JP5360275B2

JP5360275B2 - 広角レンズ系

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Publication number: JP5360275B2
Application number: JP2012195655A
Authority: JP
Inventors: 博幸平野
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: JP5086033B2; JP2013008049A; US20080106809A1; JP2008139859A; US7548385B2

Description

本発明は、監視用カメラや、車載用カメラ等に用いられる広角レンズ系に関し、特に車載用として通常の可視光域に加え近赤外の照明を投光し、路上の白線、障害物検出等に利用可能な４枚構成の安価な広角レンズ系に関する。

近年において、ＩＴＳ(Intelligent Transport Systems)高度道路交通システムの発達に伴い従来のバックモニターカメラなどに加え、走行支援のためのセンサーカメラが用いられている。センサーカメラ搭載車には、夜間走行にも使用可能なように通常のヘッドライトに加え、専用の近赤外投光器が備えられ、使用されるCCD、あるいはCMOSなどの撮像素子は、近赤外まで実用感度のあるものが使用される。このようなセンサーカメラ用のレンズ系は、広角であること、可視光域から近赤外域まで良好に色補正されていること、車内において使用されるため-３０℃から＋９０℃程度までの温度変化に対しても使用可能であること、安価であること等が望まれている。

特開２００６-３５８９号公報特開２００４-３５４８２９号公報特開平５-２６４８９５号公報特開平１０-３９２０７号公報

しかしながら一般的な赤外カットフィルター使用を前提として設計された広角レンズ系では、色収差の補正が不足となり使用できない、また監視カメラ用として近赤外域までの使用が考慮されたレンズ系も使用されているがほとんどのものが特許文献１のように可焦点距離用のレンズであり構成枚数が多く安価に提供できるものではない、また特許文献２は、近赤外まで色収差が考慮された単焦点レンズであるが構成枚数が７枚と多く、また貼合せレンズを含むため安価な提供が困難であり、温度差の大きい使用環境においては、貼合せ面剥離への不安がある。特許文献３、４はいずれも構成枚数が４枚で貼合せレンズがないが、近赤外までの補正はなされていない。

従って本発明は、可視光域から近赤外域まで良好に諸収差が補正され、４枚構成で貼合せレンズを含まず、画角が７０゜を超える安価な広角レンズ系を得ることを目的とする。

本発明の広角レンズ系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第１レンズ、正のパワーを持つ第２レンズ、両凸レンズの第３レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第４レンズから構成され、次の条件式（７'）及び（３）を満足することを特徴としている。
（７'）０．０４≦Ａ-Ｂ＜０．０６
（３）-１．２＜（Ｒ７＋Ｒ８）／２ｆ≦−０．９９３
但し、
Ａ＝（ｎｔ３-１）×（１-ｎｔ４）／（Ｒ７×Ｒ８／ｆ²）
Ｂ＝（ｎｄ３-１）×（１-ｎｄ４）／（Ｒ７×Ｒ８／ｆ²）
ｎｔ３：第３レンズのｔ線の屈折率；
ｎｔ４：第４レンズのｔ線の屈折率；
ｎｄ３：第３レンズのｄ線の屈折率；
ｎｄ４：第４レンズのｄ線の屈折率；
Ｒ７：第３レンズの像側の面の曲率半径；
Ｒ８：第４レンズの物体側の面の曲率半径；及び
ｆ：全系の焦点距離、
である。

本発明の広角レンズ系は、次の条件式（２）を満足すると好ましい。
（２）１．００＜Ｒ７／Ｒ８＜１．３０
但し、
Ｒ７：第３レンズの像側の面の曲率半径；及び
Ｒ８：第４レンズの物体側の面の曲率半径；
である。

本発明の広角レンズ系は、次の条件式（４）及び（５）を満足すると好ましい。
（４）ν４＜２３
（５）２５＜（ν３-ν４）
但し、
ν３：第３レンズのアッベ数；及び
ν４：第４レンズのアッベ数、
である。

本発明の広角レンズ系は、前記第２レンズと前記第３レンズの間に絞りが配置され、さらに、次の条件式（６）を満足すると好ましい。
（６）１．９５＜（ｄ２＋ｄ３＋ｄ４）／ｆ＜３．００
但し、
ｄ２：第１レンズと第２レンズの空気間隔；
ｄ３：第２レンズの厚さ；及び
ｄ４：第２レンズの像側の面と絞りとの空気間隔；及び
ｆ：全系の焦点距離、
である。

