JP5466569B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子を用いた車載用カメラ、監視カメラ等に使用されるのに好適な広角の撮像レンズ、および該撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子は近年非常に小型化および高画素化が進んでいる。そのため、撮像機器本体並びにそれに搭載される撮像レンズにも小型化、軽量化が求められている。一方、車載用カメラ、監視カメラ等に使用される撮像レンズには、高い耐候性を持ち、広範囲にわたって良好な視界を確保できるように広画角で高い光学性能を有することが求められている。

さらに、上記分野の撮像レンズにおいては、低コスト化が望まれていることから、レンズ枚数が少ない光学系が求められている。従来、上記分野における４枚構成の撮像レンズとしては、例えば下記特許文献１〜５に記載のものが知られている。

特開２００６−２５９７０４号公報 特開２００７−１０１９２０号公報 特開２００７−２０６５１６号公報 特開２００８−２６８２６８号公報 特開２００８−２４２０４０号公報

近年では、車載用カメラや監視カメラ等の分野において、例えば全画角で２００°を超えるものが望まれるなど、さらなる広角化に対する要望が強まってきている。しかしながら、上記特許文献に記載された実施例の撮像レンズの全画角は、特許文献１のものが約１４０°〜１６５°、特許文献２に記載のものが１６１°、１６４°、特許文献３に記載のものが１３４°、特許文献４に記載のものが１５０°、１５９°、特許文献５に記載のものが約１４０°〜１４６°であり、近年要望されている全画角が２００°を超えるような広角化に対応できるものとは言えない。

また、近年の撮像素子の小型化および高画素化に伴い、高い解像性を有し、結像領域の広い範囲まで良好な像が得られるような高い光学性能を有する撮像レンズが求められるようになってきている。しかしながら、従来のレンズ系では、安価で小型に構成しながら、上記要望を満たすことは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑み、小型かつ低コストでありながら、さらなる広角化と高い光学性能を実現可能な撮像レンズ、および該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、負のパワーを持ち、像側の面が凹形状のメニスカスレンズである第１レンズと、物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凹形状の第２レンズと、物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凸形状の第３レンズと、絞りと、物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凸形状の第４レンズとが配されてなり、第２レンズの像側の面の近軸曲率半径をｒ４とし、第３レンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ５としたとき、下記条件式（１−１）を満足することを特徴とするものである。
０．０＜ｒ５／ｒ４＜０．５ … （１−１）

なお、本発明の撮像レンズの第１レンズに関する上記「負のパワーを持ち、像側の面が凹形状のメニスカスレンズ」は、第１レンズが非球面レンズの場合は、近軸領域におけるものとする。

また、本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（２）〜（６）を満足することが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式（２）〜（６）のいずれか１つを満足するものでもよく、あるいは任意の２つ以上の組合せを満足するものでもよい。
０．０＜ｆ／ｒ４＜０．２ … （２）
−１２．０＜ｆ１／ｆ＜−９．０ … （３）
４．０＜Ｌ／ｆ３４＜６．０ … （４）
５．０＜Ｌ／ｆ４＜８．０ … （５）
０．５＜（ｒ４＋ｒ３）／（ｒ４−ｒ３）＜１．０ … （６）
ただし、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
ｆ３４：第３レンズと第４レンズの合成焦点距離
ｒ３：第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径
ｒ４：第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｌ：第１レンズの物体側の面頂点から像面までの光軸上の距離（バックフォーカス分は空気換算長）

なお、上記条件式（１−１）、（２）、（６）における近軸曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズの材質のｄ線におけるアッベ数は４０以上であることが好ましい。第２レンズの材質のｄ線におけるアッベ数は５０以上であることが好ましい。第３レンズの材質のｄ線におけるアッベ数は４０以下であることが好ましい。第４レンズの材質のｄ線におけるアッベ数は５０以上であることが好ましい。

また、本発明の撮像レンズにおいては、全画角が２００°より大きいように構成することが好ましい。

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。

本発明の撮像レンズによれば、４枚のレンズ系において、各レンズのパワーおよび形状等を好適に設定し、所定の条件式を満足するようにしているため、安価で小型に構成しながら、さらなる広角化と高い光学性能を実現することができる。

