JP2021012311A - 撮像光学系、撮像装置、ステレオカメラ、測距装置及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】温度環境変化時の画角変動（像高変動）を抑制することができる撮像光学系、撮像装置、ステレオカメラ、測距装置及び移動体を提供する。【解決手段】正又は負の第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の第２レンズ群Ｇ２とから構成されており、第１レンズ群Ｇ１は、メニスカス形状を持つ負レンズＬ１と、メニスカス形状を持つとともにプラスチックレンズで形成される正レンズＬ２とを有しており、第２レンズ群Ｇ２は、プラスチックレンズを有しており、次の条件式（１）、（２）を満足する。（１）ｃ３１ａ＞ｃ３２ａ、（２）ｃ３１ｂ＜ｃ３２ｂ、但し、ｃ３１ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸上の曲率、ｃ３２ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸上の曲率、ｃ３１ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸外の曲率、ｃ３２ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸外の曲率。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系、撮像装置、ステレオカメラ、測距装置及び移動体に関する。

これまで、撮像光学系とエリアセンサを用いたカメラ装置において、対象物体の識別を行うセンシング用途の監視カメラや車載カメラなどの数多くのカメラ装置が実用化され、需要が増加しつつある。

加えて近年では、量産性による低コスト化や軽量化に優れたプラスチックレンズを使用した撮像光学系が実用化されている。しかし、一般的にプラスチックレンズはその物性に従い、広い温度範囲で安定した特性を得ることができないという問題点がある。特にステレオカメラ装置では、温度変化時の画角変動、もしくは像高変動が悪化することにより、測距誤差がより大きく生じてしまう。そのため、雰囲気温度が変化したときの、画角変動を光学的に小さく抑えることが望ましい。プラスチックレンズを使用した撮像光学系の温度補償については、例えば、特許文献１〜特許文献３に記載の技術が開示されている。

特開２００７−１０１９２０号公報 特開２０１４−０８９３４９号公報 特開２０１８−０５５０４５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示の光学系は、光軸方向の焦点位置変動（ピントずれ）に関する温度補償について記載されたものであり、画角変動に対する温度補償に対応した光学系ではない。また、特許文献３に開示の光学系は、画角変動の温度補償に対応しており対角画角で±２〜３ｄｅｇ程度に抑えられているが、測距に利用する際の精度として要求される画角変動の温度補償は±０．１ｄｅｇ未満程度であり、十分な補償ではない。また、測距に利用するには歪曲収差が大きいために電子的補正が前提となり、光学系単独での性能としては不十分と言わざるを得ない。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、温度環境変化時の画角変動（像高変動）を抑制することができる撮像光学系、撮像装置、ステレオカメラ、測距装置及び移動体を提供することを目的とする。

本実施形態の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、正又は負の屈折力を持つ第１レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を持つ第２レンズ群とから構成されており、第１レンズ群は、物体側から像側に向かって順に、メニスカス形状を持つ負レンズと、メニスカス形状を持つとともにプラスチックレンズで形成される正レンズとを有しており、第２レンズ群は、プラスチックレンズを有しており、次の条件式（１）、（２）を満足する、ことを特徴とする。
（１）ｃ３１ａ＞ｃ３２ａ
（２）ｃ３１ｂ＜ｃ３２ｂ
但し、
ｃ３１ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸上の曲率、
ｃ３２ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸上の曲率、
ｃ３１ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸外の曲率、
ｃ３２ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸外の曲率。

ここで、「軸上の曲率」とは、例えば、光軸近傍の局部曲率を意味している。また、「軸外の曲率」とは、物体側の面の有効径の最外端と像側の面の有効径の最外端のうち小さい方のレンズ高さにおける局部曲率を意味している。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（３）、（４）を満足することができる。
（３）α２＞３０×１０−６
（４）α３＞３０×１０−６
但し、
α２：第１レンズ群の正レンズの線膨張係数、
α３：第２レンズ群のプラスチックレンズの線膨張係数。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（５）、（６）を満足することができる。
（５）β２＜−５０×１０−６
（６）β３＜−５０×１０−６
但し、
β２：第１レンズ群の正レンズの屈折率温度係数、
β３：第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率温度係数。

ここで、「屈折率温度係数」とは、例えば、２０〜４０℃の空気中における相対屈折率温度係数のｄ線に対する値を意味している。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（７）を満足することができる。
（７）０．２＜φ２ａ／φ３ａ＜０．８
但し、
φ２ａ：第１レンズ群の正レンズの軸上におけるパワー、
φ３ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの軸上におけるパワー。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（８）を満足することができる。
（８）φ２ａ＋φ３ａ＜φＡ
但し、
φ２ａ：第１レンズ群の正レンズの軸上におけるパワー、
φ３ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの軸上におけるパワー、
φＡ：光学系の全系の軸上におけるパワー。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（９）を満足することができる。
（９）｜ｃ３１ａ−ｃ３２ａ｜＜｜ｃ３１ｂ−ｃ３２ｂ｜

本発明によれば、温度環境変化時の画角変動（像高変動）を抑制することができる撮像光学系、撮像装置、ステレオカメラ、測距装置及び移動体を提供することができる。

数値実施例１に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。 数値実施例１に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。 数値実施例１に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。 数値実施例１に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である。 数値実施例１に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 数値実施例１に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。 数値実施例２に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。 数値実施例２に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。 数値実施例２に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。 数値実施例２に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である。 数値実施例２に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 数値実施例２に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。 数値実施例３に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。 数値実施例３に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。 数値実施例３に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。 数値実施例３に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である。 数値実施例３に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 数値実施例３に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。 数値実施例４に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。 数値実施例４に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。 数値実施例４に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。 数値実施例４に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である。 数値実施例４に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 数値実施例４に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。 常温環境時と高温環境時の結像の様子を対比可能に示した図である。 本実施形態の撮像光学系を搭載したカメラ装置の構成を示す第１の図である。 本実施形態の撮像光学系を搭載したカメラ装置の構成を示す第２の図である。 本実施形態の撮像光学系を搭載したステレオカメラの構成を示す図である。 図２８のステレオカメラを用いて対象物までの距離を測定する三角測量の原理を説明する図である。

