JP2009134175A - 結像光学系 - Google Patents

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JP2009134175A JP2007311441A JP2007311441A JP2009134175A JP 2009134175 A JP2009134175 A JP 2009134175A JP 2007311441 A JP2007311441 A JP 2007311441A JP 2007311441 A JP2007311441 A JP 2007311441A JP 2009134175 A JP2009134175 A JP 2009134175A
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Noriyuki Iyama
紀之 猪山
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration

Abstract

【課題】 対角画角が約１３０°以上であり、歪曲収差が１５％以下と小さく、Ｆナンバーが２．８と明るく、構成枚数の少ない結像光学系を提供すること。
【解決手段】 物体側から順に、負屈折力の前群と正屈折力の後群とからなる結像光学系において、前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、次の条件式（１），（２）を満足するように構成する。
１．０ ＜ ｜ｆＧ１｜／ＦＡ ＜ １０ ・・・（１）
１．０ ＜ ｆＧ２／ＦＡ ＜ １０ ・・・（２）
但し、ＦＡは光学系全系の焦点距離、ｆＧ１は前記前群の焦点距離、ｆＧ２は前記後群の焦点距離である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（ Complementary Metal-Oxide Semiconductor ）などの固体撮像素子等を用いた撮像装置に好適な結像光学系に関する。
近年、車載用カメラを備えた自動車が普及し始めている。その車載用カメラは、当初はモニタでの視認用としてのみ使用されていたが、最近では白線検知や車線逸脱状況の検出、障害物検知、ドライバーの素振りの検出など、より高度なセンサー用カメラとしても使用されるようになってきている。
そのような車載用カメラに用いられる結像光学系としては、死角を出来るだけ少なくするために、広い画角、具体的には対角画角が約１３０°以上の画角と、高い画質とを有しており、また、構成枚数が少なくコンパクトであって低コストで作製できるものが要求されている。
また、そのような車載用カメラに用いられる結像光学系としては、発生する歪曲収差の小さいものが要求されている。これは、例えば、魚眼レンズを用いた光学系のように、広い画角を有してはいるが大きな負の歪曲収差が生じてしまうような光学系では、得られる画像の中心部の像に比べ、周辺部の像の大きさが非常に小さくなってしまうため、周辺部の正確な情報を得る事が出来ない場合があり、また、周辺部で直線の物体が曲がって結像されてしまうため、実際に肉眼で観察する対象物の像の形状とモニタを通して観察する対象物の像の形状とが大きく異なってしまう場合があるからである。
そこで、画角が比較的広く、ある程度歪曲収差が補正されており、さらに、構成枚数が少ない結像光学系の従来例が、下記の特許文献１〜４に記載されている。
特開２００６−２０１６７４号公報 特許２００６−２２０６９１号公報 特許２００６−２４３０９２号公報 特許２００６−３０１２２２号公報
しかし、特許文献１〜３に記載されている光学系は、構成枚数が３〜５枚と少なく、歪曲収差も５〜１５％程度と良好だが、対角画角が１０４．５〜１１２°しかなく、車載用カメラや監視用カメラに使用する場合、画角が狭すぎるという問題があった。また、特許文献４に記載された光学系は、構成枚数が５枚と少なく、対角画角が１４０°と良好だが、歪曲収差が２０％も発生してしまい、周辺画像の歪みが目立つという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対角画角が約１３０°以上でありながら歪曲収差が１５％以下と小さく、しかもＦナンバーが２．８と明るいうえに、構成枚数も少なくて済む結像光学系を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明の結像光学系は、物体側から順に、負屈折力の前群と正屈折力の後群とからなる結像光学系において、前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、次の条件式（１），（２）を満足することを特徴とする。
１．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ・・・（１）
１．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ・・・（２）
但し、ＦAは光学系全系の焦点距離、ｆG1は前記前群の焦点距離、ｆG2は前記後群の焦点距離である。
また、本発明の結像光学系は、前記後群は、少なくとも２枚の正レンズと開口絞りを有し、前記後群の最も像側のレンズは、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面であることが好ましい。
また、上記の目的を達成するために、本発明の結像光学系は、物体側から順に、負屈折力の前群、正屈折力の後群とを有する結像光学系において、前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、前記後群は、少なくとも２枚の正レンズと開口絞りを有し、前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、前記後群の最も像側のレンズは、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面であることを特徴とする。
また、本発明の結像光学系は、前記第１レンズの物体側の面が、光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなるとともに正屈折力が強くなる非球面であることが好ましい。
