(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、開口絞りと、レンズ群と、で構成され、
前記第１レンズが、像側に凹面を備えた負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
前記第２レンズが、物体側に凹面を備えた正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
前記レンズ群が、最も像側に正レンズを配置した正の屈折力を有するレンズ群であり、以下の条件式（１），（３），（１１）を満たすことを特徴とする魚眼レンズ。
１≦Ｄr1r3/ＩH≦１．８３                              ・・・（１）
０．４＜ | r2/IH | ＜１．１                           ・・・（３）
80°≦ω≦110°                                       ・・・（１１）
ただし、IHは最大像高、
Ｄr1r3は前記第1レンズの物体側の面と前記第2レンズの物体側の面の間隔、
r2は前記第1レンズの像側の面の曲率半径、
ωは最大半画角、
である。
【請求項２】
以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の魚眼レンズ。
０≦d4/IH＜０．５                                     ・・・（２）
ただし、IHは前記最大像高、
d4は前記第２レンズの像側の面と前記開口絞りの間隔、
である。
【請求項３】
以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の魚眼レンズ。
０．２≦Ｄｓｐ／Ｌ≦０．７                            ・・・（４）
ただし、Ｄspは前記開口絞りと前記正レンズの像側の面との距離、
Ｌは前記第１レンズの物体側の面よりレンズ群の最も像側の面までの距離、
である。
【請求項４】
前記開口絞りと前記正レンズとの間に、少なくとも１枚の別の正レンズを配置したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の魚眼レンズ。
【請求項５】
前記開口絞りと前記正レンズとの間に、少なくとも１枚の別の正レンズと１枚の負レンズを配置したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の魚眼レンズ。
【請求項６】
以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の魚眼レンズ。
１．０≦Ｄr1r4/ＩH≦５．０                            ・・・（５）
ただし、Ｄr1r4は前記第１レンズの物体側の面より前記第２レンズの像側の面までの距離、
IHは前記最大像高、
である。
【請求項７】
以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の魚眼レンズ。
１．２ ≦ |ｒ3/ｒ4| ≦ ２．０                         ・・・（６）
ただし、ｒ3は前記第２レンズの物体側の面の曲率半径、
ｒ4は前記第２レンズの像側の面の曲率半径、
である。
【請求項８】
以下の条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項1から７の何れかに記載の魚眼レンズ。
１．６５≦ ｎ2 ≦  ２．５                             ・・・（７）
ただし、ｎ2はｄ線における前記第２レンズの屈折率、
である。
【請求項９】
以下の条件式（８），（９）を満たすことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の魚眼レンズ。
−1．０≦ｆ/ｆ1 ≦-０．５                              ・・・（８）
１．７５≦ｎ1≦  ２．５                               ・・・（９）
ただし、ｆ1は前記第１レンズの焦点距離、
ｆは前記魚眼レンズ全体の焦点距離、
ｎ1はｄ線における前記第1レンズの屈折率、
である。
【請求項１０】
以下の条件式（１０）を満たすことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の魚眼レンズ。
−０．０３≦ｆ/ｆ1-2≦ ０．３０                         ・・・（１０）
ただし、ｆ1-2は前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離、
ｆは前記魚眼レンズ全体の焦点距離、
である。
【請求項１１】
対角長が２ＩＨである撮像素子を備える撮像装置に搭載されることを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の魚眼レンズ。
ただし、２ＩＨは、前記最大像高の２倍の値である。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れかに記載の前記魚眼レンズと、撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に広画角でかつ諸収差が良好に補正された魚眼レンズおよびそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車に搭載される車載用カメラが普及し始めている。特に、最近の車載用カメラは、白線検知や車線逸脱の監視、障害物の検知、ドライバーの監視など、より高度なセンサー用カメラとして使用されている。そのため、このような車載用カメラに用いられる光学系には、死角をなくすために、広い画角、具体的には半画角８０°以上の画角と、高い画質を有した魚眼レンズが用いられる。
【０００３】
そして、魚眼レンズの先行技術としては、特許文献１及び特許文献２に記載されている魚眼レンズがある。また、本発明の撮像装置で用いる撮像素子の先行技術としては、特許文献３や非特許文献１がある。
【特許文献１】特許第２９９２５４７号公報
【特許文献２】特開２００２−７２０８５号公報
