are given in the following table 2:
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The circular entrance aperture 4 has a diameter of 14 mm and the iris 6 has a diameter of 1.26 mm. 
In the second embodiment the first lens 16-1 is convex-concave in shape and possesses radii of R11 and R12 for the curvatures of the respective lens surfaces, as may be seen in Table 3 below.  The second lens 16-2 is likewise convex-concave with a first radius R21 and a second radius R22. The third lens is plano-convex with a first radius R31 and a second radius R32. The fourth lens is also biconvex shaped with respective radii designated R41, R42.  The fifth lens is a concave-convex, aspherical lens.  The thicknesses, diameters, and refractive indices of the five lenses 16-I as well as their separation distances are shown in the following table 3:
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The diameter for the fifth lens 16-5 given in table 3 is the effective optical diameter. The diameter of the fifth lens 16-5 as three-dimensional object is 7 mm.
The aspheric coefficients "c" and the conical constants K of the fifth lens 16-5 of the second embodiment can be seen in the following table 4:
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In the second embodiment the circular entrance aperture 4 has a diameter of 15.6 mm and the iris 6 has a diameter of 0.85 mm. 
As to the mathematical representation of the aspherical surfaces of the fifth lens 16-5, reference is made for both embodiments to the textbook: Naumann/Schroder, Bauelement der Optik, Taschenbuch for Technischen Optik, Vol. 5, published 1987, pages 145ff.
In both embodiments the fifth lens 16-5 is composed of plastic and is constructed as one piece.  The fifth lens 16-5 comprises a lens component 26 and a holding means 28.  The lens component 26 comprises an aspherical, concave-convex lens, which provides for the optical function of the fifth lens 16-5.  The holding means 28 extends itself circularly away from the lens component 26, whereby, in a sectional view (see Fig. 1) said holding part 28 consists of two T-shaped elements, which extend - see the Fig. 1 - from the rim of the lens component 26, in both upward and downward directions.  Accordingly, the holding means 28 encompasses a first section 28-1 of circular, annular shape with a rectangular cross-section, which connects itself directly onto the rim of the lens component 26.  Attached to outside of the first section 28-1 is cylindrical second section 28-2 of rectangular cross section. The second section 28-2 is arranged transversely to the first section 28-1.  The second section 28-2 of the holding means 28 abuts against the lens supporting structure 18.  The annular first section 28-1 serves as a supporting surface for the fourth lens 16-4. The fourth lens 16-4 is thus in direct contact with the fifth lens 16-5 without a spacer element there between and the fourth lens 16-4 abuts against the first annular section 28-1 of the fifth lens 16-5. That part of the lens retainer18, which encircles the exit port 24 of the iris 6 holds and supports the fourth lens 16-4. Furthermore, the first, second and third lenses, 16-1, 16-2 and 16-3 mutually support each other at their rim circumferences and are further supported in the radial direction by the lens holder or lens retainer 18.
Immediately in front of the first lens 16-1 a transparent protective covering in the form of a parallel-surfaced, plate 30 is arranged. Said plate 30 guards the wide-angle objective lens from influences of the environment.  The provision of the parallel-surfaced, transparent plate 30, instead of the usual means for conventional cameras, namely spherical or dome shaped front covers, introduces the condition that the optical characteristics of the plate 30 must be taken into consideration in the computation of the wide-angle lens.  This additional expense, however, is fully compensated for by the essentially lower costs of the parallel surfaced plate 30, when its expense is compared to that of the mentioned spherical protective transparent cover.  
Fig. 2 presents an optical function diagram of the embodiments shown in Fig. 1 and shows the arrangement of the five lenses 16-1 to 16-5 along the optical axis OA of the wide-angle objective lens system in accord with the present invention. In Fig. 2 the optical constructive length of the wide-angle lens system, i. e. the distance between the forward edge of the first lens 16-1 and the image surface of the image sensor 12 or focal plane 10 is depicted.  In the case of the first embodiment of the invention, the optical constructive length is 18 mm in case of the second embodiment the optical construction length is 21.4 mm.  
In Fig. 2 the path of rays 32-1 to 32-5 for five different field of view angles α is shown. The maximum field of view angle α is represented by path ray 32-1. For the sake of clarity, In Fig. 2 there is shown only the symbol for α/2, this being the angle between the optical axis OA and the respective incident ray path 32-i.  Additionally, in Fig. 2 the thickness and the radial extent of the individual lenses 16-1 to 16-5 are depicted.
