JP2023183790A - 光学系、撮像装置、車載システム、および移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くし、高解像な撮影が可能な光学系を提供する。
【解決手段】物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の前群（Ｇ１）と開口絞り（ＳＴＯ）と正の屈折力の後群（Ｇ２）とからなる光学系（１）であって、前群は、物体側から像側へ順に配置された、第１非球面レンズ（Ｆｒ１）と、第１負レンズ（Ｆｒ２）と、第１正レンズ（Ｆｒ３）とを有し、後群は、像側から物体側へ順に配置された、第２非球面レンズ（Ｒｅ１）と、第２負レンズ（Ｒｅ２）と、第２正レンズ（Ｒｅ３）とを有し、前群の焦点距離ｆＧ１および後群の焦点距離ｆＧ２は、所定の条件式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系、撮像装置、車載システム、および移動装置に関する。

従来、前方監視用途の車載カメラでは、遠方を監視するために望遠カメラ、斜め前方の飛び出しなどを監視するために広角カメラなど、複数のカメラが必要とされていた。一方、特許文献１には、歪曲を制御して中心領域の焦点距離を周辺よりも長くし、２つのカメラを１つにした中心窩光学系が開示されている。

特開２０２０－４６５６５号公報

特許文献１に開示された光学系では、中心領域の焦点距離を更に長くすることが難しく、遠方をより高解像で撮像することが難しい。

そこで本発明は、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くし、高解像な撮影が可能な光学系を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の前群と開口絞りと正の屈折力の後群とからなる光学系であって、前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、第１非球面レンズと第１負レンズと第１正レンズとを有し、前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、第２非球面レンズと第２負レンズと第２正レンズとを有し、前記前群の焦点距離ｆＧ１および前記後群の焦点距離ｆＧ２は、所定の条件式を満足する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くし、高解像な撮影が可能な光学系を提供することができる。

実施例１における光学系の断面図である。 実施例１における光学系の収差図である。 実施例２における光学系の断面図である。 実施例２における光学系の収差図である。 実施例３における光学系の断面図である。 実施例３における光学系の収差図である。 実施例４における光学系の断面図である。 実施例４における光学系の収差図である。 各実施例における光学系を備えた車載システムのブロック図である。 各実施例における光学系を備えた車載システムを搭載した車両の要部概略図である。 各実施例における光学系を備えた車載システムの動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、実施例１における光学系１の断面図である。図２は、光学系１の縦収差図である。図３は、実施例２における光学系２の断面図である。図４は、光学系２の縦収差図である。図５は、実施例３における光学系３の断面図である。図６は、光学系３の縦収差図である。図７は、実施例４における光学系４の断面図である。図８は、光学系４の縦収差図である。

図１、図３、図５、および図７の断面図において、左方が物体側、右方が像側である。ＣＧはカバーガラス（光学フィルター等に相当する光学ブロック）である。ＩＭＧは像面であり、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）が配置される。図２、図４、図６、および図８の縦収差図は、球面収差、像面湾曲、および歪曲を示す。球面収差および像面湾曲はミリメートル単位で示す。また各縦収差図では、６５６．３ｎｍ、５８７．６ｎｍ、４８６．１ｎｍ、および４３５．８ｎｍに関する収差を示している。以下、断りがない限り、レンズ構成は物体側から像側への配置順に説明する。

各実施例の光学系１、２、３、４は、物体側から像側へ順に（光軸１００の方向に沿って）配置された、正の屈折力の前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）ＳＴＯと、正の屈折力の後群Ｇ２とからなる光学系（撮像光学系）である。前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に配置された、第１非球面レンズＦｒ１と第１凹レンズ（第１負レンズ）Ｆｒ２と第１凸レンズ（第１正レンズ）Ｆｒ３とを有する。後群Ｇ２は、像側から物体側へ順に配置された、第２非球面レンズＲｅ１と第２凹レンズ（第２負レンズ）Ｒｅ２と第２凸レンズ（第２正レンズ）Ｒｅ３とを有する。前群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１、後群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とするとき、以下の条件式（１）を満足する。

２．５≦ｆＧ１／ｆＧ２≦２０．０ ・・・（１）
各実施例の光学系は、前群Ｇ１を前述のように構成することで、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くしやすい。また、後群Ｇ２を前述のように構成することで、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くしたことによる像面湾曲や倍率色収差への影響を低減しやすい。

