JP2009014947A - 結像光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バックフォーカスの確保、テレセントリック性の確保、画角の確保に有利であり、Ｆナンバーを小さくしても画質の確保に有利な結像光学系等を提供すること。
【解決手段】物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１、明るさ絞りＳ、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２からなる結像光学系であって、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズＬ１を有し、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正第２レンズＬ２、負第３レンズＬ３、正第４レンズＬ４を有し、以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。
１．６＜｜ｆG1｜／ＦA＜５ ・・・（１）
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、ＦAは結像光学系全系の焦点距離、ｆG1は前記負屈折力の前記前側レンズ群の焦点距離、ｆG2は前記正屈折力の前記後側レンズ群の焦点距離である。
【選択図】図１
【解決手段】物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１、明るさ絞りＳ、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２からなる結像光学系であって、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズＬ１を有し、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、正第２レンズＬ２、負第３レンズＬ３、正第４レンズＬ４を有し、以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする。
１．６＜｜ｆG1｜／ＦA＜５ ・・・（１）
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、ＦAは結像光学系全系の焦点距離、ｆG1は前記負屈折力の前記前側レンズ群の焦点距離、ｆG2は前記正屈折力の前記後側レンズ群の焦点距離である。
【選択図】図１
Description
本発明は、結像光学系及びそれを用いた撮像装置、特にＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子等を用いた撮像装置に関するものである。
従来ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子と結像光学系を用いた撮像装置として、たとえば車載用カメラなどが知られている。そして、近年、車載用カメラを備えた自動車が普及し始めている。当初の車載用カメラは、主に視認用モニタとして使用されていた。さらに、最近では白線検知や車線逸脱の監視、障害物検知、ドライバー監視など、より高度なセンサー用カメラとして使用されるようになっている。これらの撮像装置に用いる結像光学系は、夜間でも良質な画像を結像できるようにするため、Ｆナンバーの小さい、明るく、画角も確保しやすい結像光学系が求められている。
例えばレンズ構成枚数が少なく、画角も広く、比較的明るいＦナンバーを持ち、撮像素子に適したバックフォーカス、テレセントリック性の確保を行った先行例としては、例えば特許文献１、２に記載されている結像光学系が知られている。
しかしながら、特許文献１に記載された光学系は、半画角は３０°と比較的広角であるが、Ｆナンバーが２．８である。また、特許文献２に記載された光学系は、半画角は３０°と比較的広角であるが、Ｆナンバーが３．５前後である。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、バックフォーカスの確保、テレセントリック性の確保、画角の確保に有利であり、Ｆナンバーを小さくしても画質の確保に有利な結像光学系の確保を第１の目的とするものである。また、構成レンズ枚数が少なく、明るい結像光学系の提供を第２の目的とするものである。さらには、そのような結像光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、上記の目的を達成する為に、第１の側面での本発明の結像光学系は、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、明るさ絞り、正屈折力の後側レンズ群、からなる結像光学系であって、前記、負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズを有し、前記正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズを有し、以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とするものである。
１．６＜｜ｆG1｜／ＦA＜５ ・・・（１）
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｆG1は前記負屈折力の前側レンズ群の焦点距離、
ｆG2は前記正屈折力の後側レンズ群の焦点距離、
である。
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｆG1は前記負屈折力の前側レンズ群の焦点距離、
ｆG2は前記正屈折力の後側レンズ群の焦点距離、
である。
また上述の、第１の側面での発明にてさらに以下の構成の少なくともいずれかを満足することが好ましい。前記第４レンズの像側の面が非球面形状であり、像側の非球面が周辺に行くに従って、正のパワーが弱くなる形状であると共に、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
