特開 2024-30824 光学系及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030824

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】光学系及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20240229BHJP

   G02B 13/18 20060101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

G02B13/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133988

(22)【出願日】2022-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】ニデックプレシジョン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109896

【弁理士】

【氏名又は名称】森 友宏

(72)【発明者】

【氏名】廣川 武志

(72)【発明者】

【氏名】高砂 一弥

(72)【発明者】

【氏名】中野 征嗣

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA01

2H087PA03

2H087PA17

2H087PB03

2H087QA02

2H087QA06

2H087QA12

2H087QA21

2H087QA26

2H087QA37

2H087QA41

2H087QA45

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA32

2H087RA42

2H087RA43

2H087RA44

2H087UA01

(57)【要約】

【課題】安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系を提供する。
【解決手段】光学系４は、正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズ１０と、正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズ２０と、負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズ３０とを備える。第１レンズ１０、第２レンズ２０、及び第３レンズ３０は、光軸Ｐに沿って対象物Ｂ側から像面Ｓ側に向けて順番に配置される。第２レンズ２０の焦点距離をｆ₂、光軸Ｐ上の厚さをＤ₂、第３レンズ３０の焦点距離をｆ₃、光軸Ｐ上の厚さをＤ₃とすると、０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１、－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２が満たされる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、
正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、
正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、
負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズと
を備え、
前記第２レンズの焦点距離をｆ₂、前記光軸上の厚さをＤ₂、
前記第３レンズの焦点距離をｆ₃、前記光軸上の厚さをＤ₃とすると、
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２
を満たす、光学系。

【請求項2】

さらに、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記第１レンズの焦点距離をｆ₁、前記光軸上の厚さをＤ₁とすると、
さらに、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項4】

前記第１レンズの前記光軸上の厚さをＤ₁、前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズとの合成焦点距離をｆ₁₂₃とすると、
さらに、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項5】

前記第１レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d1は、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項6】

前記第２レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d2は、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項7】

前記第３レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d3は、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
を満たす、請求項１に記載の光学系。

【請求項8】

光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、
正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、
正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、
負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズと
を備え、
前記第２レンズの焦点距離をｆ₂、前記第３レンズの焦点距離をｆ₃とすると、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
を満たす、光学系。

【請求項9】

前記第１レンズの焦点距離をｆ₁、前記光軸上の厚さをＤ₁とすると、
さらに、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
を満たす、請求項８に記載の光学系。

【請求項10】

前記第１レンズの前記光軸上の厚さをＤ₁、前記第２レンズの前記光軸上の厚さをＤ₂、前記光軸上の厚さをＤ₃、前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズとの合成焦点距離をｆ₁₂₃とすると、
さらに、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
を満たす、請求項８に記載の光学系。

【請求項11】

前記第１レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d1は、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
を満たす、請求項８に記載の光学系。

【請求項12】

前記第２レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d2は、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
を満たす、請求項８に記載の光学系。

【請求項13】

前記第３レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d3は、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
を満たす、請求項８に記載の光学系。

【請求項14】

請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学系と、
前記像面に配置された撮像素子と
を備える撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学系及び撮像装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、被写体までの距離を測定するセンサとして、例えば赤外光やレーザ光を対象物に照射して対象物から反射した光を検出することで対象物までの距離を測定するＴＯＦ（Time of Flight）カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。近年では、自動運転や安全支援のためにこのようなカメラを用いて運転者を監視することも多くなっている。このようなカメラは温度変化の大きい環境に設置されることが多いため、温度変化に対してレンズ性能が大きく変化しないことが要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２６１０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系及びそのような光学系を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以上述べたように、本発明の第１の態様によれば、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系が提供される。この光学系は、光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズとを備える。上記第２レンズの焦点距離をｆ₂、上記光軸上の厚さをＤ₂、上記第３レンズの焦点距離をｆ₃、上記光軸上の厚さをＤ₃とすると、上記光学系は、
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２
を満たす。

