JP3140304U - 五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮像カメラの応用性および使用効果を高める。
【解決手段】光学撮像カメラ１は、光軸Ｘに沿って物体側から像側に、負の（負の屈折力）第１レンズＬ１、負の第２のレンズＬ２を備える第１の負のレンズセット２と、物体側から像側に、正の（正の屈折力）第３のレンズＬ３、正の第４のレンズＬ４および負の第５のレンズＬ５を備える正の第２のレンズセット３と、赤外線フィルタ５と、イメージセンサ素子６と、から構成され、同一の光軸Ｘ上に順番に配列される。負の第１のレンズセット１の第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２の光学面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の少なくとも一面は非球面である。正の第２のレンズセット２の正の第４のレンズの像側面Ｓ８は正の第５のレンズの物体側面（Ｓ８）と接着される。以下の条件式を満足する。２Ｒ２＞Ｒ４＞Ｒ２、２｜Ｆ１２｜＜｜Ｆ３４｜、Ｖｄ１＞Ｖｄ２、Ｖｄ４＞Ｖｄ５
【選択図】図1

Description

本考案は、五枚のレンズから構成される撮像カメラに関し、特に、車両用安全監視システムの情報記録装置（ＥＤＲ）に使用される、広角度で、Ｆナンバーが小さく、高解像度で、カメラの総長さが短い五枚のレンズから構成される薄型光学撮像カメラに関する。

撮像カメラは、一枚または数枚のレンズ、或いは数個のレンズセットによって光学通路が構成され、更に、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）などのイメージセンサ素子などが組み合わされ、それらが同一の光軸で順番に配列され、単一、二、三または複数のレンズによって様々な形態の撮像カメラが構成される。撮像時、物体の光線は先ず各レンズまたはレンズ群を通過してイメージセンサ素子上に結像され、イメージセンサ素子によって信号に変換されて関連装置に伝送される。また、一般のイメージセンサ素子の前部には赤外線フィルタが設けられ、また、イメージセンサ素子の前部のレンズの像側面上に赤外線フィルタの代わりに一層の鍍金膜を設けることができる。また、上述の撮像カメラはすでに各種の車両用安全監視システムなどの安全監視システムに広く使用されており、車両用デジタルビデオレコーダなどの情報記録装置（ＥＤＲ）の撮像カメラに使用されている。

しかし、従来技術による監視システム、特に車両用情報記録装置（ＥＤＲ）の撮像カメラは一般に下記の欠点を有する。画角が狭く、撮像の視角および範囲が狭い。Ｆナンバーが大きく、撮像の輝度および解像度が優れず、特に夜間の映像品質が優れない。総長さ（または高さ）および組合わされるセンサ素子のサイズを効果的に縮小できず、レンズの体積を縮小できないので、製作コストを低減できず、相対的に撮像カメラの使用効果および応用性または競争力に劣る。従って、従来技術の監視システムに応用される撮像カメラ、特に車両用情報記録装置（ＥＤＲ）の撮像カメラには改善の余地があった。
特開２００７−２４９２３９号公報

本考案の第１の目的は、光軸に沿って物体側から像側に、負の（負の屈折力）第１レンズ、負の第２のレンズを備える第１の負のレンズセットと、物体側から像側に、正の（正の屈折力）第３のレンズ、正の第４のレンズおよび負の第５のレンズを備える正の第２のレンズセットと、を備え、第１のレンズおよび第２のレンズの光学面は少なくとも一つの非球面を有し、正の第４のレンズの像側面と正の第５のレンズの物体側面は接着され、少なくとも１１０度以上の広角度で、Ｆナンバーが小さく、高輝度、高解像度で、撮像カメラの応用性および使用効果を高めることができる五枚のレンズから構成される光学撮像カメラを提供することにある。
本考案の第２の目的は、条件式、
２Ｒ２＞Ｒ４＞Ｒ２・・・（１）
２｜Ｆ１２｜＜｜Ｆ３４｜・・・（２）
Ｖｄ１＞Ｖｄ２、Ｖｄ４＞Ｖｄ５・・・（３）
を満足し、それによって撮像カメラの総長さを効果的に縮小でき、１／４”（６．３ｍｍ）または更に小さいサイズのＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ素子に応用でき、相対的に撮像カメラの体積を縮小し、撮像カメラの応用性を高めることができる五枚のレンズから構成される光学撮像カメラを提供することにある。
但し、
Ｒ２、Ｒ４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの像側面の曲率半径
Ｆ１２、Ｆ３４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの有効焦点距離
Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ４、Ｖｄ５：第１、第２、第４および第５のレンズのアッベ数
本考案の第３の目的は、中間絞りが設けられ、その開口絞りが第１のレンズセットと第２のレンズセットとの間に設けられ、第２のレンズの像側面上、第３のレンズの物体側面上または第２のレンズの像側面と第３のレンズの物体光学側面と間に設けられ、それによって撮像カメラの使用効果を高めることができる五枚のレンズから構成される光学撮像カメラを提供することにある。
本考案の第４の目的は、撮像カメラの第１のレンズおよび第２のレンズがプラスチックレンズまたはモールドガラスレンズによって構成され、それによって撮像カメラの使用効果を高めることができる五枚のレンズから構成される光学撮像カメラを提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の考案は、光軸に沿って物体側から像側に、負の（負の屈折力）第１のレンズ、負の第２のレンズを備える負の第１のレンズセットと、正の（正の屈折力）第３のレンズ、正の第４のレンズおよび負の第５のレンズを備え、正の第４のレンズの像側面と正の第５のレンズの物体側面は接着される正の第２のレンズセットと、赤外線フィルタと、イメージセンサ素子と、を備え、下記条件式（１）から（３）を満足することを特徴とする五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。
２Ｒ２＞Ｒ４＞Ｒ２・・・（１）
２｜Ｆ１２｜＜｜Ｆ３４｜・・・（２）
Ｖｄ１＞Ｖｄ２、Ｖｄ４＞Ｖｄ５・・・（３）
但し、
Ｒ２、Ｒ４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの像側面の曲率半径
Ｆ１２、Ｆ３４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの焦点距離
Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ４、Ｖｄ５：第１、第２、第４および第５のレンズのアッベ数

