(57)【要約】【課題】低コストであり、広角ながら視野周辺部における光量の低下を抑制し、高い結像性能をもつ光学系及びそれを備えた撮像装置を提供すること。【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成され、光学系の焦点距離及び光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離に関する所定の条件を満足する光学系、及びそれを備えた撮像装置。【選択図】図１
2020106682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成され、以下の条件を満足することを特徴とする光学系。
−０．２ ≦ ｆ / ＥＸＰ                                   ・・・（１）
但し、
ｆは光学系の焦点距離を表し、
ＥＸＰは物体側から結像面へ向かう方向を正としたときの光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離を表す。
【請求項２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
０．５ ≦ ｆ１ / ｆ２ ≦ １．５                           ・・・（２）
但し、
ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離、
ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離を表す。
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系。
−１０．０ ≦ ｆ１ / ｆ ≦ −２．０                       ・・・（３）
但し、
ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離を表す。
【請求項４】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学系。
０．０ ≦ （Ｒ２Ｌ＋Ｒ２Ｒ）/（Ｒ２Ｌ−Ｒ２Ｒ） ≦ ５．０  ・・・（４）
但し、
Ｒ２Ｌは第２レンズＬ２の物体側のレンズ面の近軸曲率半径を表し、
Ｒ２Ｒは第２レンズＬ２の像側のレンズ面の近軸曲率半径を表す。
【請求項５】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学系。
２．０ ≦ ｆ４ / ｆ ≦ ６．０                             ・・・（５）
但し、
ｆ４は第４レンズＬ４の焦点距離を表す。
【請求項６】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学系。
１．１ ≦ （Ｒ１Ｌ＋Ｒ１Ｒ）/（Ｒ１Ｌ−Ｒ１Ｒ） ≦ ４．０ ・・・（６）
但し、
Ｒ１Ｌは第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の曲率半径を表し、
Ｒ１Ｒは第１レンズＬ１の像側のレンズ面の曲率半径を表す。
【請求項７】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光学系。
０．０５  ≦ ｆ / Ｒ３Ｌ ≦ ０．４                        ・・・（７）
但し、
Ｒ３Ｌは第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径を表す。
【請求項８】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光学系。
０．０３ ≦ ｆ / Ｒ４Ｌ ≦ ０．５                         ・・・（８）
但し、
Ｒ４Ｌは第４レンズＬ４の物体側のレンズ面の曲率半径を表す。
【請求項９】
前記第２レンズＬ２と前記第３レンズＬ３との間に絞りを有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
少なくとも１枚のレンズは樹脂材料からなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
特定の波長域の光を選択して透過するバンドパスフィルタＢＰＦを有する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光学系と、当該光学系の像側に、当該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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い結像性能をもつ光学系及びそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像自動認識技術の発展に伴い、視野の周辺の情報も取得してその視野全域において高精度の距離測定や位置検出を行うシステムの需要が高まっている。これらのシステムでは、被測定対象に向けての投光及び該投光された光の反射光の受光のタイミングにより、距離測定や位置検出を行う方法が多く用いられている。本システムにおいては、測距精度の向上のためには視野全域にわたり反射光を均一に且つ効率よく受光することが必要となり、特に視野の周辺部においても視野の中心部と同一に効率的に反射光を受光する明るいレンズが求められる。また、撮像装置の設置・搭載のためのスペースが限られることから、該レンズは広角・小型・軽量であることが求められる。
