JP2004020996A

JP2004020996A - 撮像用レンズ

Info

Publication number: JP2004020996A
Application number: JP2002176824A
Authority: JP
Inventors: Haruo Abe; 阿部　治男
Original assignee: MEIOU Ltd; NISSEI DENKI KOGYO KK
Current assignee: MEIOU Ltd; NISSEI DENKI KOGYO KK
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられるレンズ全長が短く高性能な撮像用レンズを提供する。
【解決手段】第１レンズＦＬ１は、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、第２レンズＦＬ２は、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、レンズ系は、以下の条件を満足するものである。
Ｌ≦２ｆ・・・（１）、Ｄ≦０．９ｆ・・・（２）、ｄｓ≦０．３ｆ・・・（３）、｜Ｒ４｜≦１．５ｆ・・・（４）
ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは光学系全長、Ｄはレンズ系全長、ｄｓはレンズ間距離、Ｒ４は第２レンズＦＬ２の物体側レンズ面ｒ４の曲率半径である。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯情報端末、ノート型パソコン等に備えられるＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、携帯情報端末や、ノート型パソコン等にＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラを搭載するものが開発されている。このような小型機器に当該カメラを搭載するために、ＣＣＤ、ＣＭＯＳの寸法がどんどん小型化・高性能化する一方、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラに用いられる撮像用レンズもさらなる小型化・高性能化が望まれている。
【０００３】
かかる小型化・高性能化の要求を満足させることを目的とした撮像用レンズとしては、例えば、特許第２８４８５２３号公報や、特開平１１−３６５５３６号公報に記載されたレンズが知られている。図８は特許第２８４８５２３号公報のレンズにおける収差図であり、図９は特開平１１−３６５５３６号公報のレンズにおける収差図である。図８（ａ）および図９（ａ）はそれぞれのレンズにおける非点収差を示し、図８（ｂ）および図９（ｂ）はそれぞれのレンズにおける歪曲収差を示している。図８および図９は各公報に挙げられた実施例の各パラメータをもとに作製し、計測した結果を示しているが当該公報記載の各パラメータの範囲内においては同様の結果となる。特開平１１−３６５５３６号公報には、安価でコンパクトなＣＣＤＴＶカメラ用の撮像レンズ系として提案されており、特開平１１−３６５５３６号公報は、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳのコンパクト化に対応した全長の短いレンズ系として提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのレンズ系には以下のような問題があった。特開平１１−３６５５３６号公報記載のレンズ系は、図８に示すように、小型で広角な撮像領域が要求される携帯電話等に用いる場合に重要な性能である歪曲収差が大きい問題がある。また、特開平１１−３６５５３６号公報および特開平１１−３６５５３６号公報記載の光学系全長（物体側に位置するレンズの物体側レンズ面から撮像面までの長さ）は、それぞれ約９．８００ｍｍ、約１３．１８０ｍｍ（光学トレースにより計測）であり、レンズ系の焦点距離（それぞれ３．８９０ｍｍ、３．８９３ｍｍ）の２．５倍以上もあるため、大きさ的に十分小さいとは言い難く、特に、より一層のコンパクト化が望まれている携帯電話等に用いる撮像用レンズとして採用し難い場合があった。
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる光学系全長が短く高性能な撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる光学系全長が短く高性能な撮像用レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像用レンズは、物体側より順に、第１レンズと第２レンズとを具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、前記第１レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、前記第２レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、前記レンズ系は、以下の条件を満足するものである。
Ｌ≦２ｆ　　　　　　　　・・・（１）
Ｄ≦０．９ｆ　　　　　　・・・（２）
ｄｓ≦０．３ｆ　　　　　・・・（３）
｜Ｒ４｜≦１．５ｆ　　　・・・（４）
ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは第１レンズの物体側レンズ面から撮像面までの中心距離（光学系全長）、Ｄは第１レンズの物体側レンズ面から第２レンズの撮像面側レンズ面までの中心距離（レンズ系全長）、ｄｓは第１レンズの撮像面側レンズ面から第２レンズの物体側レンズ面までの中心距離（レンズ間距離）、Ｒ４は第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径である。
【０００７】
ここで、本発明における条件式（１）は、レンズ系全長Ｌとレンズ系の焦点距離ｆとを規定するものであり、小型化・薄型化が要求される携帯機器、特に、薄型化が要求される携帯電話に備えられたカメラ用の撮像用レンズのための小型化・薄型化の条件を示すものである。
【０００８】
