(57)【要約】【課題】所望の光学特性を有し且つ高い耐環境性能を長期間維持させながら最も物体側に樹脂製のレンズを適用可能にする。【解決手段】撮像光学系１１は第１のレンズ１４を有する。第１のレンズ１４をｄ線に対する屈折率ｄが１．５２＜ｎｄおよびｄ線におけるアッベ数νｄが５２．０＜νｄを満たす材料によって形成する。第１のレンズ１４は物体側の面にハードコート１９を有する。第１のレンズ１４を撮像光学系１１の最も物体側に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ線に対する屈折率ｎｄが１．５２＜ｎｄおよびｄ線におけるアッベ数νｄが５２．０＜νｄを満たす材料によって形成され、物体側の面にハードコートを有し、最も物体側に配置される第１のレンズを備えることを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像光学系であって、前記ハードコートの膜厚ｄが５μｍ＜ｄ＜１５μｍを満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の撮像光学系であって、前記第１のレンズの吸水率ＱがＱ＜０．１％を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、前記ハードコートのｄ線の反射率ＲｄがＲｄ＜５．０％および厚み１０μｍにおけるｄ線の吸収率ＫｄがＫｄ＜１．０％を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、前記ハードコートの−３０℃〜７０℃における熱膨張係数αが１０−７ｍｍ／℃＜α＜１０−５ｍｍ／℃を満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、前記第１のレンズの前記物体側の面の曲率半径ＲがＲ≧１３ｍｍを満たすことを特徴とする撮像光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、前記第１のレンズがシクロオレフィン樹脂によって形成されることを特徴とする撮像光学系。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像光学系であって、前記ハードコートは少なくともアクリル系を含む有機材料およびシリカ系の反応性微粒子を含む無機材料を有するハイブリッド材料によって形成されることを特徴とする撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐環境性能の維持を長期化させながら、最外部に樹脂製のレンズを適用可能な撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載カメラおよび監視カメラなどのように、屋外環境に曝される頻度の高いカメラが知られている。このような屋外向けのカメラに用いる撮像光学系には画角の広角化のみならず、耐擦傷性、耐薬性、耐候性などの耐環境性能の向上、および製造コストの低減化が求められる。
【０００３】
従来は、高い耐環境性能を備えながら製造コストを低減化させるために、複数のレンズを有する撮像光学系の最も物体側にハードコートを施したレンズを配置することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１においては、ハードコートを施したレンズはポリカーボネート系の樹脂材料によって形成されるため、アッベ数が低く倍率色収差の補正が困難となる。
【０００６】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、所望の光学特性を有し且つ高い耐環境性能を長期間維持させながら、最も物体側に樹脂製のレンズを適用可能な撮像光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による撮像光学系は、
ｄ線に対する屈折率ｎｄが１．５２＜ｎｄおよびｄ線におけるアッベ数νｄが５２．０＜νｄを満たす材料によって形成され、物体側の面にハードコートを有し、最も物体側に配置される第１のレンズを備える
ことを特徴とするものである。
【０００８】
また、第２の観点による撮像光学系は、
前記ハードコートの膜厚ｄが５μｍ＜ｄ＜１５μｍを満たす
ことが好ましい。
【０００９】
また、第３の観点による撮像光学系は、
前記第１のレンズの吸水率ＱがＱ＜０．１％を満たす
ことが好ましい。
【００１０】
また、第４の観点による撮像光学系は、
前記ハードコートのｄ線の反射率ＲｄがＲｄ＜５．０％および厚み１０μｍにおけるｄ線の吸収率ＫｄがＫｄ＜１．０％を満たす
ことが好ましい。
【００１１】
また、第５の観点による撮像光学系は、
前記ハードコートの−３０℃〜７０℃における熱膨張係数αが１０−７ｍｍ／℃＜α＜１０−５ｍｍ／℃を満たす
