JP5363354B2 - 撮像レンズ、撮像光学系、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズ、撮像光学系、および撮像装置に関し、より詳しくは、広い画角と長いバックフォーカスを有する撮像レンズ、この撮像レンズとその像面の間に光路変換部材が挿入された撮像光学系、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、監視カメラや内視鏡等の分野において小型で広角の撮像レンズが用いられている。例えば内視鏡用の撮像レンズとしては、本発明者により考案された下記特許文献１〜５に記載のものがある。このような広角の撮像レンズでは、広い範囲を写し込みながら、画像中心部付近を大きく撮影することが求められる場合がある。例えば、内視鏡用の撮像レンズに対しては、体内への挿入時は視野角を広くしたいが、患部の観察時は患部を出来るだけ大きく見たいという要望が寄せられている。このような要望を満たすため、画像中心部は大きく見えて、画像周辺部の対象物は小さくなっても広い範囲が見えるようにと、大きな負の歪曲収差を発生させた撮像レンズが考案されていた。

特開２００８−２５７１０８号公報 特開２００８−２５７１０９号公報 特許第４２６５９０９号公報 特開昭６３−２６１２１３号公報 特願２００９−１３０３７７号

ところで、近年の撮像装置では一般に、撮像レンズと固体撮像素子とを組み合わせて使用している。しかしながら、固体撮像素子の開発が進み、その高画素化が進むにつれ、従来問題とされなかったことが問題視されるようになってきた。すなわち、上記のような大きな負の歪曲収差を発生させた広角レンズと固体撮像素子を組み合わせた装置において、得られる像の画像中心部の解像力は十分高いが、画像周辺部では物体が小さく見えすぎて十分な解像力が得られない点が注目されるようになり、この点の改善が望まれるようになってきた。

また、固体撮像素子の高画素化とともに、レンズ系に対する画質向上の要求も厳しくなってきている。歪曲収差の他にこのような広角撮像レンズの画質劣化の大きな要因となるものとしては、倍率色収差が挙げられる。固体撮像素子の高密度化が進み、画素数が増大するにつれ、倍率色収差の十分な補正が必要となってきている。

固体撮像素子と組み合わせて使用される撮像レンズにその他に要望される事項としては、十分長いバックフォーカスを持つことが挙げられる。撮像レンズが固体撮像素子と組み合わせて使用される場合、レンズ系と固体撮像素子の間に、光学ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ等を配置することが多く、このために十分なバックフォーカスが必要となる。さらに、内視鏡では、固体撮像素子の撮像面が内視鏡の挿入部の長軸方向と平行に配置されるタイプのものがあり、このタイプでは一般に、撮像レンズと固体撮像素子との間に光路の方向を変換するための光路変換プリズム等の光路変換部材が挿入配置されるため、十分長いバックフォーカスを確保しておく必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広角および長いバックフォーカスを維持するとともに画像周辺部の画質を改善可能な撮像レンズ、該撮像レンズを備えた撮像装置、および該撮像レンズを備え該撮像レンズとその像面の間で光路の方向を変換可能な撮像光学系を提供することを目的とするものである。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の第１レンズと、いずれか一方が正で他方が負の第２レンズおよび第３レンズを接合してなる第１の接合レンズと、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の第４レンズと、いずれか一方が正で他方が負の第５レンズおよび第６レンズを接合してなる第２の接合レンズとが配列された４群６枚構成であり、第１の接合レンズと第４レンズとの間に絞りが配置され、下記条件式（１）〜（３）を満たすことを特徴とするものである。
０．２０＜ｆ／Ｒ１＜０．３５ … （１）
０．１４＜Ｒ２／Ｒ１≦０．２０ … （２）
１．８＜Ｂｆ／ｆ … （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像側の面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス

なお、上記の「いずれか一方が正で他方が負の第２レンズおよび第３レンズを接合してなる第１の接合レンズ」は、第２レンズが正レンズで第３レンズが負レンズの場合、および、第２レンズが負レンズで第３レンズが正レンズの場合の両方の場合を含むものであり、さらに、第２レンズが第３レンズよりも物体側に配置されていることを意味するものである。上記の「いずれか一方が正で他方が負の第５レンズおよび第６レンズを接合してなる第２の接合レンズ」についても同様である。

なお、上述した本発明の撮像レンズの各レンズの符号および面形状は、当該レンズが非球面レンズの場合は、近軸領域におけるものとし、上記条件式（１）、（２）および下に述べる条件式（５）で用いられる面の曲率半径についても、当該面が非球面の場合は、近軸曲率半径を用いるものとする。曲率半径の符号は、物体側に凸形状の面のものを正、像側に凸形状の面のものを負として考えることにする。また、上記条件式（３）および下に述べる条件式（５）で用いられるバックフォーカスは、空気換算長を用いるものとする。

本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１５．０＜｜ν２−ν３｜ … （４）
ただし、
ν２：第２レンズのｄ線におけるアッベ数
ν３：第３レンズのｄ線におけるアッベ数

また、本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。

ただし、
ν５：第５レンズのｄ線におけるアッベ数
ν６：第６レンズのｄ線におけるアッベ数
ＲＡ：第５レンズと第６レンズの接合面の曲率半径
Ｄ１０：第６レンズの中心厚
Ｎ６：第６レンズのｄ線における屈折率

また、本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ全てのｄ線における屈折率が１．８以上であることが好ましい。

本発明の撮像光学系は、上記記載の本発明の撮像レンズと、該撮像レンズの像面と第６レンズとの間に配置されて、光路の向きを変換する光路変換部材とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明の撮像レンズによれば、各レンズのパワーおよび形状等を好適に設定し、所定の条件式を満足するようにしているため、広い画角と長いバックフォーカスを維持するとともに画像周辺部の画質を改善することができる。本発明の撮像装置によれば、上記長所を有する本発明の撮像レンズを備えているため、広い画角の範囲で良好な画質の像を得ることができる。また、本発明の撮像光学系によれば、本発明の撮像レンズと光路変換部材を備えているため、広い画角の範囲で良好な画質の像を得ることができるとともに、装置レイアウトの自由度を高くすることができ、例えば、固体撮像素子の撮像面が内視鏡の挿入部の長軸方向と平行に配置される内視鏡にも対応可能となる。

本発明の実施形態にかかる撮像レンズおよび撮像光学系の構成を示す図 本発明の実施例１の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例２の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例３の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例４の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例５の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例６の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例７の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例８の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例９の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例１０の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例１１の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例１２の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例１３の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例６の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 図本発明の実施例７の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例８の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例９の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例１０の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例１１の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例１２の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 本発明の実施例１３の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 比較例の撮像レンズの構成および光路を示す断面図 比較例の撮像レンズの各収差図であり、（Ａ）は球面収差図、（Ｂ）は非点収差図、（Ｃ）は歪曲収差図、（Ｄ）は倍率色収差図 半画角θに対するｓｉｎθとｔａｎθの値を比較するための図 本発明の実施形態にかかる内視鏡の概略構成を示す図 本発明の実施形態にかかる車載用の撮像装置の配置を説明するための図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる撮像光学系１０の光軸Ｚを含む断面における断面図である。この撮像光学系１０は、本発明の実施形態にかかる撮像レンズ１と、光路の向きを変換するための光路変換部材２とを備える。

図１に示す光路変換部材２は、反射面を有するプリズムからなる。図１では、撮像レンズ１の左側が物体側であり、光軸Ｚを一点鎖線で示している。撮像光学系１０においては、物体からの光は撮像レンズ１を透過した後、撮像レンズ１に対向する光路変換部材２の一面から入射し、この入射面に対して斜めに形成された反射面で反射されて光路が垂直に折り曲げられ、入射面と垂直に形成された出射面に接合された固体撮像素子３に入射する。図１に示す撮像光学系１０においては、撮像レンズ１の像面が固体撮像素子３の撮像面に一致するように配置される。なお、図１に示す例では、光路変換部材２により略垂直に光路の方向が変換されているが、本発明の撮像光学系の光路の変換方向は必ずしもこの例に限定されず、任意に設定可能である。また、光路変換部材としては、ミラーや回折光学素子等の別の光学部材で構成することも可能である。