まず、数値実施例１−数値実施例４に係る撮像光学系について、詳細に説明する。以下、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、Ｎｄは屈折率、νｄはアッベ数を示している。また、「E-a」は「×10-a」を意味している。また、Ｆ線（λ＝４８６．１ｎｍ）、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（λ＝６５６．３ｎｍ）はそれぞれの波長に対する収差、Ｓはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面を示している。また、ｆは全系の焦点距離、Ｆｎｏは開放Ｆ値、θは半画角、Ｙは最大像高を示している。長さの単位は[mm]である。
回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数）

図１は、数値実施例１に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。図２は、数値実施例１に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。図３は、数値実施例１に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。図４は、数値実施例１に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である（ｃ３１ｂとｃ３２ｂはレンズ有効径の最外端２．７ｍｍに対応する値である）。図５は、数値実施例１に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。図６は、数値実施例１に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。

図１に示すように、数値実施例１の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ＩＭＧは設計上の像面である。

第２レンズ群Ｇ２と像面ＩＭＧの間には、光学ローパスフィルタ、赤外光カットフィルタ、紫外光カットフィルタ等の各種フィルタのほか、受光素子のカバーガラス（シールガラス）を等価的な平行平板として示すフィルタガラスが配置されている。ＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサ等の固体撮像素子を用いるタイプの撮像光学系では、バック挿入ガラス、ローパスフィルタ、カットフィルタ、固体撮像素子の受光面を保護するためのカバーガラス等の少なくとも何れかが介挿されている。ここでは、これらを代表した２枚の平行平板として第１、第２の光学フィルタＦ１、Ｆ２を第２レンズ群Ｇ２と像面ＩＭＧの間に挿入した場合を例示しているが、光学フィルタの挿入有無や挿入枚数はこれに限定されない。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ１と、レンズＬ２とを有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ３と、レンズＬ４と、レンズＬ５とを有している。

レンズＬ１は、負のパワーを持つ物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ２は、正のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ３は、負のパワーを持つ両凹形状を有している。レンズＬ４は、正のパワーを持つ両凸形状を有している。レンズＬ５は、軸上で正のパワーを持つ両凸形状、且つ、軸外で負のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状で構成している（軸上から軸外に向かう途中で変曲点を有している）。レンズＬ１はガラスレンズ、レンズＬ２はプラスチックレンズ、レンズＬ３はプラスチックレンズ、レンズＬ４はガラスレンズ、レンズＬ５はプラスチックレンズを用いている。

数値実施例１において、全系の焦点距離ｆ＝４．２９［ｍｍ］、開放Ｆ値Ｆｎｏ＝１．９０、半画角θ＝２９．２［ｄｅｇ］、最大像高Ｙ＝２．４［ｍｍ］である。

図７は、数値実施例２に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。図８は、数値実施例２に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。図９は、数値実施例２に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。図１０は、数値実施例２に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である（ｃ３１ｂとｃ３２ｂはレンズ有効径の最外端２．４ｍｍに対応する値である）。図１１は、数値実施例２に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。図１２は、数値実施例２に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。

図７に示すように、数値実施例２の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ＩＭＧは設計上の像面である。第２レンズ群Ｇ２と像面ＩＭＧの間には、第１、第２の光学フィルタＦ１、Ｆ２が設けられている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ１と、レンズＬ２とを有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ３’と、レンズＬ４’と、レンズＬ５’とを有している。

レンズＬ１は、負のパワーを持つ物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ２は、正のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ３’は、正のパワーを持つ両凸形状を有している。レンズＬ４’は、負のパワーを持つ両凹形状を有している。レンズＬ５’は、軸上で正のパワーを持つ両凸形状、且つ、軸外で負のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状で構成している（軸上から軸外に向かう途中で変曲点を有している）。レンズＬ１はガラスレンズ、レンズＬ２はプラスチックレンズ、レンズＬ３はガラスレンズ、レンズＬ４はプラスチックレンズ、レンズＬ５はプラスチックレンズを用いている。

数値実施例２において、全系の焦点距離ｆ＝４．２９［ｍｍ］、開放Ｆ値Ｆｎｏ＝１．９０、半画角θ＝２９．２［ｄｅｇ］、最大像高Ｙ＝２．４［ｍｍ］である。

図１３は、数値実施例３に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。図１４は、数値実施例３に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。図１５は、数値実施例３に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。図１６は、数値実施例３に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である（ｃ３１ｂとｃ３２ｂはレンズ有効径の最外端２．８ｍｍに対応する値である）。図１７は、数値実施例３に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。図１８は、数値実施例３に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。

図１３に示すように、数値実施例３の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ＩＭＧは設計上の像面である。第２レンズ群Ｇ２と像面ＩＭＧの間には、第１、第２の光学フィルタＦ１、Ｆ２が設けられている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ１と、レンズＬ２とを有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ３と、レンズＬ４と、レンズＬ５とを有している。

レンズＬ１は、負のパワーを持つ物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ２は、正のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ３は、負のパワーを持つ両凹形状を有している。レンズＬ４は、正のパワーを持つ両凸形状を有している。レンズＬ５は、軸上で正のパワーを持つ両凸形状、且つ、軸外で負のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状で構成している（軸上から軸外に向かう途中で変曲点を有している）。レンズＬ１はガラスレンズ、レンズＬ２はプラスチックレンズ、レンズＬ３はプラスチックレンズ、レンズＬ４はガラスレンズ、レンズＬ５はプラスチックレンズを用いている。