【特許文献３】特開２００６−３５１９７２号公報
【非特許文献１】ISSCC  2007 / SESSION 28 / IMAGE SENSORS / 28.8              A MOS Image Sensor with Microlenses Built by Sub-Wavelength Patterning
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開示されている先行技術には、以下のような問題点があった。
特許文献１または２には、物体側から順に、負の屈折力を有するレンズ群と、正の屈折力を有するレンズ群と、で構成されるレトロフォーカスタイプの魚眼レンズが採用されている。このような魚眼レンズを採用し、かつ、半画角を８０°程度にすると、魚眼レンズの焦点距離が長くなる。また、このような魚眼レンズは、負の屈折力を有するレンズ群の第１レンズの光学有効径が大きくなる。そうすると、魚眼レンズが大型になる。
【０００５】
この場合、魚眼レンズの大型化を防止するためには、負の屈折力を有するレンズ群の屈折力を強くする必要がある。ここで、負の屈折力を有するレンズ群を１枚のレンズで構成すると、当該１枚のレンズの有する屈折力を強くする必要があり、像面湾曲、非点収差などの発生が大きくなる。
【０００６】
従って、これら諸収差の発生を抑えるべく、負の屈折力を有するレンズ群を複数枚のレンズで構成し、収差の発生を分散低減させる必要がある。例えば、特許文献１に代表される魚眼レンズでは、負の屈折力を有するレンズ群に、２枚の負メニスカスレンズを重ねている。
【０００７】
しかしながら、上記魚眼レンズでは、魚眼レンズを構成するレンズの枚数を多くしたため、魚眼レンズの全長が長くなる。魚眼レンズの全長が長くなると、負の屈折力を有するレンズ群の光学有効径を大きくする必要が生じる。そうすると、魚眼レンズが大型になる。
一方、負の屈折力を有するレンズ群を複数枚のレンズで構成し、かつ、魚眼レンズの全長を短くするように、レンズを配置すると収差が悪化するという悪循環があった。
【０００８】
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、広角でかつ、諸収差が良好に補正された魚眼レンズ及びそれを備えた撮像装置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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明による魚眼レンズは、
物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、開口絞りと、レンズ群と、で構成され、
前記第１レンズが、像側に凹面を備えた負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
前記第２レンズが、物体側に凹面を備えた正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、
前記レンズ群が、最も像側に正レンズを配置した正の屈折力を有するレンズ群であり、以下の条件式（１），（３），（１１）を満たすことを特徴としている。
１≦Ｄr1r3/ＩH≦１．８３                              ・・・（１）
０．４＜ | r2/IH | ＜１．１                           ・・・（３）
80°≦ω≦110°                                       ・・・（１１）
ただし、IHは最大像高、
Ｄr1r3は前記第1レンズの物体側の面と前記第2レンズの物体側の面の間隔、
r2は前記第1レンズの像側の面の曲率半径、
ωは最大半画角、
である。
【００１０】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（２）を満足するのが好ましい。
０≦d4/IH＜０．５                                     ・・・（２）
ただし、IHは前記最大像高、
d4は前記第2レンズの像側の面と前記開口絞りの間隔、
である。
尚、上記条件式（２）の下限値が０の状態とは、開口絞りが第2レンズの像側の面上に構成される状態を示す。
【００１１】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（４）を満足するのが好ましい。
０．２≦Ｄｓｐ／Ｌ≦０．７                            ・・・（４）
ただし、Ｄspは前記開口絞りと前記正レンズの像側の面との距離、
Ｌは前記第１レンズの物体側の面よりレンズ群の最も像側の面までの距離、
である。
【００１２】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、
前記開口絞りと前記正レンズとの間に、少なくとも１枚の別の正レンズを配置するのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、
前記開口絞りと前記正レンズとの間に、少なくとも１枚の別の正レンズと１枚の負レンズを配置するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（５）を満足するのが好ましい。
１．０≦Ｄr1r4/ＩH≦５．０                            ・・・（５）
ただし、Ｄr1r4は前記第１レンズの物体側の面より前記第２レンズの像側の面までの距離、      
IHは前記最大像高、
である。
【００１５】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（６）を満足するのが好ましい。
１．２ ≦ |ｒ3/ｒ4| ≦ ２．０                         ・・・（６）
ただし、ｒ3は前記第２レンズの物体側の面の曲率半径、
ｒ4は前記第２レンズの像側の面の曲率半径、
である。
【００１６】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（７）を満足するのが好ましい。
１．６５≦ ｎ2 ≦  ２．５                             ・・・（７）
