JP6812251B2 - 結像光学系及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、結像光学系及び撮像装置に関し、特に、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適な広角の結像光学系及び撮像装置に関する。
従来より、車両に撮像装置を搭載し、撮像装置により取得した画像を画像表示装置に表示させることで種々の運転支援を行う運転支援システムが知られている。このような運転支援システムとして、例えば、車両後方の画像を画像表示装置に表示させるバックビューモニターや車両の周囲の画像を車両の上方から見下ろしているかのような画像を画像表示装置に表示させるアラウンドビューモニターなどが知られている。また、ドライブレコーダーの普及も進んでいる。
また、近年では、自動運転の実現に向けて、画像センシング技術を利用した衝突被害軽減ブレーキシステム、レーンキープアシストシステム、車間距離自動制御システムなどの種々の先進的運転支援システムが実用化されている。これらの先進的運転支援システムでは、撮像装置により取得した画像データに基づき、車両周囲の障害物や、車線位置、車間距離などを検知している。
このような撮像装置の結像光学系には種々の要求がある。例えば、近年の固体撮像素子の高画素化に伴い、車載用の撮像装置においても解像度の高い明るい光学系が求められている。
また、車両の周囲をより少ない数の撮像装置でモニタリングするために、画角の広い光学系が求められている。画角を広げると、周辺光量の低下が生じ得る。しかしながら、自動運転を実現するには、画像の周辺部においても高精度に画像認識を行う必要がある。そのため、広角であり、且つ、画像の周辺部の光量低下のない光学系が求められている。
さらに、車載用の撮像装置の使用雰囲気温度は大きく変化する。車載用の撮像装置の結像光学系は、焦点位置が固定された固定焦点レンズが用いられることが多い。固定焦点レンズの場合、使用雰囲気温度の変化によってフォーカスシフトが生じると、画質が低下する。そのため、高温環境下、或いは、低温環境下においても、高解像度を維持することのできる結像光学系が求められている。
そして、車載用の撮像装置の結像光学系は、これら種々の要求を満たしつつ小型軽量であり、且つ、低コストであることが求められる。なお、これらの課題は、屋外等で使用される監視用の撮像装置の結像光学系においても同様である。
このような車載用の撮像装置等に用いることができる結像光学系として、例えば、特許文献１〜特許文献３に開示の光学系が知られている。特許文献１〜特許文献３に開示の光学系では、正射影方式を採用し、或いは、それ以上に画像周辺部に歪曲を発生させることにより、広角であり、且つ、画像周辺の光量低下を抑制した明るい光学系を実現している。なお、画像周辺部に生じた歪曲は、画像処理により補正することができる。
特開２０１６−１３３５９９号公報 特開２００７−１５５９７６号公報 特開２００４−３５４５７２号公報
しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、Ｆナンバーが１．６と小さく、明るい光学系を実現しているが、レンズ枚数が７枚と多く、小型軽量化、低コスト化が十分ではない。
特許文献２に記載の光学系は、Ｆナンバーが２．８であるため、明るさの点で更なる向上が求められる。また、当該光学系を構成するレンズ枚数が９枚と多く、小型軽量化、低コスト化の点でも十分ではない。
特許文献３に記載の光学系は、Ｆナンバーが２．０と小さく、明るい光学系を実現している。また、レンズ枚数が６枚であり、小型軽量化も図られている。しかしながら、当該光学系では、雰囲気温度の変化に伴いフォーカスシフトが生じ得るため、高温時又は低温時において、常温時における結像性能を維持することが困難である。フォーカスシフトが生じ得る点は、特許文献１及び特許文献２に開示の光学系も同様である。
本件発明の課題は、広角であり、且つ、周辺光量が高く、雰囲気温度の変化によらず高解像度を維持することのできる小型の結像光学系及び撮像装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本件発明に係る結像光学系は、被写体側から、前群と、絞りと、後群とが順に配置されてなる結像光学系であって、前記前群において最も前記絞りの近くに配置されるレンズは正レンズであり、前記後群において最も前記絞りの近くに配置されるレンズも正レンズであり、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。
（１）０．２０ ＜ ｜ｄｎ３／ｄｎ４ ｜ ＜ ９．６０
（２）０．５２ ＜ ｙ／ｆ・ｓｉｎ（θ１）＜ １．３５
ただし、
ｄｎ３：前記前群において最も前記絞りの近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
ｄｎ４：前記後群において最も前記絞りの近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
ｆ ：当該結像光学系の焦点距離
ｙ ：当該結像光学系の最大像高
θ１：当該結像光学系の最大半画角
また、上記課題を解決するために、本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る結像光学系と、当該結像光学系の像側に、当該結像光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
本件発明によれば、広角であり、且つ、周辺光量が高く、雰囲気温度の変化によらず高解像度を維持することのできる小型の結像光学系及び撮像装置を提供することができる。
