JP6529396B2

JP6529396B2 - 結像光学系、撮像装置及びカプセル内視鏡

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Publication number: JP6529396B2
Application number: JP2015174660A
Authority: JP
Inventors: 亮介植村; 天内　隆裕; 隆裕天内; 恭子飯島
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Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2019-06-12
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Description

本発明は、結像光学系、撮像装置及びカプセル内視鏡に関するものである。

広い画角を有し、湾曲した像を形成する光学系として、特許文献１に記載の広角レンズがある。特許文献１に記載の広角レンズは、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、からなる。第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、第２レンズは、正の屈折力を有し、第３レンズは像側に凹面を向けている。

国際公開第２０１２／０９０７２９号

特許文献１に記載の広角レンズは、広い画角を有する。しかしながら、特許文献１に記載の広角レンズは、大きい構成となっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化に有利であり、良好な光学性能を確保できる結像光学系、撮像装置及びカプセル内視鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、一つの側面において本発明に従う撮像装置は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなる結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、からなる撮像装置であって、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、像側レンズ成分の最も像側の面が曲面であり、以下の条件式（１）、（３）を満足することを特徴とする。
０＜Ｌ／ＴＬ≦０．４ …（１）
０＜｜Ｒ _２ｅ／Ｒ _ｉｍｇ｜≦２．０ …（３）
ここで、
Ｌは、物体側レンズ成分の最も像側の面から像側レンズ成分の最も物体側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
Ｒ _２ｅは、像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径、
Ｒ _ｉｍｇは、光軸と撮像面とが交わる点を面頂点とし、面頂点と、結像光学系へ半画角６０度で入射した光線と撮像面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径の最小値、
である。

また、他の側面において本発明に係る結像光学系は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、像側レンズ成分は正の屈折力を有し、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする。
Ｌ_１ｅ／Ｒ_１１≦０ …（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
Ｒ_１１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
である。

また、他の側面において本発明に係る結像光学系は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、像側レンズ成分は正の屈折力を有し、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする。
ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１１≦０ …（６）
ここで、
Ｒ_１１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
ＰＳ_ｉｎｖは、結像光学系のペッツバール和ＰＳの逆数であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
である。

また、他の側面において本発明に係る撮像装置は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、を有することを特徴とする。

また、他の側面において本発明に係るカプセル内視鏡は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、結像光学系の物体側に配置されたドーム形状のカバー部と、を有することを特徴とする。

また、他の側面において本発明に係る結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞り（開口絞り）を有し、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、明るさ絞りが、物体側レンズ成分と像側レンズ成分との間に配置され、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、以下の条件式（４）、（７）を満足することを特徴とする。
Ｌ _１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７）
ここで、
Ｌ _１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。
また、他の側面において本発明に係る結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、明るさ絞りが、物体側レンズ成分と像側レンズ成分との間に配置され、物体側レンズ成分の最も物体側の面が少なくとも軸外の有効面内においてメリディオナル方向で物体側に凹形状となる凹形状部分を有する面であり、以下の条件式（４）、（７）を満足することを特徴とする。
Ｌ _１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７）
ここで、
Ｌ _１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ _ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ _ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。

本発明は、小型化を行いつつも、光学性能が確保しやすい結像光学系、撮像装置及びカプセル内視鏡を提供できるという効果を奏する。

パラメータを説明する図である。パラメータを説明する他の図である。実施例１に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例２に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例３に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例４に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例５に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例６に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例７に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例８に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例９に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例１０に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例１１に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例１２に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例１３に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）は、レンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、収差図である。実施例１４に係る結像光学系の断面図である。カプセル内視鏡の概略構成を示す図である。車載カメラを示す図であって、（ａ）は車外に車載カメラを搭載した例を示す図、（ｂ）は車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。

以下に、本発明にかかる結像光学系、撮像装置及びカプセル内視鏡の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本実施形態の撮像装置は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなる結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、からなる撮像装置であって、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、
像側レンズ成分の最も像側の面が曲面であり、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０＜Ｌ／ＴＬ≦０．４ …（１）
ここで、
Ｌは、物体側レンズ成分の最も像側の面から像側レンズ成分の最も物体側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
である。

全体的に又は部分的に物体側に凹状に湾曲した像（以下、「湾曲像」という）を形成する光学系では、像面湾曲の補正を許容できる。よって、湾曲像を形成する光学系では、平坦な像を形成する光学系に比べて、収差補正の負担が軽減される。

例えば、湾曲像を形成する光学系では、ペッツバール和の補正のためのレンズを削減できる。そのため、レンズ成分の数を減らし、光学系を小型化できる。

また、平坦な像を形成する光学系では、像面湾曲を良好に補正するために、開口絞りから離れた位置に補正用のレンズを配置する必要がある。但し、補正用のレンズを配置すると、光学系の外径が大きくなり、さらにレンズ成分の数が増える。このように、補正用のレンズは、光学系の外径を大きくし、レンズ成分の数が増える要因の一つである。

これに対して、湾曲像を形成する光学系では、補正用のレンズを配置する必要が無くなる。よって、湾曲像を形成する光学系では、光学系の外径を小さくし、さらにレンズ枚数を減らすことができる。

