JP2005091666A - Imaging lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CCDやCMOS等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、デジタルカメラ、携帯電話機搭載カメラ等に使用される高画質で、小型で軽量な撮像レンズに関するものである。 The present invention relates to a high-quality, small and lightweight imaging lens used for an in-vehicle camera, a monitoring camera, a digital camera, a mobile phone camera, and the like using a light receiving element such as a CCD or a CMOS.
CCD等の受光素子を用いた監視用カメラやデジタルカメラ等に組み込まれている撮像レンズは、忠実な被写体の再現性を備えていることが望ましい。また、最近では、携帯電話機に組み込まれたカメラに見られるようにCCD自体やCCDカメラが小型化されてきており、これに伴って、これらに組み込まれる撮像レンズも必然的に小型化、コンパクト化の要求が高まってきている。更に、CCDなどの受光素子は、CCDの小型化とは裏腹にメガオーダの高画素化となってきている。そして、これらを用いたカメラに使用される撮像レンズも必然的に高い光学性能を発揮できるものでなければならなくなってきた。従来では、こうした高い光学性能を発揮させるためには、多数枚のレンズを用いて収差補正を行ってきたのが実情である。 An imaging lens incorporated in a monitoring camera or a digital camera using a light receiving element such as a CCD desirably has faithful subject reproducibility. Recently, CCDs and CCD cameras have been miniaturized as seen in cameras incorporated in mobile phones, and as a result, imaging lenses incorporated in these cameras have inevitably become smaller and more compact. The demand for is increasing. Furthermore, light receiving elements such as CCDs have become higher in the order of mega pixels, contrary to the miniaturization of CCDs. In addition, an imaging lens used in a camera using these must inevitably have a high optical performance. Conventionally, in order to exhibit such high optical performance, aberration correction has been performed using a large number of lenses.
また、CCDやCMOS等の受光素子の特徴として、各画素に取り込まれる光線角度に制約があり、これを無視した光学系では開口効率が減少しシェーディングが発生することとなる。このため、射出瞳の位置を像面から極力離すようにしなければならない。 In addition, as a feature of a light receiving element such as a CCD or a CMOS, there is a restriction on a light ray angle taken into each pixel, and in an optical system ignoring this, an aperture efficiency is reduced and shading occurs. For this reason, the position of the exit pupil must be as far as possible from the image plane.
さらに、撮像レンズと受光素子との間には、赤外カットフィルタなどを挿入されるスペースが必要となるので、バックフォーカスがある程度長くなければならないという制約もある。 Furthermore, since a space for inserting an infrared cut filter or the like is required between the imaging lens and the light receiving element, there is a restriction that the back focus must be long to some extent.
本発明の課題は、受光素子の素子面に対する最大射出角を画角よりも小さくしてシェーディングを防止し、かつメガオーダの高画素に対応できるように収差補正を施すことのできる小型でコンパクトな撮像レンズを提案することにある。 An object of the present invention is to provide a compact and compact imaging that can prevent shading by making the maximum emission angle of the light receiving element with respect to the element surface smaller than the angle of view, and can correct aberrations so as to be compatible with mega pixels. To propose a lens.
上記の課題を解決するために、本発明の撮像レンズは3群4枚構成のレンズであり、物体側より結像面に向かって、正のパワーを有する第1レンズ群と、正のパワーを有する第2レンズ群と、負のパワーを有する第3レンズ群が配置された構成となっている。また、第1レンズ群は物体側に凸面を向けた単一の第1レンズからなり、第2レンズ群は物体側に凹面を向けた正のパワーを有する合成レンズであって、分散の異なる凹レンズ(第2レンズ)と凸レンズ(第3レンズ)との組み合わせからなる。第3レンズ群は単一の凹レンズからなる。さらに、第1、第2および第3レンズのレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面が非球面である。また、第4レンズのレンズ面は双方のレンズ面が非球面である。 In order to solve the above-described problems, the imaging lens of the present invention is a lens having a four-element configuration in three groups, and a first lens group having a positive power from the object side toward the imaging surface, and a positive power. A second lens group having a negative power and a third lens group having a negative power are arranged. The first lens group is composed of a single first lens having a convex surface directed toward the object side, and the second lens group is a composite lens having a positive power with a concave surface directed toward the object side and having a different dispersion. It consists of a combination of a (second lens) and a convex lens (third lens). The third lens group consists of a single concave lens. Furthermore, at least one of the lens surfaces of the first, second, and third lenses is an aspheric surface. Further, the lens surfaces of the fourth lens are both aspherical.
