JP6572073B2

JP6572073B2 - 結像光学系及びそれを備えた光学装置

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Publication number: JP6572073B2
Application number: JP2015182835A
Authority: JP
Inventors: 亮介植村; 天内　隆裕; 隆裕天内; 恭子飯島
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Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-09-04
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Description

本発明は、結像光学系及びそれを備えた光学装置に関する。

広い画角を有し、湾曲した像を形成する光学系として、特許文献１に記載の広角レンズがある。特許文献１に記載の広角レンズは、物体側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、からなる。第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、第２レンズは、正の屈折力を有し、第３レンズは像側に凹面を向けている。

国際公開第２０１２／０９０７２９号

特許文献１に記載の広角レンズは、広い画角を有する。しかしながら、特許文献１に記載の広角レンズでは、有効光束が通過する領域における最大光線高が、第１レンズにおいて高い。そのため、特許文献１に記載の広角レンズでは、光学系を小型化することが難しい。

特許文献１に記載の広角レンズにおいてレンズ径を小型化するためには、有効口径を小さくすれば良い。ただし、有効口径を小さくすると、画角の大きな軸外光束がレンズを通らなくなるため、広い画角を確保することが難しくなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、広い画角と高い結像性能を有する結像光学系を提供することを目的とする。また、小型でありながら、広い範囲を高い解像度で撮像できる光学装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の結像光学系は、物体側に凹状に湾曲した像を形成する結像光学系であって、最も物体側に位置する物体側光学面と、最も像側に位置する像側光学面と、を有し、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とする。
０≦｜Ｒ_ｅ／Ｒ_１｜＜０．８（１）
Ｒ_ｅ／ＴＬ＜０（２）
ＥＸＰ_６０／ｆ＜０（３）
０＜Ｙ_１×２／ｆ＜２（４）
ここで、
Ｒ_１は、物体側光学面の近軸曲率半径、
Ｒ_ｅは、像側光学面の近軸曲率半径、
ＴＬは、物体側光学面から像までの光軸上の距離、
ＥＸＰ_６０は、像面から結像光学系に半画角６０度で入射する光束における主光線による射出瞳位置までの距離であって、射出瞳が物体側に位置する場合を負とする、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
Ｙ_１は、所定の領域における最大光線高、
所定の領域は、物体側光学面において有効光束が通過する領域、
である。

また、本発明の光学装置は、上述の結像光学系と、物体側に凹状に湾曲した撮像面を有する撮像部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、小型でありながら、広い画角と高い結像性能を有する結像光学系を提供することができる。また、小型でありながら、広い範囲を高い解像度で撮像できる光学装置を提供することができる。

条件式で用いられているパラメータを説明する図である。実施例１に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例２に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例３に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例４に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例５に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例６に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例７に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例８に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例９に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１０に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１１に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１２に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１３に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１４に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１５に係る結像光学系の断面図と収差図であって、（ａ）はレンズ断面図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は収差図である。実施例１６に係る結像光学系の断面図である。カプセル内視鏡の概略構成を示す図である。車載カメラを示す図であって、（ａ）は車外に車載カメラを搭載した例を示す図、（ｂ）は車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。条件式で用いられているパラメータを説明する他の図である。条件式で用いられているパラメータを説明する他の図である。条件式で用いられているパラメータを説明する他の図である。

以下、本実施形態に係る結像光学系と光学装置について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態に係る結像光学系や光学装置により、この発明が限定されるものではない。

本実施形態の結像光学系は、物体側に凹状に湾曲した像を形成する結像光学系であって、最も物体側に位置する物体側光学面と、最も像側に位置する像側光学面と、を有し、以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とする。
０≦｜Ｒ_ｅ／Ｒ_１｜＜０．８（１）
Ｒ_ｅ／ＴＬ＜０（２）
ＥＸＰ_６０／ｆ＜０（３）
０＜Ｙ_１×２／ｆ＜２（４）
ここで、
Ｒ_１は、物体側光学面の近軸曲率半径、
Ｒ_ｅは、像側光学面の近軸曲率半径、
ＴＬは、物体側光学面から像までの光軸上の距離、
ＥＸＰ_６０は、結像光学系に半画角６０度で入射する光線による射出瞳位置、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
Ｙ_１は、所定の領域における最大光線高、
所定の領域は、物体側光学面において有効光束が通過する領域、
である。

全体的に又は部分的に物体側に凹状に湾曲した像（以下、「湾曲像」という）を形成する光学系では、像面湾曲の補正を許容できる。よって、湾曲像を形成する光学系では、平坦な像を形成する光学系に比べて、収差補正の負担が軽減される。

例えば、湾曲像を形成する光学系では、ペッツバール和を補正のためのレンズを削減できる。そのため、光学系を小型化できる。

また、平坦な像を形成する光学系では、像面湾曲を良好に補正するために、開口絞りから離れた位置に補正用のレンズを配置する必要がある。但し、補正用のレンズを配置すると、光学系の外径が大きくなり、さらにレンズ成分の数が増える。このように、補正用のレンズは、光学系の外径を大きくする要因の一つである。

これに対して、湾曲像を形成する光学系では、補正用のレンズを配置する必要が無くなる。よって、湾曲像を形成する光学系では、光学系の外径を小さくすることができる。

また、周辺光量比、すなわち、中心領域の光量に対する周辺領域の光量の比については、比率の低下が抑制される。また、ディストーションについては、更なる発生が抑制される。

更には、湾曲した撮像面をもつ撮像素子で光学系の像を受光する場合には、撮像面へ入射する光線をほぼ垂直にするためにテレセントリックな光学系としなくてもよい。よって、湾曲像を形成する光学系では、小型化と光学性能の両立のための設計の自由度が広がる。

本実施形態の結像光学系も、湾曲像を形成する光学系である。よって、レンズ成分の数を減らし、光学系を小型化することができる。更に、設計の自由度が広がるため、広い画角、例えば、１２０度以上の画角を確保しつつ、高い結像性能を有する光学系を実現することができる。

