JP5884113B1

JP5884113B1 - 撮像光学系

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Publication number: JP5884113B1
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Inventors: 典久坂上
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Abstract

【課題】Ｆナンバーを小さくし、フィルタを配置しても、像面に配置されたセンサに十分な光量の光が到達できるように構成された撮像光学系を提供する。【解決手段】撮像光学系は、物体側から像側に配置された、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、正のレンズである第四のレンズ、または第四のレンズと正のレンズである第五のレンズとの組合せと、からなる。第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、ｔ２／ｆ＞１．２を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系に関する。

特定の波長を有する信号光を検出するための撮像光学系においては、特定の波長に合わせたバンドパスフィルタが使用される。バンドパスフィルタによって信号光を減少させることなくノイズ分を除去することができる。

従来、このような撮像光学系において、組み立ての容易さなどの理由により、バンドパスフィルタは像面の近くに配置されていた（たとえば、特許文献１の図１）。

他方、このような撮像光学系において、Ｆナンバーを小さくしようとすると、像側の開口数が大きくなる。このため、撮像光学系に入射する、主光線が光軸に平行な光束の周辺光線の、像面の近くに配置されたフィルタの面への入射角度も大きくなる。このため、フィルタの透過率が減少してしまい、Ｆナンバーを小さくするように撮像光学系を構成しても、像面に配置されたセンサに十分な光量の光が到達しないという問題があった。

このように、Ｆナンバーを小さくし、フィルタを配置しても、像面に配置されたセンサに十分な光量の光が到達できるように構成された撮像光学系は開発されていない。

WO2010/103595A1

したがって、Ｆナンバーを小さくし、フィルタを配置しても、像面に配置されたセンサに十分な光量の光が到達できるように構成された撮像光学系に対するニーズがある。

本発明による撮像光学系は、物体側から像側に配置された、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、正のレンズである第四のレンズ、または第四のレンズと正のレンズである第五のレンズとの組合せと、からなる。第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たす。

本発明における撮像光学系においては、第一のレンズを負とすることにより、撮像光学系に入射する光束の主光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。また、第二のレンズを、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとし、さらに、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たすように構成することにより、撮像光学系に入射する光束の周辺光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。このように、本発明における撮像光学系においては、撮像光学系に入射する光束の光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。また、該絞りに隣接してフィルタを配置すれば、該光束の光線の該フィルタの面への入射角度を低減することができる。

本発明の第１の実施形態による撮像光学系は、第一のレンズの中心厚をｔ１、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ１／ｆ＞１．２
を満たす。

本実施形態においては、第一のレンズの中心厚を相対的に大きくすることにより、第１のレンズの像面側で反射した迷光の影響を小さくすることができる。

本発明の第２の実施形態による撮像光学系は、該絞り前後のいずれかにフィルタを備えている。

本実施形態においては、該絞りに隣接してフィルタを配置することにより、撮像光学系に入射する光束の光線の該フィルタの面への入射角度を低減することができる。

本発明の第３の実施形態による撮像光学系は、該絞りの物体側にフィルタを備えている。

フィルタ面の反射率は、レンズ面の反射率よりも高い。フィルタ面の反射によって生じる迷光の影響は、該フィルタを該絞りの物体側に配置した場合の方が小さくなるので有利である。

本発明の第４の実施形態による撮像光学系においては、第一のレンズの物体側が凸面である。

本発明の第５の実施形態による撮像光学系は、４個のレンズを含み、第三のレンズが、正の非球面レンズである。

本実施形態によれば、第三のレンズを正の非球面レンズとすることにより球面収差を低減することができる。

本発明の第６の実施形態による撮像光学系は、５個のレンズを含み、第三のレンズがガラスの正のレンズである。

本実施形態によれば、第三のレンズをガラスの正のレンズとすることにより、温度変化による焦点ずれを低減することができる。

本発明の第７の実施形態による撮像光学系は第６の実施形態による撮像光学系であって、第三のレンズが球面レンズである。

本実施形態においては、ガラスの第三のレンズを球面レンズとすることによって、レンズのコストを低減することができる。

本発明の第８の実施形態による撮像光学系は、５個のレンズを含み、第四のレンズが非球面レンズである。

本実施形態によれば、第四のレンズを非球面レンズとすることにより球面収差を低減できる。

本発明の第９の実施形態による撮像光学系は、５個のレンズを含み、全体の焦点距離をｆ、第四のレンズの焦点距離をｆ４として、
ｆ４／ｆ＜−４
を満たす。

本実施形態においては、第四のレンズの焦点距離を相対的に長くすることにより、球面収差を低減することができる。また、第四のレンズの焦点距離を相対的に長くすることにより、製造誤差感度が減少し、製造歩留まりが向上し、コストを低減することができる。