本発明の撮像装置によれば、本発明の撮像レンズを備えているため、安価で小型に構成でき、広い画角での撮像が可能であり、高画質の映像を得ることができる。

本発明の実施例１の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 本発明の実施例２の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 本発明の実施例３の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 本発明の実施例４の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 本発明の実施例５の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 本発明の実施例６の撮像レンズのレンズ構成および光路を示す断面図 図７（Ａ）〜図７（Ｇ）は本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図 図８（Ａ）〜図８（Ｇ）は本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図 図９（Ａ）〜図９（Ｇ）は本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図 図１０（Ａ）〜図１０（Ｇ）は本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図 図１１（Ａ）〜図１１（Ｇ）は本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図 図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）は本発明の実施例６の撮像レンズの各収差図 本発明の実施形態にかかる車載用の撮像装置の配置を説明するための図

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〜図６は、本発明の実施形態にかかる撮像レンズの構成例を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜６の撮像レンズに対応している。図１〜図６に示す例の基本的な構成は同様であり、図示方法も同様であるため、ここでは主に図１を参照しながら、本発明の実施形態にかかる撮像レンズについて説明する。

本実施形態の撮像レンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２と、第３レンズＬ３と、第４レンズＬ４とが配された４枚構成のレンズ系である。第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間には、開口絞りＳｔが配置されている。開口絞りＳｔを第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間に配置することにより、径方向の小型化を図ることができる。

なお、図１では、左側が物体側、右側が像側としており、図示されている開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸上の位置を示すものである。図１中の符号ｒｉ（ｉ＝１、２、３、…）は、各レンズ面の曲率半径を示し、符号ｄｉ（ｉ＝１、２、３、…）は面間隔を示す。また、図１には、無限遠の距離にある物点からの軸上光束２、最大画角での軸外光束３も合わせて示す。

図１では、撮像レンズが撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ１の像面Ｓｉｍに配置された撮像素子５も図示している。また、撮像レンズ１を撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、カバーガラスや、ローパスフィルタまたは赤外線カットフィルタ等を設けることが好ましく、図１では、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰを第４レンズＬ４と撮像素子５（像面Ｓｉｍ）の間に配置した例を示している。

第１レンズＬ１は、負のパワーを持ち、像側の面が凹形状のメニスカスレンズであるように構成される。第１レンズＬ１を像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとすることにより、広角化およびディストーションの補正に有利となる。最も物体側に配置される第１レンズＬ１は、風雨や洗浄用の溶剤に晒されることが想定されるが、第１レンズＬ１の物体側の面を凸面とすることで、これらの状況において懸念されるゴミ、埃、水滴等が残留しにくいという利点もある。

なお、図１に示す例では第１レンズＬ１は球面レンズで構成しているが、非球面レンズで構成することも可能である。ただし、後述のように、最も物体側に配置される第１レンズの材質は、樹脂よりもガラスの方が好ましいことから、第１レンズＬ１を球面レンズとすれば、非球面レンズとした場合よりも低コストに製作することができる。

第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は全て、物体側の面および像側の面が非球面形状である。このように設計自由度の高い非球面を多用することで、収差補正上有利となり、少ないレンズ枚数および短い全長で小型に構成しながら高い解像性を得ることが容易になる。

第２レンズＬ２は、光軸近傍において両凹形状であるように構成される。第３レンズＬ３は、光軸近傍において両凸形状であるように構成される。第４レンズＬ４は、光軸近傍において両凸形状であるように構成される。

光軸近傍における第２レンズＬ２〜第４レンズＬ４の形状を上記のように設定することで、光軸近傍において第２レンズＬ２に強い負のパワー、第３レンズＬ３に強い正のパワー、第４レンズＬ４に強い正のパワーを持たせることができる。これにより、少ないレンズ枚数および小型の構成に有利となる。