また各実施例の光学系は、条件式（１）を満足するように前群Ｇ１の焦点距離と後群Ｇ２の焦点距離を適切に設定することで、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くすることが可能になる。条件式（１）の下限を下回ると、前群Ｇ１のパワー（屈折力）が強くなりすぎ、中心領域の焦点距離を長くできなくなるため好ましくない。一方、条件式（１）の上限を上回ると、前群Ｇ１のパワーが弱くなりすぎ、全長を短縮することができず、光学系が大型化するため好ましくない。

各実施例において、好ましくは、条件式（１）の数値範囲は以下の条件式（１ａ）のように設定される。

２．６≦ｆＧ１／ｆＧ２≦１９．０ ・・・（１ａ）
各実施例において、より好ましくは、条件式（１）の数値範囲は以下の条件式（１ｂ）のように設定される。

２．８≦ｆＧ１／ｆＧ２≦１８．０ ・・・（１ｂ）
各実施例において、好ましくは、第１非球面レンズＦｒ１は、径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する非球面を含む。第１非球面レンズＦｒ１に、変曲点を有する非球面を含ませることで、広い画角を有しながら、焦点距離を効率的に長くすることができ、少ないレンズ枚数で光学系を構成することができるため好ましい。

各実施例において、好ましくは、第１凹レンズＦｒ２は、径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する非球面を含む。第１凹レンズＦｒ２に、変曲点を有する非球面を含ませることで、第１非球面レンズＦｒ１の面形状変化が大きく、レンズの作製難易度が高くなった場合に、それぞれの非球面の面形状変化を小さくし、レンズの作成難易度を低くすることができるため好ましい。

各実施例において、好ましくは、第１非球面レンズＦｒ１の焦点距離をｆＦｒ１とし、第１凹レンズＦｒ２の焦点距離をｆＦｒ２とするとき、以下の条件式（２）を満足する。

２．５≦｜ｆＦｒ１／ｆＦｒ２｜≦１０．０ ・・・（２）
条件式（２）は、広い画角を有しながら中心焦点距離を長くするための条件式である。条件式（２）の下限を下回ると、第１非球面レンズＦｒ１のパワーが強くなりすぎ、中心領域の焦点距離を長くできなくなるため好ましくない。一方、条件式（２）の上限を上回ると、第１凹レンズＦｒ２のパワーが緩くなりすぎ、広角化することが難しくなるため好ましくない。

より好ましくは、条件式（２）の数値範囲は以下のように設定される。

２．７≦｜ｆＦｒ１／ｆＦｒ２｜≦８．５ ・・・（２ａ）
更に好ましくは、条件式（２）の数値範囲は以下のように設定される。

３．０≦｜ｆＦｒ１／ｆＦｒ２｜≦７．０ ・・・（２ｂ）
各実施例において、好ましくは、第１凹レンズＦｒ２は、像側の面が凹面形状である。第１凹レンズＦｒ２の像側の面を凹面形状とすることで、第１凹レンズＦｒ２のパワーを適度に高めることができるため、広い画角を有しながら中心焦点距離を長くしやすい。

各実施例において、第２凸レンズＲｅ３の物体側に配置された第３凸レンズ（第３正レンズ）Ｒｅ４を有する。絞りＳＴＯよりも像側に配置された後群Ｇ２が第３凸レンズＲｅ４を有することで、樽型の歪曲を出しやすくし、広い画角を有しながら中心焦点距離を長くしやすい。

各実施例において、第１非球面レンズＦｒ１および第２非球面レンズＲｅ１の少なくとも一方は、樹脂製のレンズ（樹脂レンズ）である。樹脂レンズとは、樹脂（プラスチック）を主成分とする材料を示しており、樹脂のみから成るものに限らず、微小量の樹脂以外の物質（不純物）を含有するものも含む。樹脂レンズは、一般的なガラスレンズと比較して、温度係数がプラスに大きいため、凸レンズに使用してガラスレンズと組み合わせることで、温度変化時のピント補正に有利となる。第１非球面レンズＦｒ１および第２非球面レンズＲｅ１がいずれも凸レンズの場合、温度変化時のピント補正に有効に働くため、少なくとも一方を樹脂レンズとすることがより好ましい。