ただし、ｎ2はｄ線における前記第２レンズの屈折率、
である。
【００１７】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（８），（９）を満足するのが好ましい。
−1．０≦ｆ/ｆ1 ≦-０．５                              ・・・（８）
１．７５≦ｎ1≦  ２．５                               ・・・（９）
ただし、ｆ1は前記第１レンズの焦点距離、
ｆは前記魚眼レンズ全体の焦点距離、
ｎ1はｄ線における前記第1レンズの屈折率、
である。
【００１８】
また、本発明の魚眼レンズにおいては、以下の条件式（１０）を満足するのが好ましい。
−０．０３≦ｆ/ｆ1-2≦ ０．３０                         ・・・（１０）
ただし、ｆ1-2は前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離、ｆは前記魚眼レンズ全体の焦点距離、
である。
【００１９】
また、本発明の魚眼レンズは、対角長が２ＩＨである撮像素子を備える撮像装置に搭載されることが好ましい。
ただし、２ＩＨは、前記最大像高の２倍の値である。
【００２０】
また、本発明の魚眼レンズを備えた撮像装置は、本発明の前記魚眼レンズと、撮像素子と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の魚眼レンズによれば、半画角８０°以上の広角化に対応しながら、諸収差の発生を抑えた魚眼レンズ及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
実施例の説明に先立ち、本実施形態の魚眼レンズの作用効果について説明する。
本実施形態の魚眼レンズは物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、開口絞りと、レンズ群と、で構成され、第１レンズが、像側に凹面を備えた負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第２レンズが、物体側に凹面を備えた正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、レンズ群が、最も像側に正レンズを配置した正の屈折力を有するレンズ群であり、以下の条件式（１），（３），（１１）を満たす。
１≦Ｄr1r3/ＩH≦１．８３                              ・・・（１）
０．４＜ | r2/IH | ＜１．１                           ・・・（３）
80°≦ω≦110°                                       ・・・（１１）
ただし、IHは最大像高、
Ｄr1r3は第1レンズの物体側の面と第2レンズの物体側の面の間隔、
r2は第1レンズの像側の面の曲率半径、
ωは最大半画角、
である。
【００２３】
本実施形態の魚眼レンズは、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、開口絞りと、レンズ群と、で構成される。第１レンズは、負の屈折力を有する。一方、第２レンズと、開口絞りと、レンズ群と、によって、正の屈折力を有する。このように、本実施形態の魚眼レンズは、レトロフォーカスタイプを採用している。
ここで、負の屈折力を有するレンズ群は、１枚のレンズ（第１レンズ）、より具体的には像側に凹面を備えたメニスカスレンズによって構成されている。このように、負の屈折力を有するレンズ群が、複数のレンズで構成されないため、魚眼レンズの全長を短くすることができる。
【００２４】
上述のように、本実施形態の魚眼レンズでは、１枚のレンズによって負の屈折力を有するレンズ群を構成している。しかしながら、この１枚のレンズだけでは十分な負の屈折力を得ることができない。そのため、他のレンズによって、負の屈折力を補う必要がある。そこで、本実施形態の魚眼レンズでは、第１レンズに加えて、開口絞りより物体側に第２レンズを配置している。そして、第２レンズを物体側に凹面を備えたメニスカスレンズとしている。このようにすると、第１レンズの像側の面に加えて、第２レンズの物体側の面が負の屈折力のレンズ面となる。よって、この第２レンズの物体側の面で負の屈折力を補うこができる。
これにより、負の屈折力を有するレンズ群が、１枚のレンズで構成されているにもかかわらず、魚眼レンズ全体としては、十分な負の屈折力が得られる。このため、本実施形態の魚眼レンズは、焦点距離を小さくすることができる。
【００２５】
また、第１レンズが負の屈折力を有するため、入射瞳が物体側に位置することとなる。これにより、魚眼レンズに入射する軸外光束の光線高が低くなるため、第１レンズの光学有効径が小さくなる。
従って、本実施形態の魚眼レンズは、大型化を防止することができる。
【００２６】
また、開口絞りよりも像側に用いる正レンズを像面から離して配置すると、魚眼レンズに入射する光束の主光線は、大きい角度で開口絞りを通過することとなる。そうすると、開口絞りの前後のレンズ面において発生する収差（非点収差、像面湾曲、および歪曲収差）の量が増える。その結果、非点収差、像面湾曲、および歪曲収差が悪化するため好ましくない。
【００２７】
そこで、本実施形態の魚眼レンズは、開口絞りより像側に正の屈折力を備えたレンズ群を備えている。そして、この正の屈折力のレンズ群中に正レンズを用い、この正レンズを最も像側に配置する構成をとっている。これにより、開口絞りの前後のレンズ面において発生する収差（非点収差、像面湾曲、および歪曲収差）の量を抑えることができる。その結果、非点収差や像面湾曲を良好に補正することができる。
【００２８】
このとき、本実施形態の魚眼レンズは、条件式（１），（３），（１１）を同時に満足することで諸収差を良好に補正することができる。
条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズの倍率色収差の発生を低減させることが難しくなるため好ましくない。また、条件式（１）の上限値を上回ると、第1レンズを入射および射出する軸外光束の光線高が高くなる。そうすると、第1レンズの外径が大きくなるため、魚眼レンズの大型化につながる。