本発明の撮像レンズでは、第1レンズを物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとしてあるので、そのレンズ光学系の全長を短くできる。また、第2レンズ群の第2レンズと第3レンズを異なる分散とすることにより、軸上および軸外の色収差を効果的に補正できる。さらに、広角系のレンズの場合、第2レンズ群の物体側のレンズ面を物体側に凹面とすることによりディストーションおよびコマ収差などの収差補正が容易になる。 In the imaging lens of the present invention, since the first lens is a meniscus lens having a convex surface directed toward the object side, the overall length of the lens optical system can be shortened. Further, by making the second lens and the third lens of the second lens group have different dispersions, the on-axis and off-axis chromatic aberration can be effectively corrected. Further, in the case of a wide-angle lens, it is easy to correct aberrations such as distortion and coma aberration by making the object-side lens surface of the second lens group concave on the object side.
ここで、結像面がCCDやCMOSである場合の特徴として、各画素に取り込まれる光線の角度に制約があり、一般に、画面の周辺部に向かって次第に大きくなる。本発明の撮像レンズにおいては、第2レンズ群の物体側のレンズ面の形状を物体側に凹面を向けたことと、第3レンズ群のレンズ面に非球面を採用して当該非球面形状を活用することにより、主光線の最大射出角を30度以下とすることが可能である。また、第3レンズ群のレンズ面に非球面を採用したことにより、像面湾曲の微調整とディストーションを良好に補正することが可能となり、加えて、主光線の最大射出角を小さくすることが可能である。 Here, as a feature when the imaging plane is a CCD or CMOS, there is a restriction on the angle of light rays taken into each pixel, and in general, the angle gradually increases toward the periphery of the screen. In the imaging lens of the present invention, the lens surface on the object side of the second lens group has a concave surface directed toward the object side, and an aspheric surface is adopted for the lens surface of the third lens group to obtain the aspheric shape. By utilizing this, the maximum emission angle of the chief ray can be made 30 degrees or less. In addition, by adopting an aspherical surface for the lens surface of the third lens group, it is possible to satisfactorily correct fine adjustment of the field curvature and distortion, and in addition, it is possible to reduce the maximum emission angle of the principal ray. Is possible.
次に、本発明の撮像レンズは、以下の条件式(1)〜(3)を満たすことが望ましい。
0.6<Σd<F<1.2 (1)
0.8<Nd5/Nd4<1.2 (2)
1.4<νd5/νd4<2.5 (3)
但し、F:全レンズ系の合成焦点距離
Σd:第1レンズの物体側のレンズ面から第4レンズの結像面側のレンズ面までの光軸上の間隔
Nd4:第2レンズの屈折率
Nd5:第3レンズの屈折率
νd4:第2レンズのアッベ数
νd5:第3レンズのアッベ数
Next, it is desirable that the imaging lens of the present invention satisfies the following conditional expressions (1) to (3).