更には、湾曲した撮像面をもつ撮像素子で光学系の像を受光する場合には、ディストーションの補正が容易となる。それに加えて、撮像面へ入射する光線をほぼ垂直にするためにテレセントリックな光学系としなくてもよい。よって、湾曲像を形成する光学系では、小型化と光学性能の両立のための設計の自由度が広がる。

本実施形態における結像光学系も、湾曲像を形成する光学系である。よって、レンズ成分の数を減らし、光学系を小型化することができる。更に、設計の自由度が広がるため、少ないレンズ成分の数で、高い結像性能を有する光学系を実現することができる。

本実施形態の撮像装置は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなる結像光学系を有する。

このように、本実施形態によれば、２つのレンズ成分という少ないレンズ成分数にも関わらず、画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することが可能である。

そして、像側レンズ成分の像側面を曲面として収差低減を行うことが好ましい。以下、条件式（１）について説明する。

条件式（１）は、物体側レンズ成分と像側レンズ成分との２つのレンズ成分の適切な距離を規定している。

物体側レンズ成分と像側レンズ成分との距離が大きすぎると、物体側レンズ成分と像側レンズ成分の双方のレンズ成分または一方のレンズ成分のサイズが大きくなりやすい。特に、結像光学系を広画角化させる場合、２つのレンズ成分の向かい合う屈折面への光線入射角が大きくなるため、収差発生の原因となりやすい。

条件式（１）の上限値を上回らないようにして、物体側レンズ成分と像側レンズ成分までの距離を近づけることで、光学系の小型化に有利となる。特に、結像光学系を広画角化させる場合、向かい合う屈折面への光線入射角も小さくでき、諸収差の発生の低減に有利となる。

条件式（１）について、上限値を０．２５、さらには０．１５、さらに望ましくは０．０５とすることがより好ましい。

また、本実施形態の撮像装置は、像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であることが好ましい。

像面に近い像側レンズ成分の最も像側の面を、像側に凸形状にすることにより、非点収差を軽減させることができる。

また、本実施形態の撮像装置は、物体側レンズ成分の最も物体側の面が非球面であることが好ましい。

上述のように、本実施形態の撮像装置では、湾曲像が形成される。湾曲像は、例えば、撮像素子で撮像される。湾曲像における湾曲量が大きいと、撮像素子の撮像面の湾曲量も大きくなる。製造上、撮像面の湾曲量には限界があるので、湾曲像における湾曲量を適切な量にすることが好ましい。

また、湾曲像では、収差が良好に補正されていることが好ましい。

よって、結像光学系には、広い画角を有しながら、像面湾曲の発生量が適切で、且つ、像面湾曲以外の収差が良好に補正された湾曲像を形成することが求められる。そこで、物体側光学面を非球面にすることで、像面湾曲の発生量が適切で、且つ、像面湾曲以外の収差が良好に補正された広角な湾曲像を形成することに有利となる。

また、本実施形態の撮像装置は、像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０≦Ｒ_２ｅ／Ｒ_１１＜１．０ …（２）
ここで、
Ｒ_１１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
Ｒ_２ｅは、像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径、
である。

条件式（２）は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径と像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径とを規定している。

物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成するためには、物体側レンズ成分の最も物体側の面による像面湾曲の発生量と、像側レンズ成分の最も像側の面による非点収差の発生量とのバランスをとることが好ましい。このため、条件式（２）を満足することが好ましい。

条件式（２）を満足することで、物体側レンズ成分の最も物体側の面による像面湾曲の発生量の調整と、像側レンズ成分の最も像側の面による非点収差の低減の双方を行うことに有利となる。

条件式（２）の上限値を上回らないようにして、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径を長めとすることで、像面湾曲の発生量の過剰を抑える、又は、像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径を小さくすることで非点収差の発生を抑えることが好ましい。この結果、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することに有利となる。

条件式（２）の下限値を下回らないようにすることで、広画角化とバックフォーカスの確保の両立に有利となる。

条件式（２）について、下限値を０．０２、さらには０．０４とすることがより好ましい。条件式（２）について、上限値を０．８、さらには０．６とすることがより好ましい。

また、本実施形態の撮像装置は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０＜｜Ｒ_２ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜≦２．０ …（３）
ここで、
Ｒ_２ｅは、像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径、
Ｒ_ｉｍｇは、光軸と撮像面とが交わる点を面頂点（面の頂点）とし、面頂点と、結像光学系へ半画角６０度で入射した光線と撮像面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径の最小値、
である。

図１は、パラメータＲ_ｉｍｇを説明する図である。撮像面が軸回転対称な曲面形状である場合は、画角の方向（例えば、紙面において上下方向の光線Ｂと左右方向の光線Ａ）によらず仮想球面の曲率半径の値は同じである。また、撮像面が、シリンドリカル面やトーリック面、複数の平面をつなげた形状等である場合は、画角の方向により仮想球面の曲率半径の値は異なるので、その場合はとりうる値の最小値とする。

条件式（３）は、像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径と上述のＲ_ｉｍｇとを規定している。

条件式（３）の上限値を上回らないようにして、撮像面に対して像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径を小さくして、非点収差の補正を行うことが好ましい。

条件式（３）の下限値を下回ると、撮像面が平面になるため、少ないレンズ成分数での像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（３）について、下限値を０．１、さらには０．２とすることがより好ましい。条件式（３）について、上限値を１．５、さらには１．０とすることがより好ましい。