【００２９】
条件式（１）の下限値を下回ると、第２レンズの厚さが薄くなりすぎるため、非点収差が悪化しやすくなるので好ましくない。具体的には、レンズの厚さは、レンズに入射するサジタル光線およびメリジオナル光線に影響を及ぼすため、条件式（１）の下限値を下回ると、非点収差が悪化しやすくなる
また、条件式（１）の下限値を下回ると、第1レンズと第２レンズの間隔を十分とることができなくなる。この場合、第１レンズの像側の面と第２レンズの物体側の面を用いて、魚眼レンズとして必要とされる負の屈折力を確保すると、非点収差が悪化してしまう。
【００３０】
条件式（３）の上限値を上回ると、第１レンズの像側の面の負の屈折力が弱くなる。ここで、本実施形態の魚眼レンズは、第１レンズの像側の面と、第２レンズの物体側の面と、が負の屈折力を有している。そのため、第１レンズの像側の面の負の屈折力が弱くなると、それを補うために、第２レンズの物体側の面の屈折力を強くする必要が生じる。そうすると、第１レンズの軸外光束の光線高が高くなる。よって、前述のように第１レンズの光学有効径が大きくなるので好ましくない。
条件式（３）の下限値を下回ると、第１レンズの像側の面の曲率が大きくなり、コマ収差等の収差の劣化が大きくなるため好ましくない。
【００３１】
本願は、半画角８０°以上の魚眼レンズを前提としているため、条件式（１１）の下限値以下は想定していない。
条件式（１１）の上限値を上回ると、コマ収差等が悪化する。
【００３２】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（２）を満足するのがよい。
０≦d4/IH＜０．５                                     ・・・（２）
ただし、IHは最大像高、d4は第２レンズの像側の面と開口絞りの間隔、
である。
【００３３】
条件式（２）の上限値を上回ると、開口絞りが、第２レンズから離れすぎるため第２レンズから射出する主光線の光線高が高くなる。そうすると、第２レンズの像側の面で発生する収差（非点収差、像面湾曲、および歪曲収差）の量が増える。そのため、非点収差、像面湾曲、および歪曲収差が悪化する。
また、本実施形態の魚眼レンズは、第２レンズの像側の面より、像側に、開口絞りが位置することを前提としている。従って、条件式（２）の下限値を下回ることはない。尚、下限値の０という値は開口絞りが第２レンズの像側の面上に構成される状態までを含めることを意味する。
【００３４】
本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（４）を満足するのがよい。
０．２≦Ｄｓｐ／Ｌ≦０．７                            ・・・（４）
ただし、Ｄspは開口絞りと、レンズ群の最も像側に配置した正レンズの像側の面との距離、Ｌは第１レンズの物体側の面より、レンズ群の最も像側の面までの距離、
である。
【００３５】
また、本実施形態の魚眼レンズは、開口絞りの前後で、光束が光軸に対して反対の領域を通過することを利用して、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群と、開口絞りより像側に配置されたレンズ群と、によって収差の補正のバランスをとっている。
【００３６】
例えば、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群による収差の補正が困難なときは、開口絞りより像側に配置されたレンズ群で発生する収差量を調節して、魚眼レンズ全体として良好に収差を補正する。逆に、開口絞りより像側に配置されたレンズ群による収差の補正が困難なときは、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群で発生する収差量を調節して、魚眼レンズ全体として良好に収差を補正する。
【００３７】
条件式（４）の上限値を上回ると、軸外光束が、大きい角度で開口絞りを通過することとなるため、開口絞りより物体側のレンズで発生する収差の量が増える。
ここで、条件式（４）の上限値を上回るということは、開口絞りから正レンズの像側の面までの距離が、第1レンズの物体側の面よりレンズ群の最も像側の面までの距離に比して、極端に長いことを意味する。この場合、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群と、開口絞りより像側に配置されたレンズ群と、によって、開口絞りの前後における収差の補正のバランスをとることが困難となる。このため、軸外収差を良好に補正することが困難となるので好ましくない。
【００３８】
また、条件式（４）の下限値を下回るということは、開口絞りから正レンズの像側の面までの距離が、第１レンズの物体側の面よりレンズ群の最も像側の面までの距離に比して、極端に短いことを意味する。
この場合、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群と、開口絞りより像側に配置されたレンズ群と、によって、開口絞りの前後における収差の補正のバランスをとることが困難となる。このため、軸外収差を良好に補正することが困難となるので好ましくない。
【００３９】
また、本実施形態の魚眼レンズは、レンズ群の最も像側に正レンズを配置し、開口絞りと正レンズとの間に少なくとも１枚の別の正レンズを配置することが好ましい。
【００４０】
このように、レンズ群の最も像側に正レンズを配置することで、歪曲収差や像面湾曲等の軸外収差を適正に補正することができる。さらに、開口絞りと当該正レンズとの間に少なくとも１枚の別の正レンズを配置することにより、軸上の球面収差とコマ収差を良好に補正することができる。すなわち、正レンズを適正に配置することにより、軸外と軸上の何れにおいても諸収差を良好に補正することができる。
【００４１】
また、本実施形態の魚眼レンズは、レンズ群の最も像側に正レンズを配置し、開口絞りと正レンズとの間に少なくとも１枚の別の正レンズと１枚の負レンズを配置するのが好ましい。
【００４２】
このように、開口絞りと、最も像側に配置した正レンズと、の間に、正レンズと負レンズを配置すると、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる。
