JP2021026194A - 光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系を得ること。【解決手段】 全画角９０度以上の画角を有する広角光学系において、物体側から像側へ順に第１の光軸上に配置され、１枚の負レンズよりなる物体側レンズ群第１の光軸を第２の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材第２の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群より構成し下記条件式を満足すること。１．９＜Ｎｄ＿Ｇ１＜２．５０ …（１）１０．０＜νｄ＿Ｇ１＜４０．０ …（２）−１．６＜ｆＧ１／ｆ＜−０．５ …（３）【選択図】図１

Description

本発明は、小型な撮像光学系に関する。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェアラブルデバイス等に好適な広角光学系に関する。

近年、電子撮像素子を用いた撮像装置においては、ウェアラブルデバイス等への搭載を目論み、装置全体が薄型化可能な構成であることが要望されている。また、前記撮像装置に用いられる光学系としては、一度の撮影で広画角を撮影可能な構成とするため、全画角で９０度を超えるような広角光学系が求められている。

ここで、光学系を薄型化できる構成として、光学系中に反射面を配置することで光軸を屈曲した構成が知られている。（特許文献１）

特開２００８−２０３４７１号公報

とくに、ウェアラブルデバイスへ搭載する撮像装置において、光学系はレンズユニットの薄型化を実現することが重要である。光学系の薄型化を実現する構成として、光学系中に光路偏向部材を配し光軸を屈曲する所謂屈曲光学系が知られている。

上記の特許文献１の各実施例では、反射部材より物体側のレンズ群を負レンズ１枚で構成し、前記負レンズの光学材料として高屈折率材料を用いた、広角端全画角６５度程度のズームレンズを開示している。

ここで、上記の特許文献１に開示された屈折力配置は正群先行型のズームレンズ構成であり、最も物体側に配置された負レンズは軸外光束の取り込みと、第１レンズ群内での色消しを主に担う構成である。このため、光学系全系において、前記負レンズは比較的緩い屈折力配置をとっている。ゆえに、この屈折力配置を維持したまま、広角化をすすめると前記負レンズの屈折力が緩まりすぎる配置となり、前玉径が大型化してしまう。つまり、従来の屈折力配置にて屈曲構成をとった場合は、光学系の厚みの薄型化が困難であった。

一方、前玉径小型化を狙い前記負レンズの屈折力を強めすぎた場合は、広画角の軸外光束を取り込むために前記負レンズの像面側曲率が強まりすぎる形状となり、歪曲収差と非点収差の補正が困難であった。

つまり、屈曲配置の光学系において、反射部材の物体側に配置したレンズ群を負レンズ１枚で構成しつつ、光学系を広角化する場合には、前記負レンズについて適切な光学材料を選択するとともに屈折力配置を最適化することが重要な課題である。

本発明は、撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系の提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学系は、
全画角９０度以上の画角を有する広角光学系において、
物体側から像側へ順に
第１の光軸上に配置され、１枚の負レンズよりなる物体側レンズ群
第１の光軸を第２の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材
第２の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群
より構成し、
下記条件式を満足することを特徴としている。

１．９＜Ｎｄ＿Ｇ１＜２．５０ …（１）
１０．０＜νｄ＿Ｇ１＜４０．０ …（２）
−１．６＜ｆＧ１／ｆ＜−０．５ …（３）
Ｎｄ＿Ｇ１：物体側レンズ群の負レンズのｄ線における屈折率
νｄ＿Ｇ１：物体側レンズ群の負レンズのｄ線におけるアッベ数
ｆＧ１：物体側レンズ群の焦点距離
ｆ：光学系全系の焦点距離

本発明によれば、撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系の提供を実現できる。

実施例１のレンズ断面図（折り曲げ状態） 実施例１のレンズ断面図（展開状態） 実施例１の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図 実施例２のレンズ断面図（展開状態） 実施例２の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図 実施例３のレンズ断面図（展開状態） 実施例３の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図 実施例４のレンズ断面図（展開状態） 実施例４の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図 実施例５のレンズ断面図（展開状態） 実施例５の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図 実施例６のレンズ断面図（展開状態） 実施例６の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、第１の光軸上に配置され１枚の負レンズよりなる物体側レンズ群ＬＦ、第１の光軸を第２の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材ＬＭ、第２の光軸上に配置され正の屈折力の像側レンズ群ＬＲにて構成している。ここで、光路偏向部材ＬＭにて光軸を偏向するとともに、物体側レンズ群ＬＦを１枚構成とすることにより、光学系の厚みの薄型化を実現している。

また、本発明の光学系は無限遠物体合焦時の実光線（歪曲収差の影響を考慮した）主光線入射画角において、９０度以上の全画角を有している。従来、全画角９０度以上の光学系において、光路偏向部材ＬＭより物体側に配置された物体側レンズ群ＬＦの構成を負レンズ１枚で構成することは困難であった。本発明では、下記条件式を満足する光学材料と屈折力配置をとることで、物体側レンズ群ＬＦを負レンズ１枚で構成することを実現している。
物体側レンズ群ＬＦの負レンズのｄ線における屈折率をＮｄ＿Ｇ１、アッベ数をνｄ＿Ｇ１とする。物体側レンズ群ＬＦの負レンズのＦ線における屈折率をＮＦ＿Ｇ１、Ｃ線における屈折率をＮＣ＿Ｇ１とする。
物体側レンズ群ＬＦの焦点距離をｆＧ１とする。光学系全系の焦点距離をｆとする。

