JP5345823B2 - 撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、被写体を撮像するための撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。

従来より、自動車の前方等を監視するための車載用の撮像装置が知られている。このような撮像装置は、自動車の車内外に配置され、この自動車の走行中における車線からの逸脱を監視したり、道路標識を監視したりする。このような車載用の撮像レンズとしては、一般に、小型でバックフォーカス距離が長い撮像レンズが用いられる。

また、小型でバックフォーカス距離が長い撮像レンズを、接合レンズやプラスチック非球面レンズを用いて形成したものも知られている（特許文献１，２，３，４参照）。

これらの特許文献１〜４は、いずれも接合レンズを用いた撮像レンズを開示している。特許文献１は、レンズ枚数が多く画角が比較的狭い非球面レンズを含んだ撮像レンズを開示するものである。特許文献２は、メニスカスレンズを多用した撮像レンズを開示するものである。特許文献３は、焦点距離に比べて全長が長い撮像レンズを開示するものである。特許文献４は、Ｆ値が比較的大きく（Ｆｎｏ＝４）画角が狭く大口径化には対応していない撮像レンズを開示するものである。
特許第３２５４２３９号公報 特許第３４７８６４３号公報 特許第３７２３６３７号公報 特許第３９６４５３３号公報

ところで、このような車載用の撮像レンズは、例えば、寒冷地では気温０℃以下の環境下に置かれ、熱帯地では高温多湿（例えば気温８０℃、湿度８０％）の車内の環境下に置かれたりする。そのため、撮像レンズを構成する接合レンズ中の接合部材やプラスチックレンズが変質したり変形したりして、撮像レンズの光学性能、例えば解像力が低下することがある。また、被写体を撮影するときの撮像レンズ自身の温度の変化によって生じるレンズの形状や屈折率の変化等によっても、撮像レンズの光学性能が低下することがある。

そのため、厳しい環境下に置かれたときの各レンズの変質や変形あるいは屈折率変化等に起因する撮像レンズの光学性能の低下を抑制したいという要請がある。

なお、上記撮像レンズの光学性能が低下する問題は、車載用の撮像レンズに限らず、プラスチックレンズや接合レンズを適用した撮像レンズに共通する問題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性を高めることができる撮像レンズおよびこの撮像レンズを用い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、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群を備えた撮像レンズであって、前群は、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第１レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第２レンズを備えたものであり、後群は、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第３レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第４レンズ、両凸形状をなす第５レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第６レンズを備えたものであり、第１レンズから第６レンズそれぞれは、いずれもガラス球面単レンズであることを特徴とするものである。

前記撮像レンズは、条件式（１）：１．１＜ｆ36／ｆ＜１．７を満足するものとすることが望ましい。ただし、ｆは撮像レンズ全系の焦点距離、ｆ36は後群の焦点距離である。

なお、ｆ36／ｆの値は、条件式（１′）：１．２＜ｆ36／ｆ＜１．６を満足するものとすることがより望ましい。

前記撮像レンズは、条件式（２）：−１．４＜ｆ１／ｆ２＜−０．７を満足するものとすることが望ましい。ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。

なお、ｆ１／ｆ２の値は、条件式（２′）：−１．３＜ｆ１／ｆ２＜−０．８を満足するものとすることがより望ましい。

前記撮像レンズは、条件式（３）：１．１＜Ｒ11／Ｒ12＜２．０を満足するものとすることが望ましい。ただし、Ｒ11は第５レンズの像側のレンズ面の曲率半径、Ｒ12は第６レンズの物体側のレンズ面の曲率半径である。

なお、Ｒ11／Ｒ12の値は、条件式（３′）：１．２＜Ｒ11／Ｒ12＜１．９を満足するものとすることがより望ましい。

前記撮像レンズは、条件式（４）：νｄ３＜２０を満足するものとすることが望ましい。ただし、νｄ３は第３レンズのｄ線に対するアッベ数である。

本発明の撮像レンズを用いた撮像装置は、前記本発明の撮像レンズと、この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たことを特徴とするものである。

前記ガラス球面単レンズとは、ガラス材料のみで形成された、物体側および像側のレンズ面が両方共に球面形状をなす単レンズを意味するものである。

本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置によれば、物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群を備え、前群を、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第１レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第２レンズを備えたものとし、後群を、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第３レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第４レンズ、両凸形状をなす第５レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第６レンズを備えたものとし、撮像レンズを構成する第１レンズから第６レンズのすべてをガラス球面単レンズとしたので、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。

すなわち、前群における最も物体側に位置するレンズ、および後群における最も物体側に位置するレンズを両方共に負のパワーを持つレンズとしたので、撮像レンズ全系の長さに比してバックフォーカス距離を長くすることができる。

