JP5118587B2 - 撮像光学系および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像光学系および撮像装置に関し、より詳しくは、最大半画角が７５°以上の広角撮像レンズと、保護等のために該広角撮像レンズの物体側に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系、および該撮像光学系を搭載した撮像装置に関するものである。

従来、撮像レンズの防塵、防湿、防水等の保護の目的で、撮像レンズの物体側にカバーガラス等の保護部材が設置されることがある。しかし、撮像レンズが広角で、例えば全画角が１５０°以上となるものでは画面周辺部において歪みが大きくなる等の不都合が生じることがある。特に、全画角が１８０°以上となるレンズ系では、平行平面板状の保護部材を用いたのでは全画角１８０°以上の光線が通らないという不都合が生じる。そのため、このようなレンズ系では曲面形状の保護部材（以下、カバーレンズと呼ぶ）が用いられることになる。

特許文献１には、全画角が１８０°の水中用魚眼レンズが記載されており、その最も物体側の第１レンズ群は、負の屈折力を有する物体側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる。このメニスカスレンズは、収差補正以外にも防水性および耐圧性の機能を備え、いわば保護部材としての役目を果たすものである。
特開平７−８４１８０号公報

カバーレンズの曲面形状を、入射光線の入射角がほぼ直角となるような半球状の形状とし、物体側の面の球心と像側の面の球心が一致した形状とすれば、保護対象の撮像レンズが広角であっても、カバーレンズの装着による画角の変化は無く、機能上は問題ないと言える。しかしながら、カバーレンズの形状が半球に近くなったり、または半球を超えたりすると、その製造が非常に困難になる。また、このような半球状のカバーレンズでは、その面の球心を撮像レンズの前端付近に位置させなければならず、カバーレンズと撮像レンズの間隔が大きくなり、撮像装置に適用する際にはカバーレンズが突出した配置となり、装置の大型化の要因となってしまう。

仮に、両面の球心が一致したカバーレンズを、その使用領域が半球より小さい範囲となるように保護対象の撮像レンズに近づけて配置した場合は、カバーレンズの有無により画角が変化してしまう。特に、画像周辺部の画角の大きいところでカバーレンズの有無による画角の変化が大きくなり、撮像レンズが元来保有していた広角という特性が損なわれることになる。

本発明は、上記事情に鑑み、広角撮像レンズと該広角撮像レンズの物体側に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系において、良好な製造性と小型化を図るとともに、カバーレンズの有無による画角の変化を抑制することが可能な撮像光学系を提供することを目的とするものである。また、本発明は、上記の本発明の撮像光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の撮像光学系は、最大半画角が９０°以上の広角撮像レンズと、該広角撮像レンズの物体側に着脱自在に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系であって、カバーレンズが、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心とが異なるメニスカスレンズからなり、撮像光学系に半画角９０°で入射する光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第２の撮像光学系は、最大半画角が７５°以上、９０°未満の広角撮像レンズと、該広角撮像レンズの物体側に着脱自在に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系であって、カバーレンズが、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心とが異なるメニスカスレンズからなり、撮像光学系に広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさの半画角で入射する光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることを特徴とするものである。

なお、本発明における「最大半画角」とは、広角撮像レンズの仕様等により決まる最大の半画角である。また、本発明において、光軸に対称な系については、「半画角」は光軸からの角度を言うことにする。すなわち、「全画角」は半画角の２倍の角度となる。光軸に非対称な系については、全画角の中心軸を光軸の代わりに用いることにする。

なお、本発明の「カバーレンズ」は、保護以外の機能、例えば、収差補正機能等を有するものであってもよい。

なお、上記の「カバーレンズが、負のパワーを持ち」とは、光軸に平行な入射光束をカバーレンズの有効径内に入射させたとき、カバーレンズから出射される光束が発散光束となることを意味する。

なお、上記の「メニスカスレンズ」とは、０°からカバーレンズの最大半画角と同じ大きさまでの半画角で入射する各光線に対して、物体側の面および像側の面のうち一方の面が凸面であり他方の面が凹面となる形状を意味する。

なお、カバーレンズが非球面を有する場合は、「面の球心」は、光軸を含む断面内の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の球心とする。

本発明の第１および第２の撮像光学系においては、該撮像光学系に０°から広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさまでの半画角で入射する各光線について、各光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることが好ましい。

また、本発明の第１および第２の撮像光学系においては、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
１．０１＜Ｒ１／（Ｒ２＋ｄ）＜１．６ … （１）
ただし、
Ｒ１：光軸を含む断面内のカバーレンズの物体側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
Ｒ２：光軸を含む断面内のカバーレンズの像側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
ｄ：カバーレンズの光軸上の厚み

