JP2004198457A

JP2004198457A - Imaging lens

Info

Publication number: JP2004198457A
Application number: JP2002363401A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kaneko; 勇金子
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP3820213B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging lens made small in size and light in weight while maintaining optical performance. <P>SOLUTION: As for the imaging lens, a 1st lens 2 which is a meniscus lens having a convex surface turned toward an object side and having positive power, and which has main power, a diaphragm 3 and a 2nd lens 4 which is made a meniscus lens having a concave surface turned toward the object side and having positive power are disposed from the object side. The imaging lens satisfies d<SB>2</SB>/f<0.1 and -4.0<Φ<SB>air</SB>/Φ<-2.5(provided that d<SB>2</SB>means a distance between the 1st and the 2nd lenses 2 and 4 on an optical axis, f means the focal distance of the entire lens system, Φ means the power of the entire lens system and Φ<SB>air</SB>means the power of an air lens composed of air held between the 1st and the 2nd lenses 2 and 4). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像レンズに係り、特に、携帯型のコンピュータ、テレビ電話、携帯電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を利用した撮像装置に用いられ、小型軽量化および製造性の向上を図ることを可能とした２枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話、携帯電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラの需要が著しく高まっている。このようなカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。
【０００３】
そのため、このようなカメラに用いられる撮像レンズにも、同様に、小型軽量であることが要求されており、このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
このような１枚構成のレンズ系では、ＣＩＦと呼ばれる約１１万画素程度の解像度を持った固体撮像素子に適用する場合には、十分対応することができるが、近年、ＶＧＡと呼ばれる約３０万画素程度の高い解像度を有する固体撮像素子の利用が検討されてきており、このような高解像度の固体撮像素子の解像能力を十分に発揮させるためには、従来の１枚構成のレンズ系では対応することができないという問題がある。
【０００５】
そのため従来から、１枚構成のレンズ系に比較して光学性能に優れる２枚構成のレンズ系あるいは３枚構成のレンズ系が各種提案されている。
【０００６】
この場合に、３枚構成のレンズ系においては、光学性能の低下につながる各収差を有効に補正することができることから、極めて高い光学性能を得ることが可能となるが、３枚構成のレンズ系では、部品点数が多いことから、小型軽量化が困難であり、各構成部品に高い精度が要求されるため製造コストも高くなってしまうという問題を有している。
【０００７】
これに対して、２枚構成のレンズ系は、３枚構成のレンズ系ほどの光学性能を望むことはできないものの、１枚構成のレンズ系より高い光学性能を得ることができ、小型でかつ高解像度の固体撮像素子に好適なレンズ系であるといえる。
【０００８】
そして、このような２枚構成のレンズ系として、従来から、レトロフォーカス型と呼ばれる負レンズと正レンズとを組み合わせたレンズ系が多数提案されている。しかし、このようなレトロフォーカス型のレンズ系では、部品点数を低減させることによる低コスト化は可能であるが、バックフォーカス距離が長くなるため１枚構成のレンズ系と同程度の小型軽量化はその構成からみて、実質的に不可能である。
【０００９】
また、他の２枚構成のレンズ系としては、テレフォト型と呼ばれる正レンズと負レンズを組み合わせたレンズ系がある。しかし、このようなテレフォト型のレンズ系は、本来銀塩写真用に開発されたものであり、バックフォーカス距離が短すぎ、また、テレセントリック性の問題もあり、固体撮像素子用の撮像レンズとして適用することは事実上不可能である。
【００１０】
また、従来より、２枚の正レンズを組み合わせた２枚構成のレンズ系も提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１５１９６２号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１３７９号公報
【特許文献３】
特開平７−２８７１６４号公報
【特許文献４】
特開平１０−２０６７２５号公報
【特許文献５】
特許第３０２７８６３号公報
【特許文献６】
特開２０００−７２０７９号公報
【特許文献７】
特開２００１−１８３５７８号公報
【特許文献８】
特開２００２−２６７９２８号公報
【特許文献９】
特許第３３１１３１７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１乃至５に係る撮像レンズは、いずれも銀塩写真用あるいはコピー機、ファクシミリ装置、またはスキャナ用等の光学系として開発されているものであるため、焦点距離が２０ｍｍ以上と極めて長いものや、ＦNoが４．０以上と極めて暗いものがあり、固体撮像素子用としてはそのまま適用することができないという問題を有している。
【００１３】
また、特許文献６乃至９に係る撮像レンズは、固体撮像素子に適用可能な撮像レンズではあるが、全長が長すぎるため小型軽量化には適さないといった問題点を有している。
【００１４】
特に、最近においては、撮像レンズの小型軽量化に対する要求が増々強まりつつあるが、従来の撮像レンズにおいては、そのような要求に充分に応えることができないのが実情であった。
【００１５】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、光学性能を維持しつつ、小型軽量化を図ることのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１に係る撮像レンズの特徴は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであって主たるパワーを持つ第１レンズ、絞り、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズを配設し、かつ、次の（１）、（２）の各条件式、
ｄ₂／ｆ＜０．１（１）
−４．０＜Φ_air／Φ＜−２．５（２）
但し、
ｄ₂：第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Φ：レンズ系全体のパワー
Φ_air：第１レンズと第２レンズとの間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワー（第１レンズの像面側の面の曲率をｃ₂、第２レンズの物体側の面の曲率をｃ₃、設計中心波長の光に対する第１レンズの屈折率をｎ₁、設計中心波長の光に対する第２レンズの屈折率をｎ₃とした場合、Φ_air ＝ｃ₂（１−ｎ₁）＋ｃ₃（ｎ₃−１）＋ｃ₂ｃ₃（ｎ₁−１）（ｎ₃−１）ｄ₂ によって表される）
を満足する点にある。
【００１７】
この請求項１に係る発明によれば、前記（１）および（２）の各条件式を満足することにより、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。
【００１８】
また、請求項２に係る撮像素子の特徴は、請求項１において、更に、次の（３）の条件式、
０．４＜（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＜０．７（３）
但し、
ｄ₁：第１レンズの中心厚
ｄ₃：第２レンズの中心厚
を満足する点にある。
【００１９】
この請求項２に係る発明によれば、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撮像レンズの実施形態について、図１乃至図１６を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態における撮像レンズ１は、図１に示すように、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた主たるパワーを持つ正のパワーのメニスカスレンズとされた第１レンズ２と、絞り３と、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズ４とを有している。ここで、第１レンズ２および第２レンズ４における物体側および像面側の各レンズ面を、それぞれ第１面、第２面と称することとする。
【００２２】
第２レンズ４の第２面側には、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタ等の各種フィルタ６およびＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の撮像素子の受光面である撮像面７がそれぞれ配設されている。なお、各種フィルタ６は、必要に応じて省略することも可能である。
【００２３】
本実施形態においては、第１レンズ２および第２レンズ４が、次の（１）、（２）の各条件式を満足するようにする。
【００２４】
ｄ₂／ｆ＜０．１（１）
−４．０＜Φ_air／Φ＜−２．５（２）
但し、（１）式におけるｄ₂は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔すなわち第１レンズ２の第２面と第２レンズ４の第１面との間の光軸５上の距離である。さらに、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００２５】
また、（２）式におけるΦ_airは、第１レンズ２と第２レンズ４との間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワーである。このΦ_air の値は、第１レンズ２の第２面の曲率をｃ₂、第２レンズ４の第１面の曲率をｃ₃、設計中心波長の光に対する第１レンズ２の屈折率をｎ₁、設計中心波長の光に対する第２レンズ４の屈折率をｎ₃とした場合、次の（２の２）式によって表される。
【００２６】

