JP6125796B2 - 広角レンズおよび広角レンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックレンズを用いた広角レンズ、および広角レンズユニットに関するものである。

最近の監視用途や車載用途で使用されるレンズには、高解像度が要求されている。かかる広角レンズにおいて、高解像度を得るには倍率色収差を補正する必要があるため、複数枚のレンズを組み合わせて広角レンズを構成することにより、倍率色収差補正をしている。かかる広角レンズに関して、複数枚のレンズの全てをプラスチックレンズとした構成が提案されている（特許文献１参照）。また、物体側から第１番目のレンズのみをガラスレンズとし、他の全てのレンズをプラスチックレンズとした構成が提案されている（特許文献２参照）。また、物体側から第３群目のレンズをガラス製の単レンズとし、かかるガラスレンズより像側にプラスチック製の単レンズを配置するとともに、かかる単レンズを非球面レンズとした構成が提案されている（特許文献３、４参照）。

特開２００６−２８４６２０号公報 特開２００９−６３８７７号公報 特開２００９−８８６７号公報 特許第４８６４４０３号公報

プラスチックレンズを用いた場合には、ガラスレンズを用いた場合に比して低コスト化および軽量化が可能となる。しかしながら、図５に点線Ｌ９６で示すように、ガラス材料は、温度が変化しても屈折率が略一定であるが、図５に実線Ｌ９７で示すように、プラスチック材料は、温度が変化すると屈折率が大きく変化する。なお、図５に一点鎖線Ｌ９８で示すように、他の種類のプラスチック材料の場合も、温度が変化すると屈折率が大きく変化する。すなわち、プラスチック材料の場合、種類にかかわらず、温度が変化した際の屈折率変化がガラス材料より大である。このため、プラスチックレンズを多用した広角レンズを用いると、環境温度によってピント位置が大きく変化し、解像度が変動するという欠点がある。

例えば、図６に示すレンズユニット８は、広角レンズ８０とホルダ３０とを有しており、広角レンズ８０は、物体側（被写体側／前側）から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群１１と、負のパワーを持つ第２レンズ群１２と、正のパワーを有する第３レンズ群１３と、正のパワーを有する第４レンズ群１４とを有している。また、レンズユニット８は、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４との間に絞り９１を有している。なお、第４レンズ群１４の後側（像側／被写体側とは反対側）には赤外線フィルタ９２が配置されている。ここで、第１レンズ群１１は、負のパワーをもつプラスチックレンズ８１からなり、第２レンズ群１２は、負のパワーをもつプラスチックレンズ８２からなる。第３レンズ群１３は、正のパワーをもつプラスチックレンズ８３と負のパワーをもつプラスチックレンズ８４との接合レンズからなり、第４レンズ群１４は、正のパワーをもつプラスチックレンズ８５と負のパワーをもつプラスチックレンズ８６との接合レンズからなる。かかる構成によれば、４群６枚のレンズ構成において６枚のレンズの全てがプラスチックレンズであるため、低コスト化および軽量化を図ることができる。

しかしながら、図６に示す広角レンズ８０の−４０℃、２０℃、８０℃におけるデフォーカスＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す通りであり、環境温度が２０℃から変化すると、ピント位置がずれる結果、解像度が著しく低下する。ここで、図７の実線Ｌ９１は、レンズ中心部におけるＯＴＦ（Optical Transfer Function）係数を示し、一点鎖線Ｌ９２は、レンズ周辺部の放射方向におけるＯＴＦ係数を示し、点線Ｌ９３は、レンズ周辺部の同心円方向におけるＯＴＦ係数を示しており、環境温度が２０℃から変化すると、周辺部の解像度が著しく低下することがわかる。また、図３には、環境温度が変化した場合の中心部におけるピント位置の変化量を実線Ｌ７１で示してある。なお、図５に示すレンズ構成は、本発明に対する比較例であり、従来例ではない。

一方、引用文献３、４には、物体側から第３群目のレンズをガラスレンズとし、かかるガラスレンズより像側にプラスチックの単レンズを配置した構成が提案されているが、かかる構成では、倍率色収差を低減することが困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、温度変化に伴う解像度の低下を小さく抑えることのできるとともに、倍率色収差を低減することのできる広角レンズ、および広角レンズユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る広角レンズは、４群６枚からなるレンズ群を備え、前記レンズ群は、物体側から順に第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、および第４レンズ群からなり、前記第１レンズ群は、負のパワーをもつ単レンズからなり、前記第２レンズ群は、負のパワーをもつ単レンズからなり、前記第３レンズ群は、屈折率が異なるガラスレンズ同士を接合した正のパワーをもつ接合ガラスレンズであり、前記第４レンズ群は、物体側および像側のうちの少なくとも一方側が非球面で、互いの屈折率が異なるプラスチックレンズ同士が接合された接合プラスチックレンズであり、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に絞りを備え、前記接合ガラスレンズでは、物体側のガラスレンズの屈折率が像側のガラスレンズの屈折率より大きく、前記接合プラスチックレンズでは、像側のプラスチックレンズの屈折率が物体側のプラスチックレンズの屈折率より大きいことを特徴とする。