０．５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．６ ・・・（３）
但し、
Ｒ4O：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ4I：前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径、
である。
０．５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．６ ・・・（３）
但し、
Ｒ4O：前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ4I：前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径、
である。
また、前記第４レンズの像側の面の屈折力が有効部最周辺で負の屈折力を有する形状である事が好ましい。
また、以下の条件式（４）、（５）を満たす事が好ましい。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．２ ・・・（４）
０．４＜ｄL4／ＦA＜１．５ ・・・（５）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｄL2は前記第２レンズの光軸上での肉厚、
ｄL4は前記第４レンズの光軸上での肉厚、
である。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．２ ・・・（４）
０．４＜ｄL4／ＦA＜１．５ ・・・（５）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｄL2は前記第２レンズの光軸上での肉厚、
ｄL4は前記第４レンズの光軸上での肉厚、
である。
また、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
６５＜νL1＜１００ ・・・（６）
但し、
νL1：前記第１レンズのアッベ数、
である。
６５＜νL1＜１００ ・・・（６）
但し、
νL1：前記第１レンズのアッベ数、
である。
また前記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがガラスからなる事が好ましい。
また第２の目的を達成するため、第２の側面での発明は、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、正屈折力の後側レンズ群からなる結像光学系であって、負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズからなり、正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズからなり、前側レンズ群と後側レンズ群の間にＦナンバーを決定する明るさ絞りを備え、Ｆナンバーが１．８以下であることを特徴とする結像光学系とするものである。
また上述の第１、第２の側面の発明にて、さらに以下の構成の少なくともいずれかを満足することが好ましい。
第１レンズは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなることが好ましい。
また、正屈折力の後側レンズ群を構成する第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがそれぞれ単レンズであり、第２レンズが両凸レンズ、第３レンズが両凹レンズ、第４レンズが両凸レンズであることが好ましい。
また、正屈折力の後側レンズ群を構成する第２レンズ、第３レンズ、第４レンズがそれぞれ単レンズであり、第２レンズが両凸レンズ、第３レンズが両凹レンズ、第４レンズが両凸レンズであることが好ましい。
また、被写体像を撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体像を前記撮像素子上に結像するための結像光学系として上述の結像光学系を備えていることを特徴とする撮像装置とすることが望ましい。
また、これらの発明を、複数同時に満足することがより好ましい。また、各条件式について、より限定した条件式の数値範囲の上限値あるいは下限値のみを限定しても構わない。また、上述の各構成は、任意に組み合わせて構わない。
本発明によれば、バックフォーカスの確保、テレセントリック性の確保、画角の確保に有利であり、Ｆナンバーを小さくしても画質の確保に有利な結像光学系を提供できる。また、構成レンズ枚数が少なく、明るい結像光学系を提供できる。さらには、そのような結像光学系を備えた撮像装置を提供できる。
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。一般的に広角光学系には、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、正屈折力の後側レンズ群で構成されるレトロフォーカスタイプが採用されている。このように構成する事によりバックフォーカスをある程度確保出来、光学系とイメージャーとの間に、ローパスフィルターや赤外線カットフィルターを配置する事が容易になる。また、射出瞳位置を遠くでき、テレセントリックな光学系にすることができる。このため、主光線をイメージャーに対してほぼ垂直に近い角度で入射させる事ができる。従って、いわゆるシェーディングに有利である。
バックフォーカスを長くするには、負屈折力の前側レンズ群の焦点距離を短くして屈折力を強めると良い。しかしながら、負屈折力の前側レンズ群の屈折力を強くするに従って、負屈折力の前側レンズ群で発生する歪曲収差や倍率色収差が悪化する。
また、光学系の全長を短くして小型化する場合は、正屈折力の後側レンズ群の焦点距離を小さくして屈折力を強めると良い。しかしながら、正屈折力の後側レンズ群の屈折力を強くするに従い、正屈折力の後側レンズ群で発生する球面収差やコマ収差が大きくなる。
