JP2006011093A - 超広角光学系、撮像装置、車載カメラ及びデジタル機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 コンパクト化やコストアップの抑制等を図りつつ、特定の方向に広い画角を有する超広角光学系、撮像装置、車載カメラ及びデジタル機器を提供する。
【解決手段】 前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとから構成する。第２レンズ及び第６レンズは、樹脂（プラスチック）で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズの像側のレンズ面ｒ１２はアナモルフィック面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面ｒ１１は非球面とされている。
【選択図】 図２
【解決手段】 前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとから構成する。第２レンズ及び第６レンズは、樹脂（プラスチック）で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズの像側のレンズ面ｒ１２はアナモルフィック面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面ｒ１１は非球面とされている。
【選択図】 図２
Description
本発明は、車載カメラや監視カメラとして利用される映像入力機器に適した超広角光学系、撮像装置、車載カメラ及びデジタル機器に関する。
従来、広範囲の被写体の画像を得るべく、非常に広い画角を有する超広角光学系が提案されている（例えば下記特許文献１〜３参照）。
特許文献１には、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズの３枚のレンズからなる前群と、物体側から順に、接合された両凹レンズ及び両凸レンズと両凸の正レンズとの３枚のレンズからなる後群とで構成された超広角光学系が開示されている。
特許文献２には、絞りを挟んで前群レンズと後群レンズとを配置し、前群レンズを、対物側から順にメニスカス凹レンズ、メニスカス凹レンズ及びメニスカス凸レンズで構成し、後群レンズを、対物側から順に両凹の球面レンズ及び両凸の球面レンズを貼り合わせたレンズと両凸の非球面レンズとで構成した超広角光学系が開示されている。
特許文献３には、電子内視鏡の分野において、対物光学系のレンズの画角を、表示画面のアスペクト比にマッチングさせることを目的として、光学系中にアナモルフィック面を設ける技術が開示されている。
特許２９９２５４７号公報
特開２００２−７２０８５号公報
特開平８−６２４９４号公報
ところで、１台の車載カメラや監視カメラで所定領域の像を撮像しようとするとき、その車載カメラ等に搭載される光学系には、特定の方向に広い画角で撮影できる機能が要求される。例えば、車載カメラに搭載される光学系にあっては、垂直方向（車両の上下方向）には地面から水平線までの略９０°の画角を有していれば使用上十分であるのに対して、水平方向については、運転者の死角を補うため、垂直方向の画角より非常に広い画角（例えば１４０°程度の画角）を有することが求められる。
この点につき、一般的な光学系を構成するレンズは、光軸に対して回転対称な円形状であり、その光学系で取り込まれる光像も円形状となる。したがって、前述のように非常に広画角を有する光学系を前記回転対称レンズで構成し、その光学系により導かれる光像を撮像する撮像素子を備えて、前述の車載カメラ等にその光学系等を搭載することを想定したときには、不要な領域の画像（例えば車両の上方の画像）が多く写し出されるとともに、撮像素子の撮像面に投影される領域も円形状であるから、撮像素子に無駄な撮像領域が発生することとなる。
また、前述のように非常に広画角を有する光学系を前記回転対称レンズで構成しようとすると、光学系の光軸方向の全長が長くなり、また、周辺光量を確保するために前玉のレンズ径を大きくする必要があり、光学系、延いてはカメラの大型化を招来する。さらに、バックフォーカスを確保するために物体側に位置するレンズの負の屈折力を強め、この負の屈折力によって発生する収差を解消しようとして光学絞りから離れた位置に非球面レンズを配置することを想定した場合、光学絞りから離れた位置に配置される最大有効径の大きなレンズをガラスで製造し、且つそのレンズに非球面を形成することはコスト面や製造面から困難である。
また、超広角光学系の用途が特に車載用である場合には、コンパクト性も要求されており、前記特許文献１の超広角光学系は、光学系の全長が長く、レンズ径も大きいため、コンパクト化が困難であり、特許文献２の超広角光学系は、レンズ径が大きいため、コンパクト化が困難である。また、特許文献３の超広角光学系にあっては、車載カメラや監視カメラに搭載する光学系としては画角が不足しているとともに、Ｆナンバーが暗い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コンパクト化やコストアップの抑制等を図りつつ、特定の方向に広い画角を有する超広角光学系、撮像装置、車載カメラ及びデジタル機器を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する超広角光学系であって、少なくとも３枚のレンズから構成されているとともに、前記レンズのうち２枚以上のレンズがプラスチック材料からなり、且つ、前記プラスチック材料からなるレンズの複数のレンズ面のうち２つ以上のレンズ面は非回転対称面であることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超広角光学系において、光軸方向に前群と後群とが光学絞りを挟んで配置されてなり、前記前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、負の屈折力を有する負レンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記後群は、正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを有することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の超広角光学系において、前記プラスチック材料からなるレンズは、負の屈折力を有する負レンズと正の屈折力を有する正レンズとの２枚であり、この正レンズ及び負レンズは、レンズ面の頂点を原点とし光軸方向をＺ軸とする３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、下記条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とするものである。
０．３＜｜ｆｐｎｘ／ｆｐｐｘ｜＜０．６ ・・・（１）
０．３＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．６ ・・・（２）
ｆｐｎｘ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｘ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｎｙ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｙ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
０．３＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．６ ・・・（２）
ｆｐｎｘ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｘ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｎｙ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｙ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
請求項４に記載の発明は、光軸方向に前群と後群とが光学絞りを挟んで配置されてなり、前記前群及び後群は、それぞれ非回転対称面を少なくとも１面有し、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする超広角光学系である。
ωＸ＞１４０ ・・・（３）
ωＸ：撮像素子の長辺方向の画角（deg）
ωＸ：撮像素子の長辺方向の画角（deg）
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の超広角光学系において、前記前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、非回転対称面を備えて負の屈折力を有する負レンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記後群は、非回転対称面を備えて正の屈折力を有する正レンズを有することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の超広角光学系において、最も像側に位置する非回転対称面が下記条件式（４）を満たすことを特徴とするものである。
０．８＜ΔＺＩＹ／ΔＺＩＸ＜１ ・・・（４）
