JP2017090802A - 光学系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、従来よりも小型、高性能、且つ、大口径の光学系及び撮像装置を提供することにある。
【解決手段】上記課題を解決するため、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、複数のレンズを備える後続レンズ群とから構成され、前記第１レンズと前記第２レンズとは所定の間隔を開けて配置され、前記第２レンズは物体側に凹のメニスカス形状を有し、所定の条件を満足することを特徴とする光学系を提供する。
【選択図】図１

Description

本件発明は、光学系及び撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適な光学系及び当該光学系を備えた撮像装置に関する。

従来より、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が普及している。例えば、一眼レフカメラ、ミラーレス一眼カメラ、デジタルスチルカメラ等のユーザによって携帯可能な撮像装置の他、監視用撮像装置、車載用撮像装置等のように、建造物或いは車体等に据付固定されて特定の目的の下で使用される据付固定型の撮像装置の普及も進んでいる。いずれの撮像装置においても、その高性能化、小型化の進展は著しく、これらの撮像装置に用いられる光学系についても一層の高性能化、小型化等が求められている。また、据付固定型の撮像装置では、画角の広い光学系が求められる傾向にある。一つの撮像装置で撮像可能な範囲が広くなるためである。

このような光学系として、例えば、特許文献１〜特許文献３に示す光学系が知られている。これらの光学系はいずれも物体側から順に、負レンズ、正レンズ及び後続レンズを備え、比較的広い画角を達成すると共に、高性能化及び小型化を図っている。以下、具体的に説明する。

特許文献１には、物体側から順に、負レンズ及び正レンズと、これらのレンズに後続する３枚又は４枚のレンズとによって構成された広角系の光学系が開示されている。この特許文献１に記載の光学系は、プラスチックレンズを用いて光学系を構成している。そのため、当該光学系の軽量化及び低コスト化が図られている。

特許文献２には、物体側から順に、負レンズ及び正レンズと、これに後続する接合レンズ及び正レンズとによって構成された光学系が開示されている。この特許文献２に記載の光学系は、当該構成等を採用することにより、偏芯誤差を含む製造誤差が結像性能へ及ぼす影響を少なくしている。

特許文献３には、物体側から順に、負レンズ及び正レンズと、これに後続する正レンズ、負レンズ及び正レンズとによって構成された光学系が開示されている。この特許文献３に記載の光学系は全て球面ガラスレンズで構成することにより、明るい大口径の光学系を得ると共に、環境耐性を高めている。

特開平１１−１４２７３０号公報 特開２００１−２１８００号公報 特開２０１０−１０７５３２号公報

ところで、監視用撮像装置等の据付固定型の撮像装置は、被写体側からみたとき撮像装置の存在が目立たないことが求められる。従って、このような撮像装置の光学系では、最も物体側に配置されるレンズの外径（いわゆる前玉径）が小さいことが求められる。しかしながら、上記特許文献１〜特許文献３に記載の光学系はいずれも、最も物体側に配置される正レンズの外径は、次に配置される負レンズの外径よりも大きく、前玉径の小型化が十分ではない。

また、上記据付固定型の撮像装置は昼夜問わず使用されることが多い。従って、大口径の明るい光学系であることが求められる。大口径の明るい光学系であれば、夜間等の低光量下であっても良好に被写体像を取得することができる。しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載の光学系のＦｎｏは２．０〜４．０程度と明るい光学系ではあるものの、夜間等において鮮明な被写体像を取得するには明るさが不足している。

そこで、本発明の課題は、従来よりも小型、高性能、且つ、大口径の光学系及び撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本件発明に係る光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、複数のレンズを備える後続レンズ群とから構成され、前記第１レンズと前記第２レンズとは所定の間隔を開けて配置され、前記第２レンズは物体側に凹のメニスカス形状を有し、下記条件を満足することを特徴とする。

１．０ ＜ ｜ｆ１｜／ｆ ＜ １．８ ・・・（１）
０．０１ ＜ ｄ_１−２／ｆ ＜ １．５ ・・・（２）

但し、
ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
ｆ ：当該光学系全系の焦点距離
ｄ_１−２ ：前記第１レンズと前記第２レンズとの光軸上の間隔
である。

また、本件発明の撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系の像面側に、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

本件発明によれば、従来よりも小型、高性能、且つ、大口径の光学系及び撮像装置を提供することができる。

本件発明の実施例１の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例１の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 本件発明の実施例２の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例２の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 本件発明の実施例３の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例３の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 本件発明の実施例４の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例４の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 本件発明の実施例５の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例５の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 本件発明の実施例６の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。 実施例６の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。

以下、本件発明に係る光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。

１．光学系
１−１．光学系の構成
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、複数のレンズを備える後続レンズ群とから構成され、前記第１レンズと前記第２レンズとは所定の間隔を開けて配置され、前記第２レンズは物体側に凹のメニスカス形状を有し、条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。まず、本件発明に係る光学系の構成について説明し、条件式に関する事項は後で説明するものとする。

