広角レンズおよび撮像モジュール
【課題】Ｆナンバーが２.８程度で、広い画角で良好な画質が得られ、しかも焦点距離に比べてバックフォーカスが十分に長い低コストかつコンパクトな広角レンズを提供する。
【解決手段】撮像素子上に像を結像するための広角レンズであって、広角レンズは物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することでバックフォーカスを十分長く確保した広角レンズを得る。
２W ＞ １３０°
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０
但し、
２W：全画角
ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：全系の焦点距離
【解決手段】撮像素子上に像を結像するための広角レンズであって、広角レンズは物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することでバックフォーカスを十分長く確保した広角レンズを得る。
２W ＞ １３０°
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０
但し、
２W：全画角
ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：全系の焦点距離
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に監視用カメラや車載用カメラ等、撮像素子を備えた撮像装置に用いられる広角レンズおよび撮像モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
監視用カメラや車載用カメラなどに用いられる撮像レンズには、広い画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。
【０００３】
これらの要望に対応し得る可能性がある広角撮像レンズとして、例えば、下記特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−３０７６７４号公報
【特許文献２】特開２００４−０２９２８２号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載される広角レンズでは、高い結像性能を持たせるために、ガラス球面レンズが主体で重くなり、更にはレンズ枚数が５〜６枚と多くなることから上記要望を満足することが困難である。
【０００５】
また、特許文献３に記載される広角レンズは構成レンズ枚数を削減し、小型化を図ったものとして知られているが、最も物体側に配置する第1レンズの径が大きくなりすぎたり、収差補正が十分でなく、画面全域で高い結像性能を満足することが困難であった。
【０００６】
更には近年要求されている画像認識による位置特定を行なう要求から、光軸中心と撮像素子の中心を一致させ、かつ製造時にバラツキが発生する最適像面の傾きなどを補正する必要があることから、主点位置が像面に近づく広角レンズにおいてもバックフォーカス（撮像レンズの最も像側の面から結像面までの空気換算距離）を長くとることが求められている。
【０００７】
本発明では、これら従来例の問題点や近年の要求を踏まえた上で、レンズ系の量産性を考慮した構成にすると共に、監視用カメラや車載用カメラの観点から求められる光学系のコンパクト化を実現し、しかも良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学レンズは、物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
２W ＞ １３０° ・・・（１）
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
但し、
２W：全画角
ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：全系の焦点距離
好適には、前記第1レンズはガラス材料で形成され、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは樹脂材料で形成されており、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは両面が非球面形状を持つことを要旨とする。
【００１０】
好適には、前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする。
【００１１】
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
但し、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第1レンズの焦点距離
ｆ２：第2レンズの焦点距離
ｄ２：第1レンズと第2レンズとの光軸上の空気間隔
好適には、前記第3レンズは両凸形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする。
【００１２】
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
但し、
ｒ３２：第3レンズの像面側の近軸曲率半径
ｒ３１：第3レンズの物体側の近軸曲率半径
また本発明の光学モジュールは、撮像素子と、撮像素子上に像を結像することを対象とした前記広角レンズと、前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズ、および前記広角レンズを備えた撮像モジュールを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の広角レンズおよびそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。図２は実施形態１の広角レンズの収差図である。実施形態１は全系の焦点距離１．３８、Ｆナンバー２．５９、全画角は１６６．７°、バックフォーカスは３．１１mmの広角レンズである。
【００１６】
図３は実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。図４は実施形態２の広角レンズの収差図である。実施形態２は全系の焦点距離１．５５、Ｆナンバー２．６０、全画角は１７２．５°、バックフォーカスは３．５０mmの広角レンズである。
【００１７】
図５は実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。図６は実施形態３の広角レンズの収差図である。実施形態３は全系の焦点距離１．３６、Ｆナンバー２．５５、全画角は１６７．５°、バックフォーカスは３．１６mmの広角レンズである。
【００１８】
図７は実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。図８は実施形態４の広角レンズの収差図である。実施形態４は全系の焦点距離１．３５、Ｆナンバー２．５８、全画角は１７２．５°、バックフォーカスは３．１６mmの広角レンズである。
【００１９】
図９は実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。図１０は実施形態５の広角レンズの収差図である。実施形態５は全系の焦点距離１．２２、Ｆナンバー３．０９、全画角は１３３．７°、バックフォーカスは３．１２mmの広角レンズである。
【００２０】
各実施形態のレンズ断面図において、左方は被写体側（物体側）で、右方が像側（結像面側）である。Ｇ０は広角レンズであり、負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第4レンズL4からなっている。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズＬ３と第4レンズL4の間に位置している。
【００２１】
Ｇは水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター、撮像素子を保護する保護ガラス等に対応して設計上設けられたガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子の感光面が配置される。
【００２２】
各実施形態の収差図において、（Ａ）が球面収差量、（Ｂ）が非点収差量、（Ｃ）が歪曲収差量であり、それぞれｄ線（587.56nm）に対する値を示している。また、（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面における値、破線はサジタル像面における値を示している。
【００２３】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、本実施形態ではパンフォーカスの位置で固定しており、広角レンズＧ０の繰り出しは行っていないが、広角レンズＧ０を物体側へ繰り出すまたは広角レンズＧ０を構成する複数のレンズの内、一部を繰り出すことによって行っても良い。
【００２４】