１．９＜Ｎｄ＿Ｇ１＜２．５０ …（１）
１０．０＜νｄ＿Ｇ１＜４０．０ …（２）
−１．６＜ｆＧ１／ｆ＜−０．５ …（３）
ここで
νｄ＿Ｇ１＝（Ｎｄ＿Ｇ１−１）／（ＮＦ＿Ｇ１−ＮＣ＿Ｇ１）
条件式（１）、（２）は物体側レンズ群ＬＦに配置した負レンズの材料範囲を規定した条件式である。物体側レンズ群ＬＦに配置した負レンズを条件式（１）、（２）を満たす光学材料を用いることで、９０度以上の全画角を有する光学系において物体側レンズ群ＬＦをレンズ１枚で構成することを実現している。

条件式（１）の下限を超えると、光学材料の屈折率が小さくなりすぎる。このとき、９０度以上の広角光学系を構成しようとすると、負レンズの像面側開角が深くなりすぎる（像面側曲率が強くなりすぎる）形状となり、歪曲収差と非点収差の補正の両立が困難となる。一方、上限を超えると、光学材料の屈折率が大きくなりすぎる。このとき、光学材料の可視光領域の分光透過率が低下しすぎるとともに、光学材料の実現性も困難となるのでよくない。

条件式（２）の下限を超えると、光学材料のアッベ数が小さくなりすぎる。つまり、光学材料が高分散化しすぎることとなる。このとき、光学材料の可視光領域の分光透過率が低下しすぎるとともに、倍率色収差の補正が困難となる。一方、上限を超えると、光学材料のアッベ数が大きくなりすぎる。このとき、条件式（１）を同時に満足する光学材料の実現性が困難となるのでよくない。ここで、条件式（１）、（２）を同時に満足する高屈折率光学材料としては、従来の光学硝材のほか、無容器法にて生成した材料（希土類添加ＢａＴｉ２Ｏ５ガラスなど）がある。

条件式（３）は物体側レンズ群ＬＦの焦点距離と光学系全系の焦点距離の比を規定した条件式である。条件式（３）を満足することで、物体側レンズ群ＬＦの１枚構成の実現と前玉径小型化を両立している。

条件式（３）の下限を超えると、物体側レンズ群ＬＦの屈折力が弱まりすぎる。このとき、全画角９０度以上の広角光学系を構成しようとすると、前玉径が増大し光学系全系の小型化が困難となる。一方、上限を超えると、物体側レンズ群ＬＦの屈折力が強まりすぎる。このとき、物体側レンズ群ＬＦを負レンズ１枚で構成することが困難となり、光学系の厚みが増大してしまうのでよくない。

より好ましくは条件式（１）乃至（３）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

１．９３＜Ｎｄ＿Ｇ１＜２．４０ …（１ａ）
１３．５＜νｄ＿Ｇ１＜３５．０ …（２ａ）
−１．６＜ｆＧ１／ｆ＜−０．８ …（３ａ）
更に好ましくは条件式（１ａ）〜（３ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

１．９５ ＜ Ｎｄ＿Ｇ１ ＜ ２．３５ …（１ｂ）
１５．０ ＜ νｄ＿Ｇ１ ＜ ３０．０ …（２ｂ）
−１．５ ＜ ｆＧ１／ｆ ＜ −１．０ …（３ｂ）
図１は本発明の実施例１の無限遠物体合焦時におけるレンズ断面図（折り曲げ状態）である。

また、図２、図４、図６、図８、図１０、図１２は本発明の実施例１乃至６の無限遠物体合焦時におけるレンズ断面図（展開状態）である。

また、図３、図５、図７、図９、図１１、図１３は本発明の実施例１乃至６の無限距離物体への合焦時における縦収差図である。

各実施例の光学系は撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側（物体側）で、右方が像側である。

レンズ断面図においてＬＦは、負レンズ１枚よりなる物体側レンズ群である。ＬＭは光路偏向部材である。ＬＲは合成で正の屈折力の像側レンズ群である。Ｇはローパスフィルタやカバーガラスなどに相当する光学ガラスブロックである。ＳＳは開口絞りである。ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する像面である。

縦収差図において、ｄ−ｌｉｎｅ、ｇ−ｌｉｎｅは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面である。倍率色収差はｇ線によって表している。ωは撮影半画角（度）、ＦｎｏはＦナンバーである。また、実施例１乃至５に対応する歪曲収差は等立体角射影（像高をＹ、焦点距離をｆ、画角をω、正弦関数をｓｉｎとしたとき、Ｙ＝２＊ｆ＊ｓｉｎ（ω／２）で表される射影）を基準として示している。また、実施例６に対応する歪曲収差は中心射影（像高をＹ、焦点距離をｆ、画角をω、正接関数をｔａｎとしたとき、Ｙ＝ｆ＊ｔａｎ（ω）で表される射影）を基準として示している。

