JP6827299B2

JP6827299B2 - 撮像レンズ

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Publication number: JP6827299B2
Application number: JP2016217578A
Authority: JP
Inventors: 政憲小菅
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-11-07
Also published as: JP2018077291A

Description

本発明は、４群４枚構成の撮像レンズに関する。

近年、監視カメラや車載カメラ等が普及している。監視カメラや車載カメラ（以下、車載カメラ等という）に搭載する撮像レンズとしては、例えば、前群及び後群にそれぞれ非球面レンズを１枚使用した７枚構成の撮像レンズが知られている（特許文献１）。また、車載カメラ等は、温度変化が大きい等の過酷な環境で使用するので、例えば、温度変化があっても光学性能を維持すること（以下、温度補償という）ができるようにした撮像レンズも知られている（特許文献２）。

この他、車載カメラ等に使用する撮像レンズとしては、６枚構成の撮像レンズ（特許文献３）や、４枚構成の撮像レンズ（特許文献４）等が知られている。また、車載カメラ等に使用するものではないが、４群４枚構成の撮像レンズが知られている（特許文献５，６）。

特開２０１４−１０２２９１号公報特開２０１５−１１８１５２号公報特許第５８６９７２７号公報特開２００９−０１４９４７号公報特許第３４５０５４４号公報特許第３７５６１１４号公報

前述の通り、車載カメラ等は過酷な環境で使用するので、環境温度の変化等に対する耐久性（以下、耐環境性という）を有することが求められる。例えば、自動車の死角を撮像する車載カメラの場合、車体の外部に設ける場合が多く、環境温度は、低温側ではマイナス温度になり、かつ、高温側では１００度以上にもなる場合がある。このため、車載カメラ等を構成する撮像レンズは、非常に大きな範囲で温度補償することが求められる。

一方、車載カメラ等の普及にともなって、その撮像レンズは、より低コストで量産性に優れたシンプルな構成であることが求められている。撮像レンズを低コストで量産性に優れたシンプルな構成とするためには、具体的には、構成するレンズの枚数ができる限り少ないことが望ましい。また、温度変化等に起因した肉厚または傾き等の設計値に対する誤差（製造誤差を含む）が、撮像レンズの光学性能、すなわち収差等に影響を与えにくい（以下、「誤差感度が低い」という）ことが望ましい。

本発明は、低コストかつ量産性に優れた車載カメラ等に好適な撮像レンズを提供することを目的とする。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する両凸レンズである第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有する第４レンズと、から構成され、第２レンズは、少なくとも１面を非球面で形成した非球面レンズであり、ｄ線の光に対する−６０℃以上１６０℃以下の温度範囲内での空気中における相対屈折率の温度係数に関し、第２レンズの屈折率の温度係数が、第４レンズの屈折率の温度係数よりも小さく、第２レンズの屈折率の温度係数が負であり、第４レンズの屈折率の温度係数が２．０以上９．８以下であり、全系の焦点距離をｆとし、かつ、第２レンズの焦点距離をｆ２とする場合に、０．８２＜ｆ２／ｆ≦１．１２を満たし、第４レンズの焦点距離をｆ４とする場合に、１．８９≦｜ｆ４｜／ｆ＜５．２５を満たす。

第１レンズは物体側に凸のメニスカス形状であり、かつ、第１レンズと第２レンズの間に絞りを有することが好ましい。

本発明は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有する第４レンズと、で構成し、第２レンズは、少なくとも１面を非球面で形成した非球面レンズにし、かつ、第２レンズの屈折率の温度係数が、第４レンズの屈折率の温度係数よりも小さくしたので、低コストかつ量産性に優れた車載カメラ等に好適な撮像レンズを提供することができる。