また、本発明の結像光学系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
１．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ・・・（３）
但し、ｎ1は前記第１レンズのｄ線の屈折率である。
また、本発明の結像光学系は、前記第１レンズの材質が、ガラスであることが好ましい。
また、本発明の結像光学系は、前記後群が少なくとも２枚の正レンズを有する場合、次の条件式を満足することが好ましい。
０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ・・・（４）
但し、ｆG1Fは前記第１レンズの焦点距離、ｆG2Fは前記後群の最も物体側の正レンズの焦点距離である。
本発明によれば、対角画角が約１３０°以上でありながら歪曲収差が１５％以下と小さく、しかもＦナンバーが２．８と明るいうえに、構成枚数も少なくて済む結像光学系を提供することができる。
本発明の結像光学系の実施例の説明に先立ち、本発明の結像光学系の構成による作用効果を説明する。
本発明の結像光学系は、物体側から順に、負屈折力の前群と正屈折力の後群とを有するレトロフォーカスタイプの結像光学系である。
このレトロフォーカスタイプの光学系は、一般的に広角光学系に採用されるものであり、バックフォーカスをある程度確保することができ、かつ、射出瞳位置を遠くすることができる。そのため、ほぼテレセントリックな光学系として構成し、主光線を撮像面に垂直に近い角度で入射させることができるため、いわゆるシェーディングを有利に行うことができる。
しかし、レトロフォーカスタイプの光学系において、対角画角が約１３０°以上の広角を達成しようとする場合には、全系の焦点距離を小さくしなければならないため、前群の負屈折力を強くして主点位置を像面側に移動させる必要がある。また、そのように構成すると、発生してしまう収差を補正するため、後群を適切に構成する必要があるが、後群の正屈折力を強くしすぎると、逆に各群で発生する球面収差や歪曲収差が大きくなりすぎてしまう。
このような理由から、レトロフォーカスタイプの光学系を車載用カメラや監視用カメラに使用する場合には、光学系を小型化する必要があるため、前群、後群ともに、屈折力を強くしなければならないが、特に、前群の負屈折力を非常に強くせざるを得ないことから、大きな負の歪曲収差が発生しやすい。そのため、得られる画像の中心部の像に比べ、周辺部の像の大きさが非常に小さくなり、周辺部の正確な情報を得る事が出来ない場合がある。また、周辺部で直線の物体が曲がって結像されてしまうため、実際に肉眼で観察する対象物の像の形状とモニタを通して観察する対象物の像の形状とが大きく異なってしまう場合がある。
ここで、歪曲収差について説明する。発生する歪曲収差は、開口絞りより物体側のレンズ群の屈折力と開口絞りより像側のレンズ群の屈折力との対称性に大きく影響される。具体的には、開口絞りより物体側のレンズ群の負屈折力が像側レンズ群の負屈折力よりも大きい場合又は開口絞りより像側のレンズ群の正屈折力が物体側のレンズ群の正屈折力よりも大きい場合には、負の歪曲収差が発生しやすく、開口絞りより物体側のレンズ群の正屈折力が像側のレンズ群の正屈折力よりも大きい場合又は開口絞りより像側のレンズ群の負屈折力が物体側のレンズ群の負屈折力よりも大きい場合には、正の歪曲収差が発生しやすい。
従って、歪曲収差を小さく抑えるためには、開口絞りの前後のレンズ群の屈折力がほぼ対称になるようにすれば良いが、高画角化や小型化を実現しつつそのような構成とすることは困難である。そのため、開口絞り前後に配置されるそれぞれのレンズ群において、個別に出来るだけ歪曲収差が発生しないような構成にする事が望ましい。
そこで、本発明の結像光学系は、前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であるように構成している。
このように構成することにより、前群の負屈折力が強くなるにつれて悪化する負の歪曲収差を十分に補正する事ができる。
なお、第１レンズの物体側の面は、光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように、光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であるように構成すると、さらに好ましい。
また、本発明の結像光学系は、次の条件式（１）、（２）を満たすように構成している。
１．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ・・・（１）
１．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ・・・（２）
但し、ＦAは光学系全系の焦点距離、ｆG1は前記前群の焦点距離、ｆG2は前記後群の焦点距離である。
条件式（１），（２）を満たすように構成すると、光学系の小型化とバックフォーカスの十分な確保を同時に達成する事ができる。
条件式（１）の下限を下回らないように構成しているため、前群の負屈折力が強くなりすぎず、大きな負の歪曲収差が発生しない。また、条件式（１）の上限を上回らないように構成しているため、光学系がコンパクトとなり、バックフォーカスを十分に確保しやすい。
また、条件式（２）の下限を下回らないように構成しているため、後群の正屈折力が強くなりすぎず、大きな負の球面収差が発生しない。また、条件式（２）の上限を上回らないように構成しているため、光学系がコンパクトとなり、バックフォーカスを十分に確保しやすい。
なお、条件式（１）に代わり、次の条件式（１）’，（１）’’，（１）’’’のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
２．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ ８ ・・・（１）’
２．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ・・・（１）’’
１．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ ８ ・・・（１）’’’
