(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
全系の焦点距離をf、前記第2レンズの焦点距離をf2としたときに、下記の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の広角撮像レンズ系。
0<f/f2<0.2 ・・・(3)
前記第4レンズの焦点距離をf4、前記第5レンズの焦点距離をf5としたときに、下記の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の広角撮像レンズ系。
−1.8<f4/f5<−1.0 ・・・(5)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載の撮像レンズ系は、広角で、明るく、かつ高い結像性能を有する。しかし、車載カメラに用いられる撮像レンズ系では、車両に搭載した際になるべく目立たなくするために、最も物体側に配置されたレンズの外径をより小型化することが望まれている。それとともに、使用される撮像素子の画素数の増大に伴って、車載カメラの撮像レンズ系にはより高い解像力が要求されている。高解像力を実現するためには、撮像素子の中心から周辺までの領域で像面湾曲を良好に補正する必要がある。
【0007】
本発明は、最も物体側に配置されたレンズの外径をより小さくするとともに、より像面湾曲を抑え、中心から周辺部まで高解像度である広角撮像レンズ及び広角撮影レンズを備える撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の広角撮像レンズ系は、
物体側から順に、
像側に凹を向けた負の第1レンズと、
物体側に凹を向けたメニスカス形状の第2レンズと、
光軸近傍で両凸形状を有する正の第3レンズと、
絞りと、
負レンズである第4レンズと、
正レンズである第5レンズと、
少なくとも片方の面が非球面を有する第6レンズと、から構成される。
【0009】
本発明の広角撮像レンズ系では、第2レンズを物体側に凹形状とすることによって第1レンズの有効径を小さくできる。さらに、第2レンズを物体側に凹面を向けたメニスカス形状にすることによって、像面湾曲が補正できるので、良好な結像性能を得ることができる。これにより、最も物体側に配置されたレンズの外径をより小さくするとともに、より像面湾曲を抑え、中心から周辺部まで高解像度である広角撮像レンズ系を提供できる。
【0010】
本発明の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3としたときに、下記の条件式(1)を満たすことが好ましい。
0.8<|f
1/f
3|<1.2 ・・・(1)
【0011】
この構成によれば、条件式(1)を満たすことにより、長いバックフォーカスを確保しつつ、コマ収差及び像面湾曲を抑えるとともに、レンズ系の全長が長くならない。条件式(1)の上限値を上回ると、第3レンズの正のパワーが第1レンズの負のパワーに対して大きくなるため、像面が倒れ、バックフォーカスを長くすることが困難となる。条件式(1)の下限値を下回ると、第1レンズの負のパワーが第3レンズの正のパワーに対して大きくなるため、バックフォーカスの確保は容易になるが、撮像レンズ系の全長が長くなるとともに、第1レンズのパワーが大きくなることによって発生した収差を補正するのが困難となる。
【0012】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(2)を満たすことが好ましい。
0.9<|f
1/f
3|<1.1 ・・・(2)
【0013】
本発明の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第2レンズの焦点距離をf
2としたときに、下記の条件式(3)を満たすことが好ましい。
0<f/f
2<0.2 (3)
【0014】
条件式(3)は像面補正を行うための条件式である。物体側に凹面を向けた状態で条件式(3)の下限値を下回ると、第2レンズの負のパワーが大きくなるので、歪曲収差が増大し、画角のコントロールが困難になる。条件式(3)の上限値を上回ると、第2レンズの正のパワーが大きくなるので、像面倒れが増大し、結像性能が悪化する。したがって、この構成によれば、条件式(3)を満たすことにより、歪曲収差の増大を防ぎ、像面補正を行うことができる。
【0015】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(4)を満たすことが好ましい。
0.05<f/f
2<0.15 ・・・(4)
【0016】
本発明の広角撮像レンズ系は、前記第4レンズの焦点距離をf4、前記第5レンズの焦点距離をf5としたときに、下記の条件式(5)を満たすことが好ましい。
−1.8<f
4/f
5<−1.0 ・・・(5)
【0017】
条件式(5)は色収差を補正するための条件式である。条件式(5)の下限値を下回ると、第4レンズの負のパワーが第5レンズの正のパワーに対して小さくなるので、色収差補正が不足し、結像性能が劣化する。条件式(5)の上限値を上回ると、第4レンズの負のパワーが第5レンズの正のパワーに対して大きくなるので、色収差補正が過剰となり、結像性能が劣化する。したがって、この構成によれば、条件式(5)を満たすことにより、適切な色収差補正を行い、結像性能の劣化を防ぐことができる。
【0018】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(6)を満たすことが好ましい。
−1.6<f
