(57)【要約】【課題】  １２０°以上の画角を有する超広角の撮像用光学系の小型化を図ることのできるメニスカスレンズ、およびこのメニスカスレンズを用いた光学系を提案すること。さらに、この光学系において、結像の周辺部が暗くならない構成を提案すること。【解決手段】  メニスカス凹レンズ１０の像側の凹面１２のサジタル深さｌを、凹面１２の開口部ｒよりも深くする。また、このように形成したメニスカス凹レンズ１０を物体側に配置し、両凸レンズ２０を像側に配置することにより、１２０°以上の画角を有する超広角の光学系１を２枚のレンズにより構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に凸面が形成され、他方の面に凹面が形成されたメニスカスレンズにおいて、
前記凹面のサジタル深さは、当該凹面の開口部の半径より大きいことを特徴とするメニスカスレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載されたメニスカスレンズを凹のパワーを持つメニスカス凹レンズとして用いた光学系であって、
前記メニスカス凹レンズと、該メニスカス凹レンズに対して像側に配置された凸レンズの２枚のレンズから構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求項２において、
前記メニスカス凹レンズと前記凸レンズとの間に絞りを配置したことを特徴とする光学系。
【請求項４】
請求項２または３において、画角が１２０°以上であることを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかにおいて、前記凸レンズの像側の面に、正の回折格子が形成されていることを特徴とする光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広角のメニスカスレンズ、およびこのメニスカスレンズを用いた光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子用の対物レンズとしては、小型で広角の撮像レンズに対する需要が高い。しかしながら、従来の広角の撮像レンズ系は、７枚以上の球面ガラスレンズによって構成されていたために、レンズの枚数が多い分、光学系の光軸方向の寸法を短縮することができず、小型化の要求を満たすことが困難であった。
【０００３】
これに対して、近年、ガラスモールド製またはプラスチック製の非球面レンズを用いることにより、光学系を構成するレンズの枚数を２枚にまで減らすとともに、光学系を構成するレンズの面に回折効果を持たせることにより、レンズの枚数を増やすことなく、色収差の補正が可能な光学系が案出されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
また、図８に示すように、物体側からＣＣＤの結像面２０７に向かって、前群としての２枚の非球面レンズ２０１、２０２、後群としての１枚のレンズ２０３、絞り２０４、色消し用の回折格子２０５、およびカバーガラス２０６をこの順に配置することにより、レンズの枚数を３枚まで減らしながら、１２０°以上の画角を備えた超広角の撮像用光学系２００が案出されている。
【特許文献１】特開平１０−１１５７７７号公報（図９−図１０）
【特許文献２】特開２０００−２８９１３号公報（図９）
【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、上記特許文献１、２に記載の、レンズ枚数を２枚にまで減らした撮像レンズの画角は３８°から６７°程度であり、１２０°以上の画角を有する超広角の撮像レンズは提案されていない。
【０００６】
また、図８に示す撮像用光学系２００は、前群に２枚の非球面レンズ２０１、２０２を用いるために、必ずしも全体として小型化されていないという問題点がある。さらに、絞り２０４が後群のレンズ２０３より像側に位置するため、射出瞳距離が短く、その結果、ＣＣＤ２０７からなるセンサ周辺部への入射角が大きいので、結像の周辺部が暗くなるとういう問題がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、１２０°以上の画角を有する超広角の撮像用光学系の小型化を図ることのできるメニスカスレンズ、およびこのメニスカスレンズを用いた光学系を提案することにある。さらに、この光学系において、結像の周辺部が暗くならない構成を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、一方の面に凸面が形成され、他方の面に凹面が形成されたメニスカスレンズにおいて、前記凹面のサジタル深さは、当該凹面の開口部の半径より大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明を適用したメニスカスレンズを凹のパワーを持つメニスカス凹レンズとして用いれば、このメニスカス凹レンズと、該メニスカス凹レンズに対して像側に配置された凸のパワーを持つ両凸レンズの２枚のレンズから、超広角の光学系、例えば、画角が１２０°以上の光学系を構成することができる。