数値実施例３において、全系の焦点距離ｆ＝４．２９［ｍｍ］、開放Ｆ値Ｆｎｏ＝１．９０、半画角θ＝２９．２［ｄｅｇ］、最大像高Ｙ＝２．４［ｍｍ］である。

図１９は、数値実施例４に係る撮像光学系のレンズ構成を示す断面図である。図２０は、数値実施例４に係る撮像光学系の各光学面のデータを示す図である。図２１は、数値実施例４に係る撮像光学系の非球面レンズの非球面データを示す図である。図２２は、数値実施例４に係る撮像光学系において第２レンズ群の最も像側に位置するプラスチックレンズの物体側と像側の各面の軸上から軸外までの曲率の推移を示す図である（ｃ３１ｂとｃ３２ｂはレンズ有効径の最外端２．３ｍｍに対応する値である）。図２３は、数値実施例４に係る撮像光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。図２４は、数値実施例４に係る撮像光学系の各像高に到達する光線の温度変化時の画角変動を示す図である。

図１９に示すように、数値実施例４の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。ＩＭＧは設計上の像面である。第２レンズ群Ｇ２と像面ＩＭＧの間には、第１、第２の光学フィルタＦ１、Ｆ２が設けられている。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ１と、レンズＬ２とを有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、レンズＬ３’と、レンズＬ４’と、レンズＬ５’とを有している。

レンズＬ１は、負のパワーを持つ物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ２は、正のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ３’は、正のパワーを持つ両凸形状を有している。レンズＬ４’は、負のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状を有している。レンズＬ５’は、軸上で正のパワーを持つ両凸形状、且つ、軸外で負のパワーを持つ物体側に凹面を向けたメニスカス形状で構成している（軸上から軸外に向かう途中で変曲点を有している）。レンズＬ１はガラスレンズ、レンズＬ２はプラスチックレンズ、レンズＬ３はガラスレンズ、レンズＬ４はプラスチックレンズ、レンズＬ５はプラスチックレンズを用いている。

数値実施例４において、全系の焦点距離ｆ＝４．２９［ｍｍ］、開放Ｆ値Ｆｎｏ＝１．９０、半画角θ＝２９．２［ｄｅｇ］、最大像高Ｙ＝２．４［ｍｍ］である。

本実施形態の撮像光学系は、物体側から像側に向かって順に、正又は負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側に向かって順に、メニスカス形状を持つ負レンズＬ１と、メニスカス形状を持つとともにプラスチックレンズで形成される正レンズＬ２とを有している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、負レンズＬ３と、正レンズＬ４と、正レンズＬ５とから構成されている。あるいは、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側に向かって順に、正レンズＬ３’と、負レンズＬ４’と、正レンズＬ５’とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２において、負レンズＬ３と負レンズＬ４’、及び、最も像側の正レンズＬ５と正レンズＬ５’は、プラスチックレンズを構成している。

本実施形態の撮像光学系は、例えば、監視カメラや車載カメラなどのセンシング用途のカメラ装置に用いることができる。なお、本実施形態の撮像光学系の用途は、センシング用途に限定されることはなく、静止画撮影や動画撮影に用いるデジタルカメラ、銀塩フィルムを用いるフィルムカメラ等の撮像光学系として使用することもできる。

カメラ装置に対しては、高画質化、小型化、広角化、大口径化、低コスト化のニーズが強くなっており、これらの要望に応える開発をしていくことが要求される。また、ステレオカメラなどの精密計測デバイスにおいては、計測誤差に与える影響の軽減のため、もしくは電子的な画像補正負荷の軽減のため、低ディストーションであることに対する要求も高まっており、これらを両立した光学設計が求められている。加えて、過酷な使用環境における機能安定性も求められており、特に車載ステレオカメラにおいては、温度環境変化時の画角変動、もしくは像高変動も、光学設計上小さく抑制することが求められている。ここで、画角変動とは温度変化前後でセンサ上の同像高に到達する光線の画角が変動してしまうことを指し、また像高変動とは温度変化前後で同画角の光線が到達するセンサ上の像高が変動してしまうことを指し、本質は同じ現象である。

一般的に、広角化を進めると、コマ収差、非点収差、像面湾曲のほか、特に歪曲収差が増大しやすくなり、大口径化を進めると、コマ収差のほか、特に球面収差が増大しやすくなる。また、諸収差を補正するために光学系を工夫すると、光学系が大型化、高コスト化してしまう傾向にある。

また、例えば、小型高性能のステレオカメラを構成するための、特に歪曲収差を小さく抑えた比較的広角の大口径小型高画質の撮像光学系に対する需要が一定数存在する。歪曲収差は、ステレオカメラの測距精度を劣化させる主要因の一つで、光学的に、もしくは電子的に補正されていることが望ましく、例えば許容される歪曲収差最大量として±１％未満程度であることが求められる。しかしながら、歪曲収差を電子的に補正する場合は、カメラ電子回路基板内の回路容量や計算能力に影響を与え、カメラサイズアップやコストアップにつながる。また、センシング対象となる物体の大きさや形状などの識別情報をより正確に取得することが求められるため、画角がある程度広いレンズであっても、光学的に歪曲収差が良好に補正されていることが望ましい。また、センシングカメラ装置として、比較的小さい物体の識別や比較的遠方での状況の観察が可能となるように高解像度であること、夜などの暗い環境においても良好な撮像認識を可能とするために大口径であること、設置自由度を高めるために小型であること、さまざまな環境条件下における安定した性能発揮のための温度補償がなされていること、が同時に求められる。