4/f
5<−1.2 ・・・(6)
【0019】
本発明の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1としたときに、下記の条件式(7)を満たすことが好ましい。
1.8<|f
1/f|<2.1 ・・・(7)
【0020】
条件式(7)は撮像レンズ系の全長を規定するものである。条件式(7)の下限値を下回ると、第1レンズの負のパワーがレンズ全系のパワーに対して大きくなるので、撮像レンズ系の全長の増大を招く。条件式(7)の上限値を上回ると、第1レンズの負のパワーがレンズ全系のパワーに対して小さくなるので、所定のバックフォーカスを確保することが難しい。したがって、この構成によれば、条件式(7)を満たすことにより、撮像レンズ系の全長の増大を防ぎつつ、所定のバックフォーカスを確保することができる。
【0021】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(8)を満たすことが好ましい。
1.9<|f
1/f|<2.0 ・・・(8)
【0022】
本発明の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの像側面の曲率半径をR
2、前記第2レンズの物体側面の曲率半径をR
3としたときに、下記の条件式(9)を満たすことが好ましい。
−1.2<R
2/R
3<−0.4 ・・・(9)
【0023】
条件式(9)はコマ収差、像面湾曲及び歪曲収差を規定するものである。条件式(9)の下限値を下回ると、像面が倒れるので、像面湾曲の補正が困難となる。条件式(9)の上限値を上回ると、歪曲収差の増大を招くため、画角のコントロールが困難になる。したがって、この構成によれば、条件式(9)を満たすことにより、像面湾曲を補正し、且つ歪曲収差の増大を防ぐことができる。
【0024】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(10)を満たすことが好ましい。
−1.0<R
2/R
3<−0.6 ・・・(10)
【0025】
本発明の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離をf23、前記第1レンズ、前記第2レンズ、前記第3レンズのアッベ数をそれぞれνd1、νd2、νd3としたときに、下記の条件式(11)(12)を満たすことが好ましい。
−1.1<f
1/f
23<−0.9 ・・・(11)
35<(ν
d1+ν
d2+ν
d3)/3<60 ・・・(12)
【0026】
本発明の広角撮像レンズ系は、条件式(11)を満足することにより、撮像レンズ系の全長を短く保ちながら、バックフォーカスを確保できるとともに、良好な色収差補正が可能となる。条件式(11)の上限値を上回ると、バックフォーカスの確保には有利であるが、色収差補正が困難になるとともに、撮像レンズ系の全長が長くなってしまう。条件式(11)の下限値を下回ると、色収差補正が過剰になるとともに、バックフォーカスの確保が困難となる。また、条件式(11)、(12)を同時に満たすことによって、良好な色収差補正が可能となる。
【0027】
本発明の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離をf23としたときに、下記の条件式(13)を満たすことが好ましい。
1.3<f
23/f<1.65 ・・・(13)
【0028】
本発明の広角撮像レンズ系は、条件式(13)を満足することによって、長いバックフォーカスを確保できるとともに、良好な色収差補正が可能となる。条件式(13)の下限値を下回ると、軸上色収差及び倍率色収差の低減には効果的であるが、バックフォーカスの確保が困難となる。条件式(13)の上限値を上回ると、バックフォーカスを長くしやすくなるが、色収差を良好に補正することが難しくなる。
【0029】
また、本発明の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(14)を満たすことが好ましい。
1.4<f
23/f<1.55 ・・・(14)
【0030】
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。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、最も物体側に配置されたレンズの外径をより小さくするとともに、より像面湾曲を抑え、中心から周辺部まで高解像度である広角撮像レンズ及び広角撮影レンズを備える撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明の実施の形態に係る広角撮像レンズ系11の実施例について説明する。
【0034】
[実施例1]
図1は、実施例1の広角撮像レンズ系11の構成を示す図である。
図1に示すように、実施例1の広角撮像レンズ系11は、物体側から順に、像側に凹形状を有し、負のパワーを有する第1レンズL1と、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第2レンズL2と、光軸Z近傍で両凸形状を有し、正のパワーを有する第3レンズL3と、絞りSTOPと、負のパワーを有する第4レンズL4と、正のパワーを有する第5レンズL5と、少なくとも一方のレンズ面が非球面を有する第6レンズL6と、から構成される。広角撮像レンズ系11の結像面はIMGで示されている。実施例1の広角撮像レンズ系11では、第2レンズL2、第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6はプラスチックレンズであり、第1レンズL1及び第3レンズL3はガラスレンズである。
