JP2008134494A - 超広角光学系、撮像レンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】監視用に好適であり、温度変化による収差変動が少なく、更に近赤外域までも色収差が少ない超広角光学系を得る。
【解決手段】物体側から凸面を物体側に向けたメニスカス負レンズ及び正レンズを配置し、全体として発散系である第１群Ｇ１と、物体側から正レンズ、負レンズ、正レンズを配置し、全体として結像系である第２群Ｇ２とを備え、メニスカス負レンズをガラスレンズとすると共に第１群Ｇ１に負の非球面プラスチックレンズＬ２を、第２群Ｇ２正の非球面プラスチックレンズＬ７を配置して全体としてプラスチックレンズを偶数枚備えるものとし、（１）光学系全体の焦点距離をｆ、第１群の焦点距離をｆ１としたとき、−３≧ｆ１／ｆ≧−３０（２）第１群における負パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｍ、第２群における正パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｐ、ｇ＝｜ｆｐ／ｆｍ｜としたとき、０．６＜ｇ＜１．７を満たすものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、広画角で小型の超広角光学系、この超広角光学系を備える撮像レンズ装置、係り、特に近赤外領域で収差が少なく、また温度変化による焦点位置の移動が少ない超広角光学系及び撮像レンズ系に関する。

従来から、超広角光学系を使用すると、単一の撮像装置で広い範囲の領域を撮影することができ、このような超広角光学系を使用した撮像装置は、監視カメラや車載カメラに使用されている。

このような超広角光学系は、例えば、車のバックモニター装置等に使用される車載カメラに採用される。このような車載カメラは、広画角であると共に、車体への取付け時に運転者の視界を遮ったり、車体デザインの妨げや車体から突出したりしないように小型化が要求される。また、車載カメラでは、広い視野の周縁部の視認性を確保するため、両端にある物が中央にあるものより大きく撮像されることが望ましく、射影方式としては、等距離射影又は立体射影が好適である。

このような超広角光学系として、第１レンズを物面に凸としたメニスカス負レンズを持つ２倍程度の略アフォーカル系を第１群とすることが多い。この構成により後続する第２群に入射する各画角の主光線入射角を小さくする。また、第１群は一般的に負の屈折力を持つ部分系と正の屈折力を持つ部分系に分けられ、物体側に負の屈折力を持つ部分系を配置し、その発散作用によって、９０度を越える大きな傾角の光線はより小さな傾角を持つ光線へと変換される。

上記超広角光学系では、第１群で傾角の弱められた光線は、正の屈折力を持ち結像作用のある第２群によってある有限のイメージサークル内に結像される。

このような超広角光学系を使用した例として、特許文献１に示すものがある。この超広角光学系は、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子の受光面上に被写体の光学像を形成する超広角光学系を、物体側から順に配置される、負の光学的パワーを有する物面側を凸とする負メニスカスレンズを含む第１群と、正の光学的パワーを有する第２群とから構成するものである。この例では、その１群は少なくとも１面の非球面を備え、第１レンズの像側の面の光軸近傍は光軸を中心軸とした凹面であり、更に、全系の光学全長Ｔ（ｍｍ）、半画角θ、及び全系の焦点距離ｆｔｏｔ（ｍｍ）としたとき、１０ｍｍ＜Ｔ×ｓｉｎθ＜３０ｍｍ、とし、７＜Ｔ／ｆｔｏｔ＜２０の条件を満たすものが開示されている。
特開２００６−１１９３６８号公報

ところで、上述した車載カメラにおいては、上記諸条件の他、車両など屋外での使用を考慮すると、幅広い温度範囲での収差が少ないことが要求される。また、夜間での撮影を考慮すると可視光域での色収差が少ないことはもちろん、ＣＣＤセンサ等が感度を有する近赤外線域まで色収差が少ないことが望ましい。

しかしながら、上述した従来の超広角光学系にあっては、環境温度の変化に対する焦点位置の変動の除去、及び、近赤外域での色収差の除去に関しては十分な検討がなされていない。

