撮像レンズおよび撮像装置
【課題】 撮像レンズにおいて、小型かつ安価でありながら高い光学性能を持たせる。
【解決手段】 物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとからなり、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足する。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【解決手段】 物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとからなり、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足する。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた車載用カメラや監視カメラ等に用いられる撮像レンズに関するもので、主に自動車の前方、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用いられる撮像レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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レンズにも小型、軽量化が求められている。一方、車載用カメラや監視カメラ等では、例えば高い耐候性を持ち、さらに真夏の熱帯地域の車内から冬の寒冷地の外気のような広い温度範囲の下で使用可能でありながら、夜間でも使用可能なようにＦナンバーが小さくて明るい、高性能でしかも安価なレンズが求められている。
【０００３】
従来、車載用カメラや監視カメラ等に用いられる撮像レンズとしては、５〜７枚構成のものが多かった。しかしながら、５〜７枚構成のものは光学性能上は問題が無いものの、高価であり、また寸法が大きく重いという欠点があった。そのため、実用上問題無い性能を備えつつ小型化および低コスト化を図るために、４枚構成の撮像レンズを用いることが考えられる。
【０００４】
このような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。これら特許文献１〜５には、いずれも全体として比較的レンズ枚数の少ない４枚構成のレンズ光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０４０２２０号公報
【特許文献２】特開平０１−１２８０２５号公報
【特許文献３】特開平０８−１６０２９７号公報
【特許文献４】特開平０９−２５８１００号公報
【特許文献５】米国特許第６２８２０３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜５には、明るさ、画角、収差の全ての点について高次元で満足するものはなく、４枚構成のレンズ光学系においてさらなる光学性能の向上が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとを含み、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【０００９】
本発明の撮像レンズにおいては、第４レンズの像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、第４レンズの像側の面の曲率半径をＲ９としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
【００１０】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、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。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
【００１１】
また、全系の焦点距離をｆ、第３および第４レンズからなるレンズ群の合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
【００１２】
また、第２レンズの焦点距離をｆ２、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
【００１３】
また、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、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
【００１４】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
【００１５】
また、第１レンズと第２レンズとの間に絞りを備えたものとすることが好ましい。
【００１６】
本発明の撮像装置は、上記記載の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の撮像レンズによれば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとからなり、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、条件式（１）を満足するようにしているため、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する撮像レンズを実現することができる。
【００１８】
本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えているため、小型かつ安価に構成可能であり、しかも高画質の映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例２にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図３】本発明の実施例３にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図４】本発明の実施例４にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図５】本発明の実施例５にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図６】本発明の実施例１にかかる撮像レンズの各収差図
【図７】本発明の実施例２にかかる撮像レンズの各収差図
【図８】本発明の実施例３にかかる撮像レンズの各収差図
【図９】本発明の実施例４にかかる撮像レンズの各収差図
【図１０】本発明の実施例５にかかる撮像レンズの各収差図
【図１１】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
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる撮像レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１の撮像レンズに対応している。
【００２２】
撮像レンズ１は、光軸Ｚに沿って物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズＬ２と、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズＬ４とが配列されてなる。なお、図１における開口絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく光軸Ｚ上の位置を示すものである。
【００２３】
なお、図１では、撮像レンズ１が撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ１の結像位置を含む像面に配置された撮像素子５も図示している。撮像素子５は、撮像レンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えばＣＣＤイメージセンサ等からなる。
【００２４】
また、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、第４レンズＬ４と像面との間に、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配置することが好ましい。例えば、撮像レンズ１が、車載カメラに使用され、夜間の視覚補助用の暗視カメラとして使用される場合には、第４レンズＬ４と像面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を挿入してもよい。
【００２５】
なお、第４レンズＬ４と像面との間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、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。あるいは、撮像レンズ１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。
