WO2017170283A1 - 広角光学系、レンズユニット及び撮像装置 - Google Patents

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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens

Definitions

  • the lens unit 40 includes an imaging lens 10 that is a wide-angle optical system and a lens holder 41 in which the imaging lens 10 is incorporated.
  • the imaging lens (wide-angle optical system) 10 is a super-wide-angle lens or a fish-eye lens, and is composed of five lenses L1 to L5.
  • the lens holder 41 is made of resin or the like, and stores and holds the lens or the like inside.
  • the lens holder 41 has an opening OP1 through which light from the object side is incident and an opening OP2 through which light is emitted to the image side.
  • the total angle of view of the imaging lens (wide-angle optical system) 10 is 160 ° or more. Since the radial size of the optical system tends to increase as the angle of view increases, the details will be described later.
  • the total angle of view is 160 ° or more. In the case of extremely increasing the size, the effect of miniaturization and the like is particularly exhibited.
  • the total angle of view of the imaging lens 10 is preferably 170 ° or more.
  • the inter-lens facing surface 3a2 on the image side of the flange portion 3a of the first lens L1 is in contact with only the inter-lens facing surface 3b1 on the image side of the flange portion 3b of the second lens L2.
  • the image-side facing surface of the second lens L2 is in contact with only the light-shielding stop FS.
  • the object-side facing surface of the third lens L3 is in contact with only the light-shielding stop FS, and the image-side facing surface of the third lens L3 is in contact with only the aperture stop ST.
  • the object-side facing surface of the fourth lens L4 is in contact with only the aperture stop ST, and the image-side facing surface of the fourth lens L4 is in contact with only the object-side facing surface of the fifth lens L5.
  • the fourth lens L4 and the fifth lens L5 are configured to be fitted on the outer periphery by the outer periphery fitting portion 5a provided on the flange portion 3e of the fourth lens L4. In this way, by adopting a structure in which the lenses are fitted on the outer periphery, relative movement in the direction perpendicular to the optical axis AX of both lenses L4 and L5 is limited.
  • the solid-state imaging device (imaging device) 51 includes a photoelectric conversion unit 51a as an imaging surface I or a detection surface, and a signal processing circuit (not shown) is formed in the periphery thereof. Pixels, that is, photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in the photoelectric conversion unit 51a.
  • the solid-state imaging device 51 is not limited to the above-described CMOS type image sensor, and may be a device incorporating another imaging device such as a CCD.
  • the imaging device 100 can be mounted on devices for various uses such as an in-vehicle camera and a surveillance camera.
  • the imaging lens 10 illustrated in FIG. 1 has the same configuration as the imaging lens 11 of Example 1 described later.
  • the illustrated imaging lens (wide-angle optical system) 10 is a retrofocus type optical system, and has a five-lens configuration having power arrangements starting from negative, negative, and positive in order from the object side. More specifically, the imaging lens 10 includes, in order from the object side, a glass negative spherical first lens L1 having a convex shape on the object side and a concave shape on the image side, and an image having an aspheric surface on at least one surface.
  • a negative second lens L2 having a concave shape on the side, a light-shielding stop FS, a positive third lens L3, an aperture stop ST, a fourth lens L4 having at least one aspheric surface, and at least one surface.
  • a fifth lens L5 having an aspherical surface.
  • the imaging lens 10 can be made cheaper by making the first lens L1 a glass lens with a spherical surface that is easy to process.
  • the second to fifth lenses L2 to L5 are plastic or resin lenses. Thereby, the imaging lens 10 can be made lightweight and inexpensive.
  • the second, fourth, and fifth lenses L2, L4, and L5 may be plastic or resin lenses, and the third lens L3 may be a glass lens.
  • focus shift due to temperature change becomes a problem.
  • focus shift can be more effectively suppressed.
  • the first lens L1 is a negative aspherical lens having a convex meniscus shape with its object side surface L1S1 convex and paraxially convex toward the object side.
  • the second lens L2 is a negative aspherical lens having a convex meniscus shape with its object side surface L2S1 convex and paraxially convex toward the object side.
  • the third lens L3 is a positive aspherical lens having a biconvex shape with a paraxial axis.
  • the fourth lens L4 is a negative aspherical lens having a convex shape on the object side surface, a concave shape on the image side surface, and a convex meniscus shape on the paraxial side.
  • the first lens L1 or the like does not become too thin by being equal to or more than the lower limit of the expression (1). Since the value D24 / SAG2 in Expression (2) is equal to or less than the upper limit, the flange portion 3a or the outer peripheral portion of the first lens L1 can be thickened while reducing the size in the radial direction. It is possible to secure a space for inserting the waterproof member 2a such as an O-ring into the flange portion 3a or the outer peripheral portion of L1.
  • the optical surface means a region where a spherical surface or an aspheric surface exists, and the optical surface end means an outer edge of the region where a spherical surface or an aspheric surface exists, and does not necessarily mean a peripheral edge of an effective diameter. .
  • the difference in curvature between the object side surface L1S1 of the first lens L1 and the image side surface L1S2 of the first lens L1 is sufficiently large, and the image side surface L1S2 of the first lens L1 is deep. Since the surface of the first lens L1 is sufficiently thick, the sealing means such as an O-ring can be easily inserted into the outer peripheral portion or the flange portion of the first lens L1, and the environment resistance is excellent. Can be configured.
  • the value R1 / R2 of the above formula (6) equal to or higher than the lower limit, the difference in curvature is prevented from becoming small and the edge is sufficiently thick, but the increase in the outer diameter is suppressed and the miniaturization is achieved.
  • the imaging lens (wide-angle optical system) 10 further satisfies the following conditional expression (8).
  • D12 is the distance on the optical axis AX from the object side surface L1S1 to the image side surface L1S2 of the first lens L1, that is, the center thickness of the first lens L1
  • the value f is the entire system, that is, the imaging lens 10.
  • the focal length When the center thickness of the first lens L1 made of glass satisfies the above formula (8), a suitable negative power can be obtained while ensuring workability.
