JP2010128100A - 広角レンズおよび撮像モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】収差を良好に補正し、小型、軽量且つ安価でありながら優れた光学性能を持つ、単焦点の広角レンズ、撮像モジュールを提供する。
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、第3レンズと接合され正の屈折力を有する第4レンズと開口絞りと、正の屈折力を有する第5レンズとの5枚のレンズで構成することにより、小型軽量かつ安価で高性能な広角レンズを得る。
【選択図】図1
【解決手段】物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、第3レンズと接合され正の屈折力を有する第4レンズと開口絞りと、正の屈折力を有する第5レンズとの5枚のレンズで構成することにより、小型軽量かつ安価で高性能な広角レンズを得る。
【選択図】図1
Description
本発明は、監視用カメラや車載用カメラ等、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる単焦点の広角レンズおよび撮像モジュールに関するものである。
監視用カメラや車載用カメラなどに用いられる撮像レンズには、広い画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また、搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。
これらの要望に対応し得る可能性がある単焦点の広角レンズとして、下記の特許文献1、2、3がある。
特開2004−29282号公報
特開2005−345577号公報
特開2003−195161号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載される単焦点の広角レンズでは、高い結像性能を持たせるために、球面レンズが主体でレンズ枚数が6〜7枚と多くなってしまうため、大きさや重量で問題が発生するため、上記要望を満足することが困難である。
また、特許文献3に記載される単焦点の広角レンズは構成レンズの枚数を減らし、小型化、軽量化を図っているが、最も物体側に配置された第1レンズの径が大きくなりすぎたり、収差補正が充分でなく、画面全域で高い光学性能面を満足することが困難である。
本発明は、これら問題点を鑑みて、レンズを5枚構成にすることにより高い光学性能を持ちつつ、レンズの形状、非球面の形状等を適切に配置することにより、小型化、薄型化を実現し、しかも良好な画質の広角レンズを提供する。
上記目的を達成するために本発明の広角レンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、負の屈折力を有する第2レンズと、正の屈折力を有する第3レンズと、第3レンズと接合され正の屈折力を有する第4レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第5レンズと、を備えることを特徴とする。
好適には、前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、前記第2レンズは像側に凹面を向けた非球面形状を有し、前記第3レンズは物体側に凸面を向けた形状を有し、前記第4レンズは像側に凸面を向けた形状を有し、前記第5レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することを特徴とする。
好適には、前記第2レンズは樹脂材料で形成され、前記第3レンズ及び前記第4レンズは硝子材料により形成され、前記第5レンズは樹脂材料で形成されることを特徴とする。
好適には、前記第1レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以上に、前記第2レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は50以上に、前記第3レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以下に、前記第4レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以上に、前記第5レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は50以上に、それぞれ設定されることを特徴とする。
好適には、以下の条件を満足することを特徴とする。
−13.0 < f1/f < −4.5 ・・・(1)
−3.0 < f2/f」 < −1.8 ・・・(2)
10.0 < (f3/f)+(f4/f) < 30.0 ・・・(3)
2.1 < f5/f < 4.7 ・・・(4)
但し、
f:レンズ全系の焦点距離
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
f4:第4レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
好適には以下の条件を満足することを特徴とする。
−3.0 < f2/f」 < −1.8 ・・・(2)
10.0 < (f3/f)+(f4/f) < 30.0 ・・・(3)
2.1 < f5/f < 4.7 ・・・(4)
但し、
f:レンズ全系の焦点距離
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
f4:第4レンズの焦点距離
f5:第5レンズの焦点距離
好適には以下の条件を満足することを特徴とする。
0.06 < f/TL < 0.09 ・・・(5)
0.38 < f/Bf < 0.65 ・・・(6)
但し、
TL:第1レンズの物体側の面から結像面までの距離
Bf:第5レンズの像側の面から結像面までの距離