図１１は本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。図１１において、Ｇ０は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、開口絞りＳＰおよび第４レンズＬ４から構成される広角レンズであり、Ｇは水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルターおよび撮像素子Sを保護する保護ガラス等に対応して設計上設けられたガラスブロック、SはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。撮像モジュールは、前記広角レンズＧ０とガラスブロックＧおよび撮像素子Sと、これらを保持するレンズ保持体Hから構成されている。
【００２５】
以下、本実施形態の広角レンズの構成とその作用について説明する。この本実施形態の広角レンズとは、本実施形態１から５の広角レンズを総称したものである。
【００２６】
本実施形態の広角レンズＧ０は、物体側から像側の順に、第1レンズL1は像側の面に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が小さい物体側の面が凸形状でかつ像側の面が物体側に凸形状になるようなメニスカス形状のガラスレンズにより成っている。このように第１レンズＬ１をガラスレンズにすることで、監視用カメラや車載用カメラに適用される厳しい環境性能を満足することができる。
【００２７】
第2レンズL2は像側に凹面を向けた負の屈折力を持ち、第3レンズL3は両凸形状の正の屈折力を持ち、第4レンズL4は像側に凸面を向けた正の屈折力を持っている。これらのレンズは樹脂材料（プラスチック材料）で構成されている。
【００２８】
樹脂材料で構成するレンズはガラスで構成するレンズに比べて成型の安定性および重量、コストの観点から優れている。また成型の利点を活かして、本実施形態の樹脂材料で構成するレンズは両面（物体側および像側）を回転対称の非球面を用いている。このように球面からの自由度を広げることにより少ない構成枚数で良好な結像性能を得ている。
【００２９】
第2レンズＬ２は物体側および像面側の曲率が中心から周辺に向かって屈折力が弱く、かつ変曲点を持たない面で構成されている。変曲点を発生させると画面の一部の範囲で成型バラツキなどによって像面湾曲などの影響を受け、画面全域で良好な結像性能を得ることが困難であり、本実施形態のような形状とすることで、コンパクトなレンズ枚数で画面全域で良好な結像性能を確保することができ、更には長いバックフォーカスを確保することが可能となっている。
【００３０】
また第3レンズＬ３の物体側の近軸曲率および像面側の近軸曲率は比較的近い形状とし、かつ第3レンズＬ３は正の強い屈折力を持っている。このような形状にすることで中心肉厚と周辺の肉厚の比が大きくなっても成型での転写がうまくいき、更には感度を分散させることで製造しやすいレンズとすることが可能となっている。
【００３１】
尚、第2レンズＬ２および第3レンズＬ３は上述のように物体側の面と像面側の面とを比較的同様な形状にしているため、製造時に組み込む方向を誤る可能性が発生するが、本実施形態においてはレンズ周辺部に出っ張りを設けることにより、組み込み方向を誤らないようにしている。
【００３２】
また第4レンズＬ４は像側面を強い凸面とし、物体側面はほぼ平坦な形状とした正の屈折力を持ったレンズとしている。このような形状にすることで開口絞りＳＰに近い箇所の感度を緩くし、製造しやすいレンズとしている。
【００３３】
開口絞りSPは第3レンズL3と第4レンズL4との間に配置している。開口絞りSPを第4レンズL4より像側に配置するとレンズ系が大型化することにより好ましくなく、また第2レンズL2と第3レンズL3との間に配置するとバックフォーカスを長くすることに対して不利になり好ましくない。よって上述した第3レンズL3と第4レンズL4との間に配置することで諸収差の良好な補正およびレンズ系のコンパクト化が可能となる。
【００３４】
上記のように本実施形態の広角レンズでは、適切なパワー配置と非球面配置により、撮像素子用の撮像光学系として良好な結像性能と広い画角を実現しながら、コンパクト化および低コスト化を達成している。このような効果をバランス良く得るとともに、更に高い結像性能等を達成しつつ、バックフォーカスを長く維持するための条件を以下に説明する。
【００３５】
（１−１）以下は最適な広角レンズとしての構成に好ましい条件である。
【００３６】
２W ＞ １３０° ・・・（１）
ここで、２Wは撮像素子に入射可能な最大画角（全画角）を示している。
【００３７】
条件式（１）は広角レンズＧ０の全画角に関する式である。条件式（１）の下限値を超えて全画角が狭まると、監視用カメラや車載用カメラとして死角となる領域が多く発生して好ましくない。
【００３８】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１ａ）のように設定することにより、監視用カメラや車載用カメラとしてより好ましい撮影範囲を確保することが可能となる。
【００３９】
２W ＞ １６０° ・・・（１ａ）
（１−２）以下は高精度な撮像素子との組込を実施するために好ましい条件である。
【００４０】
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
ここで、ｂｆはバックフォーカスを、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００４１】
条件式（２）は焦点距離とバックフォーカスに関する条件式である。条件式（２）の下限値を超えると赤外カットフィルターやローパスフィルターといったガラスブロックを挿入するのが困難となり、更には光軸中心と撮像素子の位置合わせおよび像面などの傾き調整手段を実施するのが困難となる。一方、条件式（２）の上限値を超えると全長が長くなるとともに、高い結像性能を維持するのが困難であり好ましくない。
【００４２】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（２）の数値範囲を、以下の条件式（２ａ）のように設定することにより、全長のコンパクト化と高い結像性能、調整可能なバックフォーカス量の確保することが可能となる。
【００４３】
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ２.５ ・・・（２ａ）
（１−３）以下は広画角を達成しつつ、レンズ径の小型化のために好ましい条件である。
【００４４】
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
ここで、ｆ１は第1レンズＬ１の焦点距離を、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００４５】
条件式（３）は第1レンズＬ１の焦点距離と全系の焦点距離とに関する条件式である。条件式（３）の下限値を超えると更なるバックフォーカス量の確保および第1レンズＬ１のコンパクト化には有利だが、諸収差が増大し、従属レンズでの補正が困難となるので好ましくない。また条件式（３）の上限値を超えると十分なバックフォーカス量が確保できず、更には第1レンズＬ１が拡大するため、コンパクト化に対しても好ましくない。
【００４６】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３ａ）のように設定することにより、全長のコンパクト化と高い結像性能、調整可能なバックフォーカス量の確保することが可能となる。
【００４７】
３.８ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.３ ・・・（３ａ）
（１−４）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００４８】
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
ここで、ｆ１は第1レンズＬ１の焦点距離を、ｆ２は第2レンズＬ２の焦点距離を示している。
【００４９】
条件式（４）は第1レンズＬ１の焦点距離と第2レンズＬ２の焦点距離とに関する条件式である。条件式（４）の下限値を超えると第1レンズＬ１の負の屈折力が強くなり、第1レンズＬ１の像側面の凹面がきつくなり製造が困難となり、更には諸収差の発生量が増大し、従属レンズでの補正が困難となるので好ましくない。また条件式（４）の上限値を超えると第2レンズＬ２の負の屈折力が強くなり、中心肉厚と周辺の肉厚との比が増大し、成型が困難となる。更には第2レンズＬ２の屈折力が強くなることで感度が高くなり、製造時に組み込む際の偏芯許容量が厳しくなるため好ましくない。
【００５０】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４ａ）のように設定することにより、製造を容易にしつつ良好に諸収差を補正し高い結像性能を確保することが可能となる。
【００５１】
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ２.６ ・・・（４ａ）