  • the imaging lens (wide-angle optical system) 10 further satisfies the following conditional expression (9).
  • the value f12 is the combined focal length of the first and second lenses L1 and L2
  • the value f345 is the combined focal length of the third to fifth lenses L3 to L5.
  • the imaging lens (wide-angle optical system) 10 further satisfies the following conditional expression (10). 0.20 ⁇ ⁇ 4 / ⁇ 1 ⁇ 0.34 (10)
  • the value ⁇ 4 is the optical surface diameter of the image side surface L2S2 of the second lens L2
  • the value ⁇ 1 is the optical surface diameter of the object side surface L1S1 of the first lens L1.
  • the imaging lens (wide-angle optical system) 10 may further include other optical elements (for example, a lens, a filter member, etc.) having substantially no power in addition to the lenses L1 to L5.
  • other optical elements for example, a lens, a filter member, etc.
  • the aspheric coefficients of the lens surfaces of Example 1 are shown in Table 2 below.
  • the aspherical shape is expressed by the following equation, with the vertex of the surface as the origin, the X axis in the optical axis direction, and the height in the direction perpendicular to the optical axis as h.
  • Ai i-order aspheric coefficient
  • R radius of curvature
  • K conic constant [Table 2]
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the imaging lens 12 that is the wide-angle optical system of the second embodiment.
  • the imaging lens 12 includes a first lens L1 that is convex toward the object side and has a negative meniscus, a second lens L2 that is convex toward the object side and is a negative meniscus, a third lens L3 that is both convex and positive, and is convex and negative toward the object side.
  • a meniscus fourth lens L4 and a biconvex positive fifth lens L5 are provided.
  • a light-shielding stop FS is disposed between the second lens L2 and the third lens L3, and an aperture stop ST is disposed between the third lens L3 and the fourth lens L4.
  • an imaging surface I is disposed on the image side of the fifth lens L5 via a filter F that is a parallel plate.
  • the wide-angle optical system of the second embodiment is a modification of the wide-angle optical system of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
  • the wide-angle optical system has been described according to the embodiment.
  • the wide-angle optical system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

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Abstract

小型、高性能、安価、かつ、広角でありながら耐環境性に優れた撮像用の広角光学系を提供する。撮像レンズ（広角光学系）１０は、物体側より順に、物体側に凸形状で像側に凹形状を有するガラス製で両面ともに球面の負の第１レンズＬ１と、少なくとも１面に非球面を有する像側に凹形状を有する負の第２レンズＬ２と、正の第３レンズＬ３と、開口絞りＳＴと、少なくとも１面に非球面を有する第４レンズＬ４と、少なくとも１面に非球面を有する第５レンズＬ５とから実質的になる。この光学系は、値Ｄ１４／Ｄ１Ｌ、Ｄ２４／ＳＡＧ２に関する条件式（１）及び（２）を満たす。

Description

広角光学系、レンズユニット及び撮像装置
　本発明は、車載用カメラ等に適する撮像用の広角光学系、かかる広角光学系を有するレンズユニット及び撮像装置に関する。
　近年、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子の小型化及び高画素化が進んでおり、これらの撮像素子を備えた撮像機器も小型化が進んでいる。それとともに、この種の撮像機器に搭載される撮像レンズには、良好な光学性能と小型化との両立が求められるようになっている。特に、車載用や監視用のカメラ用途については、小型、高性能、安価、かつ、広角であることが求められ、さらに屋外での使用を想定した耐環境性が重視される傾向にある。