【0006】

また、本発明の第２の態様によれば、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系が提供される。この光学系は、光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズとを備える。上記光学系は、上記第２レンズの焦点距離をｆ₂、上記第３レンズの焦点距離をｆ₃とすると、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
を満たす。

【0007】

本発明の第３の態様によれば、上述した光学系と、上記像面に配置された撮像素子とを備える撮像装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の一実施形態における撮像装置の構成を示す模式図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の第１の実施例における光学系の－４０℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【図2B】図２Ｂは、本発明の第１の実施例における光学系の２５℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【図2C】図２Ｃは、本発明の第１の実施例における光学系の８５℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【図3A】図３Ａは、本発明の第２の実施例における光学系の－４０℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【図3B】図３Ｂは、本発明の第２の実施例における光学系の２５℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【図3C】図３Ｃは、本発明の第２の実施例における光学系の８５℃における焦点ずれとＭＴＦとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明に係る光学系及び撮像装置の実施形態について図１から図３Ｃを参照して詳細に説明する。図１から図３Ｃにおいて、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図３Ｃにおいては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。

【0010】

図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、撮像装置１は、ケーシング２と、ベース板３と、ケーシング２とベース板３との間に収容された光学系４と、ベース板３上に配置された撮像素子５とを備えている。撮像素子５は、光学系４の像面Ｓに配置されている。なお、本実施形態の撮像装置１は、例えば９５０ｎｍの波長の近赤外光を検出するように構成されているが、撮像装置１により検出する光の波長はこれに限られるものではない。

【0011】

光学系４は、正の屈折力を有する第１レンズ１０と、絞り１５と、正の屈折力を有する第２レンズ２０と、負の屈折力を有する第３レンズ３０と、所定の周波数帯域の光（例えば赤外光）を透過させるバンドパスフィルタ４０と、バンドパスフィルタ４０と撮像素子５との間に配置されたセンサ保護ガラス５０とを含んでいる。第１レンズ１０、絞り１５、第２レンズ２０、第３レンズ３０、バンドパスフィルタ４０、及びセンサ保護ガラス５０が、光軸Ｐに沿って対象物（被写体）Ｂ側から像面Ｓ側に向けて順番に配置されている。なお、本明細書においては、光軸Ｐに沿って対象物Ｂ側を「前方」、像面Ｓ側を「後方」と定義する。

【0012】

第１レンズ１０はガラスにより形成されており、第２レンズ２０及び第３レンズよりも高い屈折率を有することが好ましい。第１レンズ１０の前方レンズ面１０Ａは対象物Ｂ側に凸であり、後方レンズ面１０Ｂは対象物Ｂ側に凹んでいることが好ましい。

【0013】

第２レンズ２０は樹脂（プラスチック）により形成されている。また、第２レンズ２０の前方レンズ面２０Ａは像面Ｓ側に凹んでおり、後方レンズ面２０Ｂは像面Ｓ側に凸であることが好ましい。第２レンズ２０の前方レンズ面２０Ａ及び後方レンズ面２０Ｂは非球面で構成されていることが好ましい。

【0014】

第３レンズ３０は樹脂（プラスチック）により形成されている。第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａは対象物Ｂ側に凸であり、後方レンズ面３０Ｂは対象物Ｂ側に凹んでいることが好ましい。第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａ及び後方レンズ面３０Ｂは非球面で構成されていることが好ましい。

【0015】

ここで、第２レンズ２０の焦点距離をｆ₂、第２レンズ２０の光軸Ｐ上の厚さをＤ₂、第３レンズ３０の焦点距離をｆ₃、第３レンズ３０の光軸Ｐ上の厚さをＤ₃とすると、光学系４は以下の式（１）及び（２）を満たしている。
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１ ・・・（１）
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２ ・・・（２）