また、Ｆナンバーが小さく明るい光学系を構成しようとする場合、明るさ絞り付近の径を大きくする必要がある。この時、軸上のマージナル光線の光線高が高くなる。ここで、各レンズ群の屈折力が強い場合、その面で発生する収差、特に球面収差やコマ収差の悪化が顕著になる。特に、光学系を小型化する場合、前述したように、正屈折力の後側レンズ群の焦点距離を短くして正の屈折力を強くする必要があるが、屈折力が強くなるに従い、大きな負の球面収差が発生してしまう。これにより、結像性能が悪化する為に、あまり屈折力が強く出来ない。
そこで、本発明の結像光学系は、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、明るさ絞り、正屈折力の後側レンズ群を備え、負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズを有し、前記正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズを有する構成を基本とした。
この基本構成により、本発明の結像光学系は、負屈折力の前側レンズ群を透過し発散する軸上光束を、正屈折力の後側レンズ群により集光させている。この時、正屈折力の後側レンズ群により軸上光束を収斂させる程度が強ければ強いほどに広角化に有利になる。
さらに本発明は、条件式（１）、（２）を満たすことを特徴としている。前述したように、バックフォーカスを長くするには、負屈折力の前側レンズ群の焦点距離を短くして、屈折力を強めると良い。しかしながら、負屈折力の前側レンズ群の屈折力を強くするに従って、負屈折力の前側レンズ群で発生する歪曲収差や倍率色収差が悪化する。このため、全系の光学系の焦点距離に対する、負屈折力の前側レンズ群の焦点距離の比を適正化することが好ましい。
また、光学系の全長を短くして小型化する場合は、正屈折力の後側レンズ群の焦点距離を小さくし、屈折力を強くすると良い。しかしながら、正屈折力の後側レンズ群の屈折力を強くするに従い、正屈折力の後側レンズ群で発生する球面収差やコマ収差が大きくなる。このため、全系の光学系の焦点距離に対する正屈折力の後側レンズ群焦点距離の比を適正化することが好ましい。
１．６＜｜ｆG1｜／ＦA＜５ ・・・（１）
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｆG1は前記負屈折力の前側レンズ群の焦点距離、
ｆG2は前記正屈折力の後側レンズ群の焦点距離、
である。
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、
ＦAは結像光学系全系の焦点距離、
ｆG1は前記負屈折力の前側レンズ群の焦点距離、
ｆG2は前記正屈折力の後側レンズ群の焦点距離、
である。
条件式（１）の下限を下回らないようにすることで、負の歪曲収差の発生を抑えやすくなる。条件式（１）の上限を上回らないようにすることで、バックフォーカスの確保に有利となる。条件式（２）の下限を下回らないようにすることで、負の球面収差の発生を抑えやすくなる。条件式（２）の上限を上回らないようにすることで、光学系の小型化に有利になる。
ここで、上記条件式（１）を、
１．７＜｜ｆG1｜／ＦA＜３．５ ・・・（１’）
とし、この条件式（１’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（１）を、
１．８＜｜ｆG1｜／ＦA＜２．５ ・・・（１”）
とし、この条件式（１”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（１）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（１’）、（１”）の上限値、下限値としても良い。
１．７＜｜ｆG1｜／ＦA＜３．５ ・・・（１’）
とし、この条件式（１’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（１）を、
１．８＜｜ｆG1｜／ＦA＜２．５ ・・・（１”）
とし、この条件式（１”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（１）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（１’）、（１”）の上限値、下限値としても良い。
ここで、上記条件式（２）を、
１．３＜ｆG2／ＦA＜２．５ ・・・（２’）
とし、この条件式（２’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（２）を、
１．４＜ｆG2／ＦA＜２ ・・・（２”）
とし、この条件式（２”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（２）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（２’）、（２”）の上限値、下限値としても良い。
１．３＜ｆG2／ＦA＜２．５ ・・・（２’）
とし、この条件式（２’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（２）を、
１．４＜ｆG2／ＦA＜２ ・・・（２”）
とし、この条件式（２”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（２）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（２’）、（２”）の上限値、下限値としても良い。
また、本発明のような光学系で小型化を達成しつつＦナンバーを明るくしようとすると、前記正屈折力の後側レンズ群の正の屈折力が強くなり、負の球面収差が発生する。特に、正屈折力の後側レンズ群の、第２レンズ、第４レンズでの発生が大きくなる。
そこで、第４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を、出来るだけ１に近い、いわゆる等Ｒに近い形状にすることが好ましい。このようにすれば、第４レンズ全体での屈折力を、物体側の面の屈折力と像側の面の屈折力を概略均等に分担する事が可能になる。それによって、物体側の面で発生する収差と、像側の面で発生する収差の発生を小さくすることが可能になる。
この場合、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。