本実施形態の撮像光学系は、以下の基本構成を採ることによって、広角化と大口径化を達成しつつ諸収差を抑えている。まず、開口絞りＳより物体側に配置される第１レンズ群Ｇ１を第１レンズＬ１と第２レンズＬ２で構成し、第１レンズＬ１は負のパワーを持つメニスカス形状とし、第２レンズＬ２は正のパワーを持つメニスカス形状としている。第１レンズＬ１に負のパワーを持たせて広画角を実現しつつ、メニスカス形状とすることで、広画角を取り込むために負のパワーを大きくした際に発生しやすい軸外諸収差、特に非点収差を低減している。第２レンズＬ２は正のパワーを持たせることで、第１レンズ群Ｇ１における歪曲収差のバランスをとりつつ、メニスカス形状とすることで、大口径化により生じる球面収差を補正する機能を有している。また、第２レンズＬ２のメニスカス形状は物体側に凹面を向けた構成であることが望ましく、ペッツバール和を低減し、像面湾曲を小さく抑えることが可能となる。開口絞りＳより像側に配置される第２レンズ群Ｇ２では、第１レンズ群Ｇ１で補正し切れない諸収差を補正する。これにより、比較的広角で大口径でありながら、低ディストーションで良好な像性能を確保することが可能となる。

ここで、上述した構成またはその一部に、プラスチックレンズを使用することを考える。一般的にプラスチックレンズは、ガラスレンズに比べ低コスト化や軽量化の観点で有利であるが、広い温度範囲で安定した特性を得ることができない。すなわち、線膨張係数や屈折率温度係数がガラスレンズのそれより比較的大きいため、温度変化環境下においてレンズのＲＤＮ変化が大きく、性能が劣化しやすい。特にセンシング用途のカメラにおいてはＲＤＮ変化により画角変動が大きく生じてしまうと、その測定精度が劣化してしまうため好ましくない。

そこで、本実施形態では、前述した構成に加えて、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’をプラスチックレンズとして、低コスト化や軽量化を実現しながら、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２を正のパワーを持つメニスカス形状としている。さらに、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’については、次の条件式（１）、（２）を満足するような形状に設定している。
（１）ｃ３１ａ＞ｃ３２ａ
（２）ｃ３１ｂ＜ｃ３２ｂ
但し、
ｃ３１ａ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の物体側の面の軸上の曲率、
ｃ３２ａ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の像側の面の軸上の曲率、
ｃ３１ｂ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の物体側の面の軸外の曲率、
ｃ３２ｂ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の像側の面の軸外の曲率。

ここで、「軸上の曲率」とは、例えば、光軸近傍の局部曲率を意味している。また、「軸外の曲率」とは、物体側の面の有効径の最外端と像側の面の有効径の最外端のうち小さい方のレンズ高さにおける局部曲率を意味している（ｃ３１ｂとｃ３２ｂは同じレンズ高さにおいて計算される）。

上述した数値実施例１−４におけるｃ３１ａ、ｃ３２ａ、ｃ３１ｂ、ｃ３２ｂの各値は、図４、図１０、図１６、図２２の曲率推移図によって視覚的に把握することができる。

条件式（１）、（２）を満足することで、温度環境変化時の画角変動（像高変動）を良好に補正して、優れた光学性能を実現することができる。条件式（１）、（２）の少なくとも一方を満足しないと、温度環境変化時の画角変動（像高変動）を補正しきれず、十分な光学性能が得られなくなってしまう。

非球面形状において、光軸方向の変位Ｘを次式（Ａ）で表現したとき、あるレンズ高さにおける局部曲率は次式（Ｂ）で表現されることが一般的に知られている。

ここで、Ｈは面頂点を基準としたときの光軸からのレンズ高さ、Ｒは面頂点における曲率半径、ｋは円錐係数、Ａｉは次数ｉに対する非球面係数であり、Ｘ’は光軸方向の変位Ｘをレンズ高さＨで一階微分した量、Ｘ”は光軸方向の変位Ｘをレンズ高さＨで二階微分した量である。物体側と像側のいずれの面においても、物体側に凸の面形状であればｃは正となり、物体側に凹の面形状であればｃは負となる。言い換えれば、物体側の面のｃが正であれば正のパワーを持ち、像側のｃが正であれば負のパワーを持つ。これにより、条件式（１）を満足すれば、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸上は正のパワーを持ち、条件式（２）を満足すれば、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸外は負のパワーを持つ構成となる。

ところで、上述したように、プラスチックレンズはガラスレンズより線膨張係数及び屈折率温度係数が比較的大きいため、例えば高温環境時では、プラスチックレンズは大きい曲率低下と屈折率低下が生じ、正と負のどちらのパワーにおいても弱まる方向となる。

いま、本実施形態の軸上のパワーに着目すると、プラスチックレンズである第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’の正のパワーがそれぞれ弱まり、全系として焦点距離が長くなる。一方で、軸外のパワーに注目すると、開口絞りＳより物体側に配置される第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の軸外における正のパワーが弱まることで、歪曲収差はマイナス側にシフトし、像面湾曲はプラス側にシフトする。また、開口絞りＳより像側に配置される第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’の軸外における負のパワーが弱まることで、歪曲収差はマイナス側にシフトし、像面湾曲はマイナス側にシフトする。

ここで、歪曲収差のプラス側とは像形状が糸巻き型に、マイナス側とは像形状が樽型になる方向を示し、像面湾曲のプラス側とは軸外の結像位置が物体側から離れる方向に、マイナス側とは軸外の結像位置が物体側に近づく方向に湾曲することを示す。従って、本実施形態の撮像光学系は、高温環境下において、全系の焦点距離が長くなり、歪曲収差は、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’の変化によってよりマイナス側にシフトさせつつ、像面湾曲は、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’の変化によって相殺させることができる。

図２５は、常温環境時と高温環境時の結像の様子を対比可能に示した図である。図２５において、θは撮像光学系に入射する画角、ｆは常温環境時の焦点距離、ｆ’は高温環境時の焦点距離、Ｄは常温環境時の歪曲収差、Ｄ’は高温環境時の歪曲収差、Ｙは常温環境時の実像高、Ｙ’は高温環境時の実像高、ｆｔａｎθは常温環境時の理想像高、ｆ’ｔａｎθは高温環境時の理想像高をそれぞれ示している。常温環境時の歪曲収差Ｄは、常温環境時の理想像高ｆｔａｎθと実像高Ｙを用いて、次式（Ｃ）で表現される。