本件発明に係る光学系は、物体側から順に所定の間隔を開けて第１レンズと第２レンズとを配置している。第１レンズは負の屈折力を有し、第２レンズは正の屈折力を有するレンズである。第２レンズは、物体側に凹のメニスカス形状を有する。そのため、第１レンズと第２レンズとの間に形成される空気レンズは、像側面が物体側に凸の形状を有する。このようなレンズ構成を採用すると共に、条件式（１）及び条件式（２）を満足させることにより、従来よりも小型、高性能、且つ、大口径の光学系を得ることができる。特に、第１レンズの外径を第２レンズの外径よりも小さくすることが可能になる。そのため、当該光学系を、例えば、監視用撮像装置等の光学系として用いたときに、前玉径を従来よりも小さくすることができ、被写体側からみたとき撮像装置の存在を目立たなくすることが可能になる。以下、各レンズの構成について説明する。

（１）第１レンズ
第１レンズは、上述したとおり、負の屈折力を有するレンズであれば、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。しかしながら、第１レンズの像側面は凹面であることが好ましい。第１レンズの像側面が凹面であると、上記空気レンズの物体側及び像側がそれぞれ凸形状となる。第１レンズと第２レンズとの間に両凸形状の空気レンズを設けることにより、球面収差及び像面収差をより良好に補正することが可能になる。従って、当該光学系の光学性能をより良好にすることができるという観点から、第１レンズの像側面が凹面であることが好ましい。

また、第１レンズは、物体側面及び像側面がそれぞれ凹面の両凹レンズであることがより好ましい。第１レンズの両面を凹面とすることにより、第１レンズに配置する負の屈折力を物体側面と像側面とに分散させることができる。そのため、偏心による片ボケの劣化を抑制することができる。これにより、第１レンズに強い負の屈折力を配置し、第１レンズの小型化（小径化）を図ったときも、良好な光学性能を確保することがより容易になる。なお、片ボケとは、撮像画像の周辺部（中心ではない部分）において、右周辺部又は左周辺部等、一方向だけ解像度が低下する現象をいう。

（２）第２レンズ
第２レンズは、正の屈折力を有し、且つ、物体側に凹のメニスカス形状を有するレンズであれば、特に限定されるものではない。しかしながら、より良好な光学性能を確保する上で、当該第２レンズの物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面が非球面であることが好ましい。第２レンズの少なくとも一面を非球面とすることにより、コマ収差、像面湾曲を良好に補正することができる。

（３）後続レンズ群
本件発明に係る光学系は、第２レンズの像側に後続レンズ群を備える。当該後続レンズ群は、第２レンズの像側に配置される全レンズにより構成されるものとする。本件発明において、後続レンズ群の屈折力は特に限定されるものではない。また、後続レンズ群を構成するレンズ枚数が複数であれば、その具体的な枚数も特に限定されるものではない。第１レンズ及び第２レンズの構成が上述のとおりであり、且つ、条件式（１）及び条件式（２）を満足すれば、本件発明の課題を解決することができる。

但し、後続レンズ群を構成するレンズ枚数が多い方が、当該光学系に要求される光学性能を満足させることがより容易になる。一方、当該光学系の小型化を図る上で、後続レンズ群を構成するレンズ枚数は少ない方が好ましい。このような観点から、後続レンズ群を構成するレンズ枚数は、２枚又は３枚であることが好ましい。

第１レンズが負の屈折力を有し、第２レンズが正の屈折力を有することから、当該光学系の高性能化、小型化及び大口径化を図る上で、後続レンズ群は以下の構成であることが好ましい。例えば、後続レンズ群を２枚のレンズにより構成する場合、物体側から順に、正・負の屈折力配置、或いは、負・正の屈折力配置とすることが好ましい。また、後続レンズ群を３枚のレンズにより構成する場合、物体側から順に、正・負・正の屈折力配置、負・正・正の屈折力配置とすることが好ましい。当該構成を採用することにより、第１レンズに強い負の屈折力を配置した場合も、当該光学系の小型化及び大口径化を図ることが容易になり、且つ、高性能の光学系を得ることができる。

後続レンズ群を構成するレンズ枚数によらず、後続レンズ群において最も物体側に配置される第３レンズは正の屈折力を有することが好ましい。これにより、第２レンズと第３レンズとに正の屈折力を分散配置することができる。そのため、偏心による性能劣化を低減することができ、球面収差をより効果的に補正することが可能になる。一方、第３レンズが負の屈折力を有してもよいが、その場合は、第２レンズに強い正の屈折力を配置し、後続レンズ群を上述の負・正の屈折力配置を有する２枚構成とすることが考えられる。すなわち、物体側から正・負・正・負の４枚構成からなる光学系とすることができる。この場合も本件発明の目的を達成することができるが、例えば、Ｆｎｏが２．０以下の大口径の光学系を得るには、偏心敏感度が高くなり過ぎてしまい、歩留まり良く製造することが困難になる。また、この場合、球面収差の補正が困難となる。これらのことから、上述のとおり、後続レンズ群において最も物体側に配置される第３レンズは正の屈折力を有することが好ましい。