本実施形態の結像光学系は、結像光学系の最も物体側に位置する物体側光学面と、結像光学系の最も像側に位置する像側光学面と、を有し、上述の条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足する。

条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足することで、小型でありながら、広い画角と高い結像性能を有する結像光学系を実現することができる。

各条件式について説明する。図１は、条件式（１）、（２）、（３）、（４）で用いられているパラメータを説明するための図である。

条件式（１）は、物体側光学面の近軸曲率半径と像側光学面の近軸曲率半径とを規定する条件式である。

図１に示すように、物体側光学面Ｓ_１は、結像光学系の構成する光学面のうちで、最も物体側に位置する光学面である。像側光学面Ｓ_ｅは、結像光学系のうちで、最も像側に位置する光学面である。また、Ｒ_１は物体側光学面Ｓ_１の近軸曲率半径で、Ｒ_ｅは像側光学面Ｓ_ｅの近軸曲率半径である。

条件式（１）を満足することで、物体側光学面の近軸曲率半径を、像側光学面の近軸曲率半径よりも大きくすることができる。すなわち、光学面Ｓ_１における近軸曲率半径が、光学面Ｓ_ｅにおける近軸曲率半径よりも大きくなる。これにより、広い画角を確保しつつ、非点収差を良好に補正することができる。

条件式（１）の上限値を上回ると、非点収差の補正が困難になるか、又は、広画角化が困難になる。

条件式（１）に代えて、以下の条件式（１−１）を満足することが好ましい。
０≦｜Ｒ_ｅ／Ｒ_１｜＜０．６（１−１）
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１−２）を満足することが、より好ましい。
０≦｜Ｒ_ｅ／Ｒ_１｜＜０．４５（１−２）

条件式（２）は、像側光学面の形状を規定する条件式である。

条件式（２）を満足することで、像側光学面の形状を、像側に凸面を向けた形状にすることができる。すなわち、光学面Ｓ_ｅの形状が、像側に凸面を向けた形状になる。これにより、非点収差を良好に補正することができる。

条件式（２）の上限値を上回ると、像側光学面の形状が平面、または、像側に凹面を向けた形状になる。その結果、非点収差の良好な補正が困難になる。

条件式（３）は、射出瞳の位置を規定する条件式である。条件式（３）で規定する射出瞳の位置は、６０度の角度で結像光学系に入射する光線による射出瞳の位置である。

図１に示すように、光線Ｌ_６０は、６０度の角度で結像光学系に入射する光線である。よって、ＥＸＰ_６０は、光線Ｌ_６０による射出瞳の位置を表している。より詳しくは、ＥＸＰ_６０は、像Ｉから射出瞳までの光軸上の距離であって、符号の正負は、射出瞳が像Ｉよりも結像光学系側に位置する場合が負、その反対が正である。

条件式（３）を満足することで、画角が広い場合であっても、像の周辺部における非点収差の発生を抑えることができる。

条件式（３）の上限値を上回ると、像側光学面における光線高が高くなる。この場合、非点収差が大きく発生するので、結像性能が悪くなる。

条件式（３）に代えて、以下の条件式（３−１）を満足することが好ましい。
−１０＜ＥＸＰ_６０／ｆ＜−０．５（３−１）
条件式（３−１）の上限値を上回ると、射出瞳位置が像面に近づくことになる。そのため、シェーディングが発生しやすくなる。
条件式（３−１）の下限値を下回ると、射出瞳位置が像面から離れていく。そのため、光学系の小型化にとって不利になる。

条件式（３）に代えて、以下の条件式（３−２）を満足することが、より好ましい。
−２．２＜ＥＸＰ_６０／ｆ＜−１．３（３−２）

条件式（４）は、所定の領域における最大光線高を規定する条件式である。所定の領域は、物体側光学面において有効光束が通過する領域である。

図１に示すように、Ｙ_１は、光学面Ｓ_１を通過する光線のうちで、最も高い位置を通過する光線の通過位置と光軸ＡＸとの距離である。

条件式（４）を満足することで、光学系を小型化することができる。

（４）の上限値を上回ると、物体側光学面の径が大きくなるので、光学系の小型化が困難になる。

条件式（４）に代えて、以下の条件式（４−１）を満足することが好ましい。
０．１＜Ｙ_１×２／ｆ＜２（４−１）
条件式（４）に代えて、以下の条件式（４−２）を満足することが、より好ましい。
０．２＜Ｙ_１×２／ｆ＜２（４−２）

本実施形態の結像光学系は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．６５（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、物体側光学面から像側光学面までの光軸上における距離、
ＴＬは、物体側光学面から像までの光軸上における距離、
である。

条件式（５）を満足することで、高い結像性能を維持しつつ、バックフォーカスを充分に確保することができる。

条件式（５）の上限値を上回ると、収差補正は容易になるが、十分なバックフォーカスを確保できなくなる。

条件式（５）に代えて、以下の条件式（５−１）を満足することが好ましい。
０．２５＜Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．５（５−１）

条件式（５−１）の上限値の技術的意義は、条件式（５）の技術的意義と同じである。

条件式（５）、（５−１）の上限値を上回らないようにして、バックフォーカスを確保することで、像面の大きさに対する結像光学系の小型化、軽量化につながる。

条件式（５−１）の下限値を下回らないようにして、物体側光学面から像側光学面までの光軸上の距離を十分に確保することで、収差補正に有利となり、良好な結像性能の確保に有利となる。

条件式（５−１）の下限値を下回ると、物体側光学面から像側光学面までの光軸上の距離が小さくなりすぎる。この場合、十分な収差補正が行えなくなるので、良好な結像性能が得られない。

