JP2009222950A

JP2009222950A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2009222950A
Application number: JP2008066908A
Authority: JP
Inventors: Jiawen Zhu; 嘉▲ぶん▼ 朱
Original assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Current assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Priority date: 2008-03-16
Filing date: 2008-03-16
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】収差が小さく、安価な撮像レンズ。
【解決手段】光軸に沿って物体側から像側へ順に、凸面が物体側に面する正新月型の非球面第１透過レンズＬ１と、開口絞りと、凸面が像側に面する負新月型非球面第２透過レンズＬ２と、透過レンズ中心が光軸上に位置し、透過レンズ中心の凸面が物体側に面し、凹面が像側に面し、且つ透過レンズ中心から透過レンズ辺縁までに正屈折度が反曲点を経過して負屈折度に変わる正非球面第３透過レンズＬ３とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズに関し、携帯電話機のレンズまたはCCDまたはCMOS等のイメージセンサ用のレンズとして高性能で、全長が小さく、低コストである3つのレンズ片撮像レンズを提供する撮像レンズに関する。

科学技術の進歩に従い、電子製品は、絶え間なく軽薄短小及び多機能の方向に発展し、電位製品中、例えば、デジタルカメラ、ＰＣカメラ、インターネットカメラ、携帯電話機、ＰＤＡ等は、既に撮像レンズを具備しており、該撮像レンズは、良好な結像品質が要求されるのみではなく、体積が小さく、低コストであり、その応用性を効率的に向上できることも要求され、特に携帯電話への応用は、上記要求がより重要である。

現在の撮像レンズは、既に非球面プラスチック透過レンズまたは鋳造ガラス透過レンズを使用し、好適な結像品質を獲得しており、そのうち、3つのレンズ片から構成される撮像レンズとして、US2007/0091457 、US6,515,809、US7,262,925、US2007/0195432、US2005/0128334，JP 2007-121820、JP2005-352317、JP 2004-163786、JP 2007-094113、JP 2005-338234 JP 2007-047513、JP 2006-098976等の複数件の撮像レンズ特許がある。上記各件特許出願発明の相違点は、概ね以下の幾つかの要件に集約される。3つのレンズの形状が異なり、例えば、3つのレンズが何れも新月型またはそのうちの第３透過レンズが平凹型または平凸型である。或いは、3つのレンズの間の各凸面/凹面の設置方向が異なり、例えば、各透過レンズの凸面/凹面が物体側または像側に面する等がある。或いは、3つのレンズの屈折力が異なり、例えば、順に、正、負、正または正、正、負等がある。或いは、3つのレンズ片の相関光学データが満足する条件が異なり、例えば、JP3717488が示すようである。このことから分かるように、各撮像レンズの間において、上記の要素の違いによって、異なる設計となっている。

近年、撮像レンズが小型カメラ、携帯電話機、PDA等の製品上に応用されており小型化、短い焦点距離、像の誤差調整が良好であることが要求されるので、各３つのレンズの撮像レンズの設計中、正（屈折力）第１透過レンズ、負第２透過レンズ、及び反曲点で正負屈折力が変化する第３レンズ片を有し、小型化の要求を達成することができるものとして、例えば、US7,145,736、US2007/0070527、US2007/0091468、US2007/0070510、US2007/0146903、US2006/0061882、US2004/0190162、US2005/0270665、US2006/0152824，JP2005-345713、JP2005-189735、JP2006-098976、WO2006077663、WO2007039980、JP2006-047858、JP2006-178328，（台湾） TW255361、TW200639432、CN1670560、CN1873460等がある。本発明は、寸法の縮小並びに良好な像収差補正を有し、携帯電話機に応用するように、より実用な設計を提示する。
特開２００７−２４９２３９号公報

本発明は、光軸に沿って物体側から像側へ順に、凸面が物体側に面する正新月型の非球面第１透過レンズと、開口絞りと、凸面が像側に面する負新月型非球面第２透過レンズと、透過レンズ中心が光軸上に位置し、透過レンズ中心の凸面が物体側に面し、凹面が像側に面し、且つ透過レンズ中心から透過レンズ辺縁までに正屈折度が反曲点を経過して負屈折度に変わる正非球面第３透過レンズと、からなり、且つ以下の条件：

