JP6727785B2 - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は魚眼レンズをはじめとする光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、放送用カメラ等の撮像素子を用いた撮像装置、或いは銀塩写真フィルムを用いたカメラ等の撮像装置に好適なものである。
近年、固体撮像素子を用いた監視カメラやビデオカメラ等の撮像装置は高機能化され、かつ装置全体が小型化されている。これらの装置に用いられる光学系は、小型であり、良好な光学性能を有することが求められている。また、１台の撮像装置により広範囲の撮影を可能とするために、光学系の広画角化が求められている。
全視野角１８０度程度の領域を特定の大きさのイメージサークル内に写しこむことができる光学系として、魚眼レンズが知られている。特許文献１は、開口絞りよりも物体側に正レンズと３枚以上の負レンズを配置することで光学性能の向上を図った魚眼レンズを開示している。
特開２００６−１７８３７号公報
魚眼レンズでは、広画角化のために、開口絞りより物体側に配置された負レンズの屈折力を強めるため、軸上色収差や倍率色収差が発生しやすい。魚眼レンズとして用いられる光学系は、軸上色収差や倍率色収差が良好に補正されていることが求められている。
特許文献１の光学系では、開口絞りより物体側に配置された負レンズの材料が適切に設定されているとはいえず、また、開口絞りより物体側の前群の屈折力が適切に設定されているとはいえないため、軸上色収差や倍率色収差が残存しやすい。
本発明は、小型かつ広画角でありながら高い光学性能を有する光学系及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の光学系は、物体側より像側へ順に配置された、複数のレンズを含む前群、開口絞り、正の屈折力の後群から構成される光学系であって、前記前群は、正レンズと３枚以上の負レンズとを有し、前記前群に含まれる負レンズの中で材料のアッベ数が最も小さい負レンズＧｎの材料のアッベ数をνｄ、前記負レンズＧｎの材料の部分分散比をθｇＦ、前記前群の焦点距離をｆｆ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記負レンズＧｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ１、前記負レンズＧｎの像側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ２、前記前群の最も物体側のレンズ面から前記後群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴＤ、前記前群に含まれる全ての負レンズの材料が有するアッベ数の平均値をνｎａ、前記前群に含まれる全ての正レンズの材料が有するアッベ数の平均値をνｐａとして、
θｇＦ＞−０．００１６３×νｄ＋０．６６５
νｄ＜２０．００
−０．３０＜ｆ／ｆｆ＜０．２５
２．００＜（ＧｎＲ１＋ＧｎＲ２）／（ＧｎＲ１−ＧｎＲ２）＜８．００
１８．０９≦ＴＤ／ｆ＜４５．００
１．７７≦νｎａ／νｐａ＜５．００
なる条件式を満足することを特徴とする。
本発明によれば、小型かつ広画角でありながら高い光学性能を有する光学系を得ることができる。
実施例１の光学系のレンズ断面図である。 実施例１の光学系の収差図である。 実施例２の光学系のレンズ断面図である。 実施例２の光学系の収差図である。 実施例３の光学系のレンズ断面図である。 実施例３の光学系の収差図である。 実施例４の光学系のレンズ断面図である。 実施例４の光学系の収差図である。 実施例５の光学系のレンズ断面図である。 実施例５の光学系の収差図である。 実施例６の光学系のレンズ断面図である。 実施例６の光学系の収差図である。 本発明の撮像装置の要部概略図である。 各射影方式の特徴を示す図である。 倍率色収差の補正原理を示す図である。 レンズに用いられる材料のアッベ数と部分分散比の関係を示す図である。
以下、本発明の光学系及びそれを有する撮像装置について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の光学系は、物体側より像側へ順に、複数のレンズを含む前群、開口絞り、正の屈折力の後群から構成される。
図１は実施例１の光学系のレンズ断面図である。図２は実施例１の光学系の収差図である。実施例１は半画角９０．２０°、Ｆナンバー２．００程度の光学系である。図３は実施例２の光学系のレンズ断面図である。図４は実施例２の光学系の収差図である。実施例２は半画角９０．２０°、Ｆナンバー２．００程度の光学系である。図５は実施例３の光学系のレンズ断面図である。図６は実施例３の光学系の収差図である。実施例３は半画角１００．００°、Ｆナンバー２．００程度の光学系である。
図７は実施例４の光学系のレンズ断面図である。図８は実施例４の光学系の収差図である。実施例４は半画角９３．２０°、Ｆナンバー２．８０程度の光学系である。図９は実施例５の光学系のレンズ断面図である。図１０は実施例５の光学系の収差図である。実施例５は半画角９７．００°、Ｆナンバー２．４０程度の光学系である。図１１は実施例６の光学系のレンズ断面図である。図１２は実施例６の光学系の収差図である。実施例６は半画角９０．２０°、Ｆナンバー２．００程度の光学系である。
図１３は、本発明の光学系を備える監視カメラ（撮像装置）の要部概略図である。各実施例の光学系はデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、放送用カメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。レンズ断面図において左方が物体側で、右方が像側である。また、レンズ断面図において、Ｌｆは前群を示しており、Ｌｒは後群を示している。ＳＰは開口絞りである。
