JP2009042333A

JP2009042333A - 撮影レンズ

Info

Publication number: JP2009042333A
Application number: JP2007204942A
Authority: JP
Inventors: Sayuri Noda; さゆり野田
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】２枚構成の撮影レンズにおいて、適切なレンズ材料を選択して最適のパワーを与えて、収差も適切に補正され高い光学性能を有する撮影レンズを提供する。
【解決手段】物体側から、開口絞り１、第１レンズ２、第２レンズ３の順に配置される２枚構成の撮影レンズであって、第１レンズ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２レンズ３は、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、かつ、第１レンズ２及び第２レンズ３は、両面非球面のプラスチックレンズであって、以下の条件式（１）〜（３）を満足する。
０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．９５・・・（１）
−２．０＜ｆ₂／ｆ＜ −１．０・・・（２）
２７．０＜ ν₁−ν₂ ・・・（３）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離、ｆ₂は第２レンズの焦点距離、ν₁は第１レンズのアッベ数、ν₂は第２レンズのアッベ数である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、物体側から、開口絞り、第１レンズ、第２レンズの順に配置される２枚構成の撮影レンズに関し、特に携帯機器小型で高い光学性能を有するものである。

携帯電話等のモバイル機器は低価格化が進み、従来では３枚構成で設計されていた高画素（１００万〜３００万画素）対応の撮影レンズを２枚構成で達成することが要求されている。撮影レンズを２枚構成にした場合の大きな問題は、テレセントリック特性が悪くなってしまうことであった。しかしながら、ＣＣＤやＭＯＳなどの固体撮像素子に使用されるマイクロレンズの開発が進み、テレセントリック特性についても品質的に許容されるようになってきている。

更に、近年は新しいプラスチック材料の開発も進んでおり、従来のプラスチック材料を使用した光学系では達成できなかった光学性能が実現できるようになって来ている。

従来から、小型で高性能な２枚構成の撮影レンズとして、下記特許文献１〜４が知られており、これらは、最も物体側に開口絞りを配置することで射出瞳位置を像面から遠ざけ、テレセントリック特性を良好に確保しようとするものである。

特許文献１では、第１レンズにガラスレンズを使用しているため高価である。また、第２レンズのパワーを弱くしているため、十分な色収差補正ができていない。特許文献２，４は、第１・第２レンズで同じ材料を使用しており、色収差の補正が十分ではなく、高い光学性能を確保することができていない。引用文献３は、第２レンズが物体側に凸の負レンズであるため像側がきつい凹面となり、レンズ周辺部が像側に倒れるような形状となる。従って、フランジバックが確保しにくい形状になる。

特開２００４−１７０４６０号公報特開２００５−１２１６８５号公報特開２００６−１５４５１７号公報特開２００６−１７８０２６号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、２枚構成の撮影レンズにおいて、適切なレンズ材料を選択して最適のパワーを与えて、収差も適切に補正され高い光学性能を有する撮影レンズを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る撮影レンズは、
物体側から、開口絞り、第１レンズ、第２レンズの順に配置される２枚構成の撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、かつ、
第１レンズ及び第２レンズは、両面非球面のプラスチックレンズであって、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．９５・・・（１）
−２．０＜ｆ₂／ｆ＜ −１．０・・・（２）
２７．０＜ ν₁−ν₂ ・・・（３）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離、ｆ₂は第２レンズの焦点距離、ν₁は第１レンズのアッベ数、ν₂は第２レンズのアッベ数である。

かかる撮影レンズは、２枚構成であり、第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２レンズは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。また、これらのレンズは、いずれも両面非球面のプラスチックレンズである。ここで、ｆ₁／ｆが条件式（１）の下限値以下だと、第１レンズの屈折力が大きくなりすぎ、バックフォーカスが短くなる。また、非点収差やコマ収差が悪くなる。ｆ₁／ｆが条件式（１）の上限値以上だと、第１レンズの正の屈折力が弱くなるため光学全長が長くなる。

ｆ₂／ｆが条件式（２）の下限値以下だと、第２レンズの屈折力が小さくなりすぎ、倍率色収差の補正が困難となるため周辺性能が悪くなる。ｆ₂／ｆが条件式（２）の上限値以上だと、第２レンズの負の屈折力が大きくなりすぎる。従って、色収差のバランスを取るためには、第１レンズの正の屈折力も強くしなければならず、偏芯による製造誤差が大きくなる。ν₁−ν₂が条件式（３）の下限値以下であれば、色収差の補正が不十分であり高画素の固体撮像素子に対応することができない。そこで、上記のような条件式（１）（２）（３）を満足することで、後述の各実施例からも分かるように、収差も適切に補正され高い光学性能を有する撮影レンズを提供することができる。

