JP2007322656A - 広角撮像レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的少ないレンズ枚数で、レンズ全長を小さく抑えつつ、90°以上の広い画角を確保することができるようにした広角撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズG1と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズG2と、絞りStと、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズG3と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズG4とを備え、以下の条件式を満足する。ただし、N2は第2レンズG2のd線に対する屈折率、N3は第3レンズG3のd線に対する屈折率、N4は第4レンズG4のd線に対する屈折率とする。
N2≧1.7 ……(1)
N3≧1.7 ……(2)
N4≧1.7 ……(3)
【選択図】図1

Description

本発明は、監視用カメラや車載用カメラ等の小型の撮像装置に適した広角撮像レンズに関する。
近年、CCD(Charge Coupled Device )やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor )等の撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置が普及しており、高性能化、および小型化に対する要求が強まっている。さらに、車載用や監視用のカメラに搭載されるレンズには、広い範囲を観察するために広画角化への要求がある。また、低価格化への要求もある。さらに、それらのレンズには、設置場所や使用環境等の制約から、使用時の温度変化に影響されにくいこと(温度によるピント位置の変化等、光学性能の変化が小さいこと)等が求められる。
特許文献1ないし3には、監視用カメラ等に搭載されるレンズとして、4群4枚と比較的少ない枚数で構成されたレンズが開示されている。これらの文献に記載のレンズでは、最も物体側に負の屈折力の第1レンズを先行配置してレトロフォーカス型の構成とすることで、ローパスフィルタや赤外カットフィルタ等を配置するための比較的長いバックフォーカスを確保している。より具体的には特許文献1,2に記載のレンズは、物体側から順に、負・正・正・負のレンズを配置した構成となっている。特許文献3に記載のレンズは、物体側から順に、負・正・正・正のレンズを配置した構成となっている。特許文献3には、第3レンズおよび第4レンズにプラスチックレンズを使用し、第3レンズおよび第4レンズを構成する面の少なくとも1面を非球面形状にした構成例が記載されている。
特開平5−264895号公報 特開平10−39207号公報 特許第3437004号公報
しかしながら、特許文献3に記載のレンズのようにプラスチックレンズを使用すると、使用時の温度変動(温度によるピント位置の変化等の光学性能の変化)や、保存時の環境による悪影響(高温状態で荷重をかけると形状が変化するおそれがある)等の問題が生ずる。これら使用時の温度変動や保存時の環境等を考慮すると、ガラスレンズを使用するのが望ましい。ただし、特許文献3に記載のレンズのように非球面を用いる場合には、ガラスモールド非球面レンズを使用することになり、高価になってしまう。特許文献1,2に記載のレンズは、ガラスの球面レンズのみを使用しているので、ガラスモールド非球面レンズを使用する場合に比べて低価格化が図られている。しかしながら、特許文献1,2に記載のレンズでは、バックフォーカスを十分に長くすることを目的の1つとしているため、小型化の点で不利である。特に、特許文献1に記載のレンズについては画角が90°近く確保されているもののレンズ全長が大きいため小型化には適していない。特許文献2に記載のレンズは、比較的レンズ全長が小さいものの画角が約60°程度と広画角化の点で不十分である。また、特許文献3に記載のレンズは、上述のレンズ材料の問題がある他、画角が約64°程度と広画角化の点で不十分である。さらに、特許文献1ないし3に記載のレンズは、第2レンズと第3レンズとの間の間隔が比較的広く、この点でも小型化に不利な構成となっている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的少ないレンズ枚数で、レンズ全長を小さく抑えつつ、90°以上(例えば100°前後)の広い画角を確保することができるようにした広角撮像レンズを提供することにある。
本発明による広角撮像レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、絞りと、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズとを備え、下記条件式を満足するものである。ただし、N2は第2レンズのd線に対する屈折率、N3は第3レンズのd線に対する屈折率、N4は第4レンズのd線に対する屈折率とする。
N2≧1.7 ……(1)
N3≧1.7 ……(2)
N4≧1.7 ……(3)
本発明による広角撮像レンズでは、4群4枚という比較的少ないレンズ枚数で、全体のパワー配置とレンズ材料とが最適化され、小型化と広画角化とが実現される。特に、最も物体側の第1レンズが負レンズであることで、広画角化に有利となり、続く第2レンズないし第4レンズを全て正レンズとしたことで、レンズ全長が抑えられ小型化に有利となる。また、条件式(1)〜(3)を満足することで広画角化に有利となると共に、例えば各レンズをガラス球面レンズにするような安価な構成にしやすくなる。
そして、本発明による広角撮像レンズではさらに、要求される仕様等に応じて次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、小型化および広画角化をより満足しやすくなる。
本発明による広角撮像レンズにおいて、第3レンズを像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとし、第4レンズを物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとすることが好ましい。これにより、像面湾曲等の補正に有利となる。
また、下記条件式(4)を満足することが望ましい。これにより、第2レンズと第3レンズとの間の間隔が最適化され、諸収差の補正に有利になると共に、レンズ全長の短縮化に有利となる。ただし、D23は第2レンズと第3レンズとの間の空気間隔とする。
