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技術 光学系及び撮像装置

出願人 株式会社タムロン
発明者 萩原宏行
出願日 2019年12月13日 (11ヶ月経過) 出願番号 2019-225131
公開日 2020年3月12日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-038401
状態 未査定
技術分野 レンズ系
主要キーワード 据付設置 想定環境 配列調整 収斂効果 反射ゴースト 像面収差 監視用撮像装置 環境耐性
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図面 (15)

課題

最も物体側に配置されたレンズ小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoも1.6程度の明るい光学系の提供を目的とする。

解決手段

上記目的を達成するため、物体側より順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズと、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、正又は負の屈折力を有する第5レンズとで構成されることを特徴とする光学系を採用する。

概要

背景

近年、CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた撮像装置が普及している。例えば、一眼レフカメラミラーレス一眼カメラデジタルスチルカメラ等のユーザによって携帯可能な撮像装置の他、監視用撮像装置車載用撮像装置等(以下、単に「監視用撮像装置等」と称する。)のように、建造物あるいは車体等に据付固定されて特定の目的の下で使用される据付固定型の撮像装置の普及も進んでいる。いずれの撮像装置においても、その高性能化、小型化の進展は著しく、これらの撮像装置に用いられる光学系についても一層の高性能化、小型化等が求められている。

近年においてはセンサ高画素化が進み、高い解像力が要求され、小型軽量で、広い撮像範囲を有し、低照度に対応可能な撮像レンズが求められている。また、屋内外に設置される監視用撮像装置、防犯用撮像装置または車載用撮像装置等には、長期使用に耐える信頼性が求められ、同時に低コスト化の観点からピント調整を行うアクチュエータを備えていない固定焦点の撮像レンズを用いることが一般的である。かかる撮像レンズの場合、常温での性能を確保することはもちろん、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動が少なく、更には高温環境及び低温環境のいずれでも良好な性能を保つ必要がある。このような要求を満たす光学系として、例えば、特許文献1〜特許文献3に示す光学系が存在する。これらの光学系は、いずれも物体側に負レンズを配置して構成された比較的広い画角を備えると共に、高性能化及び小型化を図った撮像レンズとして知られている。

特許文献1には、物体側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの5枚のレンズによって構成された広角系の光学系が開示されている。この特許文献1に記載の光学系は、良好な光学性能と広画角を有し、更にはプラスチックレンズを利用した光学系を採用し、光学系の軽量化、コンパクト化及び低コスト化を図っている。

特許文献2には、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズとで構成した光学系が開示されている。この特許文献2に記載の光学系は、全て球面ガラスレンズで構成することでFno2.0〜Fno4.0と口径比の比較的大きい明るい光学系を達成すると同時に、使用環境温度の変動に対する環境耐性を高めている。

特許文献3には、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズの5枚のレンズによって構成した光学系が開示されている。この特許文献3に記載の光学系は、絞りの前後に配置したレンズの硝材がもつ相対屈折率変化(dN/dT)を、所定の範囲とすることで、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動が少なく、高温環境又は低温環境のいずれの環境下でも良好な環境耐性を備えるものとしている。

概要

最も物体側に配置されたレンズの小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoも1.6程度の明るい光学系の提供を目的とする。上記目的を達成するため、物体側より順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズと、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、正又は負の屈折力を有する第5レンズとで構成されることを特徴とする光学系を採用する。

目的

以上のことから理解できるように、本件発明の課題は、最も物体側に配置されたレンズの小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoも1.6程度の明るい光学系の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

物体側より順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズと、正又は負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズと、正の屈折力を有し、両凸形状の第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、正又は負の屈折力を有する第5レンズとを有し、以下の条件を満足することを特徴とする光学系。R11/f<6.0・・・(1)但し、R11:前記第1レンズの物体側面近軸曲率半径f:前記光学系全系焦点距離である。

請求項2

以下の条件式を満たす請求項1に記載の光学系。45°<w<90°・・・(2)但し、w:前記光学系全系の半画角である。

請求項3

以下の条件式を満たす請求項1又は請求項2に記載の光学系。1.0<|f1/f|<3.0・・・(3)0.01<d1−2/f<1.5・・・(4)但し、f1:前記第1レンズの焦点距離d1−2:前記第1レンズと前記第2レンズとの光軸上の空気間隔である。

請求項4

前記第2レンズは、負の屈折力を有し、以下の条件式を満たす請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光学系。5<f2/f1<100・・・(5)但し、f1:前記第1レンズの焦点距離f2:前記第2レンズの焦点距離である。

請求項5

以下の条件式を満たす請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の光学系。1.0<f3/f<3.0・・・(6)νd3>40.0・・・(7)(dn3/dT)<6.0×10−6/K・・・(8)但し、f3:前記第3レンズの焦点距離νd3:前記第3レンズのd線(587.56nm)に対するアッベ数dn3/dT:前記第3レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)である。

請求項6

以下の条件式を満たす請求項5に記載の光学系。−5.0<(dn3/dT)/(dn2/dT)<20.0・・・(9)但し、dn2/dT:前記第2レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)である。

請求項7

以下の条件式を満たす請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光学系。1.0<|f4/f|<3.5・・・(10)但し、f4:前記第4レンズの焦点距離である。

請求項8

前記第2レンズは、少なくとも1面が非球面である請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光学系。

請求項9

前記第3レンズは、少なくとも1面が非球面である請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の光学系。

請求項10

前記第4レンズは物体側に凸のメニスカス形状を有し、前記第5レンズは物体側に凸のメニスカス形状を有する請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光学系。

請求項11

前記第1レンズから第5レンズは、いずれもガラスレンズである請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の光学系。

請求項12

前記第4レンズと前記第5レンズとが接合されており、以下の条件式を満たす請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の光学系。f45/f<200・・・(11)|α4−α5|<50×10−7/K・・・(12)但し、f45:前記第4レンズと前記第5レンズとの合成焦点距離α4:前記第4レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数(1×10−7/K)α5:前記第5レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数(1×10−7/K)である。

請求項13

前記第5レンズは正の屈折力を有する請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の光学系。

請求項14

請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の光学系と、当該光学系が形成する光学像受光して電気的画像信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置

技術分野

0001

本件発明は、光学系及び撮像装置に関し、特に、デジタルスチルカメラデジタルビデオカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適な光学系及び当該光学系を備えた撮像装置に関する。