また、本発明の撮像モジュールは、撮像素子と、撮像素子上に像を結像することを対象とした前記広角レンズと、前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有することを特徴とする。
0.38 < f/Bf < 0.65 ・・・(6)
但し、
TL:第1レンズの物体側の面から結像面までの距離
Bf:第5レンズの像側の面から結像面までの距離
また、本発明の撮像モジュールは、撮像素子と、撮像素子上に像を結像することを対象とした前記広角レンズと、前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有することを特徴とする。
本発明によれば、レンズを5枚構成にすることによって小型、薄型で諸収差が良好に補正された広角レンズを達成することができる。
以下、図面を用いて、本発明の広角レンズ及びそれを用いた撮像装置の実施形態について説明する。実施形態1から6の広角レンズを総称して本実施形態の広角レンズという。
図1は本発明である広角レンズのレンズ断面である。物体側から順に、第1レンズ110、第2レンズ120、第3レンズ130、第4レンズ140、開口絞り150、第5レンズ160が配置される5枚構成の単焦点の広角レンズ100である。更には、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子が配置される結像面170を有する。
図2は実施形態1の広角レンズのレンズ断面図である。図3は実施形態1の広角レンズの諸収差図である。実施形態1は全系の焦点距離1.00mm、Fナンバー2.8、レンズ全長15.41mm、バックフォーカス2.02mmの広角レンズである。
図4は実施形態2の広角レンズのレンズ断面図である。図5は実施形態2の広角レンズの諸収差図である。実施形態2は全系の焦点距離0.84mm、Fナンバー2.8、レンズ全長13.28mm、バックフォーカス1.67mmの広角レンズである。
図6は実施形態3の広角レンズのレンズ断面図である。図7は実施形態3の広角レンズの諸収差図である。実施形態3は全系の焦点距離0.90mm、Fナンバー2.8、レンズ全長11.41mm、バックフォーカス1.73mmの広角レンズである。
図8は実施形態4の広角レンズのレンズ断面図である。図9は実施形態4の広角レンズの諸収差図である。実施形態4は全系の焦点距離0.96mm、Fナンバー2.0、レンズ全長14.74mm、バックフォーカス1.60mmの広角レンズである。
図10は実施形態5の広角レンズのレンズ断面図である。図11は実施形態5の広角レンズの諸収差図である。実施形態5は全系の焦点距離1.10mm、Fナンバー2.8、レンズ全長14.22mm、バックフォーカス2.30mmの広角レンズである。
図12は実施形態6の広角レンズのレンズ断面図である。図13は実施形態6の広角レンズの諸収差図である。実施形態6は全系の焦点距離1.25mm、Fナンバー2.8、レンズ全長14.07mm、バックフォーカス3.02mmの広角レンズである。
各実施形態のレンズ断面図において、左方は物体側(被写体側)で、右方が像側(結像面側)である。100A〜100Fは広角レンズであり、5枚のレンズは物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ110、負の屈折力を有する第2レンズ120、正の屈折力を有する第3レンズ130、第3レンズと接合され正の屈折力を有する第4レンズ140、開口絞り150、正の屈折力を有する第5レンズ160からなっている。
170は結像面であり、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子の感受面が配置されている。
入射した光は物体側より、第1レンズ110の物体側R1面1、像面側R2面2、第2レンズ120の物体側R3面3、像面側R4面4、第3レンズ130の物体側R5面5、像面側R6面6、第4レンズ140の像面側R7面7、開口絞り部150の面8、第5レンズ160の物体側R8面9、像面側R9面10を順次通過し撮像素子の設けられた結像面170へと集光される。
また、図2に示すように、第1レンズの厚さとなるR1面1とR2面2間の距離をD1、第1レンズのR2面2と第2レンズのR3面3までの距離をD2、第2レンズの厚さとなるR3面3とR4面4間の距離をD3、第2レンズのR4面4と第3レンズのR5面5間の距離をD4、第3レンズの厚さとなるR5面5とR6面6間の距離をD5、第4レンズの厚さとなるR6面6とR7面7間の距離をD6、第4レンズのR7面7と絞り部の面8までの距離をD7、絞り部の面8と第5レンズのR8面9間の距離をD8、第5レンズの厚さとなるR8面9とR9面10間の距離をD9、第5レンズのR9面10と、結像面までの距離をバックフォーカスBfとする。
各実施形態の収差図において、(A)が球面収差量、(B)が非点収差量を示し、図11と図13においては(C)が歪曲収差量を示している。(A)は図中右側から、C線(656.3nm)、d線(587.6nm)、e線(546.1nm)、F線(486.1nm)、g線(435.8nm)に対する値を表している。(B)と(C)はそれぞれd線に対する値を示している。また、(B)の縦軸は半画角ω(°)を表し、(B)中の実線ΔSはサジタル像面における値、破線ΔMはメリディオナル像面における値を示している。
図14は本実施形態の広角レンズを備えた撮像モジュールの図である。図14において、広角レンズは第1レンズ110と第2レンズ120、第3レンズ130、第3レンズ130と接合する第4レンズ140、開口絞り150、第5レンズ160から構成され、180は水晶ローパスフィルターや赤外線除去フィルターおよび撮像素子を保護する保護ガラス等に対応する設計上設けられたガラスブロックで、170はCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子を備えた結像面である。撮像モジュールは、前記広角レンズ100とガラスブロック180および撮像素子等を備えた結像面170と、これらを保持するレンズ保持体200から構成されている。
