JP6539120B2 - 車載カメラ用レンズユニット - Google Patents

Description

本発明は、車載カメラ用レンズユニットに関するものである。

自動車の運転者からの死角を減らすこと等を目的に自動車に車載カメラを搭載することが提案されている。かかる車載カメラに用いる車載カメラ用レンズユニットに関しては、低コスト化を図るという観点から、最も物体側のレンズも含めて、全てのレンズを耐薬品性等が高い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）。

特開２０１５−４０９４５号公報

車載カメラは、低温から高温まで広い温度範囲で使用されることになるが、プラスチッククレンズは温度特性が悪い。このため、特許文献１に記載の車載カメラ用レンズユニットでは、低温時や高温時に解像度等が低下するという問題点がある。

これに対して、ガラスレンズは温度特性が優れている。しかしながら、ガラスレンズを用いた場合でも、ガラスレンズを樹脂製のホルダ（レンズ筒）に搭載した場合、温度変化に伴うホルダの膨張や収縮によって、解像度等が低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、樹脂製のホルダにレンズを搭載した場合でも、安定した温度特性を有する車載カメラ用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、本発明に係る車載カメラ用レンズユニットは、物体側から像側に順に配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、絞り、第４レンズ、第５レンズおよび第６レンズが筒状のホルダに保持されており、前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズであり、前記第２レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズであり、前記第３レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズであり、前記第４レンズは、物体側および像側に凸面を向けたレンズであり、前記第５レンズは、物体側および像側に凹面を向けたレンズであり、前記第６レンズは、物体側および像側に凸面を向けたレンズであり、前記第５レンズと前記第６レンズは、接合レンズであり、前記ホルダは樹脂製であり、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第５レンズおよび前記第６レンズはガラスレンズであり、前記第３レンズおよび前記第４レンズの一方はプラスチックレンズであることを特徴とする。

本発明では、第５レンズと第６レンズとを接合レンズとする等の構成によって収差を低減する一方、第１レンズ、第２レンズ、第５レンズおよび第６レンズについてはガラスレンズとすることにより、温度特性を高めてある。ここで、各レンズを保持するホルダは、樹脂製であるが、第３レンズおよび第４レンズの一方はプラスチックレンズである。このため、温度変化に伴って、ホルダに膨張や収縮が発生してレンズの位置が変化しても、かかる変化の影響は、プラスチックレンズの形状変化や屈折率変化に伴う焦点位置のシフトによって補正することができる。また、絞りの両側に配置された第３レンズおよび第４レンズの一方をプラスチックレンズとしたため、プラスチックレンズの形状変化や屈折率変
化に伴う焦点位置のシフトが大きい。従って、温度変化に伴うホルダの膨張や収縮の影響をプラスチックレンズの形状変化や屈折率変化によって効果的に補正することができる。それ故、ホルダを樹脂製とした場合でも、車載カメラ用レンズユニット全体としての温度特性が安定しているので、低温から高温までの広い温度範囲において解像度等の低下が発生しにくい。また、一部にプラスチックレンズを用いたため、全てのレンズをガラスレンズとした場合より低コスト化を図ることができる。

本発明において、前記第３レンズは、プラスチックレンズであり、前記第４レンズは、ガラスレンズである態様を採用することができる。両凸レンズからなる第４レンズをプラスチックレンズとした場合、温度変化に伴う焦点位置のシフトが大きすぎるという事態が発生しやすいが、メニスカスレンズからなる第３レンズであれば、温度変化に伴う焦点位置のシフトが適度である。このため、温度変化に伴うホルダの膨張や収縮の影響をプラスチックレンズの特性変化によって効果的に補正することができる。

本発明において、前記第３レンズは、物体側のレンズ面および像側のレンズ面が非球面であることが好ましい。かかる構成によれば、非点収差等を低減することができる。

本発明において、前記第３レンズは、例えば、負レンズである。

本発明において、−４０℃から＋１０５℃の温度範囲における空間周波数とＭＴＦとの関係において、空間周波数が６０本／ｍｍでＯＴＦ値が０．５以上であることが好ましい。かかる解像度によれば、広い温度範囲において、車載カメラで適正な画像を得ることができる。