背景技術

0002

近年、CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた撮像装置が普及している。例えば、一眼レフカメラミラーレス一眼カメラ、デジタルスチルカメラ等のユーザによって携帯可能な撮像装置の他、監視用撮像装置車載用撮像装置等(以下、単に「監視用撮像装置等」と称する。)のように、建造物あるいは車体等に据付固定されて特定の目的の下で使用される据付固定型の撮像装置の普及も進んでいる。いずれの撮像装置においても、その高性能化、小型化の進展は著しく、これらの撮像装置に用いられる光学系についても一層の高性能化、小型化等が求められている。

0003

近年においてはセンサ高画素化が進み、高い解像力が要求され、小型軽量で、広い撮像範囲を有し、低照度に対応可能な撮像レンズが求められている。また、屋内外に設置される監視用撮像装置、防犯用撮像装置または車載用撮像装置等には、長期使用に耐える信頼性が求められ、同時に低コスト化の観点からピント調整を行うアクチュエータを備えていない固定焦点の撮像レンズを用いることが一般的である。かかる撮像レンズの場合、常温での性能を確保することはもちろん、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動が少なく、更には高温環境及び低温環境のいずれでも良好な性能を保つ必要がある。このような要求を満たす光学系として、例えば、特許文献1〜特許文献3に示す光学系が存在する。これらの光学系は、いずれも物体側に負レンズを配置して構成された比較的広い画角を備えると共に、高性能化及び小型化を図った撮像レンズとして知られている。

0004

特許文献1には、物体側より順に、負レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズの5枚のレンズによって構成された広角系の光学系が開示されている。この特許文献1に記載の光学系は、良好な光学性能と広画角を有し、更にはプラスチックレンズを利用した光学系を採用し、光学系の軽量化、コンパクト化及び低コスト化を図っている。

0005

特許文献2には、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズとで構成した光学系が開示されている。この特許文献2に記載の光学系は、全て球面ガラスレンズで構成することでFno2.0〜Fno4.0と口径比の比較的大きい明るい光学系を達成すると同時に、使用環境温度の変動に対する環境耐性を高めている。

0006

特許文献3には、物体側より順に、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズの5枚のレンズによって構成した光学系が開示されている。この特許文献3に記載の光学系は、絞りの前後に配置したレンズの硝材がもつ相対屈折率変化(dN/dT)を、所定の範囲とすることで、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動が少なく、高温環境又は低温環境のいずれの環境下でも良好な環境耐性を備えるものとしている。

先行技術

0007

特開2003−307674号公報
特開2010−107532号公報
特開2016−114648号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、特許文献1に開示の光学系では、屋内外に設置される監視用撮像装置等のように幅広温度環境下での使用を想定した場合、使用環境温度の変化に伴い当該光学系を構成するプラスチックレンズが変質又は変形すると、屈折率の変化等が発生して解像力の低下を招き、良好な光学性能を得ることができないという問題がある。

0009

また、特許文献2に開示の光学系では、全て球面ガラスレンズを採用し、比較的口径比の大きい明るい光学系を達成し、且つ環境耐性を高めている。ところが、監視用撮像装置等は、観察対象である被写体側にいる人間から見て、撮像装置の存在を目立たなくする必要があり、光学系も小型化することが求められる。特に、最も被写体側(物体側)に配置されたレンズの外径小径化が求められるが、特許文献2に開示の光学系では十分に小型化ができない。また、暗い環境における視認性を高めるためには、口径比が大きい(Fnoが明るい)レンズの使用が必要となるが、特許文献2に開示の光学系では明るさも十分に確保できない。さらに、当該光学系の半画角は22度程度であり、十分な広角化が図れていない。そのため、当該光学系を監視用撮像装置等に適用すると、1台の監視用撮像装置で撮像可能な範囲が狭いという問題がある。

0010

さらに、特許文献3に開示の光学系では、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動が少なく、高温環境又は低温環境のいずれの環境下でも良好な環境耐性を備えるようにしているが、物体側より順に「負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ」で構成すると、物体側からの入射光束が順に発散収斂とが交互に組み合わせられているため、色収差を小さくするという観点では良好な特性を得ることはできる。ところが、レンズを直列的に配置して、特許文献3に開示の光学系を製造しようとすると、偏芯感度が高くなるため、レンズの配列調整が困難となり、当該変倍光学系を製造する際に安定した光学性能を確保することが困難になるため好ましくない。また、暗い環境下での視認性を高めるために口径比の大きい明るい光学系が求められているが、当該光学系のFnoは2.0程度であり、十分な明るさを確保できていない。さらに、当該光学系の半画角は30度程度であり、十分な広角化が図れていない。そのため、特許文献2と同様に当該光学系では撮像可能な範囲が狭いという問題がある。

0011

以上のことから理解できるように、本件発明の課題は、最も物体側に配置されたレンズの小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoも1.6程度の明るい光学系の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、以下に述べる構成の光学系を採用することで、上述の課題を解決できることに想到した。

0013

<本件発明に係る光学系>
本件発明に係る光学系は、物体側より順に、負の屈折力を有し、像側面を凹とした第1レンズと、正又は負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズと、正の屈折力を有し、両凸形状の第3レンズと、負の屈折力を有する第4レンズと、正又は負の屈折力を有する第5レンズとを有し、以下の条件を満足することを特徴とするものでもある。

0014

R11/f<6.0 ・・・(1)
但し、R11:前記第1レンズの物体側面近軸曲率半径
f:前記光学系全系焦点距離
である。

0015

<本件発明に係る撮像装置>
本件発明に係る撮像装置は、上述に記載の光学系と、当該光学系が形成する光学像受光して電気的画像信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする。

発明の効果

0016

本発明によれば、最も物体側に配置されたレンズの小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoも1.6程度の明るい光学系を提供することができる。

図面の簡単な説明

0017

本件発明の実施例1の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例1の光学系の無限遠合焦時の球面収差図非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例2の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例2の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例3の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例3の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例4の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例4の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例5の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例5の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例6の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例6の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。
本件発明の実施例7の光学系のレンズ構成例を示す断面図である。
実施例7の光学系の無限遠合焦時の球面収差図、非点収差図及び歪曲収差図である。