本発明では、４群以上のレンズ群のうち、解像度に最も影響を及ぼす正のパワーの第３レンズ群についてはガラスレンズを用いたため、プラスチックレンズを多用した場合でも、環境温度の変化に伴う解像度の低下を小さく抑えることができる。また、第３レンズ群（ガラスレンズ）の像側に、物体側および像側のうちの少なくとも一方側が非球面で互いの屈折率が相違するプラスチックレンズ同士が接合された接合プラスチックレンズが配置されているため、倍率色収差を低減することができる。また、接合プラスチックレンズでは、非球面のプラスチックレンズが接合されているため、球面収差等を低減することができる。それ故、解像度を高めることができる。

また、前記第３レンズ群は、屈折率が異なるガラスレンズ同士を接合した接合ガラスレンズである。このため、第３レンズ群によっても倍率色収差を小さくすることができるので、解像度を高めることができる。

本発明において、前記接合プラスチックレンズは、正のパワーをもつプラスチックレンズと、負のパワーをもつプラスチックレンズとが接合されている構成を採用することができる。

本発明において、前記レンズ群のうち、前記第３レンズ群以外のレンズ群は全てプラスチックレンズであることが好ましい。かかる構成によれば、広角レンズの低コスト化および軽量化を図ることができる。

本発明において、前記第１レンズ群の像側の面が非球面であることが好ましい。かかる構成によれば、最も物体側に位置するレンズによっても球面収差等の低減を図ることができる。

本発明に係る広角レンズがホルダに保持された広角レンズユニットでは、前記レンズ群のうち、ガラスレンズからなるレンズ群は、リング状の枠体に保持された状態で前記ホルダに保持され、プラスチックレンズからなるレンズ群は、直接、前記ホルダに保持されていることが好ましい。かかる構成によれば、プラスチックレンズとガラスレンズとを共通のホルダに保持することができる。

本発明では、４群以上のレンズ群のうち、第３レンズ群については、正のパワーをもつガラスレンズとする一方、他のレンズ群は全てプラスチックレンズである。このため、広角レンズの低コスト化および軽量化を図ることができる。また、４群以上のレンズ群のうち、解像度に最も影響を及ぼす正のパワーの第３レンズ群についてはガラスレンズを用いたため、プラスチックレンズを多用した場合でも、環境温度の変化に伴う解像度の低下を小さく抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る広角レンズの説明図である。 本発明の実施の形態に係る広角レンズのデフォーカスＭＴＦ特性を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る広角レンズの温度特性を示す説明図である。 本発明の比較例に係る広角レンズの説明図である。 レンズ材料の温度特性を示す説明図である。 本発明の参考例に係る広角レンズの説明図である。 本発明の参考例に係る広角レンズのデフォーカスＭＴＦ特性を示す説明図である。

図面を参照して、本発明を適用した広角レンズを説明する。なお、以下の説明においては、特別な指示がない限り、その単位はｍｍである。また、以下の説明においては、図６を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付してある。さらに、以下の説明においては、物体側および像側のうちの少なくとも一方側が非球面であれば、他方側が球面であるか非球面であるかにかかわらず、「非球面レンズ」として説明する。

［実施の形態］
（レンズユニットの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る広角レンズの説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、レンズユニットの断面図、および面番号の説明図である。なお、図１（ｂ）では、面番号の後ろに付した「＊」は、「＊」が付された面が非球面であることを示す。

図１に示すように、本形態のレンズユニット１（広角レンズユニット）は、広角レンズ２０と、広角レンズ２０を内側に保持する樹脂製のホルダ３０とを有している。本形態において、広角レンズ２０は、画角が１９０°の広角レンズとして構成されている。

本形態において、広角レンズ２０は、４群のレンズ群を備えている。より具体的には、広角レンズ２０は、物体側（被写体側／前側）から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群１１と、負のパワーを持つ第２レンズ群１２と、正のパワーを有する第３レンズ群１３と、正のパワーを有する第４レンズ群１４とを有しており、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４との間に絞り９１を有している。また、レンズユニット１は、第４レンズ群１４より後側（像側／被写体側とは反対側）に赤外線フィルタ９２を有しており、第２レンズ群１２と第３レンズ群１３との間に遮光シート９３を有している。