ΔＺＩＸ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＹ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＸ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＹ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の超広角光学系において、前記非回転対称面の面形状は、その面の頂点を原点とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したとき、下記式（ＡＡＳ）により定義されるアナモルフィック面であり、最も物体側に位置するアナモルフィック面が下記条件式（５）及び（６）を満たすことを特徴とするものである。
ｚ＝（ＣＸ・ｘ2＋ＣＹ・ｙ2）／［１＋√｛１−（１＋ＫＸ）・ＣＸ2・ｘ2−（１＋ＫＹ）・ＣＹ2・ｙ2｝］＋ＡＲ・［（１−ＡＰ）・ｘ2＋（１＋ＡＰ）・ｙ2］2＋ＢＲ・［（１−ＢＰ）・ｘ2＋（１＋ＢＰ）・ｙ2］3＋ＣＲ・［（１−ＣＰ）・ｘ2＋（１＋ＣＰ）・ｙ2］4＋ＤＲ・［（１−ＤＰ）・ｘ2＋（１＋ＤＰ）・ｙ2］5 ・・（ＡＡＳ）
１＜ＲＯＹ／ＲＯＸ＜３ ・・・（５）
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：座標（ｘ，ｙ）でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ＣＸ、ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ、ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
ＲＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＹＺ断面近軸曲率半径
ＲＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＸＺ断面近軸曲率半径
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
１＜ＲＯＹ／ＲＯＸ＜３ ・・・（５）
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：座標（ｘ，ｙ）でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ＣＸ、ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ、ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
ＲＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＹＺ断面近軸曲率半径
ＲＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＸＺ断面近軸曲率半径
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の超広角光学系において、前記非回転対称面の面形状は、その面の頂点を原点とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したとき、下記式（ＸＹＰ）により定義される自由曲面であり、最も物体側に位置する自由曲面が下記条件式（６）を満たすことを特徴とするものである。
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：面頂点での曲率（＝１／曲率半径）
Ｋ：コーニック定数
Ｃ（ｍ，ｎ）：自由曲面係数（ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・）
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：面頂点での曲率（＝１／曲率半径）
Ｋ：コーニック定数
Ｃ（ｍ，ｎ）：自由曲面係数（ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・）
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の超広角光学系において、下記条件式（７）を満たすことを特徴とするものである。
４＜ｄＸ／ｄＹ＜６ ・・・（７）
ｄＸ：長辺方向の半画角における歪曲値（％）
ｄＹ：短辺方向の半画角における歪曲値（％）
ｄＸ：長辺方向の半画角における歪曲値（％）
ｄＹ：短辺方向の半画角における歪曲値（％）
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の超広角光学系において、下記条件式（８）を満たすことを特徴とするものである。
０．０７＜Ｙ’Ｈ／ＴＬ＜０．２ ・・・（８）
Ｙ’Ｈ：撮像素子の長辺方向の最大像高
ＴＬ：最も物体側に位置する面の頂点から像面までの光軸上の距離
Ｙ’Ｈ：撮像素子の長辺方向の最大像高
ＴＬ：最も物体側に位置する面の頂点から像面までの光軸上の距離
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の超広角光学系において、最も物体側に位置するレンズは、ガラスからなることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の超広角光学系と、前記超広角光学系により導かれた被写体の光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置である。
請求項１３に記載の発明は、車両の所定位置に取り付けられ、前記車両周辺の所定領域の被写体を撮像する車載カメラであって、請求項１２に記載の撮像装置を搭載することを特徴とする車載カメラである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の撮像装置を備えると共に、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部を有することを特徴とするデジタル機器である。
請求項１に記載の発明によれば、超広角光学系を少なくとも３枚のレンズで構成したので、２枚以下のレンズで構成する場合に比して非点収差や歪曲収差をより確実に補正することができる。また、２枚以上のレンズをプラスチック材料で製造するので、車載カメラや監視カメラ等のように環境温度の範囲が広い場合でも、バックフォーカスの変動を小さくすることができる。
さらに、超広角光学系に非回転対称面を備えたので、超広角光学系の大型化を抑制又は防止しつつ特定の方向の画角を広げることが可能となり、その非回転対称面を超広角光学系に２つ以上備えたので、１の非回転対称面で発生した非回転対称な非点収差等の各種収差を、他の非回転対称面で補正することが可能となる。そして、この非回転対称面をプラスチック材料からなるレンズに設けたので、レンズの製造コストの増大を防止又は抑制することができる。
請求項２に記載の発明によれば、超広角光学系を、光軸方向に前群と後群とを光学絞りを挟んで配置して構成したので、軸外収差を容易に補正することができる。また、前群に負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズを備えたので、広画角化による短い焦点距離でも十分なバックフォーカス、延いては撮像素子の前面に各種の部材（例えばフィルター）を配置するスペースを確保することができるとともに、撮像面への光線の入射角を垂直（像面テレセントリック）に近づけることができ、撮像面への光量を確保することができる。
さらに、前群に設ける負レンズを少なくとも２枚としたので、１枚の場合に比して、必要な負の光学的パワーを複数のレンズに分担させることができることにより製造すべきレンズの曲率半径を大きくする（曲率を小さくする）ことができ、レンズの製造が容易となる。また、後群に正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを備えたので、撮像素子の撮像面への光の入射角を像側テレセントリックに近づけることができる。
請求項３に記載の発明によれば、プラスチック材料からなるレンズを、負の屈折力を有する負レンズと正の屈折力を有する正レンズとの２枚としたので、効率よく温度補償を行うことが可能となる。すなわち、プラスチック材料で製造されたレンズは、環境温度による影響を受けやすく、例えば環境温度が高温になると、正レンズは、曲率半径が大きくなるように変形し、正の光学的パワーが弱くなるためバックフォーカスが長くなり、負レンズも曲率半径が大きくなるように変形し、負の光学的パワーが弱くなるためバックフォーカスが短くなる。そこで、負レンズと正レンズを組み合わせることで、環境温度が変化しても、環境温度に起因するレンズの変形によるバックフォーカスへの影響を相殺することが可能となる。
そして、前記条件式（１），（２）を満たすように設計することにより、プラスチック材料からなるレンズの正の屈折力又は負の屈折力が適切な範囲に設定され、環境温度の変化に伴うレンズバックの変動、像面湾曲等の収差の変動量が許容範囲となる。
請求項４に記載の発明によれば、超広角光学系を、光軸方向に前群と後群とを光学絞りを挟んで配置して構成したので、軸外収差（像面湾曲や非点収差）を容易に補正することができる。また、前群及び後群に、それぞれ非回転対称面を少なくとも１面備えたので、前群で発生した軸外収差を後群で補正することが可能となる。さらに、前記条件式（３）を満たすように設計することにより、長辺方向に広画角な画像を得ることができる。
請求項５に記載の発明によれば、前記前群に負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズを備えたので、広画角化による短い焦点距離でも十分なバックフォーカスを確保することができるとともに、像面への光線の入射角を垂直に近づけることができ、撮像素子に適した構成を得ることができる。
