JP2017097263A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全系が小型で広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易な光学系の提供。
【解決手段】隣り合うレンズの光軸上の間隔のうち最も大きい間隔を境に、物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、像側に配置された正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を有する光学系において、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔Ｌ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１、全系の焦点距離ｆを各々適切に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えば全方位撮影やパノラマ撮影といった広視野の画像を得る際に好適なものである。

従来、全方位光学系、パノラマ撮像光学系、魚眼光学系といった超広視野光学系は、監視、遠隔操作、ＴＶ会議、医療用内視鏡、および科学的測量などの様々な分野で利用されている。このような分野では、広い撮像視野が得られること（広画角であること）と同時に、高い光学性能を有することが要求されている。広画角で高い光学性能を有する光学系として、物体側から像側へ順に負の屈折力の前群、開口絞り、正の屈折力の後群からなる光学系が知られている（特許文献１）。

超広視野の撮像画像を得るための手法として、複数の光学系で得られる撮像画像からパターンマッチング等の手法により複数の画像をつなぎ合わせる技術が知られている。その際、撮像装置を構成する各光学系の入射瞳位置が異なると、撮像画像間に視差が生じ、画像をつなぎ合わせる際にズレが生じてくる。このような撮像装置の各光学系間における、撮像画像間の視差を低減するようにした撮像装置が知られている（特許文献２、３）。

一般に一平面上に複数の光学系を配置すると撮像装置が大きくなる。このため、撮像画像間の視差を低減しつつ、撮像装置全体を小型化するには、構成する光学系の屈折力配置、レンズ構成等を適切に設定すると共に、各光学系を適切に配置することが必要となる。

全方位撮像光学系として、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群、光軸を９０度折り曲げる反射面、正の屈折力の後群を配置した撮像画角１８０°以上の光学系を２つ用いた撮像装置が知られている（特許文献４）。特許文献４では２つの光学系を物体側方向が互いに逆向きになるように組み合わせた小型の撮像装置を開示している。

特開２００４−１４５２５６号公報 特開２００４−１８４８６２号公報 特開２００２−３１４８６７号公報 特開２０１３−２５２５５号公報

特許文献１では、最も像側に正の屈折力の接合レンズを配置している。そして像高をＹ、全系の焦点距離をｆ、半画角をωとするとき、Ｙ＝ｆ×ｔａｎ（ω）を理想像高とした中心射影方式を用いて広画角ながら良好な光学性能を得ている。特許文献２の撮像装置では、光学系（レンズ前玉）と撮像素子を有する撮像部を複数、放射状に配置している。そして各光学系の入射瞳位置が撮像素子の後方になるように、光学系を構成するレンズの屈折力を設定している。撮像装置は、入射瞳位置を中心に同心円状に光学系を複数配置し、各光学系間の入射瞳位置のズレを低減している。

これにより、各光学系による撮像画像間の視差を低減して、画像合成により広視野の撮像画像を得る際、つなぎ目のズレを低減している。しかしながら、入射瞳を撮像素子の後方に配置すると、各光学系の撮影画角が小さくなり、広視野の撮像画像を得るには多数の光学系が必要となり、装置全体が大型化してくる。

特許文献３では、複数の光学系を有し、各光学系は光学系の入射瞳近傍に広い空気間隔を設けている。そして複数の光学系を各々の光学系の入射瞳が一致または近接して、各光学系の光路が一部交わるように配置している。この場合、入射瞳位置を光学系の前方に配置することができて、光学系の広画角化が容易となり、少ない光学系で広視野の撮像画像を得ることができる。しかしながら特許文献３では、広画角で入射瞳位置を一致または近接させ、広い空気間隔を有する光学系の具体的なレンズ構成が示されていない。

特許文献４では全天球型撮像装置に用いられる広角レンズを開示している。特許文献４では、撮像画角１８０°以上を有する広角レンズの入射瞳近傍に反射部材を配置している。反射部材を対面として２つの広角レンズを物体側方向が互いに逆向きになるように配置することにより、撮像画像間の視差を低減しつつ、撮像装置全体の小型化を図っている。

ところで、撮像画角１８０°以上を有する光学系は、特殊な射影方式により、撮像面の有限領域に被写体が投影が可能となっている。この特徴によって、一般的な中心射影（透視投影）方式で撮像する撮像装置などでは理論的に撮像できない超広視野像を撮像することができている。ところが、超広視野像を撮像するため魚眼光学系などの特殊な射影方式による光学系では、撮像の結果得られた画像において不可避的に被写体像の形状が歪んでしまう。特に画像周辺部において形状の歪みが大きく発生する。そのため、複数の画像を合成する際、各撮像画像のズレが大きくなってくる。

