JP5727678B2 - 撮像レンズおよびこれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズおよびこれを備えた撮像装置に関し、より詳しくは、デジタルカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ等に好適に使用可能な撮像レンズ、および該撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、上記分野のカメラに適用可能で固体撮像素子と組み合わせて使用可能な広角のレンズ系が多数提案されている。その中で、構成レンズ枚数が８〜９枚のレンズ系としては、例えば下記特許文献１〜６に記載のものを挙げることができる。

特公平７−３５０３号公報 特開平７−６３９８６号公報 特開平９−１２７４１３号公報 特開２００４−１０２１６２号公報 特開２００４−１２６５２２号公報 特開２０１０−８５８４９号公報

監視用カメラや車載用カメラ等に用いられる撮像レンズには、広角でありながら、Ｆナンバーが小さいことが求められる。また、固体撮像素子の小型化および高画素化が進むに伴い、撮像レンズにも小型化および高性能化が要求されるようになってきている。近年では、広角、小さなＦナンバー、コンパクト性、高性能を全て同時に満足するレンズ系が求められており、その要求レベルが年々厳しいものとなってきている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな構成でありながら、Ｆナンバーが小さく、広角で、良好な光学性能を有する撮像レンズ、および該撮像レンズを備えた撮像装置を提供することにある。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、前群と、後群とから実質的に構成され、前群が、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と、負レンズと、負レンズと、正レンズとから実質的に構成され、後群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズと、正レンズとから実質的に構成され、下記条件式（１）、（４）を満足することを特徴とするものである。
０．４２＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１）
−０．０６５＜ｆ／ｆ１＜０．１０ … （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：前記前群の焦点距離
ｆ２：後群の焦点距離

本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（１’）を満足することが好ましく、下記条件式（１’’）を満足することがより好ましい。
０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１’）
０．５＜ｆ／ｆ２＜０．８ … （１’’）

また、本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２’）を満足することがより好ましい。
０．３＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．６ … （２）
０．８＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．５ … （２’）
ただし、
Ｒ６ａ：後群の負レンズの物体側の面の曲率半径

また、本発明の撮像レンズにおいては、前群と後群の間に絞りが設けられていることが好ましい。前群と後群の間に絞りが設けられている場合は、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
１．０＜Ｄａｂ／ｆ＜５．１ … （３）
３．０＜Ｄａｂ／ｆ＜４．９ … （３’）
ただし、
Ｄａｂ：前群の最も物体側のレンズ面から後群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離

また、本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（４’）を満足することが好ましい。
−０．０２＜ｆ／ｆ１＜０．０２ … （４’）

なお、上記の「〜とから実質的に構成され」の「実質的に」とは、挙げた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、上記の本発明の撮像レンズにおけるレンズの屈折力の符号、面形状、曲率半径は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。

本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、物体側から順に、前群、後群が配列されてなる８枚構成のレンズ系において、８枚のレンズのパワー配列および最も物体側のレンズの形状を好適に設定し、所定の条件式を満足するように構成しているため、コンパクトな構成でありながら、Ｆナンバーが小さく、広角で、良好な光学性能を有する撮像レンズ、および該撮像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１の撮像レンズの構成を示す断面図 本発明の実施例２の撮像レンズの構成を示す断面図 本発明の実施例３の撮像レンズの構成を示す断面図 本発明の実施例４の撮像レンズの構成を示す断面図 本発明の実施例５の撮像レンズの構成を示す断面図 本発明の実施例６の撮像レンズの構成を示す断面図 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）は本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は本発明の実施例６の撮像レンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる車載用の撮像装置の配置を説明するための図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図６は、本発明の実施形態にかかる撮像レンズの構成を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜６に対応している。図１〜図６においては、左側が物体側、右側が像側である。図１〜図６に示す例の基本構成や図示方法は同じため、以下では主に、図１に示す構成例を代表的に参照しながら説明する。

本発明の実施形態にかかる撮像レンズ１は固定焦点光学系であり、レンズ群としては、物体側から順に配列された、前群ＧＦと、後群ＧＲとの２つのレンズ群からなる。図１では、前群ＧＦと後群ＧＲの間に開口絞りＳｔが配置された例を示している。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