本発明において、下記の条件式（４）を更に満足することが好ましい。

０．８５＜ＴＬ／ｆ＜１．１５・・・（４）
ただし、ＴＬは第１レンズの物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）である。なお、平行平面ガラスとは、光学ローパスフィルターやカバーガラスなどを指している。

ＴＬ／ｆが条件式（４）の下限値以下だと、光学系が小さくなり製造困難なレンズ形状や厚みになる。また、テレセントリック特性も許容できなくなる。ＴＬ／ｆが条件式（４）の上限値以上だと、光学系が大きくなりすぎ、小型化の達成が困難になる。

本発明において、下記の条件式（５）を更に満足することが好ましい。
０．１８＜ｄ₂／ｆ＜０．３２・・・（５）
ただし、ｄ₂は第１レンズと第２レンズの間隔である。

ｄ₂／ｆが条件式（５）の下限値以下だと、正屈折力を有する第１レンズと負屈折力を有する第２レンズの間隔が狭くなりすぎ、軸外性能のバランスが悪くなる。その結果、諸収差を良好に補正できなくなる。ｄ₂／ｆが条件式（５）の上限値以上だと、第１レンズと第２レンズの間隔が広くなるため、第２レンズの径が大きくなり、小型化を損ねてしまう。また、コマフレアも大きくなる。

本発明において、下記の条件式（６）を更に満足することが好ましい。
−３．６５＜（ｒ₁＋ｒ₂）／（ｒ₁−ｒ₂）＜ −１．５０・・・（６）
ただし、ｒ₁は第１レンズの物体側曲率半径、ｒ₂は第１レンズの像側曲率半径である。

（ｒ₁＋ｒ₂）／（ｒ₁−ｒ₂）が条件式（６）の下限値以下だと、バックフォーカスは確保できるが、球面収差が大きくなる。（ｒ₁＋ｒ₂）／（ｒ₁−ｒ₂）が条件式（６）の上限値以上だと、バックフォーカスが短くなってしまう。

本発明において、下記の条件式（７）を更に満足することが好ましい。
−１．３＜ｒ₃／ｆ＜ −０．５・・・（７）
ただし、ｒ₃は第２レンズの物体側曲率半径である
ｒ₃／ｆが条件式（７）の下限値以下だと、第２レンズ周辺部のサグ量変化が大きくなり、レンズの成型が困難になる。ｒ₃／ｆが条件式（７）の上限値以上だと、第２レンズの負の屈折力が強くなり、レンズ全長が長くなってしまう。

本発明に係る２枚構成の撮影レンズの好適な実施例を図面を用いて説明する。図１〜図９に、実施例１から実施例９までのレンズ構成図（図１Ａ〜図９Ａ）と、収差図（図１Ｂ〜図９Ｂ）を示す。収差図は、球面収差（単位ｍｍ）、非点収差（単位ｍｍ）、歪曲収差（単位％）を夫々示している。本発明に係る撮影レンズは、固体撮像素子を有する携帯電話等の携帯機器に内蔵される光学系として特に好適な構成を備えているものである。

＜レンズ構成図について＞
図１Ａ〜図９Ａは、各実施例における光学系の配置を示す。各実施例において、撮影レンズは、光軸に沿って物体側から順に、開口絞り１、第１レンズ２、第２レンズ３、平行平面ガラス４、撮像面５が配置される。平行平面ガラス４は、赤外光をカットすると共に、撮像面５二配置される固体撮像素子（ＣＣＤやＭＯＳ）を保護するものである。

第１レンズ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第２レンズは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズである。また、第１レンズ２と第２レンズ３は、いずれも両面が非球面のプラスチックレンズである。

各収差図における非点収差を示すグラフにおいて、Ｓはサジタル像面での収差を示し、Ｔはメリジオナル像面での収差を示している。なお、いずれの収差図もｄ線についてのデータである。これらの収差図からも分かるように、実用的に問題のないレベルまで収差が補正されていることが分かる。