なお、本実施形態における設計中心波長の光は、ｅ線（緑色）の光である。
【００２７】
ここで、ｄ₂／ｆの値が、（１）式に示す値（０．１）以上になると、光学系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化の要請に反することとなる。
【００２８】
また、Φ_air／Φの値が、（２）式に示す値（−２．５）以上になると、ペッツヴァール和が大きくなることによってサジッタル像面（Ｓ）とタンジェンシャル像面（Ｔ）との隔たりが大きくなり、この結果、非点収差が大きくなってしまう。
【００２９】
一方、Φ_air／Φの値が、（２）式に示す値（−４．０）以下になると、第１レンズ２および第２レンズ４の凸面の曲率が大きくなり過ぎて製造が困難になり、その上、周辺光量が低下して固体撮像素子の周辺部に入射する光線を有効利用することができなくなる。
【００３０】
従って、本実施形態においては、ｄ₂／ｆの値を（１）の条件式を満足するようにし、かつ、Φ_air／Φの値を（２）の条件式を満足するようにすることによって、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３１】
また、上記の構成に加えて、更に、次の（３）の条件式を満足するようにしてもよい。
【００３２】
０．４＜（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＜０．７（３）
但し、（３）式におけるｄ₁は、第１レンズ２の中心厚である。また、ｄ₃は、第２レンズ４の中心厚である。なお、前述のように、ｄ₂ は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔であり、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００３３】
ここで、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆの値が（３）式に示す値（０．７）以上になると、レンズ系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化に反することとなる。
【００３４】
一方、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆの値が（３）式に示す値（０．４）以下になると、レンズ系全体が小さくなり過ぎることにより、レンズ面の曲率が大きくなり過ぎ、この結果、製造及び組立てが困難になる。
【００３５】
従って、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆの値が（３）式を満足するようにすれば、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３６】
なお、前述のように、本実施形態においては、第１レンズ２に主たるパワーを持たせるようにしているが、好ましくは次の（４）の条件式を満たすようにする。
【００３７】
Φ₁／Φ＜１．２（４）
但し、（４）式におけるΦ₁ は、第１レンズ２のパワーであり、Φは、前述のようにレンズ系全体のパワーである。
【００３８】
このようにすれば、更に良好に光学性能や製造性を維持しつつ小型軽量化を図ることが可能となる。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図２乃至図１６を参照して説明する。
【００４０】
ここで、本実施例において、ＦNOは、Ｆナンバー、２ωは全画角、ｃは、光学面の曲率を示す。また、ｄは、次の光学面までの距離を示す。また、ｎｅは、ｅ線（緑色）を照射した場合における各光学系の屈折率、νｄは、ｄ線（黄色）の場合における各光学系のアッベ数を示す。
【００４１】
ｋ、Ａ、Ｂは、次の（５）式における各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状は、光軸５方向にＺ軸、光軸５に直交する方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂを非球面係数、ｃを曲率としたとき次式で表される。
【００４２】
Ｚ（Ｘ）＝ｃＸ² ／［１＋｛１−（ｋ＋１）ｃ²Ｘ²｝^1/2］
＋ＡＸ⁴＋ＢＸ⁶ （５）
＜第１実施例＞
図２は、本発明の第１実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示す構成の撮像レンズ１と同様に、第１レンズ２と第２レンズ４との間に絞り３を配置し、また、第２レンズ４の像面側には、フィルタの一例としてカバーガラス６を配置している。
【００４３】
この第１実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．６°、ｄ₁＝０．９ｍｍ、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｄ₃ ＝１．４５ｍｍ、Φ_air ＝−０．６８８６７１ｍｍ^-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ^-1