このとき、当該第３レンズは、両面が凸面の両凸レンズであることが好ましい。第３レンズの両面を凸面とすることにより、第３レンズに配置する正の屈折力を物体側面と像側面とに分散させることができる。そのため、偏心によるコマ収差の劣化を抑制することができ、良好な光学性能を確保することがより容易になる。

また、第３レンズの物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面を非球面とすることが好ましい。第３レンズの少なくとも一面を非球面とすることにより、球面収差を良好に補正することができ、より良好な光学性能を得ることができる。

（４）絞り
本件発明に係る光学系において、絞り（開口絞り）の配置は特に限定されるものではない。例えば、第１レンズと第２レンズとの間、第２レンズと後続レンズ群との間、後続レンズ群内に配置することができる。但し、後続レンズ群内に絞りを配置すると、第１レンズ及び第２レンズ等のレンズ径の大型化を招く。これと同時に、像面に対する結像光の入射角度が大きくなり、撮像素子に配置されるフォトダイオードに適切に入射することが困難となる。その結果、適正露出の確保が困難となるため、感度ムラ（シェーディングムラ）や周辺の色付きが発生してしまい好ましくない。

１−２．条件式
次に、本件発明に係る光学系が満足すべき条件、又は、満足することが好ましい条件について説明する。

まず、本件発明に係る光学系は、以下の条件式（１）及び条件式（２）で表される条件を満足するものとする。

１．０ ＜ ｜ｆ１｜／ｆ ＜ １．８ ・・・（１）
０．０１ ＜ ｄ_１−２／ｆ ＜ １．５ ・・・（２）

但し、
ｆ１ ：第１レンズの焦点距離
ｆ ：当該光学系全系の焦点距離
ｄ_１−２ ：第１レンズと第２レンズとの光軸上の間隔
である。

１−２−１．条件式（１）
上記条件式（１）は、当該光学系全体の焦点距離に対する第１レンズの焦点距離の比を規定した式である。条件式（１）を満足することにより、第１レンズの屈折力が適正な範囲内となり、良好な光学性能を得ることができ、且つ、外径の小さな第１レンズを用いて当該光学系を構成することができる。そのため、当該光学系を例えば、監視用撮像装置等の光学系として用いたときに、前玉径を従来よりも小さくすることができる。例えば、第２レンズの外径よりも、第１レンズの外径を小さくすることも可能になる。そのため、被写体側からみたとき撮像装置の存在を目立たなくすることが可能になる。

これに対して、条件式（１）の数値が下限値以下になると、第１レンズの屈折力が強くなりすぎる。この場合、球面収差の補正が困難となり、良好な光学性能を確保することが困難となる。一方、条件式（１）の数値が上限値以上になると、第１レンズの屈折力が弱くなりすぎる。この場合、大口径化を図ると共に良好な光学性能を維持するためには、第１レンズの外径を大きくする必要がある。すなわち、前玉径を小さくすることが困難になる。そのため、被写体側からみたときの撮像装置の存在を目立たなくすることが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（１ａ）を満足することが好ましく、下記条件式（１ｂ）を満足することがより好ましい。但し、上記条件式（１）において、下記条件式（１ａ）及び下記条件式（１ｂ）の上限値又は下限値のいずれか一方を採用してもよいのは勿論である。他の条件式においても、同様である。

１．０２ ＜ ｜ｆ１｜／ｆ ＜ １．５８ ・・・（１ａ）
１．０５ ＜ ｜ｆ１｜／ｆ ＜ １．３５ ・・・（１ｂ）

１−２−２．条件式（２）
上記条件式（２）は、当該光学系全体の焦点距離に対する第１レンズと第２レンズとの光軸上の間隔を規定した式である。但し、第１レンズと第２レンズとの光軸上の間隔とは、第１レンズと第２レンズとの間に形成される空気レンズの面間隔をいう。条件式（２）を満足することにより、第１レンズと第２レンズとの間に形成される空気レンズにより諸収差を良好に補正することができ、良好な光学性能を有する光学系を得ることができる。また、当該条件式（２）を満足することにより、当該空気レンズの面間隔が適切な範囲内となり、当該光学系をコンパクトに構成することができる。

これに対して、条件式（２）の数値が下限値以下になると、第１レンズと第２レンズとの間に形成される空気レンズによる収差補正効果を得ることが困難になる。この場合、特に、像面湾曲を補正することが困難になり、良好な光学性能が得られなくなる。一方、条件式（２）の数値が上限値以上になると、当該空気レンズの面間隔が大きくなりすぎる。そのため、当該光学系の全長が長くなり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（２ａ）を満足することが好ましく、条件式（２ｂ）を満足することがより好ましい。

