JP6695995B2 - 撮像レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズ系及び撮像装置に関する。

近年、自動車搭載用途の撮像レンズ系として、広視野に対応したレンズが必要とされている。自動車搭載用途の撮像レンズ系として、例えば、自動車を運転するときの安全性を確保するためのフロント、バック、及びサイドを確認するための車載カメラに用いられる撮像レンズ系がある。

車載カメラの撮像レンズ系には、視界が極めて広く、かつ、高い解像力を有するとともに、さらに、Ｆ値が２．０程度の明るい撮像レンズ系であることが求められる。また、特に、車載カメラ用の撮像レンズ系では、コンパクトさも求められる。

特許文献１には、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズ、絞り、負のパワーを有する第４レンズ及び正のパワーを有する第５レンズを接合してなり全体として正のパワーを有する接合レンズと、正のパワーを有する第６レンズから構成される撮像レンズ系が記載されている。この撮像レンズ系は、広角で、Ｆ値が小さく、かつ、高い結像性能を有する。

特許５０４５３００号公報

近年、自動車搭載用途の撮像レンズ系は、全画角１８０度以上のより広画角を求められている。また、広画角であるとともに、収差補正が良好になされ、かつ、テレセントリック性を確保することが必要とされている。

特許文献１に記載の撮像レンズ系は、レンズ６枚で構成されているにも関わらず、全画角が約１５０度であり、車載カメラに用いるには画角がやや狭い。さらに、撮像素子への主光線入射角が十分に小さくなく、テレセントリック性が不十分という問題がある。

本発明は、上述の問題を解決するためなされたものであり、良好な結像性能及びテレセントリック性を有する半画角で９０°あるいは１００°以上である広画角の撮像レンズ系及び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系は、物体側から順に、像側に凹形状で負のパワーを有する第１レンズと、像側に凹形状で負のパワーを有する第２レンズと、物体側に凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、像側に凹形状で負のパワーを有する第４レンズと、物体側に凸形状で正のパワーを有する第５レンズと、像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズと、から構成され、前記第４レンズの像側レンズ面と前記第５レンズの物体側レンズ面とが貼り合わされており、前記第６レンズの焦点距離をｆ_６、レンズ全系の焦点距離をｆとするときに、下記の条件式（１）を満足することが望ましい。
１．５＜ｆ_６／ｆ＜２．５ （１）

条件式（１）の下限値を下回ると、第６レンズのパワーが増大するので、広角の画角を確保することが難しくなる。条件式（１）の上限値を上回ると、第６レンズの焦点距離が長くなるため、撮像レンズ系の全長が増大し小型化が難しくなる。
なお、本発明の撮像レンズ系では、２．０＜ｆ_６／ｆ＜２．５とすることがより好ましく、２．３＜ｆ_６／ｆ＜２．５とすることがさらに好ましい。

本発明では、前記第４レンズの像側レンズ面及び前記第５レンズの物体側レンズ面は非球面であり、前記第４レンズの像側レンズ面及び前記第５レンズの物体側レンズ面の非球面係数が異なっていることが好ましい。

本発明の撮像レンズ系では、貼り合わされている第４レンズの像側レンズ面と第５レンズの物体側レンズ面とを互いに異なる形状にすることにより、面設計の自由度が増しており、良好な結像性能を得られる。

本発明では、前記第４レンズと前記第５レンズとの合成焦点距離をｆ_４５、レンズ全系の焦点距離をｆとするときに、下記の条件式（２）を満足することが好ましい。
−０．１＜ｆ／ｆ_４５＜０．１ （２）

条件式（２）の上限値を上回ると、第４レンズと第５レンズとの正の合成パワーが強くなるので、バックフォーカスが短くなり、撮像素子を配置することが困難となる。さらに、撮像素子への主光線入射角が増大するので、シェーディングによる光量の低下が発生する。条件式（２）の下限値を下回ると、第４レンズと第５レンズとの負の合成パワーが強くなるので、撮像レンズ系の全長の増大を招き、小型化が困難となる。
本発明の撮像レンズ系では、０＜ｆ／ｆ_４５＜０．１とすることがより好ましい。

本発明では、前記第４レンズの焦点距離をｆ_４、前記第５レンズの焦点距離をｆ_５とするときに、下記の条件式（３）を満足することが望ましい。
−１．２＜ｆ_４／ｆ_５＜−０．９ （３）

条件式（３）の下限値を下回ると、第４レンズのパワーが減少するため、色収差補正が不足し、この場合においても結像性能の劣化を招く。条件式（３）の上限値を上回ると、第４レンズのパワーが増大するため、色収差の補正が過剰となり、結像性能の劣化を招く。