各実施例をもとに、本発明のより好ましい構成について説明する。

本発明の光学系において、より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。

物体側レンズ群ＬＦの負レンズの物体側面における曲率半径をＧ１Ｒａ、像側面における曲率半径をＧ１Ｒｂとする。（レンズ面が非球面形状の場合は、近軸曲率半径を用いることとする）像側レンズ群ＬＲの中で最も屈折力の強い負レンズの空気中における焦点距離をｆＲｎとする。像側レンズ群ＬＲの焦点距離をｆＲとする。光学系全系のレンズ全長（平行平板のガラスブロックは空気換算）をＯＡＬとする。

−２．０＜（Ｇ１Ｒｂ＋Ｇ１Ｒａ）／（Ｇ１Ｒｂ−Ｇ１Ｒａ）＜−１．０…（４）
０．５＜ｆＧ１／ｆＲｎ＜２．０ …（５）
−１．０＜ｆＧ１／ｆＲ＜−０．３ …（６）
５．０＜ＯＡＬ／ｆ＜１５．０ …（７）
条件式（４）は物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの形状を規定する条件式である。前記負レンズの形状を最適化することで、広画角の光束を取り込みつつ歪曲収差と非点収差をバランスよく補正している。

条件式（４）の下限を超えると、前記負レンズの屈折力が弱まりすぎる形状となる。このとき、光学系を広画角化しようとすると前玉径が増大することにより、屈曲構成をとった場合は光学系の厚みが増大してしまう。一方、上限を超えると、物体側レンズ群ＬＦの負レンズの形状が両凹形状となる。このとき、負レンズの物体側面の形状が凹面となり、とくに全画角１８０度以上の光束を取り込むことが困難となるのでよくない。

条件式（５）は物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの焦点距離と、像側レンズ群ＬＲの中で最も屈折力の強い負レンズの空気中での焦点距離の比を規定した条件式である。条件式（５）を満足する屈折力配置をとることで、光学系全系において倍率色収差を良好に補正している。

条件式（５）の下限を超えると、物体側レンズ群ＬＦの負レンズの屈折力に比して像側レンズ群ＬＲの負レンズの屈折力が弱まりすぎてしまう。このとき、光学系全系では倍率色収差が補正不足となる。一方、上限を超えると、物体側レンズ群ＬＦの負レンズの屈折力に比して像側レンズ群ＬＲの負レンズの屈折力が強まりすぎてしまう。このとき、光学系全系では倍率色収差が補正過剰となるのでよくない。

条件式（６）は物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの焦点距離と像側レンズ群ＬＲの焦点距離の比を規定した条件式である。条件式（６）の数値範囲は、広画角光学系全系を小型化できる屈折力配置に最適化している。

条件式（６）の下限を超えると、像側レンズ群ＬＲの屈折力に比して物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの屈折力が弱まりすぎる。このとき、物像側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの屈折力が弱まりすぎる配置となり、前玉径が増大するとともにレンズ全長が大型化する。若しくは、像側レンズ群ＬＲの屈折力が強まりすぎる配置となり、光学性能を維持すること、とくに倍率色収差の補正が困難となる。一方、上限を超えると、像側レンズ群ＬＲの屈折力に比して物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの屈折力が強まりすぎる。このとき、物体側レンズ群ＬＦを構成する負レンズの屈折力が強まりすぎる配置となり、レンズ群内を負レンズ１枚で構成することが困難となることで光学系の厚みが増大する。若しくは、像側レンズ群ＬＲの屈折力が弱まりすぎる配置となり、レンズ全長が大型化してしまうのでよくない。

条件式（７）は光学系全系のレンズと焦点距離の比を規定した条件式である。

条件式（７）の下限を超えると、レンズ全長が焦点距離に比して小さくなりすぎる。このとき、光学性能とくに像面湾曲と倍率色収差の補正が困難となる。一方、上限を超えると、レンズ全長が焦点距離に比して大きくなりすぎる。このとき、広角光学系においてはレンズ全長の増大に伴い前玉径が増大することで、光学系サイズが大型化するのでよくない。

より好ましくは条件式（４）乃至（７）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

−１．９＜（Ｇ１Ｒｂ＋Ｇ１Ｒａ）／（Ｇ１Ｒｂ−Ｇ１Ｒａ）＜−１．０５
…（４ａ）
０．６＜ｆＧ１／ｆＲｎ＜１．８ …（５ａ）
−０．９＜ｆＧ１／ｆＲ＜−０．３５ …（６ａ）
６．０＜ＯＡＬ／ｆ＜１３．０ …（７ａ）
更に好ましくは条件式（４ａ）〜（７ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