また、本発明の第１および第２の撮像光学系においては、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．８＜２×Ｈ／Ｒ２＜１．９ … （２）
ただし、
Ｒ２：光軸を含む断面内のカバーレンズの像側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
Ｈ：カバーレンズの像側の面の有効半径

また、本発明の第１および第２の撮像光学系においては、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
ΔＢｆ／ｆｗ＜０．０２ … （３）
ただし、
ΔＢｆ：（撮像光学系のバックフォーカス）−（広角撮像レンズのバックフォーカス）
ｆｗ：広角撮像レンズの焦点距離
なお、上記の撮像光学系のバックフォーカスおよび広角撮像レンズのバックフォーカスは空気換算長を用いるものとする。

本発明の撮像装置は、上記の本発明の撮像光学系を備えたことを特徴とするものである。本発明の撮像装置においては、カバーレンズが着脱自在なものであることが好ましい。

本発明の第１の撮像光学系のカバーレンズは、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心が異なるメニスカスレンズからなるため、両面の球心が一致した半球状のカバーレンズに比べて、カバーレンズと広角撮像レンズを近接配置することが可能になり小型化を推進できるとともに、製造性を向上させることができる。また、本発明の第１の撮像光学系では、半画角９０°で入射する光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内となるように構成されているため、カバーレンズの有無による画角の変化を小さくすることができる。

本発明の第２の撮像光学系のカバーレンズは、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心が異なるメニスカスレンズからなるため、両面の球心が一致した半球状のカバーレンズに比べて、カバーレンズと広角撮像レンズを近接配置することが可能になり小型化を推進できるとともに、製造性を向上させることができる。また、本発明の第２の撮像光学系では、広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさの半画角で入射する光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内となるように構成されているため、カバーレンズの有無による画角の変化を小さくすることができる。

本発明の撮像装置によれば、本発明の該撮像光学系を備えているため、良好な製造性と小型化を図ることができるとともに、広角撮像レンズを保護するカバーレンズを装着した状態で広角の範囲を撮像することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施形態にかかる撮像光学系は、最大半画角が７５°以上の広角撮像レンズと、カバーレンズとを備えたものである。カバーレンズは、防塵、防湿、防水等の目的で主に広角撮像レンズを保護するために、広角撮像レンズの物体側に配置されるものである。

まず、本発明の第１の実施形態として、広角撮像レンズの最大半画角が９０°以上の場合について説明し、その後、本発明の第２の実施形態として、広角撮像レンズの最大半画角が７５°以上、９０°未満の場合について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる一構成例である撮像光学系ＳＬ１のレンズ断面図である。この図１に示す構成例は、後述の実施例１に対応している。また、図２〜図６には、本発明の第１の実施形態にかかる撮像光学系の別の構成例を示しており、これらは後述の実施例２〜６に対応している。実施例１〜６は、基本的な構成は同じであるため、図１に示す構成の撮像光学系ＳＬ１を例にとり説明する。

図１においては、図の左側が物体側、図の右側が像側である。撮像光学系ＳＬ１は、物体側から順に、カバーレンズＣＬ１と、広角撮像レンズＷＬ１とが配置されてなる。

なお、図１には、広角撮像レンズＷＬ１が撮像装置に適用される場合を考慮して、広角撮像レンズＷＬ１と像面Ｓ_ｉｍとの間に配置された光学部材ＰＰも図示している。光学部材ＰＰは、撮像装置の構成に応じたカバーガラスや、ローパスフィルタまたは赤外線カットフィルタ等を想定したものである。例えば、本撮像レンズが、車載カメラに使用され、夜間の視覚補助用の暗視カメラとして使用される場合には、撮像光学系ＳＬ１と像面Ｓ_ｉｍとの間に紫外光から青色光をカットするようなフィルタを挿入してもよい。

なお、撮像光学系ＳＬ１と像面Ｓ_ｉｍとの間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよい。あるいは、撮像レンズが有するいずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

広角撮像レンズＷＬ１は、最大半画角ω_ｍｘが９０°以上のレンズ系である。ここで、最大半画角とは、例えば広角撮像レンズＷＬ１の仕様等により撮像可能とされる半画角の最大値であり、図１に示す例のような光軸Ｚに対して対称な光学系では、物体側空間における光軸Ｚから最軸外光線Ｂ_ｍｘまでの角度である。なお、光軸に対して非対称な光学系では、広角撮像レンズの仕様等により撮像可能とされる全画角の最大値の半分を最大半画角とすることができる。