さらに、本実施形態の撮像レンズは、第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径をｒ４とし、第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径をｒ５としたとき、下記条件式（１）を満足するように構成される。
０．０＜ｒ５／ｒ４＜１．０ … （１）

条件式（１）の上限を上回ると、中間画角での歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。条件式（１）の下限を下回ると、コマ収差の補正が困難になる。小型化を図るためには各レンズは極力近接配置されることが好ましいこと、および本撮像レンズが、物体側から順に、負、負、正、正レンズが配置された４枚構成の広角のレンズ系であること等から、第２レンズＬ２の像側の面と第３レンズＬ３の物体側の面とは近接配置となりやすい。その結果、図１に示すように、第２レンズＬ２の像側の面と第３レンズＬ３の物体側の面との間に微小な間隙が生じ、いわゆる空気レンズが形成される傾向にある。条件式（１）は、この空気レンズの曲率半径を規定する式と考えることができる。

本撮像レンズでは、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４全ての両側の面を設計自由度の高い非球面とし、その光軸近傍における凹凸形状を上記のように好適に設定した上で、さらに条件式（１）を満たすように構成することにより、４枚という少ないレンズ枚数で小型化と十分な広角化を達成しながら、像面湾曲を始め歪曲収差、倍率の色収差、コマ収差を含む諸収差を良好に補正することができる。これにより、結像領域の広い範囲にわたって高解像を実現でき、近年の高画素化が進んだ撮像素子にも対応することができる。

本発明の実施形態にかかる撮像レンズは、さらに以下に述べる構成を有することが好ましい。なお、好ましい態様としては、以下のいずれか１つの構成を有するものでもよく、あるいは任意の２つ以上を組合せた構成を有するものでもよい。

第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径をｒ４とし、第３レンズＬ３の物体側の面の近軸曲率半径をｒ５としたとき、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。条件式（１−１）を満たす場合は、条件式（１）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（１）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．０＜ｒ５／ｒ４＜０．５ … （１−１）

さらに、下記条件式（１−２）を満足することがより好ましい。条件式（１−２）を満たす場合は、条件式（１）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（１−１）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．０＜ｒ５／ｒ４＜０．３５ … （１−２）

第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径をｒ４とし、全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）の上限を上回ると、中間画角での歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。条件式（２）の下限を下回ると、コマ収差の補正が困難になる。
０．０＜ｆ／ｒ４＜０．２ … （２）

さらに、下記条件式（２−１）を満たすことが好ましい。条件式（２−１）を満たす場合は条件式（２）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（２）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．０＜ｆ／ｒ４＜０．１２ … （２−１）

またさらに、下記条件式（２−２）を満たすことが好ましい。条件式（２−２）を満たす場合は、条件式（２）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（２−１）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．０＜ｆ／ｒ４＜０．１ … （２−２）

第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１とし、全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）の上限を上回ると、中間画角での歪曲収差、倍率の色収差が大きくなる。条件式（３）の下限を下回ると、コマ収差の補正が困難になるとともに、軸上色収差を実用上問題のないレベルにまで抑制することが困難になる。
−１２．０＜ｆ１／ｆ＜−９．０ … （３）

さらに、下記条件式（３−１）を満たすことが好ましい。条件式（３−１）を満たす場合は、条件式（３）を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
−１１．０＜ｆ１／ｆ＜−９．５ … （３−１）

またさらに、下記条件式（３−２）を満たすことがよりいっそう好ましい。条件式（３−２）を満たす場合は、条件式（３−１）を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
−１０．８＜ｆ１／ｆ＜−９．８ … （３−２）

第１レンズＬ１の物体側の面の面頂点から像面Ｓｉｍまでの距離をＬとし、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。なお、Ｌはバックフォーカス分は空気換算長を用いるものとする。条件式（４）は、全系の長さと、本撮像レンズにおいて近軸領域で正パワーを有する全レンズの合成焦点距離との比に関する式である。
４．０＜Ｌ／ｆ３４＜６．０ … （４）