−１．８＜（Ｇ１Ｒｂ＋Ｇ１Ｒａ）／（Ｇ１Ｒｂ−Ｇ１Ｒａ）＜−１．１
…（４ｂ）
０．７＜ｆＧ１／ｆＲｎ＜１．６ …（５ｂ）
−０．８＜ｆＧ１／ｆＲ＜−０．４ …（６ｂ）
９．０＜ＯＡＬ／ｆ＜１１．０ …（７ｂ）
また、各実施例１〜５において、光路偏向部材ＬＭとしてプリズム形状の素子を用いている。ここで、第１の光軸を第２の光軸へ偏向する反射面を空気中に配置せずにプリズムを用いることで、物体側レンズ群ＬＦのレンズ径の増大を抑制している。

ここで、屈折率媒質の空気換算長Ｌａｉｒは下記のように表される。

Ｌａｉｒ＝Ｄｐｒ／Ｎｄ
Ｎｄ：媒質の屈折率
Ｄｐｒ：媒質の厚さ
つまり、光学系光路中に反射面を配置する場合、空気中に反射面のみを配置するのと比して、プリズム（Ｎｄ＞１．０の屈折率媒質中）に反射面を配置すると空気換算長Ｌａｉｒを小さくすることができる。つまり、光路偏向部材ＬＭとしてプリズムを用いると、空気中に反射面を配置した場合と比して、絞り面ＳＳから物体側レンズ群ＬＦまでの間隔をより短縮したのと等価な状態となる。このとき、物体側レンズ群ＬＦは、より入射瞳位置に近づく配置となるため、物体側レンズ群ＬＦのレンズ径をより小型に構成することができる。

ここで、光路偏向部材ＬＭに配置する反射面としては、金属膜や誘電体多層膜を用いたものであってもよいが、とくにプリズムを用いる場合には全反射面とすることが好ましい。反射面として全反射面を用いることで、反射面における光量損失などを最小限とすることができる。

光路偏向部材ＬＭとしてプリズム形状の素子を用いる場合、プリズムの材料のｄ線における屈折率をＮｄＰＲとしたとき、下記条件式を満足するのがよい。

１．８＜ＮｄＰＲ＜２．５ …（８）
条件式（８）を満足する屈折率にて光路偏向部材ＬＭを構成することにより、前述のように物体側レンズ群ＬＦのレンズ径を小型化するとともに、全反射の臨界角をより小さくすることができる。

条件式（８）の下限を超えると、光路偏向部材ＬＭを構成する材料の屈折率が小さくなりすぎる。このとき、物体側レンズ群ＬＦのレンズ径が大型化しすぎるとともに、臨界角が大きくなり反射面にける全光束が全反射条件を満たすことが困難となる。一方、上限を超えると、光路偏向部材ＬＭを構成する材料の屈折率が大きくなりすぎる。このとき、材料の可視光領域の分光透過率が低下しすぎるとともに、光学材料の実現性も困難となるのでよくない。

より好ましくは条件式（８）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

１．９＜ＮｄＰＲ＜２．４ …（８ａ）
更に好ましくは条件式（８ａ）の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。

１．９５＜ＮｄＰＲ＜２．３ …（８ｂ）
また、実施例４、５において、光路偏向部材ＬＭは屈折力を有する構成としている。光路偏向部材ＬＭの屈折力を付与することで、屈折力分担と収差補正の自由度を確保し光学系の小型化と高仕様化に有利な配置をとっている。

［実施例１］
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施例１の光学系について説明する。

実施例１は物体側から像側へ順に、第１の光軸上に配置した負レンズ１枚よりなる物体側レンズ群ＬＦ、光路偏向部材ＬＭ、第２の光軸上に配置した合成で正の屈折力の像側レンズ群ＬＲにて構成している。光路偏向部材ＬＭにより光軸を偏向しつつ、物体側レンズ群ＬＦを負レンズ１枚の構成とすることで、光学系の厚みの薄型化を実現している。また、実施例１は、魚眼光学系を構成し実光線にて１８０度の全画角を有している。ここで、光路偏向部材ＬＭにおける光軸の偏向角（第１の光軸と第２の光軸の成す角）は９０度に設定している。また、像側レンズ群ＬＲの像側には各種光学フィルタやカバーガラスに相当するガラスブロックＧを配置している。

ここで、物体側レンズ群ＬＦは、物体側に凸のメニスカス形状の負の両非球面レンズにて構成している。また、広角撮影光学系において、物体側レンズの構成枚数を削減しつつ非点収差を補正するため、Ｎｄ＝１．９を超える高屈折率材料を非球面として配置している。また、光路偏向部材ＬＭとして全反射プリズムを配置している。ここで、高屈折率のプリズム材料を用いることで、金属膜や誘電体多層膜を用いた反射面と比して光量損失などで有利な全反射面が利用できる構成としている。また、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、像側に凸のメニスカス形状の正レンズ、絞りＳＳ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の正の両非球面レンズにて構成している。ここで、像側レンズ群ＬＲのレンズ構成と非球面形状を最適化することで、倍率色収差を良好に補正しつつ、像面湾曲と歪曲収差をバランスよく補正している。

以上のように、条件式（１）乃至（３）を同時に満足するように光学材料を選択、屈折力を適切に配置しつつ、光学系構成を最適化することにより、撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系を実現している。