【００２６】
上記撮像レンズ１は、下記条件式のいずれかあるいは全てを満足することが望ましい。
【００２７】
全系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足するものである。ここで、条件式（１）の上限を上回ると、歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
なお、条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
【００２８】
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１ （１―１）
【００２９】
このような構成とすることにより、４枚構成で、しかも高価な非球面レンズを用いず、第１〜第４レンズの全てを球面レンズで構成した場合でも十分な光学性能を発揮することができるため、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する撮像レンズを実現することができる。
【００３０】
また、上記撮像レンズ１においては、第４レンズＬ４の像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、第４レンズＬ４の像側の面の曲率半径をＲ９としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。ここで、条件式（２）の上限を上回ると、撮像素子５面上に結像した光束がその撮像面で反射して第９面（第４レンズＬ４の像側面）に戻り、その面で再び反射した光束が撮像面に達するが、その光束の拡がりが十分に大きくならず、有害なゴースト光になる可能性が高くなる。また、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
なお、条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
【００３１】
０．０２＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．２５ （２―１）
【００３２】
また、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、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。ここで、条件式（３）の上限を上回ると、歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、球面収差が補正不足になる。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
なお、条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
【００３３】
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．０ （３―１）
【００３４】
また、全系の焦点距離をｆ、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４からなるレンズ群の合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。ここで、条件式（４）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくなり、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
なお、条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
【００３５】
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．６５ （４―１）
【００３６】
また、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。ここで、条件式（５）の上限を上回ると、球面収差が補正不足になり、下限を下回ると、像面湾曲が大きくなる。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
なお、条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
【００３７】
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．４ （５―１）
【００３８】
また、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、下記条件式（６）を満足することが好ましい。ここで、（６）式の上限を上回ると、コマ収差が大きくなり、下限を下回ると、歪曲収差が補正不足になる。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
なお、条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
【００３９】
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５５ （６−１）
【００４０】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。ここで、条件式（７）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくなって歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、球面収差が補正不足となる。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
なお、条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
【００４１】
０．６５＜ｆ１／ｆ３＜０．９５ （７−１）
【００４２】
また、開口絞りＳｔについては、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１より物体側にあると、第４レンズＬ４の外径が大きくなり、レンズ全体の最大径が大きくなる。また、開口絞りＳｔが第２レンズＬ２より像側にあると、第１レンズＬ１の外径が大きくなり、監視カメラ等で、物体側から見えるレンズの径を小さくしたいという目的がある場合には好ましくない。さらに、軸外光の像面への入射角が大きくなり、センサーによってはこの入射角に制限のあるものがあり、その選択の幅を狭めることになり好ましくない。従って、開口絞りＳｔは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に設けることが好ましい。
【００４３】
また、上記撮像レンズ１は、理想像高をｆｔａｎθとしたとき、ディストーションが±１０％以下であることが好ましい。ディストーションを±１０％に抑えることで、歪みの少ない画像を得ることができる。さらに、ディストーションを±５％以下とすることで、より画像の歪みを抑えることができる。
【００４４】
なお、第１レンズＬ１は、最も物体側のレンズであるため、例えば車載用カメラ等の厳しい環境において使用される場合には、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好ましい。また、第１レンズＬ１の材質としては堅く、割れにくい材質を用いることが好ましく、具体的にはガラスもしくは透明なセラミックスを用いることが好ましい。セラミックスは通常のガラスに比べ強度が高く、耐熱性が高いという性質を有する。
【００４５】
撮像レンズ１が、例えば車載用カメラに適用される場合には、寒冷地の外気から熱帯地方の夏の車内まで広い温度範囲で使用可能なことが要求される。そのため全てのレンズの材質がガラスであることが好ましい。具体的には−４０℃〜１２５℃の広い温度範囲で使用可能なことが好ましい。また、安価にレンズを製作するためには、全てのレンズが球面レンズであることが好ましいが、コストよりも光学性能を優先する場合には非球面レンズを用いてもよい。
【００４６】
撮像レンズ１において、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との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。軸外光線の最外周光線よりも外側を通過する光束は迷光となるおそれがあるため、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に遮光手段を設けて迷光を遮断することが好ましい。この遮光手段としては、例えば第１レンズＬ１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。このような目的の遮光手段は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間だけでなく、必要に応じて他のレンズ間に配置してもよい。さらに、第１レンズＬ１の物体側前方に、迷光を防止するフード状のものを配置してもよい。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明にかかる撮像レンズ１の具体的な数値実施例について説明する。