本発明において、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズ、前記第５レンズおよび前記第６レンズを含むレンズ系全体のＦ値が１．６以下であることが好ましい。かかる構成によれば、車載カメラで明るい画像を得ることができる。

本発明に係る車載カメラ用レンズユニットでは、第５レンズと第６レンズとを接合レンズとする等の構成によって収差を低減する一方、第１レンズ、第２レンズ、第５レンズおよび第６レンズについてはガラスレンズとすることにより、温度特性を高めてある。ここで、各レンズを保持するホルダは、樹脂製であるが、第３レンズおよび第４レンズの一方はプラスチックレンズである。このため、温度変化に伴って、ホルダに膨張や収縮が発生してレンズの位置が変化しても、かかる変化の影響は、プラスチックレンズの形状変化や屈折率変化に伴う焦点位置のシフトによって補正することができる。また、絞りの両側に配置された第３レンズおよび第４レンズの一方をプラスチックレンズとしたため、プラスチックレンズの形状変化や屈折率変化に伴う焦点位置のシフトが大きい。従って、温度変化に伴うホルダの膨張や収縮の影響をプラスチックレンズの形状変化や屈折率変化によって効果的に補正することができる。それ故、ホルダを樹脂製とした場合でも、車載カメラ用レンズユニット全体としての温度特性が安定しているので、低温から高温までの広い温度範囲において解像度等の低下が発生しにくい。また、一部にプラスチックレンズを用いたため、全てのレンズをガラスレンズとした場合より低コスト化を図ることができる。

本発明を適用した車載カメラ用レンズユニットの説明図である。 本発明を適用した車載カメラ用レンズユニットのＭＴＦ特性を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した車載カメラ用レンズユニットを説明する。

なお、以下に参照する図１および表１において、各面０〜１０を括弧書きで示してあり、各面は、以下の面を指している。また、各面のうち、非球面には、面番号の後に「＊」を付してある。

第０面（０）・・透光性カバー２００の物体側の面２１０
第１面（１）・・透光性カバー２００の像側の面２２０
第２面（２）・・第１レンズ１の物体側のレンズ面１１
第３面（３）・・第１レンズ１の像側のレンズ面１２
第４面（４＊）・・第２レンズ２の物体側のレンズ面２１
第５面（５＊）・・第２レンズ２の像側のレンズ面２２
第６面（６＊）・・第３レンズ３の物体側のレンズ面３１
第７面（７＊）・・第３レンズ３の像側のレンズ面３２
第８面（８）・・絞り７
第９面（９＊）・・第４レンズ４の物体側のレンズ面４１
第１０面（１０＊）・・第４レンズ４の像側のレンズ面４２
第１１面（１１）・・第５レンズ５の物体側のレンズ面５１
第１２面（１２）・・第５レンズ５の像側のレンズ面５２、第６レンズ６の物体側のレンズ面６１
第１３面（１３＊）・・第６レンズ６の像側のレンズ面６２
第１４面（１４）・・赤外線カットフィルタ８の物体側の面８１
第１５面（１５）・・赤外線カットフィルタ８の像側の面８２
第１６面（１６）・・撮像素子９の素子カバー９０の物体側の面９１
第１７面（１７）・・撮像素子９の素子カバー９０の像体側の面９２
第１８面（１８）・・撮像素子９の撮像面９５

（車載カメラ用レンズユニット１０の構成）
図１は、本発明を適用した車載カメラ用レンズユニット１０の説明図である。図１に示す車載カメラ用レンズユニット１０は、物体側から像側に第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、絞り７、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６が順に配置されている。車載カメラ用レンズユニット１０の物体側には、板状の透光性カバー２００が配置され、車載カメラ用レンズユニット１０の像側には、物体側から像側に板状の赤外線カットフィルタ８、および撮像素子９が順に配置されている。撮像素子９は、透光性の素子カバー９０の車載カメラ用レンズユニット１０とは反対側に撮像面９５を有している。