この時、開口絞りから像側に向けて、両凸レンズと、両凹レンズと、正レンズと、が順に配置され、かつ、両凸レンズおよび両凹レンズが接合レンズであることが好ましい。
【００４３】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（５）を満足するのが好ましい。
１．０≦Ｄr1r4/ＩH≦５．０                            ・・・（５）
ただし、 Ｄr1r4は第１レンズの物体側の面より、第２レンズの像側の面までの距離、
IHは最大像高、
である。
【００４４】
条件式（５）の下限値を下回ると、第２レンズの像側の面が、第１レンズに近づきすぎる。この場合、特に非点収差、ディストーションのバランスをとるために第２レンズの像側の面の曲率を大きくする必要が生じる。第２レンズの像側の面の曲率を大きくすると、軸外光線の非点収差、コマ収差の補正が困難になる。
条件式（５）の上限値を上回ると、入射瞳が物体側から遠くなるため、第１レンズを入射および射出する軸外光束の光線高が高くなる。そうすると、第1レンズの外径が大きくなるため、魚眼レンズの大型化，重量化につながる。一方、魚眼レンズの大型化、重量化を防止するようにレンズを配置すると、前述のように第1レンズでの収差発生量が増大する傾向となるため好ましくない。
【００４５】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（６）を満足するのがよい。
１．２ ≦ |ｒ3/ｒ4| ≦ ２．０                         ・・・（６）
ただし、ｒ3は第２レンズの物体側の面の曲率半径、ｒ4は第２レンズの像側の面の曲率半径、
である。
【００４６】
第２レンズの像側の面の正の屈折力が強すぎると、第２レンズの像側の面の周辺の非点収差、コマ収差発生量が大きくなる。また、逆に像側の面の正の屈折力が弱すぎると、第１レンズと第２レンズの主点間隔が離れるため、第２レンズの像側の面を第１レンズから離す必要がある。従って、魚眼レンズの全長が長くなるため、魚眼レンズの大型化につながる。
【００４７】
このため、上記第２レンズの物体側の面の負の屈折力と像側の面の正の屈折力が、一定の範囲にあるよう規定することが望ましい。すなわち、第２のレンズの物体側の面の曲率半径と、像側の面の曲率半径と、の比が一定の範囲内であることが望ましい。
条件式（６）の下限値を下回ると、第２レンズの像側の面の正の屈折力が弱くなるため、第２レンズの肉厚を厚くすることで、正の屈折力を補う必要が生じる。従って、魚眼レンズの全長が長くなるため、魚眼レンズの大型化につながる。一方、魚眼レンズの全長が短くなるように、レンズを配置すると、諸収差が悪化する。
条件式（６）の上限値を上回ると、第２レンズの像側の面の正の屈折力が強くなるため、第２レンズの像側の面の軸外光線での非点収差、コマ収差の発生が大きくなる。
【００４８】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（７）を満足するのがよい。
１．６５≦ ｎ2 ≦  ２．５                            ・・・（７）
ただし、ｎ2はｄ線における第２レンズの屈折率である。
【００４９】
条件式（７）の下限値を下回ると、正の屈折力が不足するため、それを補うために第２レンズの像側の面の曲率を大きくする必要が生じる。このため、第２レンズの像側の面によって、軸外光線の非点収差、コマ収差の補正が困難になる。また、正の屈折力を、第２レンズの肉厚を厚くすることで補った場合は、魚眼レンズの全長が伸びるため、魚眼レンズの大型化につながる。
条件式（７）の上限値を上回ると光学材料の入手が困難となる。また、非点収差とコマ収差のバランスが取りづらくなる。
【００５０】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（８），（９）を満足するのがよい。
−1．０≦ｆ/ｆ1 ≦-０．５                             ・・・（８）
１．７５≦ｎ1≦  ２．５                              ・・・（９）
ただし、ｆ1は第１レンズの焦点距離、
ｆは撮像装置全体の焦点距離、
ｎ1はｄ線における第1レンズの屈折率、
である。
【００５１】
条件式（８）の下限値を下回ると、撮像装置全体の焦点距離が長くなり、光学有効径及び光学全長が大きくなる。そうすると、魚眼レンズの大型化につながる。また、条件式（８）の下限値を下回るということは、第１レンズの焦点距離が小さくなるため、第１レンズの像側の面の負の屈折力を強くすることが求められ、軸外，軸上の色収差の補正が困難になる。
条件式（８）の上限値を上回ると、第１レンズの焦点距離が大きくなるため、第２レンズの像側の面の曲率を大きくする必要が生じる。そうすると、軸外光線の非点収差、コマ収差、像面湾曲の補正が困難となる。
【００５２】
条件式（９）の下限値を下回ると、第１レンズが、十分な負の屈折力を有するためには、第１レンズの像側の曲率を大きくする必要が生じる。このため、第１レンズの像側の面における収差の補正が困難となる。
条件式（９）の上限値を上回ると、光学材料の入手が困難となる。また、レンズの中心と周辺で発生する収差の補正のバランスをとるのが難しくなる。
【００５３】
また、本実施形態の魚眼レンズは、好ましくは、以下の条件式（１０）を満足するのがよい。
−０．０３≦ｆ/ｆ1-2≦ ０．３０                       ・・・（１０）
ただし、ｆ1-2は第１レンズと第２レンズの合成焦点距離、
ｆは撮像装置全体の焦点距離、
である。
【００５４】
条件式（１０）の上限値を上回ると、開口絞りより像側のレンズの焦点距離が長くなる。そうすると、開口絞りより像側のレンズ群の屈折力が弱くなるため、開口絞りより物体側に配置されたレンズ群と、開口絞りより像側に配置されたレンズ群と、によって、開口絞りの前後で発生する非点収差、コマ収差、像面湾曲、及び歪曲収差を、バランスさせることが困難となる。
条件式（１０）の下限値を下回ると、開口絞りより物体側のレンズの合成焦点距離が短くなるため、収差の補正に悪影響が出やすくなる。
【００５５】