また、前群に設ける負レンズを少なくとも２枚としたので、１枚の場合に比して、必要な負の光学的パワーを複数のレンズに分担させることができることにより、製造すべきレンズの曲率半径を大きくすることができ、レンズの製造が容易となる。
さらに、物体側から数えて１枚目のレンズに前記非回転対象面を設けないで、この１枚目のレンズよりレンズ径の小さい２枚目以降のレンズに前記非回転対称面を設けたので、該非回転対称面を精度よく形成することができる。
請求項６に記載の発明によれば、前記条件式（４）を満たすように設計したので、条件式（４）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、非点収差の補正量が多くなるとともに、撮像素子の長辺方向における焦点と、短辺方向における焦点とを同一の位置にすることが容易となる。
請求項７に記載の発明によれば、最も物体側に位置するアナモルフィック面は、軸外光が最も分離して入射する面であるため、その面における各部位の曲率を各々設定しやすく、延いては、アスペクト比を設定しやすいため、このアナモルフィック面に対して条件式（５），（６）を設定している。
そして、条件式（５）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、ＹＺ断面とＸＺ断面とでの収差の発生量の差を小さくすることができるとともに、撮像素子の撮像面の長辺方向の画角を広げることが容易となる。
さらに、条件式（６）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、超広角光学系のコンパクト化を図りつつ、前記長辺方向の画角を広げることが容易となる。なお、非回転対称面の面形状を、前記式（ＡＡＳ）により定義されるアナモルフィック面とすることで、非回転対称面の面形状を自由曲面とする場合に比して、レンズを製造し易い。
請求項８に記載の発明によれば、非回転対称面の面形状を、前記式（ＸＹＰ）により定義される自由曲面としたので、変数の自由度が比較的高いことにより高画質化を達成することが可能となる。また、条件式（６）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、超広角光学系のコンパクト化を図りつつ、前記長辺方向の画角を広げることが容易となる。
請求項９に記載の発明によれば、条件式（７）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、ＹＺ断面とＸＺ断面とでの各収差の発生量の差を小さくすることができるとともに、前記長辺方向の画角を広げることが容易となる。
請求項１０に記載の発明によれば、条件式（８）の上限を上回ったり下限を下回ったりする場合に比して、特に物体側に位置する負レンズの曲率半径を大きくすることができ、レンズの生産性の低下を防止又は抑制することができるとともに、レンズの全長やレンズ径の増大を防止又は抑制することができる。
請求項１１に記載の発明によれば、最も物体側に位置するレンズをガラスで製造したので、頑健性、耐薬品性、防水性等に優れた超広角光学系を構成することができる。
請求項１２に記載の発明によれば、特定の方向に広画角な撮像装置を実現することができる。
請求項１３に記載の発明によれば、車載カメラに請求項１２に記載の撮像装置を搭載するので、特に撮像装置を車幅方向に広画角化した場合、運転者にとって死角となる領域をも当該車載カメラで撮像することが可能となり、安全性等に貢献することができる。
請求項１４に記載の発明によれば、特定の方向に広画角なデジタル機器を実現することができる。
本発明に係る超広角光学系は、例えば、図１（ａ），（ｂ）に示すように、車両２の周辺の領域を撮像する車載カメラ１に搭載されるものを想定している。車載カメラ１は、例えば車両２の後方を撮像するように、車両２の後部の所定位置に設置されており、撮像した被写体の画像は、例えばダッシュボードに設置されている図略のモニタに表示される。車載カメラ１は、車両２の上方への視野は要求されないことから、その光軸が斜め下方を向くように斜め下方に傾斜した姿勢で取り付けられており、上下方向には、カメラの取り付け位置を通る水平線を上端とする画角θを有する。
また、車載カメラ１は、水平方向（路面と平行な方向）には画角φを有する。この水平方向の画角φについては、運転者の死角を補うため広画角化が要求される。本発明の超広角光学系は、カメラの撮像範囲について、コンパクト化等を達成しつつ特定の方向（例えば前記水平方向）の広画角化を実現したものである。以下、本発明に係る超広角光学系を、図面を参照しつつ説明する。
［実施形態１］
図２は、実施形態１の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図２（ａ）は、任意のレンズにおけるレンズ面の頂点を原点とし光軸方向をＺ軸とする３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図２（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。なお、Ｘ軸方向は後述する撮像素子の長辺方向に相当し、Ｙ軸方向はその短辺方向に相当する。また、以下にいう光学的パワーは、レンズ面の両側の媒質が空気である場合の屈折力と定義する。正の光学的パワーを持つレンズを正レンズ、負の光学的パワーを持つレンズを負レンズというものとする。
図２は、実施形態１の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図２（ａ）は、任意のレンズにおけるレンズ面の頂点を原点とし光軸方向をＺ軸とする３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図２（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。なお、Ｘ軸方向は後述する撮像素子の長辺方向に相当し、Ｙ軸方向はその短辺方向に相当する。また、以下にいう光学的パワーは、レンズ面の両側の媒質が空気である場合の屈折力と定義する。正の光学的パワーを持つレンズを正レンズ、負の光学的パワーを持つレンズを負レンズというものとする。
本実施形態の超広角光学系は、物体側（図２における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを持つ前群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ後群（Ｇｒ２）を有して構成されている。後群（Ｇｒ２）と反対側の位置には、撮像素子（ＳＲ）が配置されている。なお、後群（Ｇｒ２）と撮像素子（ＳＲ）との間には、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター、撮像素子（ＳＲ）のカバーガラス等に相当する図略の平行平面板（ＰＬ）が配置される。
以下、本明細書においては、レンズの形状について、「凸」，「凹」及び「メニスカス」という術語を用いるが、これらの光軸近傍（レンズの中心付近、近軸）でのレンズ形状を表しているものであり、レンズ全体又はレンズの端部付近の形状を表しているのではない。このことは、球面レンズでは問題にならないが、非球面レンズ等では一般に、レンズの中心付近と端部付近での形状が異なるので注意が必要である。非球面レンズとは、放物面、楕円面、双曲面、４次曲面等の面を有するレンズである。
前記前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとからなる。
図２に示す番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、物体側から数えたときのｉ番目のレンズ面（ただし、レンズの接合面は１つの面として数えている）である。前群、後群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）の各レンズを物体側から順に第１〜第６レンズというものとすると、第２レンズ及び第６レンズは、樹脂（プラスチック）で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズの像側のレンズ面ｒ１２は後述するアナモルフィック面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面ｒ１１は非球面とされている。なお、図２及び実施形態２〜４を示す図３〜図５には、アナモルフィック面であるレンズ面のレンズ面番号及び非球面であるレンズ面のレンズ面番号には、それぞれ各レンズ面番号の後ろに（ＡＡＳ）及び（ＡＳＰ）を付している。
特許請求の範囲の請求項１における「３枚のレンズ」は、第１、第２、第６レンズである。第１レンズは、負の光学的パワーで光線を大きく屈折させる機能を有し、第２レンズは、第１レンズで大きく屈折させた光線をさらに負の光学的パワーで屈折させるとともに、撮像素子（ＳＲ）に導く光像のＸ軸方向（長辺方向に相当）の長さとＹ軸方向（短辺方向に相当）の長さとの比率を変える（長辺方向の画角を広くする）機能を有する。また、第３レンズは、非点収差を補正する機能を有する。第４レンズを負レンズ、第５レンズを両凸正レンズとしてそれらを接合することで、軸上色収差を良好に補正することができる。第６レンズは、第２レンズで発生した非回転対称な収差成分を補正し、また撮像素子（ＳＲ）への光の入射角をテレセントリックに近付ける機能を有する。なお、図２（ａ），（ｂ）には、レンズ面ｒ４，ｒ１２について、ＹＺ断面の形状とＸＺ断面の形状との相違が図面上明確に表れていないが、後述するコンストラクションデータで示すように微小に形状が異なっている。
