JP7748200B2

JP7748200B2 - 撮像レンズ系及び撮像装置

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Publication number: JP7748200B2
Application number: JP2021079795A
Authority: JP
Inventors: 翼横田; 俊介田中; 勝也宇野
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2025-10-02
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: JP2022173832A; WO2022239661A1

Description

本発明は撮像レンズ系及び撮像装置に関し、例えば車載用の撮像レンズ系及び撮像装置に関する。

近年、車両に搭載されるカメラには、自動運転を実現する目的等により、センシング機能が求められる傾向にある。そして、センシング機能の安定性・正確性を実現するため、例えば、特許文献１に記載された車載カメラ等のように、車載カメラをすべてガラスレンズで構成する場合が多い。

特開２０１９－２１１５９８号公報

一方、ガラスレンズはプラスチックレンズよりもコストが高いため、コスト削減のため一部のガラスレンズをプラスチックレンズに置換することが求められる。しかし、プラスチックレンズを多用するとゴーストの影響を無視できなくなるという欠点がある。具体的には、プラスチックレンズのレンズ面上に形成されるＡＲ膜（反射防止膜）は、ガラスレンズのレンズ面上に形成されるＡＲ膜よりも反射率が５～１０％程度高いため、ガラスレンズのみで構成されたカメラよりもプラスチックレンズを用いるカメラの方がゴーストの影響が無視できなくなる可能性が高い。ゴーストは光学系の結像性能に影響を与え、光学系がセンシング用途に使用される場合はゴーストの発生が誤認識につながってしまい、光学系のセンシング機能が十分ではなくなってしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、プラスチックレンズを用いてもゴーストの発生を抑制できる撮像レンズ系及び撮像装置を提供することを目的とする。

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、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズ、絞り、正のパワーを有し、両凸の第３レンズ、負のパワーを有し、像側面が物体側に凸面を向けた第４レンズ、正のパワーを有し、両凸の第５レンズ、第６レンズからなり、
レンズ面と光軸との交点を含んで光軸と直交する平面を基準面としたときに、前記レンズ面の有効径での高さにおける前記基準面から前記レンズ面までの光軸方向の距離をサグ量とし、前記基準面から前記レンズ面までの方向が物体側から像側に向かう場合を正とした場合、
前記第６レンズは、物体側レンズ面の有効径での高さＨ１におけるサグ量をＳｇ１Ｈ、像側レンズ面の有効径での高さＨ２におけるサグ量をＳｇ２Ｈとしたときに、以下の式（１）及び式（２）を満足し、
Ｓｇ１Ｈ／Ｈ１＜－０．１０・・・（１）
Ｓｇ２Ｈ／Ｈ２＜－０．１０・・・（２）
ここで、Ｈ１、Ｈ２は、撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置における光線高さである。また、「撮像素子の対角長の外側」とは、結像面において、結像面と光軸との交点を中心とする、撮像素子の対角線の長さに等しい直径を有する円の範囲よりも外側を意味する。また、「レンズ面の有効径での高さ」とは、レンズ面の有効径の範囲内の位置の光軸からの高さを意味する。

本発明によれば、プラスチックレンズを用いてもゴーストの発生を抑制できる撮像レンズ系及び撮像装置を提供することができる。

レンズのサグ量について説明する断面図である。実施例１に係る撮像装置及び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（縦収差図）、像面湾曲図、歪曲収差図である。実施例２に係る撮像装置及び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（縦収差図）、像面湾曲図、歪曲収差図である。

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、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズ、絞り、正のパワーを有し、両凸の第３レンズ、負のパワーを有し、像側面が物体側に凸面を向けた第４レンズ、正のパワーを有し、両凸の第５レンズ、第６レンズからなる。
また、実施の形態１の撮像レンズ系では、第６レンズは、物体側レンズ面の有効径での高さＨ１におけるサグ量をＳｇ１Ｈ、像側レンズ面の有効径での高さＨ２におけるサグ量をＳｇ２Ｈとしたときに、以下の式（１）及び式（２）を満足する。
Ｓｇ１Ｈ／Ｈ１＜－０．１０・・・（１）
Ｓｇ２Ｈ／Ｈ２＜－０．１０・・・（２）