【０００３】
従来、前記システム用のレンズとして、物体側より順に、像側に凹面を向けた負メニスカスの第１レンズＬ１および第２レンズＬ２、正の第３レンズＬ３、絞り４、像側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、およびバンドパスフィルタ３を配列してなる広角レンズ系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この広角レンズ系は、小型化、軽量化を達成しつつ、近赤外域における撮像を良好なものとし得る構成とされ、かつ歪曲収差を始めとする諸収差を良好に補正している。
【０００４】
他の従来の前記システム用のレンズとして、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第４レンズとで構成される撮像レンズが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この広角撮像レンズは、自動車等の様々な箇所に搭載可能な大きさであり、広い視野を確保しながら画面全域で結像性能が良く、高い光学性能を持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０９４０３２号公報
【特許文献２】特開２０１７−０２７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来技術のレンズは、４枚のレンズで構成された単焦点広角レンズであるが、射出瞳と撮像素子のセンサー面との光軸上の距離が近く、視野周辺部において結像光束がセンサー面に対して斜めに入射することから、実質的な開口効率が減少してしまい、周辺部の光量低下の抑制に不利なものとなっている。
【０００７】
（発明の目的）
本発明は、従来の単焦点広角レンズの上述した問題点に鑑みてなされたものであって、低コストであり、広角ながら視野周辺部における光量の低下を抑制し、高い結像性能をもつ光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学系は、
物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有する第４レンズＬ４から構成され、以下の条件を満足することを特徴とする光学系。
−０．２ ≦ ｆ / ＥＸＰ ・・・（１）
但し、
ｆは光学系の焦点距離を表し、
ＥＸＰは物体側から結像面へ向かう方向を正としたときの光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離を表す。
【０００９】
本発明に係る撮像装置は、
前記光学系と、当該光学系の像側に、当該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を備えたことを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高倍率を達成し且つ高い光学性能を得ることが可能なズームレンズ及びそれを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例に係る光学系のレンズ構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る光学系の波長５８７．６ｎｍにおける縦収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る光学系のレンズ構成図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る光学系の波長５８７．６ｎｍにおける縦収差図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る光学系のレンズ構成図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る光学系の波長５８７．６ｎｍにおける縦収差図である。
【図７】本発明の実施例の撮像装置の構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る光学系は、以下の条件式又は条件を少なくとも１つ以上満足することが好ましい。
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明の好ましい実施の形態において、条件式の数値は、ｄ線を基準とする。
【００１４】
本発明に係る光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズL２、正の屈折力を有する第３レンズL３、及び正の屈折力を有する第４レンズL４から構成される。
【００１５】
広角系のレンズにおいては、光学系の前方に負の屈折力を有するレンズ、後方に正の屈折力を有するレンズを配置したレトロフォーカスタイプとすることが好ましい。
本発明に係る光学系は、物体側から順に負の屈折力を有する第１レンズＬ１と負の屈折力を有する第２レンズＬ２の２枚の負の屈折力を有するレンズを光学系の前方に配置することによって、大きな入射角の軸外主光線を少しずつ光軸に沿った小さい角度に変換する働きを持つ。また、第２レンズＬ２の像側に、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と正の屈折力を有する第４レンズＬ４の２枚の正の屈折力を有するレンズを光学系の後方に配置することによって、さらに軸外主光線の光軸とのなす角を小さくする働きを持つ。これらにより射出瞳位置を結像面から離し、光学系の射出瞳位置と結像面との光軸上の距離を確保することができる。この結果、結像面に対する光線の入射角を抑え、周辺光量低下を抑制することが可能となる。