［実施例２］
以下、図４を参照して、本発明の実施例２の光学系について説明する。

実施例２の光学系の基本構成は、実施例１と同じである。実施例２は実施例１と比較して、各レンズ群の屈折力配置と群内構成、撮影画角を変更したことが異なる。

ここで、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、像側に凸のメニスカス形状の正レンズ、絞りＳＳ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、両凸レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の正の両非球面レンズにて構成している。

［実施例３］
以下、図６を参照して、本発明の実施例３の光学系について説明する。

実施例３の光学系の基本構成は、実施例１と同じである。実施例３は実施例１と比較して、各レンズ群の屈折力配置と群内形状を変更したことが異なる。

ここで、物体側レンズ群ＬＦは、物体側に凸のメニスカス形状の負の非球面レンズにて構成している。また、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、像側に凸のメニスカス形状の正レンズ、絞りＳＳ、両凸レンズと両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、両凸レンズと像側に凸のメニスカス形状の負レンズの接合レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の正の両非球面レンズにて構成している。

［実施例４］
以下、図８を参照して、本発明の実施例４の光学系について説明する。

実施例４の光学系の基本構成は、実施例１と同じである。実施例４は実施例１と比較して、各レンズ群の屈折力配置と群内形状を変更、撮影画角を変更するとともに、とくに光路変更部材ＬＭについてパワーを有する構成としたことが異なる。

ここで、光路偏向部材ＬＭは、平面にて構成した全反射プリズムの像側に平凸レンズを接合し、正の屈折力を有する構成としている。光路変更部材ＬＭに正の屈折力を与えることで、絞りより物体側に配置されたレンズ群の構成枚数を削減しつつ、前記レンズ群内における色消しと収差補正を良好に実現している。また、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、絞りＳＳ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の正の両非球面レンズにて構成している。

［実施例５］
以下、図１０を参照して、本発明の実施例５の光学系について説明する。

実施例５の光学系の基本構成は、実施例１と同じである。実施例５は実施例１と比較して、各レンズ群の屈折力配置と群内形状を変更、撮影画角を変更するとともに、とくに光路変更部材ＬＭについてパワーを有する構成としたことが異なる。

ここで、光路偏向部材ＬＭは、全反射プリズムの物体側に曲率を持たせることで負の屈折力を有する構成としている。光路変更部材ＬＭに負の屈折力を与えることで、物体側レンズ群ＬＦ内の負レンズの屈折力を分担し、歪曲収差と非点収差の補正をより良好に実現している。また、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、両凸レンズ、絞りＳＳ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の正の両非球面レンズにて構成している。

［実施例６］
以下、図１２を参照して、本発明の実施例６の光学系について説明する。

実施例６の光学系の基本構成は、実施例１と同じである。実施例６は実施例１と比較して、屈折力配置とともに射影方式を変更し、光路変更部材をミラー系で構成したことが異なる。

ここで、実施例６は、中心射影の射影方式をとり、実光線にて約１０４度の全画角を有している。また、物体側レンズ群ＬＦは、物体側に凸のメニスカス形状の負の非球面レンズにて構成している。また、光路偏向部材ＬＭとしては反射ミラーを想定し、光軸の偏向角（第１の光軸と第２の光軸の成す角）は９０度に設定している。光路偏向部材ＬＭに反射ミラーを用いることで、全反射プリズムを用いる場合と比して光量的には不利となるものの、光学系全系のレンズ重量を軽量化することができる。また、像側レンズ群ＬＲは、物体側から像側へ順に、両凸レンズ、絞りＳＳ、物体側に凸のメニスカス形状の正レンズ、物体側に凸のメニスカス形状の負レンズと両凸レンズの接合レンズ、像側に凸のメニスカス形状の負の両非球面レンズにて構成している。

ここで、各実施例において、無限遠物体から近距離物体への合焦動作に関しては、レンズ群の一部を移動する部分フォーカス方式、センサを像側へ移動するセンサ移動方式など、各種手法が適用できる。なお、広角光学系における深い被写体深度を用いて、合焦動作を実施しない構成としてもよい。

また、手ぶれの補正に際しては、各レンズ群の少なくとも一部を光軸と垂直方向の成分を有するように変位する構成、撮像素子を変位する構成など、各種公知の手法を適用してもよい。

また、歪曲収差については、基準となる射影方式（実施例１〜５では等立体角射影、実施例６では中心射影）に対応する補正のほか、異なる射影方式への変換など、各種公知の手法を適用し電子的に処理してもよい。

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。

次に、本発明の数値実施例を示す。ここで、光路偏向素子による光軸偏向は同軸の光軸上に展開した状態として、光学系諸数値を記載している。また、光路偏向素子による反射面位置（第１の光軸と第２の光軸上での交点位置）はダミー面を配置している。

各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉはレンズ面の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔である。ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。＊は非球面であることを示す。また、ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は非球面係数である。

非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ａ４・ｈ^４＋Ａ６・ｈ^６＋Ａ８・ｈ^８＋Ａ１０・ｈ^１０
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。

