JP2007133324A - レンズユニット - Google Patents

Abstract

【課題】歪曲収差を含む種々の光学収差が小さく、しかも、像側に位置する撮像素子への入射角を小さくし得る構造、構成を有するレンズユニットを提供する。
【解決手段】本発明のレンズユニットは、物体側から像側に向かって、負の第１レンズ１１、正の第２レンズ１２、及び、正の第３レンズ１３から構成され、第１レンズ１１、第２レンズ１２、及び、第３レンズ１３のいずれも、プラスチック製の非球面レンズから成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズユニットに関する。

従来より、小型撮像素子を備えた撮像装置への組み込みに適したレンズユニットとして、ガラス製の球面レンズから成る負の第１レンズ、プラスチック製の非球面レンズから成る正の第２レンズ、プラスチック製の非球面レンズから成る正の第３レンズから構成されたレンズユニット（以下、従来の第１の構成のレンズユニットと呼ぶ）が周知である。また、物体側から像側に向かって、負の第１レンズ、正の第２レンズ、及び、負の第３レンズから構成され、第１レンズ、第２レンズ、及び、第３レンズのいずれもプラスチック製の非球面レンズから成るレンズユニット（以下、従来の第２の構成のレンズユニットと呼ぶ）が、例えば、特開２００１−２７２５９８から周知である。

特開２００１−２７２５９８

しかしながら、従来の第１の構成のレンズユニットにあっては、負の第１レンズがガラス製の球面レンズから成るが故に、歪曲収差が２０％前後と極めて大きいといった問題を有する。また、従来の第２の構成のレンズユニットにあっては、第３レンズが負のレンズから構成されているので、第３レンズの後方（像側）に位置する小型撮像素子への入射角が大きいといった問題、ゴーストが生じ易いといった問題がある。

従って、本発明の目的は、歪曲収差を含む種々の光学収差が小さく、しかも、像側に位置する撮像素子への入射角を小さくし得る構造、構成を有するレンズユニットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のレンズユニットは、
物体側から像側に向かって、負の第１レンズ、正の第２レンズ、及び、正の第３レンズから構成され、
第１レンズ、第２レンズ、及び、第３レンズのいずれも、プラスチック製の非球面レンズから成ることを特徴とする。

尚、以下の説明において用いる記号等を、以下に定義する。尚、物体側に頂点（光軸との交点）を有する曲面の曲率の値の符号を正とし、像側に頂点（光軸との交点）を有する曲面の曲率の値の符号を負とする。

Ｒ₁ ：第１レンズの物体側の面（第１面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
Ｒ₂ ：第１レンズの像側の面（第２面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
Ｒ₃ ：第２レンズの物体側の面（第３面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
Ｒ₄ ：第２レンズの像側の面（第４面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
Ｒ₅ ：第３レンズの物体側の面（第５面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
Ｒ₆ ：第３レンズの像側の面（第６面）の光軸との交点における曲率（単位：ｍｍ）
ｆ ：全系の焦点距離（単位：ｍｍ）
Ｆ_no：Ｆ値（Ｆナンバー）
ω ：半画角（単位：°）
ｄ ：光軸上におけるレンズ厚さあるいはレンズ間隔（単位：ｍｍ）
ｎ_d ：ｄ線（波長５８５ｎｍ）における屈折率
ν_d ：ｄ線（波長５８５ｎｍ）におけるアッベ数

本発明のレンズユニットにおいては、第１レンズの光軸上の厚さをＴ₁、第１レンズの最外有効径における光軸に沿った厚さをＴ_1eとしたとき、
２≦Ｔ_1e／Ｔ₁≦４ （１）
好ましくは、
２．５≦Ｔ_1e／Ｔ₁≦３．３ （１’）
を満足することが望ましい。Ｔ_1e／Ｔ₁の値が式（１）を満足することで、従来の広角レンズユニットでは困難であった非点収差の補正を適切に行うことができる。ここで、Ｔ₁の値（単位：ｍｍ）として、
０．３（ｍｍ）≦Ｔ₁≦１．２（ｍｍ）
を例示することができる。