０．５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．６ ・・・（３）
但し、
Ｒ4Oは前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ4Iは前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径、
である。
０．５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．６ ・・・（３）
但し、
Ｒ4Oは前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ4Iは前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径、
である。
ここで、上記条件式（３）を、
０．６５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．４ ・・・（３’）
とし、この条件式（３’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（３）を、
０．８＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．２ ・・・（３”）
とし、この条件式（３”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（３）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（３’）、（３”）の上限値、下限値としても良い。
０．６５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．４ ・・・（３’）
とし、この条件式（３’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（３）を、
０．８＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．２ ・・・（３”）
とし、この条件式（３”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（３）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（３’）、（３”）の上限値、下限値としても良い。
また、前記第４レンズの像側の面が非球面であり、像側の非球面が周辺に行くに従って、正の屈折力が弱くなるような形状にすると、第４レンズで発生する収差、特に負の球面収差の発生を小さくすることが出来る。
さらに、第４レンズの像側の非球面の有効部最周辺での面の屈折力が負の屈折力を有するようにするとより好ましい。この構成によれば、レンズ周辺部で正の歪曲収差を発生させる事が出来るので、負屈折力の前側レンズ群で発生する、負の歪曲収差を補正することが可能になる。
さらに光学系の全長を短くして小型化する場合は、正屈折力の後側レンズ群の焦点距離を小さくして屈折力を強めると良い。正の屈折力を持つ第２レンズ、第４レンズの肉厚を薄くすると、正の屈折力が強くなり、光学系全長を短くし、小型化が可能である。しかしながら、レンズ周辺のコバ肉が薄くなる為にレンズの加工が難しくなる。正の屈折力を持つ第２レンズ、第４レンズのレンズ肉厚を厚くすると、第２レンズ、もしくは第４レンズで発生する球面収差やコマ収差が大きくなる。
その為、全系の光学系の焦点距離に対する第２レンズ、第４レンズの肉厚の比を適正化することが好ましい。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．２ ・・・（４）
０．４＜ｄL4／ＦA＜１．５ ・・・（５）
但し、
ＦA：結像光学系全系の焦点距離、
ｄL2：前記第２レンズの光軸上での肉厚、
ｄL4：前記第４レンズの光軸上での肉厚、
である。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．２ ・・・（４）
０．４＜ｄL4／ＦA＜１．５ ・・・（５）
但し、
ＦA：結像光学系全系の焦点距離、
ｄL2：前記第２レンズの光軸上での肉厚、
ｄL4：前記第４レンズの光軸上での肉厚、
である。
条件式（４）、（５）の下限を下回らないようにすることで、レンズ周辺のコバ肉確保に有利となる。このためレンズ加工が容易になり、製造効率が上がりコストダウンにも有利になる。また、条件式（４）、（５）の上限を上回ないようにすることで、光学系全長やレンズの総肉厚が大きくなるのを抑え、さらに球面収差やコマ収差を抑えるのに有利になる。
ここで、上記条件式（４）を、
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．１ ・・・（４’）
とし、この条件式（４’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（４）を、
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１ ・・・（４”）
とし、この条件式（４”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（４）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（４’）、（４”）の上限値、下限値としても良い。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．１ ・・・（４’）
とし、この条件式（４’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（４）を、
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１ ・・・（４”）
とし、この条件式（４”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（４）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（４’）、（４”）の上限値、下限値としても良い。