図７に、図１に示す例で用いられる広角撮像レンズＷＬ１のレンズ断面図を示す。図７の断面図は、像面Ｓ_ｉｍ位置の調整を除けば、図１の撮像光学系ＳＬ１からカバーレンズＣＬ１を排除した構成に相当する。

図７に示す例の広角撮像レンズＷＬ１は、光軸Ｚから最軸外光線Ｂ_ｍｘまでの角度である最大半画角ω_ｍｘが９４．６°であり、物体側から順に、レンズＬ１、レンズＬ２、レンズＬ３、開口絞りＳｔ、レンズＬ４が配置された４枚のレンズ構成からなる。なお、図７における絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく光軸Ｚ上の位置を示すものである。また、図７には参考のために、撮像光学系ＳＬ１に半画角９０°で入射する光線Ｂ_９０も示している。

本実施形態のカバーレンズＣＬ１は、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面と像側の面の曲率半径の球心が異なるメニスカスレンズからなる。このような形状とすることで、カバーレンズＣＬ１が半球状となるのを防止でき、製造性の良い形状とすることができる。また、カバーレンズＣＬ１の面の球心を広角撮像レンズＷＬ１の前端付近に位置させる必要が無くなり、カバーレンズＣＬ１と広角撮像レンズＷＬ１を近接配置できるため、小型に構成できる。そして、メニスカスレンズに弱い負のパワーを持たせることで、カバーレンズの有無による画角の変化を小さくすることができる。

また、撮像光学系ＳＬ１は、撮像光学系ＳＬ１に半画角９０°で入射する光線Ｂ_９０を光線追跡したときの、カバーレンズＣＬ１への入射光線Ｂ_Ｃ（図１に示す例においてはＢ_９０と同じ）と、広角撮像レンズＷＬ１への入射光線Ｂ_Ｗとのなす角が±１°以内となるように構成されている。つまり、図１に示す例においては、撮像光学系ＳＬ１のカバーレンズＣＬ１へ半画角９０°で入射する光線と、この光線がカバーレンズＣＬ１から射出するときの光線とのなす角が±１°以内となるように構成されている。カバーレンズＣＬ１の有無により画角変化の生じやすい画像周辺部において、このように構成することにより、カバーレンズＣＬ１の有無による画角の変化を半画角９０°で±１°以内にすることができ、また、画像周辺部における画角の変化を抑制することができる。

次に、図８を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、広角撮像レンズの最大半画角が７５°以上、９０°未満であり、この点が第１の実施形態と基本的に異なる。図８は、本発明の第２の実施形態にかかる撮像光学系ＳＬ７の一構成例を示すレンズ断面図である。図８においては、図の左側が物体側、図の右側が像側である。撮像光学系ＳＬ７は、物体側から順に、カバーレンズＣＬ１と、広角撮像レンズＷＬ７とが配置されてなる。

図８に示す例の広角撮像レンズＷＬ７は、最大半画角が８０°である。また、図８に示す例のカバーレンズＣＬ１は、図１に示す例のものと同じ曲面形状を有するものである。

この第２の実施形態では、撮像光学系ＳＬ７に広角撮像レンズＷＬ７の最大半画角ω_ｍｘと同じ大きさの半画角で入射する光線、すなわち最軸外光線Ｂ_ｍｘを光線追跡したときの、カバーレンズＣＬ１への入射光線Ｂ_Ｃ（図８に示す例においてはＢ_ｍｘと同じ）と、広角撮像レンズＷＬ７への入射光線Ｂ_Ｗとのなす角が±１°以内であるように構成されている。

本実施形態においては、広角撮像レンズＷＬ７の最大半画角と同じ大きさの半画角において、カバーレンズＣＬ１の有無による画角の変化を±１°以内、すなわち微小角度にすることができる。また、第１の実施形態と同じカバーレンズＬＣ１を用いていることから、カバーレンズＬＣ１に付随する第１の実施形態と同様の効果が得られる。

以上述べたように、第１および第２の実施形態の撮像光学系によれば、良好な製造性と小型化という要望を満たしつつ、カバーレンズＣＬ１の有無により画角変化の生じやすい画像周辺部において、カバーレンズの有無による画角の変化を微小にすることができる。よって、第１および第２の実施形態の撮像光学系によれば、カバーレンズにより広角撮像レンズを保護しつつ、広い画角で撮像することができる。