また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の２枚で負の屈折力を分担し、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の２枚で正の屈折力を分担することにより、各レンズの屈折力が強くなり過ぎず、収差の発生を抑えることが可能となる。レンズ枚数が増加するとコストアップにつながるため、本発明の構成とすることで、低コストで広角ながら周辺部における光量低下を抑制した光学系を実現することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る光学系を構成するレンズは、より好ましくは、単レンズであること、すなわち、各レンズ同士が空気間隔を介して配置されることによって、より良好に収差補正が可能となる。
【００１７】
また、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の各レンズはそれぞれが一つの硝材からなることによって、低コストと小型化を実現することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
−０．２ ≦ ｆ / ＥＸＰ ・・・（１）
但し、
ｆは光学系の焦点距離を表し、
ＥＸＰは物体側から結像面へ向かう方向を正としたときの光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離を表す。
【００１９】
条件式（１）は、適切な射出瞳位置を規定するための条件である。
【００２０】
条件式（１）を満足することで、射出瞳位置を最適化し周辺光量の低下を抑制することができる。
条件式（１）の下限を下回ると、光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離が近くなり、周辺光量の低下が大きくなる。
【００２１】
なお、ＥＸＰは、光学系の射出瞳と結像面との光軸上の距離を表し、結像面を基準（０）とし、物体側から結像面へ向かう方向を正としている。つまり、ＥＸＰが負の時は、結像面よりも物体側に射出瞳が存在し、ＥＸＰが正の時は結像面よりも奥、つまり、光学系とは離れた方向に射出瞳が存在する。
【００２２】
なお、上記条件式（１）の下限は、−０．１９であることが好ましく、−０．１８であることがより好ましい。
なお、下限を満足することで周辺光量の低下を抑えられることから、上限を設ける必要はない。しかしながら、数値が大きくなる程、周辺光量の低下を抑制するという点に関しては有利になるが、全長を大きくするか個々のレンズの屈折力を大きくする必要がある。全長を大きくする場合、光学系の小型化が困難になり、また、屈折力を大きくする場合、像面湾曲やコマ収差の補正が困難になる。そこで、上限を設ける場合は、好ましくは０より小さく（＜０）、より好ましくは−０．０８以下とすることで、射出瞳位置を遠ざけつつも、射出瞳位置を無限遠にしない場合すなわちテレセントリック光学系を形成しない場合、光学系の後方に配置されるレンズを小径に抑えることができる。
【００２３】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．５ ≦ ｆ１ / ｆ２ ≦ １．５・・・（２）
但し、
ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離、
ｆ２は第２レンズＬ２の焦点距離を表す。
【００２４】
条件式（２）は、第１レンズＬ１の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離の比を適切に設定するための条件である。
【００２５】
条件式（２）を満足することによって、広角化を達成しつつ良好な光学性能を得ることが可能となる。
条件式（２）の下限を下回ると、第１レンズＬ１の屈折力が相対的に強くなり、バックフォーカスを確保しやすくなるが、軸外の非点収差を補正することが困難になる。
条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズＬ２の屈折力が相対的に強くなり、コマ収差、像面湾曲を補正することが困難となる。また、十分なバックフォーカスを確保することが困難となると共に、広角化を達成することが困難となる。
【００２６】
なお、上記条件式（２）の下限は、０．５５であることが好ましく、０．６０であることがより好ましい。上記条件式（２）の上限は、１．２０であることが好ましく、１．００であることがより好ましい。
【００２７】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
−１０．０ ≦ ｆ１ / ｆ ≦ −２．０・・・（３）
但し、
ｆ１は第１レンズＬ１の焦点距離を表し、
ｆは光学系の焦点距離を表す。
【００２８】
条件式（３）は、第１レンズＬ１と全系の焦点距離の比を適切に設定するための条件である。
【００２９】
条件式（３）を満足することによって、広角化を達成した上でバックフォーカスを確保し、射出瞳と結像面との光軸上の距離を確保しつつ非点収差や像面湾曲をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（３）の下限を下回ると、第１レンズＬ１の負の屈折力が弱くなり、広角化を達成することが困難となると共に、バックフォーカスを確保することが困難となる。