【0016】

また、ガラスレンズである第１レンズ１０よりも線膨張係数の大きい樹脂レンズである第２レンズ２０及び第３レンズ３０の温度変化が像面Ｓでの焦点ずれに対して大きな影響を与える。このため、第２レンズ２０と第３レンズ３０とのパワーのバランスが温度変化時のレンズ性能に大きく影響する。したがって、第２レンズ２０と第３レンズ３０とのパワーのバランスを取るように、光学系４は、上記式（１）及び（２）に代えて、あるいは上記式（１）及び（２）に加えて、以下の式（３）を満たしていることが好ましい。
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ ・・・（３）

【0017】

さらに、第１レンズ１０の焦点距離をｆ₁、第１レンズ１０の光軸Ｐ上の厚さをＤ₁とすると、光学系４はさらに以下の式（４）を満たしていることが好ましい。
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０ ・・・（４）

【0018】

また、第１レンズ１０と第２レンズ２０と第３レンズ３０との合成焦点距離をｆ₁₂₃とすると、光学系４はさらに以下の式（５）を満たしていることが好ましい。
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９ ・・・（５）

【0019】

さらに、第１レンズ１０のｄ線に対する屈折率をＮ_d1、第２レンズ２０のｄ線に対する屈折率をＮ_d2、第３レンズ３０のｄ線に対する屈折率をＮ_d3とすると、光学系４はさらに以下の式（６）～（８）を満たしていることが好ましい。
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１ ・・・（６）
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４ ・・・（７）
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４ ・・・（８）

【0020】

一般に、ガラスレンズを使用することにより、温度変化に対するレンズ性能の変化が少ない光学系を実現できるが、第１レンズ１０、第２レンズ２０、及び第３レンズ３０のすべてをガラスレンズにすると光学系４のコストが上昇してしまう。この点に鑑み、本実施形態では、第１レンズ１０のみをガラスレンズとし、第２レンズ２０及び第３レンズ３０は比較的安価な樹脂レンズにより構成し、さらに、上記式で表されるようなパラメータで各レンズ間のバランスを取ることにより、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化の少ない光学系を実現している。また、上記式を満たすことにより、Ｆ値２．０の明るい光学系とすることができ、良好な解像度を得ることができる。さらに、光学系４におけるレンズの最大有効径を例えば５．０ｍｍ以下、光学全長を例えば７ｍｍ以下にすることができ、コンパクトな光学系を実現することができる。

【0021】

上述した各実施形態では、第１レンズ１０、第２レンズ２０、及び第３レンズ３０のそれぞれが単一のレンズで構成されているが、複数枚のレンズを組み合わせることにより第１レンズ１０、第２レンズ２０、及び第３レンズ３０のそれぞれを構成してもよい。また、絞り１５の位置は図示のものに限られるものではない。

【0022】

なお、上述した第２レンズ２０及び第３レンズ３０のレンズ面が非球面で構成される場合、この非球面のプロファイルは、以下の式（９）により表される。

【数1】

ここで、ｙは光軸Ｐに垂直な方向の高さ、Ｚ（ｙ）は高さｙにおける非球面の頂点の接平面から非球面に至るまでの光軸Ｐと平行な方向における距離（サグ量）、Ｃは非球面の頂点における曲率、κは円錐定数、Ａ_nはｎ次の非球面係数である。

【実施例0023】

本発明の第１の実施例として以下のようなパラメータを有する光学系により上述の実施形態の撮像装置１を構成し、その特性を分析した。
＜光軸Ｐ上のレンズ面の曲率半径＞
第１レンズ１０の前方レンズ面１０Ａ：４．１２６ｍｍ
第１レンズ１０の後方レンズ面１０Ｂ：１７．８０３ｍｍ
第２レンズ２０の前方レンズ面２０Ａ：－１．５６６ｍｍ（非球面）
第２レンズ２０の後方レンズ面２０Ｂ：－１．２４９ｍｍ（非球面）
第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａ：２．８４３ｍｍ（非球面）
第３レンズ３０の後方レンズ面３０Ｂ：１．９７２ｍｍ（非球面）

