JP2008008960A - レンズユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】 要求される温度域が広い過酷な環境であっても良好に使用でき、かつ色収差補正精度が高いレンズユニットを提供する。
【解決手段】 被写体側から凸で負の屈折力のメニスカスレンズ1と正の焦点距離を有するレンズ2とで構成され前群レンズ10と、絞り6と、焦点距離fdx、アッベ数νdxが、fdx≦−0.57f(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)、νdx=15〜30を満足するレンズLx(3)と、2枚の正の焦点距離を有するレンズ4、レンズ5で構成されている後群レンズ11の順に配置され、後群レンズ11は全体として正の焦点距離fdb(>0)を有するレンズユニットAである。
【選択図】 図1
【解決手段】 被写体側から凸で負の屈折力のメニスカスレンズ1と正の焦点距離を有するレンズ2とで構成され前群レンズ10と、絞り6と、焦点距離fdx、アッベ数νdxが、fdx≦−0.57f(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)、νdx=15〜30を満足するレンズLx(3)と、2枚の正の焦点距離を有するレンズ4、レンズ5で構成されている後群レンズ11の順に配置され、後群レンズ11は全体として正の焦点距離fdb(>0)を有するレンズユニットAである。
【選択図】 図1
Description
本発明は屋外や屋内に設置するドア監視用カメラ、防犯カメラ、監視用カメラ、携帯電話用カメラあるいは車載用カメラなどに用いるレンズユニットに関するものである。
ドア監視用カメラなどの監視カメラや携帯電話用カメラなどに用いられるカメラは、昼間は可視光、夜間等の暗い所では赤外光を用いて作動させる昼夜兼用カメラが普及し始めている。かかるカメラに搭載される従来のレンズユニットでは、特に夜間に使用する近赤外光について収差補正ができず、像の鮮明さが十分ではなかった。
そこで、従来は、例えば特許文献1や特許文献2のように、正レンズと負レンズの接合レンズを用いたレンズユニットを使用することによって可視光領域から近赤外光領域にわたる色収差を補正する方法が知られている。
また、特許文献3では、負の焦点距離である第1レンズと、1面以上が非球面で両凹面の第2レンズとの2枚のレンズにて構成し、この2枚のレンズの焦点距離を調整することによって、撮像エリアが広角でかつ可視光から近赤外光でもピンボケを防止できることが記載されている。
特開2004−354829号公報
特開2004−29474号公報
特開2002−23052号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載された接合レンズは、2枚以上のガラスレンズをUV樹脂等の有機接着剤にて接着して接合されているために、監視カメラや車載カメラのように要求される温度域の広い過酷な環境でカメラを使う場合には有機接着剤の耐熱性が不十分であり、特に100℃を超える高温域では有機接着剤が変質してしまうという問題があった。
また、特許文献3の2枚のレンズを調整して可視光領域から近赤外光領域までの色収差補正をしたレンズユニットでは、色収差補正の程度が十分ではなくさらに補正精度を高める必要があった。
本発明は上記課題に対し、要求される温度域が広い過酷な環境であっても良好に使用でき、かつ色収差補正精度が高いレンズユニットを提供することにある。
本発明のレンズユニットは、被写体側から前群レンズと、絞りと、後群レンズの順に配置され、前記後群レンズは全体として正の焦点距離fdb(>0)を有するとともに、前記後群レンズのうちの前記絞りに最も近いレンズLxの焦点距離fdx、アッベ数νdxが、fdx≦−0.57f(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)、νdx=15〜30を満足することを特徴とする。
ここで、上記構成において、前記レンズLxの屈折率Ndxが、Ndx=1.85〜1.95の範囲にあることが望ましい。
また、上記構成において、前記前群レンズは全体として正の焦点距離fdf(>0)を有することが望ましい。
さらに、上記構成において、前記前群レンズが2枚、前記後群レンズが3枚にて構成されていること、中でも、前記前群レンズは、被写体側に凸で負の屈折力のメニスカスレンズと正の焦点距離を有するレンズとで構成され、かつ、前記後群レンズは、前記レンズLxと2枚の正の焦点距離を有するレンズとで構成されていることが望ましい。
本発明のレンズユニットは、被写体側から前群レンズと、絞りと、後群レンズの順に配置され、前記後群レンズは全体として正の焦点距離fdb(>0)を有するとともに、前記後群レンズのうちの前記絞りに最も近いレンズLxの焦点距離fdx、アッベ数νdxが、fdx≦−0.57f(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)、νdx=15〜30を満足することによって、接合レンズを用いなくても可視光領域から近赤外光領域までの広範な波長領域について精度よく色収差補正ができることから、要求される温度域が広い過酷な環境であっても良好に使用でき、かつ色収差補正精度が高いものである。
