JP6941456B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、特にサラウンドセンシング用途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。
従来より、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ている。このような車載用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、7枚構成のレンズ系が開示されている。
特開2014−102291号公報
近年では、自動車の近傍の周囲環境のセンシング、いわゆるサラウンドセンシングを可能にする車載カメラの需要が増加している。このうち、車両前方のフロントセンシングについては、最大全画角が80〜120度程度と、運転者の視界と同等程度の画角を有する撮像レンズが用いられることが多い。また、センシングでは、被写体(前方の走行車や障害物、センターライン、道路標識等)の画像認識精度が高いことが要求されるが、特許文献1の撮像レンズは近年の要求水準に対して収差性能が十分ではなく、より高い画像認識精度を実現させるためには、さらなる諸収差の改善が望まれる。
また、特許文献1の撮像レンズは物体側から6枚目の第6レンズの屈折力が強く、製造公差が厳しくなったり、性能ばらつきが大きくなる可能性がある。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、性能ばらつきを抑え、収差性能に優れた撮像レンズ、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。
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、正の屈折力を有する第7レンズとからなる7枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備え、全系の焦点距離をf、第1レンズと第2レンズの合成焦点距離をf12、第1レンズの焦点距離をf1、7枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をfminとしたとき、条件式(1)〜(3)を満足することを特徴とする。
−1<f/f12<−0.65 …(1)
−0.3<f/f1≦−0.2 …(2)
0.4<|f/fmin|<0.7 …(3)
本発明の撮像レンズにおいては、第1レンズの焦点距離をf1、第2レンズの焦点距離をf2としたとき、条件式(4)を満足することが好ましい。
2<f1/f2<2.7 …(4)
また、第4レンズと第5レンズの間に絞りを備え、全系の焦点距離をf、第1レンズから第4レンズの4枚のレンズの合成焦点距離をfFとしたとき、条件式(5)を満足することが好ましい。
0.15<f/fF<0.45 …(5)
また、全系の焦点距離をf、第2レンズの焦点距離をf2としたとき、条件式(6)を満足することが好ましい。
−0.7<f/f2<−0.4 …(6)
また、最大全画角を2ωとし、2ωの単位を度としたとき、条件式(7)を満足することが好ましい。
80<2ω<115 …(7)
本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。
なお、上記のレンズの屈折力の符号およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。また、上記条件式は全て、d線(波長587.6nm(ナノメートル))を基準とする。
本発明の撮像レンズおよび撮像装置は、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、正の屈折力を有する第7レンズとからなる7枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備え、条件式(1)〜(3)を満足するものとしたので、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、性能ばらつきを抑え、収差性能に優れた撮像レンズ、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ができる。
−1<f/f12<−0.65 …(1)
−0.3<f/f1≦−0.2 …(2)
0.4<|f/fmin|<0.7 …(3)
本発明の実施例1の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例2の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例3の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例4の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例5の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例6の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例7の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例8の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例9の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例10の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例11の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例12の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例13の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例1の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例2の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例3の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例4の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例5の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例6の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例7の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例8の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例9の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例10の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例11の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例12の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例13の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の適用例を説明するための図である。
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に本発明の一実施形態に係る撮像レンズの構成と光路の断面図を示す。図1に示す構成例は後述する本発明の実施例1に係る撮像レンズに対応している。図1では、左側が物体側、右側が像側であり、光路は軸上光束a、最大画角の軸外光束bについても図示している。
この撮像レンズは、光軸Zに沿って物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面を向けた負の第1レンズL1と、負の第2レンズL2と、正の第3レンズL3と、正の第4レンズL4と、正の第5レンズL5と、負の第6レンズL6と、正の第7レンズL7とからなる7枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える。