ことが好ましい。
【００１２】
また、第６の観点による撮像光学系は、
前記第１のレンズの前記物体側の面の曲率半径ＲがＲ≧１３ｍｍを満たす
ことが好ましい。
【００１３】
また、第７の観点による撮像光学系は、
前記第１のレンズがシクロオレフィン樹脂によって形成される
ことが好ましい。
【００１４】
また、第８の観点による撮像光学系は、
前記ハードコートは少なくともアクリル系を含む有機材料およびシリカ系の反応性微粒子を含む無機材料を有するハイブリッド材料によって形成される
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように構成された本発明に係る撮像光学系によれば、所望の光学特性を有し且つ高い耐環境性能を長期間維持させながら、最も物体側に樹脂製のレンズを適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】実施例１の撮像光学系の球面収差図および非点収差図である。
【図３】比較例１の撮像光学系の球面収差図および非点収差図である。
【図４】比較例２の撮像光学系の球面収差図および非点収差図である。
【図５】実施例１、比較例１、および比較例２の撮像光学系の倍率色収差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
まず、本発明の一実施形態に係る撮像光学系について説明する。図１は、一実施形態に係る撮像光学系を有する撮像装置の概略構成を示す光軸に沿った断面図である。
【００１９】
図１に示すように、撮像装置１０は、撮像光学系１１、カバーガラス１２、および撮像素子１３を含んで構成される。撮像光学系１１は被写体像を結像させる。カバーガラス１２は、撮像素子１３の表面を覆い、保護する。撮像素子１３は、撮像光学系１１を透過して結像した被写体像を撮像する。
【００２０】
撮像光学系１１は、第１のレンズ１４、第２のレンズ１５、第３のレンズ１６、開口絞り１７、および第４のレンズ１８を含んで構成される。第１のレンズ１４、第２のレンズ１５、第３のレンズ１６、開口絞り１７、および第４のレンズ１８は、物体側から像側に順番に配置される。第１のレンズ１４、第２のレンズ１５、第３のレンズ１６、および第４のレンズ１８の光軸ならびに開口絞り１７の中心軸が一致する状態で、例えば鏡筒などにより固定される。
【００２１】
第１のレンズ１４は、例えばシクロオレフィン樹脂のように、ｄ線に対する屈折率ｎｄが１．５２＜ｎｄ且つｄ線におけるアッベ数νｄが５２．０＜νｄを満たす材料によって形成される。また、第１のレンズ１４の吸水率Ｑは、Ｑ＜０．１％を満たす。第１のレンズ１４は、例えば、物体側に曲率半径ＲがＲ≧１３ｍｍを満たす凸面を有し、撮像側に非球面状の凹面を有し、負の屈折力を有するメニスカスレンズである。第１のレンズ１４は、物体側の面にハードコート１９を有する。
【００２２】
ハードコート１９は、少なくともアクリル系を含む有機材料およびシリカ系の反応性微粒子を含む無機材料を有するハイブリッド材料であるコーティング液を、第１のレンズ１４の物体面側に塗布し、硬化することにより形成される。ハードコート１９において、ｄ線の反射率ＲｄがＲｄ＜５．０％および厚み１０μｍにおけるｄ線の吸収率ＫｄがＫｄ＜１．０である。また、ハードコート１９において、−３０℃〜７０℃における熱膨張係数αが１０−７ｍｍ／℃＜α＜１０−５ｍｍ／℃である。好ましくは、熱膨張係数αが６．０×１０−６ｍｍ／℃＜α＜８．０×１０−６ｍｍ／℃である。さらに、ハードコート１９は、膜厚ｄが５μｍ＜ｄ＜１５μｍを満たすように、形成される。
【００２３】
第２のレンズ１５および第４のレンズ１８は、樹脂材料によって形成される。また、第３のレンズ１６は、高分散のガラス材料によって形成される。第２のレンズ１５は、例えば、撮像側が非球面である、負の屈折力を有する凹レンズである。第３のレンズ１６は、例えば、物体側および撮像側が球面である、正の屈折力を有する凸レンズである。第４のレンズ１８は、例えば、物体側および撮像側が非球面である、正の屈折力を有する凸レンズである。
【００２４】
以上のような構成の本実施形態の撮像光学系によれば、以下に説明するように、所望の光学特性を有し且つ高い耐環境性能を長期間維持させながら、最も物体側に樹脂製のレンズを適用可能である。
【００２５】
本実施形態の撮像光学系には、所望の広さの画角と、倍率色収差の良好な補正とが光学特性の一部として求められている。
【００２６】