なお、バックフォーカスＢＦはガラスブロックＧの最終面からの距離で表している。また、バックフォーカスに関しては、ガラスブロックＧを空気換算した数値をＢＦ（ｉｎ ａｉｒ）として表している。

また、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表１に示す。

（数値実施例１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 37.013 0.35 2.08300 24.9 5.09
2* 2.115 1.24 3.29
3 ∞ 1.70 2.10420 17.0 3.40
4 ∞ 1.70 2.10420 17.0 3.40（反射面）
5 ∞ 0.28 3.40
6 -21.006 1.50 2.08300 24.9 2.39
7 -4.335 0.39 2.19
8(絞り) ∞ 0.95 1.67
9 3.594 1.60 1.48749 70.2 2.47
10 -4.163 0.45 2.74
11 -2.698 0.30 1.80809 22.8 2.74
12 4.477 2.30 1.53775 74.7 3.25
13 -2.891 0.10 4.15
14* 3.568 1.40 1.53110 55.9 4.58
15* 10.303 1.27 4.54
16 ∞ 0.35 1.51633 64.1 6.00
17 ∞ 0.30 6.00
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.05748e-002 A 6=-1.50010e-003 A 8= 8.47792e-005 A10=-1.51583e-006

第2面
K =-1.33267e+000 A 4= 3.53105e-002 A 6= 1.98097e-003 A 8= 2.51305e-003 A10=-3.96806e-004

第14面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.48421e-003 A 6= 7.97885e-004 A 8=-3.05483e-004 A10= 5.12812e-006

第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.51172e-003 A 6= 3.08332e-003 A 8=-1.00678e-003 A10= 7.33067e-005

焦点距離 1.66
Fナンバー 2.88
画角(実光線) 90.00
像高 2.33
レンズ全長(in air) 16.07
BF(in air) 1.80

入射瞳位置 1.57
射出瞳位置 -32.90
前側主点位置 3.15
後側主点位置 -1.36

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -2.08 0.35 0.18 0.01
LM 3 ∞ 3.40 0.81 -0.81
LR 6 4.48 8.99 4.89 -6.26
G 16 ∞ 0.35 0.12 -0.12

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -2.08
LM 3 0.00
LM 4 0.00
4 6 4.82
5 9 4.24
6 11 -2.05
7 12 3.67
8 14 9.58
G 16 0.00

（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 12.346 0.35 1.95150 29.8 5.54
2* 1.713 1.42 3.31
3 ∞ 1.70 2.00272 19.3 3.40
4 ∞ 1.70 2.00272 19.3 3.40
5 ∞ 0.28 3.40
6 -34.930 0.90 1.80810 22.8 1.84
7 -3.779 0.35 1.64
8(絞り) ∞ 1.30 1.62
9 7.533 1.40 1.59522 67.7 2.55
10 -9.506 0.28 3.03
11 -6.131 0.30 1.80810 22.8 3.12
12 2.921 2.20 1.77250 49.6 3.68
13 -19.175 0.10 4.46
14 9.167 1.50 1.59522 67.7 4.92
15 -6.554 0.10 5.08
16* 2.959 0.80 1.53110 55.9 4.92
17* 3.292 1.54 4.81
18 ∞ 0.50 1.51633 64.1 6.00
19 ∞ 0.35 6.00
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.52477e-003 A 6=-1.14643e-004

第2面
K =-6.78164e-001 A 4= 1.87978e-002 A 6= 3.00219e-003 A 8=-1.17726e-004 A10= 5.79981e-004

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.41831e-003 A 6= 2.37210e-003 A 8=-5.26172e-004 A10= 1.22604e-006

第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.92702e-003 A 6= 7.44489e-003 A 8=-1.89010e-003 A10= 1.11791e-004

焦点距離 1.64
Fナンバー 2.88
画角(実光線) 91.15
像高 2.33
レンズ全長(in air) 16.91
BF(in air) 2.23

入射瞳位置 1.63
射出瞳位置 -32.29
前側主点位置 3.19
後側主点位置 -1.29

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -2.12 0.35 0.21 0.03
LM 3 ∞ 3.40 0.85 -0.85
LR 6 4.40 9.23 4.60 -5.59
G 18 ∞ 0.50 0.16 -0.16

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -2.12
LM 3 0.00
LM 4 0.00
4 6 5.18
5 9 7.28
6 11 -2.41
7 12 3.43
8 14 6.66
9 16 30.06
G 18 0.00

（数値実施例３）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 9.180 0.35 2.31200 17.0 4.60
2* 1.976 1.07 3.17
3 ∞ 1.75 1.95906 17.5 3.50
4 ∞ 1.75 1.95906 17.5 3.50
5 ∞ 0.29 3.50
6 -15.868 1.22 2.10420 17.0 1.87
7 -4.228 0.38 1.72
8(絞り) ∞ 2.12 1.70
9 5.085 1.72 1.53775 74.7 3.70
10 -3.974 0.30 1.92286 20.9 3.86
11 5.176 1.76 1.77250 49.6 4.32
12 -6.042 0.10 4.71
13 63.153 1.77 1.85150 40.8 4.85
14 -4.350 0.40 1.89286 20.4 4.93
15 -10.296 0.10 5.03
16* 2.796 0.81 1.63550 23.9 4.71
17* 2.515 1.47 4.40
18 ∞ 0.35 1.51633 64.1 6.00
19 ∞ 0.30 6.00
像面 ∞