（１−５）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００５２】
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
ここで、ｄ２は第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との光軸上の空気間隔を、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００５３】
条件式（５）は第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との間に位置する空気間隔と全系の焦点距離とに関する条件式である。条件式（５）の下限値を超えると第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との空気間隔が小さくなり、バックフォーカスを長く確保した本実施形態の広角レンズＧ０では必然的に第1レンズＬ１の像側面は強い凹面となっており、その面と第2レンズＬ２の物体側の面とが干渉または第1レンズＬ１の像側面に侵入してしまうことから好ましくない。また条件式（５）の上限値を超えると諸収差、特に歪曲収差や像面湾曲が増大し、高い結像性能が得られないので好ましくない。更には全長が長くなることからコンパクト化の観点からも好ましくない。
【００５４】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５ａ）のように設定することにより、全長をコンパクトに抑えつつバックフォーカスを確保し、更には高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５５】
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.３ ・・・（５ａ）
（１−６）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００５６】
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
ここで、ｒ３２は第３レンズＬ３の像面側の近軸曲率半径を、ｒ３１は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径を示している。
【００５７】
条件式（６）は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径と像面側の近軸曲率半径とに関する条件式である。条件式（６）の下限値を超えると物体側の面に適切な屈折力を持つことができなくなり、諸収差の補正がしきれなく好ましくない。また像側面の屈折力を強く持ちすぎると感度がきつくなり製造が困難になると共に、諸収差が増大する為良好な結像性能が確保できなくなって好ましくない。一方条件式（６）の上限値を超えると諸収差の収差が増大し、良好な結像性能が確保できなくなって好ましくない。
【００５８】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（６）の数値範囲を、以下の条件式（６ａ）のように設定することにより、全長をコンパクトに抑えつつバックフォーカスを確保し、更には高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５９】
１.１ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ２.１ ・・・（６ａ）
以下に、本実施形態１〜５にそれぞれ対応する数値データを示す。各数値実施例において、図１のように物体側の面から順に番号（ｉ）を付与し、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは第ｉ面の近軸曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２面は水晶ローパスフィルター、保護ガラス等に相当し、設計上設けられたガラスブロックＧである。また、非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき
【００６０】
【数１】
で表される。但しＲは近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数、Ｋは円錐定数である。
【００６１】
（実施例１）
表１から表４は実施例１の各数値を示す。
【００６２】
表１は、実施例１における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００６３】
【表１】
表２は、実施例１における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００６４】
【表２】
表３は、実施例１における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００６５】
【表３】
表４は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例１においては、条件式（２）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示す。
条件式（２）は焦点距離とバックフォーカスの関係に関する式であり、下限値を超えると十分なバックフォーカスが確保できず、赤外カットフィルターやローパスフィルターなどのガラスブロックを挿入するのが困難となる。
実施例１は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００６６】
【表４】
図１、図２は、実施例１においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図２の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図２からわかるように、実施例１によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００６７】
（実施例２）
表５から表８は実施例２の各数値を示す。
【００６８】
表５は、実施例２における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００６９】
【表５】
表６は、実施例２における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００７０】
【表６】
表７は、実施例２における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００７１】
【表７】
表８は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例２においては、数値実施例１と同様に条件式（２）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示す。また、条件式（３）、（４）、（６）の値も同様に下限値に近い値を示す。
条件式（３）は第１レンズＬ１の焦点距離と全系の焦点距離とに関する式で、下限値を超えると諸収差が増大し、従属レンズでの補正が困難となる。
条件式（４）は第１レンズＬ１の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離とに関する式で、下限値を超えると第１レンズＬ１の負の屈折力が強くなり、第１レンズＬ１の像側面の凹面がきつくなり製造が困難となり、更には諸収差の発生量が増大する。
条件式（６）は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径と像面側の近軸曲率半径とに関する式で、下限値を超えると物体側の面に適切な屈折力を持つことができなくなり、諸収差の補正が困難となる。また、像側面の屈折力強く持ちすぎると感度がきつくなり、製造が困難となると共に諸収差が増大する為、良好な結像性能が確保できなくなってしまう。
実施例２は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００７２】
【表８】
図３、図４は、実施例２においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図４の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図４からわかるように、実施例２によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００７３】
（実施例３）
表９から表１２は実施例３の各数値を示す。
【００７４】
表９は、実施例３における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００７５】
【表９】
表１０は、実施例３における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００７６】