そこで、本発明では、広画角、小型、パンフォーカス、等距離射影又は立体射影であり、且つ、温度変化による収差変動が少なく、更に近赤外域までも色収差が少ない超広角光学系、撮像レンズ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を採用した。即ち、請求項１に記載の発明は、物体側から、凸面を物体側に向けたメニスカス負レンズ及び正レンズを配置し、全体として発散系である第１群と、物体側から、正レンズ、負レンズ、正レンズを配置し、全体として結像系である第２群と、を備え、第１群のメニスカス負レンズをガラスレンズとすると共に、第１群には少なくとも１枚の負の非球面プラスチックレンズ、第２群には少なくとも１枚の正の非球面プラスチックレンズを配置し、全体として偶数枚のプラスチックレンズを備えるものとし、以下の条件を備えることを特徴とする超広角光学系である。（１） 光学系全体の焦点距離をｆ、前記第１群の焦点距離をｆ１としたとき、 −３≧ｆ１／ｆ≧−３０（２）第１群における負パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｍ、第２群における正パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｐ、ｇ＝｜ｆｐ／ｆｍ｜としたとき、 ０．６＜ｇ＜１．７

本発明では、第１群を発散系として、入射角をある程度確保することにより、射影方式を実現している。第１群が（１）の上限を超え、−３より大きくなると、第１群が強い屈折力を持つようになり、射影方式に対応するには有利となるが正の像面湾曲が著しくなる。また、メニスカスレンズの強い方の面への大きな入射角によって生ずる非点収差が補正しきれなくなる。一方、第１群が（１）の下限を超え−３０より小さくなると、この群が持つ軸外光束の傾角を小さくするという作用が弱まり、後続の群に大きな傾角を持つ光束が入射することとなり、収差の激増および射影方式の崩れを招く。

また、プラスチックレンズは温度による屈折力変動が大きいため、ほとんど屈折力を持たない収差補正用のエレメントとして用いられている。しかし、本発明のように射影方式を非球面プラスチックレンズによって積極的に制御しようとする場合、プラスチック素材の屈折力は必然的に強くならざるを得ない。

そこで、屈折率変動による焦点位置移動の補償を行う必要が生じるが、そのため、色収差の除去と同じように屈折率の温度変化率の異なる材質のレンズを組み合わせるということが考えられる。しかしながら、光学材料としてのプラスチックにはそれほど選択の自由はなく、このような焦点位置補償はできない。そこで、同じ材質であっても、焦点位置移動を補償する手段が必要となる。

本発明では、正と負のレンズを前群（第１群）と後群（第２群）に離して配置する方法を採用する。前群は、所望の射影方式を得るため発散系としているから、前群の物側に強い負のプラスチックレンズを配置する。また、後群は前群による発散光を結像させるため、強い正の屈折力を必要とするから、像側に強い正のプラスチックレンズを配置する。なお、この条件は更に収差補正のため、これらとは逆の作用を持つ他のプラスチックレンズを配置することを妨げるものではない。

そして、温度による焦点位置を補償するための条件として、本発明者は、前記（２）の条件を見出した。また、正、負２枚のプラスチックレンズの焦点距離を（２）に納めることにより、負のプラスチックレンズと正のプラスチックレンズ双方の屈折力の温度変動を互いに相殺することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の超広角光学系において、全画角（２ω）が、１６０度以上であることを特徴とする。監視用のカメラ等に使用するためには、レンズなどの光学系の数をできるだけ少なくするため、なるべく広い画角の光学系が求められる。光学系の画角が１６０度に満たない場合には、広い監視領域を撮影するため複数の光学系を必要とする。本発明に係る超広角光学系のように全画角が１６０度以上あれば監視用のカメラ等に使用するための要求に応えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の超広角光学系において、超広角光学系の射影方式は、中心像よりも周辺像の方が大きくなる等距離射影又は立体射影であることを特徴とする。監視に際しては視野の中央部分は視認しやすいため、視認しにくい周辺部が大きく結像されることが望ましい。射影方式として等立体角射影や正射影のものを採用すると周辺像が小さくなり、監視用には適さない。等距離射影又は立体射影の光学系は、周辺像を大きくすることでき監視用に適している。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれか記載の超広角光学系において、光学系の全長をＬとし、光学系の焦点距離をｆとしたとき、Ｌ≦１４ｆとしたことを特徴とする。全長Ｌが１４ｆを超えると、光学系の全長が長くなり、車載カメラ等に要求される小型化が図れない。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の超広角光学系において、全長が１０．０ｍｍを超え、１５．０ｍｍ未満であることを特徴とする。全長が１０ｍｍ以下であると光学系として実現が困難なものとなる他、全長が１５ｍｍ以上であると小型化の要求に応えられなくなる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれか記載の超広角光学系において、第２群には、軸上色消しを行う接合光学系を配置したことを特徴とする。第２群に色消し接合面を配置するのは、第２群は軸上マージナル光線が高く、後述の理由と同様、近軸マージナル光線の高い位置での接合面は、軸上色収差に大きな影響を及ぼすためである。