本発明の第１０の実施形態による撮像光学系においては、第四のレンズが負のレンズである。

本実施形態においては、第４のレンズを負のレンズとすることによって球面収差を低減することができる。

本発明の第１１の実施形態による撮像光学系は、全てのレンズの全ての面を通る直線を光軸として、主光線が該光軸に対して０から半画角までの任意の角度をなす光束が撮像光学系へ入射した場合に、該光束の全ての光線の該絞りの面における入射角度が２５度以下であるように構成されている。

本実施形態において、該絞りに隣接してフィルタを配置すれば、該光束の全ての光線の該フィルタの面における入射角度を約２５度以下とすることができる。

本発明の第１２の実施形態による撮像光学系は、Ｆナンバーが１．１以下である。

Ｆナンバーが１．１以下である撮像光学系において、開口数は比較的大きくなる。本実施形態によれば、このように、開口数が比較的大きな撮像光学系に入射する光束の光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。

本発明の第１３の実施形態による撮像光学系においては、絞り半径が像高よりも大きい。

本実施形態においては、絞り半径を像高よりも大きくすることにより、主光線の像面への入射角度を低減することができる。

本発明の第１４の実施形態による撮像光学系においては、半画角が４５度以上であり、５５度以下である。

本実施形態によれば、このように、画角が比較的大きな撮像光学系に入射する光束の光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。

実施例１の撮像光学系の構成を示す図である。実施例１の撮像光学系の収差を示す図である。実施例２の撮像光学系の構成を示す図である。実施例２の撮像光学系の収差を示す図である。実施例３の撮像光学系の構成を示す図である。実施例３の撮像光学系の収差を示す図である。実施例４の撮像光学系の構成を示す図である。実施例４の撮像光学系の収差を示す図である。実施例５の撮像光学系の構成を示す図である。実施例５の撮像光学系の収差を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態（後で説明する実施例１）の撮像光学系１００の構成を示す図である。撮像光学系は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ１０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ１０２と、バンドパスフィルタ１０３と、絞り１０４と、正のレンズである第三のレンズ１０５と、負のレンズである第四のレンズ１０６と、正のレンズである第五のレンズ１０８と、を備えている。本明細書及び特許請求の範囲において、負のレンズとは、近軸光線に対して負のパワーを有するレンズを意味し、正のレンズとは、近軸光線に対して正のパワーを有するレンズを意味する。

本発明の撮像光学系は、一例として、特定の波長域の信号光を発する光源を含む投光系とともに使用される。信号光の特定の波長域に合わせたバンドパスフィルタを使用することで、信号光を減少させることなく、太陽光などの背景雑音を低減することが可能となる。バンドパスフィルタの帯域は、信号光の波長域を考慮して定められる。一例として、近赤外線カメラ用の撮像光学系のバンドパスフィルタの帯域は、８００ナノメータから９００ナノメータである。

従来の撮像光学系において、組み立ての容易さなどの理由により、バンドパスフィルタは、像面の近くに配置されていた。他方、一般的に、１．１以下の小さなＦナンバーを有する撮像光学系の開口数は比較的大きくなる。したがって、たとえば、後述の実施例と同様に、Ｆナンバーが０．９の場合に、従来の撮像光学系に入射した光束の光線の、像面の近くに配置されたバンドパスフィルタの面への入射角度の最大値は、３４度以上であった。この結果、バンドパスフィルタの透過率が減少し、Ｆナンバーを小さくするように構成した撮像光学系であっても、センサに十分な光量を供給することができないという問題があった。

そこで、本発明による撮像光学系は、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、正のレンズである第四のレンズ、または第四のレンズと正のレンズである第五のレンズとの組合せと、を物体側から上記の順に像側に配置した。また、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たすように構成した。