ここで、上記条件式（５）を、
０．４５＜ｄL4／ＦA＜１．２５ ・・・（５’）
とし、この条件式（５’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（５）を、
０．５＜ｄL4／ＦA＜１ ・・・（５”）
とし、この条件式（５”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（５）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（５’）、（５”）の上限値、下限値としても良い。
０．４５＜ｄL4／ＦA＜１．２５ ・・・（５’）
とし、この条件式（５’）を満足するようにすると、より好ましくなる。
さらに、上記条件式（５）を、
０．５＜ｄL4／ＦA＜１ ・・・（５”）
とし、この条件式（５”）を満足するようにすると、さらに好ましくなる。
また、条件式（５）の上限値のみ、もしくは下限値のみを式（５’）、（５”）の上限値、下限値としても良い。
さらに第１レンズの倍率色収差を補正するため、以下の条件式（６）を満たすことが好ましい。
６５＜νL1＜１００ ・・・（６）
但し、
νL1は前記第１レンズのアッベ数、
である。
６５＜νL1＜１００ ・・・（６）
但し、
νL1は前記第１レンズのアッベ数、
である。
第１レンズでは、光線高が高いために倍率色収差が大きく発生する。特にバックフォーカスを確保する為に、第１レンズの負の屈折力を強くすると顕著である。条件式（６）の下限を下回らないようにすることで、倍率色収差を抑えるのに有利になる。条件式（６）の上限を上回ると、使用できるガラスが存在しない。
さらに、前記、第１、第２、第３、第４レンズがガラスからなる結像光学系であることが好ましい。本発明において、車載用カメラとして使用する場合がある。一般的に自動車の車内は、温度や湿度に関して厳しい条件下での使用が想定されている。従って、温度や湿度の変動について安定性の高いガラスを用いる事が望ましい。
また物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、正屈折力の後側レンズ群、からなる結像光学系であって、負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズからなり、正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズからなり、前側レンズ群と後側レンズ群の間にＦナンバーを決定する明るさ絞りを備え、Ｆナンバーが１．８以下である結像光学系であることが好ましい。
一般的に、広角光学系においては、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、正屈折力の後側レンズ群で構成されるレトロフォーカスタイプが採用されている。負正構成のレトロフォーカス光学系では、正屈折力の後側レンズ群の屈折力を強める事で、装置の小型化が可能となるが、球面収差、コマ収差の発生が大きくなる。
特にＦナンバーが１．８以下と明るい光学系においては、透過する光束が大きくなるので、構成枚数の少ない光学系において、軸外光も含めた収差特性を良好にする為には、各々１つのレンズで発生する収差を最小限に抑えるのが望ましい。このとき、後方の正屈折力のレンズ群を、正の屈折力を正の第２レンズ、正の第４レンズの間に、負レンズを配し振り分けることで、球面収差、コマ収差の発生を小さくしている。
さらに、第１レンズは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる結像光学系とすることが好ましい。負正構成からなるレトロフォーカス光学系では、負屈折力の前側レンズ群の屈折力が強くなると歪曲収差、倍率色収差の発生が大きくなるが、第１レンズの形状を物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとする事で、軸外光も含めた倍率色収差の発生が小さくなる。
さらに、正屈折力の後側レンズ群を構成する第２、第３、第４レンズがそれぞれ単レンズであり、第２レンズが両凸正レンズ、第３レンズが両凹負レンズ、第４レンズが両凸正レンズからなる結像光学系とすることが好ましい。
第２レンズ、第３レンズ、第４レンズが接合面の無い単レンズであれば、製造が簡単になり、製品製作の歩留まりが向上し、光学系のコストを下げることが出来る。また、第２レンズが両凸正レンズ、第３レンズが両凹負レンズ、第４レンズが両凸正レンズとすると、各々のレンズに発生する球面収差について、物体側の面で発生する球面収差と、像側の面で発生する球面収差の発生をそれぞれの面に配分する事ができる。このため、全体としての収差の発生量を小さくすることが可能になる。
以下に、本発明に係る結像光学系及び撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
以下、本発明の結像光学系の実施例１〜３について説明する。実施例１〜３のレンズ断面図をそれぞれ図１〜図３に示す。図１〜図３中、前側レンズ群はＧ１、明るさ（開口）絞りはＳ、後側レンズ群はＧ２、像面はＩで示してある。また、各実施例において、各数値の長さの単位はｍｍ、角度の単位は°（度）である。
（第１実施例）
実施例１の結像レンズは、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
実施例１の結像レンズは、図１に示すように、物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
また、本実施例のスペックは、焦点距離３．９６０ｍｍ、Ｆno（Ｆナンバー）１．８０、半画角３２．３８°、最大像高２．５４５ｍｍ、レンズ全長２０．５８４ｍｍ、バックフォーカス４．１４４ｍｍの広角の光学系である。
（第２実施例）
実施例２の結像レンズは、図２に示すように、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
実施例２の結像レンズは、図２に示すように、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