本実施形態の撮像光学系は、高温環境下においては、画角θで入射した光束が常温時の焦点距離ｆより長い高温時の焦点距離ｆ’で結像される。このとき、歪曲収差Ｄ’を、常温時のＤよりも敢えてマイナス側に悪化させることで、常温時と高温時の実像高の変化、つまり像高変動（上述した通り、画角変動と像高変動は本質的に同じ現象）を抑制することができる。なお、低温環境下においては上述した高温環境下と逆の方向性を持ち、全系の焦点距離が短くなり、歪曲収差はプラス側にシフトするため、同様の構成で同様の効果を得ることができる。

一般的な設計思想によれば、温度変化による画角変動を補償しようとすると、焦点距離の変動を抑える発想をする。しかし、全系として正の焦点距離を持つ系に対し、温度変化時の焦点距離変動を抑える構成とすることは大きな設計自由度を費やす必要があり、非常に困難である。本実施形態では、焦点距離が変動しても歪曲収差をコントロールすることで画角変動が抑えられることに着目し、上記要求や像性能を確保するために必要な条件を確保したまま画角変動の抑制を達成できる光学構成を実現することに成功している。別言すると、本実施形態の撮像光学系は、高温環境下において焦点距離が変動する（長くなる）ことを許容して（犠牲にして）、代わりに歪曲収差を意図的に大きくすることで、画角変動（像高変動）を抑制するという逆転の発想に基づくものである。

このように、本実施形態の撮像光学系は、広画角で大口径でありながら低ディストーションで良好な像性能を確保することができる。しかも、プラスチックレンズで形成される第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２の正レンズＬ５又はＬ５’の構成を工夫することで、温度変化による像面湾曲の変動を相殺しながら画角変動（像高変動）を抑制することが可能となる。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（３）、（４）を満足する。
（３）α２＞３０×１０−６
（４）α３＞３０×１０−６
但し、
α２：第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の線膨張係数、
α３：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の線膨張係数。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（５）、（６）を満足する。
（５）β２＜−５０×１０−６
（６）β３＜−５０×１０−６
但し、
β２：第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の屈折率温度係数、
β３：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の屈折率温度係数。

ここで、「屈折率温度係数」とは、例えば、２０〜４０℃の空気中における相対屈折率温度係数のｄ線に対する値を意味している。

条件式（３）、（４）、（５）、（６）を満足するように、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の線膨張係数と屈折率温度係数を設定することで、より一層、温度変化による像面湾曲の変動を相殺しながら画角変動（像高変動）を抑制することが可能となる。なお、条件式（３）、（４）、（５）、（６）を満足する限り、正レンズＬ２と正レンズＬ５又はＬ５’として、プラスチックレンズ以外の材料（硝材）を用いてもよい。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（７）を満足する。
（７）０．２＜φ２ａ／φ３ａ＜０．８
但し、
φ２ａ：第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の軸上におけるパワー、
φ３ａ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸上におけるパワー。

条件式（７）は、温度変化による像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動を第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’との間で相殺可能なパワー配分の範囲を規定している。条件式（７）を満足することで、像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動をバランス良く抑えることができる。条件式（７）の下限より小さい場合は、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の大きい軸上の正のパワーと軸外の負のパワーより、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の温度変化による像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動が比較的大きくなり、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の温度変化による像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動でこれを相殺できなくなってしまう。条件式（７）の上限より大きい場合は、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の温度変化による像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動が比較的小さく、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の温度変化による像面湾曲、歪曲収差、焦点距離の変動の方が過剰になってしまう。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（８）を満足する。
（８）φ２ａ＋φ３ａ＜φＡ
但し、
φ２ａ：第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の軸上におけるパワー、
φ３ａ：第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸上におけるパワー、
φＡ：光学系の全系の軸上におけるパワー。

条件式（８）を満足することで、物体光を像面に結像するために必要な正のパワーを、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’ではない他のレンズに担わせることができる。そのため、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の全系の結像機能としてのパワー付与を最小限にすることで、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’のパワー配分（φ２ａ／φ３ａ）の設定に自由度を持たせることができる。加えて、プラスチックレンズで非球面を持つ場合、特に第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’は、本実施形態の効果を得るために、軸上で正のパワー、軸外で負のパワーを持つ形状とするため、偏心公差に対する像性能劣化が大きくなる傾向がある。その点、これら非球面のパワーを小さくすることで、上記の像性能劣化を抑制することが可能である。

本実施形態の撮像光学系は、次の条件式（９）を満足する。
（９）｜ｃ３１ａ−ｃ３２ａ｜＜｜ｃ３１ｂ−ｃ３２ｂ｜

条件式（９）を満足することで、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸外のパワーより軸上のパワーを比較的小さくすることができ、第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の温度変化による歪曲収差変動に対して必要以上に焦点距離が長くなるのを抑制し、画角変動を抑制できる歪曲収差変動と焦点距離変動の関係を保ちやすくすることができる。