また、本実施形態の撮像装置は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
である。

条件式（４）を満足することで、結像性能を維持しつつバックフォーカスを充分に確保できる。

条件式（４）の上限値を上回ると、収差補正は容易になるが、バックフォーカスの確保が困難になる。

条件式（４）の上限値を上回らないようにして、バックフォーカスを確保することで、像面の大きさに対する結像光学系の小型化、軽量化につながる。

条件式（４）に代えて、以下の条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
０．２＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．５ …（４−１）

条件式（４−１）の上限値の技術的意義は、条件式（４）の技術的意義と同じである。

条件式（４−１）の下限値を下回らないようにして、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上の距離を十分に確保することで、収差補正に有利となり、良好な結像性能の確保に有利となる。

条件式（４）については、上限値を０．６１、さらには、０．５とすることがより好ましい。条件式（４）と条件式（４−１）については、下限値を０．２５、さらには０．３とすることがより好ましい。

また、本実施形態の撮像装置は、物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、像側レンズ成分は正の屈折力を有することが好ましい。

これにより、画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することが可能である。

また、本実施形態の結像光学系は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする。
Ｌ_１ｅ／Ｒ_１１≦０ …（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
Ｒ_１１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
である。

条件式（５）を満足することで、広画角を確保しつつ、レンズ部を薄くすることができる。

条件式（５）に代えて、以下の条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
−１．５＜Ｌ_１ｅ／Ｒ_１１≦０ …（５−１）

条件式（５）、（５−１）の上限値を上回らないようにして、物体側レンズ成分の最も物体側の面が近軸領域にて平面か凹面とすることで、バックフォーカスを長くしてレンズ部を小型化に有利となる。若しくは、撮像面の湾曲率の過剰を抑え、撮像素子の製造コスト低減に有利となる。

条件式（５−１）の下限値を下回らないようにすることで、レンズ全長の低減、軽量化等に有利となる。

条件式（５−１）について、下限値を−１．０、さらには−０．５とすることがより好ましい。条件式（５）、（５−１）について、上限値を−０．０５とすることがより好ましい。

また、本実施形態の結像光学系は、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする。
ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１１≦０ …（６）
ここで、
Ｒ_１１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
ＰＳ_ｉｎｖは、結像光学系のペッツバール和ＰＳの逆数であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

条件式（６）を満足することで、画角を確保しつつ、像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を得ることに有利となる。

条件式（６）に代えて、以下の条件式（６−１）を満足することが好ましい。
−２．５＜ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１１≦０ …（６−１）

条件式（６）、（６−１）の上限値を上回らないようにして、物体側レンズ成分の最も物体側の面が近軸領域にて平面か凹面とすることで、バックフォーカスを長くしてレンズ部の小型化に有利となる。若しくは、撮像面の湾曲率の過剰を抑え、撮像素子の製造コスト低減に有利となる。

条件式（６−１）の下限値を下回らないようにすることで、ペッツバール和を大きくすることで、発生する像面湾曲量の最適化に有利となる。

条件式（６−１）について、下限値を−２．０、さらには−１．５とすることが好ましい。条件式（６）、（６−１）について、上限値を−０．１とすることがより好ましい。

また、本実施形態の結像光学系は、物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であることが好ましい。

これにより、画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することに有利となる。

また、本実施形態の結像光学系は、像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であることが好ましい。

このように、像面に近い像側レンズ成分の最も像側の面を、像側に凸形状にすることにより、非点収差の軽減に有利となる。

また、本実施形態の結像光学系は、物体側レンズ成分の最も物体側の面が非球面であることが好ましい。

これにより、画角と像面湾曲発生量をより最適に保つことができ好ましい。

また、本実施形態の結像光学系は、物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、像側レンズ成分は正の屈折力を有することが好ましい。

また、本実施形態の撮像装置は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、を有することを特徴とする。

また、本実施形態のカプセル内視鏡は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、結像光学系の物体側に配置されたドーム形状のカバー部と、を有することを特徴とする。

本実施形態の結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、以下の条件式（７）を満足することを特徴とする。
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７）
ここで、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。

条件式（７）を満足することで、発生する像面湾曲量と撮像面への光線入射角を、湾曲した撮像面に対して適切に行うことができる。

条件式（７）に代えて、以下の条件式（７−１）を満足することが好ましい。
−１．７＜ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７−１）

条件式（７）、（７−１）の上限値を上回らないようにして、ペッツバール和を大きくし、結像光学系の像面の湾曲量を確保することに有利となる。又は、射出瞳位置を撮像面に近くなりすぎることを抑え、湾曲した撮像面への光線入射角を抑えて良好な画像を得ることに有利となる。例えば、光学素子への光線の斜入射の影響による色シェーディングの発生を抑えやすくなる。

条件式（７−１）の下限値を下回らないようにして、ペッツバール和の過剰を抑え、結像光学系にて大きい像面湾曲が発生しないようにすることで、結像光学系の像面の形状に近似させた撮像素子の作成コストの低減に有利となる。又は、射出瞳位置が撮像面から遠くなることを防ぎ、湾曲した撮像面への光線入射角が大きくなることを抑えることに有利となる。

条件式（７−１）について、下限値を−１．５、さらには−１．４とすることが好ましい。条件式（７）、（７−１）について、上限値を−０．８、さらには−０．８７とすることがより好ましい。