また、条件式（２）に代わり、次の条件式（２）’，（２）’’，（２）’’’のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
２．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ ７ ・・・（２）’
２．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ・・・（２）’’
１．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ ７ ・・・（２）’’’
また、本発明の結像光学系は、前記後群は、少なくとも２枚の正レンズと開口絞りを有し、前記後群の最も像側のレンズは、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面であるように構成している。
正屈折力の後群に少なくとも２枚の正レンズを配置して屈折力を分担させる構成にすることにより、光学系を小型化した際に、後群の正屈折力が強くなるに従って大きくなる正の球面収差を補正することができる。また、後群の最も像側のレンズの少なくとも１面を光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面形状にすることにより、前群で発生する負の歪曲収差を補正することができる。
また、本発明の結像光学系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
１．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ・・・（３）
但し、ｎ1は前記第１レンズのｄ線の屈折率である。
前述したように、広画角と光学系の小型化を同時に達成しようとすると、前群に強い負屈折力を持たせる、すなわち、前群の負レンズの焦点距離を出来るだけ短くする必要がある。しかし、焦点距離を短くするためにレンズ面の曲率半径を小さくすると、レンズの加工や測定が難しくなり製造的に不利になってしまう。
そこで、条件式（３）の下限を下回らないよう構成すれば、第１レンズの両面、特に像側の面の曲率半径が小さくなりすぎず、レンズを加工しやすい。また、条件式（３）の上限を上回らないように構成すれば、第１レンズとして使用可能な材質の選択の幅が広がり、製造コストを下げやすい。
なお、本発明の結像光学系は、条件式（３）に代わり、次の条件式（３）’，（３）’’，（３）’’’のいずれかを満足するように構成するとさらに好ましい。
１．８ ＜ ｎ1 ＜ ２．０ ・・・（３）’
１．８ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ・・・（３）’’
１．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．０ ・・・（３）’’’
また、本発明の結像光学系は、前記第１レンズの材質が、ガラスであることが好ましい。
第１レンズをガラスにより形成すると、温度変化や湿度変化やキズなどの環境変化に対して、耐性の高い光学系とすることができる。
また、本発明の結像光学系は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ・・・（４）
但し、ｆG1Fは前記第１レンズの焦点距離、ｆG2Fは前記後群の最も物体側の正レンズの焦点距離である。
条件式（４）を満足するように構成すれば、前群の有する負屈折力の第１レンズで発生した歪曲収差を後群で容易に補正することができる。
条件式（４）の下限を下回らないように構成すれば、第１レンズで発生する負の歪曲収差が大きくなるのを抑え、負の歪曲収差を小さく抑えることができる。また、条件式（４）の上限を上回らないように構成すれば、第１レンズで発生する負の歪曲収差に対する第２レンズ群の補正効果が過剰になるのを抑え、正の歪曲収差を小さくすることができる。
以下に、本発明の光学系の実施例１から実施例４について図面を参照して説明する。
なお、光学系断面図におけるｒ1，ｒ2，・・・・・・及びｄ1，ｄ2，・・・・・・において下付き文字として示した数字は、数値データにおける面番号１，２，・・・に対応している。また、収差曲線図において、非点収差におけるΔＭはメリジオナル面の非点収差，ΔＳはサジタル面の非点収差を示している。また、メリジオナル面とは、光学系の光軸と主光線を含む面（紙面に平行な面）であり、サジタル面とは、光学系の光軸と主光線を含む面に垂直な面（紙面に垂直な面）を意味している。
また、以下の各実施例におけるレンズの数値データにおいては、Ｒは各面の曲率半径、Ｄは面間隔、Ｎｄはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数、Ｋは円錐係数、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10は非球面係数をそれぞれ示している。
また、各非球面形状は、各実施例における各非球面係数を用いて以下の式で表される。但し、光軸に沿う方向の座標を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＋・・・
図１は、本実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図２は、図１に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。図３は、本実施例の光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。