この撮像レンズが撮像装置に搭載される際には、撮像素子を保護するためのカバーガラスや、撮像装置の仕様に応じたローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の各種フィルタを適宜備えるように撮像装置を構成することが考えられるため、図１ではこれらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを最も像側のレンズ面と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材ＰＰの位置は図１に示すものに限定されないし、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

また、図１では、撮像レンズ１が撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ１の像面Ｓｉｍに配置された撮像素子５も図示している。なお、図１では、撮像素子５を簡略的に示しているが、実際には撮像素子５の撮像面が像面Ｓｉｍの位置に一致するように配置される。撮像素子５は、撮像レンズ１により形成される光学像を撮像して電気信号に変換するものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。

前群ＧＦは負の屈折力を有するレンズ群でもよく、正の屈折力を有するレンズ群でもよい。前群ＧＦ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であるレンズＬ１と、負レンズであるレンズＬ２と、負レンズであるレンズＬ３と、正レンズであるレンズＬ４とからなる。後群ＧＲは、正の屈折力を有するレンズ群であり、物体側から順に、正レンズであるレンズＬ５と、負レンズであるレンズＬ６と、正レンズであるレンズＬ７と、正レンズであるレンズＬ８とからなる。

全系の最も物体側に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズを配置することで広角化に有利となる。また、前群ＧＦ内のパワー配列を物体側から順に、負、負、負、正のレトロフォーカス型とすることで、さらに広角化に有利となる。後群ＧＲにおいては、全系の最も像側に２枚の正レンズを配置することで、後群ＧＲの正の屈折力を分担でき、球面収差の良好な補正に有利となる。また、全系の総レンズ枚数を８枚とすることで、コンパクトな構成としながら広角化、小さなＦナンバー、高性能を実現することができる。

レンズＬ２、レンズＬ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズでもよく、両凹レンズでもよい。レンズＬ４は、両凸レンズとすることができる。レンズＬ５は、両凸レンズとすることができる。レンズＬ６は、両凹レンズとすることができる。レンズＬ７は、両凸レンズでもよく、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズでもよい。レンズＬ８は、両凸レンズでもよく、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズでもよい。レンズＬ５とレンズＬ６は接合されていることが好ましく、レンズＬ５とレンズＬ６を接合した場合は、諸収差を悪化させることなく軸上の色収差を良好に補正することができる。レンズＬ３とレンズＬ４は接合されていてもよく、各々単レンズ構成としてもよい。

本実施形態の撮像レンズ１は、下記条件式（１）を満足するように構成されている。
０．４２＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ２：後群の焦点距離

条件式（１）の下限以下になると、小さなＦナンバーの光学系を実現することが困難になる。また、画角を広くすることが困難になる。条件式（１）の上限以上になると、球面収差を良好に補正することが困難になる。条件式（１）を満足することで、Ｆナンバーが小さく、広角で、球面収差が良好に補正された光学系を実現することに有利となる。

上記事情から、下記条件式（１’）を満足することが好ましく、下記条件式（１’’）を満足することがより好ましい。
０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１’）
０．５＜ｆ／ｆ２＜０．８ … （１’’）

また、本実施形態の撮像レンズ１は、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
０．３＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．６ … （２）
ただし、
Ｒ６ａ：後群の負レンズの物体側の面の曲率半径
ｆ：全系の焦点距離

条件式（２）の下限以下になると、軸上色収差が悪化する。条件式（２）の上限以上になると、球面収差が悪化する。条件式（２）を満足することで、軸上色収差と球面収差の良好な補正に有利となる。

上記事情から、下記条件式（２’）を満足することがより好ましい。
０．８＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．５ … （２’）

また、本実施形態の撮像レンズ１は、前群ＧＦと後群ＧＲの間に開口絞りＳｔが設けられていることが好ましい。開口絞りＳｔを前群ＧＦと後群ＧＲの間よりも前群ＧＦ側に配置した場合は広角化に不利となり、後群ＧＲ側に配置した場合はレンズＬ１の外径が大きくなり小型化に反する。

また、前群ＧＦと後群ＧＲの間に開口絞りＳｔを配置した場合には、開口絞りＳｔをレンズ系のほぼ中間に配置することで、光線高が高くなりやすい最も物体側のレンズと最も像側のレンズにおける光線高を抑えてレンズ径を小さくすることができる。そして、開口絞りＳｔの像側直後に正のレンズＬ５が位置することになるので、開口絞りＳｔを通って広がる傾向にある光束に収束作用を施すことができ、小型化に有利となる。