本発明における撮像光学系においては、第一のレンズを負とすることにより、撮像光学系に入射する光束の主光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。また、第二のレンズを、像側に凸面を向けたメニスカスレンズとし、さらに、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たすように構成することにより、撮像光学系に入射する光束の周辺光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。このように、本発明における撮像光学系においては、撮像光学系に入射する光束の光線の、該絞りの面への入射角度を低減することができる。また、該絞りに隣接してフィルタを配置すれば、該光束の光線の該フィルタの面への入射角度を低減することができる。したがって、フィルタの透過率を向上させ、センサに十分な光量を供給することが可能となる。

本発明の実施例について以下に説明する。

撮像光学系の構成を示す図１、３、５、７、及び９において、主光線を一点鎖線で示し、周辺光線を点線で示す。

撮像光学系の各光学素子の面定義式は、以下のとおりである。

撮像光学系のレンズの全ての光学中心を結んだ線を光軸として、光軸に垂直な面内に互いに直交するｘ軸及びｙ軸を定める。光軸と各光学素子の面との交点から、光軸に沿って像側に向かう方向を正として、座標Ｚを定める。ｈは光軸からの距離、Ｒは曲率半径、ｃは曲率を示す。ｋはコーニック定数、Ａは非球面係数を示す。ｉ及びｍは整数を示す。

実施例１
図１は、実施例１の撮像光学系１００の構成を示す図である。撮像光学系１００は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ１０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ１０２と、バンドパスフィルタ１０３と、絞り１０４と、正のレンズである第三のレンズ１０５と、負のレンズである第四のレンズ１０６と、波長フィルタ１０７と、正のレンズである第六のレンズ１０８と、カバーガラス１０９と、を備えている。像面は、１１０で示される。

第三のレンズ１０５の材料はガラスであり、その他のレンズの材料は、シクロオレフィンポリマー(COP)である。バンドパスフィルタ１０３の材料は、ガラスであり、波長フィルタ１０７の材料は、ポリカーボネートである。絞り１０４は、板状で、円形の開口部とその周囲の光遮断部とを有し、光軸に垂直な面内に円形の中心が光軸と一致するように配置される。

バンドパスフィルタ１０３の帯域は、８００ナノメータから９００ナノメータである。波長フィルタ１０７は、バンドパスフィルタ１０３の補助として使用され、バンドパスフィルタ１０３の可視光域の透過率が若干上昇しても問題を生じないように、可視光域の光を阻止する。

正のレンズである第三のレンズ１０５、負のレンズである第四のレンズ１０６、及び正のレンズである第五のレンズ１０８は、Ｆナンバーが１．１以下となるように構成されている。

表１は、実施例１の撮像光学系１００の光学配置を示す表である。面番号１は、第一のレンズ１０１の物体側面を示し、面番号２は第一のレンズ１０１の像側面を示す。面番号１に対応する面間隔は、第一のレンズ１０１の中心厚を示し、面番号２に対応する面間隔は、第一のレンズ１０１の像側面と隣接する第二のレンズ１０２の物体側面との間の中心間隔を示す。面番号２以下についての面間隔も、面番号１の場合と同様に定義される。

表２は、第一のレンズ１０１、第二のレンズ１０２、及び第三のレンズ１０５の各面の面定義式の係数を示す表である。

表３は、第四のレンズ１０６、及び第五のレンズ１０８の各面の面定義式の係数を示す表である。

図２は、実施例１の撮像光学系１００の収差を示す図である。図２（ａ）は、非点収差を示す図である。図２（ａ）の実線は、子午的光束による子午的像面の位置を示し、図２（ａ）の破線は、球欠的光束による球欠的像面の位置を示す。図２（ａ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図２（ａ）の縦軸は、撮像光学系１００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図２（ｂ）は、歪曲収差を示す図である。図２（ｂ）の横軸は、歪曲の比率を示す。比率の単位はパーセントである。図２（ｂ）の縦軸は、撮像光学系４００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図２（ｃ）は、３個の異なる波長の光線の球面収差を示す図である。図２（ｃ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図２（ｃ）の縦軸は、光軸に平行な光線の光軸からの相対距離を示す。１は、光軸からの距離が絞りの半径に等しいことを示す。

実施例１の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値は以下のとおりである。
全体の焦点距離：2.64mm
Ｆナンバー：0.9
半画角：52度
バンドパスフィルタの面への入射角度：22度以下
像面への主光線入射角度：3度以下