なお、バックフォーカス距離は、撮像レンズを構成するレンズ面のうち最も像側に位置するレンズ面から、この撮像レンズの結像面までの空気換算した距離である。

また、撮像レンズ全系において最も物体側に位置するレンズを、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとし、撮像レンズ全系において最も像側に位置するレンズを、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとしたので、小型化できるとともに、像面湾曲やディストーションの発生を抑制することができる。

なお、接合レンズ中の接合部材やプラススチックレンズには、高分子材料等のガラス材料に比べて融点の低い材料が使用されている。このような低融点材料は、ガラス材料に比べて、温度や湿度の影響によって変形し易く、屈折率等の光学特性も変化しやすい。また、このような低融点材料は、ガラス材料に比べて変質しやすいので、長期に亘る使用において撮像レンズの光学性能を低下させる。

上記本発明によれば、このような低融点材料を用いることなく、環境耐性の高いガラス部材のみを用いて撮像レンズを構成したので、環境耐性の高い撮像レンズおよび撮像装置を得ることができる。また、球面レンズのみからなるレンズ構成としたので、非球面レンズを用いる場合よりも容易に製造することができ、装置コストを低減することもできる。

なお、撮像レンズの環境耐性が高いとは、環境の影響で生じる撮像レンズの光学性能の低下が少ないことを意味するものである。例えば、長期間に亘って、あるいは短時間であっても、低温の環境下に置かれたり、高温多湿な環境下に置かれたりしたときのレンズ部材の変質や変形が少なく撮像レンズの光学性能の低下が少ない場合や、熱帯地や寒冷地での撮影において撮像レンズ自身の温度が常温から大きく変化したとしても撮像レンズの光学性能の低下が少ない場合等に、この撮像レンズの環境耐性が高いという。

以下、本発明の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成を示す断面図である。

図示の撮像レンズ２０は、主に自動車の前方等の状況を撮影するための車載用の撮像装置に用いられる撮像レンズであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子１０の受光面Ｊｋ上に被写体の像を結像させるものである。この撮像素子１０は、撮像レンズ２０により形成される光学像を電気信号に変換して、この光学像を示す画像信号を得るものである。

この撮像レンズ２０は、Ｆ値が２．０〜４．０、全画角６０°程度の撮像レンズであって、コンパクトでバックフォーカス距離が長く諸収差特が良好に補正された撮像レンズである。

＜撮像レンズの基本構成およびその作用、効果について＞
はじめに、撮像レンズ２０の基本構成について説明する。

撮像レンズ２０は、光軸Ｚ１に沿って物体側（図中矢印−Ｚの側）から順に、正のパワーを持つ前群Ｕ１、絞り、正のパワーを持つ後群Ｕ２を備えたものである。

前群Ｕ１は、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第１レンズＬ１、正のパワーを持ち像側（図中矢印＋Ｚの側）のレンズ面Ｒ４が凸面をなす第２レンズＬ２を物体側からこの順に備えている。

後群Ｕ２は、負のパワーを持ち物体側のレンズ面Ｒ７が凹面をなす第３レンズＬ３、正のパワーを持ち像側のレンズ面Ｒ９が凸面をなす第４レンズＬ４、両凸形状をなす第５レンズＬ５、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第６レンズＬ６を物体側からこの順に備えている。

また、第１レンズＬ１から第６レンズＬ６のそれぞれは、いずれもガラス材料からなる球面単レンズである。

すなわち、撮像レンズ２０を構成している各レンズは、いずれもガラスレンズであり、いずれも球面レンズであり、さらに、いずれも単レンズであって接合レンズではない。

この撮像レンズ２０を通して被写体である物体を表す像が結像される結像面Ｒ１４には、上記のように撮像素子１０の受光面Ｊｋが配置されている。

なお、図１中の符号Ｒ１〜Ｒ１４は以下の構成要素を指している。

すなわち、Ｒ１とＲ２は第１レンズＬ１の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ３とＲ４は第２レンズＬ２の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ５は開口絞りＳｔの開口部、Ｒ６とＲ７は第３レンズＬ３の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ８とＲ９は第４レンズＬ４の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ１０とＲ１１は第５レンズＬ５の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ１２とＲ１３は第６レンズＬ６の物体側のレンズ面と像側のレンズ面、Ｒ１４は上記のように撮像素子１０の受光面Ｊｋと一致する撮像レンズ２０の結像面を示している。

上記撮像レンズ２０の備える基本構成によれば、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。

なお、バックフォーカス距離（図中符号Ｂｆで示す）は、第６レンズＬ６の像側のレンズ面Ｒ１３から結像面Ｒ１４までの空気換算した距離である。

＜撮像レンズの基本構成をさらに限定する構成およびその作用、効果について＞
次に、この撮像レンズ２０の備える上記基本構成をさらに限定する構成要素およびその作用、効果について説明する。なお、基本構成をさらに限定するこれらの構成要素は必須の構成ではない。