0018

以下、本件発明に係る光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。

0019

1.光学系
1−1.光学系の構成
本件発明に係る光学系は、「負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズ」と、「像側に凸のメニスカス形状の第2レンズ」と、「正の屈折力を有する第3レンズ」と、「負の屈折力を有する第4レンズ」と、「正又は負の屈折力を有する第5レンズ」とから構成されることを基本とする。以下、この概念に含まれる2つの具体的構成が以下のようになる。まず、本件発明に係る光学系の構成について説明し、そこで必要となる条件式に関する内容は、後述するものとする。

0020

本件発明に係る光学系は、物体側より順に、「負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズ」と、「負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズ」と、「正の屈折力を有する第3レンズ」と、「負の屈折力を有する第4レンズ」と、「正又は負の屈折力を有する第5レンズ」とで構成されることを特徴とする(以下、「第1構成」と称する。)。

0021

また、本件発明に係る光学系として、物体側より順に、「負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズ」と、「正又は負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズ」と、「正の屈折力を有し、両凸形状の第3レンズ」と、「負の屈折力を有する第4レンズ」と、「正又は負の屈折力を有する第5レンズ」とを有し、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とするものを採用することも可能である(以下、「第2構成」と称する。)。

0022

以上に述べた本件発明に係る光学系は、最も物体側にある第1レンズのレンズ径を小径に維持しつつ、同時に広角化を図ろうとしたものである。このような場合、第1レンズG1の負の屈折力を高くせざるを得ないが、負の屈折力を高めるためには第1レンズの小径化が困難となってくる。そのため、第2レンズG2には像側面を凸形状のメニスカス形状を採用することで、本来第1レンズG1に必要となる負の屈折力の一部を第2レンズG2に分担させることで、期待どおりの広角化を可能にしたものである。その結果、最も物体側に配置されたレンズの小径化が可能で、監視用撮像装置等において撮像装置の存在を目立たなくする効果が発揮でき、しかも半画角45度以上の広角化が可能で、且つ、Fnoが1.6程度の明るい画像を得ることが可能になる。そして、暗い環境下での視認性を高めるためには、Fnoが2.0より明るいことが好ましい。なお、このレンズ構成を採用すると、第1レンズの像側面が凹であり、第2レンズが像側に凸のメニスカス形状を備えているため、第1レンズと第2レンズとの間には必然的に、両凸形状の空気レンズが形成される。以下において、各レンズ及び条件式について説明する。

0023

(1)第1レンズ
第1レンズは、上述したとおり、負の屈折力を有し、像側面が凹のレンズであれば、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。ここで、第1レンズの像側面が凹面であるため、像側に凸のメニスカス形状を備える第2レンズとの間に必然的に形成される空気レンズは、第1レンズと第2レンズとの間に両凸形状の空気レンズを設けることにより、球面収差及び像面収差をより良好に補正することが可能になる。従って、当該光学系の光学性能をより良好にすることができるという観点から、第1レンズの像側面が凹面であることが好ましい。

0024

(2)第2レンズ
上述の第1構成における第2レンズは、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を備えるものであり、当該メニスカス形状を備える限り、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。そして、第2レンズが、この形状を備えることにより、前記第1レンズと第2レンズとの間に必然的に両凸形状の空気レンズが形成される。このとき条件式(1)を満足すれば、広角化及び第1レンズの一層の小径化を図ることがより容易になる。

0025

そして、上述の第2構成における第2レンズは、後述する条件式(1)を満たすことを前提に、正又は負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を備えるものを用いることができる。この第2構成において、第2レンズが負の屈折力を有する場合、上記第1構成と同様の作用効果を得ることができる。第2レンズが正の屈折力を有する場合、第1レンズの負の屈折力を第2レンズに分担させることが困難になる。しかしながら、第1レンズに小径化が可能な範囲で可能な限り強い負の屈折力を有するレンズを第1レンズとして用い、正の屈折力を有する第3レンズの形状を両凸形状とし、条件式(1)を満たすことにより、第2レンズの屈折力を正とした場合も、本件発明の効果を得ることができる。

0026

以上に述べた第2レンズは、より良好な光学性能を確保する上で、当該第2レンズの物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面が非球面であることが好ましい。第2レンズが非球面を備えることでコマ収差像面湾曲を良好に補正できるからである。

0027

(3)第3レンズ
第3レンズは、正の屈折力を有する限り、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。当該第3レンズとしては、両面が凸面の両凸レンズを用いることが好ましい。両面が凸面とした第3レンズは、正の屈折力を物体側面と像側面とに分散でき、後述する条件式(1)を満たすことが容易となると同時に、偏心によるコマ収差の劣化を抑制でき、良好な光学性能の確保が容易になる。

0028

また、第3レンズの物体側面及び像側面のうち、少なくともいずれか一面を非球面とすることが好ましい。第3レンズの少なくとも一面を非球面とすることにより、球面収差を良好に補正することができ、より良好な光学性能を得ることができるからである。

0029

(4)第4レンズ及び第5レンズ
第4レンズは、上述したとおり、負の屈折力を有する限り、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。ところが、この第4レンズは、物体側に凸のメニスカス形状であることが好ましい。像面湾曲を良好に補正し、良好な光学性能が確保できるからである。

0030

第5レンズは、正又は負の屈折力を有する限り、その他の具体的なレンズ構成は特に限定されるものではない。第5レンズの屈折力として、正又は負の屈折力のいずれを選択するかは、第1レンズから第4レンズまでの屈折力を受けた光束の収差等を考慮し、後述する条件式を満たすよう任意に選択可能である。しかし、より安定した光学性能を確保するためには、第5レンズは正の屈折力を備える構成とすることが好ましい。そして、この第5レンズも、第4レンズと同様に、物体側に凸のメニスカス形状であることが好ましい。像面湾曲を良好に補正し、良好な光学性能が確保できるからである。

0031

また、以上に述べた第4レンズと第5レンズとを接合し、接合レンズとして用いることも好ましい。光学系を製造するときのレンズの配列調整が容易になり、偏芯敏感度を低くすることができる。接合レンズとして用いない場合の屈折力に比べ、接合レンズとすることで、より強い合成屈折力を得られ、本件発明に係る光学系の光学性能の向上に寄与できるからである。

0032

(5)レンズ硝材
本件発明に係る光学系を構成する第1レンズから第5レンズはいずれもガラスレンズであることが好ましい。プラスチックと比較して、熱的安定性が高く、温度変動に伴う膨張収縮が小さい。そのため、全てのレンズをガラスレンズとすることで、使用環境温度が変化しても焦点位置の変動を良好に抑制することができる。

