JP2010276645A

JP2010276645A - 撮像レンズおよび撮像装置

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Publication number: JP2010276645A
Application number: JP2009126150A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Kitahara; 有北原
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: CN201611405U; EP2256533A1; JP5320163B2; US20100302431A1; TWM378390U; US8223245B2

Abstract

【課題】撮像レンズにおいて、耐候性を高め環境変化に対する性能劣化を少なくするとともに、可視波長から近赤外波長までの広い波長範囲で良好な光学性能を得られるようにする。
【解決手段】物体側から順に、正のパワーを持つ前群Ｇ１、絞りＳｔ、負のパワーを持つ後群Ｇ２を備え、全てのレンズを単レンズとし、後群Ｇ２を、物体側に配置された、凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズＬ５と像側に配置された両凸レンズＬ６とからなるものとし、可視光および近赤外光を結像させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光および近赤外光を結像させる撮像レンズおよび撮像装置に関するものである。

従来より、車走行の安全性を確保するために車の前後方向等の状況を撮影する車載カメラや、不審者等を撮影するための防犯用の監視カメラが知られている。このような車載カメラや監視カメラには、中望遠用の撮像レンズであって接合レンズを含む光学系からなる撮像レンズを搭載したものが知られている（特許文献１、２、３参照）

特開平１１−２７１６１０号公報特開平５−２２４１１９号公報特願２００７−３２８２３６号

ところで、このような車載カメラや監視カメラは、昼間は可視光の撮影を行い、夜間は近赤外光の撮影を行って昼夜を通して使用されることが多い。そのため、そのような装置には、可視波長領域から近赤外波長領域に亘る広い波長範囲の光を結像可能で、かつ、夜間等の撮影をも可能にする明るい（Ｆナンバーの小さい）撮像レンズを用いることが求められている。

さらに、車載カメラや監視カメラは、寒冷地の戸外あるいは夏の熱帯地方の車内での使用等において性能劣化が少ない撮像レンズが求められている。

上記のような性能が求められるのは、車載カメラや監視カメラに用いられる撮像レンズ限らず、厳しい環境下で使用される撮像レンズに共通することである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐候性が高く環境変化に対する性能劣化の少ない、可視波長から近赤外波長までの広い波長範囲で良好な光学性能を有する撮像レンズおよび撮像装置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、正のパワーを持つ前群、絞り、負のパワーを持つ後群を備え、可視光および近赤外光を結像させる撮像レンズであって、後群が、物体側に配置された、凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズと、像側に配置された両凸レンズとからなるものであり、かつ、撮像レンズを構成する全てのレンズが単レンズであることを特徴とするものである。

前記前群は、物体側から順に配置された、正のパワーを持ち、最も物体側のレンズ面が凸面をなし少なくとも１つのレンズ面が凹面をなす１枚以上のレンズで構成された前群物体側レンズ部と、物体側に凸面を向けてなる１枚の正メニスカスレンズと、像側に凹面を向けてなる１枚の負レンズとからなるものとすることが望ましい。

この撮像レンズは、式（１）：１．８＜ｎｄ３＜ｎｄ４および式（２）：１５＜νｄ３−νｄ４を両方共に満足するものとすることが望ましく、式（１′）：１．８２＜ｎｄ３＜ｎｄ４および式（２′）：２０＜νｄ３−νｄ４＜２５を両方共に満足するものとすることがより望ましい。

ここで、ｎｄ３は前群の前記正メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率、νｄ３は前群の前記正メニスカスレンズのｄ線に対するアッベ数、ｎｄ４は前群の前記負レンズのｄ線に対する屈折率、νｄ４は前群の前記負レンズのｄ線に対するアッベ数である。

前記前群物体側レンズ部は、物体側に凸面を向けてなる負メニスカスレンズと物体側に凸面を向けてなる正レンズからなるものとすることができる。

前記前群物体側レンズ部は、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズからなるものとすることができる。

本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズと、この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たことを特徴とするものである。

なお、可視波長から近赤外波長までの波長範囲は、４５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲である。