次に、撮像レンズ１の詳細構成について説明する。撮像レンズ１は、４群６枚構成であり、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の第１レンズＬ１と、いずれか一方が正で他方が負の第２レンズＬ２および第３レンズＬ３を接合してなる第１の接合レンズＬＣ１と、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の第４レンズＬ４と、いずれか一方が正で他方が負の第５レンズＬ５および第６レンズＬ６を接合してなる第２の接合レンズＬＣ２とが配列されてなる。

なお、図１には、接合レンズＬＣ１として、負の第２レンズＬ２と正の第３レンズＬ３とを物体側から順に配列して接合した例を示しているが、代わりに、正の第２レンズＬ２と負の第３レンズＬ３とを物体側から順に配列して接合した構成としてもよい。同様に、図１には、接合レンズＬＣ２として、正の第５レンズＬ５と負の第６レンズＬ６とを物体側から順に配列して接合した例を示しているが、代わりに、負の第５レンズＬ５と正の第６レンズＬ６とを物体側から順に配列して接合した構成としてもよい。ただし、接合レンズＬＣ２については、図１の例のように、物体側から正レンズ、負レンズの順に配列した構成とした方が倍率の色収差の良好な補正により有効となる。

第１の接合レンズＬＣ１と第４レンズＬ４との間には、開口絞りＳｔが配置される。なお、図１中の開口絞りは形状や大きさを表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。撮像レンズ１は、正負のレンズからなる接合レンズを開口絞りＳｔの物体側および像側の両方に配置することで、倍率色収差の補正に有利な構成となっている。

撮像レンズ１は、下記条件式（１）〜（３）を満たすように構成されている。
０．２０＜ｆ／Ｒ１＜０．３５ … （１）
０．１４＜Ｒ２／Ｒ１≦０．２０ … （２）
１．８＜Ｂｆ／ｆ … （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算長）

条件式（１）〜（３）は、広い画角と長いバックフォーカスを維持しながら、良好に歪曲収差を補正するための条件を示すものであり、特に条件式（１）、（２）はこのための第１レンズＬ１のパワーと形状の条件を示すものである。

条件式（１）の上限を上回ると、十分な長さのバックフォーカスを得にくくなる。条件式（１）の下限を下回ると、歪曲収差を抑える効果が弱まり、画像周辺部の解像力の向上が図れなくなるため、近年の固体撮像素子の高画素化に伴う要望に応えることが困難になる。

条件式（２）の上限を上回ると、広い画角が得られなくなる。条件式（２）の下限を下回ると、歪曲収差を抑える効果が弱まるとともに、第１レンズＬ１の像側の面の凹面が深くなり、加工性が低下する。

なお、第１レンズＬ１の物体側の面または像側の面が非球面の場合は、上記Ｒ１またはＲ２には近軸曲率半径を用いることにする。収差補正上は球面よりも非球面の方が有利であるが、生産性やコストの面では非球面よりも球面の方が好ましい。このような事情から、本実施形態の撮像レンズ１は、第１レンズＬ１を球面レンズとして構成した場合でも、広画角と実用上十分な長さのバックフォーカスを確保しながら、歪曲収差を抑制することができるように、条件式（１）、（２）を満たすように曲率半径を選択している。

条件式（３）は、バックフォーカスに関する式である。条件式（３）を満たすように構成することで、焦点距離に比して長いバックフォーカスを確保でき、撮像レンズと像面の間に各種フィルタや光路変換部材２等を配置することが可能となる。具体的には例えば、光路変換部材２として図１に示すような厚みのあるプリズムを配置することも可能になる。