また、本実施例のスペックは、焦点距離３．９６３ｍｍ、Ｆno（Ｆナンバー）１．８０、半画角３２．３３°、最大像高２．３３８ｍｍ、レンズ全長１８．１３６ｍｍ、バックフォーカス４．１９０ｍｍの広角の光学系である。
（第３実施例）
実施例３の結像レンズは、図３に示すように、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
実施例３の結像レンズは、図３に示すように、負屈折力の前側レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正屈折力の後側レンズ群Ｇ２とを配置している。物体側から順に、前側レンズ群Ｇ１は、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からなる。後側レンズ群Ｇ２は、両凸正レンズである第２レンズＬ２と、両凹負レンズである第３レンズＬ３と、両凸正レンズである第４レンズＬ４からなる。第４レンズＬ４は、両面とも非球面で構成されている。
また、本実施例のスペックは、焦点距離３．９９０ｍｍ、Ｆno（Ｆナンバー）１．８０、半画角３２．２１°、最大像高２．３３８ｍｍ、レンズ全長１８．４６７ｍｍ、バックフォーカス３．９９６ｍｍの広角の光学系である。
上記各実施例の数値データを以下に掲げる。表及び図面において、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズの肉厚または間隔、ｎｄは各レンズのｄ線における屈折率、νｄは各レンズのｄ線におけるアッベ数、eｒは光学有効半径をそれぞれ示している。また、上述のレンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。さらに、ＢＦ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。
また、非球面形状は、以下の式で表される。但し、光軸方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1／2]
＋Ａ4Ｙ4＋Ａ6Ｙ6＋Ａ8Ｙ8＋Ａ10Ｙ10
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、非球面係数において、「Ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
Ｚ＝（Ｙ2／ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）・（Ｙ／ｒ）2｝1／2]
＋Ａ4Ｙ4＋Ａ6Ｙ6＋Ａ8Ｙ8＋Ａ10Ｙ10
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、非球面係数において、「Ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 45.5370 0.8406 1.48749 70.23 3.394
2 4.0797 7.1198 2.650
3(絞り) ∞ 0.1012 1.977
4 5.9428 3.3279 1.80400 46.57 2.156
5 -10.2399 1.2726 2.152
6 -4.3138 0.6348 1.84666 23.78 1.966
7 10.7466 0.2896 2.150
8* 4.7716 2.8497 1.74320 49.34 2.634
9* -5.4980 4.1442 2.545
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-4.1504,Ａ4=3.3499E-03,Ａ6=-3.2612E-05,Ａ8=2.8070E-05,Ａ10=-1.3467E-06
第９面
Ｋ=-6.2470,Ａ4=-9.5526E-05,Ａ6=2.3083E-04,Ａ8=4.0406E-05
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 45.5370 0.8406 1.48749 70.23 3.394
2 4.0797 7.1198 2.650
3(絞り) ∞ 0.1012 1.977
4 5.9428 3.3279 1.80400 46.57 2.156
5 -10.2399 1.2726 2.152
6 -4.3138 0.6348 1.84666 23.78 1.966
7 10.7466 0.2896 2.150
8* 4.7716 2.8497 1.74320 49.34 2.634
9* -5.4980 4.1442 2.545
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-4.1504,Ａ4=3.3499E-03,Ａ6=-3.2612E-05,Ａ8=2.8070E-05,Ａ10=-1.3467E-06
第９面
Ｋ=-6.2470,Ａ4=-9.5526E-05,Ａ6=2.3083E-04,Ａ8=4.0406E-05
実施例２
単位 ｍｍ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 18.3459 0.8601 1.48749 70.23 3.396
2 3.2108 6.0027 2.567
3(絞り) ∞ 0.1461 1.956
4 5.1125 2.2195 1.80400 46.57 2.124
5 -9.6550 1.4054 2.045
6 -3.7008 0.7306 1.84666 23.78 1.779
7 10.0662 0.4183 1.966
8* 4.6724 2.1638 1.74320 49.34 2.400
9* -5.3957 4.1897 2.338
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-1.3345,Ａ4=-6.0449E-04,Ａ6=4.2027E-04,Ａ8=2.4891E-05,Ａ10=-1.4913E-06
第９面
Ｋ=-2.1095,Ａ4=2.7982E-03,Ａ6=1.0416E-04,Ａ8=8.3124E-05