また、本実施形態の結像光学系は、明るさ絞りが、物体側レンズ成分と像側レンズ成分との間に配置され、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
である。

本実施形態では、例えば、明るさ絞りを物体側レンズ成分と像側レンズ成分の間に配置することで、ぞれぞれのレンズ成分の小型化にいっそう有利としている。また、この構成により、光学性能も維持しやすくなる。

また、条件式（４）を満足することで、結像性能を維持しつつバックフォーカスを充分に確保することができる。

条件式（４）に代えて、以下の条件式（４−１）を満足することが好ましい。
０．２＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．５ …（４−１）

条件式（４）、（４−１）の上限値を上回らないようにして、バックフォーカスを確保することで、像面の大きさに対する結像光学系の小型化、軽量化につながる。

条件式（４）について、上限値を０．６１、さらには、０．５とすることがより好ましい。また、条件式（４−１）について、下限値を０．２５、さらには０．３とすることがより好ましい。

これにより、広い画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することが可能である。

また、本実施形態の結像光学系は、物体側レンズ成分の最も物体側の面が少なくとも軸外の有効面内においてメリディオナル方向で物体側に凹形状となる凹形状部分を有する面であることが好ましい。

画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することが可能である。

像面に近い当該面をこの形状にすることにより、非点収差を軽減させることができる。

これにより、広い画角の確保と像面湾曲発生量の低減の両立に有利となるので、好ましい。

また、本実施形態に係る撮像装置は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、を有することを特徴とする。

このようにすることで、少ないレンズ成分の数で、小型でありながら、良好な光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

また、本実施形態に係る結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、以下の条件式（８）を満足することを特徴とする。
（ＥＸＰ／ｆ）／（φ_ｅ／φ_１）＜−１．３ …（８）
ここで、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とし、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
φ_ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面における、最大像高位置への結像に寄与する有効光束が通過する領域の光軸に対して垂直に測ったときの最大直径、
φ_１は、物体側レンズ成分の最も物体側の面における、結像光学系の軸上光束が通過する領域の光軸に対して垂直に測った最大直径、
である。

図２は、パラメータφ_ｅ、φ_１をそれぞれ説明する図である。φ_ｅは、物体側レンズ成分Ｌ１の最も物体側の面Ｓ１における、最大像高位置への結像に寄与する有効光束が通過する領域の光軸ＡＸに対して垂直に測ったときの最大直径、φ_１は、物体側レンズ成分Ｌ１の最も物体側の面Ｓ１における、結像光学系の軸上光束が通過する領域の光軸ＡＸに対して垂直に測った最大直径、である。

条件式（８）を満足することで、シェーディングの発生を抑えるため、光軸上と光軸外の光量変化を少なくし、かつ、撮像面への光線入射角を、湾曲した撮像面に対して適切にすることができる。

条件式（８）に代えて、以下の条件式（８−１）を満足することが好ましい。
−２．５＜（ＥＸＰ／ｆ）／（φ_ｅ／φ_１）＜−１．３ …（８−１）

条件式（８）、（８−１）の上限値を上回らないようにして、光軸上と光軸外の光束径の差を小さくすることで、周辺光量の確保に有利となる。又は、射出瞳位置が撮像面に近くなりすぎないようにすることで、湾曲した撮像面への光線入射角を小さくし、色シェーディングを抑えやすくなる。

条件式（８−１）の下限値を下回らないようにして、射出瞳位置が撮像面から遠くなりすぎないようにすることで、湾曲した撮像面への光線入射角を抑え、色シェーディングを抑えやすくなる。

また、本実施形態の結像光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、
である。

条件式（４）を満足することで、結像性能を維持しつつバックフォーカスを充分に確保することができる。

条件式（４）の上限値を０．６１、さらには、０．５とすることがより好ましい。条件式（４−１）の下限値を０．２５、さらには０．３とすることがより好ましい。

これにより、像面に近い当該面をこの形状にすることにより、非点収差を軽減できる。

これにより、広い画角の確保と像面湾曲発生量の低減の両立に有利となり好ましい。

本実施形態に係る撮像装置は、上述の結像光学系と、結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、を有することを特徴とする。

このようにすることで、少ないレンズ枚数で、小型でありながら、良好な光学性能を有する撮像装置を実現することができる。

本実施形態に係る撮像装置は、更に、照明部と、結像光学系の物体側に配置されたカバー部と、を有することを特徴とする。

これにより、対象を照明しつつ、良好な光学性能で撮像できる。

以下に、本発明のある態様に係る結像光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

収差図について説明する。（ｂ）は球面収差（ＳＡ）、（ｃ）は非点収差（ＡＳ）、（ｄ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）の収差図の縦軸の上端が最大画角に対応する。また、非点収差（ＡＳ）は、湾曲した撮像面からの収差量を示している。

実施例１の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凹負レンズＬ１の両面に設けられている。

実施例２の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

負メニスカスレンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例３の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

負メニスカスレンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例４の結像光学系は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凸正レンズＬ１の両面に設けられている。

実施例５の結像光学系は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例６の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

負メニスカスレンズＬ１の面頂と同じ位置に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。開口絞りＳは負メニスカスレンズＬ１の物体側に配置されてもよい。

実施例７の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例８の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

正メニスカスレンズＬ１の面頂と同じ位置に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、正メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。開口絞りＳは正メニスカスレンズＬ１の物体側に配置されてもよい。

