JP2011133893A

JP2011133893A - 結像レンズ

Info

Publication number: JP2011133893A
Application number: JP2010285854A
Authority: JP
Inventors: Shunko Chin; 俊宏陳
Original assignee: Asia Optical Co Inc
Current assignee: Asia Optical Co Inc
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-07-07
Also published as: TW201122716A; US20110149416A1

Abstract

【課題】物体側から画像側まで所定の順番で配置された開口絞り、プラスチック製メニスカスの第1及び第2レンズ素子を含む結像レンズを提供する。
【解決手段】第1及び第2レンズ素子の各々は、物体側及び画像側にそれぞれ面した物体側表面及び結像側表面を有する。第1レンズ素子の物体側表面及び結像側表面の各々は凸面である。第1及び第2レンズ素子の各々の物体側及び結像側表面のうち少なくとも１つは非球面である。当該結像レンズは：0.1＜f₁/EFL＜2、及び0.1＜R₁/R₂＜2の光学的条件を満たし、f₁は第1レンズ素子の焦点距離であり、EFLは結像レンズの有効焦点距離であり、R₁及びR₂は、それぞれ、第1レンズ素子の物体側及び結像側表面の曲率半径である。
【選択図】図２

Description

本出願は、2009年12月23日に出願された台湾特許第098,144,608号（特許文献1）の優先権を主張する。

本発明は、結像レンズに関し、さらに詳しくは、2つのレンズ素子を持つ結像レンズに関する。

3つのレンズ素子を持つ結像レンズが、携帯電話及びデジタルカメラなどの電子機器において幅広く使用されている。特許文献２及び特許文献３の各々は、第1、第2、第3レンズ素子、及び開口絞りを持つ結像レンズを開示している。その第1、第2及び第3レンズ素子は、所定の順番でその結像レンズの物体側から配置され、正の屈折率、正の屈折率、及び負の屈折率をそれぞれ有する。開口絞りは、第1レンズ素子と第2レンズ素子との間に配置される。

特許文献は、第1、第2及び第3レンズ素子、及び開口絞りを持つ結像レンズを開示する。その第1、第2及び第3レンズ素子は、結像レンズの物体側から所定の順番で配置され、正の屈折率、負の屈折率及び正の屈折率をそれぞれ有する。開口絞りは、第1レンズ素子と第2レンズ素子との間に配置される。

それらの結像レンズにおいて、開口絞りのアセンブリは、実質的に、第1及び第2レンズ素子に関連し、それは、結像レンズのアセンブリに不向きである可能性がある。

特許文献５及び特許文献６の各々は、第1、第2及び第3レンズ素子、及び開口絞りを持つ結像レンズを開示する。その第1、第2及び第3レンズ素子は、その結像レンズの物体側から所定の順番で配置され、正の屈折率、正の屈折率及び負の屈折率をそれぞれ有する。開口絞りは、その物体側に配置される。

上記の結像レンズのいくつかにおいて、第1、第2及び第3レンズ素子の全ては、非球面を有さない。さらに、上記の結像レンズのいくつかにおいて、第1レンズ素子はガラスで作られ、第2及び第3レンズ素子はプラスチックで作られる。第1レンズ素子が画質をかなり改善し得る一方、その第1レンズ素子の製造は困難であり、その費用はかなり高くなり得る。

台湾特許第098,114,608号明細書米国特許第6,844,989号明細書米国特許第6,985,307号明細書米国特許第6,927,925号明細書米国特許第6,992,840号明細書米国特許第7,064,905号明細書

従って、本発明の目的は、前述の従来技術の結像レンズの欠点を軽減することが可能な結像レンズを提供することである。

それに応じて、本発明の結像レンズは、物体側から画像側まで所定の順番で配置された開口絞り、第1レンズ素子、及び第2レンズ素子を含む。第１レンズ素子及び第2レンズ素子の各々は、プラスチックで作られたメニスカスレンズであり、物体側の表面が物体側に面し、結像側の表面は画像側に面している。第１レンズ素子の物体側の表面及び第2レンズ素子の結像側の表面の各々は、凸面である。第2レンズ素子の物体側及び結像側の表面のうち少なくとも１つは、非球面である。当該結像レンズは：
0.1＜f₁/EFL＜2、及び
0.1＜R₁/R₂＜2
の光学的条件を満たし、f₁は第1レンズ素子の焦点であり、EFLは、結像レンズの有効焦点距離であり、R₁及びR₂は、それぞれ第1レンズ素子の物体側及び結像側の表面の曲率半径である。