まず、図１及び図２を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。本実施例の光学系は、レトロフォーカスタイプの光学系であり、光軸ＬＣ上に、物体側から順に、前群である負屈折力の第１レンズ群Ｇ1、後群である正屈折力の第２レンズ群Ｇ2が配置されている。また、第２レンズ群Ｇ2の像側には、撮像面ＩＭを持つＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面である負屈折力の第１レンズＬ1と、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第２レンズＬ2とにより構成されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、両凸レンズである第３レンズＬ3と、開口絞りＳと、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第４レンズＬ4と、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面となりレンズ外周部近傍では凹面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第５レンズＬ5とにより構成されている。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （非球面） -17.671 1.05 1.83481 42.71
2 （非球面） 3.712 3.98
3 （非球面） -3.860 1.72 1.51823 58.90
4 （非球面） -5.223 0.12
5 7.725 1.60 1.92286 18.90
6 -380.892 2.63
7（開口絞り） ∞ 1.21
8 （非球面） -24.629 1.11 1.51823 58.90
9 （非球面） -21.919 0.63
10 （非球面） 2.514 1.85 1.51823 58.90
11 （非球面） -2.514
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数 非球面係数
Ｒ Ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
1 -17.671 -253.782 4.87573e-04 7.01461e-06 -1.60882e-07
2 3.712 0.000 -2.59332e-03 -4.63264e-05 6.07819e-06 2.57587e-07 3 -3.860 -1.461 -8.48420e-04 1.90657e-05 5.82225e-06 1.03991e-06 4 -5.223 -1.133 -2.27319e-04 -2.56140e-05 4.71655e-06 1.00864e-06 8 -24.629 0.000 -1.01797e-01 4.20139e-02 -2.61574e-03
9 21.919 0.000 -1.12497e-01 1.86972e-02
10 2.514 -0.001 -4.49528e-02 1.02913e-02 -1.04666e-03
11 -2.514 -0.015 5.61358e-02 1.24435e-04 -4.06582e-05
各種データ
全系焦点距離：１．０４ｍｍ
Ｆナンバー：２．８０
半画角：６６．５０°
像高：２．２５ｍｍ
レンズ全長：１７．８１ｍｍ
バックフォーカス：１．９０ｍｍ
上記条件式に係るデータ
条件式（１）： １．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ： ３．３
条件式（２）： １．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ： ５．１
条件式（３）： １．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ： １．８３５
条件式（４）： ０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ： ０．４３７
図４は、本実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図５は、図４に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。図６は、本実施例の光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。
まず、図４及び図５を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。本実施例の光学系は、レトロフォーカスタイプの光学系であり、光軸Ｌｃ上に、物体側から順に、前群である負屈折力の第１レンズ群Ｇ1、後群である正屈折力の第２レンズ群Ｇ2が配置されている。また、第２レンズ群Ｇ2の像側には、撮像面ＩＭを持つＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面である負屈折力の第１レンズＬ1と、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第２レンズＬ2とにより構成されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、両凸レンズである第３レンズＬ3と、開口絞りＳ、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第４レンズＬ4と、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面となりレンズ外周部近傍では凹面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第５レンズＬ5とにより構成されている。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （非球面） -6.925 1.09 1.83481 42.71
2 （非球面） 3.637 3.20
3 （非球面） -9.253 1.55 1.52542 55.78
4 （非球面） -10.146 0.10
5 8.890 1.39 1.92286 18.90
6 -52.145 3.91
7（開口絞り） ∞ 0.90
8 （非球面） -7.193 1.16 1.52542 55.78
9 （非球面） 19.556 0.12
10 （非球面） 3.279 2.00 1.52542 55.78
11 （非球面） -2.240
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数 非球面係数
