JP2003329920A - 撮像レンズ及びカメラモジュール - Google Patents
撮像レンズ及びカメラモジュールInfo
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- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
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Abstract
入射角が小さくできるとともに,全長が短く,諸収差が
良好に補正された明るく小型で安価な撮像レンズ系を提
供する。 【解決手段】 物体側に開口絞りを有する像面側が凸面
の正レンズにおいて,少なくとも像面側の面が非球面で
あるとともに,焦点距離をf,絞りからレンズ前面まで
の距離をD0,レンズの厚みをD1とする時,0.2<
D0/f<0.8,1.2<(D0+D1)/f,0.
4<R2/f<1.0の各条件を満足する
Description
に結像させる撮像レンズに関する。
話を初めとする携帯用端末にも搭載されるようになって
きた。これらの機器においては,その携帯性を高めるた
め,カメラモジュールの小型化が必須条件である。一方
CCDやCMOS等の撮像素子に関しては,1画素が数
μm程度の大きさが可能となり,高解像でしかも小型の
撮像素子が実現できる迄になってきた。それと組み合わ
せるべき撮像光学系は,小型化と同時にコストに関する
要求も高く,小型・低コスト・高解像・優れた光学性能
といった相反する全ての条件を満たす光学系が要求され
ている。
としては,大きく分けて次のような項目があげられる。 ・低コスト(できるだけ枚数が少ないこと・樹脂で構成
できる,組立て易さ等) ・明るさ(小さなFno) ・小型(特にレンズ先端から撮像素子までの長さが短
い) ・大きな画角(30°以上が望ましい) ・均一な像面照度(ケラレが少ない/撮像素子への入射
角度を小さくする) ・高い解像度 (球面収差,コマ収差,像面湾曲,非点
収差,歪曲,色収差等の基本的な収差が良好に補正され
ている) このような全ての条件を満足する光学系を1枚のレンズ
で実現できれば,そのメリットは大きい。上記の要求を
満たすため,これまでも多くの1枚構成レンズが提案さ
れてきた。
収差バランスを取るためには,絶対的にパラメータが不
足している。例えば,図15に示される特開平06-08893
9は,両凸構成のレンズで,明るくしかも大きな画角を
有している。しかしながら,各収差のバランスをとり,
且つ色収差の発生をできるだけ少なくするため,絞りを
第1面のすぐ近傍に置いている。絞りを第1面の近傍に
置くことで,軸外収差(歪曲,非点収差,像面湾曲等)
の補正に有効な第2面の非球面の効果を有効に用いるこ
とができず,いずれかの軸外収差が補正不足になってし
まう。この例の場合では,歪曲収差が相対的に大きくな
っている。また,撮像素子への入射角も20°程度と比
較的大きな角度を有している。これと基本的に同じ考え
方に基づく他の構成例としては,特開2000-249911,特
開2000-266998があげられる。
有する前置絞りのタイプである。前置絞りは,レンズ中
絞りや後置絞りと比べ,センサへの入射角を小さくでき
る点で有利である。特に特開2000-266998は,センサへ
の入射角をできるだけ小さくする配慮を行っているが,
それでも最大画角におけるセンサ入射角が15°程度と
大きな値に留まっている。撮像素子への入射角は,撮像
素子の構造による光束のけられを少なくし,画面周辺の
明るさやコントラストを保つ上で非常に大切な要素であ
る。
く出来ない理由は,瞳を前側に離すことで,センサへの
入射角は小さくできるが,収差全体のバランスをとるこ
とが困難となるためである。特に大きな色収差が発生す
る。1枚構成の場合,基本的にパラメータが少なく,各
面の形状(凹面,凸面),厚み,硝材,絞りの位置・非
球面等追加パラメータを如何に設定するかが課題となる
が,これらを最適に設定したとしても,列挙した全ての
条件を満足することは困難である。そのため,目的に応
じて上記いずれかの条件を緩め,光学性能バランスを取
ることが不可欠となる。
凹面,像面側が凸面のメニスカスレンズ構成である特開
2000-321491,特開2000-321492,特開2001-221904等が
あげられる。これらの例も,基本的には上記と同じ問題
を抱えている。
バランスをとる試みもある。特開平11-183794は,回折
作用を有する面を導入することで倍率の色収差を独立に
補正し,屈折面だけでは困難なセンサへの入射角を小さ
くすることを意図したものである。このような試みは,
有効である反面,回折面による散乱や,環境変化に敏感
になる等のマイナス面を有している。
バーしながら,撮像素子への入射角を小さくすることで
周辺の十分な明るさを確保するとともに,軸上収差や軸
外収差が良好に補正され,小型で安価なレンズ系を提供
する。
目的を達成するため以下の構成をとる。まず,請求項1
によれ ば,本発明の撮像レンズは,物体側に開口絞
りを有する像面側が凸面の正レンズにおいて,少なくと
も像面側の面が非球面であるとともに,焦点距離をf,
絞りからレンズ前面までの距離をD0,レンズの厚みを
D1とする時,下記の諸条件を満足する。 0.2<D0/f<0.8 1.2<(D0+D1)/f 0.4<R2/f<1.0
は,物体側に開口絞りを有する両凸の正レンズにおい
て,少なくとも像面側の面が非球面であるとともに,焦
点距離をf,絞りからレンズ前面までの距離をD0,レ