本発明の他の特徴及び利点は、付属の図を参照して以下の望ましい実施形態の詳細な記載において明確になるであろう。

本発明に従って結像レンズの第1の望ましい実施形態を説明する概略図である。第1の望ましい実施形態の結像レンズに入射する光線が進む光路を説明する概略図である。第1の望ましい実施形態の結像レンズの湾曲面を説明するグラフである。第1の望ましい実施形態の結像レンズのゆがみ収差を説明するグラフである。 1mm単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明する、第1の望ましい実施形態の結像レンズに対応するグラフである。第2の望ましい実施形態の結像レンズに入射する光線が進む光路を説明する該略図である。第2の望ましい実施形態の結像レンズの湾曲面を説明するグラフである。第2の望ましい実施形態の結像レンズのゆがみ収差を説明するグラフである。 1mmの単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明する、第2の望ましい実施形態の結像レンズに対応するグラフである。第3の望ましい実施形態の結像レンズに入射する光線が進む光路を説明する該略図である。第3の望ましい実施形態の結像レンズの湾曲面を説明するグラフである。第3の望ましい実施形態の結像レンズのゆがみ収差を説明するグラフである。 1mmの単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明する、第3の望ましい実施形態の結像レンズに対応するグラフである。

本発明をさらに詳しく説明する前に、類似した要素は本開示を通して同一の参照符号によって示されていることに注目すべきである。

本発明による結像レンズの望ましい実施形態は、携帯電話及び小型デジタルカメラなどの電子機器に適用が可能であり、CCD又はCMOS画像センサーなどの画像センサーとともに標的物体の画像をキャプチャするために使用される。図１を参照すると、望ましい実施形態の各々の結像レンズは、物体側（OBJ）から画像側（IMA）まで所定の順番で配置された開口絞り（ST0）、第1レンズ素子（P1）及び第2レンズ素子（P2）を含む。結像レンズの屈折力は、第1レンズ素子（P1）によって実質的に決定される一方、結像レンズの収差補正は、第2レンズ素子（P2）によって実質的に決定される。結像レンズのそのような配置は、その結像レンズが比較的短い合計の光学的進路を有することを保証する。具体的には、第1レンズ素子（P1）は、凸面の物体側表面（S1）が、物体側（OBJ）に面し、凹面の結像側表面（S2）が画像側（IMA）に面している。第2レンズ素子（P2）は、凹面の物体側表面（S3）が物体側（OBJ）に面し、凸面の結像側表面（S4）は画像側（IMA）に面している。必要条件によっては、反射防止フィルムでコーティングされた平坦ガラス板（CG）又は赤外線フィルタリング・フィルムが第2レンズ素子（P2）と画像側（IMA）との間に配置されてもよい。注目すべきは、開口絞り（ST0）を物体側（OBJ）と第1レンズ素子（P1）との間に同じ視野で主光線の入射角を変えずに配置することによって、結像レンズの長さは効果的に短くなり、射出瞳の位置は長くなり、開口絞り（ST0）と第1レンズ素子及び第2レンズ素子（P1）、（P2）のアセンブリとの関連性はより少なくなることである。

望ましい実施形態において、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は、プラスチックで作られ、第1レンズ素子及び第2レンズ素子（P1）、（P2）の各々の物体側表面（S1）、（S3）及び結像側表面（P2）、（P4)のうち少なくとも１つは非球面である。これは、費用を低減する一方、収差補正のパフォーマンスを改善する。望ましくは、第1レンズ素子及び第2レンズ素子（P1）、（P2）の各々の物体側表面（S1）、（S3）及び結像側表面（P2）、（P4）の各々は、非球面であり、以下の光学式：