本形態において、第５レンズ５の像側のレンズ面５２と第６レンズ６の物体側のレンズ面６１とは接着剤によって接合されており、第５レンズ５と第６レンズ６とは接合レンズ５０を構成している。

本形態の車載カメラ用レンズユニット１０において、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、絞り７、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６は、円筒状のホルダ１００（レンズ筒）に保持されている。ここで、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、絞り７、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６のうち、第１レンズ１は最も外径が大きい。第２レンズ２および第３レンズ３は外径が等しく、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６は外径が等しい。第２レンズ２および第３レンズ３は、第１レンズ１より外径が小さく、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６より外径が大きい。かかる構成に対応して、ホルダ１００には、物体側の大径部１１０と、大径部１１０の像側に大径部１１０と同軸状に形成された小径部１２０とが形成されている。小径部１２０の像側の端部には、径方向内側に張り出した円環状の凸部１３０が形成され
ている。

小径部１２０の内側には、像側から物体側に向けて、接合レンズ５０（第５レンズ５および第６レンズ６）および第４レンズ４が順に配置されており、接合レンズ５０の外周側端部であるコバ部５９は凸部１３０に物体側から当接した状態にある。また、接合レンズ５０のコバ部５９と第４レンズ４の外周側端部であるコバ部４９との間には、円環状の中間環４０が配置されている。

大径部１１０の内側には、像側から物体側に向けて、絞り７を備えた遮光部材７０、第３レンズ３および第２レンズ２が順に配置されており、遮光部材７０の外周側端部７９は、第４レンズ４のコバ部４９に物体側から当接している。また、第３レンズ３の外周側端部であるコバ部３９は遮光部材７０の外周側端部７９に物体側から当接し、第２レンズ２の外周側端部であるコバ部２９は第３レンズ３のコバ部３９に物体側から当接している。この状態で、第２レンズ２は、接着や加締め等の方向で固定されており、その結果、第３レンズ３、絞り７、第４レンズ４、および接合レンズ５０（第５レンズ５および第６レンズ６）は、第２レンズ２と凸部１３０との間に保持されている。

大径部１１０の物体側の端部には、段部１４０が形成されており、かかる段部１４０に第１レンズ１が接着や加締め等の方向で固定されている。

このように構成した車載カメラ用レンズユニット１０において、レンズ等の構成は、表１に示す通りである。

表１の上欄には、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、半径が記載されている。表１の下欄には、各面のうち、非球面の形状を下式（数１）で表した際の非球面係数等が示されている。下式においては、光軸Ｌ方向の軸をＺ、光軸Ｌと垂直な方向の高さをｒ、円錐係数（コーニック係数）をＫとし、中心曲率をｃとしてある。また、各値の単位はいずれもｍｍである。

図１および表１からわかるように、本形態の車載カメラ用レンズユニット１０において、第１レンズ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズである。本形態において、第１レンズ１の物体側のレンズ面１１（第２面（２））は凸状の球面からなり、第１レンズ１の像側のレンズ面１２（第３面（３））は凹状の球面からなる。

第２レンズ２は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズである。第２レンズ２の物体側のレンズ面２１（第４面（４））は凸状の非球面からなり、第２レンズ２の像側のレンズ面２２（第５面（５））は、凹状の非球面からなる。

第３レンズ３は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズである。第３レンズ３の物体側のレンズ面３１（第６面（６））は凹状の非球面からなり、第３レンズ３の像側のレンズ面３２（第７面（７））は、凸状の非球面からなる。本形態において、第３レンズ３は負のパワーを有する負レンズである。

第４レンズ４は、物体側および像側に凸面を向けたレンズである。第４レンズ４の物体側のレンズ面４１（第９面（９））は凸状の非球面からなり、第４レンズ４の像側のレンズ面４２（第１０面（１０））は、凸状の非球面からなる。