ここで、図１を用いて、レンズのサグ量について説明する。図１に示すように、レンズＬの物体側レンズ面ＳＯと光軸Ｚとの交点を含んで光軸と直交する平面ＰＯを基準面としたときに、物体側レンズ面ＳＯの有効径での高さＨ１における基準面ＰＯから物体側レンズ面ＳＯまでの光軸Ｚ方向の距離をサグ量Ｓｇ１Ｈとする。同様に、レンズＬの像側レンズ面ＳＩと光軸Ｚとの交点を含んで光軸と直交する平面ＰＩを基準面としたときに、像側レンズ面ＳＩの有効径での高さＨ２における基準面ＰＩから像側レンズ面ＳＩまでの光軸Ｚ方向の距離をサグ量Ｓｇ２Ｈとする。また、基準面ＰＯ、ＰＩからレンズ面ＳＯ、ＳＩまでの方向が物体側から像側に向かう場合を正とする。すなわち、物体側レンズ面ＳＯが高さＨ１の位置において凸形状である場合、サグ量Ｓｇ１Ｈは正の値となる。また、像側レンズ面ＳＩが高さＨ２の位置において凸形状である場合、サグ量Ｓｇ２Ｈは負の値となる。

また、高さＨ１、Ｈ２は、撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置における光線高さである。また、「撮像素子の対角長の外側」とは、結像面において、結像面と光軸との交点を中心とする、撮像素子の対角線の長さに等しい直径を有する円の範囲よりも外側を意味する。なお、「撮像素子の対角長の外側」としたのは、本来、レンズ面において、撮像素子に入射すべき光線が通過する位置の形状は、結像性能等に基づいて設計されるものであるため、当該部分を除く目的である。
また、「レンズ面の有効径での高さ」とは、レンズ面の有効径の範囲内の位置の光軸からの高さを意味する。
すなわち、高さＨ１、Ｈ２は、レンズ面において、レンズ面の有効径の範囲内の位置であって、撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置の光軸からの高さである。

これにより、プラスチックレンズを用いてもゴーストの発生を抑制できる。
具体的には、ゴーストは光学系を構成するレンズのレンズ面において反射された光が撮像素子に入射することによって発生する。特に、レンズの像側レンズ面において反射された光が撮像素子に入射すると強いゴーストが発生してしまう。しかし、本実施の形態１に係る撮像レンズ系では、第２レンズ、第３レンズ、第５レンズの像側レンズ面は物体側に凹の面形状を有しており、第２レンズ、第３レンズ、第５レンズの像側レンズ面において反射光は発散する方向（光軸Ｚから離れる方向）に反射され、撮像素子に入射することを抑制することができる。また、第６レンズの物体側レンズ面の撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置におけるサグ量Ｓｇ１Ｈが上記の式（１）を満たす。そのため、第６レンズの物体側レンズ面の全体的な形状は物体側に凹の形状となっており、当該位置において反射された光が撮像素子に入射することを抑制することができる。また、第６レンズの像側レンズ面の撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置におけるサグ量Ｓｇ２Ｈが上記の式（２）を満たす。そのため、第６レンズの像側レンズ面の全体的な形状は物体側に凹の形状となっており、当該位置において反射された光が撮像素子に入射することを抑制することができる。
よって、本実施の形態１に係る撮像レンズ系では、レンズ面における反射光が撮像素子に入射することを抑制し、ゴーストの発生を抑制することができる。