本発明の撮像レンズおよび撮像装置によれば、物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、負のパワーを持つ後群を備え、可視光および近赤外光を結像させる撮像レンズであって、後群を、物体側に配置された凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズと、像側に配置された両凸レンズのみからなるものとし、この撮像レンズを構成する全てのレンズを単レンズとしたので、耐候性が高く、環境変化に対する性能劣化が少なく、かつ、可視波長から近赤外波長までの広い波長範囲で良好な光学性能を持つ品質の高い光学系を得ることができる。

すなわち、撮像レンズを構成する全てのレンズを単レンズとしたので、接合レンズを形成するための結合剤等を光路中に配する必要がなく、接合材の温湿度による膨張や収縮、あるいは接合材の変質等によって撮像レンズの性能低下が生じることもない。これにより、長期使用での性能劣化および環境変化に伴う性能劣化の少ない撮像レンズを得ることができる。

また、撮像レンズを構成する各レンズ面での光線の伝播方向の変化を比較的小さくすることができ、可視波長から近赤外波長までの広い波長範囲に亘って球面収差の発生を抑制することができるので、口径比の大きい（Ｆナンバーの小さい）明るい撮像レンズを実現することができる。

また、後群を、像側に配置された両凸レンズと、物体側に配置された、凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズとからなるものとしたので、後群の各レンズ面への光の入射角を比較的大きくすることができ、撮像レンズを通して結像される光を受光する受光面で反射された光が後群のいずれかのレンズ面で反射してこの受光面へ再入射することを抑制できる。これにより、受光面に結像される像に生じるゴーストの発生を抑制することができる。この受光面は、撮像レンズの結像面に対応して配置されるものである。

なお、受光面で反射され、後群を通って前群のいずれかのレンズ面で反射して、再び後群を通ってこの受光面に入射する光路を通る光の多くは、絞りによって遮断することができる。

また、後群に、物体側に凸面を向けてなる負メニスカスレンズを配したので、撮像レンズの全長を抑えつつ球面収差およびコマ収差の発生を抑制することができる。

また、後群に、両凸レンズを配するようにしたので、レンズ全長に比してバックフォーカスを長くすることができる。

本発明の実施の形態による撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例１の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例２の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例３の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例４の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例５の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例６の撮像レンズの概略構成を示す断面図実施例１の撮像レンズの諸収差を示す図実施例２の撮像レンズの諸収差を示す図実施例３の撮像レンズの諸収差を示す図実施例４の撮像レンズの諸収差を示す図実施例５の撮像レンズの諸収差を示す図実施例６の撮像レンズの諸収差を示す図本発明の撮像装置を搭載した自動車を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態による撮像レンズの概略構成を示す断面図である。

＜撮像レンズの基本構成〔構成１〕について＞
図１に示すように、撮像レンズ１００は、物体側（図中矢印−Ｚの側）から順に、正のパワーを持つ前群Ｇ１、絞りＳｔ、負のパワーを持つ後群Ｇ２を備え、可視光および近赤外光を結像面１４に結像させる撮像レンズである。

後群Ｇ２は、物体側に配置された、凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズＬ５と、像側に配置された両凸レンズＬ６のみからなるものである。

また、撮像レンズ１００を構成するレンズは全て単レンズである。

上記基本構成は後述する実施例１〜６に共通するものである。

なお、図１中のＺ１は光軸を示している。矢印Ｚは光軸Ｚ１に平行な方向を示し、矢印Ｙは光軸Ｚ１に直交する方向を示している。

また、図１は、この撮像レンズ１００と、撮像レンズ１００によって結像面１４上に結像された光学像Ｋｚを電気信号に変換する撮像素子２００とを組み合わせてなる撮像装置３００をも示している。

＜撮像レンズの基本構成に付加する構成〔構成２〜５〕について＞
〔構成２〕
前群Ｇ１は、正のパワーを持つ前群物体側レンズ部Ｋ１、物体側に凸面を向けてなる１枚の正メニスカスレンズＬ３、像側に凹面を向けてなる１枚の負レンズＬ４のみからなるものとすることができる。ここで、前群物体側レンズ部Ｋ１は、最も物体側のレンズ面Ｓ１が凸面をなし、少なくとも１つのレンズ面が凹面をなす１枚以上のレンズで構成されたものとすることが好ましい。

このように、撮像レンズ１００の最も物体側のレンズ面Ｓ１を凸面とすれば、この撮像レンズ１００の外径をより小さくすることができ、口径が大きい割には小型化することができる。