【0024】

＜光軸Ｐ上の厚さ又は間隔＞
第１レンズ１０の厚さＤ₁＝１．２４５ｍｍ
第１レンズ１０と絞り１５との間の間隔Ｄ_1F＝０．０９５ｍｍ
絞り１５と第２レンズ２０との間の間隔Ｄ_F2＝１．１６５ｍｍ
第２レンズ２０の厚さＤ₂＝１．０７０ｍｍ
第２レンズ２０と第３レンズ３０との間の間隔Ｄ₂₃＝０．０７５ｍｍ
第３レンズ３０の厚さＤ₃＝１．１４５ｍｍ
第３レンズ３０とバンドパスフィルタ４０との間の間隔Ｄ_3B＝０．６００ｍｍ
バンドパスフィルタ４０の厚さＤ_B＝０．３００ｍｍ
バンドパスフィルタ４０とセンサ保護ガラス５０との間の間隔Ｄ_BG＝０．５１７ｍｍ
センサ保護ガラス５０の厚さＤ_G＝０．４００ｍｍ
センサ保護ガラス５０と像面Ｓとの間の間隔Ｄ_GS＝０．１００ｍｍ

【0025】

＜ｄ線に対する屈折率＞
第１レンズ１０の屈折率Ｎ_d1＝１．８４７
第２レンズ２０の屈折率Ｎ_d2＝１．５４４
第３レンズ３０の屈折率Ｎ_d3＝１．６３６
バンドパスフィルタ４０の屈折率Ｎ_dB＝１．５１６
センサ保護ガラス５０の屈折率Ｎ_dG＝１．５１６

【0026】

＜アッベ数＞
第１レンズ１０のアッベ数ν₁＝２３．８
第２レンズ２０のアッベ数ν₂＝５５．９
第３レンズ３０のアッベ数ν₃＝２３．９
バンドパスフィルタ４０のアッベ数ν_B＝６４．１
センサ保護ガラス５０のアッベ数ν_G＝６４．１

【0027】

＜波長９５０ｎｍの光に対する焦点距離＞
第１レンズ１０の焦点距離ｆ₁＝６．３２７ｍｍ
第２レンズ２０の焦点距離ｆ₂＝５．３００ｍｍ
第３レンズ３０の焦点距離ｆ₃＝－２０．９７９ｍｍ
第１レンズ１０と第２レンズ２０と第３レンズ３０の合成焦点距離ｆ₁₂₃＝３．９１５ｍｍ

【0028】

＜非球面データ＞
第１レンズ１０の前方レンズ面１０Ａ：
κ＝－２．７６８７６×１０^-1
Ａ₄＝－１．３６９８５×１０^-2
Ａ₆＝－２．１０１０１×１０^-2
Ａ₈＝－１．９９８０７×１０^-2
Ａ₁₀＝２．２５７７５×１０^-2
Ａ₁₂＝４．８２１０１×１０^-3
Ａ₁₄＝－４．３９５９３×１０^-3
Ａ₁₆＝７．０２６２４×１０^-4
第１レンズ１０の後方レンズ面１０Ｂ：
κ＝－１．１０３１９
Ａ₄＝－１．５３５６０×１０^-2
Ａ₆＝－１．９４１６７×１０^-2
Ａ₈＝１．３０６２０×１０^-2
Ａ₁₀＝－６．３５０５１×１０^-3
Ａ₁₂＝４．４１３０６×１０^-4
Ａ₁₄＝７．５１１４７×１０^-4
Ａ₁₆＝－１．３６０００×１０^-4
第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａ：
κ＝－１．７１５７３
Ａ₄＝－３．２１９５７×１０^-2
Ａ₆＝１．０９８００×１０^-2
Ａ₈＝－１．９０２４１×１０^-3
Ａ₁₀＝９．５１１６０×１０^-5
Ａ₁₂＝２．８６５７９×１０^-5
Ａ₁₄＝－５．９６６９０×１０^-6
Ａ₁₆＝３．２４５０８×１０^-7
第３レンズ３０の後方レンズ面３０Ｂ：
κ＝－５．１８２８５
Ａ₄＝－２．８６２８２×１０^-2
Ａ₆＝７．５５９３２×１０^-3
Ａ₈＝－１．２６８３７×１０^-3
Ａ₁₀＝１．１７２２２×１０^-4
Ａ₁₂＝４．０５７０８×１０^-7
Ａ₁₄＝－１．４１１２９×１０^-6
Ａ₁₆＝７．５５０２５×１０^-8