実施例９の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例１０の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は非球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例１１の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、で構成されている。ここで、負メニスカスレンズＬ２と両凸正レンズＬ３とが接合されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凹負レンズＬ１と負メニスカスレンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例１２の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、両凹負レンズＬ１と正メニスカスレンズＬ２とが接合されている。負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４とが接合されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

正メニスカスレンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の物体側面と、正メニスカスレンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１３の結像光学系は、物体側から順に、平凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

平凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凹負レンズＬ１の像側面と、平凸正レンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１４の結像光学系は、図１６に示すように、物体側から順に、光学部材ＣＧと、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。撮像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。両凹負レンズＬ１、開口絞りＳ及び平凸正レンズＬ２で構成される光学系は、実施例１の結像光学系と同じである。

図１６は、光学部材ＣＧが配置できることを例示する概略図である。そのため、レンズの大きさや位置に対して、光学部材ＣＧの大きさや位置は正確に描かれているわけではない。

光学部材ＣＧは椀状の部材で、物体側面と像側面は共に曲面になっている。図１６では、物体側面と像側面は共に同じ曲率中心を持つ球面になっているので、光学部材ＣＧの全体形状は、半球になっている。本実施例では、光学部材ＣＧの肉厚、すなわち、物体側面と像側面との間隔は曲率中心に向かう方向にて一定になっている。

光学部材ＣＧには、光を透過する材質が用いられている。よって、被写体からの光は、光学部材ＣＧを通過して、負レンズＬ１に入射する。光学部材ＣＧは、像側面の曲率中心が入射瞳の位置と略一致するように配置されている。よって、光学部材ＣＧによる新たな収差は、ほとんど発生しない。すなわち、実施例１４の結像光学系の結像性能は、実施例１の結像光学系の結像性能と変わらない。

光学部材ＣＧは、カバーガラスとして機能する。この場合、光学部材ＣＧは、例えば、カプセル内視鏡の外装部に設けられた観察窓に該当する。よって、実施例１４の結像光学系は、カプセル内視鏡の光学系に用いることができる。実施例２〜１３の結像光学系もカプセル内視鏡の光学系に用いることができる。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。

また、各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、ＢＦはバックフォーカス、ＴＬは物体側レンズ成分の最も物体側の面から撮像面までの光軸上での距離、バックフォーカスは、最も像側のレンズ面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。また、ｆ１、ｆ２、ｆ３及びｆ４は、各レンズの焦点距離である。半画角の単位は度である。

また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４ｙ⁴＋Ａ６ｙ⁶＋Ａ８ｙ⁸＋Ａ１０ｙ¹⁰＋Ａ１２ｙ¹²＋…
また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -3.185 0.30 1.53110 56.00
2* 1.738 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.34 1.53110 56.00
5 -0.375 1.07
像面 -9.568

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=2.53231e-02,A6=2.07188e+00,A8=-5.74113e+00
第２面
k=0.000
A4=7.56464e+00

各種データ
ｆ 0.855
ＦＮＯ． 3.047
２ω 164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.760
ＢＦ 1.07
ｆ１ -2.065
ｆ２ 0.704

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -4.280 0.47 1.53110 56.00
2* -6.524 0.06
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.37 1.53110 56.00
5 -0.512 1.09
像面 -2.437

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-3.36755e-01,A6=1.43642e+00,A8=-1.68203e+00
第２面
k=0.000
A4=2.37328e+00

各種データ
ｆ 0.949
ＦＮＯ． 3.330
２ω 164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.982
ＢＦ 1.09
ｆ１ -25.152
ｆ２ 0.960

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -3.773 0.30 1.53110 56.00
2* -5.549 0.03
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.46 1.53110 56.00
5 -0.527 1.13
像面 -1.507

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-8.23828e-02,A6=1.38064e+00,A8=-2.37738e+00
第２面
k=0.000
A4=1.78525e+00

各種データ
ｆ 0.988
ＦＮＯ． 3.405
２ω 162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.929
ＢＦ 1.13
ｆ１ -23.496
ｆ２ 0.988

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* 83.990 0.50 1.53110 56.00
2* -3.320 0.06
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.36 1.53110 56.00
5 -0.570 0.99
像面 -1.952

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-5.60219e-01,A6=1.37170e+00,A8=-1.12862e+00
第２面
k=0.000
A4=1.58678e+00

各種データ
ｆ 0.948
ＦＮＯ． 3.167
２ω 163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.902
ＢＦ 0.99
ｆ１ 6.000
ｆ２ 1.069

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* 8.422 0.49 1.53110 56.00
2* -1.934 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.42 1.53110 56.00
5 -0.690 0.97
像面 -1.506

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-6.27531e-01,A6=1.03387e+00,A8=-5.88990e-01
第２面
k=0.000
A4=5.30326e-01

各種データ
ｆ 0.993
ＦＮＯ． 3.224
２ω 162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.931
ＢＦ 0.97
ｆ１ 2.998
ｆ２ 1.294

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -1.471 0.30 1.63493 23.89
3* -1.685 0.05
4 30.637 0.30 1.77250 49.60
5 -0.819 1.15
像面 -2.410

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.52940e+00,A6=4.61522e+01,A8=-2.70647e+03,A10=5.28160e+04
第３面
k=0.000
A4=2.92858e-01,A6=-1.48191e+01,A8=1.78831e+02,A10=-5.81275e+02