条件式（５）については、上限値を０．６３、さらには、０．５とすることがより好ましい。条件式（５−１）について、下限値を０．３６とすることがより好ましい。

本実施形態の結像光学系では、物体側光学面が非球面であることが好ましい。

上述のように、本実施形態の結像光学系では、湾曲像が形成される。湾曲像は、例えば、撮像素子で撮像される。湾曲像における湾曲量が大きいと、撮像素子の撮像面の湾曲量も大きくなる。製造上、撮像面の湾曲量には限界があるので、湾曲像における湾曲量を適切な量にする必要がある。

また、湾曲像では、収差が良好に補正されていることが必要である。

よって、結像光学系には、広い画角を有しながら、像面湾曲の発生量が適切で、且つ、像面湾曲以外の収差が良好に補正された湾曲像を形成することが求められる。そこで、物体側光学面を非球面にすることで、像面湾曲の発生量が適切で、且つ、像面湾曲以外の収差が良好に補正された広角な湾曲像を形成することができる。

本実施形態の結像光学系では、物体側光学面の形状を、物体側に凹面を向けた形状にしても良い。このようにすることで、画角を広くすることができる。

本実施形態の結像光学系では、物体側光学面の周辺部の形状を、物体側に凹面を向けた形状にしても良い。このようにすることで、画角を更に広くすることができる。

本実施形態の結像光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０＜｜Ｒ_ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜≦２．０（６）
ここで、
Ｒ_ｅは、像側光学面の近軸曲率半径、
Ｒ_ｉｍｇは、光軸と像とが交わる点を面頂点（面の頂点）とし、面頂点と、結像光学系へ半画角６０度で入射した光線と像とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径の最小値、
である。

図２０は、パラメータＲ_ｉｍｇを説明する図である。像位置には、例えば、撮像面が配置される。そこで、ここでは、像を撮像面に置き換えて説明する。撮像面が軸回転対称な曲面形状である場合は、画角の方向（例えば、紙面において上下方向の光線Ｂと左右方向の光線Ａ）によらず仮想球面の曲率半径の値は同じである。また、撮像面が、シリンドリカル面やトーリック面、複数の平面をつなげた形状等である場合は、画角の方向により仮想球面の曲率半径の値は異なるので、その場合はとりうる値の最小値とする。

条件式（６）は、像側光学面の近軸曲率半径と上述のＲ_ｉｍｇとを規定している。

条件式（６）の上限値を上回らないようにして、撮像面に対して像側光学面の近軸曲率半径を小さくして、非点収差の補正を行うことが好ましい。

条件式（６）の下限値を下回ると、撮像面が平面になるため、少ないレンズ成分数での像面湾曲の補正が困難になる。

条件式（６）について、下限値を０．１、さらには０．２とすることがより好ましい。条件式（６）について、上限値を１．５、さらには１．０とすることがより好ましい。

本実施形態の結像光学系は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
ＳＡＧ_１１／ｆ≦０（７）
ここで、
ＳＡＧ_１１は、物体側光学面の面頂点から、結像光学系における最大像高に入射する最周辺の有効光線が物体側光学面を通過する点までの光軸に沿う方向での距離であり、光線が進む方向を正符号とし、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
である。

図２１は、パラメータＳＡＧ_１１を説明する図である。ＳＡＧ_１１は、物体側光学面Ｓ_１において、面の頂点から、結像光学系における最大像高に入射する最周辺の有効光線が物体側光学面Ｓ_１を通過する点までの光軸ＡＸに沿う方向での距離である。ここで、光線が進む方向を正符号とする。

条件式（７）を満足することで、像面湾曲発生量を最適に保ちながら、広画角化を達成できる。

条件式（７）の上限値を上回らないようにして、物体側光学面が全体又は部分的に負の屈折力を持つことで、広い画角の確保に有利となる。

条件式（７）に代えて、以下の条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
−０．０３＜ＳＡＧ_１１／ｆ＜０（７−１）

条件式（７−１）の下限値を下回らないようにすることで、軸外収差を低減することや組み立て誤差による収差への影響の低減に有利となる。

条件式（７−１）の下限値を−０．０２、さらには−０．０１５とすることが好ましい。条件式（７）、（７−１）の上限値を−０．０００５、さらには−０．００１とすることがより好ましい。

本実施形態の結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７（８）
ここで、
ＰＳは、結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。

条件式（８）を満足することで、発生する像面湾曲量と撮像面への光線入射角を、湾曲した撮像面に対して適切に行うことができる。

条件式（８）に代えて、以下の条件式（８−１）を満足することが好ましい。
−１．７＜ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７（８−１）

条件式（８）、（８−１）の上限値を上回らないようにして、ペッツバール和を大きくし、結像光学系の像面の湾曲量を確保することに有利となる。又は、射出瞳位置を撮像面に近くなりすぎることを抑え、湾曲した撮像面への光線入射角を抑えて良好な画像を得ることに有利となる。例えば、光学素子への光線の斜入射の影響による色シェーディングの発生を抑えやすくなる。

条件式（８−１）の下限値を下回らないようにして、ペッツバール和の過剰を抑え、結像光学系にて大きい像面湾曲が発生しないようにすることで、結像光学系の像面の形状に近似させた撮像素子の作成コストの低減に有利となる。又は、射出瞳位置が撮像面から遠くなることを防ぎ、湾曲した撮像面への光線入射角が大きくなることを抑えることに有利となる。

条件式（８−１）について、下限値を−１．５、さらには−１．４とすることが好ましい。条件式（８）、（８−１）について、上限値を−０．８、さらには−０．８７とすることがより好ましい。

本実施形態の結像光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１≦０（９）
ここで、
Ｒ_１は、物体側光学面の近軸曲率半径、
ＰＳ_ｉｎｖは、結像光学系のペッツバール和ＰＳの逆数であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
である。

条件式（９）を満足することで、画角を確保しつつ、像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を得ることに有利となる。

条件式（９）に代えて、以下の条件式（９−１）を満足することが好ましい。
−２．５＜ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１≦０（９−１）