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3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1  a sectional drawing of an embodiment example of a wide-angle camera with an electronic image taking unit system in accord with the present invention;
Fig. 2  an optical, function diagram of the embodiment example of Fig. 1 with a presentation of the path of rays from various angles of the field of exposure; and
Fig. 3   a schematic presentation of the distortion, depicted as one of the Seidel Aberrations.
1.  A wide-angle objective lens system having: 
a first lens group (2) with an entrance aperture (4) for the gathering of light from an object over a diagonal field angle α of 120°± 10°, 
an optical iris (6) arranged behind said first lens group (2) and
a second lens group (8), arranged behind said optical iris (6) and which second lens group (8) projects the light from the first lens group (2) which has passed through the said iris (6) to impinge on an image surface (10) with an image distortion of ,< 5 ％, preferably of < 3 ％.
2.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the second lens group (8) includes an aspherical lens (16-5) for the correction of said image distortion.
3.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 2, wherein the aspherical lens (16-5) is a biaspheric lens.
4.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 2 or 3, wherein the aspheric lens has a concave-convex curvature.
5.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the wide-angle objective lens system contains a maximum number of five lenses (16-i).
6.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the first lens group (2) contains a maximum number of three lenses (16-1, 16-2, 16-3).
7.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the second lens group contains a maximum number of two lenses (16-4, 16-5).
8.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the optical constructed length (OBL) of the wide-angle objective lens system measures 18.0 mm ± 5 mm.
9.  A wide-angle objective lens system in accord claim 1, wherein the optical iris (6) relative to the entrance aperture (4) is placed at 60 ％ ± 10 ％ of the optical construction length (OBL). 
10.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein the optical iris (6) has a diameter of 1.26 mm ± 0.5 mm.
11.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1, wherein
the first lens group (2) comprises a first, second and third  lens (16-1, 16-2, 16-3) and the second lens group (8) comprises a fourth and a fifth lens (16-4, 16-5), 
the first lens (16-1) is convex-concave with a first radius (R11) of 11.6 mm ±δ％ and a second radius (R12) of -5.2 mm ±δ％,
the second lens (16-2) is convex-concave with a first radius (R21) of 45.2 mm ± δ％ and a second radius (R22) of -6.1 mm ± δ％, 
the third lens (16-3) is biconvex with a first radius (R31) of 44.9 mm ±δ％ and with a second radius (R31) of 10.9 mm ±δ％,
the fourth lens (16-4) is biconvex with a first radius (R41) of 4.3 mm ±δ％ and a second radius (R42) of 7.8 mm ±δ％, 
the fifth lens (16-5) is concave-convex biasphere, and
the δ％ lies in a range between 1 ％ and 15 ％ and preferably in a range between 1 ％ and 5 ％.
12.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the refractive index of the first lens (16-1) is 1.79.
13.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the index of refraction of the second lens (16-2) is 1.77.
14.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the index of refraction of the third lens (16-3) is 1.84.
15.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the index of refraction of the fourth lens (16-4) is 1.77.
16.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the index of refraction of the fifth lens (16-5) is 1.53.
17.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 11, wherein the fourth lens (16-4) is designed especially to correct the aberrational swelling or curvature of the image.
18.  A wide-angle objective lens system having: 
a first lens group (2) with an entrance aperture (4) for the gathering of light from an object over a diagonal field angle α of 142°± 10°, 
an optical iris (6) arranged behind said first lens group (2) and
a second lens group (8), arranged behind said optical iris (6) and which second lens group (8) projects the light from the first lens group (2) which has passed through the said iris (6) to impinge on an image surface (10) with an image distortion of < 17 ％, preferably of < 15 ％.
19.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the second lens group (8) includes an aspherical lens (16-5) for the correction of said image distortion.
20.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the aspherical lens (16-5) is a biaspheric lens.
21.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 19, wherein the aspheric lens has a concave-convex curvature.
22.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the wide-angle objective lens system contains a maximum number of five lenses (16-i).
23.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the first lens group (2) contains a maximum number of three lenses (16-1, 16-2, 16-3).