さらに、本実施形態の魚眼レンズは、対角長が２ＩＨである撮像素子を備える撮像装置に搭載されることが好ましい。ここで、２ＩＨは、最大像高の２倍の値を意味する。
このように、本実施形態の魚眼レンズは、対角長が２ＩＨである撮像素子を備える撮像装置に搭載されることによって、諸収差が良好に補正された魚眼レンズを備えた撮像装置を提供することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態の魚眼レンズを備えた撮像装置は、本実施形態の魚眼レンズと、撮像素子と、を有したものである。
【００５７】
また、本実施形態で使用する撮像素子は、オンチップレンズを有していてもよい。オンチップレンズとしては、特許文献３や非特許文献１で提案されている屈折率分布型レンズが挙げられる。ここで、本実施形態で使用される屈折率分布型レンズは、入射光の波長と同程度かそれより短い線幅で分割された構造であっても良い。
【００５８】
このように、オンチップレンズを配置することで、撮像素子の受光効率を上げることができる。また、耐熱性に優れた撮像装置を提供することができる。さらに、異なった像高位置において、それぞれ傾いた主光線を持つ光束を、効率よく受光する撮像装置を提供することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、本実施形態の魚眼レンズを用いた実施例１及び実施例２について説明する。実施例１の魚眼レンズの断面図を図１に、実施例２の魚眼レンズの断面図を図２に示す。各図において、第１レンズはＬ１、第２レンズはＬ２、開口絞りはＳ、レンズ群はＧ、光学的ローパスフィルターはＦ、カバーガラスはＣ、撮像素子（ＣＣＤ）の像面はＩで示してある。
【００６０】
実施例１の魚眼レンズは、図１に示すように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズＬ１、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズである第２レンズＬ２、開口絞りＳ、レンズ群Ｇ、ＩＲカットコート面を有するローパスフィルターＦ、カバーガラスＣから構成されている。レンズ群Ｇの構成は、物体側から順に、両凸正レンズである第３レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである第４レンズＬ４と、両凸正レンズであって両面が非球面の第５レンズＬ５と、からなる。第３レンズＬ３の像側の面と、第４レンズＬ４の物体側の面と、は接合されている。また、第５レンズＬ５は、アモルファスポリオレフィン系の樹脂から構成されている。また、本実施例の仕様は、ＦナンバーＦnoが2.44、半画角ωが91°、最大像高ＩHが1.81mm、全系焦点距離ｆが1.37mm、バックフォーカスが3.23mm、レンズ全長が15.98mm、の広角の魚眼レンズである。
【００６１】
実施例２の魚眼レンズは、図２に示すように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズである第１レンズＬ１、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズである第２レンズＬ２、開口絞りＳ、レンズ群Ｇ、カバーガラスＣから構成されている。レンズ群Ｇの構成は、物体側から順に、両凸正レンズである第３レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである第４レンズＬ４と、両凸正レンズであって両面が非球面の第５レンズＬ５と、からなる。第３レンズＬ３の像側の面と、第４レンズＬ４の物体側の面と、は接合されている。また、第５レンズＬ５は、アモルファスポリオレフィン系の樹脂から構成されている。また、本実施例の仕様は、ＦナンバーＦnoが2.43、半画角ωが91°、最大像高ＩHが1.81mm、全系焦点距離ｆが1.11mm、バックフォーカスが1.15mm、レンズ全長が11.04mm、の広角の魚眼レンズである。
【００６２】
次に、実施例１と実施例２のそれぞれについて、魚眼レンズを構成する光学部材の数値データを示す。実施例１が、数値実施例１に対応する。実施例２が、数値実施例２に対応する。
なお、数値データ及び図面において、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズの肉厚または空気間隔、ｎｄは各レンズのｄ線（587.56nm）での屈折率、νｄは各レンズのｄ線（587.56nm）でのアッベ数を表している。長さの単位はｍｍである。
【００６３】
数値実施例1
単位              ｍｍ
面データ
面番号             ｒ        ｄ        nd        νｄ       有効径
物面               ∞        ∞
1                 9.383      0.5      1.883      40.76       6.47    
2                 1.762      2.74                            3.43
3                -5.73       4.1      1.9229     18.9        2.65    
4                -4.074      0.25                            2.34
5〔開口絞り〕      ∞        0.25                            2
6                 4.276      2.27     1.5831     59.38       2.27
7                -2.945      0.5      1.9229     18.9        2.61    
8                 8.639      0.25                            2.9
9＊               5.043      1.9      1.5254     55.78       3.31    
10＊             -2.599      0.25                            3.7