また、前群レンズ部Ｋ１を構成するレンズ面のうちの少なくとも１つのレンズ面を凹面とすれば、バックフォーカスを長くすることができる。

また、物体側に凸面を向けてなる正メニスカスレンズＬ３を備えるようにすれば、この正メニスカスレンズＬ３を構成する両側のレンズ面Ｓ５、Ｓ６の曲率中心を共にこの正メニスカスレンズの絞り側に位置させることができるので、コマ収差、像面湾曲、歪曲収差の発生を抑制することができる。

さらに、像側に凹面を向けてなる１枚の負レンズＬ４を備えるようにすれば、上記コマ収差、像面湾曲、歪曲収差の発生をより確実に抑制することができる。

上記構成２は後述する実施例１〜６に共通するものである。

〔構成３〕
撮像レンズ１００は、以下の式（１）：１．８＜ｎｄ３＜ｎｄ４および式（２）：１５＜νｄ３−νｄ４を両方共に満足するものとすることが望ましく、式（１′）：１．８２＜ｎｄ３＜ｎｄ４および式（２′）：２０＜νｄ３−νｄ４＜２５を両方共に満足するものとすることがより望ましい。

なお、ｎｄ３は前群の正メニスカスレンズＬ３のｄ線に対する屈折率、νｄ３は前群の正メニスカスレンズＬ３のｄ線に対するアッベ数、ｎｄ４は前群の負レンズＬ４のｄ線に対する屈折率、νｄ４は前群の負レンズＬ４のｄ線に対するアッベ数である。

式（１）および式（２）を満足するように構成すれば、コマ収差および非点収差の発生を抑えつつ、軸上（光軸Ｚ１上）の倍率色収差を良好に補正することができる。

さらに、式（１′）：１．８２＜ｎｄ３＜ｎｄ４および式（２′）：２０＜νｄ３−νｄ４＜２５をも満足するようにすれば、上記コマ収差および非点収差の発生を抑えつつ、軸上の倍率色収差を良好に補正する効果をより確実に得ることができる。

上記構成３は後述する実施例１〜６に共通するものである。

〔構成４〕
前群物体側レンズ部Ｋ１は、物体側に凸面を向けてなる負メニスカスレンズＬ１と物体側に凸面を向けてなる正レンズＬ２のみからなるものとすることが好ましい。

前群物体側レンズ部Ｋ１をそのように構成すれば、球面収差およびコマ収差の良好な補正が可能となり、前記撮像レンズの解像力をより高めることができる。

上記構成４は後述する実施例１〜５に適用されている。

〔構成５〕
前群物体側レンズ部Ｋ１は、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズのみからなるものとすることが好ましい。

前群物体側レンズ部Ｋ１を、そのような構成とすれば、少ないレンズ枚数で撮像レンズ１００を構成することができ、この撮像レンズ１００をさらに小型化することができる。

上記構成５は後述する実施例６のみに適用される。

＜具体的な実施例＞
以下、図２〜７および図８〜１３を参照し、本発明の撮像レンズの実施例１〜６それぞれの数値データ等についてまとめて説明する。なお、上述の撮像レンズ１００等を示す図１中の符号と一致する図２〜７中の符号は互に対応する構成を示している。

図２〜７は、実施例１〜６の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図である。

表１〜６は、実施例１〜６の撮像レンズそれぞれの基本的なデータを示す図である。各図中の上部（図中符号（ａ）で示す）にレンズデータを、下部（図中符号（ｂ）で示す）に撮像レンズの概略仕様を示す。なお、表１〜６は「発明を実施するための形態」における説明の最後にまとめて示す。

表１〜６の上部の各レンズデータにおいて、面番号は最も物体側から像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）のレンズ面番号を示す。なお、これらのレンズデータには開口絞りＳｔ（ｉ＝９）も含めて記載している。なお、ここではレンズ面は全て球面である。

Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、…）はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。レンズデータの符号Ｒｉは、図１におけるレンズ面を示す符号Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、…）と対応している。

Ｎｄｊは物体側から像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素について波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素の波長に対するアッベ数を示す。