　特許文献１、２には、車載用カメラに搭載される撮像レンズとして、物体側から順に、負、負及び正から始まるパワー配置を有する広角撮像レンズが提案されている。特許文献１では、最終群の接合面を最適化することで製造容易かつ高性能な撮像レンズとすることが提案されているが、センサーに対して十分小型とは言い難く、また耐環境性については何ら考慮されていない。また、特許文献２では、耐環境性を考慮し、弾性部材を第１レンズの背面に配置する構成が提案されているが、このような配置では第１レンズに対して光軸方向に負荷がかかるためレンズの浮きが発生し、画角等の性能にばらつきが生じてしまう可能性がある。なお、特許文献２には光学的形状についての数値実施例の記載がないが、図面から推測してセンサーサイズに対する全長が長く、センサーサイズに対する径が大きいと認められる。
特開２０１３－２０５７１５号公報 特開２００７－１９９３４４号公報
　本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型、高性能、安価、かつ、広角でありながら耐環境性に優れた撮像用の広角光学系を提供することを目的とする。
　また、本発明は、上述のような広角光学系を有するレンズユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するため、本発明の一側面を反映した広角光学系は、物体側より順に、物体側に凸形状で像側に凹形状を有するガラス製で両面ともに球面の負の第１レンズと、少なくとも１面に非球面を有する像側に凹形状を有する負の第２レンズと、正の第３レンズと、絞りと、少なくとも１面に非球面を有する第４レンズと、少なくとも１面に非球面を有する第５レンズとから実質的になり、下記条件式を満たすことを特徴とする広角光学系。
　０．２７≦Ｄ１４／Ｄ１Ｌ≦０．３７　　…　　（１）
　０．６５≦Ｄ２４／ＳＡＧ２≦０．８５　　…　　（２）
ここで、
　Ｄ１４：第１レンズの物体側面から第２レンズの像側面までの光軸上の距離
　Ｄ１Ｌ：第１レンズの物体側面から第５レンズの像側面までの光軸上の距離
　Ｄ２４：第１レンズの像側面から第２レンズの像側面までの光軸上の距離
　ＳＡＧ２：第１レンズの像側面の光学面端におけるＳＡＧ量
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するため、本発明の一側面を反映したレンズユニットは、上述した広角光学系と、当該広角光学系を保持するレンズホルダーとを備える。
　上述した目的のうち少なくとも一つを実現するため、本発明の一側面を反映した撮像装置は、上述したレンズユニットと、当該レンズユニットによる像を投影する撮像素子とを備える。
第１実施形態の広角光学系を備えるレンズユニット及び撮像装置を説明する図である。 実施例１の撮像レンズ等の断面図である。 実施例２の撮像レンズ等の断面図である。 第２実施形態の広角光学系を備えるレンズユニット等を説明する図である。
　〔第１実施形態〕
　図１は、本発明の第１実施形態である撮像装置１００を示す断面図である。撮像装置１００は、画像信号を形成するためのカメラモジュール３０と、カメラモジュール３０を動作させることにより撮像装置１００としての機能を発揮させる処理部６０とを備える。
　カメラモジュール３０は、撮像レンズ１０を内蔵するレンズユニット４０と、撮像レンズ１０によって形成された被写体像を画像信号に変換するセンサー部５０とを備える。
　レンズユニット４０は、広角光学系である撮像レンズ１０と、撮像レンズ１０を組み込んだレンズホルダー４１とを備える。撮像レンズ（広角光学系）１０は、超広角レンズ又は魚眼レンズであり、５枚のレンズＬ１～Ｌ５で構成されている。レンズホルダー４１は、樹脂等で形成され、レンズ等を内部に収納し保持している。レンズホルダー４１は、物体側からの光を入射させる開口ＯＰ１と、光線を像側に射出する開口ＯＰ２とを有する。
　撮像レンズ（広角光学系）１０の全画角は、１６０°以上である。光学系の径方向サイズは画角が大きいほど大きくなる傾向があるため、詳細は後述するが、本実施形態のようなレンズ構成をとる撮像レンズ１０において、全画角が１６０°以上と画角を極めて大きくする場合に小型化等の効果を格別に発揮する状況となる。撮像レンズ１０の全画角は、好ましくは全画角が１７０°以上である。
　撮像レンズ（広角光学系）１０のうち、第１～第４レンズＬ１～Ｌ４は、それらのフランジ部若しくは外周部の側面（つまりコバ）においてレンズホルダー４１の内周面４１ａに接しており、光軸ＡＸに垂直な方向に関しての位置決めがなされている。例えば第１レンズＬ１の場合、そのフランジ部（外周部）３ａの側面４ａでレンズホルダー４１の直径や内径が拡大した部分の内周面４１ｂに接している。第１～第５レンズＬ１～Ｌ５は、スペーサーを用いないでレンズホルダー４１内に収納されている。つまり、第１～第５レンズＬ１～Ｌ５は、光軸ＡＸに対して略垂直に延びる環状のフランジ部で前後のレンズ、開口絞りＳＴ、遮光絞りＦＳ、又はレンズホルダー４１のみと当接し、接合剤によって互いに接合されている。ここで、第１レンズＬ１の物体側と第５レンズＬ５の像側とを除いた第１～第５レンズＬ１～Ｌ５のレンズ間対向面、すなわち光軸ＡＸ方向に相互の位置決めを行っている部分は、曲面である光学面とは別の領域に形成されている。具体的には、第１レンズＬ１のフランジ部３ａの像側のレンズ間対向面３ａ２は、第２レンズＬ２のフランジ部３ｂの像側のレンズ間対向面３ｂ１のみと当接している。同様に、第２レンズＬ２の像側の対向面は、遮光絞りＦＳのみと当接している。また、第３レンズＬ３の物体側の対向面は、遮光絞りＦＳのみと当接するとともに、第３レンズＬ３の像側の対向面は、開口絞りＳＴのみと当接している。第４レンズＬ４の物体側の対向面は、開口絞りＳＴのみと当接するとともに、第４レンズＬ４の像側の対向面は、第５レンズＬ５の物体側の対向面のみと当接している。ただし、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、第４レンズＬ４のフランジ部３ｅに設けた外周嵌合部５ａによって外周嵌合する構造となっている。このように、レンズ同士で外周嵌合する構造をとることによって、両レンズＬ４，Ｌ５の光軸ＡＸに垂直な方向に関する相対的な移動が制限される。
　以上のように、スペーサーを用いないで第１～第５レンズＬ１～Ｌ５をフランジ部で位置決めする構造をとることにより、コストダウンになるだけでなく余計な組み立て誤差を抑制できる。また、第５レンズＬ５を第４レンズＬ４のフランジ部３ｅに外周嵌合させる構造とすることで、これらの同軸性を保てるためレンズシフト誤差を回避でき、光学面同士の衝突を回避することができる。なお、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との接合部は、接合剤厚みの不均一性により、厚み誤差やレンズチルト誤差を発生させるおそれがあるが、両レンズＬ４，Ｌ５をフランジ同士で当てる構造とすることにより接合剤の厚みの不均一性を排除することができる。