このような構成において、図の物体側から入射した光線は、順に、前群、後群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）を通過し、そこで物体の光学像を形成する。そして、このレンズ群で形成された光学像は、後群（Ｇｒ２）に隣り合って配置された図略の平行平面板を通過する。このとき、光学像は、撮像素子（ＳＲ）において電気的な信号に変換される際に発生する所謂折り返しノイズが最小化されるように修正される。最後に、撮像素子（ＳＲ）において、平行平面板（ＰＬ）において修正された光学像が電気的な信号に変換される。この電気信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、例えばデジタル映像信号として車載カメラ１に内蔵される図略のメモリに記録される。
以下、図を参照しながら、実施形態１と同様にして、実施形態２から実施形態４までのレンズ構成を順に説明する。図３から図５までの図中の符号の意味は、図２と同様とする。
［実施形態２］
図３は、実施形態２の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図３（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図３（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
図３は、実施形態２の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図３（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図３（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
本実施形態の超広角光学系は、物体側（図３における左側）から順に、全体として正の光学的パワーを持つ前群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ後群（Ｇｒ２）を有して構成されている。
前記前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとからなる。
前群、後群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）の各レンズを物体側から順に第１〜第６レンズというものとすると、第２レンズ及び第６レンズは、樹脂で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズｒ１２の像側のレンズ面が後述するアナモルフィック面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面ｒ１１が非球面とされている。
［実施形態３］
図４は、実施形態３の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図４（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図４（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
図４は、実施形態３の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図４（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図４（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
本実施形態の超広角光学系は、物体側（図４における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを持つ前群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ後群（Ｇｒ２）を有して構成されている。
前記前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとからなる。
前群、後群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）の各レンズを物体側から順に第１〜第６レンズというものとすると、第２レンズ及び第６レンズは、樹脂で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズｒ１２の像側のレンズ面が後述するアナモルフィック面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面が非球面とされている。
［実施形態４］
図５は、実施形態４の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図５（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図５（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
図５は、実施形態４の超広角光学系におけるレンズ群の配列を示す図であり、図５（ａ）は、実施形態１と同様に３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、Ｚ軸（光軸）を通るＹＺ平面で縦断した断面図、図５（ｂ）は、その３次元座標系におけるＺ軸（光軸）を通るＸＺ平面で縦断した断面図である。
本実施形態の超広角光学系は、物体側（図５における左側）から順に、全体として負の光学的パワーを持つ前群（Ｇｒ１）、光量を調節するための光学絞り（ＳＴ）、全体として正の光学的パワーを持つ後群（Ｇｒ２）を有して構成されている。
前記前群（Ｇｒ１）は、物体側から順に、負レンズ、負レンズ及び正レンズからなり、前記後群（Ｇｒ２）は、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズと、正レンズとからなる。
前群、後群（Ｇｒ１，Ｇｒ２）の各レンズを物体側から順に第１〜第６レンズというものとすると、第２レンズ及び第６レンズは、樹脂で製造されている。また、第２レンズの両面ｒ３，ｒ４と第６レンズｒ１２の像側のレンズ面が後述する自由曲面とされており、第６レンズの物体側のレンズ面ｒ１１が非球面とされている。なお、図５には、自由曲面であるレンズ面のレンズ面番号には、それぞれ各レンズ面番号の後ろに（ＸＹＰ）を付している。
以下、本発明に係る超広角光学系を構成するレンズ系に求められる光学特性の条件又は条件式を列挙し、その条件の根拠又は数値範囲の根拠について説明する。
前記各実施形態のように、少なくとも３枚のレンズから構成され、そのレンズのうち２枚以上のレンズがプラスチック材料からなる超広角光学系においては、プラスチック材料からなるレンズの複数のレンズ面のうち、２つ以上のレンズ面が非回転対称面とするのが望ましい。
これは、レンズ面を非回転対称面とすることで、超広角光学系のコンパクト性を維持したまま特定の方向に広画角化することが可能となり、また、その非回転対称面を２面以上設けることで、一方の面で発生した非回転対称な非点収差等の収差を他方の面で補正することができるからである。また、非回転対称面をプラスチック材料からなるレンズに設けることで、非回転対称面をガラス材料からなるレンズに設ける場合に比して、レンズの製造コストを低減することができる。
なお、超広角光学系に備えるレンズの枚数を２枚以下とすると、非点収差や歪曲収差の補正が困難となる。また、２枚以上のレンズをプラスチックで構成することで、車載カメラ１や監視カメラ等のように環境温度の範囲が広い場合でも、バックフォーカスの変動を小さくすることができる。
また、各実施形態のように、光軸方向に前群と後群とを光学絞りを挟んで配置して構成し、前記前群には、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、負の屈折力を有する負レンズとをそれぞれ少なくとも１枚備え、前記後群には、正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを備えるのが望ましい。
これは、光軸方向に前群と後群とを光学絞りを挟んで配置することで、軸外収差の補正が容易となるからである。また、前群に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズを配置することで、超広角光学系が所謂レトロフォーカスタイプとなり、短い焦点距離でも十分なバックフォーカス、延いては撮像素子の前面に各種の部材（例えばフィルター）を配置するスペースを確保することができるとともに、像面への光線の入射角を垂直に近づけることができるため、撮像面への光量を確保することができる。
さらに、前群の負レンズの枚数を少なくとも２枚としたのは、負レンズが１枚の場合では所望の負の光学的パワーを得るためにはその負レンズの曲率半径を小さくする必要があり、該負レンズの製造が困難となるからであり、要求される負の光学的パワーを少なくとも２枚のレンズに分担させることで、製造すべき負レンズの曲率が大きくなるのを抑制し、もって負レンズの生産性の低下を防止又は抑制することができる。また、後群に正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを備えることで、撮像素子（ＳＲ）への入射角をテレセントリックに近づけることができる。
また、前記各実施形態のように、プラスチック材料からなるレンズを、負レンズと正レンズとの２枚とし、さらに、前述のように３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、以下の条件式（１），（２）を満たすことが望ましい。
０．３＜｜ｆｐｎｘ／ｆｐｐｘ｜＜０．６ ・・・（１）