ＧＢは光学フィルター、フェースプレート、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面である。ビデオカメラや監視カメラの撮像光学系として本発明の光学系を使用する際には、像面ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサといった固体撮像素子（光電変換素子）に相当する。銀塩フィルムカメラの撮像光学系として本発明の光学系を使用する際には、像面ＩＰはフィルム面に相当する。
球面収差図においてＦｎｏはＦナンバーであり、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する球面収差を示している。非点収差図においてＳはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面について示している。歪曲収差はｄ線について示している。色収差図ではｇ線、Ｆ線、Ｃ線、ｄ線における倍率色収差を示している。ωは撮像半画角である。なお、歪曲収差に関しては、後述する立体射影方式における歪曲量として記載している。
本発明の光学系は、１８０°程度の画角を有しており、主に魚眼レンズとして用いることを想定している。魚眼レンズの射影方式としては、上述したように、正射影方式、等立体角射影方式、等距離射影方式、立体射影方式が知られている。ここで、射影面における像高をＹ、光学系全系の焦点距離をｆ、半画角をωとしたとき、各射影方式は以下の式で表される。
（Ａ）正射影方式 Ｙ＝ｆ×ｓｉｎω
（Ｂ）等立体角射影方式 Ｙ＝２ｆ×ｓｉｎ（ω／２）
（Ｃ）等距離射影方式 Ｙ＝ｆ×ω
（Ｄ）立体射影方式 Ｙ＝２ｆ×ｔａｎ（ω／２）
図１４は、各射影方式において、半画角９０°のときの像高を１として、半画角と像高の関係を模式的に表した図である。（Ａ）正射影方式では、画面中央付近では像をそれほど圧縮せず、画面周辺において像を強く圧縮している。一方、（Ｄ）立体射影方式では、画面中央付近で像を強く圧縮し、画面周辺においては像をそれほど圧縮していない。立体射影方式では周辺領域において像の変形度合が小さいため、周辺領域でも収差の影響が目立ちやすい。それゆえ、立体射影方式に対応する光学系では、周辺領域においても高い光学性能が求められる。
監視カメラでは、周辺画像も明瞭に撮影することが求められており、監視カメラに魚眼レンズを適用する際には立体射影方式が用いられることが多い。本発明の光学系は、主に魚眼レンズに用いることを想定しており、立体射影方式においても高い光学性能を得るために、歪曲収差や球面収差が良好に補正された光学系が求められる。
本発明の光学系では、前群Ｌｆに正レンズと少なくとも３枚の負レンズが配置されている。広画角化を実現するためには、軸外光線を前群Ｌｆの中で物体側に配置された負レンズによって大きく屈折させる必要があり、光線を大きく屈折させるには負レンズの屈折力を強くしなければならない。ここで、少ない枚数の負レンズによって軸外光線を大きく屈折させようとすると、各負レンズの屈折力が強くなり過ぎて、歪曲収差や像面湾曲、非点収差が多く発生する。また、倍率色収差と軸上色収差をバランス良く補正することが困難になる。
本発明では、前群Ｌｆに少なくとも３枚の負レンズを配置することで、負の屈折力を分担させている。これにより、前群Ｌｆに含まれる負レンズの屈折力を弱めることができ、歪曲収差や像面湾曲、非点収差等の発生を効果的に低減させることができる。また、倍率色収差と軸上色収差をバランス良く補正することができる。
また、前群Ｌｆに含まれる負レンズの中で、材料のアッベ数が最も小さい負レンズＧｎの材料のアッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦ、前群Ｌｆの焦点距離をｆｆ、光学系の全系の焦点距離をｆとしたとき、各実施例の光学系は、
θｇＦ＋０．００１６３×νｄ＞０．６６５…（１）
νｄ＜３０．００…（２）
−０．３０＜ｆ／ｆｆ＜０．２５…（３）
なる条件式を満足している。
ここで、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦは、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、ＮＣ、Ｎｄとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
で表される数値である。
倍率色収差の補正原理に関して、図１５を用いて説明する。本発明の光学系では、前群Ｌｆに含まれる負レンズに、高分散（低アッベ数）で、異常分散性の高い材料を用いることで倍率色収差を補正している。図１５は、前群Ｌｆに含まれ、高分散かつ異常分散性の高い材料を用いた負レンズと、開口絞りと、正の屈折力の後群を含む光学系における光路を示した概略図である。
一般に、魚眼レンズのようなレトロフォーカスタイプの超広角レンズでは、像面上における像高の高い領域でｄ線に対してｇ線が光軸から離れた位置に結像する。図１５に示すように、前群Ｌｆに含まれる負レンズに、高分散かつ異常分散性の高い材料を用いることで、ｇ線の結像位置を光軸に近づく方向に移動させることができる。これにより、ｇ線における倍率色収差を良好に補正することができる。
図１６は、縦軸に材料の部分分散比θｇＦ、横軸にアッベ数νｄをとり、レンズに用いられる材料の分布を示す図である。破線で示された直線はノーマルラインであり、レンズに用いられる多くの材料は、このノーマルラインの近傍に分布している。ノーマルラインから離れた位置に分布している材料は、異常分散性を有する材料である。図１６に示すように、異常分散性を有する材料は、低分散側の領域と高分散側の領域に集中している。