このような条件の下で、ｄ₂／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φ_air／Φ＝−２．６１７となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００４４】
この第１実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図３に、横収差を図４に示す。
【００４５】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第２実施例＞
図５は、本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６１．２°、ｄ₁＝０．８ｍｍ、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｄ₃ ＝０．９ｍｍ、Φ_air ＝−０．７４６１６１ｍｍ^-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ^-1

このような条件の下で、ｄ₂／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φ_air／Φ＝−２．８３５となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＝０．５２６となり、（３）式を満足するものであった。
【００４６】
この第２実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図６に、横収差を図７に示す。
【００４７】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第３実施例＞
図８は、本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝５９．７°、ｄ₁＝０．９ｍｍ、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｄ₃ ＝１．１ｍｍ、Φ_air ＝−１．０５０５６６ｍｍ^-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ^-1

このような条件の下で、ｄ₂／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φ_air／Φ＝−３．９９２となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００４８】
この第３実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図９に、横収差を図１０に示す。
【００４９】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第４実施例＞
図１１は、本発明の第４実施例を示したもので、この第４実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．１°、ｄ₁＝０．９ｍｍ、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｄ₃ ＝１．４５ｍｍ、Φ_air ＝−０．６８０３８２ｍｍ^-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ^-1

このような条件の下で、ｄ₂／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φ_air／Φ＝−２．５８５となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００５０】
この第４実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図１２に、横収差を図１３に示す。
【００５１】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第５実施例＞
図１４は、本発明の第５実施例を示したもので、この第５実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６０．８°、ｄ₁＝０．９ｍｍ、ｄ₂＝０．３ｍｍ、ｄ₃ ＝１．１ｍｍ、Φ_air ＝−０．８７１０２５ｍｍ^-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ^-1