各種データ
ｆ 0.974
ＦＮＯ． 3.282
２ω 160
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.802
ＢＦ 1.15
ｆ１ -39.920
ｆ２ 1.032

数値実施例７
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -3.775 0.30 1.63493 23.89
3* -4.623 0.05
4 -37.325 0.30 1.77250 49.60
5 -0.764 1.13
像面 -1.491

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.00244e+00,A6=3.67646e+01,A8=-2.55931e+03,A10=4.05208e+04
第３面
k=0.000
A4=3.76741e-01,A6=-1.46146e+01,A8=1.55644e+02,A10=-4.99373e+02

各種データ
ｆ 0.991
ＦＮＯ． 3.340
２ω 173
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.784
ＢＦ 1.13
ｆ１ -37.207
ｆ２ 1.001

数値実施例８
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -2.258 0.37 1.53110 56.00
3* -0.864 0.05
4 4.873 0.44 1.53110 56.00
5 -0.981 0.98
像面 -1.946

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-7.49745e-01,A6=8.48354e+01,A8=-6.16466e+03,A10=1.26740e+05
第３面
k=0.000
A4=6.12011e-01,A6=-1.00316e+01,A8=5.20328e+01,A10=-1.02293e+02

各種データ
ｆ 0.989
ＦＮＯ． 3.334
２ω 162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.831
ＢＦ 0.98
ｆ１ 2.403
ｆ２ 1.571

数値実施例９
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -19.712 0.46 1.53110 56.00
3* -0.657 0.05
4 ∞ 0.30 1.53110 56.00
5 -1.951 0.90
像面 -1.503

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.69752e+00,A6=8.48174e+01,A8=-4.79152e+03,A10=8.61262e+04
第３面
k=0.000
A4=1.57455e-01,A6=-5.33428e+00,A8=2.21803e+01,A10=-8.34925e+01

各種データ
ｆ 0.986
ＦＮＯ． 3.325
２ω 162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.714
ＢＦ 0.90
ｆ１ 1.263
ｆ２ 3.658

数値実施例１０
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -6.802 0.30 1.53110 56.00
2* 7.707 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.33 1.53110 56.00
5 -0.427 0.98
像面* -9.807

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-2.55684e-01,A6=2.55471e+00,A8=-5.39397e+00
第２面
k=0.000
A4=4.91252e+00
像面
k=0.000
A4=-1.09530e+00,A6=1.89310e+00,A8=-6.95550e-01,A10=-2.08580e-01

各種データ
ｆ 0.856
ＦＮＯ． 2.953
２ω 163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.653
ＢＦ 0.98
ｆ１ -6.726
ｆ２ 0.800

数値実施例１１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -10.000 0.30 1.53110 56.00
2* 4.442 0.02
3(絞り) ∞ 0.00
4 8.146 0.30 1.84666 23.78
5 0.806 0.35 1.80610 40.92
6 -0.658 0.97
像面 -9.785

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-5.46945e-01,A6=3.59115e+00,A8=-7.35098e+00
第２面
k=0.000
A4=3.11619e+00

各種データ
ｆ 0.857
ＦＮＯ． 2.913
２ω 163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.940
ＢＦ 0.97
ｆ１ -5.725
ｆ２ -1.067
ｆ３ 0.501

数値実施例１２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -20.000 0.30 1.58913 61.15
2 0.800 0.30 1.80610 40.88
3* 4.197 0.01
4(絞り) ∞ 0.00
5 22.625 0.30 1.84666 23.78
6 0.806 0.40 1.80610 40.92
7 -0.675 0.88
像面 -9.636

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-2.81491e-01,A6=8.35553e-01,A8=-7.60061e-01
第３面
k=0.000
A4=1.86377e+00

各種データ
ｆ 0.853
ＦＮＯ． 3.182
２ω 164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 2.188
ＢＦ 0.88
ｆ１ -1.294
ｆ２ 1.173
ｆ３ -0.984
ｆ４ 0.515

数値実施例１３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1 ∞ 0.30 1.53110 56.00
2* 1.320 0.08
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.30 1.53110 56.00
5* -0.417 1.19
像面 -1.944

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=7.73568e+00,A6=-1.60978e+02,A8=2.89090e+03
第５面
k=0.000
A4=-8.07828e-01,A6=-5.98277e+00,A8=6.06276e+01

各種データ
ｆ 0.980
ＦＮＯ． 3.424
２ω 161
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.874
ＢＦ 1.19
ｆ１ -2.476
ｆ２ 0.781

次に、各実施例における条件式の値を以下に示す。

(1) L/TL
(2) R2e/R11
(3) |R2e/Rimg|
(4) L1e/TL
(5) L1e/R11
(6) PSinv/R11
(7) PS×EXP
(8) (EXP/f)/(φe/φ1)

実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6
(1) 0.028 0.030 0.016 0.032 0.026 0.028
(2) 0.118 0.120 0.140 -0.007 -0.082 0.557
(3) 0.039 0.210 0.350 0.292 0.458 0.340
(4) 0.392 0.451 0.414 0.478 0.499 0.361
(5) -0.217 -0.209 -0.212 0.011 0.114 -0.442
(6) -0.509 -0.359 -0.420 0.017 0.164 -1.322
(7) -0.860 -0.918 -0.987 -0.926 -0.952 -0.947
(8) -1.992 -1.588 -1.579 -1.506 -1.250 -1.890