また、撮像レンズ系において最も撮像素子に近い位置にある第６レンズに光軸と主光線とを平行に近づけるような非球面形状を有するため、撮像素子の結像面へのセンサ入射角を小さくすることができる。これにより、周辺光量が十分に確保され、センシング機能の優れる撮像レンズ系を実現することができる。

また、第３レンズと第４レンズとの間に、赤外線カットフィルタが配置されていることが好ましい。これにより、赤外線カットフィルタ由来の反射光が撮像素子に入射することを防ぐことができ、ゴーストの発生をさらに抑制することができる。
具体的には、赤外線カットフィルタはレンズに比べ高価であるため、通常、レンズ系の設計では、まずは赤外線カットフィルタが無い状態でレンズ系が設計され、最後に、レンズ系の最も像側に赤外線カットフィルタが配置される。しかし、赤外線カットフィルタの物体側の面において反射された光は、例えば、第２レンズの物体側レンズ面において再反射されて撮像素子に入射し、ゴーストを発生させてしまうという問題がある。しかし、本実施の形態１に係る撮像レンズ系では、赤外線カットフィルタが第３レンズと第４レンズとの間に配置されるため、赤外線カットフィルタの物体側の面において反射された光が赤外線カットフィルタよりも物体側に位置するレンズのレンズ面によって再反射されても、撮像素子に入射しにくくなる。これにより、赤外線カットフィルタ由来の反射光が撮像素子に入射することを防ぐことができる。

また、第４レンズ及び第５レンズが接合レンズを構成することが好ましい。第４レンズ及び第５レンズが接合レンズを構成することにより、色収差を好適に補正することができる。

また、少なくとも第２レンズ、第３レンズ、及び第６レンズの物体側及び像側のレンズ面は非球面形状を有することが好ましい。これにより、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を好適に補正し、結像性能に優れた撮像レンズ系を実現することができる。

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２は、実施例１の撮像装置１０の構成を示す断面図である。具体的には、撮像装置１０は、撮像レンズ系１１と、撮像素子１２と、を備える。撮像レンズ系１１と撮像素子１２とは筐体（不図示）に収容されている。

撮像素子１２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１２は、撮像レンズ系１１の結像位置（焦点位置）に配置されている。

実施例１に係る撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞り（ＳＴＯＰ）、第３レンズＬ３、赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。

第１レンズＬ１は、負のパワーを有する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、物体側に凸の球面形状を有する。第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２は、物体側に凸の球面形状を有する。

第２レンズＬ２は、正のパワーを有する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、物体側に凹の非球面形状を有する。また、第２レンズＬ２の像側レンズ面Ｓ４は、物体側に凹の非球面形状を有する。

絞りＳＴＯＰは、レンズ系のＦ値（Ｆナンバ、Ｆｎｏ）を決める絞りである。絞りＳＴＯＰは、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に配置される。

第３レンズＬ３は、正のパワーを有するガラスレンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ７は、物体側に凸の非球面形状を有する。また、第３レンズＬ３の像側レンズ面Ｓ８は、物体側に凹の非球面形状を有する。

赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）は、赤外領域の光をカットするためのフィルタである。赤外線カットフィルタは、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、赤外線カットフィルタは、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。赤外線カットフィルタは、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に配置されている。

第４レンズＬ４は、負のパワーを有する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Ｓ１１は、物体側に凸の非球面形状を有する。また、第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ１２は、物体側に凸の非球面形状を有する。

第５レンズＬ５は、正のパワーを有する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Ｓ１３は、物体側に凸の非球面形状を有する。また、第５レンズＬ５の像側レンズ面Ｓ１４は、物体側に凹の非球面形状を有する。

第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は、接合レンズを構成している。すなわち、第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ１２と第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１３とが接している。第４レンズＬ４と第５レンズＬ５は、軸上厚み０．０２０ｍｍの接着層で接合されている。

第６レンズＬ６は、負のパワーを有するプラスチックレンズである。第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１５は、全体的な形状が物体側に凹の非球面形状を有する。また、第６レンズＬ６の像側レンズ面Ｓ１６は、全体的な形状が物体側に凹の非球面形状を有する。