このような条件の下で、ｄ₂／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φ_air／Φ＝−３．３１０となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ₁＋ｄ₂＋ｄ₃）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００５２】
この第５実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図１５に、横収差を図１６に示す。
【００５３】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１に係る撮像レンズによれば、良好な光学特性を維持しつつ小型軽量で製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【００５６】
また、請求項２に係る撮像レンズによれば、請求項１に係る撮像レンズの効果に加えて、さらに小型で且つ製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明に係る撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】図２に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図４】図２に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図５】本発明に係る撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図６】図５に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図７】図５に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図８】本発明に係る撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図９】図８に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図１０】図８に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１１】本発明に係る撮像レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図１２】図１１に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図１３】図１１に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１４】本発明に係る撮像レンズの第５実施例を示す概略構成図
【図１５】図１４に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収差を示す説明図
【図１６】図１４に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【符号の説明】
１撮像レンズ
２第１レンズ
３絞り
４第２レンズ
５光軸
６フィルタ
７撮像面[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an imaging lens, and more particularly, to an imaging device using an imaging device such as a CCD or a CMOS mounted on a portable computer, a videophone, a mobile phone, or the like. The present invention relates to an imaging lens having a two-lens configuration capable of achieving the following.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the progress of multimedia has been remarkable, and for example, the demand for a camera using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS for mounting on a portable computer, a videophone, a mobile phone, and the like has increased remarkably. Since such a camera needs to be mounted in a limited installation space, it is desired that the camera be small and lightweight.
[0003]
Therefore, the imaging lens used in such a camera is also required to be small and lightweight, and such an imaging lens has conventionally been of a single-lens configuration using one lens. A lens system is used.
[0004]
Such a single-lens lens system can sufficiently cope with application to a solid-state imaging device having a resolution of about 110,000 pixels called CIF, but recently, about 300,000 called VGA is used. The use of a solid-state imaging device having a high resolution of about a pixel has been studied, and in order to sufficiently exhibit the resolution capability of such a high-resolution solid-state imaging device, a conventional single-lens lens system has been proposed. There is a problem that cannot be dealt with.
[0005]
Therefore, conventionally, various lens systems having a two-lens configuration or a three-lens configuration having excellent optical performance as compared with a single-lens configuration lens system have been proposed.
[0006]
In this case, in the three-lens lens system, it is possible to effectively correct each aberration that leads to a decrease in optical performance, so that extremely high optical performance can be obtained. However, since the number of parts is large, it is difficult to reduce the size and weight, and there is a problem that high accuracy is required for each component and the manufacturing cost is increased.
[0007]
On the other hand, a two-lens lens system cannot obtain optical performance as high as a three-lens lens system, but can obtain higher optical performance than a one-lens lens system, and is small and high in size. It can be said that the lens system is suitable for a high-resolution solid-state imaging device.
[0008]
As such a two-lens lens system, a number of lens systems that combine a negative lens and a positive lens, called a retrofocus type, have been conventionally proposed. However, in such a retrofocus type lens system, it is possible to reduce the cost by reducing the number of components, but since the back focus distance is long, it is possible to reduce the size and weight as much as a single lens system. In view of its configuration, it is virtually impossible.
[0009]
As another two-lens lens system, there is a lens system called a telephoto type in which a positive lens and a negative lens are combined. However, such a telephoto type lens system was originally developed for silver halide photography, and has a short back focus distance and also has a problem of telecentricity, so that it is applied as an imaging lens for a solid-state imaging device. It is virtually impossible to do.
[0010]
Conventionally, a two-lens lens system combining two positive lenses has also been proposed.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-7-151962 [Patent Document 2]
JP-A-7-181379 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-287164 [Patent Document 4]
JP-A-10-206725 [Patent Document 5]
Japanese Patent No. 3027863 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-72079 [Patent Document 7]
JP 2001-183578 A [Patent Document 8]