次に、第１および第２の実施形態の撮像光学系におけるより好ましい構成について説明する。

上記第１および第２の実施形態の撮像光学系においては、撮像光学系に０°から広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさまでの半画角で入射する各光線について、各光線を光線追跡したときの、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であることが好ましい。

これは、撮像光学系の有効径内を透過して結像に関与する各光線について、カバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であることが好ましいという意味である。かかる構成によれば、画像周辺部だけでなく、画面中心部から最大半画角までの全領域にわたって、カバーレンズＣＬ１の有無による画角の変化を±１°以内にすることができる。

なお、図１および図８に示す例のカバーレンズＣＬ１は、両面とも球面であるが、カバーレンズの物体側、像側のどちらか一方の面、あるいは両方の面を非球面形状にしてもよく、その場合には０°から最大半画角までの範囲のどの画角においても、カバーレンズの有無による画角の変化を小さくすることが容易になる。

また、第１および第２の本実施形態のカバーレンズにおいては、次の条件式（１）〜（３）を満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式（１）〜（３）のいずれか１つを満足するものでもよく、または任意の組み合わせを満足するものでもよい。
１＜Ｒ１／（Ｒ２＋ｄ）＜１．６ … （１）
０．８＜２×Ｈ／Ｒ２＜１．９ … （２）
ΔＢｆ／ｆｗ＜０．０２ … （３）
ただし、
Ｒ１：光軸を含む断面内のカバーレンズの物体側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
Ｒ２：光軸を含む断面内のカバーレンズの像側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
ｄ：カバーレンズの光軸上の厚み
Ｈ：カバーレンズの像側の面の有効半径
ΔＢｆ：（撮像光学系のバックフォーカス（空気換算長））−（広角撮像レンズのバックフォーカス（空気換算長））
ｆｗ：広角撮像レンズの焦点距離

条件式（１）の上限を上回ると、カバーレンズの負のパワーが強くなり、カバーレンズの有無により、画角の変化が大きくなるとともに、焦点位置の変動も大きくなり、像面が固定されている場合には得られる像の画質の変動が大きく、許容できないものとなる虞がある。条件式（１）の下限を下回ると、カバーレンズの有無により、画角の変化が大きくなってしまう。

条件式（２）の上限を上回ると、カバーレンズの面形状が半球に近づき、該カバーレンズの加工が難しくなるとともに、該カバーレンズと広角撮像レンズの光軸上の距離が大きくなり、撮像光学系ＳＬ１の全長が長くなってしまう。条件式（２）の下限を下回ると、カバーレンズと広角撮像レンズとの間に設計上および製造上必要とされる間隔を設けた場合に、カバーレンズの有効径が大きくなり、その外径寸法が大きくなってしまう。外形寸法を出来るだけ小さくするためには、カバーレンズと広角撮像レンズとを近づけることになるが、近づけすぎるとレンズの配置が難しくなる。また、最大半画角においてカバーレンズの有無による画角の変化が小さくなるようにした場合、中間の画角におけるカバーレンズの有無による画角の変化が比較的大きくなってしまう。

条件式（３）の上限を上回ると、カバーレンズの有無で焦点位置の変動が大きくなり、像面が固定されている場合には得られる像の画質の変動が大きく、許容できないものとなる虞がある。また、仮にカバーレンズの有無に応じて焦点位置の調節を行う場合でも、焦点位置により得られる像の画質の変化が大きくなり、そのときの像面の移動距離が大きくなるため、装置の大型化につながってしまう。あるいは、装置の大型化を抑制するためには、そのための機構が必要となり、装置構成が複雑になってしまう。

さらに、条件式（１）、（３）それぞれに代わり、次の条件式（１−１）、（３−１）を満足することがより好ましく、この場合には、条件式（１）、（３）を満足することにより得られる効果をより向上させることができる。
１＜Ｒ１／（Ｒ２＋ｄ）＜１．５ … （１−１）
０．００１＜ΔＢｆ／ｆｗ＜０．０１ … （３−１）

また、撮像光学系ＳＬ１の小型化が重要な場合は、条件式（２）に代わり、次の条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．８＜２×Ｈ／Ｒ２＜１．６ … （２−１）

２×Ｈ／Ｒ２が比較的小さく、光軸上の肉厚が厚いカバーレンズには、入射瞳位置を物体側に移動させる効果がある。例えば、撮像光学系を撮像装置に適用する際、撮像光学系の物体側に入射光束を遮るような部材がある場合には、カバーレンズを装着することにより入射瞳位置を物体側に移動させて、入射光束の蹴られを防止することができる。このように入射瞳位置を物体側に移動させたい場合には、次の条件式（２−２）を満足するカバーレンズとすることが好ましい。
０．８＜２×Ｈ／Ｒ２＜１．４ … （２−２）

