JP2016188894A - 撮像レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明るく、小型で、かつ、安価な撮像レンズ系及び撮像装置を提供すること。
【解決手段】本発明の撮像レンズ系１１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた平凸レンズであって、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであって、正のパワーを有する第２レンズＬ３と、物体側に凸形状の第３レンズＬ３と、を備える。本発明の撮像装置１０は、上述の撮像レンズ系１１と、撮像レンズ系１１の焦点位置に配置された撮像素子１４と、撮像レンズ系１１と撮像素子１４との間に配置されたバンドパスフィルタ１２と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、撮像レンズ系及び撮像装置に関する。

監視用途の光学系として、屋内外の安全性を確保する監視カメラ用撮像レンズ系、車外及び車内監視用の車載カメラ用撮像レンズ系などがある。監視用途の光学系には、視界が極めて広く、かつ、高い解像力を有するとともに、さらに、Ｆ値が２．４程度の明るい光学系であることが求められる。また、特に、車載カメラ用の撮像レンズ系では、コンパクトさも求められる。

特許文献１及び２には、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ、正のパワーを有する第２レンズ、物体側に凸形状の第３レンズからなる撮像レンズ系が記載されている。

特開２０１４−１６７４９７号公報 特開２００３−３２２７９２号公報

特許文献１及び２に記載の撮像レンズ系の第１レンズは、ガラス製の球面メニスカスレンズである。第１レンズの両方のレンズ面が球面なので、製造するときにそれぞれのレンズ面に合わせた研磨皿及びニュートン原器を用意する必要があった。平面であればラップ研磨により安価にレンズ面を加工することができるが、球面にはラップ研磨を適用することが難しかった。このため、特許文献１及び２に記載の撮像レンズ系の製造コスト低減は難しく、高コストになるという問題があった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、明るく、小型で、かつ、安価な撮像レンズ系及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像レンズ系は、
物体側から順に、
物体側に凸面を向けた平凸レンズであって、正のパワーを有する第１レンズと、
物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであって、正のパワーを有する第２レンズと、
物体側に凸形状の第３レンズと、から構成される。

本発明では、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、絞りを有することが好ましい。

本発明では、前記第１レンズのｄ線に対するアッベ数をＶｄ１とするときに、Ｖｄ１≧５０であることが好ましい。

本発明では、前記第２レンズのｄ線に対するアッベ数をＶｄ２とするときに、Ｖｄ２≧５０であることが好ましい。

本発明では、前記第１レンズは、ガラスレンズであることが好ましい。

本発明では、前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチックレンズであることが好ましい。

本発明の撮像装置は、
上述の撮像レンズ系と、
前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、
前記撮像レンズ系と前記撮像素子との間に配置された、近赤外光を選択して透過させるバンドパスフィルタと、を有する。

本発明によれば、明るく、小型で、かつ、安価な撮像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。

実施例１に係る撮像レンズ系の断面図である。 実施例１に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例２に係る撮像レンズ系の断面図である。 実施例２に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施の形態に係る撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る撮像レンズ系１１の実施例について説明する。

［実施例１］
図１は、実施例１の撮像レンズ系１１の構成を示す図である。図１に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、絞りＳＴＯＰと、正のパワーを有する第２レンズＬ２と、負のパワーを有する第３レンズＬ３と、から構成される。実施例１の撮像レンズ系１１では、レンズＬ１はガラスレンズであり、レンズＬ２及びレンズＬ３はプラスチックレンズである。

第１レンズＬ１は、正のパワーを有する球面平凸レンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は正の曲率を有する球面であり、像側レンズ面Ｓ２は平面である。第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けて配置されている。

第２レンズＬ２は、正のパワーを有する非球面レンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面Ｓ４は負の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ５は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ４は像側に窪む凹形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ５は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けた非球面メニスカスレンズである。