【表１０】
表１１は、実施例３における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００７７】
【表１１】
表１２は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例３においては、条件式（５）の値が他の実施例と比較して下限値に近い値を示す。
条件式（５）は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に位置する空気間隔と全系の焦点距離とに関する式である。この下限値を超えると第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との空気間隔が小さくなり、バックフォーカスを長く確保した本実施形態の広角レンズＧ０では、必然的に第１レンズＬ１の像側面は強い凹面となっており、その面と第２レンズＬ２の物体側の面とが干渉または第１レンズＬ１の像側面に侵入してしまう。
実施例３は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００７８】
【表１２】
図５、図６は、実施例３においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図６の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図６からわかるように、実施例３によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００７９】
（実施例４）
表１３から表１６は実施例４の各数値を示す。
【００８０】
表１３は、実施例４における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００８１】
【表１３】
表１４は、実施例４における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００８２】
【表１４】
表１５は、実施例４における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００８３】
【表１５】
表１６は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例４においては、条件式（４）、（６）の値が他の実施例と比較して上限値に最も近く、条件式（５）の値が数値実施例３と同様に下限値近くを示している。
条件式（４）の上限値を超えると、第２レンズＬ２の負の屈折力が強くなり、中心肉厚と周辺の肉厚との比が増大して成形が困難となる。更には、第２レンズＬ２の屈折力が強くなることで感度が高くなり、製造時に組み込む際の偏芯許容量が厳しくなる。
条件式（６）の上限値を超えると、諸収差が増大して良好な結像性能が確保できなくなる。
実施例４は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００８４】
【表１６】
図７、図８は、実施例４においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図８の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図８からわかるように、実施例４によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００８５】
（実施例５）
表１７から表２０は実施例５の各数値を示す。
【００８６】
表１７は、実施例５における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００８７】
【表１７】
表１８は、実施例５における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００８８】
【表１８】
表１９は、実施例５における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００８９】
【表１９】
表２０は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例５においては、条件式（１）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近く、条件式（２）、（３）、（５）の値は上限値近くを示している。
条件式（１）は広角レンズＧ０の全画角に関する式であり、下限値を超えると全画角が狭まり、監視カメラや車載カメラなどの広範囲の情報を必要とするカメラの場合は、死角となる領域が多く発生してしまい好ましくない。
条件式（２）の上限値を超えると、全長が長くなると共に、高い結像性能を維持することが困難となる。
条件式（３）の上限値を超えると、十分なバックフォーカス量が確保できず、更には第１レンズＬ１が拡大するため、コンパクト化に対しても好ましくない。
条件式（５）の上限値を超えると、諸収差、特に歪曲収差や像面湾曲が増大し、高い結像性能が得られなくなる。更には全長が長くなる為、コンパクト化に対しても好ましくない。
実施例５は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００９０】
【表２０】
図９、図１０は、実施例５においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図１０の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図１０からわかるように、実施例５によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００９１】
なお、このように構成された広角レンズG０とガラスブロックGおよびＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子Sと、これらを保持するレンズ保持体Hとで撮像モジュールが構成される。さらには、図示していないカバー等のハウジングや電子部品を組み込むことにより、例えば監視用カメラや車載カメラ等のデジタルスチルカメラとなる。
【００９２】
以上説明した本実施形態の広角レンズによれば、撮像素子を用いた撮影系、特に監視用カメラや車載カメラなどに好適であり、高い光学性能が求められ、かつバックフォーカスの長い広角レンズ、および前記広角レンズを備えた撮像モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。
【図２】実施形態１の広角レンズの収差図である。
【図３】実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。
【図４】実施形態２の広角レンズの収差図である。
【図５】実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。
【図６】実施形態３の広角レンズの収差図である。
【図７】実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。
【図８】実施形態４の広角レンズの収差図である。
【図９】実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。
【図１０】実施形態５の広角レンズの収差図である。
【図１１】本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。
【符号の説明】
【００９４】
Ｇ０・・・広角レンズ
Ｌ１・・・第１レンズ
Ｌ２・・・第２レンズ
Ｌ３・・・第３レンズ
Ｌ４・・・第４レンズ
ＳＰ・・・開口絞り
ＩＰ・・・像面
Ｓ・・・撮像素子
Ｇ・・・ガラスブロック
ｄ・・・ｄ線
ΔＳ・・・サジタル像面
ΔＭ・・・メリディオナル像面
Ｈ・・・レンズ保持体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に監視用カメラや車載用カメラ等、撮像素子を備えた撮像装置に用いられる広角レンズおよび撮像モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
監視用カメラや車載用カメラなどに用いられる撮像レンズには、広い画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。
【０００３】
これらの要望に対応し得る可能性がある広角撮像レンズとして、例えば、下記特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−３０７６７４号公報
【特許文献２】特開２００４−０２９２８２号公報
【特許文献３】特開２００３−１９５１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載される広角レンズでは、高い結像性能を持たせるために、ガラス球面レンズが主体で重くなり、更にはレンズ枚数が５〜６枚と多くなることから上記要望を満足することが困難である。
【０００５】