すなわち、光学系全長Ｌがレンズ系の焦点距離ｆの２倍を越えるともはや全長が短いとは言えず、小型化・薄型化の要求に応えることができない。
【０００９】
また、本発明における条件式（２）は、レンズ系全長Ｄとレンズ系の焦点距離ｆとを規定するものであり、条件式（１）を成立させるために必要な条件を示すものである。
【００１０】
すなわち、レンズ系の焦点距離ｆを短くすることは、撮像用レンズを小型化するために重要であるが、後述するように収差性能を高く維持することが困難となるため、限界がある。一方、本発明のような２枚のレンズが用いられるレンズ系の焦点距離ｆは、当該２枚のレンズにより合成された焦点距離を有する。したがって、２枚のレンズの位置関係により、同じ焦点距離であっても、光学系の全長は異なる構成となり得るため、これを規定するものである。レンズ全長Ｄがレンズ系の焦点距離ｆの９０％を越えると条件式（１）を満足するようなレンズ系は形成することができず、光学系全長Ｌが長くなってしまう。
【００１１】
さらに、本発明における条件式（３）は、レンズ間距離ｄｓとレンズ系の焦点距離ｆとを規定するものであり、条件式（２）を成立させるために必要な条件を示すものである。
【００１２】
すなわち、条件式（２）と同様に２枚のレンズにより合成された焦点距離を規定するための指標として、レンズ間距離ｄｓを規定するものである。レンズ間距離ｄｓがレンズ系の焦点距離ｆの３０％を越えると条件式（２）を満足するようなレンズ系は形成することができず、光学系全長Ｌが長くなってしまう。
【００１３】
以上より、本発明の発明者は、鋭意研究の末、撮像レンズのレンズ系の各パラメータが条件式（３）より条件式（２）を満足させ、条件式（２）より条件式（１）を満足させるように構成することによって、光学系全長Ｌを短くし、小型化・薄型化を達成した撮像用レンズを開発した。このようなレンズ系を用いることにより、小型化・薄型化に対応した撮像用レンズとすることができる。
【００１４】
一方、本発明における条件式（４）は、第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径Ｒ４とレンズ系の焦点距離ｆとを規定するものであり、特に、薄型化が要求される携帯電話に備えられたカメラ用の撮像用レンズにとって重要な性能指標である歪曲収差を小さくするために必要な条件を示したものである。
【００１５】
レンズ系の焦点距離ｆを短くすればするほど、撮像用レンズの性能指標である収差が小さく抑えるのは困難であり、レンズ自身の厚さも影響してしまうので、いたずらにレンズ系の焦点距離ｆを短くすることはできない。特に、携帯電話に備えられたカメラ用の撮像用レンズは、広角に撮像できるレンズが要求される場合が多いため、撮像面の周辺部の画像が歪み易く、歪曲収差の優れたレンズ、すなわち、撮像面の全域に渡って歪みの少ないレンズが要求される。第２レンズの曲率半径Ｒ４がレンズ系の焦点距離ｆの１．５倍を越える薄型レンズでは、歪曲収差が非常に大きくなってしまい、高性能な撮像用レンズとは言えない。したがって、本発明は、条件式（４）を満たすような構成とすることにより、同じレンズ系の焦点距離ｆを有する撮像用レンズであっても歪曲収差を小さく抑えることができる。
【００１６】
このように、各パラメータが条件式（１）〜（３）を満たすことにより、小型化・薄型化を達成し、これに加えて、条件式（４）を満たすことにより、歪曲収差の小さい高性能な撮像用レンズとすることができる。したがって、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズにおいて光学系全長を短くしつつ、性能を高く保つことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態において、全ての面が非球面であるレンズを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも一方のレンズ面が非球面であればよい。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。本実施の形態に係る撮像用レンズは、図１に示すように、物体側より順に、第１レンズＦＬ１と第２レンズＦＬ２とを具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、前記第１レンズＦＬ１は、双方のレンズ面ｒ１，ｒ２を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、前記第２レンズＦＬ２は、双方のレンズ面ｒ４，ｒ５を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面Ｈ側に向くように配置される。さらに、図１の撮像用レンズは、第１レンズＦＬ１と第２レンズＦＬ２との間にある絞りＳと、第２レンズＦＬ２の撮像面Ｈ側にＣＣＤ等の固体撮像素子におけるフェイスプレートまたはフィルター等の光学部材Ｇが配置される。
【００１９】
以上の構成を有する第１の実施の形態における撮像用レンズの各パラメータの値は、以下に示す通りである。
【００２０】
ここで、ｆはレンズ系の焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角、Ｒｉは物体側から順に第ｉ番目のレンズ面ｒｉの曲率半径、ｄｉは物体側から順に第ｉ番目のレンズ面中心間隔、ｎｉおよびνｉはそれぞれ物体側から順にレンズ材料の屈折率およびアッベ数を意味する。
【００２１】
また、本実施の形態においては、第１レンズＦＬ１および第２レンズＦＬ２におけるすべてのレンズ面ｒ１，ｒ２，ｒ４，ｒ５が非球面である。
【００２２】
ここで、非球面形状は、光の進行方向を正とした光軸をｘ軸、光軸と垂直方向にｈ軸、ｒを近軸曲率半径、κを円錐定数、ａ_ｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２，１４）を第ｉ次の非球面係数としたとき、次式で表される。
【００２３】
ｘ＝｛（１／ｒ）ｈ^２｝／〔１＋｛１−（１＋κ）（１／ｒ）^２ｈ^２｝^１／２〕＋ａ_４ｈ^４＋ａ_６ｈ^６＋ａ_８ｈ^８＋ａ_１０ｈ^１０＋ａ_１２ｈ^１２＋ａ_１４ｈ^１４・・・（５）
【００２４】
したがって、以下では、上記式（５）におけるａ_ｉの値を示し、非球面形状を特定している。
【表１】