第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’は、第２レンズ群Ｇ２の最も像側に配置されている。これにより、開口絞りＳから離されて各像高に到達する光線を第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’のレンズ面上で分離することができる。そのため、軸上光線に正のパワー、軸外光線に負のパワーを与えやすくなり、本実施形態において重要なパラメータである像面湾曲や歪曲収差といった軸外諸収差を所望の値に制御しやすくすることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、第２レンズ群Ｇ２の最も像側に配置されているプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の他に、プラスチックレンズで形成される負レンズＬ３又はＬ４’を有している。像の鮮鋭性という点で像性能変化を抑制しようとすると、高温環境時には、光学系保持部材の熱膨張によって正の方向へ移動してしまう受光素子を追いかけるように、光学系全体の焦点距離を伸ばすことが効果的である。しかしながら、ステレオカメラ装置において画角変動は測距精度低下の起因となる重大な誤差であるため、本実施形態では温度補償として、像の鮮鋭性が低下する焦点位置変動よりも像位置が変化する画角変動を抑えることを優先させている。具体的には、本実施形態にならい像面湾曲を相殺するように第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２と第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’のパワー配分（φ２ａ／φ３ａ）を設定して、焦点距離の伸びと歪曲収差のマイナス側へのシフトが像高変動を抑制できるようにしたとき、上記受光素子の動きに対応できる構成とはならずに環境変化時に焦点位置が受光素子からずれてしまう可能性がある。特に、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２の軸上の正のパワーと第２レンズ群Ｇ２のプラスチックレンズＬ５又はＬ５’の軸上の正のパワーの同方向のパワーが高温環境で弱まるため、焦点距離が過剰に伸びてしまう懸念がある。そこで、画角変動を抑えた上で焦点位置変動を抑えるため、本実施形態では第２レンズ群Ｇ２に、もう１枚のプラスチックレンズである負レンズＬ３又はＬ４’を配置している。開口絞りＳより像側の第２レンズ群Ｇ２に負のパワーを配置することで、温度変化時に、歪曲収差のマイナス側へのシフトを起こしつつ焦点距離の伸びを抑える成分が加わり、画角変動と焦点位置変動の低減を両立させることが可能となる。

第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ２は物体側に凹面を向けている。これにより、ペッツバール和を低減して像面湾曲を小さく抑えることが可能になる。

第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１はガラスレンズで形成されている。例えば、車載用途のカメラ装置では、厳しい環境下においても高い性能を保証する必要があり、そのため、カメラ装置の最も物体側に配置され使用環境に影響されやすい第１レンズ（負レンズＬ１）は、ガラスで形成されたガラスレンズを用いることが望ましい。第１レンズ（負レンズＬ１）をガラスレンズとすることで、耐候性が高く割れにくい撮像レンズを提供することができる。また、第１レンズ（負レンズＬ１）は開口絞りＳより物体側に配置される負のパワーのレンズであるため、例えば、高温環境下において歪曲収差はプラス側にシフトし、焦点距離は短くなる方向となる。このため、図２５で説明した本実施形態における歪曲収差と焦点距離の温度変動を妨げないためには、第１レンズ（負レンズＬ１）はガラスレンズで構成されていることが好ましい。

上述した数値実施例１−４の条件式（１）〜条件式（９）に対応する値を表１に示す。表１に明らかなように、数値実施例１−４は、本実施形態の条件式（１）〜条件式（９）を満足している。
［表１］
条件式（１）、（２）、（９） 数値実施例１ 数値実施例２
ｃ３１ａ ０．０３７ ０．０２０
ｃ３２ａ −０．１７５ −０．２１５
ｃ３１ｂ −１．０４２ −１．１１８
ｃ３２ｂ −０．３３１ −０．３９４
条件式（３）
α２ ７０×１０−６ ７０×１０−６
条件式（４）
α３ ５９×１０−６ ５９×１０−６
条件式（５）
β２ −１０４×１０−６ −１０４×１０−６
条件式（６）
β３ −９５×１０−６ −９５×１０−６
条件式（７）、（８）
φ２ａ ０．０６６ ０．０３９
φ３ａ ０．１１１ ０．１２５
φＡ ０．２３３ ０．２３３
条件式（１）、（２）、（９） 数値実施例３ 数値実施例４
ｃ３１ａ ０．２１９ ０．０００
ｃ３２ａ −０．０６４ −０．１９３
ｃ３１ｂ ０．３０５ −１．７５７
ｃ３２ｂ １．１４０ −０．４６９
条件式（３）
α２ ７０×１０−６ ７０×１０−６
条件式（４）
α３ ５９×１０−６ ５９×１０−６
条件式（５）
β２ −１０４×１０−６ −１０４×１０−６
条件式（６）
β３ −９５×１０−６ −９５×１０−６
条件式（７）、（８）
φ２ａ ０．０３２ ０．０８２
φ３ａ ０．１４５ ０．１０３
φＡ ０．２３３ ０．２３３

また、図５、図１１、図１７、図２３に示すように、数値実施例１−４の撮像光学系は、球面収差、非点収差、歪曲収差は十分に補正されている。例えば、半画角が２９ｄｅｇ程度の広画角、Ｆ２．０が以下程度の大口径でありながら、レンズ５枚構成程度の小型で、±１％未満程度の低ディストーションを含め、非常に良好な像性能を確保することができている。

また、図６、図１２、図１８、図２４は、環境温度が１０５℃の高温状態となったときの２０℃の常温状態に対する、各像高に到達する光線の画角変動を示す。全像高において、数値実施例１の最大画角変動は０．０３８ｄｅｇ、数値実施例２の最大画角変動は０．０５４ｄｅｇ、数値実施例３の最大画角変動は０．０９４ｄｅｇ、数値実施例４の最大画角変動は０．０９０ｄｅｇであり、非常に高温な環境下においても画角変動±０．１ｄｅｇ未満程度に抑制できていることがわかる。また、図示はしないが、環境温度が低温状態となったときの画角変動も、高温状態と同様に±０．１ｄｅｇ未満程度に抑制できている。なお、ここでは、負レンズＬ１から像面に向かって単純に積みあがるような保持構造を有するアルミのレンズセルを前提としている。

また、環境温度が１０５℃の高温状態となったときの２０℃の常温状態に対する軸上の焦点位置変動は、数値実施例１においては＋０．００２［ｍｍ］（焦点距離に対して＋０．０５％）、数値実施例２においては−０．０１４［ｍｍ］（焦点距離に対して−０．３２％）、数値実施例３においては＋０．０１２［ｍｍ］（焦点距離に対して＋０．２８％）、数値実施例４においては−０．００４［ｍｍ］（焦点距離に対して−０．０９％）となり、十分に抑制できている。すなわち、画角変動と焦点位置変動の低減を両立できることが分かる。