を満足する撮像レンズを提供することを目的とする。

ここで、ｆは、本撮像レンズ系統の有効焦点距離であり、f₁、f₂がそれぞれ、第１、第２透過レンズの有効焦点距離であり、d₃は、第１透過レンズの像側面から第２透過レンズの物体側面までの距離であり、R₂₁、R₂₂は、それぞれ第２透過レンズの物体側面及び像側面の曲率半径であり、H₊は、第３透過レンズの反曲点から光軸に垂直になる交点までの長さ（即ち、反曲点から光軸までの垂直距離である）であり、H_tは、第３透過レンズの最大光学有効点から光軸に垂直になる交点までの長さ（即ち、最大光額有効点から光軸までの垂直距離である）であり、Ν_d1、Ν_d2、Ν_d3は、それぞれ、第１、第２、第３透過レンズの屈折率であり、ν_d1、ν_d2、ν_d3は、それぞれ第１、第２、第３透過レンズのアッベ数である。

本発明は、光軸に沿って物体側から像側へ順に、凸面が物体側に面する正新月型の非球面第１透過レンズと、開口絞りと、凸面が像側に面する負新月型非球面第２透過レンズと、透過レンズ中心が光軸上に位置し、透過レンズ中心の凸面が物体側に面し、凹面が像側に面し、且つ透過レンズ中心から透過レンズ辺縁までに正屈折度が反曲点を経過して負屈折度に変わる正非球面第３透過レンズと、から構成され、且つ以下の条件：

を満足する撮像レンズを提供する。
ここで、ｆは、本撮像レンズ系統の有効焦点距離であり、f₁、f₂がそれぞれ、第１、第２透過レンズの有効焦点距離であり、d₃は、第１透過レンズの像側面から第２透過レンズの物体側面までの距離であり、R₂₁、R₂₂は、それぞれ第２透過レンズの物体側面及び像側面の曲率半径であり、H₊は、第３透過レンズの反曲点から光軸に垂直になる交点までの長さ（即ち、反曲点から光軸までの垂直距離である）であり、H_tは、第３透過レンズの最大光学有効点から光軸に垂直になる交点までの長さ（即ち、最大光額有効点から光軸までの垂直距離である）であり、Ν_d1、Ν_d2、Ν_d3は、それぞれ、第１、第２、第３透過レンズの屈折率であり、ν_d1、ν_d2、ν_d3は、それぞれ第１、第２、第３透過レンズのアッベ数である。

本発明は、効果的に像の収差を補正でき、撮像レンズに高解析度を持たせ、レンズの長さを効率的に縮小し、小型化、低コスト、応用性の向上の効果を達成する。

図１を参照すると、本発明は、３つのレンズ片から構成される光学撮像レンズであり、光軸Ｚに沿って物体側から像側まで配列され、順に、第１透過レンズＬ１、開口絞り１３、第２透過レンズＬ２、第３透過レンズＬ３、赤外線フィルタ４及びイメージセンサ５を含み、撮像時、物体の光線は、第１透過レンズＬ１、第２透過レンズＬ２、第３透過レンズＬ３を順に経過した後、赤外線フィルタ４を経過してイメージセンサ５上に結像する。

該第１透過レンズＬ１は、正屈折力を有し、新月型非球面透過レンズであり、屈折率
Ν_d1が１．５より大きく、アッベ数ν_d1が５５より大きいガラスまたはプラスチック材質を利用して製成され、且つその物体側面（面が物体側に向く）１１は、凸面であり、像側面（面が像側に向く）１２は、凹面であり、その物体側面（凸面）１１及び像側面（凹面）１２の少なくとも１面は、非球面または両面がいずれも非球面である。

該第２透過レンズＬ２は、負屈折力を有し、新月型非球面透過レンズであり、屈折率
Ν_d2とアッベ数ν_d2の積が２９．５より大きい、または屈折率Ν_d2が１．５６より大きく、アッベ数ν_d2が１９より大きいガラスまたはプラスチック材質を利用して製成され、且つその物体側面（面が物体側に向く）２１は、凹面であり、像側面（面が像側に向く）２２は、凸面であり、その凸面２１及び凹面２２の少なくとも１面は、非球面または両面がいずれも非球面である。