＜レンズ諸元について＞
まず、実施例１について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝４．００ｍｍ
Fナンバー＝３．２１
画角２ω＝５９．１°
次に、表１Ａにより、物体側から順に面の番号を付して、曲率半径ｒ（近軸上における曲率半径：ｍｍ）、面間隔ｄ（ｍｍ）、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを示す。表において、１，２・・・６とあるのは、物体側から順に面の番号を示している。第５面と第６面は、平行平面ガラスなので、いずれもｒ＝∞となっている。これらの点は、他の実施例も同じである。

また、表１Ｂに、非球面係数を示す。いずれの実施例においても、すべてのレンズ面は非球面に形成されている。非球面形状は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを非球面係数として、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位Ｘを、面頂点を基準として表わすと
Ｘ＝（１／Ｒ）Ｈ^２／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋ＡＨ^４＋ＢＨ^６＋ＣＨ^８＋ＤＨ^１０＋ＥＨ^１２
となる。Ｒは近軸曲率半径、Ｋはコニカル係数である。非球面係数のＥ−０３などの表記は１０^−３を意味する。これらの点は、他の実施例も同じである。

＜実施例２＞
実施例２について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝４．６２ｍｍ
Fナンバー＝２．９２
画角２ω＝５６．０°
表２Ａにレンズ諸元、表２Ｂに非球面を示す。

＜実施例３＞
実施例３について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝３．１４ｍｍ
Fナンバー＝３．２２
画角２ω＝５８．１°
表３Ａにレンズ諸元、表３Ｂに非球面を示す。

＜実施例４＞
実施例４について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝４．００ｍｍ
Fナンバー＝３．２１
画角２ω＝５８．９°
表４Ａにレンズ諸元、表４Ｂに非球面を示す。

＜実施例５＞
実施例５について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝３．８０ｍｍ
Fナンバー＝３．０５
画角２ω＝６１．６°
表５Ａにレンズ諸元、表５Ｂに非球面を示す。

＜実施例６＞
実施例６について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝３．１９ｍｍ
Fナンバー＝２．９４
画角２ω＝５７．１°
表６Ａにレンズ諸元、表６Ｂに非球面を示す。

＜実施例７＞
実施例７について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝４．６０ｍｍ
Fナンバー＝２．９２
画角２ω＝５６．５°
表７Ａにレンズ諸元、表７Ｂに非球面を示す。

＜実施例８＞
実施例８について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝３．１３ｍｍ
Fナンバー＝３．２１
画角２ω＝５７．８°
表８Ａにレンズ諸元、表８Ｂに非球面を示す。

＜実施例９＞
実施例９について説明する。

全系の焦点距離ｆ＝３．０８ｍｍ
Fナンバー＝２．９５
画角２ω＝６１．５°
表９Ａにレンズ諸元、表９Ｂに非球面を示す。

本発明に係る撮影レンズは、第１レンズ２と第２レンズ３の２枚構成である。

ｆをレンズ全系の焦点距離、ｆ₁を第１レンズ２の焦点距離、ｆ₂を第２レンズ３の焦点距離、ν₁を第１レンズ２のアッベ数、ν₂を第２レンズ３のアッベ数とした時に、
０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．９５・・・（１）
−２．０＜ｆ₂／ｆ＜ −１．０・・・（２）
２７．０＜ ν₁−ν₂ ・・・（３）
の条件式を満足することが好ましい。

ｆ₁／ｆが条件式（１）の下限値以下だと、第２レンズ３の屈折力が大きくなりすぎ、バックフォーカスが短くなる。また、非点収差やコマ収差が悪くなる。ｆ₁／ｆが条件式（１）の上限値以上だと、第１レンズ２の正の屈折力が弱くなるため光学全長が長くなる。ｆ₂／ｆが条件式（２）の下限値以下だと、第２レンズ３の屈折力が小さくなりすぎ、倍率色収差の補正が困難となるため周辺性能が悪くなる。ｆ₂／ｆが条件式（２）の上限値以上だと、第２レンズ３の負の屈折力が大きくなりすぎる。従って、色収差のバランスを取るためには、第１レンズ２の正の屈折力も強くしなければならず、偏芯による製造誤差が大きくなる。ν₁−ν₂が条件式（３）の下限値以下であれば、色収差の補正が不十分であり高画素の固体撮像素子に対応することができない。

本発明において、ＴＬを第１レンズ２の物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）とした時、
０．８５＜ＴＬ／ｆ＜１．１５・・・（４）
の条件式を満足することが好ましい。

