(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に負の焦点距離をもつ第１レンズ群と、絞りと、正の焦点距離をもつ第２レンズ群と、を有する全画角が１８０度以上の魚眼レンズを構成する光学系であって、
前記第２レンズ群は、５枚のレンズから構成され、
前記第２レンズ群が有する前記５枚のレンズのうち、曲率を有し、かつ前記絞りに最も近いレンズのレンズ面に赤外線カットコートが施された光学系。
【請求項２】
物体側から順に第１レンズ群と、絞りと、第２レンズ群と、を有する全画角が１８０度以上の構成する光学系であって、
前記第２レンズ群は、５枚のレンズから構成され、
前記第２レンズ群が有する前記５枚のレンズのうち、曲率を有し、かつ、前記絞りに最も近いレンズのレンズ面に赤外線カットコートが施された光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ群は、２枚のみのレンズを含む請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群が含むレンズは、それぞれ少なくとも１面に反射防止コートが施されている請求項１または２に記載の光学系。
【請求項５】
前記赤外線カットコートは、前記第２レンズ群のレンズのうち曲率半径が最も大きいレンズのレンズ面に施された請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記赤外線カットコートが施されたレンズのレンズ面は、球面かつ凸形状の面である請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系と、
前記光学系を通過した光を電気信号に変換して撮像画像を生成する撮像素子と、
を備えた撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系および撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のカメラ等の撮像装置用の光学系には、赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ）（以下、「ＩＲ」と称する場合がある）をカットする光学部材が必要となる。これは、太陽光等の成分に含まれるＩＲが撮影画像に画質劣化等の影響を及ぼしてしまうためである。このため、一般的には、イメージセンサの前にＩＲカットフィルタ（以下、「ＩＲＣＦ」と称する）を配置することにより、ＩＲの透過を抑制する。
【０００３】
上述のように、ＩＲＣＦにより赤外線をカットすることが可能であるが、ＩＲＣＦを起因とするゴーストの発生が問題となる。可視光線は、ＩＲＣＦでの反射率が低いため、ゴーストの発生が少ない。また、赤外線は、ＩＲＣＦでの透過率が低いため、ゴーストの発生が少ない。しかし、ＩＲＣＦの反射率についての半値付近の波長の光は、透過率と反射率とがどちらにも顕著な値とならないため、ＩＲＣＦを透過したＩＲが、像側の光学部品により反射し、さらにその反射した光がＩＲＣＦで反射する可能性が高く、ゴーストが発生する可能性が高い。特に、画角内に太陽または照明光等の高輝度な光が入射した場合、ＩＲＣＦよりも像側に配置されたレンズのレンズ面で反射した光が再度ＩＲＣＦで反射し、イメージセンサで受光されることにより、赤みを帯びたゴーストとなる場合が多い。また、ＩＲをカットするＩＲカットコート（以下、「ＩＲＣＣ」と称する）として、光学系の最前面からイメージセンサの像面の間に存在するレンズのレンズ面にＩＲＣＣを施す方法が存在するが、曲率を有するレンズ面にＩＲＣＣを施す場合、レンズ面の中心部と周辺部とのコートのムラにより、コートの特性が変化してしまう問題がある。
【０００４】