第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とで、撮像レンズ系１１の正のパワーを分担している。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の正のパワーを比較的強くして、正レンズを２枚連続して配置することにより、撮像レンズ系１１の全長を短くして、小型化が可能になる。また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に、絞りＳＴＯＰを配置することにより、周辺光量の低下を小さくできる。

第３レンズＬ３は、負のパワーを有する球面レンズである。物体側レンズ面Ｓ６は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ７は正の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ６は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ７は光軸Ｚの近傍で物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。

第３レンズＬ３の像側レンズ面Ｓ７は、光軸Ｚの近傍で物体側に窪む凹形状を有するとともに、光軸Ｚから離れるにつれて負のパワーが弱まるような形状をしている。これにより、像面を揃えることができて、周辺の画質を向上させることができる。

表１に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、及びアッベ数を載せている。「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。屈折率及びアッベ数はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する値である。

レンズ面に採用される非球面形状は、ｚをサグ量、ｃを曲率半径の逆数、ｋを円錐係数、ｒを光軸からの光線高さとして、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数をそれぞれＡ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４、Ａ_１６としたときに、次式により表わされる。

表２に、実施例１の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表２において、例えば「−１．１３２９２６Ｅ−０３」は、「−１．１３２９２６×１０^−３」を意味する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、実施例１の撮像レンズ系１１の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１では、半画角ωが５２．２°、Ｆ値が２．４である。図２（ａ）の縦収差図では、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図２（ｂ）の像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図２（ｂ）において、Ｓａｇはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図２（ｃ）の歪曲収差図では、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図２（ｂ）及び図２（ｃ）では、波長９００ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。

表３に、実施例１の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１において、Ｆ値をＦＮｏ．、第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１から撮像レンズ系１１の結像面ＩＭＧまでの距離を「光学全長」、レンズ系全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ_１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ_２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ_３、としたときのこれらの特性値は、表３に示す通りである。各種の焦点距離は、９００ｎｍの波長の光線を用いて計算した。

［実施例２］
図３は、実施例２の撮像レンズ系１１の構成を示す図である。図３に示すように、実施例２の撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、絞りＳＴＯＰと、正のパワーを有する第２レンズＬ２と、負のパワーを有する第３レンズＬ３と、から構成される。第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は、実施例１と同様の形状をしている。実施例２の撮像レンズ系１１では、レンズＬ１はガラスレンズであり、レンズＬ２及びレンズＬ３はプラスチックレンズである。

表４に、実施例２の撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。

表５に、実施例２の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。

図４（ａ）〜（ｃ）は、実施例２の撮像レンズ系１１の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、実施例２の撮像レンズ系１１では、半画角ωが５０．８°、Ｆ値が２．４である。

表６に、実施例２の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。

（撮像装置への適用例）
図５は、撮像レンズ系１１を用いた撮像装置１０の構成を示す図である。撮像装置１０は、撮像レンズ系１１と、バンドパスフィルタ１２と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、を有する。撮像レンズ系１１と、バンドパスフィルタ１２と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、は筐体（不図示）に収容されている。

バンドパスフィルタ１２は、表面に多層膜が形成されたガラス板であり、特定の波長域の光を透過させ、その他の光を反射する。バンドパスフィルタ１２は、例えば、近赤外線透過フィルタであり、８５０ｎｍ〜９５０ｎｍの光線を透過させる。バンドパスフィルタ１２は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、バンドパスフィルタ１２は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。実施例１及び２に記載の撮像レンズ系１１は、近赤外線での撮像に適した設計になっている。

カバーガラス１３は、撮像素子１４を保護するためのガラス板である。カバーガラス１３は、撮像素子１４を異物から保護するために、撮像素子１４上に設けられている。カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。

撮像素子１４は、受光した光を電気信号に変換する素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子１４は、撮像レンズ系１１の焦点位置に配置されている。なお、水平画角とは、撮像素子１４の水平方向に対応する画角である。

図１に示すように、本実施の形態に係る撮像レンズ系１１は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた平凸レンズであり、正のパワーを有する第１レンズＬ１と、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、正のパワーを有する第２レンズＬ２と、物体側に凸形状の第３レンズＬ３と、が配列されている。