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、硝材、ｄ線に対する屈折率Ｎｄ、ｄ線に対するアッベ数Ｖｄ、各面の曲率、各面の曲率半径（ｍｍ）、中心光軸における面間隔（ｍｍ）、及び有効径（ｍｍ）を提示している。また、表１に示す、ｄ線における屈折率及びｄ線におけるアッベ数は、撮像レンズ系１１の周囲の温度である環境温度ｔ（℃）が２５（℃）のときの値である。また、表１において、「＊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、ｒを光軸Ｚ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Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４、Ａ_１６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。なお、表２において、例えば「－２．１１９Ｅ－０３」は、「－２．１１９×１０^－３」を意味する。以下の表についても数値の表現は同様である。

次に、収差について図面を用いて説明する。図３は、実施例１の撮像レンズ系１１における球面収差図（縦収差図）、像面湾曲図、歪曲収差図を示す。図３に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１では、瞳半径が０．７３０３であり、半画角が４７．２２８°である。また、Ｆナンバが２．８である。
また、図３（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。また、図３（Ａ）は、４０８ｎｍ、５３８ｎｍ、６００ｎｍ、６６８ｎｍ、４７３ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
また、図３（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。また、図３（Ｂ）の像面湾曲図において、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。また、図３（Ｂ）は、波長５３８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
また、図３（Ｃ）の歪曲収差図において、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図３（Ｃ）は、波長５３８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示している。
なお、図３は、環境温度ｔ（℃）が２５（℃）のときの球面収差図（縦収差図）、像面湾曲図、歪曲収差図を示している。

（実施例２）
図４は、実施例２に係る撮像レンズ系１１を示す断面図である。実施例２に係る撮像レンズ系１１は、実施例１と同様に、物体側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、開口絞り（ＳＴＯＰ）、第３レンズＬ３、赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６からなる。実施例２に係る撮像レンズ系１１は、第２レンズＬ２が負のパワーを有し、第６レンズＬ６が正のパワーを有し、第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ１１及び像側レンズ面Ｓ１２が球面形状を有し、第５レンズＬ５の物体側レンズ面Ｓ１３及び像側レンズ面Ｓ１４が球面形状を有する点が、実施例１と異なる。以下、実施例２に係る撮像レンズ系１１の特性データについて説明する。

表３に、実施例２に係る撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。表３に示す項目は、表１と同様であるため、その説明を省略する。

表４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４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。

図５に、実施例２の撮像レンズ系１１における球面収差図（縦収差図）、像面湾曲図、歪曲収差図を示す。図５に示す各収差図についての説明は図３と同様であるため、その説明を省略する。

表５に、撮像レンズ系１１の光学系の全長ＴＬ、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離ｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離ｆ４、第５レンズＬ５の焦点距離ｆ５、第６レンズＬ６の焦点距離ｆ６、第４レンズＬ４～第５レンズＬ５の合成焦点距離ｆ４５、撮像レンズ系１１の光学系全体の焦点距離Ｆ、ｆ１／Ｆ～ｆ６／Ｆの値、ｆ４５／Ｆの値、第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１５の有効径での高さＨ１、第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１５のサグ量Ｓｇ１Ｈ、第６レンズＬ６の像側レンズ面Ｓ１６の有効径での高さＨ２、第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１６のサグ量Ｓｇ２Ｈを示している。表５において、全長、焦点距離、高さ、及びサグ量の単位はいずれもｍｍである。また、表５に示す焦点距離、高さ、及びサグ量は、５３８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。

