JP2008268268A - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】収差を良好に補正し、小型、軽量且つ安価でありながら優れた光学性能を持つ、広角な撮像レンズを得る。
【解決手段】物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである第１レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、開口絞りと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズとの４枚のレンズを配置し、ｆを全系の焦点距離、TLを第１レンズの物体側の面から結像面までの距離、fbを第４レンズの像側の面から結像面までの距離とした場合、０．０７＜ｆ／TL＜０．１０ 、０．３５＜f／fb＜０．５０を満たす。
【選択図】図1

Description

本発明は、監視用カメラや車載用カメラ等、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる単焦点の広角撮像レンズに関する。

監視用カメラや車載用カメラに用いられる撮像レンズには、広画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また、搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。

これらの要望に対応し得る可能性がある単焦点の広角撮像レンズとして、下記の特許文献１、２、３が提案されている。しかしながら、この特許文献１、２に記載される単焦点レンズでは、高い結像性能を持たせるために、ガラス球面レンズが主体でレンズ枚数が６〜７枚と多くなってしまうため、大きさや重量で問題が発生してしまう。また、特許文献３に記載される単焦点レンズは構成レンズの枚数を減らし、小型化、軽量化を図った広角撮像レンズであるが収差補正が充分ではなく、画面全域で高い光学性能面を満足することが出来なかった。
特開２００４−２９２８２号公報 特開２００５−３４５５７７号公報 特開２００３−１９５１６１号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、目的とするのは、４枚構成によって高い光学性能を持ちつつ、レンズの形状、非球面の形状等を適切に設定することにより小型、薄型の広角撮像レンズを提供することである。

上記目的を達成するため第１の発明のレンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである第１レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、開口絞りと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズとを配設し、下記条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
０．０６５＜ｆ／TL＜０．１００ ・・・（１）
０．３５＜ｆ／fb＜０．５０ ・・・（２）
ただし、ｆは全系の焦点距離、TLは第１レンズの物体側の面から結像面までの距離、fbは第４レンズの像側の面から結像面までの距離である。

好ましくは、前記第１レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を４０以上、前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を５０以上、前記第３レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を４０以下、前記第４レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を５０以上に、それぞれ設定されることを特徴とする。各レンズの材料をこのような条件を満たすように選択することで、色収差の補正を適切に行なうことができる。

好ましくは、前記第２レンズおよび前記第４レンズは、樹脂材料で形成され、各々の少なくとも１面が非球面であることを特徴とする。樹脂材料を使用することにより、安価で軽量なレンズを実現できるとともに、非球面形状により画面周辺部での結像性能を高めることができる。

好ましくは、前記撮像レンズにおける全画角が、以下の条件式を満足することを特徴とする。
２Ｗ＞１４０°
ただし、２Ｗは全画角である。

好ましくは、下記条件式（３）〜（６）を満足することを特徴とする。
−６．５＜ｆ１／ｆ＜−４．０ ・・・（３）
−１．５＜ｆ２／ｆ＜ ３．２ ・・・（４）
１．８＜ｆ３／ｆ＜ ４．０ ・・・（５）
２．１＜ｆ４／ｆ＜ ３．５ ・・・（６）
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離である。
上記条件式を超えて、各レンズの焦点距離が極端に大きな値や小さな値を持つと、レンズ系全体でバランスがとれなくなり、小型でかつ広画角を実現しようとすると、収差の補正が困難になるか、もしくは製造困難な形状になってしまう。

好ましくは、下記条件式（７）を満足することを特徴とする。
０．５＜｜R３−R４｜／｜R３＋R４｜＜２．０ ・・・（７）
ただし、R３は第２レンズ物体側面の曲率半径、R４は第２レンズ像側面の曲率半径である。
この条件式（７）の上限を超えてしまうと、非点収差など緒収差の補正が困難となる。また、条件式（７）の下限を下回る場合には負の屈折力が不足するために、第１レンズ像側面の曲率半径または第２レンズ像側面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、製造困難な形状となってしまう。

好ましくは、下記条件式（８）を満足することを特徴とする。
０．１８＜D3／D5＜０．５ ・・・（８）
ただし、D３は第２レンズの肉厚、D５は第３レンズの肉厚である。
この条件式（８）の上限を超えてしまうと、非点収差など緒収差の補正が困難になってしまう。また、条件式（８）の下限を下回る場合には第２レンズの肉厚が薄くなりすぎて、製造が困難になるか、もしくは第３レンズが大きくなりすぎるために結果としてレンズ系全体が大型化してしまう。