請求項７に記載の発明は、請求項６記載の超広角光学系において、前記接合光学系は、近軸マージナル光線の高い位置に配置することを特徴とする。近軸マージナル光線の高い位置に配置するのは、軸上色収差の寄与は、その面を通過する近軸マージナル光線の自乗に比例するので、近軸マージナル光線の高い位置での接合面は色消しに大きな影響を及ぼすためである。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７記載の超広角光学系において、前記接合光学系は、正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いることを特徴とする。このように、低屈折率低分散の正レンズと高屈折率高分散の負レンズを使用すると、色収差が良好に打ち消される。

請求項９に記載の発明は、請求項８記載の超広角光学系において、接合面を発散面とし、テレフォトタイプの配置とすることを特徴とする。接合面を発散面とすると、強力に色球面収差を補正する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９いずれか記載の超広角光学系において、プラスチック非球面レンズを使用するに際して、パワーの組み合わせによって、温度変化を補償すると同時に近赤外域までの色収差を低減したことを特徴とする。超広角光学系を監視用途に使用すると、屋外での使用が想定され、環境温度は低温度から高温度での使用が想定されるこのため、低温から高温まで光学系として一定の性能を有することが望まれる。また、監視用として夜間野使用を考慮すると電子撮像素子が感度を有する近赤外領域での光学特性が良好なものが要望される。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０いずれか記載の超広角光学系を備え、前記超広角光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする撮像レンズ装置である。撮像レンズ装置は例えば車載監視装置に使用され、ＣＣＤ撮像素子、ＣＭＯＳ撮像素子等を結像面に配置し、これらの撮像素子から画像情報を電気的に送出する。このため、超広角光学系は結像面に被写体である監視領域を結像面に光学像として結像する。

本発明によれば、温度変化に対する色収差が、負パワーのプラスチックレンズと正パワーのプラスチックレンズにより打ち消され、全体として温度変化に対する色収差の変化を少ない超広角光学系を得ることができる。

また、本発明によれば、車載カメラなどの監視カメラにおいて、１台の光学系で広い範囲を撮像でき、多数の光学系を配置する必要がなくなりコストを低減することができる。

以下本発明に係る超広角光学系の実施例について説明する。本例に係る超広角光学系は、次の条件を満たすものとして構成される
１．広角の小型撮像素子用レンズ（２ω＞１６０度）に使用する。
２．中心像よりも周辺像の方が大きくなるような射影方式（等距離射影ｏｒ立体射影）
３．プラスチック製の非球面レンズを使用し、パワーの組み合わせによって、温度変化を補償し（アサーマル）、同時に近赤外域までの色収差を低減する。即ち、夜間監視時を考慮して、近赤外域であるｓ線（８５２．１１ｎｍ），ｔ線（１０１３．９８ｎｍ）に対する色収差を考慮する。
４．撮像素子サイズ（焦点距離ｆ）に対して、全長が短い。全長≦１４ｆ程度とする。

また、実施例に係る超広角光学系として以下の構成を備えるものとする。
I．物体側から順に、凸面を向けたメニスカス負レンズと正レンズを持つ第１群Ｇ１と、正、負、正の３枚以上のレンズからなる第２群Ｇ２とを備える。
II. 第１群の物体側の第１レンズＬ１はガラスレンズで球面とし、光学系に配置するプラスチックレンズは偶数枚とする。
更に本例に係る超広角光学系では構成に次の特徴を備える。

ａ.第１群を発散系とする。
広角レンズにおいては、第１レンズを物面に凸を向けたメニスカス負レンズを持つ２倍程度のアフォーカル系を第１群とする例が多い。（これは第２群に入射する各画角の主光線入射角を小さくするためである。）第１群は一般的に負の屈折力を持つ部分系と正の屈折力を持つ部分系に分けられる。物体側に負の屈折力を持つ部分系を配置し、その発散作用によって、９０度を越える大きな傾角の光線はより小さな傾角を持つ光線へと変換される。その後、傾角の弱められた光線は正の屈折力を持ち結像作用のある第２群によってある有限のイメージサークル内に結像される。
しかし、本例では、第１群を発散系にし、入射角をある程度変更することにより、所望の射影方式を得ている。
このため光学系のトータルの焦点距離をｆ、第１群の焦点距離をｆ１としたとき、下記条件（１）を満足している。
−３≧ｆ１／ｆ≧−３０ 条件（１）
また、本例では、光学系のトータルの焦点距離をｆ、全長をＬとしたとき、下記条件（１）’を満足している
−０．５ ≧ｆ１／Ｌ≧
−２．０ 条件（１）’