条件式（９）、（９−１）の上限値を上回らないようにして、物体側光学面が近軸領域にて平面か凹面とすることで、バックフォーカスを長くしてレンズ部の小型化に有利となる。若しくは、撮像面の湾曲率の過剰を抑え、撮像素子の製造コスト低減に有利となる。

条件式（９−１）の下限値を下回らないようにすることで、ペッツバール和を大きくすることで、発生する像面湾曲量の最適化に有利となる。

条件式（９−１）について、下限値を−２．０、さらには−１．５とすることが好ましい。条件式（９）、（９−１）について、上限値を−０．１とすることがより好ましい。

本実施形態の結像光学系は、軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
（ＥＸＰ／ｆ）／（φ_ｅ／φ_１）＜−１．２（１０）
ここで、
ＥＸＰは、像から結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、近軸射出瞳位置が像よりも物体側にある場合の符号を負とし、
ｆは、結像光学系の焦点距離、
φ_ｅは、物体側光学面における、最大像高位置での結像に寄与する有効光束が通過する領域の光軸に対して垂直に測ったときの最大直径、
φ_１は、物体側光学面における、結像光学系の軸上光束が通過する領域の光軸に対して垂直に測った最大直径、
である。

図２２は、パラメータφ_ｅ、φ_１をそれぞれ説明する図である。φ_ｅは、物体側光学面Ｓ_１における、最大像高位置への結像に寄与する有効光束が通過する領域の光軸ＡＸに対して垂直に測ったときの最大直径、φ_１は、物体側光学面Ｓ_１における、結像光学系の軸上光束が通過する領域の光軸ＡＸに対して垂直に測った最大直径、である。

条件式（１０）を満足することで、シェーディングの発生を抑えるため、光軸上と光軸外の光量変化を少なくし、かつ、撮像面への光線入射角を、湾曲した撮像面に対して適切にすることができる。

条件式（１０）に代えて、以下の条件式（１０−１）を満足することが好ましい。
−２．５＜（ＥＸＰ／ｆ）／（φ_ｅ／φ_１）＜−１．２（１０−１）

条件式（１０）、（１０−１）の上限値を上回らないようにして、光軸上と光軸外の光束径の差を小さくすることで、周辺光量の確保に有利となる。又は、射出瞳位置が撮像面に近くなりすぎないようにすることで、湾曲した撮像面への光線入射角を小さくし、色シェーディングを抑えやすくなる。

条件式（１０−１）の下限値を下回らないようにして、射出瞳位置が撮像面から遠くなりすぎないようにすることで、湾曲した撮像面への光線入射角を抑え、色シェーディングを抑えやすくなる。

本実施形態の結像光学系は、レンズ成分を、結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなることが好ましい。

このように、本実施形態の結像光学系によれば、２つのレンズ成分という少ないレンズ成分数にも関わらず、画角と像面湾曲発生量を最適に保ちながら、物体側に凹状に湾曲した撮像面上に沿って、良好な結像性能を達成することが可能である。

本実施形態の光学装置は、上述した本実施形態の結像光学系と、物体側に凹状に湾曲した撮像面を有する撮像部と、を備えることを特徴とする。

このようにすることで、小型でありながら、広い範囲を高い解像度で撮像できる光学装置を実現することができる。

以下に、本発明のある態様に係る結像光学系の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

収差図について説明する。（ｂ）は球面収差（ＳＡ）、（ｃ）は非点収差（ＡＳ）、（ｄ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｅ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。非点収差（ＡＳ）、歪曲収差（ＤＴ）、倍率色収差（ＣＣ）の収差図の縦軸の上端が最大画角に対応する。また、非点収差（ＡＳ）は、湾曲した撮像面からの収差量を示している。

実施例１の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凹負レンズＬ１の両面に設けられている。

実施例２の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

負メニスカスレンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例３の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例４の結像光学系は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凸正レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凸正レンズＬ１の両面に設けられている。

実施例５の結像光学系は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例６の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

負メニスカスレンズＬ１の物体側に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例７の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例８の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

正メニスカスレンズＬ１の物体側に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、正メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例９の結像光学系は、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例１０の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は非球面で、物体側に凹状に湾曲している。

実施例１１の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、平凸正レンズＬ３と、で構成されている。ここで、負メニスカスレンズＬ２と平凸正レンズＬ３とが接合されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

両凹負レンズＬ１と負メニスカスレンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の両面に設けられている。

実施例１２の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、両凹負レンズＬ１と正メニスカスレンズＬ２とが接合されている。負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４とが接合されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

正メニスカスレンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、負メニスカスレンズＬ１の物体側面と、正メニスカスレンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１３の結像光学系は、物体側から順に、平凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

平凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凹負レンズＬ１の像側面と、平凸正レンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１４の結像光学系は、物体側から順に、両凹負レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、で構成されている。ここで、負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４とが接合されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

正メニスカスレンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、両凹負レンズＬ１の物体側面と、正メニスカスレンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１５の結像光学系は、物体側から順に、平凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。ここで、平凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２とが接合されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。

平凹負レンズＬ１と平凸正レンズＬ２との間に、開口絞りＳが配置されている。非球面は、平凹負レンズＬ１の物体側面と、平凸正レンズＬ２の像側面と、に設けられている。

実施例１６の結像光学系は、図１７に示すように、物体側から順に、光学部材ＣＧと、両凹負レンズＬ１と、平凸正レンズＬ２と、で構成されている。像面は球面で、物体側に凹状に湾曲している。両凹負レンズＬ１、開口絞りＳ及び平凸正レンズＬ２で構成される光学系は、実施例１の結像光学系と同じである。

図１７は、光学部材ＣＧが配置できることを例示する概略図である。そのため、レンズの大きさや位置に対して、光学部材ＣＧの大きさや位置は正確に描かれているわけではない。