条件式（４）の上限を上回ると、第３レンズＬ３のパワーが弱くなり倍率の色収差の補正が不足するか、第４レンズＬ４のパワーが弱くなり像面湾曲およびコマ収差の補正が不足する。あるいは、条件式（４）の上限を上回り、かつ第３レンズＬ３、第４レンズＬ４のパワーが強い場合は、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４が近接しすぎてしまうため配置が困難になり、低コストでの製造が難しくなる。条件式（４）の下限を下回ると、第３レンズＬ３のパワーが強くなり軸上色収差が過大になるか、第４レンズＬ４のパワーが強くなり像面湾曲及びコマ収差の補正が難しくなる。あるいは、条件式（４）の下限を下回り、かつ第３レンズＬ３、第４レンズＬ４のパワーが強くない場合は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間隔が大きくなりレンズ系が大型化する。

さらに、下記条件式（４−１）を満たすことが好ましい。条件式（４−１）を満たす場合は、条件式（４）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（４）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
４．０＜Ｌ／ｆ３４＜５．５ … （４−１）

またさらに、下記条件式（４−２）を満たすことが好ましい。条件式（４−２）を満たす場合は、条件式（４）の下限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（４−１）の上限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
４．０＜Ｌ／ｆ３４＜５．０ … （４−２）

第１レンズＬ１の物体側の面の面頂点から像面Ｓｉｍまでの距離をＬとし、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。なお、Ｌはバックフォーカス分は空気換算長を用いるものとする。
５．０＜Ｌ／ｆ４＜８．０ … （５）

条件式（５）の上限を上回ると、コマ収差を良好に補正することが困難になる。条件式（５）の下限を下回ると、球面収差を良好に補正することが困難になり、倍率の色収差が大きくなる。

さらに、下記条件式（５−１）を満たすことが好ましい。条件式（５−１）を満たす場合は、条件式（５）を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
６．０＜Ｌ／ｆ４＜６．８ … （５−１）

さらに、下記条件式（５−２）を満たすことが好ましい。条件式（５−２）を満たす場合は、条件式（５−１）を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
６．１＜Ｌ／ｆ４＜６．６ … （５−２）

第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径をｒ３とし、第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径をｒ４としたとき、下記条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）の上限を上回ると、コマ収差を良好に補正することが困難になる。条件式（６）の下限を下回ると、中間画角での歪曲収差、倍率の色収差の補正が困難になる。
０．５＜（ｒ４＋ｒ３）／（ｒ４−ｒ３）＜１．０ … （６）

さらに、下記条件式（６−１）を満たすことが好ましい。条件式（６−１）を満たす場合は、条件式（６）の上限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（６）の下限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．６＜（ｒ４＋ｒ３）／（ｒ４−ｒ３）＜１．０ … （６−１）

またさらに、下記条件式（６−２）を満たすことが好ましい。条件式（６−２）を満たす場合は、条件式（６）の上限を満たす場合と同じ効果を奏するとともに、条件式（６−１）の下限を満たす場合に得られる効果をさらに高めることができる。
０．７＜（ｒ４＋ｒ３）／（ｒ４−ｒ３）＜１．０ … （６−２）

第１レンズＬ１の材質のｄ線におけるアッベ数は４０以上であることが好ましく、このように材質を選択した場合には、倍率の色収差の良好な補正が容易になる。第２レンズＬ２の材質のｄ線におけるアッベ数は５０以上であることが好ましく、このように材質を選択した場合には、倍率の色収差の良好な補正が容易になる。第３レンズＬ３の材質のｄ線におけるアッベ数は４０以下であることが好ましく、このように材質を選択した場合には、倍率の色収差の良好な補正が容易になる。さらには、第３レンズＬ３の材質のｄ線におけるアッベ数は２９以下であることがより好ましく、このように材質を選択した場合には、倍率の色収差のより良好な補正が容易になる。第４レンズＬ４の材質のｄ線におけるアッベ数は５０以上であることが好ましく、このように材質を選択した場合には、倍率の色収差の良好な補正が容易になる。倍率の色収差を良好に補正することで、解像性を高めることができ、近年の高画素化が進んだ撮像素子にも対応可能となる。