条件（１）で規定された上限を超え、第１群がより強い屈折力を持つようになると、射影方式に対応するには有利であるが、像面湾曲が著しくなる。また、メニスカスの強い方の面への大きな入射角によって生ずる非点収差が補正しきれなくなる。一方、第１群が（１）の下限を超え−３０より小さくなると、この群が持つ軸外光束の傾角を小さくするという作用が弱まり、後続の群に大きな傾角を持つ光束が入射することとなり、収差の激増および射影方式の崩れを招く。

また、条件（１）’で規定された上限を超えると、第１群がより強い屈折力を持つようになり、射影方式に対応するには有利であるが、正の像面湾曲が著しくなる。また、メニスカスの強い方の面への大きな入射角によって生ずる非点収差が補正しきれなくなる。また下限を超えるとこの群が持つ軸外光束の傾角を小さくするという作用が弱まり、後続の群に大きな傾角を持つ光束が入射することとなり、収差の激増および射影方式の崩れを招く。

ｂ. 偶数枚のプラスチックレンズを使用して、温度変動する色収差を補償する。
プラスチックは、ガラスよりも温度による屈折率変化が大きいが、プラスチックのパワーの和を小さくすることで温度変化を補償する。この場合、正負のように２枚（偶数）のレンズを対として配置し屈折率の変化を相殺する。（プラスチックレンズの条件）

従来、プラスチックレンズは温度による屈折力変動が大きいため、ほとんど屈折力を持たない収差補正用のエレメントとして用いられてきた。しかし、本発明のように射影方式を非球面プラスチックレンズによって積極的に制御しようとする場合、プラスチックレンズの屈折力は必然的に強くならざるを得ない。

そこで、屈折率変動による焦点位置移動を補償する必要が生じるが、その手段として、例えば色収差の除去と同じように屈折率の温度変化率の異なる材質のレンズを組み合わせるということが考えられる。

しかしながら、光学材料としてのプラスチックにはそれほど選択の自由はなく、このような焦点位置補償は不可能である。そこで、同じ材質であっても、焦点位置移動を補償する手段が必要となる。

その手段として、正と負のレンズを前群と後群に離して配置する方法が考えられる。前群は、所望の射影方式を得るため発散系である必要から、前群の物側に強い負のプラスチックレンズを配置する。また、後群は前群による発散光を結像させるため、強い正の屈折力が必要となり、像側に強い正のプラスチックレンズを配置することが望ましい。この条件は更に収差補正のため、これらとは逆の作用を持つプラスチックレンズを配置することを妨げるものではない。

そして、温度による焦点位置を補償するための条件として、次の条件（２）を採用する。
結像作用の群における正のプラスチックレンズの焦点距離をｆｐ、発散作用の群における負のプラスチックレンズの焦点距離をｆｍ、ｇ＝｜ｆｐ／ｆｍ｜としたとき、
０．６＜ｇ＜１．７
ここで、ｇ＝｜ｆｐ／ｆｍ｜、即ちこれは、正のプラスチックレンズの焦点距離と負のプラスチックレンズの焦点距離の比の絶対値である。 条件（２）
この条件によって、負のプラスチックレンズと正のプラスチックレンズ双方の屈折力の温度変動を互いにキャンセルさせることができる。
ｃ．第２群Ｇ２を物体側から正、負、正の３枚のレンズを含む構成とする。
第２群をこのように構成すると、焦点距離に対して全長を短くできる。この構成を採用することにより第２群を物体側から負、正、正の３枚のレンズを含む構成より短いものとすることができる。これにより、以下の条件（３）を満足する。
１０．０ｍｍ＜全長＜１５．０ｍｍ 条件（３）
ｄ． 第２群には、軸上色消しを行う接合レンズを配置する。なお、接合レンズの色消し接合面の向きは絞り側に向かって凸でも凹でもよい。また、この接合レンズは、球面収差を補正するため、絞りに近い位置、即ち、近軸マージナル光線の高い位置に配置する。また、正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いることが望ましい。その結果、接合面は発散面となり、強力に色球面収差を補正する。