【0035】
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は平面であり、像側レンズ面S2は正の曲率を有する球面である。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。
【0036】
第2レンズL2は、正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は負の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面S4は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面S3は像側に窪む凹形状の曲面部分を有している。像側レンズ面S4は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【0037】
第3レンズL3は、正のパワーを有する球面レンズである。物体側レンズ面S5は正の曲率を有する球面であり、像側レンズ面S6は負の曲率を有する球面である。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は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【0038】
第1レンズL1は、大きい入射角からの入射光線を光軸Zに沿った小さい角度に変換する働きを有する。第1レンズL1の像側レンズ面S2は、光線を拡げるために、負のパワーを有する。第2レンズL2は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状なので、像面湾曲を良好に補正できる。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で発散された光線を収束させる働きを有する。
【0039】
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S8は負の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面S9は正の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面S8は像側に窪む凹形状の曲面を有している。像側レンズ面S9は物体側に窪む凹形状の曲面を有している。
【0040】
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S10は正の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面S11は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面S10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S11は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。第5レンズL5の物体側レンズ面S10は、第4レンズL4の像側レンズ面S9と接着剤により貼り合わされている。
【0041】
第6レンズL6は、負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S12は負の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面S13は負の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面S12は像側に窪んだ凹形状の曲面部分を有している。像側レンズ面S13は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【0042】
第4レンズL4は負のパワーを有する、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、分散の小さいレンズである。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。
【0043】
カバーガラス12は、撮像素子を保護するためのガラス板である。カバーガラス12は、広角撮像レンズ系11の設計時には、広角撮像レンズ系11と一体として扱われる。しかし、カバーガラス12は、広角撮像レンズ系11の必須の構成要素ではない。
【0044】
表1に、広角撮像レンズ系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。
【0046】
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A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16としたときに、次式により表わされる。
【0048】
表2に、実施例1の広角撮像レンズ系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「−1.673481E−03」は、「−1.673481×10
−3」を意味する。
【0050】
図2(a)〜(c)は、実施例1の広角撮像レンズ系11の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