図２６、図２７は、本実施形態の撮像光学系を搭載したデジタルカメラ（撮像装置、カメラ装置）１００の構成を示す第１、第２の図である。

ここでは、デジタルカメラを例にとってカメラ装置（撮像装置）について説明しているが、在来の画像記録媒体として銀塩フィルムを用いる銀塩フィルムカメラに本実施形態に係る撮像光学系を採用してもよい。また、本実施形態に係る撮像光学系は、車載カメラ装置、監視カメラ装置など、高解像度、低ディストーション、広画角、大口径が要求されるものに好適である。また、いわゆるＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）や携帯電話機等の携帯情報端末装置、さらにはこれらの機能を含む、いわゆるスマートフォンやタブレット端末などの携帯端末装置を含む種々の情報装置に、カメラ機能を組み込んだものが広く用いられている。このような情報装置も、外観は異にするもののデジタルカメラと実質的に全く同様の機能や構成を含んでおり、このような情報装置における撮像光学系として、本実施形態の撮像光学系を採用してもよい。

図２６Ａ、図２６Ｂに示すように、デジタルカメラ１００は、カメラボディ（筐体）１０１と、撮影レンズ１０２と、ファインダ１０３と、フラッシュ１０４と、シャッタボタン１０５と、電源ボタン１０６と、液晶モニタ１０７と、操作ボタン１０８と、メモリカードスロット１０９とを有している。

カメラボディ１０１は、デジタルカメラ１００の各構成要素を収納する。撮影レンズ１０２は、例えば、本実施形態の撮像光学系をレンズ鏡筒に組み込んでユニット化したものである。ファインダ１０３は、被写体や構図を決めるための覗き窓である。フラッシュ１０４は、夜間撮影や暗所撮影の際に閃光を発するものである。シャッタボタン１０５は、デジタルカメラ１００による撮影を実行するための物理スイッチである。電源ボタン１０６は、デジタルカメラ１００の電源のオンオフを切り替えるための物理スイッチである。液晶モニタ１０７は、デジタルカメラ１００による撮影画像等を表示する。操作ボタン１０８は、デジタルカメラ１００の撮影モード等を設定するための物理スイッチである。メモリカードスロット１０９は、デジタルカメラ１００による撮影画像等を記憶するメモリカード（図示略）を差し込むためのスロットである。

図２７に示すように、デジタルカメラ１００は、カメラボディ１０１の内部の機能構成要素として、中央演算装置（ＣＰＵ）１１０と、画像処理装置１１１と、受光素子（イメージセンサ）１１２と、信号処理装置１１３と、半導体メモリ１１４と、通信カード１１５とを有している。

受光素子１１２は、撮影レンズ１０２により結像される被写体光学像を読み取る。受光素子１１２の出力は、中央演算装置１１０によって制御される信号処理装置１１３によって処理され、デジタル画像情報に変換される。信号処理装置１１３によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置１１０によって制御される画像処理装置１１１において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ１１４に記録される。この場合、半導体メモリ１１４は、メモリカードスロット１０９に装填されたメモリーカード、カメラ本体にオンボードで内蔵された半導体メモリを用いることができる。液晶モニタ１０７には、撮影中の画像や半導体メモリ１１４に記録されている画像が表示される。また、半導体メモリ１１４に記録した画像は、通信カードスロット（図示略、あるいは、メモリカードスロット１０９と兼用することもできる）に装填した通信カード１１５を介して外部へ送信することも可能である。撮影レンズ１０２は、カメラの携帯時には、その対物面がレンズバリア（図示略）により覆われており、ユーザが電源ボタン１０６を操作して電源を投入すると、レンズバリアが開き、対物面が露出する構成である。半導体メモリ１１４に記録した画像を液晶モニタ１０７に表示させる、あるいは通信カード１１５を介して外部へ送信させる際には、操作ボタン１０８を操作する。半導体メモリ１１４および通信カード１１５は、メモリカードスロット１０９および通信カードスロットのような、それぞれ専用または汎用のスロットに装填して使用される。

このように、カメラ装置または車載カメラ装置には、本実施形態の撮像光学系を用いて構成した撮影レンズ１０２を使用することができる。従って、充分に広画角で大口径でありながら、低ディストーションを保ち、対環境性に優れる良好な性能を持つカメラ装置または車載カメラ装置を実現することができる。また、撮影画像がデジタル画像情報に変換して出力されることで、画像解析や画像処理などのセンシング技術により適したものとすることができる。

図２８は、本実施形態の撮像光学系を搭載したステレオカメラ２００の構成を示す図である。図２９は、ステレオカメラ２００を用いて対象物までの距離を測定する三角測量の原理を説明する図である。

図２８に示すように、ステレオカメラ２００は、２つのカメラ装置２００ａ、２００ｂを有している。このカメラ装置２００ａ、２００ｂは、本実施形態の撮像光学系を用いた撮影レンズ２０１ａ、２０１ｂ、および受光素子２０２ａ、２０２ｂを各々用いている。カメラ装置２００ａ、２００ｂとしては、例えば、図２６、図２７に示すカメラ装置１００と同様の構成のものを用いることができるが、これに限定されることはない。カメラ装置２００ａ、２００ｂから出力されるデジタル画像情報を、ステレオカメラ２００に設けた画像処理部等で、適宜補正や画像処理を施して出力することで、製造ラインや車両の制御等のセンシング技術に用いることができる。