0033

(6)絞り
本件発明に係る光学系において、絞り(開口絞り)の配置場所は、特に限定されるものではない。例えば、第2レンズと第3レンズとの間、第3レンズと第4レンズとの間等に配置できる。しかし、絞りを光学系の像面よりに配置する程、像面に対する結像光入射角度が大きくなり、撮像素子に配置されるフォトダイオードに適切に入射することが困難となる。その結果、適正露出の確保が困難となるため、感度ムラシェーディングムラ)や周辺色付きが発生してしまい好ましくない。よって、第2レンズと第3レンズとの間に絞りを配置することが好ましい。

0034

1−2.条件式
次に、本件発明に係る光学系が満足すべき条件、又は、満足することが好ましい条件について説明する。

0035

1−2−1.条件式(1)
本件発明に係る光学系において、物体側より順に、「負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズ」と、「正又は負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状の第2レンズ」と、「正の屈折力を有し、両凸形状の第3レンズ」と、「負の屈折力を有する第4レンズ」と、「正又は負の屈折力を有する第5レンズ」とを有する場合には、以下の条件式(1)を満たすことが求められる。

0036

R11/f<6.0 ・・・(1)
但し、R11:前記第1レンズの物体側面の近軸曲率半径である。
f:前記光学系全系の焦点距離である。

0037

上記条件式(1)は、当該光学系全体の焦点距離fに対する第1レンズの物体側面の近軸曲率半径R11の比を規定した式である。条件式(1)の数値範囲は、以下の理由から規定した。当該条件式(1)のR11/fの値が、6.0以上になると、第1レンズの物体側面の近軸曲率半径R11が大きくなることを意味する。このような場合、第1レンズの像側面の近軸曲率半径が小さくなり、像面において反射した光が第1レンズの像側面に入射すると、その反射光が像面に再入射し易くなり、ゴースト像が生じるおそれが高くなる。そこで、良好な光学性能を確保する観点から、条件式(1)の範囲を規定した。

0038

そして、上述の条件式(1)において、上限値のみを規定しているが、当業者感覚でみれば下限値を規定する必要は無いと考える。しかしながら、下限値を定めるとすれば、経験的に3である。R11/fの値が、3未満になると、第1レンズの物体側面の近軸曲率半径R11が過剰に小さくなり、上述のゴースト像の結像を回避することは可能になるが、像面湾曲が大きくなり、結像性能確保が困難になる。このことから、より好ましくは、3<R11/f<6である。

0039

さらに、像面湾曲を小さくし、ゴースト像の結像を回避確実にするためには、条件式(1)の下限は3.5であることが好ましく、4.0であることがさらに好ましい。条件式(1)の上限は、5.8であることが好ましく、5.7であることがさらに好ましい。

0040

1−2−2.条件式(2)
以下に示す条件式(2)は、本件発明に係る光学系において、当該光学系全系の半画角wを規定したものである。

0041

45°<w<90° ・・・(2)
但し、w:前記光学系全系の半画角である。

0042

このように光学系全系の半画角を規定したのは、本件発明に係る光学系において、ある程度の広角レンズを用いることを想定したときに、像面の中心付近で発生する面反射ゴーストの発生を回避するためである。前記光学系全系の半画角wが45°以下であると本件発明の45°以上の広角化を行うという趣旨が没却するため好ましくない。一方、前記光学系全系の半画角は90°未満としているのは、通常使用される広角レンズの場合、90°以上の半画角を確保することは困難である。以上のような理由で、光学系全系の半画角wの範囲を定めている。

0043

そして、条件式(2)における半画角wの範囲は、像面の中心付近で発生する面反射ゴーストの発生を、より確実に回避し、広角化を確実に達成するためには、条件式(2)の下限は、50°であることが好ましく、55°であることがより好ましい。条件式(2)の上限は80°であることが好ましく、75°であることがより好ましく、70°であることがより好ましい。

0044

1−2−3.条件式(3)及び条件式(4)
本件発明に係る光学系は、以下に記載する条件式(3)及び条件式(4)を同時に満たすことが好ましい。

0045

条件式(3): 条件式(3)は、以下のとおりである。
1.0<|f1/f|<3.0 ・・・(3)
但し、f1:前記第1レンズの焦点距離である。
f:前記光学系全系の焦点距離である。

0046

この条件式(3)は、前記光学系全系の焦点距離fと、前記第1レンズの焦点距離f1との比を規定した式である。条件式(3)が3.0以上になると第1レンズの負の屈折力が弱くなることを意味し、最も物体側に配置される第1レンズの小径化の実現が困難になる。一方、条件式(3)が1.0以下になるように第1レンズの負の屈折力を強めると、像面湾曲の補正が困難となり性能劣化に繋がるため好ましくない。よって、条件式(3)を上述のように規定した。

0047

そして、最も物体側に配置される第1レンズの小径化を確実なものとし、像面湾曲の補正が確実な範囲として、条件式(3)の上限値は、2.5であることが好ましく、2.3であることが好ましく、2.2であることがより好ましい。条件式(3)の下限値は、1.2であることが好ましく、1.3であることが好ましく、1.5であることがより好ましい。

0048

条件式(4): 条件式(4)は、以下のとおりである。
0.01<d1−2/f<1.5 ・・・(4)
但し、 f:前記光学系全系の焦点距離である。
d1−2:前記第1レンズと前記第2レンズとの光軸上の空気間隔である。

0049

この条件式(4)は、前記第1レンズと前記第2レンズとの光軸上の空気間隔d1−2と、前記第1レンズの焦点距離f1との比を規定しており、本件発明に係る光学系全体の焦点距離に対する第1レンズと第2レンズとの光軸上の間隔を規定した式である。ここでいう第1レンズと第2レンズとの光軸上の間隔とは、第1レンズと第2レンズとの間に形成される空気レンズの面間隔を意味する。条件式(4)を満足することにより、第1レンズと第2レンズとの間に形成される空気レンズにより諸収差を良好に補正でき、良好な光学性能を有する光学系を得ることができる。また、当該条件式(4)を満足することにより、当該空気レンズの面間隔が適切な範囲内となり、当該光学系をコンパクトに構成できる。条件式(4)のd1−2/fが0.01以下になると、第1レンズと第2レンズとの間に形成される空気レンズによる収差補正効果を得ることが困難になる。この場合、特に、像面湾曲を補正することが困難になり、良好な光学性能が得られなくなる。一方、条件式(4)のd1−2/fが1.5以上になると、当該空気レンズの面間隔が大きくなりすぎるため、当該光学系の全長が長くなり、当該光学系の小型化が困難になる。よって、条件式(4)を上述のように規定した。