【0029】

ここで、上記式（１）～（８）について検討する。
式（１）
Ｄ₂／ｆ₂＝１．０７０ｍｍ／５．３００ｍｍ＝０．２０２
であり、
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１
であるから、式（１）を満たしている。

【0030】

式（２）
Ｄ₃／ｆ₃＝１．１４５ｍｍ／－２０．９７９ｍｍ＝－０．０５４６
であり、
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２
であるから、式（２）を満たしている。

【0031】

式（３）
ｆ₂＋ｆ₃＝５．３００ｍｍ－２０．９７９ｍｍ＝－１５．６７９ｍｍ
であり、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
であるから、式（３）を満たしている。

【0032】

式（４）
Ｄ₁／ｆ₁＝１．２４５ｍｍ／６．３２７ｍｍ＝０．１９７
であり、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
であるから、式（４）を満たしている。

【0033】

式（５）
（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃＝（１．２４５ｍｍ＋１．０７０ｍｍ＋１．１４５ｍｍ）／３．９１５ｍｍ＝０．８８４
であり、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
であるから、式（５）を満たしている。

【0034】

式（６）
Ｎ_d1＝１．８４７
であり、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
であるから、式（６）を満たしている。

【0035】

式（７）
Ｎ_d2＝１．５４４
であり、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
であるから、式（７）を満たしている。

【0036】

式（８）
Ｎ_d3＝１．６３６
であり、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
であるから、式（８）を満たしている。

【0037】

このように、第１の実施例における光学系は上記式（１）～（８）をすべて満たしている。

【0038】

この第１の実施例における光学系について、焦点ずれとＭＴＦ（Modulation Transfer Function）との関係を複数の異なる温度で求めた結果を図２Ａから図２Ｃに示す。光学系が通常使用されることを想定されているのは２５℃であるため、２５℃での焦点位置を基準とした。図２Ａは－４０℃、図２Ｂは２５℃、図２Ｃは８５℃での算出結果を示している。なお、図２Ａから図２Ｃは、ＭＴＦ周波数を８３ＬＰ／ｍｍとしたときの結果である。

【0039】

図２Ａから図２Ｃに示されるように、－４０℃のときの２５℃に対する焦点ずれは－０．０１６ｍｍ程度、８５℃のときの２５℃に対する焦点ずれは＋０．０１２ｍｍ程度と極めて小さく抑えられている。このように、第１の実施例の光学系は、温度変化による焦点ずれが少なく、温度変化に対するレンズ性能の変化が少ない光学系であることがわかる。

【実施例0040】

本発明の第２の実施例として以下のようなパラメータを有する光学系により上述の実施形態の撮像装置１を構成し、その特性を分析した。
＜光軸Ｐ上のレンズ面の曲率半径＞
第１レンズ１０の前方レンズ面１０Ａ：３．９７４ｍｍ
第１レンズ１０の後方レンズ面１０Ｂ：８．５８８ｍｍ
第２レンズ２０の前方レンズ面２０Ａ：－１．３３０ｍｍ（非球面）
第２レンズ２０の後方レンズ面２０Ｂ：－１．１３６ｍｍ（非球面）
第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａ：２．１８８ｍｍ（非球面）
第３レンズ３０の後方レンズ面３０Ｂ：１．６８１ｍｍ（非球面）