　撮像レンズ１０の最も物体側の第１レンズＬ１において、フランジ部３ａの側面４ａには段差６ｄが形成されており、第１レンズＬ１とレンズホルダー４１との間に環状のスペースが形成されている。環状のスペースには、Ｏリング等である弾性を有する防水部材２ａを挿入することができ、この防水部材２ａは、フランジ部３ａの側面４ａのうち低い側面部１ａと、レンズホルダー４１の内周面４１ｂとの間に挟まれて、レンズホルダー４１内を気密にシールしている。この防水部材２ａにより、光軸ＡＸに沿った力が第１レンズＬ１等に付与されることを防止できる。
　センサー部５０は、撮像レンズ（広角光学系）１０によって形成された被写体像を光電変換する固体撮像素子５１と、この固体撮像素子５１を支持する基板５２と、基板５２を介して固体撮像素子５１を保持するセンサーホルダー５３とを備える。固体撮像素子５１は、例えばＣＭＯＳ型のイメージセンサーである。基板５２は、固体撮像素子５１を動作させるための配線、周辺回路等を備える。センサーホルダー５３は、樹脂その他の材料で形成され、固体撮像素子５１を光軸ＡＸ対して位置決めするだけでなく、固体撮像素子５１に対向するようにフィルターＦを支持している。センサーホルダー５３は、レンズユニット４０のレンズホルダー４１に嵌合するように位置決めされた状態で固定されている。図示の例では、レンズユニット４０とセンサー部５０とを一体に固定しているが、これに限らず、例えばレンズユニット４０がセンサー部５０に対して移動可能でフォーカシングを可能にすることもできる。
　固体撮像素子（撮像素子）５１は、撮像面Ｉ又は検出面としての光電変換部５１ａを有し、その周辺には、不図示の信号処理回路が形成されている。光電変換部５１ａには、画素つまり光電変換素子が２次元的に配置されている。なお、固体撮像素子５１は、上述のＣＭＯＳ型のイメージセンサーに限るものでなく、ＣＣＤ等の他の撮像素子を組み込んだものであってもよい。
　処理部６０は、素子駆動部６１と、入力部６２と、記憶部６３と、表示部６４と、制御部６８とを備える。素子駆動部６１は、ＹＵＶその他のデジタル画素信号を外部回路（具体的には固体撮像素子５１に付随する回路等）へ出力したり、制御部６８から固体撮像素子５１を駆動するための電圧やクロック信号の供給を受けたりすることによって、固体撮像素子５１を動作させている。入力部６２は、ユーザーの操作を受け付ける部分であり、記憶部６３は、撮像装置１００の動作に必要な情報、カメラモジュール３０によって取得した画像データ等を保管する部分であり、表示部６４は、ユーザーに提示すべき情報、撮影した画像等を表示する部分である。制御部６８は、素子駆動部６１、入力部６２、記憶部６３等の動作を統括的に制御しており、例えばカメラモジュール３０によって得た画像データに対して種々の画像処理を行うことができる。
　なお、詳細な説明を省略するが、処理部６０の具体的な機能は、本撮像装置１００が組み込まれる機器の用途に応じて適宜調整される。撮像装置１００は、車載カメラ、監視カメラ等の各種用途の装置に搭載可能である。
　以下、図１を参照して、第１実施形態の撮像レンズ（広角光学系）１０等について説明する。なお、図１で例示した撮像レンズ１０は、後述する実施例１の撮像レンズ１１と同一の構成となっている。
　図示の撮像レンズ（広角光学系）１０は、レトロフォーカスタイプの光学系であり、物体側からの順で負、負、及び正から始まるパワー配置を有する５枚構成となっている。具体的説明すると、撮像レンズ１０は、物体側より順に、物体側に凸形状で像側に凹形状を有するガラス製で球面の負の第１レンズＬ１と、少なくとも１面に非球面を有する像側に凹形状を有する負の第２レンズＬ２と、遮光絞りＦＳと、正の第３レンズＬ３と、開口絞りＳＴと、少なくとも１面に非球面を有する第４レンズＬ４と、少なくとも１面に非球面を有する第５レンズＬ５とからなる。
　外気に曝される位置に配される第１レンズＬ１については、これをガラス製とすることで耐候性を向上させている。さらに、第１レンズＬ１を加工が容易な両側球面でガラスレンズとすることで、撮像レンズ１０をより安価にすることができる。第２～第５レンズＬ２～Ｌ５は、プラスチック又は樹脂製のレンズである。これにより、撮像レンズ１０を軽量かつ安価にすることができる。なお、第２、第４及び第５レンズＬ２，Ｌ４，Ｌ５をプラスチック又は樹脂製のレンズとし、第３レンズＬ３をガラス製のレンズとすることもできる。自動のフォーカシング（ＡＦ）を行わない固定焦点光学系の場合、温度変化によるピントズレが問題となるが、第３レンズＬ３をガラスレンズとすることで、ピントズレをより効果的に抑制することができる。なお、第３レンズＬ３がプラスチックレンズである場合、ピントズレは例えば＋２４μｍ／＋３０℃程度となり、第３レンズＬ３がガラスレンズの場合、ピントズレは例えば＋２μｍ／＋３０℃程度となる。
　第１レンズＬ１は、その物体側面Ｌ１Ｓ１が凸形状であり、近軸で物体側に凸のメニスカス形状を有する負の非球面レンズである。第２レンズＬ２は、その物体側面Ｌ２Ｓ１が凸形状であり、近軸で物体側に凸のメニスカス形状を有する負の非球面レンズである。第３レンズＬ３は、近軸で両凸形状を有する正の非球面レンズである。第４レンズＬ４は、その物体側面が凸形状であり、その像側面が凹形状であり、近軸で物体側に凸のメニスカス形状を有する負の非球面レンズである。第５レンズＬ５は、近軸で両凸形状を有する正の非球面レンズである。さらに、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは接合されている。第４及び第５レンズＬ４，Ｌ５をこのように構成することで、色収差を好適に補正できる。
　第２レンズＬ２については、その像側面Ｌ２Ｓ２の有効径内の最大面角度が６０°以上となっている。ここで、像側面Ｌ２Ｓ２の面角度は、像側面Ｌ２Ｓ２の法線が光軸ＡＸに対して成す角度である。第１レンズＬ１がガラス製であり、加工の制約上第１レンズＬ１が持てる負のパワーには限界があるため、全系で像面湾曲を好適に補正するためには第２レンズＬ２に大きな負のパワーをもたせることになる。よって、第２レンズＬ２の像側面Ｌ２Ｓ２の最大面角度は、上記の程度に大きいことが望ましい。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（１）及び（２）を満たす。
　０．２７≦Ｄ１４／Ｄ１Ｌ≦０．３７　　…　　（１）
　０．６５≦Ｄ２４／ＳＡＧ２≦０．８５　　…　　（２）
ここで、値Ｄ１４は、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１から第２レンズＬ２の像側面Ｌ２Ｓ２までの光軸ＡＸ上の距離であり、値Ｄ１Ｌは、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１から第５レンズＬ５の像側面Ｌ５Ｓ２までの光軸ＡＸ上の距離であり、値Ｄ２４は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２から第２レンズＬ２の像側面Ｌ２Ｓ２までの光軸ＡＸ上の距離であり、値ＳＡＧ２は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２の光学面端におけるＳＡＧ量である。