また更に本発明の撮像レンズ系は、物体側から順に、像側に凹形状で負のパワーを有する第１レンズと、像側に凹形状で負のパワーを有する第２レンズと、物体側に凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、像側に凹形状で負のパワーを有する第４レンズと、物体側に凸形状で正のパワーを有する第５レンズと、像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズと、から構成され、前記第４レンズの像側レンズ面と前記第５レンズの物体側レンズ面とが貼り合わされており、第４レンズのアッベ数が２１未満であることが望ましい。

アッベ数を２１未満と高分散の第４レンズとすることで色収差補正能力を高めて良好な結像性能を得ている。

また更に本発明の撮像レンズ系は、第５レンズのアッベ数を５５以上とすることを特徴とする。アッベ数を５５以上の低分散の第５レンズとすることで色収差補正能力を高めて良好な結像性能を得ている。

また更に、アッベ数を２１未満と高分散の第４レンズとアッベ数５５以上の低分散の第５レンズから構成することにより色収差補正能力を更に高めて良好な結像性能を得ている。

また更に本発明の撮像レンズ系は第１レンズのアッベ数を４０．７以下とすることを特徴としている。第１レンズのアッベ数を４０．７以下とすることにより特に倍率色収差を補正しやすくしてレンズ全系で良好な結像性能を得ている。

また更に望ましくは第１レンズのアッベ数を３６未満とすることにより更に倍率色収差が補正しやすくなり良好な結像性能が得られる。

本発明の撮像装置は、上述の撮像レンズ系と、前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、良好な結像性能及びテレセントリック性を有する広画角の撮像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。

実施例１に係る撮像レンズ系の断面図である。 実施例１に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例１に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例２に係る撮像レンズ系の断面図である。 実施例２に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例２に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例３に係る撮像レンズ系の断面図である。 実施例３に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施例３に係る撮像レンズ系の収差図である。 実施の形態に係る撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る撮像レンズ系１１の実施例について説明する。

［実施例１］
図１は、実施例１の撮像レンズ系１１の構成を示す図である。図１に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、像側に凹形状で負のパワーを有する第１レンズＬ１と、像側に凹形状で負のパワーを有する第２レンズＬ２と、物体側に凸形状で正のパワーを有する第３レンズＬ３と、絞りＳＴＯＰと、像側に凹形状で負のパワーを有する第４レンズＬ４と、物体側に凸形状で正のパワーを有する第５レンズＬ５と、像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズＬ６と、から構成される。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。

第１レンズＬ１は、負のパワーを有する球面メニスカスレンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は正の曲率を有する球面であり、像側レンズ面Ｓ２は正の曲率を有する球面である。物体側レンズ面Ｓ１は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ２は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。

第２レンズＬ２は、負のパワーを有する非球面レンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面Ｓ３は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ４は正の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ３は光軸Ｚの近傍で物体側に突出する凸形状の曲面部分を有していて、光軸から離れたところでは物体側にへこむ凹形状の曲面部分を有しており、いわゆる変曲点をもった面形状となっている。像側レンズ面Ｓ４は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。

第３レンズＬ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。物体側レンズ面Ｓ５は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ６は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ５は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ６は光軸Ｚの近傍で像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、大きい入射角からの入射光線を少しずつ光軸Ｚに沿った小さい角度に変換してから絞りＳＴＯＰを通過させる働きを有する。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の像側レンズ面は、光線を拡げるために、双方とも負の曲率を有し、像側に凹形状を有する。第３レンズＬ３は、物体側に凸形状の正レンズであり、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２で発散された光線を収束させる働きを有する。広角化を達成するために上記の構成が必要であり、１６０°以上の全画角を達成できる。

第４レンズＬ４は、負のパワーを有する非球面レンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ９は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ１０は正の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ９は光軸Ｚの近傍で物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ１０は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。

第５レンズＬ５は、正のパワーを有する非球面レンズである。第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１１は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ１２は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ１１は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ１２は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ１０と第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１１とは互いに異なる形状となっており、接着剤により貼り合わされている。

第６レンズＬ６は、正のパワーを有する非球面レンズである。第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１３は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面Ｓ１４は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面Ｓ１３は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ１４は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。

第４レンズＬ４は負のパワーを有する、アッベ数が２０．３と分散の大きいレンズである。第５レンズＬ５は正のパワーを有する、アッベ数が５６．２と分散の小さいレンズである。また第１レンズはアッベ数が３５．３と比較的分散の大きいレンズである。よって、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とを組み合わせ、更に第１レンズＬ１を組み合わせることによって、軸上色収差及び倍率色収差を補正することができる。