条件式（３）の上限を上回ると、広角化やバックフォーカスの確保には有利となり、さらに射出瞳位置を結像面から遠ざけやすくなる。しかし、第１レンズＬ１の負の屈折力が強くなり過ぎ、非点収差や像面湾曲を補正することが困難となる。
【００３０】
なお、上記条件式（３）の下限は、−８．０であることが好ましく、−７．０であることがより好ましい。上記条件式（３）の上限は−２．５であることが好ましく、−３．０であることがより好ましい。
【００３１】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
０．０ ≦ （Ｒ２Ｌ＋Ｒ２Ｒ）/（Ｒ２Ｌ-Ｒ２Ｒ） ≦ ５．０・・・（４）
但し、
Ｒ２Ｌは第２レンズＬ２の物体側のレンズ面の近軸曲率半径を表し、
Ｒ２Ｒは第２レンズＬ２の像側のレンズ面の近軸曲率半径を表す。
【００３２】
条件式（４）は、負の屈折力を有する第２レンズＬ２の形状を規定するものである。
【００３３】
条件式（４）を満足することで、特にコマ収差、非点収差をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（４）の下限を下回ると、第２レンズＬ２の物体側のレンズ面の曲率が像側のレンズ面の曲率よりも強い両凹レンズ形状となる。そのため第２レンズＬ２の物体側のレンズ面の発散作用が強くなり過ぎ、主光線よりレンズの周辺側を通る光線に対する発散作用が強くなるため、コマ収差を補正することが困難となる。また、非点収差も増大し、像面湾曲も正の方向に増大してしまう。
条件式（４）の上限を上回ると、第２レンズＬ２の物体側のレンズ面の正の曲率が強くなり過ぎ、第２レンズＬ２全体として負の屈折力を確保することが難しくなると共に、第２レンズＬ２の物体側の面の主光線よりレンズの周辺部を通る光線に対する収束作用が強くなるため、コマ収差の補正が困難となる。また、非点収差も増大し、像面湾曲も負の方向に増大してしまう。
【００３４】
なお、上記条件式（４）の下限は、０．５であることが好ましく、１．０であることがより好ましい。上記条件式（４）の上限は、４．０であることが好ましく、３．８であることがより好ましい。
【００３５】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
２．０ ≦ ｆ４ / ｆ ≦ ６．０ ・・・（５）
但し、
ｆ４は第４レンズＬ４の焦点距離を表し、
ｆは光学系の焦点距離を表す。
【００３６】
条件式（５）は、正の屈折力を有する第４レンズＬ４の焦点距離と全系の焦点距離の比を適切に設定するための条件である。
【００３７】
条件式（５）を満足することにより、射出瞳位置を結像面から遠ざけるという点で有利となり、非点収差やコマ収差をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（５）の下限を下回ると、第４レンズＬ４の正の屈折力が強くなり過ぎ、射出瞳位置を結像面から遠ざけることはできるが、非点収差やコマ収差を補正することが困難となる。
条件式（５）の上限を上回ると、第４レンズＬ４の正の屈折力が弱くなり、射出瞳位置と結像面との光軸上の距離を確保することが困難になると共に、コマ収差の補正が困難となる。
【００３８】
なお、上記条件式（５）の下限は、２．３であることが好ましく、２．５であることがより好ましい。上記条件式（５）の上限は、５．５であることが好ましく、５．０であることがより好ましい。
【００３９】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
１．１ ≦ （Ｒ１Ｌ＋Ｒ１Ｒ）/（Ｒ１Ｌ-Ｒ１Ｒ） ≦ ４．０ ・・・（６）
但し、
Ｒ１Ｌは第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の曲率半径を表し、
Ｒ１Ｒは第１レンズＬ１の像側のレンズ面の曲率半径を表す。
【００４０】
条件式（６）は負の屈折力を有する第１レンズＬ１の形状を規定するものである。
広角レンズにおいては、物体側のレンズはレンズ面に対する軸外光束の入射角が大きく、収差発生が大きい。そのため、第１レンズＬ１の物体側の面を物体側に凸形状(負メニスカス)とすることで第１レンズＬ１の物体側の面に対する軸外光線の入射角を小さく保つことが可能となり、収差発生を抑制することができる。
【００４１】
条件式（６）を満足することにより、特に非点収差や像面湾曲をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（６）の下限を下回ると、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面が平面に近づくと共に、像側のレンズ面の負の曲率が強いメニスカス形状となる。そのため第１レンズＬ１の物体側のレンズ面に対する軸外光束の入射角が大きくなり、広角化には不利となる。また、第１レンズＬ１の像側のレンズ面の発散作用が強くなり過ぎ、非点収差が増大すると共に、像面湾曲も正の方向に増大してしまう。
条件式（６）の上限を上回ると、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の正の曲率がきつくなり過ぎ、第１レンズＬ１全体として負の屈折力を確保することが難しくなるため、広角化を達成することが困難となる。また非点収差が増大すると共に、像面湾曲も負の方向に増大してしまう。
【００４２】
なお、上記条件式（６）の下限は、１．２であることが好ましく、１．３であることがより好ましい。上記条件式（６）の上限は、３．８であることが好ましく、３．６であることがより好ましい。