単位 ｍｍ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 18.3459 0.8601 1.48749 70.23 3.396
2 3.2108 6.0027 2.567
3(絞り) ∞ 0.1461 1.956
4 5.1125 2.2195 1.80400 46.57 2.124
5 -9.6550 1.4054 2.045
6 -3.7008 0.7306 1.84666 23.78 1.779
7 10.0662 0.4183 1.966
8* 4.6724 2.1638 1.74320 49.34 2.400
9* -5.3957 4.1897 2.338
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-1.3345,Ａ4=-6.0449E-04,Ａ6=4.2027E-04,Ａ8=2.4891E-05,Ａ10=-1.4913E-06
第９面
Ｋ=-2.1095,Ａ4=2.7982E-03,Ａ6=1.0416E-04,Ａ8=8.3124E-05
実施例３
単位 ｍｍ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 28.7458 0.8571 1.48749 70.23 3.396
2 3.4773 6.0568 2.567
3(絞り) ∞ 0.1333 1.967
4 4.9030 2.6870 1.80400 46.57 2.124
5 -11.2499 1.3942 2.045
6 -3.6638 0.7088 1.84666 23.78 1.779
7 10.1334 0.3342 1.966
8* 4.4981 2.2999 1.74320 49.34 2.400
9* -5.2156 3.9960 2.338
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-1.0464,Ａ4=-1.5236E-03,Ａ6=3.9993E-04,Ａ8=-6.2327E-06,Ａ10=1.3964E-06
第９面
Ｋ=-1.5567,Ａ4=3.3795E-03,Ａ6=-1.2295E-06,Ａ8=6.0706E-05
単位 ｍｍ
面番号 ｒ d nd νd er
物体面 ∞ ∞
1 28.7458 0.8571 1.48749 70.23 3.396
2 3.4773 6.0568 2.567
3(絞り) ∞ 0.1333 1.967
4 4.9030 2.6870 1.80400 46.57 2.124
5 -11.2499 1.3942 2.045
6 -3.6638 0.7088 1.84666 23.78 1.779
7 10.1334 0.3342 1.966
8* 4.4981 2.2999 1.74320 49.34 2.400
9* -5.2156 3.9960 2.338
像面 ∞
非球面データ
第８面
Ｋ=-1.0464,Ａ4=-1.5236E-03,Ａ6=3.9993E-04,Ａ8=-6.2327E-06,Ａ10=1.3964E-06
第９面
Ｋ=-1.5567,Ａ4=3.3795E-03,Ａ6=-1.2295E-06,Ａ8=6.0706E-05
以上の実施例１〜３の収差図をそれぞれ図４〜図６に示す。これらの収差図において、球面収差（ＳＡ）、非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）を示す。また、各図中、“ω”は半画角を示す。
（実施例４）
次に、上記結像光学系を組み込んだ撮像装置１００について説明する。撮像装置１００としては、特に車載用カメラに適用できる。図７は、撮像装置１００の概略構成を示している。被写体像（不図示）を撮像素子であるＣＣＤ１０４で撮像する。そして、被写体像をＣＣＤ１０４上に結像するための結像光学系として、上記各実施例にかかる結像光学系を備えている。
次に、上記結像光学系を組み込んだ撮像装置１００について説明する。撮像装置１００としては、特に車載用カメラに適用できる。図７は、撮像装置１００の概略構成を示している。被写体像（不図示）を撮像素子であるＣＣＤ１０４で撮像する。そして、被写体像をＣＣＤ１０４上に結像するための結像光学系として、上記各実施例にかかる結像光学系を備えている。
なお、赤外光を制限する波長域制限コートを施したローパスフィルタを構成する平行平板はＦ、撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣで示してある。また、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。さらに、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。
結像光学系は、撮像装置１００の本体１０１に内蔵されている。また、撮像装置１００は、ねじ部１０２により、車内の所望の位置に取り付けることができる。本体１０１の下部は、ＣＣＤ１０４が保持された撮像素子枠１０３により覆われている。
撮像装置１００を用いることで、撮像光学系のＦナンバーが明るいので、夜間の白線検知の精度が向上する。また、車載用カメラとしての撮像装置１００の用途の例として、白線検知のみならず、ドライバーの状態監視、車線逸脱の監視、障害物検知にも用いることができる。
また、上述した各実施例において明るさ絞りの代わりに、光学有効径を設定するためにレンズ面に黒塗りを施すこと、あるいはレンズ枠にて光学有効径を設定することでも良い。さらに、明るさ絞りを別の部材により構成しても良い。また、明るさ絞りとして、光学系に直接印刷すること、塗装すること、シールなどを装着することでもかまわない。
また、ゴースト、フレア等の不要光をカットするために、明るさ絞り以外にフレア絞りを配置しても良い。フレア絞りは、物体面と第１レンズとの間、第１レンズと第２レンズとの間、第２レンズと明るさ絞りとの間、明るさ絞りと第３レンズとの間、第３レンズと第４レンズとの間、第４レンズと像面との間のいずれの場所に配置しても良い。さらに、枠によりフレア光をカットするように構成してもよいし、別の部材を構成しても良い。また、フレア絞りとして、光学系に直接印刷すること、塗装すること、シールなどを装着することでもかまわない。さらに、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、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の光束をカットしても良い。
