JP7193362B2

JP7193362B2 - 撮像レンズ及び撮像装置

Info

Publication number: JP7193362B2
Application number: JP2019013006A
Authority: JP
Inventors: 靖幸杉; 隆杉山
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-01-29
Also published as: JP2020122824A

Description

本発明は撮像レンズ及び撮像装置に関する。

車載用カメラや監視カメラ等の用途では、小型化とともに、安価に構成可能で、広角で高性能であることが求められている。

このようなレンズ系として、特許文献１には、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の第１レンズ、負の第２レンズ、正の第３レンズ、絞り、負の第４レンズ、および正の第５レンズからなり、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５とは接合されており、接合面は物体側に凸面を向け、接合面は非球面からなり、接合面の曲率半径をＲ９、全系の焦点距離をｆとするとき、１．０＜Ｒ９／ｆを満足する撮像レンズが記載されている。

特開２０１４－２２８５７０号公報

しかしながら、特許文献１のレンズ系では、撮像面中心に向かう光束（特許文献の図９の２で示される光束）と、撮像面周辺に向かう光束（特許文献の図９の３で示される光束）とが、第３レンズの物体側面で重なりあっており、収差補正が困難である問題があった。例えば、特許文献１のレンズ系では、軸上色収差が悪く中心ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が低く、また周辺ＭＴＦが低いという問題があった。

一実施形態の撮像レンズ系は、物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた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、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズ、開口絞り、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズ、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズ、からなる撮像レンズ系であって、
前記第３レンズの中心光軸での厚さをＴ３、レンズ系全体の焦点距離をｆと定義したときに、下記の条件式（１）を満たすようにした。
Ｔ３／ｆ＞２．５（１）

一実施形態の撮像レンズ系によれば、結像面中央に向かう光線と結像面周辺に向かう光線とが第３レンズＬ３の物体側面において、重なり合う部分が少なくなるので、第３レンズＬ３において、結像面中央に向かう光線と結像面周辺に向かう光線とを分けて収差補正することができる。

本発明によれば、収差補正が容易な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の撮像レンズ系の構成を示す断面図である。実施例１の撮像レンズ系における球面収差図である。実施例１の撮像レンズ系における非点収差図である。実施例１の撮像レンズ系における歪曲収差図である。実施例１の撮像レンズ系における倍率色収差図である。実施例１の撮像レンズ系におけるＭＴＦ特性図である。実施例２の撮像レンズ系の構成を示す断面図である。実施例２の撮像レンズ系における球面収差図である。実施例２の撮像レンズ系における非点収差図である。実施例２の撮像レンズ系における歪曲収差図である。実施例２の撮像レンズ系における倍率色収差図である。実施例２の撮像レンズ系におけるＭＴＦ特性図である。実施の形態２に係る撮像装置の断面図である。

以下、本実施の形態に係る光学レンズ及び撮像装置を説明する。
（実施の形態１：撮像レンズ系）
実施の形態１の撮像レンズ系は、物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた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、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズ、開口絞り、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズ、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズ、からなる撮像レンズ系であって、
前記第３レンズの中心光軸での厚さをＴ３、レンズ系全体の焦点距離をｆと定義したときに、下記の条件式（１）を満たすようにした。
Ｔ３／ｆ＞２．５（１）

このように、実施の形態１の撮像レンズ系によれば、結像面中央に向かう光線と結像面周辺に向かう光線とが第３レンズの物体側面において、重なり合う部分が少なくなるので、第３レンズにおいて、結像面中央に向かう光線と結像面周辺に向かう光線とを分けて収差補正することができる。この結果、収差補正が容易になる。また、実施の形態１の撮像レンズ系によれば、軸上色収差良い、中心ＭＴＦ良い、及び中心光軸から角度９８度(後ろ)方向でのＭＴＦ良い撮像レンズ系を提供することができる。

上記実施の形態１の撮像レンズ系は、第４レンズのアッベ数が２３未満であるようにしてもよい。

この構成によれば、凹レンズである第４レンズによる色収差補正効果を高めることができる。

上記実施の形態１の撮像レンズ系は、第４レンズのアッベ数をｖ４、第５レンズのアッベ数をｖ５と定義したときに、下記の条件式（２）を満たすようにしてもよい。
ｖ４／ｖ５≦０．４（２）
この構成によれば、色収差補正をしやすくできる。