以下、本実施形態の広角レンズの構成とその作用について説明する。
広角レンズでは、広い画角を得るために焦点距離を短くする必要があるが、機構的な制約からバックフォーカスは焦点距離に比べて長くしなくてはならない。そこで、前方に負の屈折力を有するレンズを配置し、入射した光を一度発散した後、後方の正の屈折力を有するレンズで集光することにより、レンズ系の主点をレンズ後方に飛出させ焦点距離に比べて長いバックフォーカスを確保することが可能となる。
本実施形態の広角レンズ100A〜100Fでは、負の屈折力を有する第1レンズと第2レンズで光を発散させ、全体として正の屈折力を有する第3レンズから第5レンズで集光する。物体側に2枚の負レンズを配置することで、主点を後方に置くための十分な負の屈折力を得ながら、諸収差を良好に補正することができる。像側の正レンズのうち、開口絞りの前に第3レンズ、第4レンズを配置することにより、倍率の色収差を補正することが可能となる。また第3レンズと第4レンズを接合することにより、全反射の発生を抑えつつ色収差を良好に補正することが可能となる。強い屈折力をもつ第5レンズを開口絞り後に配置することにより、像面への入射角度を小さくし、かつ歪曲、非点の両収差を良好に補正することが可能となる。
本実施形態の広角レンズは、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第2レンズ120は像側に凹面を向け、第3レンズ130は物体側に凸面を向け、第4レンズ140は像側に凸面を向け、第5レンズ160は像側に凸面を向けている。
第1レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有することで、第1面1に対する軸外光線の入射角度を小さく保つことが可能となり、収差の発生を抑えることが出来る。また、第2レンズが像側に凹面を向けた形状、第3レンズが物体側に凸面を向けた形状を有することで、諸収差を良好に補正することが出来る。そして、第4レンズが像側に凸面を向けた形状を有することで、色収差を良好に補正しつつ心出しの容易な形状にすることが可能となる。前記第5レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することで、像面への入射角度を小さくすることが出来る。
第2レンズ120と第5レンズ160が樹脂材料で形成されることにより、軽量化や低コスト化が実現できるとともに、非球面形状の作製が容易となる。第3レンズ130及び第4レンズ140を硝子材料で形成することにより幅広い分散値の材料を選択でき、結果として倍率の色収差を良好に補正することが可能となる。
第2レンズと第5レンズの各レンズはそれぞれ少なくとも1面の非球面形状が形成される。非球面形状を持つことにより、収差補正が容易となり、小型でありながら良好な解像性能を得ることが可能となる。
本実施形態の広角レンズにおいて、好ましくは、第1レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数が40以上に、前記第2レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数が50以上に、前記第3レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数が40以下に、前記第4レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数が40以上に、前記第5レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数が50以上に、それぞれ設定される。
開口絞り150よりも物体側にあり、負レンズである第1レンズ110および第2レンズ120はそれらを構成する各材料のアッベ数が大きいほど、第1レンズ110および第2レンズ120で発生する倍率色収差が小さくなる。また、同じく開口絞り150よりも物体側にあり、正レンズである第3レンズ130を構成する材料のアッベ数が小さいほど倍率色収差を良好に補正できるためである。
以上のように、本実施形態の広角レンズでは、各レンズをそれぞれ適切な屈折力配置と非球面配置することにより、良好な光学性能を保ちつつ、全系のコンパクト化を実現している。さらに、良好な光学性能を得て、レンズ全系の小型化を図るための条件を以下に説明する。
(1−1)以下は、レンズ全長を短縮しつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
−13.0 < f1/f < −4.5 ・・・(1)
ただし、fはレンズ全系の焦点距離、f1は第1レンズの焦点距離をそれぞれ表している。
ただし、fはレンズ全系の焦点距離、f1は第1レンズの焦点距離をそれぞれ表している。
条件式(1)はレンズ全系の焦点距離と第1レンズの焦点距離に関する式である。条件式(1)の上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第1レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が難しくなる。また、条件式(1)の下限値を下回ると、第1レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力を第2レンズ像側面のみで補うことになり、曲率が小さくなりすぎてしまうため好ましくない。
上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式(1)の数値範囲を、以下の条件式(1a)のように設定することにより、レンズ全長のコンパクト化と、製造を容易にすることが可能となる。
−12.7 < f1/f < −4.7 ・・・(1a)