【００４８】
＜実施例１＞
実施例１にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図１に、レンズデータおよび各種データを表１に示す。表１のレンズデータにおいて、面番号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、…）の面番号を示す。なお、表１のレンズデータには開口絞りＳｔも含めて付している。
【００４９】
表１のＲｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ（ｉ＝１、２、３、…）番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｅｊは最も物体側の光学要素を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、…）の光学要素のｅ線に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。表１において、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径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。
【００５０】
表１の各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、Ｂｆは空気換算したバックフォーカス、Ｌは全系の第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの光軸Ｚ上の距離（バックフォーカス分は空気換算）である。表１の各種データにおける単位は全てｍｍである。なお、表１中の記号の意味は後述の実施例についても同様である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
＜実施例２＞
実施例２にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図２に、レンズデータおよび各種データを表２に示す。●
【表２】
【００５３】
＜実施例３＞
実施例３にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図３に、レンズデータおよび各種データを表３に示す。
【００５４】
【表３】
【００５５】
＜実施例４＞
実施例４にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図４に、レンズデータおよび各種データを表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】
＜実施例５＞
実施例５にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図５に、レンズデータおよび各種データを表５に示す。
【００５８】
【表５】
【００５９】
上記実施例１〜５にかかる撮像レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。各図の上部が縦収差、下部が横収差を示している。なお、下部の横収差はコマ収差を示している。
【００６０】
各収差図には、ｅ線（５４６．０７ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示す。ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、光束のレンズへの入射角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆｔａｎθとし、それからのずれ量を示す。球面収差図の縦軸のＦｎｏ．はＦナンバーであり、その他の収差図の縦軸のωは半画角を示す。
【００６１】
図６〜図１０からわかるように、上記実施例１〜５は、Ｆ値が２．５と明るい光学系であるとともに、各収差が良好に補正されているため、動画の撮影にも好適に使用可能である。
【００６２】
上述した撮像レンズ１および実施例１〜５の撮像レンズは、４枚構成であるにも関わらず良好な光学性能を有し、小型化および低コスト化を実現できるものであるため、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などに好適に使用可能である。
【００６３】
図１１に使用例として、自動車１００に本実施の形態の撮像レンズおよび撮像装置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と車外カメラ１０２と車内カメラ１０３とは、撮像装置であり、本発明の実施の形態による撮像レンズ１と、撮像レンズ１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５とを備えている。
【００６４】
上述したように、本発明の実施形態にかかる撮像レンズ１は、小型で良好な光学性能を有するため、車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３も小型に構成することができ、その撮像素子５の撮像面には良好な像を結像することができる。また、撮像レンズ１は非球面レンズを用いなくとも十分な光学性能を発揮できることから、安価に製作可能であり、したがって、車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３も安価に製作可能となる。
【００６５】
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、面間隔および屈折率の値は、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。
【００６６】
また、撮像装置の実施の形態では、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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 撮像レンズ
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
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いた車載用カメラや監視カメラ等に用いられる撮像レンズに関するもので、主に自動車の前方、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用いられる撮像レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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レンズにも小型、軽量化が求められている。一方、車載用カメラや監視カメラ等では、例えば高い耐候性を持ち、さらに真夏の熱帯地域の車内から冬の寒冷地の外気のような広い温度範囲の下で使用可能でありながら、夜間でも使用可能なようにＦナンバーが小さくて明るい、高性能でしかも安価なレンズが求められている。
【０００３】
従来、車載用カメラや監視カメラ等に用いられる撮像レンズとしては、５〜７枚構成のものが多かった。しかしながら、５〜７枚構成のものは光学性能上は問題が無いものの、高価であり、また寸法が大きく重いという欠点があった。そのため、実用上問題無い性能を備えつつ小型化および低コスト化を図るために、４枚構成の撮像レンズを用いることが考えられる。
【０００４】
このような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。これら特許文献１〜５には、いずれも全体として比較的レンズ枚数の少ない４枚構成のレンズ光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０４０２２０号公報
【特許文献２】特開平０１−１２８０２５号公報
【特許文献３】特開平０８−１６０２９７号公報
【特許文献４】特開平０９−２５８１００号公報
【特許文献５】米国特許第６２８２０３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜５には、明るさ、画角、収差の全ての点について高次元で満足するものはなく、４枚構成のレンズ光学系においてさらなる光学性能の向上が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとを含み、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【０００９】