また、前記レンズLxの屈折率Ndxが、Ndx=1.85〜1.95の範囲にあることによって、本発明の構成においては色収差補正がより高精度に行えるという効果がある。
なお、前記前群レンズは全体として正の焦点距離fdf(>0)を有することが周辺光量特性を良好にする点で望ましい。
さらに、前記前群レンズが2枚、前記後群レンズが3枚にて構成されていること、特に、前記前群レンズは、被写体側に凸で負の屈折力のメニスカスレンズと正の焦点距離を有するレンズとで構成され、かつ、前記後群レンズは、前記レンズLxと2枚の正の焦点距離を有するレンズで構成されている場合に、特に色収差補正の精度が高くなる点で望ましい。
本発明のレンズユニットの一例についての構成を図1の概略光学配置図を用いて説明する。
図1のレンズユニットAにおいて、1はレンズ1、2はレンズ2、3はレンズLx、4はレンズ4、5はレンズ5、6は絞り、7はガラス、8は光電変換素子を示す。レンズユニットAに用いられるレンズ1〜5はいずれも単焦点レンズであり、レンズは貼り合わせレンズを含まない5群5枚の構成になっている。
前群レンズ(10)は、被写体側が凸面で後側が凹面であり負の屈折力のメニスカスレンズであるレンズ1(1)と、両面が凸面で正の焦点距離を有するレンズであるレンズ2(2)とで構成されている。なお、前群レンズ(10)は全体として負の焦点距離fdf(<0)を有している。
また、後群レンズ(11)は、焦点距離fdx≦−0.57f(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)、アッベ数νdx=15〜30を満足するレンズLx(3)と、被写体側が凹面で後側が凸面を持って正の焦点距離を有するレンズ4(4)と、両面ともに凸面で正の焦点距離を持つレンズ5(5)とで構成されている。なお、後群レンズ(11)はレンズLx(3)、レンズ4(4)およびレンズ5(5)の全体として正の焦点距離fdb(>0)を有している。
そして、前群レンズ(10)と後群レンズ(11)との間に絞り(6)が配置されるとともに、後群レンズ(11)の後方にガラス(7)とCCD(電荷結合素子;charge coupled device)やCMOSトランジスタ(相補型MOSイメージセンサ;complementary MOS image sensor)等の光電変換素子(8)が配置されている。ここで、ガラス(7)は光電変換素子(8)をパッケージするためのリッドガラスである。
(実施例1)
このレンズユニットAは図1の光学配置からなり、焦点距離f=1mm、口径比F=1/2.0mm、半画角W=56°の性能を有するものである。このレンズユニットAについては、曲率半径(R)を全体的に比較的大きくとり、かつレンズ間隔を広くとった構成であり、全体的に大きなサイズのレンズユニットの構成となっている。このレンズユニットAの光学データを、表1に示す。なお、表1において、Rは曲率半径、dはレンズ面間の間隔、Ndは屈折率、νdはアッベ数を示す。
このレンズユニットAは図1の光学配置からなり、焦点距離f=1mm、口径比F=1/2.0mm、半画角W=56°の性能を有するものである。このレンズユニットAについては、曲率半径(R)を全体的に比較的大きくとり、かつレンズ間隔を広くとった構成であり、全体的に大きなサイズのレンズユニットの構成となっている。このレンズユニットAの光学データを、表1に示す。なお、表1において、Rは曲率半径、dはレンズ面間の間隔、Ndは屈折率、νdはアッベ数を示す。
レンズLx(3)の特性は、焦点距離fdx=−0.70mm(fdx=−0.70f)、屈折率Ndx=1.923、アッベ数νdx=18.897である。図2に、波長400nm、550nmおよび1000nmでのレンズユニットAの非点収差を示す。図2より焦点距離のずれ(各角度における各焦点位置の最大差)が32°において最大0.05mmと小さくてほぼ同一焦点位置に結像し、波長によらず鮮明な画像が得られることがわかる。
また、図3にレンズLx(3)のアッベ数νdxを変化させたときの波長と結像した像の焦点位置(フォーカスシフト)との関係を示すが、アッベ数νdxが15以上の範囲内で、400〜1000nmの波長領域においてフォーカスシフトが0.5mm以下と良好な値となる。
また、図4にレンズLx(3)の焦点距離fdxとアッベ数νdxを変化させたときの波長400nm、550nmおよび1000nmにおける像面湾曲を示すが、焦点距離fdx≦−0.57f、かつアッベ数νdx=15〜30のとき、波長400nm、550nmおよび1000nmにおける像面湾曲についてのレンズ中心からの各角度における焦点距離(結像した像の焦点位置)の最大ずれが0.15mm(fdx=−0.57f、νdx=30のとき)と小さくて、優れた色収差補正ができることがわかる。中でも、アッベ数νdxが15〜20の範囲内であれば、400〜1000nmの波長領域において像面湾曲における焦点距離のずれが0.08mm以下と優れた色収差補正ができることがわかる。さらに、レンズLxの焦点距離fdxを変化させたときの周辺光量比の変化を示す図5から明らかなように、焦点距離fdxは−0.75f以上であることによって周辺光量比が0.7以上と高く、良好なレンズ性能が維持できる。したがって、レンズLx(3)の焦点距離fdxの望ましい範囲は、像面湾曲と周辺光量比を最適化するために−0.75f〜−0.57fである。