第６レンズＬ６では、像側レンズ面Ｓ１４に大きな正のパワーを持たせることにより、光線を収束させている。これにより、撮像レンズ系１１のテレセントリック性を確保するとともに、レンズ全系の明るさを維持している。

実施例１の撮像レンズ系１１では、第２レンズＬ２から第５レンズＬ５はプラスチックレンズであり、第１レンズＬ１及び第６レンズＬ６はガラスレンズとなっており、温度変化が生じた際のピント移動についてプラスチックレンズ同士でキャンセルしてピント移動量を少なくしている。

ＩＲカットフィルタ１２は、赤外領域の光をカットするためのフィルタである。カバーガラス１３は、撮像素子を保護するためのガラス板である。ＩＲカットフィルタ１２及びカバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。

表１に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、及びアッベ数を載せている。「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。

レンズ面に採用される非球面形状は、ｚをサグ量、ｃを曲率半径の逆数、ｋを円錐係数、ｒを光軸からの光線高さとして、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数をそれぞれα４、α６、α８、α１０、α１２、α１４、α１６としたときに、次式により表わされる。

表２に、実施例１の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表２において、例えば「−４．３２３３４４Ｅ−０３」は、「−４．３２３３４４×１０^−３」を意味する。

図２Ａ、図２Ｂは、それぞれ実施例１の撮像レンズ系１１の縦収差図、像面湾曲図である。図２Ａ、図２Ｂに示すように、実施例１の撮像レンズ系１１では、半画角ωが１１３°、Ｆ値が２．０である。図２Ａの縦収差図では、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示しグラフ横軸の左端は−０．０５ｍｍで右端は０．０５ｍｍであり、縦軸は瞳径での高さを示す。図２Ｂの像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示しグラフ横軸の左端は−０．１０ｍｍで右端は０．１０ｍｍであり、縦軸は像高（画角）を示す。図２Ｂにおいて、Ｓはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図２Ａ、図２Ｂでは、波長５４６ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示してある。

表３に、実施例１の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１において、Ｆ値を「ＦＮｏ」、第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１から撮像レンズ系１１の結像面ＩＭＧまでの距離を「光学長」、レンズ全系の焦点距離を「全系ｆ」、第１レンズＬ１の焦点距離を「ｆ_１」、第２レンズＬ２の焦点距離を「ｆ_２」、第３レンズＬ３の焦点距離を「ｆ_３」、第４レンズＬ４の焦点距離を「ｆ_４」、第５レンズＬ５の焦点距離を「ｆ_５」、第６レンズＬ６の焦点距離を「ｆ_６」、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成焦点距離を「ｆ_１２」、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との合成焦点距離を「ｆ_２３」、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との合成焦点距離を「ｆ_３４」、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５との合成焦点距離を「ｆ_４５」、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６との合成焦点距離を「ｆ_５６、」と表示しておりこれらの特性値を示す。これら各種の焦点距離は、５４６ｎｍの波長の光線を用いて計算した。（なお、各特性値の表示項目は以後の表６（実施例２）、表９（実施例３）においても踏襲されている。）
なお、本実施例１での波長４３６ｎｍ〜６５６ｎｍでの軸上色収差は０．０４０ｍｍである。

［実施例２］
図３は、実施例２の撮像レンズ系１１の構成を示す図である。実施例２の撮像レンズ系１１では、第２レンズＬ２から第５レンズＬ５はプラスチックレンズであり、第１レンズＬ１及び第６レンズＬ６はガラスレンズである。

表４に、実施例２の撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。

表５に、実施例２の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。

図４Ａ、図４Ｂは、それぞれ実施例２の撮像レンズ系１１の縦収差図、像面湾曲図である。図４Ａの縦収差図では、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示しグラフ横軸の左端は−０．０５ｍｍで右端は０．０５ｍｍであり、縦軸は瞳径での高さを示す。図４Ｂの像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示しグラフ横軸の左端は−０．１０ｍｍで右端は０．１０ｍｍであり、図４Ａ、図４Ｂに示すように、実施例２の撮像レンズ系１１では、半画角ωが１０８°、Ｆ値が２．０である。

表６に、実施例２の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。
なお、本実施例２での波長４３６ｎｍ〜６５６ｎｍでの軸上色収差は０．０４０ｍｍである。