撮像レンズ系１１は、第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２を平面とすることを特徴とする。この構成とすることにより、第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２が平面なので、この面についての平面ラップ研磨が可能となる。そのため、球面のニュートン原器や研磨皿が不要なので、撮像レンズ系１１は安価に製造可能である。

また、第１レンズＬ１のアッベ数を５０以上とすることにより、比較的大きい正のパワーを有する第１レンズＬ１の分散を小さくすることができる。このため、第１レンズＬ１で発生する軸上色収差を小さくできるので、良好な結像性能を得られる。

さらに、第２レンズのアッベ数を５０以上とすることにより、比較的大きい正のパワーを有する第２レンズＬ２の分散を小さくすることができる。このため、第２レンズＬ２で発生する軸上色収差及び倍率色収差が補正しやすくなるので、良好な結像性能を得られる。

実施例１及び２の撮像レンズ系１１において、第１レンズＬ１のアッベ数Ｖｄ１及び第２レンズＬ２のアッベ数Ｖｄ２はそれぞれ５６となっており、いずれも５０以上となっている。これにより、図２（ａ）及び図４（ａ）の縦収差図に示すように軸上色収差を良好に補正することができている。

また、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３をプラスチックレンズにすることにより、プラスチックレンズよりも高価なガラスレンズを１枚のみ使用した、安価な撮像レンズ系を提供することが可能である。

さらに、第１レンズＬ１をガラスレンズにして正のパワーを負担させるとともに、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３をプラスチックレンズにすることにより、安価なプラスチックレンズを２枚使用しても、温度変化した際の像面位置の変化量を小さく抑えられる。

つまり、温度変化時のピント位置変化としては、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とにより、ピント位置の変化をキャンセルできている。そのため、高温時と低温時の双方において、常温時とほぼ同一のピント位置とすることができている。

なお、実施例１及び２では、物体距離が無限遠の場合における撮像レンズ系レンズ系１１のデータを示している。しかし、自動車の車内監視やドライバーモニタの用途において、例えば、被写体距離（物体距離）が６００ｍｍとなった場合には、実施例１の撮像レンズ系１１のバックフォーカスを０．０３７ｍｍだけ長くして、撮像レンズ系１１を撮像素子１４から遠ざけることにより、ピントの良好な画像を得られる。同様に、実施例２の撮像レンズ系１１のバックフォーカスを０．０３９ｍｍだけ長くすれば、ピントの良好な画像を得られる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明の撮像レンズ系１１の用途は、車載カメラに限定されるものではなく、監視カメラや携帯電話等の小型電子機器に搭載するカメラ等の他の用途にも用いることができる。

１０ 撮像装置
１１ 撮像レンズ系
１２ バンドパスフィルタ
１３ カバーガラス
１４ 撮像素子
Ｌ１〜Ｌ３ 第１レンズ〜第３レンズ

Claims (7)

1. 物体側から順に、
   物体側に凸面を向けた平凸レンズであって、正のパワーを有する第１レンズと、
   物体側に凹面を向けたメニスカスレンズであって、正のパワーを有する第２レンズと、
   物体側に凸形状の第３レンズと、から構成される撮像レンズ系。
2. 前記第１レンズと前記第２レンズとの間に、絞り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系。
3. 前記第１レンズのｄ線に対するアッベ数をＶｄ１とするときに、Ｖｄ１≧５０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像レンズ系。
4. 前記第２レンズのｄ線に対するアッベ数をＶｄ２とするときに、Ｖｄ２≧５０であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像レンズ系。
5. 前記第１レンズは、ガラスレンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像レンズ系。
6. 前記第２レンズ及び前記第３レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像レンズ系。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像レンズ系と、
   前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、
   前記撮像レンズ系と前記撮像素子との間に配置された、近赤外光を選択して透過させるバンドパスフィルタと、を有する撮像装置。