0050

そして、当該空気レンズの面間隔を、より適切な範囲内とし、当該光学系をコンパクトに構成することができる確実な範囲として、条件式(4)の上限は、1.2であることが好ましく、1.0であることがより好ましい。条件式(4)の下限は0.2であることが好ましく、0.5であることがより好ましい。

0051

1−2−4.条件式(5)
条件式(5)は、第2レンズの焦点距離と、第1レンズの焦点距離との比を規定する式である。以下に示す条件式(5)を満足することにより、本件発明に係る光学系において、より良好な光学性能を得ることができると共に、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。

0052

5<f2/f1<100 ・・・(5)
但し、f1:前記第1レンズの焦点距離である。
f2:前記第2レンズの焦点距離である。

0053

条件式(5)において、f2/f1の値が100以上となる場合とは、第1レンズの負の屈折力が過剰に強くなった場合と、第2レンズの負の屈折力が過剰に弱くなった場合とが想定できる。前者の場合には、明るい画像を得ることができず、良好な光学性能を得ることが困難になり好ましくない。そして、後者の場合には、第1レンズと第2レンズとの間に想定する負の屈折力の分散効果が弱くなり、広画角という性能を確保しようとすると、第1レンズのレンズ径を小径化できなくなり好ましくない。一方、f2/f1の値が5以下となる場合とは、第1レンズの負の屈折力が過剰に弱くなった場合と、第2レンズの負の屈折力が過剰に強くなった場合とが想定できる。前者の場合には、広画角という性能を確保しようとすると、第1レンズのレンズ径の小径化ができなくなり好ましくない。そして、後者の場合には、明るい画像を得ることができず、良好な光学性能を得ることが困難になり好ましくない。よって、条件式(5)を上述のように規定した。

0054

そして、第1レンズの負の屈折力と第2レンズの負の屈折力とが、良好なバランスの範囲にあり、安定的に、より明るい画像を得ることができる範囲として、条件式(5)の上限値は、50であることが好ましく、35であることがより好ましい。条件式(5)の下限値は10であることが好ましく、15であることがより好ましい。

0055

1−2−5.条件式(6)、条件式(7)、条件式(8)
本件発明に係る光学系は、以下に記載する条件式(6)、条件式(7)及び条件式(8)を同時に満たすことが好ましい。

0056

条件式(6): 条件式(6)は、当該光学系全体の焦点距離と、第3レンズの焦点距離との比を規定した式である。条件式(6)を満足することにより、第3レンズの正の屈折力が適正な範囲内となり、より良好な光学性能を得ることができる。また、当該光学系の一層の小型化を図ることが容易になる。条件式(6)は、以下のとおりである。

0057

1.0<f3/f<3.0 ・・・(6)
但し、f3:前記第3レンズの焦点距離である。
f:前記光学系全系の焦点距離である。

0058

条件式(6)のf3/fの値が1.0以下になると、第3レンズの屈折力が強くなりすぎる。この場合、コマ収差や像面湾曲の補正が困難となり、良好な光学性能を確保することが困難となる。さらに、偏心敏感度が高くなるため、レンズの組付を精度よく行う必要があり、生産性が低下する。一方、条件式(6)のf3/fの値が3.0以上になると、第3レンズにおける入射光束の収斂効果が弱くなり、当該光学系の全長が長くなる。このため、当該光学系の小型化を図る上で好ましくない。よって、条件式(6)を上述のように規定した。

0059

そして、第3レンズの屈折力をより適切なものとし、より良好な光学性能を確保し、確実に生産性に悪影響を与えない偏心敏感度の範囲とするためには、条件式(6)の上限は、2.7であることが好ましく、2.5であることが好ましく、2.3であることがより好ましく、2.0であることがより好ましい。条件式(6)の下限値は、1.2であることが好ましく、1.3であることがより好ましい。

0060

条件式(7): 条件式(7)は、第3レンズのd線に対するアッベ数を規定する式である。条件式(7)を満足することにより、本件発明に係る光学系が良好な光学性能を得ることが容易になる。また、当該条件式(7)を満足する硝材は、屈折率の温度係数が負であることが多い。屈折率の温度係数が負の硝材を用いて第3レンズを構成すれば、雰囲気温度の変化に伴う当該光学系の合焦位置の変動を抑制することが可能になる。そのため、当該光学系を屋外等で使用されることの多い上記据付設置型の撮像装置の光学系としてより好適なものとすることができる。なお、この点については後述する。条件式(7)は、以下のとおりである。

0061

νd3>40.0 ・・・(7)
νd3:前記第3レンズのd線(587.56nm)に対するアッベ数である。

0062

この条件式(7)の数値が40.0以下になると、軸上色収差及び倍率色収差が悪化し、本件発明に係る光学系の光学性能が低下するため好ましくない。また、条件式(7)の数値が40.0以下の硝材は、屈折率の温度係数が正の硝材が多く、上述した雰囲気温度の変化に伴う当該光学系の合焦位置の変動を抑制することが困難になる。よって、条件式(7)を上述のように規定した。

0063

そして、上述の条件式(7)において、下限値のみを規定しているが、当業者感覚でみれば上限値を規定する必要は無いと考える。しかしながら、上限値を定めるとすれば、経験的に90.0である。

0064

そして、軸上色収差及び倍率色収差の劣化を抑制し、より良好な光学性能を確実に確保するという観点から、より好ましくは40.0<νd3<90.0、さらに好ましくは60.0<νd3<90.0である。

0065

条件式(8): 条件式(8)は、第3レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)を規定する式である。レンズは、環境温度の変化によって膨張・収縮する。この結果、レンズの屈折率変化が生じ、光学系における焦点距離が変動し、解像度の低下が起きやすくなる。したがって、本件発明に係る光学系において、低温から高温までの幅広い環境温度の中で高い解像度を維持するため、高温環境及び低温環境におけるレンズの屈折率変化に最も影響を与えると考える第3レンズを対象として条件式(8)を規定した。条件式(8)は、以下のとおりである。