本発明の撮像レンズにおいては、第４レンズの像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、第４レンズの像側の面の曲率半径をＲ９としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
【００１０】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、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。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
【００１１】
また、全系の焦点距離をｆ、第３および第４レンズからなるレンズ群の合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
【００１２】
また、第２レンズの焦点距離をｆ２、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
【００１３】
また、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、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
【００１４】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
【００１５】
また、第１レンズと第２レンズとの間に絞りを備えたものとすることが好ましい。
【００１６】
本発明の撮像装置は、上記記載の撮像レンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の撮像レンズによれば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとからなり、全系の焦点距離をｆ、第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、条件式（１）を満足するようにしているため、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する撮像レンズを実現することができる。
【００１８】
本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えているため、小型かつ安価に構成可能であり、しかも高画質の映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例２にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図３】本発明の実施例３にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図４】本発明の実施例４にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図５】本発明の実施例５にかかる撮像レンズのレンズ構成を示す断面図
【図６】本発明の実施例１にかかる撮像レンズの各収差図
【図７】本発明の実施例２にかかる撮像レンズの各収差図
【図８】本発明の実施例３にかかる撮像レンズの各収差図
【図９】本発明の実施例４にかかる撮像レンズの各収差図
【図１０】本発明の実施例５にかかる撮像レンズの各収差図
【図１１】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
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる撮像レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１の撮像レンズに対応している。
【００２２】
撮像レンズ１は、光軸Ｚに沿って物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズＬ１と、負のパワーを持つ両凹レンズである第２レンズＬ２と、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズＬ４とが配列されてなる。なお、図１における開口絞りＳｔは形状や大きさを表すものではなく光軸Ｚ上の位置を示すものである。
【００２３】
なお、図１では、撮像レンズ１が撮像装置に適用される場合を考慮して、撮像レンズ１の結像位置を含む像面に配置された撮像素子５も図示している。撮像素子５は、撮像レンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えばＣＣＤイメージセンサ等からなる。
【００２４】
また、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、第４レンズＬ４と像面との間に、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配置することが好ましい。例えば、撮像レンズ１が、車載カメラに使用され、夜間の視覚補助用の暗視カメラとして使用される場合には、第４レンズＬ４と像面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を挿入してもよい。
【００２５】
なお、第４レンズＬ４と像面との間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、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。あるいは、撮像レンズ１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。
【００２６】
上記撮像レンズ１は、下記条件式のいずれかあるいは全てを満足することが望ましい。
【００２７】
全系の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足するものである。ここで、条件式（１）の上限を上回ると、歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
なお、条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
【００２８】
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１ （１―１）
【００２９】
このような構成とすることにより、４枚構成で、しかも高価な非球面レンズを用いず、第１〜第４レンズの全てを球面レンズで構成した場合でも十分な光学性能を発揮することができるため、小型かつ安価でありながら高い光学性能を有する撮像レンズを実現することができる。
【００３０】
また、上記撮像レンズ１においては、第４レンズＬ４の像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、第４レンズＬ４の像側の面の曲率半径をＲ９としたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。ここで、条件式（２）の上限を上回ると、撮像素子５面上に結像した光束がその撮像面で反射して第９面（第４レンズＬ４の像側面）に戻り、その面で再び反射した光束が撮像面に達するが、その光束の拡がりが十分に大きくならず、有害なゴースト光になる可能性が高くなる。また、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
なお、条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
【００３１】
０．０２＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．２５ （２―１）
【００３２】
また、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、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。ここで、条件式（３）の上限を上回ると、歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、球面収差が補正不足になる。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
なお、条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
【００３３】
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．０ （３―１）
【００３４】