本発明の広角レンズ系は、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
（１）０．２５＜ΔＨ／（ｐ３＋ｐ４）＜０．０６
但し、
ΔＨ：全系の焦点距離を１．０に規格化したときの第３レンズの第２主点と第４レンズの第１主点との距離；
ｐ３：全系の焦点距離を１．０に規格化したときの第３レンズのパワー；
ｆ３：全系の焦点距離を１．０に規格化したときの第３レンズの焦点距離（ｐ３＝１／ｆ３）；
ｐ４：全系の焦点距離を１．０に規格化したときの第４レンズのパワー；及び
ｆ４：全系の焦点距離を１．０に規格化したときの第４レンズの焦点距離（ｐ４＝１／ｆ４）、
である。

本発明によれば、可視光域から近赤外域まで良好に諸収差が補正され、４枚構成で貼合
せレンズを含まず、画角が７０゜を超える安価な広角レンズ系を得ることができる。

本発明による広角レンズ系の実施例１のレンズ構成図である。図１の構成における諸収差図である。本発明による広角レンズ系の実施例２のレンズ構成図である。図３の構成における諸収差図である。本発明による広角レンズ系の実施例３のレンズ構成図である。図５の構成における諸収差図である。本発明による広角レンズ系の実施例４のレンズ構成図である。図７の構成における諸収差図である。

本実施形態の広角レンズ系は、図１、図３、図５及び図７の各実施例に示すように、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第１レンズ１１、正のパワーを持つ第２レンズ１２、絞りＳ、両凸レンズの第３レンズ１３、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第４レンズ１４、及び撮像素子の前に位置するカバーガラス１５から構成されている。いずれのレンズも、非球面を持たない光学ガラスからなる単レンズであり、貼合せレンズやプラスチックレンズを含まない。第３レンズ１３と第４レンズ１４の対向面の曲率半径は、第３レンズの方が小さく、両レンズは、有効径よりやや外側の位置において対向面同士が当接している。また、絞りＳは以下に説明するいずれの実施例においても第２レンズ１２と第３レンズ１３の間に配置されている。

４枚構成のレンズ系では、少ない枚数で、色補正と他の収差の補正まで行わなければならないため、適切なガラスの選択と、レンズ系全体の適切なパワー配置とが求められる。また、使用温度の変化が大きいため、樹脂レンズ、貼合せレンズの使用は好ましくなく、光学ガラスのみで構成されることが望ましい。光学ガラスを用いたガラスモールドによる非球面レンズも考えられるが、コストアップになり好ましくない。

本発明の広角レンズ系は、物体側から順に負正正負の４枚構成において、特に正の第３レンズと負の第４レンズに特徴がある。条件式（１）ないし（５）及び（７'）は、第３レンズと第４レンズが満足すべき条件であり、そのうち条件式（１）は、可視光域から近赤外域までの色収差を補正に有効なガラスを選択した上で、コマ収差、非点較差をバランスよく補正するための条件である。条件式（１）の上限を超えると、非点較差が大きくなり好ましくない。条件式（１）の下限を越えると、コマ収差の補正が困難となる。

条件式（２）は、第３レンズと第４レンズの対向面の曲率半径が満足すべき条件である。この条件式（２）は、同対向面の曲率半径の差が小さくかつ両レンズを有効径のやや外側で面当てさせる（当接させる）ことができることを意味している。すなわち、条件式（２）を満足することにより第３レンズと第４レンズを面あてつけにすることが可能になり、かつ諸収差を良好に補正できる。温度差の大きい使用環境においては、第３レンズと第４レンズ間隔の変動が少なくなるように面当てつけ構成にすることが好ましい。条件式（２）の下限を超えると、面当てつけができなくなる。条件式（２）の上限を超えると、両レンズの対向面で発生する収差の打消しが困難となり好ましくない。