上記実施の形態１の撮像レンズ系は、第４レンズの焦点距離をｆ４、第５レンズの焦点距離をｆ５と定義したときに、下記の条件式（３）を満たすようにしてもよい。
－２＜ｆ４／ｆ５＜－１（３）

この構成によれば、凹レンズである第４レンズと凸レンズである第５レンズのパワー（焦点距離の逆数）の違いがさほど大きくならず、収差補正をするのに好ましい。

次に、実施の形態１の撮像レンズ系に対応する実施例について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１は、実施例１の撮像レンズ系の構成を示す断面図である。図１において、撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第１レンズＬ１、負のパワーを有する第２レンズＬ２、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズＬ３、開口絞り（ＳＴＯＰ）、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズＬ４、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズＬ５からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。

また、図１において、画面中央に向かう主光線（軸上光線）と周縁光線（マージナル光線）、及び画面周辺に向かう主光線（絞り中心を通る光線）と周縁光線（マージナル光線）が示されている。

第１レンズＬ１は、負のパワーを有する球面のガラスレンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は、物体側に凸面を向けている。第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２は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のプラスチックレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面Ｓ３は、凸形状の曲面部分を有している。また、第２レンズＬ２の像側レンズ面Ｓ４は、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のプラスチックレンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ５は、物体側に凸面を向けている。また、第３レンズＬ３の像側レンズ面Ｓ６は、物体側に凹面を向けている。

絞りＳＴＯＰは、レンズ系のＦ値（Ｆｎｏ）を決める絞りである。絞りＳＴＯＰは、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に配置される。

第４レンズＬ４は、負のパワーを有する非球面のプラスチックレンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ８は、物体側に凸面を向けている。また、第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ９は、像面側に凸面を向けている。

第５レンズＬ５は、正のパワーを有する非球面のプラスチックレンズである。第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１０は、凸形状の曲面部分を有している。また、第５レンズＬ５の像側レンズ面Ｓ１１は、像面側に凸面を向けている。

第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は、接合レンズを形成している。すなわち、第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ９と第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１０で接している。例えば、第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は、軸上厚み０．０２ｍｍの接着層で接合するのが好適である。

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。ＩＲカットフィルタ１２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。しかし、ＩＲカットフィルタ１２は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。

表１に、実施例１の撮像レンズ系１１における、各レンズ面のレンズデータを示す。表１では、レンズデータとして、各面の曲率半径、中心光軸における面間隔、ｄ線に対する屈折率、及びｄ線に対するアッベ数を提示している。「＊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、ｈを光軸Ｚからの光線高さとして、３次、４次、５次、６次、７次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数をそれぞれＡ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６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「－６．５２２５２８Ｅ－０３」は、「－６．５２２５２８×１０^－３」を意味する。

次に、収差について図面を用いて説明する。図２は、実施例１の撮像レンズ系における球面収差図である。図２において、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し、縦軸は瞳径での光線の相対高さを示す。また、図２は、波長４８６ｎｍ、５４６ｎｍ及び６５６ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。図２の球面収差図に示すように、実施例１の４８６～６５６ｎｍでの軸上色収差は、３μｍ以下と極めて良好に補正できていることがわかる。

図３は、実施例１の撮像レンズ系における非点収差図である。図３において、横軸は光軸Ｚ方向の結像点の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図３において、Ｓａｇはサジタル面における非点収差を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における非点収差を示す。また、図３は、波長５４６ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している

図４は、実施例１の撮像レンズ系における歪曲収差図である。図４では、立体射影の歪曲収差を示している。図４において、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。

図５は、実施例１の撮像レンズ系における倍率色収差図である。図５において、縦軸は波長５４６ｎｍの光線の像高を示し、横軸は、波長５４６ｎｍの光線の像高に対する波長４８６ｎｍ及び波長６５６ｎｍの光線の像高のずれ量（μｍ単位）を示す。