【0041】

＜光軸Ｐ上の厚さ又は間隔＞
第１レンズ１０の厚さＤ₁＝１．２００ｍｍ
第１レンズ１０と絞り１５との間の間隔Ｄ_1F＝０．３０９ｍｍ
絞り１５と第２レンズ２０との間の間隔Ｄ_F2＝１．４０６ｍｍ
第２レンズ２０の厚さＤ₂＝０．８１５ｍｍ
第２レンズ２０と第３レンズ３０との間の間隔Ｄ₂₃＝０．０７０ｍｍ
第３レンズ３０の厚さＤ₃＝０．６９０ｍｍ
第３レンズ３０とバンドパスフィルタ４０との間の間隔Ｄ_3B＝１．５６７ｍｍ
バンドパスフィルタ４０の厚さＤ_B＝０．３００ｍｍ
バンドパスフィルタ４０とセンサ保護ガラス５０との間の間隔Ｄ_BG＝０．１００ｍｍ
センサ保護ガラス５０の厚さＤ_G＝０．４００ｍｍ
センサ保護ガラス５０と像面Ｓとの間の間隔Ｄ_GS＝０．０４５ｍｍ

【0042】

＜ｄ線に対する屈折率＞
第１レンズ１０の屈折率Ｎ_d1＝２．００１
第２レンズ２０の屈折率Ｎ_d2＝１．５４４
第３レンズ３０の屈折率Ｎ_d3＝１．６３６
バンドパスフィルタ４０の屈折率Ｎ_dB＝１．５１６
センサ保護ガラス５０の屈折率Ｎ_dG＝１．５１６

【0043】

＜アッベ数＞
第１レンズ１０のアッベ数ν₁＝２５．５
第２レンズ２０のアッベ数ν₂＝５５．９
第３レンズ３０のアッベ数ν₃＝２４．０
バンドパスフィルタ４０のアッベ数ν_B＝６４．１
センサ保護ガラス５０のアッベ数ν_G＝６４．１

【0044】

＜波長９５０ｎｍの光に対する焦点距離＞
第１レンズ１０の焦点距離ｆ₁＝６．７９０ｍｍ
第２レンズ２０の焦点距離ｆ₂＝５．９０８ｍｍ
第３レンズ３０の焦点距離ｆ₃＝－２４．５０８ｍｍ
第１レンズ１０と第２レンズ２０と第３レンズ３０の合成焦点距離ｆ₁₂₃＝４．５６５ｍｍ

【0045】

＜非球面データ＞
第１レンズ１０の前方レンズ面１０Ａ：
κ＝－１．０６１９０３
Ａ₄＝２．１５１１２×１０^-2
Ａ₆＝－１．３４８７２×１０^-1
Ａ₈＝１．１０９９７×１０^-1
Ａ₁₀＝－８．０６４６９×１０^-2
Ａ₁₂＝４．９７５０６×１０^-2
Ａ₁₄＝－１．０９８１１×１０^-2
Ａ₁₆＝１．９５８０２×１０^-4
第１レンズ１０の後方レンズ面１０Ｂ：
κ＝－２．８９７６７５
Ａ₄＝－１．０８１０５×１０^-1
Ａ₆＝４．７８２６４×１０^-3
Ａ₈＝２．６９３３３×１０^-2
Ａ₁₀＝－１．８８３１１×１０^-2
Ａ₁₂＝３．３０５３９×１０^-3
Ａ₁₄＝１．６０９６０×１０^-3
Ａ₁₆＝４．１９２４７×１０^-4
第３レンズ３０の前方レンズ面３０Ａ：
κ＝－１．１７４９６１
Ａ₄＝－５．６８５７５×１０^-2
Ａ₆＝１．６２４９２×１０^-2
Ａ₈＝１．５０８８６×１０^-3
Ａ₁₀＝２．４２５７１×１０^-4
Ａ₁₂＝８．３８０２２×１０^-6
Ａ₁₄＝９．３４８００×１０^-7
Ａ₁₆＝１．１０５０９×１０^-8
第３レンズ３０の後方レンズ面３０Ｂ：
κ＝－７．１５６１６３
Ａ₄＝－１．２３７０４×１０^-2
Ａ₆＝１．２２３３５×１０^-3
Ａ₈＝１．８２１２３×１０^-3
Ａ₁₀＝２．０８３２０×１０^-4
Ａ₁₂＝８．５６５０４×１０^-6
Ａ₁₄＝４．７２２４７×１０^-6
Ａ₁₆＝７．４８４３７×１０^-7