撮像レンズ１は、下記条件式（４）を満たすことが好ましい。
１５．０＜｜ν２−ν３｜ … （４）
ただし、
ν２：第２レンズＬ２のｄ線におけるアッベ数
ν３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数

条件式（４）は、開口絞りＳｔより物体側の１枚の正レンズと１枚の負レンズからなる第１の接合レンズＬＣ１を構成する材質のアッベ数の差を定義するものであり、倍率色収差および軸上色収差を補正するために必要な条件である。なお、このレンズ系においては、第１の接合レンズＬＣ１を構成する負レンズの材質のアッベ数が、第１の接合レンズＬＣ１を構成する正レンズの材質のアッベ数より大きいことが好ましい。

撮像レンズ１は、下記条件式（５）を満たすことが好ましい。

ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ν５：第５レンズＬ５のｄ線におけるアッベ数
ν６：第６レンズＬ６のｄ線におけるアッベ数
ＲＡ：第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の接合面の曲率半径
Ｂｆ：全系のバックフォーカス（空気換算長）
Ｄ１０：第６レンズＬ６の中心厚
Ｎ６：第６レンズＬ６のｄ線における屈折率

条件式（５）は開口絞りＳｔより像側の後群収束系の一部を構成する第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とからなる第２の接合レンズＬＣ２において、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６のアッベ数の差と接合面に注目して、倍率色収差の補正の好適な度合いを示したものである。条件式（５）は以下の式（５Ａ）のように変形することができる。

条件式（５Ａ）からわかるように、条件式（５）の右辺は、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６のアッベ数の差からなる第１の項と、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の接合面の曲率半径の絶対値を焦点距離で規格化した第２の項と、全系のバックフォーカスと第６レンズＬ６の光軸上の空気換算長との和、すなわち第５レンズＬ５と第６レンズＬ６の接合面から結像位置までの距離、を焦点距離で規格化した第３の項とに分けて考えることができる。

これら第１〜第３の項は、倍率色収差の補正に有利な３つの条件を示している。倍率色収差の補正は、第２の接合レンズＬＣ２を構成する２つの正負のレンズのアッベ数の差（第１の項）が大きく、接合面の曲率半径の絶対値（第２の項）が小さく、接合面から結像位置までの距離（第３の項）が短いほど有利である。条件式（５）の下限を下回ると、バックフォーカスを長くしたまま倍率色収差を良好に保つことが困難になる。

また、撮像レンズ１においては、第２の接合レンズＬＣ２を構成する負レンズの分散が大きいほど倍率色収差の補正に有利であるため、第２の接合レンズＬＣ２を構成する負レンズのアッベ数が２０以下であることが望ましい。

通常、色収差の補正が不十分な結像レンズにおいては、短波長における焦点距離が長波長における焦点距離よりも短いので、軸上色収差、倍率色収差ともに、短波長側の収差が基準波長のものに比べ、マイナス（アンダー）となる。倍率色収差のアンダーを補正する場合、開口絞りＳｔより像側では、正レンズのアッベ数は大きく、負レンズのアッベ数は小さくすると良い。

さらに、倍率色収差を補正するには、開口絞りＳｔより離れた位置に倍率色収差補正を担う光学部材が配置されていること、特に開口絞りＳｔより像側では、結像面に近い位置に配置されているほどその効果がより顕著であるが、全系のバックフォーカスが長いレンズ系においては、結像面に近い位置に光学部材を配置できず、倍率色収差の補正は容易ではなかった。しかし、本実施形態の撮像レンズによれば、上記の好ましい構成を採用することで、長いバックフォーカス、例えば焦点距離の１．８倍よりも長いバックフォーカス、と良好な倍率色収差の補正を両立させることが容易になる。

内視鏡用の撮像レンズは、被写界深度を深くするためにＦナンバーの大きなものが多いことから、球面収差やコマ収差などが画質を決める重要な要因となることは少なく、画質劣化の大きな要因としては、倍率色収差が挙げられる。倍率色収差は、画像周辺部に行くほど顕著に表れるため、画像周辺部の画質を向上させるためには、倍率色収差を良好に補正することが非常に有効である。