0066

dn3/dT<6.0×10−6/K ・・・(8)
dn3/dT:前記第3レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)である。

0067

この条件式(8)のdn3/dTの値が6.0×10−6/K以上になると、最も絞りに近い位置に配される正レンズである第3レンズを構成する材料のd線に対する温度による相対屈折率変化が小さくなり過ぎたときに、高温環境及び低温環境下での焦点距離の変動が大きくなるというように温特性能が劣化し、画像解像度が低下してしまうため好ましくない。よって、条件式(8)を上述のように規定した。なお、温度による相対屈折率変化は、レンズ材料と同温度の空気中における屈折率の温度変化とで定義される。以下、同様である。

0068

そして、上述の条件式(8)において、上限値のみを規定しているが、当業者感覚でみれば下限値を規定する必要は無いと考える。しかしながら、下限値を定めるとすれば、経験的に−8.0×10−6/Kである。そして、軸上色収差及び倍率色収差の劣化を抑制し、より良好な光学性能を確実に確保するという観点から、より好ましくはdn3/dT<0.0、さらに好ましくは−6.0×10−6/K<(dn3/dT)<0.0である。

0069

1−2−6.条件式(9)
条件式(9)は、「第3レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)」と、「第2レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(1×10−6/K)」との比を規定した式である。本件出願に係る光学系の場合、最も絞りに近い位置の正レンズとして第3レンズを配し、最も絞りに近い位置の負レンズとして第2レンズを配している。この条件式(9)を満たすことにより、高温雰囲気又は低温雰囲気であっても、より高い解像度を得ることができる。条件式(9)は、以下のとおりである。

0070

−5.0<(dn3/dT)/(dn2/dT)<20.0 ・・・(9)
但し、dn3/dT:前記第3レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)にお ける相対屈折率温度係数(1×10−6/K)である。
dn2/dT:前記第2レンズの20℃環境下、d線(587.56nm)にお ける相対屈折率温度係数(1×10−6/K)である。

0071

この条件式(9)の(dn3/dT)/(dn2/dT)の値は、dn3/dT、dn2/dTのそれぞれの値は、条件式(9)の範囲を満たす限り、正の数値でも負の数値でも構わない。ところが、本件発明の光学系においては、第2レンズが負の屈折力を有し、第3レンズが正の屈折力を有し、それぞれの相対屈折率温度係数が正と負とで異なると、温度特性が劣化する傾向がある。一方、上述の条件式(8)より正の屈折力を有する第3レンズの相対屈折率温度係数(dn3/dT)が負の値を備えている。このような場合、第2レンズの相対屈折率温度係数(dn3/dT)も負の値であることが、温度特性の変動を抑制するためには、より好ましい。一方、条件式(9)の値が、20.0以上になると、前記第3レンズの相対屈折率温度係数と前記第2レンズの相対屈折率温度係数との差が大きくなりすぎると、温度特性が劣化するため好ましくない。よって、条件式(9)を上述のように規定した。

0072

この条件式(9)において、「第3レンズの相対屈折率温度係数」及び「第2レンズの相対屈折率温度係数」ともに負の値であることが最も好ましい。そして、高温雰囲気又は低温雰囲気であっても、極めて安定した高い解像度を得るためには、より好ましくは−5<(dn3/dT)/(dn2/dT)<15、さらに好ましくは0<(dn3/dT)/(dn2/dT)<5である。

0073

1−2−7.条件式(10)
条件式(10)は、当該光学系全体の焦点距離と、負の屈折力を有する第4レンズの焦点距離との比を規定した式である。条件式(10)を満足することにより、本件発明に係る光学系に、より良好な光学性能を付与できると共に、当該光学系の更なる小型化を図ることが容易になる。条件式(10)は、以下のとおりである。

0074

1.0<|f4/f|<3.5 ・・・(10)
但し、f4:前記第4レンズの焦点距離である。
f:前記光学系全系の焦点距離である。

0075

この条件式(10)の|f4/f|の数値が1.0以下になると、第4レンズの屈折力が強くなりすぎて、像面湾曲の補正が困難になる。そのため、良好な光学性能を得ることが困難になる。一方、条件式(10)の|f4/f|の数値が3.5以上になると、第4レンズの屈折力が弱く、第4レンズにおける入射光束の発散効果が弱くなる。そのため、所望の像高を確保するには、当該光学系の全長を長くする必要があり、当該光学系の小型化を図ることが困難になる。よって、条件式(10)を上述のように規定した。

0076

そして、条件式(10)において、高温雰囲気又は低温雰囲気であっても、極めて安定した高い解像度を得るためには、条件式(10)の上限値は3.0であることが好ましく、2.8であることが好ましく、2.5であることがより好ましい。条件式(10)の下限値は1.2であることが好ましく、1.5であることが好ましく、1.8であることがより好ましい。

0077

1−2−7.条件式(11)、条件式(12)
本件発明に係る光学系において、前記第4レンズと前記第5レンズとが接合されていることを前提として、以下に記載する条件式(11)及び条件式(12)を同時に満たすことが好ましい。

0078

条件式(11): 条件式(11)は、前記第4レンズと前記第5レンズとを接合したときの合成焦点距離と、前記光学系全系の焦点距離との比を規定した式である。条件式(11)を満足することにより、本件発明に係る光学系に、より良好な光学性能を付与できると共に、当該光学系の更なる小型化を図ることが容易になる。条件式(11)は、以下のとおりである。

0079

f45/f<200 ・・・(11)
但し、f45:前記第4レンズと前記第5レンズとの合成焦点距離である。
f:前記光学系全系の焦点距離である。

0080

条件式(11)において、f45/fの値が200より小さくなければ、接合レンズとしての合成屈折力が弱くなり、前記第4レンズと前記第5レンズとを接合する意義が没却し、本件発明に係る光学系の光学性能の向上に寄与できなくなるため好ましくない。よって、条件式(11)を上述のように規定した。上述の条件式(11)において、上限値のみを規定しているが、当業者感覚でみれば下限値を規定する必要は無いと考える。

0081

そして、本件発明に係る光学系において、より良好な光学性能を付与し、当該光学系の更なる小型化を容易にするという観点から、−200<f45/f<0、さらに好ましくは−150<f45/f<0である。