負レンズＧｎの材料として条件式（１）、（２）を満足しない材料を用いると、倍率色収差を良好に補正することが困難になるため、好ましくない。
条件式（３）は、前群Ｌｆの焦点距離ｆｆと光学系の全系の焦点距離ｆの比を規定した条件式である。条件式（３）の下限値を超えると、前群Ｌｆの負の屈折力が強くなり過ぎて、開口絞り近傍におけるマージナル光線の発散作用が大きくなり過ぎる。その結果、後群Ｌｒの中で開口絞り近傍に配置される正レンズの屈折力を強める必要が生じ、後群Ｌｒの中で発生する球面収差を良好に補正することが困難になるため、好ましくない。また、球面収差を補正するために後群Ｌｒに含まれる正レンズの枚数を増やして正の屈折力を分散させると、レンズ枚数が増加して光学系全系の大型化を招くため好ましくない。
条件式（３）の上限値を超えると、前群Ｌｆの正の屈折力が強くなり過ぎて、開口絞り近傍におけるマージナル光線の収斂作用が大きくなり過ぎる。その結果、後群Ｌｒに入射する光線の高さが低くなり過ぎて、前群Ｌｆで発生する軸上色収差等の収差を良好に補正することが困難になるため、好ましくない。
各実施例では以上説明したように、条件式（１）乃至（３）を満足するように各要素を適切に設定している。これにより小型かつ広画角でありながら高い光学性能を有するズームレンズを得ることができる。
なお、各実施例において、好ましくは、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
θｇＦ＋０．００１６３×νｄ＞０．６７５…（１ａ）
νｄ＜２５．００…（２ａ）
−０．２５＜ｆ／ｆｆ＜０．２２…（３ａ）
また、さらに好ましくは、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
θｇＦ＋０．００１６３×νｄ＞０．６８５…（１ｂ）
νｄ＜２０．００…（２ｂ）
−０．２０＜ｆ／ｆｆ＜０．２０…（３ｂ）
さらに、各実施例において、次の条件式のうち１つ以上を満足することがより好ましい。
−２５．００＜ｆｎ／ｆ＜−２．００…（４）
１．２０＜（ＧｎＲ１＋ＧｎＲ２）／（ＧｎＲ１−ＧｎＲ２）＜８．００…（５）
１．２０＜νｎａ／νｐａ＜５．００…（６）
０．００≦｜（Ｒ１＋Ｒ２）｜／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．００…（７）
７．００＜ＴＤ／ｆ＜４５．００…（８）
ここで、負レンズＧｎの焦点距離をｆｎ、負レンズＧｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ１、像側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ２とする。また、前群Ｌｆに含まれる全ての負レンズの材料のアッベ数の平均値をνｎａ、前群Ｌｆに含まれる全ての正レンズの材料のアッベ数の平均値をνｐａとする。さらに、後群Ｌｒの最も物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、後群Ｌｒの最も像側のレンズ面の曲率半径をＲ２、前群Ｌｆの最も物体側のレンズ面から後群Ｌｒの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴＤとする。
条件式（４）は、負レンズＧｎの焦点距離ｆｎと光学系の全系の焦点距離ｆの比を規定した条件式である。条件式（４）の下限値を超えると、負レンズＧｎの屈折力が弱くなり過ぎる。その結果、倍率色収差を良好に補正することが困難になるため好ましくない。条件式（４）の上限値を超えると、負レンズＧｎの屈折力が強くなり過ぎる。その結果、歪曲収差や像面湾曲、非点収差を良好に補正することが困難になり、また、軸上色収差が多く発生するため好ましくない。
条件式（５）は、負レンズＧｎの形状を規定した条件式である。条件式（５）は、負レンズＧｎが物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることを示している。条件式（５）の下限値を超えると、負レンズＧｎの物体側のレンズ面の曲率半径が大きくなり過ぎる。その結果、周辺像高に結像する光線の屈折角が大きくなり過ぎて、歪曲収差や像面湾曲、非点収差が多く発生するため好ましくない。条件式（５）の上限値を超えると、負レンズＧｎの物体側のレンズ面の曲率半径と像側のレンズ面の曲率半径の値が近くなり過ぎる。その結果、負レンズＧｎの負の屈折力が弱くなり過ぎて、十分な広画角化を実現することが困難になるため好ましくない。
条件式（６）は、前群Ｌｆに含まれる全ての負レンズの材料のアッベ数の平均値νｎａと、前群Ｌｆに含まれる全ての正レンズの材料のアッベ数の平均値νｐａの比を規定した条件式である。条件式（６）の上限値または下限値を超えると、前群ＬｆにおけるＣ線とＦ線の色消し効果が低下し、色収差を良好に補正することが困難になるため好ましくない。
条件式（７）は、後群Ｌｒの最も物体側のレンズ面の曲率半径Ｒ１と、後群Ｌｒの最も像側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を規定した条件式である。条件式（７）は、後群Ｌｒの最も物体側のレンズ面と後群Ｌｒの最も像側のレンズ面がともに凸面であることを表している。後群Ｌｒの最も物体側のレンズ面を凸面とすることで、後群Ｌｒを通過する軸上マージナル光線の高さを低くすることができる。これにより、後群Ｌｒに含まれるレンズの有効径を短くすることができ、結果としてレンズ全系の小型化を実現することができる。