【００１０】
本発明において、前記メニスカス凹レンズと前記凸レンズとの間に絞りを配置することが好ましい。このように構成すると、出射瞳距離を長くすることができるので、結像面への光線入射角を小さくすることができ、そのため、結像の周辺部が暗くならない。
【００１１】
本発明において、前記凸レンズの像側の面に、正の回折格子が形成されていることが好ましい。このように構成すると、後群に色消しのためのレンズ群を配置する必要がないので、レンズ枚数を増やすことなく、軸上色収差および倍率色収差を補正することができ、小型化と、解像度の向上の双方を図ることができる。また、回折効果により、可視光線と近赤外線のピントずれが少なくなるので、像性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、メニスカスレンズの凹面のサジタル深さをこの凹面の開口部の半径より大きくしてあるため、広い視野を有する。また、結像性能に優れている。従って、このレンズ１枚で前群を構成できるので、このメニスカスレンズの像側に凸レンズを配置することにより、２枚のレンズで光学系で構成することができる。従って、光学系の光軸方向の寸法を短縮することができ、光学系の小型化を図ることができる。例えば、レンズ先端から結像面までの距離を１０ｍｍ以下にまで短縮できる。また、メニスカスレンズの凹面のサジタル深さがかなり深いので、画角が１２０°以上の超広角の光学系を構成することができる。さらに、結像性能に優れ、かつ、低歪みの光学系を実現することができる。例えば、ＴＶ歪率で１０％を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照して、本発明のメニスカスレンズ、およびこのメニスカスレンズを用いた超広角の撮像用の光学系を説明する。
【００１４】
［実施の形態１］
図１および図２は、本発明の実施の形態１に係る撮像用の光学系の構成図、およびこの光学系の具体的な構成を示す断面図である。図３および図４は、図１および図２に示す光学系に用いたメニスカス凹レンズの断面図、および両凸レンズの断面図である。図５は、図１および図２に示す光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【００１５】
図１において、本形態の光学系１は、１／４インチＣＣＤ用に用いられる超広角撮像用の光学系であり、２枚のレンズから構成されている。すなわち、物体側からＣＣＤの結像面５０に向かって、前群としてのメニスカス凹レンズ１０、絞り３０、両凸レンズ２０、およびカバーガラス４０がこの順に配置され、両凸レンズ２０の像側の凸面２２には、正の回折格子２５が形成されている。
【００１６】
本形態の光学系１は、Ｆｎｏ／２．４、ｆ＝１．１４であり、画角は１４０°である。従って、車載用の監視装置などに用いるのに十分な広い視野を有する。
【００１７】
このような光学系１を構成するにあたっては、例えば、図２に示すように、レンズ枠６０に対して、物体側から像側に向かってメニスカス凹レンズ１０、絞り３０，および両凸レンズ２０がこの順に搭載されている。
【００１８】
レンズ枠６０は、扁平な小径の筒部６１と、筒部６１の物体側（開口側）に形成された大径の環状フランジ６２とからなる。筒部６１の底面６１ａには、小径の開口６５が形成されている。
【００１９】
筒部６１には、まず両凸レンズ２０が挿入されており、外周部分に形成されたフランジ２６の端面２６ａと底面６１ａとが当接した状態で位置決め固定されている。小径の開口６５は、回折格子２５が形成された凸面２２に対向する位置に形成されており、小径の開口６５の大きさは、凸レンズ２０を通過した光が干渉しない大きさである。
【００２０】
次に、筒部６１には絞り３０が挿入されている。絞り３０の開口３１の外周には、絞り３０に入射する光と干渉しない形状の肉厚部３２が形成されており、この肉厚部３２の像側の端面３２ａと両凸レンズ２０のフランジ２６の物体側の端面２６ｂとが当接することにより、絞り３０は、凸面２１との距離が調節された状態で、位置決め固定されている。
【００２１】
環状フランジ６２のフランジ面６２ａには、環状の段部６３が形成されている。また、フランジ面６２ａの外周縁には、レンズ枠６０の軸線方向の物体側に立ち上がる外周壁６４が形成されている。メニスカス凹レンズ１０は環状端面１３の縁部分を段部６３に嵌入させるとともに、外周壁６４の内周面と嵌合する外周面を有する円環状のレンズ押さえ７０により段部１５を押さえ付けられて、環状フランジ６２に固定されている。
【００２２】
（メニスカス凹レンズの構成）
本形態の光学系１に用いたメニスカス凹レンズ１０は、樹脂成形品からなり、図３に示すように、物体側には非球面の凸面１１が形成され、像側には非球面の凹面１２が形成されている。
【００２３】
このメニスカス凹レンズ１０において、凹面１２のサジタル深さｌは２．７１９ｍｍであり、凹面１２の開口部の半径ｒである１．６１１５ｍｍよりも深い。