本発明は、全系が小型で広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易な光学系の提供を目的とする。

この他本発明は、複数の光学系からなる撮像装置において、各光学系を配置したときの入射瞳位置のズレが小さく、各光学系で得られる撮像画像をつなぎ合わせるときの各撮像画像の視差が少なく、良好なる画像が容易に得られる撮像装置の提供を目的とする。

本発明は、隣り合うレンズの光軸上の間隔のうち最も大きい間隔を境に、物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群と、像側に配置された正の屈折力の第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔をＬ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、
−０．６０＜ｆ１／Ｌ＜−０．１０
３．２０＜Ｌ／ｆ＜５．５０
なる条件式を満足することを特徴としている。

この他本発明は、該複数の光学系は、各光学系の前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間の光軸上の一点で各光学系の光軸が互いに交差するように配置されていることを特徴としている。

本発明は、全系が小型で広画角でありながら画面全域で高画質の画像を得るのが容易な光学系が得られる。

この他本発明は、複数の光学系からなる撮像装置において、各光学系を配置したときの入射瞳位置のズレが小さく、各光学系で得られる撮像画像をつなぎ合わせるときの各撮像画像の視差が少なく、良好なる画像が容易に得られる撮像装置が得られる。

実施例１の無限遠物体合焦におけるレンズ断面図 （ａ）、（ｂ） 実施例１の無限遠物体合焦と物体距離１．０ｍ合焦における収差図 実施例２の無限遠物体合焦におけるレンズ断面図 （ａ）、（ｂ） 実施例２の無限遠物体合焦と物体距離１．０ｍ合焦における収差図 実施例３の無限遠物体合焦におけるレンズ断面図 （ａ）、（ｂ） 実施例３の無限遠物体合焦と物体距離１．０ｍ合焦における収差図 実施例４の無限遠物体合焦におけるレンズ断面図 （ａ）、（ｂ） 実施例４の無限遠物体合焦と物体距離１．０ｍ合焦における収差図 本発明の撮像装置の水平方向における要部概略図 本発明の撮像装置の垂直方向における要部概略図

以下、本発明の光学系及びそれを有する撮像装置について説明する。図１は実施例１の光学系の無限遠物体に合焦（フォーカス）しているときのレンズ断面図である。図２（ａ）は実施例１の無限遠物体に合焦しているときの収差図である。図２（ｂ）は実施例１の物体距離１．０ｍに合焦しているときの収差図である。ここで物体距離とは後述する数値データをｍｍ単位で表したときの像面からの距離である。これは以下全て同じである。

図３は実施例２の光学系の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図４（ａ）は実施例２の無限遠物体に合焦しているときの収差図である。図４（ｂ）は実施例２の物体距離１．０ｍに合焦しているときの収差図である。図５は実施例３の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図６（ａ）は実施例３の無限遠物体に合焦しているときの収差図である。図６（ｂ）は実施例３の物体距離１．０ｍに合焦しているときの収差図である。

図７は実施例４の無限遠物体に合焦しているときのレンズ断面図である。図８（ａ）は実施例４の無限遠物体に合焦しているときの収差図である。図８（ｂ）は実施例４の物体距離１．０ｍに合焦しているときの収差図である。図９は本発明の撮像装置を作成する複数の光学系の水平方向の配置図の例である。図１０は本発明の撮像装置を構成する複数の光学系の垂直方向の配置図の例である。

図１、図３、図５、図７のレンズ断面図において、左側が物体側、右側が像側である。Ｌ０は光学系である。Ｌ１は第１レンズ群、Ｌ２は第２レンズ群を表す。ＦＬはフォーカス群である。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。光学系が、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどに用いられる場合、像面はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する。

また、光学系が銀塩フィルムカメラに用いられる場合、像面は、フィルム面に相当する。フィルムに撮影された画像を画像処理装置に読み込み、画像合成処理を行っても良い。フォーカスに関する矢印はフォーカシング時の移動方向を示している。

球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーである。またｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）である。非点収差図でＭはｄ線におけるメリディオナル像面であり、Ｓはｄ線におけるサジタル像面である。歪曲収差図はｄ線について示している。倍率色収差図はｄ線に対するｇ線について示している。ωは半画角（度）である。

本発明の光学系は、射影方式として、等距離射影方式を採用している。ここで等距離射影方式とは光学系の焦点距離をｆ、撮像画角をθ（ラジアン）、像の大きさをｙとするとき、
ｙ＝ｆ・θ
で表される射影方式をいう。よって、歪曲収差図は、等距離射影方式における理想像高からのズレを表している。