また、上記の好ましい構成を含む本発明のレンズユニットにあっては、
０．５（ｍｍ）≦Ｒ₂ （２−１）
好ましくは、
０．５（ｍｍ）≦Ｒ₂≦１００（ｍｍ） （２−１’）
より好ましくは、
０．７（ｍｍ）≦Ｒ₂≦５（ｍｍ） （２−１”）
を満足し、且つ、
０．７（ｍｍ）≦Ｒ₃ （２−２）
好ましくは、
０．７（ｍｍ）≦Ｒ₃≦１００（ｍｍ） （２−２’）
より好ましくは、
０．７（ｍｍ）≦Ｒ₃≦１０（ｍｍ） （２−２”）
を満足し、且つ、
−１．５（ｍｍ）≦Ｒ₆ （２−３）
好ましくは、
−１．５（ｍｍ）≦Ｒ₆≦−１０００（ｍｍ） （２−３’）
より好ましくは、
−１．５（ｍｍ）≦Ｒ₆≦−１０（ｍｍ） （２−３”）
を満足することが望ましい。更には、
３５°≦ω≦６７° （２−４）
好ましくは、
４０°≦ω≦６５° （２−４’）
より好ましくは、
４５°≦ω≦６０° （２−４”）
を満足することが望ましい。尚、本発明のレンズユニットにあっては、上記の式（２−１），（２−１’），（２−１”）のいずれかと、式（２−２），（２−２’），（２−２”）のいずれかと、式（２−３），（２−３’），（２−３”）のいずれかと、式（２−４），（２−４’），（２−４”）のいずれかとの組合せを満足する構成とすることができる。

ここで、式（２−１）は、第１レンズを射出成形法にて成形可能であること、成形する際の製造誤差を小さくすること等の要請に基づいている。また、式（２−２）は、第２レンズを射出成形法にて成形する際の製造誤差を小さくすること、第１レンズにおけるＲ₂の値と大きく隔たりのないこと等の要請に基づいている。更には、式（２−３）は、光学収差を小さくすること、第３レンズの後方（像側）に位置する撮像素子への入射角を一層小さくすること等の要請に基づいている。

以上に説明した好ましい構成を含む本発明のレンズユニットにあっては、レンズユニットの保護のため、第１レンズよりも物体側に、透明なガラス製の保護板を備えていてもよい。また、例えば、第２レンズと第３レンズとの間に絞りを配置することが望ましい。更には、第３レンズよりも像側に、赤外線カットフィルター、ローパスフィルター、保護材等として機能する平行平面板を配置してもよい。

以上に説明した種々の好ましい構成を含む本発明のレンズユニット（以下、本発明と略称する）において、負の第１レンズは、両凹レンズ、平凹レンズ、メニスカス凹レンズのいずれかから構成することができ、正の第２レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができ、正の第３レンズも、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができる。尚、上述した（第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ）の形状における好ましい組合せとして、
（メニスカス凹レンズ，メニスカス凸レンズ，両凸レンズ）
（メニスカス凹レンズ，両凸レンズ，メニスカス凸レンズ）
（メニスカス凹レンズ，メニスカス凸レンズ，両凸レンズ）
（両凹レンズ，メニスカス凸レンズ，両凸レンズ）
（メニスカス凹レンズ，両凸レンズ，メニスカス凸レンズ）
（両凹レンズ，両凸レンズ，メニスカス凸レンズ）
を例示することができる。

また、プラスチックレンズを構成するプラスチックとして、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ハロゲン系樹脂といった熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、尿素樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂といった熱硬化性樹脂を挙げることができる。プラスチックレンズは、材料にも依るが、例えば、射出成形法にて成形することができる。

本発明のレンズユニットは、例えば、携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末，Personal Digital Assistant）、パーソナル・コンピュータ、自動車、ゲーム機器、監視用カメラ等に用いられる小型撮像素子を備えた撮像装置への組み込みに適している。

