(57)【要約】【課題】  本発明は、２枚構成によって小型、薄型でありながら、高い光学性能を持つ広角撮像光学系およびそれを用いた撮像装置を提供する。【解決手段】  物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状で物体側面に回折面を形成した負の屈折力を有する第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた形状の正の屈折力を有する第２レンズと、を配置する撮像光学系。好適には、下記条件式（１）および（２）を満足する。    −２．２＜ｆ１／ｆ＜−１．５ … （１）    １．５＜ｆ２／ｆ＜２．０ … （２）ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１、第２レンズの焦点距離。  また、上記撮像光学系と、その撮像光学系により形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状で物体側面に回折面を形成した負の屈折力を有する第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた形状の正の屈折力を有する第２レンズと、が配置される撮像光学系。
【請求項２】
下記条件式（１）および（２）を満足する請求項１に記載の撮像光学系。
−２．２＜ｆ１／ｆ＜−１．５ … （１）
１．５＜ｆ２／ｆ＜２．０ … （２）
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
【請求項３】
前記第１もしくは第２請求項のいずれかに記載の撮像光学系と、当該撮像光学系により形成される光学像を電気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、監視用カメラや車載用カメラ等、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる単焦点の広角撮像光学系およびそれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
監視用カメラや車載用カメラ等に用いられる撮像光学系には、広画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また、搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。
【０００３】
これらの要望に対応し得る可能性がある単焦点の広角撮像光学系として、下記の特許文献１、２、３が提案されている。しかしながら、この特許文献１、２に記載される単焦点レンズは構成レンズの枚数を減らし、小型化、軽量化を図った広角撮像光学系であるが全画角が１００度以下であり、さらなる広画角化の要求を満足することが出来なかった。またこの問題を克服した特許文献３に記載される単焦点レンズでは、レンズ枚数を３枚とし広い画角を達成することができたが、現在では更なる小型化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開１９９３−２１５９６４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４００３８号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、２枚構成によって小型、薄型でありながら、高い光学性能を持つ広角撮像光学系およびそれを用いた撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の撮像光学系は、物体側から順に、物体側に凸の回折面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第１レンズと、開口絞りと、像側に凸面を向けた形状の正の屈折力を有する第２レンズと、が配置される。
【０００７】
好適には、下記条件式（１）および（２）を満足する。
【０００８】
−２．２＜ｆ１／ｆ＜−１．５ … （１）
１．５＜ｆ２／ｆ＜２．０ … （２）
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、上述のいずれかの撮像光学系と、その撮像光学系により形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、２枚構成によって小型、薄型で諸収差が良好に補正された高い光学性能を持つ広角撮像光学系を提供することができる。その結果、監視カメラや車載用カメラへの搭載に適したコンパクトな広角撮像光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の撮像光学系の基本構成を示す図である。
【図２】本実施形態において、撮像光学系の絞り部、各レンズに対して付与した面番号を示す図である。
【図３】実施例１ において、球面収差、および非点収差を示す収差図である。
【図４】実施例２ において採用した撮像光学系の構成を示す図である。
【図５】実施例２ において、球面収差、および非点収差を示す収差図である。
【図６】実施例３ において採用した撮像光学系の構成を示す図である。
【図７】実施例３ において、球面収差、および非点収差を示す収差図である。
【図８】本発明の実施形態の撮像装置の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１に実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。これらの実施形態は物体側から順に、第１レンズ１１０、開口絞り１２０、第２レンズ１３０、カバーガラス１４０、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子１５０が配置される２枚構成の単焦点レンズ１００である。
【００１２】