本発明の撮像装置は、複数の光学系で得られる複数の撮像画像から画像合成によりパノラマ画像や、全方位画像のような超広視野の１つの画像を得ている。画像合成には、パターンマッチング等により画像をつなぎ合わせることが知られているが、各光学系の入射瞳位置が異なると視差が発生し、つなぎ合わせた位置でズレが生じてくる。視差を低減するには、複数の光学系間で入射瞳位置を近づけて撮像する必要がある。その手法として特許文献４では、撮像画角１８０°以上の超高画角の撮影光学系を２つ物体側のレンズ面が反対方向になるように配置する方法が提案されている。

しかしながら、撮像画角１８０°以上の光学系では、画面周辺で射影方式による像の歪みが大きくなり、画像合成が困難となる。また、特許文献４では光学系中に反射部材を使用し、入射瞳を近づけているが、撮像画角１８０°の光学系では、入射瞳位置が物体側に近づきすぎるため視差のズレ大きくなる。また、高い光学性能を達成するには、特に撮像光学系の物体側に多くの負レンズを配置する必要があるなど、光学系が大型化する傾向となる。

次に本発明の撮像装置について説明する。本発明の撮像装置は、光学系を複数有している。複数の光学系は各光学系の第１レンズ群と第２レンズ群の間の光軸上の一点で各光学系の光軸が互いに交差するように配置されている。

具体的には、本発明の撮像装置では水平方向の撮像角度３６０°を得るために、図９に示すように水平方向に３台の光学系Ｌ０を等角度間隔で配置している。各光学系Ｌ０は、撮像面の水平方向に１２０°以上の撮像画角を有しており、光学系Ｌ０の入射位置近傍に広い空気間隔を設け、この空気間隔の位置で３つの光学系Ｌ０が光軸を水平方向に１２０°ずらした状態で交わるようにして配置している。

これにより入射瞳を近づけることでき、視差の少ない撮影画像を得ることができる。３つの光学系Ｌ０を用いることで各光学系Ｌ０の撮像画角も小さくなり、画面周辺部の射影方式による像の歪みを低減することができ、画像合成時に像の歪みを低減することができる。

しかしながら、３つの光学系とすることで、参考文献４のように、反射部材を用いて全系の小型化を図るのが難しくなり、撮像装置全体は大型化してくる。特に、高画質化のため撮像素子を大きくすると撮像装置全体が大きくなる傾向にある。撮像装置全体を小型化するためには、各光学系Ｌ０の屈折力を最適に配置し、各光学系Ｌ０の入射瞳位置が近づくように適切に配置することが必要となる。そこで本発明の光学系Ｌ０を次の如く構成している。

本発明の光学系Ｌ０は、隣り合うレンズの光軸上の間隔のうち最も大きい間隔を境に、物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群と、像側に配置された正の屈折力の第２レンズ群を有する。第１レンズ群と第２レンズ群のレンズ間隔をＬ、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとする。このとき、
−０．６０＜ｆ１／Ｌ＜−０．１０ ・・・（１）
３．２０＜Ｌ／ｆ＜５．５０ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。図９は本発明の光学系Ｌ０を複数個、平面上に複数の光学系Ｌ０の光軸が交わるように配置する場合の各部材が干渉するときの説明図である。

図９において領域Ａは、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１ａを通過し正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２ａへ入射する軸外光束Ｌａが、他の光学系Ｌ０の第２レンズ群Ｌ２ｂのレンズやレンズ鏡筒と干渉する場合がある領域を示している。また、図９において領域Ｂでは、第１レンズ群Ｌ１ｃへ入射する光束Ｌｃと、撮像面ＩＰｂで干渉する場合がある領域を示している。特に高画質化のため撮像素子を大きくすると、干渉が発生しやすくなる。条件式（１）、（２）は、このときの干渉を軽減しつつ、全系の小型化を図り、高性能化を達成するための式である。

第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強いと（負の屈折力の絶対値が大きいと）、第１レンズ群Ｌ１を通過後の軸外光束をより光軸に近づけることが容易となり、軸外光束と他の光学系の第２レンズ群Ｌ２との干渉を軽減することが容易となる。また、各レンズ群間の空気間隔を広げることで干渉を軽減することもできるが、光学系Ｌ０が大型化する。よって、光学系Ｌ０を小型化しつつ、干渉を軽減するためには、空気間隔に対して、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力を適切に配置することが必要となる。

条件式（１）の上限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなりすぎると、干渉は少なくなるが、像面湾曲が多く発生し、高い光学性能を維持することが困難となる。高い光学性能を達成するために、第１レンズ群Ｌ１のレンズ枚数を増やすと、前玉有効径が大型化し干渉が発生しやすくなる。条件式（１）の下限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が弱くなると（負の屈折力の絶対値が小さくなると）、第１レンズ群Ｌ１を通過する光線が光軸から離れるため、他の光学系の第２レンズ群との干渉が発生しやすくなる。