特に、接合面の向きが絞りに向かって凹のとき、ちょうど接合レンズは正負のいわゆるテレフォトタイプの配置となる。この配置にあっては、像側主点が著しく物側に偏り、その結果、全長を短縮する効果が発揮される。

なお、接合面の向きが絞りに向かって凸とすると、接合レンズは負正のいわゆるレトロフォーカスタイプの配置となる。この配置にあっては、像側主点が著しく像側に偏り、その結果、全長は長くなるので、小型化の用途には好ましくない。

ｅ． 第１群は、負のプラスチックレンズを１枚以上配置する。このプラスチックレンズを非球面にすることで、より良好に射影方式の制御ができる。

ｆ． 第２群は、正のプラスチックレンズを１枚以上配置する。このプラスチックレンズを非球面にすることで、収差補正しつつコンパクト化が図れる。

ｇ．フォーカシング等のピント調整用移動機構を備えないものとする。低コスト化や故障の低減を図ることできる。

以下説明する実施例１〜実施例４について説明する。まず、各実施例の構成をまとめて表１に示す。

また、実施例に使用した２種のプラスチックレンズ（表中プラ１、プラ２）及び一般的な光学ガラスＢＫ７のｄ線の屈折率（−１５°Ｃ、２５°Ｃ）を表２に、また２５°Ｃにおけるアッベ数を表３に示す。更に、それぞれの素材の温度変化による屈折率の変動を図１に示す。

なお、以下に示す収差図は＋２５℃におけるものである。また、非点収差図において、ΔＳはサジタル、ΔＭはメリディオナル像面を表す。温度による焦点距離移動は、近軸光線について計算した。歪曲は等距離射影に対するものである。各実施例は良好に収差補正がなされており、温度変化に対して焦点移動は許容値内に収まっている。また、非球面係数は以下の式による。

ここで、ｘは面の光軸方向へのサグ量である。Ｒは曲率半径である。また、Ｈ＝ｙ＾２ ＋ ｚ＾２ であり、これは面形状が回転対称形状であることを示す。Ｋはコーニック定数であり、−（離心率）＾２である。Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数であり、面形状の円錐曲線からの隔たりを表す。

〔実施例１〕 図２は、実施例１の超広角光学系のレンズ配列を示す断面図である。この超広角光学系は、物体側（図１における左側）から順に、第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７を備えている。そして、第１レンズＬ１〜第４レンズが第１群Ｇ１をなし、第５レンズＬ５〜第７レンズＬ７が第２群Ｇ２をなし、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間に絞り面が形成されている。

第１群Ｇ１は全体として発散系をなす。また、第１群Ｇ１において、第１レンズＬ１はガラス製のメニスカスレンズ（負）、第２レンズＬ２は非球面のプラスチックレンズ（負）、第３レンズＬ３はガラスレンズ（負）、第４レンズはガラスレンズ（正）である。

また、第２群Ｇ２は、全体として結像系をなす。また、第２群Ｇ２において、第５レンズＬ５はガラスレンズ（正）、第６レンズはガラスレンズ（負）であり、この第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６とで色消のための接合レンズを形成している。この接合レンズは、球面収差を補正するため、絞りに近い位置、即ち、近軸マージナル光線の高い位置に配置する。そして正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いている。

更に、第２群Ｇ２には、第７レンズとしてプラスチック製の非球面レンズが配置されている。本例では、前記第２レンズＬ２（負のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動と、第７レンズＬ７（正のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動とを互いに相殺させ、全体として屈折力の温度変動が少なくなるようにしている。

そして、この超広角光学系は、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２とで全体として結像面（図示していない）に像を結像する。上記超広角光学系のレンズ構成を表４に示す。なお、構成中の“プラ”とは表２，３におけるプラ1を意味する。

また、前記第２レンズと第７レンズとは非球面レンズであり、第２レンズＬ２の第２面、第７レンズＬ７の第１面及び第２面は非球面であり、これらの非球面係数を表５に示す。

このような構成により、本実施例では、等距離射影の超広角光学系を得ることができた。この超広角光学系は、表１に示すように、全体焦点距離１．００ｍｍ、Ｆ／ｎｏ．３．００、画角１８０．００°全長１４．００ｍｍであり、上述した条件（１）、条件（１）’，条件（２）、条件（３）を満足したものとなっている。