(1−2)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
(1−2)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
− 3.0 < f2/f < −1.8 ・・・(2)
ただし、f2は第2レンズの焦点距離を表している。
ただし、f2は第2レンズの焦点距離を表している。
条件式(2)はレンズ全系の焦点距離と第2レンズの焦点距離に関する式である。条件式(2)の上限値を超えると負の屈折力が強くなるために第2レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまう。それに伴って第3レンズ物体側面の曲率も小さくなりすぎてしまうために、製造が難しくなる。また、条件式(2)の下限値を下回ると、負の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。
上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式(2)の数値範囲を、以下の条件式(2a)のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。
−2.9 < f2/f < −1.9 ・・・(2a)
(1−3)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
(1−3)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
10.0 < (f3/f)+(f4/f) < 30.0 ・・・(3)
ただし、f3は第3レンズの焦点距離、f4は第4レンズの焦点距離をそれぞれ表している。
ただし、f3は第3レンズの焦点距離、f4は第4レンズの焦点距離をそれぞれ表している。
条件式(3)はレンズ全系の焦点距離と第3レンズの焦点距離および第4レンズの焦点距離に関する式である。条件式(3)の上限値を超えると、正の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。また、条件式(3)の下限値を下回ると、接合面での色消し効果を十分に得ようとすると製造が困難な形状となる。
上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式(3)の数値範囲を、以下の条件式(3a)のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。
13.5 < (f3/f)+(f4/f) ≦ 27.5 ・・・(3a)
(1−4)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
(1−4)以下は、良好な光学性能を保ちつつ、製造を容易にするために好ましい条件である。
2.1 < f5/f < 4.7 ・・・(4)
ただし、f5は第5レンズの焦点距離を表している。
ただし、f5は第5レンズの焦点距離を表している。
条件式(4)はレンズ全系の焦点距離と第5レンズの焦点距離に関する式である。第5レンズの、特に像側面は収差の補正を大きく行なっているため、条件式(4)の上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難になる。逆に条件式(4)の下限値を下回ると、第5レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうため製造が難しくなる。
上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式(4)の数値範囲を、以下の条件式(4a)のように設定することにより、良好に諸収差を補正して高い結像性能を確保しつつ、製造を容易にすることが可能となる。
2.2 < f5/f < 4.5 ・・・(4a)
(2−1)以下は、レンズ全長を短縮しつつ、画角を保つために好ましい条件である。
(2−1)以下は、レンズ全長を短縮しつつ、画角を保つために好ましい条件である。
0.06 < f/TL < 0.09 ・・・(5)
ただし、TLは第1レンズ110の物体側の面から結像面までの距離を表している。
ただし、TLは第1レンズ110の物体側の面から結像面までの距離を表している。
条件式(5)は第1レンズの物体側の面から結像面までの距離と全系の焦点距離に関する式である。条件式(5)の上限値を超えて全長を短くすると焦点距離が長くなるため、画角が狭くなってしまう。また、条件式(5)の下限値を下回るとレンズ系が大きくなってしまい、小型化の目的を達成できないため好ましくない。
(2−2)以下は、周辺部においても光量を保ちつつ、良好な光学性能を得るために好ましい条件である。
0.38 < f/Bf < 0.65 ・・・(6)
ただし、Bfは第5レンズ160の像側の面10から結像面170までの距離を表している。
ただし、Bfは第5レンズ160の像側の面10から結像面170までの距離を表している。
条件式(6)はバックフォーカスと全系の焦点距離に関する式である。条件式(6)の上限値を超えると、像面への入射角度が大きくなってしまうために、固体撮像素子を用いることを前提とした本撮像装置では周辺光量の低下を招く原因となってしまう。また、条件式(6)の下限値を下回ると、レンズ系の焦点距離に比較してバックフォーカスが長くなりすぎるため、諸収差の補正が難しくなる。
上記内容を鑑みてさらに好ましくは、条件式(6)の数値範囲を、以下の条件式(6a)のように設定することにより、シェーディングを補正しつつ、良好な画質を得ることが可能となる。
0.40 < f/Bf ≦ 0.60 ・・・(6a)
以下に、実施形態1から6それぞれの具体的な数値データを示す。各数値実施例において、図1、図2に示すように物体側の面から順に番号iを付与し、iは物体側からの面の順序を示し、Riは第i面の近軸曲率半径、Diは第i面と第i+1面との間隔、ni、νiはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。