好ましくは条件式（１）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
−０．５５＜ｆ１／Ｌ＜−０．１５ ・・・（１ａ）
さらに好ましくは条件式（１ａ）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
−０．５０＜ｆ１／Ｌ＜−０．２０ ・・・（１ｂ）

条件式（２）は、光学系Ｌ０の小型化を図るためのものである。条件式（２）の上限値を超えて最大空気間隔が長くなると、複数の光学系Ｌ０を配置するとき、光学系Ｌ０間の干渉は少なくなるが光学系Ｌ０が大型化してくる。条件式（２）の下限値を超えて最大空気間隔が短くなると、複数の光学系Ｌ０を配置するとき、各光学系Ｌ０間で干渉が発生しやすくなる。

好ましくは、条件式（２）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
３．２５＜Ｌ／ｆ＜５.００ ・ ・・（２ａ）
以上の構成により、全系が小型で広画角で、高性能で、入射瞳位置近傍で複数の光学系を、交わせるように配置することが容易な光学系を得ることができる。

本発明の光学系において、更に好ましくは次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。第１レンズ群Ｌ１の前側主点位置から第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズの物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＸとする。

光学系Ｌ０の最も物体側のレンズ面から光学系Ｌ０の入射瞳位置までの距離をＴとする。第１レンズ群Ｌ１の最も像側のレンズ面での光線の有効径位置から光軸に下ろした垂線と光軸が交わる点をＰとする。点Ｐから第１レンズ群Ｌ１の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＤＬ１とする（以上図１を参照）。

このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
３．５０＜Ｘ／ｆ＜５．５０ ・・・（３）
０．５０＜Ｔ／ＤＬ１＜２．５０ ・・・（４）
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（３）は、複数の光学系を配置するときの各光学間の干渉を軽減しつつ全系の小型化を図るためのものである。条件式（３）の下限を超えると、第１レンズ群Ｌ１の有効径を小さくすることは出来るが、空気間隔が短くなりすぎるため各光学間の干渉が発生しやすくなる。条件式（３）の上限を超えて空気間隔が長くなると第１レンズ群Ｌ１の有効径が大きくなりすぎるため、光学系が大型化してくる。

好ましくは、条件式（３）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
３．７５＜Ｘ／ｆ＜５．２５ ・・・（３ａ）
さらに好ましくは、条件式（３ａ）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
４．００＜Ｘ／ｆ＜５．００ ・・・（３ｂ）

条件式（４）は、光学系Ｌ０の入射瞳位置に関し、撮像装置に適用したとき撮像装置の小型化を図るためのものである。条件式（４）の下限値を超えると、入射瞳位置が第１レンズ群Ｌ１の前方になりすぎるため、複数の光学系Ｌ０間で視差が大きく発生し、画像合成の際問題となる。条件式（４）の上限値を超えると、各光学系Ｌ０間での視差は減少するが、光学系Ｌ０の前玉有効径が大型化する。若しくは各光学系Ｌ０の画角が小さくなり、撮像装置に必要な光学系Ｌ０が多くなり全体が大型化してくる。好ましくは、条件式（４）の数値範囲を以下の通りとすると良い。

０．６５＜Ｔ／ＤＬ１＜２．００ ・・・（４ａ）
さらに好ましくは、条件式（４ａ）の数値範囲を以下の通りとすると良い。
０．８０＜Ｔ／ＤＬ１＜１．５０ ・・・（４ｂ）

各実施例において第２レンズ群Ｌ２は、フォーカシングに際して不動の正の屈折力の前方群（前群）、フォーカシングに際して移動するフォーカス群、フォーカシングに際して不動の後方群（後群）より構成される。

このように各実施例では第２レンズ群Ｌ２を構成する一部のレンズでフォーカシングを行っている。これは入射瞳よりも物体側のレンズでフォーカシングを行うと、物体距離により、入射瞳位置の変動が大きくなり、広視野の画像を合成する際、画像ズレが大きくなるためである。

本発明においては、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１を１枚の負レンズで構成するのが良い。第１レンズ群Ｌ１に正レンズを配置すると、第１レンズ群Ｌ１の有効径が大きくなり、他の光学系の第２レンズ群との干渉が発生しやすくなる。尚、第１レンズ群Ｌ１を２枚の負レンズより構成しても良く、これによれば広画角化を図ったときの収差補正が容易になる。

本発明の撮像装置は、光学系Ｌ０と光学系Ｌ０によって形成される像を受光する撮像素子とを備える。撮像素子の対角線長の半分の長さをＩＨとする。第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。