得られた超広角光学系の球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを図３に、色収差を図４に、温度変化による焦点移動距離を図５に、非点収差を図６に、等距離射影に対する歪曲収差を図７に示す。

各図によれば、本実施例に係る超広角光学系は、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差、歪曲収差等が少なく監視カメラなどに使用するのに適した光学的性能を備えることが分かる。特に本例の超広角光学系は、図４に示すように可視領域の他近赤外領域のｓ線、ｔ線においても色収差が少なく、また、図５に示すように温度特性による焦点距離の位置変動も少ないものとすることができた。

〔実施例２〕 図８は、実施例２の超広角光学系のレンズ配列を示す断面図である。この超広角光学系は、物体側から順に、第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７を備えている。そして、第１レンズＬ１〜第４レンズが第１群Ｇ１をなし、第５レンズＬ５〜第７レンズＬ７が第２群Ｇ２をなし、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間に絞り面が形成されている。

第１群Ｇ１は全体として発散系をなす。また、第１群Ｇ１において、第１レンズＬ１はガラス製のメニスカスレンズ（負）、第２レンズＬ２は非球面のプラスチックレンズ（負）、第３レンズＬ３はガラスレンズ（負）、第４レンズはガラスレンズ（正）である。

また、第２群Ｇ２は、全体として結像系をなす。また、第２群Ｇ２において、第５レンズＬ５はガラスレンズ（正）、第６レンズはガラスレンズ（負）であり、この第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６とで色消のための接合レンズを形成している。この接合レンズは、球面収差を補正するため、絞りに近い位置、即ち、近軸マージナル光線の高い位置に配置する。そして正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いている。

更に、第２群Ｇ２には、第７レンズとしてプラスチック製の非球面レンズが配置されている。本例では、前記第２レンズＬ２（負のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動と、第７レンズＬ７（正のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動とを互いに相殺させ、全体として屈折力の温度変動が少なくなるようにしている。

そして、この超広角光学系は、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２とで全体として結像面（図示していない）に像を結像する。上記超広角光学系のレンズ構成を表６に示す。なお、構成中の“プラ”とは表２，３におけるプラ1を意味する。

また、前記第２レンズと第７レンズとは非球面レンズであり、第２レンズＬ２の第２面、第７レンズＬ７の第１面及び第２面は非球面であり、これらの非球面係数を表７に示す。

このような構成により、本実施例では、等距離射影の超広角光学系を得ることができた。この超広角光学系は、表１に示すように、全体焦点距離１．００ｍｍ、Ｆ／ｎｏ．３．００、画角１８０．００°全長１３．３６ｍｍであり、上述した条件（１）、条件（１）’，条件（２）、条件（３）を満足したものとなっている。

得られた超広角光学系の球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを図９に、色収差を図１０に、温度変化による焦点移動距離を図１１に、非点収差を図１２に、等距離射影に対する歪曲収差を図１３に示す。

各図によれば、本実施例に係る超広角光学系は、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差、歪曲収差等が少なく監視カメラなどに使用するのに適した光学的性能を備えることが分かる。特に本例の超広角光学系は、図１０に示すように可視領域の他近赤外領域のｓ線、ｔ線においても色収差が少なく、また、図１１に示すように温度特性による焦点距離の位置変動も少ないものとすることができた。

〔実施例３〕 図１４は、実施例３の超広角光学系のレンズ配列を示す断面図である。この超広角光学系は、物体側から順に、第１レンズＬ１〜第７レンズＬ７を備えている。そして、第１レンズＬ１〜第４レンズが第１群Ｇ１をなし、第５レンズＬ５〜第７レンズＬ７が第２群Ｇ２をなし、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間に絞り面が形成されている。

第１群Ｇ１は全体として発散系をなす。また、第１群Ｇ１において、第１レンズＬ１はガラス製のメニスカスレンズ（負）、第２レンズＬ２は非球面のプラスチックレンズ（負）、第３レンズＬ３はガラスレンズ（負）、第４レンズはガラスレンズ（正）である。

また、第２群Ｇ２は、全体として結像系をなす。また、第２群Ｇ２において、第５レンズＬ５はガラスレンズ（正）、第６レンズはガラスレンズ（負）であり、この第５レンズＬ５と、第６レンズＬ６とで色消のための接合レンズを形成している。この接合レンズは、球面収差を補正するため、絞りに近い位置、即ち、近軸マージナル光線の高い位置に配置する。そして正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いている。