また、特許文献３に記載される広角レンズは構成レンズ枚数を削減し、小型化を図ったものとして知られているが、最も物体側に配置する第1レンズの径が大きくなりすぎたり、収差補正が十分でなく、画面全域で高い結像性能を満足することが困難であった。
【０００６】
更には近年要求されている画像認識による位置特定を行なう要求から、光軸中心と撮像素子の中心を一致させ、かつ製造時にバラツキが発生する最適像面の傾きなどを補正する必要があることから、主点位置が像面に近づく広角レンズにおいてもバックフォーカス（撮像レンズの最も像側の面から結像面までの空気換算距離）を長くとることが求められている。
【０００７】
本発明では、これら従来例の問題点や近年の要求を踏まえた上で、レンズ系の量産性を考慮した構成にすると共に、監視用カメラや車載用カメラの観点から求められる光学系のコンパクト化を実現し、しかも良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学レンズは、物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
２W ＞ １３０° ・・・（１）
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
但し、
２W：全画角
ｂｆ：バックフォーカス
ｆ：全系の焦点距離
好適には、前記第1レンズはガラス材料で形成され、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは樹脂材料で形成されており、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは両面が非球面形状を持つことを要旨とする。
【００１０】
好適には、前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする。
【００１１】
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
但し、
ｆ：全系の焦点距離
ｆ１：第1レンズの焦点距離
ｆ２：第2レンズの焦点距離
ｄ２：第1レンズと第2レンズとの光軸上の空気間隔
好適には、前記第3レンズは両凸形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする。
【００１２】
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
但し、
ｒ３２：第3レンズの像面側の近軸曲率半径
ｒ３１：第3レンズの物体側の近軸曲率半径
また本発明の光学モジュールは、撮像素子と、撮像素子上に像を結像することを対象とした前記広角レンズと、前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズ、および前記広角レンズを備えた撮像モジュールを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の広角レンズおよびそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。図２は実施形態１の広角レンズの収差図である。実施形態１は全系の焦点距離１．３８、Ｆナンバー２．５９、全画角は１６６．７°、バックフォーカスは３．１１mmの広角レンズである。
【００１６】
図３は実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。図４は実施形態２の広角レンズの収差図である。実施形態２は全系の焦点距離１．５５、Ｆナンバー２．６０、全画角は１７２．５°、バックフォーカスは３．５０mmの広角レンズである。
【００１７】
図５は実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。図６は実施形態３の広角レンズの収差図である。実施形態３は全系の焦点距離１．３６、Ｆナンバー２．５５、全画角は１６７．５°、バックフォーカスは３．１６mmの広角レンズである。
【００１８】
図７は実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。図８は実施形態４の広角レンズの収差図である。実施形態４は全系の焦点距離１．３５、Ｆナンバー２．５８、全画角は１７２．５°、バックフォーカスは３．１６mmの広角レンズである。
【００１９】
図９は実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。図１０は実施形態５の広角レンズの収差図である。実施形態５は全系の焦点距離１．２２、Ｆナンバー３．０９、全画角は１３３．７°、バックフォーカスは３．１２mmの広角レンズである。
【００２０】
各実施形態のレンズ断面図において、左方は被写体側（物体側）で、右方が像側（結像面側）である。Ｇ０は広角レンズであり、負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第4レンズL4からなっている。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズＬ３と第4レンズL4の間に位置している。
【００２１】
Ｇは水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター、撮像素子を保護する保護ガラス等に対応して設計上設けられたガラスブロックである。ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子の感光面が配置される。
【００２２】
各実施形態の収差図において、（Ａ）が球面収差量、（Ｂ）が非点収差量、（Ｃ）が歪曲収差量であり、それぞれｄ線（587.56nm）に対する値を示している。また、（Ｂ）中、実線はメリディオナル像面における値、破線はサジタル像面における値を示している。
【００２３】
無限遠物体から近距離物体へのフォーカスは、本実施形態ではパンフォーカスの位置で固定しており、広角レンズＧ０の繰り出しは行っていないが、広角レンズＧ０を物体側へ繰り出すまたは広角レンズＧ０を構成する複数のレンズの内、一部を繰り出すことによって行っても良い。
【００２４】
図１１は本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。図１１において、Ｇ０は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、開口絞りＳＰおよび第４レンズＬ４から構成される広角レンズであり、Ｇは水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルターおよび撮像素子Sを保護する保護ガラス等に対応して設計上設けられたガラスブロック、SはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。撮像モジュールは、前記広角レンズＧ０とガラスブロックＧおよび撮像素子Sと、これらを保持するレンズ保持体Hから構成されている。
【００２５】
以下、本実施形態の広角レンズの構成とその作用について説明する。この本実施形態の広角レンズとは、本実施形態１から５の広角レンズを総称したものである。
【００２６】
本実施形態の広角レンズＧ０は、物体側から像側の順に、第1レンズL1は像側の面に比べて物体側の面の屈折力の絶対値が小さい物体側の面が凸形状でかつ像側の面が物体側に凸形状になるようなメニスカス形状のガラスレンズにより成っている。このように第１レンズＬ１をガラスレンズにすることで、監視用カメラや車載用カメラに適用される厳しい環境性能を満足することができる。
【００２７】
第2レンズL2は像側に凹面を向けた負の屈折力を持ち、第3レンズL3は両凸形状の正の屈折力を持ち、第4レンズL4は像側に凸面を向けた正の屈折力を持っている。これらのレンズは樹脂材料（プラスチック材料）で構成されている。
【００２８】
樹脂材料で構成するレンズはガラスで構成するレンズに比べて成型の安定性および重量、コストの観点から優れている。また成型の利点を活かして、本実施形態の樹脂材料で構成するレンズは両面（物体側および像側）を回転対称の非球面を用いている。このように球面からの自由度を広げることにより少ない構成枚数で良好な結像性能を得ている。
【００２９】
第2レンズＬ２は物体側および像面側の曲率が中心から周辺に向かって屈折力が弱く、かつ変曲点を持たない面で構成されている。変曲点を発生させると画面の一部の範囲で成型バラツキなどによって像面湾曲などの影響を受け、画面全域で良好な結像性能を得ることが困難であり、本実施形態のような形状とすることで、コンパクトなレンズ枚数で画面全域で良好な結像性能を確保することができ、更には長いバックフォーカスを確保することが可能となっている。
【００３０】
また第3レンズＬ３の物体側の近軸曲率および像面側の近軸曲率は比較的近い形状とし、かつ第3レンズＬ３は正の強い屈折力を持っている。このような形状にすることで中心肉厚と周辺の肉厚の比が大きくなっても成型での転写がうまくいき、更には感度を分散させることで製造しやすいレンズとすることが可能となっている。