このようなゴーストの発生を低減するために、ＩＲＣＣを、プリズムの出射面側に施すことによって、良好なＩＲカット機能を有し、かつ、ＩＲカット構造に起因するゴーストの発生の抑制を図る技術が提案されている（特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、光学系に含まれるレンズではなく、特殊な光学部材であるプリズムの面にＩＲＣＣを施したものであり、このようなプリズムを用いない光学系では、ゴーストの発生の抑制を図ることができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、曲率を有するレンズ面のＩＲＣコートのコートムラによるコートの特性の変化の影響を抑制する光学系および撮像システム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、物体側から順に負の焦点距離をもつ第１レンズ群と、絞りと、正の焦点距離をもつ第２レンズ群と、を有する全画角が１８０度以上の魚眼レンズを構成する光学系であって、前記第２レンズ群は、５枚のレンズから構成され、前記第２レンズ群が有するレンズのうち曲率を有し、かつ前記絞りに最も近いレンズのレンズ面に赤外線カットコートが施されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、曲率を有するレンズ面のＩＲＣコートのコートムラによるコートの特性の変化の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る撮像システムの全体構成図である。
【図２】図２は、ＩＲＣＣの特性の一例を示す図である。
【図３】図３は、ゴーストが発生する原理を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る光学系および撮像システムの実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、および変更を行うことができる。
【００１１】
（撮像システムの全体構成）
図１は、実施の形態に係る撮像システムの全体構成図である。図１を参照しながら、本実施の形態に係る撮像システム１の全体構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態に係る撮像システム１は、光学系１０と、カバーガラスＣＧと、イメージセンサＩＳ（撮像素子）と、を備えている。光学系１０は、１８０度を超える画角に対応した広角レンズ（いわゆる、魚眼レンズ）であり、等距離射影方式が採用されている。ここで、等距離射影方式とは、像高（イメージセンサＩＳにより撮像される撮像画像の画像中からの高さ）をｙ、光学系１０の焦点距離をｆ、半画角をθとした場合に、ｙ＝ｆ・θの関係を有する方式である。光学系１０は、前群２（第１レンズ群）と、絞り４と、後群３（第２レンズ群）と、を備えている。撮像システム１は、物体側から像側に向かって、前群２、絞り４、後群３、カバーガラスＣＧ、およびイメージセンサＩＳの順に直列に並んで構成されている。
【００１３】
前群２は、光学系１０の物体側に配置されたレンズ群であり、全体で負の屈折力を有し、１８０度を超える広画角の光線を取り込む機能を有する。前群２は、物体側から像側に向かって、レンズＬ１、レンズＬ２、平行平面板ＰＰの順に直列に並んで構成されている。
【００１４】
絞り４は、前群２に入射する光の量を自在に調整する開口絞りであり、後述するレンズＬ３の物体側の面（面Ｌ３Ｒ１）の近傍に配置されている。
【００１５】
後群３は、光学系１０の像側に配置されたレンズ群であり、全体で正の屈折力を有し、主に撮像画像の収差を補正する機能を有する。後群３は、物体側から像側に向かって、レンズＬ３、レンズＬ４、レンズＬ５、レンズＬ６、レンズＬ７の順に直列に並んで構成されている。
【００１６】
カバーガラスＣＧは、像側に位置するイメージセンサＩＳを保護するカバー部材である。イメージセンサＩＳは、光学系１０に入射した光を電気信号に変換することによって被写体を撮像して画像を生成する固体撮像素子である。イメージセンサＩＳは、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等によって実現される。
【００１７】
上述の各光学部材についての構成の概要の一例を以下の（表１）に示す。
【表１】
0005896061.tif 000002
【００１８】
上述の（表１）に示すように、レンズＬ１は、ガラス材料による、両面が球面のメニスカスレンズである。レンズＬ２は、ガラス材料による、両面が非球面のメニスカスレンズである。平行平面板ＰＰは、光軸に対して垂直な平行な平面を有し、ガラス材料の屈折率を有する光学部材である。
【００１９】
