JP6811088B2

JP6811088B2 - 撮像レンズおよび撮像装置

Info

Publication number: JP6811088B2
Application number: JP2016250666A
Authority: JP
Inventors: 太郎浅見; 神谷　毅; 毅神谷
Original assignee: Tianjin OFilm Opto Electronics Co Ltd
Current assignee: Tianjin OFilm Opto Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018105955A

Description

本発明は、特に車載カメラに好適な撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

近年、車にカメラを搭載し、ドライバーの側方および／または後方等の死角領域の確認補助に用いたり、車両周辺の車、歩行者、および／または障害物等の画像認識に用いるようになってきている。

このような車両周辺の撮影用の車載カメラに使用可能な撮像レンズとしては、例えば下記特許文献１および２に記載のものが知られている。特許文献１および２では、７枚構成のレンズ系が開示されている。

特開２０１６−６２０２１号公報特願２０１５−９２５５０号明細書

車載カメラでは、撮影距離に応じて広角、中間、または、望遠に特化したカメラを搭載し、画像認識の精度を向上させることが提案されている。このうち、望遠に特化したカメラは、主に車の前側遠方の監視に用いることが想定されており、全画角は４０°以下で撮影距離は数１００ｍ（メートル）程度が想定されている。

このような前側遠方監視用の車載カメラは、一般的に車内天井のリアミラー後方に設置されるが、この空間は運転手の頭上前方視界に入り、物体の設置は運転手に圧迫感を与えるため、外径が小さく小型の撮像レンズとして、運転手に与える圧迫感を軽減させることが求められる。また、画像認識の精度を向上させるため、高い結像性能も求められる。

しかしながら、特許文献１、２の撮像レンズは、いずれも全画角が約７０°以上と広く、遠方撮影時に被写体毎に撮像素子の画素数を十分に割り当てることができないため、画像認識精度が低下してしまうおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、遠方監視用の車載カメラに好適な撮像レンズにおいて、遠方撮影に適した画角と高い結像性能を有し、かつ径方向の大型化を抑制した小型の撮像レンズおよびこの撮像レンズを備え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、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズと、負の屈折力を有する第７レンズとからなり、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３ …（１）
ただし、
ｆ４：第４レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

なお、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
−０．５＜ｆ４／ｆ＜−０．３９ …（１−１）

本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−１．７ …（２）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
０．７＜ｆ２／ｆ＜１．３ …（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
０．６＜ｆ１２３／ｆ＜０．８ …（４）
ただし、
ｆ１２３：第１レンズと第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
４．０＜ｆ４５６７／ｆ＜６．８ …（５）
ただし、
ｆ４５６７：第４レンズと第５レンズと第６レンズと第７レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
２０＜２ω＜３０ …（６）
ただし、
２ω：全画角、ただし単位は°
とする。

また、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
１．０＜ＴＴＬ／ｆ＜２．０ …（７）
ただし、
ＴＴＬ：第１レンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離、ただしバックフォーカス分は空気換算長
ｆ：全系の焦点距離
とする。

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。

なお、上記「〜からなる」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやマスクやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および／または手ぶれ補正機構等の機構部分等を含んでもよいことを意図するものである。

また、上記のレンズの面形状および屈折力の符号は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズと、負の屈折力を有する第７レンズとからなり、下記条件式（１）を満足するものとしたため、遠方撮影に適した画角と高い結像性能を有し、かつ径方向の大型化を抑制した小型の撮像レンズおよびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。
−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３ …（１）

本発明の一実施形態にかかる撮像レンズ（実施例１と共通）のレンズ構成を示す断面図本発明の実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例４の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例５の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図本発明の一実施形態にかかる撮像装置の概略構成図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の撮像レンズの構成と共通である。図１は、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の絞りの位置を示すものである。また、軸上光束ｗａおよび最大画角の光束ｗｂも合わせて示している。

本実施形態の撮像レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、開口絞りＳｔと、負の屈折力を有する第４レンズＬ４と、正の屈折力を有する第５レンズＬ５と、正の屈折力を有する第６レンズＬ６と、負の屈折力を有する第７レンズＬ７とから構成されている。

最も物体側の第１レンズＬ１を負レンズとすることによって、バックフォーカスの確保が容易となり、レンズ系の径方向の小型化が容易となる。また、第１レンズＬ１を物体側に凸面を向けたレンズとすることによって、ディストーションの補正が容易となる。

この第１レンズＬ１に続く正レンズとして正の屈折力を有する第２レンズＬ２および第３レンズＬ３を連続して配し、正の屈折力を分散させることによって、球面収差および非点収差の補正が容易となる。

開口絞りＳｔの像側に隣接して配される第４レンズＬ４を負レンズとし、開口絞りＳｔを通過後の光線を分離することによって、第５レンズＬ５から第７レンズＬ７での各収差の補正が容易となる。

