JP2012177736A

JP2012177736A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2012177736A
Application number: JP2011039461A
Authority: JP
Inventors: Tomofumi Koishi; 知文小石
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

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、負の屈折力を有する第１レンズ１１０と、負の屈折力を有する第２レンズ１２０と、開口絞り１３０と、正の屈折力を有する第３レンズ１４０との３枚のレンズが配置され、当該第３レンズの像側面に回折面を有し、前記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、前記第２レンズが像側に凹面を向け非球面形状を有し、前記第３レンズが像側に凸面を向けた形状と非球面を有する。
【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。しかしながら、この特許文献１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。またこの問題を克服した特許文献２、３に記載される単焦点レンズでは、レンズ枚数を４枚とし高い結像性能を持たせることができたが、現在では更なる小型化が望まれている。

特開２００３−１９５１６１号公報特開２００８−２６８２６８号公報特開２００９−８８６７号公報

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、３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本願発明の撮像レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第３レンズとの３枚のレンズが配置され、第３レンズの像側面に回折面を有することを特徴とする。

従来、特許文献２や特許文献３のような４枚構成の広角レンズでは、強い負の屈折力を持つ２枚のレンズと開口絞りの間に、色分散の大きい正の屈折力を持つレンズを配置することで倍率の色収差を補正していた。本発明では回折面により色収差を補正し、高色分散の正の屈折力レンズを省略するとともに第２レンズの屈折力を弱めることにより、色収差や像面湾曲などの諸収差を補正しつつ、小型化を達成することが可能となる。

好適には、上記第１の発明において前記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、前記第２レンズが像側に凹面を向け非球面形状を有し、前記第３レンズが像側に凸面を向けた形状と非球面を有することを特徴とする。

更に好適には、上記第1から第２のいずれかの発明において、前記第１レンズが硝子材料で形成され、前記第２レンズ及び前記第３レンズが樹脂材料で形成されることを特徴とする。

更に好適には、上記第1から第３のいずれかの発明において、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が４０以上に、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が５０以上に、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が５０以上に、それぞれ設定されることを特徴とする。

更に好適には、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（１）〜（３）を満足することを特徴とする。

−９．５＜ｆ１／ｆ＜−２．０ … （１）
−８．５＜ｆ２／ｆ＜−２．３ … （２）
１．３＜ｆ３／ｆ＜２．２ … （３）
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
更に好適には、上記第1から第５のいずれかの発明において、下記条件式（４）を満足することを特徴とする。

０．０７≦ｆ／TL≦０．１６ … （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
TL：第１レンズの物体側の面から結像面までの距離

本発明によれば、３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。

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、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、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、および非点収差を示す収差図である。

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、開口絞り１３０、第３レンズ１４０、カバーガラス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３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３枚のレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ１１０と、負の屈折力を有する第２レンズ１２０と、開口絞り１３０と、正の屈折力を有する第３レンズ１４０のように配列されている。広角レンズでは、広い画角を得るために焦点距離を短くする必要があるが、機構的な制約からバックフォーカスは焦点距離に比べて長くしなくてはならない。そこで、前方に負の屈折力を有するレンズを配置し、入射した光を一度発散した後、後方の正の屈折力を有するレンズで集光することにより、レンズ系の主点をレンズ後方に飛出させ焦点距離に比べて長いバックフォーカスを確保することが可能となる。具体的には負の第１レンズと第２レンズで光を発散させ、正の第３レンズで集光する。物体側に２枚の負レンズを配置することで、主点を後方に置くのに十分な負の屈折力を得ながら、諸収差を良好に補正することができる。強い屈折力をもつ第３レンズを開口絞り後に配置することにより、像面への入射角度を垂直に近くし、かつ収差を良好に補正することが可能となる。

前記撮像レンズで、第１レンズ１１０は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第２レンズ１２０は像側に凹面を向け、第３レンズ１３０は像側に凸面を向けている。
前記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有することで、第1面に対する軸外光線の入射角度を小さく保つことが可能となり、収差の発生を抑えることが出来る。前記第２レンズが像側に凹面を向けた形状を有することで、諸収差を良好に補正することが出来る。前記第３レンズが像側に凸面を向け、像側に非球面を有することで、像面への入射角度を小さくすることが出来る。

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、開口絞り部１３０の面５、第３レンズ１４０の物体側Ｒ５面６、像面側Ｒ６面７、カバーガラス１５０の物体側Ｒ７面８、像面側Ｒ８面９、を順次通過し撮像素子１６０へと集光される。

第１レンズ１１０を硝子材料で形成することにより耐衝撃性、対候性、対薬品性を増すことが可能となる。第２レンズ１２０と第３レンズ１４０が樹脂材料で形成されることにより、軽量化や低コスト化が実現できるとともに、非球面形状の作製が容易となる。第２レンズと第３レンズの各レンズは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。