ここで、バンドパスフィルタの面への入射角度とは、主光線が、光軸に対して０から半画角までの任意の角度をなす光束が撮像光学系へ入射した場合に、その光束の全ての光線の、バンドパスフィルタの面への入射角度を意味する。また、像面への主光線入射角度とは、光軸に対して０から半画角までの任意の角度をなす主光線の、像面への入射角度である。

実施例２
図３は、実施例２の撮像光学系２００の構成を示す図である。撮像光学系２００は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ２０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ２０２と、バンドパスフィルタ２０３と、絞り２０４と、正のレンズである第三のレンズ２０５と、波長フィルタ２０６と、正のレンズである第四のレンズ２０７と、カバーガラス２０８と、を備えている。像面は、２０９で示される。

第三のレンズ２０５の材料はガラスであり、その他のレンズの材料は、シクロオレフィンポリマー(COP)である。バンドパスフィルタ２０３の材料は、ガラスであり、波長フィルタ２０６の材料は、ポリカーボネートである。絞り２０４は、板状で、円形の開口部とその周囲の光遮断部とを有し、光軸に垂直な面内に円形の中心が光軸と一致するように配置される。

バンドパスフィルタ２０３の帯域は、８００ナノメータから９００ナノメータである。波長フィルタ２０６は、バンドパスフィルタ２０３の補助として使用され、バンドパスフィルタ２０３の可視光域の透過率が若干上昇しても問題を生じないように、可視光域の光を阻止する。

正のレンズである第三のレンズ２０５、及び正のレンズである第四のレンズ２０７は、Ｆナンバーが１．１以下となるように構成されている。

表４は、実施例２の撮像光学系２００の光学配置を示す表である。面番号１は、第一のレンズ２０１の物体側面を示し、面番号２は第一のレンズ２０１の像側面を示す。面番号１に対応する面間隔は、第一のレンズ２０１の中心厚を示し、面番号２に対応する面間隔は、第一のレンズ２０１の像側面と隣接する第二のレンズ２０２の物体側面との間の中心間隔を示す。面番号２以下についての面間隔も、面番号１の場合と同様に定義される。

表５は、第一のレンズ２０１、第二のレンズ２０２、及び第三のレンズ２０５の各面の面定義式の係数を示す表である。

表６は、第四のレンズ２０７の各面の面定義式の係数を示す表である。

図４は、実施例２の撮像光学系２００の収差を示す図である。図４（ａ）は、非点収差を示す図である。図４（ａ）の実線は、子午的光束による子午的像面の位置を示し、図４（ａ）の破線は、球欠的光束による球欠的像面の位置を示す。図４（ａ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図４（ａ）の縦軸は、撮像光学系２００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図４（ｂ）は、歪曲収差を示す図である。図４（ｂ）の横軸は、歪曲の比率を示す。比率の単位はパーセントである。図４（ｂ）の縦軸は、撮像光学系４００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図４（ｃ）は、３個の異なる波長の光線の球面収差を示す図である。図４（ｃ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図４（ｃ）の縦軸は、光軸に平行な光線の光軸からの相対距離を示す。１は、光軸からの距離が絞りの半径に等しいことを示す。

実施例２の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値は以下のとおりである。
全体の焦点距離：2.56mm
Ｆナンバー：0.9
半画角：50度
バンドパスフィルタの面への入射角度：22度以下
像面への主光線入射角度：5度以下

実施例３
図５は、実施例３の撮像光学系３００の構成を示す図である。撮像光学系３００は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ３０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ３０２と、バンドパスフィルタ３０３と、絞り３０４と、正のレンズである第三のレンズ３０５と、波長フィルタ３０６と、正のレンズである第四のレンズ３０７と、カバーガラス３０８と、を備えている。像面は、３０９で示される。

第三のレンズ３０５の材料はガラスであり、その他のレンズの材料は、シクロオレフィンポリマー(COP)である。バンドパスフィルタ３０３の材料は、ガラスであり、波長フィルタ３０６の材料は、ポリカーボネートである。絞り３０４は、板状で、円形の開口部とその周囲の光遮断部とを有し、光軸に垂直な面内に円形の中心が光軸と一致するように配置される。

バンドパスフィルタ３０３の帯域は、８００ナノメータから９００ナノメータである。波長フィルタ３０６は、バンドパスフィルタ３０３の補助として使用され、バンドパスフィルタ３０３の可視光域の透過率が若干上昇しても問題を生じないように、可視光域の光を阻止する。