非球面データ
第2面
K =-1.50342e+000 A 4= 2.46622e-002 A 6= 4.42553e-003 A 8=-1.67875e-003 A10= 6.43726e-004

第16面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.78281e-003 A 6= 2.84588e-003 A 8=-6.82659e-004 A10= 4.90358e-006

第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.52617e-002 A 6= 9.89636e-003 A 8=-2.59773e-003 A10= 1.36247e-004

焦点距離 1.66
Fナンバー 2.88
画角(実光線) 90.00
像高 2.33
レンズ全長(in air) 17.89
BF(in air) 2.00

入射瞳位置 1.52
射出瞳位置 -29.06
前側主点位置 3.09
後側主点位置 -1.36

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -1.97 0.35 0.20 0.04
LM 3 ∞ 3.50 0.89 -0.89
LR 6 4.42 10.67 4.60 -6.14
G 18 ∞ 0.35 0.12 -0.12

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -1.97
LM 3 0.00
LM 4 0.00
4 6 4.95
5 9 4.44
6 10 -2.40
7 11 3.87
8 13 4.84
9 14 -8.71
10 16 340.88
G 18 0.00

（数値実施例４）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 11.962 0.35 2.08100 27.6 6.07
2* 2.061 1.71 3.73
3 ∞ 1.90 1.92286 20.9 3.80
4 ∞ 1.90 1.92286 20.9 3.80
5 ∞ 1.20 1.80810 22.8 3.80
6 -4.695 0.43 2.34
7(絞り) ∞ 1.39 2.31
8 4.289 1.20 1.71300 53.9 3.10
9 -77.403 0.27 3.24
10 -16.141 0.30 1.94595 18.0 3.28
11 3.441 2.00 1.77250 49.6 3.47
12 -6.809 0.10 3.93
13* 2.529 0.85 1.53110 55.9 4.14
14* 2.605 1.56 4.19
15 ∞ 0.35 1.51633 64.1 6.00
16 ∞ 0.30 6.00
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.75036e-003 A 6=-3.61434e-004 A 8= 1.02437e-005

第2面
K =-4.83246e-001 A 4= 1.26377e-002 A 6= 2.62195e-003 A 8= 1.06320e-004 A10= 1.29558e-004

第13面
K = 0.00000e+000 A 4=-9.57747e-003 A 6= 5.43632e-004 A 8=-6.94859e-004 A10=-2.83745e-005

第14面
K = 0.00000e+000 A 4=-7.28449e-003 A 6= 4.36122e-003 A 8=-2.36717e-003 A10= 1.85462e-004

焦点距離 1.63
Fナンバー 2.00
画角(実光線) 93.00
像高 2.33
レンズ全長(in air) 15.68
BF(in air) 2.09

入射瞳位置 1.78
射出瞳位置 -7.70
前側主点位置 3.08
後側主点位置 -1.33

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -2.35 0.35 0.21 0.04
LM 3 5.81 5.00 2.64 0.00
LR 7 4.85 6.11 2.08 -2.27
G 15 ∞ 0.35 0.12 -0.12

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -2.35
LM 3 0.00
LM 4 0.00
LM 5 5.81
5 8 5.73
6 10 -2.98
7 11 3.23
8 13 33.43
G 15 0.00

（数値実施例５）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1* 21.863 0.35 2.08300 24.9 5.46
2* 2.474 1.46 3.36
3 -5.164 1.75 1.95375 32.3 3.50
4 ∞ 1.75 1.95375 32.3 3.50
5 ∞ 0.17 3.50
6 6.958 1.50 2.00272 19.3 2.05
7 -9.662 0.35 1.78
8(絞り) ∞ 0.39 1.76
9 3.642 1.60 1.59522 67.7 1.74
10 -5.122 0.29 2.14
11 -2.994 0.30 1.89286 20.4 2.19
12 2.995 2.30 1.69680 55.5 2.57
13 -4.504 0.59 3.70
14* 3.382 1.40 1.53110 55.9 4.70
15* 11.284 1.63 4.72
16 ∞ 0.35 1.51633 64.1 6.00
17 ∞ 0.30 6.00
像面 ∞

非球面データ
第1面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.31422e-002 A 6=-1.33079e-003 A 8= 7.02527e-005 A10=-1.08069e-006

第2面
K = 9.74615e-001 A 4= 1.18223e-002 A 6=-2.94075e-004 A 8= 8.16718e-004 A10=-1.45281e-004

第14面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.80231e-003 A 6= 6.37667e-004 A 8=-2.41792e-004 A10= 2.59885e-006

第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.73650e-003 A 6= 3.34589e-003 A 8=-1.03627e-003 A10= 6.74208e-005