JP 2002-267928 A [Patent Document 9]
Japanese Patent No. 3313317
[Problems to be solved by the invention]
However, the imaging lenses according to Patent Literatures 1 to 5 are all developed for use in silver halide photography or as optical systems for copiers, facsimile machines, scanners, and the like. There are long ones and extremely dark ones with FNo of 4.0 or more, which has a problem that it cannot be directly applied to a solid-state imaging device.
[0013]
Further, the imaging lenses according to Patent Documents 6 to 9 are imaging lenses applicable to solid-state imaging devices, but have a problem that they are not suitable for reduction in size and weight because the overall length is too long.
[0014]
In particular, recently, there has been an increasing demand for smaller and lighter imaging lenses. However, the conventional imaging lenses have not been able to sufficiently meet such demands.
[0015]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an imaging lens that can be reduced in size and weight while maintaining optical performance.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a feature of the imaging lens according to claim 1 of the present invention is that a meniscus lens having a positive power with a convex surface facing the object side in order from the object side to the image plane side, wherein the main power is A first lens having an aperture, a second lens which is a meniscus lens having a positive power with a concave surface facing the object side, and the following conditional expressions (1) and (2):
d ₂ /f<0.1 (1)
−4.0 <Φ _air /Φ<−2.5 (2)
However,
d ₂ : distance between the first lens and the second lens on the optical axis f: focal length of the entire lens system Φ: power of the entire lens system Φ _air : air sandwiched between the first lens and the second lens (The curvature of the image-side surface of the first lens is c ₂ , the curvature of the object-side surface of the second lens is c ₃ , and the refractive index of the first lens with respect to the light of the design center wavelength is n. ₁ , assuming that the refractive index of the second lens with respect to the light of the design center wavelength is n ₃ , Φ _air = c ₂ (1-n ₁ ) + c ₃ (n ₃ -1) + c ₂ c ₃ (n ₁ -1) (Represented by (n ₃ -1) d ₂ )
Is satisfied.
[0017]
According to the first aspect of the present invention, by satisfying each of the conditional expressions (1) and (2), astigmatism is favorably corrected, manufacturability is maintained, and solid-state imaging is further achieved. It is possible to shorten the overall length of the optical system while effectively utilizing the light rays incident on the peripheral portion of the element.
[0018]
Further, the feature of the image pickup device according to claim 2 is that, in claim 1, the following conditional expression (3) is further satisfied:
0.4 <(d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f <0.7 (3)
However,
d ₁ : the center thickness of the first lens d ₃ : the point that the center thickness of the second lens is satisfied.
[0019]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to shorten the overall length of the lens system while maintaining the productivity more effectively.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an imaging lens according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0021]
As shown in FIG. 1, the imaging lens 1 according to the present embodiment is a first lens that is a positive power meniscus lens having a main power with a convex surface facing the object side in order from the object side to the image plane side. 2, a stop 3, and a second lens 4 serving as a meniscus lens having a positive power and a concave surface facing the object side. Here, the lens surfaces on the object side and the image plane side of the first lens 2 and the second lens 4 are respectively referred to as a first surface and a second surface.
[0022]
On the second surface side of the second lens 4, various filters 6 such as a cover glass, an IR cut filter, and a low-pass filter, and an imaging surface 7 which is a light receiving surface of an imaging device such as a CCD or a CMOS are provided. The various filters 6 can be omitted as necessary.
[0023]
In the present embodiment, the first lens 2 and the second lens 4 are configured to satisfy the following conditional expressions (1) and (2).
[0024]
d ₂ /f<0.1 (1)
−4.0 <Φ _air /Φ<−2.5 (2)
However, d ₂ in the expression (1) is the distance between the first lens 2 and the second lens 4 on the optical axis 5, that is, the distance between the second surface of the first lens 2 and the first surface of the second lens 4. The distance on the optical axis 5. Further, f is the focal length of the entire lens system.
[0025]
Further, Φ _air in the equation (2) is the power of the air lens composed of air interposed between the first lens 2 and the second lens 4. The value of Φ _air is such that the curvature of the second surface of the first lens 2 is c ₂ , the curvature of the first surface of the second lens 4 is c ₃ , and the refractive index of the first lens 2 with respect to light of the design center wavelength is n. _{1. When} the refractive index of the second lens 4 with respect to the light having the design center wavelength is n ₃ , the refractive index is expressed by the following equation (2-2).
[0026]