　上記撮像レンズ（広角光学系）１０は、物体側からの順で負、負、及び正から始まるパワー配置を有する５枚構成である。このように５枚という少ない構成で第１レンズＬ１にガラス球面レンズを用いている撮像レンズ（広角光学系）１０において、式（１）及び（２）の両方を満たすことにより、適度なバックフォーカスの確保と好適な像面湾曲の補正とを両立しながら、光学性能に影響を与えにくい防水機構を具備した安価で小型の撮像系を得ることが可能となる。具体的には、式（１）の値Ｄ１４／Ｄ１Ｌが上限以下であることにより、適度なバックフォーカスの確保が可能になる、あるいは光学全長を短くすることができるため、小型化が可能となる。また、式（１）の下限以上であることにより、第１レンズＬ１等が薄くなりすぎない。式（２）の値Ｄ２４／ＳＡＧ２が上限以下であることにより、径方向の小型化を行いつつ、第１レンズＬ１のフランジ部３ａ又は外周部を厚くすることが可能となるため、第１レンズＬ１のフランジ部３ａ又は外周部にＯリング等の防水部材２ａを挿入するスペースを確保することができる。また、式（２）の下限以上であることにより、第２レンズＬ２が第１レンズＬ１に過度に入り込むことを防止でき、第２レンズＬ２の物体側面Ｌ２Ｓ１の有効径が十分確保できるため、像面湾曲の補正が容易に行えたり、周辺光量比の確保が容易に行えたり、光学全長が短いながらも十分な性能を確保することが可能となる。なお、光学面とは、球面あるいは非球面が存在する領域を意味し、光学面端とは、球面あるいは非球面が存在する領域の外縁を意味し、必ずしも有効径の周縁を意味するものではない。
　また、撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（３）をさらに満たす。
　４．０≦ＴＴＬ／Ｈmax≦５．５　　…　　（３）
ここで、値ＴＴＬは、光学全長であり、値Ｈmaxは最大像高である。なお、値Ｈmaxに関して、最大像高は固体撮像素子５１の検出面又は撮像面Ｉの対角長の半分に相当する。固体撮像素子５１のサイズに対する光学全長を上記式（３）の範囲に収めることにより、光学性能を確保しつつ低背化が可能となる。なお、上記式（３）の値ＴＴＬ／Ｈmaxを上限以下とすることで低背化に有利になり、上記式（３）の下限以上とすることで光学性能の悪化を抑制できる。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（４）をさらに満たす。
　４．０≦φ１／Ｈmax≦５．５　　…　　（４）
ここで、値φ１は、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１の光学面径である。なお、値φ１に関して、光学面径は、球面あるいは非球面が存在する領域の直径を意味する。固体撮像素子５１のサイズに対する第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１の光学面径を上記式（４）の範囲に収めることにより、光学性能を確保しつつ径方向の小型化が可能となる。なお、上記式（４）の値φ１／Ｈmaxを上限以下とすることで外径が大きくなることを抑制できるため径方向の小型化に有利となり、上記式（４）の下限以上とすることで光学性能の悪化を抑制できる。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（５）をさらに満たす。
　０．６５≦（Ｄ２３＋ＳＡＧ３）／ＳＡＧ２≦１．０　　…　　（５）
ここで、値Ｄ２３は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２から第２レンズＬ２の物体側面Ｌ２Ｓ１までの光軸ＡＸ上の距離であり、値ＳＡＧ２は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２の光学面端でのＳＡＧ量であり、値ＳＡＧ３は、第２レンズＬ２の物体側面Ｌ２Ｓ１の光学面端でのＳＡＧ量である。上記式（５）を満たすことにより、径方向の小型化と高性能とを両立することができる。なお、上記式（５）の値（Ｄ２３＋ＳＡＧ３）／ＳＡＧ２を下限以上とすることで第２レンズＬ２の物体側面Ｌ２Ｓ１の有効径が小さくなりすぎることを防止でき収差の補正が容易になる。また、上記式（５）の上限以下とすることにより、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２間に遮光部材等を挿入する構成を想定する必要がなくなるので、第２レンズＬ２の物体側面Ｌ２Ｓ１の面形状に自由度が確保され収差の補正が容易になる。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（６）及び（７）をさらに満たす。
　３．０≦Ｒ１／Ｒ２≦３．５　　…　　（６）
　１．８５≦φ２／Ｒ２≦１．９５　　…　　（７）
ここで、値Ｒ１は、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１の曲率半径であり、値Ｒ２は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２の曲率半径であり、値φ２は、第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２の光学面径である。上記式（６）及び（７）を満たすことにより、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１と第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２との曲率差が十分大きく、また第１レンズＬ１の像側面Ｌ１Ｓ２が深い面となるので、第１レンズＬ１の側面又はコバの厚みを十分厚く取れるため、第１レンズＬ１の外周部又はフランジ部にＯリング等の封止手段を容易に挿入でき、耐環境性に優れた構成とすることができる。なお、上記式（６）の値Ｒ１／Ｒ２を下限以上とすることで曲率差が小さくなることを防止してコバを十分厚く取りつつも、外径の増大を抑制して小型化を達成することができる。また、上記式（６）の上限以下とすること、上記式（７）の値φ２／Ｒ２を下限以上とすることで、好適に像面湾曲を補正することができる。上記式（７）の上限以下とすることで、ガラスの球面研磨の加工限界に近くなることを回避でき、精度不足やコストアップを抑制できる。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（８）をさらに満たす。
　０．８≦Ｄ１２／ｆ≦１．２　　…　　（８）
ここで、値Ｄ１２は、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１から像側面Ｌ１Ｓ２までの光軸ＡＸ上の距離、すなわち第１レンズＬ１の中心厚であり、値ｆは、全系すなわち撮像レンズ１０の焦点距離である。ガラス製の第１レンズＬ１の中心厚が上記式（８）を満たすことによって、加工性を確保しつつ好適な負のパワーを得ることができる。なお、上記式（８）の値Ｄ１２／ｆを上限以下とすることで芯厚が厚くなりすぎて好適な負のパワーを得られなくなることを防止でき、ガラスの研磨等によって得られる第１レンズＬ１の加工性が悪化することを回避することができる。また、上記式（８）の下限以上とすることで芯厚が薄くなりすぎて衝撃等によってレンズが割れてしまう可能性を低減できる。　