また、各レンズには反射防止コートを行い、ゴースト、フレアを軽減しても良い。さらに、波長をカットするコートをレンズ面、カバーガラス等に行ってもかまわない。
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。レンズ径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、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。レンズ径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低下をＣＣＤのマイクロレンズをシフトすることにより軽減しても良い。例えば、各像高における光線の入射角に合わせてＣＣＤのマイクロレンズの設計を変えても良い。さらに、画像処理により画像周辺部の明るさ低下を補正しても良い。
また、光学系で発生するディストーションを画像処理によって補正してもかまわない。また、本発明は車載用カメラ以外にも、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もできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
以上のように、本発明にかかる結像光学系は、撮像装置、特に車載用カメラに好適である。
１００ 撮像装置
１０１ 本体
１０２ ねじ部
１０３ 撮像素子支持枠
１０４ ＣＣＤ
Ｇ１ 前側レンズ群
Ｇ２ 後側レンズ群
Ｓ 明るさ絞り
１０１ 本体
１０２ ねじ部
１０３ 撮像素子支持枠
１０４ ＣＣＤ
Ｇ１ 前側レンズ群
Ｇ２ 後側レンズ群
Ｓ 明るさ絞り
Claims (10)
- 物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、明るさ絞り、正屈折力の後側レンズ群、からなる結像光学系であって、
前記負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズを有し、
前記正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズを有し、
以下の条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする結像光学系。
１．６＜｜ｆG1｜／ＦA＜５ ・・・（１）
１．２＜ｆG2／ＦA＜５ ・・・（２）
但し、
ＦAは前記結像光学系全系の焦点距離、
ｆG1は前記負屈折力の前記前側レンズ群の焦点距離、
ｆG2は前記正屈折力の前記後側レンズ群の焦点距離、
である。 - 前記第４レンズの像側の面が非球面であり、前記像側の非球面が周辺に行くに従って、正の屈折力が弱くなる形状であると共に、前記第４レンズが以下の条件式（３）を満たす事を特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
０．５＜｜Ｒ4O｜／｜Ｒ4I｜＜１．６ ・・・（３）
但し、
Ｒ4Oは前記第４レンズの物体側の面の近軸曲率半径、
Ｒ4Iは前記第４レンズの像側の面の近軸曲率半径、
である。 - 前記第４レンズの像側の面の屈折力が有効部最周辺で負の屈折力を有する形状であることを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
- 以下の条件式（４）、（５）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の結像光学系。
０．５５＜ｄL2／ＦA＜１．２ ・・・（４）
０．４＜ｄL4／ＦA＜１．５ ・・・（５）
但し、
ＦAは前記結像光学系全系の焦点距離、
ｄL2は前記第２レンズの光軸上での肉厚、
ｄL4は前記第４レンズの光軸上での肉厚、
である。 - 以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の結像光学系。
６５＜νL1＜１００ ・・・（６）
但し、
νL1は前記第１レンズのアッベ数、
である。 - 前記第１レンズと、前記第２レンズと、前記第３レンズと、前記第４レンズとがガラスからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の結像光学系。
- 物体側から順に、負屈折力の前側レンズ群、正屈折力の後側レンズ群、からなる結像光学系であって、
前記負屈折力の前側レンズ群は、物体側から順に、負屈折力である第１レンズからなり、
前記正屈折力の後側レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第２レンズ、負レンズである第３レンズ、正レンズである第４レンズからなり、
前記前側レンズ群と前記後側レンズ群の間にＦナンバーを決定する明るさ絞りを備え、Ｆナンバーが１．８以下であることを特徴とする結像光学系。
但しＦナンバーが変化する場合は最小値とする。 - 前記第１レンズは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の結像光学系。
- 前記正屈折力の後側レンズ群を構成する前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズがそれぞれ単レンズであり、
前記第２レンズが両凸レンズ、前記第３レンズが両凹レンズ、前記第４レンズが両凸レンズであることを特徴とする請求項１〜８の少なくともいずれか一項に記載の結像光学系。 - 被写体像を撮像素子で撮像する撮像装置において、前記被写体像を前記撮像素子上に結像するための結像光学系として請求項１〜９のいずれか一項に記載の結像光学系を備えていることを特徴とする撮像装置。
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