Ｒ Ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
1 -6.925 -62.618 6.26485e-04 3.36421e-06 -8.42349e-08
2 3.637 0.000 -2.74895e-03 -2.89062e-04 2.95898e-05
3 -9.253 1.991 -6.17712e-03 5.16720e-04 -4.67396e-05 2.19698e-06 4 -10.146 4.501 -8.32619e-04 -3.22143e-05 -1.45288e-06 5.73306e-07 8 -7.193 0.000 -1.03939e-01 6.46678e-02 -3.14441e-02
9 19.556 0.000 -1.15897e-01 3.17664e-02 -7.18272e-03
10 3.279 0.000 -4.70858e-02 1.26208e-02 -2.04911e-03
11 -2.240 0.000 4.78339e-02 -4.29579e-03 6.74878e-04
各種データ
全系焦点距離：１．０４ｍｍ
Ｆナンバー：２．８０
半画角：６５．００°
像高：２．２５ｍｍ
レンズ全長：１８．７３ｍｍ
バックフォーカス：３．３２ｍｍ
上記条件式に係るデータ
条件式（１）： １．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ： ２．４４
条件式（２）： １．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ： ５．６
条件式（３）： １．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ： １．８３５
条件式（４）： ０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ： ０．３２８
図７は、本実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図８は、図７に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。図９は、本実施例の光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。
まず、図７及び図８を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。本実施例の光学系は、レトロフォーカスタイプの光学系であり、光軸Ｌｃ上に、物体側から順に、前群である負屈折力の第１レンズ群Ｇ1、後群である正屈折力の第２レンズ群Ｇ2が配置されている。また、第２レンズ群Ｇ2の像側には、撮像面ＩＭを持つＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面である負屈折力の第１レンズＬ1と、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第２レンズＬ2とにより構成されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、両凸レンズである第３レンズＬ3と、開口絞りＳと、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第４レンズＬ4と、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面となりレンズ外周部近傍では凹面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第５レンズＬ5とにより構成されている。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （非球面） -13.036 1.10 1.83481 42.71
2 （非球面） 5.460 4.06
3 （非球面） -6.594 2.20 1.52542 55.78
4 （非球面） -6.594 0.00
5 11.964 1.27 1.92286 18.90
6 -107.465 3.49
7（開口絞り） ∞ 1.17
8 （非球面） -12.897 1.21 1.52542 55.78
9 （非球面） -16.004 0.56
10 （非球面） 2.871 1.77 1.52542 55.78
11 （非球面） -2.824
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数 非球面係数
Ｒ Ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
1 -13.036 -84.780 1.90287e-04 -7.05714e-07 6.96570e-10
2 5.460 0.000 -7.90470e-04 9.45887e-06 1.93836e-07
3 -6.594 -1.658 -5.46153e-04 -1.55339e-06 6.41176e-08 4.40763e-09
4 -6.594 -1.046 -1.87103e-04 1.04047e-07 1.56215e-08 -6.96741e-10
8 -12.897 0.000 -8.95646e-02 3.08316e-02 -3.17369e-03
9 -16.004 0.000 -9.91087e-02 1.27938e-02 -6.44907e-05
10 2.871 0.000 -3.98243e-02 7.65917e-03 -6.26424e-04
11 -2.824 0.000 4.67177e-02 -2.28125e-03 1.54259e-04
各種データ
全系焦点距離：１．０４ｍｍ
Ｆナンバー：２．８０
半画角：６５．５０°
像高：２．２５ｍｍ
レンズ全長：１９．１６ｍｍ
バックフォーカス：２．３３ｍｍ
上記条件式に係るデータ
条件式（１）： １．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ： ４．１７
条件式（２）： １．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ： ３．８