各実施例によれば、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くし、中心領域を高解像に撮影可能な光学系を提供することができる。以下、各実施例の光学系について詳述する。

まず、図１および図２を参照して、実施例１における光学系１について説明する。図１は、光学系１の断面図である。図２は、光学系１の縦収差図である。光学系１は、物体側から像側へ順に配置された、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、絞りＳＴＯ、第４レンズＬ５、第６レンズＬ６、および第７レンズＬ７からなる。

前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、非球面の凸レンズである第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）、非球面の第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）、および第３レンズＬ３（第１凸レンズＦｒ３）からなる。後群Ｇ２は、像側から物体側へ順に配置された、非球面の凸レンズである第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）、第６レンズＬ６（第２凹レンズＲｅ２）、第５レンズＬ５（第２凸レンズＲｅ３）、および第４レンズＬ４（第３凸レンズＲｅ４）からなる。図示しない物体からの光束は、カバーガラスＣＧを透過して像面ＩＭＧ上に結像する。

第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）において、物体側の非球面および像側の非球面の両方は径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）において、物体側の非球面は径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）は、樹脂レンズである。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）は、像側の面が凹面形状を有する。第５レンズＬ５（第２凸レンズＲｅ３）および第６レンズＬ６（第２凹レンズＲｅ２）は、互いに接合された接合レンズである。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）はそれぞれ、両面が非球面である。本実施例の光学系１は、中心焦点距離が１１．４ｍｍ、全画角が１２０°、Ｆｎｏ（Ｆ値）が１．８である。

まず、図３および図４を参照して、実施例２における光学系２について説明する。図３は、光学系２の断面図である。図４は、光学系２の縦収差図である。光学系２は、物体側から像側へ順に配置された、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、絞りＳＴＯ、第４レンズＬ５、第６レンズＬ６、および第７レンズＬ７からなる。

前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、非球面の凹レンズである第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）、第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）、および第３レンズＬ３（第１凸レンズＦｒ３）からなる。後群Ｇ２は、像側から物体側へ順に配置された、非球面の凸レンズである第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）、第６レンズＬ６（第２凹レンズＲｅ２）、第５レンズＬ５（第２凸レンズＲｅ３）、および第４レンズＬ４（第３凸レンズＲｅ４）からなる。図示しない物体からの光束は、カバーガラスＣＧを透過して像面ＩＭＧ上に結像する。

第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）において、物体側の非球面は、径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）は、樹脂レンズである。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）は、像側の面が凹面形状を有する。第５レンズＬ５（第２凸レンズＲｅ３）および第６レンズＬ６（第２凹レンズＲｅ２）は、互いに接合された接合レンズである。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第７レンズＬ７（第２非球面レンズＲｅ１）はそれぞれ、両面が非球面である。本実施例の光学系２は、中心焦点距離が１１．６ｍｍ、全画角が１２０°、Ｆｎｏ（Ｆ値）が１．８である。

まず、図５および図６を参照して、実施例３における光学系３について説明する。図５は、光学系３の断面図である。図６は、光学系３の縦収差図である。光学系３は、物体側から像側へ順に配置された、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、絞りＳＴＯ、第４レンズＬ５、第６レンズＬ６、第７レンズＬ７、第８レンズＬ８、および第９レンズＬ９からなる。

前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、非球面の凸レンズである第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）、非球面の第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）、および第３レンズＬ３（第１凸レンズＦｒ３）からなる。後群Ｇ２は、像側から物体側へ順に、第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）、第８レンズＬ８（第２凹レンズＲｅ２）、第７レンズＬ７（第２凸レンズＲｅ３）、第６レンズＬ６（第３凸レンズＲｅ４）、第５レンズＬ５、および第４レンズＬ４からなる。第９レンズＬ９は凹レンズ、第５レンズＬ５は凹レンズ（第３負レンズ）、第４レンズＬ４は凸レンズ（第４正レンズ）である。図示しない物体からの光束は、カバーガラスＣＧを透過して像面ＩＭＧ上に結像する。

第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）において、物体側の非球面および像側の非球面の両方は径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）において、物体側の非球面は径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）は、樹脂レンズである。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）は、像側の面が凹面形状を有する。第４レンズＬ４および第５レンズＬ５は、互いに接合された接合レンズである。第７レンズＬ７（第２凸レンズＲｅ３）および第８レンズＬ８（第２凹レンズＲｅ２）は、互いに接合された接合レンズである。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）はそれぞれ、両面が非球面である。本実施例の光学系３は、中心焦点距離が１１．４ｍｍ、全画角が１２０°、Ｆｎｏ（Ｆ値）が１．８である。