本撮像レンズは、全画角が２００°より大きいことが好ましい。全画角は、最大画角での軸外光束３の主光線と光軸Ｚとのなす角の２倍である。全画角が２００°より大きな広角のレンズ系とすることで、近年の広角化の要望に対応可能となる。

また、本撮像レンズは、図１に示す例のように、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４のレンズ全てが接合されていない単レンズであることが好ましい。車載カメラや監視カメラ用途のような厳しい環境下での使用が想定される場合は、接合レンズを含まない構成とすることが好ましく、また、接合レンズを含まない構成とすることで低コストに作製することが可能となる。

本撮像レンズが例えば車載用カメラや監視用カメラ等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置される第１レンズＬ１は、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材質、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材質を用いることが要望される。例えば、日本光学硝子工業会が定める粉末法耐水性が１のものを用いることが好ましい。また、第１レンズＬ１には、堅く、割れにくい材質を用いることが要望されることがある。材質をガラスとすることで、上記要望を満たすことが可能となる。あるいは、第１レンズＬ１の材質として、透明なセラミックスを用いてもよい。

なお、第１レンズＬ１の物体側の面に、強度、耐キズ性、耐薬品性を高めるための保護手段を施してもよく、その場合には、第１レンズＬ１の材質をプラスチックとしてもよい。このような保護手段は、ハードコートであってもよく、撥水コートであってもよい。

第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の材質としては、プラスチックを用いることが好ましく、この場合には、非球面形状を精度良く作製することができるとともに、軽量化および低コスト化を図ることが可能となる。

プラスチック材質によっては、吸水性が高いと水分の出入りによって屈折率および形状寸法が変化するため、光学性能に悪影響が出る可能性がある。そこで、第２レンズＬ２と第４レンズＬ４にポリオレフィン系のプラスチック、第３レンズにポリカーボネート系のプラスチックあるいはペット系のプラスチックの吸水性のきわめて小さい材質を用いれば、吸水による性能劣化を最小限に抑えることができる。

第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の少なくともいずれかの材質にプラスチックを用いた場合は、その材質として、プラスチックに光の波長より小さな粒子を混合させたいわゆるナノコンポジット材料を用いてもよい。

本撮像レンズにおいては、ゴースト光低減等のために、各レンズに反射防止膜を施すようにしてもよい。その際、図１に例示するような撮像レンズでは、第１レンズＬ１の像側の面、第２レンズＬ２の像側の面、第３レンズＬ３の物体側の面において、周辺部の各面の接線と光軸とのなす角が小さいため、周辺部の反射防止膜の厚さがレンズ中央部より薄くなる。そこで、上記３つの面のうちの１面以上の面に、中央付近での反射率が最も小さくなる波長を６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下とした反射防止膜を施すことにより、有効径全体で反射率を平均的に低減することができ、ゴースト光を低減させることが出来る。

なお、中央付近での反射率が最も小さくなる波長が６００ｎｍより短いと、周辺部での反射率が最も小さくなる波長が短くなり過ぎ、長波長側の反射率が高くなるため、赤味がかったゴーストが発生しやすくなってしまう。また、中央付近での反射率が最も小さくなる波長が９００ｎｍより長いと、中央部での反射率が最も小さくなる波長が長くなり過ぎ、短波長側の反射率が高くなるため、像の色合いがかなり赤みがかってしまうとともに、青味がかったゴーストが発生しやすくなってしまう。

また、本撮像レンズにおいては、各レンズ間の有効径外を通過する光束は、迷光となって像面に達し、ゴーストとなるおそれがあるため、必要に応じて、この迷光を遮光する遮光手段を設けることが好ましい。この遮光手段としては、例えばレンズの像側の有効径外の部分に不透明な塗料を施したり、不透明な板材を設けたりしてもよい。または、迷光となる光束の光路に不透明な板材を設けて遮光手段としてもよい。

なお、撮像レンズの用途に応じて、レンズ系と撮像素子５との間に紫外光から青色光をカットするようなフィルタ、または赤外光をカットするようなＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）カットフィルタを挿入してもよい。あるいは、上記フィルタと同様の特性を持つコートをレンズ面に施してもよい。