画角を広角とするためには、第１のレンズ１４に高い屈折力が求められる。屈折力を得るために、第１のレンズ１４の物体側の面の曲率半径Ｒを小さくすると、第１のレンズ１４およびハードコート１９の熱膨張率の差により引起されるハードコート１９におけるクラックの発生可能性が増加する。ハードコート１９にクラックが発生すると、第１のレンズ１４が外気に露出し、耐環境性能の維持が困難となる。これに対して、本実施形態においては、第１のレンズ１４の材料におけるｄ線に対する屈折率ｎｄが１．５２より大きいので、要求される画角を実現させながら、曲率半径Ｒを、クラックの発生を抑制可能な長さ以上に維持可能である。それゆえ、所望の画角を有し且つ高い環境性能を長期間維持させながら、最も物体側に樹脂製のレンズを適用可能である。
【００２７】
撮像光学系１１の倍率色収差は撮像光学系１１を構成するレンズの組合せにより補正され得るが、要求される補正効果を得るためには、第１のレンズ１４そのものが良好な色分散特性を有することが好ましい。これに対して、本実施形態においては、第１のレンズ１４の材料におけるｄ線に対するアッベ数νｄが５２．０より大きいので、撮像光学系１１に所望の色収差特性を備えさせることが可能である。
【００２８】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、ハードコート１９の膜厚ｄが５μｍより大きいので、ハードコート１９が十分な強度を備えることが可能である。また、本実施形態の撮像光学系によれば、ハードコート１９の膜厚ｄが１５μｍより小さいので、第１のレンズ１４の材料との熱膨張係数αの差に起因するクラックの発生を抑制可能である。
【００２９】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、第１のレンズ１４の吸水率Ｑが０．１％未満である。前述のように、第１のレンズ１４はハードコート１９により覆われるが、樹脂製のハードコート１９を通して僅かながら水分は浸透するため、第１のレンズ１４が吸湿し、屈折率および形状が変化し得る。本実施形態では、第１のレンズ１４が上述の吸水特性を有するので、第１のレンズ１４の屈折率および形状の変化を抑制可能である。
【００３０】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、ハードコート１９のｄ線の反射率Ｒｄが５．０％未満且つ厚み１０μｍにおけるｄ線の吸収率Ｋｄが１．０％未満である。ハードコート１９を施した第１のレンズ１４の透過率は高いことが好ましく、ハードコート１９における光量の劣化を抑制することが望まれている。光量の劣化を抑制するために、ハードコート１９の反射率Ｒｄおよび吸収率Ｋｄの低減化が要求される。ハードコート１９の反射率Ｒｄはハードコート１９の屈折率ｎｄにより調整可能であり、上述の反射率Ｒｄを満たすことにより光量の劣化を反射率側から抑制可能である。また、ハードコート１９の吸収率Ｋｄは、ハードコート１９の耐環境性能の向上のために添加する紫外線吸収剤の添加量により調整可能であり、上述の吸収率を満たすことにより、十分な耐紫外線と特性を有しながら光量の劣化を吸収率側から抑制可能である。
【００３１】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、−３０℃〜７０℃における熱膨張係数αが１０−７ｍｍ／℃＜α＜１０−５ｍｍ／℃である。ハードコート１９および第１のレンズ１４の熱膨張係数αの大きな差は、温度変化時に応力がかかりハードコート１９にクラックが発生する要因となり得る。クラックの発生を抑制するためには、ハードコート１９の熱膨張係数αが、第１のレンズ１４の材料の熱膨張係数αの１／１０から１０倍の範囲に含まれることが要求される。第１のレンズ１４の形成に用いられる材料は、一般的に、使用が想定される温度環境である−３０℃〜７０℃において、ｘ×１０−６ｍｍ／℃（ｘは１０未満の正の整数）である。それゆえ、ハードコート１９が上述の熱膨張特性を有することにより、ハードコート１９におけるクラックの発生を抑制可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、第１のレンズ１４の物体側の凸面の曲率半径Ｒが１３ｍｍ以上なので、ハードコート１９のクラックの発生を抑制可能である。
【００３３】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、第１のレンズ１４の材料として、シクロオレフィン樹脂を用いるので、上述の屈折力、色分散特性、および吸収特性を備えさせることが可能である。