ここで、広角レンズ２０は計６枚のレンズを有しており、４群６枚のレンズ構成を有している。広角レンズ２０において、第３レンズ群１３はガラスレンズからなり、他のレンズ群（第１レンズ群１１、第２レンズ群１２、および第４レンズ群１４）は全て、プラスチックレンズからなる。

より具体的には、第１レンズ群１１は、負のパワーをもつプラスチックレンズ２１からなり、第２レンズ群１２は、負のパワーをもつプラスチックレンズ２２からなる。第３レンズ群１３は、正のパワーをもつガラスレンズ２３と正のパワーをもつガラスレンズ２４との接合レンズ（接合ガラスレンズ）からなり、ガラスレンズ２３とガラスレンズ２４とでは、レンズ材料の屈折率が異なっている。第４レンズ群１４は、正のパワーをもつプラスチックレンズ２５と負のパワーをもつプラスチックレンズ２６との接合レンズ（接合プラスチックレンズ）からなり、プラスチックレンズ２５とプラスチックレンズ２６とでは、レンズ材料の屈折率が異なっている。かかる広角レンズ２０においては、２組の接合レンズ（第３レンズ群１３および第４レンズ群１４）が絞り９１を挟む両側に配置されている。

かかる構成の広角レンズ２０における各レンズデータおよび非球面係数は、表１および表２に示す通りである。表１には、各面（ｓｕｒｆ）の半径（Ｒａｄｉｕｓ）、厚さ（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、屈折率（Ｎｄ）、およびアッベ数（Ａｂｂｅ数／νｄ）が示されている。なお、表２に示す非球面係数は、下記の非球面関数
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｙ²／〔１＋√｛１−（Ｋ＋１）（１／Ｒ）²Ｙ²｝〕
＋ＡＹ⁴＋ＢＹ⁶＋ＣＹ⁸＋ＤＹ¹⁰
における各係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに相当する。

表１および表２から分かるように、本形態の広角レンズ２０において、第２面（２）、第３面（３）、第４面（４）、第９面（９）、第１０面（１０）、および第１１面（１１）の計６面が非球面である。

より具体的には、プラスチックレンズ２１（第１レンズ群１１）は、物体側の面が凸状の球面であり、像側の面が凹状の非球面である。プラスチックレンズ２２（第２レンズ群１２）は、物体側の面が凸状の非球面であり、像側の面が凹状の非球面である。第３レンズ群１３において、ガラスレンズ２３は、物体側の面が凹状の球面であり、像側の面が凸状の球面であり、ガラスレンズ２４は、物体側の面が凹状の球面であり、像側の面が凸状の球面である。第４レンズ群１４において、プラスチックレンズ２５は、物体側の面が凸状の非球面であり、像側の面が凸状の非球面であり、プラスチックレンズ２６は、物体側の面が凹状の非球面であり、像側の面が凸状の非球面である。このため、第４レンズ群１４は、プラスチックレンズ２５の像側の非球面とプラスチックレンズ２６の物体側の非球面とが接合された接合レンズである。このように、本形態では、広角レンズ２０では、絞り９１より像側に２枚以上のプラスチックレンズ（プラスチックレンズ２５、２６）が接合レンズとして設けられ、かかるプラスチックレンズ（プラスチックレンズ２５、２６）は非球面レンズである。

（ホルダ３０の構成）
ホルダ３０は、樹脂製であり、光軸Ｌ方向において、最も後側に位置する底板部３９と、底板部３９の外周縁から前側（物体側）に延在する筒状胴部３８と、筒状胴部３８の前端で径方向外側に拡径する環状のフランジ部３７と、筒状胴部３８より大の径をもってフランジ部３７の外周縁から前側（物体側）に延在する大径の筒部３６とを有している。かかるホルダ３０において、底板部３９の後端面には赤外線フィルタ９２が保持されている。

ホルダ３０の筒状胴部３８の内部のうち、後側部分には第４レンズ群１４の外周端部が底板部３９の内面に当接し、光軸Ｌ方向で位置決めされている。第４レンズ群１４の前側には、第３レンズ群１３を保持するリング状の枠体３３が配置されており、かかる枠体３３の一部が第４レンズ群１４の外周端部に当接することによって、第３レンズ群１３の光軸Ｌ方向での位置決めが行われ、かつ、絞り９１の位置決めが行われている。ホルダ３０の筒状胴部３８の前側部分には第２レンズ群１２が配置されており、かかる第３レンズ群１３の外周端部が枠体３３に当接して、第２レンズ群１２が光軸Ｌ方向で位置決めされている。筒部３６の内面には段部３６０が形成されており、かかる段部３６０に第１レンズ群１１の外周端部が当接することによって、第１レンズ群１１の光軸Ｌ方向での位置決めが行われている。

