JP6663222B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に車載カメラに好適な撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、車にカメラを搭載し、ドライバーの側方および／または後方等の死角領域の確認補助に用いたり、車両周辺の車、歩行者、および／または障害物等の画像認識に用いるようになってきている。この内、自動車の衝突防止および／または自動ブレーキ用途でのフロントセンシング用カメラは、主に自動車の正面遠方の信号機および／または前方を走行する自動車のブレーキランプを撮像し、画像識別ソフトウエアにて信号機および／またはブレーキランプ等を検出するために用いられる。このような車載カメラに使用可能な撮像レンズとしては、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、６枚構成のレンズ系が開示されている。

特開２０１４−８５５５９号公報

上記のようなフロントセンシング用カメラは車内のフロントガラス近傍に設置される場合が多いが、特に夏場に車を停止させた状態では温室効果により車外に比べ車内の方が劇的に温度が高くなる傾向があるため、車外にカメラを設置する場合と比較して温度変動に起因するピントずれが大きくなるおそれがある。

従来、車載カメラ用の撮像レンズでは、黄変および／または傷対策のために最も物体側（１枚目）のレンズはガラス製とし、２枚目以降のレンズはコスト低減のため樹脂製とすることが一般的であった。また車載カメラ用の撮像レンズではある程度の広角性能が要求されるため、物体側から１枚目ないしは２枚目までのレンズにある程度の負のパワーを持たす必要があるが、温度変動に起因するピントずれの対策として、温度変動に起因する変形が小さいガラス製の１枚目のレンズのパワーを強くし、温度変動に起因する変形が大きい樹脂製の２枚目のレンズのパワーを弱くすることが一般的であった。

しかしながら、上記のフロントセンシング用カメラでは、閉空間である車内に設置されるとともに、１枚目のレンズには日光が直接当たることになるため、たとえ１枚目のレンズをガラス製としてもパワーが強いために温度変動に起因するピントずれが大きくなってしまうおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、温度変動に起因するピントずれが小さい撮像レンズおよびこの撮像レンズを備え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、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、負の屈折力を有する第６レンズとから実質的になり、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。
−０．８９＜ｆ／ｆ１２＜−０．５３ …（１）
−０．１９＜ｆ／ｆ１＜−０．１ …（２）
−０．７０＜ｆ／ｆ２＜−０．４５ …（３）
２．４＜ｆ１／ｆ２＜５．７ …（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
とする。

本発明の撮像レンズにおいては、上記条件式（１）〜（４）を満足した上で、下記条件式（１−１）〜（４−１）のいずれか１つあるいは複数の組合せを満足することが好ましい。
−０．８１＜ｆ／ｆ１２＜−０．６１ …（１−１）
−０．１７＜ｆ／ｆ１＜−０．１１ …（２−１）
−０．６４＜ｆ／ｆ２＜−０．４７ …（３−１）
２．７＜ｆ１／ｆ２＜５．２ …（４−１）

本発明の撮像装置は、上記記載の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。

なお、上記「〜から実質的になる」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやマスク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、および／または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。

また、上記のレンズの面形状、曲率半径、および／または屈折力の符号は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、負の屈折力を有する第６レンズとから実質的になり、下記条件式（１）〜（４）を満足するものとしたので、温度変動に起因するピントずれが小さい撮像レンズとすることが可能となる。
−０．８９＜ｆ／ｆ１２＜−０．５３ …（１）
−０．１９＜ｆ／ｆ１＜−０．１ …（２）
−０．７０＜ｆ／ｆ２＜−０．４５ …（３）
２．４＜ｆ１／ｆ２＜５．７ …（４）

また、本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えているため、広い温度範囲で適切に撮影を行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる撮像レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図 本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図 本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図 本発明の一実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

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は本発明の一実施形態にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の撮像レンズの構成と共通である。図１は、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の絞りの位置を示すものである。また、軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

図１に示すように、この撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、正の屈折力を有する第５レンズＬ５と、負の屈折力を有する第６レンズＬ６とから実質的に構成されている。

このように、第１レンズＬ１の物体側の面を凸面にすることで、広角のレンズにおいても周辺部の歪曲収差の補正が容易となる。

また、最も物体側から順に配置された２枚のレンズである第１レンズＬ１と第２レンズＬ２をともに負レンズとすることで、レンズ系全体を広角化することが容易となる。

また、上記第１レンズＬ１および第２レンズＬ２に続いて配置される第３レンズＬ３を正レンズとすることで、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。

また、この撮像レンズは、下記条件式（１）〜（４）を満足するように構成されている。
まず、条件式（１）について説明する。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の負の合成屈折力が弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、広角化の達成に寄与する。条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の負の合成屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができ、結果としてこれらレンズの各面の曲率半径の絶対値が小さくなりすぎるのを抑えることができるため、高次収差の発生を抑えることができる。

次に、条件式（２）〜（４）について説明する。この条件式（２）〜（４）を満足するように、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２について広角化に必要な負のパワーを持たせつつ、最も温度変動の大きい第１レンズＬ１のパワーを比較的弱めにし、第１レンズＬ１よりは温度変動が少ない第２レンズＬ２のパワーを比較的強めにすることで、レンズ系全体の温度変動に起因するピントずれを低減させることが可能となる。

特に、条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、広角化が容易となる。条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、第１レンズＬ１で光線を緩やかに曲げることになるため、ディストーションの補正が容易となる。

また、条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、広角化が容易となる。
条件式（３）の下限以下とならないようにすることで、第２レンズＬ２で光線を緩やかに曲げることになるため、ディストーションの補正が容易となる。