本発明を実施した撮像光学系で２枚のレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ１１０と、開口絞り１２０と、正の屈折力を有する第２レンズ１３０のように配列されている。広角レンズでは、広い画角を得るために焦点距離を短くする必要があるが、機構的な制約からバックフォーカスは焦点距離に比べて長くしなくてはならない。そこで、前方に負の屈折力を有するレンズを配置し、入射した光を一度発散した後、後方の正の屈折力を有するレンズで集光することにより、レンズ系の主点をレンズ後方に飛出させ焦点距離に比べて長いバックフォーカスを確保することが可能となる。具体的には負の第１レンズで光を発散させ、正の第２レンズで集光する。物体側に負レンズを配置することで、主点を後方に置くのに十分な負の屈折力を得ながら、諸収差を良好に補正することができる。強い屈折力をもつ第２レンズを開口絞り後に配置することにより、像面への入射角度を小さくし、かつ収差を良好に補正することが可能となる。
【００１３】
前記撮像光学系で、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第２レンズ１３０は像側に凸面を向けている。前記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有することで、第1面に対する軸外光線の入射角度を小さく保つことが可能となり、収差の発生を抑えることが出来る。前記第２レンズが像側に凸面を向け、像側に非球面を有することで、像面への入射角度を小さくすることが出来る。また、第１レンズの物体側面に回折面を有することにより第１レンズで発生する色収差を補正し、良好な画像が得られる。
【００１４】
撮像光学系１００において、物体側ＯＢＪＳ より入射した光は、第１レンズ１１０の物体側Ｒ１面１、像面側Ｒ２面２、開口絞り１２０の面３、第２レンズ１３０の物体側Ｒ３面４、像面側Ｒ４面５、カバーガラス１４０の物体側Ｒ５面６、像面側Ｒ６面７、を順次通過し撮像素子１５０へと集光される。
【００１５】
本発明を実施した撮像光学系で好ましくは、条件式（１）および（２）を満足するように構成される。
−２．２＜ｆ１／ｆ＜−１．５ … （１）
１．５＜ｆ２／ｆ＜２．０ … （２）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【００１６】
（１）の上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第１レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が難しくなる。下限値を超えると、第１レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力が得られなくなる。第２レンズの、特に像側面は収差の補正を大きく行なっているため、（２）の上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難になる。逆に下限値を超えると、第２レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうために、製造が難しくなる。
【００１７】
以下に、撮像光学系の具体的な数値による実施例１から３を示す。１から３の数値実施例において、焦点距離、Ｆナンバー、画角、像高、レンズ全長、バックフォーカス（Bf）は次の表１に記載の通りである。また、同じく１から３の数値実施例において、条件式（１）および（２）の数値データは、次の表２に記載の値になる。
【００１８】
なお、以下の数値実施例の中で記載されるレンズの非球面の形状について、物体側から像面側へ向かう方向を正としたとき、面頂点に対する接平面からの深さＺは、ｈを光線の高さ、ｃを中心曲率半径の逆数、ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを係数として数式１で表される。ただし、ｋは円錐係数、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
また、以下の数値実施例の中で記載される回折面の位相分布φは、λ0を設計波長、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4を回折面の位相係数、ｈを光線の高さとしたとき数式２で表される。ただし、Ｃ1は２次の位相係数を、Ｃ2は４次の位相係数を、Ｃ3は６次の位相係数を、Ｃ4は８次の位相係数をそれぞれ表している。
【００２１】
【数２】
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【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【実施例１】
【００２４】
実施の形態１におけるレンズ系の基本構成は図２に示され、各数値データ（設定値）は表３、表４、表５に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図３にそれぞれ示される。
図２に示すように、第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞りの像側に配置される第２レンズは両凸形状を有する。第１レンズと第２レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。
【００２５】
また、図に示すように第１レンズの厚さとなるＲ１面１とＲ２面２間の距離をＤ１、第１レンズのＲ２面２と絞り部の面３までの距離をＤ２、絞り部の面３と第２レンズのＲ３面４間の距離をＤ３、第２レンズの厚さとなるＲ３面４とＲ４面５間の距離をＤ４、第２レンズのＲ４面５とカバーガラス１４０のＲ５面６までの距離をＤ５、カバーガラス１４０の厚さとなるＲ５面６とＲ６面７間の距離をＤ６、カバーガラス１４０のＲ６面７と結像面１５０までの距離をＤ７とする。
【００２６】
表３は、実施例１における撮像光学系の各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表中の記号*は非球面の面を、♯は回折面をそれぞれ表している（以下の実施例においても同様）。表４は、所定面の非球面係数を示している。表５は、所定面の回折面係数を示している。
＜数値実施例１＞
【００２７】
【表３】
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【００２８】
【表４】
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【００２９】
【表５】
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【００３０】