そして、実際の画像を確認したところ、レンズLxの焦点距離fdxが−0.75f〜−0.57f、アッベ数νdxが15〜30を外れると波長による焦点位置のずれが急激に大きくなってピンボケした状態になることがわかった。
(実施例2)
図6に実施例2のレンズユニットBの構成を示す。レンズユニットBの基本構成は実施例1のレンズユニットAと同じであり、21はレンズ1、22はレンズ2、23はレンズLx、24はレンズ4、25はレンズ5、26は絞り、27はガラス、28は光電変換素子、30は前群レンズ、31は後群レンズを示す。このレンズユニットについては、焦点距離f=1mm、口径比F=1/2.0mm、半画角W=56°の性能で、表2に示す光学特性を有するものである。
図6に実施例2のレンズユニットBの構成を示す。レンズユニットBの基本構成は実施例1のレンズユニットAと同じであり、21はレンズ1、22はレンズ2、23はレンズLx、24はレンズ4、25はレンズ5、26は絞り、27はガラス、28は光電変換素子、30は前群レンズ、31は後群レンズを示す。このレンズユニットについては、焦点距離f=1mm、口径比F=1/2.0mm、半画角W=56°の性能で、表2に示す光学特性を有するものである。
実施例1のレンズユニットAは全長5.1mmであるのに対して、レンズユニットBは全長2.9mmとコンパクトなサイズとなる。なお、レンズユニットの全長は表1、表2の面番号1〜11まで(レンズ1(1)の被写体側の面からガラス(7)の被写体側の面まで)のレンズ面間の間隔dを合計した値である。
レンズLx(23)の特性は、焦点距離fdx=−0.62mm(fdx=−0.62f)、屈折率Ndx=1.85、アッベ数νdx=25である。図7に、波長400nm、550nmおよび1000nmでのレンズユニットBの非点収差を示す。図7より、レンズユニットAに比べるとやや色収差補正の精度は劣るものの、レンズ中心からの各角度における各波長での結像した像の焦点位置のずれが32°のときに最大0.35mmと小さくてほぼ同一焦点位置に結像し、400nm〜1000nmの波長域であれば鮮明な画像が得られることがわかる。
なお、本発明の構成においては、前記レンズLxの屈折率Ndxが、Ndx=1.85〜1.95の範囲にあることによって、色収差補正がより高精度に行えることがわかった。さらに、前群レンズ焦点距離fdfは全体として正であっても負であってもよいが、正(fdf>0)であるほうが色収差補正の精度がより高いことがわかった。
また、実施例1、2においてはレンズの構成がいずれも5群5枚の構成であったが、例えば、非球面レンズを用いて4枚の構成することもでき、または色収差補正の精度を上げるために上記レンズ1〜5の少なくとも1枚を2枚に分割した構成として全体として6枚以上の構成とすることもできる。これらの構成の中でも、上述したレンズユニットA、Bの5群5枚の構成であれば、レンズ枚数が少なくかつ球面レンズを用いることができることから、小型化できかつ加工コストを低くできる点で望ましい。
A、B レンズユニット
1、21 レンズ1
2、22 レンズ2
3、23 レンズLx
4、24 レンズ4
5、25 レンズ5
6、26 絞り
7、27 ガラス
8、28 光電変換素子
10、30 前群レンズ
11、31 後群レンズ
1、21 レンズ1
2、22 レンズ2
3、23 レンズLx
4、24 レンズ4
5、25 レンズ5
6、26 絞り
7、27 ガラス
8、28 光電変換素子
10、30 前群レンズ
11、31 後群レンズ
Claims (5)
- 被写体側から前群レンズと、絞りと、後群レンズの順に配置され、
前記後群レンズは全体として正の焦点距離fdb(>0)を有するとともに、
前記後群レンズのうちの前記絞りに最も近いレンズLxの焦点距離fdx、アッベ数νdxが、
fdx≦−0.57f
(ただし、fは前記前群レンズおよび前記後群レンズを合わせたレンズ全体の焦点距離)
νdx=15〜30
を満足することを特徴とするレンズユニット。 - 前記レンズLxの屈折率Ndxが、
Ndx=1.85〜1.95
の範囲にあることを特徴とする請求項1記載のレンズユニット。 - 前記前群レンズは全体として正の焦点距離fdf(>0)を有することを特徴とする請求項1記載のレンズユニット。
- 前記前群レンズが2枚、前記後群レンズが3枚にて構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のレンズユニット。
- 前記前群レンズは、被写体側に凸で負の屈折力のメニスカスレンズと正の焦点距離を有するレンズとで構成され、かつ、前記後群レンズは、前記レンズLxと2枚の正の焦点距離を有するレンズとで構成されていることを特徴とする請求項4記載のレンズユニット。
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