また、全系の焦点距離をｆ、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４からなるレンズ群の合成焦点距離をｆ３４としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。ここで、条件式（４）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくなり、下限を下回ると、コマ収差が大きくなる。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
なお、条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
【００３５】
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．６５ （４―１）
【００３６】
また、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（５）を満足することが好ましい。ここで、条件式（５）の上限を上回ると、球面収差が補正不足になり、下限を下回ると、像面湾曲が大きくなる。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
なお、条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
【００３７】
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．４ （５―１）
【００３８】
また、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、下記条件式（６）を満足することが好ましい。ここで、（６）式の上限を上回ると、コマ収差が大きくなり、下限を下回ると、歪曲収差が補正不足になる。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
なお、条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
【００３９】
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５５ （６−１）
【００４０】
また、第１レンズの焦点距離をｆ１、第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足することが好ましい。ここで、条件式（７）の上限を上回ると、像面湾曲が大きくなって歪曲収差が補正不足になり、下限を下回ると、球面収差が補正不足となる。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
なお、条件式（７−１）を満足することがより好ましい。
【００４１】
０．６５＜ｆ１／ｆ３＜０．９５ （７−１）
【００４２】
また、開口絞りＳｔについては、開口絞りＳｔが第１レンズＬ１より物体側にあると、第４レンズＬ４の外径が大きくなり、レンズ全体の最大径が大きくなる。また、開口絞りＳｔが第２レンズＬ２より像側にあると、第１レンズＬ１の外径が大きくなり、監視カメラ等で、物体側から見えるレンズの径を小さくしたいという目的がある場合には好ましくない。さらに、軸外光の像面への入射角が大きくなり、センサーによってはこの入射角に制限のあるものがあり、その選択の幅を狭めることになり好ましくない。従って、開口絞りＳｔは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に設けることが好ましい。
【００４３】
また、上記撮像レンズ１は、理想像高をｆｔａｎθとしたとき、ディストーションが±１０％以下であることが好ましい。ディストーションを±１０％に抑えることで、歪みの少ない画像を得ることができる。さらに、ディストーションを±５％以下とすることで、より画像の歪みを抑えることができる。
【００４４】
なお、第１レンズＬ１は、最も物体側のレンズであるため、例えば車載用カメラ等の厳しい環境において使用される場合には、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好ましい。また、第１レンズＬ１の材質としては堅く、割れにくい材質を用いることが好ましく、具体的にはガラスもしくは透明なセラミックスを用いることが好ましい。セラミックスは通常のガラスに比べ強度が高く、耐熱性が高いという性質を有する。
【００４５】
撮像レンズ１が、例えば車載用カメラに適用される場合には、寒冷地の外気から熱帯地方の夏の車内まで広い温度範囲で使用可能なことが要求される。そのため全てのレンズの材質がガラスであることが好ましい。具体的には−４０℃〜１２５℃の広い温度範囲で使用可能なことが好ましい。また、安価にレンズを製作するためには、全てのレンズが球面レンズであることが好ましいが、コストよりも光学性能を優先する場合には非球面レンズを用いてもよい。
【００４６】
撮像レンズ１において、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との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。軸外光線の最外周光線よりも外側を通過する光束は迷光となるおそれがあるため、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に遮光手段を設けて迷光を遮断することが好ましい。この遮光手段としては、例えば第１レンズＬ１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。このような目的の遮光手段は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間だけでなく、必要に応じて他のレンズ間に配置してもよい。さらに、第１レンズＬ１の物体側前方に、迷光を防止するフード状のものを配置してもよい。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明にかかる撮像レンズ１の具体的な数値実施例について説明する。
【００４８】
＜実施例１＞
実施例１にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図１に、レンズデータおよび各種データを表１に示す。表１のレンズデータにおいて、面番号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、…）の面番号を示す。なお、表１のレンズデータには開口絞りＳｔも含めて付している。
【００４９】
表１のＲｉはｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ（ｉ＝１、２、３、…）番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。また、Ｎｅｊは最も物体側の光学要素を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、…）の光学要素のｅ線に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示す。表１において、曲率半径および面間隔の単位はｍｍであり、曲率半径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。
【００５０】
表１の各種データにおいて、ｆは全系の焦点距離、Ｂｆは空気換算したバックフォーカス、Ｌは全系の第１レンズＬ１の物体側の面から像面までの光軸Ｚ上の距離（バックフォーカス分は空気換算）である。表１の各種データにおける単位は全てｍｍである。なお、表１中の記号の意味は後述の実施例についても同様である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
＜実施例２＞
実施例２にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図２に、レンズデータおよび各種データを表２に示す。●
【表２】
【００５３】
＜実施例３＞
実施例３にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図３に、レンズデータおよび各種データを表３に示す。
【００５４】
【表３】
【００５５】
＜実施例４＞
実施例４にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図４に、レンズデータおよび各種データを表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】
＜実施例５＞
実施例５にかかる撮像レンズのレンズ構成図を図５に、レンズデータおよび各種データを表５に示す。
【００５８】
【表５】
【００５９】
上記実施例１〜５にかかる撮像レンズの球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の収差図をそれぞれ図６〜図１０に示す。各図の上部が縦収差、下部が横収差を示している。なお、下部の横収差はコマ収差を示している。
【００６０】