［実施例３］
図５は、実施例３の撮像レンズ系１１の構成を示す図である。

実施例３の撮像レンズ系１１では、第２レンズＬ２から第５レンズＬ５はプラスチックレンズであり、第１レンズＬ１及び第６レンズＬ６はガラスレンズである。

表７に、実施例３の撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。

表８に、実施例３の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。

図６Ａ、図６Ｂは、実施例３の撮像レンズ系１１の縦収差図、像面湾曲図である。
図６Ａの縦収差図では、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示しグラフ横軸の左端は−０．０５ｍｍで右端は０．０５ｍｍであり、縦軸は瞳径での高さを示す。図６Ｂの像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示しグラフ横軸の左端は−０．０５ｍｍで右端は０．０５ｍｍであり、縦軸は像高（画角）を示す。図６Ａ、図６Ｂに示すように、実施例３の撮像レンズ系１１では、半画角ωが１１０°、Ｆ値が２．０である。

表９に、実施例３の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。なお、本実施例３での波長４３６ｎｍ〜６５６ｎｍでの軸上色収差は０．０２２ｍｍである。

［条件式のまとめ］
表１０に、実施例１〜４の撮像レンズ系１１において、条件式（１）、（２）及び（３）のパラメータを計算した結果を示す。

［撮像装置への適用例］
図９は、撮像レンズ系１１を用いた撮像装置１０の構成を示す図である。撮像装置１０は、撮像レンズ系１１と、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、を備える。撮像レンズ系１１と、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、撮像素子１４と、は筐体（不図示）に収容されている。

撮像素子１４は、受光した光を電気信号に変換する素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子１４は、撮像レンズ系１１の焦点位置に配置されている。なお、水平画角とは、撮像素子１４の水平方向に対応する画角である。

ＩＲカットフィルタ１２は、赤外領域の光をカットするためのフィルタである。可視光のみがＩＲカットフィルタ１２を通過して撮像素子１４に入射する。カバーガラス１３は、撮像素子１４を異物から保護するために、撮像素子１４上に設けられている。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、本発明の撮像レンズ系１１の用途は、車載カメラに限定されるものではなく、監視カメラや、携帯電話等の小型電子機器に搭載するカメラ等の他の用途にも用いることができる。

この出願は、２０１６年１０月５日に出願された日本出願特願２０１６−１９７１２８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 撮像装置
１１ 撮像レンズ
１２ ＩＲカットフィルタ
１３ カバーガラス
１４ 撮像素子
Ｌ１〜Ｌ６ 第１レンズ〜第６レンズ

Claims (11)

1. 物体側から順に、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第１レンズと、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第２レンズと、
   物体側面が凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の負のパワーを有する第４レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の正のパワーを有する第５レンズと、
   像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズと、から構成され、
   前記第４レンズの像側レンズ面と前記第５レンズの物体側レンズ面とが貼り合わされており、
   前記第６レンズの焦点距離をｆ６、レンズ全系の焦点距離をｆとするときに、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ系。
   １．５＜ｆ６／ｆ＜２．５ （１）
2. 物体側から順に、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第１レンズと、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第２レンズと、
   物体側面が凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の負のパワーを有する第４レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の正のパワーを有する第５レンズと、
   像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズと、から構成され、前記第４レンズの像側レンズ面と前記第５レンズの物体側レンズ面とが貼り合わされており、
   前記第１レンズのアッベ数が４１未満であることを特徴とする撮像レンズ系。
3. 物体側から順に、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第１レンズと、
   像側面が凹形状で負のパワーを有する第２レンズと、
   物体側面が凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の負のパワーを有する第４レンズと、
   物体側面が凸形状で像側面が凹形状の正のパワーを有する第５レンズと、
   像側に凸形状で正のパワーを有する第６レンズと、から構成され、前記第４レンズの像側レンズ面と前記第５レンズの物体側レンズ面とが貼り合わされており、
   前記第４レンズのアッベ数が２１未満で前記第５レンズのアッベ数が５５以上であることを特徴とする撮像レンズ系。
4. 前記第４レンズの像側面及び前記第５レンズの物体側面がともに非球面であり，前記第４レンズの像側面及び前記第５レンズの物体側面の形状が互いに異なっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
5. 前記第４レンズと前記第５レンズとの合成焦点距離をｆ _４５ 、レンズ全系の焦点距離をｆとするときに、下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
   −０．２＜ｆ／ｆ _４５ ＜０．１ （２）
6. 前記第４レンズの焦点距離をｆ _４ 、前記第５レンズの焦点距離をｆ _５ とするときに、下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
   −１．２＜ｆ _４ ／ｆ _５ ＜−０．９ （３）
7. 半画角が９０°以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
8. 半画角が１００°以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像レンズ系。
9. 前記第１レンズのアッベ数が３６未満であることを特徴とする請求項２記載の撮像レンズ系。
10. 前記第４レンズのアッベ数が２１未満で前記第５レンズのアッベ数が５５以上であることを特徴とする請求項２記載の撮像レンズ系。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の撮像レンズ系と、前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。

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