なお、本実施の形態においては、光学系全長Ｌ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，７）＝５．５８５ｍｍとなる一方、２ｆ＝６．４００ｍｍとなり、Ｌ≦２ｆであるため、条件式（１）を満足している。また、レンズ系全長Ｄ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，４）＝２．１４８ｍｍとなる一方、０．９ｆ＝２．８８０ｍｍとなり、Ｄ≦０．９ｆであるため、条件式（２）を満足している。また、レンズ間距離ｄｓ＝ｄ２＋ｄ３＝０．７０８ｍｍとなる一方、０．３ｆ＝０．９６０ｍｍとなり、ｄｓ≦０．３ｆであるため、条件式（３）を満足している。さらに、Ｒ４＝−３．２８６ｍｍとなる一方、１．５ｆ＝４．８００ｍｍとなり、｜Ｒ４｜≦１．５ｆであるため、条件式（４）を満足している。
【００２５】
図２は図１の撮像用レンズの収差図である。図２（ａ）は非点収差を示し、図２（ｂ）は歪曲収差を示し、図２（ｃ）は球面収差を示す。図２は、入射光の基準波長が０．５８８μｍについてのものである。
【００２６】
ここで、比較のために、条件式（４）を満足しないときの収差図を用いて説明する。図７は条件式（４）を満足しない撮像用レンズの収差図である。図７（ａ）は非点収差を示し、図７（ｂ）は歪曲収差を示す。図７における撮像用レンズの各パラメータは、第２レンズＦＬ２の物体側レンズ面ｒ４の曲率半径Ｒ４がＲ４＝４．８３２ｍｍであることを除いて、第１の実施の形態における各パラメータと同一である。
【００２７】
このとき、１．５ｆ＝４．８００ｍｍであるのでＲ４＞１．５ｆとなり、条件式（４）を満足しない。この際、図７（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に比べ、歪曲収差が大きくなり、特に、携帯電話に備えられたカメラ用の撮像用レンズ等のように、広角に撮像できるレンズが要求されるときに問題となる。本実施の形態の撮像用レンズのように、条件式（４）を満足することによって、歪曲収差の小さい高性能なレンズとすることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。本実施の形態における撮像用レンズも、図３に示すように、第１の実施の形態と同様のレンズ構成を有するが、各種パラメータの値が以下に示すものになっている点で第１の実施の形態と異なる。
【表２】