０．０５ ＜ ｄ_１−２／ｆ ＜ １．３５ ・・・（２ａ）
０．１０ ＜ ｄ_１−２／ｆ ＜ １．２０ ・・・（２ｂ）

１−２−３．条件式（３）
本件発明に係る光学系は、以下の条件式（３）で表される条件を満足することが好ましい。

１．０ ＜ ｆ２／ｆ ＜ １５．０ ・・・（３）
但し、
ｆ２ ：第２レンズの焦点距離
である。

条件式（３）は、当該光学系全体の焦点距離に対する第２レンズの焦点距離の比を規定した式である。条件式（３）を満足することにより、第２レンズの屈折力が適正な範囲内となり、より良好な光学性能を得ることができる。また、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。

これに対して、条件式（３）の数値が下限値以下になると、第２レンズの屈折力が強くなりすぎる。この場合、コマ収差や像面湾曲の補正が困難となり、良好な光学性能を確保することが困難となる。さらに、偏心敏感度が高くなるため、レンズの組付を精度よく行う必要があり、生産性が低下する。一方、条件式（３）の数値が上限値以上になると、第２レンズにおける入射光束の収斂効果が弱くなり、当該光学系の全長が長くなる。このため、当該光学系の小型化を図る上で好ましくない。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記の条件式（３ａ）を満足することが好ましく、条件式（３ｂ）を満足することがより好ましい。

１．２ ＜ ｆ２／ｆ ＜ １１．９ ・・・（３ａ）
１．５ ＜ ｆ２／ｆ ＜ ８．８ ・・・（３ｂ）

１−２−４．条件式（４）
本件発明に係る光学系において、後続レンズ群が物体側から順に正の屈折力を有する第３レンズ、負の屈折力を有する第４レンズ及び正の屈折力を有する第５レンズから構成されるとき、以下の条件式（４）で表される条件を満足することが好ましい。なお、後述する条件式（５）〜条件式（１０）についても同様である。

ν５ ＞ ６０．０ ・・・（４）
但し、
ν５ ：第５レンズのｄ線に対するアッベ数であり、ｄ線は波長５８７．５６ｎｍの光線をいう。

条件式（４）は、第５レンズのｄ線に対するアッベ数を規定する式である。条件式（４）を満足することにより、後続レンズ群を上記構成としたときにより良好な光学性能を得ることが容易になる。また、当該条件式（４）を満足する硝材は、屈折率の温度係数が負であることが多い。屈折率の温度係数が負の硝材を用いて第５レンズを構成すれば、雰囲気温度の変化に伴う当該光学系の合焦位置の変動を抑制することが可能になる。そのため、当該光学系を屋外等で使用されることの多い上記据付設置型の撮像装置の光学系としてより好適なものとすることができる。なお、この点については後述する。

これに対して、条件式（４）の数値が下限値以下になると、軸上色収差及び倍率色収差が悪化し、後続レンズ群を上記構成としたときの光学性能が低下するため好ましくない。また、条件式（４）の数値が下限値以下の硝材は、屈折率の温度係数が正の硝材が多く、上述した雰囲気温度の変化に伴う当該光学系の合焦位置の変動を抑制することが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（４ａ）を満足することが好ましい。

９６ ＞ ν５ ＞ ６５．０ ・・・（４ａ）

１−２−５．条件式（５）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（５）で表される条件を満足することが好ましい。

ν５−ν３ ＞ １０．０ ・・・（５）
但し、
ν３ ：第３レンズのｄ線に対するアッベ数
である。
なお、ν５及びｄ線は上述したとおりである。

条件式（５）は、第５レンズのアッベ数と第３レンズのアッベ数との差を規定する式である。条件式（５）を満足することにより、後続レンズ群を上記構成としたときに、より良好な光学性能を得ることができる。

これに対して、条件式（５）の数値が下限値以下になると、軸上色収差及び倍率色収差が悪化し、後続レンズ群を上記構成としたときの光学性能が低下するため好ましくない。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（５ａ）を満足することが好ましい。

３５ ＞ ν５−ν３ ＞ １５．０ ・・・（５ａ）

ここで、後続レンズ群を上記構成としたとき、条件式（４）及び条件式（５）を共に満足することが、より良好な光学性能を得る上で好ましい。このとき、第５レンズを構成する硝材の屈折率の温度係数（ｄｎ／ｄＴ）が負であり、第３レンズを構成する硝材の屈折率の温度係数が正であることがさらに好ましい。第３レンズ及び第５レンズの各硝材の屈折率の温度係数が上記関係を満足する場合、雰囲気温度の変化に伴う合焦位置の変動を抑制して、雰囲気温度によらず鮮明な被写体像を取得することが容易になる。そのため、当該光学系を上述した据付設置型の撮像装置の光学系としてより好適に用いることができる。これに対して、第３レンズと第５レンズの屈折率の温度係数の符号が上記関係を満足しない場合、雰囲気温度の変化に伴う合焦位置の変動を抑制することができず、当該光学系を据付設置型の撮像装置の光学系として用いることが困難になる。これは次の理由による。