開口絞りＳｔを前群ＧＦと後群ＧＲの間に配置した場合は、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
１．０＜Ｄａｂ／ｆ＜５．１ … （３）
ただし、
Ｄａｂ：前群の最も物体側のレンズ面から後群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離
ｆ：全系の焦点距離

条件式（３）の下限以下になると、倍率色収差が悪化する。条件式（３）の上限以上になると、レンズ系の全長が長くなるか、または球面収差の良好な補正が困難になる。条件式（３）を満足することで、倍率色収差と球面収差の良好な補正、または倍率色収差の良好な補正と小型化に有利となる。

上記事情から、下記条件式（３’）を満足することがより好ましい。
３．０＜Ｄａｂ／ｆ＜４．９ … （３’）

また、本実施形態の撮像レンズ１は、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−０．０６５＜ｆ／ｆ１＜０．１０ … （４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：前群の焦点距離

条件式（４）の下限以下になると、レンズ系の全長が長くなる。条件式（４）の上限以上になると、画角を広くすることが困難になる。条件式（４）を満足することで、全長の長さを抑えながら広角に構成することに有利となる。

上記事情から、下記条件式（４’）を満足することがより好ましい。
−０．０２＜ｆ／ｆ１＜０．０２ … （４’）

上述した好ましい構成は、任意の組合せが可能であり、撮像レンズに要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態の撮像レンズは、例えば、Ｆナンバーが１．６以下、全画角が９５度以上の光学系に好適に適用可能であり、好ましい構成を適宜採用することで、光学性能をより良好にすることができる。

次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の撮像レンズのレンズ断面図は図１に示したものである。その図示方法については上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。

実施例１の撮像レンズの概略構成は以下のようになっている。すなわち、物体側から順に、負の屈折力を有する前群ＧＦと、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する後群ＧＲとからなり、前群ＧＦは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ１、物体側に凸面を向けた負メニスカス形状のレンズＬ２、両凹形状のレンズＬ３、両凸形状のレンズＬ４の４枚からなり、後群ＧＲは、物体側から順に、両凸形状のレンズＬ５、両凹形状のレンズＬ６、両凸形状のレンズＬ７、両凸形状のレンズＬ８の４枚からなる。レンズＬ５とレンズＬ６は接合されており、その他のレンズは接合されていない単レンズである。レンズＬ１〜Ｌ８全てが球面レンズである。

実施例１の撮像レンズの詳細構成として、表１にレンズデータを示す。表１の枠上に記載されているｆは全系の焦点距離、Ｂｆはバックフォーカス（空気換算長）、ＦＮｏ．はＦナンバー、２ωは全画角であり、いずれもｄ線に関するものである。

表１の枠内のＳｉの欄は最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示している。曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。また、Ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。Ｄｉの欄の最下欄は、表１に示す最も像側の面と像面Ｓｉｍとの面間隔である。

表１において、Ｎｄｊの欄は最も物体側の構成要素を１番目として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５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔと光学部材ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。

以下に示す各表では、角度の単位には度を用い、長さの単位にはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることも可能である。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図７（Ａ）〜図７（Ｄ）にそれぞれ、実施例１の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）の各収差図を示す。球面収差の図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。各収差図には、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図には、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）についての収差も示し、倍率色収差図ではＣ線、Ｆ線についての収差を示している。非点収差図ではサジタル方向については実線で、タンジェンシャル方向については点線で示しており、線種の説明にそれぞれ（Ｓ）、（Ｔ）という記号を記入している。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は物体距離が無限遠のときのものである。

上記の実施例１のものに関する図示方法、各表中の記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。また、以下の実施例のレンズ断面図では、符号１、Ｒ６ａ、Ｄａｂの図示を省略している。

［実施例２］
実施例２の撮像レンズのレンズ断面図は図２に示したものである。実施例２の撮像レンズの概略構成は、実施例１のものと同様である。表２に実施例２の撮像レンズのレンズデータを示す。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に実施例２の撮像レンズの各収差図を示す。