このように、本形態の広角レンズユニット１においては、レンズ群のうち、第３レンズ群１３は、リング状の枠体３３に保持された状態でホルダ３０に保持され、第３レンズ群１３以外のレンズ群は、直接、ホルダ３０に保持されている。このため、プラスチックレンズとガラスレンズとを共通のホルダ３０に保持することができる。

（広角レンズ２０の解像特性、および本形態の主な効果）
図２は、本発明の実施の形態１に係る広角レンズ２０のデフォーカスＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、−４０℃、２０℃、８０℃におけるデフォーカスＭＴＦ特性を示してある。図２において、実線Ｌ９１は、レンズ中心部におけるＯＴＦ（Optical Transfer Function）係数を示し、一点鎖線Ｌ９２は、レンズ周辺部の放射方向におけるＯＴＦ係数を示し、点線Ｌ９３は、レンズ周辺部の同心円方向におけるＯＴＦ係数を示している。図３は、本発明の実施の形態１に係る広角レンズ２０の温度特性を示す説明図であり、図３には、本発明の実施の形態１に係る広角レンズ２０において環境温度が変化した場合の中心部におけるピント位置の変化量を一点鎖線Ｌ７０で示し、比較として、図６を参照して説明した参考例に係る広角レンズ８０において環境温度が変化した場合の中心部におけるピント位置の変化量を実線Ｌ７１で示してある。

以上説明したように、本形態の広角レンズ２０では、４群のレンズ群のうち、第３レンズ群１３については、正のパワーをもつガラスレンズとする一方、他のレンズ群は全てプラスチックレンズである。このため、広角レンズ２０の低コスト化および軽量化を図ることができる。また、４群以上のレンズ群のうち、解像度に最も影響を及ぼす正のパワーの第３レンズ群１３についてはガラスレンズを用いたため、プラスチックレンズを多用した場合でも、環境温度の変化に伴う解像度の低下を小さく抑えることができる。

すなわち、図２および図３に示すように、環境温度が変化した場合にピント位置がずれる量が小さい。特に、図６を参照して説明した参考例に係る広角レンズ８０と比較して、周辺部でのピント位置のずれ量が小さい。それ故、本形態によれば、環境温度が変化しても高い解像度を得ることができる。

また、第３レンズ群１３は、屈折率が異なるガラスレンズ２３、２４を接合した接合レンズである。このため、倍率色収差を小さくすることができるので、解像度を高めることができる。

また、第４レンズ群１４は、屈折率が異なるプラスチックレンズ２５、２６を接合した接合レンズであって、プラスチックレンズ２５、２６はいずれも非球面レンズである。このため、倍率色収差および球面収差を小さくすることができるので、解像度を高めることができる。

また、絞り９１より像側には２枚以上のプラスチックレンズ（プラスチックレンズ２５、２６）が設けられている。このため、第３レンズ群１３を球面のガラスレンズ（ガラスレンズ２３、２４）にして環境温度の変化に伴う解像度の低下を小さく抑えた場合でも、プラスチックレンズ２５、２６を非球面レンズとすることにより、収差の補正が容易である。

［比較例］
図４は、本発明の比較例に係る広角レンズの説明図である。図４に示す広角レンズ４０は、画角が１５０°の広角レンズとして構成されている。本形態において、広角レンズ４０は、４群のレンズ群を備えている。より具体的には、広角レンズ４０は、物体側（被写体側／前側）から順に、負のパワーを持つ第１レンズ群１１と、負のパワーを持つ第２レンズ群１２と、正のパワーを有する第３レンズ群１３と、正のパワーを有する第４レンズ群１４とを有しており、第３レンズ群１３と第４レンズ群１４との間に絞り９１を有している。

ここで、広角レンズ４０は計５枚のレンズを有しており、４群５枚のレンズ構成を有している。広角レンズ４０において、第１レンズ群１１および第３レンズ群１３はガラスレンズからなり、他のレンズ群（第２レンズ群１２、および第４レンズ群１４）は全て、プラスチックレンズからなる。