光学部材ＣＧは板状の部材で、物体側面と像側面は共に曲面になっている。図１７では、物体側面と像側面は共に同じ曲率中心を持つ球面になっているので、光学部材ＣＧの全体形状は、半球になっている。本実施例では、光学部材ＣＧの肉厚、すなわち、物体側面と像側面との間隔は曲率中心に向かう方向にて一定になっている。

光学部材ＣＧには、光を透過する材質が用いられている。よって、被写体からの光は、光学部材ＣＧを通過して、負レンズＬ１に入射する。光学部材ＣＧは、像側面の曲率中心が入射瞳の位置と略一致するように配置されている。よって、光学部材ＣＧによる新たな収差は、ほとんど発生しない。すなわち、実施例１６の結像光学系の結像性能は、実施例１の結像光学系の結像性能と変わらない。

光学部材ＣＧは、カバーガラスとして機能する。この場合、光学部材ＣＧは、例えば、カプセル内視鏡の外装部に設けられた観察窓に該当する。よって、実施例１６の結像光学系は、カプセル内視鏡の光学系に用いることができる。実施例２〜１５の結像光学系もカプセル内視鏡の光学系に用いることができる。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。

また、各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＩＨは像高、ＴＬは物体側光学面から像までの光軸上の距離、ＢＦはバックフォーカス、バックフォーカスは、最も像側のレンズ面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。ｆ１、ｆ２、ｆ３及びｆ４は、各レンズの焦点距離である。半画角の単位は度である。

また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４ｙ⁴＋Ａ６ｙ⁶＋Ａ８ｙ⁸＋Ａ１０ｙ¹⁰＋Ａ１２ｙ¹²＋…
また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。

数値実施例１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -3.185 0.30 1.53110 56.00
2* 1.738 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.34 1.53110 56.00
5 -0.375 1.07
像面 -9.568

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=2.53231e-02,A6=2.07188e+00,A8=-5.74113e+00
第２面
k=0.000
A4=7.56464e+00

各種データ
ｆ 0.855
ＦＮＯ． 3.047
２ω -164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.760
ＢＦ 1.07
ｆ１ -2.065
ｆ２ 0.704

数値実施例２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -4.280 0.47 1.53110 56.00
2* -6.524 0.06
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.37 1.53110 56.00
5 -0.512 1.09
像面 -2.437

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-3.36755e-01,A6=1.43642e+00,A8=-1.68203e+00
第２面
k=0.000
A4=2.37328e+00

各種データ
ｆ 0.949
ＦＮＯ． 3.330
２ω -164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.982
ＢＦ 1.09
ｆ１ -25.152
ｆ２ 0.960

数値実施例３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -3.773 0.30 1.53110 56.00
2* -5.549 0.03
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.46 1.53110 56.00
5 -0.527 1.13
像面 -1.507

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-8.23828e-02,A6=1.38064e+00,A8=-2.37738e+00
第２面
k=0.000
A4=1.78525e+00

各種データ
ｆ 0.988
ＦＮＯ． 3.405
２ω -162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.929
ＢＦ 1.13
ｆ１ -23.496
ｆ２ 0.988

数値実施例４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* 83.990 0.50 1.53110 56.00
2* -3.320 0.06
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.36 1.53110 56.00
5 -0.570 0.99
像面 -1.952

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-5.60219e-01,A6=1.37170e+00,A8=-1.12862e+00
第２面
k=0.000
A4=1.58678e+00

各種データ
ｆ 0.948
ＦＮＯ． 3.167
２ω -163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.902
ＢＦ 0.99
ｆ１ 6.000
ｆ２ 1.069

数値実施例５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* 8.422 0.49 1.53110 56.00
2* -1.934 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.42 1.53110 56.00
5 -0.690 0.97
像面 -1.506

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-6.27531e-01,A6=1.03387e+00,A8=-5.88990e-01
第２面
k=0.000
A4=5.30326e-01

各種データ
ｆ 0.993
ＦＮＯ． 3.224
２ω -162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.931
ＢＦ 0.97
ｆ１ 2.998
ｆ２ 1.294

数値実施例６
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -1.471 0.30 1.63493 23.89
3* -1.685 0.05
4 30.637 0.30 1.77250 49.60
5 -0.819 1.15
像面 -2.410

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.52940e+00,A6=4.61522e+01,A8=-2.70647e+03,A10=5.28160e+04
第３面
k=0.000
A4=2.92858e-01,A6=-1.48191e+01,A8=1.78831e+02,A10=-5.81275e+02

各種データ
ｆ 0.974
ＦＮＯ． 3.282
２ω -160
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.802
ＢＦ 1.15
ｆ１ -39.920
ｆ２ 1.032

数値実施例７
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -3.775 0.30 1.63493 23.89
3* -4.623 0.05
4 -37.325 0.30 1.77250 49.60
5 -0.764 1.13
像面 -1.491

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.00244e+00,A6=3.67646e+01,A8=-2.55931e+03,A10=4.05208e+04
第３面
k=0.000
A4=3.76741e-01,A6=-1.46146e+01,A8=1.55644e+02,A10=-4.99373e+02

各種データ
ｆ 0.991
ＦＮＯ． 3.340
２ω -173
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.784
ＢＦ 1.13
ｆ１ -37.207
ｆ２ 1.001

数値実施例８
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -2.258 0.37 1.53110 56.00
3* -0.864 0.05
4 4.873 0.44 1.53110 56.00
5 -0.981 0.98
像面 -1.946

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-7.49745e-01,A6=8.48354e+01,A8=-6.16466e+03,A10=1.26740e+05
第３面
k=0.000
A4=6.12011e-01,A6=-1.00316e+01,A8=5.20328e+01,A10=-1.02293e+02

各種データ
ｆ 0.989
ＦＮＯ． 3.334
２ω -162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.831
ＢＦ 0.98
ｆ１ 2.403
ｆ２ 1.571

数値実施例９
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1(絞り) ∞ 0.00
2* -19.712 0.46 1.53110 56.00
3* -0.657 0.05
4 ∞ 0.30 1.53110 56.00
5 -1.951 0.90
像面 -1.503