また、条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、広い画角から入射する光線を段階的に屈折させることができるため、高次収差の発生を抑えることができる。条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、倍率色収差の補正が容易となる。

−０．８９＜ｆ／ｆ１２＜−０．５３ …（１）
−０．１９＜ｆ／ｆ１＜−０．１ …（２）
−０．７０＜ｆ／ｆ２＜−０．４５ …（３）
２．４＜ｆ１／ｆ２＜５．７ …（４）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１２：第１レンズと第２レンズの合成焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
とする。

なお、上記条件式（１）〜（４）を満足した上で、下記条件式（１−１）〜（４−１）のいずれか１つあるいは複数の組合せを満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
−０．８１＜ｆ／ｆ１２＜−０．６１ …（１−１）
−０．１７＜ｆ／ｆ１＜−０．１１ …（２−１）
−０．６４＜ｆ／ｆ２＜−０．４７ …（３−１）
２．７＜ｆ１／ｆ２＜５．２ …（４−１）

本撮像レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、この撮像レンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、レンズ系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、および／または赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置してもよい。なお、これらの各種フィルタをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよいし、いずれかのレンズのレンズ面に各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

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。
まず、実施例１の撮像レンズについて説明する。実施例１の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２〜３に対応した図２〜３においては、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の絞りの位置を示すものである。

実施例１の撮像レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に、非球面係数に関するデータを表３に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜３についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

ここで、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。基本レンズデータには、開口絞りＳｔも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

表２の諸元に関するデータに、全系の焦点距離ｆ´、バックフォーカスＢｆ´、Ｆ値ＦＮｏ．、および全画角２ωの値を示す。

基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としては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できる。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３…２０）
とする。

実施例１の撮像レンズの各収差図を図４に示す。なお、図４中の左側から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。これらの収差図は、物体距離を無限遠としたときの状態を示す。球面収差、非点収差、および歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）についての収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図にはサジタル方向およびタンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線および短破線で示す。倍率色収差図にはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）についての収差をそれぞれ長破線および短破線で示す。なお、球面収差図のＦＮｏ．はＦ値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、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ので、以下では重複説明を省略する。

次に、実施例２の撮像レンズについて説明する。実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図２に示す。また、実施例２の撮像レンズの基本レンズデータを表４に、諸元に関するデータを表５に、非球面係数に関するデータを表６に、各収差図を図５に示す。

次に、実施例３の撮像レンズについて説明する。実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。また、実施例３の撮像レンズの基本レンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に、非球面係数に関するデータを表９に、各収差図を図６に示す。

実施例１〜３の撮像レンズの条件式（１）〜（４）に対応する値を表１０に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表１０に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜３の撮像レンズは全て、条件式（１）〜（４）を満たしており、温度変動に起因するピントずれが小さい撮像レンズであることが分かる。

また、上記特許文献１で開示されているレンズ系は、画角が１３０°から１９０°と広角であるため、近年一般的なフルＨＤ（１９２０×１０８０画素）クラスの撮像素子との組み合わせでは、撮像素子の画素のうち正面遠方領域に割り当てられる画素数が少なくなる、すなわち正面遠方領域の解像度が低くなるため、画像識別ソフトウエアによる信号機および／またはブレーキランプ等の検出が難しいという問題があるが、上記実施例１〜３の撮像レンズの画角はいずれも１１０°程度であり、正面遠方領域に割り当てられる画素数を多くできるため、このような問題を解消することができる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。ここでは、本発明の撮像装置の一実施形態として車載カメラに適用した場合の例について説明する。図７に自動車に車載カメラを搭載した様子を示す。

図７において、自動車１００は、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１０１（撮像装置）を備えている。この車内カメラ１０１は、本発明の実施の形態による撮像レンズと、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。本実施形態の車載カメラ（車内カメラ１０１）は本発明の撮像レンズを備えているため、広い温度範囲で適切に撮影を行うことができる。

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、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数等の値は、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、本発明の実施形態にかかる撮像装置についても、車内カメラのみならず車外カメラとして設置してもよい。また、車載カメラに以外にも、携帯端末用カメラ、監視カメラ、またはデジタルカメラとする等、種々の態様とすることができる。

１００ 自動車
１０１ 車内カメラ
Ｌ１〜Ｌ６ レンズ
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
ｗａ 軸上光束
ｗｂ 最大画角の光束
Ｚ 光軸

Claims (6)

1. 物体側から順に、
   物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、
   負の屈折力を有する第２レンズと、
   正の屈折力を有する第３レンズと、
   物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４レンズと、
   正の屈折力を有する第５レンズと、
   負の屈折力を有する第６レンズとから実質的になり、前記第１レンズ乃至前記第６レンズはすべて接合レンズではなく、
   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。
   −０．８９＜ｆ／ｆ１２＜−０．５３ …（１）
   −０．１９＜ｆ／ｆ１＜−０．１ …（２）
   −０．７０＜ｆ／ｆ２＜−０．４５ …（３）
   ２．４＜ｆ１／ｆ２＜５．７ …（４）
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離
   ｆ１２：前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離
   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
   とする。
2. 下記条件式（１−１）を満足する
   請求項１記載の撮像レンズ。
   −０．８１＜ｆ／ｆ１２＜−０．６１ …（１−１）
3. 下記条件式（２−１）を満足する
   請求項１または２記載の撮像レンズ。
   −０．１７＜ｆ／ｆ１＜−０．１１ …（２−１）
4. 下記条件式（３−１）を満足する
   請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   −０．６４＜ｆ／ｆ２＜−０．４７ …（３−１）
5. 下記条件式（４−１）を満足する
   請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ２．７＜ｆ１／ｆ２＜５．２ …（４−１）
6. 請求項１から５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。