０．３＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．６ ・・・（２）
ｆｐｎｘ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＸＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｐｘ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＸＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｎｙ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＹＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｐｙ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＹＺ断面における近軸焦点距離
０．３＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．６ ・・・（２）
ｆｐｎｘ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＸＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｐｘ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＸＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｎｙ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＹＺ断面における近軸焦点距離
ｆｐｐｙ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＹＺ断面における近軸焦点距離
これは、プラスチック材料からなるレンズを負レンズと正レンズとの２枚とすることで、最も効率よく温度補償を行うことができるからである。すなわち、プラスチック材料で製造されたレンズは、環境温度による影響を受けやすく、例えば環境温度が高温になると、正レンズは、曲率半径が大きくなるように変形し、正の光学的パワーが弱くなるためバックフォーカスが長くなり、負レンズも曲率半径が大きくなるように変形し、負の光学的パワーが弱くなるためバックフォーカスが短くなる。そこで、負レンズと正レンズを組み合わせることで、環境温度が変化しても、該環境温度に起因する変形による前記バックフォーカスへの影響を相殺することができる。
そして、条件式（１），（２）の上限を上回ると、プラスチックで構成されたレンズの負の光学的パワーが弱まり、また、条件式（１），（２）の下限を下回ると、プラスチックで構成されたレンズの正の光学的パワーが弱まることで、いずれの場合も温度変化に伴う、レンズバックの変動や像面湾曲等の収差の変動量が過大となるため、これを回避したものである。なお、近軸焦点距離とは、レンズのうち光軸近傍（レンズの中心付近、近軸）の部位における焦点距離である。
さらに、前記各近軸焦点距離ｆｐｎｘ，ｆｐｐｘ，ｆｐｎｙ，ｆｐｐｙは、以下の条件式（１’），（２’）を満たすことが望ましい。
０．４＜｜ｆｐｎｘ／ｆｐｐｘ｜＜０．５ ・・・（１’）
０．４＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．５ ・・・（２’）
０．４＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．５ ・・・（２’）
これは、条件式（１’），（２’）の上限を上回ると、プラスチックで構成されたレンズの負の光学的パワーが弱まり、また、条件式（１’），（２’）の下限を下回ると、プラスチックで構成されたレンズの正の光学的パワーが弱まることで、いずれの場合も温度変化に伴うバックフォーカスの変動が大きくなり、例えばカメラにピント調節機構が搭載されていない場合に、画質が劣化するからである。
前記各実施形態のように、光軸方向に前群と後群とを光学絞りを挟んで配置して構成し、前記前群及び後群がそれぞれ非回転対称面を少なくとも１面有する超広角光学系においては、下記条件式（３）を満たすことが望ましい。
ωＸ＞１４０ ・・・（３）
ωＸ：撮像素子の長辺方向の画角（deg）
ωＸ：撮像素子の長辺方向の画角（deg）
これは、条件式（３）の下限を下回ると、回転対称面で構成した超広角光学系における長辺方向の画角と大差がなくなるからである。また、前群及び後群がそれぞれ非回転対称面を少なくとも１つ備えることで、前群で発生した軸外収差を後群で補正することが可能となる。
また、このとき、回転非対称面を有するレンズを、プラスチック材料で製造するのが望ましい。これにより、レンズの製造に要するコストを大幅に低減することが可能となる。
また、この場合、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、非回転対称面を備えて負の屈折力を有する１枚の負レンズとを備え、前記後群は、非回転対称面を備えて正の屈折力を有する正レンズを備えるのが望ましい。
これは、前群に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズを配置することで、超広角光学系が所謂レトロフォーカスタイプとなり、短い焦点距離でも十分なバックフォーカスを確保することができるとともに、像面への光線の入射角を垂直に近づけることができるため、撮像面への光量を確保することができるからである。
また、前群の負レンズを少なくとも２枚としたのは、１枚で所望の負の光学的パワーを得るためには該負レンズの曲率半径を小さくする必要があるが、この負レンズの製造は困難となるからであり、負の光学的パワーを少なくとも２枚のレンズに分担させることで、負レンズの生産性を確保することができる。また、後群に正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを備えることで、撮像素子（ＳＲ）への入射角をテレセントリックに近づけることができる。
さらに、例えば車載カメラ１に搭載される超広角光学系にあっては、最も物体側のレンズ面には頑健性が要求されることから、一般的に、最も物体側に位置するレンズはガラスで構成されることが多いが、ガラス製のレンズに非回転対称面を形成することはコスト及び加工性の点から困難である。そこで、物体側から数えて２枚目以降に位置する後群のレンズに非回転対称面を設けるようにすることで、レンズ径の小さいレンズに非回転対称面を設けることとなるから、高精度なレンズ面を形成することができる。
また、前群の負レンズと後群の正レンズに非回転対称面を設けたので、前群で発生した非回転対称な非点収差等の軸外収差を後群で効率的に補正することが可能となる。
前記各超広角光学系においては、最も像側に位置する非回転対称面が下記条件式（４）を満たすことが望ましい。
０．８＜ΔＺＩＹ／ΔＺＩＸ＜１ ・・・（４）
ΔＺＩＸ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＹ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＸ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＹ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
これは、条件式（４）の上限を上回る（回転対称面に近づく）と、非点収差の補正が不十分となり、また、条件式（４）の下限を下回ると、長辺方向と短辺方向とで（Ｘ軸方向とＹ軸方向とで）同一の位置に焦点を結ぶことが困難となるからである。なお、２面以上ある非回転対称面のうち、主に、より物体側に配置された面によって、長辺方向と短辺方向とで像倍率を違えており、像側に位置する非回転対称面は、主として、物体側の非回転対称面で発生した非点収差を補正する。なお、サグ量とは、図１５に示すように、レンズの有効径に相当する部位と該レンズのレンズ面における頂点との光軸方向の距離をいう。
また、前記各超広角光学系においては、非回転対称面の面形状は、その面の頂点を原点とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したとき、下記式（ＡＡＳ）により定義されるアナモルフィック面であり、最も物体側に位置するアナモルフィック面が下記条件式（５），（６）を満たすことが望ましい。
ｚ＝（ＣＸ・ｘ2＋ＣＹ・ｙ2）／［１＋√｛１−（１＋ＫＸ）・ＣＸ2・ｘ2−（１＋ＫＹ）・ＣＹ2・ｙ2｝］＋ＡＲ・［（１−ＡＰ）・ｘ2＋（１＋ＡＰ）・ｙ2］2＋ＢＲ・［（１−ＢＰ）・ｘ2＋（１＋ＢＰ）・ｙ2］3＋ＣＲ・［（１−ＣＰ）・ｘ2＋（１＋ＣＰ）・ｙ2］4＋ＤＲ・［（１−ＤＰ）・ｘ2＋（１＋ＤＰ）・ｙ2］5 ・・（ＡＡＳ）
１＜ＲＯＹ／ＲＯＸ＜３ ・・・（５）
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：座標（ｘ，ｙ）でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ＣＸ、ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ、ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
ＲＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＹＺ断面における近軸曲率半径
ＲＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＸＺ断面における近軸曲率半径