なお、本実施の形態においては、光学系全長Ｌ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，７）＝５．７７０ｍｍとなる一方、２ｆ＝６．６ｍｍとなり、Ｌ≦２ｆであるため、条件式（１）を満足している。また、レンズ系全長Ｄ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，４）＝２．３００ｍｍとなる一方、０．９ｆ＝２．９７ｍｍとなり、Ｄ≦０．９ｆであるため、条件式（２）を満足している。また、レンズ間距離ｄＬ＝ｄ２＋ｄ３＝０．６００ｍｍとなる一方、０．３ｆ＝０．９９０ｍｍとなり、ｄｓ≦０．３ｆであるため、条件式（３）を満足している。さらに、Ｒ４＝−２．１０２ｍｍとなる一方、１．５ｆ＝４．９５０ｍｍとなり、｜Ｒ４｜≦１．５ｆであるため、条件式（４）を満足している。
【００２９】
図４は図３の撮像用レンズの収差図である。図４（ａ）は非点収差を示し、図４（ｂ）は歪曲収差を示し、図４（ｃ）は球面収差を示す。図４は、入射光の基準波長が０．５８８μｍについてのものである。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図５は第３の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。本実施の形態における撮像用レンズも、図５に示すように、第１の実施の形態と同様のレンズ構成を有するが、各種パラメータの値が以下に示すものになっている点で第１の実施の形態と異なる。
【表３】

なお、本実施の形態においては、光学系全長Ｌ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，７）＝５．７８３ｍｍとなる一方、２ｆ＝６．６００ｍｍとなり、Ｌ≦２ｆであるため、条件式（１）を満足している。また、レンズ系全長Ｄ＝Σｄｉ（ｉ＝１，２，…，４）＝２．２８３ｍｍとなる一方、０．９ｆ＝２．９７０ｍｍとなり、Ｄ≦０．９ｆであるため、条件式（２）を満足している。また、レンズ間距離ｄＬ＝ｄ２＋ｄ３＝０．５８３ｍｍとなる一方、０．３ｆ＝０．９９０ｍｍとなり、ｄｓ≦０．３ｆであるため、条件式（３）を満足している。さらに、Ｒ４＝−２．１３５ｍｍとなる一方、１．５ｆ＝４．９５ｍｍとなり、｜Ｒ４｜≦１．５ｆであるため、条件式（４）を満足している。
【００３１】
図６は図５の撮像用レンズの収差図である。図６（ａ）は非点収差を示し、図６（ｂ）は歪曲収差を示し、図６（ｃ）は球面収差を示す。図６は、入射光の基準波長が０．５８８μｍについてのものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る撮像用レンズによれば、各パラメータが条件式（１）〜（３）を満たすことにより、小型化・薄型化を達成し、これに加えて、条件式（４）を満たすことにより、歪曲収差の小さい高性能な撮像用レンズとすることができる。したがって、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラ等に用いられる撮像用レンズ、特に、小型化・薄型化が進む携帯電話用カメラに用いられる撮像用レンズにおいて光学系全長を短くしつつ、性能を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。
【図２】図１の撮像用レンズの収差図である。
【図３】第２の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。
【図４】図３の撮像用レンズの収差図である。
【図５】第３の実施の形態における撮像用レンズの断面図である。
【図６】図５の撮像用レンズの収差図である。
【図７】条件式（４）を満足しない撮像用レンズの収差図である。
【図８】特許第２８４８５２３号公報のレンズにおける収差図である。
【図９】特開平１１−３６５５３６号公報のレンズにおける収差図である。
【符号の説明】
ＦＬ１…第１レンズ　ＦＬ２…第２レンズ　ｆ…レンズ系の焦点距離　Ｌ…光学系全長　Ｄ…レンズ系全長　ｄｓ…レンズ間距離　Ｒ４…第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径

Claims

物体側より順に、第１レンズと第２レンズとを具備するレンズ系から構成される撮像用レンズであって、
前記第１レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凹レンズを有し、凸面が物体側に向くように配置され、
前記第２レンズは、少なくとも一方のレンズ面を非球面としたメニスカス形状の凸レンズを有し、凸面が撮像面側に向くように配置され、
前記レンズ系は、以下の条件を満足することを特徴とする撮像用レンズ。
Ｌ≦２ｆ　　　　　　　　・・・（１）
Ｄ≦０．９ｆ　　　　　　・・・（２）
ｄｓ≦０．３ｆ　　　　　・・・（３）
｜Ｒ４｜≦１．５ｆ　　　・・・（４）
ただし、ｆはレンズ系の焦点距離、Ｌは第１レンズの物体側レンズ面から撮像面までの中心距離、Ｄは第１レンズの物体側レンズ面から第２レンズの撮像面側レンズ面までの中心距離、ｄｓは第１レンズの撮像面側レンズ面から第２レンズの物体側レンズ面までの中心距離、Ｒ４は第２レンズの物体側レンズ面の曲率半径である。