請求項２の考案は、第１のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は、非球面であることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項３の考案は、第２のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は、非球面であることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項４の考案は、中間絞りが設けられ、その開口絞りが第１のレンズセットと第２のレンズセットとの間に設けられることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項５の考案は、開口絞りは、第２のレンズの像側面上、第３のレンズの物体側面上または第２のレンズの像側面と第３のレンズの物体側面との間に設けられることを特徴とする請求項４記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項６の考案は、第１のレンズは、プラスチックレンズまたはモールドガラスレンズから構成されることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項７の考案は、第２のレンズは、プラスチックレンズまたはモールドガラスレンズから構成されることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

請求項８の考案は、第３のレンズは、球面または非球面のレンズであることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラである。

本考案の撮像カメラは１１０度以上の広角度で、Ｆナンバーが小さく、高輝度、高解像度であるという長所を有し、カメラの全長を例えば１２ｍｍ未満に効果的に縮小することができ、本考案の撮像カメラを１／４”（四分の一インチ）または更に小さなサイズのＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）のイメージセンサ素子に応用することができ、撮像カメラの応用性および使用効果を高めることができる。本考案の撮像カメラは特に車両用安全監視システムのデジタルビデオレコーダなどの情報記録装置（ＥＤＲ）に適用され、ＥＤＲの使用効果を高めることができる。

本考案の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。

図１に示すように、本考案の光学撮像カメラ１は光軸Ｘに沿って物体側から像側に、負の（負の屈折力）第１レンズＬ１、負の第２のレンズＬ２を備える負の第１のレンズセット２と、物体側から像側に、正の（正の屈折力）第３のレンズＬ３、正の第４のレンズＬ４および負の第５のレンズＬ５を備える正の第２のレンズセット３と、赤外線フィルタ５と、イメージセンサ素子６と、から構成され、同一の光軸Ｘ上に順番に配列される。負の第１のレンズセット２の第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２の光学面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の少なくとも一面は非球面である。正の第２のレンズセット３の正の第４のレンズの像側面Ｓ８は、正の第５のレンズの物体側面（Ｓ８）と接着される。撮像時、物体から放出された光線は第１から第５のレンズＬ１〜Ｌ５を順番に通過した後、赤外線フィルタ５を通過し、イメージセンサ素子６上に結像される。

本考案の光学撮像カメラ１は下記条件式（１）から（３）を満足する。
２Ｒ２＞Ｒ４＞Ｒ２・・・（１）
２｜Ｆ１２｜＜｜Ｆ３４｜・・・（２）
Ｖｄ１＞Ｖｄ２、Ｖｄ４＞Ｖｄ５・・・（３）
但し、
Ｒ２、Ｒ４：負の第１のレンズＬ１および負の第２のレンズＬ２の像側面Ｓ２、Ｓ４の曲率半径
Ｆ１２、Ｆ３４：負の第１のレンズＬ１および負の第２のレンズＬ２の焦点距離
Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ４、Ｖｄ５：第１、第２、第４および第５のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５のアッベ数

本考案の光学撮像カメラ１には中間絞りを設けることができ、その開口絞り４は第１のレンズセット２と第２のレンズセット３との間に設けられ、第２のレンズＬ２の像側面Ｓ４上、第３のレンズＬ３の物体面Ｓ５上または上述の像側面Ｓ４および物体側面Ｓ５の両光学面間に設けられる。

本考案の光学撮像カメラ１は、赤外線フィルタ５の代わりに、イメージセンサ素子６の前のレンズの像側面上、即ち、第５のレンズＬ５の像側面Ｓ９上に一層の鍍金膜を設けることができる。

本考案の光学撮像カメラ１の第１のレンズセット２の第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はプラスチックレンズまたはモールドガラスレンズから構成され、第２のレンズセット３の第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

撮像カメラは、車両用安全監視システムの車両用デジタルビデオレコーダなどの情報記録装置（ＥＤＲ）に使用されている。本考案の撮像カメラ１と従来技術の撮像カメラとを比較した場合、本考案の撮像カメラ１は１１０度以上の広角度で、Ｆナンバーが小さく、高輝度、高解像度であるという長所を有し、カメラの総長さ（ＴＴＬ）を例えば１２ｍｍ未満に効果的に縮小することができる。 本考案の撮像カメラ１は、１／４”（四分の一インチ）または更に小さなサイズのＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）のイメージセンサ素子に応用することができ、撮像カメラの応用性および使用効果を高めることができる。本考案の撮像カメラ１は特に車両用安全監視システムのデジタルビデオレコーダなどの情報記録装置（ＥＤＲ）に適用され、ＥＤＲの使用効果を高めることができる。

本考案の好適な実施例の説明を下記に示す。実施例毎の各表（一）には、各実施例の物体側から順に番号を記した光学面（ｓｕｒｆａｃｅ）、光軸上の各光学面の曲率半径（Ｒａｄｉｕｓ、単位：ｍｍ）（第４のレンズＬ４の像側面Ｓ８は、第５のレンズＬ５の物体側面Ｓ８と同一である）、光軸上の各光学面の間隔（Ｄｉｓｔａｎｃｅ、単位：ｍｍ）、各レンズの屈折率（Ｎｄ）、各レンズのアッベ数（Ｖｄ）、各レンズの焦点距離（例えばＦ１２は第１のレンズＬ１の焦点距離を表し、Ｆ７８９は第４のレンズＬ４と第５のレンズＬ５と接着した後の焦点距離を表す）、各レンズセットの焦点距離（例えばＦｇ１は第１のレンズセット２の焦点距離を表し、Ｆｇ２は第２のレンズセット３の焦点距離を表す）、本考案の撮像カメラ１のシステム有効焦点距離ＥＦＬ（ｆ）を記す。各実施例の表（二）には第１のレンズＬ１または第２のレンズＬ２における光学面の非球面に設計された各係数を記す。

数式（４）は各実施例の非球面方程式である。
但し、
Ｚ：ｓａｇ値
ｃ：曲率
ｈ：レンズの高さ
Ｋ：円錐定数（Ｃｏｎｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ）
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ：順に４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０階数の非球面係数（４^th〜２０ ^th Ｏｒｄｅｒ Ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）

第１の実施例：図１から図４に示す。

表（一）から分かるように、本実施例は上述の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。カメラの総長さ（ＴＴＬ）は８ｍｍである。画角は１４０度である。第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はプラスチックレンズから構成され、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

第２の実施例：図５から図８に示す。

表（一）から分かるように、本実施例は上述の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。カメラの総長さ（ＴＴＬ）は１０．５ｍｍである。画角は１５０度である。第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はプラスチックレンズから構成され、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

第３の実施例：図９から図１２に示す。

表（一）から分かるように、本実施例は上述の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。カメラの総長さ（ＴＴＬ）は９．２ｍｍである。画角は１７５度である。第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はモールドガラスレンズから構成され、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

第４の実施例：図１３から図１６に示す。

表（一）から分かるように、本実施例は上述の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。カメラの総長さ（ＴＴＬ）は１０．５ｍｍである。画角は１７０度である。第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はプラスチックレンズから構成され、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

第５の実施例：図１７から図２０に示す。

表（一）から分かるように、本実施例は上述の条件式（１）、（２）および（３）を満足する。カメラの総長さ（ＴＴＬ）は１２ｍｍである。画角は１１０度である。第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２はプラスチックレンズから構成され、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４および第５のレンズＬ５はガラスレンズから構成される。

上述の説明および図４、８、１２、１６、２０に示すように、本考案の第１から第５までの実施例の解像度（ＭＴＦ）は約８０％に分布し、画角はそれぞれ１４０度、１５０度、１７５度、１７０度、１１０度である。従って本考案の撮像カメラは確実に広角度（少なくとも１１０度以上）および高解像度を有する。

本考案の第１の実施例を示す断面図である。 本考案の第１の実施例の非点収差像面湾曲を示す図である。 本考案の第１の実施例の歪曲を示す図である。 本考案の第１の実施例の六つの異なるラインペア１０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、１０ＬＰ／ｍｍ（tangential）、４５ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、４５ＬＰ／ｍｍ（tangential）、９０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、９０ＬＰ／ｍｍ（tangential）の横軸の像高０から２．２４ｍｍに対応する解像度を示す図である（縦軸は解像度ＭＴＦ）。 本考案の第２の実施例を示す断面図である。 本考案の第２の実施例の非点収差像面湾曲を示す図である。 本考案の第２の実施例の歪曲を示す図である。 本考案の第２の実施例の六つの異なるラインペア１０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、１０ＬＰ／ｍｍ（tangential）、４５ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、４５ＬＰ／ｍｍ（tangential）、９０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、９０ＬＰ／ｍｍ（tangential）の横軸の像高０から２．２４ｍｍに対応する解像度を示す図である（縦軸は解像度ＭＴＦ）。 本考案の第３の実施例を示す断面図である。 本考案の第３の実施例の非点収差像面湾曲を示す図である。 本考案の第３の実施例の歪曲を示す図である。 本考案の第３の実施例の六つの異なるラインペア１０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、１０ＬＰ／ｍｍ（tangential）、４５ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、４５ＬＰ／ｍｍ（tangential）、９０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、９０ＬＰ／ｍｍ（tangential）の横軸の像高０から２．２４ｍｍに対応する解像度を示す図である（縦軸は解像度ＭＴＦ）。 本考案の第４の実施例を示す断面図である。 本考案の第４の実施例の非点収差像面湾曲を示す図である。 本考案の第４の実施例の歪曲を示す図である。 本考案の第４の実施例の六つの異なるラインペア１０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、１０ＬＰ／ｍｍ（tangential）、４５ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、４５ＬＰ／ｍｍ（tangential）、９０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、９０ＬＰ／ｍｍ（tangential）の横軸の像高０から２．２４ｍｍに対応する解像度を示す図である（縦軸は解像度ＭＴＦ）。 本考案の第５の実施例を示す断面図である。 本考案の第５の実施例の非点収差像面湾曲を示す図である。 本考案の第５の実施例の歪曲を示す図である。 本考案の第５の実施例の六つの異なるラインペア１０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、１０ＬＰ／ｍｍ（tangential）、４５ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、４５ＬＰ／ｍｍ（tangential）、９０ＬＰ／ｍｍ（sagittal）、９０ＬＰ／ｍｍ（tangential）の横軸の像高０から２．２４ｍｍに対応する解像度を示す図である（縦軸は解像度ＭＴＦ）。

符号の説明

１ 撮像カメラ
２ 第１のレンズセット
Ｌ１ 第１のレンズ
Ｌ２ 第２のレンズ
３ 第２のレンズセット
Ｌ３ 第３のレンズ
Ｌ４ 第４のレンズ
Ｌ５ 第５のレンズ
４ 開口絞り
５ 赤外線フィルタ
６ イメージセンサ素子
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０ 物体側面
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１１ 像側面

Claims (8)

1. 光軸に沿って物体側から像側に、
   負の（負の屈折力）第１のレンズ、負の第２のレンズを備える負の第１のレンズセットと、
   正の（正の屈折力）第３のレンズ、正の第４のレンズおよび負の第５のレンズを備え、前記正の第４のレンズの像側面と正の第５のレンズの物体側面は接着される正の第２のレンズセットと、
   赤外線フィルタと、
   イメージセンサ素子と、を備え、
   下記条件式（１）から（３）を満足することを特徴とする五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
   ２Ｒ２＞Ｒ４＞Ｒ２・・・（１）
   ２｜Ｆ１２｜＜｜Ｆ３４｜・・・（２）
   Ｖｄ１＞Ｖｄ２、Ｖｄ４＞Ｖｄ５・・・（３）
   但し、
   Ｒ２、Ｒ４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの像側面の曲率半径
   Ｆ１２、Ｆ３４：負の第１のレンズおよび負の第２のレンズの焦点距離
   Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ４、Ｖｄ５：第１、第２、第４および第５のレンズのアッベ数
2. 前記第１のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は、非球面であることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
3. 前記第２のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は、非球面であることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
4. 中間絞りが設けられ、その開口絞りが前記第１のレンズセットと前記第２のレンズセットとの間に設けられることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
5. 前記開口絞りは、第２のレンズの像側面上、第３のレンズの物体側面上または第２のレンズの像側面と第３のレンズの物体側面との間に設けられることを特徴とする請求項４記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
6. 前記第１のレンズは、プラスチックレンズまたはモールドガラスレンズから構成されることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
7. 前記第２のレンズは、プラスチックレンズまたはモールドガラスレンズから構成されることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。
8. 前記第３のレンズは、球面または非球面のレンズであることを特徴とする請求項１記載の五枚のレンズから構成される光学撮像カメラ。

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