0.6 <Σd <F <1.2 (1)
0.8 <Nd5 / Nd4 <1.2 (2)
1.4 <νd5 / νd4 <2.5 (3)
Where F: combined focal length of all lens systems Σd: distance on the optical axis from the lens surface on the object side of the first lens to the lens surface on the image forming side of the fourth lens Nd4: refractive index of the second lens Nd5 : Refractive index of the third lens νd4: Abbe number of the second lens νd5: Abbe number of the third lens
条件式(1)は、小型化のための条件式で、下限を下回ると小型化は可能であるが、レンズが小さくなって加工が困難となってくる。上限を上回るとレンズ系全体をコンパクトに纏めることが難しくなる。 Conditional expression (1) is a conditional expression for miniaturization. If the lower limit is not reached, miniaturization is possible, but the lens becomes small and processing becomes difficult. If the upper limit is exceeded, it becomes difficult to compact the entire lens system.
ここで、条件式(1)に加えて、第1レンズ群と第2レンズ群によって形成される空気間隔も小型化と周辺光量に寄与している。この空気間隔をdaとすると、
0.05<da/F<0.5 (4)
とすることが望ましい。この条件において下限を下回ると球面収差や像面湾曲の補正が難しくなり、上限を超えると周辺光量の確保が困難となると同時に小型化ができなくなる。
Here, in addition to the conditional expression (1), the air gap formed by the first lens group and the second lens group also contributes to the miniaturization and the peripheral light amount. If this air gap is da,
0.05 <da / F <0.5 (4)
Is desirable. If the lower limit is not reached under this condition, it becomes difficult to correct spherical aberration and curvature of field, and if the upper limit is exceeded, it becomes difficult to ensure the amount of peripheral light and at the same time miniaturization cannot be achieved.
条件式(2)は、球面収差を良好に保つためと、像面の湾曲を安定に保つためのもので、下限を下回ると球面収差をはじめコマ収差などの補正が困難となり、上限を上回ると像面湾曲が安定に保てなくなる。 Conditional expression (2) is for keeping the spherical aberration well and keeping the curvature of the image surface stable. When the lower limit is exceeded, correction of spherical aberration and coma becomes difficult, and when the upper limit is exceeded. The field curvature cannot be kept stable.
条件式(3)は、軸上および軸外の色消しを行うための条件であり、上限を上回ると色収差の補正は容易となるが球面収差や像面湾曲の補正が難しくなる。また、下限を下回ると色収差の補正が困難になる。 Conditional expression (3) is a condition for performing on-axis and off-axis achromaticity. If the upper limit is exceeded, correction of chromatic aberration becomes easy, but correction of spherical aberration and curvature of field becomes difficult. If the lower limit is not reached, correction of chromatic aberration becomes difficult.
さらに、本発明では、第2レンズの物体側のレンズ面が物体側に凹面をむけたものである。すなわち、当該物体側のレンズ面の曲率をR4とすると、
R4/F<0 (5)
である。このようにしてあるので、軸外のコマ収差や像面湾曲およびディストーションの補正を安定に保つことができる。この条件を超えると負のディストーションが増大するので、第3レンズ群の非球面形状が極めて複雑になってしまう。
Furthermore, in the present invention, the lens surface on the object side of the second lens has a concave surface on the object side. That is, if the curvature of the lens surface on the object side is R4,
R4 / F <0 (5)
It is. Thus, the correction of off-axis coma, field curvature, and distortion can be kept stable. If this condition is exceeded, negative distortion increases, and the aspherical shape of the third lens group becomes extremely complicated.