なお、図1の例ではレンズ系と像面Simとの間に平行平板状の光学部材PPが配置されている。光学部材PPは、各種フィルタおよびカバーガラス等を想定したものである。本発明においては、光学部材PPを図1の例とは異なる位置に配置してもよく、また省略した構成も可能である。
また、図1の例では、第4レンズL4と第5レンズL5の間に開口絞りStが配置されている。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。開口絞りStは図1の例とは異なる位置に配置することも可能である。
この撮像レンズでは、第1レンズL1の物体側の面を凸面にすることによって、軸外光線の入射角度を小さくでき、収差の発生を抑えることができる。また、第1レンズL1および第2レンズL2をともに負のレンズとすることによって、レンズ系全体を広角化することが容易となる。正の第3レンズL3によって像面湾曲を良好に補正することが可能となる。第4レンズL4を正のレンズとすることによって、第3レンズL3から第7レンズL7が適切な正負の並びとなり、諸収差を良好に補正することが可能となる。正の第5レンズL5および負の第6レンズL6によって軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することが可能となる。正の第7レンズL7によって軸外光線の主光線が像面Simに入射する角度を小さくすることができ、シェーディングを抑えることができる。
この撮像レンズは、全系の焦点距離をf、第1レンズL1と第2レンズL2の合成焦点距離をf12としたとき、条件式(1)を満足するように構成されている。条件式(1)の下限以下とならないようにすることによって、高次収差の発生を抑制できる。なお、ここでいう高次収差とは5次以上の収差を意味する。この点は以下の説明においても同様である。条件式(1)の上限以上とならないようにすることによって、広角化と長いバックフォーカスの確保が可能となる。
−1<f/f12<−0.65 …(1)
また、全系の焦点距離をf、第1レンズL1の焦点距離をf1としたとき、条件式(2)を満足するように構成されている。条件式(2)の下限以下とならないようにすることによって、特に周縁部の光束において高次収差が発生することを抑制できる。条件式(2)の上限を超えないようにすることによって、広角化に適した屈折力を得ることができる。
−0.3<f/f1≦−0.2 …(2)
また、全系の焦点距離をf、第1レンズL1から第7レンズL7の7枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をfminとしたとき、条件式(3)を満足するように構成されている。条件式(3)を満足することによって、屈折力を各レンズに適切に配分することができるので、特定のレンズが解像性に極度に影響することを抑制でき、製造公差の緩和および性能のバラツキが小さい製造が可能となる。
0.4<|f/fmin|<0.7 …(3)
本実施形態の撮像レンズにおいては、第1レンズL1の焦点距離をf1、第2レンズL2の焦点距離をf2としたとき、条件式(4)を満足することが好ましい。条件式(4)の下限以下とならないようにすることによって、高次収差の発生を抑制しつつ広角化を達成することができる。条件式(4)の上限以上とならないようにすることによって、絶対値が大きな負の歪曲収差を抑制することができる。
2<f1/f2<2.7 …(4)
また、第4レンズL4と第5レンズL5の間に開口絞りStを備え、全系の焦点距離をf、第1レンズL1から第4レンズL4の4枚のレンズの合成焦点距離をfFとしたとき、条件式(5)を満足することが好ましい。条件式(5)の下限以下とならないようにすることによって、各光線を光軸方向に適度に屈折させることができるため、第5レンズL5以降で各画角の光束を分離して収差補正が可能となるため、良好な性能を得ることができる。条件式(5)の上限以上とならないようにすることによって、球面収差が補正過剰となることを防ぐことができる。
0.15<f/fF<0.45 …(5)
また、全系の焦点距離をf、第2レンズL2の焦点距離をf2としたとき、条件式(6)を満足することが好ましい。条件式(6)の下限以下とならないようにすることによって、特に周縁部の光束において高次収差が発生することを抑制できる。条件式(6)の上限以上とならないようにすることによって、広角化に適した屈折力を第2レンズL2に持たせることができる。
−0.7<f/f2<−0.4 …(6)
また、最大全画角を2ωとし、2ωの単位を度としたとき、条件式(7)を満足することが好ましい。条件式(7)を満足することによって、自動車近傍の周囲環境のセンシング、いわゆるサラウンドセンシングに適した画角を得ることができる。この画角は、隣接する車線から自車線へ割り込みする他車の検知に有用な画角であり、特にフロントセンシングに適した画角である。
80<2ω<115 …(7)
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。
[実施例1]
実施例1の撮像レンズのレンズ構成は図1に示したものであり、その図示方法と構成は図1に示す例として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。
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(ナノメートル))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(ナノメートル))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´、Fナンバー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。表3の非球面係数の数値の「E±n」(n:整数)は「×10±n」を意味する。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…14)の値である。
Zd=C・h/{1+(1−KA・C・h1/2}+ΣAm・h
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
とする。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
図14に実施例1の撮像レンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図14では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、d線(波長587.6nm(ナノメートル))、C線(波長656.3nm(ナノメートル))、およびF線(波長486.1nm(ナノメートル))における収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のd線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のd線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではd線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、C線、およびF線における収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図の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。
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。
[実施例2]
実施例2の撮像レンズのレンズ構成と光路を図2に示す。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、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図15に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例3]
実施例3の撮像レンズのレンズ構成と光路を図3に示す。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、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図16に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例4]