該第３透過レンズＬ３は、正屈折力または負屈折力を有する非球面透過レンズであり、屈折率Ν_d3が１．４より大きく、アッベ数ν_d3が４２より大きいガラスまたはプラスチック材質により形成され、その透過レンズ中心の凸面が物体側に面し（即ち、物体側３１の中心が凸面である）、凹面が像側に面し（即ち、像側面３２の中心が凹面である）、且つ透過レンズ中心から透過レンズ辺縁までが正の屈折力であり、反曲点を経過し負屈折力に変化し、その断面（図１参照）が中央下に凹み、両辺が突出するＭ字型を形成し、即ち、波浪状像側面３２と物体側面３１上にその透過レンズ中心（中央区）の凹面（または凸面）が外向きに徐々に曲率を変化させ、レンズ辺縁（外周区）が凸面（または凹面）に変化し、凹凸弧面が変化する間に反曲点を形成する。任意の切断線が反曲点を経過し、光軸と垂直に交錯し、反曲点から光軸までの距離が正屈折力範囲の透過レンズの高さであり、H₊と記載し、即ち、第３透過レンズＬ３の反曲点から光軸Ｚまでの垂直距離である。第３透過レンズの最大光学有効店からその光軸Ｚに垂直な交点までの長さをH_tと記載し、即ち、第３透過レンズの最大光学有効点から光軸Ｚまでの垂直距離である。H₊とH_tの比は、正屈折力が負屈折力に変換される範囲の大きさであり、良好な結像効果を得るためには、正屈折力の範囲は、５０％より大きいことが好ましく、即ち、式（５）の条件を満足することである。

該イメージセンサ５は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳを含む。

該開口絞り１３は、中間口径に属し、それは、第１透過レンズＬ１と第２透過レンズＬ２の間に図１のように設置される。また、該開口絞り１３は、第１透過レンズＬ１の像側面（凹面）１２上に設ける。

本発明の撮像レンズは、下記の式（１）〜式（４）を満足する：

これにより、レンズの全長を効率的に縮小し、撮像レンズの応用性を向上させる。

また、設計の自由度を増大させるため、更に、第１，２，３透過レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３に対して設計を加え、各透過レンズを単一光学面を非球面とするか、または両面光学面が何れも非球面とする。その非球面の方程式（Aspherical Surface Formula）は式（11）である：

そのうち、Cが曲率であり、Hがレンズ片の高さであり、Kが円錐係数（Conic Constant）であり、A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄がそれぞれ4、6、8、10、12、14階層の非球面係数（Nth Order Aspherical Coefficient）である。

第１透過レンズＬ１、第２透過レンズＬ２または第３透過レンズＬ３の材質は、撮像レンズの基本構成であり、それぞれプラスチックまたはガラスから形成され、その組み合わせ方式は、第１、第３透過レンズＬ１，Ｌ３がガラス材質から形成され、第２透過レンズＬ２がプラスチック材質から形成されるか、または第１透過レンズＬ１がガラス材質から形成され、第２、第３透過レンズがプラスチック材質から形成されるか、第１、第２、第３透過レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３がいずれもガラス材質から形成されるか、第１、第３透過レンズＬ１，Ｌ３がプラスチック材質から形成され、第２透過レンズＬ２がガラス材質から形成されるか、第１、第２透過レンズＬ１，Ｌ２がプラスチック材質から形成され、第３透過レンズＬ３がガラス材質から形成されるか、第１、第２、第３透過レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３が何れもプラスチック材質から形成されるかであるが、実用目的を満足するものであればよく、各透過レンズの屈折率とアッベ数は、各透過レンズの機能設計に従い、それぞれ式（６）〜式（１０）の条件を満足する。

上記構造によって、像の収差を効果的に修正し、主光線角度を低減し、本発明の撮像レンズに高解析度を持たせ、レンズの長さを効率的に縮小し、ガラスを透過レンズの材質として使用する場合、非球面ガラス透過レンズの加工技術を使用し形成でき、レンズ面の加工難易度を減少し、撮像レンズが小さな体積且つ低コストであり、撮像レンズの応用性を向上させることができる。

本発明の好適な実施例をそれぞれ以下に説明する：
＜第１実施例＞

図１〜図３と表１を参照すると、それぞれ物体側から像側まで番号順に配列された光学面番号（surface number）、光軸上の光学面の曲率半径（單位：mm）（the radius of curvature ）、光軸上の各面間の距離d（單位：mm）（the on-axis surface spacing）、各透過レンズの屈折率Ν_d、各透過レンズのアッベ数(Abbe's number)ν_dである。