実施例7 実施例8 実施例9 実施例10 実施例11 実施例12
(1) 0.028 0.027 0.029 0.030 0.010 0.005
(2) 0.202 0.434 0.099 0.063 0.066 0.034
(3) 0.512 0.504 1.298 0.044 0.067 0.070
(4) 0.364 0.466 0.472 0.409 0.498 0.601
(5) -0.172 -0.378 -0.041 -0.099 -0.097 -0.066
(6) -0.489 -0.657 -0.073 -0.205 -0.175 -0.060
(7) -0.987 -1.303 -1.161 -0.913 -0.916 -1.318
(8) -2.210 -1.952 -1.706 -1.861 -2.295 -2.296
実施例13
(1) 0.043
(2) 0.000
(3) 0.214
(4) 0.365
(5) 0.000
(6) 0.000
(7) -0.829
(8) -2.501

また、各実施例におけるパラメータの値を以下に示す。

実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6
Rimg -9.568 -2.437 -1.507 -1.952 -1.506 -2.410
L1e 0.690 0.893 0.799 0.910 0.963 0.650
PS 0.617 0.651 0.631 0.719 0.725 0.514
PSinv 1.620 1.535 1.585 1.391 1.379 1.945
EXP -1.393 -1.409 -1.565 -1.289 -1.313 -1.841
R11 -3.185 -4.280 -3.773 83.990 8.422 -1.471
R2e -0.375 -0.512 -0.527 -0.570 -0.690 -0.819
φ1 0.274 0.275 0.284 0.288 0.297 0.297
φe 0.224 0.258 0.285 0.260 0.314 0.296
L 0.050 0.060 0.030 0.060 0.050 0.050

実施例7 実施例8 実施例9 実施例10 実施例11 実施例12
Rimg -1.491 -1.946 -1.503 -9.807 -9.785 -9.636
L1e 0.650 0.853 0.809 0.676 0.967 1.314
PS 0.542 0.675 0.690 0.718 0.573 0.836
PSinv 1.846 1.482 1.448 1.392 1.746 1.196
EXP -1.823 -1.931 -1.682 -1.271 -1.599 -1.577
R11 -3.775 -2.258 -19.712 -6.802 -10.000 -20.000
R2e -0.764 -0.981 -1.951 -0.427 -0.658 -0.675
φ1 0.297 0.296 0.296 0.283 0.288 0.259
φe 0.247 0.296 0.296 0.226 0.234 0.208
L 0.050 0.050 0.050 0.050 0.020 0.010

実施例13
Rimg -1.944
L1e 0.684
PS 0.571
PSinv 1.751
EXP -1.451
R11 ∞
R2e -0.417
φ1 0.279
φe 0.165
L 0.080

図１７は、光学装置の例である。この例では、光学装置はカプセル内視鏡である。カプセル内視鏡１００は、カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とを有する。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とによって、カプセル内視鏡１００の外装部が構成されている。

カプセルカバー１０１は、略円筒形状の中央部と、略椀形状の底部と、で構成されている。透明カバー１０２は、中央部を挟んで、底部と対向する位置に配置されている。透明カバー１０２は、略椀形状の透明部材によって構成されている。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とは、互いに水密的に連設されている。

カプセル内視鏡１００の内部には、結像光学系１０３と、照明部１０４と、撮像素子１０５と、駆動制御部１０６と、信号処理部１０７とを備えている。透明カバー１０２は、結像光学系１０３と照明部１０４の双方の前面を同時に覆う位置に配置されている。なお、図示しないが、カプセル内視鏡１００の内部には、受電手段と送信手段が設けられている。

照明部１０４からは、照明光が出射する。照明光は透明カバー１０２を通過して、被写体に照射される。被写体からの光は、結像光学系１０３に入射する。結像光学系１０３によって、像位置に被写体の光学像が形成される。

光学像は、撮像素子１０５で撮像される。撮像素子１０５の駆動と制御は、駆動制御部１０６で行われる。また、撮像素子１０５からの出力信号は、必要に応じて、信号処理部１０７で処理される。

ここで、結像光学系１０３には、例えば、上述の実施例１の結像光学系が用いられている。よって、非常に広い範囲（約１６０°の画角）の光学像が形成される。また、光学像は、物体側に凹状に湾曲した像になっている。

撮像素子１０５の撮像面は、物体側に凹状に湾曲している。また、撮像面の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、非常に広い範囲を撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図１８は、光学装置の別の例である。この例では、光学装置は車載カメラである。図１８（ａ）は、車外に車載カメラを搭載した例を示す図である。図１８（ｂ）は、車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。

図１８（ａ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００のフロントグリルに設けられている。車載カメラ２０１は、結像光学系と撮像素子を備えている。

車載カメラ２０１の結像光学系には、例えば、上述の実施例１の結像光学系が用いられている。よって、非常に広い範囲（約１６０°の画角）の光学像が形成される。また、撮像素子の撮像面は、物体側に凹状に湾曲している。そして、撮像面の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、非常に広い範囲を撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図１８（ｂ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００の天井近傍に設けられている。車載カメラ２０１の作用効果は、既に説明したとおりである。