このとき次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
−１．４０＜ｆ１／ＩＨ＜−０．４０ ・・・（５）
１．２＜ｆ２／ＩＨ＜２．６ ・・・（６）

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
条件式（５）は前述した条件式（１）とともに各要素の干渉を軽減しつつ、全系の小型化を図りつつ高い光学性能を得るためのものである。

条件式（５）の上限値を超えて第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなりすぎると、前述したように光学性能が低下する。条件式（５）の下限値を超えて、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が弱くなりすぎると干渉が発生しやすくなる。

好ましくは条件式（５）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
−１．３８＜ｆ１／ＩＨ＜−０．５０ ・・・（５ａ）
さらに好ましくは条件式（５）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
−１．３５＜ｆ１／ＩＨ＜−０．６０ ・・・（５ｂ）

条件式（６）は全系の小型化を図りつつ、高い光学性能を得るための物である。条件式（６）の下限値を超えて第２レンズ群の正の屈折力が強くなりすぎると、球面収差やコマ収差が増加し、高い光学性能を得ることが困難となる。条件式（６）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が弱くなりすぎると、レンズ全長が長くなり、撮像装置が大型化してくる。

好ましくは、条件式（６）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
１．２５＜ｆ２／ＩＨ＜２．５０ ・・・（６ａ）
さらに好ましくは、条件式（６ａ）の数値範囲を以下の通りにすると良い。
１．３０＜ｆ２／ＩＨ＜２．３５ ・・・（６ｂ）

以上のように本発明によれば、複数の光学系からなる撮像装置において、各光学系Ｌ０の入射瞳位置のズレが小さく、小型、高性能で広画角の撮像画角を得ることができる。

次に、各実施例の各レンズ群のレンズ構成に関して説明する。以下、各レンズ群のレンズ構成は、物体側から像側へ順に配置されているものとする。

［実施例１］
実施例１は撮像画角１５３．４°、Ｆナンバー４．０の光学系である。第１レンズ群Ｌ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズにより構成されている。最も物体側の負レンズは両レンズ面が非球面形状である。この非球面により、像面湾曲、歪曲といった軸外収差を良好に補正している。第２レンズ群Ｌ２は、フォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰを有している。

その後方（像側）に、フォーカシングに際して移動するフォーカス群ＦＬを有する。フォーカス群ＦＬは両凸形状の正レンズとメニスカス形状の負レンズを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズとメニスカス形状の正レンズを接合した接合レンズを有する。更に両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズを接合した接合レンズより構成される。

その後方にフォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズを有している。第２レンズ群Ｌ２の最も像側の正レンズの物体側のレンズ面は非球面形状である。この非球面により、像面湾曲といった軸外収差を良好に補正している。

［実施例２］
実施例２は撮像画角１５０．２°、Ｆナンバー２．９の光学系である。第１レンズ群Ｌ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズを有している。メニスカス形状の負レンズは両レンズ面が非球面形状である。この非球面により、像面湾曲、歪曲といった軸外収差を良好に補正している。第２レンズ群Ｌ２はフォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰを有している。

その後方に、フォーカシングに際して移動するフォーカス群ＦＬを有する。フォーカス群ＦＬは、両凸形状の正レンズとメニスカス形状の負レンズを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズとメニスカス形状の正レンズを接合した接合レンズを有する。更に両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズを接合した接合レンズを有している。

その後方に、フォーカシングに際して不動の物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凸形状の正レンズを有している。メニスカス形状の負レンズの像側のレンズ面、両凸形状の正レンズの像側のレンズ面にはそれぞれ非球面形状である。この非球面によって、像面湾曲といった軸外収差を良好に補正している。

[実施例３]
実施例３は撮像画角１４８．６°、Ｆナンバー４．０の光学系である。第１レンズ群Ｌ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、両凹形状の負レンズを有している。メニスカス形状の負レンズの物体側のレンズ面、両凹形状の負レンズの物体側のレンズ面は非球面形状である。これらの非球面により、像面湾曲、歪曲といった軸外収差を良好に補正している。第２レンズ群Ｌ２はフォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰを有している。

その後方に、フォーカシングに際して移動するフォーカス群ＦＬを有する。フォーカス群ＦＬは両凸形状の正レンズとメニスカス形状の負レンズを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズとメニスカス形状の正レンズを接合したレンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズを有している。その後方に、フォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズとメニスカス形状の負レンズを接合した接合レンズ、正レンズを有している。この正レンズの両レンズ面は非球面形状である。この非球面により像面湾曲といった軸外収差を良好に補正している。