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
１＜ＲＯＹ／ＲＯＸ＜３ ・・・（５）
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：座標（ｘ，ｙ）でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ＣＸ、ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ、ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
ＲＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＹＺ断面における近軸曲率半径
ＲＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＸＺ断面における近軸曲率半径
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
これは、非回転対称面の面形状を前記(ＡＡＳ)式で定義されるアナモルフィック面とすることで、後述する（ＸＹＰ）式で定義される自由曲面等に比して、レンズの生産性を考慮しつつ、レンズ面の面形状を比較的容易に設計することができるという利点がある。これは、面形状の定義式（ＡＡＳ）において、４次以上の高次数の項に回転対称成分が含まれることに起因している。
また、最も物体側のアナモルフィック面は、軸外光が分離して通過するため、設計に使用される変数の数が少なくて済み設計が高速に行えるためである。また、最も物体側のアナモルフィック面は、超広角であっても像面湾曲を抑制する機能を有する。
そして、条件式（５）の上限を上回ると、ＹＺ断面とＸＺ断面とで収差の発生量が大きく異なることで、他の非回転対称面でこれらの収差を補正することが困難となり、また、条件式（５）の下限を下回ると、長辺方向の広画角化を図ることが難しくなり、回転対称レンズで構成した超広角光学系に対し画角の点で差異が小さくなるからである。
また、条件式（６）の上限を上回ったり下限を下回ったりすると、アナモルフィック面とされる最も物体側に位置するレンズ面が回転対称面に近づくため、コンパクト化を図りつつ長辺方向の画角を広げることが難しくなる。
前記超広角光学系においては、非回転対称面の面形状を、前記アナモルフィック面に代えて、下記式（ＸＹＰ）により定義される自由曲面としたときには、最も物体側に位置する自由曲面が下記条件式（６）を満たすようにするとよい。
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：面頂点での曲率（＝１／曲率半径）
Ｋ：コーニック定数
Ｃ（ｍ，ｎ）：自由曲面係数（ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・）
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：面頂点での曲率（＝１／曲率半径）
Ｋ：コーニック定数
Ｃ（ｍ，ｎ）：自由曲面係数（ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・）
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
これは、上記（ＸＹＰ）式で定義される自由曲面を用いると、アナモルフィック面に比して変数の自由度が高まるので、高画質化を達成することが可能となる。また、最も物体側の自由曲面は、軸外光が分離して通過するため、所望のアスペクト比にしやすく、また、超広角であっても像面湾曲を抑制する機能を有する。
そして、条件式（６）の上限を上回ったり下限を下回ったりすると、自由曲面とされる最も物体側に位置するレンズ面が回転対称面に近づくため、コンパクト化を図りつつ長辺方向の画角を広げることが難しくなる。
また、前記各超広角光学系においては、下記条件式（７）を満たすことが望ましい。
４＜ｄＸ／ｄＹ＜６ ・・・（７）
ｄＸ：長辺方向の最大半画角における歪曲値（％）
ｄＹ：短辺方向の最大半画角における歪曲値（％）
ｄＸ：長辺方向の最大半画角における歪曲値（％）
ｄＹ：短辺方向の最大半画角における歪曲値（％）
これは、条件式（７）の上限を上回ると、ＹＺ断面とＸＺ断面とで発生する収差量が大きく異なり、収差の補正が不足して画質が低下するからである。また、この収差を補正しようとすると、超広角光学系内に非回転対称面を多数設ける必要が生じ、レンズの生産性に起因するコストアップを招来する。条件式（７）の下限を下回ると、長辺方向の広画角化を図ることが難しくなる。
前記各超広角光学系においては、下記条件式（８）を満たすことが望ましい。
０．０７＜Ｙ’Ｈ／ＴＬ＜０．２ ・・・（８）
Ｙ’Ｈ：撮像素子の長辺方向の最大像高
ＴＬ：最も物体側の面の面頂点から像面までの光軸上の距離
Ｙ’Ｈ：撮像素子の長辺方向の最大像高
ＴＬ：最も物体側の面の面頂点から像面までの光軸上の距離
これは、条件式（８）の上限を上回ると、特に物体側に位置する負レンズの曲率半径が小さくなり、レンズの製造が困難となるからであり、条件式（８）の下限を下回ると、超広角光学系の全長やレンズ径が大きくなり、超広角光学系の大型化を招来するからである。
また、前記各超広角光学系においては、最も物体側に位置するレンズをガラスで構成することが望ましい。
これは、特に超広角光学系が車載カメラ１に搭載される場合において、レンズの最前面（最も物体側の面）が露出することが多く、このレンズ面や該レンズ面を有するレンズには頑健性・耐薬品性・防水性等が要求される。ガラス製のレンズは、これらの諸特性に優れていることから、最も物体側のレンズをガラスレンズで構成している。
前記超広角光学系において、光学絞りより物体側に配置された負レンズの合成焦点距離は、下記条件式（９），（１０）を満たすことが望ましい。
０．５＜｜ｆｆｘ／ｆｌｘ｜＜２ ・・・（９）
０．５＜｜ｆｆｙ／ｆｌｙ｜＜２ ・・・（１０）
ｆｆｘ：光学絞りより物体側に配置された負レンズのＸＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｌｘ：光学絞りより物体側に配置された負レンズのＹＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｆｙ：全系のＸＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｌｙ：全系のＹＺ断面合成近軸焦点距離
０．５＜｜ｆｆｙ／ｆｌｙ｜＜２ ・・・（１０）
ｆｆｘ：光学絞りより物体側に配置された負レンズのＸＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｌｘ：光学絞りより物体側に配置された負レンズのＹＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｆｙ：全系のＸＺ断面合成近軸焦点距離
ｆｌｙ：全系のＹＺ断面合成近軸焦点距離
これは、条件式（９）,（１０）の上限を上回ると、負の光学的パワーが非常に弱くなって入射角度が大きい光線を大きく曲げることが困難となる結果、超広画角の撮影を達成することが困難となり、また、条件式（９）,（１０）の下限を下回ると、負の光学的パワーが強くなり、負レンズにおける各レンズ面の曲率半径が非常に小さくなり、負レンズの製造が困難となるからである。
この超広角光学系において、さらに、下記条件式（９’），（１０’）を満たすことが望ましい。
０．９＜｜ｆｆｘ／ｆｌｘ｜＜１．３ ・・・（９’）
０．９＜｜ｆｆｙ／ｆｌｙ｜＜１．３ ・・・（１０’）
０．９＜｜ｆｆｙ／ｆｌｙ｜＜１．３ ・・・（１０’）
これは、条件式（９’）,（１０’）の上限を上回ると、レトロフォーカスの度合いが弱くなり、像面に入射される光線のテレセントリック性が崩れ、撮像素子（ＳＲ）に適さなくなり、また、条件式（９’）,（１０’）の下限を下回ると、曲率半径の小さいレンズ面で発生する比較的大きな像面湾曲を十分に補正することが難しくなり、撮像素子（ＳＲ）の高精細化に対応できないからである。
また、前記超広角光学系において、後群中の非回転対称面を有するレンズは正レンズであることが望ましく、且つこの正レンズは下記条件式（１１）及び（１２）を満たすことが望ましい。
３＜｜ｆｒｘ／ｆｌｘ｜＜５ ・・・（１１）
３＜｜ｆｒｙ／ｆｌｙ｜＜５ ・・・（１２）
ｆｒｘ：後群中に配置された非回転対称面を有する正レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｒｙ：後群中に配置された非回転対称面を有する正レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
３＜｜ｆｒｙ／ｆｌｙ｜＜５ ・・・（１２）
ｆｒｘ：後群中に配置された非回転対称面を有する正レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｒｙ：後群中に配置された非回転対称面を有する正レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
これは、条件式（１１）,（１２）の上限を上回ると、撮像素子（ＳＲ）への軸外光線の入射角のテレセントリック性が崩れ、シェーディングの原因となり、また、条件式（１１）,（１２）の下限を下回ると、非点収差や像面湾曲の補正が過剰となるからである。
また、前記超広角光学系において、下記条件式（１３）を満たすことが望ましい。
−８５＜ｄＸ＜−７０ ・・・（１３）
これは、条件式（１３）の上限を上回ると、長辺方向の広画角化を図ることが困難となり、条件式（１３）の下限を下回ると、非点収差の補正が困難となるからである。