実施例１、２において、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５の像側レンズ面Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１４は物体側に凹の面形状を有しており、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５の像側レンズ面Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１４において反射光は発散する方向（光軸Ｚから離れる方向）に反射され、撮像素子１２に入射することを抑制することができる。また、表５に示すように、実施例１、２において、Ｓｇ１Ｈ／Ｈ１の値は上記の式（１）を満たし、Ｓｇ２Ｈ／Ｈ２の値は上記の式（２）を満たしている。これにより、実施例１、２に係る撮像レンズ系１１では、第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ１５及び像側レンズ面Ｓ１６における反射光が撮像素子１２に入射することを抑制することができる。これにより、実施例１、２に係る撮像レンズ系１１は、ゴーストの発生を抑制し、結像性能に優れ、高解像度を実現することができる。実際、実施例１、２に係る撮像レンズ系１１は、図３、図５に示すように、各種収差を好適に低減し、結像性能に優れ、高解像度を実現できている。

また、実施例１、２において、最も撮像素子１２に近い位置にある第６レンズＬ６に光軸と主光線とを平行に近づけるような非球面形状を有するため、撮像素子１２の結像面ＩＭＧへのセンサ入射角を小さくすることができる。これにより、周辺光量が十分に確保され、センシング機能の優れる撮像レンズ系１１を実現することができる。

また、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に、赤外線カットフィルタＩＲＣＦが配置されている。これにより、赤外線カットフィルタＩＲＣＦ由来の反射光が撮像素子１２に入射することを防ぐことができ、ゴーストの発生をさらに抑制することができる。

また、第４レンズＬ４及び第５レンズＬ５が接合レンズを構成していることにより、色収差を好適に補正することができる。

また、少なくとも第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、及び第６レンズＬ６の物体側レンズ面Ｓ３、Ｓ７、Ｓ１５及び像側レンズ面Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１６は非球面形状を有することが好ましい。これにより、球面収差、像面湾曲、歪曲収差を好適に補正し、結像性能に優れた撮像レンズ系１１を実現することができる。

また、撮像装置１０によれば、撮像レンズ系１１を備えることにより、自動運転における画像認識に必要なレベルで、ゴーストの発生を抑制し、結像性能に優れる撮像装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施例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。

１０撮像装置
１１撮像レンズ系
１２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
Ｌ６第６レンズ
ＳＴＯＰ絞り
ＩＲＣＦ赤外線カットフィルタ
ＩＭＧ結像面
Ｚ光軸

Claims

物体側から像側に向かって順に、負のパワーを有し、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである第１レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスレンズである第２レンズ、絞り、正のパワーを有し、両凸の第３レンズ、負のパワーを有し、像側面が物体側に凸面を向けた第４レンズ、正のパワーを有し、両凸の第５レンズ、第６レンズからなり、
レンズ面と光軸との交点を含んで光軸と直交する平面を基準面としたときに、前記レンズ面の有効径での高さにおける前記基準面から前記レンズ面までの光軸方向の距離をサグ量とし、前記基準面から前記レンズ面までの方向が物体側から像側に向かう場合を正とした場合、
前記第６レンズは、物体側レンズ面の有効径での高さＨ１におけるサグ量をＳｇ１Ｈ、像側レンズ面の有効径での高さＨ２におけるサグ量をＳｇ２Ｈとしたときに、以下の式（１）及び式（２）を満足し、
Ｓｇ１Ｈ／Ｈ１＜－０．１０・・・（１）
Ｓｇ２Ｈ／Ｈ２＜－０．１０・・・（２）
ここで、Ｈ１、Ｈ２は、撮像素子の対角長の外側に入射する光線が通過する位置における光線高さであり、
前記第３レンズと前記第４レンズとの間に、赤外線カットフィルタが配置されている、撮像レンズ系。
前記第６レンズはメニスカスレンズである、請求項１に記載の撮像レンズ系。
前記第４レンズ及び前記第５レンズが接合レンズを構成する、請求項１又は２に記載の撮像レンズ系。
少なくとも前記第２レンズ、前記第３レンズ、及び前記第６レンズの物体側及び像側のレンズ面は非球面形状を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の撮像レンズ系。
請求項１～４の何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。