レンズＬ３は、ガラス材料による、両面が球面の両凸レンズである。レンズＬ４は、ガラス材料による、両面が非球面の両凸レンズである。レンズＬ５は、ガラス材料による、両面が球面の両凸レンズである。レンズＬ６は、ガラス材料におる、両面が球面の両凹レンズである。レンズＬ５およびレンズＬ６は、レンズ面（後述の面Ｌ５Ｒ２および面Ｌ６Ｒ１）で張り合わされた接合レンズを形成している。レンズＬ７は、ガラス材料による、両面が非球面の両凸レンズである。
【００２０】
上述のレンズＬ１、Ｌ２、平行平面板ＰＰ、およびレンズＬ３〜Ｌ７は、図１に示すように、各々の光軸が一致した光軸ＯＡ上に直列に並んで配置されている。レンズＬ１〜Ｌ７の物体側のレンズ面を、図１に示すように、それぞれ面Ｌ１Ｒ１、Ｌ２Ｒ１、Ｌ３Ｒ１、Ｌ４Ｒ１、Ｌ５Ｒ１、Ｌ６Ｒ１、およびＬ７Ｒ１とする。また、レンズＬ１〜Ｌ７の像側のレンズ面を、図１に示すように、それぞれ面Ｌ１Ｒ２、Ｌ２Ｒ２、Ｌ３Ｒ２、Ｌ４Ｒ２、Ｌ５Ｒ２、Ｌ６Ｒ２、およびＬ７Ｒ２とする。
【００２１】
平行平面板ＰＰおよびカバーガラスＣＧの物体側の面を、図１に示すように、それぞれ、面ＰＰＲ１および面ＣＧＲ１とする。また、平行平面板ＰＰおよびカバーガラスＣＧの像側の面を、図１に示すように、それぞれ、面ＰＰＲ２および面ＣＧＲ２とする。
【００２２】
また、（表１）に示すように、面Ｌ１Ｒ１、Ｌ２Ｒ１、ＰＰＲ１、ＰＰＲ２、Ｌ３Ｒ２、Ｌ４Ｒ１、Ｌ４Ｒ２、Ｌ５Ｒ１、Ｌ６Ｒ２、Ｌ７Ｒ１およびＬ７Ｒ２は、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コートが施されている。ここで、ＡＲコートとは、一般的な低反射コートである。
【００２３】
また、面Ｌ１Ｒ２およびＬ２Ｒ２は、ＷＡＲ（Ｗｉｄｅ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コートが施されている。ここで、ＷＡＲコートとは、通常のＡＲコートよりも広い波長範囲において反射率を抑制することが可能な低反射コートである。
【００２４】
そして、本実施の形態に係る光学系１０においては、ＩＲをカットするためのＩＲＣＣを、面Ｌ３Ｒ１に施すものとしている。ＩＲＣＣを、面Ｌ３Ｒ１に施すことによる機能については、後述する。
【００２５】
次に、上述の各光学部材についての設計データ（レンズデータ）の一例を以下の（表２）に示す。
【表２】
0005896061.tif 000003
【００２６】
（表２）における面番号「１」〜「６」および「８」〜「１８」は、それぞれ、図１に示す面Ｌ１Ｒ１、Ｌ１Ｒ２、Ｌ２Ｒ１、Ｌ２Ｒ２、ＰＰＲ１、ＰＰＲ２、Ｌ３Ｒ１、Ｌ３Ｒ２、Ｌ４Ｒ１、Ｌ４Ｒ２、Ｌ５Ｒ１、Ｌ６Ｒ１（Ｌ５Ｒ２）、Ｌ６Ｒ２、Ｌ７Ｒ１、Ｌ７Ｒ２、ＣＧＲ１、およびＣＧＲ２に対応する。また、タイプが「非球面」に対応する曲率半径は、近軸曲率半径を示している。また、屈折率は、ナトリウムＤ線に対する屈折率を示している。（表２）において、長さの次元を有する量の単位は、［ｍｍ］である。
【００２７】
（本実施の形態のＩＲＣＣの機能）
図２は、ＩＲＣＣの特性の一例を示す図である。図３は、ゴーストが発生する原理を模式的に説明する図である。図２および３を参照しながら、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１に施すことによる機能について説明する。
【００２８】
図２では、ＩＲＣＣの反射率についての特性を示している。図２に示すように、波長が６５０［ｎｍ］付近の光に対する反射率を高めることによって、ＩＲをカットしている。上述のように、ＩＲをカットするＩＲＣＣの反射率についての半値付近の波長の光、すなわち、波長が６５０［ｎｍ］付近の光は、透過率と反射率とがどちらにも顕著な値とならないため、ＩＲＣＦを透過したＩＲが、像側の光学部品により反射し、さらにその反射した光がＩＲＣＦで反射する可能性が高く、ゴーストが発生する可能性が高い。これは、通常の光学系でも当てはまるが、特に、１８０度を超える画角を持つ広角レンズ（いわゆる、魚眼レンズ）の光学系においては、画角内に太陽光が入射することが多く、ゴーストの発生は特に顕著になる。ここで、ゴーストとは、太陽光等のような高強度の光線が光学系に入射した場合に、光学系を構成するレンズのレンズ面間で反射を繰り返すことにより、本来集光すべきではないイメージセンサ上の画素に像ができる現象である。