表１中、光学面 (Surf)のマーク＊を有するものが非球面光学面であり、Surf 2、Surf STOPは、それぞれ第１透過レンズＬ１の物体側面１１と像側面１２の光学面を示し、Surf 4、Surf 5は、それぞれ第２透過レンズＬ２の物体側面２１と像側面２２の光学面を示し、Surf 6、Surf 7それぞれ第３透過レンズＬ３の物体側面３１と像側面３２の光学面を示す。また、Fnoが本実施例の撮像レンズのＦ値 (f number)であり、fは、撮像レンズの焦点距離であり、FOVは、撮像レンズの視野角である。

下記の表２は、各光学面を有する非球面式（１１）の各項の係数である：

本実施例中、第１透過レンズＬ１は、屈折率Ν_d1が1.59、アッベ数ν_d1が62.67であるガラス材質により形成される。第２透過レンズＬ２は、屈折率Ν_d2が1.65であり、アッベ数ν_d2が25.95であるプラスチック材質により形成される。第３透過レンズＬ３は、屈折率Ν_d3が1.53であり、アッベ数ν_d3 が43.93であるガラス材質により形成される。赤外線フィルタ４は、BSC7ガラス材質により形成される。

本実施例の系統は、有効焦点距離fが3.957 mmであり、第１透過レンズＬ１の焦点距離f₁が2.44mmであり、第２透過レンズＬ２の焦点距離f₂が-6.31mmであり、第１透過レンズＬ１の像側面１２から第２透過レンズＬ２の物体側面までの距離d₃が0.3332mmであり、第２透過レンズＬ２の光学面曲率半径がそれぞれ-0.6564、-0.8782mmである。即ち、

条件式（１）〜式（５）を満足する。

上記の表１、表２及び図１〜図３から分かるように、第１実施例の撮像レンズのレンズ全長は4.02mmであるので、本発明の撮像レンズが像の修正を効率的に修正でき、撮像レンズに高解析度を持たせ、レンズの長さを効率的に縮小し、本発明を体積が小さく、低コストにし、本発明の応用性を向上させることができることが明らかである。
＜第２実施例＞

図４〜図６及び表３、表４を参照し、そのうち、各符号が表す意味は、第１実施例と同一である。

本実施例中、第１透過レンズＬ１は、屈折率Ν_d1が1.59、アッベ数ν_d1が57.00であるガラス材質により形成される。第２透過レンズＬ２は、屈折率Ν_d2が1.699であり、アッベ数ν_d2が19.756であるガラス材質により形成される。第３透過レンズＬ３は、屈折率Ν_d3が1.522であり、アッベ数ν_d3 が66.935であるガラス材質により形成される。赤外線フィルタ４は、BSC7ガラス材質により形成される。

本実施例の系統は、有効焦点距離fが3.793 mmであり、第１透過レンズＬ１の焦点距離f₁が2.86mmであり、第２透過レンズＬ２の焦点距離f₂が-10.83mmであり、第１透過レンズＬ１の像側面１２から第２透過レンズＬ２の物体側面までの距離d₃が0.410mm であり、第２透過レンズＬ２の光学面曲率半径がそれぞれ-0.8048、-1.0733mmである。即ち、

条件式（１）〜式（５）を満足することができる。第２実施例の撮像レンズのレンズ全長は4.79mmである。
＜第３実施例＞

図７〜図９及び表５、表６を参照し、そのうち、各符号が表す意味は、第１実施例と同一である。

本実施例中、第１透過レンズＬ１は、屈折率Ν_d1が1.586、アッベ数ν_d1が62.338であるガラス材質により形成される。第２透過レンズＬ２は、屈折率Ν_d2が1.573であり、アッベ数ν_d2が22.787であるプラスチック材質により形成される。第３透過レンズＬ３は、屈折率Ν_d3が1.421であり、アッベ数ν_d3 が79.792であるプラスチック材質により形成される。赤外線フィルタ４は、BSC7ガラス材質により形成される。

本実施例の系統は、有効焦点距離fが4.308mmであり、第１透過レンズＬ１の焦点距離f₁が3.05mmであり、第２透過レンズＬ２の焦点距離f₂が-9.65mmであり、第１透過レンズＬ１の像側面１２から第２透過レンズＬ２の物体側面までの距離d₃が0.483mm であり、第２透過レンズＬ２の光学面曲率半径がそれぞれ-0.8028、-1.0755mmである。即ち、