【００３１】
尚、第2レンズＬ２および第3レンズＬ３は上述のように物体側の面と像面側の面とを比較的同様な形状にしているため、製造時に組み込む方向を誤る可能性が発生するが、本実施形態においてはレンズ周辺部に出っ張りを設けることにより、組み込み方向を誤らないようにしている。
【００３２】
また第4レンズＬ４は像側面を強い凸面とし、物体側面はほぼ平坦な形状とした正の屈折力を持ったレンズとしている。このような形状にすることで開口絞りＳＰに近い箇所の感度を緩くし、製造しやすいレンズとしている。
【００３３】
開口絞りSPは第3レンズL3と第4レンズL4との間に配置している。開口絞りSPを第4レンズL4より像側に配置するとレンズ系が大型化することにより好ましくなく、また第2レンズL2と第3レンズL3との間に配置するとバックフォーカスを長くすることに対して不利になり好ましくない。よって上述した第3レンズL3と第4レンズL4との間に配置することで諸収差の良好な補正およびレンズ系のコンパクト化が可能となる。
【００３４】
上記のように本実施形態の広角レンズでは、適切なパワー配置と非球面配置により、撮像素子用の撮像光学系として良好な結像性能と広い画角を実現しながら、コンパクト化および低コスト化を達成している。このような効果をバランス良く得るとともに、更に高い結像性能等を達成しつつ、バックフォーカスを長く維持するための条件を以下に説明する。
【００３５】
（１−１）以下は最適な広角レンズとしての構成に好ましい条件である。
【００３６】
２W ＞ １３０° ・・・（１）
ここで、２Wは撮像素子に入射可能な最大画角（全画角）を示している。
【００３７】
条件式（１）は広角レンズＧ０の全画角に関する式である。条件式（１）の下限値を超えて全画角が狭まると、監視用カメラや車載用カメラとして死角となる領域が多く発生して好ましくない。
【００３８】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１ａ）のように設定することにより、監視用カメラや車載用カメラとしてより好ましい撮影範囲を確保することが可能となる。
【００３９】
２W ＞ １６０° ・・・（１ａ）
（１−２）以下は高精度な撮像素子との組込を実施するために好ましい条件である。
【００４０】
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
ここで、ｂｆはバックフォーカスを、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００４１】
条件式（２）は焦点距離とバックフォーカスに関する条件式である。条件式（２）の下限値を超えると赤外カットフィルターやローパスフィルターといったガラスブロックを挿入するのが困難となり、更には光軸中心と撮像素子の位置合わせおよび像面などの傾き調整手段を実施するのが困難となる。一方、条件式（２）の上限値を超えると全長が長くなるとともに、高い結像性能を維持するのが困難であり好ましくない。
【００４２】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（２）の数値範囲を、以下の条件式（２ａ）のように設定することにより、全長のコンパクト化と高い結像性能、調整可能なバックフォーカス量の確保することが可能となる。
【００４３】
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ２.５ ・・・（２ａ）
（１−３）以下は広画角を達成しつつ、レンズ径の小型化のために好ましい条件である。
【００４４】
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
ここで、ｆ１は第1レンズＬ１の焦点距離を、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００４５】
条件式（３）は第1レンズＬ１の焦点距離と全系の焦点距離とに関する条件式である。条件式（３）の下限値を超えると更なるバックフォーカス量の確保および第1レンズＬ１のコンパクト化には有利だが、諸収差が増大し、従属レンズでの補正が困難となるので好ましくない。また条件式（３）の上限値を超えると十分なバックフォーカス量が確保できず、更には第1レンズＬ１が拡大するため、コンパクト化に対しても好ましくない。
【００４６】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３ａ）のように設定することにより、全長のコンパクト化と高い結像性能、調整可能なバックフォーカス量の確保することが可能となる。
【００４７】
３.８ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.３ ・・・（３ａ）
（１−４）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００４８】
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
ここで、ｆ１は第1レンズＬ１の焦点距離を、ｆ２は第2レンズＬ２の焦点距離を示している。
【００４９】
条件式（４）は第1レンズＬ１の焦点距離と第2レンズＬ２の焦点距離とに関する条件式である。条件式（４）の下限値を超えると第1レンズＬ１の負の屈折力が強くなり、第1レンズＬ１の像側面の凹面がきつくなり製造が困難となり、更には諸収差の発生量が増大し、従属レンズでの補正が困難となるので好ましくない。また条件式（４）の上限値を超えると第2レンズＬ２の負の屈折力が強くなり、中心肉厚と周辺の肉厚との比が増大し、成型が困難となる。更には第2レンズＬ２の屈折力が強くなることで感度が高くなり、製造時に組み込む際の偏芯許容量が厳しくなるため好ましくない。
【００５０】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４ａ）のように設定することにより、製造を容易にしつつ良好に諸収差を補正し高い結像性能を確保することが可能となる。
【００５１】
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ２.６ ・・・（４ａ）
（１−５）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００５２】
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
ここで、ｄ２は第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との光軸上の空気間隔を、ｆは全系の焦点距離を示している。
【００５３】
条件式（５）は第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との間に位置する空気間隔と全系の焦点距離とに関する条件式である。条件式（５）の下限値を超えると第1レンズＬ１と第2レンズＬ２との空気間隔が小さくなり、バックフォーカスを長く確保した本実施形態の広角レンズＧ０では必然的に第1レンズＬ１の像側面は強い凹面となっており、その面と第2レンズＬ２の物体側の面とが干渉または第1レンズＬ１の像側面に侵入してしまうことから好ましくない。また条件式（５）の上限値を超えると諸収差、特に歪曲収差や像面湾曲が増大し、高い結像性能が得られないので好ましくない。更には全長が長くなることからコンパクト化の観点からも好ましくない。
【００５４】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５ａ）のように設定することにより、全長をコンパクトに抑えつつバックフォーカスを確保し、更には高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５５】
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.３ ・・・（５ａ）
（１−６）以下は製造を容易にしつつ、光学系の良好な収差補正のために好ましい条件である。
【００５６】
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
ここで、ｒ３２は第３レンズＬ３の像面側の近軸曲率半径を、ｒ３１は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径を示している。
【００５７】
条件式（６）は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径と像面側の近軸曲率半径とに関する条件式である。条件式（６）の下限値を超えると物体側の面に適切な屈折力を持つことができなくなり、諸収差の補正がしきれなく好ましくない。また像側面の屈折力を強く持ちすぎると感度がきつくなり製造が困難になると共に、諸収差が増大する為良好な結像性能が確保できなくなって好ましくない。一方条件式（６）の上限値を超えると諸収差の収差が増大し、良好な結像性能が確保できなくなって好ましくない。
【００５８】