また、前述のように、第3レンズ群のレンズ面に非球面を採用し、少なくとも一つ以上の変曲点を設けることにより、像面湾曲の微調整とディストーションを良好に補正することが可能となると共に、主光線の最大射出角を小さくすることが可能であるが、これに加えて、第2レンズ群の結像面側のレンズ面の曲率をR6としたときに、
0.1<R6/R4<1.0 (6)
とすることが望ましい。この条件の下限を下回ると主光線の最大射出角を小さくすることができるものの、第2レンズ群のパワーが大きくなり負の像面湾曲が発生すると同時にバックフォーカスの確保が難しくなる。逆に、上限を上回ると主光線の最大射出角が大きくなると共に、バックフォーカスが長くなり小型化が困難となる。
In addition, as described above, an aspherical surface is used for the lens surface of the third lens group, and at least one inflection point is provided, so that fine adjustment of the field curvature and distortion can be corrected well. In addition to this, it is possible to reduce the maximum emission angle of the principal ray, but in addition to this, when the curvature of the lens surface on the imaging surface side of the second lens group is R6,
0.1 <R6 / R4 <1.0 (6)
Is desirable. If the lower limit of this condition is not reached, the maximum emission angle of the chief ray can be reduced, but the power of the second lens group increases and negative field curvature occurs, and at the same time, it is difficult to ensure back focus. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the maximum emission angle of the chief ray increases and the back focus becomes longer, making it difficult to reduce the size.
本発明の撮像レンズは3群4枚構成のレンズであり、その第1レンズ群である第1レンズを物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとしてあるので、レンズ光学系の全長を短くできる。また、第2レンズ群の第2レンズと第3レンズを異なる分散とすることにより軸上および軸外の色収差を効果的に補正できる。さらに、広角系のレンズの場合、第2レンズ群の第1レンズ面を物体側に凹面とすることによりディストーションおよびコマ収差などの収差補正が容易になる。 The imaging lens according to the present invention is a lens having four elements in three groups, and the first lens, which is the first lens group, is a meniscus lens having a convex surface facing the object side, so that the total length of the lens optical system can be shortened. Further, by making the second lens and the third lens of the second lens group have different dispersions, the on-axis and off-axis chromatic aberration can be effectively corrected. Further, in the case of a wide-angle lens, the first lens surface of the second lens group is concave on the object side, so that aberrations such as distortion and coma can be easily corrected.
さらにまた、第2レンズ群の第1レンズ面の形状を物体側に凹面を向けたことと、第3レンズ群の非球面形状を活用することにより、主光線の最大射出角を30度以下とすることが可能になる。 Furthermore, by using the first lens surface of the second lens group to be concave toward the object side and the aspherical shape of the third lens group, the maximum emission angle of the chief ray is 30 degrees or less. It becomes possible to do.
加えて、第3レンズ群のレンズ面に非球面を採用したことにより、像面湾曲の微調整とディストーションを良好に補正することが可能となり、同時に、主光線の最大射出角を小さくすることが可能である。 In addition, by adopting an aspherical surface for the third lens group, it is possible to finely adjust the field curvature and correct distortion, and at the same time, reduce the maximum emission angle of the principal ray. Is possible.
よって、本発明によれば、メガオーダの高画素に対応でき、シェーディングを防止できる小型軽量でコンパクトな撮像レンズを実現できる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a compact, lightweight, and compact imaging lens that can cope with high-order pixels and can prevent shading.
以下に、図面を参照にして、本発明を適用した撮像レンズを説明する。 An imaging lens to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
図1は実施例1の撮像レンズを示す構成図である。本例の撮像レンズ10は、物体側より結像面に向かって、第1レンズ群Iの第1レンズ1と、第2レンズ群IIの第2レンズ2および第3レンズ3と、第3レンズ群IIIの第4レンズ4とが、この順に配置されている。第1レンズ1と第2レンズ2の間には絞り5が配置されている。また、第4レンズ4と結像面7との間にはカバーガラス6が配置されている。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating the imaging lens of the first embodiment. The