正のレンズである第三のレンズ３０５、及び正のレンズである第四のレンズ３０７は、Ｆナンバーが１．１以下となるように構成されている。

表７は、実施例３の撮像光学系３００の光学配置を示す表である。面番号１は、第一のレンズ３０１の物体側面を示し、面番号２は第一のレンズ３０１の像側面を示す。面番号１に対応する面間隔は、第一のレンズ３０１の中心厚を示し、面番号２に対応する面間隔は、第一のレンズ３０１の像側面と隣接する第二のレンズ３０２の物体側面との間の中心間隔を示す。面番号２以下についての面間隔も、面番号１の場合と同様に定義される。

表８は、第一のレンズ３０１、第二のレンズ３０２、及び第三のレンズ３０５の各面の面定義式の係数を示す表である。

表９は、第四のレンズ３０７の各面の面定義式の係数を示す表である。

図６は、実施例３の撮像光学系３００の収差を示す図である。図６（ａ）は、非点収差を示す図である。図６（ａ）の実線は、子午的光束による子午的像面の位置を示し、図６（ａ）の破線は、球欠的光束による球欠的像面の位置を示す。図６（ａ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図６（ａ）の縦軸は、撮像光学系３００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図６（ｂ）は、歪曲収差を示す図である。図６（ｂ）の横軸は、歪曲の比率を示す。比率の単位はパーセントである。図６（ｂ）の縦軸は、撮像光学系４００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図６（ｃ）は、３個の異なる波長の光線の球面収差を示す図である。図６（ｃ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図６（ｃ）の縦軸は、光軸に平行な光線の光軸からの相対距離を示す。１は、光軸からの距離が絞りの半径に等しいことを示す。

実施例３の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値は以下のとおりである。
全体の焦点距離：2.56mm
Ｆナンバー：0.9
半画角：50度
バンドパスフィルタの面への入射角度：22度以下
像面への主光線入射角度：5度以下

実施例４
図７は、実施例４の撮像光学系４００の構成を示す図である。撮像光学系４００は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ４０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ４０２と、バンドパスフィルタ４０３と、絞り４０４と、正のレンズである第三のレンズ４０５と、負のレンズである第四のレンズ４０６と、波長フィルタ４０７と、正のレンズである第五のレンズ４０８と、カバーガラス４０９と、を備えている。像面は、４１０で示される。

第三のレンズ４０５の材料はガラスであり、その他のレンズの材料は、シクロオレフィンポリマー(COP)である。バンドパスフィルタ４０３の材料は、ガラスであり、波長フィルタ４０７の材料は、ポリカーボネートである。絞り４０４は、板状で、円形の開口部とその周囲の光遮断部とを有し、光軸に垂直な面内に円形の中心が光軸と一致するように配置される。

バンドパスフィルタ４０３の帯域は、８００ナノメータから９００ナノメータである。波長フィルタ４０７は、バンドパスフィルタ４０３の補助として使用され、バンドパスフィルタ４０３の可視光域の透過率が若干上昇しても問題を生じないように、可視光域の光を阻止する。

正のレンズである第三のレンズ４０５、負のレンズである第四のレンズ４０６、及び正のレンズである第五のレンズ４０８は、Ｆナンバーが１．１以下となるように構成されている。

表１０は、実施例４の撮像光学系４００の光学配置を示す表である。面番号１は、第一のレンズ４０１の物体側面を示し、面番号２は第一のレンズ４０１の像側面を示す。面番号１に対応する面間隔は、第一のレンズ４０１の中心厚を示し、面番号２に対応する面間隔は、第一のレンズ４０１の像側面と隣接する第二のレンズ４０２の物体側面との間の中心間隔を示す。面番号２以下についての面間隔も、面番号１の場合と同様に定義される。

表１１は、第一のレンズ４０１、第二のレンズ４０２、及び第三のレンズ４０５の各面の面定義式の係数を示す表である。

表１２は、第四のレンズ４０６、及び第五のレンズ４０８の各面の面定義式の係数を示す表である。

図８は、実施例４の撮像光学系４００の収差を示す図である。図８（ａ）は、非点収差を示す図である。図８（ａ）の実線は、子午的光束による子午的像面の位置を示し、図８（ａ）の破線は、球欠的光束による球欠的像面の位置を示す。図８（ａ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図８（ａ）の縦軸は、撮像光学系４００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図８（ｂ）は、歪曲収差を示す図である。図８（ｂ）の横軸は、歪曲の比率を示す。比率の単位はパーセントである。図８（ｂ）の縦軸は、撮像光学系４００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は８５０ナノメータである。図８（ｃ）は、３個の異なる波長の光線の球面収差を示す図である。図８（ｃ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図８（ｃ）の縦軸は、光軸に平行な光線の光軸からの相対距離を示す。１は、光軸からの距離が絞りの半径に等しいことを示す。