[実施例４]
実施例４は撮像画角１４５．０°、Ｆナンバー２．９１の光学系である。第１レンズ群Ｌ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズ、物体側のレンズ面が凹形状の負レンズを有している。メニスカス形状の負レンズの両レンズ面は非球面形状である。この非球面により、像面湾曲、歪曲といった軸外収差を良好に補正している。第２レンズ群Ｌ２はフォーカシングに際して不動の、像側のレンズ面が凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰを有している。

その後方に、フォーカシングに際して移動するフォーカス群ＦＬを有する。フォーカス群ＦＬは両凸形状の正レンズとメニスカス形状の負レンズを接合した接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズとメニスカス形状の正レンズを接合した接合レンズを有している。更に両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズを接合した接合レンズを有している。

その後方に、フォーカシングに際して不動の両凸形状の正レンズを有している。正レンズの両レンズ面は非球面形状である。この非球面により、像面湾曲といった軸外収差を良好に補正している。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。なお、図９の説明では、水平方向３６０°の広視野画像を得る撮像装置として、３つの光学系Ｌ０を配置する撮像装置を説明したが、広視野画像として、３６０°必要でない場合は、２台の光学系Ｌ０より構成しても良い。

また、各光学系Ｌ０間で光軸を１２０°ずらして配置する説明を行ったが、光学系Ｌ０の画角により任意に変更可できる。また、水平方向に３つの光学系Ｌ０を配置する説明を行ったが、水平面から、垂直方向に角度を持たせて配置しても良い。また、水平方向の撮影に関して説明を行ったが、図１０に示すように、水平方向の光学系Ｌ０Ｈと、水平方向の光学系に対し垂直方向の光学系Ｌ０Ｖを組み合わせて全方位の撮影をおこなっても良い。図１０では、水平、垂直方向それぞれに、１つの光学系Ｌ０Ｈ、Ｌ０Ｖを配置した例で説明しているが、複数配置しても良い。

以下、実施例１乃至４の具体的な数値データを示す。各数値データにおいて、ｉは物体側から数えた順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔を示す。又、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を各々非球面係数としたとき、

なる式で表している。＊は非球面形状を有する面を意味している。「ｅ−ｘ」は１０^−ｘを意味している。ＢＦは空気換算のバックフォーカスである。また、前述の各条件式と数値データとの関係を表１に示す。

[数値データ１]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 56.827 1.00 1.76385 48.5 36.21
2* 10.986 7.23 23.20
3 48.773 1.00 1.59522 67.7 22.95
4 16.173 43.67 20.57
5 19.737 2.23 1.59270 35.3 14.26
6 -1244.811 1.95 14.14
7(絞り) ∞ (可変) 13.67
8 12.050 4.40 1.49700 81.5 13.76
9 -19.732 0.63 1.77250 49.6 13.43
10 -129.912 1.03 13.18
11 34.242 2.20 1.49700 81.5 12.57
12 -32.118 0.15 12.20
13* -198.495 0.63 1.85400 40.4 11.72
14 7.307 2.59 1.49700 81.5 10.63
15 20.297 0.15 10.66
16 10.861 5.11 1.49700 81.5 10.96
17 -7.398 0.80 1.83481 42.7 10.72
18* 69.169 (可変) 11.48
19 20.723 4.99 1.59270 35.3 12.06
20 -7.719 0.80 1.88300 40.8 12.04
21 24.947 6.35 13.61
22* 2067.479 6.60 1.55332 71.7 21.84
23 -15.258 5.00 23.22
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.08061e-006 A 6=-1.24220e-008 A 8= 7.93535e-011 A10=-1.65251e-013 A12= 1.34148e-016

第2面
K =-3.21565e-001 A 4= 3.10757e-007 A 6= 8.75689e-008 A 8=-1.50560e-010 A10=-1.58901e-012

第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.30555e-005 A 6= 4.20230e-007 A 8=-8.01783e-010 A10= 3.00523e-011

第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.63316e-005 A 6=-1.40423e-006 A 8=-4.66678e-009 A10=-5.89483e-010

第22面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.23627e-006 A 6=-1.17636e-007 A 8=-4.26294e-010 A10= 2.66390e-012

各種データ

焦点距離 10.20
Fナンバー 4.00
半画角（度） 76. 7
像高 13.66
レンズ全長 100.00
BF 5.00

無限遠合焦時 １ｍ合焦時
d 7 0.61 0.50
d18 0.89 1.00

入射瞳位置 11.96
射出瞳位置 -50.90
前側主点位置 20.30
後側主点位置 -5.20

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -11.02 9.23 2.86 -4.61
2 5 29.67 42.10 2.43 -52.14

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -18.00
2 3 -41.12
3 5 32.80
4 8 15.78
5 9 -30.19
6 11 33.72
7 13 -8.24
8 14 21.55
9 16 9.76
10 17 -7.97
11 19 10.15
12 20 -6.60
13 22 27.41