《上記基本構成を条件式により限定する構成とその作用、効果について》
以下、撮像レンズの基本構成をさらに限定する条件式（１）〜（４）と、その作用、効果について説明する。なお、本願発明の撮像レンズは、条件式（１）〜（４）のうちの１つのみを満足するものとしてもよいし、あるいは、条件式（１）〜（４）のうちの２つ以上の組み合わせを満足するものとしてもよい。

なお、条件式（１）〜（４）中に記号で示す各パラメータの意味をまとめて以下に示す。

ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離、すなわち第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６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
ｆ36：後群Ｕ２の焦点距離（第３レンズ〜第６レンズの合成焦点距離）
Ｒ11：第５レンズの像側のレンズ面の曲率半径
Ｒ12：第６レンズの物体側のレンズ面の曲率半径
νｄ３：第３レンズのｄ線に対するアッベ数
◇条件式（１）：１．１＜ｆ36／ｆ＜１．７は、バックフォーカス距離や像面湾曲に関するものである。

条件式（１）を満足するようにレンズ系を構成すれば、レンズ系の全長を増大させることなく長いバックフォーカス距離を確保でき、像面湾曲の発生も抑制することができる。

しかしながら、ｆ36／ｆの値が条件式（１）の上限を上回るように、すなわち、ｆ36／ｆの値が１．７以上となるようにレンズ系を構成すると、レンズ系の全長を増大させることなく長いバックフォーカス距離を確保することが困難になる。

一方、ｆ36／ｆの値が条件式（１）の下限を下回るように、すなわち、ｆ36／ｆの値が１．１以下となるようにレンズ系を構成すると、像面湾曲の補正が困難になる。

なお、ｆ36／ｆの値は、条件式（１′）：１．２＜ｆ36／ｆ＜１．６を満足するものとすることがより望ましい。

◇条件式（２）：−１．４＜ｆ１／ｆ２＜−０．７は、非点隔差、コマ収差、および倍率色収差に関するものである。

条件式（２）を満足するようにレンズ系を構成すれば、非点隔差、コマ収差、および倍率色収差を良好に補正できる。

しかしながら、ｆ１／ｆ２の値が条件式（２）の上限を上回るように、すなわち、ｆ１／ｆ２の値が−０．７以上となるようにレンズ系を構成すると、非点隔差の補正が困難になる。

一方、ｆ１／ｆ２の値が条件式（２）の下限を下回るように、すなわち、ｆ１／ｆ２の値が−１．４以下となるようにレンズ系を構成すると、コマ収差および倍率色収差の補正が困難になる。

なお、ｆ１／ｆ２の値は、条件式（２′）：−１．３＜ｆ１／ｆ２＜−０．８を満足するものとすることがより望ましい。

◇条件式（３）：１．１＜Ｒ11／Ｒ12＜２．０は、像面湾曲や軸上色収差に関するものである。

条件式（３）を満足するようにレンズ系を構成すれば、像面湾曲や軸上色収差を良好に補正することができる。

しかしながら、Ｒ11／Ｒ12の値が条件式（３）の上限を上回るように、すなわち、Ｒ11／Ｒ12の値が２．０以上となるようにレンズ系を構成すると、像面湾曲の補正が困難になる。

一方、Ｒ11／Ｒ12の値が条件式（３）の下限を下回るように、すなわち、Ｒ11／Ｒ12の値が１．１以下となるようにレンズ系を構成すると、軸上色収差の補正が困難になる。

なお、Ｒ11／Ｒ12の値は、条件式（３′）：１．２＜Ｒ11／Ｒ12＜１．９を満足するものとすることがより望ましい。

◇条件式（４）：νｄ３＜２０は、軸上色収差と倍率色収差に関するものである。

条件式（４）を満足するようにレンズ系を構成すれば、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正することができる。

しかしながら、νｄ３の値が条件式（４）の上限を上回るように、すなわち、第３レンズＬ３を形成する材料のｄ線に対するアッベ数νｄ３の値が２０以上となるようにレンズ系を構成すると、軸上色収差と倍率色収差の補正が困難になる。

以上のように、本発明によれば、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。

＜具体的な実施例＞
次に、図２〜図１５および表１〜表７を参照し、本発明による実施例１〜実施例７の各撮像レンズに係る数値データ等についてまとめて説明する。なお、図２〜図８は、実施例１〜実施例７の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図であり、図１中の符号と一致する図２〜８中の符号は、互に対応する構成を示している。

また、以下に示す表１〜表７は、実施例１〜実施例７の撮像レンズそれぞれの基本的なデータを示す表である。各表中の上部に撮像レンズのレンズデータ（図中符号（ａ）で示す）を、下部に撮像レンズの概略仕様（図中符号（ｂ）で示す）を記載する。