この第４レンズＬ４に続く正レンズとして正の屈折力を有する第５レンズＬ５および第６レンズＬ６を連続して配し、正の屈折力を分散させることによって、球面収差および非点収差の補正が容易となる。

最も像側の第７レンズＬ７を負レンズとすることによって、像面Ｓｉｍに配される撮像素子への光線入射角特性（ＣＲＡ：Chief Ray Angle）を適切に補正できるため、周辺光量の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態の撮像レンズは、下記条件式（１）を満足するように構成されている。条件式（１）の上限以上とならないようにすることによって、特に周縁部の光束で高次収差を発生させることなく開口絞りＳｔを通過後の光線を光軸から離れる方向に屈折させることができる。また屈折力を適切に抑えることによって、本実施形態の撮像レンズを車載カメラに搭載した場合に、車載特有の広い動作温度範囲（例えば、−４０℃〜１０５℃程度）において屈折力の変動が過剰になるのを抑えることができるため、ピント位置の変動を抑えることができる。条件式（１）の下限以下とならないようにすることによって、開口絞りＳｔを通過後の光線を強く分離することができるため、第５レンズＬ５から第７レンズＬ７での各収差の補正が容易となる。なお、下記条件式（１−１）を満足するものとすることによって、より良好な特性とすることができる。
−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３ …（１）
−０．５＜ｆ４／ｆ＜−０．３９ …（１−１）
ただし、
ｆ４：第４レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズＬ１の屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができるため、非点収差の補正が容易となる。条件式（２）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズＬ１の屈折力が弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、バックフォーカスを確保することが容易になる。
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−１．７ …（２）
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の上限以上とならないようにすることによって、第２レンズＬ２の屈折力が弱くなり過ぎるのを抑えることができるため、非点収差、球面収差およびディストーションの補正が容易となる。条件式（３）の下限以下とならないようにすることによって、第２レンズＬ２の屈折力が強くなり過ぎるのを抑えることができるため、第２レンズＬ２の偏心に対する誤差感度を抑えることが容易となる。
０．７＜ｆ２／ｆ＜１．３ …（３）
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）の上限以上とならないようにすることによって、第１レンズＬ１から第３レンズＬ３の合成焦点距離が正の値で大きくなり過ぎるのを抑えることができるため、非点収差および球面収差を抑えることが容易となる。条件式（４）の下限以下とならないようにすることによって、第１レンズＬ１から第３レンズＬ３の合成焦点距離が正の値で小さくなり過ぎるのを抑えることができるため、広角化が容易となる。
０．６＜ｆ１２３／ｆ＜０．８ …（４）
ただし、
ｆ１２３：第１レンズと第２レンズと第３レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の上限以上とならないようにすることによって、第４レンズＬ４から第７レンズＬ７の合成焦点距離が正の値で大きくなり過ぎるのを抑えることができるため、球面収差、非点収差、もしくは倍率の色収差の補正が容易となる。条件式（５）の下限以下とならないようにすることによって、第４レンズＬ４から第７レンズＬ７の合成焦点距離が正の値で小さくなり過ぎるのを抑えることができるため、広角化が容易となるか、軸上の色収差の補正が容易となる。
４．０＜ｆ４５６７／ｆ＜６．８ …（５）
ただし、
ｆ４５６７：第４レンズと第５レンズと第６レンズと第７レンズの合成焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
とする。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の上限以上とならないようにすることによって、遠方撮影時に被写体毎に撮像素子の画素数を十分に割り当てることができるため、画像認識精度を向上できる。条件式（６）の下限以下とならないようにすることによって、遠方撮影時に適切な撮影範囲を確保することができる。
２０＜２ω＜３０ …（６）
ただし、
２ω：全画角、ただし単位は°
とする。

また、下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の上限以上とならないようにすることによって、レンズ径方向の小型化に加えて、全長も短くすることができるため、設置の自由度を上げることができる。条件式（７）の下限以下とならないようにすることによって、像面湾曲を抑えることができる。
１．０＜ＴＴＬ／ｆ＜２．０ …（７）
ただし、
ＴＴＬ：第１レンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離、ただしバックフォーカス分は空気換算長
ｆ：全系の焦点距離
とする。

本撮像レンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。

また、本撮像レンズを撮像装置に適用する際には、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図１では、これらを想定した平行平面板状の光学部材ＰＰ１およびＰＰ２をレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。なお、これらの各種フィルタをレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよいし、いずれかのレンズのレンズ面に各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。

次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。
まず、実施例１の撮像レンズについて説明する。実施例１の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図１に示す。なお、図１および後述の実施例２〜５に対応した図２〜５においては、左側が物体側、右側が像側であり、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさおよび／または形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の絞りの位置を示すものである。

実施例１の撮像レンズの基本レンズデータを表１に、諸元に関するデータを表２に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１のものを例にとり説明するが、実施例２〜５についても基本的に同様である。