以下に、実施形態1から6それぞれの具体的な数値データを示す。各数値実施例において、図1、図2に示すように物体側の面から順に番号iを付与し、iは物体側からの面の順序を示し、Riは第i面の近軸曲率半径、Diは第i面と第i+1面との間隔、ni、νiはそれぞれd線に対する屈折率、アッベ数を示す。
また、各数値実施例の中で記載されるレンズの非球面形状は、物体側から像側へ向かう方向を正として、光軸からの高さHの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてXとするとき
<実施例1>
表1から表4は実施例1の各数値を示す。
表1から表4は実施例1の各数値を示す。
表1は、実施例1における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
実施例1は他の実施例と比較して、バックフォーカスBfが長めであり、赤外線除去フィルターやローパスフィルター等のガラスブロックを挿入しやすく、更には光軸中心と撮像素子の位置合わせ及び像面などの傾き調整手段を実施するのが容易となる。
実施例1は他の実施例と比較して、バックフォーカスBfが長めであり、赤外線除去フィルターやローパスフィルター等のガラスブロックを挿入しやすく、更には光軸中心と撮像素子の位置合わせ及び像面などの傾き調整手段を実施するのが容易となる。
図2に示すように、第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズは両凹形状、第3レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第3レンズと接合される第4レンズは両凸形状、開口絞りの像側に配置される第5レンズは両凸形状を有する。第2レンズと第5レンズはそれぞれ両面に非球面を有する。
図3の(A)が球面収差、(B)が非点収差を示している。図3の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例1によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
<実施例2>
表5から表8は実施例2の各数値を示す。
表5から表8は実施例2の各数値を示す。
表5は、実施例2における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
条件式(5)は、第1レンズの物体側の面から結像面までの距離と全系の焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、レンズ系が大きくなってしまい、小型化が困難となる。
実施例2は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。
図4に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は像側に凹面を向けたメニスカス形状、第3レンズ130は両凸形状、第4レンズ140は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り150の像側に配置される第5レンズ160は両凸形状を有する。第2レンズ120は像側面に、第5レンズ160は両面に非球面を有する。
図5の(A)が球面収差、(B)が非点収差を示している。図5の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例2によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
<実施例3>
表9から表12は実施例3の各数値を示す。
表9から表12は実施例3の各数値を示す。
表9は、実施例3における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
条件式(2)は、レンズ全系の焦点距離と第2レンズの焦点距離に関する式で、上限値を超えると、負の屈折力が強くなるために第2レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまう。それに伴って第3レンズ物体側面の曲率も小さくなりすぎてしまうために、製造が困難となる。
条件式(3)は、レンズ全系の焦点距離と第3レンズの焦点距離および第4レンズの焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、接合面での色消し効果を十分に得ようとすると製造が困難な形状となる。
実施例3は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。
図6に示すように、レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は両凹形状、第3レンズ130は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第3レンズと接合される第4レンズ140は両凸形状、開口絞り150の像側に配置される第5レンズ160は像側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。第2レンズ120と第5レンズ160はそれぞれ両面に非球面を有する。
図7の(A)が球面収差、(B)が非点収差を示している。図7の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例3によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
<実施例4>
表13から表16は実施例4の各数値を示す。
表13から表16は実施例4の各数値を示す。
表13は、実施例4における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