図2(a)〜(c)に示すように、実施例1の広角撮像レンズ系11では、半画角ωが67.5°、F値が2.0である。
図2(a)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、縦軸は瞳径での高さを示す。
図2(b)の像面湾曲図では、横軸は光軸Z方向の距離を示し、縦軸は像高(画角)を示す。
図2(b)において、Sagはサジタル面における像面湾曲を示し、Tanはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。
図2(c)の歪曲収差図では、横軸は像の歪み量(%)を示し、縦軸は像高(画角)を示す。
図2(a)では、波長656nm、546nm及び436nmの光線によるシミュレーション結果を示してあり、
図2(b)及び(c)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。
【0051】
表3に、実施例1の広角撮像レンズ系11の特性値を計算した結果を示す。広角撮像レンズ系11において、F値をFNo、第1レンズL1の物体側レンズ面S1から広角撮像レンズ系11の結像面IMGまでの距離を「光学全長」、レンズ全系の焦点距離を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、としたときのこれらの特性値は、表3に示す通りである。各種の焦点距離は、546nmの波長の光線を用いて計算した。
【0053】
[実施例2]
図3は、実施例2の広角撮像レンズ系11の構成を示す図である。
図3に示すように、第1レンズL1〜第6レンズL6は、実施例1と同様の形状をしている。実施例2の広角撮像レンズ系11では、第2レンズL2、第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6はプラスチックレンズであり、第1レンズL1及び第3レンズL3はガラスレンズである。
【0054】
表4に、実施例2の広角撮像レンズ系11の各レンズ面のレンズデータを示す。
【0056】
表5に、実施例2の広角撮像レンズ系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。
【0058】
図4(a)〜(c)は、実施例2の広角撮像レンズ系11の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
図4(a)〜(c)に示すように、実施例2の広角撮像レンズ系11では、半画角ωが68.2°、F値が2.0である。
【0059】
表6に、実施例2の広角撮像レンズ系11の特性値を計算した結果を示す。
【0061】
[実施例3]
図5は、実施例3の広角撮像レンズ系11の構成を示す図である。第1レンズL1〜第5レンズL5は、実施例1と同様の形状をしている。第6レンズL6の形状は、実施例1と異なっている。
【0062】
第6レンズL6は、負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S12は負の曲率を有する非球面であり、像側レンズ面S13は正の曲率を有する非球面である。物体側レンズ面S12は光軸Zの近傍で像側に窪む凹形状の曲面部分を有している。像側レンズ面S13は光軸Zの近傍で物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【0063】
実施例3の広角撮像レンズ系11では、第2レンズL2、第4レンズL4、第5レンズL5及び第6レンズL6はプラスチックレンズであり、第1レンズL1及び第3レンズL3はガラスレンズである。
【0064】
表7に、実施例3の広角撮像レンズ系11の各レンズ面のレンズデータを示す。
【0066】
表8に、実施例3の広角撮像レンズ系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。
【0068】
図6(a)〜(c)は、実施例3の広角撮像レンズ系11の縦収差図、像面湾曲図、歪曲収差図である。
図6(a)〜(c)に示すように、実施例3の広角撮像レンズ系11では、半画角ωが67.1°、F値が2.0である。
【0069】
表9に、実施例3の広角撮像レンズ系11の特性値を計算した結果を示す。
【0071】
[条件式のまとめ]
表10に、実施例1〜3の広角撮像レンズ系11において、条件式(1)から(14)に用いられる種々のパラメータを計算した結果を示す。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4レンズL4と第5レンズL5との合成焦点距離をf
45、第1レンズL1の像側レンズ面の曲率半径をR
2、第2レンズL2の物体側レンズ面の曲率半径をR
3、第1レンズL1のアッベ数をν
d1、第2レンズL2のアッベ数をν
d2、第3レンズL3のアッベ数をν
d3として、種々のパラメータを計算している。
【0073】
このように、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、物体側から順に、像側に凹を向けた負の第1レンズと、物体側に凹を向けたメニスカス形状の第2レンズと、光軸近傍で両凸形状を有する正の第3レンズと、絞りと、負レンズである第4レンズと、正レンズである第5レンズと、少なくとも片方の面が非球面を有する第6レンズと、から構成される広角撮像レンズ系において、第2レンズを物体側に凹形状とすることによって第1レンズの有効径を小さくできる。さらに、第2レンズを物体側に凹面を向けたメニスカス形状にすることによって、像面湾曲が補正できる。これにより、最も物体側に配置されたレンズの外径をより小さくするとともに、より像面湾曲を抑え、中心から周辺部まで高解像度である広角撮像レンズ系を提供できる。