前記超広角光学系においては、対角画角は１８０°以内とすることが望ましい。超広角光学系を車載カメラ１に搭載する場合、破損を防止するために、カメラの搭載位置は車体の一部に埋め込まれるのが一般的である。その際、１８０°を超える画角を有すると、超広角光学系の周囲に存在する部材の光像が撮像素子（ＳＲ）に導かれることとなって不要な撮像領域が生じ、撮像素子（ＳＲ）の撮像領域を十分に活用できなくなるからである。
また、前記超広角光学系においては、構成するレンズの全て又は一部のレンズの外形形状（光軸方向から見たときの形状）を「Ｄ」字状、小判状、矩形状等の異形とすることが望ましい。上記のような外形形状にして、レンズが円形状の場合に光が通過しない部位を除去することで、レンズ径、延いては超広角光学系の更なる小型化を達成することができる。
また、非回転対称面を有するレンズを矩形形状にすることで、超広角光学系の小型化だけでなく、レンズを成型するための金型の加工性を向上させることができるという利点もある。すなわち、非回転対称面を有するレンズは対角方向のサグ量が大きい場合が多く、矩形形状とすることで急峻な形状の加工の必要性を回避することができ、その結果、コストダウンを達成することができる。
また、前記超広角光学系のように、物体側から順に、物体側凸の負メニスカスレンズ、非回転対称面を有する負レンズ、正レンズ、光学絞り、負レンズと両凸正レンズの接合レンズ、非回転対称面を有する正レンズの順に配置することが望ましい。これは、最も物体側に負メニスカスレンズを配置することにより、所謂レトロフォーカスタイプとなり、超広角に必要な短い焦点距離でも十分なバックフォーカスを確保することができ、また像面への光線の入射角を垂直に近付けることができるため、撮像素子（ＳＲ）に適した構成が得られる。また、物体側の負レンズを２枚としたのは、１枚では所望の負の光学的パワーを得ようとすると曲率半径が小さくなりレンズの製造が困難となるためであり、要求される負の光学的パワーをレンズ２枚で分担することでレンズの生産性の悪化を防止又は抑制している。
また車載カメラ１にあっては、最も物体側のレンズ面に頑健性等が要求されるため、ガラス製のレンズを用いることが多いが、このガラスレンズに非回転対称面を設けることはコスト面や製造面で困難である。そこで、物体側から２枚目に位置する負レンズに非回転対称面を設けた。このように非回転対称面を設ける対象を後群（Ｇｒ２）のレンズとすることで、非回転対称面を設けるレンズのレンズ径を小さくすることができるため、より高精度な面形状が得られ、またプラスチック材料（樹脂材料）で製造することで大幅なコストの低減となる。
以下、本発明に係る超広角光学系の実施例を、コンストラクション（構成）データ、収差図等を挙げて、さらに具体的に説明する。
実施形態１（実施例１）における、各レンズのコンストラクションデータを表１に示す。なお、本実施例においては、第１、第３〜第５レンズがガラス製、第２、第６レンズがプラスチック製（樹脂製）である。
ここに示したものは、表の左から順に、各レンズ面の番号、各面における、ＹＺ近軸曲率半径（単位はｍｍ）、ＸＺ近軸曲率半径（単位はｍｍ）、光軸上での各レンズ面の間隔（軸上面間隔、単位はｍｍ）、各レンズの屈折率ｍそしてアッベ数である。ここで、各レンズ面の番号ｒｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、図２にも示したように、物体側から数えてｉ番目のレンズ面であり、面番号に（ＡＡＳ）が付された面はアナモルフィック面、面番号に（ＡＳＰ）が付された面は非球面である。また、光学絞り（ＳＴ）、撮像素子（ＳＲ）の撮像面（受光面）の各面は平面であるために、それらの曲率半径は∞である。なお、アナモルフィック面データ及び非球面データにおいて、例えば「Ｅ−０１」は、１０-1を表す。
レンズの非球面形状は、面頂点を原点、物体から撮像素子（ＳＲ）に向かう向きをＺ軸の正の方向とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用い、以下の数１により定義する。
ただし、ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。この数１から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの中心付近の値を示している。
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：近軸曲率（＝１／曲率半径）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：それぞれ４，６，８，１０次の非球面係数
ｋ：円錐係数
である。この数１から分かるように、表１に示した非球面レンズに対する曲率半径は、レンズの中心付近の値を示している。
また、各アナモルフィック面に関するデータ（前記式（ＡＡＳ）における各係数の値）を表１に示す。本実施例では、前群の後群（Ｇｒ２）の両面ｒ３，ｒ４と第６レンズ群のレンズ面ｒ１２がアナモルフィック面とされている。
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例１の超広角光学系のＹＺ断面及びＸＺ断面における、球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABERRATION）、非点収差（ASTIGMATISM）そして歪曲収差（DISTORTION）を、図６の左側から順に示す。この図６において、上段はＹＺ断面における各収差、下段はＸＺ断面における各収差を表している。また、球面収差と非点収差の横軸は焦点位置のずれをｍｍ単位で表しており、歪曲収差の横軸は歪量を全体に対する割合（％）で表している。球面収差の縦軸は、入射高で規格化した値で示してあるが、非点収差と歪曲収差の縦軸は像の高さ（像高、単位ｍｍ）で表している。さらに球面収差の図には、破線で赤色（波長６５６．２８ｎｍ）、実践で黄色（いわゆるｄ線；波長５８７．５６ｎｍ）、そして二点鎖線で青色（波長４３５．８４ｎｍ）と、波長の異なる３つの光を用いた場合の収差がそれぞれ示してある。また、非点収差の図中、符号ＳとＴとはそれぞれサジタル（ラディアル）面、タンジェンタル（メリディオナル）面における結果を表している。
また、非点収差及び歪曲収差の図は、上記黄線（ｄ線）を用いた場合の結果である。この図６から分かるように、本実施例１のレンズ群は、ＹＺ断面及びＸＺ断面のいずれにおいても、色収差、非点収差がほぼ０．５ｍｍ以内であり優れた光学特性を示している。また、ＹＺ断面の歪曲収差については、半画角約４８°で歪曲値が−２０％であり、一方、ＸＺ断面の歪曲収差については、半画角約８０°で歪曲値が−８０％であることから、Ｘ軸方向に大きく圧縮されており、すなわちＸ軸方向の画角が大きいことが判る。さらに、この実施例１におけるＹＺ断面及びＸＺ断面における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を、表５にそれぞれ示す。この表から、本発明では、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。
さらに、撮像素子（ＳＲ）の撮像面上の複数の点Ｆ１〜Ｆ９のスポットダイアグラムを図７に示す。スポットダイアグラムの評価対象点Ｆ１〜Ｆ９は、図８に示すように、撮像素子（ＳＲ）の撮像面に対し、その撮像面の中心を原点とする２次元座標系（ｘ，ｙ）を定義した場合において、第１象限に属する受光領域をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ２等分割したときに、各分割領域の角部に位置する点である。このように、点Ｆ１〜Ｆ９を評価対象点として設定しているのは、レンズの形状が、Ｘ軸及びＹ軸に対してそれぞれ対称であり、第１象限内について評価すれば十分だからである。この図７に基づくと、評価対象点（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３），（Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６），（Ｆ７，Ｆ８，Ｆ９）の各組合せにおけるコマ収差から短辺方向の結像性能を判断することができ、評価対象点（Ｆ１，Ｆ４，Ｆ７），（Ｆ２，Ｆ５，Ｆ８），（Ｆ３，Ｆ６，Ｆ９）の組合せにおけるコマ収差から長辺方向の結像性能を判断することができ、評価対象点（Ｆ１，Ｆ５，Ｆ９），（Ｆ３，Ｆ５，Ｆ７）の組合せにおけるコマ収差から対角方向の結像性能を判断することができ、いずれの組合せにおいても、コマ収差の形状及び大きさが略同等であり、短辺方向、長辺方向及び対角方向に略均一な結像性能を有し、本実施例１のレンズ群は、優れた結像性能を有しているといえる。
次に、実施形態２（実施例２）における、各レンズのコンストラクションデータを表２に示す。なお、本実施例においては、第１、第３〜第５レンズがガラス製、第２、第６レンズがプラスチック製（樹脂製）である。
次に、実施形態３（実施例３）における、各レンズのコンストラクションデータを表３に示す。なお、本実施例においては、第１、第３〜第５レンズがガラス製、第２、第６レンズがプラスチック製（樹脂製）である。
次に、実施形態４（実施例４）における、各レンズのコンストラクションデータを表４に示す。なお、本実施例においては、第１、第３〜第５レンズがガラス製、第２、第６レンズがプラスチック製（樹脂製）である。面番号に（ＸＹＰ）が付された面は自由曲面である。