上記のようなカバーレンズの入射瞳位置を物体側に移動させる効果は、カバーレンズの肉厚が厚いほど大きくなるが、肉厚を厚くするとそれに伴って径方向の寸法が大きくなってしまう。大径化を適度に抑制しつつ、入射瞳位置を物体側に移動させる効果を得るには、次の条件式（４）を満足するように構成することが好ましい。
０．１５＜ｄ／Ｈ＜１．０ … （４）

次に、本発明にかかる撮像光学系の具体的な数値実施例について説明する。以下に述べる実施例１〜６は、最大半画角が９０°以上である共通の広角撮像レンズＷＬ１を用いている。実施例７は、最大半画角が７５度以上、９０°未満の広角撮像レンズを用いている。実施例１〜５、７のカバーレンズは球面レンズであり、実施例６のカバーレンズは非球面レンズである。また、実施例１〜７において、各レンズ間は空気である。

＜実施例１＞
実施例１の撮像光学系ＳＬ１のレンズ構成図は図１に示したものである。図１では、広角撮像レンズＷＬ１と像面Ｓｉｍとの間に配置された平行平板状の光学部材ＰＰも含めて示している。実施例１〜６については、光学部材ＰＰとして、ここでは一例として、屈折率１．５２、厚み０．５ｍｍのものを用いている。

実施例１の撮像光学系ＳＬ１のレンズデータを表１に、非球面データを表２に示す。なお、表２の非球面データは広角撮像レンズＷＬ１のものである。実施例１〜６の広角撮像レンズＷＬ１は同一であるため、後述の実施例２〜６ではこの広角撮像レンズＷＬ１の非球面データの重複記載を省略する。

表１のレンズデータにおいて、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｅｊは最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。表１において、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

表１のレンズデータにおいては、Ｓ１、Ｓ２がカバーレンズＣＬ１に対応し、Ｓ３〜Ｓ１０が広角撮像レンズＷＬ１に対応する。

また、表１のレンズデータでは、非球面は面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表２の非球面データは、これら非球面に関する非球面係数を示すものである。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…）の値である。

Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
Ｋ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…）

以上述べた各表の記号の意味、レンズ断面図の図示方法は、基本的に後述の実施例についても同様である。

＜実施例２＞
実施例２にかかる撮像光学系ＳＬ２のレンズ断面図を図２に示す。撮像光学系ＳＬ２は、カバーレンズＣＬ２と、広角撮像レンズＷＬ１とからなる。実施例２の撮像光学系ＳＬ２のレンズデータを表３に示す。

＜実施例３＞
実施例３にかかる撮像光学系ＳＬ３のレンズ断面図を図３に示す。撮像光学系ＳＬ３は、カバーレンズＣＬ３と、広角撮像レンズＷＬ１とからなる。実施例３の撮像光学系ＳＬ３のレンズデータを表４に示す。

＜実施例４＞
実施例４にかかる撮像光学系ＳＬ４のレンズ断面図を図４に示す。撮像光学系ＳＬ４は、カバーレンズＣＬ４と、広角撮像レンズＷＬ１とからなる。実施例４の撮像光学系ＳＬ４のレンズデータを表５に示す。

＜実施例５＞
実施例５にかかる撮像光学系ＳＬ５のレンズ断面図を図５に示す。撮像光学系ＳＬ５は、カバーレンズＣＬ５と、広角撮像レンズＷＬ１とからなる。実施例５の撮像光学系ＳＬ５のレンズデータを表６に示す。

＜実施例６＞
実施例６にかかる撮像光学系ＳＬ６のレンズ断面図を図６に示す。撮像光学系ＳＬ６は、カバーレンズＣＬ６と、広角撮像レンズＷＬ１とからなる。実施例６のカバーレンズＣＬ６は、物体側の面は球面であるが、像側の面が非球面である点が他の実施例と異なる。実施例６の撮像光学系ＳＬ６のレンズデータを表７に、カバーレンズＣＬ６の非球面データを表８に示す。表８の非球面データは、上記の非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝４、６、８、１０）の値である。