撮像レンズの断面図である。実施例１の撮像レンズの断面図である。２５℃における実施例１の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。１４０℃における実施例１の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。 −４０℃における実施例１の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。２５℃における実施例１のＭＴＦを示すグラフである。１４０℃における実施例１のＭＴＦを示すグラフである。 −４０℃における実施例１のＭＴＦを示すグラフである。実施例２の撮像レンズの断面図である。実施例２の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。実施例３の撮像レンズの断面図である。実施例３の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。実施例４の撮像レンズの断面図である。実施例４の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。実施例５の撮像レンズの断面図である。実施例５の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。実施例６の撮像レンズの断面図である。実施例６の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。実施例７の撮像レンズの断面図である。実施例７の（Ａ）非点収差、及び、（Ｂ）ディストーションを示すグラフである。

図１に示すように、撮像レンズ１０は、イメージセンサ１１の撮像面Ｓ１２に被写体の像を結像し、被写体を撮像するレンズである。撮像レンズ１０は、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ、正のパワーを有する第２レンズＬ２、正のパワーを有する第３レンズＬ３、及び、負のパワーを有する第４レンズＬ４の４枚のレンズを有する４群４枚構成である。また、撮像レンズ１０は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に絞りＳ３を備える。撮像レンズ１０は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に絞りＳ３を設ける代わりに、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間に絞りを設けることができる。イメージセンサ１１は、カバーガラスＣＧによって撮像面Ｓ１２を保護しているので、撮像レンズ１０は、カバーガラスＣＧを介して撮像面Ｓ１２に被写体の像を結像する。

本実施形態においては、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、及び、第４レンズＬ４はいずれもガラス製である。このため、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、及び、第４レンズＬ４は、これらを温度変化で膨張または収縮しやすい樹脂製にする場合よりも耐環境性を有する。なお、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、または、第４レンズＬ４のうちいずれか１または複数を樹脂製にすることができる。また、撮像レンズ１０のレンズ鏡枠やスペーサ等（図示しない）の１または複数は樹脂製であるが、これらは、より耐環境性を有する材料（金属等）に変更することができる。

また、第１レンズＬ１、第３レンズＬ３、及び、第４レンズＬ４は、両面を球面で形成した球面レンズである。第１レンズＬ１は、物体側に凸のメニスカス形状であり、第２レンズＬ２は物体側に凸かつ像側に凸形状である両凸レンズである。

そして、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数をｄｎ₂／ｄＴ、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数をｄｎ₄／ｄＴとする場合、撮像レンズ１０は、
ｄｎ₂／ｄＴ＜ｄｎ₄／ｄＴ …（１）
の関係を満たす。すなわち、撮像レンズ１０においては、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴが、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴよりも小さい。屈折率の温度係数とは、温度の変化に対する屈折率の変化率であり、車載カメラ等がおかれる温度環境下においてはほぼ一定である。

上記のように、撮像レンズ１０は、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴが、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴよりも小さいという関係（式（１））を満たすことで、４群４枚という低コストかつ量産性に優れた構成でありながら、幅広い温度環境下において誤差感度が低い。その結果、焦点移動が小さい。すなわち、撮像レンズ１０は、車載カメラ等がおかれる温度環境下において安定した良好な光学性能を維持できる。例えば、撮像レンズ１０は、例えば−６０以上１６０度以下の温度範囲（少なくとも−４０度以上１４０度以下の温度範囲）内において、温度補償機能を有する。

なお、第２レンズＬ２の屈折率ｎ２の温度変化ｄｎ₂／ｄＴが、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度変化ｄｎ₄／ｄＴ以上である場合（ｄｎ₂／ｄＴ ≧ ｄｎ₄／ｄＴ）、温度補償機能を有しなくなるか、あるいは、温度補償機能を有するにしても、その温度範囲は上記温度範囲よりも狭くなる。このため、撮像レンズ１０と同型であっても、式（１）を満たさいない撮像レンズを、車載カメラ等に搭載した場合、低温（例えば−２０度以下）または高温（例えば１２０度以上）の環境下において、正常に被写体を撮像できなくなる場合がある。