上記据付設置型の撮像装置は屋外で使用される場合が多い。屋外では雰囲気温度の変化も大きい。一方、光学系は所定の設計温度（例えば、常温）下において最適な光学性能を発揮するように設計される。そのため、当該光学系が設計温度と温度差の大きい環境下で使用された場合に、合焦位置が変動するなど、設計通りの光学性能を発揮できない場合がある。このとき、第３レンズ及び第５レンズの屈折率の温度係数の符号が逆であると、第３レンズと第５レンズとによって温度変化に伴う屈折率変化を相殺することができる。そのため、雰囲気温度の変化に伴う合焦位置の変動を抑制することができる。一方、第３レンズ及び第５レンズの屈折率の温度係数の符号が同じである場合、温度変化に伴う屈折率変化を相殺することができない。そのため、上述のとおり雰囲気温度の変化に伴う合焦位置の変動を抑制することができず、当該光学系を据付設置型の撮像装置の光学系として用いることが困難になる。

１−２−６．条件式（６）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（６）で表される条件を満足することが好ましい。

０．２ ＜ ｆ３／ｆ５ ＜ １．５ ・・・（６）
但し、
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｆ５：第５レンズの焦点距離
である。

条件式（６）は、第５レンズの焦点距離に対する第３レンズの焦点距離の比を規定する式である。条件式（６）を満足することにより、後続レンズ群を上記構成としたときに、より良好な光学性能を得ることができると共に、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。

これに対して、条件式（６）の数値が下限値以下になると、第５レンズの屈折力に比して第３レンズの屈折力が強く、第３レンズにおける入射光束の収斂効果が強くなりすぎる。そのため、球面収差が悪化し、良好な光学性能を得ることが困難になる。また、この場合、第３レンズの屈折力に比して第５レンズの屈折力が弱く、第５レンズにおける入射光束の収斂効果が弱くなりすぎる。そのため、光学全長が長くなり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。

一方、条件式（６）の数値が上限値以上になると、第５レンズの屈折力に比して第３レンズの屈折力が弱く、後続する第４レンズ及び第５レンズの外径を大きくする必要がある。その場合、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。また、この場合、第３レンズの屈折力に比して第５レンズの屈折力が強く、第５レンズにおける入射光束の収斂効果が強くなりすぎる。そのため、球面収差や像面湾曲の補正が困難となり、良好な光学性能を得ることが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（６ａ）を満足することが好ましく、条件式（６ｂ）を満足することがより好ましい。

０．３ ＜ ｆ３／ｆ５ ＜ １．２ ・・・（６ａ）
０．４ ＜ ｆ３／ｆ５ ＜ １．０ ・・・（６ｂ）

１−２−７．条件式（７）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（７）で表される条件を満足することが好ましい。

０．４ ＜ ｜ｆ４｜／ｆ ＜ ３．５ ・・・（７）
但し、
ｆ４：第４レンズの焦点距離
である。

条件式（７）は、当該光学系全体の焦点距離に対する第４レンズの焦点距離の比を規定する式である。条件式（７）を満足することにより、後続レンズ群を上記構成としたときに、より良好な光学性能を得ることができると共に、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。

これに対して、条件式（７）の数値が下限値以下になると、第４レンズの屈折力が強くなりすぎて、像面湾曲の補正が困難になる。そのため、良好な光学性能を得ることが困難になる。一方、条件式（７）の数値が上限値以上になると、第４レンズの屈折力が弱く、第４レンズにおける入射光束の発散効果が弱くなる。そのため、所望の像高を確保するには、当該光学系の全長を長くする必要があり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（７ａ）を満足することが好ましく、条件式（７ｂ）を満足することがより好ましい。

０．５ ＜ ｜ｆ４｜／ｆ ＜ ３．３ ・・・（７ａ）
０．７ ＜ ｜ｆ４｜／ｆ ＜ ３．０ ・・・（７ｂ）

１−２−８．条件式（８）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（８）で表される条件を満足することが好ましい。

０．５ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ２．０ ・・・（８）
但し、
ｆ３：第３レンズの焦点距離
である。

条件式（８）は、当該光学系全体の焦点距離に対する第３レンズの焦点距離の比を規定する式である。条件式（８）を満足することにより、後続レンズ群を上記構成としたときに、より良好な光学性能を得ることができると共に、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。

これに対して、条件式（８）の数値が下限値以下になると、第３レンズの屈折力が強くなりすぎて、球面収差の補正が困難になる。そのため、良好な光学性能を得ることが困難になる。一方、条件式（８）の数値が上限値以上になると、第３レンズの屈折力が弱く、第３レンズにおける入射光束の収斂効果が弱くなる。そのため、当該光学系の全長が長くなり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（８ａ）を満足することが好ましく、条件式（８ｂ）を満足することがより好ましい。

０．６ ＜ ｆ３／ｆ ＜ １．８ ・・・（８ａ）
０．８ ＜ ｆ３／ｆ ＜ １．７ ・・・（８ｂ）

１−２−９．条件式（９）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（９）で表される条件を満足することが好ましい。

