JP2009265338A - 広角撮像レンズ - 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、広角撮像レンズを得る。
【解決手段】
物体側から順に、硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、１枚もしくは２枚の負レンズと、硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた正レンズと、開口絞りと、樹脂材料で形成され、少なくとも１面が非球面である１枚もしくは２枚の正レンズを配置し、最も物体側の負レンズの像側面には薄層の樹脂を接合し、非球面を形成する。
【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。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枚で構成されている。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。
特開２００４−２９２８２号公報 特開２００５−３４５５７７号公報 特開２００３−１９５１６１号公報

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、ガラス球面レンズが主体で枚数が多くなることで大型化してしまう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では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。
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、目的とするのは、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、硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、１枚もしくは２枚の負レンズと、硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた正レンズと、開口絞りと、樹脂材料で形成され、少なくとも１面が非球面である１枚もしくは２枚の正レンズが配置され、その最も物体側の負レンズの像側面には薄層の樹脂を接合し、非球面が形成されることを特徴とする。広角の撮像レンズでは最も像側に配置されるレンズの収差、特に歪曲収差への補正効果が大きく、非球面を利用することで効率よく収差補正が行なえる。ただし、監視用カメラや車載用カメラではレンズ面が表面に露出するため、硝子材料を使用することが求められる場合が多い。強い負の屈折力を有する像側面は深面となるため、モールド成型による非球面形成は難しい。そこで、薄層の樹脂を接合し非球面を形成することで、良好な収差を行うことができる。

第２の発明のレンズは、上記第１の発明において、前記の最も物体側に配置される負メニスカスレンズの像側面は、硝子材料と樹脂材料の複合からなる非球面であり、前記非球面が以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。条件式（１）を満足することで、充分な収差補正効果を得ながら製造可能な形状を形成することができる。
１．０ ＜ De／Dc ＜ ５．０… （１）
Dc：複合非球面の光軸近傍における樹脂の厚み。
De：複合非球面の有効径部の樹脂厚み。

第３の発明のレンズは、上記第1から第２のいずれかの発明において、前記の最も物体側に配置される負メニスカスレンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以上に、前記開口絞りの直前に配置される正レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以下に、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。

第４の発明のレンズは、上記第1から第３のいずれかの発明において、前記撮像広角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＞１８０度
ただし、
２Ｗ：撮像面での最大像高位置に入射する光線の全画角。

第５の発明のレンズは、上記第1から第４のいずれかの発明において、下記条件式（２）、（３）を満足することを特徴とする。
０．０５＜ｆ／TL＜０．１０ … （２）
０．３５＜ｆ／fb＜０．８０ … （３）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
TL：最も物体側に配置されるレンズの物体側の面から結像面までの距離。
fb：最も像側に配置されるレンズの像側の面から結像面までの距離。

本発明によれば、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には実施の形態の例として4枚構成のレンズ系をそれぞれ光学断面で示す。この実施形態は物体側から順に、第１レンズ１１０、複合非球面を形成する薄層の樹脂１１１、第２レンズ１２０、第３レンズ１３０、開口絞り１４０、第４レンズ１５０、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子１６０が配置される単焦点レンズ１００である。

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、接合された樹脂面Ｒ３面３、第２レンズ１２０の物体側Ｒ４面４、像面側Ｒ５面５、第３レンズ１３０の物体側Ｒ６面６、像面側Ｒ７面７、開口絞り部１４０の面８、第４レンズ１５０の物体側Ｒ８面９、像面側Ｒ９面１０、を順次通過し撮像素子１６０へと集光される。

前記の複合非球面により各収差は良好に補正され、小型、軽量化が可能となる。また、開口絞りより像側に配置される各レンズは樹脂材料で形成され、それぞれ少なくとも１面の非球面形状が形成される。非球面形状を持つことにより、収差補正が容易となり、小型でありながら良好な解像性能を得ることが可能となる。

なお、以下の数値実施例の中で記載される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次式で表される。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。

本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、最も物体側に配置される負メニスカスレンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以上に、前記開口絞りの直前に配置される正レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以下に、それぞれ設定される。開口絞り１４０よりも物体側にあり、負レンズであるレンズはそれらを構成する各材料のアッベ数が大きいほど、そのレンズで発生する倍率色収差が小さくなる。また、同じく開口絞り１４０よりも物体側にあり、正レンズであるレンズを構成する材料のアッベ数が小さいほど倍率色収差を良好に補正できるためである。

本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、下記の条件式を満足するように構成される。
２Ｗ＞１８０度
ただし、２Ｗは撮像面での最大像高位置に入射する光線の全画角である。

本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、条件式（２）、（３）を満足するように構成される。
０．０５＜ｆ／TL＜０．１０ … （２）
０．３５＜ｆ／fb＜０．８０ … （３）
ただし、ｆは全系の焦点距離、TLは最も物体側のレンズの物体側の面から結像面までの距離、fbは最も像側に配置されるレンズの像側の面から結像面までの距離である。
（２）の下限値を超えるとレンズ系が大きくなってしまい、小型化の目的を達成できない。（３）の下限値を超えるとレンズ系の焦点距離に比較してバックフォーカスが長くなりすぎるため、諸収差の補正が難しくなる。（３）の上限値を超えると像面への入射角度が大きくなってしまうために、固体撮像素子を用いることを前提とした本撮像装置では周辺光量の低下を招く原因となってしまう。