The light having the design center wavelength in the present embodiment is e-line (green) light.
[0027]
Here, when the value of d ₂ / f is equal to or more than the value (0.1) shown in the expression (1), the total length of the optical system becomes too long, which is against the demand for downsizing and weight reduction.
[0028]
When the value of Φ _air / Φ is equal to or larger than the value (−2.5) shown in the equation (2), the Petzval sum increases, and the sagittal image plane (S) and the tangential image plane (T) Becomes large, and as a result, astigmatism increases.
[0029]
On the other hand, when the value of Φ _air / Φ is equal to or less than the value (−4.0) shown in the expression (2), the curvatures of the convex surfaces of the first lens 2 and the second lens 4 become too large, and manufacturing becomes difficult. In addition, the amount of peripheral light decreases, and light rays incident on the peripheral portion of the solid-state imaging device cannot be used effectively.
[0030]
Therefore, in the present embodiment, the value of d ₂ / f is made to satisfy the conditional expression (1), and the value of Φ _air / Φ is made to satisfy the conditional expression (2). It is possible to satisfactorily correct astigmatism, maintain manufacturability, and reduce the overall length of the optical system while effectively utilizing light rays incident on the periphery of the solid-state imaging device. .
[0031]
In addition to the above configuration, the following conditional expression (3) may be further satisfied.
[0032]
0.4 <(d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f <0.7 (3)
Here, d ₁ in the equation (3) is the center thickness of the first lens 2. D ₃ is the center thickness of the second lens 4. As described previously, d ₂ is the distance in the optical axis on 5 between the first and

second lenses

2 and 4, f is the focal length of the entire lens system.
[0033]
Here, when the value of (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f is equal to or more than the value (0.7) shown in the expression (3), the overall length of the lens system becomes too long, which is against the miniaturization and weight reduction.
[0034]
On the other hand, when the value of (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f is less than the value (0.4) shown in the equation (3), the entire lens system becomes too small, and the curvature of the lens surface becomes too large. This makes manufacture and assembly difficult.
[0035]
Therefore, if the value of (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f satisfies the expression (3), it is possible to more effectively shorten the overall length of the lens system while maintaining productivity.
[0036]
As described above, in the present embodiment, the first lens 2 has the main power, but preferably satisfies the following conditional expression (4).
[0037]
Φ ₁ /Φ<1.2 (4)
Here, Φ ₁ in the equation (4) is the power of the first lens 2, and Φ is the power of the entire lens system as described above.
[0038]
This makes it possible to reduce the size and weight while maintaining the optical performance and manufacturability more favorably.
[0039]
【Example】
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0040]
Here, in the present embodiment, FNO represents the F number, 2ω represents the full angle of view, and c represents the curvature of the optical surface. D indicates the distance to the next optical surface. Ne indicates the refractive index of each optical system when e-ray (green) is irradiated, and νd indicates Abbe number of each optical system when d-line (yellow).
[0041]
k, A, and B represent each coefficient in the following equation (5). That is, the shape of the aspherical surface of the lens is such that the Z-axis is taken in the direction of the optical axis 5, the X-axis is taken in the direction perpendicular to the optical axis 5, the traveling direction of light is positive, k is a conic coefficient, and A and B are aspherical surfaces. When the coefficient and c are assumed to be curvatures, the following equation is used.
[0042]
^{Z (X) = cX 2 /} [1+ {1- (k + 1) c 2 X 2} 1/2]
+ AX ⁴ + BX ⁶ (5)
<First embodiment>
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a diaphragm is provided between a first lens 2 and a second lens 4 as in the imaging lens 1 having the configuration shown in FIG. A cover glass 6 is arranged on the image surface side of the second lens 4 as an example of a filter.
[0043]
The imaging lens 1 of the first embodiment is set under the following conditions.
f = 3.80 mm, FNO = 2.85, 2ω = 62.6 °, d ₁ = 0.9 mm, d ₂ = 0.3 mm, d ₃ = 1.45 mm, Φ _air = −0.688671 mm ⁻¹ , Φ = 0.263158 mm ⁻¹