【００２４】
なお、凸面１１の外周縁部分には、メニスカス凹レンズ１０をレンズ枠６０（図２参照）に固定する際にレンズ押さえ７０が当接する段部１５が形成されている。また、凹面１２の開口部の外側部分の円環状面１３は平坦に形成されている。
【００２５】
メニスカス凹レンズ１０の各レンズ面の詳細データは、以下
物体側の凸面１１：非球面
Ｒ＝３．４８４５
Ｋ＝−２．０８７６４７
像側の凹面１２：非球面
Ｒ＝０．９２０５
Ｋ＝−０．６７３７６５７
Coeff on r４    −０．０１０８７６１
Coeff on r６    ０．００２５７０２３
Coeff on r８    −１．４６９１０ｅ−４
Coeff on r１０  −１．６３６４２ｅ−４
に示す通りである。
【００２６】
（両凸レンズの構成）
実施の形態１に用いられる両凸レンズ２０も、樹脂成形品からなり、図４に示すように、物体側には球面の凸面２１が形成されており、像側には非球面の凸面２２が形成されている。
【００２７】
また、両凸レンズ２０において、像側に位置する非球面の凸面２２には、多数の同心円状の段差からなる正の回折格子２５が形成されている。なお、凸面２１、２２の外周部分には、両凸レンズ２０をレンズ枠６０（図２を参照）に搭載する際に位置決め固定に利用するフランジ２６が形成されている。
【００２８】
両凸レンズ２０の各レンズ面の詳細データは、以下
物体側の凸面２１：球面
Ｒ＝２．０３１２
像側の凸面２２：非球面
Ｒ＝−２．２１５７
Ｋ＝−２１．１７８６２
Coeff on r４    −０．１１３８２
Coeff on r６    ０．１２５４９３
Coeff on r８    −０．０４４３９６３
Coeff on r１０  ９．７５０９２ｅ−３
回折格子  φ＝−５０ρ2
に示す通りである。
【００２９】
（光学系１の詳細）
本形態の光学系１における各面のデータを表１に示す。また、図５には、本形態の光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示す。なお、表中、各光学素子の各面を以下
メニスカスレンズ１０の物体側の凸面１１  第１面
メニスカスレンズ１０の像側の凹面１２    第２面
絞り３０                                第３面
両凸レンズ２０の物体側の凸面２１        第４面
両凸レンズ２０の像側の凸面２２          第５面
カバーガラス４０の入射面４１            第６面
カバーガラス４０の出射面４２            第７面
のように称する。また、間隔とあるのは、当該面と次の面との距離（mm）である。
【００３０】
【表１】
2005128273.tif 000003
【００３１】
（本形態の効果）
このように本形態では、メニスカス凹レンズ１０の像側の凹面１２のサジタル深さｌを凹面１２の開口部の半径ｒよりも深くすることにより、広い視野を有し、かつ、低歪みのメニスカス凹レンズを実現している。このため、メニスカス凹レンズ１０と両凸レンズ２０との２枚のレンズにより、１２０°以上の画角を有する超広角の光学系１を構成することができる。従って、本形態によれば、レンズ枚数が少ない分、光学系１の光軸方向の寸法を短縮することができるので、超広角の撮像レンズを小型化することができる。
【００３２】
また、後群を構成する両凸レンズ２０の像側の面２２に正の回折格子２５を形成してあるので、レンズ枚数を増加させることなく、色収差を抑えることができる。
【００３３】
さらに、絞り３０をメニスカスレンズ１０と両凸レンズ２０との間に配置したので、出射瞳距離が長くなることにより、結像面への光線入射角が小さくなり、結像の周辺部が明るい光学系１になっている。
【００３４】
ここで、本形態の光学系１と、図８に示した従来の３枚構成の超広角の光学系２００との比較を表２に示す。ここで、光学系２００は、本形態の光学系１と比較できるように、１／４インチＣＣＤ用の撮像レンズとして設計してある。
【００３５】
【表２】
2005128273.tif 000004
【００３６】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２の光学系１では、それを構成するメニスカス凹レンズ１０、絞り３０、両凸レンズ２０、カバーガラス４０、結像面５０の配置は、実施の形態１と同一であり、各面のデータおよび各面間の距離のみが異なる。従って、共通な部分の説明を省略するが、その特性は、Ｆｎｏ／２．４、ｆ＝１．１４であり、画角は１３８°である。
【００３７】
このような光学系を構成するにあたって、本形態では、各レンズ面を以下
１面：非球面
Ｋ＝−２．０１３０
２面：非球面
Ｋ＝−０．６３５４４
４面：球面
５面：非球面
Ｋ＝−４０．９０
Coeff on r４    −０．１０４２
Coeff on r６    ０．１３３６
Coeff on r８    −０．０６０６０
Coeff on r１０  ０．０１５２７
回折格子  φ＝−５５．５ρ2