図３は、実施例１において、図３（Ａ）が球面収差を、図３（Ｂ）が非点収差をそれぞれ示している。図３（Ｂ）の縦軸は結像面１５０での像高を表し、図３（Ｂ）中、波長587.6nmの光線における破線Tはタンジェンシャル像面の値、実線Ｓはサジタル像面の値をそれぞれ示している。図３からわかるように、実施例１によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像光学系が得られる。
【実施例２】
【００３１】
実施の形態２におけるレンズ系の基本構成は図４に示され、各数値データ（設定値）は表６、表７、表８に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図５にそれぞれ示される。
図４に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１２０の像側に配置される第２レンズ１３０は両凸形状を有する。第１レンズと第２レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。
【００３２】
表６は、実施例２における撮像光学系の各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表７は、所定面の非球面係数を示している。表８は、所定面の回折面係数を示している。
＜数値実施例２＞
【００３３】
【表６】
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【００３４】
【表７】
2014002252.tif 000011
【００３５】
【表８】
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【００３６】
図５は、実施例２において、図５（Ａ）が球面収差を、図５（Ｂ）が非点収差をそれぞれ示している。図５（Ｂ）の縦軸は結像面１５０での像高を表している。図５からわかるように、実施例２によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像光学系が得られる。
【実施例３】
【００３７】
実施の形態３におけるレンズ系の基本構成は図６に示され、各数値データ（設定値）は表９、表１０、表１１に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図７にそれぞれ示される。
【００３８】
図６に示すように、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１２０の像側に配置される第２レンズ１３０は両凸形状を有する。第１レンズと第２レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。
【００３９】
表９は、実施例３における撮像光学系の各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表１０は、所定面の非球面係数を示している。表１１は、所定面の回折面係数を示している。
＜数値実施例３＞
【００４０】
【表９】
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【００４１】
【表１０】
2014002252.tif 000014
【００４２】
【表１１】
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【００４３】
図７は、実施例３において、図７（Ａ）が球面収差を、図７（Ｂ）が非点収差をそれぞれ示している。図７（Ｂ）の縦軸は結像面１５０での像高を表している。図７からわかるように、実施例３によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像光学系が得られる。
【００４４】
以上、本実施形態の広角の撮像光学系について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種種の変形が可能である。例えば、上記実施例において、カバーガラス１４０に赤外線除去フィルターを設ける構成にしたり、赤外カットコートをカバーガラス１４０の面に施しても良い。また、他のレンズ面やローパスフィルター等のフィルターに赤外コートを施しても良い。
【００４５】
本実施形態の広角の撮像光学系によれば、撮像素子を用いた撮像系、特に監視用カメラや車載カメラ等に好適であり、小型、薄型で高い光学性能の広角の撮像光学系、及び、前記広角の撮像光学系を備えた撮像装置が実現できる。
【００４６】
図８に本発明による撮像光学系１００を用いた撮像装置２００の実施形態の断面図を示す。撮像光学系１００およびＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子２１０は筐体２２０によって位置関係を規定、保持される。このとき撮像光学系１００の結像面１５０は撮像素子２１０の受光面に一致するように配置されている。
【００４７】
撮像光学系１００によって取り込まれ、撮像素子２１０の受光面に結像した被写体像は、撮像素子２１０の光電変換機能によって電気信号に変換されて、画像信号として撮像装置２００から出力される。
【００４８】
上述のような撮像光学系１００は、構成枚数が少なく、小型、軽量であるため、搭載スペースがコンパクトにできるため、様々な用途の撮像装置に適している。また広角撮像光学系でありながら、歪曲収差の発生を低減し、高い光学性能を持つ被写体像を撮像素子２１０の受光面上に結像でき、視認性に優れた画像信号を出力できるため、特に監視用カメラや車載用カメラ等において優位性の高い撮像装置の実現が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１００，１００Ａ〜１００Ｃ・・・撮像光学系
１１０ ・・・第１レンズ
１２０ ・・・開口絞り部
１３０ ・・・第２レンズ
１４０ ・・・カバーガラス
１５０ ・・・結像面
２００ ・・・撮像装置
２１０ ・・・撮像素子
２２０ ・・・筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014002252.tif 000020
【図６】
2014002252.tif 000021
【図７】
2014002252.tif 000022
【図８】
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