本件発明の実施例１の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例１の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例１の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例２の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例２の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例２の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例３の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例３の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例３の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例４の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例４の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例４の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例５の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例５の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例５の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例６の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例６の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例６の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例７の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例７の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例７の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例８の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例８の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例８の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。 本件発明の実施例９の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成例を示す断面図である。 実施例９の結像光学系の無限遠合焦時における球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。 実施例９の結像光学系の無限遠合焦時における横収差図である。
以下、本件発明に係る結像光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。但し、以下に説明する当該結像光学系及び撮像装置は本件発明に係る結像光学系及び撮像装置の一態様であって、本件発明に係る結像光学系は以下の態様に限定されるものではない。
１．結像光学系
１−１．結像光学系の構成
まず、本件発明に係る結像光学系の実施の形態を説明する。本件発明に係る結像光学系は、前群と、絞りと、後群とが順に配置されてなる結像光学系であって、前群において絞りの最も近くに配置されるレンズは正レンズであり、後群において絞りの最も近くに配置されるレンズも正レンズであり、後述する条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。このように、絞りの被写体側及び像面側に、絞りに最も近接配置されるレンズを正レンズとすることで、球面収差の補正を良好に行うことができ、解像度の高い結像光学系を実現することができる。そして、下記条件式（１）及び条件式（２）を満足することにより、広角であり、且つ、周辺光量が高く、雰囲気温度の変化によらず高解像度を維持することのできる小型の結像光学系を提供することが可能になる。まず、本件発明に係る光学系の構成について説明し、条件式に関する事項は後で説明するものとする。
本件発明に係る結像光学系は、複数枚のレンズで構成される。前群は、絞りよりも被写体側に配置されたレンズから構成される。後群は、絞りよりも像面側に配置されたレンズから構成される。前群及び後群は、それぞれ絞りの最も近くに配置されるレンズが正レンズである限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。
また、前群の最も被写体側のレンズは負レンズ、後群は全体として正の屈折力を有することが好ましい。このような屈折力配置とすることで、いわゆるレトロフォーカス型のレンズとすることが容易になり、バックフォーカスを長くしてレンズ鏡筒設計を容易にするうえでより有効である他、種々の収差補正を行う上でも有効である。最も被写体側のレンズが負レンズの場合、像面の周辺部における負の歪曲が生じやすくなるが、これは画像処理により補正することができる。コマ収差を抑制する観点から、前群において最も絞りの近くに配置される正レンズの像面側は像面側に凸形状であることが好ましく、球面収差を抑制する観点から、後群において最も絞りの近くに配置される正レンズの被写体側は被写体側に凸形状であることが好ましい。以下、前群及び後群の好ましい構成例について説明する。
（１）前群
前群は、例えば、絞りの最も近くに配置される正レンズの被写体側に、第一レンズと、第二レンズとを含むことが好ましい。第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である負レンズであることが好ましい。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面の正レンズであることが好ましい。このとき、第一レンズは第二レンズよりも被写体側に配置されるものとする。