また、後群Ｌｒの最も像側のレンズ面を凸面とすることで、テレセントリック性を向上させることができる。撮像素子を備える撮像装置に対して本発明の光学系を用いる際には、撮像素子の受光面に対して垂直な方向から光線を入射させることが好ましい。受光面に対する光線の入射角が大きくなると、特に周辺像高において光量が低下し、周辺光量比が小さくなり過ぎる。本発明では、後群Ｌｒの最も像側のレンズ面を凸面としてテレセントリック性を向上させることにより、周辺光量比の低下を防止している。条件式（７）の上限値や下限値を超えると、レンズ全系の小型化を実現しつつ、周辺光量比の低下を抑制することが困難であるため好ましくない。
条件式（８）は、光学系全系のレンズ全長ＴＤと光学系全系の焦点距離ｆの比を規定した条件式である。条件式（８）の下限値を超えてレンズ全長ＴＤを短くするためには、各レンズ面の屈折力を強める必要がある。レンズ面の屈折力を強めると諸収差が多く発生し、光学系の光学性能の低下を招くため好ましくない。また、条件式（８）の上限値を超えてレンズ全長ＴＤが長くなると、光学系全系の大型化を招くため好ましくない。
なお、好ましくは、条件式（４）乃至（８）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
−２０．００＜ｆｎ／ｆ＜−３．００…（４ａ）
１．５０＜（ＧｎＲ１＋ＧｎＲ２）／（ＧｎＲ１−ＧｎＲ２）＜７．００…（５ａ）
１．３０＜νｎａ／νｐａ＜４．００…（６ａ）
０．０３≦｜（Ｒ１＋Ｒ２）｜／（Ｒ１−Ｒ２）≦０．８０…（７ａ）
１０．００＜ＴＤ／ｆ＜４０．００…（８ａ）
さらに好ましくは、条件式（４）乃至（８）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
−１５．００＜ｆｎ／ｆ＜−４．００…（４ｂ）
２．００＜（ＧｎＲ１＋ＧｎＲ２）／（ＧｎＲ１−ＧｎＲ２）＜６．００…（５ｂ）
１．４０＜νｎａ／νｐａ＜３．００…（６ｂ）
０．０５≦｜（Ｒ１＋Ｒ２）｜／（Ｒ１−Ｒ２）≦０．７５…（７ｂ）
１２．００＜ＴＤ／ｆ＜３５．００…（８ｂ）
また、前群Ｌｆは、７枚以下のレンズで構成することが好ましい。各実施例の光学系は１８０°程度の画角を有しており、前群Ｌｆに含まれるレンズの有効径が大きくなりやすく、各レンズの重量も大きくなりやすい。前群Ｌｆを７枚以下のレンズで構成することにより、前群Ｌｆ全体としての重量を効果的に低減させることができる。後群Ｌｒは、５枚以下のレンズで構成することが好ましい。これにより、レンズ全系の小型化と軽量化を効果的に実現することができる。
また、各実施例の光学系において、少なくとも２枚の非球面レンズを配置することが好ましい。非球面レンズを適切に用いることにより、像面湾曲や非点収差、球面収差を良好に補正することができる。特に、後群Ｌｒの最も像側には、像側に凸面を向けた非球面レンズを配置することが好ましい。これにより、撮像素子に対する光線入射角をテレセントリックに近づけることができ、周辺光量比の低下を抑制することができる。
さらに、本発明の光学系を、該光学系によって形成される像を受光する撮像素子を有する撮像装置に適用した際には、
８５°＜ωｍａｘ＜１２０°…（９）
１．５５＜Ｙ８０／ｆ＜１．８０…（１０）
０．２０＜ｆ２／（Ｙ８０×Ｆｎｏ）＜２．５０…（１１）
なる条件式を満足することが好ましい。
ここで、光学系の最大半画角をωｍａｘ、画角８０°における撮像素子上の像高をＹ８０、光学系の全系の焦点距離をｆ、光学系の無限遠における開放ＦナンバーをＦｎｏとする。
条件式（９）の下限値を超えて、最大半画角ωｍａｘが小さくなると、十分な広画角化を実現できなくなるため好ましくない。条件式（９）の上限値を超えて、最大半画角ωｍａｘが大きくなると、各画角における情報量が低下して解像度の低下を招くため好ましくない。
条件式（１０）は、半画角８０°の光線が結像する像高のずれを規定する条件式である。立体射影方式では、上述したように焦点距離と半画角から像高が決定される。ここで、立体射影方式により光学系を介して被写体を結像面に結像させると、歪曲収差が発生し、像高のずれが生じる。条件式（１０）の下限値を超えると、半画角８０°の光線が結像する像高が理想的な像高に対して低くなり過ぎて、光軸近傍の情報が過度に圧縮されてしまい、画質の低下を招くおそれがあるため好ましくない。条件式（１０）の上限値を超えると、半画角８０°の光線が結像する像高が理想的な像高に対して高くなり過ぎて、周辺領域の情報が過度に圧縮されてしまい、画質の低下を招くおそれがあるため好ましくない。
条件式（１１）は、パンフォーカスの光学系における過焦点距離を規定する条件式である。パンフォーカスの光学系では過焦点距離の半分の距離から無限遠までのすべて被写体距離が被写界深度の範囲内に入る。合焦可能な最至近距離は、過焦点距離ｓｈの１／２の値になる。ここで、過焦点距離ｓｈは、許容錯乱円径をεとして、ｓｈ＝ｆ２／（ε×Ｆｎｏ）と表される。また、許容錯乱円径εは、画素ピッチｐに対して比例関係にあり、ε∝ｐと表される。さらに、撮像素子中に画素が均等に配列されているとすれば、画素ピッチｐは像高Ｙに比例するため、過焦点距離ｓｈ∝ｆ２／（Ｙ×Ｆｎｏ）となる。
条件式（１１）の下限値を超えると、無限遠における開放ＦナンバーＦｎｏの値が大きくなり過ぎて、十分な明るさを確保することが困難になるため好ましくない。また、光学系全系の焦点距離ｆが短くなり過ぎて、諸収差が多く発生するため好ましくない。条件式（１１）の上限値を超えると、合焦可能な最至近距離が長くなり、撮影領域が狭くなるため好ましくない。
なお、各実施例において、好ましくは、条件式（９）乃至（１１）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
８７°＜ωｍａｘ＜１１５°…（９ａ）
１．５９＜Ｙ８０／ｆ＜１．７７…（１０ａ）
０．２５＜ｆ２／（Ｙ８０×Ｆｎｏ）＜２．００…（１１ａ）
また、さらに好ましくは、条件式（９）乃至（１１）の数値範囲を次のように設定するのが良い。