条件式（３）は、第３レンズと第４レンズの対向面の曲率半径を別の視点から規定したものである。条件式（３）を満足することにより、コマ収差と倍率色収差をバランスよく補正することが可能になる。条件式（３）の上限を超えると、コマ収差の補正が困難となり好ましくない。条件式（３）の下限を超えると倍率色収差の補正が困難となる。

条件式（４）、（５）は、第３レンズと第４レンズのアッベ数（硝材）に関する条件である。これらの条件式（４）、（５）を満足することにより可視光域から近赤外域まで色収差を良好に補正することができる。条件式（４）、（５）を満足しないアッベ数の硝材を用いると、色収差を良好に補正することが困難となり、使用可能な波長域が減少してしまう。

本発明の広角レンズ系を適用するセンサーカメラは、撮像素子を用いるデジタルカメラである。このため、ある程度の像側テレセントリック性を確保し、極端な歪曲収差を防ぐために、条件式（６）を満足することが望ましい。条件式（６）の上限を超えると、歪曲収差の補正には有利だが、テレセントリック性を保つことが困難となる。条件式（６）の下限を超えると、テレセントリック性の確保には有利だが、歪曲収差を適度に抑えることが困難となり、さらに第３レンズのコバ厚を確保することが難しくなる。

条件式（７'）は、可視光域から近赤外域に渡って色収差を良好に補正するための条件である。条件式（７'）の下限を越えても上限を超えても、可視光域から近赤外域に渡って色収差を良好に補正することが困難となり、使用可能な波長域が減少してしまう。

次に具体的な実施例を示す。以下の実施例はいずれも、車載用センサーカメラに用いる広角レンズ系である。諸収差図及び表中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図及び倍率色収差図中のｄ線、ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、Ｗは半画角（゜）、FNOはＦナンバー、ｆは全系の焦点距離、fBはバックフォーカス、Ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎ_dはｄ線の屈折率、Ｎ_tはｔ線の屈折率、νはアッベ数を示す。

図１及び図２と表１は本発明による広角レンズ系の実施例１を示している。図１はレンズ構成図、図２は諸収差図、表１は数値データである。この広角レンズ系は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズ１１、両凸レンズ１２、絞りＳ、両凸正レンズ１３、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第４レンズ１４及びカバーガラス１５（厚み0.4、Ｎ_d＝1.51633、ν＝64.1、全実施例共通）からなっている。数値データにはカバーガラス１５のデータを含まない（fB の値はカバーガラスを含まない値である）。絞りＳは、第４面の極から後方0.500にある。
（表１）
FNO= 1: 2.83
f = 4.57
W = 36.3
fB = 7.48
面 No. ｒｄＮ_d Ｎ_t ν
1 154.199 1.30 1.65844 1.64446 50.9
2 4.499 10.28
3 17.325 1.55 1.75500 1.73893 52.3
4 -17.325 3.91
5 12.188 4.32 1.65844 1.64446 50.9
6 -4.668 0.02
7 -4.624 1.00 1.92286 1.87807 18.9
8 -12.161 -

図３及び図４と表２は本発明による広角レンズ系の実施例２を示している。図３はレンズ構成図、図４は諸収差図、表２は数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様であるが、第１レンズ１１と第２レンズ１２の合成焦点距離が負である。絞りＳは、第４面の極から後方0.500にある。
（表２）
FNO = 1: 2.83
f = 4.57
W = 36.2
fB = 8.68
面 No. ｒｄＮ_d Ｎ_t ν
1 17.576 1.50 1.58913 1.57814 61.2
2 3.905 9.98
3 -13.241 1.51 1.74000 1.71480 28.3
4 -7.997 2.81
5 10.697 4.36 1.78800 1.76995 47.4
6 -4.851 0.03
7 -4.752 1.00 1.92286 1.87807 18.9
8 -14.193 -

図５及び図６と表３は本発明による広角レンズ系の実施例３を示している。図５はレンズ構成図、図６は諸収差図、表３は数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様であるが、実施例１及び２よりも、第１レンズの物体側の面の頂点から像位置までの距離を短くしている。絞りＳは、第４面の極から後方0.500にある。
（表３）
FNO= 1: 2.83
f = 4.57
W = 35.7
fB = 6.57
面 No. ｒｄＮ_d Ｎ_t ν
1 7.174 1.50 1.75700 1.73974 47.8
2 2.959 6.00
3 -10.544 2.50 1.80400 1.78537 46.6
4 -6.020 2.94
5 9.449 4.52 1.77250 1.75541 49.6
6 -4.616 0.06
7 -4.460 1.00 1.92286 1.87807 18.9
8 -13.790 -