前群を当該構成とすることで、周辺光量を大きくしつつ、像面湾曲を抑えて高解像度を達成することができる。また、第二レンズよりも被写体側に負レンズである第一レンズを配置することで、画角を広げることが容易になる。当該第一レンズの被写体側の面を凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面とすることにより、周辺部における屈折力が弱くなるのを抑制し、画角を広げることがより容易になるとともに、歪曲を大きく発生させ、周辺光量をより大きくすることができる。そのため、像面全体の明るい光学系を実現することが更に容易になる。
また、当該第一レンズと、絞りの最も近くに配置される正レンズとの間に配置される正レンズ（第二レンズ）の被写体側を凹面とすることにより、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行うことができ、解像度の高い結像光学系を実現することが容易になる。
なお、第一レンズと第二レンズとの間には、正又は負のレンズが一枚以上配置されていてもよいし、第二レンズと、絞りの最も近くに配置される正レンズとの間には、正又は負のレンズが一枚以上配置されていてもよい。絞りの最も近くに配置される正レンズよりも被写体側に、上記第一レンズと第二レンズとが配置されることにより、上記効果を得ることができる。
本件発明に係る結像光学系の小型軽量化及び低コスト化を図る観点から、前群を構成するレンズ枚数は少ない方が好ましく、４枚以下のレンズで構成されることがより好ましい。前群は、例えば、被写体側から順に、負レンズである上記第一レンズ、正レンズである上記第二レンズ、絞りの最も近くに配置される正レンズである第三レンズの３枚のレンズから実質的に構成されることが、高解像度を維持しつつ、本件発明に係る結像光学系の小型軽量化及び低コスト化を図る上で最も好ましい。
（２）後群
後群は、上記絞りの最も近くに配置される正レンズを備える限り、その具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。本件発明に係る結像光学系の小型軽量化及び低コスト化を図る観点から、後群を構成するレンズ枚数は少ない方が好ましく、４枚以下のレンズで構成されることがより好ましい。このとき、少なくとも１枚の負レンズを備えることにより、収差補正等を良好に行うことができる。
例えば、後群は、被写体側から順に、絞りの最も近くに配置される正レンズである第四レンズ、負レンズである第五レンズ、正レンズである第六レンズの３枚のレンズから実質に構成されることが、高解像度を維持しつつ、本件発明に係る結像光学系の小型軽量化及び低コスト化を図る上で最も好ましい。
当該結像光学系を構成するレンズ枚数が６枚よりも多くなると、解像度の高い結像光学系を得る上では有利であるが、小型軽量化及び低コスト化を図ることが困難になる。レンズ枚数が６枚よりも少なくなると、解像度の高い結像光学系を得ることが困難になる。また、雰囲気温度の変化に伴うフォーカスシフトを抑制することも困難になるため、温度特性の良好な結像光学系を実現することが困難になる。
なお、前群及び後群を構成するレンズの材質は、絞りの最も近くに配置される正レンズを除いて、特に限定されるものではない。しかしながら、使用雰囲気温度の変化に伴うフォーカスシフトを抑制するという観点から、前群及び後群を構成するレンズはいずれもガラス製であることが好ましい。
１−２．条件式
次に、当該結像光学系が満たすべき条件、又は、満たすことが好ましい条件について説明する。
当該結像光学系は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。
（１）０．２０ ＜ ｜ｄｎ３／ｄｎ４ ｜ ＜ ９．６０
（２）０．５２ ＜ ｙ／ｆ・ｓｉｎ（θ１）＜ １．３５
ただし、上記条件式（１）及び条件式（２）において、
ｄｎ３：前群において絞りの最も近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
ｄｎ４：後群において絞りの最も近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
ｆ ：当該結像光学系の焦点距離
ｙ ：当該結像光学系の最大像高
θ１：当該結像光学系の最大半画角
なお、当該結像光学系の最大半画角は、当該結像光学系の最大像高に相当する被写体側からの主光線入射角度に相当する。
１−２−１．条件式（１）
使用雰囲気温度が変化したときに、前群及び後群においてそれぞれ絞りの最も近くに配置されるレンズの相対屈折率の温度係数は、フォーカスシフト（焦点位置の変化）に影響を与えやすい。そこで、前群及び後群においてそれぞれ絞りの最も近くに配置されるレンズを、条件式（１）を満足する材料からなるレンズとすることで、使用雰囲気温度が変化したときもフォーカスシフトを抑制し、高温環境下、或いは、低温環境下においても、常温下と同等の高解像度を維持することができる。
条件式（１）の値が下限以下になると、後群において最も絞りの近くに配置される正レンズの硝材のｄ線に対する上記温度範囲内における相対屈折率の温度係数が大きくなりすぎて、高温環境下、或いは、低温環境下におけるフォーカスシフトが大きくなり、解像度が低下してしまう。また、条件式（１）の値が上限値以上になると、後群において最も絞りの近くに配置される正レンズの硝材のｄ線に対する上記温度範囲内における相対屈折率の温度係数が小さくなりすぎて、この場合も、高温環境下、或いは、低温環境下におけるフォーカスシフトが大きくなり、解像度が低下してしまう。
これらの効果を得る上で、条件式（１）の下限値は０．６０であることが好ましく、１．００であることがより好ましく、１．４０であることがさらに好ましい。また、条件式（１）の上限値は９．３０であることが好ましく、８．５０であることがより好ましく、６．２０であることがさらに好ましい。
１−２−２．条件式（２）
条件式（２）は、当該結像光学系の画角を広げ、正射影方式またはそれ以上に歪曲を発生させつつ、周辺光量を高めるための条件である。条件式（２）の数値が下限値以下になると、歪曲が大きくなり過ぎるため、得られた画像データを電子的に処理して歪曲を十分に補正することが困難になる。また、条件式（２）の数値が上限値以上になると、当該結像光学系の画角が小さくなってしまうことに加えて、歪曲も小さくなり、周辺光量が低下してしまう。
これらの効果を得る上で、条件式（２）の下限値は０．５８であることが好ましく、０．６４であることがより好ましく、０．７０であることがさらに好ましい。また、条件式（２）の上限値は１．２８であることが好ましく、１．２０であることがより好ましく、１．１２であることがさらに好ましい。