0082

条件式(12): 条件式(12)は、「前記第4レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数」と「前記第5レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数」との比を規定した式である。本件発明に係る光学系を構成する第1レンズから第5レンズは全てガラスレンズであることが好ましい。前記第4レンズと前記第5レンズとの接合を行うと、第4レンズと第5レンズとの間に有機成分(接着剤)が介在することになる。有機成分はガラスに比べて線膨張係数が高く、使用環境温度の変化によってその体積が変化し易い。条件式(12)を満足することにより、使用環境温度が変化したときも前記第4レンズと前記第5レンズとの安定した接合状態が得られる。条件式(12)は、以下のとおりである。

0083

|α4−α5|<50×10−7/K ・・・(12)
但し、α4:前記第4レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数(1×10−7/K)である。
α5:前記第5レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張 係数(1×10−7/K)である。

0084

前記第4レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数と、前記第5レンズに使用する硝材の−30℃から70℃における平均線膨張係数との差が50×10−7以上になると、−30℃から70℃の使用想定環境における温度変化による膨張・収縮挙動により接合部が剥離する可能性が高くなるため好ましくない。よって、条件式(12)を上述のように規定した。

0085

2.撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系が形成する光学像を受光して電気的画像信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする。

0086

ここで、撮像素子等に特に限定はなく、CCDセンサ(Charge Coupled Device)やCMOSセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子等も用いることができる。本件発明に係る撮像装置は、デジタルカメラビデオカメラ等のこれらの固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよいし、一眼レフカメラやミラーレス一眼カメラ等のレンズ交換式の撮像装置であってもよいのは勿論である。

0087

特に、本件発明に係る撮像装置は、監視用撮像装置等のように、建造物あるいは車体等に据付固定され、特定の目的の下で使用される据付固定型の撮像装置に好適である。これらの用途の撮像装置は、被写体側から当該撮像装置の存在を目立たないようにすることが求められる。本件発明に係る光学系は、最も物体側に配置されたレンズの小径化を実現しつつ、半画角45度以上の広角化も同時に実現し、Fnoが1.6程度の明るい画像を得ることができる。よって、本件発明に係る光学系を備える監視用撮像装置等は、目立たない外観ではあるが、広範囲を撮像可能であり、夜間等の低光量下においても鮮明な画像を得ることができ理想的性能を備えるようになる。

0088

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下に挙げる各実施例の光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩フィルムカメラ等の撮像装置(光学装置)に用いられる撮像光学系であり、特に、監視用撮像装置等の据付設置型の撮像装置に好ましく適用することができる。また、各レンズ断面図において、図面に向かって左方が物体側、右方が像面側である。

0089

(1)光学系の構成
実施例1の光学系を図1に示す。図1から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、物体側に凸のメニスカス形状を備えるものを用いている。また、この実施例1における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合レンズとしており、その合成屈折力は負である。

0090

この実施例1においては、開口絞りSPが第2レンズG2と第3レンズG3との間には、配置している。この開口絞りSPは、物体側から像面IP側に入射する光束の径(光量)を制限するものである。そして、第5レンズG5と、像面IPとの間には、光学ブロックGを配置している。この光学ブロックGは、光学フィルタや、フェースプレート水晶ローパスフィルタ赤外カットフィルタ等に相当するものである。

0091

実施例1の光学系を用いて撮像装置を構成したとき、像面IPは固体撮像素子の撮像面に相当する。固体撮像素子として、上述したCCDセンサ、CMOSセンサ等の光電変換素子を用いることができる。撮像装置では、本実施形態の撮像レンズの物体側から入射した光が最終的に固体撮像素子の撮像面に結像する。そして、この固体撮像素子が受像した光を光電変換して電気信号として出力し、被写体の像に対応したデジタル画像を生成する。デジタル画像は、例えばHDD(Hard Disk Device)やメモリカード光ディスク磁気テープなどの記録媒体に記録することが可能である。また、撮像装置が銀塩フィルムカメラのときは、像面IPがフィルム面に相当する。なお、撮像装置が銀塩フィルムカメラである場合、当該像面IPはフィルム面に相当する。なお、上記SP、IP、G等の表記は以下の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以下では説明を省略する。

0092

(2)数値実施例
実施例1で採用した光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表1に当該光学系のレンズデータを示す。表1(1A)において、「面番号」は物体側から像面側に向けて数えたレンズ面の番号、「r(mm)」はレンズ面の曲率半径(但し、rの値が∞となる面は、その面が平面であることを示す。)、「d」は物体側からi番目(iは自然数)のレンズ面と、i+1番目のレンズ面とのレンズ面の光軸上の間隔、「nd」はd線(波長λ=587.56nm)に対する屈折率、「νd」はd線に対するアッベ数を示している。但し、レンズ面が非球面である場合、以下に掲載した表中の面番号の手前に「※」を付している。また、非球面である場合には、「r」の欄にはその近軸曲率半径を示している。そして、表中の「INF」は無限大を表す。

0093

表1(1B)には、当該光学系の諸データである。具体的には、当該光学系の焦点距離(mm)、Fナンバー(Fno値)、半画角(w/°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカス(BF/mm)を示している。ここで、当該レンズ全長は、第1レンズの物体側面から、後続レンズ群において最も像面側に配置されたレンズ、ここでは第5レンズの像側面までの光軸上の距離に、バックフォーカスを加えた値である。また、バックフォーカスは、第5レンズG5の像側面から近軸像面までの距離を空気換算した値である。

0094

表1(1C)には、表1(1A)において示した非球面(※)について、その形状を下記式で定義した場合の非球面係数を示す。なお、非球面係数は、光軸からの高さhの位置での光軸方向の変位面頂点基準として、以下の非球面式により表すことができる。表1(1C)において、「E−a」は「×10−a」を意味している。

0095

表1(1E)には、実施例1で採用した光学系を構成する第1レンズの焦点距離(f1)、第2レンズの焦点距離(f2)、第3レンズの焦点距離(f3)、第4レンズの焦点距離(f4)、第5レンズの焦点距離(f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。

0096

z=ch2/[1+{1-(1+k)c2h2}1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10・・・
但し、cが曲率(1/r)、hが光軸からの高さ、kが円錐係数(コーニック定数)、A4、A6、A8、A10・・・が各次数の非球面係数である。また、非球面係数及びコーニック定数の数値における「E±m」(mは整数を表す。)という表記は、「×10±m」を意味している。