【００４３】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．０５  ≦ ｆ / Ｒ３Ｌ ≦ ０．４ ・・・（７）
但し、
Ｒ３Ｌは第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径を表し、
ｆは光学系の焦点距離を表す。
【００４４】
条件式（７）は、光学系の焦点距離と第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径の比を適切に設定するための条件である。
【００４５】
第３レンズＬ３の物体側のレンズ面は物体側に凸であることが好ましく、条件式（７）を満足することにより、特に球面収差とコマ収差をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（７）の下限を下回ると、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなり、コマ収差の補正が困難になると共に、球面収差が正の方向に増大してしまう。
条件式（７）の上限を上回ると、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径が小さくなり、コマ収差の補正が困難になると共に、球面収差が負の方向に増大してしまう。
【００４６】
なお、上記条件式（７）の下限は、０．０８であることが好ましく、０．１０であることがより好ましい。上記条件式（７）の上限は、０．３８であることが好ましく、０．３６であることがより好ましい。
【００４７】
本発明に係る光学系は、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
０．０３ ≦ ｆ / Ｒ４Ｌ ≦ ０．５ ・・・（８）
但し、
Ｒ４Ｌは第４レンズＬ４の物体側のレンズ面の曲率半径を表し、
ｆは光学系の焦点距離を表す。
【００４８】
条件式（８）は、光学系の焦点距離と第４レンズＬ４の物体側の面の曲率半径の比を適切に設定するための条件である。
【００４９】
第４レンズＬ４の物体側のレンズ面は、物体側に凸であることが好ましく、条件式（８）を満足することで、特にコマ収差をバランスよく補正することが可能となる。
条件式（８）の下限を下回ると、第４レンズＬ４の物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなり、主光線よりレンズの周辺側を通る光線の収束作用が弱くなるため、コマ収差の補正が困難となる。
条件式（８）の上限を上回ると、第４レンズＬ４の物体側のレンズ面の曲率半径が小さくなり、主光線よりレンズの周辺側を通る光線の収束作用が強くなるため、コマ収差の補正が困難となる。
【００５０】
なお、上記条件式（８）の下限は、０．１０であることが好ましく、０．１５であることがより好ましい。上記条件式（８）の上限は、０．４５であることが好ましく、０．４０であることがより好ましい。
【００５１】
本発明に係る光学系は、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に絞りを有することが好ましい。
【００５２】
絞り位置を第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に配置することにより、射出瞳位置を結像面から遠ざけるという点で有利となり、周辺光量を確保しやすくなる。
【００５３】
本発明に係る光学系は、少なくとも１枚の樹脂レンズを有することが好ましい。
【００５４】
樹脂レンズを用いることにより低コスト化が可能となる。また、樹脂レンズに非球面を用いることにより低コスト化を図りつつ、収差補正を効果的に実施することが可能となる。
樹脂レンズは、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４に用いることが好ましい。第２レンズＬ２と第４レンズＬ４に樹脂レンズを用いることにより、温度変化に伴う焦点距離変動を抑制することが可能となる。
【００５５】
本発明に係る光学系は、特定の波長域の光を選択して透過するバンドパスフィルタＢＰＦを有することが好ましい。
【００５６】
前記バンドパスフィルタＢＰＦを有することにより、少ないレンズ枚数でも収差補正をすることが可能となり、小型で簡素な構成とすることができる。
また、バンドパスフィルタＢＰＦは、第３レンズＬ３より結像面側に配置することにより、広角レンズでも光の入射角のばらつきを小さくすることが可能となり、バンドパスフィルタＢＰＦへ入射する光線の角度変化に伴う透過率特性のばらつきを抑制できるため好ましい。
【００５７】
より好ましくは、第４レンズＬ４と結像面の間にバンドパスフィルタＢＰＦを配置すると良い。
【００５８】
第４レンズＬ４と結像面の間にバンドパスフィルタＢＰＦを配置することによって、バンドパスフィルタＢＰＦへ入射する光線角度のばらつきをより小さくすることが可能となるため、バンドパスフィルタＢＰＦの透過率特性のばらつきの抑制に有利となり好ましい。
【００５９】
本発明に係る光学系は、いずれか一枚のレンズのｄ線における屈折率が１．８５以上であることが好ましい。
【００６０】
屈折率の高い硝材を用いることで、少ないレンズ枚数で収差補正を良好に行うことが可能となる。より好ましくは、いずれか一枚のレンズのｄ線における屈折率が１．８８以上であることが好ましい。
【００６１】