ンズの厚みをD1,物体側曲率半径をR1,像側曲率半
径をR2とする時,下記の諸条件を満足する。 0.2<D0/f<0.8 1.2<(D0+D1)/f 1.0<R1/R2<2.5
像面側にセンサーモジュールを配置したカメラモジュー
ルにおいて,センサーモジュールが色収差補正処理機能
を有する。
バーし,軸上収差や軸外収差を良好に補正しつつ,セン
サへの入射角を小さくすることができる。その結果,周
辺まで十分な明るさを確保する事が可能となり,且つ小
型で安価なレンズ系を提供することができる。
本発明の実施の形態について説明する。
の断面図である。物体側から入射する光束は,最も物体
側に設けられた開口絞りS,撮像レンズ1,カバー硝子
2を順次通過して,撮像素子3の受光面に集光される。
撮像レンズ1は,両凸の両面非球面樹脂レンズで,焦点
距離2.1mm,Fno2.9,半画角32.1°をカバ
ーする。このような単レンズでは,絞りSの位置は最も
重要なパラメータの一つで,これをどこに設置するか
で,形状を含む他のパラメータの最適範囲が大きく変化
する。
側に置き,開口絞りSと撮像レンズ1の間隔D0を次の
ように設定する。 0.2<D0/f<0.8 fは撮像レンズの近軸焦点距離である。下限は,撮像素
子3に入射する光束の角度を小さく保つための条件で,
これを下回ると入射角が大きくなり,周辺光量が低下す
る。上限を越えると,レンズの径が大きくなり,端肉を
確保するためレンズも厚くなるため,小型化に不利であ
る。
び撮影レンズ1の厚みD1との和に関し, 1.2<(D0+D1)/f を満足する。この条件は,絞りSと像面側R2面との距
離を一定以上に保ち,撮像素子3への入射角を小さくす
るとともに,像面側R2面における軸外光線高を大きく
し,R2面に設けられた非球面により軸外収差を有効に
補正するための条件である。
ることで,目的の撮像レンズを構成することができる。 0.4<R2/f<1.0 下限を下回ると,R2面のパワーが強くなりすぎ,軸外
収差のバランスを保つことができない。上限を超える
と,像面側R2面のパワーが弱くなり,撮像素子3への
入射角が大きくなってしまう。
は,凹面,凸面のいずれも可能であるが,凸面の場合に
は,上記条件に代えて,物体側R1面と像面側R2面に
関する下記の条件を課すことにより,目的の撮像レンズ
を構成することができる。 1.0<R1/R2<2.5 上限を超えると,R2面のパワーが強くなりすぎ,軸外
収差のバランスを保つことができない。下限を下回る
と,像面側R2面のパワーが弱くなり,撮像素子3への
入射角が大きくなってしまう。
に補正され,撮像素子3への入射角が小さな単レンズが
構成できる。しかしながら,絞りSをレンズ1から遠ざ
けたことにより,倍率の色収差が増大する。これは画角
が大きくなるほど顕著となる。本発明では,このような
色収差を,撮像素子3を含むセンサーモジュールに色収
差に関する処理機能を付加することで補正する。単レン
ズの軸外で発生する色収差は,レンズのプリズム作用に
より,緑色の光線を規準として,青が光軸側へ,赤が外
側へと分光する。これは,光学系の倍率が各色により変
化したものと考えられるため,設計値から,各色のずれ
量を予め予測することにより補正できる。
み合わせることで,軸外収差と色収差とが同時に補正可
能な,単レンズが提供可能となる。もちろん,用途上必
要が無い場合には,色収差補正部分は省略できる。
共に示す。
である。表の左端の番号は各レンズ面に対応する番号で
ある。1は撮像レンズ1の物体側R1面,2は像側R2
面,3,4がある場合は,カバー硝子2に対応する。ま
た,Rは曲率半径,dは間隔,nは屈折率,υは分散を
それぞれ表している。
表す一覧表である。本発明の非球面は,便宜的に式1で
表される非球面を使用しているが,特にこのタイプに限
定される訳ではない。
準平面からの光軸方向の深さである。また,cは面の曲
率半径Rの逆数,hは面の光軸からの高さを表してい
る。kは円錐定数,A4〜A26は非球面補正係数であ
る。
である。
ーしながら,撮像素子への入射角が小さく,軸上収差や
軸外収差が良好に補正された小型で安価なレンズ系を提
供することが可能となる。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 物体側に開口絞りを有する像面側が凸面
の正レンズにおいて,少なくとも像面側の面が非球面で
あるとともに,焦点距離をf,絞りからレンズ前面まで
の距離をD0,レンズの厚みをD1とする時,下記の諸
条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。 0.2<D0/f<0.8 1.2<(D0+D1)/f 0.4<R2/f<1.0 - 【請求項2】 物体側に開口絞りを有する両凸の正レン
ズにおいて,少なくとも像面側の面が非球面であるとと
もに,焦点距離をf,絞りからレンズ前面までの距離を
D0,レンズの厚みをD1,物体側曲率半径をR1,像
側曲率半径をR2とする時,下記の諸条件を満足するこ
とを特徴とする撮像レンズ。 0.2<D0/f<0.8 1.2<(D0+D1)/f 1.0<R1/R2<2.5 - 【請求項3】 前記請求項1,2,及び3記載の撮像レ
ンズの像面側にセンサーモジュールを配置したカメラモ
ジュールにおいて,前記センサーモジュールが各色の倍
率の色収差を補正する処理機能を有することを特徴とす
るカメラモジュール。
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