実施例4は他の実施例と比較してFナンバーが小さく、明るいレンズである。暗い場所での撮影に強く、また、露光時間が短くできるため速いシャッタースピードでの撮影が可能である。
実施例4は他の実施例と比較してFナンバーが小さく、明るいレンズである。暗い場所での撮影に強く、また、露光時間が短くできるため速いシャッタースピードでの撮影が可能である。
条件式(1)は、レンズ全系の焦点距離と第1レンズの焦点距離に関する式で、下限値を下回ると、第1レンズ物体側面の曲率が小さくなるために有効径が大きくなり、レンズ系の小型化が難しくなるとともに、広い画角を得るために必要な負の屈折力を第2レンズ像側面のみで補うことになり、曲率が小さくなりすぎてしまう。
条件式(6)は、バックフォーカスと全系の焦点距離に関する式で、上限値を超えると、像面への入射角度が大きくなってしまうために、固体撮像素子を用いることを前提とした本撮像装置では周辺光量の低下を招く原因となってしまう。
実施例4は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。
図8に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第3レンズ130は両凸形状、第3レンズに接合される第4レンズ140は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り150の像側に配置される第5レンズ160は両凸形状を有する。第2レンズ120は像面側に、第5レンズ160は両面にそれぞれ非球面を有する。
図9の(A)が球面収差、(B)が非点収差を示している。図9の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例4によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
<実施例5>
表17から表20は実施例5の各数値を示す。
表17から表20は実施例5の各数値を示す。
表17は、実施例5における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
条件式(4)はレンズ全系の焦点距離と第5レンズの焦点距離に関する式で、上限値を超えると、正の屈折力が小さくなりすぎて、緒収差の補正が困難となる。
実施例5は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。
図10に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第3レンズ130は両凸形状、第3レンズと接合される第4レンズ140は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り150の像側に配置される第5レンズ160は両凸形状を有する。第2レンズ120と第5レンズ160はそれぞれ両面に非球面を有する。
図11の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図11の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)、(C)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例5によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
<実施例6>
表21から表24は実施例6の各数値を示す。
表21から表24は実施例6の各数値を示す。
表21は、実施例6における全系の焦点距離f(mm)、Fナンバー、全画角2ω(°)、像高(mm)、レンズ全長(mm)、バックフォーカスBf(mm)の数値を示している。
条件式(1)の上限値を超えると、負の屈折力が大きくなり、倍率の色収差の補正は容易となるが、第1レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまい、製造が困難となる。
条件式(2)の下限値を下回ると、負の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難になる。
条件式(3)の上限値を超えると、正の屈折力が不足するために倍率の色収差の補正が困難となる。
条件式(4)の下限値を下回ると、第5レンズ像側面の曲率が小さくなりすぎてしまうため製造が難しくなる。
条件式(5)の上限値を超えて全長を短くすると焦点距離が長くなるため、画角が狭くなってしまう。
条件式(6)の下限値を下回ると、レンズ系の焦点距離に比較してバックフォーカスが長くなりすぎるため、諸収差の補正が困難となる。
実施例6は各条件式の値を満たしており、光学系の小型化、薄型化を図りつつ、諸収差が良好に補正された広角レンズが得られる。
図12に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第3レンズ130は像側に凹面を向けたメニスカス形状、第3レンズと接合される第4レンズ140は両凸形状、開口絞り150の像側に配置される第5レンズ160は像側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。第2レンズ120と第5レンズ160はそれぞれ両面に非球面を有する。
図13の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図13の(A)は、各波長の収差が補正され、色収差が良好に補正されていることが分かる。また、(B)、(C)においても、収差が補正されていることが分かる。実施例5によれば、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた広角レンズが得られる。
また、本実施形態の広角レンズを単焦点として焦点距離を固定することにより、安価で小型軽量で、ボケや歪みの少ない光学性能に優れた広角レンズを得ることができる。