0.03<D23/f<0.22 ……(4)
また、下記条件式(5)〜(7)を満足することが望ましい。これにより、第3レンズおよび第4レンズの屈折力が最適化されると共に、第1レンズの形状が最適化され、諸収差が良好に補正される。ただし、fは全系の焦点距離、f3は第3レンズの焦点距離、f4は第4レンズの焦点距離、R1は第1レンズの物体側の曲率半径とする。
0.18<f/f3<0.46 ……(5)
0.27<f/f4<0.58 ……(6)
−0.44<f/R1<0.11 ……(7)
また、本発明による広角撮像レンズにおいて、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズおよび第4レンズは全てガラスレンズであることが望ましい。これにより、プラチックレンズを用いた場合に比べて使用時の温度変動や保存時の環境に影響を受けにくくなり、車載用や監視用のカメラへの搭載に適した性能が得られる。また特に、構成を安価なものとするために、各レンズをガラスの球面レンズとすることが好ましい。ガラスの球面レンズのみを使用することで、ガラスモールド非球面レンズを使用する場合に比べて低価格化に有利となる。
本発明の広角撮像レンズによれば、4群4枚という比較的少ないレンズ枚数で、全体のパワー配置とレンズ材料とを最適化するようにしたので、比較的少ないレンズ枚数で、レンズ全長を小さく抑えつつ、90°以上の広い画角を確保することができる。
特に、各レンズをガラスの球面レンズで構成した場合には、ガラスモールド非球面レンズを使用する場合に比べて低価格化に有利となると共に、使用時の温度変動や保存時の環境に影響を受けにくくなり、車載用や監視用のカメラへの搭載に適した性能を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1〜図3は、本発明の一実施の形態に係る広角撮像レンズの第1〜第3の構成例を示している。図1〜図3において、符号Riは、絞りStも含めて最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側(結像側)に向かうに従い順次増加するi番目(i=1〜11)の構成要素の面の曲率半径を示し、符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸上の面間隔を示している。
この広角撮像レンズは、CCDやCMOS等の撮像素子を用いた撮像装置、特に車載用カメラや監視用カメラ等に搭載して好適なものであり、光軸Z1に沿って、物体側より順に、第1レンズG1、第2レンズG2、光学的な開口絞り(明るさ絞り)St、第3レンズG3および第4レンズG4を備えている。なお、結像面には、図示しないCCDまたはCMOS等の撮像素子が配置される。また、第4レンズG4と撮像素子との間には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、撮像面を保護するためのカバーガラスや赤外線カットフィルタ等の平板状の光学部材CGが配置される。
第1レンズG1は、負の屈折力(パワー)を有している。この第1レンズG1は、第1の構成例では両凹形状となっており、第2の構成例では、物体側に凹面を向けた負のメニスカス形状、第3の構成例では、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状となっている。第2レンズG2は、正の屈折力を有している。この第2レンズG2は、第1の構成例では両凸形状となっており、第2,第3の構成例では、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。
第3レンズG3は、正の屈折力を有している。この第3レンズG3は、物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズであることが好ましい。第4レンズG4は、正の屈折力を有している。この第4レンズG4は、物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであることが好ましい。
この広角撮像レンズは、以下の条件式を満足している。ただし、N2は第2レンズG2のd線に対する屈折率、N3は第3レンズG3のd線に対する屈折率、N4は第4レンズG4のd線に対する屈折率とする。
N2≧1.7 ……(1)
N3≧1.7 ……(2)
N4≧1.7 ……(3)
さらに、この広角撮像レンズは、第1レンズG1、第2レンズG2、第3レンズG3および第4レンズG4の全てがガラスで構成されていることが望ましい。また特に、構成を安価なものにする場合には、各レンズをガラスの球面レンズとすることが好ましい。
また、この広角撮像レンズは、下記条件式(4)を満足することが望ましい。ただし、D23は第2レンズG2と第3レンズG3との間の空気間隔とする。
0.03<D23/f<0.22 ……(4)
また、この広角撮像レンズは、下記条件式を(5)〜(7)満足することが望ましい。ただし、fは全系の焦点距離、f3は第3レンズG3の焦点距離、f4は第4レンズG4の焦点距離、R1は第1レンズG1の物体側の曲率半径とする。
0.18<f/f3<0.46 ……(5)
0.27<f/f4<0.58 ……(6)
−0.44<f/R1<0.11 ……(7)
次に、以上のような構成の広角撮像レンズの作用および効果について説明する。
この広角撮像レンズでは、4群4枚という比較的少ないレンズ枚数で、全体のパワー配置とレンズ材料とを最適化したことで、小型化と広画角化とが実現される。特に、最も物体側の第1レンズG1が負の屈折力を有していることにより、広角化に有利となる。また、続く第2レンズG2、第3レンズG3および第4レンズG4が正の屈折力を有していることにより、レンズ全長が抑えられ、小型化に有利となる。また、第3レンズG3を像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとし、第4レンズG4を物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとすることで、像面湾曲等の諸収差の補正に有利となる。