８９°＜ωｍａｘ＜１１０°…（９ｂ）
１．６３＜Ｙ８０／ｆ＜１．７３…（１０ｂ）
０．３０＜ｆ２／（Ｙ８０×Ｆｎｏ）＜１．５０…（１１ｂ）
続いて、各実施例におけるレンズ構成について説明する。実施例１及び２の光学系において、前群Ｌｆは、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の３枚の負レンズ、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズから構成される。物体側から数えて３番目に配置された負レンズの両面を非球面形状とすることで、像面湾曲を良好に補正している。また、物体側から数えて２番目に配置された負レンズが、前群Ｌｆに含まれる負レンズの中で材料のアッベ数が最も小さい負レンズＧｎに相当する。
後群Ｌｒは、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズ、両凸形状の正レンズから構成される。最も像側に配置された正レンズの両面を非球面形状とすることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正している。
実施例３の光学系において、前群Ｌｆは、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の３枚の負レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合レンズから構成される。物体側から数えて３番目に配置された負レンズの両面を非球面形状とすることで、像面湾曲を良好に補正している。物体側から数えて５番目に配置された負レンズが、負レンズＧｎに相当する。後群Ｌｒは、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合レンズ、両凸形状の正レンズから構成される。後群の最も物体側に配置された正レンズの両面と、最も像側に配置された正レンズの両面をそれぞれ非球面形状とすることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正している。
実施例４の光学系において、前群Ｌｆの構成は実施例３と同じである。後群Ｌｒは、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズから構成される。最も物体側に配置された正レンズの両面と、最も像側に配置された正レンズの両面をそれぞれ非球面形状とすることで、像面湾曲と球面収差を良好に補正している。実施例５の光学系において、前群Ｌｆ及び後群Ｌｒの構成は実施例３と同じである。
実施例６の光学系において、前群Ｌｆは、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の２枚の負レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズから構成される。物体側から数えて３番目に配置された負レンズの両面を非球面形状とすることで、像面湾曲を良好に補正している。物体側から数えて２番目に配置された負レンズが、負レンズＧｎに相当する。後群Ｌｒの構成は、実施例１及び２と同じである。
次に、本発明の実施例１乃至６にそれぞれ対応する数値実施例１乃至６のレンズデータを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｄｉとνｄｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。
またＫを離心率、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
ｘ＝（ｈ２／ｒ）／［１＋［１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）２］１／２］＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０
で表示される。但しｒは近軸曲率半径である。また「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。また、各実施例において、負レンズＧｎに相当するレンズの材料の部分分散比θｇＦ、負レンズＧｎに相当するレンズの焦点距離ｆｎを合わせて表記している。
各実施例において、バックフォーカス（ＢＦ）は、レンズ系の最も像側の面から像面までの距離を、空気換算長により表したものである。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 24.640 1.25 1.77250 49.6
2 10.334 3.08
3 13.519 1.00 1.95906 17.5 0.6598 -16.79
4 7.083 4.69
5* 8.181 1.00 1.76802 49.2
6* 3.330 3.00
7 -13.041 0.60 1.59522 67.7
8 8.521 6.87 2.00069 25.5
9 -15.485 1.65
10(絞り) ∞ 1.10
11 5.634 4.46 1.49700 81.5
12 -5.636 0.51
13 -4.287 0.40 1.85478 24.8
14 10.208 2.72 1.49700 81.5
15 -6.064 0.33
16* 9.089 3.52 1.55332 71.7
17* -7.138 1.46
18 ∞ 1.60 1.51630 64.1
19 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第5面
K =-1.74182e+000 A 6=-5.36705e-005 A 8= 1.23192e-006 A10=-3.06369e-009