また、撮像レンズ１においては、開口絞りＳｔより物体側に位置する全てのレンズ、すなわち第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３全てのｄ線における屈折率が１．８以上であることが好ましい。このような材質を選択することで広角化および歪曲収差の補正に有利となる。

撮像レンズ１が保護部材なしで内視鏡や車載用カメラ等の撮像装置に搭載される場合、最も物体側に配置される第１レンズＬ１は、体液、洗浄液、直射日光、風雨、油脂等にさらさることになる。したがって、第１レンズＬ１の材質には、耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高いものを用いることが好ましい。第１レンズＬ１の材質には例えば、日本光学硝子工業会が定める粉末耐水性、粉末耐酸性規格の減量率ランク、表面法耐候性ランクが１のものを用いることが好ましい。

次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。実施例１〜実施例１３の撮像レンズのレンズ断面図をそれぞれ図２〜図１４に示す。図２〜図１４では、図の左側が物体側、右側が像側であり、第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの、軸上光束４および最大像高に対応する軸外光束５の光路も示している。図２〜図９、図１１〜図１３では、光路変換部材、各種フィルタ、カバーガラス等を想定した平行平面板ＰＰも合わせて示し、図１０、図１４では、各種フィルタ、カバーガラス等を想定した平行平面板ＰＰａも合わせて示している。各撮像レンズの像面の位置は、それぞれ平行平面板ＰＰの像側の面、平行平面板ＰＰａの像側の面の位置となる。なお、図２〜図９、図１１〜図１３では、簡単のために撮像レンズから像面までの光路が一直線上となるように光学系を展開して平行平面板ＰＰを図示している。

実施例１〜実施例１３の撮像レンズのレンズデータをそれぞれ表１〜表１３に示す。各実施例のレンズデータの表において、Ｓｉの欄は最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄は最も物体側の光学要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔおよび平行平面板ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに対応する面の最も右の欄には開口絞りの径を記載している。

曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。レンズデータにおける曲率半径および面間隔の単位としては、「ｍｍ」を用いているが、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、他の適当な単位を用いることもできる。

なお、前述の条件式における「Ｒ１」、「Ｒ２」、「ν２」、「ν３」、「ν５」、「ν６」、「ＲＡ」、「Ｄ１０」、「Ｎ６」はそれぞれ、レンズデータにおける「Ｒ１」、「Ｒ２」、「νｄ２」、「νｄ３」、「νｄ５」、「νｄ６」、「Ｒ１０」、「Ｄ１０」、「Ｎｄ６」に対応する。

図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）にそれぞれ実施例１の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図にはＦ線（波長４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示している。倍率色収差図ではＦ線とＣ線についての収差を示している。球面収差図のＦｎｏ．はＦ値を意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

同様に、図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）、図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）、図１８（Ａ）〜図１８（Ｄ）、図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）、図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）、図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）、図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）、図２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）、図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）、図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）、図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）、図２７（Ａ）〜図２７（Ｄ）に、実施例２〜１３の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。各収差図からわかるように、上記実施例１〜実施例１３は各収差が良好に補正されている。

比較例として、図２８に従来の撮像レンズの一例のレンズ断面図を示す。この比較例は特許文献１の実施例１の撮像レンズに相当するものである。図２８に示す比較例の撮像レンズは、物体側から順に、負の第１レンズＬ１’と、負の第２レンズＬ２’および正の第３レンズＬ３’を接合してなる接合レンズと、正の第４レンズＬ４’と、正の第５レンズＬ５’および負の第６レンズＬ６’を接合してなる接合レンズとが配列された４群６枚構成であり、第３レンズＬ３’と第４レンズＬ４’との間に開口絞りＳｔが配置されている。図２８にも平行平面板ＰＰ、および第１レンズＬ１’の物体側の面から像面までの軸上光束４および最大像高に対応する軸外光束５の光路を合わせて示している。

