JP5736924B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置に関する。この撮像レンズは小型でかつ耐環境性に優れ、結像性能が高く、車載カメラや監視カメラ等の撮像装置に好適に用いられる。

撮像レンズとエリアセンサを組み合わせた撮像装置として、「監視用カメラや車載カメラ」が実用化されつつある。

監視用カメラや車載カメラに用いられる撮像レンズには、画角を広くして「広い撮像範囲」を撮像可能とすることを目的としたものも意図されているが、自動車の前方部分や、限られた監視領域など「比較的狭い撮像範囲」を良好に撮影できるようにすることも意図されている。

監視用カメラや車載カメラは、画角の広狭に拘わらず「使用環境の変動」が大きい場合が多い。例えば、車載カメラをダッシュボードに搭載させた場合、ダッシュボード付近の温度は炎天下では高温となる。

従って、車載用や監視用に用いられる撮像レンズは、環境変化に対して耐性の大きいものであることが求められる。撮像レンズを「断熱ケース」に入れて、環境変動の影響が撮像レンズに及ばないようにすることは可能であるが、コスト面から実際的ではない。
車載用や監視用の撮像レンズはまた「コンパクトであること」がコスト面からも好ましい。

従来、車載、監視用の撮像レンズで「広画角のもの」は特許文献１、２等により知られている。また、高性能のものは、特許文献３、４等により知られている。

特許文献３、４開示のものは、性能的には優れているが、耐環境性の面で問題なしとしない。

この発明は、自動車の前方部分や、限られた監視領域など「比較的狭い撮像範囲」を良好に撮影できる撮像レンズであって、耐環境性に優れた、新規な撮像レンズおよびこれを搭載した撮像装置の実現を課題とする。

この発明の撮像レンズは「物体側から像側へ向かって、正の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群を配し、第２群と第３群の間に開口絞りを配してなり、第１群は単レンズにより構成され、第２群は負レンズを少なくとも１枚含んで構成され、第３群は接合レンズにより構成され、第４群は少なくとも、１枚のメニスカスレンズを含んで構成され、該メニスカスレンズは最も像側に配されて像側の面が凹面であり、全レンズがガラスレンズである撮像レンズ」である。

請求項１記載の撮像レンズは、以下の点を特徴とする。
即ち、第ｉ群（ｉ＝１〜４）のｄ線に対する焦点距離：ｆｉ、全系のｄ線に対する焦点距離：ｆ、第１群の物体側のレンズ面から像面までの実距離：Ｌが、条件：
（１） ２．７ ＜ｆ１／ｆ＜ ４．７
（２） −１５．９ ＜ｆ２／ｆ＜ −１．３
（３） ４．１ ＜ｆ３／ｆ＜ １４．４
（４） １．２ ＜ｆ４／ｆ＜ ２．０
（５） ３．４ ＜Ｌ／ｆ＜ ５．０
を満足する。

請求項１記載の撮像レンズは、第３群を構成する接合レンズを「凹レンズを物体側、凸レンズを像側にして接合してなる接合レンズ」とし、物体側の凹レンズの材料のd線に対するアッベ数：νｎ、像側の凸レンズの材料のd線に対するアッベ数：νｐが、条件：
（６） νn ＜ ２８．６
（７） νp ＞ ３７．２
を満足する材料で構成するが好ましい（請求項２）。

請求項１または２記載の撮像レンズは、第４群に「少なくとも１面が非球面であるレンズ」を含むことが好ましい（請求項３）。

この発明の撮像装置は「請求項１〜３の任意の１に記載の撮像レンズ」を有することを特徴とする（請求項４）。

上記の如く、請求項１記載の撮像レンズは、第１〜第４群を構成する全てのレンズがガラスレンズである。

ガラス材料は耐薬品性も強いが、特に耐温度性に優れている。
撮像レンズを車載用とする場合、前述した、ダッシュボード近傍の「炎天下での高温状況」では、プラスチックレンズを使用すると、プラスチックのガラス転移温度が低く、線膨張係数が大きいため、レンズ面が変形して所定の結像機能を果たさない場合がある。