更に、第２群Ｇ２には、第７レンズとしてプラスチック製の非球面レンズが配置されている。本例では、前記第２レンズＬ２（負のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動と、第７レンズＬ７（正のプラスチックレンズ）の屈折力の温度変動とを互いに相殺させ、全体として屈折力の温度変動が少なくなるようにしている。

そして、この超広角光学系は、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２とで全体として結像面（図示していない）に像を結像する。上記超広角光学系のレンズ構成を表８に示す。

また、前記第２レンズと第７レンズとは非球面レンズであり、第２レンズＬ２の第２面、第７レンズＬ７の第１面及び第２面は非球面であり、これらの非球面係数を表９に示す。

このような構成により、本実施例では、等距離射影の超広角光学系を得ることができた。この超広角光学系は、表１に示すように、全体焦点距離１．００ｍｍ、Ｆ／ｎｏ．３．００、画角１８０．００°全長１４．００ｍｍであり、上述した条件（１）、条件（１）’，条件（２）、条件（３）を満足したものとなっている。

得られた超広角光学系の球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを図１５に、色収差を図１６に、温度変化による焦点移動距離を図１７に、非点収差を図１８に、等距離射影に対する歪曲収差を図１９に示す。

各図によれば、本実施例に係る超広角光学系は、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差、歪曲収差等が少なく監視カメラなどに使用するのに適した光学的性能を備えることが分かる。特に本例の超広角光学系は、図１６に示すように可視領域の他近赤外領域のｓ線、ｔ線においても色収差が少なく、また、図１７に示すように温度特性による焦点距離の位置変動も少ないものとすることができた。

〔実施例４〕 図２０は、実施例４の超広角光学系のレンズ配列を示す断面図である。この超広角光学系は、物体側から順に、第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６を備えている。そして、第１レンズＬ１〜第３レンズが第１群Ｇ１をなし、第４レンズＬ４〜第６レンズＬ６が第２群Ｇ２をなし、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との間に絞り面が形成されている。

第１群Ｇ１は全体として発散系をなす。また、第１群Ｇ１において、第１レンズＬ１はガラス製のメニスカスレンズ（負）、第２レンズＬ２は非球面のプラスチックレンズ（負）、第３レンズＬ３は非球面のプラスチックレンズ（正）である。

また、第２群Ｇ２は、全体として結像系をなす。また、第２群Ｇ２において、第４レンズＬ４はガラスレンズ（正）、第５レンズは非球面のプラスチックレンズ（負）、第６レンズは非球面のプラスチックレンズ（正）である。更に、本例では第２群Ｇ２の像側にはカバーガラスを配置している。超広角光学系は第１群Ｇ１と第２群Ｇ２とで全体として結像面（図示していない）に像を結像する。上記超広角光学系のレンズ構成を表１０に示す。

また、前記第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６は非球面レンズであり、これらの非球面係数を表１１に示す。

このような構成により、本実施例では、等距離射影の超広角光学系を得ることができた。この超広角光学系は、表１に示すように、全体焦点距離０．９６ｍｍ、Ｆ／ｎｏ．２．４０、画角２００．００°全長１４．００ｍｍであり、上述した条件（１）、条件（１）’、条件（２）、条件（３）を満足したものとなっている。

得られた超広角光学系の球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを図２１に、色収差を図２２に、温度変化による焦点移動距離を図２３に、非点収差を図２４に、等距離射影に対する歪曲収差を図２５に示す。

各図によれば、本実施例に係る超広角光学系は、球面収差、コマ収差、非点収差、色収差、歪曲収差等が少なく監視カメラなどに使用するのに適した光学的性能を備えることが分かる。特に本例の超広角光学系は、図２２に示すように可視領域の他近赤外領域のｓ線、ｔ線においても色収差が少なく、また、図２３に示すように温度特性による焦点距離の位置変動も少ないものとすることができた。

なお、上記例に係る超広角光学系は車載カメラに搭載して使用することが好適であるがこれに限らずカメラ付き携帯電話等の携帯情報端末装置、デジタルカメラ、ビデオカメラ、家屋・ビルなどの建物や自動車以外の飛行機、船舶などの移動体の監視カメラなどにも適用することができる。