１−２−３．条件式（３）及び条件式（４）
本件発明に係る結像光学系は、前群が、上記絞りの最も近くに配置される正レンズ以外に、少なくとも一枚の正レンズを含む場合において、条件式（３）及び条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（３）及び条件式（４）は、当該前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も小さい正レンズのアッベ数と、当該前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も大きい正レンズのアッベ数とをそれぞれ規定した式である。
（３） ν２ ＜ ４７
（４） ν３ ＞ ６５
ただし、
ν２ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も小さい正レンズのアッベ数
ν３ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も大きい正レンズのアッベ数
前群を、条件式（３）を満足する正レンズと、条件式（４）を満足する正レンズとを含む構成とすることにより、軸上色収差を良好に補正することができ、解像度のより高い結像光学系を得ることができる。条件式（３）又は条件式（４）を満足しない場合、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。
当該効果を得る上で、条件式（３）の上限値は４５であることがより好ましく、４３であることがさらに好ましく、４１であることがより一層好ましい。なお、アッベ数が上記上限値未満の硝材からなる正レンズであれば、前群が条件式（４）を満足する硝材からなる正レンズを含むことを条件に、上述した効果が得られる。そのため、当該条件式（３）の下限値は特に規定する必要はないが、例えば、下限値は１０とすることができ、１６としてもよい。
同様に、上記効果を得る上で、条件式（４）の下限値は、６７であることがより好ましく、６９であることがさらに好ましく、７１であることがより一層好ましい。また、条件式（３）の場合と同様に、アッベ数が上記下限値よりも大きい硝材からなる正レンズであれば、前群が条件式（３）を満足する硝材からなる正レンズを含むことを条件に、上述した効果が得られる。そのため、当該条件式（４）の上限値は特に規定する必要はないが、例えば、上限値は１００とすることができ、９６としてもよい。
１−２−４．条件式（５）
本件発明に係る結像光学系は、前群が、上記絞りの最も近くに配置される正レンズ以外に、少なくとも一枚の正レンズを含む場合において、条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）は、当該前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も大きい正レンズの屈折率と、当該前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も小さい正レンズの屈折率とをそれぞれ規定した式である。
（５） ０．１５ ＜ Ｎ２−Ｎ３
ただし、
Ｎ２ ： 前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も大きい正レンズの屈折率
Ｎ３ ： 前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も小さい正レンズの屈折率
前群が二枚以上の正レンズを含む構成としたときに、当該条件式（５）を満足させることで、球面収差を良好に補正して、解像度のより高い結像光学系を得ることができる。条件式（５）の数値が下限値以下になると、前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も大きい正レンズの屈折率が小さくなりすぎて、当該正レンズの被写体側の面と、像側の面との曲率半径の差が大きくなる。そのため、当該正レンズの周縁部に入射した光線の屈折角が大きくなり、球面収差が大きくなるため、解像度が低下し、好ましくない。
当該効果を得る上で、条件式（５）の下限値は０．２０であることがより好ましく、０．２２であることがさらに好ましく、０．２４であることが一層好ましい。当該条件式（５）の数値が下限値よりも大きければ、上記効果を得ることができる。そのため、その上限値は特に規定する必要はないが、例えば、０．６８とすることができ、０．５２とすることができ、０．４５とすることができる。
ここで、条件式（３）における前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も小さい正レンズは、条件式（５）における前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も大きい正レンズであることが好ましい。また、条件式（４）における前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も大きい正レンズは、条件式（５）における前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も小さい正レンズであることが好ましい。
１−２−５．条件式（６）
本件発明に係る結像光学系において、前群が被写体側から順に、負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、上記絞りの最も近くに配置される第三レンズとを含んで構成される場合、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
（６） １．３ ＜ ｜ｆ１２ ／ ｆ｜ ＜ ９．５
ただし、
ｆ ： 当該結像光学系の焦点距離
ｆ１２： 第二レンズの焦点距離
条件式（６）を満足する場合、非点収差と倍率色収差を良好に補正することができ、より解像度の高い結像光学系を得ることができる。条件式（６）の数値が下限値以下になると、上記第二レンズの屈折力が大きくなりすぎるため、非点収差の補正が困難になり解像度が低下する。一方、条件式（６）の数値が上限値以上になると、上記第二レンズの屈折力が小さくなりすぎるため、倍率色収差の補正が困難になり解像度が低下する。