条件式（１）〜式（５）を満足することができる。第２実施例の撮像レンズのレンズ全長は4.83mmである。

図２,図５,図８は、結像の像面歪曲図であり、そのうち、二本がそれぞれ輻射方向（Ｓ）と接線方向（Ｔ）を示し、像の高さ（最大像の高さは１．０とし、且つ縦座標で表示）に従い変化し、変化の誤差量に対応する（横座標）。像の辺縁の誤差量は小さく、これは像の辺縁が低い誤差量を有することを保証し、また、像の辺縁が小さい像面湾曲を保持することを説明している。

図３、図６、図９は、結像を示す歪曲図であり、歪曲量（横座標）が像の高さ（１．０に設定）の変化に従って変化し、像全体の高さの歪曲量が一般の要求より低くなり、これは、本レンズ片系統からなる像が小さい歪曲を有していることを説明している。

本発明の第１実施例の光学構造説明図である。図１の実施例の結像の像面湾曲（field curvature）図である。図１の実施例の結像の歪曲（distortion）図である。本発明の第２実施例の光学構造説明図である。図４の実施例の結像の像面湾曲図である。図４の実施例の結像の歪曲図である。本発明の第３実施例の光学構造説明図である。図７の実施例の結像の像面湾曲図である。図７の実施例の結像の歪曲図である。

符号の説明

Ｌ１第１透過レンズ
１１物体側面
１２像側面
１３開口絞り
Ｌ２第２透過レンズ
２１物体側面
２２像側面
Ｌ３第３透過レンズ
３１物体側面
３２像側面
４赤外線フィルタ
５イメージセンサ

Claims

光軸に沿って物体側から像側へ順に、
正の屈折力を有し、新月型の非球面レンズであって、凸面が物体側に面し、凹面が像側に面する第１透過レンズと、
開口絞りと、
負の屈折力を有し、新月型の非球面レンズであって、凸面が像側に面し、凹面が物体側に面する第２透過レンズと、
正の屈折力を有する非球面透過レンズであって、その透過レンズ中心が光軸上に位置し、透過レンズ中心の凸面が物体側に面し、凹面が像側に面し、且つ透過レンズ中心から透過レンズ辺縁までに正屈折度が反曲点を経過して負屈折度に変わる第３透過レンズと、
から構成され、且つ以下の条件：

を満足し、ここで、ｆは、本撮像レンズ系統の有効焦点距離であり、f₁、f₂がそれぞれ、第１、第２透過レンズの有効焦点距離であり、d₃は、第１透過レンズの像側面から第２透過レンズの物体側面までの距離であり、R₂₁、R₂₂は、それぞれ第２透過レンズの物体側面及び像側面の曲率半径である撮像レンズ。
前記新月型第１透過レンズの凸面と凹面の少なくとも１つが非球面である請求項１記載の撮像レンズ。
前記新月型第２透過レンズの凸面と凹面の少なくとも１つが非球面である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第３透過レンズの物体側面と像側面が非球面である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第３透過レンズの反曲点位置が以下の条件：

を満足し、そのうち、H₊は、第３透過レンズの反曲点から光軸までの垂直距離であり、H_tは、第３透過レンズの最大光額有効点から光軸までの垂直距離である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１透過レンズの光学材質が以下の条件：

を満足し、Ν_d1が第１透過レンズの屈折率であり、ν_d1が第１透過レンズのアッベ数である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第２透過レンズの光学材質が以下の条件：

を満足し、Ν_d2が第２透過レンズの屈折率であり、ν_d2が第２透過レンズのアッベ数である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第３透過レンズの光学材質が以下の条件：

を満足し、Ν_d3が第３透過レンズの屈折率であり、ν_d3が第３透過レンズのアッベ数である請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１、第３透過レンズがガラス材質から製成され、第２透過レンズがプラスチック材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１、第２、第３透過レンズがガラス材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１透過レンズがガラス材質から製成され、第２、第３透過レンズがプラスチック材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１、第３透過レンズがプラスチック材質から製成され、第２透過レンズがガラス材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１、第２透過レンズがプラスチック材質から製成され、第３透過レンズがガラス材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。
前記第１、第２、第３透過レンズがプラスチック材質から製成される請求項１記載の撮像レンズ。