なお、このように構成された広角レンズとガラスブロック180およびCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子を設けた結像面170と、これらを保持するレンズ保持体200とで撮像モジュールが構成される。さらには、図示しないカバー等のハウジングや電子部品を組み込むことにより、例えば監視用カメラや車載カメラ等のデジタルカメラとなる。
以上、本実施形態の広角レンズおよび撮像モジュールについて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種種の変形や追加が可能である。例えば、結像面170の前に水晶ローパスフィルターや赤外線除去フィルター等に対応した設計上設けられたガラスブロックを必要に応じて設けても良い。また、このような構成に限られず、赤外カットコートをガラスブロック180の面に施したり、他のレンズ面やローパスフィルター等のフィルターに赤外コートを施しても良い。
本実施形態の広角レンズによれば、撮像素子を用いた撮像系、特に監視用カメラや車載カメラ等に好適であり、小型、薄型で高い光学性能の広角レンズ、及び、前記広角レンズを備えた撮像モジュールが実現できる。
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F・・・広角レンズ
110・・・第1レンズ
120・・・第2レンズ
130・・・第3レンズ
140・・・第4レンズ
150・・・開口絞り部
160・・・第5レンズ
170・・・結像面
180・・・ガラスブロック
200・・・レンズ保持体
ΔS・・・サジタル像面
ΔM・・・メリディオナル像面
Bf・・・バックフォーカス
110・・・第1レンズ
120・・・第2レンズ
130・・・第3レンズ
140・・・第4レンズ
150・・・開口絞り部
160・・・第5レンズ
170・・・結像面
180・・・ガラスブロック
200・・・レンズ保持体
ΔS・・・サジタル像面
ΔM・・・メリディオナル像面
Bf・・・バックフォーカス
Claims (7)
- 物体側から順に、
負の屈折力を有する第1レンズと、
負の屈折力を有する第2レンズと、
正の屈折力を有する第3レンズと、
第3レンズと接合され正の屈折力を有する第4レンズと、
開口絞りと、
正の屈折力を有する第5レンズと、を備えることを特徴とする広角レンズ。 - 前記第1レンズは物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有し、
前記第2レンズは像側に凹面を向けた非球面形状を有し、
前記第3レンズは物体側に凸面を向けた形状を有し、
前記第4レンズは像側に凸面を向けた形状を有し、
前記第5レンズは像側に凸面を向け、像側に非球面を有することを特徴とする請求項1に記載の広角レンズ。 - 前記第2レンズは樹脂材料で形成され、
前記第3レンズ及び前記第4レンズは硝子材料により形成され、
前記第5レンズは樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の広角レンズ。 - 前記第1レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以上に、
前記第2レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は50以上に、
前記第3レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以下に、
前記第4レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は40以上に、
前記第5レンズを構成する材料のd線に対するアッベ数は50以上に、それぞれ設定されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の広角レンズ。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の広角レンズ。
−13.0 < f1/f < −4.5 ・・・(1)
−3.0 < f2/f < −1.8 ・・・(2)
10.0 < (f3/f)+(f4/f) < 30.0 ・・・(3)
2.1 < f5/f < 4.7 ・・・(4)
但し、f:レンズ全系の焦点距離、f1:第1レンズの焦点距離、f2:第2レンズの焦点距離、f3:第3レンズの焦点距離、f4:第4レンズの焦点距離、f5:第5レンズの焦点距離をそれぞれ表している。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の広角レンズ。
0.06 < f/TL < 0.09 ・・・(5)
0.38 < f/Bf < 0.65 ・・・(6)
但し、TL:第1レンズの物体側の面から結像面までの距離、Bf:第5レンズの像側の面から結像面までの距離をそれぞれ表している。 - 撮像素子と、
前記撮像素子上に像を結像するための請求項1乃至6のいずれかに記載の広角レンズと、
前記撮像素子と前記広角レンズを保持するレンズ保持体とを有する撮像モジュール。
Priority Applications (1)
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JP2008301438A JP2010128100A (ja) | 2008-11-26 | 2008-11-26 | 広角レンズおよび撮像モジュール |
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-
2008
- 2008-11-26 JP JP2008301438A patent/JP2010128100A/ja active Pending
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