11                 ∞        2.5      1.5163     64.14       3.68    
12                 ∞        0.5                             3.65
13                 ∞        0.5      1.5163     64.14       3.64    
14                 ∞        0.5                             3.63
像面               ∞
単レンズデータ
レンズ         始面     焦点距離
1                1       -2.53
2                3        6.98
3                6        3.38
4                7       -2.33
5                9        3.57
3+4（接合レンズ）         6         -24.23
非球面データ
第9面
K=0.9695, A2=0, A4=-8.8873E-03, A6=-1.1802E-05, A8=7.8033E-04, A10=-1.1592E-04
第10面
K=-0.80800, A2=0, A4=1.7268E-03, A6=-7.05E-04, A8=3.4148
【００６４】
数値実施例２
単位        ｍｍ
面データ
面番号             ｒ         ｄ         nd       νｄ      有効径
物面               ∞         ∞
1                 7.228       0.5      1.8819     40.79      4.88
2                 1.26        1.8                            2.45
3                -4.046       1.83     1.6918     30.69      2
4                -2.313       0.25                           1.75
5〔開口絞り〕      ∞         0.45                           1.34
6                 2.975       2.34     1.7546     52.29      2.12
7                -2.45        0.5      1.9216     18.94      2.31
8                 3.92        0.25                           2.5
9＊               2.366       1.97     1.5254     55.78      3.2
10＊             -1.624       0.32                           3.35
11                 ∞         0.5      1.5163     64.14      3.47
12                 ∞         0.5                            3.52
像面               ∞         0
単レンズデータ
レンズ           始面     焦点距離
1                1         -1.8
2                3          5.45
3                6          2.18
4                7         -1.58
5                9          2.21
3+4（接合レンズ）           6          15.25
非球面データ
第9面
K=-0.034, A2=0, A4=-2.9640E-02, A6= 8.3446E-03, A8=-1.4672E-03
第10面
K=-0.2770, A2=0, A4=8.0593E-02, A6=-1.0196E-02, A8=4.6427E-03
【００６５】
以下に、上記実施例１（数値実施例１）と実施例２（数値実施例２）の、条件式（１）〜（１１）の計算結果を示す。
条件式  実施例１ 実施例２
(1)      1.79      1.27
(2)      0.14      0.14
(3)      0.98      0.7
(4)      0.41      0.56
(5)      4.06      2.28
(6)      1.41      1.75
(7)      1.92      1.69
(8)     -0.54     -0.62
(9)      1.88      1.88
(10)     0.12     -0.016
(11）   91        91
【００６６】
上記、実施例１と実施例２の収差図をそれぞれ図３と図４に示す。これらの収差図において、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、ＣＣは倍率色収差、ＤＴは歪曲収差を示す。各図中、ＦＩＹは半画角（°）を示す。また、実施例１と実施例２の画角（横軸）に対する像高（縦軸）を示すグラフをそれぞれ図５と図６に示す。
【００６７】
次に、実施例１と実施例２の魚眼レンズと、撮像素子と、を組み合わせた場合の、像高（縦軸）と撮像素子への主光線の入射角度の関係を示すグラフをそれぞれ図７と図８に示す。グラフをみると中心部分と周辺部分で主光線の入射角度の変化の仕方が大きく変化することがわかる。
【００６８】
なお、このような光学系に対しては、オンチップレンズを有する撮像素子が好適である。オンチップレンズとしては、入射光の波長と同程度かそれより短い線幅で分割された構造の屈折率分布型レンズが挙げられる。このような構成にすることで各画素毎に入射する光束の角度範囲を設定するのが容易になる。