好ましくは、下記条件式（９）を満足することを特徴とする。
２．０＜R2／ｆ＜３．５ ・・・（９）
ただし、R２は第１レンズ像側面の曲率半径である。
この条件式（９）の上限を超えてしまうと、第１レンズが大きくなり、レンズの小型化が不可能となる。また、条件式(９)の下限を下回る場合にはレンズ径に対して曲率半径が小さくなりすぎてしまうために製造が困難となる。

好ましくは、下記条件式（１０）を満足することを特徴とする。
５．０＜R８／ｆ ・・・（１０）
ただし、R８は第４レンズ物体側面の曲率半径である。
この条件式（１０）の範囲を超えてしまうと、倍率の色収差など緒収差の補正が困難となる。

本発明によれば、４枚構成によって小型、薄型で諸収差が良好に補正された広角撮像レンズを提供することができる。その結果、監視カメラや車載用カメラに搭載可能なコンパクトな広角撮像レンズを実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１に実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。これらの実施形態は物体側から順に、第１レンズ１１０、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、開口絞り１４０、第４レンズ１５０、平行平面のガラス板１６０、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子１７０が配置される４枚構成の単焦点レンズ１００である。

本発明を実施した撮像レンズで４枚のレンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである第１レンズ１１０と、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズ１２０と、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズ１３０と、開口絞り１４０と、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズ１５０のように配列されている。
撮像レンズ１００において、物体側ＯＢＪＳ より入射した光は、第１レンズ１１０の物体側Ｒ１面１、像面側Ｒ２面２、第２レンズ１２０の物体側Ｒ３面３、像面側R４面４、第３レンズ１３０の物体側Ｒ５面５、像面側R６面６、開口絞り部１４０の面７、第４レンズ１５０の物体側R７面８、像面側R８面９、カバーガラス１６０の物体側Ｒ９面１０ 、像面側Ｒ１０面１１を順次通過し撮像素子１７０へと集光される。
また、第２レンズ１２０から第４レンズ１５０までの各レンズはそれぞれ両面に非球面形状が形成される。

以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例１〜８を示す。
＜実施例１＞
実施の形態１におけるレンズ系の基本構成は図２に示され、各数値データ（設定値）は表１、表２に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図３にそれぞれ示される。
図２に示すように、第１レンズ１１０の厚さとなるＲ１面１とＲ２面２間の距離をＤ１、第１レンズ１１０のＲ２面２と第２レンズ１２０のＲ３面３までの距離をＤ２、第２レンズ１２０の厚さとなるＲ３面３とＲ４面４間の距離をＤ３、第２レンズ１２０のＲ４面４と第３レンズ１３０のＲ５面５間の距離をＤ４、第３レンズ１３０の厚さとなるＲ５面５とＲ６面６間の距離をＤ５、第３レンズ１３０のＲ６面６と絞り部１４０の面７までの距離をＤ６、絞り部１４０の面７と第４レンズ１５０のR７面８間の距離をＤ７、第４レンズ１５０の厚さとなるＲ７面８とＲ８面９間の距離をＤ８、第４レンズ１５０のR８面９とカバーガラス１６０のR９面１０間の距離をD９、カバーガラス１６０の厚さとなるＲ９面１０間とR１０面１１の距離をＤ１０とする。なお、以下の実施例では、図１と同様の符号については図面上では省略している。

表１には、実施例１における撮像レンズの各面番号に対応した絞り１４０、各レンズ１１０，１２０，１３０，１４０、カバーガラス１６０の曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。

表２には、実施例１における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。
なお、レンズの非球面の形状は、物体側から像面側へ向かう方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、ｒを中心曲率半径としたとき数１で表される。ｈは光線の高さ、ｃは中心曲率半径の逆数をそれぞれ表している。ただし、Ｚは面頂点に対する接平面からの深さを、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。

図３は、実施例１において、図３（Ａ）が球面収差、図３（Ｂ）が非点収差を、図３（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図３（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図３からわかるように、実施例１によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例２＞
実施の形態２におけるレンズ系の基本構成は図４に示され、各数値データ（設定値）は表３、表４に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図５にそれぞれ示される。

表４には、実施例２における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図５は、実施例２において、図５（Ａ）が球面収差、図５（Ｂ）が非点収差を、図５（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図５（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図５からわかるように、実施例２によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例３＞
実施の形態３におけるレンズ系の基本構成は図６に示され、各数値データ（設定値）は表５、表６に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図７にそれぞれ示される。

表６には、実施例３における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図７は、実施例３において、図７（Ａ）が球面収差、図７（Ｂ）が非点収差を、図７（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図７（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図７からわかるように、実施例３によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例４＞
実施の形態４におけるレンズ系の基本構成は図８に示され、各数値データ（設定値）は表７、表８に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図９にそれぞれ示される。