請求項１記載の撮像レンズでは、全てのレンズがガラスレンズであるので、上記炎天下での高温状態でも、レンズの変形や膨張は問題とならない程度に小さく、環境変動に対して優れた耐性を実現できる。

請求項１記載の撮像レンズは、上記の如きレンズ構成で、条件（１）〜（４）を満足することにより、第１群〜第４群のパワー配分を良好にバランスさせ、高い結像性能を実現する。

条件(１)は、第１群の正のパワーの適正な範囲を規定する条件である。
条件(１)のパラメータ：ｆ１／ｆが下限を超えると、第１群の正のパワーが相対的に強くなり、撮像レンズ全体で「収差のバランス」をとり難くなり、特に、非点収差と横収差・歪曲収差が増大し易く、他の群による「これら収差の補正」が難しくなる。

パラメータ：ｆ１／ｆが、条件(１)の上限を超えると、第１群の正のパワーが相対的に弱くなり、やはり撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなる。また、第１群のパワーが弱くなりすぎて「撮像レンズ全長の短縮化」が難しくなる。

条件(２)は、第２群の負のパワーの適正な範囲を規定する条件である。
条件(２)のパラメータ：ｆ２／ｆが上限を超えると、第２群の負のパワーが相対的に強くなり、撮像レンズ全体で「収差のバランス」をとり難くなり、特に、球面収差と横収差・歪曲収差が増大し、他の群による「これら収差の補正」が難しくなる。

パラメータ：ｆ２／ｆが、条件(２)の下限を超えると、第２群の負のパワーが相対的に弱くなり、やはり撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなる。

条件(３)は、第３群の正のパワーの適正な範囲を規定する条件である。
条件(３)のパラメータ：ｆ３／ｆが下限を超えると、第３群の正のパワーが相対的に強くなり、撮像レンズ全体での撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなり、特に球面収差が増大し、他の群による補正が難しくなる。また軸上・倍率色収差も増大し、収差補正ができなくなる。

パラメータ：ｆ３／ｆが、条件(３)の上限を超えると、第３群の正のパワーが相対的に弱くなり、やはり撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなる。

条件(４)は、第４群の正のパワーの適正な範囲を規定する条件である。
条件(４)のパラメータ：ｆ４／ｆが下限を超えると、第４群の正のパワーが相対的に強くなり、撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなる。特に「光軸から離れた軸外の横収差」が増大し、他の群による収差の補正が難しくなる。

パラメータ：ｆ４／ｆが、条件(４)の上限を超えると、第４群の正のパワーが相対的に弱くなり、やはり撮像レンズ全体での収差のバランスをとり難くなる。また、第４群のパワーが弱くなりすぎて、撮像系全長の短縮化が難しくなる。

このように、上記条件（１）〜（４）を同時に満足させることにより、第１群〜第４群の正・負・正・正のパワーを良好にバランスさせることにより、撮像レンズ全体での収差を良好にバランスさせ、撮像レンズとして良好な性能を実現する。

第１群は、条件（１）を満足することにより「非点収差と横収差・歪曲収差」の良好な補正を可能とし、第２群は条件（２）を満足することにより「球面収差と横収差・歪曲収差」の良好な補正を可能とし、第３群は条件（３）を満足することにより「球面収差、軸上・倍率色収差」の良好な補正を可能とし、第４群は条件（４）を満足することにより、「光軸から離れた軸外の横収差」の良好な補正を可能とする。

即ち、撮像レンズ全体のうちで、第２群は、負の屈折力により「球面収差」を補正する機能をもっており、第３群は「球面収差とともに色収差」を補正する機能を有する。そして、第４群は、第１〜第３群で発生する諸収差を良好に補正する。
このようにして、良好な性能が実現される。