上記効果を得る上で、条件式（６）の下限値は１．４であることがより好ましく、１．５であることがさらに好ましい。また、条件式（６）の上限値は６．２であることがより好ましく、５．５であることがさらに好ましく、４．７であることがより一層好ましい。
１−２−６．条件式（７）
本件発明に係る結像光学系において、前群が被写体側から順に、負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、上記絞りの最も近くに配置される第三レンズとを含んで構成される場合、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
（７） ２．２ ＜ ｜ｆ１３ ／ ｆ｜ ＜ ８．９
ただし、
ｆ ： 当該結像光学系の焦点距離
ｆ１３： 第三レンズの焦点距離
条件式（７）を満足する場合、球面収差とコマ収差とを良好に補正することができ、より解像度の高い結像光学系を得ることができる。条件式（７）の数値が下限値以下になると、上記第三レンズの屈折力が大きくなりすぎるため、球面収差の補正が困難になり解像度が低下する。一方、条件式（７）の数値が上限値以上になると、上記第三レンズの屈折力が小さくなりすぎるため、コマ収差の補正が困難になり解像度が低下する。
上記効果を得る上で、条件式（７）の下限値は３．１であることがより好ましく、４．２であることがさらに好ましい。また、条件式（７）の上限値は７．８であることがより好ましく、７．５であることがさらに好ましい。
２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る結像光学系と、当該結像光学系の像面側に設けられた、当該結像光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
本件発明において、撮像素子等に特に限定はなく、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子等も用いることができる。当該固体撮像素子の像高や解像度は特に限定されるものではないが、例えば、以下であることが好ましい。
本件発明に係る結像光学系において、撮像素子の像高は５．５ｍｍ以下であることが好ましく、５．０ｍｍ以下であることがより好ましく、４．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。但し、本件発明に係る結像光学系及び撮像装置において、撮像素子の像高は特に限定されるものではなく、結像光学系の最大像高に応じて適宜適切な大きさのものを用いることができ、撮像素子の像高が５．５ｍｍよりも大きいものについても本件発明を適用することができる。
また、本件発明に係る結像光学系において、撮像素子の画素ピッチは、２．０μｍ以上であることが好ましく、２．２μｍ以上であることがより好ましい。但し、本件発明に係る結像光学系及び撮像装置において、撮像素子の画素ピッチは特に限定されるものではなく、撮像素子の画素ピッチが２．０μｍ未満のものについても本件発明を適用することができる。
上述した本件発明に係る結像光学系は高解像度を実現することができるため、上記のような固体撮像素子に好適である。また、本件発明に係る撮像装置は、画角が広く、周辺光量が高く、雰囲気温度の変化によらず高解像度を維持することができるため、各種運転支援システムに供される車載用の撮像装置、或いは、監視用の撮像装置などの、屋内外で車両等の移動体や建造物等に据付設置されて常時使用される据付設置型の撮像装置に好適である。
次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に挙げる各実施例の光学系は、上記撮像装置（光学装置）に用いられる結像光学系であり、特に、車載用の撮像装置等の据付設置型の撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が被写体側、右方が像面側である。
（１）光学系の構成
図１に、本件発明に係る実施例１の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例１の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。なお、図１において、「ＩＲＣＦ」は赤外線カットフィルターである。これらの点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。
当該結像光学系は実質的に６枚のレンズから構成される。具体的には、前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成される。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表１、表２に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１に当該結像光学系の面データを示す。表１において、「ＮＳ」は被写体側から数えたレンズ面の順番、すなわち面番号であり、「Ｒ」はレンズ面の曲率半径、「Ｄ」はレンズ面の光軸上の間隔、「Ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、「Ｖｄ」はｄ線に対するアッベ数を示している。また、面番号の次に付したアスタリスク「＊」は当該レンズ面が非球面であることを示している。また、「Ｒ」の欄に記載の「ＩＮＦ」は「∞（無限大）」であることを意味する。
表２に、非球面データを示す。非球面データは、下記式で非球面を定義したときの円錐係数、各次数の非球面係数を示す。
Figure 0006812251

但し、Ｘは光軸面頂からの非球面形状サグ量（像面の方向を正とする）、Ｈは光軸からレンズ外径方向への距離、Ｒは近軸曲率半径、εは円錐係数（ＥＰ）、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆはそれぞれ２次、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、表２において「E−ａ」は「×１０−ａ」を示す。
また、表３に当該結像光学系の諸元データを示す。表３において、「Ｆ」は当該結像光学系の焦点距離であり、「Ｆｎｏ」は当該結像光学系のＦナンバーであり、「２ｗ」は当該結像光学系の画角である。