Under these conditions, d ₂ /f=0.079 was achieved, thereby satisfying the expression (1). Φ _air /Φ=−2.617 was achieved, thereby satisfying the expression (2). Furthermore, (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) /f=0.699 was achieved, thereby satisfying the expression (3).
[0044]
FIG. 3 shows the spherical aberration, astigmatism and distortion of the imaging lens 1 of the first embodiment, and FIG. 4 shows the lateral aberration.
[0045]
According to the result, each of the spherical aberration, the astigmatism, the distortion, and the lateral aberration was satisfied. It can be seen from the result that sufficient optical characteristics can be obtained.
<Second embodiment>
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The imaging lens 1 of the second embodiment is set under the following conditions.
f = 3.80 mm, FNO = 2.85, 2ω = 61.2 °, d ₁ = 0.8 mm, d ₂ = 0.3 mm, d ₃ = 0.9 mm, Φ _air = −0.746161 mm ⁻¹ , Φ = 0.263158 mm ⁻¹

Under these conditions, d ₂ /f=0.079 was achieved, thereby satisfying the expression (1). Φ _air /Φ=−2.835 was achieved, thereby satisfying the expression (2). (D ₁ + d ₂ + d ₃ ) /f=0.526 was achieved, thereby satisfying the expression (3).
[0046]
FIG. 6 shows the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the imaging lens 1 of the second embodiment, and FIG. 7 shows the lateral aberration.
[0047]
According to the result, each of the spherical aberration, the astigmatism, the distortion, and the lateral aberration was satisfied. It can be seen from the result that sufficient optical characteristics can be obtained.
<Third embodiment>
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. The imaging lens 1 of the third embodiment is set under the following conditions.
f = 3.80 mm, FNO = 2.85, 2ω = 59.7 °, d ₁ = 0.9 mm, d ₂ = 0.3 mm, d ₃ = 1.1 mm, Φ _air = −1.050566 mm ⁻¹ , Φ = 0.263158 mm ⁻¹

Under these conditions, d ₂ /f=0.079 was achieved, thereby satisfying the expression (1). Φ _air /Φ=−3.992 was achieved, thereby satisfying the expression (2). Furthermore, (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) /f=0.605 was achieved, thereby satisfying the expression (3).
[0048]
FIG. 9 shows the spherical aberration, astigmatism and distortion of the imaging lens 1 of the third embodiment, and FIG. 10 shows the lateral aberration.
[0049]
According to the result, each of the spherical aberration, the astigmatism, the distortion, and the lateral aberration was satisfied. It can be seen from the result that sufficient optical characteristics can be obtained.
<Fourth embodiment>
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention. The imaging lens 1 of the fourth embodiment is set under the following conditions.
f = 3.80 mm, FNO = 2.85, 2ω = 62.1 °, d ₁ = 0.9 mm, d ₂ = 0.3 mm, d ₃ = 1.45 mm, Φ _air = −0.680382 mm ⁻¹ , Φ = 0.263158 mm ⁻¹

Under these conditions, d ₂ /f=0.079 was achieved, thereby satisfying the expression (1). Φ _air /Φ=−2.585 was achieved, thereby satisfying the expression (2). Furthermore, (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) /f=0.699 was achieved, thereby satisfying the expression (3).
[0050]
FIG. 12 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion in the imaging lens 1 of the FOURTH EXAMPLE, and FIG. 13 shows lateral aberration.
[0051]
According to the result, each of the spherical aberration, the astigmatism, the distortion, and the lateral aberration was satisfied. It can be seen from the result that sufficient optical characteristics can be obtained.
<Fifth embodiment>
FIG. 14 shows a fifth embodiment of the present invention. The imaging lens 1 of the fifth embodiment is set under the following conditions.
f = 3.80 mm, FNO = 2.85, 2ω = 60.8 °, d ₁ = 0.9 mm, d ₂ = 0.3 mm, d ₃ = 1.1 mm, Φ _air = −0.871025 mm ⁻¹ , Φ = 0.263158 mm ⁻¹