本発明のレンズユニットにあっては、負の第１レンズをプラスチック製の非球面レンズとすることで、歪曲収差を小さくすることができる。また、第３レンズを正のレンズから構成しているので、第３レンズの後方（像側）に位置する撮像素子への入射角を小さくすることができる。更には、第１レンズの光軸上の厚さＴ₁と第１レンズの最外有効径における光軸に沿った厚さＴ_1eとが所定の関係を満足することで、非点収差の補正を一層適切に行うことができる。そして、光学収差及び歪曲収差が良く補正された、広角のレンズユニットを、３群３枚で、しかも量産性に優れたプラスティックレンズから製造することができるので、高い生産性、低コストを実現できる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。

実施例１は、本発明のレンズユニットに関する。実施例１のレンズユニットの概念図を図１の（Ａ）に示すが、実施例１のレンズユニットは、物体側から像側に向かって、負の（負のパワーを有する）第１レンズ１１、正の（正のパワーを有する）第２レンズ１２、及び、正の（正のパワーを有する）第３レンズ１３から構成されており、第１レンズ１１、第２レンズ１２、及び、第３レンズ１３のいずれも、プラスチック製の非球面レンズから成る、３群３枚構成のレンズユニットである。そして、第２レンズ１２と第３レンズ１３との間に、絞り２０が配置されており、レンズユニットの保護のため、第１レンズ１１よりも物体側に透明なガラス製の保護板３０が備えられ、更には、第３レンズ１３よりも像側に平行平面板３１が配置されている。尚、実施例１における（第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ）の形状の組合せは、（メニスカス凹レンズ，メニスカス凸レンズ，両凸レンズ）である。

非球面は、一般に、以下の式（３）で表すことができる。ここで、光軸からの高さがＹとなる非球面上の座標点の非球面頂点（レンズユニットを構成するレンズの面と光軸との交点）の接平面からの距離をＸ、非球面頂点の曲率(１／ｒ）をｃとする。また、「Ｋ」は、コーニック定数あるいは円錐定数とも呼ばれ、一般に、Ｋ＝０の場合には式（３）は球面を表し、Ｋ＝−１の場合には式（３）は放物面を表し、Ｋ＜−１の場合には式（３）は双曲面を表し、−１＜Ｋ＜０の場合には式（３）は楕円面（楕円を長軸を中心に回転して得られる楕円面）を表し、０＜Ｋの場合には式（３）は楕円面（楕円を短軸を中心に回転して得られる楕円面）を表す。

実施例１のレンズユニットの仕様を、以下の表１に示し、レンズの各面を構成する非球面のパラメータを、以下の表２に示す。ここで、式（３）における係数「Ｅ」の値は、実施例１にあっては０であり、表２において係数「Ｅ」の値の表示は省略している。また、実施例１にあっては、第１レンズ１１及び第３レンズ１３を構成する材料をポリオレフィン系樹脂とし、第２レンズ１２を構成する材料をポリカーボネート系樹脂とした。また、実施例１にあっては、第１レンズ１１の最外有効径における光軸に沿った厚さＴ_1e（即ち、最大有効径上に位置する光路が第１レンズの物体側の面である第１面と交わる点を通る光軸への垂線と光軸との交点から、最大有効径上に位置する光路が第１レンズの像側の面である第２面と交わる点を通る光軸への垂線と光軸との交点までの距離）と、第１レンズの光軸上の厚さＴ₁（ｄに相当する）との比［Ｔ_1e／Ｔ₁］の値は、３．１である。

実施例１のレンズユニットにおける収差図を、図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。ここで、図２の（Ａ）あるいは後述する図３の（Ａ）、図４の（Ａ）は球面収差・色収差を示し、図２の（Ｂ）あるいは後述する図３の（Ｂ）、図４の（Ｂ）は非点収差を示し、図２の（Ｃ）あるいは後述する図３の（Ｃ）、図４の（Ｃ）は歪曲収差を示す。

実施例１にあっては、第１レンズ１１における［Ｔ_1e／Ｔ₁］の値を、非球面の効果により、球面の場合と比較して、３．１と大きくすることができ、しかも、式（２−１）を満足する結果、広角レンズでは困難である非点収差の補正を適切に行うことができる。また、第２レンズ１２は、式（２−２）を満足し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有しているので、光学収差の補正に効果を発揮する。絞り２０を通過した像は第３レンズ１３に至り、第３レンズ１３は式（２−３）を満足しているので、像は、所定のイメージ面に対する入射角に整えられる。そして、係る像をイメージ面で結像することができ、しかも、式（２−４）を満足する広角レンズ（半画角５２．９度）を実現することができる。