24.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the second lens group contains a maximum number of two lenses (16-4, 16-5).
25.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the optical constructed length (OBL) of the wide-angle objective lens system measures 21.4 mm ± 5 mm.
26.  A wide-angle objective lens system in accord claim 18, wherein the optical iris (6) relative to the entrance aperture (4) is placed at 75 ％ ± 10 ％ of the optical construction length (OBL). 
27.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein the optical iris (6) has a diameter of o.85 mm ± 0.5 mm.
28.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 18, wherein
the first lens group (2) comprises a first, second and third  lens (16-1, 16-2, 16-3) and the second lens group (8) comprises a fourth and a fifth lens (16-4, 16-5), 
the first lens (16-1) is convex-concave with a first radius (R11)   of  13.7 mm ±δ％ and a second radius (R12) of -4.7 mm ±δ％,
the second lens (16-2) is convex-concave with a first radius (R21) of 153.4 mm ±δ％ and a second radius (R22) of -6.0 mm ±δ％, 
the third lens (16-3) is plano-convex with a first radius (R31) of ∞ and with a second radius (R31) of 8.5 mm ±δ％,
the fourth lens (16-4) is biconvex with a first radius (R41) of 6.8 mm ±δ％ and a second radius (R42) of 4.2 mm ±δ％, 
the fifth lens (16-5) is concave-convex biasphere, and
the δ％ lies in a range between 1 ％ and 15 ％ and preferably in a range between 1 ％ and 5 ％.
29.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the refractive index of the first lens (16-1) is 1.77.
30.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the index of refraction of the second lens (16-2) is 1.79.
31.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the index of refraction of the third lens (16-3) is 1.85.
32.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the index of refraction of the fourth lens (16-4) is 1.75.
33.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the index of refraction of the fifth lens (16-5) is 1.53.
34.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 28, wherein the fourth lens (16-4) is designed especially to correct the aberrational swelling or curvature of the image.
35.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1 or 18, wherein the lenses (16-1, 16-2, 16-3) within the first lens group (2) and/or the lenses (16-4, 16-5) within the second lens group (8) are in direct contiguous contact with one another without a spacer element therebetween.
36.  A wide-angle objective lens system in accord with claim 1 or 18, wherein the optical iris (6) is constituted by a cylindrical boring (20) in a lens holder (18) with an iris opening in the bottom of the cylindrical boring (20), and 
wherein the diameter of the cylindrical boring 20 is larger than that of the iris.
37.  A wide-angle camera for the supervision of the immediate environment of motor vehicles and commercial vehicles, comprising an electronic image capture unit (12) having a wide-angle objective lens system, and wherein aberrations in the images captured by the image capture unit (12) are corrected by the wide-angle objective lens system.  
38.  A wide-angle camera in accord with claim 37, wherein the wide-angle objective lens system is one in accord with one of the foregoing claims 1 to 37.
39.  A wide-angle camera in accord with claim 37 or 38, wherein an IR-filter (14) is placed before the image capture unit (12).
40.  A wide-angle camera in accord with claim 37 or 38, wherein before the entrance aperture (4) a transparent protective plate (30) is placed.
41.  A wide-angle camera in accord with claim 40, wherein the protective plate is a parallel surfaced plate (30).
1. ABSTRACT
The invention is directed to a wide-angle objective lens system a wide-angle camera system with such a wide-angle lens system that are economical and that show reduced aberrations that do not deteriorate the detection of obstructions or obstacles in its field of view. It has been recognized that an essential problem, which arises with the installation of wide-angle objective lenses in motor vehicle applications, are the image distortions which are inherent in such lenses.  I. e. image distortions deteriorate a quick and easy recognition of obstructions within the field of view. Thus, according to the invention with a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 120° the distortion is reduced by the wide-angle lens system itself to < 10 ％ and preferably < 5 ％.  With a wide-angle lens system having a diagonal field of view of 142° the distortion is reduced by the wide-angle lens system itself to < 17 ％ and preferably < 15 ％. Although the automotive installation scope of the present invention excludes, because of costs, the installation of complex and refined wide-angle lens systems, nevertheless, the correction of the said distortion is carried out by means of appropriate design of the lens system and not through electronic data processing of the captured images.  Surprisingly, experience has shown that achieving this is possible at acceptable low costs.
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig. 1
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