条件式（３）： １．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ： １．８３５
条件式（４）： ０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ： ０．３８３
図１０は、本実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。図１１は、図１０に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。図１２は、本実施例の光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。
まず、図１０及び図１１を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。本実施例の光学系は、レトロフォーカスタイプの光学系であり、光軸ＬＣ上に、物体側から順に、前群である負屈折力の第１レンズ群Ｇ1、後群である正屈折力の第２レンズ群Ｇ2が配置されている。また、第２レンズ群Ｇ2の像側には、撮像面ＩＭを持つＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が配置されている。
第１レンズ群Ｇ1は、物体側から順に、物体側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面である負屈折力の第１レンズＬ1と、像側に凸面を向けたメニスカス形状であり両面が非球面である第２レンズＬ2とにより構成されている。
第２レンズ群Ｇ2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である第３レンズＬ3と、開口絞りＳと、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第４レンズＬ4と、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面となりレンズ外周部近傍では凹面となるように光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面である第５レンズＬ5とにより構成されている。
次に、本実施例に係る各光学系を構成するレンズの構成及び数値データを示す。なお、単位はｍｍである。
面データ
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率 アッベ数
Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 （非球面） -13.988 2.10 1.85135 40.10
2 （非球面） 5.820 5.33
3 （非球面） -5.133 3.29 1.52542 55.78
4 （非球面） -5.712 0.11
5 7.840 1.92 1.92286 18.90
6 17.752 4.47
7（開口絞り） ∞ 0.66
8 （非球面） -18.394 1.41 1.52542 55.78
9 -21.734 0.54
10 （非球面） 2.745 2.20 1.52542 55.78
11 （非球面） -2.653
非球面データ
面番号 曲率半径 円錐係数 非球面係数
Ｒ Ｋ Ａ4 Ａ6 Ａ8 Ａ10
1 -13.988 -66.460 2.00933e-04 -6.24464e-07 -6.97220e-10
2 5.820 0.000 -8.51403e-04 1.43123e-05 -1.89045e-07
3 -5.133 -1.419 -6.13369e-04 -2.14587e-06 2.01273e-08 2.72864e-09
4 -5.712 -1.014 -2.03964e-04 -1.35824e-07 1.90642e-08 -2.77960e-10
8 -18.394 0.000 -8.55590e-02 7.06453e-02 -1.79960e-02
9 -21.734 0.000 -8.47649e-02 1.43057e-02 5.07921e-04
10 2.745 0.000 -4.05666e-02 7.63764e-03 -7.12255e-04
11 2.653 0.000 4.77247e-02 -2.98474e-03 1.18090e-04
各種データ
全系焦点距離：１．０４ｍｍ
Ｆナンバー：２．８０
半画角：６５．００°
像高：２．２５ｍｍ
レンズ全長：２４．００ｍｍ
バックフォーカス：１．９７ｍｍ
上記条件式に係るデータ
条件式（１）： １．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ： ５．９
条件式（２）： １．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ： ４．７
条件式（３）： １．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ： １．８５１
条件式（４）： ０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ： ０．３３１
また、本発明の結像光学系は、以下のように構成しても良い。
本発明の結像光学系は、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。なお、フレア絞りの配置位置は、負屈折力の前群の物体側，負屈折力の前群を構成する各レンズの間，負屈折力の前群と正屈折力の後群との間，正屈折力の後群を構成する各レンズの間，正屈折力の後群と像面との間のいずれの位置でも良い。また、フレア絞りは、枠部材を用いて構成しても良いし、別の部材を用いて構成しても良い。さらに、フレア絞りは、光学部材に直接印刷又は塗装した塗料や接着したシール等を用いて構成しても良い。また、フレア絞りの形状は、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、フレア絞りにおいて、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するようにしても良い。