まず、図７および図８を参照して、実施例４における光学系４について説明する。図７は、光学系４の断面図である。図８は、光学系４の縦収差図である。光学系４は、物体側から像側へ順に配置された、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、絞りＳＴＯ、第４レンズＬ５、第６レンズＬ６、第７レンズＬ７、第８レンズＬ８、および第９レンズＬ９からなる。

前群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、非球面の凹レンズである第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）、第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）、第３レンズＬ３（第１凸レンズＦｒ３）、および第４レンズＬ４からなる。後群Ｇ２は、像側から物体側へ順に、凸レンズである第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）、第８レンズＬ８（第２凹レンズＲｅ２）、第７レンズＬ７（第２凸レンズＲｅ３）、第６レンズＬ６（第３凸レンズＲｅ４）、および第５レンズＬ５からなる。第５レンズＬ５は凹レンズ（第３負レンズ）、第４レンズＬ４は凸レンズ（第４正レンズ）である。図示しない物体からの光束は、カバーガラスＣＧを透過して像面ＩＭＧ上に結像する。

第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）において、物体側の非球面は径方向に（光軸を含む断面において）変曲点を有する。第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）は、樹脂レンズである。第２レンズＬ２（第１凹レンズＦｒ２）は、像側の面が凹面形状を有する。第５レンズＬ５および第６レンズＬ６は、互いに接合された接合レンズである。第７レンズＬ７（第２凸レンズＲｅ３）および第８レンズＬ８（第２凹レンズＲｅ２）は、互いに接合された接合レンズである。第１レンズＬ１（第１非球面レンズＦｒ１）および第９レンズＬ９（第２非球面レンズＲｅ１）はそれぞれ、両面が非球面である。本実施例の光学系４は、中心焦点距離が７．５ｍｍ、全画角が１２０°、Ｆｎｏ（Ｆ値）が１．８である。

以下、実施例１～４に対応する数値実施例１～４をそれぞれ示す。各数値実施例において、面番号は物体側から像側へ順に数えた光学面の順である。ｒは物体側から第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間隔（レンズ厚または空気間隔）である。Ｎｄ、νｄはそれぞれ第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。なお、ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。

符号「＊」は非球面の形状を有する面を意味している。

非球面の形状は、以下の式（３）で表される。式（３）において、ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、・・・はそれぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次、・・・の非球面係数である。

（数値実施例１）
各種データ
焦点距離 11.4
Fno 1.8
半画角 ±60°

面データ
面番号 r d Ｎｄ νｄ
1* 22.97 4.80 1.536 56.0
2* 206.08 1.18
3* 8.59 3.55 1.583 59.4
4* 3.07 6.44
5 19.99 5.76 1.589 61.2
6 -16.24 1.30
7 ∞ 2.50
8（絞り） ∞ 2.50
9 ∞ 0.21
10 12.14 3.00 1.694 53.2
11 -41.94 0.20
12 17.94 2.29 1.595 67.7
13 -9.27 0.81 2.001 29.1
14 23.10 0.82
15* 16.53 6.00 1.536 56.0
16* -26.36 1.60
17 ∞ 1.08 1.517 64.2
18 ∞ 0.96

非球面係数
面番号 K A B C D E
1 -4.960E+00 1.801E-04 -1.515E-06 -3.938E-08 4.738E-10 -1.428E-12
2 0.000E+00 1.289E-03 -2.155E-05 9.639E-08 -6.271E-10 1.269E-11
3 0.000E+00 -3.050E-04 -2.410E-05 6.440E-08 5.467E-09 -5.508E-11
4 -8.501E-01 -3.599E-03 1.011E-05 1.139E-06 -3.006E-08 2.187E-10
15 1.000E+00 -4.403E-04 1.099E-05 -1.188E-06 4.888E-08 -7.735E-10
16 0.000E+00 -4.024E-03 2.001E-04 -6.527E-06 1.232E-07 -1.024E-09