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（９）をさらに満たす。
　－０．６≦ｆ１２／ｆ３４５≦－０．４　　…　　（９）
ここで、値ｆ１２は、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２の合成焦点距離であり、値ｆ３４５は、第３～第５レンズＬ３～Ｌ５の合成焦点距離である。この場合、適度なレトロフォーカスとなるため、バックフォーカスが長くなりすぎず、光学全長の小型化に有利な構成とできる。
　撮像レンズ（広角光学系）１０は、以下の条件式（１０）をさらに満たす。
　０．２０≦φ４／φ１≦０．３４　　…　　（１０）
ここで、値φ４は、第２レンズＬ２の像側面Ｌ２Ｓ２の光学面径であり、値φ１は、第１レンズＬ１の物体側面Ｌ１Ｓ１の光学面径である。光学系の前方側において光束径を十分小さくすることにより、例えば第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に遮光部材を配置しなくてもゴーストが発生しにくい構成とできる。上記式（１０）の値φ４／φ１が上限以下となるような光学系では、光束径が光学系の前方側で比較的小さくなるためゴーストが発生する可能性を低減できる。また、上記式（１０）の下限以上となるような光学系では、レンズ面又は光学面の角度が大きくなりすぎないので、加工性や成形性の悪化を招くことを回避できる。なお、撮像レンズ１０は、以下の条件式（１０）'を満たすことがより好ましい。
　０．２５≦φ４／φ１≦０．３０　　…　　（１０）' 
　なお、撮像レンズ（広角光学系）１０は、上記レンズＬ１～Ｌ５以外に、実質的にパワーを持たないその他の光学素子（例えばレンズ、フィルター部材等）をさらに有するものであってもよい。
　以上で説明したレンズユニットは、上述した撮像レンズ（広角光学系）１０を備えており、小型、高性能、かつ、広角でありながら、耐環境性にも優れる。また、当該レンズユニット４０を備えた撮像装置１００は、耐環境性に優れた高性能な装置を実現できる。
〔実施例〕
　以下、本発明の広角光学系の具体的な実施例について説明する。各実施例に使用する記号は下記の通りである。なお、長さに関するものの単位はｍｍである。
ｆ　　　：広角光学系の全系の焦点距離
Ｆｎｏ　：Ｆ値
２ｗ　　：全画角
Ｒ　　　：曲率半径
Ｄ　　　：軸上面間隔
ｎｄ　　：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
ｖｄ　　：レンズ材料のアッベ数
〔実施例１〕
　実施例１の広角光学系の基本的な光学諸元値を以下に示す。
ｆ＝１．００
Ｆｎｏ＝２．０
２ｗ＝１９０°
　実施例１の光学面すなわちレンズ面のデータを以下の表１に示す。表１等において、面番号を「Surface」で表し、無限大を「INF」で表している。面番号において、レンズ面を「L1S1」等で表し、物体面を「OBJ」で表し、開口絞りＳＴを「STOP」で表し、平行平板の物体側面を「CGS1」で表し、平行平板の像側面を「CGS2」で表している。なお、レンズ面の表記において、前半の記号Ｌｎ（ｎ＝１～５）は、第ｎレンズ（具体的には第１～第５レンズ）であることを示し、後半の記号Ｓ１は、第ｎレンズの物体側面を指し、記号Ｓ２は、第ｎレンズの像側面を示す。軸上面間隔の値Ｄは、その欄の面から左下欄の面までの距離を意味している。具体的には、例えば平行平板の像側面「CGS2」の右側の値Ｄは、平行平板の像側面から撮像面Ｉ（又は結像面）までの軸上面間隔を示している。
〔表１〕
Surface   R        D        nd        vd
OBJ       INF      INF
L1S1    11.9000   1.000    1.8042    46.5
L1S2     3.6900   1.237
L2S1     2.5301   0.806    1.5351    56.0
L2S2     0.6911   1.645
L3S1     2.7189   1.868    1.6347    23.7
L3S2    -2.7284   0.168
STOP      INF     0.204
L4S1    10.4310   0.422    1.6347    23.7
L4S2     1.6931   0.015    1.5140    42.8
L5S1     1.6931   2.098    1.5351    56.0
L5S2    -1.5364   1.158
CGS1      INF     0.700    1.5168    64.1
CGS2      INF     0.150
　実施例１のレンズ面の非球面係数を以下の表２に示す。非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＸ軸をとり、光軸と垂直方向の高さをｈとして以下の式で表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ　：曲率半径
Ｋ　：円錐定数
〔表２〕
L2S1面
K=-6.6386E-01, A4=-2.3341E-02, A6=-1.1318E-05, 
A8=2.3004E-04, A10=-2.3118E-05, A12=7.6550E-07
L2S2面
K=-1.6744E+00, A4=2.7670E-01, A6=-1.0869E-01, 
A8=2.6885E-02, A10=5.6580E-03, A12=-3.7341E-03
L3S1面
K=-1.1611E+01, A4=7.5016E-02, A6=-3.4005E-02, 
A8=1.8369E-02, A10=-7.2239E-03, A12=1.8623E-08
L3S2面
K=-2.7266E+01, A4=-4.2468E-02, A6=-4.0880E-03, 
A8=3.5047E-03, A10=-6.1412E-04, A12=1.0703E-07
L4S1面
K=-3.8674E+01, A4=1.3640E-01, A6=1.0469E-01, 
A8=-1.2562E+00, A10=2.1564E+00, A12=-1.1897E+00
L4S2面
K=3.0722E-01, A4=1.0364E+00, A6=-1.6201E+00, 
A8=1.0653E+00, A10=-2.7874E-01, A12=-3.1274E-04
L5S1面
K=3.0722E-01, A4=1.0364E+00, A6=-1.6201E+00, 
A8=1.0653E+00, A10=-2.7874E-01, A12=-3.1274E-04