この比較例のレンズデータを表１４に示す。表１４の記号の意味は、前述の実施例１〜実施例１３のレンズデータのものと同様である。

図２９（Ａ）〜図２９（Ｄ）に、この比較例の球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。図２９（Ａ）〜図２９（Ｄ）の図示方法は、前述の実施例１〜実施例１３の各収差図のものと同様である。

表１５、表１６に、上記実施例１〜実施例１３と上記比較例の各種データを示す。表１５、表１６のデータは、ｄ線におけるものであり、長さの単位は全てｍｍであり、角度の単位は全て度である。

以下に、表１５、表１６に記載の語句についてまとめて説明する。「構成枚数」は全系を構成するレンズ群とレンズ枚数である。「前群接合」は開口絞りＳｔより物体側の第１の接合レンズＬＣ１を構成する２枚のレンズのパワーの符号と配列順を表し、例えば「凹凸接合」は物体側から順に負レンズと正レンズが配列されて接合された接合レンズを意味し、「凸凹接合」は物体側から順に正レンズと負レンズが配列されて接合された接合レンズを意味する。「平行平面板厚」は平行平面板ＰＰの光軸方向の厚みである。

「物体距離」は最も物体側のレンズ面から物体までの光軸方向の距離である。「物体面曲率半径」は物体面の曲率半径である。「最大像高」は最大の像高である。「視野角（度）」は全画角での視野角であり、前述の記号をωを用いると２ωで表されるものである。「有効Ｆ値」は有効Ｆ値（有効Ｆナンバー）である。「開口絞り径」は開口絞りＳｔの直径である。

表１５、表１６に示すように、実施例１、２、３、４、５、６、７、８、９および比較例は、第１レンズＬ１の物体側の面頂点から１５ｍｍの位置に置かれた半径１５ｍｍの球面を物体面として、最大像高は１．７５ｍｍで収差等の計算をしている。そして、実施例１、２、３、４、５、６、７、８および比較例のレンズ系の像側には、ｄ線における屈折率が１．５１６８０、光軸方向の厚さ４．０ｍｍの平行平面板ＰＰを挿入し、その最終面を結像面としていて、バックフォーカスは、この平行平面板ＰＰを除いた値、すなわち空気換算値である。実施例９は平行平面板ＰＰの厚さを０．２ｍｍの平行平面板としている。

実施例１０、１１、１２、１３は、第１レンズＬ１の物体側の面頂点から１０ｍｍの位置に置かれた半径１０ｍｍの球面を物体面として、最大像高は１．４５ｍｍで収差等の計算をしている。そして、実施例１０、１１、１２のレンズ系の像側には、ｄ線における屈折率が１．５１６８０、光軸方向の厚さ３．０ｍｍの平行平面板ＰＰを挿入し、その最終面を結像面としていて、バックフォーカスは、この平行平面板ＰＰを除いた値、すなわち空気換算値である。実施例１３は平行平面板ＰＰａの厚さを０．２ｍｍとしている。

比較例は、第１レンズＬ１’の物体側の面頂点から１５ｍｍの位置に置かれた半径１５ｍｍの球面を物体面として、最大像高は１．００８ｍｍで収差等の計算をしている。そして、比較例のレンズ系の像側には、ｄ線における屈折率が１．５１６３３、光軸方向の厚さ３．０ｍｍの平行平面板ＰＰを挿入し、その最終面を結像面としていて、バックフォーカスは、この平行平面板をこの平行平面板ＰＰを除いた値、すなわち空気換算値である。

表１５、表１６の「有効Ｆ値」より下の欄には、前述した条件式（１）〜（５）で用いられる各値および各条件式の対応値を示している。実施例１〜１３は全て条件式（１）〜（５）を満たしているが、比較例は条件式（１）、（２）、（５）を満たしていない。