【００６９】
図１０と、図１１に屈折率分布型のオンチップレンズを有する撮像素子の構造の一例を示す。図において、１は屈折率分布型レンズ、２はカラーフィルター、３はＡｌ配線、４は信号電送部、５は平坦化層、６は受光素子、７はＳｉ基板、８は半導体集積回路、９は入射光、３５は０°入射光、３６は（α／２）°入射光、３７はα°入射光、１００は撮像素子である。
【００７０】
また図９に、本実施形態の魚眼レンズと、撮像素子と、を備えた撮像装置を車載カメラに適用した例を示す。車載カメラ４１は、本体５０と、ネジ部５１と、撮像素子支持枠５２と、撮像素子４２と、によって構成される。本体５０は、ネジ部５１によって、車両の所望位置に取り付けられる。そして、本体５０の内部に、本実施形態の撮像装置が内蔵されている。撮像素子支持枠５２は、撮像素子４２を支持する。撮像素子４２は、本体の一端を塞いでいる。
【００７１】
本発明の実施例においては、第５レンズＬ５は、アモルファスポリオレフィン系の樹脂に限定されない。また、プラスチックで構成しているレンズをガラスで構成しても構わない。また、ガラスで構成しているレンズをプラスチックで構成してもかまわない。また、特殊低分散ガラスを用いれば、色収差の補正に効果があるのは言うまでもない。特に、プラスチックで構成する場合には、低吸湿材料を用いることにより、環境変化による性能劣化が軽減されるので好ましい（例えば日本ゼオン社のゼオネックス等がある）。
【００７２】
また、本発明の実施例においては、近赤外シャープカットコートを、光学的ローパスフィルターＦに直接コーティングした。これに代えて、光学的ローパスフィルターＦとは別に、赤外カット吸収フィルターを配置してもよい。あるいは、レンズ面やカバーガラス等に直接、近赤外シャープカットコートを施こしてもよい。又、近赤外線の受光感度を持たない撮像素子を用いても良い。
【００７３】
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、開口絞り以外にフレア絞りを配置してもかまわない。フレア絞りは、本実施例の物体面から第１レンズ間、第１−第２レンズ間、第２レンズ−開口絞り間、開口絞り−第３レンズ間、第３−第４レンズ間、第４−第５レンズ間、第５レンズ−像面間のいずれの場所に配置しても良い。また、枠を用いて、フレア光をカットしてもよいし、別の部材を用いてフレア光をカットしても良い。また、フレア光をカットする部材は、光学系に直接印刷してもよいし、塗装してもよいし、シールしてもかまわない。また、その形状は円形、楕円形、矩形、多角形、関数曲線で囲まれる範囲等、いかなる形状でもかまわない。また、その部材は、有害光束をカットするだけでなく、画面周辺のコマフレア等を生じさせる光束をカットしても良い。また、各レンズに反射防止コートを行うことで、ゴーストや、フレアを軽減してもかまわない。
【００７４】
また、ピント調整を行うためにフォーカシングを行っても良い。魚眼レンズ全体を繰り出してフォーカスを行っても良いし、一部のレンズを繰り出し、もしくは繰り込みをしてフォーカスしても良い。
また、画像周辺部の明るさの低下を防止するために、前述したオンチップレンズを用いても良いし、あるいは、画像処理することで補正しても良い。
また、魚眼レンズで発生するディストーションを画像処理することで補正してもかまわない。さらに、周辺画像の画像処理を行うために、画像周辺の情報量を増やす射影方式、例えば等距離射影方式を用いてもよい。
【００７５】
また、本発明の魚眼レンズを備えた撮像装置は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子等を用いた撮像装置に採用するのに好適であり、車載用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、並びに携帯電話、パソコンなどに搭載される小型カメラ等に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係る魚眼レンズの実施例１のレンズ断面図である。
【図２】本発明に係る魚眼レンズの実施例２のレンズ断面図である。
【図３】実施例１の収差図である。
【図４】実施例２の収差図である。
【図５】実施例１の画角に対する像高を示すグラフである。
【図６】実施例２の画角に対する像高を示すグラフである。
【図７】実施例１の魚眼レンズと、撮像素子と、を組み合わせた場合の、像高と撮像素子への主光線の入射角度の関係を示すグラフである。
【図８】実施例２の魚眼レンズと、撮像素子と、を組み合わせた場合の、像高と撮像素子への主光線の入射角度の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の魚眼レンズと、撮像素子と、を備えた撮像装置を車載カメラに適用した例を示した図である。
【図１０】従来の屈折率分布型のオンチップレンズを有する撮像素子の構造図である。
【図１１】従来の屈折率分布型のオンチップレンズを有する撮像素子の他例の構造図である。
【符号の説明】
【００７７】
Ｌ１：  第１レンズ（負メニスカスレンズ）
Ｌ２：  第２レンズ（正メニスカスレンズ）
Ｌ３：  第３レンズ（両凸正レンズ）
Ｌ４：  第４レンズ（負メニスカスレンズ）
Ｌ５：  第５レンズ（両凸正レンズ）
Ｇ：    レンズ群
Ｓ：    開口絞り
Ｆ：    ローパスフィルター
Ｃ：    カバーガラス
Ｉ：    像面
４１：  車載カメラ
４２：  ＣＣＤ
５０：  本体
５１：  ネジ部
５２：  撮像素子支持枠
【図１】
0005048474.tif 000002
【図２】
0005048474.tif 000003
【図３】
0005048474.tif 000004
【図４】
0005048474.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005048474.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005048474.tif 000009
【図９】
0005048474.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005048474.tif 000012