によって定義されてよい。zは、対応する第1レンズ素子及び第2レンズ素子（P1）、（P2）のうち対応する１つの光軸に対して物体側及び結像側表面のうち対応する１つの高さ(h)における位置の値を表わし、cは曲率半径の逆数を表わし、kは円錐定数を表わし、A、B、C、D、E、F、G、H、及びIは、より高次の非球面係数である。非球面レンズの使用を通して、本発明の結像レンズのレンズ素子の合計数は、それに応じてその結像レンズの合計の長さを減らすために、減らされる。第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）の屈折率に関しては、それらは、両方が正であってもよく、又は一方が正で他方が負であってもよい。注目すべきは、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）の構成及びそれらの表面（S1）、（S2）、（S3）及び（S4）は、そのようなものに限定されないことである。特に、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は、同じプラスチック材又は異なるプラスチック材で作られてもよく、表面（S1）、（S2）、（S3）、及び（S4）のいくつかは、球面であってもよい。プラスチックを第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）に対する材料として使用することによって、軽量、耐衝撃性及び形成の容易さなどの利点が得られてもよい。

望ましい実施形態の結像レンズは、光学的条件１及び２：
0.1＜f₁/EFL＜2 （１）
0.1＜R₁/R₂＜2 （２）
を満たし、f₁は第1レンズ素子の焦点であり、EFLは、結像レンズの有効焦点距離であり、R₁及びR₂は、それぞれ第1レンズ素子の物体側及び結像側の表面の曲率半径である。上記の光学的条件を満たすことによって、より低い非点収差、及びより高い解像度及び画質が可能になる。

図２は、第1の望ましい実施形態の結像レンズの光学的構造を示し、それを通り抜ける光線の伝播経路を説明する。表１は、第1の望ましい実施形態の結像レンズの光学パラメータを示し、有効焦点距離（EFL）の1mmを有し、2.8のF値で作動するように構成されている。

表１

第1の望ましい実施形態において、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は正の屈折率を有し、異なるプラスチック材で生成されている。

第1レンズ素子（P1）は、0.992の焦点距離f₁を有し、それは表1における関連するパラメータの値を用いた計算によって得ることができる。従って、f₁/EFLの値は、約0.9920に等しく、それは0.1と2との間の範囲内に入る。それに続き、R₁/R₂の値は約0.6813に等しく、それは、0.1と2との間の範囲内に入る。従って、結像レンズは、光学的条件1及び2を満たす。

表2-1、2-2、及び2-3は、第1の望ましい実施形態における表面（S1）、（S2）、（S3）、及び（S4）のより高次の非球面係数の値を示す。

表2-1

表2-2

表2-3

図３及び４は、それぞれ第1の望ましい実施形態の湾曲面のグラフ及びゆがみ収差のグラフである。図５は、1mm単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明するグラフである。

図６は、第２の望ましい実施形態の結像レンズの光学的構造を示し、それを通り抜ける光線の伝播経路を説明する。表３は、その第2の望ましい実施形態の結像レンズの光学パラメータを示し、該結像レンズは1mmの有効焦点距離（EFL）を有し、2.8のF値で機能するように構成されている。

表３

第2の望ましい実施形態において、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は、正の屈折率及び負の屈折率をそれぞれ有し、同じプラスチック材で生成されている。

第2の望ましい実施形態において、第1レンズ素子（P1）は、0.906の焦点距離f₁を有し、それは、表3における関連するパラメータの値での計算によって得ることが出来る。従って、f₁/EFLの値は、約0.906に等しく、それは、0.1と2の間の範囲内に入る。それに続き、R₁/R₂の値は約0.4472に等しく、それは、0.1と2の間の範囲内に入る。従って、当該結像レンズは、光学的条件1及び2を満たす。

表4-1及び4-2は、第２の望ましい実施形態における非球面（S1）、（S2）、（S3）、及び（S4）のより高次の非球面係数の値を示す。

表4-1

表4-2

図７及び８は、それぞれ、第2の望ましい実施形態の湾曲面のグラフ及びゆがみ収差のグラフである。図９は、1mm単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明するグラフである。