また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。これらの各表に関する事項は、他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。
また、図２に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示す。当該図面に向かって左側から順に、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）である。
球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、ＦＮＯで示す）を表し、実線がｄ線（波長587.56nm）、長破線がＣ線（波長656.27nm）、短破線がＦ線（波長486.13nm）における特性である。
非点収差図において、縦軸は像高（Ｙ）を表し、実線がｄ線（波長587.56nm）に対するサジタル像面（Ｓ）、点線がｄ線に対するメリジオナル像面（Ｔ）における特性である。
歪曲収差図において、縦軸は像高（Ｙ）を表し、ｄ線（波長587.56nm）における特性を示している。
また、図３に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。各横収差図は、０．７０ＦＡ及び０．００ＦＡのときのコマ収差を示している。なお、ＦＡは、最大像高である。また各横収差図において、横軸は瞳面上での主光線からの距離を表し、実線がｄ線（波長587.56nm）、長破線がＣ線（波長656.27nm）、短破線がＦ線（波長486.13nm）を表す。これらの収差図に関する事項は、他の実施例で示す各図においても同様であるため、以下では説明を省略する。
また、実施例１の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）（単位：１０−６／Ｋ）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−５．９
ｄｎ４＝ ３．４
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図４に、本件発明に係る実施例２の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例２の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に６枚のレンズからなる。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表４、表５に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表４に当該結像光学系の面データを示し、表５に非球面データを示し、表６に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図５に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図６に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例２の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−０．７
ｄｎ４＝ ３．４
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図７に、本件発明に係る実施例３の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例３の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に６枚のレンズからなる。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表７、表８に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表７に当該結像光学系の面データを示し、表８に非球面データを示し、表９に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図８に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図９に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例３の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−５．９
ｄｎ４＝ ３．４
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図１０に、本件発明に係る実施例４の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例４の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に６枚のレンズからなる。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表１０、表１１に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１０に当該結像光学系の面データを示し、表１１に非球面データを示し、表１２に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図１１に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図１２に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例４の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−５．９
ｄｎ４＝ ３．４