本発明に係る撮像装置は、本発明に係る光学系と、当該光学系の像側に、当該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を備えたことを特徴とする。撮像素子としては、CMOS-TOF距離画像センサーが例示される。
【００６２】
本発明に係る撮像装置の撮像素子においては、視野中心のみならず視野周辺部においても結像光束が受光面に略垂直に入射し、視野周辺部の光電変換効率の低下を抑制し、高い結像性能をもつことができる。
【００６３】
（実施例）
以下に、本発明に係る光学系及びそれを備えた撮像装置を、数値実施例及び添付図面に基づいて説明する。
【００６４】
本発明に係る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。表中のｆは全系の焦点距離、FnoはＦナンバー、ωは半画角、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ndはｄ線における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数、面番号の隣に記載されたASPはその面が非球面であることを表し、STOPは開口絞りが配置されることを示す。
また、各非球面形状は、光軸に垂直な高さをH、面頂を原点としたときの高さHにおける光軸方向の変位量をX(H)、近軸曲率半径をR、円錐係数をk、2次、4次、6次、8次、10次の非球面係数をそれぞれA、B、C、D、Eとするとき、以下に示す非球面式により表される。
※非球面式
2020106682.tif 000003
【００６５】
各実施例の縦収差図（図２、図４、図６）においては、左側から順に、球面収差（SA（mm））、非点収差（AST（mm））、歪曲収差（DIS（％））を示す。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、ｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）の特性である。非点収差図において、縦軸は画角（図中、ωで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、Ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、Ｔで示す）の特性である。歪曲収差図において、縦軸は半画角（図中、ωで示す）を表す。
【００６６】
(第１実施例)
第１実施例に係る光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状の第１レンズＬ１、及び負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状で、両面を非球面形状とした第２レンズＬ２、正の屈折力を有し両凸形状の第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有し両凸形状で、両面を非球面形状とした第４レンズＬ４から構成されている。開口絞りＳは第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配置されており、バンドパスフィルタＢＰＦは第４レンズＬ４と結像面ＩＭＧの間に配置されている。また、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４は樹脂レンズである。
【００６７】
バンドパスフィルタBPFは、第４レンズＬ４と結像面ＩＭＧとの間に配置されているが、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に配置されてもよい。
第１実施例に係る光学系は、中心波長８５０ｎｍ、波長範囲±５０ｎｍの近赤外領域で最適化しているが、中心波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）でも収差は補正されている。
【００６８】
第１実施例の諸元表を表１に示す。諸数値はｄ線（５８７．６ｎｍ）における値を記載しており、参考値として８５０ｎｍにおける値も記載している。
【００６９】
（表１） 諸元表
ｄ線基準  ※８５０nm基準
ｆ            2.41         2.49
Fno           1.40         1.40
ω           72.65        69.62
【００７０】
（表２）  レンズデータ
面番号        r            d         Nd       νd
1         24.579       0.800     1.8343    37.20
2          5.908       4.080
3 ASP     12.454       0.800     1.5350    55.63
4 ASP      4.567       7.979
5 STOP     INF         0.600
6         10.851       1.944     1.9108    35.30
7        -49.982       2.741
8 ASP      7.618       2.343     1.5350    55.63
9 ASP    -13.651       2.500
10          INF         0.300     1.5163    64.15
11          INF         2.000
12          INF         0.500     1.5163    64.15