表１〜表７の各表中の上部のレンズデータにおいて、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１〜１４）の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りＳｔの面番号（ｉ＝５）や結像面の面番号（ｉ＝１４）をも含めて記載している。

Ｒｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、Ｄｉ（ｉ＝１、２、３、…）はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、レンズデータの符号Ｒｉは、図１中のレンズ面を示す符号Ｒｉ（ｉ＝１、２、３、…）と対応している。

また、各レンズデータ中の、Ｎｄｊは物体側から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５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。

また、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。

表１〜表７の各表中の下部の概略仕様における各項目の記号は、以下の内容に対応するものである。なお、以下の説明の一部は既に説明済みである。

すなわち、撮像レンズ全系の焦点距離（第１レンズ〜第６レンズの合成焦点距離）：ｆ、Ｆ値：Ｆｎｏ、全画角：２ω、第３レンズ、第４レンズ、第５レンズ、および第６レンズからなる後群Ｕ２の焦点距離：ｆ36、Ｒ11：第５レンズの像側のレンズ面の曲率半径、Ｒ12：第６レンズの物体側のレンズ面の曲率半径、第１レンズの焦点距離：ｆ１、第２レンズの焦点距離：ｆ２、第３レンズのｄ線に対するアッベ数：νｄ３の各項目について各表中の概略仕様が示されている。

図９〜図１５は、実施例１〜実施例７の撮像レンズそれぞれの諸収差を示す図である。上記図９〜図１５それぞれは、各実施例の撮像レンズ毎の、ｅ線（波長５４６．1ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差を示している。

なお、ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、画角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆ×ｔａｎ（θ）とし、それからのずれ量を示す。

実施例１〜７の基本的なデータおよび諸収差を示す図等から分かるように、本発明の撮像レンズによれば、６枚のレンズそれぞれの形状や材質の最適化を図ることで、小型でバックフォーカス距離が長い特性を維持しつつ環境耐性の高い撮像レンズを得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各図中に示した数値に限定されず、他の値を取り得る。

図１６は、本発明の撮像レンズと、この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た、本発明の撮像装置の１例である車載カメラを搭載した自動車を示す図である。

図１６に示すように、本発明の撮像レンズを用いた車載カメラ５０４は、例えば、自動車５０１内に配置されたルームミラーの背面に取り付けられて、自動車５０１の前方の様子を撮影するものである。自動車５０１の走行中における車載カメラ５０４による前方の撮影により、この自動車５０１の車線からの逸脱を監視したり、道路標識を監視したり、あるいは進路を妨害する障害物等の有無を監視することができる。

本発明の撮像レンズの概略構成を示す図 実施例１の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例２の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例３の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例４の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例５の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例６の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例７の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例１の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例２の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例３の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例４の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例５の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例６の撮像レンズの諸収差を示す図 実施例７の撮像レンズの諸収差を示す図 本発明の撮像レンズを用いた撮像装置である車載カメラを搭載した自動車を示す図

符号の説明

１０ 撮像素子
２０ 撮像レンズ
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

Claims (5)

1. 物体側から順に、正のパワーを持つ前群、絞り、正のパワーを持つ後群からなる撮像レンズであって、
   前記前群が、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第１レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第２レンズからなるものであり、
   前記後群が、物体側から順に、負のパワーを持ち物体側のレンズ面が凹面をなす第３レンズ、正のパワーを持ち像側のレンズ面が凸面をなす第４レンズ、両凸形状をなす第５レンズ、負のパワーを持ち像側に凸面を向けたメニスカス形状をなす第６レンズからなるものであり、
   前記第１レンズから第６レンズが、いずれもガラス球面単レンズであり、
   以下の条件式（４）を満足するものであることを特徴とする撮像レンズ。
   νｄ３＜２０ ・・・（４）
   ただし、
   νｄ３：前記第３レンズのｄ線に対するアッベ数
2. 以下の条件式（１）を満足するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   １．１＜ｆ36／ｆ＜１．７ ・・・（１）
   ただし、
   ｆ：撮像レンズ全系の焦点距離
   ｆ36：前記後群の焦点距離
3. 以下の条件式（２）を満足するものであ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。
   −１．４＜ｆ１／ｆ２＜−０．７ ・・・（２）
   ただし、
   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
4. 以下の条件式（３）を満足するものであ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。
   １．１＜Ｒ11／Ｒ12＜２．０ ・・・（３）
   ただし、
   Ｒ11：前記第５レンズの像側のレンズ面の曲率半径
   Ｒ12：前記第６レンズの物体側のレンズ面の曲率半径
5. 前記請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズと、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たことを特徴とする撮像装置。

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