０．０ ＜ （ｒ_４１＋ｒ_４２）／（ｒ_４１−ｒ_４２） ＜ １．０ ・・・（９）
但し、
ｒ_４１：第４レンズの物体側面の近軸曲率半径
ｒ_４２：前記第４レンズの像側面の近軸曲率半径
である。

条件式（９）は、第４レンズの形状を規定する式である。後続レンズ群を上記構成としたときに、第４レンズの形状が条件式（９）を満足する場合、像面（固体撮像素子表面等）において反射した光が第４レンズの像側面に入射したときも、その反射光が像面に再入射することを抑制することができる。そのため、ゴースト等の発生を防止して、より良好な光学性能を得ることが容易になる。

これに対して、条件式（９）の数値が下限値以下になると、第４レンズの物体側面が像側面よりも強い曲率を有する。すなわち、像側面の曲率が緩くなる。そのため、像面において反射した光が第４レンズの像側面に入射した場合、その反射光が像面に再入射し易くなる。像面に再入射した光によって、ゴースト等が生じるおそれがあり、良好な光学性能を確保することが困難になる。一方、条件式（９）の数値が上限値以上になると、第４レンズの物体側面が凸形状となる。この場合、第４レンズの形状が物体側に凸のメニスカス形状に近づく。そのため、第４レンズが有する負の屈折力を、物体側面と像側面とに分散配置することが困難になる。その場合、偏心時に発生するコマ収差を抑制することが困難になり、良好な光学性能を確保することが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（９ａ）を満足することが好ましく、条件式（９ｂ）を満足することがより好ましい。

０．０２ ＜ （ｒ_４１＋ｒ_４２）／（ｒ_４１−ｒ_４２） ＜ ０．９５ ・・・（９ａ）
０．０５ ＜ （ｒ_４１＋ｒ_４２）／（ｒ_４１−ｒ_４２） ＜ ０．８５ ・・・（９ｂ）

１−２−１０．条件式（１０）
本件発明に係る光学系は、後続レンズ群が上記正・負・正の３枚のレンズから構成されるとき、以下の条件式（１０）で表される条件を満足することが好ましい。

−０．９ ＜ （ｒ_５１＋ｒ_５２）／（ｒ_５１−ｒ_５２） ＜ ０．０ ・・・（１０）
但し、
ｒ_５１：前記第５レンズの物体側面の近軸曲率半径
ｒ_５２：前記第５レンズの像側面の近軸曲率半径
である。

条件式（１０）は、第５レンズの形状を規定する式である。後続レンズ群を上記構成としたときに、第５レンズの形状が条件式（１０）を満足する場合、球面収差等の補正を良好に行うことができる。また、像面（固体撮像素子表面等）や光学フィルタ等において反射した光が第５レンズの像側面に入射したときも、その反射光が像面等に再入射することを抑制することができる。そのため、ゴースト等の発生を防止することができる。これらのことから、より良好な光学性能を得ることが容易になる。

これに対して、条件式（１０）の数値が下限値以下になると、第５レンズの物体側面が像側面よりも強い曲率を有する。その場合、球面収差の補正が困難となり、良好な光学性能を確保することが困難になる。また、この場合、第５レンズの像側面の曲率が緩く、像側面における光束の収斂効果が十分でなくなる。そのため、当該光学系の全長が長くなり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。

一方、条件式（１０）の数値が上限値以上になると、第５レンズの像側面が物体側面よりも強い曲率を有する。すなわち、物体側面の曲率が緩くなる。そのため、像面等において反射した光が第５レンズに入射して物体側面に到達した場合、その物体側面における反射光が像面等に再入射し易くなる。像面に再入射した光によって、ゴースト等が生じるおそれがあり、良好な光学性能を確保することが困難になる。

これらの効果を得る上で、本件発明に係る光学系は、下記条件式（１０ａ）を満足することが好ましく、条件式（１０ｂ）を満足することがより好ましい。

−０．７６ ＜ （ｒ_５１＋ｒ_５２）／（ｒ_５１−ｒ_５２） ＜ −０．５ ・・・（１０ａ）
−０．６１ ＜ （ｒ_５１＋ｒ_５２）／（ｒ_５１−ｒ_５２） ＜ −０．１ ・・・（１０ｂ）

以上説明した本件発明に係る光学系は、画角が６３度〜８４度、特に７０度〜７５度の広角化を図った場合も、Ｆ値が２．０以下、より好ましくは１．８以下、さらに好ましくは１．７以下の大口径の明るい光学系を得ることができる。また、本件発明に係る光学系は、全てガラスレンズを用いて構成することができる。そのため、プラスチックレンズ、或いは、樹脂フィルム又は樹脂接着剤を用いる接合レンズを用いて光学系を構成する場合と比較すると、雰囲気温度の変化に伴う合焦位置の変動を抑制することができる。

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系の像面側に設けられた、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。

ここで、撮像素子等に特に限定はなく、ＣＣＤセンサ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの固体撮像素子等も用いることができる。本件発明に係る撮像装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のこれらの固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよいし、一眼レフカメラやミラーレス一眼カメラ等のレンズ交換式の撮像装置であってもよいのは勿論である。