第6面
K =-1.16929e+000 A 4= 1.39638e-003 A 6=-1.20156e-004 A 8=-1.51135e-006 A10= 2.35477e-007
第16面
K =-1.89973e+000 A 4=-6.45750e-004 A 6= 2.02657e-005 A 8=-1.14090e-006 A10= 1.46887e-008
第17面
K =-7.98305e-001 A 4= 7.08293e-004 A 6=-1.49882e-005
各種データ
焦点距離 2.00
Fナンバー 2.00
半画角 90.20
像高 4.00
レンズ全長 36.18
BF 4.51
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 -15.00
後群 11 8.00
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 25.739 1.25 1.77250 49.6
2 11.637 3.01
3 14.589 1.00 1.95906 17.5 0.6598 -23.55
4 8.566 4.89
5* 8.545 1.00 1.76802 49.2
6* 3.330 5.07
7 -8.737 0.60 1.59522 67.7
8 10.806 5.67 2.00069 25.5
9 -14.548 1.87
10(絞り) ∞ 1.10
11 5.558 4.86 1.49700 81.5
12 -5.560 0.54
13 -4.083 0.40 1.85478 24.8
14 11.045 2.71 1.49700 81.5
15 -6.148 1.24
16* 9.090 3.98 1.55332 71.7
17* -7.140 1.46
18 ∞ 1.60 1.51630 64.1
19 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第5面
K = 3.37697e-001 A 6=-6.93664e-005 A 8= 1.99836e-006 A10=-2.02822e-008
第6面
K =-1.03997e+000 A 4= 1.46726e-003 A 6=-9.52085e-005 A 8=-1.69641e-006 A10= 2.26511e-007
第16面
K =-1.06802e+000 A 4=-7.50562e-004 A 6= 2.07296e-005 A 8=-1.04976e-006 A10= 1.28819e-008
第17面
K =-6.65735e-001 A 4= 6.16060e-004 A 6=-1.49996e-005
各種データ
焦点距離 2.00
Fナンバー 2.00
半画角 90.20
像高 4.00
レンズ全長 39.19
BF 4.51
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 -12.00
後群 11 8.97
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 25.195 1.20 1.80400 46.6
2 11.653 5.00
3 14.557 0.70 2.00100 29.1
4 6.859 4.19
5* 20.501 0.50 1.80610 40.7
6* 5.716 3.99
7 -73.177 0.45 1.59522 67.7
8 9.142 0.86
9 13.936 0.45 2.10205 16.8 0.6721 -15.13
10 7.462 10.57 2.00069 25.5
11 -13.962 4.64
12(絞り) ∞ 2.56
13* 6.320 1.94 1.49710 81.6
14* -17.197 0.09
15 66.768 1.39 1.49700 81.5
16 -5.178 0.45 1.84666 23.8
17 16.143 2.64
18* 13.935 3.54 1.55332 71.7
19* -5.438 1.20
20 ∞ 1.50 1.51630 64.1
21 ∞ 2.24
像面 ∞
非球面データ
第5面
K = 2.00114e+000 A 4=-1.01987e-004 A 6=-5.72800e-006 A 8=-7.90180e-008 A10= 2.62920e-009
第6面
K =-7.26641e-002 A 4=-3.63561e-004 A 6=-2.44288e-005 A 8=-2.31468e-007 A10=-2.01264e-009
第13面
K =-3.51840e+000 A 4= 2.29819e-003 A 6= 3.07570e-004 A 8=-3.86576e-005 A10= 3.46968e-006
第14面
K = 4.84763e+000 A 4= 1.34834e-003 A 6= 2.43191e-004
第18面
K =-3.04798e+000 A 4=-6.21861e-004 A 6= 2.90573e-005 A 8= 1.09122e-006 A10=-4.37169e-008
第19面
K =-3.38885e+000 A 4=-1.03947e-003 A 6= 4.88982e-005 A 8= 2.37243e-007
各種データ
焦点距離 2.00
Fナンバー 2.00
半画角 100.00
像高 4.76
レンズ全長 45.16
BF 4.43
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 15.03
後群 13 9.14