表８には、実施例４における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図９は、実施例４において、図９（Ａ）が球面収差、図９（Ｂ）が非点収差を、図９（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図９（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図９からわかるように、実施例４によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例５＞
実施の形態５におけるレンズ系の基本構成は図１０に示され、各数値データ（設定値）は表９、表１０に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図１１にそれぞれ示される。

表１０には、実施例５における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図１１は、実施例５において、図１１（Ａ）が球面収差、図１１（Ｂ）が非点収差を、図１１（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１１（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図１１からわかるように、実施例５によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例６＞
実施の形態６におけるレンズ系の基本構成は図１２に示され、各数値データ（設定値）は表１１、表１２に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図１３にそれぞれ示される。

表１２には、実施例６における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図１３は、実施例６において、図１３（Ａ）が球面収差、図１３（Ｂ）が非点収差を、図１３（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１３（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図１３からわかるように、実施例６によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

＜実施例７＞
実施の形態７におけるレンズ系の基本構成は図１４に示され、各数値データ（設定値）は表１３、表１４に、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図は図１５にそれぞれ示される。

表１４には、実施例７における非球面を含む第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、及び第４レンズ１５０の所定面の非球面係数を示す。

図１５は、実施例７において、図１５（Ａ）が球面収差、図１５（Ｂ）が非点収差を、図１５（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。図１５（B）中、実線Ｍ はメリディオナル像面の値、破線Ｓ はサジタル像面の値をそれぞれ示している。図１５からわかるように、実施例６によれば、球面、歪曲、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

以上１〜７の数値実施例において、焦点距離、Fナンバー、画角、像高、レンズ全長、バックフォーカス（BF）は次の表１５のようになる。

以上１〜７の数値実施例において、条件式（１）〜（１０）の数値データは、次のようになる。

本発明の撮像レンズの基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、撮像レンズの絞り部、各レンズ、並びに撮像部を構成するカバーガラスに対して付与した面番号を示す図である。 第１の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第２の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第２の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第３の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第３の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第４の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第４の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第５の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第５の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第６の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第６の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。 本発明の第７の実施形態を示す撮像レンズの構成を示す図である。 第７の実施形態において、球面収差、歪曲収差、および非点収差を示す収差図である。

符号の説明

１００，１００Ａ〜１００G・・・撮像レンズ
１１０ ・・・第１レンズ
１２０ ・・・第２レンズ
１３０ ・・・第３レンズ
１４０ ・・・開口絞り部
１５０ ・・・第４レンズ
１６０ ・・・ガラス製の平行平面板（ カバーガラス）
１７０ ・・・撮像面

Claims (9)

1. 物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズである第１レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第２レンズと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、開口絞りと、両側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズとを配設し、下記条件式（１）、（２）を満たすことを特徴とする撮像レンズ。
   ０．０６５＜ｆ／TL＜０．１００ ・・・（１）
   ０．３５＜ｆ／fb＜０．５０ ・・・（２）
   ただし、ｆは全系の焦点距離、TLは第１レンズの物体側の面から結像面までの距離、fbは第４レンズの像側の面から結像面までの距離である。
2. 前記第１レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を４０以上、前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を５０以上、前記第３レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を４０以下、前記第４レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数を５０以上に、それぞれ設定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
3. 前記第２レンズおよび前記第４レンズは、樹脂材料で形成され、各々の少なくとも１面が非球面であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ。
4. 前記撮像レンズにおける全画角が、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   ２Ｗ＞１４０°
   ただし、２Ｗは全画角である。
5. 下記条件式（３）〜（６）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   −６．５＜ｆ１／ｆ＜−４．０ ・・・（３）
   −１．５＜ｆ２／ｆ＜ ３．２ ・・・（４）
   １．８＜ｆ３／ｆ＜ ４．０ ・・・（５）
   ２．１＜ｆ４／ｆ＜ ３．５ ・・・（６）
   ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆ３は第３レンズの焦点距離、ｆ４は第４レンズの焦点距離である。
6. 下記条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   ０．５＜｜R３−R４｜／｜R３＋R４｜＜２．０ ・・・（７）
   ただし、R３は第２レンズ物体側面の曲率半径、R４は第２レンズ像側面の曲率半径である。
7. 下記条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   ０．１８＜D3／D5＜０．５ ・・・（８）
   ただし、D３は第２レンズの肉厚、D５は第３レンズの肉厚である。
8. 下記条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   ２．０＜R2／ｆ＜３．５ ・・・（９）
   ただし、R２は第１レンズ像側面の曲率半径である。
9. 下記条件式（１０）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の撮像レンズ。
   ５．０＜R８／ｆ ・・・（１０）
   ただし、R８は第４レンズ物体側面の曲率半径である。

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