特に、本件発明に係る撮像装置は、監視用撮像装置、車載用撮像装置等のように、建造物或いは車体等に据付固定され、特定の目的の下で使用される据付固定型の撮像装置に好適である。これらの用途の撮像装置は、被写体側から当該撮像装置の存在を目立たないようにすることが求められる。本件発明に係る光学系は、前玉径を従来の光学系と比較して小さくすることができ、従来と比較して小型、高性能、且つ、大口径を実現することができる。また、前玉径を従来の光学系と比較して小さくすることができる。そのため、１台の撮像装置で広範囲を撮像可能であり、夜間等の低光量下においても鮮明な画像を得ることができ、且つ、前玉部分を被写体側から目立たなくすることが可能になる。従って、本件発明に係る光学系を備える撮像装置は、上記用途の撮像装置に好適である。

次に、実施例および比較例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に挙げる各実施例の光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置（光学装置）に用いられる撮像光学系であり、特に、監視用撮像装置等の据付設置型の撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が物体側、右方が像面側である。

（１）光学系の構成
図１は、本件発明に係る実施例１の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、複数のレンズを備える後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとの間には、開口絞りＳＰが配置されている。開口絞りＳＰは、物体側から像面ＩＰ側に入射する光束の径（光量）を制限するものである。
後続レンズ群ＧＲと、像面ＩＰとの間には、光学ブロックＧが配置されている。光学ブロックＧは、光学フィルタや、フェースプレート、水晶ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等に相当するものである。

実施例１の光学系を用いて撮像装置を構成したとき、像面ＩＰは固体撮像素子の撮像面に相当する。固体撮像素子として、上述したＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子を用いることができる。なお、撮像装置が銀塩フィルムカメラである場合、当該像面ＩＰはフィルム面に相当する。なお、上記ＳＰ、ＩＰ、Ｇ等の表記は以下の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１に当該光学系のレンズデータを示す。表１（１Ａ）において、「面番号」は物体側から数えたレンズ面の順番、「ｒ」はレンズ面の曲率半径、「ｄ」はレンズ面の光軸上の間隔、「ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、「νｄ」はｄ線に対するアッベ数を示している。但し、レンズ面が非球面である場合、面番号の手前に※印を付している。また、非球面である場合には、「ｒ」の欄にはその近軸曲率半径を示している。

表１（１Ｂ）には、当該光学系の諸データである。具体的には、当該光学系の焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー（Ｆ値）、半画角（°）、像高（ｍｍ）、レンズ全長（ｍｍ）、バックフォーカス（ＢＦ）（ｍｍ）を示している。ここで、当該レンズ全長は、第１レンズの物体側面から、後続レンズ群において最も像面側に配置されたレンズ、ここでは第５レンズの像側面までの光軸上の距離に、バックフォーカスを加えた値である。また、バックフォーカスは、後続レンズ群において最も像面側に配置されたレンズ（第５レンズ）の像側面から近軸像面までの距離を空気換算した値である。

表１（１Ｃ）には、表１（１Ａ）において示した非球面について、その形状を下記式で定義した場合の非球面係数を示す。表１（１Ｃ）において、「Ｅ−ａ」は「×１０^−ａ」を示す。

z=ch²/[1+{1-(1+k)c²h²}^1/2]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰・・・
但し、c：曲率（1/r）、h：光軸からの高さ、k：円錐係数（コーニック定数）、A4、A6、A8、A10・・・：各次数の非球面係数である。また、非球面係数及びコーニック定数の数値における「Ｅ±ｍ」（ｍは整数を表す。）という表記は、「×１０^±ｍ」を意味している。

また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。これらの各表に関する事項は、他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。

また、図２に当該実施例１の光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。図２に示す縦収差図は、図面に向かって左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。

球面収差図において、縦軸は、Ｆナンバー（Ｆｎｏ）を表す。また、ｄ線（波長587.56nm）における球面収差を実線、Ｃ線（波長656.27nm）における球面収差を長破線、ｇ線（波長435.84nm）における球面収差を短破線で示している。

非点収差図において、縦軸は像高（ｙ）を表す。また、ｄ線（波長587.56nm）におけるサジタル光線ΔＳ（実線）及びメリディオナル光線ΔＭ（破線）の非点収差を示している。

歪曲収差図において、縦軸は像高（ｙ）を表す。また、ｄ線（波長587.56nm）における歪曲収差（ディストーション）を実線で示している。これらの縦収差図に関する事項は、他の実施例で示す縦収差図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