本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、第１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、前記第２レンズを構成する材料のｄ線に対するアッベ数が５０以上に、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が５０以上に、それぞれ設定される。開口絞り１３０よりも物体側にあり、負レンズである第１レンズ１１０および第２レンズ１２０はそれらを構成する各材料のアッベ数が大きいほど、第１レンズ１１０および第２レンズ１２０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１３０よりも像側にあり、正レンズである第３レンズ１４０を構成する材料のアッベ数が大き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、条件式（１）〜（３）を満足するように構成される。
−９．５＜ｆ１／ｆ＜−２．０ … （１）
−８．５＜ｆ２／ｆ＜−２．３ … （２）
１．３＜ｆ３／ｆ＜２．２ … （３）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、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レンズの焦点距離である。
（１）は上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第１レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が難しくなる。下限値を超えると、第１レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力を第２レンズ像側面のみで補うことになり、曲率が小さくなりすぎてしまう。（２）で示す範囲を超えると色収差と像面湾曲の補正のバランスがとれなくなってしまう。第３レンズの、特に像側面は収差の補正を大きく行なっているため、（３）は上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難になる。逆に下限値を超えると、第３レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうために、製造が難しくなる。

本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、条件式（４）を満足するように構成される。
０．０７≦ｆ／TL≦０．１６ … （４）
ただし、ｆは全系の焦点距離、TLはレンズＬ１の物体側の面から結像面までの距離である。
（４）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。（４）の上限値を超えて全長を短くすると焦点距離が長くなるため、画角が狭くなってしまう。

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）〜（４）の数値データは、次の表２に記載の値になる。

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。

また、以下の数値実施例の中で記載される回折面の位相分布φは、λ0を設計波長、Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4を回折面の位相係数、ｈを光線の高さとしたとき次式で表される。ただし、Ｃ1は２次の位相係数を、Ｃ2は４次の位相係数を、Ｃ3は６次の位相係数を、Ｃ4は８次の位相係数をそれぞれ表している。

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、表５に、球面収差、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レンズ及び第２レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞りの像側に配置される第３レンズは両凸形状を有する。第２レンズと第３レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。

また、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レンズのＲ２面２と第２レンズのＲ３面３までの距離をＤ２、第２レンズの厚さとなるＲ３面３とＲ４面４間の距離をＤ３、第２レンズのＲ４面４と絞り部の面５までの距離をＤ４、絞り部の面５と第３レンズのＲ５面６間の距離をＤ５、第３レンズの厚さとなるＲ５面６とＲ６面７間の距離をＤ６、第３レンズのＲ６面７とカバーガラスのＲ７面８までの距離をＤ７、カバーガラスの厚さとなるＲ７面８とＲ８面９間の距離をＤ８、カバーガラスのＲ８面９と結像面までの距離を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。表中の記号*は非球面の面を、＃は回折面をそれぞれ表している（以下の実施例においても同様）。表４は、所定面の非球面係数を示している。表５は、所定面の回折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）が非点収差をそれぞれ示している。図３（Ｂ）の縦軸は結像面での像高を表し、図３（Ｂ）中、点線Ｔはタンジェンシャル像面の値、実線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、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６、表７、表８に、球面収差、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、第１レンズ１１０及び第２レンズ１２０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１３０の像側に配置される第３レンズ１４０は両凸形状を有する。第２レンズ及び、第３レンズは両面に非球面を有する。

表６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７は、所定面の非球面係数を示している。表８は、所定面の回折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）が非点収差をそれぞれ示している。図５（Ｂ）の縦軸は半画角を表している。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、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。

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、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、第１レンズ１１０及び第２レンズ１２０は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り１３０の像側に配置される第５レンズ１４０は両凸形状を有する。第２レンズと第３レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。

表９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１０は、所定面の非球面係数を示している。表１１は、所定面の回折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）が非点収差をそれぞれ示している。図７（Ｂ）の縦軸は結像面での像高を表している。図７からわかるように、実施例３によれば、球面、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。

１００，１００Ａ〜１００Ｃ・・・撮像レンズ
１１０・・・第１レンズ
１２０・・・第２レンズ
１３０・・・開口絞り部
１４０・・・第３レンズ
１５０・・・カバーガラス
１６０・・・撮像面

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第３レンズとの３枚のレンズが配置され、当該第３レンズの像側面に回折面を有することを特徴とする撮像レンズ。
前記第１レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、前記第２レンズが像側に凹面を向け非球面形状を有し、前記第３レンズが像側に凸面を向けた形状と非球面を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像レンズ。
前記第１レンズが硝子材料で形成され、前記第２レンズ及び前記第３レンズが樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の撮像レンズ。
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が４０以上に、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が５０以上に、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が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乃至３のいずれかに記載の撮像レンズ。
下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像レンズ。
−９．５＜ｆ１／ｆ＜−２．０ … （１）
−８．５＜ｆ２／ｆ＜−２．３ … （２）
１．３＜ｆ３／ｆ＜２．２ … （３）
ただし、
ｆ：レンズ全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
下記条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像レンズ。
０．０８≦ｆ／TL≦０．１５ … （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
TL：第１レンズの物体側の面から結像面までの距離