撮像レンズ１０は、上記式（１）を満たしたうえで、さらに、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴに対する第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴの比（（ｄｎ₂／ｄＴ）／（ｄｎ₄／ｄＴ））が、車載カメラ等が曝され得る温度環境において、所定の範囲に収まる。すなわち、撮像レンズ１０は、−６０以上１６０度以下の温度範囲（少なくとも−４０度以上１４０度以下の温度範囲）内において、
−１．４０＜（ｄｎ₂／ｄＴ）／（ｄｎ₄／ｄＴ）＜０．６５ …（２）
を満たす。第２レンズＬ２と第４レンズＬ４の屈折率の温度係数の比が上記式（２）を満たすことで、車載カメラ等が曝され得る温度環境において特に良好な温度補償機能を発揮する。第２レンズＬ２と第４レンズＬ４の屈折率の温度係数の比が、上記式（２）の下限を下回る場合（−１．４０≧（ｄｎ₂／ｄＴ）／（ｄｎ₄／ｄＴ））、または、上記式（２）の上限を上回る場合（（ｄｎ₂／ｄＴ）／（ｄｎ₄／ｄＴ）≧０．６５）、低温または高温の環境下において誤差感度が高くなって、温度補償効果が得られ難くなる。

第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴは、−６．５以上２．９以下であり、かつ、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴは、２．０以上９．８以下であることが好ましい。すなわち、撮像レンズ１０は、下記式（３）及び式（４）を満たすことが好ましい。少なくとも式（１）の条件を満たし、かつ、下記式（３）及び式（４）を満たすことで、撮像レンズ１０は、車載カメラ等が曝され得る温度環境において特に良好な温度補償機能を発揮する。
−６．５≦ｄｎ₂／ｄＴ≦２．９ …（３）
２．０≦ｄｎ₄／ｄＴ≦９．８ …（４）

第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴが式（３）の下限を下回る場合（−６．５＞ｄｎ₂／ｄＴ）、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴが式（３）の上限を上回る場合（２．９＜ｄｎ₂／ｄＴ）、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴが式（４）の下限を下回る場合（２．０＞ｄｎ₄／ｄＴ）、または、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴが式（４）の上限を上回る場合（ｄｎ₄／ｄＴ＞９．８）、車載カメラ等が曝され得る温度環境において温度補償機能を有するにしても、式（３）及び式（４）を満たす場合よりも、温度補償の精度が悪化しやすい。

なお、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴは負であることが好ましい（ｄｎ₂／ｄＴ＜０）。少なくとも式（１）の条件を満たしやすくなるからである。すなわち、第２レンズＬ２の屈折率ｎ２の温度係数ｄｎ₂／ｄＴが負である場合、４群４枚という低コストかつ量産性に優れた構成でも、車載カメラ等がおかれる温度環境下において誤差感度が低くなるので、良好な温度補償機能を実現しやすい。

撮像レンズ１０は、第２レンズＬ２及び第４レンズＬ４が満たすべき各条件（少なくとも式（１）の条件）の他、全系の焦点距離をｆとし、かつ、第２レンズの焦点距離をｆ２とする場合に、
０．８２＜ｆ２／ｆ＜２．７９ …（５）
を満たす。少なくとも式（１）の条件を満たした上で、撮像レンズ１０の全体に対する第２レンズＬ２のパワー配分が、式（５）を満たす場合、車載カメラ等がおかれる温度環境下において特に誤差感度を低くでき、その結果、良好な温度補償機能を実現しやすい。

また、撮像レンズ１０は、全系の焦点距離をｆとし、かつ、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４とする場合に、
０．６２＜｜ｆ４｜／ｆ＜５．２５ …（６）
を満たす。少なくとも式（１）の条件を満たした上で、撮像レンズ１０の全体に対する第４レンズＬ４のパワー配分が、式（６）を満たす場合、車載カメラ等がおかれる温度環境下において特に誤差感度を低くでき、その結果、良好な温度補償機能を実現しやすい。

さらに、撮像レンズ１０は、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２とし、かつ、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４とする場合に、
０．５８＜ｆ２／｜ｆ４｜＜１．４６ …（７）
を満たす。少なくとも式（１）の条件を満たした上で、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４のパワーのバランスが、式（７）を満たす場合、車載カメラ等がおかれる温度環境下において特に誤差感度を低くでき、その結果、良好な温度補償機能を実現しやすい。