表１のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその次の面との光軸Ｚ上の間隔を示す。また、ｎの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率を示し、νの欄には各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示す。

ここで、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。基本レンズデータには、開口絞りＳｔも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号とともに（絞り）という語句を記載している。

表２の諸元に関するデータに、全系の焦点距離ｆ´、ＦナンバーＦＮｏ．、全画角２ωの値、および条件式（７）におけるＴＴＬの値を示す。

基本レンズデータおよび諸元に関するデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。

実施例１の撮像レンズの各収差図を図６に示す。なお、図６中の左側から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。これらの収差図は、物体距離を無限遠としたときの状態を示す。球面収差、非点収差、および歪曲収差を表す各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）についての収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図にはサジタル方向およびタンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線および短破線で示す。倍率色収差図にはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ）についての収差をそれぞれ長破線および短破線で示す。なお、球面収差図のＦＮｏ．はＦ値、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

次に、実施例２の撮像レンズについて説明する。実施例２の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図２に示す。また、実施例２の撮像レンズの基本レンズデータを表３に、諸元に関するデータを表４に、各収差図を図７に示す。

次に、実施例３の撮像レンズについて説明する。実施例３の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図３に示す。また、実施例３の撮像レンズの基本レンズデータを表５に、諸元に関するデータを表６に、各収差図を図８に示す。

次に、実施例４の撮像レンズについて説明する。実施例４の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図４に示す。また、実施例４の撮像レンズの基本レンズデータを表７に、諸元に関するデータを表８に、各収差図を図９に示す。

次に、実施例５の撮像レンズについて説明する。実施例５の撮像レンズのレンズ構成を示す断面図を図５に示す。また、実施例５の撮像レンズの基本レンズデータを表９に、諸元に関するデータを表１０に、各収差図を図１０に示す。

実施例１〜５の撮像レンズの条件式（１）〜（７）に対応する値を表１１に示す。なお、全実施例ともｄ線を基準波長としており、下記の表１１に示す値はこの基準波長におけるものである。

以上のデータから、実施例１〜５の撮像レンズは全て、条件式（１）〜（７）を満たしており、遠方撮影に適した画角と高い結像性能を有し、かつ径方向の大型化を抑制した小型の撮像レンズであることが分かる。

次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。ここでは、本発明の撮像装置の一実施形態として車載カメラに適用した場合の例について説明する。図１１に自動車に車載カメラを搭載した様子を示す。

図１１において、自動車１００は、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーの前側遠方を撮影するための車内カメラ１０１（撮像装置）を備えている。この車内カメラ１０１は、本発明の実施の形態による撮像レンズと、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ている。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、およびアッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

また、本発明の実施形態にかかる撮像装置は、車外撮影用の車載カメラとするのが特に好適であり、上記の車両前方撮影用の車載カメラに限らず、車両後方撮影用の車載カメラとしてもよい。また、車載カメラ以外にも、監視カメラとする等、種々の態様とすることができる。

１００自動車
１０１車内カメラ
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
Ｌ７第７レンズ
ＰＰ１、ＰＰ２光学部材
Ｓｉｍ像面
Ｓｔ開口絞り
ｗａ軸上光束
ｗｂ最大画角の光束
Ｚ光軸

Claims

物体側から順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けた第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、絞りと、負の屈折力を有する第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有する第６レンズと、負の屈折力を有する第７レンズとからなり、
下記条件式（１）、式（４）、式（５）及び式（６）を満足する
ことを特徴とする撮像レンズ。
−０．６＜ｆ４／ｆ＜−０．３ …（１）
０．６＜ｆ１２３／ｆ＜０．８ …（４）
４．０＜ｆ４５６７／ｆ＜６．８ …（５）
２０＜２ω＜３０ …（６）
ただし、
ｆ４：前記第４レンズの焦点距離
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１２３：前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズの合成焦点距離
ｆ４５６７：前記第４レンズと前記第５レンズと前記第６レンズと前記第７レンズの合成焦点距離とする。
２ω：全画角、ただし単位は°
とする。
下記条件式（７）を満足する
請求項１記載の撮像レンズ。
１．０＜ＴＴＬ／ｆ＜２．０ …（７）
ただし、
ＴＴＬ：前記第１レンズの物体側の面から像面までの光軸上の距離、ただしバックフォーカス分は空気換算長
とする。
下記条件式（１−１）を満足する
請求項１記載の撮像レンズ。
−０．５＜ｆ４／ｆ＜−０．３９ …（１−１）
下記条件式（２）を満足する
請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
−２．９＜ｆ１／ｆ＜−１．７ …（２）
ただし、
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
とする。
下記条件式（３）を満足する
請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
０．７＜ｆ２／ｆ＜１．３ …（３）
ただし、
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
とする。
請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。