図２に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１では、Ｆナンバが２．０１である。また、図３～５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１０３°である。
図２～５に示すように、良好に収差補正されていることがわかる。

次に、レンズの特性値について説明する。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。表３において、撮像レンズ系１１における、レンズ系全体の焦点距離を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１レンズＬ１、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の合成焦点距離をｆ_１２３、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５の合成焦点距離をｆ_４５、第１レンズＬ１の光軸中心における厚み（軸上厚み）をＴ_１、第２レンズＬ２の光軸中心における厚み（軸上厚み）をＴ_２、第３レンズＬ３の光軸中心における厚み（軸上厚み）をＴ_３、第４レンズＬ４の光軸中心における厚み（軸上厚み）をＴ_４、第５レンズＬ５の光軸中心における厚み（軸上厚み）をＴ_５、第１レンズＬ１の像側面面頂点から第２レンズＬ２の物体側面面頂点までの距離をｄ_１、第２レンズＬ２の像側面面頂点から第３レンズＬ３の物体側面面頂点までの距離をｄ_２、第３レンズＬ３の像側面面頂点から第４レンズＬ４の物体側面面頂点までの距離をｄ_３、第４レンズＬ４の像側面面頂点から第５レンズＬ５の物体側面面頂点までの距離をｄ_４、第３レンズＬ３の光軸中心における厚みをレンズ系全体の焦点距離で除算した値をＴ_３／ｆ、第４レンズＬ４のアッベ数をｖ_４、第４レンズＬ４のアッベ数を第５レンズＬ５のアッベ数で除算した値をｖ_４／ｖ_５、第４レンズＬ４の焦点距離を第５レンズＬ５の焦点距離で除算した値をｆ４／ｆ５としたときの、各特性値を示している。また、表３の各種の焦点距離は、５４６ｎｍの波長の光線を用いて計算した。

次に、レンズのＭＴＦ特性について説明する。図６は、実施例１の撮像レンズ系におけるＭＴＦ特性図である。図６において、横軸は中心光軸Ｚに対する入射光の角度を示し、縦軸はＭＴＦ値を示す。図６では、空間周波数６０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性を示す。また図６において、実線Ｔ１はタンジェンシャル方向におけるＭＴＦ値を示し、点線Ｓ１は、サジタル方向におけるＭＴＦ値を示す。

図６に示すように、画角０度～９６度までサジタル、タンジェンシャル方向共に６８％以上の良好なＭＴＦ値を有している。また画角１０３度の最周辺においても５８％のＭＴＦ値をキープできている。

（実施例２）
図７は、実施例２の撮像レンズ系の構成を示す断面図である。図７において、物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第１レンズＬ１、負のパワーを有する第２レンズＬ２、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズＬ３、開口絞り（ＳＴＯＰ）、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズＬ４、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズＬ５からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また、撮像レンズ系１１は、ＩＲカットフィルタ１２を備える。

表４に、実施例２の撮像レンズ系１１における、各レンズ面のレンズデータを示す。表１では、レンズデータとして、各面の曲率半径、中心光軸における面間隔、ｄ線に対する屈折率、及びｄ線に対するアッベ数を提示している。「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。

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。表５において、レンズ面に採用される非球面形状は、実施例１と同様の式にて表される。

次に、収差について図面を用いて説明する。図８は、実施例２の撮像レンズ系における球面収差図である。図８において、横軸は光線が光軸Ｚと交わる位置を示し、縦軸は瞳径での光線の相対高さを示す。また、図８は、波長４８６ｎｍ、５４６ｎｍ及び６５６ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。図８の球面収差図に示すように、実施例２の４８６～６５６ｎｍでの軸上色収差は、２μｍ以下と極めて良好に補正できていることがわかる。

図９は、実施例２の撮像レンズ系における非点収差図である。図９において、横軸は光軸Ｚ方向の結像点の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図９において、Ｓａｇはサジタル面における非点収差を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における非点収差を示す。また、図９は、波長５４６ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している

図１０は、実施例２の撮像レンズ系における歪曲収差図である。図１０では、立体射影の歪曲収差を示している。図１０において、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。