なお、実施例１〜５の前群物体側レンズ部Ｋ１は２枚のレンズＬ１、Ｌ２からなるものであり、実施例６の前群物体側レンズ部Ｋ１は１枚のレンズＬ１からなるものである。そのため、表６の上部（ａ）のレンズデータにおいて、面番号３、４のデータは記載していない。すなわち、実施例６では、実際には存在しないレンズＬ２を構成するレンズ面Ｓ３，Ｓ４に対応させて面番号３、４のみを表６上部のレンズデータ中に表示させた。

表１〜６のレンズデータにおいて、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径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。

また、表１〜６の下部に、ｆ：焦点距離、Ｂｆ：バックフォーカス、ｎｄ３：前群の正メニスカスレンズＬ３のｄ線に対する屈折率、ｎｄ４：前群の負レンズＬ４のｄ線に対する屈折率それぞれの値を示す。

また、表１〜６の下部に示すΔν３４は、前群の正メニスカスレンズＬ３のｄ線に対するアッベ数の値νｄ３と前群の負レンズＬ４のｄ線に対するアッベ数の値νｄ４との差（Δν３４＝νｄ３−νｄ４）である。

図８〜１３は、実施例１〜実施例６の各撮像レンズの諸収差を示す図である。なお、図中に示すｄ線は波長５８７．６ｎｍ、ｅ線は波長５４６．１ｎｍ、ｇ線は波長４３５．８ｎｍ、ｃ線は波長６５６．３ｎｍ、ｓ線は波長８５２．１ｎｍ（赤外光）である。

なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、半画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎθとし、それからのずれ量を示す。

実施例１〜７の数値データおよび収差図等からわかるように、単レンズのみからなる本発明の撮像レンズは、耐候性が高く環境変化に対する性能劣化の少ない、可視波長から近赤外波長までの広い波長範囲で良好な光学性能を有するものである。

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、発明の要旨を変更しない限りにおいて種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各表中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。

＜本発明の撮像レンズを用いて作成した撮像装置＞
図１４は、本発明の撮像レンズと、この撮像レンズによって結像される光学像を形成する光を受光し電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えた撮像装置であって、本発明の撮像装置の１例である車載カメラを、自動車に搭載した様子を示す図である。

図１４に示すように、本発明の撮像装置を備えた車載カメラ５０２〜５０４は、自動車５０１に搭載して使用することができる。車載カメラ５０２は、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であり、車載カメラ５０３は、自動車１の後方の死角範囲を撮像するための車外カメラである。また、車載カメラ５０４は、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である。

１００撮像レンズ
２００撮像素子
３００撮像装置
Ｌ５負メニスカスレンズ
Ｌ６両凸レンズ
Ｋ１前群物体側レンズ部
Ｇ１前群
Ｓｔ絞り
Ｇ２後群

Claims

物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、負のパワーを持つ後群を備え、可視光および近赤外光を結像させる撮像レンズであって、
前記後群が、物体側に配置された、凸面を物体側に向けてなる負メニスカスレンズと、像側に配置された両凸レンズとからなるものであり、
前記撮像レンズを構成する全てのレンズが単レンズであることを特徴とする撮像レンズ。
前記前群が、物体側から順に配置された、正のパワーを持ち、最も物体側のレンズ面が凸面をなし少なくとも１つのレンズ面が凹面をなす１枚以上のレンズで構成された前群物体側レンズ部と、物体側に凸面を向けてなる１枚の正メニスカスレンズと、像側に凹面を向けてなる１枚の負レンズとからなるものであることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
以下の式（１）および式（２）を両方共に満足することを特徴とする請求項２記載の撮像レンズ。
１．８＜ｎｄ３＜ｎｄ４・・・（１）
１５＜νｄ３−νｄ４・・・（２）
ここで、
ｎｄ３：前記前群の前記正メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率
νｄ３：前記前群の前記正メニスカスレンズのｄ線に対するアッベ数
ｎｄ４：前記前群の前記負レンズのｄ線に対する屈折率
νｄ４：前記前群の前記負レンズのｄ線に対するアッベ数
前記前群物体側レンズ部が、物体側に凸面を向けてなる負メニスカスレンズと物体側に凸面を向けてなる正レンズからなることを特徴とする請求項２または３記載の撮像レンズ。
前記前群物体側レンズ部が、物体側に凸面を向けた１枚の正メニスカスレンズからなるものであることを特徴とする請求項２または３記載の撮像レンズ。
請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズと、
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たことを特徴とする撮像装置。