［実施例］
以下、撮像レンズ１０の実施例を説明する。図２は、実施例１の撮像レンズ１０の断面図である。面番号は第１レンズＬ１の物体側の面Ｓ１から順にＳｉ（ｉ＝１〜１２）で示す。Ｓ３は絞りであり、Ｓ１０はカバーガラスＣＧの物体側の面であり、Ｓ１１はカバーガラスＣＧの像側の面であり、Ｓ１２はイメージセンサ１１の撮像面である。面間隔Ｄｉ（ｉ＝１〜１１、単位ｍｍ）は、光軸Ｚ１に沿った面Ｓｉから面Ｓｉ＋１の間隔である。

実施例１のレンズデータを下記表１及び表２に示す。表１は、実施例１の撮像レンズ１０の各面Ｓｉの面番号「ｉ」、各面Ｓｉの曲率半径Ｒｉ（ｉ＝１〜１２、単位ｍｍ）、面間隔Ｄｉ、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率ｎ、アッベ数νｄ（＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）；ｎＦはＦ線（波長４８６．１ｎｍ）に対する屈折率、ｎＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）に対する屈折率である）、屈折率ｎの温度係数ｄｎ／ｄＴを示す。また、面番号「ｉ」に付した「＊」印は非球面であることを表す。面番号「ｉ」に「＊」印がない面は球面である。

非球面は、下記数１の非球面式を用いて表す。数１の非球面式において、「Ｚ」は非球面の深さ（ｍｍ）、「ｈ」は光軸からレンズ面までの距離（ｍｍ）、「Ｃ」は近軸曲率（すなわち近軸曲率半径をＲ（ｍｍ）とする場合にＣ＝１／Ｒである）、「Ｋ」は円錐定数、「Ａｉ」は非球面係数である。表２には、実施例１の各非球面（表１＊印参照）の「Ｋ」及び「Ａｉ」を示す。

上記の通り、実施例１の撮像レンズ１０は、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴは−６．４であり、第４レンズＬ４の屈折率ｎ₄の温度係数ｄｎ₄／ｄＴは４．３なので、式（１）から式（４）の条件を満たす。さらに、下記表３に示す通り、実施例１の撮像レンズ１０は、式（５）及び式（６）の条件を満たす。「Ｆｎｏ」はＦナンバーであり、「ｆ」は全系の焦点距離（単位ｍｍ）である。また、「ｆ２」は第２レンズＬ２の焦点距離（単位ｍｍ）であり、「｜ｆ４｜」は第４レンズＬ４の焦点距離（単位ｍｍ）の絶対値である。

図３（Ａ）は常温である２５℃における実施例１のサジタル（ラジアル）方向の非点収差Ｓと、タンジェンシャル（メリジオナル）方向の非点収差Ｔであり、図３（Ｂ）は２５℃における実施例１のディストーションである。図４（Ａ）は、１４０℃における実施例１のサジタル方向の非点収差Ｓと、タンジェンシャル方向の非点収差Ｔであり、図４（Ｂ）は、１４０℃における実施例１のディストーションである。同様に、図５（Ａ）は、−４０℃における実施例１のサジタル方向の非点収差Ｓと、タンジェンシャル方向の非点収差Ｔであり、図５（Ｂ）は、−４０℃における実施例１のディストーションである。