図７及び図８と表４は本発明による広角レンズ系の実施例４を示している。図７はレンズ構成図、図８は諸収差図、表４はその数値データである。基本的なレンズ構成は、実施例１と同様であるが、第１レンズの物体側の面の頂点から像位置までの距離を実施例３よりもさらに短くしている。絞りＳは、第４面の極から後方1.050にある。
（表４）
FNO= 1: 2.83
f = 4.50
W = 35.5
fB = 6.08
面 No. ｒｄＮ_d Ｎ_t ν
1 17.750 1.00 1.77250 1.75541 49.6
2 3.600 6.27
3 7.241 4.10 1.69350 1.67894 53.2
4 -26.650 1.75
5 8.800 2.45 1.77250 1.75541 49.6
6 -5.310 0.20
7 -4.161 0.60 1.92286 1.87807 18.9
8 -15.904 -

各実施例の各条件式に対する値を表５に示す。
（表５）
条件式（１）条件式（２）条件式（３）条件式（４）
実施例１ 0.389 1.010 -1.017 18.9
実施例２ 0.353 1.020 -1.051 18.9
実施例３ 0.453 1.035 -0.993 18.9
実施例４ 0.574 1.276 -1.052 18.9
条件式（５）条件式（６）条件式（７’）
実施例１ 32.0 2.698 0.040
実施例２ 28.5 2.624 0.046
実施例３ 30.7 1.969 0.050
実施例４ 30.7 2.538 0.046

表５から明らかなように、実施例１ないし実施例４は条件式（１）〜（７’）を満足しており、また諸収差図から明らかなように諸収差は比較的よく補正されている。

１１物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第１レンズ
１２正のパワーを持つ第２レンズ
１３像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第４レンズ
Ｓ絞り

Claims

物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第１レンズ、正のパワーを持つ第２レンズ、両凸レンズの第３レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第４レンズから構成され、次の条件式（７'）及び（３）を満足することを特徴とする広角レンズ系。
（７'）０．０４≦Ａ-Ｂ＜０．０６
（３）-１．２＜（Ｒ７＋Ｒ８）／２ｆ≦−０．９９３
但し、
Ａ＝（ｎｔ３-１）×（１-ｎｔ４）／（Ｒ７×Ｒ８／ｆ²）
Ｂ＝（ｎｄ３-１）×（１-ｎｄ４）／（Ｒ７×Ｒ８／ｆ²）
ｎｔ３：第３レンズのｔ線の屈折率；
ｎｔ４：第４レンズのｔ線の屈折率；
ｎｄ３：第３レンズのｄ線の屈折率；
ｎｄ４：第４レンズのｄ線の屈折率；
Ｒ７：第３レンズの像側の面の曲率半径；
Ｒ８：第４レンズの物体側の面の曲率半径；及び
ｆ：全系の焦点距離。
請求項１記載の広角レンズ系において、次の条件式（２）を満足する広角レンズ系。
（２）１．００＜Ｒ７／Ｒ８＜１．３０
但し、
Ｒ７：第３レンズの像側の面の曲率半径；及び
Ｒ８：第４レンズの物体側の面の曲率半径。
請求項１または２記載の広角レンズ系において、次の条件式（４）及び（５）を満足する広角レンズ系。
（４）ν４＜２３
（５）２５＜（ν３-ν４）
但し、
ν３：第３レンズのアッベ数；及び
ν４：第４レンズのアッベ数。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の広角レンズ系において、前記第２レンズと前記第３レンズの間に絞りが配置され、さらに、次の条件式（６）を満足する広角レンズ系。
（６）１．９５＜（ｄ２＋ｄ３＋ｄ４）／ｆ＜３．００
但し、
ｄ２：第１レンズと第２レンズの空気間隔；
ｄ３：第２レンズの厚さ；
ｄ４：第２レンズの像側の面と絞りとの空気間隔；及び
ｆ：全系の焦点距離。