JP6796515B2 - 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、特にサラウンドセンシング用途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。

従来より、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ている。このような車載用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に記載のものが知られている。特許文献１では、６枚構成のレンズ系が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１３／０４６５６５号パンフレット

近年では、自動車の近傍の周囲環境のセンシング、いわゆるサラウンドセンシングを可能にする車載カメラの需要が増加している。このうち、車両前方のフロントセンシングについては、最大全画角が１００〜１５０度程度と、運転者の視界と同等程度の画角を有する撮像レンズが用いられることが多い。

しかしながら、特許文献１の撮像レンズは、最大全画角が２００度程度とフロントセンシングに用いるには画角が広すぎて、被写体（前方の走行車や障害物、センターライン、道路標識等）毎に撮像素子の画素数を十分に割り当てることが難しいため、画像認識精度を向上させることが難しい。また、より高い画像認識精度を実現させるためには、更なる諸収差の改善が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、収差性能に優れた撮像レンズ、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。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、負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、正の屈折力を有する第４レンズと、負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レンズとからなる６枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備え、全系の焦点距離をｆ、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２としたとき、条件式（１）を満足することを特徴とする。
−１．４＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１）

なお、条件式（１−１）を満足することが好ましい。
−１．３＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１−１）

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズの焦点距離をｆ１、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、条件式（２）を満足することが好ましく、条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．３＜ｆ１／ｆ２＜１．４ …（２）
０．４＜ｆ１／ｆ２＜１．３ …（２−１）

また、全系の焦点距離をｆ、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、条件式（３）を満足することが好ましい。
−０．４５≦ｆ／ｆ２＜−０．３５ …（３）

また、全系の焦点距離をｆ、６枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をｆｍｉｎとしたとき、条件式（４）を満足することが好ましい。
０．４＜｜ｆ／ｆｍｉｎ｜＜０．７ …（４）
また、最大全画角を２ωとし、２ωの単位を度としたとき、条件式（５）を満足することが好ましい。
１２０＜２ω＜１４５ …（５）

本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。

なお、上記のレンズの屈折力の符号およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。また、上記条件式は全て、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））を基準とする。

本発明によれば、物体側から順に負負正正負正のパワー配列の６枚構成のレンズ系において、最も物体側のレンズの面形状を好適に設定し、所定の条件式を満足することにより、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、収差性能に優れた撮像レンズ、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。

本発明の実施例１の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例５の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の適用例を説明するための図である。

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に本発明の一実施形態に係る撮像レンズの構成と光路の断面図を示す。図１に示す構成例は後述する本発明の実施例１に係る撮像レンズに対応している。図１では、左側が物体側、右側が像側であり、光路は軸上光束２、最大画角の軸外光束３について示しており、また、最大全画角の半値（最大半画角）ωも図示している。

この撮像レンズは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負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、正の屈折力を有する第４レンズＬ４と、負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とからなる６枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備える。

なお、図１の例ではレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に２枚の平行平板状の光学部材ＰＰ１、ＰＰ２が配置されている。光学部材ＰＰ１、ＰＰ２は、各種フィルタおよびカバーガラス等を想定したものである。本発明においては、光学部材ＰＰ１および／または光学部材ＰＰ２を図１の例とは異なる位置に配置してもよく、また省略した構成も可能である。

また、図１の例では、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間に開口絞りＳｔが配置されている。図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。開口絞りＳｔは図１の例とは異なる位置に配置することも可能である。

この撮像レンズでは、第１レンズＬ１の物体側の面を凸面にすることによって、軸外光線の入射角度を小さくでき、収差の発生を抑えることができる。また、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２をともに負のレンズとすることによって、レンズ系全体を広角化することが容易となる。正の第３レンズＬ３によって像面湾曲を良好に補正することが可能となる。正の第４レンズＬ４および負の第５レンズＬ５によって軸上色収差および倍率色収差を良好に補正することが可能となる。正の第６レンズＬ６によって軸外光線の主光線が像面Ｓｉｍに入射する角度を小さくすることができ、シェーディングを抑えることができる。

この撮像レンズは、全系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離をｆ１２としたとき、条件式（１）を満足するように構成されている。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、高次収差の発生を抑制できる。なお、ここでいう高次収差とは５次以上の収差を意味する。この点は以下の説明においても同様である。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、広角化と長いバックフォーカスの確保が可能となる。なお、下記条件式（１−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
−１．４＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１）
−１．３＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１−１）

本実施形態の撮像レンズにおいては、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２としたとき、条件式（２）を満足することが好ましい。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、高次収差の発生を抑制しつつ広角化を達成することができる。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、絶対値が大きな負の歪曲収差を抑制することができる。なお、下記条件式（２−１）を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
０．３＜ｆ１／ｆ２＜１．４ …（２）
０．４＜ｆ１／ｆ２＜１．３ …（２−１）