【００２９】
上述のようなゴーストの発生を抑制するために、本実施の形態に係る光学系１０においては、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１に蒸着によるコーティングをするものとしている。ここで、図３を参照しながら、ゴーストが発生する原理を簡略に説明する。図３に示すように、撮像システム１の光学系１０に入射した光線３０は、前群２および絞り４を通過して、レンズＬ３の面Ｌ３Ｒ１に施されたＩＲＣＣによって一部（主に可視光領域の光）が通過して、カバーガラスＣＧに達する。そして、カバーガラスＣＧに達した光のうち、カバーガラスＣＧを透過してイメージセンサＩＳに達した光が像を結ぶ画素が、本来、光線３０が集光すべきイメージセンサＩＳ上の画素である。しかし、カバーガラスＣＧに達した光のうち一部が、カバーガラスＣＧの物体側の表面（面ＣＧＲ１）で反射されて物体側に向かい、再び、面Ｌ３Ｒ１に達する。そして、面Ｌ３Ｒ１に達した光のうち一部が、再び、反射されて像側に向かい、イメージセンサＩＳに達する。このとき、イメージセンサＩＳに達した光が像を結ぶ画素は、上述の、光線３０が本来集光すべき画素とは異なる画素となり、これによって、ゴーストが発生することになる。上述の例では、カバーガラスＣＧで反射された光を例に説明したが、光学系１０を構成するその他の光学系部材（各レンズ、平行平面板ＰＰ）でも起こり得る。
【００３０】
一般的には、ＩＲカット機能を有するフィルタ（ＩＲＣＦ）またはコート（ＩＲＣＣ）は、イメージセンサの近傍に配置される場合が多い。しかし、反射率の高いＩＲＣＦまたはＩＲＣＣを、イメージセンサに近い箇所に配置することによって、強度の強いゴーストが発生する可能性が高くなる。したがって、ＩＲＣＦおよびＩＲＣＣを、撮像システム１のイメージセンサＩＳの近傍に配置するのは、好ましくない。
【００３１】
また、ゴーストの発生を最も抑制することができるＩＲＣＦまたはＩＲＣＣの配置位置として、光学系の最前面（図１に示す光学系１０では面Ｌ１Ｒ１）が考えらえる。しかし、ＩＲＣＦまたはＩＲＣＣを光学系の最前面に配置した場合、光学系全体が大きくなってしまうこと、および、汚れの付着等によりＩＲカットの特性が変化して良好なＩＲカット機能を損なう可能性があるという問題点がある。したがって、ＩＲＣＦおよびＩＲＣＣを、光学系１０の最前面である面Ｌ１Ｒ１に配置するのは、好ましくない。
【００３２】
そこで、本実施の形態の光学系１０では、上述のように、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１に蒸着によるコーティングをするものとしている。ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１に形成することによるゴーストの強度の例を以下の（表３）に示す。（表３）は、光学系１０に入射角度１０、３０、６０、および８０［ｄｅｇ］で光線が入射した場合に発生するゴーストの強度のうち、最大の強度（最大ゴースト強度）を示す。具体的には、（表３）は、光学系１０に入射した光線が、面Ａで反射し、反射した光線が、さらに面Ｂで反射した場合に、面Ｂから反射した光線が寄与するゴーストの強度の最大値を示しており、その値が大きいほど、イメージセンサＩＳの撮像画像上に強いゴーストが現れることを示している。（表３）に示すように、面Ｌ３Ｒ１で反射し、かつ、面Ｌ１Ｒ１、Ｌ１Ｒ２、Ｌ２Ｒ１、Ｌ２Ｒ２、「平行平面板Ｒ１」（面ＰＰＲ１）、および「平行平面板Ｒ２」（面ＰＰＲ２）それぞれで再度反射した光は、イメージセンサＩＳに到達して有害となる強度を有さない。
【表３】
0005896061.tif 000004
【００３３】
上述の（表３）に示すように、本実施の形態の光学系１０でＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングしたことで、ゴーストの発生が抑制されている。特に、１８０度を超える画角を持つ魚眼レンズの光学系１０においては、その効果が顕著である。
【００３４】