[数値データ２]
単位 mm
48.97129
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 146.603 2.00 1.85400 40.4 40.01
2* 13.121 48.97 26.33
3 62.618 1.66 1.64769 33.8 14.23
4 -75.210 1.00 14.56
5(絞り) ∞ 1.15 15.22
6 14.285 (可変) 1.49700 81.5 17.21
7 -39.420 0.80 1.83481 42.7 17.00
8 -187.242 4.49 16.87
9 25.504 3.42 1.49700 81.5 15.52
10 -25.487 0.15 15.13
11* -55.997 0.80 1.85400 40.4 14.62
12 9.463 3.26 1.49700 81.5 13.81
13 27.372 0.15 14.19
14 12.573 5.01 1.59522 67.7 15.84
15 -31.626 0.80 1.90366 31.3 15.60
16 16.185 (可変) 15.29
17 49.639 1.20 1.58313 59.4 17.34
18* 29.802 2.80 18.15
19 34.145 4.43 1.55332 71.7 24.17
20* -54.944 5.00 24.68
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4=-7.60231e-007 A 6=-6.46800e-011 A 8=-1.31881e-012 A10=-2.98640e-015 A12= 5.70337e-018

第2面
K =-6.66969e-001 A 4= 2.87712e-005 A 6= 1.92622e-008 A 8= 7.22750e-010 A10=-1.52479e-012

第11面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.03698e-004 A 6=-1.18830e-007 A 8= 1.21543e-009 A10=-1.73718e-012

第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.42176e-005 A 6= 9.50059e-007 A 8=-8.47415e-009 A10= 5.57358e-011

第20面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.09890e-005 A 6=-6.22674e-007 A 8= 4.60423e-009 A10=-1.43761e-011

各種データ

焦点距離 10.42
Fナンバー 2.90
半画角（度） 75.1
像高 13.66
レンズ全長 95.00
BF 5.00

無限遠合焦時 １ｍ合焦時
d 6 1.15 1.00
d16 3.10 3.25

入射瞳位置 13.93
射出瞳位置 -27.48
前側主点位置 21.01
後側主点位置 -5.42

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -16.99 2.00 1.19 0.11
2 3 23.31 39.03 -4.51 -32.61

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -16.99
2 3 53.01
3 6 21.75
4 7 -59.96
5 9 26.23
6 11 -9.43
7 12 27.44
8 14 15.78
9 15 -11.75
10 17 -130.81
11 19 38.74

[数値データ３]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 80.699 1.00 1.76385 48.5 36.04
2 12.800 8.97 23.32
3* -66.337 1.00 1.55332 71.7 22.92
4 42.030 35.38 21.34
5 59.409 1.37 1.59270 35.3 11.66
6 -83.109 0.20 11.71
7(絞り) ∞ (可変) 11.72
8 12.188 3.71 1.49700 81.5 12.60
9 -34.884 0.63 1.77250 49.6 12.48
10 -862.364 5.94 12.47
11 12.217 3.92 1.49700 81.5 12.20
12 -17.786 0.29 11.70
13* -17.398 0.63 1.85400 40.4 11.47
14 8.453 3.20 1.43875 94.9 11.14
15 113.748 0.15 11.70
16 14.334 5.18 1.43875 94.9 12.77
17 -10.325 0.15 12.95
18 -11.301 0.80 1.88300 40.8 12.64
19 19.486 (可変) 13.99
20 48.556 6.54 1.59270 35.3 15.76
21 -10.079 0.80 1.88300 40.8 16.92
22 -22.396 0.15 20.31
23* -139.147 4.18 1.55332 71.7 24.26
24* -38.692 5.25 25.43
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.75953e-006 A 6= 3.84174e-009 A 8= 1.58863e-012 A10=-2.19310e-015

第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.18429e-006 A 6= 3.20166e-008 A 8=-4.61206e-010 A10= 9.80443e-013

第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.31951e-004 A 6= 1.29614e-006 A 8=-2.36908e-008 A10= 2.33009e-010

第23面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.15661e-004 A 6=-9.91467e-008 A 8=-2.46412e-009 A10= 9.02614e-013

第24面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.28006e-005 A 6=-3.23909e-009 A 8=-2.95562e-009 A10=-2.01462e-012

各種データ

焦点距離 10.53
Fナンバー 4.00
半画角（度） 74.3
像高 13.66
レンズ全長 92.00
BF 5.25

無限遠合焦時 １ｍ合焦時
d 7 1.22 0.99
d19 1.34 1.57

入射瞳位置 12.65
射出瞳位置 -27.05
前側主点位置 19.75
後側主点位置 -5.27

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -12.28 10.97 3.13 -5.92
2 5 20.89 40.39 -8.34 -33.54