歪曲収差は第１群と第２群とにより良好に補正され、第１、第２、第４群により「横収差を良好に補正可能」であるので、撮像素子上に解像度が高く、歪の無い良好な像を結像させることができる。

条件(５)は、撮像レンズの「第１群の物体側のレンズ面から像面までの距離：Ｌ」の適正な範囲を規定する条件である。

条件(５)のパラメータ：Ｌ／ｆが上限を超えると、距離：Ｌが長くなることで非点収差は補正しやすくなるが、色収差と横収差の補正が難くなる。また、距離：Ｌが長くなることにより「撮像レンズ全長の短縮化」が難しくなる。

パラメータ：Ｌ／ｆが、条件(５)の下限を超えると、撮像レンズの全長が短くなり、全系の屈折力が大きくなり、各群の屈折力を大きくせねばならず、諸収差が悪化し易い。特に「球面収差と横収差・歪曲収差」の補正が困難となる。

このように、条件（１）〜（５）を満足することにより、コンパクトで結像性能良好な撮像レンズが実現可能となる。

第３群は接合レンズであるが、第３群は「物体側の負レンズ」に「像側の正レンズ」を接合し「第３群としての正のパワー」を実現している。即ち、接合レンズを構成する正・負レンズのパワーの絶対値は「正レンズ」において大きい。

条件（６）、（７）のように、負レンズのアッベ数を「正レンズのアッベ数」より大きくすることにより「倍率の色収差に対する補正能力」を高める。
条件（６）、（７）を満足する材質で、第３群を構成すると、後述の実施例のように、色収差をきわめて良好に補正することが可能となる。

通常、色収差の補正は「アッベ数の小さい正レンズ」と「アッベ数の大きい負レンズ」を組み合わせて行なわれるが、請求項２の撮像レンズのように、正レンズと負レンズのアッベ数の大小関係を逆にすることにより色収差の良好な補正を可能としている。

即ち、絞りの物体側において発生する色収差に対し、第３群で逆の色収差を意図的に発生させて相殺する。即ち、第３群の接合レンズにより主として「軸上色収差」を補正するとともに、開口絞りの前後のレンズ（第２群、第３群）により倍率色収差を補正する。このようにして、撮像レンズ全体として、色収差を良好に補正できる。

請求項３のように、第４群の少なくとも１面に非球面を採用し、第１〜第３群で発生している横収差・非点収差・歪曲収差を補正可能とすることで、１枚のレンズで、球面レンズ複数枚の補正作用を実現でき、撮像レンズのさらなるコンパクト化が実現可能となる。

以上に説明したように、この発明によれば新規な撮像レンズを実現できる。この撮像レンズは、後述の実施例のようにコンパクト且つ性能良好に実現可能であり、これを用いてコンパクト且つ性能良好な撮像装置を実現できる。

実施例１のレンズ構成を示す図である。 実施例２のレンズ構成を示す図である。 実施例３のレンズ構成を示す図である。 実施例４のレンズ構成を示す図である。 実施例５のレンズ構成を示す図である。 実施例１に関する収差図である。 実施例２に関する収差図である。 実施例３に関する収差図である。 実施例４に関する収差図である。 実施例５に関する収差図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１〜図５に、撮像レンズの実施の形態を５例示す。これら実施の形態の撮像レンズは、具体的には、後述する実施例１〜５の撮像レンズに対応する。繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。

図１〜図５に示す実施の形態において、撮像レンズは、物体側（図の左方）から像側へ向かって、正の第１群Ｇ１、負の第２群Ｇ２、正の第３群Ｇ３、正の第４群Ｇ４を配し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に開口絞りＳを配してなる。