（数値実施例２）
各種データ
焦点距離 10.6
Fno 1.8
半画角 ±60°
面データ
面番号 r d Ｎｄ νｄ
1* 11.07 4.80 1.536 56.0
2* 7.12 3.43
3 -40.84 1.50 1.583 59.4
4 11.76 5.45
5 24.16 2.80 1.589 61.2
6 -13.78 2.92
7 ∞ 2.50
8（絞り） ∞ 2.50
9 ∞ 0.10
10 50.71 3.00 1.694 53.2
11 -14.49 0.20
12 14.39 2.95 1.595 67.7
13 -7.30 0.81 2.001 29.1
14 302.78 2.40
15* 74.69 6.00 1.536 56.0
16* -95.42 1.60
17 ∞ 1.08 1.517 64.2
18 ∞ 0.96

非球面係数
面番号 K A B C D E
1 -3.505E-02 -2.866E-04 -2.441E-06 -1.584E-09 3.108E-10 -1.950E-12
2 0.000E+00 -4.241E-04 -6.171E-06 4.986E-07 -1.593E-08 2.373E-10
15 1.000E+00 9.040E-05 1.135E-05 -7.992E-07 3.482E-08 -4.734E-10
16 0.000E+00 -4.157E-03 1.812E-04 -4.979E-06 8.383E-08 -5.717E-10

（数値実施例３）
各種データ
焦点距離 11.4
Fno 1.8
半画角 ±60°

面データ
面番号 r d Ｎｄ νｄ
1* 8.64 4.42 1.536 56.0
2* 9.00 2.34
3* 110.09 1.94 1.583 59.5
4* 6.65 2.14
5 57.00 6.61 1.667 33.1
6 -15.42 1.70
7（絞り） ∞ 1.70
8 25.74 3.42 1.516 64.1
9 -8.37 2.00 1.805 25.4
10 -18.51 0.21
11 41.75 2.70 1.516 64.1
12 -51.97 0.20
13 13.76 5.40 1.595 67.7
14 -11.56 2.14 1.847 23.8
15 -20.16 1.01
16* -83.33 2.00 1.536 56.0
17* 12.86 1.04
18 ∞ 1.08 1.517 64.2
19 ∞ 0.96

非球面係数
面番号 K A B C D E
1 -6.000E+00 7.092E-04 -2.794E-05 2.978E-07 -1.132E-09 1.078E-12
2 -1.000E+00 -4.096E-04 -1.385E-05 3.330E-07 -7.892E-09 1.700E-10
3 0.000E+00 6.186E-04 -4.435E-05 7.121E-07 -3.561E-09 -1.204E-11
4 0.000E+00 1.102E-04 -8.947E-05 2.420E-06 -3.218E-08 1.477E-10
15 0.000E+00 -4.507E-04 5.794E-05 -1.738E-06 1.783E-08 9.118E-11
16 0.000E+00 -5.740E-03 3.202E-04 -8.270E-06 7.985E-08 4.866E-10

面番号 F
1 -5.149E-15
2 -1.338E-12
3 5.447E-13
4 3.9942E-12
15 -1.747E-12
16 -8.016E-12

（数値実施例４）
各種データ
焦点距離 7.5
Fno 1.8
半画角 ±60°

面データ
面番号 r d Ｎｄ νｄ
1* 7.41 4.51 1.583 59.5
2* 4.35 3.24
3 -51.95 1.50 1.745 25.3
4 11.42 1.91
5 -13.33 3.93 1.988 20.8
6 -13.95 0.66
7 17.24 2.01 1.824 41.3
8 -34.74 1.70
9 ∞ 4.20
10（絞り）∞ 1.60
11 45.21 0.25 1.738 26.8
12 9.43 1.23 1.603 66.1
13 -65.94 0.10
14 10.79 3.13 1.595 67.7
15 -6.55 1.50 1.720 34.7
16 -39.62 2.18
17* 10.41 2.08 1.536 56.0
18* 21.80 1.96
19 ∞ 1.00 1.517 64.2
20 ∞ 1.00

非球面係数
面番号 K A B C D
1 -4.225E+00 8.363E-04 -2.673E-05 2.546E-07 -8.357E-10
2 -5.429E-01 -6.231E-04 -6.369E-05 1.748E-06 -2.765E-08
17 1.980E+00 -1.096E-03 4.080E-05 -2.737E-06 5.513E-08
18 0.000E+00 -2.806E-03 1.357E-04 -5.632E-06 1.081E-07