【0046】

ここで、上記式（１）～（８）について検討する。
式（１）
Ｄ₂／ｆ₂＝０．８１５ｍｍ／５．９０８ｍｍ＝０．１３８
であり、
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１
であるから、式（１）を満たしている。

【0047】

式（２）
Ｄ₃／ｆ₃＝０．６９０ｍｍ／－２４．５０８ｍｍ＝－０．０２８
であり、
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２
であるから、式（２）を満たしている。

【0048】

式（３）
ｆ₂＋ｆ₃＝５．９０８ｍｍ－２４．５０８ｍｍ＝－１８．６００ｍｍ
であり、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
であるから、式（３）を満たしている。

【0049】

式（４）
Ｄ₁／ｆ₁＝１．２００ｍｍ／６．７９０ｍｍ＝０．１７７
であり、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
であるから、式（４）を満たしている。

【0050】

式（５）
（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃＝（１．２００ｍｍ＋０．８１５ｍｍ＋０．６９０ｍｍ）／４．５６５ｍｍ＝０．５９３
であり、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
であるから、式（５）を満たしている。

【0051】

式（６）
Ｎ_d1＝２．００１
であり、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
であるから、式（６）を満たしている。

【0052】

式（７）
Ｎ_d2＝１．５４４
であり、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
であるから、式（７）を満たしている。

【0053】

式（８）
Ｎ_d3＝１．６３６
であり、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
であるから、式（８）を満たしている。

【0054】

このように、第２の実施例における光学系は上記式（１）～（８）をすべて満たしている。

【0055】

この第２の実施例における光学系について、焦点ずれとＭＴＦの関係を複数の異なる温度で算出した結果を図３Ａから図３Ｅに示す。第１の実施例と同様に、２５℃での焦点位置を基準とし、ＭＴＦ周波数を８３ＬＰ／ｍｍとした。図３Ａは－４０℃、図３Ｂは２５℃、図３Ｃは８５℃での算出結果を示している。

【0056】

図３Ａから図３Ｃに示されるように、－４０℃のときの２５℃に対する焦点ずれは－０．０１１ｍｍ程度、８５℃のときの２５℃に対する焦点ずれは＋０．００９ｍｍ程度と極めて小さく抑えられている。このように、第２の実施例の光学系は、温度変化による焦点ずれが少なく、温度変化に対するレンズ性能の変化が少ない光学系であることがわかる。

【0057】

以上述べたように、本発明の第１の態様によれば、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系が提供される。具体的には、本発明に係る光学系は、以下のような構成を採用することができる。

【0058】

（構成１）
光学系は、光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズとを備える。上記第２レンズの焦点距離をｆ₂、上記光軸上の厚さをＤ₂、上記第３レンズの焦点距離をｆ₃、上記光軸上の厚さをＤ₃とすると、上記光学系は、
０．１３≦Ｄ₂／ｆ₂≦０．２１
－０．０６≦Ｄ₃／ｆ₃≦－０．０２
を満たす。

【0059】

このように、第１レンズをガラスレンズとし、第２レンズ及び第３レンズは比較的安価な樹脂レンズにより構成し、第２レンズと第３レンズのパラメータを調整することにより、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化の少ない光学系が実現される。

【0060】

（構成２）
ガラスレンズである第１レンズのパラメータよりも樹脂レンズである第２レンズ及び第３レンズのパラメータが温度変化による焦点ずれに大きな影響を与えるため、温度変化による焦点ずれを小さくするために、上記構成１において、上記光学系は、さらに、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
を満たすことが好ましい。