図１では、レンズ系と撮像素子５との間に各種フィルタを想定した光学部材ＰＰを配置した例を示しているが、この代わりに、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。あるいは、撮像レンズが有する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。実施例１〜実施例６の撮像レンズのレンズ断面図はそれぞれ図１〜図６に示したものである。

実施例１の撮像レンズのレンズデータを表１に、非球面データを表２に示す。同様に、実施例２〜６の撮像レンズのレンズデータ、非球面データをそれぞれ表３〜表１２に示す。以下では表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜６のもの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、ｓｉの欄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ｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。なお、曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。各実施例において、レンズデータの表のｒｉ、ｄｉ（ｉ＝１、２、３、…）は、レンズ断面図の符号ｒｉ、ｄｉと対応している。

また、表１のレンズデータにおいて、Ｎｅｊの欄は最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）のレンズのｅ線（波長５４６．０７ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄はｊ番目の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を示している。なお、レンズデータには、開口絞りＳｔも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の曲率半径の欄には、∞（開口絞り）と記載している。

図１〜図６において第４レンズＬ４と像面Ｓｉｍとの間に配置されている光学部材ＰＰは、カバーガラスやフィルタ等を想定したものであり、実施例１〜６全てにおいて屈折率１．５２のガラス材を用いており、その厚みは、実施例１、３、４、６では０．８ｍｍ、実施例２、５では１．０ｍｍである。

表１のレンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として光軸近傍の曲率半径（近軸曲率半径）の数値を示している。表２の非球面データには、非球面の面番号と、各非球面に関する非球面係数を示す。表２の非球面データの数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味し、「Ｅ＋ｎ」は「×１０^ｎ」を意味する。なお、非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数Ｋ、Ｂｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＢｍ・ｈ^ｍ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
Ｋ、Ｂｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）

上記実施例１〜６では、第１レンズＬ１は、光学ガラスを材質とし、両面を球面形状としているため、良好な耐候性、および土砂等による傷つきにくさが得られるとともに、比較的安価に製造することができる。上記実施例１〜６の第２レンズＬ２と第４レンズＬ４は、ポリオレフィン系のプラスチックを材質とし、第３レンズＬ３はポリカーボネート系のプラスチックを材質として、吸水による性能変化を極力抑えるように吸水性の小さい材質を選択している。

上記実施例１〜６の撮像レンズにおける各種データおよび上記条件式（１）〜（６）に対応する値を表１３に示す。実施例１〜６では、ｅ線を基準波長としており、表１３にはこの基準波長における各値を示す。

表１３において、ｆは全系の焦点距離、Ｂｆは最も像側のレンズの像側の面から像面までの光軸上の距離（バックフォーカスに相当）、Ｌは第１レンズＬ１の物体側の面から像面Ｓｉｍまでの光軸上の距離、Ｆｎｏ．はＦナンバー、２ωは全画角である。Ｂｆは空気換算長であり、すなわち、光学部材ＰＰの厚みを空気換算して計算した値を示している。同様に、Ｌのうちバックフォーカス分は空気換算長を用いている。実施例１〜６の最大像高は全て１．９５ｍｍである。表１３からわかるように、実施例１〜６全て条件式（１）〜（６）を満足している。

なお、上記各表には、所定の桁でまるめた数値を記載している。各数値の単位としては、角度については「°」を用い、長さについては「ｍｍ」を用いている。しかし、これは一例であり、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、他の適当な単位を用いることもできる。

実施例１の撮像レンズの収差図を図７（Ａ）〜図７（Ｇ）に示す。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）はそれぞれ、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差（倍率の色収差）を示している。図７（Ｅ）〜図７（Ｇ）は、各半画角におけるタンジェンシャル方向の横収差を示している。各収差図には、ｅ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率の色収差図には、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。

また同様に、上記実施例２〜８の撮像レンズそれぞれの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差、横収差の収差図を図８（Ａ）〜図８（Ｇ）、図９（Ａ）〜図９（Ｇ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｇ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｇ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｇ）に示す。