実施例に使用したプラスチックレンズの屈折率の温度変化を示すグラフである。 実施例１に係る超広角光学系の概略レンズ構成を示す図である。 実施例１に係る超広角光学系の球面収差と正弦条件を示すグラフである。 実施例１に係る超広角光学系の色収差を示すグラフである。 実施例１に係る超広角光学系の温度変化による焦点位置の移動を示すグラフである。 実施例１に係る超広角光学系の非点収差を示すグラフである。 実施例１に係る超広角光学系の等距離射影に対する歪曲収差を示すグラフである。 実施例２に係る超広角光学系の概略レンズ構成を示す図である。 実施例２に係る超広角光学系の球面収差と正弦条件を示すグラフである。 実施例２に係る超広角光学系の色収差を示すグラフである。 実施例２に係る超広角光学系の温度変化による焦点位置の移動を示すグラフである。 実施例２に係る超広角光学系の非点収差を示すグラフである。 実施例２に係る超広角光学系の等距離射影に対する歪曲収差を示すグラフである。 実施例３に係る超広角光学系の概略レンズ構成を示す図である。 実施例３に係る超広角光学系の球面収差と正弦条件を示すグラフである。 実施例３に係る超広角光学系の色収差を示すグラフである。 実施例３に係る超広角光学系の温度変化による焦点位置の移動を示すグラフである。 実施例３に係る超広角光学系の非点収差を示すグラフである。 実施例３に係る超広角光学系の等距離射影に対する歪曲収差を示すグラフである。 実施例４に係る超広角光学系の概略レンズ構成を示す図である。 実施例４に係る超広角光学系の球面収差と正弦条件を示すグラフである。 実施例４に係る超広角光学系の色収差を示すグラフである。 実施例４に係る超広角光学系の温度変化による焦点位置の移動を示すグラフである。 実施例４に係る超広角光学系の非点収差を示すグラフである。 実施例４に係る超広角光学系の等距離射影に対する歪曲収差を示すグラフである。

符号の説明

Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
Ｌ７ 第７レンズ

Claims (11)

1. 物体側から、凸面を物体側に向けたメニスカス負レンズ及び正レンズを配置し、全体として発散系である第１群と、 物体側から、正レンズ、負レンズ、正レンズを配置し、全体として結像系である第２群と、 を備え、 第１群のメニスカス負レンズをガラスレンズとすると共に、 第１群には少なくとも１枚の負の非球面プラスチックレンズ、第２群には少なくとも１枚の正の非球面プラスチックレンズを配置し、全体として偶数枚のプラスチックレンズを備えるものとし、以下の条件を備えることを特徴とする超広角光学系。（１） 光学系全体の焦点距離をｆ、前記第１群の焦点距離をｆ１としたとき、 −３≧ｆ１／ｆ≧−３０（２）第１群における負パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｍ、第２群における正パワーのプラスチックレンズの焦点距離をｆｐ、ｇ＝｜ｆｐ／ｆｍ｜としたとき、 ０．６＜ｇ＜１．７
2. 全画角（2ω）が、１６０度を超えるものであることを特徴とする請求項１記載の超広角光学系。
3. 前記超広角光学系の射影方式は、中心像よりも周辺像の方が大きくなる等距離射影又は立体射影であることを特徴とする請求項１又は２記載の超広角光学系。
4. 光学系の全長をＬとし、光学系の焦点距離をｆとしたとき、 Ｌ≦ １４ｆ としたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の超広角光学系。
5. 全長が１０．０ｍｍを超え、１５．０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項４記載の超広角光学系。
6. 第２群には、軸上色消しを行う接合光学系を配置したことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の超広角光学系。
7. 前記接合光学系は、近軸マージナル光線の高い位置に配置することを特徴とする請求項６記載の超広角光学系。
8. 前記接合光学系は、正のレンズに低屈折率低分散のガラスを、負のレンズに高屈折率高分散のガラスを用いることを特徴とする請求項６又は７記載の超広角光学系。
9. 接合面を発散面とし、テレフォトタイプの配置とすることを特徴とする請求項８記載の超広角光学系。
10. プラスチック非球面レンズを使用するに際して、パワーの組み合わせによって、温度変化を補償すると同時に近赤外域までの色収差を低減したことを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の超広角光学系。
11. 請求項１乃至１０いずれか記載の超広角光学系を備え、前記超広角光学系が所定の結像面上に被写体の光学像を形成可能な構成とされていることを特徴とする撮像レンズ装置。