表１は、各実施例の各条件式に関する数値を示す。

図９は、上述した各実施例の光学系を撮像光学系として用いた車載カメラ１０とこれを備えた車載システム（運転支援装置）６００の構成を示している。車載システム６００は、自動車（車両）等の移動可能な移動体（移動装置）により保持され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて車両の運転（操縦）を支援するためのシステムである。

図１０は、車載システム６００を備えた移動装置としての車両７００を示している。図１０においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方や側方などに設定してもよい。

図１０に示すように、車載システム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（制御部、ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警告装置（警告部）４０とを備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離取得部（取得部）４と、衝突判定部５とを備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離取得部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した各実施例の光学系と撮像素子とを有する。

図１１のフローチャートは、車載システム６００の動作例を示す。ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の障害物や歩行者などの対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。

ステップＳ２では、車両情報取得装置２０により車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。

ステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。

ステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ずれ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法等の既知の方法を用いることができるため、ここでは説明を省略する。なお、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、上記の順番に行われてもよいし、互いに並列して処理を行われてもよい。

ステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報を、距離取得部４によって取得（算出）する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータおよび外部パラメータとに基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。

そして、ステップＳ６では、車両情報取得装置２０により取得された車両情報や、距離取得部４により算出された距離情報を用いて、対象物までの距離が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に対象物が存在するか否かを判定し、車両と対象物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に対象物が存在する場合は「衝突可能性あり」と判定し（ステップＳ７）、設定距離内に対象物が存在しない場合は「衝突可能性なし」と判定する（ステップＳ８）。

次に、衝突判定部５は、「衝突可能性あり」と判定した場合、その判定結果を制御装置３０や警告装置４０に対して通知（送信）する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し（ステップＳ６）、警告装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両のユーザ（運転者、搭乗者）への警告を行う（ステップＳ７）。なお、判定結果の通知は、制御装置３０及び警告装置４０の少なくとも一方に対して行えばよい。

制御装置３０は、車両の駆動部（エンジンやモータ等）に対して制御信号を出力することで、車両の移動を制御することができる。例えば、車両においてブレーキをかける、アクセルを戻す、ハンドルを切る、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制するなどの制御を行う。また、警告装置４０は、ユーザに対して、例えば警告音（警報）を発する、カーナビゲーションシステムなどの画面に警告情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどの警告を行う。

以上説明した車載システム６００によれば、上記処理により、効果的に対象物の検知を行うことができ、車両と対象物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例の光学系を車載システム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって対象物の検知および衝突判定を行うことが可能になる。

なお、距離情報の算出については、様々な方法を採り得るが、例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、一つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。

そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離取得部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離取得部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離取得部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。

また、車載システム６００や車両（移動装置）７００は、万が一、車両７００が障害物に衝突した場合に、その旨を車載システムの製造元（メーカー）や移動装置の販売元（ディーラー）などに通知するための通知装置（通知部）を備えていてもよい。例えば、通知装置としては、車両７００と障害物との衝突に関する情報（衝突情報）を予め設定された外部の通知先に対して電子メールなどによって送信するもの採用することができる。

このように、通知装置によって衝突情報を自動通知する構成を採ることにより、衝突が生じた後に点検や修理などの対応を速やかに行うことができる。なお、衝突情報の通知先は、保険会社、医療機関、警察などや、ユーザが設定した任意のものであってもよい。また、衝突情報に限らず、各部の故障情報や消耗品の消耗情報を通知先に通知するように通知装置を構成してもよい。衝突の有無の検知については、上述した受光部２からの出力に基づいて取得された距離情報を用いて行ってもよいし、他の検知部（センサ）によって行ってもよい。

なお、車載システム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用する場合について説明したが、これに限らず、車載システム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載システム６００は、自動車等の車両に限らず、例えば船舶や航空機、産業用ロボットなどの移動体に適用することができる。また、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等の物体認識を利用する種々の機器に適用することができる。