次に、図１５（Ｃ）、図１６（Ｃ）、図１７（Ｃ）、図１８（Ｃ）、図１９（Ｃ）、図２０（Ｃ）、図２１（Ｃ）、図２２（Ｃ）、図２３（Ｃ）、図２４（Ｃ）、図２５（Ｃ）、図２６（Ｃ）、図２７（Ｃ）および図２９（Ｃ）を参照して、本発明の実施例１〜実施例１３と比較例における歪曲収差の比較を行う。比較例の歪曲収差は８割像高付近でほぼゼロであり最大像高で大きな負の値になっているのに対し、実施例１〜実施例１３の歪曲収差は８割像高付近で比較的小さな正の値をとり最大像高でその正の値をほぼ維持しているかあるいはそれよりさらに小さな正の値もしくは小さな負の値をとっている。このことから、画像周辺部の物体が小さく見えすぎて解像力が不十分だった比較例に比べて、実施例１〜実施例１３は歪曲収差が改善され、画像周辺部で解像力が向上していることがわかる。

このような特性の相違により、同じ像サイズ、同じ画角という条件であれば、比較例よりも本願の実施例の方が焦点距離が短くなり、同じＦ値、同じ許容錯乱円径という条件で算出すれば、比較例よりも本願の実施例の方が被写界深度を深くできるという効果を奏することもできる。

なお、図１５〜図２７および図２９に示す本発明の実施例１〜実施例１３と比較例の歪曲収差図はともに同じ射影方式を採用しており、全系の焦点距離ｆ、半画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて理想像高の大きさをｆ×ｓｉｎθとしたとき、この理想像高からのずれ量を示したものである。このような理想像高を採用するのは、８割像高における、実施例１〜実施例１３の歪曲収差と比較例の歪曲収差の差異を認識しやすくするためである。以下にこの点について説明する。

一般に、歪曲収差Ｄｉｓは、理想像高Ｙ_０と、実際の像高Ｙとを用いて下式で表される。
Ｄｉｓ＝１００×（Ｙ−Ｙ_０）／Ｙ_０

通常、一般的な撮像レンズ系では、理想像高Ｙ_０として、Ｙ_０＝−ｆ×ｔａｎθが用いられる。しかし、広角レンズ系ではθは大きな値をとることになり、θ＞６０°となることもある。このようなθが大きな範囲では、図３０に示すようにθに対するｔａｎθの変化率が非常に大きなものとなり、ｔａｎθの値が大きなものとなる。

図３０は横軸に半画角θ、縦軸にｔａｎθまたはｓｉｎθの値をとったものである。θは半画角であることから図３０に示すθは０°〜９０°の角度範囲のみ図示しており、以下の歪曲収差図の説明でもこの角度範囲でのみ考えるものとする。図３０では、理解を助けるために、本実施形態の撮像レンズが想定している画像周辺部となる６０°〜７０°の範囲に斜線を付している。

θが６０°、７０°のときのｔａｎθの値はそれぞれ、ｔａｎ６０°＝１．７３２、ｔａｎ７０°＝２．７４７である。このため、理想像高Ｙ_０として−ｆ×ｔａｎθを用いた場合、θが大きな画像周辺部では、実施例１〜１３と比較例の歪曲収差はともに−５０％を超えた値となり、本発明の実施例１〜１３と比較例の差を認識しにくい。

一方、理想像高Ｙ_０を、Ｙ_０＝−ｆ×ｓｉｎθとすると、図３０に示すようにθ＞６０°の範囲においては、ｔａｎθの場合と比べて、θに対するｓｉｎθの変化率は小さなものとなり、ｓｉｎθの値が小さなものとなる。θが６０°、７０°のときのｓｉｎθの値はそれぞれ、ｓｉｎ６０°＝０．８６６、ｓｉｎ７０°＝０．９４０である。よって、理想像高Ｙ_０として−ｆ×ｓｉｎθを用いれば、θが大きな画像周辺部における、実施例１〜１３と比較例の歪曲収差の差が顕著なものとなり、これらの差が認識しやすくなる。