実施例４の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値は以下のとおりである。
全体の焦点距離：2.37mm
Ｆナンバー：0.9
半画角：55度
バンドパスフィルタの面への入射角度：22度以下
像面への主光線入射角度：3度以下

実施例５
図９は、実施例５の撮像光学系５００の構成を示す図である。撮像光学系５００は、物体側から像側に、負のレンズである第一のレンズ５０１と、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズ５０２と、バンドパスフィルタ５０３と、絞り５０４と、正のレンズである第三のレンズ５０５と、負のレンズである第四のレンズ５０６と、波長フィルタ５０７と、正のレンズである第五のレンズ５０８と、カバーガラス５０９と、を備えている。像面は、５１０で示される。

第三のレンズ５０５の材料はガラスであり、その他のレンズの材料は、シクロオレフィンポリマー(COP)である。バンドパスフィルタ５０３の材料は、ガラスであり、波長フィルタ５０７の材料は、ポリカーボネートである。絞り５０４は、板状で、円形の開口部とその周囲の光遮断部とを有し、光軸に垂直な面内に円形の中心が光軸と一致するように配置される。

バンドパスフィルタ５０３の帯域は、８００ナノメータから１０００ナノメータである。波長フィルタ５０７は、バンドパスフィルタ５０３の補助として使用され、バンドパスフィルタ５０３の可視光域の透過率が若干上昇しても問題を生じないように、可視光域の光を阻止する。

正のレンズである第三のレンズ５０５、負のレンズである第四のレンズ５０６、及び正のレンズである第五のレンズ５０８は、Ｆナンバーが１．１以下となるように構成されている。

表１３は、実施例５の撮像光学系５００の光学配置を示す表である。面番号１は、第一のレンズ５０１の物体側面を示し、面番号２は第一のレンズ５０１の像側面を示す。面番号１に対応する面間隔は、第一のレンズ５０１の中心厚を示し、面番号２に対応する面間隔は、第一のレンズ５０１の像側面と隣接する第二のレンズ５０２の物体側面との間の中心間隔を示す。面番号２以下についての面間隔も、面番号１の場合と同様に定義される。

表１４は、第一のレンズ５０１、第二のレンズ５０２、及び第三のレンズ５０５の各面の面定義式の係数を示す表である。

表１５は、第四のレンズ５０６、及び第五のレンズ５０８の各面の面定義式の係数を示す表である。

図１０は、実施例５の撮像光学系５００の光学性能を示す図である。図１０（ａ）は、非点収差を示す図である。図１０（ａ）の実線は、子午的光束による子午的像面の位置を示し、図１０（ａ）の破線は、球欠的光束による球欠的像面の位置を示す。図１０（ａ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図１０（ａ）の縦軸は、撮像光学系５００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は９４０ナノメータである。図１０（ｂ）は、歪曲収差を示す図である。図１０（ｂ）の横軸は、歪曲の比率を示す。比率の単位はパーセントである。図１０（ｂ）の縦軸は、撮像光学系５００に入射する光束の主光線の光軸に対する角度を示す。角度の範囲は、０から半画角までである。角度の単位は度である。光線の波長は９４０ナノメータである。図１０（ｃ）は、３個の異なる波長の光線の球面収差を示す図である。図１０（ｃ）の横軸は、設計上の像面からの距離を示す。正の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と反対側にあることを示し、負の値は、結像位置が、設計上の像面を基準として物体と同じ側にあることを示す。距離の単位はミリメータである。図１０（ｃ）の縦軸は、光軸に平行な光線の光軸からの相対距離を示す。１は、光軸からの距離が絞りの半径に等しいことを示す。

実施例５の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値は以下のとおりである。
全体の焦点距離：2.65mm
Ｆナンバー：0.9
半画角：51度
バンドパスフィルタの面への入射角度：22度以下
像面への主光線入射角度：3度以下