この広角撮像レンズでは、条件式(1)〜(3)を満足することで、第2レンズG2、第3レンズG3および第4レンズG4のレンズ材料が最適化され、広画角化に有利となると共に、例えば各レンズをガラス球面レンズにするような安価な構成にしやすくなる。条件式(1)〜(3)の範囲を外れると、例えば各レンズをガラス球面レンズにした場合に小型化と広画角化とを同時に満足することが難しくなる。ここで、第1レンズG1、第2レンズG2、第3レンズG3および第4レンズG4の全てを、ガラスレンズで構成するようにすれば、特に車載用カメラ等の撮像装置に搭載される場合に有利となる。各レンズにガラスレンズを用いることにより、プラスチックレンズを用いる場合に比べて、使用時や保存時の温度変化が激しい環境下においても、ピント位置の変動、光学性能の劣化、あるいは荷重による変形等が生じにくくなるためである。なお、レンズの面形状は、球面、非球面を問わない。いずれの構成であっても十分に良好な性能を得ることができるためである。ただし、各レンズの全ての面を球面で構成するようにすれば、製造性やコスト低減の面で有利となるので好ましい。
また、この広角撮像レンズでは、条件式(4)を満足することで、第2レンズG2と第3レンズG3の間の空気間隔が最適化され、諸収差の補正に有利になると共に、レンズ全長の短縮化に有利となる。条件式(4)の数値範囲を上回ると、コマ収差の補正が不十分となり、下回ると、球面収差の補正が不十分となるので好ましくない。
さらに、条件式(5)〜(7)を満足することで、各レンズの屈折力および形状の最適化が図られる。これにより、諸収差が良好に補正され、より小型化と広画角化とを実現しやすくなる。条件式(5)は、第3レンズG3の焦点距離に関するもので、この数値範囲を上回ると球面収差の補正が不十分となり、下回ると像面湾曲の補正が不十分となり好ましくない。条件式(6)は、第4レンズG4の焦点距離に関するもので、この数値範囲を上回ると歪曲収差の補正が不十分となり、下回るとコマ収差の補正が不十分となるため好ましくない。条件式(7)は、第1レンズG1の物体側の曲率半径に関するもので、この数値範囲を上回ると球面収差の補正が不十分となり、下回ると像面湾曲の補正が不十分となり好ましくない。
このように、本実施の形態に係る広角撮像レンズによれば、4群4枚という比較的少ないレンズ枚数で、全体のパワー配置とレンズ材料とを最適化するようにしたので、比較的少ないレンズ枚数で、レンズ全長を小さく抑えつつ、90°以上(例えば100°前後)の広い画角を確保することができる。これにより、小型で高性能の撮像装置、特に車載用や監視用のカメラに好適な性能を得ることが可能となる。
次に、本実施の形態に係る広角撮像レンズの具体的な数値実施例1〜10について、実施例1を基本にしてまとめて説明する。
実施例1として、図1に示した広角撮像レンズの構成に対応する基本的なレンズデータを、図4に示す。図4に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、絞りStも含めて、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構成要素の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1に示した符号Riに対応させて、物体側からi番目の構成要素の面の曲率半径の値(mm)を示す。面間隔Diの欄についても、図1に示した符号に対応させて、物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔(mm)を示す。屈折率Ndjの欄には、物体側からj 番目(j =1〜5)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj 番目の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。
上記実施例1と同様にして、実施例2〜10に係る広角撮像レンズの基本的なレンズデータを図5〜図13に示す。図8に示した実施例5に係る広角撮像レンズは、図2に示した第2の構成例に対応している。この実施例5に係る広角撮像レンズでは、第1レンズG1が物体側に凹面を向けた負のメニスカス形状となっており、第2レンズG2が物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。図13に示した実施例10に係る広角撮像レンズは、図3に示した第3の構成例に対応している。この実施例10に係る広角撮像レンズでは、第1レンズG1が物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状となっており、第2レンズG2が物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。
その他の実施例(実施例2〜4および実施例6〜9)に係る広角撮像レンズの基本構成は、実施例1に係る広角撮像レンズに類似している。なお、実施例1に係る広角撮像レンズでは、第2レンズG2が両凸形状となっているが、実施例3、実施例4、実施例6、および実施例7に係る広角撮像レンズでは、第2レンズG2が物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状となっている。
なお、実施例1〜10のいずれにおいても、第1レンズG1、第2レンズG2、第3レンズG3および第4レンズG4の全てが、ガラスレンズで構成されており、かつ全ての面が球面形状となっている。
図14は、各実施例における上述の各条件式に対応する値を示したものであり、図15は、全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー(FNO.)および画角2ω(°)について示したものである。図14に示したように、各実施例の値が、各条件式の範囲内となっており、図15に示したように、各実施例において、100°前後の広画角が確保されている。
図16(A)〜図16(C)は、実施例1の広角撮像レンズについての諸収差を示している。具体的には、図16(A)は球面収差、図16(B)は非点収差、図16(C)はディストーション(歪曲収差)を示している。各収差図には、e線(波長546.1nm)を基準波長とした収差を示す。球面収差図には、g線(波長435.8nm)、C線 (波長656.3nm)についての収差も示す。非点収差図では、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。FNO.はF値、ωは半画角を示す。