【0061】

（構成３）
上記構成１又は２において、上記光学系は、上記第１レンズの焦点距離をｆ₁、上記光軸上の厚さをＤ₁とすると、
さらに、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
を満たすことが好ましい。

【0062】

（構成４）
上記構成１から３のいずれかにおいて、上記光学系は、上記第１レンズの上記光軸上の厚さをＤ₁、上記第１レンズと上記第２レンズと上記第３レンズとの合成焦点距離をｆ₁₂₃とすると、
さらに、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
を満たすことが好ましい。

【0063】

（構成５）
上記構成１から４のいずれかにおいて、上記第１レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d1は、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
を満たすことが好ましい。

【0064】

（構成６）
上記構成１から５のいずれかにおいて、上記第２レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d2は、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
を満たすことが好ましい。

【0065】

（構成７）
上記構成１から６のいずれかにおいて、上記第３レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d3は、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
を満たすことが好ましい。

【0066】

（構成８）
また、本発明の第２の態様によれば、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化を小さく抑えることができる光学系が提供される。この光学系は、光軸に沿って対象物側から像面側に向けて順番に配置された、正の屈折力を有し、ガラスから形成される第１レンズと、正の屈折力を有し、樹脂から形成される第２レンズと、負の屈折力を有し、樹脂から形成される第３レンズとを備える。上記光学系は、上記第２レンズの焦点距離をｆ₂、上記第３レンズの焦点距離をｆ₃とすると、
－１８．６１ｍｍ≦ｆ₂＋ｆ₃≦－１５．６７ｍｍ
を満たす。

【0067】

このように、第１レンズをガラスレンズとし、第２レンズ及び第３レンズは比較的安価な樹脂レンズにより構成し、第２レンズと第３レンズのパラメータを調整することにより、安価な構成で温度変化に対するレンズ性能の変化の少ない光学系が実現される。特に、ガラスレンズである第１レンズのパラメータよりも樹脂レンズである第２レンズ及び第３レンズのパラメータが温度変化による焦点ずれに大きな影響を与えるため、第２レンズ及び第３のレンズの焦点距離を上記のように調整することで、温度変化に対するレンズ性能の変化が少なくなる。

【0068】

（構成９）
上記構成８においては、上記光学系は、上記第１レンズの焦点距離をｆ₁、上記光軸上の厚さをＤ₁とすると、
さらに、
０．１７≦Ｄ₁／ｆ₁≦０．２０
を満たすことが好ましい。

【0069】

（構成１０）
上記構成８又は９において、上記光学系は、上記第１レンズの上記光軸上の厚さをＤ₁、上記第２レンズの上記光軸上の厚さをＤ₂、上記光軸上の厚さをＤ₃、上記第１レンズと上記第２レンズと上記第３レンズとの合成焦点距離をｆ₁₂₃とすると、
さらに、
０．５９≦（Ｄ₁＋Ｄ₂＋Ｄ₃）／ｆ₁₂₃≦０．８９
を満たすことが好ましい。

【0070】

（構成１１）
上記構成８から１０のいずかにおいて、上記第１レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d1は、
１．８４≦Ｎ_d1≦２．０１
を満たすことが好ましい。

【0071】

（構成１２）
上記構成８から１１のいずかにおいて、上記第２レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d2は、
１．５４≦Ｎ_d2≦１．６４
を満たすことが好ましい。

【0072】

（構成１３）
上記構成８から１２のいずかにおいて、上記第３レンズのｄ線に対する屈折率Ｎ_d3は、
１．５４≦Ｎ_d3≦１．６４
を満たすことが好ましい。

【0073】

（構成１４）
本発明の第３の態様によれば、上述した構成１から１３のいずれかの光学系と、上記像面に配置された撮像素子とを備える撮像装置が提供される。

【0074】

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。