L5S2面
K=-9.4546E+00, A4=-1.8172E-01, A6=1.3415E-01, 
A8=-6.1393E-02, A10=1.2367E-02, A12=3.6185E-06
なお、以上の表２及びこれ以降の表において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０－０２）をＥ（例えば２．５Ｅ－０２）を用いて表している。
　実施例１の条件式（１）～（１０）に関連する特性値を以下の表３に示す。
〔表３〕
f       1.00
f12    -1.34
f345    2.64
Hmax    2.45
D14     3.04
D12     1.00
D23     1.24
D24     2.04
D1L     9.46
TTL    11.47
φ1    11.40
φ2     7.09
φ4     3.07
SAG2    2.67
SAG3    0.72
R1     11.90
R2      3.69
　図２は、実施例１の広角光学系である撮像レンズ１１等の断面図である。撮像レンズ１１は、物体側に凸で負メニスカスの第１レンズＬ１と、物体側に凸で負メニスカスの第２レンズＬ２と、両凸で正の第３レンズＬ３と、物体側に凸で負メニスカスの第４レンズＬ４と、両凸で正の第５レンズＬ５とを備える。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間には、遮光絞りＦＳが配置され、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間には、開口絞りＳＴが配置されている。なお、第５レンズＬ５の像側には、平行平板であるフィルターＦを介して撮像面Ｉが配置されている。
　（実施例２）
　実施例２の広角光学系の基本的な光学諸元値を以下に示す。
ｆ＝１．０３
Ｆｎｏ＝２．０６
２ｗ＝１８６°
　実施例２の光学面すなわちレンズ面のデータを以下の表４に示す。
〔表４〕
Surface   R        D        nd        vd
OBJ       INF      INF
L1S1    12.4307   1.200    1.8042    46.5 
L1S2     3.6209   1.528
L2S1     2.5279   0.700    1.5351    56.0 
L2S2     0.7235   1.599
L3S1     3.0569   2.023    1.6347    23.7 
L3S2    -2.8597   0.266
STOP      INF     0.203
L4S1     8.0470   0.400    1.6347    23.7 
L4S2     1.2667   0.010    1.5140    42.8 
L5S1     1.2667   1.937    1.5351    56.0 
L5S2    -1.6446   0.235
CGS1      INF     0.700    1.5168    64.1 
CGS2      INF     1.332
　実施例２のレンズ面の非球面係数を以下の表５に示す。
〔表５〕
L2S1面
K=-6.1436E-01, A4=-2.2597E-02, A6=-1.1960E-04, 
A8=2.3215E-04, A10=-2.5160E-05, A12=9.7645E-07
L2S2面
K=-1.6201E+00, A4=2.5915E-01, A6=-1.0250E-01, 
A8=2.8110E-02, A10=4.0820E-03, A12=-3.5570E-03
L3S1面
K=-1.5161E+01, A4=6.8443E-02, A6=-3.9483E-02, 
A8=2.3069E-02, A10=-8.1684E-03, A12=1.8623E-08
L3S2面
K=-1.8082E+01, A4=-3.5104E-02, A6=-1.6265E-02, 
A8=1.0817E-02, A10=-1.9445E-03, A12=1.0703E-07
L4S1面
K=-4.0000E+01, A4=7.4143E-02, A6=1.0516E-01, 
A8=-1.0603E+00, A10=1.9489E+00, A12=-1.1897E+00
L4S2面
K=-5.3270E+00, A4=9.7699E-01, A6=-1.3880E+00, 
A8=9.3363E-01, A10=-2.5616E-01, A12=-3.1274E-04
L5S1面
K=-5.3270E+00, A4=9.7699E-01, A6=-1.3880E+00, 
A8=9.3363E-01, A10=-2.5616E-01, A12=-3.1274E-04
L5S2面
K=-1.0019E+01, A4=-1.8729E-01, A6=1.3938E-01, 
A8=-6.7634E-02, A10=1.4010E-02, A12=3.6185E-06
　実施例２の条件式（１）～（１０）に関連する特性値を以下の表６に示す。
〔表６〕
f       1.03
f12    -1.35
f345    2.66
Hmax    2.36
D14     3.43
D12     1.20
D23     1.53
D24     2.23
D1L     9.87
TTL    12.13
φ1    11.40
φ2     7.05
φ4     2.95
SAG2    2.79
SAG3    0.78
R1     12.43
R2      3.62
　図３は、実施例２の広角光学系である撮像レンズ１２等の断面図である。撮像レンズ１２は、物体側に凸で負メニスカスの第１レンズＬ１と、物体側に凸で負メニスカスの第２レンズＬ２と、両凸で正の第３レンズＬ３と、物体側に凸で負メニスカスの第４レンズＬ４と、両凸で正の第５レンズＬ５とを備える。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間には、遮光絞りＦＳが配置され、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間には、開口絞りＳＴが配置されている。なお、第５レンズＬ５の像側には、平行平板であるフィルターＦを介して撮像面Ｉが配置されている。
　以下の表７は、参考のため、各条件式（１）～（１０）に対応する各実施例１、２の値をまとめたものである。
〔表７〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　〔第２実施形態〕
　以下、第２実施形態の広角光学系等について説明する。なお、第２実施形態の広角光学系は第１実施形態の広角光学系を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。