以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例１〜３を示す。１〜３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１に記載の通りである。また、同じく１〜３の数値実施例において、条件式（１）〜（３）の数値データは、次の表２に記載の値になる。

＜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３にそれぞれ示される。

図２に示すように、本実施例は４枚構成の例であり、第１レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第２レンズは両凹形状、第３レンズは両凸形状、開口絞りの像側に配置される第４レンズは像側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。また、第１レンズの像側面には接合された薄層の樹脂により形成される非球面を有し、第２レンズと第４レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。図に示すように第１レンズの厚さとなるＲ１面１とＲ２面２間の距離をＤ１、第１レンズに接合される樹脂薄層の厚さとなるＲ２面２とＲ３面３間の距離をＤ２、樹脂薄層Ｒ３面３と第２レンズのＲ４面４までの距離をＤ３、第２レンズの厚さとなるＲ４面４とＲ５面５間の距離をＤ４、第２レンズのＲ５面５と第３レンズのＲ６面６間の距離をＤ５、第３レンズの厚さとなるＲ６面６とＲ７面７間の距離をＤ６、第３レンズのＲ７面７と絞り部の面８までの距離をＤ７、絞り部の面８と第４レンズのＲ８面９間の距離をＤ８、第４レンズの厚さとなるＲ８面９とＲ９面１０間の距離をＤ９とする。

表３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、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表４は、所定面の非球面係数を示している。

数値実施例１

図３は、実施例１において、図３（Ａ）が球面収差を、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）の縦軸は半画角ωを表し、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５、７においても同様である）。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。なお、図３（Ｃ）の歪曲収差は次の式（５）で表される立体射影をもとに計算した値である（図５、７においても同様である）。

y = 2・f・tan(ω/2) … （５）
ただし、yは像面での光線結像位置、ｆは全系の焦点距離、ωは半画角である。

＜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５にそれぞれ示される。

図４に示すように、本実施例は６枚構成の例であり、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、その像側の面には非球面を形成する薄層の樹脂１１１が接合される。第２レンズ１２０は両凹形状、第３レンズ１３０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第４レンズ１４０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は像側に凸面を向けたメニスカス形状、第６レンズ１７０は両凸形状を有する。第２レンズ１２０と第３レンズ１３０、第５レンズ１６０、第６レンズ１７０はそれぞれ両面に非球面を有する。

表５は、実施例２における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表６は、所定面の非球面係数を示している。

数値実施例２

図５は、実施例２において、図５（Ａ）が球面収差を、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からわかるように、実施例２によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正された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７にそれぞれ示される。

図６に示すように、本実施例は５枚構成の例であり、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、その像側の面には非球面を有する薄層の樹脂１１１が接合される。第２レンズ１２０は両凹形状、第３レンズ１３０は物体側に平面を向けた平凹形状、第４レンズ１４０は両凸形状、開口絞り１５０の像側に配置される第５レンズ１６０は両凸形状を有する。第２レンズ１２０と第５レンズ１６０はそれぞれ両面に非球面を有する。

表７は、実施例３における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径Ｒ、間隔Ｄ、屈折率Ｎd、および分散値νdを示している。表８は、所定面の非球面係数を示している。

数値実施例３

図７は、実施例３において、図７（Ａ）が球面収差を、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。

本実施形態の撮像レンズの基本構成を示す図である。 本実施形態において、撮像レンズの絞り部、各レンズに対して付与した面番号を示す図である。 実施例１ 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。 実施例２ において採用した撮像レンズの構成を示す図である。 実施例２ 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。 実施例３ において採用した撮像レンズの構成を示す図である。 実施例３ 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〜１００E・・・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 ・・・撮像面

Claims (5)

1. 物体側から順に、
   硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、
   １枚もしくは２枚の負レンズと、
   硝子材料により形成される物体側に凸面を向けた正レンズと、
   開口絞りと、
   樹脂材料により形成される少なくとも１面が非球面である１枚もしくは２枚の正レンズと、
   が配置され、
   最も物体側の前記負メニスカスレンズの像側面には薄層の樹脂材料を接合し、非球面が形成されることを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記最も物体側に配置される負メニスカスレンズと前記薄層の樹脂材料の接合からなる像側面は非球面であり、前記非球面が以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
   １．０ ＜ De／Dc ＜ ５．０ … （１）
   ただし、
   Dc：複合非球面の光軸近傍における樹脂材料の厚み
   De：複合非球面の有効径部における樹脂材料の厚み
3. 前記最も物体側に配置される負メニスカスレンズを形成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以上に、前記開口絞りの直前に配置される正レンズを形成する材料のｄ線に対するアッベ数が４０以下に、それぞれ設定されることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の撮像レンズ。
4. 前記撮像広角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１〜３のいずれかに記載の撮像レンズ。
   ２Ｗ＞１８０度
   ただし、
   ２Ｗ：撮像面での最大像高位置に入射する光線の全画角
5. 下記条件式（２）、（３）を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の撮像レンズ。
   ０．０５＜ｆ／TL＜０．１０ … （２）
   ０．３５＜ｆ／fb＜０．８０ … （３）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   TL：最も物体側に配置されるレンズの物体側の面から結像面までの距離
   fb：最も像側に配置されるレンズの像側の面から結像面までの距離