また、本発明の結像光学系の各レンズには、反射防止コートを施し、ゴースト・フレアを軽減するようにしても良い。さらに、効果的にゴースト・フレアを軽減できるように施す反射防止コートは、マルチコートとすることが望ましい。また、赤外カットコートをレンズ面、カバーガラス等に施しても良い。
また、本発明の結像光学系は、ピント調整を行うためにフォーカシングを行えるようにしても良い。そのフォーカシングは、レンズ系全体を移動させて行っても良いし、一部のレンズを移動させて行っても良い。
また、本発明の結像光学系は、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できるようにしても良い。また、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。また、画像処理によって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、本発明の結像光学系は、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、携帯電話やパソコン等に搭載される小型カメラ等に使用しても良い。
本発明の実施例１に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。 図１に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。 本発明の実施例１の結像光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。 本発明の実施例２に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。 図４に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。 本発明の実施例２の結像光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。 本発明の実施例３に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。 図７に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。 本発明の実施例３の結像光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。 本発明の実施例４に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿う断面図である。 図１０に示した結像光学系の面及び面間隔を示す光軸に沿う断面図である。 本発明の実施例４の結像光学系における球面収差，非点収差，歪曲収差，倍率色収差を示す収差曲線図である。
符号の説明
Ｇ1 第１レンズ群
Ｇ2 第２レンズ群
Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4，Ｌ5，Ｌ6，Ｌ7 レンズ
Ｌｃ 光軸
ＩＭ 撮像素子の撮像面
Ｓ 開口絞り

Claims (7)

  1. 物体側から順に、負屈折力の前群と正屈折力の後群とからなる結像光学系において、
    前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、
    前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、
    次の条件式（１），（２）を満足することを特徴とする結像光学系。
    １．０ ＜ ｜ｆG1｜／ＦA ＜ １０ ・・・（１）
    １．０ ＜ ｆG2／ＦA ＜ １０ ・・・（２）
    但し、ＦAは光学系全系の焦点距離、ｆG1は前記前群の焦点距離、ｆG2は前記後群の焦点距離である。
  2. 前記後群は、少なくとも２枚の正レンズと開口絞りを有し、
    前記後群の最も像側のレンズは、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面であることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
  3. 物体側から順に、負屈折力の前群、正屈折力の後群とを有する結像光学系において、
    前記前群は、物体側から順に、負屈折力の第１レンズと、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズとを有し、
    前記後群は、少なくとも２枚の正レンズと開口絞りを有し、
    前記第１レンズは、物体側の面が光軸近傍では凹面であって光軸から離れるに従って負屈折力が弱くなる非球面であり、かつ、像側の面が少なくとも光軸近傍では凹面であり、
    前記後群の最も像側のレンズは、物体側の面が少なくとも光軸近傍では凸面であり、かつ、像側の面が光軸近傍では凸面であって光軸から離れるに従って正屈折力が弱くなる非球面であることを特徴とする結像光学系。
  4. 前記第１レンズの物体側の面が、光軸近傍では凹面となりレンズ外周部近傍では凸面となるように、光軸からの距離に従って屈折力を変化させた非球面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の結像光学系。
  5. 次の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結像光学系。
    １．７ ＜ ｎ1 ＜ ２．２ ・・・（３）
    但し、ｎ1は前記第１レンズのｄ線の屈折率である。
  6. 前記第１レンズの材質が、ガラスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学系。
  7. 次の条件式を満足することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の結像光学系。
    ０．２ ＜ ｜ｆG1F｜／ｆG2F ＜ ０．５ ・・・（４）
    但し、ｆG1Fは前記第１レンズの焦点距離、ｆG2Fは前記後群の最も物体側の正レンズの焦点距離である。
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