第５レンズ５は、物体側および像側に凹面を向けたレンズであり、第６レンズ６は、物体側および像側に凸面を向けたレンズであり、第５レンズ５の像側のレンズ面５２と第６レンズ６の物体側のレンズ面６１とは接着剤によって接合されている。かかる接合レンズ５０において、第５レンズ５の物体側のレンズ面５１（第１１面（１１））は凹状の球面からなり、第５レンズ５の像側のレンズ面５２（第１２面（１２））は凹状の球面からなる。第６レンズ６の物体側のレンズ面６１（第１２面（１２））は凸状の球面からなり、第６レンズ６の像側のレンズ面６２（第１３面（１３））は凸状の非球面からなる。

ここで、第１レンズ１、第２レンズ２、第５レンズ５および第６レンズ６はガラスレンズである。これに対して、第３レンズ３および第４レンズ４の一方はプラスチックレンズである。本形態において、第３レンズ３および第４レンズ４のうち、第３レンズ３は、プラスチックレンズであり、第４レンズ４は、ガラスレンズである。

このように構成した車載カメラ用レンズユニット１０において、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６を含むレンズ系全体のＦ値は１．６以下である。

（ＭＴＦ特性）
図２は、本発明を適用した車載カメラ用レンズユニット１０のＭＴＦ特性を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、常温（＋２５℃）のＭＴＦ特性を示す説明図、−４０℃のＭＴＦ特性を示す説明図、および＋１０５℃のＭＴＦ特性を示す説明図である。なお、図２には、画角が０ｄｅｇ、１９．５０ｄｅｇ、２６．００ｄｅｇ、３３．２０ｄｅｇでのＯＴＦ（Optical Transfer Function／光学伝達関数）の絶対値（ＭＴＦ（Modulation Transfer Function））を空間周波数（Spatial frequency）に対してプロットし
てあり、サジタル方向の特性にはＳを付し、タンジェンシャル方向の特性にはＴを付してある。また、図２には、波動光学的な限界値をＬＩＭＩＴとして示してある。なお、ＯＴＦは、射出光のフーリエ変換／入射光のフーリエ変換であり、コントラストの減少率を示す。

図２に示すように、空間周波数が高周波になるほどコントラストは低下しているが、空間周波数が６０本／ｍｍを規格空間周波数としたとき、−４０℃〜＋１０５℃の温度範囲において、ＯＴＦ値が０．５以上、さらには０．６以上である。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の車載カメラ用レンズユニット１０では、第５レンズ５と第６レンズ６とを接合レンズ５０とし、第３レンズ３の物体側のレンズ面３１および像側のレンズ面３２を非球面とする等の構成を採用することによって、収差を低減してある。また、車載カメラ用レンズユニット１０では、第１レンズ１、第２レンズ２、第５レンズ５および第６レンズ６についてはガラスレンズとすることにより、温度特性を高めてある。

ここで、各レンズを保持するホルダ１００は、樹脂製であるが、第３レンズ３および第４レンズ４の一方（第３レンズ３）はプラスチックレンズである。このため、温度変化に伴って、ホルダ１００に膨張や収縮が発生してレンズの位置が変化しても、かかる変化の影響は、プラスチックレンズ（（第３レンズ３）の特性変化に伴う焦点位置のシフトによって補正することができる。すなわち、ホルダ１００を樹脂製とすると、アルミニウム製とした場合より、線膨張係数がアルミよりも数倍大きくなる一方、プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて、線膨張係数が１０倍近い。このため、温度変化に伴って、ホルダ１００に膨張や収縮が発生してレンズの位置が変化しても、かかる変化の影響は、プラスチックレンズ（（第３レンズ３）の膨張や収縮等の変形や、屈折率変化に伴う焦点位置のシフトによって補正することができる。

また、本形態では、絞り７の両側に配置された第３レンズ３および第４レンズ４の一方（第３レンズ３）をプラスチックレンズとしたため、プラスチックレンズの変形や屈折率変化に伴う焦点位置のシフトが大きい。