上記内容を鑑見てさらに好ましくは、条件式（６）の数値範囲を、以下の条件式（６ａ）のように設定することにより、全長をコンパクトに抑えつつバックフォーカスを確保し、更には高い結像性能を得ることが可能となる。
【００５９】
１.１ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ２.１ ・・・（６ａ）
以下に、本実施形態１〜５にそれぞれ対応する数値データを示す。各数値実施例において、図１のように物体側の面から順に番号（ｉ）を付与し、ｉは物体側からの面の順序を示し、ｒｉは第ｉ面の近軸曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間隔、ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。また、最も像側の２面は水晶ローパスフィルター、保護ガラス等に相当し、設計上設けられたガラスブロックＧである。また、非球面形状は光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき
【００６０】
【数１】
で表される。但しＲは近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは非球面係数、Ｋは円錐定数である。
【００６１】
（実施例１）
表１から表４は実施例１の各数値を示す。
【００６２】
表１は、実施例１における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００６３】
【表１】
表２は、実施例１における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００６４】
【表２】
表３は、実施例１における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００６５】
【表３】
表４は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例１においては、条件式（２）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示す。
条件式（２）は焦点距離とバックフォーカスの関係に関する式であり、下限値を超えると十分なバックフォーカスが確保できず、赤外カットフィルターやローパスフィルターなどのガラスブロックを挿入するのが困難となる。
実施例１は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００６６】
【表４】
図１、図２は、実施例１においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図２の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図２からわかるように、実施例１によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００６７】
（実施例２）
表５から表８は実施例２の各数値を示す。
【００６８】
表５は、実施例２における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００６９】
【表５】
表６は、実施例２における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００７０】
【表６】
表７は、実施例２における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００７１】
【表７】
表８は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例２においては、数値実施例１と同様に条件式（２）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近い値を示す。また、条件式（３）、（４）、（６）の値も同様に下限値に近い値を示す。
条件式（３）は第１レンズＬ１の焦点距離と全系の焦点距離とに関する式で、下限値を超えると諸収差が増大し、従属レンズでの補正が困難となる。
条件式（４）は第１レンズＬ１の焦点距離と第２レンズＬ２の焦点距離とに関する式で、下限値を超えると第１レンズＬ１の負の屈折力が強くなり、第１レンズＬ１の像側面の凹面がきつくなり製造が困難となり、更には諸収差の発生量が増大する。
条件式（６）は第３レンズＬ３の物体側の近軸曲率半径と像面側の近軸曲率半径とに関する式で、下限値を超えると物体側の面に適切な屈折力を持つことができなくなり、諸収差の補正が困難となる。また、像側面の屈折力強く持ちすぎると感度がきつくなり、製造が困難となると共に諸収差が増大する為、良好な結像性能が確保できなくなってしまう。
実施例２は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００７２】
【表８】
図３、図４は、実施例２においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図４の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図４からわかるように、実施例２によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００７３】
（実施例３）
表９から表１２は実施例３の各数値を示す。
【００７４】
表９は、実施例３における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００７５】
【表９】
表１０は、実施例３における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００７６】
【表１０】
表１１は、実施例３における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００７７】
【表１１】
表１２は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例３においては、条件式（５）の値が他の実施例と比較して下限値に近い値を示す。
条件式（５）は第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に位置する空気間隔と全系の焦点距離とに関する式である。この下限値を超えると第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との空気間隔が小さくなり、バックフォーカスを長く確保した本実施形態の広角レンズＧ０では、必然的に第１レンズＬ１の像側面は強い凹面となっており、その面と第２レンズＬ２の物体側の面とが干渉または第１レンズＬ１の像側面に侵入してしまう。
実施例３は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００７８】
【表１２】
図５、図６は、実施例３においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図６の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図６からわかるように、実施例３によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００７９】
（実施例４）
表１３から表１６は実施例４の各数値を示す。
【００８０】
表１３は、実施例４における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００８１】
【表１３】
表１４は、実施例４における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００８２】
【表１４】
表１５は、実施例４における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００８３】
【表１５】
表１６は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例４においては、条件式（４）、（６）の値が他の実施例と比較して上限値に最も近く、条件式（５）の値が数値実施例３と同様に下限値近くを示している。
条件式（４）の上限値を超えると、第２レンズＬ２の負の屈折力が強くなり、中心肉厚と周辺の肉厚との比が増大して成形が困難となる。更には、第２レンズＬ２の屈折力が強くなることで感度が高くなり、製造時に組み込む際の偏芯許容量が厳しくなる。
条件式（６）の上限値を超えると、諸収差が増大して良好な結像性能が確保できなくなる。
実施例４は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００８４】
【表１６】
図７、図８は、実施例４においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図８の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図８からわかるように、実施例４によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００８５】