第１群Ｇ１は単レンズ（正レンズ）により構成され、第２群Ｇ２は「負レンズを少なくとも１枚」含んで構成される。図２の例では、第２群は「１枚の負レンズ」により構成され、図１、図３〜図５に示す例では、第２群Ｇ２は「負レンズ（物体側）と正レンズ（像側）」で構成される。
図１〜５において符号Ｆは、各種フィルタや撮像素子のカバーガラスを「光学的にこれらと等価な１枚の平行平板ガラス」として示したものである。また、符合Ｉｍは「像面」を示し、撮像装置に用いられる撮像素子の受光面位置に一致する。

図１〜図５の例とも、第３群Ｇ３は「物体側から負・正の接合レンズ」により構成され、第４群Ｇ４は少なくとも１枚の正レンズを含んで構成される。即ち、図１〜図４の実施の形態では第４レンズ群は２枚の正レンズにより構成され、図５の例では「１枚の正レンズ」により構成されている。また、全レンズとも「ガラスレンズ」である。

実施例１〜５に示すように、これらの撮像レンズは何れも、条件（１）〜（７）を満足している。

以下、実施例１〜５を具体的に示す。
各実施例のデータとしては、以下に示すように物体側（図１〜図５の左方）から数えた面（絞りの面を含む）の曲率半径、面間隔、材質の屈折率（ｄ線）、アッベ数（ｄ線）の値を与える。なお「長さの次元を持つ量」の単位は「ｍｍ」である。

「実施例１」
実施例１の撮像レンズは図１に示したレンズ構成のものである。
実施例１のデータを表１に示す。

実施例１の撮像レンズには非球面が用いられていない。
実施例１における条件式にかかるパラメータの値を表２に示す。

表２の値から、実施例１の撮像レンズが条件（１）〜（７）を満足していることが分かる。

「実施例２」
実施例２の撮像レンズは図２に示したレンズ構成のものである。
実施例２のデータを表３に示す。

実施例２の撮像レンズには非球面が用いられていない。
実施例２における条件式にかかるパラメータの値を表４に示す。

表４の値から、実施例２の撮像レンズが条件（１）〜（７）を満足していることが分かる。

「実施例３」
実施例３の撮像レンズは図３に示したレンズ構成のものである。
実施例３のデータを表５に示す。

実施例３の撮像レンズには非球面が用いられていない。
実施例３における条件式にかかるパラメータの値を表６に示す。

表６の値から、実施例３の撮像レンズが条件（１）〜（７）を満足していることが分かる。

「実施例４」
実施例４の撮像レンズは図４に示したレンズ構成のものである。
実施例４のデータを表７に示す。

実施例４の撮像レンズには非球面が用いられていない。
実施例４における条件式にかかるパラメータの値を表８に示す。

表８の値から、実施例４の撮像レンズが条件（１）〜（７）を満足していることが分かる。

「実施例５」
実施例５の撮像レンズは図５に示したレンズ構成のものである。
実施例５のデータを表９に示す。

実施例５の撮像レンズは、第４群を構成する正メニスカスレンズの両面（第１１面および第１２面 表中に「＊」印を付している。）に非球面を用いている。

「非球面形状」は、近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)：ｃ、光軸からの高さ：ｈ、円錐定数：Ｋ、各次数の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用い、Ｘを光軸方向における非球面量として、周知の式：
Ｘ＝ｃｈ^２／[１＋√{１−(１＋Ｋ)ｃ^２ｈ^２}]＋Ａ・ｈ^４＋Ｂ・ｈ^６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ^１０
で表わし、曲率半径と円錐定数：Ｋ、非球面係数：Ａ〜Ｄを与えて形状を特定する。

非球面のデータを表１０に示す。
非球面データの数値において例えば「２．７４Ｅ−０６」は「２．７４×１０^−６」を表す。

実施例５における条件式にかかるパラメータの値を表１１に示す。

表１１の値から、実施例５の撮像レンズが条件（１）〜（７）を満足していることが分かる。

図６（ａ）に、実施例１に関する球面収差（左図）、非点収差（中央図）、歪曲収差（右図）を示す。また、図６（ｂ）に実施例１に関する横収差を示す。以下、図７〜図１０に、実施例２〜５に関する収差図を図６に倣って示す。