【0074】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3としたときに、下記の条件式(1)を満たすことにより、長いバックフォーカスを確保しつつ、コマ収差及び像面湾曲を抑えるとともに、レンズ系の全長が長くならない。
0.8<|f
1/f
3|<1.2 ・・・(1)
【0075】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(2)を満たすことが好ましい。
0.9<|f
1/f
3|<1.1 ・・・(2)
【0076】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第2レンズの焦点距離をf
2としたときに、下記の条件式(3)を満たすことにより、歪曲収差の増大を防ぎ、像面補正を行うことができる。
0<f/f
2<0.2 (3)
【0077】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(4)を満たすことが好ましい。
0.05<f/f
2<0.15 ・・・(4)
【0078】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、前記第4レンズの焦点距離をf4、前記第5レンズの焦点距離をf5としたときに、下記の条件式(5)を満たすことにより、適切な色収差補正を行い、結像性能の劣化を防ぐことができる。
−1.8<f
4/f
5<−1.0 ・・・(5)
【0079】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(6)を満たすことが好ましい。
−1.6<f
4/f
5<−1.2 ・・・(6)
【0080】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第1レンズの焦点距離をf1としたときに、下記の条件式(7)を満たすことにより、撮像レンズ系の全長の増大を防ぎつつ、所定のバックフォーカスを確保することができる。
1.8<|f
1/f|<2.1 ・・・(7)
【0081】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(8)を満たすことが好ましい。
1.9<|f1/f|<2.0 ・・・(8)
【0082】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの像側面の曲率半径をR
2、前記第2レンズの物体側面の曲率半径をR
3としたときに、下記の条件式(9)を満たすことにより、コマ収差、像面湾曲を補正し、且つ歪曲収差の増大を防ぐことができる。
−1.2<R
2/R
3<−0.4 ・・・(9)
【0083】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(10)を満たすことが好ましい。
−1.0<R
2/R
3<−0.6 ・・・(10)
【0084】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、前記第1レンズの焦点距離をf
1、前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離をf
23、前記第1レンズ、前記第2レンズ、前記第3レンズのアッベ数をそれぞれν
d1、ν
d2、ν
d3としたときに、下記の条件式(11)(12)を満たすことにより、撮像レンズ系の全長を短く保ちながら、バックフォーカスを確保できるとともに、良好な色収差補正が可能となる。
−1.1<f
1/f
23<−0.9 ・・・(11)
35<(ν
d1+ν
d2+ν
d3)/3<60 ・・・(12)
【0085】
本実施の形態の広角撮像レンズ系は、全系の焦点距離をf、前記第2レンズと前記第3レンズの合成焦点距離をf
23としたときに、下記の条件式(13)を満たすことによって、長いバックフォーカスを確保できるとともに、良好な色収差補正が可能となる。
1.3<f
23/f<1.65 ・・・(13)
【0086】
また、本実施の形態の広角撮像レンズ系は、下記の条件式(14)を満たすことが好ましい。
1.4<f
23/f<1.55 ・・・(14)
【0087】
[撮像装置への適用例]
図7は、広角撮像レンズ系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、広角撮像レンズ系11と、カバーガラス12と、撮像素子13と、を有する。広角撮像レンズ系11と、カバーガラス12と、撮像素子13と、は筐体(不図示)に収容されている。
【0088】
撮像素子13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13は、広角撮像レンズ系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13の水平方向に対応する画角である。
【0089】
カバーガラス12は、撮像素子13を異物から保護するために、撮像素子13上に設けられている。
【0090】
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、本発明の広角撮像レンズ系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。