　図４は、第２実施形態の広角光学系である撮像レンズ１１０を内蔵するレンズユニット４０等を示す。この場合、第４レンズＬ４は、近軸で両凸形状を有する正の非球面レンズであり、第５レンズＬ５は、その物体側面が凹形状であり、近軸で像側に凸のメニスカス形状を有する負の非球面レンズである。第４及び第５レンズＬ４，Ｌ５をこのような構成とすることで、色収差の補正に関して有利である。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは、両者を接合した構成とすることもできる。
　以上、実施形態に即して広角光学系について説明したが、本発明に係る広角光学系は上記実施形態に限るものではなく様々な変形が可能である。

Claims (22)

  1. 　物体側より順に、
    　物体側に凸形状で像側に凹形状を有するガラス製で両面ともに球面の負の第１レンズと、
    　少なくとも１面に非球面を有する像側に凹形状を有する負の第２レンズと、
    　正の第３レンズと、
    　絞りと、
    　少なくとも１面に非球面を有する第４レンズと、
    　少なくとも１面に非球面を有する第５レンズとから実質的になり、
    　下記条件式を満たすことを特徴とする広角光学系。
    　０．２７≦Ｄ１４／Ｄ１Ｌ≦０．３７　　…　　（１）
    　０．６５≦Ｄ２４／ＳＡＧ２≦０．８５　　…　　（２）
    ここで、
    　Ｄ１４：前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの光軸上の距離
    　Ｄ１Ｌ：前記第１レンズの物体側面から前記第５レンズの像側面までの光軸上の距離
    　Ｄ２４：前記第１レンズの像側面から前記第２レンズの像側面までの光軸上の距離
    　ＳＡＧ２：前記第１レンズの像側面の光学面端におけるＳＡＧ量
  2. 　下記条件式を満たす請求項１に記載の広角光学系。
    　４．０≦ＴＴＬ／Ｈmax≦５．５　　…　　（３）
    ここで、
    　ＴＴＬ：光学全長
    　Ｈmax：最大像高
  3. 　下記条件式を満たす、請求項１及び２のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　４．０≦φ１／Ｈmax≦５．５　　…　　（４）
    ここで、
    　φ１：前記第１レンズの物体側面の光学面径
    　Ｈmax：最大像高
  4. 　下記条件式を満たす、請求項１～３のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　０．６５≦（Ｄ２３＋ＳＡＧ３）／ＳＡＧ２≦１．０　　…　　（５）
    ここで、
    　Ｄ２３：前記第１レンズの像側面から前記第２レンズの物体側面までの光軸上の距離
    　ＳＡＧ２：前記第１レンズの像側面の光学面端でのＳＡＧ量
    　ＳＡＧ３：前記第２レンズの物体側面の光学面端でのＳＡＧ量
  5. 　下記条件式を満たす、請求項１～４のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　３．０≦Ｒ１／Ｒ２≦３．５　　…　　（６）
    　１．８５≦φ２／Ｒ２≦１．９５　　…　　（７）
    ここで、
    　Ｒ１：前記第１レンズの物体側面の曲率半径
    　Ｒ２：前記第１レンズの像側面の曲率半径
    　φ２：前記第１レンズの像側面の光学面径
  6. 　下記条件式を満たす、請求項１～５のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　０．８≦Ｄ１２／ｆ≦１．２　　…　　（８）
    ここで、
    　Ｄ１２：前記第１レンズの中心厚
    　ｆ：全系の焦点距離
  7. 　前記第２レンズの像側面の有効径内の最大面角度が６０°以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載の広角光学系。
  8. 　下記条件式を満たす、請求項１～７のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　－０．６≦ｆ１２／ｆ３４５≦－０．４　　…　　（９）
    ここで、
    　ｆ１２：前記第１及び第２レンズの合成焦点距離
    　ｆ３４５：前記第３～第５レンズの合成焦点距離
  9. 　全画角が１６０°以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載の広角光学系。
  10. 　前記第２～第５レンズはプラスチックレンズである、請求項１～９のいずれか一項に記載の広角光学系。
  11. 　前記第２、第４及び第５レンズはプラスチックレンズであり、前記第３レンズは、ガラスレンズである、請求項１～９のいずれか一項に記載の広角光学系。
  12. 　前記第２レンズの物体側面が凸形状である、、請求項１～１１のいずれか一項に記載の広角光学系。
  13. 　前記第３レンズは少なくとも１面に非球面を有する両凸形状である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の広角光学系。
  14. 　前記第４レンズは像側に凹形状を有する負レンズであり、前記第５レンズは両凸形状を有する正レンズであり、前記第４及び第５レンズは接合されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の広角光学系。
  15. 　前記第４レンズは両凸形状を有する正レンズであり、前記第５レンズは物体側に凹形状を有する負メニスカスレンズである、請求項１～１３のいずれか一項に記載の広角光学系。
  16. 　前記第４及び第５レンズは接合されている、請求項１５に記載の広角光学系。
  17. 　前記第５レンズは前記第４レンズのフランジ部と外周嵌合する構造となっている、請求項１～１６のいずれか一項に記載の広角光学系。
  18. 　前記第１レンズの物体側と前記第５レンズの像側とを除いたレンズ間対向面は光学面とは別の領域に形成され、光軸と略垂直なフランジ部で前後のレンズ、前記絞り、遮光部材、又はレンズホルダーのみと当接する、請求項１～１７のいずれか一項に記載の広角光学系。
  19. 　下記条件式を満たす、請求項１～１８のいずれか一項に記載の広角光学系。
    　０．２０≦φ４／φ１≦０．３４　　…　　（１０）
    ここで、
    　φ４：前記第２レンズの像側面の光学面径
    　φ１：前記第１レンズの物体側面の光学面径
  20. 　請求項１～１９のいずれか一項に記載の広角光学系と、
    　前記広角光学系を保持するレンズホルダーと
    を備えるレンズユニット。
  21. 　前記第１レンズのフランジ部の側面と、前記レンズホルダーの内周面との間に介在する防水部材を備える、請求項２０に記載のレンズユニット。
  22. 　請求項２０及び２１のいずれか一項に記載のレンズユニットと、
    　前記レンズユニットによる像を投影する撮像素子と
    を備える撮像装置。
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