表１６は、実施例１乃至５の、撮像光学系全体及び各レンズの焦点距離を示す表である。焦点距離の単位はミリメータである。

表１７は、レンズの中心厚と焦点距離との関係を示す表である。

ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆ４は第四のレンズの焦点距離を示す。ｔ１及びｔ２は、それぞれ、第一のレンズ及び第二のレンズの中心厚を示す。

表１８は、実施例１乃至実施例５の撮像光学系の主要な光学性能を表す数値を示す表である。表１８における長さの単位はミリメータである。

絞り半径とは、絞りの開口部を形成する円の半径である。像高とは、主光線が、光軸に対して半画角の角度で入射する光束の結像位置の光軸からの距離を意味する。

表１８に示すように、実施例１乃至実施例５の撮像光学系において、主光線が、光軸に対して０から半画角までの任意の角度をなす光束が撮像光学系へ入射した場合に、その光束の全ての光線の、絞り面への入射角度の最大値は２２度である。バンドパスフィルタは、絞りに隣接して配置されているので、上記の光束の全ての光線の、バンドパスフィルタの面への入射角度の最大値も約２２度である。
従来の撮像光学系のバンドパスフィルタの面への光線の入射角度の最大値は、たとえば、Ｆナンバーが１．２の場合には、約２４度であるが、実施例１乃至５と同様に、Ｆナンバーが０．９の場合には、３４度以上である。このように、従来の撮像光学系においては、Ｆナンバーを小さくする（明るくする）と、バンドパスフィルタの面への光線の入射角度が大幅に増加し、バンドパスフィルタの透過率が大幅に低下し、センサへ到達する光の量が大幅に減少する。しかし、本発明の撮像光学系によれば、Ｆナンバーが０．９の場合でも、バンドパスフィルタの面への光線の入射角度が大幅に増加することはなく、バンドパスフィルタの透過率が大幅に低下することもない。したがって、本発明の撮像光学系によれば、Ｆナンバーが０．９の場合でも、バイパスフィルタによってセンサに到達する光の量が大幅に減少することを防止することができる。

Claims

物体側から像側に配置された、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、正のレンズである第四のレンズ、または第四のレンズと正のレンズである第五のレンズとの組合せと、からなる撮像光学系であって、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たし、
第一のレンズの中心厚をｔ１として、
ｔ１／ｆ＞１．２
を満たす撮像光学系。
物体側から像側に配置された、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、正のレンズである第四のレンズからなる撮像光学系であって、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たす撮像光学系。
第三のレンズが、正の非球面レンズである請求項２に記載の撮像光学系。
物体側から像側に配置された、負のレンズである第一のレンズと、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第二のレンズと、絞りと、正のレンズである第三のレンズと、第四のレンズと正のレンズである第五のレンズとの組合せと、からなる撮像光学系であって、第二のレンズの中心厚をｔ２、全体の焦点距離をｆとして、
ｔ２／ｆ＞１．２
を満たし、第四のレンズの焦点距離をｆ４として、
ｆ４／ｆ＜−４
を満たす撮像光学系。
請求項４に記載の撮像光学系であって、第三のレンズがガラスの正のレンズである撮像光学系。
請求項５に記載の撮像光学系であって、第三のレンズが球面レンズである撮像光学系。
請求項４に記載の撮像光学系であって、第四のレンズが非球面レンズである撮像光学系。
第四のレンズが負のレンズである請求項４から７のいずれかに記載の撮像光学系。
該絞り前後のいずれかにフィルタを備えた請求項１から８のいずれかに記載の撮像光学系。
該絞りの物体側にフィルタを備えた請求項９に記載の撮像光学系。
第一のレンズの物体側が凸面である請求項１から１０のいずれかに記載の撮像光学系。
全てのレンズの全ての面を通る直線を光軸として、該光軸に対して、主光線が０から半画角までの任意の角度をなす光束が撮像光学系へ入射した場合に、該光束の全ての光線の該絞りの面における入射角度が２５度以下であるように構成された請求項１から１１のいずれかに記載の撮像光学系。
Ｆナンバーが１．１以下である請求項１から１２のいずれかに記載の撮像光学系。
絞り半径が像高よりも大きい請求項１から１３のいずれかに記載の撮像光学系。
半画角が４５度以上であり、５５度以下である請求項１から１４のいずれかに記載の撮像光学系。