以上のようなレンズ配置、構成のもとでの、本実施例２〜４の全光学系の球面収差、非点収差そして歪曲収差を、図９，図１１，図１３の左側から順に示す。いずれの実施例におけるレンズ群も、ＹＺ断面及びＸＺ断面のいずれにおいても、実施例１と同様に、優れた光学特性を示している。また、この実施例２〜７におけるＹＺ断面及びＸＺ断面における焦点距離（単位ｍｍ）及びＦ値を表５に示す。これらの表から、実施例１と同様、短焦点で、明るい光学系が実現できていることがわかる。
さらに、これら実施例１〜７において得られた前記式（１）〜（１０）の値を表６に示す。本実施例はいずれの条件式においても、前述した望ましい値が得られていることが分かる。
以上のように、コンパクト化や低コスト化を図りつつ、収差を良好に補正して優れた光学性能を有する、長辺方向に非常に広い画角（例えば１４０度以上）を備えた超広角光学系を実現することができる。
なお、前記実施形態では、超広角光学系を搭載する対象として車載カメラを想定したが、これに限らず、監視カメラや携帯電話機等の携帯機器、さらにはＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等のデジタル機器にも搭載することを想定できる。
また、デジタル機器等には、歪曲収差の補正のための画像処理を行う機能を搭載することが望ましい。これにより、歪曲収差によって歪んだ画像を、肉眼で見える光景と同様なほとんど歪みの無い自然な画像に補正することが可能となる。
１ 車載カメラ
Ｇｒ１ 前群
Ｇｒ２ 後群
Ｇｒ１ 前群
Ｇｒ２ 後群
Claims (14)
- 光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する超広角光学系であって、
少なくとも３枚のレンズから構成されているとともに、前記レンズのうち２枚以上のレンズがプラスチック材料からなり、且つ、前記プラスチック材料からなるレンズの複数のレンズ面のうち２つ以上のレンズ面は非回転対称面であることを特徴とする超広角光学系。 - 光軸方向に前群と後群とが光学絞りを挟んで配置されてなり、前記前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、負の屈折力を有する負レンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記後群は、正の屈折力を有する像側に凸の正レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の超広角光学系。
- 前記プラスチック材料からなるレンズは、負の屈折力を有する負レンズと正の屈折力を有する正レンズとの２枚であり、この正レンズ及び負レンズは、レンズ面の頂点を原点とし光軸方向をＺ軸とする３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したときに、下記条件式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の超広角光学系。
０．３＜｜ｆｐｎｘ／ｆｐｐｘ｜＜０．６ ・・・（１）
０．３＜｜ｆｐｎｙ／ｆｐｐｙ｜＜０．６ ・・・（２）
ｆｐｎｘ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｘ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＸＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｎｙ：前記プラスチック材料からなる負レンズのＹＺ断面近軸焦点距離
ｆｐｐｙ：前記プラスチック材料からなる正レンズのＹＺ断面近軸焦点距離 - 光軸方向に前群と後群とが光学絞りを挟んで配置されてなり、前記前群及び後群は、それぞれ非回転対称面を少なくとも１面有し、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする超広角光学系。
ωＸ＞１４０ ・・・（３）
ωＸ：撮像素子の長辺方向の画角（deg） - 前記前群は、物体側から順に、負の屈折力を有する物体側に凸のメニスカスレンズと、非回転対称面を備えて負の屈折力を有する負レンズとをそれぞれ少なくとも１枚有し、前記後群は、非回転対称面を備えて正の屈折力を有する正レンズを有することを特徴とする請求項４に記載の超広角光学系。
- 最も像側に位置する非回転対称面が下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の超広角光学系。
０．８＜ΔＺＩＹ／ΔＺＩＸ＜１ ・・・（４）
ΔＺＩＸ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＩＹ：最も像側に位置する非回転対称面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量） - 前記非回転対称面の面形状は、その面の頂点を原点とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したとき、下記式（ＡＡＳ）により定義されるアナモルフィック面であり、最も物体側に位置するアナモルフィック面が下記条件式（５）及び（６）を満たすことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の超広角光学系。
ｚ＝（ＣＸ・ｘ2＋ＣＹ・ｙ2）／［１＋√｛１−（１＋ＫＸ）・ＣＸ2・ｘ2−（１＋ＫＹ）・ＣＹ2・ｙ2｝］＋ＡＲ・［（１−ＡＰ）・ｘ2＋（１＋ＡＰ）・ｙ2］2＋ＢＲ・［（１−ＢＰ）・ｘ2＋（１＋ＢＰ）・ｙ2］3＋ＣＲ・［（１−ＣＰ）・ｘ2＋（１＋ＣＰ）・ｙ2］4＋ＤＲ・［（１−ＤＰ）・ｘ2＋（１＋ＤＰ）・ｙ2］5 ・・（ＡＡＳ）
１＜ＲＯＹ／ＲＯＸ＜３ ・・・（５）
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：座標（ｘ，ｙ）でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ＣＸ、ＣＹ：面頂点でのＸＺ、ＹＺ断面の各々の曲率（＝１／曲率半径）
ＫＸ、ＫＹ：ＸＺ断面とＹＺ断面の各々のコーニック定数
ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した回転対称係数
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰ：円錐から４次、６次、８次、１０次の変形した非回転対称係数
ＲＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＹＺ断面近軸曲率半径
ＲＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面のＸＺ断面近軸曲率半径
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置するアナモルフィック面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量） - 前記非回転対称面の面形状は、その面の頂点を原点とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義したとき、下記式（ＸＹＰ）により定義される自由曲面であり、最も物体側に位置する自由曲面が下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の超広角光学系。
−０．６＜ΔＺＯＹ／ΔＺＯＸ＜０．６ ・・・（６）
ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ2＝ｘ2＋ｙ2）
ｃ：面頂点での曲率（＝１／曲率半径）
Ｋ：コーニック定数
Ｃ（ｍ，ｎ）：自由曲面係数（ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・）
ΔＺＯＸ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＸＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量）
ΔＺＯＹ：最も物体側に位置する自由曲面を有するレンズのＹＺ断面において、そのレンズのレンズ面の頂点から最大有効径に対応する部位までのＺ軸方向の距離（前記頂点を基準とする最大有効径でのサグ量） - 下記条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の超広角光学系。
４＜ｄＸ／ｄＹ＜６ ・・・（７）
ｄＸ：長辺方向の半画角における歪曲値（％）
ｄＹ：短辺方向の半画角における歪曲値（％） - 下記条件式（８）を満たすことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の超広角光学系。
０．０７＜Ｙ’Ｈ／ＴＬ＜０．２ ・・・（８）
Ｙ’Ｈ：撮像素子の長辺方向の最大像高
ＴＬ：最も物体側に位置する面の頂点から像面までの光軸上の距離 - 最も物体側に位置するレンズは、ガラスからなることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の超広角光学系。
- 請求項１ないし１１のいずれかに記載の超広角光学系と、前記超広角光学系により導かれた被写体の光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
- 車両の所定位置に取り付けられ、前記車両周辺の所定領域の被写体を撮像する車載カメラであって、請求項１２に記載の撮像装置を搭載することを特徴とする車載カメラ。
- 請求項１２に記載の撮像装置を備えると共に、前記物体側の被写体の静止画撮影及び動画撮影の少なくとも一方の撮影を実行する機能部を有することを特徴とするデジタル機器。
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