実施例4の撮像レンズのレンズ構成と光路を図4に示す。実施例4の撮像レンズの基本レンズデータを表10に、諸元に関するデータを表11に、非球面係数に関するデータを表12に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図17に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例5]
実施例5の撮像レンズのレンズ構成と光路を図5に示す。実施例5の撮像レンズの基本レンズデータを表13に、諸元に関するデータを表14に、非球面係数に関するデータを表15に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図18に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例6]
実施例6の撮像レンズのレンズ構成と光路を図6に示す。実施例6の撮像レンズの基本レンズデータを表16に、諸元に関するデータを表17に、非球面係数に関するデータを表18に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図19に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例7]
実施例7の撮像レンズのレンズ構成と光路を図7に示す。実施例7の撮像レンズの基本レンズデータを表19に、諸元に関するデータを表20に、非球面係数に関するデータを表21に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図20に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例8]
実施例8の撮像レンズのレンズ構成と光路を図8に示す。実施例8の撮像レンズの基本レンズデータを表22に、諸元に関するデータを表23に、非球面係数に関するデータを表24に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図21に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例9]
実施例9の撮像レンズのレンズ構成と光路を図9に示す。実施例9の撮像レンズの基本レンズデータを表25に、諸元に関するデータを表26に、非球面係数に関するデータを表27に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図22に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例10]
実施例10の撮像レンズのレンズ構成と光路を図10に示す。実施例10の撮像レンズの基本レンズデータを表28に、諸元に関するデータを表29に、非球面係数に関するデータを表30に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図23に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例11]
実施例11の撮像レンズのレンズ構成と光路を図11に示す。実施例11の撮像レンズの基本レンズデータを表31に、諸元に関するデータを表32に、非球面係数に関するデータを表33に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図24に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例12]
実施例12の撮像レンズのレンズ構成と光路を図12に示す。実施例12の撮像レンズの基本レンズデータを表34に、諸元に関するデータを表35に、非球面係数に関するデータを表36に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図25に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
[実施例13]
実施例13の撮像レンズのレンズ構成と光路を図13に示す。実施例13の撮像レンズの基本レンズデータを表37に、諸元に関するデータを表38に、非球面係数に関するデータを表39に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図26に示す。
Figure 0006941456
Figure 0006941456
Figure 0006941456
表40に実施例1〜13の撮像レンズの条件式(1)〜(7)の対応値を示す。表40に示す値はd線を基準とするものである。
Figure 0006941456
以上のデータからわかるように、実施例1〜13の撮像レンズは全て、条件式(1)〜(7)を満たしており、最大全画角が80°〜120°の範囲にあり、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、性能ばらつきを抑え、収差性能に優れた撮像レンズであることがわかる。
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27に自動車に車載カメラを搭載した様子を示す。
図27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、車外カメラ102、および車内カメラ103は、撮像装置であり、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(車外カメラ101、102および車内カメラ103)は本発明の撮像レンズを備えているため、特にフロントセンシングに適した画角でかつ高画質の画像を取得することができる。
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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数は、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、車載カメラに限定されず、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、102 車外カメラ
103 車内カメラ
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
L5 第5レンズ
L6 第6レンズ
L7 第7レンズ
a 軸上光束
b 軸外光束
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
Z 光軸

Claims (5)

  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、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第2レンズと、物体側に凹面を向けた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、正の屈折力を有する第7レンズとからなる7枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備え、
    前記第4レンズと前記第5レンズの間に絞りを備え、
    全系の焦点距離をf、
    前記第1レンズと前記第2レンズの合成焦点距離をf12、
    前記第1レンズの焦点距離をf1、
    前記7枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をfmin
    前記第1レンズから前記第4レンズの4枚のレンズの合成焦点距離をfFとしたとき、
    −1<f/f12<−0.65 …(1)
    −0.3<f/f1≦−0.2 …(2)
    0.4<|f/fmin|<0.7 …(3)
    0.15<f/fF<0.45 …(5)
    で表される条件式(1)〜(3)、(5)を満足する
    ことを特徴とする撮像レンズ。
  2. 前記第2レンズの焦点距離をf2としたとき、
    2<f1/f2<2.7 …(4)
    で表される条件式(4)を満足する
    請求項1記載の撮像レンズ。
  3. 前記第2レンズの焦点距離をf2としたとき、
    −0.7<f/f2<−0.4 …(6)
    で表される条件式(6)を満足する
    請求項1または2記載の撮像レンズ。
  4. 最大全画角を2ωとし、該2ωの単位を度としたとき、
    80<2ω<115 …(7)
    で表される条件式(7)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載の撮像レンズ。
  5. 請求項1からのいずれか1項記載の撮像レンズを備えた撮像装置。
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