【００３４】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、ハードコート１９は少なくともアクリル系を含む有機材料およびシリカ系の反応性微粒子を含む無機材料を有するハイブリッド材料によって形成される。アクリル系を含む有機材料は紫外線により硬化可能であって、例えばシリコン系のように熱硬化性の有機材料に比べて、硬化速度が速く、使用エネルギーが少なく、工程の連続化が可能であって、溶剤が不要であって、低温で硬化可能なため樹脂レンズへの適用可能であるという効果を有する。一方、アクリル系を含む有機材料は、粘度の高い多官能オリゴマー成分を多量に含むため、コーティング液の配合作業性および塗装作業性を低下させる。また、アクリル系を含む有機材料の硬化における収縮率は、ハードコート１９の材料としては比較的大きいため、硬化時に反りおよび内部応力の発生要因となり得る。シリカ系の反応性微粒子を含む無機材料は、コーティング液の粘度の増加の抑制効果およびアクリル系を含む有機材料の収縮率の低減化効果を有する。それゆえ、本実施形態では、上述のハイブリッド材料を用いてハードコート１９を形成することにより、アクリル系有機材料を用いることによる上述の効果を得ながら、コーティング液の配合作業性および塗装作業性の低下を抑制し且つ収縮率の低減化が可能である。さらに、シリカ系の反応性微粒子を含む無機材料は、有機材料に比べて耐擦傷が高く、全体としての耐擦傷性の向上が可能である。また、さらに、シリカ系の反応性微粒子を含む無機材料は、アクリル系を含む有機材料に比べて架橋密度が低いため硬化による残留応力が低い。したがって、シリカ系の反応性微粒子を含む無機材料を用いることにより、環境の変化によって受ける影響の表層および内部における差が、アクリル系を含む有機材料に比べて小さく、全体としての耐候性の向上が可能である。
【００３５】
また、本実施形態の撮像光学系によれば、第１のレンズ１４だけでなく、第２のレンズ１５および第４のレンズ１８も樹脂製のレンズを適用するので、ガラス製のレンズに比べて軽量化および製造コストの低減化が可能であり、また非球面形状の形成が容易である。また、本実施形態の撮像光学系によれば、第３のレンズ１６に高分散のガラス製レンズを適用するので、撮像光学系１１における倍率色収差を良好に補正可能である。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例により本発明の効果を説明するが、本実施例はあくまでも本発明の効果を説明する一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００３７】
屈折率ｎｄが１．５２より大きく且つアッベ数νｄが５２より大きなシクロオレフィン樹脂材料を用いて、表１に示した条件を満たし、良好に球面収差および非点収差を補正するように、実施例１の撮像光学系を設計した。設計された実施例１の撮像光学系のレンズデータを表２および表３に示した。なお、表２における面番号に対応する面を、図１に示した。
【００３８】
【表１】
2014142443.tif 000003
【００３９】
【表２】
2014142443.tif 000004
【００４０】
ただし、表２において、
※１は、非球面であること示しており、非球面式は以下の（１）式によって与えられる。
※２は、当該面番号および次の面番号に対応する２面間の距離を示す。
※３は、当該面番号および次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線に対する屈折率ｎｄを示す。
※４は、当該面番号および次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線におけるアッベ数νｄを示す。
※５は、日本ゼオン株式会社  ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒである。
※６は、株式会社オハラ  Ｓ−ＮＰＨ５３である。
※７は、絞りである。
※８は、株式会社オハラ  Ｓ−ＢＳＬ７である。
【００４１】
【数１】
2014142443.tif 000005
【００４２】
（１）式において、
Ｚは面頂点に対する接平面からの深さ、
ｃは曲率半径Ｒの逆数、
ｈは光軸からの高さ、
ｋは円錐定数、
Ａは４次の非球面係数、
Ｂは６次の非球面係数、
Ｃは８次の非球面係数、
Ｄは１０次の非球面係数である。
円錐定数ｋおよび非球面係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを表３に示した。
【００４３】
【表３】
2014142443.tif 000006
【００４４】
屈折率ｎｄが１．５２より小さく且つアッベ数νｄが５２より大きいメタクリル樹脂材料を用いて、実施例１の撮像光学系と同等の画角を有し、良好に球面収差および非点収差を補正するように、比較例１の撮像光学系を設計した。設計された比較例１の撮像光学系のレンズデータを表４および表５に示した。なお、表４における面番号に対応する面は、実施例１と同様である。
【００４５】
【表４】
2014142443.tif 000007
【００４６】
ただし、表４において、
※１は、非球面であること示しており、非球面式は（１）式によって与えられる。