図１１は、実施例２の撮像レンズ系における倍率色収差図である。図１１において、縦軸は波長５４６ｎｍの光線の像高を示し、横軸は、波長５４６ｎｍの光線の像高に対する波長４８６ｎｍ及び波長６５６ｎｍの光線の像高のずれ量（μｍ単位）を示す。

図８に示すように、実施例２の撮像レンズ系１１では、Ｆナンバが２．０２である。また、図９～１１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１０３°である。
図８～１１に示すように、良好に収差補正されていることがわかる。

次に、レンズの特性値について説明する。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。表６における各特性値の定義は、表３と同じである。表６の各種の焦点距離は、５４６ｎｍの波長の光線を用いて計算した。

次に、レンズのＭＴＦ特性について説明する。図１２は、実施例２の撮像レンズ系におけるＭＴＦ特性図である。図１２において、横軸は中心光軸Ｚに対する入射光の角度を示し、縦軸はＭＴＦ値を示す。図１２では、空間周波数６０本／ｍｍにおけるＭＴＦ特性を示す。また図１２において、実線Ｔ１はタンジェンシャル方向におけるＭＴＦ値を示し、点線Ｓ１は、サジタル方向におけるＭＴＦ値を示す。

図１２に示すように、画角０度～９６度までサジタル、タンジェンシャル方向共に６８％以上の良好なＭＴＦ値を有している。また画角１０３度の最周辺においても５８％のＭＴＦ値をキープできている。

（実施の形態２：撮像装置への適用例）
図１３は、実施の形態２に係る撮像装置の断面図である。撮像装置２１は、撮像レンズ系１１と、カバーガラス２２と、撮像素子２３と、を備える。撮像レンズ系１１と、カバーガラス２２と、撮像素子２３と、は筐体（不図示）に収容されている。

撮像素子２３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２３は、撮像レンズ系１１の結像位置に配置されている。なお、水平画角とは、撮像素子２３の水平方向に対応する画角である。

カバーガラス２２は、撮像素子２３を異物から保護するために、撮像素子２３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の用途は、車載カメラや監視カメラに限定されるものではなく、携帯電話等の小型電子機器に搭載する等の他の用途にも用いることができる。

１１撮像レンズ系
１２カットフィルタ
２１撮像装置
２２カバーガラス
２３撮像素子
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
ＳＴＯＰ絞り
ＩＭＧ結像面

Claims

物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた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、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズ、開口絞り、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズ、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズ、からなる撮像レンズ系であって、
前記第３レンズの中心光軸での厚さをＴ３、レンズ系全体の焦点距離をｆと定義したときに、下記の条件式（１）を満たし、
Ｔ３／ｆ＞２．５（１）
前記第４レンズのアッベ数が２３未満である撮像レンズ系。
前記第４レンズのアッベ数をｖ４、前記第５レンズのアッベ数をｖ５と定義したときに、下記の条件式（２）を満たす請求項１に記載の撮像レンズ系。
ｖ４／ｖ５≦０．４（２）
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と定義したときに、下記の条件式（３）を満たす請求項１または２に記載の撮像レンズ系。
－２＜ｆ４／ｆ５＜－１（３）
請求項１から３のいずれか一項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、を備える撮像装置。
物体側から像側に向かって順に、物体側に凸面を向けた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、物体側に凸面を向けた正のパワーを有する第３レンズ、開口絞り、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する第４レンズ、物体面及び像面に凸面を向けた正のパワーを有する第５レンズ、からなる撮像レンズ系であって、
前記第３レンズの中心光軸での厚さをＴ３、レンズ系全体の焦点距離をｆ、前記第４レンズのアッベ数をｖ４、前記第５レンズのアッベ数をｖ５と定義したときに、下記の条件式（１）、（２）を満たす撮像レンズ系。
Ｔ３／ｆ＞２．５（１）
ｖ４／ｖ５≦０．４（２）
前記第４レンズのアッベ数が２３未満である請求項５に記載の撮像レンズ系。
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と定義したときに、下記の条件式（３）を満たす請求項５または６のいずれかに記載の撮像レンズ系。
－２＜ｆ４／ｆ５＜－１（３）
請求項５から７のいずれか一項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、を備える撮像装置。