＜実施例７＞
実施例７にかかる撮像光学系ＳＬ７のレンズ断面図を図８に示す。撮像光学系ＳＬ７は、カバーレンズＣＬ７と、広角撮像レンズＷＬ７とからなる。実施例７の撮像光学系ＳＬ７のレンズデータを表９に、非球面データを表１０に示す。表１０の非球面データは、上記の非球面式における各係数Ｋ、Ａｍ（ｍ＝３、４）の値である。光学部材ＰＰとして、ここでは一例として、屈折率１．５２、厚み０．７５ｍｍのものを用いている。

上記実施例１〜７では、カバーレンズの材質に樹脂を用いている。実施例６のように、カバーレンズが非球面レンズの場合は、樹脂を材質とすることにより、非球面形状を高精度に実現することができるとともに、軽量で低コストに製造することができる。

図９に、上記実施例１〜６のカバーレンズの有無による画角の変化を示す。図１０に上記実施例７のカバーレンズの有無による画角の変化を示す。図９、図１０の横軸は、撮像光学系に入射する光線の半画角であり、縦軸はこの光線を光線追跡したときのカバーレンズへの入射光線と、広角撮像レンズへの入射光線とのなす角度である。なお、実施例６では全範囲にわたってほぼ角度が０であるため、図９の実施例６に対応する曲線はほぼ横軸と重なっている。実施例１〜７全て、０°から最大半画角までの範囲のどの画角においても角度が±１°以内になっており、全ての画角でカバーレンズの有無による画角の変化が微小であることがわかる。

表１１に、上記実施例１〜７の各種データを示す。表１１のｆｗは広角撮像レンズの焦点距離、Ｂｆｗは広角撮像レンズのバックフォーカス、ｆｓは撮像光学系の焦点距離、Ｂｆｓは撮像光学系のバックフォーカス、Ｈはカバーレンズの像側の面の有効半径、ｆｃはカバーレンズの焦点距離である。

また、表１２に、上記実施例１〜７の上記条件式（１）〜（４）に対応する値を示す。表１２に示すように、実施例１〜７の撮像光学系は全て、上記条件式（１）〜（４）を全て満たしている。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）にそれぞれ、実施例１にかかる撮像光学系の球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。また、図１１（Ｅ）〜図１１（Ｇ）にそれぞれ、実施例１にかかる撮像光学系のωで示す各半画角でのコマ収差の各収差図を示す。各収差図には、ｅ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差および倍率色収差に関しては、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。図１１において球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーである。なお、ディストーションの収差図については、全系の焦点距離ｆ、半画角φ（変数扱い、０≦φ≦ω_ｍｘ）を用いて、理想像高を２ｆ×ｔａｎ（φ／２）とし、それからのずれ量を示している。

同様に、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）、図１３（Ａ）〜図１３（Ｇ）、図１４（Ａ）〜図１４（Ｇ）、図１５（Ａ）〜図１５（Ｇ）、図１６（Ａ）〜図１６（Ｇ）、図１８（Ａ）〜図１８（Ｇ）にそれぞれ、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、実施例６、実施例７の撮像光学系の各収差図を示す。また、図１７（Ａ）〜図１７（Ｇ）に実施例１〜６で用いた広角撮像レンズＷＬ１の各収差図、図１９（Ａ）〜図１９（Ｇ）に実施例７で用いた広角撮像レンズＷＬ７の各収差図を同様に示す。各収差図からわかるように、上記実施例１〜６の撮像光学系は、カバーレンズの有無による結像性能の劣化はほとんどなく、画角の広い良好な結像性能を実現している。

ここで、比較例として、特許文献１（特開平７−８４１８０号公報）記載の第１〜第３実施例を挙げ、これらを空気中で用いる場合の評価結果について述べる。レンズから像面までの距離を固定した状態では、最大半画角で各実施例の光学系に入射する光線を光線追跡したときの、第１レンズ群へ入射する入射光線と、この光線が第２レンズ群へ入射する入射光線とのなす角は、最小のものでも２°を超え、最大のものでは８°もある。すなわち、特許文献１に記載の光学系の第１レンズ群の有無による画角変化に比べて、上記の本発明の実施例１〜７のカバーレンズの有無による画角の変化は、非常に小さなものと言える。

また、特許文献１に記載の実施例１、２、３の条件式（３）に対応する値は、それぞれ０．０４４、０．０６７、０．０６９であり、特許文献１に記載の光学系の第１レンズ群の有無によるバックフォーカスの変化に比べて、上記の本発明の実施例１〜７のカバーレンズの有無によるバックフォーカスの変化は、非常に小さなものと言える。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。この撮像装置は、本発明の撮像光学系が搭載されるものである。