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -20.04
2 3 -46.35
3 5 58.66
4 8 18.66
5 9 -47.08
6 11 15.23
7 13 -6.59
8 14 20.62
9 16 14.62
10 18 -8.00
11 20 14.69
12 21 -21.41
13 23 95.45

[数値データ４]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1* 99.465 1.50 1.76385 48.5 42.02
2* 13.117 11.03 27.11
3 -110.200 1.50 1.49700 81.5 26.93
4 ∞ 39.00 26.34
5 -110.923 1.79 1.64769 33.8 14.37
6 -51.350 0.20 15.17
7(絞り) ∞ (可変) 15.71
8 16.600 7.52 1.59522 67.7 18.16
9 -23.656 0.63 1.77250 49.6 17.81
10 -112.302 2.41 17.77
11 14.736 6.67 1.49700 81.5 16.91
12 -24.609 0.15 15.41
13* -30.690 0.63 1.85400 40.4 15.07
14 10.204 3.49 1.49700 81.5 13.94
15 76.050 0.15 14.08
16 23.984 5.80 1.49700 81.5 14.34
17 -10.946 0.80 1.83481 42.7 14.30
18 21.653 (可変) 15.70
19* 52.178 7.27 1.55332 71.7 21.32
20* -25.551 5.34 23.90
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.75320e-006 A 6=-3.40441e-008 A 8= 6.28497e-011 A10=-5.58284e-014 A12= 1.85945e-017

第2面
K =-8.71392e-001 A 4= 4.82803e-005 A 6= 1.28409e-007 A 8= 7.43289e-011 A10= 3.96598e-013

第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.36386e-005 A 6= 1.86174e-007 A 8= 1.73103e-009 A10=-1.49476e-011

第19面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.29148e-005 A 6=-1.02073e-006 A 8= 1.09313e-008 A10=-5.41860e-011

第20面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.16195e-005 A 6=-1.96244e-006 A 8= 1.98991e-008 A10=-7.40920e-011

各種データ

焦点距離 10.80
Fナンバー 2.91
半画角（度） 75.1
像高 13.66
レンズ全長 99.91
BF 5.34

無限遠合焦時 １ｍ合焦時
d 7 0.75 0.50
d18 3.29 3.55

入射瞳位置 14.86
射出瞳位置 -29.28
前側主点位置 22.29
後側主点位置 -5.46

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 -17.50 14.03 1.85 -10.57
2 5 24.07 41.55 -3.99 -33.60

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -19.93
2 3 -221.68
3 5 145.89
4 8 17.62
5 9 -38.92
6 11 19.65
7 13 -8.90
8 14 23.30
9 16 16.00
10 17 -8.61
11 19 32.07

Ｌ０ 光学系 Ｌ１ 第１レンズ群 Ｌ２ 第２レンズ群
ＦＬ フォーカス群

Claims (10)

1. 隣り合うレンズの光軸上の間隔のうち最も大きい間隔を境に、物体側に配置された負の屈折力の第１レンズ群と、像側に配置された正の屈折力の第２レンズ群を有する光学系において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間隔をＬ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、
   −０．６０＜ｆ１／Ｌ＜−０．１０
   ３．２０＜Ｌ／ｆ＜５．５０
   なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
2. 前記第１レンズ群の前側主点位置から前記第２レンズ群の最も物体側のレンズの物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＸとするとき、
   ３．５０＜Ｘ／ｆ＜５．５０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記光学系の最も物体側のレンズ面から前記光学系の入射瞳位置までの光軸上の距離をＴ、前記第１レンズ群の最も像側のレンズ面での光線の有効径位置から光軸に下ろした垂線と光軸が交わる点をＰとするとき、点Ｐから前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＤＬ１とするとき、
   ０．５０＜Ｔ／ＤＬ１＜２．５０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記第２レンズ群は、フォーカシングに際して不動の正の屈折力の前群、フォーカシングに際して移動するフォーカス群、フォーカシングに際して不動の後群より構成されることを特徴とする請求項１又は３のいずれか１項に記載の光学系。
5. 前記第１レンズ群は１枚の負レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 前記第１レンズ群は２枚の負レンズより構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
8. 前記撮像素子の対角線長の半分の長さをＩＨとするとき、
   −１．４０＜ｆ１／ＩＨ＜−０．４０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子の対角線長の半分の長さをＩＨ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   １．２＜ｆ２／ＩＨ＜２．６
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項７又は８に記載の撮像装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系を複数有し、該複数の光学系は、各光学系の前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間の光軸上の一点で各光学系の光軸が互いに交差するように配置されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。