［実施例３］
実施例３の撮像レンズのレンズ断面図は図３に示したものである。実施例３の撮像レンズの概略構成は、レンズＬ３が物体側に凸面を向けた負メニスカス形状である点、レンズＬ７が像側に凸面を向けた正メニスカス形状である点以外は、実施例１のものと同様である。表３に実施例３の撮像レンズのレンズデータを示す。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に実施例３の撮像レンズの各収差図を示す。

［実施例４］
実施例４の撮像レンズのレンズ断面図は図４に示したものである。実施例４の撮像レンズの概略構成は、レンズＬ２が両凹形状である点、レンズＬ３が物体側に凸面を向けた負メニスカス形状である点、レンズＬ８が物体側に凸面を向けた正メニスカス形状である点、レンズＬ３とレンズＬ４が接合されている点以外は、実施例１のものと同様である。表４に実施例４の撮像レンズのレンズデータを示す。図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）に実施例４の撮像レンズの各収差図を示す。

［実施例５］
実施例５の撮像レンズのレンズ断面図は図５に示したものである。実施例５の撮像レンズの概略構成は、前群ＧＦが正の屈折力を有する点以外は、実施例４のものと同様である。表５に実施例５の撮像レンズのレンズデータを示す。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に実施例５の撮像レンズの各収差図を示す。

［実施例６］
実施例６の撮像レンズのレンズ断面図は図６に示したものである。実施例６の撮像レンズの概略構成は、実施例４のものと同様である。表６に実施例６の撮像レンズのレンズデータを示す。図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に実施例６の撮像レンズの各収差図を示す。

表７に上記実施例１〜６の撮像レンズの条件式（１）〜（４）の対応値を示す。表７に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜６の撮像レンズは、８枚のレンズからなり小型に構成され、全てのレンズ面が球面であり安価に作製可能である上、Ｆナンバーが１．５〜１．６と小さく、全画角が９６°以上と広い画角を達成しつつ、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する。

図１３に使用例として、自動車１００に本実施形態の撮像レンズを備えた撮像装置を搭載した様子を示す。図１３において、自動車１００は、その助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラ１０１と、自動車１００の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ１０２と、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラ１０３とを備えている。車外カメラ１０１と車外カメラ１０２と車内カメラ１０３とは、本発明の実施形態にかかる撮像装置であり、本発明の実施形態にかかる撮像レンズと、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ている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、撮像装置の実施形態では、本発明を車載用カメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、放送用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ等にも適用可能であり、特にデジタルカメラの交換レンズに好適に使用可能である。

Claims (10)

1. 物体側から順に、前群と、後群とから実質的に構成され、
   前記前群が、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と、負レンズと、負レンズと、正レンズとから実質的に構成され、
   前記後群が、物体側から順に、正レンズと、負レンズと、正レンズと、正レンズとから実質的に構成され、
   下記条件式（１）、（４）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   ０．４２＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１）
   −０．０６５＜ｆ／ｆ１＜０．１０ … （４）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ１：前記前群の焦点距離
   ｆ２：前記後群の焦点距離
2. 下記条件式（１’）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   ０．４５＜ｆ／ｆ２＜１．０ … （１’）
3. 下記条件式（２）を満足す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。
   ０．３＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．６ … （２）
   ただし、
   Ｒ６ａ：前記後群の前記負レンズの物体側の面の曲率半径
4. 前記前群と前記後群の間に絞りが設けられてい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。
5. 下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項４記載の撮像レンズ。
   １．０＜Ｄａｂ／ｆ＜５．１ … （３）
   ただし、
   Ｄａｂ：前記前群の最も物体側のレンズ面から前記後群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離
6. 下記条件式（１’’）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．５＜ｆ／ｆ２＜０．８ … （１’’）
7. 下記条件式（２’）を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．８＜｜Ｒ６ａ／ｆ｜＜１．５ … （２’）
   ただし、
   Ｒ６ａ：前記後群の前記負レンズの物体側の面の曲率半径
8. 下記条件式（３’）を満足することを特徴とする請求項４記載の撮像レンズ。
   ３．０＜Ｄａｂ／ｆ＜４．９ … （３’）
   ただし、
   Ｄａｂ：前記前群の最も物体側のレンズ面から前記後群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離
9. 下記条件式（４’）を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   −０．０２＜ｆ／ｆ１＜０．０２ … （４’）
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。

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