次に、本発明の撮像レンズが適用される撮像装置の実施形態について図３１、図３２を参照しながら説明する。図３１は、内視鏡の概略的な構成図である。図３１に示す内視鏡１００は、主として、操作部１０２と、挿入部１０４と、ユニバーサルコード１０６を引き出すコネクタ部（図示せず）を備える。操作部１０２の先端側には、患者の体内に挿入される挿入部１０４が連結され、操作部１０２の基端側からは、光源装置等と接続するためのコネクタ部に接続するためのユニバーサルコード１０６が引き出されている。

挿入部１０４の大半は挿入経路に沿って任意の方向に曲がる軟性部１０７であり、この軟性部１０７の先端には、湾曲部１０８が連結され、この湾曲部１０８の先端には、先端硬質部１１０が順次連結されている。湾曲部１０８は、先端硬質部１１０を所望の方向に向けるために設けられるものであり、操作部１０２に設けられた湾曲走査ノブ１０９を回動させることにより湾曲操作が可能となっている。先端硬質部１１０の内部には、本実施形態の撮像光学系が配設される。

図３２は、自動車２００に本実施形態の車載用カメラを搭載した様子を示すものである。図３２において、自動車２００は、その助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラ２０１と、自動車２００の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ２０２と、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラ２０３とを備えている。車外カメラ２０１と車外カメラ２０２と車内カメラ２０３とは、本実施の形態にかかる撮像装置であり、本発明の実施形態による撮像レンズと、該撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、撮像装置の実施形態では、内視鏡および車載用カメラの例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、携帯端末用カメラや監視カメラ等にも適用可能である。

１ 撮像レンズ
２ 光路変換部材
３ 固体撮像素子
４ 軸上光束
５ 軸外光束
１０ 撮像光学系
１００ 内視鏡
１０２ 操作部
１０４ 挿入部
１０６ ユニバーサルコード
１０７ 軟性部
１０８ 湾曲部
１０９ 湾曲走査ノブ
１１０ 先端硬質部
２００ 自動車
２０１、２０２ 車外カメラ
２０３ 車内カメラ
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
ＬＣ１ 第１の接合レンズ
ＬＣ２ 第２の接合レンズ
ＰＰ、ＰＰａ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (6)

1. 物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の第１レンズと、いずれか一方が正で他方が負の第２レンズおよび第３レンズを接合してなる第１の接合レンズと、物体側に平面または曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正の第４レンズと、いずれか一方が正で他方が負の第５レンズおよび第６レンズを接合してなる第２の接合レンズとが配列された４群６枚構成であり、前記第１の接合レンズと前記第４レンズとの間に絞りが配置され、下記条件式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
   ０．２０＜ｆ／Ｒ１＜０．３５ … （１）
   ０．１４＜Ｒ２／Ｒ１≦０．２０ … （２）
   １．８＜Ｂｆ／ｆ … （３）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   Ｒ１：前記第１レンズの物体側の面の曲率半径
   Ｒ２：前記第１レンズの像側の面の曲率半径
   Ｂｆ：全系のバックフォーカス
2. 下記条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   １５．０＜｜ν２−ν３｜ … （４）
   ただし、
   ν２：前記第２レンズのｄ線におけるアッベ数
   ν３：前記第３レンズのｄ線におけるアッベ数
3. 下記条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の撮像レンズ。
   

   

   ただし、
   ν５：前記第５レンズのｄ線におけるアッベ数
   ν６：前記第６レンズのｄ線におけるアッベ数
   ＲＡ：前記第５レンズと前記第６レンズの接合面の曲率半径
   Ｄ１０：前記第６レンズの中心厚
   Ｎ６：前記第６レンズのｄ線における屈折率
4. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ全てのｄ線における屈折率が１．８以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像レンズと、
   該撮像レンズの像面と前記第６レンズとの間に配置されて、光路の向きを変換する光路変換部材とを備えたことを特徴とする撮像光学系。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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