［数値実施例４］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 30.469 1.20 1.83481 42.7
2 9.786 5.68
3* 24.865 0.70 1.88202 37.2
4* 7.378 4.35
5 80.368 0.50 1.80400 46.6
6 11.041 6.90
7 -27.683 0.45 1.71300 53.9
8 13.140 0.63
9 16.036 0.45 1.95906 17.5 0.6598 -28.20
10 9.928 3.91 2.00069 25.5
11 -16.600 10.80
12(絞り) ∞ 0.47
13* 20.010 1.14 1.49710 81.6
14* -20.005 0.50
15 -14.518 1.06 1.48749 70.2
16 -4.427 0.45 2.00100 29.1
17 85.011 0.55
18 14.918 2.34 1.49700 81.5
19 -75.490 0.59
20* 14.013 2.34 1.55332 71.7
21* -4.798 9.98
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 9.26595e-001 A 4= 1.74251e-004 A 6=-9.19603e-008 A 8=-6.18843e-009
第4面
K =-1.55179e+000 A 4= 3.15057e-004 A 6= 6.87929e-006
第13面
K = 1.16740e+000 A 4= 1.89852e-004 A 6= 4.36520e-004 A 8=-2.12647e-005 A10= 8.21093e-007
第14面
K =-2.35943e+000 A 4= 6.47874e-004 A 6= 5.69574e-004
第20面
K =-1.60281e+000 A 4=-1.12845e-003 A 6= 6.14929e-006 A 8= 8.93187e-007 A10=-4.26931e-008
第21面
K =-1.83970e+000 A 4=-1.11349e-003 A 6=-9.48115e-006 A 8= 2.37243e-007
各種データ
焦点距離 1.50
Fナンバー 2.80
半画角 93.20
像高 3.15
レンズ全長 55.00
BF 9.98
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 -78.27
後群 13 8.24
［数値実施例５］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 25.144 1.20 1.80400 46.6
2 11.653 5.21
3 13.855 0.70 1.91082 35.3
4 6.859 4.19
5 73.515 0.50 1.73800 32.3
6 5.907 2.74
7 -19.819 0.45 1.59522 67.7
8 9.142 1.38
9 14.767 0.45 1.95906 17.5 0.6598 -16.22
10 7.462 4.52 2.00069 25.5
11 -13.220 6.79
12(絞り) ∞ 1.40
13* 6.320 1.45 1.49710 81.6
14* -13.855 0.10
15 66.768 1.14 1.48749 70.2
16 -5.178 0.45 1.85478 24.8
17 23.099 3.69
18* 13.935 3.98 1.55332 71.7
19* -4.756 1.20
20 ∞ 1.50 1.51630 64.1
21 ∞ 2.28
像面 ∞
非球面データ
第13面
K =-4.32378e-001 A 4= 2.29819e-003 A 6= 3.07570e-004 A 8= 4.46609e-005 A10=-7.05731e-006
第14面
K = 2.72506e+000 A 4= 3.06342e-003 A 6= 5.10637e-004
第18面
K =-3.04798e+000 A 4=-6.21861e-004 A 6= 2.90573e-005 A 8= 1.09122e-006 A10=-3.89032e-008
第19面
K =-3.38885e+000 A 4=-1.43938e-003 A 6= 5.31066e-005 A 8= 2.37243e-007
各種データ
焦点距離 2.02
Fナンバー 2.40
半画角 97.00
像高 4.36
レンズ全長 40.34
BF 2.28
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 471.79
後群 13 8.23
［数値実施例６］
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd θgF fn
1 32.507 1.25 1.48749 70.2
2 10.511 3.06
3 15.428 1.00 1.95906 17.5 0.6598 -15.37
4 7.299 5.53
5* -30.857 1.00 1.72903 54.0
6* 3.923 1.59
7 9.089 13.77 2.00069 25.5
8 -30.300 1.45
9(絞り) ∞ 1.10
10 6.330 5.69 1.49700 81.5
11 -6.332 0.41
12 -4.591 0.40 1.85478 24.8
13 37.865 2.66 1.49700 81.5
14 -6.205 0.30
15* 10.007 3.12 1.55332 71.7