図２０に、本実施形態の撮像装置の一例である車外カメラ２０を自動車１００に搭載した様子を示す。車外カメラ２０は、自動車１００の後側の死角範囲を撮像するためのものであり、全画角２ωの広角の範囲の撮像が可能である。なお、図２０には自動車１００の後側に車外カメラ２０を設けた例を示すが、本発明の撮像装置を設ける位置はこれに限定されず、自動車の前方、側方等に設けてもよく任意に設定可能であり、また、１台の自動車に設ける撮像装置の数も任意に設定可能である。

図２１に、車外カメラ２０の要部の概略的な分解構成図を示す。車外カメラ２０は、カバーレンズ２１と、カバーレンズ２１用のアダプタ２２と、Ｏリング２３と、広角撮像レンズ２４と、広角撮像レンズ２４用の鏡筒２５と、フィルタ２６と、撮像素子２７とを備える。

カバーレンズ２１と広角撮像レンズ２４とは本発明の撮像光学系を構成するものである。撮像素子２７は、撮像光学系により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、撮像光学系の像位置に撮像素子２７の撮像面が位置するように配置される。フィルタ２６はローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等であり、車外カメラ２０の仕様に応じて適宜選択される。

アダプタ２２は、カバーレンズ２１を保持するとともに、カバーレンズ２１を鏡筒２５に装着するためのものである。アダプタ２２には、内部にＯリング２３用の圧着面（不図示）が形成されたフランジ部２２ａと、フランジ部２２ａから光軸方向像側に伸びる複数本の脚状のフック２２ｂとが設けられている。フック２２ｂは可撓性を有し、各フック２２ｂの先端は段差構造が形成され拡径した拡径部２２ｃとなっている。

Ｏリング２３は、カバーレンズ２１が装着されたときに気密性を保持するためのものである。カバーレンズ２１の装着時には、Ｏリング２３は鏡筒２５の内部に形成された段差構造に収納され、アダプタ２２のＯリング２３用の圧着面とにより圧着されて外部からの水等の侵入を防止する。

鏡筒２５の内部には、広角撮像レンズ２４が固定されている。また、鏡筒２５の内部にはアダプタ２２のフック２２ｂを挿通可能な管路（不図示）が設けられており、アダプタ２２のフック２２ｂをこの管路に挿通させて、鏡筒の像側の端部に形成された拡径部２５ａにフック２２ｂの拡径部２２ｃを係合させることにより、アダプタ２２を鏡筒２５に装着できる。鏡筒２５に装着されたアダプタ２２は、フック２２ｂの可撓性を利用して、拡径部２２ｃを拡径部２５ａから離脱させることにより、鏡筒２５から離脱可能である。このように、アダプタ２２が鏡筒２５に脱着自在とすることにより、カバーレンズ２１は広角撮像レンズ２４に対して脱着自在となる。

次に、撮像装置の別の例について説明する。図２２に、本発明の別の実施形態にかかる撮像装置である監視カメラ４０の概略的な構成図を示す。監視カメラ４０は、カバーレンズ４１と、カバーレンズ４１用のアダプタ４２と、広角撮像レンズ４４と、本体４５と、フィルタ４６と、撮像素子４７とを備える。

カバーレンズ４１と広角撮像レンズ４４とは本発明の撮像光学系を構成するものである。撮像素子４７は、撮像光学系により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、撮像光学系の像位置に撮像素子４７の撮像面が位置するように配置される。フィルタ４６はローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等であり、監視カメラ４０の仕様に応じて適宜選択される。なお、図２２では、広角撮像レンズ４４は概略的に図示しており、また、各部材の間隔は必ずしも実際のものと同じではない。

アダプタ４２は、カバーレンズ４１を保持するとともに、カバーレンズ４１を本体４５に装着するためのものである。アダプタ４２には、フランジ部４２ａと、フランジ部４２ａから光軸方向像側に伸びるねじ部４２ｂとが設けられている。ねじ部４２ｂの内部は広角撮像レンズ４４を収納可能な径の空洞となっており、ねじ部４２ｂの外周にはねじ構造が形成されている。

本体４５の内部には広角撮像レンズ４４が固定されている。また、本体４５の内壁にはねじ部４２ｂと係合するねじ部４５ａが形成されている。ねじ部４２ｂとねじ部４５ａとを係合、離脱させることにより、アダプタ４２と本体４５が脱着自在であり、カバーレンズ４１が広角撮像レンズ４４に対して脱着自在となる。