第1レンズ群の第1レンズ1は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。第2レンズ群は物体側に凹面を向けた正のパワーを有しており、負のパワーを有する第2レンズ2と正のパワーを有する第3レンズ3の組み合わせからなる接合レンズからなる。第3レンズ群の第4レンズ4は負のパワーを有するレンズによって構成されている。
The
本例では、第1レンズ1の両側のレンズ面1a、1bと第4レンズ4の両側のレンズ面4a、4bが共に非球面とされている。また、第4レンズ4の物体側のレンズ面4aには有効径の約32%、結像面側のレンズ面4bには有効径の約40%の所に非球面変曲点を有している。
In this example, the lens surfaces 1a and 1b on both sides of the
撮像レンズ10の全光学系のレンズデータは次の通りである。
Fナンバー:2.8
焦点距離:F=3.55mm
レンズ全長:Σd=3.87mm
The lens data of the entire optical system of the
F number: 2.8
Focal length: F = 3.55mm
Total lens length: Σd = 3.87mm
表1Aには撮像レンズ10の各レンズデータを示し、表1Bには、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。表1Aにおいて、iは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Rはレンズ面の曲率半径を表し、dはレンズ面間の距離を表し、Ndは各レンズ面の屈折率を表し、νdは各レンズのアッベ数を表す。また、番号iに星印が付してあるレンズ面は非球面であることを示す。
Table 1A shows lens data of the
レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をX、光軸に直交する方向の高さをH、円錐係数をk、非球面係数をA、B、C、Dとすると、次式により表すことができる。 The aspherical shape adopted for the lens surface is as follows, assuming that the axis in the optical axis direction is X, the height in the direction orthogonal to the optical axis is H, the conical coefficient is k, and the aspherical coefficients are A, B, C, and D. It can be expressed by a formula.
なお、各記号の意味および非球面形状を表す式は、後述の実施の形態においても同様である。 The meaning of each symbol and the expression representing the aspherical shape are the same in the embodiments described later.
本例の撮像レンズ10では、実施例2の説明の後に掲載する表3に示すように、各条件式(1)〜(3)を満足している。
The
図3は撮像レンズ10における諸収差を示す収差図である。図3(a)は球面収差SAを表し、図3(b)は非点収差ASを表し、図3(c)はディストーションを表す。図3(b)において、Tはタンジェンシャル、Sはサジタルの像面を表している。また、図3(d)は横収差を表し、DYはY瞳座標に関する横方向のY収差であり、DXはX瞳座標に関する横方向のX収差である。これらの記号の意味は、後述の実施例2においても同様である。
FIG. 3 is an aberration diagram showing various aberrations in the
図2は実施例2の撮像レンズを示す構成図である。本例の撮像レンズ20は、物体側より結像面に向かって、第1レンズ群Iの第1レンズ11と、第2レンズ群IIの第2レンズ12および第3レンズ13と、第3レンズ群IIIの第4レンズ14とが、この順に配置されている。第1レンズ11と第2レンズ12の間には絞り15が配置されている。また、第4レンズ14と結像面17との間にはカバーガラス16が配置されている。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the imaging lens of the second embodiment. The
第1レンズ群の第1レンズ11は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである。第2レンズ群は物体側に凹面を向けた正のパワーを有しており、負のパワーを有する第2レンズ12と正のパワーを有する第3レンズ13の組み合わせからなる接合レンズからなる。第3レンズ群の第4レンズ14は負のパワーを有するレンズによって構成されている。
The
本例では、第1レンズ11の両側のレンズ面11a、11bと第4レンズ14の両側のレンズ面14a、14bが共に非球面とされている。また、第4レンズ14の物体側のレンズ面14aには有効径の約32%、決像面側のレンズ面14bには有効径の約40%の所に非球面変曲点を有している。
In this example, the lens surfaces 11a and 11b on both sides of the
撮像レンズ20の全光学系のレンズデータは、次のとおりである。
Fナンバー:2.8
焦点距離:F=3.65mm
レンズ全長:Σd=3.8mm
The lens data of the entire optical system of the
F number: 2.8
Focal length: F = 3.65mm
Total lens length: Σd = 3.8mm
表2Aには撮像レンズ20の各レンズ面のレンズデータを示し、表2Bには非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。図4には、撮像レンズ20における諸収差を示してある。
Table 2A shows lens data of each lens surface of the
本例の撮像レンズ20においても、表3に示すように、各条件式(1)〜(3)を満足している。
Also in the
(その他の実施の形態)
なお、上記の各実施例の撮像レンズでは、第2レンズ群を接合レンズとしているが、分離した2枚のレンズにより構成してもよいことは勿論である。また、第2レンズ群はガラスレンズによって構成されているが、プラスチックレンズを用いても良いことは勿論である。
(Other embodiments)
In the imaging lenses of the above-described embodiments, the second lens group is a cemented lens. However, it is needless to say that the imaging lens may be constituted by two separated lenses. The second lens group is formed of a glass lens, but it is needless to say that a plastic lens may be used.