本発明において、ｄ₂を第１レンズと第２レンズの間隔とした時に、
０．１８＜ｄ₂／ｆ＜０．３２・・・（５）
の条件式を満足することが好ましい。

ｄ₂／ｆが条件式（５）の下限値以下だと、正屈折力を有する第１レンズ２と負屈折力を有する第２レンズ３の間隔が狭くなりすぎ、軸外性能のバランスが悪くなる。その結果、諸収差を良好に補正できなくなる。ｄ₂／ｆが条件式（５）の上限値以上だと、第１レンズ２と第２レンズ３の間隔が広くなるため、第２レンズ３の径が大きくなり、小型化を損ねてしまう。また、コマフレアも大きくなる。

本発明において、ｒ₁を第１レンズの物体側曲率半径、ｒ₂を第１レンズの像側曲率半径とした時に、
−３．６５＜（ｒ₁＋ｒ₂）／（ｒ₁−ｒ₂）＜ −１．５０・・・（６）
の条件式を満足することが好ましい。

本発明において、ｒ₃を第２レンズ３の物体側曲率半径とした時、
−１．３＜ｒ₃／ｆ＜ −０．５・・・（７）
の条件式を満足することが好ましい。

ｒ₃／ｆが条件式（７）の下限値以下だと、第２レンズ３の周辺部のサグ量変化が大きくなり、レンズの成型が困難になる。ｒ₃／ｆが条件式（７）の上限値以上だと、第２レンズ３の負の屈折力が強くなり、レンズ全長が長くなってしまう。

以上の点を条件式に係るパラメータと共に表１０，１１に示す。なお、表１０，１１においてαは、撮像素子への最大入射角を示す。

本発明に係る撮影レンズはプラスチックレンズにより成型される。その具体的な例をあげると、屈折率ｎｄ＝１．６３２の第２レンズ３は、フォルオレン系ポリエステルを使用することができる。屈折率ｎｄ＝１．７１の第２レンズ３は、例えば、商品名ルミプラス（三菱ガス化学株式会社製）を使用することができる。ただし、本発明はかかるプラスチック材料に限定されるものではない。

以上のように、２枚構成の撮影レンズにおいて、適切なプラスチックレンズ材料を選択して最適のパワーを与えて、収差も適切に補正され高い光学性能を有する撮影レンズを提供することができた。

実施例１のレンズ構成を示す図実施例１の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例２のレンズ構成を示す図実施例２の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例３のレンズ構成を示す図実施例３の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例４のレンズ構成を示す図実施例４の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例５のレンズ構成を示す図実施例５の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例６のレンズ構成を示す図実施例６の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例７のレンズ構成を示す図実施例７の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例８のレンズ構成を示す図実施例８の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図実施例９のレンズ構成を示す図実施例９の球面収差・非点収差・歪曲収差を示す図

符号の説明

１開口絞り
２第１レンズ
３第２レンズ
４平行平面ガラス
５撮像面

Claims

物体側から、開口絞り、第１レンズ、第２レンズの順に配置される２枚構成の撮影レンズであって、
第１レンズは、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、
第２レンズは、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、かつ、
第１レンズ及び第２レンズは、両面非球面のプラスチックレンズであって、以下の条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする撮影レンズ。
０．５５＜ｆ₁／ｆ＜０．９５・・・（１）
−２．０＜ｆ₂／ｆ＜ −１．０・・・（２）
２７．０＜ ν₁−ν₂ ・・・（３）
ただし、ｆはレンズ全系の焦点距離、ｆ₁は第１レンズの焦点距離、ｆ₂は第２レンズの焦点距離、ν₁は第１レンズのアッベ数、ν₂は第２レンズのアッベ数である。
下記の条件式（４）を更に満足することを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズ。
０．８５＜ＴＬ／ｆ＜１．１５・・・（４）
ただし、ＴＬは第１レンズの物体側面から像面までの距離（平行平面ガラス部分は空気換算距離とする）である。
下記の条件式（５）を更に満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影レンズ。
０．１８＜ｄ₂／ｆ＜０．３２・・・（５）
ただし、ｄ₂は第１レンズと第２レンズの間隔である。
下記の条件式（６）を更に満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
−３．６５＜（ｒ₁＋ｒ₂）／（ｒ₁−ｒ₂）＜ −１．５０・・・（６）
ただし、ｒ₁は第１レンズの物体側曲率半径、ｒ₂は第１レンズの像側曲率半径である。
下記の条件式（７）を更に満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
−１．３＜ｒ₃／ｆ＜ −０．５・・・（７）
ただし、ｒ₃は第２レンズの物体側曲率半径である。