描く収差図において「Ｒ」は波長：６５６．２７２５ｎｍ、「Ｇ」は波長：５６７．５６１８ｎｍ、「Ｂ」は波長：４８６．１３２７ｎｍであることを表す。移転集さと歪曲収差については波長：５６７．５６１８ｎｍを基準値として示す。非点収差における実線はサジタル、波線はメリディオナルである。

なお、各実施例における半画角は、以下の通りである。

実施例１：２３．７度
実施例２：２７．８６度
実施例３：２８．９８度
実施例４：２８．９２度
実施例５：２８．０４度
また、Ｆナンバは以下の通りである。

実施例１：１．４
実施例２：１．９
実施例３：１．８６
実施例４：１．９
実施例５：１．９
実施例に関する収差図に示されたように、実施例１〜５とも、画角は４７度〜５７度程度であるが、球面収差・非点収差・歪曲収差・横収差とも良好に補正されている。また、全レンズ枚数は６〜７枚と少なく、コンパクトに実現でき、Ｆナンバも２以下と明るいレンズとなっている。実施例５では、第４群に非球面を採用することにより、第４群を１枚の正レンズで構成しながらも、図１０に示すように良好な性能を実現できている。

従って、各実施例の撮像レンズとも、自動車の前方部分や、限られた監視領域など「比較的狭い撮像範囲」を良好に撮影するのに適しており、各実施例の撮像レンズを周知の撮像装置に用いることにより、上記撮影に適した撮像装置を実現できる。

Ｇ１ 第１群
Ｇ２ 第２群
Ｇ３ 第３群
Ｇ４ 第４群
Ｓ 開口絞り

特開２０１０−２５６６２７号公報 特開２０１０−２４３７１１号公報 特開２００８−１１６７９４号公報 特開２００５−３１６２０８号公報

Claims (4)

1. 物体側から像側へ向かって、正の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群を配し
   、第２群と第３群の間に開口絞りを配してなり、第１群は単レンズにより構成され、第２
   群は負レンズを少なくとも１枚含んで構成され、第３群は接合レンズにより構成され、第
   ４群は少なくとも、１枚のメニスカスレンズを含んで構成され、該メニスカスレンズは最
   も像側に配されて像側の面が凹面であり、全レンズがガラスレンズである撮像レンズであ
   って、
   第ｉ群（ｉ＝１〜４）のｄ線に対する焦点距離：ｆｉ、全系のｄ線に対する焦点距離：ｆ、第１群の物体側のレンズ面から像面までの実距離：Ｌが、条件：
   （１） ２．７ ＜ｆ１／ｆ＜ ４．７
   （２） −１５．９ ＜ｆ２／ｆ＜ −１．３
   （３） ４．１ ＜ｆ３／ｆ＜ １４．４
   （４） １．２ ＜ｆ４／ｆ＜ ２．０
   （５） ３．４ ＜Ｌ／ｆ＜ ５．０
   を満足することを特徴とする撮像レンズ。
2. 請求項１記載の撮像レンズにおいて、
   第３群を構成する接合レンズが、凹レンズを物体側、凸レンズを像側にして接合してなる接合レンズであり、
   上記物体側の凹レンズの材料のd線に対するアッベ数：νｎ、上記像側の凸レンズの材料のd線に対するアッベ数：νｐが、条件：
   （６） νn ＜ ２８．６
   （７） νp ＞ ３７．２
   を満足することを特徴とする撮像レンズ。
3. 請求項１または２記載の撮像レンズにおいて、
   第４群に、少なくとも１面が非球面であるレンズを含むことを特徴とする撮像レンズ。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の撮像レンズを有する撮像装置。

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