車載カメラ２０１は、室外であれば、各コーナやヘッド部のポールの頂部に配置しても良い。また、室内であれば、バックミラーの近傍に配置しても良い。

また、上述の各発明は複数を同時に満足することで、小型化、高性能化、広画角化などそれぞれの効果をより確実にでき好ましい。

以上のように、本発明は、小型でありながら、少ないレンズ枚数で、広い画角と高い結像性能を有する結像光学系に有用である。また、本発明は、小型でありながら、少ないレンズ枚数で、広い範囲を高い解像度で撮像できる撮像装置及びカプセル内視鏡に有用である。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４レンズ
Ｓ開口絞り（明るさ絞り）
Ｉ像面
ＣＧ光学部材
Ｓ_１光学面
ＡＸ光軸
１００カプセル内視鏡
１０１カプセルカバー
１０２透明カバー
１０３結像光学系
１０４照明部
１０５撮像素子
１０６駆動制御部
１０７信号処理部
２００自動車
２０１車載カメラ

Claims

レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなる結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、
からなる撮像装置であって、
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、
前記像側レンズ成分の最も像側の面が曲面であり、
以下の条件式（１）、（３）を満足することを特徴とする撮像装置。
０＜Ｌ／ＴＬ≦０．４ …（１）
０＜｜Ｒ _２ｅ／Ｒ _ｉｍｇ｜≦２．０ …（３）
ここで、
Ｌは、前記物体側レンズ成分の最も像側の面から前記像側レンズ成分の最も物体側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記撮像面までの光軸上での距離、
Ｒ _２ｅは、前記像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径、
Ｒ _ｉｍｇは、光軸と前記撮像面とが交わる点を面頂点とし、前記面頂点と、前記結像光学系へ半画角６０度で入射した光線と前記撮像面とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径の最小値、
である。
前記像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
前記像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
０≦Ｒ_２ｅ／Ｒ_１１＜１．０ …（２）
ここで、
Ｒ_１１は、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
Ｒ_２ｅは、前記像側レンズ成分の最も像側の面の曲率半径、
である。
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
Ｌ _１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ここで、
Ｌ _１ｅは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記撮像面までの光軸上での距離、
である。
前記物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、前記像側レンズ成分は正の屈折力を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、
前記像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、
前記物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、前記像側レンズ成分は正の屈折力を有し、
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする結像光学系。
Ｌ _１ｅ／Ｒ _１１ ≦０ …（５）
ここで、
Ｌ _１ｅは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
Ｒ _１１は、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
である。
レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、
前記像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であり、
前記物体側レンズ成分は負の屈折力を有し、前記像側レンズ成分は正の屈折力を有し、
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする結像光学系。
ＰＳ _ｉｎｖ／Ｒ _１１ ≦０ …（６）
ここで、
Ｒ _１１は、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面の曲率半径、
ＰＳ _ｉｎｖは、前記結像光学系のペッツバール和ＰＳの逆数であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ _ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ _ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
である。
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が非球面であることを特徴とする請求項７または８に記載の結像光学系。
請求項７から９のいずれか一項に記載の結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
請求項７から９のいずれか一項に記載の結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、
前記結像光学系の物体側に配置されたドーム形状のカバー部と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、
レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、
前記明るさ絞りが、前記物体側レンズ成分と前記像側レンズ成分との間に配置され、
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であり、
以下の条件式（４）、（７）を満足することを特徴とする結像光学系。
Ｌ _１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７）
ここで、
Ｌ _１ｅは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記撮像面までの光軸上での距離、
ＰＳは、前記結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ _ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ _ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、前記像から前記結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、前記近軸射出瞳位置が前記像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。
軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、
レンズ成分を結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなり、物体側に凹状に湾曲した撮像面に像を結ぶ結像光学系であって、
前記明るさ絞りが、前記物体側レンズ成分と前記像側レンズ成分との間に配置され、
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が少なくとも軸外の有効面内においてメリディオナル方向で物体側に凹形状となる凹形状部分を有する面であり、
以下の条件式（４）、（７）を満足することを特徴とする結像光学系。
Ｌ _１ｅ／ＴＬ≦０．６５ …（４）
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７ …（７）
ここで、
Ｌ _１ｅは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記像側レンズ成分の最も像側の面までの光軸上での距離、
ＴＬは、前記物体側レンズ成分の最も物体側の面から前記撮像面までの光軸上での距離、
ＰＳは、前記結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ _ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ _ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、前記像から前記結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、前記近軸射出瞳位置が前記像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が平面または物体側に凹形状の面であることを特徴とする請求項１３に記載の結像光学系。
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が少なくとも軸外の有効面内においてメリディオナル方向で物体側に凹形状となる凹形状部分を有する面であることを特徴とする請求項１２に記載の結像光学系。
前記像側レンズ成分の最も像側の面が像側に凸形状の面であることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の結像光学系。
前記物体側レンズ成分の最も物体側の面が非球面であることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の結像光学系。
請求項１２から１７のいずれか一項に記載の結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１から６、１０、１８のいずれかの撮像装置において、
更に、照明部と、前記結像光学系の物体側に配置されたカバー部と、を有することを特徴とする撮像装置。
請求項１２から１７のいずれか一項に記載の結像光学系と、
前記結像光学系の像側に配置され、物体側に凹状に湾曲した撮像面を持つ撮像部と、
前記結像光学系の物体側に配置されたドーム形状のカバー部と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡。