JP5345823B2 - 撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置 - Google Patents

撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、被写体を撮像するための撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。
従来より、自動車の前方等を監視するための車載用の撮像装置が知られている。このような撮像装置は、自動車の車内外に配置され、この自動車の走行中における車線からの逸脱を監視したり、道路標識を監視したりする。このような車載用の撮像レンズとしては、一般に、小型でバックフォーカス距離が長い撮像レンズが用いられる。
また、小型でバックフォーカス距離が長い撮像レンズを、接合レンズやプラスチック非球面レンズを用いて形成したものも知られている(特許文献1,2,3,4参照)。
これらの特許文献1〜4は、いずれも接合レンズを用いた撮像レンズを開示している。特許文献1は、レンズ枚数が多く画角が比較的狭い非球面レンズを含んだ撮像レンズを開示するものである。特許文献2は、メニスカスレンズを多用した撮像レンズを開示するものである。特許文献3は、焦点距離に比べて全長が長い撮像レンズを開示するものである。特許文献4は、F値が比較的大きく(Fno=4)画角が狭く大口径化には対応していない撮像レンズを開示するものである。
特許第3254239号公報 特許第3478643号公報 特許第3723637号公報 特許第3964533号公報
ところで、このような車載用の撮像レンズは、例えば、寒冷地では気温0℃以下の環境下に置かれ、熱帯地では高温多湿(例えば気温80℃、湿度80%)の車内の環境下に置かれたりする。そのため、撮像レンズを構成する接合レンズ中の接合部材やプラスチックレンズが変質したり変形したりして、撮像レンズの光学性能、例えば解像力が低下することがある。また、被写体を撮影するときの撮像レンズ自身の温度の変化によって生じるレンズの形状や屈折率の変化等によっても、撮像レンズの光学性能が低下することがある。
そのため、厳しい環境下に置かれたときの各レンズの変質や変形あるいは屈折率変化等に起因する撮像レンズの光学性能の低下を抑制したいという要請がある。
なお、上記撮像レンズの光学性能が低下する問題は、車載用の撮像レンズに限らず、プラスチックレンズや接合レンズを適用した撮像レンズに共通する問題である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性を高めることができる撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明の撮像レンズは、物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群を備えた撮像レンズであって、前群は、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第1レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第2レンズを備えたものであり、後群は、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第3レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第4レンズ、両凸形状をなす第5レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第6レンズを備えたものであり、第1レンズから第6レンズそれぞれは、いずれもガラス球面単レンズであることを特徴とするものである。
前記撮像レンズは、条件式(1):1.1<f36/f<1.7を満足するものとすることが望ましい。ただし、fは撮像レンズ全系の焦点距離、f36は後群の焦点距離である。
なお、f36/fの値は、条件式(1′):1.2<f36/f<1.6を満足するものとすることがより望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(2):−1.4<f1/f2<−0.7を満足するものとすることが望ましい。ただし、f1は第1レンズの焦点距離、f2は第2レンズの焦点距離である。
なお、f1/f2の値は、条件式(2′):−1.3<f1/f2<−0.8を満足するものとすることがより望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(3):1.1<R11/R12<2.0を満足するものとすることが望ましい。ただし、R11は第5レンズの像側のレンズ面の曲率半径、R12は第6レンズの物体側のレンズ面の曲率半径である。
なお、R11/R12の値は、条件式(3′):1.2<R11/R12<1.9を満足するものとすることがより望ましい。
前記撮像レンズは、条件式(4):νd3<20を満足するものとすることが望ましい。ただし、νd3は第3レンズのd線に対するアッベ数である。
本発明の撮像レンズを用いた撮像装置は、前記本発明の撮像レンズと、この撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とするものである。
前記ガラス球面単レンズとは、ガラス材料のみで形成された、物体側および像側のレンズ面が両方共に球面形状をなす単レンズを意味するものである。
本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置によれば、物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群を備え、前群を、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第1レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第2レンズを備えたものとし、後群を、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第3レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第4レンズ、両凸形状をなす第5レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第6レンズを備えたものとし、撮像レンズを構成する第1レンズから第6レンズのすべてをガラス球面単レンズとしたので、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。
すなわち、前群における最も物体側に位置するレンズ、および後群における最も物体側に位置するレンズを両方共に負のパワーを持つレンズとしたので、撮像レンズ全系の長さに比してバックフォーカス距離を長くすることができる。
なお、バックフォーカス距離は、撮像レンズを構成するレンズ面のうち最も像側に位置するレンズ面から、この撮像レンズの結像面までの空気換算した距離である。
また、撮像レンズ全系において最も物体側に位置するレンズを、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとし、撮像レンズ全系において最も像側に位置するレンズを、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとしたので、小型化できるとともに、像面湾曲やディストーションの発生を抑制することができる。
なお、接合レンズ中の接合部材やプラススチックレンズには、高分子材料等のガラス材料に比べて融点の低い材料が使用されている。このような低融点材料は、ガラス材料に比べて、温度や湿度の影響によって変形し易く、屈折率等の光学特性も変化しやすい。また、このような低融点材料は、ガラス材料に比べて変質しやすいので、長期に亘る使用において撮像レンズの光学性能を低下させる。
上記本発明によれば、このような低融点材料を用いることなく、環境耐性の高いガラス部材のみを用いて撮像レンズを構成したので、環境耐性の高い撮像レンズおよび撮像装置を得ることができる。また、球面レンズのみからなるレンズ構成としたので、非球面レンズを用いる場合よりも容易に製造することができ、装置コストを低減することもできる。
なお、撮像レンズの環境耐性が高いとは、環境の影響で生じる撮像レンズの光学性能の低下が少ないことを意味するものである。例えば、長期間に亘って、あるいは短時間であっても、低温の環境下に置かれたり、高温多湿な環境下に置かれたりしたときのレンズ部材の変質や変形が少なく撮像レンズの光学性能の低下が少ない場合や、熱帯地や寒冷地での撮影において撮像レンズ自身の温度が常温から大きく変化したとしても撮像レンズの光学性能の低下が少ない場合等に、この撮像レンズの環境耐性が高いという。
以下、本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成を示す断面図である。
図示の撮像レンズ20は、主に自動車の前方等の状況を撮影するための車載用の撮像装置に用いられる撮像レンズであり、CCDやCMOS等からなる撮像素子10の受光面Jk上に被写体の像を結像させるものである。この撮像素子10は、撮像レンズ20により形成される光学像を電気信号に変換して、この光学像を示す画像信号を得るものである。
この撮像レンズ20は、F値が2.0〜4.0、全画角60°程度の撮像レンズであって、コンパクトでバックフォーカス距離が長く諸収差特が良好に補正された撮像レンズである。
<撮像レンズの基本構成およびその作用、効果について>
はじめに、撮像レンズ20の基本構成について説明する。
撮像レンズ20は、光軸Z1に沿って物体側(図中矢印−Zの側)から順に、正のパワーを持つ前群U1、絞り、正のパワーを持つ後群U2を備えたものである。
前群U1は、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第1レンズL1、正のパワーを持ち像側(図中矢印+Zの側)のレンズ面R4が凸面をなす第2レンズL2を物体側からこの順に備えている。
後群U2は、負のパワーを持ち物体側のレンズ面R7が凹面をなす第3レンズL3、正のパワーを持ち像側のレンズ面R9が凸面をなす第4レンズL4、両凸形状をなす第5レンズL5、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第6レンズL6を物体側からこの順に備えている。
また、第1レンズL1から第6レンズL6のそれぞれは、いずれもガラス材料からなる球面単レンズである。
すなわち、撮像レンズ20を構成している各レンズは、いずれもガラスレンズであり、いずれも球面レンズであり、さらに、いずれも単レンズであって接合レンズではない。
この撮像レンズ20を通して被写体である物体を表す像が結像される結像面R14には、上記のように撮像素子10の受光面Jkが配置されている。
なお、図1中の符号R1〜R14は以下の構成要素を指している。
すなわち、R1とR2は第1レンズL1の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R3とR4は第2レンズL2の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R5は開口絞りStの開口部、R6とR7は第3レンズL3の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R8とR9は第4レンズL4の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R10とR11は第5レンズL5の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R12とR13は第6レンズL6の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、R14は上記のように撮像素子10の受光面Jkと一致する撮像レンズ20の結像面を示している。
上記撮像レンズ20の備える基本構成によれば、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。
なお、バックフォーカス距離(図中符号Bfで示す)は、第6レンズL6の像側のレンズ面R13から結像面R14までの空気換算した距離である。
<撮像レンズの基本構成をさらに限定する構成およびその作用、効果について>
次に、この撮像レンズ20の備える上記基本構成をさらに限定する構成要素およびその作用、効果について説明する。なお、基本構成をさらに限定するこれらの構成要素は必須の構成ではない。
《上記基本構成を条件式により限定する構成とその作用、効果について》
以下、撮像レンズの基本構成をさらに限定する条件式(1)〜(4)と、その作用、効果について説明する。なお、本願発明の撮像レンズは、条件式(1)〜(4)のうちの1つのみを満足するものとしてもよいし、あるいは、条件式(1)〜(4)のうちの2つ以上の組み合わせを満足するものとしてもよい。
なお、条件式(1)〜(4)中に記号で示す各パラメータの意味をまとめて以下に示す。
f:撮像レンズ全系の焦点距離、すなわち第1レンズL1〜第6レンズL6の合成焦点距離
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f36:後群U2の焦点距離(第3レンズ〜第6レンズの合成焦点距離)
R11:第5レンズの像側のレンズ面の曲率半径
R12:第6レンズの物体側のレンズ面の曲率半径
νd3:第3レンズのd線に対するアッベ数
◇条件式(1):1.1<f36/f<1.7は、バックフォーカス距離や像面湾曲に関するものである。
条件式(1)を満足するようにレンズ系を構成すれば、レンズ系の全長を増大させることなく長いバックフォーカス距離を確保でき、像面湾曲の発生も抑制することができる。
しかしながら、f36/fの値が条件式(1)の上限を上回るように、すなわち、f36/fの値が1.7以上となるようにレンズ系を構成すると、レンズ系の全長を増大させることなく長いバックフォーカス距離を確保することが困難になる。
一方、f36/fの値が条件式(1)の下限を下回るように、すなわち、f36/fの値が1.1以下となるようにレンズ系を構成すると、像面湾曲の補正が困難になる。
なお、f36/fの値は、条件式(1′):1.2<f36/f<1.6を満足するものとすることがより望ましい。
◇条件式(2):−1.4<f1/f2<−0.7は、非点隔差、コマ収差、および倍率色収差に関するものである。
条件式(2)を満足するようにレンズ系を構成すれば、非点隔差、コマ収差、および倍率色収差を良好に補正できる。
しかしながら、f1/f2の値が条件式(2)の上限を上回るように、すなわち、f1/f2の値が−0.7以上となるようにレンズ系を構成すると、非点隔差の補正が困難になる。
一方、f1/f2の値が条件式(2)の下限を下回るように、すなわち、f1/f2の値が−1.4以下となるようにレンズ系を構成すると、コマ収差および倍率色収差の補正が困難になる。
なお、f1/f2の値は、条件式(2′):−1.3<f1/f2<−0.8を満足するものとすることがより望ましい。
◇条件式(3):1.1<R11/R12<2.0は、像面湾曲や軸上色収差に関するものである。
条件式(3)を満足するようにレンズ系を構成すれば、像面湾曲や軸上色収差を良好に補正することができる。
しかしながら、R11/R12の値が条件式(3)の上限を上回るように、すなわち、R11/R12の値が2.0以上となるようにレンズ系を構成すると、像面湾曲の補正が困難になる。
一方、R11/R12の値が条件式(3)の下限を下回るように、すなわち、R11/R12の値が1.1以下となるようにレンズ系を構成すると、軸上色収差の補正が困難になる。
なお、R11/R12の値は、条件式(3′):1.2<R11/R12<1.9を満足するものとすることがより望ましい。
◇条件式(4):νd3<20は、軸上色収差と倍率色収差に関するものである。
条件式(4)を満足するようにレンズ系を構成すれば、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる。
しかしながら、νd3の値が条件式(4)の上限を上回るように、すなわち、第3レンズL3を形成する材料のd線に対するアッベ数νd3の値が20以上となるようにレンズ系を構成すると、軸上色収差と倍率色収差の補正が困難になる。
以上のように、本発明によれば、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。
<具体的な実施例>
次に、図2〜図15および表1〜表7を参照し、本発明による実施例1〜実施例7の各撮像レンズに係る数値データ等についてまとめて説明する。なお、図2〜図8は、実施例1〜実施例7の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図であり、図1中の符号と一致する図2〜8中の符号は、互に対応する構成を示している。
また、以下に示す表1〜表7は、実施例1〜実施例7の撮像レンズそれぞれの基本的なデータを示す表である。各表中の上部に撮像レンズのレンズデータ(図中符号(a)で示す)を、下部に撮像レンズの概略仕様(図中符号(b)で示す)を記載する。
Figure 0005345823
Figure 0005345823
Figure 0005345823
Figure 0005345823
Figure 0005345823
Figure 0005345823
Figure 0005345823
表1〜表7の各表中の上部のレンズデータにおいて、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1〜14)の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りStの面番号(i=5)や結像面の面番号(i=14)をも含めて記載している。
Riはi番目(i=1、2、3、…)の面の曲率半径を示し、Di(i=1、2、3、…)はi番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。なお、レンズデータの符号Riは、図1中のレンズ面を示す符号Ri(i=1、2、3、…)と対応している。
また、各レンズデータ中の、Ndjは物体側から像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示す。
また、曲率半径および面間隔の単位はmmであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
表1〜表7の各表中の下部の概略仕様における各項目の記号は、以下の内容に対応するものである。なお、以下の説明の一部は既に説明済みである。
すなわち、撮像レンズ全系の焦点距離(第1レンズ〜第6レンズの合成焦点距離):f、F値:Fno、全画角:2ω、第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ、および第6レンズからなる後群U2の焦点距離:f36、R11:第5レンズの像側のレンズ面の曲率半径、R12:第6レンズの物体側のレンズ面の曲率半径、第1レンズの焦点距離:f1、第2レンズの焦点距離:f2、第3レンズのd線に対するアッベ数:νd3の各項目について各表中の概略仕様が示されている。
図9〜図15は、実施例1〜実施例7の撮像レンズそれぞれの諸収差を示す図である。上記図9〜図15それぞれは、各実施例の撮像レンズ毎の、e線(波長546.1nm)、g線(波長435.8nm)、C線(波長656.3nm)についての収差を示している。
なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離f、画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、理想像高をf×tan(θ)とし、それからのずれ量を示す。
実施例1〜7の基本的なデータおよび諸収差を示す図等から分かるように、本発明の撮像レンズによれば、6枚のレンズそれぞれの形状や材質の最適化を図ることで、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各図中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。
図16は、本発明の撮像レンズと、この撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えた、本発明の撮像装置の1例である車載カメラを搭載した自動車を示す図である。
図16に示すように、本発明の撮像レンズを用いた車載カメラ504は、例えば、自動車501内に配置されたルームミラーの背面に取り付けられて、自動車501の前方の様子を撮影するものである。自動車501の走行中における車載カメラ504による前方の撮影により、この自動車501の車線からの逸脱を監視したり、道路標識を監視したり、あるいは進路を妨害する障害物等の有無を監視することができる。
本発明の撮像レンズの概略構成を示す図 実施例1の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例2の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例3の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例4の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例5の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例6の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例7の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例1の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例2の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例3の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例4の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例5の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例6の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例7の撮像レンズの諸収差を示す図 本発明の撮像レンズを用いた撮像装置である車載カメラを搭載した自動車を示す図
符号の説明
10 撮像素子
20 撮像レンズ
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
L6 第6レンズ

Claims (5)

  1. 物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群からなる撮像レンズであって、
    前記前群が、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第1レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第2レンズからなるものであり、
    前記後群が、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第3レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第4レンズ、両凸形状をなす第5レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第6レンズからなるものであり、
    前記第1レンズから第6レンズが、いずれもガラス球面単レンズであり、
    以下の条件式(4)を満足するものであることを特徴とする撮像レンズ。
    νd3<20 ・・・(4)
    ただし、
    νd3:前記第3レンズのd線に対するアッベ数
  2. 以下の条件式(1)を満足するものであることを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
    1.1<f36/f<1.7 ・・・(1)
    ただし、
    f:撮像レンズ全系の焦点距離
    f36:前記後群の焦点距離
  3. 以下の条件式(2)を満足するものであることを特徴とする請求項1または2記載の撮像レンズ。
    −1.4<f1/f2<−0.7 ・・・(2)
    ただし、
    f1:前記第1レンズの焦点距離
    f2:前記第2レンズの焦点距離
  4. 以下の条件式(3)を満足するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    1.1<R11/R12<2.0 ・・・(3)
    ただし、
    R11:前記第5レンズの像側のレンズ面の曲率半径
    R12:前記第6レンズの物体側のレンズ面の曲率半径
  5. 前記請求項1からのいずれか1項記載の撮像レンズと、該撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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