I 第1レンズ群
II 第2レンズ群
III 第3レンズ群
1、11 第1レンズ
2、12 第2レンズ
3、13 第3レンズ
4、14 第4レンズ
5、15 絞り
6、16 カバーガラス
7、17 結像面
10、20 撮像レンズ
d1、d4、d5、d7 レンズの肉厚
da(d2+d3) 第1レンズ群と第2レンズ群の間の空気間隔
R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8 レンズの光軸上の曲率半径
I First lens group
II Second lens group
III
Claims (6)
前記第1群レンズは物体側に凸面を向けた単一の第1レンズからなり、
前記第2群レンズは、物体側に凹面を向けた凹レンズからなる第2レンズと、凸レンズからなる第3レンズとの組み合わせからなり、
前記第3群レンズは単一の第4レンズからなり、
前記第1、第2、および第3レンズのレンズ面のうち、少なくとも一つのレンズ面が非球面であり、
前記第4レンズのレンズ面は両方のレンズ面が非球面である撮像レンズ。 A first group lens having a positive power, arranged in order from the object side, a second group lens having a positive power, and a third group lens having a negative power;
The first lens group comprises a single first lens with a convex surface facing the object side,
The second group lens is a combination of a second lens made of a concave lens with a concave surface facing the object side and a third lens made of a convex lens,
The third group lens includes a single fourth lens,
Of the lens surfaces of the first, second, and third lenses, at least one lens surface is an aspheric surface,
The lens surface of the fourth lens is an imaging lens in which both lens surfaces are aspherical surfaces.
前記撮像レンズの合成焦点距離をF、前記第1レンズの物体側のレンズ面から前記第4レンズの結像面側のレンズ面までの光軸上の間隔をΣdとしたとき、
0.6<Σd<F<1.2
である撮像レンズ。 In claim 1,
When the combined focal length of the imaging lens is F, and the distance on the optical axis from the object-side lens surface of the first lens to the imaging surface-side lens surface of the fourth lens is Σd,
0.6 <Σd <F <1.2
An imaging lens.
前記第2レンズの屈折率をNd4、前記第3レンズの屈折率をNd5としたとき、
0.8<Nd5/Nd4<1.2
である撮像レンズ。 In claim 1 or 2,
When the refractive index of the second lens is Nd4 and the refractive index of the third lens is Nd5,
0.8 <Nd5 / Nd4 <1.2
An imaging lens.
前記第2レンズのアッベ数をνd4、前記第3レンズのアッベ数をνd5としたとき、
1.4<νd5/νd4<2.5
である撮像レンズ。 In claim 1, 2 or 3,
When the Abbe number of the second lens is νd4 and the Abbe number of the third lens is νd5,
1.4 <νd5 / νd4 <2.5
An imaging lens.
前記第1レンズ群と第2レンズ群の間の空気間隔をdaとしたとき、
0.05<da/F<0.5
である撮像レンズ。 In any one of claims 1 to 4,
When the air gap between the first lens group and the second lens group is da,
0.05 <da / F <0.5
An imaging lens.
前記第2レンズ群の結像面側のレンズ面の曲率をR6としたときに、
0.1<R6/R4<1.0
である撮像レンズ。 In any one of claims 1 to 5,
When the curvature of the lens surface on the imaging surface side of the second lens group is R6,
0.1 <R6 / R4 <1.0
An imaging lens.
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