ステレオカメラ２００を用いれば、ステレオカメラ２００から対象物までの距離を測量することができる。対象物をカメラ装置２００ａ、２００ｂで撮影した際、各々のカメラ装置から出力される画像に映る対象物について、画像中の位置に差異、すなわち視差が生じる。図２９において、視差Ｚ、基線長Ｂ（カメラ装置２００ａ、２００ｂの間隔）、撮影レンズ２０１ａ、２０１ｂの焦点距離ｆ、測定距離Ｄの間には、Ｄ＝Ｂｆ／Ｚの相関関係があることが、三角測量の原理で求められる。すなわち、基線長Ｂと焦点距離ｆの値をステレオカメラ２００に付随する値としてステレオカメラ２００内に記憶しておけば、視差Ｚを画像演算にて取得することで、対象物までの測定距離Ｄを算出することができる。

しかし、温度変化による画角変動（像高変動）が生じれば、対象物からの光を結像する位置がずれてしまい、視差Ｚにずれが生じる。そのため、上式の演算によって算出される測定距離Ｄにずれが生じ、測距誤差となって現れてしまう。例えば、撮像光学系を車載ステレオカメラに搭載した場合、車両の走行制御を高精度に行うことが困難になるおそれがある。従って、温度変化による画角変動（像高変動）を抑えることはステレオカメラ２００にとって重要なことであり、本実施形態の撮像光学系は撮影レンズ２０１ａ、２０１ｂに使用することに非常に適している。

図２６〜図２９では、本実施形態の撮像光学系をデジタルカメラ（撮像装置、カメラ装置）１００とステレオカメラ２００に適用した場合を例示して説明した。しかし、本実施形態の撮像光学系は、例えば、測距装置と移動体（例えば車両）の少なくとも一方に適用することができる。すなわち、本実施形態の撮像光学系の適用対象には自由度があり、種々の設計変更が可能である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲において、種々の変形や変更が可能である。例えば、本発明の撮像光学系は、上記説明における「像側」を物体側とし、「物体側」を像側として投影光学系として用いることができる。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１００ デジタルカメラ（撮像装置、カメラ装置）
２００ ステレオカメラ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｌ１ 負レンズ
Ｌ２ 正レンズ（プラスチックレンズ）
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 負レンズ（プラスチックレンズ）
Ｌ４ 正レンズ
Ｌ５ 正レンズ（プラスチックレンズ）
Ｌ３’ 正レンズ
Ｌ４’ 負レンズ（プラスチックレンズ）
Ｌ５’ 正レンズ（プラスチックレンズ）
Ｓ 開口絞り
Ｆ１ 第１の光学フィルタ
Ｆ２ 第２の光学フィルタ
ＩＭＧ 設計上の像面

Claims (16)

1. 物体側から像側に向かって順に、正又は負の屈折力を持つ第１レンズ群と、開口絞りと、正の屈折力を持つ第２レンズ群とから構成されており、
   第１レンズ群は、物体側から像側に向かって順に、メニスカス形状を持つ負レンズと、メニスカス形状を持つとともにプラスチックレンズで形成される正レンズとを有しており、
   第２レンズ群は、プラスチックレンズを有しており、
   次の条件式（１）、（２）を満足する、
   ことを特徴とする撮像光学系。
   （１）ｃ３１ａ＞ｃ３２ａ
   （２）ｃ３１ｂ＜ｃ３２ｂ
   但し、
   ｃ３１ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸上の曲率、
   ｃ３２ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸上の曲率、
   ｃ３１ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの物体側の面の軸外の曲率、
   ｃ３２ｂ：第２レンズ群のプラスチックレンズの像側の面の軸外の曲率。
2. 次の条件式（３）、（４）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
   （３）α２＞３０×１０−６
   （４）α３＞３０×１０−６
   但し、
   α２：第１レンズ群の正レンズの線膨張係数、
   α３：第２レンズ群のプラスチックレンズの線膨張係数。
3. 次の条件式（５）、（６）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像光学系。
   （５）β２＜−５０×１０−６
   （６）β３＜−５０×１０−６
   但し、
   β２：第１レンズ群の正レンズの屈折率温度係数、
   β３：第２レンズ群のプラスチックレンズの屈折率温度係数。
4. 次の条件式（７）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像光学系。
   （７）０．２＜φ２ａ／φ３ａ＜０．８
   但し、
   φ２ａ：第１レンズ群の正レンズの軸上におけるパワー、
   φ３ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの軸上におけるパワー。
5. 次の条件式（８）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像光学系。
   （８）φ２ａ＋φ３ａ＜φＡ
   但し、
   φ２ａ：第１レンズ群の正レンズの軸上におけるパワー、
   φ３ａ：第２レンズ群のプラスチックレンズの軸上におけるパワー、
   φＡ：光学系の全系の軸上におけるパワー。
6. 次の条件式（９）を満足する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像光学系。
   （９）｜ｃ３１ａ−ｃ３２ａ｜＜｜ｃ３１ｂ−ｃ３２ｂ｜
7. 第２レンズ群のプラスチックレンズは、第２レンズ群の最も像側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮像光学系。
8. 第２レンズ群は、第２レンズ群の最も像側に配置されているプラスチックレンズの他に、プラスチックレンズで形成される負レンズを有している、
   ことを特徴とする請求項７に記載の撮像光学系。
9. 第１レンズ群の正レンズは、物体側に凹面を向けている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の撮像光学系。
10. 第１レンズ群の負レンズは、ガラスレンズで形成されている、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮像光学系。
11. 第２レンズ群は、物体側から像側に向かって順に、負レンズと、正レンズと、正レンズとから構成されており、負レンズと最も像側の正レンズがプラスチックレンズを構成している、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮像光学系。
12. 第２レンズ群は、物体側から像側に向かって順に、正レンズと、負レンズと、正レンズとから構成されており、負レンズと最も像側の正レンズがプラスチックレンズを構成している、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮像光学系。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の撮像光学系を有することを特徴とする撮像装置。
14. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の撮像光学系を有することを特徴とするステレオカメラ。
15. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の撮像光学系を有することを特徴とする測距装置。
16. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の撮像光学系を有することを特徴とする移動体。