上記実施形態の撮像装置は、本発明の撮像光学系を備えているため、製造性が良く小型に構成でき、カバーレンズを装着した状態でも広角の撮像範囲を確保できる。また、カバーレンズが脱着自在であるため、交換、修理等が容易である。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

本発明の撮像光学系の広角撮像レンズは、上記例に限定されず、最大半画角が７５°以上、９０°未満、または９０°以上であればよく、その他の種々の構成を採りうるものである。例えば、上記例の広角撮像レンズは４枚の屈折レンズにより構成されているが、用いるレンズ枚数はこれに限定されず、また、屈折作用だけでなく反射作用を用いて撮像するものであってもよい。

また、撮像装置の実施形態では、本発明を車載用カメラ、監視カメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく他の撮像装置にも適用可能であり、例えば、携帯端末用カメラ等にも適用可能である。

本発明の実施例１にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例４にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例５にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例６にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 図１の撮像光学系で用いられる広角撮像レンズの断面図 本発明の実施例７にかかる撮像光学系のレンズ構成を示す断面図 実施例１〜６のカバーレンズの有無による画角の変化を示す図 実施例７のカバーレンズの有無による画角の変化を示す図 本発明の実施例１にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例２にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例３にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例４にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例５にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例６にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例１〜６にかかる広角撮像レンズの各収差図 本発明の実施例７にかかる撮像光学系の各収差図 本発明の実施例７にかかる広角撮像レンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる車載用の撮像装置の配置を説明するための図 本発明の実施形態にかかる車外カメラの概略的な分解構成図 本発明の実施形態にかかる監視カメラの概略的な構成図

符号の説明

２０ 車外カメラ
２１、４１ カバーレンズ
２４、４４ 広角撮像レンズ
２７、４７ 撮像素子
２８、４８ 撮像光学系
４０ 監視カメラ
１００ 自動車
Ｂ_９０ 半画角９０°で入射する光線
Ｂ_Ｃ カバーレンズへの入射光線
Ｂ_ｍｘ 最軸外光線
Ｂ_Ｗ 広角撮像レンズへの入射光線
ＣＬ１ カバーレンズ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓ_ｉｍ 像面
ＳＬ１ 撮像光学系
Ｓｔ 開口絞り
ＷＬ１ 広角撮像レンズ
Ｚ 光軸
ω_ｍｘ 最大半画角

Claims (7)

1. 最大半画角が９０°以上の広角撮像レンズと、該広角撮像レンズの物体側に着脱自在に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系であって、
   前記カバーレンズが、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心とが異なるメニスカスレンズからなり、
   前記撮像光学系に半画角９０°で入射する光線を光線追跡したときの、前記カバーレンズへの入射光線と、前記広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることを特徴とする撮像光学系。
2. 最大半画角が７５°以上、９０°未満の広角撮像レンズと、該広角撮像レンズの物体側に着脱自在に配置されるカバーレンズとを備えた撮像光学系であって、
   前記カバーレンズが、負のパワーを持ち、物体側に凸面を向けるとともに物体側の面の球心と像側の面の球心とが異なるメニスカスレンズからなり、
   前記撮像光学系に前記広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさの半画角で入射する光線を光線追跡したときの、前記カバーレンズへの入射光線と、前記広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることを特徴とする撮像光学系。
3. 前記撮像光学系に０°から前記広角撮像レンズの最大半画角と同じ大きさまでの半画角で入射する各光線について、前記各光線を光線追跡したときの、前記カバーレンズへの入射光線と、前記広角撮像レンズへの入射光線とのなす角が±１°以内であるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
4. 次の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の撮像光学系。
   １．０１＜Ｒ１／（Ｒ２＋ｄ）＜１．６ … （１）
   ただし、
   Ｒ１：光軸を含む断面内の前記カバーレンズの物体側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
   Ｒ２：光軸を含む断面内の前記カバーレンズの像側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
   ｄ：前記カバーレンズの光軸上の厚み
5. 次の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
   ０．８＜２×Ｈ／Ｒ２＜１．９ … （２）
   ただし、
   Ｒ２：光軸を含む断面内の前記カバーレンズの像側の面における有効径の最外縁の２点および光軸上の点を通る円弧の曲率半径
   Ｈ：前記カバーレンズの像側の面の有効半径
6. 次の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像光学系。
   ΔＢｆ／ｆｗ＜０．０２ … （３）
   ただし、
   ΔＢｆ：（前記撮像光学系のバックフォーカス）−（前記広角撮像レンズのバックフォーカス）
   ｆｗ：前記広角撮像レンズの焦点距離
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。

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