（１）光学系の構成
図３は、本件発明に係る実施例２の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２（２Ａ）は、当該光学系のレンズデータであり、表２（２Ｂ）は、当該光学系の諸データであり、表２（２Ｃ）は表２（２Ａ）に示す非球面の非球面係数である。また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。さらに、図４に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図５は、本件発明に係る実施例３の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表３（３Ａ）は、当該光学系のレンズデータであり、表３（３Ｂ）は、当該光学系の諸データであり、表３（３Ｃ）は表３（３Ａ）に示す非球面の非球面係数である。また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。さらに、図６に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図７は、本件発明に係る実施例４の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表４（４Ａ）は、当該光学系のレンズデータであり、表４（４Ｂ）は、当該光学系の諸データであり、表４（４Ｃ）は表４（４Ａ）に示す非球面の非球面係数である。また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。さらに、図８に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図９は、本件発明に係る実施例５の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表５（５Ａ）は、当該光学系のレンズデータであり、表５（５Ｂ）は、当該光学系の諸データであり、表５（５Ｃ）は表５（５Ａ）に示す非球面の非球面係数である。また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。さらに、図１０に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

（１）光学系の構成
図１１は、本件発明に係る実施例６の光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示すレンズ断面図である。当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＧ１と、正の屈折力を有する第２レンズＧ２と、後続レンズ群ＧＲとから構成されている。後続レンズ群ＧＲは、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズＧ３と、負の屈折力を有する第４レンズＧ４と、正の屈折力を有する第５レンズとから構成されている。

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表６（６Ａ）は、当該光学系のレンズデータであり、表６（６Ｂ）は、当該光学系の諸データであり、表６（６Ｃ）は表６（６Ａ）に示す非球面の非球面係数である。また、表７に当該光学系の上記各条件式（１）〜条件式（１０）の数値を示す。さらに、図１２に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

Claims (14)

1. 物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、複数のレンズを備える後続レンズ群とから構成され、
   前記第１レンズと前記第２レンズとは所定の間隔を開けて配置され、前記第２レンズは物体側に凹のメニスカス形状を有し、
   下記条件を満足することを特徴とする光学系。
   １．０ ＜ ｜ｆ１｜／ｆ ＜ １．８ ・・・（１）
   ０．０１ ＜ ｄ_１−２／ｆ ＜ １．５ ・・・（２）
   但し、
   ｆ１ ：前記第１レンズの焦点距離
   ｆ ：当該光学系全系の焦点距離
   ｄ_１−２ ：前記第１レンズと前記第２レンズとの光軸上の間隔
   である。
2. 前記第１レンズは両凹レンズである請求項１に記載の光学系。
3. 前記第２レンズの物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面は非球面である請求項１又は請求項２に記載の光学系。
4. 以下の条件を満足する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学系。
   １．０ ＜ ｆ２／ｆ ＜ １５．０ ・・・（３）
   但し、
   ｆ２ ：前記第２レンズの焦点距離
   である。
5. 前記後続レンズ群の最も物体側に配置されるレンズは両凸レンズであり、その物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面は非球面である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学系。
6. 前記後続レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３レンズと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズとから構成される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学系。
7. 以下の条件を満足する請求項６に記載の光学系。
   ν５ ＞ ６０．０ ・・・（４）
   但し、
   ν５ ：前記第５レンズのｄ線に対するアッベ数であり、ｄ線は波長５８７．５６ｎｍの光線をいう。
8. 以下の条件を満足する請求項６又は請求項７に記載の光学系。
   ν５−ν３ ＞ １０．０ ・・・（５）
   但し、
   ν５ ：前記第５レンズのｄ線に対するアッベ数であり、
   ν３ ：前記第３レンズのｄ線に対するアッベ数であり、ｄ線は波長５８７．５６ｎｍの光線をいう。
9. 以下の条件を満足する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の光学系。
   ０．２ ＜ ｆ３／ｆ５ ＜ １．５ ・・・（６）
   但し、
   ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
   ｆ５：前記第５レンズの焦点距離
   である。
10. 以下の条件を満足する請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の光学系。
    ０．４ ＜ ｜ｆ４｜／ｆ ＜ ３．５ ・・・（７）
    但し、
    ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
    である。
11. 以下の条件を満足する請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の光学系。
    ０．５ ＜ ｆ３／ｆ ＜ ２．０ ・・・（８）
    但し、
    ｆ３：前記第３レンズの焦点距離
    である。
12. 前記第４レンズにおいて、その像側面の曲率半径はその物体側面の曲率半径よりも小さく、以下の条件を満足する請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の光学系。
    ０．０ ＜ （ｒ_４１＋ｒ_４２）／（ｒ_４１−ｒ_４２） ＜ １．０ ・・・（９）
    但し、
    ｒ_４１：前記第４レンズの物体側面の近軸曲率半径
    ｒ_４２：前記第４レンズの像側面の近軸曲率半径
    である。
13. 前記第５レンズにおいて、その像側面の曲率半径はその物体側面の曲率半径よりも大きく、以下の条件を満足する請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の光学系。
    −０．９ ＜ （ｒ_５１＋ｒ_５２）／（ｒ_５１−ｒ_５２） ＜ ０．０ ・・・（１０）
    但し、
    ｒ_５１：前記第５レンズの物体側面の近軸曲率半径
    ｒ_５２：前記第５レンズの像側面の近軸曲率半径
    である。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光学系と、当該光学系の像側に設けられ、前記光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

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