（実施例５）
表１７から表２０は実施例５の各数値を示す。
【００８６】
表１７は、実施例５における広角レンズの各面番号（ｉ）に対応した各レンズ（Ｌｉ）、絞り（ＳＰ）、ガラスブロック（Ｇ）、像面（ＩＰ）の近軸曲率半径（ｒ：ｍｍ）、間隔（ｄ：ｍｍ）、ｄ線に対する屈折率（ｎ）、ｄ線に対するアッベ数（ｖ）を示している。
【００８７】
【表１７】
表１８は、実施例５における非球面を含む第２レンズＬ２および第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の所定面の非球面係数を示す。表２においてＫは円錐定数、Ａは４次の非球面係数、Ｂは６次の非球面係数、Ｃは８次の非球面係数、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００８８】
【表１８】
表１９は、実施例５における全系の焦点距離（ｆ：ｍｍ）、Fナンバー、全画角（２Ｗ：°）、像高、レンズ全長、バックフォーカス（ｂｆ：ｍｍ）の数値を示している。
【００８９】
【表１９】
表２０は、条件式（１）〜（６）の各数値を示している。実施例５においては、条件式（１）の値が他の実施例と比較して下限値に最も近く、条件式（２）、（３）、（５）の値は上限値近くを示している。
条件式（１）は広角レンズＧ０の全画角に関する式であり、下限値を超えると全画角が狭まり、監視カメラや車載カメラなどの広範囲の情報を必要とするカメラの場合は、死角となる領域が多く発生してしまい好ましくない。
条件式（２）の上限値を超えると、全長が長くなると共に、高い結像性能を維持することが困難となる。
条件式（３）の上限値を超えると、十分なバックフォーカス量が確保できず、更には第１レンズＬ１が拡大するため、コンパクト化に対しても好ましくない。
条件式（５）の上限値を超えると、諸収差、特に歪曲収差や像面湾曲が増大し、高い結像性能が得られなくなる。更には全長が長くなる為、コンパクト化に対しても好ましくない。
実施例５は各条件式を満たしており、光学系のコンパクト化を図りつつ、良好な画質および所望の画角を確保したバックフォーカスの長い広角レンズを得ることができる。
【００９０】
【表２０】
図９、図１０は、実施例５においてそれぞれレンズ断面図、収差図を示している。図１０の（Ａ）が球面収差、（Ｂ）が非点収差、（Ｃ）が歪曲収差をそれぞれ示している。
図１０からわかるように、実施例５によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
【００９１】
なお、このように構成された広角レンズG０とガラスブロックGおよびＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子Sと、これらを保持するレンズ保持体Hとで撮像モジュールが構成される。さらには、図示していないカバー等のハウジングや電子部品を組み込むことにより、例えば監視用カメラや車載カメラ等のデジタルスチルカメラとなる。
【００９２】
以上説明した本実施形態の広角レンズによれば、撮像素子を用いた撮影系、特に監視用カメラや車載カメラなどに好適であり、高い光学性能が求められ、かつバックフォーカスの長い広角レンズ、および前記広角レンズを備えた撮像モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施形態１の広角レンズのレンズ断面図である。
【図２】実施形態１の広角レンズの収差図である。
【図３】実施形態２の広角レンズのレンズ断面図である。
【図４】実施形態２の広角レンズの収差図である。
【図５】実施形態３の広角レンズのレンズ断面図である。
【図６】実施形態３の広角レンズの収差図である。
【図７】実施形態４の広角レンズのレンズ断面図である。
【図８】実施形態４の広角レンズの収差図である。
【図９】実施形態５の広角レンズのレンズ断面図である。
【図１０】実施形態５の広角レンズの収差図である。
【図１１】本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。
【符号の説明】
【００９４】
Ｇ０・・・広角レンズ
Ｌ１・・・第１レンズ
Ｌ２・・・第２レンズ
Ｌ３・・・第３レンズ
Ｌ４・・・第４レンズ
ＳＰ・・・開口絞り
ＩＰ・・・像面
Ｓ・・・撮像素子
Ｇ・・・ガラスブロック
ｄ・・・ｄ線
ΔＳ・・・サジタル像面
ΔＭ・・・メリディオナル像面
Ｈ・・・レンズ保持体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することを特徴とする広角レンズ。
２W ＞ １３０° ・・・（１）
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
但し、２W：全画角、ｂｆ：バックフォーカス、ｆ：全系の焦点距離をそれぞれ表している。
【請求項２】
前記第1レンズはガラス材料で形成され、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは樹脂材料で形成されており、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは両面が非球面形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
【請求項３】
前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の広角レンズ。
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
但し、ｆ：全系の焦点距離、ｆ１：第1レンズの焦点距離、ｆ２：第2レンズの焦点距離、ｄ２：第1レンズと第2レンズとの光軸上の空気間隔をそれぞれ表している。
【請求項４】
前記第３レンズは両凸形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の広角レンズ。
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
但し、ｒ３２：第3レンズの像面側の近軸曲率半径、ｒ３１：第3レンズの物体側の近軸曲率半径をそれぞれ表している。
【請求項５】
撮像素子と、
前記撮像素子上に像を結像するための請求項１から４のいずれかに記載の広角レンズと、
前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有する撮像モジュール。
【請求項１】
物体側から順に負の第1レンズと、像側に凹面を向けた負の第2レンズと、正の第3レンズと、開口絞りと、正の第4レンズとで構成され、以下の条件を満足することを特徴とする広角レンズ。
２W ＞ １３０° ・・・（１）
２.０ ＜ ｂｆ／ｆ ＜ ３.０ ・・・（２）
但し、２W：全画角、ｂｆ：バックフォーカス、ｆ：全系の焦点距離をそれぞれ表している。
【請求項２】
前記第1レンズはガラス材料で形成され、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは樹脂材料で形成されており、前記第2レンズおよび前記第3レンズ、前記第4レンズは両面が非球面形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の広角レンズ。
【請求項３】
前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の広角レンズ。
３.５ ＜ ｜ｆ１／ｆ｜ ＜ ４.５ ・・・（３）
１.８ ≦ ｆ１／ｆ２ ＜ ３.０ ・・・（４）
２.０ ＜ ｄ２／ｆ ＜ ２.５ ・・・（５）
但し、ｆ：全系の焦点距離、ｆ１：第1レンズの焦点距離、ｆ２：第2レンズの焦点距離、ｄ２：第1レンズと第2レンズとの光軸上の空気間隔をそれぞれ表している。
【請求項４】
前記第３レンズは両凸形状のレンズであって、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の広角レンズ。
１.０ ＜ ｜ｒ３２／ｒ３１｜ ＜ ３.０ ・・・（６）
但し、ｒ３２：第3レンズの像面側の近軸曲率半径、ｒ３１：第3レンズの物体側の近軸曲率半径をそれぞれ表している。
【請求項５】
撮像素子と、
前記撮像素子上に像を結像するための請求項１から４のいずれかに記載の広角レンズと、
前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有する撮像モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−５４６４６（Ｐ２０１０−５４６４６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１７５７４（Ｐ２００８−２１７５７４）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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