比較のために、球面レンズから成る第１レンズを光学ガラスから作製したレンズユニット（比較例１）における収差図を、図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。比較例１のレンズユニットの仕様を、以下の表３に示し、レンズの各面を構成する非球面のパラメータを、以下の表４に示す。尚、比較例１にあっては、第２レンズ１２及び第３レンズ１３を構成する材料は、実施例１と同様とした。

特に、図２の（Ｃ）及び図３の（Ｃ）に示す歪曲収差とを比較すると、実施例１のレンズユニットにあっては歪曲収差が良く補正されていることが判る。

実施例２は、実施例１の変形である。実施例１のレンズユニットの概念図を図１の（Ｂ）に示すが、実施例２における（第１レンズ，第２レンズ，第３レンズ）の形状の組合せは、（メニスカス凹レンズ，両凸レンズ，メニスカス凸レンズ）である。実施例２のレンズユニットの仕様を、以下の表５に示し、レンズの各面を構成する非球面のパラメータを、以下の表６に示す。ここで、式（３）における係数「Ｅ」の値は、実施例２にあっては０であり、表６において係数「Ｅ」の値の表示は省略している。また、実施例２にあっては、第１レンズ１１、第２レンズ１２及び第３レンズ１３を構成する材料をポリオレフィン系樹脂とした。また、実施例２にあっても、第１レンズ１１の最外有効径における光軸に沿った厚さＴ_1eと、第１レンズの光軸上の厚さＴ₁との比［Ｔ_1e／Ｔ₁］の値は、３．１である。

実施例２のレンズユニットにおける収差図を、図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。

実施例２にあっても、第１レンズ１１における［Ｔ_1e／Ｔ₁］の値を、非球面の効果により、球面の場合と比較して、３．１と大きくすることができ、しかも、式（２−１）を満足する結果、広角レンズでは困難である非点収差の補正を適切に行うことができる。また、第２レンズ１２は、式（２−２）を満足し、両凸レンズ形状を有するので、光学収差の補正に効果を発揮する。絞り２０を通過した像は第３レンズ１３に至り、第３レンズ１３は式（２−３）を満足しているので、像は、所定のイメージ面に対する入射角に整えられる。そして、係る像をイメージ面で結像することができ、しかも、式（２−４）を満足する広角レンズ（半画角４４．０度）を実現することができる。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び実施例２のレンズユニットの概念図である。 図２の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１のレンズユニットにおける球面収差・色収差、非点収差、及び、歪曲収差の測定結果を示すグラフである。 図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、比較例１のレンズユニットにおける球面収差・色収差、非点収差、及び、歪曲収差の測定結果を示すグラフである。 図４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例２のレンズユニットにおける球面収差・色収差、非点収差、及び、歪曲収差の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１１・・・第１レンズ、１２・・・第２レンズ、１３・・・第３レンズ、２０・・・絞り、３０・・・保護板、３１・・・平行平面板

Claims (4)

1. 物体側から像側に向かって、負の第１レンズ、正の第２レンズ、及び、正の第３レンズから構成され、
   第１レンズ、第２レンズ、及び、第３レンズのいずれも、プラスチック製の非球面レンズから成ることを特徴とするレンズユニット。
2. 第１レンズの光軸上の厚さをＴ₁、第１レンズの最外有効径における光軸に沿った厚さをＴ_1eとしたとき、
   ２≦Ｔ_1e／Ｔ₁≦４
   を満足することを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
3. 第１レンズの像側の面の光軸との交点における曲率をＲ₂、第２レンズの物体の面の光軸との交点における曲率をＲ₃、第３レンズの像側の面の光軸との交点における曲率をＲ₆、半画角をωとしたとき、
   Ｒ₂≧ ０．５（ｍｍ）
   Ｒ₃≧ ０．７（ｍｍ）
   Ｒ₆≦−１．５（ｍｍ）
   ３５°≦ω≦６７°
   を満足することを特徴とする請求項２に記載のレンズユニット。
4. 第１レンズよりも物体側に、透明なガラス製の保護板を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
   

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