※２は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の距離を示す。
※３は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線に対する屈折率ｎｄを示す。
※４は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線におけるアッベ数νｄを示す。
※５は、旭化成株式会社  デルペット（登録商標）８０Ｎである。
※６は、日本ゼオン株式会社  ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒである。
※７は、株式会社オハラ  Ｓ−ＮＰＨ５３である。
※８は、絞りである。
※９は、株式会社オハラ  Ｓ−ＢＳＬ７である。
【００４７】
【表５】
2014142443.tif 000008
【００４８】
屈折率ｎｄが１．５２より大きく且つアッベ数νｄが５２より小さいポリカーボネート樹脂材料を用いて、実施例１の撮像光学系と同等の画角を有し、良好に球面収差および非点収差を補正するように、比較例２の撮像光学系を設計した。設計された比較例２の撮像光学系のレンズデータを表６および表７に示した。なお、表６における面番号に対応する面は、実施例１と同様である。
【００４９】
【表６】
2014142443.tif 000009
【００５０】
ただし、表６において、
※１は、非球面であること示しており、非球面式は（１）式によって与えられる。
※２は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の距離を示す。
※３は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線に対する屈折率ｎｄを示す。
※４は、当該面番号から次の面番号に対応する２面間の硝材のｄ線におけるアッベ数νｄを示す。
※５は、帝人化成株式会社  ＰＣ（PolyCarbonete）である。
※６は、日本ゼオン株式会社  ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）Ｅ４８Ｒである。
※７は、株式会社オハラ  Ｓ−ＮＰＨ５３である。
※８は、絞りである。
※９は、株式会社オハラ  Ｓ−ＢＳＬ７である。
【００５１】
【表７】
2014142443.tif 000010
【００５２】
実施例１、比較例１、および比較例２の撮像光学系の球面収差を算出し、それぞれ図２（ａ）、３（ａ）、４（ａ）に示した。図２（ａ）、３（ａ）、４（ａ）の球面収差図において、縦軸は瞳径を１に正規化した値である。また、実施例１、比較例１、および比較例２の撮像光学系の非点収差を算出し、それぞれ図２（ｂ）、３（ｂ）、４（ｂ）に示した。図２（ｂ）、３（ｂ）、４（ｂ）の非点収差図において、縦軸は半画角であり、実線はメリジオナル像面、点線はサジタル像面を示す。図２〜４に示すように、実施例１、比較例１、および比較例２においては、少なくとも球面収差および非点収差が良好に補正されていることが分かる。
【００５３】
表２、表６に示すように、実施例１および比較例２における撮像光学系は、第１のレンズの屈折率ｎｄが１．５２より大きく、所望の画角を得るための第１のレンズの物体側の面の曲率半径Ｒが１３以上である。したがって、実施例１および比較例２のように第１のレンズの屈折率ｎｄが１．５２より大きければ、第１のレンズの物体側の面の曲率半径Ｒがクラックの発生を抑制可能な長さになり得ることが分かる。
【００５４】
実施例１、比較例１、および比較例２の撮像光学系の倍率色収差を算出し、図５に示した。図５のグラフにおいて、縦軸は半画角であり、横軸はｇ線およびｃ線の結合位置の差分である。図５に示すように、実施例１および比較例１の撮像光学系は、倍率色収差が良好に補正されていることが分かる。したがって、実施例１および比較例１のように第１のレンズのｄ線におけるアッベ数νｄが５２より大きければ、撮像光学系の倍率色収差が良好に補正され得ることが分かる。
【００５５】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  撮像装置
１１  撮像光学系
１２  カバーガラス
１３  撮像素子
１４  第１のレンズ
１５  第２のレンズ
１６  第３のレンズ
１７  開口絞り
１８  第４のレンズ
１９  ハードコート
【図１】
2014142443.tif 000011
【図２】
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【図３】
2014142443.tif 000013
【図４】
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【図５】
2014142443.tif 000015