に示すように構成してある。
【００３８】
また、実施の形態２の光学系における各面のデータを表３に示す。また、図６には、実施の形態２に係る光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示す。
【００３９】
【表３】
2005128273.tif 000005
【００４０】
このように構成した場合も、メニスカス凹レンズ１０の像側の凹面１２のサジタル深さｌを、凹面１２の開口部ｒよりも深くしてあるので、広い視野を有し、かつ、低歪みのメニスカス凹レンズを実現している。このため、メニスカス凹レンズ１０と両凸レンズ２０との２枚のレンズにより、１２０°以上の画角を有する超広角の光学系１を構成することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００４１】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３の光学系１では、それを構成するメニスカス凹レンズ１０、絞り３０、両凸レンズ２０、カバーガラス４０、結像面５０の配置は、実施の形態１と同一であり、各面のデータおよび各面間の距離のみが異なる。従って、共通な部分の説明を省略するが、その特性は、Ｆｎｏ／２．８、ｆ＝１．３であり、画角は１２８°である。
【００４２】
このような光学系を構成するにあたって、本形態では、各レンズ面を以下
１面：非球面
Ｋ＝−１．７４２
２面：非球面
Ｋ＝−０．６７４４
４面：球面
５面：非球面
Ｋ＝−１９．１２４
Coeff on r４    −０．０８５７
Coeff on r６    ０．１１２６
Coeff on r８    −０．０３６６４
Coeff on r１０  ０．００６６３６
回折格子  φ＝−１６ρ2−１２．７ρ4
に示すように構成してある。
【００４３】
また、実施の形態３の光学系における各面のデータを表４に示す。また、図７には、実施の形態２に係る光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示す。
【００４４】
【表４】
2005128273.tif 000006
【００４５】
このように構成した場合も、メニスカス凹レンズ１０の像側の凹面１２のサジタル深さｌを、凹面１２の開口部ｒよりも深くしてあるので、広い視野を有し、かつ、低歪みのメニスカス凹レンズを実現している。このため、メニスカス凹レンズ１０と両凸レンズ２０との２枚のレンズにより、１２０°以上の画角を有する超広角の光学系１を構成することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明では、メニスカスレンズの凹面のサジタル深さをこの凹面の開口部の半径より大きくしてあるため、広い視野を有する。従って、このレンズ１枚で前群を構成できるので、このメニスカスレンズの像側に凸レンズを配置することにより、２枚のレンズで光学系で構成することができる。従って、光学系の光軸方向の寸法を短縮することができ、光学系の小型化を図ることができる。また、メニスカスレンズの凹面のサジタル深さがかなり深いので、画角が１２０°以上の超広角の光学系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像用の光学系の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る撮像用の光学系の具体的な構成を示す断面図である。
【図３】図１および図２に示す光学系に用いたメニスカス凹レンズの断面図である。
【図４】図１および図２に示す光学系に用いた両凸レンズの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る超広角撮像用の光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る超広角撮像用の光学の系球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態３に係る超広角撮像用の光学系の球面収差、非点収差、および歪率を示すグラフである。
【図８】従来の超広角撮像用の光学系の構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  光学系
１０  メニスカス凹レンズ
２０  両凸レンズ
２５  回折格子
３０  絞り
４０  カバーガラス
５０  ＣＣＤの結像面
【図１】
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【図２】
2005128273.tif 000008
【図３】
2005128273.tif 000009
【図４】
2005128273.tif 000010
【図５】
2005128273.tif 000011
【図６】
2005128273.tif 000012
【図７】
2005128273.tif 000013
【図８】
2005128273.tif 000014