各実施例によれば、広い画角を有しながら中心領域の焦点距離を長くし、高解像な撮影が可能な光学系、撮像装置、車載システム、および移動装置を提供することができる。

各実施例の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の前群と開口絞りと正の屈折力の後群とからなる光学系であって、
前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、第１非球面レンズと第１負レンズと第１正レンズとを有し、
前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、第２非球面レンズと第２負レンズと第２正レンズとを有し、
前記前群の焦点距離をｆＧ１、前記後群の焦点距離をｆＧ２とするとき、
２．５≦ｆＧ１／ｆＧ２≦２０．０
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
（構成２）
前記第１非球面レンズは、光軸を含む断面において変曲点を有する非球面を含むことを特徴とする構成１に記載の光学系。
（構成３）
前記第１負レンズは、光軸を含む断面において変曲点を有する非球面を含むことを特徴とする構成１または２に記載の光学系。
（構成４）
前記第１非球面レンズの焦点距離をｆＦｒ１、前記第１負レンズの焦点距離をｆＦｒ２とするとき、
２．５≦｜ｆＦｒ１／ｆＦｒ２｜≦１０．０
なる条件式を満足することを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の光学系。
（構成５）
前記第１負レンズの像側面が凹面であることを特徴とする構成１乃至４のいずれかに記載の光学系。
（構成６）
前記後群は、前記第２正レンズの物体側に配置された第３正レンズを更に有することを特徴とする構成１乃至５のいずれかに記載の光学系。
（構成７）
前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズの少なくとも一方は、樹脂材料からなることを特徴とする構成１乃至６のいずれか一項に記載の光学系。
（構成８）
前記第２負レンズおよび前記第２正レンズは、互いに接合されていることを特徴とする構成１乃至７のいずれかに記載の光学系。
（構成９）
前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズの物体側面および像側面のそれぞれが非球面であることを特徴とする構成１乃至８のいずれかに記載の光学系。
（構成１０）
前記第１非球面レンズは、前記前群のうち最も物体側に配置されたレンズであることを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の光学系。
（構成１１）
前記第２非球面レンズは、前記後群のうち最も像側に配置されたレンズであることを特徴とする構成１乃至１０のいずれかに記載の光学系。
（構成１２）
前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと前記第２負レンズと前記第２正レンズと第３正レンズとからなり、
前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズは、正レンズであり、
前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面および像側の非球面の両方は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
前記第１負レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有することを特徴とする構成１乃至１１のいずれかに記載の光学系。
（構成１３）
前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと前記第２負レンズと前記第２正レンズと第３正レンズとからなり、
前記第１非球面レンズは負レンズ、前記第２非球面レンズは正レンズであり、
前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有することを特徴とする構成１乃至１１のいずれかに記載の光学系。
（構成１４）
前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと、前記第２負レンズと、前記第２正レンズと、第３正レンズと、第３負レンズと、第４正レンズとからなり、
前記第１非球面レンズは正レンズ、前記第２非球面レンズは負レンズであり、
前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面および像側の非球面の両方は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
前記第３負レンズおよび前記第４正レンズは、互いに接合された接合レンズであることを特徴とする構成１乃至１１のいずれかに記載の光学系。
（構成１５）
前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズと第４正レンズとからなり、
前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと、前記第２負レンズと、前記第２正レンズと、第３正レンズと、第３負レンズとからなり、
前記第１非球面レンズは負レンズ、前記第２非球面レンズは正レンズであり、
前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
前記第３正レンズおよび前記第３負レンズは、互いに接合された接合レンズであることを特徴とする構成１乃至１１のいずれかに記載の光学系。
（構成１６）
構成１乃至１５のいずれかに記載の光学系と、
該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
（構成１７）
構成１６に記載の撮像装置と、
該撮像装置により取得される前記物体の距離情報に基づいて、車両と前記物体との衝突可能性を判定する判定部とを備えることを特徴とする車載システム。
（構成１８）
前記車両と前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知装置を備えることを特徴とする構成１７に記載の車載システム。
（構成１９）
構成１６に記載の撮像装置を備え、該撮像装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
（構成２０）
前記撮像装置によって得られた前記物体の距離情報に基づいて前記物体との衝突可能性を判定する判定部を有することを特徴とする構成１９に記載の移動装置。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、各実施例では補正波長範囲として可視域を補正したレンズを説明したが、補正波長範囲はこれに限定されるものではなく、各実施例は補正波長範囲を狭くあるいは広くしたレンズにも適用可能である。

