JP2008008960A

JP2008008960A - レンズユニット

Info

Publication number: JP2008008960A
Application number: JP2006176669A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okada; 弘岡田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-17

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

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。

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。

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。

本発明のレンズユニットの一例であるレンズユニットＡについての光学配置図である。図１のレンズユニットＡについての非点収差図である。図１のレンズユニットＡについて、レンズＬｘ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）との関係を示す図である。実施例１において、レンズＬｘの焦点距離ｆｄｘとアッベ数νｄｘとを変化させたときの非点収差図（像面湾曲特性）を示すグラフである。図１のレンズユニットＡにおいて、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である。本発明のレンズユニットの他の一例であるレンズユニットＢについての光学配置図である。図６のレンズユニットＢについての非点収差図である。

符号の説明

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

Claims

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。