また、全系の焦点距離をｆ、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２としたとき、条件式（３）を満足することが好ましい。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、特に周縁部の光束において高次収差が発生することを抑制できる。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、広角化に適した屈折力を第２レンズＬ２に持たせることができる。
−０．４５≦ｆ／ｆ２＜−０．３５ …（３）

また、全系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１〜第６レンズＬ６の６枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をｆｍｉｎとしたとき、条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）を満足することによって、屈折力を各レンズに適切に配分することができるので、特定のレンズが解像性に極度に影響することを抑制でき、製造公差の緩和および性能のバラツキが小さい製造が可能となる。
０．４＜｜ｆ／ｆｍｉｎ｜＜０．７ …（４）

また、最大全画角を２ωとし、２ωの単位を度としたとき、条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）を満足することによって、自動車近傍の周囲環境のセンシング、いわゆるサラウンドセンシングに適した画角を得ることができる。この画角は、隣接する車線から自車線へ割り込みする他車の検知に有用な画角であり、特にフロントセンシングに適した画角である。
１２０＜２ω＜１４５ …（５）

また、この撮像レンズ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、レンズ系と像面Ｓｉｍの間にカバーガラス、プリズム、および／または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してもよい。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。

［実施例１］
実施例１の撮像レンズのレンズ構成は図１に示したものであり、その図示方法と構成は図１に示す例として上述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。

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、非球面係数に関するデータを表３に示す。

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（ナノメートル））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．、および全画角２ω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。

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近軸の曲率半径の数値を示している。表３の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下記式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ^２・ｈ^２）^１/２｝＋ΣＡｍ・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（光軸からの距離）
Ｃ：近軸曲率半径の逆数
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝３…１２）
とする。

図６に実施例１の撮像レンズの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図６では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ（ナノメートル））、およびＦ線（波長４８６．１ｎｍ（ナノメートル））における収差をそれぞれ黒の実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線における収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線における収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線における収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、およびＦ線における収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、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。

［実施例２］
実施例２の撮像レンズのレンズ構成と光路を図２に示す。実施例２の撮像レンズの基本レンズデータを表４に、諸元に関するデータを表５に、非球面係数に関するデータを表６に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図７に示す。

［実施例３］
実施例３の撮像レンズのレンズ構成と光路を図３に示す。実施例３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、非球面係数に関するデータを表９に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図８に示す。

［実施例４］
実施例４の撮像レンズのレンズ構成と光路を図４に示す。実施例４の撮像レンズの基本レンズデータを表１０に、諸元に関するデータを表１１に、非球面係数に関するデータを表１２に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図９に示す。

［実施例５］
実施例５の撮像レンズのレンズ構成と光路を図５に示す。実施例５の撮像レンズの基本レンズデータを表１３に、諸元に関するデータを表１４に、非球面係数に関するデータを表１５に、無限遠物体に合焦した状態での各収差図を図１０に示す。

表１６に実施例１〜５の撮像レンズの条件式（１）〜（５）の対応値を示す。表１６に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜５の撮像レンズは、最大全画角が１２０°〜１４５°の範囲にあり、特にフロントセンシングに適した画角を備えながら、収差性能に優れた撮像レンズであることがわかる。

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、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、車外カメラ１０２、および車内カメラ１０３は、撮像装置であり、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。本実施形態の車載カメラ（車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３）は本発明の撮像レンズを備えているため、広角でかつ高画質の画像を取得することができる。

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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および非球面係数は、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についても、車載カメラに限定されず、携帯端末用カメラ、監視カメラ、またはデジタルカメラとする等、種々の態様とすることができる。

２ 軸上光束
３ 軸外光束
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
Ｌ５ 第５レンズ
Ｌ６ 第６レンズ
ＰＰ１、ＰＰ２ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
ω 最大全画角の半値

Claims (6)

1. 物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有する第１レンズと、負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、正の屈折力を有する第４レンズと、負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レンズとからなる６枚のレンズのみを屈折力を有するレンズとして備え、
   全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２とし、前記６枚のレンズの中で焦点距離の絶対値が最も小さいレンズの焦点距離をｆｍｉｎとし、最大全画角を２ωとし、該２ωの単位を度としたとき、
   −１．４＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１）
   ０．７３＜｜ｆ／ｆｍｉｎ｜＜０．９２ …（４）
   １２０＜２ω＜１４５ …（５）
   で表される条件式（１）、（４）及び（５）を満足する
   ことを特徴とする撮像レンズ。
2. 前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
   ０．３＜ｆ１／ｆ２＜１．４ …（２）
   で表される条件式（２）を満足する
   請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
   −０．４５≦ｆ／ｆ２＜−０．３５ …（３）
   で表される条件式（３）を満足する
   請求項１または２記載の撮像レンズ。
4. −１．３＜ｆ／ｆ１２＜−１ …（１−１）
   で表される条件式（１−１）を満足する
   請求項１記載の撮像レンズ。
5. ０．４＜ｆ１／ｆ２＜１．３ …（２−１）
   で表される条件式（２−１）を満足する
   請求項２記載の撮像レンズ。
6. 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撮像装置。