なお、ディストーションの収差図については、全系の焦点距離ｆ、半画角φ（変数扱い、０≦φ≦ω）を用いて、理想像高を２×ｆ×ｔａｎ（φ／２）とし、それからのずれ量を示しているため、周辺部でマイナスの値になっている。しかし、実施例１〜６の撮像レンズのディストーションは、等距離射影に基づく像高を基準として算出すれば、プラスの大きな値となる。これは、実施例１〜６の撮像レンズが、等距離射影に基づく像高でディストーションを抑制するように設計されたレンズに比べて、周辺部の画像が大きく写るように考慮されたものだからである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜６の撮像レンズは、４枚という少ないレンズ構成で小型化および低コスト化を図った上で、さらに、約２２０°の非常に広い全画角、２．８の小さいＦナンバー、および各収差が良好に補正された高解像の良好な光学性能を実現している。これらの撮像レンズは、監視カメラや、自動車の前方、側方、後方などの映像を撮影するための車載用カメラ等に好適に使用可能である。

図１３に使用例として、自動車１００に本実施形態の撮像レンズを備えた撮像装置を搭載した様子を示す。図１３において、自動車１００は、その助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラ１０１と、自動車１００の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラ１０２と、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラ１０３とを備えている。車外カメラ１０１と車外カメラ１０２と車内カメラ１０３とは、本発明の実施形態にかかる撮像装置であり、本発明の実施例の撮像レンズと、該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。

本発明の実施例にかかる撮像レンズは、上述した長所を有するものであるから、車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３は、小型で安価に構成でき、広い画角を有し、解像度の高い良好な映像を得ることができる。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の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、アッベ数の値は、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、レンズの材質も上記各数値実施例で用いたものに限定されず、別の材質を用いてもよい。

また、撮像装置の実施形態では、本発明を車載用カメラに適用した例について図を示して説明したが、本発明はこの用途に限定されるものではなく、例えば、携帯端末用カメラや監視カメラ等にも適用可能である。

２ 軸上光束
３ 軸外光束
５ 撮像素子
１００ 自動車
１０１、１０２ 車外カメラ
１０３ 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
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (9)

1. 物体側から順に、
   負のパワーを持ち、像側の面が凹形状のメニスカスレンズである第１レンズと、
   物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凹形状の第２レンズと、
   物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凸形状の第３レンズと、
   絞りと、
   物体側の面および像側の面が非球面であり、光軸近傍において両凸形状の第４レンズとが配されてなり、
   前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径をｒ４とし、前記第３レンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ５としたとき、下記条件式（１−１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   ０．０＜ｒ５／ｒ４＜０．５ … （１−１）
2. 全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
   ０．０＜ｆ／ｒ４＜０．２ … （２）
3. 前記第１レンズの焦点距離をｆ１とし、全系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１または２記載の撮像レンズ。
   −１２．０＜ｆ１／ｆ＜−９．０ … （３）
4. 前記第１レンズの物体側の面の面頂点から像面までの距離をＬとし、前記第３レンズと前記第４レンズの合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）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１項記載の撮像レンズ。
   ４．０＜Ｌ／ｆ３４＜６．０ … （４）
5. 前記第１レンズの物体側の面の面頂点から像面までの距離をＬとし、前記第４レンズの焦点距離をｆ４としたとき、下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ５．０＜Ｌ／ｆ４＜８．０ … （５）
6. 前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ３としたとき、下記条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．５＜（ｒ４＋ｒ３）／（ｒ４−ｒ３）＜１．０ … （６）
7. 前記第１レンズの材質のｄ線におけるアッベ数が４０以上であり、前記第２レンズの材質のｄ線におけるアッベ数が５０以上であり、前記第３レンズの材質のｄ線におけるアッベ数が４０以下であり、前記第４レンズの材質のｄ線におけるアッベ数が５０以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
8. 全画角が２００°より大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の撮像レンズ。
9. 請求項１から８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。

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