従って、温度変化に伴うホルダ１００の膨張や収縮の影響をプラスチックレンズの変形や屈折率変化によって効果的に補正することができる。それ故、ホルダ１００を樹脂製とした場合でも、車載カメラ用レンズユニット１０全体としての温度特性が安定しているので、低温から高温までの広い温度範囲において解像度等の低下が発生しにくい。よって、空間周波数が６０本／ｍｍを規格空間周波数としたとき、−４０℃〜＋１０５℃の温度範囲において、ＯＴＦ値が０．５以上の車載カメラ用レンズユニット１０を実現することができる。

しかも、プラスチックレンズだけでは、屈折率が低いため、パワーを上げようとすると、収差補正の観点から光学全長を長くしなければならなくなり、Ｆ値、光学全長、収差補正（解像力）を十分満たすことは難しくなるが、本形態の車載カメラ用レンズユニット１０では、第１レンズ１、第２レンズ２、第５レンズ５および第６レンズ６についてはガラスレンズとしてある。このため、第１レンズ１、第２レンズ２、第３レンズ３、第４レンズ４、第５レンズ５および第６レンズ６を含むレンズ系全体のＦ値が１．６以下である。それ故、車載カメラで明るい画像を得ることができる。

また、車載カメラでは、広い波長域（420nm〜700nm）の光を利用するため、それに伴って広い波長領域での色収差補正が求められる一方、プラスチックレンズだけでは、色収差
を低減できる程、屈折率分散の異なる材料を得ることが困難である。しかるに本形態では、屈折率が異なるガラスレンズとプラスチックレンズとを組み合わせているため、色収差を低減することができる。また、一部にプラスチックレンズを用いたため、全てのレンズをガラスレンズとした場合より車載カメラ用レンズユニット１０の低コスト化を図ることができる。

また、本形態では、メニスカスレンズからなる第３レンズ３、および両凸レンズからなる第４レンズ４のうち、第３レンズ３をプラスチックレンズとし、第４レンズ４をガラスレンズとしてある。このため、温度変化に伴うホルダ１００の膨張や収縮の影響をプラスチックレンズの特性変化によって効果的に補正することができる。すなわち、両凸レンズからなる第４レンズ４をプラスチックレンズとした場合、温度変化に伴う焦点位置のシフトが大きすぎるという事態が発生しやすいが、メニスカスレンズからなる第３レンズ３であれば、温度変化に伴う焦点位置のシフトが適度である。

１・・第１レンズ、２・・第２レンズ、３・・第３レンズ、４・・第１レンズ、５・・第２レンズ、６・・第３レンズ、７・・絞り、９・・撮像素子、１０・・車載カメラ用レンズユニット、５０・・接合レンズ

Claims (6)

1. 物体側から像側に順に配置された第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、絞り、第４レンズ、第５レンズおよび第６レンズが筒状のホルダに保持されており、
   前記第１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズであり、
   前記第２レンズは、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズであり、
   前記第３レンズは、物体側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズであり、
   前記第４レンズは、物体側および像側に凸面を向けたレンズであり、
   前記第５レンズは、物体側および像側に凹面を向けたレンズであり、
   前記第６レンズは、物体側および像側に凸面を向けたレンズであり、
   前記第５レンズと前記第６レンズは、接合レンズであり、
   前記ホルダは樹脂製であり、
   前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第５レンズおよび前記第６レンズはガラスレンズであり、
   前記第３レンズおよび前記第４レンズの一方はプラスチックレンズであることを特徴とする車載カメラ用レンズユニット。
2. 前記第３レンズは、プラスチックレンズであり、
   前記第４レンズは、ガラスレンズであることを特徴とする請求項１に記載の車載カメラ用レンズユニット。
3. 前記第３レンズは、物体側のレンズ面および像側のレンズ面が非球面であることを特徴とする請求項２に記載の車載カメラ用レンズユニット。
4. 前記第３レンズは、負レンズであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車載カメラ用レンズユニット。
5. −４０℃から＋１０５℃の温度範囲における空間周波数とＭＴＦとの関係において、空間周波数が６０本／ｍｍでＯＴＦ値が０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の車載カメラ用レンズユニット。
6. 前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズ、前記第５レンズおよび前記第６レンズを含むレンズ系全体のＦ値が１．６以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の車載カメラ用レンズユニット。

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