焦点距離 1.64
Fナンバー 2.88
画角(実光線) 89.43
像高 2.33
レンズ全長(in air) 16.37
BF(in air) 2.16

入射瞳位置 1.68
射出瞳位置 -13.47
前側主点位置 3.13
後側主点位置 -1.34

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -2.60 0.35 0.19 0.02
LM 3 -5.41 3.50 -0.00 -1.79
LR 6 4.14 8.72 3.60 -6.55
G 16 ∞ 0.35 0.12 -0.12

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -2.60
LM 3 -5.41
LM 4 0.00
4 6 4.22
5 9 3.84
6 11 -1.64
7 12 2.95
8 14 8.57
G 16 0.00

（数値実施例６）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 12.040 0.50 2.08100 27.6 7.00
2* 3.175 1.61 5.32
3 ∞ 2.70 5.40
4 ∞ 2.70 5.40
5 ∞ 0.20 5.40
6 49.025 0.85 2.00069 25.5 3.80
7 -11.976 0.10 3.88
8(絞り) ∞ 1.89 3.87
9 5.888 1.40 1.48749 70.2 4.27
10 106.670 1.88 4.36
11 7.798 0.40 2.00272 19.3 4.71
12 2.766 3.10 1.59522 67.7 4.43
13 -24.911 0.10 5.24
14* -32.124 1.50 1.53110 55.9 5.30
15* -82.682 3.85 5.80
16 ∞ 0.35 1.51633 64.1 10.00
17 ∞ 0.30 10.00
像面 ∞

非球面データ
第2面
K =-9.57595e-001 A 4= 2.94811e-003 A 6= 9.72576e-005 A 8= 4.00735e-006 A10= 4.46265e-007

第14面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.94454e-003 A 6= 2.73585e-004 A 8=-2.85773e-005 A10= 5.33822e-006

第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.44435e-003 A 6= 1.36772e-004 A 8=-1.26892e-005 A10= 1.39912e-006

焦点距離 3.88
Fナンバー 2.88
画角(実光線) 51.74
像高 3.88
レンズ全長(in air) 23.32
BF(in air) 4.38

入射瞳位置 3.01
射出瞳位置 -12.45
前側主点位置 5.71
後側主点位置 -3.58

ズームレンズ群データ
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
LF 1 -4.11 0.50 0.34 0.09
LM 3 ∞ 5.40 2.70 -2.70
LR 6 6.10 11.22 1.32 -7.47
G 16 ∞ 0.35 0.12 -0.12

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
LF 1 -4.11
2 6 9.69
3 9 12.73
4 11 -4.45
5 12 4.37
6 14 -99.94
G 16 0.00

ＬＦ 物体側レンズ群、ＬＭ 光路偏向部材、ＬＲ 像側レンズ群、
Ｇ ガラスブロック、ＳＳ 開口絞り、ＩＰ 像面

Claims (9)

1. 全画角９０度以上の画角を有する広角光学系において、
   物体側から像側へ順に
   第１の光軸上に配置され、１枚の負レンズよりなる物体側レンズ群
   第１の光軸を第２の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材
   第２の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群
   より構成し
   下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
   １．９＜Ｎｄ＿Ｇ１＜２．５０ …（１）
   １０．０＜νｄ＿Ｇ１＜４０．０ …（２）
   −１．６＜ｆＧ１／ｆ＜−０．５ …（３）
   Ｎｄ＿Ｇ１：物体側レンズ群の負レンズのｄ線における屈折率
   νｄ＿Ｇ１：物体側レンズ群の負レンズのｄ線におけるアッベ数
   ｆＧ１ 物体側レンズ群の焦点距離
   ｆ：光学系全系の焦点距離
2. 下記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。
   −２．０＜（Ｇ１Ｒｂ＋Ｇ１Ｒａ）／（Ｇ１Ｒｂ−Ｇ１Ｒａ）＜−１．０…（４）
   Ｇ１Ｒａ：物体側レンズ群の負レンズの物体側面における曲率半径
   Ｇ１Ｒｂ：物体側レンズ群の負レンズの像側面における曲率半径
3. 下記条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系。
   ０．５＜ｆＧ１／ｆＲｎ＜２．０ …（５）
   ｆＲｎ：像側レンズ群中で最も屈折力の強い負レンズの空気中における焦点距離
4. 下記条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光学系。
   −１．０＜ｆＧ１／ｆＲ＜−０．３ …（６）
   ｆＲ：像側レンズ群の焦点距離
5. 下記条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の光学系。
   ５．０＜ＯＡＬ／ｆ＜１５．０ …（７）
   ＯＡＬ：レンズ全長（最終ガラスブロックは空気換算長）
6. 前記光路偏向部材はプリズム形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光学系。
7. 下記条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の光学系。
   １．８＜ＮｄＰＲ＜２．５…（８）
   ＮｄＰＲ：光路偏向部材のプリズム材料のｄ線における屈折率
8. 前記光路偏向部材は屈折力を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光学系。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の光学系を有することを特徴とする撮像装置。