また、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングするということは、ＩＲＣＣが絞り４の直後（像側）に配置されるということになる。絞り４は、光軸ＯＡ上（以下、単に「軸上」と称する）の主光線と、光軸ＯＡ外（以下、単に「軸外」と称する）の主光線とが、開口部の中心で交わるように配置される。したがって、絞り４を通過した光は、集光された光束の状態となっており、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングすることによって、ＩＲＣＣを通過する光線の広がりを抑制することができる。その結果、面Ｌ３Ｒ１にコーティングされたＩＲＣＣにコートムラがあっても、その影響を最小限にすることが可能となる。
【００３５】
また、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングするということは、絞り４より像側のレンズ群、すなわち後群３に含まれるレンズのレンズ面のうち、曲率半径が最も大きい面にＩＲＣＣが形成されることになる（（表２）参照）。通常、曲率を有するレンズ面にＩＲＣＣを施す場合、そのレンズ面の中心部と周辺部とのコートのムラにより、コートの特性が変化してしまう。特に、曲率半径が小さくなるほど、曲率がきつくなり、ＩＲＣＣが施されたレンズ面の中心部と周辺部とのコートの特性のばらつきは大きくなる可能性が高い。コートの特性の変化としては、例えば、反射率が上がる波長がシフトすることが挙げらえる。しかし、本実施の形態の光学系１０では、後群３に含まれるレンズのレンズ面のうち、曲率半径が最も大きい面にＩＲＣＣが形成されているので、ＩＲＣＣのコートの特性のばらつきを最小限に抑えることができる。
【００３６】
さらに、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングするということは、球面凸形状の面にＩＲＣＣが形成されることになる（（表１）および（表２）参照）。例えば、ＩＲＣＣを非球面のレンズ面に対して蒸着等により形成する場合、非球面であるがゆえに、形成されるＩＲＣＣのコートのムラを招来し、上述と同様にコートの特性が変化してしまう可能性が高い。しかし、本実施の形態の光学系１０では、球面凸形状の面にＩＲＣＣが形成されるので、ＩＲＣＣのコートのムラの形成を抑制することができる。
【００３７】
以上のように、ＩＲＣＣを面Ｌ３Ｒ１にコーティングすることによって、コートムラによるコートの特性の変化の影響を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態に係る光学系１０は、上述のように、１８０度を超える画角を持つ魚眼レンズを構成するものとしたが、これに限定されるものではなく、魚眼レンズを構成しない光学系に対して、上述の構成を適用することにより上述の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  撮像システム
２  前群
３  後群
４  絞り
１０  光学系
３０  光線
ＣＧ  カバーガラス
ＣＧＲ１、ＣＧＲ２  面
ＩＳ  イメージセンサ
Ｌ１〜Ｌ７  レンズ
Ｌ１Ｒ１、Ｌ１Ｒ２  面
Ｌ２Ｒ１、Ｌ２Ｒ２  面
Ｌ３Ｒ１、Ｌ３Ｒ２  面
Ｌ４Ｒ１、Ｌ４Ｒ２  面
Ｌ５Ｒ１、Ｌ５Ｒ２  面
Ｌ６Ｒ１、Ｌ６Ｒ２  面
Ｌ７Ｒ１、Ｌ７Ｒ２  面
ＯＡ  光軸
ＰＰ  平行平面板
ＰＰＲ１、ＰＰＲ２  面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】特開２００６−０１７８３７号公報
【要約】
【課題】曲率を有するレンズ面のＩＲＣコートのコートムラによるコートの特性の変化の影響を抑制する光学系および撮像システムを提供する。
【解決手段】物体側から順に負の焦点距離をもつ第１レンズ群と、絞りと、正の焦点距離をもつ第２レンズ群と、を有する全画角が１８０度以上の魚眼レンズを構成する光学系であって、第２レンズ群が有するレンズのうち曲率半径を有するレンズのレンズ面に赤外線カットコートが施されたことを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
0005896061.tif 000005
【図２】
0005896061.tif 000006
【図３】
0005896061.tif 000007