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=-1.69752e+00,A6=8.48174e+01,A8=-4.79152e+03,A10=8.61262e+04
第３面
k=0.000
A4=1.57455e-01,A6=-5.33428e+00,A8=2.21803e+01,A10=-8.34925e+01

各種データ
ｆ 0.986
ＦＮＯ． 3.325
２ω -162
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.714
ＢＦ 0.90
ｆ１ 1.263
ｆ２ 3.658

数値実施例１０
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -6.802 0.30 1.53110 56.00
2* 7.707 0.05
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.33 1.53110 56.00
5 -0.427 0.98
像面* -9.807

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-2.55684e-01,A6=2.55471e+00,A8=-5.39397e+00
第２面
k=0.000
A4=4.91252e+00
像面
k=0.000
A4=-1.09530e+00,A6=1.89310e+00,A8=-6.95550e-01,A10=-2.08580e-01

各種データ
ｆ 0.856
ＦＮＯ． 2.953
２ω -163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.653
ＢＦ 0.98
ｆ１ -6.726
ｆ２ 0.800

数値実施例１１
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -10.000 0.30 1.53110 56.00
2* 4.442 0.02
3(絞り) ∞ 0.00
4 8.146 0.30 1.84666 23.78
5 0.806 0.35 1.80610 40.92
6 -0.658 0.97
像面 -9.785

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-5.46945e-01,A6=3.59115e+00,A8=-7.35098e+00
第２面
k=0.000
A4=3.11619e+00

各種データ
ｆ 0.857
ＦＮＯ． 2.913
２ω -163
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.940
ＢＦ 0.97
ｆ１ -5.725
ｆ２ -1.067
ｆ３ 0.501

数値実施例１２
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -20.000 0.30 1.58913 61.15
2 0.800 0.30 1.80610 40.88
3* 4.197 0.01
4(絞り) ∞ 0.00
5 22.625 0.30 1.84666 23.78
6 0.806 0.40 1.80610 40.92
7 -0.675 0.88
像面 -9.636

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-2.81491e-01,A6=8.35553e-01,A8=-7.60061e-01
第３面
k=0.000
A4=1.86377e+00

各種データ
ｆ 0.853
ＦＮＯ． 3.182
２ω -164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 2.188
ＢＦ 0.88
ｆ１ -1.294
ｆ２ 1.173
ｆ３ -0.984
ｆ４ 0.515

数値実施例１３
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1 ∞ 0.30 1.53110 56.00
2* 1.320 0.08
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.30 1.53110 56.00
5* -0.417 1.19
像面 -1.944

非球面データ
第２面
k=0.000
A4=7.73568e+00,A6=-1.60978e+02,A8=2.89090e+03
第５面
k=0.000
A4=-8.07828e-01,A6=-5.98277e+00,A8=6.06276e+01

各種データ
ｆ 0.980
ＦＮＯ． 3.424
２ω -161
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.874
ＢＦ 1.19
ｆ１ -2.476
ｆ２ 0.781

数値実施例１４
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -20.000 0.30 1.58913 61.15
2 0.718 0.05
3 0.600 0.30 1.80610 40.88
4* 1.791 0.02
5(絞り) ∞ 0.00
6 7.537 0.30 1.84666 23.78
7 0.806 0.40 1.80610 40.92
8 -0.718 0.82
像面 -9.571

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-2.27121e-01,A6=6.39527e-01,A8=-5.44810e-01
第４面
k=0.000
A4=1.75994e+00

各種データ
ｆ 0.853
ＦＮＯ． 2.935
２ω -164
ＩＨ 0.975
ＴＬ 2.188
ＢＦ 0.82
ｆ１ -1.166
ｆ２ 1.000
ｆ３ -1.078
ｆ４ 0.531

数値実施例１５
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 10.10
1* -5.808 0.30 1.58313 59.38
2 ∞ 0.00
3(絞り) ∞ 0.00
4 ∞ 0.53 1.80610 40.88
5* -0.749 1.11
像面 -2.149

非球面データ
第１面
k=0.000
A4=-1.59032e+00,A6=1.72225e+01,A8=-7.34033e+01
第５面
k=0.000
A4=-2.02944e-02,A6=-5.15218e-01,A8=-2.59305e+00

各種データ
ｆ 0.966
ＦＮＯ． 3.316
２ω -161
ＩＨ 0.975
ＴＬ 1.940
ＢＦ 1.11
ｆ１ -9.920
ｆ２ 0.923

次に、各実施例における条件式の値を以下に掲げる。
(1)|R_e/R₁|、(2)R_e/TL、(3)EXP₆₀/f、(4)Y₁×2/f、(5)L_1e/TL、
(6)|R_e/R_img|、(7)SAG₁₁/f、(8)PS×EXP、(9)PS_inv/R₁、(10)(EXP/f)/(φ_e/φ₁)

実施例１実施例２実施例３実施例４
(1) 0.118 0.120 0.140 0.007
(2) -0.213 -0.258 -0.273 -0.300
(3) -1.629 -1.481 -1.584 -1.352
(4) 1.021 1.183 0.927 1.317
(5) 0.392 0.451 0.414 0.478
(6) 0.039 0.210 0.350 0.292
(7) -0.008 -0.013 -0.004 -0.007
(8) -0.860 -0.918 -0.987 -0.926
(9) -0.509 -0.359 -0.420 0.017
(10) -1.992 -1.588 -1.579 -1.506

実施例５実施例６実施例７実施例８
(1) 0.082 0.557 0.202 0.434
(2) -0.358 -0.454 -0.428 -0.536
(3) -1.312 -2.042 -1.968 -2.166
(4) 1.373 0.304 0.299 0.300
(5) 0.499 0.361 0.364 0.466
(6) 0.458 0.340 0.512 0.504
(7) -0.001 -0.008 -0.001 -0.005
(8) -0.952 -0.947 -0.987 -1.303
(9) 0.164 -1.322 -0.489 -0.657
(10) -1.250 -1.890 -2.210 -1.952