Under these conditions, d ₂ /f=0.079 was achieved, thereby satisfying the expression (1). Φ _air /Φ=−3.310 was achieved, thereby satisfying the expression (2). Furthermore, (d ₁ + d ₂ + d ₃ ) /f=0.605 was achieved, thereby satisfying the expression (3).
[0052]
FIG. 15 shows the spherical aberration, astigmatism, and distortion of the imaging lens 1 of the Fifth Example, and FIG. 16 shows the lateral aberration.
[0053]
According to the result, each of the spherical aberration, the astigmatism, the distortion, and the lateral aberration was satisfied. It can be seen from the result that sufficient optical characteristics can be obtained.
[0054]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified as needed.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the imaging lens of the first aspect of the present invention, it is possible to realize an imaging lens that is small, lightweight, and excellent in manufacturability while maintaining good optical characteristics.
[0056]
Further, according to the imaging lens of the second aspect, in addition to the effects of the imaging lens of the first aspect, it is possible to realize an imaging lens that is more compact and more excellent in productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an imaging lens according to the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a first embodiment of the imaging lens according to the present invention. FIG. 3 is an imaging lens illustrated in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in FIG. 4. FIG. 4 is an explanatory diagram showing lateral aberration in the imaging lens shown in FIG. 2. FIG. 5 is a schematic configuration showing a second embodiment of the imaging lens according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the imaging lens shown in FIG. 5; FIG. 7 is an explanatory diagram showing lateral aberration in the imaging lens shown in FIG. 5; FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a third example of an imaging lens. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating spherical aberration, astigmatism, and distortion in the imaging lens illustrated in FIG. 8. FIG. 10 is a diagram illustrating lateral aberrations in the imaging lens illustrated in FIG. FIG. 11 is an explanatory view showing an imaging lens according to the present invention. FIG. 12 is a schematic diagram showing a fourth example of a lens. FIG. 12 is an explanatory diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the imaging lens shown in FIG. 11. FIG. 13 shows lateral aberration in the imaging lens shown in FIG. FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the imaging lens according to the present invention. FIG. 15 is an explanatory diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in the imaging lens shown in FIG. Explanatory diagram showing lateral aberration in the imaging lens shown in FIG.
REFERENCE SIGNS LIST 1 imaging lens 2 first lens 3 stop 4 second lens 5 optical axis 6 filter 7 imaging surface

Claims

In order from the object side to the image plane side, a meniscus lens having a positive power with a convex surface facing the object side, a first lens having a main power, an aperture, and a positive lens having a concave surface facing the object side A second lens, which is a meniscus lens, is provided, and the following conditional expressions (1) and (2):
d ₂ /f<0.1 (1)
−4.0 <Φ _air /Φ<−2.5 (2)
However,
d ₂ : distance between the first lens and the second lens on the optical axis f: focal length of the entire lens system Φ: power of the entire lens system Φ _air : air sandwiched between the first lens and the second lens (The curvature of the image-side surface of the first lens is c ₂ , the curvature of the object-side surface of the second lens is c ₃ , and the refractive index of the first lens with respect to the light of the design center wavelength is n. ₁ , assuming that the refractive index of the second lens with respect to the light of the design center wavelength is n ₃ , Φ _air = c ₂ (1-n ₁ ) + c ₃ (n ₃ -1) + c ₂ c ₃ (n ₁ -1) (Represented by (n ₃ -1) d ₂ )
An imaging lens characterized by satisfying the following.

Further, the following conditional expression (3):
0.4 <(d ₁ + d ₂ + d ₃ ) / f <0.7 (3)
However,
2. The imaging lens according to claim 1, wherein d ₁ satisfies a center thickness of the first lens d ₃ : a center thickness of the second lens. 3.