各収差図には、ｅ線（５４６．０７ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）についての収差も示す。ディストーションの図は、レンズ全系の焦点距離ｆ、光束のレンズへの入射角θ（変数扱い、０≦θ≦ω）を用いて、理想像高をｆｔａｎθとし、それからのずれ量を示す。球面収差図の縦軸のＦｎｏ．はＦナンバーであり、その他の収差図の縦軸のωは半画角を示す。
【００６１】
図６〜図１０からわかるように、上記実施例１〜５は、Ｆ値が２．５と明るい光学系であるとともに、各収差が良好に補正されているため、動画の撮影にも好適に使用可能である。
【００６２】
上述した撮像レンズ１および実施例１〜５の撮像レンズは、４枚構成であるにも関わらず良好な光学性能を有し、小型化および低コスト化を実現できるものであるため、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などに好適に使用可能である。
【００６３】
図１１に使用例として、自動車１００に本実施の形態の撮像レンズおよび撮像装置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と車外カメラ１０２と車内カメラ１０３とは、撮像装置であり、本発明の実施の形態による撮像レンズ１と、撮像レンズ１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５とを備えている。
【００６４】
上述したように、本発明の実施形態にかかる撮像レンズ１は、小型で良好な光学性能を有するため、車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３も小型に構成することができ、その撮像素子５の撮像面には良好な像を結像することができる。また、撮像レンズ１は非球面レンズを用いなくとも十分な光学性能を発揮できることから、安価に製作可能であり、したがって、車外カメラ１０１、１０２および車内カメラ１０３も安価に製作可能となる。
【００６５】
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、面間隔および屈折率の値は、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。
【００６６】
また、撮像装置の実施の形態では、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。
【符号の説明】
【００６７】
１ 撮像レンズ
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
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとを含み、
全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【請求項２】
前記第４レンズの像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、前記第４レンズの像側の面の曲率半径をＲ９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。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
【請求項３】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、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。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
【請求項４】
全系の焦点距離をｆ、前記第３および第４レンズからなるレンズ群の合成焦点距離を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。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
【請求項５】
前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３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。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
【請求項６】
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、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。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
【請求項７】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足す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。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
【請求項８】
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りを備えた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。
【請求項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。
【請求項１】
物体側から順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第１レンズと、両凹レンズである第２レンズと、像側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第３レンズと、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズである第４レンズとを含み、
全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．００＜ｆ／Ｒ２＜０．１３ （１）
【請求項２】
前記第４レンズの像側の面頂点から結像面までの空気換算距離をＢｆ、前記第４レンズの像側の面の曲率半径をＲ９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。
０．０１＜Ｂｆ／Ｒ９＜０．３０ （２）
【請求項３】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、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。
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．１ （３）
【請求項４】
全系の焦点距離をｆ、前記第３および第４レンズからなるレンズ群の合成焦点距離を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。
１．５＜ｆ／ｆ３４＜１．７ （４）
【請求項５】
前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３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。
−０．６＜ｆ２／ｆ３＜−０．３ （５）
【請求項６】
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、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。
−１．７２＜ｆ１／ｆ２＜−１．５４ （６）
【請求項７】
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第３レンズの焦点距離をｆ３としたとき、下記条件式（７）を満足す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。
０．６＜ｆ１／ｆ３＜１．０ （７）
【請求項８】
前記第１レンズと前記第２レンズとの間に絞りを備えた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。
【請求項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。
【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２０１０−１８１５５０（Ｐ２０１０−１８１５５０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３７３２（Ｐ２００９−２３７３２）
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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