より具体的には、第１レンズ群１１は、負のパワーをもつガラスレンズ４１からなり、第２レンズ群１２は、負のパワーをもつプラスチックレンズ４２からなる。第３レンズ群１３は、正のパワーをもつガラスレンズ４３からなる。第４レンズ群１４は、負のパワーをもつプラスチックレンズ４４と正のパワーをもつプラスチックレンズ４５との接合レンズからなり、プラスチックレンズ４４とプラスチックレンズ４５とでは、レンズ材料の屈折率が異なっている。

かかる構成の広角レンズ４０における各レンズデータおよび非球面係数は、表３および表４に示す通りである。

表３および表４から分かるように、本形態の広角レンズ４０において、第３面（３）、第４面（４）、第８面（８）、第９面（９）、および第１０面（１０）の計５面が非球面である。

より具体的には、ガラスレンズ４１（第１レンズ群１１）は、物体側の面が凸状の球面であり、像側の面が凹状の球面である。プラスチックレンズ４２（第２レンズ群１２）は、物体側の面が凹状の非球面であり、像側の面が凹状の非球面である。ガラスレンズ４３（第３レンズ群１３）は、物体側の面が凸状の球面であり、像側の面が凸状の球面である。第４レンズ群１４において、プラスチックレンズ４４は、物体側の面が凸状の非球面であり、像側の面が凹状の非球面であり、プラスチックレンズ４５は、物体側の面が凸状の非球面であり、像側の面が凸状の非球面である。このため、第４レンズ群１４は、プラスチックレンズ４４の像側の非球面とプラスチックレンズ４５の物体側の非球面とが接合された接合レンズ（接合プラスチックレンズ）である。かかる広角レンズ４０では、絞り９１より像側に２枚以上のプラスチックレンズ（プラスチックレンズ４４、４５）が設けられ、かかるプラスチックレンズ（プラスチックレンズ４４、４５）は非球面レンズである。

以上説明したように、本形態の広角レンズ４０でも、実施の形態と同様、４群のレンズ
群のうち、第１レンズ群１１および第３レンズ群１３については、ガラスレンズとする一方、他のレンズ群（第２レンズ群１２および第４レンズ群１４）は全てプラスチックレンズである。このため、広角レンズ４０の低コスト化および軽量化を図ることができる。また、４群以上のレンズ群のうち、解像度に最も影響を及ぼす正のパワーの第３レンズ群１３についてはガラスレンズを用いたため、プラスチックレンズを多用した場合でも、環境温度の変化に伴う解像度の低下を小さく抑えることができる。また、第４レンズ群１４は、屈折率が異なるプラスチックレンズ４４、４５を接合した接合レンズであって、プラスチックレンズ４４、４５はいずれも非球面レンズである。このため、倍率色収差および球面収差を小さくすることができるので、解像度を高めることができる等、実施の形態と同様な効果を奏する。

１ レンズユニット（広角レンズユニット）
２０、４０ 広角レンズ
１１ 第１レンズ群
１２ 第２レンズ群
１３ 第３レンズ群
１４ 第４レンズ群
９１ 絞り

Claims (5)

1. ４群６枚からなるレンズ群を備え、
   前記レンズ群は、物体側から順に第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、および第４レンズ群からなり、
   前記第１レンズ群は、負のパワーをもつ単レンズからなり、
   前記第２レンズ群は、負のパワーをもつ単レンズからなり、
   前記第３レンズ群は、屈折率が異なるガラスレンズ同士を接合した正のパワーをもつ接合ガラスレンズであり、
   前記第４レンズ群は、物体側および像側のうちの少なくとも一方側が非球面で、互いの屈折率が異なるプラスチックレンズ同士が接合された接合プラスチックレンズであり、
   前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に絞りを備え、
   前記接合ガラスレンズでは、物体側のガラスレンズの屈折率が像側のガラスレンズの屈折率より大きく、
   前記接合プラスチックレンズでは、像側のプラスチックレンズの屈折率が物体側のプラスチックレンズの屈折率より大きいことを特徴とする広角レンズ。
2. 前記接合プラスチックレンズは、正のパワーをもつプラスチックレンズと、負のパワーをもつプラスチックレンズとが接合されていることを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
3. 前記レンズ群では、前記第３レンズ群以外のレンズ群が全てプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の広角レンズ。
4. 前記第１レンズ群の像側の面が非球面であることを特徴とする請求項３に記載の広角レンズ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の広角レンズがホルダに保持された広角レンズユニットであって、
   前記レンズ群のうち、ガラスレンズからなるレンズ群は、リング状の枠体に保持された状態で前記ホルダに保持され、プラスチックレンズからなるレンズ群は、直接、前記ホルダに保持されていることを特徴とする広角レンズユニット。

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