また各実施例の光学系は、車載カメラの用途に限定されるものではなく、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラなどにも適用可能である。 また各実施例の光学系の前群および後群はそれぞれ固定されている（光軸方向に移動しない）が、ズームまたはフォーカスのために少なくとも一部のレンズが光軸方向に移動可能に構成されていてもよい。

１、２、３、４ 光学系
Ｇ１ 前群
ＳＴＯ 絞り（開口絞り）
Ｇ２ 後群
Ｆｒ１ 第１非球面レンズ
Ｆｒ２ 第１凹レンズ（第１負レンズ）
Ｆｒ３ 第１凸レンズ（第１正レンズ）
Ｒｅ１ 第２非球面レンズ
Ｒｅ２ 第２凹レンズ（第２負レンズ）
Ｒｅ３ 第２凸レンズ（第２正レンズ）

Claims (20)

1. 物体側から像側へ順に配置された、正の屈折力の前群と開口絞りと正の屈折力の後群とからなる光学系であって、
   前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、第１非球面レンズと第１負レンズと第１正レンズとを有し、
   前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、第２非球面レンズと第２負レンズと第２正レンズとを有し、
   前記前群の焦点距離をｆＧ１、前記後群の焦点距離をｆＧ２とするとき、
   ２．５≦ｆＧ１／ｆＧ２≦２０．０
   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非球面レンズは、光軸を含む断面において変曲点を有する非球面を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第１負レンズは、光軸を含む断面において変曲点を有する非球面を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
4. 前記第１非球面レンズの焦点距離をｆＦｒ１、前記第１負レンズの焦点距離をｆＦｒ２とするとき、
   ２．５≦｜ｆＦｒ１／ｆＦｒ２｜≦１０．０
   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。
5. 前記第１負レンズの像側面が凹面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
6. 前記後群は、前記第２正レンズの物体側に配置された第３正レンズを更に有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
7. 前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズの少なくとも一方は、樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
8. 前記第２負レンズおよび前記第２正レンズは、互いに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
9. 前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズの物体側面および像側面のそれぞれが非球面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
10. 前記第１非球面レンズは、前記前群のうち最も物体側に配置されたレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
11. 前記第２非球面レンズは、前記後群のうち最も像側に配置されたレンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
12. 前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
    前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと前記第２負レンズと前記第２正レンズと第３正レンズとからなり、
    前記第１非球面レンズおよび前記第２非球面レンズは、正レンズであり、
    前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面および像側の非球面の両方は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
    前記第１負レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
13. 前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
    前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと前記第２負レンズと前記第２正レンズと第３正レンズとからなり、
    前記第１非球面レンズは負レンズ、前記第２非球面レンズは正レンズであり、
    前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
14. 前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズとからなり、
    前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと、前記第２負レンズと、前記第２正レンズと、第３正レンズと、第３負レンズと、第４正レンズとからなり、
    前記第１非球面レンズは正レンズ、前記第２非球面レンズは負レンズであり、
    前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面および像側の非球面の両方は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
    前記第３負レンズおよび前記第４正レンズは、互いに接合された接合レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
15. 前記前群は、物体側から像側へ順に配置された、前記第１非球面レンズと前記第１負レンズと前記第１正レンズと第４正レンズとからなり、
    前記後群は、像側から物体側へ順に配置された、前記第２非球面レンズと、前記第２負レンズと、前記第２正レンズと、第３正レンズと、第３負レンズとからなり、
    前記第１非球面レンズは負レンズ、前記第２非球面レンズは正レンズであり、
    前記第１非球面レンズにおける物体側の非球面は、光軸を含む断面において変曲点を有し、
    前記第３正レンズおよび前記第３負レンズは、互いに接合された接合レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学系と、
    該光学系を介して物体を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
17. 請求項１６に記載の撮像装置と、
    該撮像装置により取得される前記物体の距離情報に基づいて、車両と前記物体との衝突可能性を判定する判定部とを備えることを特徴とする車載システム。
18. 前記車両と前記物体との衝突に関する情報を外部に通知する通知装置を備えることを特徴とする請求項１７に記載の車載システム。
19. 請求項１６に記載の撮像装置を備え、該撮像装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
20. 前記撮像装置によって得られた前記物体の距離情報に基づいて前記物体との衝突可能性を判定する判定部を有することを特徴とする請求項１９に記載の移動装置。