また、図６には、２５℃における実施例１のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を示す。図７は、１４０℃における実施例１のＭＴＦであり、図８は、−４０℃における実施例１のＭＴＦである。なお、図６〜図８において、符号Ｆ０は、理論限界（回折限界）におけるＭＴＦであり、符号Ｆ１は、光軸Ｚ１上（像高０．００ｍｍ）におけるＭＴＦである。符号Ｆ２Ｒは像高１．１２０ｍｍにおけるサジタル方向のＭＴＦであり、かつ、符号Ｆ２Ｔは像高１．１２０ｍｍにおけるタンジェンシャル方向のＭＴＦである。同様に、符号Ｆ３Ｒは、像高１．５６８ｍｍにおけるサジタル方向のＭＴＦであり、符号Ｆ３Ｔは、像高１．５６８ｍｍにおけるタンジェンシャル方向のＭＴＦであり、符号Ｆ４Ｒは、像高２．０１６ｍｍにおけるサジタル方向のＭＴＦであり、符号Ｆ４Ｔは、像高２．０１６ｍｍにおけるタンジェンシャル方向のＭＴＦであり、符号Ｆ５Ｒは、像高２．２４０ｍｍにおけるサジタル方向のＭＴＦであり、かつ、符号Ｆ５Ｔは、像高２．２４０ｍｍにおけるタンジェンシャル方向のＭＴＦである。

図３〜図８から分かる通り、実施例１の撮像レンズ１０は、４群４枚という低コストかつ量産性に優れた構成でありながら、幅広い温度環境下において安定して良好な光学性能を維持できる。すなわち、実施例１の撮像レンズ１０は、温度変化に対して、焦点距離、及び、ピント位置の変動が極めて小さく、画像への影響がほぼ無い。したがって、実施例１の撮像レンズ１０は、車載カメラ等がおかれる温度環境下において良好な温度補償機能を有する。

以下、上記実施例１と同様に、実施例２〜７の撮像レンズ１０の断面図、各種レンズデータ、及び、各種収差を、図９〜図２０及び表４〜表２１に示す。但し、図９〜図２０の各実施例の非点収差及びディストーション並びにＭＴＦは２５℃におけるグラフである。実施例１と同様に、１４０℃及び−４０℃における非点収差及びディストーション並びにＭＴＦのグラフは２５℃のグラフとほぼ同様である。このため、１４０℃及び−４０℃における非点収差及びディストーション並びにＭＴＦのグラフは省略する。

上記の通り、実施例２及び実施例３の撮像レンズ１０は、式（１）〜式（６）の条件を満たす。また、実施例４の撮像レンズ１０は、式（１）〜式（４）及び式（７）の条件を満たす。実施例５の撮像レンズ１０は、式（１）〜式（４）及び式（６）の条件を満たす。実施例６の撮像レンズ１０は、式（１）〜式（４）と、式（６）及び式（７）の条件を満たす。実施例７の撮像レンズ１０は、式（１）〜式（７）の全ての条件を満たす。また、上記実施例１〜実施例７の撮像レンズ１０は、実施例５の撮像レンズ１０を除き、第２レンズＬ２の屈折率ｎ₂の温度係数ｄｎ₂／ｄＴは負である。

なお、上記実施形態及び実施例は、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例に挙げた撮像レンズ１０以外にも、曲率半径や屈折率、その他レンズデータを変えて、形状や配置及び結像性能が撮像レンズ１０と同等の撮像レンズを構成することができる。

１０撮像レンズ
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ
Ｓ３絞り
ＣＧカバーガラス
Ｓ１２撮像面

Claims

物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する両凸レンズである第２レンズと、正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有する第４レンズと、から構成され、
前記第２レンズは、少なくとも１面を非球面で形成した非球面レンズであり、ｄ線の光に対する−６０℃以上１６０℃以下の温度範囲内での空気中における相対屈折率の温度係数に関し、前記第２レンズの屈折率の温度係数が、前記第４レンズの屈折率の温度係数よりも小さく、
前記第２レンズの屈折率の温度係数が負であり、
前記第４レンズの屈折率の温度係数が２．０以上９．８以下であり、
全系の焦点距離をｆとし、かつ、前記第２レンズの焦点距離をｆ２とする場合に、
０．８２＜ｆ２／ｆ≦１．１２
を満たし、
前記第４レンズの焦点距離をｆ４とする場合に、
１．８９≦｜ｆ４｜／ｆ＜５．２５
を満たす撮像レンズ。
前記第１レンズは物体側に凸のメニスカス形状であり、かつ、
前記第１レンズと前記第２レンズの間に絞りを有する請求項１に記載の撮像レンズ。