実施例９実施例１０実施例１１実施例１２
(1) 0.099 0.063 0.066 0.034
(2) -1.139 -0.258 -0.339 -0.308
(3) -1.808 -1.482 -1.857 -1.836
(4) 0.301 1.066 0.957 1.393
(5) 0.472 0.409 0.498 0.601
(6) 1.298 0.044 0.067 0.070
(7) -0.001 -0.005 -0.002 -0.009
(8) -1.161 -0.913 -0.916 -1.318
(9) -0.073 -0.205 -0.175 -0.060
(10) -1.706 -1.861 -2.295 -2.296

実施例１３実施例１４実施例１５
(1) 0.000 0.036 0.129
(2) -0.222 -0.328 -0.386
(3) -1.481 -1.732 -1.587
(4) 0.995 1.548 0.702
(5) 0.365 0.626 0.428
(6) 0.214 0.075 0.348
(7) 0.000 -0.013 -0.001
(8) -0.829 -0.935 -0.822
(9) 0.000 -0.080 -0.322
(10) -2.501 -2.589 -1.767

また、パラメータの値を以下に掲げる。φ_EAは所定の領域であって、物体側光学面において有効光束が通過する領域である。

実施例１実施例２実施例３実施例４
EXP₆₀ -1.393 -1.406 -1.564 -1.281
φ_EA 0.873 1.122 0.915 1.248
Y₁ 0.436 0.561 0.458 0.624
R_img -9.568 -2.437 -1.507 -1.952
L_1e 0.690 0.893 0.799 0.910
PS 0.617 0.651 0.631 0.719
EXP -1.393 -1.409 -1.565 -1.289
R₁ -3.185 -4.280 -3.773 83.990
R_e -0.375 -0.512 -0.527 -0.570
SAG₁₁ -0.007 -0.013 -0.004 -0.006
φ₁ 0.274 0.275 0.284 0.288
φ_e 0.224 0.258 0.285 0.260

実施例５実施例６実施例７実施例８
EXP₆₀ -1.303 -1.989 -1.949 -2.142
φ_EA 1.363 0.296 0.296 0.296
Y₁ 0.682 0.148 0.148 0.148
R_img -1.506 -2.410 -1.491 -1.946
L_1e 0.963 0.650 0.650 0.853
PS 0.725 0.514 0.542 0.675
EXP -1.313 -1.841 -1.823 -1.931
R₁ 8.422 -1.471 -3.775 -2.258
R_e -0.690 -0.819 -0.764 -0.981
SAG₁₁ -0.001 -0.008 -0.001 -0.005
φ₁ 0.297 0.297 0.297 0.296
φ_e 0.314 0.296 0.247 0.296

実施例９実施例１０実施例１１実施例１２
EXP₆₀ -1.782 -1.269 -1.591 -1.567
φ_EA 0.296 0.913 0.820 1.189
Y₁ 0.148 0.456 0.410 0.594
R_img -1.503 -9.807 -9.785 -9.636
L_1e 0.809 0.676 0.967 1.314
PS 0.690 0.718 0.573 0.836
EXP -1.682 -1.271 -1.599 -1.577
R₁ -19.712 -6.802 -10.000 -20.000
R_e -1.951 -0.427 -0.658 -0.675
SAG₁₁ -0.001 -0.004 -0.002 -0.008
φ₁ 0.296 0.283 0.288 0.259
φ_e 0.296 0.226 0.234 0.208

実施例１３実施例１４実施例１５
EXP₆₀ -1.451 -1.478 -1.534
φ₁ 0.975 1.321 0.678
Y₁ 0.488 0.660 0.339
R_img -1.944 -9.571 -2.149
L_1e 0.684 1.369 0.829
PS 0.571 0.628 0.534
EXP -1.451 -1.488 -1.538
R₁ ∞ -20.000 -5.808
R_e -0.417 -0.718 -0.749
SAG₁₁ 0.000 -0.011 -0.001
φ₁ 0.279 0.279 0.286
φ_e 0.165 0.188 0.258

図１８は、光学装置の例である。この例では、光学装置はカプセル内視鏡である。カプセル内視鏡１００は、カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とを有する。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とによって、カプセル内視鏡１００の外装部が構成されている。

カプセルカバー１０１は、略円筒形状の中央部と、略椀形状の底部と、で構成されている。透明カバー１０２は、中央部を挟んで、底部と対向する位置に配置されている。透明カバー１０２は、略椀形状の透明部材によって構成されている。カプセルカバー１０１と透明カバー１０２とは、互いに水密的に連設されている。

カプセル内視鏡１００の内部には、結像光学系１０３と、照明部１０４と、撮像素子１０５と、駆動制御部１０６と、信号処理部１０７と、を備えている。なお、図示しないが、カプセル内視鏡１００の内部には、受電手段と送信手段が設けられている。

照明部１０４からは、照明光が出射する。照明光は透明カバー１０２を通過して、被写体に照射される。被写体からの光は、結像光学系１０３に入射する。結像光学系１０３によって、像位置に被写体の光学像が形成される。

光学像は、撮像素子１０５で撮像される。撮像素子１０５の駆動と制御は、駆動制御部１０６で行われる。また、撮像素子１０５からの出力信号は、必要に応じて、信号処理部１０７で処理される。

ここで、結像光学系１０３には、例えば、上述の実施例１の結像光学系が用いられている。よって、非常に広い範囲（約１６０°の画角）の光学像が形成される。また、光学像は、物体側に凹状に湾曲した像になっている。

撮像素子１０５の撮像面は、物体側に凹状に湾曲している。また、撮像面の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、非常に広い範囲を撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図１９は、光学装置の別の例である。この例では、光学装置は車載カメラである。図１９（ａ）は車外に車載カメラを搭載した例を示す図である。図１９（ｂ）は、車内に車載カメラを搭載した例を示す図である。