16* -7.135 1.46
17 ∞ 1.60 1.51630 64.1
18 ∞ 2.00
像面 ∞
非球面データ
第5面
K = 3.99706e+000 A 6= 7.54242e-007 A 8=-4.06321e-007 A10= 9.99311e-009
第6面
K =-3.19199e+000 A 4= 2.82797e-003 A 6=-9.13900e-005 A 8=-4.23232e-007 A10= 7.13283e-008
第15面
K = 1.04119e+000 A 4=-1.28724e-003 A 6= 5.41024e-005 A 8=-3.15358e-006 A10= 4.81716e-008
第16面
K = 5.22651e-002 A 4= 1.16275e-003 A 6=-1.42289e-005
各種データ
焦点距離 2.00
Fナンバー 2.00
半画角 90.20
像高 4.00
レンズ全長 42.33
BF 4.51
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
前群 1 -15.00
後群 10 8.00
Figure 0006727785
次に、本発明の光学系を撮像光学系として用いた監視カメラ（撮像装置）の実施例について、図１３を用いて説明する。図１３において、２０は監視カメラ本体、２１は実施例１乃至６で説明したいずれかの光学系によって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。
このように本発明の光学系を監視カメラ等の撮像装置に適用することにより、小型かつ広画角でありながら高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。
Ｌｆ 前群
Ｌｒ 後群
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面

Claims (9)

  1. 物体側より像側へ順に配置された、複数のレンズを含む前群、開口絞り、正の屈折力の後群から構成される光学系であって、
    前記前群は、正レンズと３枚以上の負レンズとを有し、
    前記前群に含まれる負レンズの中で材料のアッベ数が最も小さい負レンズＧｎの材料のアッベ数をνｄ、前記負レンズＧｎの材料の部分分散比をθｇＦ、前記前群の焦点距離をｆｆ、前記光学系の焦点距離をｆ、前記負レンズＧｎの物体側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ１、前記負レンズＧｎの像側のレンズ面の曲率半径をＧｎＲ２、前記前群の最も物体側のレンズ面から前記後群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴＤ、前記前群に含まれる全ての負レンズの材料が有するアッベ数の平均値をνｎａ、前記前群に含まれる全ての正レンズの材料が有するアッベ数の平均値をνｐａとして、
    θｇＦ＋０．００１６３×νｄ＞０．６６５
    νｄ＜２０．００
    −０．３０＜ｆ／ｆｆ＜０．２５
    ２．００＜（ＧｎＲ１＋ＧｎＲ２）／（ＧｎＲ１−ＧｎＲ２）＜８．００
    １８．０９≦ＴＤ／ｆ＜４５．００
    １．７７≦νｎａ／νｐａ＜５．００
    なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
  2. 前記負レンズＧｎの焦点距離をｆｎとして、
    −２５．００＜ｆｎ／ｆ＜−２．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  3. 前記後群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、前記後群の最も像側のレンズ面の曲率半径をＲ２として、
    ０．００≦｜（Ｒ１＋Ｒ２）｜／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．００
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学系。
  4. 前記前群は、７枚以下のレンズで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の光学系。
  5. 前記後群は、５枚以下のレンズで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の光学系。
  6. 半画角８０°における像高をＹ８０として、
    １．５５＜Ｙ８０／ｆ＜１．８０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の光学系。
  7. 半画角８０°における像高をＹ８０、無限遠の被写体距離での前記光学系の開放ＦナンバーをＦｎｏとして、
    ０．２０＜ｆ２／（Ｙ８０×Ｆｎｏ）＜２．５０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の光学系。
  8. 請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の光学系と、
    前記光学系によって形成された像を受光する撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  9. 前記光学系の最大半画角をωｍａｘとして、
    ８５°＜ωｍａｘ＜１２０°
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
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