0097

表1(1D)には、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の20℃環境下、d線(587.56nm)における相対屈折率温度係数(単位:1×10−6/K)、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の−30℃〜70℃における平均線膨張係数(単位:1×10−7/K)を掲載している。

0098

また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。これらの各表に関する事項は、他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下での重複した説明は省略する。

0099

そして、図2に当該実施例1の光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。図2に示す縦収差図は、図面に向かって左側から順に、球面収差(SA/mm)、非点収差AST/mm)、歪曲収差(DIS/%)を示す。

0100

この球面収差図の縦軸は、Fナンバー(Fno)を表す。また、d線(波長587.56nm)における球面収差を実線、C線(波長656.27nm)における球面収差を長破線、g線(波長435.84nm)における球面収差を短破線で示している。

0101

非点収差図の縦軸は、像高(y)を表す。また、d線(波長587.56nm)におけるサジタル光線ΔS(実線)及びメリディナル光線ΔM(破線)の非点収差を示している。

0102

歪曲収差図の縦軸は、像高(y)を表す。また、d線(波長587.56nm)における歪曲収差(ディストーション)を実線で示している。これらの縦収差図に関する事項は、他の実施例で示す縦収差図においても同様であるため、以下での重複した説明は省略する。

0103

0104

(1)光学系の構成
実施例2の光学系を図3に示す。図3から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、両面凸のレンズを用いている。また、この実施例2における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合レンズとしており、その合成屈折力は負である。なお、この実施例2においては、実施例1と同様に、開口絞りSPは第2レンズG2と第3レンズG3との間に配置している。

0105

(2)数値実施例
実施例2で採用した光学系の具体的数値を適用した数値実施例について、説明する。以下、実施例1と同様であるため、極力重複した記載を省略する。表2(2A)は、当該光学系のレンズデータであり、表2(2B)は、当該光学系の諸データであり、表2(2C)は表2(2A)に示す非球面の非球面係数であり、表2(2D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表2(2E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図4に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0106

0107

(1)光学系の構成
実施例3の光学系を図5に示す。図5から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、物体側に凸のメニスカス形状を備えるものを用いている。また、この実施例3における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合レンズとしており、その合成屈折力は正である。なお、この実施例3においては、実施例1と同様に、開口絞りSPは第2レンズG2と第3レンズG3との間に配置している。

0108

(2)数値実施例
実施例3で採用した光学系の具体的数値を適用した数値実施例について、説明する。以下、実施例1と同様であるため、極力重複した記載を省略する。表3(3A)は、当該光学系のレンズデータであり、表3(3B)は、当該光学系の諸データであり、表3(3C)は表3(3A)に示す非球面の非球面係数であり、表3(3D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表3(3E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図6に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0109

0110

(1)光学系の構成
実施例4の光学系を図7に示す。図7から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、両面凸のレンズを用いている。また、この実施例4における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合せずに用いており、その合成屈折力は正である。なお、この実施例4においては、実施例1と同様に、開口絞りSPは第2レンズG2と第3レンズG3との間に配置している。

0111

(2)数値実施例
実施例4で採用した光学系の具体的数値を適用した数値実施例について、説明する。以下、実施例1と同様であるため、極力重複した記載を省略する。表4(4A)は、当該光学系のレンズデータであり、表4(4B)は、当該光学系の諸データであり、表4(4C)は表4(4A)に示す非球面の非球面係数であり、表4(4D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表4(4E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図8に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0112

0113

(1)光学系の構成
実施例5の光学系を図9に示す。図9から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、正の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、両面凸のレンズを用いている。また、この実施例5における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合せずに用いており、その合成屈折力は正である。なお、この実施例4においては、実施例1と同様に、開口絞りSPは第2レンズG2と第3レンズG3との間に配置している。

0114

(2)数値実施例
実施例5で採用した光学系の具体的数値を適用した数値実施例について、説明する。以下、実施例1と同様であるため、極力重複した記載を省略する。表5(5A)は、当該光学系のレンズデータであり、表5(5B)は、当該光学系の諸データであり、表5(5C)は表5(5A)に示す非球面の非球面係数であり、表5(5D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表5(5E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図10に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0115

0116

(1)光学系の構成
実施例6の光学系を図11に示す。図11から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、物体側に凸のメニスカス形状を備えるものを用いている。また、この実施例6における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合レンズとしており、その合成屈折力は負である。

0117

(2)数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表6(6A)は、当該光学系のレンズデータであり、表6(6B)は、当該光学系の諸データであり、表6(6C)は表6(6A)に示す非球面の非球面係数であり、表6(6D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表6(6E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図12に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0118

0119

(1)光学系の構成
実施例7の光学系を図13に示す。図13から理解できるように、当該光学系は、物体側から順に、負の屈折力を有し、像側面が凹の第1レンズG1と、負の屈折力を有し、像側に凸のメニスカス形状を有する第2レンズG2と、正の屈折力を有する第3レンズG3と、負の屈折力を有する第4レンズG4と、正の屈折力を有する第5レンズG5とで構成されている。そして、このときの正の屈折力を有する第5レンズG5には、物体側に凸のメニスカス形状を備えるものを用いている。また、この実施例7における第4レンズG4と第5レンズG5とは接合レンズとしており、その合成屈折力は負である。

0120

(2)数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。表7(7A)は、当該光学系のレンズデータであり、表7(7B)は、当該光学系の諸データであり、表7(7C)は表7(7A)に示す非球面の非球面係数であり、表7(7D)は、第2レンズ及び第3レンズに使用する硝材の相対屈折率温度係数、第4レンズ及び第5レンズに使用する硝材の平均線膨張係数である。表7(7E)には、実施例1と同様の第1レンズから第5レンズの焦点距離(f1〜f5)及び第4レンズと第5レンズとの合成焦点距離(f45)を掲載している。また、表8に当該光学系の上記各条件式(1)〜条件式(13)の数値を示す。さらに、図14に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

0121

実施例

0122

0123

本件発明に係る光学系は、最も物体側に配置されたレンズの小径化を図りつつも、半画角45度以上の広角化による広範囲の観察・撮像が可能になり、Fnoが1.6程度の明るい画像を得ることを可能にする。従って、この光学系を採用した監視用撮像装置等は、観察対象である被写体側から見て、撮像装置の存在を目立たなくする効果が発揮できる。

0124

G1〜G5 第1〜第5レンズ
SP絞り
G光学ブロック
IP 像面

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