図１９（ａ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００のフロントグリルに設けられている。車載カメラ２０１は、結像光学系と撮像素子を備えている。

車載カメラ２０１の結像光学系には、例えば、上述の実施例１の結像光学系が用いられている。よって、非常に広い範囲（約１６０°の画角）の光学像が形成される。また、撮像素子の撮像面は、物体側に凹状に湾曲している。そして、撮像面の曲率半径は、光学像の曲率半径と同じになっている。そのため、非常に広い範囲を撮像した画像でありながら、中心から周辺まで鮮明な画像を取得することができる。

図１９（ｂ）に示すように、車載カメラ２０１は、自動車２００の天井近傍に設けられている。車載カメラ２０１の作用効果は、既に説明したとおりである。

車載カメラ２０１は、室外であれば、各コーナやヘッド部のポールの頂部に配置しても良い。また、室内であれば、バックミラーの近傍に配置しても良い。

以上のように、本発明は、小型でありながら、広い画角と高い結像性能を有する結像光学系に有用である。また、本発明は、小型でありながら、広い範囲を高い解像度で撮像できる光学装置に有用である。

Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４レンズ
Ｓ開口絞り
Ｉ像面
ＣＧ光学部材
Ｓ_１、Ｓ_ｅ光学面
Ｌ_６０半画角６０°の光線
ＡＸ光軸
１００カプセル内視鏡
１０１カプセルカバー
１０２透明カバー
１０３結像光学系
１０４照明部
１０５撮像素子
１０６駆動制御部
１０７信号処理部
２００自動車
２０１車載カメラ

Claims

物体側に凹状に湾曲した像を形成する結像光学系であって、
最も物体側に位置する物体側光学面と、
最も像側に位置する像側光学面と、を有し、
以下の条件式（１）、（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とする結像光学系。
０≦｜Ｒ_ｅ／Ｒ_１｜＜０．８（１）
Ｒ_ｅ／ＴＬ＜０（２）
ＥＸＰ_６０／ｆ＜０（３）
０＜Ｙ_１×２／ｆ＜２（４）
ここで、
Ｒ_１は、前記物体側光学面の近軸曲率半径、
Ｒ_ｅは、前記像側光学面の近軸曲率半径、
ＴＬは、前記物体側光学面から前記像までの光軸上の距離、
ＥＸＰ_６０は、像面から前記結像光学系に半画角６０度で入射する光束における主光線による射出瞳位置までの距離であって、前記射出瞳が物体側に位置する場合を負とする、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
Ｙ_１は、所定の領域における最大光線高、
前記所定の領域は、前記物体側光学面において有効光束が通過する領域、
である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
Ｌ_１ｅ／ＴＬ≦０．６５（５）
ここで、
Ｌ_１ｅは、前記物体側光学面から前記像側光学面までの光軸上における距離、
ＴＬは、前記物体側光学面から前記像までの光軸上における距離、
である。
前記物体側光学面が非球面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の結像光学系。
０＜｜Ｒ_ｅ／Ｒ_ｉｍｇ｜≦２．０（６）
ここで、
Ｒ_ｅは、前記像側光学面の近軸曲率半径、
Ｒ_ｉｍｇは、光軸と前記像とが交わる点を面頂点とし、前記面頂点と、前記結像光学系へ半画角６０度で入射した光線と前記像とが交わる点と、を含む仮想球面の曲率半径の最小値、
である。
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の結像光学系。
ＳＡＧ_１１／ｆ≦０（７）
ここで、
ＳＡＧ_１１は、前記物体側光学面の面頂点から、前記結像光学系における最大像高に入射する最周辺の有効光線が前記物体側光学面を通過する点までの光軸に沿う方向での距離であり、光線が進む方向を正符号とし、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
である。
軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の結像光学系。
ＰＳ×ＥＸＰ＜−０．７（８）
ここで、
ＰＳは、前記結像光学系のペッツバール和であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
ＥＸＰは、前記像から前記結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、前記近軸射出瞳位置が前記像よりも物体側にある場合の符号を負とする、
である。
以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の結像光学系。
ＰＳ_ｉｎｖ／Ｒ_１≦０（９）
ここで、
Ｒ_１は、前記物体側光学面の近軸曲率半径、
ＰＳ_ｉｎｖは、前記結像光学系のペッツバール和ＰＳの逆数であり、
ペッツバール和ＰＳは、以下の式で表される。

ここで、
ｉは、前記結像光学系中の各レンズの物体側からの順番、
ｋは、前記結像光学系中のレンズの総数、
ｎ_ｉは、ｉ番目のレンズのｄ線での屈折率、
ｆ_ｉは、ｉ番目のレンズの焦点距離、
である。
軸上光束を制限する明るさ絞りを有し、
以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の結像光学系。
（ＥＸＰ／ｆ）／（φ_ｅ／φ_１）＜−１．２（１０）
ここで、
ＥＸＰは、前記像から前記結像光学系の近軸射出瞳位置までの光軸に沿った距離であり、前記近軸射出瞳位置が前記像よりも物体側にある場合の符号を負とし、
ｆは、前記結像光学系の焦点距離、
φ_ｅは、前記物体側光学面における、最大像高位置での結像に寄与する有効光束が通過する領域の光軸に対して垂直に測ったときの最大直径、
φ_１は、前記物体側光学面における、前記結像光学系の軸上光束が通過する領域の光軸
に対して垂直に測った最大直径、
である。
レンズ成分を、結像に寄与する光束が通過する光路である有効光路にて空気に接触する面が物体側面と像側面の２面のみのレンズとしたときに、
物体側から像側に順に、物体側レンズ成分と、像側レンズ成分の２つのレンズ成分からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の結像光学系。
請求項１から９のいずれか１項に記載の結像光学系と、物体側に凹状に湾曲した撮像面を有する撮像部と、を備えた光学装置。