13          INF         0.686
【００７１】
（表３）  非球面データ（表示していない非球面係数は0.00000である。）
No.      K             B             C            D             E
3  -6.36471E+00   4.49955E-03  -2.03570E-04   4.49939E-06  -4.49026E-08
4  -8.27621E-01   6.35458E-03  -1.20708E-04  -2.42510E-06   1.62599E-07
8   5.82019E-01  -5.24399E-04   1.02789E-06   6.23788E-07  -5.40451E-08
9  -3.40325E+00   1.31530E-03  -2.65716E-07   5.84901E-07  -3.79953E-08
【００７２】
(第２実施例)
第２実施例に係る光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状の第１レンズＬ１、及び負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状で、両面を非球面形状とした第２レンズＬ２からなる前レンズ群と、正の屈折力を有し両凸形状の第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有し両凸形状で、両面を非球面形状とした第４レンズＬ４からなる後レンズ群により構成されている。開口絞りＳは第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配置されており、バンドパスフィルタBPFは第４レンズＬ４と結像面ＩＭＧの間に配置されている。また、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４は樹脂レンズである。
【００７３】
バンドパスフィルタＢＰＦは、第４レンズＬ４と結像面ＩＭＧとの間に配置されているが、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に配置されてもよい。
第２実施例に係る光学系は、中心波長８５０ｎｍ、波長範囲±５０ｎｍの近赤外領域で最適化しているが、中心波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）でも収差は補正されている。
【００７４】
第２実施例の諸元表を表４に示す。諸数値はｄ線（５８７．６ｎｍ）における値を記載しており、参考値として８５０ｎｍにおける値も記載している。
【００７５】
（表４） 諸元表
ｄ線基準  ※８５０nm基準
ｆ          2.38        2.47
Fno         1.42        1.42
ω         73.07       69.90
【００７６】
（表５）  レンズデータ
面番号        r            d         Nd        νd
1         18.213       0.800     1.9109     35.20
2          5.656       3.153
3 ASP     10.382       0.800     1.6172     25.00
4 ASP      4.495       8.937
5 STOP     INF         0.600
6         10.312       1.916     1.9109     35.20
7       -119.476       2.463
8 ASP      7.476       2.385     1.5350     55.63
9 ASP    -14.003       2.500
10          INF         0.300     1.5163     64.15
11          INF         2.000
12          INF         0.500     1.5163     64.15
13          INF         0.895
【００７７】
（表６）非球面データ（表示していない非球面係数は0.00000である。）
No.     K             B             C             D             E
3  -6.13628E+00   3.55948E-03  -1.57445E-04   2.70385E-06  -1.41667E-08
4  -1.50056E+00   5.72369E-03  -8.99683E-05  -5.54533E-06   2.76795E-07
8   2.97397E-01  -5.41806E-04   3.01951E-07   3.88254E-07  -3.56819E-08
9  -7.46456E-01   1.30352E-03  -4.45592E-06   4.03728E-07  -2.19383E-08
【００７８】
（第３実施例）