同様に、実施例2の広角撮像レンズについての諸収差を図17(A)〜図17(C)、実施例3の広角撮像レンズについての諸収差を図18(A)〜図18(C)、実施例4の広角撮像レンズについての諸収差を図19(A)〜図19(C)、実施例5の広角撮像レンズについての諸収差を図20(A)〜図20(C)、実施例6の広角撮像レンズについての諸収差を図21(A)〜図21(C)、実施例7の広角撮像レンズについての諸収差を図22(A)〜図22(C)、実施例8の広角撮像レンズについての諸収差を図23 (A)〜図23(C)、実施例9の広角撮像レンズについての諸収差を図24(A)〜図24(C)、実施例10の広角撮像レンズについての諸収差を図25(A)〜図25(C)に示す。
以上のレンズデータおよび収差図からわかるように、各実施例について、全体として4群4枚のレンズ構成で、レンズの形状や屈折力、およびレンズ材料を最適化することにより、画角が100°前後確保された小型で高性能の広角レンズ系を実現できている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径R、面間隔Dおよび屈折率Nおよびアッベ数νの値などは、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。
本発明の実施例1に係る広角レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例5に係る広角レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例10に係る広角レンズに対応するレンズ断面図である。 本発明の実施例1に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例2に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例3に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例4に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例5に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例6に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例7に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例8に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例9に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 本発明の実施例10に係る広角レンズの基本レンズデータを示す図である。 各実施例における条件式に関する値を示す図である。 各実施例における、全系の焦点距離、Fナンバーおよび画角について示す図である。 本発明の実施例1に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例2に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例3に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例4に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例5に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例6に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例7に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例8に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例9に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。 本発明の実施例10に係る広角レンズの諸収差を示す図であり、(A)は球面収差、(B)は非点収差、(C)はディストーションを示す。
符号の説明
G1〜G4…第1〜第4レンズ、St…絞り、CG…光学部材、Z1…光軸。

Claims (5)

  1. 物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、絞りと、像側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第4レンズとを備え、
    下記条件式を満足する
    ことを特徴とする広角撮像レンズ。
    N2≧1.7 ……(1)
    N3≧1.7 ……(2)
    N4≧1.7 ……(3)
    ただし、
    N2:第2レンズのd線に対する屈折率
    N3:第3レンズのd線に対する屈折率
    N4:第4レンズのd線に対する屈折率
    とする。
  2. 前記第3レンズは像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、前記第4レンズは物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである
    ことを特徴とする請求項1記載の広角撮像レンズ。
  3. さらに、下記条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の広角撮像レンズ。
    0.03<D23/f<0.22 ……(4)
    ただし、
    D23:第2レンズと第3レンズとの間の空気間隔
    とする。
  4. さらに、下記条件式を満足する
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の広角撮像レンズ。
    0.18<f/f3<0.46 ……(5)
    0.27<f/f4<0.58 ……(6)
    −0.44<f/R1<0.11 ……(7)
    ただし、
    f:全系の焦点距離
    f3:第3レンズの焦点距離
    f4:第4レンズの焦点距離
    R1:第1レンズの物体側の曲率半径
    とする。
  5. 前記第1レンズ、前記第2レンズ、前記第3レンズおよび前記第4レンズの全てがガラスレンズである
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の広角撮像レンズ。
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