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図１３に、本件発明に係る実施例５の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例５の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に６枚のレンズからなる。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表１３、表１４に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１３に当該結像光学系の面データを示し、表１４に非球面データを示し、表１５に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図１４に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図１５に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例５の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−６．５
ｄｎ４＝ １．１
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図１６に、本件発明に係る実施例６の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例６の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に６枚のレンズからなる。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表１６、表１７に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１６に当該結像光学系の面データを示し、表１７に非球面データを示し、表１８に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図１７に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図１８に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例６の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−６．５
ｄｎ４＝−０．７
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図１９に、本件発明に係る実施例７の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例７の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、正レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に７枚のレンズからなる。なお、実施例７の結像光学系は、実施例１〜実施例６の結像光学系と異なり、第四レンズと、第五レンズとの間に、正レンズを備える。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表１９、表２０に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表１９に当該結像光学系の面データを示し、表２０に非球面データを示し、表２１に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図２０に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図２１に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例７の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−５．１
ｄｎ４＝ １．３
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図２２に、本件発明に係る実施例８の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例８の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、負レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に７枚のレンズからなる。なお、実施例８の結像光学系は、実施例１〜実施例６の結像光学系と異なり、第一レンズと、第二レンズとの間に、負レンズを備える。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表２２、表２３に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２２に当該結像光学系の面データを示し、表２３に非球面データを示し、表２４に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図２３に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図２４に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例８の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−５．９
ｄｎ４＝−０．７
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
（１）光学系の構成
図２５に、本件発明に係る実施例９の結像光学系の無限遠合焦時におけるレンズ構成を示す。
実施例９の結像光学系は、前群Ｇ１と、絞り（開口絞り）Ｓと、後群Ｇ２とが順に配置されてなり、撮像素子の像面Ｉに被写体像を結像させる。前群は、被写体側から順に負レンズである第一レンズと、負レンズと、正レンズである第二レンズと、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成される。また、後群は、被写体側から順に、絞りＳの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、正レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、当該結像光学系は実質的に８枚のレンズからなる。なお、実施例９の結像光学系は、実施例１〜実施例６の結像光学系と異なり、第一レンズと第二レンズとの間に負レンズを備え、第四レンズと第五レンズとの間に正レンズを備える。