図１０は、第3の望ましい実施形態の結像レンズの光学的構造を示し、それを通り抜ける光線の伝播経路を説明する。表５は、第3の望ましい実施形態の結像レンズの光学パラメータを示し、それは1mmの有効焦点距離（EFL）を有し、2.8のF値で機能するように構成されている。

表５

第3の望ましい実施形態において、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は、正の屈折率及び負の屈折率をそれぞれ有し、異なるプラスチック材で作られている。

第3の望ましい実施形態において、第1レンズ素子（P1）は、0.9092の焦点距離f₁を有し、それは、図５における関連するパラメータの値を用いた計算によって得ることができる。従って、f₁/EFLの値は、約0.9092に等しく、それは、0.1と2との間の範囲内に入る。それに続き、R₁/R₂の値は約0.516に等しく、それは、0.1と2との間の範囲内に入る。従って、当該結像レンズは、光学的条件1及び2を満たす。

表6-1、6-2及び6-3は、第3の望ましい実施形態における非球面（S1）、（S2）、（S3）、及び（S4）のさらに高次の非球面係数の値を示す。

表6-1

表6-2

表6-3

図１１及び１２は、第3の望ましい実施形態の湾曲面のグラフ及びゆがみ収差のグラフをそれぞれ示す。図１３は、1mm単位の空間周波数で光学的伝達関数の係数及び多色回折変調転移関数を説明するグラフである。

要約すれば、望ましい実施形態の各々の結像レンズは、比較的より低い費用及び重量、及び比較的短い物理的長さを有し、比較的組み立てが簡単である。さらに、第1及び第2レンズ素子（P1）、（P2）は、同じプラスチック材又は異なるプラスチック材で生成されてもよい。

本発明は、最も現実的であり望ましい実施形態として考えられるものに関連付けて記載されている一方、本発明は、開示された実施形態に限定されず、全ての改良及び均等な配置を含むように、最も広い解釈の要旨及び範囲内に含まれる様々な配置を含むことを目的とする。

ST0…開口絞り
P1…第1レンズ素子
P2…第2レンズ素子
OBJ…物体側
IMA…画像側
S1…物体側の表面
S2…結像側の表面
S3…物体側の表面
S4…結像側の表面

Claims

物体側から画像側まで所定の順番で配置された開口絞り、第1レンズ素子及び第2レンズ素子を有する結像レンズであり、該第1レンズ素子及び第2レンズ素子の各々は、プラスチックで作られたメニスカスレンズであり、前記物体側に面した物体側表面及び前記画像側に面した結像側表面を有し、前記第1レンズ素子の物体側表面及び前記第2レンズ阻止の結像側表面の各々は凸面状であり、前記第1レンズ素子の物体側表面及び結像側表面のうち少なくとも１つは非球面であり、前記第2レンズ素子の物体側表面及び結像側表面のうち少なくとも１つは非球面である、結像レンズであり、光学的条件：
0.1＜f₁/EFL＜2、及び
0.1＜R₁/R₂＜2
を満たし、f₁は前記第1レンズ素子の焦点距離であり、EFLは、前記結像レンズの有効焦点距離であり、R₁及びR₂は、それぞれ、前記第1レンズ素子の物体側表面及び結像側表面の曲率半径であり、結像レンズ。
前記開口絞りが、前記物体側と前記第1レンズ素子との間に配置されている、請求項１に記載の結像レンズ。
前記第1及び第2レンズ素子の各々が正の屈折率を有する、請求項１に記載の結像レンズ。
前記第1及び第2レンズ素子が正の屈折率及び負の屈折率をそれぞれ有する、請求項１に記載の結像レンズ。
前記第1及び第2レンズ素子の物体側及び結像側表面が、それぞれ非球面である、請求項１に記載の結像レンズ。
前記結像レンズが、2.8のF値で機能するように構成されている、請求項１に記載の結像レンズ。