第３実施例に係る光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状の第１レンズＬ１、及び負の屈折力を有し物体側に凸のメニスカス形状で、両面を非球面形状とした第２レンズＬ２からなる前レンズ群と、正の屈折力を有し両凸形状の第３レンズＬ３、及び正の屈折力を有し両凸形状で、両面を非球面形状とした第４レンズＬ４からなる後レンズ群により構成されている。開口絞りＳは、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に配置されており、バンドパスフィルタBPFは第４レンズＬ４と結像面IMGの間に配置されている。また、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３と第４レンズＬ４は樹脂レンズである。
【００７９】
バンドパスフィルタＢＰＦは、第４レンズＬ４と結像面ＩＭＧとの間に配置されているが、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に配置されてもよい。
【００８０】
第３実施例に係る光学系は、中心波長８５０ｎｍ、波長範囲±５０ｎｍの近赤外領域で最適化しているが、中心波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）でも収差は補正されている。
【００８１】
第３実施例に係る光学系の諸元表を表７示す。諸数値はｄ線（５８７．６ｎｍ）における値を記載しており、参考値として８５０ｎｍにおける値も記載している。
【００８２】
（表７） 諸元表
ｄ線基準  ※８５０nm基準
ｆ          2.41        2.49
Fno         1.45        1.45
ω         71.35       68.80
【００８３】
（表８）レンズデータ
面番号        r            d         Nd        νd
1         16.469      0.8000     1.9109     35.20
2          5.295      2.6887     
3 ASP     17.500      0.9756     1.5350     55.63
4 ASP      4.389      7.9059     
5 STOP     INF        0.7189     
6 ASP      8.442      2.5904     1.5350     55.63
7 ASP    -16.684      2.0205     
8 ASP      9.468      2.5000     1.5350     55.63
9 ASP    -10.381      2.5000     
10          INF        0.3000     1.5163     64.15
11          INF        2.0000     
12          INF        0.5000     1.5163     64.15
13          INF        1.8000
【００８４】
（表９）非球面データ（表示していない非球面係数は0.00000である。）
No.     K             B             C             D             E
3  -7.69079E-01   2.70705E-03  -1.60653E-04   5.37853E-06  -8.15435E-08
4  -1.71633E+00   6.40322E-03  -1.66872E-04   8.18927E-06  -8.16843E-09
6  -8.39844E-01  -1.85333E-04   8.59034E-06  -5.56907E-08   0.00000E+00
7   7.31789E+00  -4.46747E-04   3.81024E-05  -3.80322E-07   0.00000E+00
8  -3.70256E+00  -7.59605E-04   4.68472E-06   3.51524E-07  -4.72965E-09
9   1.20079E+00   6.28101E-04  -1.38486E-05   7.14766E-07   5.23355E-09
【００８５】
（撮像装置）
実施例の撮像装置１００は、図７に示すように、光学系１０２を撮像装置ハウジング１０４に装着して構成される。光学系１０２の結像面ＢＰＦには、光電素子ＰＣが配置される。
【００８６】
（条件式対応値）  ｄ線にて計算した結果
2020106682.tif 000004
【００８７】
（条件式対応値）  ８５０nmにて計算した結果
2020106682.tif 000005
【符号の説明】
【００８８】
ＢＰＦ          バンドパスフィルタ
ＩＭＧ          結像面
Ｓ              開口絞り
ＰＣ            光電素子
Ｌ１            第１レンズ
Ｌ２            第２レンズ
Ｌ３            第３レンズ
Ｌ４            第４レンズ
１００          撮像装置
１０２          光学系
１０４          撮像装置ハウジング
【図１】
2020106682.tif 000006
【図２】
2020106682.tif 000007
【図３】
2020106682.tif 000008
【図４】
2020106682.tif 000009
【図５】
2020106682.tif 000010
【図６】
2020106682.tif 000011
【図７】
2020106682.tif 000012