上記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である。また、第二レンズは、被写体側の面が凹面である。これらの面形状は、後述する表２５、表２６に示すとおりである。
（２）数値実施例
次に、当該結像光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表２５に当該結像光学系の面データを示し、表２６に非球面データを示し、表２７に当該結像光学系の諸元データを示す。また、表２８に当該結像光学系の上記各条件式（１）〜条件式（７）の数値を示す。
また、図２６に当該結像光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示し、図２７に当該結像光学系の無限遠合焦時の横収差図を示す。
また、実施例９の結像光学系において、上記第三レンズ及び上記第四レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数（ｄｎ３、ｄｎ４）はそれぞれ以下のとおりである。
ｄｎ３＝−６．７
ｄｎ４＝−０．７
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
Figure 0006812251
本件発明によれば、広角であり、且つ、周辺光量が高く、雰囲気温度の変化によらず高解像度を維持することのできる小型の結像光学系及び撮像装置を提供することができる。
Ｇ１・・・前群
Ｇ２・・・後群
Ｓ ・・・開口絞り
ＩＲＣＦ・・・赤外線カットフィルター
Ｉ ・・・像面

Claims (7)

  1. 被写体側から、前群と、絞りと、後群とが順に配置されてなる結像光学系であって、
    前記前群において前記絞りの最も近くに配置されるレンズは正レンズであり、
    前記前群は、前記絞りの最も近くに配置される正レンズの被写体側に、第一レンズと、第二レンズとを含み、
    前記第一レンズは、被写体側の面が凸面であり、且つ、光軸から離れると凸のパワーを弱める非球面である負レンズであって、前記第二レンズよりも被写体側に配置され、
    前記第二レンズは、被写体側の面が凹面の正レンズであり、
    前記後群において前記絞りの最も近くに配置されるレンズも正レンズであり、
    以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする結像光学系。
    （１）０．２０ ＜ ｜ｄｎ３／ｄｎ４ ｜ ＜ ９．６０
    （２）０．５２ ＜ ｙ／ｆ・ｓｉｎ（θ１）＜ １．３５
    ただし、
    ｄｎ３：前記前群において前記絞りの最も近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
    ｄｎ４：前記後群において前記絞りの最も近くに配置される正レンズのｄ線に対する温度２０℃から４０℃における相対屈折率の温度係数
    ｆ ：当該結像光学系の焦点距離
    ｙ ：当該結像光学系の最大像高
    θ１：当該結像光学系の最大半画角
  2. 前記前群は、前記絞りの最も近くに配置される正レンズ以外に、少なくとも一枚の正レンズを含み、
    以下の条件式（３）及び条件式（４）を満足する請求項１に記載の結像光学系。
    （３） ν２ ＜ ４７
    （４） ν３ ＞ ６５
    ただし、
    ν２ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も小さい正レンズのアッベ数
    ν３ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対するアッベ数が最も大きい正レンズのアッベ数
  3. 前記前群は、前記絞りの最も近くに配置される正レンズ以外に、少なくとも一枚の正レンズを含み、
    以下の条件式（５）を満足する請求項１又は請求項２に記載の結像光学系。
    （５） ０．１５ ＜ Ｎ２−Ｎ３
    ただし、
    Ｎ２ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も大きい正レンズの屈折率
    Ｎ３ ： 前記前群に含まれる正レンズのうち、ｄ線に対する屈折率が最も小さい正レンズの屈折率
  4. 前記前群は、被写体側から順に、負レンズである前記第一レンズと、正レンズである前記第二レンズと、前記絞りの最も近くに配置される正レンズである第三レンズとから構成され、
    前記後群は、被写体側から順に、前記絞りの最も近くに配置される正レンズである第四レンズと、負レンズである第五レンズと、正レンズである第六レンズとから構成され、
    当該結像光学系はこれらの６枚のレンズから実質的になる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の結像光学系。
  5. 当該結像光学系は、以下の条件式（６）を満足する請求項４に記載の結像光学系。
    （６） １．３ ＜ ｜ｆ１２ ／ ｆ｜ ＜ ９．５
    ただし、
    ｆ ： 当該結像光学系の焦点距離
    ｆ１２： 前記第二レンズの焦点距離
  6. 当該結像光学系は、以下の条件式（７）を満足する請求項４又は請求項５に記載の結像光学系。
    （７） ２．２ ＜ ｜ｆ１３ ／ ｆ｜ ＜ ８．９
    ただし、
    ｆ ： 当該結像光学系の焦点距離
    ｆ１３： 前記第三レンズの焦点距離
  7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の結像光学系と、当該結像光学系の像側に、当該結像光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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